JP2003068761A - Silicon carbide semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Silicon carbide semiconductor device and manufacture thereof

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JP2003068761A JP2001260216A JP2001260216A JP2003068761A JP 2003068761 A JP2003068761 A JP 2003068761A JP 2001260216 A JP2001260216 A JP 2001260216A JP 2001260216 A JP2001260216 A JP 2001260216A JP 2003068761 A JP2003068761 A JP 2003068761A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide semiconductor device whose deterioration in the breakdown voltage can be suppressed and the channel resistance can be reduced. SOLUTION: An N<-> -type drift layer 2, a P<+> -type layer 3, and an N<+> -type layer 5 are sequentially formed on an N<+> -type substrate 1 using an epitaxial growth. After a trench 7 reaching the N<-> -type drift layer 2 through the N<+> -type layer 5 and the P<+> -type layer 3 is formed, an N<-> -type channel layer 8 is formed on the internal surface of the trench 7 using an epitaxial growth. Then, a P<+> - type layer 9 is formed by diffusing a P-type impurity into the surface layer of the N<-> -type channel layer 8. The N<-> -type drift layer 2, the P<+> -type layer 3, the N<+> -type layer 5, and the N<-> -type channel layer 8 are formed in self- aligning manner by this manufacture. Also crystal defects in each layer can be eliminated to improve crystallinity. Hereby, deterioration of the breakdown voltage can be suppressed and the channel resistance can be reduced.

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、J−FETを備え
た炭化珪素半導体装置及びその製造方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device having a J-FET and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図16に、パワー素子として用いられる
SiC半導体装置の一例としてNチャネル型のJ−FE
Tの断面構成を示す。図16に示されるように、Nチャ
ネル型のJ−FETは、SiCからなるN+型基板J1
の上にN-型エピ層J2を成長させた基板を用いて形成
される。N-型エピ層J2の表層部にはP型の第1ゲー
ト領域J3がイオン注入によって形成されている。そし
て、第1ゲート領域J3上を含み、N-型エピ層J2の
上にチャネル層J4が形成されている。そして、このチ
ャネル層J4のうち第1ゲート領域J3よりも上層に位
置する領域にN+型ソース領域J5が形成されている。
また、第1ゲート領域J3のうちN+型ソース領域J5
よりも突き出すように延設された部分とオーバラップす
るように、チャネル層J4の表面にはエピタキシャル成
長によるP型の第2ゲート領域J6が形成されている。
そして、第1、第2ゲート領域J3、J6と接するよう
に第1、第2ゲート電極J7、J8が形成されていると
共に、N+型ソース領域J5と接するようにソース電極
J9が形成され、さらに、N+型基板J1と接するよう
にドレイン電極J10が形成されて図16に示すJ−F
ETが構成されている。
2. Description of the Related Art FIG. 16 shows an N-channel type J-FE as an example of a SiC semiconductor device used as a power element.
The cross-sectional structure of T is shown. As shown in FIG. 16, the N-channel type J-FET is an N + type substrate J1 made of SiC.
Is formed using the substrate on which the N type epi layer J2 is grown. A P type first gate region J3 is formed by ion implantation in the surface layer portion of the N type epitaxial layer J2. Then, the channel layer J4 is formed on the N type epi layer J2 including the first gate region J3. An N + type source region J5 is formed in a region located above the first gate region J3 in the channel layer J4.
In addition, the N + type source region J5 of the first gate region J3
A P-type second gate region J6 formed by epitaxial growth is formed on the surface of the channel layer J4 so as to overlap the portion extended so as to protrude further.
Then, the first and second gate electrodes J7 and J8 are formed so as to be in contact with the first and second gate regions J3 and J6, and the source electrode J9 is formed so as to be in contact with the N + type source region J5. Further, a drain electrode J10 is formed so as to be in contact with the N + type substrate J1, and the drain electrode J10 shown in FIG.
ET is configured.

【0003】このような構成のJ−FETをノーマリオ
フ型とする場合には、第1、第2ゲート電極J7、J8
に対して電圧を印加していない際に、第1、第2ゲート
領域J3、J6からチャネル層J4に向けて伸びる空乏
層によってチャネル層J4がピンチオフされるように設
計する。そして、第1、第2ゲート領域J3、J6から
伸びる空乏層幅を制御することでチャネルを形成し、チ
ャネルを通じてソース−ドレイン間に電流を流すことで
J−FETを動作させる。
When the J-FET having such a structure is of a normally-off type, the first and second gate electrodes J7 and J8 are used.
The channel layer J4 is designed to be pinched off by the depletion layer extending from the first and second gate regions J3 and J6 toward the channel layer J4 when no voltage is applied to the channel layer J4. Then, the channel is formed by controlling the width of the depletion layer extending from the first and second gate regions J3 and J6, and the J-FET is operated by passing a current between the source and the drain through the channel.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のJ−FETで
は、第1、第2ゲート領域J3、J6やN+型ソース領
域J5をイオン注入もしくはエピタキシャル成長に形成
しているが、これら各不純物層をセルフアライン(自己
整合)で形成していないため、作製時のマスクずれによ
るバラツキ、特にチャネル長のバラツキが生じる。この
ため、1セル中でオン抵抗の高い部分と低い部分、ある
いは耐圧の高い部分と低い部分が形成されるという問題
を発生させ、パワー素子全体のオン抵抗を増加させると
共に、耐圧の低下をもたらすという問題を発生させる。
In the conventional J-FET, the first and second gate regions J3 and J6 and the N + type source region J5 are formed by ion implantation or epitaxial growth. Since they are not formed by self-alignment (self-alignment), variations occur due to mask misalignment during fabrication, especially variations in channel length. For this reason, there arises a problem that a portion having a high on-resistance and a portion having a low on-resistance, or a portion having a high breakdown voltage and a portion having a low breakdown voltage are formed in one cell, thereby increasing the on-resistance of the entire power element and lowering the breakdown voltage. Cause the problem.

【0005】また、上記従来のノーマリオフ型のJ−F
ETでは、第2ゲート領域J6、N +型ソース領域J5
および第1ゲート領域J3によって形成される寄生PN
Pバイポーラトランジスタが動作してしまうことを防ぐ
ために、各ゲートによるスイッチング動作はPNジャン
クションでのビルトインポテンシャル(約2.9V)で
制御することが限界である。
Further, the above-mentioned conventional normally-off type JF
In ET, the second gate regions J6, N +Mold source area J5
And a parasitic PN formed by the first gate region J3
Prevent the P bipolar transistor from operating
Therefore, the switching operation by each gate is PN
With built-in potential (about 2.9V)
Control is the limit.

【0006】しかし現状では、イオン注入によって形成
される第1ゲート領域J3とチャネル層J4とのPNジ
ャンクションでの欠陥あるいは再結合により、第1ゲー
ト領域J3からホールが発生し、バイポーラトランジス
タが動作してしまうことになる。このため、上記したS
iCの理論限界であるPNジャンクションのビルトイン
ポテンシャル(約2.9V)までの使用ができなかっ
た。このように、第1、第2ゲート領域J3、J6の電
圧を高くできなかったことから、第1、第2ゲート領域
J3、J6から伸びる空乏層幅を十分に縮めることがで
きず、チャネル抵抗低減が十分に行えなかった。
However, at present, due to defects or recombination at the PN junction between the first gate region J3 and the channel layer J4 formed by ion implantation, holes are generated from the first gate region J3 and the bipolar transistor operates. Will be lost. Therefore, the above S
It was not possible to use up to the built-in potential (about 2.9 V) of the PN junction which is the theoretical limit of iC. As described above, since the voltages of the first and second gate regions J3 and J6 cannot be increased, the width of the depletion layer extending from the first and second gate regions J3 and J6 cannot be sufficiently reduced, and the channel resistance is reduced. The reduction was not sufficient.

【0007】本発明は上記点に鑑みて、耐圧低下を抑制
できると共に、チャネル抵抗低減を図れる炭化珪素半導
体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing a decrease in breakdown voltage and reducing channel resistance, and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【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、基板(1)上に第1導
電型の第1半導体層(2)、第2導電型の第2半導体層
(3)および第1導電型の第3半導体層(5)を順にエ
ピタキシャル成長させ、半導体基板(6)のセル部にお
いては、第3、第2半導体層(5、3)を貫通して第1
半導体層(2)まで達する第1トレンチ(7)と、第1
トレンチ(7)の内壁面にエピタキシャル成長によって
形成された第1導電型のチャネル層(8)と、チャネル
層(8)の上に形成された第2導電型の第4半導体層
(9)と、第2半導体層(3)を第1ゲート領域(3
a)とし、第1ゲート領域(3a)に電気的に接続され
た第1ゲート電極(10)と、第4半導体層(9)を第
2ゲート領域(9a)とし、第2ゲート領域(9a)に
電気的に接続された第2ゲート電極(11)と、第3半
導体層(5)をソース領域(5a)とし、ソース領域
(5a)に電気的に接続されたソース電極(12)と、
基板(1)の裏面側に形成されたドレイン電極(14)
とが備えられていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, the first conductive type first semiconductor layer (2) and the second conductive type first semiconductor layer (2) are provided on the substrate (1). The second semiconductor layer (3) and the third semiconductor layer (5) of the first conductivity type are epitaxially grown in order, and the third semiconductor layer (5, 3) is penetrated in the cell portion of the semiconductor substrate (6). First
A first trench (7) reaching the semiconductor layer (2);
A first conductivity type channel layer (8) formed on the inner wall surface of the trench (7) by epitaxial growth, a second conductivity type fourth semiconductor layer (9) formed on the channel layer (8), The second semiconductor layer (3) is connected to the first gate region (3
a), the first gate electrode (10) electrically connected to the first gate region (3a) and the fourth semiconductor layer (9) as the second gate region (9a), and the second gate region (9a). ) And a source electrode (12) electrically connected to the source region (5a) using the second gate electrode (11) electrically connected to the source region (5a) as the third semiconductor layer (5). ,
Drain electrode (14) formed on the back surface side of the substrate (1)
It is characterized in that and are provided.

【0009】このように、基板上に第1導電型の第1半
導体層、第2導電型の第2半導体層および第1導電型の
第3半導体層を順にエピタキシャル成長させた半導体基
板を用い、かつ、第1トレンチの内壁面のチャネル層を
エピタキシャル成長によって形成することで、これら各
構成を結晶欠陥のない結晶性の良好な炭化珪素で構成で
きる。これにより、PNジャンクションでの欠陥あるい
は再結合により寄生バイポーラトランジスタが動作して
しまうことを防止でき、ビルトインポテンシャルまでの
使用が可能となるため、チャネル抵抗を低減することが
できる。
As described above, a semiconductor substrate is used in which a first semiconductor layer of the first conductivity type, a second semiconductor layer of the second conductivity type, and a third semiconductor layer of the first conductivity type are sequentially epitaxially grown on the substrate, and By forming the channel layer on the inner wall surface of the first trench by epitaxial growth, each of these structures can be formed of silicon carbide having good crystallinity without crystal defects. As a result, it is possible to prevent the parasitic bipolar transistor from operating due to a defect or recombination at the PN junction, and it is possible to use up to the built-in potential, so that the channel resistance can be reduced.

【0010】また、このような構成の炭化珪素半導体装
置は、第1〜第3半導体層とチャネル層とが自己整合的
に形成される。このため、素子形成時のマスクずれ等の
バラツキの問題が生じるくとなく、チャネル長のバラツ
キも生じない。これにより、1セル中でオン抵抗の高い
部分と低い部分、あるいは耐圧の高い部分と低い部分が
形成されるという問題も発生させず、パワー素子全体の
オン抵抗を増加させたり、耐圧の低下をもたらしたりす
ることも防止できる。
Further, in the silicon carbide semiconductor device having such a structure, the first to third semiconductor layers and the channel layer are formed in a self-aligned manner. Therefore, the problem of variation such as mask shift at the time of element formation does not occur, and the variation of channel length does not occur. As a result, the problem that a high ON resistance portion and a low ON resistance portion, or a high breakdown voltage portion and a low breakdown voltage portion are formed in one cell does not occur, but the ON resistance of the entire power element is increased or the breakdown voltage is lowered. It can also be prevented from being brought.

【0011】請求項2に記載の発明では、半導体基板
(6)のうち、セル部の外周を囲むように構成される外
周耐圧部においては、第3、第2半導体層(5、3)を
貫通して第1半導体層(2)まで達するガードリングが
備えられていることを特徴とする。このように、請求項
1に記載の炭化珪素半導体装置においても、外周耐圧部
にガードリングを形成した構成とすることができる。
According to the second aspect of the present invention, in the semiconductor substrate (6), the third and second semiconductor layers (5, 3) are formed in the outer peripheral breakdown voltage portion configured to surround the outer periphery of the cell portion. A guard ring is provided, which penetrates and reaches the first semiconductor layer (2). As described above, also in the silicon carbide semiconductor device according to the first aspect, the guard ring can be formed in the outer peripheral breakdown voltage portion.

【0012】例えば、請求項3に示すように、ガードリ
ングを、第3、第2半導体層(5、3)を貫通して第1
半導体層(2)まで達する半絶縁性領域(16)で構成
することができる。
For example, as described in claim 3, a guard ring is formed so as to penetrate the third and second semiconductor layers (5, 3) to form a first guard ring.
It can consist of a semi-insulating region (16) that extends to the semiconductor layer (2).

【0013】また、請求項4に示すように、ガードリン
グを、第3、第2半導体層(5、3)を貫通して第1半
導体層(2)まで達する第2トレンチ(20)と、第2
トレンチ(20)の内壁に備えられた第2導電型の第5
半導体層(9)とを有して構成することもできる。この
場合、請求項5に示すように、ガードリングを、第2ト
レンチ(20)の内壁面から第1〜第3半導体層(2、
3、5)に広がるように延設された半絶縁性領域(1
6)を含んだ構成とすることができる。
A second trench (20) which penetrates the third and second semiconductor layers (5, 3) and reaches the first semiconductor layer (2) through the guard ring. Second
The fifth of the second conductivity type provided on the inner wall of the trench (20)
It can also be configured with a semiconductor layer (9). In this case, as described in claim 5, the guard ring is provided from the inner wall surface of the second trench (20) to the first to third semiconductor layers (2,
(3, 5) extending semi-insulating region (1
It can be configured to include 6).

【0014】さらに、請求項6に示すように、ガードリ
ングを、第3、第2半導体層(5、3)を貫通して第1
半導体層(2)まで達する第2トレンチ(20)と、第
2トレンチ(20)の内壁面から第1〜第3半導体層
(2、3、5)に広がるように延設された半絶縁性領域
(16)を含んだ構成とすることもできる。
Further, as described in claim 6, the guard ring penetrates the third and second semiconductor layers (5, 3) to form the first ring.
A second trench (20) reaching the semiconductor layer (2) and a semi-insulating property extended from the inner wall surface of the second trench (20) to the first to third semiconductor layers (2, 3, 5). A structure including the region (16) can also be used.

【0015】一方、請求項7に示すように、第3、第2
半導体層(5、3)を除去し、第1半導体層(2)の表
層部に第1導電型半導体で構成されたガードリング(4
1)を備えるようにしてもよい。
On the other hand, as described in claim 7, the third and second
The semiconductor layers (5, 3) are removed, and a guard ring (4 made of a first conductivity type semiconductor is formed on the surface layer portion of the first semiconductor layer (2).
1) may be provided.

【0016】また、請求項8に示すように、第3、第2
半導体層(5、3)を除去し、第1半導体層(2)の表
層部に第1導電型半導体で構成された外周部領域(4
2)を備えるようにしても良い。
Further, as described in claim 8, the third and second
The semiconductor layers (5, 3) are removed, and the outer peripheral region (4) made of the first conductivity type semiconductor is formed on the surface layer of the first semiconductor layer (2).
2) may be provided.

【0017】請求項10乃至21に記載の発明は、請求
項1乃至9に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法に関
するものである。これらの方法により、請求項1乃至9
に記載の炭化珪素半導体装置を製造することができる。
The tenth to twenty-first aspects of the present invention relate to a method of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first to ninth aspects. Claims 1 to 9 according to these methods
The silicon carbide semiconductor device described in can be manufactured.

【0018】請求項11に記載の発明は、第4半導体層
(9)を形成する工程では、チャネル層(8)の表層部
に第2導電型不純物を拡散させることで、第4半導体層
(9)を形成することを特徴としている。このように、
チャネル層8に第2導電型不純物を拡散させることで第
4半導体層を形成することが可能である。このようにす
れば、エピタキシャル成長で形成した場合と同様に、第
4半導体層の結晶性を良好にすることができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, in the step of forming the fourth semiconductor layer (9), the second conductivity type impurity is diffused in the surface layer portion of the channel layer (8) to thereby form the fourth semiconductor layer ( 9) is formed. in this way,
It is possible to form the fourth semiconductor layer by diffusing the second conductivity type impurity in the channel layer 8. By doing so, the crystallinity of the fourth semiconductor layer can be improved, as in the case of forming by epitaxial growth.

【0019】請求項15に記載の発明では、第1トレン
チ(7)を形成する工程と第2トレンチ(20)を形成
する工程とを同時に行うことを特徴としている。このよ
うに、第1、第2トレンチを同時に形成することが可能
である。
The invention as set forth in claim 15 is characterized in that the step of forming the first trench (7) and the step of forming the second trench (20) are performed simultaneously. Thus, it is possible to form the first and second trenches at the same time.

【0020】請求項16に記載の発明は、チャネル層
(8)を形成する工程では、チャネル層(8)と共に第
2トレンチ(20)内にも第1導電型の第6半導体層
(15)を形成し、第5半導体層(9)を形成する工程
では、第6半導体層(15)の表層部に第2導電型不純
物を拡散させることで、第5半導体層(9)を形成する
ことを特徴としている。このようにして、ガードリング
を構成する第5半導体層を形成することができる。
According to the sixteenth aspect of the invention, in the step of forming the channel layer (8), the sixth semiconductor layer (15) of the first conductivity type is formed in the second trench (20) together with the channel layer (8). And forming the fifth semiconductor layer (9), the fifth semiconductor layer (9) is formed by diffusing the second conductivity type impurity into the surface layer portion of the sixth semiconductor layer (15). Is characterized by. In this way, the fifth semiconductor layer forming the guard ring can be formed.

【0021】請求項17に記載の発明では、第4半導体
層(9)を形成する工程と第5半導体層(9)を形成す
る工程とを同時に行うことを特徴としている。このよう
に、第4、第5半導体層を同時に形成することができ
る。
The seventeenth aspect of the invention is characterized in that the step of forming the fourth semiconductor layer (9) and the step of forming the fifth semiconductor layer (9) are performed simultaneously. In this way, the fourth and fifth semiconductor layers can be formed simultaneously.

【0022】請求項20に記載の発明では、第3、第2
半導体層(5、3)を除去したのち、第1半導体層
(2)の表面に所定位置が開口したマスク材(40)を
配置し、マスク材(40)の上面から炭化珪素に対して
不活性なイオンを注入することで第1半導体層の表層部
をアモルファス化させ、その後、アモルファス化させた
領域に第2導電型不純物を拡散させることでガードリン
グ(41)を形成することを特徴としている。
In the invention described in claim 20, the third and second aspects are provided.
After removing the semiconductor layers (5, 3), a mask material (40) having an opening at a predetermined position is arranged on the surface of the first semiconductor layer (2), and the mask material (40) is protected against silicon carbide from its upper surface. A feature is that the surface layer portion of the first semiconductor layer is made amorphous by implanting active ions, and then the guard ring (41) is formed by diffusing the second conductivity type impurity in the amorphized region. There is.

【0023】このように、第1半導体層をアモルファス
化させることで、アモルファス化させた領域に第2導電
型不純物が拡散するようにできる。このようにして、ガ
ードリングを形成することができる。なお、請求項21
に示すように、外周部領域(42)を形成する場合にお
いても、請求項20におけるガードリングの形成と同様
である。
By thus amorphizing the first semiconductor layer, the second conductivity type impurity can be diffused into the amorphized region. In this way, the guard ring can be formed. Incidentally, claim 21
When forming the outer peripheral region (42) as shown in (4), it is the same as the formation of the guard ring in claim 20.

【0024】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
The reference numerals in parentheses of the above-mentioned means indicate the correspondence with the concrete means described in the embodiments described later.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1に、本発明
の第1実施形態における炭化珪素半導体装置の断面構成
を示す。図1(a)は、炭化珪素半導体装置のセル部に
形成されるJ−FETの断面構成、図1(b)は、外周
耐圧部の断面構成を示したものである。以下、図1に基
づいて炭化珪素半導体装置の構成の説明を行う。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) FIG. 1 shows a sectional structure of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a cross-sectional structure of a J-FET formed in a cell portion of a silicon carbide semiconductor device, and FIG. 1B shows a cross-sectional structure of an outer peripheral breakdown voltage portion. The configuration of the silicon carbide semiconductor device will be described below with reference to FIG.

【0026】図1(a)、(b)に示すように、炭化珪
素半導体装置には、例えば1×10 19cm-3以上の不純
物濃度とされたN+型基板(基板)1と、例えば1×1
15〜5×1016cm-3の不純物濃度とされたN-型ド
リフト層(第1半導体層)2と、例えば1×1018〜5
×1019cm-3の不純物濃度とされたP+型層(第2半
導体層)3と、例えば1×1018〜5×1020cm-3
不純物濃度とされたN +型層(第3半導体層)5とが備
えられている。これらN+型基板1、N-型ドリフト層
2、P+型層3およびN+型層5は、炭化珪素によって構
成されており、これらによって半導体基板6が構成され
ている。
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), silicon carbide
For a semiconductor device, for example, 1 × 10 19cm-3More impure
N as the substance concentration+Mold substrate (substrate) 1 and, for example, 1 × 1
015~ 5 x 1016cm-3N as the impurity concentration of-Type
The lift layer (first semiconductor layer) 2 and, for example, 1 × 1018~ 5
× 1019cm-3P as the impurity concentration of+Mold layer (second half
Conductor layer 3 and, for example, 1 × 1018~ 5 x 1020cm-3of
N as impurity concentration +A mold layer (third semiconductor layer) 5 is provided.
It is obtained. These N+Mold substrate 1, N-Type drift layer
2, P+Mold layer 3 and N+The mold layer 5 is made of silicon carbide.
And the semiconductor substrate 6 is configured by these.
ing.

【0027】また、図1(a)に示すように、J−FE
T形成領域における半導体基板6の主表面側には、N+
型ソース領域5およびP+型層3を貫通してN-型ドリフ
ト層2まで達するトレンチ7が形成されている。このト
レンチ7の内壁面には、例えば1μm以下の厚さ、5×
1015〜5×1016cm-3の不純物濃度とされたN-
チャネル層8と、1×1018〜5×1020cm-3の不純
物濃度とされたP+型層(第4半導体層)9とが順に成
膜されている。
Further, as shown in FIG. 1 (a), J-FE
On the main surface side of the semiconductor substrate 6 in the T formation region, N +
A trench 7 penetrating the type source region 5 and the P + type layer 3 and reaching the N type drift layer 2 is formed. The inner wall surface of the trench 7 has a thickness of, for example, 1 μm or less, 5 ×
The N type channel layer 8 having an impurity concentration of 10 15 to 5 × 10 16 cm −3 and the P + type layer having an impurity concentration of 1 × 10 18 to 5 × 10 20 cm −3 (fourth semiconductor Layer) 9 is formed in this order.

【0028】J−FETにおいては、P+型層3、9に
よって第1ゲート領域3aと第2ゲート領域9aが構成
され、N+型層5によってN+型ソース領域5aが構成さ
れる。第1、第2ゲート領域3a、9aの各表面には、
例えばP+型層とオーミック接触可能な材質であるAl
と、その上に積層されたNiとから構成された第1ゲー
ト電極10および第2ゲート電極11が形成され、N+
型ソース領域5aの表面には、例えばNiから構成され
たソース電極12が形成されている。そして、これら第
1、第2ゲート電極10、11とソース電極12とが層
間絶縁膜13を介して電気的に分離された構成となって
いる。
In the J-FET, the P + type layers 3 and 9 form the first gate region 3a and the second gate region 9a, and the N + type layer 5 forms the N + type source region 5a. On the surfaces of the first and second gate regions 3a and 9a,
For example, Al which is a material capable of ohmic contact with the P + type layer
And a first gate electrode 10 and a second gate electrode 11 composed of Ni laminated thereon, and N +
A source electrode 12 made of, for example, Ni is formed on the surface of the mold source region 5a. The first and second gate electrodes 10 and 11 and the source electrode 12 are electrically separated via the interlayer insulating film 13.

【0029】また、半導体基板6の裏面側にはN+型基
板1と電気的に接続されたドレイン電極14が形成さ
れ、このような構成によって図1(a)に示すJ−FE
Tが構成されている。
A drain electrode 14 electrically connected to the N + type substrate 1 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 6, and the J-FE shown in FIG.
T is configured.

【0030】一方、図1(b)に示すように、外周耐圧
部においては、半導体基板6の表面にN-型層15が形
成されている。このN-型層15は、J−FET形成領
域におけるN-型チャネル層8と同時に形成されるもの
である。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, an N -- type layer 15 is formed on the surface of the semiconductor substrate 6 in the outer peripheral breakdown voltage portion. The N type layer 15 is formed simultaneously with the N type channel layer 8 in the J-FET formation region.

【0031】また、N-型層15の表面にはP+型層9が
形成されている。そして、P+型層9の表面から、P+
層9、N-型層15、N+型層5およびP+型層3を貫通
し、N-型ドリフト層2に達する半絶縁性領域16が形
成されている。この半絶縁性領域16は、いわゆるガー
ドリングとしての役割を果たすものであり、外周耐圧部
に延びる電界をさらにセル部の外周側に延ばすことで、
電界緩和を行うようになっている。
A P + type layer 9 is formed on the surface of the N type layer 15. Then, the surface of the P + -type layer 9, P + -type layer 9, N - -type layer 15, through the N + -type layer 5 and the P + -type layer 3, N - semi-insulating region reaches the type drift layer 2 16 are formed. The semi-insulating region 16 plays a role as a so-called guard ring, and by extending the electric field extending to the outer periphery breakdown voltage portion to the outer periphery side of the cell portion,
It is designed to relax the electric field.

【0032】そして、半絶縁性領域16を含むP+型層
9の表面に層間絶縁膜13が形成され、半導体基板6の
裏面側にドレイン電極14が形成されて、図1(b)に
示す外周耐圧部が構成されている。
Then, the interlayer insulating film 13 is formed on the surface of the P + type layer 9 including the semi-insulating region 16, and the drain electrode 14 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 6, as shown in FIG. An outer pressure resistant portion is configured.

【0033】このように構成されたJ−FETはノーマ
リオフで作動する。この作動は、第1、第2ゲート電極
10、11の接続態様によって異なっており、以下のよ
うに行われる。
The J-FET thus constructed operates normally off. This operation differs depending on the connection mode of the first and second gate electrodes 10 and 11, and is performed as follows.

【0034】第1ゲート電極10と第2ゲート電極1
1との電位が独立して制御可能な態様の場合には、第
1、第2ゲート電極10、11の電位に基づいて第1、
第2ゲート領域3a、9aの双方からN-型チャネル層
8側に延びる空乏層の延び量を制御するダブルゲート駆
動が行われる。例えば、第1、第2ゲート電極10、1
1に電圧を印加していない時には、N-型チャネル層8
が第1、第2ゲート領域3a、9aの双方から延びる空
乏層によってピンチオフされる。これにより、ソース−
ドレイン間の電流がオフされる。そして、第1、第2ゲ
ート領域3a、9aとN-型チャネル層8との間に順バ
イアスをかけると、N-型チャネル層8に延びる空乏層
の延び量が縮小される。これにより、チャネル領域が設
定されて、ソース−ドレイン間に電流が流される。
First gate electrode 10 and second gate electrode 1
When the potential of the first and second gate electrodes 10 and 11 is independently controllable,
Double gate driving is performed to control the extension amount of the depletion layer extending from both the second gate regions 3a and 9a to the N type channel layer 8 side. For example, the first and second gate electrodes 10 and 1
When no voltage is applied to the N - type channel layer 8
Is pinched off by the depletion layer extending from both the first and second gate regions 3a and 9a. This makes the source
The current between the drains is turned off. When a forward bias is applied between the first and second gate regions 3a and 9a and the N type channel layer 8, the extension amount of the depletion layer extending to the N type channel layer 8 is reduced. As a result, the channel region is set and a current flows between the source and the drain.

【0035】第1ゲート電極10の電位のみが独立し
て制御可能で、第2ゲート電極11の電位がソース電極
12と同電位とされる態様の場合には、第1ゲート電極
10の電位に基づいて第1ゲート領域3a側からN-
チャネル層8側に延びる空乏層の延び量を制御するシン
グルゲート駆動が行われる。この場合にも基本的にはダ
ブルゲート駆動の場合と同様の作動を行うが、チャネル
領域の設定が第1ゲート領域3a側から延びる空乏層の
みによって行われることになる。
In the case where only the potential of the first gate electrode 10 can be controlled independently and the potential of the second gate electrode 11 is the same as that of the source electrode 12, the potential of the first gate electrode 10 is set to the same value. Based on this, single gate driving is performed to control the extension amount of the depletion layer extending from the first gate region 3a side to the N type channel layer 8 side. In this case also, basically the same operation as in the case of double gate driving is performed, but the channel region is set only by the depletion layer extending from the first gate region 3a side.

【0036】第2ゲート電極11の電位のみが独立し
て制御可能で、第1ゲート電極10の電位がソース電極
12と同電位とされる態様の場合には、第2ゲート電極
11の電位に基づいて第2ゲート領域9a側からN-
チャネル層8側に延びる空乏層の延び量を制御するシン
グルゲート駆動が行われる。この場合にも基本的にはダ
ブルゲート駆動の場合と同様の作動を行うが、チャネル
領域の設定が第2ゲート領域9a側から延びる空乏層の
みによって行われることになる。
In the case where only the potential of the second gate electrode 11 can be controlled independently and the potential of the first gate electrode 10 is the same as that of the source electrode 12, the potential of the second gate electrode 11 is set to the same value. Based on this, single gate drive is performed to control the extension amount of the depletion layer extending from the second gate region 9a side to the N type channel layer 8 side. In this case also, basically the same operation as in the case of double gate driving is performed, but the channel region is set only by the depletion layer extending from the second gate region 9a side.

【0037】続いて、図1に示す炭化珪素半導体装置の
製造工程について、図2〜図5に示す製造工程図を用い
て説明する。なお、図2〜図5では、紙面左側にJ−F
ET形成領域の断面構成、紙面右側に外周耐圧部の段面
構成を示してある。
Next, the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to the manufacturing process drawings shown in FIGS. 2 to 5, J-F is shown on the left side of the drawing.
The cross-sectional structure of the ET formation region and the stepped structure of the outer peripheral pressure-resistant portion are shown on the right side of the drawing.

【0038】〔図2(a)、(b)に示す工程〕まず、
図2(a)に示すように、上記不純物濃度で構成された
+型基板1を用意し、N+型基板1の表面に、N-型ド
リフト層2、P+型層3およびN+型層5を順にエピタキ
シャル成長させることで半導体基板6を形成する。そし
て、フォトリソグラフィにより、図2(b)に示すよう
に、J−FET形成予定領域において、N+型層5およ
びP+型層3を貫通してN-型ドリフト層2に達するトレ
ンチ7を形成する。
[Steps shown in FIGS. 2A and 2B] First,
As shown in FIG. 2A, an N + type substrate 1 having the above impurity concentration is prepared, and the N type drift layer 2, the P + type layer 3 and the N + type layer 3 are formed on the surface of the N + type substrate 1. The semiconductor substrate 6 is formed by sequentially epitaxially growing the mold layer 5. Then, as shown in FIG. 2B, a trench 7 that penetrates the N + type layer 5 and the P + type layer 3 and reaches the N type drift layer 2 is formed by photolithography in the J-FET formation planned region. Form.

【0039】〔図3(a)(b)に示す工程〕図3
(a)に示すように、トレンチ7を含む半導体基板6の
表面にN-型チャネル層8およびN-型層15をエピタキ
シャル成長させる。これにより、N-型チャネル層8が
形成される。このとき、N-型ドリフト層2、P+型層3
およびN+型層5をエピタキシャル成長によって形成し
ており、これらに形成したトレンチ7内にN-型チャネ
ル層8をエピタキシャル成長させるようにしているた
め、N-型ドリフト層2、P+型層3およびN+型層5と
-型チャネル層8とが自己整合的に形成される。
[Steps shown in FIGS. 3A and 3B] FIG.
As shown in (a), the N type channel layer 8 and the N type layer 15 are epitaxially grown on the surface of the semiconductor substrate 6 including the trench 7. As a result, the N type channel layer 8 is formed. At this time, the N type drift layer 2 and the P + type layer 3
And the N + -type layer 5 are formed by epitaxial growth, and the N -type channel layer 8 is epitaxially grown in the trench 7 formed therein, so that the N -type drift layer 2, the P + -type layer 3 and The N + type layer 5 and the N type channel layer 8 are formed in a self-aligned manner.

【0040】その後、例えば1800〜2000℃での
雰囲気下における気相拡散を行うことで、N-型チャネ
ル層8およびN-型層15の表層部にP型不純物を拡散
させ、図3(b)に示すように所定深さとなるP+型層
9を形成する。この気相拡散によれば、エピタキシャル
成長と同様に、結晶欠陥がない結晶性の良好な炭化珪素
でP+型層9を形成することができる。
After that, by performing vapor phase diffusion in an atmosphere of, for example, 1800 to 2000 ° C., P type impurities are diffused in the surface layer portions of the N type channel layer 8 and the N type layer 15, and FIG. ), A P + type layer 9 having a predetermined depth is formed. According to this vapor phase diffusion, the P + type layer 9 can be formed of silicon carbide having good crystallinity without crystal defects, as in the case of epitaxial growth.

【0041】〔図4(a)、(b)に示す工程〕フォト
リソグラフィにより外周部耐圧領域の所定領域に開口部
が形成されたマスクを配置したのち、V+(バナジウ
ム)のイオン注入を行うことで、図4(a)に示すよう
にガードリングの役割を果たす半絶縁性領域16を形成
する。そして、フォトリソグラフィによる選択的エッチ
ングを行い、図4(b)に示すようにJ−FET形成領
域におけるN+型層5の表面を露出させるコンタクトホ
ールを形成する。
[Steps shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b)] After a mask having an opening formed in a predetermined region of the outer breakdown voltage region is arranged by photolithography, V + (vanadium) ion implantation is performed. As a result, as shown in FIG. 4A, the semi-insulating region 16 which functions as a guard ring is formed. Then, selective etching by photolithography is performed to form a contact hole exposing the surface of the N + type layer 5 in the J-FET formation region as shown in FIG. 4B.

【0042】〔図5に示す工程〕フォトリソグラフィに
よる選択的エッチングを行い、N+型層5の所定領域を
エッチし、P+型層3の表面を露出させる。
[Step shown in FIG. 5] Selective etching by photolithography is performed to etch a predetermined region of the N + type layer 5 to expose the surface of the P + type layer 3.

【0043】この後の製造工程については図示しない
が、半導体基板6の表面全面に層間絶縁膜13を成膜し
たのち、層間絶縁膜13にコンタクトホールを形成し、
層間絶縁膜13の上に配線層を成膜すると共に配線層を
パターニングすることで、第1、第2ゲート電極10、
11、ソース電極12を形成する。そして、半導体基板
6の裏面側にドレイン電極14を形成することで、図1
に示す炭化珪素半導体装置が完成する。
Although not shown in the subsequent manufacturing process, after forming an interlayer insulating film 13 on the entire surface of the semiconductor substrate 6, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 13.
By forming a wiring layer on the interlayer insulating film 13 and patterning the wiring layer, the first and second gate electrodes 10,
11, the source electrode 12 is formed. Then, by forming the drain electrode 14 on the back surface side of the semiconductor substrate 6, as shown in FIG.
The silicon carbide semiconductor device shown in is completed.

【0044】以上説明したように、本実施形態に示す炭
化珪素半導体装置においては、N-型ドリフト層2、P+
型層3およびN+型層5をエピタキシャル成長によって
形成し、これらに形成したトレンチ7内にN-型チャネ
ル層8をエピタキシャル成長させることで、N-型ドリ
フト層2、P+型層3およびN+型層5とN-型チャネル
層8とが自己整合的に形成されるようにしている。この
ため、素子形成時のマスクずれ等のバラツキの問題が生
じるくとなく、チャネル長のバラツキも生じない。これ
により、1セル中でオン抵抗の高い部分と低い部分、あ
るいは耐圧の高い部分と低い部分が形成されるという問
題も発生させず、パワー素子全体のオン抵抗を増加させ
たり、耐圧の低下をもたらしたりすることも防止でき
る。
As described above, in the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, the N -- type drift layer 2, P +.
The type layer 3 and the N + type layer 5 are formed by epitaxial growth, and the N type channel layer 8 is epitaxially grown in the trench 7 formed therein, whereby the N type drift layer 2, the P + type layer 3 and the N + type layer 3 are formed. The mold layer 5 and the N type channel layer 8 are formed in a self-aligned manner. Therefore, the problem of variation such as mask shift at the time of element formation does not occur, and the variation of channel length does not occur. As a result, the problem that a high ON resistance portion and a low ON resistance portion, or a high breakdown voltage portion and a low breakdown voltage portion are formed in one cell does not occur, but the ON resistance of the entire power element is increased or the breakdown voltage is lowered. It can also be prevented from being brought.

【0045】さらに、本実施形態では、N-型チャネル
層8をエピタキシャル成長によって形成すると共に、気
相拡散によってN-型チャネル層8内にP+型層9を形成
するようにしている。このため、P+型層9もN-型チャ
ネル層8と同様に、結晶欠陥がない結晶性の良好な炭化
珪素で構成できる。これにより、PNジャンクションで
の欠陥あるいは再結合により寄生バイポーラトランジス
タが動作してしまうことを防止でき、ビルトインポテン
シャルまでの使用が可能となるため、第1、第2ゲート
領域3a、9aから延びる空乏層幅を十分に縮められ、
チャネル抵抗を低減することができる。
Further, in this embodiment, the N type channel layer 8 is formed by epitaxial growth, and the P + type layer 9 is formed in the N type channel layer 8 by vapor phase diffusion. Therefore, similarly to the N type channel layer 8, the P + type layer 9 can be made of silicon carbide having no crystal defects and good crystallinity. As a result, it is possible to prevent the parasitic bipolar transistor from operating due to defects or recombination at the PN junction, and it is possible to use up to the built-in potential. Therefore, the depletion layer extending from the first and second gate regions 3a and 9a Width can be shortened enough,
The channel resistance can be reduced.

【0046】(第2実施形態)図6に、本発明の第2実
施形態における炭化珪素半導体装置の断面構成を示す。
図6(a)は、炭化珪素半導体装置のセル部に形成され
るJ−FETの断面構成、図6(b)は、外周耐圧部の
断面構成を示したものである。以下、図6に基づいて炭
化珪素半導体装置の構成の説明を行うが、本実施形態に
おける炭化珪素半導体装置の基本構成は第1実施形態と
同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment) FIG. 6 shows a sectional structure of a silicon carbide semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6A shows a cross-sectional structure of the J-FET formed in the cell portion of the silicon carbide semiconductor device, and FIG. 6B shows a cross-sectional structure of the outer peripheral breakdown voltage portion. Hereinafter, the configuration of the silicon carbide semiconductor device will be described based on FIG. 6, but since the basic configuration of the silicon carbide semiconductor device in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, only different parts will be described.

【0047】図6(b)に示すように、本実施形態は、
外周耐圧部にトレンチ20を形成し、このトレンチ20
の内壁表面にP+型層(第5半導体層)9および層間絶
縁膜13を配置したことが第1実施形態と異なる。
As shown in FIG. 6B, this embodiment is
A trench 20 is formed in the outer peripheral withstand voltage portion, and the trench 20 is formed.
The P + type layer (fifth semiconductor layer) 9 and the interlayer insulating film 13 are arranged on the inner wall surface of the first embodiment, which is different from the first embodiment.

【0048】このようにP+型層9をトレンチ20の内
壁面に配置し、P+型層9がN+型層5およびP+型層3
を貫通してN-型ドリフト層2に達するような構成とし
ても、第1実施形態における半絶縁性領域16と同様に
ガードリングとしての役割を果たさせることができる。
Thus, the P + -type layer 9 is arranged on the inner wall surface of the trench 20, and the P + -type layer 9 is the N + -type layer 5 and the P + -type layer 3.
Even if the structure is such that the N -type drift layer 2 is penetrated through to reach the N type drift layer 2, the role as a guard ring can be fulfilled similarly to the semi-insulating region 16 in the first embodiment.

【0049】図7〜図10に、本実施形態における炭化
珪素半導体装置の製造工程を示す。以下、これらの図に
基づいて炭化珪素半導体装置の製造方法について説明す
る。なお、図7〜図10では、紙面左側にJ−FET形
成領域の断面構成、紙面右側に外周耐圧部の段面構成を
示してある。
7 to 10 show a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in this embodiment. Hereinafter, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device will be described with reference to these drawings. 7 to 10, the cross-sectional structure of the J-FET formation region is shown on the left side of the paper surface, and the step surface structure of the outer peripheral withstanding voltage portion is shown on the right side of the paper surface.

【0050】〔図7(a)、(b)に示す工程〕まず、
図7(a)に示す工程では、第1実施形態における図2
(a)と同様に、上記不純物濃度で構成されたN+型基
板1を用意し、N+型基板1の表面に、N -型ドリフト層
2、P+型層3およびN+型層5を順にエピタキシャル成
長させることで半導体基板6を形成する。その後、フォ
トリソグラフィにより、図7(b)に示すように、J−
FET形成予定領域において、N+型層5およびP+型層
3を貫通してN-型ドリフト層2に達するトレンチ7を
形成すると共に、外周耐圧部において、N+型層5およ
びP+型層3を貫通してN-型ドリフト層2に達するトレ
ンチ20を形成する。
[Steps shown in FIGS. 7A and 7B] First,
In the process shown in FIG. 7A, the process shown in FIG.
As in (a), N composed of the above impurity concentration is used.+Pattern group
Prepare board 1, N+On the surface of the mold substrate 1, N -Type drift layer
2, P+Mold layer 3 and N+Epitaxial growth of the mold layer 5 in order
The semiconductor substrate 6 is formed by increasing the length. After that,
As shown in FIG. 7B, the J-
In the FET formation area, N+Mold layer 5 and P+Mold layer
3 through N-The trench 7 reaching the mold drift layer 2
In addition to forming the+Mold layer 5 and
And P+N through the mold layer 3-Type reaching the drift layer 2
The punch 20 is formed.

【0051】〔図8(a)、(b)に示す工程〕図8
(a)に示すように、トレンチ7およびトレンチ20を
含む半導体基板6の表面にN-型チャネル層8およびN-
型層(第6半導体層)15を例えば1μmの厚さエピタ
キシャル成長させる。その後、フォトリソグラフィによ
り、図8(b)に示すように、外周耐圧部におけるN-
型層15を選択的にエッチングし、N-型層15の膜厚
を例えば0.2μmくらいまで薄くする。
[Steps shown in FIGS. 8A and 8B] FIG.
As shown in (a), the N -type channel layer 8 and N are formed on the surface of the semiconductor substrate 6 including the trench 7 and the trench 20.
The mold layer (sixth semiconductor layer) 15 is epitaxially grown to a thickness of 1 μm, for example. Then, by photolithography, as shown in FIG. 8 (b), N at the outer withstand voltage portion -
The mold layer 15 is selectively etched to reduce the film thickness of the N type layer 15 to, for example, about 0.2 μm.

【0052】〔図9(a)、(b)に示す工程〕例えば
1800〜2000℃での雰囲気下における気相拡散を
行うことで、N -型チャネル層8の表層部およびN-型層
15にP型不純物を拡散させ、図9(a)に示すように
所定深さとなるP+型層9を形成する。これにより、N-
型層15の全域にP型不純物が拡散され、全域がP+
層9となる。この後、図4(b)と同様の工程を行い、
J−FET形成領域におけるN+型層5の表面を露出さ
せるコンタクトホールを形成する。
[Steps shown in FIGS. 9A and 9B] For example,
Gas phase diffusion under an atmosphere of 1800-2000 ° C
By doing, N -Type surface layer 8 and N-Mold layer
As shown in FIG. 9A, the P-type impurity is diffused in
P to a predetermined depth+The mold layer 9 is formed. By this, N-
P-type impurities are diffused in the entire region of the mold layer 15 and the entire region is P+Type
This is layer 9. After that, the same process as in FIG.
N in the J-FET formation region+Expose the surface of the mold layer 5
A contact hole is formed.

【0053】〔図10に示す工程〕図5と同様の工程を
行い、N+型層5の所定領域をエッチングしてP+型層3
の表面を露出させる。
[Steps Shown in FIG. 10] The same steps as in FIG. 5 are performed to etch a predetermined region of the N + -type layer 5 to form the P + -type layer 3
Expose the surface of.

【0054】以上のようにして、図6に示す本実施形態
の炭化珪素半導体装置が完成する。このようにしても、
第1実施形態と同様の効果が得られると共に、第1実施
形態で示した半絶縁性領域16を形成するためのイオン
注入を行う必要がなくなることから、製造工程の簡略化
を図ることができる。
As described above, the silicon carbide semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 6 is completed. Even with this,
The same effect as that of the first embodiment can be obtained, and since it is not necessary to perform the ion implantation for forming the semi-insulating region 16 shown in the first embodiment, the manufacturing process can be simplified. .

【0055】(第3実施形態)本実施形態は、上記第2
実施形態に対して、図11に示す工程を付加したもので
ある。図11(a)に示す工程は、上記第2実施形態の
図9(a)に示す工程まで行った場合における外周耐圧
部の断面構成を示したものである。この工程まで行った
後、図11(b)に示すように、基板表面にマスク材3
0をしたのち、マスク材30の上からVのイオン注入を
行う。これにより、トレンチ20の内壁面からN+型層
5、P+型層3およびN-型ドリフト層2側に広がるよう
に半絶縁性領域31が形成される。その後、図11
(c)に示すように、マスク材30を除去する。
(Third Embodiment) This embodiment is the same as the second embodiment.
The process shown in FIG. 11 is added to the embodiment. The step shown in FIG. 11A shows the cross-sectional structure of the outer peripheral breakdown voltage portion when the step shown in FIG. 9A of the second embodiment is performed. After this step, as shown in FIG. 11B, the mask material 3 is formed on the substrate surface.
After 0 is set, V ions are implanted from above the mask material 30. As a result, the semi-insulating region 31 is formed so as to spread from the inner wall surface of the trench 20 to the N + type layer 5, the P + type layer 3 and the N type drift layer 2 side. After that, FIG.
As shown in (c), the mask material 30 is removed.

【0056】このように、トレンチ20の内壁面からさ
らに半絶縁性領域31が延設されるようにしても、第1
実施形態で示したようなガードリング効果を得ることが
できる。
Even if the semi-insulating region 31 is further extended from the inner wall surface of the trench 20 as described above,
The guard ring effect as shown in the embodiment can be obtained.

【0057】(第4実施形態)上記第2、第3実施形態
では、トレンチ20の内壁にN-型層15を残し、N-
層15にP型不純物を拡散させることでP+型層9を形
成するようにしているが、必ずしもN-型層15を残し
た構成とする必要はない。この場合、図12に示すよう
に、トレンチ20を形成した後、トレンチ20の内壁面
にVをイオン注入することで、トレンチ20の内壁面か
ら半絶縁性材料31が延設された構成とすることができ
る。このようにしても、第3実施形態と同様に、半絶縁
性材料31によってガードリング効果を得ることができ
る。
[0057] (Fourth Embodiment) In the above second and third embodiments, N on the inner wall of the trench 20 - leaving -type layer 15, N - -type layer P + -type layer by diffusing P-type impurities 15 However, it is not always necessary to leave the N -type layer 15 in the structure. In this case, as shown in FIG. 12, after the trench 20 is formed, V is ion-implanted into the inner wall surface of the trench 20 so that the semi-insulating material 31 is extended from the inner wall surface of the trench 20. be able to. Even in this case, the guard ring effect can be obtained by the semi-insulating material 31 as in the third embodiment.

【0058】(第5実施形態)上記各実施形態では、外
周耐圧部において、N-型層5およびP+型層3を貫通す
るような構成の半絶縁性領域16、31やトレンチ20
を形成しているが、通常のガードリングを構成すること
も可能である。図13に、本実施形態における炭化珪素
半導体装置の製造工程途中の断面構成を示し、この図に
基づいて説明する。ただし、炭化珪素半導体装置の製造
工程のうち第1実施形態と同様の部分については、第1
実施形態を参照して説明する。
(Fifth Embodiment) In each of the above-described embodiments, the semi-insulating regions 16 and 31 and the trench 20 which are configured to penetrate the N type layer 5 and the P + type layer 3 in the outer peripheral breakdown voltage portion.
However, it is also possible to form a normal guard ring. FIG. 13 shows a cross-sectional structure during the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, which will be described with reference to this drawing. However, regarding the same parts as those of the first embodiment in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device,
A description will be given with reference to the exemplary embodiment.

【0059】まず、第1実施形態における図2(a)〜
図3(b)に示す工程まで施したのち、図4(a)に示
す工程は行わずに、図4(b)に示す工程を行う。そし
て、図5に示す工程を行う。このとき、外周耐圧部に関
してはマスクで覆わずに、N -型層5が全面的に除去さ
れるようにする。続いて、外周耐圧部が露出し、セル部
が覆われるマスクを配置した後、エッチングを行って外
周耐圧部のP+型層3を除去する。これにより、外周耐
圧部におけるN-型層5およびP+型層3が除去された状
態となる。
First, FIGS. 2A to 2C in the first embodiment.
After performing the steps shown in FIG. 3B, the steps shown in FIG.
The step shown in FIG. 4B is performed without performing the step. That
Then, the process shown in FIG. 5 is performed. At this time,
Then, without covering with a mask, N -The mold layer 5 is completely removed
So that Then, the outer pressure resistant portion is exposed, and the cell portion is exposed.
After placing a mask that covers the
P of the withstand voltage part+The mold layer 3 is removed. As a result,
N in the pressure section-Mold layer 5 and P+Form layer 3 removed
It becomes a state.

【0060】そして、図13に示すように、N-型ドリ
フト層2の表面に、ガードリング形成予定位置が開口す
るカーボンレジスト等のマスク40を配置したのち、A
rやC等のSiCに対して不活性なイオンを注入するこ
とで、N-型ドリフト層2の所定位置をアモルファス化
させる。その後、先程使用したマスク40をそのまま用
いてP型不純物を気相拡散させることで、N-型ドリフ
ト層2の表層部に等間隔のP+型層41aを形成する。
これにより、複数のP+型層30aから構成されるガー
ドリング41が形成される。
Then, as shown in FIG. 13, a mask 40 of carbon resist or the like is formed on the surface of the N type drift layer 2 so that a guard ring formation planned position is opened.
By implanting inactive ions such as r and C into SiC, a predetermined position of the N type drift layer 2 is made amorphous. Then, P-type impurities are vapor-phase-diffused using the mask 40 used as it is, thereby forming P + -type layers 41a at equal intervals in the surface layer portion of the N -type drift layer 2.
As a result, the guard ring 41 including the plurality of P + type layers 30a is formed.

【0061】このように、外周耐圧部に関してはN-
層5およびP+型層3を除去し、N-型ドリフト層2の表
層部にガードリング41を形成するようにしても、第1
実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, with respect to the outer peripheral breakdown voltage portion, even if the N type layer 5 and the P + type layer 3 are removed and the guard ring 41 is formed on the surface layer portion of the N type drift layer 2, the first
The same effect as the embodiment can be obtained.

【0062】なお、ガードリング41を形成するに当た
って、P型不純物が拡散される深さはアモルファス化さ
せた領域の深さに依存することになるため、不活性なイ
オンを注入する深さによってガードリング41の深さを
制御することが可能である。
In forming the guard ring 41, the depth at which the P-type impurities are diffused depends on the depth of the amorphized region, and therefore the guard ring 41 is guarded by the depth at which the inactive ions are implanted. It is possible to control the depth of the ring 41.

【0063】(第6実施形態)第5実施形態で示したガ
ードリング41に代えて、またはガードリング41と共
に外周部P型領域を形成することもできる。図14に、
本実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程途中
の断面構成を示し、この図に基づいて説明する。ただ
し、炭化珪素半導体装置の製造工程のうち第5実施形態
と同様の部分については、説明を省略する。
(Sixth Embodiment) Instead of the guard ring 41 shown in the fifth embodiment, or together with the guard ring 41, the outer peripheral P-type region can be formed. In Figure 14,
A cross-sectional structure of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment during the manufacturing process is shown, and a description will be given based on this drawing. However, description of the same steps as those of the fifth embodiment in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device will be omitted.

【0064】まず、第5実施形態と同様に、外周耐圧部
におけるN-型層5およびP+型層3を除去する。その
後、図14に示すように、外周部P型領域形成予定位置
が開口するカーボンレジスト等のマスク40を配置した
のち、ArやC等のSiCに対して不活性なイオンを注
入することで、N-型ドリフト層2の所定位置をアモル
ファス化させる。その後、先程使用したマスク40をそ
のまま用いてP型不純物を気相拡散させることで、N-
型ドリフト層2の表層部に外周部P型領域42を形成す
る。
First, similarly to the fifth embodiment, the N type layer 5 and the P + type layer 3 in the outer peripheral breakdown voltage portion are removed. After that, as shown in FIG. 14, a mask 40 such as a carbon resist having an opening at the outer peripheral P-type region formation planned position is arranged, and then an inert ion is implanted into SiC such as Ar or C. A predetermined position of the N type drift layer 2 is made amorphous. After that, the mask 40 used previously is used as it is to diffuse the P-type impurities in the vapor phase, and thereby N
An outer peripheral P-type region 42 is formed in the surface layer portion of the mold drift layer 2.

【0065】このように、外周耐圧部に関してはN-
層5およびP+型層3を除去し、N-型ドリフト層2の表
層部に外周部P型領域42を形成するようにしても、第
1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、こ
の外周部P型領域42の深さに関しても、アモルファス
化させた領域の深さに依存するため、不活性なイオンを
注入する深さによって制御可能である。
As described above, with respect to the outer peripheral breakdown voltage portion, the N type layer 5 and the P + type layer 3 are removed and the outer peripheral P type region 42 is formed in the surface layer portion of the N type drift layer 2. The same effect as the first embodiment can be obtained. The depth of the outer peripheral P-type region 42 also depends on the depth of the amorphized region, and can be controlled by the depth at which inert ions are implanted.

【0066】(第7実施形態)また、第6実施形態で示
した外周部P型領域42の構成を変えることもできる。
図15に、本実施形態における炭化珪素半導体装置の製
造工程途中の断面構成を示し、この図に基づいて説明す
る。ただし、炭化珪素半導体装置の製造工程のうち第6
実施形態と同様の部分については、説明を省略する。
(Seventh Embodiment) The configuration of the outer peripheral P-type region 42 shown in the sixth embodiment can be changed.
FIG. 15 shows a cross-sectional structure during the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, which will be described with reference to this drawing. However, the sixth step in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device
The description of the same parts as those in the embodiment will be omitted.

【0067】まず、第6実施形態と同様に、外周耐圧部
におけるN-型層5およびP+型層3を除去する。その
後、外周部P型領域形成予定位置のうちの内周側が開口
するカーボンレジスト等のマスクを配置したのち、Ar
やC等のSiCに対して不活性なイオンを注入すること
で、N-型ドリフト層2の所定位置をアモルファス化さ
せる。その後、先程使用したマスクをそのまま用いてP
型不純物としてAlを気相拡散させる。これにより、外
周部P型領域42のうちの内周側領域42aが形成され
る。
First, similarly to the sixth embodiment, the N type layer 5 and the P + type layer 3 in the outer peripheral breakdown voltage portion are removed. After that, a mask such as carbon resist having an opening on the inner peripheral side of the planned outer peripheral P-type region formation position is arranged, and then Ar
By implanting inactive ions into SiC such as C and C, a predetermined position of the N type drift layer 2 is made amorphous. After that, using the mask used previously as it is, P
Al is vapor-phase diffused as a type impurity. As a result, the inner peripheral region 42a of the outer peripheral P-type region 42 is formed.

【0068】続いて、外周部P型領域形成予定位置のう
ちの外周側が開口するカーボンレジスト等のマスクを配
置したのち、ArやC等のSiCに対して不活性なイオ
ンを注入することで、N-型ドリフト層2の所定位置を
アモルファス化させる。その後、先程使用したマスクを
そのまま用いてP型不純物としてBを気相拡散させる。
これにより、外周部P型領域42のうちの外周側領域4
2bが形成される。このとき、Bの方がAlよりも拡散
し易いことから、外周部領域42bの方が内周部領域4
2aより深い位置まで形成されると共に、外周部領域4
2bは浅い位置から深い位置にかけて順に不純物濃度が
薄くなっていくようなグラデュエーションが生じる。
Subsequently, a mask of carbon resist or the like having an opening on the outer peripheral side of the planned outer peripheral P-type region formation position is arranged, and then inert ions are implanted into SiC such as Ar or C. A predetermined position of the N type drift layer 2 is made amorphous. After that, B is vapor-phase diffused as a P-type impurity using the mask used as it is.
As a result, the outer peripheral side region 4 of the outer peripheral portion P-type region 42
2b is formed. At this time, since B is more likely to diffuse than Al, the outer peripheral region 42b is inner peripheral region 4
2a and the outer peripheral region 4
In 2b, graduation occurs in which the impurity concentration gradually decreases from the shallow position to the deep position.

【0069】このように、外周部P型領域42を内周部
領域42aと外周部領域42bとで構成し、外周部領域
42bが内周部領域42aよりも深く、かつ、浅い位置
から深い位置にかけて順に不純物濃度が薄くなっていく
ようなグラデュエーションを有する構成とすることも可
能である。そして、このような構成とすることで、炭化
珪素半導体装置の耐圧を向上させることができる。
As described above, the outer peripheral portion P-type region 42 is constituted by the inner peripheral portion region 42a and the outer peripheral portion region 42b, and the outer peripheral portion region 42b is deeper than the inner peripheral portion region 42a, and is located from a shallow position to a deep position. It is also possible to adopt a configuration having a graduation in which the impurity concentration gradually decreases over time. With such a structure, the breakdown voltage of the silicon carbide semiconductor device can be improved.

【0070】(他の実施形態)なお、上記各実施形態で
は、N-型チャネル層8というN型不純物層がチャネル
となるJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置について
説明したが、炭化珪素半導体装置の各構成要素の導電型
が反転させたP型不純物層がチャネルとなるJ−FET
を備えた炭化珪素半導体装置についても本発明を適用す
ることが可能である。
(Other Embodiments) In each of the above embodiments, the silicon carbide semiconductor device including the J-FET having the N type channel layer 8 as the channel is described. J-FET in which a P-type impurity layer in which the conductivity type of each component of the device is inverted serves as a channel
The present invention can be applied to a silicon carbide semiconductor device provided with.

【0071】また、上記実施形態では、ノーマリオフ型
のJ−FETを例に挙げて説明したが、ノーマリオフ型
に限らず、ノーマリオン型のJ−FETであっても適用
可能である。この場合、例えば、N−型チャネル層8の
不純物濃度を5×1016〜1×1017cm-3程度とする
こともできる。
In the above embodiment, the normally-off type J-FET has been described as an example, but the present invention is not limited to the normally-off type J-FET, and can be applied to the normally-on type J-FET. In this case, for example, the impurity concentration of the N− type channel layer 8 can be set to about 5 × 10 16 to 1 × 10 17 cm −3 .

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

【図1】本発明の第1実施形態における炭化珪素半導体
装置の断面構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す炭化珪素半導体装置の製造工程を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG.

【図3】図2に続く炭化珪素半導体装置の製造工程を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device, following FIG. 2.

【図4】図3に続く炭化珪素半導体装置の製造工程を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device, following FIG. 3.

【図5】図4に続く炭化珪素半導体装置の製造工程を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device, following FIG.

【図6】本発明の第2実施形態における炭化珪素半導体
装置の断面構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of a silicon carbide semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】図6に示す炭化珪素半導体装置の製造工程を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 6.

【図8】図7に続く炭化珪素半導体装置の製造工程を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device, following FIG. 7.

【図9】図8に続く炭化珪素半導体装置の製造工程を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device, following FIG. 8.

【図10】図9に続く炭化珪素半導体装置の製造工程を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device, following FIG. 9.

【図11】本発明の第3実施形態における炭化珪素半導
体装置の製造工程を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in the third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第4実施形態における炭化珪素半導
体装置の製造工程を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第5実施形態における炭化珪素半導
体装置の製造工程を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第6実施形態における炭化珪素半導
体装置の製造工程を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in the sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第2実施形態における炭化珪素半導
体装置の製造工程を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in the second embodiment of the present invention.

【図16】従来の炭化珪素半導体装置の断面構成を示す
図である。
FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional silicon carbide semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…N+型基板、2…N-型ドリフト層、3…P+型層、
3a…第1ゲート領域、5…N+型層、5a…N+型ソー
ス領域、6…半導体基板、7…トレンチ、8…N-型チ
ャネル層、9…P+型層、9a…第2ゲート領域、10
…第1ゲート電極、11…第2ゲート電極、12…ソー
ス電極、14…ドレイン電極。
1 ... N + type substrate, 2 ... N type drift layer, 3 ... P + type layer,
3a ... first gate region, 5 ... N + -type layer, 5a ... N + -type source region, 6 ... semiconductor substrate, 7 ... trench, 8 ... N - -type channel layer, 9 ... P + -type layer, 9a ... second Gate area, 10
... 1st gate electrode, 11 ... 2nd gate electrode, 12 ... Source electrode, 14 ... Drain electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 剛 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 5F102 FA01 FA02 GA14 GB05 GC08 GD04 GJ02 GR04 GR07 HC01 HC05 HC07 HC15    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Tsuyoshi Yamamoto             1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi stock market             Inside the company DENSO F-term (reference) 5F102 FA01 FA02 GA14 GB05 GC08                       GD04 GJ02 GR04 GR07 HC01                       HC05 HC07 HC15

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の炭化珪素からなる基板
(1)と、 前記基板(1)上にエピタキシャル成長によって形成さ
れ、前記基板(1)よりも低濃度とされた第1導電型の
第1半導体層(2)と、 前記第1半導体層(2)上にエピタキシャル成長によっ
て形成された第2導電型の第2半導体層(3)と、 前記第2半導体層(3)上にエピタキシャル成長によっ
て形成された第1導電型の第3半導体層(5)とを備え
た半導体基板(6)を有し、 該半導体基板(6)のセル部においては、 前記第3、第2半導体層(5、3)を貫通して前記第1
半導体層(2)まで達する第1トレンチ(7)と、 前記第1トレンチ(7)の内壁面にエピタキシャル成長
によって形成された第1導電型のチャネル層(8)と、 前記チャネル層(8)の上に形成された第2導電型の第
4半導体層(9)と、 前記第2半導体層(3)を第1ゲート領域(3a)と
し、該第1ゲート領域(3a)に電気的に接続された第
1ゲート電極(10)と、 前記第4半導体層(9)を第2ゲート領域(9a)と
し、該第2ゲート領域(9a)に電気的に接続された第
2ゲート電極(11)と、 前記第3半導体層(5)をソース領域(5a)とし、該
ソース領域(5a)に電気的に接続されたソース電極
(12)と、 前記基板(1)の裏面側に形成されたドレイン電極(1
4)とが備えられていることを特徴とする炭化珪素半導
体装置。
1. A substrate (1) made of silicon carbide of a first conductivity type, and a first conductivity type first substrate formed by epitaxial growth on the substrate (1) and having a concentration lower than that of the substrate (1). 1 semiconductor layer (2), a second conductive type second semiconductor layer (3) formed on the first semiconductor layer (2) by epitaxial growth, and formed on the second semiconductor layer (3) by epitaxial growth A semiconductor substrate (6) provided with a third semiconductor layer (5) of the first conductivity type, wherein in the cell portion of the semiconductor substrate (6), the third and second semiconductor layers (5, 3) through the first
A first trench (7) reaching the semiconductor layer (2); a first conductivity type channel layer (8) formed by epitaxial growth on an inner wall surface of the first trench (7); A second conductive type fourth semiconductor layer (9) formed above and the second semiconductor layer (3) are used as a first gate region (3a) and electrically connected to the first gate region (3a). And a second gate electrode (11) electrically connected to the second gate region (9a) and the fourth semiconductor layer (9) as a second gate region (9a). And a source electrode (12) electrically connected to the source region (5a) with the third semiconductor layer (5) as a source region (5a), and formed on the back surface side of the substrate (1). Drain electrode (1
4) The silicon carbide semiconductor device is provided with.
【請求項2】 前記半導体基板(6)のうち、前記セル
部の外周を囲むように構成される外周耐圧部において
は、 前記第3、第2半導体層(5、3)を貫通して前記第1
半導体層(2)まで達するガードリングが備えられてい
ることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装
置。
2. In the semiconductor substrate (6), an outer peripheral breakdown voltage portion configured to surround the outer periphery of the cell portion penetrates the third and second semiconductor layers (5, 3) and First
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a guard ring that reaches the semiconductor layer (2).
【請求項3】 前記ガードリングは、前記第3、第2半
導体層(5、3)を貫通して前記第1半導体層(2)ま
で達する半絶縁性領域(16)で構成されていることを
特徴とする請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。
3. The guard ring is composed of a semi-insulating region (16) which penetrates the third and second semiconductor layers (5, 3) and reaches the first semiconductor layer (2). The silicon carbide semiconductor device according to claim 2.
【請求項4】 前記ガードリングは、前記第3、第2半
導体層(5、3)を貫通して前記第1半導体層(2)ま
で達する第2トレンチ(20)と、該第2トレンチ(2
0)の内壁に備えられた第2導電型の第5半導体層
(9)とを有して構成されていることを特徴とする請求
項2に記載の炭化珪素半導体装置。
4. The second trench (20), wherein the guard ring penetrates the third and second semiconductor layers (5, 3) and reaches the first semiconductor layer (2), and the second trench (20). Two
3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 2, wherein the silicon carbide semiconductor device is configured to have a second conductivity type fifth semiconductor layer (9) provided on the inner wall of (0).
【請求項5】 前記ガードリングは、前記第2トレンチ
(20)の内壁面から前記第1〜第3半導体層(2、
3、5)に広がるように延設された半絶縁性領域(1
6)を含んで構成されていることを特徴とする請求項4
に記載の炭化珪素半導体装置。
5. The guard ring extends from the inner wall surface of the second trench (20) to the first to third semiconductor layers (2,
(3, 5) extending semi-insulating region (1
6. It is comprised including 6), It is characterized by the above-mentioned.
The silicon carbide semiconductor device according to.
【請求項6】 前記ガードリングは、前記第3、第2半
導体層(5、3)を貫通して前記第1半導体層(2)ま
で達する第2トレンチ(20)と、前記第2トレンチ
(20)の内壁面から前記第1〜第3半導体層(2、
3、5)に広がるように延設された半絶縁性領域(1
6)を含んで構成されていることを特徴とする請求項2
に記載の炭化珪素半導体装置。
6. The guard ring includes a second trench (20) penetrating the third and second semiconductor layers (5, 3) to reach the first semiconductor layer (2), and a second trench (20). 20) from the inner wall surface of the first to third semiconductor layers (2,
(3, 5) extending semi-insulating region (1
6. It is constituted by including 6).
The silicon carbide semiconductor device according to.
【請求項7】 前記半導体基板(6)のうち、前記セル
部の外周を囲むように構成される外周耐圧部において
は、 前記第3、第2半導体層(5、3)が除去されていると
共に、前記第1半導体層(2)の表層部に第1導電型半
導体で構成されたガードリング(41)が備えられてい
ることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装
置。
7. The third and second semiconductor layers (5, 3) are removed in an outer peripheral breakdown voltage portion of the semiconductor substrate (6) surrounding the outer periphery of the cell portion. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a guard ring (41) made of a first conductivity type semiconductor provided on a surface layer portion of the first semiconductor layer (2).
【請求項8】 前記半導体基板(6)のうち、前記セル
部の外周を囲むように構成される外周耐圧部において
は、 前記第3、第2半導体層(5、3)が除去されていると
共に、前記第1半導体層(2)の表層部に第1導電型半
導体で構成された外周部領域(42)が備えられている
ことを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装
置。
8. The third and second semiconductor layers (5, 3) are removed in the outer periphery breakdown voltage portion of the semiconductor substrate (6) surrounding the outer periphery of the cell portion. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising an outer peripheral region (42) formed of a first conductivity type semiconductor in a surface layer portion of the first semiconductor layer (2).
【請求項9】 前記外周部領域(42)のうちの内周側
部(42a)と比べて外周側部(42b)の方が深さが
深く構成され、かつ、外周側部(42b)が浅い位置か
ら深い位置になるにつれて順に不純物濃度が薄くなって
いるグラデュエーションを有していることを特徴とする
請求項8に記載の炭化珪素半導体装置。
9. The outer peripheral side portion (42b) of the outer peripheral portion region (42) is deeper than the inner peripheral side portion (42a), and the outer peripheral side portion (42b) is deeper. 9. The silicon carbide semiconductor device according to claim 8, wherein the silicon carbide semiconductor device has a graduation in which the impurity concentration is gradually reduced from a shallow position to a deep position.
【請求項10】 第1導電型の炭化珪素からなる基板
(1)の上に、該基板(1)よりも低濃度な第1導電型
の第1半導体層(2)、第2導電型の第2半導体層
(3)、第1導電型の第3半導体層(5)を順にエピタ
キシャル成長させることで、前記基板(1)と前記第1
〜第3半導体層(2、3、5)とを有してなる半導体基
板(6)を形成する工程と、 該半導体基板(6)のセル部において、前記第3、第2
半導体層(5、3)を貫通して前記第1半導体層(2)
まで達する第1トレンチ(7)を形成する工程と、 前記第1トレンチ(7)の内壁面にエピタキシャル成長
によって第1導電型のチャネル層(8)を形成する工程
と、 前記チャネル層(8)の上に第2導電型の第4半導体層
(9)を形成する工程と、 前記第2半導体層(3)を第1ゲート領域(3a)と
し、該第1ゲート領域(3a)に電気的に接続される第
1ゲート電極(10)を形成する工程と、 前記第4半導体層(9)を第2ゲート領域(9a)と
し、該第2ゲート領域(9a)に電気的に接続される第
2ゲート電極(11)を形成する工程と、 前記第3半導体層(5)をソース領域(5a)とし、該
ソース領域(5a)に電気的に接続されるソース電極
(12)を形成する工程と、 前記基板(1)の裏面側に、ドレイン電極(14)を形
成する工程とを有す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 first conductivity type first semiconductor layer (2) having a lower concentration than that of the substrate (1) and a second conductivity type substrate (1) made of silicon carbide of the first conductivity type. By epitaxially growing the second semiconductor layer (3) and the third semiconductor layer (5) of the first conductivity type in this order, the substrate (1) and the first semiconductor layer (5) are formed.
~ A step of forming a semiconductor substrate (6) having a third semiconductor layer (2, 3, 5); and in the cell part of the semiconductor substrate (6),
The first semiconductor layer (2) penetrating the semiconductor layers (5, 3)
Forming a first trench (7) reaching the first trench (7), forming a first conductivity type channel layer (8) on the inner wall surface of the first trench (7) by epitaxial growth, and forming the channel layer (8) Forming a second conductive type fourth semiconductor layer (9) thereon; and forming the second semiconductor layer (3) as a first gate region (3a) and electrically connecting to the first gate region (3a). Forming a first gate electrode (10) to be connected, and making the fourth semiconductor layer (9) a second gate region (9a), and electrically connecting to the second gate region (9a) 2 a step of forming a gate electrode (11), and a step of forming a source electrode (12) electrically connected to the source region (5a) by using the third semiconductor layer (5) as a source region (5a) On the back surface side of the substrate (1), the drain electrode (1 The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, characterized by a step of forming a).
【請求項11】 前記第4半導体層(9)を形成する工
程では、前記チャネル層(8)の表層部に第2導電型不
純物を拡散させることで、前記第4半導体層(9)を形
成することを特徴とする請求項10に記載の炭化珪素半
導体装置の製造方法。
11. The step of forming the fourth semiconductor layer (9) forms the fourth semiconductor layer (9) by diffusing a second conductivity type impurity into a surface layer portion of the channel layer (8). The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 10, wherein:
【請求項12】 前記半導体基板(6)のうち、前記セ
ル部の外周を囲むように構成される外周耐圧部において
は、 前記第3、第2半導体層(5、3)を貫通して前記第1
半導体層(2)まで達するガードリングを形成する工程
を有していることを特徴とする請求項11に記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法。
12. In the semiconductor substrate (6), in an outer peripheral breakdown voltage portion configured so as to surround the outer periphery of the cell portion, the third and second semiconductor layers (5, 3) are penetrated to the outer peripheral breakdown voltage portion. First
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 11, further comprising a step of forming a guard ring that reaches the semiconductor layer (2).
【請求項13】 前記ガードリングを形成する工程で
は、前記第3、第2半導体層(5、3)を貫通して前記
第1半導体層(2)まで達するように半絶縁性不純物を
イオン注入することで、前記ガードリングとして半絶縁
性領域(16)を形成することを特徴とする請求項12
に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
13. In the step of forming the guard ring, a semi-insulating impurity is ion-implanted so as to penetrate the third and second semiconductor layers (5, 3) and reach the first semiconductor layer (2). 13. A semi-insulating region (16) is formed as the guard ring by doing so.
A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to item 1.
【請求項14】 前記ガードリングを形成する工程で
は、前記第3、第2半導体層(5、3)を貫通して前記
第1半導体層(2)まで達する第2トレンチ(20)を
形成したのち、前記第2トレンチの内壁面に第2導電型
の第5半導体層(9)を形成することを特徴とする請求
項12に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
14. In the step of forming the guard ring, a second trench (20) which penetrates the third and second semiconductor layers (5, 3) and reaches the first semiconductor layer (2) is formed. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 12, wherein a fifth conductivity type fifth semiconductor layer (9) is then formed on the inner wall surface of the second trench.
【請求項15】 前記第1トレンチ(7)を形成する工
程と前記第2トレンチ(20)を形成する工程とを同時
に行うことを特徴とする請求項14に記載の炭化珪素半
導体装置の製造方法。
15. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 14, wherein the step of forming the first trench (7) and the step of forming the second trench (20) are performed at the same time. .
【請求項16】 前記チャネル層(8)を形成する工程
では、前記チャネル層(8)と共に前記第2トレンチ
(20)内にも第1導電型の第6半導体層(15)を形
成し、前記第5半導体層(9)を形成する工程では、前
記第6半導体層(15)の表層部に第2導電型不純物を
拡散させることで、前記第5半導体層(9)を形成する
ことを特徴とする請求項14又は15に記載の炭化珪素
半導体装置の製造方法。
16. In the step of forming the channel layer (8), a sixth-conductivity-type sixth semiconductor layer (15) is formed in the second trench (20) together with the channel layer (8), In the step of forming the fifth semiconductor layer (9), the fifth semiconductor layer (9) is formed by diffusing a second conductivity type impurity into a surface layer portion of the sixth semiconductor layer (15). 16. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 14 or 15.
【請求項17】 前記第4半導体層(9)を形成する工
程と前記第5半導体層(9)を形成する工程とを同時に
行うことを特徴とする請求項15に記載の炭化珪素半導
体装置の製造方法。
17. The silicon carbide semiconductor device according to claim 15, wherein the step of forming the fourth semiconductor layer (9) and the step of forming the fifth semiconductor layer (9) are performed at the same time. Production method.
【請求項18】 前記ガードリングを形成する工程で
は、前記第2トレンチ(20)を形成したのち、該第2
トレンチ(20)の内壁面に半絶縁性不純物をイオン注
入することで、該第2トレンチ(20)の内壁面から前
記第1〜第3半導体層(2、3、5)に広がる半絶縁性
領域(16)を形成することを特徴とする請求項14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. The step of forming the guard ring comprises forming the second trench (20) and then forming the second trench (20).
By implanting semi-insulating impurities into the inner wall surface of the trench (20), the semi-insulating property spreading from the inner wall surface of the second trench (20) to the first to third semiconductor layers (2, 3, 5). The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 14, wherein the region (16) is formed.
【請求項19】 前記ガードリングを形成する工程で
は、前記第3、第2半導体層(5、3)を貫通して前記
第1半導体層(2)まで達する第2トレンチ(20)を
形成したのち、該第2トレンチ(20)の内壁面に半絶
縁性不純物をイオン注入することで、該第2トレンチ
(20)の内壁面から前記第1〜第3半導体層(2、
3、5)に広がる半絶縁性領域(16)を形成すること
を特徴とする請求項12に記載の炭化珪素半導体装置の
製造方法。
19. In the step of forming the guard ring, a second trench (20) is formed which penetrates the third and second semiconductor layers (5, 3) and reaches the first semiconductor layer (2). After that, by ion-implanting a semi-insulating impurity into the inner wall surface of the second trench (20), the first to third semiconductor layers (2, 2) are formed from the inner wall surface of the second trench (20).
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 12, wherein a semi-insulating region (16) extending over 3, 5) is formed.
【請求項20】 前記半導体基板(6)のうち、前記セ
ル部の外周を囲むように構成される外周耐圧部において
は、 前記第3、第2半導体層(5、3)を除去したのち、前
記第1半導体層(2)の表面に所定位置が開口したマス
ク材(40)を配置し、該マスク材(40)の上面から
炭化珪素に対して不活性なイオンを注入することで前記
第1半導体層の表層部をアモルファス化させ、その後、
該アモルファス化させた領域に第2導電型不純物を拡散
させることでガードリング(41)を形成することを特
徴とする請求項10又は11に記載の炭化珪素半導体装
置の製造方法。
20. In the semiconductor substrate (6), in the outer peripheral breakdown voltage portion configured to surround the outer periphery of the cell portion, after removing the third and second semiconductor layers (5, 3), A mask material (40) having an opening at a predetermined position is arranged on the surface of the first semiconductor layer (2), and ions inert to silicon carbide are implanted from the upper surface of the mask material (40). 1 Amorphize the surface layer of the semiconductor layer, then
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 10, wherein a guard ring (41) is formed by diffusing a second conductivity type impurity in the amorphized region.
【請求項21】 前記半導体基板(6)のうち、前記セ
ル部の外周を囲むように構成される外周耐圧部において
は、 前記第3、第2半導体層(5、3)を除去したのち、前
記第1半導体層(2)の表面に所定位置が開口したマス
ク材(40)を配置し、該マスク材(40)の上面から
炭化珪素に対して不活性なイオンを注入することで前記
第1半導体層の表層部をアモルファス化させ、その後、
該アモルファス化させた領域に第2導電型不純物を拡散
させることで外周部領域(42)を形成することを特徴
とする請求項10又は11に記載の炭化珪素半導体装置
の製造方法。
21. In the outer periphery breakdown voltage portion of the semiconductor substrate (6) surrounding the outer periphery of the cell portion, after removing the third and second semiconductor layers (5, 3), A mask material (40) having an opening at a predetermined position is arranged on the surface of the first semiconductor layer (2), and ions inert to silicon carbide are implanted from the upper surface of the mask material (40). 1 Amorphize the surface layer of the semiconductor layer, then
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 10 or 11, wherein an outer peripheral region (42) is formed by diffusing a second conductivity type impurity in the amorphized region.
【請求項22】 前記外周部領域(42)を形成する工
程では、該外周部領域(42)のうちの内周側部(42
a)と比べて外周側部(42b)の方が深さが深くな
り、かつ、外周側部(42b)が浅い位置から深い位置
になるにつれて順に不純物濃度が薄くなるグラデュエー
ションを有するように前記外周部領域(42)を形成す
ることを特徴とする請求項21に記載の炭化珪素半導体
装置の製造方法。
22. In the step of forming the outer peripheral area (42), an inner peripheral side portion (42) of the outer peripheral area (42) is formed.
As compared with a), the outer peripheral side portion (42b) has a deeper depth, and the outer peripheral side portion (42b) has a graduation in which the impurity concentration is gradually reduced from the shallow position to the deeper position. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 21, wherein the outer peripheral region (42) is formed.
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