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JP2007288172A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2007288172A
JP2007288172A JP2007071732A JP2007071732A JP2007288172A JP 2007288172 A JP2007288172 A JP 2007288172A JP 2007071732 A JP2007071732 A JP 2007071732A JP 2007071732 A JP2007071732 A JP 2007071732A JP 2007288172 A JP2007288172 A JP 2007288172A
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JP
Japan
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semiconductor
region
main surface
switching element
semiconductor region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2007071732A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuzo Sakamoto
光造 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a withstanding voltage of a hetero junction used for reverse blocking in a reverse-blocking switching element that employs a wide bandgap semiconductor with a high withstand voltage and a low loss. <P>SOLUTION: A semiconductor device is a reverse-blocking switching element provided with: a switching element formed of a wide bandgap semiconductor on a first principal surface side where a first terminal 10 is formed, and a hetero junction diode for blocking a reverse current on a second principal surface side where a second terminal 13 is formed. A silicon semiconductor region 30a is provided at the side surface of the semiconductor to prevent deterioration in the withstand voltage of the hetero junction diode. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は高耐圧で低損失な逆阻止型半導体スイッチング素子を提供する。   The present invention provides a reverse blocking semiconductor switching element with high breakdown voltage and low loss.

SiC(炭化珪素)やGaN(窒化ガリウム)やダイヤモンドのようなバンドギャップ
が1.3eV 以上のワイドバンドギャップ半導体素子は高圧・低損失・高周波化が可能であり、更に高温でも動作が可能という特徴がある。このようなワイドバンドギャップ半導体とシリコン半導体を接触させた半導体装置として、特許文献1にはSi基板上にGaN系材料を形成して実現した縦型電界トランジスタが開示されている。
Wide bandgap semiconductor devices with a band gap of 1.3 eV or more, such as SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), and diamond, are capable of high pressure, low loss, and high frequency, and can operate at higher temperatures. There is. As a semiconductor device in which such a wide band gap semiconductor and a silicon semiconductor are brought into contact with each other, Patent Document 1 discloses a vertical field transistor realized by forming a GaN-based material on a Si substrate.

一方、マトリックスコンバータなどの応用回路向けに、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の逆方向阻止電圧を向上した逆阻止IGBTがあり、特許文献2には特許文献2には{111}面を側壁とし、{100}面を底面とする溝を有するシリコン半導体を用いた逆阻止IGBTが開示されている。   On the other hand, there is a reverse blocking IGBT that improves the reverse blocking voltage of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) for an application circuit such as a matrix converter. Patent Document 2 includes a {111} plane as a side wall, A reverse blocking IGBT using a silicon semiconductor having a groove having a {100} plane as a bottom surface is disclosed.

さらに、特許文献3にはワイドバンドギャップ半導体とシリコン半導体を接触させたヘテロ接合ダイオードを有する逆阻止型のスイッチング素子が開示されている。   Further, Patent Document 3 discloses a reverse blocking type switching element having a heterojunction diode in which a wide band gap semiconductor and a silicon semiconductor are in contact with each other.

特開2002−16262号公報(図1と(0011)段落の記載。)Japanese Patent Laying-Open No. 2002-16262 (described in FIG. 1 and paragraph (0011)) 特開2006−294716号公報(図1と(0018)段落の記載。)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-294716 (described in FIG. 1 and paragraph (0018)) 特開2006−186307号公報(図1と(0011)段落の記載。)JP 2006-186307 A (described in FIG. 1 and paragraph (0011))

上記従来技術において、特許文献1に記載のものはワイドバンドギャップ半導体とシリコン半導体を接触させる構造を開示しているものの、この接触面をダイオードとして動作させ、なおかつ、この接合の高耐圧化に関しては十分検討がなされてなかった。   In the above prior art, the one described in Patent Document 1 discloses a structure in which a wide band gap semiconductor and a silicon semiconductor are brought into contact with each other. However, the contact surface is operated as a diode and the junction withstand voltage is increased. There was not enough consideration.

特許文献2に記載のものはシリコン半導体基板の逆阻止用分離領域に溝形成後にポリシリコン層やエピタキシャルシリコンで埋める方法が記載されているが、ワイドバンドギャップ半導体の場合に好適な製造方法や半導体装置構造に関しては検討がなされてなかった。   The method described in Patent Document 2 describes a method of filling a reverse blocking isolation region of a silicon semiconductor substrate with a polysilicon layer or epitaxial silicon after forming a groove. However, a manufacturing method or semiconductor suitable for a wide band gap semiconductor is disclosed. The device structure has not been studied.

特許文献3に記載のものは半導体基体の深さ方向が短いため周辺構造の製造プロセスが簡略化できるとしているものの、ワイドバンドギャップ半導体での不純物拡散速度は遅いため、第1主面(表面)から第2主面(裏面)側に形成されたヘテロ接合ダイオードへ到達するように半導体基体の深さ方向に分離領域を形成しようとするとイオン打ち込みがエネルギーが高くなりすぎたり、不純物拡散時間が長くなりすぎるという問題がある。   Although the thing of patent document 3 says that the manufacturing process of a peripheral structure can be simplified because the depth direction of a semiconductor substrate is short, since the impurity diffusion rate in a wide band gap semiconductor is slow, the 1st main surface (surface) When an isolation region is formed in the depth direction of the semiconductor substrate so as to reach the heterojunction diode formed on the second main surface (back surface) side, the ion implantation becomes too high in energy or the impurity diffusion time is long. There is a problem of becoming too much.

本発明の目的は、ヘテロ接合を有する逆阻止機能とスイッチング機能を有する高耐圧な半導体装置を提供することであり、特に高耐圧で低損失なワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a high breakdown voltage semiconductor device having a reverse blocking function and a switching function having a heterojunction, and in particular, to provide a semiconductor device using a wide band gap semiconductor having a high breakdown voltage and low loss. It is.

本発明の半導体装置は、ヘテロ接合を有する逆阻止型スイッチング素子において、ヘテロ接合の高耐圧化のためにスイッチング素子の周辺部の側面にものヘテロ接合を形成した。   In the semiconductor device of the present invention, in a reverse blocking switching element having a heterojunction, a heterojunction is formed on the side surface of the peripheral portion of the switching element in order to increase the breakdown voltage of the heterojunction.

本発明によれば、逆阻止特性を有する高耐圧で低損失なワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize a wide band gap semiconductor switching element having reverse blocking characteristics and high breakdown voltage and low loss.

本発明の半導体回路では、第1接合と第2接合とを有する半導体スイッチング素子において、該半導体スイッチング素子の第1主端子と第2主端子との間の主電流経路のうち少なくとも1領域がワイドバンドギャップ半導体であって、前記第2接合の順方向電圧降下が前記第1接合の順方向電圧降下より低く、前記第2接合は前記スイッチング素子が順方向動作でオンした時に順バイアス状態にして、逆方向動作の時には逆バイアス状態となり、該逆バイアス状態の時には前記第2接合の周辺端部の空乏層が前記第1接合が形成される第1主面側に延びる手段を設けた。   In the semiconductor circuit of the present invention, in the semiconductor switching element having the first junction and the second junction, at least one region of the main current path between the first main terminal and the second main terminal of the semiconductor switching element is wide. A band gap semiconductor, wherein the forward voltage drop of the second junction is lower than the forward voltage drop of the first junction, and the second junction is in a forward bias state when the switching element is turned on in forward operation. In the reverse operation, a reverse bias state is provided, and in the reverse bias state, a depletion layer at the peripheral end of the second junction is provided to extend toward the first main surface where the first junction is formed.

図1は、本実施例の半導体装置である。本実施例の半導体装置は第1主面側にSiCのパワーMOSFETが形成され、第2主面側の多結晶シリコン半導体領域1とn型SiC半導体領域4との間にヘテロ接合ダイオードを形成された逆阻止型のSiCパワーMOSFETである。すなわち、電極層10がSiCパワーMOSFETのソース電極でn型SiC半導体領域4がドレイン領域になっているが、n型SiC半導体領域4はヘテロ接合ダイオードのカソード領域でもあり、シリコン半導体領域1はヘテロ接合ダイオードのアノード領域として働く。従って、電極層13は本半導体装置のアノード電極とも呼ぶことにする。   FIG. 1 shows a semiconductor device of this embodiment. In the semiconductor device of this embodiment, a SiC power MOSFET is formed on the first main surface side, and a heterojunction diode is formed between the polycrystalline silicon semiconductor region 1 and the n-type SiC semiconductor region 4 on the second main surface side. This is a reverse blocking type SiC power MOSFET. That is, the electrode layer 10 is the source electrode of the SiC power MOSFET and the n-type SiC semiconductor region 4 is the drain region, but the n-type SiC semiconductor region 4 is also the cathode region of the heterojunction diode, and the silicon semiconductor region 1 is heterogeneous. Serves as the anode region of the junction diode. Therefore, the electrode layer 13 is also referred to as an anode electrode of the semiconductor device.

第1主面側にはn型のSiC半導体層にp型ボディ領域5a,ドレイン耐圧を確保するためのフローティングフィールドリング5b,5c,n型ソース領域8a,コンタクト用p型半導体領域6a,リーク電流低減用n型領域8b,ゲート絶縁膜15,ゲート電極層11,絶縁層12,ソース電極層10を形成してある。また、パワーMOSFETの周辺部には第1主面に対しほぼ垂直な方向に多結晶シリコン半導体領域30aが形成されていてn型SiC半導体層4との間にヘテロ接合ダイオードを形成されている。あるいは、より厳密には本半導体素子の高耐圧確保領域4の側面を囲むようにシリコン半導体領域30aを形成した。n型領域8a,8b,p型領域5a,6aは高エネルギーのイオン打ち込みで形成できるがエピタキシャル工程を利用して形成してもよい。特にゲート絶縁膜15直下のチャネル形成領域はエピタキシャル層を追加してしきい電圧を最適化しても構わない。   On the first main surface side, an n-type SiC semiconductor layer has a p-type body region 5a, floating field rings 5b and 5c for securing a drain breakdown voltage, an n-type source region 8a, a contact p-type semiconductor region 6a, a leakage current. A reduction n-type region 8b, a gate insulating film 15, a gate electrode layer 11, an insulating layer 12, and a source electrode layer 10 are formed. A polycrystalline silicon semiconductor region 30a is formed in a direction substantially perpendicular to the first main surface in the periphery of the power MOSFET, and a heterojunction diode is formed between the n-type SiC semiconductor layer 4 and the n-type SiC semiconductor layer 4. Alternatively, more strictly, the silicon semiconductor region 30a is formed so as to surround the side surface of the high breakdown voltage securing region 4 of the semiconductor element. The n-type regions 8a and 8b and the p-type regions 5a and 6a can be formed by ion implantation with high energy, but may be formed using an epitaxial process. In particular, the threshold voltage may be optimized by adding an epitaxial layer in the channel formation region immediately below the gate insulating film 15.

本実施例の半導体装置ではp型SiC半導体層5aとn型SiC半導体層4で形成される第1の接合でパワーMOSFETの順方向動作におけるオフ状態の耐圧を確保し、多結晶シリコン半導体領域1とn型SiC半導体領域4で形成される第2の接合であるヘテロ接合で逆阻止耐圧を確保している。また、このヘテロ接合ダイオードはショットキダイオードと同様に順バイアスしたときには主に多数キャリアにより電流が流れ、少数キャリアの注入がほとんどない。このため、本半導体装置は高速スイッチングが可能な逆阻止型のSiCパワーMOSFETとなる。なお、本実施例ではスイッチング素子がパワーMOSFETの場合を示したが、JFETやMESFETやバイポーラトランジスタなどの他のスイッチング要素を内蔵させても構わない。また、スイッチング素子部はSiCではなく、GaNやダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体やGaAsなどでもヘテロ接合ダイオードを形成できる半導体なら他の半導体を使用しても構わない。   In the semiconductor device of the present embodiment, the first junction formed by the p-type SiC semiconductor layer 5a and the n-type SiC semiconductor layer 4 secures the breakdown voltage in the off state in the forward operation of the power MOSFET, and the polycrystalline silicon semiconductor region 1 The reverse blocking voltage is ensured by the heterojunction which is the second junction formed by the n-type SiC semiconductor region 4. In addition, when the heterojunction diode is forward-biased like the Schottky diode, current flows mainly by majority carriers, and there is almost no minority carrier injection. Therefore, this semiconductor device is a reverse blocking SiC power MOSFET capable of high-speed switching. In the present embodiment, the switching element is a power MOSFET, but other switching elements such as a JFET, MESFET, and bipolar transistor may be incorporated. In addition, the switching element portion is not SiC, and other semiconductors may be used as long as they are semiconductors capable of forming heterojunction diodes, such as wide band gap semiconductors such as GaN and diamond, and GaAs.

多結晶シリコン半導体領域30aは、例えば、銅かニッケルをマスクにして90%SF6 ,10%O2 のガス条件で磁気強化型誘導結合プラズマエッチング(Magnetically Enhanced Inductively Coupled Plasma Etching)を行い、第1主面に対し、ほぼ垂直な方向に形成した溝20を形成し、図2に示したように第1主面から形成多結晶シリコン層30を堆積し、これをパターニングする事により形成できる。シリコン半導体領域30aはシリコン半導体領域1とシリコン半導体領域30aとの距離を空乏層が接続できる寸法にしたフローティングフィールドリングになっていて、アノード側半導体層1の周辺で電界集中による降伏現象が生じる前に空乏層が30aに到達し、アノード側半導体層1の周辺で電界集中が緩和される。更に、電圧が印加されるとシリコン半導体領域30aからフローティングフィールドリングとして配置されたp型SiC半導体領域5e,5dに順次空乏層が広がり、ヘテロ接合ダイオードの周辺部で電界が集中することによる耐圧劣化を防止し高耐圧化した。また、本実施例ではn型SiC半導体領域8bを設けて、第1主面の表面をリーク電流が流れないようにしてあるが、n型SiC半導体領域4の不純物濃度が高い場合には不要である。本実施例では第1主面にもフローティングフィールドリング5e,5dも設けた場合を示したが、半導体層30aを設けるだけで、必要な耐圧が得られることもある。なお、溝20を形成した後に必要ならばリーク電流抑制や空乏層の広がりを具合を調整するために溝内部に斜めイオン打ち込みにより不純物を打ち込んでも構わない。また、この溝内部の一部、例えば側壁には自然酸化膜のような薄い酸化膜が形成されてもシリコン半導体領域30aに沿って空乏層が広がるようにシリコン半導体領域30aの電位が変わりうるならば構わない。 The polycrystalline silicon semiconductor region 30a is subjected to, for example, magnetically enhanced inductively coupled plasma etching under a gas condition of 90% SF 6 and 10% O 2 using copper or nickel as a mask. The groove 20 formed in a direction substantially perpendicular to the main surface is formed, and the formed polycrystalline silicon layer 30 is deposited from the first main surface as shown in FIG. 2, and this can be patterned. The silicon semiconductor region 30a is a floating field ring in which the distance between the silicon semiconductor region 1 and the silicon semiconductor region 30a is such that the depletion layer can be connected, and before the breakdown phenomenon occurs due to electric field concentration around the anode-side semiconductor layer 1. Then, the depletion layer reaches 30a, and the electric field concentration is reduced around the anode-side semiconductor layer 1. Further, when a voltage is applied, a depletion layer sequentially spreads from the silicon semiconductor region 30a to the p-type SiC semiconductor regions 5e and 5d arranged as a floating field ring, and a breakdown voltage is deteriorated due to concentration of an electric field at the periphery of the heterojunction diode. High pressure resistance is prevented. In the present embodiment, the n-type SiC semiconductor region 8b is provided so that the leakage current does not flow on the surface of the first main surface. However, it is not necessary when the impurity concentration of the n-type SiC semiconductor region 4 is high. is there. In this embodiment, the floating field rings 5e and 5d are also provided on the first main surface. However, the required breakdown voltage may be obtained only by providing the semiconductor layer 30a. If necessary, impurities may be implanted into the groove by oblique ion implantation after the formation of the groove 20 in order to control the leakage current and adjust the extent of the depletion layer. Further, even if a thin oxide film such as a natural oxide film is formed on a part of the groove, for example, on the side wall, the potential of the silicon semiconductor region 30a can be changed so that the depletion layer extends along the silicon semiconductor region 30a. It doesn't matter.

本半導体装置では、溝20を形成し、この中に多結晶シリコンを形成することによりシリコン半導体領域30aを実現しているため、ゲート絶縁膜15界面やSiCの主要半導体領域の不純物プロファイルに悪影響を与えるような高温長時間の熱工程を使用しなくてもよいという利点がある。   In this semiconductor device, since the silicon semiconductor region 30a is realized by forming the trench 20 and forming polycrystalline silicon therein, the impurity profile of the interface of the gate insulating film 15 and the main semiconductor region of SiC is adversely affected. There is an advantage that it is not necessary to use a high-temperature and long-time heat process.

なお、溝20を形成した後に溝側面にp型不純物を斜めイオン打ち込みによりシリコン半導体領域30aの代わりにp型SiC半導体領域を形成し、その後溝20を絶縁物で埋めた構造にしても構わない。ただし、この場合には溝側面に形成したp型不純物を活性化させるための熱処理が十分に行えないこともあるが、第1主面側にフローティングフィールドリング5e,5dを設けてあるため、フローティングフィールドリング5e,5dとの相乗効果により周辺部における電界集中が回避でき高耐圧化が図れる。   In addition, after forming the groove 20, a p-type SiC semiconductor region may be formed instead of the silicon semiconductor region 30a by oblique ion implantation of p-type impurities on the side surface of the groove, and then the groove 20 may be filled with an insulator. . However, in this case, the heat treatment for activating the p-type impurity formed on the side surface of the groove may not be sufficiently performed, but the floating field rings 5e and 5d are provided on the first main surface side, so that the floating Due to the synergistic effect with the field rings 5e and 5d, electric field concentration in the peripheral portion can be avoided and high breakdown voltage can be achieved.

なお、第1主面側に形成する高耐圧化手段は本実施例のようなフローティングフィールドリングの他にフィールドプレートや低濃度p型半導体領域を使用したエクステンション領域や拡散層ではなく、シリコン半導体領域をフローティングフィールドリングと同様にリング状に配置してワイドバンドギャップ半導体領域4と接触させて実現するフローティングのショットキダイオードでも構わない。   Note that the high breakdown voltage means formed on the first main surface side is not a floating field ring as in this embodiment, but an extension region or diffusion layer using a field plate or a low-concentration p-type semiconductor region, but a silicon semiconductor region. As in the floating field ring, a floating Schottky diode that is realized by being arranged in a ring shape and in contact with the wide band gap semiconductor region 4 may be used.

また、本半導体装置では本半導体素子のオン抵抗が高くならないようにn型SiCシリコン半導体領域4の寸法Xは必要な耐圧を確保できる厚さは確保するものの、第2主面からのエッチングによりできるだけ薄くした後に、第2主面から多結晶シリコンを堆積させてn型SiC半導体層4との間にヘテロ接合を形成する。また、半導体領域の厚さ寸法Yは寸法Xに比べ十分厚くなるようにシリコン半導体領域1は厚く積み、ウエハが割れにくく、ハンドリングが楽になるようにする。具体的には、寸法Yは寸法Xの少なくとも2倍以上、できれば3倍以上にすることが望ましい。   Further, in this semiconductor device, the dimension X of the n-type SiC silicon semiconductor region 4 has a thickness that can secure a necessary breakdown voltage so that the on-resistance of the semiconductor element does not increase, but it can be as much as possible by etching from the second main surface. After the thinning, polycrystalline silicon is deposited from the second main surface to form a heterojunction with the n-type SiC semiconductor layer 4. Further, the silicon semiconductor region 1 is stacked thickly so that the thickness dimension Y of the semiconductor region is sufficiently thicker than the dimension X so that the wafer is not easily broken and handling is facilitated. Specifically, it is desirable that the dimension Y is at least twice as large as the dimension X, preferably at least three times as large.

ここで、シリコン半導体領域1,30aはSiC半導体領域4との間にリーク電流が小さいヘテロ接合ダイオードができるならば、多結晶シリコン層でも単結晶シリコン層でも構わない。また不純物のタイプも順方向電圧の値とリーク電流の大きさによりn型でもp型でも自由に選択して構わない。ただし、シリコン半導体領域1の抵抗は寄生オン抵抗として逆阻止スイッチング素子に加算されるため、不純物濃度を高くして低抵抗化することが望ましい。   Here, as long as a heterojunction diode having a small leakage current can be formed between the silicon semiconductor regions 1 and 30a and the SiC semiconductor region 4, a polycrystalline silicon layer or a single crystal silicon layer may be used. The impurity type may be freely selected from n-type and p-type depending on the value of the forward voltage and the magnitude of the leakage current. However, since the resistance of the silicon semiconductor region 1 is added as a parasitic on-resistance to the reverse blocking switching element, it is desirable to increase the impurity concentration to reduce the resistance.

図3は、本実施例の半導体装置である。本実施例では図1のシリコン半導体領域30aと同じ目的で形成したシリコン半導体領域31aを図4に示すようにパワーMOSFETのゲート電極層31と同一工程で形成される多結晶シリコン層31を使用して形成する場合の実施例である。なお、シリコン半導体層31aとゲート電極層11は同一工程で形成される多結晶シリコン半導体層31を用いるとはいえ、不純物のタイプや濃度は別々設定しても構わないが、両方とも同一タイプで高濃度に不純物をドーピングした多結晶シリコン層にしても構わない。   FIG. 3 shows the semiconductor device of this example. In this embodiment, a silicon semiconductor region 31a formed for the same purpose as the silicon semiconductor region 30a of FIG. 1 is used as shown in FIG. 4 using a polycrystalline silicon layer 31 formed in the same process as the gate electrode layer 31 of the power MOSFET. It is an Example in the case of forming. Although the silicon semiconductor layer 31a and the gate electrode layer 11 use the polycrystalline silicon semiconductor layer 31 formed in the same process, the impurity type and concentration may be set separately, but both are the same type. A polycrystalline silicon layer doped with impurities at a high concentration may be used.

図5は、本実施例の半導体装置である。本実施例の半導体装置ではシリコン半導体領域30aをシリコン半導体領域1と接するようにした場合の実施例である。なお、シリコン半導体領域30aとシリコン半導体領域1のオーミックコンタクトが取れない場合でも、この二つの領域は第2主面側のヘテロ接合から延びる空乏層で繋がり、さらに第2主面側から表面側、更に高電圧が印加されると主表面側に形成したフローティングフィールドリング5e,5dに順次空乏層が広がりヘテロ接合周辺部における電界集中が回避される。このため実施例1と同様にヘテロ接合ダイオードの高耐圧化が図れる。   FIG. 5 shows the semiconductor device of this example. In the semiconductor device of this embodiment, the silicon semiconductor region 30a is in contact with the silicon semiconductor region 1 in this embodiment. Even when the ohmic contact between the silicon semiconductor region 30a and the silicon semiconductor region 1 cannot be obtained, the two regions are connected by a depletion layer extending from the heterojunction on the second main surface side, and further from the second main surface side to the surface side, Further, when a high voltage is applied, a depletion layer is sequentially spread on the floating field rings 5e and 5d formed on the main surface side, and electric field concentration in the periphery of the heterojunction is avoided. For this reason, the high breakdown voltage of the heterojunction diode can be achieved as in the first embodiment.

図6は、本実施例の半導体装置である。本実施例は、溝20は半導体裏面から形成し、図5のシリコン半導体領域30aもシリコン半導体領域1と同一工程で実現する場合の実施例である。本実施例では第1主面に形成されたp型拡散領域5fとシリコン半導体領域1との間に隙間がある場合を示したが、ヘテロ接合ダイオードに逆電圧が印加されたときに降伏することなく空乏層が繋がる距離にすることによりp型拡散領域5fは、フローティングフィールドリングとして働きヘテロ接合ダイオードの高耐圧化が図れる。また、この隙間がなく、p型拡散領域5fとシリコン半導体領域1が接触する場合でもp型拡散領域5f,5eはフローティングフィールドリングとして働くため、実施例2と同様な理由によりヘテロ接合ダイオードの高耐圧化が図れる。なお、本実施例でp型拡散領域5f,5eがなく、また、溝20を浅く形成し、図5のシリコン半導体領域30aに相当する縦方向の寸法が短い場合でもヘテロ接合ダイオードの周辺の電界は緩和されるため、高耐圧化に効果がある。   FIG. 6 shows the semiconductor device of this example. In this embodiment, the groove 20 is formed from the back surface of the semiconductor, and the silicon semiconductor region 30a of FIG. In the present embodiment, a case is shown in which there is a gap between the p-type diffusion region 5f formed on the first main surface and the silicon semiconductor region 1, but breakdown occurs when a reverse voltage is applied to the heterojunction diode. The p-type diffusion region 5f functions as a floating field ring and can increase the breakdown voltage of the heterojunction diode by setting the distance to which the depletion layer is connected. Further, even when the p-type diffusion region 5f and the silicon semiconductor region 1 are in contact with each other without the gap, the p-type diffusion regions 5f and 5e function as floating field rings. Withstand voltage can be increased. In this embodiment, there is no p-type diffusion region 5f, 5e, the groove 20 is formed shallow, and the electric field around the heterojunction diode even when the vertical dimension corresponding to the silicon semiconductor region 30a in FIG. 5 is short. Is relaxed, and is effective in increasing the breakdown voltage.

図7は、本実施例の半導体装置である。本実施例は実施例3においてp型拡散領域5fとシリコン半導体領域1が接触する場合の実施例である。本実施例の場合にもシリコン半導体領域1と接するSiC領域4領域に形成される空乏層がp型拡散領域5fにも繋がり、フローティングフィールドリング5e,5dへと順次空乏層が広がることにより、ヘテロダイオード終端での電界が緩和され高耐圧化が図れる。   FIG. 7 shows the semiconductor device of this example. This embodiment is an embodiment where the p-type diffusion region 5f and the silicon semiconductor region 1 are in contact with each other in the third embodiment. Also in the case of this embodiment, the depletion layer formed in the SiC region 4 region in contact with the silicon semiconductor region 1 is also connected to the p-type diffusion region 5f, and the depletion layer sequentially spreads to the floating field rings 5e and 5d. The electric field at the end of the diode is relaxed and a high breakdown voltage can be achieved.

図8は、本実施例の半導体装置である。本実施例の半導体素子では半導体ウエハをダイシングした後にバックエッチし、その後にシリコン半導体領域1を形成した場合の実施例である。   FIG. 8 shows a semiconductor device of this example. In the semiconductor element of this embodiment, the semiconductor wafer is diced and then back-etched, and then the silicon semiconductor region 1 is formed.

この場合、シリコン半導体領域1は半導体チップの側壁に堆積されるため図5と同様の形状が得られる。なお、本実施例ではチップダイシングの場所が多少ずれても耐圧が確保できるように図5に示したフローティングフィールドリング5fを半導体チップの周辺まで延ばして形成しておき、シリコン半導体領域1と接するようにしてある。   In this case, since the silicon semiconductor region 1 is deposited on the side wall of the semiconductor chip, the same shape as in FIG. 5 is obtained. In this embodiment, the floating field ring 5f shown in FIG. 5 is formed so as to extend to the periphery of the semiconductor chip so as to ensure the withstand voltage even if the chip dicing location is slightly deviated, and is in contact with the silicon semiconductor region 1. It is.

図9は、本実施例の半導体装置である。本実施例の半導体素子ではp型SiC半導体領域60を有するSiC基板を使用し、第1主面側の溝20の中にシリコン半導体領域30aを形成し、第2主面側の溝21の中にはシリコン半導体領域32aも形成してある。第2主面側の溝21にも磁気強化型誘導結合プラズマエッチングを使用し、高速に溝を形成することができる。   FIG. 9 shows a semiconductor device of this example. In the semiconductor device of the present embodiment, a SiC substrate having a p-type SiC semiconductor region 60 is used, a silicon semiconductor region 30a is formed in the groove 20 on the first main surface side, and the inside of the groove 21 on the second main surface side. A silicon semiconductor region 32a is also formed. The groove 21 on the second main surface side can also be formed at high speed by using magnetic enhanced inductively coupled plasma etching.

本実施例では半導体の厚さ寸法Yを厚いままでも寸法Xを耐圧確保に必要な最少寸法、例えば、10kV以下なら数十μm程度以下にすることにより、オン抵抗を低減する場合の実施例である。本実施例では第2主面から深い溝21を形成し、この溝の中に多結晶シリコンを堆積させてシリコン半導体層32aを形成した。ワイドバンドギャップ半導体では低抵抗の半導体領域を形成することが難しいが、本実施例では低抵抗なシリコン半導体層32aを使用するため第2主面の基板側抵抗を低くできる。また、半導体領域の厚さYは比較的厚くできるため、割れにくくなるためハンドリングが楽になる。p型SiC半導体領域60は本半導体装置が逆耐圧を持たせるために必要である。   In this embodiment, the on-resistance is reduced by reducing the dimension X to the minimum dimension necessary for securing the withstand voltage, for example, about several tens of μm or less if it is 10 kV or less even when the semiconductor thickness Y is kept thick. is there. In this embodiment, a deep groove 21 is formed from the second main surface, and polycrystalline silicon is deposited in the groove to form a silicon semiconductor layer 32a. Although it is difficult to form a low-resistance semiconductor region with a wide band gap semiconductor, the substrate-side resistance of the second main surface can be lowered because the low-resistance silicon semiconductor layer 32a is used in this embodiment. In addition, since the thickness Y of the semiconductor region can be made relatively thick, it becomes difficult to break and handling becomes easy. The p-type SiC semiconductor region 60 is necessary for the semiconductor device to have a reverse breakdown voltage.

ここで、p型SiC半導体領域60を基板として、その上にn型SiC半導体領域4をエピタキシャル成長で形成しても構わないが、SiC基板としてn型SiC半導体領域4を用い、p型SiC半導体領域60はイオン打ち込みやp型不純物を高濃度に含んだ拡散源からの拡散工程により安価に形成しても構わない。または、p型SiC半導体領域60は絶縁層にしても構わない。   Here, although the p-type SiC semiconductor region 60 may be used as a substrate and the n-type SiC semiconductor region 4 may be formed thereon by epitaxial growth, the n-type SiC semiconductor region 4 is used as the SiC substrate, and the p-type SiC semiconductor region is used. 60 may be formed at low cost by ion implantation or a diffusion process from a diffusion source containing a high concentration of p-type impurities. Alternatively, the p-type SiC semiconductor region 60 may be an insulating layer.

図10は、本実施例の半導体装置である。本実施例の半導体素子ではn型SiC半導体領域4とn型SiC半導体領域2との間にこれら二つの半導体領域より十分低抵抗な高濃度n型SiC半導体領域3を設けた場合の実施例である。具体的には抵抗率が1桁以上低いことが望ましいが抵抗率が半分以下でも効果がある。この高濃度n型SiC半導体領域3を設けることにより、オン抵抗の増加を抑えつつ、同時に半導体領域Yの寸法を長くできるため、ウエハが割れにくくなりハンドリングが楽になる。   FIG. 10 shows the semiconductor device of this example. In the semiconductor device of the present embodiment, the high-concentration n-type SiC semiconductor region 3 having a sufficiently lower resistance than these two semiconductor regions is provided between the n-type SiC semiconductor region 4 and the n-type SiC semiconductor region 2. is there. Specifically, it is desirable that the resistivity is lower by one digit or more, but it is effective even when the resistivity is less than half. By providing this high-concentration n-type SiC semiconductor region 3, the size of the semiconductor region Y can be increased at the same time while suppressing an increase in on-resistance, so that the wafer is difficult to break and handling becomes easy.

本実施例の半導体素子ではパワーMOSFETの耐圧確保にn型SiC半導体領域4の厚さXと第2主面側のヘテロ接合ダイオードの耐圧に必要なn型SiC半導体領域4の厚さZをできるだけ薄くし、半導体厚さYをハンドリングに問題とならない程度に厚くした。本実施例では寸法Yは寸法Xと寸法Zの合計より十分長くなる場合に有効である。すなわち、例えば、半導体チップ完成時に寸法X,Yは10μmから20μm程度、寸法Yは80μm〜600μmとなるような場合に有効である。   In the semiconductor device of this embodiment, the thickness X of the n-type SiC semiconductor region 4 and the thickness Z of the n-type SiC semiconductor region 4 necessary for the withstand voltage of the heterojunction diode on the second main surface side are set as much as possible to ensure the breakdown voltage of the power MOSFET. The semiconductor thickness Y was reduced to a level that does not cause a problem for handling. In this embodiment, the dimension Y is effective when it is sufficiently longer than the sum of the dimension X and the dimension Z. That is, for example, it is effective when the dimensions X and Y are about 10 to 20 μm and the dimension Y is 80 to 600 μm when the semiconductor chip is completed.

半導体層32bと半導体層32cは電極13の周りを囲むように形成した第2主面側のフローティングフィールドリングで半導体層32aと同時に形成するが、各々は電気的には分離して形成してある。このような溝内に形成されたフローティングフィールドリングで第2主面のヘテロダイオードの耐圧を確保しても構わない。   The semiconductor layer 32b and the semiconductor layer 32c are formed at the same time as the semiconductor layer 32a by a floating field ring on the second main surface side formed so as to surround the electrode 13, but each is formed electrically separated. . The withstand voltage of the hetero diode on the second main surface may be secured by the floating field ring formed in such a groove.

なお上記高濃度n型SiC半導体領域3は半導体領域2,4より抵抗率が1桁以上の半導体以外の材料、たとえば金属層でも構わない。   The high-concentration n-type SiC semiconductor region 3 may be made of a material other than a semiconductor, such as a metal layer, whose resistivity is one digit or more than that of the semiconductor regions 2 and 4.

図11は、本実施例の半導体装置である。本実施例ではヘテロ接合ダイオードのアノード電極も第1主面側から取り出した場合の実施例である。本実施例ではヘテロ接合ダイオードの面積を広く取りオン抵抗を下げられるように溝22を形成し、シリコン半導体領域33aを形成した。実施例2と同様に本実施例でもゲート電極層11とシリコン半導体領域33aを同一工程で形成した多結晶シリコン層を使用することもできる。本構造は公知の素子分離領域を追加することにより集積回路にも使用できる。   FIG. 11 shows the semiconductor device of this example. In this embodiment, the anode electrode of the heterojunction diode is also taken out from the first main surface side. In this embodiment, the trench 22 is formed so that the area of the heterojunction diode is widened and the on-resistance is lowered, and the silicon semiconductor region 33a is formed. As in the second embodiment, a polycrystalline silicon layer in which the gate electrode layer 11 and the silicon semiconductor region 33a are formed in the same process can also be used in this embodiment. This structure can be used for an integrated circuit by adding a known element isolation region.

図12は、本実施例の半導体装置を使用した本発明の半導体回路である。本実施例ではヘテロ接合ダイオードを用いた本発明の逆阻止スイッチング素子を電流形インバータに使用した例である。電流型インバータでは電流平滑リアクトル140により、インバータ回路に流れる全電流がほぼ一定となり、この電流は各スイッチング素子のオン・オフ状態に応じて異なった逆阻止スイッチング素子に電流が流れる。これにより、モータ等の負荷130への電流を制御する。本実施例では、127,128,129は3相モータのコイルである。本実施例の半導体装置を使用するとスイッチング素子部はワイドバンドギャップ半導体を使用しているため高圧で低損失となり、またヘテロ接合ダイオード部ではシリコン半導体層の不純物濃度や不純物の型(n型またはp型)を最適化することにより、順方向電圧が低く、リーク電流が小さい少数キャリアの蓄積がない高速スイッチング可能なダイオードが実現できる。このため、電流形インバータのような電流形電力変換回路を高周波駆動可能で損失も低減できるという効果がある。   FIG. 12 shows a semiconductor circuit of the present invention using the semiconductor device of this embodiment. In this embodiment, the reverse blocking switching element of the present invention using a heterojunction diode is used for a current source inverter. In the current type inverter, the current smoothing reactor 140 makes the total current flowing through the inverter circuit almost constant, and this current flows through different reverse blocking switching elements depending on the on / off state of each switching element. Thereby, the electric current to load 130, such as a motor, is controlled. In this embodiment, 127, 128, and 129 are coils of a three-phase motor. When the semiconductor device of this embodiment is used, the switching element portion uses a wide bandgap semiconductor, so that a high voltage and low loss are obtained. In the heterojunction diode portion, the impurity concentration and impurity type (n-type or p-type) of the silicon semiconductor layer are obtained. By optimizing the type), it is possible to realize a diode capable of high-speed switching that has a low forward voltage and a small leakage current and does not accumulate minority carriers. For this reason, there is an effect that a current source power conversion circuit such as a current source inverter can be driven at a high frequency and loss can be reduced.

図12は、本実施例の半導体装置を用いた本発明の半導体回路である。   FIG. 12 shows a semiconductor circuit of the present invention using the semiconductor device of this embodiment.

本実施例の半導体装置を用いた本発明の半導体回路である。本実施例では主に昇降機などに使用されるマトリックスコンバータ回路で使用される逆阻止スイッチを用いた双方向スイッチである。このように本発明の逆阻止スイッチを逆方向に並列接続すると双方向スイッチが実現できる。このような双方向スイッチをマトリックスコンバータ回路に使用すると実施例10同様な理由により、高周波化や低損失化が可能なマトリックスコンバータを実現できる。   This is a semiconductor circuit of the present invention using the semiconductor device of this example. This embodiment is a bidirectional switch using a reverse blocking switch used in a matrix converter circuit mainly used in an elevator or the like. Thus, when the reverse blocking switch of the present invention is connected in parallel in the reverse direction, a bidirectional switch can be realized. When such a bidirectional switch is used in a matrix converter circuit, a matrix converter capable of achieving high frequency and low loss can be realized for the same reason as in the tenth embodiment.

以上、パワー半導体素子はn型であるとして説明したが、p型のパワー半導体素子の場合には、回路の極性や不純物層の極性を逆にすることにより同様な構成が実現でき、同様の効果が得られることはいうまでもない。   As described above, the power semiconductor element is described as being n-type. However, in the case of a p-type power semiconductor element, a similar configuration can be realized by reversing the polarity of the circuit and the polarity of the impurity layer. Needless to say, is obtained.

また、スイッチング素子を構成する半導体領域にはSiCを使用した場合で説明したがGaNやダイヤモンドのような他のワイドバンドギャップ半導体やGaAsを使用しても構わない。また、ヘテロ接合を構成するバンドギャップが小さい半導体としてシリコンを使用した場合で説明したが、ヘテロ接合が構成できるなら他の半導体を使用しても構わない。   Further, although the case where SiC is used for the semiconductor region constituting the switching element has been described, other wide band gap semiconductors such as GaN and diamond or GaAs may be used. Moreover, although the case where silicon was used as the semiconductor having a small band gap constituting the heterojunction has been described, other semiconductors may be used as long as the heterojunction can be constituted.

実施例1の半導体装置の断面図。2 is a cross-sectional view of the semiconductor device of Example 1. FIG. 実施例1の半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1. FIG. 実施例2で半導体装置の断面図。Sectional drawing of a semiconductor device in Example 2. FIG. 実施例2の半導体装置の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 2. FIG. 実施例3の半導体装置の断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device of Example 3; 実施列4の半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device of Example row | line 4. FIG. 実施列5の半導体装置の断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view of the semiconductor device in Example 5; 実施列6の半導体装置の断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view of a semiconductor device in Example 6; 実施列7の半導体装置の断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor device in Example 7. 実施列8の半導体装置の断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor device in Example 8; 実施列9の半導体装置の断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device in Example 9; 実施列10の半導体装置の回路図。FIG. 11 is a circuit diagram of a semiconductor device in an embodiment column 10; 実施列11の半導体装置の回路図。FIG. 16 is a circuit diagram of the semiconductor device in Example 11;

符号の説明Explanation of symbols

1 Si半導体領域
2 n型SiC半導体領域
3 高濃度n型SiC半導体領域
4 n型SiC半導体領域
5a〜5e,6a〜6b,60 p型SiC半導体領域
8 n型SiC半導体領域
10 ソース電極層
11 ゲート電極層
12,40 絶縁層
13 アノード電極
15 ゲート絶縁層
20,21,22 溝
30a,31a,32a〜32c Si半導体領域
110,111,150,152 逆阻止スイッチング素子
112 グランド端子
113 高圧端子
118 高圧電源
119,120 電源
123,124,125,126 スイッチ
140 電流平滑リアクトル
152,153 双方向スイッチの端子
Reference Signs List 1 Si semiconductor region 2 n-type SiC semiconductor region 3 high-concentration n-type SiC semiconductor region 4 n-type SiC semiconductor regions 5a-5e, 6a-6b, 60p-type SiC semiconductor region 8 n-type SiC semiconductor region 10 source electrode layer 11 gate Electrode layers 12, 40 Insulating layer 13 Anode electrode 15 Gate insulating layers 20, 21, 22 Grooves 30a, 31a, 32a-32c Si semiconductor regions 110, 111, 150, 152 Reverse blocking switching element 112 Ground terminal 113 High voltage terminal 118 High voltage power supply 119, 120 Power supply 123, 124, 125, 126 Switch 140 Current smoothing reactor 152, 153 Bidirectional switch terminal

Claims (16)

第1接合と第2接合とを有する半導体スイッチング素子において、
該半導体スイッチング素子の第1主端子と第2主端子との間の主電流経路のうち少なくとも1領域がワイドバンドギャップ半導体であって、
前記第2接合の順方向電圧降下が前記第1接合の順方向電圧降下より低く、
前記第2接合は前記スイッチング素子が順方向動作でオンした時に順バイアス状態にして、逆方向バイアス状態の時には電流遮断状態となり、前記逆バイアス状態の時には前記第2接合の周辺端部の空乏層が前記第1接合が形成される第1主面側に延びる手段を設けたことを特徴とする半導体スイッチング素子。
In a semiconductor switching element having a first junction and a second junction,
At least one region of the main current path between the first main terminal and the second main terminal of the semiconductor switching element is a wide band gap semiconductor,
The forward voltage drop of the second junction is lower than the forward voltage drop of the first junction;
The second junction is in a forward bias state when the switching element is turned on in a forward operation, and is in a current blocking state in the reverse bias state, and a depletion layer at a peripheral end of the second junction in the reverse bias state. The semiconductor switching element is characterized by comprising means extending toward the first main surface where the first junction is formed.
請求項1において、
前記第2接合はヘテロ接合で、該ヘテロ接合を構成する半導体の一方はシリコン半導体であり、
前記第1接合の少なくとも一方はワイドギャップ半導体であることを特徴とする半導体スイッチング素子。
In claim 1,
The second junction is a heterojunction, and one of the semiconductors constituting the heterojunction is a silicon semiconductor;
At least one of said 1st junction is a wide gap semiconductor, The semiconductor switching element characterized by the above-mentioned.
請求項1において、
前記第2接合の周辺端部の空乏層が前記第1接合が形成される第1主面側に延びる手段として、前記第2接合の周辺端部近傍でなおかつ第1主面側にシリコン半導体領域を設けたことを特徴とする半導体スイッチング素子。
In claim 1,
As a means for the depletion layer at the peripheral edge of the second junction to extend to the first main surface side where the first junction is formed, a silicon semiconductor region in the vicinity of the peripheral edge of the second junction and on the first main surface side A semiconductor switching element comprising:
第1端子側にスイッチング要素を有し、第2端子側に逆方向電流を阻止するヘテロ接合ダイオード要素を有する半導体層装置において、
前記へテロ接合ダイオードはバンドギャップが広いほうの第1半導体の第1半導体領域とバンドギャップが狭いほうの第2半導体の第2半導体領域で構成し、
前記第2半導体の第2半導体領域の周辺部の空乏層を前記第1半導体の第1半導体領域の側面に沿って延ばす手段を設けたことを特徴とする半導体スイッチング素子。
In a semiconductor layer device having a switching element on the first terminal side and a heterojunction diode element blocking reverse current on the second terminal side,
The heterojunction diode includes a first semiconductor region of a first semiconductor having a wider band gap and a second semiconductor region of a second semiconductor having a narrow band gap,
A semiconductor switching element comprising means for extending a depletion layer in a peripheral portion of the second semiconductor region of the second semiconductor along a side surface of the first semiconductor region of the first semiconductor.
第1端子側にスイッチング要素を有し、第2端子側に逆方向電流を阻止するヘテロ接合ダイオード要素を有する半導体層装置において、
前記へテロ接合ダイオードはバンドギャップが広いほうの第1半導体の第1半導体領域とバンドギャップが狭いほうの第2半導体の第2半導体領域で構成し、
前記第2半導体の第2半導体領域の周辺部の空乏層を第1主面に対し、垂直方向に延ばす手段を設けたことを特徴とする半導体スイッチング素子。
In a semiconductor layer device having a switching element on the first terminal side and a heterojunction diode element blocking reverse current on the second terminal side,
The heterojunction diode includes a first semiconductor region of a first semiconductor having a wider band gap and a second semiconductor region of a second semiconductor having a narrow band gap,
A semiconductor switching element comprising means for extending a depletion layer in a peripheral portion of the second semiconductor region of the second semiconductor in a direction perpendicular to the first main surface.
請求項5において、
前記第1端子は半導体第1主面側に形成し、
前記第2端子は半導体第2主面側に形成し、
前記第2半導体の第2領域周辺部の空乏層が第1主面に対し垂直方向に延ばす手段として、前記第2半導体の第2領域周辺部で前記第1主面と前記第2主面の間に第2半導体の第3半導体領域を設けたことを特徴とする半導体スイッチング素子。
In claim 5,
The first terminal is formed on the semiconductor first main surface side,
The second terminal is formed on the semiconductor second main surface side,
As a means for extending a depletion layer in the periphery of the second region of the second semiconductor in a direction perpendicular to the first main surface, the first main surface and the second main surface in the periphery of the second region of the second semiconductor. A semiconductor switching element, wherein a third semiconductor region of a second semiconductor is provided therebetween.
請求項6において、前記第2半導体の第3半導体領域は前記第1半導体の第1半導体領域のなかに前記第1主面に対しほぼ垂直方向に形成した溝の中に形成したことを特徴とする半導体スイッチング素子。   7. The third semiconductor region of the second semiconductor according to claim 6, wherein the third semiconductor region of the second semiconductor is formed in a groove formed substantially perpendicular to the first main surface in the first semiconductor region of the first semiconductor. Semiconductor switching element. 請求項5において、前記第2半導体の第2半導体領域の周辺部の空乏層が第1主面に対し、垂直方向に延ばす手段により、第1主面側に延びた空乏層を前記第1主面側では半導体チップの周辺から内側方向に空乏層を延ばす手段を設けたことを特徴とする半導体スイッチング素子。   6. The depletion layer extending to the first main surface side according to claim 5, wherein a depletion layer in a peripheral portion of the second semiconductor region of the second semiconductor extends in a direction perpendicular to the first main surface. A semiconductor switching element comprising means for extending a depletion layer inward from the periphery of a semiconductor chip on the surface side. 請求項5において、
前記第2半導体の第2半導体領域の周辺部の空乏層を第1主面に対し、垂直方向に延ばす手段として前記第1半導体の第1半導体領域の側面に前記第1半導体の第1半導体領域とは逆の導電型の第1半導体の第5半導体領域を設け、
第1主面には第2主面から延びてきた空乏層の電界集中を緩和させるためのフローティングフィールドリングやフィールドプレートや低濃度エクステンション領域などの高耐圧確保領域を設けたことを特徴とする半導体スイッチ素子。
In claim 5,
As a means for extending a depletion layer in a peripheral portion of the second semiconductor region of the second semiconductor in a direction perpendicular to the first main surface, the first semiconductor region of the first semiconductor on the side surface of the first semiconductor region of the first semiconductor A fifth semiconductor region of a first semiconductor having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor,
A semiconductor comprising a floating field ring for relaxing electric field concentration of a depletion layer extending from the second main surface and a high breakdown voltage securing region such as a field plate and a low concentration extension region on the first main surface Switch element.
請求項8において、前記半導体チップの周辺から内側方向に空乏層を延ばす手段として、第1主面に設けたフローティングフィールドリングやフィールドプレートや低濃度エクステンション領域などの高耐圧確保領域を設けたことを特徴とする半導体スイッチ素子。   9. A high breakdown voltage securing region such as a floating field ring, a field plate, or a low concentration extension region provided on the first main surface is provided as means for extending a depletion layer inward from the periphery of the semiconductor chip. A semiconductor switch element. 請求項5において、
前記第2半導体の第2半導体領域は第2主面に設けた溝の中に形成し、
前記第2半導体の第2半導体領域を形成してない第2主面側には前記第1半導体の第1半導体領域と逆極性の第1半導体の第4半導体領域を設けたことを特徴とする半導体スイッチ素子。
In claim 5,
A second semiconductor region of the second semiconductor is formed in a groove provided in a second main surface;
A fourth semiconductor region of a first semiconductor having a polarity opposite to that of the first semiconductor region of the first semiconductor is provided on a second main surface side where the second semiconductor region of the second semiconductor is not formed. Semiconductor switch element.
第1端子側にスイッチング要素を有し、第2端子側に逆方向電流を阻止するヘテロ接合ダイオード要素を有する半導体層装置において、
前記へテロ接合ダイオードはバンドギャップが広いほうの第1半導体の第1半導体領域とバンドギャップが狭いほうの第2半導体の第2半導体領域で構成し、
前記第2半導体の第2半導体領域を第1主面に対し垂直方向に設けたことを特徴とする半導体スイッチング素子。
In a semiconductor layer device having a switching element on the first terminal side and a heterojunction diode element blocking reverse current on the second terminal side,
The heterojunction diode includes a first semiconductor region of a first semiconductor having a wider band gap and a second semiconductor region of a second semiconductor having a narrow band gap,
A semiconductor switching element, wherein the second semiconductor region of the second semiconductor is provided in a direction perpendicular to the first main surface.
請求項12において、前記第2半導体の第2半導体領域は前記第1半導体の第1半導体領域の中に第1主面とほぼ垂直方向に形成した溝のなかに形成したことを特徴とする半導体スイッチング素子。   13. The semiconductor according to claim 12, wherein the second semiconductor region of the second semiconductor is formed in a groove formed in the first semiconductor region of the first semiconductor in a direction substantially perpendicular to the first main surface. Switching element. 第1端子側にスイッチング要素を有し、第2端子側に逆方向電流を阻止するヘテロ接合ダイオード要素を有する半導体層装置において、
前記第1端子を第1主面に設け、前記第2端子を第2主面に設け
前記へテロ接合ダイオードはバンドギャップが広いほうの第1半導体の第1半導体領域とバンドギャップが狭いほうの第2半導体の第2半導体領域で構成し、
前記第1半導体の第1半導体領域と隣接し、前記第1半導体の第1半導体領域より抵抗率が1桁以上低い低抵抗領域を介して前記第1端子側のスイッチング要素と接したことを特徴とするスイッチング素子。
In a semiconductor layer device having a switching element on the first terminal side and a heterojunction diode element blocking reverse current on the second terminal side,
The first terminal is provided on the first main surface, and the second terminal is provided on the second main surface. The heterojunction diode has a narrower band gap and a first semiconductor region of the first semiconductor having a wider band gap. A second semiconductor region of the second semiconductor,
It is adjacent to the first semiconductor region of the first semiconductor and is in contact with the switching element on the first terminal side through a low resistance region whose resistivity is one digit or more lower than that of the first semiconductor region of the first semiconductor. Switching element.
請求項1から請求項14までの半導体スイッチ素子を用いた電流形電力変換装置。   A current source power converter using the semiconductor switch element according to claim 1. 請求項1から請求項14までの半導体スイッチ素子を用いた双方向スイッチ回路。   A bidirectional switch circuit using the semiconductor switch element according to claim 1.
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