WO2019116481A1 - ワイドギャップ半導体装置 - Google Patents

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WO2019116481A1
WO2019116481A1 PCT/JP2017/044820 JP2017044820W WO2019116481A1 WO 2019116481 A1 WO2019116481 A1 WO 2019116481A1 JP 2017044820 W JP2017044820 W JP 2017044820W WO 2019116481 A1 WO2019116481 A1 WO 2019116481A1
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well region
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polysilicon
gap semiconductor
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PCT/JP2017/044820
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俊一 中村
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新電元工業株式会社
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    • H01L29/47Schottky barrier electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a wide gap semiconductor device having a drift layer of a first conductivity type and a well region of the second conductivity type provided in the drift layer.
  • a well region of a second conductivity type such as p-type is generally provided, but in the case of a MOSFET made of a wide gap semiconductor such as SiC, As a result, the potential of the well region under the gate pad may rise abnormally.
  • WO 2012/001837 mentions that the sheet resistance of the well region is high as one cause of the potential rise of the well region of the second conductivity type in the lower region of the gate pad.
  • JP-A-2015-211159 it is proposed to provide an n-type region in the p-type well region below the gate pad, but when such a configuration is adopted, parasitic bipolar operation is performed. It may be destroyed by current concentration due to
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-56543 proposes that a Schottky electrode made of a metal material be provided in the lower region of the gate pad.
  • a Schottky electrode made of a metal material is used, the manufacturing method becomes quite complicated, and the manufacturing cost becomes considerably high.
  • the present invention provides a semiconductor device capable of preventing an abnormal rise in potential in the lower region of the gate pad.
  • the wide gap semiconductor device is A drift layer using a wide gap semiconductor material of a first conductivity type, A well region of a second conductivity type provided in the drift layer; A polysilicon layer provided in the well region; An interlayer insulating film provided in the polysilicon layer; A gate pad provided on the interlayer insulating film; A source pad electrically connected to the polysilicon layer; May be provided.
  • Concept 2 In a wide gap semiconductor device according to concept 1 of the present invention, The polysilicon layer and the well region may be in Schottky contact with each other.
  • the polysilicon layer is provided in the lightly doped polysilicon layer provided in the well region and the lightly doped polysilicon layer, and is highly doped with an impurity concentration higher than the impurity concentration in the lightly doped polysilicon. And a polysilicon layer.
  • the polysilicon layer may have an undoped polysilicon layer provided in the well region and a doped polysilicon layer provided in the undoped polysilicon layer.
  • the semiconductor device may further include a field insulating film provided between the well region and the polysilicon layer.
  • the wide gap semiconductor device is The semiconductor device may further include a gate electrode made of polysilicon that constitutes the polysilicon layer.
  • a source region is provided in the well region,
  • the region of the well region adjacent to the source region and electrically connected to the source pad may be an ultra-high concentration second conductivity type region.
  • the lower side of the gate pad is employed. It is possible to prevent the potential from rising abnormally in the well region of the region.
  • current concentration due to parasitic bipolar operation that can occur in the configuration as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-211159 does not occur.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device that can be used in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of FIG. 1 in an enlarged manner.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device that can be used in the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a portion different from FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device that can be used in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device that can be used in the third embodiment of the present invention.
  • first conductivity type is described as n-type
  • second conductivity type is described as p-type
  • the present invention is not limited to such an aspect, and the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is It may be n-type.
  • the present embodiment is described using silicon carbide as the wide gap semiconductor, the present invention is not limited to such an aspect, and gallium nitride or the like may be used as the wide gap semiconductor.
  • the vertical direction (the thickness direction of the wide gap semiconductor device) of FIG. 1 is referred to as the vertical direction
  • the direction orthogonal to the vertical direction is referred to as the planar direction.
  • the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment is provided on an n-type silicon carbide semiconductor substrate 11 and a first main surface (upper surface) of the silicon carbide semiconductor substrate 11, and n-type carbonization is performed. Even if it has drift layer 12 using a silicon material, a plurality of p-type well regions 20 provided in drift layer 12, and n-type source regions 31 and 32 provided in well region 20. Good.
  • the well region 20 may be formed, for example, by implanting a p-type impurity into the drift layer 12, and the source regions 31, 32 may be formed, for example, by implanting an n-type impurity into the well region 20.
  • a drain electrode 90 may be provided on the second main surface (lower surface) of the silicon carbide semiconductor substrate 11.
  • a pressure resistant structure may be provided on the outer periphery of the area used as the cell. For example, titanium, aluminum, nickel or the like may be used as the drain electrode 90.
  • the polysilicon layer 150 provided in the well region 20 As shown in FIG. 2, in the silicon carbide semiconductor device, the polysilicon layer 150 provided in the well region 20, the interlayer insulating film 65 provided in the polysilicon layer 150, and the gate pad provided in the interlayer insulating film 65. 120 and source pad 110 electrically connected to polysilicon layer 150 through contact hole 69 provided in interlayer insulating film 65.
  • a gate insulating film 60 may be provided between the interlayer insulating film 65 located below the source pad 110, and the well region 20, the source regions 31 and 32, and the drift layer 12.
  • a gate electrode 125 may be provided on the gate insulating film 60 between the source regions 31 and 32. The gate electrode 125 may be electrically connected to the gate pad 120.
  • a field insulating film 62 may be provided between well region 20 and polysilicon layer 150.
  • the polysilicon layer 150 may ride on the field insulating film 62 to form a step.
  • the impurity concentration in the well region 20 of this embodiment is, for example, 5 ⁇ 10 16 to 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3
  • the impurity concentration in the ultra-high concentration p-type region (well contact region 21 described later) is, for example, 2 It is ⁇ 10 19 to 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 .
  • the polysilicon layer 150 does not have to be provided entirely below the gate pad 120, and as shown in FIG. 3, there is a region where the polysilicon layer 150 is not provided even under the gate pad 120. It is also good.
  • the field insulating film 62 may be provided above the well region 20, and the interlayer insulating film 65 may be provided above the field insulating film 62.
  • the polysilicon layer 150 is provided in the form of a slit extending along the width direction which is the left and right direction of FIG. 2 below the gate pad 120, and is shown in FIG. 3 between the slit-like polysilicon layers 150.
  • the field insulating film 62 may be provided above the well region 20, and the interlayer insulating film 65 may be provided above the field insulating film 62.
  • Drift layer 12 may be formed on the first main surface of silicon carbide semiconductor substrate 11 by the CVD method or the like.
  • the impurity concentration of the n-type in the drift layer 12 may be smaller than the impurity concentration of the n-type in the silicon carbide semiconductor substrate 11, drift layer 12 is low concentration region (n -), and the silicon carbide semiconductor substrate 11 is the drift It may be a region (n) of higher concentration than the layer 12.
  • N or P can be used as the n-type impurity
  • Al or B can be used as the p-type impurity.
  • the impurity concentration in drift layer 12 of the present embodiment is, for example, 1 ⁇ 10 14 to 4 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3
  • the impurity concentration in silicon carbide semiconductor substrate 11 is, for example, 1 ⁇ 10 18 to 3 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 . It may be
  • the gate pad 120 may be formed of, for example, a metal such as Al, and the gate electrode 125 may be formed of, for example, polysilicon or the like.
  • An interlayer insulating film 65 may be formed on the top surface of the gate electrode 125 or the like.
  • the gate electrode 125 may be formed using a CVD method, a photolithography technique, or the like.
  • the interlayer insulating film 65 may be formed by a CVD method or the like, and may be formed of silicon dioxide, for example.
  • the gate electrode 125 and the polysilicon layer 150 may be formed of the same polysilicon.
  • polysilicon undoped polysilicon into which no impurity is doped can be used, but doped polysilicon into which an n-type or p-type impurity such as phosphorus or boron is doped can also be used.
  • “Same polysilicon” in the present embodiment means whether it is undoped polysilicon or doped polysilicon, and also means that the kind and concentration of impurities doped in doped polysilicon are the same. It is not required to be created at the same time.
  • the type of polysilicon used for the gate electrode 125 and the polysilicon layer 150 (undoped If the polysilicon is doped polysilicon or doped polysilicon or if the type and concentration of impurities are the same, the polysilicon becomes the same.
  • the gate electrode 125 and the polysilicon layer 150 may be formed of different polysilicon.
  • the gate electrode 125 may be formed of doped polysilicon and the polysilicon layer 150 may be formed of undoped polysilicon.
  • n-type doped polysilicon is used for gate electrode 125 and p-type doped for polysilicon layer 150.
  • Depolysilicon may be used.
  • p-type doped polysilicon may be used for the gate electrode 125
  • n-type doped polysilicon may be used for the polysilicon layer 150.
  • n-type or p-type impurities used in gate electrode 125 and polysilicon layer 150 are the same, their concentrations may be different, and the impurity concentration of doped polysilicon used in gate electrode 125 is The impurity concentration of the doped polysilicon used in the gate electrode 125 may be higher than the impurity concentration of the doped polysilicon used in the polysilicon layer 150. It may be lower than the impurity concentration of doped polysilicon.
  • the field insulating film 62 is provided in the well region 20
  • the interlayer insulating film 65 is provided in the field insulating film 62
  • the gate in the interlayer insulating film 65 is provided.
  • a pad 120 may be provided.
  • the polysilicon layer 150 may be provided entirely below the gate pad 120, and the field insulating film 62 may not be provided below the gate pad 120.
  • the region of the well region 20 adjacent to the source regions 31 and 32 and electrically connected to the source pad 110 (hereinafter also referred to as “well contact region 21”) has an ultra-high concentration p. It may consist of a type area (p ++ ).
  • the source regions 31 and 32 are a high concentration n-type region (n + ) 31 disposed on the gate electrode 125 side and an ultra-high concentration n-type region provided adjacent to the high concentration n-type region (n + ) 31. (N ++ ) 32 may be included.
  • a well contact region 21 may be provided adjacent to the ultra-high concentration n-type region (n ++ ) 32.
  • a metal layer 40 made of nickel, titanium or an alloy containing nickel or titanium is provided between the ultra-high concentration n-type region (n ++ ) 32 of the source regions 31, 32 and the well contact region 21 and the source pad 110. It may be done.
  • the impurity concentration in the high concentration n-type region (n + ) in the present embodiment is, for example, 1 ⁇ 10 18 to 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3
  • the impurity concentration in the ultra-high concentration n-type region (n ++ ) is, for example It may be 2 ⁇ 10 19 to 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 .
  • the high concentration n-type region (n + ) 31 may not be provided, and the ultra-high concentration n-type region (n ++ ) 32 may be substituted for this region as well.
  • the depth of the well region 20 is positioned such that the bottom surface thereof is higher than the bottom surface of the drift layer 12, and the well region 20 may be provided in the drift layer 12. Further, the depth of the source regions 31 and 32 may be positioned such that the bottom surface thereof is higher than the bottom surface of the well region 20, and the source regions 31 and 32 may be formed in the well region 20. Also, the depth of the well contact region 21 may be located at a position where the bottom surface thereof is higher than the bottom surface of the well region 20 other than the well contact region 21.
  • the polysilicon layer 150 and the well region 20 may be in Schottky contact.
  • the ultra-high concentration n-type region (n ++ ) 32 of the source regions 31 and 32 may make ohmic contact with the metal layer 40 provided below the source pad 110.
  • the well contact region 21 which is an ultra-high concentration p-type region (p ++ ) may be in ohmic contact with the metal layer 40 provided below the source pad 110.
  • the polysilicon layer 150 electrically connected to the source pad 110 is provided in the lower region of the gate pad 120 and the polysilicon layer 150 is in contact with the well region 20. Therefore, the potential can be prevented from abnormally rising in the well region 20 in the region under the gate pad 120.
  • the Schottky formed between the polysilicon layer 150 and the p-type well region 20 is turned on, and current flows in the polysilicon layer 150.
  • the polysilicon layer 150 and the p-type well region 20 make Schottky contact, the polysilicon layer 150 acts only at the time of turn-off, and at the time of turn-on (at this time, the p-type well region 20 becomes a negative bias)
  • the well region 20 located below the gate electrode 125 is in a depleted state, it is difficult to become an over electric field.
  • the resistance of the p-type well region 20 can suppress dV / dt from becoming too high.
  • the contact resistivity between the source pad 110 and the polysilicon layer 150, particularly doped polysilicon, is significantly smaller than the contact resistivity between the p-type well contact region 21 and the metal layer 40, It is also possible to suppress an increase in potential in the p-type well region 20 due to the contact resistance. Further, the contact resistivity is not a problem in principle because the contact area between the polysilicon layer 150 and the p-type well region 20 is large.
  • the manufacturing method becomes quite complicated and the manufacturing cost becomes considerably high.
  • the manufacturing process is advantageous in that it becomes easy.
  • gate electrode 125 is formed of polysilicon
  • gate electrode 125 and polysilicon layer 150 are formed of the same polysilicon
  • polysilicon layer 150 is also formed when gate electrode 125 is formed. Manufacturing process can be made extremely easy. That is, when forming the gate electrode 125 made of polysilicon in the cell portion including the source regions 31 and 32, the polysilicon layer 150 may be formed, and the same manufacturing process as the manufacturing process used before is It is extremely useful in that it can be adopted.
  • the p-type well region 20 and the polysilicon layer 150 are in Schottky contact with each other, and the Schottky contact is formed between the n-type drift layer 12 and the polysilicon layer 150.
  • a semiconductor in the opposite direction to the electrical is formed.
  • the potential in the entire width direction of the well region 20 located below the gate pad 120 It is useful in that it can prevent it from rising abnormally.
  • the gate electrode 125 scheduled to be located below the gate pad 120 is removed to perform a field opening.
  • a portion to be positioned below the gate pad 120 is formed of polysilicon to form a polysilicon layer 150.
  • polysilicon forming the polysilicon layer 150 may be further stacked, or after pre-masking with an oxide film, for example, so as not to remain after the polysilicon is stacked.
  • the polysilicon layer 150 may be deposited and patterned, and then the mask may be removed. When doped polysilicon is used as the polysilicon layer 150, the polysilicon layer 150 stacked on the gate electrode 125 may not be removed and may be used as it is.
  • the polysilicon When polysilicon is stacked on the gate electrode 125 when undoped polysilicon is used as the polysilicon layer 150, the polysilicon may be removed by etching, or only at a portion where a contact to the gate pad 120 is taken. A mask may be performed so that the polysilicon layer 150 made of undoped polysilicon is not stacked, and the upper surface of the gate electrode 125 may be exposed.
  • an interlayer insulating film 65 is formed next.
  • a contact hole 69 is also formed in the interlayer insulating film 65 located above the polysilicon layer 150.
  • gate pad 120 and source pad 110 are formed, gate pad 120 and gate electrode 125 are electrically connected through the gate contact hole, and source pad 110 and polysilicon layer 150 are electrically connected through contact hole 69.
  • the polysilicon layer 150 and the well region 20 are in Schottky contact with each other.
  • the impurity concentration is lowered for example, a low concentration p-type region of the well region 20 (p -) may be, to lower the impurity concentration in the polysilicon layer 150, a low doped Polysilicon may be employed.
  • the impurity concentration in the low concentration p-type region (p ⁇ ) in the present embodiment is, for example, 5 ⁇ 10 16 to 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the polysilicon layer 150 is provided in the well region 20 and in contact with the undoped polysilicon layer 151 and the doped poly layer provided in the undoped polysilicon layer 151. And the silicon layer 152.
  • Any configuration adopted in each of the above embodiments can be adopted in the third embodiment.
  • the members described in each of the above embodiments will be described with the same reference numerals.
  • Schottky barrier .phi.B may be too low.
  • the Schottky barrier ⁇ B can be prevented from being too low.
  • the gate electrode 125 scheduled to be located below the gate pad 120 is removed to perform a field opening.
  • an undoped polysilicon layer 151 is formed at a position to be located below the gate pad 120. Thereafter, a doped polysilicon layer 152 is formed on the undoped polysilicon layer 151.
  • the undoped polysilicon layer 151 forming the polysilicon layer 150 and the doped polysilicon layer 152 may be sequentially formed, but in order to suppress the influence of the undoped polysilicon layer 151.
  • the undoped polysilicon layer 151 formed on the gate electrode 125 may be removed by etching or the like. Alternatively, the undoped polysilicon layer 151 may not be formed only in the region of the gate electrode 125 in contact with the gate pad 120. For example, the undoped polysilicon may be formed only in the region of the gate electrode 125 in contact with the gate pad 120. Layer 151 may be removed.
  • ion implantation for example, is performed only to the portion corresponding to the doped polysilicon layer 152. And doping may be performed.
  • an interlayer insulating film 65 is formed next.
  • a contact hole 69 is also formed in the interlayer insulating film 65 located above the polysilicon layer 150.
  • gate pad 120 and source pad 110 are formed, gate pad 120 and gate electrode 125 are electrically connected through the gate contact hole, and source pad 110 and polysilicon layer 150 are doped through contact hole 69. Polysilicon layer 152 is contacted.
  • the polysilicon layer 150 is provided on the lightly doped polysilicon layer 153 in contact with the drift layer 12 and the lightly doped polysilicon layer 153. And a highly doped polysilicon layer 154 whose impurity concentration is higher than the impurity concentration of the layer 153.
  • Any configuration adopted in each of the above embodiments can be adopted in this embodiment.
  • the members described in each of the above embodiments will be described with the same reference numerals.
  • the impurity concentration in the low doped polysilicon layer 153 is, for example, 1 ⁇ 10 15 to 5 ⁇ 10 18 cm -3
  • the impurity concentration in the high doped polysilicon layer 154 is, for example, 5 ⁇ 10 18 to 1 ⁇ 10 21. It is cm -3 .
  • the gate electrode 125 scheduled to be located below the gate pad 120 is removed to perform a field opening.
  • a lightly doped polysilicon layer 153 is formed at a position to be located below the gate pad 120. Thereafter, highly doped polysilicon layer 154 is formed on lightly doped polysilicon layer 153. At this time, although the lightly doped polysilicon layer 153 forming the polysilicon layer 150 and the heavily doped polysilicon layer 154 may be sequentially formed in the gate electrode 125, the influence of the lightly doped polysilicon layer 153 is suppressed In order to prevent this, the low doped polysilicon layer 153 formed on the gate electrode 125 may be removed by etching or the like. Alternatively, the low doped polysilicon layer 153 may not be formed only in the region of the gate electrode 125 in contact with the gate pad 120. For example, the low doping in the region of the gate electrode 125 in contact with the gate pad 120 is low. The polysilicon layer 153 may be removed.
  • doping may be performed by ion implantation.
  • an interlayer insulating film 65 is formed next.
  • a contact hole 69 is also formed in the interlayer insulating film 65 located above the polysilicon layer 150.
  • gate pad 120 and source pad 110 are formed, gate pad 120 and gate electrode 125 are electrically connected through the gate contact hole, and source pad 110 and polysilicon layer 150 are highly doped through contact hole 69. Depolysilicon layer 154 is contacted.
  • the polysilicon layer 150 and the well region 20 are in ohmic contact with each other. Others are the same as those of the above-described embodiments, and any configuration adopted in the above-described embodiments can be adopted in this embodiment.
  • the members described in each of the above embodiments will be described with the same reference numerals.
  • the potential can be prevented from abnormally rising in the well region 20 in the lower region of the gate pad 120.
  • sheet resistance in polysilicon is significantly smaller than that of p-type well region 20
  • sheet resistance is caused by adopting polysilicon layer 150 as in this embodiment.
  • the potential can be suppressed from rising in the p-type well region 20.
  • the current can flow in the polysilicon layer 150 when the potential of the p-type well region 20 rises.
  • the impurity concentration of the well region 20 may be increased to, for example, a high concentration p-type region (p + ), or the impurity concentration in the polysilicon layer 150 may be increased to achieve high doping.
  • depolysilicon may be employed.
  • the impurity concentration in the high concentration p-type region (p + ) in the present embodiment is, for example, 2 ⁇ 10 19 to 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 .
  • the polysilicon layer 150 includes the undoped polysilicon layer 151 and the doped polysilicon layer 152. And the ohmic contact between the undoped polysilicon layer 151 and the p-type well region 20, as in the third embodiment, the polysilicon layer 150 may be a low doped polysilicon.
  • the layer 153 and the highly doped polysilicon layer 154 may be provided, and the lightly doped polysilicon layer 153 and the p-type well region 20 may be in ohmic contact with each other.
  • the description will be made using the aspect in which the polysilicon layer 150 and the well region 20 make Schottky contact, and in the present embodiment, the polysilicon layer 150 and the well region 20 make ohmic contact
  • the description has been made using the embodiment the present invention is not limited to this, and the polysilicon layer 150 and the well region 20 may have an intermediate characteristic between the Schottky contact and the ohmic contact.
  • Drift Layer 20 Well Region 62 Field Insulating Film 65 Interlayer Insulation 110
  • Source Pad 120
  • Gate Pad 150 polysilicon layer 151 undoped polysilicon layer 152 doped polysilicon layer 153 lightly doped polysilicon layer 154 highly doped polysilicon layer

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Abstract

ワイドギャップ半導体装置は、第1導電型のワイドギャップ半導体材料を用いたドリフト層12と、前記ドリフト層12に設けられた第2導電型からなるウェル領域20と、前記ウェル領域20に設けられたポリシリコン層150と、前記ポリシリコン層150に設けられた層間絶縁膜65と、前記層間絶縁膜65に設けられたゲートパッド120と、前記ポリシリコン層150に電気的に接続されたソースパッド110と、を有する。

Description

ワイドギャップ半導体装置
 本発明は、第1導電型のドリフト層と、ドリフト層に設けられた第2導電型からなるウェル領域と、を有するワイドギャップ半導体装置に関する。
 ゲートパッドの下方領域にはp型等の第2導電型からなるウェル領域が設けられることが一般的であるが、SiC等のワイドギャップ半導体からなるMOSFETの場合には、スイッチング時の変位電流のために、ゲートパッド下の当該ウェル領域の電位が異常に上昇する場合があった。この点、国際公開公報2012/001837では、ゲートパッドの下方領域の第2導電型からなるウェル領域の電位上昇の一因として、当該ウェル領域のシート抵抗が高いことが挙げられている。
 また特開2015-211159号公報によれば、ゲートパッド下方のp型のウェル領域にn型の領域を設けることが提案されているが、このような構成を採用した場合には、寄生バイポーラ動作による電流集中によって破壊されるおそれがある。
 他方、特開2015-56543号公報では、金属材料からなるショットキー電極をゲートパッドの下方領域に設けることが提案されている。しかしながら、金属材料からなるショットキー電極を用いた場合には、その製造方法がかなり煩雑なものとなり、製造コストがかなり高くなってしまう。
 本発明は、ゲートパッドの下方領域において電位が異常に上昇することを防止できる半導体装置を提供する。
[概念1]
 本発明によるワイドギャップ半導体装置は、
 第1導電型のワイドギャップ半導体材料を用いたドリフト層と、
 前記ドリフト層に設けられた第2導電型からなるウェル領域と、
 前記ウェル領域に設けられたポリシリコン層と、
 前記ポリシリコン層に設けられた層間絶縁膜と、
 前記層間絶縁膜に設けられたゲートパッドと、
 前記ポリシリコン層に電気的に接続されたソースパッドと、
 を備えてもよい。
[概念2]
 本発明の概念1によるワイドギャップ半導体装置において、
 前記ポリシリコン層と前記ウェル領域はショットキー接触してもよい。
[概念3]
 本発明の概念1によるワイドギャップ半導体装置において、
 前記ポリシリコン層と前記ウェル領域はオーミック接触してもよい。
[概念4]
 本発明の概念1乃至3のいずれか1つによるワイドギャップ半導体装置において、
 前記ポリシリコン層は、前記ウェル領域に設けられた低ドープドポリシリコン層と、前記低ドープドポリシリコン層に設けられ、前記低ドープドポリシリコンにおける不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高ドープドポリシリコン層とを有してもよい。
[概念5]
 本発明の概念1乃至3のいずれか1つによるワイドギャップ半導体装置において、
 前記ポリシリコン層は、前記ウェル領域に設けられたアンドープドポリシリコン層と、前記アンドープドポリシリコン層に設けられたドープドポリシリコン層とを有してもよい。
[概念6]
 本発明の概念1乃至5のいずれか1つによるワイドギャップ半導体装置において、
 前記ウェル領域と前記ポリシリコン層との間に設けられたフィールド絶縁膜をさらに備えてもよい。
[概念7]
 本発明の概念1乃至6のいずれか1つによるワイドギャップ半導体装置は、
 前記ポリシリコン層を構成するポリシリコンからなるゲート電極をさらに備えてもよい。
[概念8]
 本発明の概念1乃至7のいずれか1つによるワイドギャップ半導体装置において、
 前記ウェル領域にソース領域が設けられ、
 前記ウェル領域のうち、前記ソース領域に隣接して前記ソースパッドに電気的に接続される領域は、超高濃度第2導電型領域からなってもよい。
 本発明において、ゲートパッドの下方領域にソースパッドに電気的に接続されたポリシリコン層が設けられ、当該ポリシリコン層がウェル領域と接触している態様を採用した場合には、ゲートパッドの下方領域のウェル領域において電位が異常に上昇することを防止できる。また、特開2015-211159号公報で示されているような構成で生じ得る寄生バイポーラ動作による電流集中が起こることもない。
図1は、本発明の第1の実施の形態で用いられうる半導体装置の断面図である。 図2は、図1の一部を拡大して示した断面図である。 図3は、本発明の第1の実施の形態で用いられうる半導体装置の断面図であって、図1とは異なる箇所の断面図である。 図4は、本発明の第2の実施の形態で用いられうる半導体装置の断面図である。 図5は、本発明の第3の実施の形態で用いられうる半導体装置の断面図である。
第1の実施の形態
《構成》
 本実施の形態では、一例として縦型のMOSFETを用いて説明する。本実施の形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明するが、このような態様に限られることはなく、第1導電型をp型、第2導電型をn型としてもよい。また、本実施の形態では、ワイドギャップ半導体として炭化ケイ素を用いて説明するが、このような態様に限られることはなく、ワイドギャップ半導体として窒化ガリウム等を用いてもよい。本実施の形態では、図1の上下方向(ワイドギャップ半導体装置の厚み方向)を上下方向と呼び、上下方向に直交する方向を面方向と呼ぶ。
 図1に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素半導体装置は、n型の炭化ケイ素半導体基板11と、炭化ケイ素半導体基板11の第1の主面(上面)に設けられ、n型の炭化ケイ素材料を用いたドリフト層12と、ドリフト層12に設けられたp型からなる複数のウェル領域20と、ウェル領域20に設けられたn型のソース領域31,32と、を有してもよい。ウェル領域20は例えばドリフト層12に対してp型の不純物を注入することで形成され、ソース領域31,32は例えばウェル領域20に対してn型の不純物を注入することで形成されてもよい。炭化ケイ素半導体基板11の第2の主面(下面)にドレイン電極90が設けられてもよい。セルとして利用される領域の周縁外方には耐圧構造部が設けられてもよい。ドレイン電極90としては、例えば、チタン、アルミニウム、ニッケル等を用いてもよい。
 図2に示すように、炭化ケイ素半導体装置は、ウェル領域20に設けられたポリシリコン層150と、ポリシリコン層150に設けられた層間絶縁膜65と、層間絶縁膜65に設けられたゲートパッド120と、層間絶縁膜65に設けられたコンタクトホール69を介してポリシリコン層150に電気的に接続されたソースパッド110と、を有してもよい。
 ソースパッド110の下方に位置する層間絶縁膜65と、ウェル領域20、ソース領域31,32及びドリフト層12との間には、ゲート絶縁膜60が設けられてもよい。ソース領域31,32の間のゲート絶縁膜60にはゲート電極125が設けられてもよい。ゲート電極125はゲートパッド120と電気的に接続されてもよい。
 ウェル領域20とポリシリコン層150との間にフィールド絶縁膜62が設けられてもよい。ポリシリコン層150はフィールド絶縁膜62に乗りあがって段差部を形成するようになってもよい。なお、本実施の形態のウェル領域20における不純物濃度は例えば5×1016~1×1019cm-3であり、超高濃度p型領域(後述するウェルコンタクト領域21)における不純物濃度は例えば2×1019~1×1021cm-3である。
 ポリシリコン層150はゲートパッド120の下方全体に設けられている必要はなく、図3に示すように、ゲートパッド120の下方であってもポリシリコン層150が設けられていない領域が存在してもよい。当該領域では、ウェル領域20の上方にフィールド絶縁膜62が設けられ、フィールド絶縁膜62の上方に層間絶縁膜65が設けられてもよい。また、ポリシリコン層150はゲートパッド120の下方において、図2の左右方向である幅方向に沿って延在するスリット状に設けられ、スリット状のポリシリコン層150の間では、図3に示すように、ウェル領域20の上方にフィールド絶縁膜62が設けられ、フィールド絶縁膜62の上方に層間絶縁膜65が設けられてもよい。
 ドリフト層12は、炭化ケイ素半導体基板11の第1の主面にCVD法等により形成されてもよい。ドリフト層12におけるn型の不純物濃度は、炭化ケイ素半導体基板11におけるn型の不純物濃度よりも小さくなってもよく、ドリフト層12は低濃度領域(n)となり、炭化ケイ素半導体基板11はドリフト層12よりも高濃度の領域(n)となってもよい。n型の不純物としては例えばNやP等を用いることができ、p型の不純物としては例えばAlやB等を用いることができる。本実施の形態のドリフト層12における不純物濃度は例えば1×1014~4×1016cm-3となり、炭化ケイ素半導体基板11における不純物濃度は例えば1×1018~3×1019cm-3となってもよい。 
 ゲートパッド120は例えばAl等の金属によって形成され、ゲート電極125は例えばポリシリコン等によって形成されてもよい。ゲート電極125等の上面には層間絶縁膜65が形成されてもよい。ゲート電極125は、CVD法、フォトリソグラフィ技術等を用いて形成されてもよい。層間絶縁膜65は、CVD法等によって形成されてもよく、例えば二酸化ケイ素によって形成されてもよい。
 ゲート電極125がポリシリコンから形成される場合には、ゲート電極125とポリシリコン層150とは同じポリシリコンから形成されてもよい。ポリシリコンとしては何ら不純物がドープされないアンドープドポリシリコンを用いることもできるが、n型又はp型の不純物、例えばリンやボロン等がドープされたドープドポリシリコンを用いることもできる。本実施の形態の「同じポリシリコン」とは、アンドープドポリシリコンであるのかドープドポリシリコンであるのか、またドープドポリシリコンにおいてドープされる不純物の種類やその濃度が同じことを意味しており、同時に作成されることは必要とされない。このため、例えば、ゲート電極125をポリシリコンで形成し、その後でポリシリコン層150を別途形成した場合であっても、ゲート電極125とポリシリコン層150で用いられているポリシリコンの種別(アンドープドポリシリコンであるのかドープドポリシリコンであるのか)や不純物の種類及び濃度が同じものであれば、同じポリシリコンとなる。
 ゲート電極125とポリシリコン層150とは異なるポリシリコンから形成されてもよい。例えば、ゲート電極125がドープドポリシリコンから形成され、ポリシリコン層150がアンドープドポリシリコンから形成されてもよい。また、ゲート電極125及びポリシリコン層150が共にドープドポリシリコンから形成される場合であっても、ゲート電極125ではn型のドープドポリシリコンが用いられ、ポリシリコン層150ではp型のドープドポリシリコンが用いられてもよい。逆に、ゲート電極125ではp型のドープドポリシリコンが用いられ、ポリシリコン層150ではn型のドープドポリシリコンが用いられてもよい。また、ゲート電極125及びポリシリコン層150で用いられる不純物のn型又はp型が同じ場合であっても、その濃度が異なってもよく、ゲート電極125で用いられるドープドポリシリコンの不純物濃度が、ポリシリコン層150で用いられるドープドポリシリコンの不純物濃度よりも高くなってもよいし、逆に、ゲート電極125で用いられるドープドポリシリコンの不純物濃度が、ポリシリコン層150で用いられるドープドポリシリコンの不純物濃度よりも低くなってもよい。
 図3に示すように、ポリシリコン層150が設けられていない断面では、ウェル領域20にフィールド絶縁膜62が設けられ、フィールド絶縁膜62に層間絶縁膜65が設けられ、層間絶縁膜65にゲートパッド120が設けられてもよい。また、このような態様とは異なり、ゲートパッド120の下方全体にポリシリコン層150が設けられ、ゲートパッド120の下方にはフィールド絶縁膜62が設けられなくてもよい。
 図2に示すように、ウェル領域20のうちソース領域31,32に隣接してソースパッド110に電気的に接続される領域(以下「ウェルコンタクト領域21」とも言う。)は、超高濃度p型領域(p++)からなってもよい。ソース領域31,32は、ゲート電極125側に配置された高濃度n型領域(n)31と、高濃度n型領域(n)31に隣接して設けられた超高濃度n型領域(n++)32とを有してもよい。そして、超高濃度n型領域(n++)32に隣接してウェルコンタクト領域21が設けられてもよい。ソース領域31,32の超高濃度n型領域(n++)32及びウェルコンタクト領域21とソースパッド110との間には、ニッケル、チタン又はニッケル若しくはチタンを含有する合金からなる金属層40が設けられてもよい。なお、本実施の形態における高濃度n型領域(n)における不純物濃度は例えば1×1018~2×1019cm-3となり、超高濃度n型領域(n++)における不純物濃度は例えば2×1019~1×1021cm-3となってもよい。また、高濃度n型領域(n)31を設けず、当該領域についても超高濃度n型領域(n++)32で代用することにしてもよい。
 ウェル領域20の深さは、その底面がドリフト層12の底面より高い位置に位置づけられており、ドリフト層12内にウェル領域20が設けられてもよい。また、ソース領域31,32の深さは、その底面がウェル領域20の底面より高い位置に位置づけられており、ウェル領域20内にソース領域31,32が形成されてもよい。また、ウェルコンタクト領域21の深さは、その底面がウェルコンタクト領域21以外のウェル領域20の底面より高い位置に位置づけられてもよい。
 ポリシリコン層150とウェル領域20はショットキー接触してもよい。ソース領域31,32の超高濃度n型領域(n++)32はソースパッド110の下方に設けられた金属層40とオーミック接触してもよい。また、超高濃度p型領域(p++)であるウェルコンタクト領域21もソースパッド110の下方に設けられた金属層40とオーミック接触してもよい。
《作用・効果》
 次に、上述した構成からなる本実施の形態による作用・効果の一例について説明する。なお、「作用・効果」で説明するあらゆる態様を、上記構成で採用することができる。
 本実施の形態において、ゲートパッド120の下方領域にソースパッド110に電気的に接続されたポリシリコン層150が設けられ、当該ポリシリコン層150がウェル領域20と接触している態様を採用した場合には、ゲートパッド120の下方領域のウェル領域20において電位が異常に上昇することを防止できる。
 p型のウェル領域20と比較してポリシリコン、特にドープドポリシリコンにおけるシート抵抗は桁違いに小さいことから、本実施の形態のようなポリシリコン層150を採用することで、シート抵抗を原因として、p型のウェル領域20で電位が上昇することを抑えることができる。この効果から見ると、ポリシリコン層150にドープドポリシリコンを採用した場合には有益である。
 p型のウェル領域20の電位が上昇すると、ポリシリコン層150及びp型のウェル領域20との間で形成されたショットキーがON状態になり、電流がポリシリコン層150内を流れる。ポリシリコン層150及びp型のウェル領域20とがショットキー接触する場合には、ターンオフ時のみでポリシリコン層150が作用し、ターンオン時(この時、p型のウェル領域20は負バイアスとなるが、ゲート電極125の下方に位置するウェル領域20が空乏状態となるので過電界にはなりにくい。)では、p型のウェル領域20の抵抗によってdV/dtが高くなりすぎるのを抑制できる。
 また、ソースパッド110とポリシリコン層150、特にドープドポリシリコンとの接触抵抗率は、p型のウェルコンタクト領域21と金属層40との接触抵抗率と比較して桁違いで小さいことから、接触抵抗を原因として、p型のウェル領域20で電位が上昇することも抑えることができる。また、ポリシリコン層150とp型のウェル領域20とは接触面積が大きいことから、接触抵抗率は原則問題とならない。
 仮にゲートパッド120の下方の層間絶縁膜65の下方に金属材料からなるショットキー電極を用いた場合には、製造方法がかなり煩雑なものとのなり、製造コストがかなり高くなってしまう。他方、ゲートパッド120の下方の層間絶縁膜65の下方にポリシリコン層150を設ける場合には、その製造工程は容易なものとなる点で有益である。
 ゲート電極125がポリシリコンから形成される場合であって、ゲート電極125とポリシリコン層150とが同じポリシリコンから形成される場合には、ゲート電極125を形成する際にポリシリコン層150も形成することができることから、製造工程を極めて容易なものにすることができる。つまり、ソース領域31,32を含むセル部におけるポリシリコンからなるゲート電極125を成膜する際に、ポリシリコン層150を形成すればよく、従前から用いられている製造工程と同様の製造工程を採用することができる点で極めて有益である。
 なお、本実施の形態では、p型のウェル領域20とポリシリコン層150とがショットキー接触しており、n型のドリフト層12とポリシリコン層150との間でショットキー接触が形成される態様とは、電気的には逆方向の半導体が形成されることになる。
 また、図2に示すように、ポリシリコン層150がゲートパッド120の幅よりも長い距離に設けられる態様を採用することで、ゲートパッド120の下方に位置するウェル領域20の幅方向全体において電位が異常に上昇することを防止できる点で有益である。
 製造工程の一例としては、以下のような工程を挙げることができる。
 ゲート電極125を形成した後で、ゲートパッド120の下方に位置する予定のゲート電極125を除去してフィールド開口を行う。
 次に、ゲートパッド120の下方に位置する予定の箇所をポリシリコンで成膜し、ポリシリコン層150を形成する。セル領域に位置するゲート電極125では、ポリシリコン層150を形成するポリシリコンがさらに積層されてもよいし、当該ポリシリコンが積層された後残らないように、例えば酸化膜で予めマスクをした後、ポリシリコン層150を成膜し、パターニングしてからマスクを除去してもよい。ポリシリコン層150としてドープドポリシリコンを用いる場合には、ゲート電極125に積層されたポリシリコン層150を除去せず、そのまま用いてもよい。ポリシリコン層150としてアンドープドポリシリコンを用いる場合にゲート電極125にポリシリコンが積層されるときには、当該ポリシリコンをエッチングによって除去してもよいし、またゲートパッド120へのコンタクトを取る部分のみでマスクを行い、アンドープドポリシリコンからなるポリシリコン層150が積層されないようにし、ゲート電極125の上面が露出するようにパターニングしてもよい。
 以上の様にしてポリシリコン層150が形成されると、次に層間絶縁膜65を成膜する。成膜された層間絶縁膜65にゲートコンタクトホールを形成する際にポリシリコン層150の上方に位置する層間絶縁膜65にもコンタクトホール69を形成する。
 その後、ゲートパッド120及びソースパッド110を形成し、ゲートコンタクトホールを介してゲートパッド120とゲート電極125が電気的に接続され、コンタクトホール69を介してソースパッド110とポリシリコン層150が電気的に接続される。
 本実施の形態では、ポリシリコン層150とウェル領域20がショットキー接触する態様になっている。このようなショットキー接触を実現させるために、ウェル領域20の不純物濃度を低くし例えば低濃度p型領域(p)としてもよいし、ポリシリコン層150における不純物濃度を低くし、低ドープドポリシリコンを採用してもよい。なお、本実施の形態における低濃度p型領域(p)における不純物濃度は例えば5×1016~1×1019cm-3である。
第2の実施の形態
 次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
 本実施の形態では、図4に示すように、ポリシリコン層150が、ウェル領域20に設けられたに接触するアンドープドポリシリコン層151と、アンドープドポリシリコン層151に設けられたドープドポリシリコン層152とを有している。上記各実施の形態で採用したあらゆる構成を第3の実施の形態でも採用することができる。上記各実施の形態で説明した部材に対しては同じ符号を付して説明する。
 ポリシリコン層150としてドープドポリシリコンを用いた場合、特にn型のドープドポリシリコンを用いた場合には、ショットキー障壁φBが低くなりすぎることがある。この点、本実施の形態では、ウェル領域20に接触する層をアンドープドポリシリコン層151とすることから、ショットキー障壁φBが低くなりすぎることを防止できる。
 本実施の形態では、例えば次のような製造方法を採用することも考えられる。
 ゲート電極125を形成した後で、ゲートパッド120の下方に位置する予定のゲート電極125を除去してフィールド開口を行う。
 次に、ゲートパッド120の下方に位置する予定の箇所にアンドープドポリシリコン層151を形成する。その後で、アンドープドポリシリコン層151にドープドポリシリコン層152を形成する。この際、ゲート電極125では、ポリシリコン層150を形成するアンドープドポリシリコン層151とドープドポリシリコン層152が順次形成されてもよいが、アンドープドポリシリコン層151による影響を抑制するためにゲート電極125に形成されたアンドープドポリシリコン層151をエッチング等で除去してもよい。また、ゲート電極125のうちゲートパッド120と接触する領域だけでアンドープドポリシリコン層151が形成されないようにしてもよく、例えばゲート電極125のうちゲートパッド120と接触する領域だけでアンドープドポリシリコン層151を除去してもよい。
 また、アンドープドポリシリコン層151とドープドポリシリコン層152の合計に相当する膜厚のアンドープドポリシリコン層を成膜した後、ドープドポリシリコン層152に相当する部分にだけ、例えばイオン注入を行ってドーピングするようにしてもよい。
 以上の様にしてポリシリコン層150が形成されると、次に層間絶縁膜65を成膜する。成膜された層間絶縁膜65にゲートコンタクトホールを形成する際にポリシリコン層150の上方に位置する層間絶縁膜65にもコンタクトホール69を形成する。
 その後、ゲートパッド120及びソースパッド110を形成し、ゲートコンタクトホールを介してゲートパッド120とゲート電極125が電気的に接続され、コンタクトホール69を介してソースパッド110とポリシリコン層150のドープドポリシリコン層152が接触される。
第3の実施の形態
 次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
 本実施の形態では、図5に示すように、ポリシリコン層150が、ドリフト層12に接触する低ドープドポリシリコン層153と、低ドープドポリシリコン層153に設けられ、低ドープドポリシリコン層153の不純物濃度よりも不純物濃度の高い高ドープドポリシリコン層154とを有している。上記各実施の形態で採用したあらゆる構成を本実施の形態でも採用することができる。上記各実施の形態で説明した部材に対しては同じ符号を付して説明する。なお、低ドープドポリシリコン層153における不純物濃度は例えば1×1015~5×1018cm-3であり、高ドープドポリシリコン層154における不純物濃度は例えば5×1018~1×1021cm-3である。
 本実施の形態でも、第2の実施の形態と類似した効果を得ることができ、ウェル領域20に接触する層を低ドープドポリシリコン層153とすることから、ショットキー障壁φBが低くなりすぎることを防止できる。
 本実施の形態では、例えば次のような製造方法を採用することも考えられる。
 ゲート電極125を形成した後で、ゲートパッド120の下方に位置する予定のゲート電極125を除去してフィールド開口を行う。
 次に、ゲートパッド120の下方に位置する予定の箇所に低ドープドポリシリコン層153を形成する。その後で、低ドープドポリシリコン層153に高ドープドポリシリコン層154を形成する。この際、ゲート電極125では、ポリシリコン層150を形成する低ドープドポリシリコン層153と高ドープドポリシリコン層154が順次形成されてもよいが、低ドープドポリシリコン層153による影響を抑制するためにゲート電極125に形成された低ドープドポリシリコン層153をエッチング等で除去してもよい。また、ゲート電極125のうちゲートパッド120と接触する領域だけで低ドープドポリシリコン層153が形成されないようにしてもよく、例えばゲート電極125のうちゲートパッド120と接触する領域だけで低ドープドポリシリコン層153を除去してもよい。
 また、低ドープドポリシリコン層153と高ドープドポリシリコン層154の合計に相当する膜厚のアンドープドポリシリコン層を成膜した後、高ドープドポリシリコン層154に相当する部分にだけ、例えばイオン注入を行ってドーピングするようにしてもよい。
 以上の様にしてポリシリコン層150が形成されると、次に層間絶縁膜65を成膜する。成膜された層間絶縁膜65にゲートコンタクトホールを形成する際にポリシリコン層150の上方に位置する層間絶縁膜65にもコンタクトホール69を形成する。
 その後、ゲートパッド120及びソースパッド110を形成し、ゲートコンタクトホールを介してゲートパッド120とゲート電極125が電気的に接続され、コンタクトホール69を介してソースパッド110とポリシリコン層150の高ドープドポリシリコン層154が接触される。
第4の実施の形態
 次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。
 本実施の形態では、ポリシリコン層150とウェル領域20がオーミック接触する態様となっている。その他については、上記各実施の形態と同様であり、上記各実施の形態で採用したあらゆる構成を本実施の形態でも採用することができる。上記各実施の形態で説明した部材に対しては同じ符号を付して説明する。
 本実施の形態でも、ゲートパッド120の下方領域のウェル領域20において電位が異常に上昇することを防止できる。
 p型のウェル領域20と比較してポリシリコン、特にドープドポリシリコンにおけるシート抵抗は桁違いに小さいことから、本実施の形態のようなポリシリコン層150を採用することで、シート抵抗を原因として、p型のウェル領域20で電位が上昇することを抑えることができる。また、本実施の形態でも、p型のウェル領域20の電位が上昇すると、電流がポリシリコン層150内を流れるようにすることができる。
 本実施の形態におけるオーミック接触を実現させるために、ウェル領域20の不純物濃度を高くし例えば高濃度p型領域(p)としてもよいし、ポリシリコン層150における不純物濃度を高くし、高ドープドポリシリコンを採用してもよい。なお、本実施の形態における高濃度p型領域(p)における不純物濃度は例えば2×1019~1×1021cm-3である。
 前述したように、本実施の形態では上記各実施の形態の態様を利用できることから、第2の実施の形態のように、ポリシリコン層150がアンドープドポリシリコン層151とドープドポリシリコン層152とを有し、アンドープドポリシリコン層151とp型のウェル領域20とがオーミック接触するようにしてもよいし、第3の実施の形態のように、ポリシリコン層150が低ドープドポリシリコン層153と高ドープドポリシリコン層154とを有し、低ドープドポリシリコン層153とp型のウェル領域20とがオーミック接触するようにしてもよい。
 なお、第1乃至第3の実施の形態ではポリシリコン層150とウェル領域20がショットキー接触する態様を用いて説明を行い、本実施の形態ではポリシリコン層150とウェル領域20がオーミック接触する態様を用いて説明を行ったが、これに限られることはなく、ポリシリコン層150とウェル領域20がショットキー接触とオーミック接触との中間的な特性であってもよい。
 なお、ウェル領域20と接触するポリシリコン層150として高ドープドポリシリコンを用いた場合には、低ドープドポリシリコンを用いた場合と比較してシート抵抗が上昇することを防止できる点では有益である。
 上述した各実施の形態の記載及び図面の開示は、請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。また、出願当初の請求項の記載はあくまでも一例であり、明細書、図面等の記載に基づき、請求項の記載を適宜変更することもできる。
12    ドリフト層
20    ウェル領域
62    フィールド絶縁膜
65    層間絶縁
110   ソースパッド
120   ゲートパッド             
150   ポリシリコン層
151   アンドープドポリシリコン層
152   ドープドポリシリコン層
153   低ドープドポリシリコン層
154   高ドープドポリシリコン層

Claims (8)

  1.  第1導電型のワイドギャップ半導体材料を用いたドリフト層と、
     前記ドリフト層に設けられた第2導電型からなるウェル領域と、
     前記ウェル領域に設けられたポリシリコン層と、
     前記ポリシリコン層に設けられた層間絶縁膜と、
     前記層間絶縁膜に設けられたゲートパッドと、
     前記ポリシリコン層に電気的に接続されたソースパッドと、
     を備えることを特徴とするワイドギャップ半導体装置。
  2.  前記ポリシリコン層と前記ウェル領域はショットキー接触することを特徴とする請求項1に記載のワイドギャップ半導体装置。
  3.  前記ポリシリコン層と前記ウェル領域はオーミック接触することを特徴とする請求項1に記載のワイドギャップ半導体装置。
  4.  前記ポリシリコン層は、前記ウェル領域に設けられた低ドープドポリシリコン層と、前記低ドープドポリシリコン層に設けられ、前記低ドープドポリシリコンにおける不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高ドープドポリシリコン層とを有していることを特徴とする請求項1に記載のワイドギャップ半導体装置。
  5.  前記ポリシリコン層は、前記ウェル領域に設けられたアンドープドポリシリコン層と、前記アンドープドポリシリコン層に設けられたドープドポリシリコン層とを有していることを特徴とする請求項1に記載のワイドギャップ半導体装置。
  6.  前記ウェル領域と前記ポリシリコン層との間に設けられたフィールド絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のワイドギャップ半導体装置。
  7.  前記ポリシリコン層を構成するポリシリコンからなるゲート電極をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のワイドギャップ半導体装置。
  8.  前記ウェル領域にソース領域が設けられ、
     前記ウェル領域のうち、前記ソース領域に隣接して前記ソースパッドに電気的に接続される領域は、超高濃度第2導電型領域からなることを特徴とする請求項1に記載のワイドギャップ半導体装置。
     
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024058144A1 (ja) * 2022-09-16 2024-03-21 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 半導体装置および実装基板

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023046021A (ja) * 2021-09-22 2023-04-03 株式会社東芝 半導体装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003318413A (ja) * 2002-02-19 2003-11-07 Nissan Motor Co Ltd 高耐圧炭化珪素ダイオードおよびその製造方法
JP2010109221A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Rohm Co Ltd 半導体装置
WO2012001837A1 (ja) 2010-06-30 2012-01-05 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
JP2015056543A (ja) 2013-09-12 2015-03-23 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置
JP2015211159A (ja) 2014-04-28 2015-11-24 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001085705A (ja) * 1999-09-16 2001-03-30 Fuji Electric Co Ltd ショットキーバリアダイオードの製造方法
US6365942B1 (en) * 2000-12-06 2002-04-02 Fairchild Semiconductor Corporation MOS-gated power device with doped polysilicon body and process for forming same
US7183575B2 (en) * 2002-02-19 2007-02-27 Nissan Motor Co., Ltd. High reverse voltage silicon carbide diode and method of manufacturing the same high reverse voltage silicon carbide diode
JP5560519B2 (ja) * 2006-04-11 2014-07-30 日産自動車株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP2008112897A (ja) * 2006-10-31 2008-05-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体集積回路及びその製造方法
CN101548387B (zh) 2007-08-07 2012-03-21 松下电器产业株式会社 碳化硅半导体元件及其制造方法
US8188484B2 (en) * 2008-12-25 2012-05-29 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
KR101291838B1 (ko) 2009-10-14 2013-07-31 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 전력용 반도체 장치
DE112011101254B4 (de) * 2010-04-06 2017-04-06 Mitsubishi Electric Corporation Leistungshalbleiterbauteile und Verfahren zu deren Herstellung
US9472405B2 (en) * 2011-02-02 2016-10-18 Rohm Co., Ltd. Semiconductor power device and method for producing same
WO2012105609A1 (ja) 2011-02-02 2012-08-09 ローム株式会社 半導体装置
JP5994604B2 (ja) 2012-11-28 2016-09-21 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
CN105103298B (zh) * 2013-03-31 2019-01-01 新电元工业株式会社 半导体装置
US9236458B2 (en) * 2013-07-11 2016-01-12 Infineon Technologies Ag Bipolar transistor and a method for manufacturing a bipolar transistor
JP6369173B2 (ja) * 2014-04-17 2018-08-08 富士電機株式会社 縦型半導体装置およびその製造方法
JP6424524B2 (ja) 2014-09-08 2018-11-21 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003318413A (ja) * 2002-02-19 2003-11-07 Nissan Motor Co Ltd 高耐圧炭化珪素ダイオードおよびその製造方法
JP2010109221A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Rohm Co Ltd 半導体装置
WO2012001837A1 (ja) 2010-06-30 2012-01-05 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
JP2015056543A (ja) 2013-09-12 2015-03-23 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置
JP2015211159A (ja) 2014-04-28 2015-11-24 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3726586A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024058144A1 (ja) * 2022-09-16 2024-03-21 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 半導体装置および実装基板
JP7518317B1 (ja) 2022-09-16 2024-07-17 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 半導体装置および実装基板

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