JP2019083247A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】基準電圧生成回路を含む半導体装置において、基準電圧生成回路から出力される出力電圧の温度依存性を小さくできる技術を提供する。【解決手段】半導体装置は、炭化珪素を主成分とし、かつ、基準電圧生成回路が形成された半導体チップを備える。ここで、基準電圧生成回路は、抵抗素子とダイオードとを含み、抵抗素子は、アクセプタが導入された拡散抵抗素子(p型半導体領域PR1)から構成される。【選択図】図10In a semiconductor device including a reference voltage generation circuit, a technique capable of reducing the temperature dependence of an output voltage output from the reference voltage generation circuit is provided. A semiconductor device includes a semiconductor chip mainly composed of silicon carbide and formed with a reference voltage generation circuit. Here, the reference voltage generation circuit includes a resistance element and a diode, and the resistance element is configured by a diffusion resistance element (p-type semiconductor region PR1) into which an acceptor is introduced. [Selection] Figure 10
Description
本発明は、半導体装置に関し、例えば、炭化珪素からなり、かつ、基準電圧生成回路が形成された半導体チップを含む半導体装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, for example, to a technology effectively applied to a semiconductor device including a semiconductor chip made of silicon carbide and having a reference voltage generation circuit formed thereon.
特許文献1(特開2003−258105号公報)には、基準電圧生成回路からの出力電圧の温度依存性を低減できる技術が記載されている。この技術では、出力電圧の温度依存性を低減するため、基準電圧生成回路の構成要素となる抵抗をポリシリコン抵抗や電界効果トランジスタのオン抵抗を使用する例が記載されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-258105) describes a technique capable of reducing the temperature dependency of the output voltage from the reference voltage generation circuit. In this technology, in order to reduce the temperature dependency of the output voltage, an example is described in which a polysilicon resistor or an on-resistance of a field effect transistor is used as a component of the reference voltage generation circuit.
高温で動作可能な半導体装置として、炭化珪素(以下、SiCと呼ぶ場合がある)からなる半導体チップを有する半導体装置がある。炭化珪素を使用した半導体装置であれば、耐熱性を示す炭化珪素のバンドギャップがシリコン(Si)のバンドギャップの約3倍であるため、高温状況下においても情報処理装置の構成要素として、炭化珪素を使用した半導体装置を採用することができる。そして、この情報処理装置に電力を供給する耐熱性の高い基準電圧生成回路も実現可能となる。この点に関し、基準電圧生成回路を高温環境下でも使用可能にするためには、高温環境下においても、安定した出力電圧を供給できる基準電圧生成回路が望まれている。すなわち、高温環境下においても、基準電圧生成回路から出力される出力電圧の温度依存性が小さいことが望まれる。 As a semiconductor device operable at high temperature, there is a semiconductor device having a semiconductor chip made of silicon carbide (hereinafter sometimes referred to as SiC). In the case of a semiconductor device using silicon carbide, since the band gap of silicon carbide exhibiting heat resistance is about three times the band gap of silicon (Si), carbonization as a component of an information processing apparatus even under high temperature conditions A semiconductor device using silicon can be employed. Also, a highly heat-resistant reference voltage generation circuit for supplying power to the information processing apparatus can be realized. In this regard, in order to make the reference voltage generation circuit usable even in a high temperature environment, a reference voltage generation circuit capable of supplying a stable output voltage even in a high temperature environment is desired. That is, it is desirable that the temperature dependency of the output voltage output from the reference voltage generation circuit be small even in a high temperature environment.
本発明の目的は、基準電圧生成回路を含む半導体装置において、基準電圧生成回路から出力される出力電圧の温度依存性を小さくできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the temperature dependency of an output voltage output from a reference voltage generation circuit in a semiconductor device including a reference voltage generation circuit.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
一実施の形態における半導体装置は、炭化珪素を主成分とし、かつ、基準電圧生成回路が形成された半導体チップを備える。ここで、基準電圧生成回路は、抵抗素子とダイオードとを含み、抵抗素子は、アクセプタが導入された拡散抵抗素子から構成される。 The semiconductor device in one embodiment includes a semiconductor chip which is mainly composed of silicon carbide and on which a reference voltage generation circuit is formed. Here, the reference voltage generation circuit includes a resistance element and a diode, and the resistance element is formed of a diffusion resistance element into which an acceptor is introduced.
一実施の形態によれば、幅広い温度範囲において、基準電圧生成回路から出力される出力電圧の温度依存性を小さくすることができる。 According to one embodiment, the temperature dependence of the output voltage output from the reference voltage generation circuit can be reduced in a wide temperature range.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, it will be described by dividing into a plurality of sections or embodiments, but they are not unrelated to each other unless specifically stated otherwise, one is the other And some or all of the variations, details, and supplementary explanations.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), it is particularly pronounced and clearly limited to a specific number in principle. It is not limited to the specific number except for the number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily essential unless explicitly stated or considered to be obviously essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of components etc., unless specifically stated otherwise and in principle not considered otherwise in principle, etc., It includes those that are similar or similar to the shape etc. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 Further, in all the drawings for describing the embodiments, the same reference numeral is attached to the same member in principle, and the repetitive description thereof will be omitted. In order to make the drawings easy to understand, hatching may be attached even to a plan view.
<基準電圧生成回路の構成例>
図1は、基準電圧生成回路の構成例を示す回路図である。図1に示す基準電圧生成回路は、電源線VLと、接地線GLと、2つの抵抗素子R1と抵抗素子R2とからなる抵抗群100と、3つのダイオードQ1〜Q3からなるダイオード群200と、5つの電界効果トランジスタM1〜M5と、から構成されている。そして、図1に示す基準電圧生成回路では、5つの電界効果トランジスタM1〜M5のうち、電界効果トランジスタM1と電界効果トランジスタM3は、nチャネル型電界効果トランジスタから構成されている。一方、電界効果トランジスタM2と電界効果トランジスタM4と電界効果トランジスタM5は、pチャネル型電界効果トランジスタから構成されている。
<Configuration Example of Reference Voltage Generation Circuit>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a reference voltage generation circuit. The reference voltage generation circuit shown in FIG. 1 includes a power supply line VL, a ground line GL, a
ここで、例えば、基準電圧生成回路を1つの半導体チップに集積する場合、ダイオードQ1〜Q3は、npnバイポーラトランジスタのベースとコレクタとを短絡した構成が採用されることが多く、ダイオードQ2の占有面積は、ダイオードQ1の占有面積やダイオードQ3の占有面積の「K倍」だけ大きくなっている。このとき、図1に示す基準電圧生成回路では、ダイオードQ1〜Q3のそれぞれのカソードは、基準電位が供給される接地線GLと接続される。 Here, for example, when integrating the reference voltage generation circuit on one semiconductor chip, the diodes Q1 to Q3 often adopt a configuration in which the base and collector of the npn bipolar transistor are shorted, and the occupied area of the diode Q2 Is larger by “K times” the area occupied by the diode Q1 and the area occupied by the diode Q3. At this time, in the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1, the cathodes of the diodes Q1 to Q3 are connected to the ground line GL to which the reference potential is supplied.
さらに、図1に示す基準電圧生成回路においては、電界効果トランジスタM1と電界効果トランジスタM3とがnチャネルカレントミラー回路を構成し、かつ、電界効果トランジスタM2と電界効果トランジスタM4とがpチャネルカレントミラー回路を構成している。そして、図1に示す基準電圧生成回路では、電界効果トランジスタM1と電界効果トランジスタM3とから構成されるnチャネルカレントミラー回路と、電界効果トランジスタM2と電界効果トランジスタM4とから構成されるpチャネルカレントミラー回路とが2段直列に積み重ねられている。カレントミラー回路は、電源線VLから同一電流を供給する回路であり、電界効果トランジスタM1のゲート電極と、電界効果トランジスタM3のゲート電極とに共通電位が供給される構成になっていることから、図1に示す点Aの電位と点Bの電位とは等しくなる。この結果、抵抗群100とダイオード群200とから構成される回路に印加される電圧を等しくすることができる。特に、電界効果トランジスタM5のゲート電極は、電界効果トランジスタM2のゲート電極と電界効果トランジスタM4のゲート電極と短絡されていることから、電界効果トランジスタM5は、電流源として機能し、電界効果トランジスタM2を流れる電流や電界効果トランジスタM4を流れる電流と同じ電流値の電流を出力端子OTに供給することができる。
Furthermore, in the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1, the field effect transistor M1 and the field effect transistor M3 constitute an n channel current mirror circuit, and the field effect transistor M2 and the field effect transistor M4 are p channel current mirror It constitutes a circuit. In the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1, an n-channel current mirror circuit composed of a field effect transistor M1 and a field effect transistor M3, and a p channel current composed of a field effect transistor M2 and a field effect transistor M4. Two stages of mirror circuits are stacked in series. The current mirror circuit is a circuit that supplies the same current from the power supply line VL, and has a configuration in which a common potential is supplied to the gate electrode of the field effect transistor M1 and the gate electrode of the field effect transistor M3. The potential at point A and the potential at point B shown in FIG. 1 become equal. As a result, it is possible to equalize the voltages applied to the circuit composed of the
このように構成されている基準電圧生成回路から出力される出力電圧Vrefは、以下に示す式(1)で表すことができる。 The output voltage Vref output from the reference voltage generation circuit configured in this way can be expressed by the following equation (1).
Vref=VBE3+(kT/q)×(r2/r1)×ln(K) ・・・式(1)
ここで、「VBE3」は、ダイオードQ3のベース−エミッタ間電圧を表し、「k」は、ボルツマン定数を表し、「T」は、絶対温度を表し、「q」は素電荷を表している。また、「r1」は、抵抗素子R1の抵抗値を示し、「r2」は、抵抗素子R2の抵抗値を示している。さらに、「K」は、ダイオードQ1の占有面積に対するダイオードQ2の占有面積の面積比を示している。
Vref = V BE3 + (kT / q) × (r2 / r1) × ln (K) formula (1)
Here, “V BE3 ” represents the base-emitter voltage of the
次に、図1に示す基準電圧生成回路における負荷電流について説明する。負荷電流は、基準電圧生成回路の消費電力に影響を与える因子であり、例えば、以下に示す式(2)で表すことができる。 Next, the load current in the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1 will be described. The load current is a factor that affects the power consumption of the reference voltage generation circuit, and can be expressed, for example, by the following equation (2).
I=(kT/q)×ln(K)/r1 ・・・式(2)
この式(2)より、図1に示す基準電圧生成回路における負荷電流は、抵抗素子R1の抵抗値「r1」と、ダイオードQ1の占有面積に対するダイオードQ2の占有面積の面積比である「K」により決定されることがわかる。ただし、面積比である「K」の設計範囲は、狭いため、負荷電流は、主に、抵抗素子R1の抵抗値「r1」によって調整される。例えば、基準電圧生成回路の消費電力を低減するために、負荷電流を1μA以下にする場合、基準電圧生成回路を使用する温度範囲にも依存するが、抵抗素子R1の抵抗値r1は、数十kΩ〜数百kΩに設計される。
I = (kT / q) × ln (K) / r1 formula (2)
From this equation (2), the load current in the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1 is “K” which is the ratio of the resistance value “r1” of resistance element R1 to the area occupied by diode Q2 to the area occupied by diode Q1. It can be seen that it is determined by However, since the design range of the area ratio "K" is narrow, the load current is mainly adjusted by the resistance value "r1" of the resistance element R1. For example, when the load current is set to 1 μA or less to reduce the power consumption of the reference voltage generation circuit, although depending on the temperature range in which the reference voltage generation circuit is used, the resistance value r1 of the resistance element R1 is several tens It is designed to kΩ to several hundreds kΩ.
このように、式(2)によって、負荷電流を決定すると、式(1)より、出力電圧Vrefは、実質的に抵抗素子R2の抵抗値r2によって調整されることになる。 As described above, when the load current is determined according to the equation (2), the output voltage Vref is substantially adjusted by the resistance value r2 of the resistance element R2 according to the equation (1).
<実施の形態における第1基本思想>
上述したように、基準電圧生成回路から出力される出力電圧Vrefは、式(1)によって表される。このとき、ダイオードQ3のベース−エミッタ間電圧である「VBE3」は、pn接合のビルトインポテンシャル(順方向電圧VF)に依存するため、負の温度特性を有する。すなわち、高温になるほど、ビルトインポテンシャルは小さくなることから、ダイオードQ3のベース−エミッタ間電圧である「VBE3」は、小さくなるのである。
<First Basic Idea in Embodiment>
As described above, the output voltage Vref output from the reference voltage generation circuit is expressed by equation (1). At this time, the base-emitter voltage "V BE3 " of the diode Q3 has a negative temperature characteristic because it depends on the built-in potential (forward voltage VF) of the pn junction. That is, the higher the temperature is, the smaller the built-in potential is, so the base-emitter voltage of diode Q3 "V BE3 " is smaller.
この点に関し、本実施の形態における基本思想は、式(1)の第一項に示される「VBE3」の温度依存性を、式(2)の第二項に示される「(kT/q)×(r2/r1)×ln(K)」での温度依存性でキャンセルすることにより、基準電圧生成回路から出力される出力電圧Vrefの温度依存性を小さくする思想である。 In this regard, the basic idea in the present embodiment is that the temperature dependency of “V BE3 ” shown in the first term of the equation (1) is given by “(kT / q It is an idea that the temperature dependency of the output voltage Vref output from the reference voltage generation circuit is reduced by canceling the temperature dependency by x × (r2 / r1) × ln (K) ”.
ここで、式(2)によって負荷電流を決定すると、式(1)における「K」と「r1」が決定されてしまうことから、式(1)の第二項の調整は、実質的に、抵抗素子R2の抵抗値「r2」だけによって調整されることになる。そして、式(1)の第二項で、式(1)の第一項の温度依存性をキャンセルするためには、式(1)の第一項が負の温度特性を有していることを考慮すると、式(1)の第二項も、負の温度特性を有している必要がある。なぜなら、高温になると、式(1)の第一項の「VBE3」に影響を与えるビルトインポテンシャルは小さくなる結果、「VBE3」は小さくなるが、式(2)の第二項の分子に存在する抵抗素子R2の抵抗値r2が負の温度特性を有しているからである。つまり、式(2)の第二項の分子に存在する抵抗素子R2の抵抗値r2が負の温度特性を有しているということは、図1に示す基準電圧生成回路において、温度が高くなるほど、抵抗素子R2に流れる電流が大きくなることを意味し、これによって、ダイオードQ3に流れる電流が大きくなることになる。そして、ダイオードQ3に流れる電流が大きくなるということは、オームの法則によって、ダイオードQ3の順方向電圧が大きくなることを意味し、この順方向電圧の増加によって、「VBE3」のビルトインポテンシャルの低下が補填される結果、基準電圧生成回路からの出力電圧Vrefの温度依存性が小さくなるのである。 Here, when the load current is determined by the equation (2), “K” and “r1” in the equation (1) are determined, so that the adjustment of the second term of the equation (1) is substantially It is adjusted only by the resistance value "r2" of the resistance element R2. Then, in the second term of the equation (1), in order to cancel the temperature dependence of the first term of the equation (1), the first term of the equation (1) has negative temperature characteristics In consideration of the above, the second term of the equation (1) also needs to have negative temperature characteristics. This is because the built-in potential affecting the first term “V BE3 ” of the formula (1) becomes smaller as the temperature becomes higher, so that “V BE3 ” becomes smaller, but the numerator of the second term of the formula (2) This is because the resistance value r2 of the existing resistive element R2 has negative temperature characteristics. That is, the fact that the resistance value r2 of the resistance element R2 present in the molecule of the second term of the equation (2) has negative temperature characteristics means that the higher the temperature in the reference voltage generation circuit shown in FIG. This means that the current flowing to the resistance element R2 is increased, which causes the current flowing to the diode Q3 to be increased. And, the fact that the current flowing through the diode Q3 is increased means that the forward voltage of the diode Q3 is increased according to Ohm's law, and the increase of the forward voltage causes a drop in the built-in potential of "V BE3 ". As a result, the temperature dependency of the output voltage Vref from the reference voltage generation circuit is reduced.
したがって、本実施の形態における第1基本思想を実現するためには、抵抗素子R2として負の温度特性を有する抵抗素子から構成する必要があるのである。このように、本実施の形態における第1基本思想は、式(1)の第一項に示される「VBE3」の温度依存性を、式(2)の第二項に示される「(kT/q)×(r2/r1)×ln(K)」での温度依存性でキャンセルする思想であり、この第1基本思想を具現化するために、抵抗素子R2は、負の温度特性を有する抵抗素子から構成する必要がある。 Therefore, in order to realize the first basic concept in the present embodiment, it is necessary to configure the resistive element R2 from a resistive element having a negative temperature characteristic. Thus, the first basic idea in the present embodiment is that the temperature dependency of “V BE3 ” shown in the first term of the formula (1) is given by “(kT shown in the second term of the formula (2) / Q) x (r2 / r1) x ln (K) "is the idea of canceling with temperature dependency, and in order to embody this first basic idea, resistive element R2 has negative temperature characteristics It needs to be composed of resistive elements.
<第1基本思想を具現化するための検討>
上述したように、本実施の形態における第1基本思想を具現化するためには、負の温度特性を有する抵抗素子R2を採用する必要がある。したがって、抵抗素子R2として金属からなる抵抗素子を使用することはできない。なぜなら、金属からなる抵抗素子は、正の温度特性を有しているからである。次に、例えば、抵抗素子R2として、ポリシリコン膜からなるポリシリコン抵抗素子を採用することが考えられるが、ポリシリコン抵抗素子は、ユニポーラデバイスであり、高温になると格子振動による電子散乱の影響が大きくなる。この結果、ポリシリコン抵抗素子は、温度が高くなるほど抵抗値が高くなるという正の温度特性を有するため、抵抗素子R2として採用することはできない。同様の理由から、シリコンからなる半導体領域を構成要素とする拡散抵抗も使用することができない。
<Consideration to embody the first basic idea>
As described above, in order to embody the first basic concept in the present embodiment, it is necessary to adopt the resistive element R2 having a negative temperature characteristic. Therefore, a resistive element made of metal can not be used as the resistive element R2. This is because the metal resistive element has positive temperature characteristics. Next, for example, it is conceivable to adopt a polysilicon resistance element made of a polysilicon film as the resistance element R2, but the polysilicon resistance element is a unipolar device, and the influence of electron scattering due to lattice vibration at high temperatures growing. As a result, the polysilicon resistance element can not be adopted as the resistance element R2 because it has a positive temperature characteristic that the resistance value becomes higher as the temperature becomes higher. For the same reason, a diffused resistor whose component is a semiconductor region made of silicon can not be used either.
この点に関し、炭化珪素を使用する半導体装置では、事情が一変する。すなわち、炭化珪素からなる半導体領域を構成要素とする拡散抵抗素子は、シリコンからなる半導体領域を構成要素とする拡散抵抗素子とは、温度特性が相違する。つまり、炭化珪素からなる半導体領域を構成要素とする拡散抵抗素子は、負の温度特性を有するのである。 In this regard, the situation is completely different in a semiconductor device using silicon carbide. That is, the diffusion resistance element having the semiconductor region made of silicon carbide as a component has a temperature characteristic different from that of the diffusion resistance element having the semiconductor region made of silicon as a constituent. That is, the diffusion resistance element having a semiconductor region made of silicon carbide as a component has negative temperature characteristics.
<炭化珪素に導電型不純物を導入した拡散抵抗素子が負の温度特性を有する理由>
このように炭化珪素に導電型不純物を導入した拡散抵抗素子が負の温度特性を有する理由は、炭化珪素からなる半導体領域に導入される導電型不純物の活性化率が、大きな温度依存性を有するからである。図2は、温度と活性化率との関係を示すグラフである。図2において、破線は、炭化珪素からなる半導体領域にn型不純物(ドナー)である窒素(N)を導入した場合の窒素の活性化率の温度依存性を示している。一方、図2において、実線は、炭化珪素からなる半導体領域にp型不純物(アクセプタ)であるアルミニウム(Al)を導入した場合のアルミニウムの活性化率の温度依存性を示している。このとき、例えば、アクセプタの活性化率は、ドナーの活性化率よりも小さくなっている。
<The reason why the diffusion resistance element in which conductive impurities are introduced into silicon carbide has negative temperature characteristics>
The reason that the diffusion resistance element in which the conductive impurity is introduced into silicon carbide has negative temperature characteristics is that the activation ratio of the conductive impurity introduced into the semiconductor region made of silicon carbide has a large temperature dependency. It is from. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the temperature and the activation rate. In FIG. 2, the broken line indicates the temperature dependence of the activation ratio of nitrogen when nitrogen (N), which is an n-type impurity (donor), is introduced into the semiconductor region made of silicon carbide. On the other hand, in FIG. 2, the solid line indicates the temperature dependency of the activation ratio of aluminum when aluminum (Al), which is a p-type impurity (acceptor), is introduced into the semiconductor region made of silicon carbide. At this time, for example, the activation rate of the acceptor is smaller than the activation rate of the donor.
図2に示すように、ドナーである窒素とアクセプタであるアルミニウムのいずれにおいても、温度が高くなるに連れて、活性化率が大きくなることがわかる。この結果、例えば、炭化珪素に窒素が導入されたn型半導体領域からなる拡散抵抗素子においては、温度が高くなると、窒素の活性化率が大きくなって、ドナーである窒素から炭化珪素の伝導帯に供給される電子が多くなる結果、n型半導体領域からなる拡散抵抗素子の抵抗値が低くなる。したがって、炭化珪素に窒素が導入されたn型半導体領域からなるn型拡散抵抗素子は、負の温度特性を有することになる。 As shown in FIG. 2, it can be seen that the activation ratio increases as the temperature rises, in both the donor nitrogen and the acceptor aluminum. As a result, for example, in a diffusion resistance element consisting of an n-type semiconductor region in which nitrogen is introduced into silicon carbide, the activation ratio of nitrogen increases as the temperature rises, and the conduction band from nitrogen serving as a donor to silicon carbide As a result, the amount of electrons supplied to the n.sup. Therefore, an n-type diffused resistor element formed of an n-type semiconductor region in which nitrogen is introduced into silicon carbide has negative temperature characteristics.
一方、例えば、炭化珪素にアルミニウムが導入されたp型半導体領域からなるp型拡散抵抗素子においても、温度が高くなると、アルミニウムの活性化率が大きくなって、アクセプタであるアルミニウムが炭化珪素の価電子帯に充填されている電子を捕獲する量が多くなり、価電子帯に正孔が多く生成される。この結果、p型拡散抵抗素子の抵抗値が低くなる。したがって、p型拡散抵抗素子も、負の温度特性を有することになる。 On the other hand, for example, even in the case of a p-type diffusion resistive element consisting of a p-type semiconductor region in which aluminum is introduced into silicon carbide, the activation ratio of aluminum increases when the temperature rises, and the acceptor aluminum is the valence of silicon carbide. The amount of electrons trapped in the electron band is increased, and many holes are generated in the valence band. As a result, the resistance value of the p-type diffused resistance element is lowered. Therefore, the p-type diffused resistive element also has negative temperature characteristics.
以上のメカニズムによって、炭化珪素に導電型不純物を導入した拡散抵抗素子(n型拡散抵抗素子とp型拡散抵抗素子の両方)は、負の温度特性を示すことになるのである。 By the above mechanism, the diffusion resistance element (both n-type diffusion resistance element and p-type diffusion resistance element) in which conductive impurities are introduced into silicon carbide exhibits negative temperature characteristics.
<p型拡散抵抗素子を採用する理由>
ここで、図2に示すように、n型不純物(ドナー)である窒素の活性化率の温度依存性よりも、p型不純物(アクセプタ)であるアルミニウムの活性化率の温度依存性のほうが大きくなっていることがわかる。これは、n型不純物(ドナー)である窒素のドナー準位と炭化珪素の伝導帯の下端との間のエネルギー差が0.09eVであるのに対し、p型不純物(アクセプタ)であるアルミニウムのアクセプタ準位と炭化珪素の価電子帯の上端との間のエネルギー差が0.19eVであるからである。すなわち、p型不純物(アクセプタ)であるアルミニウムのアクセプタ準位は、n型不純物(ドナー)である窒素のドナー準位よりも深い準位となっており、p型不純物(アクセプタ)を活性化させるためのエネルギーは、n型不純物(ドナー)を活性化させるためのエネルギーよりも大きくなる。
<Reason for adopting p-type diffusion resistance element>
Here, as shown in FIG. 2, the temperature dependence of the activation ratio of aluminum, which is a p-type impurity (acceptor), is greater than the temperature dependence of the activation ratio of nitrogen, which is an n-type impurity (donor) It turns out that it has become. This is because the energy difference between the donor level of nitrogen, which is an n-type impurity (donor), and the lower end of the conduction band of silicon carbide is 0.09 eV, while that of aluminum, which is a p-type impurity (acceptor). This is because the energy difference between the acceptor level and the upper end of the valence band of silicon carbide is 0.19 eV. That is, the acceptor level of aluminum, which is a p-type impurity (acceptor), is deeper than the donor level of nitrogen, which is an n-type impurity (donor), and activates the p-type impurity (acceptor) The energy for the activation is greater than the energy for activating the n-type impurity (donor).
このことは、炭化珪素の価電子帯に存在する電子がp型不純物(アクセプタ)のアクセプタ準位に捕獲されるためのエネルギーが、n型不純物(ドナー)のドナー準位から炭化珪素の伝導帯までに達するエネルギーよりも大きくなることを意味する。これにより、図2に示すように、n型不純物(ドナー)である窒素の活性化率は、比較的低い温度で飽和傾向を示すのに対し、p型不純物(アクセプタ)であるアルミニウムの活性化率は、比較的高温まで飽和しにくい傾向を示すことになる。 This means that the energy for the electrons present in the valence band of silicon carbide to be trapped in the acceptor level of the p-type impurity (acceptor) is from the donor level of the n-type impurity (donor) to the conduction band of silicon carbide It means that it will be greater than the energy reached by. Thereby, as shown in FIG. 2, while the activation ratio of nitrogen which is an n-type impurity (donor) tends to be saturated at a relatively low temperature, activation of aluminum which is a p-type impurity (acceptor) is shown. The rate tends to be less likely to saturate to relatively high temperatures.
このとき、活性化率の温度依存性が大きくなるほど、低温での抵抗値と高温での抵抗値の差が大きくなる。このことから、温度変化に対して、p型拡散抵抗素子の抵抗値の変動幅は、n型拡散抵抗素子の抵抗値の変動幅よりも大きくなる。 At this time, as the temperature dependency of the activation rate increases, the difference between the resistance value at low temperature and the resistance value at high temperature increases. From this, the fluctuation range of the resistance value of the p-type diffused resistor element becomes larger than the fluctuation range of the resistance value of the n-type diffused resistor element with respect to the temperature change.
以上のことから、n型拡散抵抗素子とp型拡散抵抗素子のいずれも負の温度特性を有する点で、上述した本実施の形態における第1基本思想を具現化するための要件を満たしている。ただし、上述した本実施の形態における第1基本思想を実現する観点からは、抵抗値の調整幅が大きくなるほうが望ましいことから、本実施の形態では、例えば、図1に示す抵抗素子R2として、p型拡散抵抗素子を採用することにしている。 From the above, both the n-type diffused resistance element and the p-type diffused resistance element satisfy the requirement for embodying the first basic concept in the present embodiment described above in that they have negative temperature characteristics. . However, from the viewpoint of realizing the first basic concept in the present embodiment described above, it is desirable that the adjustment range of the resistance value be larger. Therefore, in the present embodiment, for example, as the resistance element R2 shown in FIG. A p-type diffused resistive element is adopted.
図3は、炭化珪素にアクセプタ濃度(NA)が3×1017cm−3でアルミニウムを導入したp型拡散抵抗素子において、温度とシート抵抗との関係を示すグラフである。図3において、温度が高くなるにつれて、p型拡散抵抗素子のシート抵抗が小さくなっていることがわかる。すなわち、炭化珪素にアルミニウムを導入したp型拡散抵抗素子は、負の温度特性を有していることがわかる。具体的には、図3に示すように、温度が約40℃のときに、シート抵抗が140kΩ□であるのに対し、温度が約300℃になると、シート抵抗が30kΩ□に大幅に低下していることがわかる。
Figure 3 is the acceptor concentration (N A) in the silicon carbide was introduced
<実施の形態における第1特徴点>
以上のことをまとめると、本実施の形態における第1特徴点は、上述した式(1)の第一項に示される「VBE3」の温度依存性を、式(2)の第二項に示される「(kT/q)×(r2/r1)×ln(K)」での温度依存性でキャンセルするという本実施の形態における第1基本思想を具現化するために、例えば、図1に示す抵抗素子R2を負の温度特性を有する抵抗素子から構成する点にある。具体的に、本実施の形態における第1特徴点は、例えば、図1に示す抵抗素子R2を炭化珪素にアルミニウムが導入されたp型半導体領域からなるp型拡散抵抗素子から構成する点にある。これにより、上述した本実施の形態における第1基本思想が具現化される結果、本実施の形態によれば、基準電圧生成回路からの出力電圧Vrefの温度依存性が小さくすることができる。
<First Feature Point in Embodiment>
Summarizing the above, the first feature point in the present embodiment is the temperature dependency of “V BE3 ” shown in the first term of the above-mentioned formula (1) to the second term of the formula (2) In order to embody the first basic idea in the present embodiment of canceling by the temperature dependency of “(kT / q) × (r2 / r1) × ln (K)” shown, for example, in FIG. It is in the point which comprises resistive element R2 shown from a resistive element which has a negative temperature characteristic. Specifically, the first feature point in the present embodiment is that, for example, resistance element R2 shown in FIG. 1 is formed of a p-type diffused resistance element formed of a p-type semiconductor region in which aluminum is introduced into silicon carbide. . As a result, the first basic idea of the present embodiment described above is embodied, and according to the present embodiment, the temperature dependency of the output voltage Vref from the reference voltage generation circuit can be reduced.
本実施の形態における半導体装置は、炭化珪素を主成分とし、かつ、基準電圧生成回路が形成された半導体チップを備える。このとき、基準電圧生成回路は、抵抗素子とダイオードとを含み、抵抗素子は、アクセプタが導入された拡散抵抗素子から構成される。 The semiconductor device in the present embodiment includes a semiconductor chip which is mainly composed of silicon carbide and on which a reference voltage generation circuit is formed. At this time, the reference voltage generation circuit includes a resistance element and a diode, and the resistance element is formed of a diffusion resistance element into which an acceptor is introduced.
<ダイオードにおける検討事項>
次に、図1に示すダイオードQ1〜Q3は、例えば、ドナーが導入されたn型コレクタとアクセプタが導入されたp型ベースとが短絡されたnpn型バイポーラトランジスタから構成される。このとき、npn型バイポーラトランジスタのp型ベースは、炭化珪素基板に形成された拡散領域から構成されることになる。つまり、図1に示すダイオードQ1〜Q3においても、上述したp型拡散抵抗素子と同じ導電型の拡散領域から構成されるp型ベースを有することになる。ここで、例えば、p型拡散抵抗素子に導入されているアクセプタと、p型ベースに導入されているアクセプタとは、同じ種類の元素である。具体的には、p型拡散抵抗素子に導入されているアクセプタは、アルミニウムであり、p型ベースに導入されているアクセプタも、アルミニウムである。
<Considerations for Diodes>
Next, the diodes Q1 to Q3 shown in FIG. 1 are formed of, for example, npn bipolar transistors in which an n-type collector into which a donor is introduced and a p-type base into which an acceptor is introduced are shorted. At this time, the p-type base of the npn-type bipolar transistor is formed of the diffusion region formed in the silicon carbide substrate. That is, each of the diodes Q1 to Q3 shown in FIG. 1 also has a p-type base formed of a diffusion region of the same conductivity type as the above-described p-type diffusion resistor element. Here, for example, the acceptor introduced in the p-type diffusion resistance element and the acceptor introduced in the p-type base are elements of the same type. Specifically, the acceptor introduced into the p-type diffusion resistance element is aluminum, and the acceptor introduced into the p-type base is also aluminum.
したがって、図1に示すダイオードQ1〜Q3におけるp型ベースにおいても、p型拡散抵抗素子と同様に、p型不純物(アクセプタ)であるアルミニウムの活性化率の温度依存性が大きくなる(図2参照)。そして、p型不純物(アクセプタ)の活性化率の温度依存性が大きくなることに起因して、炭化珪素を使用したダイオードのI−V特性(電流−電圧特性)は、シリコン(珪素)を使用したダイオードのI−V特性と相違することになる。以下に、この点について説明する。 Therefore, also in the p-type base of diodes Q1 to Q3 shown in FIG. 1, the temperature dependency of the activation ratio of aluminum which is a p-type impurity (acceptor) becomes large as in the p-type diffusion resistance element (see FIG. ). And, the IV characteristics (current-voltage characteristics) of the diode using silicon carbide use silicon (silicon) due to the temperature dependency of the activation rate of the p-type impurity (acceptor) becoming large. This is different from the IV characteristics of the diode. Below, this point is explained.
図4は、シリコンを使用したダイオードのI−V特性を模式的に示すグラフである。図4において、横軸は、カソード電圧を示しており、縦軸は、アノード電流を示している。図4に示すように、シリコンを使用したダイオードのI−V特性は、温度が高くなるほど、アノード電流が立ち上がる立ち上がり電圧(順方向電圧)が低くなる一方、立ち上がり電圧以降のアノード電流の傾きは、温度が高くなるほど小さくなる。 FIG. 4 is a graph schematically showing an IV characteristic of a diode using silicon. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the cathode voltage, and the vertical axis indicates the anode current. As shown in FIG. 4, in the IV characteristic of a diode using silicon, the higher the temperature, the lower the rising voltage (forward voltage) at which the anode current rises, while the slope of the anode current after the rising voltage is The smaller the temperature, the smaller.
一方、図5は、炭化珪素を使用したダイオードのI−V特性を模式的に示すグラフである。図5において、横軸は、カソード電圧を示しており、縦軸は、アノード電流を示している。図5に示すように、炭化珪素を使用したダイオードのI−V特性は、温度が高くなるほど、アノード電流が立ち上がる立ち上がり電圧(順方向電圧)が低くなる一方、立ち上がり電圧以降のアノード電流の傾きは、シリコンを使用したダイオードと異なり、温度が高くなるほど大きくなる。これは、npn型バイポーラトランジスタを使用したダイオードのp型ベースにおいて、温度が高くなると、p型不純物(アクセプタ)の活性化率が大きくなる結果、少数キャリアの注入が促進されて、電気抵抗が小さくなったためと考えられる。このように、炭化珪素を使用したダイオードのI−V特性は、p型ベースを構成する拡散領域に導入されているp型不純物(アクセプタ)の活性化率の温度依存性に起因して、シリコンを使用したダイオードのI−V特性と相違することになる。 On the other hand, FIG. 5 is a graph schematically showing an IV characteristic of a diode using silicon carbide. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the cathode voltage, and the vertical axis indicates the anode current. As shown in FIG. 5, in the IV characteristic of a diode using silicon carbide, the higher the temperature, the lower the rising voltage (forward voltage) at which the anode current rises, while the slope of the anode current after the rising voltage is Unlike the silicon-based diode, the higher the temperature, the larger it becomes. This is because in the p-type base of a diode using an npn-type bipolar transistor, as the temperature rises, the activation rate of the p-type impurity (acceptor) increases, so injection of minority carriers is promoted, and the electrical resistance decreases. It is thought that it is because it became. Thus, the IV characteristics of the diode using silicon carbide are silicon due to the temperature dependency of the activation rate of the p-type impurity (acceptor) introduced in the diffusion region constituting the p-type base. And the I-V characteristics of the diode using the
これにより、炭化珪素を使用したダイオードの順方向電圧の温度依存性は、シリコンを使用したダイオードの順方向電圧の温度依存性と相違することになる。具体的に、図6は、負荷電流が1μAである場合において、炭化珪素を使用したダイオードの順方向電圧の温度依存性を示すグラフである。図6において、横軸は、温度を示しており、縦軸は、順方向電圧VFを示している。図6に示すように、炭化珪素を使用したダイオードにおける順方向電圧の温度係数は、−3.7mV/℃であり、シリコンを使用したダイオードにおける順方向電圧の温度係数である−1.5mV/℃〜−2.0mV/℃と比べて、約2倍程度大きくなる。このとき、順方向電圧の温度係数が大きくなるということは、式(1)におけるベース−エミッタ間電圧「VBE3」の温度依存性が大きくなることを意味する。そして、式(1)におけるベース−エミッタ間電圧「VBE3」の温度依存性が大きくなるということは、式(1)の第一項に示される「VBE3」の温度依存性を、式(2)の第二項に示される「(kT/q)×(r2/r1)×ln(K)」での温度依存性でキャンセルするという第1基本思想における抵抗素子R2の抵抗値「r2」の温度依存性を大きくする必要があることを意味している。このことは、抵抗素子R2の抵抗値「r2」の変動幅が大きくなることを意味し、抵抗素子R2の抵抗値「r2」の変動幅が大きくなるということは、抵抗素子R2のサイズを大きくする必要が生まれることを意味している。このことは、基準電圧生成回路を形成する半導体チップの大型化に繋がり、製造コストの増加を招くことになる。そこで、本実施の形態では、さらに、炭化珪素を使用したダイオードにおける順方向電圧の温度係数を小さくする工夫を施している。 Thus, the temperature dependency of the forward voltage of the diode using silicon carbide is different from the temperature dependency of the forward voltage of the diode using silicon. Specifically, FIG. 6 is a graph showing the temperature dependency of the forward voltage of a diode using silicon carbide when the load current is 1 μA. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the forward voltage VF. As shown in FIG. 6, the temperature coefficient of forward voltage in a diode using silicon carbide is -3.7 mV / ° C, and the temperature coefficient of forward voltage in a diode using silicon is -1.5 mV / Compared to ° C to -2.0 mV / ° C, it is about twice as large. At this time, the fact that the temperature coefficient of the forward voltage increases means that the temperature dependency of the base-emitter voltage “V BE3 ” in the equation (1) becomes large. Then, the fact that the temperature dependency of the base-emitter voltage "V BE3 " in the equation (1) becomes large means the temperature dependency of the "V BE3 " shown in the first term of the equation (1) The resistance value "r2" of the resistance element R2 in the first basic concept of canceling by the temperature dependence of "(kT / q) x (r2 / r1) x ln (K)" shown in the second term of 2) It means that it is necessary to increase the temperature dependence of. This means that the fluctuation range of the resistance value "r2" of the resistance element R2 becomes large, and that the fluctuation range of the resistance value "r2" of the resistance element R2 becomes large, the size of the resistance element R2 becomes large It means that the need to be born is born. This leads to an increase in the size of the semiconductor chip that forms the reference voltage generation circuit, resulting in an increase in manufacturing cost. Therefore, in the present embodiment, a device for reducing the temperature coefficient of the forward voltage in a diode using silicon carbide is further provided.
<実施の形態における第2基本思想>
本実施の形態における第2基本思想は、炭化珪素を使用したダイオードにおける順方向電圧の温度係数を小さくするために、順方向電圧が電流密度によって増減することを利用する思想である。すなわち、炭化珪素を使用したダイオードにおける順方向電圧の温度係数は、「負」であることから、低温における順方向電圧は、相対的に高い一方、高温における順方向電圧は、相対的に低くなる。これに対し、炭化珪素を使用したダイオードにおける順方向電圧は、ダイオードに流れる電流が小さいときには、相対的に小さくなる一方、ダイオードに流れる電流が大きくなると、相対的に大きくなる。したがって、本実施の形態における第2基本思想は、低温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を小さくすることによって、低温における順方向電圧を下げる方向にシフトさせる一方、高温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を大きくすることによって、高温における順方向電圧を上げる方向にシフトさせる思想である。このような本実施の形態における第2基本思想によれば、炭化珪素を使用したダイオードにおける順方向電圧の温度係数を小さくする(傾きをなだらかにする)ことができる。
<Second Basic Idea in the Embodiment>
The second basic idea in the present embodiment is the idea of utilizing the fact that the forward voltage increases or decreases depending on the current density in order to reduce the temperature coefficient of the forward voltage in a diode using silicon carbide. That is, since the temperature coefficient of the forward voltage in the diode using silicon carbide is "negative", the forward voltage at low temperature is relatively high while the forward voltage at high temperature is relatively low. . On the other hand, the forward voltage in the diode using silicon carbide is relatively small when the current flowing through the diode is small, and relatively large when the current flowing through the diode is large. Therefore, the second basic concept in the present embodiment is to lower the forward voltage at low temperature by decreasing the current flowing through the diode using silicon carbide at low temperature, while carbonizing at high temperature The idea is to shift the forward voltage at high temperature in the direction of increasing by increasing the current flowing through the diode using silicon. According to the second basic concept of the present embodiment, the temperature coefficient of the forward voltage in the diode using silicon carbide can be reduced (the slope is made smooth).
このような本実施の形態における第2基本思想を採用することにより、抵抗素子R2の抵抗値「r2」の温度依存性を大きくする必要性が低減されることになり、これによって、抵抗素子R2のサイズを大きくする必要性が低減されることになる。この結果、本実施の形態における第2基本思想を採用することは、基準電圧生成回路を形成する半導体チップの大型化を抑制できることに繋がり、引いては、基準電圧生成回路を含む半導体装置の製造コストの削減を図ることができることになる。 By adopting the second basic concept in the present embodiment, the need to increase the temperature dependency of the resistance value “r2” of the resistance element R2 is reduced, and thereby, the resistance element R2 The need to increase the size of will be reduced. As a result, adopting the second basic concept in the present embodiment leads to suppression of the increase in size of the semiconductor chip forming the reference voltage generation circuit, which leads to the manufacture of a semiconductor device including the reference voltage generation circuit. It is possible to reduce costs.
<実施の形態における第2特徴点>
続いて、上述した本実施の形態における第2基本思想を具現化した第2特徴点について説明する。本実施の形態における第2特徴点は、例えば、図1に示す抵抗素子R2だけでなく、図1に示す抵抗素子R1についても、負の温度特性を有する抵抗素子から構成する点にある。具体的に、本実施の形態における第2特徴点は、例えば、図1に示す抵抗素子R1を炭化珪素にアルミニウムが導入されたp型半導体領域からなるp型拡散抵抗素子から構成する点にある。
<Second Feature Point in Embodiment>
Subsequently, a second feature point embodying the second basic concept in the above-described embodiment will be described. A second feature of the present embodiment is that, for example, not only the resistive element R2 shown in FIG. 1 but also the resistive element R1 shown in FIG. 1 is composed of a resistive element having negative temperature characteristics. Specifically, the second feature of the present embodiment is that, for example, resistance element R1 shown in FIG. 1 is formed of a p-type diffused resistance element formed of a p-type semiconductor region in which aluminum is introduced into silicon carbide. .
ここで、上述した式(2)より、負荷電流は、抵抗素子R1の抵抗値「r1」に反比例することになる。そして、本実施の形態では、抵抗素子R1を負の温度特性を有する抵抗素子から構成している。この結果、低温における負荷電流は、相対的に、抵抗素子R1の抵抗値「r1」が大きくなることから、小さくなる。一方、高温における負荷電流は、相対的に、抵抗素子R1の抵抗値「r1」が小さくなることから、大きくなる。このようにして、自動的に、低温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を小さくすることによって、低温における順方向電圧を下げる方向にシフトさせる一方、高温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を大きくすることによって、高温における順方向電圧を上げる方向にシフトさせるという第2基本思想を実現することができる。この結果、本実施の形態における第2特徴点によれば、基準電圧生成回路を形成する半導体チップの大型化を抑制できることになり、引いては、基準電圧生成回路を含む半導体装置の製造コストの削減を図ることができることになる。 Here, according to the above-mentioned equation (2), the load current is in inverse proportion to the resistance value “r1” of the resistance element R1. And in this embodiment, resistive element R1 is constituted from a resistive element which has a negative temperature characteristic. As a result, the load current at a low temperature relatively decreases because the resistance value "r1" of the resistance element R1 increases. On the other hand, the load current at high temperature relatively increases because the resistance value “r1” of the resistance element R1 decreases. In this way, automatically, at low temperature, by decreasing the current flowing to the diode using silicon carbide, the forward voltage at low temperature is shifted downward, while at high temperature, silicon carbide is used. The second basic idea of increasing the forward voltage at high temperature can be realized by increasing the current flowing through the diode. As a result, according to the second feature point in the present embodiment, the increase in size of the semiconductor chip forming the reference voltage generation circuit can be suppressed, which means that the manufacturing cost of the semiconductor device including the reference voltage generation circuit can be reduced. It will be possible to reduce.
具体的に、図7は、図1に示す抵抗素子R1を炭化珪素にアルミニウムが導入されたp型半導体領域からなるp型拡散抵抗素子から構成する場合における温度と負荷電流との関係を示すグラフである。図7において、横軸は、温度を示しており、縦軸は、負荷電流を示している。図7に示すように、図1に示す抵抗素子R1を炭化珪素にアルミニウムが導入されたp型半導体領域からなるp型拡散抵抗素子から構成することによって、室温(25℃)における負荷電流値に対して、500℃における負荷電流値は、24倍にも増加することがわかる。このようにして、低温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を小さくすることによって、低温における順方向電圧を下げる方向にシフトさせる一方、高温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を大きくすることによって、高温における順方向電圧を上げる方向にシフトさせるという第2基本思想を実現可能なように構成できることがわかる。 Specifically, FIG. 7 is a graph showing the relationship between temperature and load current when resistance element R1 shown in FIG. 1 is formed of a p-type diffused resistance element consisting of a p-type semiconductor region in which aluminum is introduced into silicon carbide. It is. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the load current. As shown in FIG. 7, the load current value at room temperature (25.degree. C.) can be obtained by configuring the resistive element R1 shown in FIG. 1 from a p-type diffused resistive element consisting of a p-type semiconductor region in which aluminum is On the other hand, it is understood that the load current value at 500 ° C. increases by 24 times. In this way, at low temperature, the forward voltage at low temperature is shifted downward by reducing the current flowing to the diode using silicon carbide, while at high temperature, the current flowing to the diode using silicon carbide It can be understood that the second basic idea of increasing the forward voltage at high temperature can be realized by increasing the value of.
具体的に、図8は、負荷電流を一定に制御した場合の温度と順方向電圧VFとの関係を示すグラフと、図7に示すように負荷電流を変化させた場合の温度と順方向電圧VFとの関係を示すグラフとを示す図である。図8において、横軸は、温度を示しており、縦軸は、順方向電圧VFを示している。図8に示すように、負荷電流を一定(1μA)にした場合の温度係数は、−3.7mV/℃であるのに対し、図7に示すように負荷電流を変化させた場合の温度係数は、−3.0mV/℃となって、なだらかになっていることがわかる。 Specifically, FIG. 8 is a graph showing the relationship between the temperature and the forward voltage VF when the load current is controlled to be constant, and the temperature and the forward voltage when the load current is changed as shown in FIG. It is a figure which shows the graph which shows a relationship with VF. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the forward voltage VF. As shown in FIG. 8, the temperature coefficient when the load current is constant (1 μA) is −3.7 mV / ° C., whereas the temperature coefficient when the load current is changed as shown in FIG. 7 Is −3.0 mV / ° C., and it can be seen that it becomes gentle.
<第2基本思想の斬新性>
上述したように、本実施の形態における第2基本思想は、炭化珪素を使用したダイオードにおける順方向電圧の温度係数を小さくするために、順方向電圧が電流密度によって増減することを利用する思想である。
<Novelty of Second Basic Thought>
As described above, the second basic idea in this embodiment is the idea of utilizing the fact that the forward voltage increases or decreases depending on the current density in order to reduce the temperature coefficient of the forward voltage in the diode using silicon carbide. is there.
ダイオードの順方向電圧は、温度依存性を有するとともに、電流密度依存性も有している。この点に関し、これまでの基準電圧生成回路では、負荷電流を一定に制御することに設計する。なぜなら、ダイオードの順方向電圧の温度依存性だけを顕在化させるためである。ただし、炭化珪素を使用したダイオードにおいて、負荷電流を一定に制御すると、図6に示すように、順方向電圧の温度係数の傾きが大きくなってしまう。そこで、本実施の形態では、順方向電圧の温度係数の傾きをなだらかにするため、順方向電圧が電流密度によって増減することを利用する。具体的に、本実施の形態では、低温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を小さくすることによって、低温における順方向電圧を下げる方向にシフトさせる一方、高温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を大きくすることによって、高温における順方向電圧を上げる方向にシフトさせる。このように、本実施の形態では、負荷電流を一定に制御するのではなく、低温時においては負荷電流を相対的に小さくし、かつ、高温時においては負荷電流を相対的に大きくするように負荷電流を変動させる。この点において、本実施の形態における技術的思想は、負荷電流を一定に制御することを前提とするこれまでの技術に対して、斬新性を有するのである。そして、このような本実施の形態における第2基本思想を具現化する手段として、例えば、図1に示す抵抗素子R1を炭化珪素にアルミニウムが導入されたp型半導体領域からなるp型拡散抵抗素子から構成している。この結果、p型拡散抵抗素子が負の温度特性を有していることに起因して、自動的に、低温における負荷電流は、相対的に、抵抗素子R1の抵抗値「r1」が大きくなることから、小さくなる。一方、高温における負荷電流は、相対的に、抵抗素子R1の抵抗値「r1」が小さくなることから、大きくなる。このようにして、本実施の形態における第2特徴点を採用することにより、自動的に、低温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を小さくすることによって、低温における順方向電圧を下げる方向にシフトさせる一方、高温においては、炭化珪素を使用したダイオードに流れる電流を大きくすることによって、高温における順方向電圧を上げる方向にシフトさせるという第2基本思想を実現することができる。つまり、本実施の形態では、単純に、図1に示す抵抗素子R1を炭化珪素にアルミニウムが導入されたp型半導体領域からなるp型拡散抵抗素子から構成することによって、わざわざ、負荷電流の増減を制御する大掛かりな制御回路を設ける必要がなくなる。すなわち、図1に示す抵抗素子R1を炭化珪素にアルミニウムが導入されたp型半導体領域からなるp型拡散抵抗素子から構成するという本実施の形態における第2特徴点によれば、わざわざ、負荷電流の増減を制御する大掛かりな制御回路を設けることなく、本実施の形態における第2基本思想を実現できる点で、有用な技術的思想であることがわかる。 The forward voltage of the diode not only has temperature dependence but also current density dependence. In this regard, the conventional reference voltage generation circuit is designed to control the load current to be constant. The reason is that only the temperature dependency of the forward voltage of the diode is revealed. However, in a diode using silicon carbide, if the load current is controlled to be constant, as shown in FIG. 6, the slope of the temperature coefficient of the forward voltage becomes large. Therefore, in the present embodiment, in order to make the slope of the temperature coefficient of the forward voltage smooth, it is used that the forward voltage is increased or decreased depending on the current density. Specifically, in the present embodiment, the forward voltage at low temperature is shifted to lower the forward voltage by reducing the current flowing to the diode using silicon carbide at low temperature, while silicon carbide is used at high temperature. By increasing the current flowing through the diode, the forward voltage at high temperature is shifted upward. As described above, in the present embodiment, the load current is not controlled to be constant, but the load current is relatively decreased at low temperature and is relatively increased at high temperature. Vary the load current. In this respect, the technical idea in the present embodiment is novel with respect to the prior art on the premise that the load current is controlled to be constant. Then, as a means to embody the second basic concept in the present embodiment, for example, a p-type diffused resistor element comprising a p-type semiconductor region in which aluminum is introduced into silicon carbide as resistor element R1 shown in FIG. It consists of As a result, due to the p-type diffused resistive element having negative temperature characteristics, the load current at a low temperature automatically has a relatively large resistance value "r1" of the resistive element R1. It becomes smaller from that. On the other hand, the load current at high temperature relatively increases because the resistance value “r1” of the resistance element R1 decreases. In this manner, by adopting the second feature point in the present embodiment, the forward voltage at low temperature is automatically reduced at low temperature by reducing the current flowing to the diode using silicon carbide. While shifting in the direction, at high temperature, the second basic idea of increasing the forward voltage at high temperature can be realized by increasing the current flowing to the diode using silicon carbide. That is, in the present embodiment, the load current is increased or decreased by simply forming the resistance element R1 shown in FIG. 1 from the p-type diffusion resistance element formed of the p-type semiconductor region in which aluminum is introduced into silicon carbide. There is no need to provide a large control circuit to control the That is, according to the second feature point in the present embodiment that the resistance element R1 shown in FIG. 1 is formed of a p-type diffusion resistance element consisting of a p-type semiconductor region in which aluminum is introduced into silicon carbide It can be seen that the technical concept is useful in that the second basic concept in the present embodiment can be realized without providing a large-scale control circuit for controlling the increase and decrease of
<実施の形態における効果>
次に、本実施の形態における効果について説明する。図9は、例えば、図1に示す基準電圧生成回路の出力端子OTから出力される出力電圧Vrefの温度依存性を示すグラフである。図9において、横軸は、温度を示しており、縦軸は、出力電圧Vrefを示している。図9に示すように、本実施の形態における第1基本思想を具現化する第1特徴点と、本実施の形態における第2基本思想を具現化する第2特徴点とを採用することにより、例えば、図1に示す基準電圧生成回路から出力される出力電圧Vrefの温度依存性を小さくすることができることがわかる。
<Effect of Embodiment>
Next, the effects of the present embodiment will be described. FIG. 9 is a graph showing, for example, the temperature dependency of the output voltage Vref output from the output terminal OT of the reference voltage generation circuit shown in FIG. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the temperature, and the vertical axis indicates the output voltage Vref. As shown in FIG. 9, by adopting a first feature that embodies the first basic idea in the present embodiment and a second feature that embodies the second basic idea in the present embodiment, For example, it is understood that the temperature dependency of the output voltage Vref output from the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1 can be reduced.
<デバイス構造>
続いて、本実施の形態における半導体装置のデバイス構造について説明する。図10は、本実施の形態における半導体装置のデバイス構造を説明する断面図である。図10において、領域A1には、図1に示す基準電圧生成回路の構成要素である抵抗素子R1や抵抗素子R2のデバイス構造が図示されている。一方、領域A2には、図1に示す基準電圧生成回路の構成要素であるダイオードQ1〜Q3のデバイス構造が図示されている。
<Device structure>
Subsequently, the device structure of the semiconductor device in the present embodiment will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the device structure of the semiconductor device in the present embodiment. In FIG. 10, the device structure of the resistance element R1 and the resistance element R2 which are components of the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1 is illustrated in the area A1. On the other hand, in the region A2, the device structure of the diodes Q1 to Q3 which are components of the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1 is illustrated.
まず、図10の領域A1に形成されているp型拡散抵抗素子のデバイス構造について説明する。図10に示すように、半導体チップの領域A1には、n型炭化珪素基板1Sと、n型炭化珪素基板1S上に設けられたp型半導体層PSLと、p型半導体層PSL上に設けられたn型半導体層EPIとが形成されている。そして、n型炭化珪素基板1Sの裏面(下面)には、裏面電極BEが形成されている。一方、n型半導体層EPIには、n型半導体層EPIに内包されるp型半導体領域PR1が形成されており、このp型半導体領域PR1がp型拡散抵抗素子として機能する。さらに、n型半導体層EPIの表面と、p型半導体領域PR1の表面とにわたって、層間絶縁膜ILが形成されている。そして、この層間絶縁膜ILには、層間絶縁膜ILを貫通して、p型半導体領域PR1の表面を露出する開口部OP1と開口部OP2とが形成されている。p型半導体領域PR1と電気的に接続し、かつ、開口部OP1内から層間絶縁膜IL上にわたって配線WL1と配線WL2とが形成されている。以上のようにして、半導体チップの領域A1には、p型拡散抵抗素子が形成されていることになる。
First, the device structure of the p-type diffused resistor element formed in the region A1 of FIG. 10 will be described. As shown in FIG. 10, an n-type
続いて、図10の領域A2に形成されているダイオードのデバイス構造について説明する。図10に示すように、半導体チップの領域A2には、n型炭化珪素基板1Sと、n型炭化珪素基板1S上に設けられたp型半導体層PSLと、p型半導体層PSL上に設けられたn型コレクタとなるn型半導体層EPIとが形成されている。そして、n型炭化珪素基板1Sの裏面(下面)には、裏面電極BEが形成されている。一方、n型半導体層EPIには、n型半導体層EPIを貫通して、p型半導体層PSLに達するトレンチTRが形成されており、このトレンチTRの内部には、例えば、p型半導体層からなる埋め込み層BSLが埋め込まれている。そして、平面視において、n型半導体層EPIは、トレンチTRに埋め込まれた埋め込み層BSLで囲まれている。このとき、埋め込み層BSLで囲まれたn型半導体層EPIには、p型ベースとなるp型半導体領域PR2と、平面視においてp型半導体領域PR2に内包され、かつ、n型エミッタとなるn型半導体領域NR2とが形成されている。さらに、トレンチTRに埋め込まれた埋め込み層BSLと、p型半導体領域PR2と、n型半導体領域NR2とが形成されたn型半導体層EPI上には、層間絶縁膜ILが形成されている。ここで、層間絶縁膜ILには、層間絶縁膜ILを貫通し、かつ、n型半導体領域NR2の表面を露出する開口部OP3と、層間絶縁膜ILを貫通し、かつ、p型半導体領域PR2の表面を露出する開口部OP4と、層間絶縁膜ILを貫通し、かつ、n型半導体層EPIの表面を露出する開口部OP5とが形成されている。そして、n型半導体領域NR2と電気的に接続し、かつ、開口部OP3から層間絶縁膜IL上にわたって配線WL3が形成されている。同様に、p型半導体領域PR2と電気的に接続し、かつ、開口部OP4から層間絶縁膜IL上にわたるとともに、n型半導体層EPI2と電気的に接続し、かつ、開口部OP5から層間絶縁膜IL上にわたる配線WL4が形成されている。このようにして、図10の領域A2には、n型半導体層EPIをn型コレクタとし、かつ、p型半導体領域PR2をp型ベースとし、かつ、n型半導体領域NR2をn型エミッタとするnpnバイポーラトランジスタのp型ベースとn型コレクタとを短絡した構成を有するダイオードが形成されていることになる。
Subsequently, the device structure of the diode formed in the region A2 of FIG. 10 will be described. As shown in FIG. 10, an n-type
図10の領域A2に形成されているダイオードは、埋め込み層BSLとp型半導体層PSLとによって、電源電位が印加されるn型炭化珪素基板1Sと分離されている。したがって、図10の領域A2に形成されているダイオードのn型半導体層EPIの電位を任意の電位にすることができるため、図10の領域A2に形成されているダイオードのデバイス構造によって、図1に示す基準電圧生成回路のダイオードQ1〜Q3を実現できる。
The diode formed in the region A2 of FIG. 10 is separated from the n-type
<変形例1>
図11は、本変形例1における基準電圧生成回路の回路構成を示す図である。図11において、ダイオードQ1〜Q3のアノードは、電源電位が供給される電源線VLと電気的に接続されている。このように構成されている基準電圧生成回路では、出力端子OTから負バイアスの出力電圧を出力することができる。
<
FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of a reference voltage generation circuit according to the first modification. In FIG. 11, the anodes of the diodes Q1 to Q3 are electrically connected to a power supply line VL to which a power supply potential is supplied. In the reference voltage generation circuit configured as described above, an output voltage of negative bias can be output from the output terminal OT.
ここで、図12は、本変形例1における半導体装置のデバイス構造を説明する断面図である。図12において、領域A1には、図11に示す基準電圧生成回路の構成要素である抵抗素子R1や抵抗素子R2のデバイス構造が図示されている。一方、領域A2には、図11に示す基準電圧生成回路の構成要素であるダイオードQ1〜Q3のデバイス構造が図示されている。図12においては、n型炭化珪素基板1S上に、n型半導体層EPIが形成されており、このn型半導体層EPIに内包されるように、p型半導体領域PR2が形成され、かつ、このp型半導体領域PR2に内包されるように、n型半導体領域NR2が形成されている。図12の領域A2に形成されているダイオードは、図10の領域A2に形成されているダイオードとは異なり、ダイオードがn型炭化珪素基板1Sと分離されていない。なぜなら、n型炭化珪素基板1Sには、電源電位が印加され、かつ、図11に示す基準電圧生成回路の構成要素となるダイオードのアノードにも、電源電位が供給されることから、ダイオードのアノードとなるn型半導体層EPIとn型炭化珪素基板1Sとを分離する必要がないからである。これにより、本変形例1におけるダイオードのデバイス構造が簡素化されることになる。
Here, FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the device structure of the semiconductor device according to the first modification. In FIG. 12, in the region A1, the device structure of the resistance element R1 and the resistance element R2 which are components of the reference voltage generation circuit shown in FIG. 11 is illustrated. On the other hand, in the region A2, the device structure of the diodes Q1 to Q3 which are components of the reference voltage generation circuit shown in FIG. 11 is illustrated. In FIG. 12, an n-type semiconductor layer EPI is formed on an n-type
<変形例2>
図13は、本変形例2における半導体装置のデバイス構造を説明する断面図である。図13において、領域A1には、図1に示す基準電圧生成回路の構成要素である抵抗素子R1や抵抗素子R2のデバイス構造が図示されている。一方、領域A2には、図1に示す基準電圧生成回路の構成要素であるダイオードQ1〜Q3のデバイス構造が図示されている。図13においては、図10とは異なり、トレンチTRに絶縁層OXLが埋め込まれている。例えば、図10に示すデバイス構造においては、p型半導体領域PR2をp型エミッタとし、かつ、n型半導体層EPIをn型ベースとし、かつ、埋め込み層BSLをn型コレクタとする寄生pnp型バイポーラトランジスタが形成される。これに対し、図13に示すデバイス構造では、トレンチTRに埋め込まれている層が埋め込み層(p型半導体層)BSLではなく、絶縁層OXLであるため、寄生pnp型バイポーラトランジスタが形成されない。これにより、本変形例2における半導体装置によれば、寄生pnp型バイポーラトランジスタに起因する誤点弧を防止することができ、これによって、半導体装置の信頼性を向上することができる。
<
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining the device structure of the semiconductor device in the second modification. In FIG. 13, in the area A1, the device structure of the resistive element R1 and the resistive element R2 which are components of the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1 is illustrated. On the other hand, in the region A2, the device structure of the diodes Q1 to Q3 which are components of the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1 is illustrated. In FIG. 13, unlike in FIG. 10, the insulating layer OXL is embedded in the trench TR. For example, in the device structure shown in FIG. 10, a parasitic pnp type bipolar device having ap type semiconductor region PR2 as ap type emitter, an n type semiconductor layer EPI as an n type base and a buried layer BSL as an n type collector. A transistor is formed. On the other hand, in the device structure shown in FIG. 13, since the layer embedded in the trench TR is not the buried layer (p-type semiconductor layer) BSL but the insulating layer OXL, no parasitic pnp bipolar transistor is formed. As a result, according to the semiconductor device in the second modification, false firing due to the parasitic pnp type bipolar transistor can be prevented, whereby the reliability of the semiconductor device can be improved.
なお、トレンチTRの内部に絶縁層OXLを埋め込むことによって、寄生pnp型バイポーラトランジスタの形成を防止するという本変形例2の技術的思想は、これに限らず、例えば、図14に示すように、トレンチTRの内壁に絶縁膜OXFを形成し、かつ、トレンチTRの内部に絶縁膜OXFを介して、埋め込み層BSLを埋め込んでもよい。また、例えば、図15に示すように、図14に示すデバイス構造に対して、トレンチTRの底部に形成されている絶縁膜OXFを除去する構成でも、寄生pnp型バイポーラトランジスタの形成を防止するという本変形例2の技術的思想を具現化できる。
The technical idea of the
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although the invention made by the present inventor was concretely explained based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary. Needless to say.
例えば,図1に示す基準電圧生成回路では、n型カレントミラー回路とp型カレントミラー回路とを直列に接続する構成例を示したが、前記実施の形態における技術的思想は、これに限らず、オペアンプを用いた基準電圧生成回路に適用することもできる。また、前記実施の形態では、基準電圧生成回路について説明したが、同じ原理で動作する基準電流生成回路にも、前記実施の形態における技術的思想を適用することができる。 For example, in the reference voltage generation circuit shown in FIG. 1, a configuration example is shown in which an n-type current mirror circuit and a p-type current mirror circuit are connected in series, but the technical idea in the embodiment is not limited to this. The present invention can also be applied to a reference voltage generation circuit using an operational amplifier. Further, although the reference voltage generation circuit has been described in the above embodiment, the technical idea in the above embodiment can be applied to a reference current generation circuit operating according to the same principle.
前記実施の形態では、npnバイポーラトランジスタのp型ベースとn型コレクタとを短絡した構成を有するダイオードを例に挙げたが、前記実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、単純なpn接合ダイオードにも適用することができる。ただし、npnバイポーラトランジスタのp型ベースとn型コレクタとを短絡した構成を有するダイオードを採用する利点は、n型炭化珪素基板の表面側(半導体チップの表面側)からすべての端子(アノード端子とカソード端子)とを取り出すことができるため、半導体装置の実装構成が容易となる利点が得られる。 In the above embodiment, a diode having a configuration in which a p-type base and an n-type collector of an npn bipolar transistor are short-circuited is taken as an example, but the technical idea in the above embodiment is not limited to this. Can also be applied to various pn junction diodes. However, the advantage of adopting a diode having a configuration in which the p-type base and n-type collector of an npn bipolar transistor are short-circuited is that all terminals (anode terminal and Since the cathode terminal can be taken out, an advantage can be obtained that the mounting configuration of the semiconductor device is easy.
1S n型炭化珪素基板
BE 裏面電極
BSL 埋め込み層
EPI n型半導体層
M1 電界効果トランジスタ
M2 電界効果トランジスタ
M3 電界効果トランジスタ
M4 電界効果トランジスタ
M5 電界効果トランジスタ
NR2 n型半導体領域
PR1 p型半導体領域
PR2 p型半導体領域
PSL p型半導体層
Q1 ダイオード
Q2 ダイオード
Q3 ダイオード
R1 抵抗素子
R2 抵抗素子
TR トレンチ
1S n-type silicon carbide substrate BE back surface electrode BSL buried layer EPI n-type semiconductor layer M1 field effect transistor M2 field effect transistor M3 field effect transistor M4 field effect transistor M5 field effect transistor NR2 n type semiconductor region PR1 p type semiconductor region PR2 p type Semiconductor region PSL p-type semiconductor layer Q1 diode Q2 diode Q3 diode R1 resistive element R2 resistive element TR trench
Claims (15)
前記基準電圧生成回路は、抵抗素子とダイオードとを含み、
前記抵抗素子は、アクセプタが導入された拡散抵抗素子から構成される、半導体装置。 A semiconductor chip mainly composed of silicon carbide and having a reference voltage generation circuit formed thereon;
The reference voltage generation circuit includes a resistive element and a diode,
The semiconductor device, wherein the resistance element is a diffusion resistance element into which an acceptor is introduced.
前記ダイオードは、ドナーが導入されたn型コレクタとアクセプタが導入されたp型ベースとが短絡されたnpn型バイポーラトランジスタから構成される、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the diode is an npn bipolar transistor in which an n-type collector into which a donor is introduced and a p-type base into which an acceptor is introduced are shorted.
前記拡散抵抗素子に導入されているアクセプタと、前記p型ベースに導入されているアクセプタとは、同じ種類の元素である、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device, wherein the acceptor introduced into the diffusion resistance element and the acceptor introduced into the p-type base are elements of the same type.
前記拡散抵抗素子に導入されているアクセプタは、アルミニウムであり、
前記p型ベースに導入されているアクセプタも、アルミニウムである、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 3,
The acceptor introduced into the diffusion resistance element is aluminum,
The semiconductor device, wherein the acceptor introduced into the p-type base is also aluminum.
前記アクセプタのアクセプタ準位と前記炭化珪素の価電子帯の上端との間のエネルギー差は、前記ドナーのドナー準位と前記炭化珪素の伝導帯の下端との間のエネルギー差よりも大きい、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 2,
A semiconductor in which the energy difference between the acceptor level of the acceptor and the top of the valence band of the silicon carbide is greater than the energy difference between the donor level of the donor and the bottom of the conduction band of the silicon carbide apparatus.
前記ドナーは、窒素である、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device, wherein the donor is nitrogen.
前記アクセプタの活性化率は、前記ドナーの活性化率よりも小さい、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device, wherein the activation rate of the acceptor is smaller than the activation rate of the donor.
前記アクセプタの活性化率の温度依存性は、前記ドナーの活性化率の温度依存性よりも大きい、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device, wherein the temperature dependence of the activation rate of the acceptor is larger than the temperature dependence of the activation rate of the donor.
前記基準電圧生成回路における負荷電流は、室温においては第1電流値である一方、500℃においては前記第1電流値の20倍以上である、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a load current in the reference voltage generation circuit is a first current value at room temperature, and is 20 times or more of the first current value at 500 ° C.
前記拡散抵抗素子は、負の温度依存性を有する、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the diffusion resistance element has negative temperature dependency.
前記ダイオードのカソードは、基準電位が供給される接地線と接続される、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 1,
The cathode of the diode is connected to a ground line to which a reference potential is supplied.
前記ダイオードのアノードは、電源電位が供給される電源線と接続される、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein an anode of the diode is connected to a power supply line to which a power supply potential is supplied.
前記半導体チップは、
n型炭化珪素基板と、
前記n型炭化珪素基板上に形成されたp型半導体層と、
前記p型半導体層上に形成され、かつ、前記n型コレクタとなるn型半導体層と、
前記n型半導体層を貫通して前記p型半導体層に達するトレンチと、
前記トレンチの内部に埋め込まれた埋め込み層と、
を有し、
平面視において、前記n型半導体層は、前記埋め込み層で囲まれ、
前記埋め込み層で囲まれた前記n型半導体層には、
前記p型ベースとなるp型半導体領域と、
平面視において前記p型半導体領域に内包され、かつ、n型エミッタとなるn型半導体領域と、
が形成される、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor chip is
n-type silicon carbide substrate,
A p-type semiconductor layer formed on the n-type silicon carbide substrate;
An n-type semiconductor layer formed on the p-type semiconductor layer and serving as the n-type collector;
A trench penetrating the n-type semiconductor layer to reach the p-type semiconductor layer;
A buried layer embedded inside the trench;
Have
In plan view, the n-type semiconductor layer is surrounded by the buried layer,
In the n-type semiconductor layer surrounded by the buried layer,
A p-type semiconductor region to be the p-type base;
An n-type semiconductor region included in the p-type semiconductor region in plan view and serving as an n-type emitter;
A semiconductor device to be formed.
前記埋め込み層は、p型埋め込み半導体層から構成される、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 13,
The semiconductor device, wherein the buried layer is composed of a p-type buried semiconductor layer.
前記埋め込み層は、絶縁層から構成される、半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 13,
The semiconductor device, wherein the embedded layer is composed of an insulating layer.
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