JP2012004312A - 炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】SiCのマイグレーションによってp型リサーフ層21のうち凹部20の下方に位置するn-型ドリフト層2の表層部と、p型リサーフ層21のうちp型ベース領域3の表層部に形成された部分とが接続されるようにする。これにより、凹部20の側壁が急峻であったとしても、斜めイオン注入を行うことなく、p型ベース領域3に対してp型リサーフ層21を接続することができる。したがって、p型リサーフ層21の形成工程を簡略化することが可能となり、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
【選択図】図2
Description
図1は、本実施形態にかかるSiC半導体装置の断面図である。図1に示すSiC半導体装置は、半導体素子が形成されるセル領域とこのセル領域を囲む外周耐圧構造が備えられた外周領域とを有した構成とされている。本実施形態では、半導体素子として反転型のトレンチゲート構造のMOSFETが備えられている場合を例に挙げてある。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してトレンチゲート構造のMOSFETの構造を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(1)上記実施形態では、p型リサーフ層21のうちp型ベース領域3の表層部に形成される部分をp型リサーフ層21のうちの他の部分(凹部20の下方に位置する部分)を形成するためのイオン注入時に同時に形成するようにした。しかしながら、これは単なる一例を示したに過ぎず、この部分のみ、異なるイオン注入工程として形成しても良いし、p+型コンタクト層5を形成する際のイオン注入時に同時に形成しても良い。
2 n-型ドリフト層
3 p型ベース領域
4 n+型ソース領域
5 p+型コンタクト層
6 トレンチ
7 n型連結層
8 ゲート酸化膜
9 ゲート電極
11 ソース電極
12 層間絶縁膜
13 ドレイン電極
20 凹部
21 p型リサーフ層
23 n+型領域
24 アップドレイン電極
30 マスク材
Claims (15)
- 炭化珪素基板(1)の主表面上に第1導電型のドリフト層(2)と第2導電型のベース領域(3)が順に形成されてなる半導体基板を用いて形成され、半導体素子が形成されたセル領域と、該セル領域を囲む外周耐圧構造が形成された外周領域とを有し、前記外周耐圧構造として、前記ベース領域(3)よりも深く、かつ、前記セル領域を囲んで形成された凹部(20)にて構成されたメサ構造と、前記ベース領域(3)の表層部から前記凹部(20)における前記セル領域側となる内周側の側壁を介して前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に至る第2導電型のリサーフ層(21)が形成されてなる炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記凹部(20)の形成予定位置が開口するマスク材(30)を配置する工程と、
前記マスク材(30)をマスクとしてエッチングを行うことで前記凹部(20)を形成する工程と、
前記マスク材(30)を除去する工程と、
前記半導体基板に対して基板法線方向から第2導電型不純物をイオン注入することで、前記リサーフ層(21)のうち、前記ベース領域(3)の表層部に形成される部分を形成する工程と、
前記半導体基板に対して基板法線方向から第2導電型不純物をイオン注入することで、前記リサーフ層(21)のうち、前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に形成される部分を形成する工程と、
炭化珪素のマイグレーションが生じる温度で熱処理を行い、前記凹部(20)の内周側の前記側壁において、前記リサーフ層(21)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分を流動させることで、前記リサーフ層(21)のうち前記凹部(20)の内周側の前記側壁に形成される部分を形成し、該リサーフ層(21)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分と前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に形成された部分とを接続して当該リサーフ層(21)を完成させる工程と、を含んでいることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記マスク材(30)を配置する工程では、前記マスク材(30)のうち前記凹部(20)の内周側の前記側壁と対応する箇所に凹凸が形成されるようにし、
前記凹部(20)を形成する工程では、前記マスク材(30)をマスクとしてエッチングを行うことで、前記凹部(20)の内周側の前記側壁に凹凸が形成されるようにし、
前記リサーフ層(21)を完成させる工程では、前記凹部(20)の内周側の前記側壁に形成された凹凸の凹んだ部分において、前記リサーフ層(21)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分を流動させることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 炭化珪素基板(1)の主表面上に第1導電型のドリフト層(2)と第2導電型のベース領域(3)が順に形成されてなる半導体基板を用いて形成され、半導体素子が形成されたセル領域と、該セル領域を囲む外周耐圧構造が形成された外周領域とを有し、前記外周耐圧構造として、前記ベース領域(3)よりも深く、かつ、前記セル領域を囲んで形成された凹部(20)にて構成されたメサ構造と、前記ドリフト層(2)よりも高不純物濃度とされ、前記ベース領域(3)の表層部から前記凹部(20)における前記セル領域と反対側となる外周側の側壁を介して前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に至る第1導電型領域(23)が形成されてなる炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記凹部(20)の形成予定位置が開口するマスク材(30)を配置する工程と、
前記マスク材(30)をマスクとしてエッチングを行うことで前記凹部(20)を形成する工程と、
前記マスク材(30)を除去する工程と、
前記半導体基板に対して基板法線方向から第2導電型不純物をイオン注入することで、前記第1導電型領域(23)のうち、前記ベース領域(3)の表層部に形成される部分を形成する工程と、
前記半導体基板に対して基板法線方向から第2導電型不純物をイオン注入することで、前記第1導電型領域(23)のうち、前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に形成される部分を形成する工程と、
炭化珪素のマイグレーションが生じる温度で熱処理を行い、前記凹部(20)の外周側の前記側壁において、前記第1導電型領域(23)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分を流動させ、前記第1導電型領域(23)のうち前記凹部(20)の内周側の前記側壁に形成される部分を形成し、該第1導電型領域(23)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分と前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に形成された部分とを接続して当該第1導電型領域(23)を完成させる工程と、を含んでいることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記マスク材(30)を配置する工程では、前記マスク材(30)のうち前記凹部(20)の前記外周側の側壁と対応する箇所に凹凸が形成されるようにし、
前記凹部(20)を形成する工程では、前記マスク材(30)をマスクとしてエッチングを行うことで、前記凹部(20)の外周側の前記側壁に凹凸が形成されるようにし、
前記第1導電型領域(23)を完成させる工程では、前記凹部(20)の内周側の前記側壁に形成された凹凸の凹んだ部分において、前記第1導電型領域(23)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分を流動させることを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記熱処理の雰囲気を窒素、水素、アルゴン、シラン、塩素のいずれか1つもしくは何れか複数の組み合わせとすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記半導体素子は、前記ベース領域(3)よりも深いトレンチ(6)と、該トレンチ(6)の両側に前記ドリフト層(2)よりも高不純物濃度とされた第1導電型のソース領域(4)とを備えたトレンチゲート構造のMOSFETもしくはIGBTであり、
前記トレンチ(6)の形成予定位置が開口するマスク材(30)を配置する工程と、
前記マスク材(30)をマスクとしてエッチングを行うことで前記トレンチ(6)を形成する工程と、
前記マスク材(30)を除去する工程と、
炭化珪素のマイグレーションが生じる温度で熱処理を行い、前記トレンチ(6)の側壁において前記ソース領域(4)を流動させることで、前記トレンチ(6)の側壁に部分的に、前記ソース領域(4)と前記ドリフト層(2)とを接続する第1導電型の連結層(7)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記マスク材(30)を配置する工程では、前記マスク材(30)のうち前記トレンチ(6)の前記側壁と対応する箇所に凹凸が形成されるようにし、
前記トレンチ(6)を形成する工程では、前記マスク材(30)をマスクとしてエッチングを行うことで、前記トレンチ(6)の前記側壁に凹凸が形成されるようにし、
前記連結層(7)を形成する工程では、前記トレンチ(6)の前記側壁に形成された凹凸の凹んだ部分において、前記ソース領域(4)を流動させることを特徴とする請求項6に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記連結層(7)を形成したのち、前記トレンチ(6)内に蓄積型チャネルを形成するための第1導電型のチャネル層を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項6または7に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 炭化珪素基板(1)の主表面上に第1導電型のドリフト層(2)と第2導電型のベース領域(3)が順に形成されてなる半導体基板を用いて形成され、半導体素子が形成されたセル領域と、該セル領域を囲む外周耐圧構造が形成された外周領域とを有し、前記外周耐圧構造として、前記ベース領域(3)よりも深く、かつ、前記セル領域を囲んで形成された凹部(20)にて構成されたメサ構造と、前記ベース領域(3)の表層部から前記凹部(20)における前記セル領域側となる内周側の側壁を介して前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に至る第2導電型のリサーフ層(21)が形成されてなる炭化珪素半導体装置であって、
前記リサーフ層(21)は、前記凹部(20)の内周側の前記側壁において、該リサーフ層(21)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分が流動させられることで、該リサーフ層(21)のうち前記凹部(20)の内周側の前記側壁に形成される部分が形成され、この部分により、該リサーフ層(21)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分と前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に形成された部分とが接続されていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 前記リサーフ層(21)のうち前記凹部(20)の内周側の前記側壁に形成される部分は、前記凹部(20)の深さ方向に平行なストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の炭化珪素半導体装置。
- 炭化珪素基板(1)の主表面上に第1導電型のドリフト層(2)と第2導電型のベース領域(3)が順に形成されてなる半導体基板を用いて形成され、半導体素子が形成されたセル領域と、該セル領域を囲む外周耐圧構造が形成された外周領域とを有し、前記外周耐圧構造として、前記ベース領域(3)よりも深く、かつ、前記セル領域を囲んで形成された凹部(20)にて構成されたメサ構造と、前記ドリフト層(2)よりも高不純物濃度とされ、前記ベース領域(3)の表層部から前記凹部(20)における前記セル領域と反対側となる外周側の側壁を介して前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に至る第1導電型領域(23)が形成されてなる炭化珪素半導体装置であって、
前記第1導電型領域(23)は、前記凹部(20)の外周側の前記側壁において、該第1導電型領域(23)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分が流動させられることで、該第1導電型領域(23)のうち前記凹部(20)の外周側の前記側壁に形成される部分が形成され、この部分により、該第1導電型領域(23)のうち前記ベース領域(3)の表層部に形成された部分と前記凹部(20)の下方に位置する前記ドリフト層(2)の表層部に形成された部分とが接続されていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 前記第1導電型領域(23)のうち前記凹部(20)の外周側の前記側壁に形成される部分は、前記凹部(20)の深さ方向に平行なストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項11に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記半導体素子は、前記ベース領域(3)よりも深いトレンチ(6)と、該トレンチ(6)の両側に前記ドリフト層(2)よりも高不純物濃度とされた第1導電型のソース領域(4)とを備えたトレンチゲート構造のMOSFETもしくはIGBTであり、
前記トレンチ(6)の側壁に部分的に、前記ソース領域(4)が流動させられることにより形成された第1導電型の連結層(7)が備えられ、該連結層(7)により、前記ソース領域(4)と前記ドリフト層(2)とが接続されていることを特徴とする請求項9ないし12のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記連結層(7)は、前記トレンチ(6)の深さ方向に平行なストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項13に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記トレンチ(6)内には、該トレンチ(6)内において前記連結層(7)および前記ベース領域(3)を覆う第1導電型のチャネル層が形成されていることを特徴とする請求項13または14に記載の炭化珪素半導体装置。
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