JP7138770B2 - 炭化珪素半導体装置、電力変換装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置である炭化珪素MOSFET(SiC-MOSFET)の断面模式図である。
図11は、実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置であるSiC-MOSFETの断面模式図である。実施の形態2のSiC-MOSTETは、ドリフト層20の表面上にチャネルとして機能するエピタキシャル成長層(以下「チャネルエピ層」という)を備える、いわゆるチャネルエピ構造を有している。
実施の形態1および2では、炭化珪素半導体装置の例としてプレーナゲート型のSiC-MOSFETを例に示したが、の炭化珪素半導体装置はトレンチゲート型のSiC-MOSFETでもよい。実施の形態3では、トレンチゲート型のSiC-MOSFETの例を示す。その他の点については、実施の形態1と同様であるため、詳しい説明は省略する。
本実施の形態は、上述した実施の形態1~3に係る炭化珪素半導体装置を電力変換装置に適用したものである。実施の形態1~3に係る炭化珪素半導体装置の適用は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態4として、三相のインバータに実施の形態1~3に係る炭化珪素半導体装置を適用した場合について説明する。
Claims (16)
- 炭化珪素で構成される半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたn型の炭化珪素で構成されるドリフト層と、
前記ドリフト層の表層部に形成されたp型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表層部に前記ドリフト層から離間して形成されたn型のソース領域と、
前記ソース領域、前記ウェル領域および前記ドリフト層に接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ウェル領域と対向するように形成されたゲート電極と、
前記ソース領域に接続されたソース電極と、
を備え、
前記ウェル領域と前記ゲート絶縁膜との界面から前記ウェル領域側へ向けて予め定められた厚さの領域に酸素を含有し、
前記ウェル領域と前記ゲート絶縁膜との界面から前記ウェル領域側へ向けて30nm以上離れた領域に、酸素の濃度が前記ドリフト層のn型不純物濃度よりも高い領域が存在する、
炭化珪素半導体装置。 - 炭化珪素で構成される半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたn型の炭化珪素で構成されるドリフト層と、
前記ドリフト層の表層部に形成されたp型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表層部に前記ドリフト層から離間して形成されたn型のソース領域と、
前記ソース領域、前記ウェル領域および前記ドリフト層に接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ウェル領域と対向するように形成されたゲート電極と、
前記ソース領域に接続されたソース電極と、
を備え、
前記ウェル領域と前記ゲート絶縁膜との界面から前記ウェル領域側へ向けて予め定められた厚さの領域に酸素を含有し、
前記ウェル領域と前記ゲート絶縁膜との界面から前記ウェル領域側へ向けて15nmの厚さの領域での酸素の濃度が、1×1018cm-3以上である、
炭化珪素半導体装置。 - 炭化珪素で構成される半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたn型の炭化珪素で構成されるドリフト層と、
前記ドリフト層の表層部に形成されたp型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表層部に前記ドリフト層から離間して形成されたn型のソース領域と、
前記ソース領域、前記ウェル領域および前記ドリフト層に接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ウェル領域と対向するように形成されたゲート電極と、
前記ソース領域に接続されたソース電極と、
を備え、
前記ウェル領域と前記ゲート絶縁膜との界面から前記ウェル領域側へ向けて予め定められた厚さの領域に酸素を含有し、
前記ウェル領域に含有される酸素の総ドーズ量が、1×1011cm-2以上1×1017cm-2以下である、
炭化珪素半導体装置。 - 炭化珪素で構成される半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたn型の炭化珪素で構成されるドリフト層と、
前記ドリフト層の表層部に形成されたp型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表層部に前記ドリフト層から離間して形成されたn型のソース領域と、
前記ソース領域、前記ウェル領域および前記ドリフト層に接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ウェル領域と対向するように形成されたゲート電極と、
前記ソース領域に接続されたソース電極と、
を備え、
前記ウェル領域と前記ゲート絶縁膜との界面から前記ウェル領域側へ向けて予め定められた厚さの領域に酸素を含有し、
前記ウェル領域と前記ゲート絶縁膜との界面から前記ウェル領域側へ向けて30nm以上離れた領域に、酸素の濃度が前記ウェル領域のp型不純物濃度よりも高い領域が存在する、
炭化珪素半導体装置。 - 前記酸素を含有する領域における酸素の濃度ピークの位置は、前記ウェル領域内にある、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ウェル領域内での酸素の濃度のピーク値は、1×1017cm-3以上2×1021cm-3以下である、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 炭化珪素で構成される半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたn型の炭化珪素で構成されるドリフト層と、
前記ドリフト層の表層部に形成されたp型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表面上に形成されたエピタキシャル成長層であるチャネルエピ層と、
前記ウェル領域の表層部に前記ドリフト層から離間して形成されたn型のソース領域と、
前記チャネルエピ層に接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネルエピ層と対向するように形成されたゲート電極と、
前記ソース領域に接続されたソース電極と、
を備え、
前記チャネルエピ層と前記ゲート絶縁膜との界面から前記チャネルエピ層側へ向けて予め定められた厚さの領域、または、前記チャネルエピ層と前記ウェル領域との界面から前記ウェル領域側へ向けて予め定められた厚さの領域に、酸素を含有し、
前記チャネルエピ層と前記ゲート絶縁膜との界面から前記チャネルエピ層側へ向けて15nm離れた領域内における酸素濃度が、1×1018cm-3以上である、
炭化珪素半導体装置。 - 炭化珪素で構成される半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたn型の炭化珪素で構成されるドリフト層と、
前記ドリフト層の表層部に形成されたp型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表面上に形成されたエピタキシャル成長層であるチャネルエピ層と、
前記ウェル領域の表層部に前記ドリフト層から離間して形成されたn型のソース領域と、
前記チャネルエピ層に接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネルエピ層と対向するように形成されたゲート電極と、
前記ソース領域に接続されたソース電極と、
を備え、
前記チャネルエピ層と前記ゲート絶縁膜との界面から前記チャネルエピ層側へ向けて予め定められた厚さの領域、または、前記チャネルエピ層と前記ウェル領域との界面から前記ウェル領域側へ向けて予め定められた厚さの領域に、酸素を含有し、
前記チャネルエピ層と前記ウェル領域との界面から前記ウェル領域側へ向けて15nm離れた領域内における酸素濃度が、1×1018cm-3以上である、
炭化珪素半導体装置。 - 炭化珪素で構成される半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたn型の炭化珪素で構成されるドリフト層と、
前記ドリフト層の表層部に形成されたp型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表面上に形成されたエピタキシャル成長層であるチャネルエピ層と、
前記ウェル領域の表層部に前記ドリフト層から離間して形成されたn型のソース領域と、
前記チャネルエピ層に接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネルエピ層と対向するように形成されたゲート電極と、
前記ソース領域に接続されたソース電極と、
を備え、
前記チャネルエピ層と前記ゲート絶縁膜との界面から前記チャネルエピ層側へ向けて予め定められた厚さの領域、または、前記チャネルエピ層と前記ウェル領域との界面から前記ウェル領域側へ向けて予め定められた厚さの領域に、酸素を含有し、
前記ウェル領域、もしくは前記チャネルエピ層および前記ウェル領域の両者に含有される酸素の総ドーズ量が、1×1011cm-2以上1×1017cm-2以下である、
炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲート電極は、酸素を含む前記ウェル領域の直上に配設されている、
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲート電極は、前記ソース領域および前記ウェル領域に隣接し前記ドリフト層に達するトレンチ内に形成されており、前記ゲート絶縁膜を介して酸素を含む前記ウェル領域と対向している、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置を有し、
入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記炭化珪素半導体装置を駆動する駆動信号を前記炭化珪素半導体装置に出力する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。 - 前記駆動回路は、前記炭化珪素半導体装置をオフにするとき前記ゲート電極の電圧を前記ソース電極の電圧と同じにする前記駆動信号を出力する、
請求項12に記載の電力変換装置。 - 炭化珪素で構成される半導体基板上に、n型の炭化珪素半導体で構成されるドリフト層を形成する工程と、
前記ドリフト層の上にp型のウェル領域を形成する工程と、
前記ウェル領域の上にn型のソース領域を形成する工程と、
少なくとも前記ウェル領域の一部に酸素をイオン注入する工程と、
前記ソース領域、前記ウェル領域および前記ドリフト層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ソース領域に接続するソース電極を形成する工程と、
を備える炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記酸素をイオン注入する工程よりも前に、前記ソース領域および前記ウェル領域を貫通して前記ドリフト層に達するトレンチを形成する工程
をさらに備え、
前記酸素をイオン注入する工程において、酸素は前記トレンチの上方からイオン注入される、
請求項14に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記酸素をイオン注入する工程において、酸素は前記トレンチの上方から斜め方向にイオン注入される、
請求項15に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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Citations (6)
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---|---|---|---|---|
JP2000312003A (ja) | 1999-02-23 | 2000-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 絶縁ゲート型半導体素子およびその製造方法 |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000312003A (ja) | 1999-02-23 | 2000-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 絶縁ゲート型半導体素子およびその製造方法 |
JP2012054505A (ja) | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 |
WO2012153836A1 (ja) | 2011-05-12 | 2012-11-15 | 日産自動車株式会社 | スイッチング回路及び半導体モジュール |
WO2014103186A1 (ja) | 2012-12-27 | 2014-07-03 | パナソニック株式会社 | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 |
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