JP2013219161A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2013219161A
JP2013219161A JP2012088198A JP2012088198A JP2013219161A JP 2013219161 A JP2013219161 A JP 2013219161A JP 2012088198 A JP2012088198 A JP 2012088198A JP 2012088198 A JP2012088198 A JP 2012088198A JP 2013219161 A JP2013219161 A JP 2013219161A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
trench
semiconductor device
region
source region
insulating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012088198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyuki Sugahara
和之 須賀原
Narihisa Miura
成久 三浦
Yasuhiro Kagawa
泰宏 香川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2012088198A priority Critical patent/JP2013219161A/en
Publication of JP2013219161A publication Critical patent/JP2013219161A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692Surface layout
    • H01L29/0696Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66053Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
    • H01L29/66068Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608Silicon carbide

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a semiconductor device manufacturing method, which reduces variation in characteristics and enables easy manufacturing of the semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device of a present embodiment comprises a first conductivity type source region 4 formed on a surface part of a well region 3; a trench 40 formed in a predetermined region of the source region 4 such that at least a bottom face is exposed in a drift layer 2; a first conductivity type channel layer 6 formed in the well region 3 along lateral faces of the trench 40; a gate insulation film 7 formed so as to cover the bottom face and the lateral faces of the trench 40; a gate electrode 8 formed on the gate insulation film 7 so as to fill the trench 40; and an interlayer insulation film 9 formed so as to cover the gate electrode 8, the gate insulation film 7 and a part of the source region 4. The channel layers 6 are formed only between the drift layer 2 and the source region 4. A first conductivity type impurity concentration of the channel layer 6 is totally uniform.

Description

本発明は、炭化珪素(SiC)を用いた半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device using silicon carbide (SiC) and a method for manufacturing the semiconductor device.

パワーエレクトロニクス機器では、電気モータなどの負荷を駆動させるための電力供給の実行と停止とを切り替える手段として、例えば、シリコンIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などのスイッチング素子が使用されている。1kV前後からそれ以上の高電圧領域では、炭化珪素半導体を用いたMOSFET(以下、炭化珪素MOSFETとも称する)の適用も検討されている。これらのスイッチング素子は、いずれも絶縁ゲート型半導体装置である。   In a power electronics device, as means for switching between execution and stop of power supply for driving a load such as an electric motor, for example, a silicon IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) is used. A switching element is used. Application of MOSFETs using silicon carbide semiconductors (hereinafter also referred to as silicon carbide MOSFETs) is being studied in the high voltage region from about 1 kV to higher. These switching elements are all insulated gate semiconductor devices.

炭化珪素(以下、SiCとも称する)半導体を用いた半導体装置は、シリコン(Si)半導体を用いた半導体装置と比較して高電圧、大電流、および高温動作に優れている。従って、炭化珪素半導体を用いた半導体装置は、次世代の電力用半導体装置として開発が進められている。   A semiconductor device using a silicon carbide (hereinafter also referred to as SiC) semiconductor is excellent in high voltage, large current, and high temperature operation as compared with a semiconductor device using a silicon (Si) semiconductor. Accordingly, semiconductor devices using silicon carbide semiconductors are being developed as next-generation power semiconductor devices.

電力用半導体として使用される炭化珪素MOSFETの中で、特に重要な応用として、縦型MOSFETがある。縦型MOSFETには、ゲート構造の違いによって、プレーナ型およびトレンチ型などの種類が存在する。   Among silicon carbide MOSFETs used as power semiconductors, vertical MOSFETs are particularly important applications. There are different types of vertical MOSFETs, such as a planar type and a trench type, depending on the gate structure.

電力用半導体として使用される縦型MOSFETは、大電流を実現するために多数のMOSFETの単位セル(ユニットセル、以下、MOSFETセルとも称する)を並列に接続した素子構造から構成されている。大電力の半導体装置を実現するためには、オン抵抗を充分低減することが必要である。SiCからなる電力用縦型MOSFETではSiC基板内にトレンチと呼ばれる溝を形成し、当該トレンチ内にゲート絶縁膜とゲート電極とを埋め込んだ構造が検討されている。このMOSFET(以下、トレンチゲート型MOSFETとも称する)では、ゲート電極に電圧を印加することによりトレンチ内に形成されたゲート絶縁膜の側壁(トレンチの側面)に接したp型のSiCを反転させ、SiC表面に形成されたソース電極とp型のSiCの下側に形成されたn型のSiCからなるドリフト層とを接続することによりオン抵抗を下げている。   A vertical MOSFET used as a power semiconductor has an element structure in which a large number of MOSFET unit cells (unit cells, hereinafter also referred to as MOSFET cells) are connected in parallel in order to realize a large current. In order to realize a high-power semiconductor device, it is necessary to sufficiently reduce the on-resistance. In a vertical MOSFET for power made of SiC, a structure in which a trench called a trench is formed in a SiC substrate and a gate insulating film and a gate electrode are embedded in the trench is being studied. In this MOSFET (hereinafter also referred to as a trench gate type MOSFET), by applying a voltage to the gate electrode, the p-type SiC in contact with the side wall (side surface of the trench) of the gate insulating film formed in the trench is inverted, The on-resistance is lowered by connecting a source electrode formed on the SiC surface and a drift layer made of n-type SiC formed below p-type SiC.

しかしながら、上記のトレンチゲート型MOSFETでは、ゲート絶縁膜はSiCを酸化させることにより形成されていた。酸化処理によりゲート絶縁膜を形成するとSiC中の炭素がSiCと酸化膜(SiO2)の界面に残留し、これが欠陥となってキャリアの移動度を下げ、オン抵抗が増大するという問題があった。   However, in the above-described trench gate type MOSFET, the gate insulating film is formed by oxidizing SiC. When the gate insulating film is formed by oxidation treatment, carbon in SiC remains at the interface between SiC and the oxide film (SiO 2), which becomes a defect, lowering carrier mobility and increasing on-resistance.

従来のトレンチゲート型MOSFETおよびその製造方法は、例えば、特許文献1〜4に開示されている。特許文献1に開示される技術では、トレンチを形成した後、当該トレンチの縁部を除いて絶縁膜を設ける。次に、当該絶縁膜をマスクとして、基板の法線方向からn−型不純物をイオン注入する。これによって、チャネル部にn−型半導体層が形成される。このような構成とすることによって、欠陥が存在するSiCと酸化膜との界面から離れたところに電流が流れるようにして、チャネル部の抵抗を小さくしている。なお、上記の「n−」とは不純物の濃度が低いn型不純物を示している。   Conventional trench gate type MOSFETs and manufacturing methods thereof are disclosed in, for example, Patent Documents 1 to 4. In the technique disclosed in Patent Document 1, after forming a trench, an insulating film is provided except for the edge of the trench. Next, n-type impurities are ion-implanted from the normal direction of the substrate using the insulating film as a mask. Thereby, an n − type semiconductor layer is formed in the channel portion. With such a configuration, the resistance of the channel portion is reduced by allowing a current to flow away from the interface between the SiC and the oxide film where defects exist. The above “n−” indicates an n-type impurity having a low impurity concentration.

また、特許文献2または3に開示される技術では、トレンチの内壁にエピタキシャル成長法によってn−型エピタキシャル層を形成することで、チャネル部にn−型半導体層を形成している。このような構造とすることによって、チャネル部の抵抗を小さくしている。   In the technique disclosed in Patent Document 2 or 3, an n − type semiconductor layer is formed in the channel portion by forming an n − type epitaxial layer on the inner wall of the trench by an epitaxial growth method. By adopting such a structure, the resistance of the channel portion is reduced.

また、特許文献4に開示される技術では、テーパ形状のトレンチを形成し、当該トレンチの内壁に形成された薄い酸化膜越しに基板の法線方向からn−型不純物をイオン注入することで、チャネル部にn−型半導体層が形成される。このような構造とすることによって、チャネル部の抵抗を小さくしている。   Further, in the technology disclosed in Patent Document 4, a tapered trench is formed, and n − type impurities are ion-implanted from the normal direction of the substrate through a thin oxide film formed on the inner wall of the trench, An n − type semiconductor layer is formed in the channel portion. By adopting such a structure, the resistance of the channel portion is reduced.

特許第3097608号公報Japanese Patent No. 3097608 特許第3307184号公報Japanese Patent No. 3307184 特許第3419163号公報Japanese Patent No. 3419163 特許第3496509号公報Japanese Patent No. 3396509

特許文献1に開示されるトレンチゲート型MOSFETでは、チャネル部のn−型半導体層を基板の法線方向からイオン注入することによって形成している。チャネル長は1〜2μmの長さが必要であり、トレンチゲート型MOSFETではチャネル長がp型不純物領域の深さに等しい。すなわち、特許文献1に開示される方法では、n−型不純物を1〜2μmの深さに注入しなければならず、そのためには加速電圧が1MVを超えるイオン注入機が必要となる。また、深さ方向のn−型不純物の濃度を均一にするためには、不純物の注入を複数回行う必要があるため容易に作製することができない。   In the trench gate type MOSFET disclosed in Patent Document 1, the n − type semiconductor layer of the channel portion is formed by ion implantation from the normal direction of the substrate. The channel length needs to be 1 to 2 μm. In the trench gate type MOSFET, the channel length is equal to the depth of the p-type impurity region. That is, in the method disclosed in Patent Document 1, n − -type impurities must be implanted to a depth of 1 to 2 μm, which requires an ion implanter having an acceleration voltage exceeding 1 MV. Further, in order to make the concentration of the n − -type impurity in the depth direction uniform, it is necessary to perform impurity implantation a plurality of times, and thus it cannot be easily manufactured.

また、特許文献2または3に開示されるトレンチゲート型MOSFETでは、チャネル部のエピタキシャル層をエピタキシャル成長工程によって形成しているため、n−型半導体層の膜厚およびn−型不純物の濃度のバラツキを10%以下に制御することができず、作製されたMOSFETの特性のバラツキが大きくなるという問題がある。また、トレンチの側面と底面とに対してエピタキシャル成長によって形成する膜厚を調整するために、(000−1)カーボン面を使用することが必要であるなど、使用可能な基板が制限されてしまう。さらに、n−型半導体層はトレンチ底部のN−ドリフト層にまで形成されているため、この部分(N−ドリフト層)のN型不純物濃度が増大し、オフ耐圧の劣化や寄生容量の増大等の問題が生じる。N−ドリフト層までn−型半導体層が延在していると、特にオフ耐圧が高い(例えば、1.2kV、3.3kV)MOSFETは実現できない。   Further, in the trench gate type MOSFET disclosed in Patent Document 2 or 3, since the epitaxial layer of the channel portion is formed by the epitaxial growth process, the variation in the thickness of the n − type semiconductor layer and the concentration of the n − type impurity is caused. There is a problem that it cannot be controlled to 10% or less, and the variation in characteristics of the fabricated MOSFET becomes large. Moreover, in order to adjust the film thickness formed by epitaxial growth with respect to the side surface and bottom surface of a trench, it is necessary to use a (000-1) carbon surface, and the board | substrate which can be used will be restrict | limited. Further, since the n − type semiconductor layer is formed up to the N − drift layer at the bottom of the trench, the N type impurity concentration in this portion (N − drift layer) increases, and the off breakdown voltage is deteriorated and the parasitic capacitance is increased. Problem arises. If the n − type semiconductor layer extends to the N − drift layer, a MOSFET having a particularly high off breakdown voltage (eg, 1.2 kV, 3.3 kV) cannot be realized.

また、特許文献4に開示されるトレンチゲート型MOSFETでは、チャネル部のn−型半導体層を基板の法線方向からイオン注入することによって形成している。この方法では、n−型不純物の濃度のバラツキは上記のエピタキシャル成長工程より少なくなるものの、トレンチにテーパを設ける制限がある。また、特許文献2または3と同様に、使用可能な基板が制限される。さらに、特許文献2または3と同様に、n−型半導体層がトレンチ底部のN−ドリフト層にまで形成されているため、オフ耐圧の劣化や寄生容量の増大等の問題が生じる。   In the trench gate type MOSFET disclosed in Patent Document 4, the n − type semiconductor layer of the channel portion is formed by ion implantation from the normal direction of the substrate. In this method, although the variation in the concentration of the n − -type impurity is smaller than that in the above epitaxial growth step, there is a limit to providing a taper in the trench. Moreover, the board | substrate which can be used is restrict | limited similarly to patent document 2 or 3. Further, as in Patent Document 2 or 3, since the n − type semiconductor layer is formed up to the N − drift layer at the bottom of the trench, problems such as deterioration of off breakdown voltage and increase in parasitic capacitance occur.

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、特性のバラツキを少なくし、かつ容易に作製することが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve these problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can be easily manufactured with less variation in characteristics. .

上記の課題を解決するために、本発明による半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、ドリフト層の表面部に形成された第2導電型のウェル領域と、ウェル領域の表面部に形成された第1導電型のソース領域と、ウェル領域の表面部であってソース領域とは異なる領域に形成された第2導電型のウェルコンタクト領域と、ソース領域の所定の領域に、少なくとも底面がドリフト層で露出されるように形成されたトレンチと、ウェル領域であってトレンチの側面に沿って形成された第1導電型のチャネル層と、トレンチの底面および側面を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上であってトレンチを充填するように形成されたゲート電極と、ゲート電極、ゲート絶縁膜、および一部のソース領域を覆うように形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜と、当該層間絶縁膜に覆われていないウェルコンタクト領域およびソース領域とを覆うように形成されたソース電極と、半導体基板のドリフト層が形成された側とは反対側に形成されたドレイン電極とを備え、チャネル層はドリフト層とソース領域との間にのみ形成され、当該チャネル層の第1導電型の不純物濃度は全体的に均一であることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a first conductivity type drift layer formed on the semiconductor substrate, and a second conductivity type formed on a surface portion of the drift layer. A well region; a first conductivity type source region formed on a surface portion of the well region; a second conductivity type well contact region formed on a surface portion of the well region and different from the source region; A trench formed in a predetermined region of the source region so that at least a bottom surface is exposed by the drift layer; a channel region of a first conductivity type formed in the well region along the side surface of the trench; A gate insulating film formed so as to cover the bottom surface and the side surface; a gate electrode formed on the gate insulating film so as to fill a trench; the gate electrode, the gate insulating film, and a part of the gate insulating film; An interlayer insulating film formed to cover the source region, an interlayer insulating film, a source electrode formed to cover the well contact region and the source region not covered with the interlayer insulating film, and a semiconductor substrate A drain electrode formed on the side opposite to the side on which the drift layer is formed, the channel layer is formed only between the drift layer and the source region, and the impurity concentration of the first conductivity type of the channel layer is It is characterized by being uniform.

また、本発明による半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上に第1導電型のドリフト層を形成する工程と、(b)ドリフト層上に第2導電型のウェル領域を形成する工程と、(c)ウェル領域の表面部に第1導電型のソース領域を形成する工程と、(d)ソース領域上であって所定の領域が開口部となるようにマスクを形成する工程と、(e)開口部において、少なくともドリフト層が底面に露出するようにソース領域およびウェル領域を貫通してトレンチを形成する工程と、(f)開口部から、トレンチの側面におけるソース領域およびウェル領域のみに第1導電型の不純物を導入する工程と、(g)トレンチの底面および側面を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、(h)ゲート絶縁膜上であってトレンチを充填するようにゲート電極を形成する工程とを備える、半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes (a) a step of forming a first conductivity type drift layer on a semiconductor substrate, and (b) a step of forming a second conductivity type well region on the drift layer. (C) forming a first conductivity type source region on the surface of the well region; (d) forming a mask on the source region so that the predetermined region becomes an opening; (E) forming a trench through the source region and the well region so that at least the drift layer is exposed on the bottom surface in the opening, and (f) only the source region and well region on the side surface of the trench from the opening. (G) forming a gate insulating film so as to cover the bottom and side surfaces of the trench, and (h) filling the trench on the gate insulating film. And forming a over gate electrode, a method of manufacturing a semiconductor device.

本発明によると、半導体基板と、半導体基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、ドリフト層の表面部に形成された第2導電型のウェル領域と、ウェル領域の表面部に形成された第1導電型のソース領域と、ウェル領域の表面部であってソース領域とは異なる領域に形成された第2導電型のウェルコンタクト領域と、ソース領域の所定の領域に、少なくとも底面がドリフト層で露出されるように形成されたトレンチと、ウェル領域であってトレンチの側面に沿って形成された第1導電型のチャネル層と、トレンチの底面および側面を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上であってトレンチを充填するように形成されたゲート電極と、ゲート電極、ゲート絶縁膜、および一部のソース領域を覆うように形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜と、当該層間絶縁膜に覆われていないウェルコンタクト領域およびソース領域とを覆うように形成されたソース電極と、半導体基板のドリフト層が形成された側とは反対側に形成されたドレイン電極とを備え、チャネル層はドリフト層とソース領域との間にのみ形成され、当該チャネル層の第1導電型の不純物濃度は全体的に均一であることを特徴とするため、特性のバラツキを少なくし、かつ容易に作製することが可能となる。   According to the present invention, the semiconductor substrate, the first conductivity type drift layer formed on the semiconductor substrate, the second conductivity type well region formed on the surface portion of the drift layer, and the surface portion of the well region are formed. The first conductivity type source region, the second conductivity type well contact region formed in a region different from the source region on the surface of the well region, and a predetermined region of the source region have at least a bottom surface A trench formed so as to be exposed by the drift layer; a channel region of a first conductivity type which is a well region and is formed along a side surface of the trench; and a gate formed so as to cover a bottom surface and a side surface of the trench An insulating film, a gate electrode formed on the gate insulating film so as to fill the trench, and an interlayer insulating film formed so as to cover the gate electrode, the gate insulating film, and a part of the source region; A source electrode formed so as to cover the film, the interlayer insulating film, the well contact region and the source region that are not covered by the interlayer insulating film, and a side of the semiconductor substrate opposite to the side on which the drift layer is formed Since the drain layer is formed, the channel layer is formed only between the drift layer and the source region, and the impurity concentration of the first conductivity type of the channel layer is uniform throughout, The variation in characteristics can be reduced and the device can be easily manufactured.

本発明の実施の形態1による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a structure of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による図14のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 14 by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the semiconductor device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例1による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the semiconductor device by the modification 1 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例2による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the semiconductor device by the modification 2 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例3による半導体装置のトレンチの形状の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the shape of the trench of the semiconductor device by the modification 3 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例4による半導体装置のトレンチの形状の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the shape of the trench of the semiconductor device by the modification 4 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例5による半導体装置の構成の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a structure of the semiconductor device by the modification 5 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例8による半導体装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the semiconductor device by the modification 8 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 2 of this invention. 六方晶の結晶を示す平面図である。It is a top view which shows a hexagonal crystal. 六方晶の結晶における原子の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the atom in a hexagonal crystal.

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1による半導体装置であるトレンチゲート型MOSFETの構成の一例を示す断面図である。本実施の形態1では、炭化珪素を用いた半導体装置(炭化珪素半導体装置)について説明する。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the configuration of a trench gate type MOSFET which is a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, a semiconductor device using silicon carbide (silicon carbide semiconductor device) will be described.

まず、本実施の形態1による半導体装置であるトレンチゲート型MOSFETの構成について説明する。   First, the configuration of the trench gate type MOSFET that is the semiconductor device according to the first embodiment will be described.

図1に示すように、本実施の形態1によるトレンチゲート型MOSFETは、炭化珪素半導体基板1と、n型(第1導電型)のドリフト層2と、p型(第2導電型)のウェル領域3と、n型のソース領域4と、p型のウェルコンタクト部5と、n型のチャネル層6と、ゲート絶縁膜7と、ゲート電極8と、層間絶縁膜9と、ソース電極10と、ドレイン電極20とを備えている。   As shown in FIG. 1, the trench gate type MOSFET according to the first embodiment includes a silicon carbide semiconductor substrate 1, an n-type (first conductivity type) drift layer 2, and a p-type (second conductivity type) well. Region 3, n-type source region 4, p-type well contact portion 5, n-type channel layer 6, gate insulating film 7, gate electrode 8, interlayer insulating film 9, source electrode 10, The drain electrode 20 is provided.

炭化珪素半導体基板1(半導体基板)は、n型の低抵抗の炭化珪素半導体基板であり、例えば4Hのポリタイプを有する炭化珪素半導体基板で実現される。   Silicon carbide semiconductor substrate 1 (semiconductor substrate) is an n-type low-resistance silicon carbide semiconductor substrate, and is realized, for example, by a silicon carbide semiconductor substrate having a polytype of 4H.

炭化珪素からなるn型のドリフト層2は、炭化珪素半導体基板1上に積層して形成されている。   N type drift layer 2 made of silicon carbide is formed on silicon carbide semiconductor substrate 1 in a stacked manner.

ウェル領域3は、ドリフト層2の表面部に形成されている。ウェル領域3は、p型不純物、例えばアルミニウム(Al)を含有する。   The well region 3 is formed on the surface portion of the drift layer 2. The well region 3 contains a p-type impurity such as aluminum (Al).

ソース領域4は、ウェル領域3の表面部の一部分に、ウェル領域3の厚さよりも浅く形成されている。ソース領域4は、n型不純物、例えば窒素(N)を含有する。   The source region 4 is formed in a part of the surface portion of the well region 3 so as to be shallower than the thickness of the well region 3. The source region 4 contains an n-type impurity such as nitrogen (N).

ウェルコンタクト部5(ウェルコンタクト領域)は、ウェル領域3の表面部のソース領域4とは異なる領域に、当該ソース領域4に接するように形成されている。   The well contact portion 5 (well contact region) is formed in a region different from the source region 4 on the surface portion of the well region 3 so as to be in contact with the source region 4.

ソース領域4の所定の領域には、ウェル領域3およびソース領域4を厚み方向に貫通するようにトレンチ40が形成されている。本実施の形態1では、トレンチ40は、ソース領域4およびウェル領域3を貫通して、ドリフト層2の内部に達するように形成されている。すなわち、トレンチ40は、少なくとも底面がドリフト層2で露出されるように形成されている。   A trench 40 is formed in a predetermined region of the source region 4 so as to penetrate the well region 3 and the source region 4 in the thickness direction. In the first embodiment, trench 40 is formed so as to penetrate source region 4 and well region 3 and reach the inside of drift layer 2. That is, the trench 40 is formed so that at least the bottom surface is exposed by the drift layer 2.

ゲート絶縁膜7は、トレンチ40の側面および底面を含む内壁に沿って(覆うように)形成されている。本実施の形態1では、ゲート絶縁膜7は、酸化珪素で構成される。   The gate insulating film 7 is formed (so as to cover) the inner wall including the side surface and the bottom surface of the trench 40. In the first embodiment, the gate insulating film 7 is made of silicon oxide.

ゲート電極8は、ゲート絶縁膜7上であってトレンチ40の内部を充填するように形成される。換言すれば、ゲート電極8は、トレンチ40の径方向内方側に、ゲート絶縁膜7に接して設けられる。本実施の形態1では、ゲート電極8は、n型不純物がドープされた多結晶珪素で構成される。   The gate electrode 8 is formed on the gate insulating film 7 so as to fill the trench 40. In other words, the gate electrode 8 is provided in contact with the gate insulating film 7 on the radially inner side of the trench 40. In the first embodiment, gate electrode 8 is made of polycrystalline silicon doped with n-type impurities.

層間絶縁膜9は、ゲート電極8を覆うように形成されている。より詳細には、層間絶縁膜9は、ゲート電極8、ゲート絶縁膜7、ソース領域4のゲート電極8側の一部を覆うように形成されている。また、層間絶縁膜9は、ソース領域4のゲート電極8側の一部を除く残余部とウェルコンタクト部5とが露出して開口するように形成されており、この部分(開口部)には層間絶縁膜9が形成されていない。   The interlayer insulating film 9 is formed so as to cover the gate electrode 8. More specifically, the interlayer insulating film 9 is formed so as to cover a part of the gate electrode 8, the gate insulating film 7, and the source region 4 on the gate electrode 8 side. The interlayer insulating film 9 is formed so that the remaining portion except the part of the source region 4 on the gate electrode 8 side and the well contact portion 5 are exposed and opened, and this portion (opening portion) The interlayer insulating film 9 is not formed.

ソース電極10は、層間絶縁膜9が形成されていない部分のソース領域4およびウェルコンタクト部5上に形成されている。すなわち、ソース電極10は、層間絶縁膜9と、当該層間絶縁膜9に覆われていないウェルコンタクト部5およびソース領域4を覆うように形成されている。ソース電極10は、層間絶縁膜9の開口部にて露出しているソース領域4とウェルコンタクト部5とに対して電気的に接続する。ソース電極10との接触抵抗を低減するために、ソース領域4にはn型不純物が高濃度に導入され、ウェルコンタクト部5にはp型不純物が高濃度に導入されている。   The source electrode 10 is formed on the source region 4 and the well contact portion 5 where the interlayer insulating film 9 is not formed. That is, the source electrode 10 is formed so as to cover the interlayer insulating film 9 and the well contact portion 5 and the source region 4 that are not covered by the interlayer insulating film 9. Source electrode 10 is electrically connected to source region 4 and well contact portion 5 exposed at the opening of interlayer insulating film 9. In order to reduce the contact resistance with the source electrode 10, n-type impurities are introduced into the source region 4 at a high concentration, and p-type impurities are introduced into the well contact portion 5 at a high concentration.

ドレイン電極20は、炭化珪素半導体基板1のドリフト層2が形成されている側とは反対側の面上に形成されている。   Drain electrode 20 is formed on the surface of silicon carbide semiconductor substrate 1 opposite to the side on which drift layer 2 is formed.

上記のトレンチゲート型MOSFETにおいて、トレンチ40の側面を構成するウェル領域3のうち、ゲート絶縁膜7を介してゲート電極8と対向し、オン動作時に反転層が形成される領域をチャネル部という。また、ウェル領域3のドリフト層2とソース領域4とで挟まれる部分のうち、チャネル部を含む部分におけるドリフト層2とソース領域4との間の距離をチャネル長という。   In the trench gate type MOSFET described above, in the well region 3 constituting the side surface of the trench 40, a region facing the gate electrode 8 through the gate insulating film 7 and in which an inversion layer is formed at the time of the on operation is referred to as a channel portion. Further, the distance between the drift layer 2 and the source region 4 in the portion including the channel portion in the portion sandwiched between the drift layer 2 and the source region 4 in the well region 3 is referred to as a channel length.

本実施の形態1では、チャネル部には、チャネル層6がトレンチ40の側面に沿って形成されている。チャネル層6は、より詳細には、ウェル領域3内にのみ形成されている。チャネル層6は、トレンチ40の厚さ方向で同じ厚さで形成されている。ここで、チャネル層6の厚さとは、トレンチ40の深さ方向に対して垂直な方向(図1の左右方向)の長さを示している。チャネル層6は、n型不純物、例えば窒素(N)を、p型のウェル領域3に斜めイオン注入(後述)することで形成される。チャネル層6のn型不純物濃度は、トレンチ40の厚さ方向で一定である。   In the first embodiment, the channel layer 6 is formed along the side surface of the trench 40 in the channel portion. More specifically, the channel layer 6 is formed only in the well region 3. The channel layer 6 is formed with the same thickness in the thickness direction of the trench 40. Here, the thickness of the channel layer 6 indicates the length in the direction perpendicular to the depth direction of the trench 40 (the left-right direction in FIG. 1). The channel layer 6 is formed by implanting an n-type impurity such as nitrogen (N) into the p-type well region 3 by oblique ion implantation (described later). The n-type impurity concentration of the channel layer 6 is constant in the thickness direction of the trench 40.

次に、本実施の形態1のトレンチゲート型MOSFETの動作について簡単に説明する。   Next, the operation of the trench gate type MOSFET according to the first embodiment will be briefly described.

ゲート電極8に、しきい値電圧(Vth)以上のプラス電圧が印加されると、チャネル部に反転チャネルが形成され、n型のソース領域4とn型のドリフト層2との間に、キャリアである電子が流れる経路が形成される。ソース領域4からドリフト層2へ流れ込んだ電子は、ドレイン電極20に印加されるプラス電圧によって形成される電界に従って、ドリフト層2および炭化珪素基板1を経由してドレイン電極20に到達する。すなわち、ゲート電極8にプラス電圧を印加することによって、ドレイン電極20からソース電極10に電流が流れる。この状態をオン状態と呼ぶ。   When a positive voltage equal to or higher than the threshold voltage (Vth) is applied to the gate electrode 8, an inversion channel is formed in the channel portion, and carriers are formed between the n-type source region 4 and the n-type drift layer 2. A path through which electrons flow is formed. Electrons flowing from source region 4 to drift layer 2 reach drain electrode 20 via drift layer 2 and silicon carbide substrate 1 in accordance with an electric field formed by a positive voltage applied to drain electrode 20. That is, a current flows from the drain electrode 20 to the source electrode 10 by applying a positive voltage to the gate electrode 8. This state is called an on state.

トレンチゲート型MOSFETのオン抵抗は、オン状態のチャネル部の抵抗を低下させることによって低減することができるが、チャネル部の抵抗は、チャネル長が短いほど、チャネル部の電子の移動度が高いほど低くすることができる。ここで、チャネル部のゲート絶縁膜7に接するチャネル層6はn型であるため、いわゆる埋込チャネル構造となる。埋込チャネル構造では、チャネル層6内部においてキャリア(ここでは電子)が、ゲート絶縁膜7よりもウェル領域3側の部分を流れる。通常の表面チャネル構造のMOSFETでは、キャリアはゲート絶縁膜とチャネル半導体層の界面部分を流れるが、本実施の形態1では埋込チャネル構造を採用しているため、キャリアはSiC中の炭素による欠陥が多いゲート絶縁膜7の近傍を流れないため、移動度を向上させることができる。   The on-resistance of the trench gate type MOSFET can be reduced by lowering the resistance of the channel portion in the on state, but the resistance of the channel portion decreases as the channel length decreases and the mobility of electrons in the channel portion increases. Can be lowered. Here, since the channel layer 6 in contact with the gate insulating film 7 in the channel portion is n-type, it has a so-called buried channel structure. In the buried channel structure, carriers (electrons here) flow inside the channel layer 6 through a portion closer to the well region 3 than the gate insulating film 7. In a normal surface channel MOSFET, carriers flow through the interface between the gate insulating film and the channel semiconductor layer. However, since the buried channel structure is adopted in the first embodiment, the carriers are defects due to carbon in SiC. Since there is no flow in the vicinity of the gate insulating film 7 having a large amount, the mobility can be improved.

また、オン状態とは異なり、ゲート電極8にしきい値電圧未満の電圧が印加されると、チャネル部に反転チャネルが形成されないため、ドレイン電極20からソース電極10に電流が流れない。この状態をオフ状態と呼ぶ。しきい値電圧はプラス電圧であるので、ゲート電極8に0Vが印加された場合には電流は流れない。従って、本実施の形態1のトレンチゲート型MOSFETは、いわゆるノーマリオフ型のトランジスタである。   Unlike the ON state, when a voltage lower than the threshold voltage is applied to the gate electrode 8, no inversion channel is formed in the channel portion, so that no current flows from the drain electrode 20 to the source electrode 10. This state is called an off state. Since the threshold voltage is a positive voltage, no current flows when 0 V is applied to the gate electrode 8. Therefore, the trench gate type MOSFET of the first embodiment is a so-called normally-off type transistor.

オフ状態では、ドレイン電極20に印加されるプラスの電圧によって、ドリフト層2とウェル領域3との間のpn接合から空乏層が延びる。このpn接合からウェル領域3側に向けて延びた空乏層がソース領域4に達すると、パンチスルー破壊が発生する。このパンチスルー破壊が発生するときの電圧がオフ耐圧である。   In the off state, a depletion layer extends from the pn junction between the drift layer 2 and the well region 3 by a positive voltage applied to the drain electrode 20. When the depletion layer extending from the pn junction toward the well region 3 reaches the source region 4, punch-through breakdown occurs. The voltage when this punch-through breakdown occurs is the off breakdown voltage.

本実施の形態1では、チャネル層6はウェル領域3内にのみ形成されている。すなわち、チャネル層6はドリフト層2まで延在していない。チャネル層6がドリフト層2まで延在していると、その部分のn型不純物濃度が高くなる。不純物濃度が高い領域では電界集中が起こるため、より低い電界でパンチスルー破壊が発生する。また、不純物濃度が高いと空乏層の伸びが抑えられるために寄生容量が増大する。一方、本実施の形態1では、n型のチャネル層6がドリフト層2まで延在していないため、パンチスルー破壊が発生する電界が高くなる、すなわちオフ耐圧が高くなる。また、寄生容量が小さいため高速のスイッチング動作が可能になる。   In the first embodiment, the channel layer 6 is formed only in the well region 3. That is, the channel layer 6 does not extend to the drift layer 2. If the channel layer 6 extends to the drift layer 2, the n-type impurity concentration in that portion becomes high. Since electric field concentration occurs in a region where the impurity concentration is high, punch-through breakdown occurs at a lower electric field. In addition, when the impurity concentration is high, the depletion layer is prevented from growing, so that the parasitic capacitance increases. On the other hand, in the first embodiment, since the n-type channel layer 6 does not extend to the drift layer 2, the electric field at which punch-through breakdown occurs increases, that is, the off breakdown voltage increases. In addition, since the parasitic capacitance is small, high-speed switching operation is possible.

本実施の形態1では、チャネル層6のn型不純物は、イオン注入により導入されている。イオン注入による不純物濃度は均一であるため、MOSFETの特性のバラツキを小さくすることができる。   In the first embodiment, the n-type impurity of the channel layer 6 is introduced by ion implantation. Since the impurity concentration by ion implantation is uniform, variation in MOSFET characteristics can be reduced.

次に、本実施の形態1による半導体装置であるトレンチゲート型MOSFETの製造方法について、図2〜図13を用いて順に説明する。図2〜図13は、トレンチゲート型MOSFETの各製造工程を示す断面図である。   Next, a method for manufacturing a trench gate type MOSFET which is a semiconductor device according to the first embodiment will be described in order with reference to FIGS. 2 to 13 are cross-sectional views showing each manufacturing process of the trench gate type MOSFET.

まず、図2に示すように、炭化珪素半導体基板1上に、化学気相堆積(Chemical Vapor Deposition:CVD)法によって、n型のドリフト層2をエピタキシャル成長する。炭化珪素半導体基板1には、4Hのポリタイプを有するn型で低抵抗の炭化珪素半導体基板を用いる。なお、ドリフト層2のn型不純物の濃度は、1×1015〜1×1017cm-3の範囲内で選択される。また、ドリフト層2の厚さ(膜厚)は、5〜50μmの範囲内で選択される。 First, as shown in FIG. 2, n-type drift layer 2 is epitaxially grown on silicon carbide semiconductor substrate 1 by a chemical vapor deposition (CVD) method. For silicon carbide semiconductor substrate 1, an n-type low-resistance silicon carbide semiconductor substrate having a 4H polytype is used. The concentration of the n-type impurity in the drift layer 2 is selected within the range of 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 . The thickness (film thickness) of the drift layer 2 is selected within the range of 5 to 50 μm.

次に、ドリフト層2の表面部に対して、p型不純物、例えばアルミニウム(Al)をイオン注入法によりイオン注入してp型のウェル領域3を形成する。このとき、p型不純物のイオン注入の深さは、ドリフト層2の厚さの寸法を超えない深さ、具体的には0.5〜3μm程度とする。また、イオンの加速電圧は、100〜500kVの範囲内で選択される。また、イオン注入されたp型不純物の濃度、すなわちウェル領域3のp型不純物濃度は、1×1017〜5×1017cm-3の範囲内で選択され、ドリフト層2のn型不純物濃度よりも高い濃度であるものとする。ドリフト層2のうち、p型不純物がイオン注入された領域でp型になる領域がウェル領域3となる。なお、ウェル領域3は、一回のイオン注入で形成してもよく、加速電圧を変えて複数回イオン注入を行って形成してもよい。また、ウェル領域3は、エピタキシャル成長によって形成してもよい。その場合も、ウェル領域3のp型不純物濃度および厚さの寸法は、イオン注入によって形成する場合と同等とする。 Next, a p-type impurity, for example, aluminum (Al) is ion-implanted into the surface portion of the drift layer 2 by an ion implantation method to form a p-type well region 3. At this time, the depth of ion implantation of the p-type impurity is set to a depth not exceeding the thickness dimension of the drift layer 2, specifically about 0.5 to 3 μm. The ion acceleration voltage is selected within a range of 100 to 500 kV. Further, the concentration of the ion-implanted p-type impurity, that is, the p-type impurity concentration in the well region 3 is selected within the range of 1 × 10 17 to 5 × 10 17 cm −3 , and the n-type impurity concentration of the drift layer 2 is selected. Higher concentration. Of the drift layer 2, a region that becomes p-type in a region where p-type impurities are ion-implanted becomes the well region 3. The well region 3 may be formed by one ion implantation, or may be formed by performing ion implantation a plurality of times while changing the acceleration voltage. The well region 3 may be formed by epitaxial growth. Also in this case, the p-type impurity concentration and thickness dimension of the well region 3 are the same as those formed by ion implantation.

次に、図3に示すように、ドリフト層2の表面部に、図示しない注入マスクを介して、n型不純物、たとえば窒素(N)をイオン注入してn型のソース領域4を形成する。具体的には、ドリフト層2のうちでウェル領域3となった部分、すなわちウェル領域3の表面部の一部にn型不純物をイオン注入して、n型のソース領域4を形成する。なお、イオンの加速電圧は、50〜200kVの範囲内で選択される。n型不純物のイオン注入の深さは、ウェル領域3の厚さの寸法よりも浅いものとする。また、イオン注入したn型不純物の濃度、すなわちソース領域4のn型不純物濃度は、1×1018〜1×1021cm-3の範囲内で選択され、ウェル領域3のp型不純物濃度を超えるものとする。このように、ドリフト層2のウェル領域3内のn型不純物が注入された領域のうち、n型を示す領域がソース領域4となる。 Next, as shown in FIG. 3, an n-type source region 4 is formed by ion-implanting an n-type impurity, for example, nitrogen (N), into the surface of the drift layer 2 through an implantation mask (not shown). Specifically, an n-type source region 4 is formed by ion-implanting an n-type impurity into a portion of the drift layer 2 that becomes the well region 3, that is, a part of the surface portion of the well region 3. The ion acceleration voltage is selected within the range of 50 to 200 kV. The depth of ion implantation of the n-type impurity is shallower than the thickness of the well region 3. Further, the concentration of the ion-implanted n-type impurity, that is, the n-type impurity concentration of the source region 4 is selected within the range of 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 , and the p-type impurity concentration of the well region 3 is set. Exceed. As described above, the n-type region among the regions into which the n-type impurity is implanted in the well region 3 of the drift layer 2 becomes the source region 4.

次に、ドリフト層2の表面部に、図示しない注入マスクを介して、p型不純物、例えばAlをイオン注入して、p型のウェルコンタクト部5を形成する。具体的には、ドリフト層2のうちでウェル領域3となった部分、すなわちウェル領域3の表面部の一部に、p型不純物をイオン注入して、p型のウェルコンタクト部5を形成する。なお、イオンの加速電圧は、100〜200kVの範囲内で選択される。また、p型不純物のイオン注入の深さは、ウェル領域3の厚さの寸法よりも浅いものとする。また、イオン注入したp型不純物の濃度、すなわちウェルコンタクト部5のp型不純物濃度は、1×1018〜1×1021cm-3の範囲内で選択され、ウェル領域3のp型不純物濃度を超えるものとする。 Next, a p-type well contact portion 5 is formed by ion-implanting a p-type impurity such as Al into the surface portion of the drift layer 2 via an implantation mask (not shown). Specifically, a p-type well contact portion 5 is formed by ion-implanting p-type impurities into a portion of the drift layer 2 that becomes the well region 3, that is, a part of the surface portion of the well region 3. . The ion acceleration voltage is selected within the range of 100 to 200 kV. Further, the depth of ion implantation of the p-type impurity is shallower than the thickness dimension of the well region 3. The concentration of the ion-implanted p-type impurity, that is, the p-type impurity concentration of the well contact portion 5 is selected within the range of 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 , and the p-type impurity concentration of the well region 3 is selected. Shall be exceeded.

次に、図4に示すように、図3に示すソース領域4およびウェルコンタクト部5が存在する表面上に、酸化珪素層30をCVD法で1〜2μm程度堆積する。その後、写真製版および反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)法により酸化珪素層30をパターニングする(図示せず)。これによって、酸化珪素層30は、ソース領域4におけるトレンチ40を形成するべく予め定められた部分が露出するように開口された状態となる。このときエッチングされた酸化珪素層30が、後述する工程で用いるエッチングマスクおよび注入マスクとなる。   Next, as shown in FIG. 4, a silicon oxide layer 30 is deposited on the surface on which the source region 4 and well contact portion 5 shown in FIG. Thereafter, the silicon oxide layer 30 is patterned by photolithography and reactive ion etching (RIE) (not shown). As a result, the silicon oxide layer 30 is opened so that a predetermined portion for forming the trench 40 in the source region 4 is exposed. At this time, the etched silicon oxide layer 30 becomes an etching mask and an implantation mask used in a process described later.

次に、酸化珪素層30をマスクとして、RIE法によって、炭化珪素のエッチングを行い、ソース領域4とウェル領域3とを貫通するトレンチ40を形成する。なお、トレンチ40の深さは0.5〜3μm程度とし、ウェル領域3の深さ以上となるようにする。具体的には、トレンチ40は、ソース領域4およびウェル領域3を貫通して、ドリフト層2の内部にまで達するように形成される。   Next, using the silicon oxide layer 30 as a mask, silicon carbide is etched by RIE to form a trench 40 that penetrates the source region 4 and the well region 3. The depth of the trench 40 is set to about 0.5 to 3 μm so as to be not less than the depth of the well region 3. Specifically, the trench 40 is formed so as to penetrate the source region 4 and the well region 3 and reach the inside of the drift layer 2.

次に、図5に示すように、酸化珪素層30を注入マスクとして用いて、n型不純物、例えばNをイオン注入し、チャネル層6を形成する。具体的には、酸化珪素層30の開口(トレンチ40の開口部)から、露出するトレンチ40の側壁部のウェル領域3に対してNを斜めイオン注入してチャネル層6を形成する。本実施の形態1では、ウェル領域3のみにn型不純物が注入されてチャネル層6が形成される。   Next, as shown in FIG. 5, an n-type impurity, for example, N is ion-implanted using the silicon oxide layer 30 as an implantation mask, thereby forming a channel layer 6. Specifically, the channel layer 6 is formed by implanting N ions obliquely from the opening of the silicon oxide layer 30 (opening of the trench 40) into the well region 3 on the exposed side wall of the trench 40. In the first embodiment, an n-type impurity is implanted only in the well region 3 to form the channel layer 6.

上記のn型不純物の斜めイオン注入は、次のように行われる。図5に示すように、トレンチ40の開口幅Cと、酸化珪素層30、ソース領域4、およびウェル領域3の厚さの和(すなわち、酸化珪素層30の表面からドリフト層2とウェル領域3との境界面までの長さ)Dとに基づき、イオン注入角θ(トレンチ40の側面に対する角度)を下記の式(1)にて算出して決定し、炭化珪素半導体基板1をイオン注入角θまで傾ける。   The oblique ion implantation of the n-type impurity is performed as follows. As shown in FIG. 5, the sum of the opening width C of the trench 40 and the thicknesses of the silicon oxide layer 30, the source region 4, and the well region 3 (that is, the drift layer 2 and the well region 3 from the surface of the silicon oxide layer 30). And the ion implantation angle θ (angle with respect to the side surface of the trench 40) is calculated and determined by the following equation (1) to determine the silicon carbide semiconductor substrate 1 as the ion implantation angle. Tilt to θ.

θ=arctan(C/D)・・・(1)
図5では、イオンビーム50、51を傾けるように示しているが、実際は炭化珪素半導体基板1をイオン注入角θまで傾けている。イオン注入したn型不純物の濃度、すなわちチャネル層6のn型不純物濃度は、ウェル領域3のp型不純物濃度と同程度または同程度以下とし、具体的には、MOSFETがノーマリオフ(Vthが正)となるように、1×1016〜1×1017cm-3の範囲内で選択される。また、イオンの加速電圧は、10〜50kVの範囲内で選択される。ここで、n型不純物のイオン注入角度がθであるため、n型不純物は酸化珪素層30がマスクとなってウェル領域3よりも深いところには注入されない。このように、チャネル層6をウェル領域3内のみに限定して形成する。また、当然のことながら、n型不純物はソース領域4にも注入されるが、注入量(濃度)が1×1016〜1×1017cm-3と低いのでソース領域4には影響を与えない。
θ = arctan (C / D) (1)
In FIG. 5, the ion beams 50 and 51 are shown to be inclined, but actually, the silicon carbide semiconductor substrate 1 is inclined to the ion implantation angle θ. The concentration of the ion-implanted n-type impurity, that is, the n-type impurity concentration of the channel layer 6 is approximately the same as or less than the p-type impurity concentration of the well region 3, and specifically, the MOSFET is normally off (Vth is positive). It is selected within the range of 1 × 10 16 to 1 × 10 17 cm −3 . The ion acceleration voltage is selected within a range of 10 to 50 kV. Here, since the ion implantation angle of the n-type impurity is θ, the n-type impurity is not implanted deeper than the well region 3 using the silicon oxide layer 30 as a mask. Thus, the channel layer 6 is formed only in the well region 3. As a matter of course, the n-type impurity is also implanted into the source region 4. However, since the implantation amount (concentration) is as low as 1 × 10 16 to 1 × 10 17 cm −3 , the source region 4 is affected. Absent.

トレンチ40の開口幅Cと、酸化珪素層30、ソース領域4、およびウェル領域3の厚さの和Dとは、バラツキを持って形成される。また、イオン注入にも注入広がりといわれる、注入方向に対して垂直な方向に広がるバラツキが存在する。注入広がりは、不純物濃度が大きいほど、また注入エネルギーが大きいほど、大きな広がりを持つ。従って、イオン注入角θは、これらのバラツキを考慮した上で決定することが好ましい。具体的には、トレンチ40の開口幅Cのバラツキの増大分、酸化珪素層30、ソース領域4、およびウェル領域3の厚さの和Dのバラツキの減少分、および注入広がりの増大分に相当する角度だけイオン注入角θを大きくする、すなわちトレンチ40の深さ方向に浅く注入することが好ましい。   The opening width C of the trench 40 and the sum D of the thicknesses of the silicon oxide layer 30, the source region 4, and the well region 3 are formed with variations. Also, there is a variation spreading in a direction perpendicular to the implantation direction, which is also called ion implantation spread. The implantation spread becomes larger as the impurity concentration is larger and the implantation energy is larger. Accordingly, the ion implantation angle θ is preferably determined in consideration of these variations. Specifically, this corresponds to an increase in variation in the opening width C of the trench 40, a decrease in variation in the sum D of the thicknesses of the silicon oxide layer 30, the source region 4, and the well region 3, and an increase in implantation spread. It is preferable to increase the ion implantation angle θ by the angle to be angled, that is, to shallowly implant the trench 40 in the depth direction.

上記のイオン注入を行うことによって、チャネル層6は、斜めイオン注入の角度に依存するが、30〜80nmの厚さ(トレンチ40の深さ方向に対して垂直な方向の長さ)で形成される。また、チャネル層6の深さ方向の不純物濃度は均一になる。   By performing the above ion implantation, the channel layer 6 is formed with a thickness of 30 to 80 nm (length in a direction perpendicular to the depth direction of the trench 40), depending on the angle of the oblique ion implantation. The Further, the impurity concentration in the depth direction of the channel layer 6 becomes uniform.

次に、斜めイオン注入についてさらに詳細に説明する。   Next, the oblique ion implantation will be described in more detail.

通常、トレンチ40に囲まれたMOSFETのウェル領域3、ソース領域4、ウェルコンタクト部5、およびチャネル層6は、平面的には正方形又は長方形の形状(以下、MOSFETセルの平面形状とも称する)となっている。図14は、MOSFETセルの平面形状が正方形である場合における平面図を示す。なお、図14では、下部の構造を明瞭に表示するために、炭化珪素半導体基板1、層間絶縁膜9、ソース電極10、およびドレイン電極20は図示していない。また、図15は、図14に示すA−A線上の断面図である。   Usually, the MOSFET well region 3, source region 4, well contact portion 5, and channel layer 6 surrounded by the trench 40 are square or rectangular in shape (hereinafter also referred to as the planar shape of the MOSFET cell). It has become. FIG. 14 shows a plan view in the case where the planar shape of the MOSFET cell is a square. In FIG. 14, silicon carbide semiconductor substrate 1, interlayer insulating film 9, source electrode 10, and drain electrode 20 are not shown in order to clearly display the lower structure. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.

MOSFETセル80は、図14において点線で示されている。図14,15に示すように、チャネル層6は図14の正方形(MOSFETセル)の4つの辺に存在する。従って、チャネル層6形成時の斜めイオン注入は、正方形の4つの辺それぞれに対して行わなければならない。具体的には、図14の実線矢印で示すように、正方形の右辺(図14の紙面上の右辺)に対してイオンビーム50によるイオン注入を行った後、炭化珪素半導体基板1を90°回転させて下辺に対してイオンビーム52によるイオン注入を行う。以後同様に、炭化珪素半導体基板1をそれぞれ90°回転させて左辺に対してイオンビーム51によるイオン注入、上辺に対してイオンビーム53によるイオン注入を行う。以上4回のイオン注入を行うことによって正方形の4辺全てにチャネル層6が形成される。なお、図5では、図14における右辺に対するイオンビーム50と、左辺に対するイオンビーム51とのみを示している。また、イオン注入してチャネル層6を形成する時には、図14に示すゲート絶縁膜7およびゲート電極8は存在しない。   The MOSFET cell 80 is indicated by a dotted line in FIG. As shown in FIGS. 14 and 15, the channel layer 6 exists on the four sides of the square (MOSFET cell) in FIG. Therefore, the oblique ion implantation for forming the channel layer 6 must be performed for each of the four sides of the square. Specifically, as shown by a solid line arrow in FIG. 14, after ion implantation is performed with the ion beam 50 on the right side of the square (the right side on the paper in FIG. 14), the silicon carbide semiconductor substrate 1 is rotated by 90 °. Then, ion implantation by the ion beam 52 is performed on the lower side. Thereafter, similarly, the silicon carbide semiconductor substrate 1 is rotated by 90 ° to perform ion implantation with the ion beam 51 on the left side and ion implantation with the ion beam 53 on the upper side. By performing the ion implantation four times, the channel layer 6 is formed on all four sides of the square. 5 shows only the ion beam 50 for the right side and the ion beam 51 for the left side in FIG. Further, when the channel layer 6 is formed by ion implantation, the gate insulating film 7 and the gate electrode 8 shown in FIG. 14 do not exist.

また、MOSFETセルの平面形状が長方形の場合、図14から明らかなように、斜めイオン注入ではトレンチ40の側壁部のドリフト層2にはn型不純物は注入されないが、トレンチ40の底面部にはn型不純物が注入されてしまう。トレンチ40の底部に注入されたn型不純物は、ドリフト層2のn型不純物濃度を増大させるため好ましくない。そこで、チャネル層6を形成する際に行うn型不純物の斜めイオン注入後に、同量のp型不純物を垂直イオン注入(炭化珪素半導体基板1に対して垂直方向からイオン注入)を行い、それによって増加したトレンチ40底面のn型不純物を相殺する。また、オフ耐圧が高い(例えば、1.2kVや3.3kV)MOSFETにおいては、図16に示すように、トレンチ40の底面にp型のボトムウェル31が別途設けられている場合が多い。このボトムウェル31のp型不純物濃度は、1×1017〜5×1017cm-3と高いため、ボトムウェル31が設けられている場合は、上記のような追加のp型不純物の垂直イオン注入が必要ない。なお、図16に示すボトムウェル31は、図4に示すトレンチ40の形成後、p型不純物を垂直方向(炭化珪素半導体基板1に対して垂直方向、すなわちトレンチ40の底面に対して垂直方向)にイオン注入して形成する。また、チャネル層6の斜めイオン注入後、垂直イオン注入を行ってボトムウェル31を形成してもよい。トレンチ40の底面にn型不純物を注入しない方法については、後に説明する(後述の変形例6を参照)。 When the planar shape of the MOSFET cell is rectangular, as is apparent from FIG. 14, n-type impurities are not implanted into the drift layer 2 on the side wall of the trench 40 by oblique ion implantation. An n-type impurity is implanted. The n-type impurity implanted into the bottom of the trench 40 is not preferable because it increases the n-type impurity concentration of the drift layer 2. Therefore, after the oblique ion implantation of the n-type impurity performed when forming the channel layer 6, the same amount of p-type impurity is subjected to vertical ion implantation (ion implantation from a direction perpendicular to the silicon carbide semiconductor substrate 1), thereby The increased n-type impurities on the bottom surface of the trench 40 are offset. Further, in a MOSFET having a high off breakdown voltage (for example, 1.2 kV or 3.3 kV), a p-type bottom well 31 is often separately provided on the bottom surface of the trench 40 as shown in FIG. Since the p-type impurity concentration of the bottom well 31 is as high as 1 × 10 17 to 5 × 10 17 cm −3 , when the bottom well 31 is provided, the vertical ions of the additional p-type impurities as described above are used. No injection is necessary. 16 forms p-type impurities in the vertical direction (perpendicular to silicon carbide semiconductor substrate 1, that is, perpendicular to the bottom surface of trench 40) after formation of trench 40 shown in FIG. Are formed by ion implantation. Alternatively, the bottom well 31 may be formed by performing vertical ion implantation after oblique ion implantation of the channel layer 6. A method of not implanting n-type impurities into the bottom surface of the trench 40 will be described later (see Modification 6 described later).

トレンチゲート型MOSFETの各製造工程の説明に戻り、図5の後、図6に示すように、マスクとして使用した酸化珪素層30を除去した後、熱処理装置によって、アルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガス雰囲気中で、1300〜1900℃、30秒〜1時間のアニールを行う。このアニールによって、イオン注入されたn型不純物(チャネル層6)およびp型不純物(ソース領域4)である、例えばNおよびAlを活性化させる。   Returning to the description of each manufacturing process of the trench gate type MOSFET, as shown in FIG. 6 after FIG. 5, after removing the silicon oxide layer 30 used as a mask, the heat treatment apparatus is used to remove argon (Ar) gas or the like. Annealing is performed at 1300 to 1900 ° C. for 30 seconds to 1 hour in an active gas atmosphere. By this annealing, ion-implanted n-type impurity (channel layer 6) and p-type impurity (source region 4), for example, N and Al are activated.

次に、図7に示すように、ソース領域4、ウェルコンタクト部5、チャネル層6、およびドリフト層2の表面部を熱酸化することによって、所望の厚さの寸法のゲート絶縁膜7をトレンチ40の内側に形成する。また、ゲート絶縁膜7は、ソース領域4とウェルコンタクト部5の表面にも形成される。なお、本実施の形態1では、熱酸化の温度は1000〜1300℃、ゲート絶縁膜7の膜厚は30〜100nmの範囲内で選択される。ゲート絶縁膜7は、熱酸化に限定されず、例えば酸化珪素膜をCVD法により堆積することで形成してもよく、熱酸化とCVD法とによって積層膜を形成してもよい。また、酸化珪素膜の形成後、1000〜1300℃の温度、NOガスまたはN2ガス等の雰囲気中で酸化珪素膜の表面を窒化してもよい。   Next, as shown in FIG. 7, the surface portions of the source region 4, well contact portion 5, channel layer 6, and drift layer 2 are thermally oxidized to form a gate insulating film 7 having a desired thickness in the trench. 40 is formed inside. The gate insulating film 7 is also formed on the surfaces of the source region 4 and the well contact portion 5. In the first embodiment, the temperature of thermal oxidation is selected within the range of 1000 to 1300 ° C., and the thickness of the gate insulating film 7 is selected within the range of 30 to 100 nm. The gate insulating film 7 is not limited to thermal oxidation. For example, a silicon oxide film may be deposited by a CVD method, or a laminated film may be formed by thermal oxidation and a CVD method. Further, after the formation of the silicon oxide film, the surface of the silicon oxide film may be nitrided in an atmosphere such as a temperature of 1000 to 1300 ° C. and NO gas or N 2 gas.

次に、図8に示すように、トレンチ40の内側でゲート絶縁膜7と接するように、ゲート電極膜(ゲート電極8)、例えば導電性を有する多結晶珪素膜をCVD法によって形成する。ゲート電極8は、トレンチ40内を完全に埋め込むような膜厚で堆積するのがゲート電極8の低抵抗化の観点から望ましいが、完全に埋め込まなくてもMOSFETの動作に支障はない。ゲート電極8(多結晶珪素膜)には燐(P)が1×1020〜5×1020cm-3含まれており、この大量に含まれた燐によってゲート電極8の導電性が確保されている。なお、ゲート電極8は、多結晶珪素膜に限らず、高融点金属膜や、高融点金属と珪素との化合膜(いわゆる金属シリサイド膜)、または多結晶珪素膜と金属シリサイド膜との積層膜であってもよい。 Next, as shown in FIG. 8, a gate electrode film (gate electrode 8), for example, a polycrystalline silicon film having conductivity, is formed by CVD so as to be in contact with the gate insulating film 7 inside the trench 40. The gate electrode 8 is preferably deposited with a film thickness that completely fills the trench 40 from the viewpoint of reducing the resistance of the gate electrode 8, but even if it is not completely buried, there is no problem in the operation of the MOSFET. The gate electrode 8 (polycrystalline silicon film) contains 1 × 10 20 to 5 × 10 20 cm −3 of phosphorus (P), and the conductivity of the gate electrode 8 is ensured by this large amount of phosphorus. ing. The gate electrode 8 is not limited to a polycrystalline silicon film, but a refractory metal film, a compound film of refractory metal and silicon (so-called metal silicide film), or a laminated film of a polycrystalline silicon film and a metal silicide film. It may be.

次に、写真製版とRIEによりゲート電極8をパターニングすることによって、トレンチ40の内側以外のゲート電極8を除去し、ゲート電極8をトレンチ40内に形成する。なお、図示していないが、ゲート電極8を外部電極に接続する部分は、写真製版によりゲート電極8をエッチングせずにゲート電極パッドとして残している。   Next, the gate electrode 8 other than the inside of the trench 40 is removed by patterning the gate electrode 8 by photolithography and RIE, and the gate electrode 8 is formed in the trench 40. Although not shown, the portion where the gate electrode 8 is connected to the external electrode is left as a gate electrode pad without etching the gate electrode 8 by photolithography.

次に、図10に示すように、ゲート絶縁膜7およびゲート電極8の表面部を覆うように層間絶縁膜9を形成する。層間絶縁膜9は、CVD法により酸化珪素層を厚さ0.5〜2.0μmとして形成する。   Next, as shown in FIG. 10, an interlayer insulating film 9 is formed so as to cover the surface portions of the gate insulating film 7 and the gate electrode 8. The interlayer insulating film 9 is formed with a silicon oxide layer having a thickness of 0.5 to 2.0 μm by a CVD method.

次に、図11に示すように、写真製版およびRIEによって、ソース領域4のウェルコンタクト部5寄りの部分およびウェルコンタクト部5が露出するように、層間絶縁膜9をエッチングして開口する。なお、図11では、層間絶縁膜9の下側に存在するゲート絶縁膜7の図示を省略している。   Next, as shown in FIG. 11, the interlayer insulating film 9 is opened by etching so that the portion near the well contact portion 5 and the well contact portion 5 of the source region 4 are exposed by photolithography and RIE. In FIG. 11, the illustration of the gate insulating film 7 existing below the interlayer insulating film 9 is omitted.

次に、図12に示すように、ソース領域4およびウェルコンタクト部5が露出する部分上に電気的に接続されるソース電極10を形成し、さらに、図13に示すように、炭化珪素半導体基板1の裏面(炭化珪素半導体基板1のドリフト層2が形成される側とは反対側の面上)にドレイン電極20を積層して形成する。ここで、ソース電極10は、AlまたはAlを含む合金、ドレイン電極20は、ニッケル(Ni)あるいはそのシリサイド(NiSi)、または金(Au)などの積層膜から構成されている。なお、ソース電極10と、ソース領域4およびウェルコンタクト部5との接触部に、別途NiSiを設けてコンタクト抵抗をさらに下げるようにしてもよい。また、図示していないが、ソース電極10のパターニングの際には、ゲート電極パッド上にもAlなどの電極が設けられる。以上の製造工程を経て、図1に示す縦型MOSFETが完成する。 Next, as shown in FIG. 12, source electrode 10 electrically connected is formed on the portion where source region 4 and well contact portion 5 are exposed, and further, as shown in FIG. 13, a silicon carbide semiconductor substrate is formed. 1 is formed by laminating the drain electrode 20 on the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate 1 (on the side opposite to the side where the drift layer 2 is formed). Here, the source electrode 10 is made of Al or an alloy containing Al, and the drain electrode 20 is made of a laminated film such as nickel (Ni) or a silicide thereof (NiSi 2 ) or gold (Au). Note that NiSi 2 may be separately provided at the contact portion between the source electrode 10 and the source region 4 and well contact portion 5 to further reduce the contact resistance. Although not shown, when the source electrode 10 is patterned, an electrode such as Al is also provided on the gate electrode pad. Through the above manufacturing process, the vertical MOSFET shown in FIG. 1 is completed.

以上のことから、本実施の形態1によれば、図5に示すように、トレンチ40の側壁(側面)のウェル領域3に対して斜めイオン注入を行うことによって、n型不純物がイオン注入されてチャネル層6が形成される。また、チャネル層6はn型であるため、キャリアはチャネル層6内部において、ゲート絶縁膜7側よりもウェル領域3側を流れる。従って、キャリアはSiC中の炭素による欠陥の多いゲート絶縁膜7近傍を流れないため、移動度を向上させることができる。すなわち、チャネル部の抵抗を小さくすることができる。また、チャネル層6はウェル領域3内にのみ形成され、ドリフト層2まで延在していないため、オフ耐圧の劣化や寄生容量の発生を抑制することができる。また、イオン注入による不純物濃度は均一であるため、MOSFETの特性のバラツキを小さくすることができる。また、斜めイオン注入工程では写真製版によるパターニングが不要であるため、低コストでチャネル層6を形成することができる。また、本実施の形態1では、斜めイオン注入を利用して、チャネル層6を形成するため、チャネル層6を形成するためのエピタキシャル成長工程が必要ない。また、使用する半導体基板が制限されることもない。従って、本実施の形態1では、上記のように優れたMOSFETを容易に製造することができる。   From the above, according to the first embodiment, as shown in FIG. 5, the n-type impurity is ion-implanted by performing oblique ion implantation on the well region 3 on the side wall (side surface) of the trench 40. Thus, the channel layer 6 is formed. Further, since the channel layer 6 is n-type, carriers flow in the well region 3 side rather than the gate insulating film 7 side in the channel layer 6. Therefore, the carrier does not flow in the vicinity of the gate insulating film 7 where there are many defects due to carbon in SiC, so that the mobility can be improved. That is, the resistance of the channel portion can be reduced. Further, since the channel layer 6 is formed only in the well region 3 and does not extend to the drift layer 2, it is possible to suppress the deterioration of the off breakdown voltage and the generation of parasitic capacitance. Further, since the impurity concentration by ion implantation is uniform, variation in MOSFET characteristics can be reduced. Further, since the patterning by photolithography is unnecessary in the oblique ion implantation process, the channel layer 6 can be formed at a low cost. In the first embodiment, the channel layer 6 is formed using oblique ion implantation, so that an epitaxial growth step for forming the channel layer 6 is not necessary. Further, the semiconductor substrate to be used is not limited. Therefore, in the first embodiment, an excellent MOSFET can be easily manufactured as described above.

なお、本実施の形態1では、酸化珪素層30をマスクとして斜めイオン注入法によりチャネル層6を形成したが、酸化珪素層30は無くてもよい。酸化珪素層30が無い場合は、ソース領域4とウェルコンタクト部5の表面部にn型不純物がイオン注入されるが、チャネル層6を形成するためのn型不純物の濃度は、ソース領域4のn型不純物濃度やウェルコンタクト部5のp型不純物濃度に比べて低いため、ソース領域4の抵抗やウェルコンタクト部5とソース電極10とのコンタクト抵抗に影響を与えない。なお、酸化珪素層30が無い場合は、上記の式(1)のDは、ソース領域4およびウェル領域3の厚さの和とする必要がある。また、後述の変形例1,2における数式2,5のDについても同様である。   In the first embodiment, the channel layer 6 is formed by the oblique ion implantation method using the silicon oxide layer 30 as a mask, but the silicon oxide layer 30 may be omitted. When there is no silicon oxide layer 30, n-type impurities are ion-implanted into the source region 4 and the surface of the well contact portion 5, but the concentration of the n-type impurity for forming the channel layer 6 is different from that of the source region 4. Since the n-type impurity concentration and the p-type impurity concentration of the well contact portion 5 are lower, the resistance of the source region 4 and the contact resistance between the well contact portion 5 and the source electrode 10 are not affected. If there is no silicon oxide layer 30, D in the above formula (1) needs to be the sum of the thicknesses of the source region 4 and the well region 3. The same applies to D in Formulas 2 and 5 in Modifications 1 and 2 to be described later.

また、本実施の形態1では、トレンチ40の形成直後にチャネル層6形成を形成するための斜めイオン注入を行ったが、トレンチ40の内側に薄い絶縁膜、例えば膜厚10〜30nmの酸化珪素膜を形成し、当該薄い絶縁膜を介して斜めイオン注入してもよい。薄い絶縁膜は、酸化法によって形成してもよいし、CVD法によって形成してもよい。薄い絶縁膜を介して斜めイオン注入する場合は、チャネル層6の厚さやn型不純物濃度を薄くすることができる。薄い絶縁膜の膜厚や斜めイオン注入の加速電圧、注入量(n型不純物濃度)は、MOSFETのしきい値電圧(Vth)やオン抵抗などの性能の仕様に合わせて適宜選択すればよい。上記の薄い絶縁膜は、斜めイオン注入後に除去することが望ましい。   In the first embodiment, oblique ion implantation for forming the channel layer 6 is performed immediately after the formation of the trench 40. However, a thin insulating film, for example, a silicon oxide film having a thickness of 10 to 30 nm is formed inside the trench 40. A film may be formed, and oblique ion implantation may be performed through the thin insulating film. The thin insulating film may be formed by an oxidation method or a CVD method. When oblique ion implantation is performed through a thin insulating film, the thickness of the channel layer 6 and the n-type impurity concentration can be reduced. The thickness of the thin insulating film, the acceleration voltage of the oblique ion implantation, and the implantation amount (n-type impurity concentration) may be appropriately selected according to the performance specifications such as the threshold voltage (Vth) and on-resistance of the MOSFET. The thin insulating film is desirably removed after oblique ion implantation.

以下、本実施の形態1の変形例1〜8について順に説明する。   Hereinafter, modifications 1 to 8 of the first embodiment will be described in order.

<変形例1(U字型トレンチ)>
上記の実施の形態1では、トレンチ40は底面が平面であり、底面と側面とが垂直に交わっている形状を示した。このように、トレンチ40の底面と側面とが垂直に交わっている場合、酸化(酸化処理)によってゲート絶縁膜7を形成すると、底面と側面との交差部に大きな応力が発生し、交差部におけるゲート絶縁膜7の膜厚が薄くなり、信頼性が劣化するという問題が生じる。通常は、酸化温度を上げることでこの問題を解消しているが、図17に示すように、U字型のトレンチ41を形成してもよい。U字型のトレンチ41では、側面と底面とが垂直に交差していないため、交差部の応力が緩和されて交差部におけるゲート絶縁膜7の膜厚が均一に形成される。
<Modification 1 (U-shaped trench)>
In the first embodiment, the trench 40 has a flat bottom surface, and the bottom surface and the side surface intersect perpendicularly. In this way, when the bottom surface and the side surface of the trench 40 intersect perpendicularly, if the gate insulating film 7 is formed by oxidation (oxidation treatment), a large stress is generated at the intersection between the bottom surface and the side surface, and The gate insulating film 7 becomes thin, and there is a problem that reliability is deteriorated. Normally, this problem is solved by raising the oxidation temperature. However, as shown in FIG. 17, a U-shaped trench 41 may be formed. In the U-shaped trench 41, since the side surface and the bottom surface do not intersect perpendicularly, the stress at the intersection is relaxed, and the film thickness of the gate insulating film 7 at the intersection is uniform.

また、特許文献2,3に記載のように、チャネル層をエピタキシャル成長で成長させると、トレンチの底面の膜厚が不均一になる問題が生じる。一方、本実施の形態1では、チャネル層6を斜めイオン注入法で形成しているため、トレンチ40の底面の形状によらずチャネル層6の形成が可能である。   Further, as described in Patent Documents 2 and 3, when the channel layer is grown by epitaxial growth, there is a problem that the film thickness of the bottom surface of the trench becomes non-uniform. On the other hand, in the first embodiment, since the channel layer 6 is formed by the oblique ion implantation method, the channel layer 6 can be formed regardless of the shape of the bottom surface of the trench 40.

<変形例2(p型ゲート)>
上記の実施の形態1では、ゲート電極8には、n型不純物がドープされた多結晶珪素を使用していたが、ゲート電極8の材料はこれに限らない。
<Modification 2 (p-type gate)>
In the first embodiment, polycrystalline silicon doped with n-type impurities is used for the gate electrode 8, but the material of the gate electrode 8 is not limited to this.

図18は、p型不純物がドープされた多結晶珪素をゲート電極8aに使用したMOSFETの断面図である。図18に示すように、ゲート電極8aは、p型不純物である硼素(B)が2×1019〜3×1020cm-3の範囲内で選択して導入された多結晶珪素である。 FIG. 18 is a cross-sectional view of a MOSFET using polycrystalline silicon doped with p-type impurities as the gate electrode 8a. As shown in FIG. 18, the gate electrode 8a is polycrystalline silicon in which boron (B), which is a p-type impurity, is selectively introduced within a range of 2 × 10 19 to 3 × 10 20 cm −3 .

次に、p型不純物が導入された多結晶珪素膜の形成方法について説明する。   Next, a method for forming a polycrystalline silicon film doped with p-type impurities will be described.

まず、CVD法により不純物を含まない多結晶珪素を堆積する。   First, polycrystalline silicon containing no impurities is deposited by a CVD method.

次に、BまたはBF2イオンを加速電圧10〜100kVで注入する。例えば100kVで注入された場合の濃度の最も高い深さ(射影飛程)は、Bの場合は0.3μm、BF2の場合は0.07μmであり、トレンチ40の底面部の多結晶珪素膜までは到達しない。そこで、800〜1000℃のアニールを行う。例えば、温度900℃、アニール時間30分でのBの拡散距離は約1μmである。従って、トレンチ40の底部までBが拡散するように、アニール温度あるいは時間を適宜決定すればよい。   Next, B or BF2 ions are implanted at an acceleration voltage of 10 to 100 kV. For example, the depth (projection range) with the highest concentration when implanted at 100 kV is 0.3 μm for B and 0.07 μm for BF2, and reaches the polycrystalline silicon film at the bottom of the trench 40. Will not reach. Therefore, annealing at 800 to 1000 ° C. is performed. For example, the diffusion distance of B at a temperature of 900 ° C. and an annealing time of 30 minutes is about 1 μm. Therefore, the annealing temperature or time may be appropriately determined so that B diffuses to the bottom of the trench 40.

上記のように形成されたBが導入された多結晶珪素膜を用いるゲート電極8aは、p型であるためフェルミレベルが価電子帯側に位置し、ゲート電極8aの仕事関数がn型のゲート電極8の仕事関数より大きくなる。従って、ゲート電極8aとチャネル層6との仕事関数差が大きくなるため、MOSFETのしきい値電圧Vthが大きくなる。本変形例2では、しきい値電圧Vthは、n型のゲート電極8のVthよりも0.5〜1.0V大きくなった。   Since the gate electrode 8a using the polycrystalline silicon film introduced with B formed as described above is p-type, the Fermi level is located on the valence band side, and the work function of the gate electrode 8a is n-type. It becomes larger than the work function of the electrode 8. Therefore, the work function difference between the gate electrode 8a and the channel layer 6 increases, and the threshold voltage Vth of the MOSFET increases. In the second modification, the threshold voltage Vth is 0.5 to 1.0 V higher than the Vth of the n-type gate electrode 8.

以上のことから、本変形例2では、ゲート電極8aにp型の多結晶珪素を使用したため、上記の実施の形態1による効果に加えて、しきい値電圧Vthを大きくすることができる。一般的に、MOSFETのしきい値電圧Vthは、素子の温度が高くなると減少する。一方、本変形例2では、より高い温度でもノーマリオフの特性を示し、安定に動作することが可能となる。   From the above, in the second modification, p-type polycrystalline silicon is used for the gate electrode 8a, so that the threshold voltage Vth can be increased in addition to the effect of the first embodiment. In general, the threshold voltage Vth of a MOSFET decreases as the element temperature increases. On the other hand, in the second modification, normally-off characteristics are exhibited even at higher temperatures, and stable operation is possible.

<変形例3(順テーパトレンチ)>
上記の実施の形態1では、トレンチ40の側壁(側面)は、炭化珪素半導体基板1の表面に対して垂直となるように形成されていたが、トレンチの側壁の角度は垂直に限定されない。
<Modification 3 (forward taper trench)>
In Embodiment 1 described above, the sidewall (side surface) of trench 40 is formed to be perpendicular to the surface of silicon carbide semiconductor substrate 1, but the angle of the sidewall of the trench is not limited to be perpendicular.

図19は、トレンチの側壁の角度が炭化珪素半導体基板1の表面に対して鋭角(90°以下)の場合における断面図を示している。図19に示すように、トレンチ42は、順テーパの形状となっている。すなわち、トレンチ42の形状は、トレンチ42の対向する側面間の距離が、ソース領域4からドリフト層2の方向に向かって徐々に短くなる順テーパである。なお、図19では簡単のため、酸化珪素層30、ソース領域4、ウェル領域3、トレンチ42、およびイオンビーム50のみを図示している。   FIG. 19 shows a cross-sectional view when the angle of the sidewall of the trench is an acute angle (90 ° or less) with respect to the surface of silicon carbide semiconductor substrate 1. As shown in FIG. 19, the trench 42 has a forward tapered shape. That is, the shape of the trench 42 is a forward taper in which the distance between the opposing side surfaces of the trench 42 gradually decreases from the source region 4 toward the drift layer 2. In FIG. 19, only the silicon oxide layer 30, the source region 4, the well region 3, the trench 42, and the ion beam 50 are illustrated for simplicity.

図19において、n型不純物の斜めイオン注入は、次のように行う。トレンチ42の開口幅Eと、酸化珪素層30、ソース領域4、およびウェル領域3の厚さの和Dと、トレンチ42の側壁と炭化珪素半導体基板1の表面とのなす角φとに基づいて、イオン注入角θを下記の式(2)にて算出して決定し、炭化珪素半導体基板1をイオン注入角θまで傾ける。 In FIG. 19, oblique ion implantation of n-type impurities is performed as follows. Based on opening width E of trench 42, sum D of thicknesses of silicon oxide layer 30, source region 4, and well region 3, and angle φ formed by the sidewall of trench 42 and the surface of silicon carbide semiconductor substrate 1. Then, the ion implantation angle θ 1 is calculated and determined by the following equation (2), and the silicon carbide semiconductor substrate 1 is tilted to the ion implantation angle θ 1 .

θ=arctan((E−D/tanφ)/D)・・・(2)
上記より、n型不純物をイオン注入角θでイオン注入することによって、ウェル領域3内にのみチャネル層6を形成することができる。
θ 1 = arctan ((ED / tanφ) / D) (2)
As described above, the channel layer 6 can be formed only in the well region 3 by ion-implanting n-type impurities at the ion implantation angle θ 1 .

以上のことから、本変形例3によれば、上記の実施の形態1と同じ効果に加えて、トレンチ42が順テーパを構成しているためゲート電極を容易に形成できるという効果がある。具体的には、ゲート電極をCVD法ではなく、スパッタ法などによっても堆積して形成することができる。   From the above, according to the third modification, in addition to the same effects as those of the first embodiment, there is an effect that the gate electrode can be easily formed because the trench 42 has a forward taper. Specifically, the gate electrode can be deposited and formed not by CVD but also by sputtering.

なお、トレンチ42の形状は、順テーパであるため深さに制限がある。順テーパの最大トレンチ深さXは、下記の式(3)によって求められる。   In addition, since the shape of the trench 42 is a forward taper, the depth is limited. The maximum taper depth X of the forward taper is obtained by the following equation (3).

X=Etanφ/2・・・(3)
トレンチ深さが上記の式(3)にて求められるXのとき、トレンチの底面は存在せず、トレンチ形状はV字型になる。この状態のトレンチ形状を図19に点線で示す。順テーパのトレンチ42では、ウェル領域3の底面(ウェル領域3とドリフト層2(図示せず)との界面)までの深さDを、最大トレンチ深さXより浅く設定しなければならない。その条件は、下記の式(4)となる。
X = Etanφ / 2 (3)
When the trench depth is X determined by the above equation (3), the bottom surface of the trench does not exist, and the trench shape is V-shaped. The trench shape in this state is shown by a dotted line in FIG. In the forward-tapered trench 42, the depth D to the bottom surface of the well region 3 (the interface between the well region 3 and the drift layer 2 (not shown)) must be set to be shallower than the maximum trench depth X. The condition is the following formula (4).

θ>90−φ・・・(4)
上記より、θが上記の式(4)を満たすようにE、D、φを選択しなければならない。
θ 1 > 90−φ (4)
From the above, E, D, and φ must be selected so that θ 1 satisfies the above equation (4).

以下、上記の式(4)の導出方法の具体例(2つ)について説明する。   Hereinafter, specific examples (two) of the derivation method of the above formula (4) will be described.

まず、1つ目の導出方法について説明する。   First, the first derivation method will be described.

図19に示すように、イオンビーム50と半導体基板表面とがなす角は、90−θで与えられる。この角がトレンチのテーパ角φよりも小さくなければ、トレンチ内壁全面にイオン注入されてしまう。従って、90−θ<φ、すなわちθ>90−φ(上記の式(4))の条件を満たす必要がある。このようにして、上記の式(4)が導出される。 As shown in FIG. 19, angle between the ion beam 50 and the semiconductor substrate surface is given by 90-θ 1. If this angle is not smaller than the taper angle φ of the trench, ions are implanted into the entire inner wall of the trench. Therefore, it is necessary to satisfy the condition of 90−θ 1 <φ, that is, θ 1 > 90−φ (the above formula (4)). In this way, the above equation (4) is derived.

次に、2つ目の導出方法について説明する。   Next, the second derivation method will be described.

上記の式(2),(3)および条件X>Dに基づいて下記の通り導出する。   Based on the equations (2) and (3) and the condition X> D, the following is derived.

式(3)より、Etanφ/2>D、すなわち、
E/2>D/tanφ・・・(5)
となる。
From Equation (3), Etanφ / 2> D, that is,
E / 2> D / tanφ (5)
It becomes.

上記の式(5)の両辺に−1をかけると不等号が逆になるので−E/2<−D/tanφとなり、さらに両辺にEを加えるとE−E/2<E−D/tanφとなり、さらにDで割るとE/2D<(E−D/tanφ)/Dとなる。tanは単調増加関数であるためarctanも単調増加関数なので、arctan(E/2D)<arctan((E−D/tanφ)/D)となる。   If -1 is applied to both sides of the above equation (5), the inequality sign is reversed so that -E / 2 <-D / tanφ, and if E is added to both sides, EE / 2 <ED / tanφ is obtained. Further, when divided by D, E / 2D <(ED / tanφ) / D. Since tan is a monotonically increasing function, arctan is also a monotonically increasing function, so arctan (E / 2D) <arctan ((ED / tanφ) / D).

また、式(2)より、
arctan(E/2D)<θ・・・(6)
とする。
Also, from equation (2)
arctan (E / 2D) <θ 1 (6)
And

式(5)より、E/2D>1/tanφ、1/tanφ=tan(90−φ)なので、E/2D>tan(90−φ)となる。これと、式(6)より、arctan(tan(90−φ))<arctan(E/2D)<θとなる。従って、90−φ<arctan(E/2D)<θとなり、上記の式(4)が導出される。 From Equation (5), E / 2D> 1 / tanφ and 1 / tanφ = tan (90−φ), so that E / 2D> tan (90−φ). This results in the equation (6), arctan (tan ( 90-φ)) <arctan (E / 2D) < a theta 1. Therefore, 90−φ <arctan (E / 2D) <θ 1 is established , and the above equation (4) is derived.

<実施例4(逆テーパトレンチ)>
図20は、トレンチの側壁(側面)の角度が炭化珪素半導体基板1の表面に対して鈍角(90°以上)の場合における断面図を示している。図20に示すように、トレンチ43は、逆テーパの形状となっている。すなわち、トレンチ43の形状は、トレンチ43の対向する側面間の距離が、ソース領域4からドリフト層2の方向に向かって徐々に長くなる逆テーパである。なお、図20では簡単のため、酸化珪素層30、ソース領域4とウェル領域3、トレンチ43、イオンビーム50のみを図示している。
<Example 4 (reverse taper trench)>
FIG. 20 shows a cross-sectional view when the angle of the sidewall (side surface) of the trench is an obtuse angle (90 ° or more) with respect to the surface of silicon carbide semiconductor substrate 1. As shown in FIG. 20, the trench 43 has a reverse taper shape. That is, the shape of the trench 43 is a reverse taper in which the distance between the opposing side surfaces of the trench 43 gradually increases from the source region 4 toward the drift layer 2. In FIG. 20, only the silicon oxide layer 30, the source region 4 and the well region 3, the trench 43, and the ion beam 50 are illustrated for simplicity.

図20において、n型不純物の斜めイオン注入は、次のように行う。トレンチ43の開口幅Fと、酸化珪素層30、ソース領域4、およびウェル領域3の厚さの和Dと、トレンチ43の側壁と炭化珪素基板1の表面とのなす角ψとに基づいて、イオン注入角θを下記の式(7)にて算出し決定し、炭化珪素半導体基板1をイオン注入角θまで傾ける。 In FIG. 20, oblique ion implantation of n-type impurities is performed as follows. Based on the opening width F of the trench 43, the sum D of the thicknesses of the silicon oxide layer 30, the source region 4 and the well region 3, and the angle ψ formed by the sidewall of the trench 43 and the surface of the silicon carbide substrate 1, Ion implantation angle θ 2 is calculated and determined by the following equation (7), and silicon carbide semiconductor substrate 1 is tilted to ion implantation angle θ 2 .

θ=arctan((F+Dtan(ψ−90))/D)・・・(7)
上記より、n型不純物を注入角θでイオン注入することによって、ウェル領域3内にのみチャネル層6を形成することができる。
θ 2 = arctan ((F + Dtan (ψ−90)) / D) (7)
As described above, the channel layer 6 can be formed only in the well region 3 by ion-implanting n-type impurities at the implantation angle θ 2 .

以上のことから、本変形例4によれば、上記の実施の形態1と同じ効果に加えて、トレンチ43が逆テーパを構成しているため、ソース領域4とウェルコンタクト部5との面積の和を大きく形成できるという効果がある。具体的には、同一面積のMOSFETセル中のソース領域4とウェルコンタクト部5との面積の和を、上記の実施の形態1や変形例3よりも大きくすることができるため、ソース電極10との接触面積が増加してコンタクト抵抗を低減するという効果が得られる。   From the above, according to the fourth modification, in addition to the same effect as in the first embodiment, the trench 43 has an inverse taper, so that the area of the source region 4 and the well contact portion 5 is reduced. There is an effect that a large sum can be formed. Specifically, since the sum of the areas of the source region 4 and the well contact portion 5 in the MOSFET cell having the same area can be made larger than that in the first embodiment and the third modification, the source electrode 10 and The contact area is increased and the contact resistance is reduced.

<変形例5(トレンチ平面形状)>
上記の実施の形態1では、トレンチ40に囲まれたMOSFETセルの平面形状は正方形または長方形の形状として説明したが(図14参照)、MOSFETセルの平面形状は長方形や正方形に限定されない。
<Modification 5 (trench planar shape)>
In the first embodiment, the planar shape of the MOSFET cell surrounded by the trench 40 has been described as a square or rectangular shape (see FIG. 14), but the planar shape of the MOSFET cell is not limited to a rectangular shape or a square shape.

図21は、トレンチ40(ゲート電極8)に囲まれたMOSFETセルの平面形状が六角形である場合におけるMOSFETの平面図を示している。図21に示すように、1つのMOSFETセル81は、図21に点線で示されている。なお、図21では、下部の構造を明瞭に図示するために、炭化珪素半導体基板1、層間絶縁膜9、ソース電極10、およびドレイン電極20は図示していない。また、図21に示すB−B線上の断面図は、図15に相当する。   FIG. 21 shows a plan view of the MOSFET when the planar shape of the MOSFET cell surrounded by the trench 40 (gate electrode 8) is a hexagon. As shown in FIG. 21, one MOSFET cell 81 is indicated by a dotted line in FIG. In FIG. 21, silicon carbide semiconductor substrate 1, interlayer insulating film 9, source electrode 10, and drain electrode 20 are not shown in order to clearly show the lower structure. Further, the cross-sectional view along the line BB shown in FIG. 21 corresponds to FIG.

図21に示すように、チャネル層6は、六角形の6つの各辺に存在する。従って、チャネル層6を形成するために行う斜めイオン注入は、六角形の6つの辺それぞれに対して行わなければならない。具体的には、図21の実線矢印で示すように、六角形の上辺(図21の紙面上側の辺)に対してイオンビーム54によるイオン注入を行った後、炭化珪素半導体基板1を60°回転させ、六角形の右上辺に対してイオンビーム55によるイオン注入を行う。以後同様に、炭化珪素半導体基板1をそれぞれ60°ずつ回転させ、右下辺に対してイオンビーム56によるイオン注入、下辺に対してイオンビーム57によるイオン注入、左下辺に対してイオンビーム58によるイオン注入、左上辺に対してイオンビーム59によるイオン注入を行う。これら6回のイオン注入でチャネル層6が六角形の6辺全てに形成される。なお、チャネル層6を形成するために行うイオン注入時には、図21に示すゲート絶縁膜7およびゲート電極8は存在しない。   As shown in FIG. 21, the channel layer 6 exists on each of the six sides of the hexagon. Therefore, the oblique ion implantation performed to form the channel layer 6 must be performed on each of the six sides of the hexagon. Specifically, as shown by a solid arrow in FIG. 21, after ion implantation is performed with an ion beam 54 on the upper side of the hexagon (the upper side of the drawing in FIG. 21), the silicon carbide semiconductor substrate 1 is moved to 60 °. The ion beam 55 is ion-implanted with respect to the upper right side of the hexagon. Thereafter, similarly, each of the silicon carbide semiconductor substrates 1 is rotated by 60 ° to perform ion implantation with the ion beam 56 for the lower right side, ion implantation with the ion beam 57 for the lower side, and ions with the ion beam 58 for the lower left side. Implantation and ion implantation with the ion beam 59 are performed on the upper left side. The channel layer 6 is formed on all six sides of the hexagon by these six ion implantations. Note that the gate insulating film 7 and the gate electrode 8 shown in FIG. 21 do not exist at the time of ion implantation performed to form the channel layer 6.

上記のように、MOSFETセルの平面形状には制限がなく、長方形(正方形)、六角形に限らず任意の形状のMOSFETセルを形成することができる。MOSFETセルを形成する各辺に対して斜めイオン注入を行えばチャネル層6が形成される。   As described above, the planar shape of the MOSFET cell is not limited, and a MOSFET cell having an arbitrary shape can be formed, not limited to a rectangle (square) or a hexagon. If oblique ion implantation is performed on each side forming the MOSFET cell, the channel layer 6 is formed.

以上のことから、本変形例5によれば、上記の実施の形態1と同じ効果に加えて、チャネル層6を任意の結晶面に一致させることができる。具体的には、例えば4Hのポリタイプの炭化珪素は六方晶構造であり、6回対称の結晶であるため、MOSFETセルの平面形状を正六角形にすれば、六辺全てに形成されるチャネル層6を、例えば界面準位の少ない(11−20)面(正確には(1、1、2バー、0)面と呼ぶ面で、これと物理的に等価な面、すなわち(−12−10),(−2110),(2−1−10),(−1−120),(1−210))に一致させることができ、MOSFETの移動度をさらに向上させることができる。また、チャネル層6を結晶欠陥の面密度が少ない結晶面、例えば(1−100)面(あるいはこれと等価な面、すなわち(10−10),(01−10),(−1100),(−1010),(0−110))に一致させることによって歩留まりを向上させることもできる。   From the above, according to the fifth modification, in addition to the same effects as in the first embodiment, the channel layer 6 can be made to coincide with an arbitrary crystal plane. Specifically, for example, 4H polytype silicon carbide has a hexagonal crystal structure and a 6-fold symmetric crystal. Therefore, if the planar shape of the MOSFET cell is a regular hexagon, the channel layer is formed on all six sides. 6 is, for example, a (11-20) plane with less interface states (more precisely, a (1, 1, 2 bar, 0) plane, which is a physically equivalent plane, ie, (-12-10). ), (-2110), (2-1-10), (-1-120), (1-210)), and the mobility of the MOSFET can be further improved. Further, the channel layer 6 is formed on a crystal plane having a low surface density of crystal defects, for example, a (1-100) plane (or a plane equivalent thereto, that is, (10-10), (01-10), (-1100), ( −1010) and (0-110)), the yield can be improved.

<変形例6(トレンチ底面注入回避)>
上記の実施の形態1では、トレンチ40の平面形状は正方形(長方形でも同じ)であり、トレンチ40の底面部にはn型不純物が注入されていた。しかし、MOSFETセルの平面形状に対するイオン注入方向を選択すれば(図14参照)、トレンチ40の底面部にn型不純物が注入されないようにすることができる。
<Modification 6 (Avoiding Trench Bottom Injection)>
In the first embodiment, the planar shape of the trench 40 is a square (the same applies to a rectangle), and an n-type impurity is implanted into the bottom surface of the trench 40. However, if the ion implantation direction with respect to the planar shape of the MOSFET cell is selected (see FIG. 14), it is possible to prevent the n-type impurity from being implanted into the bottom surface of the trench 40.

図14に示すように、図中の点線矢印50a、51a、52a、53aの方向からn型不純物のイオンを注入すれば、トレンチ40の底面部にn型不純物が注入されない。このとき、トレンチ40の側壁が垂直である場合のイオン注入角θは、上記の式(1)において、Cの代わりにSQRT(2)Cを代入すれば求められる。ここで、SQRT(2)とは、2の平方根を示している。同様に、トレンチ40の側壁が順テーパ(トレンチ40の形状が順テーパ)である場合は、上記の式(2)において、Eの代わりにSQRT(2)Eを代入すればよい。また、トレンチ40側壁が逆テーパ(トレンチ40の形状が逆テーパ)の場合は、上記の式(7)において、Fの代わりにSQRT(2)Fを代入すればよい。   As shown in FIG. 14, if n-type impurity ions are implanted from the direction of dotted arrows 50 a, 51 a, 52 a, and 53 a in the figure, the n-type impurity is not implanted into the bottom surface of the trench 40. At this time, the ion implantation angle θ when the side wall of the trench 40 is vertical can be obtained by substituting SQRT (2) C in place of C in the above equation (1). Here, SQRT (2) indicates the square root of 2. Similarly, when the sidewall of the trench 40 is forward tapered (the shape of the trench 40 is forward tapered), SQRT (2) E may be substituted for E in the above equation (2). Further, when the sidewall of the trench 40 is reversely tapered (the shape of the trench 40 is reversely tapered), SQRT (2) F may be substituted for F in the above equation (7).

一般的に、斜めイオン注入を行う際のMOSFETセルの平面に対するイオン注入方向が、トレンチ40の長手方向、すなわちトレンチ40の幅方向に対して垂直な方向(トレンチ40の側面が延在する方向)とは平行にならない方向であれば、トレンチ40の底面部にn型不純物は注入されない。なぜなら、通常のMOSFETセル80,81のサイズは10μm程度であるのに対し、トレンチ40の幅は1〜1.5μmと狭いためである。図21の六角形のMOSFETセルに対して矢印55〜59の方向からイオン注入を行う場合は、トレンチ底部にn型不純物は注入されない。   Generally, the ion implantation direction with respect to the plane of the MOSFET cell when performing oblique ion implantation is a direction perpendicular to the longitudinal direction of the trench 40, that is, the width direction of the trench 40 (direction in which the side surface of the trench 40 extends). If the direction is not parallel to the n-type impurity, no n-type impurity is implanted into the bottom surface of the trench 40. This is because the size of the normal MOSFET cells 80 and 81 is about 10 μm, whereas the width of the trench 40 is as narrow as 1 to 1.5 μm. When ion implantation is performed on the hexagonal MOSFET cell of FIG. 21 from the directions of arrows 55 to 59, n-type impurities are not implanted into the bottom of the trench.

以上のことから、本変形例6によれば、上記の実施の形態1と同じ効果に加えて、トレンチ40の底面にn型不純物が注入されない。従って、トレンチ40の底面に補償用のp型不純物を導入しておく必要がなく工程数を削減することができる。トレンチ40の底面にp型のボトムウェル31が別途設けられている場合は(図16参照)、補償用のp型不純物分の濃度を高める必要がなく、p型のボトムウェル31形成のために要するイオン注入時間が短縮される。なお、上記の変形例3,4でも本変形例4と同じ効果が得られる。   From the above, according to the sixth modification, in addition to the same effect as in the first embodiment, the n-type impurity is not implanted into the bottom surface of the trench 40. Therefore, it is not necessary to introduce a p-type impurity for compensation into the bottom surface of the trench 40, and the number of processes can be reduced. When the p-type bottom well 31 is separately provided on the bottom surface of the trench 40 (see FIG. 16), there is no need to increase the concentration of the p-type impurity for compensation, and the p-type bottom well 31 is formed. The required ion implantation time is shortened. The same effects as those of the fourth modification can be obtained in the third and fourth modifications.

<変形例7(チャネリング回避)>
上述の通り、トレンチの形状やそのテーパ角は、自由に選択することができる。すなわち、トレンチの側壁の結晶面は任意の結晶面を選ぶことができ、トレンチの開口幅と、ウェル領域の底面までの深さとに基づいて、上記の式(1),(2),(5)にてイオン注入角θ,θ,あるいはθを決定していた。トレンチの側壁の結晶面に対するイオン注入角が特定の値になると、注入されたn型不純物のイオンがチャネリングを起こし、設定された値より深く注入される現象が生じる。以下、一例として、垂直トレンチのチャネリングについて説明する。
<Modification 7 (channeling avoidance)>
As described above, the shape of the trench and its taper angle can be freely selected. That is, an arbitrary crystal plane can be selected as the crystal plane of the sidewall of the trench, and the above formulas (1), (2), (5) are selected based on the opening width of the trench and the depth to the bottom surface of the well region. ) To determine the ion implantation angle θ, θ 1 , or θ 2 . When the ion implantation angle with respect to the crystal face of the sidewall of the trench reaches a specific value, a phenomenon occurs in which the implanted n-type impurity ions cause channeling and are implanted deeper than the set value. Hereinafter, channeling of a vertical trench will be described as an example.

図5において、トレンチ40の側壁として(1−100)面(あるいはこれと等価な面)を選択し、トレンチ40の開口幅Cが1.0μm、酸化珪素層30、ソース領域4、およびウェル領域3の厚さの和Dが1.4μmである場合、イオン注入角は約35.54°(正確にはDが1.41μmのとき35.26°)となり、n型不純物をイオン注入するとチャネリングを起こす。このように、選択した結晶面とイオン注入角によってチャネリングが起こる場合、開口幅Cや、ソース領域4およびウェル領域3の厚さの和(Dに関係する値)の値を変更すればチャネリングを起こさないイオン注入角を決定することができることは言うまでもないが、酸化珪素層30の膜厚を変えることの方がより好ましい。開口幅Cや、ソース領域4およびウェル領域3の厚さは、MOSFETの性能に関係するため自由に変更できないからである。一方、酸化珪素層30の膜厚は、トレンチ40の開口と斜めイオン注入工程のみに関係しているため、酸化珪素層30の膜厚を変えた方がより自由度が高い。上記の例では、酸化珪素層30の膜厚を、酸化珪素層30、ソース領域4、およびウェル領域3の厚さの和Dが1.25μmまたは1.60μmになるよう変更すると、イオン注入角θが38.66°または32.01°になりチャネリングを回避することができる。一般的に、酸化珪素層30、ソース領域4、およびウェル領域3の厚さの和Dを1割変更すると、イオン注入角θ(またはθ、θ)が約3°変わり、チャネリングを回避するのに充分な角度になる。すなわち、イオン注入角は、トレンチの側面に対してチャネリングが生じる角度より3°以上異なるようにすれば、チャネリングを回避することができる。 In FIG. 5, the (1-100) plane (or an equivalent plane) is selected as the sidewall of the trench 40, the opening width C of the trench 40 is 1.0 μm, the silicon oxide layer 30, the source region 4, and the well region. When the sum D of the thicknesses of 3 is 1.4 μm, the ion implantation angle is about 35.54 ° (more precisely, 35.26 ° when D is 1.41 μm). Wake up. Thus, when channeling occurs depending on the selected crystal plane and ion implantation angle, channeling can be performed by changing the value of the opening width C and the sum of the thicknesses of the source region 4 and the well region 3 (values related to D). It goes without saying that the ion implantation angle that does not occur can be determined, but it is more preferable to change the thickness of the silicon oxide layer 30. This is because the opening width C and the thicknesses of the source region 4 and well region 3 are related to the performance of the MOSFET and cannot be freely changed. On the other hand, since the film thickness of the silicon oxide layer 30 is related only to the opening of the trench 40 and the oblique ion implantation process, it is more flexible to change the film thickness of the silicon oxide layer 30. In the above example, when the thickness of the silicon oxide layer 30 is changed so that the sum D of the thicknesses of the silicon oxide layer 30, the source region 4, and the well region 3 becomes 1.25 μm or 1.60 μm, θ becomes 38.66 ° or 32.01 °, and channeling can be avoided. Generally, when the sum D of the thicknesses of the silicon oxide layer 30, the source region 4, and the well region 3 is changed by 10%, the ion implantation angle θ (or θ 1 , θ 2 ) changes by about 3 °, and channeling is avoided. Enough angle to do. That is, channeling can be avoided if the ion implantation angle is different by 3 ° or more from the angle at which channeling occurs with respect to the side surface of the trench.

以下、チャネリングを起こすイオン注入角(35.26°)について、図27,28を用いて説明する。   The ion implantation angle (35.26 °) that causes channeling will be described below with reference to FIGS.

図27は、六方晶の結晶を上から見た平面図である。図27では、Si原子のみを示しており、C原子は図示を省略している。また、Si原子は配置を分かりやすくするために大きく表示している。また、1層目の原子は白抜きの円で示し、2層目の原子はハッチングを施した円で示している。なお、3層目の原子は、1層目の原子の真上に位置するため図示を省略している。   FIG. 27 is a plan view of a hexagonal crystal as viewed from above. In FIG. 27, only Si atoms are shown, and C atoms are not shown. Si atoms are shown in large size for easy understanding of the arrangement. The atoms in the first layer are indicated by white circles, and the atoms in the second layer are indicated by hatched circles. The third layer atom is not shown because it is located immediately above the first layer atom.

図27に示すように、破線矢印a1,a2,a3は、単位格子ベクトルを示している。また、実線矢印は、1層目の原子1の中心と2層目の原子2の中心とを結ぶ線である。実線矢印の方向を平面へ投影した方向に対して垂直な線(平面内に含まれる)が太い破線となる。この破線を含み、かつ、この平面に垂直な面の結晶面が(10−10)面である。この面から実線矢印の逆方向へイオン注入するとチャネリングを起こす。   As shown in FIG. 27, broken line arrows a1, a2, and a3 indicate unit cell vectors. The solid line arrow is a line connecting the center of the first layer atom 1 and the center of the second layer atom 2. A line perpendicular to the direction in which the direction of the solid arrow is projected onto the plane (included in the plane) is a thick broken line. The crystal plane including the broken line and perpendicular to the plane is the (10-10) plane. Channeling occurs when ions are implanted from this plane in the direction opposite the solid arrow.

図28は、図27の1層目の原子1と2層目の原子2との垂直方向の配置を示す図である。図28に示す実線矢印は、図27に示す実線矢印に対応している。また、図28の破線は、図27の太い破線に対応している。また、破線を含み、かつ紙面に対して垂直な面(図28の破線)は(10−10)面を示している。   FIG. 28 is a diagram showing a vertical arrangement of atom 1 in the first layer and atom 2 in the second layer in FIG. The solid arrow shown in FIG. 28 corresponds to the solid arrow shown in FIG. Further, the broken line in FIG. 28 corresponds to the thick broken line in FIG. A plane that includes a broken line and is perpendicular to the plane of the drawing (broken line in FIG. 28) indicates a (10-10) plane.

図28において、1層目の原子1の中心と2層目の原子2の中心とを結ぶ線(実線矢印)が平面となす角θ(チャネリングを起こす角度)は、θ=54.74°(=arccos(1/SQRT(3))、ここでY=a/SQRT(3)、原子間距離をaとする。また、原子2の中心の座標は(a/2,SQRT(3)a/6)、原子1の中心=原点、紙面右方向をx、紙面上方向をyとする)となる。従って、イオン注入角は90−θとなるので、イオン注入角=35.26°である。 In FIG. 28, an angle θ 3 (an angle causing channeling) formed by a line (solid arrow) connecting the center of atom 1 of the first layer and the center of atom 2 of the second layer is θ 3 = 54.74. ° (= arccos (1 / SQRT (3)), where Y = a / SQRT (3), and the interatomic distance is a, and the coordinates of the center of atom 2 are (a / 2, SQRT (3) a / 6), the center of atom 1 = the origin, x on the right side of the page and y on the top of the page). Therefore, since the ion implantation angle is 90−θ 3 , the ion implantation angle = 35.26 °.

以上のことから、本変形例7によれば、上記の実施の形態1と同じ効果に加えて、n型不純物のイオン注入におけるチャネリングを容易に回避することができる。また、上記の変形例3〜6についても同様である。
From the above, according to the present modified example 7, in addition to the same effect as in the first embodiment, channeling in ion implantation of n-type impurities can be easily avoided. The same applies to Modifications 3 to 6 described above.

<変形例8(トレンチ形成マスク形状)>
上記の実施の形態1では、トレンチ40〜43をエッチングするため、また斜めイオン注入のためのマスクとして、酸化珪素層30を使用していた。酸化珪素層30は、その断面形状がトレンチ40〜43のテーパ角と同じテーパ角を持って形成されていた。斜めイオン注入の場合、イオンビームの方向から見ると酸化珪素層30のエッジ部の膜厚は薄くなっており、エッジ部はイオンのトレンチ40の側壁への注入を充分阻止できない。すなわち、酸化珪素層30のエッジ部を考慮してイオン注入角θ(またはθ、θ)を決定しても、ウェル領域3の下側の50nm程度の領域のチャネル層6(チャネル層6における、ドリフト層2とウェル領域3との界面からウェル領域3側へ50nm程度の領域)では、イオン注入量が少なくなってしまう。
<Modification 8 (Trench Formation Mask Shape)>
In the first embodiment, the silicon oxide layer 30 is used for etching the trenches 40 to 43 and as a mask for oblique ion implantation. The silicon oxide layer 30 was formed so that its cross-sectional shape had the same taper angle as that of the trenches 40 to 43. In the case of oblique ion implantation, when viewed from the direction of the ion beam, the film thickness of the edge portion of the silicon oxide layer 30 is thin, and the edge portion cannot sufficiently block the implantation of ions into the sidewall of the trench 40. That is, even if the ion implantation angle θ (or θ 1 , θ 2 ) is determined in consideration of the edge portion of the silicon oxide layer 30, the channel layer 6 (channel layer 6) in the region of about 50 nm below the well region 3. In this case, in the region of about 50 nm from the interface between the drift layer 2 and the well region 3 to the well region 3 side, the amount of ion implantation is reduced.

図22は、イオン注入時における炭化珪素半導体装置の断面図であり、図5に相当する。図22に示すように、エッジ部を除去した酸化珪素層32が形成されている。すなわち、酸化珪素層32の膜厚は、開口部側の方が開口部側ではない側よりも小さい。このように、酸化珪素層32のエッジ部の薄いところを除去することにより、ウェル領域3の下側まで均一な濃度でチャネル層6を形成することができる。   FIG. 22 is a cross-sectional view of the silicon carbide semiconductor device during ion implantation, and corresponds to FIG. As shown in FIG. 22, the silicon oxide layer 32 from which the edge portion has been removed is formed. That is, the thickness of the silicon oxide layer 32 is smaller on the opening side than on the non-opening side. Thus, by removing the thin portion of the edge portion of the silicon oxide layer 32, the channel layer 6 can be formed at a uniform concentration up to the lower side of the well region 3.

エッジ部を除去した酸化珪素膜32は、RIEによるエッチングの際、エッチングガスの混合比を変えることによって形成される。具体的には、エッチングガスの三フッ化メタン(CHF)およびOにおいて、Oの流量を増加させることで酸化珪素膜32のエッジ部が除去される。なお、エッチングガスは、CHFとOに限らず、四フッ化炭素(CF)およびOでもよい。エッジ部を除去した酸化珪素膜32の形状も考慮してイオン注入50の角度を決定する。 The silicon oxide film 32 from which the edge portion has been removed is formed by changing the mixing ratio of the etching gas during etching by RIE. Specifically, in the etching gases trifluoromethane (CHF 3 ) and O 2 , the edge portion of the silicon oxide film 32 is removed by increasing the flow rate of O 2 . The etching gas is not limited to CHF 3 and O 2 , and may be carbon tetrafluoride (CF 4 ) and O 2 . The angle of the ion implantation 50 is determined in consideration of the shape of the silicon oxide film 32 from which the edge portion has been removed.

以上のことから、本変形例8によれば、酸化珪素層32のエッジ部を除去したため、上記の実施の形態1と同じ効果に加えて、より均一な濃度でチャネル層6が形成でき、MOSFETの特性のバラツキをさらに抑制することができる。     From the above, according to the present modification 8, since the edge portion of the silicon oxide layer 32 is removed, the channel layer 6 can be formed with a more uniform concentration in addition to the same effect as in the first embodiment, and the MOSFET The variation in characteristics can be further suppressed.

<実施の形態2>
実施の形態1では、斜めイオン注入法によりウェル領域にのみチャネル層を形成したが、ウェル領域にのみチャネル層を形成する方法は斜めイオン注入法に限らない。
<Embodiment 2>
In Embodiment 1, the channel layer is formed only in the well region by the oblique ion implantation method, but the method of forming the channel layer only in the well region is not limited to the oblique ion implantation method.

図23〜26は、本発明の実施の形態2による半導体装置であるトレンチゲート型MOSFETの製造方法を示す工程別断面図である。本実施の形態2によるMOSFETは、実施の形態1によるMOSFETと同様に、炭化珪素半導体装置である。なお、本実施の形態2によるMOSFETにおいて、実施の形態1によるMOSFETと同一の構成については、同一の参照符を付して共通する説明を省略する。   23 to 26 are cross-sectional views by process showing a method of manufacturing a trench gate type MOSFET which is a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The MOSFET according to the second embodiment is a silicon carbide semiconductor device, like the MOSFET according to the first embodiment. Note that, in the MOSFET according to the second embodiment, the same components as those of the MOSFET according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.

本実施の形態2によるMOSFETの製造方法について、トレンチ40の形成が終了した段階までは実施の形態1によるMOSFETの製造方法と同一の工程(図2〜4)で製造する。   About the manufacturing method of MOSFET by this Embodiment 2, it manufactures by the process (FIGS. 2-4) same as the manufacturing method of MOSFET by Embodiment 1 until the stage which the formation of the trench 40 is complete | finished.

次に、図23に示すように、レジスト70を全面に形成する。レジスト70はトレンチ40を完全に埋め、かつ表面が平坦になるように厚く形成される。   Next, as shown in FIG. 23, a resist 70 is formed on the entire surface. The resist 70 is formed thick so as to completely fill the trench 40 and to have a flat surface.

次に、図24に示すように、レジスト70をエッチングして、トレンチ40の底部にのみ残すようにする。レジスト71は、OをエッチングガスとするRIE法によってレジスト70を異方性エッチングすることによって得られる。レジスト71の厚さは、レジスト71の最表面がウェル領域3の最下面と一致するように形成される。すなわち、レジスト71は、トレンチ40の底面上に、上面がドリフト層2とウェル領域3との境界面と面一になるように形成される。 Next, as shown in FIG. 24, the resist 70 is etched so that it remains only at the bottom of the trench 40. The resist 71 is obtained by anisotropically etching the resist 70 by the RIE method using O 2 as an etching gas. The thickness of the resist 71 is formed so that the outermost surface of the resist 71 coincides with the lowermost surface of the well region 3. That is, the resist 71 is formed on the bottom surface of the trench 40 so that the top surface is flush with the boundary surface between the drift layer 2 and the well region 3.

次に、図25に示すように、窒素を含むガスによりプラズマ処理を行う。プラズマ処理は、温度100〜200℃、圧力50〜400Pa、RF(Radio Frequency)周波数13.56MHz、RFパワー2〜20W/cm、N2ガス流量500〜1000sccm、処理時間10〜60分の範囲内で選択して行う。このプラズマ処理により窒素原子がトレンチ40の側壁部に導入され、チャネル層61となる。その際、トレンチ40の底部にはレジスト71が形成されているため、窒素はドリフト層2に導入されない。 Next, as shown in FIG. 25, plasma treatment is performed with a gas containing nitrogen. Plasma treatment is performed at a temperature of 100 to 200 ° C., a pressure of 50 to 400 Pa, an RF (Radio Frequency) frequency of 13.56 MHz, an RF power of 2 to 20 W / cm 2 , an N 2 gas flow rate of 500 to 1000 sccm, and a treatment time of 10 to 60 minutes. Select with. By this plasma treatment, nitrogen atoms are introduced into the side walls of the trench 40 to form the channel layer 61. At this time, since the resist 71 is formed at the bottom of the trench 40, nitrogen is not introduced into the drift layer 2.

次に、図26に示すように、プラズマ処理後、レジスト71を除去する。   Next, as shown in FIG. 26, after the plasma processing, the resist 71 is removed.

以後、実施の形態1と同じ工程(図6〜13)でMOSFETを作成する。   Thereafter, a MOSFET is formed by the same process (FIGS. 6 to 13) as in the first embodiment.

上記より、チャネル層61の形成は、プラズマ処理により行っている。プラズマ処理では、窒素はイオン注入法ほど深く導入されない。本実施の形態2において、例えば,温度100℃、圧力200Pa、RFパワー10W/cm、N2ガス流量500sccm、処理時間30分の条件でプラズマ処理を行ったところ、得られたチャネル層61の厚さは10nm、n型不純物濃度は2×1016cm-3の均一なn型不純物濃度のチャネル層が得られた。チャネル層61の厚さは、イオン注入法による厚さに比べて薄いものの、MOSFETの移動度は向上し、オン抵抗は低減した。なお、導入するガスはN2ガスに限らない。アンモニア(NH3)ガスなど、窒素を含み、かつレジスト71を浸食しないガスであれば同様の効果を奏する。 From the above, the channel layer 61 is formed by plasma treatment. In plasma treatment, nitrogen is not introduced as deeply as ion implantation. In the second embodiment, for example, when the plasma treatment is performed under the conditions of a temperature of 100 ° C., a pressure of 200 Pa, an RF power of 10 W / cm 2 , an N 2 gas flow rate of 500 sccm, and a treatment time of 30 minutes, the thickness of the obtained channel layer 61 is obtained. A channel layer having a uniform n-type impurity concentration of 10 nm and an n-type impurity concentration of 2 × 10 16 cm −3 was obtained. Although the thickness of the channel layer 61 is thinner than the thickness by the ion implantation method, the mobility of the MOSFET is improved and the on-resistance is reduced. The gas to be introduced is not limited to N 2 gas. The same effect can be obtained if the gas contains nitrogen and does not erode the resist 71, such as ammonia (NH3) gas.

以上のことから、本実施の形態2によれば、プラズマ処理によりウェル領域3にのみチャネル層6を形成しているため、オン抵抗を低減し、オフ耐圧が高く、また寄生容量が小さいので高速のスイッチング動作が可能なMOSFETが、イオン注入より簡便なプロセスにより形成できる。また、チャネル層6のn型不純物濃度が均一であるため、MOSFETの特性のバラツキを小さくすることができる。   From the above, according to the second embodiment, since the channel layer 6 is formed only in the well region 3 by plasma processing, the on-resistance is reduced, the off-breakdown voltage is high, and the parasitic capacitance is small, so that high speed is achieved. MOSFETs capable of switching operations can be formed by a simpler process than ion implantation. In addition, since the n-type impurity concentration of the channel layer 6 is uniform, variation in MOSFET characteristics can be reduced.

なお、本発明の実施の形態では、半導体素子が縦型MOSFETである場合を開示しているが、例えば、図1、図17、図16または図18に示す炭化珪素(SiC)半導体基板1の導電型を第2導電型(p型)にした、IGBTのセル領域を有する半導体素子を構成しても上述と同様の効果を奏する。従って、本発明の効力が及ぶ範囲は、MOSFETあるいはIGBT等のMOS構造を有するスイッチング素子としての半導体素子である。   In the embodiment of the present invention, the case where the semiconductor element is a vertical MOSFET is disclosed. For example, the silicon carbide (SiC) semiconductor substrate 1 shown in FIG. 1, FIG. 17, FIG. Even if a semiconductor element having an IGBT cell region with a conductivity type of the second conductivity type (p-type) is configured, the same effect as described above can be obtained. Therefore, the scope of the present invention is a semiconductor element as a switching element having a MOS structure such as MOSFET or IGBT.

また、上記では、第1導電型をn型、第2導電型をp型としているが、第1導電型をp型、第2導電型をn型としてもよい。また、本発明の実施の形態において示される角度の単位は度(°)である。   In the above description, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. The unit of the angle shown in the embodiment of the present invention is degree (°).

また、本発明の実施の形態では、半導体として炭化珪素を使用したが、半導体としては炭化珪素に限定されない。炭化珪素以外では、例えば窒化ガリウム(GaN)を使用することができる。窒化ガリウムを使用する場合は、チャネル部にn型の不純物としてシリコン(Si)を導入すればよい。   In the embodiment of the present invention, silicon carbide is used as a semiconductor, but the semiconductor is not limited to silicon carbide. Other than silicon carbide, for example, gallium nitride (GaN) can be used. When gallium nitride is used, silicon (Si) may be introduced into the channel portion as an n-type impurity.

また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   Further, within the scope of the invention, the present invention can be freely combined with each other, or can be appropriately modified or omitted.

この発明は、例えばインバータのような電力変換器に適用して好適である。   The present invention is suitable for application to a power converter such as an inverter.

1 炭化珪素半導体基板、2 ドリフト層、3 ウェル領域、4 ソース領域、5 ウェルコンタクト部、6 チャネル層、7 ゲート絶縁膜、8,8a ゲート電極、9 層間絶縁膜、10 ソース電極、20 ドレイン電極、30 酸化珪素層、31 ボトムウェル、32 酸化珪素層、40〜43 トレンチ、50〜59 イオンビーム、50a〜53a イオンビーム、61 チャネル層、70,71 レジスト、80,81 MOSFETセル。   1 Silicon carbide semiconductor substrate, 2 drift layer, 3 well region, 4 source region, 5 well contact portion, 6 channel layer, 7 gate insulating film, 8, 8a gate electrode, 9 interlayer insulating film, 10 source electrode, 20 drain electrode , 30 silicon oxide layer, 31 bottom well, 32 silicon oxide layer, 40-43 trench, 50-59 ion beam, 50a-53a ion beam, 61 channel layer, 70, 71 resist, 80, 81 MOSFET cell.

Claims (16)

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表面部に形成された第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表面部に形成された第1導電型のソース領域と、
前記ウェル領域の表面部であって前記ソース領域とは異なる領域に形成された第2導電型のウェルコンタクト領域と、
前記ソース領域の所定の領域に、少なくとも底面が前記ドリフト層で露出されるように形成されたトレンチと、
前記ウェル領域であって前記トレンチの側面に沿って形成された第1導電型のチャネル層と、
前記トレンチの前記底面および側面を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上であって前記トレンチを充填するように形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、および一部の前記ソース領域を覆うように形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜と、当該層間絶縁膜に覆われていない前記ウェルコンタクト領域および前記ソース領域とを覆うように形成されたソース電極と、
前記半導体基板の前記ドリフト層が形成された側とは反対側に形成されたドレイン電極と、
を備え、
前記チャネル層は前記ドリフト層と前記ソース領域との間にのみ形成され、当該チャネル層の前記第1導電型の不純物濃度は全体的に均一であることを特徴とする、半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first conductivity type drift layer formed on the semiconductor substrate;
A second conductivity type well region formed on the surface of the drift layer;
A first conductivity type source region formed on the surface of the well region;
A well contact region of a second conductivity type formed in a surface portion of the well region and a region different from the source region;
A trench formed in a predetermined region of the source region so that at least a bottom surface is exposed by the drift layer;
A channel layer of a first conductivity type formed along the side surface of the trench in the well region;
A gate insulating film formed to cover the bottom and side surfaces of the trench;
A gate electrode formed on the gate insulating film so as to fill the trench;
An interlayer insulating film formed to cover the gate electrode, the gate insulating film, and a part of the source region;
A source electrode formed to cover the interlayer insulating film and the well contact region and the source region that are not covered by the interlayer insulating film;
A drain electrode formed on the opposite side of the semiconductor substrate from which the drift layer is formed;
With
The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel layer is formed only between the drift layer and the source region, and the impurity concentration of the first conductivity type of the channel layer is uniform overall.
前記チャネル層は、前記トレンチの側面に対して斜め方向から前記ウェル層にイオン注入することによって形成されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel layer is formed by ion implantation into the well layer from an oblique direction with respect to a side surface of the trench. 前記トレンチの形状は、U字型であることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the shape of the trench is U-shaped. 前記ゲート電極は、第2導電型の多結晶珪素を含むことを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode includes second conductivity type polycrystalline silicon. 5. 前記チャネル層は、前記トレンチの側面に沿った面が、(11−20)面または当該(11−20)面と等価な結晶面であることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体装置。   5. The channel layer according to claim 1, wherein a surface along a side surface of the trench is a (11-20) plane or a crystal plane equivalent to the (11-20) plane. A semiconductor device according to 1. 前記チャネル層は、前記トレンチの側面に沿った面が、(1−100)面または当該(1−100)面と等価な結晶面であることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体装置。   5. The channel layer according to claim 1, wherein a plane along a side surface of the trench is a (1-100) plane or a crystal plane equivalent to the (1-100) plane. 6. A semiconductor device according to 1. 前記トレンチの形状は、前記トレンチの対向する側面間の距離が、前記ソース領域から前記ドリフト層の方向に向かって徐々に短くなる順テーパであることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置。   The shape of the trench is a forward taper in which a distance between opposing side surfaces of the trench gradually decreases from the source region toward the drift layer. A semiconductor device according to claim 1. 前記トレンチの形状は、前記トレンチの対向する側面間の距離が、前記ソース領域から前記ドリフト層の方向に向かって徐々に長くなる逆テーパであることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置。   The shape of the trench is a reverse taper in which a distance between opposing side surfaces of the trench is gradually increased from the source region toward the drift layer. A semiconductor device according to claim 1. 前記半導体基板は、炭化珪素半導体基板であることを特徴とする、請求項1ないし8のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a silicon carbide semiconductor substrate. (a)半導体基板上に第1導電型のドリフト層を形成する工程と、
(b)前記ドリフト層上に第2導電型のウェル領域を形成する工程と、
(c)前記ウェル領域の表面部に第1導電型のソース領域を形成する工程と、
(d)前記ソース領域上であって所定の領域が開口部となるようにマスクを形成する工程と、
(e)前記開口部において、少なくとも前記ドリフト層が底面に露出するように前記ソース領域および前記ウェル領域を貫通してトレンチを形成する工程と、
(f)前記開口部から、前記トレンチの側面における前記ソース領域および前記ウェル領域のみに第1導電型の不純物を導入する工程と、
(g)前記トレンチの前記底面および前記側面を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
(h)前記ゲート絶縁膜上であって前記トレンチを充填するようにゲート電極を形成する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。
(A) forming a first conductivity type drift layer on a semiconductor substrate;
(B) forming a second conductivity type well region on the drift layer;
(C) forming a first conductivity type source region on the surface of the well region;
(D) forming a mask on the source region so that a predetermined region becomes an opening;
(E) forming a trench through the source region and the well region so that at least the drift layer is exposed at a bottom surface in the opening;
(F) introducing a first conductivity type impurity from the opening into only the source region and the well region on the side surface of the trench;
(G) forming a gate insulating film so as to cover the bottom surface and the side surface of the trench;
(H) forming a gate electrode on the gate insulating film so as to fill the trench;
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(f)において、
前記不純物は、前記トレンチの開口幅と、前記マスクの表面から前記ドリフト層と前記ウェル領域との境界面までの長さとに基づいて決定される前記トレンチの側面に対する角度でイオン注入されることを特徴とする、請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
In the step (f),
The impurity is ion-implanted at an angle with respect to a side surface of the trench determined based on an opening width of the trench and a length from a surface of the mask to a boundary surface between the drift layer and the well region. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein
前記工程(f)において、
前記不純物は、前記トレンチの側面が延在する方向と前記イオン注入の方向を前記半導体基板に投影した方向とは平行にならない方向からイオン注入されることを特徴とする、請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
In the step (f),
The impurity according to claim 11, wherein the impurity is ion-implanted from a direction in which a side surface of the trench extends and a direction in which the direction of the ion implantation is projected on the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(f)において、
前記イオン注入の角度は、前記トレンチの側面に対してチャネリングが生じる角度より3°以上異なることを特徴とする、請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法。
In the step (f),
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein an angle of the ion implantation differs by 3 ° or more from an angle at which channeling occurs with respect to a side surface of the trench.
前記工程(d)において、
前記マスクの膜厚は、前記開口部側の方が当該開口部側ではない側よりも小さいことを特徴とする、請求項10ないし13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
In the step (d),
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the film thickness of the mask is smaller on the opening side than on the non-opening side.
前記工程(f)は、
(i)前記トレンチの底面上に、上面が前記ドリフト層と前記ウェル領域との境界面と面一になるようにレジストを形成する工程と、
(j)前記トレンチの開口部から側面に対して、前記不純物として窒素を含むガスを用いたプラズマ処理を行う工程と、
を備えることを特徴とする、請求項10ないし14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The step (f)
(I) forming a resist on the bottom surface of the trench so that an upper surface is flush with a boundary surface between the drift layer and the well region;
(J) performing a plasma treatment using a gas containing nitrogen as an impurity on the side surface from the opening of the trench;
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, further comprising:
前記半導体基板は、炭化珪素半導体基板であることを特徴とする、請求項10ないし15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the semiconductor substrate is a silicon carbide semiconductor substrate.
JP2012088198A 2012-04-09 2012-04-09 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method Pending JP2013219161A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012088198A JP2013219161A (en) 2012-04-09 2012-04-09 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012088198A JP2013219161A (en) 2012-04-09 2012-04-09 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013219161A true JP2013219161A (en) 2013-10-24

Family

ID=49590948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012088198A Pending JP2013219161A (en) 2012-04-09 2012-04-09 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013219161A (en)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015099845A (en) * 2013-11-19 2015-05-28 住友電気工業株式会社 Semiconductor device
EP3002777A2 (en) 2014-10-03 2016-04-06 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR20160055380A (en) * 2014-11-07 2016-05-18 에스케이하이닉스 주식회사 High-voltage integrated device and method of fabricating the same
CN106206299A (en) * 2015-04-29 2016-12-07 北大方正集团有限公司 A kind of VDMOS device and preparation method thereof
JP2017073525A (en) * 2015-10-09 2017-04-13 株式会社デンソー Nitride semiconductor device
JP2017123378A (en) * 2016-01-05 2017-07-13 富士電機株式会社 Mosfet
JP2017183604A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 住友電気工業株式会社 Silicon carbide semiconductor device
WO2017174603A1 (en) * 2016-04-07 2017-10-12 Abb Schweiz Ag Short channel trench power mosfet
JP2018037648A (en) * 2016-06-30 2018-03-08 インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag Formation of electrode trench by using directed ion beam and semiconductor device with trench electrode structure
JP2018064070A (en) * 2016-10-14 2018-04-19 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device manufacturing method
CN109585541A (en) * 2018-12-27 2019-04-05 西安中车永电电气有限公司 A kind of buried channel formula SiC IGBT often closes device and preparation method thereof
JP2019102726A (en) * 2017-12-06 2019-06-24 株式会社デンソー Semiconductor device
JP2019519938A (en) * 2016-06-29 2019-07-11 アーベーベー・シュバイツ・アーゲー Short channel trench type power MOSFET
US10483390B2 (en) 2017-06-02 2019-11-19 Fuji Electric Co., Ltd. Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing same
JP2020043309A (en) * 2018-09-13 2020-03-19 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
US10686066B2 (en) 2017-11-09 2020-06-16 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing same
CN111819696A (en) * 2018-03-07 2020-10-23 三菱电机株式会社 Silicon carbide semiconductor device, power conversion device, and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2021048423A (en) * 2016-12-08 2021-03-25 クリー インコーポレイテッドCree Inc. Power semiconductor devices having gate trenches and buried termination structure and related methods
JP2021082765A (en) * 2019-11-21 2021-05-27 住友金属鉱山株式会社 Silicon carbide polycrystalline film, and manufacturing method and deposition apparatus therefor
CN113196500A (en) * 2019-01-16 2021-07-30 株式会社电装 Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN117153887A (en) * 2023-10-27 2023-12-01 北京中科新微特科技开发股份有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0864802A (en) * 1994-06-07 1996-03-08 Mitsubishi Materials Corp Silicon carbide semiconductor device and its manufacture
JPH0974192A (en) * 1995-09-06 1997-03-18 Denso Corp Silicon carbide semiconductor device
JP2001127290A (en) * 1999-10-29 2001-05-11 Nec Corp Vertical field effect transistor and its manufacturing method
JP2002261280A (en) * 2002-01-11 2002-09-13 Denso Corp Silicon carbide semiconductor device
JP2005183547A (en) * 2003-12-17 2005-07-07 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2007013058A (en) * 2005-07-04 2007-01-18 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2007027491A (en) * 2005-07-19 2007-02-01 Nissan Motor Co Ltd Manufacturing method for semiconductor device
JP2007059632A (en) * 2005-08-24 2007-03-08 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2008288462A (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Toshiba Corp Semiconductor device and its fabrication process
JP2009065117A (en) * 2007-08-10 2009-03-26 Rohm Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method of same
JP2009188221A (en) * 2008-02-07 2009-08-20 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Trench etching method of silicon carbide semiconductor substrate
JP2011134837A (en) * 2009-12-24 2011-07-07 Sanyo Electric Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0864802A (en) * 1994-06-07 1996-03-08 Mitsubishi Materials Corp Silicon carbide semiconductor device and its manufacture
JPH0974192A (en) * 1995-09-06 1997-03-18 Denso Corp Silicon carbide semiconductor device
JP2001127290A (en) * 1999-10-29 2001-05-11 Nec Corp Vertical field effect transistor and its manufacturing method
JP2002261280A (en) * 2002-01-11 2002-09-13 Denso Corp Silicon carbide semiconductor device
JP2005183547A (en) * 2003-12-17 2005-07-07 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2007013058A (en) * 2005-07-04 2007-01-18 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2007027491A (en) * 2005-07-19 2007-02-01 Nissan Motor Co Ltd Manufacturing method for semiconductor device
JP2007059632A (en) * 2005-08-24 2007-03-08 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2008288462A (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Toshiba Corp Semiconductor device and its fabrication process
JP2009065117A (en) * 2007-08-10 2009-03-26 Rohm Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method of same
JP2009188221A (en) * 2008-02-07 2009-08-20 Fuji Electric Device Technology Co Ltd Trench etching method of silicon carbide semiconductor substrate
JP2011134837A (en) * 2009-12-24 2011-07-07 Sanyo Electric Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

Cited By (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015099845A (en) * 2013-11-19 2015-05-28 住友電気工業株式会社 Semiconductor device
EP3002777A3 (en) * 2014-10-03 2016-04-20 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN105489653A (en) * 2014-10-03 2016-04-13 瑞萨电子株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9922829B2 (en) 2014-10-03 2018-03-20 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9412819B2 (en) 2014-10-03 2016-08-09 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof
EP3002777A2 (en) 2014-10-03 2016-04-06 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN105489653B (en) * 2014-10-03 2021-01-08 瑞萨电子株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing the same
TWI643336B (en) * 2014-10-03 2018-12-01 日商瑞薩電子股份有限公司 Manufacturing method of semiconductor device
KR20160055380A (en) * 2014-11-07 2016-05-18 에스케이하이닉스 주식회사 High-voltage integrated device and method of fabricating the same
KR102228655B1 (en) 2014-11-07 2021-03-18 에스케이하이닉스 주식회사 High-voltage integrated device and method of fabricating the same
CN106206299A (en) * 2015-04-29 2016-12-07 北大方正集团有限公司 A kind of VDMOS device and preparation method thereof
JP2017073525A (en) * 2015-10-09 2017-04-13 株式会社デンソー Nitride semiconductor device
JP2017123378A (en) * 2016-01-05 2017-07-13 富士電機株式会社 Mosfet
WO2017169085A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 住友電気工業株式会社 Silicon carbide semiconductor device
US10756168B2 (en) 2016-03-31 2020-08-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon carbide semiconductor device
JP2017183604A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 住友電気工業株式会社 Silicon carbide semiconductor device
CN109314142B (en) * 2016-04-07 2021-12-17 日立能源瑞士股份公司 Short channel trench power MOSFET
WO2017174603A1 (en) * 2016-04-07 2017-10-12 Abb Schweiz Ag Short channel trench power mosfet
CN109314142A (en) * 2016-04-07 2019-02-05 Abb瑞士股份有限公司 Short channel groove power MOSFET
JP7150609B2 (en) 2016-04-07 2022-10-11 ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト Short channel trench power MOSFET
JP2019517132A (en) * 2016-04-07 2019-06-20 アーベーベー・シュバイツ・アーゲー Short channel trench power MOSFET
JP2019519938A (en) * 2016-06-29 2019-07-11 アーベーベー・シュバイツ・アーゲー Short channel trench type power MOSFET
US10083835B2 (en) 2016-06-30 2018-09-25 Infineon Technologies Ag Forming electrode trenches by using a directed ion beam and semiconductor device with trench electrode structures
JP2018037648A (en) * 2016-06-30 2018-03-08 インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag Formation of electrode trench by using directed ion beam and semiconductor device with trench electrode structure
JP2018064070A (en) * 2016-10-14 2018-04-19 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device manufacturing method
JP7182594B2 (en) 2016-12-08 2022-12-02 ウルフスピード インコーポレイテッド Power semiconductor device with gate trench and buried termination structure and related method
US11837629B2 (en) 2016-12-08 2023-12-05 Wolfspeed, Inc. Power semiconductor devices having gate trenches and buried edge terminations and related methods
JP2021048423A (en) * 2016-12-08 2021-03-25 クリー インコーポレイテッドCree Inc. Power semiconductor devices having gate trenches and buried termination structure and related methods
US10483390B2 (en) 2017-06-02 2019-11-19 Fuji Electric Co., Ltd. Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing same
US10777677B2 (en) 2017-06-02 2020-09-15 Fuji Electric Co., Ltd. Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing same
US10686066B2 (en) 2017-11-09 2020-06-16 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing same
JP2019102726A (en) * 2017-12-06 2019-06-24 株式会社デンソー Semiconductor device
JP7073695B2 (en) 2017-12-06 2022-05-24 株式会社デンソー Semiconductor device
CN111819696A (en) * 2018-03-07 2020-10-23 三菱电机株式会社 Silicon carbide semiconductor device, power conversion device, and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
CN111819696B (en) * 2018-03-07 2024-03-29 三菱电机株式会社 Silicon carbide semiconductor device, power conversion device, and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JPWO2019171678A1 (en) * 2018-03-07 2020-12-17 三菱電機株式会社 Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device, power conversion device and silicon carbide semiconductor device
US11177348B2 (en) 2018-03-07 2021-11-16 Mitsubishi Electric Corporation Silicon carbide semiconductor device
JP7042898B2 (en) 2018-03-07 2022-03-28 三菱電機株式会社 Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device, power conversion device and silicon carbide semiconductor device
JP2020043309A (en) * 2018-09-13 2020-03-19 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
CN109585541A (en) * 2018-12-27 2019-04-05 西安中车永电电气有限公司 A kind of buried channel formula SiC IGBT often closes device and preparation method thereof
CN109585541B (en) * 2018-12-27 2024-03-26 西安中车永电电气有限公司 Buried channel type SiC IGBT normally-off device and preparation method thereof
CN113196500A (en) * 2019-01-16 2021-07-30 株式会社电装 Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN113196500B (en) * 2019-01-16 2024-04-09 株式会社电装 Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP7400389B2 (en) 2019-11-21 2023-12-19 住友金属鉱山株式会社 Silicon carbide polycrystalline film, silicon carbide polycrystalline film manufacturing method, and silicon carbide polycrystalline film forming apparatus
JP2021082765A (en) * 2019-11-21 2021-05-27 住友金属鉱山株式会社 Silicon carbide polycrystalline film, and manufacturing method and deposition apparatus therefor
CN117153887A (en) * 2023-10-27 2023-12-01 北京中科新微特科技开发股份有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN117153887B (en) * 2023-10-27 2024-02-23 北京中科新微特科技开发股份有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2013219161A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US9559188B2 (en) Trench gate type semiconductor device and method of producing the same
JP6472776B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP6848317B2 (en) Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices
JP5395309B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5586887B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9793392B2 (en) Semiconductor device
US10276709B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
US20130105889A1 (en) Switching device and method for manufacturing the same
US9269781B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
WO2013001677A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
WO2017047286A1 (en) Semiconductor device
US10096703B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
WO2014068813A1 (en) Semiconductor device
JP2019050240A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
WO2012105170A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US8766277B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
US10269952B2 (en) Semiconductor device having steps in a termination region and manufacturing method thereof
JP5059989B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP7074173B2 (en) Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices
JP6651801B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
WO2015111177A1 (en) Semiconductor device, power module, power conversion device, and railway vehicle
US11152469B2 (en) Semiconductor device
JP5997746B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141003

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151022

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151225

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160705

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161004

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20161013

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20161228