JP7047981B1 - Silicon carbide semiconductor device and power conversion device - Google Patents
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Abstract
本開示の炭化珪素半導体装置は、活性領域と終端領域とを有し、第1導電型のドリフト層(20)と、ドリフト層上の第2導電型のボディ領域(30)と、活性領域内のボディ領域上に設けられた第1導電型のソース領域(40)と、ボディ領域およびソース領域を貫通するゲートトレンチ(81)と、ゲートトレンチ内にゲート絶縁膜(50)を介して形成されたゲート電極(60)と、活性領域内のボディ領域を貫通して形成されたショットキトレンチ(82)と、終端領域内のボディ領域を貫通して互いに平行に形成された複数のJBSトレンチ(83)と、ソース領域と接続され、ショットキトレンチ内およびJBSトレンチ内にドリフト層とショットキ接続されるソース電極(70)とを備える。本開示の炭化珪素半導体装置によれば、信頼性の高い炭化珪素半導体装置を得ることができる。The silicon carbide semiconductor device of the present disclosure has an active region and a terminal region, and has a first conductive type drift layer (20), a second conductive type body region (30) on the drift layer, and an active region. A first conductive type source region (40) provided on the body region of the above, a gate trench (81) penetrating the body region and the source region, and a gate insulating film (50) formed in the gate trench. The gate electrode (60), the Schottki trench (82) formed through the body region in the active region, and the plurality of JBS trenches (83) formed in parallel with each other through the body region in the terminal region. ), And a source electrode (70) connected to the source region and connected to the drift layer in the Schottky trench and the JBS trench. According to the silicon carbide semiconductor device of the present disclosure, a highly reliable silicon carbide semiconductor device can be obtained.
Description
本開示は、トレンチゲートを有する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に関するものである。 The present disclosure relates to a silicon carbide semiconductor device having a trench gate and a power conversion device using the silicon carbide semiconductor device.
MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)等のユニポーラ型のスイッチング素子と、ショットキバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode)等のユニポーラ型の還流ダイオードとを内蔵する電力用の半導体装置が知られている。そのような半導体装置は、同一のチップにMOSFETセルとSBDセルとを並列に配置することで実現でき、一般的には、チップ内の特定の領域にショットキ電極を設け、その領域をSBDとして動作させることで実現できる。 It incorporates a unipolar type switching element such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effective-Transistor: isolated gate type field effect transistor) and a unipolar type recirculation diode such as a Schottky barrier diode (SBD). Semiconductor devices for electric power are known. Such a semiconductor device can be realized by arranging a MOSFET cell and an SBD cell in parallel on the same chip, and generally, a Schottky electrode is provided in a specific region in the chip and the region operates as an SBD. It can be realized by letting it.
スイッチング素子のチップに還流ダイオードを内蔵させることで、スイッチング素子に還流ダイオードを外付けする場合に比べてコストを低減できる。特に、炭化珪素(SiC)を母材として用いたMOSFETでは、SBDを内蔵させることにより寄生pnダイオードによるバイポーラ動作を抑制できることもメリットの一つとなる。なぜなら、炭化珪素半導体装置では、寄生pnダイオード動作によるキャリアの再結合エネルギーに起因する結晶欠陥の拡張により、素子の信頼性が損なわれる場合があるからである。 By incorporating a freewheeling diode in the chip of the switching element, the cost can be reduced as compared with the case where the freewheeling diode is externally attached to the switching element. In particular, in a MOSFET using silicon carbide (SiC) as a base material, it is one of the merits that the bipolar operation due to the parasitic pn diode can be suppressed by incorporating the SBD. This is because, in a silicon carbide semiconductor device, the reliability of the device may be impaired due to the expansion of crystal defects caused by the recombination energy of carriers due to the operation of the parasitic pn diode.
また、半導体層に形成されたトレンチ内にゲート電極が埋め込まれた構造を有するトレンチゲート型MOSFETでは、半導体層の表面上にゲート電極が形成された構造を有するプレーナー型MOSFETに比べ、トレンチの側壁にチャネルを形成できる分、チャネル長を小さくでき、オン抵抗を低減できることが知られていた(例えば特許文献1)。 Further, in the trench gate type MOSFET having a structure in which the gate electrode is embedded in the trench formed in the semiconductor layer, the side wall of the trench is compared with the planar type MOSFET having the structure in which the gate electrode is formed on the surface of the semiconductor layer. It has been known that the channel length can be reduced and the on-resistance can be reduced by the amount that the channel can be formed (for example, Patent Document 1).
さらに、SBD内蔵のMOSFETにおいて、終端構造部分においてSBDを高密度に配置する方法として、終端ボディ領域内にJBS(Junction Barrier Schottky)を配置する構造が知られていた(例えば特許文献2)。 Further, in a MOSFET having a built-in SBD, a structure in which a JBS (Junction Barrier Schottky) is arranged in a terminal body region has been known as a method of arranging an SBD at a high density in a terminal structure portion (for example, Patent Document 2).
しかしながら、SBD内蔵のトレンチ型MOSFETの終端領域としてp型ボディ領域をトレンチ底部に形成した場合、耐圧を保持するためにより高密度のユニポーラ電流が必要になる場合があった。
また、特許文献2のような半導体層の表面に形成するJBSと特許文献1のようなトレンチ側壁にショットキ面を形成する構造とを同一チップ内に形成すると、製造工程が多くなり、製造コストが高くなる場合があった。However, when a p-type body region is formed at the bottom of the trench as the terminal region of the trench-type MOSFET with a built-in SBD, a higher density unipolar current may be required to maintain the withstand voltage.
Further, if the JBS formed on the surface of the semiconductor layer as in
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、SBDを内蔵させたトレンチ型のSiCMOSFETにおいて、終端構造に高密度のユニポーラ電流を流すことが可能な構造を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and to provide a structure capable of passing a high-density unipolar current through a terminal structure in a trench-type SiC MOSFET with a built-in SBD. With the goal.
本開示の炭化珪素半導体装置は、活性領域と終端領域とを有し、第1導電型のドリフト層と、ドリフト層上に設けられた第2導電型のボディ領域と、活性領域内のボディ領域上に設けられた第1導電型のソース領域と、ボディ領域およびソース領域をドリフト層の厚さ方向に貫通するゲートトレンチと、ゲートトレンチ内にゲート絶縁膜を介してボディ領域と対向して形成されたゲート電極と、活性領域内のボディ領域をドリフト層の厚さ方向に貫通しゲートトレンチに平面視で平行に形成されたショットキトレンチと、終端領域内のボディ領域をドリフト層の厚さ方向に貫通して互いに平面視で平行に形成された複数のJBSトレンチと、ゲートトレンチの底の前記ドリフト層内に形成された第1保護領域と、ショットキトレンチの底の前記ドリフト層内に形成された第2保護領域と、JBSトレンチの底の前記ドリフト層内に形成された第3保護領域と、ソース領域と接続されショットキトレンチ内およびJBSトレンチ内にドリフト層とショットキ接続されて形成されるソース電極とを備えたものである。
The silicon carbide semiconductor device of the present disclosure has an active region and a terminal region, a first conductive type drift layer, a second conductive type body region provided on the drift layer, and a body region within the active region. A first conductive type source region provided above, a gate trench penetrating the body region and the source region in the thickness direction of the drift layer, and a gate trench formed in the gate trench facing the body region via a gate insulating film. The gate electrode is formed, the Schottky trench is formed parallel to the gate trench in a plan view by penetrating the body region in the active region in the thickness direction of the drift layer, and the body region in the termination region is formed in the thickness direction of the drift layer. A plurality of JBS trenches formed in parallel to each other in a plan view, a first protective region formed in the drift layer at the bottom of the gate trench, and a drift layer formed in the drift layer at the bottom of the Schottky trench. A second protected region, a third protected region formed in the drift layer at the bottom of the JBS trench, and a source formed by being connected to the source region and connected to the drift layer in the Schottky trench and in the JBS trench. It is equipped with an electrode.
本発明にかかる炭化珪素半導体装置によれば、終端構造に高密度のユニポーラ電流を流すことができ、信頼性の高い炭化珪素半導体装置を低い製造コストで得ることができる。 According to the silicon carbide semiconductor device according to the present invention, a high-density unipolar current can be passed through the terminal structure, and a highly reliable silicon carbide semiconductor device can be obtained at a low manufacturing cost.
以下、添付の図面を参照しながら実施の形態について説明する。なお、図面は模式的に示されるものであり、異なる図面にそれぞれ示されている画像のサイズ及び位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得る。また、以下の説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称及び機能も同様のものとする。よって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the drawings are schematically shown, and the interrelationship between the sizes and positions of the images shown in different drawings is not always accurately described and may be changed as appropriate. Further, in the following description, similar components are illustrated with the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description about them may be omitted.
実施の形態1.
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バリアダイオード内蔵トレンチ型炭化珪素MOSFET(SBD内蔵SiCトレンチMOSFET)の活性領域から終端領域にかけての一部分の断面図である。また、図2は、図1に示すSBD内蔵SiCトレンチMOSFETに対応する平面図であり、トレンチだけを記載したものである。Embodiment 1.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a part of a trench-type silicon carbide MOSFET with a built-in Schottky barrier diode (SiC trench MOSFET with a built-in SBD), which is a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, from an active region to a terminal region. Further, FIG. 2 is a plan view corresponding to the SiC trench MOSFET with built-in SBD shown in FIG. 1, and only the trench is shown.
図1に示すように、n型で低抵抗の炭化珪素で構成される半導体基板10の表面上に、n型の炭化珪素で構成されるドリフト層20が形成されている。ドリフト層20上にはp型の炭化珪素で構成されるボディ領域30が設けられている。
活性領域においては、ボディ領域30が形成されたドリフト層20にゲートトレンチ81とショットキトレンチ82とが交互に、かつ、平行に配置されている。ゲートトレンチ81とショットキトレンチ82とに隣接するボディ領域30上には、n型の炭化珪素で構成されるソース領域40が設けられている。ゲートトレンチ81とショットキトレンチ82との間のボディ領域30の表層部には、低抵抗p型のコンタクト領域90が形成されている。As shown in FIG. 1, a
In the active region, the
ゲートトレンチ81は、ソース領域40の表面からソース領域40およびボディ領域30を貫通してドリフト層20に達するように形成されている。ショットキトレンチ82は、ソース領域40の表面からソース領域40およびボディ領域30を貫通してドリフト層20に達するように形成されている。ゲートトレンチ81内には酸化珪素からなるゲート絶縁膜50を介してゲート電極60が形成されている。ゲート電極60は、不純物濃度が高い低抵抗多結晶珪素で構成されている。ゲート電極60上には酸化珪素からなる層間絶縁膜55が形成されている。ショットキトレンチ82内にはソース電極70が形成されており、ソース電極70はドリフト層20とショットキ接続する。ゲートトレンチ81の底のドリフト層20内には、p型の第1保護領域31が形成されている。ショットキトレンチ82の底のドリフト層20内には、p型の第2保護領域32が形成されている。第1保護領域31と第2保護領域32とは、同じ深さで同じ不純物濃度である。
The
図2に示すように、活性領域の平面視上の外側に位置し、活性領域を囲んで形成された終端領域においては、活性領域に近い位置に第1外周トレンチ84が形成され、活性領域から遠いチップ外周端に近い箇所にはチップ端にまでの第2外周トレンチ85が形成されている。ここで、第2外周トレンチ85がチップ端まで達している場合について説明するが、第2外周トレンチ85はチップ端まで達していなくてもよく、チップ端より内側までに形成されていてもよい。第2外周トレンチ85がチップ端まで達している場合にはトレンチ形状にはならないが、ここではトレンチがチップ端まで達していようがいまいがトレンチと呼ぶことにする。第1外周トレンチ84と第2外周トレンチ85との間には、複数のJBSトレンチ83が形成されている。JBSトレンチ83と第1外周トレンチ84と第2外周トレンチ85とは、部分的に分断されている。
活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82と、および、終端領域のJBSトレンチ83、第1外周トレンチ84と第2外周トレンチ85とは、同じ深さで形成されている。As shown in FIG. 2, in the terminal region located outside the active region in a plan view and surrounding the active region, the first outer
The
終端領域の断面構造について説明する。図1に示すように、終端領域においては、活性領域に近い位置に、その幅がショットキトレンチ81の幅より大きい第1外周トレンチ84が形成されている。第1外周トレンチ84の外周側には、複数のJBSトレンチ83が形成されている。複数のJBSトレンチ83の外周側には、第1外周トレンチ84の幅より幅が大きい第2外周トレンチ85が形成されている。
ここで、チップのコーナー部以外では、第1外周トレンチ84、複数のJBSトレンチ83、第2外周トレンチ85は互いに平行に形成されている。The cross-sectional structure of the terminal region will be described. As shown in FIG. 1, in the terminal region, a first outer
Here, except for the corner portion of the chip, the first outer
第1外周トレンチ84の底に接するドリフト層20内には、p型の第3保護領域33が形成されている。また、第2外周トレンチ85の底に接するドリフト層20内の活性領域に近い箇所にはp型の第4保護領域34が形成されている。さらに、第2外周トレンチ85の底に接するドリフト層20内の第4保護領域34の外周側には、第4保護領域34より不純物濃度が低いJTE(Junction Termination Extention)領域36が形成されている。
また、JBSトレンチ83の底に接するドリフト層20内にはp型の第5保護領域35が形成されている。
ここで、第3保護領域33、第4保護領域34、および、第5保護領域35は、活性領域の第1保護領域31と第2保護領域32と同じ深さで同じ不純物濃度である。A p-shaped third protected
Further, a p-type fifth protected
Here, the third protected
第1外周トレンチ84と第2外周トレンチ85との間のドリフト層20の表層部には、活性領域のボディ領域30と同じ深さで同じ不純物濃度のp型のボディ領域30が形成されている。さらに、ボディ領域30の表層部には、低抵抗でp型の高濃度p型領域91が形成されている。JBSトレンチ83の中にはショットキトレンチ82の中と同様にソース電極70が形成されており、ソース電極70とドリフト層20とはショットキ接続されている。JBSトレンチ83上およびボディ領域30と高濃度p型領域91上にはソース電極70が形成されており、ボディ領域30とソース電極70とはオーミック接続されている。
複数のJBSトレンチ83内のソース電極70とドリフト層20とのそれぞれのショットキ界面、複数のJBSトレンチ83の間のボディ領域30と高濃度p型領域91、および、第5保護領域35でJBSを構成する。A p-
JBS is provided at the respective Schottky interfaces between the
第1外周トレンチ84の活性領域側の側壁に隣接するドリフト層20の表層部には、高濃度低抵抗のコンタクト領域90が形成されており、第1外周トレンチ84内部の一部のボディ領域30に面する領域には、ゲート絶縁膜50を介してゲート電極60が形成されている。また、第1外周トレンチ84内部のゲート電極60が形成されていない領域には、層間絶縁膜55が形成されており、第1外周トレンチ84内の層間絶縁膜55を貫通して形成されたコンタクトホールの底の第3保護領域33には、低抵抗でn型の低抵抗n型領域41が形成されている。コンタクトホール内のソース電極70と低抵抗n型領域41とはオーミック接続されており、第4保護領域34とソース電極70とはオーミック接続されていない。
A
第2外周トレンチ85内部の第4保護領域34上には、ゲート絶縁膜50を介してゲート電極60が形成されている。また、第2外周トレンチ85内部のゲート電極60が形成されていない領域およびゲート電極60上には、層間絶縁膜55が形成されており、第2外周トレンチ85内の層間絶縁膜55を貫通して形成されたコンタクトホールの底の第4保護領域34には、低抵抗でn型の低抵抗n型領域41が形成されている。コンタクトホール内のソース電極70と低抵抗n型領域41とはオーミック接続されており、第3保護領域33とソース電極70とはオーミック接続されていない。第2外周トレンチ85内のゲート電極60は、ゲート電極60上の層間絶縁膜55に形成されたコンタクトホールを介してゲートパッド71と接続されている。
A
ここで、複数のJBSトレンチ83は、その間隔が等しく形成されており、活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82との間の間隔と同じ間隔で形成されている。また、最も内側のJBSトレンチ83と第1外周トレンチ84との間隔および最外周のJBSトレンチ83と第2外周トレンチ85との間隔も、複数のJBSトレンチ83間の間隔と同じになるように形成されている。
Here, the plurality of
次に、本実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置であるSBD内蔵SiCトレンチMOSFETの製造方法について説明する。
まず、第1主面の面方位が有する(0001)面から<11-20>方向に1°以上4°以下傾斜した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、1×1015cm-3以上、1×1017cm-3以下の不純物濃度でn型、5μm以上、50μm以下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。ドリフト層20の主面も(0001)面から<11-20>方向に1°以上4°以下傾斜する。Next, a method of manufacturing a SiC trench MOSFET with a built-in SBD, which is a silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, will be described.
First, an n-type low-resistance silicon carbide semiconductor substrate having a 4H polytype inclined by 1 ° or more and 4 ° or less in the <11-20> direction from the (0001) plane of the plane orientation of the first main surface. On top of 10, by chemical vapor deposition (CVD method), n-type, 5 μm or more, 50 μm or less with an impurity concentration of 1 × 10 15 cm -3 or more and 1 × 10 17 cm -3 or less. The
つづいて、ドリフト層20の表面にp型の不純物であるAl(アルミニウム)をイオン注入する。このとき、Alのイオン注入の深さはドリフト層20の厚さを超えない0.5μm以上、3μm以下程度とする。また、イオン注入されたAlの不純物濃度は、1×1017cm-3以上、1×1019cm-3以下の範囲でありドリフト層20の不純物濃度より高くする。本工程によりAlイオンが注入された領域がボディ領域30となる。Subsequently, Al (aluminum), which is a p-type impurity, is ion-implanted on the surface of the
次に、ドリフト層20の表面のボディ領域30の所定の箇所が開口するようにフォトレジスト等により注入マスクを形成し、n型の不純物であるN(窒素)をイオン注入する。Nのイオン注入深さはボディ領域30の厚さより浅いものとする。また、イオン注入したNの不純物濃度は、1×1018cm-3以上、1×1021cm-3以下の範囲であり、ボディ領域30のp型の不純物濃度を超えるものとする。本工程でNが注入された領域のうちn型を示す領域がソース領域40となる。その後、注入マスクを除去する。
また、同様の方法により、活性領域のソース領域40に隣接したボディ領域30の所定の領域、および、終端領域の第1外周トレンチ84形成から第2外周トレンチ85形成領域にかけての領域に、ボディ領域30の不純物濃度より高い1×1019cm-3以上、1×1021cm-3以下の範囲の不純物濃度になるようにAlをイオン注入することにより、コンタクト領域90と高濃度p型領域91とを形成する。Next, an injection mask is formed by a photoresist or the like so that a predetermined portion of the
Further, by the same method, a predetermined region of the
次に、活性領域のソース領域40が形成された領域の一部、ソース領域40が形成されていない領域の一部、および、終端領域のボディ領域30が形成された領域を開口するレジストマスクを形成し、ドライエッチング法により、ゲートトレンチ81、ショットキトレンチ82、JBSトレンチ83、第1外周トレンチ84および、第2外周トレンチ85を形成する。これらのトレンチ81~85は、別工程で形成してもよい。
ここで、活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82とは、半導体基板10のオフ角の方向である<11-20>方向と平行に形成されている。Next, a resist mask that opens a part of the region where the
Here, the
つづいて、各トレンチ81~85底部のドリフト層20に、所定の位置をマスクしたレジストマスクを形成してp型不純物をイオン注入し、それぞれ第1保護領域31、第2保護領域32、第3保護領域33、第4保護領域34、および、第5保護領域35を形成する。第1~第5保護領域のp型不純物濃度は、1×1017cm-3以上、1×1019cm-3以下である。
また、同様の方法により、第1外周トレンチ84の底部の一部と第2外周トレンチ85の底部の一部とに低抵抗n型領域41を形成する。低抵抗n型領域41のn型不純物濃度は、ソース領域40のn型不純物濃度と同程度である。Subsequently, a resist mask masking a predetermined position is formed in the
Further, by the same method, a low resistance n-
次に、熱処理装置によって、アルゴン(Ar)ガス等の不活性ガス雰囲気中で、1300から1900℃の温度で、30秒から1時間のアニールを行なう。このアニールにより、イオン注入されたN及びAlを電気的に活性化させる。 Next, the heat treatment apparatus performs annealing at a temperature of 1300 to 1900 ° C. for 30 seconds to 1 hour in an atmosphere of an inert gas such as argon (Ar) gas. This annealing electrically activates the ion-implanted N and Al.
つづいて、ショットキトレンチ82とJBSトレンチ83とを絶縁膜で覆った状態でゲートトレンチ81、第1外周トレンチ84と第2外周トレンチ85内に厚さが10nm以上、300nm以下の酸化珪素からなるゲート絶縁膜50と導電性を有する多結晶珪素からなるゲート電極60とを形成する。ゲート絶縁膜50は熱酸化法で形成する。ゲート電極60は減圧CVD法により形成する。
Next, a gate made of silicon oxide having a thickness of 10 nm or more and 300 nm or less in the
次に、厚さが500nm以上、3000nm以下の酸化珪素からなる層間絶縁膜55を減圧CVD法により形成する。
つづいて、ゲートトレンチ81上および第1外周トレンチ84と第2外周トレンチ85上の一部を残して層間絶縁膜55をドライエッチングする。
次に、Niなどの金属を堆積、アニールによるシリサイド化等の工程により、ソース領域40上およびコンタクト領域90上に図示しないオーミック電極を形成する。Next, an
Subsequently, the
Next, an ohmic electrode (not shown) is formed on the
つづいて、ショットキトレンチ82とJBSトレンチ83とのショットキ界面になるドリフト層20表面をフッ酸でライトエッチングした後に、ソース電極70、ゲートパッド71となるAl/Ti等の積層金属からなる電極を形成する、最後に半導体基板10の裏面側にドレイン電極72を形成することによって、本実施の形態のSBD内蔵SiCトレンチMOSFETを製造することができる。
Subsequently, after light-etching the surface of the
本実施の形態の炭化珪素半導体装置であるSBD内蔵SiCトレンチMOSFETによれば、終端領域に高密度のユニポーラ電流を流すことができ、その結果、終端領域のSBDを形成する領域の面積を低減できる。したがって、より信頼性の高い炭化珪素半導体装置を得ることができる。また、本実施の形態のSBD内蔵SiCトレンチMOSFETは、活性領域のゲートトレンチ、ショットキトレンチと、終端領域のJBSトレンチとを同じエッチング工程で形成することができるので、製造コストを低減できる。 According to the SiC trench MOSFET with built-in SBD, which is the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, a high-density unipolar current can be passed through the terminal region, and as a result, the area of the region forming the SBD in the terminal region can be reduced. .. Therefore, a more reliable silicon carbide semiconductor device can be obtained. Further, in the SiC trench MOSFET with built-in SBD of the present embodiment, the gate trench and the Schottky trench in the active region and the JBS trench in the terminal region can be formed by the same etching process, so that the manufacturing cost can be reduced.
なお、ここまでの実施の形態では、ソース電極70をそのままショットキトレンチ82内とJBSトレンチ83内とに形成する例を説明したが、ショットキトレンチ82内とJBSトレンチ83内とに別のショットキ金属73を形成してもよい。図3に別のショットキ金属73を使用して形成したSBD内蔵SiCトレンチMOSFETの断面図を示す。
In the embodiments up to this point, an example in which the
また、ここまでの実施の形態では、ドリフト層20の不純物濃度が一定であるように説明してきたが、ドリフト層20の不純物濃度は一定でなくでもよい。例えば、図4にその断面図を示すように、各保護領域31~35より上側には、それらより下側のドリフト層20よりn型不純物濃度を高くした高濃度ドリフト層21を形成してもよい。
ゲートトレンチ81近傍を各保護領域31~35より下側のドリフト層20より不純物濃度が高い高濃度ドリフト層21とすることにより、本実施の形態の炭化珪素半導体装置のオン抵抗をより低くすることができる。また、JBSトレンチ83間を高濃度ドリフト層21にすることにより、本実施の形態の炭化珪素半導体装置に、終端領域により大きなユニポーラ電流を流すことができる。Further, in the embodiments so far, the impurity concentration of the
By forming the vicinity of the
さらに、活性領域のショットキトレンチ82に接するドリフト層20の不純物濃度より終端領域のJBSトレンチ83に接するドリフト層20の不純物濃度を高くしてもよい。図5は、活性領域のショットキトレンチ82に接する箇所に、各保護領域31~35より下側のドリフト層20より不純物濃度が高い高濃度ドリフト層21を形成し、終端領域のJBSトレンチ83に接する箇所に高濃度ドリフト層21よりさらに不純物濃度が高い第2高濃度ドリフト層22を形成した場合の断面模式図である。
このように、活性領域のショットキトレンチ82に接するドリフト層20の不純物濃度より終端領域のJBSトレンチ83に接するドリフト層20の不純物濃度を高くすることにより、終端領域にさらに大きなユニポーラ電流を流すことができる。Further, the impurity concentration of the
In this way, by increasing the impurity concentration of the
また、JBSトレンチ83底に、活性領域のゲートトレンチ81、ショットキトレンチ82の底の第1保護領域31、第2保護領域32のp型不純物濃度よりp型不純物濃度が小さい低濃度保護領域37を形成してもよい。図6は、JBSトレンチ83底に低濃度保護領域37を形成した場合の断面模式図である。
JBSトレンチ83底に低濃度保護領域37を形成することにより、JBSトレンチ83間のドリフト層20に拡がる空乏層の幅を小さくでき、より大きなユニポーラ電流を流すことができる。Further, at the bottom of the
By forming the low
なお、本実施の形態の炭化珪素半導体装置中のJBSは、複数の同じ深さのJBSトレンチ83とJBSトレンチ83間のドリフト層20と、ドリフト層20上層部に形成されたボディ領域30と、ボディ領域30上部に形成された高濃度p型領域91とを備えた構成により、従来のSBDより高密度のユニポーラ電流を流すことができる。JBSは、JBSトレンチ83底のドリフト層内に第5保護領域35をさらに備えていてもよい。また、両端のJBSトレンチ83の両方の外側に、JBSトレンチ83と同じ深さの第1外周トレンチ84と第2外周トレンチ85とを備えていてもよい。また、第1外周トレンチ84と第2外周トレンチ85との底に、p型の第3保護領域33と第4保護領域34とを備えていてもよい。JBSトレンチ83間のドリフト層20を保護領域33~35より下側のドリフト層20よりn型不純物濃度が高い高濃度ドリフト層21としてもよい。
また、活性領域のゲートトレンチ81またはショットキトレンチ82とJBSトレンチ83との間に第1外周トレンチ84を形成しなくてもよい。図7は、第1外周トレンチ84を形成しない場合の断面模式図である。図7の構造においても、終端領域に大きなユニポーラ電流を流すことができる。
本実施の形態の炭化珪素半導体装置中では、活性領域のショットキトレンチ81が、ソース領域40と呼んだn型の領域を貫通して形成されている図を説明したが、ショットキトレンチ81に接するソース領域40は、なくてもよい。The JBS in the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment includes a
Further, it is not necessary to form the first outer
In the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, the figure in which the
実施の形態2.
実施の形態1では、SBD内蔵SiCトレンチMOSFETの活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82との間隔が、終端領域のJBSトレンチ83間の間隔と同じ例について説明したが、本実施の形態では、終端領域のJBSトレンチ83間の間隔が活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82との間隔より小さい。その他の点については、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明は省略する。
In the first embodiment, an example in which the distance between the
図8は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置であるSBD内蔵SiCトレンチMOSFETの活性領域から終端領域にかけての部分断面図である。図8において、活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82との間隔D1は、終端領域のJBSトレンチ83間の間隔D2より大きく形成されている。
本実施の形態のSBD内蔵SiCトレンチMOSFETは、実施の形態1のものと同じ工程で、マスクパターンを変えることによって形成できる。FIG. 8 is a partial cross-sectional view from the active region to the terminal region of the SiC trench MOSFET with built-in SBD, which is the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. In FIG. 8, the distance D1 between the
The SiC trench MOSFET with built-in SBD of the present embodiment can be formed by changing the mask pattern in the same process as that of the first embodiment.
本発明の炭化珪素半導体装置においては、ショットキ界面に接するドリフト層20の不純物濃度が高いほど、ショットキ界面に流れるユニポーラ電流密度が高くなり、オフ時にショットキ界面にかかる電界強度が大きくなる。したがって、ショットキ界面に流れる電流密度を大きくしたいという要求と、ショットキ界面にかかる電界の強度を小さくしたいという要求は、トレードオフの関係にある。
In the silicon carbide semiconductor device of the present invention, the higher the impurity concentration of the
活性領域では、ショットキ界面にかかる電界の強度を所定の値以下にするために、ドリフト層20の不純物濃度が決められ、この不純物濃度によって、必要なゲートトレンチ81とショットキトレンチ82との間隔D1が決まる。また、この不純物濃度のドリフト層20をオン電流が流れる。これに対して、終端領域では、JBSトレンチ83間にオン電流が流れないので、JBSトレンチ83間の間隔D2を小さくしてもよい。
In the active region, the impurity concentration of the
このような構成にすることにより、本実施の形態の炭化珪素半導体装置において、終端領域の幅を小さくすることができたり、同じ幅により多くのJBSトレンチ83を形成してより多くのユニポーラ電流を流したりすることができる。
さらに、実施の形態1の図5で説明した構成と同様に、JBSトレンチ83間のドリフト層20の不純物濃度を活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82との間のドリフト層20の不純物濃度より高くすることもできる。この構造を採用することにより、終端構造により高密度のユニポーラ電流を流すことができる。With such a configuration, in the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, the width of the terminal region can be reduced, or
Further, as in the configuration described with reference to FIG. 5 of the first embodiment, the impurity concentration of the
また、JBSトレンチ83の幅を活性領域のゲートトレンチ81、ショットキトレンチ82より小さくしてもよい。図9は、JBSトレンチ83の幅をゲートトレンチ81、ショットキトレンチ82の幅より小さく形成した場合の活性領域から終端領域にかけての部分断面図である。JBSトレンチ83にはゲートトレンチ81のように複数の材料を埋め込む必要が無い。そのため、終端領域のJBSトレンチ83の幅D4を活性領域のゲートトレンチ81、ショットキトレンチ82の幅D3より小さくすることができる。この構造を採用することによっても、終端構造により高密度のユニポーラ電流を流すことができる。
Further, the width of the
さらに、JBSトレンチ83を活性領域のゲートトレンチ81、ショットキトレンチ82より深く形成してもよい。図10は、JBSトレンチ83をゲートトレンチ81、ショットキトレンチ82より深く形成した場合の活性領域から終端領域にかけての部分断面図である。JBSトレンチ83を深く形成した場合にも、JBSトレンチ83のショットキ界面の面積を増大させることができ、終端構造により高密度のユニポーラ電流を流すことができる。したがって、より信頼性の高い炭化珪素半導体装置を得ることができる。
Further, the
実施の形態3.
実施の形態1では、SBD内蔵SiCトレンチMOSFETの活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82とが、終端領域のJBSトレンチ83と同じ深さで形成された構造について主に説明したが、本実施の形態では、終端領域のJBSトレンチ83が活性領域のゲートトレンチ81、ショットキトレンチ82より浅く形成されている。その他の点については、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明は省略する。Embodiment 3.
In the first embodiment, the structure in which the
図11は、実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置であるSBD内蔵SiCトレンチMOSFETの活性領域から終端領域にかけての部分断面図である。図11において、終端領域のJBSトレンチ83は、活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82とより浅く形成されている。
ここで、本実施の形態のSBD内蔵SiCトレンチMOSFETは、実施の形態1のものと同じ工程で形成し、JBSトレンチ83のエッチングは、ゲートトレンチ81とショットキトレンチ82とのエッチングと別工程で行なってもよいし、同じ工程でRIE(Reactive Ion Etching)-lagを用いて行なってもよい。FIG. 11 is a partial cross-sectional view from the active region to the terminal region of the SiC trench MOSFET with built-in SBD, which is the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment. In FIG. 11, the
Here, the SiC trench MOSFET with built-in SBD of the present embodiment is formed in the same process as that of the first embodiment, and the etching of the
本発明の炭化珪素半導体装置においては、ゲートトレンチ81とショットキトレンチ82とよりJBSトレンチ83が浅く形成されているため、JBSトレンチ83のショットキ界面の電界強度を相対的に小さくすることができる。そのため、JBSトレンチ83底に形成する第3保護領域33を設けなくすることができる。もちろん、第3保護領域33は設けてもよい。
JBSトレンチ83底に形成する第3保護領域33を設けない構成にすることにより、JBSトレンチ83底にもドリフト層20との間にショットキ界面を形成することができ、ユニポーラ電流密度をより高くすることができる。In the silicon carbide semiconductor device of the present invention, since the
By not providing the third
また、JBSトレンチ83を浅く形成することにより、JBSトレンチ83のショットキ界面の電界強度を相対的に小さくすることができ、そのため、JBSトレンチ83間のドリフト層20の不純物濃度を高くすることができる。 図12は、本実施の形態の別形態の炭化珪素半導体装置であるSBD内蔵SiCトレンチMOSFETの活性領域から終端領域にかけての部分断面図である。図12において、終端領域のJBSトレンチ83は、活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82とより浅く形成されており、JBSトレンチ83間には、第3保護領域33より下部のドリフト層20よりn型不純物濃度が高い第2高濃度ドリフト層22が形成されている。
この構造を採用することにより、より高密度のユニポーラ電流を流すことができる。Further, by forming the
By adopting this structure, a higher density unipolar current can be passed.
本実施の形態のSBD内蔵SiCトレンチMOSFETによれば、終端領域の幅を小さくすることができたり、同じ幅により多くのJBSトレンチ83を形成してより多くのユニポーラ電流を流したりすることができる。したがって、より信頼性の高い炭化珪素半導体装置を得ることができる。
According to the SBD built-in SiC trench MOSFET of the present embodiment, the width of the termination region can be reduced, or
実施の形態4.
実施の形態1では、活性領域においてゲートトレンチ81とショットキトレンチ82とが一方向に形成され、終端領域のJBSトレンチ83が活性領域を取り囲むように形成されていたが、本実施の形態の炭化珪素半導体装置では、終端領域のJBSトレンチ83が、活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82と同じ方向に形成されている。その他の点については、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明は省略する。Embodiment 4.
In the first embodiment, the
図13は、実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置であるSBD内蔵SiCトレンチMOSFETのコーナー部近傍の平面図である。図13において、終端領域のJBSトレンチ83が、活性領域のゲートトレンチ81とショットキトレンチ82と同じ向きに形成されている。
本実施の形態のSBD内蔵SiCトレンチMOSFETは、実施の形態1のものと同じ工程で、マスクパターンを変えることによって形成できる。FIG. 13 is a plan view of the vicinity of the corner portion of the SiC trench MOSFET with built-in SBD, which is the silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment. In FIG. 13, the
The SiC trench MOSFET with built-in SBD of the present embodiment can be formed by changing the mask pattern in the same process as that of the first embodiment.
本実施の形態の炭化珪素半導体装置であるSBD内蔵SiCトレンチMOSFETによれば、終端領域のショットキ界面が形成されるJBSトレンチ83のトレンチ側壁の結晶面が活性領域のショットキトレンチ82と同じ結晶面になるので、活性領域のユニポーラ電流と終端領域のユニポーラ電流との大きさの差のばらつきを小さくできる。
特に、半導体基板10の第1主面の面方位が<11-20>方向にオフ角を有する(0001)面とした場合、活性領域のゲートトレンチ81、ショットキトレンチ82、および、終端領域のJBSトレンチ83を全て<11-20>方向に平行に形成することにより、ショットキトレンチ82とJBSトレンチ83との両側のトレンチ側壁が基板のオフ方向の影響を受けなくなるため、ショットキトレンチ82とJBSトレンチ83とのショットキ界面のバリア高さのばらつきを低減できる。According to the SiC trench MOSFET with built-in SBD, which is a silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, the crystal plane of the trench side wall of the
In particular, when the surface orientation of the first main surface of the
なお、実施の形態1~4においては、p型不純物としてアルミニウム(Al)を用いたが、p型不純物がホウ素(B)またはガリウム(Ga)であってもよい。n型不純物は、窒素(N)で無く燐(P)であってもよい。実施の形態1~4で説明したMOSFETにおいては、ゲート絶縁膜は、必ずしもSiO2などの酸化膜である必要はなく、酸化膜以外の絶縁膜、または、酸化膜以外の絶縁膜と酸化膜とを組み合わせたものであってもよい。また、ゲート絶縁膜50として炭化珪素を熱酸化した酸化珪素を用いたが、CVD法による堆積膜の酸化珪素であってもよい。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。In the first to fourth embodiments, aluminum (Al) is used as the p-type impurity, but the p-type impurity may be boron (B) or gallium (Ga). The n-type impurity may be phosphorus (P) instead of nitrogen (N). In the MOSFETs described in the first to fourth embodiments, the gate insulating film does not necessarily have to be an oxide film such as SiO 2 , and the insulating film other than the oxide film, or the insulating film other than the oxide film and the oxide film It may be a combination of. Further, although silicon oxide obtained by thermally oxidizing silicon carbide is used as the
また、炭化珪素半導体装置は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)にSBDを内蔵させたものであってもよい。さらに、スーパージャンクション構造を有するMOSFET、IGBTにSBDを内蔵させたものにも適用することができる。 Further, the silicon carbide semiconductor device may have an SBD built in an insulated gate bipolar transistor (IGBT). Further, it can be applied to a MOSFET having a super junction structure, an IGBT having an SBD built-in.
実施の形態5.
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の製造方法を電力変換装置の製造に適用したものである。本開示は特定の電力変換装置の製造方法に限定されるものではないが、以下、実施の形態4として、三相のインバータの製造方法に本開示を適用した場合について説明する。Embodiment 5.
In this embodiment, the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device according to the above-described first to fourth embodiments is applied to the manufacturing of the power conversion device. Although the present disclosure is not limited to the method for manufacturing a specific power conversion device, the case where the present disclosure is applied to the method for manufacturing a three-phase inverter will be described below as the fourth embodiment.
図14は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to the present embodiment is applied.
図14に示す電力変換システムは、電源100、電力変換装置200、負荷300から構成される。電源100は、直流電源であり、電力変換装置200に直流電力を供給する。電源100は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やAC/DCコンバータで構成することとしてもよい。また、電源100を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC/DCコンバータによって構成することとしてもよい。
The power conversion system shown in FIG. 14 includes a
電力変換装置200は、電源100と負荷300の間に接続された三相のインバータであり、電源100から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷300に交流電力を供給する。電力変換装置200は、図30に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路201と、主変換回路201の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路202と、駆動回路202を制御する制御信号を駆動回路202に出力する制御回路203とを備えている。
駆動回路202は、ノーマリオフ型の各スイッチング素子を、ゲート電極の電圧とソース電極の電圧とを同電位にすることによってオフ制御している。The
The
負荷300は、電力変換装置200から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷300は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
The
以下、電力変換装置200の詳細を説明する。主変換回路201は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており(図示せず。内蔵されたSBDでもよい。)、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源100から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷300に供給する。主変換回路201の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路201は2レベルの三相フルブリッジ回路であり、6つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された6つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路201の各スイッチング素子には、上述した実施の形態1~3のいずれかにかかる炭化珪素半導体装置の製造方法で製造された炭化珪素半導体装置を適用する。6つのスイッチング素子は2つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相(U相、V相、W相)を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路201の3つの出力端子は、負荷300に接続される。
Hereinafter, the details of the
駆動回路202は、主変換回路201のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路201のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路203からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号(オン信号)であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号(オフ信号)となる。
The
制御回路203は、負荷300に所望の電力が供給されるよう主変換回路201のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷300に供給すべき電力に基づいて主変換回路201の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間(オン時間)を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するPWM制御によって主変換回路201を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、駆動回路202に制御指令(制御信号)を出力する。駆動回路202は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路201のスイッチング素子として実施の形態1~4にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法で製造された炭化珪素半導体装置を適用するため、低損失、かつ、高速スイッチングの信頼性を高めた電力変換装置を実現することができる。The
In the power conversion device according to the present embodiment, the silicon carbide semiconductor device manufactured by the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first to fourth embodiments is applied as the switching element of the
本実施の形態では、2レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、2レベルの電力変換装置としたが3レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはDC/DCコンバータやAC/DCコンバータに本発明を適用することも可能である。 In the present embodiment, an example of applying the present invention to a two-level three-phase inverter has been described, but the present invention is not limited to this, and can be applied to various power conversion devices. In the present embodiment, a two-level power conversion device is used, but a three-level or multi-level power conversion device may be used, and when power is supplied to a single-phase load, the present invention is applied to a single-phase inverter. You may apply it. Further, when supplying electric power to a DC load or the like, the present invention can be applied to a DC / DC converter or an AC / DC converter.
また、本開示を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。 Further, the power conversion device to which the present disclosure is applied is not limited to the case where the above-mentioned load is an electric motor, and is, for example, a power source for a discharge machine, a laser machine, an induction heating cooker, or a non-contact power supply system. It can be used as a device, and can also be used as a power conditioner for a photovoltaic power generation system, a power storage system, or the like.
10 半導体基板、20 ドリフト層、21 高濃度ドリフト層、22 第2高濃度ドリフト層、30 ボディ領域、31 第1保護領域、32 第2保護領域、33 第3保護領域、34 第4保護領域、35 第5保護領域、40 ソース領域、41 低抵抗n型領域、50 ゲート絶縁膜、55 層間絶縁膜、60 ゲート電極、70 ソース電極、71 ゲートパッド、72 ドレイン電極、81 ゲートトレンチ、82 ショットキトレンチ、83 JBSトレンチ、84 第1外周トレンチ、85 第2外周トレンチ、90 コンタクト領域、91 高濃度p型領域、100 電源、200、電力変換装置、201 主変換回路、202 駆動回路、203 制御回路、300 負荷。 10 semiconductor substrate, 20 drift layer, 21 high concentration drift layer, 22 second high concentration drift layer, 30 body region, 31 first protected region, 32 second protected region, 33 third protected region, 34 fourth protected region, 35 5th protection region, 40 source region, 41 low resistance n-type region, 50 gate insulating film, 55 interlayer insulating film, 60 gate electrode, 70 source electrode, 71 gate pad, 72 drain electrode, 81 gate trench, 82 shotkit trench , 83 JBS trench, 84 1st outer peripheral trench, 85 2nd outer peripheral trench, 90 contact area, 91 high concentration p-type area, 100 power supply, 200, power converter, 201 main conversion circuit, 202 drive circuit, 203 control circuit, 300 load.
Claims (13)
第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層上に設けられた第2導電型のボディ領域と、
前記活性領域内の前記ボディ領域上に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域および前記ソース領域を前記ドリフト層の厚さ方向に貫通するゲートトレンチと、
前記ゲートトレンチ内にゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域と対向して形成されたゲート電極と、
前記活性領域内の前記ボディ領域を前記ドリフト層の厚さ方向に貫通し、前記ゲートトレンチに平面視で平行に形成されたショットキトレンチと、
前記終端領域内の前記ボディ領域を前記ドリフト層の厚さ方向に貫通して互いに平面視で平行に形成された複数のJBSトレンチと、
前記ソース領域と接続され、前記ショットキトレンチ内および前記JBSトレンチ内に前記ドリフト層とショットキ接続されて形成されるソース電極と
を備えた炭化珪素半導体装置。 It has an active region and a terminal region formed around the active region.
The first conductive type drift layer and
The second conductive type body region provided on the drift layer and
A first conductive type source region provided on the body region in the active region,
A gate trench that penetrates the body region and the source region in the thickness direction of the drift layer.
A gate electrode formed in the gate trench facing the body region via a gate insulating film, and a gate electrode.
A Schottky trench that penetrates the body region in the active region in the thickness direction of the drift layer and is formed parallel to the gate trench in a plan view.
A plurality of JBS trenches formed parallel to each other in a plan view through the body region in the terminal region in the thickness direction of the drift layer,
A silicon carbide semiconductor device including a source electrode connected to the source region and formed by being connected to the drift layer in the Schottki trench and in the JBS trench.
前記ショットキトレンチの底の前記ドリフト層内に形成された第2導電型の第2保護領域と、
前記JBSトレンチの底の前記ドリフト層内に形成された第2導電型の第3保護領域とを備えた
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 A second conductive type first protective region formed in the drift layer at the bottom of the gate trench,
A second protective region of the second conductive type formed in the drift layer at the bottom of the shot kit trench, and
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a second conductive type third protected region formed in the drift layer at the bottom of the JBS trench.
請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the gate trench, the shot kit trench, and the JBS trench are formed at the same depth.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the distance between the plurality of JBS trenches is the same as the distance between the Schottky trench adjacent to the gate trench and the gate trench.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the distance between the plurality of JBS trenches is smaller than the distance between the Schottky trench adjacent to the gate trench and the gate trench.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the width of the JBS trench is smaller than the width of the Schottky trench.
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the depth of the JBS trench is smaller than the depth of the gate trench and the Schottky trench.
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the depth of the JBS trench is larger than the depth of the gate trench and the Schottky trench.
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the impurity concentration of the drift layer between the plurality of JBS trenches is larger than the impurity concentration of the drift layer adjacent to the Schottky trench.
前記ゲートトレンチと前記ショットキトレンチは、<11-20>方向に平行に形成された
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 The main surface of the drift layer is inclined in the <11-20> direction from the (0001) surface.
The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the gate trench and the shot kit trench are formed in parallel in the <11-20> direction.
請求項10に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 10, wherein the JBS trench is formed in parallel with the gate trench and the Schottky trench.
請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 2 , wherein the concentration of the second conductive impurity in the third protected region is smaller than the concentration of the second conductive impurity in the first protected region.
前記炭化珪素半導体装置の前記ゲート電極の電圧を前記ソース電極の電圧と同じにすることによってオフ動作させ、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。 A main conversion circuit having the silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 12 and converting and outputting input power.
A drive circuit that turns off the voltage of the gate electrode of the silicon carbide semiconductor device by making it the same as the voltage of the source electrode and outputs a drive signal for driving the silicon carbide semiconductor device to the silicon carbide semiconductor device.
A control circuit that outputs a control signal that controls the drive circuit to the drive circuit, and a control circuit that outputs the control signal to the drive circuit.
Power conversion device equipped with.
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