JP2007242925A - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide semiconductor device or the like capable of manufacturing the silicon carbide semiconductor device, in which a high concentration well region and a low concentration well region are formed so as to be located in a line in the view of section while a source region is formed in the high concentration well region at a low cost. <P>SOLUTION: A drift layer 2 is formed on a silicon carbide semiconductor substrate 1. The high concentration well region 3b is formed in the surface of the drift layer 2. Further, the low concentration well region 3a is formed in the surface of the drift layer 2, and neighbored to the high concentration well region 3b in the view of section while being lower in an impurity concentration than that in the high concentration well region 3b and a channel. Further, a source region 5 is formed in the upper surface of the high concentration well region 3b. Further, a JTE (junction termination extension) or a guard ring (high breakdown voltage retainable region 4) is formed on the outer periphery of an element. Furthermore, the low concentration well region 3a and the high breakdown voltage retainable region 4 are provided with the same impurity distribution. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、炭化珪素半導体装置、および炭化珪素半導体装置の製造方法に係る発明であり、特に、ドリフト層の表面上に、濃度の異なる2つのウエル領域が形成される炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device, and in particular, a silicon carbide semiconductor device and silicon carbide in which two well regions having different concentrations are formed on the surface of the drift layer The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

次世代の高耐圧低損失スイッチング素子として、縦型高耐圧炭化珪素電界効果型トランジスタが期待されている。本素子は、たとえば特許文献1に示されているように、炭化珪素基板上に存在するドリフト層の基板表面近傍に、高濃度ウエル領域、当該高濃度ウエル領域内に形成されるソース領域、低濃度ウエル領域、および一対の低濃度ウエル領域に挟まれたゲート電極下に存在するJFET領域を具備している。   As a next generation high breakdown voltage low loss switching element, a vertical high breakdown voltage silicon carbide field effect transistor is expected. For example, as shown in Patent Document 1, this element includes a high concentration well region, a source region formed in the high concentration well region, a low concentration in the vicinity of the substrate surface of the drift layer existing on the silicon carbide substrate. A concentration well region and a JFET region existing under a gate electrode sandwiched between a pair of low concentration well regions are provided.

さらに特許文献1の特徴として、高濃度ウエル領域と低濃度ウエル領域とが基板横方向に並んで形成されており、かつチャネル領域が低濃度ウエル領域に存在する構造が開示されている。   Further, as a feature of Patent Document 1, a structure is disclosed in which a high-concentration well region and a low-concentration well region are formed side by side in the substrate lateral direction, and a channel region exists in the low-concentration well region.

特開2004−146465号公報JP 2004-146465 A

しかし、特許文献1の炭化珪素半導体装置では、高濃度ウエル領域がチャネル領域に存在していないので、装置自体を小型化するとリーク電流が増えるという問題があった。   However, since the silicon carbide semiconductor device of Patent Document 1 does not have a high-concentration well region in the channel region, there is a problem that leakage current increases when the device itself is downsized.

そこで、本発明は、装置自体を小型化してもリーク電流を抑制することが可能な炭化珪素半導体装置、およびその炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing leakage current even if the device itself is downsized, and a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device.

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の炭化珪素半導体装置は、第一の導電型である炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板上に形成される、第一の導電型であるドリフト層と、前記ドリフト層の表面のチャネル領域に形成される、第二の導電型である第1のウエル領域と、前記ドリフト層の表面のチャネル領域に形成される、第二の導電型である第2のウエル領域とを備え、前記第1のウエル領域は、前記第2のウエル領域に隣接し、かつ、前記第1のウエル領域の不純物濃度は、前記第2のウエル領域の不純物濃度よりも低いこととしたものである。   In order to achieve the above object, a silicon carbide semiconductor device according to claim 1 according to the present invention is formed on a silicon carbide semiconductor substrate having a first conductivity type and on the silicon carbide semiconductor substrate. A drift layer having one conductivity type; a first well region having a second conductivity type formed in a channel region on a surface of the drift layer; and a channel region on a surface of the drift layer. A second well region having a second conductivity type, wherein the first well region is adjacent to the second well region, and the impurity concentration of the first well region is the second well region. This is lower than the impurity concentration in the well region.

また、請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法は、(A)第一の導電型を有する炭化珪素半導体基板上に、第一の導電型となるドリフト層を形成する工程と、(B)前記ドリフト層の表面に、第二の導電型となる所定の不純物濃度の第1のウエル領域を形成する工程と、(C)前記ドリフト層の表面の前記第1のウエル領域に隣接するように、第二の導電型となり、かつ、前記第1のウエル領域よりも不純物濃度の高い第2のウエル領域を形成する工程とを備えることとしたものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a silicon carbide semiconductor device manufacturing method comprising: (A) forming a drift layer having the first conductivity type on a silicon carbide semiconductor substrate having the first conductivity type; B) forming a first well region having a predetermined impurity concentration of the second conductivity type on the surface of the drift layer; and (C) adjoining the first well region on the surface of the drift layer. Thus, the method includes a step of forming a second well region of a second conductivity type and having an impurity concentration higher than that of the first well region.

本発明に係る請求項1に記載の炭化珪素半導体装置は、上記のような構成としたので、装置自体を小型化してもリーク電流を抑制することが可能となる。   Since the silicon carbide semiconductor device according to claim 1 of the present invention is configured as described above, it is possible to suppress the leakage current even if the device itself is downsized.

また、請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法は、上記のような工程としたので、装置自体を小型化してもリーク電流を抑制することが可能な炭化珪素半導体装置を製造することが可能となる。   Moreover, since the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of Claim 4 was made into the above processes, manufacturing the silicon carbide semiconductor device which can suppress a leakage current even if the apparatus itself is reduced in size. Is possible.

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.

<実施の形態1>
図1は、本実施の形態に係わる製造方法の結果形成される、炭化珪素電界効果型トランジスタ(以下、炭化珪素半導体装置と称する)の構成を示す断面図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a silicon carbide field effect transistor (hereinafter referred to as a silicon carbide semiconductor device) formed as a result of the manufacturing method according to the present embodiment.

図1に示すように、第一の導電型を有する炭化珪素半導体基板1の第一の主面上に、第一の導電型を有するドリフト層2が形成されている。また、ドリフト層2の表面内には、第二の導電型を有する、比較的不純物濃度の高い(つまり、後述する低濃度ウエル領域3a(第1のウエル領域)よりも不純物濃度の高い)高濃度ウエル領域3b(第2のウエル領域)が形成されている。   As shown in FIG. 1, drift layer 2 having a first conductivity type is formed on a first main surface of silicon carbide semiconductor substrate 1 having a first conductivity type. In addition, the surface of the drift layer 2 has a second conductivity type and a relatively high impurity concentration (that is, a higher impurity concentration than a low-concentration well region 3a (first well region) described later). A concentration well region 3b (second well region) is formed.

また、ドリフト層2の表面内には、断面視において高濃度ウエル領域3bに隣接して低濃度ウエル領域3aが形成されている。ここで、当該低濃度ウエル領域3aは、高濃度ウエル領域3bよりも不純物濃度が低い。また、当該低濃度ウエル領域3a内には、チャネルが形成される。なお当該低濃度ウエル領域は、第二の導電型を有する。   A low concentration well region 3a is formed in the surface of the drift layer 2 adjacent to the high concentration well region 3b in a cross-sectional view. Here, the low concentration well region 3a has a lower impurity concentration than the high concentration well region 3b. A channel is formed in the low concentration well region 3a. The low concentration well region has the second conductivity type.

また、所定の高濃度ウエル領域3bの上面内には、第一の導電型を有するソース領域5が形成されている。ここで、断面視において、二つのソース領域5の間には、ウエルコンタクト領域6が形成されている。   A source region 5 having the first conductivity type is formed in the upper surface of the predetermined high concentration well region 3b. Here, a well contact region 6 is formed between the two source regions 5 in a cross-sectional view.

また、図1に示すように、断面視において、ソース領域5の端部と低濃度ウエル領域3aとの間には、高濃度ウエル領域3bが形成されている。当該構成からも分かるように、チャネルは、低濃度ウエル領域3aと高濃度ウエル領域3bの上面近傍に形成される。なお、後述するように、断面視において、ソース領域5と低濃度ウエル領域3aとが直接接続されている場合には、チャネルは、低濃度ウエル領域3aの上面近傍のみに形成される。   Further, as shown in FIG. 1, a high concentration well region 3b is formed between the end portion of the source region 5 and the low concentration well region 3a in a cross-sectional view. As can be seen from this configuration, the channel is formed in the vicinity of the upper surface of the low concentration well region 3a and the high concentration well region 3b. As will be described later, when the source region 5 and the low concentration well region 3a are directly connected in a cross-sectional view, the channel is formed only near the upper surface of the low concentration well region 3a.

また、ドリフト層2の上面内には、高耐圧を保持する領域として、JTE(Junction Termination Extension)またはガードリング(以下、総称して高耐圧保持可能領域4と称する)が、形成されている。ここで、高耐圧保持可能領域4は、第二の導電型を有する。また高耐圧保持可能領域4は、素子(すなわち、炭化珪素半導体装置)の外周部(周縁部)において当該素子を囲繞するように形成されている。   In addition, a JTE (Junction Termination Extension) or a guard ring (hereinafter collectively referred to as a high breakdown voltage holdable region 4) is formed in the upper surface of the drift layer 2 as a region for holding a high breakdown voltage. Here, the high breakdown voltage holdable region 4 has the second conductivity type. Further, the high withstand voltage maintaining region 4 is formed so as to surround the element at the outer peripheral portion (peripheral portion) of the element (that is, the silicon carbide semiconductor device).

ここで、以下に説明する製造方法を施した結果、低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とは、ほぼ同様の不純物分布を有する。より具体的には、低濃度ウエル領域3aの深さ方向の不純物分布は、高耐圧保持可能領域4の深さ方向の不純物分布とほぼ同様である。   Here, as a result of performing the manufacturing method described below, the low concentration well region 3a and the high breakdown voltage holdable region 4 have substantially the same impurity distribution. More specifically, the impurity distribution in the depth direction of the low-concentration well region 3a is substantially the same as the impurity distribution in the depth direction of the high breakdown voltage holdable region 4.

なお、ドリフト層2の表面内には、フィールドストッパー領域7も形成されている。また、ドリフト層2の上面には、ゲート絶縁膜8が形成されている。ここで、ゲート絶縁膜の一部は開口しており、当該開口部からは、ウエルコンタクト領域6およびソース領域5の一部が臨まれる。   A field stopper region 7 is also formed in the surface of the drift layer 2. A gate insulating film 8 is formed on the upper surface of the drift layer 2. Here, a part of the gate insulating film is opened, and the well contact region 6 and a part of the source region 5 are exposed from the opening.

また、ゲート絶縁膜8上に所望の形状のゲート電極9が形成されている。ここで、当該ゲート電極9は、平面視において、ソース電極の一部、高濃度ウエル領域3b、低濃度ウエル領域3a、およびJFET領域2aに渡って形成されている。   A gate electrode 9 having a desired shape is formed on the gate insulating film 8. Here, the gate electrode 9 is formed over a part of the source electrode, the high concentration well region 3b, the low concentration well region 3a, and the JFET region 2a in plan view.

ここで、JFET領域2aは、断面視において低濃度ウエル領域3aに隣接して形成されている。また、当該JFET領域2aは、ゲート絶縁膜8を介してゲート電極9の下方に形成されている。また、当該JFET領域2aに分布している不純物の導電型は、第一の導電型である。つまり、JFET領域2aは、第一の導電型を有する。   Here, the JFET region 2a is formed adjacent to the low concentration well region 3a in a sectional view. The JFET region 2a is formed below the gate electrode 9 with the gate insulating film 8 interposed therebetween. The conductivity type of the impurity distributed in the JFET region 2a is the first conductivity type. That is, the JFET region 2a has the first conductivity type.

また、当該ゲート電極9を覆うように、ゲート絶縁膜8上に層間絶縁膜14が形成されている。ここで、層間絶縁膜14は開口部を有しており、当該開口部からはウエルコンタクト領域6およびソース領域5の一部が臨まれる。そして、当該開口部の底部において、ウエルコンタクト領域6上面およびソース領域5の一部の上面と接するように、ソース電極11が形成されている。なお、炭化珪素半導体基板1の第二の主面上には、ドレイン電極10が形成されている。   An interlayer insulating film 14 is formed on the gate insulating film 8 so as to cover the gate electrode 9. Here, the interlayer insulating film 14 has an opening, and the well contact region 6 and a part of the source region 5 are exposed from the opening. A source electrode 11 is formed at the bottom of the opening so as to be in contact with the upper surface of the well contact region 6 and a part of the upper surface of the source region 5. A drain electrode 10 is formed on the second main surface of silicon carbide semiconductor substrate 1.

次に、本実施の形態に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法について、説明する。   Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described.

まず、図2を参照して、エピタキシャル結晶成長法などにより、第一の導電型を有する炭化珪素半導体基板1上に、第一の導電型を有する炭化珪素から成るドリフト層2を形成する。   First, referring to FIG. 2, drift layer 2 made of silicon carbide having the first conductivity type is formed on silicon carbide semiconductor substrate 1 having the first conductivity type by an epitaxial crystal growth method or the like.

ドリフト層2の厚さは5〜50μmあれば良く、第一の導電型の不純物濃度としては、1×1015〜1×1018cm-3あれば良い。こうすることで、数100V〜3kV以上の耐圧を持つ縦型電界効果型トランジスタが実現できる。なお、より好ましくは、ドリフト層2の厚さを10〜20μm、第一の導電型の不純物濃度として1×1015〜5×1016cm-3とする。 The thickness of the drift layer 2 may be 5 to 50 μm, and the impurity concentration of the first conductivity type may be 1 × 10 15 to 1 × 10 18 cm −3 . By doing so, a vertical field effect transistor having a breakdown voltage of several hundreds V to 3 kV or more can be realized. More preferably, the thickness of the drift layer 2 is 10 to 20 μm, and the impurity concentration of the first conductivity type is 1 × 10 15 to 5 × 10 16 cm −3 .

また、第一の導電型の炭化珪素半導体基板1としては、n型の導電性を示すことが望ましく、また、その面方位やポリタイプはいかなるものでも構わない。さらに、第一の導電型(ここでは、n型)の不純物濃度が1×1018cm-3以上ドーピングされていることが望ましい。 Moreover, it is desirable for the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate 1 to exhibit n-type conductivity, and any plane orientation or polytype may be used. Furthermore, it is desirable that the impurity concentration of the first conductivity type (here, n-type) is doped by 1 × 10 18 cm −3 or more.

一方、本実施の形態1で示した手法によらず、予めドリフト層2が形成されている炭化珪素半導体基板1を用いても良い。   On the other hand, silicon carbide semiconductor substrate 1 in which drift layer 2 is formed in advance may be used instead of the method shown in the first embodiment.

また図2と異なるが、ドリフト層2を形成後に、連続して第一の導電型を有するドリフト層(以下、第二のドリフト層2cと称する)をエピタキシャル結晶成長法などにより形成しておいても良い(図3参照)。   Although different from FIG. 2, after the drift layer 2 is formed, a drift layer having the first conductivity type (hereinafter referred to as the second drift layer 2 c) is continuously formed by an epitaxial crystal growth method or the like. (See FIG. 3).

当該第二のドリフト層2cの厚さは0.3〜1.0μmあれば良く、第一の導電型の不純物濃度としては、ドリフト層2よりも高濃度であれば良い(この場合、完成品におけるJFET領域2aの不純物濃度は、ドリフト層2の不純物濃度よりも高くなる)。このように設定することで、作製される電界効果型トランジスタのJFET領域2aにおける抵抗が低減される。   The thickness of the second drift layer 2c may be 0.3 to 1.0 μm, and the impurity concentration of the first conductivity type may be higher than that of the drift layer 2 (in this case, the finished product). The impurity concentration of the JFET region 2a is higher than the impurity concentration of the drift layer 2). By setting in this way, the resistance in the JFET region 2a of the manufactured field effect transistor is reduced.

なお、当該第二のドリフト層2cは、第一の導電型の不純物が均一に存在していても良く、上記ドリフト層2との界面近傍がより高濃度になっていても良く、さらには第一の導電型の不純物濃度の異なる2層以上の層からなっていても良い。   In the second drift layer 2c, the first conductivity type impurity may be uniformly present, the vicinity of the interface with the drift layer 2 may be higher in concentration, It may be composed of two or more layers having different impurity concentrations of one conductivity type.

当該第二のドリフト層2cを形成した場合は、素子外周部に存在する第二のドリフト層2cに対して写真製版と乾式もしくは湿式エッチングなどを施しても良い。つまり当該工程により、当該部分の第二のドリフト層2cを除去しても良い。そして、当該除去された領域の下方に存する上記ドリフト層2の表面内に、後述する第二の導電型を有する高耐圧保持可能領域4を形成する。   When the second drift layer 2c is formed, photolithography and dry or wet etching may be performed on the second drift layer 2c existing on the outer periphery of the element. In other words, the second drift layer 2c in the part may be removed by this process. Then, in the surface of the drift layer 2 existing below the removed region, a high breakdown voltage holdable region 4 having a second conductivity type described later is formed.

こうすることにより、比較的濃度の高い第二のドリフト層2cの不純物濃度に影響されずに、第二導電型を有する高耐圧保持可能領域4の不純物濃度分布を決定(設定)することができる。   By doing so, the impurity concentration distribution of the high withstand voltage holdable region 4 having the second conductivity type can be determined (set) without being influenced by the impurity concentration of the second drift layer 2c having a relatively high concentration. .

さて図2を用いた製造方法の説明に話を戻す。   Now, let us return to the description of the manufacturing method using FIG.

次に、図2を参照して写真製版とイオン注入(第一のイオン注入と把握できる)によって、前記ドリフト層2の表面内の所定の領域に、第二導電型を有する低濃度ウエル領域3aと第二の導電型を有する高耐圧保持可能領域4とを、同一の工程にて形成する。   Next, a low-concentration well region 3a having the second conductivity type is formed in a predetermined region within the surface of the drift layer 2 by photolithography and ion implantation (which can be understood as first ion implantation) with reference to FIG. And the high withstand voltage holdable region 4 having the second conductivity type are formed in the same process.

低濃度ウエル領域3aの深さおよび高耐圧保持可能領域4の深さは、ドリフト層2の深さを越えないようにし、これらの深さはたとえば0.4〜1.5μmあれば良い。第二の導電型の不純物濃度は、ドリフト層2中の第一の導電型の不純物濃度を超えるようにし、たとえば1×1017〜1×1019cm-3(好ましくは1×1017〜1×1018cm-3、より好ましくは1×1017〜5×1017cm-3)あれば良い。 The depth of the low-concentration well region 3a and the depth of the high withstand voltage holdable region 4 do not exceed the depth of the drift layer 2, and these depths may be, for example, 0.4 to 1.5 μm. The impurity concentration of the second conductivity type is set to exceed the impurity concentration of the first conductivity type in the drift layer 2, for example, 1 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 (preferably 1 × 10 17 to 1 × 10 18 cm −3 , more preferably 1 × 10 17 to 5 × 10 17 cm −3 ).

ここで上述したように、第二導電型を有する低濃度ウエル領域3aの表面近傍には、チャネルが形成される。また、低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とが同一の工程にて形成されるので、低濃度ウエル領域3aの不純物分布(不純物濃度分布)と高耐圧保持可能領域4の不純物分布(不純物濃度分布)とは、ほぼ同じとなる。   As described above, a channel is formed in the vicinity of the surface of the low concentration well region 3a having the second conductivity type. Further, since the low concentration well region 3a and the high breakdown voltage holdable region 4 are formed in the same process, the impurity distribution (impurity concentration distribution) of the low concentration well region 3a and the impurity distribution (high breakdown voltage holdable region 4) ( Impurity concentration distribution) is almost the same.

ここで、低濃度ウエル領域3aは、図2で示したように、比較的広範囲の領域に渡って形成しても良く、図4に示すように、比較的狭い範囲に分割して、低濃度ウエル領域3aを形成しても良い。   Here, the low concentration well region 3a may be formed over a relatively wide area as shown in FIG. 2, or divided into a relatively narrow range as shown in FIG. The well region 3a may be formed.

さて次に、図5に示すように、写真製版とイオン注入(第二のイオン注入および第三のイオン注入等を含む)によって、第二の導電型を有する高濃度ウエル領域3b、ウエルコンタクト領域6、第一の導電型を有するソース領域5、フィールドストッパー領域7を、各々所望の領域に形成する。   Next, as shown in FIG. 5, the high-concentration well region 3b having the second conductivity type, the well contact region by photolithography and ion implantation (including second ion implantation and third ion implantation). 6. Source region 5 and field stopper region 7 having the first conductivity type are formed in desired regions, respectively.

低濃度ウエル領域3aの所定の箇所に対して、イオン注入処理(第二のイオン注入処理)を施すことにより、高濃度ウエル領域3bを形成する。ここで上述の通り、高濃度ウエル領域3bは、第二の導電型を有している。また、高濃度ウエル領域3bの不純物濃度は、低濃度ウエル領域3aの不純物濃度よりも高い。   A high concentration well region 3b is formed by performing ion implantation processing (second ion implantation processing) on a predetermined portion of the low concentration well region 3a. Here, as described above, the high-concentration well region 3b has the second conductivity type. The impurity concentration of the high concentration well region 3b is higher than the impurity concentration of the low concentration well region 3a.

また、高濃度ウエル領域3bの所定の箇所に対して、イオン注入処理(第三のイオン注入処理)を施すことにより、第一の導電型を有するソース領域5を形成する。   Further, the source region 5 having the first conductivity type is formed by performing ion implantation processing (third ion implantation processing) on a predetermined portion of the high concentration well region 3b.

図5から分かるように、平面視した場合、高濃度ウエル領域3bは、低濃度ウエル領域3aの形成領域内に含まれている。   As can be seen from FIG. 5, when viewed in plan, the high concentration well region 3b is included in the formation region of the low concentration well region 3a.

当該高濃度ウエル領域3bの深さは、ドリフト層2の深さを越えないようにし、当該高濃度ウエル領域3bの深さは、たとえば0.4〜2.0μmあれば良い。また高濃度ウエル領域3bの深さは、低濃度ウエル領域3aの深さを超えることが望ましい。   The depth of the high-concentration well region 3b does not exceed the depth of the drift layer 2, and the depth of the high-concentration well region 3b may be 0.4 to 2.0 μm, for example. It is desirable that the depth of the high concentration well region 3b exceeds the depth of the low concentration well region 3a.

さらに、第二の導電型の不純物濃度は、低濃度ウエル領域3a中の第二の導電型の不純物濃度を超えるようにし、たとえば2×1017〜2×1019cm-3あれば良い。また当該第二の導電型の不純物濃度は、基板表面側に向かって不純物濃度が減少するように分布していても良い。 Further, the impurity concentration of the second conductivity type exceeds the impurity concentration of the second conductivity type in the low-concentration well region 3a, and may be, for example, 2 × 10 17 to 2 × 10 19 cm −3 . The impurity concentration of the second conductivity type may be distributed so that the impurity concentration decreases toward the substrate surface side.

ここで、図4に示す態様にて低濃度ウエル領域3aを形成した場合には、図4の点線にて示されているように、高濃度ウエル領域3bを形成すれば良い。ここで、図4において、低濃度ウエル領域3aと高濃度ウエル領域3bとは、50nm〜5um程度重なるように形成しても良い。   Here, when the low concentration well region 3a is formed in the mode shown in FIG. 4, the high concentration well region 3b may be formed as shown by the dotted line in FIG. Here, in FIG. 4, the low concentration well region 3a and the high concentration well region 3b may be formed to overlap each other by about 50 nm to 5 μm.

また、ソース領域5の深さは、高濃度ウエル領域3bの深さを超えないようにし、その深さはたとえば10nm〜0.5μmあれば良い。また、ソース領域5中の第一の導電型の不純物濃度は、高濃度ウエル領域3bの第二の導電型の不純物濃度を超えるようにし、たとえば1×1018〜1×1021cm-3あれば良い。 Further, the depth of the source region 5 should not exceed the depth of the high concentration well region 3b, and the depth may be, for example, 10 nm to 0.5 μm. The impurity concentration of the first conductivity type in the source region 5 exceeds the impurity concentration of the second conductivity type in the high-concentration well region 3b, for example, 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3. It ’s fine.

さらに、ソース領域5は、図5に示すように高濃度ウエル領域3bの内部に含まれるように形成することが望ましい。つまり、上述したように、図5の断面視において、ソース領域5の端部と低濃度ウエル領域3aとの間に、高濃度ウエル領域3bが形成されていることが望ましい。   Furthermore, the source region 5 is preferably formed so as to be included in the high concentration well region 3b as shown in FIG. That is, as described above, it is desirable that the high concentration well region 3b be formed between the end portion of the source region 5 and the low concentration well region 3a in the cross-sectional view of FIG.

なお、上記のように、ソース領域5の端部と低濃度ウエル領域3aとの間に、高濃度ウエル領域3bが形成されている場合には、チャネルは、ソース領域5の端部から高濃度ウエル領域3b、低濃度ウエル領域3aの各表面部分に渡って形成される。当該場合において、たとえば微細なチャネル長を持つ素子を作製するとき、図5の断面視における低濃度ウエル領域3aの幅は(より具体的には、表面近傍の当該低濃度ウエル領域3aの幅は)、0.1〜2.0um(より好ましくは0.3〜1.0um)であることが望ましい。また、図5の断面視におけるソース領域5と低濃度ウエル領域3aとの間に存する、高濃度ウエル領域3bの幅は(より具体的には、表面近傍の当該高濃度ウエル領域3bの幅は)、1.0um以下(より好ましくは0.5um以下)であることが望ましい。   As described above, when the high-concentration well region 3b is formed between the end portion of the source region 5 and the low-concentration well region 3a, the channel is formed from the end portion of the source region 5 to the high-concentration well region 3b. It is formed over each surface portion of the well region 3b and the low concentration well region 3a. In this case, for example, when fabricating an element having a fine channel length, the width of the low concentration well region 3a in the cross-sectional view of FIG. 5 is (more specifically, the width of the low concentration well region 3a near the surface is ), 0.1 to 2.0 μm (more preferably 0.3 to 1.0 μm). Further, the width of the high concentration well region 3b existing between the source region 5 and the low concentration well region 3a in the cross-sectional view of FIG. 5 (more specifically, the width of the high concentration well region 3b in the vicinity of the surface is ), 1.0 um or less (more preferably 0.5 um or less).

図5を用いて説明した工程終了後、続いて、当該図5に示した基板を洗浄する。そして当該洗浄を施した後に、熱処理装置を用いて当該基板に対して熱処理を施す。ここで、当該熱処理は、たとえば1400〜1800℃程度の温度で、たとえば30秒〜1時間程度行われる。当該熱処理の結果、上記までの各イオン注入工程により注入されたイオンが、電気的に活性化される。   After completion of the process described with reference to FIG. 5, the substrate shown in FIG. 5 is subsequently cleaned. And after performing the said washing | cleaning, it heat-processes with respect to the said board | substrate using a heat processing apparatus. Here, the heat treatment is performed at a temperature of about 1400 to 1800 ° C., for example, for about 30 seconds to 1 hour, for example. As a result of the heat treatment, the ions implanted in the above ion implantation steps are electrically activated.

当該熱処理以降は、通常の手法に基づいて、酸化珪素や酸化窒化珪素や金属酸化膜や金属窒化膜などからなるゲート絶縁膜8形成、多結晶珪素や高融点金属からなるゲート電極9形成、酸化珪素や窒化珪素からなる層間絶縁膜14堆積、ニッケルやチタン、アルミニウムの珪化物からなるソース電極11とドレイン電極10の形成等を形成した後、保護膜を形成するなどによって、図1に示した炭化珪素半導体装置が完成する。   After the heat treatment, formation of a gate insulating film 8 made of silicon oxide, silicon oxynitride, metal oxide film, metal nitride film, etc., formation of a gate electrode 9 made of polycrystalline silicon or a refractory metal, oxidation based on ordinary methods After forming the interlayer insulating film 14 made of silicon or silicon nitride, forming the source electrode 11 and drain electrode 10 made of nickel, titanium, or aluminum silicide, etc., the protective film is formed as shown in FIG. A silicon carbide semiconductor device is completed.

なお、上記炭化珪素半導体装置の完成までの工程において、ゲート絶縁膜8形成前に、エピタキシャルチャネル領域12を形成する工程を追加しても良い。これにより、図6に示す構造(つまり、図1の構成にエピタキシャルチャネル領域12が別途設けられた構成)の炭化珪素半導体装置が形成される。   In the process up to the completion of the silicon carbide semiconductor device, a process of forming epitaxial channel region 12 may be added before gate insulating film 8 is formed. Thereby, a silicon carbide semiconductor device having the structure shown in FIG. 6 (that is, a structure in which epitaxial channel region 12 is separately provided in the structure of FIG. 1) is formed.

ここで、エピタキシャルチャネル領域12は、第一または第二の導電型の炭化珪素から構成される。また、当該エピタキシャルチャネル領域12の膜厚は、10〜1000nm程度である。また、断面視において当該エピタキシャルチャネル領域12は、ソース領域5の一部上、高濃度ウエル領域3b上、低濃度ウエル領域3a上、およびJFET領域2a上に渡って形成される。   Here, epitaxial channel region 12 is made of silicon carbide of the first or second conductivity type. The film thickness of the epitaxial channel region 12 is about 10 to 1000 nm. In a cross-sectional view, the epitaxial channel region 12 is formed over a part of the source region 5, over the high concentration well region 3b, over the low concentration well region 3a, and over the JFET region 2a.

また、図3を示して説明したように、第二のドリフト層2cを形成した場合には、炭化珪素半導体装置は、たとえば、図7,8のような構成となる。ここで、図1の構成に対して第二のドリフト層2cの構成を付加した場合が、図7である。また、図6の構成に対して第二のドリフト層2cの構成を付加した場合が、図8である。   In addition, as described with reference to FIG. 3, when second drift layer 2c is formed, the silicon carbide semiconductor device has a configuration as shown in FIGS. Here, FIG. 7 shows a case where the configuration of the second drift layer 2c is added to the configuration of FIG. FIG. 8 shows a case where the configuration of the second drift layer 2c is added to the configuration of FIG.

なお、図7、8から分かるように、JFET領域2aは、断面視において、低濃度ウエル領域に隣接して形成されており、ゲート絶縁膜8等を介してゲート電極9の下方に存する。また、図7,8では、JFET領域2a(第二のドリフト層2cと把握できる)の不純物濃度は、ドリフト層2の不純物濃度よりも高い。   As can be seen from FIGS. 7 and 8, the JFET region 2a is formed adjacent to the low-concentration well region in a cross-sectional view, and exists below the gate electrode 9 through the gate insulating film 8 and the like. 7 and 8, the impurity concentration of the JFET region 2 a (which can be grasped as the second drift layer 2 c) is higher than the impurity concentration of the drift layer 2.

以上のように、本実施の形態に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法では、低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とが同一の工程にて形成している。したがって、一の工程で、低濃度ウエル領域3aおよび高耐圧保持可能領域4を効率良く形成できる。よって、低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とを別々に形成する場合よりも、本実施の形態に係わる方法の方が製造コストの削減を図ることができる。   As described above, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, low concentration well region 3a and high withstand voltage holdable region 4 are formed in the same process. Therefore, the low concentration well region 3a and the high withstand voltage holdable region 4 can be efficiently formed in one process. Therefore, the manufacturing cost can be reduced by the method according to the present embodiment, compared with the case where the low-concentration well region 3a and the high withstand voltage holdable region 4 are formed separately.

なお、低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とが同一の工程にて形成されるので、低濃度ウエル領域3aの不純物分布(不純物濃度分布)と高耐圧保持可能領域4の不純物分布(不純物濃度分布)とは、ほぼ同じとなる(より具体的には、深さ方向の分布がほぼ同一となる)。   Since the low concentration well region 3a and the high breakdown voltage holdable region 4 are formed in the same process, the impurity distribution (impurity concentration distribution) of the low concentration well region 3a and the impurity distribution (high breakdown voltage holdable region 4) ( Impurity concentration distribution) is substantially the same (more specifically, the distribution in the depth direction is substantially the same).

また、本実施の形態に係わる炭化珪素半導体装置では、図1に示すように、断面視において、ソース領域5と低濃度ウエル領域3aとの間には、高濃度ウエル領域3bが形成されている。したがって、当該炭化珪素半導体装置の短チャネル化を図ったとしても、リーク電流が抑制されるので、短チャネル効果を抑制することができる。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, a high concentration well region 3b is formed between the source region 5 and the low concentration well region 3a in a cross-sectional view. . Therefore, even if the silicon carbide semiconductor device is shortened, leakage current is suppressed, so that the short channel effect can be suppressed.

なお、上記では、低濃度ウエル領域3aの不純物濃度分布と高耐圧保持可能領域4の不純物濃度分布とがほぼ同じとなる構成(第一の構成と称する)と、断面視においてソース領域5と低濃度ウエル領域3aとの間に高濃度ウエル領域3bが形成される構成(第二の構成と称する)とを含む、炭化珪素半導体装置について言及した。しかし、以下の構成の炭化珪素半導体装置であっても良い。   In the above description, the impurity concentration distribution of the low concentration well region 3a and the impurity concentration distribution of the high breakdown voltage holdable region 4 are substantially the same (referred to as the first configuration), and the source region 5 is low in cross section. The silicon carbide semiconductor device including the configuration (referred to as the second configuration) in which the high concentration well region 3b is formed between the concentration well region 3a has been described. However, a silicon carbide semiconductor device having the following configuration may be used.

つまり、第一の構成と、ソース領域5の端部が、断面視において低濃度ウエル領域3aと直接接している構成(つまり、断面視において領域5と領域3aとの間に高濃度ウエル領域3bが形成されていない構成)とを含む、炭化珪素半導体装置であっても良い。この場合には、上述した効果の内、製造コストの削減の効果のみを奏する。なお、当該構成の場合には、チャネルは、ソース領域5の端部から低濃度ウエル領域3aの表面を通って、JFET領域2aに到達する範囲に渡って形成される。また、当該場合には、ON閾値の低い炭化珪素半導体装置を提供することができる。   That is, the first configuration and the configuration in which the end of the source region 5 is in direct contact with the low-concentration well region 3a in a cross-sectional view (that is, the high-concentration well region 3b between the region 5 and the region 3a in the cross-sectional view). A structure in which is not formed). In this case, only the effect of reducing the manufacturing cost is exhibited among the above-described effects. In the case of this configuration, the channel is formed over the range from the end of the source region 5 to the JFET region 2a through the surface of the low-concentration well region 3a. In this case, a silicon carbide semiconductor device with a low ON threshold can be provided.

これに対して、低濃度ウエル領域3aの不純物濃度分布と高耐圧保持可能領域4の不純物濃度分布とが異なるとなる構成(つまり、領域3aと領域4とが別途独立に実施されることにより形成される構成と把握できる)と、第二の構成とを含む、炭化珪素半導体装置であっても良い。この場合には、上述した効果の内、短チャネル効果の抑制のみを図ることができる。   On the other hand, the structure in which the impurity concentration distribution in the low concentration well region 3a and the impurity concentration distribution in the high withstand voltage holdable region 4 are different (that is, the region 3a and the region 4 are formed separately and separately) And a silicon carbide semiconductor device including the second configuration. In this case, only the short channel effect can be suppressed among the effects described above.

さらに、上記した各構成の炭化珪素半導体装置に共通して、以下の効果も奏する。   Furthermore, the following effects are also exhibited in common with the silicon carbide semiconductor devices having the above-described configurations.

つまり、チャネルが形成される領域に低濃度ウエル領域3aが形成されているので、高耐圧を保持する高濃度ウエル領域3b中のみにチャネルが形成される場合よりも、チャネル移動度が増加する。したがって、上記各構成の炭化珪素半導体装置は、オン抵抗の低減を図ることができる。   That is, since the low concentration well region 3a is formed in the region where the channel is formed, the channel mobility is increased as compared with the case where the channel is formed only in the high concentration well region 3b that maintains a high breakdown voltage. Therefore, the silicon carbide semiconductor device having each configuration described above can reduce the on-resistance.

また、当該低濃度ウエル領域3aは、その深さ方向に渡って低濃度である。したがって、チャネルとなる部分を通過する注入イオンが少なくて済む。これにより、当該チャネルとなる部分の注入ダメージ(注入欠陥発生)を抑制することができる。よって、チャネル移動度の増加や、その上に形成されるゲート絶縁膜8の欠陥やMOS界面の欠陥の発生を抑制できる。   The low concentration well region 3a has a low concentration in the depth direction. Therefore, the number of implanted ions that pass through the channel portion is small. Thereby, it is possible to suppress implantation damage (occurrence of implantation defects) in the portion that becomes the channel. Therefore, increase in channel mobility, generation of defects in the gate insulating film 8 formed thereon and defects at the MOS interface can be suppressed.

また、JFET領域2aに隣接している低濃度ウエル領域3aの不純物濃度が低いので、当該JFET領域2aへの空乏層の広がりを抑制できる。したがって、JFET抵抗の低減を図ることができる。   Further, since the impurity concentration of the low-concentration well region 3a adjacent to the JFET region 2a is low, the spread of the depletion layer to the JFET region 2a can be suppressed. Therefore, the JFET resistance can be reduced.

また、図7,8の構成では、JFET領域2a(第二のドリフト層2cと把握できる)の不純物濃度は、ドリフト層2の不純物濃度よりも高い。したがって、JFET領域2aにおける抵抗をより低減することができる。   7 and 8, the impurity concentration of the JFET region 2 a (which can be grasped as the second drift layer 2 c) is higher than the impurity concentration of the drift layer 2. Therefore, the resistance in the JFET region 2a can be further reduced.

<実施の形態2>
本実施の形態は、実施の形態1で説明した各構成(断面視において、低濃度ウエル領域3aとソース領域5とが接している構成は除く)に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法に適用できる。
<Embodiment 2>
The present embodiment can be applied to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device related to each configuration described in the first embodiment (excluding a configuration in which low-concentration well region 3a and source region 5 are in contact with each other in a cross-sectional view). .

当該本実施の形態に係わる製造方法は、実施の形態1に係わる方法において、高濃度ウエル領域3bに形成されるチャネル長の寸法を精密に制御することができる方法に関するものである。以下、本実施の形態に係わる製造方法について説明する。   The manufacturing method according to the present embodiment relates to a method capable of precisely controlling the channel length dimension formed in the high concentration well region 3b in the method according to the first embodiment. Hereinafter, the manufacturing method according to the present embodiment will be described.

まず、図2を用いて説明した各工程を実施する。ここで、実施の形態1の他の構成例の炭化珪素半導体装置でも言及したように、低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とを別工程で形成しても良い。   First, each process demonstrated using FIG. 2 is implemented. Here, as also mentioned in the silicon carbide semiconductor device of another configuration example of the first embodiment, the low concentration well region 3a and the high breakdown voltage holdable region 4 may be formed in separate steps.

さて次に、ドリフト層2上に、所定の形状にパターニングされたマスク材(第一の膜と把握できる)20aを形成する。ここで、当該マスク材20aとして、フォトレジストでも良いが、好ましくは多結晶珪素、非晶質珪素、酸化珪素、および窒化珪素のいずれかから構成されているものであっても良い。   Next, a mask material (which can be grasped as a first film) 20 a patterned into a predetermined shape is formed on the drift layer 2. Here, the mask material 20a may be a photoresist, but may preferably be composed of any of polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon oxide, and silicon nitride.

次に、当該マスク材20aをマスクとして用いて、イオン注入処理(第二のイオン注入処理と把握できる)を施す。ここで、当該イオン注入処理では、アルミニウム(Al)イオンまたはホウ素(B)イオン等が注入される。当該イオン注入処理により、図9に示すように、ドリフト層2の表面内の所定の領域に、高濃度ウエル領域3bが形成される。   Next, an ion implantation process (which can be grasped as a second ion implantation process) is performed using the mask material 20a as a mask. Here, in the ion implantation process, aluminum (Al) ions, boron (B) ions, or the like is implanted. By the ion implantation process, as shown in FIG. 9, a high concentration well region 3 b is formed in a predetermined region in the surface of the drift layer 2.

次に、当該マスク材20aを覆うように、ドリフト層2上に所定の膜(第二の膜と把握できる)21を形成する(図10)。当該所定の膜21として、フォトレジスト、多結晶珪素、非晶質珪素、酸化珪素、および窒化珪素のいずれかから構成されるものを採用することができる。また、所定の膜21の形成方法として、たとえば塗布法や化学的気相成長法等を採用することができる。   Next, a predetermined film (which can be grasped as a second film) 21 is formed on the drift layer 2 so as to cover the mask material 20a (FIG. 10). As the predetermined film 21, a film made of any of photoresist, polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon oxide, and silicon nitride can be employed. Moreover, as a method for forming the predetermined film 21, for example, a coating method, a chemical vapor deposition method, or the like can be employed.

当該所定の膜21の形成後、当該所定の膜21に対して、反応性イオンエッチングなどの異方性エッチング処理を施す。これにより、図11に示すように、マスク材20aの側壁に、自己整合的にサイドウォール21aを形成する。ここで、当該サイドウォール21aの最も膜厚の厚い部分は、所定の膜(第二の膜と把握できる)21の成膜時の膜厚に相当する幅の膜厚を有する。   After the predetermined film 21 is formed, the predetermined film 21 is subjected to an anisotropic etching process such as reactive ion etching. Thus, as shown in FIG. 11, sidewalls 21a are formed on the sidewalls of the mask material 20a in a self-aligning manner. Here, the thickest portion of the sidewall 21a has a thickness corresponding to the thickness of the predetermined film (which can be grasped as the second film) 21 at the time of film formation.

次に、図12を参照して、素子形成領域外においてチャネルが形成される必要のない領域に、フォトレジストなどのマスク材20dを形成する。その後、図12に示すように、サイドウォール21aが形成されたマスク材20a、およびマスク材20dをマスクとして使用して、不純物イオン注入処理(第三のイオン注入処理と把握できる)を実施する。ここで、注入される不純物イオンは、第一の導電型を有する。当該不純物イオンとして、たとえばn型である窒素(N)イオンやリン(P)イオン等を採用することができる。   Next, referring to FIG. 12, a mask material 20d such as a photoresist is formed in a region where a channel is not required to be formed outside the element formation region. Thereafter, as shown in FIG. 12, an impurity ion implantation process (which can be understood as a third ion implantation process) is performed using the mask material 20a on which the sidewalls 21a are formed and the mask material 20d as a mask. Here, the implanted impurity ions have the first conductivity type. As the impurity ions, for example, n-type nitrogen (N) ions or phosphorus (P) ions can be employed.

当該イオン注入処理により、図12に示すように、ソース領域5が形成される。当該ソース領域5の深さは、高濃度ウエル領域3bの深さを超えないようにし、その深さはたとえば10nm〜0.5μmあれば良い。また、ソース領域5中の第一の導電型の不純物濃度は、高濃度ウエル領域3b中の第二の導電型の不純物濃度を超えるようにし、たとえば1×1018〜1×1021cm-3あれば良い。 By the ion implantation process, the source region 5 is formed as shown in FIG. The depth of the source region 5 does not exceed the depth of the high-concentration well region 3b, and the depth may be, for example, 10 nm to 0.5 μm. The impurity concentration of the first conductivity type in the source region 5 exceeds the impurity concentration of the second conductivity type in the high-concentration well region 3b, for example, 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3. I just need it.

ここで、断面視における、形成されたソース電極5と低濃度ウエル領域3aとの間に存在する高濃度ウエル領域3bの幅(図13の幅L)は、サイドウォール21aの最も膜厚の厚い箇所の膜厚に相当する。つまり、当該高濃度ウエル領域3bの幅(図13の幅L)は、上記所定の膜(第二の膜と把握できる)21の成膜時の膜厚に相当する。   Here, the width of the high concentration well region 3b (width L in FIG. 13) existing between the formed source electrode 5 and the low concentration well region 3a in a cross-sectional view is the thickest of the sidewalls 21a. Corresponds to the film thickness at the location. That is, the width of the high-concentration well region 3b (width L in FIG. 13) corresponds to the film thickness when the predetermined film (which can be grasped as the second film) 21 is formed.

なお、図13の幅Lの長さは、10nmから1um(より好ましくは10〜500nm)あれば良い。   Note that the length of the width L in FIG. 13 may be 10 nm to 1 μm (more preferably 10 to 500 nm).

ソース領域5形成後、次に、写真製版とイオン注入によって、第二の導電型を有するウエルコンタクト領域、第一の導電型を有するフィールドストッパー領域を形成する。ここで、ウエルコンタクト領域の深さは、ソース領域5を越えて、さらに高濃度ウエル領域3bを超えないようにする。また、第二の導電型の不純物濃度は、ソース領域5中の第一の導電型の不純物濃度を越えるようにし、たとえば1×1018〜1×1021cm-3あれば良い。 After forming the source region 5, next, a well contact region having the second conductivity type and a field stopper region having the first conductivity type are formed by photolithography and ion implantation. Here, the depth of the well contact region does not exceed the source region 5 and does not exceed the high concentration well region 3b. Further, the impurity concentration of the second conductivity type exceeds the impurity concentration of the first conductivity type in the source region 5, and may be, for example, 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 .

なお、注入イオンを活性化させるための熱処理以降の工程は、実施の形態1と同様である。したがって、ここでの詳細な説明は省略する。   The steps after the heat treatment for activating the implanted ions are the same as those in the first embodiment. Therefore, detailed description here is omitted.

以上のように、本実施の形態に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法は、マスク材(第一の膜と把握できる)20aをマスクとして使用してイオン注入処理(第二のイオン注入処理と把握できる)を実施することにより、高濃度ウエル領域3bを形成している。その後、当該マスク材20aの側面にサイドウォール21aを自己整合的に形成し、当該サイドウォール21aが形成されたマスク材20aをマスクとして使用してイオン注入処理(第三のイオン注入処理と把握できる)を実施することにより、ソース領域5を形成している。   As described above, the silicon carbide semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment uses the mask material (which can be grasped as the first film) 20a as a mask to perform ion implantation processing (second ion implantation treatment and grasping). The high-concentration well region 3b is formed. Thereafter, a side wall 21a is formed on the side surface of the mask material 20a in a self-aligned manner, and the mask material 20a on which the side wall 21a is formed is used as a mask. ) Is performed to form the source region 5.

したがって、高濃度ウエル領域3bの表面近傍に形成されるチャネルの長さを、自己整合的に精密に制御することが可能となる。なお、上述したように、当該チャネルの長さ(図13の幅L)は、サイドウォール21aの膜厚(つまり、所定の膜の成膜時の膜厚)にほぼ相当する。また、上記工程からも分かるように、サイドウォール21の膜厚は、どの方向にも対称な厚さで作製可能となる。したがって、高濃度ウエル領域3bの表面近傍に形成されるチャネルの長さは、どの方向にも同じ長さとなる。   Therefore, the length of the channel formed in the vicinity of the surface of the high concentration well region 3b can be precisely controlled in a self-aligning manner. As described above, the length of the channel (width L in FIG. 13) substantially corresponds to the film thickness of the sidewall 21a (that is, the film thickness when a predetermined film is formed). Further, as can be seen from the above process, the sidewall 21 can be formed with a symmetrical thickness in any direction. Therefore, the length of the channel formed in the vicinity of the surface of the high-concentration well region 3b is the same in any direction.

なお、高濃度ウエル領域3bの表面近傍は、低濃度ウエル領域3aの表面近傍よりも第二の導電型の不純物濃度が高い。したがって、当該高濃度ウエル領域3bでは、より不純物散乱の影響を受けやすく、チャネル移動度が減少する。よって、高濃度ウエル領域3bにおけるチャネル長は、チャネル移動度の観点からは短いほうが望ましい。   The impurity concentration of the second conductivity type is higher in the vicinity of the surface of the high concentration well region 3b than in the vicinity of the surface of the low concentration well region 3a. Therefore, the high concentration well region 3b is more susceptible to impurity scattering, and the channel mobility is reduced. Therefore, the channel length in the high-concentration well region 3b is preferably short from the viewpoint of channel mobility.

しかしながら、高濃度ウエル領域3bにおけるチャネル長が縮小すると、短チャネル効果が発現して素子のオフ時のリーク電流が増加する。したがって、ソース領域5から当該チャネル領域に延びる空乏層を抑えるために、高濃度ウエル領域3bに形成されるチャネル長は適度な長さを持つことが望ましい(つまり、上述のように、図13の幅Lの長さは、10nmから1um(より好ましくは10〜500nm)あれば良い)。   However, when the channel length in the high-concentration well region 3b is reduced, the short channel effect appears and the leakage current when the device is off increases. Therefore, in order to suppress a depletion layer extending from the source region 5 to the channel region, it is desirable that the channel length formed in the high concentration well region 3b has an appropriate length (that is, as described above, as shown in FIG. The length of the width L may be 10 nm to 1 μm (more preferably 10 to 500 nm).

そして、本実施の形態に係わる製造方法を採用することにより、当該高濃度ウエル領域3bの表面近傍に形成されるチャネルの長さを、精密に制御できる。   By adopting the manufacturing method according to the present embodiment, the length of the channel formed near the surface of the high-concentration well region 3b can be precisely controlled.

なお、本実施の形態に係わる製造方法を採用することにより、ソース領域5は低濃度ウエル領域3aと直接、接していない。したがって、実施の形態1でも述べたように、短チャネル効果が抑制できて素子の短チャネル長化に有利である。   By adopting the manufacturing method according to the present embodiment, the source region 5 is not in direct contact with the low concentration well region 3a. Therefore, as described in the first embodiment, the short channel effect can be suppressed, which is advantageous for shortening the channel length of the element.

なお、上述したように、実施の形態1と同様に低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とを、同一の工程にて形成しても、別工程で形成しても良い。もし、低濃度ウエル領域3aおよび高耐圧保持可能領域4を同一の工程にて形成した場合には、実施の形態1でも説明したように、別々に形成する場合よりも製造コストを下げることができる。   As described above, the low-concentration well region 3a and the high withstand voltage holdable region 4 may be formed in the same process or in different processes as in the first embodiment. If the low-concentration well region 3a and the high withstand voltage holdable region 4 are formed in the same process, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where they are formed separately as described in the first embodiment. .

<実施の形態3>
本実施の形態は、実施の形態1で説明した各構成に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法に適用できる。
<Embodiment 3>
The present embodiment can be applied to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to each configuration described in the first embodiment.

当該本実施の形態に係わる製造方法は、実施の形態1に係わる方法において、低濃度ウエル領域3aに形成されるチャネル長の寸法を精密に制御することができる方法に関するものである。以下、本実施の形態に係わる製造方法について説明する。   The manufacturing method according to the present embodiment relates to a method capable of precisely controlling the channel length dimension formed in the low concentration well region 3a in the method according to the first embodiment. Hereinafter, the manufacturing method according to the present embodiment will be described.

まず、実施の形態1で説明したように、炭化珪素半導体基板1の第一の主面上にドリフト層2を形成する。ここで、予めドリフト層が形成されている炭化珪素半導体基板1を用意しても良い。なお、実施の形態1で示したように、第一の導電型を有する第二のドリフト層2cを形成しても良い(図3参照)。   First, as described in the first embodiment, drift layer 2 is formed on the first main surface of silicon carbide semiconductor substrate 1. Here, silicon carbide semiconductor substrate 1 on which a drift layer is formed in advance may be prepared. As shown in the first embodiment, the second drift layer 2c having the first conductivity type may be formed (see FIG. 3).

次に、図14に示すように、ドリフト層2上に、所定のパターン形状を有する、多結晶珪素または非晶質珪素(以下、マスク材30aと称する)を形成する。ここで、写真製版工程を実施することにより、所定のパターン形状を有する当該マスク材30aは形成される。   Next, as shown in FIG. 14, polycrystalline silicon or amorphous silicon (hereinafter referred to as a mask material 30 a) having a predetermined pattern shape is formed on the drift layer 2. Here, the mask material 30a having a predetermined pattern shape is formed by performing the photolithography process.

次に、当該マスク材30aをマスクとして用いて、第二の導電型の不純物イオンを注入するイオン注入処理(第一のイオン注入処理であると把握できる)を施す。ここで、当該イオン注入処理では、p型の不純物イオンである、アルミニウム(Al)イオンまたはホウ素(B)イオン等が注入される。当該イオン注入処理により、図14に示すように、ドリフト層2の表面内の所定の領域に、低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とが同一の工程にて形成される。   Next, using the mask material 30a as a mask, an ion implantation process for implanting second conductivity type impurity ions (which can be grasped as the first ion implantation process) is performed. Here, in the ion implantation process, aluminum (Al) ions, boron (B) ions, or the like, which are p-type impurity ions, are implanted. By the ion implantation process, as shown in FIG. 14, the low concentration well region 3 a and the high breakdown voltage holdable region 4 are formed in a predetermined region in the surface of the drift layer 2 in the same process.

ここで、図14に示すように、低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とを同一の工程にて形成しても良く、また、低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とを別々に形成しても良い。両ケースに対して共通することは、マスク材20aは、低濃度ウエル領域3aを形成するためのものであると把握できる。   Here, as shown in FIG. 14, the low concentration well region 3a and the high withstand voltage holdable region 4 may be formed in the same process, and the low concentration well region 3a and the high withstand voltage holdable region 4 May be formed separately. What is common to both cases is that the mask material 20a is for forming the low-concentration well region 3a.

さて、低濃度ウエル領域3aの形成後、次に、上記マスク材30aに対して熱酸化処理を施す。当該熱酸化処理により、図15に示すように、マスク材30aの側面および上面は酸化され、当該各面上に(各面内も含む)酸化珪素等の酸化膜30bが、自己整合的に形成される。   Now, after the formation of the low concentration well region 3a, the mask material 30a is subjected to thermal oxidation treatment. As shown in FIG. 15, the side surface and the upper surface of the mask material 30a are oxidized by the thermal oxidation treatment, and an oxide film 30b such as silicon oxide (including the inside of each surface) is formed on each surface in a self-aligned manner. Is done.

ここで、当該熱酸化処理は、炭化珪素がほとんど酸化されない温度範囲(たとえば800〜1000℃)で施される。   Here, the said thermal oxidation process is performed in the temperature range (for example, 800-1000 degreeC) in which silicon carbide is hardly oxidized.

次に、高耐圧保持可能領域4が形成された領域上方に、フォトレジスト30cを形成する。後述する高濃度ウエル領域3bの形成の際に実施されるイオン注入処理(第二のイオン注入処理と把握できる)の際に、当該フォトレジスト30cの形成により、高耐圧保持可能領域4には当該イオン注入はされない。   Next, a photoresist 30c is formed above the region where the high breakdown voltage holdable region 4 is formed. In the ion implantation process (which can be grasped as the second ion implantation process) that is performed when the high-concentration well region 3b described later is formed, the formation of the photoresist 30c causes the high breakdown voltage holdable region 4 to Ion implantation is not performed.

次に、マスク材30aと酸化膜30bとから成る複合マスク(つまり、酸化膜30bが形成された、多結晶珪素もしくは非晶質珪素から成るマスクである。当該複合マスクの体積は、自己整合的に、マスク材30aの体積よりも大きくなっている)と、フォトレジスト等のマスク材30cとをマスクとして用いて、第二の導電型の不純物イオンを注入するイオン注入処理(第二のイオン注入処理と把握できる)を実施する。   Next, a composite mask composed of the mask material 30a and the oxide film 30b (that is, a mask made of polycrystalline silicon or amorphous silicon on which the oxide film 30b is formed. The volume of the composite mask is self-aligned. And a mask material 30c such as a photoresist as a mask, and an ion implantation process for implanting second conductivity type impurity ions (second ion implantation). Can be understood as processing).

ここで、当該イオン注入処理では、p型の不純物イオンである、アルミニウム(Al)イオンまたはホウ素(B)イオン等が注入される。当該イオン注入処理により、図15に示すように、ドリフト層2の表面内の所定の領域に(つまり、低濃度ウエル領域3aと一部において重複するように)、高濃度ウエル領域3bが形成される。   Here, in the ion implantation process, aluminum (Al) ions, boron (B) ions, or the like, which are p-type impurity ions, are implanted. By the ion implantation process, as shown in FIG. 15, a high concentration well region 3b is formed in a predetermined region within the surface of the drift layer 2 (that is, partially overlapping with the low concentration well region 3a). The

なお、高濃度ウエル領域3bが形成された結果、断面視において当該高濃度ウエル領域3bの両脇に低濃度ウエル領域3aが存する。ここで、当該低濃度ウエル領域3aの断面視の幅(これは、低濃度ウエル領域3aに形成されるチャネル長と把握できる)は、10nm〜1.0um(好ましくは10〜500nm)であれば良い。   As a result of the formation of the high concentration well region 3b, the low concentration well region 3a exists on both sides of the high concentration well region 3b in a cross-sectional view. Here, the cross-sectional width of the low-concentration well region 3a (which can be grasped as the channel length formed in the low-concentration well region 3a) is 10 nm to 1.0 μm (preferably 10 to 500 nm). good.

次に、実施の形態2と同様な方法により、マスク材30aと酸化膜30bとから成る複合マスクの側面にサイドウォール21aを形成する(図16)。そして、図16を参照して、素子形成領域外においてチャネルが形成される必要のない領域に、フォトレジストなどのマスク材30dを形成する。   Next, sidewalls 21a are formed on the side surfaces of the composite mask composed of mask material 30a and oxide film 30b by the same method as in the second embodiment (FIG. 16). Then, referring to FIG. 16, a mask material 30d such as a photoresist is formed in a region where the channel does not need to be formed outside the element formation region.

その後、実施の形態2と同様に、サイドウォール21aが形成された複合マスク(マスク材30a+酸化膜30b)、およびマスク材30dをマスクとして使用して、不純物イオン注入処理(第三のイオン注入処理と把握できる)を実施する。ここで、注入される不純物イオンは、第一の導電型を有する。当該不純物イオンとして、たとえばn型である窒素(N)イオンやリン(P)イオン等を採用することができる。   Thereafter, as in the second embodiment, impurity ion implantation processing (third ion implantation processing) is performed using the composite mask (mask material 30a + oxide film 30b) on which the sidewalls 21a are formed and the mask material 30d as masks. Can be grasped). Here, the implanted impurity ions have the first conductivity type. As the impurity ions, for example, n-type nitrogen (N) ions or phosphorus (P) ions can be employed.

当該イオン注入処理により、実施の形態2と同様に、ソース領域5が形成される(図16)。ここで、断面視においてソース領域5と低濃度ウエル領域3aとの間に形成される高濃度ウエル領域3bの幅(つまり、高濃度ウエル領域3bに形成されるチャネル長は)は、10nmから1um(より好ましくは10〜500nm)あれば良い。   By the ion implantation process, the source region 5 is formed as in the second embodiment (FIG. 16). Here, in a cross-sectional view, the width of the high concentration well region 3b formed between the source region 5 and the low concentration well region 3a (that is, the channel length formed in the high concentration well region 3b) is 10 nm to 1 μm. (More preferably, it may be 10 to 500 nm).

ソース領域5形成後、実施の形態2と同様に、写真製版とイオン注入によって、第二の導電型を有するウエルコンタクト領域、第一の導電型を有するフィールドストッパー領域を形成する。   After the source region 5 is formed, a well contact region having the second conductivity type and a field stopper region having the first conductivity type are formed by photolithography and ion implantation, as in the second embodiment.

なお、注入イオンを活性化させるための熱処理以降の工程は、実施の形態1と同様である。したがって、ここでの詳細な説明は省略する。   The steps after the heat treatment for activating the implanted ions are the same as those in the first embodiment. Therefore, detailed description here is omitted.

以上のように、本実施の形態に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法は、多結晶珪素または非晶質珪素から成るマスク材30aをマスクとして使用してイオン注入処理(第一のイオン注入処理と把握できる)を実施することにより、低濃度ウエル領域3aを形成している。その後、当該マスク材30aに対して熱酸化処理を施すことにより酸化膜30bを形成し、当該酸化膜30bが形成されたマスク材30aをマスクとして使用して(つまり、上記複合マスクをマスクとして使用して)イオン注入処理(第二のイオン注入処理と把握できる)を実施することにより、高濃度ウエル領域3bを形成している。   As described above, the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment uses the mask material 30a made of polycrystalline silicon or amorphous silicon as a mask, and performs ion implantation processing (first ion implantation processing and The low concentration well region 3a is formed. Thereafter, a thermal oxidation process is performed on the mask material 30a to form an oxide film 30b, and the mask material 30a on which the oxide film 30b is formed is used as a mask (that is, the composite mask is used as a mask). The high concentration well region 3b is formed by performing an ion implantation process (which can be grasped as a second ion implantation process).

したがって、低濃度ウエル領域3aの表面近傍に形成されるチャネルの長さを、自己整合的に精密に制御することが可能となる。ここで、当該チャネルの長さは、マスク材30aの酸化速度から、時間制御によって精密に所望の寸法で形成される。   Therefore, the length of the channel formed near the surface of the low concentration well region 3a can be precisely controlled in a self-aligning manner. Here, the length of the channel is precisely formed in a desired dimension by time control from the oxidation rate of the mask material 30a.

ここで、上記工程からも分かるように、マスク材30aに対して酸化膜30bは、どの方向にも対称な体積で作製可能となる。したがって、低濃度ウエル領域3aの表面近傍に形成されるチャネルの長さは、どの方向にも同じ長さとなる。   Here, as can be seen from the above steps, the oxide film 30b can be formed with a symmetrical volume in any direction with respect to the mask material 30a. Therefore, the length of the channel formed in the vicinity of the surface of the low-concentration well region 3a is the same in any direction.

なお、本実施の形態に係わる製造方法を採用することにより、ソース領域5の端部は低濃度ウエル領域3aと直接、接していない。したがって、実施の形態1でも述べたように、短チャネル効果が抑制できて素子の短チャネル長化に有利である。   By adopting the manufacturing method according to the present embodiment, the end portion of the source region 5 is not in direct contact with the low concentration well region 3a. Therefore, as described in the first embodiment, the short channel effect can be suppressed, which is advantageous for shortening the channel length of the element.

ここで、上記では実施の形態2と同様に、断面視において、ソース領域5と低濃度ウエル領域3aとの間に、高濃度ウエル領域3bが形成される方法について言及した。しかし、たとえば、ソース領域5と低濃度ウエル領域3aとが接する構造を有する炭化珪素半導体装置を製造する場合には、上記サイドウォール21aを形成する工程を省略しても良い。しかし、この場合には、素子の短チャネル長化に有利でなくなる。   Here, like the second embodiment, the method of forming the high concentration well region 3b between the source region 5 and the low concentration well region 3a in the cross-sectional view is mentioned above. However, for example, when manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a structure in which source region 5 and low-concentration well region 3a are in contact with each other, the step of forming sidewall 21a may be omitted. However, this is not advantageous for shortening the channel length of the device.

また、上述したように、実施の形態1と同様に低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とを、同一の工程にて形成しても、別工程で形成しても良い。もし、低濃度ウエル領域3aおよび高耐圧保持可能領域4を同一の工程にて形成した場合には、実施の形態1でも説明したように、別々に形成する場合よりも製造コストを下げることができる。   Further, as described above, the low-concentration well region 3a and the high withstand voltage holdable region 4 may be formed in the same process or in different processes as in the first embodiment. If the low-concentration well region 3a and the high withstand voltage holdable region 4 are formed in the same process, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where they are formed separately as described in the first embodiment. .

<実施の形態4>
本実施の形態は、実施の形態1で説明した各構成に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法に適用できる。
<Embodiment 4>
The present embodiment can be applied to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to each configuration described in the first embodiment.

当該本実施の形態に係わる製造方法は、実施の形態3に係わる製造方法と同様に、低濃度ウエル領域3aに形成されるチャネル長の寸法を精密に制御することができる方法に関するものである。   Similar to the manufacturing method according to the third embodiment, the manufacturing method according to the present embodiment relates to a method capable of precisely controlling the dimension of the channel length formed in the low-concentration well region 3a.

実施の形態3に係わる製造方法では、多結晶珪素または非晶質珪素から成るマスク材30aをマスクとして用いて、低濃度ウエル領域3a形成のためのイオン注入処理を実行した。その後、当該マスク材30aを熱酸化処理することにより、マスク材30aに酸化膜30bを形成させ、自己整合的に複合マスクを作成した。そして、当該複合マスクを用いて、高濃度ウエル領域3b形成のためのイオン注入処理を施した。   In the manufacturing method according to the third embodiment, ion implantation processing for forming the low-concentration well region 3a is performed using the mask material 30a made of polycrystalline silicon or amorphous silicon as a mask. Thereafter, the mask material 30a was thermally oxidized to form an oxide film 30b on the mask material 30a, and a composite mask was formed in a self-aligning manner. Then, ion implantation processing for forming the high concentration well region 3b was performed using the composite mask.

これに対して、本実施の形態4に係わる製造方法では、フォトレジスト等のマスクを用いて、低濃度ウエル領域3a形成のためのイオン注入処理を実行する。その後、実施の形態2で説明した方法を習い、フォトレジスト等のマスクの側面にサイドウォールを自己整合的に形成する。そして、サイドウォールが形成されたマスクを用いて、高濃度ウエル領域3b形成のためのイオン注入処理を施す。   On the other hand, in the manufacturing method according to the fourth embodiment, ion implantation processing for forming the low concentration well region 3a is performed using a mask such as a photoresist. After that, the method described in Embodiment 2 is learned, and sidewalls are formed in a self-aligned manner on the side surfaces of a mask such as a photoresist. Then, ion implantation processing for forming the high-concentration well region 3b is performed using the mask on which the sidewall is formed.

以下、本実施の形態に係わる製造方法について説明する。   Hereinafter, the manufacturing method according to the present embodiment will be described.

まず、実施の形態1で説明したように、炭化珪素半導体基板1の第一の主面上にドリフト層2を形成する。ここで、予めドリフト層が形成されている炭化珪素半導体基板1を用意しても良い。なお、実施の形態1で示したように、第一の導電型を有する第二のドリフト層2cを形成しても良い(図3参照)。   First, as described in the first embodiment, drift layer 2 is formed on the first main surface of silicon carbide semiconductor substrate 1. Here, silicon carbide semiconductor substrate 1 on which a drift layer is formed in advance may be prepared. As shown in the first embodiment, the second drift layer 2c having the first conductivity type may be formed (see FIG. 3).

次に、図17に示すように、ドリフト層2上に、所定の形状にパターニングされたマスク材(第一の膜と把握できる)40aを形成する。ここで、当該マスク材40aとして、フォトレジストでも良いが、好ましくは多結晶珪素、非晶質珪素、酸化珪素、および窒化珪素のいずれかから構成されているものであっても良い。   Next, as shown in FIG. 17, a mask material (which can be grasped as a first film) 40 a patterned into a predetermined shape is formed on the drift layer 2. Here, the mask material 40a may be a photoresist, but may preferably be composed of any of polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon oxide, and silicon nitride.

次に、当該マスク材40aをマスクとして用いて、第二の導電型の不純物イオンを注入するイオン注入処理(第一のイオン注入処理であると把握できる)を施す。ここで、当該イオン注入処理では、p型の不純物イオンである、アルミニウム(Al)イオンまたはホウ素(B)イオン等が注入される。   Next, using the mask material 40a as a mask, an ion implantation process (which can be grasped as the first ion implantation process) for implanting impurity ions of the second conductivity type is performed. Here, in the ion implantation process, aluminum (Al) ions, boron (B) ions, or the like, which are p-type impurity ions, are implanted.

当該イオン注入処理により、図17に示すように、ドリフト層2の表面内の所定の領域に、低濃度ウエル領域3aが形成される。なお、図17では、低濃度ウエル領域3aと同一の工程にて高耐圧保持可能領域4を形成されている。しかし、両領域3a,4を別工程にて形成しても良い。   By the ion implantation process, as shown in FIG. 17, a low concentration well region 3 a is formed in a predetermined region in the surface of the drift layer 2. In FIG. 17, the high breakdown voltage holdable region 4 is formed in the same process as the low concentration well region 3a. However, both regions 3a and 4 may be formed in separate steps.

次に、当該マスク材40aを覆うように、ドリフト層2上に所定の膜(第二の膜と把握できる)を形成する(図示せず)。当該所定の膜として、フォトレジスト、多結晶珪素、非晶質珪素、酸化珪素、および窒化珪素のいずれかから構成されるものを採用することができる。また、所定の膜の形成方法として、たとえば塗布法や化学的気相成長法等を採用することができる。   Next, a predetermined film (which can be grasped as a second film) is formed on the drift layer 2 so as to cover the mask material 40a (not shown). As the predetermined film, a film made of any of photoresist, polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon oxide, and silicon nitride can be employed. Further, as a method for forming the predetermined film, for example, a coating method, a chemical vapor deposition method, or the like can be employed.

当該所定の膜の形成後、当該所定の膜に対して、反応性イオンエッチングなどの異方性エッチング処理を施す。これにより、図18に示すように、マスク材40aの側壁にサイドウォール41aを自己整合的に形成する。ここで、当該サイドウォール41aの最も膜厚の厚い部分は、所定の膜(第二の膜と把握できる)の成膜時の膜厚に相当する幅の膜厚を有する。   After the predetermined film is formed, an anisotropic etching process such as reactive ion etching is performed on the predetermined film. As a result, as shown in FIG. 18, sidewalls 41a are formed in a self-aligned manner on the sidewalls of the mask material 40a. Here, the thickest portion of the sidewall 41a has a thickness corresponding to the thickness of the predetermined film (which can be grasped as the second film).

次に、図18を参照して、素子形成領域外においてチャネルが形成される必要のない領域に、フォトレジストなどのマスク材44を形成する。その後、図18に示すように、サイドウォール41aが形成されたマスク材40a、およびマスク材44をマスクとして使用して、第二の導電型の不純物イオンを注入するイオン注入処理(第二のイオン注入処理と把握できる)を実施する。   Next, referring to FIG. 18, a mask material 44 such as a photoresist is formed in a region outside the element formation region where a channel need not be formed. Thereafter, as shown in FIG. 18, ion implantation processing (second ions) for implanting impurity ions of the second conductivity type using the mask material 40 a formed with the sidewall 41 a and the mask material 44 as a mask. Implement the injection process.

ここで、当該イオン注入処理では、p型の不純物イオンである、アルミニウム(Al)イオンまたはホウ素(B)イオン等が注入される。当該イオン注入処理により、図18に示すように、ドリフト層2の表面内の所定の領域に(つまり、低濃度ウエル領域3aと一部において重複するように)、高濃度ウエル領域3bが形成される。   Here, in the ion implantation process, aluminum (Al) ions, boron (B) ions, or the like, which are p-type impurity ions, are implanted. By the ion implantation process, as shown in FIG. 18, a high concentration well region 3b is formed in a predetermined region in the surface of the drift layer 2 (that is, partially overlapping with the low concentration well region 3a). The

また、高濃度ウエル3bが形成された結果の断面視における低濃度ウエル領域3aの幅は、サイドウォール41aの最も膜厚の厚い箇所の膜厚に相当する。つまり、当該低濃度ウエル領域3aの幅は、上記所定の膜(第二の膜と把握できる)の成膜時の膜厚に相当する。   In addition, the width of the low concentration well region 3a in a cross-sectional view as a result of forming the high concentration well 3b corresponds to the thickness of the thickest portion of the sidewall 41a. That is, the width of the low-concentration well region 3a corresponds to the film thickness when the predetermined film (which can be grasped as the second film) is formed.

その後、もし、断面視においてソース領域5と低濃度ウエル領域3aとの間に高濃度ウエル領域が存するように、当該ソース領域5を形成する場合には、実施の形態2に係わる方法を実施する。   Thereafter, if the source region 5 is formed so that the high concentration well region exists between the source region 5 and the low concentration well region 3a in a cross-sectional view, the method according to the second embodiment is performed. .

また、ソース領域5形成後の工程は、実施の形態3と同様であるので、ここでの説明は省略する。   Further, since the process after the formation of the source region 5 is the same as that in the third embodiment, the description thereof is omitted here.

以上のように、本実施の形態に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法は、マスク材40aをマスクとして使用してイオン注入処理(第一のイオン注入処理と把握できる)を実施することにより、低濃度ウエル領域3aを形成している。その後、当該マスク材40aの側面に対して自己整合的にサイドウォール41aを形成し、当該サイドウォール41aが形成されたマスク材40aをマスクとして使用して、イオン注入処理(第二のイオン注入処理と把握できる)を実施することにより、高濃度ウエル領域3bを形成している。   As described above, the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment is low by performing the ion implantation process (can be grasped as the first ion implantation process) using the mask material 40a as a mask. A concentration well region 3a is formed. Thereafter, a side wall 41a is formed in a self-aligned manner with respect to the side surface of the mask material 40a, and the mask material 40a on which the side wall 41a is formed is used as a mask to perform ion implantation processing (second ion implantation processing). The high-concentration well region 3b is formed.

したがって、低濃度ウエル領域3aの表面近傍に形成されるチャネルの長さを、自己整合的に精密に制御することが可能となる。ここで、当該チャネルの長さは、上記所定の膜(第二の膜と把握できる)の成膜時の膜厚に相当する。   Therefore, the length of the channel formed near the surface of the low concentration well region 3a can be precisely controlled in a self-aligning manner. Here, the length of the channel corresponds to the film thickness when the predetermined film (which can be grasped as the second film) is formed.

ここで、上記工程からも分かるように、マスク材40aに対してサイドウォール41aは、どの方向にも対称的に作製可能となる。したがって、低濃度ウエル領域3aの表面近傍に形成されるチャネルの長さは、どの方向にも同じ長さとなる。   Here, as can be seen from the above steps, the sidewall 41a can be formed symmetrically in any direction with respect to the mask material 40a. Therefore, the length of the channel formed in the vicinity of the surface of the low-concentration well region 3a is the same in any direction.

なお、本実施の形態に係わる製造方法を採用することにより、ソース領域5の端部は低濃度ウエル領域3aと直接、接していない。したがって、実施の形態1でも述べたように、短チャネル効果が抑制できて素子の短チャネル長化に有利である。   By adopting the manufacturing method according to the present embodiment, the end portion of the source region 5 is not in direct contact with the low concentration well region 3a. Therefore, as described in the first embodiment, the short channel effect can be suppressed, which is advantageous for shortening the channel length of the element.

ここで、上記では実施の形態2と同様に、断面視において、ソース領域5と低濃度ウエル領域3aとの間に、高濃度ウエル領域3bが形成される方法について言及した。しかし、たとえば、ソース領域5と低濃度ウエル領域3aとが接する構造を有する炭化珪素半導体装置を製造する場合には、上記サイドウォール21aを形成する工程を省略しても良い。しかし、この場合には、素子の短チャネル長化に有利でなくなる。   Here, like the second embodiment, the method of forming the high concentration well region 3b between the source region 5 and the low concentration well region 3a in the cross-sectional view is mentioned above. However, for example, when manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a structure in which source region 5 and low-concentration well region 3a are in contact with each other, the step of forming sidewall 21a may be omitted. However, this is not advantageous for shortening the channel length of the device.

また、上述したように、実施の形態1と同様に低濃度ウエル領域3aと高耐圧保持可能領域4とを、同一の工程にて形成しても、別工程で形成しても良い。もし、両領域3a,4を同一の工程にて形成した場合には、実施の形態1でも説明したように、別々に形成する場合よりも製造コストを下げることができる。   Further, as described above, the low-concentration well region 3a and the high withstand voltage holdable region 4 may be formed in the same process or in different processes as in the first embodiment. If both the regions 3a and 4 are formed in the same process, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where they are formed separately as described in the first embodiment.

また、図7,8では、断面視においてソース領域5と低濃度ウエル領域3aとの間に高濃度ウエル領域3bが形成されている場合であって、JFET領域2aの不純物濃度が、ドリフト層2の不純物濃度よりも高い場合の構成を図示した。   7 and 8, when the high concentration well region 3b is formed between the source region 5 and the low concentration well region 3a in a cross-sectional view, the impurity concentration of the JFET region 2a is equal to the drift layer 2 in FIG. The structure in the case where the impurity concentration is higher than the above is shown.

しかし、図19,20に示すように、断面視においてソース領域5の端部と低濃度ウエル領域3aとが直接接している場合であって、JFET領域2aの不純物濃度が、ドリフト層2の不純物濃度よりも高い場合の構成を採用することも可能である。なお、図19は、エピタキシャルチャネル領域が形成されない構成であり、図20は、エピタキシャルチャネル領域が形成される構成である。   However, as shown in FIGS. 19 and 20, the end of the source region 5 and the low-concentration well region 3 a are in direct contact with each other in a cross-sectional view, and the impurity concentration of the JFET region 2 a is less than that of the drift layer 2. It is also possible to adopt a configuration in the case where the concentration is higher than the concentration. FIG. 19 shows a configuration in which an epitaxial channel region is not formed, and FIG. 20 shows a configuration in which an epitaxial channel region is formed.

また、高耐圧保持可能領域4の形状、構成等は、上記各実施の形態に記載したものに限定され無い。たとえば、上記各実施の形態では、断面視における高耐圧保持可能領域4の数は、3つである。しかし、当該数は単数であっても、3未満または3より大きくても良い。   Further, the shape, configuration and the like of the high withstand voltage holdable region 4 are not limited to those described in the above embodiments. For example, in each of the above embodiments, the number of the high withstand voltage holdable regions 4 in the cross-sectional view is three. However, the number may be singular or less than 3 or greater than 3.

また、以上の説明での第一の導電型と第二の導電型の組み合わせは、n型とp型、もしくはその逆でも良い。第一の導電型をn型とするとnチャネルの電界効果型トランジスタが実現され、第一の導電型をp型とするとpチャネルの電界効果型トランジスタが実現される。   The combination of the first conductivity type and the second conductivity type in the above description may be n-type and p-type, or vice versa. When the first conductivity type is n-type, an n-channel field effect transistor is realized, and when the first conductivity type is p-type, a p-channel field effect transistor is realized.

実施の形態1に係わる炭化珪素半導体装置の要部構成を示す断面図である。1 is a cross sectional view showing a configuration of a main part of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。9 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。9 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。9 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。9 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係わる炭化珪素半導体装置の他の構成を示す断面図である。FIG. 8 is a cross sectional view showing another configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係わる炭化珪素半導体装置の他の構成を示す断面図である。FIG. 8 is a cross sectional view showing another configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係わる炭化珪素半導体装置の他の構成を示す断面図である。FIG. 8 is a cross sectional view showing another configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態2に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。9 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 実施の形態2に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。9 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 実施の形態2に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。9 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 実施の形態2に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。9 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 断面視における高濃度ウエル領域の幅について説明するための拡大断面図である。It is an expanded sectional view for demonstrating the width | variety of the high concentration well area | region in a cross sectional view. 実施の形態3に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment. 実施の形態3に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。FIG. 11 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment. 実施の形態3に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。FIG. 11 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment. 実施の形態4に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment. 実施の形態4に係わる炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment. 本発明に係わる炭化珪素半導体装置の他の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of the silicon carbide semiconductor device concerning this invention. 本発明に係わる炭化珪素半導体装置の他の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of the silicon carbide semiconductor device concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 炭化珪素半導体基板、2 ドリフト層、2a JFET領域、2c 第二のドリフト層、3a 低濃度ウエル領域、3b 高濃度ウエル領域、4 高耐圧保持可能領域(JTEまたはガードリング)、5 ソース領域、6 ウエルコンタクト領域、7 フィールドストッパー領域、8 ゲート絶縁膜、9 ゲート電極、10 ドレイン電極、11 ソース電極、12 エピタキシャルチャネル領域、14 層間絶縁膜、20a,40a マスク材(第一の膜)、21 所定の膜(第二の膜)、21a,41a サイドウォール、30a マスク材(多結晶珪素または非晶質珪素)、30b 酸化膜、20d,30c,30d,44 マスク材(フォトレジスト)。
1 silicon carbide semiconductor substrate, 2 drift layer, 2a JFET region, 2c second drift layer, 3a low concentration well region, 3b high concentration well region, 4 high breakdown voltage holdable region (JTE or guard ring), 5 source region, 6 well contact region, 7 field stopper region, 8 gate insulating film, 9 gate electrode, 10 drain electrode, 11 source electrode, 12 epitaxial channel region, 14 interlayer insulating film, 20a, 40a mask material (first film), 21 Predetermined film (second film), 21a, 41a sidewall, 30a mask material (polycrystalline silicon or amorphous silicon), 30b oxide film, 20d, 30c, 30d, 44 mask material (photoresist).

Claims (9)

第一の導電型である炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板上に形成される、第一の導電型であるドリフト層と、
前記ドリフト層の表面のチャネル領域に形成される、第二の導電型である第1のウエル領域と、
前記ドリフト層の表面のチャネル領域に形成される、第二の導電型である第2のウエル領域と
を備え、
前記第1のウエル領域は、前記第2のウエル領域に隣接し、かつ、前記第1のウエル領域の不純物濃度は、前記第2のウエル領域の不純物濃度よりも低いこと
を特徴とする炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide semiconductor substrate having a first conductivity type;
A drift layer of a first conductivity type formed on the silicon carbide semiconductor substrate;
A first well region of a second conductivity type formed in a channel region on the surface of the drift layer;
A second well region of a second conductivity type formed in a channel region on the surface of the drift layer,
The first carbide region is adjacent to the second well region, and the impurity concentration of the first well region is lower than the impurity concentration of the second well region. Semiconductor device.
前記第2のウエル領域の表面の所定箇所に形成される、第一の導電型であるソース領域を備えること
を特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
2. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a source region having a first conductivity type, which is formed at a predetermined position on the surface of the second well region.
前記炭化珪素半導体装置自体を囲むように、前記炭化珪素半導体装置の周縁部の前記ドリフト層の表面に形成される、第2の導電型である高耐圧保持可能領域を備え、
前記高耐圧保持可能領域は、前記第1のウエル領域と略同一の不純物濃度であること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。
A high withstand voltage holding region that is a second conductivity type and is formed on the surface of the drift layer at the periphery of the silicon carbide semiconductor device so as to surround the silicon carbide semiconductor device itself,
3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the high withstand voltage holdable region has substantially the same impurity concentration as the first well region. 4.
(A)第一の導電型を有する炭化珪素半導体基板上に、第一の導電型となるドリフト層を形成する工程と、
(B)前記ドリフト層の表面に、第二の導電型となる所定の不純物濃度の第1のウエル領域を形成する工程と、
(C)前記ドリフト層の表面の前記第1のウエル領域に隣接するように、第二の導電型となり、かつ、前記第1のウエル領域よりも不純物濃度の高い第2のウエル領域を形成する工程と
を備える炭化珪素半導体装置の製造方法。
(A) forming a drift layer having the first conductivity type on a silicon carbide semiconductor substrate having the first conductivity type;
(B) forming a first well region having a predetermined impurity concentration of the second conductivity type on the surface of the drift layer;
(C) forming a second well region of the second conductivity type and having an impurity concentration higher than that of the first well region so as to be adjacent to the first well region on the surface of the drift layer; A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device comprising the steps.
(D)前記第2のウエル領域の表面の所定箇所に、第一の導電型となるソース領域を形成する工程と
を更に備える請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
(D) The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of Claim 4 further equipped with the process of forming the source region which becomes a 1st conductivity type in the predetermined location of the surface of the said 2nd well region.
前記炭化珪素半導体装置自体を囲むように、前記炭化珪素半導体装置の周辺部に第2の導電型となる高耐圧保持可能領域を、前記工程(C)により形成する
請求項4又は請求項5に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
6. The high withstand voltage holdable region of the second conductivity type is formed in the peripheral part of the silicon carbide semiconductor device by the step (C) so as to surround the silicon carbide semiconductor device itself. The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of description.
前記工程(B)の後に、
(E)所定の形状を有する第一の膜を、前記ドリフト層上に形成する工程と
を備え、
前記工程(C)は、前記第一の膜をマスクとして用いて、前記第2のウエル領域を形成する
請求項4から6のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
After the step (B)
(E) forming a first film having a predetermined shape on the drift layer,
7. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 4, wherein in the step (C), the second well region is formed using the first film as a mask. 8.
前記工程(A)の後に、
(F)所定の形状を有する第二の膜を、前記ドリフト層上に形成する工程と、
前記工程(B)の後に、
(G)前記第二の膜を熱酸化処理する工程と
を備え、
前記工程(B)は、前記第二の膜をマスクとして用いて、前記第1のウエル領域を形成し、
前記工程(C)は、前記熱酸化処理された第二の膜をマスクとして用いて、前記第2のウエル領域を形成する
請求項4から6のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
After the step (A),
(F) forming a second film having a predetermined shape on the drift layer;
After the step (B)
(G) a step of thermally oxidizing the second film,
The step (B) uses the second film as a mask to form the first well region,
7. The silicon carbide semiconductor device according to claim 4, wherein in the step (C), the second well region is formed using the thermally oxidized second film as a mask. 8. Production method.
前記工程(A)の後に、
(F)所定の形状を有する第二の膜を、前記ドリフト層上に形成する工程と、
前記工程(B)の後に、
(H)前記第二の膜上、及び前記ドリフト層上に第三の膜を形成する工程と、
(I)前記第三の膜を異方性エッチング処理する工程と
を備え、
前記工程(B)は、前記第二の膜をマスクとして用いて、前記第1のウエル領域を形成し、
前記工程(C)は、前記異方性エッチング処理された第三の膜をマスクとして用いて、前記第2のウエル領域を形成する
請求項4から6のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
After the step (A),
(F) forming a second film having a predetermined shape on the drift layer;
After the step (B)
(H) forming a third film on the second film and on the drift layer;
(I) a step of anisotropically etching the third film,
The step (B) uses the second film as a mask to form the first well region,
7. The silicon carbide semiconductor according to claim 4, wherein in the step (C), the second well region is formed using the anisotropic-etched third film as a mask. 8. Device manufacturing method.
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