JP7013683B2 - Method for selecting silicon carbide semiconductor devices - Google Patents

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Description

この発明は、炭化珪素半導体装置の選別方法に関する。 The present invention relates to a method for selecting a silicon carbide semiconductor device.

従来、高電圧や大電流を制御するパワー半導体装置の構成材料として、シリコン(Si)が用いられている。パワー半導体装置は、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)など複数種類あり、これらは用途に合わせて使い分けられている。 Conventionally, silicon (Si) has been used as a constituent material of a power semiconductor device that controls a high voltage or a large current. There are multiple types of power semiconductor devices such as bipolar transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors: Insulated Gate Bipolar Transistors), and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), which can be used according to the application. Has been done.

例えば、バイポーラトランジスタやIGBTは、MOSFETに比べて電流密度は高く大電流化が可能であるが、高速にスイッチングさせることができない。具体的には、バイポーラトランジスタは数kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界であり、IGBTは数十kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界である。一方、パワーMOSFETは、バイポーラトランジスタやIGBTに比べて電流密度が低く大電流化が難しいが、数MHz程度までの高速スイッチング動作が可能である。 For example, bipolar transistors and IGBTs have a higher current density than MOSFETs and can increase the current, but they cannot be switched at high speed. Specifically, the bipolar transistor is limited to use at a switching frequency of about several kHz, and the IGBT is limited to use at a switching frequency of about several tens of kHz. On the other hand, the power MOSFET has a lower current density than the bipolar transistor and the IGBT, and it is difficult to increase the current, but high-speed switching operation up to about several MHz is possible.

しかしながら、市場では大電流と高速性とを兼ね備えたパワー半導体装置への要求が強く、IGBTやパワーMOSFETはその改良に力が注がれ、現在ではほぼ材料限界に近いところまで開発が進んでいる。パワー半導体装置の観点からシリコンに代わる半導体材料が検討されており、低オン電圧、高速特性、高温特性に優れた次世代のパワー半導体装置を作製(製造)可能な半導体材料として炭化珪素(SiC)が注目を集めている。 However, there is a strong demand in the market for power semiconductor devices that have both high current and high speed, and efforts are being made to improve IGBTs and power MOSFETs, and development is now progressing to near the material limit. .. Silicon carbide (SiC) is being studied as a semiconductor material that can replace silicon from the viewpoint of power semiconductor devices, and can manufacture (manufacture) next-generation power semiconductor devices with excellent low on-voltage, high-speed characteristics, and high-temperature characteristics. Is attracting attention.

その背景には、SiCは化学的に非常に安定な材料であり、バンドギャップが3eVと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用できる。また、最大電界強度もシリコンより1桁以上大きいからである。SiCはシリコンにおける材料限界を超える可能性大であることからパワー半導体用途、特にMOSFETでは今後の伸長が大きく期待される。特にそのオン抵抗が小さいことが期待されているが高耐圧特性を維持したままより一層の低オン抵抗を有する縦型SiC-MOSFETが期待できる。 In the background, SiC is a chemically stable material, has a wide bandgap of 3 eV, and can be used extremely stably as a semiconductor even at high temperatures. This is also because the maximum electric field strength is one order of magnitude higher than that of silicon. Since SiC has a high possibility of exceeding the material limit of silicon, future growth is expected in power semiconductor applications, especially MOSFETs. In particular, it is expected that the on-resistance is small, but a vertical SiC- MOSFET having a lower on-resistance while maintaining high withstand voltage characteristics can be expected.

従来の炭化珪素半導体装置の構造について、縦型MOSFETを例に説明する。図5は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図5に示すように、n+型炭化珪素基板1のおもて面にn型炭化珪素エピタキシャル層2が堆積され、n型炭化珪素エピタキシャル層2の表面にp+型ベース領域3、p型ベース層4が選択的に設けられる。また、p型ベース層4の表面にn+型ソース領域5、p+型コンタクト領域6、n型ウェル領域7が選択的に設けられる。 The structure of a conventional silicon carbide semiconductor device will be described by taking a vertical MOSFET as an example. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. As shown in FIG. 5, an n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is deposited on the front surface of the n + type silicon carbide substrate 1, and a p + type base region 3 and a p-type are deposited on the surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. The base layer 4 is selectively provided. Further, an n + type source region 5, a p + type contact region 6, and an n-type well region 7 are selectively provided on the surface of the p-type base layer 4.

p型ベース層4およびn+型ソース領域5との表面に、ゲート絶縁膜8を介してゲート電極9が設けられている。また、n型炭化珪素エピタキシャル層2、p+型コンタクト領域6およびn+型ソース領域5の表面に、ソース電極10が設けられている。また、n+型炭化珪素基板1の裏面には、ドレイン電極11が設けられている。 A gate electrode 9 is provided on the surface of the p-type base layer 4 and the n + -type source region 5 via a gate insulating film 8. Further, a source electrode 10 is provided on the surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2, the p + type contact region 6 and the n + type source region 5. Further, a drain electrode 11 is provided on the back surface of the n + type silicon carbide substrate 1.

このような構造の縦型MOSFETは、ソース-ドレイン間にボディーダイオードとしてp+型ベース領域3とn型炭化珪素エピタキシャル層2とで形成される寄生pnダイオードを内蔵する。この寄生pnダイオードは、ソース電極10に高電位を印加することで動作させることができ、図5において矢印Aで示す方向に電流が流れる。このように、MOSFETではIGBTと異なり、寄生pnダイオードを内蔵しているため、インバータに用いる還流ダイオード(FWD:Free Wheeling Diode)を省略することができ、低コスト化および小型化に貢献する。これ以降、MOSFETの寄生pnダイオードを内蔵ダイオードと称する。 A vertical MOSFET having such a structure incorporates a parasitic pn diode formed by a p + type base region 3 and an n-type silicon carbide epitaxial layer 2 as a body diode between a source and a drain. This parasitic pn diode can be operated by applying a high potential to the source electrode 10, and a current flows in the direction indicated by the arrow A in FIG. As described above, unlike the IGBT, the MOSFET has a built-in parasitic pn diode, so that the freewheeling diode (FWD: Free Wheeling Diode) used for the inverter can be omitted, which contributes to cost reduction and miniaturization. Hereinafter, the parasitic pn diode of the MOSFET is referred to as a built-in diode.

しかしながら、炭化珪素半導体装置では、n+型炭化珪素基板1の結晶に欠陥がある場合がある。この場合、内蔵ダイオードに電流が流れると、p+型コンタクト領域6からホールが注入され、n型炭化珪素エピタキシャル層2またはn+型炭化珪素基板1中で電子およびホールの再結合が発生する。このときに発生するバンドギャップ相当の再結合エネルギー(3eV)により、n+型炭化珪素基板1に存在する結晶欠陥の一種である基底面転位が移動し、2つの基底面転位に挟まれる積層欠陥が拡張する。 However, in the silicon carbide semiconductor device, the crystal of the n + type silicon carbide substrate 1 may be defective. In this case, when a current flows through the built-in diode, holes are injected from the p + type contact region 6, and electron and hole recombination occur in the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 or the n + type silicon carbide substrate 1. The rebinding energy (3eV) corresponding to the bandgap generated at this time causes the basal plane dislocation, which is a kind of crystal defect existing in the n + type silicon carbide substrate 1, to move, and the stacking defect sandwiched between the two basal plane dislocations. Extends.

積層欠陥が拡張すると、積層欠陥は電流を流しにくいため、MOSFETのオン抵抗および内蔵ダイオードの順方向電圧が上昇する。このような動作が継続すると積層欠陥は累積的に拡張するため、インバータ回路に発生する損失は経時的に増加し、発熱量も大きくなるため、装置故障の原因となる。この問題を防ぐためにMOSFETと逆並列にSiC-SBD(Schottky Barrier Diode:ショットキーバリアダイオード)を接続し、電流がMOSFETの内蔵ダイオードに流れないように対策することができる。 When the stacking defect expands, the stacking defect does not easily carry current, so that the on-resistance of the MOSFET and the forward voltage of the built-in diode increase. If such an operation continues, the stacking defects are cumulatively expanded, so that the loss generated in the inverter circuit increases with time and the amount of heat generated also increases, which causes a device failure. In order to prevent this problem, a SiC-SBD (Schottky Barrier Diode) can be connected in antiparallel to the MOSFET so that current does not flow to the built-in diode of the MOSFET.

図6は、従来の炭化珪素MOSFETを用いたインバータ回路の一例を示す図である。インバータ回路は、複数のMOSFET(図6では4つのMOSFET21、22、23、24)を備え、モータ等の負荷25を駆動するための回路である。図6において、ダイオード26、27、28、29は、それぞれMOSFET21、22、23、24の内蔵ダイオードを示す。また、ダイオード30、31、32、33は、それぞれMOSFET21、22、23、24と逆並列に接続されたSiC-SBDを示す。図6では、インバータ回路の2相分、つまり直列に接続されたMOSFETの2つのセットのみを示している。 FIG. 6 is a diagram showing an example of an inverter circuit using a conventional silicon carbide MOSFET. The inverter circuit includes a plurality of MOSFETs (four MOSFETs 21, 22, 23, 24 in FIG. 6) and is a circuit for driving a load 25 such as a motor. In FIG. 6, the diodes 26, 27, 28, and 29 indicate the built-in diodes of the MOSFETs 21, 22, 23, and 24, respectively. Further, the diodes 30, 31, 32, and 33 indicate SiC-SBDs connected in antiparallel to MOSFETs 21, 22, 23, and 24, respectively. FIG. 6 shows only two sets of two phases of the inverter circuit, that is, two sets of MOSFETs connected in series.

図6に示すインバータ回路において、入力回路34からの信号によりMOSFET21、24をオンすることで、矢印Bの方向に、負荷25に電流を流すことができる。この後、入力回路34からの信号によりMOSFET21、24をオフにし、MOSFET22、23をオンにすることで、矢印Cの方向に、負荷25に電流を流すことができる。このようにして、電流の向きを変えることで、例えば、負荷25のモータに接続されたアームを左右に動かすことができる。 In the inverter circuit shown in FIG. 6, by turning on the MOSFETs 21 and 24 by the signal from the input circuit 34, a current can be passed through the load 25 in the direction of the arrow B. After that, by turning off the MOSFETs 21 and 24 and turning on the MOSFETs 22 and 23 by the signal from the input circuit 34, a current can be passed through the load 25 in the direction of the arrow C. By changing the direction of the current in this way, for example, the arm connected to the motor of the load 25 can be moved left and right.

ここで、MOSFET21、24がオフであるとき、MOSFET21、24には、還流電流が矢印Bと逆方向に流れる。還流電流は、閾値電圧Vfが低いSiC-SBD30、33に流れて、内蔵ダイオード26、29には流れなくなる。MOSFET22、23も同様に、内蔵ダイオード27、28には流れなくなる。このように、MOSFETがオフのとき、内蔵ダイオードに還流電流が流れることがないため、MOSFETの積層欠陥が拡張することがなくなる。 Here, when the MOSFETs 21 and 24 are off, a reflux current flows through the MOSFETs 21 and 24 in the direction opposite to the arrow B. The return current flows through the SiC-SBDs 30 and 33 having a low threshold voltage Vf, and does not flow through the built-in diodes 26 and 29. Similarly, the MOSFETs 22 and 23 do not flow to the built-in diodes 27 and 28. In this way, when the MOSFET is off, no return current flows through the built-in diode, so that the stacking defect of the MOSFET does not expand.

炭化珪素半導体装置の通電検査装置として、バイポーラ半導体素子の温度を150℃以上230℃以下に設定して、電流密度が120A/cm2以上400A/cm2以下の順方向電流を継続して流し、順方向抵抗が飽和状態になった場合に、順方向抵抗の変化度合いが閾値未満であるか否かで判定する技術が公知である(例えば、特許文献1参照)。また、炭化珪素半導体装置の検査方法として、ダイオードにパルス電流を流し、パルス電流を流す前後における当該ダイオードのオン抵抗を求め、オン抵抗のパルス電流を流す前後における変化に基いて半導体装置の不良を判定する技術が公知である(例えば、特許文献2参照)。 As an energization inspection device for silicon carbide semiconductor devices, the temperature of the bipolar semiconductor device is set to 150 ° C. or higher and 230 ° C. or lower, and a forward current with a current density of 120 A / cm 2 or higher and 400 A / cm 2 or lower is continuously applied. A technique for determining whether or not the degree of change in forward resistance is less than a threshold when the forward resistance becomes saturated is known (see, for example, Patent Document 1). Further, as an inspection method of a silicon carbide semiconductor device, a pulse current is passed through a diode to obtain the on-resistance of the diode before and after the pulse current is passed, and a defect of the semiconductor device is found based on the change before and after the pulse current of the on-resistance is passed. The determination technique is known (see, for example, Patent Document 2).

国際公開第2014/148294号公報International Publication No. 2014/148294 特開2015-65250号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-655250

しかしながら、図6のようにSiC-SBDをMOSFETと逆並列に接続された場合でも、MOSFETがオンからオフに切り替わった瞬間に、MOSFETの内蔵ダイオードに電流が流れる場合があり、MOSFETの積層欠陥が拡張することがある。図7は、インバータ回路のダイオードに流れる電流の時間的変化を示すグラフである。図7において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。図7のI1は、内蔵ダイオードに流れる電流を示し、I2は、SiC-SBDに流れる電流を示し、I3は、内蔵ダイオードとSiC-SBDに流れる電流の合計を示す。 However, even when the SiC-SBD is connected in antiparallel to the MOSFET as shown in FIG. 6, a current may flow through the built-in diode of the MOSFET at the moment when the MOSFET is switched from on to off, resulting in a stacking defect of the MOSFET. May expand. FIG. 7 is a graph showing the temporal change of the current flowing through the diode of the inverter circuit. In FIG. 7, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents current. In FIG. 7, I1 shows the current flowing through the built-in diode, I2 shows the current flowing through the SiC-SBD, and I3 shows the total current flowing through the built-in diode and the SiC-SBD.

図7では、MOSFETが時間Tにおいてオンからオフにされた場合の電流の時間的変化を示す。図7に示すように、MOSFETがオフになるとSiC-SBDに流れる電流I2は徐々に増加して、一定の値に落ち着く。内蔵ダイオードに流れる電流I1は、MOSFETがオフになった直後から増加し、この後徐々に減少して、0に落ち着く。 FIG. 7 shows the temporal change of the current when the MOSFET is turned from on to off at time T. As shown in FIG. 7, when the MOSFET is turned off, the current I2 flowing through the SiC-SBD gradually increases and settles at a constant value. The current I1 flowing through the built-in diode increases immediately after the MOSFET is turned off, then gradually decreases, and settles at 0.

このように、内蔵ダイオードに流れる電流I1は常に0ではなく、MOSFETがオンからオフにされた過渡状態の短い期間だけ流れる。以下、この電流を過渡電流と称する。図8は、インバータ回路における炭化珪素MOSFETのオンオフを示すグラフである。図8において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。図8に示すように、内蔵ダイオードに過渡電流が流れる時間t1は、過渡電流が流れない時間t2に比べると短い時間である。具体的には、過渡電流が流れる時間t1は、MOSFETがオフになった後の数ns程度である。しかし、MOSFETは高速でスイッチング、例えば、数MHzでスイッチングするため、長時間使用し続ける内に過渡電流が流れる時間の総和が無視できない量になる。MOSFETの炭化珪素基板の結晶の欠陥量によっては、過渡電流によって積層欠陥が拡張するようになり、MOSFETの信頼性が低下してしまう。 In this way, the current I1 flowing through the built-in diode is not always 0, but flows only for a short period of the transient state in which the MOSFET is turned from on to off. Hereinafter, this current is referred to as a transient current. FIG. 8 is a graph showing on / off of the silicon carbide MOSFET in the inverter circuit. In FIG. 8, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage. As shown in FIG. 8, the time t1 in which the transient current flows through the built-in diode is shorter than the time t2 in which the transient current does not flow. Specifically, the time t1 in which the transient current flows is about several ns after the MOSFET is turned off. However, since MOSFETs are switched at high speed, for example, switching at several MHz, the total time during which a transient current flows during long-term use is a non-negligible amount. Depending on the amount of defects in the crystals of the silicon carbide substrate of the MOSFET, the stacking defects will expand due to the transient current, and the reliability of the MOSFET will decrease.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、炭化珪素半導体装置にダイオードを逆並列に接続したインバータ回路で長時間使用しても、信頼性が低下することない炭化珪素半導体装置をスクリーニングできる炭化珪素半導体装置の選別方法を提供することを目的とする。 In order to solve the problems caused by the above-mentioned prior art, the present invention provides a silicon carbide semiconductor device whose reliability does not deteriorate even when used for a long time in an inverter circuit in which a diode is connected in antiparallel to the silicon carbide semiconductor device. It is an object of the present invention to provide a method for selecting a silicon carbide semiconductor device that can be screened.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、次の特徴を有する。MOSFETを有する炭化珪素半導体装置の選別方法であって、まず、前記炭化珪素半導体装置の温度を50℃以上145℃以下に設定する第1工程を行う。次に、前記MOSFETの内蔵ダイオードに電流密度が118A/cm2以下の順方向電流を流す第2工程を行う。前記第2工程の前後において、前記MOSFETの順方向電圧を測定する第3工程を行う。次に、前記測定した順方向電圧から前記MOSFETの順方向電圧の変化率を算出する第4工程を行う。次に、前記算出した変化率が3%より低い前記炭化珪素半導体装置を選別する第5工程を行う。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記炭化珪素半導体装置は、前記MOSFETに逆並列に接続されたダイオードをさらに備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following features. A method for selecting a silicon carbide semiconductor device having a MOS FET , first, a first step of setting the temperature of the silicon carbide semiconductor device to 50 ° C. or higher and 145 ° C. or lower is performed. Next, a second step is performed in which a forward current having a current density of 118 A / cm 2 or less is passed through the built-in diode of the MOSFET . Before and after the second step, a third step of measuring the forward voltage of the MOSFET is performed. Next, a fourth step of calculating the rate of change of the forward voltage of the MOSFET from the measured forward voltage is performed. Next, a fifth step of selecting the silicon carbide semiconductor device having the calculated rate of change of less than 3% is performed. Further, the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the silicon carbide semiconductor device further includes a diode connected in antiparallel to the MOSFET.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、次の特徴を有する。MOSゲート構造を有する炭化珪素半導体装置と、前記炭化珪素半導体装置に逆並列に接続されたダイオードと、を備えるインバータ回路に用いられる前記炭化珪素半導体装置の選別方法であって、まず、前記炭化珪素半導体装置の温度を50℃以上145℃以下に設定する第1工程を行う。次に、前記炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに電流密度が118A/cmIn order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following features. A method for selecting a silicon carbide semiconductor device used in an inverter circuit including a silicon carbide semiconductor device having a MOS gate structure and a diode connected in antiparallel to the silicon carbide semiconductor device. First, the silicon carbide semiconductor device is selected. The first step of setting the temperature of the semiconductor device to 50 ° C. or higher and 145 ° C. or lower is performed. Next, the current density of the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device is 118 A / cm. 22 以下の順方向電流を流す第2工程を行う。前記第2工程の前後において、前記炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードの順方向電圧を測定する第3工程を行う。次に、前記測定した順方向電圧から前記炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率を算出する第4工程を行う。次に、前記算出した変化率が3%より低い前記炭化珪素半導体装置を選別する第5工程を行う。The second step of passing the following forward current is performed. Before and after the second step, a third step of measuring the forward voltage of the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device is performed. Next, a fourth step of calculating the rate of change of the forward voltage of the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device from the measured forward voltage is performed. Next, a fifth step of selecting the silicon carbide semiconductor device having the calculated rate of change of less than 3% is performed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記炭化珪素半導体装置の温度を60℃以上90℃以下に設定することを特徴とする。
Further, the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the temperature of the silicon carbide semiconductor device is set to 60 ° C. or higher and 90 ° C. or lower in the first step.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記第5工程では、前記算出した変化率が飽和し、かつ、前記算出した変化率が3%より低い前記炭化珪素半導体装置を選別することを特徴とする。 Further, in the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-mentioned invention, in the fifth step, the calculated rate of change is saturated and the calculated rate of change is lower than 3%. It is characterized by selecting semiconductor devices.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記ダイオードは、炭化珪素ショットキーバリアダイオードであることを特徴とする。 Further, the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the diode is a silicon carbide Schottky barrier diode.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板のおもて面に第1導電型の第1半導体層が設けられる。前記第1半導体層の、前記炭化珪素基板側に対して反対側に第2導電型の第2半導体層が設けられる。前記第2半導体層の内部に選択的に、前記炭化珪素基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第1半導体領域が設けられる。前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜が設けられる。前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面にゲート電極が設けられる。前記第1半導体領域と前記第2半導体層の表面に第1電極が設けられる。前記炭化珪素基板の裏面に第2電極が設けられる。 Further, as for the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the silicon carbide semiconductor device is provided with a first conductive type first semiconductor layer on the front surface of the silicon carbide substrate. A second conductive type second semiconductor layer is provided on the side of the first semiconductor layer opposite to the silicon carbide substrate side. A first conductive type first semiconductor region having a higher impurity concentration than the silicon carbide substrate is selectively provided inside the second semiconductor layer. A gate insulating film that comes into contact with the second semiconductor layer is provided. A gate electrode is provided on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer. The first electrode is provided on the surface of the first semiconductor region and the second semiconductor layer. A second electrode is provided on the back surface of the silicon carbide substrate.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記炭化珪素半導体装置は、前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達するトレンチをさらに備え、前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする。 Further, in the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the silicon carbide semiconductor device further includes a trench that penetrates the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer. The gate electrode is characterized in that it is provided inside the trench via the gate insulating film.

上述した発明によれば、炭化珪素半導体装置を50℃以上145℃以下に設定し、電流密度が118A/cm2以下の順方向電流を流し、順方向電圧の変化率が3%より低い炭化珪素半導体装置を選別している。これにより、炭化珪素半導体装置にダイオードを逆並列に接続したインバータ回路で長時間使用しても、基板の積層欠陥が成長するが少なく、炭化珪素半導体装置の特性が劣化しない。このため、信頼性が低下することない炭化珪素半導体装置をスクリーニングできる。 According to the above-mentioned invention, the silicon carbide semiconductor device is set to 50 ° C. or higher and 145 ° C. or lower, a forward current having a current density of 118 A / cm 2 or less is passed, and the rate of change of the forward voltage is lower than 3%. We are selecting semiconductor devices. As a result, even if the inverter circuit in which the diode is connected in antiparallel to the silicon carbide semiconductor device is used for a long time, the stacking defect of the substrate is less likely to grow and the characteristics of the silicon carbide semiconductor device are not deteriorated. Therefore, it is possible to screen a silicon carbide semiconductor device that does not reduce reliability.

また、選別にかかる時間は、順方向電圧の変化率が3%を超えるまで、または順方向電圧の変化率が飽和するまでの短い時間である。このため、短い時間で炭化珪素半導体装置をスクリーニングできる。 Further, the time required for sorting is a short time until the rate of change of the forward voltage exceeds 3% or the rate of change of the forward voltage is saturated. Therefore, the silicon carbide semiconductor device can be screened in a short time.

本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法によれば、炭化珪素半導体装置にダイオードを逆並列に接続したインバータ回路で長時間使用しても、信頼性が低下することのない炭化珪素半導体装置をスクリーニングできるという効果を奏する。 According to the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, a silicon carbide semiconductor device whose reliability does not deteriorate even when used for a long time in an inverter circuit in which a diode is connected in antiparallel to the silicon carbide semiconductor device can be obtained. It has the effect of being able to be screened.

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the selection method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment. MOSFETの内蔵ダイオードにおける電流密度と順方向電圧の変化率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the current density in the built-in diode of a MOSFET and the rate of change of a forward voltage. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the selection method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の他の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment. 従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来の炭化珪素MOSFETを用いたインバータ回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the inverter circuit using the conventional silicon carbide MOSFET. インバータ回路のダイオードに流れる電流の時間的変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the current flowing through the diode of an inverter circuit. インバータ回路における炭化珪素MOSFETのオンオフを示すグラフである。It is a graph which shows the on / off of a silicon carbide MOSFET in an inverter circuit.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および-は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that the electron or hole is a large number of carriers in the layer or region marked with n or p, respectively. Further, + and-attached to n and p mean that the concentration of impurities is higher and the concentration of impurities is lower than that of the layer or region to which it is not attached, respectively. In the following description of the embodiment and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate description will be omitted.

(実施の形態)
図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法を示すフローチャートである。以下では、炭化珪素半導体装置として、MOSFETを例に説明するが、MOSゲート構造を有する他の炭化珪素半導体装置でも同様である。炭化珪素半導体装置の選別方法において、まず、MOSFETの温度を設定する(ステップS1)。
(Embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing a method of selecting a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment. Hereinafter, MOSFETs will be described as an example of the silicon carbide semiconductor device, but the same applies to other silicon carbide semiconductor devices having a MOS gate structure. In the method for selecting a silicon carbide semiconductor device, first, the temperature of the MOSFET is set (step S1).

実施の形態では、MOSFETの温度を50℃以上145℃以下に設定する。より好ましくは、MOSFETの温度を60℃以上90℃以下に設定する。温度が50℃より低いと、内蔵ダイオードに電流が流れても、欠陥が成長せず、基板に欠陥があるMOSFETをスクリーニングできない。また、温度が145℃より高いと、内蔵ダイオードに電流が流れることにより成長する欠陥と異なる他の種類の欠陥が成長してしまい、本発明が目的とするMOSFETをスクリーニングできない。 In the embodiment, the temperature of the MOSFET is set to 50 ° C. or higher and 145 ° C. or lower. More preferably, the temperature of the MOSFET is set to 60 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. If the temperature is lower than 50 ° C., even if a current flows through the built-in diode, the defect does not grow and the MOSFET with a defect in the substrate cannot be screened. Further, if the temperature is higher than 145 ° C., other types of defects different from the defects that grow due to the current flowing through the built-in diode grow, and the MOSFET targeted by the present invention cannot be screened.

また、MOSFETの温度の設定は、MOSFETの内蔵ダイオードに通電することにより行うことができる。例えば、一定の電流密度の順方向電流をMOSFETが上記の温度範囲になるまで通電することにより行う。ここで、順方向電流とは、ソース電極からドレイン電極に流れる電流のことである。 Further, the temperature of the MOSFET can be set by energizing the built-in diode of the MOSFET. For example, a forward current with a constant current density is applied by energizing the MOSFET until it reaches the above temperature range. Here, the forward current is the current flowing from the source electrode to the drain electrode.

次に、MOSFETの内蔵ダイオードに順方向電流を通電する(ステップS2)。具体的には、MOSFETのゲート電極とソース電極を短絡させ、ソース電極に正の電圧を印加し、ドレイン電極の電位を0にする。また、実施の形態では、電流密度が118A/cm2以下の順方向電流を流す。なお、ここで流す電流は、直流でもパルス電流でもかまわない。 Next, a forward current is applied to the built-in diode of the MOSFET (step S2). Specifically, the gate electrode and the source electrode of the MOSFET are short-circuited, a positive voltage is applied to the source electrode, and the potential of the drain electrode is set to 0. Further, in the embodiment, a forward current having a current density of 118 A / cm 2 or less is passed. The current flowing here may be direct current or pulse current.

ここで、図2は、MOSFETの内蔵ダイオードにおける電流密度と順方向電圧の変化率との関係を示すグラフである。図2において、横軸は内蔵ダイオードに流す電流密度であり、単位はA/cm2である。縦軸は、順方向電圧の変化率であり、単位は%である。図2に示すように、電流密度が高くなると順方向電圧の変化率が大きくなる。順方向電圧の変化率が大きくなることは、基板の積層欠陥が成長してオン抵抗が大きくなることである。このように、MOSFETの不良を検出するには電流密度を高くした方がよい。このため、実施の形態では、電流密度を118A/cm2以下としている。 Here, FIG. 2 is a graph showing the relationship between the current density and the rate of change of the forward voltage in the built-in diode of the MOSFET. In FIG. 2, the horizontal axis is the current density flowing through the built-in diode, and the unit is A / cm 2 . The vertical axis is the rate of change of the forward voltage, and the unit is%. As shown in FIG. 2, the rate of change of the forward voltage increases as the current density increases. The increase in the rate of change of the forward voltage means that the stacking defects of the substrate grow and the on-resistance increases. As described above, it is better to increase the current density in order to detect the defect of the MOSFET. Therefore, in the embodiment, the current density is set to 118 A / cm 2 or less.

次に、初期状態の順方向電圧を測定する(ステップS3)。基板の積層欠陥の成長を順方向電圧の変化で判断するため、初期状態の順方向電圧を測定しておく。具体的には、ソース電極とドレイン電極間の電圧を測定する。ここで測定した電圧をV0とする。次に、所定時間待機する(ステップS4)。基板に欠陥がある場合に積層欠陥が成長するのを待つ。ここで、所定時間は1分程度でよい。 Next, the forward voltage in the initial state is measured (step S3). In order to judge the growth of stacking defects on the substrate by the change in the forward voltage, the forward voltage in the initial state is measured. Specifically, the voltage between the source electrode and the drain electrode is measured. Let V0 be the voltage measured here. Next, it waits for a predetermined time (step S4). If there is a defect in the substrate, wait for the stacking defect to grow. Here, the predetermined time may be about 1 minute.

次に、順方向電圧を測定する(ステップS5)。ここで測定した電圧をV1とする。次に、順方向電圧の変化率を算出する(ステップS6)。順方向電圧の変化率とは、初期状態での順方向電圧からの変化率である。例えば、順方向電圧の変化率は、(V1-V0)/V0×100 [%]で算出できる。 Next, the forward voltage is measured (step S5). The voltage measured here is V1. Next, the rate of change of the forward voltage is calculated (step S6). The rate of change of the forward voltage is the rate of change from the forward voltage in the initial state. For example, the rate of change of the forward voltage can be calculated by (V1-V0) / V0 × 100 [%].

次に、順方向電圧の変化率≧0.03(3%以上)であるか否かを判定する(ステップS7)。ここで、順方向電圧の変化率≧0.03でないと判定した場合(ステップS7:No)、順方向電圧の変化率が変化無しか否かを判定する(ステップS8)。ここで、順方向電圧の変化率が変化することは、基板の積層欠陥が成長してオン抵抗が増加していることを意味する。積層欠陥がさらに成長して、順方向電圧の変化率≧0.03となる可能性があるため、順方向電圧の測定をさらに続ける。このため、順方向電圧の変化率が変化無しでない場合(ステップS8:No)、ステップS4に戻り、再度順方向電圧の測定、順方向電圧の変化率の判定を行う。なお、最初にステップS8を行う場合、順方向電圧の変化率の算出が1回しかなく、順方向電圧の変化率が変化してないかの判定ができないため、変化していると見なし、ステップS4に戻る。 Next, it is determined whether or not the rate of change of the forward voltage is ≧ 0.03 (3% or more) (step S7). Here, when it is determined that the rate of change of the forward voltage is not ≥ 0.03 (step S7: No), it is determined whether or not the rate of change of the forward voltage has not changed (step S8). Here, the change in the rate of change of the forward voltage means that the stacking defect of the substrate grows and the on-resistance increases. Since the stacking defect may grow further and the rate of change of the forward voltage ≥ 0.03, the measurement of the forward voltage is continued. Therefore, when the rate of change of the forward voltage is not unchanged (step S8: No), the process returns to step S4, the forward voltage is measured again, and the forward voltage change rate is determined. When the step S8 is performed first, the rate of change of the forward voltage is calculated only once, and it cannot be determined whether or not the rate of change of the forward voltage has changed. Return to S4.

次に、順方向電圧の変化率が変化無しの場合(ステップS8:Yes)、順方向電圧の変化が飽和して、順方向電圧の変化率<0.03(3%未満)でこれ以上順方向電圧が増加しない場合であるため、MOSFETを適格品として選別する(ステップS9)。一方、順方向電圧の変化率≧0.03と判定した場合(ステップS7:Yes)、MOSFETを不適格品として選別する(ステップS10)。このように、実施の形態では、順方向電圧の変化率が3%を超えるまで、または順方向電圧の変化率が飽和するまでの短い時間でMOSFETを選別することができる。また、ここでは、順方向電圧の変化率の飽和を、順方向電圧の変化率が1回変化しないことより判断しているが、順方向電圧の変化率が複数回変化しないことより判断してもよい。 Next, when the rate of change of the forward voltage does not change (step S8: Yes), the change of the forward voltage is saturated, and the rate of change of the forward voltage <0.03 (less than 3%) is in order. Since the directional voltage does not increase, the MOSFET is selected as a qualified product (step S9). On the other hand, when it is determined that the rate of change of the forward voltage ≥ 0.03 (step S7: Yes), the MOSFET is selected as an unqualified product (step S10). As described above, in the embodiment, the MOSFET can be sorted in a short time until the rate of change of the forward voltage exceeds 3% or the rate of change of the forward voltage is saturated. Further, here, the saturation of the rate of change of the forward voltage is judged from the fact that the rate of change of the forward voltage does not change once, but it is judged from the fact that the rate of change of the forward voltage does not change multiple times. May be good.

ここで、順方向電圧の変化率が3%以上のMOSFETを、当該MOSFETと逆並列にSiC-SBDを接続したインバータ回路に用いて、長期間運用すると、基板の積層欠陥が成長して、MOSFETの特性が劣化する。このため、このMOSFETを不適格品として判断している。一方、順方向電圧の変化率が3%未満で、これ以上順方向電圧の変化率が変化しないMOSFETを、上記インバータ回路に用いて長期間運用しても、基板の積層欠陥の成長が少なく、MOSFETの特性が劣化することなく、長期間の使用に耐えることができる。 Here, when a MOSFET having a forward voltage change rate of 3% or more is used in an inverter circuit in which SiC-SBD is connected in antiparallel to the MOSFET and operated for a long period of time, stacking defects on the substrate grow and the MOSFET grows. The characteristics of the are deteriorated. Therefore, this MOSFET is judged to be ineligible. On the other hand, even if a MOSFET in which the rate of change of the forward voltage is less than 3% and the rate of change of the forward voltage does not change any more is used for the inverter circuit and operated for a long period of time, the growth of stacking defects on the substrate is small. It can withstand long-term use without deteriorating the characteristics of the MOSFET.

なお、本フローチャートでは、MOSFETの内蔵ダイオードに電流を流し、内蔵ダイオードの順方向電圧を測定したが、MOSFETに電流を流し、MOSFETの順方向電圧を測定してもよい。具体的には、ソース電極10に対しドレイン電極11に正の電圧が印加された状態で、ゲート電極9にゲート閾値以上の電圧を印加して、MOSFETに電流を流し、ソース電極10とドレイン電極11との間の順方向電圧を測定する。 In this flowchart, a current is passed through the built-in diode of the MOSFET to measure the forward voltage of the built-in diode, but a current may be passed through the MOSFET to measure the forward voltage of the MOSFET. Specifically, in a state where a positive voltage is applied to the drain electrode 11 with respect to the source electrode 10, a voltage equal to or higher than the gate threshold is applied to the gate electrode 9 to pass a current through the MOSFET, and the source electrode 10 and the drain electrode are used. Measure the forward voltage between 11 and 11.

これにより、本フローチャートによる一連の処理は終了する。本フローチャートを実行することにより、MOSFETにダイオードを逆並列に接続したインバータ回路で長時間使用しても、信頼性が低下することないMOSFETをスクリーニングできる。 As a result, a series of processes according to this flowchart is completed. By executing this flowchart, it is possible to screen a MOSFET whose reliability does not deteriorate even if it is used for a long time in an inverter circuit in which a diode is connected to the MOSFET in antiparallel.

次に、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置について説明する。実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造は、従来の炭化珪素半導体装置の構造(図5参照)と同等であるため、図示を省略する。 Next, the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment will be described. Since the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment is the same as the structure of the conventional silicon carbide semiconductor device (see FIG. 5), the illustration is omitted.

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置は、n+型炭化珪素基板(炭化珪素基板)1の主面(おもて面)上にn型炭化珪素エピタキシャル層(第1導電型の第1半導体層)2が堆積されている。 The silicon carbide semiconductor device according to the embodiment is an n-type silicon carbide epitaxial layer (first conductive type first semiconductor layer) on the main surface (front surface) of the n + type silicon carbide substrate (silicon carbide substrate) 1. ) 2 is deposited.

+型炭化珪素基板1は、例えば窒素(N)がドーピングされた炭化珪素単結晶基板である。n型炭化珪素エピタキシャル層2は、n+型炭化珪素基板1よりも低い不純物濃度で例えば窒素がドーピングされてなる低濃度n型ドリフト層である。以下、n+型炭化珪素基板1単体、またはn+型炭化珪素基板1とn型炭化珪素エピタキシャル層2を併せて炭化珪素半導体基体とする。 The n + type silicon carbide substrate 1 is, for example, a silicon carbide single crystal substrate doped with nitrogen (N). The n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is a low-concentration n-type drift layer in which, for example, nitrogen is doped with an impurity concentration lower than that of the n + type silicon carbide substrate 1. Hereinafter, the n + type silicon carbide substrate 1 alone, or the n + type silicon carbide substrate 1 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 are combined to form a silicon carbide semiconductor substrate.

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置は、ドレイン領域となるn+型炭化珪素基板1のn型炭化珪素エピタキシャル層2側に対して反対側の表面(炭化珪素半導体基体の裏面)には、ドレイン電極(第2電極)11が設けられている。また、外部装置と接続するためのドレイン電極パッド(不図示)が設けられている。 The silicon carbide semiconductor device according to the embodiment has a drain on the surface (the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate) opposite to the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 side of the n + type silicon carbide substrate 1 which is a drain region. An electrode (second electrode) 11 is provided. Further, a drain electrode pad (not shown) for connecting to an external device is provided.

炭化珪素半導体基体のおもて面側には、MOS(金属-酸化膜-半導体からなる絶縁ゲート)ゲート構造(素子構造)が形成されている。具体的には、n型炭化珪素エピタキシャル層2のn+型炭化珪素基板1側に対して反対側(炭化珪素半導体基体のおもて面側)の表面層には、p+型ベース領域3が選択的に設けられている。p+型ベース領域3は、例えばアルミニウム(Al)がドーピングされている。 A MOS (insulated gate made of metal-oxide film-semiconductor) gate structure (element structure) is formed on the front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. Specifically, the p + type base region 3 is on the surface layer of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 on the side opposite to the n + type silicon carbide substrate 1 side (the front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). Is selectively provided. The p + type base region 3 is doped with, for example, aluminum (Al).

+型ベース領域3、および当該隣り合うp+型ベース領域3に挟まれたn型炭化珪素エピタキシャル層2の表面には、p型炭化珪素エピタキシャル層(以下、p型ベース層とする)4が選択的に堆積されている。p型ベース層(第2導電型の第2半導体層)4の不純物濃度は、p+型ベース領域3の不純物濃度よりも低い。p型ベース層4は、例えばアルミニウムがドーピングされている。 A p-type silicon carbide epitaxial layer (hereinafter referred to as p-type base layer) 4 is formed on the surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 sandwiched between the p + type base region 3 and the adjacent p + type base regions 3. Are selectively deposited. The impurity concentration of the p-type base layer (second conductive type second semiconductor layer) 4 is lower than the impurity concentration of the p + type base region 3. The p-type base layer 4 is doped with, for example, aluminum.

+型ベース領域3上のp型ベース層4の表面には、n+型ソース領域(第1導電型の第1半導体領域)5およびp+型コンタクト領域6が設けられている。また、n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6は互いに接する。n+型ソース領域5は、p+型コンタクト領域6の外周に配置されている。 An n + type source region (first conductive type first semiconductor region) 5 and a p + type contact region 6 are provided on the surface of the p-type base layer 4 on the p + type base region 3. Further, the n + type source region 5 and the p + type contact region 6 are in contact with each other. The n + type source region 5 is arranged on the outer periphery of the p + type contact region 6.

また、p型ベース層4の、n型炭化珪素エピタキシャル層2上の部分には、深さ方向にp型ベース層4を貫通しn型炭化珪素エピタキシャル層2に達するn型ウェル領域7が設けられている。n型ウェル領域7は、n型炭化珪素エピタキシャル層2とともにドリフト領域を構成する。p型ベース層4の、n+型ソース領域5とn型ウェル領域7とに挟まれた部分の表面には、ゲート絶縁膜8を介してゲート電極9が設けられている。ゲート電極9は、ゲート絶縁膜8を介して、n型ウェル領域7の表面に設けられていてもよい。 Further, in the portion of the p-type base layer 4 on the n-type silicon carbide epitaxial layer 2, an n-type well region 7 that penetrates the p-type base layer 4 in the depth direction and reaches the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is provided. Has been done. The n-type well region 7 constitutes a drift region together with the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. A gate electrode 9 is provided on the surface of the portion of the p-type base layer 4 sandwiched between the n + type source region 5 and the n-type well region 7 via the gate insulating film 8. The gate electrode 9 may be provided on the surface of the n-type well region 7 via the gate insulating film 8.

層間絶縁膜(不図示)は、炭化珪素半導体基体のおもて面側の全面に、ゲート電極9を覆うように設けられている。ソース電極(第1電極)10は、層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールを介して、n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6に接する。ソース電極10は、層間絶縁膜によって、ゲート電極9と電気的に絶縁されている。ソース電極10上には、電極パッド(不図示)が設けられている。 The interlayer insulating film (not shown) is provided on the entire surface of the silicon carbide semiconductor substrate on the front surface side so as to cover the gate electrode 9. The source electrode (first electrode) 10 is in contact with the n + type source region 5 and the p + type contact region 6 via a contact hole opened in the interlayer insulating film. The source electrode 10 is electrically insulated from the gate electrode 9 by an interlayer insulating film. An electrode pad (not shown) is provided on the source electrode 10.

図3は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法の例を示すグラフである。図3において、横軸は電流印加時間を示し、縦軸は順方向電圧の変化率を示し、単位は%である。ここで、図3の例1は、不適格品の例であり、例2は、適格品の例である。 FIG. 3 is a graph showing an example of a method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the current application time, the vertical axis indicates the rate of change of the forward voltage, and the unit is%. Here, Example 1 of FIG. 3 is an example of an unqualified product, and Example 2 is an example of a qualified product.

最初に例1の場合を説明する。MOSFETの温度を50℃以上145℃以下にして、MOSFETの内蔵ダイオードに電流密度が118A/cm2以下の順方向電流を通電する。次に、時刻t0で順方向電圧の初期値を測定する。次に、所定時間待機した後、時刻t1で順方向電圧を測定し、順方向電圧の変化率を算出する。時刻t1で算出した順方向電圧の変化率は3%以下であり、最初の順方向電圧の算出であるため、所定時間待機した後、時刻t2で順方向電圧を測定し、順方向電圧の変化率を算出する。時刻t2で算出した順方向電圧の変化率は3%以下であり、時刻t1の変化率と比較して、変化率が変化しているため、所定時間待機した後、時刻t3で順方向電圧を測定し、順方向電圧の変化率を算出する。ここで、時刻t3で算出した順方向電圧の変化率は3%を超えるため、当該MOSFETを不適格品と選別する。 First, the case of Example 1 will be described. The temperature of the MOSFET is set to 50 ° C. or higher and 145 ° C. or lower, and a forward current having a current density of 118 A / cm 2 or lower is applied to the built-in diode of the MOSFET. Next, the initial value of the forward voltage is measured at time t0. Next, after waiting for a predetermined time, the forward voltage is measured at time t1 and the rate of change of the forward voltage is calculated. The rate of change of the forward voltage calculated at time t1 is 3% or less, which is the first calculation of the forward voltage. Therefore, after waiting for a predetermined time, the forward voltage is measured at time t2 and the change of the forward voltage is performed. Calculate the rate. The rate of change of the forward voltage calculated at time t2 is 3% or less, and the rate of change has changed compared to the rate of change at time t1. Therefore, after waiting for a predetermined time, the forward voltage is applied at time t3. Measure and calculate the rate of change of forward voltage. Here, since the rate of change of the forward voltage calculated at time t3 exceeds 3%, the MOSFET is selected as an unqualified product.

次に例2の場合を説明する。例1の場合と同様にMOSFETの内蔵ダイオードに順方向電流を通電し、時刻t0で順方向電圧の初期値を測定する。次に、所定時間待機した後、時刻t1で順方向電圧を測定し、順方向電圧の変化率を算出する。時刻t1で算出した順方向電圧の変化率は3%以下であり、最初の順方向電圧の算出であるため、所定時間待機した後、時刻t2で順方向電圧を測定し、順方向電圧の変化率を算出する。時刻t2で算出した順方向電圧の変化率は3%以下であり、時刻t1の変化率と比較して、変化率が変化しているため、所定時間待機した後、時刻t3で順方向電圧を測定し、順方向電圧の変化率を算出する。時刻t3、t4でも時刻t2の場合と同様になる。一方、時刻t5では、算出した順方向電圧の変化率は3%以下であり、時刻t4の変化率と時刻t5の変化率は等しく、変化していない。このため、測定を終了し、当該MOSFETを適格品と選別する。 Next, the case of Example 2 will be described. As in the case of Example 1, a forward current is applied to the built-in diode of the MOSFET, and the initial value of the forward voltage is measured at time t0. Next, after waiting for a predetermined time, the forward voltage is measured at time t1 and the rate of change of the forward voltage is calculated. The rate of change of the forward voltage calculated at time t1 is 3% or less, which is the first calculation of the forward voltage. Therefore, after waiting for a predetermined time, the forward voltage is measured at time t2 and the change of the forward voltage is performed. Calculate the rate. The rate of change of the forward voltage calculated at time t2 is 3% or less, and the rate of change has changed compared to the rate of change at time t1. Therefore, after waiting for a predetermined time, the forward voltage is applied at time t3. Measure and calculate the rate of change of forward voltage. The time t3 and t4 are the same as the case of time t2. On the other hand, at time t5, the calculated rate of change in the forward voltage is 3% or less, and the rate of change at time t4 and the rate of change at time t5 are equal and do not change. Therefore, the measurement is completed and the MOSFET is selected as a qualified product.

図4は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の他の構造を示す断面図である。図4は、トレンチ構造を設けた縦型MOSFETである。縦型MOSFETでは、チャネルが基板表面に対して平行に形成されるプレーナー構造よりも基板表面に対して垂直に形成されるトレンチ構造の方が単位面積当たりのセル密度を増やすことができるため、単位面積当たりの電流密度を増やすことができ、コスト面から有利である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing another structure of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. FIG. 4 is a vertical MOSFET provided with a trench structure. In a vertical MOSFET, a trench structure in which channels are formed perpendicular to the substrate surface can increase the cell density per unit area rather than a planar structure in which channels are formed parallel to the substrate surface. The current density per area can be increased, which is advantageous in terms of cost.

図4において、炭化珪素半導体基体の第1主面側(p型ベース層4側)には、トレンチ構造が形成されている。具体的には、トレンチ18は、p型ベース層4のn+型炭化珪素基板1側に対して反対側(炭化珪素半導体基体の第1主面側)の表面からp型ベース層4を貫通してn型炭化珪素エピタキシャル層2に達する。トレンチ18の内壁に沿って、トレンチ18の底部および側壁にゲート絶縁膜8が形成されており、トレンチ18内のゲート絶縁膜8の内側にゲート電極9が形成されている。ゲート絶縁膜8によりゲート電極9が、n型炭化珪素エピタキシャル層2およびp型ベース層4と絶縁されている。ゲート電極9の一部は、トレンチ18の上方(ソース電極パッドが設けられている側)からソース電極パッド側に突出していてもよい。 In FIG. 4, a trench structure is formed on the first main surface side (p-type base layer 4 side) of the silicon carbide semiconductor substrate. Specifically, the trench 18 penetrates the p-type base layer 4 from the surface opposite to the n + type silicon carbide substrate 1 side of the p-type base layer 4 (the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). Then, it reaches the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. A gate insulating film 8 is formed on the bottom and side walls of the trench 18 along the inner wall of the trench 18, and a gate electrode 9 is formed inside the gate insulating film 8 in the trench 18. The gate electrode 9 is insulated from the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 and the p-type base layer 4 by the gate insulating film 8. A part of the gate electrode 9 may protrude from above the trench 18 (the side where the source electrode pad is provided) toward the source electrode pad side.

n型炭化珪素エピタキシャル層2のn+型炭化珪素基板1側に対して反対側(炭化珪素半導体基体の第1主面側)の表面には、p+型ベース領域3が選択的に設けられている。p+型ベース領域3は、トレンチ18の底部よりもドレイン側に深い位置にまで達している。p+型ベース領域3の下端部(ドレイン側端部)は、トレンチ18の底部よりもドレイン側に位置する。 A p + type base region 3 is selectively provided on the surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 on the side opposite to the n + type silicon carbide substrate 1 side (the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). ing. The p + type base region 3 reaches a position deeper on the drain side than the bottom of the trench 18. The lower end portion (drain side end portion) of the p + type base region 3 is located on the drain side with respect to the bottom portion of the trench 18.

また、n型炭化珪素エピタキシャル層2の内部には、第2p+型領域3aが選択的に設けられている。第2p+型領域3aは、トレンチ18の底に接するように設けられている。第2p+型領域3aは、p型ベース層4とn型炭化珪素エピタキシャル層2との界面よりもドレイン側に深い位置から、n+型炭化珪素基板1とn型炭化珪素エピタキシャル層2との界面に達しない深さで設けられている。 Further, a second p + type region 3a is selectively provided inside the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. The second p + type region 3a is provided so as to be in contact with the bottom of the trench 18. The second p + type region 3a includes the n + type silicon carbide substrate 1 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 from a position deeper on the drain side than the interface between the p-type base layer 4 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. It is provided at a depth that does not reach the interface.

図4に示すMOSFETの他の構造は、図5に示すMOSFETの構造と同様であるため、説明を省略する。トレンチ構造を設けた縦型MOSFETも、p型ベース層4とn型炭化珪素エピタキシャル層2からなる内蔵ダイオードを有しているため、本発明の選別方法は有効である。 Since the other structure of the MOSFET shown in FIG. 4 is the same as the structure of the MOSFET shown in FIG. 5, the description thereof will be omitted. Since the vertical MOSFET provided with the trench structure also has a built-in diode composed of the p-type base layer 4 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 2, the sorting method of the present invention is effective.

以上、説明したように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法によれば、炭化珪素半導体装置の温度を50℃以上145℃以下に設定し、電流密度が118A/cm2以下の順方向電流を流し、順方向電圧の変化率が3%より低い炭化珪素半導体装置を選別している。これにより、炭化珪素半導体装置にダイオードを逆並列に接続したインバータ回路で長時間使用しても、基板の積層欠陥が成長するが少なく、炭化珪素半導体装置の特性が劣化しない。このため、信頼性が低下することのない炭化珪素半導体装置をスクリーニングできる。 As described above, according to the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the embodiment, the temperature of the silicon carbide semiconductor device is set to 50 ° C. or higher and 145 ° C. or lower, and the current density is 118 A / cm 2 or lower in this order. Silicon carbide semiconductor devices that pass a directional current and have a rate of change in forward voltage of less than 3% are selected. As a result, even if the inverter circuit in which the diode is connected in antiparallel to the silicon carbide semiconductor device is used for a long time, the stacking defect of the substrate is less likely to grow and the characteristics of the silicon carbide semiconductor device are not deteriorated. Therefore, it is possible to screen a silicon carbide semiconductor device that does not deteriorate in reliability.

また、選別にかかる時間は、順方向電圧の変化率が3%を超えるまで、または順方向電圧の変化率が飽和するまでの短い時間である。このため、実施の形態では短い時間で炭化珪素半導体装置をスクリーニングできる。 Further, the time required for sorting is a short time until the rate of change of the forward voltage exceeds 3% or the rate of change of the forward voltage is saturated. Therefore, in the embodiment, the silicon carbide semiconductor device can be screened in a short time.

実施の形態では、炭化珪素半導体装置にダイオードとして、SiC-SBDを用いても、Si-SBDを用いてもかまわない。インバータ装置の耐熱性のため、SiC-SBDのほうが好ましい。また、SBDではなく、PNダイオードでも可能である。 In the embodiment, SiC-SBD or Si-SBD may be used as the diode in the silicon carbide semiconductor device. SiC-SBD is preferable because of the heat resistance of the inverter device. It is also possible to use a PN diode instead of the SBD.

以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した各実施の形態では、ワイドバンドギャップ半導体として炭化珪素を用いた場合を例に説明しているが、炭化珪素以外の例えば窒化ガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ半導体にも適用可能である。また、各実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 In the above, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and in each of the above-described embodiments, for example, the dimensions of each part, the impurity concentration, and the like are set variously according to the required specifications and the like. Further, in each of the above-described embodiments, the case where silicon carbide is used as the wide bandgap semiconductor is described as an example, but it can also be applied to a widebandgap semiconductor such as gallium nitride (GaN) other than silicon carbide. Is. Further, in each embodiment, the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type, but in the present invention, the first conductive type is p-type and the second conductive type is n-type. It holds.

以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、炭化珪素半導体装置にダイオードを逆並列に接続したインバータ回路で用いられる炭化珪素半導体装置に有用である。 As described above, the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is useful for a silicon carbide semiconductor device used in an inverter circuit in which a diode is connected in antiparallel to the silicon carbide semiconductor device.

1 n+型炭化珪素基板
2 n型炭化珪素エピタキシャル層
3 p+型ベース領域
3a 第2p+型領域
4 p型ベース層
5 n+型ソース領域
6 p+型コンタクト領域
7 n型ウェル領域
8 ゲート絶縁膜
9 ゲート電極
10 ソース電極
11 ドレイン電極
18 トレンチ
21、22、23、24 MOSFET
25 負荷
26、27、28、29 内蔵ダイオード
30、31、32、33 SiC-SBD
34 入力回路
1 n + type silicon carbide substrate 2 n type silicon carbide epitaxial layer 3 p + type base region 3a 2nd p + type region 4 p type base layer 5 n + type source region 6 p + type contact region 7 n type well region 8 gate Insulating film 9 Gate electrode 10 Source electrode 11 Drain electrode 18 Trench 21, 22, 23, 24 MOSFET
25 Loads 26, 27, 28, 29 Built-in diodes 30, 31, 32, 33 SiC-SBD
34 Input circuit

Claims (8)

MOSFETを有する炭化珪素半導体装置の選別方法であって、
前記炭化珪素半導体装置の温度を50℃以上145℃以下に設定する第1工程と、
前記MOSFETの内蔵ダイオードに電流密度が118A/cm2以下の順方向電流を流す第2工程と、
前記第2工程の前後において、前記MOSFETの順方向電圧を測定する第3工程と、
前記測定した順方向電圧から前記MOSFETの順方向電圧の変化率を算出する第4工程と、
前記算出した変化率が3%より低い前記炭化珪素半導体装置を選別する第5工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の選別方法。
It is a method for selecting a silicon carbide semiconductor device having a MOS FET .
The first step of setting the temperature of the silicon carbide semiconductor device to 50 ° C. or higher and 145 ° C. or lower, and
The second step of passing a forward current having a current density of 118 A / cm 2 or less through the built-in diode of the MOSFET ,
Before and after the second step, the third step of measuring the forward voltage of the MOSFET and the third step,
The fourth step of calculating the rate of change of the forward voltage of the MOSFET from the measured forward voltage, and
The fifth step of selecting the silicon carbide semiconductor device having the calculated rate of change of less than 3%, and
A method for selecting a silicon carbide semiconductor device, which comprises.
前記炭化珪素半導体装置は、前記MOSFETに逆並列に接続されたダイオードをさらに備え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の選別方法。The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon carbide semiconductor device further includes a diode connected in antiparallel to the MOSFET. MOSゲート構造を有する炭化珪素半導体装置と、前記炭化珪素半導体装置に逆並列に接続されたダイオードと、を備えるインバータ回路に用いられる前記炭化珪素半導体装置の選別方法であって、A method for selecting a silicon carbide semiconductor device used in an inverter circuit including a silicon carbide semiconductor device having a MOS gate structure and a diode connected in antiparallel to the silicon carbide semiconductor device.
前記炭化珪素半導体装置の温度を50℃以上145℃以下に設定する第1工程と、The first step of setting the temperature of the silicon carbide semiconductor device to 50 ° C. or higher and 145 ° C. or lower, and
前記炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに電流密度が118A/cmThe current density of the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device is 118 A / cm. 22 以下の順方向電流を流す第2工程と、The second step of passing the following forward current and
前記第2工程の前後において、前記炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードの順方向電圧を測定する第3工程と、Before and after the second step, the third step of measuring the forward voltage of the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device and the third step.
前記測定した順方向電圧から前記炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードの順方向電圧の変化率を算出する第4工程と、The fourth step of calculating the rate of change of the forward voltage of the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device from the measured forward voltage, and
前記算出した変化率が3%より低い前記炭化珪素半導体装置を選別する第5工程と、The fifth step of selecting the silicon carbide semiconductor device having the calculated rate of change of less than 3%, and
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の選別方法。A method for selecting a silicon carbide semiconductor device, which comprises.
前記第1工程では、前記炭化珪素半導体装置の温度を60℃以上90℃以下に設定することを特徴とする請求項1または3に記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or 3, wherein in the first step, the temperature of the silicon carbide semiconductor device is set to 60 ° C. or higher and 90 ° C. or lower. 前記第5工程では、前記算出した変化率が飽和し、かつ、前記算出した変化率が3%より低い前記炭化珪素半導体装置を選別することを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。One of claims 1 to 4, wherein in the fifth step, the silicon carbide semiconductor device is selected, wherein the calculated change rate is saturated and the calculated change rate is lower than 3%. The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the above. 前記ダイオードは、炭化珪素ショットキーバリアダイオードであることを特徴とする請求項2~5のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 2 to 5, wherein the diode is a silicon carbide Schottky barrier diode. 前記炭化珪素半導体装置は、The silicon carbide semiconductor device is
炭化珪素基板のおもて面に設けられた第1導電型の第1半導体層と、The first conductive type first semiconductor layer provided on the front surface of the silicon carbide substrate and
前記第1半導体層の、前記炭化珪素基板側に対して反対側に設けられた第2導電型の第2半導体層と、A second conductive type second semiconductor layer provided on the opposite side of the first semiconductor layer with respect to the silicon carbide substrate side,
前記第2半導体層の内部に選択的に設けられた、前記炭化珪素基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第1半導体領域と、A first conductive type first semiconductor region having a higher impurity concentration than the silicon carbide substrate, which is selectively provided inside the second semiconductor layer,
前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜と、The gate insulating film in contact with the second semiconductor layer and
前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面に設けられたゲート電極と、A gate electrode provided on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer, and
前記第1半導体領域と前記第2半導体層の表面に設けられた第1電極と、The first semiconductor region, the first electrode provided on the surface of the second semiconductor layer, and
前記炭化珪素基板の裏面に設けられた第2電極と、The second electrode provided on the back surface of the silicon carbide substrate and
を備えることを特徴とする請求項1~6のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the silicon carbide semiconductor device is provided.
前記炭化珪素半導体装置は、The silicon carbide semiconductor device is
前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達するトレンチをさらに備え、Further provided with a trench that penetrates the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer.
前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする請求項7に記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to claim 7, wherein the gate electrode is provided inside the trench via the gate insulating film.
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