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JP2018200920A - Silicon carbide mosfet and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2018200920A
JP2018200920A JP2017103593A JP2017103593A JP2018200920A JP 2018200920 A JP2018200920 A JP 2018200920A JP 2017103593 A JP2017103593 A JP 2017103593A JP 2017103593 A JP2017103593 A JP 2017103593A JP 2018200920 A JP2018200920 A JP 2018200920A
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Abstract

【課題】積層欠陥の拡張を効果的に抑制できる、耐圧を高める終端構造領域を備えたSiC−MOSFETを提供する。
【解決手段】活性部100と、活性部100の外側に設けられた耐圧領域としての終端構造領域14と、活性部100と終端構造領域14との間のドリフト層1の上部に、上面がソース電極9と接合して設けられ、ソース電極9との接合面積がベースコンタクト領域5a,5bのソース電極9との接合面積より大きく設定されているp型の導通誘導領域12a,13aと、を備える。
【選択図】図2
An SiC-MOSFET having a termination structure region capable of effectively suppressing expansion of stacking faults and increasing a breakdown voltage is provided.
An active portion, a termination structure region as a breakdown voltage region provided outside the active portion, and a drift layer 1 between the active portion and the termination structure region, the upper surface being a source P-type conduction induction regions 12a and 13a provided to be joined to the electrode 9 and having a junction area with the source electrode 9 set to be larger than a junction area with the source electrode 9 of the base contact regions 5a and 5b. .
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、炭化ケイ素MOSFET及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide MOSFET and a manufacturing method thereof.

次世代のパワー半導体材料として炭化ケイ素(SiC)半導体が注目されている。SiCはバンドギャップが4H−SiCで3.25eVと、従来用いられていたシリコン(Si)の1.12eVに対して3倍程度大きく、電界強度がSiより1桁近く大きい2〜4mV/cmであり、Siと比べて材料特性に優位性がある。   Silicon carbide (SiC) semiconductors are attracting attention as next-generation power semiconductor materials. SiC has a band gap of 4H-SiC of 3.25 eV, which is about 3 times larger than 1.12 eV of silicon (Si) used in the past, and the electric field strength is 2 to 4 mV / cm, which is nearly an order of magnitude higher than Si. Yes, it has superior material properties compared to Si.

そのためSiCで構成された半導体素子の場合、Siで構成された半導体素子と比較して、例えばターンオン(以下、単に「オン」とも称する。)状態における素子の抵抗(オン抵抗)が数百分の一に低減できるという特徴を有する。またSiC半導体素子は200℃以上の高温環境下でも使用可能である。SiCを用いたダイオード等の整流デバイスや、トランジスタ、サイリスタ等のスイッチングデバイスといった様々なデバイスが現在までに試作されている。   Therefore, in the case of a semiconductor element composed of SiC, the resistance (on-resistance) of the element in a turn-on (hereinafter also simply referred to as “on”) state is several hundreds of times as compared with a semiconductor element composed of Si, for example. It can be reduced to one. The SiC semiconductor element can also be used in a high temperature environment of 200 ° C. or higher. Various devices such as a rectifying device such as a diode using SiC and a switching device such as a transistor and a thyristor have been prototyped so far.

SiC基板内には数種類の転位が存在することが知られている。非特許文献1にはSiC基板上にデバイスを作製し、作製したデバイスを動作させると、電子・正孔対が再結合することで、基板内の転位が積層欠陥に成長することが開示されている。積層欠陥が発生するとデバイスのオン特性に悪影響が及び、半導体素子を含むパワー半導体モジュールの導通損失が増大するため、積層欠陥が発生しないことが望ましい。   It is known that several types of dislocations exist in a SiC substrate. Non-Patent Document 1 discloses that when a device is fabricated on a SiC substrate and the fabricated device is operated, dislocations in the substrate grow into stacking faults due to recombination of electron-hole pairs. Yes. When a stacking fault occurs, the on-characteristics of the device are adversely affected, and the conduction loss of the power semiconductor module including the semiconductor element increases. Therefore, it is desirable that the stacking fault does not occur.

この問題を解決する技術として、転位を有さないSiC基板(ウェハ)を作製する方法が考えられる。例えば特許文献1には、基板の温度を一定の幅で制御しつつ、炭素(C)及びSiの濃度比C/Siを制御してドーパントガスを供給することにより、基底面転位(BPD)及び積層欠陥密度が低いSiCエピタキシャルウェハの製造方法が開示されている。   As a technique for solving this problem, a method of manufacturing a SiC substrate (wafer) having no dislocations can be considered. For example, Patent Document 1 discloses that a basal plane dislocation (BPD) and a basal plane dislocation (BPD) are obtained by supplying a dopant gas by controlling the concentration ratio C / Si of carbon (C) and Si while controlling the substrate temperature within a certain range. A method for manufacturing a SiC epitaxial wafer having a low stacking fault density is disclosed.

積層欠陥の拡張を抑制するための他の方法としては、半導体素子のセル構造に関する技術があり、例えば特許文献2では、活性領域内にストライプ状の電流制限領域を設けることにより、積層欠陥の拡張を防止する方法が開示されている。また特許文献3では、活性領域内にトレンチ状の溝を形成する方法により積層欠陥の拡張が防止されている。   As another method for suppressing the extension of stacking faults, there is a technique related to the cell structure of a semiconductor device. For example, in Patent Document 2, the extension of stacking faults is provided by providing a stripe-shaped current limiting region in the active region. A method of preventing this is disclosed. In Patent Document 3, expansion of stacking faults is prevented by a method of forming a trench-like groove in the active region.

また特許文献4及び特許文献5では、半導体素子のMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)電界効果トランジスタ(MOSFET)の活性部以外の領域にショットキー接触領域を設ける発明が開示されている。ショットキー接触領域によって、デバイスの通電時に転位に負荷される電流ストレスを軽減することができるため、積層欠陥の拡張を抑制できるとされている。   Patent Document 4 and Patent Document 5 disclose an invention in which a Schottky contact region is provided in a region other than an active portion of a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) field effect transistor (MOSFET) of a semiconductor element. The Schottky contact region can reduce the current stress applied to the dislocation when the device is energized, and thus it is said that the expansion of stacking faults can be suppressed.

しかし特許文献1の方法の場合、SiCウェハの品質向上を一定程度図ることは可能ではあるが、未だ転位を完全に無くすには至っていない。また特許文献2のストライプ状の電流制限領域のように、SiC内部に特別な構造を別途形成したり、或いは特許文献3のようにSiC表面側にトレンチ状の溝を形成したりする方法の場合、プロセス上、大きな困難が伴うと共に、プロセスコストが大きく上昇する。   However, in the case of the method of Patent Document 1, although it is possible to improve the quality of the SiC wafer to a certain extent, the dislocation has not yet been completely eliminated. In the case of a method in which a special structure is separately formed inside SiC as in the stripe-shaped current limiting region of Patent Document 2, or a trench-like groove is formed on the SiC surface side as in Patent Document 3. In addition, the process is accompanied by great difficulty and the process cost is greatly increased.

またSiC半導体装置の表面上には、仕様上の要請から、オーミック接触領域を設ける必要がある。そのため特許文献4及び特許文献5のようにショットキー接触領域を設ける方法の場合、オーミック接触領域とショットキー接触領域の両方を形成することとなり、プロセス上の負担が著しい。   In addition, it is necessary to provide an ohmic contact region on the surface of the SiC semiconductor device because of a requirement in specifications. Therefore, in the method of providing the Schottky contact region as in Patent Document 4 and Patent Document 5, both the ohmic contact region and the Schottky contact region are formed, and the process burden is significant.

更に特許文献6に開示されているように、MOSFET等のSiC半導体装置では、活性部であるセル領域を包囲するように活性部の周縁に終端構造領域が選択的に形成される場合がある。終端構造領域は、デバイスの終端部における電界集中を緩和して耐圧を高めるための構造であるため、SiC半導体装置において必要性が高い。そのため終端構造領域を備えた状態のSiC半導体装置において、積層欠陥の拡張を有効に抑制できる技術が強く求められていた。   Further, as disclosed in Patent Document 6, in a SiC semiconductor device such as a MOSFET, a termination structure region may be selectively formed on the periphery of the active portion so as to surround the cell region that is the active portion. The termination structure region is a structure for relaxing the electric field concentration at the termination portion of the device and increasing the breakdown voltage, and thus is highly necessary in the SiC semiconductor device. Therefore, there is a strong demand for a technology that can effectively suppress the expansion of stacking faults in a SiC semiconductor device having a termination structure region.

特開2015−002207号公報JP, 2015-002207, A 特開2013−232574号公報JP 2013-232574 A 特開2004−335720号公報JP 2004-335720 A 国際公開第2007/013367号International Publication No. 2007/013367 特開2016−006854号公報JP, 2006-006854, A 特許第5751763号公報Japanese Patent No. 5751763

ジャーナルオブアプライドフィジックス(Journal of Applied Physics)、第99巻、01101(2006年)Journal of Applied Physics, Vol. 99, 01101 (2006)

本発明は、上記した問題に着目して為されたものであって、終端構造領域を備えた状態の炭化ケイ素MOSFETにおいて、積層欠陥の拡張を効果的に抑制することができる炭化ケイ素MOSFETを提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and provides a silicon carbide MOSFET that can effectively suppress expansion of stacking faults in a silicon carbide MOSFET having a termination structure region. The purpose is to do.

上記課題を解決するために、本発明に係る本発明に係る炭化ケイ素MOSFETのある態様は、炭化ケイ素半導体基板からなる第1導電型のドリフト層、ドリフト層の上部に設けられた第2導電型のベース領域、ベース領域の上部に選択的に設けられた第1導電型のソース領域、ドリフト層の上に設けられたゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極、ドリフト層の上に設けられたソース電極、ドリフト層の上部でベース領域の上にソース電極と接合して設けられた第2導電型のベースコンタクト領域、ドリフト層の下に設けられた第1導電型のドレイン領域及びドレイン領域の下に設けられたドレイン電極を有する活性部と、活性部の外側に設けられた耐圧領域としての終端構造領域と、活性部と終端構造領域との間のドリフト層の上部に、上面がソース電極と接合して設けられ、ソース電極との接合面積がベースコンタクト領域のソース電極との接合面積より大きく設定されている第2導電型の導通誘導領域と、を備えることを要旨とする。   In order to solve the above-described problems, an aspect of the silicon carbide MOSFET according to the present invention according to the present invention includes a first conductivity type drift layer made of a silicon carbide semiconductor substrate, and a second conductivity type provided above the drift layer. A first conductivity type source region selectively provided above the base region, a gate insulating film provided on the drift layer, a gate electrode provided on the gate insulating film, and a drift layer A source electrode provided above, a base contact region of a second conductivity type provided in contact with the source electrode on the base region above the drift layer, and a drain of a first conductivity type provided below the drift layer An active portion having a drain electrode provided below the region and the drain region, a termination structure region as a breakdown voltage region provided outside the active portion, and a drain between the active portion and the termination structure region. A conduction-inducing region of a second conductivity type, the upper surface of which is provided on the upper surface of the base layer and bonded to the source electrode, and the bonding area with the source electrode is set larger than the bonding area with the source electrode of the base contact region; It is a summary to provide.

また本発明に係る炭化ケイ素MOSFETの製造方法のある態様は、炭化ケイ素半導体基板からなる第1導電型のドリフト層の上部に第2導電型のベース領域を形成し、ベース領域の上部に第1導電型のソース領域を選択的に形成し、ドリフト層の上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成し、ドリフト層の上にソース電極を形成し、ドリフト層の上部でベース領域の上に第2導電型のベースコンタクト領域をソース電極と接合して形成し、ドリフト層の下に第1導電型のドレイン領域を形成し、ドレイン領域の下にドレイン電極を形成することにより活性部を形成する工程と、活性部の外側に耐圧領域としての終端構造領域を形成する工程と、活性部と終端構造領域との間のドリフト層の上部に、上面がソース電極と接合すると共に、ソース電極との接合面積がベースコンタクト領域のソース電極との接合面積より大きくなるように第2導電型の導通誘導領域を形成する工程と、を含むことを要旨とする。   According to another aspect of the method for manufacturing a silicon carbide MOSFET according to the present invention, a second conductivity type base region is formed on the first conductivity type drift layer made of a silicon carbide semiconductor substrate, and the first conductivity type is formed on the base region. A conductive source region is selectively formed, a gate insulating film is formed on the drift layer, a gate electrode is formed on the gate insulating film, a source electrode is formed on the drift layer, and A base contact region of the second conductivity type is formed on the base region and joined to the source electrode at the top, a drain region of the first conductivity type is formed under the drift layer, and a drain electrode is formed under the drain region A step of forming an active portion, a step of forming a termination structure region as a breakdown voltage region outside the active portion, and a top surface of the source electrode on the drift layer between the active portion and the termination structure region Together joined, and summarized in that comprises a step of forming a larger way conduction induction region of the second conductivity type than the junction area between the source electrode of the junction area is the base contact region between the source electrode.

本発明に係る炭化ケイ素MOSFETによれば、終端構造領域を備えた状態で、積層欠陥の拡張を効果的に抑制することができる。また本発明に係る炭化ケイ素MOSFETの製造方法によれば、製造過程における更なる追加工程の負担を抑えて、積層欠陥の拡張を抑制することができる、終端構造領域を備えた炭化ケイ素MOSFETを製造できる。   According to the silicon carbide MOSFET of the present invention, it is possible to effectively suppress the expansion of stacking faults in a state where the termination structure region is provided. Moreover, according to the method for manufacturing a silicon carbide MOSFET according to the present invention, a silicon carbide MOSFET having a termination structure region, which can suppress the burden of further additional steps in the manufacturing process and suppress the expansion of stacking faults, is manufactured. it can.

第1の実施の形態に係る炭化ケイ素MOSFET(以下「SiC−MOSFET」とも称する。)の構成の概略を模式的に説明する平面図である。1 is a plan view schematically illustrating an outline of a configuration of a silicon carbide MOSFET (hereinafter also referred to as “SiC-MOSFET”) according to a first embodiment. 第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates typically the outline of a structure of SiC-MOSFET which concerns on 1st Embodiment. 導通誘導領域の幅を模式的に説明するためのドリフト層の断面図である。It is sectional drawing of the drift layer for demonstrating the width | variety of a conduction induction area | region typically. 第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおいて、積層欠陥が拡張した状態の概略を模式的に説明する平面図である。In the SiC-MOSFET which concerns on 1st Embodiment, it is a top view which illustrates typically the outline of the state which the stacking fault expanded. 第1比較例に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する平面図である。It is a top view explaining typically the outline of the composition of SiC-MOSFET concerning the 1st comparative example. 第1比較例に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates typically the outline of a structure of SiC-MOSFET which concerns on a 1st comparative example. 第1比較例に係るSiC−MOSFETにおいて、積層欠陥が拡張した状態の概略を模式的に説明する平面図である。In SiC-MOSFET which concerns on a 1st comparative example, it is a top view explaining typically the outline of the state where the stacking fault expanded. 第2比較例に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する平面図である。It is a top view which illustrates typically the outline of the composition of SiC-MOSFET concerning the 2nd comparative example. 第3比較例に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する平面図である。It is a top view explaining typically the outline of the composition of SiC-MOSFET concerning the 3rd comparative example. 第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの製造方法を模式的に説明する工程断面図である(その1)。It is process sectional drawing which illustrates typically the manufacturing method of SiC-MOSFET which concerns on 1st Embodiment (the 1). 第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの製造方法を模式的に説明する工程断面図である(その2)。It is process sectional drawing which illustrates typically the manufacturing method of SiC-MOSFET which concerns on 1st Embodiment (the 2). 第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの製造方法を模式的に説明する工程断面図である(その3)。It is process sectional drawing which illustrates typically the manufacturing method of SiC-MOSFET which concerns on 1st Embodiment (the 3). 第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの製造方法を模式的に説明する工程断面図である(その4)。It is process sectional drawing which illustrates typically the manufacturing method of SiC-MOSFET which concerns on 1st Embodiment (the 4). 第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの製造方法を模式的に説明する工程断面図である(その5)。It is process sectional drawing which illustrates typically the manufacturing method of SiC-MOSFET which concerns on 1st Embodiment (the 5). 第1変形例に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する平面図である。It is a top view explaining typically the outline of the composition of SiC-MOSFET concerning the 1st modification. 第2変形例に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する平面図である。It is a top view explaining typically the outline of the composition of SiC-MOSFET concerning the 2nd modification. 第3変形例に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates typically the outline of a structure of SiC-MOSFET which concerns on a 3rd modification. 第4変形例に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates typically the outline of a structure of SiC-MOSFET which concerns on a 4th modification. 第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する平面図である。It is a top view which illustrates typically the outline of the composition of SiC-MOSFET concerning a 2nd embodiment. 第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates typically the outline of a structure of SiC-MOSFET which concerns on 2nd Embodiment. 第5変形例に係るSiC−MOSFETの構成の概略を模式的に説明する平面図である。It is a top view explaining typically the outline of the composition of SiC-MOSFET concerning the 5th modification. 第1又は第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETを搭載した半導体モジュールの構成の概略を模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates typically the outline of a structure of the semiconductor module carrying the SiC-MOSFET which concerns on 1st or 2nd embodiment.

以下に本発明の第1及び第2の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   The first and second embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and it should be noted that the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each device and each member, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を90度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を180度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。また以下の説明では、第1導電型がn型、第2導電型がp型の場合について例示的に説明するが、導電型を逆の関係に選択して、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても構わない。またnやpに付す+や−は、+及び−が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物元素不純物密度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。   Further, the directions of “left and right” and “up and down” in the following description are merely definitions for convenience of description, and do not limit the technical idea of the present invention. Thus, for example, if the paper is rotated 90 degrees, “left and right” and “up and down” are read interchangeably, and if the paper is rotated 180 degrees, “left” becomes “right” and “right” becomes “left”. Of course. In the following description, the case where the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type will be exemplarily described. However, the first conductivity type is p-type by selecting the conductivity type in the reverse relationship. The second conductivity type may be n-type. Further, + or − attached to n or p means a semiconductor region having a relatively higher or lower impurity element impurity density than a semiconductor region not including + and −.

−第1の実施の形態−
<半導体装置>
第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETは、図1に示すように、平面パターンで全体が矩形状の半導体チップである。半導体チップの主面の中央部には矩形状の活性部100が設けられ、活性部100はトランジスタ構造及び寄生ダイオード構造を有する。尚、図1中では説明のため、ゲート絶縁膜より上の層が除かれ、SiCの表面層が露出した状態が模式的に示されているが、図2に示すように、実際には、トランジスタ構造が積層形成されている。
-First embodiment-
<Semiconductor device>
As shown in FIG. 1, the SiC-MOSFET according to the first embodiment is a semiconductor chip having a planar pattern and a rectangular shape as a whole. A rectangular active portion 100 is provided at the center of the main surface of the semiconductor chip, and the active portion 100 has a transistor structure and a parasitic diode structure. For the sake of explanation, FIG. 1 schematically shows a state in which the layer above the gate insulating film is removed and the surface layer of SiC is exposed. However, as shown in FIG. Transistor structures are stacked.

活性部100の<11−20>方向の両端にはp型の導通誘導領域のそれぞれの上部ウェルコンタクト領域13a,13bが同じ幅wで表れている。活性部100及び導通誘導領域の外側には、高濃度のp型の耐圧領域としての終端構造領域14が、平面パターンで額縁状をなして設けられている。 The upper well contact regions 13a and 13b of the p-type conduction inducing region appear with the same width w at both ends of the active portion 100 in the <11-20> direction. Outside the active portion 100 and the conduction induction region, a termination structure region 14 as a high concentration p + -type withstand voltage region is provided in a frame shape in a planar pattern.

図2に示すように、活性部100には、n型のドリフト層1と、ドリフト層1の上部に設けられた複数の高濃度のp型のベース領域2a,2bと、ベース領域2a,2bの上に設けられた複数のp型のチャネル領域3a〜3cとが備えられる。それぞれのチャネル領域3a〜3cの内部には、n型のソース領域4a〜4cが選択的に設けられている。ベース領域2a,2bの上で、隣り合うソース領域4a〜4cの間には、高濃度のp型のベースコンタクト領域5a,5bが設けられている。 As shown in FIG. 2, the active part 100 includes an n type drift layer 1, a plurality of high-concentration p + type base regions 2 a and 2 b provided on the drift layer 1, and a base region 2 a. , 2b and a plurality of p-type channel regions 3a-3c. In each of the channel regions 3a to 3c, n + type source regions 4a to 4c are selectively provided. On the base regions 2a and 2b, high-concentration p + -type base contact regions 5a and 5b are provided between the adjacent source regions 4a to 4c.

ドリフト層1の上面上には、ソース領域4a〜4c、チャネル領域3a〜3c及びドリフト層1の上面に亘ってゲート絶縁膜6a,6bが設けられている。ゲート絶縁膜6a,6bの上には、ゲート電極7a,7bが設けられ、ゲート電極7a,7bの表面上には、層間絶縁膜8a,8bが設けられている。層間絶縁膜8a,8bの上にはソース電極9がソース領域4a〜4cに接続して設けられている。ソース電極9の上面上には、最表層としてパッシベーション膜等が堆積され、パッシベーション膜等に形成された窓部--開口部--には下側のソース電極9の主面が露出している。   On the upper surface of the drift layer 1, gate insulating films 6 a and 6 b are provided over the source regions 4 a to 4 c, the channel regions 3 a to 3 c and the upper surface of the drift layer 1. Gate electrodes 7a and 7b are provided on the gate insulating films 6a and 6b, and interlayer insulating films 8a and 8b are provided on the surfaces of the gate electrodes 7a and 7b. A source electrode 9 is provided on the interlayer insulating films 8a and 8b so as to be connected to the source regions 4a to 4c. A passivation film or the like is deposited as an outermost layer on the upper surface of the source electrode 9, and the main surface of the lower source electrode 9 is exposed in a window portion--opening portion formed in the passivation film or the like. .

ドリフト層1の下には、n型のドレイン領域10が層状に設けられ、ドレイン領域10の下にはドレイン領域10に接続されたドレイン電極11が設けられている。活性部100では、ゲート電極7a,7bにゲート電圧が印加されることによりソース領域4a〜4c及びドレイン領域10間に主電流が流れる。 Below the drift layer 1, an n + -type drain region 10 is provided in a layered form, and below the drain region 10, a drain electrode 11 connected to the drain region 10 is provided. In the active part 100, a main current flows between the source regions 4a to 4c and the drain region 10 by applying a gate voltage to the gate electrodes 7a and 7b.

導通誘導領域(12a,13a)は、ドリフト層1の上面近傍に設けられた高濃度のp型の下部導通領域12aと、下部導通領域12aの上にソース電極9と接続して設けられた高濃度のp型の上部ウェルコンタクト領域13aとを備える。下部導通領域12aは、ベース領域2a,2bとほぼ同じ深さで、かつ、同じ厚みで設けられている。上部ウェルコンタクト領域13aは、ベースコンタクト領域5a,5bとほぼ同じ深さで、同じ厚みである。 The conduction induction regions (12a, 13a) are provided in the vicinity of the upper surface of the drift layer 1 with a high concentration p + -type lower conduction region 12a and the source electrode 9 on the lower conduction region 12a. A high concentration p + type upper well contact region 13a. The lower conductive region 12a is provided with substantially the same depth and the same thickness as the base regions 2a and 2b. The upper well contact region 13a has substantially the same depth and the same thickness as the base contact regions 5a and 5b.

上部ウェルコンタクト領域13aによって下部導通領域12aはソースボンディングパッドと電気的に接続される。下部導通領域12a及び上部ウェルコンタクト領域13aのドーピング濃度は、ベースコンタクト領域5a,5bのドーピング濃度以上に設定されている。例えばベースコンタクト領域5a,5bのドーピング濃度が1.0×1019cm−3程度である場合、導通誘導領域(12a,13a)のドーピング濃度は全体的に1.0×1019cm−3以上に実現される。導通誘導領域(12a,13a)が全体的に、1.0×1019cm−3以上であることにより、導通誘導領域(12a,13a)全体をp型の「ウェルコンタクト領域」とみなすことができる。 Lower conductive region 12a is electrically connected to the source bonding pad by upper well contact region 13a. The doping concentration of the lower conduction region 12a and the upper well contact region 13a is set to be higher than the doping concentration of the base contact regions 5a and 5b. For example, when the doping concentration of the base contact regions 5a and 5b is about 1.0 × 10 19 cm −3 , the doping concentration of the conduction induction regions (12a and 13a) is 1.0 × 10 19 cm −3 or more as a whole. To be realized. When the conduction induction region (12a, 13a) is 1.0 × 10 19 cm −3 or more as a whole, the entire conduction induction region (12a, 13a) may be regarded as a p-type “well contact region”. it can.

第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、導通誘導領域(12a,13a)のソース電極9と接合する面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a,5bの面積の総和より大きくなるように制御されている。すなわち導通誘導領域(12a,13a)の寄生ダイオードの方が、活性部100の寄生ダイオードより、ソース電極9との接合面積が広い。   In the SiC-MOSFET according to the first embodiment, the sum of the areas where the conduction induction regions (12a, 13a) are joined to the source electrode 9 is larger than the sum of the areas of the base contact regions 5a, 5b of the active part 100. So that it is controlled. That is, the parasitic diode of the conduction induction region (12a, 13a) has a larger junction area with the source electrode 9 than the parasitic diode of the active part 100.

図1に例示したSiC−MOSFETの場合、2本の上部ウェルコンタクト領域13a,13bの面積の総和が、3本のベースコンタクト領域5a〜5cの面積の総和より大きくなるように実現されている。図1中では説明の便宜のため、上部ウェルコンタクト領域13a,13b及びベースコンタクト領域5a〜5cの上面に斜線が付されている。   In the SiC-MOSFET illustrated in FIG. 1, the total area of the two upper well contact regions 13a and 13b is realized to be larger than the total area of the three base contact regions 5a to 5c. In FIG. 1, for convenience of explanation, the upper well contact regions 13a and 13b and the upper surfaces of the base contact regions 5a to 5c are hatched.

ここで図1中の左側の導通誘導領域(12a,13a)の上部ウェルコンタクト領域13aの面積をS13a、左側の導通誘導領域の上部ウェルコンタクト領域13bの面積をS13bとする。また図1中の活性部100の内側で左側のベースコンタクト領域5aの面積をS5a、中央のベースコンタクト領域5bの面積をS5b、右側のベースコンタクト領域5cの面積をS5cとすると、
(S13a+S13b)>(S5a+S5b+S5c) ・・・式(1)
が成立する。
Here, the area of the upper well contact region 13a of the left conduction induction region (12a, 13a) in FIG. 1 is S 13a , and the area of the upper well contact region 13b of the left conduction induction region is S 13b . Further, assuming that the area of the left base contact region 5a inside the active part 100 in FIG. 1 is S 5a , the area of the central base contact region 5b is S 5b , and the area of the right base contact region 5c is S 5c .
(S 13a + S 13b )> (S 5a + S 5b + S 5c ) (1)
Is established.

2本の導通誘導領域の上部ウェルコンタクト領域13a,13bの面積の総和の上限値は、半導体装置としての動作を確保する必要性から、活性部100及び導通誘導領域を含めた全体の面積の約70%〜約80%の範囲内で設定される。   The upper limit of the total area of the upper well contact regions 13a and 13b of the two conduction induction regions is about the total area including the active portion 100 and the conduction induction region because of the need to ensure the operation as a semiconductor device. It is set within the range of 70% to about 80%.

また第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの下部導通領域12a及び上部ウェルコンタクト領域13aは、図1に示したように、活性部100と同じ長さで上下方向に延びている。尚、この上下方向は、SiC単結晶の<11−20>方向と直交する方向であり、以下「縦方向」とも称する。図3に示すように、導通誘導領域(12a,13a)の幅wは、ドリフト層1の厚さdと、SiC基板の<11−20>方向に対する傾斜角θを用いて、

Figure 2018200920

を満たすように設定される。 Further, the lower conduction region 12a and the upper well contact region 13a of the SiC-MOSFET according to the first embodiment extend in the vertical direction with the same length as the active portion 100, as shown in FIG. This vertical direction is a direction orthogonal to the <11-20> direction of the SiC single crystal, and is hereinafter also referred to as “longitudinal direction”. As shown in FIG. 3, the width w of the conduction induction regions (12a, 13a) is determined by using the thickness d of the drift layer 1 and the inclination angle θ with respect to the <11-20> direction of the SiC substrate.
Figure 2018200920

It is set to satisfy.

例えば、ドリフト層1の厚みdが10μm、傾斜角θが約4°である場合、幅wは、式(2)より
w≧10/tan4°[μm]=約143[μm]
となるため、導通誘導領域(12a,13a)の幅wとしては約143μm以上の長さが必要である。
For example, when the thickness d of the drift layer 1 is 10 μm and the inclination angle θ is about 4 °, the width w is w ≧ 10 / tan 4 ° [μm] = about 143 [μm] from the equation (2).
Therefore, the width w of the conduction induction regions (12a, 13a) needs to be about 143 μm or more.

ここでMOSトランジスタ構造においては、ソース電極9‐ベース領域2a,2b‐ドリフト層1‐ドレイン領域10‐ドレイン電極11という電流経路の寄生ダイオードに順方向に通電する際、バイポーラ動作をするため電子―正孔対の再結合が発生する。再結合のエネルギーによってSiC基板中の転位が積層欠陥に拡張するが、積層欠陥の拡張方向は、<11−20>方向と直交する縦方向に限定される。   Here, in the MOS transistor structure, when a forward current is passed through a parasitic diode in the current path of the source electrode 9-base region 2a, 2b-drift layer 1-drain region 10-drain electrode 11, the bipolar operation is performed. Hole pair recombination occurs. Although dislocations in the SiC substrate expand to stacking faults due to recombination energy, the extension direction of stacking faults is limited to the vertical direction perpendicular to the <11-20> direction.

通常のMOSFETにおいては、MOS構造を備える活性部100に寄生ダイオードが存在するため、活性部100直下に積層欠陥30が発生することになる。そしてMOSFETのオン抵抗が増大し、電力損失の増大につながる。そこで第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、導通誘導領域(12a,13a)を設けると共に、更に導通誘導領域(12a,13a)中にオーミックコンタクトを実現するための上部ウェルコンタクト領域13aを設ける。   In a normal MOSFET, a parasitic diode is present in the active part 100 having a MOS structure, so that a stacking fault 30 is generated immediately below the active part 100. And the on-resistance of the MOSFET increases, leading to an increase in power loss. Therefore, in the SiC-MOSFET according to the first embodiment, the conduction induction regions (12a, 13a) are provided, and the upper well contact region 13a for realizing ohmic contact is further provided in the conduction induction regions (12a, 13a). Provide.

そして式(1)を用いて説明したように、上部ウェルコンタクト領域13a,13bの面積の総和を活性部100中に存在するベースコンタクト領域5a〜5cの面積より大きくする。そのため寄生ダイオードへの通電時の電流は上部ウェルコンタクト領域13a,13b側に流れ易くなる。一方、転位は積層欠陥への拡張を開始する電流密度の閾値をそれぞれ有する。そのため通電が導通誘導領域(12a,13a)に集中し、相対的に活性部100における寄生ダイオードの電流密度が低下することにより、活性部100での積層欠陥30の拡張が抑制される。   Then, as described using Expression (1), the total area of the upper well contact regions 13a and 13b is made larger than the areas of the base contact regions 5a to 5c existing in the active portion 100. Therefore, the current when the parasitic diode is energized easily flows to the upper well contact regions 13a and 13b. On the other hand, the dislocation has a current density threshold value at which expansion to stacking faults starts. Therefore, energization concentrates on the conduction induction regions (12a, 13a), and the current density of the parasitic diode in the active portion 100 relatively decreases, so that the expansion of the stacking fault 30 in the active portion 100 is suppressed.

上記式(1)及び式(2)を同時に満たす第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETに、175℃で、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm]通電しても、活性部100には積層欠陥30が発生せず、オン抵抗は増大しなかった。また寄生ダイオードの順方向電圧の降下の変動を測定したところ、変動は0.5%以下であり、抵抗の増大を抑えることができた。 Even if the SiC-MOSFET according to the first embodiment that satisfies the above expressions (1) and (2) at the same time is energized at 175 ° C. with a forward current of 400 [A / cm 2 ] of the parasitic diode, it remains active. The stacking fault 30 did not occur in the portion 100, and the on-resistance did not increase. Further, when the fluctuation of the forward voltage drop of the parasitic diode was measured, the fluctuation was 0.5% or less, and the increase in resistance could be suppressed.

更に順方向電流を大きくして通電したところ、図4に示すように、左側の導通誘導領域(12a,13a)内で積層欠陥30の発生が観察された。しかし活性部100の内側では積層欠陥は発生せず、オン抵抗は増大しなかった。また図4に示した状態のSiC−MOSFETにおいて、寄生ダイオードの順方向電圧の降下の変動を測定したところ、依然として電圧降下への影響は小さく、175℃において変動は0.5%以下であった。   When the forward current was further increased and current was applied, generation of stacking faults 30 was observed in the left conduction induction region (12a, 13a) as shown in FIG. However, no stacking fault occurred inside the active part 100, and the on-resistance did not increase. Further, when the fluctuation of the forward voltage drop of the parasitic diode was measured in the SiC-MOSFET in the state shown in FIG. 4, the influence on the voltage drop was still small, and the fluctuation was 0.5% or less at 175 ° C. .

(第1比較例)
次に活性部の両端に導通誘導領域が設けられていない、比較例に係るSiC−MOSFETを図5〜図9を参照して説明する。図5に示すように、第1比較例に係るSiC−MOSFETには導通誘導領域が設けられておらず、活性部101の表面には、10本のチャネル領域3a〜3j、10本のソース領域4a〜4j及び5本のベースコンタクト領域5a〜5eが表れている。
(First comparative example)
Next, an SiC-MOSFET according to a comparative example in which no conduction induction region is provided at both ends of the active portion will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the SiC-MOSFET according to the first comparative example is not provided with a conduction inducing region, and 10 channel regions 3 a to 3 j and 10 source regions are formed on the surface of the active portion 101. 4a to 4j and five base contact regions 5a to 5e appear.

第1比較例に係るSiC−MOSFETのその他の構造については、図6に示すように、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様であるため、重複説明を省略する。第1比較例に係るSiC−MOSFETに対し、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm]通電すると、図7に示すように、活性部101の内側で縦方向に拡張した積層欠陥30aが発生し、オン抵抗が増大した。 The other structure of the SiC-MOSFET according to the first comparative example is the same as that of the SiC-MOSFET according to the first embodiment as shown in FIG. When 400 [A / cm 2 ] forward current of the parasitic diode is applied to the SiC-MOSFET according to the first comparative example, the stacking fault 30a expanded in the vertical direction inside the active portion 101 as shown in FIG. Occurred and the on-resistance increased.

(第2比較例)
また図8に示すように、第2比較例に係るSiC−MOSFETは、活性部101の周囲に非常に狭い幅のp型の補助コンタクト領域5fを備える点が第1比較例に係るSiC−MOSFETと異なる。第2比較例に係るSiC−MOSFETにおいても、第1比較例の場合と同様に、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm]通電すると、縦方向に拡張した積層欠陥30が発生し、オン抵抗が増大した。
(Second comparative example)
As shown in FIG. 8, the SiC-MOSFET according to the second comparative example is provided with a p-type auxiliary contact region 5 f having a very narrow width around the active portion 101. And different. In the SiC-MOSFET according to the second comparative example, similarly to the case of the first comparative example, when a forward current of 400 [A / cm 2 ] is applied to the parasitic diode, the stacking fault 30 expanded in the vertical direction is generated. On-resistance increased.

(第3比較例)
また図9に示すように、第3比較例に係るSiC−MOSFETは、活性部101の左側のセル構造のチャネル領域3g1,3h1、ソース領域4g1,4h1及びベースコンタクト領域5d1の長さが、第1比較例の場合より短い。また右側のセル構造のチャネル領域3i1,3j1、ソース領域4i1,4j1及びベースコンタクト領域5e1の長さも第1比較例の場合より短く、矩形状の活性部101の4隅に、扇状のp型のコーナー部コンタクト領域5g1〜5g4をそれぞれ備える。第3比較例に係るSiC−MOSFETにおいても、第1比較例の場合と同様に、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm]通電すると、縦方向に拡張した積層欠陥が発生し、オン抵抗が増大した。
(Third comparative example)
As shown in FIG. 9, the SiC-MOSFET according to the third comparative example has the lengths of the channel regions 3g1, 3h1, the source regions 4g1, 4h1, and the base contact region 5d1 in the cell structure on the left side of the active portion 101. It is shorter than the case of one comparative example. The lengths of the channel regions 3i1, 3j1, the source regions 4i1, 4j1 and the base contact region 5e1 of the right cell structure are also shorter than in the first comparative example, and fan-shaped p-types are formed at the four corners of the rectangular active portion 101. Corner contact regions 5g1 to 5g4 are provided. In the SiC-MOSFET according to the third comparative example, as in the case of the first comparative example, when a forward current of 400 [A / cm 2 ] is applied to the parasitic diode, a stacking fault expanded in the vertical direction occurs. On-resistance increased.

第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、活性部100と終端構造領域14との間に、ダイオード領域である導通誘導領域(12a,13a)が設けられ、逆導通時の電流が導通誘導領域(12a,13a)側に誘導される。そして式(1)を用いて、ソース電極9と接合する上部ウェルコンタクト領域13aの面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a,5bのソース電極9との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。   In the SiC-MOSFET according to the first embodiment, conduction inducing regions (12a, 13a) that are diode regions are provided between the active part 100 and the termination structure region 14, and current during reverse conduction is induced by conduction. It is guided to the region (12a, 13a) side. Then, using equation (1), the sum of the areas of the upper well contact regions 13a joined to the source electrode 9 is made larger than the sum of the junction areas of the base contact regions 5a and 5b of the active part 100 to the source electrode 9. Is controlled.

そのためSiC−MOSFETの逆導通時には、電流は導通誘導領域(12a,13a)に積極的に誘導され、積層欠陥30を成長させるエネルギーは、導通誘導領域(12a,13a)で大きく消費される。導通誘導領域(12a,13a)内でのエネルギー消費により、活性部100内での積層欠陥30を成長させるエネルギーが相対的に低下するので、積層欠陥30の拡張を大きく抑制することができる。   Therefore, during reverse conduction of the SiC-MOSFET, current is positively induced in the conduction induction region (12a, 13a), and energy for growing the stacking fault 30 is largely consumed in the conduction induction region (12a, 13a). The energy for growing the stacking faults 30 in the active part 100 is relatively reduced due to the energy consumption in the conduction induction regions (12a, 13a), so that the expansion of the stacking faults 30 can be largely suppressed.

この点、例えば単に電流を活性部100以外に誘導するためのダイオード構造を並列接続する場合を考えてみると、導通誘導領域(12a,13a)を設けて上部ウェルコンタクト領域13aの面積の総和により制御する場合と比べ、余分な配線が必要になる。一方、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの場合、並列接続するダイオード構造と等価な静特性を実現できると共に、配線のインダクタンスが存在しない分、過渡的に活性部100側に流れる電流を低減することができる。   Considering this point, for example, a case where diode structures for simply inducing current other than the active portion 100 are connected in parallel, the conduction induction regions (12a, 13a) are provided and the total area of the upper well contact region 13a is determined. Compared to control, extra wiring is required. On the other hand, in the case of the SiC-MOSFET according to the first embodiment, a static characteristic equivalent to a diode structure connected in parallel can be realized, and the current flowing transiently to the active part 100 side is equivalent to the absence of wiring inductance. Can be reduced.

また第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、導通誘導領域(12a,13a)の外側で、半導体チップの周縁に、耐圧領域である終端構造領域14が更に設けられている。そのため、導通誘導領域(12a,13a)により積層欠陥30の発生の抑制を図りつつ、半導体装置としての耐圧を更に高めることができる。   In the SiC-MOSFET according to the first embodiment, a termination structure region 14 that is a breakdown voltage region is further provided outside the conduction induction region (12a, 13a) and on the periphery of the semiconductor chip. Therefore, it is possible to further increase the breakdown voltage as a semiconductor device while suppressing generation of the stacking fault 30 by the conduction induction regions (12a, 13a).

また導通誘導領域(12a,13a)は、縦方向の長さが活性部100と同じ長さであるため、縦方向に帯状に延びる積層欠陥30を確実に内側に留め、活性部100への波及を防止できる。   In addition, since the conduction induction regions (12a, 13a) have the same length in the vertical direction as that of the active portion 100, the stacking fault 30 extending in the vertical direction in a band shape is reliably retained inside, and the ripple is transmitted to the active portion 100. Can be prevented.

更に導通誘導領域(12a,13a)の幅wが式(2)を満たすことにより、傾斜したエピタキシャル成長膜のテラス面に沿って延びる積層欠陥30の拡張が、導通誘導領域(12a,13a)の内側に留められる。そのため幅wは積層欠陥の最大拡張幅が含まれるように大きく担保されるので、<11−20>方向で隣接する活性部100の直下には積層欠陥30が発生しない。よってMOSFETのオン特性への影響を防止できる。   Further, when the width w of the conduction inducing region (12a, 13a) satisfies the formula (2), the extension of the stacking fault 30 extending along the terrace surface of the inclined epitaxial growth film is caused to extend inside the conduction inducing region (12a, 13a). To be held in. Therefore, the width w is greatly secured so as to include the maximum extension width of the stacking fault, so that the stacking fault 30 does not occur immediately below the active portion 100 adjacent in the <11-20> direction. Therefore, the influence on the on-characteristics of the MOSFET can be prevented.

また第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、活性部100の両端に2個の導通誘導領域が最大限離間した状態で配置される。そのため、それぞれの導通誘導領域での発熱が半導体チップの中で効率よく分散し、SiC−MOSFETの品質の劣化が防止できる。   Further, in the SiC-MOSFET according to the first embodiment, the two conduction induction regions are disposed at both ends of the active portion 100 in a state where they are separated as much as possible. Therefore, the heat generated in each conduction induction region is efficiently dispersed in the semiconductor chip, and the quality of the SiC-MOSFET can be prevented from deteriorating.

<半導体装置の製造方法>
次に第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの製造方法を図10〜図14を参照して説明する。まずSiC基板として、例えばn型の4H−SiC単結晶であって、(0001)面を表面とし、<11−20>方向に対して4°オフした半導体基板10subを用意する。そして図10に示すように、エピタキシャル成長法を用いて、半導体基板10subの上に例えば窒素(N)を添加(ドープ)したn型の4H−SiCのドリフト層1を約10μmの厚さdでエピタキシャル成長させる。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the SiC-MOSFET according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, as the SiC substrate, for example, an n + -type 4H—SiC single crystal, which has a (0001) plane as a surface and a semiconductor substrate 10 sub off by 4 ° with respect to the <11-20> direction is prepared. Then, as shown in FIG. 10, an n-type 4H—SiC drift layer 1 doped (doped) with, for example, nitrogen (N) is deposited on the semiconductor substrate 10 sub by an epitaxial growth method with a thickness d of about 10 μm. Epitaxially grow.

次に図11に示すように、ドリフト層1の上面上に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて所定の位置に開口部が設けられたマスク21aを形成し、開口部を介して、例えばアルミニウム(Al)、ホウ素(B)等のp型の不純物元素のイオンを選択的に注入する。このイオン注入により、後で下部導通領域12a及びベース領域2a,2bをなす予定領域がそれぞれ形成される。図11中には、それぞれの予定領域の外縁が破線で模式的に例示されている。イオン注入は、予定領域が活性化された際、ドリフト層1の内部に下部導通領域12a及びベース領域2a,2bが同じ不純物密度で、同じ深さで、かつ同じ厚みを有するように、それぞれの注入イオンの加速電圧が調整される。   Next, as shown in FIG. 11, a mask 21a having an opening at a predetermined position is formed on the upper surface of the drift layer 1 using a photolithography technique and an etching technique, and aluminum, for example, is formed through the opening. Ions of p-type impurity elements such as (Al) and boron (B) are selectively implanted. By this ion implantation, planned regions that will later form the lower conductive region 12a and the base regions 2a and 2b are formed. In FIG. 11, the outer edges of the respective scheduled areas are schematically illustrated by broken lines. The ion implantation is performed so that the lower conductive region 12a and the base regions 2a and 2b have the same impurity density, the same depth, and the same thickness in the drift layer 1 when the predetermined region is activated. The acceleration voltage of the implanted ions is adjusted.

次にマスク21aを除去し、ドリフト層1の上面上に形成した新たなマスクを介してp型の不純物元素のイオンを、ドリフト層1の上面近傍にイオンが蓄積されるように加速電圧を抑えて選択的に注入する。このイオン注入によって、ベース領域2a,2bの上に、後で部分的にチャネル領域3a〜3cをなす予定領域がそれぞれ形成される。そしてチャネル領域3a〜3c形成用のマスクを除去する。   Next, the mask 21 a is removed, and the acceleration voltage is suppressed so that ions of the p-type impurity element are accumulated in the vicinity of the upper surface of the drift layer 1 through a new mask formed on the upper surface of the drift layer 1. Inject selectively. By this ion implantation, planned regions that later partially form channel regions 3a to 3c are formed on the base regions 2a and 2b, respectively. Then, the mask for forming the channel regions 3a to 3c is removed.

次にドリフト層1の上面上に形成した新たなマスクを介して、例えばリン(P)、N等のn型の不純物元素のイオンを、チャネル領域3a〜3cの予定領域の内部に選択的に注入して、後でソース領域4a〜4cをなす予定領域を形成する。そしてソース領域4a〜4c形成用のマスクを除去する。   Next, ions of an n-type impurity element such as phosphorus (P), N, etc. are selectively introduced into the planned regions of the channel regions 3 a to 3 c through a new mask formed on the upper surface of the drift layer 1. Implantation is performed to form planned regions that will later form source regions 4a to 4c. Then, the mask for forming the source regions 4a to 4c is removed.

次に図12に示すように、ドリフト層1の上面上に形成した新たなマスク21bを介して、p型の不純物元素のイオンを、チャネル領域3a〜3cの予定領域の内部でソース領域4a〜4cの間に選択的に注入する。このイオン注入により、下部導通領域12aの上に、後で上部ウェルコンタクト領域13aをなす予定領域が形成されると共に、後でベースコンタクト領域5a,5bをなす予定領域が形成される。図12中には、それぞれの予定領域の外縁が破線で模式的に例示されている。   Next, as shown in FIG. 12, through the new mask 21b formed on the upper surface of the drift layer 1, ions of the p-type impurity element are supplied into the source regions 4a to 4c in the planned regions of the channel regions 3a to 3c. Inject selectively during 4c. By this ion implantation, a planned region that later forms the upper well contact region 13a is formed on the lower conductive region 12a, and a planned region that later forms the base contact regions 5a and 5b is formed. In FIG. 12, the outer edge of each scheduled area is schematically illustrated by a broken line.

そしてマスク21bを除去し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、半導体基板10subの周縁にp型の不純物元素のイオンを選択的に注入して、後で終端構造領域14をなす予定領域を形成する。そして活性化アニール等によってそれぞれの予定領域を活性化し、図13に示すように、活性部のベース領域2a,2b、チャネル領域3a〜3c、ソース領域4a〜4c及びベースコンタクト領域5a,5bを形成する。活性化により下部導通領域12a、上部ウェルコンタクト領域13a及び終端構造領域14も形成される。 Then, the mask 21b is removed, and ions of a p-type impurity element are selectively implanted into the periphery of the semiconductor substrate 10 sub by using a photolithography technique and an etching technique. Form. Then, the respective planned regions are activated by activation annealing or the like, and as shown in FIG. 13, base regions 2a and 2b, channel regions 3a to 3c, source regions 4a to 4c and base contact regions 5a and 5b are formed. To do. The lower conductive region 12a, the upper well contact region 13a, and the termination structure region 14 are also formed by the activation.

次に、例えば熱酸化処理等によりドリフト層1の表面上に酸化シリコン(SiO)膜等を堆積させ、堆積膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等によりパターニングして、ゲート絶縁膜6a,6bを形成する。次に例えばP等のn型の不純物元素が高不純物密度に添加されたドープド・ポリシリコン膜等を減圧CVD法等により全面に堆積させる。そしてドープド・ポリシリコン膜をエッチング又は化学的機械研磨(CMP)等の処理によりパターニングして、ゲート電極7a,7bを形成する。 Next, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film or the like is deposited on the surface of the drift layer 1 by thermal oxidation or the like, and the deposited film is patterned by a photolithography technique, an etching technique, or the like to form the gate insulating films 6a and 6b. Form. Next, a doped polysilicon film or the like to which an n-type impurity element such as P is added at a high impurity density is deposited on the entire surface by a low pressure CVD method or the like. Then, the doped polysilicon film is patterned by a process such as etching or chemical mechanical polishing (CMP) to form gate electrodes 7a and 7b.

次に例えばCVD法等を用いてSiO膜等を全面に堆積し、この堆積膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングして、ゲート電極7a,7bの上に層間絶縁膜8a,8bを設ける。次に半導体基板10subの下面をCMP等により薄化して平坦化し、図14に示すように、ドレイン領域10とする。そしてドレイン領域10の下に、ニッケル(Ni)等の金属膜を成膜し、成膜した金属膜をパターニングしてドレイン電極11を形成する。 Next, for example, a CVD method or the like is used to deposit an SiO 2 film or the like on the entire surface, and this deposited film is patterned using a photolithography technique and an etching technique, and interlayer insulating films 8a and 8b are formed on the gate electrodes 7a and 7b. Is provided. Next, the lower surface of the semiconductor substrate 10 sub is thinned and flattened by CMP or the like to form the drain region 10 as shown in FIG. Then, a metal film such as nickel (Ni) is formed under the drain region 10, and the formed metal film is patterned to form the drain electrode 11.

そして必要に応じて所定のアニール等を施した後、例えばAlを主成分元素として含む合金膜等を堆積させ、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等により、所定の形状にパターニングしてソース電極9を形成する。ソース電極9は、ドリフト層1、ベースコンタクト領域5a,5b及び上部ウェルコンタクト領域13aの上に亘って設けられる。その後、アニールによるシンタリング処理等が施される。上記の一連の工程を通じて第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETを得ることができる。   Then, after performing predetermined annealing or the like as necessary, an alloy film containing Al as a main component is deposited, for example, and patterned into a predetermined shape by photolithography technology and etching technology to form the source electrode 9 To do. The source electrode 9 is provided over the drift layer 1, the base contact regions 5a and 5b, and the upper well contact region 13a. Thereafter, a sintering process or the like by annealing is performed. Through the above series of steps, the SiC-MOSFET according to the first embodiment can be obtained.

第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの製造方法では、下部導通領域12a及びベース領域2a,2bをなす予定領域へのイオン注入が、同一の処理によって同時に実行される。また上部ウェルコンタクト領域13a及びベースコンタクト領域5a,5bをなす予定領域へのイオン注入も、同一の処理によって同時に実行される。そのため、導通誘導領域(12a,13a)を備えたSiC―MOSFETを製造するにあたり、格別負担の大きな別工程を設ける必要が無い。よって更なる追加工程の負担を抑えながら、積層欠陥30の拡張を抑制することができるSiC−MOSFETを製造することができる。   In the method of manufacturing the SiC-MOSFET according to the first embodiment, ion implantation into the planned region forming the lower conductive region 12a and the base regions 2a and 2b is simultaneously performed by the same process. In addition, ion implantation into the planned region forming the upper well contact region 13a and the base contact regions 5a and 5b is simultaneously performed by the same process. Therefore, it is not necessary to provide a separate process with a large special burden in manufacturing the SiC-MOSFET provided with the conduction induction regions (12a, 13a). Therefore, it is possible to manufacture a SiC-MOSFET that can suppress the expansion of the stacking fault 30 while suppressing the burden of a further additional process.

<第1変形例>
次に第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの変形例を、図15〜図18を参照して説明する。図15に示すように、第1変形例に係るSiC−MOSFETは、図1に示した第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの構造に加え、活性部100の縦方向の両端に、<11−20>方向に延びる補助ベースコンタクト領域5h1,5h2を備える。
<First Modification>
Next, a modification of the SiC-MOSFET according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 15, the SiC-MOSFET according to the first modified example has <-in addition to the structure of the SiC-MOSFET according to the first embodiment shown in FIG. And auxiliary base contact regions 5h1 and 5h2 extending in the 11-20> direction.

補助ベースコンタクト領域5h1,5h2の幅Lは、導通誘導領域の幅wに比べて非常に狭い。例えば導通誘導領域の幅wは約143μm以上であるが、補助ベースコンタクト領域5h1,5h2の幅は約5μm以下である。そのため補助ベースコンタクト領域5h1,5h2の面積が活性部100のベースコンタクト領域5a,5bの面積の総和に含まれる場合であっても、上部ウェルコンタクト領域13a,13bの面積の総和の方が活性部100側より大きくなるように制御されている。   The width L of the auxiliary base contact regions 5h1 and 5h2 is very narrow compared to the width w of the conduction induction region. For example, the width w of the conduction induction region is about 143 μm or more, but the width of the auxiliary base contact regions 5h1 and 5h2 is about 5 μm or less. Therefore, even if the areas of the auxiliary base contact regions 5h1 and 5h2 are included in the sum of the areas of the base contact regions 5a and 5b of the active part 100, the sum of the areas of the upper well contact regions 13a and 13b is more active. It is controlled to be larger than 100 side.

また図2に示したSiC−MOSFETの場合と同様に、導通誘導領域(12a,13a)は、全体がウェルコンタクト領域として機能するように、下部導通領域12aの濃度が高濃度に制御されている。第1変形例に係るSiC−MOSFETの他の構造については、図1〜図4で示したSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価であるため、重複説明を省略する。   Similarly to the SiC-MOSFET shown in FIG. 2, the concentration of the lower conduction region 12a is controlled to be high so that the conduction induction regions (12a, 13a) function as well contact regions as a whole. . The other structure of the SiC-MOSFET according to the first modification is equivalent to the member of the same name in the SiC-MOSFET shown in FIGS.

第1変形例に係るSiC−MOSFETに175℃で、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm]通電しても、活性部100には積層欠陥30が発生せず、オン抵抗は増大しなかった。また寄生ダイオードの順方向電圧の降下の変動を0.5%以下に抑えることができた。 Even if the SiC-MOSFET according to the first modification is supplied with 400 [A / cm 2 ] forward current of the parasitic diode at 175 ° C., the stacking fault 30 does not occur in the active part 100 and the on-resistance increases. I didn't. Moreover, the fluctuation of the forward voltage drop of the parasitic diode could be suppressed to 0.5% or less.

第1変形例に係るSiC−MOSFETにおいても、逆導通時には、電流は導通誘導領域に積極的に誘導される。そのため積層欠陥30を成長させるエネルギーは、導通誘導領域で大きく消費され、活性部100における積層欠陥30の発生を抑制することができる。   Also in the SiC-MOSFET according to the first modification, current is positively induced in the conduction induction region during reverse conduction. Therefore, the energy for growing the stacking fault 30 is largely consumed in the conduction induction region, and the generation of the stacking fault 30 in the active part 100 can be suppressed.

また第1変形例に係るSiC−MOSFETによれば、活性部100のベースコンタクト領域の構造が柔軟に変更可能になるので、所望の仕様への対応性を高めることができる。第1変形例に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。尚、補助ベースコンタクト領域5h1,5h2は、左右の導通誘導領域と接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。   Further, according to the SiC-MOSFET according to the first modification, the structure of the base contact region of the active part 100 can be flexibly changed, so that the compatibility with a desired specification can be improved. Other effects of the SiC-MOSFET according to the first modification are the same as those of the SiC-MOSFET according to the first embodiment. The auxiliary base contact regions 5h1 and 5h2 may or may not be connected to the left and right conduction induction regions.

<第2変形例>
図16に示した第2変形例に係るSiC−MOSFETのように、半導体チップの両端に加え、更に中央にも導通誘導領域を設けてもよい。図16中には、両端の2個の上部ウェルコンタクト領域13a,13bの上面と、2個の上部ウェルコンタクト領域13a,13bの間隔を2等分するように、中央に設けられた上部ウェルコンタクト領域13cの上面とが表れている。
<Second Modification>
As in the SiC-MOSFET according to the second modification shown in FIG. 16, in addition to both ends of the semiconductor chip, a conduction induction region may be further provided in the center. In FIG. 16, the upper well contact provided at the center is divided so that the upper surface of the two upper well contact regions 13a and 13b at both ends and the distance between the two upper well contact regions 13a and 13b are divided into two equal parts. The upper surface of the region 13c appears.

左側の上部ウェルコンタクト領域13aと中央の上部ウェルコンタクト領域13cとの間には活性部100aが位置し、右側の上部ウェルコンタクト領域13bと中央の上部ウェルコンタクト領域13cとの間には活性部100bが位置する。3個の導通誘導領域は、いずれも上記式(2)を満たす同じ幅wを有する。第2変形例に係るSiC−MOSFETの他の構造については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価である。   An active portion 100a is located between the left upper well contact region 13a and the central upper well contact region 13c, and an active portion 100b is located between the right upper well contact region 13b and the central upper well contact region 13c. Is located. The three conduction induction regions all have the same width w that satisfies the above formula (2). The other structure of the SiC-MOSFET according to the second modification is equivalent to the member of the same name in the SiC-MOSFET according to the first embodiment.

第2変形例に係るSiC−MOSFETにおいても、ソース電極と接合する上部ウェルコンタクト領域13a〜13cの面積の総和が、活性部100a,100bのベースコンタクト領域5a,5cのソース電極との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。そのため逆導通時には、電流は導通誘導領域に積極的に誘導され、活性部100における積層欠陥の発生を抑制することができる。   Also in the SiC-MOSFET according to the second modification, the sum of the areas of the upper well contact regions 13a to 13c joined to the source electrode is equal to the junction area of the base contact regions 5a and 5c of the active portions 100a and 100b with the source electrode. It is controlled to be larger than the sum. Therefore, at the time of reverse conduction, current is positively induced in the conduction induction region, and generation of stacking faults in the active part 100 can be suppressed.

また第2変形例に係るSiC−MOSFETによれば、導通誘導領域を増加させて積層欠陥の発生をより確実に抑制できる。第2変形例に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。尚、導通誘導領域の個数は3個以上でもよいし、或いは1個でもよい。   Moreover, according to the SiC-MOSFET according to the second modification, it is possible to more reliably suppress the occurrence of stacking faults by increasing the conduction induction region. Other effects of the SiC-MOSFET according to the second modification are the same as those of the SiC-MOSFET according to the first embodiment. Note that the number of conduction induction regions may be three or more, or may be one.

<第3変形例>
図17に示した第3変形例に係るSiC−MOSFETのように、導通誘導領域(22a,23a)が、ベース領域2a,2bより深くてもよい。また導通誘導領域(22a,23a)の下部導通領域22a及び上部ウェルコンタクト領域23aは、いずれも高濃度のp++型である。第3変形例に係るSiC−MOSFETの他の構造については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価である。
<Third Modification>
Like the SiC-MOSFET according to the third modification shown in FIG. 17, the conduction induction regions (22a, 23a) may be deeper than the base regions 2a, 2b. In addition, the lower conduction region 22a and the upper well contact region 23a of the conduction induction regions (22a, 23a) are both high-concentration p ++ type. The other structure of the SiC-MOSFET according to the third modification is equivalent to the member of the same name in the SiC-MOSFET according to the first embodiment.

第3変形例に係るSiC−MOSFETにおいても、ソース電極9と接合する上部ウェルコンタクト領域23aの面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a,5bのソース電極9との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。そのため逆導通時には、電流は導通誘導領域(22a,23a)に積極的に誘導され、活性部100における積層欠陥の発生を抑制することができる。   Also in the SiC-MOSFET according to the third modification, the sum of the areas of the upper well contact regions 23a joined to the source electrode 9 is greater than the sum of the junction areas of the base contact regions 5a and 5b of the active portion 100 to the source electrode 9. It is controlled to be large. Therefore, during reverse conduction, current is positively induced in the conduction induction regions (22a, 23a), and generation of stacking faults in the active part 100 can be suppressed.

また第3変形例に係るSiC−MOSFETによれば、導通誘導領域(22a,23a)がベース領域2a,2bより深く形成されているので、逆導通時の電流を導通誘導領域(22a,23a)側に誘導することが一層容易になる。更に導通誘導領域(22a,23a)の不純物濃度がベースコンタクト領域5a,5bより更に高められているので、誘導性が更に高まる。第3変形例に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。   Further, according to the SiC-MOSFET according to the third modification, the conduction induction regions (22a, 23a) are formed deeper than the base regions 2a, 2b, so that current during reverse conduction is supplied to the conduction induction regions (22a, 23a). It becomes easier to guide to the side. Furthermore, since the impurity concentration of the conduction induction regions (22a, 23a) is further increased than that of the base contact regions 5a, 5b, the inductivity is further increased. Other effects of the SiC-MOSFET according to the third modification are the same as those of the SiC-MOSFET according to the first embodiment.

<第4変形例>
図18に示した第4変形例に係るSiC−MOSFETのように、導通誘導領域(22a,23a)が、活性部100のベース領域2a,2b及びベースコンタクト領域5a,5bと接続してもよい。図18に示した導通誘導領域(22a,23a)は、図17に示した第3変形例に係るSiC−MOSFETの導通誘導領域(22a,23a)と等価な構造である。第4変形例に係るSiC−MOSFETの他の構造については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価である。
<Fourth Modification>
Like the SiC-MOSFET according to the fourth modification shown in FIG. 18, the conduction induction regions (22a, 23a) may be connected to the base regions 2a, 2b and the base contact regions 5a, 5b of the active part 100. . The conduction induction regions (22a, 23a) shown in FIG. 18 have a structure equivalent to the conduction induction regions (22a, 23a) of the SiC-MOSFET according to the third modification shown in FIG. The other structure of the SiC-MOSFET according to the fourth modification is equivalent to the member of the same name in the SiC-MOSFET according to the first embodiment.

すなわち逆導通時の電流の導通誘導領域(22a,23a)側への誘導性が高められていれば、第4変形例に係るSiC−MOSFETのように、活性部100及び導通誘導領域(22a,23a)間の分離領域を無くしてもよい。第4変形例に係るSiC−MOSFETにおいても、ソース電極9と接合する上部ウェルコンタクト領域23aの面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a,5bのソース電極9との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。そのため逆導通時には、電流は導通誘導領域(22a,23a)に積極的に誘導され、活性部100における積層欠陥の発生を抑制することができる。   That is, if the inductivity of the current at the time of reverse conduction to the conduction induction region (22a, 23a) side is enhanced, the active portion 100 and the conduction induction region (22a, 22a, 22b) as in the SiC-MOSFET according to the fourth modification example. 23a) may be eliminated. Also in the SiC-MOSFET according to the fourth modification, the sum of the areas of the upper well contact regions 23a joined to the source electrode 9 is greater than the sum of the junction areas of the base contact regions 5a and 5b of the active part 100 to the source electrodes 9. It is controlled to be large. Therefore, during reverse conduction, current is positively induced in the conduction induction regions (22a, 23a), and generation of stacking faults in the active part 100 can be suppressed.

また第4変形例に係るSiC−MOSFETによれば、活性部100及び導通誘導領域(22a,23a)間の分離領域が不要になることにより、活性部100の面積をより大きく確保できる。第4変形例に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。   In addition, according to the SiC-MOSFET according to the fourth modification, the isolation region between the active part 100 and the conduction induction regions (22a, 23a) is not necessary, so that the area of the active part 100 can be secured larger. Other effects of the SiC-MOSFET according to the fourth modification are the same as those of the SiC-MOSFET according to the first embodiment.

−第2の実施の形態−
図19に示すように、第2の実施の形態に係るSiC―MOSFETの導通誘導領域は、平面パターンで、上部導通ベース領域16と、上部導通ベース領域16の内部に複数個設けられたセル状の上部ウェルコンタクト領域15を備える点が、第1の実施の形態に係るSiC―MOSFETと異なる。セル状の上部ウェルコンタクト領域15は、ほぼ六角柱状であり、図20に示すように、下部導通領域12aとドリフト層1の上面との間に亘って延びるように設けられている。
-Second Embodiment-
As shown in FIG. 19, the conduction inducing region of the SiC-MOSFET according to the second embodiment has a planar pattern, and a plurality of upper conductive base regions 16 and a plurality of cells provided inside the upper conductive base region 16. The upper well contact region 15 is different from the SiC-MOSFET according to the first embodiment. The cell-like upper well contact region 15 has a substantially hexagonal column shape, and is provided so as to extend between the lower conductive region 12a and the upper surface of the drift layer 1, as shown in FIG.

上部導通ベース領域16のドーピング濃度は、例えば1.0×1018cm−3程度である。またセル状の上部ウェルコンタクト領域15のドーピング濃度は、ベースコンタクト領域5a,5bのドーピング濃度以上であればよい。例えばベースコンタクト領域5a,5bのドーピング濃度が1.0×1019cm−3程度であれば、上部ウェルコンタクト領域15のドーピング濃度も1.0×1019cm−3程度以上に設定される。第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETの他の構造については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価であるため、重複説明を省略する。 The doping concentration of the upper conductive base region 16 is, for example, about 1.0 × 10 18 cm −3 . Further, the doping concentration of the cell-like upper well contact region 15 may be equal to or higher than the doping concentration of the base contact regions 5a and 5b. For example, when the doping concentration of the base contact regions 5a and 5b is about 1.0 × 10 19 cm −3 , the doping concentration of the upper well contact region 15 is also set to about 1.0 × 10 19 cm −3 or more. Since the other structure of the SiC-MOSFET according to the second embodiment is equivalent to the member of the same name in the SiC-MOSFET according to the first embodiment, the duplicate description is omitted.

第2の実施の形態に係るSiC―MOSFETにおいても、上記式(1)と同様の関係が満たされている。すなわちソース電極9と接合するすべてのセル状の上部ウェルコンタクト領域15の上面の面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a〜5cのソース電極9との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。また上記式(2)の関係が満たされるように、導通誘導領域(12a,15,16)の幅wが設定されている。   The SiC-MOSFET according to the second embodiment also satisfies the same relationship as the above formula (1). That is, the sum of the areas of the upper surfaces of all the cell-like upper well contact regions 15 joined to the source electrode 9 is larger than the sum of the junction areas of the base contact regions 5a to 5c of the active part 100 to the source electrode 9. It is controlled. Further, the width w of the conduction induction region (12a, 15, 16) is set so that the relationship of the above expression (2) is satisfied.

第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおいても、逆導通時には、電流は導通誘導領域(12a,15,16)に積極的に誘導され、積層欠陥を成長させるエネルギーは、導通誘導領域(12a,15,16)で大きく消費される。よって活性部100における積層欠陥の発生を抑制することができる。第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。尚、上部ウェルコンタクト領域15のセルの形状は、六角形状に限定されず、他の多角形状、或いは円形状、楕円形状等、適宜変更可能である。   Also in the SiC-MOSFET according to the second embodiment, during reverse conduction, current is actively induced in the conduction induction region (12a, 15, 16), and the energy for growing stacking faults is the conduction induction region (12a). , 15, 16). Therefore, occurrence of stacking faults in the active part 100 can be suppressed. Other effects of the SiC-MOSFET according to the second embodiment are the same as those of the SiC-MOSFET according to the first embodiment. The cell shape of the upper well contact region 15 is not limited to a hexagonal shape, and can be appropriately changed to other polygonal shapes, circular shapes, elliptical shapes, or the like.

<第5変形例>
第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、図21に示した第5変形例に係るSiC−MOSFETのように、セル状の上部ウェルコンタクト領域15a〜15cの縦方向の配置密度が一定でなくてもよい。ただしセル状の上部ウェルコンタクト領域15a〜15cは、活性部100から離間するに従って密度がより高くなるように、反対に活性部100に近接するに従って密度がより低くなるように配置される方が好ましい。
<Fifth Modification>
In the SiC-MOSFET according to the second embodiment, the vertical arrangement density of the cell-like upper well contact regions 15a to 15c is constant, as in the SiC-MOSFET according to the fifth modification shown in FIG. It does not have to be. However, it is preferable that the cell-like upper well contact regions 15a to 15c are arranged so that the density becomes higher as the distance from the active part 100 increases, and conversely, the density becomes lower as the distance from the active part 100 becomes closer. .

例えば図21中の範囲Xに含まれるセルの個数は、左側の上部ウェルコンタクト領域15aの下に続く一連のセルが5個、中央の上部ウェルコンタクト領域15bの下に続く一連のセルが4個、右側の上部ウェルコンタクト領域15cの下に続く一連のセルが2個である。セル密度が活性部100側から終端構造領域14側へ向かうに従って高くなることにより、活性部100直下へのホールの注入を更に抑制可能になるので、MOSFETの特性劣化をより確実に防止できる。   For example, the number of cells included in the range X in FIG. 21 is five consecutive cells below the upper well contact region 15a on the left and four consecutive cells below the central upper well contact region 15b. There are two series of cells following the upper well contact region 15c on the right side. By increasing the cell density from the active part 100 side toward the termination structure region 14 side, it becomes possible to further suppress the injection of holes directly under the active part 100, so that the characteristic deterioration of the MOSFET can be prevented more reliably.

−その他の実施の形態−
本発明は上記の開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
-Other embodiments-
Although the present invention has been described with reference to the above disclosed embodiments, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, it should be understood that various alternative embodiments, examples, and operational techniques will become apparent to those skilled in the art.

例えば図22に示すように、第1及び第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETの半導体チップ44を絶縁回路基板(41,42,43)上に搭載してパワー半導体モジュール(41,42,43,44)を実現することもできる。絶縁回路基板(41,42,43)は、絶縁基板41と、絶縁基板41の上面上に設けられた表面金属箔42と、絶縁基板41の下面上に設けられた裏面金属箔43とを備える。半導体チップ44が導通誘導領域を備えることで活性部における積層欠陥の拡張が抑制されることにより、パワー半導体モジュールの通電劣化が抑制され、導通損失を低減することができる。   For example, as shown in FIG. 22, the semiconductor chip 44 of SiC-MOSFET according to the first and second embodiments is mounted on an insulating circuit substrate (41, 42, 43), and a power semiconductor module (41, 42, 43, 44) can also be realized. The insulating circuit board (41, 42, 43) includes an insulating substrate 41, a front surface metal foil 42 provided on the upper surface of the insulating substrate 41, and a back surface metal foil 43 provided on the lower surface of the insulating substrate 41. . Since the semiconductor chip 44 includes the conduction inducing region, the expansion of stacking faults in the active portion is suppressed, so that current deterioration of the power semiconductor module is suppressed and the conduction loss can be reduced.

また第1及び第2の実施の形態では、トランジスタ構造のセルはストライプ状として説明したが、これに限定されず、例えば多角形状或いはその他の形状が採用されてもよい。またトランジスタのゲート構造についても、プレーナ型として説明したが、トレンチ型であってもよい。またn型を第1導電型、p型を第2導電型として説明したが、本発明は導電型を反転させても成り立つ。   In the first and second embodiments, the transistor structure cell has been described as a stripe shape. However, the present invention is not limited to this, and for example, a polygonal shape or other shapes may be adopted. Also, the gate structure of the transistor has been described as a planar type, but may be a trench type. Further, although the n-type has been described as the first conductivity type and the p-type has been described as the second conductivity type, the present invention can also be realized by inverting the conductivity type.

また第1及び第2の実施の形態では、基板の傾斜角θを定義する傾斜方向を、(0001)面又は(000−1)面から<11−20>方向として説明したが、傾斜角θは<11−20>方向以外の方向で定義しても、本発明は成り立つ。また傾斜角θは4°として例示的に説明したが、これに限定されず、例えば傾斜角θを8°程度に設定することもできる。   In the first and second embodiments, the tilt direction defining the tilt angle θ of the substrate has been described as the <11-20> direction from the (0001) plane or the (000-1) plane. Even if defined in a direction other than the <11-20> direction, the present invention holds. In addition, although the inclination angle θ is illustratively described as 4 °, the present invention is not limited to this. For example, the inclination angle θ can be set to about 8 °.

また図1〜図22に示したそれぞれのSiC−MOSFETの部分的な構造を組み合わせて本発明に係るSiC−MOSFETを構成してもよい。以上のとおり本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   Moreover, you may comprise the SiC-MOSFET which concerns on this invention combining the partial structure of each SiC-MOSFET shown in FIGS. As described above, the present invention includes various embodiments and the like not described above, and the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the appropriate claims from the above description. Is.

1 ドリフト層
2a,2b ベース領域
3a〜3j,3g1〜3j1 チャネル領域
4a〜4j,4g1〜4j1 ソース領域
5a〜5e,5d1,5e1 ベースコンタクト領域
5f 補助コンタクト領域
5g1〜5g4 コーナー部コンタクト領域
5h1,5h2 補助ベースコンタクト領域
6a,6b ゲート絶縁膜
7a,7b ゲート電極
8a,8b 層間絶縁膜
9 ソース電極
10 ドレイン領域
10sub 半導体基板
11 ドレイン電極
12a 下部導通領域
13a,13b,13c 上部ウェルコンタクト領域
14 終端構造領域
15,15a,15b,15c 上部ウェルコンタクト領域
16 上部導通ベース領域
21a,21b マスク
22a 下部導通領域
23a 上部ウェルコンタクト領域
30,30a 積層欠陥
41 絶縁基板
42 表面金属箔
43 裏面金属箔
44 半導体チップ
100,100a,100b 活性部
101 活性部
w 導通誘導領域の幅
d ドリフト層の厚み
L 補助ベースコンタクト領域の幅
θ 傾斜角
1 Drift layer 2a, 2b Base region 3a-3j, 3g1-3j1 Channel region 4a-4j, 4g1-4j1 Source region 5a-5e, 5d1, 5e1 Base contact region 5f Auxiliary contact region 5g1-5g4 Corner contact region 5h1, 5h2 Auxiliary base contact regions 6a, 6b Gate insulating films 7a, 7b Gate electrodes 8a, 8b Interlayer insulating film 9 Source electrode 10 Drain region 10 Sub semiconductor substrate 11 Drain electrode 12a Lower conduction regions 13a, 13b, 13c Upper well contact region 14 Termination structure Regions 15, 15a, 15b, 15c Upper well contact region 16 Upper conduction base regions 21a, 21b Mask 22a Lower conduction region 23a Upper well contact regions 30, 30a Stacking fault 41 Insulating substrate 42 Surface metal foil 43 Surface metal foil 44 semiconductor chips 100, 100a, the width θ angle of inclination of the thickness L auxiliary base contact region 100b active portion 101 active portion w-conductive guiding area width d drift layer

Claims (13)

炭化ケイ素半導体基板からなる第1導電型のドリフト層、前記ドリフト層の上部に設けられた第2導電型のベース領域、前記ベース領域の上部に選択的に設けられた第1導電型のソース領域、前記ドリフト層の上に設けられたゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極、前記ドリフト層の上に設けられたソース電極、前記ドリフト層の上部で前記ベース領域の上に前記ソース電極と接合して設けられた第2導電型のベースコンタクト領域、前記ドリフト層の下に設けられた第1導電型のドレイン領域及び前記ドレイン領域の下に設けられたドレイン電極を有する活性部と、
前記活性部の外側に設けられた耐圧領域としての終端構造領域と、
前記活性部と前記終端構造領域との間の前記ドリフト層の上部に、上面が前記ソース電極と接合して設けられ、前記ソース電極との接合面積が前記ベースコンタクト領域の前記ソース電極との接合面積より大きく設定されている第2導電型の導通誘導領域と、
を備えることを特徴とする炭化ケイ素MOSFET。
A first conductivity type drift layer made of a silicon carbide semiconductor substrate, a second conductivity type base region provided above the drift layer, and a first conductivity type source region selectively provided above the base region A gate insulating film provided on the drift layer, a gate electrode provided on the gate insulating film, a source electrode provided on the drift layer, and on the base region above the drift layer A second conductivity type base contact region provided in contact with the source electrode, a first conductivity type drain region provided under the drift layer, and a drain electrode provided under the drain region. An active part,
A termination structure region as a withstand voltage region provided outside the active portion;
The upper surface of the drift layer between the active portion and the termination structure region is provided to be joined to the source electrode, and the junction area with the source electrode is joined to the source electrode in the base contact region. A second conductivity type conduction induction region set larger than the area;
A silicon carbide MOSFET comprising:
前記導通誘導領域の前記炭化ケイ素半導体基板の傾斜方向に沿った幅wは、前記ドリフト層の厚みd及び前記炭化ケイ素半導体基板の傾斜角θとの間で、
Figure 2018200920
の関係が成り立つことを特徴とする請求項1に記載の炭化ケイ素MOSFET。
The width w of the conduction induction region along the tilt direction of the silicon carbide semiconductor substrate is between the thickness d of the drift layer and the tilt angle θ of the silicon carbide semiconductor substrate.
Figure 2018200920
The silicon carbide MOSFET according to claim 1, wherein:
前記導通誘導領域は、前記ソース電極と接合する前記上面を有する上部ウェルコンタクト領域を有し、
前記上部ウェルコンタクト領域の不純物濃度が、前記ベースコンタクト領域の不純物濃度以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭化ケイ素MOSFET。
The conduction induction region has an upper well contact region having the upper surface joined to the source electrode,
3. The silicon carbide MOSFET according to claim 1, wherein an impurity concentration of the upper well contact region is equal to or higher than an impurity concentration of the base contact region.
前記活性部には補助ベースコンタクト領域が更に設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の炭化ケイ素MOSFET。   The silicon carbide MOSFET according to any one of claims 1 to 3, wherein an auxiliary base contact region is further provided in the active portion. 前記導通誘導領域は3個以上、等間隔で設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の炭化ケイ素MOSFET。   5. The silicon carbide MOSFET according to claim 1, wherein three or more conduction induction regions are provided at equal intervals. 前記導通誘導領域は前記ベースコンタクト領域より深く設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の炭化ケイ素MOSFET。   The silicon carbide MOSFET according to any one of claims 1 to 5, wherein the conduction induction region is provided deeper than the base contact region. 前記導通誘導領域と前記ベースコンタクト領域とが接続していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の炭化ケイ素MOSFET。   The silicon carbide MOSFET according to any one of claims 1 to 6, wherein the conduction induction region and the base contact region are connected to each other. 前記上部ウェルコンタクト領域は、複数のセル状であることを特徴とする請求項3に記載の炭化ケイ素MOSFET。   4. The silicon carbide MOSFET according to claim 3, wherein the upper well contact region has a plurality of cell shapes. 前記複数のセル状の上部ウェルコンタクト領域は、前記活性部から前記終端構造領域に向かって密度が高くなるように配置されていることを特徴とする請求項8に記載の炭化ケイ素MOSFET。   9. The silicon carbide MOSFET according to claim 8, wherein the plurality of cellular upper well contact regions are arranged so as to increase in density from the active portion toward the termination structure region. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の炭化ケイ素MOSFETを搭載したことを特徴とするパワー半導体モジュール。   A power semiconductor module comprising the silicon carbide MOSFET according to any one of claims 1 to 9. 炭化ケイ素半導体基板からなる第1導電型のドリフト層の上部に第2導電型のベース領域を形成し、前記ベース領域の上部に第1導電型のソース領域を選択的に形成し、前記ドリフト層の上にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成し、前記ドリフト層の上にソース電極を形成し、前記ドリフト層の上部で前記ベース領域の上に第2導電型のベースコンタクト領域を前記ソース電極と接合して形成し、前記ドリフト層の下に第1導電型のドレイン領域を形成し、前記ドレイン領域の下にドレイン電極を形成することにより活性部を形成する工程と、
前記活性部の外側に耐圧領域としての終端構造領域を形成する工程と、
前記活性部と前記終端構造領域との間の前記ドリフト層の上部に、上面が前記ソース電極と接合すると共に、前記ソース電極との接合面積が前記ベースコンタクト領域の前記ソース電極との接合面積より大きくなるように第2導電型の導通誘導領域を形成する工程と、
を含むことを特徴とする炭化ケイ素MOSFETの製造方法。
Forming a base region of the second conductivity type on the drift layer of the first conductivity type made of a silicon carbide semiconductor substrate, selectively forming a source region of the first conductivity type on the base region; A gate insulating film is formed on the gate insulating film, a gate electrode is formed on the gate insulating film, a source electrode is formed on the drift layer, and a second conductive layer is formed on the base region above the drift layer. A base contact region of a type is formed by bonding with the source electrode, a drain region of the first conductivity type is formed under the drift layer, and a drain electrode is formed under the drain region to form an active portion And a process of
Forming a termination structure region as a breakdown voltage region outside the active portion;
The upper surface of the drift layer between the active portion and the termination structure region is joined to the source electrode, and the junction area with the source electrode is larger than the junction area with the source electrode in the base contact region. Forming a second conductivity type conduction inducing region to be large;
A method for producing a silicon carbide MOSFET, comprising:
前記導通誘導領域は、下部導通領域と、前記下部導通領域の上に設けられた上部ウェルコンタクト領域とを有し、
前記下部導通領域の形成と前記ベース領域の形成とを同じイオン注入により行うことを特徴とする請求項11に記載の炭化ケイ素MOSFETの製造方法。
The conduction induction region has a lower conduction region and an upper well contact region provided on the lower conduction region,
12. The method for manufacturing a silicon carbide MOSFET according to claim 11, wherein the formation of the lower conductive region and the formation of the base region are performed by the same ion implantation.
前記上部ウェルコンタクト領域の形成と前記ベースコンタクト領域の形成とを同じイオン注入により行うことを特徴とする請求項12に記載の炭化ケイ素MOSFETの製造方法。   13. The method for manufacturing a silicon carbide MOSFET according to claim 12, wherein the upper well contact region and the base contact region are formed by the same ion implantation.
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