JPWO2007007670A1 - 半導体装置および電気機器 - Google Patents
半導体装置および電気機器 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2007007670A1 JPWO2007007670A1 JP2007524626A JP2007524626A JPWO2007007670A1 JP WO2007007670 A1 JPWO2007007670 A1 JP WO2007007670A1 JP 2007524626 A JP2007524626 A JP 2007524626A JP 2007524626 A JP2007524626 A JP 2007524626A JP WO2007007670 A1 JPWO2007007670 A1 JP WO2007007670A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diode
- sic
- schottky
- semiconductor device
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 246
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 28
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 19
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 104
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 84
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 82
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 40
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 16
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 12
- -1 P 16 Chemical compound 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 4
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
- H01L29/7806—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a Schottky barrier diode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
- H01L29/0692—Surface layout
- H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
- H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L29/1602—Diamond
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/47—Schottky barrier electrodes
Abstract
Description
全てのダイオードセルの表面積の、全てのサブ領域の表面積に対して占める面積割合を、0.01(1%)および0.5(50%)に設定した場合であっても、従来のPN接合ダイオードを採用した半導体装置に比較して損失低減を図れることが実証される。一方、この面積割合が0.01以下の範囲では、ショットキーダイオードを流れる電流値がその許容電流値を超える可能性が高く、0.5を超える範囲では、電界効果トランジスタの面積占有率の減少によるオン抵抗増加の傾向が見られる。
また、第2導電型のウェルの側壁表面に沿って縦にドリフト電流を流すスペース確保の兼ね合いから、前記トランジスタセルに含まれた前記ウェルの平面視における表面積を、前記ダイオードセルに含まれた前記ショットキー電極の平面視における表面積より小さく構成させても良い。
3 SiC層
4 p型ウェル
4c チャネル領域
5 ソース領域
6 ソース電極
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 ショットキー電極
10 ドレイン電極
11 第1配線
12 ゲート配線
20 入力端子
21 高電圧給電端子
22 接地端子
30 境界ライン
30a 横境界ライン
30b 縦境界ライン
100 半導体装置
100H 上段アームモジュール
100L 下段アームモジュール
101T トランジスタセル
101S ダイオードセル
102 SiC−MISFET
103 ショットキーダイオード
105 インバータモータ駆動系
106 3相インバータ電源回路
107 3相モータ
108 相スイッチング回路
110 結線部分
G ゲート端子
S ソース端子
D ドレイン端子
H1、H2 コンタクトホール
図4(b)では、正方形の素子Sが、2行目×4列目の部位のみに存在する例が示されているが、このような形状例や配置例は、あくまで、境界ライン30の特定例を説明する目的で適当に設定されたものに過ぎない。例えば、素子T、Sの具体的な形態は、必ずしも正方形ある必要はなく、それらの中心が適切に定まれば、円形、三角形、または5角形以上の多角形であっても良い。
3行および6列からなる各部位の適所に存在する素子T、Sは正方形であることから、これらの素子の中心Pij(i=1〜3、j=1〜6、但し、P12、P14、P16、P21、P23、P25、P32、P34、P36は除く)は、当該正方形の対角線の交点として一意に定まる。
ここで、図4(b)に示した横境界ライン30a(図4(b)では細い二点鎖線で図示)は、互いに行列方向(斜め方向)に隣接する1行×1列目の素子Tおよび2行×2列目の素子Tの中心P11、P22間の点線のジグザグライン200上の中点(図4(b)中に黒丸で図示;以下、同じ)と、互いに行列方向に隣接する2行×2列目の素子および1行×3列目の素子Tの中心P22、P13間のジグザグライン200上の中点と、互いに行列方向に隣接する1行×3列目の素子Tおよび2行×4列目の素子Sの中心P13、P24間のジグザグライン200上の中点と、互いに行列方向に隣接する2行×4列目の素子Sおよび1行×5列目の素子Tの中心P24、P15間のジグザグライン200上の中点と、互いに行列方向に隣接する1行×5列目の素子Tおよび2行×6列目の素子Tの中心P15、P26間のジグザグライン200上の中点と、を通るようにしてX方向に延びる仮想線である。
図4(b)に示した縦境界ライン30b(図4(b)では太い二点鎖線で図示)は、互いに行方向に隣接する一対の素子Tの中心P11、P13から等距離に、および、互いに行方向に隣接する素子Tおよび素子Sの中心P22、P24から等距離に、並びに、互いに行方向に隣接する一対の素子Tの中心P31、P33から等距離に、なるようにして、Y方向に延びる3つのY部分30Yと、これらのY部分の端同士をつないでX方向に延びる2つのX部分30Xと、からなる仮想線である。
なお、図4(b)に示した横境界ライン30aおよび縦境界ライン30b以外の仮想の境界ライン30は、上記説明および図4(b)を参照すれば容易に特定可能なため、ここでは、これらの境界ライン30の詳細な説明を省く。
なお、図4(c)に示した横境界ライン30aおよび縦境界ライン30b以外の境界ライン30は、上記説明および図4(c)を参照すれば容易に特定可能なため、ここでは、これらの境界ライン30の詳細な説明を省く。
図4(d)に示した、素子Sと交差する横境界ライン30aは、互いに列方向に隣接する一対の素子Tの中心P21、P31から等距離に、および、互いに列方向に隣接する一対の素子Tの中心P23、P33から等距離に、なるようにして、X方向に延びる仮想線である。つまり、当該横境界ライン30aは、素子SのX方向両側に存在する一対の素子Tに基づいて定めれば良い。
つまり、以上に述べた境界ラインの特定例は、各素子T、Sが設計通りの理想状態に形成された場合を想定したものであり、素子T、Sを具現化した製品毎に、当該製品に合わせて境界ラインの特定は適宜修正される。
更に、サージ電流に関しては、ショットキー電極9とP/N接合ダイオードが並列に接続された構造になっているため、順電圧Vfの低い領域に対応する一定程度の電流を、ショットキーダイオード103が高速に流し、さらに、順電圧Vfの高い領域に対応する大電流を、P/N接合ダイオードが電流を流すこととなり、ショットキーダイオード103の電流集中による破壊も抑制することができる。
また、SiC−MISFETの構造例として、半導体層上に平面状にp層とn層を形成していくプレーナ型と、細くて深い溝を作り、ゲート電極とゲート絶縁膜を埋め込んだトレンチ型とがあるが、本実施の形態のSiC−MISFET102は、以下に述べる、ショットキーダイオード103との関連性等の各種の理由を考慮して、プレーナ構造を有している。
この先行例においては、トレンチ(掘られた溝または穴)の底面に、半導体と金属のショットキー接合部分を形成してショットキーダイオードを構成する。トレンチ部分は、本来トランジスタ単位素子部分の間隙を構成する部分であり、トランジスタ単位素子(本実施の形態の仮想の境界ラインに基づいて区画された4角形の複数のサブ領域101S、101T)とは異なる。
以上に述べたとおり、プレーナ構造を採用した本実施の形態の半導体装置100は、SiC−MISFET102とショットキーダイオード103の面積比を任意に設定可能である点、耐圧を適切に確保できる点、および半導体装置100の形成プロセスを単純化できる点において、先行例に示されたトレンチ構造の半導体装置に対し有益である。
そしてそうなれば、ショットキー電極に優先的に過電圧によるリーク電流を流すことにより、SiC−MISFETの絶縁破壊を防止できるという本実施の形態の課題解決原理に反する可能性がある。
更に、半導体装置100に高電圧が印加される半導体装置100の周辺部に、ダイオードを配置する場合、Niをアノードとし、シリコンをカソードとして採用した、ショットキーダイオードと比較して、NiをアノードとしSiCをカソードとして採用した、ショットキーダイオードの方が耐圧特性に優れ有利である。
なおPN接合ダイオードは、高電流耐性および高電圧耐圧とも優れているが、NiをアノードとしSiCをカソードとして採用したPN接合ダイオードについては、順電圧Vf上昇分による半導体装置の損失が増える。
上段および下段アームモジュール100H、100L(600V耐圧、3mm×3mmの四角形において電流値20A定格)におけるショットキーダイオード103の形成領域の単位面積当たりのオン抵抗は、1mΩcm2程度である。
このとき、上段および下段アームモジュール100H、100Lの導通損失は電流に電圧を乗じた値(電流×電圧)に対応することから、従来のPN接合ダイオードの順電圧Vfに比べてショットキーダイオード103の順電圧Vfを低く保てることにより、ショットキーダイオード103を採用した上段および下段アームモジュール100H、100Lの損失が、PN接合ダイオードを採用した既存のアームモジュールに比較して改善すると期待される。
より具体的には、上段および下段アームモジュール100H、100Lの全てのダイオードセル101Sの表面積(A)の、上段および下段アームモジュール100H、100Lの全てのサブ領域101T、101Sの表面積(A+B)に対して占める面積割合(A/(A+B))を0.01(1%)に設定した場合には、オフスピードが速くなることからスイッチング損失が減少して、PN接合ダイオードを採用した既存のアームモジュールに比較して約2%の損失低減が確認され、ショットキーダイオード103が僅かな割合(1%)を占めるものであってもインバータモータ駆動系105の損失改善効果が発揮された。
上段および下段アームモジュール100H、100Lの全てのダイオードセル101Sの表面積(A)の、上段および下段アームモジュール100H、100Lの全てのサブ領域101T、101Sの表面積(A+B)に対して占める面積割合(A/(A+B))を0.1(10%)に設定した場合には、ショットキーダイオード103を流れる電流の許容値は、素子全体の電流密度換算で約200A/cm2であり、こうすれば、ショットキーダイオード103の電流許容量不足による不具合は解消される。この場合、PN接合ダイオードを採用した既存のアームモジュールに比較して約5%の損失低減が確認され、インバータモータ駆動系105の充分な損失改善効果が発揮された。
このとき、SiC−MISFET102の形成領域の平均化した単位面積換算のオン抵抗は、10mΩcm2である。このため、SiC−MISFET102のオン電流密度は、順電圧Vf上昇を2Vとして、200A/cm2と見積もれる。なお、このSiC−MISFET102のオン電流は、上記ショットキーダイオード103を流れる電流に対し逆方向に流れる。
つまり、SiC−MISFET102のオン電流密度と同じ電流密度となる電流を、オン電流と逆方向にショットキーダイオード103に流す場合に、面積割合(A/(A+B))を0.1(10%)に設定すれば好適である。
SiC−MISFET102の形成領域の平均化した単位面積換算のオン抵抗は、上述のとおり、10mΩcm2程度であるが、将来、SiC−MISFETのチャネル抵抗の低減等の対策により、SiC−MISFET102の形成領域のオン抵抗を減少させることができ、その結果として、当該オン抵抗がショットキーダイオード103の形成領域のオン抵抗(1mΩcm2)に近づく。
ここで、上段および下段アームモジュール100H、100Lの全てのダイオードセル101Sの表面積(A)の、上段および下段アームモジュール100H、100Lの全てのサブ領域101T、101Sの表面積(A+B)に対して占める面積割合(A/(A+B))を0.5(50%)に設定した場合には、PN接合ダイオードを採用した既存のアームモジュールに比較して約1%の損失低減が確認され、ショットキーダイオード103が大きな割合(50%)を占めるものであってもインバータモータ駆動系105の損失改善効果が発揮された。
但し、この面積割合(A/(A+B))が、0.5を超えて設定されると、SiC−MISFETの形成領域の面積占有率の減少によるオン抵抗の増加が見られ、却って上段および下段アームモジュール100H、100Lの損失の増加が懸念されることになる。
また、上記実施形態の説明においては、ゲート電極をアルミニウムにて構成した例について説明したが、これに代えて、ポリシリコンにてゲート電極を構成してもかまわない。ポリシリコンゲート電極にて構成した場合も、上述したものと同様の作用効果が得られる。
また、本実施形態においては、ショットキー電極9、ソース電極6およびドレイン電極10の材料としてニッケル(Ni)を用いた例で説明したが、これらの電極6、9、10の材料はこれに限らず、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)およびモリブデン(Mo)等の金属でも構わない。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
つまり、以上に述べた境界ラインの特定例は、各素子T、Sが設計通りの理想状態に形成された場合を想定したものであり、素子T、Sを具現化した製品毎に、当該製品に合わせて境界ラインの特定は適宜修正される。
上段および下段アームモジュール100H、100L(600V耐圧、3mm×3mmの四角形において電流値20A定格)におけるショットキーダイオード103の形成領域の単位面積当たりのオン抵抗は、1mΩcm2程度である。
上段および下段アームモジュール100H、100Lの全てのダイオードセル101Sの表面積(A)の、上段および下段アームモジュール100H、100Lの全てのサブ領域101T、101Sの表面積(A+B)に対して占める面積割合(A/(A+B))を0.1(10%)に設定した場合には、ショットキーダイオード103を流れる電流の許容値は、素子全体の電流密度換算で約200A/cm2であり、こうすれば、ショットキーダイオード103の電流許容量不足による不具合は解消される。この場合、PN接合ダイオードを採用した既存のアームモジュールに比較して約5%の損失低減が確認され、インバータモータ駆動系105の充分な損失改善効果が発揮された。
SiC−MISFET102の形成領域の平均化した単位面積換算のオン抵抗は、上述のとおり、10mΩcm2程度であるが、将来、SiC−MISFETのチャネル抵抗の低減等の対策により、SiC−MISFET102の形成領域のオン抵抗を減少させることができ、その結果として、当該オン抵抗がショットキーダイオード103の形成領域のオン抵抗(1mΩcm2)に近づく。
3 SiC層
4 p型ウェル
4c チャネル領域
5 ソース領域
6 ソース電極
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 ショットキー電極
10 ドレイン電極
11 第1配線
12 ゲート配線
20 入力端子
21 高電圧給電端子
22 接地端子
30 境界ライン
30a 横境界ライン
30b 縦境界ライン
100 半導体装置
100H 上段アームモジュール
100L 下段アームモジュール
101T トランジスタセル
101S ダイオードセル
102 SiC−MISFET
103 ショットキーダイオード
105 インバータモータ駆動系
106 3相インバータ電源回路
107 3相モータ
108 相スイッチング回路
110 結線部分
G ゲート端子
S ソース端子
D ドレイン端子
H1、H2 コンタクトホール
Claims (10)
- 第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、
前記半導体層の厚み方向に電荷キャリアを移動させる縦型の電界効果トランジスタが形成されたトランジスタセルと、
前記半導体層にショットキー電極がショットキー接合されてなるショットキーダイオードが形成されたダイオードセルと、を備え、
前記半導体層に、平面視において、仮想の境界ラインに基づいて4角形の複数のサブ領域が区画され、かつ前記トランジスタセルとしての前記サブ領域と、前記ダイオードセルとしての前記サブ領域とを有してなる半導体装置。 - 前記複数のサブ領域は、互いに直交する2方向にマトリクス状に配列されている請求項1記載の半導体装置。
- 前記電界効果トランジスタは、前記半導体層の表面に設けられた第2導電型のウェルと、前記ウェルの内側に設けられた第1導電型の領域と、前記ウェルおよび前記領域を除いた前記半導体層としてのドリフト領域と、前記領域および前記ウェルに接するように設けられた第1のソース/ドレイン電極と、前記ウェルに絶縁層を介して配設されたゲート電極と、前記ドリフト領域の裏面にオーミックに接続された第2のソース/ドレイン電極と、を有してなる請求項1記載の半導体装置。
- 前記ダイオードセルは、前記トランジスタセルに囲まれて配置されている請求項1記載の半導体装置。
- 全ての前記サブ領域の平面視における面積に対する全ての前記トランジスタセルの平面視における面積の割合が0.5を超え、かつ0.99以下である請求項1記載の半導体装置。
- 全ての前記サブ領域の平面視における面積に対する全ての前記ダイオードセルの平面視における面積の割合が0.01を超え、かつ0.5以下である請求項1記載の半導体装置。
- 前記トランジスタセルに含まれた前記ウェルの平面視における表面積を、前記ダイオードセルに含まれた前記ショットキー電極の平面視における表面積より小さくしてなる請求項3記載の半導体装置。
- 交流駆動装置と、前記交流駆動装置のインバータ電源回路を構成する請求項1乃至7の何れかに記載の半導体装置と、を備え、
前記半導体装置がアームモジュールとして組み込まれている電気機器。 - 前記交流駆動装置内のインダクタンス負荷によって発生する逆起電力に基づいて前記電界効果トランジスタの内蔵寄生ダイオードおよび前記ショットキーダイオードに印加される電圧は、前記ショットキーダイオードの順方向に立ち上がり電圧より大きく、かつ前記内蔵寄生ダイオードの順方向の立ち上がり電圧より小さくして構成される請求項8記載の電気機器。
- 前記交流駆動装置は、前記インバータ電源回路により駆動される交流モータである請求項8記載の電気機器。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005200517 | 2005-07-08 | ||
JP2005200517 | 2005-07-08 | ||
PCT/JP2006/313575 WO2007007670A1 (ja) | 2005-07-08 | 2006-07-07 | 半導体装置および電気機器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP4125363B2 JP4125363B2 (ja) | 2008-07-30 |
JPWO2007007670A1 true JPWO2007007670A1 (ja) | 2009-01-29 |
Family
ID=37637063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007524626A Expired - Fee Related JP4125363B2 (ja) | 2005-07-08 | 2006-07-07 | 半導体装置および電気機器 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7751215B2 (ja) |
EP (1) | EP1906449A4 (ja) |
JP (1) | JP4125363B2 (ja) |
CN (1) | CN100550383C (ja) |
WO (1) | WO2007007670A1 (ja) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1909325A4 (en) * | 2005-07-25 | 2009-05-06 | Panasonic Corp | SEMICONDUCTOR ELEMENT AND ELECTRICAL DEVICE |
JP5588671B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2014-09-10 | ローム株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
US8188484B2 (en) | 2008-12-25 | 2012-05-29 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
JP4988784B2 (ja) * | 2009-03-30 | 2012-08-01 | 株式会社日立製作所 | パワー半導体装置 |
JP4671000B1 (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-13 | ダイキン工業株式会社 | 相電流検出装置、及びそれを用いた電力変換装置 |
US8514626B2 (en) | 2011-07-26 | 2013-08-20 | Micron Technology, Inc. | Memory cells and methods of storing information |
WO2013036370A1 (en) * | 2011-09-11 | 2013-03-14 | Cree, Inc. | High current density power module comprising transistors with improved layout |
US9373617B2 (en) | 2011-09-11 | 2016-06-21 | Cree, Inc. | High current, low switching loss SiC power module |
US9640617B2 (en) | 2011-09-11 | 2017-05-02 | Cree, Inc. | High performance power module |
JP6194812B2 (ja) * | 2014-02-18 | 2017-09-13 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体モジュール |
JP6021032B2 (ja) | 2014-05-28 | 2016-11-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 半導体素子およびその製造方法 |
JP6356904B2 (ja) * | 2015-03-13 | 2018-07-11 | 株式会社日立製作所 | パワーモジュール,電力変換装置,および車両用駆動装置 |
US9324807B1 (en) * | 2015-07-10 | 2016-04-26 | United Silicon Carbide, Inc. | Silicon carbide MOSFET with integrated MOS diode |
JP6400202B2 (ja) * | 2015-07-15 | 2018-10-03 | 三菱電機株式会社 | 電力用半導体装置 |
JP6649183B2 (ja) | 2016-05-30 | 2020-02-19 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
US9933805B2 (en) * | 2016-06-27 | 2018-04-03 | Abb Schweiz Ag | Power converter using wide band-gap devices |
CN108336151B (zh) * | 2017-01-20 | 2020-12-04 | 清华大学 | 肖特基二极管、肖特基二极管阵列及肖特基二极管的制备方法 |
JP7116409B2 (ja) * | 2017-02-27 | 2022-08-10 | 株式会社タムラ製作所 | トレンチmos型ショットキーダイオード |
JP6799515B2 (ja) | 2017-09-20 | 2020-12-16 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
CN110323136B (zh) * | 2018-03-29 | 2023-06-13 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种FinFET制造工艺 |
Family Cites Families (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4789882A (en) * | 1983-03-21 | 1988-12-06 | International Rectifier Corporation | High power MOSFET with direct connection from connection pads to underlying silicon |
JPH0752770B2 (ja) | 1985-09-30 | 1995-06-05 | 株式会社東芝 | 導電変調型mosfet |
JPH0693512B2 (ja) * | 1986-06-17 | 1994-11-16 | 日産自動車株式会社 | 縦形mosfet |
JPH0828506B2 (ja) * | 1988-11-07 | 1996-03-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
US5111253A (en) * | 1989-05-09 | 1992-05-05 | General Electric Company | Multicellular FET having a Schottky diode merged therewith |
JPH0834709B2 (ja) | 1990-01-31 | 1996-03-29 | 株式会社日立製作所 | 半導体集積回路及びそれを使つた電動機制御装置 |
JP2817536B2 (ja) | 1991-09-27 | 1998-10-30 | 日本電気株式会社 | 半導体装置 |
US5430314A (en) | 1992-04-23 | 1995-07-04 | Siliconix Incorporated | Power device with buffered gate shield region |
JPH06120347A (ja) | 1992-10-06 | 1994-04-28 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体装置 |
EP0746030B1 (en) | 1995-06-02 | 2001-11-21 | SILICONIX Incorporated | Trench-gated power MOSFET with protective diodes in a periodically repeating pattern |
US6049108A (en) | 1995-06-02 | 2000-04-11 | Siliconix Incorporated | Trench-gated MOSFET with bidirectional voltage clamping |
JP3272242B2 (ja) * | 1995-06-09 | 2002-04-08 | 三洋電機株式会社 | 半導体装置 |
JP3291439B2 (ja) * | 1996-10-31 | 2002-06-10 | 三洋電機株式会社 | Dc−dcコンバータ装置 |
JP3291441B2 (ja) * | 1996-10-31 | 2002-06-10 | 三洋電機株式会社 | Dc−dcコンバータ装置 |
US5886383A (en) * | 1997-01-10 | 1999-03-23 | International Rectifier Corporation | Integrated schottky diode and mosgated device |
JPH11274482A (ja) | 1998-03-20 | 1999-10-08 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
US6476456B1 (en) * | 1999-06-10 | 2002-11-05 | International Rectifier Corporation | Integrated radiation hardened power mosgated device and schottky diode |
GB0006092D0 (en) | 2000-03-15 | 2000-05-03 | Koninkl Philips Electronics Nv | Trench-gate semiconductor devices |
US7126169B2 (en) * | 2000-10-23 | 2006-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor element |
JP3502371B2 (ja) * | 2000-10-23 | 2004-03-02 | 松下電器産業株式会社 | 半導体素子 |
JP2002373989A (ja) | 2001-06-13 | 2002-12-26 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
GB0118000D0 (en) * | 2001-07-24 | 2001-09-19 | Koninkl Philips Electronics Nv | Manufacture of semiconductor devices with schottky barriers |
US6621107B2 (en) | 2001-08-23 | 2003-09-16 | General Semiconductor, Inc. | Trench DMOS transistor with embedded trench schottky rectifier |
JP4097417B2 (ja) * | 2001-10-26 | 2008-06-11 | 株式会社ルネサステクノロジ | 半導体装置 |
JP4557507B2 (ja) | 2002-06-13 | 2010-10-06 | パナソニック株式会社 | 半導体デバイス及びその製造方法 |
JP5011634B2 (ja) * | 2003-08-29 | 2012-08-29 | 富士電機株式会社 | 半導体装置およびその半導体装置を用いた双方向スイッチ素子 |
-
2006
- 2006-07-07 CN CNB2006800249963A patent/CN100550383C/zh active Active
- 2006-07-07 JP JP2007524626A patent/JP4125363B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2006-07-07 EP EP06767985A patent/EP1906449A4/en not_active Withdrawn
- 2006-07-07 WO PCT/JP2006/313575 patent/WO2007007670A1/ja active Application Filing
- 2006-07-07 US US11/995,072 patent/US7751215B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US7751215B2 (en) | 2010-07-06 |
JP4125363B2 (ja) | 2008-07-30 |
CN101218676A (zh) | 2008-07-09 |
CN100550383C (zh) | 2009-10-14 |
WO2007007670A1 (ja) | 2007-01-18 |
EP1906449A1 (en) | 2008-04-02 |
EP1906449A4 (en) | 2009-05-06 |
WO2007007670B1 (ja) | 2007-05-18 |
US20090225578A1 (en) | 2009-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4125363B2 (ja) | 半導体装置および電気機器 | |
US10692861B2 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
US10522672B2 (en) | Semiconductor device | |
JP4185157B2 (ja) | 半導体素子及び電気機器 | |
JP6119577B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP4167294B2 (ja) | 半導体素子及び電気機器 | |
JP5940235B1 (ja) | 半導体装置 | |
WO2012105609A1 (ja) | 半導体装置 | |
JP2007035736A (ja) | 半導体装置および電気機器 | |
JP2019096631A (ja) | 半導体装置および電力変換装置 | |
TW201711184A (zh) | 半導體裝置及其驅動方法 | |
US11264451B2 (en) | Semiconductor device exhibiting soft recovery characteristics | |
WO2018135224A1 (ja) | 半導体装置、及びそれを用いた電力変換装置 | |
JP7172216B2 (ja) | 半導体装置および半導体回路装置 | |
CN112466922A (zh) | 半导体装置 | |
JP6976489B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
JP2022042526A (ja) | 半導体装置 | |
CN112466923A (zh) | 半导体装置 | |
CN117178370A (zh) | 半导体装置以及使用它的电力变换装置、半导体装置的制造方法 | |
CN115050806A (zh) | 碳化硅-金属氧化物半导体场效应晶体管 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080415 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080507 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4125363 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |