特許ウォッチ

公開番号2025096142
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2024170709
出願日2024-09-30
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 30/66 20250101AFI20250619BHJP()
要約【課題】トレンチコーナーに集中する電界を分散させてゲート絶縁層の降伏電圧降下は防止し、ゲート絶縁層の信頼性を向上させるパワー半導体素子、該素子を含むパワー変換装置及びパワー半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】パワー半導体素子105は、基板と、基板上に配置された第1導電型の第1エピ層111と、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112と、第1導電型の第2エピ層上に離間して配置された第2導電型の第1ウェル121と、第2導電型の第1ウェルの下方に設けられた第1導電型の第2エピ層に配置された第2導電型の第3ウェル124b及び第2導電型の第1ウェルと第2導電型の第3ウェルを連結する第2導電型のイオン注入連結領域126と、を含む。
【選択図】図5
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２エピ層上に離間して配置された第２導電型の第１ウェルと、
離間された前記第２導電型の第１ウェルの下に設けられた前記第１導電型の第２エピ層に配置された第２導電型の第３ウェルと、
前記第２導電型の第１ウェルと前記第２導電型の第３ウェルを連結する第２導電型のイオン注入連結領域と、を含む、パワー半導体素子。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第２導電型の第１ウェルにグランド電位が印加される場合、前記第２導電型のイオン注入連結領域によって前記第２導電型の第３ウェルもグランド電位が印加される、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項３】
前記第２導電型の第３ウェルの水平幅は、隣接した前記第２導電型の第１ウェルの間の距離以上である、請求項２に記載のパワー半導体素子。
【請求項４】
前記第２導電型の第１ウェル上に配置された第１導電型ソース領域と、
前記第１導電型ソース領域、前記第２導電型の第１ウェル及び前記第１導電型の第２エピ層上に配置された第２ゲート絶縁層と、
前記第２ゲート絶縁層上に配置された第２ゲートと、をさらに含み、
前記第２導電型の第３ウェルは、離間された前記第２導電型の第１ウェルの間に設けられた領域の下側に配置される、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項５】
前記第２導電型の第３ウェルは、前記第２ゲートに沿って連続した形態で配置される、請求項４に記載のパワー半導体素子。
【請求項６】
前記第２導電型の第３ウェルは、前記第２ゲートが延びる第１方向において水平方向に延びるように配置され、
前記第２導電型のイオン注入連結領域は、前記第１方向に対して垂直な第２方向に延びるように配置される、請求項４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１ウェル及び前記第１導電型の第２エピ層上に配置された第２ゲート絶縁層と、
前記第２ゲート絶縁層上に配置された第２ゲートと、をさらに含み、
前記第２導電型の第３ウェルは、第１セル領域の第２ゲートの下側に配置された第２導電型の第３－１ウェルと、前記第１セル領域のＸ軸の正の方向に隣接した第３セル領域の第２ゲートの下側に配置された第２導電型の第３－２ウェルと、を含む、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項８】
前記第２導電型のイオン注入連結領域は、前記第２導電型の第３－１ウェルと前記第２導電型の第３－２ウェルを連結する第２導電型の第１イオン注入連結領域を含む、請求項７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１ウェルにグランド電位が印加される場合、前記第２導電型のイオン注入連結領域によって前記第２導電型の第３ウェルもグランド電位が印加される、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 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
パワー半導体は、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（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（ＳｉＣ）及び窒化ガリウム（ＧａＮ）等のワイドバンドギャップパワー半導体に対する研究が活発に行われている。
【０００４】
ワイドバンドギャップ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ＳｉＣＭＯＳＦＥＴパワー半導体は、一般的に縦型拡散構造（ｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｆｆｕｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）としてＶＤＭＯＳＦＥＴと表記し、単に二重拡散構造（ｄｏｕｂｌｅ－ｄｉｆｆｕｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）ＤＭＯＳＦＥＴとも表記することができる。また、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴは、チャンネル方向に応じてプレーナ型ＭＯＳＦＥＴ、トレンチＭＯＳＦＥＴに分類することができる。
【０００７】
このうちトレンチ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】
ＳｉＣＭＯＳＦＥＴは、低チャンネル移動度と大きいチャンネル抵抗により高いオン抵抗（Ｒ
ｏｎ
）を有するので、これを下げるためにトレンチＭＯＳＦＥＴが提案された。トレンチ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、トレンチＭＯＳＦＥＴは、Ｐ－ｂａｓｅ（Ｐ－ｗｅｌｌ）よりドリフト距離が短いトレンチゲート酸化物でより大きい電界を有し、特にトレンチの端部部分に電界が集中するので、ゲート酸化物の降伏が早く起きて降伏電圧（ＢＶ：Ｂｒｅａｋｄｏｗｎｖｏｌｔａｇｅ）が減少する問題がある。
【００１０】
例えば、ＳｉＣトレンチ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倍近い電圧が印加さ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倍の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）

関連特許