JP4793437B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、トレンチゲートを有する炭化珪素(以下、SiCという)半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) semiconductor device having a trench gate and a method for manufacturing the same.

近年、高い電界破壊強度が得られるパワーデバイスの素材としてSiCが注目されている。SiC半導体装置では電界破壊強度が強いため、大電流の制御を行うことができる。そのため、ハイブリットカー用のモーターの制御への活用が期待されている。   In recent years, SiC has attracted attention as a power device material that can provide high electric field breakdown strength. Since the SiC semiconductor device has a high electric field breakdown strength, a large current can be controlled. Therefore, it is expected to be utilized for controlling a hybrid car motor.

SiC半導体装置において、より大電流を流すには、チャネル密度を高くすることが有効である。このため、シリコントランジスタにおいて、トレンチゲート構造のMOSFETが採用され実用化されている。このトレンチゲート構造は当然SiC半導体装置にも適用できる構造であるが、SiCに応用する場合、大きな問題がある。すなわち、SiCは破壊電界強度がシリコンの10倍あるため、SiC半導体装置にはシリコンデバイスの10倍近い電圧をかけた状態で使用される。そのため、SiCの中に入り込んだトレンチ内に形成されたゲート絶縁膜にもシリコンデバイスの10倍強度の電界がかかり、トレンチのコーナー部においてゲート絶縁膜が容易に破壊してしまうという問題がある。これについてシミュレーションで計算したところ、ドレインに650V印加した場合、トレンチ内のゲート絶縁膜には4.9MV/cmの電界が集中していた。実際の使用に耐えるには3MV/cm以下にする必要があり、長期の信頼性まで考えると2MV/cm以下にすることが望まれる。   In the SiC semiconductor device, it is effective to increase the channel density in order to pass a larger current. For this reason, MOSFETs having a trench gate structure are adopted and put into practical use in silicon transistors. This trench gate structure is naturally applicable to a SiC semiconductor device, but there is a big problem when applied to SiC. That is, since SiC has a breakdown electric field strength 10 times that of silicon, SiC semiconductor devices are used in a state where a voltage nearly 10 times that of silicon devices is applied. Therefore, there is a problem that an electric field 10 times stronger than that of the silicon device is applied to the gate insulating film formed in the trench that has entered SiC, and the gate insulating film is easily broken at the corner of the trench. When this was calculated by simulation, an electric field of 4.9 MV / cm was concentrated on the gate insulating film in the trench when 650 V was applied to the drain. In order to withstand actual use, it is necessary to make it 3 MV / cm or less, and considering long-term reliability, it is desirable to make it 2 MV / cm or less.

このような問題を解決するものとして、特許文献1に示されるSiC半導体装置がある。このSiC半導体装置では、トレンチゲートの底部を側面より厚くなるように設計することにより、トレンチの底部での電界集中を緩和している。具体的には、4H−SiCの(000−1)c面基板を用いてa(1120)面のトレンチゲート構造を作製する。このようにc面基板を用いてトレンチ側面がa面で底面がc面となるトレンチ内にゲート絶縁膜を熱酸化で作製した場合、c面の酸化レートはa面の5倍であるため、トレンチ底部の酸化膜は側面と比べて、膜厚を5倍にできる。これにより、トレンチ底部での電界集中を緩和することが可能となる。
特開平9−199724号公報
As a solution to such a problem, there is an SiC semiconductor device disclosed in Patent Document 1. In this SiC semiconductor device, the electric field concentration at the bottom of the trench is reduced by designing the bottom of the trench gate to be thicker than the side surface. Specifically, a (1120) plane trench gate structure is fabricated using a 4H—SiC (000-1) c plane substrate. Thus, when a gate insulating film is formed by thermal oxidation in a trench in which a trench side surface is an a surface and a bottom surface is a c surface using a c surface substrate, the oxidation rate of the c surface is 5 times that of the a surface. The oxide film at the bottom of the trench can be five times as thick as the side surface. Thereby, it is possible to alleviate electric field concentration at the bottom of the trench.
JP 9-199724 A

しかしながら、上記のようにトレンチ底部においてゲート絶縁膜を厚くした構造において、例えば、トレンチ側面の膜厚を40nmとし、トレンチ底部の膜厚を200nmに設計してシミュレーションで計算したところ、ドレインに650V印加した場合、トレンチ内のゲート絶縁膜の電界集中を3.9MV/cmに低減できることが確認できたが、まだ十分ではなく、更なる電界緩和が必要であることが判った。   However, in the structure in which the gate insulating film is thick at the bottom of the trench as described above, for example, when the film thickness on the side surface of the trench is set to 40 nm and the film thickness at the bottom of the trench is designed to 200 nm, calculation is performed by simulation. In this case, it was confirmed that the electric field concentration of the gate insulating film in the trench could be reduced to 3.9 MV / cm. However, it was not yet sufficient, and it was found that further electric field relaxation was necessary.

そこで、本発明者らは更なる電界緩和が行える構造であり、かつ、製品特性のバラツキを防止できて歩留まり向上を図ることが可能なSiC半導体装置として、先に、トレンチゲートの長手方向に対する法線方向、かつ、基板平面と平行方向にp型ディープ層が延設されるようにした構造を出願している(特願2008−31704参照)。   Therefore, the present inventors have previously proposed a method for the longitudinal direction of the trench gate as a SiC semiconductor device having a structure capable of further reducing the electric field and capable of preventing a variation in product characteristics and improving the yield. An application has been filed for a structure in which a p-type deep layer extends in the linear direction and in a direction parallel to the substrate plane (see Japanese Patent Application No. 2008-31704).

この先の出願では、SiC半導体装置として、トレンチゲートの側面を含めた周囲にn型チャネル層を形成した蓄積型のMOSFETとn型チャネル層が形成されない反転型のMOSFETを提案している。これらのうちの蓄積型のMOSFETでは、トレンチゲートを構成するためのトレンチ表面にn型層をエピタキシャル成長させることによってn型チャネルを形成しているため、エピタキシャル成長速度の面内バラツキが生じると、結果としてMOSFETのオン抵抗も面内バラツキが発生する可能性がある。   In this earlier application, as the SiC semiconductor device, an accumulation type MOSFET in which an n-type channel layer is formed around the side including the side surface of the trench gate and an inversion type MOSFET in which the n-type channel layer is not formed are proposed. Among these storage MOSFETs, an n-type channel is formed by epitaxially growing an n-type layer on the surface of a trench for forming a trench gate. The on-resistance of the MOSFET may also vary in the surface.

これを考慮すると、反転型のMOSFETの場合には、エピタキシャル成長によるn型チャネル層を形成する必要が無いため、MOSFETのオン抵抗の面内バラツキが発生する心配もない。   In consideration of this, in the case of an inversion type MOSFET, there is no need to form an n-type channel layer by epitaxial growth, so there is no fear of in-plane variation in the on-resistance of the MOSFET.

ところが、反転型のMOSFETの場合、p型ベース領域が耐圧を決める一構成となる。すなわち、反転型のMOSFETの場合、基本的には、トレンチゲート構造部におけるトレンチに沿ってn-型ドリフト層側に伸びる空乏層とp型ディープ層からn-型ドリフト層に伸びる空乏層によって耐圧が決まる。しかし、トレンチゲート構造から離れた位置ではp型ディープ層の間においてn-型ドリフト層への空乏層の伸び量が少なくなり、p型ベース領域からn-型ドリフト層に伸びる空乏層によって耐圧が決まることになる。 However, in the case of an inversion type MOSFET, the p-type base region has one configuration that determines the breakdown voltage. That is, in the case of inverting the MOSFET, basically along the trench n in trench gate structure unit - Pressure depletion layers extending -type drift layer - n from depletion and p-type deep layer extending -type drift layer side Is decided. However, at a position away from the trench gate structure, the depletion layer extends to the n type drift layer between the p type deep layers, and the depletion layer extending from the p type base region to the n type drift layer reduces the breakdown voltage. It will be decided.

このため、p型ベース領域の不純物濃度が濃ければp型ベース領域からn-型ドリフト層に伸びる空乏層が広くなり、例えばp型ベース領域のp型不純物濃度を1×1017cm-3程度の高濃度にすると逆バイアス時にパンチスルーしてしまわないため、耐圧向上を図ることが可能となる。その反面、p型ベース領域はチャネル領域を形成する際に反転させられることになるため、p型ベース領域のp型不純物濃度が濃いとチャネル移動度が低くなってオン抵抗が高くなる。逆に、p型ベース領域のp型不純物濃度を薄くし、例えばp型ベース領域のp型不純物濃度を1×1016cm-3程度の低濃度にすると、チャネル移動度が高くなってオン抵抗の低減が図れるものの、p型ベース領域からn-型ドリフト層に伸びる空乏層が狭くなって逆バイアス時にパンチスルーしてしまい、耐圧低下を引き起こす。 For this reason, if the impurity concentration of the p-type base region is high, a depletion layer extending from the p-type base region to the n -type drift layer becomes wide. For example, the p-type impurity concentration of the p-type base region is about 1 × 10 17 cm −3. When the concentration is high, punch-through does not occur at the time of reverse bias, so that the breakdown voltage can be improved. On the other hand, the p-type base region is inverted when the channel region is formed. Therefore, if the p-type impurity concentration of the p-type base region is high, the channel mobility is lowered and the on-resistance is increased. On the other hand, when the p-type impurity concentration of the p-type base region is reduced, for example, when the p-type impurity concentration of the p-type base region is lowered to about 1 × 10 16 cm −3 , the channel mobility increases and the on-resistance However, the depletion layer extending from the p-type base region to the n -type drift layer becomes narrow and punch-through occurs at the time of reverse bias, causing a reduction in breakdown voltage.

本発明は上記点に鑑みて、オン抵抗低減と耐圧向上の双方を図ることができる反転型のトレンチゲート構造のSiC半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, an object of the present invention is to provide an inversion trench gate structure SiC semiconductor device capable of reducing both on-resistance and improving breakdown voltage, and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、反転型のMOSFETを備えたSiC半導体装置において、ベース領域(3)の下方に配置されると共にトレンチ(7)よりも深い位置まで配置され、トレンチ(7)の長手方向に対して交差する方向、かつ、基板平面に平行方向に延設された第2導電型のディープ層(10)と、トレンチ(7)の側面から離間するように配置され、ソース領域(4)よりも深く、かつ、ベース領域(3)よりも高濃度とされた第2導電型のボデー層(6)とを備えており、ディープ層(10)の上部にもベース領域(3)およびソース領域(4)が形成され、該ディープ層(10)が形成されている位置でもチャネル領域を通じてソース電極(11)およびドレイン電極(13)の間に電流を流すことを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the SiC semiconductor device including the inversion type MOSFET, the SiC semiconductor device is disposed below the base region (3) and deeper than the trench (7). The second conductivity type deep layer (10) extending in the direction intersecting the longitudinal direction of the trench (7) and parallel to the substrate plane is separated from the side surface of the trench (7). And a second conductivity type body layer (6) that is deeper than the source region (4) and at a higher concentration than the base region (3), and is located above the deep layer (10). In addition, a base region (3) and a source region (4) are formed, and current flows between the source electrode (11) and the drain electrode (13) through the channel region even at the position where the deep layer (10) is formed. This It is characterized in.

このように、ディープ層(10)に加えてベース領域(3)よりも高濃度とされたボデー層(6)を備えた構造にしているため、トレンチゲート構造から離れた位置においても、ドリフト層(2)側に伸びる空乏層の伸び量を大きくできる。このため、空乏層のほとんどがドリフト層(2)側に伸びるようにできる。したがって、ディープ層(10)が形成されていない位置においてもトレンチゲート構造から離れた位置で高耐圧を持たせることが可能となる。   As described above, since the body layer (6) having a higher concentration than the base region (3) is provided in addition to the deep layer (10), the drift layer is formed even at a position away from the trench gate structure. (2) The amount of elongation of the depletion layer extending to the side can be increased. For this reason, most of the depletion layer can be extended to the drift layer (2) side. Therefore, even at a position where the deep layer (10) is not formed, a high breakdown voltage can be provided at a position away from the trench gate structure.

また、ボデー層(6)を備えたことによって耐圧が確保できるため、ベース領域(3)の濃度を薄くできる。このため、ベース領域(3)が容易に反転し、広いチャネル領域を形成することが可能となってチャネル移動度が高くなる。これにより、オン抵抗低減と耐圧向上の双方を図ることができる反転型のトレンチゲート構造のSiC半導体装置とすることが可能となる。   Moreover, since the breakdown voltage can be secured by providing the body layer (6), the concentration of the base region (3) can be reduced. For this reason, the base region (3) can be easily inverted to form a wide channel region, and the channel mobility is increased. As a result, it is possible to obtain an SiC semiconductor device having an inverted trench gate structure capable of both reducing the on-resistance and improving the breakdown voltage.

請求項2に記載の発明では、ディープ層の幅が1.5μm、ディープ層同士の間の間隔が2.0μmとされ、トレンチ(7)の側面からボデー層(6)までの距離が0.4〜0.9μm離れていることを特徴としている。   In the invention according to claim 2, the width of the deep layer is 1.5 μm, the distance between the deep layers is 2.0 μm, and the distance from the side surface of the trench (7) to the body layer (6) is 0.00. It is characterized by being 4 to 0.9 μm apart.

このようにすれば、製造時のマスクズレを考慮してもボデー層(6)でベース領域(3)が反転し難くなることもない。このため、ボデー層(6)を備えていない場合と比較して、オン抵抗の低減を図ることが可能となる。   In this way, the base region (3) does not become difficult to be reversed in the body layer (6) even if the mask displacement at the time of manufacture is taken into consideration. For this reason, it becomes possible to aim at reduction of on-resistance compared with the case where the body layer (6) is not provided.

例えば、請求項3に記載したように、ベース領域(3)の第2導電型不純物の濃度を5.0×1015〜5.0×1016/cm3、ボデー層(6)の第2導電型不純物の濃度を1.0×1018〜1.0×1020/cm3に設定することができる。 For example, as described in claim 3, the concentration of the second conductivity type impurity in the base region (3) is 5.0 × 10 15 to 5.0 × 10 16 / cm 3 , and the second concentration of the body layer (6) is set. The concentration of the conductive impurity can be set to 1.0 × 10 18 to 1.0 × 10 20 / cm 3 .

以上のようなSiC半導体装置は、例えば以下に示す製造方法によって製造される。例えば、請求項4に記載したように、炭化珪素からなる第1または第2導電型の基板(1)上に、該基板(1)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)を形成する工程と、ドリフト層(2)の表層部に、一方向に延設されるように第2導電型のディープ層(10)を形成する工程と、ディープ層(10)およびドリフト層(2)の上に第2導電型の炭化珪素からなるベース領域(3)を形成する工程と、ベース領域(3)内における該ベース領域(3)の表層部に、ドリフト層(2)よりも高濃度の第1導電型の炭化珪素にて構成されたソース領域(4)を形成する工程と、ソース領域(4)よりも深い位置に第2導電型不純物をイオン注入することにより、ベース領域(3)よりも高濃度の第2導電型の炭化珪素にて構成されたボデー領域(6)を所定距離離間した間隔で形成する工程と、ボデー領域(6)が離されている場所において、ソース領域(4)の表面からベース領域(3)を貫通してドリフト層(2)に達し、かつ、ディープ層(10)よりも浅くなるように、ディープ層(10)が延設された方向と交差する方向、かつ、基板平面に平行方向を長手方向とするトレンチ(7)を形成する工程と、トレンチ(7)の表面にゲート絶縁膜(8)を形成する工程と、トレンチ(7)内において、ゲート絶縁膜(8)の上にゲート電極(9)を形成する工程と、ソース領域(4)およびベース領域(3)に電気的に接続されるソース電極(11)を形成する工程と、基板(1)の裏面側にドレイン電極(13)を形成する工程と、を含んだ製造方法により、上記請求項1に示した反転型のSiC半導体装置を製造できる。   The SiC semiconductor device as described above is manufactured by, for example, a manufacturing method shown below. For example, as described in claim 4, the first conductivity type silicon carbide having a lower impurity concentration than the substrate (1) on the first or second conductivity type substrate (1) made of silicon carbide. A step of forming a drift layer (2) comprising: a step of forming a deep layer (10) of the second conductivity type on the surface layer of the drift layer (2) so as to extend in one direction; and a deep layer A step of forming a base region (3) made of silicon carbide of the second conductivity type on (10) and the drift layer (2), and a surface layer portion of the base region (3) in the base region (3), Forming a source region (4) composed of silicon carbide of the first conductivity type higher in concentration than the drift layer (2), and ionizing second conductivity type impurities deeper than the source region (4); By implantation, the second conductivity type having a higher concentration than the base region (3). In the step of forming the body region (6) made of silicon carbide at a predetermined distance, and in the place where the body region (6) is separated from the surface of the source region (4), the base region (3) In a direction intersecting with the extending direction of the deep layer (10) and parallel to the substrate plane so as to reach the drift layer (2) and become shallower than the deep layer (10). A step of forming a trench (7) in the longitudinal direction, a step of forming a gate insulating film (8) on the surface of the trench (7), and a gate on the gate insulating film (8) in the trench (7). A step of forming an electrode (9), a step of forming a source electrode (11) electrically connected to the source region (4) and the base region (3), and a drain electrode ( And 13) forming a step. It by the process, can be produced inversion type SiC semiconductor device shown in claim 1.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned 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、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

(第1実施形態)
図1は、本実施形態にかかる反転型のトレンチゲート構造のMOSFETの斜視断面図である。この図は、MOSFETの1セル分を抽出したものに相当する。本図ではMOSFETの1セル分しか記載していないが、図1に示すMOSFETと同様の構造のMOSFETが複数列隣り合うように配置されている。また、図2−a〜図2−dは、図1のMOSFETの断面図であり、図2−aは、図1中のA−A線においてxz平面と平行に切断したときの断面、図2−bは、図1中のB−B線においてxz平面と平行に切断したときの断面、図2−cは、図1中のC−C線においてyz平面と平行に切断したときの断面、図2−dは、図1中のD−D線においてyz平面と平行に切断したときの断面である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective sectional view of a MOSFET having an inverted trench gate structure according to the present embodiment. This figure corresponds to the extracted one cell of the MOSFET. Although only one MOSFET cell is shown in the figure, MOSFETs having the same structure as the MOSFET shown in FIG. 1 are arranged so as to be adjacent to each other in a plurality of rows. 2A to 2D are cross-sectional views of the MOSFET of FIG. 1, and FIG. 2-A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 in parallel with the xz plane. 2-b is a section taken along line BB in FIG. 1 when parallel to the xz plane, and FIG. 2-c is a section taken along line CC along line yz in FIG. 2D is a cross section when cut in parallel with the yz plane along the line DD in FIG.

図1および図2−a〜図2−dに示すMOSFETは、リン等のn型不純物濃度が例えば1.0×1019/cm3で厚さ300μm程度のSiCからなるn+型基板1が半導体基板として用いられており、このn+型基板1の表面にリン等のn型不純物濃度が例えば3.0〜7.0×1015/cm3で厚さ10〜15μm程度のSiCからなるn-型ドリフト層2が形成されている。このn-型ドリフト層2の不純物濃度は深さ方向において一定であっても良いが、濃度分布に傾斜を付け、n-型ドリフト層2のうちn+型基板1側の方がn+型基板1から離れる側よりも高濃度となるようにすると好ましい。例えば、n-型ドリフト層2のうちn+型基板1の表面から3〜5μm程度の部分の不純物濃度が2.0×1015/cm3程度他の部分よりも高くなるようにすると良い。このようにすると、n-型ドリフト層2の内部抵抗を低減できるため、オン抵抗を低減することが可能となる。 The MOSFET shown in FIGS. 1 and 2-a to 2-d has an n + -type substrate 1 made of SiC having an n-type impurity concentration of, for example, phosphorus of 1.0 × 10 19 / cm 3 and a thickness of about 300 μm. It is used as a semiconductor substrate, and the surface of the n + -type substrate 1 is made of SiC having an n-type impurity concentration such as phosphorus of 3.0 to 7.0 × 10 15 / cm 3 and a thickness of about 10 to 15 μm. An n type drift layer 2 is formed. The impurity concentration of the n type drift layer 2 may be constant in the depth direction, but the concentration distribution is inclined, and the n + type substrate 1 side of the n type drift layer 2 is n + type. It is preferable that the concentration be higher than that on the side away from the substrate 1. For example, the impurity concentration in the portion of about 3 to 5 μm from the surface of the n + -type substrate 1 in the n -type drift layer 2 is preferably higher than that in other portions by about 2.0 × 10 15 / cm 3 . In this way, since the internal resistance of the n type drift layer 2 can be reduced, the on-resistance can be reduced.

このn-型ドリフト層2の表層部にはp型ベース領域3が形成されており、p型ベース領域3の上層部分には、n+型ソース領域4およびp+型コンタクト層5が形成されている。さらに、p型ベース領域3内において、n+型ソース領域4およびp+型コンタクト層5よりも深い位置にp+型ボデー層6が形成されている。 A p-type base region 3 is formed in the surface layer portion of the n -type drift layer 2, and an n + -type source region 4 and a p + -type contact layer 5 are formed in an upper layer portion of the p-type base region 3. ing. Further, in the p-type base region 3, a p + -type body layer 6 is formed at a position deeper than the n + -type source region 4 and the p + -type contact layer 5.

p型ベース領域3は、ボロンもしくはアルミニウム等のp型不純物濃度が例えば5.0×1015〜5.0×1016/cm3、厚さ2.0μm程度で構成されている。n+型ソース領域4は、表層部におけるリン等のn型不純物濃度(表面濃度)が例えば1.0×1021/cm3、厚さ0.3μm程度で構成されている。p+型コンタクト層5は、例えば表層部におけるボロンもしくはアルミニウム等のp型不純物濃度(表面濃度)が例えば1.0×1021/cm3、厚さ0.3μm程度で構成されている。また、p+型ボデー層6は、ボロンもしくはアルミニウム等のp型不純物濃度が例えば1.0×1018〜1.0×1020/cm3、厚さ0.7〜1.1μm程度で構成されている。 The p-type base region 3 has a p-type impurity concentration such as boron or aluminum of, for example, 5.0 × 10 15 to 5.0 × 10 16 / cm 3 and a thickness of about 2.0 μm. The n + -type source region 4 is configured such that the n-type impurity concentration (surface concentration) such as phosphorus in the surface layer portion is, for example, 1.0 × 10 21 / cm 3 and the thickness is about 0.3 μm. The p + -type contact layer 5 has a p-type impurity concentration (surface concentration) such as boron or aluminum in the surface layer portion of, for example, 1.0 × 10 21 / cm 3 and a thickness of about 0.3 μm. The p + type body layer 6 has a p-type impurity concentration such as boron or aluminum of, for example, 1.0 × 10 18 to 1.0 × 10 20 / cm 3 and a thickness of about 0.7 to 1.1 μm. Has been.

+型ソース領域4は、後述するトレンチゲート構造の両側に配置されており、p+型コンタクト層5は、n+型ソース領域4を挟んでトレンチゲート構造と反対側に備えられている。また、p+型ボデー層6は、トレンチゲート構造の両側に配置されており、トレンチゲート構造を構成するためのトレンチ7の側面から所定距離、例えば0.4〜0.9μm程度離間するように形成されている。 The n + -type source region 4 is disposed on both sides of a trench gate structure described later, and the p + -type contact layer 5 is provided on the opposite side of the trench gate structure with the n + -type source region 4 interposed therebetween. The p + type body layer 6 is disposed on both sides of the trench gate structure, and is separated from the side surface of the trench 7 for forming the trench gate structure by a predetermined distance, for example, about 0.4 to 0.9 μm. Is formed.

また、p型ベース領域3およびn+型ソース領域4を貫通してn-型ドリフト層2に達するようにトレンチ7が形成されている。トレンチ7は、例えば幅が1.4〜2.0μm、深さが2.0μm以上(例えば2.4μm)となるように形成されている。このトレンチ7の側面と接するように上述したp型ベース領域3およびn+型ソース領域4が配置されている。 A trench 7 is formed so as to penetrate the p-type base region 3 and the n + -type source region 4 and reach the n -type drift layer 2. The trench 7 is formed to have a width of, for example, 1.4 to 2.0 μm and a depth of 2.0 μm or more (for example, 2.4 μm). The p-type base region 3 and the n + -type source region 4 are arranged so as to be in contact with the side surface of the trench 7.

さらに、トレンチ7の表面はゲート酸化膜8にて覆われており、ゲート酸化膜8の表面に形成されたドープトPoly−Siにて構成されたゲート電極9により、トレンチ7内が埋め尽くされている。ゲート酸化膜8は、トレンチ7の内壁表面を熱酸化することで形成されており、ゲート酸化膜8の厚みはトレンチ7の側面側と底部側共に例えば100nm程度となっている。   Further, the surface of the trench 7 is covered with a gate oxide film 8, and the inside of the trench 7 is filled with the gate electrode 9 made of doped Poly-Si formed on the surface of the gate oxide film 8. Yes. The gate oxide film 8 is formed by thermally oxidizing the inner wall surface of the trench 7, and the thickness of the gate oxide film 8 is, for example, about 100 nm on both the side surface side and the bottom side of the trench 7.

このようにして、トレンチゲート構造が構成されている。このトレンチゲート構造は、図1中のy方向を長手方向として延設されている。そして、複数のトレンチゲート構造が図1中のx方向に平行に並べられた構造とされている。また、上述したn+型ソース領域4、p+型コンタクト層5およびp型ボデー層6もトレンチゲート構造の長手方向に沿って延設された構造とされている。 In this way, a trench gate structure is configured. This trench gate structure is extended with the y direction in FIG. 1 as the longitudinal direction. A plurality of trench gate structures are arranged in parallel in the x direction in FIG. Further, the above-described n + type source region 4, p + type contact layer 5 and p type body layer 6 are also extended along the longitudinal direction of the trench gate structure.

さらに、n-型ドリフト層2のうちp型ベース領域3よりも下方位置において、トレンチゲート構造におけるトレンチ7の側面のうちチャネル領域が構成される部分に対する法線方向(図1中のx方向)、つまりトレンチ7の長手方向に対する垂直方向に延設されたp型ディープ層10が備えられている。p型ディープ層10は、トレンチ7の底部よりも深くされており、n-型ドリフト層2の表面からの深さが例えば2.6〜3.0μm程度(p型ベース領域3の底部からの深さが例えば0.6〜1.0μm)とされている。また、p型ディープ層10の幅(図1中のy方向寸法)は、0.6〜1.5μmとされ、本実施形態では1.5μmとしている。このp型ディープ層10におけるボロンもしくはアルミニウム等のp型不純物濃度は、例えば1.0×1017/cm3〜1.0×1019/cm3とされている。このp型ディープ層10は、トレンチゲート構造の長手方向に沿って複数本平行に並べられており、隣り合うp型ディープ層10同士の間隔は、例えば1.5〜3μmとされ、本実施形態では2.0μmとしている。 Further, in the n type drift layer 2 below the p-type base region 3, the normal direction to the portion of the side surface of the trench 7 in the trench gate structure where the channel region is formed (the x direction in FIG. 1). That is, the p-type deep layer 10 extending in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the trench 7 is provided. The p-type deep layer 10 is deeper than the bottom of the trench 7, and the depth from the surface of the n -type drift layer 2 is about 2.6 to 3.0 μm (from the bottom of the p-type base region 3). The depth is set to 0.6 to 1.0 μm, for example. Further, the width of the p-type deep layer 10 (dimension in the y direction in FIG. 1) is 0.6 to 1.5 μm, which is 1.5 μm in this embodiment. The p-type impurity concentration in the p-type deep layer 10 such as boron or aluminum is, for example, 1.0 × 10 17 / cm 3 to 1.0 × 10 19 / cm 3 . A plurality of the p-type deep layers 10 are arranged in parallel along the longitudinal direction of the trench gate structure, and the interval between the adjacent p-type deep layers 10 is, for example, 1.5 to 3 μm. In this case, the thickness is set to 2.0 μm.

また、n+型ソース領域4およびp+型コンタクト層5の表面やゲート電極9の表面には、ソース電極11やゲート配線(図示せず)が形成されている。ソース電極11およびゲート配線は、複数の金属(例えばNi/Al等)にて構成されており、少なくともn型SiC(具体的にはn+型ソース領域4やnドープの場合のゲート電極9)と接触する部分はn型SiCとオーミック接触可能な金属で構成され、少なくともp型SiC(具体的にはp+型コンタクト層5やpドープの場合のゲート電極9)と接触する部分は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、これらソース電極11およびゲート配線は、層間絶縁膜12上に形成されることで電気的に絶縁されており、層間絶縁膜12に形成されたコンタクトホールを通じてソース電極11はn+型ソース領域4およびp+型コンタクト層5と電気的に接触させられ、ゲート配線はゲート電極9と電気的に接触させられている。 A source electrode 11 and a gate wiring (not shown) are formed on the surface of the n + type source region 4 and the p + type contact layer 5 and the surface of the gate electrode 9. The source electrode 11 and the gate wiring are composed of a plurality of metals (for example, Ni / Al, etc.), and at least n-type SiC (specifically, the n + -type source region 4 and the gate electrode 9 in the case of n doping) The portion in contact with n-type SiC is made of a metal capable of ohmic contact with n-type SiC, and the portion in contact with at least p-type SiC (specifically, p + -type contact layer 5 or gate electrode 9 in the case of p-doping) is p-type. It is made of a metal capable of ohmic contact with SiC. The source electrode 11 and the gate wiring are electrically insulated by being formed on the interlayer insulating film 12, and the source electrode 11 is connected to the n + -type source region through the contact hole formed in the interlayer insulating film 12. 4 and the p + -type contact layer 5 are in electrical contact, and the gate wiring is in electrical contact with the gate electrode 9.

そして、n+型基板1の裏面側にはn+型基板1と電気的に接続されたドレイン電極13が形成されている。このような構造により、nチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造のMOSFETが構成されている。 Then, on the back side of the n + -type substrate 1 n + -type substrate 1 and electrically connected to the drain electrode 13 are formed. With such a structure, an n-channel inversion type MOSFET having a trench gate structure is formed.

このような反転型のトレンチゲート構造のMOSFETは、以下のように動作する。   Such an inverted MOSFET having a trench gate structure operates as follows.

まず、ゲート電極9にゲート電圧を印加する前の状態では、p型ベース領域3のうちトレンチ7の側面に位置する部分にチャネル領域が形成されない。このため、ドレイン電極13に正の電圧を加えたとしても、n-型ドリフト層2とp型ベース領域3およびn+型ソース領域4によるPNP接合構造によって電子が移動できず、ソース電極11とドレイン電極13との間に電流が流れない。 First, in the state before the gate voltage is applied to the gate electrode 9, the channel region is not formed in the portion of the p-type base region 3 located on the side surface of the trench 7. For this reason, even if a positive voltage is applied to the drain electrode 13, electrons cannot move due to the PNP junction structure formed by the n type drift layer 2, the p type base region 3, and the n + type source region 4. No current flows between the drain electrode 13.

次に、オフ時(ゲート電圧=0V、ドレイン電圧=650V、ソース電圧=0V)には、ドレイン電極13に電圧を加えても逆バイアスになるため、p型ベース領域3やp型ディープ層10とn-型ドリフト層2の間、および、トレンチゲート構造とn-型ドリフト層2との間より、空乏層が広がる。このとき、p型ベース領域3の濃度が薄いとn-型ドリフト層2側に広がる空乏層の伸び量が少なくなる。 Next, when off (gate voltage = 0 V, drain voltage = 650 V, source voltage = 0 V), since a reverse bias is applied even if a voltage is applied to the drain electrode 13, the p-type base region 3 and the p-type deep layer 10 are used. And the n type drift layer 2 and between the trench gate structure and the n type drift layer 2, the depletion layer spreads. At this time, if the concentration of the p-type base region 3 is low, the amount of extension of the depletion layer spreading toward the n -type drift layer 2 side is reduced.

しかしながら、本実施形態の場合、p型ベース領域3よりも高濃度となるp+型ボデー層6を形成してあるため、n-型ドリフト層2側に広がる空乏層の伸び量がp型ベース領域3だけの場合よりも多くなる。このため、p型ディープ層10とn-型ドリフト層2の間やトレンチゲート構造とn-型ドリフト層2との間より広がる空乏層に加えて、p型ベース領域3(p+型ボデー層6)とn-型ドリフト層2の間より広がる空乏層により、パンチスルーしないようにすることが可能となる。したがって、p型ベース領域3よりも高濃度となるp+型ボデー層6を形成を形成することにより、耐圧向上を図ることができる。 However, in the present embodiment, since the p + type body layer 6 having a higher concentration than the p type base region 3 is formed, the extension amount of the depletion layer spreading toward the n type drift layer 2 side is p type base. More than the region 3 alone. Therefore, in addition to the depletion layer extending between the p-type deep layer 10 and the n -type drift layer 2 and between the trench gate structure and the n -type drift layer 2, the p-type base region 3 (p + -type body layer) 6) and the depletion layer extending between the n type drift layer 2 can prevent punch-through. Therefore, the breakdown voltage can be improved by forming the p + type body layer 6 having a higher concentration than the p type base region 3.

なお、ゲート電圧が0Vになっているため、ドレイン−ゲート間にも電界がかかる。このため、ゲート酸化膜8の底部にも電界集中が発生し得る。しかしながら、トレンチ7よりも深いp型ディープ層10を備えた構造としているため、p型ディープ層10とn-型ドリフト層2とのPN接合部での空乏層がn-型ドリフト層2側に大きく伸びることになり、ドレイン電圧の影響による高電圧がゲート酸化膜8に入り込み難くなる。特に、p型ディープ層10の不純物濃度をp型ベース領域3よりも高濃度とすれば、よりn-型ドリフト層2側への空乏層の伸び量が大きくなる。これにより、ゲート酸化膜8内での電界集中、特にゲート酸化膜8のうちのトレンチ7の底部での電界集中を緩和することが可能となり、ゲート酸化膜8が破壊されることを防止することが可能となる。 Note that since the gate voltage is 0 V, an electric field is also applied between the drain and the gate. For this reason, electric field concentration can also occur at the bottom of the gate oxide film 8. However, since the p-type deep layer 10 is deeper than the trench 7, the depletion layer at the PN junction between the p-type deep layer 10 and the n -type drift layer 2 is on the n -type drift layer 2 side. As a result, the high voltage due to the influence of the drain voltage hardly enters the gate oxide film 8. In particular, if the impurity concentration of the p-type deep layer 10 is higher than that of the p-type base region 3, the amount of depletion layer extending toward the n -type drift layer 2 becomes larger. As a result, the electric field concentration in the gate oxide film 8, particularly the electric field concentration at the bottom of the trench 7 in the gate oxide film 8 can be relaxed, and the gate oxide film 8 is prevented from being destroyed. Is possible.

一方、オン時(ゲート電圧=20V、ドレイン電圧=1V、ソース電圧=0V)には、ゲート電極9にゲート電圧として20Vが印加されるため、トレンチ7の側面においてp型ベース領域3が反転してチャネル領域が形成される。このため、ソース電極11から注入された電子はn+型ソース領域4からp型ベース領域3におけるチャネル領域を通った後、n-型ドリフト層2に到達する。これにより、ソース電極11とドレイン電極13との間に電流を流すことができる。 On the other hand, when ON (gate voltage = 20 V, drain voltage = 1 V, source voltage = 0 V), 20 V is applied as the gate voltage to the gate electrode 9, so that the p-type base region 3 is inverted on the side surface of the trench 7. Thus, a channel region is formed. Therefore, electrons injected from the source electrode 11 reach the n type drift layer 2 after passing through the channel region in the p type base region 3 from the n + type source region 4. As a result, a current can flow between the source electrode 11 and the drain electrode 13.

このとき、本実施形態では、p+型ボデー層6を備えることによってp型ベース領域3の不純物濃度を薄くできるため、p型ベース領域3が容易に反転し、広いチャネル領域を形成することが可能となってチャネル移動度が高くなる。また、p+型ボデー層6の形成場所がp型ベース領域3のうちトレンチ7から離間した位置となっているため、p+型ボデー層6の影響でp型ベース領域3が反転し難くなることもない。このため、p+型ボデー層6を備えていない場合と比較して、オン抵抗の低減を図ることが可能となる。 At this time, in the present embodiment, since the p + type body layer 6 is provided to reduce the impurity concentration of the p type base region 3, the p type base region 3 can be easily inverted to form a wide channel region. Enables channel mobility. Further, since the p + type body layer 6 is formed at a position away from the trench 7 in the p type base region 3, the p type base region 3 is not easily inverted due to the influence of the p + type body layer 6. There is nothing. Therefore, it is possible to reduce the on-resistance as compared with the case where the p + type body layer 6 is not provided.

例えば、p+型ボデー層6を備えていないMOSFETにおいてp型ベース領域3によって耐圧を持たせる場合には、p型ベース領域3のp型不純物濃度を1×1017/cm3程度にする必要であったため、チャネル移動度が120cm2/V・sと低く、その結果オン抵抗が5.1mΩ・cm2になっていた。これに対し、本実施形態のようにp+型ボデー層6を備えた場合、p型ベース領域3のp型不純物濃度を例えば1×1016/cm3程度にできる。その場合、チャネル移動度が210cm2/V・sと高くなり、オン抵抗が3.5mΩ・cm2まで低減することが可能となる。 For example, when a p-type base region 3 has a breakdown voltage in a MOSFET that does not include the p + -type body layer 6, the p-type impurity concentration of the p-type base region 3 needs to be about 1 × 10 17 / cm 3. Therefore, the channel mobility was as low as 120 cm 2 / V · s, and as a result, the on-resistance was 5.1 mΩ · cm 2 . On the other hand, when the p + type body layer 6 is provided as in the present embodiment, the p type impurity concentration of the p type base region 3 can be set to about 1 × 10 16 / cm 3 , for example. In that case, the channel mobility becomes as high as 210 cm 2 / V · s, and the on-resistance can be reduced to 3.5 mΩ · cm 2 .

参考として、オフ時の場合の動作についてシミュレーションで確認した。図3は、紙面左側に示したようにp型ディープ層10を長手方向に対する垂直方向に切断した断面(図1のD−D断面に相当)において等電位線分布を調べた結果を示す図である。また、図4は、p型ディープ層10が備えられた反転型のトレンチゲート構造のMOSFETにおいて、p+型ボデー層6を形成した場合と形成していない場合それぞれの等電位線分布と電流密度分布を示した図である。なお、図4の等電位分布および電流密度分布については、p型ディープ層10同士の間においてトレンチ7の側面の法線方向における断面での分布を調べたものである。 As a reference, the operation in the off state was confirmed by simulation. FIG. 3 is a diagram showing the result of examining the equipotential line distribution in the cross section (corresponding to the DD cross section of FIG. 1) obtained by cutting the p-type deep layer 10 in the direction perpendicular to the longitudinal direction as shown on the left side of the drawing. is there. Also, FIG. 4 shows the equipotential line distribution and current density when the p + -type body layer 6 is not formed and when the p + -type body layer 6 is not formed in the MOSFET having the inverted trench gate structure provided with the p-type deep layer 10. It is the figure which showed distribution. Note that the equipotential distribution and current density distribution in FIG. 4 are obtained by examining the distribution in the normal direction of the side surface of the trench 7 between the p-type deep layers 10.

例えば、p型ベース領域3の不純物濃度がn-型ドリフト層2の不純物濃度の2倍程度であった場合、p+型ボデー層6とp型ディープ層10がいずれもなければ、n-型ドリフト層2側に空乏層が4μm伸びれば、p型ベース領域3側には空乏層が2μm伸びることになる。この場合であれば、簡単にパンチスルーしてしまう。 For example, when the impurity concentration of the p-type base region 3 is about twice the impurity concentration of the n -type drift layer 2, if neither the p + -type body layer 6 nor the p-type deep layer 10 is present, the n -type If the depletion layer extends 4 μm on the drift layer 2 side, the depletion layer extends 2 μm on the p-type base region 3 side. In this case, it is easy to punch through.

これに対し、p型ディープ層10が備えられている場合には、p型ディープ層10からも空乏層が伸びる。例えば、p型ディープ層10の不純物濃度がn-型ドリフト層2の不純物濃度の100倍程度であった場合、空乏層はほとんどn-型ドリフト層2側に伸びることになる。このため、図3におけるp型ディープ層10の下方の等電位線分布から確認できるように、高耐圧を持たせることが可能となる。 On the other hand, when the p-type deep layer 10 is provided, the depletion layer also extends from the p-type deep layer 10. For example, when the impurity concentration of the p-type deep layer 10 is about 100 times the impurity concentration of the n -type drift layer 2, the depletion layer almost extends to the n -type drift layer 2 side. For this reason, it is possible to provide a high breakdown voltage as can be confirmed from the equipotential line distribution below the p-type deep layer 10 in FIG.

しかしながら、図3におけるp型ディープ層10の両側部分や図4の等電位線分布から分かるように、p型ディープ層10が形成されていない部分(p型ディープ層10同士の間)においては、p+型ボデー層6が形成されていないとn-型ドリフト層2側への空乏層の伸び量が少ないために、等電位線分布から確認できるように、高耐圧を持たせることができない。さらに、トレンチゲート構造におけるトレンチ7からもゲート酸化膜8とSiCとの仕事関数差に基づいて空乏層が伸びるため、トレンチゲート構造の近傍においては耐圧を持たせることができるが、そこから離れた位置において耐圧を持たせることができなくなる。つまり、p型ディープ層10およびトレンチゲート構造からn-型ドリフト層2側に伸びる空乏層だけではパンチスルーを防ぐことができない。このため、図4中の電流密度分布に示されるように、パンチスルー電流が流れるのである。 However, as can be seen from both side portions of the p-type deep layer 10 in FIG. 3 and the equipotential line distribution in FIG. 4, in the portion where the p-type deep layer 10 is not formed (between the p-type deep layers 10), If the p + type body layer 6 is not formed, the amount of depletion layer extending to the n type drift layer 2 is small, so that a high breakdown voltage cannot be provided as can be confirmed from the equipotential line distribution. Further, since the depletion layer extends from the trench 7 in the trench gate structure based on the work function difference between the gate oxide film 8 and SiC, a breakdown voltage can be provided in the vicinity of the trench gate structure, but it is separated from it. It becomes impossible to give pressure resistance at the position. That is, punch-through cannot be prevented only by the depletion layer extending from the p-type deep layer 10 and the trench gate structure to the n -type drift layer 2 side. For this reason, as shown in the current density distribution in FIG. 4, a punch-through current flows.

ところが、本実施形態の場合には、p型ディープ層10に加えてp+型ボデー層6を備えた構造にしているため、トレンチゲート構造から離れた位置においても、n-型ドリフト層2側に伸びる空乏層の伸び量を大きくできる。例えば、p+型ボデー層6の不純物濃度をn-型ドリフト層2の不純物濃度の1000倍程度にできるため、空乏層のほとんどがn-型ドリフト層2側に伸びるようにできる。このため、図4中の等電位線分布から分かるように、p型ディープ層10が形成されていない位置においてもトレンチゲート構造から離れた位置で高耐圧を持たせることが可能となる。実験によれば、1200V以上の高耐圧を達成できることを確認している。 However, in the case of this embodiment, since the p + type body layer 6 is provided in addition to the p type deep layer 10, the n type drift layer 2 side is also provided at a position away from the trench gate structure. The amount of depletion layer extending to For example, since the impurity concentration of the p + type body layer 6 can be about 1000 times the impurity concentration of the n type drift layer 2, most of the depletion layer can extend to the n type drift layer 2 side. Therefore, as can be seen from the equipotential line distribution in FIG. 4, it is possible to provide a high breakdown voltage at a position away from the trench gate structure even at a position where the p-type deep layer 10 is not formed. According to experiments, it has been confirmed that a high breakdown voltage of 1200 V or more can be achieved.

このように、p型ディープ層10とトレンチゲート構造からn-型ドリフト層2側に伸びる空乏層に加えて、p+型ボデー層6およびp型ベース領域3からn-型ドリフト層2側に伸びる空乏層により、トレンチゲート構造近辺やp型ディープ層10が形成されている位置だけでなく、トレンチゲート構造から離れた位置についても高耐圧を持たせることができる。そして、パンチスルーを防止でき、図4の電流密度分布からも分かるようにパンチスルー電流が流れることを防止することが可能となる。 Thus, in addition to the p-type deep layer 10 and the depletion layer extending from the trench gate structure to the n -type drift layer 2 side, the p + -type body layer 6 and the p-type base region 3 are moved to the n -type drift layer 2 side. Due to the extending depletion layer, a high breakdown voltage can be provided not only in the vicinity of the trench gate structure and the position where the p-type deep layer 10 is formed, but also in a position away from the trench gate structure. Further, punch-through can be prevented, and it is possible to prevent the punch-through current from flowing as can be seen from the current density distribution of FIG.

なお、本実施形態のように、p型ディープ層10をトレンチゲート構造におけるトレンチ7の側面のうちチャネル領域が構成される部分に対する法線方向に形成した場合、p型ディープ層10が形成されている位置においてトレンチゲート構造のトレンチ7の側面にチャネル領域が形成されなくなる。このため、オン抵抗増大の要因にもなり得るが、オン抵抗の増加は大きくなく、かつ、p型ディープ層10の幅や間隔に応じて調整可能なものであるため、問題になるものではない。そして、本実施形態のように、p型ディープ層10が形成されている構造においてp+型ボデー層6を備えることにより、p型ディープ層10の間隔を空けることも可能になるため、よりオン抵抗低減に寄与することが可能となる。 Note that, when the p-type deep layer 10 is formed in the normal direction to the portion where the channel region is formed on the side surface of the trench 7 in the trench gate structure as in the present embodiment, the p-type deep layer 10 is formed. The channel region is not formed on the side surface of the trench 7 having the trench gate structure at a certain position. For this reason, it may be a cause of an increase in on-resistance, but the increase in on-resistance is not large and can be adjusted according to the width and interval of the p-type deep layer 10, so that it does not cause a problem. . In addition, since the p + type body layer 6 is provided in the structure in which the p type deep layer 10 is formed as in the present embodiment, the p type deep layer 10 can be spaced apart. It becomes possible to contribute to resistance reduction.

次に、図1に示す反転型のトレンチゲート構造のMOSFETの製造方法について説明する。図5〜図6は、図1に示す反転型のトレンチゲート構造のMOSFETの製造工程を示した断面図である。図5および図6中、左側に図1中のA−A線においてxz平面と平行に切断した断面図(図2−aと対応する場所)を示してあり、右側に図1中のD−D線においてyz平面と平行に切断した断面図(図2−dと対応する場所)を示してある。以下、これらの図を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing the MOSFET having the inverted trench gate structure shown in FIG. 1 will be described. 5 to 6 are cross-sectional views showing a manufacturing process of the MOSFET having the inverted trench gate structure shown in FIG. 5 and 6, the left side is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 in parallel with the xz plane (the location corresponding to FIG. 2-a), and the right side is D- in FIG. A cross-sectional view taken along line D and parallel to the yz plane (a place corresponding to FIG. 2D) is shown. Hereinafter, description will be given with reference to these drawings.

〔図5(a)に示す工程〕
まず、リン等のn型不純物濃度が例えば1.0×1019/cm3で厚さ300μm程度のn+型基板1を用意する。このn+型基板1の裏面側にドレイン電極13を形成したのち、n+型基板1の表面にリン等のn型不純物濃度が例えば3.0〜7.0×1015/cm3で厚さ15μm程度のSiCからなるn-型ドリフト層2をエピタキシャル成長させる。
[Step shown in FIG. 5A]
First, an n + -type substrate 1 having an n-type impurity concentration such as phosphorus of 1.0 × 10 19 / cm 3 and a thickness of about 300 μm is prepared. After forming the drain electrode 13 on the back side of the n + -type substrate 1, the thickness of n-type impurity concentration of, for example, 3.0~7.0 × 10 15 / cm 3 of phosphorus or the like on the surface of the n + -type substrate 1 An n type drift layer 2 made of SiC having a thickness of about 15 μm is epitaxially grown.

〔図5(b)に示す工程〕
-型ドリフト層2の表面にLTOなどで構成されるマスク20を形成したのち、フォトリソグラフィ工程を経て、p型ディープ層10の形成予定領域においてマスク20を開口させる。そして、マスク20上からp型不純物(例えばボロンやアルミニウム)のイオン注入および活性化を行うことで、例えばボロンもしくはアルミニウム濃度が1.0×1017/cm3〜1.0×1019/cm3、厚さが0.6〜1.0μm程度、幅が0.6〜1.5μm程度(例えば1.5μm)、間隔が2.0〜3.0μm(例えば2.0μm)となるp型ディープ層10を形成する。その後、マスク20を除去する。
[Step shown in FIG. 5B]
After the mask 20 made of LTO or the like is formed on the surface of the n type drift layer 2, the mask 20 is opened in a region where the p-type deep layer 10 is to be formed through a photolithography process. Then, ion implantation and activation of a p-type impurity (for example, boron or aluminum) is performed on the mask 20 so that, for example, the boron or aluminum concentration is 1.0 × 10 17 / cm 3 to 1.0 × 10 19 / cm. 3. p-type having a thickness of about 0.6 to 1.0 μm, a width of about 0.6 to 1.5 μm (for example, 1.5 μm), and a distance of 2.0 to 3.0 μm (for example, 2.0 μm) The deep layer 10 is formed. Thereafter, the mask 20 is removed.

〔図5(c)に示す工程〕
-型ドリフト層2の表面に、ボロンもしくはアルミニウム等のp型不純物濃度が例えば5.0×1015〜5.0×1016/cm3、厚さ2.0μm程度となるp型不純物層をエピタキシャル成長させることにより、p型ベース領域3を形成する。
[Step shown in FIG. 5 (c)]
A p-type impurity layer having a p-type impurity concentration such as boron or aluminum of about 5.0 × 10 15 to 5.0 × 10 16 / cm 3 and a thickness of about 2.0 μm is formed on the surface of the n -type drift layer 2. Is grown epitaxially to form the p-type base region 3.

〔図6(a)に示す工程〕
p型ベース領域3の上に、例えばLTO等で構成されるマスク(図示せず)を成膜したのち、フォトリソグラフィ工程を経て、p+型ボデー層6の形成予定領域上、つまりトレンチ7の幅およびトレンチ7の側面からp+型ボデー層6までの距離を見込んで所定距離離間した間隔でマスクを開口させる。その後、p型不純物(例えばボロンもしくはアルミニウム)をイオン注入する。
[Step shown in FIG. 6A]
After forming a mask (not shown) made of, for example, LTO on the p-type base region 3, a photolithography process is performed, and the p + -type body layer 6 is formed on the region where the p + -type body layer 6 is to be formed. In consideration of the width and the distance from the side surface of the trench 7 to the p + type body layer 6, the mask is opened at a predetermined distance. Thereafter, p-type impurities (for example, boron or aluminum) are ion-implanted.

続いて、p型ベース領域3の上に、例えばLTO等で構成されるマスク(図示せず)を成膜したのち、フォトリソグラフィ工程を経て、n+型ソース領域4の形成予定領域上においてマスクを開口させる。その後、n型不純物(例えば窒素)をイオン注入する。 Subsequently, after forming a mask (not shown) made of, for example, LTO on the p-type base region 3, a mask is formed on the formation region of the n + -type source region 4 through a photolithography process. Open. Thereafter, n-type impurities (for example, nitrogen) are ion-implanted.

さらに、先程使用したマスクを除去した後、再びマスク(図示せず)を成膜し、フォトリソグラフィ工程を経て、p+型コンタクト層5の形成予定領域上においてマスクを開口させる。その後、p型不純物(例えば窒素)をイオン注入する。 Further, after removing the previously used mask, a mask (not shown) is formed again, and the mask is opened on a region where the p + -type contact layer 5 is to be formed through a photolithography process. Thereafter, a p-type impurity (for example, nitrogen) is ion-implanted.

そして、注入されたイオンを活性化することで、リン等のn型不純物濃度(表面濃度)が例えば1.0×1021/cm3、厚さ0.3μm程度のn+型ソース領域4を形成すると共に、ボロンもしくはアルミニウム等のp型不純物濃度(表面濃度)が例えば1.0×1021/cm3、厚さ0.3μm程度のp+型コンタクト層5を形成する。また、ボロンもしくはアルミニウム等のp型不純物濃度が例えば1.0×1018〜1.0×1020/cm3、厚さ0.7〜1.1μm程度のp+型ボデー層6を形成する。その後、マスクを除去する。 Then, by activating the implanted ions, the n + -type source region 4 having an n-type impurity concentration (surface concentration) such as phosphorus of 1.0 × 10 21 / cm 3 and a thickness of about 0.3 μm is formed. At the same time, the p + -type contact layer 5 having a p-type impurity concentration (surface concentration) such as boron or aluminum of 1.0 × 10 21 / cm 3 and a thickness of about 0.3 μm is formed. Further, a p + type body layer 6 having a p-type impurity concentration such as boron or aluminum of about 1.0 × 10 18 to 1.0 × 10 20 / cm 3 and a thickness of about 0.7 to 1.1 μm is formed. . Thereafter, the mask is removed.

〔図6(b)に示す工程〕
p型ベース領域3、n+型ソース領域4およびp+型コンタクト層5の上に、図示しないエッチングマスクを成膜したのち、トレンチ7の形成予定領域、具体的にはp+型ボデー層6同士が離されている場所においてエッチングマスクを開口させる。そして、エッチングマスクを用いた異方性エッチングを行ったのち、必要に応じて等方性エッチングや犠牲酸化工程を行うことで、トレンチ7を形成する。これにより、p+型ボデー層6までの距離が0.4〜0.9μmとなるようにトレンチ7が形成される。この後、エッチングマスクを除去する。
[Step shown in FIG. 6B]
After forming an etching mask (not shown) on the p-type base region 3, the n + -type source region 4 and the p + -type contact layer 5, a region where the trench 7 is to be formed, specifically, the p + -type body layer 6 is formed. An etching mask is opened at a place where they are separated from each other. Then, after performing anisotropic etching using an etching mask, the trench 7 is formed by performing isotropic etching or sacrificial oxidation process as necessary. Thereby, trench 7 is formed so that the distance to p + type body layer 6 is 0.4 to 0.9 μm. Thereafter, the etching mask is removed.

ここで、このトレンチ7の形成工程および上述したp+型ボデー層6の形成のためのイオン注入工程において、マスクズレが発生するため、p+型ボデー層6とトレンチ7との形成位置関係がずれる可能性がある。具体的には、両工程を考慮したマスクズレによる形成位置関係のズレ量の最大値は0.2μm程度見込まれ、p+型ボデー層6とトレンチゲート構造との距離がその最大値分ずれる可能性がある。 Here, mask misalignment occurs in the step of forming the trench 7 and the ion implantation step for forming the p + type body layer 6 described above, so that the formation positional relationship between the p + type body layer 6 and the trench 7 is shifted. there is a possibility. Specifically, the maximum value of the positional deviation due to mask misalignment considering both processes is expected to be about 0.2 μm, and the distance between the p + type body layer 6 and the trench gate structure may be shifted by the maximum value. There is.

また一方で、p型ベース領域3がp+型ボデー層6の不純物濃度による影響を受けて反転できなくなったりチャネル移動度が低くならないようにするためには、p+型ボデー層6がトレンチ7の側面から0.1μm以上離れている必要がある。 On the other hand, to prevent the p-type base region 3 from being inverted due to the influence of the impurity concentration of the p + -type body layer 6 and the channel mobility from being lowered, the p + -type body layer 6 is provided with the trench 7. Must be separated from the side surface by 0.1 μm or more.

しかしながら、本実施形態では、トレンチ7の側面からのp+型ボデー層6までの距離を0.4μm以上にしているため、マスクズレが生じても、その距離が0.2μm未満になることはない。このため、p型ベース領域3がp+型ボデー層6の不純物濃度による影響を受けて反転できなくなったりチャネル移動度が低くなったりすることを防止することができる。 However, in this embodiment, since the distance from the side surface of the trench 7 to the p + type body layer 6 is 0.4 μm or more, even if mask misalignment occurs, the distance does not become less than 0.2 μm. . Therefore, it is possible to prevent the p-type base region 3 from being inverted due to the influence of the impurity concentration of the p + -type body layer 6 and the channel mobility from being lowered.

なお、p型ディープ層10を形成せずにp+型ボデー層6を形成することも考えられるが、その場合、トレンチゲート構造とp+型ボデー層6から伸びる空乏層のみによって耐圧を持たせなければならなくなる。このため、トレンチゲート構造からp+型ボデー層6が離れていると、トレンチゲート構造とp+型ボデー層6から伸びる空乏層によってこれらの間の耐圧を持たせることができないため、トレンチ7の側面からp+型ボデー層6が離れられる距離には限度がある。実験ではその距離は0.3μm程度であることが確認されている。しかしながら、トレンチ7の側面からp+型ボデー層6の距離を0.3μmに設定しても上記マスクズレにより、その距離が0.1〜0.5μmの間でばらつく。したがって、p型ベース領域3がp+型ボデー層6の不純物濃度による影響を受けて反転できなくなったりチャネル移動度が低くなったりすることもあれば、トレンチゲート構造とp+型ボデー層6から伸びる空乏層によってこれらの間の耐圧を持たせることができなくなることもある。したがって、本実施形態のMOSFETのように、p+型ボデー層6とp型ディープ層10の双方を共に備えた構造にすることが重要である。 Although it is conceivable to form the p + type body layer 6 without forming the p type deep layer 10, in that case, the breakdown voltage is given only by the trench gate structure and the depletion layer extending from the p + type body layer 6. Will have to. For this reason, if the p + type body layer 6 is separated from the trench gate structure, the depletion layer extending from the trench gate structure and the p + type body layer 6 cannot provide a withstand voltage between them. There is a limit to the distance that the p + -type body layer 6 can be separated from the side surface. In the experiment, it has been confirmed that the distance is about 0.3 μm. However, even if the distance from the side surface of the trench 7 to the p + type body layer 6 is set to 0.3 μm, the distance varies between 0.1 and 0.5 μm due to the mask displacement. Therefore, if also the p-type base region 3 is the channel mobility or longer can be inverted affected by the impurity concentration of the p + -type body layer 6 may become low, from the trench gate structure and the p + -type body layer 6 In some cases, the extending depletion layer cannot provide a withstand voltage therebetween. Therefore, it is important to have a structure including both the p + type body layer 6 and the p type deep layer 10 as in the MOSFET of this embodiment.

〔図6(c)に示す工程〕
ゲート酸化膜形成工程を行うことにより、トレンチ7内を含む基板表面全面にゲート酸化膜8を形成する。具体的には、ウェット雰囲気を用いたパイロジェニック法によるゲート酸化(熱酸化)によりゲート酸化膜8を形成する。
[Step shown in FIG. 6 (c)]
By performing the gate oxide film forming step, the gate oxide film 8 is formed on the entire surface of the substrate including the inside of the trench 7. Specifically, the gate oxide film 8 is formed by gate oxidation (thermal oxidation) by a pyrogenic method using a wet atmosphere.

続いて、ゲート酸化膜8の表面にn型不純物をドーピングしたポリシリコン層を例えば600℃の温度下で440nm程度成膜したのち、エッチバック工程等を行うことにより、トレンチ7内にゲート酸化膜8およびゲート電極9を残す。   Subsequently, after a polysilicon layer doped with n-type impurities is formed on the surface of the gate oxide film 8 at a temperature of, for example, about 440 nm at a temperature of 600 ° C., an etch back process or the like is performed, whereby the gate oxide film is formed in the trench 7. 8 and the gate electrode 9 are left.

この後の工程に関しては、従来と同様であるため図示しないが、層間絶縁膜12を成膜したのち、層間絶縁膜をパターニングしてn+型ソース領域4やp+型コンタクト層5に繋がるコンタクトホールを形成すると共に、ゲート電極9に繋がるコンタクトホールを別断面に形成する。続いて、コンタクトホール内を埋め込むように電極材料を成膜したのち、これをパターニングすることでソース電極11やゲート配線を形成する。これにより、図1に示したMOSFETが完成する。 The subsequent steps are the same as in the prior art and are not shown. However, after the interlayer insulating film 12 is formed, the interlayer insulating film is patterned to contact the n + type source region 4 and the p + type contact layer 5. While forming a hole, the contact hole connected with the gate electrode 9 is formed in another cross section. Subsequently, after depositing an electrode material so as to fill the contact hole, the source electrode 11 and the gate wiring are formed by patterning the electrode material. Thereby, the MOSFET shown in FIG. 1 is completed.

以上説明した製造方法によれば、トレンチを掘ってp型層をエピタキシャル成長させて埋め込むというようなトレンチ埋込によってp型ディープ層10を形成していないため、トレンチ内を埋め込んだ後の平坦化工程によって結晶欠陥が発生することを防止することができる。   According to the manufacturing method described above, since the p-type deep layer 10 is not formed by trench embedding in which a p-type layer is epitaxially grown and buried by digging a trench, the planarization step after filling the trench Therefore, it is possible to prevent the occurrence of crystal defects.

また、p型ベース領域3の表面からイオン注入することでp型ディープ層10を形成することもできるが、p型ディープ層10の形成するためのイオン注入をn-型ドリフト層2の表面から行うようにしている。このため、高いエネルギーによる高速イオン注入にてp型ディープ層10を形成しなくても済み、高速イオン注入による欠陥発生を抑制することが可能となる。 The p-type deep layer 10 can also be formed by ion implantation from the surface of the p-type base region 3, but ion implantation for forming the p-type deep layer 10 is performed from the surface of the n -type drift layer 2. Like to do. For this reason, it is not necessary to form the p-type deep layer 10 by high-speed ion implantation with high energy, and it becomes possible to suppress generation of defects due to high-speed ion implantation.

さらに、トレンチ7の長手方向とp型ディープ層10の長手方向とを平行にした場合、これらの間隔が一定にならないとデバイス特性に影響を与えることになるため、トレンチ7の形成の際に用いられるマスクとp型ディープ層10の形成の際に用いられるマスクの位置合わせが重要になる。しかしながら、一定量のマスクずれは必然的に発生するため、完全にマスクずれによるデバイス特性の影響を排除することはできない。これに対し、本実施形態のSiC半導体装置によれば、トレンチ7の長手方向とp型ディープ層10の長手方向とが垂直とされているため、これらを形成するためのマスクずれがデバイス特性に影響を与えることはない。これにより、製品特性のバラツキを防止でき、歩留まり向上を図ることができる。したがって、本実施形態のような構造とすることにより、製品特性のバラツキを防止でき、歩留まり向上を図ることができる構造のSiC半導体装置とすることが可能となる。   Further, when the longitudinal direction of the trench 7 and the longitudinal direction of the p-type deep layer 10 are made parallel, the device characteristics are affected if the distance between them is not constant. The alignment of the mask used and the mask used when forming the p-type deep layer 10 is important. However, since a certain amount of mask displacement inevitably occurs, the influence of device characteristics due to mask displacement cannot be completely eliminated. On the other hand, according to the SiC semiconductor device of the present embodiment, the longitudinal direction of the trench 7 and the longitudinal direction of the p-type deep layer 10 are perpendicular to each other. There is no impact. As a result, variation in product characteristics can be prevented and yield can be improved. Therefore, by adopting the structure as in the present embodiment, it is possible to provide a SiC semiconductor device having a structure in which variation in product characteristics can be prevented and yield can be improved.

(他の実施形態)
(1)上記第1実施形態では、トレンチゲート構造を構成するトレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離を0.4〜0.9μmとした。これは、p型ディープ層10の幅を1.5μm、間隔を2.0μmとした場合に、耐圧向上とオン抵抗低減を両立できる距離として選択したものであり、トレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離は、p型ディープ層10の幅と間隔に応じて変わる。図7、図8は、p型ディープ層10の幅を1.5μm、間隔を2.0μmとした場合と、幅を1.5、間隔を3.0μmとした場合に、トレンチゲート構造を構成するトレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離を変更したときの耐圧[V]とオン抵抗[mΩ・cm2]を調べた結果を示すグラフである。
(Other embodiments)
(1) In the first embodiment, the distance from the side surface of the trench 7 constituting the trench gate structure to the p-type body layer 6 is set to 0.4 to 0.9 μm. This is selected as a distance that can achieve both improvement in breakdown voltage and reduction in on-resistance when the width of the p-type deep layer 10 is 1.5 μm and the interval is 2.0 μm. The distance to the layer 6 varies depending on the width and interval of the p-type deep layer 10. 7 and 8 show a trench gate structure when the width of the p-type deep layer 10 is 1.5 μm and the interval is 2.0 μm, and when the width is 1.5 and the interval is 3.0 μm. 6 is a graph showing the results of examining the breakdown voltage [V] and the on-resistance [mΩ · cm 2 ] when the distance from the side surface of the trench 7 to the p-type body layer 6 is changed.

p型ディープ層10の幅を1.5μm、間隔を2.0μmとした場合、図7に示されるように、1200V以上の耐圧を得るためにはトレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離が0.9μm以下であれば良く、図8に示されるように、オン抵抗が4mΩ・cm2程度となるようにするためにはトレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離が0.4μm以上であれば良い。 When the width of the p-type deep layer 10 is 1.5 μm and the interval is 2.0 μm, as shown in FIG. 7, in order to obtain a withstand voltage of 1200 V or more, the side surface of the trench 7 to the p-type body layer 6 can be obtained. The distance may be 0.9 μm or less. As shown in FIG. 8, the distance from the side surface of the trench 7 to the p-type body layer 6 is 0 so that the on-resistance is about 4 mΩ · cm 2. It is sufficient if it is 4 μm or more.

一方、p型ディープ層10の幅を1.5μm、間隔を3.0μmとした場合、図7に示されるように、1200V以上の耐圧を得るためにはトレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離が0.5μm以下であれば良く、図8に示されるように、オン抵抗が4mΩ・cm2程度となるようにするためにはトレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離が0.4μm以上であれば良い。 On the other hand, when the width of the p-type deep layer 10 is 1.5 μm and the interval is 3.0 μm, the p-type body layer 6 is formed from the side surface of the trench 7 in order to obtain a breakdown voltage of 1200 V or more as shown in FIG. The distance from the side surface of the trench 7 to the p-type body layer 6 can be reduced so that the on-resistance is about 4 mΩ · cm 2 as shown in FIG. May be 0.4 μm or more.

このように、p型ボデー層10の幅と間隔に応じて、トレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離を変えることにより、耐圧向上とオン抵抗低減の両立を実現することが可能である。   Thus, by changing the distance from the side surface of the trench 7 to the p-type body layer 6 according to the width and interval of the p-type body layer 10, it is possible to achieve both improvement in breakdown voltage and reduction in on-resistance. is there.

(2)上記第1実施形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたnチャネルタイプのMOSFETを例に挙げて説明したが、各構成要素の導電型を反転させたpチャネルタイプのMOSFETに対しても本発明を適用することができる。また、上記説明では、トレンチゲート構造のMOSFETを例に挙げて説明したが、同様のトレンチゲート構造として、MOSFETをゲート部に組み込んだIGBTに対しても本発明を適用することができる。IGBTは、第1実施形態に対して基板1の導電型をn型からp型に変更するだけであり、その他の構造や製造方法に関しては第1実施形態と同様である。   (2) In the first embodiment, an n-channel type MOSFET in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described as an example. However, the conductivity type of each component is reversed. The present invention can also be applied to p-channel type MOSFETs. In the above description, a MOSFET having a trench gate structure has been described as an example. However, the present invention can also be applied to an IGBT in which a MOSFET is incorporated in a gate portion as a similar trench gate structure. The IGBT only changes the conductivity type of the substrate 1 from the n-type to the p-type with respect to the first embodiment, and the other structure and manufacturing method are the same as those of the first embodiment.

(3)第1実施形態では、トレンチ7を形成する前にp型ベース領域3やn+型ソース領域4およびp+型ボデー層6等を形成したが、トレンチ7を形成した後にp型ベース領域3やn+型ソース領域4やp+型ボデー層6等をイオン注入にて形成しても良い。 (3) In the first embodiment, the p-type base region 3, the n + -type source region 4 and the p + -type body layer 6 are formed before the trench 7 is formed, but the p-type base is formed after the trench 7 is formed. The region 3, the n + -type source region 4, the p + -type body layer 6 and the like may be formed by ion implantation.

(4)上記第1実施形態に示した構造は単なる一例を示したものであり、適宜設定変更などが可能である。例えば、ゲート絶縁膜として熱酸化によるゲート酸化膜8を例に挙げて説明したが熱酸化によらない酸化膜もしくは窒化膜などを含むものであっても構わない。また、ドレイン電極13の形成工程に関しても、ソース電極11の形成後などとしても構わない。   (4) The structure shown in the first embodiment is merely an example, and settings can be changed as appropriate. For example, the gate oxide film 8 formed by thermal oxidation has been described as an example of the gate insulating film, but may include an oxide film or nitride film that is not thermally oxidized. The drain electrode 13 may be formed after the source electrode 11 is formed.

(5)上記第1実施形態では、p型ディープ層10がトレンチ7の側面の法線方向に伸びる形態について説明したが、トレンチ7の側面に対して一方向に傾斜させたp型ディープ層10を複数本並べた構造、もしくは、トレンチ7の側面の法線方向を中心として一方向に傾斜させたp型ディープ層10を複数本並べたストライプ状にすると共に、その反対方向に傾斜させたp型ディープ層10を複数本並べてストライプ状にし、各ストライプが交差することで格子状とした構造としても構わない。すなわち、少なくともトレンチ7の長手方向に対してp型ディープ層10の長手方向が交差する関係となっていれば良い。   (5) In the first embodiment, the p-type deep layer 10 extends in the normal direction of the side surface of the trench 7. However, the p-type deep layer 10 is inclined in one direction with respect to the side surface of the trench 7. A structure in which a plurality of p-type deep layers 10 inclined in one direction with respect to the normal direction of the side surface of the trench 7 are arranged in a stripe shape and p is inclined in the opposite direction. A plurality of the deep mold layers 10 may be arranged in a stripe shape, and each stripe may intersect to form a lattice shape. That is, it is sufficient that the longitudinal direction of the p-type deep layer 10 intersects at least the longitudinal direction of the trench 7.

(6)第1実施形態では、p+型ボデー層6がn+型ソース領域4よりも深く、かつ、p型ベース領域3よりも浅くなるような場合を例に挙げているが、p型ベース領域3よりも深くなっていても構わない。また、p+型ボデー層6がp+型コンタクト層5と接していなくても良い。 (6) In the first embodiment, the case where the p + type body layer 6 is deeper than the n + type source region 4 and shallower than the p type base region 3 is taken as an example. It may be deeper than the base region 3. Further, the p + type body layer 6 may not be in contact with the p + type contact layer 5.

(7)なお、結晶の方位を示す場合、本来ならば所望の数字の上にバー(−)を付すべきであるが、パソコン出願に基づく表現上の制限が存在するため、本明細書においては、所望の数字の前にバーを付すものとする。   (7) In addition, when indicating the orientation of a crystal, a bar (-) should be attached above a desired number, but since there is a limitation on expression based on a personal computer application, in this specification , And a bar before the desired number.

本発明の第1実施形態にかかる反転型のトレンチゲート構造のMOSFETの斜視断面図である。1 is a perspective sectional view of a MOSFET having an inverted trench gate structure according to a first embodiment of the present invention. 図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 図1のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 図1のC−C断面図である。It is CC sectional drawing of FIG. 図1のD−D断面図である。It is DD sectional drawing of FIG. p型ディープ層10を長手方向に対する垂直方向に切断した断面において等電位線分布を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated equipotential line distribution in the cross section which cut | disconnected the p-type deep layer 10 in the orthogonal | vertical direction with respect to the longitudinal direction. p型ディープ層10が備えられた反転型のトレンチゲート構造のMOSFETにおいて、p+型ボデー層6を形成した場合と形成していない場合それぞれの等電位線分布と電流密度分布を示した図である。In the MOSFET of the inverted trench gate structure provided with the p-type deep layer 10, the equipotential line distribution and the current density distribution when the p + -type body layer 6 is formed and when not formed are shown. is there. 図1に示す反転型のトレンチゲート構造のMOSFETの製造工程を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the MOSFET having the inverted trench gate structure shown in FIG. 1. 図5に続く反転型のトレンチゲート構造のMOSFETの製造工程を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the MOSFET having the inverted trench gate structure following FIG. 5. p型ディープ層10の幅および間隔を変えて、トレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離を変更したときの耐圧[V]を調べた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having investigated withstand voltage [V] when changing the distance from the side surface of the trench 7 to the p-type body layer 6 by changing the width and interval of the p-type deep layer 10. p型ディープ層10の幅および間隔を変えて、トレンチ7の側面からp型ボデー層6までの距離を変更したときのオン抵抗[mΩ・cm2]を調べた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having investigated ON resistance [mohm * cm < 2 >] when changing the distance from the side surface of the trench 7 to the p-type body layer 6 by changing the width | variety and space | interval of the p-type deep layer 10. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 n+型基板
2 n-型ドリフト層
3 p型ベース領域
4 n+型ソース領域
5 p+型コンタクト層
6 p+型ボデー層
7 トレンチ
8 ゲート酸化膜
9 ゲート電極
10 p型ディープ層
11 ソース電極
12 層間絶縁膜
13 ドレイン電極
20 マスク
1 n + type substrate 2 n type drift layer 3 p type base region 4 n + type source region 5 p + type contact layer 6 p + type body layer 7 trench 8 gate oxide film 9 gate electrode 10 p type deep layer 11 source Electrode 12 Interlayer insulating film 13 Drain electrode 20 Mask

Claims (4)

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(1)の上に形成され、前記基板(1)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)と、
前記ドリフト層(2)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(3)と、
前記ベース領域(3)の上に形成され、前記ドリフト層(2)よりも高濃度の第1導電型の炭化珪素からなるソース領域(4)と、
前記ソース領域(4)と前記ベース領域(3)よりも深く、かつ、前記ドリフト層(2)まで達し、前記ソース領域(4)および前記ベース領域(3)が両側に配置されるように形成される一方向を長手方向とするトレンチ(7)と、
前記トレンチ(7)の表面に形成されたゲート絶縁膜(8)と、
前記トレンチ(7)内において、前記ゲート絶縁膜(8)の上に形成されたゲート電極(9)と、
前記ソース領域(4)および前記ベース領域(3)に電気的に接続されたソース電極(11)と、
前記基板(1)の裏面側に形成されたドレイン電極(13)とを備え、
前記ゲート電極(9)への印加電圧を制御することで前記トレンチ(7)の側面に位置する前記ベース領域(3)の表面部に反転型のチャネル領域を形成し、前記ソース領域(4)および前記ドリフト層(2)を介して、前記ソース電極(11)および前記ドレイン電極(13)の間に電流を流す反転型のMOSFETを備えた炭化珪素半導体装置であって、
前記ベース領域(3)の下方に配置されると共に前記トレンチ(7)よりも深い位置まで配置され、前記トレンチ(7)の長手方向に対して交差する方向、かつ、基板平面に平行方向に延設された第2導電型のディープ層(10)と、
前記トレンチ(7)の側面から離間するように配置され、前記ソース領域(4)よりも深く、かつ、前記ベース領域(3)よりも高濃度とされた第2導電型のボデー層(6)と、が備えられており、
前記ディープ層(10)の上部にも前記ベース領域(3)および前記ソース領域(4)が形成され、該ディープ層(10)が形成されている位置でも前記チャネル領域を通じて前記ソース電極(11)および前記ドレイン電極(13)の間に電流を流すことを特徴とする炭化珪素半導体装置。
A first or second conductivity type substrate (1) made of silicon carbide;
A drift layer (2) made of silicon carbide of the first conductivity type formed on the substrate (1) and having a lower impurity concentration than the substrate (1);
A base region (3) made of silicon carbide of the second conductivity type formed on the drift layer (2);
A source region (4) formed on the base region (3) and made of silicon carbide of the first conductivity type having a higher concentration than the drift layer (2);
Formed so as to be deeper than the source region (4) and the base region (3) and reach the drift layer (2), and the source region (4) and the base region (3) are disposed on both sides. A trench (7) having a longitudinal direction as one of the directions,
A gate insulating film (8) formed on the surface of the trench (7);
A gate electrode (9) formed on the gate insulating film (8) in the trench (7);
A source electrode (11) electrically connected to the source region (4) and the base region (3);
A drain electrode (13) formed on the back side of the substrate (1),
By controlling the voltage applied to the gate electrode (9), an inverted channel region is formed on the surface of the base region (3) located on the side surface of the trench (7), and the source region (4) And a silicon carbide semiconductor device comprising an inversion type MOSFET for passing a current between the source electrode (11) and the drain electrode (13) via the drift layer (2),
It is disposed below the base region (3) and located deeper than the trench (7), and extends in a direction intersecting the longitudinal direction of the trench (7) and parallel to the substrate plane. A deep layer (10) of the second conductivity type provided;
A body layer (6) of the second conductivity type that is disposed so as to be separated from the side surface of the trench (7), is deeper than the source region (4), and has a higher concentration than the base region (3). And ,
The base region (3) and the source region (4) are also formed on the deep layer (10), and the source electrode (11) is formed through the channel region even at the position where the deep layer (10) is formed. And a silicon carbide semiconductor device, wherein a current flows between the drain electrode (13) .
前記ディープ層の幅が1.5μm、前記ディープ層同士の間の間隔が2.0μmとされ、前記トレンチ(7)の側面から前記ボデー層(6)までの距離が0.4〜0.9μm離れてい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。   The width of the deep layer is 1.5 μm, the distance between the deep layers is 2.0 μm, and the distance from the side surface of the trench (7) to the body layer (6) is 0.4 to 0.9 μm. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon carbide semiconductor device is separated. 前記ベース領域(3)の第2導電型不純物の濃度が5.0×1015〜5.0×1016/cm3、前記ボデー層(6)の第2導電型不純物の濃度が1.0×1018〜1.0×1020/cm3とされてい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 concentration of the second conductivity type impurity in the base region (3) is 5.0 × 10 15 to 5.0 × 10 16 / cm 3 , and the concentration of the second conductivity type impurity in the body layer (6) is 1.0. 3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon carbide semiconductor device is set to × 10 18 to 1.0 × 10 20 / cm 3 . 炭化珪素からなる第1または第2導電型の基板(1)上に、該基板(1)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)を形成する工程と、
前記ドリフト層(2)の表層部に、一方向に延設されるように第2導電型のディープ層(10)を形成する工程と、
前記ディープ層(10)および前記ドリフト層(2)の上に第2導電型の炭化珪素からなるベース領域(3)を形成する工程と、
前記ベース領域(3)内における該ベース領域(3)の表層部に、前記ドリフト層(2)よりも高濃度の第1導電型の炭化珪素にて構成されたソース領域(4)を形成する工程と、
前記ソース領域(4)よりも深い位置に第2導電型不純物をイオン注入することにより、前記ベース領域(3)よりも高濃度の第2導電型の炭化珪素にて構成されたボデー領域(6)を所定距離離間した間隔で形成する工程と、
前記ボデー領域(6)が離されている場所において、前記ソース領域(4)の表面から前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)に達し、かつ、前記ディープ層(10)よりも浅くなるように、前記ディープ層(10)が延設された方向と交差する方向、かつ、基板平面に平行方向を長手方向とするトレンチ(7)を形成する工程と、
前記トレンチ(7)の表面にゲート絶縁膜(8)を形成する工程と、
前記トレンチ(7)内において、前記ゲート絶縁膜(8)の上にゲート電極(9)を形成する工程と、
前記ソース領域(4)および前記ベース領域(3)に電気的に接続されるソース電極(11)を形成する工程と、
前記基板(1)の裏面側にドレイン電極(13)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
Forming a drift layer (2) made of silicon carbide of the first conductivity type having a lower impurity concentration than the substrate (1) on the first or second conductivity type substrate (1) made of silicon carbide; When,
Forming a second conductivity type deep layer (10) on the surface layer of the drift layer (2) so as to extend in one direction;
Forming a base region (3) made of silicon carbide of the second conductivity type on the deep layer (10) and the drift layer (2);
In the base region (3), a source region (4) made of silicon carbide of the first conductivity type having a higher concentration than the drift layer (2) is formed in a surface layer portion of the base region (3). Process,
A body region (6) made of silicon carbide having a second conductivity type higher than that of the base region (3) by ion-implanting a second conductivity type impurity at a position deeper than the source region (4). ) At intervals of a predetermined distance;
In the place where the body region (6) is separated, it penetrates the base region (3) from the surface of the source region (4) to the drift layer (2), and the deep layer (10) Forming a trench (7) having a longitudinal direction parallel to the substrate plane and a direction intersecting with the direction in which the deep layer (10) extends so as to be shallower than
Forming a gate insulating film (8) on the surface of the trench (7);
Forming a gate electrode (9) on the gate insulating film (8) in the trench (7);
Forming a source electrode (11) electrically connected to the source region (4) and the base region (3);
Forming a drain electrode (13) on the back side of the substrate (1). A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
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