JP2015056644A - Silicon carbide semiconductor device and silicon carbide semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Silicon carbide semiconductor device and silicon carbide semiconductor device manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2015056644A
JP2015056644A JP2013191167A JP2013191167A JP2015056644A JP 2015056644 A JP2015056644 A JP 2015056644A JP 2013191167 A JP2013191167 A JP 2013191167A JP 2013191167 A JP2013191167 A JP 2013191167A JP 2015056644 A JP2015056644 A JP 2015056644A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductivity type
region
silicon carbide
type
semiconductor region
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.)
Granted
Application number
JP2013191167A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6183087B2 (en
Inventor
鴻飛 魯
Hongfei Lu
鴻飛 魯
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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 Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2013191167A priority Critical patent/JP6183087B2/en
Publication of JP2015056644A publication Critical patent/JP2015056644A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6183087B2 publication Critical patent/JP6183087B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide semiconductor device and a silicon carbide semiconductor device manufacturing method, which can inhibit increase in on-resistance of a MOSFET and reduce on-state voltage of an IGBT.SOLUTION: A vertical silicon carbide MOSFET comprises: an n type drift region 2 and a p type region 21, which are sequentially deposited on a surface of an ntype semiconductor substrate 1 composed of a silicon carbide; a ptype base region 3 selectively provided on a surface layer of the p type region 21; an n type region 6 which is provided inside the p type region 21 and pierces the p type region 21 to reach the n type drift region 2; a p type base region 4 deposited on the ptype base region 3 and the n type region 6; an ntype source region 7 and an n type region 5 which pierces the p type base region 4 to reach the n type region 6, selectively provided inside the p type base region 4; and a gate electrode 10 provided on surfaces across the n type region 5 to the ntype source region 7 via a gate insulation film 9.

Description

この発明は、炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.

炭化珪素(SiC)は、シリコン(Si)と比べて、バンドギャップが広い、絶縁破壊に至る電界強度が大きい、熱伝導率が高いという特長を有する。また、炭化珪素は、シリコンと比べてバルクの移動度(キャリア移動度)が十分に高く、かつシリコンと同様に熱酸化により表面を酸化して絶縁層とすることができる。このため、炭化珪素は、シリコンを用いたパワー半導体装置の限界を超えるパワー半導体装置を作製(製造)可能な半導体材料として実用化されつつある。各種パワー半導体装置のうち、特に、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFET)や絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などの絶縁ゲート型半導体装置が精力的に研究開発されている。例えば、10kV以下の耐圧クラスではMOSFETが主流であり、10kVを超える耐圧クラスではIGBTが有力視されている。   Silicon carbide (SiC) has features such as a wide band gap, a large electric field strength leading to dielectric breakdown, and a high thermal conductivity as compared with silicon (Si). In addition, silicon carbide has a sufficiently high bulk mobility (carrier mobility) compared to silicon, and the surface can be oxidized by thermal oxidation to form an insulating layer, similar to silicon. For this reason, silicon carbide is being put into practical use as a semiconductor material capable of producing (manufacturing) a power semiconductor device exceeding the limit of power semiconductor devices using silicon. Among various power semiconductor devices, in particular, an insulated gate semiconductor device such as an insulated gate field effect transistor (MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) has been actively researched and developed. For example, MOSFETs are mainly used in a withstand voltage class of 10 kV or less, and IGBTs are considered promising in a withstand voltage class exceeding 10 kV.

また、炭化珪素を用いた半導体装置(以下、炭化珪素半導体装置とする)では、炭化珪素のバンドギャップに起因して、シリコンを用いた半導体装置よりもp型ベース領域とn型ドリフト領域との間のpn接合間に自然に形成される電位差(ビルトインポテンシャルVbi)が大きい。このため、p型ベース領域の不純物濃度が、設計条件に基づく適切な素子の閾値電圧に対応した均一な不純物濃度である場合、p型ベース領域とn型ドリフト領域との間のpn接合からn++型ソース領域に向かって伸びる空乏層が容易にn++型ソース領域に接触(パンチスルー)しやすく、高耐圧化が困難である。そのため、p型ベース領域がパンチスルーすることを防止する防止層として、p型ベース領域とn型ドリフト領域との間に、p型ベース領域よりも不純物濃度の高いp+型領域を設けるのが一般的である(例えば、下記特許文献1(第4,17図)および下記特許文献2(第1,2図)参照。)。このような構造を有する従来の炭化珪素半導体装置の構造について、MOSFETを例に説明する。 In addition, in a semiconductor device using silicon carbide (hereinafter referred to as a silicon carbide semiconductor device), a p-type base region and an n-type drift region are less formed than in a semiconductor device using silicon due to the band gap of silicon carbide. The potential difference (built-in potential Vbi) naturally formed between the pn junctions is large. For this reason, when the impurity concentration of the p-type base region is a uniform impurity concentration corresponding to the threshold voltage of an appropriate element based on the design conditions, n from the pn junction between the p-type base region and the n-type drift region The depletion layer extending toward the ++ type source region easily contacts (punch-through) the n ++ type source region, and it is difficult to increase the breakdown voltage. Therefore, a p + type region having a higher impurity concentration than the p type base region is provided between the p type base region and the n type drift region as a prevention layer for preventing the p type base region from punching through. (See, for example, Patent Document 1 (FIGS. 4 and 17) and Patent Document 2 (FIGS. 1 and 2) below). A structure of a conventional silicon carbide semiconductor device having such a structure will be described by taking MOSFET as an example.

図14は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図14には、下記特許文献1で提案されている炭化珪素半導体装置の主要部のハーフセルを模式的に示す。実際の炭化珪素半導体装置の全体構成は、図14に示すハーフセルの構成がその両端をそれぞれ線対称の軸として連続する構成となる(図15,16においても同様)。図14に示すように、四層周期六方晶(4H)の炭化珪素からなるn++型半導体基板101のおもて面上に、エピタキシャル成長によりn型ドリフト領域102が堆積されている。n型ドリフト領域102の、n++型半導体基板101側に対して反対側の表面層には、イオン注入領域であるp+型ベース領域103aが選択的に設けられ、隣り合うp+型ベース領域103aに挟まれた領域にn型領域106が設けられている。p+型ベース領域103aおよびn型領域106の表面上には、エピタキシャル成長によりp型ベース領域104が堆積されている。 FIG. 14 is a cross sectional view showing a structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. FIG. 14 schematically shows a half cell of the main part of the silicon carbide semiconductor device proposed in Patent Document 1 below. The actual overall structure of the silicon carbide semiconductor device is such that the configuration of the half cell shown in FIG. 14 is continuous with both ends thereof as axes of line symmetry (the same applies to FIGS. 15 and 16). As shown in FIG. 14, an n-type drift region 102 is deposited by epitaxial growth on the front surface of an n ++ type semiconductor substrate 101 made of four-layer periodic hexagonal (4H) silicon carbide. A p + type base region 103a that is an ion implantation region is selectively provided on the surface layer of the n type drift region 102 opposite to the n ++ type semiconductor substrate 101 side, and adjacent p + type bases are provided. An n-type region 106 is provided in a region sandwiched between the regions 103a. A p-type base region 104 is deposited on the surfaces of the p + -type base region 103a and the n-type region 106 by epitaxial growth.

p型ベース領域104の内部には、p型ベース領域104を深さ方向に貫通してn型領域106に達するように、イオン注入領域であるn型領域105が選択的に設けられている。また、p型ベース領域104の内部には、n型領域105と離れて、n++型ソース領域107およびp++型コンタクト領域108が選択的に設けられている。n型領域105の表面上から、p型ベース領域104の、n型領域105とn++型ソース領域107とに挟まれた部分の表面上、およびn++型ソース領域107の一部の表面上にわたって、ゲート絶縁膜109を介してゲート電極110が設けられている。ソース電極111は、n++型ソース領域107およびp++型コンタクト領域108に接し、かつ層間絶縁膜113によってゲート電極110と電気的に絶縁されている。n++型ドレイン領域となるn++型半導体基板101の裏面には、ドレイン電極112が設けられている。 Inside the p-type base region 104, an n-type region 105 that is an ion implantation region is selectively provided so as to penetrate the p-type base region 104 in the depth direction and reach the n-type region 106. Further, an n ++ type source region 107 and a p ++ type contact region 108 are selectively provided in the p type base region 104 apart from the n type region 105. From the surface of the n-type region 105, on the surface of the p-type base region 104 between the n-type region 105 and the n ++- type source region 107, and a part of the n ++- type source region 107 A gate electrode 110 is provided over the surface through a gate insulating film 109. Source electrode 111 is in contact with n ++ type source region 107 and p ++ type contact region 108 and is electrically insulated from gate electrode 110 by interlayer insulating film 113. A drain electrode 112 is provided on the back surface of the n ++ type semiconductor substrate 101 serving as an n ++ type drain region.

また、上述した図14の従来の炭化珪素半導体装置において、p+型ベース領域103aを堆積層とした変形例を図15に示す。図15は、従来の炭化珪素半導体装置の別の一例の構造を示す断面図である。図15には、下記特許文献2で提案されている炭化珪素半導体装置の主要部のハーフセルを模式的に示す。図15に示す従来の炭化珪素半導体装置では、p+型ベース領域103bは、n型ドリフト領域102の、n++型半導体基板101側に対して反対側の表面上に堆積されている。p+型ベース領域103bの内部には、p+型ベース領域103bを深さ方向に貫通してn型ドリフト領域102に達するように、イオン注入領域であるn型領域106が選択的に設けられている。図15に示す従来の炭化珪素半導体装置のp+型ベース領域103b以外の構成は、図14に示す従来の炭化珪素半導体装置と同様である。 FIG. 15 shows a modified example in which the p + type base region 103a is a deposited layer in the above-described conventional silicon carbide semiconductor device of FIG. FIG. 15 is a cross sectional view showing a structure of another example of a conventional silicon carbide semiconductor device. FIG. 15 schematically shows a half cell of the main part of the silicon carbide semiconductor device proposed in Patent Document 2 below. In the conventional silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 15, p + type base region 103b is deposited on the surface of n type drift region 102 opposite to the n ++ type semiconductor substrate 101 side. Inside the p + -type base region 103b, as through the p + -type base region 103b in the depth direction reaching the n-type drift region 102, n-type region 106 is selectively provided in an ion implanted region ing. The structure of the conventional silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 15 other than the p + type base region 103b is the same as that of the conventional silicon carbide semiconductor device shown in FIG.

上述した図14,15に示すようなプレーナゲート構造の縦型炭化珪素半導体装置では、ゲート電極110に閾値電圧以上のゲート電圧(正電圧)が印加されることにより、p型ベース領域104の、ゲート電極110の直下の領域の表面層に電子が誘起され、n型反転層(チャネル)が形成される。そして、このn型反転層を介して、n++型ソース領域107からn型領域105に電子が注入される。n型領域105に注入された電子は、n型領域106およびn型ドリフト領域102を通ってn++型ドレイン領域(n++型半導体基板101)に到達する。それによって、ドレイン電極112とソース電極111とが導通し、ドレイン電極112からソース電極111へ電流を流すことができる。 In the planar silicon carbide semiconductor device having the planar gate structure as shown in FIGS. 14 and 15 described above, when a gate voltage (positive voltage) equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 110, Electrons are induced in the surface layer in the region immediately below the gate electrode 110, and an n-type inversion layer (channel) is formed. Then, electrons are injected from the n ++ type source region 107 into the n type region 105 through the n type inversion layer. The electrons injected into the n-type region 105 reach the n ++ type drain region (n ++ type semiconductor substrate 101) through the n type region 106 and the n type drift region 102. Accordingly, the drain electrode 112 and the source electrode 111 are brought into conduction, and a current can flow from the drain electrode 112 to the source electrode 111.

このように図14,15に示す従来の炭化珪素半導体装置は、p型ベース領域104の、ゲート絶縁膜109との界面側にチャネルが形成される表面チャネル型である。別の炭化珪素半導体装置として、p型ベース領域104に代えて、ゲート絶縁膜109とp+型ベース領域103aとの間に、チャネルとなるn型領域114(図16参照)を設けた埋め込みチャネル型の装置が提案されている(例えば、下記特許文献3(第46図)および下記特許文献4(第6図)参照。)。この埋め込みチャネル型の炭化珪素半導体装置の構造を図16に示す。図16は、従来の半導体装置の別の一例の構造を示す断面図である。 As described above, the conventional silicon carbide semiconductor device shown in FIGS. 14 and 15 is a surface channel type in which a channel is formed on the interface side of p-type base region 104 with gate insulating film 109. As another silicon carbide semiconductor device, a buried channel in which an n-type region 114 (see FIG. 16) serving as a channel is provided between the gate insulating film 109 and the p + -type base region 103a in place of the p-type base region 104. (See, for example, Patent Document 3 (FIG. 46) and Patent Document 4 (FIG. 6) below). The structure of this buried channel type silicon carbide semiconductor device is shown in FIG. FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of another example of a conventional semiconductor device.

図16に示すように、チャネルとなるn型領域114は、ゲート絶縁膜109と、n型ドリフト領域102、p+型ベース領域103aおよびn++型ソース領域107との間に設けられている。図16に示す従来の炭化珪素半導体装置のn型領域114以外の構成は、図14に示す従来の炭化珪素半導体装置と同様である。このような埋め込みチャネル型の炭化珪素半導体装置では、ゲート電極110にゲート電圧が印加されていないときには、n型領域114は、p+型ベース領域103aとMOS(金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート)ゲート構造とでピンチオフされており、ゲート電圧を増加させていくことで、n型領域114の、ゲート絶縁膜109との界面から離れた位置に先にチャネルが形成される。 As shown in FIG. 16, n-type region 114 serving as a channel is provided between gate insulating film 109 and n-type drift region 102, p + -type base region 103 a and n ++ -type source region 107. . Configurations other than n-type region 114 of the conventional silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 16 are the same as those of the conventional silicon carbide semiconductor device shown in FIG. In such a buried channel type silicon carbide semiconductor device, when no gate voltage is applied to the gate electrode 110, the n-type region 114 and the p + -type base region 103a and the MOS (metal-oxide film-semiconductor insulating layer) are formed. The gate is pinched off with the gate structure, and by increasing the gate voltage, a channel is first formed at a position away from the interface with the gate insulating film 109 in the n-type region 114.

次に、従来の炭化珪素半導体装置の製造方法について、図14に示す炭化珪素半導体装置を作製(製造)する場合を例に説明する。図17〜20は、従来の炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。図17〜20には、下記特許文献1の図5に相当する主要プロセス(ゲート絶縁膜109を形成するまでの製造プロセス)を示す。まず、図17に示すように、炭化珪素からなるn++型半導体基板(半導体ウェハ)101のおもて面上にn型ドリフト領域102をエピタキシャル成長させる。次に、図18に示すように、イオン注入用マスクを用いてn型ドリフト領域102にアルミニウム(Al)を選択的にイオン注入することにより、n型ドリフト領域102の表面層にp+型ベース領域103aを選択的に形成する。p+型ベース領域103aの深さおよび不純物濃度は、それぞれ例えば0.5μm程度および2×1018/cm3程度である。 Next, a conventional method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device will be described by taking as an example the case of manufacturing (manufacturing) the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 17 to 20 are cross-sectional views showing states during the manufacture of the conventional silicon carbide semiconductor device. 17 to 20 show a main process (manufacturing process until the gate insulating film 109 is formed) corresponding to FIG. 5 of Patent Document 1 below. First, as shown in FIG. 17, an n type drift region 102 is epitaxially grown on the front surface of an n ++ type semiconductor substrate (semiconductor wafer) 101 made of silicon carbide. Next, as shown in FIG. 18, aluminum (Al) is selectively ion-implanted into the n-type drift region 102 using an ion implantation mask, so that a p + -type base is formed on the surface layer of the n-type drift region 102. The region 103a is selectively formed. The depth and impurity concentration of the p + type base region 103a are, for example, about 0.5 μm and about 2 × 10 18 / cm 3 , respectively.

次に、図19に示すように、n型ドリフト領域102およびp+型ベース領域103aの表面上に、アルミニウムがドープされたp型ベース領域104をエピタキシャル成長させる。p型ベース領域104の深さおよび不純物濃度は、それぞれ例えば0.5μm程度および5×1015/cm3程度である。p型ベース領域104のエピタキシャル成長温度は例えば1600℃である。次に、図20に示すように、イオン注入用マスクを用いてp型ベース領域104にリン(P)を選択的にイオン注入することにより、p型ベース領域104の内部にn++型ソース領域107を選択的に形成する。次に、イオン注入用マスクを用いてp型ベース領域104にアルミニウムを選択的にイオン注入することにより、p型ベース領域104の内部にp++型コンタクト領域108を選択的に形成する。 Next, as shown in FIG. 19, the p-type base region 104 doped with aluminum is epitaxially grown on the surfaces of the n-type drift region 102 and the p + -type base region 103a. The depth and impurity concentration of the p-type base region 104 are, for example, about 0.5 μm and about 5 × 10 15 / cm 3 , respectively. The epitaxial growth temperature of the p-type base region 104 is 1600 ° C., for example. Next, as shown in FIG. 20, phosphorus (P) is selectively ion-implanted into the p-type base region 104 using an ion implantation mask, so that an n ++ -type source is formed inside the p-type base region 104. A region 107 is selectively formed. Next, by selectively ion-implanting aluminum into the p-type base region 104 using an ion implantation mask, the p ++ type contact region 108 is selectively formed inside the p-type base region 104.

イオン注入用マスクを用いてp型ベース領域104に窒素(N)を選択的にイオン注入することにより、n型ドリフト領域102の、隣り合うp+型ベース領域103a間に挟まれた部分にn型領域106を形成し、p型ベース領域104の内部に、n型領域106に達する深さでn型領域105を選択的に形成する。次に、カーボンのキャップ層をウェハ全面(露出面)に形成した後、p型ベース領域104のエピタキシャル成長温度以下の温度(例えば1500℃)で30分間のアニール(熱処理)により、各イオン注入領域を活性化させる。次に、カーボンのキャップ層を除去した後、一般的な方法により以降の工程を行い、ゲート絶縁膜109、ゲート電極110、ソース電極111、層間絶縁膜113およびドレイン電極112などを形成することにより、図14に示す炭化珪素半導体装置が完成する。 Nitrogen (N) is selectively ion-implanted into the p-type base region 104 using an ion implantation mask, so that the n-type drift region 102 is n-typed between adjacent p + -type base regions 103a. A mold region 106 is formed, and an n-type region 105 is selectively formed in the p-type base region 104 at a depth reaching the n-type region 106. Next, after a carbon cap layer is formed on the entire surface (exposed surface) of the wafer, each ion-implanted region is formed by annealing (heat treatment) for 30 minutes at a temperature lower than the epitaxial growth temperature of the p-type base region 104 (for example, 1500 ° C.). Activate. Next, after removing the carbon cap layer, the following steps are performed by a general method to form the gate insulating film 109, the gate electrode 110, the source electrode 111, the interlayer insulating film 113, the drain electrode 112, and the like. The silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 14 is completed.

また、炭化珪素半導体装置の別の製造方法として、ベース領域のうちの少なくともドリフト層と接する下層部を、ドリフト層の上にエピタキシャル成長により形成する方法が提案されている(例えば、下記特許文献5参照。)。また、炭化珪素半導体装置の別の製造方法として、次の方法が提案されている。p型不純物がイオン注入によりpベースに導入されることにより、p+領域が形成される。p+領域のうちn+SiC基板に対向する底面を含む領域に、他の領域に比べて高濃度のp型不純物を含む高濃度領域を有するように、たとえばイオン注入における加速電圧およびドーズ量を制御することにより、p+領域が形成される(例えば、下記特許文献6参照。)。 As another method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, a method has been proposed in which at least a lower layer portion in contact with the drift layer in the base region is formed on the drift layer by epitaxial growth (see, for example, Patent Document 5 below). .) Moreover, the following method is proposed as another manufacturing method of a silicon carbide semiconductor device. A p + region is formed by introducing p-type impurities into the p base by ion implantation. For example, the acceleration voltage and the dose amount in ion implantation are set so that the region including the bottom surface facing the n + SiC substrate in the p + region has a high concentration region containing a p-type impurity at a higher concentration than other regions. By controlling, a p + region is formed (see, for example, Patent Document 6 below).

次に、上述した図14〜16に示す炭化珪素半導体装置(炭化珪素MOSFET)をインバータのメインスイッチとして用いた回路について説明する。図21は、従来のインバータの要部(一相分)の回路構成を示す回路図である。図21には、例えば、上アーム(高電位側)のメインスイッチとなる炭化珪素MOSFET121aと、下アーム(低電位側)のメインスイッチとなる炭化珪素MOSFET121bとを直列接続したハーフブリッジ方式のインバータ回路を示す。炭化珪素MOSFET121a,121bには、それぞれショットキーバリアダイオード(SBD)123a,123bが逆並列に接続されている。炭化珪素MOSFET121aと炭化珪素MOSFET121bとが同時にオンしないように制御される。   Next, a circuit using the above-described silicon carbide semiconductor device (silicon carbide MOSFET) shown in FIGS. 14 to 16 as a main switch of an inverter will be described. FIG. 21 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a main part (for one phase) of a conventional inverter. In FIG. 21, for example, a half-bridge inverter circuit in which a silicon carbide MOSFET 121a serving as a main switch for the upper arm (high potential side) and a silicon carbide MOSFET 121b serving as a main switch for the lower arm (low potential side) are connected in series. Indicates. Schottky barrier diodes (SBD) 123a and 123b are connected in antiparallel to silicon carbide MOSFETs 121a and 121b, respectively. Control is performed so that silicon carbide MOSFET 121a and silicon carbide MOSFET 121b are not simultaneously turned on.

下アームの炭化珪素MOSFET121bがターンオフする際に、回路の寄生インダクタンスによって、下アームの炭化珪素MOSFET121bのドレイン電圧が電源電圧よりも高くなった場合、上アームの炭化珪素MOSFET121aのボディダイオード122aとショットキーバリアダイオード123aとが同時に通電する。一般的に、ショットキーバリアダイオードは、炭化珪素MOSFETのボディダイオードよりも電流容量が大きく、かつ順方向電圧降下が小さくなるように設けられる。このため、下アームの炭化珪素MOSFET121bのターンオフが終了した後、上アームのショットキーバリアダイオード123aに主に電流が流れる。   When the lower arm silicon carbide MOSFET 121b is turned off and the drain voltage of the lower arm silicon carbide MOSFET 121b is higher than the power supply voltage due to the parasitic inductance of the circuit, the body diode 122a of the upper arm silicon carbide MOSFET 121a and the Schottky The barrier diode 123a is energized simultaneously. Generally, a Schottky barrier diode is provided so as to have a larger current capacity and a smaller forward voltage drop than a body diode of a silicon carbide MOSFET. Therefore, after the turn-off of lower arm silicon carbide MOSFET 121b is completed, current mainly flows through upper arm Schottky barrier diode 123a.

特開2011−023757号公報JP 2011-023757 A 特表2004−036655号公報Special table 2004-036655 gazette 特開2010−239152号公報JP 2010-239152 A 特開2011−254119号公報JP 2011-254119 A 特開2008−210848号公報JP 2008-210848 A 特開2009−194165号公報JP 2009-194165 A

エー・ガレッカス(A.Galeckas)、外2名、リコンビネーション−エンハンスト エクステンション オブ スタッキング フォールツ イン 4H−SiC p−i−n ダイオーズ アンダー フォワード バイアス(Recombination−enhanced extension of stacking faults in 4H−SiC p−i−n diodes under forward bias)、アプライド フィジクス レターズ(Applied Physics Letters)、(米国)、アメリカン インスティテュート オブ フィジクス(American Institute of Physics)、2002年7月29日、第81巻、第5号、p.883−885A. Galeccas, 2 others, Recombination-enhanced extension of stacking faults in 4H-SiC pin-dion under forward bias-in-situ ndiodes under forward bias), Applied Physics Letters, (USA), American Institute of Physics, American Institute of Physics, Vol. 81, July 29, 2002, p. 29. 883-885 エー・アガワル(A.Agarwal)、外3名、ア ニュー デグラデーション メカニズム イン ハイ−ボルテージ SiC パワー MOSFETs(A New Degradation Mechanism in High−Voltage SiC Power MOSFETs)、アイ・トリプル・イー エレクトロン デバイス レターズ(IEEE Electron Device Letters)、2007年7月、第28巻、第7号、p.587−589A. Agarwal, 3 others, A New Degradation Mechanism in High-Voltage SiC Power MOSFETs (A New Degradation Mechanism in High Power SiC Power MOSFETs), I Triple E Electron Device Letters (IE) Device Letters), July 2007, Vol. 28, No. 7, p. 587-589 エス・ハラダ(S.Harada)、外5名、8.5−mΩ・cm2 600−V ダブル−エピタキシャル MOSFETs イン 4H−SiC(8.5−mΩ・cm2 600−V Double−Epitaxial MOSFETs in 4H−SiC)、アイ・トリプル・イー エレクトロン デバイス レターズ(IEEE Electron Device Letters)、2004年5月、第25巻、第5号、p.292−294S. Harada, 5 others, 8.5-mΩ · cm 2 600-V double-epitaxial MOSFETs in 4H-SiC (8.5-mΩ · cm 2 600-V Double-Epitaxial MOSFETs in 4H-SiC ), I. Triple E Electron Device Letters, May 2004, Vol. 25, No. 5, p. 292-294

しかしながら、上述した図14〜16に示す炭化珪素MOSFETでは、次の問題が生じる。p+型ベース領域(図14,16では符号103a、図15では符号103bで示す)とn型ドリフト領域102との間のpn接合が順方向に導通されたときに、p+型ベース領域およびn型ドリフト領域102においてキャリアの再結合が生じる。このキャリアの再結合により放出されるエネルギーによって、p+型ベース領域およびn型ドリフト領域102における基底面転位(BPD)などが進展し、積層欠陥(SF:stacking fault)が形成されることが報告されている(例えば、上記非特許文献1参照。)。また、積層欠陥の成長により、特にPiNダイオードやIGBTなどのバイポーラ型素子においてドリフト領域の抵抗増大によって順方向電圧特性が劣化(オン電圧Von増大)したり、MOSFETにおいてオン抵抗Ronが増大したりすることが報告されている(例えば、上記非特許文献2参照。)。 However, the silicon carbide MOSFET shown in FIGS. 14 to 16 has the following problems. When the pn junction between the p + type base region (denoted by reference numeral 103a in FIGS. 14 and 16 and reference numeral 103b in FIG. 15) and the n type drift region 102 is conducted in the forward direction, the p + type base region and Carrier recombination occurs in the n-type drift region 102. It has been reported that basal plane dislocations (BPD) in the p + type base region and the n type drift region 102 progress due to the energy released by the recombination of carriers, and stacking faults (SF) are formed. (For example, see Non-Patent Document 1 above). Further, due to the growth of stacking faults, the forward voltage characteristics are deteriorated (on voltage Von is increased) due to the increase in the resistance of the drift region particularly in a bipolar element such as a PiN diode or IGBT, and the on resistance Ron is increased in the MOSFET. (For example, refer to the non-patent document 2).

また、発明者らが鋭意研究を重ねた結果、次のことが判明した。図14に示す炭化珪素半導体装置のp+型ベース領域103aを形成するためのイオン注入のドーズ量は、例えば1×1014/cm2台である。p+型ベース領域103aを形成するためのイオン注入時には、p+型ベース領域103aのアモルファス化を抑制するために、例えば500℃程度の温度に基板を加熱する。イオン注入直後のp+型ベース領域103aの活性化率は明らかにされていないが、その後、p+型ベース領域103a上にp型ベース領域104をエピタキシャル成長させる際のエピタキシャル成長温度は上述したように1600℃前後の温度であり、このp型ベース領域104のエピタキシャル成長工程は、p+型ベース領域103aの活性化工程を兼ねていることが推測される。 In addition, as a result of extensive research by the inventors, the following has been found. The dose amount of ion implantation for forming p + type base region 103a of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 14 is, for example, 1 × 10 14 / cm 2 . When p + -type base region 103a of ion implantation for forming, in order to suppress the amorphous p + -type base region 103a, the substrate is heated to, for example, about 500 ° C. temperature. The activation rate of the p + type base region 103a immediately after the ion implantation has not been clarified, but the epitaxial growth temperature when the p type base region 104 is epitaxially grown on the p + type base region 103a is 1600 as described above. It is estimated that the epitaxial growth process of the p-type base region 104 also serves as an activation process of the p + -type base region 103a.

n型領域105,106、n++型ソース領域107およびp++型コンタクト領域108を活性化するためのアニール(熱処理)は、p型ベース領域104のエピタキシャル成長温度よりも低い温度で行われる。しかし、p++型コンタクト領域108は、p型ベース領域104のエピタキシャル成長温度よりも低いアニール温度では活性化率が低い。例えば1600℃前後の温度でのアニールでは、p++型コンタクト領域108を形成するためにイオン注入された例えばアルミニウムは総ドーズ量の20数%程度しか活性化されず、p++型コンタクト領域108を低抵抗にすることができない。このため、ドレイン−ソース間電圧の時間変化率dVDS/dtが大きい場合に、寄生バイポーラトランジスタがターンオンして誤作動する虞がある。p++型コンタクト領域108を低抵抗にするためには、p++型コンタクト領域108を活性化するためのアニール温度を1600℃よりも高くすること求められるが、この場合、次の問題が生じる。 Annealing (heat treatment) for activating the n-type regions 105, 106, the n ++ -type source region 107 and the p ++ -type contact region 108 is performed at a temperature lower than the epitaxial growth temperature of the p-type base region 104. However, the activation rate of the p ++ type contact region 108 is low at an annealing temperature lower than the epitaxial growth temperature of the p type base region 104. For example, in annealing at a temperature of about 1600 ° C., for example, aluminum ion-implanted to form the p ++ type contact region 108 is activated only about 20% of the total dose, and the p ++ type contact region is activated. 108 cannot be made low resistance. For this reason, when the time change rate dV DS / dt of the drain-source voltage is large, the parasitic bipolar transistor may turn on and malfunction. The p ++ -type contact region 108 to the low resistance is obtained to be higher than 1600 ° C. The annealing temperature to activate the p ++ -type contact region 108, in this case, the following problems Arise.

図13は、図14の順方向導通時のソース側のpn接合(p+型ベース領域103aとn型ドリフト領域102との間のpn接合117)の順方向導通時の状態を模式的に示す断面図である。p++型コンタクト領域108を活性化させるためのアニール温度を1600℃よりも高くした場合、p+型ベース領域103aを形成するためのイオン注入時における炭化珪素半導体のアモルファス化を十分に抑制することができなかったり、p++型コンタクト領域108を活性化させるためのアニール温度が3C−SiC相の安定成長温度(1700℃程度)と重なる。このため、図13に示すように、p+型ベース領域103aの内部に、n型ドリフト領域102との界面側に、四層周期六方晶(4H)の炭化珪素よりもバンドギャップが狭いポリタイプ(結晶多形)が生じた領域(以下、低ポリタイプ領域とする)119が形成される。また、p+型ベース領域103aの内部には、n型ドリフト領域102とのpn接合117側にイオン注入による欠陥層120が形成される。 FIG. 13 schematically shows a state of the source side pn junction (pn junction 117 between the p + -type base region 103a and the n-type drift region 102) during forward conduction in FIG. 14 during forward conduction. It is sectional drawing. When the annealing temperature for activating the p ++ type contact region 108 is higher than 1600 ° C., the silicon carbide semiconductor is sufficiently prevented from becoming amorphous during ion implantation for forming the p + type base region 103a. Or the annealing temperature for activating the p ++ type contact region 108 overlaps with the stable growth temperature (about 1700 ° C.) of the 3C—SiC phase. For this reason, as shown in FIG. 13, a polytype having a narrower band gap than p-type periodic hexagonal (4H) silicon carbide inside the p + -type base region 103a and on the interface side with the n-type drift region 102. A region (hereinafter referred to as a low polytype region) 119 in which (polymorphism) occurs is formed. In addition, a defect layer 120 is formed in the p + type base region 103a by ion implantation on the pn junction 117 side with the n type drift region 102.

このようにp+型ベース領域103aの内部に低ポリタイプ領域119や欠陥層120が形成されることで、p+型ベース領域103aとn型ドリフト領域102との間のpn接合117が順方向に導通されたときに、p+型ベース領域103aとn型ドリフト領域102との間のpn接合117から広がる空乏層(点線で図示)118の端部が低ポリタイプ領域119や欠陥層120に接触する。これにより、p+型ベース領域103aとn型ドリフト領域102との間のpn接合117のビルトインポテンシャルVbiが小さくなってしまう。このような炭化珪素半導体装置を例えば図21に示すインバータのメインスイッチとして用いた場合、対向アームの炭化珪素MOSFET(例えば下アームの炭化珪素MOSFET121bとする)がターンオフする際に、上アームの炭化珪素MOSFET121aのボディダイオード122aに流れる電流が増大して導通しやすくなる。このため、p+型ベース領域103aおよびn型ドリフト領域102における基底面転位の成長が促進され、オン抵抗Ronが増大するなど長期的な信頼性が低下するという問題がある。 In this manner, the low polytype region 119 and the defect layer 120 are formed inside the p + type base region 103a, so that the pn junction 117 between the p + type base region 103a and the n type drift region 102 is forward. , The end of a depletion layer (illustrated by a dotted line) 118 extending from the pn junction 117 between the p + type base region 103a and the n type drift region 102 becomes the low polytype region 119 and the defect layer 120. Contact. As a result, the built-in potential Vbi of the pn junction 117 between the p + type base region 103a and the n type drift region 102 is reduced. When such a silicon carbide semiconductor device is used as the main switch of the inverter shown in FIG. 21, for example, when the silicon carbide MOSFET of the opposite arm (for example, the silicon carbide MOSFET 121b of the lower arm) is turned off, the silicon carbide of the upper arm The current flowing through the body diode 122a of the MOSFET 121a increases and becomes conductive. This promotes the growth of basal plane dislocations in the p + -type base region 103a and the n-type drift region 102, and there is a problem that long-term reliability decreases, for example, the on-resistance Ron increases.

一方、図15に示す炭化珪素半導体装置では、エピタキシャル成長によりp+型ベース領域103bが堆積されるため、p+型ベース領域103bの内部に低ポリタイプ領域は発生しない。しかし、ウェハ表面を平坦に保つために、n型ドリフト領域102の表面全面にp+型ベース領域103bを堆積することが望ましい。そして、n型ドリフト領域102の表面全面にp+型ベース領域103bを堆積するため、n型領域106は、例えば窒素などのn型不純物のイオン注入によってp+型ベース領域103bの一部をn型に反転させることで形成される(カウンタードーピング)。例えば、1200V耐圧クラスの素子の場合、n型ドリフト領域102の不純物濃度は5.0×1015/cm3〜1.2×1016/cm3程度である。p+型ベース領域103bの不純物濃度は1.0×1018/cm3台である。n型領域106の不純物濃度は1.0×1016/cm3台である。 On the other hand, in the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 15, since p + type base region 103b is deposited by epitaxial growth, no low polytype region is generated inside p + type base region 103b. However, in order to keep the wafer surface flat, it is desirable to deposit the p + -type base region 103b over the entire surface of the n-type drift region 102. Then, in order to deposit the p + type base region 103b on the entire surface of the n type drift region 102, the n type region 106 is formed by removing a part of the p + type base region 103b by ion implantation of an n type impurity such as nitrogen. It is formed by reversing the mold (counter doping). For example, in the case of a 1200 V breakdown voltage class element, the impurity concentration of the n-type drift region 102 is about 5.0 × 10 15 / cm 3 to 1.2 × 10 16 / cm 3 . The impurity concentration of the p + type base region 103b is 1.0 × 10 18 / cm 3 . The impurity concentration of the n-type region 106 is on the order of 1.0 × 10 16 / cm 3 .

このような不純物濃度で各領域を形成する場合、p+型ベース領域103bをn型に反転させるためのイオン注入において必要なドーズ量は、n型領域106の正味の不純物濃度の100倍程度となり、n型領域106の不純物濃度を制御することは困難である。この問題を解消するための方法として、上記特許文献1や上記非特許文献3には、エッチングによりp+型ベース領域103bを貫通してn型ドリフト領域102に達する溝を形成し、この溝の内部にn型領域106をエピタキシャル成長させることが提案されている。しかしながら、この場合、n型領域106とp+型ベース領域103bとの間のpn接合界面がエピタキシャル層の側壁との界面になるため、エピタキシャル層の側壁付近の結晶欠陥が品質を低下させる原因となる。また、ウェハ表面の平坦性が損なわれることにより、活性領域の面積が大きいパワー炭化珪素半導体装置の場合に良品率の低下につながる。 When each region is formed with such an impurity concentration, the dose required for ion implantation for inverting the p + -type base region 103b to the n-type is about 100 times the net impurity concentration of the n-type region 106. It is difficult to control the impurity concentration of the n-type region 106. As a method for solving this problem, in Patent Document 1 and Non-Patent Document 3 described above, a groove that reaches the n-type drift region 102 through the p + -type base region 103b is formed by etching. It has been proposed to epitaxially grow the n-type region 106 therein. However, in this case, since the pn junction interface between the n-type region 106 and the p + -type base region 103b becomes an interface with the side wall of the epitaxial layer, the crystal defects near the side wall of the epitaxial layer cause the quality to deteriorate. Become. Further, the flatness of the wafer surface is impaired, leading to a decrease in the yield rate in the case of a power silicon carbide semiconductor device having a large active region area.

図16に示す埋め込みチャネル型の炭化珪素半導体装置では、図示するように素子構造をMOSFETとした場合、p+型ベース領域103aをイオン注入によって形成しているため、図14に示す炭化珪素半導体装置と同様の問題が生じる。また、図16に示す埋め込みチャネル型の炭化珪素半導体装置では、素子構造をIGBTとした場合、p+型ベース領域103aとn型ドリフト領域102との間のpn接合のビルトインポテンシャルVbiが小さくなることで、n型ドリフト領域102中の少数キャリア(ホール)に対するエネルギーバリアが低くなり、おもて面側のホールがp+型ベース領域103aを経由してソース電極111に抜けやすくなる。このため、n型ドリフト領域102への少数キャリアの蓄積効果が低くなり、オン電圧Vonが高くなるという問題がある。 In the buried channel type silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 16, when the element structure is a MOSFET as shown in the drawing, the p + type base region 103a is formed by ion implantation. Therefore, the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. The same problem occurs. In the buried channel type silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 16, when the element structure is IGBT, built-in potential Vbi of the pn junction between p + type base region 103a and n type drift region 102 is reduced. As a result, the energy barrier against minority carriers (holes) in the n-type drift region 102 is lowered, and the holes on the front surface side easily escape to the source electrode 111 via the p + -type base region 103a. For this reason, there is a problem that an effect of accumulating minority carriers in the n-type drift region 102 is lowered and the on-voltage Von is increased.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおいてオン抵抗が増大することを抑制することができる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタにおいてオン電圧を低下させることができる炭化珪素半導体装置および炭化珪素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 provides a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing an increase in on-resistance in an insulated gate field effect transistor in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art. For the purpose. An object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device capable of reducing the on-voltage in an insulated gate bipolar transistor in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art. .

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、次の特徴を有する。第1導電型炭化珪素半導体からなる第1導電型ドリフト領域が設けられている。前記第1導電型ドリフト領域の一方の表面上に、第2導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第1の第2導電型半導体領域が設けられている。前記第1の第2導電型半導体領域の、前記第1導電型ドリフト領域側に対して反対側の表面層に、第2導電型不純物が選択的に導入されてなる、前記第1の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の低い第2の第2導電型半導体領域が設けられている。前記第1の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1導電型ドリフト領域に達する第1の第1導電型半導体領域が設けられている。前記第2の第2導電型半導体領域および前記第1の第1導電型半導体領域の、前記第1導電型ドリフト領域側に対して反対側の表面上に、前記第2の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の高い第2導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第3の第2導電型半導体領域が設けられている。前記第3の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1の第1導電型半導体領域に達する第2の第1導電型半導体領域が設けられている。前記第3の第2導電型半導体領域の内部に、前記第2の第1導電型半導体領域と離れて、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型ソース領域が選択的に設けられている。前記第2の第1導電型半導体領域の表面上、および、前記第3の第2導電型半導体領域の、前記第2の第1導電型半導体領域と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた部分の表面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている。前記第1導電型ソース領域および前記第3の第2導電型半導体領域に接するソース電極が設けられている。前記第1導電型ドリフト領域の他方の表面上に、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型炭化珪素半導体からなる第1導電型ドレイン領域が設けられている。前記第1導電型ドレイン領域に接するドレイン電極が設けられている。   In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following characteristics. A first conductivity type drift region made of the first conductivity type silicon carbide semiconductor is provided. A first second conductivity type semiconductor region in which a second conductivity type silicon carbide semiconductor is deposited is provided on one surface of the first conductivity type drift region. The first second conductivity type impurity is selectively introduced into a surface layer of the first second conductivity type semiconductor region opposite to the first conductivity type drift region side. A second second conductivity type semiconductor region having a lower resistivity than the conductivity type semiconductor region is provided. A first first conductivity type semiconductor region that penetrates the first second conductivity type semiconductor region in the depth direction and reaches the first conductivity type drift region is provided. The second second conductive semiconductor on the surface of the second second conductive semiconductor region and the first first conductive semiconductor region opposite to the first conductive drift region side. There is provided a third second conductivity type semiconductor region in which a second conductivity type silicon carbide semiconductor having a higher resistivity than the region is deposited. A second first-conductivity-type semiconductor region that penetrates the third second-conductivity-type semiconductor region in the depth direction and reaches the first first-conductivity-type semiconductor region is provided. A first conductivity type source region having a resistivity lower than that of the first conductivity type drift region is selectively provided inside the third second conductivity type semiconductor region, apart from the second first conductivity type semiconductor region. Is provided. Sandwiched between the second first conductive type semiconductor region and the first conductive type source region on the surface of the second first conductive type semiconductor region and the third second conductive type semiconductor region. A gate electrode is provided on the surface of the part via a gate insulating film. A source electrode in contact with the first conductivity type source region and the third second conductivity type semiconductor region is provided. A first conductivity type drain region made of a first conductivity type silicon carbide semiconductor having a resistivity lower than that of the first conductivity type drift region is provided on the other surface of the first conductivity type drift region. A drain electrode in contact with the first conductivity type drain region is provided.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、次の特徴を有する。第1導電型炭化珪素半導体からなる第1導電型ドリフト領域が設けられている。前記第1導電型ドリフト領域の一方の表面上に、第2導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第1の第2導電型半導体領域が設けられている。前記第1の第2導電型半導体領域の、前記第1導電型ドリフト領域側に対して反対側の表面層に、第2導電型不純物が選択的に導入されてなる、前記第1の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の低い第2の第2導電型半導体領域が設けられている。前記第1の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1導電型ドリフト領域に達する第1の第1導電型半導体領域が設けられている。前記第2の第2導電型半導体領域および前記第1の第1導電型半導体領域の、前記第1導電型ドリフト領域側に対して反対側の表面上に、前記第2の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の高い第2導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第3の第2導電型半導体領域が設けられている。前記第3の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1の第1導電型半導体領域に達する第2の第1導電型半導体領域が設けられている。前記第3の第2導電型半導体領域の内部に、前記第2の第1導電型半導体領域と離れて、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型エミッタ領域が選択的に設けられている。前記第2の第1導電型半導体領域の表面上、および、前記第3の第2導電型半導体領域の、前記第2の第1導電型半導体領域と前記第1導電型エミッタ領域とに挟まれた部分の表面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている。前記第1導電型エミッタ領域および前記第3の第2導電型半導体領域に接するエミッタ電極が設けられている。前記第1導電型ドリフト領域の他方の表面上に、第2導電型炭化珪素半導体からなる第2導電型コレクタ領域が設けられている。前記第2導電型コレクタ領域に接するコレクタ電極が設けられている。   In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following characteristics. A first conductivity type drift region made of the first conductivity type silicon carbide semiconductor is provided. A first second conductivity type semiconductor region in which a second conductivity type silicon carbide semiconductor is deposited is provided on one surface of the first conductivity type drift region. The first second conductivity type impurity is selectively introduced into a surface layer of the first second conductivity type semiconductor region opposite to the first conductivity type drift region side. A second second conductivity type semiconductor region having a lower resistivity than the conductivity type semiconductor region is provided. A first first conductivity type semiconductor region that penetrates the first second conductivity type semiconductor region in the depth direction and reaches the first conductivity type drift region is provided. The second second conductive semiconductor on the surface of the second second conductive semiconductor region and the first first conductive semiconductor region opposite to the first conductive drift region side. There is provided a third second conductivity type semiconductor region in which a second conductivity type silicon carbide semiconductor having a higher resistivity than the region is deposited. A second first-conductivity-type semiconductor region that penetrates the third second-conductivity-type semiconductor region in the depth direction and reaches the first first-conductivity-type semiconductor region is provided. A first conductivity type emitter region having a resistivity lower than that of the first conductivity type drift region is selectively provided in the third second conductivity type semiconductor region, apart from the second first conductivity type semiconductor region. Is provided. Sandwiched between the second first-conductivity-type semiconductor region and the first-conductivity-type emitter region on the surface of the second first-conductivity-type semiconductor region and the third second-conductivity-type semiconductor region A gate electrode is provided on the surface of the part via a gate insulating film. An emitter electrode in contact with the first conductivity type emitter region and the third second conductivity type semiconductor region is provided. A second conductivity type collector region made of a second conductivity type silicon carbide semiconductor is provided on the other surface of the first conductivity type drift region. A collector electrode in contact with the second conductivity type collector region is provided.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第1の第2導電型半導体領域は、前記第2の第2導電型半導体領域を挟んで深さ方向に第3の第2導電型半導体領域と対向することを特徴とする。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first second conductivity type semiconductor region has a third direction in the depth direction across the second second conductivity type semiconductor region. It faces the two-conductivity type semiconductor region.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第1の第1導電型半導体領域は、前記第2の第2導電型半導体領域と離れて設けられており、前記第1の第2導電型半導体領域は、前記第2の第2導電型半導体領域の、前記第1の第1導電型半導体領域側および前記第1導電型ドリフト領域側の周囲を囲むことを特徴とする。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first first conductivity type semiconductor region is provided apart from the second second conductivity type semiconductor region. The second conductivity type semiconductor region surrounds the first second conductivity type semiconductor region side and the first conductivity type drift region side of the second second conductivity type semiconductor region. .

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第1の第2導電型半導体領域の厚さは、前記第2の第2導電型半導体領域の厚さよりも0.3μm以上厚いことを特徴とする。   In the silicon carbide semiconductor device according to this invention, the thickness of the first second conductivity type semiconductor region is 0.3 μm or more than the thickness of the second second conductivity type semiconductor region. It is characterized by being thick.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第1の第2導電型半導体領域の抵抗率は、前記第2の第2導電型半導体領域の抵抗率よりも100倍以上高いことを特徴とする。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the resistivity of the first second conductivity type semiconductor region is 100 times or more than the resistivity of the second second conductivity type semiconductor region. It is characterized by being expensive.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第1の第1導電型半導体領域は、前記第1の第2導電型半導体領域の内部に第1導電型不純物が選択的に導入されてなることを特徴とする。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first first conductivity type semiconductor region is selectively doped with a first conductivity type impurity inside the first second conductivity type semiconductor region. It is characterized by being introduced to.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第2の第1導電型半導体領域は、前記第3の第2導電型半導体領域の内部に第1導電型不純物が選択的に導入されてなることを特徴とする。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the second first conductivity type semiconductor region is selectively doped with a first conductivity type impurity inside the third second conductivity type semiconductor region. It is characterized by being introduced to.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第3の第2導電型半導体領域の内部に第2導電型不純物が選択的に導入されてなる第2導電型コンタクト領域をさらに備え、前記ソース電極は、前記第1導電型ソース領域および前記第2導電型コンタクト領域に接することを特徴とする。   According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, in the above-described invention, the second conductivity type contact region formed by selectively introducing a second conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region is provided. The source electrode may be in contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type contact region.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第3の第2導電型半導体領域の内部に第2導電型不純物が選択的に導入されてなる第2導電型コンタクト領域をさらに備え、前記エミッタ電極は、前記第1導電型エミッタ領域および前記第2導電型コンタクト領域に接することを特徴とする。   According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, in the above-described invention, the second conductivity type contact region formed by selectively introducing a second conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region is provided. Further, the emitter electrode is in contact with the first conductivity type emitter region and the second conductivity type contact region.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第2導電型コレクタ領域と前記第1導電型ドリフト領域との間に、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型バッファ領域をさらに備えることを特徴とする。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the resistivity is lower than that of the first conductivity type drift region between the second conductivity type collector region and the first conductivity type drift region. The semiconductor device further includes a first conductivity type buffer region.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、第1導電型炭化珪素半導体基板のおもて面上に、炭化珪素半導体からなる第1導電型ドリフト領域を堆積する第1工程を行う。次に、前記第1導電型ドリフト領域の上に、炭化珪素半導体からなる第1の第2導電型半導体領域を堆積する第2工程を行う。次に、前記第1の第2導電型半導体領域に第2導電型不純物を選択的に導入し、前記第1の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の低い第2の第2導電型半導体領域を形成する第3工程を行う。次に、前記第1の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1導電型ドリフト領域に達する第1の第1導電型半導体領域を形成する第4工程を行う。次に、前記第2の第2導電型半導体領域および前記第1の第1導電型半導体領域の上に、前記第2の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の高い炭化珪素半導体からなる第3の第2導電型半導体領域を堆積する第5工程を行う。次に、前記第3の第2導電型半導体領域の内部に、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型ソース領域を選択的に形成する第6工程を行う。次に、前記第1導電型ソース領域と離れて、かつ前記第3の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1の第1導電型半導体領域に達する第2の第1導電型半導体領域を形成する第7工程を行う。次に、前記第2の第1導電型半導体領域の表面上、および、前記第3の第2導電型半導体領域の、前記第2の第1導電型半導体領域と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた部分の表面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する第8工程を行う。次に、前記第1導電型ソース領域および前記第3の第2導電型半導体領域に接するソース電極を形成する第9工程を行う。次に、前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面に接するドレイン電極を形成する第10工程を行う。   In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following characteristics. First, a first step of depositing a first conductivity type drift region made of a silicon carbide semiconductor on the front surface of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate is performed. Next, a second step of depositing a first second conductivity type semiconductor region made of a silicon carbide semiconductor on the first conductivity type drift region is performed. Next, a second conductivity type impurity is selectively introduced into the first second conductivity type semiconductor region, and a second second conductivity type semiconductor having a resistivity lower than that of the first second conductivity type semiconductor region. A third step of forming a region is performed. Next, a fourth step of forming a first first conductivity type semiconductor region that penetrates the first second conductivity type semiconductor region in the depth direction and reaches the first conductivity type drift region is performed. Next, on the second second conductivity type semiconductor region and the first first conductivity type semiconductor region, a second layer made of a silicon carbide semiconductor having a resistivity higher than that of the second second conductivity type semiconductor region. A fifth step of depositing the second conductive type semiconductor region 3 is performed. Next, a sixth step of selectively forming a first conductivity type source region having a resistivity lower than that of the first conductivity type drift region in the third second conductivity type semiconductor region is performed. Next, the second first which reaches the first first conductivity type semiconductor region away from the first conductivity type source region and penetrates the third second conductivity type semiconductor region in the depth direction. A seventh step of forming the conductive semiconductor region is performed. Next, on the surface of the second first conductivity type semiconductor region and the second first conductivity type semiconductor region and the first conductivity type source region of the third second conductivity type semiconductor region, An eighth step of forming a gate electrode on the surface of the portion sandwiched between the gate insulating film via the gate insulating film is performed. Next, a ninth step of forming a source electrode in contact with the first conductivity type source region and the third second conductivity type semiconductor region is performed. Next, a tenth step of forming a drain electrode in contact with the back surface of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate is performed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第4工程では、前記第1の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第1の第1導電型半導体領域を形成することを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the fourth step, the first conductivity type impurity is selectively introduced into the first second conductivity type semiconductor region. A first first conductivity type semiconductor region is formed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第7工程では、前記第3の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第2の第1導電型半導体領域を形成することを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the seventh step, the first conductivity type impurity is selectively introduced into the third second conductivity type semiconductor region. A second first conductivity type semiconductor region is formed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第3工程および前記第4工程後、前記第5工程前に、第1熱処理により、前記第3工程によって導入された第2導電型不純物と、前記第4工程によって導入された第1導電型不純物とを活性化させる第11工程をさらに含むことを特徴とする。   In addition, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is introduced by the third step by the first heat treatment after the third step and the fourth step and before the fifth step in the above-described invention. The method further includes an eleventh step of activating the second conductivity type impurity and the first conductivity type impurity introduced in the fourth step.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第11工程では、1750℃以上1850℃以下の温度の前記第1熱処理を行うことを特徴とする。   In addition, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the first heat treatment is performed at a temperature of 1750 ° C. or higher and 1850 ° C. or lower in the eleventh step.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、さらに次の特徴を有する。前記第6工程では、前記第3の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第1導電型ソース領域を形成する。そして、前記第5工程後、前記第8工程前に、前記第3の第2導電型半導体領域に第2導電型不純物を選択的に導入して第2導電型コンタクト領域を形成する第12工程を行う。前記第6工程および前記第12工程後に、前記第1熱処理の温度以下の温度の第2熱処理により、前記第6工程によって導入された第1導電型不純物と、前記第12工程によって導入された第2導電型不純物とを活性化させる第13工程を行う。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention further has the following features in the above-described invention. In the sixth step, the first conductivity type source region is formed by selectively introducing a first conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region. Then, after the fifth step and before the eighth step, a twelfth step of forming a second conductivity type contact region by selectively introducing a second conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region. I do. After the sixth step and the twelfth step, the first conductivity type impurity introduced in the sixth step and the second impurity introduced in the twelfth step by a second heat treatment at a temperature lower than the temperature of the first heat treatment. A thirteenth step of activating the two conductivity type impurities is performed.

また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、第1導電型炭化珪素半導体基板のおもて面上に、炭化珪素半導体からなる第2導電型コレクタ領域を堆積する第1工程を行う。次に、前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面上に、炭化珪素半導体からなる第1の第2導電型半導体領域を堆積する第2工程を行う。次に、前記第1の第2導電型半導体領域に第2導電型不純物を選択的に導入し、前記第1の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の低い第2の第2導電型半導体領域を形成する第3工程を行う。次に、前記第1の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1導電型炭化珪素半導体基板に達する第1の第1導電型半導体領域を形成する第4工程を行う。次に、前記第2の第2導電型半導体領域および前記第1の第1導電型半導体領域の上に、前記第2の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の高い炭化珪素半導体からなる第3の第2導電型半導体領域を堆積する第5工程を行う。次に、前記第3の第2導電型半導体領域の内部に、前記第1導電型炭化珪素半導体基板よりも抵抗率の低い第1導電型エミッタ領域を選択的に形成する第6工程を行う。次に、前記第1導電型エミッタ領域と離れて、かつ前記第3の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1の第1導電型半導体領域に達する第2の第1導電型半導体領域を形成する第7工程を行う。次に、前記第2の第1導電型半導体領域の表面上、および、前記第3の第2導電型半導体領域の、前記第2の第1導電型半導体領域と前記第1導電型エミッタ領域とに挟まれた部分の表面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する第8工程を行う。次に、前記第1導電型エミッタ領域および前記第3の第2導電型半導体領域に接するエミッタ電極を形成する第9工程を行う。次に、前記第2導電型コレクタ領域に接するコレクタ電極を形成する第10工程を行う。   In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following characteristics. First, a first step of depositing a second conductivity type collector region made of a silicon carbide semiconductor on the front surface of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate is performed. Next, a second step of depositing a first second conductivity type semiconductor region made of a silicon carbide semiconductor on the back surface of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate is performed. Next, a second conductivity type impurity is selectively introduced into the first second conductivity type semiconductor region, and a second second conductivity type semiconductor having a resistivity lower than that of the first second conductivity type semiconductor region. A third step of forming a region is performed. Next, a fourth step of forming a first first conductivity type semiconductor region that penetrates the first second conductivity type semiconductor region in the depth direction and reaches the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate is performed. Next, on the second second conductivity type semiconductor region and the first first conductivity type semiconductor region, a second layer made of a silicon carbide semiconductor having a resistivity higher than that of the second second conductivity type semiconductor region. A fifth step of depositing the second conductive type semiconductor region 3 is performed. Next, a sixth step of selectively forming a first conductivity type emitter region having a resistivity lower than that of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate in the third second conductivity type semiconductor region is performed. Next, the second first which reaches the first first conductivity type semiconductor region away from the first conductivity type emitter region and penetrates the third second conductivity type semiconductor region in the depth direction. A seventh step of forming the conductive semiconductor region is performed. Next, on the surface of the second first conductivity type semiconductor region and the second first conductivity type semiconductor region and the first conductivity type emitter region of the third second conductivity type semiconductor region, An eighth step of forming a gate electrode on the surface of the portion sandwiched between the gate insulating film via the gate insulating film is performed. Next, a ninth step of forming an emitter electrode in contact with the first conductivity type emitter region and the third second conductivity type semiconductor region is performed. Next, a tenth step of forming a collector electrode in contact with the second conductivity type collector region is performed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第4工程では、前記第1の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第1の第1導電型半導体領域を形成することを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the fourth step, the first conductivity type impurity is selectively introduced into the first second conductivity type semiconductor region. A first first conductivity type semiconductor region is formed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第7工程では、前記第3の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第2の第1導電型半導体領域を形成することを特徴とする。   In the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the seventh step, the first conductivity type impurity is selectively introduced into the third second conductivity type semiconductor region. A second first conductivity type semiconductor region is formed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第3工程および前記第4工程後、前記第5工程前に、第1熱処理により、前記第3工程によって導入された第2導電型不純物と、前記第4工程によって導入された第1導電型不純物とを活性化させる第11工程をさらに含むことを特徴とする。   In addition, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is introduced by the third step by the first heat treatment after the third step and the fourth step and before the fifth step in the above-described invention. The method further includes an eleventh step of activating the second conductivity type impurity and the first conductivity type impurity introduced in the fourth step.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第11工程では、1750℃以上1850℃以下の温度の前記第1熱処理を行うことを特徴とする。   In addition, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the first heat treatment is performed at a temperature of 1750 ° C. or higher and 1850 ° C. or lower in the eleventh step.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、さらに次の特徴を有する。前記第6工程では、前記第3の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第1導電型エミッタ領域を形成する。そして、前記第5工程後、前記第8工程前に、前記第3の第2導電型半導体領域に第2導電型不純物を選択的に導入して第2導電型コンタクト領域を形成する第12工程を行う。前記第6工程および前記第12工程後に、前記第1熱処理の温度以下の温度の第2熱処理により、前記第6工程によって導入された第1導電型不純物と、前記第12工程によって導入された第2導電型不純物とを活性化させる第13工程を行う。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention further has the following features in the above-described invention. In the sixth step, the first conductivity type emitter region is formed by selectively introducing a first conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region. Then, after the fifth step and before the eighth step, a twelfth step of forming a second conductivity type contact region by selectively introducing a second conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region. I do. After the sixth step and the twelfth step, the first conductivity type impurity introduced in the sixth step and the second impurity introduced in the twelfth step by a second heat treatment at a temperature lower than the temperature of the first heat treatment. A thirteenth step of activating the two conductivity type impurities is performed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1導電型炭化珪素半導体基板は、炭化珪素半導体からなる第1導電型基体と、前記第1導電型基体のおもて面上に、前記第1導電型基体よりも抵抗率の高い第1導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第1導電型ドリフト領域と、を備え、前記第1工程では、前記第1導電型ドリフト領域の上に前記第2導電型コレクタ領域を堆積し、前記第1工程後、前記第2工程前に、前記第1導電型炭化珪素半導体基板を前記第1導電型基体側から研削していき、前記第1導電型ドリフト領域を露出させることを特徴とする。   According to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate includes a first conductivity type substrate made of a silicon carbide semiconductor, and the first conductivity type substrate. And a first conductivity type drift region in which a first conductivity type silicon carbide semiconductor having a higher resistivity than the first conductivity type substrate is deposited on the front surface, and in the first step, the first step The second conductivity type collector region is deposited on the one conductivity type drift region, and after the first step and before the second step, the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate is moved from the first conductivity type substrate side. Grinding is performed to expose the first conductivity type drift region.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第1工程では、前記第1導電型ドリフト領域の上に前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型炭化珪素半導体からなる第1導電型バッファ領域を堆積した後に、前記第1導電型バッファ領域の上に前記第2導電型コレクタ領域を堆積することを特徴とする。   According to the method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the first step, the first conductivity type drift region has a lower resistivity than the first conductivity type drift region. The first conductivity type buffer region made of one conductivity type silicon carbide semiconductor is deposited, and then the second conductivity type collector region is deposited on the first conductivity type buffer region.

上述した発明によれば、第1導電型ドリフト領域上に第1の第2導電型半導体領域を堆積し、第1の第2導電型半導体領域の内部に第2導電型不純物を導入して第2の第2導電型半導体領域を形成することにより、第1の第2導電型半導体領域と第1導電型ドリフト領域とのpn接合が順方向に導通したときに、第2の第2導電型半導体領域中の低ポリタイプ領域や欠陥層に、第1の第2導電型半導体領域と第1導電型ドリフト領域とのpn接合から広がる空乏層の端部が接触しない。このため、第1の第2導電型半導体領域と第1導電型ドリフト領域とのpn接合のビルトインポテンシャルを炭化珪素のバンドギャップで決まるビルトインポテンシャルとほぼ等しくすることができる。   According to the above-described invention, the first second conductivity type semiconductor region is deposited on the first conductivity type drift region, the second conductivity type impurity is introduced into the first second conductivity type semiconductor region, and the second conductivity type impurity is introduced. By forming the second second conductivity type semiconductor region, the second second conductivity type when the pn junction between the first second conductivity type semiconductor region and the first conductivity type drift region becomes conductive in the forward direction. The end portion of the depletion layer extending from the pn junction between the first second conductivity type semiconductor region and the first conductivity type drift region does not contact the low polytype region or the defect layer in the semiconductor region. For this reason, the built-in potential of the pn junction between the first second conductivity type semiconductor region and the first conductivity type drift region can be made substantially equal to the built-in potential determined by the band gap of silicon carbide.

本発明にかかる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおいてオン抵抗が増大することを抑制することができるという効果を奏する。本発明にかかる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタにおいてオン電圧を低下させることができるという効果を奏する。   According to the silicon carbide semiconductor device and the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present invention, it is possible to suppress an increase in on-resistance in the insulated gate field effect transistor. According to the silicon carbide semiconductor device and the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present invention, there is an effect that the on-voltage can be lowered in the insulated gate bipolar transistor.

実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。1 is a cross sectional view showing a structure of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment. 図1の炭化珪素半導体装置のソース側のpn接合の順方向導通時の状態を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross sectional view schematically showing a state at the time of forward conduction of a pn junction on the source side of the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の電気的特性を示す特性図である。3 is a characteristic diagram showing electrical characteristics of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 4 is a cross sectional view showing a structure of a silicon carbide semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross sectional view showing a state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross sectional view showing a state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. 図14の順方向導通時のソース側のpn接合の順方向導通時の状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the state at the time of the forward conduction | electrical_connection of the source side pn junction at the time of the forward conduction | electrical_connection of FIG. 従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来の炭化珪素半導体装置の別の一例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of another example of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来の炭化珪素半導体装置の別の一例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of another example of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来の炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来の炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来の炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来の炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来のインバータの要部(一相分)の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the principal part (for 1 phase) of the conventional inverter.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。また、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数を表している。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Exemplary embodiments of a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. In the Miller index notation, “−” means a bar attached to the index immediately after that, and “−” is added before the index to indicate a negative index. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

(実施の形態1)
実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造について、プレーナゲート構造の炭化珪素MOSFETを例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図1には、炭化珪素半導体装置の主要部のハーフセルが示されている。実際の炭化珪素半導体装置の全体構成は、図1に示すハーフセルの構成がその両端をそれぞれ線対称の軸として連続する構成となる(図3〜8,10〜12においても同様)。図1に示すように、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置において、炭化珪素からなるn++型半導体基板1のおもて面上には、例えばエピタキシャル層からなるn型ドリフト領域2が堆積されている。n型ドリフト領域2の、n++型半導体基板1側に対して反対側の表面上には、例えばエピタキシャル層からなるp型領域(第1の第2導電型半導体領域)21が堆積されている。
(Embodiment 1)
The structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described using a silicon carbide MOSFET having a planar gate structure as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 1 shows a half cell of a main part of the silicon carbide semiconductor device. The actual overall structure of the silicon carbide semiconductor device is such that the configuration of the half cell shown in FIG. 1 is continuous with both ends thereof as axes of line symmetry (the same applies to FIGS. 3 to 8 and 10 to 12). As shown in FIG. 1, in the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, an n type drift region 2 made of, for example, an epitaxial layer is formed on the front surface of an n ++ type semiconductor substrate 1 made of silicon carbide. Has been deposited. On the surface of the n type drift region 2 opposite to the n ++ type semiconductor substrate 1 side, a p type region (first second conductivity type semiconductor region) 21 made of, for example, an epitaxial layer is deposited. Yes.

p型領域21の、n型ドリフト領域2側に対して反対側の表面層には、イオン注入領域であるp+型ベース領域(第2の第2導電型半導体領域)3が選択的に設けられている。p+型ベース領域3は、p型領域21とn型ドリフト領域2との間のpn接合から離れて設けられている。隣り合うp型領域21に挟まれた領域には、n型領域(第1の第1導電型半導体領域)6が設けられている。n型領域6は、p型領域21およびn型ドリフト領域2に接し、かつp+型ベース領域3と離れて設けられている。すなわち、p型領域21は、p+型ベース領域3の、n型領域6側およびn型ドリフト領域2側の周囲を囲む。p型領域21、p+型ベース領域3およびn型領域6の表面(n型ドリフト領域2側に対して反対側の表面)上には、例えばエピタキシャル層からなるp型ベース領域(第3の第2導電型半導体領域)4が堆積されている。p型ベース領域4の内部には、p型ベース領域4を深さ方向に貫通してn型領域6に達するn型領域(第2の第1導電型半導体領域)5が選択的に設けられている。n型領域5,6は、深さ方向に隣接し、接合型電界効果トランジスタ(JFET)領域を構成する。 A p + type base region (second second conductivity type semiconductor region) 3 that is an ion implantation region is selectively provided on the surface layer of the p type region 21 opposite to the n type drift region 2 side. It has been. The p + type base region 3 is provided away from the pn junction between the p type region 21 and the n type drift region 2. An n-type region (first first conductivity type semiconductor region) 6 is provided in a region sandwiched between adjacent p-type regions 21. N-type region 6 is in contact with p-type region 21 and n-type drift region 2 and is provided apart from p + -type base region 3. That is, the p-type region 21 surrounds the p + -type base region 3 around the n-type region 6 side and the n-type drift region 2 side. On the surface of p-type region 21, p + -type base region 3 and n-type region 6 (surface opposite to the n-type drift region 2 side), for example, a p-type base region (third A second conductivity type semiconductor region) 4 is deposited. Inside the p-type base region 4, an n-type region (second first conductivity type semiconductor region) 5 that penetrates the p-type base region 4 in the depth direction and reaches the n-type region 6 is selectively provided. ing. The n-type regions 5 and 6 are adjacent in the depth direction and constitute a junction field effect transistor (JFET) region.

JFET領域を構成するn型領域5,6のうち、ゲート絶縁膜9側のn型領域5の幅は、n型ドリフト領域2側のn型領域6の幅よりも広いのが好ましい。その理由は、n型ドリフト領域2側のn型領域6の幅をゲート絶縁膜9側のn型領域5の幅よりも狭くすることにより、ドレイン−ソース間に高電圧が印加されたときに、n型領域5によってゲート絶縁膜9周辺の電界を遮断することができるため、ゲート絶縁膜9にかかる電界強度を低減することができるからである。一方、n型ドリフト領域2側のn型領域6の幅がゲート絶縁膜9側のn型領域5の幅よりも狭くなる分、n型ドリフト領域2側のn型領域6が空乏化されやすい。このため、オン抵抗Ronを低減するために、n型ドリフト領域2側のn型領域6の不純物濃度を、ゲート絶縁膜9側のn型領域5の不純物濃度よりも高くするのが好ましい。   Of the n-type regions 5 and 6 constituting the JFET region, the width of the n-type region 5 on the gate insulating film 9 side is preferably wider than the width of the n-type region 6 on the n-type drift region 2 side. The reason is that when a high voltage is applied between the drain and source by making the width of the n-type region 6 on the n-type drift region 2 side narrower than the width of the n-type region 5 on the gate insulating film 9 side. This is because the electric field around the gate insulating film 9 can be blocked by the n-type region 5, so that the electric field strength applied to the gate insulating film 9 can be reduced. On the other hand, since the width of the n-type region 6 on the n-type drift region 2 side is narrower than the width of the n-type region 5 on the gate insulating film 9 side, the n-type region 6 on the n-type drift region 2 side is easily depleted. . Therefore, in order to reduce the on-resistance Ron, it is preferable that the impurity concentration of the n-type region 6 on the n-type drift region 2 side is higher than the impurity concentration of the n-type region 5 on the gate insulating film 9 side.

また、p型ベース領域4の内部には、p型ベース領域4を深さ方向に貫通してp+型ベース領域3に達するn++型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8が選択的に設けられている。n++型ソース領域7は、n型領域5と離れて設けられている。p++型コンタクト領域8は、n++型ソース領域7のn型領域5側に対して反対側に接する。すなわち、p+型ベース領域3は、n++型ソース領域7よりもJFET領域側に延在しており、p型ベース領域4の、n++型ソース領域7とn型領域5とに挟まれた部分の直下(n型ドリフト領域2側)には、p+型ベース領域3が設けられている。p型ベース領域4(n++型ソース領域7とn型領域5とに挟まれた部分)の直下にp+型ベース領域3が配置されていることにより、p型ベース領域4がパンチスルーすることを抑制することができる。 In addition, an n ++ type source region 7 and a p ++ type contact region 8 that penetrate the p type base region 4 in the depth direction and reach the p + type base region 3 are selected inside the p type base region 4. Provided. The n ++ type source region 7 is provided apart from the n type region 5. The p ++ type contact region 8 is in contact with the n ++ type source region 7 on the side opposite to the n type region 5 side. That is, the p + type base region 3 extends to the JFET region side with respect to the n ++ type source region 7, and the p + type base region 4 includes the n ++ type source region 7 and the n type region 5. A p + -type base region 3 is provided immediately below the sandwiched portion (on the n-type drift region 2 side). Since the p + type base region 3 is disposed immediately below the p type base region 4 (the portion sandwiched between the n ++ type source region 7 and the n type region 5), the p type base region 4 is punched through. Can be suppressed.

n型領域5からn++型ソース領域7にわたって、n型領域5の表面上、p型ベース領域4の、n型領域5とn++型ソース領域7とに挟まれた部分の表面上、およびn++型ソース領域7の一部の表面上には、ゲート絶縁膜9を介してゲート電極10が設けられている。ソース電極11は、n++型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8に低抵抗接続され、かつ層間絶縁膜13によってゲート電極10と電気的に絶縁されている。n++型ドレイン領域となるn++型半導体基板1の裏面には、ドレイン電極12が設けられている。 From the n-type region 5 to the n ++ -type source region 7, on the surface of the n-type region 5, and on the surface of the portion of the p-type base region 4 sandwiched between the n-type region 5 and the n ++ -type source region 7 On the surface of a part of the n + + type source region 7, a gate electrode 10 is provided via a gate insulating film 9. Source electrode 11 is connected to n ++ type source region 7 and p ++ type contact region 8 with low resistance, and is electrically insulated from gate electrode 10 by interlayer insulating film 13. A drain electrode 12 is provided on the back surface of the n ++ type semiconductor substrate 1 serving as an n ++ type drain region.

次に、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置のゲート電極10に閾値電圧以上のゲート電圧(正電圧)が印加されたときにソース側のpn接合(p型領域21とn型ドリフト領域2との間のpn接合)から広がる空乏層の状態について説明する。図2は、図1の炭化珪素半導体装置のソース側のpn接合の順方向導通時の状態を模式的に示す断面図である。ソース側のpn接合17を順方向に導通するときのMOSFETの基本的な動作は、上述した従来の炭化珪素半導体装置(図14,15参照)と同様であるため、説明を省略する。図2に示すように、p+型ベース領域3の内部に、p+型ベース領域3を形成するためのイオン注入された不純物を活性化させる際に、四層周期六方晶(4H)の炭化珪素よりもバンドギャップの狭いポリタイプ(結晶多形)が生じた領域(低ポリタイプ領域)19が形成される。その理由は、後述するようにイオン注入した不純物を活性化するためのアニールを、例えば3C−SiC相の安定成長温度(1700℃程度)と重なる程度の温度で行うからである。 Next, when a gate voltage (positive voltage) higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 10 of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, the source side pn junction (p-type region 21 and n-type drift region 2). The state of the depletion layer extending from the pn junction between the two will be described. FIG. 2 is a cross sectional view schematically showing a state at the time of forward conduction of the pn junction on the source side of the silicon carbide semiconductor device of FIG. The basic operation of the MOSFET when conducting the pn junction 17 on the source side in the forward direction is the same as that of the conventional silicon carbide semiconductor device described above (see FIGS. 14 and 15), and thus the description thereof is omitted. As shown in FIG. 2, when activating the ion-implanted impurity for forming the p + -type base region 3 inside the p + -type base region 3, the carbonization of the four-layer periodic hexagonal crystal (4H) is performed. A region (low polytype region) 19 in which a polytype (crystal polymorph) having a narrower band gap than silicon is generated is formed. This is because, as will be described later, annealing for activating the ion-implanted impurities is performed at a temperature that overlaps, for example, the stable growth temperature (about 1700 ° C.) of the 3C—SiC phase.

また、p+型ベース領域3の内部に、p+型ベース領域3を形成するためのイオン注入による欠陥層20が形成される。これら欠陥層20および低ポリタイプ領域19は、p+型ベース領域3とn型ドリフト領域2との間にp型領域21が設けられていることにより、ソース側のpn接合(p型領域21とn型ドリフト領域2との間のpn接合)17から離れた位置に形成される。このため、ソース側のpn接合17を順方向に導通したときに、ソース側のpn接合17から広がる空乏層(点線で図示)18の端部は、欠陥層20および低ポリタイプ領域19に接触しない。したがって、ソース側のpn接合17のビルトインポテンシャルVbiは、炭化珪素のバンドギャップによるビルトインポテンシャルで決定され、従来の炭化珪素半導体装置におけるソース側のpn接合(p+型ベース領域とn型ドリフト領域との間のpn接合)のビルトインポテンシャルよりも大きくなる。 Also, inside the p + -type base region 3, the defect layer 20 by ion implantation to form the p + -type base region 3 is formed. The defect layer 20 and the low polytype region 19 are provided with a p-type region 21 between the p + -type base region 3 and the n-type drift region 2, so that a pn junction (p-type region 21 on the source side) is provided. And a pn junction 17 between the n-type drift region 2 and the n-type drift region 2. For this reason, when the pn junction 17 on the source side is conducted in the forward direction, the end portion of the depletion layer (illustrated by a dotted line) 18 extending from the pn junction 17 on the source side contacts the defect layer 20 and the low polytype region 19. do not do. Therefore, the built-in potential Vbi of the source-side pn junction 17 is determined by the built-in potential due to the band gap of silicon carbide, and the source-side pn junction (p + -type base region and n-type drift region in the conventional silicon carbide semiconductor device) Between the built-in potential of the pn junction between the two.

次に、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について、1200V耐圧クラスの炭化珪素MOSFETを作製(製造)する場合を例に図3〜8を参照しながら説明する。図3〜8は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、例えば、初期基板(ウェハ)として、(0001)面(いわゆるSi面)または(000−1)面を結晶軸に対して例えば4°以上8°以下程度傾けた(オフ角を付けた)面を主面とする炭化珪素からなるn++型半導体基板1を用意する。n++型半導体基板1は、例えば四層周期六方晶(4H)の炭化珪素単結晶基板であってもよい。n++型半導体基板1は、例えば、5.0×1018/cm3以上4.0×1019/cm3以下程度の不純物濃度となるように窒素(N)などのn型不純物がドーピングされたバルク基板である。n++型半導体基板1の厚さは、例えば320μm程度であってもよい。 Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 8 by taking as an example the case of manufacturing (manufacturing) a 1200 V breakdown voltage class silicon carbide MOSFET. FIGS. 3-8 is sectional drawing which shows the state in the middle of manufacture of the silicon carbide semiconductor device concerning Embodiment 1. FIGS. First, for example, as an initial substrate (wafer), the (0001) plane (so-called Si plane) or the (000-1) plane is inclined with respect to the crystal axis by, for example, about 4 ° to 8 ° (with an off angle). An n ++ type semiconductor substrate 1 made of silicon carbide having a main surface as a surface is prepared. The n ++ type semiconductor substrate 1 may be, for example, a four-layer periodic hexagonal (4H) silicon carbide single crystal substrate. The n ++ type semiconductor substrate 1 is doped with an n type impurity such as nitrogen (N) so as to have an impurity concentration of about 5.0 × 10 18 / cm 3 or more and 4.0 × 10 19 / cm 3 or less, for example. Bulk substrate. The thickness of the n ++ type semiconductor substrate 1 may be about 320 μm, for example.

次に、例えば反応炉内の側壁に熱源を備えたホットウォール型エピタキシャル成長装置の成長炉にn++型半導体基板1を挿入し、成長炉内の温度を例えば1600℃程度に保持する。次に、成長炉内に水素(H)ガスを導入し、水素ガスによる化学的なエッチングによりn++型半導体基板1の表面を清浄化する。次に、成長炉内に原料ガスとしてモノシラン(SiH4)ガスおよびジメチルメタン(C38)ガスを導入し、n++型半導体基板1のおもて面上に、例えば1.0×1018/cm3程度の不純物濃度となるように窒素などのn型不純物をドーピングしたnバッファ層(不図示)をエピタキシャル成長(堆積)させる。nバッファ層の厚さは、例えば0.5μm以上1.0μm程度であってもよい。 Next, for example, the n ++ type semiconductor substrate 1 is inserted into a growth furnace of a hot wall type epitaxial growth apparatus having a heat source on the side wall in the reaction furnace, and the temperature in the growth furnace is maintained at about 1600 ° C., for example. Next, hydrogen (H) gas is introduced into the growth furnace, and the surface of the n ++ type semiconductor substrate 1 is cleaned by chemical etching with hydrogen gas. Next, monosilane (SiH 4 ) gas and dimethyl methane (C 3 H 8 ) gas are introduced into the growth furnace as source gases, and, for example, 1.0 × on the front surface of the n ++ type semiconductor substrate 1. An n buffer layer (not shown) doped with an n-type impurity such as nitrogen is epitaxially grown (deposited) so as to have an impurity concentration of about 10 18 / cm 3 . The thickness of the n buffer layer may be, for example, about 0.5 μm or more and 1.0 μm.

次に、このnバッファ層上に、例えば、5.0×1015/cm3以上1.2×1016/cm3以下程度の不純物濃度となるように窒素などのn型不純物を均一にドーピングしたn型ドリフト領域2を例えば10.0μm以上12.0μm以下程度の厚さでエピタキシャル成長させる。さらに、n型ドリフト領域2上に、例えば、5.0×1015/cm3以上1.0×1016/cm3以下程度の不純物濃度となるようにアルミニウム(Al)などのp型不純物を均一にドーピングしたp型領域21をエピタキシャル成長させる。p型領域21の不純物濃度は、n型ドリフト領域2の不純物濃度とほぼ同程度であるのがよい。p型領域21の厚さは、例えば0.8μm以上1.0μm程度であり、p+型ベース領域3の厚さよりも例えば0.3μm以上程度厚いのがよい。これによって、n++型半導体基板1のおもて面上にn型ドリフト領域2およびp型領域21が順に堆積されてなるエピタキシャル基板(ウェハ)が形成される。ここまでの状態が図3に示されている。 Next, n-type impurities such as nitrogen are uniformly doped on the n buffer layer so that the impurity concentration is, for example, about 5.0 × 10 15 / cm 3 or more and 1.2 × 10 16 / cm 3 or less. The n-type drift region 2 is epitaxially grown with a thickness of, for example, about 10.0 μm or more and 12.0 μm or less. Further, on the n-type drift region 2, for example, a p-type impurity such as aluminum (Al) is added so as to have an impurity concentration of about 5.0 × 10 15 / cm 3 or more and 1.0 × 10 16 / cm 3 or less. The uniformly doped p-type region 21 is epitaxially grown. The impurity concentration of the p-type region 21 is preferably approximately the same as the impurity concentration of the n-type drift region 2. The thickness of the p-type region 21 is, for example, about 0.8 μm or more and about 1.0 μm, and is preferably about 0.3 μm or more thicker than the thickness of the p + -type base region 3. As a result, an epitaxial substrate (wafer) is formed in which n type drift region 2 and p type region 21 are sequentially deposited on the front surface of n ++ type semiconductor substrate 1. The state up to here is shown in FIG.

次に、CVD(化学気相成長)法によりp型領域21上に酸化膜(不図示)を形成した後、フォトリソグラフィにより酸化膜をパターニングし、酸化膜の、p+型ベース領域3の形成領域に対応する部分を除去する。次に、酸化膜の残部をマスクとしてp型領域21に例えばアルミニウムをイオン注入し、p型領域21の表面層にp+型ベース領域3を形成する。p+型ベース領域3の抵抗率は、p型領域21の抵抗率よりも100倍以上低くなるように設定するのがよい。具体的には、p+型ベース領域3の不純物濃度は、例えば2.0×1018/cm3程度であってもよい。p+型ベース領域3を形成するためのイオン注入は、例えば、加速エネルギーを20keV以上220keV以下程度の範囲内とし、総ドーズ量が0.75×1014/cm2以上1.5×1014/cm2以下程度となるように1回または連続して複数回行う。また、p+型ベース領域3を形成するためのイオン注入時には、p+型ベース領域3のアモルファス化を抑制するために、基板温度を例えば500℃以上800℃以下程度の温度に保持する。次に、p+型ベース領域3を形成するためのイオン注入マスクとして用いた酸化膜の残部を除去する。ここまでの状態が図4に示されている。 Next, after forming an oxide film (not shown) on the p-type region 21 by the CVD (chemical vapor deposition) method, the oxide film is patterned by photolithography to form the p + -type base region 3 of the oxide film. The part corresponding to the region is removed. Next, for example, aluminum is ion-implanted into the p-type region 21 using the remaining oxide film as a mask to form the p + -type base region 3 in the surface layer of the p-type region 21. The resistivity of the p + type base region 3 is preferably set to be 100 times lower than the resistivity of the p type region 21. Specifically, the impurity concentration of the p + type base region 3 may be about 2.0 × 10 18 / cm 3 , for example. In the ion implantation for forming the p + -type base region 3, for example, the acceleration energy is in the range of about 20 keV to 220 keV, and the total dose is 0.75 × 10 14 / cm 2 to 1.5 × 10 14. It is performed once or several times continuously so as to be about / cm 2 or less. Further, at the time of ion implantation for forming the p + -type base region 3, in order to suppress the amorphization of the p + -type base region 3, a substrate temperature is maintained at a temperature for example of the order of 500 ° C. or higher 800 ° C. or less. Next, the remainder of the oxide film used as an ion implantation mask for forming the p + type base region 3 is removed. The state up to this point is shown in FIG.

次に、CVD法によりp型領域21およびp+型ベース領域3上に酸化膜(不図示)を形成した後、フォトリソグラフィにより酸化膜をパターニングし、酸化膜の、n型領域6の形成領域に対応する部分を除去する。次に、酸化膜の残部をマスクとしてp型領域21に例えば窒素などのn型不純物をイオン注入し、p型領域21を貫通してn型ドリフト領域2に達するn型領域6を形成する。n型領域6は、n型不純物のイオン注入によってp型領域21の一部をn型に反転させることで形成される(カウンタードーピング)。n型領域6を形成するためのイオン注入は、例えば、加速エネルギーを150keV以上400keV以下程度とし、ドーズ量を1.5×1012/cm2以上3.5×1012/cm2以下程度としてもよい。また、n型領域6を形成するためのイオン注入時には、n型領域6のアモルファス化を抑制するために、基板温度を例えば500℃以上800℃以下程度の温度に保持する。この段階でn型領域6を形成せずに、後述するn型領域5を形成する際にn型領域5とn型領域6とを同時に形成してもよい。次に、n型領域6を形成するためのイオン注入マスクとして用いた酸化膜の残部を除去する。 Next, after forming an oxide film (not shown) on the p-type region 21 and the p + -type base region 3 by the CVD method, the oxide film is patterned by photolithography to form the n-type region 6 in the oxide film. The part corresponding to is removed. Next, an n-type impurity such as nitrogen is ion-implanted into the p-type region 21 using the remaining oxide film as a mask to form an n-type region 6 that penetrates the p-type region 21 and reaches the n-type drift region 2. The n-type region 6 is formed by inverting a part of the p-type region 21 to n-type by ion implantation of n-type impurities (counter doping). In the ion implantation for forming the n-type region 6, for example, the acceleration energy is set to about 150 keV to 400 keV and the dose is set to about 1.5 × 10 12 / cm 2 to 3.5 × 10 12 / cm 2. Also good. Further, at the time of ion implantation for forming the n-type region 6, the substrate temperature is maintained at a temperature of, for example, about 500 ° C. to 800 ° C. in order to suppress the amorphization of the n-type region 6. Instead of forming the n-type region 6 at this stage, the n-type region 5 and the n-type region 6 may be formed simultaneously when forming the n-type region 5 described later. Next, the remainder of the oxide film used as an ion implantation mask for forming the n-type region 6 is removed.

次に、カーボンのキャップ層(不図示)をウェハ全面(露出面)に形成する。このキャップ層は、例えば、スパッタリングにより形成されるアモルファスカーボン層であってもよいし、スパッタリング以外の方法により形成される高温に対する耐性を有するカーボン層であってもよい。次に、例えば、アルゴン(Ar)雰囲気において所定の昇温速度でウェハへの熱負荷を制御して、1750℃以上1850℃程度の温度で3分間のアニール(熱処理)を行う。このアニールにより、p+型ベース領域3およびn型領域6を形成するためにそれぞれイオン注入された不純物は、それぞれ総ドーズ量の80%以上活性化される。次に、キャップ層を灰化することによって除去した後、ウェハを洗浄する。ここまでの状態が図5に示されている。 Next, a carbon cap layer (not shown) is formed on the entire wafer surface (exposed surface). This cap layer may be, for example, an amorphous carbon layer formed by sputtering, or a carbon layer having resistance to high temperatures formed by a method other than sputtering. Next, for example, annealing (heat treatment) is performed at a temperature of about 1750 ° C. or higher and about 1850 ° C. for 3 minutes by controlling the thermal load on the wafer at a predetermined temperature increase rate in an argon (Ar) atmosphere. By this annealing, the impurities ion-implanted for forming the p + -type base region 3 and the n-type region 6 are activated by 80% or more of the total dose. Next, after removing the cap layer by ashing, the wafer is cleaned. The state up to here is shown in FIG.

このp+型ベース領域3およびn型領域6を活性化するためのアニールをこの段階で行わずに、後述するn++型ソース領域7、p++型コンタクト領域8およびn型領域5を活性化するためのアニールにおいて、n++型ソース領域7、p++型コンタクト領域8およびn型領域5とともに、p+型ベース領域3およびn型領域6を活性化させてもよい。 Without performing annealing for activating the p + type base region 3 and the n type region 6 at this stage, an n ++ type source region 7, a p ++ type contact region 8 and an n type region 5 described later are formed. In the annealing for activation, the p + type base region 3 and the n type region 6 may be activated together with the n ++ type source region 7, the p ++ type contact region 8 and the n type region 5.

次に、ホットウォール型エピタキシャル成長装置の成長炉にウェハを挿入し、成長炉内の温度を例えば1600℃程度に保持する。次に、成長炉内に水素ガスを導入し、水素ガスによる化学的なエッチングによりウェハ表面を清浄化する。次に、成長炉内に原料ガスとしてモノシランガスおよびジメチルメタンガスを導入し、添加ガスとして例えばアルミニウムを含むガスを導入して、p+型ベース領域3およびn型領域6の表面上にp型ベース領域4をエピタキシャル成長させる。このとき、p型ベース領域4には、例えば4.0×1015/cm3以上2.0×1016/cm3以下程度の不純物濃度となるようにアルミニウムなどのp型不純物を均一にドーピングする。p型ベース領域4の厚さは、例えば0.5μm程度であってもよい。ここまでの状態が図6に示されている。 Next, a wafer is inserted into the growth furnace of the hot wall type epitaxial growth apparatus, and the temperature in the growth furnace is maintained at about 1600 ° C., for example. Next, hydrogen gas is introduced into the growth furnace, and the wafer surface is cleaned by chemical etching with hydrogen gas. Next, monosilane gas and dimethylmethane gas are introduced into the growth furnace as a source gas, and a gas containing, for example, aluminum is introduced as an additive gas, so that a p-type base region is formed on the surfaces of the p + -type base region 3 and the n-type region 6. 4 is grown epitaxially. At this time, the p-type base region 4 is uniformly doped with a p-type impurity such as aluminum so that the impurity concentration is, for example, about 4.0 × 10 15 / cm 3 or more and 2.0 × 10 16 / cm 3 or less. To do. The thickness of the p-type base region 4 may be about 0.5 μm, for example. The state up to this point is shown in FIG.

次に、堆積法または熱酸化法によりp型ベース領域4上に酸化膜(不図示)を形成した後、フォトリソグラフィにより酸化膜をパターニングし、酸化膜の、n++型ソース領域7の形成領域に対応する部分を除去する。次に、酸化膜の残部をマスクとしてp型ベース領域4に例えばリン(P)などのn型不純物をイオン注入し、p型ベース領域4の内部にn++型ソース領域7を形成する。n++型ソース領域7を形成するためのイオン注入は、例えば、加速エネルギーを40keV以上250keV以下程度の範囲内とし、総ドーズ量が3.0×1015/cm2以上5.0×1015/cm2以下程度となるように1回または連続して複数回行う。また、n++型ソース領域7を形成するためのイオン注入時には、n++型ソース領域7のアモルファス化を抑制するために、基板温度を例えば500℃以上800℃以下程度の温度に保持する。次に、n++型ソース領域7を形成するためのイオン注入マスクとして用いた酸化膜の残部を除去する。 Next, after forming an oxide film (not shown) on the p-type base region 4 by a deposition method or a thermal oxidation method, the oxide film is patterned by photolithography to form an n ++ type source region 7 of the oxide film. The part corresponding to the region is removed. Next, using the remaining oxide film as a mask, an n-type impurity such as phosphorus (P) is ion-implanted into the p-type base region 4 to form an n ++ type source region 7 inside the p-type base region 4. In the ion implantation for forming the n ++ type source region 7, for example, the acceleration energy is in the range of about 40 keV to 250 keV, and the total dose is 3.0 × 10 15 / cm 2 to 5.0 × 10. It is performed once or a plurality of times continuously so as to be about 15 / cm 2 or less. Further, at the time of ion implantation for forming the n ++ type source region 7, in order to suppress the amorphization of n ++ type source region 7, a substrate temperature is maintained at a temperature for example of the order of 500 ° C. or higher 800 ° C. or less . Next, the remainder of the oxide film used as an ion implantation mask for forming the n ++ type source region 7 is removed.

次に、堆積法または熱酸化法によりp型ベース領域4およびn++型ソース領域7上に酸化膜(不図示)を形成した後、フォトリソグラフィにより酸化膜をパターニングし、酸化膜の、p++型コンタクト領域8の形成領域に対応する部分を除去する。次に、酸化膜の残部をマスクとしてp型ベース領域4に例えばアルミニウムなどのp型不純物をイオン注入し、p型ベース領域4の内部にp++型コンタクト領域8を形成する。p++型コンタクト領域8を形成するためのイオン注入は、例えば、加速エネルギーを20keV以上220keV以下程度の範囲内とし、総ドーズ量が3.0×1015/cm2以上5.0×1015/cm2以下程度となるように1回または連続して複数回行う。また、p++型コンタクト領域8を形成するためのイオン注入時には、p++型コンタクト領域8のアモルファス化を抑制するために、基板温度を例えば500℃以上800℃以下程度の温度に保持する。次に、p++型コンタクト領域8を形成するためのイオン注入マスクとして用いた酸化膜の残部を除去する。 Next, after forming an oxide film (not shown) on the p-type base region 4 and the n ++ type source region 7 by a deposition method or a thermal oxidation method, the oxide film is patterned by photolithography, and the oxide film p. A portion corresponding to the formation region of the ++ type contact region 8 is removed. Next, using the remaining oxide film as a mask, p-type impurities such as aluminum are ion-implanted into the p-type base region 4 to form a p ++ type contact region 8 inside the p-type base region 4. In the ion implantation for forming the p ++ type contact region 8, for example, the acceleration energy is in the range of about 20 keV to 220 keV, and the total dose is 3.0 × 10 15 / cm 2 to 5.0 × 10. It is performed once or a plurality of times continuously so as to be about 15 / cm 2 or less. Further, at the time of ion implantation for forming the p ++ type contact region 8, in order to suppress the amorphization of p ++ type contact region 8, a substrate temperature is maintained at a temperature for example of the order of 500 ° C. or higher 800 ° C. or less . Next, the remainder of the oxide film used as an ion implantation mask for forming the p ++ type contact region 8 is removed.

次に、堆積法または熱酸化法によりp型ベース領域4、n++型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8上に酸化膜(不図示)を形成した後、フォトリソグラフィにより酸化膜をパターニングし、酸化膜の、n型領域5の形成領域に対応する部分を除去する。次に、酸化膜の残部をマスクとしてp型ベース領域4に例えば窒素などのn型不純物をイオン注入し、p型ベース領域4を貫通してn型領域6に達するn型領域5を形成する。n型領域5は、n型不純物のイオン注入によってp型ベース領域4の一部をn型に反転させることで形成される(カウンタードーピング)。n型領域5を形成するためのイオン注入は、例えば、加速エネルギーを20keV以上300keV以下程度の範囲内とし、総ドーズ量が1.0×1012/cm2以上2.0×1012/cm2以下程度となるように1回または連続して複数回行う。また、n型領域5を形成するためのイオン注入時には、n型領域5のアモルファス化を抑制するために、基板温度を例えば500℃以上800℃以下程度の温度に保持する。次に、n型領域5を形成するためのイオン注入マスクとして用いた酸化膜の残部を除去する。 Next, after an oxide film (not shown) is formed on the p-type base region 4, the n ++ type source region 7 and the p ++ type contact region 8 by a deposition method or a thermal oxidation method, an oxide film is formed by photolithography. Patterning is performed to remove a portion of the oxide film corresponding to the formation region of the n-type region 5. Next, an n-type impurity such as nitrogen is ion-implanted into the p-type base region 4 using the remaining oxide film as a mask to form an n-type region 5 that reaches the n-type region 6 through the p-type base region 4. . The n-type region 5 is formed by inverting a part of the p-type base region 4 to n-type by ion implantation of n-type impurities (counter doping). In the ion implantation for forming the n-type region 5, for example, the acceleration energy is in the range of about 20 keV to 300 keV, and the total dose is 1.0 × 10 12 / cm 2 to 2.0 × 10 12 / cm. Perform it once or several times continuously so that it is about 2 or less. Further, at the time of ion implantation for forming the n-type region 5, the substrate temperature is maintained at a temperature of, for example, about 500 ° C. to 800 ° C. in order to suppress the amorphization of the n-type region 5. Next, the remainder of the oxide film used as an ion implantation mask for forming the n-type region 5 is removed.

次に、カーボンのキャップ層(不図示)をウェハ全面(露出面)に形成する。このキャップ層は、例えば、スパッタリングにより形成されるアモルファスカーボン層であってもよいし、スパッタリング以外の方法により形成される高温に対する耐性を有するカーボン層であってもよい。次に、例えば、アルゴン(Ar)雰囲気において所定の昇温速度でウェハへの熱負荷を制御して、1750℃以上1850℃程度の温度で3分間のアニール(熱処理)を行う。このアニールにより、n++型ソース領域7、p++型コンタクト領域8およびn型領域5を形成するためにそれぞれイオン注入された不純物は、それぞれ総ドーズ量の80%以上活性化される。具体的には、例えば、n++型ソース領域7の電気的に活性な不純物濃度は、1.0×1020/cm3以上2.0×1020/cm3以下程度となる。p++型コンタクト領域8の電気的に活性な不純物濃度は、0.5×1020/cm3以上1.0×1020/cm3以下程度となる。n++型ソース領域7、p++型コンタクト領域8およびn型領域5を活性化するためのアニールは、p+型ベース領域3およびn型領域6を活性化するためのアニールの温度を超えない温度で行うのがよい。次に、キャップ層を灰化することによって除去した後、ウェハを洗浄する。ここまでの状態が図7に示されている。 Next, a carbon cap layer (not shown) is formed on the entire wafer surface (exposed surface). This cap layer may be, for example, an amorphous carbon layer formed by sputtering, or a carbon layer having resistance to high temperatures formed by a method other than sputtering. Next, for example, annealing (heat treatment) is performed at a temperature of about 1750 ° C. or higher and about 1850 ° C. for 3 minutes by controlling the thermal load on the wafer at a predetermined temperature increase rate in an argon (Ar) atmosphere. By this annealing, the ions implanted to form the n ++ type source region 7, the p ++ type contact region 8, and the n type region 5 are each activated by 80% or more of the total dose. Specifically, for example, the electrically active impurity concentration of the n ++ type source region 7 is about 1.0 × 10 20 / cm 3 or more and 2.0 × 10 20 / cm 3 or less. The electrically active impurity concentration of the p ++ type contact region 8 is about 0.5 × 10 20 / cm 3 to 1.0 × 10 20 / cm 3 . The annealing for activating the n ++ type source region 7, the p ++ type contact region 8 and the n type region 5 is performed by setting the annealing temperature for activating the p + type base region 3 and the n type region 6. It should be done at a temperature not exceeding. Next, after removing the cap layer by ashing, the wafer is cleaned. The state up to this point is shown in FIG.

次に、熱酸化法により、p型ベース領域4、n型領域5、n++型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8の表面層を熱酸化してゲート絶縁膜9を形成する。ゲート絶縁膜9の厚さは、素子の閾値電圧に基づいて例えば80nm以上150nm以下の範囲内であるのがよい。ゲート絶縁膜9を形成するための熱酸化は、特に限定しないが、例えば、酸素(O2)雰囲気で1100℃以上1200℃以下の温度でのドライ酸化であってもよい。次に、例えば、亜酸化窒素(N2O)雰囲気または一酸化窒素(NO)雰囲気において1300℃程度の温度でアニールを行う。次に、ゲート絶縁膜9上に、高濃度にリンがドープされたポリシリコン膜を例えば0.3μm以上0.6μm以下の厚さで堆積する。次に、フォトリソグラフィにより、ポリシリコン膜上に、ポリシリコン膜の、ゲート電極10として残す部分を覆うレジストマスクを形成する。次に、レジストマスクをマスクとして例えば反応性イオンエッチングやドライエッチングによりポリシリコン膜をエッチングして、ゲート電極10を形成する。これにより、ウェハおもて面(p型領域21側の面)に、MOSゲート(金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート)構造が形成される。そして、レジストマスクを除去する。ここまでの状態が図8に示されている。 Next, the surface layer of the p-type base region 4, the n-type region 5, the n ++ type source region 7 and the p ++ type contact region 8 is thermally oxidized to form a gate insulating film 9 by thermal oxidation. The thickness of the gate insulating film 9 is preferably in the range of 80 nm to 150 nm, for example, based on the threshold voltage of the element. The thermal oxidation for forming the gate insulating film 9 is not particularly limited, but may be dry oxidation at a temperature of 1100 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower in an oxygen (O 2 ) atmosphere, for example. Next, for example, annealing is performed at a temperature of about 1300 ° C. in a nitrous oxide (N 2 O) atmosphere or a nitric oxide (NO) atmosphere. Next, a polysilicon film doped with phosphorus at a high concentration is deposited on the gate insulating film 9 to a thickness of, for example, 0.3 μm or more and 0.6 μm or less. Next, a resist mask that covers a portion of the polysilicon film to be left as the gate electrode 10 is formed on the polysilicon film by photolithography. Next, the polysilicon film is etched by, for example, reactive ion etching or dry etching using the resist mask as a mask to form the gate electrode 10. Thereby, a MOS gate (insulated gate made of metal-oxide film-semiconductor) structure is formed on the wafer front surface (surface on the p-type region 21 side). Then, the resist mask is removed. The state up to this point is shown in FIG.

次に、ウェハおもて面全面に、MOSゲート構造を覆う層間絶縁膜13を例えば1μmの厚さで形成する。層間絶縁膜13は、例えば、BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)膜などの単層膜、ウェハ側からNSG(Nondoped Silicate Glass)膜およびPSG(Phospho Silicate Glass)膜を順に積層した複合膜、または、ウェハ側からHTO(High Temperature Oxide)膜およびBPSG膜を順に積層した複合膜であってもよい。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより層間絶縁膜13を選択的に除去し、ゲート電極10を露出するコンタクトホール(不図示)と、n++型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8を露出するコンタクトホールとを形成する。 Next, an interlayer insulating film 13 covering the MOS gate structure is formed on the entire surface of the wafer with a thickness of 1 μm, for example. The interlayer insulating film 13 is, for example, a single layer film such as a BPSG (Boro Phospho Silicate Glass) film, a composite film in which an NSG (Nondoped Silicate Glass) film and a PSG (Phospho Silicate Glass) film are sequentially laminated from the wafer side, or a wafer. It may be a composite film in which an HTO (High Temperature Oxide) film and a BPSG film are sequentially laminated from the side. Next, the interlayer insulating film 13 is selectively removed by photolithography and etching, and a contact hole (not shown) exposing the gate electrode 10, and the n ++ type source region 7 and the p ++ type contact region 8 are exposed. Contact holes to be formed.

次に、ここまでの工程によってウェハ裏面(n++型半導体基板1の裏面)に形成された酸化膜を除去する。次に、ウェハおもて面およびウェハ裏面に、それぞれ100nm程度の厚さでニッケル(Ni)膜(不図示)を堆積する。次に、例えばアルゴン雰囲気において950℃以上1000℃以下の温度での2分間のアニールによりニッケル膜をシリサイド化してニッケルシリサイド膜を形成する。これにより、炭化珪素半導体とニッケルシリサイド膜とのオーミックコンタクト(電気的接触部)が形成される。ニッケルシリサイド膜を形成することにより、ソース電極11とn++型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8との接続が低抵抗となる。次に、ウェハおもて面全面に、各コンタクトホールに埋め込むように、例えば窒化チタン(TiN)膜およびアルミニウム−シリコン(AlSi)膜を順に堆積してなる電極パッドを形成する。 Next, the oxide film formed on the back surface of the wafer (the back surface of the n ++ type semiconductor substrate 1) by the steps so far is removed. Next, a nickel (Ni) film (not shown) is deposited on the front surface of the wafer and the back surface of the wafer with a thickness of about 100 nm. Next, the nickel film is silicided by annealing for 2 minutes at a temperature of 950 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in an argon atmosphere to form a nickel silicide film. Thereby, an ohmic contact (electrical contact portion) between the silicon carbide semiconductor and the nickel silicide film is formed. By forming the nickel silicide film, the connection between the source electrode 11 and the n ++ type source region 7 and the p ++ type contact region 8 becomes low resistance. Next, an electrode pad formed by sequentially depositing, for example, a titanium nitride (TiN) film and an aluminum-silicon (AlSi) film is formed on the entire surface of the wafer so as to be embedded in each contact hole.

次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、電極パッドを、ソースパッドとゲートパッドとに分離する。次に、ウェハおもて面全面に、シリコン窒化膜(Si34膜)またはポリイミド膜などのパッシベーション膜を形成する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりパッシベーション膜を選択的に除去し、ソースパッドおよびゲートパッドを露出させる。次に、ウェハの裏面全面に、窒化チタン膜、ニッケル膜および銀(Ag)膜を順に積層してなる金属積層膜、または、窒化チタン膜、ニッケル膜および金(Au)膜を順に積層してなる金属積層膜を形成しドレイン電極12とする。その後、例えば、窒素雰囲気において300℃以上400℃以下の温度でドレイン電極12をシンタリング(焼結)することにより、図1に示す炭化珪素半導体装置が完成する。 Next, the electrode pad is separated into a source pad and a gate pad by photolithography and etching. Next, a passivation film such as a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) or a polyimide film is formed on the entire front surface of the wafer. Next, the passivation film is selectively removed by photolithography and etching to expose the source pad and the gate pad. Next, a titanium nitride film, a nickel film, and a silver (Ag) film are sequentially laminated on the entire back surface of the wafer, or a titanium nitride film, a nickel film, and a gold (Au) film are sequentially laminated. A metal laminated film is formed as the drain electrode 12. Thereafter, for example, the drain electrode 12 is sintered (sintered) at a temperature of 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower in a nitrogen atmosphere, whereby the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1 is completed.

上述した実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法に従って作製(製造)した1200V耐圧クラスの炭化珪素MOSFET(以下、実施例とする)のボディダイオード特性について検証した結果を図9に示す。図9は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の電気的特性を示す特性図である。図9には、比較として、1200V耐圧クラスの従来の炭化珪素MOSFET(図14参照、以下、従来例とする)のボディダイオード特性と、1200V耐圧クラスのショットキーバリアダイオード(以下、SBDとする)の順方向電流−電圧(I−V)特性とを示す。電流および電圧測定時の温度を室温(例えば25℃)とした。図9の横軸には、実施例および従来例のソース−ドレイン間電圧Vsdと、SBDのアノード電圧Vaとを示す。図9の縦軸には、実施例および従来例のソース−ドレイン間電流Isdと、SBDのアノード電流Iaとを示す。   FIG. 9 shows the results of verifying the body diode characteristics of a 1200 V breakdown voltage class silicon carbide MOSFET (hereinafter referred to as an example) manufactured (manufactured) according to the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment described above. FIG. 9 is a characteristic diagram showing electrical characteristics of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. For comparison, FIG. 9 shows a comparison of the body diode characteristics of a conventional silicon carbide MOSFET of 1200V breakdown voltage class (see FIG. 14, hereinafter referred to as a conventional example) and a Schottky barrier diode of 1200V breakdown voltage class (hereinafter referred to as SBD). The forward current-voltage (IV) characteristics are shown. The temperature during current and voltage measurement was room temperature (for example, 25 ° C.). The horizontal axis of FIG. 9 shows the source-drain voltage Vsd and the anode voltage Va of the SBD of the example and the conventional example. The vertical axis in FIG. 9 shows the source-drain current Isd and the anode current Ia of the SBD of the example and the conventional example.

図9に示すように、実施例においては、ボディダイオードの立ち上がり電圧が2.51Vであり、従来例の立ち上がり電圧1.87Vよりも高く、SBDの立ち上がり電圧0.83Vとの差を従来例よりも大きくすることができることが確認された。このように、炭化珪素MOSFETのボディダイオードの立ち上がり電圧とSBDの立ち上がり電圧との差が大きくなることによって、例えば図21に示すインバータの炭化珪素MOSFET121a,121bを実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置で構成する場合において、対向アームの炭化珪素MOSFET(例えば、下アームの炭化珪素MOSFET121bとする)がターンオフする際に、上アームの炭化珪素MOSFET121aのボディダイオード122aに流れ込む電流が少なくなり導通しにくくなる。このため、上アームの炭化珪素MOSFET121aのp+型ベース領域3、p型ベース領域4、p型領域21およびn型ドリフト領域2におけるキャリアの再結合によって生じる基底面転位などの成長が抑制され、オン抵抗Ronが増大することを抑制することができる。 As shown in FIG. 9, in the embodiment, the rising voltage of the body diode is 2.51V, which is higher than the rising voltage of 1.87V of the conventional example, and the difference from the rising voltage of SBD of 0.83V is higher than that of the conventional example. It was also confirmed that it can be increased. As described above, when the difference between the rising voltage of the body diode of the silicon carbide MOSFET and the rising voltage of the SBD is increased, for example, the silicon carbide MOSFETs 121a and 121b of the inverter shown in FIG. When the silicon carbide MOSFET of the opposite arm (for example, the silicon carbide MOSFET 121b of the lower arm) is turned off, the current flowing into the body diode 122a of the silicon carbide MOSFET 121a of the upper arm is reduced and the conduction is difficult. . For this reason, growth such as basal plane dislocation caused by carrier recombination in p + type base region 3, p type base region 4, p type region 21 and n type drift region 2 of upper arm silicon carbide MOSFET 121a is suppressed, An increase in the on-resistance Ron can be suppressed.

また、p型領域21によってp+型ベース領域3の、n型領域6側およびn型ドリフト領域2側の周囲を囲むことにより、耐圧を担うp型領域21とn型ドリフト領域2およびn型領域6との間のpn接合界面に、例えば上記特許文献2,5など従来構造および従来プロセスで発生しやすい基底面転位や低ポリタイプ領域19が発生することを抑制することができる。 Further, by surrounding the p + type base region 3 on the n type region 6 side and the n type drift region 2 side by the p type region 21, the p type region 21, the n type drift region 2 and the n type which bear the breakdown voltage are surrounded. The occurrence of basal plane dislocations and low polytype regions 19 that are likely to occur in the conventional structure and the conventional process such as in Patent Documents 2 and 5 described above, for example, at the pn junction interface with the region 6 can be suppressed.

また、上記特許文献5のようにベース領域間に挟まれたJFET領域をエピタキシャル成長により選択的に形成する場合(以下、選択エピタキシャル成長とする)、p+型ベース領域3とJFET領域との間のpn接合界面がエピタキシャル層の側壁との界面になる。一般的に、エピタキシャル層との界面は、結晶方位のずれや、エピタキシャル層表面のファセットの存在により低品質になることが多く、良品率が低下する虞がある。また、選択エピタキシャル成長によってエピタキシャル層を選択的に形成する場合、ウェハ表面の平坦性が損なわれるため、選択エピタキシャル成長後に機械研磨およびウェットエッチングによってウェハ表面のダメージ層を除去する必要がある。このため、選択エピタキシャル成長による工程は、選択エピタキシャル成長により形成される領域の厚さが薄い場合に適していない。それに対して、本発明は、ウェハ表面全面にエピタキシャル層を成長させており、製造プロセス中に選択エピタキシャル成長による工程を含まない。このため、本発明は、厚さの薄い領域を形成する場合に適しており、選択エピタキシャル成長による工程を含む従来技術において生じていた良品率が低下するという問題が生じない。また、本発明は、特にウェハ表面の起伏の少ないプレーナゲート構造に適している。 Further, when the JFET region sandwiched between the base regions is selectively formed by epitaxial growth as in Patent Document 5 (hereinafter referred to as selective epitaxial growth), the pn between the p + type base region 3 and the JFET region The junction interface becomes an interface with the sidewall of the epitaxial layer. In general, the interface with the epitaxial layer often has a low quality due to a shift in crystal orientation or the presence of facets on the surface of the epitaxial layer, and the yield rate may be reduced. Further, when the epitaxial layer is selectively formed by selective epitaxial growth, since the flatness of the wafer surface is impaired, it is necessary to remove the damaged layer on the wafer surface by mechanical polishing and wet etching after the selective epitaxial growth. For this reason, the process by selective epitaxial growth is not suitable when the thickness of the region formed by selective epitaxial growth is thin. In contrast, the present invention grows an epitaxial layer over the entire wafer surface, and does not include a step by selective epitaxial growth during the manufacturing process. For this reason, the present invention is suitable for forming a thin region, and does not cause a problem that the yield rate in the related art including a process by selective epitaxial growth is reduced. In addition, the present invention is particularly suitable for a planar gate structure with less undulation on the wafer surface.

また、上記特許文献6のように、従来のシリコンを用いたMOSFETの構造をそのまま炭化珪素MOSFETに適用した場合、ドレイン−ソース間に電圧が印加されていない場合(ゼロバイアス)においても、炭化珪素のバンドギャップに起因して、シリコンを用いた場合と比較してソース側のpn接合に形成される空乏層の幅が広くなる。すなわち、p型ベース領域の、n型反転層(チャネル)が形成される部分と、n型ドリフト領域とに挟まれた部分のp型不純物濃度が低いため、パンチスルーしやすい構造となっており、ドレイン−ソース間にかかる電圧が上昇する際に、p型ベース領域がパンチスルーしやすく、耐圧が低くなる。それに対して、本発明においては、p型ベース領域4の直下にp+型ベース領域3が配置されていることにより、p型ベース領域4(チャネル)がパンチスルーすることを抑制することができる。 In addition, when the conventional MOSFET structure using silicon is directly applied to a silicon carbide MOSFET as in Patent Document 6, even when no voltage is applied between the drain and the source (zero bias), silicon carbide is used. Due to this band gap, the width of the depletion layer formed at the pn junction on the source side becomes wider than when silicon is used. That is, since the p-type impurity concentration in the portion of the p-type base region sandwiched between the n-type inversion layer (channel) and the n-type drift region is low, the structure is easy to punch through. When the voltage applied between the drain and the source increases, the p-type base region easily punches through, and the breakdown voltage is lowered. On the other hand, in the present invention, since the p + type base region 3 is arranged immediately below the p type base region 4, punch-through of the p type base region 4 (channel) can be suppressed. .

以上、説明したように、実施の形態1によれば、n型ドリフト領域上にエピタキシャル成長によりp型領域を堆積し、p型領域の内部にイオン注入によりp+型ベース領域を形成することにより、ソース側のpn接合が順方向に導通したときに、p+型ベース領域中の低ポリタイプ領域や欠陥層に、ソース側のpn接合から広がる空乏層の端部が接触しない。このため、ソース側のpn接合のビルトインポテンシャルを炭化珪素のバンドギャップで決まるビルトインポテンシャルとほぼ等しくすることができ、従来構造よりも大きくすることができる。これにより、本発明を例えばインバータのメインスイッチに適用する場合に、メインスイッチとなる炭化珪素MOSFETのボディダイオードを導通しにくくすることができ、オン抵抗が増大することを抑制することができる。したがって、長期的な信頼性を向上させることができ、炭化珪素MOSFETを応用した製品の普及につながる。 As described above, according to the first embodiment, the p-type region is deposited by epitaxial growth on the n-type drift region, and the p + -type base region is formed by ion implantation inside the p-type region. When the source-side pn junction conducts in the forward direction, the end of the depletion layer extending from the source-side pn junction does not contact the low polytype region or the defect layer in the p + -type base region. For this reason, the built-in potential of the pn junction on the source side can be made substantially equal to the built-in potential determined by the band gap of silicon carbide, and can be made larger than the conventional structure. As a result, when the present invention is applied to, for example, a main switch of an inverter, the body diode of the silicon carbide MOSFET serving as the main switch can be made difficult to conduct, and an increase in on-resistance can be suppressed. Therefore, long-term reliability can be improved, leading to the spread of products using silicon carbide MOSFETs.

また、実施の形態1によれば、ソース側のpn接合のビルトインポテンシャルを炭化珪素のバンドギャップによるビルトインポテンシャルよりも大きくすることができるため、従来構造よりもソース側のpn接合が逆方向に導通したときの漏れ電流を低減することができる。また、実施の形態1によれば、半導体材料として炭化珪素を用いることにより、半導体材料としてシリコンを用いた場合よりも低損失化および高効率化を図ることができる。また、シリコンを用いた半導体装置と同程度の性能を有する炭化珪素半導体装置を構成する場合には、炭化珪素半導体装置を小型化することができる。   Further, according to the first embodiment, the built-in potential of the source-side pn junction can be made larger than the built-in potential due to the band gap of silicon carbide, so that the source-side pn junction conducts in the reverse direction compared to the conventional structure. The leakage current can be reduced. Further, according to the first embodiment, by using silicon carbide as the semiconductor material, it is possible to achieve lower loss and higher efficiency than when silicon is used as the semiconductor material. In the case where a silicon carbide semiconductor device having a performance comparable to that of a semiconductor device using silicon is configured, the silicon carbide semiconductor device can be reduced in size.

また、実施の形態1によれば、ソース側のpn接合のビルトインポテンシャルがp+型ベース領域のイオン注入条件およびアニール条件に依存しない。このため、ソース側のpn接合のビルトインポテンシャルを低下させずに、p型ベース領域(チャネル)がパンチスルーしない構造となるように、イオン注入およびアニールによってp+型ベース領域、JFET領域を構成するゲート絶縁膜側のn型領域、およびp++型コンタクト領域を最適化することができる。また、実施の形態1によれば、p型ベース領域およびp型領域へのカウンタードーピングによってJFET領域となるn型領域を形成するため、p+型ベース領域へのカウンタードーピングによってJFET領域を形成する従来構造(図15)よりもJFET領域の不純物濃度の制御性を向上させることができる。 Further, according to the first embodiment, the built-in potential of the pn junction on the source side does not depend on the ion implantation conditions and annealing conditions of the p + type base region. Therefore, the p + type base region and the JFET region are formed by ion implantation and annealing so that the p-type base region (channel) does not punch through without reducing the built-in potential of the pn junction on the source side. The n-type region on the gate insulating film side and the p ++ type contact region can be optimized. Further, according to the first embodiment, the p-type base region and the n-type region that becomes the JFET region are formed by counter-doping into the p-type region, so that the JFET region is formed by counter-doping into the p + -type base region. Controllability of the impurity concentration in the JFET region can be improved as compared with the conventional structure (FIG. 15).

(実施の形態2)
実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の構造について説明する。図10は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置は、実施の形態1をIGBTに適用したものである。すなわち、図10に示す実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置は、プレーナゲート構造の炭化珪素IGBTである。具体的には、n++型ドレイン領域に代えてp++型コレクタ領域31が設けられ、p++型コレクタ領域31とn型ドリフト領域2との間にn+型バッファ領域32が設けられている。n++型ソース領域、ソース電極およびドレイン電極に代えて、それぞれ、n++型エミッタ領域37、エミッタ電極41およびコレクタ電極42が設けられている。実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置のそれ以外の構成は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置と同様である。
(Embodiment 2)
A structure of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. The silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment is obtained by applying the first embodiment to an IGBT. That is, the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG. 10 is a silicon carbide IGBT having a planar gate structure. Specifically, a p ++ type collector region 31 is provided instead of the n ++ type drain region, and an n + type buffer region 32 is provided between the p ++ type collector region 31 and the n type drift region 2. It has been. Instead of the n ++ type source region, the source electrode and the drain electrode, an n ++ type emitter region 37, an emitter electrode 41 and a collector electrode 42 are provided, respectively. The other configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment is the same as that of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment.

次に、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について、図4〜8,11,12を参照しながら説明する。図11,12は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、p型半導体基板は形成困難であるため、初期基板(ウェハ)として、例えば炭化珪素からなるn+型基板(第1導電型基体)のおもて面上にn型エピタキシャル層を成長させた一般的なn型ウェハを用意する。次に、n型エピタキシャル層上に、一般的な方法によりn+型バッファ領域32およびp++型コレクタ領域31を順にエピタキシャル成長させる。次に、p++型コレクタ領域31の表面を保護した後、n+型基板の裏面側から研削していき、炭化珪素IGBTとしての製品厚さの位置まで研削する。これにより、例えばn+型基板が完全に除去され、かつn型エピタキシャル層の厚さが初期厚さよりも薄くなる。次に、例えばウェットエッチングにより、研削面の研削ダメージを除去する。この時点で残るn型エピタキシャル層がn型ドリフト領域2となる。n型ドリフト領域2の厚さは、設計条件に基づいて決定される耐圧にも依存するが、MOSFET構造よりもIGBT構造とすることが有利な10kV以上の耐圧クラスの場合、130μm以上とする必要がある。ここまでの状態が図11に示されている。 Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12 are cross-sectional views illustrating a state in the middle of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. First, since it is difficult to form a p-type semiconductor substrate, an n-type epitaxial layer is grown on the front surface of an n + -type substrate (first conductivity type substrate) made of, for example, silicon carbide as an initial substrate (wafer). A general n-type wafer is prepared. Next, the n + type buffer region 32 and the p ++ type collector region 31 are epitaxially grown in order on the n type epitaxial layer by a general method. Next, after protecting the surface of the p ++ type collector region 31, grinding is performed from the back side of the n + type substrate to the product thickness position as the silicon carbide IGBT. Thereby, for example, the n + -type substrate is completely removed, and the thickness of the n-type epitaxial layer becomes thinner than the initial thickness. Next, grinding damage on the grinding surface is removed by wet etching, for example. The n-type epitaxial layer remaining at this time becomes the n-type drift region 2. The thickness of the n-type drift region 2 depends on the withstand voltage determined based on the design conditions, but in the case of a withstand voltage class of 10 kV or more, which is advantageous to have an IGBT structure over the MOSFET structure, it is necessary to set the thickness to 130 μm or more. There is. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n型ドリフト領域2上に、実施の形態1と同様にp型領域21をエピタキシャル成長させる。これにより、p++型コレクタ領域31、n+型バッファ領域32、n型ドリフト領域2およびp型領域21が順に積層されてなるエピタキシャル基板(ウェハ)が形成される。ここまでの状態が図12に示されている。次に、図4〜8に示すように、実施の形態1と同様に、p+型ベース領域3の形成から、ゲート電極10の形成までの工程を行い、ウェハおもて面(p型領域21側の面)にMOSゲート構造を形成する。なお、実施の形態2においては、図4〜8の符号1で示す領域に代えて、p++型コレクタ領域31およびn+型バッファ領域32が形成されている。図7,8の符号7で示す領域がn++型エミッタ領域37である。次に、実施の形態1と同様に、ウェハおもて面全面に層間絶縁膜13を形成し、層間絶縁膜13にコンタクトホールを形成した後、ウェハ裏面の酸化膜を除去する。 Next, the p-type region 21 is epitaxially grown on the n-type drift region 2 as in the first embodiment. Thus, an epitaxial substrate (wafer) is formed in which the p ++ type collector region 31, the n + type buffer region 32, the n type drift region 2 and the p type region 21 are sequentially laminated. The state up to this point is shown in FIG. Next, as shown in FIGS. 4 to 8, the steps from the formation of the p + type base region 3 to the formation of the gate electrode 10 are performed in the same manner as in the first embodiment, and the wafer front surface (p type region) is formed. A MOS gate structure is formed on the surface 21 side. In the second embodiment, a p ++ type collector region 31 and an n + type buffer region 32 are formed in place of the region indicated by reference numeral 1 in FIGS. The region indicated by reference numeral 7 in FIGS. 7 and 8 is an n ++ type emitter region 37. Next, as in the first embodiment, an interlayer insulating film 13 is formed on the entire front surface of the wafer, contact holes are formed in the interlayer insulating film 13, and then the oxide film on the back surface of the wafer is removed.

次に、ウェハおもて面(MOSゲート構造側の面)に、100nm程度の厚さでニッケル(Ni)膜(不図示)を堆積する。ウェハ裏面(p++型コレクタ領域31の表面)に、100nm程度の厚さでチタン(Ti)膜(不図示)を堆積する。次に、例えばアルゴン雰囲気において950℃以上1000℃以下の温度での2分間のアニールによりニッケル膜およびチタン膜をそれぞれシリサイド化し、ウェハおもて面にニッケルシリサイド膜を形成して、ウェハ裏面にチタンシリサイド膜を形成する。これにより、炭化珪素半導体とニッケルシリサイド膜、および、炭化珪素半導体とチタンシリサイド膜とのオーミックコンタクト(電気的接触部)が形成される。ニッケルシリサイド層を形成することにより、エミッタ電極41とn++型エミッタ領域37およびp++型コンタクト領域8との接続が低抵抗となる。次に、実施の形態1と同様に、ウェハおもて面にエミッタパッド、ゲートパッドおよびパッシベーション膜を形成し、ウェハの裏面全面にコレクタ電極42を形成した後、コレクタ電極42をシンタリングすることにより、図10に示す炭化珪素半導体装置が完成する。 Next, a nickel (Ni) film (not shown) is deposited with a thickness of about 100 nm on the front surface of the wafer (the surface on the MOS gate structure side). A titanium (Ti) film (not shown) is deposited to a thickness of about 100 nm on the wafer back surface (the surface of the p ++ type collector region 31). Next, for example, the nickel film and the titanium film are silicided by annealing for 2 minutes at a temperature of 950 ° C. to 1000 ° C. in an argon atmosphere, a nickel silicide film is formed on the front surface of the wafer, and titanium is formed on the back surface of the wafer. A silicide film is formed. Thus, ohmic contacts (electrical contact portions) between the silicon carbide semiconductor and the nickel silicide film and between the silicon carbide semiconductor and the titanium silicide film are formed. By forming the nickel silicide layer, the connection between the emitter electrode 41 and the n ++ type emitter region 37 and the p ++ type contact region 8 becomes low resistance. Next, as in the first embodiment, an emitter pad, a gate pad, and a passivation film are formed on the front surface of the wafer, a collector electrode 42 is formed on the entire back surface of the wafer, and then the collector electrode 42 is sintered. Thus, the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 10 is completed.

実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置がオフ状態からオン状態になるときの動作は、次の通りである。オフ状態において、コレクタ電極42にエミッタ電位よりも高い電圧が印加された状態で、ゲート電極10に閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、p型ベース領域4の、ゲート電極10の直下の領域がn型に反転してn型反転層が形成される。そして、エミッタ電極41からn++型エミッタ領域37、n型反転層およびn型領域5,6を通ってn型ドリフト領域2に電子が注入される。この電子の注入が起きると、コレクタ側のpn接合が順バイアスされるため、p++型コレクタ領域31からn型ドリフト領域2に少数キャリアであるホールが注入される。n型ドリフト領域2にホールが注入されると、n型ドリフト領域2においてキャリアの中性条件を保つために多数キャリアである電子濃度が高くなり、n型ドリフト領域2の抵抗が低くなる、いわゆる伝導度変調が起こる。このときにコレクタ電極42とエミッタ電極41との間に流れる電流による電圧降下が、オン電圧Vonである。 Operation when the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment is switched from the off state to the on state is as follows. When a voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 10 in a state where a voltage higher than the emitter potential is applied to the collector electrode 42 in the off state, the p-type base region 4 immediately below the gate electrode 10 is applied. The region is inverted to n-type to form an n-type inversion layer. Then, electrons are injected from the emitter electrode 41 into the n-type drift region 2 through the n ++ -type emitter region 37, the n-type inversion layer and the n-type regions 5 and 6. When this electron injection occurs, the collector-side pn junction is forward-biased, so that holes that are minority carriers are injected from the p ++ type collector region 31 into the n-type drift region 2. When holes are injected into the n-type drift region 2, the concentration of electrons as majority carriers increases in order to maintain the neutral conditions of carriers in the n-type drift region 2, and the resistance of the n-type drift region 2 decreases. Conductivity modulation occurs. At this time, the voltage drop due to the current flowing between the collector electrode 42 and the emitter electrode 41 is the on-voltage Von.

実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置においては、IGBTの動作原理から、p型領域21とn型ドリフト領域2との間のpn接合(エミッタ側のpn接合)のビルトインポテンシャルVbiは、炭化珪素のバンドギャップで決まるビルトインポテンシャルと等しくなり、p+型ベース領域3の内部のポリタイプや欠陥層の存在に起因して小さくならない。したがって、n型ドリフト領域2中の少数キャリア(ホール)に対するエネルギーバリアが低減されない。このため、オン状態のときにコレクタ側からn型ドリフト領域2に注入されたホールは、n型ドリフト領域2からp型領域21およびp+型ベース領域3へ抜けにくくなる。これにより、n型ドリフト領域2の、p型領域21側にホールを蓄積することができ、伝導度変調が促進される(電流導通時の抵抗が小さくなる)ため、オン電圧Vonを低減することができる。 In the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment, the built-in potential Vbi of the pn junction (emitter side pn junction) between the p-type region 21 and the n-type drift region 2 is determined based on the operation principle of the IGBT. It is equal to the built-in potential determined by the band gap of the p + -type base region 3 and does not become small due to the presence of the polytype or defect layer inside the p + -type base region 3. Therefore, the energy barrier against minority carriers (holes) in the n-type drift region 2 is not reduced. For this reason, holes injected into the n-type drift region 2 from the collector side in the ON state are less likely to escape from the n-type drift region 2 to the p-type region 21 and the p + -type base region 3. As a result, holes can be accumulated on the p-type region 21 side of the n-type drift region 2 and conductivity modulation is promoted (resistance during current conduction is reduced), so that the on-voltage Von is reduced. Can do.

以上、説明したように、実施の形態2によれば、IGBTを構成する場合においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態2によれば、オン電圧を低減することができるため、導通損失を低減することができる。   As described above, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained even when an IGBT is configured. Further, according to the second embodiment, the on-voltage can be reduced, so that conduction loss can be reduced.

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、n型ドリフト領域上に堆積したp型領域の内部にp+型ベース領域およびJFET領域を形成する順番や、p型ベース領域の内部にn++型ソース領域(またはn++型エミッタ領域)、p++型コンタクト領域およびJFET領域を形成する順番は種々変更可能である。また、p型ベース領域のn型ドリフト領域側に設けられたp+型ベース領域と、p+型ベース領域の、n型ドリフト領域側の周囲を囲むp型領域とを備えていればよく、本発明をMOSゲート型のさまざまな炭化珪素半導体装置、例えばトレンチゲート構造の炭化珪素半導体装置に適用することが可能である。また、本発明は、いずれの結晶面方位を主面とするウェハにも適用可能である。また、各実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the order and, inside the n ++ type source region (or n ++ type emitter of the p-type base region forming a p + -type base region and the JFET region inside the p-type region deposited on the n-type drift region The order of forming the (region), p ++ type contact region and JFET region can be variously changed. The p + type base region provided on the n type drift region side of the p type base region and the p type region surrounding the p + type base region on the n type drift region side may be provided. The present invention can be applied to various MOS gate type silicon carbide semiconductor devices, for example, a silicon carbide semiconductor device having a trench gate structure. Further, the present invention can be applied to a wafer having any crystal plane orientation as a main surface. In each embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, in the present invention, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It holds.

以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法は、インバータなどのメインスイッチなどに使用されるパワー炭化珪素半導体装置に有用である。   As described above, the silicon carbide semiconductor device and the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present invention are useful for a power silicon carbide semiconductor device used for a main switch such as an inverter.

1 n++型半導体基板(n++型ドレイン領域)
2 n型ドリフト領域
3 p+型ベース領域
4 p型ベース領域
5,6 n型領域(JFET領域)
7 n++型ソース領域
8 p++型コンタクト領域
9 ゲート絶縁膜
10 ゲート電極
11 ソース電極
12 ドレイン電極
13 層間絶縁膜
17 p型領域とn型ドリフト領域とのpn接合(ソース側のpn接合)
19 低ポリタイプ領域
20 欠陥層
21 p型領域
31 p++型コレクタ領域
32 n+型バッファ領域
37 n++型エミッタ領域
41 エミッタ電極
42 コレクタ電極
1 n ++ type semiconductor substrate (n ++ type drain region)
2 n-type drift region 3 p + type base region 4 p-type base region 5, 6 n-type region (JFET region)
7 n ++ type source region 8 p ++ type contact region 9 Gate insulating film 10 Gate electrode 11 Source electrode 12 Drain electrode 13 Interlayer insulating film 17 pn junction between p type region and n type drift region (pn junction on source side) )
19 Low polytype region 20 Defect layer 21 p-type region 31 p ++- type collector region 32 n + -type buffer region 37 n ++- type emitter region 41 emitter electrode 42 collector electrode

Claims (25)

第1導電型炭化珪素半導体からなる第1導電型ドリフト領域と、
前記第1導電型ドリフト領域の一方の表面上に、第2導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第1の第2導電型半導体領域と、
前記第1の第2導電型半導体領域の、前記第1導電型ドリフト領域側に対して反対側の表面層に、第2導電型不純物が選択的に導入されてなる、前記第1の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の低い第2の第2導電型半導体領域と、
前記第1の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1導電型ドリフト領域に達する第1の第1導電型半導体領域と、
前記第2の第2導電型半導体領域および前記第1の第1導電型半導体領域の、前記第1導電型ドリフト領域側に対して反対側の表面上に、前記第2の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の高い第2導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第3の第2導電型半導体領域と、
前記第3の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1の第1導電型半導体領域に達する第2の第1導電型半導体領域と、
前記第3の第2導電型半導体領域の内部に、前記第2の第1導電型半導体領域と離れて選択的に設けられた、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型ソース領域と、
前記第2の第1導電型半導体領域の表面上、および、前記第3の第2導電型半導体領域の、前記第2の第1導電型半導体領域と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた部分の表面上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第1導電型ソース領域および前記第3の第2導電型半導体領域に接するソース電極と、
前記第1導電型ドリフト領域の他方の表面上に設けられた、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型炭化珪素半導体からなる第1導電型ドレイン領域と、
前記第1導電型ドレイン領域に接するドレイン電極と、
を備えることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
A first conductivity type drift region made of a first conductivity type silicon carbide semiconductor;
A first second conductivity type semiconductor region in which a second conductivity type silicon carbide semiconductor is deposited on one surface of the first conductivity type drift region;
The first second conductivity type impurity is selectively introduced into a surface layer of the first second conductivity type semiconductor region opposite to the first conductivity type drift region side. A second second conductivity type semiconductor region having a lower resistivity than the conductivity type semiconductor region;
A first first conductivity type semiconductor region that penetrates through the first second conductivity type semiconductor region in a depth direction and reaches the first conductivity type drift region;
The second second conductive semiconductor on the surface of the second second conductive semiconductor region and the first first conductive semiconductor region opposite to the first conductive drift region side. A third second conductivity type semiconductor region in which a second conductivity type silicon carbide semiconductor having a higher resistivity than the region is deposited;
A second first conductivity type semiconductor region that penetrates the third second conductivity type semiconductor region in the depth direction and reaches the first first conductivity type semiconductor region;
A first conductivity having a lower resistivity than the first conductivity type drift region, which is selectively provided inside the third second conductivity type semiconductor region and apart from the second first conductivity type semiconductor region. Type source area;
Sandwiched between the second first conductive type semiconductor region and the first conductive type source region on the surface of the second first conductive type semiconductor region and the third second conductive type semiconductor region. A gate electrode provided on the surface of the part via a gate insulating film,
A source electrode in contact with the first conductivity type source region and the third second conductivity type semiconductor region;
A first conductivity type drain region made of a first conductivity type silicon carbide semiconductor having a lower resistivity than the first conductivity type drift region, provided on the other surface of the first conductivity type drift region;
A drain electrode in contact with the first conductivity type drain region;
A silicon carbide semiconductor device comprising:
第1導電型炭化珪素半導体からなる第1導電型ドリフト領域と、
前記第1導電型ドリフト領域の一方の表面上に、第2導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第1の第2導電型半導体領域と、
前記第1の第2導電型半導体領域の、前記第1導電型ドリフト領域側に対して反対側の表面層に、第2導電型不純物が選択的に導入されてなる、前記第1の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の低い第2の第2導電型半導体領域と、
前記第1の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1導電型ドリフト領域に達する第1の第1導電型半導体領域と、
前記第2の第2導電型半導体領域および前記第1の第1導電型半導体領域の、前記第1導電型ドリフト領域側に対して反対側の表面上に、前記第2の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の高い第2導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第3の第2導電型半導体領域と、
前記第3の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1の第1導電型半導体領域に達する第2の第1導電型半導体領域と、
前記第3の第2導電型半導体領域の内部に、前記第2の第1導電型半導体領域と離れて選択的に設けられた、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型エミッタ領域と、
前記第2の第1導電型半導体領域の表面上、および、前記第3の第2導電型半導体領域の、前記第2の第1導電型半導体領域と前記第1導電型エミッタ領域とに挟まれた部分の表面上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第1導電型エミッタ領域および前記第3の第2導電型半導体領域に接するエミッタ電極と、
前記第1導電型ドリフト領域の他方の表面上に設けられた第2導電型炭化珪素半導体からなる第2導電型コレクタ領域と、
前記第2導電型コレクタ領域に接するコレクタ電極と、
を備えることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
A first conductivity type drift region made of a first conductivity type silicon carbide semiconductor;
A first second conductivity type semiconductor region in which a second conductivity type silicon carbide semiconductor is deposited on one surface of the first conductivity type drift region;
The first second conductivity type impurity is selectively introduced into a surface layer of the first second conductivity type semiconductor region opposite to the first conductivity type drift region side. A second second conductivity type semiconductor region having a lower resistivity than the conductivity type semiconductor region;
A first first conductivity type semiconductor region that penetrates through the first second conductivity type semiconductor region in a depth direction and reaches the first conductivity type drift region;
The second second conductive semiconductor on the surface of the second second conductive semiconductor region and the first first conductive semiconductor region opposite to the first conductive drift region side. A third second conductivity type semiconductor region in which a second conductivity type silicon carbide semiconductor having a higher resistivity than the region is deposited;
A second first conductivity type semiconductor region that penetrates the third second conductivity type semiconductor region in the depth direction and reaches the first first conductivity type semiconductor region;
A first conductivity having a lower resistivity than the first conductivity type drift region, which is selectively provided inside the third second conductivity type semiconductor region and apart from the second first conductivity type semiconductor region. A mold emitter region;
Sandwiched between the second first-conductivity-type semiconductor region and the first-conductivity-type emitter region on the surface of the second first-conductivity-type semiconductor region and the third second-conductivity-type semiconductor region A gate electrode provided on the surface of the part via a gate insulating film,
An emitter electrode in contact with the first conductivity type emitter region and the third second conductivity type semiconductor region;
A second conductivity type collector region made of a second conductivity type silicon carbide semiconductor provided on the other surface of the first conductivity type drift region;
A collector electrode in contact with the second conductivity type collector region;
A silicon carbide semiconductor device comprising:
前記第1の第2導電型半導体領域は、前記第2の第2導電型半導体領域を挟んで深さ方向に第3の第2導電型半導体領域と対向することを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置。   The first second conductivity type semiconductor region is opposed to the third second conductivity type semiconductor region in the depth direction with the second second conductivity type semiconductor region interposed therebetween. 2. The silicon carbide semiconductor device according to 2. 前記第1の第1導電型半導体領域は、前記第2の第2導電型半導体領域と離れて設けられており、
前記第1の第2導電型半導体領域は、前記第2の第2導電型半導体領域の、前記第1の第1導電型半導体領域側および前記第1導電型ドリフト領域側の周囲を囲むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
The first first conductivity type semiconductor region is provided apart from the second second conductivity type semiconductor region,
The first second conductivity type semiconductor region surrounds the first second conductivity type semiconductor region side and the first conductivity type drift region side of the second second conductivity type semiconductor region. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon carbide semiconductor device is a silicon carbide semiconductor device.
前記第1の第2導電型半導体領域の厚さは、前記第2の第2導電型半導体領域の厚さよりも0.3μm以上厚いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。   5. The thickness of the first second conductivity type semiconductor region is 0.3 μm or more thicker than the thickness of the second second conductivity type semiconductor region. The silicon carbide semiconductor device described. 前記第1の第2導電型半導体領域の抵抗率は、前記第2の第2導電型半導体領域の抵抗率よりも100倍以上高いことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。   6. The resistivity of the first second conductivity type semiconductor region is 100 times or more higher than the resistivity of the second second conductivity type semiconductor region. The silicon carbide semiconductor device described. 前記第1の第1導電型半導体領域は、前記第1の第2導電型半導体領域の内部に第1導電型不純物が選択的に導入されてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。   7. The first first conductivity type semiconductor region according to claim 1, wherein a first conductivity type impurity is selectively introduced into the first second conductivity type semiconductor region. The silicon carbide semiconductor device as described in any one. 前記第2の第1導電型半導体領域は、前記第3の第2導電型半導体領域の内部に第1導電型不純物が選択的に導入されてなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。   8. The second first conductivity type semiconductor region, wherein a first conductivity type impurity is selectively introduced into the third second conductivity type semiconductor region. The silicon carbide semiconductor device as described in any one. 前記第3の第2導電型半導体領域の内部に第2導電型不純物が選択的に導入されてなる第2導電型コンタクト領域をさらに備え、
前記ソース電極は、前記第1導電型ソース領域および前記第2導電型コンタクト領域に接することを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
A second conductivity type contact region in which a second conductivity type impurity is selectively introduced into the third second conductivity type semiconductor region;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the source electrode is in contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type contact region.
前記第3の第2導電型半導体領域の内部に第2導電型不純物が選択的に導入されてなる第2導電型コンタクト領域をさらに備え、
前記エミッタ電極は、前記第1導電型エミッタ領域および前記第2導電型コンタクト領域に接することを特徴とする請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。
A second conductivity type contact region in which a second conductivity type impurity is selectively introduced into the third second conductivity type semiconductor region;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 2, wherein the emitter electrode is in contact with the first conductivity type emitter region and the second conductivity type contact region.
前記第2導電型コレクタ領域と前記第1導電型ドリフト領域との間に、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型バッファ領域をさらに備えることを特徴とする請求項2または10に記載の炭化珪素半導体装置。   The first conductivity type buffer region having a lower resistivity than the first conductivity type drift region is further provided between the second conductivity type collector region and the first conductivity type drift region. Or the silicon carbide semiconductor device of 10. 第1導電型炭化珪素半導体基板のおもて面上に、炭化珪素半導体からなる第1導電型ドリフト領域を堆積する第1工程と、
前記第1導電型ドリフト領域の上に、炭化珪素半導体からなる第1の第2導電型半導体領域を堆積する第2工程と、
前記第1の第2導電型半導体領域に第2導電型不純物を選択的に導入し、前記第1の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の低い第2の第2導電型半導体領域を形成する第3工程と、
前記第1の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1導電型ドリフト領域に達する第1の第1導電型半導体領域を形成する第4工程と、
前記第2の第2導電型半導体領域および前記第1の第1導電型半導体領域の上に、前記第2の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の高い炭化珪素半導体からなる第3の第2導電型半導体領域を堆積する第5工程と、
前記第3の第2導電型半導体領域の内部に、前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型ソース領域を選択的に形成する第6工程と、
前記第1導電型ソース領域と離れて、かつ前記第3の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1の第1導電型半導体領域に達する第2の第1導電型半導体領域を形成する第7工程と、
前記第2の第1導電型半導体領域の表面上、および、前記第3の第2導電型半導体領域の、前記第2の第1導電型半導体領域と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた部分の表面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する第8工程と、
前記第1導電型ソース領域および前記第3の第2導電型半導体領域に接するソース電極を形成する第9工程と、
前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面に接するドレイン電極を形成する第10工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A first step of depositing a first conductivity type drift region made of a silicon carbide semiconductor on the front surface of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
A second step of depositing a first second conductivity type semiconductor region made of a silicon carbide semiconductor on the first conductivity type drift region;
A second conductivity type impurity is selectively introduced into the first second conductivity type semiconductor region to form a second second conductivity type semiconductor region having a resistivity lower than that of the first second conductivity type semiconductor region. A third step to perform,
A fourth step of forming a first first conductivity type semiconductor region that penetrates the first second conductivity type semiconductor region in the depth direction and reaches the first conductivity type drift region;
A third third layer made of a silicon carbide semiconductor having a higher resistivity than the second second conductivity type semiconductor region is disposed on the second second conductivity type semiconductor region and the first first conductivity type semiconductor region. A fifth step of depositing a two-conductivity type semiconductor region;
A sixth step of selectively forming a first conductivity type source region having a resistivity lower than that of the first conductivity type drift region inside the third second conductivity type semiconductor region;
A second first conductivity type semiconductor that is separated from the first conductivity type source region and penetrates the third second conductivity type semiconductor region in the depth direction to reach the first first conductivity type semiconductor region. A seventh step of forming a region;
Sandwiched between the second first conductive type semiconductor region and the first conductive type source region on the surface of the second first conductive type semiconductor region and the third second conductive type semiconductor region. An eighth step of forming a gate electrode on the surface of the portion via a gate insulating film;
A ninth step of forming a source electrode in contact with the first conductivity type source region and the third second conductivity type semiconductor region;
A tenth step of forming a drain electrode in contact with the back surface of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記第4工程では、前記第1の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第1の第1導電型半導体領域を形成することを特徴とする請求項12に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   13. The fourth step is characterized in that the first first conductivity type semiconductor region is formed by selectively introducing a first conductivity type impurity into the first second conductivity type semiconductor region. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1. 前記第7工程では、前記第3の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第2の第1導電型半導体領域を形成することを特徴とする請求項12または13に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   13. The seventh step of forming the second first conductive semiconductor region by selectively introducing a first conductive impurity into the third second conductive semiconductor region in the seventh step. Or the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of 13. 前記第3工程および前記第4工程後、前記第5工程前に、第1熱処理により、前記第3工程によって導入された第2導電型不純物と、前記第4工程によって導入された第1導電型不純物とを活性化させる第11工程をさらに含むことを特徴とする請求項12〜14のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   After the third step and the fourth step, and before the fifth step, the first conductivity type introduced by the third step and the first conductivity type introduced by the fourth step by the first heat treatment. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 12, further comprising an eleventh step of activating the impurities. 前記第11工程では、1750℃以上1850℃以下の温度の前記第1熱処理を行うことを特徴とする請求項15に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 15, wherein in the eleventh step, the first heat treatment is performed at a temperature of 1750 ° C. or higher and 1850 ° C. or lower. 前記第6工程では、前記第3の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第1導電型ソース領域を形成し、
前記第5工程後、前記第8工程前に、前記第3の第2導電型半導体領域に第2導電型不純物を選択的に導入して第2導電型コンタクト領域を形成する第12工程と、
前記第6工程および前記第12工程後に、前記第1熱処理の温度以下の温度の第2熱処理により、前記第6工程によって導入された第1導電型不純物と、前記第12工程によって導入された第2導電型不純物とを活性化させる第13工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項15または16に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
In the sixth step, the first conductive type source region is formed by selectively introducing a first conductive type impurity into the third second conductive type semiconductor region,
A twelfth step of forming a second conductivity type contact region by selectively introducing a second conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region after the fifth step and before the eighth step;
After the sixth step and the twelfth step, the first conductivity type impurity introduced in the sixth step and the second impurity introduced in the twelfth step by a second heat treatment at a temperature lower than the temperature of the first heat treatment. A thirteenth step of activating two conductivity type impurities;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 15, further comprising:
第1導電型炭化珪素半導体基板のおもて面上に、炭化珪素半導体からなる第2導電型コレクタ領域を堆積する第1工程と、
前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面上に、炭化珪素半導体からなる第1の第2導電型半導体領域を堆積する第2工程と、
前記第1の第2導電型半導体領域に第2導電型不純物を選択的に導入し、前記第1の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の低い第2の第2導電型半導体領域を形成する第3工程と、
前記第1の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1導電型炭化珪素半導体基板に達する第1の第1導電型半導体領域を形成する第4工程と、
前記第2の第2導電型半導体領域および前記第1の第1導電型半導体領域の上に、前記第2の第2導電型半導体領域よりも抵抗率の高い炭化珪素半導体からなる第3の第2導電型半導体領域を堆積する第5工程と、
前記第3の第2導電型半導体領域の内部に、前記第1導電型炭化珪素半導体基板よりも抵抗率の低い第1導電型エミッタ領域を選択的に形成する第6工程と、
前記第1導電型エミッタ領域と離れて、かつ前記第3の第2導電型半導体領域を深さ方向に貫通して前記第1の第1導電型半導体領域に達する第2の第1導電型半導体領域を形成する第7工程と、
前記第2の第1導電型半導体領域の表面上、および、前記第3の第2導電型半導体領域の、前記第2の第1導電型半導体領域と前記第1導電型エミッタ領域とに挟まれた部分の表面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する第8工程と、
前記第1導電型エミッタ領域および前記第3の第2導電型半導体領域に接するエミッタ電極を形成する第9工程と、
前記第2導電型コレクタ領域に接するコレクタ電極を形成する第10工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A first step of depositing a second conductivity type collector region made of a silicon carbide semiconductor on the front surface of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
A second step of depositing a first second conductivity type semiconductor region made of a silicon carbide semiconductor on the back surface of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
A second conductivity type impurity is selectively introduced into the first second conductivity type semiconductor region to form a second second conductivity type semiconductor region having a resistivity lower than that of the first second conductivity type semiconductor region. A third step to perform,
A fourth step of forming a first first conductivity type semiconductor region that penetrates the first second conductivity type semiconductor region in a depth direction and reaches the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
A third third layer made of a silicon carbide semiconductor having a higher resistivity than the second second conductivity type semiconductor region is disposed on the second second conductivity type semiconductor region and the first first conductivity type semiconductor region. A fifth step of depositing a two-conductivity type semiconductor region;
A sixth step of selectively forming a first conductivity type emitter region having a resistivity lower than that of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate in the third second conductivity type semiconductor region;
A second first conductivity type semiconductor that is separated from the first conductivity type emitter region and penetrates the third second conductivity type semiconductor region in the depth direction to reach the first first conductivity type semiconductor region. A seventh step of forming a region;
Sandwiched between the second first-conductivity-type semiconductor region and the first-conductivity-type emitter region on the surface of the second first-conductivity-type semiconductor region and the third second-conductivity-type semiconductor region An eighth step of forming a gate electrode on the surface of the portion via a gate insulating film;
A ninth step of forming an emitter electrode in contact with the first conductive type emitter region and the third second conductive type semiconductor region;
A tenth step of forming a collector electrode in contact with the second conductivity type collector region;
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記第4工程では、前記第1の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第1の第1導電型半導体領域を形成することを特徴とする請求項18に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   19. In the fourth step, the first first conductivity type semiconductor region is formed by selectively introducing a first conductivity type impurity into the first second conductivity type semiconductor region. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1. 前記第7工程では、前記第3の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第2の第1導電型半導体領域を形成することを特徴とする請求項18または19に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   19. In the seventh step, the second first conductivity type semiconductor region is formed by selectively introducing a first conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region. Or a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to 19. 前記第3工程および前記第4工程後、前記第5工程前に、第1熱処理により、前記第3工程によって導入された第2導電型不純物と、前記第4工程によって導入された第1導電型不純物とを活性化させる第11工程をさらに含むことを特徴とする請求項18〜20のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   After the third step and the fourth step, and before the fifth step, the first conductivity type introduced by the third step and the first conductivity type introduced by the fourth step by the first heat treatment. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 18, further comprising an eleventh step of activating the impurities. 前記第11工程では、1750℃以上1850℃以下の温度の前記第1熱処理を行うことを特徴とする請求項21に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 21, wherein in the eleventh step, the first heat treatment is performed at a temperature of 1750 ° C or higher and 1850 ° C or lower. 前記第6工程では、前記第3の第2導電型半導体領域に第1導電型不純物を選択的に導入して前記第1導電型エミッタ領域を形成し、
前記第5工程後、前記第8工程前に、前記第3の第2導電型半導体領域に第2導電型不純物を選択的に導入して第2導電型コンタクト領域を形成する第12工程と、
前記第6工程および前記第12工程後に、前記第1熱処理の温度以下の温度の第2熱処理により、前記第6工程によって導入された第1導電型不純物と、前記第12工程によって導入された第2導電型不純物とを活性化させる第13工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項21または22に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
In the sixth step, the first conductivity type emitter region is formed by selectively introducing a first conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region,
A twelfth step of forming a second conductivity type contact region by selectively introducing a second conductivity type impurity into the third second conductivity type semiconductor region after the fifth step and before the eighth step;
After the sixth step and the twelfth step, the first conductivity type impurity introduced in the sixth step and the second impurity introduced in the twelfth step by a second heat treatment at a temperature lower than the temperature of the first heat treatment. A thirteenth step of activating two conductivity type impurities;
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 21, further comprising:
前記第1導電型炭化珪素半導体基板は、
炭化珪素半導体からなる第1導電型基体と、
前記第1導電型基体のおもて面上に、前記第1導電型基体よりも抵抗率の高い第1導電型炭化珪素半導体が堆積されてなる第1導電型ドリフト領域と、を備え、
前記第1工程では、前記第1導電型ドリフト領域の上に前記第2導電型コレクタ領域を堆積し、
前記第1工程後、前記第2工程前に、前記第1導電型炭化珪素半導体基板を前記第1導電型基体側から研削していき、前記第1導電型ドリフト領域を露出させることを特徴とする請求項18〜23のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate is:
A first conductivity type substrate made of a silicon carbide semiconductor;
A first conductivity type drift region in which a first conductivity type silicon carbide semiconductor having a higher resistivity than the first conductivity type substrate is deposited on the front surface of the first conductivity type substrate;
In the first step, the second conductivity type collector region is deposited on the first conductivity type drift region,
After the first step and before the second step, the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate is ground from the first conductivity type substrate side to expose the first conductivity type drift region. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 18 to 23.
前記第1工程では、前記第1導電型ドリフト領域の上に前記第1導電型ドリフト領域よりも抵抗率の低い第1導電型炭化珪素半導体からなる第1導電型バッファ領域を堆積した後に、前記第1導電型バッファ領域の上に前記第2導電型コレクタ領域を堆積することを特徴とする請求項24に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   In the first step, after depositing a first conductivity type buffer region made of a first conductivity type silicon carbide semiconductor having a resistivity lower than that of the first conductivity type drift region on the first conductivity type drift region, 25. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 24, wherein the second conductivity type collector region is deposited on the first conductivity type buffer region.
JP2013191167A 2013-09-13 2013-09-13 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device Expired - Fee Related JP6183087B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013191167A JP6183087B2 (en) 2013-09-13 2013-09-13 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013191167A JP6183087B2 (en) 2013-09-13 2013-09-13 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015056644A true JP2015056644A (en) 2015-03-23
JP6183087B2 JP6183087B2 (en) 2017-08-23

Family

ID=52820774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013191167A Expired - Fee Related JP6183087B2 (en) 2013-09-13 2013-09-13 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6183087B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017168671A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 富士電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US10164084B2 (en) 2016-03-14 2018-12-25 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN111766490A (en) * 2019-03-14 2020-10-13 富士电机株式会社 Method for screening silicon carbide semiconductor device
WO2022085151A1 (en) * 2020-10-22 2022-04-28 三菱電機株式会社 Semiconductor device
CN114927562A (en) * 2022-07-20 2022-08-19 深圳平创半导体有限公司 Silicon carbide JFET device structure and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036655A1 (en) * 2002-10-18 2004-04-29 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method
JP2008210848A (en) * 2007-02-23 2008-09-11 Denso Corp Process for fabricating silicon carbide semiconductor device
JP2009076681A (en) * 2007-09-20 2009-04-09 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036655A1 (en) * 2002-10-18 2004-04-29 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method
JP2008210848A (en) * 2007-02-23 2008-09-11 Denso Corp Process for fabricating silicon carbide semiconductor device
JP2009076681A (en) * 2007-09-20 2009-04-09 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10164084B2 (en) 2016-03-14 2018-12-25 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2017168671A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 富士電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
CN111766490A (en) * 2019-03-14 2020-10-13 富士电机株式会社 Method for screening silicon carbide semiconductor device
WO2022085151A1 (en) * 2020-10-22 2022-04-28 三菱電機株式会社 Semiconductor device
CN114927562A (en) * 2022-07-20 2022-08-19 深圳平创半导体有限公司 Silicon carbide JFET device structure and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP6183087B2 (en) 2017-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10217858B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP4843854B2 (en) MOS device
US10347735B2 (en) Semiconductor device with lifetime killers and method of manufacturing the same
JP3620513B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
JP5202308B2 (en) High voltage silicon carbide MOS bipolar device having bidirectional blocking capability and method of manufacturing the same
JP3573149B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
US8558244B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP6802454B2 (en) Semiconductor devices and their manufacturing methods
JP2018107168A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP6194779B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP6641488B2 (en) Semiconductor device
TW201251023A (en) Semiconductor device
JP2012243966A (en) Semiconductor device
JP6241958B2 (en) High voltage semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2018206873A (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP6183087B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2018026562A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP4948784B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5098293B2 (en) Insulated gate type semiconductor device using wide band gap semiconductor and manufacturing method thereof
JP7196463B2 (en) Silicon carbide semiconductor device manufacturing method and silicon carbide semiconductor device
JP6946824B2 (en) Semiconductor devices and manufacturing methods for semiconductor devices
JP6862782B2 (en) Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices
JP6648852B1 (en) Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP7074173B2 (en) Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices
CN112951905B (en) SiC reverse-conduction type insulated gate bipolar transistor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170214

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170417

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170627

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170710

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6183087

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees