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公開番号2025097945
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2024219694
出願日2024-12-16
発明の名称パワー半導体素子及びこれを含む電力変換装置
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 20250101AFI20250624BHJP()
要約【課題】トレンチゲートの下端エッジ領域における電界集中を防止し、かつ高速スイッチング時の素子の信頼性を向上させるパワー半導体素子及びこれを含む電力変換装置を提供する。
【解決手段】パワー半導体素子は、基板110と、基板上に配置された第1導電型エピ層117と、第1導電型エピ層上に互いに離隔して配置される複数の第2導電型ウェル130と、複数の第2導電型ウェルの間に配置されるゲート160及びゲートの少なくとも一部を覆うように配置されるゲート絶縁層155と、ゲート絶縁層の側部に配置される第1導電型ドーピング領域140と、を含む。第1導電型ドーピング領域は、第1導電型第1ドーピング領域140a及び第1導電型第1ドーピング領域の下に配置される第1導電型第2ドーピング領域140bを含み、第1導電型第2ドーピング領域のドーピング濃度は、第1導電型第1ドーピング領域のドーピング濃度より低くい。
【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導電型エピ層と、
前記第１導電型エピ層上に互いに離隔して配置される複数の第２導電型ウェルと、
前記複数の第２導電型ウェルの間に配置されるゲート及び前記ゲートの少なくとも一部を覆うように配置されるゲート絶縁層と、を含み、
前記ゲート絶縁層の側部に配置される第１導電型ドーピング領域を含み、
前記第１導電型ドーピング領域は、第１導電型第１ドーピング領域及び前記第１導電型第１ドーピング領域の下に配置される第１導電型第２ドーピング領域を含み、
前記第１導電型第２ドーピング領域のドーピング濃度は、前記第１導電型第１ドーピング領域のドーピング濃度より低い、パワー半導体素子。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
前記第１導電型第２ドーピング領域の下面は、前記ゲートの下面より高く位置する、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項３】
前記ゲート絶縁層の下端エッジ領域は、前記第２導電型ウェルと接する、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項４】
前記第２導電型ウェルの底面は、前記ゲート絶縁層の底面より低く位置する、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項５】
前記第１導電型ドーピング領域と前記第１導電型エピ層は、互いに離隔し、
前記第１導電型ドーピング領域と前記第１導電型エピ層の間には、前記第２導電型ウェルが位置する、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項６】
前記第１導電型第１ドーピング領域及び前記第１導電型第２ドーピング領域は、前記ゲート絶縁層の一側面に接する、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項７】
前記第１導電型第１ドーピング領域の深さ方向の厚さは、前記第１導電型第２ドーピング領域の深さ方向の厚さより小さい、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項８】
前記第１導電型第２ドーピング領域の水平方向の幅は、前記第１導電型第１ドーピング領域の水平方向の幅より小さい、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項９】
前記ゲート絶縁層の下面に配置されるＪＦＥＴ領域をさらに含み、
前記ＪＦＥＴ領域は、前記複数の第２導電型ウェルと接する、請求項１に記載のパワー半導体素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のパワー半導体素子を含む、電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
実施例は、パワー半導体素子及びこれを含む電力変換装置に関するものである。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
パワー半導体（ＰｏｗｅｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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ており、これを代替するための炭化ケイ素（ＳｉｌｉｃｏｎＣａｒｂｉｄｅ：ＳｉＣ）及び窒化ガリウム（ＧａｌｉｕｍＮｉｔｒｉｄｅ：ＧａＮ）等のＷＢＧ（ＷｉｄｅＢａｎｄｇａｐ）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ＧａＮ（ＧａｌｉｕｍＮｉｔｒｉｄｅ）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、ＳｉＣ（ＳｉｌｉｃｏｎＣａｒｂｉｄｅ）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は構造によって、トレンチ構造（ｔｒｅｎｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）のＭＯＳＦＥＴ、縦型二重注入構造（ｖｅｒｔｉｃａｌｄｏｕｂｌｙｉｍｐｌａｎｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）のＭＯＳＦＥＴ（ＤＩＭＯＳＦＥＴ）または横型拡散構造（ｌａｔｅｒａｌｄｉｆｆｕｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）のＭＯＳＦＥＴ等に分類することができる。ＤＩＭＯＳＦＥＴは、ＰｌａｎａｒＭＯＳＦＥＴまたはＶＤＭＯＳＦＥＴと呼ばれることもある。
【０００７】
一方、トレンチ構造のＭＯＳＦＥＴは、トレンチゲートの形状によるエッジ領域で電界が集中する問題点がある。これを解決するためにＰ－ｓｈｉｅｌｄ工程等を行っても、マスクレイヤーの追加と、工程難易度の上昇、セルピッチの増加等の問題点があり、新しい解決案が必要な状況である。
【０００８】
また、従来、トレンチ構造のＭＯＳＦＥＴは、チャネル領域の精密な制御とショートサーキット（ｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔ）特性の精密な制御が難しいので素子の信頼性が低下する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実施例の技術的課題の１つは、トレンチゲートの下端エッジ領域における電界集中を防止することである。
【００１０】
また、実施例の技術的課題の１つは、高速スイッチング時の素子の信頼性を向上させることである。
（【００１１】以降は省略されています）

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