JP2010267762A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which an avalanche breakdown is stably generated in a pn junction when a breakdown voltage is applied, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: In the semiconductor device, an MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) includes an n-type drift layer 2 formed on an n-type substrate 1 of silicon carbide, and a p-type body layer 3 selectively formed on the n-type drift layer 2. The MOSFET is a punch-through type element, and the p-type body layer 3 has, at a center part (contact region 3c), a part having a longer trailing pattern of a p-type impurity concentration profile along the depth of the n-type drift layer 2 than an end (channel formation region 3b or terminal region 5). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭化珪素(SiC)を用いて形成された半導体装置およびその製造方法に関し、特に、pn接合でなだれ降伏を安定して生じさせる装置構造、並びにそのpn接合を形成するためのイオン注入技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device formed using silicon carbide (SiC) and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a device structure that stably generates avalanche breakdown at a pn junction, and ion implantation for forming the pn junction. It is about technology.

近年、省エネルギーの観点からパワーデバイスの特性改善の要求が高まっており、次世代の高耐圧低損失スイッチング素子として、SiCを用いて形成したMOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor)やpn接合ダイオード、ショットキ障壁ダイオードが有望視されている。   In recent years, there has been an increasing demand for improving the characteristics of power devices from the viewpoint of energy saving, and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), pn junction diodes, Schottkys formed using SiC as the next generation high breakdown voltage low loss switching elements. Barrier diodes are promising.

一般に、これらの素子は、n型領域内に選択的に形成されたp型領域を有しており、その間にはpn接合が形成される。p型領域は、アクセプタとなる元素のイオン注入と、その後の活性化熱処理によって形成される。またp型領域の終端部に、徐々にドーピング濃度を低減させた終端構造を設け、その部分での電界集中を低減する技術が知られている(例えば、特許文献1)。   Generally, these elements have a p-type region selectively formed in an n-type region, and a pn junction is formed therebetween. The p-type region is formed by ion implantation of an element serving as an acceptor and subsequent activation heat treatment. Further, a technique is known in which a termination structure in which the doping concentration is gradually reduced is provided at the termination portion of the p-type region, and the electric field concentration at that portion is reduced (for example, Patent Document 1).

また、MOSFETの耐圧保持領域およびチャネル形成領域となるp型ボディ領域の形成に関して、テーパ形状のマスクを用い、注入角度の異なる2方向からのイオン注入を行うことによって所望のドーピング濃度分布を得る技術が知られている(例えば、特許文献2)。   A technique for obtaining a desired doping concentration distribution by performing ion implantation from two directions with different implantation angles using a taper-shaped mask with respect to the formation of the breakdown voltage holding region and the channel formation region of the MOSFET. Is known (for example, Patent Document 2).

従来、半導体素子の形成に用いられるSiC基板としては、結晶多形制御のため、表面が基準面の結晶面に対して一定の角度(オフ角)だけ傾いたものが使用されてきた。しかし、ウエハの大口径化および結晶成長技術の向上により、オフ角は従来の8°から、4°に低減される傾向にある(例えば、特許文献3)。   Conventionally, as a SiC substrate used for forming a semiconductor element, a substrate whose surface is inclined by a certain angle (off angle) with respect to a crystal plane of a reference plane has been used for controlling crystal polymorphism. However, the off-angle tends to be reduced from the conventional 8 ° to 4 ° by increasing the wafer diameter and improving the crystal growth technique (for example, Patent Document 3).

特表2000−516767号公報JP 2000-516767 特開2004−39744号公報JP 2004-39744 A 特表2008−542181Special table 2008-542181

通常のSi基板を用いた半導体装置の製造では、MOSFETのボディ領域などのp型領域の形成の際には、チャネリング防止などの目的でイオン注入の角度が考慮されることがあった。しかし、p型領域の終端構造の形成に関してまでは、その考慮は成されていなかった。そのため、MOSFETやpn接合ダイオードに、降伏電圧が印加されたときになだれ降伏を安定して生じさせるという点では、充分な素子構造とは言えなかった。   In the manufacture of a semiconductor device using a normal Si substrate, the angle of ion implantation may be considered for the purpose of preventing channeling or the like when forming a p-type region such as a body region of a MOSFET. However, no consideration has been given to the formation of the termination structure of the p-type region. Therefore, it cannot be said that the device structure is sufficient in that avalanche breakdown is stably generated when a breakdown voltage is applied to a MOSFET or a pn junction diode.

特にSiC基板を用いた半導体装置(SiCデバイス)では、従来は基板のオフ角が大きく(8°)、基板表面に垂直な方向からイオン注入を行ってもチャネリング等の問題は生じないので、p型領域の形成の際でもイオン注入の角度が考慮されることはなかった。つまり従来のSiCデバイスの製造では、イオン注入の角度がSiCデバイスの特性に与える影響が少なかったため、考慮する必要が無かったのである。   In particular, in a semiconductor device (SiC device) using a SiC substrate, conventionally, the substrate has a large off angle (8 °), and even if ion implantation is performed from a direction perpendicular to the substrate surface, problems such as channeling do not occur. Even when forming the mold region, the angle of ion implantation was not considered. In other words, in the manufacture of the conventional SiC device, the influence of the ion implantation angle on the characteristics of the SiC device was small, so there was no need to consider it.

しかし近年のようにSiC基板のオフ角が小さくなると、イオン注入の角度がSiCデバイスの特性に少なからず影響するようになると考えられる。よってその角度を適切に制御すれば、SiCデバイスの特性向上が期待できる。   However, when the off-angle of the SiC substrate is reduced as in recent years, it is considered that the ion implantation angle has a considerable influence on the characteristics of the SiC device. Therefore, if the angle is appropriately controlled, improvement in the characteristics of the SiC device can be expected.

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、降伏電圧が印加されたときにpn接合になだれ降伏が安定して生じる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device in which avalanche breakdown is stably generated at a pn junction when a breakdown voltage is applied, and a method for manufacturing the same. To do.

本発明に係る半導体装置は、炭化珪素の基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、前記ドリフト層の上部に選択的に形成された第2導電型領域とを有し、前記第2導電型領域と前記ドリフト層との境界のpn接合に降伏電圧が印加されたとき当該pn接合から伸びる空乏層が前記ドリフト層を突き抜けるパンチスルー型の半導体素子を備える半導体装置であって、前記第2導電型領域が、中央部に、端部よりも第2導電型不純物濃度プロファイルの前記ドリフト層の深さ方向への裾引きが長い部分を有しているものである。   A semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type drift layer formed on a silicon carbide substrate, and a second conductivity type region selectively formed on the drift layer. A semiconductor device comprising a punch-through type semiconductor element in which a depletion layer extending from a pn junction penetrates the drift layer when a breakdown voltage is applied to a pn junction at a boundary between a two-conductivity type region and the drift layer, The second conductivity type region has a portion at the center where the tailing of the second conductivity type impurity concentration profile in the depth direction of the drift layer is longer than the end.

本発明によれば、パンチスルー型の半導体素子の第2導電型領域と前記ドリフト層との境界のpn接合において、そのpn接合から空乏層が伸びるとき、中央部が端部よりも先に(低い電圧で)基板に達するようになる。それにより、pn接合で生じるなだれ降伏は安定したものとなる。   According to the present invention, when the depletion layer extends from the pn junction at the boundary between the second conductivity type region of the punch-through type semiconductor element and the drift layer, the center portion is ahead of the end portion ( It reaches the substrate (at a low voltage). This stabilizes the avalanche breakdown that occurs at the pn junction.

本発明に係る半導体装置であるMOSFETの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of MOSFET which is a semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置のドリフト層のドーピング濃度と最大電界値および空乏層幅との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the doping concentration of the drift layer of the semiconductor device which concerns on this invention, the maximum electric field value, and the depletion layer width. 本発明に係るMOSFETの構成の他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of a structure of MOSFET which concerns on this invention. 本発明に係るMOSFETの構成の他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of a structure of MOSFET which concerns on this invention. 4H−SiCへのイオン注入における注入角度と不純物濃度分布との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the implantation angle and ion concentration distribution in ion implantation to 4H-SiC. 実施の形態1におけるイオン注入工程を示す図である。6 is a diagram showing an ion implantation step in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるイオン注入工程を示す図である。6 is a diagram showing an ion implantation step in Embodiment 1. FIG. 実施の形態2におけるイオン注入工程を示す図である。10 is a diagram showing an ion implantation step in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2におけるイオン注入工程を示す図である。10 is a diagram showing an ion implantation step in Embodiment 2. FIG. 実施の形態3におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an ion implantation process in a third embodiment. 実施の形態3におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an ion implantation process in a third embodiment. 実施の形態4におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an ion implantation step in a fourth embodiment. 実施の形態4におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an ion implantation step in a fourth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置であるMOSFETの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a MOSFET which is a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態6に係る半導体装置であるダイオードの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a diode that is a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態7におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an ion implantation step in a seventh embodiment. 実施の形態7におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an ion implantation step in a seventh embodiment. 実施の形態8におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an ion implantation process in an eighth embodiment. 実施の形態8におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an ion implantation process in an eighth embodiment. 実施の形態9におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an ion implantation step in the ninth embodiment. 実施の形態9におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an ion implantation step in the ninth embodiment. 実施の形態10におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an ion implantation step in the tenth embodiment. 実施の形態10におけるイオン注入工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an ion implantation step in the tenth embodiment. 実施の形態11に係るMOSFETの構成を示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing a configuration of a MOSFET according to an eleventh embodiment. 実施の形態11に係るダイオードの構成を示す断面図である。12 is a cross-sectional view showing a configuration of a diode according to an eleventh embodiment. FIG.

<実施の形態1>
図1は、本発明に係る半導体装置であるMOSFETの構成を示す断面図である。同図中の一点鎖線の間の領域のそれぞれが、MOSFETとして機能する単位領域(MOSFET構造の最小単位)に相当する。実際には、この単位領域の構造が横方向に繰り返され、櫛型もしくは多角形構造で連続することとなる。一方、図1の両端(一点鎖線よりも外側)には、MOSFETの形成領域の外周部(終端部)を示している。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a MOSFET which is a semiconductor device according to the present invention. Each of the regions between the alternate long and short dash lines in the figure corresponds to a unit region (minimum unit of the MOSFET structure) that functions as a MOSFET. Actually, the structure of the unit region is repeated in the horizontal direction, and is continuous in a comb shape or a polygonal structure. On the other hand, both ends (outside the one-dot chain line) of FIG. 1 show the outer peripheral portion (termination portion) of the MOSFET formation region.

図1の如く、当該MOSFETは、n型の低抵抗SiC基板1(以下「n型基板1」)およびその上のn型ドリフト層2に形成される。n型ドリフト層2は、n型基板1上にエピタキシャル成長により形成したものであり、MOSFETの加わる電圧を保持するように機能する。ドリフト層2は、層厚が3〜150μm程度、ドーピング濃度が0.5〜15×1015/cm3程度である。kV級の耐圧を得るためには、n型ドリフト層2の層厚は5〜20μm程度、ドーピング濃度は5〜15×1015/cm3程度が望ましい。 As shown in FIG. 1, the MOSFET is formed on an n-type low-resistance SiC substrate 1 (hereinafter “n-type substrate 1”) and an n-type drift layer 2 thereon. The n-type drift layer 2 is formed by epitaxial growth on the n-type substrate 1 and functions to hold the voltage applied to the MOSFET. Drift layer 2 is about the layer thickness 3~150Myuemu, doping concentration is about 0.5~15 × 10 15 / cm 3. In order to obtain a kV class breakdown voltage, the thickness of the n-type drift layer 2 is preferably about 5 to 20 μm, and the doping concentration is preferably about 5 to 15 × 10 15 / cm 3 .

n型ドリフト層2の上部には、p型ボディ層3(p型ボディ層3は、後述の領域3a,3b,3cから成る)が形成されており、そのp型ボディ層3内の上面近傍に、n型ソース領域4が形成される。   A p-type body layer 3 (the p-type body layer 3 is composed of regions 3a, 3b, and 3c described later) is formed on the n-type drift layer 2, and is near the upper surface in the p-type body layer 3 Then, the n-type source region 4 is formed.

ボディ領域3は、層厚が0.5〜2μm程度、ドーピング濃度が3〜20×1017/cm3程度であるが、チャネルが形成されるp型ボディ層3の表面付近でドーピング濃度が低くなるようにしてもよい。表面付近のドーピング濃度を低くすると、不純物による散乱が低減され、形成されたチャネルでのキャリア移動度を高くでき、MOSFETのオン抵抗を小さくすることができる。またソース領域4は、層厚が0.3〜1μm程度、ドーピング濃度が5〜50×1018/cm3程度である。 The body region 3 has a layer thickness of about 0.5 to 2 μm and a doping concentration of about 3 to 20 × 10 17 / cm 3 , but the doping concentration is low near the surface of the p-type body layer 3 where the channel is formed. It may be made to become. When the doping concentration in the vicinity of the surface is lowered, scattering due to impurities can be reduced, the carrier mobility in the formed channel can be increased, and the on-resistance of the MOSFET can be reduced. The source region 4 is about the layer thickness is 0.3~1Myuemu, the doping concentration of about 5~50 × 10 18 / cm 3.

n型ドリフト層2の上面には、n型ドリフト層2、p型ボディ層3およびn型ソース領域4の上を跨ぐように、ゲート絶縁膜7を介してゲート電極8が配設されている。ゲート絶縁膜7は、n型ドリフト層2上に成膜した厚さ10〜100nm程度の絶縁膜(シリコン酸化膜やシリコン酸化窒化膜等)をパターニングして形成される。その絶縁膜の成膜手法としては、n型ドリフト層2の上面を熱酸化や窒化する手法や、n型ドリフト層2上に所定の絶縁膜を堆積させる手法、あるいはそれらを併用する手法などがある。ゲート電極8は、ゲート絶縁膜7上に成膜した多結晶シリコン膜や金属膜をパターニングして形成される。   On the upper surface of the n-type drift layer 2, a gate electrode 8 is disposed via a gate insulating film 7 so as to straddle the n-type drift layer 2, the p-type body layer 3 and the n-type source region 4. . The gate insulating film 7 is formed by patterning an insulating film (silicon oxide film, silicon oxynitride film, etc.) having a thickness of about 10 to 100 nm formed on the n-type drift layer 2. As a method of forming the insulating film, there are a method of thermally oxidizing or nitriding the upper surface of the n-type drift layer 2, a method of depositing a predetermined insulating film on the n-type drift layer 2, or a method using them together. is there. The gate electrode 8 is formed by patterning a polycrystalline silicon film or a metal film formed on the gate insulating film 7.

またゲート電極8は、層間絶縁膜9で覆われている。またゲート電極8の隣には、n型ソース領域4並びにp型ボディ層3に接続するソース電極10が配設されており、当該ソース電極10は、層間絶縁膜9に形成されたコンタクトホールを通して、層間絶縁膜9の上層の配線12に接続している。またn型基板1の下面にドレイン電極11が設けられる。図示は省略するが、ゲート電極8上の一部の領域では、層間絶縁膜9および配線12が除去されており、その部分が、ゲート電極8に配線を接続するためのパッド部となる。   The gate electrode 8 is covered with an interlayer insulating film 9. A source electrode 10 connected to the n-type source region 4 and the p-type body layer 3 is disposed next to the gate electrode 8, and the source electrode 10 passes through a contact hole formed in the interlayer insulating film 9. The upper wiring 12 is connected to the interlayer insulating film 9. A drain electrode 11 is provided on the lower surface of the n-type substrate 1. Although illustration is omitted, the interlayer insulating film 9 and the wiring 12 are removed in a part of the region on the gate electrode 8, and the portion becomes a pad portion for connecting the wiring to the gate electrode 8.

本実施の形態では、p型ボディ層3の形成の際、ゲート電極8の下に位置するチャネル形成領域3bと、ソース電極10と接続するコンタクト領域3cと、それらを除いた領域3a(以下「ボディ領域3a」と称す)の3つに部位に分け(コンタクト領域3cはボディ領域3aに重畳してもよい)、それぞれ異なる工程のイオン注入によって形成される。n型ソース領域4は、ボディ領域3aの上部に形成される。なお、コンタクト領域3cは、ソース電極10との接続抵抗を低くするために、その上部のみ高濃度(例えば5〜50×1018/cm3程度)にドーピングされていてもよい。 In the present embodiment, when the p-type body layer 3 is formed, a channel formation region 3b located under the gate electrode 8, a contact region 3c connected to the source electrode 10, and a region 3a excluding them (hereinafter referred to as “a”). It is divided into three parts (referred to as “body region 3a”) (contact region 3c may be superimposed on body region 3a) and formed by ion implantation in different steps. N-type source region 4 is formed on top of body region 3a. Note that the contact region 3c may be doped at a high concentration only (for example, about 5 to 50 × 10 18 / cm 3 ) only in order to reduce the connection resistance with the source electrode 10.

またMOSFET形成領域の外周部(終端部)となるp型ボディ層3では、その最外周部にp型終端領域5が形成されている。このp型終端領域5は、p型ボディ層3と並行して形成される。以上のp型ボディ層3(ボディ領域3a、チャネル形成領域3b、コンタクト領域3c)、p型終端領域5およびn型ソース領域4の具体的は形成手法については後述する。   Further, in the p-type body layer 3 serving as the outer peripheral portion (termination portion) of the MOSFET formation region, the p-type termination region 5 is formed in the outermost peripheral portion. The p-type termination region 5 is formed in parallel with the p-type body layer 3. A specific method for forming the p-type body layer 3 (body region 3a, channel forming region 3b, contact region 3c), p-type termination region 5 and n-type source region 4 will be described later.

図1に示すように、2つのMOSFETの単位領域に跨るp型ボディ層3(図1の中央部のもの)は、その2つのMOSFETにより共有される。そのため当該p型ボディ層3では、中央にコンタクト領域3cが、その外側にボディ領域3aが、両端部にチャネル形成領域3bが、それぞれ位置することになる。   As shown in FIG. 1, the p-type body layer 3 (in the center of FIG. 1) straddling the unit regions of the two MOSFETs is shared by the two MOSFETs. Therefore, in the p-type body layer 3, the contact region 3c is located at the center, the body region 3a is located outside, and the channel formation regions 3b are located at both ends.

また、終端部(図1の両端)のp型ボディ層3は、終端部に隣接するMOSFETにも跨るため、当該p型ボディ層3では、中央にコンタクト領域3cが、その外側にボディ領域3aが、MOSFET側の端部にチャネル形成領域3bが、終端部側の端部にp型終端領域5が、それぞれ位置することになる。   Further, since the p-type body layer 3 at the terminal end (both ends in FIG. 1) extends over the MOSFET adjacent to the terminal end, the p-type body layer 3 has a contact region 3c at the center and a body region 3a at the outside. However, the channel formation region 3b is located at the end on the MOSFET side, and the p-type termination region 5 is located at the end on the termination side.

本発明に係るMOSFETは、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との境界のpn接合に降伏電圧が印加されたとき、当該pn接合から伸びる空乏層がn型ドリフト層2と突き抜ける(n型ドリフト層2と下面にまで達する)パンチスルー型である。   In the MOSFET according to the present invention, when a breakdown voltage is applied to the pn junction at the boundary between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2, the depletion layer extending from the pn junction penetrates the n-type drift layer 2 (n It reaches the bottom of the drift layer 2 and the bottom surface).

本発明者が、Konstantinov等の報告(Materials Science Forum vols. 264-268 (1998) pp. 1211-1214)による4H−SiCのインパクトイオン化の値を用いたデバイスシミュレーションにより、ドリフト層におけるドーピング濃度N[/cm3]と電界最大値Emax[V/cm]との関係を算出した結果を図2のグラフに示す。この結果から、次の式(1)の関係が得られる。 The present inventor conducted a device simulation using the impact ionization value of 4H—SiC according to a report by Konstantinov et al. (Materials Science Forum vols. 264-268 (1998) pp. 1211-1214). / Cm 3 ] and the calculation result of the relationship between the electric field maximum value Emax [V / cm] are shown in the graph of FIG. From this result, the relationship of the following formula (1) is obtained.

Emax=4.69・104・N0.1082 …(1)
また、空乏層幅d[μm]と、電界最大値Emaxおよびドリフト層のドーピング濃度Nとの関係は、誘電率e、電荷素量qを用いて、次の式(2)で与えられる。
Emax = 4.69 · 10 4 · N 0.1082 (1)
The relationship between the depletion layer width d [μm], the electric field maximum value Emax, and the doping concentration N of the drift layer is given by the following formula (2) using the dielectric constant e and the elementary charge q.

d=(e・Emax)/(q・N) …(2)
式(1),(2)より、空乏層幅dはドーピング濃度Nを用いて次の式(3)で与えられる。
d = (e · Emax) / (q · N) (2)
From the equations (1) and (2), the depletion layer width d is given by the following equation (3) using the doping concentration N.

d=2.507・1015・N-0.8918 …(3)
よって、ドリフト層厚t[μm](p型ボディ層3の下面とn型ドリフト層2の下面との間の距離)が、次の式(4)を満たす場合、パンチスルー型のデバイスとなる。
d = 2.507 · 10 15 · N -0.8918 (3)
Therefore, when the drift layer thickness t [μm] (distance between the lower surface of the p-type body layer 3 and the lower surface of the n-type drift layer 2) satisfies the following formula (4), a punch-through device is obtained. .

t<2.507・1015・N-0.8918 …(4)
また図1の構成では省略していたが、本発明に係るMOSFETでは、図3または図4ように、ゲート電極8の下に、n型ソース領域4、p型ボディ層3(チャネル形成領域3b)およびn型ドリフト層2に渡るチャネル層6を設けてもよい。図3は、チャネル層6を、n型ドリフト層2の表面上にエピタキシャル成長によって形成した例であり、図4は、チャネル層6を、n型ドリフト層2内の表面部にイオン注入により形成した例である。
t <2.507 · 10 15 · N -0.8918 ... (4)
Although omitted in the configuration of FIG. 1, in the MOSFET according to the present invention, as shown in FIG. 3 or FIG. 4, the n-type source region 4 and the p-type body layer 3 (channel formation region 3 b) are provided below the gate electrode 8. ) And the channel layer 6 over the n-type drift layer 2 may be provided. FIG. 3 shows an example in which the channel layer 6 is formed on the surface of the n-type drift layer 2 by epitaxial growth. FIG. 4 shows the channel layer 6 formed on the surface portion in the n-type drift layer 2 by ion implantation. It is an example.

チャネル層6の導電型はn型でもp型でもよく、n型ドリフト層2に注入したイオンの活性化熱処理により生じたn型ドリフト層2の表面荒れを改善するには図3の構成が望ましく、その表面荒れが少ないなら図4の構造としてもよい。   The conductivity type of the channel layer 6 may be n-type or p-type, and the configuration of FIG. 3 is desirable to improve the surface roughness of the n-type drift layer 2 caused by the activation heat treatment of ions implanted into the n-type drift layer 2. If the surface roughness is small, the structure shown in FIG. 4 may be used.

p型ボディ層3の形成に際しては、p型ドーパントのイオン注入を行った後、注入したイオン種を活性化させるための熱処理(活性加熱処理)を行う必要があるが、その活性化熱処理は、図4の構成をとる場合はゲート絶縁膜7の形成前に行うとよい。図3の構成をとる場合には、それをチャネル層6の形成前に行うことになるが、n型ドリフト層2へのイオン注入工程を全て終えた後に一括して行ってもよいし、それぞれのイオン注入工程ごとに行ってもよい。   In forming the p-type body layer 3, it is necessary to perform a heat treatment (activation heat treatment) for activating the implanted ion species after ion implantation of the p-type dopant. In the case of adopting the configuration of FIG. 4, it may be performed before the gate insulating film 7 is formed. In the case of adopting the configuration of FIG. 3, it is performed before the formation of the channel layer 6, but may be performed collectively after the ion implantation process to the n-type drift layer 2 is completed, You may perform for every ion implantation process.

図5は、イオン注入における注入角度とドーピング濃度分布との関係を示す図であり、本発明者によるプロセスシミュレーションの結果である。このシミュレーションは、4H−SiCの(0001)面へAlのイオン注入を行うという設定で行われ、イオン注入の方向を(0001)面に垂直な方向から<11−20>方向へと傾けた場合における、SiC内の深さ方向のドーピング濃度分布を算出した。ここではイオン注入の方向と(0001)面に垂直な方向とが成す角を「注入角度」と定義する。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the implantation angle and the doping concentration distribution in the ion implantation, and is a result of the process simulation by the present inventor. This simulation is performed with the setting that Al ions are implanted into the (0001) plane of 4H—SiC, and the ion implantation direction is tilted from the direction perpendicular to the (0001) plane to the <11-20> direction. The doping concentration distribution in the depth direction in SiC was calculated. Here, an angle formed by the direction of ion implantation and the direction perpendicular to the (0001) plane is defined as an “implantation angle”.

図5を参照し、注入エネルギーが同じ条件で注入角度が4°の場合と8°の場合とを比較すると、4°の場合の方がドーピング濃度の低い領域(SiCの表面から深い領域)において、ドーピング濃度プロファイルが裾を引くことが分かる。このように、イオンの注入方向が結晶面に垂直な方向に近いほど、ドーピング濃度プロファイルがSiCの深さ方向に裾を引くようになる。   Referring to FIG. 5, comparing the case where the implantation angle is 4 ° and the case where the implantation angle is 4 ° with the same implantation energy, the region where the doping concentration is lower is a region (region deeper from the surface of SiC). It can be seen that the doping concentration profile has a tail. Thus, the closer the ion implantation direction is to the direction perpendicular to the crystal plane, the more the doping concentration profile becomes tailed in the depth direction of SiC.

図1の構成のMOSFETでは、ゲート電極8にしきい値電圧以上の電圧が印加されると、p型ボディ層3のチャネル形成領域3bにチャネルが形成され、ソース電極10とドレイン電極11との間が導通し、両電極間に電流が流れる(オン状態)。またゲート電極8の電圧がしきい値電圧未満の場合には、チャネル形成領域3bにはチャネルが形成されず、ソース電極10とドレイン電極11との間は非導通となり電流は遮断される(オフ状態)。一方、ソース・ドレイン間に高い電圧が印加されると、ボディ領域3とドリフト層2との間のpn接合がなだれ降伏することになるが、なだれ降伏はpn接合の端部でなく、中央部で生じることが望ましい。   In the MOSFET having the configuration of FIG. 1, when a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 8, a channel is formed in the channel formation region 3 b of the p-type body layer 3, and between the source electrode 10 and the drain electrode 11. Is conducted, and a current flows between both electrodes (ON state). When the voltage of the gate electrode 8 is lower than the threshold voltage, no channel is formed in the channel formation region 3b, and the current is cut off because the source electrode 10 and the drain electrode 11 are not conductive. Status). On the other hand, when a high voltage is applied between the source and the drain, the pn junction between the body region 3 and the drift layer 2 is avalanche breakdown, but the avalanche breakdown is not at the end of the pn junction but at the center. It is desirable to occur at.

特に、パンチスルー型のMOSFETの場合、p型ボディ層3の中央部においてp型不純物の濃度プロファイルがn型ドリフト層2の深さ方向に長く裾を引くようにすれば、なだれ降伏を安定して生じさせることができる。p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合から空乏層が伸びるとき、その中央部が端部よりも先に(低い電圧で)n型基板1に達するようになるためである。   In particular, in the case of a punch-through type MOSFET, the avalanche breakdown is stabilized if the concentration profile of the p-type impurity is long in the depth direction of the n-type drift layer 2 at the center of the p-type body layer 3. Can be generated. This is because when the depletion layer extends from the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2, the central part reaches the n-type substrate 1 before the end part (at a low voltage). is there.

そこで本実施の形態では、p型ボディ層3およびp型終端領域5を形成するイオン注入工程において、p型ボディ層3の端部となるチャネル形成領域3bおよびp型終端領域5と、中央部となるコンタクト領域3cと、その間のボディ領域3aとに分け、それぞれをドーピング濃度プロファイルの裾引きが異なるイオン注入で形成し、それによりp型ボディ層3の中央部でp型不純物の濃度プロファイルが長く裾を引くようにする。ここで、ボディ領域3aを形成するためのイオン注入を「第1のイオン注入」、チャネル形成領域3bおよびp型終端領域5を形成するイオン注入を「第2のイオン注入」、コンタクト領域3cを形成するためのイオン注入を「第3のイオン注入」と定義する。   Therefore, in the present embodiment, in the ion implantation process for forming p-type body layer 3 and p-type termination region 5, channel forming region 3 b and p-type termination region 5 serving as end portions of p-type body layer 3, and the central portion The contact region 3c and the body region 3a between them are formed by ion implantation with different tails of the doping concentration profile, whereby the concentration profile of the p-type impurity is formed in the central portion of the p-type body layer 3. Try to draw a long hem. Here, the ion implantation for forming the body region 3a is “first ion implantation”, the ion implantation for forming the channel forming region 3b and the p-type termination region 5 is “second ion implantation”, and the contact region 3c is formed. The ion implantation for forming is defined as “third ion implantation”.

図5から分かるように、注入されたイオンのドーピング濃度プロファイルは、その注入方向と結晶面の垂線とが成す角度が小さいほど、深さ方向に長く裾を引くようになる。よって、p型ボディ層3の中央部でp型不純物の濃度プロファイルの裾引きを長くするためには、第2のイオン注入を結晶面の垂線から大きく傾けて行い、第3のイオン注入を結晶面に垂線からあまり傾けずに行い、第1のイオン注入をそれらの間の方向から行うとよい。これにより、ドーピング濃度プロファイルの裾引きを、コンタクト領域3cで長く、チャネル形成領域3bおよびp型終端領域5で短く、ボディ領域3aでその中間の長さにすることができる。   As can be seen from FIG. 5, the doping concentration profile of the implanted ions has a longer tail in the depth direction as the angle formed by the implantation direction and the perpendicular to the crystal plane is smaller. Therefore, in order to lengthen the tail of the concentration profile of the p-type impurity at the central portion of the p-type body layer 3, the second ion implantation is performed with a large inclination from the perpendicular to the crystal plane, and the third ion implantation is performed in the crystal. It is preferable to perform the first ion implantation from the direction between them without much tilting from the perpendicular to the surface. As a result, the tailing of the doping concentration profile can be made longer in the contact region 3c, shorter in the channel formation region 3b and the p-type termination region 5, and intermediate in the body region 3a.

続いて、本発明に係るMOSFETのp型ボディ層3およびp型終端領域5を形成するイオン注入工程について、具体的に説明する。   Subsequently, an ion implantation process for forming the p-type body layer 3 and the p-type termination region 5 of the MOSFET according to the present invention will be specifically described.

以下の説明において、4H−SiCのn型基板1は、(0001)面を基準面としており、その表面が(0001)面から<11−20>方向へと所定のオフ角だけ傾けられたものとする。また各イオン注入は、注入方向を(0001)面に垂直な方向(すなわち<0001>方向)から<11−20>方向に特定の角度だけ傾けて行われる。その注入方向は角度を用いて表現し、基準となる方向(<0001>方向またはn型ドリフト層2表面の垂線方向)から<11−20>方向に成す角を正(+)の値、その逆を負(−)の値で表すこととする(各図面では、時計回りが正の角度、反時計回りが負の角度となる)。   In the following description, the 4H—SiC n-type substrate 1 has a (0001) plane as a reference plane, and the surface is tilted from the (0001) plane in the <11-20> direction by a predetermined off angle. And Each ion implantation is performed by tilting the implantation direction from the direction perpendicular to the (0001) plane (namely, the <0001> direction) from the direction <11-20> by a specific angle. The injection direction is expressed using an angle, and an angle formed in the <11-20> direction from the reference direction (the <0001> direction or the normal direction of the surface of the n-type drift layer 2) is a positive (+) value, The reverse is represented by a negative (-) value (in each drawing, clockwise is a positive angle and counterclockwise is a negative angle).

図6および図7は、実施の形態1に係るMOSFETの製造方法におけるイオン注入工程を示す図である。図6(a)は、p型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4のためのイオン注入工程が完了した状態を示している。同図の如く、本実施の形態で用いたn型基板1のオフ角は8°である。   6 and 7 are diagrams showing an ion implantation step in the MOSFET manufacturing method according to the first embodiment. FIG. 6A shows a state in which the ion implantation process for the p-type body layer 3, the p-type termination region 5 and the n-type source region 4 has been completed. As shown in the figure, the off-angle of the n-type substrate 1 used in the present embodiment is 8 °.

本実施の形態では、次のような手順でp型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4を形成する。なお、各イオン注入工程では特定の領域のみに選択的にイオンを注入するために、n型ドリフト層2の上面にマスクが形成されるが、簡単のため、マスクの図示は省略している。   In the present embodiment, p-type body layer 3, p-type termination region 5 and n-type source region 4 are formed by the following procedure. In each ion implantation step, a mask is formed on the upper surface of the n-type drift layer 2 in order to selectively implant ions only in a specific region, but the mask is not shown for simplicity.

まず図6(b)の如く、ボディ領域3aを形成する第1のイオン注入を、n型ドリフト層2表面(n型基板1表面)の垂線に対して−4°傾いた方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う。続いて図6(c)の如く、チャネル形成領域3bおよびp型終端領域5を形成する第2のイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う。そして図7(a)の如く、コンタクト領域3cを形成する第3のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−6°傾いた方向(<0001>方向に対して+2°傾いた方向)から行う。   First, as shown in FIG. 6B, the first ion implantation for forming the body region 3a is tilted by −4 ° with respect to the normal of the surface of the n-type drift layer 2 (the surface of the n-type substrate 1) (<0001>). From a direction inclined + 4 ° with respect to the direction). Subsequently, as shown in FIG. 6C, the second ion implantation for forming the channel formation region 3b and the p-type termination region 5 is performed in a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (+ 8 ° with respect to the <0001> direction). From the tilted direction. Then, as shown in FIG. 7A, the third ion implantation for forming the contact region 3c is tilted by −6 ° with respect to the normal of the surface of the n-type drift layer 2 (+ 2 ° with respect to the <0001> direction). From the direction).

第1〜第3のイオン注入は、それぞれ同程度の注入エネルギーおよびドーズ量で行う。また第1〜第3のイオン注入は、それぞれは1回で行ってもよいし、多数回に分けて行ってもよい。多数回に分けて行う場合、必要に応じて各回ごとに注入エネルギーおよびドーズ量を変更してもよいが、原則として注入方向は一定にする。このことは以下の各実施の形態でも同様である。   The first to third ion implantations are performed with the same implantation energy and dose amount, respectively. Further, each of the first to third ion implantations may be performed once or may be performed in multiple times. In the case of performing the treatment in a large number of times, the implantation energy and the dose may be changed every time as necessary, but in principle, the implantation direction is made constant. The same applies to the following embodiments.

その後、図7(b)の如く、n型ソース領域4を形成するためのイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う。但し、このイオン注入の方向(角度)は任意でよい。もちろんその注入方向を変えるとn型ソース領域4の不純物濃度プロファイルが変わるが、本発明との関連は薄く、本発明の効果には殆ど影響しない。   Thereafter, as shown in FIG. 7B, ion implantation for forming the n-type source region 4 is performed from a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (a direction inclined by + 8 ° with respect to the <0001> direction). . However, the direction (angle) of this ion implantation may be arbitrary. Of course, when the implantation direction is changed, the impurity concentration profile of the n-type source region 4 changes. However, the relationship with the present invention is weak, and the effect of the present invention is hardly affected.

このようにしてp型ボディ層3を形成すると、コンタクト領域3c、ボディ領域3a、チャネル形成領域3bおよびp型終端領域5の順に、p型不純物の濃度プロファイルのn型ドリフト層2の深さ方向への裾引きが長くなる。つまり、p型ボディ層3の中央部でp型不純物の濃度プロファイルの裾引きが長くなる。その結果、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合から空乏層が伸びるとき、その中央部が端部よりも先に(低い電圧で)n型基板1に達するようになる。よって、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合においてなだれ降伏が安定して生じるパンチスルー型のMOSFETが得られる。   When the p-type body layer 3 is formed in this way, the depth direction of the n-type drift layer 2 of the p-type impurity concentration profile in the order of the contact region 3c, the body region 3a, the channel forming region 3b, and the p-type termination region 5. The tailing to the longer. That is, the tail of the concentration profile of the p-type impurity becomes longer at the center of the p-type body layer 3. As a result, when the depletion layer extends from the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2, the central portion reaches the n-type substrate 1 before the end portion (at a low voltage). Become. Therefore, a punch-through type MOSFET in which avalanche breakdown occurs stably at the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2 is obtained.

以上では、第1のイオン注入、第2のイオン注入、第3のイオン注入、n型ソース領域4形成のためのイオン注入を、この順に行うよう説明したが、各イオン注入の順番はこれに限られず、任意でよい。以下の各実施の形態でも同様である。   In the above description, the first ion implantation, the second ion implantation, the third ion implantation, and the ion implantation for forming the n-type source region 4 are performed in this order. However, the order of each ion implantation is as follows. It is not limited and may be arbitrary. The same applies to the following embodiments.

<実施の形態2>
図8および図9は、実施の形態2に係るMOSFETの製造方法におけるイオン注入工程を示す図である。図8(a)は、p型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4のためのイオン注入工程が完了した状態を示している。実施の形態1と同様にn型基板1のオフ角は8°である。
<Embodiment 2>
8 and 9 are diagrams showing an ion implantation step in the MOSFET manufacturing method according to the second embodiment. FIG. 8A shows a state in which the ion implantation process for the p-type body layer 3, the p-type termination region 5 and the n-type source region 4 has been completed. Similar to the first embodiment, the n-type substrate 1 has an off angle of 8 °.

本実施の形態では、次のような手順でp型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4を形成する。   In the present embodiment, p-type body layer 3, p-type termination region 5 and n-type source region 4 are formed by the following procedure.

まず図8(b)の如く、ボディ領域3aを形成する第1のイオン注入を、n型ドリフト層2表面(n型基板1表面)の垂線に対して−12°傾いた方向(<0001>方向に対して−4°傾いた方向)から行う。続いて図8(c)の如く、チャネル形成領域3bおよびp型終端領域5を形成する第2のイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う。そして図9(a)の如く、コンタクト領域3cを形成する第3のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−10°傾いた方向(<0001>方向に対して−2°傾いた方向)から行う。   First, as shown in FIG. 8B, the first ion implantation for forming the body region 3a is tilted by -12 ° with respect to the normal of the surface of the n-type drift layer 2 (the surface of the n-type substrate 1) (<0001>). (Direction inclined by -4 ° with respect to the direction). Subsequently, as shown in FIG. 8C, the second ion implantation for forming the channel formation region 3b and the p-type termination region 5 is performed in a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (+ 8 ° with respect to the <0001> direction). From the tilted direction. Then, as shown in FIG. 9A, the third ion implantation for forming the contact region 3c is performed in a direction inclined by −10 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 (−2 ° with respect to the <0001> direction). From the tilted direction.

その後、図9(b)の如く、n型ソース領域4を形成するためのイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う(このイオン注入は、それ以外の方向から行ってもよい)。   Thereafter, as shown in FIG. 9B, ion implantation for forming the n-type source region 4 is performed from a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (a direction inclined + 8 ° with respect to the <0001> direction). (This ion implantation may be performed from other directions).

本実施の形態では、実施の形態1に対して第1および第3のイオン注入の方向を変えているが、各イオン注入の方向の<0001>方向からの傾きの大きさ(絶対値)に注目すると実施の形態1と同じである(角度の正、負が変わっただけである)。そのため本実施の形態のp型ボディ層3におけるp型不純物濃度プロファイルの裾引きの状態は、実施の形態1とほぼ同様になる。従って実施の形態1と同様に、p型ボディ層3の中央部でp型不純物の濃度プロファイルの裾引きが長くなり、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合においてなだれ降伏が安定して生じるパンチスルー型のMOSFETが得られる。   In the present embodiment, the first and third ion implantation directions are changed with respect to the first embodiment, but the inclination (absolute value) of each ion implantation direction from the <0001> direction is increased. When attention is paid, it is the same as in the first embodiment (the positive and negative angles are changed). Therefore, the tailing state of the p-type impurity concentration profile in the p-type body layer 3 of the present embodiment is almost the same as that of the first embodiment. Therefore, similarly to the first embodiment, the tail of the concentration profile of the p-type impurity becomes longer at the center of the p-type body layer 3, and the avalanche occurs at the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2. A punch-through type MOSFET in which breakdown occurs stably can be obtained.

また、第1〜第3のイオン注入の方向は、実施の形態1のものと組み合わせてもよい。例えば、第1のイオン注入を、実施の形態1の如くn型ドリフト層2表面の垂線に対して−4°(<0001>方向に対して+4°)傾けて行い、第3のイオン注入を、実施の形態2のとおりn型ドリフト層2表面の垂線に対して−10°傾いた方向(<0001>方向に対して−2°傾いた方向)から行ってもよい。また例えば、第1のイオン注入を、実施の形態2のとおりn型ドリフト層2表面の垂線に対して−12°(<0001>方向に対して−4°)傾けて行い、第3のイオン注入を、実施の形態1の如くn型ドリフト層2表面の垂線に対して−6°傾いた方向(<0001>方向に対して+2°傾いた方向)から行ってもよい。   Further, the first to third ion implantation directions may be combined with those in the first embodiment. For example, the first ion implantation is performed by tilting −4 ° (+ 4 ° with respect to the <0001> direction) with respect to the normal of the surface of the n-type drift layer 2 as in the first embodiment, and the third ion implantation is performed. As in the second embodiment, it may be performed from a direction inclined by −10 ° with respect to the normal of the surface of the n-type drift layer 2 (a direction inclined by −2 ° with respect to the <0001> direction). Further, for example, the first ion implantation is performed by tilting −12 ° (−4 ° with respect to the <0001> direction) with respect to the normal of the surface of the n-type drift layer 2 as in the second embodiment, and the third ion Implantation may be performed from a direction inclined by −6 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 as in Embodiment 1 (a direction inclined by + 2 ° with respect to the <0001> direction).

上記したように、第1〜第3のイオン注入において、<0001>方向に対する注入方向の角度の正、負を変えても、結果として形成されるp型ボディ層3のp型不純物濃度プロファイルの裾引きの状態は殆ど変わらない。そのため、p型不純物濃度プロファイルの裾引きの状態がほぼ同じp型ボディ層3を形成する手法は、複数存在することになる。   As described above, even if the positive and negative angles of the implantation direction with respect to the <0001> direction are changed in the first to third ion implantations, the p-type impurity concentration profile of the p-type body layer 3 formed as a result is changed. The state of the skirt is almost unchanged. For this reason, there are a plurality of methods for forming the p-type body layer 3 having substantially the same trailing edge of the p-type impurity concentration profile.

但し、n型ドリフト層2表面の垂線から過度に傾いたイオン注入を用いると、p型ボディ層3の形状の対象性が失われ、MOSFETの電気的特性に影響を及ぼすことが懸念される。そのため、第1〜第3のイオン注入の角度は、<0001>方向に対する所望の注入角度を得ることが可能な注入方向が複数存在する場合、そのうちn型ドリフト層2表面の垂線に近いものを選定することが望ましい(同様の理由により、n型ソース領域4の注入方向も、n型ドリフト層2表面の垂線に近いことが好ましい)。   However, if ion implantation that is excessively inclined from the normal to the surface of the n-type drift layer 2 is used, the object of the shape of the p-type body layer 3 is lost, which may affect the electrical characteristics of the MOSFET. Therefore, when there are a plurality of implantation directions capable of obtaining a desired implantation angle with respect to the <0001> direction, the first to third ion implantation angles should be close to the perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2. It is desirable to select (for the same reason, the implantation direction of the n-type source region 4 is also preferably close to the normal to the surface of the n-type drift layer 2).

<実施の形態3>
図10および図11は、実施の形態3に係るMOSFETの製造方法におけるイオン注入工程を示す図である。図10(a)は、p型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4のためのイオン注入工程が完了した状態を示している。同図の如く、本実施の形態で用いたn型基板1のオフ角は4°である。
<Embodiment 3>
10 and 11 are diagrams showing an ion implantation step in the MOSFET manufacturing method according to the third embodiment. FIG. 10A shows a state in which the ion implantation process for the p-type body layer 3, the p-type termination region 5 and the n-type source region 4 has been completed. As shown in the figure, the off-angle of the n-type substrate 1 used in the present embodiment is 4 °.

本実施の形態では、次のような手順でp型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4を形成する。   In the present embodiment, p-type body layer 3, p-type termination region 5 and n-type source region 4 are formed by the following procedure.

まず図10(b)の如く、ボディ領域3aを形成する第1のイオン注入を、n型ドリフト層2表面(n型基板1表面)に垂直な方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う。続いて図10(c)の如く、チャネル形成領域3bおよびp型終端領域5を形成する第2のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して+4°傾いた方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う。そして図11(a)の如く、コンタクト領域3cを形成する第3のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−2°傾いた方向(<0001>方向に対して+2°傾いた方向)から行う。   First, as shown in FIG. 10B, the first ion implantation for forming the body region 3a is inclined + 4 ° with respect to the direction (<0001> direction) perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (the surface of the n-type substrate 1). From the direction). Subsequently, as shown in FIG. 10C, the second ion implantation for forming the channel formation region 3b and the p-type termination region 5 is inclined in the direction inclined to the vertical line of the surface of the n-type drift layer 2 by + 4 ° (<0001>). From the direction inclined + 8 ° with respect to the direction). Then, as shown in FIG. 11A, the third ion implantation for forming the contact region 3c is inclined by −2 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 (+ 2 ° with respect to the <0001> direction). Direction).

その後、図11(b)の如く、n型ソース領域4を形成するためのイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う。但し、このイオン注入の方向(角度)は任意でよい。   Thereafter, as shown in FIG. 11B, ion implantation for forming the n-type source region 4 is performed from a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (a direction inclined by + 4 ° with respect to the <0001> direction). . However, the direction (angle) of this ion implantation may be arbitrary.

このようにしてp型ボディ層3を形成すると、コンタクト領域3c、ボディ領域3a、チャネル形成領域3bおよびp型終端領域5の順に、p型不純物の濃度プロファイルのn型ドリフト層2の深さ方向への裾引きが長くなる。つまり、p型ボディ層3の中央部でp型不純物の濃度プロファイルの裾引きが長くなり、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合においてなだれ降伏が安定して生じるパンチスルー型のMOSFETが得られる。   When the p-type body layer 3 is formed in this way, the depth direction of the n-type drift layer 2 of the p-type impurity concentration profile in the order of the contact region 3c, the body region 3a, the channel forming region 3b, and the p-type termination region 5. The tailing to the longer. That is, the tail of the concentration profile of the p-type impurity becomes longer at the center of the p-type body layer 3, and the avalanche breakdown occurs stably at the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2. A through-type MOSFET is obtained.

<実施の形態4>
図12および図13は、実施の形態4に係るMOSFETの製造方法におけるイオン注入工程を示す図である。図12(a)は、p型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4のためのイオン注入工程が完了した状態を示している。実施の形態3と同様にn型基板1のオフ角は4°である。
<Embodiment 4>
12 and 13 are diagrams showing an ion implantation step in the MOSFET manufacturing method according to the fourth embodiment. FIG. 12A shows a state in which the ion implantation process for the p-type body layer 3, the p-type termination region 5 and the n-type source region 4 has been completed. Similar to the third embodiment, the off-angle of the n-type substrate 1 is 4 °.

本実施の形態では、次のような手順でp型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4を形成する。   In the present embodiment, p-type body layer 3, p-type termination region 5 and n-type source region 4 are formed by the following procedure.

まず図12(b)の如く、ボディ領域3aを形成する第1のイオン注入を、n型ドリフト層2表面(n型基板1表面)に垂直な方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う。続いて図12(c)の如く、チャネル形成領域3bおよびp型終端領域5を形成する第2のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−12°傾いた方向(<0001>方向に対して−8°傾いた方向)から行う。そして図13(a)の如く、コンタクト領域3cを形成する第3のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−6°傾いた方向(<0001>方向に対して−2°傾いた方向)から行う。   First, as shown in FIG. 12B, the first ion implantation for forming the body region 3a is inclined by + 4 ° with respect to the direction (<0001> direction) perpendicular to the n-type drift layer 2 surface (n-type substrate 1 surface). Direction). Subsequently, as shown in FIG. 12 (c), the second ion implantation for forming the channel forming region 3b and the p-type termination region 5 is tilted by −12 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 (<0001). > Direction tilted by −8 ° with respect to the direction). Then, as shown in FIG. 13A, the third ion implantation for forming the contact region 3c is performed in a direction inclined by −6 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 (−2 ° with respect to the <0001> direction). From the tilted direction.

その後、図13(b)の如く、n型ソース領域4を形成するためのイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う(このイオン注入は、それ以外の方向から行ってもよい)。   Thereafter, as shown in FIG. 13B, ion implantation for forming the n-type source region 4 is performed from a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (a direction inclined + 4 ° with respect to the <0001> direction). (This ion implantation may be performed from other directions).

本実施の形態では、実施の形態3に対して第2および第3のイオン注入の方向を変えているが、各イオン注入の方向の<0001>方向からの傾きの大きさ(絶対値)に注目すると実施の形態3と同じである(角度の正、負が変わっただけである)。そのため本実施の形態のp型ボディ層3におけるp型不純物濃度プロファイルの裾引きの状態は、実施の形態3とほぼ同様になる。   In the present embodiment, the directions of the second and third ion implantations are changed with respect to the third embodiment, but the inclination (absolute value) of each ion implantation direction from the <0001> direction is increased. When attention is paid, it is the same as in the third embodiment (the positive and negative angles are changed). Therefore, the tailing state of the p-type impurity concentration profile in the p-type body layer 3 of the present embodiment is almost the same as that of the third embodiment.

また、第1〜第3のイオン注入の方向は、実施の形態3のものと組み合わせてもよい。例えば、第2のイオン注入を実施の形態3の如く行い、第3のイオン注入を実施の形態4の如く行ってもよい。また第1のイオン注入を、実施の形態4の如く行い、第3のイオン注入を実施の形態3の如く行ってもよい。   The directions of the first to third ion implantations may be combined with those in the third embodiment. For example, the second ion implantation may be performed as in the third embodiment, and the third ion implantation may be performed as in the fourth embodiment. Alternatively, the first ion implantation may be performed as in the fourth embodiment, and the third ion implantation may be performed as in the third embodiment.

但し、第1〜第3のイオン注入の角度は、<0001>方向に対する所望の注入角度を得ることが可能な注入方向が複数存在する場合、そのうちn型ドリフト層2表面の垂線に近いものを選定することが望ましい。   However, when there are a plurality of implantation directions capable of obtaining a desired implantation angle with respect to the <0001> direction, the first to third ion implantation angles are close to the normal to the surface of the n-type drift layer 2. It is desirable to select.

<実施の形態5>
図14は、実施の形態5に係る半導体装置であるMOSFETの構成を示す図である。当該MOSFETは、実施の形態1〜4それぞれのMOSFETに対し、p型ボディ層3のコンタクト領域3cの形成を省略したものである。そのことを除いては、MOSFETの構成および製造方法は実施の形態1〜4と同様である。実施の形態1〜4ではコンタクト領域3cはボディ領域3aに重畳して形成されていたため、本実施の形態では、p型ボディ層3の中央部分はボディ領域3aの一部となる。
<Embodiment 5>
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a MOSFET which is a semiconductor device according to the fifth embodiment. In the MOSFET, the formation of the contact region 3c of the p-type body layer 3 is omitted from the MOSFETs of the first to fourth embodiments. Except for this, the configuration and manufacturing method of the MOSFET are the same as in the first to fourth embodiments. Since the contact region 3c is formed so as to overlap the body region 3a in the first to fourth embodiments, the central portion of the p-type body layer 3 becomes a part of the body region 3a in the present embodiment.

本実施の形態でも、p型ボディ層3の端部(チャネル形成領域3bまたはp型終端領域5)よりも、中央部(ボディ領域3a)のp型不純物の濃度プロファイルの裾引きが長くなる。よって、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合においてなだれ降伏が安定して生じるパンチスルー型のMOSFETが得られる。   Also in the present embodiment, the tail of the concentration profile of the p-type impurity in the central portion (body region 3a) becomes longer than the end portion of the p-type body layer 3 (channel formation region 3b or p-type termination region 5). Therefore, a punch-through type MOSFET in which avalanche breakdown occurs stably at the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2 is obtained.

<実施の形態6>
実施の形態6では、本発明をダイオード素子に適用した例を示す。図15は、実施の形態6に係る半導体装置であるダイオード素子の構成図である。
<Embodiment 6>
Embodiment 6 shows an example in which the present invention is applied to a diode element. FIG. 15 is a configuration diagram of a diode element which is a semiconductor device according to the sixth embodiment.

このダイオード素子の構成は、本発明に係るMOSFETの構成に対し、p型ボディ層3のチャネル形成領域3b、コンタクト領域3cおよびn型ソース領域4を省略したものである。つまり当該ダイオード素子のアノードとなるp型ボディ層3は、ボディ領域3aのみから成っている。n型ドリフト層2とp型ボディ層3との間のpn接合の中央部は、当該ダイオード素子の活性領域であり、当該pn接合の端部は、活性領域の外周部である終端領域である。pn接合の端部、すなわちp型ボディ層3の外周部にはp型終端領域5が設けられている。   The configuration of this diode element is such that the channel formation region 3b, contact region 3c and n-type source region 4 of the p-type body layer 3 are omitted from the configuration of the MOSFET according to the present invention. That is, the p-type body layer 3 serving as the anode of the diode element is composed only of the body region 3a. The central portion of the pn junction between the n-type drift layer 2 and the p-type body layer 3 is an active region of the diode element, and the end of the pn junction is a termination region that is an outer peripheral portion of the active region. . A p-type termination region 5 is provided at the end of the pn junction, that is, the outer periphery of the p-type body layer 3.

チャネル形成領域3bおよびコンタクト領域3cの形成を行わないことを除けば、このダイオード素子のp型ボディ層3の製造方法は、実施の形態1〜4のMOSFETのものと同様である。   Except for not forming the channel formation region 3b and the contact region 3c, the manufacturing method of the p-type body layer 3 of this diode element is the same as that of the MOSFET of the first to fourth embodiments.

本実施の形態のダイオード素子では、アノードであるp型ボディ層3の端部(p型終端領域5)よりも、中央部(ボディ領域3a)のp型不純物の濃度プロファイルの裾引きが長くなる。よって、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合においてなだれ降伏が安定して生じるパンチスルー型のダイオード素子が得られる。   In the diode element according to the present embodiment, the tail of the concentration profile of the p-type impurity in the central portion (body region 3a) becomes longer than the end portion (p-type termination region 5) of the p-type body layer 3 that is the anode. . Therefore, a punch-through type diode element in which avalanche breakdown occurs stably at the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2 is obtained.

<実施の形態7>
図16および図17は、実施の形態7に係るMOSFETの製造方法におけるイオン注入工程を示す図である。当該MOSFETは、実施の形態1のMOSFETに対し、p型ボディ層3のチャネルが形成される領域(チャネル形成領域3bに相当)を、それ以外の領域と分けずに、ボディ領域3aの一部としている点で異なっている。
<Embodiment 7>
16 and 17 are diagrams showing an ion implantation step in the MOSFET manufacturing method according to the seventh embodiment. The MOSFET is a part of the body region 3a without dividing the region where the channel of the p-type body layer 3 is formed (corresponding to the channel formation region 3b) with respect to the MOSFET of the first embodiment, without dividing it into other regions. It is different in that it is.

図16(a)は、p型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4のためのイオン注入工程が完了した状態を示している。同図の如く、本実施の形態のp型ボディ層3は、ボディ領域3aとコンタクト領域3cとから成っており、チャネルが形成される領域(n型ソース領域4とn型ドリフト層2とに挟まれたp型ボディ層3の上部)は、ボディ領域3aの一部となっている。また本実施の形態で用いたn型基板1のオフ角は8°である。   FIG. 16A shows a state in which the ion implantation process for the p-type body layer 3, the p-type termination region 5 and the n-type source region 4 has been completed. As shown in the figure, the p-type body layer 3 of the present embodiment is composed of a body region 3a and a contact region 3c, and a region where a channel is formed (in the n-type source region 4 and the n-type drift layer 2). The upper part of the sandwiched p-type body layer 3 is a part of the body region 3a. The n-type substrate 1 used in the present embodiment has an off angle of 8 °.

本実施の形態では、次のような手順でp型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4を形成する。   In the present embodiment, p-type body layer 3, p-type termination region 5 and n-type source region 4 are formed by the following procedure.

まず図16(b)の如く、ボディ領域3aを形成する第1のイオン注入を、n型ドリフト層2表面(n型基板1表面)に垂直な方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う。本実施の形態では、この第1のイオン注入で、p型ボディ層3のチャネルが形成される領域にもp型ドーパントが注入される。   First, as shown in FIG. 16B, the first ion implantation for forming the body region 3a is inclined by + 8 ° with respect to the direction (<0001> direction) perpendicular to the n-type drift layer 2 surface (n-type substrate 1 surface). From the direction). In the present embodiment, the p-type dopant is also implanted into the region of the p-type body layer 3 where the channel is formed by the first ion implantation.

続いて図16(c)の如く、p型終端領域5を形成する第2のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して+2°傾いた方向(<0001>方向に対して+10°傾いた方向)から行う。そして図17(a)の如く、コンタクト領域3cを形成する第3のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−4°傾いた方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う。   Subsequently, as shown in FIG. 16C, the second ion implantation for forming the p-type termination region 5 is performed in a direction inclined by + 2 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 (+10 with respect to the <0001> direction). (Inclined direction). Then, as shown in FIG. 17A, the third ion implantation for forming the contact region 3c is inclined by -4 ° with respect to the normal of the surface of the n-type drift layer 2 (+ 4 ° with respect to the <0001> direction). From the direction).

その後、図17(b)の如く、n型ソース領域4を形成するためのイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う。但し、このイオン注入の方向(角度)は任意でよい。   Thereafter, as shown in FIG. 17B, ion implantation for forming the n-type source region 4 is performed from a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (a direction inclined + 8 ° with respect to the <0001> direction). . However, the direction (angle) of this ion implantation may be arbitrary.

このようにしてp型ボディ層3を形成すると、コンタクト領域3c、ボディ領域3a、p型終端領域5の順に、p型不純物の濃度プロファイルのn型ドリフト層2の深さ方向への裾引きが長くなる。つまり、p型ボディ層3の中央部でp型不純物の濃度プロファイルの裾引きが長くなり、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合においてなだれ降伏が安定して生じるパンチスルー型のMOSFETが得られる。   When the p-type body layer 3 is formed in this manner, the n-type drift layer 2 has a tail in the depth direction of the concentration profile of the p-type impurity in the order of the contact region 3c, the body region 3a, and the p-type termination region 5. become longer. That is, the tail of the concentration profile of the p-type impurity becomes longer at the center of the p-type body layer 3, and the avalanche breakdown occurs stably at the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2. A through-type MOSFET is obtained.

<実施の形態8>
図18および図19は、実施の形態8に係るMOSFETの製造方法におけるイオン注入工程を示す図である。図18(a)は、p型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4のためのイオン注入工程が完了した状態を示している。本実施の形態でも、p型ボディ層3は、ボディ領域3aとコンタクト領域3cとから成っており、チャネルが形成される領域は、ボディ領域3aの一部である。またn型基板1のオフ角は8°である。
<Eighth embodiment>
18 and 19 are diagrams showing an ion implantation step in the MOSFET manufacturing method according to the eighth embodiment. FIG. 18A shows a state in which the ion implantation process for the p-type body layer 3, the p-type termination region 5 and the n-type source region 4 has been completed. Also in the present embodiment, p-type body layer 3 is composed of body region 3a and contact region 3c, and the region where the channel is formed is a part of body region 3a. The n-type substrate 1 has an off angle of 8 °.

本実施の形態では、次のような手順でp型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4を形成する。   In the present embodiment, p-type body layer 3, p-type termination region 5 and n-type source region 4 are formed by the following procedure.

まず図18(b)の如く、ボディ領域3aを形成する第1のイオン注入を、n型ドリフト層2表面(n型基板1表面)に垂直な方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う。続いて図18(c)の如く、p型終端領域5を形成する第2のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−18°傾いた方向(<0001>方向に対して−10°傾いた方向)から行う。そして図19(a)の如く、コンタクト領域3cを形成する第3のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−12°傾いた方向(<0001>方向に対して−4°傾いた方向)から行う。   First, as shown in FIG. 18B, the first ion implantation for forming the body region 3a is inclined by + 8 ° with respect to the direction (<0001> direction) perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (the surface of the n-type substrate 1). From the direction). Subsequently, as shown in FIG. 18C, the second ion implantation for forming the p-type termination region 5 is performed with respect to a direction tilted by −18 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 (<0001> direction). -10 ° tilted direction). Then, as shown in FIG. 19A, the third ion implantation for forming the contact region 3c is performed in a direction inclined by −12 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 (−4 ° with respect to the <0001> direction). From the tilted direction.

その後、図19(b)の如く、n型ソース領域4を形成するためのイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う(このイオン注入は、それ以外の方向から行ってもよい)。   Thereafter, as shown in FIG. 19B, ion implantation for forming the n-type source region 4 is performed from a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (a direction inclined + 8 ° with respect to the <0001> direction). (This ion implantation may be performed from other directions).

本実施の形態では、実施の形態7に対して第2および第3のイオン注入の方向を変えているが、各イオン注入の方向の<0001>方向からの傾きの大きさ(絶対値)に注目すると実施の形態7と同じである(角度の正、負が変わっただけである)。そのため本実施の形態のp型ボディ層3におけるp型不純物濃度プロファイルの裾引きの状態は、実施の形態7とほぼ同様になる。   In the present embodiment, the second and third ion implantation directions are changed with respect to the seventh embodiment, but the inclination (absolute value) of each ion implantation direction from the <0001> direction is increased. When attention is paid, it is the same as in the seventh embodiment (only the positive and negative angles are changed). Therefore, the tailing state of the p-type impurity concentration profile in the p-type body layer 3 of the present embodiment is almost the same as that of the seventh embodiment.

また、第1〜第3のイオン注入の方向は、実施の形態7のものと組み合わせてもよい。例えば、第2のイオン注入を実施の形態7の如く行い、第3のイオン注入を実施の形態8の如く行ってもよい。また第1のイオン注入を、実施の形態8の如く行い、第3のイオン注入を実施の形態7の如く行ってもよい。   Further, the first to third ion implantation directions may be combined with those in the seventh embodiment. For example, the second ion implantation may be performed as in the seventh embodiment, and the third ion implantation may be performed as in the eighth embodiment. The first ion implantation may be performed as in the eighth embodiment, and the third ion implantation may be performed as in the seventh embodiment.

但し、第1〜第3のイオン注入の角度は、<0001>方向に対する所望の注入角度を得ることが可能な注入方向が複数存在する場合、そのうちn型ドリフト層2表面の垂線に近いものを選定することが望ましい。   However, when there are a plurality of implantation directions capable of obtaining a desired implantation angle with respect to the <0001> direction, the first to third ion implantation angles are close to the normal to the surface of the n-type drift layer 2. It is desirable to select.

<実施の形態9>
図20および図21は、実施の形態9に係るMOSFETの製造方法におけるイオン注入工程を示す図である。図20(a)は、p型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4のためのイオン注入工程が完了した状態を示している。本実施の形態でも、p型ボディ層3は、ボディ領域3aとコンタクト領域3cとから成っており、チャネルが形成される領域は、ボディ領域3aの一部である。またn型基板1のオフ角は4°である。
<Embodiment 9>
20 and 21 are diagrams showing an ion implantation step in the MOSFET manufacturing method according to the ninth embodiment. FIG. 20A shows a state in which the ion implantation process for the p-type body layer 3, the p-type termination region 5 and the n-type source region 4 has been completed. Also in the present embodiment, p-type body layer 3 is composed of body region 3a and contact region 3c, and the region where the channel is formed is a part of body region 3a. The n-type substrate 1 has an off angle of 4 °.

本実施の形態では、次のような手順でp型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4を形成する。   In the present embodiment, p-type body layer 3, p-type termination region 5 and n-type source region 4 are formed by the following procedure.

まず図20(b)の如く、ボディ領域3aを形成する第1のイオン注入を、n型ドリフト層2表面(n型基板1表面)に垂直な方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う。続いて図20(c)の如く、p型終端領域5を形成する第2のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して+4°傾いた方向(<0001>方向に対して+8°傾いた方向)から行う。そして図21(a)の如く、コンタクト領域3cを形成する第3のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−2°傾いた方向(<0001>方向に対して+2°傾いた方向)から行う。   First, as shown in FIG. 20B, the first ion implantation for forming the body region 3a is inclined by + 4 ° with respect to the direction (<0001> direction) perpendicular to the n-type drift layer 2 surface (n-type substrate 1 surface). From the direction). Subsequently, as shown in FIG. 20C, the second ion implantation for forming the p-type termination region 5 is performed in a direction inclined by + 4 ° with respect to the normal of the surface of the n-type drift layer 2 (+8 with respect to the <0001> direction). (Inclined direction). Then, as shown in FIG. 21A, the third ion implantation for forming the contact region 3c is tilted by -2 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 (+ 2 ° with respect to the <0001> direction). From the direction).

その後、図21(b)の如く、n型ソース領域4を形成するためのイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う。但し、このイオン注入の方向(角度)は任意でよい。   Thereafter, as shown in FIG. 21B, ion implantation for forming the n-type source region 4 is performed from a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (a direction inclined by + 4 ° with respect to the <0001> direction). . However, the direction (angle) of this ion implantation may be arbitrary.

このようにしてp型ボディ層3を形成すると、コンタクト領域3c、ボディ領域3a、p型終端領域5の順に、p型不純物の濃度プロファイルのn型ドリフト層2の深さ方向への裾引きが長くなる。つまり、p型ボディ層3の中央部でp型不純物の濃度プロファイルの裾引きが長くなり、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合においてなだれ降伏が安定して生じるパンチスルー型のMOSFETが得られる。   When the p-type body layer 3 is formed in this manner, the n-type drift layer 2 has a tail in the depth direction of the concentration profile of the p-type impurity in the order of the contact region 3c, the body region 3a, and the p-type termination region 5. become longer. That is, the tail of the concentration profile of the p-type impurity becomes longer at the center of the p-type body layer 3, and the avalanche breakdown occurs stably at the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2. A through-type MOSFET is obtained.

<実施の形態10>
図22および図23は、実施の形態10に係るMOSFETの製造方法におけるイオン注入工程を示す図である。図22(a)は、p型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4のためのイオン注入工程が完了した状態を示している。本実施の形態でも、p型ボディ層3は、ボディ領域3aとコンタクト領域3cとから成っており、チャネルが形成される領域は、ボディ領域3aの一部である。またn型基板1のオフ角は4°である。
<Embodiment 10>
22 and 23 are diagrams showing an ion implantation step in the MOSFET manufacturing method according to the tenth embodiment. FIG. 22A shows a state in which the ion implantation process for the p-type body layer 3, the p-type termination region 5 and the n-type source region 4 has been completed. Also in the present embodiment, p-type body layer 3 is composed of body region 3a and contact region 3c, and the region where the channel is formed is a part of body region 3a. The n-type substrate 1 has an off angle of 4 °.

本実施の形態では、次のような手順でp型ボディ層3、p型終端領域5およびn型ソース領域4を形成する。   In the present embodiment, p-type body layer 3, p-type termination region 5 and n-type source region 4 are formed by the following procedure.

まず図22(b)の如く、ボディ領域3aを形成する第1のイオン注入を、n型ドリフト層2表面(n型基板1表面)に垂直な方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う。続いて図22(c)の如く、p型終端領域5を形成する第2のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−12°傾いた方向(<0001>方向に対して−8°傾いた方向)から行う。そして図23(a)の如く、コンタクト領域3cを形成する第3のイオン注入を、n型ドリフト層2表面の垂線に対して−6°傾いた方向(<0001>方向に対して−2°傾いた方向)から行う。   First, as shown in FIG. 22B, the first ion implantation for forming the body region 3a is inclined by + 4 ° with respect to the direction (<0001> direction) perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (the surface of the n-type substrate 1). From the direction). Subsequently, as shown in FIG. 22C, the second ion implantation for forming the p-type termination region 5 is performed with respect to a direction inclined by −12 ° with respect to the normal of the surface of the n-type drift layer 2 (<0001> direction). The direction is inclined from -8 °. Then, as shown in FIG. 23A, the third ion implantation for forming the contact region 3c is performed in a direction inclined by −6 ° with respect to the normal to the surface of the n-type drift layer 2 (−2 ° with respect to the <0001> direction). From the tilted direction.

その後、図23(b)の如く、n型ソース領域4を形成するためのイオン注入を、n型ドリフト層2表面に垂直な方向(<0001>方向に対して+4°傾いた方向)から行う(このイオン注入は、それ以外の方向から行ってもよい)。   Thereafter, as shown in FIG. 23B, ion implantation for forming the n-type source region 4 is performed from a direction perpendicular to the surface of the n-type drift layer 2 (a direction inclined + 4 ° with respect to the <0001> direction). (This ion implantation may be performed from other directions).

本実施の形態では、実施の形態9に対して第2および第3のイオン注入の方向を変えているが、各イオン注入の方向の<0001>方向からの傾きの大きさ(絶対値)に注目すると実施の形態9と同じである(角度の正、負が変わっただけである)。そのため本実施の形態のp型ボディ層3におけるp型不純物濃度プロファイルの裾引きの状態は、実施の形態9とほぼ同様になる。   In the present embodiment, the second and third ion implantation directions are changed with respect to the ninth embodiment, but the inclination (absolute value) of each ion implantation direction from the <0001> direction is increased. If attention is paid, it is the same as in Embodiment 9 (the positive and negative angles are changed). Therefore, the tailing state of the p-type impurity concentration profile in the p-type body layer 3 of the present embodiment is almost the same as that of the ninth embodiment.

また、第1〜第3のイオン注入の方向は、実施の形態9のものと組み合わせてもよい。例えば、第2のイオン注入を実施の形態9の如く行い、第3のイオン注入を実施の形態10の如く行ってもよい。また第1のイオン注入を、実施の形態10の如く行い、第3のイオン注入を実施の形態9の如く行ってもよい。   Further, the directions of the first to third ion implantations may be combined with those in the ninth embodiment. For example, the second ion implantation may be performed as in the ninth embodiment, and the third ion implantation may be performed as in the tenth embodiment. Alternatively, the first ion implantation may be performed as in the tenth embodiment, and the third ion implantation may be performed as in the ninth embodiment.

但し、第1〜第3のイオン注入の角度は、<0001>方向に対する所望の注入角度を得ることが可能な注入方向が複数存在する場合、そのうちn型ドリフト層2表面の垂線に近いものを選定することが望ましい。   However, when there are a plurality of implantation directions capable of obtaining a desired implantation angle with respect to the <0001> direction, the first to third ion implantation angles are close to the normal to the surface of the n-type drift layer 2. It is desirable to select.

<実施の形態11>
図24および図25は、それぞれ実施の形態11に係る半導体装置の構成を示す図であり、図24はMOSFETの構造、図25はダイオード素子の構造を示している。
<Embodiment 11>
24 and 25 are diagrams showing the configuration of the semiconductor device according to the eleventh embodiment. FIG. 24 shows the structure of the MOSFET, and FIG. 25 shows the structure of the diode element.

図24および図25に示すように、本実施の形態では、p型終端領域5の外側の部分に、p型終端領域5よりも浅い第2のp型終端領域15を設ける。つまり本実施の形態では、終端構造がp型終端領域5とそれよりも浅い第2の終端領域15とから成る段階的な構造となっている。それにより、p型ボディ層3とn型ドリフト層2との間のpn接合においてなだれ降伏が生じる際、終端部での電界集中を緩和することができる。第2の終端領域15は、p型ボディ層3を形成するためのイオン注入とは別の工程で、p型終端領域5よりも浅くp型ドーパントをイオン注入することによって形成する。   As shown in FIGS. 24 and 25, in the present embodiment, a second p-type termination region 15 that is shallower than the p-type termination region 5 is provided in a portion outside the p-type termination region 5. That is, in the present embodiment, the termination structure is a stepped structure including the p-type termination region 5 and the second termination region 15 shallower than the p-type termination region 5. Thereby, when an avalanche breakdown occurs in the pn junction between the p-type body layer 3 and the n-type drift layer 2, the electric field concentration at the terminal portion can be reduced. The second termination region 15 is formed by ion implantation of a p-type dopant shallower than the p-type termination region 5 in a step different from the ion implantation for forming the p-type body layer 3.

第2の終端領域15は、上記した実施の形態1〜10のMOSFETまたはダイオード素子のいずれにも設けることができる。もちろん、各実施の形態と同様に、なだれ降伏を安定して生させるという効果も得られる。   The second termination region 15 can be provided in any of the MOSFETs or diode elements of the first to tenth embodiments described above. Of course, the avalanche breakdown can be stably produced as in the embodiments.

以上の各実施の形態では、(0001)面を基準面とし、表面がその基準面から<11−20>方向へ所定のオフ角だけ傾いたn型基板1を用いたが、本発明の適用はこれに限られるものではない。他の結晶面を基準面とする基板を用いる場合でも、ドリフト層との間でpn接合を構成する不純物層の形成工程において、基準面の垂線に対する角度が小さい方向からのイオン注入で不純物層の中央部を形成し、基準面の垂線に対する角度が大きい方向からのイオン注入で不純物層の端部を形成することによって、不純物層の中央部に、中央部よりも不純物濃度プロファイルの裾引きが長い部分を設けることができる。それにより、pn接合でなだれ降伏が安定して生じるパンチスルー型の半導体素子を得ることができる。   In each of the embodiments described above, the n-type substrate 1 having the (0001) plane as a reference plane and the surface inclined by a predetermined off angle in the <11-20> direction from the reference plane is used. Is not limited to this. Even when a substrate having another crystal plane as a reference plane is used, in the step of forming an impurity layer that forms a pn junction with the drift layer, ion implantation from a direction in which the angle of the reference plane with respect to the perpendicular is small causes ion implantation of the impurity layer. By forming the central portion and forming the end portion of the impurity layer by ion implantation from a direction in which the angle with respect to the normal to the reference plane is large, the tail of the impurity concentration profile is longer in the central portion of the impurity layer than in the central portion. A portion can be provided. Thereby, a punch-through type semiconductor element in which avalanche breakdown is stably generated at the pn junction can be obtained.

また基板のオフ角、並びに各イオン注入の注入方向(角度)についても、上で説明したものは一例であり、本発明の適用がそれらに限られるものではない。   Also, the off-angle of the substrate and the implantation direction (angle) of each ion implantation are just examples, and the application of the present invention is not limited thereto.

なお、以上の説明では、ドリフト層2と基板1とが同じ導電型を有する構造のMOSFETについて述べたが、本発明は、ドリフト層2と基板1とが異なる導電型を有する構造のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)に対しても適用可能である。例えば、図1に示した構成に対し、n型基板1をp型の基板に置き換えればIGBTの構成となる。その場合、MOSFETのn型ソース領域4およびソース電極10は、それぞれIGBTのエミッタ領域およびエミッタ電極に対応し、MOSFETのドレイン電極11はコレクタ電極に対応することになる。   In the above description, a MOSFET having a structure in which the drift layer 2 and the substrate 1 have the same conductivity type has been described. However, the present invention describes an IGBT (Insulated) having a structure in which the drift layer 2 and the substrate 1 have different conductivity types. Gate Bipolar Transistor) is also applicable. For example, if the n-type substrate 1 is replaced with a p-type substrate in the configuration shown in FIG. 1, an IGBT configuration is obtained. In that case, the n-type source region 4 and source electrode 10 of the MOSFET correspond to the emitter region and emitter electrode of the IGBT, respectively, and the drain electrode 11 of the MOSFET corresponds to the collector electrode.

IGBTに適用する場合でも、MOSFETの場合と同様に、ドリフト層との間でpn接合を構成する不純物層の形成工程において、基準面の垂線に対する角度が小さい方向からのイオン注入で不純物層の中央部を形成し、基準面の垂線に対する角度が大きい方向からのイオン注入で不純物層の端部を形成することによって、不純物層の端部に、中央部よりも不純物濃度プロファイルの裾引きが長い部分を設けることができる。それにより、pn接合でなだれ降伏が安定して生じるノンパンチスルー型のIGBTを得ることができる。   Even in the case of applying to the IGBT, as in the case of the MOSFET, in the step of forming the impurity layer constituting the pn junction with the drift layer, the center of the impurity layer is formed by ion implantation from the direction in which the angle with respect to the normal to the reference plane is small. A portion where the tail of the impurity concentration profile is longer at the end of the impurity layer than at the center by forming the end of the impurity layer by ion implantation from a direction in which the angle with respect to the normal to the reference plane is large Can be provided. Thereby, a non-punch through type IGBT in which avalanche breakdown is stably generated at the pn junction can be obtained.

1 n型基板、2 n型ドリフト層、3 p型ボディ層、3a ボディ領域、3b チャネル形成領域、3c コンタクト領域、4 n型ソース領域、5 p型終端領域、7 ゲート絶縁膜、8 ゲート電極、9 層間絶縁膜、10 ソース電極、11 ドレイン電極、12 配線、15 第2の終端領域。   1 n-type substrate, 2 n-type drift layer, 3 p-type body layer, 3a body region, 3b channel formation region, 3c contact region, 4 n-type source region, 5 p-type termination region, 7 gate insulating film, 8 gate electrode , 9 Interlayer insulating film, 10 source electrode, 11 drain electrode, 12 wiring, 15 second termination region.

Claims (23)

炭化珪素の基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の上部に選択的に形成された第2導電型領域とを有し、
前記第2導電型領域と前記ドリフト層との境界のpn接合に降伏電圧が印加されたとき当該pn接合から伸びる空乏層が前記ドリフト層を突き抜けるパンチスルー型の半導体素子を備える半導体装置であって、
前記第2導電型領域は、
中央部に、端部よりも第2導電型不純物濃度プロファイルの前記ドリフト層の深さ方向への裾引きが長い部分を有している
ことを特徴とする半導体装置。
A drift layer of a first conductivity type formed on a silicon carbide substrate;
A second conductivity type region selectively formed on the drift layer;
A semiconductor device comprising a punch-through type semiconductor element in which a depletion layer extending from a pn junction penetrates the drift layer when a breakdown voltage is applied to a pn junction at a boundary between the second conductivity type region and the drift layer. ,
The second conductivity type region is
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductive type impurity concentration profile has a longer tail in the depth direction of the drift layer than at the end.
前記半導体素子はMOSFETであり、
前記第2導電型領域は、前記MOSFETのボディ層であり、
前記第2導電型領域の端部は、前記MOSFETのチャネル形成領域である
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor element is a MOSFET;
The second conductivity type region is a body layer of the MOSFET;
The semiconductor device according to claim 1, wherein an end portion of the second conductivity type region is a channel formation region of the MOSFET.
前記半導体素子はMOSFETであり、
前記第2導電型領域は、前記MOSFETのボディ層であり、
前記第2導電型領域の端部は、前記MOSFETの形成領域の外周部である終端領域である
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor element is a MOSFET;
The second conductivity type region is a body layer of the MOSFET;
The semiconductor device according to claim 1, wherein an end portion of the second conductivity type region is a termination region which is an outer peripheral portion of the MOSFET formation region.
前記終端領域は、外側が浅く形成された段階的な構造を有している
請求項3記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3, wherein the termination region has a stepped structure with a shallow outer side.
前記MOSFETは、
前記第2導電型領域内に形成されたソース領域に接続するソース電極をさらに備え、
前記第2導電型領域は、
当該第2導電型領域の中央部に配設され、前記ソース電極に接続するコンタクト領域を含んでおり、
前記コンタクト領域の第2導電型不純物濃度プロファイルの前記ドリフト層の深さ方向への裾引きが、前記第2導電型領域の他の部分よりも長い
請求項2から請求項4のいずれか1項記載の半導体装置。
The MOSFET is
A source electrode connected to the source region formed in the second conductivity type region;
The second conductivity type region is
A contact region disposed in the center of the second conductivity type region and connected to the source electrode;
5. The tailing of the second conductivity type impurity concentration profile of the contact region in the depth direction of the drift layer is longer than the other part of the second conductivity type region. The semiconductor device described.
前記半導体素子はIGBTであり、
前記第2導電型領域は、前記IGBTのボディ層であり、
前記第2導電型領域の端部は、前記IGBTのチャネル形成領域である
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor element is an IGBT,
The second conductivity type region is a body layer of the IGBT;
The semiconductor device according to claim 1, wherein an end portion of the second conductivity type region is a channel formation region of the IGBT.
前記半導体素子はIGBTであり、
前記第2導電型領域は、前記IGBTのボディ層であり、
前記第2導電型領域の端部は、前記IGBTの形成領域の外周部である終端領域である
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor element is an IGBT,
The second conductivity type region is a body layer of the IGBT;
The semiconductor device according to claim 1, wherein an end portion of the second conductivity type region is a termination region which is an outer peripheral portion of the IGBT formation region.
前記終端領域は、外側が浅く形成された段階的な構造を有している
請求項7記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7, wherein the termination region has a stepped structure with a shallow outer side.
前記IGBTは、
前記第2導電型領域内に形成されたエミッタ領域に接続するエミッタ電極をさらに備え、
前記第2導電型領域は、
当該第2導電型領域の中央部に配設され、前記エミッタ電極に接続するコンタクト領域を含んでおり、
前記コンタクト領域の第2導電型不純物濃度プロファイルの前記ドリフト層の深さ方向への裾引きが、前記第2導電型領域の他の部分よりも長い
請求項6から請求項8のいずれか1項記載の半導体装置。
The IGBT is
An emitter electrode connected to an emitter region formed in the second conductivity type region;
The second conductivity type region is
A contact region disposed in the center of the second conductivity type region and connected to the emitter electrode;
9. The tailing of the second conductivity type impurity concentration profile of the contact region in the depth direction of the drift layer is longer than the other part of the second conductivity type region. The semiconductor device described.
前記半導体素子はダイオード素子であり、
前記pn接合の中央部は、当該ダイオード素子の活性領域であり、
前記pn接合の端部は、前記活性領域の外周部である終端領域である
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor element is a diode element;
The central part of the pn junction is an active region of the diode element,
The semiconductor device according to claim 1, wherein an end portion of the pn junction is a termination region that is an outer peripheral portion of the active region.
前記終端領域は、外側が浅く形成された段階的な構造を有している
請求項10記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10, wherein the termination region has a stepped structure with a shallow outer side.
基準面である結晶面から所定のオフ角だけ傾いた表面を有する炭化珪素の基板を準備する工程と、
前記基板上に第1導電型のドリフト層を形成する工程と、
前記ドリフト層の上部に第2導電型領域を選択的に形成するイオン注入工程とを備え、
前記イオン注入工程は、
前記第2導電型領域の中央部を含む領域を形成するための第1のイオン注入と、
前記第2導電型領域の端部を形成するための第2のイオン注入とを含み、
前記第1のイオン注入の注入方向が前記基準面の垂線と成す角は、前記第2のイオン注入の注入方向が前記基準面の垂線と成す角度よりも小さい
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Preparing a silicon carbide substrate having a surface inclined by a predetermined off angle from a crystal plane that is a reference plane;
Forming a first conductivity type drift layer on the substrate;
An ion implantation step of selectively forming a second conductivity type region on the drift layer,
The ion implantation step includes
A first ion implantation for forming a region including a central portion of the second conductivity type region;
A second ion implantation for forming an end of the second conductivity type region,
An angle formed by an implantation direction of the first ion implantation and a perpendicular of the reference plane is smaller than an angle formed by an implantation direction of the second ion implantation and a perpendicular of the reference plane. Method.
前記第2導電型領域は、MOSFETのボディ層であり、
前記第2導電型領域の端部は、前記MOSFETのチャネル形成領域である
請求項12記載の半導体装置の製造方法。
The second conductivity type region is a MOSFET body layer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein an end of the second conductivity type region is a channel formation region of the MOSFET.
前記第2導電型領域は、MOSFETのボディ層であり、
前記第2導電型領域の端部は、前記MOSFETの形成領域の外周部である終端領域である
請求項12記載の半導体装置の製造方法。
The second conductivity type region is a MOSFET body layer;
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein an end portion of the second conductivity type region is a termination region that is an outer peripheral portion of the MOSFET formation region.
前記終端領域の外側の部分に、イオン注入によって前記終端領域より浅く第2導電型の領域を形成する工程をさらに備える
請求項14記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, further comprising forming a second conductivity type region shallower than the termination region by ion implantation in a portion outside the termination region.
前記第2導電型領域内に、イオン注入によって第1導電型のソース領域を形成する工程と、
前記ソース領域に接続するソース電極を形成する工程とをさらに備え、
前記イオン注入工程は、
前記第2導電型領域の中央部に、前記ソース電極に前記ソース領域と共に接続する第2導電型のコンタクト領域を形成する第3のイオン注入を含み、
前記第3のイオン注入の注入方向が前記基準面の垂線と成す角は、前記第1のイオン注入の注入方向が前記基準面の垂線と成す角よりも小さい
請求項13から請求項15のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
Forming a first conductivity type source region in the second conductivity type region by ion implantation;
Forming a source electrode connected to the source region,
The ion implantation step includes
A third ion implantation forming a second conductivity type contact region connected to the source electrode together with the source region at a central portion of the second conductivity type region;
The angle formed by the implantation direction of the third ion implantation with the normal of the reference plane is smaller than the angle formed by the implantation direction of the first ion implantation with the normal of the reference plane. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記第2導電型領域は、IGBTのボディ層であり、
前記第2導電型領域の端部は、前記IGBTのチャネル形成領域である
請求項12記載の半導体装置の製造方法。
The second conductivity type region is an IGBT body layer,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein an end of the second conductivity type region is a channel formation region of the IGBT.
前記第2導電型領域は、IGBTのボディ層であり、
前記第2導電型領域の端部は、前記IGBTの形成領域の外周部である終端領域である
請求項12記載の半導体装置の製造方法。
The second conductivity type region is an IGBT body layer,
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein an end portion of the second conductivity type region is a termination region which is an outer peripheral portion of the IGBT formation region.
前記終端領域の外側の部分に、イオン注入によって前記終端領域より浅く第2導電型の領域を形成する工程をさらに備える
請求項18記載の半導体装置の製造方法。
19. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 18, further comprising a step of forming a second conductivity type region shallower than the termination region by ion implantation in a portion outside the termination region.
前記第2導電型領域内に、イオン注入によって第1導電型のエミッタ領域を形成する工程と、
前記エミッタ領域に接続するエミッタ電極を形成する工程とをさらに備え、
前記イオン注入工程は、
前記第2導電型領域の中央部に、前記エミッタ電極に前記エミッタ領域と共に接続する第2導電型のコンタクト領域を形成する第3のイオン注入を含み、
前記第3のイオン注入の注入方向が前記基準面の垂線と成す角は、前記第1のイオン注入の注入方向が前記基準面の垂線と成す角よりも小さい
請求項17から請求項19のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
Forming a first conductivity type emitter region by ion implantation in the second conductivity type region;
Forming an emitter electrode connected to the emitter region,
The ion implantation step includes
A third ion implantation forming a second conductivity type contact region connected to the emitter electrode together with the emitter region at a central portion of the second conductivity type region;
The angle formed by the implantation direction of the third ion implantation with the normal of the reference plane is smaller than the angle formed by the implantation direction of the first ion implantation with the normal of the reference plane. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記ドリフト層と前記第2導電型領域とはダイオード素子を構成し、
前記ドリフト層と前記第2導電型領域との間のpn接合の中央部は、当該ダイオード素子の活性領域であり、
前記pn接合の端部は、前記活性領域の外周部である終端領域である
請求項12記載の半導体装置の製造方法。
The drift layer and the second conductivity type region constitute a diode element,
The central part of the pn junction between the drift layer and the second conductivity type region is an active region of the diode element,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein an end portion of the pn junction is a termination region that is an outer peripheral portion of the active region.
前記終端領域の外側の部分に、イオン注入によって前記終端領域より浅く第2導電型の領域を形成する工程をさらに備える
請求項21記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 21, further comprising forming a second conductivity type region shallower than the termination region by ion implantation in a portion outside the termination region.
前記イオン注入工程は、
当該イオン注入工程で行う各イオン注入の注入方向を設定する工程を含み、
前記注入方向の設定工程では、
前記基準面の垂線に対する所望の注入角度を得ることが可能な注入方向が複数存在する場合、そのうち前記ドリフト層上面の垂線に近いものが選定される
請求項12から請求項22のいずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
The ion implantation step includes
Including a step of setting an implantation direction of each ion implantation performed in the ion implantation step,
In the step of setting the injection direction,
23. The method according to any one of claims 12 to 22, wherein when there are a plurality of implantation directions capable of obtaining a desired implantation angle with respect to the normal of the reference surface, a direction close to the normal of the upper surface of the drift layer is selected. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
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