JP6874158B2 - 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 - Google Patents
炭化珪素半導体装置および電力変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6874158B2 JP6874158B2 JP2019561112A JP2019561112A JP6874158B2 JP 6874158 B2 JP6874158 B2 JP 6874158B2 JP 2019561112 A JP2019561112 A JP 2019561112A JP 2019561112 A JP2019561112 A JP 2019561112A JP 6874158 B2 JP6874158 B2 JP 6874158B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- well region
- silicon carbide
- semiconductor device
- carbide semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 128
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 126
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 120
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 34
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 106
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 75
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 16
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 13
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 11
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 7
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 7
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007736 thin film deposition technique Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
- H01L29/7806—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a Schottky barrier diode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
- H01L29/0692—Surface layout
- H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/47—Schottky barrier electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7811—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with an edge termination structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
例えば、ゲートパッド近傍や半導体装置終端部近傍の領域では、ソース電極よりも外周側に張り出した終端ウェル領域が形成されており、終端ウェル領域とドリフト層との間で寄生PNダイオードを形成している。そして、この箇所では、ショットキ電極が形成されておらず、ユニポーラ型ダイオードが形成されていない。終端ウェル領域ではショットキ電極が無いため、終端ウェル領域とドリフト層とによって形成されるPNダイオードにソース電極とドレイン電極との間の電圧が印加され、結果としてPNダイオードにバイポーラ電流が流れる。
さらに、本願では、炭化珪素半導体装置全体のうち、ユニットセルが周期的に並ぶ領域を活性領域と、また、活性領域以外の領域を終端領域と呼んで説明する。
まず、本発明の実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構成を説明する。
図1は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置であるショットキダイオード(SBD)内蔵炭化珪素MOSFET(SBD内蔵SiC−MOSFET)を上面から見た平面模式図である。図1において、SiC−MOSFETの上面の一部にはゲートパッド81が形成されており、これに隣接してソース電極80が形成されている。また、ゲートパッド81から延びるように、ゲート配線82が形成されている。
図2は、図1のソース電極80から炭化珪素半導体装置の外周部のゲート配線82にかけてのa−a’部分の断面を模式的に示す断面模式図である。また、図3は、図1の上面図の主に炭化珪素半導体部分を記載した平面模式図である。
この第1離間領域21の表面側には、第1離間領域21とショットキ接続する第1ショットキ電極71が形成されている。ここで、第1ショットキ電極71は、上面から見て、少なくとも対応する第1離間領域21を含むように形成されていることが望ましい。
第2ウェル領域31が形成されている領域より外側が、終端領域となる。
半導体基板10の裏面側には、ドレイン電極84が形成されている。
まず、第1主面の面方位がオフ角を有する(0001)面であり、4Hのポリタイプを有する、n型で低抵抗の炭化珪素からなる半導体基板10の上に、化学気相堆積法(chemical Vapor Deposition:CVD法)により、1×1015から1×1017cm−3の不純物濃度でn型、5から50μmの厚さの炭化珪素からなるドリフト層20をエピタキシャル成長させる。
次に、フォトレジスト等によるパターニングを用いて、第1離間領域21と第4離間領域との上の層間絶縁膜55とゲート絶縁膜50と、および、ゲートコンタクトホール95となる位置の層間絶縁膜55を除去する。除去する方法としては、ショットキ界面となる炭化珪素層の表面にダメージを与えないウェットエッチングとする。
還流動作では、ソース電圧(ソース電極80の電圧)に対しドレイン電圧(ドレイン電極84の電圧)が低くなり、数Vの電圧が発生する。活性領域においては、第1ウェル領域30より低電圧でオンする、第1離間領域21と第1ショットキ電極71間のSBDが形成されているので、原則として還流電流がSBDに流れ、第1ウェル領域30には流れない。終端領域においては、第2ウェル領域31にオーミック電極を経由してオーミック接続するソース電極80がある場合、第2ウェル領域31とドリフト層20と間に形成されるpn接合にソース−ドレイン間の電圧の多くが印加されるために、第2ウェル領域31とドリフト層20とで形成されるpnダイオードにバイポーラ電流が流れることになる。しかしながら、本発明の炭化珪素半導体装置においては、第2ウェル領域31がソース電極80とオーミック接続されておらず、絶縁されている、あるいは、ショットキ接続されている。また、第2ウェル領域31を貫通して形成されている複数の第4離間領域24とその上部の第2ショットキ電極73との間にSBDが形成されている。
その理由は、先に説明したように、活性領域端部のSBDから流れるSBD電流が外周方向に広がるためである。活性領域端部のSBDと終端領域内のSBDの距離が大きければ、活性領域端部のSBD電流が外周方向に広がりやすくなる。そのとき、本実施の形態の炭化珪素半導体装置のように、終端領域のSBDの間隔が活性領域のSBDの間隔より小さいと、活性領域端部のSBD電流が外周方向に広がるのを抑制でき、活性領域端部の第1ウェル領域30とドリフト層20との間のpn接合に順方向電流であるバイポーラ電流が流れることを抑制でき、pn接合の積層欠陥の拡張およびこの積層欠陥の拡張による絶縁耐圧の低下を抑制できる。
同様に、終端領域の第4離間領域24間の間隔は、活性領域の第1離間領域21間の間隔より短い。また、終端領域の第4離間領域24の密度は、活性領域の第1離間領域21の密度より高い。
さらに、終端領域のSBD間の間隔は、活性領域のSBD間の間隔より短い。終端領域のSBD密度は、活性領域のSBD密度より高い。
このような場合は、第1ウェル領域30は、第1ウェル領域30内のソース領域40、あるいは、第1ウェル領域30内の第1離間領域21上に設けられた第1ショットキ電極71のいずれかからの距離が50μm以内であるものとする。
本実施の形態においては、第1ショットキ電極71は、第1離間領域21と第1ウェル領域30の上のみに、また第2ショットキ電極73は第4離間領域24と第2ウェル領域31の上のみに形成される例を示したが、オーミック電極70や層間絶縁膜55の上に形成されていても良い。
また、本実施の形態はチャネル領域やショットキ電極面がウエハ平面と平行に形成されるプレーナ型を想定して説明されたが、チャネル領域やショットキ電極面がウエハ平面と斜め、もしくは垂直に形成されるトレンチ型においても有効である。この場合、本明細書で定義される表面とは、ウエハ平面のみならず、トレンチ形成面も含まれる。
実施の形態1の炭化珪素半導体装置の終端領域の第2ウェル領域31に形成されたSBDは、一つの第2コンタクトホール91内に一つの第2ショットキ電極73と一つの第4離間領域24を備えていたが、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の終端領域のウェル領域に形成されたSBDは、複数の第4離間領域24間の間隔を活性領域の第1離間領域21間の間隔より小さくした上で、複数の第4離間領域24にまたがる第2コンタクトホール91と第2ショットキ電極73が形成されている。その他の点については、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明を省略する。
したがって、第2ウェル領域31内のSBD密度をより高めることができ、より高密度のSBD電流を流すことができる。その結果、活性領域端部のバイポーラ通電をより強力に抑制することができる。
実施の形態2では、補助領域38が第2ウェル領域31と繋がっている例を説明したが、本実施の形態では、補助領域38の代わりに接地補助領域39が形成され、接地補助領域39と第2ウェル領域31とが接続されておらず、第2ウェル領域31はソース電極80とオーミック接続されておらず、接地補助領域39はソース電極80とオーミック接続されている。また、接地補助領域39の内側または間には、n型の第4離間領域24が形成されている。その他の点については、実施の形態1、2と同様であるので、詳しい説明を省略する。
第5離間領域25は、ドリフト層20と同じn型で、ドリフト層20と同じ不純物濃度を有するものとする。第5離間領域25のn型不純物濃度は、ドリフト層20のn型不純物濃度より高くしてもよい。
このように、第2コンタクト領域33とコンタクト領域32、または、第2オーミック電極74とオーミック電極70を、それぞれ同じ工程で形成することにより、製造コストを低減することができる。
実施の形態1〜3の炭化珪素半導体装置の終端領域では、原則として活性領域内の第1ウェル領域30と終端構造の第2ウェル領域31とは離間していて、第2ウェル領域31はソース電極80とオーミック接続されていなものについて主に説明したが、本実施の形態では、終端構造の第2ウェル領域31が補助接続領域34を経由して第1ウェル領域30の一部と接続している。その他の構成については、実施の形態1〜3と同様であるので、詳しい説明は省略する。
第2導電型の補助接続領域34は、イオン注入マスクを変更することにより、第2ウェル領域31形成と同時に形成すればよい。
本実施の形態の炭化珪素半導体装置によれば、第2ウェル領域31が補助接続領域34を介して第1ウェル領域30と接続されており、第2ウェル領域31上の絶縁膜の絶縁破壊の抑制をより確実なものにでき、より信頼性を高めることができる。
また、第1ショットキ電極71と第2ショットキ電極73についても同一材料で形成されてもよいし、別材料で形成されてもよい。
また、上記実施形態では、結晶構造、主面の面方位、オフ角および各注入条件等、具体的な例を用いて説明したが、これらの数値範囲に適用範囲が限られるものではない。
本実施の形態は、上述した実施の形態1〜4にかかる炭化珪素半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態5として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
Claims (16)
- 第1導電型の炭化珪素の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表層に複数設けられた第2導電型の第1ウェル領域と、
前記第1ウェル領域の表面から前記ドリフト層に至るまで前記第1ウェル領域に隣接して形成された複数の第1導電型の第1離間領域と、
前記第1離間領域上に設けられ、前記第1離間領域とショットキ接合する第1ショットキ電極と、
前記第1ウェル領域上に設けられたオーミック電極と、
前記第1ウェル領域と別に前記ドリフト層の表層に設けられた第2導電型の第2ウェル領域と、
前記第2ウェル領域の表面から前記ドリフト層に至るまで前記第2ウェル領域に隣接して形成された、複数の第1導電型の第4離間領域と、
前記第4離間領域上に設けられ、前記第4離間領域とショットキ接合する第2ショットキ電極と、
前記第1ウェル領域の表層部に形成された第1導電型のソース領域と、
前記第1ウェル領域上および前記第2ウェル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記第1ウェル領域上および前記第2ウェル領域上の前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極と接続され、前記第2ウェル領域の上方に形成されたゲートパッドと、
前記第1ショットキ電極、前記第2ショットキ電極、および、前記オーミック電極に電気的に接続され、前記第2ウェル領域と非オーミック接続されたソース電極と、
前記第2ウェル領域と第1導電型の第5離間領域を介して隣接し、前記ソース電極にオーミック接続された第2導電型の接地補助領域と
を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 複数の前記第4離間領域の間隔が、複数の前記第1離間領域の間隔より短く形成されていることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第4離間領域が、前記第1離間領域より平面方向に高密度に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第1ウェル領域と前記第2ウェル領域が離間している
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2ウェル領域上に前記ゲート絶縁膜より膜厚が大きいフィールド絶縁膜を備え、前記フィールド絶縁膜を貫通して形成され、前記第2ショットキ電極と前記ソース電極とを接続する第2コンタクトホールを備えたことを特徴とする
請求項1から4のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲート絶縁膜と前記フィールド絶縁膜との境界が、前記第1離間領域と前記第4離間領域との間にあることを特徴とする
請求項5に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2ウェル領域の上層部に前記第2ウェル領域より抵抗率が低い炭化珪素導電性層を備えたことを特徴とする
請求項1から6のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 複数の前記第4離間領域の間の上方に、前記ゲート電極を備えたことを特徴とする
請求項1から7のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第4離間領域の間の上方に形成された前記ゲート電極の幅は、前記第1ウェル領域近傍の前記第1離間領域間の上方に形成された前記ゲート電極の幅より大きいことを特徴とする
請求項1から8のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2ショットキ電極は、前記第2ウェル領域の一部の上に形成されており、
前記第2ウェル領域の前記第2ショットキ電極と接する領域の不純物濃度は、前記第2ウェル領域の前記第2ショットキ電極から深さ方向に離れた領域の不純物濃度より低いことを特徴とする
請求項1から9のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2ショットキ電極は、平面視で前記第2コンタクトホール内に形成された複数の前記第4離間領域と、前記第4離間領域間に形成された第2導電型の補助領域との上に形成されており、
前記補助領域の前記第2ショットキ電極と接する領域の不純物濃度は、前記補助領域の前記第2ショットキ電極から深さ方向に離れた領域の不純物濃度より低いことを特徴とする
請求項5に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記接地補助領域の平面視上の内側または間に前記第4離間領域を備えたことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2ショットキ電極は、前記第2ウェル領域と前記第5離間領域と前記接地補助領域とを跨ぐように形成されたことを特徴とする
請求項1から12のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記接地補助領域と前記ソース電極との間に、第2オーミック電極を備えたことを特徴とする
請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記接地補助領域の上部に前記接地補助領域より第2導電型不純物濃度が高い第2コンタクト領域を備えたことを特徴とする
請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 請求項1から15のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記炭化珪素半導体装置を駆動する駆動信号を前記炭化珪素半導体装置に出力する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路と、を備えた電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021071811A JP7170781B2 (ja) | 2017-12-19 | 2021-04-21 | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017242643 | 2017-12-19 | ||
JP2017242643 | 2017-12-19 | ||
PCT/JP2018/046575 WO2019124378A1 (ja) | 2017-12-19 | 2018-12-18 | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021071811A Division JP7170781B2 (ja) | 2017-12-19 | 2021-04-21 | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2019124378A1 JPWO2019124378A1 (ja) | 2020-07-16 |
JP6874158B2 true JP6874158B2 (ja) | 2021-05-19 |
Family
ID=66993584
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019561112A Active JP6874158B2 (ja) | 2017-12-19 | 2018-12-18 | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 |
JP2021071811A Active JP7170781B2 (ja) | 2017-12-19 | 2021-04-21 | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021071811A Active JP7170781B2 (ja) | 2017-12-19 | 2021-04-21 | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11049963B2 (ja) |
JP (2) | JP6874158B2 (ja) |
CN (1) | CN111466032B (ja) |
DE (1) | DE112018006456T5 (ja) |
WO (1) | WO2019124378A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113054015B (zh) * | 2019-12-26 | 2023-09-08 | 株洲中车时代半导体有限公司 | 碳化硅mosfet芯片 |
JP7334638B2 (ja) * | 2020-02-07 | 2023-08-29 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
CN115989585A (zh) * | 2020-11-10 | 2023-04-18 | 住友电气工业株式会社 | 碳化硅半导体装置 |
WO2023281669A1 (ja) * | 2021-07-07 | 2023-01-12 | 三菱電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置を用いた電力変換装置 |
IT202100024752A1 (it) * | 2021-09-28 | 2023-03-28 | St Microelectronics Srl | Dispositivo di potenza in carburo di silicio con resistenza integrata e relativo procedimento di fabbricazione |
CN114141884A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-04 | 上海集成电路制造创新中心有限公司 | 可重构肖特基二极管 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003017701A (ja) | 2001-07-04 | 2003-01-17 | Denso Corp | 半導体装置 |
US20120153303A1 (en) | 2009-09-02 | 2012-06-21 | Panasonic Corporation | Semiconductor element and method for manufacturing same |
JP5321377B2 (ja) * | 2009-09-11 | 2013-10-23 | 三菱電機株式会社 | 電力用半導体装置 |
EP2610914B1 (en) | 2010-10-29 | 2015-01-07 | Panasonic Corporation | Semiconductor element |
JP2012216705A (ja) | 2011-04-01 | 2012-11-08 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体装置 |
JP6021246B2 (ja) * | 2012-05-09 | 2016-11-09 | ローム株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
KR101638754B1 (ko) | 2012-09-06 | 2016-07-11 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 반도체 장치 |
JP2014175412A (ja) | 2013-03-07 | 2014-09-22 | Toshiba Corp | 半導体基板及び半導体装置 |
DE112014001838T5 (de) * | 2013-04-03 | 2015-12-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung |
JP6244762B2 (ja) * | 2013-09-12 | 2017-12-13 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体装置 |
JP5735611B2 (ja) | 2013-11-01 | 2015-06-17 | ローム株式会社 | SiC半導体装置 |
JP6022082B2 (ja) * | 2014-07-11 | 2016-11-09 | 新電元工業株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
DE112015004515B4 (de) * | 2014-10-01 | 2021-11-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtungen |
CN107534054B (zh) | 2015-04-22 | 2020-08-18 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置以及半导体装置的制造方法 |
CN108886055B (zh) | 2016-03-30 | 2021-06-04 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置及其制造方法、电力变换装置 |
DE112016006723T5 (de) | 2016-04-11 | 2018-12-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitereinrichtung |
US9947787B2 (en) * | 2016-05-06 | 2018-04-17 | Silicet, LLC | Devices and methods for a power transistor having a schottky or schottky-like contact |
WO2018155553A1 (ja) | 2017-02-24 | 2018-08-30 | 三菱電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 |
JP6678810B2 (ja) | 2017-02-24 | 2020-04-08 | 三菱電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 |
-
2018
- 2018-12-18 DE DE112018006456.5T patent/DE112018006456T5/de active Granted
- 2018-12-18 US US16/757,767 patent/US11049963B2/en active Active
- 2018-12-18 CN CN201880079413.XA patent/CN111466032B/zh active Active
- 2018-12-18 JP JP2019561112A patent/JP6874158B2/ja active Active
- 2018-12-18 WO PCT/JP2018/046575 patent/WO2019124378A1/ja active Application Filing
-
2021
- 2021-04-21 JP JP2021071811A patent/JP7170781B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7170781B2 (ja) | 2022-11-14 |
US20200295177A1 (en) | 2020-09-17 |
CN111466032A (zh) | 2020-07-28 |
WO2019124378A1 (ja) | 2019-06-27 |
JP2021108396A (ja) | 2021-07-29 |
DE112018006456T5 (de) | 2020-09-03 |
CN111466032B (zh) | 2023-08-18 |
US11049963B2 (en) | 2021-06-29 |
JPWO2019124378A1 (ja) | 2020-07-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6929404B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
JP6874158B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
JP7041086B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
JP7068916B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置、電力変換装置、および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
US11063122B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and power conversion device | |
JP6933274B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
WO2021014570A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置、電力変換装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
US20210135002A1 (en) | Semiconductor device and power converter | |
JP6873273B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
JP6976489B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
WO2020188686A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
WO2024028995A1 (ja) | 半導体装置および電力変換装置 | |
JP7332812B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200121 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200121 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200430 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210323 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210421 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6874158 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |