JP2001094098A - Silicon carbide semiconductor device and fabrication method thereof - Google Patents

Silicon carbide semiconductor device and fabrication method thereof

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JP2001094098A JP26753399A JP26753399A JP2001094098A JP 2001094098 A JP2001094098 A JP 2001094098A JP 26753399 A JP26753399 A JP 26753399A JP 26753399 A JP26753399 A JP 26753399A JP 2001094098 A JP2001094098 A JP 2001094098A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control the concentration profile of a base region such that an avalanche breakdown position can be formed accurately. SOLUTION: C(carbon) ions are implanted, as inert ion species, into the surface layer part of an n- epi layer 2 and B ions are implanted into a region for implanting C ions at a specified concentration ratio to C ions and then it is activated by heat treatment while suppressing diffusion of B thus forming a heavily doped deep base layer 30. Since inert C ion species enter voids of carbon site to eliminate the voids, diffusion of B is suppressed and a stepwise junction of the deep base layer 30 and the n- epi layer 2 is formed. Consequently, breakdown strength is lowered at the junction and avalanche breakdown takes place at that part.

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、ベース領域を有す
る炭化珪素半導体装置及びその製造方法に関するもの
で、特に縦型MOSFETや横型MOSFETに用いて
好適である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device having a base region and a method of manufacturing the same, and is particularly suitable for use in a vertical MOSFET or a horizontal MOSFET.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の縦型MOSFETの断面構成を図
14示す。図14に示すように、Siを用いた横型MO
SFETや縦型MOSFET等の半導体装置では、n型
ドレイン層101に印加されたサージ電圧エネルギーを
引き抜くために、第1のpウェル層103の所定領域に
第2のpウェル層130を重ねて形成し、第2のウェル
層130の底部でアバランシェブレークダウンを起こさ
せる手法が用いられている。
2. Description of the Related Art FIG. 14 shows a sectional structure of a conventional vertical MOSFET. As shown in FIG. 14, a horizontal MO using Si
In a semiconductor device such as an SFET or a vertical MOSFET, a second p-well layer 130 is formed on a predetermined region of the first p-well layer 103 so as to extract surge voltage energy applied to the n-type drain layer 101. Then, a method of causing avalanche breakdown at the bottom of the second well layer 130 is used.

【0003】この部分でアバランシェブレークダウンを
起こさせる条件として、2つ挙げられる。その1つは、
第2のpウェル層103を深く形成し、n+型基板との
距離を第1のウェル層103とn+型基板101との距
離よりも短くし、サージ電圧印加時に第2のpウェル層
130から伸びる空乏層を第1のpウェル層103から
伸びる空乏層より先に基板に到達させる(リーチスル
ー)ことにより第2のウェル層130の底部の電界強度
を高め、第1のウェル層103の底部より先にアバラン
シェブレークダウンを起こさせる方法である。
There are two conditions for causing avalanche breakdown in this part. One of them is
The second p-well layer 103 formed deeply, the distance between the n + -type substrate shorter than the distance between the first well layer 103 and the n + -type substrate 101, the second p-well layer when the surge voltage is applied The depletion layer extending from the first p-well layer 103 is made to reach the substrate before the depletion layer extending from the first p-well layer 103 (reach-through), thereby increasing the electric field intensity at the bottom of the second well layer 130, and This is a method of causing avalanche breakdown before the bottom of the avalanche.

【0004】もう一つは、第2のpウェル層130の濃
度を第1のpウェル層103の濃度よりも高め、pnダ
イオードの接合部を高濃度の接合とすることにより耐圧
を低下させるという方法である。Siでは、濃度プロフ
ァイルを熱拡散により容易に制御できることが知られて
おり、分布はほぼガウス分布形状となることもわかって
いる。上記2つの方法はいずれもイオン注入と拡散によ
り得られるプロファイル形状の制御により容易に用いる
ことが可能であった。
Another is that the withstand voltage is reduced by increasing the concentration of the second p-well layer 130 higher than the concentration of the first p-well layer 103 and making the junction of the pn diode a high-concentration junction. Is the way. It is known that the concentration profile of Si can be easily controlled by thermal diffusion, and it is also known that the distribution has a substantially Gaussian distribution shape. Both of the above two methods could be easily used by controlling the profile shape obtained by ion implantation and diffusion.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記方
法を炭化珪素(SiC)にも適用しようと、イオン注入
ダメージが少ないという利点より、ウェル形成のドーパ
ントとしてB(ボロン)をイオン注入し、約1600℃
の活性化熱処理を行い拡散を調べた。その結果、約10
17cm-3の濃度から1〜3μmオーダのテールを引く拡
散が生じるという現象があることが明らかとなった。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors attempted to apply the above method to silicon carbide (SiC) by ion implantation of B (boron) as a well-forming dopant because of the advantage that ion implantation damage is small. About 1600 ° C
Was subjected to activation heat treatment, and the diffusion was examined. As a result, about 10
It has been found that a concentration of 17 cm -3 causes a tail-diffusion on the order of 1 to 3 μm.

【0006】この結果から、Siで用いられた第1の方
法を利用しようとすると、一般的なSiに用いられる4
00keV以下のイオン注入装置では、最大加速電圧で
イオン注入してもイオン注入直後の深さが1μm以下で
あるのに対し、拡散量の方が大きくなるため、第1のウ
ェル層103と第2のウェル層130の深さに差を付け
ることが難しく、制御が困難であるということが明らか
になった。
[0006] From this result, if the first method used for Si is to be used, it is difficult to use the first method used for general Si.
In the ion implantation apparatus of not more than 00 keV, the depth immediately after the ion implantation is 1 μm or less even if the ion implantation is performed at the maximum acceleration voltage, but the diffusion amount is larger, so that the first well layer 103 and the second It is clear that it is difficult to make a difference in the depth of the well layer 130, and control is difficult.

【0007】また、第2の方法を利用すると、低濃度の
テールがすでに活性化熱処理時にできてしまうため、そ
の後の熱処理を加えることにより第1のウェル層103
と第2のウェル層130の接合部の接合濃度に差を付け
ることができず、困難であることが明らかになった。従
って、SiCに適用できる新しい濃度プロファイル制御
方法が切望される。
When the second method is used, a low-concentration tail is already formed at the time of the activation heat treatment.
It is difficult to make a difference in the junction concentration at the junction between the second well layer 130 and the second well layer 130, which proved to be difficult. Therefore, a new concentration profile control method applicable to SiC is desired.

【0008】本発明は上記点に鑑みて、アバランシェブ
レークダウン位置を正確に形成できるように、ベース領
域の濃度プロファイルの制御が行えるようにすることを
第1の目的とする。
In view of the above, it is a first object of the present invention to control a density profile of a base region so that an avalanche breakdown position can be accurately formed.

【0009】また、所望の位置でアバランシェブレーク
ダウンが生じるようにすることにより、耐圧を向上させ
ることを第2の目的とする。
It is a second object of the present invention to improve a breakdown voltage by causing avalanche breakdown at a desired position.

【0010】[0010]

【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に記載の発明では、第1のベース領域は第
2導電型不純物の熱拡散によって形成され、該第1のベ
ース領域と半導体層(2)との接合部は、第2導電型不
純物の濃度分布が緩やかに変化する傾斜型接合を成し、
第2のベース領域(30)には不活性なイオン種が注入
されており、該第2のベース領域と半導体層との接合部
は、第2導電型不純物の濃度分布が急峻に変化する階段
型接合を成していることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first base region is formed by thermal diffusion of a second conductivity type impurity. The junction with the semiconductor layer (2) forms an inclined junction in which the concentration distribution of the second conductivity type impurity gradually changes,
Inactive ion species are implanted in the second base region (30), and the junction between the second base region and the semiconductor layer is formed at a step where the concentration distribution of the second conductivity type impurity changes sharply. It is characterized by forming a mold.

【0011】このように、不活性なイオン種が注入され
た領域である第2のベース領域は、第2導電型不純物の
拡散が抑制されるため、半導体層との接合部において第
2導電型不純物の濃度分布が急峻に変化する階段型接合
となり、不活性なイオン種が注入されていない第1のベ
ース領域においては第2導電型不純物が拡散され、半導
体層との接合部において濃度分布が緩やかに変化する傾
斜型接合となる。
As described above, since the diffusion of the second conductivity type impurity is suppressed in the second base region, which is the region into which the inert ion species is implanted, the second conductivity type is formed at the junction with the semiconductor layer. A stair-type junction in which the impurity concentration distribution changes steeply, the second conductivity type impurity is diffused in the first base region into which no inactive ion species is implanted, and the concentration distribution at the junction with the semiconductor layer is reduced. This results in a gradual junction that changes gradually.

【0012】これにより、階段型接合で形成される第2
のベース領域と半導体層とのPN接合において耐圧が低
下され、この部分でアバランシェブレークダウンが生じ
るようにできる。これにより、装置の耐圧を向上させる
ことができる。
Thus, the second junction formed by the step-shaped junction is formed.
Is reduced at the PN junction between the base region and the semiconductor layer, and avalanche breakdown can occur at this portion. Thereby, the withstand voltage of the device can be improved.

【0013】このような構成は、例えば、請求項3に示
すような縦型MOSFETを構成する炭化珪素半導体装
置や、請求項6に示すような横型MOSFETを構成す
る炭化珪素半導体装置に適用可能である。
Such a configuration is applicable to, for example, a silicon carbide semiconductor device forming a vertical MOSFET as described in claim 3 and a silicon carbide semiconductor device forming a horizontal MOSFET as described in claim 6. is there.

【0014】請求項2に記載の発明では、第2のベース
領域(30)が第1のベース領域よりも接合深さが深く
構成されていると共に、第1のベース領域には不活性な
イオン種が注入されており、該第1のベース領域と半導
体層との接合部は、第2導電型不純物の濃度分布が急峻
に変化する階段型接合を成し、第2のベース領域と半導
体層との接合部は、第2導電型不純物の濃度分布が緩や
かに変化する傾斜型接合を成していることを特徴として
いる。
According to the second aspect of the present invention, the second base region (30) is formed to have a deeper junction depth than the first base region, and the first base region has inert ions. A seed is implanted, and a junction between the first base region and the semiconductor layer forms a step-shaped junction in which the concentration distribution of the second conductivity type impurity changes steeply. Is characterized by forming an inclined junction in which the concentration distribution of the second conductivity type impurity gradually changes.

【0015】このように、不活性なイオン種が注入され
た領域である第1のベース領域は、第2導電型不純物の
拡散が抑制されるため、半導体層との接合部において第
2導電型不純物の濃度分布が急峻に変化する階段型接合
となり、不活性なイオン種が注入されていない第2のベ
ース領域においては第2導電型不純物が拡散され、半導
体層との接合部において濃度分布が緩やかに変化する傾
斜型接合となる。このとき、第2のベース領域において
は、第2導電型不純物の熱拡散により第1のベース領域
よりも接合深さが深くなるように形成できるため、半導
体基板までの距離が短くなるようにでき、ディープベー
ス層として働くようにできる。このため、第2のベース
領域で確実にアバランシェブレークダウンされるように
でき、耐圧を向上させることができる。
As described above, since the diffusion of the second conductivity type impurity is suppressed in the first base region, which is the region into which the inert ion species is implanted, the second conductivity type impurity is bonded at the junction with the semiconductor layer. A stair-type junction in which the impurity concentration distribution changes steeply, the second conductivity type impurity is diffused in the second base region into which no inactive ion species is implanted, and the concentration distribution at the junction with the semiconductor layer is reduced. This results in a gradual junction that changes gradually. At this time, in the second base region, the junction depth can be formed to be deeper than the first base region by thermal diffusion of the second conductivity type impurity, so that the distance to the semiconductor substrate can be shortened. , Can act as a deep base layer. For this reason, the avalanche breakdown can be ensured in the second base region, and the breakdown voltage can be improved.

【0016】このような構成は、例えば、請求項5に示
すような縦型MOSFETを構成する炭化珪素半導体装
置や、請求項7に示すような横型MOSFETを構成す
る炭化珪素半導体装置に適用可能である。
Such a structure is applicable to, for example, a silicon carbide semiconductor device forming a vertical MOSFET as described in claim 5 and a silicon carbide semiconductor device forming a horizontal MOSFET as described in claim 7. is there.

【0017】なお、上記構成を請求項3、5〜7のよう
に縦型、横型MOSFETに適用する場合には、請求項
8に示すように、ベース領域のうちソース電極とのコン
タクト部分の下部に第2のベース領域が形成されるよう
にできる。このようにソース電極とのコンタクト部分の
底部に第2のベース領域を形成すれば、アバランシェブ
レークダウンにより発生する正孔電流を真上に引き抜く
ことができるため、ソース・ドレイン間に挟まれたベー
ス部分の抵抗(ピンチ抵抗)に電流が流れ難くでき、寄
生バイポーラトランジスタが動作し難くできる。これに
より、よりサージエネルギー耐量を向上することができ
る。
In the case where the above structure is applied to the vertical and horizontal MOSFETs according to the third and fifth aspects of the present invention, as described in the eighth aspect, the lower portion of the base region below the contact portion with the source electrode. The second base region can be formed at the same time. If the second base region is formed at the bottom of the contact portion with the source electrode in this manner, the hole current generated by avalanche breakdown can be drawn directly above, so that the base sandwiched between the source and the drain The current can hardly flow through the resistance (pinch resistance) of the portion, and the parasitic bipolar transistor can hardly operate. As a result, the surge energy resistance can be further improved.

【0018】請求項9に記載の発明いおいては、半導体
層(2)の表層部に、第2導電型不純物をイオン注入し
たのち、熱処理によって該第2導電型不純物を拡散させ
つつ活性化して第1のベース領域を形成する工程と、半
導体層の表層部に、不活性なイオン種をイオン注入する
と共に、この不活性なイオン種を注入する領域に該不活
性なイオン種に対して所定の濃度比で第2導電型不純物
をイオン注入し、その後、熱処理によって該第2導電型
不純物の拡散を抑制しつつ活性化して、第1のベース領
域よりも不純物濃度が高くなるように第2のベース領域
(30)を形成する工程と、を含んでいることを特徴と
している。
According to the ninth aspect of the present invention, after the second conductivity type impurity is ion-implanted into the surface layer of the semiconductor layer (2), the second conductivity type impurity is activated while being diffused by heat treatment. Forming a first base region by ion-implanting an inert ion species into a surface portion of the semiconductor layer; and implanting the inert ion species into a region where the inert ion species is implanted. The second conductivity type impurity is ion-implanted at a predetermined concentration ratio, and then activated by heat treatment while suppressing the diffusion of the second conductivity type impurity, so that the impurity concentration is higher than that of the first base region. Forming two base regions (30).

【0019】不活性なイオン種を注入することにより、
炭素サイトの空孔に不活性なイオン種が入り込み、空孔
を無くすことができる。炭化珪素における不純物の拡散
は、空孔等の結晶欠陥が一要因となっており、このよう
に空孔を無くすことによって不純物拡散を抑制すること
が可能となる。
By implanting inert ionic species,
Inactive ion species enter the vacancies of the carbon site, and the vacancies can be eliminated. The diffusion of impurities in silicon carbide is caused by crystal defects such as vacancies, and by eliminating such vacancies, it becomes possible to suppress impurity diffusion.

【0020】従って、第1のベース領域については第2
導電型不純物が熱拡散されるようにして形成し、第2の
ベース領域については不活性な不純物を注入しておくこ
とによって第2導電型不純物が熱拡散しないように形成
することにより、第1のベース領域と半導体層との接合
部が傾斜型接合となり、第2のベース領域と半導体層と
の接合部が階段型接合となるように不純物の濃度プロフ
ァイルを制御できる。このため、第2のベース領域と半
導体層との接合部において耐圧を低下させ、この部分で
アバランシェブレークダウンが生じるようにすることが
できる。
Therefore, the first base region is
The first conductive type impurity is formed so as to be thermally diffused, and the second base region is implanted with an inert impurity so as to prevent the second conductive type impurity from being thermally diffused. The impurity concentration profile can be controlled such that the junction between the base region and the semiconductor layer becomes an inclined junction, and the junction between the second base region and the semiconductor layer becomes a step-shaped junction. Therefore, the withstand voltage can be reduced at the junction between the second base region and the semiconductor layer, and avalanche breakdown can occur at this portion.

【0021】このような製造方法は、例えば、請求項1
1に示す縦型MOSFETを構成する炭化珪素半導体装
置のベース領域の製造や、請求項12に示す横型MOS
FETを構成する炭化珪素半導体装置のベース領域の製
造に適用できる。
Such a manufacturing method is described, for example, in claim 1
13. Production of a base region of a silicon carbide semiconductor device constituting the vertical MOSFET shown in FIG.
The present invention can be applied to manufacture of a base region of a silicon carbide semiconductor device constituting an FET.

【0022】このような場合、請求項13に示すよう
に、ソース領域(4)と第1のベース領域を形成するた
めのマスク材(51)を同一のものとすれば、第1のベ
ース領域を熱拡散によって形成していることから、ソー
ス領域とベース領域とがセルフアラインで形成されるよ
うにできる。このため、ソース領域と半導体層との挟ま
れる第1のベース領域の長さ(チャネル領域下の第1の
ベース領域の幅)が拡散量によって正確に規定され、チ
ャネル特性を均一にすることができ、しきい値電圧、オ
ン抵抗、チャネル耐圧等をセル内で均一に安定に作るこ
とができる。
In such a case, if the source region (4) and the mask material (51) for forming the first base region are the same, the first base region is formed. Are formed by thermal diffusion, so that the source region and the base region can be formed in a self-aligned manner. Therefore, the length of the first base region between the source region and the semiconductor layer (the width of the first base region below the channel region) is accurately defined by the diffusion amount, and the channel characteristics can be made uniform. As a result, the threshold voltage, on-resistance, channel breakdown voltage, and the like can be uniformly and stably formed in the cell.

【0023】この場合、請求項14に示すように、ソー
ス領域を貫通し第1のベース領域まで達する凹部を形成
しており、この凹部を含むように不活性なイオン種と第
2導電型不純物をイオン注入するようにすれば、第2の
ベース領域を深くに形成することができる。このため、
さらに第2のベース領域の耐圧が第1のベース領域の耐
圧よりも低くなるようにできる。
In this case, a recess penetrating the source region and reaching the first base region is formed, and the inert ion species and the second conductivity type impurity are formed so as to include the recess. Is implanted, the second base region can be formed deep. For this reason,
Further, the withstand voltage of the second base region can be made lower than the withstand voltage of the first base region.

【0024】請求項10に記載の発明においては、半導
体層(2)の表層部に、不活性なイオン種をイオン注入
すると共に、この不活性なイオン種を注入する領域に該
不活性なイオン種に対して所定の濃度比で第2導電型不
純物をイオン注入し、その後、熱処理によって該第2導
電型不純物の拡散を抑制しつつ活性化して、第1のベー
ス領域を形成する工程と、第2導電型不純物をイオン注
入したのち、熱処理によって該第2導電型不純物を下方
向へ拡散させつつ活性化して、第1のベース領域よりも
接合深さが深くなるように第2のベース領域(30)を
形成する工程と、を含んでいることを特徴としている。
According to a tenth aspect of the present invention, an inert ion species is ion-implanted into a surface portion of the semiconductor layer (2), and the inert ion species is implanted into a region where the inert ion species is implanted. Ion-implanting a second conductivity type impurity at a predetermined concentration ratio with respect to the seed, and then activating the second conductivity type impurity while suppressing diffusion of the second conductivity type impurity by heat treatment to form a first base region; After the second conductivity type impurity is ion-implanted, the second conductivity type impurity is activated while being diffused downward by a heat treatment, and the second base region is formed so that the junction depth becomes deeper than the first base region. Forming (30).

【0025】このように、第2のベース領域については
不活性な不純物を注入しておくことによって第2導電型
不純物が熱拡散しないように形成し、第2のベース領域
については第2導電型不純物が熱拡散されるようにして
形成することにより、第1のベース領域と半導体層との
接合部が階段型接合となり、第2のベース領域と半導体
層との接合部が傾斜型接合となるように不純物の濃度プ
ロファイルを制御できる。そして、第2のベース領域を
熱拡散によって形成しているため、第2のベース領域が
第1のベース領域よりも接合深さが深くなるようにでき
る。このため、第2のベース領域と半導体基板との間の
距離を短くでき、この部分でアバランシェブレークダウ
ンが生じるようにすることができる。
As described above, the second base region is formed by implanting an inert impurity so that the second conductivity type impurity is not thermally diffused, and the second base region is formed by the second conductivity type. By forming the impurity so that the impurities are thermally diffused, the junction between the first base region and the semiconductor layer becomes a step-type junction, and the junction between the second base region and the semiconductor layer becomes an inclined junction. Thus, the impurity concentration profile can be controlled. Since the second base region is formed by thermal diffusion, the junction depth of the second base region can be made deeper than that of the first base region. For this reason, the distance between the second base region and the semiconductor substrate can be reduced, and avalanche breakdown can occur at this portion.

【0026】このような製造方法は、例えば、請求項1
5に示す縦型MOSFETを構成する炭化珪素半導体装
置のベース領域の製造や、請求項16に示す横型MOS
FETを構成する炭化珪素半導体装置のベース領域の製
造に適用できる。
Such a manufacturing method is described, for example, in claim 1
17. Manufacture of a base region of a silicon carbide semiconductor device constituting the vertical MOSFET shown in FIG.
The present invention can be applied to manufacture of a base region of a silicon carbide semiconductor device constituting an FET.

【0027】なお、不活性なイオン種と第2導電型不純
物の濃度比は、不活性なイオン種によって炭素サイトの
空孔が無くせる程度とすればよく、例えば、請求項17
に示すように、不活性なイオン種が第2導電型不純物の
10倍以上となるようにすればよい。
The concentration ratio between the inert ion species and the second conductivity type impurity may be such that the inert ion species can eliminate vacancies in the carbon site.
As shown in the above, the amount of inactive ion species should be 10 times or more of the second conductivity type impurity.

【0028】このような不活性なイオン種や第2導電型
不純物としては、請求項18に示すように、C(炭素)
とB(ボロン)が挙げられる。Bは、第2導電型不純物
(p型不純物)でも軽元素であるため、注入ダメージを
少なくすることができる。また、Cは、Bの拡散原因で
ある格子欠陥(C空孔)と同じ元素であるため、このC
によって効率的に空孔を埋め込み補修することができ、
他の不活性イオンと比べて効率よく注入量を少なくする
ことができる。
As the inert ion species and the second conductivity type impurities, C (carbon)
And B (boron). Since B is a light element even in the second conductivity type impurity (p-type impurity), implantation damage can be reduced. Further, C is the same element as the lattice defect (C vacancy) that causes the diffusion of B.
The hole can be filled and repaired efficiently by
The injection amount can be reduced more efficiently than other inert ions.

【0029】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。
Note that the reference numerals in parentheses of the above-mentioned means indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1に、本発明
の一実施形態を適用した縦型パワーMOSFETの断面
構成を示す。以下、図1に基づいて本実施形態における
MOSFETの構造について説明する。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a vertical power MOSFET to which an embodiment of the present invention is applied. Hereinafter, the structure of the MOSFET according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0031】炭化珪素からなるn+ 型半導体基板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+ 型半導体からなる基板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
する炭化珪素からなるn- 型エピタキシャル層(以下、
- 型エピ層という)2が積層されている。
The n + type semiconductor substrate 1 made of silicon carbide has an upper surface as a main surface 1a and a lower surface opposite to the main surface as a back surface 1b. On main surface 1a of substrate 1 made of this n + type semiconductor, an n type epitaxial layer (hereinafter, referred to as silicon carbide) having a lower dopant concentration than substrate 1 is formed.
2 (referred to as an n - type epi layer).

【0032】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型ベース領域3が形成されて
いる。p型ベース領域3はBをドーパントとして形成さ
れている。また、p型ベース領域3には、部分的に接合
深さが深くされたディープベース層(第2のベース領
域)30が備えられている。このディープベース層30
は、p型ベース領域3の他の部分(第1のベース領域)
よりも比較的高濃度で構成されている。例えば、ディー
プベース層30は、1×1017cm-3以上の濃度となっ
ている。このため、p型ベース領域3のうちディープベ
ース層30の他の部分とn- 型エピ層2との接合は、不
純物濃度分布が緩やかに変化する傾斜型接合を成してお
り、ディープベース層30とn- 型エピ層2との接合
は、不純物濃度分布が急峻に変化する階段型接合を成し
ている。
A p-type base region 3 having a predetermined depth is formed in a predetermined region in the surface portion of the n -type epi layer 2. The p-type base region 3 is formed using B as a dopant. Further, the p-type base region 3 includes a deep base layer (second base region) 30 whose junction depth is partially increased. This deep base layer 30
Is the other part of the p-type base region 3 (first base region)
It is composed of a relatively high concentration. For example, the deep base layer 30 has a concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more. For this reason, the junction between the other part of the deep base layer 30 in the p-type base region 3 and the n -type epi layer 2 forms an inclined junction in which the impurity concentration distribution gradually changes, and the deep base layer The junction between 30 and n -type epi layer 2 forms a step-type junction in which the impurity concentration distribution changes sharply.

【0033】また、ディープベース層30には、不活性
なイオン種としてC(炭素)が注入されている。このC
は、ディープベース層30におけるBの濃度に対して、
B:Cが約1:10となる割合、好ましくはCがBの1
0倍以上となる程度、ディープベース層30に混入され
ている。
In the deep base layer 30, C (carbon) is implanted as an inert ion species. This C
With respect to the concentration of B in the deep base layer 30,
B: C is a ratio of about 1:10, preferably C is 1 of B
It is mixed in the deep base layer 30 to an extent of at least 0 times.

【0034】そして、p型ベース領域3のうちディープ
ベース層30の他の部分は、熱拡散によって形成されて
おり、この部分とn- 型エピ層2との接合部の角部の曲
率半径が、ディープベース層30とn- 型エピ層2との
接合部の角部の曲率半径よりも大きくなっている。
The other portion of the deep base layer 30 in the p-type base region 3 is formed by thermal diffusion, and the radius of curvature of the corner of the junction between this portion and the n -type epi layer 2 is Is larger than the radius of curvature at the corner of the junction between the deep base layer 30 and the n -type epi layer 2.

【0035】さらに、p型ベース領域3の表層部の所定
領域には、該ベース領域3よりも浅いn+ 型ソース領域
4が形成されている。そして、n+ 型ソース領域4とn
- 型エピ層2とを繋ぐように、p型ベース領域3の表面
部にはn- 型SiC層5が延設されている。このn-
SiC層5は、エピタキシャル成長にて形成されたもの
であり、エピタキシャル膜の結晶が4H、6H、3Cの
ものを用いる。尚、このn- 型SiC層5はデバイスの
動作時にチャネル形成層として機能する。以下、n-
SiC層5を表面チャネル層という。
Further, an n + -type source region 4 shallower than the base region 3 is formed in a predetermined region of the surface layer of the p-type base region 3. Then, the n + type source region 4 and n
An n -type SiC layer 5 extends on the surface of the p-type base region 3 so as to connect with the type epi layer 2. The n -type SiC layer 5 is formed by epitaxial growth, and has an epitaxial film having 4H, 6H, and 3C crystals. The n -type SiC layer 5 functions as a channel forming layer during operation of the device. Hereinafter, n -type SiC layer 5 is referred to as a surface channel layer.

【0036】表面チャネル層5はN(窒素)をドーパン
トに用いて形成されており、そのドーパント濃度は、例
えば1×1015cm-3〜1×1017cm-3程度の低濃度
で、かつ、n- 型エピ層2及びp型ベース領域3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。
The surface channel layer 5 is formed using N (nitrogen) as a dopant, and the dopant concentration is as low as about 1 × 10 15 cm -3 to 1 × 10 17 cm -3 , for example. , N -type epi layer 2 and p-type base region 3 are lower than the dopant concentration. Thereby, low on-resistance is achieved.

【0037】そして、p型ベース領域3の間に位置する
- 型エピ層2がいわゆるJ−FET部6を構成してい
る。
The n -type epi layer 2 located between the p-type base regions 3 constitutes a so-called J-FET section 6.

【0038】表面チャネル層5の上面およびn+ 型ソー
ス領域4の上面には熱酸化にてゲート酸化膜7が形成さ
れている。さらに、ゲート酸化膜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(Low Tempe
rature Oxide)膜が用いられている。この
絶縁膜9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4およびp型ベース領域3と
接している。また、n+ 型半導体基板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 oxide film 7 is formed on the upper surface of the surface channel layer 5 and the upper surface of the n + type source region 4 by thermal oxidation. Further, a gate electrode 8 is formed on the gate oxide film 7. Gate electrode 8 is covered with insulating film 9. LTO (Low Tempe) as the insulating film 9
(Rate oxide) film is used. A source electrode 10 is formed on insulating film 9, and source electrode 10 is in contact with n + -type source region 4 and p-type base region 3. A drain electrode layer 11 is formed on the back surface 1b of the n + type semiconductor substrate 1.

【0039】このように構成されたプレーナ型MOSF
ETは、チャネル形成層の導電型を反転させることなく
チャネルを誘起する蓄積モードで動作するため、導電型
を反転させる反転モードのMOSFETに比べチャネル
移動度を大きくすることができ、オン抵抗を低減させる
ことができる。
The planar type MOSF thus constructed
Since the ET operates in the accumulation mode in which the channel is induced without inverting the conductivity type of the channel forming layer, the channel mobility can be increased as compared with the MOSFET in the inversion mode in which the conductivity type is inverted, and the on-resistance is reduced. Can be done.

【0040】そして、p型ベース領域3のうちディープ
ベース層30をその他の部分よりも高濃度で構成し、デ
ィープベース層30とn- 型エピ層2によって構成され
るPNダイオードの接合部を濃度分布が急峻に変化する
階段型接合とすることによって耐圧を低下させるように
しているため、ディープベース層30においてアバラン
シェブレークダウンを起こさせることができる。
The deep base layer 30 of the p-type base region 3 is formed at a higher concentration than the other portions, and the junction of the PN diode formed by the deep base layer 30 and the n -type epi layer 2 is formed at a higher concentration. Since the breakdown voltage is reduced by using a stair-shaped junction in which the distribution changes sharply, avalanche breakdown can occur in the deep base layer 30.

【0041】p型ベース領域3のうちディープベース層
30の他の部分においては、n+型ソース領域4、p型
ベース領域3、n-型エピ層2で構成される寄生バイポ
ーラトランジスタが内在するが、上記したようにディー
プベース層30においてアバランシェブレークダウンさ
せることによって、寄生バイポーラトランジスタを内在
する部分には正孔電流が流れず、サージエネルギー耐量
を高くすることができる。
In the other part of the deep base layer 30 in the p-type base region 3, a parasitic bipolar transistor composed of the n + -type source region 4, the p-type base region 3, and the n -- type epi layer 2 is inherent. However, by performing the avalanche breakdown in the deep base layer 30 as described above, a hole current does not flow in a portion where the parasitic bipolar transistor is present, and the surge energy resistance can be increased.

【0042】また、p型ベース領域3のなかでも、ソー
ス電極10とのコンタクト部の底部においてディープベ
ース層30を形成しているため、アバランシェブレーク
ダウンによって発生する正孔電流をディープベース層3
0から真上のソース電極10に引き抜くことができる。
このため、ソース−ドレイン間に挟まれたベース部分の
抵抗(ピンチ抵抗)部分に電流が流れにくく、寄生トラ
ンジスタが動作しにくいようにできる。従って、サージ
エネルギー耐量を高くすることができる。
In the p-type base region 3, since the deep base layer 30 is formed at the bottom of the contact portion with the source electrode 10, the hole current generated by the avalanche breakdown is reduced.
It can be extracted from 0 to the source electrode 10 directly above.
Therefore, current hardly flows through the resistance (pinch resistance) portion of the base portion sandwiched between the source and the drain, so that the parasitic transistor is less likely to operate. Therefore, the surge energy resistance can be increased.

【0043】次に、図1に示すMOSFETの製造工程
を図2〜図4に示し、これらの図に基づいて以下にMO
SFETの製造方法について説明する。
Next, the manufacturing process of the MOSFET shown in FIG. 1 is shown in FIG. 2 to FIG.
A method for manufacturing the SFET will be described.

【0044】〔図2(a)に示す工程〕まず、n型4
H、6H、3C若しくは15R−SiC基板、すなわち
+ 型基板1を用意する。ここで、n+ 型基板1はその
厚さが400μmであり、主表面1aが(0001)S
i面、又は、(112−0)a面である。この基板1の
主表面1aに厚さ5μmのn- 型エピ層2をエピタキシ
ャル成長させる。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、6H、3C又は
15R−SiC層となる。
[Step shown in FIG. 2A] First, the n-type 4
An H, 6H, 3C or 15R-SiC substrate, that is, an n + type substrate 1 is prepared. Here, the n + type substrate 1 has a thickness of 400 μm and a main surface 1 a of (0001) S
The i-plane or the (112-0) a-plane. On the main surface 1a of the substrate 1, an n -type epi layer 2 having a thickness of 5 μm is epitaxially grown. In this example, the same crystal as that of the underlying substrate 1 is obtained as the n -type epi layer 2, which becomes an n-type 4H, 6H, 3C or 15R-SiC layer.

【0045】〔図2(b)に示す工程〕n- 型エピ層2
の上にディープベース層30の形成予定領域上が開口す
るLTO膜20を配置し、これをマスクとして不活性な
イオン種としてのCのイオン注入を行う。このとき、イ
オン注入条件は、温度が700℃、ドーズ量が1×10
17cm-2としている。なお、ここではCを用いている
が、不活性なイオン種としてシリコン(Si)、ネオン
(Ne)、アルゴン(Ar)のいずれかであってもよ
い。また、炭素のイオン種を用いる場合には、n- 型エ
ピ層2を構成しているC+12 を用いてもよく、n- 型エ
ピ層を構成している炭素イオンとは異なるC+1 3 を用い
てもよい。
[Step shown in FIG. 2B] n-Type epi layer 2
An opening is formed on the region where the deep base layer 30 is to be formed.
LTO film 20 is disposed, and this is
C ion as an ion species is implanted. At this time,
On implantation conditions are as follows: temperature is 700 ° C., and dose is 1 × 10
17cm-2And Here, C is used.
But silicon (Si) and neon as inert ion species
(Ne) or argon (Ar)
No. When a carbon ion species is used, n-Type d
C constituting the layer 2+12May be used, and n-Type d
C different from the carbon ion constituting the p-layer+1 ThreeUsing
You may.

【0046】これにより、ディープベース層30の形成
予定領域に不活性イオン注入層40が形成される。この
ように、不純物とならないイオン種をイオン注入するこ
とにより、n- 型エピ層2をエピタキシャル成長させた
時に発生した炭素サイトの空孔内に不純物とならないイ
オン種が入り込む。そして、不純物でないイオン種のイ
オン注入量を多くすることにより、炭素サイトの空孔が
ほぼなくなる。
Thus, an inert ion implanted layer 40 is formed in a region where the deep base layer 30 is to be formed. By ion-implanting ionic species that do not become impurities, ionic species that do not become impurities enter the vacancies of the carbon sites generated when the n -type epilayer 2 is epitaxially grown. By increasing the amount of ion implantation of non-impurity ion species, vacancies at carbon sites are almost eliminated.

【0047】なお、炭素サイトの空孔の大きさは炭素原
子の大きさと同等であるため、この空孔内には炭素が最
も入り込み易いため、比較的小さな濃度のイオン注入に
よって炭素サイトの空孔をほぼなくすことができるが、
シリコン等の炭素以外のイオン種は炭素と比べると炭素
サイトの空孔内に入り込みにくいため、炭素をイオン注
入する場合に比して、イオン注入量を多くすることが好
ましい。
Since the size of the vacancy in the carbon site is equivalent to the size of the carbon atom, carbon is most likely to enter the vacancy. Can be almost eliminated,
Since ion species other than carbon, such as silicon, are less likely to enter the vacancies at the carbon site than carbon, it is preferable to increase the ion implantation amount as compared with the case where carbon is ion-implanted.

【0048】〔図2(c)に示す工程〕続いて、LTO
膜20をマスクとしてBのイオン注入を行う。このと
き、イオン注入条件は、温度が700℃、ドーズ量が1
×1016cm-2としている。すなわち、図2(b)に示
す工程において注入したCに対して、B:Cの割合が
1:10程度の濃度となるようにドーズ量を設定してい
る。
[Steps shown in FIG. 2 (c)]
B ions are implanted using the film 20 as a mask. At this time, the ion implantation conditions are a temperature of 700 ° C. and a dose of 1
× 10 16 cm -2 . That is, the dose is set so that the ratio of B: C to the concentration of C to about 1:10 with respect to C implanted in the step shown in FIG.

【0049】これにより、n- 型エピ層2の表面から所
定深さの位置に、Bが注入されたディープベース層30
が形成される。
As a result, the B-implanted deep base layer 30 is positioned at a predetermined depth from the surface of n -type epi layer 2.
Is formed.

【0050】その後、熱処理として、1600℃、30
分間の活性化アニールを施し、ディープベース層30に
おけるBを活性化させる。このとき、上述したように、
ディープベース層30が形成される領域において、不純
物とならないイオン種を注入することで炭素サイトの空
孔がなくなるようにしているため、炭素サイトの空孔が
原因となって発生するBの拡散を抑制することができ
る。
Thereafter, as heat treatment, 1600 ° C., 30
Then, activation annealing for a minute is performed to activate B in the deep base layer 30. At this time, as described above,
In the region where the deep base layer 30 is formed, vacancies at the carbon site are eliminated by implanting ion species that do not become impurities, so that diffusion of B generated due to the vacancy at the carbon site is prevented. Can be suppressed.

【0051】このため、Bの拡散によってディープベー
ス層30がほとんど広がらず、ディープベース層30は
イオン注入された時の形状を保ち、高濃度で形成され
る。
For this reason, the deep base layer 30 hardly spreads due to the diffusion of B, and the deep base layer 30 keeps its shape at the time of ion implantation and is formed at a high concentration.

【0052】〔図3(a)に示す工程〕n- 型エピ層2
の上にLTO膜21を配置する。そして、フォトリソグ
ラフィによってLTO膜21のうち、J−FET部6及
びp型ベース領域3のうちn+型ソース領域4とJ−F
ET部6に挟まれる部位(チャネル領域が形成される予
定の部位(図1参照))の上部に位置する部分を残し
て、他の部分を除去する。すなわち、p型ベース領域3
のうち、表面チャネル層5の下部に位置する部分以外の
上部において、LTO膜21を開口させる。
[Step shown in FIG. 3A] n -type epi layer 2
The LTO film 21 is disposed on the substrate. Then, the J + FET region 6 of the LTO film 21 and the n + type source region 4 of the p
Other portions are removed except for a portion located above a portion sandwiched between the ET portions 6 (a portion where a channel region is to be formed (see FIG. 1)). That is, the p-type base region 3
Of these, the LTO film 21 is opened in an upper portion other than the portion located under the surface channel layer 5.

【0053】この後、LTO膜21をマスクとしてBの
イオン注入を行う。このとき、イオン注入条件は、温度
が700℃、ドーズ量が1×1016cm-2としている。
これにより、n- 型エピ層2の表面から所定深さの位置
に、Bが注入された不純物注入層41が形成される。
Thereafter, B ions are implanted using the LTO film 21 as a mask. At this time, the ion implantation conditions are that the temperature is 700 ° C. and the dose is 1 × 10 16 cm −2 .
Thus, an impurity-implanted layer 41 into which B has been implanted is formed at a position at a predetermined depth from the surface of the n -type epi layer 2.

【0054】このとき、LTO膜20のうち上記部分を
開口させているため、チャネル領域となる部位にはイオ
ン注入が成されず、この領域には不純物注入層41は形
成されない。
At this time, since the above-described portion of the LTO film 20 is opened, ion implantation is not performed in a portion to be a channel region, and the impurity implanted layer 41 is not formed in this region.

【0055】〔図3(b)に示す工程〕次に、LTO膜
21を除去したのち、熱処理として、1600℃、30
分間の活性化アニールを施し、不純物注入層41におけ
るBを活性化させる。これにより、Bが横方向や下方向
に熱拡散し、p型ベース領域3が形成されると共に、J
−FET部6が確定する。このように、熱拡散によって
p型ベース領域3を形成しているため、p型ベース領域
3はディープベース層30よりも低濃度で形成される。
[Step shown in FIG. 3B] Next, after the LTO film 21 is removed, heat treatment is performed at 1600.degree.
Activation anneal is performed for a minute to activate B in the impurity implantation layer 41. As a result, B is thermally diffused in the horizontal and downward directions, forming the p-type base region 3 and J.
-The FET unit 6 is determined. As described above, since the p-type base region 3 is formed by thermal diffusion, the p-type base region 3 is formed at a lower concentration than the deep base layer 30.

【0056】また、このとき、不純物注入層41及びそ
の周囲に不活性なイオン種が注入されていないため、チ
ャネル領域下にまでBが横方向拡散する。
At this time, since no inactive ion species are implanted into the impurity implanted layer 41 and its surroundings, B diffuses laterally below the channel region.

【0057】このため、チャネル領域下においてはp型
ベース領域3を熱拡散によって形成することができる。
従って、チャネル領域下に直接イオン注入することによ
りチャネル領域下におけるp型ベース領域3を形成した
場合には、イオン注入ダメージによって、この上に形成
される表面チャネル層5の結晶性を悪化させる場合があ
るが、本実施形態のように熱拡散によって形成すること
により、表面チャネル層5の結晶性を良好にし欠陥の少
ないものとすることができる。これにより、表面チャネ
ル層5に形成されるチャネル領域のチャネル特性が向上
し、オン抵抗を低減させることができる。
Therefore, the p-type base region 3 can be formed under the channel region by thermal diffusion.
Therefore, when the p-type base region 3 is formed under the channel region by directly ion-implanting under the channel region, the crystallinity of the surface channel layer 5 formed thereon is deteriorated due to ion implantation damage. However, by forming by thermal diffusion as in the present embodiment, the crystallinity of the surface channel layer 5 can be improved and the number of defects can be reduced. Thereby, the channel characteristics of the channel region formed in the surface channel layer 5 are improved, and the on-resistance can be reduced.

【0058】また、 このように、不活性なイオン種に
よって熱拡散させないようにしてディープベース層30
を形成し、p型ベース領域3のうちディープベース層3
0の他の部分は熱拡散によって形成されるようにしてい
るため、ディープベース層30においてはn-型エピ層
2との接合部の角部の曲率半径が小さくなり、p型ベー
ス領域3の他の部分においてはn-型エピ層2との接合
部の角部の曲率半径が大きくなる。
In addition, as described above, the deep base layer 30 is prevented from being thermally diffused by inert ion species.
Is formed, and the deep base layer 3 of the p-type base region 3 is formed.
0 is formed by thermal diffusion, the radius of curvature at the corner of the junction with the n -type epi layer 2 in the deep base layer 30 is reduced, and the p-type base region 3 In other portions, the radius of curvature at the corner of the junction with the n -type epi layer 2 becomes large.

【0059】そして、ディープベース層30において
は、n-型エピ層2との接合部の不純物濃度分布が急峻
に変化する階段型接合となり、p型ベース領域3のうち
ディープベース層30の他の部分においては、n-型エ
ピ層2との接合部の不純物濃度が緩やかに変化する傾斜
型接合となる。
In the deep base layer 30, a stair-type junction in which the impurity concentration distribution at the junction with the n -type epi layer 2 changes steeply is formed. In the portion, an inclined junction in which the impurity concentration at the junction with the n -type epi layer 2 changes gradually is obtained.

【0060】〔図3(c)に示す工程〕p型ベース領域
3の表面を含むn- 型エピ層2の上に不純物濃度が1×
1016cm-2以下、膜厚が0.3μm以下の表面チャネ
ル層5をエピタキシャル成長させる。
[Step shown in FIG. 3C] The impurity concentration is 1 × on the n -type epi layer 2 including the surface of the p-type base region 3.
A surface channel layer 5 having a thickness of 10 16 cm −2 or less and a thickness of 0.3 μm or less is epitaxially grown.

【0061】このとき、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)を、ゲート電極8に電圧を印加していない時におけ
るp型ベース領域3から表面チャネル層5に広がる空乏
層の伸び量と、ゲート酸化膜7から表面チャネル層5に
広がる空乏層の伸び量との和よりも小さくなるようにし
ている。
At this time, in order to make the vertical power MOSFET normally-off type, the thickness (film thickness) of the surface channel layer 5 is changed from the p-type base region 3 when the voltage is not applied to the gate electrode 8 to the surface channel layer. It is set to be smaller than the sum of the extension amount of the depletion layer extending to the layer 5 and the extension amount of the depletion layer extending from the gate oxide film 7 to the surface channel layer 5.

【0062】〔図4(a)に示す工程〕次に、表面チャ
ネル層5の上の所定領域にLTO膜22を配置し、これ
をマスクとしてN(窒素)等のn型不純物をイオン注入
したのち、熱処理によって注入されたn型不純物イオン
を活性化させてn+ 型ソース領域4を形成する。このと
きのイオン注入条件は、700℃、ドーズ量は1×10
15cm-2としている。
[Step shown in FIG. 4A] Next, an LTO film 22 is disposed in a predetermined region on the surface channel layer 5 and an n-type impurity such as N (nitrogen) is ion-implanted using the LTO film 22 as a mask. After that, the n + -type source region 4 is formed by activating the n-type impurity ions implanted by the heat treatment. The ion implantation condition at this time is 700 ° C., and the dose amount is 1 × 10
It is 15 cm -2 .

【0063】〔図4(b)に示す工程〕そして、LTO
膜22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LTO膜23を配置し、こ
れをマスクとしてRIEによりディープベース層30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. 4 (b)]
After removing the film 22, the LTO film 23 is disposed in a predetermined region on the surface channel layer 5 using a photoresist method, and the surface channel layer 5 on the deep base layer 30 is partially formed by RIE using the LTO film 23 as a mask. Remove by etching.

【0064】続いて、基板の上にウェット酸化(H2
2 によるパイロジェニック法を含む)によりゲート酸
化膜7を形成する。このとき、雰囲気温度は1080℃
とする。
Subsequently, wet oxidation (H 2 +
The gate oxide film 7 is formed by a pyrogenic method using O 2 ). At this time, the ambient temperature is 1080 ° C.
And

【0065】その後、ゲート絶縁膜7の上にポリシリコ
ン膜をLPCVDによって堆積したのち、ゲート電極8
をパターニングする。このときの成膜温度は600℃と
する。
Then, after a polysilicon film is deposited on the gate insulating film 7 by LPCVD, the gate electrode 8
Is patterned. The film formation temperature at this time is 600 ° C.

【0066】〔図4(c)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を形成しゲート電極8及びゲート絶縁膜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. 4C] Subsequently, after removing unnecessary portions of the gate insulating film 7, an insulating film 9 made of LTO is formed to cover the gate electrode 8 and 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.

【0067】この後、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を配置したの
ち、1000℃のアニールを行うと図1に示す縦型パワ
ーMOSFETが完成する。
Thereafter, after the source electrode 10 and the drain electrode 11 are arranged by metal sputtering at room temperature, annealing is performed at 1000 ° C., whereby the vertical power MOSFET shown in FIG. 1 is completed.

【0068】(第2実施形態)本発明の第2実施形態に
ついて説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し
て、MOSFETの製造方法を変更したものであるた
め、MOSFETの製造方法について説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a method of manufacturing a MOSFET is changed from that of the first embodiment. Therefore, a method of manufacturing a MOSFET will be described.

【0069】図5〜図7に、本実施形態におけるMOS
FETの製造工程を示し、これらの図に基づいてMOS
FETの製造方法について説明する。本実施形態におい
ては、第1実施形態の図2〜図4に示したMOSFET
の製造方法と同様である部分があるため、同様の工程に
ついては第1実施形態を参照する。
FIGS. 5 to 7 show MOS transistors according to the present embodiment.
The manufacturing process of the FET is shown.
A method for manufacturing the FET will be described. In the present embodiment, the MOSFET shown in FIGS.
Since there is a portion similar to that of the manufacturing method described above, the first embodiment is referred to for a similar step.

【0070】〔図5(a)に示す工程〕まず、図2
(a)に示す工程と同様に、n+型基板1の上にn-型エ
ピ層2を成長させる。この後、n-型エピ層2の上部に
+型ソース領域4の形成予定領域及びディープベース
層30の形成予定領域上が開口するLTO膜51を配置
する。そして、このLTO膜51をマスクとして、N又
はP等のn型不純物をイオン注入する。これにより、n
+型ソース領域4が形成される。このときのイオン注入
条件は、図4(a)に示すn+型ソース領域4の形成時
と同様としている。
[Step shown in FIG. 5A] First, FIG.
An n -type epi layer 2 is grown on an n + -type substrate 1 in the same manner as in the step shown in FIG. Thereafter, an LTO film 51 is formed above the n -type epi layer 2 so as to open the region where the n + -type source region 4 is to be formed and the region where the deep base layer 30 is to be formed. Then, using the LTO film 51 as a mask, an n-type impurity such as N or P is ion-implanted. This gives n
A + type source region 4 is formed. The ion implantation conditions at this time are the same as those for forming the n + -type source region 4 shown in FIG.

【0071】〔図5(b)に示す工程〕続いて、LTO
膜51を再びマスクとして、Bのイオン注入を行う。こ
のときのイオン注入条件は、図3(a)に示す不純物注
入層40の形成時と同様としている。これにより、n+
型ソース領域4の下方までBが注入された不純物注入層
52が形成される。
[Step shown in FIG. 5 (b)]
B ions are implanted using the film 51 as a mask again. The ion implantation conditions at this time are the same as those for forming the impurity implantation layer 40 shown in FIG. This gives n +
An impurity implanted layer 52 in which B is implanted to below the mold source region 4 is formed.

【0072】〔図5(c)に示す工程〕次に、LTO膜
51を除去したのち、熱処理として、1600℃、30
分間の活性化アニールを施し、不純物注入層52におけ
るBを活性化させる。これにより、Bが横方向や下方向
に熱拡散し、p型ベース領域3が形成されると共に、J
−FET部6が確定する。このように、熱拡散によって
p型ベース領域3を形成しているため、p型ベース領域
3は比較的低濃度で形成される。
[Step shown in FIG. 5C] Next, after the LTO film 51 is removed, heat treatment is performed at 1600 ° C. and 30 ° C.
Activation anneal for a minute is performed to activate B in the impurity implantation layer 52. As a result, B is thermally diffused in the horizontal and downward directions, forming the p-type base region 3 and J.
-The FET unit 6 is determined. Thus, since the p-type base region 3 is formed by thermal diffusion, the p-type base region 3 is formed at a relatively low concentration.

【0073】また、このとき、不純物注入層52及びそ
の周囲に不活性なイオン種が注入されていないため、チ
ャネル領域下にまでBが横方向拡散する。このため、チ
ャネル領域下においてはp型ベース領域3の表面にイオ
ン注入ダメージが形成されないようにできるため、この
後形成される表面チャネル層5の結晶性を良好にするこ
とができ、第1実施形態と同様の効果が得られる。
At this time, since no inactive ion species are implanted into the impurity implanted layer 52 and its surroundings, B diffuses laterally below the channel region. For this reason, since ion implantation damage can be prevented from being formed on the surface of the p-type base region 3 under the channel region, the crystallinity of the surface channel layer 5 formed thereafter can be improved, and the first embodiment The same effect as in the embodiment can be obtained.

【0074】さらに、n+型ソース領域4とp型ベース
領域3とを同じマスクで形成していることになるため、
+型ソース領域4とp型ベース領域3とがセルフアラ
インで形成される。つまり、チャネル領域下のp型ベー
ス領域3の幅がBの拡散量によって正確に規定される。
このため、チャネル特性を均一にすることができ、しき
い値電圧、オン抵抗、チャネル耐圧等をセル内で均一に
安定に作ることができる。
Further, since the n + type source region 4 and the p type base region 3 are formed using the same mask,
N + type source region 4 and p type base region 3 are formed in a self-aligned manner. That is, the width of the p-type base region 3 below the channel region is accurately defined by the diffusion amount of B.
Therefore, the channel characteristics can be made uniform, and the threshold voltage, on-resistance, channel breakdown voltage, and the like can be uniformly and stably formed in the cell.

【0075】〔図6(a)に示す工程〕図3(c)と同
様の工程を行い、p型ベース領域3の表面及びn+型ソ
ース領域4の表面を含むn- 型エピ層2の上に、表面チ
ャネル層5をエピタキシャル成長させる。
[Step shown in FIG. 6A] The same step as that shown in FIG. 3C is performed to form the n -type epi layer 2 including the surface of the p-type base region 3 and the surface of the n + -type source region 4. A surface channel layer 5 is epitaxially grown thereon.

【0076】〔図6(b)に示す工程〕続いて、表面チ
ャネル層5をパターニングして、n+型ソース領域4と
-型エピ層2との間とを繋げる領域に残し、不要部分
を除去する。
[Step shown in FIG. 6B] Subsequently, the surface channel layer 5 is patterned to leave a region connecting the n + -type source region 4 and the n -- type epi layer 2 and unnecessary portions. Is removed.

【0077】そして、n+型ソース領域4とn-型エピ層
2の上部をLTO膜53で覆い、このLTO膜53をマ
スクとしてRIE(リアクティブイオンエッチング)を
行いn+型ソース領域4を貫通し、p型ベース領域3ま
で達する凹みを形成する。
Then, the upper portions of the n + type source region 4 and the n type epi layer 2 are covered with an LTO film 53, and RIE (reactive ion etching) is performed using the LTO film 53 as a mask to form the n + type source region 4. A recess that penetrates and reaches the p-type base region 3 is formed.

【0078】〔図6(c)に示す工程〕LTO膜53を
マスクとして、不活性なイオン種としてC(炭素)のイ
オン注入を行う。この時のCのイオン注入条件は、図2
(b)に示すCの注入条件と同様にしている。これによ
り、ディープベース層30の形成予定領域にCが注入さ
れた不活性イオン注入層54が形成される。このとき、
Cが炭素サイトの空孔に入り込み、不活性イオン注入層
54における炭素サイトの空孔をほぼ無くすことができ
る。
[Step shown in FIG. 6C] Using the LTO film 53 as a mask, C (carbon) ions are implanted as inert ion species. The ion implantation conditions for C at this time are shown in FIG.
The implantation conditions of C shown in FIG. Thus, an inert ion implanted layer 54 in which C is implanted in a region where the deep base layer 30 is to be formed is formed. At this time,
C enters the vacancy of the carbon site, and the vacancy of the carbon site in the inert ion implantation layer 54 can be substantially eliminated.

【0079】なお、このときのCのイオン注入は、凹み
の部分に行われるため、イオン注入エネルギーが小さく
ても深くまで注入できるため、高エネルギーのイオン注
入装置を用いる必要がない。
Since the ion implantation of C at this time is performed in the recessed portion, it can be implanted deep even if the ion implantation energy is small, so that there is no need to use a high energy ion implantation apparatus.

【0080】〔図7(a)に示す工程〕続いて、LTO
膜53をマスクとして、Bのイオン注入を行う。この時
のイオン注入の条件は、図2(c)に示すBの注入条件
と同様にしている。これにより、n- 型エピ層2の表面
から所定深さの位置に、Bが注入されたディープベース
層30が形成される。
[Steps shown in FIG. 7 (a)]
B ions are implanted using the film 53 as a mask. The conditions for the ion implantation at this time are the same as the implantation conditions for B shown in FIG. As a result, a deep base layer 30 into which B has been implanted is formed at a position at a predetermined depth from the surface of the n -type epi layer 2.

【0081】その後、熱処理として、1600℃、30
分間の活性化アニールを施し、ディープベース層30に
おけるBを活性化させる。このとき、上述したように、
ディープベース層30が形成される領域において、不純
物とならないイオン種を注入することで炭素サイトの空
孔がなくなるようにしているため、炭素サイトの空孔が
原因となって発生するBの拡散を抑制することができ
る。
Thereafter, as heat treatment, 1600 ° C., 30
Then, activation annealing for a minute is performed to activate B in the deep base layer 30. At this time, as described above,
In the region where the deep base layer 30 is formed, vacancies at the carbon site are eliminated by implanting ion species that do not become impurities, so that diffusion of B generated due to the vacancy at the carbon site is prevented. Can be suppressed.

【0082】このように、p型ベース領域3のうちディ
ープベース層30の他の部分については熱拡散によって
形成し、ディープベース層30については熱拡散させな
いようにして形成しているため、これらとn- 型エピ層
2との接合部における角部の形状は第1実施形態と同様
になり、該接合部における不純物濃度分布の関係も第1
実施形態と同様になる。
As described above, other portions of the deep base layer 30 in the p-type base region 3 are formed by thermal diffusion, and the deep base layer 30 is formed so as not to thermally diffuse. The shape of the corner at the junction with the n -type epi layer 2 is the same as that of the first embodiment, and the relationship of the impurity concentration distribution at the junction is also the first.
It is the same as the embodiment.

【0083】〔図7(b)に示す工程〕LTO膜53を
除去したのち、第1実施形態の図4(b)に示す工程と
同様の方法により、ゲート酸化膜7をパターニングした
のち、ゲート酸化膜7の上にゲート電極8をパターニン
グする。
[Step shown in FIG. 7B] After removing the LTO film 53, the gate oxide film 7 is patterned by the same method as the step shown in FIG. The gate electrode 8 is patterned on the oxide film 7.

【0084】〔図7(c)に示す工程〕そして、第1実
施形態の図4(c)に示す工程と同様の方法により、ゲ
ート電極8を絶縁膜9で覆った後、ソース電極10、ド
レイン電極11を形成して、本実施形態におけるMOS
FETが完成する。
[Step shown in FIG. 7C] Then, after covering the gate electrode 8 with the insulating film 9 by the same method as the step shown in FIG. 4C of the first embodiment, the source electrode 10 The drain electrode 11 is formed, and the MOS in this embodiment is formed.
The FET is completed.

【0085】なお、図7(c)は、本実施形態における
MOSFETの完成図であるが、第1実施形態に対し
て、ディープベース層3の上部に凹みが形成されている
点、及びn+型ソース領域4の表面部において表面チャ
ネル層5との電気的接続が行われている点について構造
上の相違がある。しかしながら、これは製造方法の相違
に起因する構成の相違であり、本実施形態のMOSFE
Tも第1実施形態と同様にサージエネルギー大量の向上
を図ることが可能となっている。
FIG. 7 (c) is a completed view of the MOSFET according to the present embodiment, which differs from the first embodiment in that a recess is formed above the deep base layer 3, and that n + There is a structural difference in that electrical connection to the surface channel layer 5 is made at the surface of the mold source region 4. However, this is a difference in the configuration due to the difference in the manufacturing method.
As for T, a large amount of surge energy can be improved as in the first embodiment.

【0086】(第3実施形態)本発明の第3実施形態に
ついて説明する。図8に、本実施形態におけるMOSF
ETの断面構成を示し、以下、この図に基づいて本実施
形態におけるMOSFETの構成について説明する。た
だし、本実施形態におけるMOSFETは、ほぼ第1実
施形態におけるMOSFETと同様の構成であるため、
異なる部分についてのみ説明する。
(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows the MOSF in this embodiment.
The cross-sectional configuration of the ET is shown, and the configuration of the MOSFET according to the present embodiment will be described below with reference to this drawing. However, since the MOSFET in the present embodiment has substantially the same configuration as the MOSFET in the first embodiment,
Only different parts will be described.

【0087】図8に示すように、本実施形態におけるM
OSFETは、p型ベース領域3のうちディープベース
層30が熱拡散によって形成されており、p型ベース領
域3のうちの他の部分よりも不純物濃度が低濃度となっ
ている。すなわち、p型ベース領域のうちディープベー
ス層30においては、n- 型エピ層2との接合部におい
て不純物濃度が急峻に変化する階段型接合を成し、p型
ベース領域3のうちの他の部分においては、n- 型エピ
層2との接合部において不純物濃度が緩やかに変化する
傾斜型接合を成している。
As shown in FIG. 8, M in the present embodiment
In the OSFET, the deep base layer 30 in the p-type base region 3 is formed by thermal diffusion, and the impurity concentration is lower than in other parts of the p-type base region 3. That is, in the deep base layer 30 of the p-type base region, a stair-type junction in which the impurity concentration changes sharply at the junction with the n -type epi layer 2 is formed, and the other of the p-type base region 3 is formed. The portion forms an inclined junction in which the impurity concentration gradually changes at the junction with the n -type epi layer 2.

【0088】また、ディープベース層30においては、
- 型エピ層2との接合部における角部の曲率半径が大
きく構成されており、p型ベース領域3のうちディープ
ベース層30の他の部分においては、n- 型エピ層2と
の接合部における角部の曲率半径が小さく構成されてい
る。
Further, in the deep base layer 30,
n - type epitaxial layer 2 has a curvature radius of the corner portion is constituted largely at the junction between, in the other parts of the deep base layer 30 of p-type base region 3, n - junction between type epi layer 2 The radius of curvature of the corner in the portion is configured to be small.

【0089】ディープベース層30は、p型ベース領域
3のうちの他の部分よりも下方まで延設されており、こ
のディープベース層30においてp型ベース領域3とn
+型基板1との間の距離が短くなるように構成されてい
る。
The deep base layer 30 extends below other portions of the p-type base region 3, and the p-type base region 3 and the n-type
It is configured such that the distance from the + type substrate 1 is reduced.

【0090】このように構成されたMOSFETは、デ
ィープベース層30から伸びる空乏層が、p型ベース領
域3のうちの他の部分から伸びる空乏層よりも早くn+
型基板1に到達(リーチスルー)するようにできるた
め、ディープベース層30の底部の電界強度を高め、p
型ベース領域のうちの他の部分の底部より先にアバラン
シェブレークダウンが起きるようにすることができる。
In the MOSFET configured as described above, the depletion layer extending from deep base layer 30 has n + faster than the depletion layer extending from the other portion of p-type base region 3.
Since it can reach (reach-through) the mold substrate 1, the electric field strength at the bottom of the deep base layer 30 is increased, and p
Avalanche breakdown may occur before the bottom of other portions of the mold base region.

【0091】このため、逆バイアス時においては、ディ
ープベース層30の底部においてアバランシェブレーク
ダウンが生じるようにし、ディープベース層30を通じ
てソース電極10に正孔電流が引き抜けるようにするこ
とができる。このため、正孔電流がn- 型エピ層2、p
型ベース領域3、及びn+型ソース領域4によって構成
される寄生バイポーラトランジスタに流れないようにで
き、第1実施形態と同様にサージエネルギー耐量を向上
させることができる。
Therefore, at the time of reverse bias, avalanche breakdown can occur at the bottom of deep base layer 30, and a hole current can be drawn to source electrode 10 through deep base layer 30. For this reason, the hole current becomes n -type epi layer 2, p
It can be prevented from flowing to the parasitic bipolar transistor constituted by the mold base region 3 and the n + -type source region 4, and the surge energy withstand can be improved as in the first embodiment.

【0092】次に、本実施形態におけるMOSFETの
製造工程を図9に示す。以下、図9に基づいて、本実施
形態におけるMOSFETの製造方法を説明する。ただ
し、本実施形態においては、第1実施形態の図2〜図4
に示したMOSFETの製造方法と同様である部分があ
るため、同様の工程については第1実施形態を参照す
る。
Next, a manufacturing process of the MOSFET according to the present embodiment is shown in FIG. Hereinafter, a method for manufacturing the MOSFET according to the present embodiment will be described with reference to FIG. However, in the present embodiment, FIGS.
Since there are portions similar to those of the MOSFET manufacturing method shown in FIG. 1, the first embodiment is referred to for the similar steps.

【0093】〔図9(a)に示す工程〕まず、図2
(a)に示す工程と同様に、n+型基板1の上にn-型エ
ピ層2を成長させる。この後、n-型エピ層2の上部に
p型ベース領域3のうちディープベース層30の他の部
分の形成予定領域上が開口するLTO膜61を配置す
る。そして、このLTO膜61をマスクとして、不活性
なイオン種としてCをイオン注入する。これにより、p
型ベース領域3のうちディープベース層30の他の部分
の形成予定領域に不活性イオン注入層62が形成され
る。
[Step shown in FIG. 9A] First, FIG.
An n -type epi layer 2 is grown on an n + -type substrate 1 in the same manner as in the step shown in FIG. Thereafter, an LTO film 61 is formed above the n -type epi layer 2 so that the LTO film 61 has an opening on the region where the other portion of the deep base layer 30 is to be formed. Then, C is ion-implanted as an inert ion species using the LTO film 61 as a mask. This gives p
An inert ion implantation layer 62 is formed in a region of the mold base region 3 where another portion of the deep base layer 30 is to be formed.

【0094】このときのイオン注入条件は、図2(b)
に示すCの注入条件と同様にしている。これにより、p
型ベース領域3のうちディープベース層30の他の部分
において、炭素サイトの空孔内にCが入り込み、炭素サ
イトの空孔がほぼ無くなる。
The ion implantation conditions at this time are as shown in FIG.
Are the same as the C implantation conditions shown in FIG. This gives p
In other portions of the deep base layer 30 in the mold base region 3, C enters the vacancies of the carbon sites, and the vacancies of the carbon sites almost disappear.

【0095】〔図9(b)に示す工程〕続いて、ディー
プベース層30を含むp型ベース領域3の形成予定領域
上が開口するLTO膜63を配置し、このLTO膜63
をマスクとしてBのイオン注入を行う。この時のイオン
注入条件は、温度が700℃、ドーズ量が1×1016
-2としている。
[Step shown in FIG. 9B] Subsequently, an LTO film 63 having an opening on a region where the p-type base region 3 including the deep base layer 30 is to be formed is arranged.
Is used as a mask to implant B ions. 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 .

【0096】これにより、p型ベース領域3のうちディ
ープベース層30の形成予定領域についてはBのみが注
入され、p型ベース領域3のうちの他の部分の形成予定
領域についてはCにBが重ねて注入された不純物注入層
64が形成される。
As a result, only B is implanted into the region where the deep base layer 30 is to be formed in the p-type base region 3, and B is implanted into C in the region where the other portion of the p-type base region 3 is to be formed. An impurity implantation layer 64 implanted in a stacked manner is formed.

【0097】〔図9(c)に示す工程〕熱処理として、
1600℃、30分間の活性化アニールを施し、不純物
注入層64におけるBを活性化させる。
[Step shown in FIG. 9C]
Activation annealing is performed at 1600 ° C. for 30 minutes to activate B in the impurity implantation layer 64.

【0098】このとき、p型ベース領域3のうちディー
プベース層30の形成予定領域についてはBのみが注入
されているため、Bが下方向に熱拡散した状態で活性化
が成される。一方、p型ベース領域3のうちディープベ
ース層30の他の部分についてはCが注入されて、炭素
サイトの空孔が無くされているため、Bの熱拡散が防止
され、ほぼ注入された位置のままで活性化が成される。
At this time, since only B is implanted into the region of the p-type base region 3 where the deep base layer 30 is to be formed, activation is performed in a state where B is thermally diffused downward. On the other hand, C is injected into the other part of the deep base layer 30 in the p-type base region 3 to eliminate the vacancies at the carbon site, so that thermal diffusion of B is prevented, and the position where the B is injected is almost eliminated. Activation is performed as it is.

【0099】これにより、p型ベース領域3が形成さ
れ、p型ベース領域3のうちディープベース層30がそ
の他の部分よりも接合深さが深く、不純物濃度が低濃度
になると共に、ディープベース層30とn-型エピ層2
との接合部におけるディープベース層30の角部の曲率
半径が、他の部分とn-型エピ層2との接合部における
p型ベース領域3の角部の曲率半径よりも大きくなる。
As a result, the p-type base region 3 is formed, and the junction depth of the deep base layer 30 in the p-type base region 3 is deeper than the other portions, the impurity concentration becomes lower, and the p-type base region 3 becomes deeper. 30 and n - type epilayer 2
The radius of curvature at the corner of the deep base layer 30 at the junction with the p-type base region 3 at the junction between the other portion and the n -type epi layer 2 is larger than that at the junction with the n -type epi layer 2.

【0100】この後、第1実施形態で示した図3
(c)、及び図4(a)〜(c)の工程を行い、本実施
形態におけるMOSFETが完成する。
Thereafter, FIG. 3 shown in the first embodiment is used.
By performing the steps of (c) and FIGS. 4A to 4C, the MOSFET of the present embodiment is completed.

【0101】なお、上記製造工程によると、ディープベ
ース層30において、Bの拡散によってディープベース
層内部のp型不純物濃度が低下するため、スイッチング
動作時に、n-型エピ層2、p型ベース領域3、及びn+
型ソース領域4で構成される寄生トランジスタを作動さ
せてしまい、素子が破壊されてしまう場合がある。つま
り、サージエネルギー耐量が低くなり得る。このため、
図9(b)に示した工程とは別工程において、ディープ
ベース層30においては、p型ベース領域3の他の部分
よりもp型不純物を多量にイオン注入し、ディープベー
ス層内部が高濃度となるようにしてもよい。
According to the above manufacturing process, the diffusion of B lowers the p-type impurity concentration in the deep base layer 30 in the deep base layer 30, so that the n -type epi layer 2 and the p-type base region 3, and n +
In some cases, the parasitic transistor constituted by the mold source region 4 is activated, and the element is destroyed. That is, the surge energy resistance can be reduced. For this reason,
In a step different from the step shown in FIG. 9B, p-type impurities are ion-implanted in the deep base layer 30 in a larger amount than in other parts of the p-type base region 3, so that the inside of the deep base layer has a high concentration. You may make it become.

【0102】(第4実施形態)本発明の第4実施形態に
ついて説明する。本実施形態は、第3実施形態に対し
て、MOSFETの製造方法を変更したものであるた
め、MOSFETの製造方法について説明する。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a method of manufacturing a MOSFET is changed from that of the third embodiment. Therefore, a method of manufacturing a MOSFET will be described.

【0103】図10〜図11に、本実施形態におけるM
OSFETの製造工程を示し、これらの図に基づいてM
OSFETの製造方法について説明する。本実施形態に
おいては、第1実施形態の図2〜図4に示したMOSF
ETの製造方法と同様である部分があるため、同様の工
程については第1実施形態を参照する。
FIGS. 10 to 11 show M in this embodiment.
The manufacturing process of the OSFET is shown.
A method for manufacturing an OSFET will be described. In the present embodiment, the MOSF shown in FIGS.
Since there are portions similar to those of the ET manufacturing method, the first embodiment is referred to for the same steps.

【0104】〔図10(a)に示す工程〕まず、図2
(a)に示す工程と同様に、n+型基板1の上にn-型エ
ピ層2を成長させる。この後、n-型エピ層2の表面に
p型不純物としてAl(アルミニウム)がドーピングさ
れたp型半導体層70を成長させる。
[Steps shown in FIG. 10A] First, FIG.
An n -type epi layer 2 is grown on an n + -type substrate 1 in the same manner as in the step shown in FIG. Thereafter, a p-type semiconductor layer 70 doped with Al (aluminum) as a p-type impurity is grown on the surface of the n -type epi layer 2.

【0105】〔図10(b)に示す工程〕J−FET部
6の形成予定部分上が開口するLTO膜71を配置し、
このLTO膜71をマスクとしてRIEを施し、p型半
導体層70を貫通し、n-型エピ層2まで達する凹部7
2を形成する。これにより、p型半導体層70にてp型
ベース領域3が構成される。
[Step shown in FIG. 10B] An LTO film 71 having an opening on a portion where the J-FET portion 6 is to be formed is arranged.
RIE is performed using the LTO film 71 as a mask, and the recess 7 penetrates the p-type semiconductor layer 70 and reaches the n -type epi layer 2.
Form 2 Thus, the p-type base region 3 is formed by the p-type semiconductor layer 70.

【0106】〔図10(c)に示す工程〕LTO膜71
を除去した後、凹部72を含むp型ベース領域3の表面
全面にn型半導体層をデポジションし、凹部72を埋め
込む。そして、n型半導体層をエッチバックして、凹部
72内にのみ残す。これにより、凹部72内にはn型半
導体で形成されたn型層2aが形成される。このn型層
2aがJ−FET部6を構成している。なお、上記各実
施形態においてはJ−FET部6を含むドリフト領域が
-型エピ層2で構成されていたが、本実施形態n型層
2a及びn-型エピ層2によってドリフト領域が構成さ
れることになる。
[Step shown in FIG. 10C] LTO film 71
Is removed, an n-type semiconductor layer is deposited on the entire surface of the p-type base region 3 including the recess 72, and the recess 72 is buried. Then, the n-type semiconductor layer is etched back to leave only in the concave portion 72. Thus, an n-type layer 2a made of an n-type semiconductor is formed in the concave portion 72. The n-type layer 2a forms the J-FET section 6. Incidentally, the drift region comprising a J-FET unit 6 in the above embodiment the n - had been composed -type epitaxial layer 2, the present embodiment n-type layer 2a and the n - configuration drift region by the type epitaxial layer 2 Will be done.

【0107】〔図11(a)に示す工程〕図3(c)に
示す工程と同様にして、p型ベース領域3の表面を含む
- 型エピ層2の上に表面チャネル層5をエピタキシャ
ル成長させる。
[Step shown in FIG. 11A] In the same manner as the step shown in FIG. 3C, a surface channel layer 5 is epitaxially grown on the n -type epi layer 2 including the surface of the p-type base region 3. Let it.

【0108】〔図11(b)に示す工程〕表面チャネル
層5の上に、ディープベース層30の形成予定領域が開
口するLTO膜73を配置する。そして、このLTO膜
73をマスクとして、Bのイオン注入を行う(図中の点
線部分)。この時のイオン注入条件は、図9(b)に示
したBの注入条件と同様にしている。
[Step shown in FIG. 11B] On the surface channel layer 5, an LTO film 73 having an opening in a region where the deep base layer 30 is to be formed is arranged. Then, ion implantation of B is performed using the LTO film 73 as a mask (a dotted line portion in the figure). The ion implantation conditions at this time are the same as the B implantation conditions shown in FIG.

【0109】〔図11(c)に示す工程〕熱処理を施
し、注入されたBを活性化させる。この時、Alがドー
ピングされて形成されているp型ベース領域3のうちデ
ィープベース層30の他の部分については、Alが熱拡
散しにくいことから、この熱処理によってもAlがほと
んど拡散せずそのままの形状が維持される。一方、Bの
周辺には、不活性なイオン種が注入されていないため、
熱処理によってBが下方向等に拡散する。これにより、
p型ベース領域3が部分的に深くされたディープベース
層30が形成される。
[Step shown in FIG. 11C] A heat treatment is performed to activate the implanted B. At this time, in the other part of the deep base layer 30 in the p-type base region 3 formed by doping with Al, Al is hardly thermally diffused. Is maintained. On the other hand, since no inactive ion species is implanted around B,
B is diffused downward or the like by the heat treatment. This allows
A deep base layer 30 in which the p-type base region 3 is partially deepened is formed.

【0110】このように、p型ベース領域3のうちディ
ープベース層30をp型不純物のなかでも熱拡散しやす
いBによって形成し、他の部分をp型不純物のなかでも
熱拡散しにくいAl等を用いることによっても第3実施
形態と同様の構造を形成することができる。
As described above, the deep base layer 30 of the p-type base region 3 is formed of B which is easily thermally diffused among the p-type impurities, and the other portions are made of Al which is not easily thermally diffused among the p-type impurities. The same structure as in the third embodiment can be formed also by using.

【0111】又、本実施形態のようにp型ベース領域3
のうちのディープベース層30の他の領域をエピタキシ
ャル成長によって形成すれば、イオン注入によって形成
した場合のようにイオン注入ダメージが形成されないた
め、この上に形成される表面チャネル層5の結晶性を良
好にすることができ、チャネル移動度を高め、オン抵抗
を低減することができる。 (他の実施形態)第1実施形態では、p型ベース領域3
においての耐圧構造を示したが、ベース領域を有する他
の素子のおいても同様の構成を採用し、上記効果を得る
ことができる。
Further, as in this embodiment, the p-type base region 3
If another region of the deep base layer 30 is formed by epitaxial growth, ion implantation damage is not formed unlike the case of ion implantation, so that the surface channel layer 5 formed thereon has good crystallinity. , The channel mobility can be increased, and the on-resistance can be reduced. (Other Embodiments) In the first embodiment, the p-type base region 3
Above, the same effect can be obtained in other elements having a base region, and the above effects can be obtained.

【0112】例えば、ベース領域が複数形成される素子
において、ベース領域と電極(第1実施形態の場合に
は、p型ベース領域3とソース電極10)との間のコン
タクト面積が小さいものが存在する場合、サージエネル
ギーを電極から引き抜く時に、エネルギー密度の上昇に
よって局所的なサージ破壊が生じる恐れがある。
For example, among devices having a plurality of base regions, there are devices having a small contact area between the base region and the electrode (in the case of the first embodiment, the p-type base region 3 and the source electrode 10). In this case, when the surge energy is extracted from the electrode, a local surge breakdown may occur due to an increase in the energy density.

【0113】このような場合には、コンタクト面積が大
きくなるベース領域を高濃度で構成することにより、コ
ンタクト面積が小さくなるベース領域の方が耐圧が高く
なるようにできうるため、逆バイアス時にコンタクト面
積が小さくなるベース領域の底部でアバランシェブレー
クダウンが発生せず、コンタクト面積が大きくなるベー
ス領域でアバランシェブレークダウンが発生するように
できる。
In such a case, by forming the base region having a large contact area with a high concentration, the withstand voltage can be increased in the base region having a small contact area. Avalanche breakdown does not occur at the bottom of the base region where the area becomes small, and avalanche breakdown occurs at the base region where the contact area becomes large.

【0114】従って、逆バイアス時においては、コンタ
クト面積が大きくなるベース領域においてアバランシェ
ブレークダウン時に生じる正孔をサージ電圧エネルギー
として電極に引き抜くようにし、コンタクト面積が小さ
くなるベース領域においては正孔が引き抜かれないよう
にできるため、コンタクト面積が小さくなるベース領域
をサージ破壊から守ることができる。
Therefore, at the time of reverse bias, holes generated during avalanche breakdown are drawn out to the electrode as surge voltage energy in the base region where the contact area is large, and holes are drawn out in the base region where the contact area is small. Since it can be prevented from being pulled out, the base region having a small contact area can be protected from surge destruction.

【0115】また、上記実施形態のように縦型のMOS
FETではなく、ゲート電極の下部をチャネル領域と
し、p型ベース領域の表層部における該チャネル領域の
両側にn型のソース・ドレインが形成されていると共
に、p型ベース領域やディープベース層及びソース領域
と接するソース電極、ドレイン領域と接するドレイン電
極が形成されてなるラテラル型(横型)のMOSFET
に適用してもよい。
Also, as in the above embodiment, the vertical MOS
Instead of an FET, a channel region is formed below the gate electrode, n-type sources and drains are formed on both sides of the channel region in the surface layer of the p-type base region, and the p-type base region, the deep base layer and the source are formed. Lateral (horizontal) MOSFET having a source electrode in contact with the region and a drain electrode in contact with the drain region
May be applied.

【0116】また、第1実施形態では、寄生バイポーラ
トランジスタが内在しない領域にディープボディー層3
0を構成し、この領域においてアバランシェブレークダ
ウンが生じるようにしているが、寄生バイポーラトラン
ジスタが内在する領域にディープボディー層を構成して
も、正孔電流が寄生バイポーラトランジスタを動作させ
にくい経路で流れるように構成すれば、第1実施形態と
同様の効果を得ることも可能である。
In the first embodiment, the deep body layer 3 is formed in a region where no parasitic bipolar transistor exists.
0, so that avalanche breakdown occurs in this region. However, even if a deep body layer is formed in a region where a parasitic bipolar transistor is present, a hole current flows through a path that makes it difficult to operate the parasitic bipolar transistor. With such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0117】また、上記第1、第2実施形態では、ディ
ープボディー層30がp型ベース領域3の他の部分より
も接合深さが深くなるようにしているが、図12に示す
ように、p型ベース領域3の他の部分と同等の深さとな
るように形成してもよいし、図13に示すようにp型ベ
ース領域3の他の部分より浅くなるように形成してもよ
い。
In the first and second embodiments, the junction depth of the deep body layer 30 is made deeper than other portions of the p-type base region 3. However, as shown in FIG. It may be formed so as to have the same depth as other portions of p-type base region 3 or may be formed so as to be shallower than other portions of p-type base region 3 as shown in FIG.

【0118】なお、図13に示すように、ディープベー
ス層30がp型ベース領域3の他の部分よりも浅くなる
ようにする場合、第1実施形態のうちの図2(c)に示
す工程を省略し、そのまま図3(a)、(b)に示す工
程を行うようにすればよいため、工程の簡略化を図るこ
とが可能である。
When the deep base layer 30 is made shallower than other portions of the p-type base region 3 as shown in FIG. 13, the step shown in FIG. 2C of the first embodiment is performed. May be omitted and the steps shown in FIGS. 3A and 3B may be performed as it is, so that the steps can be simplified.

【0119】上記各実施形態では、熱拡散し易いp型不
純物としてBを用いたが、p型不純物、n型不純物に関
わらず、結晶欠陥に起因して拡散し易くなる不純物を用
いる場合には他の不純物であっても不活性なイオン種を
注入する方法が採用可能である。
In each of the above embodiments, B is used as the p-type impurity which is easily diffused by heat. However, when an impurity which is easily diffused due to a crystal defect is used regardless of whether it is a p-type impurity or an n-type impurity, A method of implanting an inert ion species even for other impurities can be adopted.

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

【図1】本発明の第1実施形態におけるMOSFETの
断面構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a MOSFET according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すMOSFETの製造工程を示す図で
ある。
FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of the MOSFET shown in FIG. 1;

【図3】図2に続くMOSFETの製造工程を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing step of the MOSFET following FIG. 2;

【図4】図3に続くMOSFETの製造工程を示す図で
ある。
FIG. 4 is a view showing a manufacturing step of the MOSFET following FIG. 3;

【図5】第2実施形態におけるMOSFETの製造工程
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the MOSFET according to the second embodiment.

【図6】図5に続くMOSFETの製造工程を示す図で
ある。
FIG. 6 is a view showing a manufacturing step of the MOSFET following the step shown in FIG. 5;

【図7】図6に続くMOSFETの製造工程を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing step of the MOSFET following FIG. 6;

【図8】第3実施形態におけるMOSFETの断面構成
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of a MOSFET according to a third embodiment.

【図9】図8に示すMOSFETの製造工程を示す図で
ある。
FIG. 9 is a view showing a manufacturing process of the MOSFET shown in FIG. 8;

【図10】第4実施形態におけるMOSFETの製造工
程を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a manufacturing process of the MOSFET according to the fourth embodiment.

【図11】図10に続くMOSFETの製造工程を示す
図である。
FIG. 11 is a view showing a manufacturing step of the MOSFET following the step shown in FIG. 10;

【図12】他の実施形態におけるMOSFETの断面構
成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of a MOSFET according to another embodiment.

【図13】他の実施形態におけるMOSFETの断面構
成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of a MOSFET according to another embodiment.

【図14】従来におけるMOSFETの断面構成を示す
図である。
FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a conventional MOSFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n+ 型半導体基板、2…n- 型エピ層、3…p型ベ
ース領域、4…n+ 型ソース領域、5…表面チャネル
層、6…J−FET部、7…ゲート酸化膜、8…ゲート
電極、9…絶縁膜、10…ソース電極、11…ドレイン
電極、30…ディープベース層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n + type semiconductor substrate, 2 ... n - type epi layer, 3 ... p-type base region, 4 ... n + type source region, 5 ... surface channel layer, 6 ... J-FET part, 7 ... gate oxide film, 8 gate electrode, 9 insulating film, 10 source electrode, 11 drain electrode, 30 deep base layer.

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主表面及び該主表面の反対面である裏面
を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基
板(1)と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
(2)と、 前記半導体層の表層部の所定領域に少なくとも1つ以上
形成される第2導電型の第1のベース領域(3)と、 前記半導体層の表面部の所定領域に少なくとも1つ以上
形成され、前記第1のベース領域よりも不純物濃度が高
くされた第2導電型の第2のベース領域(30)とを有
する炭化珪素半導体装置であって、 前記第1のベース領域は第2導電型不純物の熱拡散によ
り形成され、前記第1のベース領域と前記半導体層との
接合部は、第2導電型不純物の濃度分布が緩やかに変化
する傾斜型接合を成し、 前記第2のベース領域には不活性なイオン種が注入され
ており、該第2のベース領域と前記半導体層との接合部
は、第2導電型不純物の濃度分布が急峻に変化する階段
型接合を成していることを特徴とする炭化珪素半導体装
置。
A first conductivity type semiconductor substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface, the first conductivity type semiconductor substrate being made of single-crystal silicon carbide; and a semiconductor substrate formed on the main surface of the semiconductor substrate; A first conductivity type semiconductor layer having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate; and a second conductivity type first base region formed in at least one predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer. 3) and a second conductivity type second base region (30) formed at least one or more in a predetermined region on the surface of the semiconductor layer and having an impurity concentration higher than that of the first base region. A silicon carbide semiconductor device, wherein the first base region is formed by thermal diffusion of a second conductivity type impurity, and a junction between the first base region and the semiconductor layer is formed of a second conductivity type impurity. Inclined junction with gradual change in concentration distribution Inactive ion species are implanted in the second base region, and at the junction between the second base region and the semiconductor layer, the concentration distribution of the impurity of the second conductivity type changes sharply. A silicon carbide semiconductor device characterized by forming a step-shaped junction.
【請求項2】 主表面及び該主表面の反対面である裏面
を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基
板(1)と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
(2)と、 前記半導体層の表層部の所定領域に少なくとも1つ以上
形成される第2導電型の第1のベース領域(3)と、 前記半導体層の表面部の所定領域に少なくとも1つ以上
形成され、前記第1のベース領域よりも接合深さが深く
形成された第2導電型の第2のベース領域(30)とを
有する炭化珪素半導体装置であって、 前記第1のベース領域には不活性なイオン種が注入され
ており、該第1のベース領域と前記半導体層との接合部
は、第2導電型不純物の濃度分布が急峻に変化する階段
型接合を成し、 前記第2のベース領域は第2導電型不純物を熱拡散させ
ることによって前記第1のベース領域よりも接合深さが
深くなるように形成され、前記第2のベース領域と前記
半導体層との接合部は、第2導電型不純物の濃度分布が
緩やかに変化する傾斜型接合を成していることを特徴と
する炭化珪素半導体装置。
2. 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 single-crystal silicon carbide, and formed on the main surface of the semiconductor substrate; A first conductivity type semiconductor layer having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate; and a second conductivity type first base region formed in at least one predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer. 3) a second base region of the second conductivity type formed at least one or more in a predetermined region on the surface of the semiconductor layer and having a junction depth deeper than the first base region. And an inactive ion species is implanted in the first base region, and a junction between the first base region and the semiconductor layer has a second conductivity type. A step-type junction where the impurity concentration distribution changes steeply The second base region is formed so as to have a junction depth greater than that of the first base region by thermally diffusing a second conductivity type impurity, and a junction between the second base region and the semiconductor layer is formed. The portion forms an inclined junction in which the concentration distribution of the second conductivity type impurity gradually changes.
【請求項3】 主表面及び該主表面の反対面である裏面
を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基
板(1)と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
(2)と、 前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース
領域(3)と、 前記ベース領域の表層部に形成された第1導電型のソー
ス領域(4)と、 前記ソース領域及び前記半導体層との間にチャネル領域
を形成すべく、該チャネル領域の上に形成されたゲート
絶縁膜(7)と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極(8)と、 前記ベース領域及び前記ソース領域と接触するように形
成されたソース電極(10)と、 前記半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極(1
1)とを備え、 前記ベース領域は、第1のベース領域と第2のベース領
域(30)とによって構成されており、 前記第1のベース領域は第2導電型不純物の熱拡散によ
って形成され、前記半導体層との接合部において、第2
導電型不純物の濃度分布が緩やかに変化する傾斜型接合
を成しており、 前記第2のベース領域は、前記第1のベース領域よりも
不純物濃度が高くなっており、不活性なイオン種が注入
されていると共に、前記半導体層との接合部において、
第2導電型不純物の濃度分布が急峻に変化する階段型接
合を成していることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
3. 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 single-crystal silicon carbide, formed on the main surface of the semiconductor substrate, A first conductivity type semiconductor layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate; a second conductivity type base region formed in a surface portion of the semiconductor layer; and a surface portion of the base region. A first conductivity type source region (4) formed on the substrate; a gate insulating film (7) formed on the channel region to form a channel region between the source region and the semiconductor layer; A gate electrode (8) formed on the gate insulating film; a source electrode (10) formed to contact the base region and the source region; and a drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate. (1
1), wherein the base region is constituted by a first base region and a second base region (30), and the first base region is formed by thermal diffusion of a second conductivity type impurity. At the junction with the semiconductor layer,
The second base region has an impurity concentration higher than that of the first base region, and forms an inactive ion species. While being implanted, at the junction with the semiconductor layer,
A silicon carbide semiconductor device having a step-shaped junction in which the concentration distribution of a second conductivity type impurity changes sharply.
【請求項4】 前記第1のベース領域のうち、前記ソー
ス領域及び前記半導体層との間に挟まれた部分は、第2
導電型不純物を熱拡散させることによって形成されてい
ることを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素半導体装
置。
4. A portion of the first base region sandwiched between the source region and the semiconductor layer,
4. The silicon carbide semiconductor device according to claim 3, wherein the silicon carbide semiconductor device is formed by thermally diffusing a conductive impurity.
【請求項5】 主表面及び該主表面の反対面である裏面
を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基
板(1)と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
(2)と、 前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース
領域(3)と、 前記ベース領域の表層部に形成された第1導電型のソー
ス領域(4)と、 前記ソース領域及び前記半導体層との間にチャネル領域
を形成すべく、該チャネル領域の上に形成されたゲート
絶縁膜(7)と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極(8)と、 前記ベース領域及び前記ソース領域と接触するように形
成されたソース電極(10)と、 前記半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極(1
1)とを備え、 前記ベース領域は、第1のベース領域と第2のベース領
域(30)とによって構成されており、 前記第1のベース領域は、不活性なイオン種が注入され
ており、前記半導体層との接合部において、第2導電型
不純物の濃度分布が急峻に変化する階段型接合を成して
おり、 前記第2のベース領域は、第2導電型不純物を熱拡散さ
せることによって前記第1のベース領域よりも接合深さ
が深くなるように形成され、前記半導体層との接合部に
おいて、第2導電型不純物の濃度分布が緩やかに変化す
る傾斜型接合を成していることを特徴とする炭化珪素半
導体装置。
5. 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 single-crystal silicon carbide, formed on a main surface of the semiconductor substrate, A first conductivity type semiconductor layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate; a second conductivity type base region formed in a surface portion of the semiconductor layer; and a surface portion of the base region. A first conductivity type source region (4) formed on the substrate; a gate insulating film (7) formed on the channel region to form a channel region between the source region and the semiconductor layer; A gate electrode (8) formed on the gate insulating film; a source electrode (10) formed to contact the base region and the source region; and a drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate. (1
Wherein the base region includes a first base region and a second base region (30), and the first base region is implanted with an inert ion species. Forming a stair-shaped junction in which the concentration distribution of the second conductivity type impurity changes steeply at a junction with the semiconductor layer, wherein the second base region thermally diffuses the second conductivity type impurity. Thereby, the junction depth is formed to be deeper than that of the first base region, and the junction with the semiconductor layer forms an inclined junction in which the concentration distribution of the second conductivity type impurity changes gradually. A silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 主表面及び該主表面の反対面である裏面
を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基
板と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
と、 前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース
領域と、 前記ベース領域の上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、 前記ゲート電極の下部においてチャネル領域を形成すべ
く、前記半導体層の表層部において前記チャネル領域の
両側それぞれに形成された第1導電型のソース領域及び
ドレイン領域と、 前記ベース領域及び前記ソース領域に接触するように形
成されたソース電極と、 前記ドレイン領域と接するようにに形成されたドレイン
電極とを備え、 前記ベース領域は、第1のベース領域と第2のベース領
域とによって構成されており、 前記第1のベース領域は第2導電型不純物の熱拡散によ
って形成され、前記半導体層との接合部において、第2
導電型不純物の濃度分布が緩やかに変化する傾斜型接合
を成しており、 前記第2のベース領域は、前記第1のベース領域よりも
不純物濃度が高くなっており、不活性なイオン種が注入
されていると共に、前記半導体層との接合部において、
第2導電型不純物の濃度分布が急峻に変化する階段型接
合を成していることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
6. A semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface and a back surface opposite to the main surface and made of single-crystal silicon carbide; and the semiconductor substrate formed on the main surface of the semiconductor substrate. A first conductive type semiconductor layer having a lower impurity concentration than the first conductive type semiconductor layer, a second conductive type base region formed on a surface layer of the semiconductor layer, a gate insulating film formed on the base region, A gate electrode formed on a gate insulating film; and a first conductivity type source region formed on both sides of the channel region in a surface layer portion of the semiconductor layer so as to form a channel region below the gate electrode. And a drain region; a source electrode formed to contact the base region and the source region; and a drain electrode formed to contact the drain region. The base region includes a first base region and a second base region. The first base region is formed by thermal diffusion of a second conductivity type impurity, and at a junction with the semiconductor layer, Second
The second base region has an impurity concentration higher than that of the first base region, and forms an inactive ion species. While being implanted, at the junction with the semiconductor layer,
A silicon carbide semiconductor device having a step-shaped junction in which the concentration distribution of a second conductivity type impurity changes sharply.
【請求項7】 主表面及び該主表面の反対面である裏面
を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基
板と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
と、 前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース
領域と、 前記ベース領域の上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、 前記ゲート電極の下部においてチャネル領域を形成すべ
く、前記半導体層の表層部において前記チャネル領域の
両側それぞれに形成された第1導電型のソース領域及び
ドレイン領域と、 前記ベース領域及び前記ソース領域に接触するように形
成されたソース電極と、 前記ドレイン領域に接するように形成されたドレイン電
極とを備え、 前記ベース領域は、第1のベース領域と第2のベース領
域とによって構成されており、 前記第1のベース領域は、不活性なイオン種が注入され
ており、前記半導体層との接合部において、第2導電型
不純物の濃度分布が急峻に変化する階段型接合を成して
おり、 前記第2のベース領域は、第2導電型不純物を熱拡散さ
せることによって前記第1のベース領域よりも接合深さ
が深くなるように形成され、前記半導体層との接合部に
おいて、第2導電型不純物の濃度分布が緩やかに変化す
る傾斜型接合を成していることを特徴とする炭化珪素半
導体装置。
7. A semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface and a back surface opposite to the main surface and made of single-crystal silicon carbide; and a semiconductor substrate formed on the main surface of the semiconductor substrate. A first conductive type semiconductor layer having a lower impurity concentration than the first conductive type semiconductor layer, a second conductive type base region formed on a surface layer of the semiconductor layer, a gate insulating film formed on the base region, A gate electrode formed on a gate insulating film; and a first conductivity type source region formed on both sides of the channel region in a surface layer portion of the semiconductor layer so as to form a channel region below the gate electrode. And a drain region; a source electrode formed to contact the base region and the source region; and a drain electrode formed to contact the drain region. The source region includes a first base region and a second base region. The first base region is implanted with an inactive ion species, and at a junction with the semiconductor layer. A stair-type junction in which the concentration distribution of the second conductivity type impurity changes steeply, and the second base region is made larger than the first base region by thermally diffusing the second conductivity type impurity. A silicon carbide semiconductor device formed so as to have a deep junction depth and forming a tilted junction in which the concentration distribution of the second conductivity type impurity gradually changes at the junction with the semiconductor layer. .
【請求項8】 前記第2のベース領域は、前記ベース領
域のうち前記ソース電極と接触する部分の下方に形成さ
れていることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1
つに記載の炭化珪素半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 3, wherein the second base region is formed below a portion of the base region that contacts the source electrode.
4. The silicon carbide semiconductor device according to any one of the above.
【請求項9】 主表面及び該主表面の反対面である裏面
を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基
板(1)と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
(2)と、 前記半導体層の表層部の所定領域に少なくとも1つ以上
形成される2導電型の第1のベース領域(3)と、 前記半導体層の表面部の所定領域に少なくとも1つ以上
形成され、前記第1のベース領域よりも不純物濃度が高
くされた第2導電型の第2のベース領域(30)とを有
する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、 前記半導体層の表層部に、第2導電型不純物をイオン注
入したのち、熱処理によって該第2導電型不純物を拡散
させつつ活性化して前記第1のベース領域を形成する工
程と、 前記半導体層の表層部に、不活性なイオン種をイオン注
入すると共に、この不活性なイオン種を注入する領域に
該不活性なイオン種に対して所定の濃度比で第2導電型
不純物をイオン注入し、その後、熱処理によって該第2
導電型不純物の拡散を抑制しつつ活性化して、前記第1
のベース領域よりも不純物濃度が高くなるように前記第
2のベース領域を形成する工程と、を含んでいることを
特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
9. 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 single-crystal silicon carbide, and formed on the main surface of the semiconductor substrate. A first conductivity type semiconductor layer (2) having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate; and a two conductivity type first base region (3) formed in at least one predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer. And a second base region (30) of the second conductivity type formed at least one or more in a predetermined region on the surface of the semiconductor layer and having an impurity concentration higher than that of the first base region. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: ion-implanting a second conductivity type impurity into a surface portion of the semiconductor layer; and activating the first base by diffusing the second conductivity type impurity by heat treatment. Forming a region; Inert ion species are ion-implanted into the surface layer of the semiconductor layer, and a second conductivity type impurity is implanted into the region where the inert ion species is implanted at a predetermined concentration ratio with respect to the inert ion species. Ion implantation, followed by heat treatment
Activating while suppressing diffusion of the conductive type impurity,
Forming the second base region so that the impurity concentration is higher than that of the base region.
【請求項10】 主表面及び該主表面の反対面である裏
面を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体
基板(1)と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
(2)と、 前記半導体層の表層部の所定領域に少なくとも1つ以上
形成される第2導電型の第1のベース領域(3)と、 前記半導体層の表面部の所定領域に少なくとも1つ以上
形成され、前記第1のベース領域よりも不純物濃度が低
く、かつ前記第1の領域よりも接合深さが深く形成され
た第2導電型の第2のベース領域(30)とを有する炭
化珪素半導体装置の製造方法であって、 前記半導体層の表層部に、不活性なイオン種をイオン注
入すると共に、この不活性なイオン種を注入する領域に
該不活性なイオン種に対して所定の濃度比で第2導電型
不純物をイオン注入し、その後、熱処理によって該第2
導電型不純物の拡散を抑制しつつ活性化して、前記第1
のベース領域を形成する工程と、 第2導電型不純物をイオン注入したのち、熱処理によっ
て該第2導電型不純物を下方向へ拡散させつつ活性化し
て、前記第1のベース領域よりも接合深さが深くなるよ
うに前記第2のベース領域を形成する工程と、を含んで
いることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
10. A semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface and a back surface opposite to the main surface and made of single-crystal silicon carbide; and a semiconductor substrate formed on the main surface of the semiconductor substrate; A first conductivity type semiconductor layer having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate; and a second conductivity type first base region formed in at least one predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer. 3) forming at least one or more in a predetermined region on the surface portion of the semiconductor layer, having a lower impurity concentration than the first base region, and a deeper junction depth than the first region; A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a second base region (30) of a second conductivity type, wherein an inert ion species is ion-implanted into a surface portion of the semiconductor layer, and the inert layer is ion-implanted. Inert area for ion species implantation The second conductivity type impurity at a predetermined concentration ratio is ion implanted into the ion species, then, the second by a heat treatment
Activating while suppressing diffusion of the conductive type impurity,
Forming a base region of the second conductivity type, and ion-implanting the second conductivity type impurity, and then activating the second conductivity type impurity while diffusing it downward by heat treatment, thereby forming a junction depth higher than that of the first base region. Forming the second base region so as to increase the depth of the silicon carbide semiconductor device.
【請求項11】 主表面及び該主表面の反対面である裏
面を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体
基板(1)と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
(2)と、 前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース
領域(3)と、 前記ベース領域の表層部に形成された第1導電型のソー
ス領域(4)と、 前記ソース領域及び前記半導体層との間にチャネル領域
を形成すべく、該チャネル領域の上に形成されたゲート
絶縁膜(7)と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極(8)と、 前記ベース領域及び前記ソース領域と接触するように形
成されたソース電極(10)と、 前記半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極(1
1)とを備えた炭化珪素半導体装置の製造方法におい
て、 前記ベース領域を形成する工程として、 前記半導体層の表層部に、第2導電型不純物をイオン注
入したのち、熱処理によって該第2導電型不純物を拡散
させつつ活性化して前記第1のベース領域を形成する工
程と、 前記半導体層の表層部に、不活性なイオン種をイオン注
入すると共に、この不活性なイオン種を注入する領域に
該不活性なイオン種に対して所定の濃度比で第2導電型
不純物をイオン注入し、その後、熱処理によって該第2
導電型不純物の拡散を抑制しつつ活性化して、前記第1
のベース領域よりも不純物濃度が高くなるように前記第
2のベース領域を形成する工程と、を含んでいることを
特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
11. 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 single-crystal silicon carbide, formed on a main surface of the semiconductor substrate, A first conductivity type semiconductor layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate; a second conductivity type base region formed in a surface portion of the semiconductor layer; and a surface portion of the base region. A first conductivity type source region (4) formed on the substrate; a gate insulating film (7) formed on the channel region to form a channel region between the source region and the semiconductor layer; A gate electrode (8) formed on the gate insulating film; a source electrode (10) formed to contact the base region and the source region; and a drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate. (1
1) in the method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the step of forming the base region includes the step of: ion-implanting a second conductivity type impurity into a surface layer portion of the semiconductor layer; Activating the impurity while diffusing impurities to form the first base region; and implanting an inert ion species into a surface layer of the semiconductor layer, and implanting the inert ion species into a region where the inert ion species is implanted. A second conductivity type impurity is ion-implanted at a predetermined concentration ratio with respect to the inactive ion species, and thereafter, the second ion is implanted by heat treatment.
Activating while suppressing diffusion of the conductive type impurity,
Forming the second base region so that the impurity concentration is higher than that of the base region.
【請求項12】 主表面及び該主表面の反対面である裏
面を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体
基板と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
と、 前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース
領域と、 前記ベース領域の上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、 前記ゲート電極の下部においてチャネル領域を形成すべ
く、前記半導体層の表層部において前記チャネル領域の
両側それぞれに形成された第1導電型のソース領域及び
ドレイン領域と、 前記ベース領域及び前記ソース領域に接触するように形
成されたソース電極と、 前記ドレイン領域に接するように形成されたドレイン電
極とを備えてなる炭化珪素半導体装置の製造方法におい
て、 前記ベース領域を形成する工程として、 前記半導体層の表層部に、第2導電型不純物をイオン注
入したのち、熱処理によって該第2導電型不純物を拡散
させつつ活性化して前記第1のベース領域を形成する工
程と、 前記半導体層の表層部に、不活性なイオン種をイオン注
入すると共に、この不活性なイオン種を注入する領域に
該不活性なイオン種に対して所定の濃度比で第2導電型
不純物をイオン注入し、その後、熱処理によって該第2
導電型不純物の拡散を抑制しつつ活性化して、前記第1
のベース領域よりも不純物濃度が高くなるように前記第
2のベース領域を形成する工程と、を含んでいることを
特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
12. A semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface and a back surface opposite to the main surface and made of single-crystal silicon carbide; and the semiconductor substrate formed on the main surface of the semiconductor substrate. A first conductive type semiconductor layer having a lower impurity concentration than the first conductive type semiconductor layer, a second conductive type base region formed on a surface layer of the semiconductor layer, a gate insulating film formed on the base region, A gate electrode formed on a gate insulating film; and a first conductivity type source region formed on both sides of the channel region in a surface layer portion of the semiconductor layer so as to form a channel region below the gate electrode. And a drain region; a source electrode formed to contact the base region and the source region; and a drain electrode formed to contact the drain region. In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, in the step of forming the base region, a second conductivity type impurity is ion-implanted into a surface layer portion of the semiconductor layer, and then activated while diffusing the second conductivity type impurity by heat treatment. Forming the first base region by ion-implanting; ion-implanting an inert ion species into a surface portion of the semiconductor layer; and injecting the inert ion species into a region into which the inert ion species is implanted. Is ion-implanted with a second conductivity type impurity at a predetermined concentration ratio.
Activating while suppressing diffusion of the conductive type impurity,
Forming the second base region so that the impurity concentration is higher than that of the base region.
【請求項13】 前記半導体層上に前記ソース領域形成
予定部分が開口するマスク材(51)を配置する工程
と、 前記マスク材をマスクとして、第1導電型不純物をイオ
ン注入することにより、前記ソース領域を形成する工程
と、 前記マスク材をマスクとして、第2導電型不純物をイオ
ン注入した後、熱処理によって該第2導電型不純物を横
方向に拡散させて前記第1のベース領域を形成する工程
と、を含んでいることを特徴とする請求項11又は12
に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
13. A step of arranging a mask material (51) having an opening at a portion where the source region is to be formed on the semiconductor layer, and ion-implanting a first conductivity type impurity using the mask material as a mask. Forming a source region; and ion-implanting a second conductivity type impurity using the mask material as a mask, and then diffusing the second conductivity type impurity laterally by heat treatment to form the first base region. 13. The method according to claim 11, further comprising the steps of:
3. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to item 1.
【請求項14】 前記ソース領域を貫通し、前記第1の
ベース領域まで達する凹部を形成する工程と、 前記凹部を含む領域に不活性なイオン種をイオン注入す
ると共に、該不活性なイオン種に対して所定の濃度比で
前記第2導電型不純物をイオン注入する工程と、 熱処理によって前記第2導電型不純物の拡散を抑制しつ
つ活性化することにより、前記第2のベース領域を形成
する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項13
に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
14. A step of forming a concave portion penetrating the source region and reaching the first base region; ion-injecting an inert ion species into a region including the concave portion; Forming a second base region by ion-implanting the second conductivity-type impurity at a predetermined concentration ratio with respect to the second conductivity-type impurity, and activating the second conductivity-type impurity while suppressing diffusion of the second conductivity-type impurity by heat treatment. 14. The method according to claim 13, further comprising the steps of:
3. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to item 1.
【請求項15】 主表面及び該主表面の反対面である裏
面を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体
基板(1)と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
(2)と、 前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース
領域(3)と、 前記ベース領域の表層部に形成された第1導電型のソー
ス領域(4)と、 前記ソース領域及び前記半導体層との間にチャネル領域
を形成すべく、該チャネル領域の上に形成されたゲート
絶縁膜(7)と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極(8)と、 前記ベース領域及び前記ソース領域と接触するように形
成されたソース電極(10)と、 前記半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極(1
1)とを備えた炭化珪素半導体装置の製造方法におい
て、 前記ベース領域を形成する工程として、 前記半導体層の表層部に、不活性なイオン種をイオン注
入すると共に、この不活性なイオン種を注入する領域に
該不活性なイオン種に対して所定の濃度比で第2導電型
不純物をイオン注入し、その後、熱処理によって該第2
導電型不純物の拡散を抑制しつつ活性化して、前記第1
のベース領域を形成する工程と、 第2導電型不純物をイオン注入したのち、熱処理によっ
て該第2導電型不純物を下方向へ拡散させつつ活性化し
て、前記第1のベース領域よりも接合深さが深くなるよ
うに前記第2のベース領域を形成する工程と、を含んで
いることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
15. 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 single-crystal silicon carbide, and formed on the main surface of the semiconductor substrate; A first conductivity type semiconductor layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate; a second conductivity type base region formed in a surface portion of the semiconductor layer; and a surface portion of the base region. A first conductivity type source region (4) formed on the substrate; a gate insulating film (7) formed on the channel region to form a channel region between the source region and the semiconductor layer; A gate electrode (8) formed on the gate insulating film; a source electrode (10) formed to contact the base region and the source region; and a drain electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate. (1
1) In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device provided with 1), in the step of forming the base region, an inert ion species is ion-implanted into a surface portion of the semiconductor layer, and the inert ion species is A second conductivity type impurity is ion-implanted into the region to be implanted at a predetermined concentration ratio with respect to the inactive ion species.
Activating while suppressing diffusion of the conductive type impurity,
Forming a base region of the second conductivity type, and ion-implanting the second conductivity type impurity, and then activating the second conductivity type impurity while diffusing it downward by heat treatment, thereby forming a junction depth higher than that of the first base region. Forming the second base region so as to increase the depth of the silicon carbide semiconductor device.
【請求項16】 主表面及び該主表面の反対面である裏
面を有し、単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半導体
基板と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも低い不純物濃度を有する第1導電型の半導体層
と、 前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース
領域と、 前記ベース領域の上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、 前記ゲート電極の下部においてチャネル領域を形成すべ
く、前記半導体層の表層部において前記チャネル領域の
両側それぞれに形成された第1導電型のソース領域及び
ドレイン領域と、 前記ベース領域及び前記ソース領域に接触するように形
成されたソース電極と、 前記ドレイン領域に接するように形成されたドレイン電
極とを備えてなる炭化珪素半導体装置の製造方法におい
て、 前記ベース領域を形成する工程として、 前記半導体層の表層部に、不活性なイオン種をイオン注
入すると共に、この不活性なイオン種を注入する領域に
該不活性なイオン種に対して所定の濃度比で第2導電型
不純物をイオン注入し、その後、熱処理によって該第2
導電型不純物の拡散を抑制しつつ活性化して、前記第1
のベース領域を形成する工程と、 第2導電型不純物をイオン注入したのち、熱処理によっ
て該第2導電型不純物を下方向へ拡散させつつ活性化し
て、前記第1のベース領域よりも接合深さが深くなるよ
うに前記第2のベース領域を形成する工程と、を含んで
いることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
16. A semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface and a back surface opposite to the main surface and made of single-crystal silicon carbide; and the semiconductor substrate formed on the main surface of the semiconductor substrate. A first conductive type semiconductor layer having a lower impurity concentration than the first conductive type semiconductor layer, a second conductive type base region formed on a surface layer of the semiconductor layer, a gate insulating film formed on the base region, A gate electrode formed on a gate insulating film; and a first conductivity type source region formed on both sides of the channel region in a surface layer portion of the semiconductor layer so as to form a channel region below the gate electrode. And a drain region; a source electrode formed to contact the base region and the source region; and a drain electrode formed to contact the drain region. In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, in the step of forming the base region, an inert ion species is ion-implanted into a surface layer portion of the semiconductor layer, and the inert ion species is implanted into a region where the inert ion species is implanted. A second conductivity type impurity is ion-implanted at a predetermined concentration ratio with respect to the active ion species, and then the second ion is implanted by heat treatment.
Activating while suppressing diffusion of the conductive type impurity,
Forming a base region of the second conductivity type, and ion-implanting the second conductivity type impurity, and then activating the second conductivity type impurity while diffusing it downward by heat treatment, thereby forming a junction depth higher than that of the first base region. Forming the second base region so as to increase the depth of the silicon carbide semiconductor device.
【請求項17】 前記第2導電型不純物と前記不活性な
イオン種との濃度比は、前記不活性なイオン種が前記第
2導電型不純物の10倍以上となるように設定されてい
ることを特徴とする請求項9乃至16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。
17. The concentration ratio between the second conductivity type impurity and the inert ion species is set so that the inert ion species is 10 times or more the second conductivity type impurity. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 9, wherein:
【請求項18】 前記第1、第2のベース領域形成工程
では、前記第1、第2のベース領域形成予定部分の双方
に同時に前記第2導電型不純物をイオン注入し、熱処理
によって該第2導電型不純物を活性化することにより前
記第1、第2のベース領域を同時に形成することを特徴
とする請求項9乃至17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。
18. In the first and second base region forming steps, the second conductivity type impurity is ion-implanted into both the first and second base region forming portions at the same time, and the second impurity is implanted by heat treatment. 18. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 9, wherein the first and second base regions are simultaneously formed by activating a conductive impurity.
【請求項19】 前記第1、第2のベース領域における
第2導電型不純物としてB(ボロン)を用い、前記不活
性なイオン種としてC(炭素)を用いることを特徴とす
る請求項9乃至18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。
19. The semiconductor device according to claim 9, wherein B (boron) is used as a second conductivity type impurity in the first and second base regions, and C (carbon) is used as the inactive ion species. 19. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of 18.
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