JP4857527B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
第1のトレンチを形成する工程と、第2のトレンチを形成する工程とを1つの工程で行い、
半導体基板を用意する工程と、第2のトレンチを形成する工程との間に、半導体基板の外周部の形成予定領域における第1の半導体層(7b)を除去する工程を有し、
第2のトレンチを形成する工程では、半導体基板のうち、第1の半導体層が除去された領域に、第2のトレンチを形成することを特徴としている。
また、請求項11に記載の発明では、請求項5、10に係る発明と同様に、第2のトレンチを形成する工程とガードリング層を形成する工程との間に、第2のトレンチの底面に対してイオン注入を行うことで、ドリフト層における第2のトレンチの底面に接する領域に第2導電型の第3の半導体領域(51)を形成する工程を有し、
第3の半導体領域を形成する工程では、第2のトレンチのうち、外周部の形成予定領域における最外周に位置する第2のトレンチのみに対してイオン注入を行うことで、外周部の形成予定領域における最外周に位置する第2のトレンチの底面に接する領域のみに、第3の半導体領域(51d、61d、71d)を形成することを特徴としている。
図1に本発明の第1実施形態における第1の例としての炭化珪素半導体装置の断面図を示す。なお、図1に等電位分布45もあわせて示す。本実施形態の半導体装置は、図1に示すように、半導体基板1を備えており、半導体基板1にセル部2と、その外周側に外周部4とが形成されている。なお、セル部2の構造は、図13に示した炭化珪素半導体装置の構造と同じである。
図4に第2実施形態における炭化珪素半導体装置の断面図を示す。なお、図4では、図3の炭化珪素半導体装置と同様の構成部に、図3と同じ符合を付している。
図5に第3実施形態の第1の例における炭化珪素半導体装置の断面図を示す。また、図5に等電位分布45をあわせて示す。なお、図5では、図1の炭化珪素半導体装置と同様の構成部に、図1と同じ符合を付している。
図1中に示した等電位分布45からわかるように、外周部4において、最もセル部2に近いP型ガードリング層23の下側に示した破線領域46で、電界集中が発生する。
図7に第4実施形態の第1の例における炭化珪素半導体装置の断面図を示す。なお、図7では、図1の炭化珪素半導体装置と同様の構成部に、図1と同じ符合を付している。
本実施形態では、このP型半導体領域61の形成方法が、第3の実施形態でのP型半導体領域51の形成方法と異なっている。なお、このP型半導体領域61が本発明の第3の半導体領域に相当する。
このP型半導体領域71は、半導体基板1の厚さ方向での断面における幅が、図7に示す炭化珪素半導体装置のP型半導体領域61の幅よりも広くなっている。
第3、第4実施形態では、トレンチ20を形成した後に、イオン注入を行うことで、半導体基板1の表面からの深さが、セル部2のP型ゲート層9よりも深いガードリングを外周部4に形成する場合を説明したが、本実施形態の方法によっても、セル部2のP型ゲート層9よりも深いガードリングを外周部4に形成することができる。
また、第1実施形態の第3の例と同様に、トレンチ20の内部をP型半導体層のみで完全に埋め込むことでP型ガードリング層23を形成することもできる。
P型ガードリング層23の下側にP型半導体領域61、71を形成することもできる。
なお、上記した各実施形態では、N-型チャネル層17というN型不純物層がチャネルとなるJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置について説明したが、炭化珪素半導体装置の各構成要素の導電型を反転させ、P型不純物層がチャネルとなるJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置についても本発明を適用することができる。
6…N-型ドリフト層、7…N+型半導体層、7a…ソース層、8…トレンチ、
9…P型ゲート層、11…ゲート配線用金属、12…サイドウォール、
13…埋め込み絶縁膜、14…層間絶縁膜、15…オーミック電極、
17…チャネル領域、19…ドレイン電極、20…トレンチ、
23…P型ガードリング層、27…埋め込み絶縁膜、
51、61、71…P型半導体領域、52、62…N-型半導体領域。
Claims (14)
- 第1導電型の炭化珪素からなる基板(5)と、前記基板表面上の第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(6)と、前記ドリフト層上の第1導電型の炭化珪素からなる第1の半導体層(7)とを備える半導体基板(1)を用意する工程と、
前記半導体基板におけるセル部(2)の形成予定領域に、前記第1の半導体層の表面から前記ドリフト層に到達する深さである複数の第1のトレンチ(8)を形成する工程と、
前記半導体基板における外周部(4)の形成予定領域に、前記半導体基板表面からの深さが前記第1のトレンチの深さと同じである複数の第2のトレンチ(20)を形成する工程と、
エピタキシャル成長法により、前記第1のトレンチの内壁上に、第2導電型の炭化珪素からなるゲート層(9)を形成する工程と、
エピタキシャル成長法により、前記第2のトレンチの内壁上に、第2導電型の炭化珪素からなる第2の半導体層を形成することで、ガードリング層(23)を形成する工程と、
前記半導体基板の表面上における前記ゲート層の上方の位置に絶縁膜(14)を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記ゲート層に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記第1の半導体層(7)のうち、前記セル部の形成予定領域における前記第1の半導体層(7a)に電気的に接続されたソース電極を形成する工程と、
前記基板(5)と電気的に接続されたドレイン電極(19)を形成する工程と、を有し、
前記ドリフト層のうち、隣合う前記ゲート層の間に位置する領域をチャネル領域とする炭化珪素半導体装置を製造する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記第1のトレンチを形成する工程と、前記第2のトレンチを形成する工程とを1つの工程で行い、
前記半導体基板を用意する工程と、前記第2のトレンチを形成する工程との間に、前記半導体基板の前記外周部の形成予定領域における前記第1の半導体層(7b)を除去する工程を有し、
前記第2のトレンチを形成する工程では、前記半導体基板のうち、前記第1の半導体層が除去された領域に、前記第2のトレンチを形成することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記ガードリング層を形成する工程では、前記第2のトレンチの内部を前記第2の半導体層のみで完全に埋め込むことで、前記ガードリング層を形成す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の製造方法。
- 前記ガードリング層を形成する工程と、前記絶縁膜を形成する工程との間に、前記半導体基板における前記外周部の形成予定領域に対してエッチングを行うことで、前記第2のトレンチによって複数個に分離された前記第1の半導体層(7)のうち、前記外周部の形成予定領域の最外周に位置する前記第1の半導体層(7c)を除く前記第1の半導体層(7b)を完全に除去する工程を有することを特徴とする請求項2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 第1導電型の炭化珪素からなる基板(5)と、前記基板表面上の第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(6)と、前記ドリフト層上の第1導電型の炭化珪素からなる第1の半導体層(7)とを備える半導体基板(1)を用意する工程と、
前記半導体基板におけるセル部(2)の形成予定領域に、前記第1の半導体層の表面から前記ドリフト層に到達する深さである複数の第1のトレンチ(8)を形成する工程と、
前記半導体基板における外周部(4)の形成予定領域に、前記半導体基板表面からの深さが前記第1のトレンチの深さと同じである複数の第2のトレンチ(20)を形成する工程と、
エピタキシャル成長法により、前記第1のトレンチの内壁上に、第2導電型の炭化珪素からなるゲート層(9)を形成する工程と、
エピタキシャル成長法により、前記第2のトレンチの内壁上に、第2導電型の炭化珪素からなる第2の半導体層を形成することで、ガードリング層(23)を形成する工程と、
前記半導体基板の表面上における前記ゲート層の上方の位置に絶縁膜(14)を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記ゲート層に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記第1の半導体層(7)のうち、前記セル部の形成予定領域における前記第1の半導体層(7a)に電気的に接続されたソース電極を形成する工程と、
前記基板(5)と電気的に接続されたドレイン電極(19)を形成する工程と、を有し、
前記ドリフト層のうち、隣合う前記ゲート層の間に位置する領域をチャネル領域とする炭化珪素半導体装置を製造する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記第1のトレンチを形成する工程と、前記第2のトレンチを形成する工程とを1つの工程で行い、
前記ガードリング層を形成する工程では、前記第2のトレンチの内部を前記第2の半導体層のみで完全に埋め込むことで、前記ガードリング層を形成し、
前記ガードリング層を形成する工程と、前記絶縁膜を形成する工程との間に、前記半導体基板における前記外周部の形成予定領域に対してエッチングを行うことで、前記第2のトレンチによって複数個に分離された前記第1の半導体層(7)のうち、前記外周部の形成予定領域の最外周に位置する前記第1の半導体層(7c)を除く前記第1の半導体層(7b)を完全に除去する工程を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記第2のトレンチを形成する工程と前記ガードリング層を形成する工程との間に、前記第2のトレンチの底面に対してイオン注入を行うことで、前記ドリフト層における前記第2のトレンチの底面に接する領域に第2導電型の第3の半導体領域(51)を形成する工程を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記ガードリング層を形成する工程では、前記第2のトレンチの内壁に沿った形状の前記ガードリング層を形成し、
前記ガードリング層を形成する工程と前記絶縁膜を形成する工程との間に、前記ガードリング層における前記第2のトレンチの底部に位置する部分を除去した後、前記第2のトレンチの底面に対してイオン注入を行うことで、前記ドリフト層のうち、前記第2のトレンチの底面に接する領域に第2導電型の第3の半導体領域(61、71)を形成する工程を有す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の製造方法。 - 第1導電型の炭化珪素からなる基板(5)と、前記基板表面上の第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(6)と、前記ドリフト層上の第1導電型の炭化珪素からなる第1の半導体層(7)とを備える半導体基板(1)を用意する工程と、
前記半導体基板におけるセル部(2)の形成予定領域に、前記第1の半導体層の表面から前記ドリフト層に到達する深さである複数の第1のトレンチ(8)を形成する工程と、
前記半導体基板における外周部(4)の形成予定領域に、前記半導体基板表面からの深さが前記第1のトレンチの深さと同じである複数の第2のトレンチ(20)を形成する工程と、
エピタキシャル成長法により、前記第1のトレンチの内壁上に、第2導電型の炭化珪素からなるゲート層(9)を形成する工程と、
エピタキシャル成長法により、前記第2のトレンチの内壁上に、第2導電型の炭化珪素からなる第2の半導体層を形成することで、ガードリング層(23)を形成する工程と、
前記半導体基板の表面上における前記ゲート層の上方の位置に絶縁膜(14)を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記ゲート層に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記第1の半導体層(7)のうち、前記セル部の形成予定領域における前記第1の半導体層(7a)に電気的に接続されたソース電極を形成する工程と、
前記基板(5)と電気的に接続されたドレイン電極(19)を形成する工程と、を有し、
前記ドリフト層のうち、隣合う前記ゲート層の間に位置する領域をチャネル領域とする炭化珪素半導体装置を製造する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記第1のトレンチを形成する工程と、前記第2のトレンチを形成する工程とを1つの工程で行い、
前記ガードリング層を形成する工程では、前記第2のトレンチの内壁に沿った形状の前記ガードリング層を形成し、
前記ガードリング層を形成する工程と前記絶縁膜を形成する工程との間に、前記ガードリング層における前記第2のトレンチの底部に位置する部分を除去した後、前記第2のトレンチの底面に対してイオン注入を行うことで、前記ドリフト層のうち、前記第2のトレンチの底面に接する領域に第2導電型の第3の半導体領域(61、71)を形成する工程を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記第3の半導体領域を形成する工程では、イオン注入に用いるイオン種をボロンとし、前記第3の半導体領域を形成する工程の後に、前記第3の半導体領域に対して、熱拡散処理を行う工程を有することを特徴とする請求項6または7に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第3の半導体領域を形成する工程では、全ての前記第2のトレンチに対してイオン注入を行うことで、全ての前記第2のトレンチの底面に接する領域に、前記第3の半導体領域(51a〜51d、61a〜61d、71a〜71d)を形成することを特徴とする請求項5ないし8のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第3の半導体領域を形成する工程では、前記第2のトレンチのうち、前記外周部の形成予定領域における最外周に位置する前記第2のトレンチのみに対してイオン注入を行うことで、前記外周部の形成予定領域における最外周に位置する前記第2のトレンチの底面に接する領域のみに、前記第3の半導体領域(51d、61d、71d)を形成することを特徴とする請求項5ないし8のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 第1導電型の炭化珪素からなる基板(5)と、前記基板表面上の第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(6)と、前記ドリフト層上の第1導電型の炭化珪素からなる第1の半導体層(7)とを備える半導体基板(1)を用意する工程と、
前記半導体基板におけるセル部(2)の形成予定領域に、前記第1の半導体層の表面から前記ドリフト層に到達する深さである複数の第1のトレンチ(8)を形成する工程と、
前記半導体基板における外周部(4)の形成予定領域に、前記半導体基板表面からの深さが前記第1のトレンチの深さと同じである複数の第2のトレンチ(20)を形成する工程と、
エピタキシャル成長法により、前記第1のトレンチの内壁上に、第2導電型の炭化珪素からなるゲート層(9)を形成する工程と、
エピタキシャル成長法により、前記第2のトレンチの内壁上に、第2導電型の炭化珪素からなる第2の半導体層を形成することで、ガードリング層(23)を形成する工程と、
前記半導体基板の表面上における前記ゲート層の上方の位置に絶縁膜(14)を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記ゲート層に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記第1の半導体層(7)のうち、前記セル部の形成予定領域における前記第1の半導体層(7a)に電気的に接続されたソース電極を形成する工程と、
前記基板(5)と電気的に接続されたドレイン電極(19)を形成する工程と、を有し、
前記ドリフト層のうち、隣合う前記ゲート層の間に位置する領域をチャネル領域とする炭化珪素半導体装置を製造する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記第1のトレンチを形成する工程と、前記第2のトレンチを形成する工程とを1つの工程で行い、
前記第2のトレンチを形成する工程と前記ガードリング層を形成する工程との間に、前記第2のトレンチの底面に対してイオン注入を行うことで、前記ドリフト層における前記第2のトレンチの底面に接する領域に第2導電型の第3の半導体領域(51)を形成する工程を有し、
前記第3の半導体領域を形成する工程では、前記第2のトレンチのうち、前記外周部の形成予定領域における最外周に位置する前記第2のトレンチのみに対してイオン注入を行うことで、前記外周部の形成予定領域における最外周に位置する前記第2のトレンチの底面に接する領域のみに、前記第3の半導体領域(51d、61d、71d)を形成することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記第2のトレンチを形成する工程では、前記セル部の形成予定領域から離れるにつれ、隣合うトレンチの間隔(44a、44b、44c、44d)が広くなるように、前記第2のトレンチを形成することを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板の表面上に絶縁膜を形成する工程の後、前記絶縁膜のうち、前記第2のトレンチによって複数個に分離された前記第1の半導体層における前記外周部の形成予定領域の最外周に位置する前記第1の半導体層(7c)の上側に位置する部位に、コンタクトホール(14c)を形成し、前記コンタクトホールを介して、前記最外周に位置する前記第1の半導体層と電気的に接続された金属電極を形成することを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート層を形成する工程と、前記ガードリング層を形成する工程とを1つの工程で行うことを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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