JP5017855B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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この発明は、炭化珪素を主材料とし、熱酸化膜をゲート絶縁膜とするトレンチゲート型MOS構造を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention, a silicon carbide as a main material, relates to the production how a semiconductor device having a trench gate type MOS structure to a thermal oxide film and the gate insulating film.

炭化珪素は、シリコンと比較して、バンドギャップが大きい、飽和ドリフト速度が速い、熱伝導度が高い、絶縁破壊電界強度が1桁程度大きいなどの特徴を有している。そのため、炭化珪素は、シリコンの限界を超える特性を持つパワーデバイス用材料として期待されている。   Silicon carbide has characteristics such as a large band gap, a high saturation drift speed, a high thermal conductivity, and a dielectric breakdown electric field strength that is about one digit higher than silicon. Therefore, silicon carbide is expected as a power device material having characteristics exceeding the limit of silicon.

炭化珪素を主材料とするトレンチゲート型MOSFET(UMOSFET)では、あるトレンチゲートを形成したとき、当該トレンチの側壁を結晶学的にすべて等価な面で構成することは不可能または極めて困難である。たとえば1つのトレンチを形成したとき、互いに対面する側壁がC(カーボン)面とSi(シリコン)面からなっており原子配列が等価でなかったり、そもそも面指数が違っていて原子配列が等価でない場合が多い。   In a trench gate type MOSFET (UMOSFET) whose main material is silicon carbide, when a certain trench gate is formed, it is impossible or extremely difficult to form all the side walls of the trench with crystallographically equivalent surfaces. For example, when one trench is formed, the side walls facing each other are composed of C (carbon) and Si (silicon) surfaces, and the atomic arrangement is not equivalent, or the plane index is different and the atomic arrangement is not equivalent There are many.

また、2種類の元素(たとえば、Si、C)からなる化合物半導体においては、表面と裏面とで、原子配列の違いが生じるため、同様の条件下において酸化をおこなっても、酸化速度が大幅に変わってしまう現象がある。たとえば、通常Si面と呼ばれる(0001)面と、通常C面と呼ばれる(000−1)面とでは、結晶面は表・裏の関係にある。このSi面とC面とでは、面方位を表わす指数にマイナス符号が付くか付かないかの違いである。しかし、物理的には、最表面に露出する元素がSiであるかCであるかという差異があり、その結果、酸化速度はC面の方が一桁近く速いことが知られている。   In addition, in compound semiconductors composed of two types of elements (for example, Si and C), there is a difference in atomic arrangement between the front surface and the back surface. Therefore, even if oxidation is performed under the same conditions, the oxidation rate is greatly increased. There is a phenomenon that changes. For example, in the (0001) plane, which is usually called the Si plane, and the (000-1) plane, which is usually called the C plane, the crystal plane has a front-back relationship. The difference between this Si plane and the C plane is whether or not a minus sign is attached to the index representing the plane orientation. However, physically, there is a difference between whether the element exposed on the outermost surface is Si or C, and as a result, it is known that the oxidation rate is nearly one digit faster on the C plane.

また、炭化珪素製MOSFETにおいて、MOSチャネルにおける電子移動度が非常に高いという報告がなされている4H−SiCの(03−38)面においても、これと表・裏の関係にある(0−33−8)面は原子配列が違っており、当然の結果として酸化速度にも差が生じる。   Further, in the silicon carbide MOSFET, the (03-38) plane of 4H—SiC, which has been reported to have a very high electron mobility in the MOS channel, is also in a front-back relationship (0-33). -8) The atomic arrangement is different on the surface, and as a result, the oxidation rate also varies.

このように、化合物半導体においては、面指数にマイナス符号が付くか付かないかによって、表・裏の関係にありながら、物理的な性質が大幅に違う面方位の組が多数存在する。他の例を挙げると、ガリウム砒素(GaAs)は化合物半導体であるから、たとえば(111)面と(−1−1−1)面とは、物理的性質が異なる。   As described above, in a compound semiconductor, there are many pairs of plane orientations having physical properties that are significantly different in physical properties depending on whether or not a minus sign is added to the plane index. As another example, since gallium arsenide (GaAs) is a compound semiconductor, for example, the (111) plane and the (-1-1-1) plane have different physical properties.

なお、化合物半導体において、表・裏の関係にあって、かつ原子配列も同等な面方位の組も存在する。たとえば、4H−SiCの(11−20)面と(−1−120)面とは、表・裏の関係にありながら、原子配列が同等で物理的性質も差異がない。また、六方晶のミラー指数を(hkil)とする(但しh+k+i=0)とhkiの順番を変えても等価である。lの正負はSi面側とC面側とで変わってくるので異なる。   In compound semiconductors, there are pairs of plane orientations that have a front-back relationship and the same atomic arrangement. For example, the (11-20) plane and the (-1-120) plane of 4H—SiC have a front / back relationship, but have the same atomic arrangement and no difference in physical properties. Further, the hexagonal Miller index is (hkil) (where h + k + i = 0) and changing the order of hki is equivalent. The sign of l differs because it varies between the Si surface side and the C surface side.

また、その他の例としては、GaAsにおいて、(110)面と(−1−10)面とは表・裏の関係にありながら、原子配列が同等で物理的性質も差異はない。しかし、このように表・裏の関係にありながら、原子配列が同等で物理的性質も差異のない面方位の組は、化合物半導体においてはごく少数である。   As another example, in GaAs, the (110) plane and the (-1-10) plane are front-back, but the atomic arrangement is equivalent and the physical properties are not different. However, there are very few pairs of plane orientations in the compound semiconductor that have the same front-back relationship, but have the same atomic arrangement and no difference in physical properties.

一方、シリコンやゲルマニウムなど単一元素からなる材料においては、結晶面の表・裏によって原子配列に差異が生じ、その結果、物理的な性質が異なるという問題は生じない。もちろん、面指数が正負の関係ではなく、まったく異なる面指数をもつ面の間では物理的性質が異なる。   On the other hand, in a material composed of a single element such as silicon or germanium, the atomic arrangement differs depending on the front and back of the crystal plane, and as a result, there is no problem that the physical properties are different. Of course, the face index is not a positive or negative relationship, and physical properties differ between faces having completely different face indices.

ところで、炭化硅素基板の表面領域に形成されたトレンチにおいて、ゲート絶縁膜を熱酸化によって形成すると、酸化速度は、図20に示すように面方位に依存する。図20は、C面から角度を変化させた場合の酸化速度の速さを示している。酸化速度はC面において酸化速度が最も早く、角度を変えるにしたがって遅くなる傾向がある。   Incidentally, when the gate insulating film is formed by thermal oxidation in the trench formed in the surface region of the silicon carbide substrate, the oxidation rate depends on the plane orientation as shown in FIG. FIG. 20 shows the speed of the oxidation rate when the angle is changed from the C-plane. The oxidation rate is the fastest on the C-plane and tends to become slower as the angle is changed.

そして、その速度はSi面において最低となる。その結果、平面パターンがセル状のトレンチゲート型MOSFETにおいては1つのトレンチをとり囲む複数の側壁において、平面パターンがストライプ状のトレンチゲート型MOSFETにおいては、対向する2面のトレンチ側壁において、酸化膜の膜厚に差異が生じる場合がある。   The speed is lowest on the Si surface. As a result, in the trench gate type MOSFET whose planar pattern is a cell shape, on the plurality of sidewalls surrounding one trench, in the trench gate type MOSFET whose planar pattern is a stripe shape, the oxide film is present on the two opposite trench sidewalls. There may be a difference in the film thickness.

炭化珪素表面をエッチングして凹部を形成し、次いでこの表面上方からイオン線などの粒子線を照射して、少なくとも凹部底面に損傷層を形成し、酸化をして少なくとも凹部側面と底面に絶縁膜を形成し、この絶縁膜上にゲート電極を形成する方法が開示されている(たとえば、下記特許文献1参照。)。   A silicon carbide surface is etched to form a recess, and then a particle beam such as an ion beam is irradiated from above the surface to form a damaged layer at least on the bottom surface of the recess, and an insulating film is formed on at least the side surface and bottom surface of the recess. And forming a gate electrode on the insulating film is disclosed (for example, see Patent Document 1 below).

特開2000−312003号公報JP 2000-31003 A

しかしながら、上述した従来技術および特許文献1に記載の従来技術では、面方位が異なる側壁ごとにゲート酸化膜の膜厚に差異が生じる。このとき、ゲート酸化膜の耐圧は、酸化膜が最も薄い面方位の側壁において、最も絶縁破壊しやすい。即ち、半導体装置の耐圧は、側壁によって決定される。   However, in the conventional technique described above and the conventional technique described in Patent Document 1, the thickness of the gate oxide film differs for each side wall having a different plane orientation. At this time, the breakdown voltage of the gate oxide film is most likely to cause dielectric breakdown on the side wall having the thinnest oxide film. That is, the breakdown voltage of the semiconductor device is determined by the side wall.

また、MOSFETがオン状態の時には、トレンチ内のゲート酸化膜が薄い内側壁においては、しきい電圧(Vth)が低く、すぐに伝導チャネルが形成される。一方、ゲート酸化膜が厚い内側壁においてはVthに達しないか、あるいはVthに達したとしても、十分なチャネル電流を確保できない。このように、一つのトレンチ内のゲート酸化膜の厚さに差がある場合は、実質的にゲート酸化膜が薄い側壁だけがチャネル電流を担うことになる。そのため、トレンチ側壁の全面積を伝導チャネルとして有効に使うことができず、オン電流が低くなり、半導体装置の動作速度が低下するという問題があった。   When the MOSFET is on, the threshold voltage (Vth) is low on the inner wall where the gate oxide film in the trench is thin, and a conduction channel is immediately formed. On the other hand, even if the inner wall having a thick gate oxide film does not reach Vth or reaches Vth, sufficient channel current cannot be secured. Thus, when there is a difference in the thickness of the gate oxide film in one trench, only the side wall where the gate oxide film is substantially thin carries the channel current. For this reason, the entire area of the trench sidewall cannot be used effectively as a conduction channel, and there is a problem that the on-current is lowered and the operation speed of the semiconductor device is lowered.

トレンチ内側壁の全面積を伝導チャネルとして有効に使うためには、ゲート酸化膜の厚さの差を小さくすればよい。しかしながら、酸化速度の遅い内側壁のゲート酸化膜が薄く形成されてしまい、ゲート酸化膜の耐圧が減少してしまう。そのため、ゲート酸化膜が絶縁破壊されやすくなってしまうという問題点があった。   In order to effectively use the entire area of the inner wall of the trench as a conduction channel, the difference in thickness of the gate oxide film may be reduced. However, the gate oxide film on the inner wall having a low oxidation rate is formed thin, and the breakdown voltage of the gate oxide film is reduced. For this reason, there is a problem that the gate oxide film is easily broken down.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、半導体装置の高速動作、および高耐圧化を同時に実現できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention, in order to solve the problems in the conventional techniques described above, and an object thereof is to provide a manufacturing how high-speed operation, and simultaneously the semiconductor device capable of realizing a high breakdown voltage of the semiconductor device.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、の発明にかかる半導体装置の製造方法は、炭化珪素結晶からなる半導体基板の表面に当該半導体基板よりも高抵抗の半導体領域を形成する第1の形成工程と、前記第1の形成工程によって形成された半導体領域に達するトレンチを形成する第2の形成工程と、前記トレンチの内側壁を構成する酸化速度が異なる複数の側壁に、当該各側壁の酸化速度に応じた量のイオンを注入する注入工程と、前記注入工程によって前記イオンが注入された前記トレンチの内側壁を酸化し、前記トレンチの内側壁に略均一の厚さの絶縁膜を形成する第3の形成工程と、を含み、前記注入工程では、前記トレンチの各側壁の酸化速度が同一速度となるように前記トレンチの最も酸化速度が速い側壁を除く他の側壁に別々にイオンを注入し、前記トレンチの他の側壁のうち互いに対向する側壁にイオンを注入するときに同時に前記トレンチの底面にイオンを注入することを特徴とする。 To solve the above problems and achieve an object, a method of manufacturing a semiconductor device according to this invention, first of forming a semiconductor region of higher resistance than the semiconductor substrate on the surface of a semiconductor substrate comprised of silicon carbide crystals Forming a trench reaching the semiconductor region formed by the first forming step, and a plurality of side walls having different oxidation rates constituting the inner side wall of the trench. An implantation step of implanting an amount of ions according to the oxidation rate of the substrate , and oxidizing the inner wall of the trench into which the ions have been implanted by the implantation step, and forming an insulating film having a substantially uniform thickness on the inner sidewall of the trench a third forming step of forming, only contains the implantation in the step, the other side wall excluding the highest oxidation speed is faster sidewalls of the trench as the rate of oxidation of each of the side walls of the trench are the same speed Separately implanting ions, characterized by implanting ions at the same time on the bottom of the trench when implanting ions into a side wall facing each other of the other side wall of the trench.

また、の発明にかかる半導体装置の製造方法は、炭化珪素からなる半導体基板の表面に当該半導体基板よりも高抵抗の半導体領域を形成する第1の形成工程と、前記第1の形成工程によって形成された半導体領域に達するトレンチを形成する第2の形成工程と、前記第2の形成工程によって形成されたトレンチの内側壁を酸化し、前記トレンチの各側壁に酸化速度が遅い側壁で酸化速度が速い側壁よりも薄くなるように絶縁膜を形成する第3の形成工程と、前記第3の形成工程によって形成された絶縁膜を介して前記トレンチのすべての側壁にそれぞれ同量のイオンを注入することにより、薄い絶縁膜が形成された前記トレンチの側壁に厚い絶縁膜が形成された前記トレンチの側壁よりも多い量のイオンを注入する注入工程と、を含むことを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to this invention includes a first forming step of forming a semiconductor region of higher resistance than the semiconductor substrate on the surface of a semiconductor substrate made of silicon carbide, by the first forming step A second forming step for forming a trench reaching the formed semiconductor region; and an inner side wall of the trench formed by the second forming step is oxidized, and an oxidation rate is provided on each side wall of the trench at a side wall having a low oxidation rate. A third forming step of forming an insulating film so as to be thinner than a fast side wall, and implanting the same amount of ions into all the side walls of the trench through the insulating film formed by the third forming step it makes comprise, an injection step of injecting a large amount of ions than the side wall of the thick insulating film on the sidewall of the trench a thin insulating film is formed is formed the trenches And features.

また、の発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記絶縁膜を前記トレンチの内側壁から除去する除去工程と、前記注入工程によって前記イオンが注入された前記トレンチの内側壁を酸化し、前記トレンチの内側壁にあらたな絶縁膜を形成する第4の形成工程と、を含むことを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to this invention is the invention described above, the insulating film and the removing step of removing from the inner wall of the trench, an inner wall of the trench in which the ions are implanted by the implantation step And a fourth formation step of forming a new insulating film on the inner side wall of the trench .

また、の発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記炭化珪素は、四層周期六方晶であることを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to this invention is the invention described above, the silicon carbide, characterized in that it is a four-layer periodic hexagonal.

また、の発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記半導体基板の主面が(11−20)面または当該(11−20)面と等価な面であり、前記トレンチを構成する結晶面のうち少なくとも一つの面が(03−38)面または当該(03−38)面と等価な面であることを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to this invention is the invention described above, the major surface of the semiconductor substrate (11-20) plane or the (11-20) is a surface equivalent to the surface, the trench At least one of the constituting crystal faces is a (03-38) plane or a plane equivalent to the (03-38) plane.

上述した発明によれば、異なる結晶面によって構成されるトレンチの内側壁に形成される酸化膜の厚さを、略均一に形成することができる。 According to the above-described invention, the thickness of the oxide film formed on the inner side wall of the trench constituted by different crystal planes can be formed substantially uniformly.

上述した発明によれば、異なる結晶面によって構成されるトレンチの内側壁の酸化速度が一定となるようにイオンを注入することができる。 According to the above-described invention, ions can be implanted so that the oxidation rate of the inner wall of the trench constituted by different crystal planes is constant.

本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、トレンチ側壁に形成されるゲート酸化膜の厚みを略均一に形成し、半導体装置の高耐圧化、および高速動作の同時実現を図ることができるという効果を奏する。 According to the manufacturing how the semiconductor device according to the present invention, substantially uniformly formed the thickness of the gate oxide film formed on the trench side wall, it is possible to achieve high breakdown voltage of the semiconductor device, and the simultaneous realization of high-speed operation There is an effect.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。 With reference to the accompanying drawings, illustrating a preferred embodiment of the manufacturing how the semiconductor device according to the present invention in detail.

(実施の形態1)
まず、この発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について図1〜図9を参照して説明する。図1、図2、および図7〜図9は、この発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の構成について示す断面図である。以下では、半導体装置の一例として、nチャネル型のMOSFETを一例として説明するが、n型とp型を入れ換えてpチャネル型MOSFETとして実施することも可能である。また、以下では、特に断りがない限り、炭化珪素の四層周期六方晶(4H)とする。
(Embodiment 1)
First, the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention is demonstrated with reference to FIGS. 1, FIG. 2, and FIG. 7 to FIG. 9 are cross-sectional views showing the configuration in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the following description, an n-channel MOSFET is described as an example of a semiconductor device. However, an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET may be interchanged. Further, hereinafter, unless otherwise specified, a silicon carbide four-layer periodic hexagonal crystal (4H) is used.

まず、図1に示すように、表面の面方位が(11−20)面を主表面とする低抵抗のn+炭化珪素基板1を用意する。このn+炭化珪素基板1の表面領域に、当該n+炭化珪素基板1よりも高抵抗のn-ドリフト領域(半導体領域)2となるn-炭化珪素薄膜をエピタキシャル成膜により形成する。このとき、n-ドリフト領域2の不純物濃度は、たとえば1×1016cm-3程度であり、厚さは、たとえば10μm程度とする。 First, as shown in FIG. 1, a low-resistance n + silicon carbide substrate 1 whose surface orientation is a (11-20) plane as a main surface is prepared. The surface region of the n + silicon carbide substrate 1, the n + high-resistance n than silicon carbide substrate 1 - the drift region (semiconductor region) 2 n - is formed by epitaxial deposition of silicon carbide thin film. At this time, the impurity concentration of n drift region 2 is, for example, about 1 × 10 16 cm −3 and the thickness is, for example, about 10 μm.

ついで、エピタキシャル成膜により、n電流拡散領域3となる炭化珪素薄膜を、たとえば不純物濃度2×1017cm-3、厚さ0.4μmで形成する。つづいて、pウェル領域4となるp炭化珪素薄膜を、たとえば不純物濃度1×1018cm-3、厚さ2μmで形成する。そして、n+ソース領域5となるn+炭化珪素薄膜を、たとえば1×1018cm-3、厚さ0.5μmで形成する。 Next, a silicon carbide thin film to be the n current diffusion region 3 is formed by epitaxial film formation with an impurity concentration of 2 × 10 17 cm −3 and a thickness of 0.4 μm, for example. Subsequently, a p-silicon carbide thin film to be the p-well region 4 is formed with an impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 and a thickness of 2 μm, for example. Then, the n + silicon carbide thin film to be the n + source region 5, for example, 1 × 10 18 cm -3, is formed to a thickness 0.5 [mu] m.

そして、この基板の表面領域を、たとえば1100℃で、1時間パイロジェニック酸化して、30nm〜50nm程度の保護酸化膜6を形成する。ついで、スパッタ成膜により、保護酸化膜6の表面領域にアルミニウム(Al)マスク7を、たとえば厚さ0.5μmで形成し、つづいて、フォトプロセスにより、Alマスク7をパターニングする。つぎに、図2に示すように、Alマスク7を用いてSF6(6フッ化硫黄)とO2ガスを用いてICPプラズマエッチングをおこない、トレンチ8を形成する。トレンチ8は、n-ドリフト領域2まで達するように形成する。そして、トレンチ8を形成したらAlマスク7と保護酸化膜6を除去する。 Then, the surface region of this substrate is pyrogenic oxidized at, for example, 1100 ° C. for 1 hour to form a protective oxide film 6 of about 30 nm to 50 nm. Next, an aluminum (Al) mask 7 is formed with a thickness of, for example, 0.5 μm on the surface region of the protective oxide film 6 by sputtering, and then the Al mask 7 is patterned by a photo process. Next, as shown in FIG. 2, ICP plasma etching is performed using SF 6 (sulfur hexafluoride) and O 2 gas using the Al mask 7 to form the trench 8. The trench 8 is formed so as to reach the n drift region 2. When the trench 8 is formed, the Al mask 7 and the protective oxide film 6 are removed.

ここで、トレンチ8を構成する内側壁の面方位について説明する。図3は、トレンチを構成する側壁の面方位について示す説明図である。図3において、トレンチ8の内側壁は、(0001)、(−1100)、(000−1)、(1−100)の面方位をもつ結晶面によって構成されている。この4つの結晶面のうち(1−100)面と(−1100)面は原子配列が等価となっており、酸化する速度(酸化速度)が等しくなっている。図20によると、トレンチ8を構成する4つの内側壁の酸化速度の速さは、以下のようになっている。   Here, the plane orientation of the inner wall constituting the trench 8 will be described. FIG. 3 is an explanatory view showing the surface orientation of the side walls constituting the trench. In FIG. 3, the inner wall of the trench 8 is constituted by a crystal plane having plane orientations of (0001), (−1100), (000-1), and (1-100). Of these four crystal planes, the (1-100) plane and the (-1100) plane are equivalent in atomic arrangement, and have the same oxidation rate (oxidation rate). According to FIG. 20, the speed of the oxidation rate of the four inner walls constituting the trench 8 is as follows.

(000−1)面>(1−100)面=(−1100)面>(0001)面   (000-1) plane> (1-100) plane = (− 1100) plane> (0001) plane

このため、形成される酸化膜の厚さを均一にするためには、各トレンチ内側壁の酸化速度の速さを一定にする。酸化速度を一定にするためには、最も酸化速度が速い(000−1)面の酸化速度に、その他の面の酸化速度を合わせる。そのため、(1−100)面、(−1100)面、(0001)面に対して、シリコン(Si)イオンビームを照射してイオン注入する。イオン注入は、それぞれ各面に対して別々におこなう。以下では、それぞれのイオン注入を、第1のイオン注入、第2のイオン注入、第3のイオン注入という。また、各イオン注入によって注入されるSiイオンの量は、トレンチ8の側壁の酸化速度が最も速い結晶面と同じ速さになるために必要な量である。つぎに、イオン注入について示す。   For this reason, in order to make the thickness of the formed oxide film uniform, the oxidation rate of the inner wall of each trench is made constant. In order to make the oxidation rate constant, the oxidation rate of the other surface is matched with the oxidation rate of the (000-1) surface having the fastest oxidation rate. Therefore, ion implantation is performed by irradiating the (1-100) plane, the (-1100) plane, and the (0001) plane with a silicon (Si) ion beam. Ion implantation is performed separately for each surface. Hereinafter, each ion implantation is referred to as a first ion implantation, a second ion implantation, and a third ion implantation. Further, the amount of Si ions implanted by each ion implantation is an amount necessary for the oxidation rate of the sidewall of the trench 8 to be the same as that of the fastest crystal plane. Next, ion implantation will be described.

図4は、第1のイオン注入時におけるSiイオンビームの平面照射およびトレンチの平面図を示す説明図である。図4において、Siイオンビーム9は、トレンチ8の(0001)面を有する側壁のみに選択的に照射される。このとき、n+炭化珪素基板1は、水平面上において、自転させ停止しておく。これはSiイオンビーム9がトレンチ8の(0001)面のみに照射されるようにするためである。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing a planar irradiation of the Si ion beam and a plan view of the trench during the first ion implantation. In FIG. 4, the Si ion beam 9 is selectively applied only to the side wall having the (0001) plane of the trench 8. At this time, the n + silicon carbide substrate 1 is rotated and stopped on the horizontal plane. This is because the Si ion beam 9 is irradiated only to the (0001) plane of the trench 8.

つぎに、第1の注入によって注入されるSiイオンについて説明する。図5は、注入されるSiイオンについて示す要部断面図である。図5において、Siイオンビーム9は、n+ソース領域5に対する表面に対する垂線に対して、角度θ1傾けて照射する。この角度θ1は、Siイオンビーム9がトレンチ8の底面に照射されずに、(0001)面のみに選択的に照射される角度とする。この角度θ1は、トレンチ8の開口部の幅とトレンチ8の深さから決まるアスペクト比によって決定される。そのため、トレンチ8の開口部の幅とトレンチ8の深さによって値が変わる。この実施の形態1では、Siイオンを、たとえば5×1015cm-2のドーズ量で30keVで注入した。 Next, Si ions implanted by the first implantation will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part showing Si ions to be implanted. In FIG. 5, the Si ion beam 9 is irradiated at an angle θ 1 with respect to a normal to the surface with respect to the n + source region 5. The angle θ 1 is an angle at which only the (0001) plane is selectively irradiated without the Si ion beam 9 being irradiated on the bottom surface of the trench 8. This angle θ 1 is determined by an aspect ratio determined from the width of the opening of the trench 8 and the depth of the trench 8. Therefore, the value varies depending on the width of the opening of the trench 8 and the depth of the trench 8. In the first embodiment, Si ions are implanted at a dose of 5 × 10 15 cm −2 at 30 keV, for example.

つぎに、第2のイオン注入について説明する。図6は、第2のイオン注入時におけるSiイオンビームの平面照射およびトレンチの平面図を示す説明図である。図9において、Siイオンビーム9は、トレンチ8の(−1100)面を有する側壁のみに選択的に照射される。このとき、n+炭化珪素基板1は、水平面上において、自転させ停止しておく。これはSiイオンビーム9がトレンチ8の(−1100)面のみに照射されるようにするためである。 Next, the second ion implantation will be described. FIG. 6 is an explanatory view showing the planar irradiation of the Si ion beam and the plan view of the trench during the second ion implantation. In FIG. 9, the Si ion beam 9 is selectively applied only to the side wall having the (−1100) plane of the trench 8. At this time, the n + silicon carbide substrate 1 is rotated and stopped on the horizontal plane. This is because the Si ion beam 9 is irradiated only to the (−1100) plane of the trench 8.

つぎに、第2の注入によって注入されるSiイオンについて説明する。図7は、第2の注入によって注入されるSiイオンについて示す要部断面図である。図7において、Siイオンビーム9は、n+ソース領域5の表面に対する垂線に対して、角度θ2傾けて照射する。この角度θ2は、Siイオンビーム9が(1−100)面とトレンチ8の底面の最深部から(1−100)面よりの面に選択的に照射される角度とする。この角度θ2は、角度θ1と同様にトレンチ8の開口部の幅とトレンチ8の深さから決まるアスペクト比によって決定される。そのため、トレンチ8の開口部の幅とトレンチ8の深さによって値が変わる。この実施の形態1では、Siイオンを、たとえば5×1014cm-2のドーズ量で25keVで注入した。 Next, Si ions implanted by the second implantation will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part showing Si ions implanted by the second implantation. In FIG. 7, the Si ion beam 9 is irradiated at an angle θ 2 with respect to a normal to the surface of the n + source region 5. This angle θ 2 is an angle at which the Si ion beam 9 is selectively irradiated from the deepest part of the (1-100) plane and the bottom surface of the trench 8 to the plane from the (1-100) plane. This angle θ 2 is determined by an aspect ratio determined from the width of the opening of the trench 8 and the depth of the trench 8 as in the angle θ 1 . Therefore, the value varies depending on the width of the opening of the trench 8 and the depth of the trench 8. In the first embodiment, Si ions are implanted at a dose of 5 × 10 14 cm −2 at 25 keV, for example.

つぎに、第3の注入によって注入されるSiイオンについて説明する。図8は、第3の注入によって注入されるSiイオンについて示す要部断面図である。図8において、第3のイオン注入は(−1100)面に対して、第2のイオン注入と同様の要領によりおこなう。このとき、Siイオンビーム9が注入される角度は、n+ソース領域5の表面に対する垂線に対して、角度θ2傾けて照射する。 Next, Si ions implanted by the third implantation will be described. FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view showing Si ions implanted by the third implantation. In FIG. 8, the third ion implantation is performed on the (−1100) plane in the same manner as the second ion implantation. At this time, the Si ion beam 9 is implanted at an angle of θ 2 with respect to a normal to the surface of the n + source region 5.

(−1100)面は、第2のイオン注入をおこなった面、即ち(1−100)面と原子配列が同じである。そのため、Siイオンは第2のイオン注入と同量の5×1014cm-2のドーズ量で25keVで注入した。上述した第2のイオン注入および第3のイオン注入によって、トレンチ8の側壁および底面にイオン注入されたこととなる。Siイオンが注入された側壁の酸化される速度は、Siイオンを注入する前よりも速くなる。そして、図3に示した4つの側面は、ほぼ同じ速さで酸化膜が形成され、ほぼ均一の厚さの酸化膜を得ることができる。 The (−1100) plane has the same atomic arrangement as the plane on which the second ion implantation is performed, that is, the (1-100) plane. Therefore, Si ions were implanted at 25 keV with a dose amount of 5 × 10 14 cm −2 which is the same amount as the second ion implantation. By the second ion implantation and the third ion implantation described above, ions are implanted into the side wall and the bottom surface of the trench 8. The side wall into which Si ions are implanted has a higher rate of oxidation than before the Si ions are implanted. The oxide films are formed on the four side surfaces shown in FIG. 3 at substantially the same speed, and an oxide film having a substantially uniform thickness can be obtained.

製造工程の説明に戻って、図9に示すように、ゲート酸化をおこなって、トレンチ8の側壁、底面およびn+ソース領域5の表面にゲート酸化膜10を形成する。このとき、ゲート酸化膜10は、トレンチ8の側壁から50〜100nm程度の厚さで、ほぼ均一に形成される。また、トレンチ8の底部が曲率を有し、電界集中が起こりやすくなっている場合には、ゲート酸化膜10をやや厚めに形成することにより、ゲートの耐圧を維持することができる。 Returning to the description of the manufacturing process, as shown in FIG. 9, gate oxidation is performed to form a gate oxide film 10 on the side wall, bottom surface, and n + source region 5 of the trench 8. At this time, the gate oxide film 10 is formed substantially uniformly with a thickness of about 50 to 100 nm from the sidewall of the trench 8. When the bottom of the trench 8 has a curvature and electric field concentration is likely to occur, the gate breakdown voltage can be maintained by forming the gate oxide film 10 slightly thicker.

その後の工程は、一般的に知られているUMOSFETの製造工程と同様のため、説明を省略する。また、上述した製造工程において、n電流拡散領域3、pウェル領域4、およびn+ソース領域5をエピタキシャル成膜により形成したが、これらの膜のいずれかあるいは全部を、たとえばイオン注入および熱処理(活性化アニール)により形成してもよい。 The subsequent processes are the same as the generally known UMOSFET manufacturing process, and thus the description thereof is omitted. In the manufacturing process described above, the n current diffusion region 3, the p well region 4, and the n + source region 5 are formed by epitaxial film formation. Any or all of these films are formed by, for example, ion implantation and heat treatment (active It may be formed by annealing.

また、pウェル領域4、およびn+ソース領域5、およびトレンチ8を形成する順序を変更することもできる。ただし、少なくともpウェル領域4はトレンチ8よりも先に形成しておく方が好ましい。 Further, the order of forming the p-well region 4, the n + source region 5, and the trench 8 can be changed. However, it is preferable to form at least the p-well region 4 before the trench 8.

つぎに、以上の工程により製造されたUMOSFETについて示す。図10は、実施の形態1の半導体装置の製造方法によって製造されたUMOSFETについて示す説明図である。図10において、n+炭化珪素基板1の一方の主面には、n-ドリフト領域2が形成されている。また、n-ドリフト領域2の上には、n電流拡散領域3が設けられている。n電流拡散領域3の上には、pウェル領域4が設けられている。 Next, the UMOSFET manufactured by the above process will be described. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the UMOSFET manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. In FIG. 10, n drift region 2 is formed on one main surface of n + silicon carbide substrate 1. An n current diffusion region 3 is provided on the n drift region 2. A p-well region 4 is provided on the n-current diffusion region 3.

pウェル領域4の上には、n+ソース領域5が設けられている。そして、n+ソース領域5の表面層から選択的に複数のトレンチ8が形成されている。トレンチ8は、その底部がn-ドリフト領域2まで達している。トレンチ8の内部には、絶縁ゲート酸化膜10を介してゲート電極11が形成されている。トレンチ8間には、n+ソース領域5の方面から第2p+領域12が形成されている。そして、n+ソース領域5の一部およびトレンチ8を覆うように層間絶縁膜13が設けられている。 An n + source region 5 is provided on the p well region 4. A plurality of trenches 8 are selectively formed from the surface layer of the n + source region 5. The bottom of the trench 8 reaches the n drift region 2. A gate electrode 11 is formed inside the trench 8 with an insulating gate oxide film 10 interposed therebetween. A second p + region 12 is formed between the trenches 8 from the direction of the n + source region 5. An interlayer insulating film 13 is provided so as to cover a part of n + source region 5 and trench 8.

また、層間絶縁膜13および第2p+領域12の上には、ソース金属電極14が設けられており、n+炭化珪素基板1のソース金属電極14が設けられている側の反対の主面には、ドレイン金属電極15が設けられている。また、ゲート電極11の上には、ゲート引き出し配線16が設けられている。なお、図10に示した構成では、トレンチ8がセル状のパターンとなっているため、各セル1つずつに対してゲート引き出し配線16が必要となるが、ストライプ状のパターンの場合は、ストライプの端部に設けるだけでよい。このゲート引き出し配線16は、ソース金属電極14と絶縁されていなくてはならない。 A source metal electrode 14 is provided on interlayer insulating film 13 and second p + region 12, and is on the main surface opposite to the side on which source metal electrode 14 of n + silicon carbide substrate 1 is provided. Is provided with a drain metal electrode 15. A gate lead-out wiring 16 is provided on the gate electrode 11. In the configuration shown in FIG. 10, since the trench 8 has a cell-like pattern, the gate lead-out wiring 16 is required for each cell. However, in the case of the stripe-like pattern, the stripe It is only necessary to provide it at the end. This gate lead wiring 16 must be insulated from the source metal electrode 14.

つぎに、実施の形態1で説明した酸化膜の厚さについて説明する。図11は、酸化膜の厚さと加速エネルギーについて示すグラフである。図11において、縦軸が、酸化膜の厚さ(nm)を示しており、横軸が、加速エネルギー(eV)を示している。符号21は、イオンが注入された場合に形成される酸化膜の厚さの変化を示している。また、符号22は、イオンが注入されていない場合に形成される酸化膜の厚さを示している。符号21に示されるように、イオンが注入された場合には、加速エネルギーが大きくなるほど、形成される酸化膜の厚さも厚くなっている。   Next, the thickness of the oxide film described in the first embodiment will be described. FIG. 11 is a graph showing the thickness and acceleration energy of the oxide film. In FIG. 11, the vertical axis indicates the thickness (nm) of the oxide film, and the horizontal axis indicates the acceleration energy (eV). Reference numeral 21 indicates a change in the thickness of the oxide film formed when ions are implanted. Reference numeral 22 indicates the thickness of the oxide film formed when ions are not implanted. As indicated by reference numeral 21, when ions are implanted, the thickness of the oxide film formed increases as the acceleration energy increases.

つぎに、各結晶面にイオン注入した場合の酸化速度について説明する。図12は、各結晶面にイオン注入した場合の酸化速度について示すグラフである。図12において、縦軸は、酸化速度(μm/h)を示しており、横軸は、C面からの角度(°)を示している。また、符号31は、イオンが注入されていない場合の酸化速度の変化を示しており、符号32は、イオン注入された場合の酸化速度について示している。   Next, the oxidation rate when ions are implanted into each crystal plane will be described. FIG. 12 is a graph showing the oxidation rate when ions are implanted into each crystal plane. In FIG. 12, the vertical axis indicates the oxidation rate (μm / h), and the horizontal axis indicates the angle (°) from the C plane. Reference numeral 31 indicates a change in oxidation rate when ions are not implanted, and reference numeral 32 indicates an oxidation rate when ions are implanted.

イオンが注入されていない場合には、符号31に示されるように、C面からの角度が大きくなると酸化速度は遅くなっている。また、イオンが注入された場合には、C面からの角度が大きくなっても、酸化速度には大きな変化はない。このように、結晶面に対してイオンを注入することにより、原子配列の異なる結晶面の酸化速度を略一定にすることができる。また各結晶面の酸化速度がほぼ等しくなることにより、ゲート酸化膜の厚みをほぼ均一にすることができる。   When ions are not implanted, as shown by reference numeral 31, the oxidation rate decreases as the angle from the C plane increases. In addition, when ions are implanted, the oxidation rate does not change greatly even if the angle from the C plane increases. Thus, by implanting ions into the crystal plane, the oxidation rate of crystal planes with different atomic arrangements can be made substantially constant. Further, since the oxidation rates of the crystal planes are almost equal, the thickness of the gate oxide film can be made substantially uniform.

以上説明したように、実施の形態1によれば、トレンチ内の側壁の酸化速度をほぼ一定にすることができる。また、トレンチ内の側壁に形成されるゲート酸化膜の厚みをほぼ一定の厚みに形成することができる。   As described above, according to the first embodiment, the oxidation rate of the side walls in the trench can be made substantially constant. Further, the gate oxide film formed on the side wall in the trench can be formed to have a substantially constant thickness.

(実施の形態2)
つぎに、この発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について説明する。まず、実施の形態1と同様の工程により、図1に示したAlマスク7までを形成する。つづいて、フォトプロセスにより、Alマスク7をパターニングする。
(Embodiment 2)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. First, up to the Al mask 7 shown in FIG. 1 is formed by the same process as in the first embodiment. Subsequently, the Al mask 7 is patterned by a photo process.

つぎに、Alマスク7を用いてSF6(6フッ化硫黄)とO2ガスを用いてICPプラズマエッチングをおこないトレンチを形成する。トレンチは、n-ドリフト領域2まで達するように形成する。そして、トレンチを形成したらAlマスク7と保護酸化膜6を除去する。 Next, trenches are formed by performing ICP plasma etching using SF 6 (sulfur hexafluoride) and O 2 gas using the Al mask 7. The trench is formed so as to reach the n drift region 2. When the trench is formed, the Al mask 7 and the protective oxide film 6 are removed.

ここで、トレンチを構成する側面の面方位について説明する。図13は、トレンチを構成する側面の面方位について示す説明図である。図13において、トレンチ41の側壁は、(0−338)、(0−33−8)、(03−3−8)、(03−38)の面方位をもつ側面によって構成されている。   Here, the plane orientation of the side surface constituting the trench will be described. FIG. 13 is an explanatory diagram showing the surface orientation of the side surfaces constituting the trench. In FIG. 13, the sidewall of the trench 41 is constituted by side surfaces having plane orientations of (0-338), (0-33-8), (03-3-8), and (03-38).

この4つの結晶面のうち(03−38)面と(0−338)面は原子配列が等価となっている。さらに、(0−33−8)面と(03−3−8)面は原子配列が等価となっている。これらの原子配列が等価の面の酸化速度は、それぞれ等しくなっている。そして、図20によると、トレンチ41を構成する4つの面の酸化速度の速さは、以下のようになっている。   Of these four crystal planes, the (03-38) plane and the (0-338) plane are equivalent in atomic arrangement. Further, the (0-33-8) plane and the (03-3-8) plane are equivalent in atomic arrangement. The oxidation rates of the surfaces equivalent to these atomic arrangements are equal. And according to FIG. 20, the speed of the oxidation rate of four surfaces which comprise the trench 41 is as follows.

(03−38)面=(0−338)面>(0−33−8)面=(03−3−8)面   (03-38) plane = (0-338) plane> (0-33-8) plane = (03-3-8) plane

このため、形成される酸化膜を均一にするためには、酸化速度が速い(03−38)面と(0−338)面の酸化速度に、その他の面の酸化速度を合わせる。そのため、(0−33−8)面と(03−3−8)面に対して、シリコン(Si)イオンビーム42を照射してイオン注入する。ここでは、(0−33−8)面と(03−3−8)面は、原子配列が等価であり、酸化速度が同じため、両方の面に対して同量のSiイオンを注入すればよい。   For this reason, in order to make the formed oxide film uniform, the oxidation rates of the other surfaces are matched with the oxidation rates of the (03-38) plane and the (0-338) plane, which have high oxidation rates. Therefore, the (0-33-8) plane and the (03-3-8) plane are irradiated with a silicon (Si) ion beam 42 to perform ion implantation. Here, since the (0-33-8) plane and the (03-3-8) plane are equivalent in atomic arrangement and have the same oxidation rate, if the same amount of Si ions is implanted into both planes, Good.

また、(03−3−8)面と(0−33−8)面は、原子配列が等価であり、酸化速度が同じため、(0−33−8)面と(03−3−8)面の2つの面に対してSiイオンを注入すればよい。また、実施の形態2では、酸化速度の差が小さいため、(0−33−8)面と(03−3−8)面に対するSiイオンを注入する量は、5×1015cm-2のドーズ量で10keV程度でよい。また、実施の形態2では、イオン注入を、第1のイオン注入、第2のイオン注入、第3のイオン注入と3段階にわけておこなった。 Further, since the (03-3-8) plane and the (0-33-8) plane are equivalent in atomic arrangement and have the same oxidation rate, the (0-33-8) plane and the (03-3-8) plane Si ions may be implanted into the two surfaces. In Embodiment 2, since the difference in oxidation rate is small, the amount of Si ions implanted into the (0-33-8) plane and the (03-3-8) plane is 5 × 10 15 cm −2 . The dose may be about 10 keV. In the second embodiment, ion implantation is performed in three stages, ie, first ion implantation, second ion implantation, and third ion implantation.

図14は、第1のイオン注入時におけるSiイオンビームの平面照射およびトレンチの平面図を示す説明図である。図14に示すように、第1のイオン注入は、(0−33−8)面に対しておこなった。このときの要部断面図は、図5と同様となるため、図示と説明を省略する。Siイオンビーム42を、トレンチ41の(0−33−8)面を有する側壁のみに選択的に照射し、トレンチ41の底面に照射しないようにする。   FIG. 14 is an explanatory diagram showing the planar irradiation of the Si ion beam and the plan view of the trench at the time of the first ion implantation. As shown in FIG. 14, the first ion implantation was performed on the (0-33-8) plane. The cross-sectional view of the main part at this time is the same as that shown in FIG. The Si ion beam 42 is selectively irradiated only on the side wall having the (0-33-8) plane of the trench 41, so that the bottom surface of the trench 41 is not irradiated.

つぎに、第2のイオン注入として、(03−3−8)面に対しておこなった。このときの要部断面図は、図5と同様になるため、図示と説明を省略する。このとき、Siイオンビーム42は、トレンチ41の(03−3−8)面を有する側壁のみに選択的に照射し、トレンチ41の底面に照射しないようにする。   Next, the second ion implantation was performed on the (03-3-8) plane. The main part sectional view at this time is the same as that in FIG. At this time, the Si ion beam 42 is selectively irradiated only to the side wall having the (03-3-8) plane of the trench 41 and is not irradiated to the bottom surface of the trench 41.

上述した第1のイオン注入および第2のイオン注入では、トレンチ41の底面には、Siイオンは注入されていない。そのため、第3のイオン注入は、図5に示したθ1=0度として、n+ソース領域5の表面に対して垂直に、トレンチ41の底面のみにイオン注入をおこなう。第3のイオン注入によって注入されるSiイオンの量は、たとえば5×1015cm-2のドーズ量で50keV程度のドーズ量とした。 In the first ion implantation and the second ion implantation described above, Si ions are not implanted into the bottom surface of the trench 41. Therefore, in the third ion implantation, θ 1 = 0 degree shown in FIG. 5 is used, and the ion implantation is performed only on the bottom surface of the trench 41 perpendicular to the surface of the n + source region 5. The amount of Si ions implanted by the third ion implantation is, for example, a dose amount of about 50 keV with a dose amount of 5 × 10 15 cm −2 .

以上に示した工程の後、ゲート酸化を行って、実施の形態1に示した図9と同様の要部断面を得ることができる。その後の工程は、一般的に知られているUMOSFETの製造工程をおこなうことにより、図10と同様のUMOSFETを得ることができる。   After the above-described steps, gate oxidation can be performed to obtain a main part cross section similar to FIG. 9 shown in the first embodiment. In the subsequent process, a UMOSFET similar to that shown in FIG. 10 can be obtained by performing a generally known UMOSFET manufacturing process.

実施の形態2では、トレンチ41の平面パターンがひし形のセル形状であるため、やや扱いにくくなるが、MOSチャネルが(03−38)面およびこの面と等価な原子配列を持つ結晶面に形成されるため、高いチャネル移動度を示す。そのため、実施の形態1よりもチャネル抵抗を抑えることができる。   In the second embodiment, the planar pattern of the trench 41 is a rhombus cell shape, which is somewhat difficult to handle, but the MOS channel is formed on the (03-38) plane and a crystal plane having an atomic arrangement equivalent to this plane. Therefore, it shows high channel mobility. Therefore, channel resistance can be suppressed more than in the first embodiment.

以上説明したように、実施の形態2によれば、トレンチ内の側壁の酸化速度をほぼ一定にすることができる。また、トレンチ内の側壁に形成されるゲート酸化膜の厚みをほぼ一定の厚みに形成することができる。また、実施の形態1よりもチャネル抵抗を抑えることができる。   As described above, according to the second embodiment, the oxidation rate of the side wall in the trench can be made substantially constant. Further, the gate oxide film formed on the side wall in the trench can be formed to have a substantially constant thickness. Further, the channel resistance can be suppressed as compared with the first embodiment.

(実施の形態3)
つぎに、この発明に実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態1では、トレンチを形成する側壁に対して、直接Siイオン注入をおこなっていたが、実施の形態3では、Siイオンを注入する前に酸化膜を形成し、当該酸化膜を介してイオン注入をおこなう点である。図15は、この発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法について示す説明図である。
(Embodiment 3)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the Si ions are directly implanted into the side wall forming the trench. However, in the third embodiment, an oxide film is formed before the Si ions are implanted, and the oxide film is interposed through the oxide film. This is the point where ion implantation is performed. FIG. 15 is an explanatory view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

実施の形態1と同様の工程を経て、図2に示す断面形状を得る。そして、図15に示すように、スクリーン酸化をおこない、n+ソース領域55の表面と、トレンチ56の内部とに絶縁膜としてスクリーン酸化膜57を、たとえば10〜50nmの厚さで形成する。ついで、図7に示したように、Siイオンビームに、n+ソース領域5の表面に対する垂線に対して所定の角度をつけてSiイオンビームを照射する。このとき基板を回転させながらSiイオンを照射して、イオン注入をおこなう。 The cross-sectional shape shown in FIG. 2 is obtained through the same steps as in the first embodiment. Then, as shown in FIG. 15, screen oxidation is performed to form a screen oxide film 57 as an insulating film on the surface of the n + source region 55 and the inside of the trench 56 with a thickness of, for example, 10 to 50 nm. Next, as shown in FIG. 7, the Si ion beam is irradiated with the Si ion beam at a predetermined angle with respect to the normal to the surface of the n + source region 5. At this time, ion implantation is performed by irradiating Si ions while rotating the substrate.

基板を回転させながらSiイオンビームを照射することにより、トレンチ56の内部のスクリーン酸化膜57に対して、ほぼ同量のSiイオンを注入することができる。ところが、トレンチ56の側壁に形成されるスクリーン酸化膜57の厚さが均一でないため、スクリーン酸化膜57を介してトレンチ56の側壁に注入されるSiイオンの量は均一とはならない。具体的には、スクリーン酸化膜57が厚い部分では、トレンチ56の側壁に注入されるSiイオンの量は、相対的に少なくなる。一方、スクリーン酸化膜57が薄い部分では、Siイオンの量は相対的に多くなる。   By irradiating the Si ion beam while rotating the substrate, it is possible to implant substantially the same amount of Si ions into the screen oxide film 57 inside the trench 56. However, since the thickness of the screen oxide film 57 formed on the sidewall of the trench 56 is not uniform, the amount of Si ions implanted into the sidewall of the trench 56 through the screen oxide film 57 is not uniform. Specifically, in the portion where the screen oxide film 57 is thick, the amount of Si ions implanted into the sidewall of the trench 56 is relatively small. On the other hand, in the portion where the screen oxide film 57 is thin, the amount of Si ions is relatively large.

つづいて、スクリーン酸化膜57を除去して、酸化によりあらたな酸化膜として、ゲート酸化膜を形成する。この酸化によりゲート酸化膜は、ほぼ均一に形成される。これは、以下の理由による。スクリーン酸化により、酸化速度が遅い結晶面に対しては、酸化速度が速い結晶面よりもスクリーン酸化膜57が薄く形成される。   Subsequently, the screen oxide film 57 is removed, and a gate oxide film is formed as a new oxide film by oxidation. By this oxidation, the gate oxide film is formed almost uniformly. This is due to the following reason. Due to the screen oxidation, the screen oxide film 57 is formed thinner on the crystal surface having a low oxidation rate than the crystal surface having a high oxidation rate.

また、酸化速度が速い結晶面に対しては、スクリーン酸化膜57は、相対的に厚く形成される。スクリーン酸化膜57が薄い部分には、スクリーン酸化膜57が厚い部分よりも、トレンチ56の側壁に注入されるSiイオンの量が多いために、トレンチ56の側壁の酸化速度が速くなる。そのため、トレンチ56の側壁に、ほぼ均一のゲート酸化膜を形成することができる。また、基板が回転されていることにより、Siイオンビームがトレンチ底部にも十分に注入される。そのため、トレンチ56の底面のゲート酸化膜の厚みも十分に確保することができる。   Further, the screen oxide film 57 is formed relatively thick with respect to the crystal plane having a high oxidation rate. Since the amount of Si ions implanted into the side wall of the trench 56 is larger in the portion where the screen oxide film 57 is thin than in the portion where the screen oxide film 57 is thick, the oxidation rate of the side wall of the trench 56 is increased. Therefore, a substantially uniform gate oxide film can be formed on the sidewall of the trench 56. Further, since the substrate is rotated, the Si ion beam is sufficiently injected also into the trench bottom. Therefore, a sufficient thickness of the gate oxide film on the bottom surface of the trench 56 can be secured.

以上説明したように、実施の形態3によれば、トレンチ内の側壁の酸化速度をほぼ一定にすることができる。また、トレンチ内の側壁に形成されるゲート酸化膜の厚みをほぼ一定の厚みに形成することができる。また、トレンチを形成する各側面に注入するイオンの量を調整する必要がないため、工程の簡略化を図ることができる。   As described above, according to the third embodiment, the oxidation rate of the side wall in the trench can be made substantially constant. Further, the gate oxide film formed on the side wall in the trench can be formed to have a substantially constant thickness. In addition, since it is not necessary to adjust the amount of ions implanted into each side surface forming the trench, the process can be simplified.

(実施の形態4)
つぎに、この発明の実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態1〜3では、トレンチの平面パターンがセル状であったが、実施の形態4では、トレンチの平面パターンがストライプ状の場合である。つぎに、トレンチの平面パターンがストライプ状のトレンチを示す。
(Embodiment 4)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention will be described. In the first to third embodiments, the planar pattern of the trench is cellular, but in the fourth embodiment, the planar pattern of the trench is striped. Next, a trench whose planar pattern is a stripe shape is shown.

図16は、格子状の平面パターンを有するトレンチを示す説明図である。図16では、トレンチ61は、<0001>方向、<1−100>方向にそれぞれ伸びている。また、図17は、ストライプ状の平面パターンを有するトレンチを示す説明図である。図17では、トレンチ62を形成する側壁の結晶面は、それぞれ(000−1)面、(1−100)面、(−1100)面、(0001)面である。(0001)面と(000−1)面が、<1−100>方向に伸びた長方形となっている。   FIG. 16 is an explanatory view showing a trench having a lattice-like planar pattern. In FIG. 16, the trench 61 extends in the <0001> direction and the <1-100> direction. FIG. 17 is an explanatory diagram showing a trench having a striped planar pattern. In FIG. 17, the crystal planes of the side walls forming the trench 62 are the (000-1) plane, the (1-100) plane, the (-1100) plane, and the (0001) plane, respectively. The (0001) plane and the (000-1) plane are rectangles extending in the <1-100> direction.

また、図18は、格子状の平面パターンを有するトレンチを示す説明図である。図18では、トレンチ63を形成する側壁の結晶面は、それぞれ(03−3−8)面、(0−338)面、(0−33−8)面、(03−38)面である。トレンチ63は、格子状に形成されている。図16〜図18に示したトレンチの平面パターンが格子状又はストライプ状の半導体装置の構成に付いて示す。図19は、ストライプ状の平面パターンを有する半導体装置を示す要部断面図である。   Moreover, FIG. 18 is explanatory drawing which shows the trench which has a grid | lattice-like plane pattern. In FIG. 18, the crystal planes of the sidewalls forming the trench 63 are the (03-3-8) plane, the (0-338) plane, the (0-33-8) plane, and the (03-38) plane, respectively. The trenches 63 are formed in a lattice shape. The planar pattern of the trenches shown in FIGS. 16 to 18 is shown for the configuration of the lattice-like or stripe-like semiconductor device. FIG. 19 is a fragmentary cross-sectional view showing a semiconductor device having a striped planar pattern.

図19において、図10と同様の名称には、同様の符号を付している。図10との違いは、ゲート電極11の上にゲート引き出し配線16がない点である。これは、トレンチ8がストライプ状の場合、ゲート引き出し配線16は、ストライプ状のトレンチ8のストライプ端部から引き出しをすればいいためである。   In FIG. 19, the same reference numerals are assigned to the same names as those in FIG. The difference from FIG. 10 is that there is no gate lead-out wiring 16 on the gate electrode 11. This is because when the trench 8 has a stripe shape, the gate lead-out wiring 16 may be drawn from the stripe end portion of the stripe-like trench 8.

上述した実施の形態1〜3では、化合物半導体の一例として炭化珪素を用いて説明したが、その他の化合物半導体でも同様に実施可能である。炭化珪素以外の化合物半導体を用いる場合、トレンチ側壁に注入されるイオンは、酸化速度を速めることができるイオンであればよい。   In Embodiments 1 to 3 described above, silicon carbide is used as an example of a compound semiconductor, but other compound semiconductors can be similarly applied. When a compound semiconductor other than silicon carbide is used, the ions implanted into the trench side walls may be ions that can increase the oxidation rate.

以上説明したように、半導体装置の製造方法によれば、トレンチ側壁に形成されるゲート酸化膜の厚みを略均一に形成し、半導体装置の高耐圧化、および高速動作を同時に実現することができる。 As described above, according to the manufacturing how the semiconductor device, the thickness of the gate oxide film formed on the trench sidewalls substantially uniformly formed, a high withstand voltage of the semiconductor device, and is possible to realize a high speed operation simultaneously it can.

また、上述した実施の形態では、半導体装置の一例として、MOSFETについて説明したが、本発明は、IGBT、絶縁ゲート型サイリスタなど、絶縁ゲートを有する炭化珪素半導体素子のうち、絶縁ゲートがトレンチゲート構造となっているすべての半導体装置に適用することができる。   In the above-described embodiment, the MOSFET has been described as an example of the semiconductor device. However, the present invention relates to a silicon carbide semiconductor element having an insulated gate, such as an IGBT or an insulated gate thyristor, and the insulated gate has a trench gate structure. This can be applied to all semiconductor devices.

以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、MOSFET、IGBTが用いられるインバータ装置などの電力変換装置に有用であり、特に、自動車用電装品のスイッチング素子に適している。 As described above, manufacturing how the semiconductor device according to the present invention, MOSFET, is useful to the power converter such as an inverter device IGBT is used, is particularly suitable for electrical equipment of the switching element for a motor vehicle.

この発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の構成について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure in the middle of manufacture of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の構成について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure in the middle of manufacture of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. トレンチを構成する側壁の面方位について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the surface orientation of the side wall which comprises a trench. 第1のイオン注入時におけるSiイオンビームの平面照射およびトレンチの平面図を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the planar irradiation of the Si ion beam at the time of 1st ion implantation, and the top view of a trench. 注入されるSiイオンについて示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing shown about the Si ion implanted. 第2のイオン注入時におけるSiイオンビームの平面照射およびトレンチの平面図を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the planar irradiation of the Si ion beam at the time of 2nd ion implantation, and the top view of a trench. この発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の構成について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure in the middle of manufacture of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の構成について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure in the middle of manufacture of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の構成について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure in the middle of manufacture of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1の半導体装置の製造方法によって製造されたUMOSFETについて示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a UMOSFET manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. 酸化膜の厚さと加速エネルギーについて示すグラフである。It is a graph shown about the thickness and acceleration energy of an oxide film. 各結晶面にイオン注入した場合の酸化速度について示すグラフである。It is a graph shown about the oxidation rate at the time of ion-implanting to each crystal plane. トレンチ41を構成する側面の面方位について示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing the surface orientation of the side surface constituting the trench 41. 第1のイオン注入時におけるSiイオンビームの平面照射およびトレンチの平面図を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the planar irradiation of the Si ion beam at the time of 1st ion implantation, and the top view of a trench. この発明の実施の形態3にかかる半導体装置の製造方法について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. 格子状の平面パターンを有するトレンチを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the trench which has a grid | lattice-like plane pattern. ストライプ状の平面パターンを有するトレンチを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the trench which has a striped planar pattern. 格子状の平面パターンを有するトレンチを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the trench which has a grid | lattice-like plane pattern. ストライプ状の平面パターンを有する半導体装置を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the semiconductor device which has a striped planar pattern. C面からの角度と酸化速度との関係について示すグラフである。It is a graph shown about the relationship between the angle from C surface, and an oxidation rate.

符号の説明Explanation of symbols

1 n+炭化珪素基板
2 n-ドリフト領域
3 n電流拡散領域
4 pウェル領域
5 n+ソース領域
6 保護酸化膜
7 アルミニウムマスク
8 トレンチ
9 シリコンイオンビーム
10 ゲート酸化膜

1 n + silicon carbide substrate 2 n drift region 3 n current diffusion region 4 p well region 5 n + source region 6 protective oxide film 7 aluminum mask 8 trench 9 silicon ion beam 10 gate oxide film

Claims (5)

炭化珪素結晶からなる半導体基板の表面に当該半導体基板よりも高抵抗の半導体領域を形成する第1の形成工程と、
前記第1の形成工程によって形成された半導体領域に達するトレンチを形成する第2の形成工程と、
前記トレンチの内側壁を構成する酸化速度が異なる複数の側壁に、当該各側壁の酸化速度に応じた量のイオンを注入する注入工程と、
前記注入工程によって前記イオンが注入された前記トレンチの内側壁を酸化し、前記トレンチの内側壁に略均一の厚さの絶縁膜を形成する第3の形成工程と、
を含み、
前記注入工程では、前記トレンチの各側壁の酸化速度が同一速度となるように前記トレンチの最も酸化速度が速い側壁を除く他の側壁に別々にイオンを注入し、前記トレンチの他の側壁のうち互いに対向する側壁にイオンを注入するときに同時に前記トレンチの底面にイオンを注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first forming step of forming a semiconductor region having a higher resistance than the semiconductor substrate on the surface of the semiconductor substrate made of silicon carbide crystal;
A second forming step of forming a trench reaching the semiconductor region formed by the first forming step;
Implanting a plurality of side walls with different oxidation rates constituting the inner side wall of the trench with an amount of ions according to the oxidation rate of each side wall;
A third forming step of oxidizing an inner wall of the trench into which the ions have been implanted in the implantation step, and forming an insulating film having a substantially uniform thickness on the inner wall of the trench ;
Only including,
In the implantation step, ions are separately implanted into the other sidewalls except the sidewall having the fastest oxidation rate of the trench so that the oxidation rate of each sidewall of the trench becomes the same rate. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein ions are implanted into the bottom surface of the trench at the same time when ions are implanted into opposite sidewalls .
炭化珪素からなる半導体基板の表面に当該半導体基板よりも高抵抗の半導体領域を形成する第1の形成工程と、A first forming step of forming a semiconductor region having a higher resistance than the semiconductor substrate on the surface of the semiconductor substrate made of silicon carbide;
前記第1の形成工程によって形成された半導体領域に達するトレンチを形成する第2の形成工程と、  A second forming step of forming a trench reaching the semiconductor region formed by the first forming step;
前記第2の形成工程によって形成されたトレンチの内側壁を酸化し、前記トレンチの各側壁に酸化速度が遅い側壁で酸化速度が速い側壁よりも薄くなるように絶縁膜を形成する第3の形成工程と、  A third formation in which the inner side wall of the trench formed by the second forming step is oxidized, and an insulating film is formed on each side wall of the trench so that the side wall has a low oxidation rate and is thinner than the side wall having a high oxidation rate. Process,
前記第3の形成工程によって形成された絶縁膜を介して前記トレンチのすべての側壁にそれぞれ同量のイオンを注入することにより、薄い絶縁膜が形成された前記トレンチの側壁に厚い絶縁膜が形成された前記トレンチの側壁よりも多い量のイオンを注入する注入工程と、  By implanting the same amount of ions into all the sidewalls of the trench through the insulating film formed in the third forming step, a thick insulating film is formed on the sidewall of the trench where the thin insulating film is formed. Implanting a larger amount of ions than the trench sidewalls;
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。  A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記絶縁膜を前記トレンチの内側壁から除去する除去工程と、Removing the insulating film from the inner wall of the trench;
前記注入工程によって前記イオンが注入された前記トレンチの内側壁を酸化し、前記トレンチの内側壁にあらたな絶縁膜を形成する第4の形成工程と、  A fourth forming step of oxidizing the inner sidewall of the trench into which the ions have been implanted by the implantation step and forming a new insulating film on the inner sidewall of the trench;
を含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。  The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, comprising:
前記炭化珪素は、四層周期六方晶であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon carbide is a four-layer periodic hexagonal crystal. 前記半導体基板の主面の面方位が(11−20)面または当該(11−20)面と等価な面であり、前記トレンチを構成する結晶面のうち少なくとも一つの面が(03−38)面または当該(03−38)面と等価な面であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。The plane orientation of the main surface of the semiconductor substrate is a (11-20) plane or a plane equivalent to the (11-20) plane, and at least one of crystal planes constituting the trench is (03-38). 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a plane or a plane equivalent to the (03-38) plane.
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