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公開番号2024154916
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-31
出願番号2023069138
出願日2023-04-20
発明の名称半導体装置、電力変換装置、および、半導体装置の製造方法
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20241024BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】SBDが内蔵された半導体装置において、I2t耐量の低下を抑制する。
【解決手段】半導体装置は、第1の導電型のドリフト層と、第2の導電型のウェル層と、第1の導電型のソース層と、ゲート電極と、層間絶縁膜と、ソース電極とを備え、ゲート電極と平面視で重ならない位置の、ウェル層とドリフト層とで構成される複数のボディダイオードが、第1のボディダイオード動作電圧で動作する第1の動作部と、第1のボディダイオード動作電圧よりも低い第2のボディダイオード動作電圧で動作する複数の第2の動作部とを含む。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
第１の導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表層に部分的に複数形成された第２の導電型のウェル層と、
それぞれの前記ウェル層の表層に部分的に形成された第１の導電型のソース層と、
前記ドリフト層と前記ソース層とに挟まれた前記ウェル層に、ゲート絶縁膜を介して接触するゲート電極と、
前記ゲート電極を覆って設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜、前記ウェル層および前記ソース層を覆って設けられたソース電極とを備え、
前記ゲート電極と平面視で重ならない位置の、前記ウェル層と前記ドリフト層とで構成される複数のボディダイオードが、第１のボディダイオード動作電圧で動作する第１の動作部と、前記第１のボディダイオード動作電圧よりも低い第２のボディダイオード動作電圧で動作する複数の第２の動作部とを含む、
半導体装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であり、
前記第１の動作部における前記ウェル層の幅が、前記第２の動作部における前記ウェル層の幅よりも狭い、
半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置であり、
前記第１の動作部における前記ウェル層間の幅が、前記第２の動作部における前記ウェル層間の幅よりも広い、
半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置であり、
前記ソース層の上面から前記ウェル層よりも深い位置まで達して形成された溝と、
前記溝の底部に形成された電界緩和層とをさらに備え、
前記ゲート絶縁膜が、前記溝内において、前記ソース層と前記ドリフト層とに挟まれる前記ウェル層の側面を覆って形成され、
前記ゲート電極が、前記溝内において、前記ゲート絶縁膜に囲まれて形成される、
半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置であり、
前記第１の動作部における前記電界緩和層間の幅が、前記第２の動作部における前記電界緩和層間の幅よりも広い、
半導体装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の半導体装置であり、
前記第１の動作部における前記電界緩和層の幅が、前記第２の動作部における前記電界緩和層の幅よりも狭い、
半導体装置。
【請求項７】
請求項１、２、４および５のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
前記第１の動作部における前記ドリフト層の不純物濃度が、前記第２の動作部における前記ドリフト層の不純物濃度よりも高い、
半導体装置。
【請求項８】
請求項１、２、４および５のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
前記第１の動作部および前記第２の動作部のうちの少なくとも一方において平面視で直線状の積層欠陥を含み、
前記第２の動作部における積層欠陥密度が、前記第１の動作部における積層欠陥密度よりも低い、
半導体装置。
【請求項９】
請求項１、２、４および５のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
前記ウェル層の表層に部分的に形成された、第２の導電型のコンタクト領域をさらに備え、
前記コンタクト領域の不純物濃度が、前記ウェル層の不純物濃度よりも高く、
前記第１の動作部の前記コンタクト領域のコンタクト抵抗は、前記第２の動作部の前記コンタクト領域のコンタクト抵抗よりも高い、
半導体装置。
【請求項１０】
請求項１、２、４および５のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
前記第１の動作部においてショットキー接触する前記ドリフト層と前記ソース電極との仕事関数の差が、前記第２の動作部においてショットキー接触する前記ドリフト層と前記ソース電極との仕事関数の差よりも高い、
半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願明細書に開示される技術は、半導体技術に関するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクス機器において、モータなどの負荷への電力供給を制御するスイッチング素子として、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄｇａｔｅｂｉｐｏｌａｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＩＧＢＴ）または金属－酸化膜－半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ）などの絶縁ゲート型半導体装置が広く使用されている。
【０００３】
一方、次世代のスイッチング素子として、炭化珪素（ＳｉＣ）などのワイドバンドギャップ半導体を用いたＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴなどが注目されており、１ｋＶ程度またはそれ以上の高電圧を扱う技術分野への適用が有望視されている。
【０００４】
ワイドバンドギャップ半導体としては、ＳｉＣの他、たとえば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料またはダイヤモンドなどがある。
【０００５】
ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴにはＭＯＳＦＥＴと逆方向のボディダイオード（ＢＤ）が寄生しており、ＢＤを動作させずに逆方向通電を行うショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙｂａｒｒｉｅｒｄｉｏｄｅ、すなわち、ＳＢＤ）内蔵ＭＯＳＦＥＴに関する技術が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開第２０１８／１３９５５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＳＢＤ内蔵ＭＯＳＦＥＴでは、サージ電流と呼ばれる大きな電流が流れた場合に、一定時間破壊されないことが求められる。この一定時間破壊されないための耐量をＩ２ｔ耐量と呼ぶが、ＳＢＤを内蔵してボディダイオードを通電しにくくした場合、ユニポーラ通電能力は向上するがＩ２ｔ耐量に影響を与え、Ｉ２ｔ耐量が低下してしまう場合がある。
【０００８】
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鑑みてなされたものであり、ＳＢＤが内蔵された半導体装置において、Ｉ２ｔ耐量の低下を抑制するための技術である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願明細書に開示される技術の第１の態様である半導体装置は、第１の導電型のドリフト層と、前記ドリフト層の表層に部分的に複数形成された第２の導電型のウェル層と、それぞれの前記ウェル層の表層に部分的に形成された第１の導電型のソース層と、前記ドリフト層と前記ソース層とに挟まれた前記ウェル層に、ゲート絶縁膜を介して接触するゲート電極と、前記ゲート電極を覆って設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜、前記ウェル層および前記ソース層を覆って設けられたソース電極とを備え、前記ゲート電極と平面視で重ならない位置の、前記ウェル層と前記ドリフト層とで構成される複数のボディダイオードが、第１のボディダイオード動作電圧で動作する第１の動作部と、前記第１のボディダイオード動作電圧よりも低い第２のボディダイオード動作電圧で動作する複数の第２の動作部とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本願明細書に開示される技術の少なくとも第１の態様によれば、Ｉ２ｔ耐量の低下を抑制することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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