JP7051566B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置について詳細に説明する。
本実施の形態の半導体装置の構造について、図1を用いて説明する。本実施の形態の半導体装置は、SiCパワーMISFETを有する炭化珪素半導体装置である。図1は本実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。
次いで、熱酸化膜141およびその近傍の構成について詳細に説明する。
次いで、本実施の形態の半導体装置の製造工程を説明するとともに、本実施の形態の半導体装置の構造をより明確にする。図9~図31(図17を除く)は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。図17は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す平面図である。断面図には、トレンチの近傍の構成を示す拡大断面図が含まれる。
本実施の形態においては、トレンチの側面と底面との交差部である角部をラウンド化する。
図32および図33は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図33は、図32のトレンチの近傍の構成を示す拡大断面図である。
図34~図36を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図34~図36は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、実施の形態1の場合と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態においては、開口部OAから露出しているエピ基板EPの熱酸化工程、エッチング工程を繰り返すことにより、トレンチ106の肩部に多段の熱酸化膜を形成する。
図37および図38は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図38は、図37のトレンチの近傍の構成を示す拡大断面図である。
図39~図42を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図39~図42は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、実施の形態1の場合と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
実施の形態3においては、トレンチ106の底面が、p型のボディ層102中に位置する半導体装置について説明したが、本実施の半導体装置においては、トレンチ106が、p型のボディ層102を貫通し、n-型のエピタキシャル層(ドリフト層)101まで到達している。
図43および図44は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図44は、図43のトレンチの近傍の構成を示す拡大断面図である。
図45~図48を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図45~図48は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、実施の形態1や3と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
実施の形態1(図3)においては、エピ基板EPの表面を(0001)珪素面としたが、(0001)炭素面としてもよい。
図49および図50は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図50は、図49のトレンチの近傍の構成を示す拡大断面図である。
図51、図52を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図51、図52は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、実施の形態1の場合と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態では、上記実施の形態1~5の半導体装置を備えた電力変換装置について説明する。図53は、本実施の形態の電力変換装置(インバータ)の一例を示す回路図である。
本実施の形態では、上記実施の形態1~5の半導体装置を備えた電力変換装置について説明する。図54は、本実施の形態の電力変換装置(インバータ)の一例を示す回路図である。
本実施の形態では、上記実施の形態6、7で示した3相モータシステムを備えた、ハイブリット自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの自動車について説明する。図55は、本実施の形態の電気自動車の構成の一例を示す概略図であり、図56は、本実施の形態の昇圧コンバータの一例を示す回路図である。
本実施の形態では、上記実施の形態6、7で示した3相モータシステムを備えた、鉄道車両について説明する。図57は、本実施の形態の鉄道車両に備えられるコンバータおよびインバータの一例を示す回路図である。
2 ソース配線用電極
3 フローティング・フィールド・リミッティング・リング
4 ガードリング
5 ゲート電極開口部
7 ソース電極開口部
8 ゲート配線用電極
101 エピタキシャル層
102 p型のボディ層
103 ソース領域
105 電流拡散層
106 トレンチ
107 SiC基板
108 ドレイン領域
109 ボディ層電位固定領域
110 ゲート絶縁膜
111 ゲート電極
111A 多結晶シリコン膜
112 層間絶縁膜
113 金属シリサイド層
114 ソース配線用電極
115 金属シリサイド層
116 ドレイン配線用電極
117 絶縁膜
141 熱酸化膜
141a 熱酸化膜
141b 熱酸化膜
801 負荷
802 インバータ
803 制御回路
804 パワーMISFET(スイッチング素子)
805 ダイオード
901 負荷
902 インバータ
903 制御回路
904 パワーMISFET(スイッチング素子)
1001a 駆動輪
1001b 駆動輪
1002 駆動軸
1003 3相モータ
1004 インバータ
1005 バッテリ
1006 電力ライン
1007 電力ライン
1008 昇圧コンバータ
1009 リレー
1010 電子制御ユニット
1011 リアクトル
1012 平滑用コンデンサ
1013 インバータ
1014 パワーMISFET
1101 負荷
1102 インバータ
1104 パワーMISFET
1107 コンバータ
1108 キャパシタ
1109 トランス
EP エピ基板
IL 合成絶縁膜
L 法線
M11~M18 マスク
OA 開口部
OW 架線
P1~P5 点
PG パンタグラフ
r1 曲率半径
r2 曲率半径
RT 線路
S1 傾斜面
S1a 第1傾斜面
S1b 第2傾斜面
S2 表面
S3 表面
T 膜厚
Ta 膜厚
Tz 膜厚
WH 車輪
Claims (9)
- 炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の上部に形成されたドリフト層と、
前記ドリフト層上に形成されたボディ層と、
前記ボディ層上に形成されたソース領域と、
前記ドリフト層に形成された第1トレンチであって、第1側面が、前記ソース領域および前記ボディ層と接する、第1トレンチと、
前記第1側面と前記ソース領域の表面との交差部に形成された第1熱酸化膜と、
前記第1トレンチの内壁に形成されたゲート絶縁膜と、
前記第1トレンチを埋め込むゲート電極と、
前記ボディ層上に形成され、前記ソース領域と離間して形成された電流拡散領域と、
を有し、
前記第1トレンチの第2側面が、前記電流拡散領域および前記ボディ層と接し、かつ、底面が、前記ボディ層と接し、
前記第2側面と前記電流拡散領域の表面との交差部には、第2熱酸化膜が形成され、
前記第1トレンチは、第1セルを構成し、
前記第1セルの第1方向の隣の第2セルは、第2トレンチを有し、
前記第1セルの前記第1方向と交差する第2方向の隣の第3セルは、第3トレンチを有し、
前記ゲート電極は、
前記第1トレンチの上方から、前記第1トレンチと前記第2トレンチとの間の前記ドリフト層の上方を通り、前記第2トレンチの上方まで延在し、かつ、
前記第1トレンチの上方から、前記第1トレンチと前記第3トレンチとの間の前記ボディ層の上方を通り、前記第3トレンチの上方まで延在し、
前記ゲート電極は、前記第1トレンチと前記第2トレンチとの間の前記ドリフト層上の絶縁膜上に形成され、かつ、前記第1トレンチと前記第3トレンチとの間の前記ボディ層上の他の絶縁膜上に形成され、
前記第1トレンチの前記第1側面と前記底面との交差部がラウンド化している、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記炭化珪素基板の表面は、(0001)珪素面であり、
前記第1熱酸化膜の底面は、傾斜面である、半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1熱酸化膜は、少なくとも、第1酸化部と、第2酸化部とを有し、
前記第1酸化部は、第1傾斜面を有し、
前記第2酸化部は、第2傾斜面を有する、半導体装置。 - (a)ドリフト層を有する炭化珪素基板を準備する工程、
(b)前記ドリフト層の上部にボディ層を形成する工程、
(c)前記ボディ層の上部にソース領域を形成する工程、
(d)前記ボディ層および前記ソース領域上に、開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
(e)絶縁膜をマスクとして、熱酸化を施すことにより、前記ボディ層および前記ソース領域の表面に熱酸化膜を形成する工程、
(f)前記(e)工程の後、絶縁膜をマスクとして、前記開口部から露出した熱酸化膜と、その下層の前記ボディ層および前記ソース領域と、をエッチングすることにより第1トレンチを形成する工程、
(g)前記第1トレンチの内壁に、堆積法によりゲート絶縁膜を形成する工程、
(h)前記ゲート絶縁膜上に、前記第1トレンチを埋め込むゲート電極を形成する工程、
を有し、
前記(e)工程の前記開口部の端部であり、かつ、前記絶縁膜と前記ソース領域との間において、前記熱酸化膜が形成され、
前記(e)工程は、
(e1)絶縁膜をマスクとして、第1熱酸化を施すことにより、前記ボディ層および前記ソース領域の表面に第1酸化部を形成する工程、
(e2)前記(e1)工程の後、前記絶縁膜をマスクとして、前記開口部から露出した第1酸化部を、その下層の前記ボディ層および前記ソース領域が露出するまでエッチングする工程、
(e3)前記(e2)工程の後、前記絶縁膜をマスクとして、第2熱酸化を施すことにより、前記ボディ層および前記ソース領域の表面に第2酸化部を形成することにより、前記第1酸化部と前記第2酸化部とを有する熱酸化膜を形成する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 - (a)ドリフト層を有する炭化珪素基板を準備する工程、
(b)前記ドリフト層の上部にボディ層を形成する工程、
(c)前記ボディ層の上部にソース領域を形成する工程、
(d)前記ボディ層および前記ソース領域上に、開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
(e)絶縁膜をマスクとして、熱酸化を施すことにより、前記ボディ層および前記ソース領域の表面に熱酸化膜を形成する工程、
(f)前記(e)工程の後、絶縁膜をマスクとして、前記開口部から露出した熱酸化膜と、その下層の前記ボディ層および前記ソース領域と、をエッチングすることにより第1トレンチを形成する工程、
(g)前記第1トレンチの内壁に、堆積法によりゲート絶縁膜を形成する工程、
(h)前記ゲート絶縁膜上に、前記第1トレンチを埋め込むゲート電極を形成する工程、
を有し、
前記(e)工程の前記開口部の端部であり、かつ、前記絶縁膜と前記ソース領域との間において、前記熱酸化膜が形成され、
前記(e)工程において、前記絶縁膜の肩部がラウンド化され、
前記(f)工程において、前記第1トレンチの第1側面と底面との交差部がラウンド化される、半導体装置の製造方法。 - 請求項4または5の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程は、
(c1)前記ボディ層の上部にソース領域を形成する工程、
(c2)前記ボディ層の上部に電流拡散領域を形成する工程、
を有し、
前記ソース領域と前記電流拡散領域とは、離間して配置される、半導体装置の製造方法。 - 請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程は、第1セル領域の前記第1トレンチ、前記第1セル領域の第1方向の隣の第2セル領域の第2トレンチ、および前記第1セル領域の前記第1方向と交差する第2方向の隣の第3セル領域の第3トレンチの内壁に、堆積法によりゲート絶縁膜を形成する工程であり、
前記(h)工程は、前記ゲート絶縁膜上に、前記第1トレンチ、第2トレンチおよび前記第3トレンチを埋め込み、前記第1トレンチの上方から、前記第1トレンチと前記第2トレンチとの間の前記ドリフト層の上方を通り、前記第2トレンチの上方まで延在し、かつ、前記第1トレンチの上方から、前記第1トレンチと前記第3トレンチとの間の前記ボディ層の上方を通り、前記第3トレンチの上方まで延在するゲート電極を形成する工程である、半導体装置の製造方法。 - 請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程の前記絶縁膜は、前記第1トレンチと前記第2トレンチとの間の前記ドリフト層上にも形成され、
前記(h)工程の前記ゲート電極は、前記第1トレンチと前記第2トレンチとの間の前記ドリフト層上の前記絶縁膜上に形成され、かつ、前記第1トレンチと前記第3トレンチとの間の前記ボディ層上の他の絶縁膜上に形成される、半導体装置の製造方法。 - 請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
前記炭化珪素基板の表面は、(0001)珪素面であり、
前記熱酸化膜の底面は、傾斜面である、半導体装置の製造方法。
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