JP6752336B2 - Semiconductor device - Google Patents

Description

本願明細書に開示される技術は、半導体装置に関するものである。 The techniques disclosed in the specification of the present application relate to semiconductor devices.

炭化珪素（ＳｉＣ）を用いて構成されるｐｎダイオードに順方向電流を流し続けると、結晶中に積層欠陥が発生して順方向電圧がシフトするという、信頼性上の問題がよく知られている。 A well-known reliability problem is that if a forward current is continuously applied to a pn diode constructed of silicon carbide (SiC), stacking defects will occur in the crystal and the forward voltage will shift. ..

これは、ｐｎダイオードを通して注入された少数キャリアが多数キャリアと再結合する際の再結合エネルギーによって、炭化珪素半導体基板に存在する基底面転位などを起点として面欠陥である積層欠陥が拡張するためであると考えられる。この積層欠陥は電流の流れを阻害するため、流れる電流が減少する。そして、この積層欠陥が順方向電圧を増加させることによって、半導体装置の信頼性劣化を引き起こす。 This is because the recombination energy when the minority carriers injected through the pn diode recombine with the majority carriers expands the stacking defects that are surface defects starting from the basal plane dislocations existing in the silicon carbide semiconductor substrate. It is believed that there is. Since this stacking defect obstructs the flow of current, the flowing current is reduced. Then, this stacking defect increases the forward voltage, which causes a deterioration in reliability of the semiconductor device.

このような順方向電圧シフトは、炭化珪素を用いた金属−酸化膜−半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ）でも同様に発生するとの報告がある。ＭＯＳＦＥＴ（ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ）構造は、ソース−ドレイン間に寄生ｐｎダイオード（ボディダイオード）を有しており、順方向電流がこのボディダイオードに流れると、ｐｎダイオードと同様の信頼性劣化を引き起こす。 It has been reported that such a forward voltage shift also occurs in a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor using silicon carbide (that is, MOSFET). The MOSFET (SiC-MOSFET) structure has a parasitic pn diode (body diode) between the source and drain, and when a forward current flows through this body diode, it causes the same reliability deterioration as the pn diode.

一方、ＭＯＳＦＥＴなどユニポーラ型のトランジスタである半導体装置では、ユニポーラ型のダイオードを還流ダイオードとして内蔵し、それを使用することが可能である。たとえば、特許文献１（特開２００３−０１７７０１号公報）、または、特許文献２（国際公開第２０１４／０３８１１０号）では、ユニポーラ型のダイオードとしてＳＢＤをＭＯＳＦＥＴのユニットセル内に内蔵し、利用する方法が提案されている。 On the other hand, in a semiconductor device such as a MOSFET, which is a unipolar transistor, it is possible to incorporate a unipolar diode as a freewheeling diode and use it. For example, in Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-017701) or Patent Document 2 (International Publication No. 2014/038110), a method in which an SBD is incorporated in a unit cell of a MOSFET and used as a unipolar diode. Has been proposed.

このような活性領域にユニポーラ型、すなわち、多数キャリアのみで通電するダイオードを内蔵したユニポーラ型トランジスタでは、ユニポーラ型ダイオードの拡散電位、すなわち、通電動作が始まる電圧をｐｎ接合よりも低く設計することで、実使用時にはボディダイオードに順方向電流が流れず、活性領域の特性劣化を抑制することができる。 In a unipolar transistor having a diode that is energized only by a large number of carriers in such an active region, the diffusion potential of the unipolar diode, that is, the voltage at which the energization operation starts is designed to be lower than that of the pn junction. In actual use, no forward current flows through the body diode, and deterioration of the characteristics of the active region can be suppressed.

特開２００３−０１７７０１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-017701 国際公開第２０１４／０３８１１０号International Publication No. 2014/038110

しかしながら、活性領域にユニポーラ型ダイオードが内蔵されたユニポーラ型トランジスタにおいても、終端領域、すなわち、活性領域以外の領域では、構造上ダイオードを配置できない箇所で、寄生ｐｎダイオードが形成されてしまう箇所がある。 However, even in a unipolar transistor having a unipolar diode built in the active region, a parasitic pn diode may be formed in a terminal region, that is, a region other than the active region where a diode cannot be arranged due to its structure. ..

この例として、ＳＢＤ内蔵のＭＯＳＦＥＴについて説明する。 As an example of this, a MOSFET with a built-in SBD will be described.

活性領域におけるソース電極の下方の一部に第１のショットキー電極が形成される。そして、第１のショットキー電極が、活性領域における第１のウェル領域の間の離間領域と接触する。そうすることで、ＳＢＤが形成される。 A first Schottky electrode is formed in the lower part of the source electrode in the active region. The first Schottky electrode then contacts the separation region between the first well regions in the active region. By doing so, the SBD is formed.

一方で、ゲートパッド近傍の領域、または、素子終端部近傍の領域では、ソース電極よりも終端領域側へ張り出した第２のウェル領域が形成される。 On the other hand, in the region near the gate pad or the region near the terminal end of the device, a second well region is formed that projects toward the terminal region from the source electrode.

第２のウェル領域は、ドリフト層との間で寄生ｐｎダイオードを形成する。また、第２のウェル領域が形成される箇所では、第１のショットキー電極が形成されていない。 The second well region forms a parasitic pn diode with the drift layer. Further, the first Schottky electrode is not formed at the place where the second well region is formed.

還流動作、すなわち、ソース電極の電位がドレイン電極の電位を上回った際、活性領域では内蔵ＳＢＤに電流が流れる。そのため、第１のウェル領域とドリフト層とによって形成されるｐｎダイオードには順方向電流が流れない。 In the reflux operation, that is, when the potential of the source electrode exceeds the potential of the drain electrode, a current flows through the built-in SBD in the active region. Therefore, no forward current flows through the pn diode formed by the first well region and the drift layer.

この場合、ＳＢＤ電流はドリフト層、または、半導体基板などで電圧降下を生じる。その結果として、ｐｎ接合の拡散電位を超える電圧が、ソース電極とドレイン電極との間に発生する。 In this case, the SBD current causes a voltage drop in the drift layer, the semiconductor substrate, or the like. As a result, a voltage exceeding the diffusion potential of the pn junction is generated between the source electrode and the drain electrode.

このとき、第２のウェル領域ではＳＢＤ電極が形成されていないため、第２のウェル領域とドリフト層とによって形成されるｐｎダイオードにソース電極の電圧とドレイン電極の電圧とが印加される。そして、ｐｎダイオードに順方向電流が流れてしまう。 At this time, since the SBD electrode is not formed in the second well region, the voltage of the source electrode and the voltage of the drain electrode are applied to the pn diode formed by the second well region and the drift layer. Then, a forward current flows through the pn diode.

このような箇所に基底面転位など起点が存在すると、積層欠陥が拡張し、トランジスタの耐圧が劣化してしまうことがある。具体的には、トランジスタがオフ状態のときに漏れ電流が発生し、発熱によって素子または回路が破壊されてしまうことがある。 If a starting point such as a basal dislocation exists at such a location, the stacking defect may expand and the withstand voltage of the transistor may deteriorate. Specifically, a leakage current is generated when the transistor is off, and the element or circuit may be destroyed by heat generation.

この問題を回避するために、第２のウェル領域とドリフト層とによって形成されるｐｎダイオードにバイポーラ電流が流れないよう、ソース−ドレイン間の印加電圧を一定値以下に制限する。具体的にはチップサイズを拡大させ、還流電流が流れた際に発生するソース−ドレイン間の電圧を低減する。その場合、チップサイズが大きくなり、コストが増大するデメリットが伴う。 In order to avoid this problem, the applied voltage between the source and the drain is limited to a certain value or less so that the bipolar current does not flow through the pn diode formed by the second well region and the drift layer. Specifically, the chip size is increased to reduce the source-drain voltage generated when a reflux current flows. In that case, there is a demerit that the chip size becomes large and the cost increases.

チップサイズを拡大させずに、第２のウェル領域とドリフト層とによって形成されるｐｎダイオードの順方向動作を抑制する方法として、第２のウェル領域と、ソース電極との間に形成される通電経路の抵抗を高める方法が考えられる。 As a method of suppressing the forward operation of the pn diode formed by the second well region and the drift layer without increasing the chip size, the energization formed between the second well region and the source electrode is performed. A method of increasing the resistance of the path can be considered.

具体的には、第２のウェル領域とソース電極との間のコンタクト抵抗を高めたり、第２のウェル領域とソース電極との間を外部抵抗を用いて接続したり、第２のウェル領域のシート抵抗を高めたりするなどの方法が挙げられる。 Specifically, the contact resistance between the second well region and the source electrode can be increased, the connection between the second well region and the source electrode can be made using an external resistor, or the second well region can be connected. Methods such as increasing the seat resistance can be mentioned.

これらのようにすると、第２のウェル領域とドリフト層とによって形成されるｐｎダイオードに積層欠陥が成長しない程度の微小な順方向電流が流れた際に、抵抗成分によって電圧降下が生じる。そのため、第２のウェル領域の電位がソース電位と乖離し、その分、ｐｎダイオードにかかる順方向電圧が低減する。そのため、順方向電流の通電を抑制することができる。 In this way, when a minute forward current that does not cause stacking defects to grow flows through the pn diode formed by the second well region and the drift layer, a voltage drop occurs due to the resistance component. Therefore, the potential in the second well region deviates from the source potential, and the forward voltage applied to the pn diode is reduced by that amount. Therefore, the energization of the forward current can be suppressed.

一方、炭化珪素に代表されるワイドギャップ半導体装置においては、変位電流において素子が破壊するという課題が存在する。これは、たとえば、ＭＯＳ構造を有する炭化珪素半導体装置がスイッチングしたときに、第２のウェル領域内をチップ平面方向に変位電流が流れ、この変位電流と第２のウェル領域のシート抵抗によって、第２のウェル領域の電位が変動することが原因となる。 On the other hand, in a wide-gap semiconductor device typified by silicon carbide, there is a problem that the element is destroyed by a displacement current. This is because, for example, when a silicon carbide semiconductor device having a MOS structure is switched, a displacement current flows in the second well region in the chip plane direction, and the displacement current and the sheet resistance in the second well region cause the second well. The cause is that the potential of the well region of 2 fluctuates.

たとえば、第２のウェル領域の電位が５０Ｖ以上に変動し、かつ、第２のウェル領域の上面には厚さ５０ｎｍのゲート酸化膜、および、略０Ｖのゲート電極が形成されている場合、ゲート酸化膜に、たとえば、１０ＭＶ／ｃｍといった高電界が印加される。その結果、ゲート酸化膜が破壊されてしまう。 For example, when the potential of the second well region fluctuates to 50 V or more, and a gate oxide film having a thickness of 50 nm and a gate electrode having a thickness of about 0 V are formed on the upper surface of the second well region, the gate is formed. A high electric field such as 10 MV / cm is applied to the oxide film. As a result, the gate oxide film is destroyed.

この問題が炭化珪素に代表されるワイドギャップ半導体装置において特徴的に発生する理由は、以下の２つの原因に依る。 The reason why this problem occurs characteristically in a wide-gap semiconductor device typified by silicon carbide is due to the following two causes.

１つは、シリコンに比べて炭化珪素に形成されたウェル領域の方が不純物準位が深いため、シート抵抗が格段に高くなるためである。 One is that the well region formed of silicon carbide has a deeper impurity level than silicon, so that the sheet resistance becomes significantly higher.

もう１つは、シリコン半導体装置に比べ、ワイドギャップ半導体装置では、ワイドギャップ半導体が絶縁破壊電界が高いメリットを活かして低抵抗なドリフト層が形成されるため、ドリフト層の不純物濃度が高く設計されることによる。ドリフト層の不純物濃度が高く設計されることにより、結果として、ソース−ドレイン間の空乏容量が格段に大きくなる。そして、スイッチングのときに大きな変位電流が発生する。 The other is that in wide-gap semiconductor devices, compared to silicon semiconductor devices, wide-gap semiconductors are designed to have a high impurity concentration in the drift layer because a low-resistance drift layer is formed by taking advantage of the high dielectric breakdown electric field. By. The high impurity concentration of the drift layer is designed, and as a result, the depletion capacity between the source and the drain becomes significantly large. Then, a large displacement current is generated during switching.

スイッチング速度が大きくなるほど変位電流が大きくなり、それに伴い、第２のウェル領域の発生電圧も大きくなる。そのため、上記の問題を避けるためには、スイッチング速度を小さくすればよいが、その場合には、スイッチング損失が増大してしまう。 As the switching speed increases, the displacement current increases, and accordingly, the generated voltage in the second well region also increases. Therefore, in order to avoid the above problem, the switching speed may be reduced, but in that case, the switching loss increases.

素子損失が大きくなって素子温度が許容できない高温になることを避けるために、チップサイズを大きくして素子損失を下げる必要があり、結果として高コストなチップが必要となる。 In order to prevent the element loss from becoming large and the element temperature becoming unacceptably high, it is necessary to increase the chip size to reduce the element loss, and as a result, a high-cost chip is required.

スイッチング速度を下げずに、スイッチングにおける素子破壊を避けるためには、第２のウェル領域のそれぞれの箇所とソース電極との間の抵抗を下げることが望ましく、具体的には、第２のウェル領域とソース電極とのコンタクト抵抗を低くしたり、第２のウェル領域のシート抵抗を低くしたりする方法が挙げられる。 In order to avoid element destruction in switching without reducing the switching speed, it is desirable to reduce the resistance between each part of the second well region and the source electrode, specifically, the second well region. Examples thereof include a method of lowering the contact resistance between the and the source electrode and the sheet resistance of the second well region.

以上のことから、ワイドギャップ半導体を用いる半導体装置である、活性領域にユニポーラ型ダイオードが内蔵されたユニポーラ型トランジスタでは、素子の信頼性を高めるために、第２のウェル領域において、シート抵抗を下げたいという事情とシート抵抗を上げたいという事情との、二律背反の事情が存在する。 From the above, in a unipolar transistor having a unipolar diode built in the active region, which is a semiconductor device using a wide-gap semiconductor, the sheet resistance is lowered in the second well region in order to improve the reliability of the device. There is a trade-off between the desire to increase the seat resistance and the desire to increase the seat resistance.

本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を解決するためになされたものであり、積層欠陥の発生に起因する順方向電圧のシフトを効果的に抑制する技術に関するものである。 The techniques disclosed in the present specification have been made to solve the problems described above, and are related to techniques for effectively suppressing a forward voltage shift due to the occurrence of stacking defects. Is.

本願明細書に開示される技術の一の態様は、ユニットセルが周期的に設けられる活性領域と前記活性領域以外の領域である終端領域とを有し、第１の導電型の半導体基板の上面に設けられるワイドギャップ半導体層である、第１の導電型のドリフト層と、前記ユニットセル内に設けられ、かつ、前記ドリフト層の表層に設けられる、第２の導電型の第１のウェル領域と、前記第１のウェル領域の表層に設けられる第１の導電型のソース領域と、前記ソース領域の表層に少なくとも一部が設けられる第１のオーミック電極とを備えるユニポーラ型ダイオードが内蔵されるユニポーラ型トランジスタと、前記終端領域の前記ドリフト層の表層に設けられる、第２の導電型の第２のウェル領域と、前記終端領域の前記ドリフト層の表層に、平面視において前記第２のウェル領域を挟んで設けられ、かつ、第１の導電型の分断領域によって前記第２のウェル領域と分断されて設けられる、第２の導電型の第３のウェル領域と、前記第１のオーミック電極と接続され、前記第２のウェル領域と接触抵抗を下げて接続され、かつ、前記第３のウェル領域との間にオーミック接続を有さないソース電極とを備える。 One aspect of the technique disclosed in the present specification has an active region in which the unit cell is periodically provided and a terminal region which is a region other than the active region, and is an upper surface of the first conductive type semiconductor substrate. A first conductive type drift layer which is a wide gap semiconductor layer provided in the above, and a second conductive type first well region provided in the unit cell and provided on the surface layer of the drift layer. And a unipolar diode having a first conductive source region provided on the surface layer of the first well region and a first ohmic electrode provided at least a part on the surface layer of the source region are incorporated. The unipolar transistor, the second well region of the second conductive type provided on the surface layer of the drift layer in the terminal region, and the surface layer of the drift layer in the terminal region, the second well in a plan view. A third well region of the second conductive type and the first ohmic electrode, which are provided so as to sandwich the region and are separated from the second well region by the divided region of the first conductive type. It is provided with a source electrode which is connected to the second well region, is connected to the second well region with a reduced contact resistance, and does not have an ohmic connection with the third well region.

また、本願明細書に開示される技術の他の態様は、ユニットセルが周期的に設けられる活性領域と前記活性領域以外の領域である終端領域とを有し、第１の導電型の半導体基板の上面に設けられるワイドギャップ半導体層である、第１の導電型のドリフト層と、前記ユニットセル内に設けられ、かつ、前記ドリフト層の表層に設けられる、第２の導電型の第１のウェル領域と、前記第１のウェル領域の表層に設けられる第１の導電型のソース領域と、前記ソース領域の表層に少なくとも一部が設けられる第１のオーミック電極とを備える第１のゲート電極にオフ電位が与えられた状態でソースからドレインへの方向のみの通電を許容するチャネル特性を有する電界効果トランジスタと、前記終端領域の前記ドリフト層の表層に設けられる、第２の導電型の第２のウェル領域と、前記終端領域の前記ドリフト層の表層に、平面視において前記第２のウェル領域を挟んで設けられ、かつ、第１の導電型の分断領域によって前記第２のウェル領域と分断されて設けられる、第２の導電型の第３のウェル領域と、前記第１のオーミック電極と接続され、前記第２のウェル領域と接触抵抗を下げて接続され、かつ、前記第３のウェル領域との間にオーミック接続を有さないソース電極とを備える。 In addition, another aspect of the technique disclosed in the present specification is a first conductive type semiconductor substrate having an active region in which a unit cell is periodically provided and a terminal region which is a region other than the active region. A first conductive type drift layer, which is a wide gap semiconductor layer provided on the upper surface of the above, and a second conductive type first, which is provided in the unit cell and is provided on the surface layer of the drift layer. A first gate electrode comprising a well region, a first conductive source region provided on the surface layer of the first well region, and a first ohmic electrode provided at least partly on the surface layer of the source region. An electric field effect transistor having a channel characteristic that allows energization only in the direction from the source to the drain in a state where an off potential is applied to the semiconductor, and a second conductive type second conductor provided on the surface layer of the drift layer in the terminal region. The second well region is provided on the surface layer of the drift layer of the terminal region and the second well region so as to sandwich the second well region in a plan view, and the second well region and the second well region are provided by a first conductive type dividing region. The third well region of the second conductive type, which is divided and provided, is connected to the first ohmic electrode, is connected to the second well region with reduced contact resistance, and is connected to the third well region. A source electrode having no ohmic connection with the well region is provided.

本願明細書に開示される技術によれば、積層欠陥の発生に起因する順方向電圧のシフトを効果的に抑制することができる。 According to the technique disclosed in the present specification, the forward voltage shift due to the occurrence of stacking defects can be effectively suppressed.

また、本願明細書に開示される技術に関連する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。 In addition, the objectives, features, aspects, and advantages associated with the art disclosed herein will be further clarified by the detailed description and accompanying drawings presented below.

実施の形態に関する、半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to an embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する平面図である。FIG. 5 is a plan view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to an embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to an embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to an embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する平面図である。FIG. 5 is a plan view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to an embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to an embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to an embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to an embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to an embodiment. 実施の形態に関する半導体装置における、ゲートパッド近傍の構造を概略的に例示する断面図である。It is sectional drawing which schematically illustrates the structure in the vicinity of a gate pad in the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する半導体装置における、素子外周部近傍の構造を概略的に例示する断面図である。It is sectional drawing which schematically illustrates the structure in the vicinity of the peripheral part of the element in the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成を概略的に例示する平面図である。FIG. 5 is a plan view schematically illustrating a configuration of a semiconductor device according to an embodiment.

以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the attached drawings.

なお、図面は概略的に示されるものであり、異なる図面にそれぞれ示される画像の大きさと位置との相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。 It should be noted that the drawings are shown schematically, and the interrelationship between the size and position of the images shown in the different drawings is not always accurately described and can be changed as appropriate.

また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。 Further, in the description shown below, similar components are illustrated with the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description of them may be omitted.

また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。 In addition, in the description described below, terms such as "top", "bottom", "side", "bottom", "front" or "back" may be used to mean a specific position and direction. Even so, these terms are used for convenience to facilitate understanding of the content of the embodiments and have nothing to do with the direction in which they are actually implemented.

＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する半導体装置について説明する。説明の便宜上、まず、ＳＢＤ内臓のＭＯＳＦＥＴについて説明する。 <First Embodiment>
Hereinafter, the semiconductor device according to the present embodiment will be described. For convenience of explanation, first, a MOSFET with a built-in SBD will be described.

図１０は、本実施の形態に関する半導体装置における、ゲートパッド近傍の構造を概略的に例示する断面図である。また、図１１は、本実施の形態に関する半導体装置における、素子外周部近傍の構造を概略的に例示する断面図である。また、図１２は、本実施の形態に関する半導体装置の構成を概略的に例示する平面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating the structure in the vicinity of the gate pad in the semiconductor device according to the present embodiment. Further, FIG. 11 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure in the vicinity of the outer peripheral portion of the device in the semiconductor device according to the present embodiment. Further, FIG. 12 is a plan view schematically illustrating the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment.

ここで、図１０は、図１２におけるＸ−Ｘ’断面図に相当する。また、図１１は、図１２におけるＹ−Ｙ’断面図に相当する。 Here, FIG. 10 corresponds to the cross-sectional view taken along the line XX'in FIG. Further, FIG. 11 corresponds to a YY'cross-sectional view in FIG.

図１０および図１１に例示されるように、半導体装置は、ｎ型の半導体基板１０の上面に形成されるｎ型のドリフト層２０を備える。また、半導体装置は、ｎ型の半導体基板１０の下面に形成される裏面オーミック電極７３を備える。また、半導体装置は、裏面オーミック電極７３の下面に形成されるドレイン電極８５を備える。 As illustrated in FIGS. 10 and 11, the semiconductor device includes an n-type drift layer 20 formed on the upper surface of the n-type semiconductor substrate 10. Further, the semiconductor device includes a back surface ohmic electrode 73 formed on the lower surface of the n-type semiconductor substrate 10. Further, the semiconductor device includes a drain electrode 85 formed on the lower surface of the back surface ohmic electrode 73.

そして、活性領域においては、ｎ型のドリフト層２０の表層において、ウェル領域３１が形成される。ウェル領域３１の表層においては、ソース領域４０と高濃度ウェル注入領域３５とが形成される。 Then, in the active region, the well region 31 is formed on the surface layer of the n-type drift layer 20. In the surface layer of the well region 31, a source region 40 and a high-concentration well injection region 35 are formed.

そして、複数のウェル領域３１の間の領域である離間領域２１の上面に跨って、ゲート絶縁膜５０が形成される。また、ゲート絶縁膜５０の上面に、ゲート電極６０が形成される。また、ゲート電極６０を覆って、層間絶縁膜５５が形成される。 Then, the gate insulating film 50 is formed over the upper surface of the separation region 21 which is a region between the plurality of well regions 31. Further, a gate electrode 60 is formed on the upper surface of the gate insulating film 50. Further, an interlayer insulating film 55 is formed so as to cover the gate electrode 60.

一方、複数のウェル領域３１の間の他の領域である離間領域２２の上面に跨って、第１のショットキー電極７５が形成される。また、第１のショットキー電極７５を、図１０および図１１に例示される断面において挟んで、第１のオーミック電極７１が形成される。第１のオーミック電極７１は、ソース領域４０の表層と高濃度ウェル注入領域３５の表層とに跨って形成される。 On the other hand, the first shot key electrode 75 is formed over the upper surface of the separation region 22 which is another region between the plurality of well regions 31. Further, the first Schottky electrode 75 is sandwiched in the cross sections illustrated in FIGS. 10 and 11, and the first ohmic electrode 71 is formed. The first ohmic electrode 71 is formed so as to straddle the surface layer of the source region 40 and the surface layer of the high concentration well injection region 35.

そして、層間絶縁膜５５、第１のオーミック電極７１、および、第１のショットキー電極７５を覆って、ソース電極８０が形成される。 Then, the source electrode 80 is formed by covering the interlayer insulating film 55, the first ohmic electrode 71, and the first Schottky electrode 75.

また、図１０における終端領域側、すなわち、ゲートパッド８１側においては、ｎ型のドリフト層２０の表層において、ウェル領域３２Ａが形成される。ウェル領域３２Ａの表層においては、高濃度ウェル注入領域３６が形成される。 Further, on the terminal region side in FIG. 10, that is, on the gate pad 81 side, a well region 32A is formed on the surface layer of the n-type drift layer 20. A high concentration well injection region 36 is formed on the surface layer of the well region 32A.

そして、高濃度ウェル注入領域３６の表層において、第２のオーミック電極７２が形成される。ソース電極８０は、ウェルコンタクトホール９１において、第２のオーミック電極７２も覆って形成される。 Then, a second ohmic electrode 72 is formed on the surface layer of the high-concentration well injection region 36. The source electrode 80 is also formed in the well contact hole 91 so as to cover the second ohmic electrode 72.

また、ｎ型のドリフト層２０の表層における、平面視でウェル領域３２Ａの終端領域側に、ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ（ＪＴＥ）領域３７が形成される。 Further, a junction termination extension (JTE) region 37 is formed on the surface layer of the n-type drift layer 20 on the terminal region side of the well region 32A in a plan view.

また、ウェル領域３２Ａの上面、および、ＪＴＥ領域３７の上面に跨って、フィールド絶縁膜５２が形成される。層間絶縁膜５５は、フィールド絶縁膜５２も覆って形成される。 Further, a field insulating film 52 is formed over the upper surface of the well region 32A and the upper surface of the JTE region 37. The interlayer insulating film 55 is also formed so as to cover the field insulating film 52.

また、終端領域側における層間絶縁膜５５の上面には、ゲートパッド８１が形成される。 Further, a gate pad 81 is formed on the upper surface of the interlayer insulating film 55 on the terminal region side.

また、図１１における終端領域側、すなわち、ゲート配線８２側においては、ｎ型のドリフト層２０の表層において、ウェル領域３２Ａが形成される。ウェル領域３２Ａの表層においては、高濃度ウェル注入領域３６が形成される。 Further, on the terminal region side in FIG. 11, that is, on the gate wiring 82 side, a well region 32A is formed on the surface layer of the n-type drift layer 20. A high concentration well injection region 36 is formed on the surface layer of the well region 32A.

そして、高濃度ウェル注入領域３６の表層において、第２のオーミック電極７２が形成される。ソース電極８０は、ウェルコンタクトホール９１において、第２のオーミック電極７２も覆って形成される。 Then, a second ohmic electrode 72 is formed on the surface layer of the high-concentration well injection region 36. The source electrode 80 is also formed in the well contact hole 91 so as to cover the second ohmic electrode 72.

また、ｎ型のドリフト層２０の表層における、平面視でウェル領域３２Ａの終端領域側に、ＪＴＥ領域３７が形成される。 Further, a JTE region 37 is formed on the end region side of the well region 32A in a plan view on the surface layer of the n-type drift layer 20.

また、ウェル領域３２Ａの上面、および、ＪＴＥ領域３７の上面に跨って、フィールド絶縁膜５２が形成される。層間絶縁膜５５は、フィールド絶縁膜５２も覆って形成される。 Further, a field insulating film 52 is formed over the upper surface of the well region 32A and the upper surface of the JTE region 37. The interlayer insulating film 55 is also formed so as to cover the field insulating film 52.

また、終端領域側における層間絶縁膜５５の上面には、ゲート配線８２が形成される。ゲート配線８２は、ゲートコンタクトホール９５において、ゲート電極６０を覆う。 Further, a gate wiring 82 is formed on the upper surface of the interlayer insulating film 55 on the terminal region side. The gate wiring 82 covers the gate electrode 60 in the gate contact hole 95.

ソース電極８０の下方の一部に第１のショットキー電極７５が形成される。そして、第１のショットキー電極７５が、ウェル領域３１を部分的に欠損させて形成された離間領域２２と接触する。そうすることで、ＳＢＤが形成される。 The first Schottky electrode 75 is formed in a part below the source electrode 80. Then, the first shot key electrode 75 comes into contact with the separation region 22 formed by partially missing the well region 31. By doing so, the SBD is formed.

一方で、図１０に例示されたゲートパッド８１近傍の領域、または、図１１に例示された素子終端部近傍の領域では、ソース電極８０よりも終端領域側へ張り出したウェル領域３２Ａが形成される。 On the other hand, in the region near the gate pad 81 illustrated in FIG. 10 or the region near the element termination portion illustrated in FIG. 11, a well region 32A protruding toward the termination region side from the source electrode 80 is formed. ..

ウェル領域３２Ａは、ドリフト層２０との間で寄生ｐｎダイオードを形成する。また、ウェル領域３２Ａが形成される箇所では、第１のショットキー電極７５が形成されていない。 The well region 32A forms a parasitic pn diode with the drift layer 20. Further, the first shotkey electrode 75 is not formed at the position where the well region 32A is formed.

還流動作、すなわち、ソース電極８０の電位がドレイン電極８５の電位を上回った際、活性領域では内蔵ＳＢＤに電流が流れる。そのため、ウェル領域３１とドリフト層２０とによって形成されるｐｎダイオードには順方向電流が流れない。 In the reflux operation, that is, when the potential of the source electrode 80 exceeds the potential of the drain electrode 85, a current flows through the built-in SBD in the active region. Therefore, no forward current flows through the pn diode formed by the well region 31 and the drift layer 20.

この場合、ＳＢＤ電流は離間領域２２、ドリフト層２０、または、半導体基板１０で電圧降下を生じる。その結果として、ｐｎ接合の拡散電位を超える電圧が、ソース電極８０とドレイン電極８５との間に発生する。 In this case, the SBD current causes a voltage drop in the separation region 22, the drift layer 20, or the semiconductor substrate 10. As a result, a voltage exceeding the diffusion potential of the pn junction is generated between the source electrode 80 and the drain electrode 85.

このとき、ウェル領域３２ＡではＳＢＤ電極が形成されていないため、ウェル領域３２Ａとドリフト層２０とによって形成されるｐｎダイオードに、ソース電極８０の電圧、および、ドレイン電極８５の電圧が印加される。そして、ｐｎダイオードに順方向電流が流れてしまう。 At this time, since the SBD electrode is not formed in the well region 32A, the voltage of the source electrode 80 and the voltage of the drain electrode 85 are applied to the pn diode formed by the well region 32A and the drift layer 20. Then, a forward current flows through the pn diode.

このような箇所に基底面転位など起点が存在すると、積層欠陥が拡張し、トランジスタの耐圧が劣化してしまうことがある。具体的には、トランジスタがオフ状態のときに漏れ電流が発生し、発熱によって素子または回路が破壊されてしまうことがある。 If a starting point such as a basal dislocation exists at such a location, the stacking defect may expand and the withstand voltage of the transistor may deteriorate. Specifically, a leakage current is generated when the transistor is off, and the element or circuit may be destroyed by heat generation.

この問題を回避するために、ウェル領域３２Ａとドリフト層２０とによって形成されるｐｎダイオードにバイポーラ電流が流れないよう、ソース−ドレイン間の印加電圧を一定値以下に制限する。具体的にはチップサイズを拡大させ、還流電流が流れた際に発生するソース−ドレイン間の電圧を低減する。その場合、チップサイズが大きくなり、コストが増大するデメリットが伴う。 In order to avoid this problem, the applied voltage between the source and the drain is limited to a certain value or less so that the bipolar current does not flow through the pn diode formed by the well region 32A and the drift layer 20. Specifically, the chip size is increased to reduce the source-drain voltage generated when a reflux current flows. In that case, there is a demerit that the chip size becomes large and the cost increases.

チップサイズを拡大させずに、ウェル領域３２Ａとドリフト層２０とによって形成されるｐｎダイオードの順方向動作を抑制する方法として、ウェル領域３２Ａと、ソース電極８０の間に形成される通電経路の抵抗を高める方法が考えられる。 As a method of suppressing the forward operation of the pn diode formed by the well region 32A and the drift layer 20 without increasing the chip size, the resistance of the energization path formed between the well region 32A and the source electrode 80. Can be considered.

具体的には、ウェル領域３２Ａとソース電極８０との間のコンタクト抵抗を高めたり、ウェル領域３２Ａとソース電極８０との間を外部抵抗を用いて接続したり、ウェル領域３２Ａのシート抵抗を高めたりするなどの方法が挙げられる。 Specifically, the contact resistance between the well region 32A and the source electrode 80 is increased, the well region 32A and the source electrode 80 are connected by using an external resistor, and the sheet resistance of the well region 32A is increased. There are methods such as.

これらのようにすると、ウェル領域３２Ａとドリフト層２０とによって形成されるｐｎダイオードに積層欠陥が成長しない程度の微小な順方向電流が流れた際に、抵抗成分によって電圧降下が生じる。そのため、ウェル領域３２Ａの電位がソース電位と乖離し、その分、ｐｎダイオードにかかる順方向電圧が低減する。そのため、順方向電流の通電を抑制することができる。 In this way, when a minute forward current that does not cause stacking defects to grow flows through the pn diode formed by the well region 32A and the drift layer 20, a voltage drop occurs due to the resistance component. Therefore, the potential of the well region 32A deviates from the source potential, and the forward voltage applied to the pn diode is reduced by that amount. Therefore, the energization of the forward current can be suppressed.

一方、炭化珪素に代表されるワイドギャップ半導体装置においては、変位電流において素子が破壊するという課題が存在する。これは、たとえば、ＭＯＳ構造を有する炭化珪素半導体装置がスイッチングしたときに、ウェル領域３２Ａ内をチップ平面方向に変位電流が流れ、この変位電流とウェル領域３２Ａのシート抵抗によって、ウェル領域３２Ａの電位が変動することが原因となる。 On the other hand, in a wide-gap semiconductor device typified by silicon carbide, there is a problem that the element is destroyed by a displacement current. This is because, for example, when a silicon carbide semiconductor device having a MOS structure is switched, a displacement current flows in the well region 32A in the chip plane direction, and the potential of the well region 32A is due to the displacement current and the sheet resistance of the well region 32A. Is the cause.

たとえば、ウェル領域３２Ａの電位が５０Ｖ以上に変動し、かつ、ウェル領域３２Ａの上面には厚さ５０ｎｍのゲート酸化膜、および、略０Ｖのゲート電極６０が形成されている場合、ゲート酸化膜に、たとえば、１０ＭＶ／ｃｍといった高電界が印加される。その結果、ゲート酸化膜が破壊されてしまう。 For example, when the potential of the well region 32A fluctuates to 50 V or more and a gate oxide film having a thickness of 50 nm and a gate electrode 60 having a thickness of approximately 0 V are formed on the upper surface of the well region 32A, the gate oxide film is formed. For example, a high electric field of 10 MV / cm is applied. As a result, the gate oxide film is destroyed.

この問題が炭化珪素に代表されるワイドギャップ半導体装置において特徴的に発生する理由は、以下の２つの原因に依る。 The reason why this problem occurs characteristically in a wide-gap semiconductor device typified by silicon carbide is due to the following two causes.

１つは、シリコンに比べて炭化珪素に形成されたウェル領域の方が不純物準位が深いため、シート抵抗が格段に高くなるためである。 One is that the well region formed of silicon carbide has a deeper impurity level than silicon, so that the sheet resistance becomes significantly higher.

もう１つは、シリコン半導体装置に比べ、ワイドギャップ半導体装置では、ワイドギャップ半導体が絶縁破壊電界が高いメリットを活かして低抵抗なドリフト層２０が形成されるため、ドリフト層２０の不純物濃度が高く設計されることによる。ドリフト層２０の不純物濃度が高く設計されることにより、結果として、ソース−ドレイン間の空乏容量が格段に大きくなる。そして、スイッチングのときに大きな変位電流が発生する。 The other is that in the wide-gap semiconductor device, the low-resistance drift layer 20 is formed by taking advantage of the high dielectric breakdown electric field of the wide-gap semiconductor as compared with the silicon semiconductor device, so that the impurity concentration of the drift layer 20 is high. By being designed. By designing the drift layer 20 to have a high impurity concentration, as a result, the depletion capacity between the source and the drain becomes significantly large. Then, a large displacement current is generated during switching.

スイッチング速度が大きくなるほど変位電流が大きくなり、それに伴い、ウェル領域３２Ａの発生電圧も大きくなる。そのため、上記の問題を避けるためには、スイッチング速度を小さくすればよいが、その場合には、スイッチング損失が増大してしまう。 As the switching speed increases, the displacement current increases, and the generated voltage in the well region 32A also increases accordingly. Therefore, in order to avoid the above problem, the switching speed may be reduced, but in that case, the switching loss increases.

素子損失が大きくなって素子温度が許容できない高温になることを避けるために、チップサイズを大きくして素子損失を下げる必要があり、結果として高コストなチップが必要となる。 In order to prevent the element loss from becoming large and the element temperature becoming unacceptably high, it is necessary to increase the chip size to reduce the element loss, and as a result, a high-cost chip is required.

スイッチング速度を下げずに、スイッチングにおける素子破壊を避けるためには、ウェル領域３２Ａのそれぞれの箇所とソース電極８０との間の抵抗を下げることが望ましく、具体的には、ウェル領域３２Ａとソース電極８０とのコンタクト抵抗を低くしたり、ウェル領域３２Ａのシート抵抗を低くしたりする方法が挙げられる。 In order to avoid element destruction during switching without reducing the switching speed, it is desirable to reduce the resistance between each portion of the well region 32A and the source electrode 80, specifically, the well region 32A and the source electrode. Examples thereof include a method of lowering the contact resistance with the 80 and lowering the sheet resistance of the well region 32A.

以上のことから、ワイドギャップ半導体を用いる半導体装置である、活性領域にユニポーラ型ダイオードが内蔵されたユニポーラ型トランジスタでは、素子の信頼性を高めるために、ウェル領域３２Ａにおいて、シート抵抗を下げたいという事情とシート抵抗を上げたいという事情との、二律背反の事情が存在する。 From the above, in a unipolar transistor in which a unipolar diode is built in the active region, which is a semiconductor device using a wide-gap semiconductor, it is desired to reduce the sheet resistance in the well region 32A in order to improve the reliability of the device. There is a trade-off between the circumstances and the desire to increase seat resistance.

＜半導体装置の構成について＞
本願明細書に記載される実施の形態においては、半導体装置の一例として、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体装置であり、第１の導電型をｎ型、第２の導電型をｐ型としたｎチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを例に挙げて説明する。途中、電位の高低について述べる場合があるが、第１の導電型をｐ型、第２の導電型をｎ型とした場合には、その電位の高低の記述も逆となる。 <Structure of semiconductor device>
In the embodiment described in the present specification, as an example of the semiconductor device, it is a silicon carbide (SiC) semiconductor device, and the first conductive type is an n-type and the second conductive type is a p-type n-channel. A silicon carbide MOSFET will be described as an example. On the way, the high and low potentials may be described, but when the first conductive type is p-type and the second conductive type is n-type, the description of the high and low potentials is also reversed.

本願明細書においては、半導体装置全体のうち、ユニットセルが周期的に並ぶ領域を活性領域とする。また、活性領域以外の領域を、終端領域とする。 In the specification of the present application, a region in which unit cells are periodically arranged is defined as an active region in the entire semiconductor device. In addition, a region other than the active region is defined as a terminal region.

本実施の形態に関する半導体装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態に関する半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。また、図２は、本実施の形態に関する半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する平面図である。 The configuration of the semiconductor device according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to the present embodiment. Further, FIG. 2 is a plan view schematically illustrating a configuration for realizing the semiconductor device according to the present embodiment.

図１に例示されるように、４Ｈのポリタイプを有する、ｎ型（第１の導電型）で低抵抗の炭化珪素からなる半導体基板１０の第１の主面上に、ｎ型（第１の導電型）の炭化珪素からなるドリフト層２０が形成される。炭化珪素からなる半導体基板１０は、第１の主面の面方位が（０００１）面であり、かつ、第１の主面がｃ軸方向に対して４°傾斜されている。 As illustrated in FIG. 1, an n-type (first conductive type) n-type (first conductive type) on a first main surface of a semiconductor substrate 10 made of low-resistance silicon carbide having a polytype of 4H. The drift layer 20 made of silicon carbide (conducting type) is formed. In the semiconductor substrate 10 made of silicon carbide, the plane orientation of the first main surface is the (0001) plane, and the first main surface is inclined by 4 ° with respect to the c-axis direction.

ドリフト層２０は、ｎ型（第１の導電型）の第１の不純物濃度を有する。半導体基板１０の第１の主面と反対側の面である第２の主面、すなわち、裏面側には、裏面オーミック電極７３を介してドレイン電極８５が形成される。 The drift layer 20 has an n-type (first conductive type) first impurity concentration. A drain electrode 85 is formed on a second main surface, that is, a back surface side, which is a surface opposite to the first main surface of the semiconductor substrate 10, via a back surface ohmic electrode 73.

まず、図１の左側に例示される活性領域の構成について説明する。 First, the configuration of the active region exemplified on the left side of FIG. 1 will be described.

ドリフト層２０の表層には、ｐ型（第２の導電型）の不純物であるアルミニウム（Ａｌ）を含有するｐ型（第２の導電型）のウェル領域３１が形成される。ウェル領域３１は、ｐ型（第２の導電型）の第２の不純物濃度を有する。 A p-type (second conductive type) well region 31 containing aluminum (Al), which is a p-type (second conductive type) impurity, is formed on the surface layer of the drift layer 20. The well region 31 has a p-type (second conductive type) second impurity concentration.

このウェル領域３１は、ユニットセル内の断面視において２箇所離間されており、それぞれを離間領域２１、および、離間領域２２と呼ぶ。すなわち、離間領域２１、および、離間領域２２は、ドリフト層２０の表層における、ｎ型（第１の導電型）の領域である。離間領域２２は、ウェル領域３１の表層から深さ方向に貫通して形成される。 The well regions 31 are separated at two points in a cross-sectional view in the unit cell, and are referred to as a separation region 21 and a separation region 22, respectively. That is, the separation region 21 and the separation region 22 are n-type (first conductive type) regions on the surface layer of the drift layer 20. The separation region 22 is formed so as to penetrate the surface layer of the well region 31 in the depth direction.

図１の断面視において、それぞれのウェル領域３１の内側の表層側には、ｎ型（第１の導電型）の不純物である窒素（Ｎ）を含有する、ｎ型（第１の導電型）のソース領域４０が形成される。ソース領域４０が形成される深さは、ウェル領域３１が形成される深さよりも浅い。 In the cross-sectional view of FIG. 1, the n-type (first conductive type) containing nitrogen (N), which is an n-type (first conductive type) impurity, on the inner surface layer side of each well region 31. Source region 40 is formed. The depth at which the source region 40 is formed is shallower than the depth at which the well region 31 is formed.

また、ドリフト層２０の表層側で、望ましくはソース領域４０と離間領域２２との間に挟まれた領域において、ｐ型（第２の導電型）の不純物であるアルミニウム（Ａｌ）を含有するｐ型（第２の導電型）の高濃度ウェル注入領域３５が形成される。 Further, on the surface layer side of the drift layer 20, preferably in a region sandwiched between the source region 40 and the separation region 22, p containing aluminum (Al) which is a p-type (second conductive type) impurity. A high concentration well injection region 35 of the mold (second conductive mold) is formed.

また、離間領域２１の上面と、ウェル領域３１の上面と、ソース領域４０の一部の上面とに跨って、酸化珪素で構成されるゲート絶縁膜５０が形成される。 Further, a gate insulating film 50 made of silicon oxide is formed so as to straddle the upper surface of the separation region 21, the upper surface of the well region 31, and the upper surface of a part of the source region 40.

さらに、ゲート絶縁膜５０の上面の、離間領域２１と、ウェル領域３１と、ソース領域４０の端部とに対応する位置に、ゲート電極６０が形成される。すなわち、ゲート電極６０は、ソース領域４０とドリフト層２０とに挟まれるウェル領域３１の上面に、ゲート絶縁膜５０を挟んで形成される。 Further, the gate electrode 60 is formed at a position corresponding to the separation region 21, the well region 31, and the end portion of the source region 40 on the upper surface of the gate insulating film 50. That is, the gate electrode 60 is formed by sandwiching the gate insulating film 50 on the upper surface of the well region 31 sandwiched between the source region 40 and the drift layer 20.

なお、ウェル領域３１のうち、離間領域２１とソース領域４０とに挟まれ、かつ、ゲート絶縁膜５０を介してゲート電極６０の下方に位置する領域を、チャネル領域という。チャネル領域は、オン動作時に反転層が形成される領域である。 The region of the well region 31 that is sandwiched between the separation region 21 and the source region 40 and is located below the gate electrode 60 via the gate insulating film 50 is referred to as a channel region. The channel region is a region in which an inversion layer is formed during on-operation.

ゲート絶縁膜５０の上面には、ゲート電極６０を覆いつつ、酸化珪素で構成される層間絶縁膜５５が形成される。 An interlayer insulating film 55 made of silicon oxide is formed on the upper surface of the gate insulating film 50 while covering the gate electrode 60.

ソース領域４０のうちゲート絶縁膜５０で覆われていない領域の上面と、高濃度ウェル注入領域３５のうちソース領域４０と接触する側の一部の上面とには、炭化珪素との接触抵抗を低減するための第１のオーミック電極７１が形成される。 Contact resistance with silicon carbide is provided on the upper surface of the region of the source region 40 that is not covered with the gate insulating film 50 and the upper surface of a part of the high-concentration well injection region 35 on the side that contacts the source region 40. A first ohmic electrode 71 for reduction is formed.

なお、ウェル領域３１は、低抵抗の高濃度ウェル注入領域３５を介して、第１のオーミック電極７１との間で、電子または正孔の授受を容易に行うことができる。 The well region 31 can easily transfer electrons or holes to and from the first ohmic electrode 71 via the low-resistance, high-concentration well injection region 35.

離間領域２２の上面には第１のショットキー電極７５が形成される。第１のショットキー電極７５と離間領域２２に対応するドリフト層２０の上面とはショットキー接続される。 A first shot key electrode 75 is formed on the upper surface of the separation region 22. The first Schottky electrode 75 and the upper surface of the drift layer 20 corresponding to the separation region 22 are Schottky connected.

第１のショットキー電極７５は、離間領域２２の上面を少なくとも包含することが望ましいが、包含していなくてもよい。 The first shotkey electrode 75 preferably includes at least the upper surface of the separation region 22, but may not include it.

第１のオーミック電極７１の上面、第１のショットキー電極７５の上面、および、層間絶縁膜５５の上面には、ソース電極８０が形成される。ソース電極８０は、第１のオーミック電極７１と第１のショットキー電極７５とを電気的に短絡させる。すなわち、第１のオーミック電極７１と第１のショットキー電極７５とは電気的に接続される。第１のショットキー電極７５と離間領域２２との接触で形成されるＳＢＤの拡散電位は、ｐｎ接合の拡散電位よりも低い。 A source electrode 80 is formed on the upper surface of the first ohmic electrode 71, the upper surface of the first Schottky electrode 75, and the upper surface of the interlayer insulating film 55. The source electrode 80 electrically short-circuits the first ohmic electrode 71 and the first Schottky electrode 75. That is, the first ohmic electrode 71 and the first Schottky electrode 75 are electrically connected. The diffusion potential of the SBD formed by the contact between the first Schottky electrode 75 and the separation region 22 is lower than the diffusion potential of the pn junction.

次に、図１の右側に例示される終端領域の構成について説明する。 Next, the configuration of the termination region exemplified on the right side of FIG. 1 will be described.

図１において、平面視における活性領域の周囲には、最外周のユニットセルのウェル領域３１から、離間領域２１とおおよそ同じ間隔のｎ型領域を挟んで、ｐ型のウェル領域３２が形成される。ウェル領域３２の形成面積は、ウェル領域３１の形成面積よりも広い。 In FIG. 1, a p-type well region 32 is formed around an active region in a plan view from a well region 31 of the outermost unit cell with an n-type region having approximately the same interval as a separation region 21. .. The formation area of the well region 32 is larger than the formation area of the well region 31.

さらに、ウェル領域３２に終端領域側から隣接する、ｎ型の分断領域２５が形成される。分断領域２５の上面には、絶縁体が接触する。 Further, an n-type divided region 25 adjacent to the well region 32 from the terminal region side is formed. An insulator comes into contact with the upper surface of the divided region 25.

そして、ｎ型の分断領域２５に終端領域側から隣接する、ｐ型のウェル領域３３が形成される。ウェル領域３３は、ウェル領域３２を平面視において挟んで形成される。ウェル領域３３の形成面積は、ウェル領域３２の形成面積よりも広い。 Then, a p-type well region 33 adjacent to the n-type division region 25 from the terminal region side is formed. The well region 33 is formed by sandwiching the well region 32 in a plan view. The formation area of the well region 33 is larger than the formation area of the well region 32.

ウェル領域３３の上面の少なくとも一部には、ゲート絶縁膜５０よりも膜厚が厚いフィールド絶縁膜５２が形成される。 A field insulating film 52 having a thickness larger than that of the gate insulating film 50 is formed on at least a part of the upper surface of the well region 33.

ゲート電極６０は、活性領域からウェル領域３３の上方に対応する位置まで延びており、ウェル領域３３の上面におけるゲート絶縁膜５０と、ウェル領域３３の上面におけるフィールド絶縁膜５２とに跨って形成される。 The gate electrode 60 extends from the active region to a position corresponding to the upper part of the well region 33, and is formed so as to straddle the gate insulating film 50 on the upper surface of the well region 33 and the field insulating film 52 on the upper surface of the well region 33. To.

そして、フィールド絶縁膜５２が存在する領域で、層間絶縁膜５５に開けられたゲートコンタクトホール９５を介して、ゲート電極６０とゲート配線８２とが接触する。 Then, in the region where the field insulating film 52 exists, the gate electrode 60 and the gate wiring 82 come into contact with each other through the gate contact hole 95 formed in the interlayer insulating film 55.

また、ゲートパッド８１、または、ゲート配線８２は、平面視においてウェル領域３３に包含される。これは、ドレイン電極８５に印加される高電圧をウェル領域３３が遮蔽し、ドレイン電圧に対して格段に電位の低い配線であるゲート配線８２の、その下部にあるフィールド絶縁膜５２に、高電圧が印加されること防ぐためである。 Further, the gate pad 81 or the gate wiring 82 is included in the well region 33 in a plan view. This is because the well region 33 shields the high voltage applied to the drain electrode 85, and the high voltage is applied to the field insulating film 52 below the gate wiring 82, which is a wiring whose potential is significantly lower than the drain voltage. This is to prevent the application of.

また、ゲート電極６０は、平面視において、ウェル領域３１、ウェル領域３２、ウェル領域３３、離間領域２１、および、分断領域２５を足し合わせた領域に包含される。これによって、ゲート電極６０の下方に形成されたゲート絶縁膜５０、または、フィールド絶縁膜５２に高電圧が印加されることを防ぐことができる。 Further, the gate electrode 60 is included in a region in which the well region 31, the well region 32, the well region 33, the separation region 21, and the division region 25 are added together in a plan view. As a result, it is possible to prevent a high voltage from being applied to the gate insulating film 50 or the field insulating film 52 formed below the gate electrode 60.

なお、離間領域２１、および、分断領域２５はｎ型であるが、近接するウェル領域からそれぞれのｎ型領域に空乏層が伸びるため、それらの上面に形成されたゲート絶縁膜５０、または、フィールド絶縁膜５２に高電圧がかかることは避けられる。 The separation region 21 and the division region 25 are n-type, but since the depletion layer extends from the adjacent well regions to the respective n-type regions, the gate insulating film 50 or the field formed on the upper surfaces thereof. It is possible to avoid applying a high voltage to the insulating film 52.

ウェル領域３３のさらに終端領域側（素子外周側）には、ウェル領域３３よりも不純物濃度の低いｐ型のＪＴＥ領域３７が形成される。ＪＴＥ領域３７は、ウェル領域３３と接続される。 A p-type JTE region 37 having a lower impurity concentration than the well region 33 is formed on the terminal region side (element outer peripheral side) of the well region 33. The JTE region 37 is connected to the well region 33.

ウェル領域３２は、ゲート絶縁膜５０、および、層間絶縁膜５５に開けられたウェルコンタクトホール９１において、ソース電極８０に接続される。ここで、ゲート電極６０がソース電極８０と接触することを避けるために、ウェルコンタクトホール９１が形成される箇所では、ゲート電極６０が部分的に除去されている。 The well region 32 is connected to the source electrode 80 in the well contact hole 91 formed in the gate insulating film 50 and the interlayer insulating film 55. Here, in order to prevent the gate electrode 60 from coming into contact with the source electrode 80, the gate electrode 60 is partially removed at the location where the well contact hole 91 is formed.

ウェルコンタクトホール９１における、炭化珪素の層とソース電極８０とが接触する部分には、第２のオーミック電極７２が形成される。 A second ohmic electrode 72 is formed at a portion of the well contact hole 91 where the silicon carbide layer and the source electrode 80 come into contact with each other.

第２のオーミック電極７２に接触するウェル領域３２の表層には、高濃度ウェル注入領域３６が形成される。高濃度ウェル注入領域３６は、高濃度ウェル注入領域３５と同様に、第２のオーミック電極７２とウェル領域３２との接触抵抗を下げる。 A high-concentration well injection region 36 is formed on the surface layer of the well region 32 in contact with the second ohmic electrode 72. The high-concentration well injection region 36 reduces the contact resistance between the second ohmic electrode 72 and the well region 32, similarly to the high-concentration well injection region 35.

一方、ウェル領域３３は、直接、または、同じｐ型である高濃度ウェル注入領域を介してであっても、ソース電極８０とはオーミック接続されない。 On the other hand, the well region 33 is not ohmic-connected to the source electrode 80 either directly or through the same p-type high concentration well injection region.

また、分断領域２５は、その上面がゲート絶縁膜５０に接触し、かつ、その下面がｎ型のドリフト層２０に接続される。そのため、ウェル領域３２からウェル領域３３に向かって、ｐ型、または、導電体を伝った伝導経路がない。すなわち、ウェル領域３３からソース電極８０に対してオーミックとなる導電経路が存在しない。 Further, the upper surface of the divided region 25 is in contact with the gate insulating film 50, and the lower surface thereof is connected to the n-type drift layer 20. Therefore, there is no p-type or conduction path along the conductor from the well region 32 to the well region 33. That is, there is no conductive path that is ohmic from the well region 33 to the source electrode 80.

このような構造であることにより、ウェル領域３３とソース電極８０との間の電気伝導は、分断領域２５を介して行われることとなる。 With such a structure, electrical conduction between the well region 33 and the source electrode 80 is performed through the divided region 25.

ウェル領域３２と、分断領域２５と、ウェル領域３３とは、平面方向にｐｎｐの接触構造となる。いずれの電圧方向にもｐｎ接合の逆バイアスが通電経路内に存在するため、一般的には電流を通すことはできないと認識される。しかしながら、実際には分断領域２５の幅を狭めた場合、所定の電圧を印加することで通電することができる。 The well region 32, the divided region 25, and the well region 33 have a pnp contact structure in the plane direction. Since the reverse bias of the pn junction exists in the energization path in any voltage direction, it is generally recognized that current cannot be passed. However, when the width of the divided region 25 is actually narrowed, it can be energized by applying a predetermined voltage.

これは、分断領域２５とどちらか一方のウェル領域との接合界面Ａから分断領域２５内部に向かって伸びた空乏層が、分断領域２５と他方のウェル領域との接合界面Ｂまで到達することで、接合界面Ｂに形成されていた多数キャリアにとってのバンド障壁が消失して通電が起こるパンチスルーと呼ばれる現象が生じるためである。したがって、パンチスルー電圧が印加されるまでは、電流はほとんど流れないが、パンチスルー電圧を超える電圧が印加されると、電流が急激に流れる特性を示す。 This is because the depletion layer extending from the junction interface A between the division region 25 and one of the well regions toward the inside of the division region 25 reaches the junction interface B between the division region 25 and the other well region. This is because a phenomenon called punch-through occurs in which the band barrier for a large number of carriers formed at the bonding interface B disappears and energization occurs. Therefore, almost no current flows until the punch-through voltage is applied, but when a voltage exceeding the punch-through voltage is applied, the current flows rapidly.

このパンチスルー電圧は、ウェル領域３２の不純物濃度とウェル領域３３の不純物濃度とが、ともに分断領域２５の不純物濃度よりも高いという仮定のもと、 This punch-through voltage is based on the assumption that both the impurity concentration in the well region 32 and the impurity concentration in the well region 33 are higher than the impurity concentration in the divided region 25.

の一次元ポアソン方程式から、ｘ＝Ｗの解として、 From the one-dimensional Poisson equation, as a solution of x = W,

のように導出される。 It is derived as follows.

ここで、ｑは素電荷であり、Ｎは分断領域２５の実効不純物濃度であり、Ｗは分断領域２５の幅であり、εは半導体の誘電率である。なお、分断領域２５の幅とは、ウェル領域３２とウェル領域３３とを結ぶ方向における幅を意味するものであり、図１においては、左右方向の幅である。 Here, q is an elementary charge, N is the effective impurity concentration in the divided region 25, W is the width of the divided region 25, and ε is the dielectric constant of the semiconductor. The width of the divided region 25 means the width in the direction connecting the well region 32 and the well region 33, and is the width in the left-right direction in FIG.

なお、分断領域２５のｎ型の不純物濃度が深さ方向に一定ではない構造が考えうるが、その場合のパンチスルー電圧は、式（２）のＮとして、分断領域２５の中、すなわち、ウェル領域３２とウェル領域３３との間に挟まれ、かつ、ウェル領域３２とウェル領域３３とのうちの少なくとも一方よりも深さの浅い領域となる範囲内で、最も低い不純物濃度を与えることで導かれる。これは、最も不純物濃度が低い箇所が最も早くパンチスルーが生じるからである。 It is conceivable that the n-type impurity concentration in the divided region 25 is not constant in the depth direction, but the punch-through voltage in that case is set to N in the equation (2) and is in the divided region 25, that is, in the well. Derived by giving the lowest impurity concentration within a range that is sandwiched between the region 32 and the well region 33 and is shallower than at least one of the well region 32 and the well region 33. Be taken. This is because punch-through occurs earliest at the location where the impurity concentration is the lowest.

なお、分断領域２５をゲート絶縁膜５０に接触させる理由は、分断領域２５の上面に導電性の構造が形成される場合、分断領域２５を迂回し、かつ、短距離で低抵抗な電流経路が形成される可能性があるからである。 The reason why the divided region 25 is brought into contact with the gate insulating film 50 is that when a conductive structure is formed on the upper surface of the divided region 25, the divided region 25 is bypassed and a short-distance, low-resistance current path is provided. This is because it can be formed.

たとえば、分断領域２５の上面に金属が接触する構造であると、分断領域２５が形成されていても金属を伝った伝導が生じてしまうため、本実施の形態に関する半導体装置の効果が得られない。 For example, if the structure is such that the metal comes into contact with the upper surface of the divided region 25, conduction transmitted through the metal occurs even if the divided region 25 is formed, so that the effect of the semiconductor device according to the present embodiment cannot be obtained. ..

なお、本実施の形態に関する構成では、分断領域２５の上面に形成される構造としてゲート絶縁膜５０が挙げられたが、フィールド絶縁膜５２、または、層間絶縁膜５５が形成されていてもよく、また、不導体の構造であれば他の材料でもよい。 In the configuration according to the present embodiment, the gate insulating film 50 is mentioned as a structure formed on the upper surface of the divided region 25, but the field insulating film 52 or the interlayer insulating film 55 may be formed. Further, other materials may be used as long as they have a non-conductive structure.

＜半導体装置の動作について＞
次に、本実施の形態に関するＳＢＤ内蔵ＭＯＳＦＥＴの動作を説明する。半導体材料として炭化珪素を例に考える。この場合、ｐｎ接合の拡散電位は略２Ｖである。 <About the operation of semiconductor devices>
Next, the operation of the SBD built-in MOSFET according to the present embodiment will be described. Consider silicon carbide as an example of a semiconductor material. In this case, the diffusion potential of the pn junction is approximately 2V.

＜環流動作について＞
まず、還流動作を考える。還流動作では、ソース電圧に対しドレイン電圧が低くなり、数Ｖの電圧が発生する。 <About recirculation operation>
First, consider the reflux operation. In the reflux operation, the drain voltage becomes lower than the source voltage, and a voltage of several volts is generated.

ＳＢＤの存在しないウェル領域３２とウェル領域３３とのうち、ウェルコンタクトホール９１が形成されたウェル領域３２中のｐｎ接合では、ソース−ドレイン間の電圧の多くがｐｎ接合に印加される。そのため、ｐｎダイオードに順方向電流が流れる。 Of the well region 32 and the well region 33 in which the SBD does not exist, in the pn junction in the well region 32 in which the well contact hole 91 is formed, most of the voltage between the source and the drain is applied to the pn junction. Therefore, a forward current flows through the pn diode.

一方で、ウェル領域３３中のｐｎ接合では、ソース−ドレイン間の電流経路に分断領域２５が介在するため、ソース−ドレイン間の電圧の多くが分断領域２５に印加されることで、ｐｎ接合に印加される電圧を低減することができる。ｐｎ接合に印加される電圧をｐｎ接合の拡散電位に相当する２Ｖよりも低い電圧とすることで、ｐｎダイオードに順方向電流が流れることを抑制することができる。 On the other hand, in the pn junction in the well region 33, since the split region 25 is interposed in the current path between the source and the drain, most of the voltage between the source and the drain is applied to the split region 25 to form the pn junction. The applied voltage can be reduced. By setting the voltage applied to the pn junction to a voltage lower than 2V corresponding to the diffusion potential of the pn junction, it is possible to suppress the forward current from flowing through the pn diode.

すなわち、分断領域２５は、ソース−ドレイン間の発生電圧からｐｎ接合の拡散電位を引いた電圧に等しい数Ｖの電圧を遮断することができれば、上記の効果が享受される。たとえば、ソース−ドレイン間の発生電圧が５Ｖの場合、分断領域２５のパンチスルー電圧を３Ｖ以上となるよう設計することで、ウェルコンタクトホール９１からみて、分断領域２５よりも遠い位置ではｐｎ接合にかかる順方向電圧を２Ｖ以下とすることができ、この領域でのｐｎダイオードの順方向通電を防止することができる。 That is, if the divided region 25 can cut off a voltage of several volts equal to the voltage obtained by subtracting the diffusion potential of the pn junction from the generated voltage between the source and drain, the above effect can be enjoyed. For example, when the generated voltage between the source and drain is 5V, by designing the punch-through voltage of the dividing region 25 to be 3V or more, a pn junction can be formed at a position farther than the dividing region 25 when viewed from the well contact hole 91. The forward voltage can be set to 2 V or less, and the forward energization of the pn diode in this region can be prevented.

なお、分断領域２５のパンチスルー電圧がこれに満たない場合でも、ｐｎ接合に印加される電圧を減らすことができ、ｐｎダイオードの順方向電流を低減し、故障に至る確率を低減する一定の効果は享受することができる。 Even when the punch-through voltage of the dividing region 25 is less than this, the voltage applied to the pn junction can be reduced, the forward current of the pn diode is reduced, and the probability of failure is reduced. Can be enjoyed.

前述の通り、ゲート電極６０と、ゲートパッド８１と、ゲート配線８２とは、平面視においてウェル領域３１と、ウェル領域３２と、ウェル領域３３と、離間領域２１と、分断領域２５とを足し合わせた平面領域に包含される必要がある。 As described above, the gate electrode 60, the gate pad 81, and the gate wiring 82 are obtained by adding the well region 31, the well region 32, the well region 33, the separation region 21, and the division region 25 in a plan view. Must be included in the flat area.

すなわち、活性領域外では、小面積である分断領域２５を除き、ゲート電極６０と、ゲートパッド８１と、ゲート配線８２とは、ウェル領域３２、および、ウェル領域３３のうちの少なくとも１つに包含させる必要がある。 That is, outside the active region, the gate electrode 60, the gate pad 81, and the gate wiring 82 are included in at least one of the well region 32 and the well region 33, except for the divided region 25 which is a small area. I need to let you.

ウェル領域３２、および、ウェル領域３３が形成される領域では、ワイヤーボンドを形成するための広いゲートパッド８１、または、ゲートパッド８１またはゲート配線８２とゲート電極６０との間のコンタクトを形成するための領域などを包含する必要がある。そのため、広い面積が必要となる。 In the well region 32 and the region where the well region 33 is formed, a wide gate pad 81 for forming a wire bond, or a contact between the gate pad 81 or the gate wiring 82 and the gate electrode 60 is formed. It is necessary to include the area of. Therefore, a large area is required.

これらの領域内において、ｐｎダイオードの順方向通電が生じる面積を減らすため、分断領域２５の形成位置をウェルコンタクトホール９１に近づけ、さらに、ウェル領域３３の面積を大きくする代わりに、ウェル領域３２の面積を極力小さくすることが望ましい。 In these regions, in order to reduce the area where the forward energization of the pn diode occurs, the formation position of the dividing region 25 is brought closer to the well contact hole 91, and instead of increasing the area of the well region 33, the well region 32 It is desirable to make the area as small as possible.

これにより、ｐｎ接合に拡散電位を超える順方向電圧が印加されることを抑制することができる領域が増え、大部分の領域におけるｐｎダイオードの順方向通電を防止することができる。したがって、格段に信頼性の向上した半導体装置を得ることができる。以上より、ウェル領域３２の面積は、ウェル領域３３の面積よりも小さいことが望ましい。 As a result, the region where it is possible to suppress the application of the forward voltage exceeding the diffusion potential to the pn junction increases, and the forward energization of the pn diode can be prevented in most of the regions. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor device having significantly improved reliability. From the above, it is desirable that the area of the well region 32 is smaller than the area of the well region 33.

＜ターンオフ動作について＞
次に、ターンオフ動作を例にスイッチング状態を考える。前述の通り、ターンオフ中は、ドレイン電極８５の電位が急激に増大する。そして、ウェル領域３２およびウェル領域３３内にホールが発生する。 <About turn-off operation>
Next, consider the switching state by taking the turn-off operation as an example. As described above, the potential of the drain electrode 85 rapidly increases during the turn-off. Then, holes are generated in the well region 32 and the well region 33.

そして、上記のホールが、ウェル領域３２およびウェル領域３３とドリフト層２０との間に形成されるｐｎ接合面から、ソース電極８０に向かうことで、チップ平面方向に変位電流が流れる。 Then, the displacement current flows in the chip plane direction as the holes are directed toward the source electrode 80 from the pn junction surface formed between the well region 32 and the well region 33 and the drift layer 20.

このとき、ウェル領域３３から発生した変位電流は、分断領域２５を通過する。そのため、分断領域２５が存在しない場合に比べて、ウェル領域３３の発生電圧は分断領域２５のパンチスルー電圧に相当する電圧分だけ増大する。 At this time, the displacement current generated from the well region 33 passes through the division region 25. Therefore, as compared with the case where the dividing region 25 does not exist, the generated voltage of the well region 33 increases by the voltage corresponding to the punch-through voltage of the dividing region 25.

したがって、ウェル領域３３とゲート電位となるゲートパッド８１との間に挟まれる、または、ウェル領域３３とゲート配線８２との間に挟まれる、または、ウェル領域３３とゲート電極６０との間に挟まれるゲート絶縁膜５０の絶縁破壊電圧に対し、式（２）で求められる分断領域２５のパンチスルー電圧を低く設計する必要がある。 Therefore, it is sandwiched between the well region 33 and the gate pad 81 that becomes the gate potential, is sandwiched between the well region 33 and the gate wiring 82, or is sandwiched between the well region 33 and the gate electrode 60. It is necessary to design the punch-through voltage of the dividing region 25 obtained by the equation (2) to be lower than the dielectric breakdown voltage of the gate insulating film 50.

ここで、炭化珪素を用いたＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜５０には、一般に厚さ５０ｎｍ程度の酸化珪素が用いられる。この場合、酸化珪素の絶縁破壊電界が約１０ＭＶ／ｃｍであることから、絶縁耐圧は約５０Ｖとなる。 Here, silicon oxide having a thickness of about 50 nm is generally used for the gate insulating film 50 of the MOSFET using silicon carbide. In this case, since the dielectric breakdown electric field of silicon oxide is about 10 MV / cm, the withstand voltage is about 50 V.

すなわち、ウェル領域３３とゲート電極６０との間に挟まれたゲート絶縁膜５０が形成される場合、式（２）でのＶを５０Ｖ以下に設定する必要がある。 That is, when the gate insulating film 50 sandwiched between the well region 33 and the gate electrode 60 is formed, it is necessary to set V in the equation (2) to 50 V or less.

また、絶縁膜に絶縁破壊電界の半分を超える高電界が印加されると、信頼性が懸念されることを考慮して、さらに望ましくは、式（２）のＶをゲート絶縁膜５０の絶縁破壊電圧の半分以下、すなわち、２５Ｖ以下にすることが望ましい。 Further, in consideration of the concern about reliability when a high electric field exceeding half of the dielectric breakdown electric field is applied to the insulating film, more preferably, the V of the equation (2) is the dielectric breakdown of the gate insulating film 50. It is desirable that the voltage is half or less, that is, 25 V or less.

このように、ウェル領域３２とウェル領域３３との間に分断領域２５を形成した上で、そのパンチスルー電圧を、還流動作時のソース−ドレイン間の発生電圧からｐｎ接合の拡散電位を差し引いた値よりも大きく、かつ、ウェル領域３３の上面に形成されたゲート絶縁膜５０の破壊電圧よりも小さく（さらに望ましくは、ゲート絶縁膜５０の破壊電圧の半分以下となるように）設計すれば、ウェル領域３３における還流動作時のｐｎダイオードの通電を抑制しつつ、スイッチング動作中のゲート絶縁膜５０の破壊を抑制することができる。 In this way, after forming the divided region 25 between the well region 32 and the well region 33, the punch-through voltage thereof is obtained by subtracting the diffusion potential of the pn junction from the generated voltage between the source and drain during the recirculation operation. If it is designed to be larger than the value and smaller than the breaking voltage of the gate insulating film 50 formed on the upper surface of the well region 33 (more preferably, it is less than half of the breaking voltage of the gate insulating film 50). While suppressing the energization of the pn diode during the recirculation operation in the well region 33, it is possible to suppress the destruction of the gate insulating film 50 during the switching operation.

＜半導体装置の製造方法について＞
続いて、本実施の形態に関する半導体装置であるＳＢＤ内蔵のＭＯＳＦＥＴの製造方法について説明する。 <Manufacturing method of semiconductor devices>
Subsequently, a method of manufacturing a MOSFET having a built-in SBD, which is a semiconductor device according to the present embodiment, will be described.

まず、第１の主面の面方位が（０００１）面であり、４Ｈのポリタイプを有する、ｎ型で低抵抗の炭化珪素からなる半導体基板１０の上面に、化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、すなわち、ＣＶＤ）法によって、たとえば、１×１０^１５ｃｍ^−３以上、かつ、１×１０^１７ｃｍ^−３以下のｎ型の不純物濃度で、たとえば、５μｍ以上、かつ、５０μｍ以下の厚さの炭化珪素からなるドリフト層２０をエピタキシャル成長させる。 First, chemical vapor deposition is formed on the upper surface of a semiconductor substrate 10 made of n-type low-resistance silicon carbide having a polytype of 4H and having a plane orientation of the first main surface (0001). That is, by the CVD) method, for example, at an n-type impurity concentration of 1 × 10 ¹⁵ cm ^-3 or more and 1 × 10 ¹⁷ cm ^-3 or less, for example, with a thickness of 5 μm or more and 50 μm or less. The drift layer 20 made of silicon carbide is epitaxially grown.

次に、ドリフト層２０の上面にフォトレジストなどにより注入マスクを形成し、ｐ型の不純物であるＡｌをイオン注入する。このとき、Ａｌのイオン注入の深さは、ドリフト層２０の厚さを超えない、たとえば、０．５μｍ以上、かつ、３μｍ以下とする。また、イオン注入されたＡｌの不純物濃度は、たとえば、１×１０^１７ｃｍ^−３以上、かつ、１×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲であり、ドリフト層２０の第１の不純物濃度より多いものとする。 Next, an injection mask is formed on the upper surface of the drift layer 20 by a photoresist or the like, and Al, which is a p-type impurity, is ion-implanted. At this time, the depth of ion implantation of Al does not exceed the thickness of the drift layer 20, for example, 0.5 μm or more and 3 μm or less. The impurity concentration of the ion-implanted Al is, for example, in the range of 1 × 10 ¹⁷ cm ^-3 or more and 1 × 10 ¹⁹ cm ^-3 or less, which is higher than the first impurity concentration of the drift layer 20. And.

その後、注入マスクを除去する。本工程によりＡｌがイオン注入された領域がウェル領域３１となる。 Then remove the injection mask. The region where Al is ion-implanted by this step becomes the well region 31.

続いて、ウェル領域３２となる領域、および、ウェル領域３３となる領域を、ウェル領域３１と同様の手法で形成する。当該工程は、ウェル領域３１を形成する工程と同時に行われる工程であってもよい。その場合、工程数を削減することができる。 Subsequently, the region to be the well region 32 and the region to be the well region 33 are formed by the same method as the well region 31. The step may be a step performed at the same time as the step of forming the well region 31. In that case, the number of steps can be reduced.

分断領域２５は、ウェル領域３２とウェル領域３３とを形成しない残りの部分として形成する。分断領域２５の第１の導電型の不純物濃度は、ドリフト層２０の不純物濃度と同等とする。 The divided region 25 is formed as the remaining portion that does not form the well region 32 and the well region 33. The concentration of impurities in the first conductive type in the divided region 25 is the same as the concentration of impurities in the drift layer 20.

また、分断領域２５には追加でＮ型の不純物注入を施して、ドリフト層２０と異なる所望の不純物濃度に調整してもよい。Ｎ型の不純物濃度を高めることで、同じパンチスルー電圧を実現するときに必要となる分断領域２５の幅を小さくし、チップサイズの縮小、または、耐圧の向上を期待することができる。 Further, the divided region 25 may be additionally injected with N-type impurities to adjust the concentration of impurities to a desired concentration different from that of the drift layer 20. By increasing the concentration of N-type impurities, the width of the dividing region 25 required to realize the same punch-through voltage can be reduced, and the chip size can be reduced or the withstand voltage can be expected to be improved.

次に、ドリフト層２０の上面に、フォトレジストなどにより注入マスクを形成する。そして、注入マスクの上から、ｐ型の不純物であるＡｌをイオン注入する。 Next, an injection mask is formed on the upper surface of the drift layer 20 by a photoresist or the like. Then, Al, which is a p-type impurity, is ion-implanted from above the injection mask.

このとき、Ａｌのイオン注入の深さは、ドリフト層２０の厚さを超えない、たとえば、０．５μｍ以上、かつ、３μｍ以下とする。また、イオン注入されたＡｌの不純物濃度は、たとえば、１×１０^１６ｃｍ^−３以上、かつ、１×１０^１８ｃｍ^−３以下の範囲であり、ドリフト層２０の第１の不純物濃度よりも高く、かつ、ウェル領域３１のＡｌ濃度よりも低いものとする。 At this time, the depth of ion implantation of Al does not exceed the thickness of the drift layer 20, for example, 0.5 μm or more and 3 μm or less. The impurity concentration of the ion-implanted Al is, for example, in the range of 1 × 10 ¹⁶ cm ^-3 or more and 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 or less, which is higher than the first impurity concentration of the drift layer 20. Moreover, it is assumed that the concentration is lower than the Al concentration in the well region 31.

その後、注入マスクを除去する。本工程によって、Ａｌがイオン注入された領域がＪＴＥ領域３７となる。 Then remove the injection mask. By this step, the region where Al is ion-implanted becomes the JTE region 37.

次に、ドリフト層２０の上面にフォトレジストなどにより注入マスクを形成し、ｎ型の不純物であるＮ（窒素）をイオン注入する。Ｎのイオン注入深さは、ウェル領域３１の厚さより浅いものとする。また、イオン注入したＮの不純物濃度は、たとえば、１×１０^１８ｃｍ^−３以上、かつ、１×１０^２１ｃｍ^−３以下の範囲であり、かつ、ウェル領域３１のｐ型の第２の不純物濃度を超えるものとする。本工程でＮが注入された領域のうち、ｎ型を示す領域がソース領域４０となる。 Next, an injection mask is formed on the upper surface of the drift layer 20 by a photoresist or the like, and N (nitrogen), which is an n-type impurity, is ion-implanted. The ion implantation depth of N is shallower than the thickness of the well region 31. The impurity concentration of the ion-implanted N is, for example, in the range of 1 × 10 ¹⁸ cm ^-3 or more and 1 × 10 ²¹ cm ^-3 or less, and the p-type second impurity in the well region 31. It shall exceed the concentration. Of the regions in which N has been injected in this step, the region showing n type is the source region 40.

次に、ドリフト層２０の上面にフォトレジストなどにより注入マスクを形成し、ｐ型の不純物であるＡｌをイオン注入する。そして、注入マスクを除去する。本工程によってＡｌが注入された領域が高濃度ウェル注入領域３５となる。 Next, an injection mask is formed on the upper surface of the drift layer 20 by a photoresist or the like, and Al, which is a p-type impurity, is ion-implanted. Then, the injection mask is removed. The region where Al is injected by this step becomes the high concentration well injection region 35.

高濃度ウェル注入領域３５は、ウェル領域３１と第１のオーミック電極７１との良好な電気的接触を得るために設けられる領域であり、高濃度ウェル注入領域３５のｐ型の不純物濃度は、ウェル領域３１のｐ型の第２の不純物濃度よりも高濃度に設定されることが望ましい。 The high-concentration well injection region 35 is a region provided to obtain good electrical contact between the well region 31 and the first ohmic electrode 71, and the p-type impurity concentration of the high-concentration well injection region 35 is a well. It is desirable to set the concentration higher than the concentration of the p-type second impurity in the region 31.

本工程でｐ型の不純物をイオン注入する際には、高濃度ウェル注入領域３５を低抵抗化する目的で、半導体基板１０、または、ドリフト層２０を１５０℃以上に加熱してイオン注入することが望ましい。 When ion-implanting p-type impurities in this step, the semiconductor substrate 10 or the drift layer 20 is heated to 150 ° C. or higher for ion implantation in order to reduce the resistance of the high-concentration well implantation region 35. Is desirable.

続いて、高濃度ウェル注入領域３５の形成と同様の工程を繰り返すことで、高濃度ウェル注入領域３６を形成する。 Subsequently, the high-concentration well injection region 36 is formed by repeating the same steps as the formation of the high-concentration well injection region 35.

ここで、高濃度ウェル注入領域３５と高濃度ウェル注入領域３６とを同時に形成して、作製のための工程数を減らしてもよい。作製のための工程数を減らすことでプロセスコストが小さくなり、チップコストを低減することができる。 Here, the high-concentration well injection region 35 and the high-concentration well injection region 36 may be formed at the same time to reduce the number of steps for production. By reducing the number of manufacturing steps, the process cost can be reduced and the chip cost can be reduced.

次に、熱処理装置によって、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガス雰囲気中で、たとえば、１３００℃以上、かつ、１９００℃以下の温度で、時間を、たとえば、３０秒以上、かつ、１時間以下とするアニールを行う。このアニールにより、イオン注入されたＮ、および、Ａｌを電気的に活性化させる。 Next, the heat treatment apparatus is used to set the time in an atmosphere of an inert gas such as argon (Ar) gas at a temperature of, for example, 1300 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower, for example, 30 seconds or longer and 1 hour or shorter. Perform annealing. This annealing electrically activates the ion-implanted N and Al.

続いて、ＣＶＤ法、または、フォトリソグラフィー技術などを用いて、上述の活性領域にほぼ対応した位置以外の領域に、膜厚が、たとえば、０．５μｍ以上、かつ、２μｍ以下の酸化珪素膜からなるフィールド絶縁膜５２を形成する。 Subsequently, using a CVD method, a photolithography technique, or the like, a silicon oxide film having a film thickness of, for example, 0.5 μm or more and 2 μm or less is formed in a region other than the position substantially corresponding to the above-mentioned active region. The field insulating film 52 is formed.

このとき、たとえば、フィールド絶縁膜５２を全面に形成した後、セル領域にほぼ対応した位置のフィールド絶縁膜５２を、フォトリソグラフィー技術、または、エッチングなどで除去すればよい。 At this time, for example, after the field insulating film 52 is formed on the entire surface, the field insulating film 52 at a position substantially corresponding to the cell region may be removed by a photolithography technique or etching.

続いて、フィールド絶縁膜５２に覆われていない炭化珪素の上面を熱酸化して、所望の厚みのゲート絶縁膜５０である酸化珪素を形成する。 Subsequently, the upper surface of the silicon carbide not covered with the field insulating film 52 is thermally oxidized to form silicon oxide which is a gate insulating film 50 having a desired thickness.

次に、ゲート絶縁膜５０の上面に、導電性を有する多結晶珪素膜を減圧ＣＶＤ法により形成する。そして、この多結晶珪素膜をパターニングすることにより、ゲート電極６０を形成する。 Next, a conductive polycrystalline silicon film is formed on the upper surface of the gate insulating film 50 by a reduced pressure CVD method. Then, the gate electrode 60 is formed by patterning the polycrystalline silicon film.

続いて、層間絶縁膜５５を減圧ＣＶＤ法によって形成する。続いて、層間絶縁膜５５とゲート絶縁膜５０とを貫き、かつ、ユニットセルの高濃度ウェル注入領域３５とソース領域４０とに到達するコンタクトホールを形成し、同時にウェルコンタクトホール９１を形成する。 Subsequently, the interlayer insulating film 55 is formed by the reduced pressure CVD method. Subsequently, a contact hole that penetrates the interlayer insulating film 55 and the gate insulating film 50 and reaches the high-concentration well injection region 35 and the source region 40 of the unit cell is formed, and at the same time, the well contact hole 91 is formed.

次に、スパッタ法などによってＮｉを主成分とする金属膜の形成した後、たとえば、６００℃以上、かつ、１１００℃以下の温度の熱処理を行う。そして、Ｎｉを主成分とする金属膜と、コンタクトホール内の炭化珪素層とを反応させて、炭化珪素層と金属膜との間にシリサイドを形成する。 Next, after forming a metal film containing Ni as a main component by a sputtering method or the like, heat treatment is performed at a temperature of, for example, 600 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. Then, the metal film containing Ni as a main component is reacted with the silicon carbide layer in the contact hole to form VDD between the silicon carbide layer and the metal film.

続いて、上記の反応によって形成されたシリサイド以外の、層間絶縁膜５５上に残留した金属膜を、ウェットエッチングにより除去する。これにより、第１のオーミック電極７１が形成される。 Subsequently, the metal film remaining on the interlayer insulating film 55 other than the silicide formed by the above reaction is removed by wet etching. As a result, the first ohmic electrode 71 is formed.

続いて、半導体基板１０の裏面（第２の主面）にＮｉを主成分とする金属を形成し、さらに、熱処理することにより、半導体基板１０の裏側に裏面オーミック電極７３を形成する。 Subsequently, a metal containing Ni as a main component is formed on the back surface (second main surface) of the semiconductor substrate 10, and further heat treatment is performed to form a back surface ohmic electrode 73 on the back surface of the semiconductor substrate 10.

次に、フォトレジストなどによるパターニングを用いて、離間領域２２の上面における層間絶縁膜５５と、ゲート絶縁膜５０となる位置に形成された層間絶縁膜５５と、ゲートコンタクトホール９５となる位置に形成された層間絶縁膜５５とを除去する。除去する方法としては、ＳＢＤ界面となる炭化珪素の上面にダメージを与えないウェットエッチングが好ましい。 Next, using patterning with a photoresist or the like, the interlayer insulating film 55 is formed on the upper surface of the separation region 22, the interlayer insulating film 55 formed at the position of the gate insulating film 50, and the interlayer insulating film 55 formed at the position of the gate contact hole 95. The interlayer insulating film 55 is removed. As a method for removing the silicon carbide, wet etching that does not damage the upper surface of the silicon carbide serving as the SBD interface is preferable.

続いて、スパッタ法などによって、第１のショットキー電極７５を堆積する。第１のショットキー電極７５としては、たとえば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉなどを堆積することが好ましい。 Subsequently, the first shot key electrode 75 is deposited by a sputtering method or the like. As the first shotkey electrode 75, for example, it is preferable to deposit Ti, Mo, Ni and the like.

その後、ここまで処理してきた半導体基板１０の上面に、スパッタ法、または、蒸着法によって、Ａｌなどの配線金属を形成する。そして、当該配線金属をフォトリソグラフィー技術によって所定の形状に加工することで、第１のオーミック電極７１および第１のショットキー電極７５に接触するソース電極８０と、ゲート電極６０に接触するゲート配線８２とを形成する。 After that, a wiring metal such as Al is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 10 treated so far by a sputtering method or a thin-film deposition method. Then, by processing the wiring metal into a predetermined shape by a photolithography technique, the source electrode 80 that contacts the first ohmic electrode 71 and the first Schottky electrode 75 and the gate wiring 82 that contacts the gate electrode 60 And form.

さらに、半導体基板１０の裏面に形成された裏面オーミック電極７３の下面に、金属膜であるドレイン電極８５を形成する。 Further, a drain electrode 85, which is a metal film, is formed on the lower surface of the back surface ohmic electrode 73 formed on the back surface of the semiconductor substrate 10.

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。 <Second Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following, configurations similar to those described in the embodiments described above will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

＜半導体装置の構成について＞
図３は、本実施の形態に関する半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。 <Structure of semiconductor device>
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to the present embodiment.

第１の実施の形態では、ウェル領域３１を有する活性領域と、ウェル領域３２とを明確に区分されたが、図３に例示されるように、ウェル領域３２を存在させず、ウェル領域３１のうち最も外側（終端領域側）のウェル領域３１と、ウェル領域３３との間に、分断領域２５が形成されてもよい。 In the first embodiment, the active region having the well region 31 and the well region 32 are clearly separated, but as illustrated in FIG. 3, the well region 32 does not exist and the well region 31 A divided region 25 may be formed between the outermost well region 31 (terminal region side) and the well region 33.

この場合、ウェル領域３１とウェル領域３３との間に形成された分断領域２５が、ウェル領域３１とウェル領域３２との間に形成された分断領域２５と同じ役割を果たす。すなわち、ウェル領域３２が存在しない形態では、最も外側のウェル領域３１を第２のウェルと読み替えて、第１の実施の形態における説明を解釈することができる。 In this case, the divided region 25 formed between the well region 31 and the well region 33 plays the same role as the divided region 25 formed between the well region 31 and the well region 32. That is, in the form in which the well region 32 does not exist, the outermost well region 31 can be read as the second well, and the description in the first embodiment can be interpreted.

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。 <Third Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following, configurations similar to those described in the embodiments described above will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

＜半導体装置の構成について＞
図４は、本実施の形態に関する半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。また、図５は、本実施の形態に関する半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する平面図である。 <Structure of semiconductor device>
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to the present embodiment. Further, FIG. 5 is a plan view schematically illustrating a configuration for realizing the semiconductor device according to the present embodiment.

本実施の形態に関する半導体装置では、図４、および、図５に例示されるように、ウェル領域３２Ｂ周りの分断領域２５Ｂが、平面視において、ウェル領域３２Ｂと、第２のオーミック電極７２と、ウェルコンタクトホール９１とを取り囲んで形成される。 In the semiconductor device according to the present embodiment, as illustrated in FIGS. 4 and 5, the divided region 25B around the well region 32B includes the well region 32B, the second ohmic electrode 72, and the well region 32B in a plan view. It is formed so as to surround the well contact hole 91.

このような構造であることによって、ｐｎダイオードの通電が生じうるウェル領域３２Ｂの面積を狭めることができるため、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 With such a structure, the area of the well region 32B where the pn diode can be energized can be narrowed, so that a highly reliable semiconductor device can be obtained.

本実施の形態に関する半導体装置の作製方法は、第１の実施の形態に例示された場合とほとんど変わらず、単にウェル領域３２Ｂとウェル領域３３Ｂとを形成するためのマスクパターンを変更すればよい。 The method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment is almost the same as the case illustrated in the first embodiment, and the mask pattern for forming the well region 32B and the well region 33B may be simply changed.

＜第４の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。 <Fourth Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following, configurations similar to those described in the embodiments described above will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

＜半導体装置の構成について＞
図６は、本実施の形態に関する半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。 <Structure of semiconductor device>
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to the present embodiment.

本実施の形態に関する半導体装置では、図６に例示されるように、ウェルコンタクトホール９１が形成される領域内に、ＳＢＤ領域が形成される。 In the semiconductor device according to the present embodiment, as illustrated in FIG. 6, the SBD region is formed in the region where the well contact hole 91 is formed.

具体的には、ウェル領域３２Ｃが部分的に欠損したｎ型の離間領域２３が形成される。離間領域２３は、ウェル領域３２Ｃの表層から深さ方向に貫通して形成される。そして、離間領域２３の上面に、第２のショットキー電極７６が形成される。 Specifically, an n-type separation region 23 in which the well region 32C is partially deleted is formed. The separation region 23 is formed so as to penetrate the surface layer of the well region 32C in the depth direction. Then, a second shotkey electrode 76 is formed on the upper surface of the separation region 23.

なお、離間領域２３が形成される平面部分においては、第２のオーミック電極７２、および、高濃度ウェル注入領域３６Ｃも欠損している。 The second ohmic electrode 72 and the high-concentration well injection region 36C are also missing in the flat portion where the separation region 23 is formed.

このような構造であることによって、ウェル領域３２Ｃの下部にもＳＢＤ電流を通電させることができる。その結果、ウェル領域３２Ｃの下層のドリフト層２０、または、半導体基板１０において電圧降下が発生し、その分だけ、ウェル領域３２Ｃとドリフト層２０との間に形成されるｐｎ接合に印加される順方向電圧が減少する。その結果、ウェル領域３２Ｃにおけるｐｎダイオードの通電が抑制され、より信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 With such a structure, the SBD current can be applied to the lower part of the well region 32C as well. As a result, a voltage drop occurs in the drift layer 20 under the well region 32C or the semiconductor substrate 10, and the voltage drop is applied to the pn junction formed between the well region 32C and the drift layer 20 by that amount. The directional voltage decreases. As a result, the energization of the pn diode in the well region 32C is suppressed, and a more reliable semiconductor device can be obtained.

本実施の形態に関する半導体装置の作製方法は、第１の実施の形態に例示された場合とほとんど変わらず、単にウェル領域３２Ｃ、ウェル領域３３、および、高濃度ウェル注入領域３６Ｃを形成するためのマスクパターンを変更した上で、第２のショットキー電極７６を第１のショットキー電極７５と同じ方法で形成すればよい。 The method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment is almost the same as that illustrated in the first embodiment, and is simply for forming the well region 32C, the well region 33, and the high-concentration well injection region 36C. After changing the mask pattern, the second Schottky electrode 76 may be formed in the same manner as the first Schottky electrode 75.

＜第５の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。 <Fifth Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following, configurations similar to those described in the embodiments described above will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

＜半導体装置の構成について＞
図７は、本実施の形態に関する半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。 <Structure of semiconductor device>
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing a semiconductor device according to the present embodiment.

本実施の形態に関する半導体装置では、図７に例示されるように、平面視でウェル領域３３とゲート電極６０とが重なる全領域において、フィールド絶縁膜５２Ｄが形成される。特に、図７においては、フィールド絶縁膜５２Ｄは、ウェル領域３３の上面全体を覆って形成される。 In the semiconductor device according to the present embodiment, as illustrated in FIG. 7, the field insulating film 52D is formed in the entire region where the well region 33 and the gate electrode 60 overlap in a plan view. In particular, in FIG. 7, the field insulating film 52D is formed so as to cover the entire upper surface of the well region 33.

すなわち、平面視でウェル領域３３とゲート電極６０とが重なる全領域において、ゲート絶縁膜５０Ｄが形成されない。換言すれば、ゲート絶縁膜５０Ｄとフィールド絶縁膜５２Ｄとの境界が、ウェル領域３２Ｄの上面に位置すると表現することもできる。 That is, the gate insulating film 50D is not formed in the entire region where the well region 33 and the gate electrode 60 overlap in a plan view. In other words, it can be expressed that the boundary between the gate insulating film 50D and the field insulating film 52D is located on the upper surface of the well region 32D.

このような構造であることによって、スイッチング動作中の変位電流による破壊を抑制することができる。 With such a structure, it is possible to suppress the destruction due to the displacement current during the switching operation.

たとえば、第１の実施の形態に例示される構造であれば、ウェル領域３３においてゲート絶縁膜５０の絶縁破壊電圧よりも高い電圧が発生した場合に、ゲート絶縁膜５０が破壊されることによって、素子故障に至ってしまう。 For example, in the structure exemplified in the first embodiment, when a voltage higher than the dielectric breakdown voltage of the gate insulating film 50 is generated in the well region 33, the gate insulating film 50 is destroyed. It leads to element failure.

これに対し、本実施の形態に例示される構造であれば、ウェル領域３３の上面にはゲート絶縁膜が形成されておらず、代わりに、絶縁破壊電圧が圧倒的に高いフィールド絶縁膜５２Ｄが形成されている。 On the other hand, in the structure exemplified in the present embodiment, the gate insulating film is not formed on the upper surface of the well region 33, and instead, the field insulating film 52D having an overwhelmingly high dielectric breakdown voltage is used. It is formed.

そのため、素子破壊に至るウェル領域３２Ｄの電圧変動が格段に増大する。別の見方をした場合、分断領域２５のパンチスルー電圧をより大きく設計することができるため、ｐｎダイオードの順方向通電をより抑制することができる。 Therefore, the voltage fluctuation in the well region 32D leading to device destruction is significantly increased. From another point of view, the punch-through voltage of the dividing region 25 can be designed to be larger, so that the forward energization of the pn diode can be further suppressed.

＜第６の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。 <Sixth Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following, configurations similar to those described in the embodiments described above will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

＜半導体装置の構成について＞
図８は、本実施の形態に関する半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する断面図である。 <Structure of semiconductor device>
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration for realizing the semiconductor device according to the present embodiment.

本実施の形態に関する半導体装置では、図８に例示されるように、ｐ型の高濃度ウェル注入領域３８が、ウェル領域３３Ｅの表層において比較的広範囲に渡り形成される。ここで、高濃度ウェル注入領域３８の不純物濃度は、ウェル領域３１の不純物濃度よりも高い。 In the semiconductor device according to the present embodiment, as illustrated in FIG. 8, the p-type high-concentration well injection region 38 is formed over a relatively wide range on the surface layer of the well region 33E. Here, the impurity concentration in the high-concentration well injection region 38 is higher than the impurity concentration in the well region 31.

このような構造であることによって、ウェル領域３３Ｅのチップ平面方向の抵抗、すなわち、シート抵抗を下げることができる。 With such a structure, the resistance of the well region 33E in the chip plane direction, that is, the sheet resistance can be reduced.

したがって、ウェル領域３３Ｅのうちの、ウェルコンタクトホール９１から遠い箇所においても、スイッチング動作中のウェル領域３３Ｅの電圧変動を小さくすることができる。したがって、高速スイッチング動作において故障しにくい、信頼性の高い半導体装置を得られる。 Therefore, the voltage fluctuation of the well region 33E during the switching operation can be reduced even in a portion of the well region 33E far from the well contact hole 91. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device that is less likely to break down in high-speed switching operation.

一方、還流状態では、ウェル領域３３Ｅのシート抵抗が下がるため、ウェル領域３３Ｅのうちのウェルコンタクトホール９１から遠い箇所でｐｎ接合にかかる順方向電圧が増大してしまう。しかしながら、分断領域２５のパンチスルー電圧を十分に大きく設計することで、ウェル領域３３Ｅとドリフト層２０とで形成されるｐｎ接合に順方向電流が流れる問題は生じない。 On the other hand, in the reflux state, the sheet resistance of the well region 33E decreases, so that the forward voltage applied to the pn junction increases at a portion of the well region 33E far from the well contact hole 91. However, by designing the punch-through voltage of the dividing region 25 to be sufficiently large, there is no problem that a forward current flows through the pn junction formed by the well region 33E and the drift layer 20.

本実施の形態に関する半導体装置の作製方法は、第１の実施の形態に例示された場合に加えて、高濃度ウェル注入領域３８を形成する注入工程を加えればよい。または、高濃度ウェル注入領域３５の注入、または、高濃度ウェル注入領域３６の注入と同時に高濃度ウェル注入領域３８の注入を行えば、工数を増大させずに本実施の形態に関する半導体装置の構造を得ることができる。 The method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment may include an injection step for forming the high-concentration well injection region 38, in addition to the case illustrated in the first embodiment. Alternatively, if the injection of the high-concentration well injection region 35 or the injection of the high-concentration well injection region 36 is performed at the same time as the injection of the high-concentration well injection region 36, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment without increasing the man-hours. Can be obtained.

＜第７の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。 <7th Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following, configurations similar to those described in the embodiments described above will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

＜半導体装置の構成について＞
図９は、本実施の形態に関する半導体装置を実現するための構成を概略的に例示する平面図である。 <Structure of semiconductor device>
FIG. 9 is a plan view schematically illustrating a configuration for realizing the semiconductor device according to the present embodiment.

本実施の形態に関する半導体装置では、図９に例示されるように、分断領域２５Ｆの、たとえば、表層の一部にｐ型の補助導電領域３４が形成される。図９においては、補助導電領域３４は複数形成される。補助導電領域３４によって、ウェル領域３２とウェル領域３３とが電気的に接続される。 In the semiconductor device according to the present embodiment, as illustrated in FIG. 9, a p-type auxiliary conductive region 34 is formed in the divided region 25F, for example, a part of the surface layer. In FIG. 9, a plurality of auxiliary conductive regions 34 are formed. The well region 32 and the well region 33 are electrically connected by the auxiliary conductive region 34.

このような構造であることによって、ウェル領域３３の電位がフローティングにならず、チャージアップして耐圧特性が変動するなどの不具合を抑制することができる。 With such a structure, the potential of the well region 33 does not float, and problems such as charge-up and fluctuation of withstand voltage characteristics can be suppressed.

このとき、図９における領域Ｚのような、ウェル領域３３のうちの補助導電領域３４近傍においては、分断領域２５Ｆを介さずに補助導電領域３４を通る電流が流れるため、耐圧劣化が生じうる。 At this time, in the vicinity of the auxiliary conductive region 34 in the well region 33 as in the region Z in FIG. 9, a current passes through the auxiliary conductive region 34 without passing through the divided region 25F, so that the withstand voltage may deteriorate.

しかしながら、図９における領域Ｗのような、補助導電領域３４から平面的に遠い箇所においては、ウェル領域３３を平面的に長く伝導する必要があるので、ウェル領域３３のシート抵抗によって大きな電圧降下が生じる。そのため、バイポーラ通電が抑制される。 However, in a location far from the auxiliary conductive region 34 in a plane such as the region W in FIG. 9, it is necessary to conduct the well region 33 for a long time in a plane, so that a large voltage drop is caused by the sheet resistance of the well region 33. Occurs. Therefore, bipolar energization is suppressed.

分断領域２５Ｆに対して補助導電領域３４の比率が増えると、上記のバイポーラ通電を抑制する効果が弱くなり、ウェル領域３３において、ｐｎ接合の順方向電流が通電する領域が増えてしまう。したがって、チップ内で補助導電領域３４が形成される長さの合計は、分断領域２５Ｆが形成される長さの合計に対して短いことが望ましい。 When the ratio of the auxiliary conductive region 34 to the divided region 25F is increased, the effect of suppressing the bipolar energization is weakened, and the region in which the forward current of the pn junction is energized increases in the well region 33. Therefore, it is desirable that the total length of the auxiliary conductive region 34 formed in the chip is shorter than the total length of the divided region 25F formed.

ここで、補助導電領域３４が形成される長さ、および、分断領域２５Ｆが形成される長さにおける「長さ」とは、ウェル領域３２とウェル領域３３とを結ぶ方向と交差する方向における長さをいう。 Here, the length at which the auxiliary conductive region 34 is formed and the "length" at the length at which the divided region 25F is formed are the lengths in the direction intersecting the direction connecting the well region 32 and the well region 33. Say.

それによって、本実施の形態に関する半導体装置の構造を用いない場合に比べて、耐圧劣化が生じる可能性を半分程度に減らすことができる。さらに望ましくは、補助導電領域３４が形成される長さの合計を分断領域２５Ｆが形成される長さの合計の１／１０以下とすることで、耐圧劣化が生じる可能性を約１／１０以下に低減し、素子の信頼性を格段に高めることができる。 As a result, the possibility of withstand voltage deterioration can be reduced to about half as compared with the case where the structure of the semiconductor device according to the present embodiment is not used. More preferably, by setting the total length of the auxiliary conductive region 34 to be 1/10 or less of the total length of the divided region 25F, the possibility of withstand voltage deterioration is reduced to about 1/10 or less. The reliability of the element can be significantly improved.

本実施の形態に関する半導体装置の作製方法は、第１の実施の形態と大きく変わらず、補助導電領域３４が形成される注入工程を加えればよい。または、ＪＴＥ領域３７、ウェル領域３１、ウェル領域３２、および、ウェル領域３３のいずれかと補助導電領域３４とが同時に注入されるように、マスクパターンを変更すればよい。 The method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment is not significantly different from that of the first embodiment, and an injection step in which the auxiliary conductive region 34 is formed may be added. Alternatively, the mask pattern may be changed so that any one of the JTE region 37, the well region 31, the well region 32, and the well region 33 and the auxiliary conductive region 34 are injected at the same time.

＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
以下に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果を例示する。なお、以下では、以上に記載された実施の形態に例示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。 <Effects produced by the embodiment described above>
The effects produced by the above-described embodiments will be illustrated below. In the following, the effect is described based on the specific configuration exemplified in the above-described embodiment, but other specific examples exemplified in the present specification to the extent that the same effect occurs. May be replaced with a typical configuration.

また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。 Further, the replacement may be made across a plurality of embodiments. That is, it may be the case that the respective configurations exemplified in the different embodiments are combined to produce the same effect.

以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、第１の導電型のドリフト層２０と、第２の導電型の第１のウェル領域と、第１の導電型の第１の離間領域と、第１の導電型のソース領域４０と、第１のショットキー電極７５と、第１のオーミック電極７１と、第２の導電型の第２のウェル領域と、第２の導電型の第３のウェル領域と、第２のオーミック電極７２と、第１の導電型の分断領域２５と、ソース電極８０とを備える。ここで、ウェル領域３１は、第１のウェル領域に対応するものである。また、離間領域２２は、第１の離間領域に対応するものである。また、ウェル領域３２は、第２のウェル領域に対応するものである。また、ウェル領域３３は、第３のウェル領域に対応するものである。ドリフト層２０は、第１の導電型の半導体基板１０の上面に設けられるワイドギャップ半導体層である。ウェル領域３１は、ドリフト層２０の表層において互いに離間して複数設けられる。離間領域２２は、それぞれのウェル領域３１の表層から深さ方向に貫通して設けられる。ソース領域４０は、それぞれのウェル領域３１の表層に設けられる。第１のショットキー電極７５は、離間領域２２の上面に設けられる。第１のオーミック電極７１は、ソース領域４０の表層に少なくとも一部が設けられる。ウェル領域３２は、ドリフト層２０の表層において複数のウェル領域３１全体を平面視で挟んで設けられ、かつ、それぞれのウェル領域３１よりも面積が広い。ウェル領域３３は、ドリフト層２０の表層においてウェル領域３２を平面視で挟んで設けられ、かつ、ウェル領域３２よりも面積が広い。第２のオーミック電極７２は、ウェル領域３２の一部に設けられる。分断領域２５は、ウェル領域３２と、ウェル領域３３との間に設けられ、かつ、上面が絶縁体に接触する。ソース電極８０は、第１のショットキー電極７５と、第１のオーミック電極７１と、第２のオーミック電極７２とに接続される。 According to the embodiment described above, in the semiconductor device, the first conductive type drift layer 20, the second conductive type first well region, and the first conductive type first well region are separated from each other. A region, a first conductive type source region 40, a first Schottky electrode 75, a first ohmic electrode 71, a second conductive type second well region, and a second conductive type. It includes a third well region, a second ohmic electrode 72, a first conductive type dividing region 25, and a source electrode 80. Here, the well region 31 corresponds to the first well region. Further, the separation region 22 corresponds to the first separation region. Further, the well region 32 corresponds to the second well region. Further, the well region 33 corresponds to a third well region. The drift layer 20 is a wide-gap semiconductor layer provided on the upper surface of the first conductive type semiconductor substrate 10. A plurality of well regions 31 are provided on the surface layer of the drift layer 20 so as to be separated from each other. The separation region 22 is provided so as to penetrate the surface layer of each well region 31 in the depth direction. The source region 40 is provided on the surface layer of each well region 31. The first shot key electrode 75 is provided on the upper surface of the separation region 22. At least a part of the first ohmic electrode 71 is provided on the surface layer of the source region 40. The well region 32 is provided on the surface layer of the drift layer 20 with the entire plurality of well regions 31 sandwiched in a plan view, and has a larger area than each well region 31. The well region 33 is provided on the surface layer of the drift layer 20 with the well region 32 sandwiched in a plan view, and has a larger area than the well region 32. The second ohmic electrode 72 is provided in a part of the well region 32. The dividing region 25 is provided between the well region 32 and the well region 33, and the upper surface thereof contacts the insulator. The source electrode 80 is connected to the first Schottky electrode 75, the first ohmic electrode 71, and the second ohmic electrode 72.

このような構成によれば、積層欠陥の発生に起因する順方向電圧のシフトを効果的に抑制することができる。具体的には、還流動作に際しては、分断領域２５が電流を遮断することによって、ｐｎダイオードに順方向電流が流れる領域を大幅に狭めることができる。したがって、積層欠陥の拡張に起因して耐圧の劣化が生じる可能性を大幅に抑制することができる。一方で、スイッチング動作中には、分断領域２５に電流が流れることによって、素子破壊を抑制することができる。したがって、半導体装置の信頼性を格段に向上させることができる。または、高速スイッチングを維持することによって、スイッチング損失を低減させることができる。さらには、通電することができる還流電流を増大させることができる。また、チップサイズを小さくすることが可能となるため、低コスト化を実現することができる。 According to such a configuration, the forward voltage shift caused by the occurrence of stacking defects can be effectively suppressed. Specifically, in the reflux operation, the divided region 25 cuts off the current, so that the region in which the forward current flows through the pn diode can be significantly narrowed. Therefore, the possibility of deterioration of the withstand voltage due to the expansion of the stacking defect can be significantly suppressed. On the other hand, during the switching operation, the element destruction can be suppressed by the current flowing through the divided region 25. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be remarkably improved. Alternatively, switching loss can be reduced by maintaining high-speed switching. Furthermore, the reflux current that can be energized can be increased. Further, since the chip size can be reduced, the cost can be reduced.

なお、これらの構成以外の本願明細書に例示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、これらの構成のみで、以上に記載された効果を生じさせることができる。 In addition to these configurations, other configurations exemplified in the present specification may be omitted as appropriate. That is, the effects described above can be produced only by these configurations.

しかしながら、本願明細書に例示される他の構成のうちの少なくとも１つを以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては記載されなかった本願明細書に例示される他の構成を以上に記載された構成に追加した場合でも、同様に以上に記載された効果を生じさせることができる。 However, when at least one of the other configurations exemplified in the present specification is appropriately added to the above-described configuration, that is, in the present specification not described as the above-described configuration. Even when the other configurations described above are added to the configurations described above, the effects described above can be similarly produced.

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、ゲート電極６０を備える。ゲート電極６０は、ソース領域４０とドリフト層２０とに挟まれるウェル領域３１の上面にゲート絶縁膜５０を挟んで設けられる。また、ゲート電極６０は、ウェル領域３３の上面に対応する領域にも設けられる。このような構成によれば、積層欠陥の発生に起因する順方向電圧のシフトを効果的に抑制することができる。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes a gate electrode 60. The gate electrode 60 is provided with the gate insulating film 50 sandwiched on the upper surface of the well region 31 sandwiched between the source region 40 and the drift layer 20. The gate electrode 60 is also provided in a region corresponding to the upper surface of the well region 33. According to such a configuration, the forward voltage shift caused by the occurrence of stacking defects can be effectively suppressed.

また、以上に記載された実施の形態によれば、ウェル領域３３は、ソース電極８０へのオーミック接続を有さない。このような構成によれば、ウェル領域３３とソース電極８０との間の電気伝導は、分断領域２５を介して行われることとなる。そのため、ソース−ドレイン間の電圧の多くが分断領域２５に印加されることで、ｐｎ接合に印加される電圧を低減することができる。そして、ｐｎ接合に印加される電圧をｐｎ接合の拡散電位に相当する２Ｖよりも低い電圧とすることで、ｐｎダイオードに順方向電流が流れることを抑制することができる。 Further, according to the embodiment described above, the well region 33 does not have ohmic connection to the source electrode 80. According to such a configuration, the electric conduction between the well region 33 and the source electrode 80 is performed through the divided region 25. Therefore, since most of the voltage between the source and the drain is applied to the divided region 25, the voltage applied to the pn junction can be reduced. Then, by setting the voltage applied to the pn junction to a voltage lower than 2V corresponding to the diffusion potential of the pn junction, it is possible to suppress the forward current from flowing through the pn diode.

また、以上に記載された実施の形態によれば、分断領域２５のウェル領域３２とウェル領域３３とを結ぶ方向における幅をＷ、分断領域２５の実効不純物濃度をＮ、半導体の誘電率をε、素電荷をｑとする場合、 Further, according to the above-described embodiment, the width in the direction connecting the well region 32 and the well region 33 of the divided region 25 is W, the effective impurity concentration of the divided region 25 is N, and the dielectric constant of the semiconductor is ε. , When the elementary charge is q,

から得られる電圧Ｖが５０Ｖ以下である。このような構成によれば、ウェル領域３２とウェル領域３３との間に分断領域２５を形成した上で、そのパンチスルー電圧を、還流動作時のソース−ドレイン間の発生電圧からｐｎ接合の拡散電位を差し引いた値よりも大きく、かつ、ウェル領域３３の上面に形成されたゲート絶縁膜５０の破壊電圧よりも小さく設定することによって、ウェル領域３３における還流動作時のｐｎダイオードの通電を抑制しつつ、スイッチング動作中のゲート絶縁膜５０の破壊を抑制することができる。 The voltage V obtained from is 50 V or less. According to such a configuration, the dividing region 25 is formed between the well region 32 and the well region 33, and the punch-through voltage is applied to the diffusion of the pn junction from the generated voltage between the source and the drain during the recirculation operation. By setting the value larger than the value obtained by subtracting the potential and smaller than the breaking voltage of the gate insulating film 50 formed on the upper surface of the well region 33, the energization of the pn diode during the recirculation operation in the well region 33 is suppressed. At the same time, it is possible to suppress the destruction of the gate insulating film 50 during the switching operation.

また、以上に記載された実施の形態によれば、分断領域２５Ｂは、平面視において、第２のオーミック電極７２を囲むものである。このような構成によれば、ｐｎダイオードの通電が生じうるウェル領域３２Ｂの面積を狭めることができるため、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。 Further, according to the embodiment described above, the divided region 25B surrounds the second ohmic electrode 72 in a plan view. According to such a configuration, the area of the well region 32B where the pn diode can be energized can be narrowed, so that a highly reliable semiconductor device can be obtained.

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、第１の導電型の第２の離間領域と、第２のショットキー電極７６とを備える。ここで、離間領域２３は、第２の離間領域に対応するものである。離間領域２３は、ウェル領域３２Ｃの表層から深さ方向に貫通して設けられる。第２のショットキー電極７６は、離間領域２３の上面に設けられる。このような構成によれば、ウェル領域３２Ｃの下部にもＳＢＤ電流を通電させることができる。その結果、ウェル領域３２Ｃの下層のドリフト層２０、または、半導体基板１０において電圧降下が発生し、その分だけ、ウェル領域３２Ｃとドリフト層２０との間に形成されるｐｎ接合に印加される順方向電圧が減少する。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes a second conductive type second separation region and a second Schottky electrode 76. Here, the separation region 23 corresponds to the second separation region. The separation region 23 is provided so as to penetrate the surface layer of the well region 32C in the depth direction. The second shot key electrode 76 is provided on the upper surface of the separation region 23. According to such a configuration, the SBD current can be applied to the lower part of the well region 32C as well. As a result, a voltage drop occurs in the drift layer 20 under the well region 32C or the semiconductor substrate 10, and the voltage drop is applied to the pn junction formed between the well region 32C and the drift layer 20 by that amount. The directional voltage decreases.

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、ウェル領域３３の上面の少なくとも一部に設けられるフィールド絶縁膜５２を備える。フィールド絶縁膜５２の厚さは、ゲート絶縁膜５０の厚さよりも厚い。また、ゲート電極６０は、フィールド絶縁膜５２が設けられる領域においては、フィールド絶縁膜５２を挟んでウェル領域３３の上面に設けられる。このような構成によれば、スイッチング動作中の変位電流による破壊を抑制することができる。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes a field insulating film 52 provided on at least a part of the upper surface of the well region 33. The thickness of the field insulating film 52 is thicker than that of the gate insulating film 50. Further, the gate electrode 60 is provided on the upper surface of the well region 33 with the field insulating film 52 interposed therebetween in the region where the field insulating film 52 is provided. According to such a configuration, it is possible to suppress the destruction due to the displacement current during the switching operation.

また、以上に記載された実施の形態によれば、ゲート電極６０は、ウェル領域３３の上面に対応する領域においては、フィールド絶縁膜５２Ｄを挟んでウェル領域３３の上面に設けられるものである。このような構成によれば、スイッチング動作中の変位電流による破壊を抑制することができる。すなわち、素子破壊に至るウェル領域３２Ｄの電圧変動が格段に増大する。 Further, according to the embodiment described above, the gate electrode 60 is provided on the upper surface of the well region 33 with the field insulating film 52D interposed therebetween in the region corresponding to the upper surface of the well region 33. According to such a configuration, it is possible to suppress the destruction due to the displacement current during the switching operation. That is, the voltage fluctuation in the well region 32D leading to device destruction is significantly increased.

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、第２の導電型のウェル注入領域を備える。ここで、高濃度ウェル注入領域３８は、ウェル注入領域に対応するものである。高濃度ウェル注入領域３８は、ウェル領域３３Ｅの表層に設けられる。高濃度ウェル注入領域３８の不純物濃度は、ウェル領域３１の不純物濃度よりも高い。このような構成によれば、ウェル領域３３Ｅのチップ平面方向の抵抗、すなわち、シート抵抗を下げることができる。したがって、ウェル領域３３Ｅのうちの、ウェルコンタクトホール９１から遠い箇所においても、スイッチング動作中のウェル領域３３Ｅの電圧変動を小さくすることができる。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes a second conductive type well injection region. Here, the high-concentration well injection region 38 corresponds to the well injection region. The high concentration well injection region 38 is provided on the surface layer of the well region 33E. The impurity concentration in the high concentration well injection region 38 is higher than the impurity concentration in the well region 31. According to such a configuration, the resistance of the well region 33E in the chip plane direction, that is, the sheet resistance can be reduced. Therefore, the voltage fluctuation of the well region 33E during the switching operation can be reduced even in a portion of the well region 33E far from the well contact hole 91.

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、少なくとも１つの第２の導電型の補助導電領域３４を備える。補助導電領域３４は、分断領域２５Ｆの表層に設けられる。また、補助導電領域３４は、ウェル領域３２とウェル領域３３とを電気的に接続するものである。このような構成によれば、ウェル領域３３の電位がフローティングにならず、チャージアップして耐圧特性が変動するなどの不具合を抑制することができる。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes at least one second conductive type auxiliary conductive region 34. The auxiliary conductive region 34 is provided on the surface layer of the divided region 25F. Further, the auxiliary conductive region 34 electrically connects the well region 32 and the well region 33. According to such a configuration, the potential of the well region 33 does not float, and problems such as charge-up and fluctuation of withstand voltage characteristics can be suppressed.

また、以上に記載された実施の形態によれば、補助導電領域３４が設けられる長さの合計は、分断領域２５Ｆが設けられる長さの合計の１／１０以下である。ここで、補助導電領域３４が設けられる長さは、補助導電領域３４が、ウェル領域３２とウェル領域３３とを結ぶ方向と交差する方向において設けられる長さである。また、分断領域２５Ｆが設けられる長さは、分断領域２５Ｆが、ウェル領域３２とウェル領域３３とを結ぶ方向と交差する方向において設けられる長さである。このような構成によれば、ウェル領域３３の電位がフローティングにならず、チャージアップして耐圧特性が変動するなどの不具合を抑制することができる。さらには、耐圧劣化が生じる可能性を約１／１０以下に低減し、素子の信頼性を格段に高めることができる。 Further, according to the embodiment described above, the total length of the auxiliary conductive region 34 is 1/10 or less of the total length of the divided region 25F. Here, the length at which the auxiliary conductive region 34 is provided is the length provided in the direction in which the auxiliary conductive region 34 intersects the direction connecting the well region 32 and the well region 33. The length of the divided region 25F is the length provided in the direction in which the divided region 25F intersects the direction connecting the well region 32 and the well region 33. According to such a configuration, the potential of the well region 33 does not float, and problems such as charge-up and fluctuation of withstand voltage characteristics can be suppressed. Further, the possibility of withstand voltage deterioration can be reduced to about 1/10 or less, and the reliability of the device can be remarkably improved.

＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、ユニポーラ型ダイオードを内蔵したユニポーラ型トランジスタとして、ＳＢＤ内蔵のＭＯＳＦＥＴが例示された。しかしながら、上記の内容は、他のユニポーラ型デバイスにも応用することができる。 <Regarding Modifications of Embodiments Described Above>
In the embodiment described above, a MOSFET having a built-in SBD has been exemplified as a unipolar transistor having a built-in unipolar diode. However, the above contents can be applied to other unipolar devices.

たとえば、ユニポーラ型トランジスタはＭＯＳＦＥＴではなく、ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＪＦＥＴ）であってもよい。また、ユニポーラ型ダイオードとしてＳＢＤを内蔵させる代わりに、たとえば、特許第５１５９９８７号公報に示された、ゲート電極にオフ電位が与えられた状態で、ソースからドレインへの方向のみの通電を許容するチャネル特性を有する電界効果トランジスタ（ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＦＥＴ）が用いられてもよい。 For example, the unipolar transistor may be a junction field effect transistor (JFET) instead of a MOSFET. Further, instead of incorporating the SBD as a unipolar diode, for example, as shown in Japanese Patent No. 5159987, a channel that allows energization only in the direction from the source to the drain while the gate electrode is given an off potential. A field effect transistor having a characteristic (field-effect transistor, that is, FET) may be used.

炭化珪素と同様に、再結合エネルギーが珪素よりも大きいワイドギャップ半導体では、炭化珪素と同様に寄生ｐｎダイオードに順方向電流が流れた場合に結晶欠陥が生成されると考えられる。上記の実施の形態では、半導体材料として炭化珪素が例示されたが、他のワイドギャップ半導体にも適用することができる。 Similar to silicon carbide, in a wide-gap semiconductor having a higher binding energy than silicon, it is considered that crystal defects are generated when a forward current flows through the parasitic pn diode as in silicon carbide. In the above embodiment, silicon carbide is exemplified as the semiconductor material, but it can also be applied to other wide-gap semiconductors.

なお、ワイドギャップ半導体とは、一般に、およそ２ｅＶ以上の禁制帯幅をもつ半導体を指し、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの３族窒化物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの２族酸化物、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）などの２族カルコゲナイド、ダイヤモンドおよび炭化珪素などが知られる。 The wide-gap semiconductor generally refers to a semiconductor having a forbidden bandwidth of about 2 eV or more, and is a group 3 nitride such as gallium nitride (GaN), a group 2 oxide such as zinc oxide (ZnO), and zinc selenide. Group 2 chalcogenides such as (ZnSe), diamonds, silicon carbide and the like are known.

また、以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面において例示であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。 Further, in the above-described embodiment, the material, material, dimensions, shape, relative arrangement relationship, implementation conditions, etc. of each component may also be described, but these are exemplified in all aspects. However, it is not limited to those described in the present specification.

したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, when transforming, adding or omitting at least one component, or when extracting at least one component in at least one embodiment and combining it with the components of another embodiment. Shall be included.

また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。 In addition, as long as there is no contradiction, the components described as being provided with "one" in the above-described embodiment may be provided with "one or more".

さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。 Further, each component in the above-described embodiment is a conceptual unit, and within the scope of the technique disclosed in the present specification, one component is composed of a plurality of structures. And the case where one component corresponds to a part of a structure, and further, the case where a plurality of components are provided in one structure.

また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。 In addition, each component in the above-described embodiment shall include a structure having another structure or shape as long as it exhibits the same function.

また、本願明細書における説明は、本技術に関するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。 In addition, the description in the present specification is referred to for all purposes relating to the present technology, and none of them is recognized as a prior art.

また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。 Further, in the above-described embodiment, when a material name or the like is described without being specified, the material contains other additives, for example, an alloy or the like, unless a contradiction occurs. It shall be included.

また、以上に記載された実施の形態では、プレーナ型のＭＯＳＦＥＴについて説明されたが、ドリフト層２０の上面にトレンチが形成されたトレンチ型のＭＯＳＦＥＴに適用される場合も想定することができるものとする。トレンチ型のＭＯＳＦＥＴの場合、ドリフト層２０の上面に溝部（トレンチ）が形成され、当該溝部内のドリフト層２０の上面、すなわち、トレンチの底面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が埋め込まれる。 Further, in the above-described embodiment, the planar MOSFET has been described, but it can be assumed that the MOSFET is applied to a trench-type MOSFET in which a trench is formed on the upper surface of the drift layer 20. To do. In the case of a trench type MOSFET, a groove portion (trench) is formed on the upper surface of the drift layer 20, and a gate electrode is embedded on the upper surface of the drift layer 20 in the groove portion, that is, on the bottom surface of the trench via a gate insulating film. ..

１０ 半導体基板、２０ ドリフト層、２１，２２，２３ 離間領域、２５，２５Ｂ，２５Ｆ 分断領域、３１，３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３３，３３Ｂ，３３Ｅ ウェル領域、３４ 補助導電領域、３５，３６，３６Ｃ，３８ 高濃度ウェル注入領域、３７ ＪＴＥ領域、４０ ソース領域、５０，５０Ｄ ゲート絶縁膜、５２，５２Ｄ フィールド絶縁膜、５５ 層間絶縁膜、６０ ゲート電極、７１ 第１のオーミック電極、７２ 第２のオーミック電極、７３ 裏面オーミック電極、７５ 第１のショットキー電極、７６ 第２のショットキー電極、８０ ソース電極、８１ ゲートパッド、８２ ゲート配線、８５ ドレイン電極、９１ ウェルコンタクトホール、９５ ゲートコンタクトホール、Ａ，Ｂ 接合界面、Ｗ，Ｚ 領域。 10 Semiconductor substrate, 20 Drift layer, 21, 22, 23 Separation region, 25, 25B, 25F division region, 31, 32, 32A, 32B, 32C, 32D, 33, 33B, 33E well region, 34 Auxiliary conductive region, 35 , 36, 36C, 38 High concentration well injection region, 37 JTE region, 40 source region, 50, 50D gate insulating film, 52, 52D field insulating film, 55 interlayer insulating film, 60 gate electrode, 71 1st ohmic electrode, 72 2nd ohmic electrode, 73 back ohmic electrode, 75 1st shotkey electrode, 76 2nd shotkey electrode, 80 source electrode, 81 gate pad, 82 gate wiring, 85 drain electrode, 91 well contact hole, 95 Gate contact hole, A, B junction interface, W, Z region.

Claims (12)

ユニットセルが周期的に設けられる活性領域と前記活性領域以外の領域である終端領域とを有し、
第１の導電型の半導体基板の上面に設けられるワイドギャップ半導体層である、第１の導電型のドリフト層と、
前記ユニットセル内に設けられ、かつ、前記ドリフト層の表層に設けられる、第２の導電型の第１のウェル領域と、前記第１のウェル領域の表層に設けられる第１の導電型のソース領域と、前記ソース領域の表層に少なくとも一部が設けられる第１のオーミック電極とを備えるユニポーラ型ダイオードが内蔵されるユニポーラ型トランジスタと、
前記終端領域の前記ドリフト層の表層に設けられる、第２の導電型の第２のウェル領域と、
前記終端領域の前記ドリフト層の表層に、平面視において前記第２のウェル領域を挟んで設けられ、かつ、第１の導電型の分断領域によって前記第２のウェル領域と分断されて設けられる、第２の導電型の第３のウェル領域と、
前記第１のオーミック電極と接続され、前記第２のウェル領域と接触抵抗を下げて接続され、かつ、前記第３のウェル領域との間にオーミック接続を有さないソース電極とを備える、
半導体装置。 The unit cell has an active region provided periodically and a terminal region which is a region other than the active region.
A first conductive drift layer, which is a wide-gap semiconductor layer provided on the upper surface of the first conductive semiconductor substrate,
A second conductive type first well region provided in the unit cell and provided on the surface layer of the drift layer, and a first conductive type source provided on the surface layer of the first well region. A unipolar transistor having a built-in unipolar diode including a region and a first ohmic electrode provided at least a part on the surface layer of the source region.
A second conductive type second well region provided on the surface layer of the drift layer in the terminal region, and
The second well region is provided on the surface layer of the drift layer in the terminal region so as to sandwich the second well region in a plan view, and is separated from the second well region by a first conductive type dividing region. The third well region of the second conductive type and
It is provided with a source electrode which is connected to the first ohmic electrode, is connected to the second well region with reduced contact resistance, and does not have an ohmic connection with the third well region.
Semiconductor device. ユニットセルが周期的に設けられる活性領域と前記活性領域以外の領域である終端領域とを有し、
第１の導電型の半導体基板の上面に設けられるワイドギャップ半導体層である、第１の導電型のドリフト層と、
前記ユニットセル内に設けられ、かつ、前記ドリフト層の表層に設けられる、第２の導電型の第１のウェル領域と、前記第１のウェル領域の表層に設けられる第１の導電型のソース領域と、前記ソース領域の表層に少なくとも一部が設けられる第１のオーミック電極とを備える第１のゲート電極にオフ電位が与えられた状態でソースからドレインへの方向のみの通電を許容するチャネル特性を有する電界効果トランジスタと、
前記終端領域の前記ドリフト層の表層に設けられる、第２の導電型の第２のウェル領域と、
前記終端領域の前記ドリフト層の表層に、平面視において前記第２のウェル領域を挟んで設けられ、かつ、第１の導電型の分断領域によって前記第２のウェル領域と分断されて設けられる、第２の導電型の第３のウェル領域と、
前記第１のオーミック電極と接続され、前記第２のウェル領域と接触抵抗を下げて接続され、かつ、前記第３のウェル領域との間にオーミック接続を有さないソース電極とを備える、
半導体装置。 The unit cell has an active region provided periodically and a terminal region which is a region other than the active region.
A first conductive drift layer, which is a wide-gap semiconductor layer provided on the upper surface of the first conductive semiconductor substrate,
A second conductive type first well region provided in the unit cell and provided on the surface layer of the drift layer, and a first conductive type source provided on the surface layer of the first well region. A channel that allows energization only in the source-to-drain direction while an off-potential is applied to a first gate electrode comprising a region and a first ohmic electrode provided at least in part on the surface of the source region. Field-effect transistors with characteristics and
A second conductive type second well region provided on the surface layer of the drift layer in the terminal region, and
The second well region is provided on the surface layer of the drift layer in the terminal region so as to sandwich the second well region in a plan view, and is separated from the second well region by a first conductive type dividing region. The third well region of the second conductive type and
It is provided with a source electrode which is connected to the first ohmic electrode, is connected to the second well region with reduced contact resistance, and does not have an ohmic connection with the third well region.
Semiconductor device. 前記第２のウェル領域と前記第３のウェル領域との間に前記分断領域を介してパンチスルー電流が流れる、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置。 A punch-through current flows between the second well region and the third well region through the division region.
The semiconductor device according to claim 1 or 2. 前記分断領域の上面は、絶縁体に接触する、
請求項１から請求項３のうちのいずれか１つに記載の半導体装置。 The upper surface of the divided region comes into contact with the insulator.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3. 前記半導体装置は、さらに、
前記ソース領域と前記ドリフト層とに挟まれる前記第１のウェル領域の上面にゲート絶縁膜を挟んで設けられる第２のゲート電極を備え、
前記第２のゲート電極は、前記第３のウェル領域の上面に対応する領域にも設けられる、
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。 The semiconductor device further
A second gate electrode provided with a gate insulating film interposed therebetween is provided on the upper surface of the first well region sandwiched between the source region and the drift layer.
The second gate electrode is also provided in a region corresponding to the upper surface of the third well region.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4. 前記分断領域の前記第２のウェル領域と前記第３のウェル領域とを結ぶ方向における幅をＷ、前記分断領域の実効不純物濃度をＮ、半導体の誘電率をε、素電荷をｑとする場合、

から得られる電圧Ｖが５０Ｖ以下である、
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。 When the width in the direction connecting the second well region and the third well region of the divided region is W, the effective impurity concentration of the divided region is N, the dielectric constant of the semiconductor is ε, and the elementary charge is q. ,

The voltage V obtained from is 50 V or less.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5. 前記半導体装置は、さらに、
前記第２のウェル領域の表層から深さ方向に貫通して設けられる、第１の導電型の第２の離間領域と、
前記第２の離間領域の上面に設けられる第２のショットキー電極とを備える、
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。 The semiconductor device further
A first conductive type second separation region provided so as to penetrate from the surface layer of the second well region in the depth direction,
A second shotkey electrode provided on the upper surface of the second separation region is provided.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6. 前記半導体装置は、さらに、
前記第３のウェル領域の上面の少なくとも一部に設けられるフィールド絶縁膜を備え、
前記フィールド絶縁膜の厚さは、前記ゲート絶縁膜の厚さよりも厚く、
前記第２のゲート電極は、前記フィールド絶縁膜が設けられる領域においては、前記フィールド絶縁膜を挟んで前記第３のウェル領域の上面に設けられる、
請求項５に記載の半導体装置。 The semiconductor device further
A field insulating film provided on at least a part of the upper surface of the third well region is provided.
The thickness of the field insulating film is thicker than the thickness of the gate insulating film.
In the region where the field insulating film is provided, the second gate electrode is provided on the upper surface of the third well region with the field insulating film interposed therebetween.
The semiconductor device according to claim 5. 前記第２のゲート電極は、前記第３のウェル領域の上面に対応する領域においては、前記フィールド絶縁膜を挟んで前記第３のウェル領域の上面に設けられる、
請求項８に記載の半導体装置。 The second gate electrode is provided on the upper surface of the third well region with the field insulating film interposed therebetween in the region corresponding to the upper surface of the third well region.
The semiconductor device according to claim 8. 前記半導体装置は、さらに、
前記第３のウェル領域の表層に設けられる、第２の導電型のウェル注入領域を備え、
前記ウェル注入領域の不純物濃度は、前記第１のウェル領域の不純物濃度よりも高い、
請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。 The semiconductor device further
A second conductive well injection region provided on the surface of the third well region is provided.
The impurity concentration in the well injection region is higher than the impurity concentration in the first well region.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9. 前記半導体装置は、さらに、
前記分断領域の表層に設けられる、少なくとも１つの第２の導電型の補助導電領域を備え、
前記補助導電領域は、前記第２のウェル領域と前記第３のウェル領域とを電気的に接続する、
請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。 The semiconductor device further
It is provided with at least one second conductive type auxiliary conductive region provided on the surface layer of the divided region.
The auxiliary conductive region electrically connects the second well region and the third well region.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10. 前記補助導電領域が設けられる長さの合計は、前記分断領域が設けられる長さの合計の１／１０以下であり、
前記補助導電領域が設けられる長さは、前記補助導電領域が、前記第２のウェル領域と前記第３のウェル領域とを結ぶ方向と交差する方向において設けられる長さであり、
前記分断領域が設けられる長さは、前記分断領域が、前記第２のウェル領域と前記第３のウェル領域とを結ぶ方向と交差する方向において設けられる長さである、
請求項１１に記載の半導体装置。 The total length of the auxiliary conductive regions is 1/10 or less of the total length of the divided regions.
The length at which the auxiliary conductive region is provided is a length provided in a direction in which the auxiliary conductive region intersects the direction connecting the second well region and the third well region.
The length at which the divided region is provided is a length provided in a direction in which the divided region intersects the direction connecting the second well region and the third well region.
The semiconductor device according to claim 11.

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