JP2020077736A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To provide a technology for forming a bottom p-type layer from a bottom face of a trench gate to a deep position.SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor device provided with a bottom p-type layer brought into contact with a bottom face of a trench gate includes a trench formation step for forming a trench on one principal plane of a silicon carbide semiconductor substrate with only by an off angle inclined with respect to a basal plane, and a bottom p-type layer formation step for irradiating p-type impurity toward the inside of the trench to form the bottom p-type layer. In the bottom p-type layer formation step, an implantation angle of the p-type impurity is set to the off angle such that the p-type impurity is implanted to the basal plane from a vertical direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。   The technique disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

炭化珪素の半導体基板を用いて製造された半導体装置の開発が進められている。この種の半導体装置では、半導体基板の一方の主面に複数のトレンチゲートが形成されている。トレンチゲートは、p型のボディ領域を貫通してn型のドリフト領域に侵入するように形成されている。特許文献1は、トレンチゲートの底面の電界を緩和するために、トレンチゲートの底面に接するようにボトムp型層を設ける技術を開示する。   Development of a semiconductor device manufactured using a silicon carbide semiconductor substrate is in progress. In this type of semiconductor device, a plurality of trench gates are formed on one main surface of a semiconductor substrate. The trench gate is formed so as to penetrate the p-type body region and enter the n-type drift region. Patent Document 1 discloses a technique of providing a bottom p-type layer so as to be in contact with the bottom surface of the trench gate in order to relax the electric field at the bottom surface of the trench gate.

特開2017−117951号公報JP, 2017-117951, A

トレンチゲートの底面の電界を良好に緩和するためには、このようなボトムp型層がトレンチゲートの底面から深い位置にまで形成されるのが望ましい。本明細書は、トレンチゲートの底面から深い位置にまでボトムp型層を形成する技術を提供することを目的とする。   In order to relax the electric field on the bottom surface of the trench gate well, it is desirable that such a bottom p-type layer is formed deep from the bottom surface of the trench gate. The present specification aims to provide a technique of forming a bottom p-type layer from a bottom surface of a trench gate to a deep position.

本明細書は、トレンチゲートの底面に接するボトムp型層を備える半導体装置の製造方法を開示する。この製造方法は、基底面に対してオフ角だけ傾いた炭化珪素の半導体基板の一方の主面にトレンチを形成するトレンチ形成工程と、前記トレンチ内に向けてp型不純物を照射し、前記ボトムp型層を形成するボトムp型層形成工程と、を備えることができる。前記ボトムp型層形成工程では、前記基底面に対して垂直方向から前記p型不純物が注入されるように、前記p型不純物の注入角が前記オフ角に設定されている。この製造方法によると、チャネリング効果によって前記p型不純物を前記トレンチの底面から深い位置にまで注入することができる。この製造方法によると、前記トレンチゲートの底面から深い位置にまで前記ボトムp型層を形成することができる。   The present specification discloses a method for manufacturing a semiconductor device including a bottom p-type layer in contact with a bottom surface of a trench gate. This manufacturing method comprises a trench forming step of forming a trench on one main surface of a silicon carbide semiconductor substrate inclined by an off-angle with respect to a basal plane, and irradiating a p-type impurity into the trench to form the bottom. a bottom p-type layer forming step of forming a p-type layer. In the bottom p-type layer forming step, the implantation angle of the p-type impurities is set to the off-angle so that the p-type impurities are implanted in a direction perpendicular to the base surface. According to this manufacturing method, the p-type impurity can be implanted from the bottom surface of the trench to a deep position due to the channeling effect. According to this manufacturing method, the bottom p-type layer can be formed deep from the bottom surface of the trench gate.

上記製造方法の一実施態様によると、前記ボトムp型層形成工程では、前記トレンチの短手方向に対向する一対の短手側面のうちの一方の短手側面にも前記p型不純物が注入され、これにより、前記ボトムp型層は前記半導体基板の前記一方の主面側に設けられているp型のボディ領域に接続するように形成されてもよい。この製造方法によると、前記ボトムp型層が前記ボディ領域に接続するための接続領域を同時に形成することができる。このため、前記接続領域を製造するために要する工程数を削減することができるので、製造コストを抑えることができる。また、前記短手側面に形成された前記ボトムp型層は、前記トレンチの長手方向に沿って分散して配置されていてもよい。前記短手側面に形成された前記ボトムp型層を分散して配置することにより、チャネル抵抗の増加を抑えることができる。   According to one embodiment of the above-mentioned manufacturing method, in the bottom p-type layer forming step, the p-type impurity is implanted also into one lateral side of the pair of lateral sides facing each other in the lateral direction of the trench. Thus, the bottom p-type layer may be formed so as to be connected to the p-type body region provided on the one main surface side of the semiconductor substrate. According to this manufacturing method, a connection region for connecting the bottom p-type layer to the body region can be simultaneously formed. Therefore, the number of steps required to manufacture the connection region can be reduced, and the manufacturing cost can be suppressed. Further, the bottom p-type layers formed on the lateral side surfaces may be dispersed and arranged along the longitudinal direction of the trench. By arranging the bottom p-type layers formed on the short side surfaces in a dispersed manner, an increase in channel resistance can be suppressed.

上記製造方法の他の一実施態様によると、前記ボトムp型層形成工程では、前記トレンチの長手方向に対向する一対の長手側面のうちの一方の長手側面にも前記p型不純物が注入され、これにより、前記ボトムp型層は前記半導体基板の前記一方の主面側に設けられているp型のボディ領域に接続するように形成されてもよい。この製造方法によると、前記ボトムp型層が前記ボディ領域に接続するための接続領域を同時に形成することができる。このため、前記接続領域を製造するために要する工程数を削減することができるので、製造コストを抑えることができる。   According to another embodiment of the above manufacturing method, in the bottom p-type layer forming step, the p-type impurity is implanted into one of the pair of long side surfaces facing each other in the longitudinal direction of the trench. Accordingly, the bottom p-type layer may be formed so as to be connected to the p-type body region provided on the one main surface side of the semiconductor substrate. According to this manufacturing method, a connection region for connecting the bottom p-type layer to the body region can be simultaneously formed. Therefore, the number of steps required to manufacture the connection region can be reduced, and the manufacturing cost can be suppressed.

第1実施形態の半導体装置の上面側から見た平面図。FIG. 3 is a plan view of the semiconductor device according to the first embodiment viewed from the upper surface side. 図1のII−II線における半導体装置の断面図。FIG. 2 is a sectional view of the semiconductor device taken along line II-II of FIG. 1. 図1のIII−III線における半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device in the III-III line of FIG. 第1実施形態の半導体装置のボトムp型層を形成する一製造工程中の断面図。Sectional drawing in one manufacturing process which forms the bottom p-type layer of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置のボトムp型層を形成する一製造工程中の断面図。Sectional drawing in one manufacturing process which forms the bottom p-type layer of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1実施形態の半導体装置のボトムp型層を形成する一製造工程中の断面図。Sectional drawing in one manufacturing process which forms the bottom p-type layer of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第2実施形態の半導体装置の上面側から見た平面図。The top view of the semiconductor device of a 2nd embodiment seen from the upper surface side. 図7のVIII−VIII線における半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device in the VIII-VIII line of FIG. 第3実施形態の半導体装置の上面側から見た平面図。The top view seen from the upper surface side of the semiconductor device of a 3rd embodiment. 図9のX−X線における半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device in the XX line of FIG. 図1のXI−XI線における半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device in the XI-XI line of FIG.

(第1実施形態)図1〜3に示す第1実施形態の半導体装置1は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)と称される種類の半導体装置である。半導体装置1は、炭化珪素(SiC)の半導体基板12を用いて製造されている。なお、図1では、図の見易さのため、半導体基板12の上面12a上の電極、絶縁層の図示を省略している。半導体基板12は、(0001)面を基底面とする炭化珪素基板であり、(0001)面に対して[11−20]方向にオフ角だけ傾いている。この例では、オフ角が約4°である。 (First Embodiment) A semiconductor device 1 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 is a semiconductor device of a type called MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). The semiconductor device 1 is manufactured using a semiconductor substrate 12 made of silicon carbide (SiC). Note that, in FIG. 1, the electrodes and the insulating layer on the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12 are not shown for the sake of clarity. The semiconductor substrate 12 is a silicon carbide substrate having a (0001) plane as a basal plane, and is inclined by an off angle in the [11-20] direction with respect to the (0001) plane. In this example, the off angle is about 4 °.

半導体基板12の上面12aには、複数のトレンチTRが形成されており、各トレンチTR内にトレンチゲート22が設けられている。図1に示すように、トレンチゲート22は、上面12aにおいて[1−100]方向に直線状に長く伸びている。複数のトレンチゲート22は、[11−20]方向に間隔を置いて配列されており、ストライプ状のレイアウトを有している。図2に示すように、トレンチTRは、半導体基板12の上面12aに対して垂直方向に伸びている。トレンチTRの側面は、半導体基板12の深さ方向に沿って傾斜しており、半導体基板12の深部に向けて先細りのテーパ状である。トレンチTRの底面は、半導体基板12の上面12aに平行である。   A plurality of trenches TR are formed on the upper surface 12a of the semiconductor substrate 12, and a trench gate 22 is provided in each trench TR. As shown in FIG. 1, the trench gate 22 extends linearly in the [1-100] direction on the upper surface 12a. The plurality of trench gates 22 are arranged at intervals in the [11-20] direction and have a striped layout. As shown in FIG. 2, the trench TR extends in the direction perpendicular to the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12. The side surface of the trench TR is inclined along the depth direction of the semiconductor substrate 12, and is tapered toward the deep portion of the semiconductor substrate 12. The bottom surface of the trench TR is parallel to the top surface 12a of the semiconductor substrate 12.

トレンチTRの側面及び底面は、ゲート絶縁膜24によって覆われている。ゲート絶縁膜24は、トレンチTRの側面よりも底面において厚く形成されていてもよい。トレンチTR内には、ゲート電極26が配置されている。ゲート電極26は、ゲート絶縁膜24によって半導体基板12から絶縁されている。ゲート電極26の上面は、層間絶縁膜28によって覆われている。   The side surface and the bottom surface of the trench TR are covered with the gate insulating film 24. The gate insulating film 24 may be formed thicker on the bottom surface than the side surface of the trench TR. The gate electrode 26 is arranged in the trench TR. The gate electrode 26 is insulated from the semiconductor substrate 12 by the gate insulating film 24. The upper surface of the gate electrode 26 is covered with an interlayer insulating film 28.

半導体基板12の上面12aには、ソース電極70が配置されている。ソース電極70は、層間絶縁膜28が設けられていない部分で半導体基板12の上面12aに接している。ソース電極70は、層間絶縁膜28によってゲート電極26から絶縁されている。半導体基板12の下面12bには、ドレイン電極72が配置されている。ドレイン電極72は、半導体基板12の下面12bに接している。   The source electrode 70 is arranged on the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12. The source electrode 70 is in contact with the upper surface 12a of the semiconductor substrate 12 at the portion where the interlayer insulating film 28 is not provided. The source electrode 70 is insulated from the gate electrode 26 by the interlayer insulating film 28. A drain electrode 72 is arranged on the lower surface 12b of the semiconductor substrate 12. The drain electrode 72 is in contact with the lower surface 12b of the semiconductor substrate 12.

半導体基板12の内部には、複数のソース領域30、ボディ領域32、ドリフト領域34、ドレイン領域35及び複数のボトムp型層36が設けられている。   Inside the semiconductor substrate 12, a plurality of source regions 30, a body region 32, a drift region 34, a drain region 35 and a plurality of bottom p-type layers 36 are provided.

ソース領域30は、n型領域である。ソース領域30は、半導体基板12の上面12aに臨む範囲に配置されており、ソース電極70にオーミック接触している。また、ソース領域30は、トレンチゲート22の短手方向に対向する一対の短手側面S1([1−100]方向に沿って伸びる側面)において、ゲート絶縁膜24に接している。ソース領域30は、トレンチゲート22の上端部においてゲート絶縁膜24に接している。   The source region 30 is an n-type region. The source region 30 is arranged in a range facing the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12, and is in ohmic contact with the source electrode 70. The source region 30 is in contact with the gate insulating film 24 at a pair of short side surfaces S1 (side surfaces extending along the [1-100] direction) that face each other in the short direction of the trench gate 22. The source region 30 is in contact with the gate insulating film 24 at the upper end of the trench gate 22.

ボディ領域32は、p型領域である。ボディ領域32は、各ソース領域30に接している。ボディ領域32は、2つのソース領域30に挟まれた範囲から各ソース領域30の下側まで伸びている。ボディ領域32は、高濃度ボディ領域32aと低濃度ボディ領域32bを有している。高濃度ボディ領域32aは、低濃度ボディ領域32bよりも高いp型不純物濃度を有している。高濃度ボディ領域32aは、2つのソース領域30に挟まれた範囲に配置されている。高濃度ボディ領域32aは、ソース電極70にオーミック接触している。低濃度ボディ領域32bは、トレンチゲート22の短手側面において、ゲート絶縁膜24に接している。低濃度ボディ領域32bは、ソース領域30の下側でゲート絶縁膜24に接している。また、図1に示すように、低濃度ボディ領域32bは、トレンチゲート22の長手方向に対向する一対の長手側面S2(トレンチゲート22の長手方向の端部に位置する側面であり、[11−20]方向に沿って伸びる側面)に隣接する範囲にも配置されている。   The body region 32 is a p-type region. The body region 32 is in contact with each source region 30. The body region 32 extends from the area sandwiched between the two source regions 30 to the lower side of each source region 30. The body region 32 has a high concentration body region 32a and a low concentration body region 32b. The high-concentration body region 32a has a higher p-type impurity concentration than the low-concentration body region 32b. The high-concentration body region 32a is arranged in the range sandwiched by the two source regions 30. The high concentration body region 32 a is in ohmic contact with the source electrode 70. The low concentration body region 32b is in contact with the gate insulating film 24 on the lateral side surface of the trench gate 22. The low-concentration body region 32b is in contact with the gate insulating film 24 below the source region 30. Further, as shown in FIG. 1, the low-concentration body region 32b is a pair of long side surfaces S2 facing each other in the longitudinal direction of the trench gate 22 (side surfaces located at end portions in the longitudinal direction of the trench gate 22, [11- 20] is also arranged in a range adjacent to the side surface extending along the direction).

ドリフト領域34は、n型領域である。ドリフト領域34は、ボディ領域32の下側に配置されており、ボディ領域32によってソース領域30から分離されている。図2に示すように、ドリフト領域34は、トレンチゲート22の一対の短手側面のうちの一方の短手側面において、ゲート絶縁膜24に接している。   The drift region 34 is an n-type region. The drift region 34 is arranged below the body region 32, and is separated from the source region 30 by the body region 32. As shown in FIG. 2, the drift region 34 is in contact with the gate insulating film 24 on one short side surface of the pair of short side surfaces of the trench gate 22.

ドレイン領域35は、n型領域である。ドレイン領域35は、ドリフト領域34よりも高いn型不純物濃度を有している。ドレイン領域35は、ドリフト領域34の下側に配置されている。ドレイン領域35は、半導体基板12の下面12bに臨む範囲に配置されている。ドレイン領域35は、ドレイン電極72にオーミック接触している。   The drain region 35 is an n-type region. The drain region 35 has a higher n-type impurity concentration than the drift region 34. The drain region 35 is arranged below the drift region 34. The drain region 35 is arranged in a range facing the lower surface 12b of the semiconductor substrate 12. The drain region 35 is in ohmic contact with the drain electrode 72.

ボトムp型層36は、p型領域である。ボトムp型層36は、トレンチゲート22の底面において、ゲート絶縁膜24に接している。ボトムp型層36は、トレンチゲート22の底面に沿って[1−100]方向に長く伸びている。また、ボトムp型層36の一部は、トレンチゲート22の一対の短手側面のうちの一方の短手側面において、ゲート絶縁膜24に接している。ここで、ボトムp型層36のうちのトレンチゲート22の側面に接する部分を特に接続領域36aという。ボトムp型層36の接続領域36aは、トレンチゲート22の一方の短手側面S1に沿って[1−100]方向に長く伸びている。ボトムp型層36は、接続領域36aを介してボディ領域32に接触しており、ボディ領域32に電気的に接続されている。   The bottom p-type layer 36 is a p-type region. The bottom p-type layer 36 is in contact with the gate insulating film 24 on the bottom surface of the trench gate 22. The bottom p-type layer 36 extends in the [1-100] direction along the bottom surface of the trench gate 22. Further, a part of the bottom p-type layer 36 is in contact with the gate insulating film 24 on one short side surface of the pair of short side surfaces of the trench gate 22. Here, a portion of the bottom p-type layer 36 that contacts the side surface of the trench gate 22 is particularly referred to as a connection region 36a. The connection region 36a of the bottom p-type layer 36 extends in the [1-100] direction along one short side surface S1 of the trench gate 22. The bottom p-type layer 36 is in contact with the body region 32 via the connection region 36a and is electrically connected to the body region 32.

次に、半導体装置1の動作について説明する。半導体装置1の使用時には、半導体装置1と負荷(例えば、モータ)と電源が直列に接続される。半導体装置1と負荷の直列回路に対して、電源電圧(本実施形態では、約800V)が印加される。半導体装置1のドレイン側(ドレイン電極72)がソース側(ソース電極70)よりも高電位となる向きで、電源電圧が印加される。ゲート電極26にゲートオン電位(ゲート閾値よりも高い電位)を印加すると、ゲート絶縁膜24に接する範囲のボディ領域32(低濃度ボディ領域32b)にチャネル(反転層)が形成され、半導体装置1がオンする。半導体装置1では、トレンチゲート22の一対の短手側面S1のうちのドリフト領域34が接する側の短手側面S1において、ボディ領域32に形成されたチャネルを介して電流が流れる。ゲート電極26にゲートオフ電位(ゲート閾値以下の電位)を印加すると、チャネルが消滅し、半導体装置1がオフする。このとき、ドリフト領域34とボトムp型層36のpn接合から伸びる空乏層がトレンチゲート22の底面近傍に形成され、トレンチゲート22の底面近傍の電界が緩和される。これにより、半導体装置1は、高耐圧な特性を有することができる。また、半導体装置1では、ボトムp型層36が接続領域36aを介してボディ領域32に電気的に接続されていることから、ターンオンするときに、ボディ領域32から接続領域36aを介してボトムp型層36に正孔が注入される。この正孔注入により、ボトムp型層36の帯電が抑制されるので、ターンオフ時に形成された空乏層がすぐに消失し、JFET効果によるオン抵抗の増加が抑えられる。   Next, the operation of the semiconductor device 1 will be described. When using the semiconductor device 1, the semiconductor device 1, a load (for example, a motor), and a power supply are connected in series. A power supply voltage (about 800 V in this embodiment) is applied to the series circuit of the semiconductor device 1 and the load. The power supply voltage is applied so that the drain side (drain electrode 72) of the semiconductor device 1 has a higher potential than the source side (source electrode 70). When a gate-on potential (potential higher than the gate threshold) is applied to the gate electrode 26, a channel (inversion layer) is formed in the body region 32 (low-concentration body region 32b) in a range in contact with the gate insulating film 24, and the semiconductor device 1 Turn on. In the semiconductor device 1, a current flows through the channel formed in the body region 32 on the short side surface S1 of the pair of short side surfaces S1 of the trench gate 22 that is in contact with the drift region 34. When a gate-off potential (potential equal to or lower than the gate threshold) is applied to the gate electrode 26, the channel disappears and the semiconductor device 1 turns off. At this time, a depletion layer extending from the pn junction between the drift region 34 and the bottom p-type layer 36 is formed near the bottom surface of the trench gate 22, and the electric field near the bottom surface of the trench gate 22 is relaxed. As a result, the semiconductor device 1 can have high withstand voltage characteristics. Further, in the semiconductor device 1, since the bottom p-type layer 36 is electrically connected to the body region 32 via the connection region 36a, the bottom p-type layer 36 is turned on from the body region 32 via the connection region 36a. Holes are injected into the mold layer 36. This hole injection suppresses the charging of the bottom p-type layer 36, so that the depletion layer formed at the time of turn-off disappears immediately, and the increase in on-resistance due to the JFET effect is suppressed.

次に、図4〜6を参照し、半導体装置1の製造方法のうちのボトムp型層36を形成する工程について説明する。まず、図4に示すように、半導体基板12の上面12a上に酸化シリコンのマスク82を形成する。次に、ドライエッチング技術を利用して、そのマスク82の開口から露出する半導体基板12をエッチングし、トレンチTRを形成する。トレンチTRの底面は、半導体基板12の上面12aに平行であり、その上面12aと同様に、基底面の(0001)面に対して[11−20]方向にオフ角だけ傾いている。   Next, the step of forming the bottom p-type layer 36 in the method for manufacturing the semiconductor device 1 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 4, a silicon oxide mask 82 is formed on the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12. Next, using dry etching technology, the semiconductor substrate 12 exposed from the opening of the mask 82 is etched to form a trench TR. The bottom surface of the trench TR is parallel to the upper surface 12a of the semiconductor substrate 12, and like the upper surface 12a, is inclined by the off angle in the [11-20] direction with respect to the (0001) plane of the base surface.

次に、図5に示すように、トレンチTRの底面及び側面に酸化シリコンの保護膜84を成膜する。この保護膜84は、後述のイオン注入工程において、チャネルが形成される側の低濃度ボディ領域32bにまで意図しない不純物が導入されるのを抑える目的で形成される。なお、必要に応じて、保護膜84のうちのトレンチTRの底面を被膜する部分のみを除去してもよい。   Next, as shown in FIG. 5, a protective film 84 of silicon oxide is formed on the bottom surface and the side surface of the trench TR. The protective film 84 is formed for the purpose of suppressing unintended impurities from being introduced into the low-concentration body region 32b on the side where the channel is formed in the ion implantation process described later. If necessary, only the portion of the protective film 84 that covers the bottom surface of the trench TR may be removed.

次に、図6に示すように、イオン注入技術を利用して、トレンチTR内に向けてp型不純物を照射し、ボトムp型層36を形成する。このとき、p型不純物の注入角が、基底面の(0001)面に対して垂直となるように、オフ角に設定されている。この例では、半導体基板12が(0001)面に対して[11−20]方向にオフ角だけ傾いているので、p型不純物の注入角は、半導体基板12の上面12aの垂直方向に対して[11−20]方向にオフ角だけ傾いている。p型不純物の注入角がオフ角に設定されていると、照射されたp型不純物は、チャネリング効果によってトレンチTRの底面から深い位置にまで到達することができる。これにより、ボトムp型層36は、トレンチTRの底面から深い位置にまで形成される。また、このイオン注入工程では、トレンチTRの短手方向に対向する一対の短手側面S1のうちの一方の短手側面S1にもp型不純物が注入され、これにより、ボトムp型層36の接続領域36aも同時に形成される。   Next, as shown in FIG. 6, the bottom p-type layer 36 is formed by irradiating the trench TR with p-type impurities using the ion implantation technique. At this time, the implantation angle of the p-type impurity is set to the off angle so as to be perpendicular to the (0001) plane of the basal plane. In this example, since the semiconductor substrate 12 is tilted with respect to the (0001) plane in the [11-20] direction by the off angle, the implantation angle of the p-type impurity is the vertical direction of the upper surface 12a of the semiconductor substrate 12. It is inclined by the off angle in the [11-20] direction. When the implantation angle of p-type impurities is set to the off-angle, the irradiated p-type impurities can reach a deep position from the bottom surface of trench TR by the channeling effect. Thereby, the bottom p-type layer 36 is formed from the bottom surface of the trench TR to a deep position. Further, in this ion implantation step, the p-type impurity is also implanted into one short side surface S1 of the pair of short side surfaces S1 facing in the short side direction of the trench TR, whereby the bottom p-type layer 36 is formed. The connection area 36a is also formed at the same time.

上記製造方法及び上記製造方法によって製造された半導体装置1は、以下の特徴を有することができる。
(1)上記製造方法によると、ボトムp型層36をトレンチゲート22の底面から深い位置にまで形成することができる。このような深いボトムp型層36は、トレンチゲート22の底面の電界を良好に緩和することができる。このため、半導体装置1は、高耐圧な特性を有することができる。
(2)チャネリング効果を利用しないイオン注入では、深いボトムp型層36を形成するためには、複数回のイオン注入が必要である。一方、上記製造方法のように、チャネリング効果を利用するイオン注入では、少ないイオン注入の回数(例えば、1回のイオン注入でも)深いボトムp型層36を形成することができる。このため、イオン注入に要する工程数が削減されるので、製造コストを抑えることができる。
(3)上記製造方法によると、深いボトムp型層36を形成することができるので、ボトムp型層36を深い位置にまで熱拡散させる必要がなく、熱拡散を抑えることができる。このため、ボトムp型層36の横方向への熱拡散も抑えられる。横方向への熱拡散が抑えられるので、特に半導体装置1では、トレンチゲート22の短手側面S1のうちのチャネルが形成される側の短手側面S1の下方の電流経路に対して、ボトムp型層36が離れた位置に形成される。このため、ボトムp型層36から伸びてくる空乏層によるJFET抵抗の増大が抑えられる。
(4)上記製造方法によると、照射されたp型不純物は、チャネリング効果によって格子間を通り抜ける。このため、結晶欠陥密度を抑えながら高濃度なボトムp型層36を形成することができる。結晶欠陥密度を抑えることができるので、ドレイン・ソース間のリークが抑えられる。また、高濃度なボトムp型層36により、トレンチゲート22の底面の電界を良好に緩和することができる。
(5)上記製造方法によると、ボトムp型層36をボディ領域32に接続する接続領域36aを同時に形成することができる。このため、接続領域36aを形成するために要する工程数を削減できるので、製造コストを抑えることができる。
The above manufacturing method and the semiconductor device 1 manufactured by the above manufacturing method can have the following features.
(1) According to the above manufacturing method, the bottom p-type layer 36 can be formed from the bottom surface of the trench gate 22 to a deep position. Such a deep bottom p-type layer 36 can satisfactorily relax the electric field at the bottom surface of the trench gate 22. Therefore, the semiconductor device 1 can have high withstand voltage characteristics.
(2) In ion implantation that does not utilize the channeling effect, a plurality of ion implantations are required to form the deep bottom p-type layer 36. On the other hand, in the ion implantation utilizing the channeling effect as in the above-described manufacturing method, the deep bottom p-type layer 36 can be formed with a small number of ion implantations (for example, even one ion implantation). Therefore, the number of steps required for ion implantation is reduced, so that the manufacturing cost can be suppressed.
(3) According to the manufacturing method described above, since the deep bottom p-type layer 36 can be formed, it is not necessary to thermally diffuse the bottom p-type layer 36 to a deep position, and thermal diffusion can be suppressed. Therefore, heat diffusion in the lateral direction of the bottom p-type layer 36 is also suppressed. Since the heat diffusion in the lateral direction is suppressed, in particular, in the semiconductor device 1, the bottom p is formed with respect to the current path below the short side surface S1 of the trench gate 22 on the side where the channel is formed. The mold layer 36 is formed at a remote position. Therefore, the increase in JFET resistance due to the depletion layer extending from the bottom p-type layer 36 is suppressed.
(4) According to the above manufacturing method, the irradiated p-type impurities pass through the interstitial spaces due to the channeling effect. Therefore, it is possible to form the high-concentration bottom p-type layer 36 while suppressing the crystal defect density. Since the crystal defect density can be suppressed, the drain-source leak can be suppressed. Further, the high-concentration bottom p-type layer 36 can favorably relax the electric field at the bottom surface of the trench gate 22.
(5) According to the above manufacturing method, the connection region 36a that connects the bottom p-type layer 36 to the body region 32 can be simultaneously formed. Therefore, the number of steps required to form the connection region 36a can be reduced, so that the manufacturing cost can be suppressed.

(第2実施形態)図7及び図8に、第2実施形態の半導体装置2を示す。なお、第1実施形態の半導体装置1と共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略する。この半導体装置2は、ボトムp型層136が、トレンチゲート22の長手方向([1−100]方向)に沿って分散して配置されていることを特徴とする。これにより、ボトムp型層136のうちの接続領域(トレンチゲート22の一方の短手側面S1に接して形成される部分)も、トレンチゲート22の長手方向に沿って分散して配置されている。これにより、第1実施形態の半導体装置1と比較すると、半導体装置2は、トレンチゲート22の短手側面S1に形成されるチャネルの面積が大きくなるので、低いチャネル抵抗という特性を有することができる。 (Second Embodiment) FIGS. 7 and 8 show a semiconductor device 2 according to a second embodiment. The same components as those of the semiconductor device 1 of the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The semiconductor device 2 is characterized in that the bottom p-type layers 136 are arranged in a distributed manner along the longitudinal direction ([1-100] direction) of the trench gate 22. As a result, the connection regions of the bottom p-type layer 136 (portions formed in contact with one short side surface S1 of the trench gate 22) are also dispersed along the longitudinal direction of the trench gate 22. .. As a result, as compared with the semiconductor device 1 of the first embodiment, the semiconductor device 2 has a large area of the channel formed on the short side surface S1 of the trench gate 22, and thus can have a characteristic of low channel resistance. ..

半導体装置2は、トレンチTR内に向けてp型不純物を照射してボトムp型層136を形成するのに先立って、長手方向に沿って分散したパターンのレジストをトレンチTR内に形成して置くことで製造することができる。   In the semiconductor device 2, prior to irradiating the trench TR with p-type impurities to form the bottom p-type layer 136, a resist having a pattern dispersed along the longitudinal direction is formed and placed in the trench TR. It can be manufactured by

(第3実施形態)図9〜11に、第3実施形態の半導体装置3を示す。なお、第1実施形態の半導体装置1と共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略する。半導体装置3では、半導体基板12のオフ方向が半導体装置1の場合と異なっている。半導体装置3では、半導体基板12が基底面の(0001)面に対して[1−100]方向にオフ角だけ傾いている。この例では、オフ角が約4°である。また、図11に示すように、ボトムp型層236の接続領域236aは、トレンチゲート22の長手方向に対向する一対の長手側面S2のうちの一方の長手側面S2において、ゲート絶縁膜24に接している。ボトムp型層236は、接続領域236aを介してボディ領域32に接触しており、ボディ領域32に電気的に接続されている。半導体装置3は、トレンチゲート22の側面の全体にチャネルが形成されるので、第1実施形態の半導体装置1及び第2実施形態の半導体装置2と比較して、低いチャネル抵抗という特性を有することができる。 (Third Embodiment) FIGS. 9 to 11 show a semiconductor device 3 according to a third embodiment. The same components as those of the semiconductor device 1 of the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the semiconductor device 3, the off direction of the semiconductor substrate 12 is different from that in the semiconductor device 1. In the semiconductor device 3, the semiconductor substrate 12 is tilted by the off angle in the [1-100] direction with respect to the (0001) plane of the base surface. In this example, the off angle is about 4 °. Further, as shown in FIG. 11, the connection region 236a of the bottom p-type layer 236 is in contact with the gate insulating film 24 on one longitudinal side surface S2 of the pair of longitudinal side surfaces S2 opposed to each other in the longitudinal direction of the trench gate 22. ing. The bottom p-type layer 236 is in contact with the body region 32 via the connection region 236a and is electrically connected to the body region 32. Since the semiconductor device 3 has a channel formed on the entire side surface of the trench gate 22, it has a characteristic of low channel resistance as compared with the semiconductor device 1 of the first embodiment and the semiconductor device 2 of the second embodiment. You can

半導体装置3は、半導体装置2は、トレンチTR内に向けてp型不純物を照射してボトムp型層36を形成するときに、p型不純物の注入角が、基底面の(0001)面に対して垂直となるように、オフ角に設定されている。この例では、半導体基板12が(0001)面に対して[1−100]方向にオフ角だけ傾いているので、p型不純物の注入角は、半導体基板12の上面12aの垂直方向に対して[1−100]方向にオフ角だけ傾いている。p型不純物の注入角がオフ角に設定されていると、チャネリング効果によってp型不純物をトレンチTRの底面から深い位置にまで注入することができる。これにより、ボトムp型層36は、トレンチTRの底面から深い位置にまで形成される。また、このイオン注入工程では、トレンチTRの長手方向に対向する一対の長手側面S2のうちの一方の長手側面S2にもp型不純物が注入され、これにより、ボトムp型層236の接続領域236aも同時に形成される。   In the semiconductor device 3, when the semiconductor device 2 forms the bottom p-type layer 36 by irradiating the trench TR with p-type impurities, the implantation angle of the p-type impurities is the (0001) plane of the base surface. The off-angle is set to be perpendicular to it. In this example, since the semiconductor substrate 12 is tilted with respect to the (0001) plane in the [1-100] direction by the off angle, the implantation angle of the p-type impurity is relative to the vertical direction of the upper surface 12a of the semiconductor substrate 12. It is tilted by the off angle in the [1-100] direction. If the implantation angle of the p-type impurity is set to the off-angle, the p-type impurity can be implanted from the bottom surface of the trench TR to a deep position due to the channeling effect. Thereby, the bottom p-type layer 36 is formed from the bottom surface of the trench TR to a deep position. Further, in this ion implantation step, the p-type impurity is also implanted into one longitudinal side surface S2 of the pair of longitudinal side surfaces S2 facing each other in the longitudinal direction of the trench TR, whereby the connection region 236a of the bottom p-type layer 236 is formed. Are also formed at the same time.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technique illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes has technical utility.

1,2,3:半導体装置
12 :半導体基板
22 :トレンチゲート
24 :ゲート絶縁膜
26 :ゲート電極
28 :層間絶縁膜
30 :ソース領域
32 :ボディ領域
34 :ドリフト領域
35 :ドレイン領域
36 :ボトムp型層
36a :接続領域
70 :ソース電極
72 :ドレイン電極
S1 :短手側面
S2 :長手側面
TR :トレンチ
1, 2 and 3: semiconductor device 12: semiconductor substrate 22: trench gate 24: gate insulating film 26: gate electrode 28: interlayer insulating film 30: source region 32: body region 34: drift region 35: drain region 36: bottom p Mold layer 36a: Connection region 70: Source electrode 72: Drain electrode S1: Short side surface S2: Long side surface TR: Trench

Claims (4)

トレンチゲートの底面に接するボトムp型層を備える半導体装置の製造方法であって、
基底面に対してオフ角だけ傾いた炭化珪素の半導体基板の一方の主面にトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチ内に向けてp型不純物を照射し、前記ボトムp型層を形成するボトムp型層形成工程と、を備えており、
前記ボトムp型層形成工程では、前記基底面に対して垂直方向から前記p型不純物が注入されるように、前記p型不純物の注入角が前記オフ角に設定されている、半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a bottom p-type layer in contact with a bottom surface of a trench gate, comprising:
A trench forming step of forming a trench on one main surface of the semiconductor substrate of silicon carbide inclined by an off-angle with respect to the base surface;
A bottom p-type layer forming step of irradiating a p-type impurity toward the inside of the trench to form the bottom p-type layer,
In the bottom p-type layer formation step, a p-type impurity implantation angle is set to the off-angle so that the p-type impurity is implanted in a direction perpendicular to the base surface. Method.
前記ボトムp型層形成工程では、前記トレンチの短手方向に対向する一対の短手側面のうちの一方の短手側面にも前記p型不純物が注入され、これにより、前記ボトムp型層は前記半導体基板の前記一方の主面側に設けられているp型のボディ領域に接続するように形成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   In the bottom p-type layer forming step, the p-type impurity is implanted also into one short side surface of the pair of short side surfaces facing each other in the short side direction of the trench, whereby the bottom p-type layer is formed. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed so as to be connected to a p-type body region provided on the one main surface side of the semiconductor substrate. 前記短手側面に形成された前記ボトムp型層は、前記トレンチの長手方向に沿って分散して配置されている、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the bottom p-type layers formed on the lateral side surfaces are dispersedly arranged along the longitudinal direction of the trench. 前記ボトムp型層形成工程では、前記トレンチの長手方向に対向する一対の長手側面のうちの一方の長手側面にも前記p型不純物が注入され、これにより、前記ボトムp型層は前記半導体基板の前記一方の主面側に設けられているp型のボディ領域に接続するように形成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   In the bottom p-type layer forming step, the p-type impurity is also implanted into one of the pair of long side surfaces facing each other in the longitudinal direction of the trench, so that the bottom p-type layer is formed on the semiconductor substrate. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed so as to be connected to a p-type body region provided on the one main surface side of.
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