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公開番号2025044140
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-01
出願番号2024144164
出願日2024-08-26
発明の名称パワー半導体素子及びこれを含むパワー変換装置
出願人エルエックスセミコンカンパニー, リミティド
代理人弁理士法人鷲田国際特許事務所
主分類H10D 30/01 20250101AFI20250325BHJP()
要約【課題】パワー半導体素子、パワー半導体モジュール及びパワー変換装置並びにその製造方法を提供する。
【解決手段】パワー半導体素子100は、基板111と、第1導電型の第1エピ層112aと、第1導電型の第1エピ層112a上の第1導電型の第2エピ層112bと、第1導電型の第1エピ層112aに部分的に形成された第2導電型の第1ウェル121aと、第1導電型の第2エピ層112bに形成された第2導電型の第2ウェル121bと、第2導電型の第2ウェル121bに配置された第2導電型のイオン注入領域122及びソース領域115と、ソースコンタクト141と、ソース電極142と、レンチ領域の底面と側壁に形成されたゲート絶縁層131と、ゲート絶縁層131上に配置されたトレンチゲート132と、トレンチゲート132上に配置された層間絶縁層150と、を含む。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された第１導電型の第１エピ層と、
前記第１導電型の第１エピ層上に配置された第１導電型の第２エピ層と、
前記第１導電型の第１エピ層に部分的に形成された第２導電型の第１ウェルと、
前記第１導電型の第２エピ層に形成された第２導電型の第２ウェルと、
前記第２導電型の第２ウェルに配置された第２導電型のイオン注入領域及びソース領域と、
前記ソース領域上に配置されたソース電極と、
前記第２導電型のイオン注入領域と第１導電型の第２エピ層の一部が除去されたトレンチ領域に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたトレンチゲートと、
前記トレンチゲート上に配置された層間絶縁層と、
前記トレンチゲートと電気的に連結されたゲート電極と、を含む、パワー半導体素子。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
前記第２導電型の第１ウェルの側面と前記第２導電型の第２ウェルの側面は、前記基板で上側方向にアラインされた、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項３】
前記第１導電型の第１エピ層に形成された前記第２導電型の第１ウェルのドーピング濃度は、前記第１導電型の第２エピ層に形成された前記第２導電型の第２ウェルのドーピング濃度より高い、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項４】
前記第１導電型の第１エピ層に形成された前記第２導電型の第１ウェルと前記第２導電型の第２ウェルの間に境界面が形成される、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項５】
前記第１導電型の第１エピ層に形成された前記第２導電型の第１ウェルの間の第１距離と、前記第１導電型の第２エピ層に形成された前記第２導電型の第２ウェルの間の第２距離は異なる、請求項４に記載のパワー半導体素子。
【請求項６】
前記第１導電型の第１エピ層に形成された前記第２導電型の第１ウェルの間の第１距離は、前記第１導電型の第２エピ層に形成された前記第２導電型の第２ウェルの間の第２距離より長い、請求項５に記載のパワー半導体素子。
【請求項７】
前記第２導電型の第２ウェルの下側の角の一部は、前記第２導電型の第１ウェルと上下に重ならない、請求項６に記載のパワー半導体素子。
【請求項８】
前記第２導電型の第１ウェルは、前記トレンチゲートの下側に配置され、
前記第２導電型の第２ウェルは、前記トレンチゲートの水平位置に配置される、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項９】
前記第２導電型の第２ウェルの深さは、前記第２導電型の第１ウェルの深さより低い、請求項８に記載のパワー半導体素子。
【請求項１０】
請求項１～９のいずれか一項に記載のパワー半導体素子を含むパワー変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
実施例は、パワー半導体素子、パワー半導体モジュール、パワー変換装置及びこれの製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
パワー半導体(Power Semiconductor)は、電力電子システムの効率、速度、耐久性及び信頼性を決定する核心要素の１つである。
【０００３】
最近、電力電子産業の発展に伴い既存に使用されたシリコン((Silicon)Si)パワー半導体が物理的限界に到達し、これを代替するための炭化ケイ素((Silicon Carbide)SiC)及び窒化ガリウム((Galium Nitride)GaN)等のWBG(Wide Bandgap)パワー半導体に対する研究が活発に行われている。
【０００４】
WBGパワー半導体素子は、Siパワー半導体素子に比べて約３倍のバンドギャップエネルギーを有し、これにより低い真性キャリア濃度、高い絶縁破壊電界(約４～２０倍)、高い熱伝導性(約３～１３倍)及び大きい電子飽和速度(約２～２.５倍)の特性を有する。
【０００５】
このような特性により、高温、高電圧環境で動作が可能であり、高いスイッチング速度と低いスイッチング損失を有する。このうち、窒化ガリウム(GaN)パワー半導体素子は、低電圧システムに用いることができ、炭化ケイ素(SiC)パワー半導体素子は、高電圧システムに適合している。
【０００６】
従来技術のSiC MOSFETパワー半導体は、一般的に縦型拡散構造(vertical diffused structure)としてVDMOSFETと表記し、単に二重拡散構造(double-diffused structure)DMOSFETとも表記することができる。また、SiC MOSFETは、Channelの方向に応じてPlanar MOSFET、Trench MOSFETに分類することができる。
【０００７】
このうちTrench MOSFETは、トレンチ側壁にチャンネルが形成される構造であり、このためにトレンチ側壁にゲート絶縁膜が形成され、トレンチにはゲート電極が形成される。
【０００８】
SiC MOSFETは、低いChannel mobilityと大きいChannel抵抗により高いOn抵抗を有するので、これを下げるためにtrench MOSFETが提案された。Trench MOSFETは、トレンチ側壁にチャンネルが形成されることで、チャンネル密度を高める長所がある。
【０００９】
しかし、trench MOSFETは、P-base(P-well)よりドリフト距離が短いTrench gate oxideでより大きい電界を有し、特にTrench Edge部分に電界が集中するので、gate oxide降伏が早く起きてBV(Breakdown voltage)が減少する問題がある。
【００１０】
例えば、SiC Trench MOSFETの場合、破壊電界強度がシリコン(Si)の１０倍もなるから、SiC半導体装置にはSiデバイスの１０倍近い電圧が加えられた状態で使用される。このためにトレンチ内に形成されたゲート絶縁膜にもシリコンデバイスの１０倍強度の電界がかかってトレンチのコーナー部でゲート絶縁膜が容易に破壊する問題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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