JP4802378B2 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関し、特に絶縁ゲート型電界効果トランジスタ、とりわけ大電力用の縦型パワーMOSFETに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、蓄積型の炭化珪素半導体装置として、例えば、特開平10−308510号公報に示される縦型パワーMOSFETが挙げられる。この炭化珪素半導体装置の断面構成を図17に示す。
【0003】
この縦型パワーMOSFETは、主表面及び裏面を有する炭化珪素からなるn+型基板1と、このn+型基板1の上にエピタキシャル成長されたn-型エピ層2と、n-型エピ層2の表層部に形成されたp型ベース領域3及びn+型ソース領域4と、p型ベース領域3の表面上において隣り同士のn+型ソース領域4をつなぐように形成されたn-型層からなる表面チャネル層5と、この表面チャネル層5の上にゲート酸化膜6を介して形成されたゲート電極7と、層間絶縁膜8を介してn+型ソース領域4及びp型ベース領域3に電気的に接続されたソース電極9と、n+型基板1の裏面に電気的に接続されたドレイン電極10とを有して構成されている。
【0004】
そして、このような構成の縦型パワーMOSFETは、以下の工程によって製造される。図18に、縦型パワーMOSFETの製造工程を示し、この図に従って従来の縦型パワーMOSFETの製造方法について説明する。
【0005】
まず、図18(a)に示すようにn+型基板1の上にn-型エピ層2をエピタキシャル成長させ、その後、イオン注入等により、n-型エピ層2の表層部にp型ベース領域3を形成する。続いて、図18(b)に示すようにp型ベース領域3を含むn-型エピ層2の表面にn-型層からなる表面チャネル層5を形成したのち、イオン注入により、図18(c)に示すようにn+型ソース領域4を形成する。そして、図18(d)に示すように熱酸化(ゲート酸化)によってゲート酸化膜6を形成したのち、ゲート酸化膜6の上にゲート電極7を形成し、さらに、ゲート電極7の上に層間絶縁膜8を介してソース電極9を形成すると共に、n+型基板1の裏面側にドレイン電極10を形成することで、図17に示す縦型パワーMOSFETが完成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造方法によって縦型パワーMOSFETを製造した場合、n+型ソース領域4にイオン注入ダメージが残っているために、ゲート酸化時にn+型ソース領域4が増速酸化されてしまい、以下の問題を発生させる。
【0007】
すなわち、n+型ソース領域4に隣接する表面チャネル層5の端部が傾斜した形状となるために、その部分においてゲート酸化膜6が厚くなり、ゲート電極7への印加電圧によって十分に蓄積チャネルが形成されなくなって、チャネル抵抗が高くなるという問題を発生させる。また、n+型ソース領域4が薄くなることによって、ソース抵抗が高くなるという問題を発生させる。さらに、n+型ソース領域4と表面チャネル層5のオーバラップ量が減り、n+型ソース領域4と表面チャネル層5との接触抵抗が高くなるという問題を発生させる。
【0008】
なお、ここでは、蓄積型のパワーMOSFETについて例示したが、反転型のパワーMOSFETにおいても、n+型ソース領域の増速酸化によって、チャネル抵抗が高くなるという問題やソース抵抗が高くなるという問題が発生する。
【0009】
本発明は上記点に鑑みて、ソース領域が増速酸化されることによるチャネル抵抗の高抵抗化の防止を第1の目的とする。また、ソース領域が増速酸化されることによるソース抵抗の高抵抗化の防止を第2の目的とする。また、ソース領域と表面チャネル層との接触抵抗の高抵抗化の防止を第3の目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明においては、ソース領域の上にエピタキシャル成長により表面チャネル層を形成すると共に、表面チャネル層を部分的に除去する際に、表面チャネル層の端部がゲート電極の端部よりも外側に張り出すようにすることを特徴としている。このようにすることで、表面状態が良好な表面チャネル層上に均一な膜厚のゲート酸化膜を形成することができると共に、表面チャネル層とソース領域とのオーバラップを確保することができる。これにより、ソース領域が増速酸化されることによるチャネル抵抗の高抵抗化の防止を図れると共に、ソース抵抗の高抵抗化の防止を図れ、さらに、ソース領域と表面チャネル層との接触抵抗の高抵抗化の防止を図ることができる。
【0015】
請求項2に記載の発明においては、表面チャネル層の上部からイオン注入を行うことで、表面チャネル層よりも下層において、べ一ス領域の表層部の所定領域に、該べ一ス領域の深さよりも浅い第1導伝型のソース領域(4)を形成することを特徴とする。このように、表面チャネル層を形成した後に、表面チャネル層よりも下層にソース領域が形成されるようにしても、請求項1と同様の効果を得ることができる。
【0016】
請求項3に記載の発明では、ソース領域の上の所定領域を第1のマスク層(21)で覆った状態でエピタキシャル成長を行い、べ一ス領域及びソース領域の一部の表面を含む、半導体層の表面上に炭化珪素よりなる第1導伝型の表面チャネル層(5)を形成する工程と、表面チャネル層を第2のマスク層で覆った状態でエピタキシャル成長を行い、ソース領域のうち第1のマスク層で覆われた部分の上にコンタクト層(22)を形成する工程とを有していることを特徴とする。このように、選択的エピタキシャル成長によって、表面チャネル層およびソース領域とのコンタクトが取られるコンタクト層を形成するようにすれば、表面状態が良好なエピタキシャル層の上にゲート酸化膜を形成することができるため、請求項1と同様の効果を得ることができる。
【0022】
請求項4に記載の発明では、ソース領域をマスクで覆った状態で第1の熱酸化を行い、表面チャネル層の上にゲート酸化膜(6)を形成する工程と、マスクを除去した後、第2の熱処理を行うことで、ゲート酸化膜をソース領域上にも形成する工程とを有していることを特徴とする。このように、ソース領域をマスクで覆った状態でゲート酸化膜を形成すれば、膜厚が均一なゲート酸化膜を形成することができる。これにより、請求項1と同様の効果を得ることができる。
【0023】
この場合、請求項6に示すように、第2の熱処理温度を第1の熱処理温度よりも低温にする。なお、請求項5に示すように、マスクとしては、例えばシリコンナイトライドが用いられる。
【0024】
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。
【0025】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態における縦型パワーMOSFETの断面構成を示す。以下、この図に基づいて本実施形態における縦型パワーMOSFETの構成についての説明を行うが、図17に示した従来の縦型パワーMOSFETと同様の部分については説明を省略し、従来と異なる部分についてのみ説明する。
【0026】
まず、本実施形態では、従来に対して、n+型ソース領域4の上面に表面チャネル層5が形成された構成となっており、さらに、n+型ソース領域4と表面チャネル層5とのオーバラップとして距離Aが確保された構成となっていることが異なる。
【0027】
また、本実施形態では、従来に対して、表面チャネル層5の端部がゲート電極7の端部よりも外側まで張り出していることが異なる。具体的には、表面チャネル層5の端部がゲート電極7の端部から距離Lだけ外側まで張り出した構成となっている。従って、ゲート酸化膜6がすべて表面チャネル層5の上に形成された構成となっている。
【0028】
さらに、本実施形態では、従来に対して、ゲート電極7のチャネル長方向における幅が、隣り同士のn+型ソース領域4の間の距離よりも十分に長くなるように設定されていることが異なる。具体的には、n+型ソース領域4のうちJ−FET部側の端部からゲート電極7の端部までが距離Bだけ見込めるような構成となっている。
【0029】
このような構成により、n+型ソース領域4と表面チャネル層5とのオーバラップが十分に確保され、ゲート電極7と表面チャネル層5との間のゲート酸化膜6が均一な膜厚となるようにされている。
【0030】
次に、図1に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を図2〜図3に示し、これらの図に従って縦型パワーMOSFETの製造方法について説明する。
【0031】
〔図2(a)に示す工程〕
まず、裏面側にドレイン電極10が備えられたn+型基板1を用意したのち、n+型基板1の上にエピタキシャル成長によりn-型エピ層2を形成する。続いて、n-型エピ層2の表層部にp型ベース領域3を形成したのち、さらにp型ベース領域3の表層部にn+型ソース領域4を形成する。
【0032】
〔図2(b)に示す工程〕
n+型ソース領域4及びp型ベース領域3の表面を含み、n-型エピ層2の表面上にn-型層からなる表面チャネル層5をエピタキシャル成長させる。このように形成した表面チャネル層5は、その表面がイオン注入等によるダメージを受けていない表面状態の良好な膜となっている。
【0033】
〔図2(c)に示す工程〕
熱酸化により、表面チャネル層5の表面にゲート酸化膜6を形成する。このとき、上述したように、表面チャネル層5が表面状態の良好な膜となっていることから、ゲート酸化膜6の膜厚は均一となり、部分的に増速酸化されたりしない。
【0034】
〔図3(a)に示す工程〕
ゲート酸化膜6の表面に、不純物がドープされたポリシリコンを成膜したのち、そのポリシリコンをパターニングすることでゲート電極7を形成する。そして、ゲート電極7を覆うようにLTO膜等からなる層間絶縁膜8を形成したのち層間絶縁膜8及びゲート酸化膜6を選択的にエッチングすることで、ソースコンタクトとなるコンタクトホールを形成する。
【0035】
〔図3(b)に示す工程〕
表面チャネル層5のうち、n+型ソース領域4の上に形成され部分を選択的にエッチングする。このとき、表面チャネル層5をエッチングするためのフォトマスクとして、表面チャネル層5の端部がゲート電極7の端部よりも張り出すような形状となるものを用いる。そして、層間絶縁膜8の上に電極層を成膜したのち、この電極層をパターニングすることでn+型ソース領域4及びp型ベース領域3に接するソース電極9を形成し、図1に示す縦型パワーMOSFETが完成する。
【0036】
以上説明した縦型パワーMOSFETにおいては、n+型ソース領域4の表面が熱酸化されないようにし、表面チャネル層5のみを熱酸化することでゲート酸化膜6を形成しているため、ゲート酸化膜6の膜厚を均一なものにできる。このため、n+型ソース領域4が増速酸化されることによるチャネル抵抗の高抵抗化を防止をすることができる。また、n+型ソース領域が増速酸化されることによるソース抵抗の高抵抗化を防止することもできる。
【0037】
また、上記縦型パワーMOSFETにおいては、n+型ソース領域4の上に表面チャネル層5を形成することによって、n+型ソース領域4と表面チャネル層5との接触面積を確保するようにしている。このため、n+型ソース領域4と表面チャネル層5との接触抵抗の高抵抗化を防止することも可能である。
【0038】
(第2実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に示した縦型パワーMOSFETを他の製造方法で形成するものである。従って、第1実施形態に対して製造方法の異なる部分についてのみ説明する。図4に、本実施形態における縦型パワーMOSFETの製造工程を示す。
【0039】
まず、図4(a)に示す工程では、上記第1実施形態に示した図2(a)の工程のうちp型ベース領域3の形成まで行う。続いて、図4(b)に示す工程として、p型ベース領域3の表面を含み、n-型エピ層2の表面上に表面チャネル層5を形成したのち、図4(c)に示すように、表面チャネル層5の上部からp型ベース領域3に対してn型不純物をイオン注入することでn+型ソース領域4を形成する。このとき、イオン注入の飛程の調整により、イオン注入深さに対するイオン注入量が図4(c)の紙面右側に示すボックスプロファイルの関係となるようにする。そして、この後、第1実施形態の図2(c)以降に示した工程を行うことで、縦型パワーMOSFETが完成する。
【0040】
このように、表面チャネル層5を形成した後に、イオン注入によってn+型ソース領域4を形成したとしても、表面チャネル層5よりも下層にn+型ソース領域4が形成されるようにすることで、ゲート酸化膜6が表面チャネル層5のみによって形成されるようにすることができる。これにより、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0041】
(第3実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に示した縦型パワーMOSFETとほぼ同じ構成を他の製造方法で形成するものである。従って、第1実施形態に対して製造方法の異なる部分についてのみ説明する。図5、図6に、本実施形態における縦型パワーMOSFETの製造工程を示す。
【0042】
まず、図5(a)に示す工程では、上記第1実施形態に示した図2(a)と同じ工程を行う。続いて、図5(b)以降に示す以下の工程を行う。
【0043】
〔図5(b)に示す工程〕
n+型ソース領域4及びp型ベース領域3の表面を含み、n-型エピ層2の表面上に第1のマスク層20を成膜する。例えば、グラファイト膜等によって第1のマスク層20を形成する。そして、フォトエッチングにより、n+型ソース領域4のうちソース電極9とのコンタクトが取られる部分にのみ第1のマスク層20を残し、他の部分は除去する。そして、第1のマスク層20をマスクとした状態でエピタキシャル成長を行う。これにより、第1のマスク層20で覆われていない領域に選択的にエピタキシャル成長が成され、n-型層からなる表面チャネル層5が形成される。
【0044】
〔図5(c)に示す工程〕
第1のマスク層20を除去した後、表面チャネル層5及びn+型ソース領域4の表面上に第2のマスク層21を成膜する。例えば、グラファイト膜等によって第2のマスク層21を形成する。そして、フォトエッチングにより、n+型ソース領域4の上の第2のマスク層21を除去したのち、第2のマスク層21をマスクとした状態でエピタキシャル成長を行う。これにより、第2のマスク層21で覆われていない領域に選択的にエピタキシャル成長が成され、n+型層からなるコンタクト層22が形成される。このコンタクト層22は、第1実施形態における縦型パワーMOSFETには形成されていないものであるが、n+型ソース領域4とソース電極9とのコンタクト用に用いられるものである。
【0045】
この後、図6(a)〜(c)に示す工程では、第1実施形態における図2(c)、図3(a)、(b)と同様の工程を行い、第1実施形態の図1に対して、コンタクト層22が形成された縦型パワーMOSFETが完成する。このように、選択的エピタキシャル成長を行うことによって、表面チャネル層5やn+型ソース領域4とのコンタクトを図るコンタクト層22を形成すれば、表面チャネル層5やコンタクト層22が結晶性の良いエピタキシャル層によって構成されることから、ゲート酸化膜6の膜厚を均一にすることができ、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0046】
(第4実施形態)
図7に、本発明の第4実施形態における縦型パワーMOSFETの断面構成を示す。以下、この図に基づいて本実施形態における縦型パワーMOSFETの構成についての説明を行うが、図1に示した第1実施形態の縦型パワーMOSFETと同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【0047】
図7に示す本実施形態では、図1に対して、n+型ソース領域4、p型ベース領域3およびn-型エピ層2のうち、表面チャネル層5が形成された領域に凹みが形成され、この凹み内に表面チャネル層5が埋め込まれた構成となっており、さらに、表面チャネル層5の端部が傾斜した状態となっていることが異なる。
【0048】
このように構成される縦型パワーMOSFETの製造工程を図8、図9に示し、これらの図に基づいて本実施形態の縦型パワーMOSFETの製造方法についての説明を行う。
【0049】
まず、図8(a)に示す工程では、上記第1実施形態に示した図2(a)と同じ工程を行う。続いて、図8(b)以降に示す以下の工程を行う。
【0050】
〔図8(b)に示す工程〕
n+型ソース領域4及びp型ベース領域3の表面を含む、n-型エピ層2の表面上にマスク層30を成膜する。例えば、グラファイト膜等によってマスク層30を形成する。そして、マスク層30を選択的に除去したのち、マスク層30をマスクとして、n+型ソース領域4、p型ベース領域3およびn-型エピ層2のうち、表面チャネル層5が形成される予定の領域に凹みを形成する。
【0051】
〔図8(c)に示す工程〕
マスク層30をそのままマスクとした状態で、エピタキシャル成長を行う。これにより、マスク層30で覆われていない領域に選択的にエピタキシャル成長がなされ、n-型層からなる表面チャネル層5が形成される。
【0052】
〔図9(a)に示す工程〕
マスク層30を除去した後、熱酸化によりゲート酸化膜6を形成する。このとき、イオン注入によって形成されたn+型ソース領域4が露出した状態となっていることから、n+型ソース領域4の表面において増速酸化が成される。しかしながら、n+型ソース領域4、p型ベース領域3およびn-型エピ層2に形成した凹み内に表面チャネル層5を埋め込んだ状態としていることから、その分、熱酸化後にも表面チャネル層5が厚く残るようにできる。また、凹みの幅を調整することにより、十分にn+型ソース領域4と表面チャネル層5とのオーバラップ部分を見込むことができ、n+型ソース領域4と表面チャネル層5との接触抵抗の低減を図ることもできる。
【0053】
この後、図9(b)、(c)に示す工程では、第1実施形態における図3(a)、(b)と同様の工程を行い、図7に示す縦型パワーMOSFETが完成する。
【0054】
このように構成した縦型パワーMOSFETは、n+型ソース領域4と表面チャネル層5とのオーバラップを十分に取ることができるため、n+型ソース領域4と表面チャネル層5との接触抵抗の高抵抗化を防止することができる。また、表面チャネル層5を埋め込む凹みの幅を調整することにより、表面チャネル層5の端部が傾斜した形状となったとしても、その部分よりも内側にゲート電極7が配置されるようにできる。このため、ゲート電極7と表面チャネル層5との間のゲート酸化膜6を均一の膜厚とすることができ、チャネル抵抗の高抵抗化を防止することも可能である。
【0055】
(第5実施形態)
図10に、本発明の第5実施形態における縦型パワーMOSFETの断面構成を示す。以下、この図に基づいて本実施形態における縦型パワーMOSFETの構成についての説明を行うが、図7に示した第4実施形態の縦型パワーMOSFETと同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【0056】
図10に示す本実施形態では、図7に対して、n+型ソース領域4を2部位に分け、第1の濃度で構成された第1領域としてのn型領域4aと、第1の濃度よりも高濃度な第2の濃度で構成された第2領域としてのn+型領域4bとによってn+型ソース領域4を形成している。具体的には、n型領域4aは表面チャネル層5と接するように配置され、このn型領域4a内においてn+型領域4bが表面チャネル層5から離間するように配置された構成となっている。
【0057】
このように構成される縦型パワーMOSFETの製造工程を図11、図12に示し、これらの図に基づいて本実施形態の縦型パワーMOSFETの製造方法についての説明を行う。
【0058】
まず、図11(a)、(b)に示す工程では、上記第2実施形態に示した図4(a)、(b)と同様の工程を行う。続いて、図11(c)に示すように、表面チャネル層5の上面からn型不純物を選択的にイオン注入しすることでn型領域4aを形成したのち、さらにn型不純物を選択的にイオン注入することでn+型領域4bを形成する。そして、図12(a)〜(c)に示す工程では、図8(a)〜(c)と同様の工程を行い、図10に示す縦型パワーMOSFETが完成する。
【0059】
このような縦型パワーMOSFETでは、n+型ソース領域4のうち表面チャネル層5と接する領域を比較的不純物濃度が低いn型領域4aで構成しているため、ゲート酸化膜6を形成する際の熱酸化時にn型領域4aにおいては増速酸化が成されず、n+型領域4bのみ増速酸化が成されるようになる。このため、表面チャネル層5とゲート電極7との間のゲート酸化膜6の膜厚を均一にできると共に、表面チャネル層5とn+型ソース領域4との接触面積も十分取れ、かつ、n+型ソース領域4の厚みも十分にとることができる。このため、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0060】
(第6実施形態)
図13に、本発明の第6実施形態における縦型パワーMOSFETの断面構成を示す。本実施形態は、図10に示した第5実施形態の縦型パワーMOSFETにおける表面チャネル層5を無くし、反転型の縦型パワーMOSFETとしたものである。
【0061】
このように、反転型の縦型パワーMOSFETにおいても、n+型ソース領域4の構成を第5実施形態と同様に不純物濃度が異なる2部位(n型領域4a及びn+型領域4b)で構成することにより、n型領域4a側において増速酸化が成されないようにすることができるため、ゲート酸化膜6の膜厚を均一なものにでき、チャネル抵抗の高抵抗化を防止をすることができると共に、ソース抵抗の高抵抗化を防止することもできる。
【0062】
なお、このような構成の縦型パワーMOSFETは、図11及び図12に示した第5実施形態における蓄積型の縦型パワーMOSFETの製造工程のうち、図11(b)に示す表面チャネル層5の形成工程を実施しなければ良いだけであり、他の製法に関しては全く同じである。
【0063】
(第7実施形態)
上記各実施形態では、n+型ソース領域4を形成した後にゲート酸化膜6を形成しているが、ゲート酸化膜6を形成した後にn+型ソース領域4を形成することによっても、第1実施形態と同様の効果を得ることが可能である。このような縦型パワーMOSFETの製造工程を図14、図15に示し、本実施形態における縦型パワーMOSFETの製造方法についての説明を行う。
【0064】
まず、図14(a)、(b)に示す工程では、上記第2実施形態に示した図4(a)、(b)と同様の工程を行う。続いて、図14(c)に示すように、熱酸化により、表面チャネル層5の表面にゲート酸化膜6を形成する。つまり、n+型ソース領域4の形成に先立って、ゲート酸化膜6を形成する。そして、図15(a)に示すように、ゲート酸化膜6の上に選択的にゲート電極7を形成したのち、図15(b)に示すように、ゲート電極7をマスクとしたイオン注入を行い、さらに1000℃以下でのRTA(短時間熱処理)により、注入されたイオンを活性化させてn+型ソース領域4を形成する。この後は、図15(c)に示す工程において、第1実施形態に示す図2(a)、(b)と同様の工程を行い、縦型パワーMOSFETが完成する。
【0065】
このように、ゲート酸化膜6の形成工程をn+型ソース領域4の形成工程よりも前に施すことで、n+型ソース領域4における増速酸化の問題も無くなり、第1実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【0066】
なお、ここでは、ゲート電極7をマスクとして用いたが、ゲート電極7及び層間絶縁膜8をマスクとして用いても上記と同様の効果を得ることが可能である。
【0067】
(第8実施形態)
本実施形態では、n+型ソース領域4が増速酸化されることを見込んで、ゲート酸化膜6のうち、表面チャネル層5の上に形成される領域およびn+型ソース領域4の上に形成される領域、それぞれの膜厚をほぼ均一になるように制御する。このような縦型パワーMOSFETの製造工程を図16に示し、本実施形態における縦型パワーMOSFETの製造方法についての説明を行う。
【0068】
まず、図16(a)に示す工程では、従来の縦型パワーMOSFETの製造工程として示した図18(a)〜(c)を施し、表面チャネル層5の表面からイオン注入を行うことで、n+型ソース領域5を形成する。続いて、図16(b)に示すように、n+型ソース領域4の上にマスク層40を形成したのち、マスク層40によってn+型ソース領域4を覆ったまま熱酸化を行い、表面チャネル層5の上にゲート酸化膜6を形成する。そして、マスク層40を除去したのち、低温再酸化を行うことで、ゲート酸化膜6をn+型ソース領域4の上にも形成する。その後は、第1実施形態に示す図3(a)、(b)と同様の工程を行うことで、本実施形態に示す縦型パワーMOSFETが完成する。
【0069】
このように、ゲート酸化膜6の形成時に一旦はn+型ソース領域4を覆うようにし、その後の低温再酸化によってゲート酸化膜6をn+型ソース領域4の上にも形成することで、n+型ソース領域4での増速酸化を防止することができる。このようにしても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における縦型パワーMOSFETの断面構成を示す図である。
【図2】図1に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図3】図2に続く縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図4】本発明の第2実施形態に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図5】本発明の第3実施形態に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図6】図5に続く縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図7】本発明の第4実施形態に示す縦型パワーMOSFETの断面構成を示す図である。
【図8】図7に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図9】図8に続く縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図10】本発明の第5実施形態に示す縦型パワーMOSFETの断面構成を示す図である。
【図11】図10に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図12】図11に続く縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図13】本発明の第6実施形態に示す縦型パワーMOSFETの断面構成を示す図である。
【図14】本発明の第7実施形態に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図15】図14に続く縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図16】本発明の第8実施形態に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【図17】従来の縦型パワーMOSFETの断面構成を示す図である。
【図18】従来の縦型パワーMOSFETの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
1…n+型基板、2…n-型エピ層、3…p型ベース領域、
4…n+型ソース領域、5…表面チャネル層、6…ゲート酸化膜、
7…ゲート電極、9…ソース電極、10…ドレイン電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device.SetThe present invention relates to a manufacturing method, and more particularly to an insulated gate field effect transistor, particularly to a vertical power MOSFET for high power.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a storage type silicon carbide semiconductor device, for example, a vertical power MOSFET disclosed in JP-A-10-308510 is cited. FIG. 17 shows a cross-sectional configuration of this silicon carbide semiconductor device.
[0003]
This vertical power MOSFET is made of silicon carbide having a main surface and a back surface.+Mold substrate 1 and n+N epitaxially grown on the
[0004]
And the vertical power MOSFET of such a structure is manufactured by the following processes. FIG. 18 shows a manufacturing process of the vertical power MOSFET, and a conventional manufacturing method of the vertical power MOSFET will be described with reference to FIG.
[0005]
First, as shown in FIG.+N on the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a vertical power MOSFET is manufactured by the conventional manufacturing method, n+Since ion implantation damage remains in the
[0007]
That is, n+Since the end portion of the
[0008]
Here, the storage type power MOSFET is exemplified, but the inversion type power MOSFET also has n+Due to the accelerated oxidation of the type source region, there arises a problem that the channel resistance is increased and the source resistance is increased.
[0009]
In view of the above points, the first object of the present invention is to prevent channel resistance from becoming higher due to accelerated oxidation of the source region. Another object of the present invention is to prevent the source resistance from being increased due to accelerated oxidation of the source region. A third object is to prevent the contact resistance between the source region and the surface channel layer from increasing.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Claim1In the invention described in the above, over the source regionBy epitaxial growthThe surface channel layer is formed, and when the surface channel layer is partially removed, the end of the surface channel layer is projected outward from the end of the gate electrode. By doing so, a gate oxide film having a uniform thickness can be formed on the surface channel layer having a good surface state, and an overlap between the surface channel layer and the source region can be ensured. ThisIt is possible to prevent the channel resistance from being increased due to the accelerated oxidation of the source region, to prevent the source resistance from being increased, and to increase the contact resistance between the source region and the surface channel layer. Prevention can be achieved.
[0015]
Claim2In the invention described in (1), by performing ion implantation from the upper part of the surface channel layer, in a lower layer than the surface channel layer, a predetermined region of the surface layer portion of the base region is shallower than the depth of the base region. A source region (4) of the first conductivity type is formed. Thus, after forming the surface channel layer, the source region may be formed below the surface channel layer.1The same effect can be obtained.
[0016]
Claim3In the invention described in (1), the surface of the semiconductor layer including the base region and a part of the surface of the source region is epitaxially grown in a state where the predetermined region on the source region is covered with the first mask layer (21). A step of forming a first conductivity type surface channel layer (5) made of silicon carbide, and epitaxial growth is performed with the surface channel layer covered with a second mask layer, and a first mask of the source region is formed. Forming a contact layer (22) on the portion covered with the layer. As described above, if a contact layer that contacts the surface channel layer and the source region is formed by selective epitaxial growth, a gate oxide film can be formed on the epitaxial layer having a good surface state. Therefore, the claim1The same effect can be obtained.
[0022]
Claim4In the invention described in (1), the first thermal oxidation is performed with the source region covered with a mask to form a gate oxide film (6) on the surface channel layer, and after the mask is removed, the second And a step of forming a gate oxide film over the source region by performing heat treatment. Thus, if the gate oxide film is formed in a state where the source region is covered with the mask, a gate oxide film having a uniform film thickness can be formed. As a result, the claim1The same effect can be obtained.
[0023]
In this case, the claim6As shown in FIG. 2, the second heat treatment temperature is set lower than the first heat treatment temperature. Claims5As shown in FIG. 5, for example, silicon nitride is used as the mask.
[0024]
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.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a vertical power MOSFET according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the vertical power MOSFET according to the present embodiment will be described with reference to this figure. However, the description of the same parts as those of the conventional vertical power MOSFET shown in FIG. Only will be described.
[0026]
First, in this embodiment, n is different from the conventional one.+The
[0027]
Further, the present embodiment is different from the prior art in that the end portion of the
[0028]
Furthermore, in this embodiment, the width of the
[0029]
With such a configuration, n+The
[0030]
Next, the manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG. 1 is shown in FIGS. 2 to 3, and the manufacturing method of the vertical power MOSFET will be described with reference to these drawings.
[0031]
[Step shown in FIG. 2 (a)]
First, n provided with a
[0032]
[Step shown in FIG. 2 (b)]
n+Including the surfaces of the
[0033]
[Step shown in FIG. 2 (c)]
A
[0034]
[Step shown in FIG. 3 (a)]
After depositing polysilicon doped with impurities on the surface of the
[0035]
[Step shown in FIG. 3B]
N of the surface channel layers 5+A portion formed on the
[0036]
In the vertical power MOSFET described above, n+Since the
[0037]
In the vertical power MOSFET, n+By forming the
[0038]
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the vertical power MOSFET shown in the first embodiment is formed by another manufacturing method. Therefore, only different parts of the manufacturing method from the first embodiment will be described. FIG. 4 shows a manufacturing process of the vertical power MOSFET in this embodiment.
[0039]
First, in the process shown in FIG. 4A, the formation of the p-
[0040]
Thus, after the
[0041]
(Third embodiment)
In the present embodiment, substantially the same configuration as the vertical power MOSFET shown in the first embodiment is formed by another manufacturing method. Therefore, only different parts of the manufacturing method from the first embodiment will be described. 5 and 6 show the manufacturing process of the vertical power MOSFET in this embodiment.
[0042]
First, in the step shown in FIG. 5A, the same step as that in FIG. 2A shown in the first embodiment is performed. Subsequently, the following steps shown in FIG.
[0043]
[Step shown in FIG. 5B]
n+Including the surfaces of the
[0044]
[Step shown in FIG. 5 (c)]
After removing the
[0045]
Thereafter, in the steps shown in FIGS. 6A to 6C, the same steps as those in FIGS. 2C, 3A, and 3B in the first embodiment are performed. 1, a vertical power MOSFET in which the
[0046]
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of a vertical power MOSFET in the fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the vertical power MOSFET according to the present embodiment will be described with reference to this figure. However, the description of the same parts as those of the vertical power MOSFET according to the first embodiment shown in FIG. Only the part will be described.
[0047]
In the present embodiment shown in FIG. 7, n is different from FIG.+
[0048]
The manufacturing process of the vertical power MOSFET configured as described above is shown in FIGS. 8 and 9, and the manufacturing method of the vertical power MOSFET of this embodiment will be described based on these drawings.
[0049]
First, in the process shown in FIG. 8A, the same process as in FIG. 2A shown in the first embodiment is performed. Subsequently, the following steps shown in FIG.
[0050]
[Step shown in FIG. 8B]
n+N including the surfaces of the
[0051]
[Step shown in FIG. 8C]
Epitaxial growth is performed using the
[0052]
[Step shown in FIG. 9A]
After removing the
[0053]
Thereafter, in the steps shown in FIGS. 9B and 9C, the same steps as in FIGS. 3A and 3B in the first embodiment are performed, and the vertical power MOSFET shown in FIG. 7 is completed.
[0054]
The vertical power MOSFET configured in this way has n+Since sufficient overlap between the
[0055]
(Fifth embodiment)
FIG. 10 shows a cross-sectional configuration of a vertical power MOSFET in the fifth embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the vertical power MOSFET according to the present embodiment will be described with reference to this figure, but the description of the same parts as those of the vertical power MOSFET according to the fourth embodiment shown in FIG. Only the part will be described.
[0056]
In this embodiment shown in FIG. 10, n is different from FIG.+The
[0057]
The manufacturing process of the vertical power MOSFET configured as described above is shown in FIGS. 11 and 12, and the manufacturing method of the vertical power MOSFET of this embodiment will be described based on these drawings.
[0058]
First, in the steps shown in FIGS. 11A and 11B, the same steps as in FIGS. 4A and 4B shown in the second embodiment are performed. Subsequently, as shown in FIG. 11C, after the n-
[0059]
In such a vertical power MOSFET, n+Since the region in contact with the
[0060]
(Sixth embodiment)
FIG. 13 shows a cross-sectional configuration of a vertical power MOSFET in the sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, the
[0061]
Thus, even in the inverted vertical power MOSFET, n+The configuration of the
[0062]
The vertical power MOSFET having such a configuration is the
[0063]
(Seventh embodiment)
In each of the above embodiments, n+The
[0064]
First, in the steps shown in FIGS. 14A and 14B, the same steps as in FIGS. 4A and 4B shown in the second embodiment are performed. Subsequently, as shown in FIG. 14C, a
[0065]
In this way, the step of forming the
[0066]
Although the
[0067]
(Eighth embodiment)
In this embodiment, n+In view of the accelerated oxidation of the
[0068]
First, in the process shown in FIG. 16A, by performing FIGS. 18A to 18C shown as the manufacturing process of the conventional vertical power MOSFET, and performing ion implantation from the surface of the
[0069]
Thus, once the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a vertical power MOSFET according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG. 1. FIG.
3 is a diagram showing manufacturing steps of the vertical power MOSFET subsequent to FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in the third embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the manufacturing process of the vertical power MOSFET subsequent to FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a vertical power MOSFET according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram illustrating manufacturing steps of the vertical power MOSFET subsequent to FIG. 8;
FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a vertical power MOSFET shown in a fifth embodiment of the present invention.
11 is a diagram showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG. 10; FIG.
12 is a diagram showing manufacturing steps of the vertical power MOSFET subsequent to FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a vertical power MOSFET shown in a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing manufacturing steps of the vertical power MOSFET shown in the seventh embodiment of the present invention.
15 is a diagram showing manufacturing steps of the vertical power MOSFET subsequent to FIG. 14. FIG.
FIG. 16 is a diagram showing manufacturing processes for the vertical power MOSFET shown in the eighth embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a conventional vertical power MOSFET.
FIG. 18 is a diagram showing a manufacturing process of a conventional vertical power MOSFET.
[Explanation of symbols]
1 ... n+Mold substrate, 2 ... n-Type epi layer, 3... P type base region,
4 ... n+Type source region, 5... Surface channel layer, 6... Gate oxide film,
7 ... Gate electrode, 9 ... Source electrode, 10 ... Drain electrode.
Claims (6)
前記半導体基板の主表面上に、前記半導体基板よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導伝型の半導体層(2)を形成する工程と、
前記半導体層の表層部の所定領域に、所定深さを有する第2導伝型のべ一ス領域(3)を形成する工程と、
前記べ一ス領域の表層部の所定領域に、該べ一ス領域の深さよりも浅い第1導伝型のソース領域(4)を形成する工程と、
前記べ一ス領域及び前記ソース領域の表面を含む、前記半導体層の表面上に炭化珪素よりなる第1導伝型の表面チャネル層(5)をエピタキシャル成長により形成する工程と、
熱酸化により、前記表面チャネル層の表面にゲート酸化膜(6)を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜の上にゲート電極(7)を形成する工程と、
前記べ一ス領域及び前記ソース領域に接触するようにソース電極(9)を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面にドレイン電極(10)を形成する工程とを有し、
前記ソース電極を形成する工程では、前記表面チャネル層の端部が前記ゲート電極の端部よりも外側に張り出すように、前記ソース領域上において前記表面チャネル層を部分的に除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。Providing a first conductive type semiconductor substrate (1) having a main surface and a back surface and made of silicon carbide;
Forming a first conductive type semiconductor layer (2) made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a second conductive type base region (3) having a predetermined depth in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer;
Forming a first conductivity type source region (4) shallower than a depth of the base region in a predetermined region of a surface layer portion of the base region;
Forming a first conductivity type surface channel layer (5) made of silicon carbide on the surface of the semiconductor layer including the surface of the base region and the source region by epitaxial growth ;
Forming a gate oxide film (6) on the surface of the surface channel layer by thermal oxidation;
Forming a gate electrode (7) on the gate oxide film;
Forming a source electrode (9) in contact with the base region and the source region;
Forming a drain electrode (10) on the back surface of the semiconductor substrate,
In the step of forming the source electrode, the surface channel layer is partially removed on the source region so that an end portion of the surface channel layer protrudes outside an end portion of the gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基板の主表面上に、前記半導体基板よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導伝型の半導体層(2)を形成する工程と、
前記半導体層の表層部の所定領域に、所定深さを有する第2導伝型のべ一ス領域(3)を形成する工程と、
前記べ一ス領域の表面を含む、前記半導体層の表面上に炭化珪素よりなる第1導伝型の表面チャネル層(5)をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記表面チャネル層の上部からイオン注入を行うことで、前記表面チャネル層よりも下層において、前記べ一ス領域の表層部の所定領域に、該べ一ス領域の深さよりも浅い第1導伝型のソース領域(4)を形成する工程と、
熱酸化により、前記表面チャネル層の表面にゲート酸化膜(6)を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜の上にゲート電極(7)を形成する工程と、
前記べ一ス領域及び前記ソース領域に接触するようにソース電極(9)を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面にドレイン電極(10)を形成する工程とを有し、
前記ソース電極を形成する工程では、前記表面チャネル層の端部が前記ゲート電極の端部よりも外側に張り出すように、前記ソース領域上において前記表面チャネル層を部分的に除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。Providing a first conductive type semiconductor substrate (1) having a main surface and a back surface and made of silicon carbide;
Forming a first conductive type semiconductor layer (2) made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a second conductive type base region (3) having a predetermined depth in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer;
Forming a first conductivity type surface channel layer (5) made of silicon carbide on the surface of the semiconductor layer including the surface of the base region by epitaxial growth ;
By performing ion implantation from the upper part of the surface channel layer, a first conductive layer shallower than the depth of the base region is formed in a predetermined region of the surface layer portion of the base region below the surface channel layer. Forming a source region (4) of the mold;
Forming a gate oxide film (6) on the surface of the surface channel layer by thermal oxidation;
Forming a gate electrode (7) on the gate oxide film;
Forming a source electrode (9) in contact with the base region and the source region;
Forming a drain electrode (10) on the back surface of the semiconductor substrate,
In the step of forming the source electrode, the surface channel layer is partially removed on the source region so that an end portion of the surface channel layer protrudes outside an end portion of the gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基板の主表面上に、前記半導体基板よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導伝型の半導体層(2)を形成する工程と、
前記半導体層の表層部の所定領域に、所定深さを有する第2導伝型のべ一ス領域(3)を形成する工程と、
前記べ一ス領域の表層部の所定領域に、該べ一ス領域の深さよりも浅い第1導伝型のソース領域(4)を形成する工程と、
前記ソース領域の上の所定領域を第1のマスク層(20)で覆った状態でエピタキシャル成長を行い、前記べ一ス領域及び前記ソース領域の一部の表面を含む、前記半導体層の表面上に炭化珪素よりなる第1導伝型の表面チャネル層(5)を形成する工程と、
前記表面チャネル層を第2のマスク層(21)で覆った状態でエピタキシャル成長を行い、前記ソース領域のうち前記第1のマスク層で覆われた部分の上にコンタクト層(22)を形成する工程と、
熱酸化により、前記表面チャネル層の表面にゲート酸化膜(6)を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜の上にゲート電極(7)を形成する工程と、
前記べ一ス領域及び前記ソース領域に接触するようにソース電極(9)を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面にドレイン電極(10)を形成する工程とを有し、
前記表面チャネル層を形成する工程では、前記表面チャネル層の端部が前記ゲート電極の端部よりも外側に張り出すように、前記第1のマスク層を設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。Providing a first conductive type semiconductor substrate (1) having a main surface and a back surface and made of silicon carbide;
Forming a first conductive type semiconductor layer (2) made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a second conductive type base region (3) having a predetermined depth in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer;
Forming a first conductivity type source region (4) shallower than a depth of the base region in a predetermined region of a surface layer portion of the base region;
Epitaxial growth is performed in a state in which a predetermined region on the source region is covered with a first mask layer (20), and on the surface of the semiconductor layer including the base region and a part of the surface of the source region. Forming a first conductivity type surface channel layer (5) made of silicon carbide;
Performing epitaxial growth in a state where the surface channel layer is covered with a second mask layer (21), and forming a contact layer (22) on a portion of the source region covered with the first mask layer. When,
Forming a gate oxide film (6) on the surface of the surface channel layer by thermal oxidation;
Forming a gate electrode (7) on the gate oxide film;
Forming a source electrode (9) in contact with the base region and the source region;
Forming a drain electrode (10) on the back surface of the semiconductor substrate,
In the step of forming the surface channel layer, the first mask layer is set so that an end portion of the surface channel layer projects outward from an end portion of the gate electrode. Production method.
前記半導体基板の主表面上に、前記半導体基板よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導伝型の半導体層(2)を形成する工程と、
前記半導体層の表層部の所定領域に、所定深さを有する第2導伝型のべ一ス領域(3)を形成する工程と、
前記べ一ス領域の表面を含む、前記半導体層の表面上に炭化珪素よりなる第1導伝型の表面チャネル層(5)を形成する工程と、
前記表面チャネル層の上部からイオン注入を行うことで、前記表面チャネル層および前記べ一ス領域の所定領域に、該ベース領域よりも浅い第1導伝型のソース領域(4)を形成する工程と、
前記ソース領域をマスクで覆った状態で第1の熱酸化を行い、前記表面チャネル層の上にゲート酸化膜(6)を形成する工程と、
前記マスクを除去した後、第2の熱処理を行うことで、前記ゲート酸化膜を前記ソース領域上にも形成する工程と、
前記ゲート酸化膜の上にゲート電極(7)を形成する工程と、
前記べ一ス領域及び前記ソース領域に接触するようにソース電極(9)を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面にドレイン電極(10)を形成する工程とを有していることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。Providing a first conductive type semiconductor substrate (1) having a main surface and a back surface and made of silicon carbide;
Forming a first conductive type semiconductor layer (2) made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a second conductive type base region (3) having a predetermined depth in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer;
Forming a first conductivity type surface channel layer (5) made of silicon carbide on the surface of the semiconductor layer including the surface of the base region;
A step of forming a first conductivity type source region (4) shallower than the base region in a predetermined region of the surface channel layer and the base region by performing ion implantation from above the surface channel layer. When,
Performing a first thermal oxidation with the source region covered with a mask to form a gate oxide film (6) on the surface channel layer;
Forming the gate oxide film on the source region by performing a second heat treatment after removing the mask;
Forming a gate electrode (7) on the gate oxide film;
Forming a source electrode (9) in contact with the base region and the source region;
Forming a drain electrode (10) on the back surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
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