JP2021057381A - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素(以下では、単にSiCという)単結晶基板上にエピタキシャル層が形成されたSiC半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a SiC semiconductor device in which an epitaxial layer is formed on a silicon carbide (hereinafter, simply referred to as SiC) single crystal substrate.
従来より、SiC単結晶基板は、優れた半導体特性を有するため、車両用パワーデバイスを含む各種半導体装置を構成する材料として注目されている。しからながら、現状のSiC単結晶基板中には、基底面転位と呼ばれる(0001)面上に転位線を有する波状転位が含まれている。 Conventionally, SiC single crystal substrates have been attracting attention as materials for constituting various semiconductor devices including power devices for vehicles because they have excellent semiconductor characteristics. However, the current SiC single crystal substrate contains wavy dislocations having dislocation lines on the (0001) plane, which are called basal plane dislocations.
そして、このようなSiC単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略)等のスイッチング素子が形成されたSiC半導体装置を構成した場合、寄生ダイオードが構成される。この場合、寄生ダイオードがバイポーラ動作すると、基底面転位の近傍を通過する正孔により、基底面転位が積層欠陥へ拡張する可能性があることが知られている。そして、積層欠陥は、基底面転位よりもSiC半導体装置の電気特性を低下させ易い欠陥である。このため、基底面転位が積層欠陥へ拡張することを抑制できるSiC半導体装置が望まれている。 Then, when an epitaxial layer is grown on such a SiC single crystal substrate to form a SiC semiconductor device in which a switching element such as a MOSFET (abbreviation of Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is formed, a parasitic diode is formed. .. In this case, it is known that when the parasitic diode operates bipolarly, the basal plane dislocations may expand to stacking defects due to holes passing in the vicinity of the basal plane dislocations. The stacking defect is a defect in which the electrical characteristics of the SiC semiconductor device are more likely to be deteriorated than the dislocation of the basal plane. Therefore, a SiC semiconductor device capable of suppressing the expansion of basal plane dislocations into stacking defects is desired.
例えば、特許文献1には、SiC単結晶上にエピタキシャル層を形成した後、エピタキシャル層にライフタイムキラーを形成し、基底面転位の近傍を通過するホールを低減させたSiC半導体装置が提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a SiC semiconductor device in which an epitaxial layer is formed on a SiC single crystal and then a lifetime killer is formed on the epitaxial layer to reduce holes passing near dislocations on the basal plane. There is.
しかしながら、基底面転位は、SiC単結晶基板中に含まれるものであるため、上記SiC半導体装置の構成では、基底面転位が積層欠陥へ拡張することを十分に抑制できない可能性がある。 However, since the basal plane dislocations are contained in the SiC single crystal substrate, it may not be possible to sufficiently suppress the expansion of the basal plane dislocations into stacking defects in the configuration of the SiC semiconductor device.
本発明は上記点に鑑み、SiC単結晶基板に含まれる基底面転位が積層欠陥へ拡張することを抑制できるSiC半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a SiC semiconductor device capable of suppressing the expansion of basal plane dislocations contained in a SiC single crystal substrate into stacking defects.
上記目的を達成するための請求項1では、SiC単結晶基板(10)を有するSiC半導体装置であって、一面(10a)および一面と反対側の他面(10b)を有するSiC単結晶基板と、一面上に配置されたSiCで構成されるエピタキシャル層(12)と、を備え、SiC単結晶基板は、一面側に、他面側よりも多い不純物元素(11a)が配置されている。 The first aspect of claim 1 for achieving the above object is a SiC semiconductor device having a SiC single crystal substrate (10), which is a SiC single crystal substrate having one surface (10a) and the other surface (10b) on the opposite side to the one surface. The SiC single crystal substrate includes an epitaxial layer (12) composed of SiC arranged on one surface, and more impurity elements (11a) are arranged on one surface side than on the other surface side.
これによれば、不純物元素が一面側に存在する基底面転位を構成する炭素空孔欠損を終端させた場合、SiC単結晶基板の結晶性が向上する。したがって、基底面転位が積層欠陥へ拡張するのに必要なエネルギーを大きくでき、基底面転位が積層欠陥へ拡張することを抑制できる。また、不純物元素がライフタイムキラーとして機能する場合、一面側の基底面転位の近傍を通過するホールを低減できる。したがって、基底面転位が積層欠陥へ拡張するのに必要なエネルギーが供給されることを抑制でき、基底面転位が積層欠陥へ拡張することを抑制できる。このため、MOSFET等のスイッチング素子を形成した場合、電気特性が低下することを抑制できる。 According to this, the crystallinity of the SiC single crystal substrate is improved when the carbon vacancy defects constituting the basal plane dislocations in which the impurity element is present on one surface side are terminated. Therefore, the energy required for the basal dislocation to expand to the stacking defect can be increased, and the basal dislocation can be suppressed from expanding to the stacking defect. Further, when the impurity element functions as a lifetime killer, it is possible to reduce the number of holes passing near the basal plane dislocation on one surface side. Therefore, it is possible to suppress the supply of energy required for the basal plane dislocations to expand to the stacking defects, and to prevent the basal plane dislocations from expanding to the stacking defects. Therefore, when a switching element such as a MOSFET is formed, it is possible to suppress deterioration of electrical characteristics.
また、請求項4では、SiC単結晶基板(10)を有するSiC半導体装置であって、一面(10a)および一面と反対側の他面(10b)を有するSiC単結晶基板と、一面上に配置されたSiCで構成されるエピタキシャル層(12)と、を備え、SiC単結晶基板は、一面と他面との間において、ホウ素、水素、ヘリウム、チタン、バナジウム、およびアルミニウムの不純物元素(11a)のうちの少なくとも1種類が配置されている。 Further, in claim 4, the SiC semiconductor device having the SiC single crystal substrate (10) is arranged on one surface with the SiC single crystal substrate having one surface (10a) and the other surface (10b) on the opposite side to the one surface. The SiC single crystal substrate comprises an epitaxial layer (12) composed of the above-mentioned SiC, and an impurity element (11a) of boron, hydrogen, helium, titanium, vanadium, and aluminum is provided between one surface and the other surface. At least one of them is arranged.
これによれば、請求項1と同様に、不純物元素が基底面転位を構成する炭素空孔欠損を終端させた場合、SiC単結晶基板の結晶性が向上する。したがって、基底面転位が積層欠陥へ拡張するのに必要なエネルギーを大きくでき、基底面転位が積層欠陥へ拡張することを抑制できる。また、不純物元素がライフタイムキラーとして機能する場合、基底面転位の近傍を通過するホールを低減できる。したがって、基底面転位が積層欠陥へ拡張するのに必要なエネルギーが供給されることを抑制でき、基底面転位が積層欠陥へ拡張することを抑制できる。 According to this, as in claim 1, when the impurity element terminates the carbon vacancy defect constituting the basal plane dislocation, the crystallinity of the SiC single crystal substrate is improved. Therefore, the energy required for the basal plane dislocations to expand to the stacking defects can be increased, and the basal plane dislocations can be suppressed from expanding to the stacking defects. Further, when the impurity element functions as a lifetime killer, the number of holes passing in the vicinity of the basal plane dislocation can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the supply of energy required for the basal plane dislocations to expand to the stacking defects, and it is possible to suppress the expansion of the basal plane dislocations to the stacking defects.
請求項6は、請求項1のSiC半導体装置に関する製造方法であり、SiC単結晶基板(10)を有するSiC半導体装置の製造方法であって、一面(10a)および一面と反対側の他面(10b)を有するSiC単結晶基板を用意することと、一面上にSiCで構成されるエピタキシャル層(12)を成長させることと、を行い、エピタキシャル層を成長させることの前に、SiC単結晶基板の一面に対して不純物元素(11a)をイオン注入することにより、一面側に、他面側よりも多い不純物元素を配置する。 A sixth aspect of the present invention is the method for manufacturing a SiC semiconductor device according to claim 1, which is a method for manufacturing a SiC semiconductor device having a SiC single crystal substrate (10), which is one surface (10a) and the other surface on the opposite side to the one surface (10a). Before the SiC single crystal substrate having 10b) is prepared and the epitaxial layer (12) composed of SiC is grown on one surface, and the epitaxial layer is grown, the SiC single crystal substrate is performed. By ion-injecting the impurity element (11a) into one surface, more impurity elements are arranged on one surface side than on the other surface side.
これによれば、一面側に、他面側よりも多い不純物元素が配置されたSiC単結晶基板を有するSiC半導体装置を製造できる。また、SiC単結晶基板の一面側から不純物をイオン注入するため、例えば、エピタキシャル層を成長させた後にエピタキシャル層側からSiC単結晶基板に達するように不純物元素をイオン注入する場合と比較して、大掛かりな装置を必要とせず、製造工程が大掛かりになることを抑制できる。 According to this, it is possible to manufacture a SiC semiconductor device having a SiC single crystal substrate in which more impurity elements are arranged on one surface side than on the other surface side. Further, since impurities are ion-implanted from one side of the SiC single crystal substrate, for example, as compared with the case where impurities elements are ion-implanted so as to reach the SiC single crystal substrate from the epitaxial layer side after the epitaxial layer is grown. It does not require a large-scale device and can prevent the manufacturing process from becoming large-scale.
請求項8は、請求項4のSiC半導体装置に関する製造方法であり、SiC単結晶基板(10)を有するSiC半導体装置の製造方法であって、一面(10a)および一面と反対側の他面(10b)を有するSiC単結晶基板を用意することと、一面上にSiCで構成されるエピタキシャル層(12)を成長させることと、を行い、SiC単結晶基板を用意する前に、SiCで構成されるインゴットを用意することを行い、SiC単結晶基板を用意することでは、インゴットを切断してSiC単結晶基板を用意し、インゴットを用意することでは、ホウ素、水素、ヘリウム、チタン、バナジウム、およびアルミニウムの不純物元素(11a)のうちの少なくとも1種類を混入させつつ、SiCを結晶成長させてインゴットを用意する。 A eighth aspect of the present invention is the method for manufacturing a SiC semiconductor device according to claim 4, which is a method for manufacturing a SiC semiconductor device having a SiC single crystal substrate (10), which is one surface (10a) and the other surface on the opposite side to the one surface (10a). A SiC single crystal substrate having 10b) is prepared, and an epitaxial layer (12) composed of SiC is grown on one surface thereof. Before the SiC single crystal substrate is prepared, the SiC single crystal substrate is composed of SiC. By preparing an ingot and preparing a SiC single crystal substrate, cutting the ingot to prepare a SiC single crystal substrate, and by preparing an ingot, boron, hydrogen, helium, titanium, vanadium, and While mixing at least one of the impurity elements (11a) of aluminum, SiC is crystallized to prepare an ingot.
これによれば、SiC単結晶基板の全体に不純物元素が配置されたSiC半導体装置を製造できる。また、インゴットを用意する際に不純物元素を混入させるため、SiCインゴットを用意した後に特別な処理を行う必要がない。このため、不純物元素を含むSiC単結晶基板を容易に用意することができ、製造工程が増加することを抑制できる。 According to this, it is possible to manufacture a SiC semiconductor device in which impurity elements are arranged on the entire SiC single crystal substrate. Further, since impurity elements are mixed when the ingot is prepared, it is not necessary to perform a special treatment after preparing the SiC ingot. Therefore, a SiC single crystal substrate containing an impurity element can be easily prepared, and an increase in the manufacturing process can be suppressed.
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference reference numerals in parentheses attached to each component or the like indicate an example of the correspondence between the component or the like and the specific component or the like described in the embodiment described later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, parts that are the same or equal to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態のSiC半導体装置について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、SiC単結晶基板10を用いてMOSFETが形成された半導体装置について説明する。つまり、SiC単結晶基板10を用いて寄生ダイオードが構成されるスイッチング素子が形成された半導体装置について説明する。なお、図1では、MOSFETを構成する1セル分しか記載されていないが、実際には、図1に示すMOSFETが複数セル隣合うように配置されてSiC半導体装置が構成されている。
(First Embodiment)
The SiC semiconductor device of the first embodiment will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a semiconductor device in which a MOSFET is formed by using the SiC
図1に示されるように、半導体装置は、一面10aおよび一面10aと反対側の他面10bを有するSiC単結晶基板10を有している。本実施形態では、SiC単結晶基板10は、n型不純物(例えば、リンもしくは窒素等)が高濃度、例えば1×1019〜1×1020cm−3の不純物濃度でドープされた厚さが300μm程度である4H型のSiC単結晶で構成されている。なお、SiC単結晶基板10には、図2に示されるように、基底面転位10cが導入されている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device has a SiC
SiC単結晶基板10の一面10a上には、n型不純物が、例えば、1×1015〜1×1016cm−3の不純物濃度でドープされた厚さが5〜15μm程度のSiCからなるn型のドリフト層12が形成されている。つまり、SiC単結晶基板10の一面10a上には、SiC単結晶基板10よりも低不純物濃度とされたドリフト層12が配置されている。なお、ドリフト層12は、SiC単結晶基板10上にエピタキシャル層を成長させることで構成される。そして、本実施形態では、ドリフト層12がエピタキシャル層に相当している。
On one
ドリフト層12上には、p型のベース層13が形成されている。このベース層13は、MOSFETのチャネルを構成する層であり、後述するトレンチゲート構造を構成するトレンチ15の両側において、トレンチ15の側面に接するように形成されている。
A p-
ベース層13の表層部には、トレンチゲート構造に接するように、n型不純物が高濃度にドープされたn+型のソース領域14が形成されている。本実施形態では、ソース領域14は、例えば、不純物濃度が1×1021cm−3程度、厚さが0.3μm程度とされている。
An n +
そして、ベース層13およびソース領域14を貫通してドリフト層12に達するように、トレンチ15が形成されている。これにより、トレンチ15の側面と接するように、ベース層13およびソース領域14が配置された構成となる。
Then, the
トレンチ15の内壁面は、酸化膜等によって構成されたゲート絶縁膜16で覆われており、ゲート絶縁膜16の表面には、トレンチ15内が埋め尽くされるように、ドープトPoly−Siにて構成されたゲート電極17が形成されている。このように、トレンチ15内にゲート絶縁膜16およびゲート電極17が形成されることにより、トレンチゲート構造が構成されている。
The inner wall surface of the
なお、トレンチゲート構造は、例えば紙面垂直方向を長手方向とした短冊状となるように形成され、複数本のトレンチゲート構造が紙面左右方向に等間隔にストライプ状に並べられることで複数セルが備えられた構造とされている。 The trench gate structure is formed, for example, in a strip shape with the vertical direction of the paper surface as the longitudinal direction, and a plurality of cells are provided by arranging a plurality of trench gate structures in a striped shape at equal intervals in the left-right direction of the paper surface. It is said to have a structure.
ソース領域14およびベース層13の表面には、ソース電極18が形成されている。ソース電極18は、複数の金属(例えば、Ni/Al等)にて構成されている。具体的には、ソース領域14に接続される部分は、n型SiCとオーミック接触可能な金属で構成され、ベース層13に接続される部分は、p型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。なお、ソース電極18は、層間絶縁膜19により、ゲート電極17に電気的に接続される図示しないゲート配線と電気的に分離されている。そして、ソース電極18は、層間絶縁膜19に形成されたコンタクトホール19aを通じて、ソース領域14およびベース層13と電気的に接触させられている。
A
SiC単結晶基板10の他面10b側には、SiC単結晶基板10と電気的に接続されたドレイン電極20が形成されている。つまり、本実施形態では、SiC単結晶基板10によってドレイン層が構成されている。このような構造によってMOSFETが構成されている。
A
そして、本実施形態では、SiC単結晶基板10には、一面10a側に、SiCを構成する元素と異なる不純物元素11aが配置されている。具体的には、SiC単結晶基板10には、ホウ素、水素、ヘリウム、チタン、バナジウム、およびアルミニウムのうちの少なくとも1種類の不純物元素11aがイオン注入されることで配置されている。言い換えると、SiC単結晶基板10には、一面10a側に、不純物元素11aが注入されたイオン注入部11bが形成されている。そして、SiC単結晶基板10は、一面10a側に、他面10b側よりも多い不純物元素11aが配置された状態となっている。例えば、本実施形態では、SiC単結晶基板10には、1×1016〜1×1018cm−3の程度のホウ素が不純物元素11aとしてイオン注入されている。
In the present embodiment, the SiC
以上が本実施形態におけるSiC半導体装置の構成である。このようなSiC半導体装置では、ソース電極18とドレイン電極20との間において、n型半導体層であるドリフト層12とp型半導体層であるベース層13とが接続されていることにより、寄生ダイオードが形成されている。そして、SiC半導体装置では、寄生ダイオードが動作した場合には、この寄生ダイオードはバイポーラ動作であるため、電子だけではなくホールも湧き出し、ホール電流密度が増加する。そして、ホールが電子と再結合することにより、基底面転位10cが積層欠陥へと拡張することがある。
The above is the configuration of the SiC semiconductor device in this embodiment. In such a SiC semiconductor device, a parasitic diode is formed by connecting a
しかしながら、本実施形態では、SiC単結晶基板10には、一面10a側に、他面10b側よりも多い不純物元素11aが配置されている。
However, in the present embodiment, the SiC
このため、SiC単結晶基板10の一面10a側では、不純物元素11aが一面10a側に存在する基底面転位10cを構成する炭素空孔欠損を終端させた場合、SiC単結晶基板10の結晶性が向上する。したがって、基底面転位10cが積層欠陥へ拡張するのに必要なエネルギーを大きくでき、基底面転位10cが積層欠陥へ拡張することを抑制できる。
Therefore, on the one
また、SiC単結晶基板10の一面10a側では、不純物元素11aがライフタイムキラーとして機能する場合、バイポーラ動作中にホールを補足するため、一面10a側の基底面転位10cの近傍を通過するホールを低減できる。したがって、基底面転位10cが積層欠陥へ拡張するのに必要なエネルギーが供給されることを抑制でき、基底面転位10cが積層欠陥へ拡張することを抑制できる。
Further, on the one
次に、上記SiC半導体装置の製造方法について説明する。まず、一面10aおよび他面10bを有するSiC単結晶基板10を用意する。なお、このようなSiC単結晶基板10は、SiCインゴットをスライスした後に必要に応じて研磨等することで用意される。
Next, a method for manufacturing the SiC semiconductor device will be described. First, a SiC
そして、SiC単結晶基板10の一面10a上にエピタキシャル層を成長させる前に、SiC単結晶基板10の一面10a側から上記不純物元素11aをイオン注入する。これにより、一面10a側に、他面10b側よりも多い不純物元素11aが配置されたSiC単結晶基板10が構成される。
Then, before the epitaxial layer is grown on the one
次に、SiC単結晶基板10の一面10a上に、ドリフト層12を構成するエピタキシャル層を成長させる。その後、所定の半導体製造プロセスを行い、トレンチゲート構造やソース領域等を形成することにより、上記図1に示す半導体装置が製造される。
Next, the epitaxial layer constituting the
以上説明したように、本実施形態のSiC半導体装置では、SiC単結晶基板10は、一面10a側に、他面10b側よりも多い不純物元素11aが配置されている。
As described above, in the SiC semiconductor device of the present embodiment, the SiC
このため、SiC単結晶基板10の一面10a側では、不純物元素11aが一面10a側に存在する基底面転位10cを構成する炭素空孔欠損を終端させた場合、SiC単結晶基板10の結晶性が向上する。したがって、基底面転位10cが積層欠陥へ拡張するのに必要なエネルギーを大きくでき、基底面転位10cが積層欠陥へ拡張することを抑制できる。
Therefore, on the one
また、SiC単結晶基板10の一面10a側では、不純物元素11aがライフタイムキラーとして機能する場合、バイポーラ動作中にホールを補足するため、一面10a側の基底面転位10cの近傍を通過するホールを低減できる。したがって、基底面転位10cが積層欠陥へ拡張するのに必要なエネルギーが供給されることを抑制でき、基底面転位10cが積層欠陥へ拡張することを抑制できる。したがって、MOSFET等のスイッチング素子が形成された場合、電気特性が低下することを抑制できる。
Further, on the one
そして、本実施形態では、SiC単結晶基板10を用意した後、一面10a側から不純物元素11aをイオン注入することで一面10a側に不純物元素11aを配置している。このため、例えば、SiC単結晶基板10上にエピタキシャル層を成長させた後にエピタキシャル層側からSiC単結晶基板10に達するように不純物元素11aをイオン注入する場合と比較して、大掛かりな装置を必要とせず、製造工程が大掛かりになることを抑制できる。
Then, in the present embodiment, after the SiC
さらに、SiC単結晶基板10にイオン注入によって不純物元素11aを配置するため、不純物元素11aの濃度等の設定を容易に変更できる。
Further, since the
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、ドリフト層12にも不純物元素11aが配置されるようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described. In this embodiment, the
本実施形態のSiC半導体装置では、図3に示されるように、ドリフト層12のうちのSiC単結晶基板10側の部分にも不純物元素11aが配置されている。このため、SiC単結晶基板10の一面10a側に存在する基底面転位10cを囲むように、不純物元素11aが配置されることが期待される。
In the SiC semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
このようなSiC半導体装置は、SiC単結晶基板10に配置する不純物元素11aとして、SiC中での拡散係数が大きいTiやV等が多く含まれるようにすればよい。これにより、SiC単結晶基板10上にドリフト層12を成長させる等の高温状態の際、不純物元素11aがドリフト層12側にも拡散することで製造される。
In such a SiC semiconductor device, as the
以上説明したように、本実施形態では、ドリフト層12のうちのSiC単結晶基板10側の部分にも不純物元素11aが配置されており、基底面転位10cを囲むように不純物元素11aが配置されることが期待される。このため、基底面転位10cが積層欠陥へ拡張することをさらに抑制できる。
As described above, in the present embodiment, the
(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、SiC単結晶基板10に存在する基底面転位10cの周囲にのみ不純物元素11aを配置するようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Third Embodiment)
The third embodiment will be described. In this embodiment, the
本実施形態のSiC半導体装置では、図4に示されるように、SiC単結晶基板10には、一面10a側における全体に不純物元素11aが配置されておらず、基底面転位10cの周囲のみに不純物元素11aが配置されている。
In the SiC semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the SiC
このようなSiC単結晶基板10は、次のように用意される。すなわち、まず、フォトルミネッセンスイメージング法等により、SiC単結晶基板10に存在する基底面転位10cの位置を特定する。そして、SiC単結晶基板10の一面10a上に、特定した基底面転位10cを含む所定領域が開口したマスクを配置する。続いて、SiC単結晶基板10の一面10a側から不純物元素11aをイオン注入する。これにより、基底面転位10cの周囲のみに不純物元素11aが配置されたSiC単結晶基板10が用意される。
Such a SiC
以上説明したように、基底面転位10cの周囲のみに不純物元素11aを配置するようにしても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、基底面転位10cの周囲のみに不純物元素11aを配置するため、不純物元素11aにより、MOSFETを動作させた際のオン抵抗が高くなることを抑制できる。
As described above, even if the
(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、SiC単結晶基板10の全体に不純物を配置するようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Fourth Embodiment)
A fourth embodiment will be described. In this embodiment, impurities are arranged in the entire SiC
本実施形態のSiC半導体装置では、図5に示されるように、SiC単結晶基板10には、全体的に不純物元素11aが配置されている。つまり、SiC単結晶基板10には、一面10aと他面10bとの間において、不純物元素11aが均等に配置されている。すなわち、SiC単結晶基板10は、一面10a側の不純物元素11aの量と他面10b側の不純物元素11aの量とがほぼ等しくされている。
In the SiC semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
このようなSiC単結晶基板10は、次のように用意される。例えば、SiC単結晶基板10を構成するSiCインゴットを昇華再結晶法により用意する際、昇華炉内をホウ素等の不純物元素11aが含まれる雰囲気とする。そして、この状態で昇華再結晶法を行ってSiCを結晶成長させることにより、不純物元素11aが全体的に含まれるSiCインゴットを製造する。その後、このSiCインゴットを切断することにより、全体的に不純物元素11aが配置されたSiC単結晶基板10が用意される。
Such a SiC
以上説明したように、SiC単結晶基板10の全体に不純物元素11aを配置するようにしても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、SiCインゴットを用意する際に不純物元素11aを混入させるため、SiCインゴットを用意した後に特別な処理を行う必要がない。このため、不純物元素11aを含むSiC単結晶基板10を容易に用意することができ、製造工程が増加することを抑制できる。
As described above, even if the
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the scope of the claims.
例えば、上記各実施形態では、SiC単結晶基板10は、4H型とされている例について説明したが、3C型、6H型、15R型等とされていてもよい。
For example, in each of the above embodiments, the example in which the SiC
また、上記各実施形態において、SiC半導体装置は、トレンチゲート型のMOSFETではなく、プレーナゲート型のMOSFETや、スーパージャンクションMOSFET等が形成されていてもよい。また、SiC半導体装置は、MOSFETではなく、ショットキーバリアダイオードやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistorの略)等が形成されていてもよい。なお、SiC半導体装置は、IGBTが形成される場合には、SiC単結晶基板10がp型とされる。
Further, in each of the above embodiments, the SiC semiconductor device may be formed of a planar gate type MOSFET, a super junction MOSFET, or the like instead of the trench gate type MOSFET. Further, the SiC semiconductor device may be formed of a Schottky barrier diode, an IGBT (abbreviation of Insulated Gate Bipolar Transistor), or the like instead of the MOSFET. In the SiC semiconductor device, when the IGBT is formed, the SiC
さらに、上記第1〜第3実施形態において、イオン注入ではなく、熱拡散によってSiC単結晶基板10に不純物元素11aを配置するようにしてもよい。すなわち、一面10a上に不純物元素11aを含む溶液を塗布した後、加熱炉で熱処理することで不純物元素11aをSiC単結晶基板10に配置するようにしてもよい。
Further, in the first to third embodiments, the
また、上記第4実施形態において、不純物元素11aを全体的に含むSiCインゴットを製造する方法は、昇華再結晶法ではなく、溶液成長法やガスソース成長法等であってもよい。なお、溶液成長法によって不純物元素11aを全体的に含むSiCインゴットを製造する場合には、原料溶液中に不純物元素11aを混入させればよい。また、ガスソース成長法によって不純物元素11aを全体的に含むSiCインゴットを製造する場合には、原料ガス中に不純物元素11aを混入させればよい。
Further, in the fourth embodiment, the method for producing the SiC ingot containing the
さらに、上記各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、上記第2実施形態に第4実施形態を組み合わせ、SiC単結晶基板10の全体、およびドリフト層12のうちのSiC単結晶基板10側の部分に不純物元素11aが配置されるようにしてもよい。
Further, each of the above embodiments may be combined. For example, by combining the second embodiment with the fourth embodiment, the
10 SiC単結晶基板
10a 一面
10b 他面
10c 基底面転位
11a 不純物元素
12 ドリフト層(エピタキシャル層)
10 SiC
Claims (8)
一面(10a)および前記一面と反対側の他面(10b)を有する前記炭化珪素単結晶基板と、
前記一面上に配置された炭化珪素で構成されるエピタキシャル層(12)と、を備え、
前記炭化珪素単結晶基板は、前記一面側に、前記他面側よりも多い不純物元素(11a)が配置されている炭化珪素半導体装置。 A silicon carbide semiconductor device having a silicon carbide single crystal substrate (10).
The silicon carbide single crystal substrate having one surface (10a) and the other surface (10b) opposite to the one surface,
An epitaxial layer (12) made of silicon carbide arranged on one surface thereof is provided.
The silicon carbide single crystal substrate is a silicon carbide semiconductor device in which more impurity elements (11a) are arranged on the one surface side than on the other surface side.
一面(10a)および前記一面と反対側の他面(10b)を有する前記炭化珪素単結晶基板と、
前記一面上に配置された炭化珪素で構成されるエピタキシャル層(12)と、を備え、
前記炭化珪素単結晶基板は、前記一面と前記他面との間において、ホウ素、水素、ヘリウム、チタン、バナジウム、およびアルミニウムの不純物元素(11a)のうちの少なくとも1種類が均等に配置されている炭化珪素半導体装置。 A silicon carbide semiconductor device having a silicon carbide single crystal substrate (10).
The silicon carbide single crystal substrate having one surface (10a) and the other surface (10b) opposite to the one surface,
An epitaxial layer (12) made of silicon carbide arranged on one surface thereof is provided.
In the silicon carbide single crystal substrate, at least one of the impurity elements (11a) of boron, hydrogen, helium, titanium, vanadium, and aluminum is evenly arranged between the one surface and the other surface. Silicon carbide semiconductor device.
一面(10a)および前記一面と反対側の他面(10b)を有する前記炭化珪素単結晶基板を用意することと、
前記一面上に炭化珪素で構成されるエピタキシャル層(12)を成長させることと、を行い、
前記エピタキシャル層を成長させることの前に、前記炭化珪素単結晶基板の一面に対して不純物元素(11a)をイオン注入することにより、前記一面側に、前記他面側よりも多い前記不純物元素を配置する炭化珪素半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a silicon carbide single crystal substrate (10).
To prepare the silicon carbide single crystal substrate having one surface (10a) and the other surface (10b) on the opposite side to the one surface.
The epitaxial layer (12) composed of silicon carbide is grown on one surface of the surface.
By ion-implanting the impurity element (11a) into one surface of the silicon carbide single crystal substrate before growing the epitaxial layer, the impurity element more than the other surface side is implanted on the one surface side. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device to be arranged.
一面(10a)および前記一面と反対側の他面(10b)を有する前記炭化珪素単結晶基板を用意することと、
前記一面上に炭化珪素で構成されるエピタキシャル層(12)を成長させることと、を行い、
前記炭化珪素単結晶基板を用意する前に、炭化珪素で構成されるインゴットを用意することを行い、
前記炭化珪素単結晶基板を用意することでは、前記インゴットを切断して前記炭化珪素単結晶基板を用意し、
前記インゴットを用意することでは、ホウ素、水素、ヘリウム、チタン、バナジウム、およびアルミニウムの不純物元素(11a)のうちの少なくとも1種類を混入させつつ、前記炭化珪素を結晶成長させて前記インゴットを用意する炭化珪素半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a silicon carbide single crystal substrate (10).
To prepare the silicon carbide single crystal substrate having one surface (10a) and the other surface (10b) on the opposite side to the one surface.
The epitaxial layer (12) composed of silicon carbide is grown on one surface of the surface.
Before preparing the silicon carbide single crystal substrate, an ingot composed of silicon carbide was prepared.
In preparing the silicon carbide single crystal substrate, the ingot is cut to prepare the silicon carbide single crystal substrate.
In preparing the ingot, the silicon carbide is crystal-grown to prepare the ingot while mixing at least one of the impurity elements (11a) of boron, hydrogen, helium, titanium, vanadium, and aluminum. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
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