JP2011100964A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Hiroyuki Nagasawa
弘幸 長澤
Motoki Kobayashi
元樹 小林
Takamitsu Kawahara
孝光 河原
Naoki Hatta
直記 八田
Kuniaki Yagi
邦明 八木
Eiji Uchida
英次 内田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a reverse leakage current at a pn junction part without increasing ON resistance. <P>SOLUTION: A semiconductor device such as a 3C-SiC-MOSFET is characterized in that when an n-type SiC epitaxial layer 11 doped with n-type impurity ions is grown on an n+ type 3C-SiC substrate 10, a donor concentration of a surface region of the n-type SiC epitaxial layer 11 is not lowered but held high, and a donor concentration of a pn junction part between a (p) well 12 formed in the n-type SiC epitaxial layer 11 and the n-type SiC epitaxial layer 11 is lowered. A desired donor concentration profile is formed by controlling a dopant gas amount in the growth of the n-type SiC epitaxial layer 11. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭化珪素(SiC)半導体を用いたパワー半導体装置(例えば、SiC電界効果トランジスタ、以下「SiC−MOSFET」という。)、及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a power semiconductor device (for example, a SiC field effect transistor, hereinafter referred to as “SiC-MOSFET”) using a silicon carbide (SiC) semiconductor, and a manufacturing method thereof.

SiC半導体は、シリコン(Si)に比べて大きなエネルギーバンドギャップを持つ半導体であり、Siに比べて低損失、小型化可能、高耐圧性、高耐熱性等の特性を有し、これを用いたSiC−pnダイオードやSiC−MOSFET等が種々提案されている。   The SiC semiconductor is a semiconductor having a larger energy band gap than silicon (Si), and has characteristics such as low loss, miniaturization, high voltage resistance, and high heat resistance compared to Si. Various SiC-pn diodes and SiC-MOSFETs have been proposed.

例えば、下記の特許文献1、2には、微細化が容易な縦型SiC−MOSFETの技術が記載されている。縦型SiC−MOSFETでは、例えば、バルク基板であるn型SiC基板上にn型エピタキシャル層が形成されている。n型エピタキシャル層内にはpウェルが形成され、このpウェル内にn型ソース領域が形成されている。n型ソース領域の近傍には、ゲートが形成されている。更に、n型SiC基板の裏面側には、ドレインが形成されている。pウェルとn型エピタキシャル層との境界には、pn接合部が形成されている。 For example, Patent Documents 1 and 2 below describe vertical SiC-MOSFET technology that can be easily miniaturized. In the vertical SiC-MOSFET, for example, an n-type epitaxial layer is formed on an n-type SiC substrate that is a bulk substrate. A p-well is formed in the n-type epitaxial layer, and an n + -type source region is formed in the p-well. A gate is formed in the vicinity of the n + type source region. Furthermore, a drain is formed on the back side of the n-type SiC substrate. A pn junction is formed at the boundary between the p-well and the n-type epitaxial layer.

この種の縦型SiC−MOSFETでは、ゲートに所定電圧を印加することにより、ソースからドレインへほぼ垂直方向に電子が流れ、ソース・ドレイン間の導通状態が制御されるようになっている。   In this type of vertical SiC-MOSFET, by applying a predetermined voltage to the gate, electrons flow in a substantially vertical direction from the source to the drain, and the conduction state between the source and the drain is controlled.

なお、下記の非特許文献1−5には、3C−SiCウェハを用いたpn接合の技術が記載されている。   The following Non-Patent Documents 1-5 describe a pn junction technique using a 3C—SiC wafer.

特開2005−79339号公報JP 2005-79339 A 特開2009−16530号公報JP 2009-16530 A

H.Nagasawa,K.Yagi,T.Kawahara,N.Hatta,M.Abe,Microelectronic Eng.83,185(2006)H. Nagasawa, K .; Yagi, T .; Kawahara, N .; Hatta, M .; Abe, Microelectronic Eng. 83, 185 (2006) A.Qteish,V.Heine,R.J.Needs,Phys.Rev.B45,6534(1992)A. Qteish, V .; Heine, R.A. J. et al. Needs, Phys. Rev. B45, 6534 (1992) H.P.Iwata,U.Lindefelt,S.Oberg,P.R.Briddon,Phys.Rev B 68,113202(2003).H. P. Iwata, U .; Lindefelt, S .; Oberg, P.M. R. Briddon, Phys. Rev B 68, 113202 (2003). G.Blatter,F.Greuter,Phys.Rev.B33,3952(1986)G. Blatter, F.A. Greuter, Phys. Rev. B33, 3952 (1986) John Wiley&Sons,“SEMICONDUCTOR DEVICES Physics and Technology”(1985)S.M.SZE,AT&Bell Laboratories,Murray Hill,New Jerseyp.71−87John Wiley & Sons, “SEMICONDUCTOR DEVICES Physics and Technology” (1985) M.M. SZE, AT & Bell Laboratories, Murray Hill, New Jersey. 71-87

しかしながら、従来のpn接合部を有するSiC−MOSFETでは、次のような課題があった。   However, the conventional SiC-MOSFET having a pn junction has the following problems.

例えば、3C−SiCウェハを用いてpn接合部を有するSiC−MOSFETを製造した場合、そのpn接合部に逆バイアス電圧が印加されると、逆方向のリーク電流が流れて、オフ時の消費電力が増大するという問題があった。このリーク電流は、pn接合部を横切る積層欠陥によるものと考えられている。   For example, when a SiC-MOSFET having a pn junction is manufactured using a 3C-SiC wafer, when a reverse bias voltage is applied to the pn junction, a reverse leakage current flows, and power consumption during off-state There was a problem that increased. This leakage current is believed to be due to stacking faults across the pn junction.

そこで本発明の目的は、逆方向のリーク電流を低減したpn接合部を有する半導体装置及びその製造方法を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a pn junction with reduced reverse leakage current and a method for manufacturing the same.

本発明の半導体装置は、n型不純物イオンがドーピングされたn型エピタキシャル層を備え、前記n型エピタキシャル層内に、p型不純物イオンがドーピングされて形成されたp型領域と、当該p型領域と前記n型エピタキシャル層のn型領域との境界であるpn接合部分と、を有する半導体装置であって、前記n型エピタキシャル層は、当該n型エピタキシャル層の表面領域のドナー濃度に比べて前記pn接合部分におけるドナー濃度が低いドナー濃度プロファイルを有するを特徴とする。   A semiconductor device of the present invention includes an n-type epitaxial layer doped with n-type impurity ions, a p-type region formed by doping p-type impurity ions in the n-type epitaxial layer, and the p-type region And a pn junction portion that is a boundary between the n-type epitaxial layer and the n-type region of the n-type epitaxial layer, wherein the n-type epitaxial layer is higher than a donor concentration in a surface region of the n-type epitaxial layer. It is characterized by having a donor concentration profile in which the donor concentration in the pn junction portion is low.

本発明の半導体装置の製造方法は、n型エピタキシャル層を成長させる成長工程と、前記n型エピタキシャル層内に、p型不純物イオンをドーピングしてp型領域を形成するとともに、当該p型領域と前記n型エピタキシャル層のn型領域との境界であるpn接合部分を形成する形成工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記成長工程は、ドナー型ドーパントガス量を制御する制御工程を含み、当該制御により所望のドナー濃度プロファイルを有する前記n型エピタキシャル層を成長させ、前記制御工程は、前記n型エピタキシャル層の表面領域の前記n型不純物イオンのドナー濃度に比べて、前記pn接合部分における前記n型不純物イオンのドナー濃度を低減させるように、前記ドナー濃度プロファイルを制御することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a growth step of growing an n-type epitaxial layer, a p-type region is formed by doping p-type impurity ions in the n-type epitaxial layer, and the p-type region Forming a pn junction portion that is a boundary with the n-type region of the n-type epitaxial layer, wherein the growth step is a control step of controlling the amount of donor-type dopant gas The n-type epitaxial layer having a desired donor concentration profile is grown by the control, and the control step includes comparing the donor concentration of the n-type impurity ions in the surface region of the n-type epitaxial layer with the pn The donor concentration profile is controlled so as to reduce the donor concentration of the n-type impurity ions at the junction. To.

本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、pn接合部分における不純物イオンのドープ量を下げる等して、pn接合部分におけるドナー濃度を低減させるようにしたので、pn接合部分の電界緩和が図られ、逆方向のリーク電流を減少できる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, the donor concentration in the pn junction portion is reduced by, for example, reducing the doping amount of impurity ions in the pn junction portion. Therefore, the reverse leakage current can be reduced.

本発明の実施例1における縦型SiC−MOSFETの構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the vertical SiC-MOSFET in Example 1 of this invention. 図1中のpn接合部分を示す図である。It is a figure which shows the pn junction part in FIG. 図1の縦型SiC−MOSFETにおけるトランジスタ特性を示す図である。It is a figure which shows the transistor characteristic in the vertical SiC-MOSFET of FIG. 図1の縦型SiC−MOSFETにおける逆リーク電流特性を示す図である。It is a figure which shows the reverse leakage current characteristic in the vertical SiC-MOSFET of FIG. 3C−SiC−pnダイオードの模式図である。It is a schematic diagram of a 3C-SiC-p + n diode. 図5の逆電流密度の温度(T)依存を示す図である。It is a figure which shows the temperature (T) dependence of the reverse current density of FIG. 図5のEBICイメージ(明るい水平ライン=C−SFs)を示す図である。It is a figure which shows the EBIC image (bright horizontal line = C-SFs) of FIG. 図5の逆電流密度の温度(T)依存を示す図である。It is a figure which shows the temperature (T) dependence of the reverse current density of FIG. 図5のEBICイメージ(明るい垂直ライン=Si−SFs)を示す図である。It is a figure which shows the EBIC image (bright vertical line = Si-SFs) of FIG. 異なる外部電界Fに関する二重ショットキー障壁の図式を示す図である。FIG. 4 shows a diagram of a double Schottky barrier for different external electric fields F. リーク電流のアレニウスプロットを示す図である。It is a figure which shows the Arrhenius plot of leak current. 図5のリーク電流低減効果の参考例を示す図である。It is a figure which shows the reference example of the leakage current reduction effect of FIG. pnダイオードにおけるエピタキシャル層のドナー濃度プロファイルの一具体例を詳細に示した図である。It is the figure which showed in detail the example of the donor concentration profile of the epitaxial layer in a pn diode. 図13のドナー濃度プロファイルによる電界緩和構造を有したpnダイオードでのリーク電流密度の累積度数分布の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the cumulative frequency distribution of the leakage current density in the pn diode which has the electric field relaxation structure by the donor concentration profile of FIG.

本願発明者らは、3C−SiC−pnダイオードにおけるリーク電流の温度依存の分析を行い、この分析結果に基づき、このようなSiC−pn接合部を有するSiC−MOSFET等を提案した。以下、これについて説明する。 The inventors of the present application have analyzed the temperature dependence of the leakage current in the 3C-SiC-p + n diode, and based on the analysis result, proposed a SiC-MOSFET having such a SiC-p + n junction. . This will be described below.

図5は3C−SiC−pnダイオードの模式図、図6は図5の逆電流密度の温度(T)依存を示す図、図7は図5のEBICイメージ(明るい水平ライン=C−SFs)を示す図、図8は図5の逆電流密度の温度(T)依存を示す図、図9は図5のEBICイメージ(明るい垂直ライン=Si−SFs)を示す図、図10(a)〜(c)は異なる外部電界Fに関する二重ショットキー障壁の図式を示す図、更に、図11はリーク電流のアレニウスプロットを示す図である。 5 is a schematic diagram of a 3C-SiC-p + n diode, FIG. 6 is a diagram showing the temperature (T) dependence of the reverse current density of FIG. 5, and FIG. 7 is an EBIC image (bright horizontal line = C-SFs) of FIG. 8 is a diagram showing the temperature (T) dependence of the reverse current density in FIG. 5, FIG. 9 is a diagram showing the EBIC image (bright vertical line = Si-SFs) in FIG. 5, and FIG. (C) is a diagram showing a diagram of a double Schottky barrier for different external electric fields F, and FIG. 11 is an Arrhenius plot of leakage current.

高電子移動度と2.2eVのバンドギャップのために、3C−SiCは、中耐圧及び高耐圧領域(600V以上)で動作する素子として適した半導体である。これらの物理的な利点にもかかわらず、3C−SiCのエピタキシャル層中には、まだ多くの結晶欠陥(例えば、積層欠陥)が存在し、その積層欠陥がpn接合のブロッキング特性の劣化原因になっていると考えられる。リーク電流に寄与すると考えられている積層欠陥を通したキャリア輸送を研究するために、例えば、図5に示されるような3C−SiC−pnダイオードを製造し、リーク電流の温度依存性について検討した。 Because of the high electron mobility and the 2.2 eV band gap, 3C-SiC is a semiconductor suitable as an element that operates in a medium withstand voltage region and a high withstand voltage region (600 V or more). Despite these physical advantages, there are still many crystal defects (for example, stacking faults) in the epitaxial layer of 3C-SiC, and the stacking faults cause deterioration of the blocking characteristics of the pn junction. It is thought that. In order to study carrier transport through stacking faults that are thought to contribute to leakage current, for example, a 3C-SiC-p + n diode as shown in FIG. 5 is manufactured and the temperature dependence of leakage current is studied. investigated.

図5に示される3C−SiC−pnダイオード1は、p層2とn層3とがpn接合部4で接合しており、そのpn接合部4には空乏層5が発生する。p層2に正電圧V1を印加し、n層3をグランドGNDに接続すると、順バイアスの電圧V1により空乏層5の幅が小さくなり、この空乏層5を通して順方向の電流が流れやすくなる。これに対し、p層2をグランドGNDに接続し、n層3に正電圧V1を印加すると、逆バイアスの電圧V1により空乏層5の幅が広がり、逆方向電流が流れにくくなる。 In the 3C-SiC-p + n diode 1 shown in FIG. 5, the p + layer 2 and the n layer 3 are joined by a pn junction 4, and a depletion layer 5 is generated in the pn junction 4. When a positive voltage V1 is applied to the p + layer 2 and the n layer 3 is connected to the ground GND, the width of the depletion layer 5 is reduced by the forward bias voltage V1, and a forward current easily flows through the depletion layer 5. . On the other hand, when the p + layer 2 is connected to the ground GND and the positive voltage V1 is applied to the n layer 3, the width of the depletion layer 5 is widened by the reverse bias voltage V1, and the reverse current hardly flows.

本願発明者らは、n型3C−SiCエピレイヤ(厚さ=13μm、[N]=7×1015cm−3)(非特許文献1参照)を使って、6ガードリング(深さ=1μm、[Al]=1×1018cm−3)により囲まれる100μm径のp領域を形成するために、アルミニウム(Al)イオンを注入した。逆方向のリーク電流特性は、温度範囲100K〜295Kで測定した。結晶欠陥およびリーク電流個所は、電子ビーム誘導電流(EBIC)とホトエミッション顕微鏡(PEM)によって、それぞれ観察している。 The inventors of the present application used an n-type 3C-SiC epilayer (thickness = 13 μm, [N] = 7 × 10 15 cm −3 ) (see Non-Patent Document 1), and 6 guard rings (depth = 1 μm, In order to form a 100 μm-diameter p region surrounded by [Al] = 1 × 10 18 cm −3 ), aluminum (Al) ions were implanted. The reverse leakage current characteristics were measured in the temperature range of 100K to 295K. Crystal defects and leak current locations are observed with an electron beam induced current (EBIC) and a photoemission microscope (PEM), respectively.

pn接合部4のリーク電流特性とその温度依存性は、p層2下の欠陥密度によって大きくばらつく。図6に示すリーク電流特性は、温度によりほとんど変化しない。このpnダイオード1のEBICイメージ(図7参照)は、2つの広いスリップバンド(C−SFs)を示し、それはpn接合部4を横切っておそらく短絡電流を生じる。リーク電流の電圧依存性では、低電圧領域ではリーク電流が急激に増加するが、電圧の増加に伴って緩慢な傾斜を示すようになる。 The leakage current characteristic of the pn junction 4 and its temperature dependence vary greatly depending on the defect density under the p + layer 2. The leakage current characteristics shown in FIG. 6 hardly change with temperature. This EBIC image of the p + n diode 1 (see FIG. 7) shows two broad slip bands (C-SFs), which probably cause a short circuit current across the pn junction 4. In the voltage dependency of the leakage current, the leakage current increases rapidly in the low voltage region, but shows a gentle slope as the voltage increases.

図8に、pnダイオード1においてしばしば観察される強い温度依存性を持ったリーク電流特性を示す。図9に示すpnダイオード1のEBICイメージ中の明るい垂直直線は、Si原子によって終端される積層欠陥(Si−SFs)に対応し、少数の暗い水平直線は、C原子によって終端された積層欠陥に対応している。図示しないが、PEM観察からは、pn接合領域に1つの明るい小さなスポットが観察されている。 FIG. 8 shows a leakage current characteristic having a strong temperature dependency often observed in the p + n diode 1. The bright vertical lines in the EBIC image of the p + n diode 1 shown in FIG. 9 correspond to stacking faults (Si-SFs) terminated by Si atoms, and a few dark horizontal lines are stacked by C atoms. It corresponds to the defect. Although not shown, one bright small spot is observed in the p + n junction region from PEM observation.

又、非特許文献2や非特許文献3に記載されている第1原理計算の予測結果によれば、隣接した基底面にある3C−SiCの積層欠陥の電子構造は、一対の双晶界面に置き換えられることが示されており、およそ80meVの自発分極を引き起こす。又、非特許文献4によれば、帯電した結晶欠陥は電気的には2重ショットキー障壁とみなせると判断できる。印加電界Fで、二重ショットキー障壁の片側が順方向に繋がっており、もう片側が反対方向に繋がっている。   In addition, according to the prediction results of the first principle calculation described in Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, the electronic structure of the stacking fault of 3C-SiC on the adjacent basal plane is at a pair of twin interfaces. It has been shown to be replaced, causing a spontaneous polarization of approximately 80 meV. Further, according to Non-Patent Document 4, it can be determined that a charged crystal defect can be regarded as a double Schottky barrier electrically. With an applied electric field F, one side of the double Schottky barrier is connected in the forward direction and the other side is connected in the opposite direction.

印加電界Fの増加あるいは温度上昇により、多くの電子がその障壁を超えることが出来るようになる(図10の図式を参照)。その障壁近傍での局所的な電界は約1.3MV/cmであり、そこで電子は大きな運動エネルギーを得ることが出来るため、その後の衝突により荷電したキャリア密度が増大することによりリーク電流が増加する。障壁を超えた電流は、次式(1)の熱電子放出理論によって表される。   An increase in applied electric field F or temperature rise allows many electrons to exceed the barrier (see the diagram of FIG. 10). The local electric field in the vicinity of the barrier is about 1.3 MV / cm, where electrons can obtain a large kinetic energy, so that the leakage current increases due to an increase in the density of charged carriers due to subsequent collisions. . The current exceeding the barrier is expressed by the thermionic emission theory of the following equation (1).

この(1)式のA、I、A及びwは、それぞれRichardson定数、飽和電流、p領域の面積、及びスペースチャージ領域の長さである。 In this equation (1), A * , I S , A and w are the Richardson constant, the saturation current, the area of the p region, and the length of the space charge region, respectively.

本願発明者らは、逆バイアス電圧が40Vで、異なる温度におけるリーク電流値を求め、アレニウスプロットによって、理論的な予測と良く一致する障壁高さΦ=90±8meVを得た。更に本願発明者は、異なる電圧に対しても同様の方法を用いて、障壁高さΦが0meVとなる逆バイアス電圧を外挿した結果、この障壁が消失する電圧が140Vとなることを導き出した。従って、140Vの電圧で、すべての電子はショットキー障壁を通過することが出来るようになる。 The inventors of the present application obtained a leak current value at a different temperature at a reverse bias voltage of 40 V, and obtained a barrier height Φ B = 90 ± 8 meV that agrees well with the theoretical prediction by an Arrhenius plot. Furthermore, the present inventor has derived that the voltage at which the barrier disappears becomes 140 V as a result of extrapolating the reverse bias voltage at which the barrier height Φ B becomes 0 meV using the same method for different voltages. It was. Therefore, at a voltage of 140V, all electrons can pass through the Schottky barrier.

以上説明したように、本願発明者らは、リーク電流が温度と印加電界に強く依存し、その物理的機構は、積層欠陥の自発分極によるダブルショットキー障壁がpn接合部4の空乏層5内に形成されているためであることを見出した。即ち、積層欠陥があると、外部から電界を掛けなくても、リーク電流の増大を促進する自発分極が起こってしまうため、積層欠陥に起因してリーク電流が流れることを見出した。ここで、リーク電流は電界強度に対して強い依存性を示すことから、同じ逆バイアス電圧であっても、空乏層5の電界を低減すればリーク電流は低減可能である。即ち、リーク電流を低減させるためには、pn接合部分の電界強度を低減する方法を施すことが有効であると言える。   As described above, the inventors of the present invention have a leak current that strongly depends on temperature and applied electric field, and the physical mechanism is that a double Schottky barrier due to spontaneous polarization of stacking faults is present in the depletion layer 5 of the pn junction 4. It was found that this is because it is formed. That is, it has been found that if there is a stacking fault, spontaneous polarization that promotes an increase in the leak current occurs without applying an electric field from the outside, so that the leak current flows due to the stacking fault. Here, since the leakage current has a strong dependence on the electric field strength, the leakage current can be reduced by reducing the electric field of the depletion layer 5 even with the same reverse bias voltage. In other words, in order to reduce the leakage current, it can be said that it is effective to apply a method for reducing the electric field strength at the pn junction portion.

非特許文献5における第76頁の(14b)式に記載された(18)式のポアソンの式から導出された式(18)によれば、最大電界強度はドナー濃度に比例する。この式に基づいて、リーク電流低減手法の1つとして、pn接合部分の不純物濃度を低減する方法を挙げることが出来る。最大電界強度がドナー濃度に比例することを利用することにより、例えば、pn接合部分のドナー濃度を従来の3/7にすれば、電界強度も3/7となり、その分リーク電流を減少できる(非特許文献5における不純物濃度と電界分布に関する第77頁の図13参照))。   According to the equation (18) derived from the Poisson equation of the equation (18) described in the equation (14b) on page 76 in Non-Patent Document 5, the maximum electric field strength is proportional to the donor concentration. Based on this equation, one method for reducing the leakage current is to reduce the impurity concentration of the pn junction portion. By utilizing the fact that the maximum electric field strength is proportional to the donor concentration, for example, if the donor concentration at the pn junction is 3/7, the electric field strength is also 3/7, and the leakage current can be reduced accordingly ( (See FIG. 13 on page 77 regarding impurity concentration and electric field distribution in Non-Patent Document 5)).

図12は、pnダイオード1でのリーク電流低減効果の参考例を示す図である。図の参考例は、単純に3C−SiCのエピタキシャル層のドナー濃度(ドーパントは窒素)を低減させた場合におけるリーク電流密度の累積度数分布の結果を示している。ここで、「単純に」ドナー濃度を低減させるとは、pn接合部4を含むエピタキシャル層全体で一律にドナー濃度を低減させ、当該低減後のドナー濃度をpn接合部4を含むエピタキシャル層全体で一定にすることを意味する。図中において、横軸はリーク電流密度、縦軸はリーク電流密度の累積度数である。また、図中において菱形のドットで示した結果(図中右側のグラフ部分)はエピタキシャル層のドナー濃度がN=7.5E15/cmであり、正方形のドットで示した結果(図中左側のグラフ部分)はドナー濃度がN=1.5E15/cmである。両結果を比べると、ドナー濃度が低下することによって、リーク電流密度が低密度側へシフトすることが確認できる。つまり、ドナー濃度の低下はリーク電流低減の効果があることが分かる。 FIG. 12 is a diagram illustrating a reference example of the leakage current reduction effect in the p + n diode 1. The reference example in the figure shows the result of the cumulative frequency distribution of the leakage current density when the donor concentration (dopant is nitrogen) of the epitaxial layer of 3C-SiC is simply reduced. Here, “simply” reducing the donor concentration means that the donor concentration is uniformly reduced in the entire epitaxial layer including the pn junction 4, and the donor concentration after the reduction is reduced in the entire epitaxial layer including the pn junction 4. Means constant. In the figure, the horizontal axis represents the leakage current density, and the vertical axis represents the cumulative frequency of the leakage current density. In addition, the results indicated by diamond-shaped dots in the figure (the graph portion on the right side in the figure) indicate that the donor concentration of the epitaxial layer is N D = 7.5E15 / cm 3 and the results indicated by square dots (the left side in the figure) In the graph part), the donor concentration is N D = 1.5E15 / cm 3 . When both results are compared, it can be confirmed that the leakage current density shifts to the low density side as the donor concentration decreases. That is, it can be seen that a decrease in donor concentration has an effect of reducing leakage current.

ただし、単純にエピタキシャル層の不純物濃度(ドナー型不純物)を下げると、後述するようにオン抵抗の増大が懸念される。そこで、本願発明者らは、単純にエピタキシャル層のドナー濃度を低減させるのではなく、以下に述べるようなエピタキシャル層のドナー濃度プロファイルを採用することに想到した。   However, if the impurity concentration (donor type impurities) of the epitaxial layer is simply lowered, there is a concern about an increase in on-resistance as will be described later. Therefore, the inventors of the present application have come up with the idea of adopting an epitaxial layer donor concentration profile as described below, instead of simply reducing the donor concentration of the epitaxial layer.

図13は、pnダイオード1におけるエピタキシャル層のドナー濃度プロファイルの一具体例を詳細に示した図である。図中において、横軸は3C−SiC基板方向への深さ、縦軸はエピタキシャル層の不純物濃度を示している。 FIG. 13 is a diagram showing in detail a specific example of the donor concentration profile of the epitaxial layer in the p + n diode 1. In the figure, the horizontal axis indicates the depth in the direction of the 3C-SiC substrate, and the vertical axis indicates the impurity concentration of the epitaxial layer.

図例のドナー濃度プロファイルにおいて、エピタキシャル表面(エピ表面)から深さ1μm以下の範囲に位置するファーストレイヤーは、ドナー濃度(ドーパントは窒素)がN=7E15/cmである。このファーストレイヤーは、エピタキシャル層の「表面領域」であるエピ表面を含む。また、N=7E15/cmは、エピタキシャル層における一般的なドナー濃度に相当する。つまり、エピタキシャル層の表面領域のドナー濃度は、低減させずに高く保ったままとなっている。 In the donor concentration profile shown in the figure, the first layer located within a depth of 1 μm or less from the epitaxial surface (epi surface) has a donor concentration (dopant is nitrogen) of N D = 7E15 / cm 3 . This first layer includes an epi surface which is the “surface region” of the epitaxial layer. N D = 7E15 / cm 3 corresponds to a general donor concentration in the epitaxial layer. That is, the donor concentration in the surface region of the epitaxial layer remains high without being reduced.

ファーストレイヤーから深さ10μmの範囲に位置するセカンドレイヤーは、ドナー濃度(ドーパントは窒素)がN=3E15/cmである。このセカンドレイヤーは、p層2とn層3との境界であるpn接合部4を含む。つまり、pn接合部分を含む領域範囲については、ファーストレイヤーに含まれるエピタキシャル層の表面領域に比べて、ドナー濃度が低減されている。 The second layer located within a depth of 10 μm from the first layer has a donor concentration (dopant is nitrogen) of N D = 3E15 / cm 3 . This second layer includes a pn junction 4 that is a boundary between the p + layer 2 and the n layer 3. That is, in the region range including the pn junction portion, the donor concentration is reduced as compared with the surface region of the epitaxial layer included in the first layer.

セカンドレイヤーから深さ3μmの範囲に位置するサードレイヤーは、ドナー濃度(ドーパントは窒素)がN=7E15/cmである。このサードレイヤーは、エピタキシャル層におけるエピ表面とは別の「表面領域」である基板側表面を含む。つまり、この表面領域についても、エピ表面と同様に、pn接合部分に比べると、ドナー濃度が低減させずに高く保ったままとなっている。このように、図例のドナー濃度プロファイルは、ドナー濃度を階段状に変化させた電界緩和構造(stepped junction)を有している。 The third layer located within a depth of 3 μm from the second layer has a donor concentration (dopant is nitrogen) of N D = 7E15 / cm 3 . This third layer includes a substrate side surface which is a “surface region” different from the epi surface in the epitaxial layer. That is, this surface region is also kept high without reducing the donor concentration as compared with the pn junction portion, similarly to the epi surface. As described above, the donor concentration profile in the example has a stepped junction in which the donor concentration is changed stepwise.

図14は、図13のドナー濃度プロファイルによる電界緩和構造を有したpnダイオード1でのリーク電流密度の累積度数分布の具体例を示す図である。図中において、横軸はリーク電流密度、縦軸はリーク電流密度の累積度数である。また、図中において米印のドットで示した結果(図中右側のグラフ部分)は、図13のドナー濃度プロファイルに対する比較例であり、エピタキシャル層のドナー濃度(ドーパントは窒素)がN=7.5E15/cmで一定である場合を示している。一方、図中において丸印のドットで示した結果(図中左側のグラフ部分)は、図13のドナー濃度プロファイルによる電界緩和構造の場合を示している。両結果を比べると、電界緩和構造(stepped junction)を採用した場合には、比較例であるドナー濃度一定(Standard)の場合よりも、リーク電流密度が1桁程度低密度側にシフトしていることが分かる。つまり、図13のドナー濃度プロファイルによる電界緩和構造を採用すれば、リーク電流を低減させることが可能になる。 FIG. 14 is a diagram showing a specific example of the cumulative frequency distribution of the leakage current density in the p + n diode 1 having the electric field relaxation structure based on the donor concentration profile of FIG. In the figure, the horizontal axis represents the leakage current density, and the vertical axis represents the cumulative frequency of the leakage current density. Moreover, the result shown by the dot of the US mark in the figure (the graph part of the right side in the figure) is a comparative example with respect to the donor concentration profile of FIG. 13, and the donor concentration of the epitaxial layer (the dopant is nitrogen) is N D = 7. .5E15 / cm 3 is constant. On the other hand, the results shown by the circled dots in the figure (the graph portion on the left side in the figure) indicate the case of the electric field relaxation structure based on the donor concentration profile in FIG. Comparing the two results, when the stepped junction is adopted, the leakage current density is shifted to the lower density side by about an order of magnitude compared to the case of the constant donor concentration (Standard) as a comparative example. I understand that. That is, if the electric field relaxation structure based on the donor concentration profile of FIG. 13 is adopted, the leakage current can be reduced.

なお、本発明の実施形態は、以上のようなドナー濃度が階段状のプロファイルを有する電界緩和構造に限定されるものではない。つまり、図13に示した電界緩和構造は、本願発明者らが想到したドナー濃度プロファイルの一具体例に過ぎず、pn接合部分のドナー濃度がエピタキシャル層の表面領域よりも低くなるようなプロファイルであれば、階段状でなくても良い。例えば、表面領域からpn接合部分に向かって徐々にドナー濃度が低減されるようなプロファイルであっても、リーク電流を低減させることが可能になる。   The embodiment of the present invention is not limited to the electric field relaxation structure in which the donor concentration has a stepped profile as described above. That is, the electric field relaxation structure shown in FIG. 13 is only one specific example of the donor concentration profile conceived by the inventors of the present application, and the profile is such that the donor concentration at the pn junction portion is lower than the surface region of the epitaxial layer. If there is, it does not have to be stepped. For example, even if the profile is such that the donor concentration is gradually reduced from the surface region toward the pn junction, the leakage current can be reduced.

以上のことに基づき、本発明では、3C−SiCのpn接合部4を横切る積層欠陥SFsが引き起こす逆方向のリーク電流を減少させるため、以下のようなSiC−pn接合部分を有する縦型SiC−MOSFETを提案した。   Based on the above, in the present invention, in order to reduce the reverse leakage current caused by the stacking fault SFs crossing the pn junction 4 of 3C-SiC, the vertical SiC- having the following SiC-pn junction is used. A MOSFET was proposed.

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。   Modes for carrying out the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments when read in light of the accompanying drawings. However, the drawings are only for explanation and do not limit the scope of the present invention.

(縦型SiC−MOSFETの構造)
図1は、本発明の実施例1における縦型SiC−MOSFETの構造を示す模式的な断面図である。
(Structure of vertical SiC-MOSFET)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a vertical SiC-MOSFET in Example 1 of the present invention.

本実施例1の縦型SiC−MOSFETは、バルク基板であるn型3C−SiC基板10を有し、この上に、n型SiCエピタキシャル層11が形成されている。n型SiCエピタキシャル層11内には、p型不純物(例えば、Al)のイオン注入により、p型領域であるpウェル12が形成され、このpウェル12内に、n型不純物(例えば、窒素(N))がイオン注入(ドープ)されてn型ソース領域13が形成されている。n型ソース領域13上の近傍には、ゲート絶縁膜(例えば、ゲート酸化膜)14を介して、ポリSiからなるゲート領域15が形成され、更に、そのゲート領域15上にメタル膜16が形成されている。 The vertical SiC-MOSFET of the first embodiment has an n + -type 3C-SiC substrate 10 that is a bulk substrate, and an n-type SiC epitaxial layer 11 is formed thereon. A p-type region 12 is formed in the n-type SiC epitaxial layer 11 by ion implantation of a p-type impurity (for example, Al), and an n-type impurity (for example, nitrogen (for example, nitrogen ( N)) is ion-implanted (doped) to form an n + -type source region 13. In the vicinity of the n + -type source region 13, a gate region 15 made of poly-Si is formed via a gate insulating film (for example, gate oxide film) 14, and a metal film 16 is further formed on the gate region 15. Is formed.

メタル膜16を含む全面には、絶縁膜17が形成されている。絶縁膜17において、ソース領域13及びメタル膜16に対向する箇所には、これらのソース領域13及びメタル膜16が露出する深さのコンタクト用の開口部18が形成され、更に、この開口部18を含む全面に、密着層19が形成されている。密着層19の全面には、Al等のメタル配線層が形成され、このメタル配線層がパターニングされて互いに分離したソース電極20及びゲート電極21が形成されている。3C−SiC基板10の裏面には、メタル膜からなるドレイン電極22が形成されている。   An insulating film 17 is formed on the entire surface including the metal film 16. In the insulating film 17, a contact opening 18 having a depth at which the source region 13 and the metal film 16 are exposed is formed at a position facing the source region 13 and the metal film 16. An adhesion layer 19 is formed on the entire surface including A metal wiring layer made of Al or the like is formed on the entire surface of the adhesion layer 19, and the source electrode 20 and the gate electrode 21 separated from each other are formed by patterning the metal wiring layer. A drain electrode 22 made of a metal film is formed on the back surface of the 3C—SiC substrate 10.

pウェル12とn型SiCエピタキシャル層11との境界にはpn接合部30が、ゲート酸化膜14とPウェル間に挟まれた領域にはJFET領域31が、それぞれ存在している。   A pn junction 30 is present at the boundary between the p-well 12 and the n-type SiC epitaxial layer 11, and a JFET region 31 is present in a region sandwiched between the gate oxide film 14 and the P-well.

前記リーク電流の温度依存の分析結果等に基づく上述の解析によれば、後述する図2(a)のpn接合部30を横切る箇所に積層欠陥が存在している場合には、積層欠陥に起因するリーク電流が生じる。このリーク電流は、pn接合部30における電界強度に対して強い依存性を示すので、pn接合部30の電界強度を低減すれば、逆バイアス印加時のリーク電流を低減できる。   According to the above analysis based on the temperature-dependent analysis result of the leakage current and the like, if a stacking fault exists at a location crossing the pn junction 30 in FIG. Leakage current occurs. Since this leakage current shows a strong dependence on the electric field strength at the pn junction portion 30, if the electric field strength at the pn junction portion 30 is reduced, the leakage current at the time of reverse bias application can be reduced.

しかし、pn接合部分の電界強度を低減するために、単純にエピタキシャル層の不純物濃度(ドナー型不純物)を下げると、同時にJFET領域のドナー濃度も低下するため、JFET領域31の抵抗が増大する。SiC−MOSFETオン時には、電子はこのJFET領域31を流れるため、結果的にはSiC−MOSFETのオン抵抗が増加してトランジスタ特性が劣化するという、新たな問題が発生する。   However, if the impurity concentration of the epitaxial layer (donor type impurity) is simply lowered in order to reduce the electric field strength at the pn junction portion, the donor concentration in the JFET region also decreases at the same time, so that the resistance of the JFET region 31 increases. When the SiC-MOSFET is on, electrons flow through the JFET region 31. As a result, a new problem arises in that the on-resistance of the SiC-MOSFET increases and the transistor characteristics deteriorate.

そこで、本実施例1では、オン抵抗を増加させることなく(即ち、オン抵抗を小さくして)、リーク電流を低減するために、pn接合部分における不純物濃度の深さ方向プロファイルを制御して、JFET領域31のドナー濃度は低減させずに高く保ったままで、pn接合部分30におけるドナー濃度を低減させている。   Therefore, in Example 1, in order to reduce the leakage current without increasing the on-resistance (that is, by reducing the on-resistance), the depth direction profile of the impurity concentration in the pn junction portion is controlled, The donor concentration in the pn junction portion 30 is reduced while the donor concentration in the JFET region 31 is kept high without being reduced.

図2(a)〜(c)は、図1中のpn接合部分を示す図であり、同図(a)はpn接合部分を示す模式的な断面図、及び同図(b)、(c)はpn接合部分における不純物濃度の例を示す図である。   2A to 2C are diagrams showing a pn junction portion in FIG. 1, and FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing the pn junction portion, and FIGS. 2B and 2C. ) Is a diagram showing an example of impurity concentration in a pn junction portion.

図2(a)の横軸は図1のエピタキシャル表面(エピ表面)から3C−SiC基板方向への深さ、縦軸は図1のエピタキシャル表面(エピ表面)における平面方向である。pn接合部30には、空乏層32が生じる。図2(b)、(c)の横軸は図1のエピタキシャル表面(エピ表面)から3C−SiC基板方向への深さ、縦軸はpn接合部分の不純物濃度である。   The horizontal axis in FIG. 2A is the depth from the epitaxial surface (epi surface) in FIG. 1 to the 3C-SiC substrate direction, and the vertical axis is the plane direction in the epitaxial surface (epi surface) in FIG. A depletion layer 32 is generated at the pn junction 30. 2B and 2C, the horizontal axis represents the depth from the epitaxial surface (epi surface) of FIG. 1 toward the 3C-SiC substrate, and the vertical axis represents the impurity concentration of the pn junction portion.

図2(b)の方法では、pn接合部分全体において、ドナー濃度(N型エピ濃度)を一定にするのではなく、例えば、pn接合部30近傍の一定領域のドナー濃度を減少させている。ここで、上層部分および下層部分のドナー濃度を低減しないのは、ドナー濃度を低減することによる弊害(オン抵抗が上がってしまう)を考慮したためである。つまり、n型SiCエピタキシャル層11は、当該n型SiCエピタキシャル層11の表面領域を含む上層部分および下層部分におけるドナー濃度に比べて、pn接合部30におけるドナー濃度が低いドナー濃度プロファイルを有している。   In the method of FIG. 2B, the donor concentration (N-type epi concentration) is not made constant in the entire pn junction portion, but, for example, the donor concentration in a certain region near the pn junction portion 30 is decreased. Here, the reason why the donor concentration in the upper layer portion and the lower layer portion is not reduced is because the adverse effect (on resistance increases) due to the reduction in the donor concentration is taken into consideration. That is, the n-type SiC epitaxial layer 11 has a donor concentration profile in which the donor concentration in the pn junction 30 is lower than the donor concentration in the upper layer portion and the lower layer portion including the surface region of the n-type SiC epitaxial layer 11. Yes.

図2(c)の方法では、n型SiCエピタキシャル11側のドープ量を、3C−SiC基板10側からpn接合部30近傍に向かって徐々にドナー濃度(N型エピ濃度)を低減している。この方法によっても、n型SiCエピタキシャル層11は、当該n型SiCエピタキシャル層11のエピ表面を含む領域部分および3C−SiC基板10側の表面領域におけるドナー濃度に比べて、pn接合部30におけるドナー濃度が低いドナー濃度プロファイルを有する。   In the method of FIG. 2C, the doping amount on the n-type SiC epitaxial 11 side is gradually reduced from the 3C-SiC substrate 10 side toward the pn junction 30 and the donor concentration (N-type epi concentration). . Also according to this method, the n-type SiC epitaxial layer 11 has a donor at the pn junction 30 compared to the donor concentration in the region including the epi surface of the n-type SiC epitaxial layer 11 and the surface region on the 3C-SiC substrate 10 side. The concentration has a low donor concentration profile.

(縦型SiC−MOSFETの製造例)
図1の縦型SiC−MOSFETにおける概略の製造例を説明する。
(Manufacturing example of vertical SiC-MOSFET)
A schematic manufacturing example of the vertical SiC-MOSFET of FIG. 1 will be described.

先ず、n型3C−SiC基板10を用い、この上に、n型SiCエピタキシャル層11を成長させる。SiCエピタキシャル層11は、例えば、Si原料としてSiHClガス、C原料としてCガス、キャリアガスとしてアルゴンや水素、ドーパントガスとして窒素(N)等を用いた気相成長法(以下「CVD法」という。)により成長する。この際、成長時に適宜ガス流量を変化させることにより、所望のドーパント濃度のSiC膜を形成する。 First, an n + type 3C—SiC substrate 10 is used, and an n type SiC epitaxial layer 11 is grown thereon. The SiC epitaxial layer 11 is, for example, a vapor phase growth method using SiH 2 Cl 2 gas as a Si raw material, C 2 H 2 gas as a C raw material, argon or hydrogen as a carrier gas, nitrogen (N 2 ) as a dopant gas, or the like ( Hereinafter referred to as “CVD method”). At this time, an SiC film having a desired dopant concentration is formed by appropriately changing the gas flow rate during growth.

ホトリソグラフィ技術により、SiCエピタキシャル層11上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして、p型不純物(例えば、Al)をイオン注入し、pウェル12を形成する。ホトリソグラフィ技術により、pウェル12を含むSiCエピタキシャル層11の全面に、レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして、n型不純物(例えば、N)をイオン注入し、n不純物拡散層からなるn型ソース領域13を形成する。 A resist pattern is formed on SiC epitaxial layer 11 by photolithography, and p-type impurities (for example, Al) are ion-implanted using this resist pattern as a mask to form p-well 12. A resist pattern is formed on the entire surface of the SiC epitaxial layer 11 including the p-well 12 by photolithography, and n + -type impurities (for example, N) are ion-implanted using the resist pattern as a mask, and n + impurity diffusion is performed. An n + type source region 13 composed of layers is formed.

pウェル12及びn型ソース領域13を含むSiCエピタキシャル層11の全面に、酸化膜を形成し、更に、その上に、ポリSi層及びメタル層を形成した後、ホトリソグラフィ技術により、その酸化膜、ポリSi層及びメタル層をパターニングして、ソース領域13の近傍に、ゲート酸化膜11と、ポリSi層からなるゲート領域15と、メタル膜16とを形成する。 An oxide film is formed on the entire surface of the SiC epitaxial layer 11 including the p-well 12 and the n + -type source region 13, and a poly-Si layer and a metal layer are further formed thereon. Then, the oxide film is oxidized by a photolithography technique. The film, the poly-Si layer, and the metal layer are patterned to form a gate oxide film 11, a gate region 15 made of a poly-Si layer, and a metal film 16 in the vicinity of the source region 13.

CVD法等により、メタル膜16を含むSiCエピタキシャル層11の全面に、絶縁膜17を堆積する。ホトリソグラフィ技術により、絶縁膜17にコンタクト用の開口部18を形成し、ソース領域13及びメタル膜16を露出させる。開口部18を含む絶縁膜17の全面に、密着層19を形成し、更にこの密着層19の全面に、Al等のメタル配線層を形成する。ホトリソグラフィ技術により、メタル配線層をパターニングして、互いに分離したソース電極20及びゲート電極21を形成する。ソース電極20は、開口部18及び密着層19を介してソース領域13と電気的に接続され、更に、ゲート電極21が、開口部18、密着層19及びメタル膜16を介してゲート領域15と電気的に接続される。   An insulating film 17 is deposited on the entire surface of the SiC epitaxial layer 11 including the metal film 16 by CVD or the like. A contact opening 18 is formed in the insulating film 17 by photolithography, and the source region 13 and the metal film 16 are exposed. An adhesion layer 19 is formed on the entire surface of the insulating film 17 including the opening 18, and a metal wiring layer such as Al is further formed on the entire surface of the adhesion layer 19. The metal wiring layer is patterned by photolithography technology to form the source electrode 20 and the gate electrode 21 separated from each other. The source electrode 20 is electrically connected to the source region 13 via the opening 18 and the adhesion layer 19, and the gate electrode 21 is connected to the gate region 15 via the opening 18, the adhesion layer 19 and the metal film 16. Electrically connected.

スパッタ等により、3C−SiC基板10の裏面に、メタル膜からなるドレイン電極22等を形成すれば、図1の縦型SiC−MOSFETの製造が終了する。   If the drain electrode 22 made of a metal film or the like is formed on the back surface of the 3C-SiC substrate 10 by sputtering or the like, the manufacture of the vertical SiC-MOSFET of FIG. 1 is completed.

(縦型SiC−MOSFETの動作)
図3は、図1の縦型SiC−MOSFETで、ドレイン・ソース間電流Idsのドレイン・ソース間電圧Vds依存性を、ゲート・ソース間電圧Vgsをパラメータとして測定したトランジスタ特性である。更に、図4は、図1の縦型SiC−MOSFETにおける逆リーク電流特性を示す図である。
(Operation of vertical SiC-MOSFET)
FIG. 3 shows transistor characteristics of the vertical SiC-MOSFET shown in FIG. 1, in which the drain-source voltage Vds dependence of the drain-source current Ids is measured using the gate-source voltage Vgs as a parameter. Further, FIG. 4 is a diagram showing reverse leakage current characteristics in the vertical SiC-MOSFET of FIG.

図3に示すように、図1の縦型SiC−MOSFETにおいて、ゲート・ソース間電圧Vgs(例えば、15V)が印加された場合、ドレイン・ソース間電圧Vdsが増加すると、図1中の矢印で示すように、ソース領域13→ゲート酸化膜14下のpウェル12→JFET領域31→3C−SiC基板10→ドレイン電極22へ電子が流れ、ドレイン・ソース間電流Idsが急激に増加していく。ゲート・ソース間電圧Vgsが15V以下の例えば10Vや8Vでは、ドレイン・ソース間電圧Vdsが所定電圧以上になると、ドレイン・ソース間電流Idsが一定値に飽和する。   As shown in FIG. 3, in the vertical SiC-MOSFET of FIG. 1, when a gate-source voltage Vgs (for example, 15 V) is applied, if the drain-source voltage Vds increases, an arrow in FIG. As shown, electrons flow from the source region 13 → the p well 12 under the gate oxide film 14 → the JFET region 31 → the 3C-SiC substrate 10 → the drain electrode 22, and the drain-source current Ids increases rapidly. When the gate-source voltage Vgs is 15 V or less, for example, 10 V or 8 V, the drain-source current Ids saturates to a constant value when the drain-source voltage Vds exceeds a predetermined voltage.

又、図4に示すように、図1の縦型SiC−MOSFETにおいて、逆バイアスのドレイン・ソース間電圧Vdsが増加すると、pn接合部30に生じる積層欠陥によって、逆方向のドレイン・ソース間リーク電流Idsが急激に増加する。本実施例1では、図2(b)、(c)から想定されるように、JFET領域31のドナー濃度は高く保ったままで、pn接合部分30のドナー濃度を低減させているので、MOSFETのオン抵抗を大きくすることなく、pn接合部分の電界緩和が図られ、リーク電流Idsが小さくなっている。   Further, as shown in FIG. 4, in the vertical SiC-MOSFET of FIG. 1, when the reverse-biased drain-source voltage Vds increases, the drain-source leakage in the reverse direction is caused by stacking faults generated in the pn junction 30. The current Ids increases rapidly. In the first embodiment, as assumed from FIGS. 2B and 2C, the donor concentration in the pn junction portion 30 is reduced while the donor concentration in the JFET region 31 is kept high. The electric field relaxation of the pn junction portion is achieved without increasing the on-resistance, and the leakage current Ids is reduced.

(実施例1の効果)
本実施例1の縦型SiC−MOSFET及びその製造方法によれば、n型SiCエピタキシャル層11の成長時にN等のドナー型ドーパントガス量を制御して、所望のドナー濃度プロファイルを有するn型SiCエピタキシャル層11を成長させるようにしたので、オン抵抗を大きくすることなく、pn接合部30の電界緩和が図られ、逆バイアス印加時のリーク電流Idsを減少できる。
(Effect of Example 1)
According to the vertical SiC-MOSFET and the manufacturing method thereof of the first embodiment, the n-type SiC epitaxial layer 11 has an n-type having a desired donor concentration profile by controlling the amount of the donor-type dopant gas such as N 2 during the growth of the n-type SiC epitaxial layer 11. Since the SiC epitaxial layer 11 is grown, the electric field of the pn junction 30 can be relaxed without increasing the on-resistance, and the leakage current Ids when a reverse bias is applied can be reduced.

(変形例)
本発明は、上記実施例1に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。
例えば、本発明の実施例1ではn型のSiC−MOSFETを用いたが、p型のSiC−MOSFETでも同様の効果が期待できる。
(Modification)
The present invention is not limited to the first embodiment, and various usage forms and modifications are possible.
For example, in the first embodiment of the present invention, an n-type SiC-MOSFET is used, but a similar effect can be expected with a p-type SiC-MOSFET.

又、実施例1の縦型SiC−MOSFETにおける構造や製造方法は、図示以外の構造や製造方法に変更してもよい。   Further, the structure and manufacturing method in the vertical SiC-MOSFET of the first embodiment may be changed to a structure and manufacturing method other than those shown in the drawing.

10 n型3C−SiC基板
11 n型SiCエピタキシャル層
12 pウェル
13 n型ソース領域
14 ゲート酸化膜
15 ゲート領域
20 ソース電極
21 ゲート電極
22 ドレイン電極
30 pn接合部
31 JFET領域
32 空乏層領域
10 n + type 3C-SiC substrate 11 n type SiC epitaxial layer 12 p well 13 n + type source region 14 gate oxide film 15 gate region 20 source electrode 21 gate electrode 22 drain electrode 30 pn junction 31 JFET region 32 depletion layer region

Claims (6)

n型不純物イオンがドーピングされたn型エピタキシャル層を備え、
前記n型エピタキシャル層内に、p型不純物イオンがドーピングされて形成されたp型領域と、当該p型領域と前記n型エピタキシャル層のn型領域との境界であるpn接合部分と、を有する半導体装置であって、
前記n型エピタキシャル層は、当該n型エピタキシャル層の表面領域の前記n型不純物イオンのドナー濃度に比べて前記pn接合部分における前記n型不純物イオンのドナー濃度が低いドナー濃度プロファイルを有する
ことを特徴とする半導体装置。
an n-type epitaxial layer doped with n-type impurity ions;
A p-type region formed by doping p-type impurity ions in the n-type epitaxial layer; and a pn junction portion that is a boundary between the p-type region and the n-type region of the n-type epitaxial layer. A semiconductor device,
The n-type epitaxial layer has a donor concentration profile in which the donor concentration of the n-type impurity ions in the pn junction portion is lower than the donor concentration of the n-type impurity ions in the surface region of the n-type epitaxial layer. A semiconductor device.
前記半導体装置は、前記pn接合部分を有するSiC電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a SiC field effect transistor having the pn junction portion. 前記n型エピタキシャル層は、3C−SiC基板上に形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the n-type epitaxial layer is formed on a 3C—SiC substrate. n型エピタキシャル層を成長させる成長工程と、
前記n型エピタキシャル層内に、p型不純物イオンをドーピングしてp型領域を形成するとともに、当該p型領域と前記n型エピタキシャル層のn型領域との境界であるpn接合部分を形成する形成工程と、
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記成長工程は、ドナー型ドーパントガス量を制御する制御工程を含み、当該制御により所望のドナー濃度プロファイルを有する前記n型エピタキシャル層を成長させ、
前記制御工程は、前記n型エピタキシャル層の表面領域の前記n型不純物イオンのドナー濃度に比べて、前記pn接合部分における前記n型不純物イオンのドナー濃度を低減させるように、前記ドナー濃度プロファイルを制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
a growth step of growing an n-type epitaxial layer;
In the n-type epitaxial layer, p-type impurity ions are doped to form a p-type region, and a pn junction portion that is a boundary between the p-type region and the n-type region of the n-type epitaxial layer is formed. Process,
A method of manufacturing a semiconductor device having
The growth step includes a control step of controlling the amount of donor-type dopant gas, and the control grows the n-type epitaxial layer having a desired donor concentration profile.
In the control step, the donor concentration profile is set such that the donor concentration of the n-type impurity ions in the pn junction portion is reduced compared to the donor concentration of the n-type impurity ions in the surface region of the n-type epitaxial layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: controlling the semiconductor device.
前記半導体装置は、前記pn接合部分を有するSiC電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is a SiC field effect transistor having the pn junction portion. 前記n型エピタキシャル層は、3C−SiC基板上に成長させて形成したことを特徴とする請求項4又は5記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the n-type epitaxial layer is formed by being grown on a 3C-SiC substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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