JP2017195235A - 炭化ケイ素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
<半導体装置の構成>
図1および図2は、本実施の形態1の半導体装置である半導体チップの概略平面図、図3は、図1に示す半導体チップのA−A線(素子領域の一部)およびB−B線(チップ周辺部の一部)の断面図である。なお、図1は、半導体チップの主面の拡散層レイアウトを示す平面図であり、図2は、図1に示した領域の上層に形成された配線(ゲート配線およびソース電極)の平面図である。
次に、上記のように構成された本実施の形態1の半導体装置の製造方法について、図4〜図17を用いて工程順に説明する。図4〜図17において、各図の左側は、図1のA−A線に対応する領域(素子領域の一部)の断面を示し、各図の右側は、図1のB−B線に対応する領域(素子領域を囲む領域の一部)の断面を示す。
0≦R1/Tox≦3、かつ、0≦R2/Tox≦3 (2)
d/Tox≧1/3 (3)
ここで、Lは導体層の端部と段差部とのズレ量、Toxは絶縁膜の膜厚、R1は導体層の端部の曲率半径、R2は段差部の曲率半径、dはエピタキシャル層表面の掘り込み量(段差部の高低差)を表している(図19参照)。
本実施の形態2の半導体装置の製造方法について、図20〜図23を用いて工程順に説明する。図20〜図23の各図は、図1のA−A線に対応する領域(素子領域の一部)の断面を示している。
本実施の形態3の半導体装置の製造方法について、図24〜図27を用いて工程順に説明する。図24〜図27の各図は、図1のA−A線に対応する領域(素子領域の一部)の断面を示している。
本実施の形態4の半導体装置の製造方法について、図28〜図29を用いて工程順に説明する。図28〜図29の各図は、図1のB−B線に対応する領域(素子領域を囲む領域の一部の断面を示している。
図30は、本実施の形態5の三相モータシステムの回路図である。本実施の形態5の三相モータシステム100は、電力変換装置である三相インバータ101と、制御回路102と、三相モータ103とを備えている。
図30に示した電力変換装置は、自動車の駆動系に応用することができる。図31は、図30の電力変換装置を応用した三相モータシステムを備えた電気自動車の構成の一例を示すブロック図である。
図30に示した電力変換装置は、鉄道車両の駆動系に応用することができる。図32は、図30の電力変換装置を応用した三相モータシステムを備えた鉄道車両の構成の一例を示すブロック図である。
11 炭化ケイ素基板
12 エピタキシャル層
13 ターミネーション領域
14 ウェル領域
15 ソース領域
16 第1コンタクト領域
17 ゲート絶縁膜
18 ゲート電極
18P 多結晶シリコン膜
19 層間絶縁膜
20 ゲート配線
20P ゲートパッド
21 ソース電極
21P ソースパッド
22 第1コンタクトホール
23 パッシベーション膜
24 第2コンタクト領域
25 ドレイン領域
26 ドレイン電極
27 キャップ層
28 第2コンタクトホール
29 絶縁膜
40〜47 フォトレジスト膜
100 三相モータシステム
101 三相インバータ
102 制御回路
103 三相モータ
200 電気自動車
201 三相インバータ
202 電子制御ユニット
203 三相モータ
204a、204b 駆動輪(車輪)
205 駆動軸
206 昇圧コンバータ
207 リレー
208 バッテリ
209 電力ライン
300 鉄道車両
301 三相インバータ
303 三相モータ
304 トランス
305 コンデンサ
306 コンバータ
L 段差部
Q MOSFET
UC ユニットセル
Claims (11)
- 第1導電型の炭化ケイ素基板と、
前記炭化ケイ素基板上に形成された第1導電型の炭化ケイ素エピタキシャル層と、
前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面上に第1絶縁層を介して形成された第1導体層と、
前記第1導体層の端部と対向する前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面に設けられた第1段差部と、
を有する、炭化ケイ素半導体装置。 - 請求項1記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第1導体層は、MOSFETのゲート電極である、炭化ケイ素半導体装置。 - 請求項1記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第1絶縁層は、比誘電率が4.2以下の絶縁材料を含む、炭化ケイ素半導体装置。 - 請求項1記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第1導体層の上部に形成された第2絶縁層と、
前記第2絶縁層の上部に形成され、前記第2絶縁層に形成された開口を通じて前記炭化ケイ素エピタキシャル層に電気的に接続された第2導体層と、
前記第2導体層の端部と対向する前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面に設けられた第2段差部と、
をさらに有する、炭化ケイ素半導体装置。 - 請求項1記載の炭化ケイ素半導体装置において、
下記式(1)〜(3)の少なくとも一つを満たす、炭化ケイ素半導体装置:
0≦L/Tox≦3 (1)
0≦R1/Tox≦3、かつ、0≦R2/Tox≦3 (2)
d/Tox≧1/3 (3)
(式中、Lは前記第1導体層の端部と前記第1段差部とのズレ量、Toxは前記第1絶縁層の膜厚、R1は前記第1導体層の端部の曲率半径、R2は前記第1段差部の曲率半径、dは前記第1段差部の高低差をそれぞれ表す)。 - (a)第1導電型の炭化ケイ素基板を準備する工程と、
(b)前記炭化ケイ素基板上に第1導電型の炭化ケイ素エピタキシャル層を形成する工程と、
(c)前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面上に第1絶縁層を形成する工程と、
(d)前記第1絶縁層の上部に形成した第1導体膜をエッチングすることにより、第1導体層を形成する工程と、
(e)前記工程(b)の後、前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面の一部をエッチングすることにより、前記第1導体層の端部と対向する前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面に第1段差部を形成する工程と、
を有する、炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 請求項6記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法において、
前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面上に前記第1導体膜を形成した後、前記第1導体膜上に形成した第1レジスト膜をマスクにして前記第1導体膜をエッチングすることにより、前記第1導体層を形成する工程と、
前記1導体層を形成した後、前記第1レジスト膜をマスクにして前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面をエッチングすることにより、前記第1導体層の端部と対向する前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面に前記第1段差部を形成する工程と、
を有する、炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 請求項6記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法において、
前記工程(e)の後、前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面の一部に比誘電率が4.2以下の絶縁材料からなる絶縁層を埋め込む工程、
をさらに有する、炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 請求項6記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法において、
前記工程(e)の後、
(f)前記第1導体層の上部に第2絶縁層を形成する工程と、
(g)前記第2絶縁層の一部をエッチングすることにより、前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面を露出する開口を形成する工程と、
(h)前記工程(g)の後、前記第2絶縁層の上部に第2導体膜を形成する工程と、
(i)前記第2導体膜上に形成した第2レジスト膜をマスクにして前記第2導体膜をエッチングすることにより、前記第2絶縁層の上部に第2導体層を形成し、前記開口を通じて前記第2導体層と前記炭化ケイ素エピタキシャル層とを電気的に接続する工程と、
(j)前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面をエッチングすることにより、前記第2導体層の端部と対向する前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面に第2段差部を形成する工程と、
をさらに有する、炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 請求項9記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法において、
前記第2絶縁層の上部に前記第2導体膜を形成した後、前記第2導体膜上に形成した第3レジスト膜をマスクにして前記第2導体膜をエッチングすることにより、前記第2導体層を形成する工程と、
前記2導体層を形成した後、前記第3レジスト膜をマスクにして前記第2絶縁層と前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面とをエッチングすることにより、前記第2導体層の端部と対向する前記炭化ケイ素エピタキシャル層の表面に前記第2段差部を形成する工程と、
を有する、炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 請求項9記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法において、
前記第1段差部と前記第2段差部とを同一工程で形成する、炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
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