JP2001085687A - Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method

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JP2001085687A
JP2001085687A JP26060299A JP26060299A JP2001085687A JP 2001085687 A JP2001085687 A JP 2001085687A JP 26060299 A JP26060299 A JP 26060299A JP 26060299 A JP26060299 A JP 26060299A JP 2001085687 A JP2001085687 A JP 2001085687A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a recrystallization and activation heat treatment technique which changes an ion implanted region into a single crystal type and to enhance the breakdown strength of a silicon carbide semiconductor device. SOLUTION: P-type impurities are implanted at an acceleration energy of 1 MeV or higher. After that, a heat treatment is executed by a laser. Thereby, the implanted impurities are activated, and p- type base regions 3a, 3b are recrystallized. For example, by an excimer laser, the laser is irradiated sequentially toward upper-side ends from lower-side ends of the p- type base regions 3a, 3b. Thereby, the crystal type of an n+ type epitaxial layer 2 which is situated under the p- type base regions 3a, 3b is made to succeed, and the p- type base regions 3a, 3b are formed to be of the same crystal type. Consequently, the breakdown strength of the silicon carbide semiconductor device is enhanced more than in a case in which the central part of the p- type base regions 3a, 3b is formed of 3C-SiC.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素半導体装
置及びその製造方法に関し、特に絶縁ゲート型電界効果
トランジスタ、とりわけ大電力用の縦型パワーMOSF
ETに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an insulated gate field effect transistor, particularly a vertical power MOSF for high power.
It is about ET.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プレーナ型のMOSFETとして
特開平10−308510号公報に示されるものが知ら
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a planar type MOSFET disclosed in JP-A-10-308510 is known.

【0003】このプレーナ型MOSFETの断面図を図
8に示す。この図に基づいてプレーナ型MOSFETの
構造について説明する。
FIG. 8 shows a cross-sectional view of this planar type MOSFET. The structure of the planar MOSFET will be described with reference to FIG.

【0004】n+ 型炭化珪素半導体基板(以下、n+
基板という)1は上面を主表面1aとし、主表面の反対
面である下面を裏面1bとしている。このn+ 型基板1
の主表面1a上には、基板1よりも低いドーパント濃度
を有するn- 型炭化珪素エピタキシャル層(以下、n-
型エピ層という)2が積層されている。
An n + -type silicon carbide semiconductor substrate (hereinafter referred to as an n + -type substrate) 1 has an upper surface as a main surface 1a and a lower surface opposite to the main surface as a back surface 1b. This n + type substrate 1
Is formed on main surface 1a of n -type silicon carbide epitaxial layer (hereinafter referred to as n −) having a dopant concentration lower than that of substrate 1.
2 (referred to as a mold epi layer).

【0005】n- 型エピ層2の表層部における所定領域
には、所定深さを有するp- 型炭化珪素ベース領域3a
およびp- 型炭化珪素ベース領域3b(以下、p-型ベ
ース領域3a、3bという)が離間して形成されてい
る。また、p- 型ベース領域3aの表層部における所定
領域には、p- 型ベース領域3aよりも浅いn+ 型ソー
ス領域4aが、また、p- 型ベース領域3bの表層部に
おける所定領域には、p - 型ベース領域3bよりも浅い
+ 型ソース領域4bがそれぞれ形成されている。
[0005] n-Region in the surface layer portion of the mold epi layer 2
Has a predetermined depth p--Type silicon carbide base region 3a
And p--Type silicon carbide base region 3b (hereinafter, p-Type
Source regions 3a and 3b) are formed apart from each other.
You. Also, p-Predetermined at the surface portion of the mold base region 3a
The region contains p-N shallower than mold base region 3a+Mold saw
Region 4a also has p-On the surface of the mold base region 3b
The predetermined area in the -Shallower than mold base region 3b
n+The mold source regions 4b are respectively formed.

【0006】さらに、n+ 型ソース領域4aとn+ 型ソ
ース領域4bとの間におけるn- 型エピ層2およびp-
型ベース領域3a、3bの表面部にはn-型層5a及び
+型層5bからなるn- 型SiC層5が延設されてい
る。つまり、p- 型ベース領域3a、3bの表面部にお
いてソース領域4a、4bとn- 型エピ層2とを繋ぐよ
うにn- 型SiC層5が配置されている。このn- 型S
iC層5は、デバイスの動作時にデバイス表面において
チャネル形成層として機能する。以下、n- 型SiC層
5を表面チャネル層という。
Further, the n type epi layer 2 and the p layer between the n + type source region 4a and the n + type source region 4b are provided.
An n -- type SiC layer 5 composed of an n -- type layer 5a and an n + -type layer 5b extends on the surface of the mold base regions 3a and 3b. That is, the n -type SiC layer 5 is arranged so as to connect the source regions 4a, 4b and the n -type epi layer 2 on the surface portions of the p -type base regions 3a, 3b. This n - type S
The iC layer 5 functions as a channel forming layer on the device surface during device operation. Hereinafter, n -type SiC layer 5 is referred to as a surface channel layer.

【0007】表面チャネル層5のうちp- 型ベース領域
3a、3bの上部に配置されたn-型層5aのドーパン
ト濃度は、1×1015cm-3〜1×1017cm-3程度の
低濃度となっており、かつ、n- 型エピ層2及びp-
ベース領域3a、3bのドーパント濃度以下となってい
る。これにより、低オン抵抗化が図られている。
Type base region 3a, n located on the top of 3b - - [0007] p of the surface channel layer 5 dopant concentration type layer 5a is, 1 × 10 15 cm -3 ~1 × 10 17 cm -3 of about The concentration is low and is lower than the dopant concentration of the n -type epi layer 2 and the p -type base regions 3a and 3b. Thereby, low on-resistance is achieved.

【0008】また、p- 型ベース領域3a、3b、n+
型ソース領域4a、4bの表面部には凹部6a、6bが
形成されている。
Further, the p - type base regions 3a, 3b, n +
Concave portions 6a and 6b are formed in the surface portions of the mold source regions 4a and 4b.

【0009】表面チャネル層5の上面およびn+ 型ソー
ス領域4a、4bの上面にはゲート絶縁膜(シリコン酸
化膜)7が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜7の
上にはゲート電極8が形成されている。ゲート電極8は
絶縁膜9にて覆われている。絶縁膜9としてLTO(L
ow Temperature Oxide)膜が用い
られている。その上にはソース電極10が形成され、ソ
ース電極10はn+ 型ソース領域4a、4bおよびp-
型ベース領域3a、3bと接している。また、n+ 型基
板1の裏面1bには、ドレイン電極層11が形成されて
いる。
A gate insulating film (silicon oxide film) 7 is formed on the upper surface of the surface channel layer 5 and the upper surfaces of the n + type source regions 4a and 4b. Further, a gate electrode 8 is formed on the gate insulating film 7. Gate electrode 8 is covered with insulating film 9. LTO (L
(Operating Temperature Oxide) film. A source electrode 10 is formed thereon, and the source electrode 10 has n + type source regions 4a, 4b and p
It is in contact with the mold base regions 3a, 3b. Further, a drain electrode layer 11 is formed on the back surface 1b of the n + type substrate 1.

【0010】このように構成された蓄積モードで動作
し、チャネル移動度を向上させることによってオン抵抗
の低減が図られている。
The on-resistance is reduced by operating in the storage mode configured as described above and improving the channel mobility.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】一方、パワーデバイス
としてさらなる高耐圧化が要望されている。このため、
オフ状態において、ドレイン電圧を印加した場合におい
ても、常にオフ状態が維持されるようにする必要があ
る。特に、数百V以上のドレイン電圧が印加された場合
において、そのドレイン電圧は、n-型エピ層(ドリフ
ト領域)2とp-型ベース領域3a、3bとで形成され
るPN接合の逆バイアス状態にて保持される。従って、
上記要望は、n-型エピ層2並びにp-型ベース領域3
a、3bを厚く設けたり、またはp-型ベース領域3
a、3bでは層厚を厚くする代わりにドーピング濃度を
高くすることにより達成される。
On the other hand, there is a demand for a higher breakdown voltage as a power device. For this reason,
In the off state, it is necessary to always maintain the off state even when a drain voltage is applied. In particular, when a drain voltage of several hundred volts or more is applied, the drain voltage becomes the reverse bias of the PN junction formed by the n -type epi layer (drift region) 2 and the p -type base regions 3a and 3b. It is held in the state. Therefore,
The above demands are made on the n -type epi layer 2 and the p -type base region 3.
a, 3b are provided thickly or the p type base region 3
A and 3b are achieved by increasing the doping concentration instead of increasing the layer thickness.

【0012】ここで、p-型ベース領域3a、3bでは
層厚を厚くするには、SiC内の不純物の拡散係数がS
iに比して1〜2桁小さく、Siのような不純物の熱拡
散が利用できないために、数MeV程度の高い加速エネ
ルギーによるイオン注入技術が必要となる。このイオン
注入技術によるp-型ベース領域3a、3bの形成工程
を図9(a)〜(c)に示す。
Here, in order to increase the thickness of the p - type base regions 3a and 3b, the diffusion coefficient of the impurity in the SiC is set to S.
Since it is one to two orders of magnitude smaller than i and cannot utilize thermal diffusion of impurities such as Si, an ion implantation technique with high acceleration energy of about several MeV is required. FIGS. 9A to 9C show steps of forming the p -type base regions 3 a and 3 b by this ion implantation technique.

【0013】図9(a)のようにイオン注入を行った
後、注入されたイオン種の再結晶化及び活性化のための
熱処理を、SiCでは、1000〜1800℃の範囲に
て行っている。従って、イオン注入領域が厚くなると、
再結晶化及び活性化のための熱処理時に、図9(b)の
矢印で示すように、イオン注入層の上部及び下部では隣
接する層の結晶形を継承するが、中央部においては、図
9(c)に示すように、1000〜1800℃において
安定構造である3C−SiCが形成され、イオン注入領
域全体を単一の結晶形とすることが困難である。特に、
6H、4H−SiCを基板に用いた場合には、イオン注
入領域と基板との境界近傍では、基板の結晶形(Pol
y−type)を継承した結晶構造となるが、イオン注
入領域中央では熱的に安定な3C−SiCとなる。この
ように、3C−SiCが形成されると、3C−SiCと
なった部分においてバンドギャップが狭くなり、MOS
FETの耐圧を低下させるという問題がある。また、結
晶形が異なる部位との界面で結晶欠陥が蓄積され、さら
にMOSFETの耐圧を下げる可能性もある。
After the ion implantation as shown in FIG. 9A, a heat treatment for recrystallization and activation of the implanted ion species is performed in the range of 1000 to 1800 ° C. in SiC. . Therefore, when the ion implantation region becomes thicker,
At the time of heat treatment for recrystallization and activation, as shown by arrows in FIG. 9B, the upper and lower portions of the ion-implanted layer inherit the crystal form of the adjacent layer, but at the center portion, as shown in FIG. As shown in (c), 3C—SiC having a stable structure is formed at 1000 to 1800 ° C., and it is difficult to form the entire ion-implanted region into a single crystal form. In particular,
When 6H, 4H-SiC is used for the substrate, the crystal form (Pol) of the substrate is near the boundary between the ion-implanted region and the substrate.
The crystal structure inherits y-type), but becomes 3C-SiC which is thermally stable at the center of the ion implantation region. As described above, when the 3C-SiC is formed, the band gap becomes narrow at the portion where the 3C-SiC is formed, and
There is a problem that the breakdown voltage of the FET is reduced. In addition, crystal defects may accumulate at the interface with a portion having a different crystal form, and the breakdown voltage of the MOSFET may be further reduced.

【0014】本発明は上記点に鑑みて成され、高耐圧構
造を形成するにあたり、イオン注入領域を単一結晶形と
する再結晶及び活性化熱処理技術を提供し、炭化珪素半
導体装置の耐圧を向上させることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a recrystallization and activation heat treatment technique for forming an ion-implanted region into a single crystal form in forming a high withstand voltage structure to reduce the withstand voltage of a silicon carbide semiconductor device. The purpose is to improve.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明においては、ベース領域(3
a、3b)形成工程は、第2導電型の不純物を1MeV
以上の加速エネルギーで注入する工程と、レーザによっ
て熱処理を施し、注入された不純物を活性化させると共
に該ベース領域(3a、3b)を再結晶化させる工程
と、を含むことを特徴としている。
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a base region (3) is provided.
a, 3b) In the forming step, the impurity of the second conductivity type is 1 MeV
The method is characterized by including a step of implanting with the above-described acceleration energy and a step of performing heat treatment with a laser to activate the implanted impurities and recrystallize the base regions (3a, 3b).

【0016】このように、ベース領域が深く注入される
ような場合において、レーザによって熱処理を行い、ベ
ース領域を再結晶化させることにより、レーザによって
直接熱処理を行えるため、ベース領域が部分的に異なる
結晶形となることを防止し、同じ多型で形成されるよう
にすることができる。これにより、炭化珪素半導体装置
の耐圧を向上させることができる。
As described above, when the base region is deeply implanted, the heat treatment is performed by the laser, and the base region is recrystallized, so that the heat treatment can be performed directly by the laser. The formation of the same polymorph can be prevented by preventing the crystal form. Thereby, the breakdown voltage of the silicon carbide semiconductor device can be improved.

【0017】請求項2に記載の発明においては、レーザ
熱処理工程では、ベース領域(3a、3b)の下方側端
から上方側端へ向かって順に、もしくは上方側端から下
方側端に向かって順にレーザ照射を行うことを特徴とし
ている。
According to the second aspect of the present invention, in the laser heat treatment step, the base regions (3a, 3b) are sequentially arranged from the lower end to the upper end, or from the upper end to the lower end. It is characterized by performing laser irradiation.

【0018】これにより、ベース領域の下方側もしくは
上方側からベース領域が接する部分の結晶形を継承さ
せ、ベース領域すべてがその結晶形で形成されるように
することができる。
Thus, the crystal form of the portion in contact with the base region from below or above the base region can be inherited, and the entire base region can be formed in that crystal form.

【0019】例えば、請求項3に示すように、レーザ熱
処理工程では、レーザを集光した集光部で熱処理が行わ
れるようにして熱処理を行うことができる。また、請求
項4に示すように、レーザ熱処理工程では、複数のレー
ザが互いに交差するようにレーザ照射を行い、該レーザ
の交差する部分で熱処理が行われるようにすることもで
きる。
For example, in the laser heat treatment step, the heat treatment can be performed in such a manner that the heat treatment is performed at the condensing portion where the laser is condensed. Further, as described in claim 4, in the laser heat treatment step, laser irradiation may be performed so that a plurality of lasers cross each other, and heat treatment may be performed at a portion where the lasers cross.

【0020】具体的には、請求項5に示すように、レー
ザとしてエキシマレーザを用いることができる。そし
て、ベース領域の上部に炭化珪素が介在する場合には、
請求項6に示すように、エキシマレーザの波長を、その
炭化珪素のバンドギャップのエネルギーより一意にλ=
1239.9/Eg(eV)の式より得られる波長より
も長くすれば、かつ、イオン注入にてアモルファス化し
た部分にて吸収される波長とすることにより、熱処理を
行いたい領域でエネルギーが吸収されるようにできる。
なぜなら、アモルファス化した場合には、バンドギャッ
プが単結晶でのバンドギャップよりも小さくなるからで
ある。
More specifically, an excimer laser can be used as the laser. And when silicon carbide is interposed in the upper part of the base region,
As described in claim 6, the wavelength of the excimer laser is uniquely determined by λ = λ from the energy of the band gap of the silicon carbide.
Energy is absorbed in a region where heat treatment is desired by making the wavelength longer than the wavelength obtained from the expression of 1239.9 / Eg (eV) and by making the wavelength absorbed by the portion which is made amorphous by ion implantation. Can be done.
This is because the band gap becomes smaller than the band gap of a single crystal when it is made amorphous.

【0021】また、請求項7に示すように、レーザとし
て、He−Cdレーザ、He−Neレーザ、Ar+レー
ザのいずれかを用いることもできる。これらのレーザは
4H−SiCのバンドギャップよりも波長が狭いため、
ベース領域の上に4H−SiCが配置されている場合に
特に有効である。また、請求項8に示すように、レーザ
光に代えてX−rayを用いる場合においても請求項7
と同様のことが言える。
Further, as a laser, any one of a He-Cd laser, a He-Ne laser and an Ar + laser can be used as the laser. Since these lasers have a wavelength narrower than the band gap of 4H-SiC,
This is particularly effective when 4H—SiC is arranged on the base region. Further, in a case where an X-ray is used instead of a laser beam, the present invention is also applicable to the case where an X-ray is used.
The same can be said.

【0022】さらに、請求項9に示すように、レーザに
代えて、電子線、中性子線、陽電子線のいずれかを用い
ることもできる。
Further, any one of an electron beam, a neutron beam and a positron beam can be used in place of the laser.

【0023】この場合、中性子等が原子と衝突するまで
注入されるため、アモルファス化しているベース領域と
衝突し、ベース領域を熱処理することができる。
In this case, since neutrons and the like are injected until they collide with the atoms, the neutrons collide with the amorphous base region, and the base region can be heat-treated.

【0024】請求項1乃至9に記載の発明により、請求
項9に示すように、ベース領域(3a、3b)は、厚さ
が1μm以上となっており、かつ、すべて半導体基板
(1)と同じ多型となっている炭化珪素半導体装置が形
成される。
According to the first to ninth aspects of the present invention, as described in the ninth aspect, the base regions (3a, 3b) have a thickness of 1 μm or more, and are all in contact with the semiconductor substrate (1). A silicon carbide semiconductor device having the same polymorphism is formed.

【0025】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
The reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【0027】図1に、本実施の形態におけるノーマリオ
フ型のnチャネルタイププレーナ型MOSFET(縦型
パワーMOSFET)の断面図を示す。本デバイスは、
インバータや車両用オルタネータのレクチファイヤに適
用すると好適なものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a normally-off n-channel planar MOSFET (vertical power MOSFET) according to the present embodiment. This device is
It is suitable when applied to a rectifier of an inverter or a vehicle alternator.

【0028】図1に基づいて縦型パワーMOSFETの
構造について説明する。但し、本実施形態における縦型
パワーMOSFETは、上述した図8に示すMOSFE
Tとほぼ同様の構造を有しているため、異なる部分につ
いてのみ説明する。なお、本実施形態における縦型パワ
ーMOSFETのうち、図8に示すMOSFETと同様
の部分については同様の符号を付してある。
The structure of the vertical power MOSFET will be described with reference to FIG. However, the vertical power MOSFET in this embodiment is the same as the MOSFET shown in FIG.
Since it has a structure similar to that of T, only different parts will be described. Note that, in the vertical power MOSFET of the present embodiment, the same portions as those of the MOSFET shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.

【0029】本実施形態におけるMOSFETでは、p
-型ベース領域3a、3bを加速エネルギーが1〜8M
eVのイオン注入にて形成している。これに対して、図
8に示すMOSFETでは、p-型ベース領域3a、3
bを1MeV以下で形成しているため、本実施形態にお
けるMOSFETの方が図8に示すMOSFETよりも
層厚が厚くなっている。具体的には、本実施形態では、
ドーパントとしてAlを用いた場合にはp-型ベース領
域3a、3bの層厚が約4μm程度となり、B(ボロ
ン)を用いた場合には約6μmとなる。
In the MOSFET of this embodiment, p
- type base region 3a, the acceleration energy 3b 1~8M
It is formed by ion implantation of eV. In contrast, in MOSFET shown in FIG. 8, p - type base region 3a, 3
Since b is formed at 1 MeV or less, the MOSFET according to the present embodiment is thicker than the MOSFET shown in FIG. Specifically, in the present embodiment,
When Al is used as the dopant, the layer thickness of the p -type base regions 3a and 3b is about 4 μm, and when B (boron) is used, it is about 6 μm.

【0030】そして、本実施形態におけるMOSFET
では、p-型ベース領域3a、3bがすべて同一のpo
ly−typeの結晶形(例えば、4H)をしており、
-型ベース領域3a、3bの下層に位置するn−型エ
ピ層2の結晶形を承継している。
The MOSFET according to the present embodiment
In this case, all the p -type base regions 3a and 3b have the same po
has a ly-type crystal form (for example, 4H),
It inherits the crystal form of n − -type epi layer 2 located below p -type base regions 3a and 3b.

【0031】このように、すべて同一の結晶形でp-
ベース領域3a、3bが構成されている。従来のよう
に、p-型ベース領域3a、3bの中央位置に結晶形が
異なる3C−SiCが形成された場合には、その部位の
バンドギャップが狭くなること、結晶形が異なる部位と
の界面で結晶欠陥が蓄積されること、を理由にMOSF
ETの耐圧が下がってしまうが、本実施形態では、その
ような問題を無くすことができる。
As described above, the p -type base regions 3a and 3b are all formed in the same crystal form. When 3C-SiC having a different crystal form is formed at the center position of p -type base regions 3a and 3b as in the related art, the band gap at that part becomes narrower, and the interface with a part having a different crystal form is formed. MOSF because crystal defects accumulate in
Although the withstand voltage of the ET decreases, such a problem can be eliminated in the present embodiment.

【0032】次に、図1に示す縦型パワーMOSFET
の製造工程を、図2〜図4を用いて説明する。
Next, the vertical power MOSFET shown in FIG.
Will be described with reference to FIGS.

【0033】〔図2(a)に示す工程〕まず、n型4H
または6Hまたは3C−SiC基板、すなわちn+ 型基
板1を用意する。ここで、n+ 型基板1はその厚さが4
00μmであり、主表面1aが(0001)Si面、又
は、(112−0)a面である。この基板1の主表面1
aに厚さ5μmのn- 型エピ層2をエピタキシャル成長
する。本例では、n- 型エピ層2は下地の基板1と同様
の結晶が得られ、n型4Hまたは6Hまたは3C−Si
C層となる。
[Step shown in FIG. 2A] First, n-type 4H
Alternatively, a 6H or 3C-SiC substrate, that is, an n + type substrate 1 is prepared. Here, the n + type substrate 1 has a thickness of 4
The main surface 1a is a (0001) Si plane or a (112-0) a plane. Main surface 1 of this substrate 1
A 5 μm-thick n -type epi layer 2 is epitaxially grown on a. In this example, the n -type epi layer 2 has the same crystal as that of the underlying substrate 1 and has n-type 4H or 6H or 3C-Si.
It becomes the C layer.

【0034】〔図2(b)に示す工程〕n- 型エピ層2
の上の所定領域にMo(モリブデン)膜20を配置し、
これをマスクとしてB+ (若しくはアルミニウム)をイ
オン注入して、p- 型ベース領域3a、3bを形成す
る。このときのイオン注入条件は、加速エネルギーが1
〜8MeV、温度が700℃で、ドーズ量が1×1016
cm-2としている。このため、ドーパントとしてAlを
用いた場合にはp-型ベース領域3a、3bの層厚が約
4μm程度となり、B(ボロン)を用いた場合には約6
μmとなる。
[Step shown in FIG. 2B] n - type epi layer 2
(Molybdenum) film 20 is arranged in a predetermined region above the
Using this as a mask, B + (or aluminum) ions are implanted to form p -type base regions 3a and 3b. The ion implantation condition at this time is that the acceleration energy is 1
Up to 8 MeV, at a temperature of 700 ° C., and at a dose of 1 × 10 16
cm -2 . For this reason, when Al is used as a dopant, the layer thickness of the p -type base regions 3a and 3b is about 4 μm, and when B (boron) is used, it is about 6 μm.
μm.

【0035】この後、p-型ベース領域3a、3bの再
結晶化及び活性化熱処理工程を行う。この工程の様子を
図5に示して説明する。まず、上述したイオン注入を行
った時点では、図5(a)に示すように、p-型ベース
領域3a、3bは、n+ 型基板1の表面から所定深さの
位置までイオンが注入され、イオン注入された部分がア
モルファス化した状態(図中に点々で示す)となってい
る。このアモルファス化しているp-型ベース領域3
a、3bに対して図5(b)に示すような熱処理を行
う。
Thereafter, recrystallization and activation heat treatment steps for p -type base regions 3a and 3b are performed. The state of this step will be described with reference to FIG. First, at the time when the above-described ion implantation is performed, ions are implanted into the p -type base regions 3a and 3b from the surface of the n + -type substrate 1 to a position at a predetermined depth, as shown in FIG. The ion-implanted portion is in an amorphous state (indicated by dots in the figure). This amorphous p - type base region 3
A heat treatment as shown in FIG.

【0036】この熱処理工程では、レーザを用いて熱処
理を行っている。このレーザとしては、レーザ波長を調
整可能なエキシマレーザを用いている。そして、エキシ
マレーザの波長が4H−SiCのバンドギャップで決ま
る波長よりも長くなるようにしている。これは、レーザ
波長が4H−SiCのバンドギャップよりも短いと、ア
モルファス化しているp-型ベース領域3a、3bより
も上層に介在する4H−SiCにレーザのエネルギーが
吸収されてしまうためである。なお、図2(b)におい
ては、p-型ベース領域3a、3bがn+ 型基板1の表
面から形成されているように記載されているが、実際に
は、その表面から所定深さの位置までイオンが注入され
るため、p-型ベース領域3a、3bよりも上層に4H
−SiCが介在することになる。
In this heat treatment step, heat treatment is performed using a laser. An excimer laser whose laser wavelength can be adjusted is used as this laser. The wavelength of the excimer laser is set to be longer than the wavelength determined by the band gap of 4H-SiC. This is because if the laser wavelength is shorter than the band gap of 4H-SiC, the energy of the laser is absorbed by 4H-SiC interposed in the upper layer than the amorphous p - type base regions 3a and 3b. . Although FIG. 2B shows that the p -type base regions 3a and 3b are formed from the surface of the n + -type substrate 1, actually, the p -type base regions 3a and 3b have a predetermined depth from the surface. Since ions are implanted up to the position, 4H is formed above the p -type base regions 3a and 3b.
-SiC will be interposed.

【0037】このエキシマレーザのレーザ光50を集光
レンズ51を用いて集光し、集光部のみ熱処理に適した
エネルギー状態となるように配置している。これによ
り、集光部近傍のみ熱処理が進行するようにしている。
The laser beam 50 of this excimer laser is condensed by using a condensing lens 51, and only the condensing portion is arranged so as to be in an energy state suitable for heat treatment. As a result, the heat treatment proceeds only in the vicinity of the light collecting portion.

【0038】そして、まず、レーザ50の集光部をイオ
ン注入領域の基板側、つまりp-型ベース領域3a、3
bの下方側端に位置させた後、レーザ光50をスキャン
しながらイオン注入領域全体をカバーするように集光部
を基板平面方向に走査する。これにより、イオン注入領
域のうちp-型ベース領域3a、3bの下方側端から所
定の高さまで熱処理が行われ、p-型ベース領域3a、
3bの下層に位置するn-型エピ層2のpoly−ty
peの結晶形(多型)の情報を継承して再結晶化が行わ
れる(図中にハッチングで示す)。
First, the condensing portion of the laser 50 is moved to the substrate side of the ion implantation region, that is, the p - type base regions 3a and 3a.
After being located at the lower side end of b, while scanning the laser beam 50, the condensing portion is scanned in the plane direction of the substrate so as to cover the entire ion implantation region. Thus, p of the ion implantation region - -type base region 3a, a heat treatment from a lower end of 3b to a predetermined height performed, p - type base region 3a,
3b, the poly-ty of the n -type epi layer 2
Recrystallization is performed by inheriting the information of the crystal form (polymorphism) of pe (indicated by hatching in the figure).

【0039】このとき、p-型ベース領域3a、3bの
下方側端から熱処理を行っているため、p-型ベース領
域3a、3bのうちのそれよりも上方に位置する部分に
レーザ光50のエネルギーが吸収され得るが、そのエネ
ルギー吸収率を見込んでレーザ光50のパワーを設定す
ればよい。
[0039] At this time, p - type base region 3a, since the heat treatment is performed from the lower end of 3b, p - type base region 3a, the laser beam 50 in a portion positioned above than of 3b Although energy can be absorbed, the power of the laser beam 50 may be set in consideration of the energy absorption rate.

【0040】その後、集光部を基板側から内部(p-
ベース領域3a、3bの上方側端)に向かって、例えば
再結晶化されていない位置まで移動させたのち、イオン
注入領域全体をカバーするように集光部を基板平面方向
に走査する。以下、このような処理を繰り返すことによ
り、p-型ベース領域3a、3bの下層から順に、n-
エピ層2の結晶形の情報が継承され、図5(c)に示す
ように、すべて同一のpoly−typeの結晶形を有
するp-型ベース領域3a、3bが形成される。なお、
参考として図5(b)中の矢印で集光部の走査経路を示
す。
After that, the condensing portion is moved from the substrate side toward the inside (upper ends of the p - type base regions 3a and 3b), for example, to a position where it is not recrystallized. The light-collecting unit is scanned in the plane direction of the substrate so as to cover. Thereafter, by repeating such processing, the information of the crystal form of the n -type epi layer 2 is inherited in order from the lower layer of the p -type base regions 3a and 3b, and as shown in FIG. P -type base regions 3a and 3b having the same poly-type crystal form are formed. In addition,
For reference, an arrow in FIG. 5B indicates a scanning path of the light collecting unit.

【0041】〔図2(c)に示す工程〕Mo膜20を除
去した後、基板1の上面からN+ をイオン注入して、n
- 型エピ層2の表層部及びp- 型ベース領域3a、3b
の表面部(表層部)にn- 型層5a及びn+ 型層5bか
らなる表面チャネル層5を形成する。このときのイオン
注入条件は、温度が700℃、ドーズ量が1×1016
-2としている。これにより、表面チャネル層5は、p
- 型ベース領域3a、3bの表面部では補償されてn型
の不純物濃度が薄いn- 型層として形成され、n- 型エ
ピ層2の表面部ではn型の不純物濃度が濃いn+ 型層と
して形成される。
[Step shown in FIG. 2C] After the Mo film 20 is removed, N + ions are implanted from the upper surface of the
- the surface layer portion of the type epi layer 2 and p - type base region 3a, 3b
The surface channel layer 5 composed of the n -type layer 5a and the n + -type layer 5b is formed on the surface portion (surface layer portion). The ion implantation conditions at this time are as follows: a temperature of 700 ° C. and a dose of 1 × 10 16 c.
m -2 . Thus, the surface channel layer 5 has p
- is formed as a mold layer, n - - type base region 3a, the surface portion of the 3b impurity concentration is thin n of being compensated n-type impurity concentration of the n-type in the surface portion of the epitaxial layer 2 is thick n + -type layer Is formed as

【0042】また、縦型パワーMOSFETをノーマリ
オフ型にするために、表面チャネル層5の厚み(膜厚)
は以下の数式に基づいて決定している。縦型パワーMO
SFETをノーマリオフ型とするためには、ゲート電圧
を印加していない状態の際に、n- 型層5aに広がる空
乏層が電気伝導を妨げるように十分なバリア高さを有し
ている必要がある。この条件は次式にて示される。
In order to make the vertical power MOSFET normally-off type, the thickness (film thickness) of the surface channel layer 5 is set.
Is determined based on the following equation. Vertical power MO
In order for the SFET to be of the normally-off type, it is necessary that the depletion layer extending to the n -type layer 5a has a sufficient barrier height so as to prevent electric conduction when no gate voltage is applied. is there. This condition is expressed by the following equation.

【0043】[0043]

【数式1】 但し、Tepi はn- 型層に広がる空乏層の高さ、φms
は金属と半導体の仕事関数差(電子のエネルギー差)、
Qsはゲート絶縁膜(酸化膜)7中の空間電荷、Qfc
はゲート酸化膜(SiO2)とn-型層5aとの間の界面
(以下SiO2/SiC界面という)の固定電荷、Qi
は酸化膜中の可動イオン、QssはSiO2/SiC界
面の表面電荷、Coxはゲート絶縁膜7の容量である。
[Formula 1] Where, Tepi is the height of the depletion layer extending to the n -type layer, φms
Is the work function difference (electron energy difference) between metal and semiconductor,
Qs is a space charge in the gate insulating film (oxide film) 7, Qfc
Qi is a fixed charge at an interface between the gate oxide film (SiO 2 ) and the n -type layer 5a (hereinafter referred to as an SiO 2 / SiC interface).
Is the mobile ion in the oxide film, Qss is the surface charge at the SiO 2 / SiC interface, and Cox is the capacitance of the gate insulating film 7.

【0044】この数式1に示される右辺第1項は表面チ
ャネル層5とp- 型ベース領域3a、3bとのPN接合
のビルトイン電圧Vbuilt による空乏層の伸び量、すな
わちp- 型ベース領域3a、3bから表面チャネル層5
に広がる空乏層の伸び量であり、第2項はゲート絶縁膜
7の電荷とφmsによる空乏層の伸び量、すなわちゲート
絶縁膜7から表面チャネル層5に広がる空乏層の伸び量
である。従って、p-型ベース領域3a、3bから広が
る空乏層の伸び量と、ゲート絶縁膜7から広がる空乏層
の伸び量との和が表面チャネル層5の厚み以上となるよ
うにすれば縦型パワーMOSFETをノーマリオフ型に
することができるため、この条件を満たすようなイオン
注入条件で表面チャネル層5を形成している。
The first term on the right side of the equation 1 is the extension of the depletion layer due to the built-in voltage Vbuilt of the PN junction between the surface channel layer 5 and the p - type base regions 3a and 3b, that is, the p - type base region 3a, 3b to surface channel layer 5
The second term is the extension amount of the depletion layer due to the charge of the gate insulating film 7 and φms, that is, the extension amount of the depletion layer extending from the gate insulating film 7 to the surface channel layer 5. Therefore, if the sum of the extension of the depletion layer extending from the p -type base regions 3 a and 3 b and the extension of the depletion layer extending from the gate insulating film 7 is equal to or greater than the thickness of the surface channel layer 5, the vertical power Since the MOSFET can be a normally-off type, the surface channel layer 5 is formed under ion implantation conditions satisfying this condition.

【0045】このようなノーマリオフ型の縦型パワーM
OSFETは、故障などによってゲート電極に電圧が印
加できないような状態となっても、電流が流れないよう
にすることができるため、ノーマリオン型のものと比べ
て安全性を確保することができる。
Such a normally-off type vertical power M
The OSFET can prevent a current from flowing even when a voltage cannot be applied to the gate electrode due to a failure or the like, so that safety can be ensured as compared with a normally-on type.

【0046】また、図1に示すように、p- 型ベース領
域3a、3bは、ソース電極10と接触していて接地状
態となっている。このため、表面チャネル層5とp-
ベース領域3a、3bとのPN接合のビルトイン電圧V
built を利用して表面チャネル層5をピンチオフするこ
とができる。例えば、p- 型ベース領域3a、3bが接
地されてなくてフローティング状態となっている場合に
は、ビルトイン電圧Vbuilt を利用してp- 型ベース領
域3a、3bから空乏層を延ばすということができない
ため、p- 型ベース領域3a、3bをソース電極10と
接触させることは、表面チャネル層5をピンチオフする
のに有効な構造であるといえる。
As shown in FIG. 1, the p type base regions 3a and 3b are in contact with the source electrode 10 and are in a ground state. Therefore, the built-in voltage V of the PN junction between the surface channel layer 5 and the p -type base regions 3a and 3b
Using built-in, the surface channel layer 5 can be pinched off. For example, when the p type base regions 3a and 3b are not grounded and are in a floating state, it is impossible to extend the depletion layer from the p type base regions 3a and 3b using the built-in voltage Vbuilt. Therefore, it can be said that bringing the p -type base regions 3 a and 3 b into contact with the source electrode 10 is an effective structure for pinching off the surface channel layer 5.

【0047】また、ノーマリオフ型の縦型パワーMOS
FETにするためには、上記数式2の条件を満たすよう
に表面チャネル層5の厚みを設定する必要があるが、シ
リコンを用いた場合にはVbuilt が低いため、表面チャ
ネル層5の厚みを薄くしたり不純物濃度を薄くして形成
しなければならず、不純物イオンの拡散量の制御が困難
なことを考慮すると、非常に製造が困難であるといえ
る。しかしながら、SiCを用いた場合にはVbuilt が
シリコンの約3倍と高く、n- 型層の厚みを厚くしたり
不純物濃度を濃くして形成できるため、ノーマリオフ型
の蓄積型MOSFETを製造することが容易であるとい
える。
A normally-off type vertical power MOS
In order to form an FET, it is necessary to set the thickness of the surface channel layer 5 so as to satisfy the condition of the above formula 2, but when silicon is used, the thickness of the surface channel layer 5 is reduced because Vbuilt is low. Considering that it is difficult to control the amount of diffusion of impurity ions, it can be said that manufacturing is extremely difficult. However, when SiC is used, Vbuilt is about three times as high as that of silicon and can be formed by increasing the thickness of the n -type layer or increasing the impurity concentration. Therefore, it is possible to manufacture a normally-off type storage MOSFET. It can be said that it is easy.

【0048】〔図3(a)に示す工程〕表面チャネル層
5の上の所定領域にLTO膜21を配置し、これをマス
クとしてN+ をイオン注入し、n+ 型ソース領域4a、
4bを形成する。このときのイオン注入条件は、700
℃、ドーズ量は1×1015cm-2としている。
[Step shown in FIG. 3 (a)] An LTO film 21 is disposed in a predetermined region on the surface channel layer 5, and N + ions are implanted using the LTO film 21 as a mask to form an n + type source region 4a,
4b is formed. The ion implantation condition at this time is 700
C. and the dose is 1 × 10 15 cm −2 .

【0049】〔図3(b)に示す工程〕そして、LTO
膜21を除去した後、フォトレジスト法を用いて表面チ
ャネル層5の上の所定領域にMo膜22を配置し、これ
をマスクとしてRIEによりp - 型ベース領域3a、3
b上の表面チャネル層5を部分的にエッチング除去す
る。
[Steps shown in FIG. 3 (b)]
After removing the film 21, the surface is etched using a photoresist method.
A Mo film 22 is disposed in a predetermined region on the channel layer 5,
P by RIE using -Mold base regions 3a, 3
b) Partially remove the surface channel layer 5 by etching.
You.

【0050】〔図3(c)に示す工程〕さらに、Mo膜
22をマスクにしてB+ をイオン注入し、ディープベー
ス層30a、30bを形成する。これにより、ベース領
域3a、3bの一部が厚くなったものとなる。このディ
ープベース層30a、30bは、n+ 型ソース領域4
a、4bに重ならない部分に形成されると共に、p-
ベース領域3a、3bのうちディープベース層30a、
30bが形成された厚みが厚くなった部分が、ディープ
ベース層30aが形成されていない厚みの薄い部分より
も不純物濃度が濃く形成される。
[Step shown in FIG. 3C] Further, B + ions are implanted using the Mo film 22 as a mask to form the deep base layers 30a and 30b. Thereby, a part of the base regions 3a and 3b becomes thicker. The deep base layers 30a and 30b are formed in the n + type source region 4
a, 4b, and is formed in a portion that does not overlap with the deep base layer 30a of the p -type base regions 3a, 3b.
The thicker portion where the 30b is formed has a higher impurity concentration than the thinner portion where the deep base layer 30a is not formed.

【0051】〔図4(a)に示す工程〕Mo膜22を除
去した後、基板の上にウェット酸化によりゲート絶縁膜
(ゲート酸化膜)7を形成する。このとき、雰囲気温度
は1080℃とする。
[Step shown in FIG. 4A] After the Mo film 22 is removed, a gate insulating film (gate oxide film) 7 is formed on the substrate by wet oxidation. At this time, the ambient temperature is 1080 ° C.

【0052】その後、ゲート絶縁膜7の上にポリシリコ
ンからなるゲート電極8をLPCVDにより堆積する。
このときの成膜温度は600℃とする。
Thereafter, a gate electrode 8 made of polysilicon is deposited on the gate insulating film 7 by LPCVD.
The film formation temperature at this time is 600 ° C.

【0053】〔図4(b)に示す工程〕引き続き、ゲー
ト絶縁膜7の不要部分を除去した後、LTOよりなる絶
縁膜9を形成しゲート絶縁膜7を覆う。より詳しくは、
成膜温度は425℃であり、成膜後に1000℃のアニ
ールを行う。
[Step shown in FIG. 4B] Subsequently, after removing unnecessary portions of the gate insulating film 7, an insulating film 9 made of LTO is formed to cover the gate insulating film 7. More specifically,
The film formation temperature is 425 ° C., and annealing is performed at 1000 ° C. after the film formation.

【0054】〔図4(c)に示す工程〕そして、室温で
の金属スパッタリングによりソース電極10及びドレイ
ン電極11を配置する。また、成膜後に1000℃のア
ニールを行う。
[Step shown in FIG. 4C] Then, the source electrode 10 and the drain electrode 11 are arranged by metal sputtering at room temperature. After film formation, annealing at 1000 ° C. is performed.

【0055】このようにして、図1に示す縦型パワーM
OSFETが完成する。
Thus, the vertical power M shown in FIG.
The OSFET is completed.

【0056】次に、この縦型パワーMOSFETの作用
(動作)を説明する。
Next, the operation (operation) of the vertical power MOSFET will be described.

【0057】本MOSFETはノーマリオフ型の蓄積モ
ードで動作するものであって、ゲート電極に電圧を印加
しない場合は、表面チャネル層5においてキャリアは、
-型ベース領域3a、3bと表面チャネル層5との間
の静電ポテンシャルの差、及び表面チャネル層5とゲー
ト電極8との間の仕事関数の差により生じた電位によっ
て全域空乏化される。ゲート電極8に電圧を印加するこ
とにより、表面チャネル層5とゲート電極8との間の仕
事関数の差と外部からの印加電圧の和により生じる電位
差を変化させる。このことにより、チャネルの状態を制
御することができる。
This MOSFET operates in a normally-off type accumulation mode. When no voltage is applied to the gate electrode, carriers in the surface channel layer 5 are
The entire region is depleted by a potential caused by a difference in electrostatic potential between the p type base regions 3 a and 3 b and the surface channel layer 5 and a difference in work function between the surface channel layer 5 and the gate electrode 8. . By applying a voltage to the gate electrode 8, a potential difference caused by the sum of a work function difference between the surface channel layer 5 and the gate electrode 8 and an externally applied voltage is changed. As a result, the state of the channel can be controlled.

【0058】また、オフ状態において、空乏領域は、p
- 型ベース領域3a、3b及びゲート電極8により作ら
れた電界によって、表面チャネル層5内に形成される。
この状態からゲート電極8に対して正のバイアスを供給
すると、ゲート絶縁膜(SiO2 )7と表面チャネル層
5との間の界面においてn+ 型ソース領域4a、4bか
らn- 型ドリフト領域2方向へ延びるチャネル領域が形
成され、オン状態にスイッチングされる。このとき、電
子は、n+ 型ソース領域4a、4bから表面チャネル層
5を経由し表面チャネル層5からn- 型エピ層2に流れ
る。そして、n - 型エピ層2(ドリフト領域)に達する
と、電子は、n+ 型基板1(n+ ドレイン)へ垂直に流
れる。
In the off state, the depletion region is p
-Made by mold base regions 3a, 3b and gate electrode 8
The electric field is formed in the surface channel layer 5.
From this state, a positive bias is supplied to the gate electrode 8.
Then, the gate insulating film (SiOTwo7) and surface channel layer
5 at the interface between+Type source regions 4a, 4b
N-Channel region extending in the direction of the mold drift region 2
And switched on. At this time,
The child is n+From source regions 4a and 4b to surface channel layer
5 through the surface channel layer 5 to n-Flow to the epilayer 2
You. And n -Reaches the epitaxial layer 2 (drift region)
And the electron is n+Mold substrate 1 (n+Flow vertically to the drain)
It is.

【0059】このようにゲート電極8に正の電圧を印加
することにより、表面チャネル層5に蓄積型チャネルを
誘起させ、ソース電極10とドレイン電極11との間に
キャリアが流れる。
As described above, by applying a positive voltage to the gate electrode 8, a storage channel is induced in the surface channel layer 5, and carriers flow between the source electrode 10 and the drain electrode 11.

【0060】(他の実施形態)上記実施形態では、レー
ザを集光させ、その集光させたポイントにエネルギーを
発生させて再結晶化させるようにしているが、以下のよ
うにしてもよい。
(Other Embodiments) In the above embodiment, the laser is focused, and energy is generated at the focused point to recrystallize the laser.

【0061】図6に、レーザの照射の様子を示す。この
図に示されるように、複数のレーザ60、61を用い、
複数のレーザが互いに交差するようにし、この交差する
領域62で熱処理が行われるようにすることができる。
FIG. 6 shows the state of laser irradiation. As shown in this figure, using a plurality of lasers 60, 61,
A plurality of lasers can intersect each other, and the heat treatment can be performed in the intersecting region 62.

【0062】このような熱処理によれば、交差する広い
面で大きなエネルギーを発生させることができるため、
上記実施形態よりも広範囲で熱処理を行うことができ
る。このため、半導体装置の製造の容易化が図れ、生産
効率を向上することができる。
According to such a heat treatment, a large energy can be generated on a wide intersecting surface.
The heat treatment can be performed in a wider range than in the above embodiment. For this reason, the manufacture of the semiconductor device can be facilitated, and the production efficiency can be improved.

【0063】また、上記実施形態では、p-型ベース領
域3a、3bの基板側から表面側(p-型ベース領域3
a、3bの下方側端から上方側端)に向かって順に再結
晶化させているが、図7に示すように、表面側から基板
側(上方側端から下方側端)に向かって順に再結晶化さ
せることもできる。この場合には、p-型ベース領域3
a、3bは、p-型ベース領域3a、3bよりも表面側
に位置する4H−SiCの結晶形の情報を承継すること
になる。
In the above embodiment, the p -type base regions 3 a and 3 b are arranged from the substrate side to the surface side (the p -type base regions 3 a and 3 b).
a, 3b are recrystallized in order from the lower end to the upper end), but as shown in FIG. 7, the recrystallization is sequentially performed from the front side toward the substrate side (from the upper end to the lower end). It can also be crystallized. In this case, the p type base region 3
a and 3b inherit the information of the crystal form of 4H-SiC located on the surface side of the p -type base regions 3a and 3b.

【0064】ただし、この場合にも、p-型ベース領域
3a、3bの上層に位置する4H−SiCにレーザのエ
ネルギーが吸収されないように、4H−SiCのバンド
ギャップよりも波長の長いレーザとする必要がある。こ
のため、この場合にはエキシマレーザの波長を調整し、
波長が4H−SiCのバンドギャップよりも長くなるよ
うに熱処理を行う。
However, also in this case, a laser having a wavelength longer than the band gap of 4H-SiC is used so that the energy of the laser is not absorbed by 4H-SiC located above the p - type base regions 3a and 3b. There is a need. Therefore, in this case, adjust the wavelength of the excimer laser,
Heat treatment is performed so that the wavelength is longer than the band gap of 4H-SiC.

【0065】また、上記実施形態では、エキシマレーザ
を用いているが、他のレーザを用いることも可能であ
る。例えば、He−Cdレーザ、He−Neレーザ、A
+レーザを用いても良い。また、レーザに代えて、X
−ray、電子線、中性子線、陽電子線等を用いても良
い。
In the above embodiment, an excimer laser is used, but other lasers can be used. For example, He-Cd laser, He-Ne laser, A
An r + laser may be used. Also, instead of a laser, X
-Ray, an electron beam, a neutron beam, a positron beam, or the like may be used.

【0066】例えば、He−Cdレーザ、He−Neレ
ーザ、Ar+レーザ、X−rayの場合、波長が4H−
SiCのバンドギャップよりも長くなっているため、4
H−SiCを透過させて4H−SiCの下層に位置する
-型ベース領域3a、3bにレーザを照射する場合に
も、上層の4H−SiCにエネルギーが吸収されること
なく、p-型ベース領域3a、3bの再結晶化を行うこ
とができる。
For example, in the case of a He-Cd laser, a He-Ne laser, an Ar + laser, and an X-ray, the wavelength is 4H-
Since it is longer than the band gap of SiC, 4
By transmitting H-SiC located under the 4H-SiC p - type base region 3a, even when irradiating the laser 3b, without energy in the upper layer of 4H-SiC is absorbed, p - -type base The regions 3a and 3b can be recrystallized.

【0067】また、中性子線の場合には、原子と衝突す
るまで中性子が注入されるため、p -型ベース領域3
a、3bの上層に位置す4H−SiCのチャネリングの
方向に合わせて中性子線を入射すると、アモルファス化
しているp-型ベース領域3a、3bの所で中性子が原
子と衝突しエネルギーを発生させ、p-型ベース領域3
a、3bを再結晶化させることができる。
In the case of a neutron beam, it collides with an atom.
Neutrons are injected until -Mold base area 3
of channeling of 4H-SiC located on the upper layer of a, 3b
Amorphous when neutron beam is incident along the direction
P-Neutrons are generated at the mold base regions 3a and 3b.
Collide with the child and generate energy, p-Mold base area 3
a, 3b can be recrystallized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態における縦型パワーMOS
FETの断面図である。
FIG. 1 is a vertical power MOS according to an embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of FET.

【図2】図1に示す縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG.

【図3】図2に続く縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。
FIG. 3 is a view illustrating a manufacturing process of the vertical power MOSFET following FIG. 2;

【図4】図3に続く縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。
FIG. 4 is a view illustrating a manufacturing process of the vertical power MOSFET following FIG. 3;

【図5】レーザによる熱処理工程の様子を示した図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a state of a heat treatment step using a laser.

【図6】他の実施形態におけるレーザによる熱処理工程
の様子を示した図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state of a heat treatment step using a laser according to another embodiment.

【図7】他の実施形態におけるレーザによる熱処理工程
の様子を示した図である。
FIG. 7 is a view showing a state of a heat treatment step using a laser according to another embodiment.

【図8】従来の縦型パワーMOSFETの断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view of a conventional vertical power MOSFET.

【図9】ベース領域の再結晶化の様子を説明するための
図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a state of recrystallization of a base region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n+ 型基板、2…n- 型エピタキシャル層、3a、
3b…p- 型ベース領域、4a、4b…n+ 型ソース領
域、5…表面チャネル層(n- 型SiC層)、5a…n
- 型層、5b…n+ 型層、7…ゲート絶縁膜、8…ゲー
ト電極、9…絶縁膜、10…ソース電極、11…ドレイ
ン電極、50…レーザ光、51…集光レンズ。
1 ... n + type substrate, 2 ... n - type epitaxial layer, 3a,
3b ... p - type base region, 4a, 4b ... n + -type source region, 5 ... surface channel layer (n - -type SiC layer), 5a ... n
- -type layer, 5b ... n + -type layer, 7 ... gate insulating film, 8 ... gate electrode, 9 ... insulating film, 10 ... Source electrode, 11 ... drain electrode, 50 ... laser light, 51 ... condenser lens.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板(1)の主表面
上に、この半導体基板(1)よりも高抵抗な炭化珪素よ
りなる第1導電型の半導体層(2)を形成する工程と、 前記半導体層(2)の表層部の所定領域に、所定深さを
有する第2導電型のベース領域(3a、3b)をイオン
注入によって形成する工程と、 前記半導体層(2)及び前記ベース領域(3a、3b)
の上部に表面チャネル層を形成する工程と、 前記ベース領域(3a、3b)の表層部の所定領域に、
前記表面チャネル層(5)に接すると共に該ベース領域
(3a、3b)の深さよりも浅い第1導電型のソース領
域(4a、4b)を形成する工程とを備えた炭化珪素半
導体装置の製造方法であって、 前記ベース領域(3a、3b)形成工程は、 第2導電型の不純物を1MeV以上の加速エネルギーで
注入する工程と、 レーザによって熱処理を施し、注入された不純物を活性
化させると共に該ベース領域(3a、3b)を再結晶化
させる工程と、を含むことを特徴とする炭化珪素半導体
装置の製造方法。
1. A step of forming a first conductivity type semiconductor layer (2) made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate (1) on a main surface of the first conductivity type semiconductor substrate (1). Forming a second conductivity type base region (3a, 3b) having a predetermined depth by ion implantation in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer (2); Base area (3a, 3b)
Forming a surface channel layer on the upper surface of the base region;
Forming a first conductivity type source region (4a, 4b) in contact with the surface channel layer (5) and shallower than the depth of the base region (3a, 3b). The step of forming the base region (3a, 3b) includes a step of implanting an impurity of the second conductivity type with an acceleration energy of 1 MeV or more, and a step of performing a heat treatment by a laser to activate the implanted impurity and Recrystallizing the base regions (3a, 3b). A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
【請求項2】 前記レーザ熱処理工程では、前記ベース
領域(3a、3b)の下方側端から上方側端へ向かって
順に、もしくは上方側端から下方側端に向かって順にレ
ーザ照射を行うことを特徴とする請求項1に記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法。
2. In the laser heat treatment step, laser irradiation is performed in order from a lower side end to an upper side end of the base region (3a, 3b) or from an upper side end to a lower side end. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記レーザ熱処理工程では、前記レーザ
を集光した集光部で前記熱処理が行われるようにするこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の炭化珪素半導体
装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein in the laser heat treatment step, the heat treatment is performed in a condensing portion that condenses the laser.
【請求項4】 前記レーザ熱処理工程では、複数のレー
ザが互いに交差するようにレーザ照射を行い、該レーザ
の交差する部分で前記熱処理が行われるようにすること
を特徴とする請求項1又は2に記載の炭化珪素半導体装
置の製造方法。
4. The laser heat treatment step, wherein laser irradiation is performed so that a plurality of lasers cross each other, and the heat treatment is performed at a portion where the lasers cross each other. 3. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to item 1.
【請求項5】 前記レーザとしてエキシマレーザを用い
ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記
載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
5. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein an excimer laser is used as said laser.
【請求項6】 前記エキシマレーザの波長を4H−Si
Cのバンドギャップから決められる波長よりも長くする
ことを特徴とする請求項5に記載の炭化珪素半導体装置
の製造方法。
6. The wavelength of the excimer laser is 4H-Si.
6. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 5, wherein the wavelength is longer than a wavelength determined from the band gap of C.
【請求項7】 前記レーザとして、He−Cdレーザ、
He−Neレーザ、Ar+レーザのいずれかを用いるこ
とを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
炭化珪素半導体装置の製造方法。
7. A He-Cd laser as the laser,
The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein one of a He—Ne laser and an Ar + laser is used.
【請求項8】 前記レーザに代えて、X−rayを用い
ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記
載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein an X-ray is used instead of said laser.
【請求項9】 前記レーザに代えて、電子線、中性子
線、陽電子線のいずれかを用いることを特徴とする請求
項1乃至4のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置
の製造方法。
9. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein any one of an electron beam, a neutron beam, and a positron beam is used instead of the laser.
【請求項10】 主表面及び主表面と反対面である裏面
を有し、炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基板
(1)と、 前記半導体基板(1)の主表面上に形成され、前記半導
体基板(1)よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導電
型の半導体層(2)と、 前記半導体層(2)の表層部の所定領域に形成され、所
定深さを有する第2導電型のベース領域(3a、3b)
と、 前記ベース領域(3a、3b)の表層部の所定領域に形
成され、該ベース領域(3a、3b)の深さよりも浅い
第1導電型のソース領域(4a、4b)と、 前記ベース領域(3a、3b)の表面部及び前記半導体
層(2)の表面部において、前記ソース領域(4a、4
b)と前記半導体層(2)とを繋ぐように形成された、
炭化珪素よりなる第1導電型の表面チャネル層(5)
と、 前記表面チャネル層(5)の表面に形成されたゲート絶
縁膜(7)と、 前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極(8)
と、 前記ベース領域(3a、3b)及び前記ソース領域(4
a、4b)に接触するように形成されたソース電極(1
0)と、 前記半導体基板(1)の裏面に形成されたドレイン電極
(11)とを備え、 前記ベース領域(3a、3b)は、厚さが1μm以上と
なっており、かつ、前記半導体基板と同じ多型を有して
いることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
10. A semiconductor substrate (1) of a first conductivity type having a main surface and a back surface opposite to the main surface and made of silicon carbide, formed on a main surface of the semiconductor substrate (1), A first conductivity type semiconductor layer (2) made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate (1); and a second layer formed in a predetermined region of a surface portion of the semiconductor layer (2) and having a predetermined depth. Conductive base region (3a, 3b)
A first conductivity type source region (4a, 4b) formed in a predetermined region of a surface portion of the base region (3a, 3b) and shallower than a depth of the base region (3a, 3b); (3a, 3b) and the surface of the semiconductor layer (2), the source regions (4a, 4b).
b) and the semiconductor layer (2).
Surface channel layer of first conductivity type made of silicon carbide (5)
A gate insulating film (7) formed on the surface of the surface channel layer (5); and a gate electrode (8) formed on the gate insulating film.
And the base region (3a, 3b) and the source region (4
a, 4b), the source electrode (1
0), and a drain electrode (11) formed on the back surface of the semiconductor substrate (1), wherein the base regions (3a, 3b) have a thickness of 1 μm or more, and A silicon carbide semiconductor device having the same polymorphism as described above.
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