JP2020141130A5

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Publication number: JP2020141130A5
Application number: JP2020008376A
Authority: JP
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2040-01-22

Description

上記目的を達成するため、請求項１または２に記載のＳｉＣ半導体装置は、ＳｉＣからなる第１または第２導電型の基板（１）と、基板の上に形成され、基板よりも低不純物濃度とされた第１導電型のＳｉＣからなるドリフト層（２、３、５）と、ドリフト層の上に形成された第２導電型のＳｉＣからなるベース領域（６）と、ベース領域の上に形成され、ドリフト層よりも第１導電型不純物濃度が高くされた第１導電型のＳｉＣからなるソース領域（８）と、ソース領域の表面からベース領域よりも深く形成されたゲートトレンチ（１１）内に、該ゲートトレンチの内壁面を覆うゲート絶縁膜（１２）と該ゲート絶縁膜の上に配置されたゲート電極（１３）とを備えて構成され、一方向を長手方向として複数本がストライプ状に並べられたトレンチゲート構造と、ゲート電極およびゲート絶縁膜を覆うと共にコンタクトホールが形成された層間絶縁膜（１４）と、コンタクトホールを通じて、ソース領域にオーミック接触させられたソース電極（１５）と、基板の裏面側に形成されたドレイン電極（１６）と、を含む半導体素子を備えている。そして、ソース領域は、ベース領域側に形成されたエピタキシャル成長層によって構成されている第１ソース領域（８ａ）と、ソース電極に接すると共に第１ソース領域よりも第１導電型不純物濃度が高くされたイオン注入層によって構成されている第２ソース領域（８ｂ）と、を有している。

請求項５または６に記載の発明は、請求項１または２に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法に関するものである。

Claims

反転型の半導体素子を備えている炭化珪素半導体装置であって、
炭化珪素からなる第１または第２導電型の基板（１）と、
前記基板の上に形成され、前記基板よりも低不純物濃度とされた第１導電型の炭化珪素からなるドリフト層（２、３、５）と、
前記ドリフト層の上に形成された第２導電型の炭化珪素からなるベース領域（６）と、
前記ベース領域の上に形成され、前記ドリフト層よりも第１導電型不純物濃度が高くされた第１導電型の炭化珪素からなるソース領域（８）と、
前記ソース領域の表面から前記ベース領域よりも深く形成されたゲートトレンチ（１１）内に、該ゲートトレンチの内壁面を覆うゲート絶縁膜（１２）と該ゲート絶縁膜の上に配置されたゲート電極（１３）とを備えて構成され、一方向を長手方向として複数本がストライプ状に並べられたトレンチゲート構造と、
前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜を覆うと共にコンタクトホールが形成された層間絶縁膜（１４）と、
前記コンタクトホールを通じて、前記ソース領域にオーミック接触させられたソース電極（１５）と、
前記基板の裏面側に形成されたドレイン電極（１６）と、を含む前記半導体素子を備え、
前記ソース領域は、前記ベース領域側に形成されたエピタキシャル成長層によって構成されている第１ソース領域（８ａ）と、前記ソース電極に接すると共に前記第１ソース領域よりも第１導電型不純物濃度が高くされたイオン注入層によって構成されている第２ソース領域（８ｂ）と、を有し、
前記第１ソース領域は、前記ベース領域に接して形成されている炭化珪素半導体装置。
反転型の半導体素子を備えている炭化珪素半導体装置であって、
炭化珪素からなる第１または第２導電型の基板（１）と、
前記基板の上に形成され、前記基板よりも低不純物濃度とされた第１導電型の炭化珪素からなるドリフト層（２、３、５）と、
前記ドリフト層の上に形成された第２導電型の炭化珪素からなるベース領域（６）と、
前記ベース領域の上に形成され、前記ドリフト層よりも第１導電型不純物濃度が高くされた第１導電型の炭化珪素からなるソース領域（８）と、
前記ソース領域の表面から前記ベース領域よりも深く形成されたゲートトレンチ（１１）内に、該ゲートトレンチの内壁面を覆うゲート絶縁膜（１２）と該ゲート絶縁膜の上に配置されたゲート電極（１３）とを備えて構成され、一方向を長手方向として複数本がストライプ状に並べられたトレンチゲート構造と、
前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜を覆うと共にコンタクトホールが形成された層間絶縁膜（１４）と、
前記コンタクトホールを通じて、前記ソース領域にオーミック接触させられたソース電極（１５）と、
前記基板の裏面側に形成されたドレイン電極（１６）と、を含む前記半導体素子を備え、
前記ソース領域は、前記ベース領域側に形成されたエピタキシャル成長層によって構成されている第１ソース領域（８ａ）と、前記ソース電極に接すると共に前記第１ソース領域よりも第１導電型不純物濃度が高くされたイオン注入層によって構成されている第２ソース領域（８ｂ）と、を有し、
前記ベース領域と前記ソース領域との間には、厚さが０．０５〜０．２μｍとされ、キャリア濃度が１．０×１０^１６／ｃｍ^３以下とされたノンドープ層（７）が備えられている炭化珪素半導体装置。
前記第１ソース領域は、厚さが０．２〜０．５μｍとされ、不純物濃度が２．０×１０^１６〜１．０×１０^１７／ｃｍ^３とされ、
前記第２ソース領域は、厚さが０．１μｍ以上とされていると共に、第２導電型不純物濃度が１．０×１０^１８〜５．０×１０^１９／ｃｍ^３とされている請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置。
前記ゲートトレンチは、前記第２ソース領域と対応する部分において丸みを有して傾斜している請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置。
反転型の半導体素子を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
炭化珪素からなる第１または第２導電型の基板（１）を用意することと、
前記基板の上に、前記基板よりも低不純物濃度の第１導電型の炭化珪素からなるドリフト層（２、３、５）を形成することと、
前記ドリフト層の上に、第２導電型の炭化珪素からなるベース領域（６）を形成することと、
前記ベース領域の上に、前記ドリフト層よりも第１導電型不純物濃度が高くされた第１導電型の炭化珪素からなり、前記ベース領域側に配置される第１ソース領域（８ａ）と該第１ソース領域の上に該第１ソース領域よりも高不純物濃度とされた第２ソース領域（８ｂ）とを有するソース領域（８）を形成することと、
前記ソース領域の表面から前記ベース領域よりも深いゲートトレンチ（１１）を、一方向を長手方向としてストライプ状に複数本形成したのち、前記ゲートトレンチの内壁面にゲート絶縁膜（１２）を形成すると共に、前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極（１３）を形成することでトレンチゲート構造を形成することと、
前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極（１５）を形成することと、
前記基板の裏面側にドレイン電極（１６）を形成することと、を含み、
前記ベース領域を形成することでは、前記ベース領域をエピタキシャル成長によって形成し、
前記ソース領域を形成することでは、前記第１ソース領域を前記ベース領域の表面にエピタキシャル成長によって形成したのち、前記第１ソース領域に対して第１導電型不純物をイオン注入することで前記第２ソース領域を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法。
反転型の半導体素子を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
炭化珪素からなる第１または第２導電型の基板（１）を用意することと、
前記基板の上に、前記基板よりも低不純物濃度の第１導電型の炭化珪素からなるドリフト層（２、３、５）を形成することと、
前記ドリフト層の上に、第２導電型の炭化珪素からなるベース領域（６）を形成することと、
前記ベース領域の上に、厚さが０．０５〜０．２μｍとされ、キャリア濃度が１．０×１０ ^１６／ｃｍ ^３以下とされたノンドープ層（７）を形成することと、
前記ノンドープ層の上に、前記ドリフト層よりも第１導電型不純物濃度が高くされた第１導電型の炭化珪素からなり、前記ベース領域側に配置される第１ソース領域（８ａ）と該第１ソース領域の上に該第１ソース領域よりも高不純物濃度とされた第２ソース領域（８ｂ）とを有するソース領域（８）を形成することと、
前記ソース領域の表面から前記ベース領域よりも深いゲートトレンチ（１１）を、一方向を長手方向としてストライプ状に複数本形成したのち、前記ゲートトレンチの内壁面にゲート絶縁膜（１２）を形成すると共に、前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極（１３）を形成することでトレンチゲート構造を形成することと、
前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極（１５）を形成することと、
前記基板の裏面側にドレイン電極（１６）を形成することと、を含み、
前記ベース領域を形成することでは、前記ベース領域をエピタキシャル成長によって形成し、
前記ソース領域を形成することでは、前記第１ソース領域をエピタキシャル成長によって形成したのち、前記第１ソース領域に対して第１導電型不純物をイオン注入することで前記第２ソース領域を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法。
前記ベース領域を形成することと前記ノンドープ層を形成することとは、同じエピタキシャル成長装置内において、温度を維持したまま連続的に行われる請求項６に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
前記ベース領域を形成することから前記第１ソース領域を形成することまでは、同じエピタキシャル成長装置内において、温度を維持したまま連続的に行われる請求項６または７に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
測定対象層となるｎ型の炭化珪素層（２、５、８ａ）をエピタキシャル成長させることと、
前記炭化珪素層をエピタキシャル成長させたのちに、前記炭化珪素層の表面電子を安定化させることと、
前記表面電子の安定化後に、電荷を塗布して前記炭化珪素層の表面を帯電させたのち、前記炭化珪素層の表面電位を測定することによって該炭化珪素層のｎ型不純物濃度を測定することと、を含む炭化珪素半導体装置の製造方法。
前記炭化珪素層の表面電子を安定化させることは、前記炭化珪素層を形成したのち、大気雰囲気下において１０時間以上保持することである、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
前記炭化珪素層の表面電子を安定化させることは、前記炭化珪素層を形成したのち、該炭化珪素層の表面を酸洗浄することである、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
前記酸洗浄することは、塩酸過酸化水素水溶液、硫酸過酸化水素水溶液、オゾン洗浄のいずれか１つを用いた洗浄である、請求項１１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
炭化珪素バルク基板（１）の上に、ｎ型層（２）をエピタキシャル成長させることを含み、
前記炭化珪素層の表面電子を安定化させることは、前記ｎ型層を前記炭化珪素層として、該ｎ型層の表面電子を安定化させることであり、
前記ｎ型不純物濃度を測定することは、前記ｎ型層のｎ型不純物濃度を測定することである、請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
炭化珪素バルク基板（１）の上に、エピタキシャル成長層（３）を形成することと、
前記エピタキシャル成長層に対して不純物のイオン注入を行って不純物層（４）を形成することと、
前記エピタキシャル成長層および前記不純物層の上に、ｎ型層（８ａ）をエピタキシャル成長させることを含み、
前記炭化珪素層の表面電子を安定化させることは、前記ｎ型層を前記炭化珪素層として、該ｎ型層の表面電子を安定化させることであり、
前記ｎ型不純物濃度を測定することは、前記ｎ型層のｎ型不純物濃度を測定することである、請求項９ないし１２のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。