JP2012094648A - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor element, and wafer with silicon carbide layer - Google Patents

Method for manufacturing silicon carbide semiconductor element, and wafer with silicon carbide layer Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a yield by reducing variations of element characteristics in a surface parallel to the main surface of a silicon carbide wafer.SOLUTION: A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element comprises the steps of: (A) providing a wafer 1 with a silicon carbon layer, the wafer 1 comprising a silicon carbide wafer 101 and a first silicon carbide layer 110 which is placed on a main surface of the silicon carbide wafer 101 and has a plurality of first conductive type impurity regions 105 including first conductive type impurity; and (B) forming a second silicon carbide layer 115 by epitaxially growing silicon carbide on a surface of the first silicon carbide layer 110. In the step (B), conditions for epitaxial growth are controlled such that thickness of the second silicon carbide layer 115 and/or impurity concentration have a certain distribution in a surface parallel to the main surface of th silicon carbide wafer 101, based on a concentration distribution of the first conductive type impurity on the surface of the first conductive type impurity regions 105.

Description

本発明は、炭化珪素半導体素子の製造方法および炭化珪素層を有するウェハに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element and a wafer having a silicon carbide layer.

炭化珪素(シリコンカーバイド:SiC)は、珪素(Si)に比べてバンドギャップが大きく、絶縁破壊電界強度が高い等の優れた物性を有することから、次世代の低損失パワーデバイス等へ応用されることが期待される半導体材料である。炭化珪素は、立方晶系の3C−SiCや六方晶系の6H−SiC、4H−SiC等、多くのポリタイプを有する。この中で、実用的な炭化珪素半導体素子を作製するために一般的に使用されているポリタイプは4H−SiCである。   Silicon carbide (silicon carbide: SiC) has excellent physical properties such as a larger band gap and higher dielectric breakdown electric field strength than silicon (Si), so it is applied to next-generation low-loss power devices and the like. It is an expected semiconductor material. Silicon carbide has many polytypes such as cubic 3C—SiC and hexagonal 6H—SiC and 4H—SiC. Among these, 4H-SiC is a polytype generally used for producing a practical silicon carbide semiconductor element.

金属−絶縁体−半導体電界効果型トランジスタ(Metal−Insulator−Semiconductor Field Effect Transistor:MISFET)などの炭化珪素半導体素子は、炭化珪素ウェハおよび炭化珪素ウェハの主面上に形成された炭化珪素エピタキシャル層を用いて形成される。炭化珪素エピタキシャル層は、炭化珪素半導体素子の活性領域となる。炭化珪素ウェハとしては、例えばc軸の結晶軸に対し垂直な(0001)Si面にほぼ一致する面を主面とする4H−SiCウェハが好適に用いられる。また、通常、1個の炭化珪素ウェハを用いて複数の炭化珪素半導体素子が形成される。   A silicon carbide semiconductor element such as a metal-insulator-semiconductor field effect transistor (MISFET) includes a silicon carbide wafer and a silicon carbide epitaxial layer formed on the main surface of the silicon carbide wafer. Formed using. The silicon carbide epitaxial layer becomes an active region of the silicon carbide semiconductor element. As the silicon carbide wafer, for example, a 4H—SiC wafer having a main surface substantially coincident with the (0001) Si plane perpendicular to the c-axis crystal axis is preferably used. In general, a plurality of silicon carbide semiconductor elements are formed using one silicon carbide wafer.

本明細書では、「炭化珪素ウェハ」は、改良レーリー(Lely)法や昇華法などにより作製された単結晶SiCを所定のサイズに切断・研磨して得られた基板を指す。また、炭化珪素ウェハ上に、炭化珪素エピタキシャル層などの炭化珪素層が形成された基板を「炭化珪素層付ウェハ」と称する。「炭化珪素層付ウェハ」は、炭化珪素層が形成された炭化珪素ウェハに複数の炭化珪素半導体素子あるいはその一部が形成された基板も含む。なお、複数の炭化珪素半導体素子が形成された炭化珪素層付ウェハは、その後、所定のチップサイズに切断(ダイシング)され、これにより、複数の炭化珪素半導体素子が互いに分離される。   In this specification, a “silicon carbide wafer” refers to a substrate obtained by cutting and polishing single crystal SiC produced by a modified Lely method or a sublimation method to a predetermined size. In addition, a substrate in which a silicon carbide layer such as a silicon carbide epitaxial layer is formed on a silicon carbide wafer is referred to as “a wafer with a silicon carbide layer”. “Wafer with a silicon carbide layer” also includes a substrate in which a plurality of silicon carbide semiconductor elements or parts thereof are formed on a silicon carbide wafer on which a silicon carbide layer is formed. The silicon carbide layer provided wafer on which the plurality of silicon carbide semiconductor elements are formed is then cut (diced) into a predetermined chip size, whereby the plurality of silicon carbide semiconductor elements are separated from each other.

炭化珪素半導体素子を作製する際には、炭化珪素ウェハ上に形成された炭化珪素エピタキシャル層のうち選択された領域に、作製しようとする半導体素子の種類に応じて、導電型やキャリア濃度が制御された不純物ドープ層が形成される。不純物ドープ層は、例えばMISFETではp型ボディ領域やn+ソース領域として機能する。 When producing a silicon carbide semiconductor element, the conductivity type and carrier concentration are controlled in a selected region of the silicon carbide epitaxial layer formed on the silicon carbide wafer according to the type of semiconductor element to be produced. An impurity doped layer is formed. For example, in the MISFET, the impurity doped layer functions as a p-type body region or an n + source region.

不純物ドープ層は、一般に、炭化珪素エピタキシャル層に不純物イオンを注入した後、熱処理(活性化アニール)を行うことによって形成される。活性化アニールを行うことによって、注入された不純物イオンを活性化させるとともに、イオン注入によって発生した炭化珪素エピタキシャル層の結晶性の乱れを回復させることができる。   In general, the impurity doped layer is formed by performing heat treatment (activation annealing) after implanting impurity ions into the silicon carbide epitaxial layer. By performing activation annealing, the implanted impurity ions can be activated and the crystallinity disorder of the silicon carbide epitaxial layer generated by the ion implantation can be recovered.

イオン注入によって発生した結晶性の乱れを回復させる、すなわちSi−C結合を回復させるためには、シリコン半導体層に対する活性化アニールの温度よりも高い温度で活性化アニールが行われる。炭化珪素のSi−C結合は、シリコンのSi−Si結合よりも共有結合エネルギーが高いので、Si−C結合が切断されると、再度結合するためには、Si−Si結合よりも高いエネルギーが必要となるからである。従って、炭化珪素エピタキシャル層に不純物ドープ層を形成する際の活性化アニールの温度(以下、単に「アニール温度」と略する)は、例えば1600℃以上に設定される。   In order to recover the disorder of crystallinity generated by ion implantation, that is, to recover the Si—C bond, activation annealing is performed at a temperature higher than the activation annealing temperature for the silicon semiconductor layer. Since the Si—C bond of silicon carbide has a higher covalent bond energy than the Si—Si bond of silicon, when the Si—C bond is broken, the Si—C bond has a higher energy than the Si—Si bond to bond again. It is necessary. Therefore, the temperature of activation annealing (hereinafter simply referred to as “annealing temperature”) when forming the impurity doped layer in the silicon carbide epitaxial layer is set to, for example, 1600 ° C. or higher.

しかしながら、例えば1600℃以上の高温で活性化アニールを行うと、次のような炭化珪素半導体素子固有の問題が生じる可能性がある。   However, for example, if activation annealing is performed at a high temperature of 1600 ° C. or higher, the following problems specific to silicon carbide semiconductor elements may occur.

活性化アニール時に、炭化珪素エピタキシャル層の表面からシリコンが選択的に昇華し、その結果、炭素が炭化珪素エピタキシャル層の表面に残留する。残留した炭素は、カーボンナノチューブ構造やグラフェン構造を構成し、カーボン層となる。カーボン層は必要に応じて除去される。このように、活性化アニールによって、炭化珪素エピタキシャル層の表面部分が消失してしまう。   During the activation annealing, silicon is selectively sublimated from the surface of the silicon carbide epitaxial layer, and as a result, carbon remains on the surface of the silicon carbide epitaxial layer. The remaining carbon constitutes a carbon nanotube structure or a graphene structure, and becomes a carbon layer. The carbon layer is removed as necessary. Thus, the surface portion of the silicon carbide epitaxial layer disappears due to the activation annealing.

この問題に対し、活性化アニールによるシリコンの昇華を抑制する方法として、アニール温度を例えば1200℃以下の低温に設定して活性化アニールを行うことが非特許文献1に開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses that activation annealing is performed with the annealing temperature set to a low temperature of 1200 ° C. or lower, for example, as a method for suppressing silicon sublimation due to activation annealing.

なお、特許文献1には、活性化アニールによる炭化珪素エピタキシャル層の表面荒れを抑制するために、炭化珪素エピタキシャル層の表面に、主に炭素より構成されるキャップ層を設け、その状態で活性化アニールを行うことが開示されている。しかしながら、本発明者ら検討したところ、キャップ層を形成して活性化アニールを行っても、炭化珪素エピタキシャル層の表面荒れを抑制できるが、炭化珪素エピタキシャル層表面からのシリコンの選択的な昇華を防ぐことは困難である。   In Patent Document 1, in order to suppress surface roughness of the silicon carbide epitaxial layer due to activation annealing, a cap layer mainly made of carbon is provided on the surface of the silicon carbide epitaxial layer and activated in that state. Annealing is disclosed. However, as a result of investigations by the present inventors, it is possible to suppress surface roughness of the silicon carbide epitaxial layer even if the activation annealing is performed after forming the cap layer, but selective sublimation of silicon from the surface of the silicon carbide epitaxial layer can be suppressed. It is difficult to prevent.

特開2005−260267号公報JP 2005-260267 A J.A.Cooper et al.,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.572,3(1999)J. et al. A. Cooper et al. , Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 572, 3 (1999)

非特許文献1に開示された方法によると、1200℃以下の低い温度領域で活性化アニールを行うので、イオン注入によって乱れた結晶を十分に回復できないおそれがある。このため、炭化珪素半導体素子において、逆バイアス印加時のリーク電流の増大やオン抵抗の増大などの素子特性の劣化が生じる可能性がある。   According to the method disclosed in Non-Patent Document 1, since activation annealing is performed in a low temperature range of 1200 ° C. or lower, there is a possibility that crystals disturbed by ion implantation cannot be sufficiently recovered. For this reason, in the silicon carbide semiconductor element, there is a possibility that element characteristics such as an increase in leakage current and an increase in on-resistance when reverse bias is applied may be deteriorated.

一方、本発明者が検討した結果、活性化アニールに起因する次のような課題を新たに見出した。   On the other hand, as a result of the study by the present inventors, the following problems due to activation annealing were newly found.

活性化アニール装置として、誘導加熱、抵抗加熱、電子衝突加熱等を利用した装置が一般的に用いられている。例えば1600℃以上の温度で活性化アニールを行う場合、上記のいずれのアニール装置を使用しても、炭化珪素層付ウェハを均一に加熱することは非常に困難である。このため、炭化珪素層付ウェハの温度は、炭化珪素ウェハの主面に平行な面内(以下、「炭化珪素層付ウェハの面内」または単に「面内」と略する。)において不均一な分布となる。活性化アニール時に炭化珪素エピタキシャル層に上記のような温度分布が生じると、この温度分布に対応して、炭化珪素エピタキシャル層の消失量も面内で不均一な分布を有する。このような消失量の面内分布は、1個の炭化珪素層付ウェハから形成される複数の炭化珪素半導体素子の間で特性がばらつく要因となる。   As an activation annealing apparatus, an apparatus using induction heating, resistance heating, electron impact heating or the like is generally used. For example, when activation annealing is performed at a temperature of 1600 ° C. or higher, it is very difficult to uniformly heat the silicon carbide layer-attached wafer using any of the above annealing apparatuses. For this reason, the temperature of the silicon carbide layer-attached wafer is not uniform in a plane parallel to the main surface of the silicon carbide wafer (hereinafter, abbreviated as “in-plane of the silicon carbide-layer wafer” or simply “in-plane”). Distribution. When the above temperature distribution occurs in the silicon carbide epitaxial layer during activation annealing, the disappearance amount of the silicon carbide epitaxial layer also has a non-uniform distribution in the plane corresponding to this temperature distribution. Such in-plane distribution of the disappearance amount becomes a factor in which the characteristics vary among a plurality of silicon carbide semiconductor elements formed from one silicon carbide layer-attached wafer.

例えば炭化珪素層付ウェハに複数のMISFETを形成する場合、不純物ドープ層であるボディ領域の表面の不純物濃度(ドーパント濃度)に、上記のような面内分布が生じる。ボディ領域の不純物濃度はMISFETの閾値電圧に大きな影響を与えることから、MISFETの閾値電圧を面内で均一にすることが極めて困難になる。このため、1枚の炭化珪素ウェハを用いて形成された複数のMISFETの間で閾値電圧がばらつき、歩留まりが低下するという課題が生じる。なお、この課題については、図面を参照しながら後で詳述する。   For example, when a plurality of MISFETs are formed on a wafer with a silicon carbide layer, the above in-plane distribution occurs in the impurity concentration (dopant concentration) on the surface of the body region which is an impurity doped layer. Since the impurity concentration in the body region greatly affects the threshold voltage of the MISFET, it is extremely difficult to make the threshold voltage of the MISFET uniform in the plane. For this reason, the threshold voltage varies among a plurality of MISFETs formed using one silicon carbide wafer, resulting in a problem that the yield decreases. This problem will be described later in detail with reference to the drawings.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭化珪素ウェハ上に複数の炭化珪素半導体素子を製造する際に、炭化珪素ウェハの主面に平行な面内における素子特性のばらつきを抑えて、歩留まりを向上させることにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to produce device characteristics in a plane parallel to the main surface of a silicon carbide wafer when a plurality of silicon carbide semiconductor devices are manufactured on a silicon carbide wafer. It is to improve the yield by suppressing the variation of the above.

本発明の炭化珪素半導体素子の製造方法は、(A)炭化珪素ウェハと、前記炭化珪素ウェハの主面上に配置され、第1導電型の不純物を含む複数の第1導電型不純物領域を有する第1炭化珪素層とを備えた炭化珪素層付ウェハを用意する工程と、(B)前記第1炭化珪素層の表面に炭化珪素をエピタキシャル成長させることによって、前記複数の第1導電型不純物領域と接するように第2炭化珪素層を形成する工程とを包含し、前記工程(B)において、前記複数の第1導電型不純物領域の表面における第1導電型の不純物の濃度分布に基づいて、前記炭化珪素ウェハの主面に平行な面内で、前記第2炭化珪素層の厚さ、不純物濃度、またはその両方に分布をもたせるように、エピタキシャル成長させる条件を制御する。   A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device of the present invention includes (A) a silicon carbide wafer and a plurality of first conductivity type impurity regions that are disposed on a main surface of the silicon carbide wafer and that include impurities of a first conductivity type. A step of preparing a wafer with a silicon carbide layer comprising a first silicon carbide layer, and (B) epitaxially growing silicon carbide on the surface of the first silicon carbide layer, thereby providing the plurality of first conductivity type impurity regions; Forming a second silicon carbide layer to be in contact with each other, and in the step (B), based on the concentration distribution of the first conductivity type impurity on the surface of the plurality of first conductivity type impurity regions, Conditions for epitaxial growth are controlled so that the thickness, impurity concentration, or both of the second silicon carbide layer have a distribution in a plane parallel to the main surface of the silicon carbide wafer.

これにより、第1導電型不純物領域の表面の不純物濃度分布に起因して生じる、炭化珪素ウェハの主面に平行な面内における素子特性のばらつきを抑制できるので、炭化珪素半導体素子の歩留まりを向上できる。   Thereby, variation in element characteristics in a plane parallel to the main surface of the silicon carbide wafer, which is caused by the impurity concentration distribution on the surface of the first conductivity type impurity region, can be suppressed, so that the yield of silicon carbide semiconductor elements is improved. it can.

本発明によると、第1炭化珪素層が形成された炭化珪素層付ウェハにおいて、第1炭化珪素層の表面の不純物濃度分布に起因する素子特性のばらつきを、第1炭化珪素層上にエピタキシャル成長させる第2炭化珪素層の成長条件を制御することによって抑制することができる。このため、炭化珪素半導体素子の歩留まりを向上させ、製造コストを低減できる。   According to the present invention, in the wafer with a silicon carbide layer in which the first silicon carbide layer is formed, the variation in device characteristics due to the impurity concentration distribution on the surface of the first silicon carbide layer is epitaxially grown on the first silicon carbide layer. This can be suppressed by controlling the growth conditions of the second silicon carbide layer. For this reason, the yield of a silicon carbide semiconductor element can be improved and manufacturing cost can be reduced.

(a)〜(g)は、それぞれ、本発明による第1の実施形態の炭化珪素半導体素子の製造方法を説明する模式的な工程断面図である。(A)-(g) is typical process sectional drawing explaining the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor element of 1st Embodiment by this invention, respectively. 本発明による第1の実施形態の炭化珪素半導体素子の製造方法を説明するための平面図であり、図1(b)に示す工程に対応する図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor element of 1st Embodiment by this invention, and is a figure corresponding to the process shown in FIG.1 (b). (a)は、本発明による第1の実施形態におけるボディ領域の表面の不純物濃度分布を例示するグラフであり、(b)は、(a)に示す濃度分布に応じて導出したボディ領域上に形成する第2炭化珪素層の不純物濃度の面内分布を示すグラフであり、(c)は、(a)および(b)に示す濃度分布によって得られる閾値電圧の面内分布を示すグラフである。(A) is a graph illustrating the impurity concentration distribution on the surface of the body region in the first embodiment according to the present invention, and (b) is a graph on the body region derived according to the concentration distribution shown in (a). It is a graph which shows the in-plane distribution of the impurity concentration of the 2nd silicon carbide layer to form, (c) is a graph which shows the in-plane distribution of the threshold voltage obtained by the concentration distribution shown to (a) and (b). . (a)は、第2炭化珪素層を形成する際の原料ガスの供給量と、第2炭化珪素層の不純物濃度および厚さの面内ばらつきの大きさとの相関関係を示すグラフであり、(b)は、原料ガス(SiH4)の供給量が10sccmの場合の、炭化珪素層付ウェハ1の面内における第2炭化珪素層の厚さおよび不純物濃度の分布を示すグラフである。(A) is a graph which shows the correlation with the supply amount of the source gas at the time of forming a 2nd silicon carbide layer, and the magnitude | size of the in-plane dispersion | variation in the impurity concentration and thickness of a 2nd silicon carbide layer, b) is a graph showing the distribution of the thickness and impurity concentration of the second silicon carbide layer in the plane of the wafer 1 with silicon carbide layer when the supply amount of the source gas (SiH 4 ) is 10 sccm. (a)および(b)は、それぞれ、成長圧力を200mbarおよび100mbarに設定した場合の第2炭化珪素層115の厚さの面内分布を示すグラフである。(A) And (b) is a graph which shows the in-plane distribution of the thickness of the 2nd silicon carbide layer 115 when a growth pressure is set to 200 mbar and 100 mbar, respectively. 本発明による第1の実施形態の製造方法において、第2炭化珪素層のエピタキシャル成長工程を説明するための模式的な断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the epitaxial growth process of a 2nd silicon carbide layer in the manufacturing method of 1st Embodiment by this invention. 本発明による第1の実施形態の炭化珪素層付ウェハの断面図である。It is sectional drawing of the wafer with a silicon carbide layer of 1st Embodiment by this invention. 本発明による第1の実施形態における他の炭化珪素半導体素子のユニットセルを例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the unit cell of the other silicon carbide semiconductor element in 1st Embodiment by this invention. (a)は、従来の炭化珪素層付ウェハの平面図であり、(b)は、(a)に示す炭化珪素層付ウェハに形成された炭化珪素半導体素子のユニットセルの構造を説明するための断面図である。(A) is a top view of the conventional wafer with a silicon carbide layer, (b) is for demonstrating the structure of the unit cell of the silicon carbide semiconductor element formed in the wafer with a silicon carbide layer shown to (a). FIG. (a)および(b)は、従来の炭化珪素半導体素子の課題を説明するための模式図であり、(a)は、p型不純物注入領域305’の深さ方向の不純物濃度プロファイルの一例を説明するための断面図、(b)は、p型不純物注入領域305’に対して活性化アニールを行うことによって得られたボディ領域305の表面の不純物濃度を説明するための断面図である。(A) And (b) is a schematic diagram for demonstrating the subject of the conventional silicon carbide semiconductor element, (a) is an example of the impurity concentration profile of the depth direction of p-type impurity implantation area | region 305 '. FIG. 6B is a cross-sectional view for explaining the impurity concentration on the surface of the body region 305 obtained by performing activation annealing on the p-type impurity implantation region 305 ′.

まず、図面を参照しながら、本発明者が見出した課題をより詳しく説明する。   First, the problems found by the present inventors will be described in more detail with reference to the drawings.

図9(a)は、炭化珪素半導体素子400が形成された従来の炭化珪素層付ウェハ401を例示する平面図である。炭化珪素半導体素子400は、例えばプレーナ構造を有するMISFETである。図9(b)は、MISFETに含まれるユニットセル300の構成を説明するための断面図である。   FIG. 9A is a plan view illustrating a conventional wafer 401 with a silicon carbide layer in which the silicon carbide semiconductor element 400 is formed. Silicon carbide semiconductor element 400 is, for example, a MISFET having a planar structure. FIG. 9B is a cross-sectional view for explaining the configuration of the unit cell 300 included in the MISFET.

炭化珪素層付ウェハ401は、例えば直径が3インチ以上の炭化珪素ウェハ301と、炭化珪素ウェハ301上に形成された複数の炭化珪素半導体素子400とを備えている。各炭化珪素半導体素子400は、2次元に配列された複数のユニットセル300から構成されている。   The silicon carbide layer-equipped wafer 401 includes, for example, a silicon carbide wafer 301 having a diameter of 3 inches or more and a plurality of silicon carbide semiconductor elements 400 formed on the silicon carbide wafer 301. Each silicon carbide semiconductor element 400 is composed of a plurality of unit cells 300 arranged two-dimensionally.

各ユニットセル300は、図9(b)に示すように、例えばn型の炭化珪素ウェハ301と、炭化珪素ウェハ301上にエピタキシャル成長によって形成された第1炭化珪素層310とを備えている。   Each unit cell 300 includes, for example, an n-type silicon carbide wafer 301 and a first silicon carbide layer 310 formed by epitaxial growth on the silicon carbide wafer 301 as shown in FIG. 9B.

第1炭化珪素層310には、p型のボディ領域305と、ボディ領域305に接するように配置され、高濃度でn型不純物を含むn+型のソース領域308とが形成されている。ボディ領域305の内部には、ボディ領域305よりも高い濃度でp型不純物を含むp+型のコンタクト領域309が形成されている。また、第1炭化珪素層310のうちボディ領域305およびソース領域308以外の領域は、低濃度でn型不純物を含むn-型のドリフト領域302となる。第1炭化珪素層310上には、ボディ領域305の表面と接するように、n型の第2炭化珪素層(チャネル層)307が形成されている。第2炭化珪素層307は、エピタキシャル成長によって形成されている。第2炭化珪素層307上には、例えば熱酸化によりゲート絶縁膜311が形成され、ゲート絶縁膜311上にはゲート電極313が設けられている。また、ソース領域308及びコンタクト領域309と接するようにソース電極312が設けられている。炭化珪素ウェハ301の裏面にはドレイン電極314が設けられている。 In the first silicon carbide layer 310, a p-type body region 305 and an n + -type source region 308 which is disposed so as to be in contact with the body region 305 and contains an n-type impurity at a high concentration are formed. A p + -type contact region 309 containing p-type impurities at a higher concentration than the body region 305 is formed inside the body region 305. Further, regions other than body region 305 and source region 308 in first silicon carbide layer 310 become n type drift region 302 containing n-type impurities at a low concentration. An n-type second silicon carbide layer (channel layer) 307 is formed on first silicon carbide layer 310 so as to be in contact with the surface of body region 305. Second silicon carbide layer 307 is formed by epitaxial growth. A gate insulating film 311 is formed on the second silicon carbide layer 307 by, for example, thermal oxidation, and a gate electrode 313 is provided on the gate insulating film 311. A source electrode 312 is provided so as to be in contact with the source region 308 and the contact region 309. A drain electrode 314 is provided on the back surface of the silicon carbide wafer 301.

ユニットセル300において、ボディ領域305、ソース領域308およびコンタクト領域309は、第1炭化珪素層310に対して不純物イオンを注入し、次いで活性化アニールを行うことによって形成された不純物ドープ層である。   In unit cell 300, body region 305, source region 308, and contact region 309 are impurity doped layers formed by implanting impurity ions into first silicon carbide layer 310 and then performing activation annealing.

活性化アニールは、通常、第1炭化珪素層310に不純物イオンを注入した後の炭化珪素層付ウェハ401をアニール装置のチャンバ内に設置し、所定の温度まで加熱することによって行われる。このとき、特に3インチ以上の炭化珪素ウェハ301を用いる場合、炭化珪素層付ウェハ401の面内で温度差が生じ易い。例えば、炭化珪素層付ウェハ401の温度が中央部で周縁部よりも高くなる、もしくは、中央部で周縁部よりも低くなる傾向がある。このため、炭化珪素層付ウェハ401の面内における温度分布(以下、単に「面内温度分布」と略する)は、炭化珪素層付ウェハ401の中心から周縁部に向かうにつれて、温度が高くなる、あるいは低くなるような分布(同心円分布)となる場合が多い。   The activation annealing is usually performed by placing the silicon carbide layer-attached wafer 401 after implanting impurity ions into the first silicon carbide layer 310 in a chamber of an annealing apparatus and heating it to a predetermined temperature. At this time, in particular, when a silicon carbide wafer 301 of 3 inches or more is used, a temperature difference is likely to occur within the surface of the silicon carbide layer-attached wafer 401. For example, the temperature of the silicon carbide layer-attached wafer 401 tends to be higher at the central portion than the peripheral portion, or lower at the central portion than the peripheral portion. For this reason, the temperature distribution in the surface of wafer 401 with a silicon carbide layer (hereinafter simply referred to as “in-plane temperature distribution”) increases in temperature from the center of wafer 401 with a silicon carbide layer toward the periphery. In many cases, the distribution becomes lower (concentric distribution).

例えば自公転型のアニール装置を用いて活性化アニールを行うと、面内温度分布は同心円分布になり易い。自公転型のアニール装置のチャンバ内では、例えば、円盤状のホルダーに複数の炭化珪素層付ウェハ401を固定し、ホルダーを回転させるとともに、各炭化珪素層付ウェハ401もそれぞれ自転させながら、炭化珪素層付ウェハ401の加熱を行う。このようなアニール装置では、炭化珪素層付ウェハ401の周縁部の方が中央部よりも熱源に近づくために高温になりやすい。ただし、熱源の配置や、熱源からの距離に対する温度勾配によっては、炭化珪素層付ウェハ401の中央部の方が周縁部よりも高温になることもある。   For example, when activation annealing is performed using a self-revolving annealing apparatus, the in-plane temperature distribution tends to be a concentric distribution. In the chamber of the self-revolving type annealing apparatus, for example, a plurality of silicon carbide layer-attached wafers 401 are fixed to a disc-shaped holder, the holders are rotated, and the silicon carbide layer-attached wafers 401 are each rotated while being carbonized. The wafer 401 with silicon layer is heated. In such an annealing apparatus, the peripheral portion of the silicon carbide layer-attached wafer 401 is closer to the heat source than the central portion, and therefore tends to be at a high temperature. However, depending on the arrangement of the heat source and the temperature gradient with respect to the distance from the heat source, the central portion of the silicon carbide layer-attached wafer 401 may be hotter than the peripheral portion.

前述したように、活性化アニールを行うと、第1炭化珪素層310の表面からシリコンが選択的に昇華し、表面層の一部が消失する。第1炭化珪素層310の消失量は、アニール温度が高いほど多くなる。従って、活性化アニール時に炭化珪素層付ウェハ401に上記のような面内温度分布が生じると、この面内温度分布に対応して、第1炭化珪素層310の消失量も面内で分布を生じる。   As described above, when activation annealing is performed, silicon is selectively sublimated from the surface of the first silicon carbide layer 310, and a part of the surface layer disappears. The amount of disappearance of first silicon carbide layer 310 increases as the annealing temperature increases. Therefore, when the in-plane temperature distribution as described above occurs in the silicon carbide layer-attached wafer 401 during the activation annealing, the disappearance amount of the first silicon carbide layer 310 is also distributed in-plane corresponding to this in-plane temperature distribution. Arise.

なお、アニール装置の構造やアニール方法によっては、炭化珪素層付ウェハ401の面内温度分布は同心円分布にならない場合がある。例えばアニール装置のチャンバ内で炭化珪素層付ウェハ401を自転・公転させないで加熱する場合などには、炭化珪素層付ウェハ401の面内温度分布は同心円状になり難い。このような場合でも、面内温度分布は均一にならない可能性が高く、第1炭化珪素層310の消失量に不均一な面内分布が生じ得る。   Depending on the structure of the annealing apparatus and the annealing method, the in-plane temperature distribution of the silicon carbide layer-attached wafer 401 may not be a concentric distribution. For example, when heating the silicon carbide layer-coated wafer 401 without rotating or revolving in the chamber of the annealing apparatus, the in-plane temperature distribution of the silicon carbide layer-coated wafer 401 is unlikely to be concentric. Even in such a case, there is a high possibility that the in-plane temperature distribution will not be uniform, and a non-uniform in-plane distribution may occur in the disappearance amount of the first silicon carbide layer 310.

第1炭化珪素層310の消失量が面内で分布を生じると、第1炭化珪素層310の表面の不純物濃度にばらつきが生じるおそれがある。以下、図面を参照しながら、この理由を説明する。   When the disappearance amount of first silicon carbide layer 310 is distributed in the plane, there is a possibility that the impurity concentration on the surface of first silicon carbide layer 310 may vary. Hereinafter, this reason will be described with reference to the drawings.

図10(a)は、第1炭化珪素層310にp型不純物を注入して得られたp型不純物注入領域305’の深さ方向の不純物濃度プロファイルを例示する図であり、図10(b)は、p型不純物注入領域305’に対して活性化アニールを行うことによって得られたボディ領域305を模式的に示す断面図である。なお、実際には、炭化珪素層付ウェハ401の表面領域に複数のボディ領域305が間隔を空けて形成されるが、ここでは、簡単のため、炭化珪素層付ウェハ401の全体にボディ領域305が形成される図を示している。   FIG. 10A is a diagram illustrating an impurity concentration profile in the depth direction of a p-type impurity implantation region 305 ′ obtained by implanting a p-type impurity into the first silicon carbide layer 310. FIG. ) Is a cross-sectional view schematically showing a body region 305 obtained by performing activation annealing on a p-type impurity implantation region 305 ′. In practice, a plurality of body regions 305 are formed at intervals in the surface region of wafer 401 with a silicon carbide layer. Here, for simplicity, body region 305 is formed on the entire silicon carbide layer-containing wafer 401. FIG.

図10(a)に示すように、p型不純物注入領域305’の不純物濃度プロファイルPは第1炭化珪素層310の深さ方向に均一にならない。p型不純物注入領域305’の表面領域では、不純物濃度プロファイルPは、第1炭化珪素層310の表面で低く、表面からの深さDが大きくなるにつれて徐々に高くなる。   As shown in FIG. 10A, the impurity concentration profile P of the p-type impurity implantation region 305 ′ is not uniform in the depth direction of the first silicon carbide layer 310. In the surface region of the p-type impurity implantation region 305 ′, the impurity concentration profile P is low on the surface of the first silicon carbide layer 310 and gradually increases as the depth D from the surface increases.

p型不純物注入領域305’に対して活性化アニールを行うと、図10(b)に示すように、ボディ領域305が得られる。活性化アニールでは、上述したように、第1炭化珪素層310の表面部分が消失する。なお、図10(a)に示す不純物濃度プロファイルPはアニール後も維持される。   When activation annealing is performed on the p-type impurity implantation region 305 ', a body region 305 is obtained as shown in FIG. In the activation annealing, as described above, the surface portion of the first silicon carbide layer 310 disappears. The impurity concentration profile P shown in FIG. 10A is maintained even after annealing.

図10(b)に示す例では、炭化珪素層310の消失量は、炭化珪素層付ウェハ401の面内において、中央部から周縁部に向かって増加している。このため、ボディ領域305は、周縁部で中央部よりも薄くなる。   In the example shown in FIG. 10B, the disappearance amount of the silicon carbide layer 310 increases from the central portion toward the peripheral portion in the plane of the silicon carbide layer-attached wafer 401. For this reason, the body region 305 is thinner at the periphery than at the center.

アニール後のp型不純物注入領域305の不純物濃度プロファイルは均一ではないので、第1炭化珪素層310の消失量に応じて、第1炭化珪素層310の表面(すなわちボディ領域305の表面)における不純物濃度は異なる。この例では、ボディ領域305の周縁部では、表面から深さd1までの層が消失する結果、不純物濃度はc1となる。これに対し、中央部では、表面から深さd2(d2<d1)までの層が消失する結果、不純物濃度c2は、周縁部の不純物濃度c1よりも低くなる。   Since the impurity concentration profile of p-type impurity implantation region 305 after annealing is not uniform, impurities on the surface of first silicon carbide layer 310 (that is, the surface of body region 305) according to the disappearance amount of first silicon carbide layer 310. Concentration is different. In this example, at the periphery of the body region 305, the layer from the surface to the depth d1 disappears, resulting in an impurity concentration of c1. On the other hand, in the central portion, the layer from the surface to the depth d2 (d2 <d1) disappears, and as a result, the impurity concentration c2 becomes lower than the impurity concentration c1 in the peripheral portion.

このように、活性化アニール時に生じる面内温度分布によって、第1炭化珪素層310の消失量が炭化珪素層付ウェハの面内で不均一となるので、活性化アニール後の第1炭化珪素層310の表面の不純物濃度にも不均一な分布が生じる。これは、1枚の炭化珪素ウェハ301に形成された複数の炭化珪素半導体素子400間で特性がばらつく要因となる。   As described above, the amount of disappearance of first silicon carbide layer 310 is not uniform in the plane of the wafer with the silicon carbide layer due to the in-plane temperature distribution generated during the activation annealing, and therefore the first silicon carbide layer after the activation annealing is not uniform. The impurity concentration on the surface of 310 is also unevenly distributed. This becomes a factor that the characteristics vary among the plurality of silicon carbide semiconductor elements 400 formed on one silicon carbide wafer 301.

特に、ボディ領域305の表面の不純物濃度はMISFETの閾値電圧に大きな影響を与える。ボディ領域305の表面の不純物濃度に上記のような分布が生じると、その濃度分布に対応して、炭化珪素ウェハ301に形成された複数の炭化珪素半導体素子(MISFET)400の間で閾値電圧がばらつく。   In particular, the impurity concentration on the surface of the body region 305 greatly affects the threshold voltage of the MISFET. When the above distribution occurs in the impurity concentration on the surface of body region 305, a threshold voltage is generated between a plurality of silicon carbide semiconductor elements (MISFETs) 400 formed on silicon carbide wafer 301 corresponding to the concentration distribution. It varies.

このように、従来の炭化珪素半導体素子400の製造プロセスでは、活性化アニール時の面内温度分布に起因して、炭化珪素ウェハ301の面内で閾値電圧にばらつきが生じ、信頼性の低下や歩留の低下を引き起こすおそれがあった。   Thus, in the conventional manufacturing process of silicon carbide semiconductor element 400, due to the in-plane temperature distribution during activation annealing, the threshold voltage varies within the plane of silicon carbide wafer 301, and the reliability decreases. There was a risk of lowering the yield.

本発明者は、上記問題を解決する方法を検討する過程で、第1炭化珪素層310上にエピタキシャル成長によって第2炭化珪素層307を形成する際に、第2炭化珪素層307の不純物濃度及び厚さの面内分布を制御することが可能であることを見出した。さらに、第2炭化珪素層307の不純物濃度及び厚さの面内分布の制御により、第1炭化珪素層310に形成されたボディ領域305の表面の不純物濃度のばらつきを補償して、閾値電圧の面内ばらつきを抑制できるという知見を得た。   In the course of studying the method for solving the above problem, the inventor forms the second silicon carbide layer 307 by epitaxial growth on the first silicon carbide layer 310 and the impurity concentration and thickness of the second silicon carbide layer 307. It was found that the in-plane distribution can be controlled. Further, by controlling the in-plane distribution of the impurity concentration and thickness of the second silicon carbide layer 307, the variation of the impurity concentration on the surface of the body region 305 formed in the first silicon carbide layer 310 is compensated, and the threshold voltage is increased. We obtained the knowledge that in-plane variation can be suppressed.

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第1炭化珪素層310の表面(例えばボディ領域305の表面)の不純物濃度分布に応じて、その上に形成する第2炭化珪素層307の厚さおよび濃度に所定の面内分布を故意に生じさせる。これにより、活性化アニール時の面内温度分布に起因する閾値電圧のばらつきを抑制することが可能になる。   The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and according to the impurity concentration distribution on the surface of first silicon carbide layer 310 (for example, the surface of body region 305), second silicon carbide layer 307 is formed thereon. A predetermined in-plane distribution is deliberately produced in the thickness and concentration. This makes it possible to suppress variations in threshold voltage caused by the in-plane temperature distribution during activation annealing.

(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明による炭化珪素半導体素子の製造方法の第1の実施形態を説明する。ここでは、第1導電型としてp型、第2導電型としてn型の導電型を有するMISFETを例に説明するが、本実施形態の炭化珪素半導体素子は、第1導電型としてn型、第2導電型としてp型の導電型を有するMISFETであってもよい。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a MISFET having a p-type conductivity as the first conductivity type and an n-type conductivity type as the second conductivity type will be described as an example. However, the silicon carbide semiconductor element of the present embodiment has an n-type, A MISFET having a p-type conductivity as the two-conductivity type may be used.

図1(a)〜(g)は、それぞれ、本実施形態の炭化珪素半導体素子の製造方法を説明するための工程断面図である。図1では、炭化珪素層付ウェハ1のうち炭化珪素半導体素子が形成される素子形成部R1、および、素子形成部以外の領域に設けられた測定部R2の一部をそれぞれ示している。なお、簡単のため、素子形成部R1に1個のユニットセル、測定部R2に1個のパラメータチェック領域が形成される工程を図示しているが、素子形成部R1には複数のユニットセル、測定部R2には複数のパラメータチェック領域がそれぞれ形成されてもよい。   1A to 1G are process cross-sectional views for illustrating a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element of this embodiment. FIG. 1 shows an element formation portion R1 where a silicon carbide semiconductor element is formed in the silicon carbide layer-attached wafer 1 and a part of a measurement portion R2 provided in a region other than the element formation portion. For the sake of simplicity, a process of forming one unit cell in the element forming unit R1 and one parameter check region in the measuring unit R2 is illustrated, but the element forming unit R1 includes a plurality of unit cells, A plurality of parameter check areas may be formed in the measurement unit R2.

まず、図1(a)に示すように、炭化珪素ウェハ101の主面上に、エピタキシャル成長によって第2導電型(n型)の第1炭化珪素層110を成長させて、炭化珪素層付ウェハ1を得る。   First, as shown in FIG. 1 (a), a second conductivity type (n-type) first silicon carbide layer 110 is grown on the main surface of a silicon carbide wafer 101 by epitaxial growth, and the silicon carbide layer provided wafer 1 is obtained. Get.

炭化珪素ウェハ101として、例えば、主面が、(0001)Si面から<11−20>(112バー0)方向に約4度のオフ角度がついた直径75mmの4H−SiCウェハを用いることが好ましい。このウェハを用いることにより、6H−SiCウェハ等に比べてキャリアの移動度が高い炭化珪素半導体素子を作製することができる。炭化珪素ウェハ101はn型であり、炭化珪素ウェハ101におけるキャリア濃度は、例えば、8×1018cm-3程度である。 As the silicon carbide wafer 101, for example, a 4H—SiC wafer having a diameter of 75 mm and having an off angle of about 4 degrees in the <11-20> (112 bar 0) direction from the (0001) Si surface is used. preferable. By using this wafer, a silicon carbide semiconductor element having higher carrier mobility than a 6H—SiC wafer or the like can be manufactured. Silicon carbide wafer 101 is n-type, and the carrier concentration in silicon carbide wafer 101 is, for example, about 8 × 10 18 cm −3 .

第1炭化珪素層110の形成工程では、まず、エピタキシャル成長前に炭化珪素ウェハ101の昇温を行う。この昇温過程では、原料ガスを供給せず、少なくとも水素を含んだ雰囲気で炭化珪素ウェハ101を加熱する。炭化珪素ウェハ101の温度(ウェハ温度)が、所定の成長温度(ここでは1600℃)に到達した時点で原料ガスとドーパントガスである窒素の供給を開始する。このようにして、炭化珪素ウェハ101の主面上に、例えば、n型キャリア濃度が約5×1016cm-3であり、厚さが10μm程度の第1炭化珪素層110を形成する。 In the step of forming first silicon carbide layer 110, first, the temperature of silicon carbide wafer 101 is raised before epitaxial growth. In this temperature raising process, the silicon carbide wafer 101 is heated in an atmosphere containing at least hydrogen without supplying the source gas. When the temperature of the silicon carbide wafer 101 (wafer temperature) reaches a predetermined growth temperature (here, 1600 ° C.), supply of the raw material gas and nitrogen as the dopant gas is started. In this way, on the main surface of silicon carbide wafer 101, for example, first silicon carbide layer 110 having an n-type carrier concentration of about 5 × 10 16 cm −3 and a thickness of about 10 μm is formed.

続いて、図1(b)に示すように、第1炭化珪素層110のうち選択された領域にp型またはn型の不純物イオンを注入することにより、p型不純物注入領域105’、109’、およびn型不純物注入領域108’を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 1B, p-type impurity implantation regions 105 ′ and 109 ′ are implanted by implanting p-type or n-type impurity ions into selected regions of the first silicon carbide layer 110. , And an n-type impurity implantation region 108 '.

このとき、炭化珪素層付ウェハ1の測定部R2の一部にも、p型の不純物イオンを注入する。これにより、測定部R2に、パラメータチェック領域となるp型不純物注入領域116’が形成される。   At this time, p-type impurity ions are also implanted into a part of measurement part R2 of wafer 1 with silicon carbide layer. As a result, a p-type impurity implantation region 116 'serving as a parameter check region is formed in the measurement unit R2.

具体的には、第1炭化珪素層110上にマスクを形成し、マスクの形成されていない領域にp型不純物(例えばアルミニウム)イオンを注入して、ボディ領域となるp型不純物注入領域105’およびパラメータチェック領域となるp型不純物注入領域116’を形成する。p型不純物注入領域105’、116’は同じ注入条件で同時に形成される。さらに、第1炭化珪素層110のうちp型不純物注入領域105’に隣接する領域にn型不純物(例えば窒素)イオンを注入して、ソース領域となるn型不純物注入領域108’を形成する。また、p型不純物領域105’内に、p型不純物(例えばアルミニウム)イオンを注入し、コンタクト領域となる高濃度p型不純物注入領域109’を形成する。   Specifically, a mask is formed on first silicon carbide layer 110, and p-type impurity (for example, aluminum) ions are implanted into a region where the mask is not formed, so that p-type impurity implantation region 105 ′ serving as a body region is formed. Then, a p-type impurity implantation region 116 ′ serving as a parameter check region is formed. The p-type impurity implantation regions 105 ′ and 116 ′ are simultaneously formed under the same implantation conditions. Further, n-type impurity (for example, nitrogen) ions are implanted into a region of the first silicon carbide layer 110 adjacent to the p-type impurity implantation region 105 ′ to form an n-type impurity implantation region 108 ′ serving as a source region. Further, p-type impurity (for example, aluminum) ions are implanted into the p-type impurity region 105 ′ to form a high-concentration p-type impurity implanted region 109 ′ to be a contact region.

図2は、図1(b)の工程断面図に対応する平面図である。図2に示すように、ここでは、炭化珪素層付ウェハ1の中心、および、互いに直交するX、Y方向にそれぞれ延びる2本の直径に沿ってp型不純物注入領域116’を形成する。ここでは、中心から周縁までの間に10mmピッチで3箇所のp型不純物注入領域116’を配置する。各p型不純物注入領域116’は、炭化珪素ウェハ101の主面に垂直な方向から見て、例えば直径が1mmの円とする。   FIG. 2 is a plan view corresponding to the process cross-sectional view of FIG. As shown in FIG. 2, here, p-type impurity implantation region 116 'is formed along the center of silicon carbide layer-attached wafer 1 and two diameters extending in the X and Y directions orthogonal to each other. Here, three p-type impurity implantation regions 116 ′ are arranged at a pitch of 10 mm between the center and the periphery. Each p-type impurity implantation region 116 ′ is, for example, a circle having a diameter of 1 mm when viewed from the direction perpendicular to the main surface of silicon carbide wafer 101.

p型不純物注入領域116’の個数や配置は図示する例に限定されないが、炭化珪素層付ウェハ1の中央部から周縁部にかけて、複数のp型不純物注入領域116’を配置することが好ましい。あるいは、中央部から周縁部まで延びる1個のp型不純物注入領域116’を形成してもよい。   The number and arrangement of the p-type impurity implantation regions 116 ′ are not limited to the illustrated example, but a plurality of p-type impurity implantation regions 116 ′ are preferably arranged from the center portion to the peripheral portion of the wafer 1 with silicon carbide layer. Alternatively, one p-type impurity implantation region 116 ′ extending from the central portion to the peripheral portion may be formed.

なお、この例では、p型不純物領域105’およびp型不純物領域116’は、第1炭化珪素層110の表面領域に形成されるが、これらの領域は表面領域に形成されなくてもよい。ただし、p型不純物領域105’の少なくとも一部およびp型不純物領域116’の少なくとも一部が、第1炭化珪素層110の表面に露出するように配置されることが好ましい。   In this example, p-type impurity region 105 ′ and p-type impurity region 116 ′ are formed in the surface region of first silicon carbide layer 110, but these regions may not be formed in the surface region. However, it is preferable that at least a part of p-type impurity region 105 ′ and at least a part of p-type impurity region 116 ′ are arranged to be exposed on the surface of first silicon carbide layer 110.

続いて、第1炭化珪素層110の表面にカーボンキャップ層117を形成し、この状態で、活性化アニールを行う。アニール温度は例えば1700℃に設定する。これにより、図1(c)に示すように、不純物注入領域105’、109’、108’は、それぞれ、ボディ領域105、コンタクト領域109、ソース領域108となる。また、p型不純物注入領域116’は、パラメータチェック領域116となる。第1炭化珪素層110のうちボディ領域105、コンタクト領域109、ソース領域108およびパラメータチェック領域116の何れも形成されなかった領域はn型のドリフト領域102となる。この後、カーボンキャップ層117を除去する。なお、活性化アニールによって第1炭化珪素層110の表面のうちSiが昇華し、カーボン層として残った部分は、カーボンキャップ層117とともに炭化珪素層付ウェハ1から除去される。   Subsequently, a carbon cap layer 117 is formed on the surface of the first silicon carbide layer 110, and activation annealing is performed in this state. The annealing temperature is set to 1700 ° C., for example. Thereby, as shown in FIG. 1C, the impurity implantation regions 105 ′, 109 ′, and 108 ′ become the body region 105, the contact region 109, and the source region 108, respectively. Further, the p-type impurity implantation region 116 ′ becomes a parameter check region 116. In the first silicon carbide layer 110, a region where none of the body region 105, the contact region 109, the source region 108, and the parameter check region 116 is formed becomes an n-type drift region 102. Thereafter, the carbon cap layer 117 is removed. It should be noted that Si in the surface of the first silicon carbide layer 110 is sublimated by the activation annealing, and the portion remaining as a carbon layer is removed from the silicon carbide layer-attached wafer 1 together with the carbon cap layer 117.

次いで、ボディ領域105の表面の不純物濃度の分布(以下、「表面濃度分布」と略す)を求める。ボディ領域105の表面濃度分布は、パラメータチェック領域116の表面の不純物濃度を測定することによって求めてもよい。濃度の測定は、例えば容量−電圧(capacitance−voltage:以下、C−Vと略称する)測定で行う。C−V測定によると、非破壊で第1炭化珪素層110の表面の不純物濃度を評価できる。   Next, a distribution of impurity concentration on the surface of the body region 105 (hereinafter abbreviated as “surface concentration distribution”) is obtained. The surface concentration distribution of the body region 105 may be obtained by measuring the impurity concentration on the surface of the parameter check region 116. The concentration is measured by, for example, capacitance-voltage (hereinafter abbreviated as CV) measurement. According to the CV measurement, the impurity concentration on the surface of the first silicon carbide layer 110 can be evaluated nondestructively.

本実施形態では、図1(d)に示すように、水銀プローブC−V測定装置を使用し、C−V測定により、各パラメータチェック領域116の表面の不純物濃度を評価する。この結果に基づいて、ボディ領域105の表面濃度分布を算出する。   In this embodiment, as shown in FIG. 1D, the mercury probe CV measurement device is used, and the impurity concentration on the surface of each parameter check region 116 is evaluated by CV measurement. Based on this result, the surface concentration distribution of the body region 105 is calculated.

水銀プローブC−V測定装置による測定手順を以下に述べる。炭化珪素ウェハ101をC−V測定装置のステージに設置する。パラメータチェック領域116上に置かれた筒より水銀をパラメータチェック領域116に接触させ、炭化珪素ウェハ101の裏面との間に高周波バイアス電圧を印加する。この場合の周波数は例えば100kHzとする。バイアス電圧を印加することによって、パラメータチェック領域116に形成される空乏層により発生した容量を測定する。バイアス電圧を掃引することによってこの空乏層の幅は変化することから、各バイアス電圧における容量を測定することにより、パラメータチェック領域116におけるドーパント濃度の深さ方向のプロファイルを導出することが可能となる。   The measurement procedure using the mercury probe CV measurement device will be described below. Silicon carbide wafer 101 is placed on the stage of the CV measuring apparatus. Mercury is brought into contact with the parameter check region 116 from a cylinder placed on the parameter check region 116, and a high frequency bias voltage is applied between the back surface of the silicon carbide wafer 101. The frequency in this case is 100 kHz, for example. By applying a bias voltage, the capacitance generated by the depletion layer formed in the parameter check region 116 is measured. Since the width of the depletion layer changes by sweeping the bias voltage, it is possible to derive a profile in the depth direction of the dopant concentration in the parameter check region 116 by measuring the capacitance at each bias voltage. .

続いて、図1(e)に示すように、第1炭化珪素層110の表面に、n型の第2炭化珪素層115をエピタキシャル成長により形成させる。ここでは、第2炭化珪素層115は、ボディ領域105に接するように配置され、チャネル層として機能する。   Subsequently, as shown in FIG. 1E, an n-type second silicon carbide layer 115 is formed on the surface of the first silicon carbide layer 110 by epitaxial growth. Here, second silicon carbide layer 115 is arranged in contact with body region 105 and functions as a channel layer.

このとき、MISFETの閾値電圧が炭化珪素層付ウェハ1の面内で均一となるように、上記工程で求めたボディ領域105の表面濃度分布を第2炭化珪素層115の成長条件にフィードフォワードする。後述するように、第2炭化珪素層115の成長条件を調整することによって、炭化珪素層付ウェハ1の面内における第2炭化珪素層115の不純物濃度および厚さの面内分布を任意に制御できる。   At this time, the surface concentration distribution of the body region 105 obtained in the above process is fed forward to the growth conditions of the second silicon carbide layer 115 so that the threshold voltage of the MISFET becomes uniform in the plane of the wafer 1 with the silicon carbide layer. . As described later, by adjusting the growth conditions of the second silicon carbide layer 115, the in-plane distribution of the impurity concentration and thickness of the second silicon carbide layer 115 in the plane of the silicon carbide layer-attached wafer 1 is arbitrarily controlled. it can.

本実施形態では、ドーパントガスとして窒素を供給することにより、第2炭化珪素層(チャネル層)115を形成する。第2炭化珪素層115の平均濃度は例えば約1×1017cm-3とし、平均厚さは例えば100nmとする。また、後述するように、原料ガスの供給量や成長圧力などのパラメータを制御することによって、第2炭化珪素層115の厚さおよび濃度に、ボディ領域105の表面濃度分布に応じた面内分布を故意に生じさせる。 In the present embodiment, the second silicon carbide layer (channel layer) 115 is formed by supplying nitrogen as a dopant gas. The average concentration of the second silicon carbide layer 115 is, for example, about 1 × 10 17 cm −3 and the average thickness is, for example, 100 nm. In addition, as will be described later, by controlling parameters such as the supply amount of the source gas and the growth pressure, the in-plane distribution corresponding to the surface concentration distribution of the body region 105 is adjusted to the thickness and concentration of the second silicon carbide layer 115. Is deliberately generated.

なお、第2炭化珪素層115の濃度および厚さの両方に面内分布を生じさせてもよいし、何れか一方のみに面内分布を生じさせてもよい。   In-plane distribution may be generated in both the concentration and thickness of second silicon carbide layer 115, or in-plane distribution may be generated in only one of them.

この後、図1(f)に示すように、ゲート絶縁膜111を形成する。ゲート絶縁膜111は、酸化膜、酸窒化膜、またはこれらの膜の積層膜であってもよい。ここでは、ゲート絶縁膜111として、例えば、約1100℃の温度下で第1炭化珪素層110の表面を熱酸化することによって熱酸化(SiO2)膜を形成する。ゲート絶縁膜111の厚さは、例えば、50nm程度である。なお、熱酸化膜の代わりに、第1炭化珪素層110の上にCVD法でSiO2膜を形成してもよい。 Thereafter, as shown in FIG. 1F, a gate insulating film 111 is formed. The gate insulating film 111 may be an oxide film, an oxynitride film, or a stacked film of these films. Here, as the gate insulating film 111, for example, a thermal oxidation (SiO 2 ) film is formed by thermally oxidizing the surface of the first silicon carbide layer 110 at a temperature of about 1100 ° C. The thickness of the gate insulating film 111 is, for example, about 50 nm. Instead of the thermal oxide film, a SiO 2 film may be formed on the first silicon carbide layer 110 by a CVD method.

最後に、図1(g)に示すように、ゲート電極113、ソース電極112及びドレイン電極114を形成する。ソース電極112及びドレイン電極114は、それぞれ、電子ビーム(EB)蒸着装置を用いてソース領域108及び炭化珪素ウェハ101の裏面にNiを蒸着し、続いて加熱炉を用いて、例えば、1000℃程度で加熱することによって形成される。ソース電極112はソース領域108およびコンタクト領域109とオーミック接合を形成しており、また、ドレイン電極114は炭化珪素ウェハ101とオーミック接合を形成している。ゲート電極113は、例えば、LPCVD(low pressure chemical vapor deposition)装置を用いて、ゲート絶縁膜111上にリンドープポリシリコン(poly−Si膜)を堆積することによって形成することができる。   Finally, as shown in FIG. 1G, a gate electrode 113, a source electrode 112, and a drain electrode 114 are formed. For the source electrode 112 and the drain electrode 114, Ni is vapor-deposited on the back surface of the source region 108 and the silicon carbide wafer 101, respectively, using an electron beam (EB) vapor deposition apparatus, and then, for example, about 1000 ° C. using a heating furnace. It is formed by heating with. Source electrode 112 forms an ohmic junction with source region 108 and contact region 109, and drain electrode 114 forms an ohmic junction with silicon carbide wafer 101. The gate electrode 113 can be formed, for example, by depositing phosphorus-doped polysilicon (poly-Si film) on the gate insulating film 111 using an LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) apparatus.

以上の工程により、炭化珪素層付ウェハ1に複数の炭化珪素半導体素子が形成される。図示しないが、この後、炭化珪素層付ウェハ1の素子形成部R1を素子ごとに切断する。これにより、複数の炭化珪素半導体素子(チップ)を得る。   Through the above steps, a plurality of silicon carbide semiconductor elements are formed on wafer 1 with silicon carbide layer. Although not shown, the element forming portion R1 of the silicon carbide layer-equipped wafer 1 is thereafter cut for each element. Thereby, a plurality of silicon carbide semiconductor elements (chips) are obtained.

<ボディ領域105の表面濃度分布の評価方法>
上記方法では、ボディ領域105の表面濃度分布を評価する方法として、水銀プローブによるC−V測定を行っているが、代わりに二次イオン質量分析(SIMS)を行うこともできる。SIMSでは、Arイオンのスパッタリングによって第1炭化珪素層110の表面を除去しながら、質量分析によりSiC結晶中の不純物の濃度を測定する。
<Method for evaluating surface concentration distribution of body region 105>
In the above method, CV measurement using a mercury probe is performed as a method for evaluating the surface concentration distribution of the body region 105, but secondary ion mass spectrometry (SIMS) can also be performed instead. In SIMS, the concentration of impurities in the SiC crystal is measured by mass spectrometry while removing the surface of the first silicon carbide layer 110 by sputtering of Ar ions.

しかしながら、SIMSを用いると、第1炭化珪素層110の表面を除去しながら不純物の濃度測定を行うために、第1炭化珪素層110の表面を破壊してしまう。従って、この方法を用いる場合には、炭化珪素層付ウェハ1の測定部R2に、SIMSによる測定用の領域(パッド)を予め作製しておくことが好ましい。測定用の領域は、パラメータチェック領域116と同様の構造を有してもよい。   However, when SIMS is used, the surface of the first silicon carbide layer 110 is destroyed in order to measure the impurity concentration while removing the surface of the first silicon carbide layer 110. Therefore, when this method is used, it is preferable to previously prepare a measurement region (pad) by SIMS in the measurement part R2 of the wafer 1 with silicon carbide layer. The measurement area may have the same structure as the parameter check area 116.

これによって、第1炭化珪素層110の表面のうち素子形成領部R1に位置する部分を壊すことなく、ボディ領域105の表面濃度分布を評価することができる。   Thus, the surface concentration distribution of body region 105 can be evaluated without breaking the portion of first silicon carbide layer 110 located at element formation region R1.

その他の評価方法として、ボディ領域105の表面の比抵抗を測定する方法がある。この方法では、ボディ領域105またはパラメータチェック領域116の表面の不純物濃度(表面濃度)を直接測定せず、ボディ領域105またはパラメータチェック領域116の表面の比抵抗を測定する。次いで、予め求めておいた表面濃度と比抵抗との相関関係に基づいて、比抵抗の測定結果から、その領域の表面濃度を導出できる。   As another evaluation method, there is a method of measuring the specific resistance of the surface of the body region 105. In this method, the specific resistance of the surface of the body region 105 or the parameter check region 116 is measured without directly measuring the impurity concentration (surface concentration) of the surface of the body region 105 or the parameter check region 116. Next, based on the correlation between the surface concentration and the specific resistance obtained in advance, the surface concentration of the region can be derived from the measurement result of the specific resistance.

なお、比抵抗を測定する方法のように非破壊の測定を行う場合には、ボディ領域105の表面を直接測定することができるので、炭化珪素層付ウェハ1にパラメータチェック領域116を形成しなくてもよい。   When performing nondestructive measurement as in the method of measuring specific resistance, the surface of body region 105 can be directly measured, so that parameter check region 116 is not formed on wafer 1 with silicon carbide layer. May be.

また、予備実験によって、活性化アニールの条件とボディ領域105の表面濃度分布との相関関係を予め求めておいてもよい。この場合には、濃度測定を行うことなく、活性化アニールの条件と、予め求めておいた相関関係とに基づいて表面濃度分布を導出できる。   Further, a correlation between the activation annealing condition and the surface concentration distribution of the body region 105 may be obtained in advance by a preliminary experiment. In this case, the surface concentration distribution can be derived based on the activation annealing conditions and the correlation obtained in advance without performing concentration measurement.

<第2炭化珪素層115の濃度、厚さの面内分布の導出>
次いで、図3を参照しながら、第2炭化珪素層115のエピタキシャル成長条件を決定する手順を説明する。
<Derivation of in-plane distribution of concentration and thickness of second silicon carbide layer 115>
Next, a procedure for determining the epitaxial growth conditions of the second silicon carbide layer 115 will be described with reference to FIG.

図3(a)は、上記方法において、水銀プローブC−V測定装置によるパラメータチェック領域116の表面の不純物濃度の測定結果から導出されたボディ領域105の表面濃度分布を例示する図である。ボディ領域105の表面濃度は、例えば、アニール時の面内温度分布に起因して同心円分布を有する。この例では、ボディ領域105の表面濃度が、炭化珪素層付ウェハ1の中央部から周縁部に向かって高くなるような分布を有することがわかる。   FIG. 3A is a diagram illustrating the surface concentration distribution of the body region 105 derived from the measurement result of the impurity concentration of the surface of the parameter check region 116 by the mercury probe C-V measurement device in the above method. The surface concentration of the body region 105 has a concentric distribution due to, for example, an in-plane temperature distribution during annealing. In this example, it can be seen that the surface concentration of the body region 105 has a distribution that increases from the central portion toward the peripheral portion of the wafer 1 with silicon carbide layer.

図3(a)に示す表面濃度分布から、炭化珪素層付ウェハ1の面内でMISFETの閾値電圧のばらつきを抑制するための第2炭化珪素層115の濃度、厚さまたはその両方の面内分布を導出する。   From the surface concentration distribution shown in FIG. 3 (a), the in-plane of the concentration and / or thickness of the second silicon carbide layer 115 for suppressing the variation in the threshold voltage of the MISFET in the in-plane of the wafer 1 with silicon carbide layer. Deriving the distribution.

第2炭化珪素層115の濃度が高いほど、第2炭化珪素層115の抵抗が小さくなるので閾値電圧が低くなり、第2炭化珪素層115の濃度が低いほど閾値電圧は高くなる。また、第2炭化珪素層115が厚いほど、第2炭化珪素層115内に空乏層が広がりにくくなるので、閾値電圧が低くなり、第2炭化珪素層115が薄いほど閾値電圧は高くなる。   The higher the concentration of the second silicon carbide layer 115, the lower the resistance of the second silicon carbide layer 115, and thus the lower the threshold voltage. The lower the concentration of the second silicon carbide layer 115, the higher the threshold voltage. Further, as the second silicon carbide layer 115 is thicker, the depletion layer is less likely to spread in the second silicon carbide layer 115, so that the threshold voltage is lowered, and the thinner the second silicon carbide layer 115 is, the higher the threshold voltage is.

従って、ボディ領域105が図3(a)に示す表面濃度分布を有する場合、第2炭化珪素層115の厚さを面内で略一定とすると、第2炭化珪素層115の不純物濃度は、中央部から周縁部に向かって高くなるような面内分布を有すればよい。図3(b)は、ボディ領域105の表面濃度分布から導出した第2炭化珪素層115の濃度の面内分布を例示する図である。図示するような濃度分布を有する第2炭化珪素層115を形成すると、図3(c)に示すように、MISFETの閾値電圧を面内で略均一にすることができる。   Therefore, when body region 105 has the surface concentration distribution shown in FIG. 3A, if the thickness of second silicon carbide layer 115 is substantially constant in the plane, the impurity concentration of second silicon carbide layer 115 is the center. What is necessary is just to have in-plane distribution which becomes high toward a peripheral part from a part. FIG. 3B illustrates an in-plane distribution of the concentration of second silicon carbide layer 115 derived from the surface concentration distribution of body region 105. When the second silicon carbide layer 115 having the concentration distribution as shown is formed, the threshold voltage of the MISFET can be made substantially uniform in the plane as shown in FIG.

一方、第2炭化珪素層115の不純物濃度を面内で略一定とし、第2炭化珪素層115の厚さに、閾値電圧のばらつきを抑えるような面内分布を持たせてもよい。その場合には、第2炭化珪素層115の厚さは、中央部から周縁部に向かって大きくなるような面内分布を有すればよい(図示せず)。さらに、第2炭化珪素層115の不純物濃度および厚さの両方に分布を持たせることによって、閾値電圧のばらつきを抑えることも可能である。   On the other hand, the impurity concentration of second silicon carbide layer 115 may be substantially constant in the plane, and the thickness of second silicon carbide layer 115 may have an in-plane distribution that suppresses variations in threshold voltage. In that case, the thickness of second silicon carbide layer 115 only needs to have an in-plane distribution that increases from the central portion toward the peripheral portion (not shown). Furthermore, it is possible to suppress variations in threshold voltage by providing a distribution in both impurity concentration and thickness of second silicon carbide layer 115.

第2炭化珪素層115の厚さ、不純物濃度およびその両方の面内分布のうち何れを制御するかは、ボディ領域105の表面濃度分布に応じて適宜選択してもよい。例えば、ボディ領域105の表面の不純物濃度が中央部と周縁部との間で10倍以上異なる場合には、第2炭化珪素層115の濃度および厚さの両方の面内分布を制御することが好ましい。   Which of the thickness, impurity concentration, and both in-plane distributions of the second silicon carbide layer 115 is controlled may be appropriately selected according to the surface concentration distribution of the body region 105. For example, when the impurity concentration on the surface of body region 105 differs by 10 times or more between the central portion and the peripheral portion, the in-plane distribution of both the concentration and thickness of second silicon carbide layer 115 can be controlled. preferable.

第2炭化珪素層115の濃度および厚さのうち一方のみを制御する場合、通常は、第2炭化珪素層115の濃度の面内分布を制御する方が、閾値電圧の面内分布の均一化には効果的である。ただし、ボディ領域105の表面濃度分布における濃度差が小さい(例えば3%以下)ときには、第2炭化珪素層115の厚さの面内分布を制御する方が、より厳密な制御が可能であるので好ましい場合がある。

<第2炭化珪素層115の成長条件のフィードフォワード方法>
次いで、再び図1を参照しながら、第2炭化珪素層115の成長条件にフィードフォワードする際の手順について以下に述べる。
When only one of the concentration and thickness of second silicon carbide layer 115 is controlled, normally, the in-plane distribution of the threshold voltage is made uniform by controlling the in-plane distribution of the concentration of second silicon carbide layer 115. It is effective. However, when the concentration difference in the surface concentration distribution of the body region 105 is small (for example, 3% or less), it is possible to control more strictly by controlling the in-plane distribution of the thickness of the second silicon carbide layer 115. It may be preferable.

<Feedforward Method for Growth Conditions of Second Silicon Carbide Layer 115>
Next, referring to FIG. 1 again, the procedure for feedforward to the growth conditions of the second silicon carbide layer 115 will be described below.

まず、図1(d)に示す工程において、13個のパラメータチェック領域116の表面の不純物濃度を測定した後、その結果に基づいて、ボディ領域105の表面濃度分布がどの程度であるかを算出する。   First, in the step shown in FIG. 1D, after measuring the impurity concentration on the surface of the 13 parameter check regions 116, the extent of the surface concentration distribution of the body region 105 is calculated based on the result. To do.

次いで、ボディ領域105の表面濃度分布の程度により、第2炭化珪素層115の濃度および厚さのどちらを制御するのかを決定する。ボディ領域105の表面濃度分布が大きい場合(例えばボディ領域105の平均不純物濃度に対する濃度のばらつき:±50%以上)には、第2炭化珪素層115の濃度および厚さの両方を制御することもできる。   Next, whether to control the concentration or thickness of second silicon carbide layer 115 is determined according to the degree of surface concentration distribution of body region 105. When the surface concentration distribution of body region 105 is large (for example, concentration variation with respect to the average impurity concentration of body region 105: ± 50% or more), both the concentration and thickness of second silicon carbide layer 115 may be controlled. it can.

続いて、MISFETの閾値電圧が、面内で基準値および基準範囲を満たすように、第2炭化珪素層115の不純物濃度および/または厚さの面内分布を導出する。そして、導出した面内分布が得られるように、成長パラメータ及び成長条件を決定する。   Subsequently, an in-plane distribution of the impurity concentration and / or thickness of the second silicon carbide layer 115 is derived so that the threshold voltage of the MISFET satisfies the reference value and the reference range in the plane. Then, growth parameters and growth conditions are determined so that the derived in-plane distribution can be obtained.

この後、図1(e)に示す工程において、フィードフォワードされた成長条件を適用して第2炭化珪素層115を形成する。   Thereafter, in the step shown in FIG. 1E, the second silicon carbide layer 115 is formed by applying feed-forward growth conditions.

なお、算出されたボディ領域105の表面濃度分布が略均一である場合もある。その場合には、第1炭化珪素層115の不純物濃度および厚さが面内で略均一となるような成長条件を選択する。   Note that the calculated surface concentration distribution of the body region 105 may be substantially uniform. In that case, a growth condition is selected such that the impurity concentration and thickness of the first silicon carbide layer 115 are substantially uniform in the plane.

第2炭化珪素層115の成長条件のフィードフォワードにより、ボディ領域105の表面濃度分布に基づいて、第2炭化珪素層115の厚さや不純物濃度に所定の面内分布を持たせることが可能になる。従って、炭化珪素層付ウェハ1に形成される複数の炭化珪素半導体素子(MISFET)の閾値電圧を所定の範囲内に制御できる。ここでいう「所定の範囲内」とは、MISFETの閾値電圧の設計された値(基準値)に対するばらつきが基準範囲以内(例えば±5%以内)であることを指す。   By feeding forward the growth conditions of the second silicon carbide layer 115, it becomes possible to give the thickness and impurity concentration of the second silicon carbide layer 115 a predetermined in-plane distribution based on the surface concentration distribution of the body region 105. . Therefore, the threshold voltages of a plurality of silicon carbide semiconductor elements (MISFETs) formed on the silicon carbide layer-attached wafer 1 can be controlled within a predetermined range. Here, “within a predetermined range” means that the variation of the threshold voltage of the MISFET with respect to the designed value (reference value) is within the reference range (for example, within ± 5%).

このように、本実施形態の方法によって炭化珪素半導体素子を作製すると、閾値電圧のばらつきを大幅に低減することができ、閾値電圧の面内分布を基準範囲内に抑えることができる。従って、炭化珪素の優れた物性から期待される優れた電気特性を有する炭化珪素半導体素子を、高い歩留まりで製造することが可能になる。   Thus, when a silicon carbide semiconductor element is manufactured by the method of this embodiment, the variation in threshold voltage can be greatly reduced, and the in-plane distribution of the threshold voltage can be suppressed within the reference range. Therefore, a silicon carbide semiconductor element having excellent electrical characteristics expected from the excellent physical properties of silicon carbide can be manufactured with a high yield.

<第2炭化珪素層115の不純物濃度および厚さの面内分布の制御方法>
以下、エピタキシャル成長によって第2炭化珪素層115を形成する際の条件(成長条件)と第2炭化珪素層115の不純物濃度(ここでは、n型の不純物の濃度)および厚さとの相関関係を説明する。なお、以下に説明する相関関係を表1にまとめて示す。
<Method for controlling in-plane distribution of impurity concentration and thickness of second silicon carbide layer 115>
Hereinafter, a correlation between conditions (growth conditions) for forming second silicon carbide layer 115 by epitaxial growth, impurity concentration (here, n-type impurity concentration) and thickness of second silicon carbide layer 115 will be described. . The correlation described below is summarized in Table 1.

(原料ガスの供給量の制御)
本発明者は、成長条件を異ならせて第2炭化珪素層115を形成し、その不純物濃度および厚さの面内分布を調べた。この結果から、原料ガスの供給量を制御することによって、第2炭化珪素層115の厚さを面内で均一に保ったまま、第2炭化珪素層115の不純物濃度に所望の面内分布を持たせることができることを見出した。
(Control of raw material gas supply)
The inventor formed the second silicon carbide layer 115 under different growth conditions, and examined the in-plane distribution of the impurity concentration and thickness. From this result, by controlling the supply amount of the source gas, a desired in-plane distribution is obtained in the impurity concentration of the second silicon carbide layer 115 while keeping the thickness of the second silicon carbide layer 115 in-plane uniform. I found out that I can have it.

図4(a)は、第2炭化珪素層115を形成する際の原料ガスの供給量と、第2炭化珪素層115の不純物濃度および厚さの面内ばらつきとの相関関係を示すグラフである。横軸は、原料ガスであるSi源ガス(SiH4)の供給量、縦軸は第2炭化珪素層115の不純物濃度および厚さの面内ばらつきと第2炭化珪素層115の成長速度とを表している。 FIG. 4A is a graph showing the correlation between the supply amount of the source gas when forming the second silicon carbide layer 115 and the in-plane variation in the impurity concentration and thickness of the second silicon carbide layer 115. . The horizontal axis represents the supply amount of the source gas Si source gas (SiH 4 ), and the vertical axis represents the in-plane variation in the impurity concentration and thickness of the second silicon carbide layer 115 and the growth rate of the second silicon carbide layer 115. Represents.

このグラフから明らかなように、原料ガスの供給量を減少させると、第2炭化珪素層115の不純物濃度の面内ばらつきが大きくなる。これに対し、第2炭化珪素層115の厚さの面内ばらつきは、原料ガスの供給量に大きく依存せず略一定(例えば面内ばらつき:±5%以下)である。   As is apparent from this graph, when the supply amount of the source gas is decreased, the in-plane variation in the impurity concentration of the second silicon carbide layer 115 increases. On the other hand, the in-plane variation of the thickness of the second silicon carbide layer 115 is substantially constant (for example, in-plane variation: ± 5% or less) without largely depending on the supply amount of the source gas.

また、図4(b)は、Si源ガス(SiH4)の供給量が10sccmの場合の、炭化珪素層付ウェハ1の中心からの距離における第2炭化珪素層の厚さおよび不純物濃度を示すグラフである。この例では、第2炭化珪素層115の不純物濃度(窒素濃度)は、炭化珪素層付ウェハ1の中心で低く、周縁部に向かうにつれて高くなることがわかる。 FIG. 4B shows the thickness and impurity concentration of the second silicon carbide layer at a distance from the center of the silicon carbide layer-attached wafer 1 when the supply amount of the Si source gas (SiH 4 ) is 10 sccm. It is a graph. In this example, it can be seen that the impurity concentration (nitrogen concentration) of the second silicon carbide layer 115 is low at the center of the silicon carbide layer-attached wafer 1 and increases toward the periphery.

図4(a)および(b)に示す結果から、次のような成長メカニズムが考えられる。   From the results shown in FIGS. 4A and 4B, the following growth mechanism can be considered.

Si源ガスの供給量を増加させると、低温(約600℃)で分解するSi源ガスが、炭化珪素層付ウェハ1の中央部まで到達しやすくなる。これに対し、C源ガスは、炭化珪素層付ウェハ1の面内で略均一に供給される。このため、炭化珪素層付ウェハ1の周縁部のみでなく中央部においても、Si源ガスの量のC源ガスの量に対する割合が高くなる。この結果、第1炭化珪素層110の表面に到達する原料ガスの供給量比(C/Si比)の面内分布が小さくなる。SiCのエピタキシャル成長時に、不純物である窒素はCサイトに取り込まれるが、原料ガスの供給量比(C/Si比)が面内で略一定となれば、窒素の濃度分布も面内で略一定となる。   When the supply amount of the Si source gas is increased, the Si source gas that decomposes at a low temperature (about 600 ° C.) easily reaches the center of the wafer 1 with silicon carbide layer. On the other hand, the C source gas is supplied substantially uniformly in the plane of the silicon carbide layer-coated wafer 1. For this reason, the ratio of the amount of the Si source gas to the amount of the C source gas is increased not only in the peripheral portion but also in the central portion of the wafer 1 with silicon carbide layer. As a result, the in-plane distribution of the supply amount ratio (C / Si ratio) of the source gas reaching the surface of the first silicon carbide layer 110 is reduced. During the epitaxial growth of SiC, nitrogen, which is an impurity, is taken into the C site. If the feed gas ratio (C / Si ratio) is substantially constant in the plane, the nitrogen concentration distribution is also substantially constant in the plane. Become.

一方、原料ガスの供給量が小さくなると、Si源ガスは炭化珪素層付ウェハ1の中央部まで到達しにくくなる。このため、炭化珪素層付ウェハ1の中央部では、原料ガスの供給量比(C/Si比)が周縁部よりも大きくなる。原料ガスの供給比がこのように面内で分布を有すると、Cサイトに取り込まれる窒素の濃度も面内で分布を有する。このため、図4(b)に示すように、第2炭化珪素層115の窒素の濃度(不純物濃度)は、炭化珪素層付ウェハ1の中央部で周縁部よりも高くなる。   On the other hand, when the supply amount of the source gas is small, the Si source gas hardly reaches the center of the wafer 1 with silicon carbide layer. For this reason, in the center part of wafer 1 with a silicon carbide layer, the supply amount ratio (C / Si ratio) of source gas becomes larger than a peripheral part. When the supply ratio of the source gas has such an in-plane distribution, the concentration of nitrogen taken into the C site also has an in-plane distribution. For this reason, as shown in FIG.4 (b), the density | concentration (impurity density | concentration) of nitrogen of the 2nd silicon carbide layer 115 becomes higher than a peripheral part in the center part of the wafer 1 with a silicon carbide layer.

なお、Si源ガスの供給量の代わりに、あるいはSi源ガスの供給量に加えて、C源ガスの供給量を調整することによって、炭化珪素層付ウェハ1の面内における原料ガスの供給比を制御してもよい。   Note that the supply ratio of the source gas in the plane of the silicon carbide layer-coated wafer 1 is adjusted by adjusting the supply amount of the C source gas instead of or in addition to the supply amount of the Si source gas. May be controlled.

このように、原料ガスの供給量を制御することによって、第2炭化珪素層115の厚さを一定に保ったまま、第2炭化珪素層115の不純物濃度の面内分布を独立して制御できる。   In this way, by controlling the supply amount of the source gas, the in-plane distribution of the impurity concentration of the second silicon carbide layer 115 can be independently controlled while keeping the thickness of the second silicon carbide layer 115 constant. .

第2炭化珪素層115の不純物濃度は、第2炭化珪素層115の厚さよりも、MISFETの閾値電圧に大きな影響を与える。従って、ボディ領域105の表面濃度分布が大きい(例えば濃度の面内ばらつき:±3%以上)場合には、第2炭化珪素層115の濃度の面内分布を制御することが好ましい。   The impurity concentration of the second silicon carbide layer 115 has a greater influence on the threshold voltage of the MISFET than the thickness of the second silicon carbide layer 115. Therefore, when the surface concentration distribution of body region 105 is large (for example, in-plane variation in concentration: ± 3% or more), it is preferable to control the in-plane distribution of the concentration of second silicon carbide layer 115.

(エピタキシャル成長時の圧力)
本発明者は、さらに、エピタキシャル成長の際の成長室内の圧力(成長圧力)によって、第2炭化珪素層115の厚さの面内分布を制御できることを見出した。
(Pressure during epitaxial growth)
The inventor has further found that the in-plane distribution of the thickness of the second silicon carbide layer 115 can be controlled by the pressure in the growth chamber (growth pressure) during epitaxial growth.

図5(a)および(b)は、それぞれ、成長圧力を200mbarおよび100mbarに設定した場合の第2炭化珪素層115の厚さの面内分布を示すグラフである。グラフの縦軸は第2炭化珪素層115の厚さ、横軸は炭化珪素層付ウェハ1の中心からの距離を表している。成長圧力以外の第2炭化珪素層115の形成条件は全て同一である。   FIGS. 5A and 5B are graphs showing the in-plane distribution of the thickness of the second silicon carbide layer 115 when the growth pressure is set to 200 mbar and 100 mbar, respectively. The vertical axis of the graph represents the thickness of the second silicon carbide layer 115, and the horizontal axis represents the distance from the center of the wafer 1 with the silicon carbide layer. The formation conditions of the second silicon carbide layer 115 other than the growth pressure are all the same.

このグラフから、成長圧力を変えることによって、第2炭化珪素層115の濃度および厚さの面内分布を制御できることが分かる。この理由を以下に説明する。   From this graph, it can be seen that the in-plane distribution of the concentration and thickness of the second silicon carbide layer 115 can be controlled by changing the growth pressure. The reason for this will be described below.

図6は、エピタキシャル成長工程を説明するための模式的な断面図である。図6に示すように、エピタキシャル成長工程では、チャンバ(成長室)内に設置されたホルダー501上に、炭化珪素層付ウェハ1を固定し、炭化珪素層付ウェハ1(第1炭化珪素層110)の表面に原料ガスを供給する。このとき、炭化珪素層付ウェハ1の表面の上方に、原料ガス(例えばSiH4、C38)の気相反応が生じる気相反応層502が形成される。また、炭化珪素層付ウェハ1と気相反応層502との界面には、よどみ層(拡散層)504が形成される。SiやCを含む反応種は、気相反応層502から、よどみ層504を拡散して、炭化珪素層付ウェハ1の表面に達する。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the epitaxial growth step. As shown in FIG. 6, in the epitaxial growth step, a silicon carbide layer-attached wafer 1 is fixed on a holder 501 installed in a chamber (growth chamber), and a silicon carbide layer-attached wafer 1 (first silicon carbide layer 110). The source gas is supplied to the surface of At this time, a gas phase reaction layer 502 in which a gas phase reaction of a source gas (for example, SiH 4 , C 3 H 8 ) occurs is formed above the surface of the silicon carbide layer-attached wafer 1. Further, a stagnation layer (diffusion layer) 504 is formed at the interface between the silicon carbide layer-attached wafer 1 and the gas phase reaction layer 502. The reactive species including Si and C diffuse from the gas phase reaction layer 502 through the stagnation layer 504 and reach the surface of the wafer 1 with silicon carbide layer.

エピタキシャル成長工程では、成長圧力によって、よどみ層504の厚さが変化する。具体的には、成長圧力が高い(例えば200mbar以上)場合には、よどみ層504が炭化珪素層付ウェハ1の中央部よりも周縁部で厚くなる。成長圧力が低い(例えば50mbar以下)場合には、よどみ層504は炭化珪素層付ウェハ1の周縁部よりも中央部で厚くなる。この理由を以下に説明する。   In the epitaxial growth process, the thickness of the stagnation layer 504 changes depending on the growth pressure. Specifically, when the growth pressure is high (for example, 200 mbar or more), the stagnation layer 504 is thicker at the periphery than the center of the wafer 1 with silicon carbide layer. When the growth pressure is low (for example, 50 mbar or less), the stagnation layer 504 is thicker at the center than the peripheral edge of the silicon carbide layer-attached wafer 1. The reason for this will be described below.

本実施例では、エピタキシャル成長室の中央部から原料ガスを供給するため、成長室内の中央部と周縁部とでは原料ガスの流速が異なる。成長圧力が低い場合には、ガスの流速が成長室中央部で大きく周縁部に向かって小さくなるために、よどみ層504の厚さが中央部で厚く周縁部で薄くなる。成長室内で自転している炭化珪素層付ウェハ1からみると、原料ガスの流速は、炭化珪素層付ウェハ1の中央部で周縁部よりも高いので、よどみ層504は炭化珪素層付ウェハ1の中央部で周縁部よりも厚くなる。一方、成長圧力が高い場合には、ガスの流速が成長室中央部と周縁部での差が小さくなり、自転している炭化珪素層付ウェハ1からみると、原料ガスの流速は、炭化珪素層付ウェハ1の周縁部で中央部よりも高くなる。このため、よどみ層504は炭化珪素層付ウェハ1の中心部よりも周縁部で厚くなる。   In this embodiment, since the source gas is supplied from the central portion of the epitaxial growth chamber, the flow rate of the source gas differs between the central portion and the peripheral portion in the growth chamber. When the growth pressure is low, the flow rate of the gas is large at the center of the growth chamber and decreases toward the periphery, so that the stagnation layer 504 is thick at the center and thin at the periphery. When viewed from the silicon carbide layer-attached wafer 1 that rotates in the growth chamber, the flow rate of the source gas is higher in the central portion of the silicon carbide layer-attached wafer 1 than the peripheral portion, so that the stagnation layer 504 is the silicon carbide layer-attached wafer 1. It becomes thicker than the peripheral edge at the center. On the other hand, when the growth pressure is high, the difference in the gas flow rate between the growth chamber central portion and the peripheral portion becomes small, and when viewed from the rotating silicon carbide layer-attached wafer 1, the flow rate of the source gas is silicon carbide. The peripheral edge of the layered wafer 1 is higher than the central portion. For this reason, the stagnation layer 504 is thicker at the periphery than the center of the wafer 1 with silicon carbide layer.

よどみ層504の厚さが上記のような分布を有すると、形成されるエピタキシャル膜(第2炭化珪素層115)の厚さや不純物濃度にも分布が生じる。よどみ層504が厚い領域では、薄い領域と比べて、その下の第1炭化珪素層110表面に供給される原料の量が多くなる。このため、エピタキシャル膜の厚さは大きくなる。また、よどみ層504の厚い領域では、エピタキシャル膜の成長速度が高くなるので、不純物濃度は低くなる。   When the thickness of the stagnation layer 504 has the above distribution, the thickness and impurity concentration of the formed epitaxial film (second silicon carbide layer 115) are also distributed. In the region where the stagnation layer 504 is thick, the amount of raw material supplied to the surface of the first silicon carbide layer 110 therebelow is larger than in the thin region. For this reason, the thickness of the epitaxial film is increased. Also, in the thick region of the stagnation layer 504, the growth rate of the epitaxial film is high, so that the impurity concentration is low.

このように、成長圧力を制御することによって、よどみ層504の厚さに面内分布を生じさせ、その結果、第2炭化珪素層115の厚さおよび不純物濃度の面内分布を制御することが可能になる。   Thus, by controlling the growth pressure, an in-plane distribution is generated in the thickness of the stagnation layer 504, and as a result, the in-plane distribution of the thickness and impurity concentration of the second silicon carbide layer 115 can be controlled. It becomes possible.

(エピタキシャル成長時の速度)
エピタキシャル成長の際に、不純物を含むガス(例えば窒素ガス)の供給量が一定であれば、エピタキシャル成長の速度(成長速度)が高くなると、SiC結晶に取り込まれる不純物の量が少なくなるので、第2炭化珪素層(チャネル層)となるエピタキシャル膜の不純物濃度は低くなる。逆に、成長速度が低いと、窒素はSiC結晶に取り込まれやすくなるので、エピタキシャル膜の不純物濃度は高くなる。
(Speed during epitaxial growth)
If the supply amount of a gas containing impurities (for example, nitrogen gas) is constant during epitaxial growth, the amount of impurities taken into the SiC crystal decreases as the epitaxial growth rate (growth rate) increases. The impurity concentration of the epitaxial film that becomes the silicon layer (channel layer) is lowered. Conversely, when the growth rate is low, nitrogen is easily taken into the SiC crystal, so that the impurity concentration of the epitaxial film becomes high.

従って、エピタキシャル成長条件を制御して、炭化珪素層付ウェハ1の面内で成長速度に不均一な分布を持たせると、第2炭化珪素層115の不純物濃度を面内で異ならせることが可能になる。   Therefore, if the epitaxial growth conditions are controlled so that the growth rate has a non-uniform distribution in the plane of the silicon carbide layer-attached wafer 1, the impurity concentration of the second silicon carbide layer 115 can be varied in the plane. Become.

(その他の成長条件)
原料ガスの供給量や成長圧力以外の成長パラメータを制御することもできる。例えば、表1に示すように、成長温度や原料ガスの供給量比(C/Si比)を制御することによって、第2炭化珪素層115の厚さや不純物濃度の面内分布を制御してもよい。
(Other growth conditions)
Growth parameters other than the supply amount of raw material gas and the growth pressure can be controlled. For example, as shown in Table 1, even if the in-plane distribution of the thickness and impurity concentration of the second silicon carbide layer 115 is controlled by controlling the growth temperature and the feed gas ratio (C / Si ratio). Good.

エピタキシャル成長工程において、炭化珪素層付ウェハ1の面内でエピタキシャル成長時の温度(成長温度)が勾配を有するように、炭化珪素層付ウェハ1を加熱してもよい。例えば、成長温度を高く(例えば1700℃以上)設定し、自公転させながら炭化珪素層付ウェハ1を加熱すると、炭化珪素層付ウェハ401の周縁部で中央部よりも温度が高くなる。炭化珪素層付ウェハ1のうち成長温度の高い部分では、低い部分よりも、エピタキシャル膜の成長速度を高めることができるので、成長速度に所望の面内分布を持たせることができる。前述したように、成長速度が高いほど、第2炭化珪素層115の厚さが大きくなるとともに、不純物濃度が低くなる。   In the epitaxial growth step, the silicon carbide layer provided wafer 1 may be heated so that the temperature (growth temperature) at the time of epitaxial growth has a gradient in the plane of the silicon carbide layer provided wafer 1. For example, when the growth temperature is set high (for example, 1700 ° C. or higher) and the wafer 1 with silicon carbide layer 1 is heated while revolving, the temperature at the peripheral portion of the wafer 401 with silicon carbide layer becomes higher than that at the center. Since the growth rate of the epitaxial film can be increased at a portion where the growth temperature is high in the silicon carbide layer-attached wafer 1 as compared with a low portion, the growth rate can have a desired in-plane distribution. As described above, the higher the growth rate, the larger the thickness of the second silicon carbide layer 115 and the lower the impurity concentration.

なお、ボディ領域105の表面濃度分布が同心円状ではない場合でも、成長パラメータを制御することによって、第2炭化珪素層115の厚さおよび不純物濃度に、ボディ領域105の表面濃度分布に応じた面内分布を生じさせればよい。例えば、ボディ領域105の表面の不純物濃度が、炭化珪素層付ウェハ401の一方の端部Aから他方に端部Bに向かって高くなるような分布を有するときには、第2炭化珪素層115が端部Bで端部Aよりも厚くなるように、成長パラメータを制御してもよい。   Even when the surface concentration distribution of body region 105 is not concentric, a surface in accordance with the surface concentration distribution of body region 105 can be obtained by controlling the growth parameters so that the thickness and impurity concentration of second silicon carbide layer 115 are adjusted. An internal distribution may be generated. For example, when the impurity concentration on the surface of body region 105 has such a distribution that increases from one end A of silicon carbide layer-attached wafer 401 to the other end B toward end B, second silicon carbide layer 115 has an end. The growth parameter may be controlled so that the portion B is thicker than the end A.

Figure 2012094648
Figure 2012094648

<炭化珪素半導体素子が形成された炭化珪素層付ウェハの構造>
本実施形態の方法を用いて炭化珪素半導体素子が形成された炭化珪素層付ウェハ1の構造の一例を図7に示す。
<Structure of wafer with silicon carbide layer on which silicon carbide semiconductor element is formed>
An example of the structure of wafer 1 with a silicon carbide layer in which a silicon carbide semiconductor element is formed using the method of this embodiment is shown in FIG.

図7に示すように、本実施形態の炭化珪素層付ウェハ1は、素子形成部R1と、素子形成部R1以外の領域に設けられた測定部R2とを有している。素子形成部R1には、複数のユニットセル100が形成され、測定部R2には複数のパラメータチェック領域116が形成されている。図7では、ユニットセル100およびパラメータチェック領域116をそれぞれ1個ずつ示す。   As shown in FIG. 7, the silicon carbide layer-equipped wafer 1 of the present embodiment includes an element forming portion R1 and a measuring portion R2 provided in a region other than the element forming portion R1. A plurality of unit cells 100 are formed in the element formation portion R1, and a plurality of parameter check regions 116 are formed in the measurement portion R2. In FIG. 7, one unit cell 100 and one parameter check area 116 are shown.

各ユニットセル100は、炭化珪素ウェハ101と、炭化珪素ウェハ101上に形成され、第1導電型の不純物を含む第1導電型不純物領域を有する第1炭化珪素層110と、第1炭化珪素層110の表面に形成され、炭化珪素から構成された第2炭化珪素層115とを備えている。第1炭化珪素層110および第2炭化珪素層115はエピタキシャル成長によって形成されている。第2炭化珪素層115は、第2導電型の不純物を含んでいる。   Each unit cell 100 includes a silicon carbide wafer 101, a first silicon carbide layer 110 formed on silicon carbide wafer 101 and having a first conductivity type impurity region containing a first conductivity type impurity, and a first silicon carbide layer. 110 and a second silicon carbide layer 115 made of silicon carbide. First silicon carbide layer 110 and second silicon carbide layer 115 are formed by epitaxial growth. Second silicon carbide layer 115 contains a second conductivity type impurity.

第1炭化珪素層110には、第1導電型不純物領域として、複数のボディ領域105が形成されている。第2炭化珪素層115は各ボディ領域105の表面と接するように形成されている。   A plurality of body regions 105 are formed in first silicon carbide layer 110 as first conductivity type impurity regions. Second silicon carbide layer 115 is formed in contact with the surface of each body region 105.

第1炭化珪素層110には、また、ボディ領域105と隣接するように、第2導電型の不純物を含むソース領域108が形成されている。ここでは、第1炭化珪素層110の表面において、ソース領域108はボディ領域105に包囲されている。各ボディ領域105内には、ボディ領域105と接し、かつ、ボディ領域105よりも高濃度で第1導電型の不純物を含むコンタクト領域109が形成されている。   Source region 108 containing a second conductivity type impurity is formed in first silicon carbide layer 110 so as to be adjacent to body region 105. Here, source region 108 is surrounded by body region 105 on the surface of first silicon carbide layer 110. In each body region 105, a contact region 109 that is in contact with the body region 105 and contains a first conductivity type impurity at a higher concentration than the body region 105 is formed.

第2炭化珪素層115は、ボディ領域105の一部と接し、かつ、ボディ領域105の一部を跨いで、ソース領域108およびドリフト領域102と接するように配置されている。   Second silicon carbide layer 115 is disposed in contact with part of body region 105 and in contact with source region 108 and drift region 102 across part of body region 105.

第2炭化珪素層115の上には、ゲート絶縁膜111を介してゲート電極113が設けられている。また、第1炭化珪素層110の上には、ソース領域108およびコンタクト領域109に接するソース電極112が設けられている。ソース電極112は、層間絶縁膜117に形成されたコンタクトホール内で電極配線層118に接続されている。さらに、炭化珪素ウェハ101の裏面(主面と反対側の面)にはドレイン電極114が設けられている。   A gate electrode 113 is provided on the second silicon carbide layer 115 through a gate insulating film 111. On the first silicon carbide layer 110, a source electrode 112 in contact with the source region 108 and the contact region 109 is provided. The source electrode 112 is connected to the electrode wiring layer 118 in a contact hole formed in the interlayer insulating film 117. Furthermore, a drain electrode 114 is provided on the back surface (surface opposite to the main surface) of silicon carbide wafer 101.

一方、炭化珪素層付ウェハ1のうち炭化珪素半導体素子が形成されない部分(測定部R2)には、パラメータチェック領域116が配置されている。パラメータチェック領域116は、ボディ領域105と同一の注入工程および活性化アニール工程によって形成されており、同一の不純物を含んでいる。活性化アニールによる炭化珪素の消失量が略等しければ、これらの領域の深さ方向における不純物の濃度プロファイルは略同じになる。   On the other hand, a parameter check region 116 is arranged in a portion (measurement unit R2) in which the silicon carbide semiconductor element is not formed in wafer 1 with a silicon carbide layer. The parameter check region 116 is formed by the same implantation step and activation annealing step as the body region 105 and contains the same impurities. If the disappearance amount of silicon carbide by activation annealing is substantially equal, the impurity concentration profiles in the depth direction of these regions are substantially the same.

この例では、ボディ領域105の表面のうち第2炭化珪素層115と接する部分の第1導電型の不純物の濃度(表面濃度)は、炭化珪素層付ウェハ1の中央部よりも周縁部で高い。また、第2炭化珪素層115における第2導電型の不純物の濃度は、炭化珪素層付ウェハ1の中央部よりも周縁部で高い。代わりに、あるいは、これに加えて、第2炭化珪素層115は、炭化珪素層付ウェハ1の中央部よりも周縁部で厚くてもよい。これにより、第2炭化珪素層115の厚さまたは不純物濃度の面内分布によって、ボディ領域105の表面濃度の分布に起因する素子特性の面内ばらつきを抑制できる。   In this example, the concentration (surface concentration) of the first conductivity type impurity in the portion in contact with the second silicon carbide layer 115 in the surface of the body region 105 is higher in the peripheral portion than in the central portion of the wafer 1 with silicon carbide layer. . Further, the concentration of the second conductivity type impurity in the second silicon carbide layer 115 is higher at the peripheral portion than at the central portion of the wafer 1 with silicon carbide layer. Alternatively or in addition, the second silicon carbide layer 115 may be thicker at the periphery than the center of the wafer 1 with silicon carbide layer. Thereby, the in-plane variation in element characteristics due to the distribution of the surface concentration of body region 105 can be suppressed by the in-plane distribution of the thickness or impurity concentration of second silicon carbide layer 115.

本実施形態では、炭化珪素層付ウェハ1の周縁部に位置するボディ領域105の表面濃度は、炭化珪素層付ウェハ1の中央部に位置するボディ領域105の表面濃度と異なっている。例えば、本実施形態におけるボディ領域105の表面濃度は同心円状の分布を有していてもよい。   In the present embodiment, the surface concentration of body region 105 located at the peripheral edge of wafer 1 with silicon carbide layer is different from the surface concentration of body region 105 located at the center of wafer 1 with silicon carbide layer. For example, the surface concentration of the body region 105 in the present embodiment may have a concentric distribution.

炭化珪素層付ウェハ1の中央部に位置するボディ領域105の表面濃度が、炭化珪素層付ウェハ1の周縁部に位置するボディ領域105の表面濃度よりも高い場合、第2炭化珪素層115における第2導電型の不純物の濃度は、炭化珪素層付ウェハ1の周縁部よりも中央部で高くなる分布を有する。代わりに、あるいは、これに加えて、第2炭化珪素層115は、炭化珪素層付ウェハ1の周縁部よりも中央部で厚くてもよい。このような構成でも、上記と同様の効果が得られる。   When the surface concentration of body region 105 located at the center of silicon carbide layer-provided wafer 1 is higher than the surface concentration of body region 105 located at the peripheral portion of wafer 1 with silicon carbide layer, in second silicon carbide layer 115 The concentration of the second conductivity type impurity has a distribution that is higher in the central portion than in the peripheral portion of the wafer 1 with silicon carbide layer. Alternatively or in addition, the second silicon carbide layer 115 may be thicker at the center than the peripheral edge of the silicon carbide layer-attached wafer 1. Even with such a configuration, the same effect as described above can be obtained.

このように、炭化珪素層付ウェハ1の周縁部に位置するボディ領域105の表面濃度と、炭化珪素層付ウェハ1の中央部に位置するボディ領域105の表面濃度とが異なっている場合には、第2炭化珪素層115のうち表面濃度の高い方のボディ領域105と接する部分を、表面濃度の低い方のボディ領域105と接する部分よりも厚くすればよい。あるいは、第2炭化珪素層115のうち表面濃度の高い方のボディ領域105と接する部分の不純物濃度を、表面濃度の低い方のボディ領域105と接する部分の不純物濃度よりも高く設定すればよい。第2炭化珪素層115の厚さおよび不純物濃度の少なくとも一方が上記のような分布を有していれば、本願発明の効果を得ることができる。   Thus, when the surface concentration of body region 105 located at the peripheral portion of wafer 1 with the silicon carbide layer is different from the surface concentration of body region 105 located at the central portion of wafer 1 with the silicon carbide layer. The portion of the second silicon carbide layer 115 that contacts the body region 105 having the higher surface concentration may be thicker than the portion that contacts the body region 105 having the lower surface concentration. Alternatively, the impurity concentration of the portion of the second silicon carbide layer 115 in contact with the body region 105 having the higher surface concentration may be set higher than the impurity concentration of the portion in contact with the body region 105 having the lower surface concentration. If at least one of the thickness and impurity concentration of the second silicon carbide layer 115 has the above distribution, the effect of the present invention can be obtained.

炭化珪素層付ウェハ1のうち炭化珪素半導体素子が形成されない部分(測定部R2)に、ボディ領域105と同一の不純物を含む第1導電型のパラメータチェック領域116が形成されていてもよい。パラメータチェック領域116の表面の不純物濃度は、炭化珪素層付ウェハ1の中央部および周縁部のうち表面濃度の高いボディ領域105が配置された方に位置する部分で、表面濃度の低いボディ領域105が配置された方に位置する部分よりも高くなる。従って、パラメータチェック領域116の表面の不純物濃度を測定することによって、ボディ領域105の表面に測定によるダメージを与えることなく、ボディ領域105の表面濃度分布を求めることができる。   A first conductivity type parameter check region 116 including the same impurity as that of body region 105 may be formed in a portion (measurement unit R <b> 2) in which silicon carbide semiconductor element is not formed in wafer 1 with silicon carbide layer. The impurity concentration on the surface of the parameter check region 116 is a portion located on the side where the body region 105 having a high surface concentration is disposed in the central portion and the peripheral portion of the wafer 1 with silicon carbide layer, and the body region 105 having a low surface concentration. It becomes higher than the part located in the direction where is arranged. Therefore, by measuring the impurity concentration on the surface of the parameter check region 116, the surface concentration distribution of the body region 105 can be obtained without damaging the surface of the body region 105 by measurement.

本実施形態では、第1炭化珪素層110の表面領域のうち複数のボディ領域105が形成されていない領域に、複数のパラメータチェック領域116が配置されている。パラメータチェック領域116は少なくとも炭化珪素層付ウェハ1の中央部と周縁部とに配置されることが好ましい。パラメータチェック領域116の表面濃度は、ボディ領域105の表面濃度と同様の分布を有する。   In the present embodiment, a plurality of parameter check regions 116 are arranged in a region where the plurality of body regions 105 are not formed in the surface region of the first silicon carbide layer 110. Parameter check region 116 is preferably arranged at least in the central portion and the peripheral portion of silicon carbide layer-attached wafer 1. The surface concentration of the parameter check region 116 has the same distribution as the surface concentration of the body region 105.

図1を参照しながら前述した製造方法では、炭化珪素半導体素子として、プレーナ構造を有する蓄積チャネル型のMISFETを製造しているが、トレンチ構造を有するMISFETを製造してもよい。   In the manufacturing method described above with reference to FIG. 1, a storage channel type MISFET having a planar structure is manufactured as a silicon carbide semiconductor element, but a MISFET having a trench structure may be manufactured.

図8は、トレンチ構造を有する蓄積チャネル型のMISFETのユニットセル200を例示する断面図である。簡単のため、図7と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。   FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a storage channel type MISFET unit cell 200 having a trench structure. For simplicity, the same components as those in FIG.

トレンチ構造を有するMISFETでは、第2導電型のソース領域108は、第1炭化珪素層110の表面領域に配置されており、ボディ領域105はソース領域108の下方に、ソース領域108に接して形成されている。コンタクト領域109は、ボディ領域105内に配置され、ボディ領域105と電気的に接続されている。ドリフト領域102は、ボディ領域105と炭化珪素ウェハ101との間に配置されている。   In the MISFET having the trench structure, the source region 108 of the second conductivity type is disposed in the surface region of the first silicon carbide layer 110, and the body region 105 is formed below the source region 108 and in contact with the source region 108. Has been. Contact region 109 is disposed in body region 105 and is electrically connected to body region 105. Drift region 102 is arranged between body region 105 and silicon carbide wafer 101.

また、第1炭化珪素層110には、ソース領域108およびボディ領域105を貫通し、ドリフト領域102に達するトレンチ120が形成されている。トレンチ120内には、ドリフト領域102、ボディ領域105およびソース領域108と接するように第2炭化珪素層115が形成されている。第2炭化珪素層115の上には、ゲート絶縁膜111およびゲート電極113がこの順で設けられている。その他の構成は、図7に示す構成と同様である。   In addition, trench 120 is formed in first silicon carbide layer 110 so as to penetrate through source region 108 and body region 105 and reach drift region 102. A second silicon carbide layer 115 is formed in trench 120 so as to be in contact with drift region 102, body region 105, and source region 108. On the second silicon carbide layer 115, a gate insulating film 111 and a gate electrode 113 are provided in this order. Other configurations are the same as those shown in FIG.

炭化珪素ウェハ101を用いてトレンチ構造を有するMISFETを製造する場合でも、ボディ領域105の表面のうち第2炭化珪素層115と接する部分、すなわちトレンチ120の側壁部分の濃度分布に応じて、第2炭化珪素層115の厚さまたは不純物濃度の面内分布を制御する。これにより、図1に示す方法と同様の効果が得られる。また、図示していないが、図7に示す構成と同様に、炭化珪素層付ウェハのうち炭化珪素半導体素子が形成されない部分に、パラメータチェック領域を形成してもよい。   Even when a MISFET having a trench structure is manufactured using the silicon carbide wafer 101, the second region of the surface of the body region 105 is in contact with the second silicon carbide layer 115, that is, according to the concentration distribution of the sidewall portion of the trench 120. The in-plane distribution of the thickness or impurity concentration of silicon carbide layer 115 is controlled. Thereby, the effect similar to the method shown in FIG. 1 is acquired. Although not shown, a parameter check region may be formed in a portion of the wafer with a silicon carbide layer where no silicon carbide semiconductor element is formed, as in the configuration shown in FIG.

本実施形態は、第1導電型不純物領域を含む第1炭化珪素層と、その表面にエピタキシャル成長によって形成された、第2導電型の不純物を含む第2炭化珪素層とを備えた炭化珪素半導体素子の製造方法に広く適用できる。これにより、第1導電型不純物領域の表面の不純物の濃度分布に基づいて、第2炭化珪素層の厚さおよび/または不純物濃度の面内分布を制御できるので、素子特性の面内ばらつきを抑制でき、歩留まりを向上できる。   In the present embodiment, a silicon carbide semiconductor device including a first silicon carbide layer including a first conductivity type impurity region and a second silicon carbide layer including a second conductivity type impurity formed on the surface thereof by epitaxial growth. It can be widely applied to the manufacturing method. As a result, the in-plane distribution of the thickness and / or impurity concentration of the second silicon carbide layer can be controlled based on the impurity concentration distribution on the surface of the first conductivity type impurity region, thereby suppressing in-plane variations in element characteristics. This can improve the yield.

本実施形態の炭化珪素半導体素子の製造方法は、上記方法に限定されない。上記方法では、イオン注入および活性化アニールによって第1導電型不純物領域を形成したが、代わりに、他の方法(例えばSOG(Spin on Glass)による固相拡散法など)を用いてもよい。また、活性化アニール以外の方法で、第1導電型不純物領域の表面濃度分布が不均一になる場合にも、本実施形態を適用できる。さらに、上記方法では、第2炭化珪素層として、第1導電型不純物領域とは異なる導電型を有するエピタキシャル層を形成したが、第2炭化珪素層および第1導電型不純物領域の導電型は同じであってもよい。   The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor element of this embodiment is not limited to the said method. In the above method, the first conductivity type impurity region is formed by ion implantation and activation annealing, but another method (for example, a solid phase diffusion method using SOG (Spin on Glass)) may be used instead. The present embodiment can also be applied to the case where the surface concentration distribution of the first conductivity type impurity region becomes non-uniform by a method other than activation annealing. Further, in the above method, an epitaxial layer having a conductivity type different from that of the first conductivity type impurity region is formed as the second silicon carbide layer, but the conductivity types of the second silicon carbide layer and the first conductivity type impurity region are the same. It may be.

本実施形態における炭化珪素半導体素子は、プレーナ構造またはトレンチ構造の縦型MISFETに限定されない。例えば、炭化珪素ウェハの主面上にソース電極及びドレイン電極が配置された横型MISFETであってもよい。あるいは、ダイオード、接合型電界効果トランジスタ(Junction Field Effect Transistor:JFET)等であってもよい。さらに、第1炭化珪素層110と異なる導電型の炭化珪素ウェハを用いて絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)を製造することもできる。   The silicon carbide semiconductor element in the present embodiment is not limited to a vertical MISFET having a planar structure or a trench structure. For example, a lateral MISFET in which a source electrode and a drain electrode are disposed on the main surface of a silicon carbide wafer may be used. Or a diode, a junction field effect transistor (Junction Field Effect Transistor: JFET), etc. may be sufficient. Further, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) can be manufactured using a silicon carbide wafer having a conductivity type different from that of the first silicon carbide layer 110.

本発明によると、炭化珪素ウェハを用いて炭化珪素半導体素子を製造する方法において、炭化珪素層付ウェハの主面に平行な面内における素子特性のばらつきを抑制することができる。これにより、炭化珪素半導体素子を高い歩留まりで製造できる。   According to the present invention, in a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element using a silicon carbide wafer, variations in element characteristics in a plane parallel to the main surface of the wafer with a silicon carbide layer can be suppressed. Thereby, a silicon carbide semiconductor element can be manufactured with a high yield.

本発明は、低損失が要求されるパワー半導体素子に適用すると有利である。特に、直径が3インチ以上の炭化珪素ウェハを用いた、MISFET、IGBT、JFET、ダイオードなどの炭化珪素半導体素子の製造に好適に適用される。   The present invention is advantageous when applied to a power semiconductor device that requires low loss. In particular, the present invention is suitably applied to the manufacture of silicon carbide semiconductor elements such as MISFETs, IGBTs, JFETs, and diodes using a silicon carbide wafer having a diameter of 3 inches or more.

101、301 炭化珪素ウェハ
110、310 第1炭化珪素層
102、302 ドリフト領域
105、305 ボディ領域
108、308 ソース領域
109、309 コンタクト領域
111、311 ゲート絶縁膜
112、312 ソース電極
113、313 ゲート電極
114、314 ドレイン電極
115、307 第2炭化珪素層(チャネル層)
100、200、300 MISFETのユニットセル
400 炭化珪素半導体素子(MISFET)
101, 301 Silicon carbide wafer 110, 310 First silicon carbide layer 102, 302 Drift region 105, 305 Body region 108, 308 Source region 109, 309 Contact region 111, 311 Gate insulating film 112, 312 Source electrode 113, 313 Gate electrode 114, 314 Drain electrode 115, 307 Second silicon carbide layer (channel layer)
100, 200, 300 MISFET unit cell 400 Silicon carbide semiconductor element (MISFET)

Claims (18)

(A)炭化珪素ウェハと、前記炭化珪素ウェハの主面上に配置され、第1導電型の不純物を含む複数の第1導電型不純物領域を有する第1炭化珪素層とを備えた炭化珪素層付ウェハを用意する工程と、
(B)前記第1炭化珪素層の表面に炭化珪素をエピタキシャル成長させることによって、前記複数の第1導電型不純物領域と接するように第2炭化珪素層を形成する工程と
を包含し、
前記工程(B)において、前記複数の第1導電型不純物領域の表面における第1導電型の不純物の濃度分布に基づいて、前記炭化珪素ウェハの主面に平行な面内で、前記第2炭化珪素層の厚さ、不純物濃度、またはその両方に分布をもたせるように、エピタキシャル成長させる条件を制御する炭化珪素半導体素子の製造方法。
(A) A silicon carbide layer comprising a silicon carbide wafer and a first silicon carbide layer that is disposed on the main surface of the silicon carbide wafer and has a plurality of first conductivity type impurity regions containing impurities of the first conductivity type. Preparing a wafer with a wafer,
(B) forming a second silicon carbide layer in contact with the plurality of first conductivity type impurity regions by epitaxially growing silicon carbide on the surface of the first silicon carbide layer;
In the step (B), the second carbonization is performed in a plane parallel to the main surface of the silicon carbide wafer based on the concentration distribution of the first conductivity type impurities on the surfaces of the plurality of first conductivity type impurity regions. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein conditions for epitaxial growth are controlled so that the thickness of the silicon layer, the impurity concentration, or both are distributed.
前記工程(A)は、
前記第1炭化珪素層に第1導電型の不純物をイオン注入する工程と、
前記炭化珪素層付ウェハに対してアニール処理を行って、前記第1炭化珪素層にイオン注入された第1導電型の不純物を活性化させることにより、前記複数の第1導電型不純物領域を形成する工程と
を含む請求項1に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
The step (A)
Ion-implanting a first conductivity type impurity into the first silicon carbide layer;
The plurality of first conductivity type impurity regions are formed by activating the first conductivity type impurity ion-implanted into the first silicon carbide layer by annealing the silicon carbide layer-attached wafer. The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor element of Claim 1 including the process to do.
前記工程(A)の後、前記工程(B)の前に、前記第1炭化珪素層の表面における第1導電型の不純物の濃度を測定することにより、前記複数の第1導電型不純物領域の表面における第1導電型の不純物の濃度分布を導出する工程(C)をさらに含む請求項1または2に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。   After the step (A) and before the step (B), by measuring the concentration of the first conductivity type impurity on the surface of the first silicon carbide layer, the plurality of first conductivity type impurity regions The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a step (C) of deriving a concentration distribution of the first conductivity type impurity on the surface. 前記第1炭化珪素層は、前記第1炭化珪素層の表面領域のうち前記複数の第1導電型不純物領域が配置されていない部分に配置された第1導電型のパラメータチェック領域をさらに有しており、
前記工程(C)において、前記パラメータチェック領域の表面における第1導電型の不純物の濃度を測定し、これに基づいて、前記複数の第1導電型不純物領域の表面における第1導電型の不純物の濃度分布を導出する請求項3に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
The first silicon carbide layer further includes a first conductivity type parameter check region disposed in a portion of the surface region of the first silicon carbide layer where the plurality of first conductivity type impurity regions are not disposed. And
In the step (C), the concentration of the first conductivity type impurity on the surface of the parameter check region is measured, and based on this, the concentration of the first conductivity type impurity on the surface of the plurality of first conductivity type impurity regions is measured. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to claim 3, wherein a concentration distribution is derived.
前記工程(A)は、
前記第1炭化珪素層に第1導電型の不純物をイオン注入する工程と、
前記炭化珪素層付ウェハに対してアニール処理を行って、前記第1炭化珪素層にイオン注入された第1導電型の不純物を活性化させることにより、前記複数の第1導電型不純物領域と前記パラメータチェック領域とを形成する工程と
を含む請求項4に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
The step (A)
Ion-implanting a first conductivity type impurity into the first silicon carbide layer;
An annealing process is performed on the silicon carbide layer-attached wafer to activate the first conductivity type impurities ion-implanted into the first silicon carbide layer, whereby the plurality of first conductivity type impurity regions and The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 4, further comprising a step of forming a parameter check region.
前記工程(C)において、前記複数の第1導電型不純物領域の表面における第1導電型の不純物の濃度を測定し、これに基づいて、前記複数の第1導電型不純物領域の表面における第1導電型の不純物の濃度分布を導出する請求項3に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。   In the step (C), the concentration of the first conductivity type impurity on the surface of the plurality of first conductivity type impurity regions is measured, and based on this, the first concentration on the surface of the plurality of first conductivity type impurity regions is measured. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 3, wherein a concentration distribution of the conductivity type impurity is derived. 前記工程(B)において、前記第2炭化珪素層は第2導電型の不純物を含む請求項1から6のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to claim 1, wherein in the step (B), the second silicon carbide layer includes a second conductivity type impurity. 前記複数の第1導電型不純物領域のうち前記炭化珪素層付ウェハの中央部に配置された第1導電型不純物領域の表面における第1導電型の不純物の濃度が、前記炭化珪素層付ウェハの周縁部に配置された第1導電型不純物領域の表面における第1導電型の不純物の濃度と異なる請求項1から7のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。   Among the plurality of first conductivity type impurity regions, the concentration of the first conductivity type impurity at the surface of the first conductivity type impurity region disposed in the center of the wafer with the silicon carbide layer is a value of the wafer with the silicon carbide layer. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to claim 1, wherein the concentration of the first conductivity type impurity on the surface of the first conductivity type impurity region disposed in the peripheral portion is different from that of the first conductivity type impurity region. 前記工程(B)において、
前記第2炭化珪素層の厚さが、前記炭化珪素層付ウェハの中央部に配置された前記第1導電型不純物領域および前記炭化珪素層付ウェハの周縁部に配置された前記第1導電型不純物領域のうち表面における第1導電型の不純物の濃度の高い方と接する部分で、表面における第1導電型の不純物の濃度の低い方と接する部分よりも大きくなるように、前記エピタキシャル成長の条件を制御する請求項8に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
In the step (B),
The thickness of the second silicon carbide layer is such that the first conductivity type impurity region disposed at the center portion of the wafer with the silicon carbide layer and the first conductivity type disposed at the peripheral portion of the wafer with the silicon carbide layer. The epitaxial growth conditions are set so that the portion of the impurity region in contact with the higher concentration of the first conductivity type impurity on the surface is larger than the portion of the surface in contact with the lower concentration of the first conductivity type impurity. The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor element of Claim 8 controlled.
前記工程(B)において、
前記第2炭化珪素層の不純物濃度が、前記炭化珪素層付ウェハの中央部に配置された前記第1導電型不純物領域および前記炭化珪素層付ウェハの周縁部に配置された前記第1導電型不純物領域のうち表面における第1導電型の不純物の濃度の高い方と接する部分で、表面における第1導電型の不純物の濃度の低い方と接する部分よりも高くなるように、前記エピタキシャル成長の条件を制御する請求項8または9に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
In the step (B),
The impurity concentration of the second silicon carbide layer is the first conductivity type disposed in the first conductivity type impurity region disposed in the center of the wafer with the silicon carbide layer and the peripheral portion of the wafer with the silicon carbide layer. The epitaxial growth conditions are set so that the portion of the impurity region in contact with the higher concentration of the first conductivity type impurity on the surface is higher than the portion of the surface in contact with the lower concentration of the first conductivity type impurity. The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor element of Claim 8 or 9 to control.
前記工程(B)において、前記エピタキシャル成長させる条件は、前記炭化珪素層付ウェハに供給する原料ガスの流量、前記炭化珪素層付ウェハに供給する炭素量とケイ素量との比、エピタキシャル成長の際の成長室内の圧力、および、エピタキシャル成長の際の前記炭化珪素層付ウェハの温度のうち少なくとも1つを含む、請求項1から10のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。   In the step (B), the conditions for the epitaxial growth include the flow rate of the source gas supplied to the silicon carbide layer-attached wafer, the ratio of the amount of carbon and silicon supplied to the silicon carbide layer-attached wafer, and the growth during epitaxial growth. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to any one of claims 1 to 10, including at least one of an indoor pressure and a temperature of the silicon carbide layer-attached wafer during epitaxial growth. 前記工程(C)において、第1導電型の不純物の濃度の測定を、容量−電圧測定、二次イオン質量分析測定、または比抵抗測定によって行う請求項3から6のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。   The silicon carbide according to claim 3, wherein in the step (C), the concentration of the first conductivity type impurity is measured by capacitance-voltage measurement, secondary ion mass spectrometry measurement, or specific resistance measurement. A method for manufacturing a semiconductor device. 前記炭化珪素ウェハは、2度から10度のオフ角度を有する(0001)Si面を主面とする4H−SiCウェハである請求項1から12のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to any one of claims 1 to 12, wherein the silicon carbide wafer is a 4H-SiC wafer having a (0001) Si surface having an off angle of 2 degrees to 10 degrees as a main surface. . 前記第1導電型不純物領域はボディ領域であり、前記第2炭化珪素層はチャネル層である請求項1から13のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to claim 1, wherein the first conductivity type impurity region is a body region, and the second silicon carbide layer is a channel layer. 前記工程(A)は、
前記第1炭化珪素層に、前記ボディ領域と、前記ボディ領域と隣接する第2導電型のソース領域と、前記ボディ領域内に配置され、前記ボディ領域よりも高い濃度で第1導電型の不純物を含む第1導電型のコンタクト領域とを形成する工程
をさらに含み、前記第1炭化珪素層のうち前記ボディ領域も前記ソース領域も配置されなかった領域は第2導電型のドリフト領域となり、
前記工程(B)の後で、
前記第2炭化珪素層と接するようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ソース領域と接するようにソース電極を形成する工程と、
前記炭化珪素ウェハの前記主面と反対側の面にドレイン電極を形成する工程と
をさらに包含する請求項14に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
The step (A)
The first silicon carbide layer includes the body region, a second conductivity type source region adjacent to the body region, and a first conductivity type impurity disposed in the body region at a higher concentration than the body region. And a step of forming a first conductivity type contact region including a region of the first silicon carbide layer in which neither the body region nor the source region is disposed becomes a second conductivity type drift region,
After the step (B),
Forming a gate insulating film in contact with the second silicon carbide layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a source electrode in contact with the source region;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 14, further comprising: forming a drain electrode on a surface opposite to the main surface of the silicon carbide wafer.
炭化珪素ウェハと、
前記炭化珪素ウェハ上に配置された第1炭化珪素層と、
前記第1炭化珪素層に配置され、第1導電型の不純物を含む複数の第1導電型不純物領域と、
前記第1炭化珪素層の上に、前記複数の第1導電型不純物領域のそれぞれに接して配置された第2炭化珪素層と
を備えた炭化珪素層付ウェハであって、
前記第2炭化珪素層は第2導電型の不純物を含んでおり、
前記複数の第1導電型不純物領域の表面のうち前記第2炭化珪素層と接する部分の第1導電型の不純物の濃度αは、前記複数の第1導電型不純物領域のうち前記炭化珪素層付ウェハの中央部に配置された第1導電型不純物領域と前記炭化珪素層付ウェハの周縁部に配置された第1導電型不純物領域とで異なり、
前記第2炭化珪素層の厚さは、前記炭化珪素層付ウェハの中央部に配置された前記第1導電型不純物領域および前記炭化珪素層付ウェハの周縁部に配置された前記第1導電型不純物領域のうち前記濃度αの高い方と接する部分で、前記濃度αの低い方と接する部分よりも大きい、および/または、
前記第2炭化珪素層の不純物濃度は、前記濃度αの高い方と接する部分で、前記濃度αの低い方と接する部分よりも高い炭化珪素層付ウェハ。
A silicon carbide wafer;
A first silicon carbide layer disposed on the silicon carbide wafer;
A plurality of first conductivity type impurity regions disposed in the first silicon carbide layer and containing a first conductivity type impurity;
A silicon carbide layer provided wafer comprising a second silicon carbide layer disposed on and in contact with each of the plurality of first conductivity type impurity regions on the first silicon carbide layer,
The second silicon carbide layer contains impurities of a second conductivity type;
The concentration α of the first conductivity type impurity in the portion in contact with the second silicon carbide layer among the surfaces of the plurality of first conductivity type impurity regions is the same as that with the silicon carbide layer in the plurality of first conductivity type impurity regions. The first conductivity type impurity region disposed in the center of the wafer is different from the first conductivity type impurity region disposed in the peripheral portion of the wafer with the silicon carbide layer,
The thickness of the second silicon carbide layer is such that the first conductivity type impurity region disposed at the center of the wafer with the silicon carbide layer and the first conductivity type disposed at the peripheral portion of the wafer with the silicon carbide layer. Of the impurity region, the portion in contact with the higher concentration α and larger than the portion in contact with the lower concentration α, and / or
The wafer with a silicon carbide layer, wherein the impurity concentration of the second silicon carbide layer is higher at the portion in contact with the higher concentration α and higher than the portion in contact with the lower concentration α.
前記第1炭化珪素層の表面領域のうち前記第1導電型不純物領域が配置されていない部分に、前記第1導電型不純物領域と同一の不純物を含むパラメータチェック領域をさらに有し、
前記パラメータチェック領域の表面における第1導電型の不純物の濃度は、前記炭化珪素層付ウェハの中央部および周縁部のうち、前記濃度αの高い方の第1導電型不純物領域が配置された方に位置する部分で、前記濃度αの低い方の第1導電型不純物領域が配置された方に位置する部分よりも高い請求項16に記載の炭化珪素層付ウェハ。
A parameter check region including the same impurity as the first conductivity type impurity region in a portion of the surface region of the first silicon carbide layer where the first conductivity type impurity region is not disposed;
The concentration of the first conductivity type impurity on the surface of the parameter check region is the one in which the first conductivity type impurity region having the higher concentration α is disposed in the central portion and the peripheral portion of the wafer with the silicon carbide layer. 17. The wafer with a silicon carbide layer according to claim 16, which is higher in a portion located at a position higher than a portion located at a position where the first conductivity type impurity region having a lower concentration α is disposed.
前記第1導電型不純物領域はボディ領域であり、
前記第1炭化珪素層は、前記ボディ領域と隣接するように配置された第2導電型のソース領域と、前記ボディ領域内に配置され、前記ボディ領域よりも高い濃度で第1導電型の不純物を含む第1導電型のコンタクト領域と、前記第1炭化珪素層のうち前記ボディ領域も前記ソース領域も配置されなかった領域に位置する第2導電型のドリフト領域とをさらに含み、
前記第2炭化珪素層と接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ソース領域と接するように配置されたソース電極と、
前記炭化珪素ウェハの前記主面と反対側の面に設けられたドレイン電極と
をさらに備えた請求項16または17に記載の炭化珪素層付ウェハ。
The first conductivity type impurity region is a body region;
The first silicon carbide layer includes a second conductivity type source region disposed adjacent to the body region, and a first conductivity type impurity disposed in the body region at a higher concentration than the body region. And a second conductivity type drift region located in a region of the first silicon carbide layer in which neither the body region nor the source region is disposed,
A gate insulating film in contact with the second silicon carbide layer;
A gate electrode provided on the gate insulating film;
A source electrode disposed in contact with the source region;
The wafer with a silicon carbide layer according to claim 16 or 17, further comprising a drain electrode provided on a surface opposite to the main surface of the silicon carbide wafer.
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