JP5463725B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、半導体材料として炭化珪素(SiC)を用いた炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device using silicon carbide (SiC) as a semiconductor material and a method for manufacturing the same.
従来、炭化珪素半導体材料は、シリコン半導体材料よりも大きなバンドギャップを有しているため、シリコン半導体材料よりも絶縁破壊電界強度が高いことが知られている。ここで、オン抵抗は、導通状態における抵抗であり、絶縁破壊電界強度の3乗に反比例する。このため、例えば広く用いられている4H型と呼ばれる炭化珪素半導体においては、オン抵抗をシリコン半導体の100分の1に抑制することができる。また、炭化珪素半導体は、熱伝導度が大きいため、放熱が容易である。これらの理由から、炭化珪素半導体を用いて作製される次世代の低損失な電力用半導体装置が期待されている。 Conventionally, a silicon carbide semiconductor material has a larger band gap than a silicon semiconductor material, so that it is known that a breakdown electric field strength is higher than that of a silicon semiconductor material. Here, the on-resistance is a resistance in a conductive state and is inversely proportional to the cube of the dielectric breakdown electric field strength. For this reason, for example, in a widely used silicon carbide semiconductor called 4H type, the on-resistance can be suppressed to 1/100 of that of a silicon semiconductor. Moreover, since a silicon carbide semiconductor has a large thermal conductivity, heat dissipation is easy. For these reasons, a next-generation low-loss power semiconductor device manufactured using a silicon carbide semiconductor is expected.
近年、炭化珪素半導体材料を用いた炭化珪素ウエハ(半導体基板)の品質向上や大口径化の進展にともなって、シリコン半導体材料を用いたシリコン半導体装置の特性を大きく上回る金属酸化物半導体電界効果型トランジスタ(MOSFET)、バイポーラトランジスタ、接合型電界効果型トランジスタ(JFET)などの開発が盛んである。特にMOSFETは、電圧駆動型素子であるため、ゲート駆動回路を低コストに抑えることができる。また、MOSFETは、電子あるいは正孔のみの多数キャリア素子であって導通時の素子内にキャリアの蓄積がないため、ターンオフ時にそれらのキャリアを素子外に掃き出す時間を必要としない。したがって、例えば電子および正孔の両方が伝導に寄与するバイポーラ型素子と比較して高速スイッチングが可能となる。 In recent years, as the quality of silicon carbide wafers (semiconductor substrates) using silicon carbide semiconductor materials improves and the diameter increases, the metal oxide semiconductor field effect type greatly exceeds the characteristics of silicon semiconductor devices using silicon semiconductor materials. The development of transistors (MOSFETs), bipolar transistors, junction field effect transistors (JFETs), and the like is active. In particular, since the MOSFET is a voltage-driven element, the gate driving circuit can be suppressed at a low cost. Further, since the MOSFET is a majority carrier element having only electrons or holes and does not accumulate carriers in the conductive element, it does not require time for sweeping out the carriers out of the element at the time of turn-off. Therefore, for example, high-speed switching is possible as compared with a bipolar element in which both electrons and holes contribute to conduction.
なお、本明細書において、nまたはpを冠した半導体は、それぞれ電子、正孔が多数キャリアであることを意味する。また、n+やn-などのように、nやpに付す「+」または「-」は、それぞれそれらが付されていない半導体の不純物濃度よりも比較的高濃度または比較的低濃度であることを表す。 Note that in this specification, a semiconductor having n or p means that electrons and holes are majority carriers, respectively. Further, “ + ” or “ − ” attached to n or p, such as n + or n −, is relatively higher or lower than the impurity concentration of the semiconductor to which they are not attached. Represents that.
図11は、従来の一般的な縦型MOSFET(DIMOSFET)の断面構造について示す断面図である。図11に示すように、DIMOSFETは、n+型ドレイン層21の上に、n-型ドリフト層22が設けられており、n-型ドリフト層22の表面層に、選択的にp型ベース層23が設けられている。すなわち、おもて面側の表面付近において、n-型ドリフト層22がp型ベース層23に挟まれた構造となっている。そして、p型ベース層23の表面層に、n-型ドリフト層22と離れてn+型ソース領域24が設けられている。また、p型ベース層23のn-型ドリフト層22とn+型ソース領域24に挟まれた領域と、n-型ドリフト層22との上に、ゲート酸化膜26を介してゲート電極27が設けられている。さらに、おもて面側にソース/ベース電極28が設けられ、裏面側にドレイン電極29が設けられている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a conventional general vertical MOSFET (DIMOSFET). As shown in FIG. 11, in the DIMOSFET, an n −
図11に示すDIMOSFETにおいては、n-型ドリフト層22においてゲート酸化膜26との界面近傍を電子が移動するときに蓄積層抵抗が生じる。また、n-型ドリフト層22内のゲート酸化膜26との界面近傍から裏面側のドレインに向かって電流が流れるときに、n-型ドリフト層22がp型ベース層23に挟まれているために、JFET抵抗が発生しやすい。
In the DIMOSFET shown in FIG. 11, an accumulation layer resistance is generated when electrons move in the vicinity of the interface with the
上述した蓄積層抵抗やJFET抵抗を生じさせないために、トレンチゲート構造を有するMOSFET(UMOSFET)が提案されている。図12は、従来の一般的なUMOSFETの断面構造を示す断面図である。UMOSFETは、主面に対して側壁が垂直なトレンチゲートを有するMOSFETである。図12においては、UMOSFETの1セルピッチの断面構造を示している。 In order to prevent the above-described accumulation layer resistance and JFET resistance from occurring, a MOSFET (UMOSFET) having a trench gate structure has been proposed. FIG. 12 is a sectional view showing a sectional structure of a conventional general UMOSFET. The UMOSFET is a MOSFET having a trench gate whose side wall is perpendicular to the main surface. FIG. 12 shows a cross-sectional structure of one cell pitch of UMOSFET.
図12に示すように、UMOSFETを作製する際には、n+型ドレイン層31となる比較的低い抵抗率のn+型炭化珪素基板の上に、比較的高い抵抗率のn-型ドリフト層32と、p型ベース層33とを、この順にエピタキシャルSiC成長により形成する。そして、p型ベース層33の表面からイオン注入を行うことでn+型ソース領域34を形成する。このような炭化珪素ウェハに、n-型ドリフト層32に達するようなゲートトレンチ35を形成し、ゲートトレンチ35内部に、ゲート酸化膜36を介してゲート電極37を形成する。さらに、炭化珪素ウェハ30のおもて面側にソース/ベース電極38を形成し、裏面側にドレイン電極39を形成することで、UMOSFETが完成する。
As shown in FIG. 12, when manufacturing a UMOSFET, an n − type drift layer having a relatively high resistivity is formed on an n + type silicon carbide substrate having a relatively low resistivity to be an n +
図12に示すUMOSFETにおいては、オフ状態時に、ソース/ベース電極38をアース電位にしておき、ゲート電極37に十分に大きな負バイアスを印加することで、電流が流れなくなる。その理由は、p型ベース層33のn+型ソース領域34とn-型ドリフト層32に挟まれた領域と、ゲート酸化膜36との界面近傍において、正孔が誘起された蓄積状態となり、伝導キャリアである電子の経路が遮断されるためである。また、ドレイン電極39に正の高電圧を印加するとp型ベース層33とn-型ドリフト層32間の接合が逆バイアス状態になるので、空乏層がp型ベース層33内とn-型ドリフト層32内に広がり、電流を低く抑えたまま高電圧が維持される。
In the UMOSFET shown in FIG. 12, when the source /
また、オン状態時に、ゲート電極37に十分に大きな正バイアスを印加することで、p型ベース層33のn+型ソース領域34とn-型ドリフト層32に挟まれた領域と、ゲート酸化膜36との界面近傍において、電子が誘起された反転状態となる。そして、ソース/ベース電極38、n+型ソース領域34、p型ベース領域33のゲート酸化膜36に接する反転層(不図示)、n-型ドリフト層32、n+型ドレイン層31、ドレイン電極39の順にキャリアが流れる。
Further, when a sufficiently large positive bias is applied to the
このように、図11に示すDIMOSFETではセルピッチを小さくしていくと、所定のセルピッチ距離からJFET抵抗が現れて、オン抵抗が増加するのに対し、図12に示すUMOSFETではセルピッチを小さくすればするほどオン抵抗が単調に減少する。特に、約3kV以下の耐圧を持つMOSFETにおいては、MOSチャネル抵抗が無視できないために微細化によるセルピッチの縮小が必須であり、この場合UMOSFETの方が適している。 As described above, when the cell pitch is reduced in the DIMOSFET shown in FIG. 11, the JFET resistance appears from a predetermined cell pitch distance and the on-resistance increases, whereas in the UMOSFET shown in FIG. 12, the cell pitch is reduced. The on-resistance decreases monotonously. In particular, in a MOSFET having a withstand voltage of about 3 kV or less, since the MOS channel resistance cannot be ignored, the cell pitch must be reduced by miniaturization, and in this case, the UMOSFET is more suitable.
ここで、UMOSFETを小型化する方法としては、例えばゲート電極を埋め込むためのゲートトレンチと交差するように、ソース電極とn+型ソース領域およびp型ベース領域とが接する面積を広くするためのソーストレンチを形成する方法が提案されている(例えば、下記特許文献1、下記特許文献2参照。)。
Here, as a method for reducing the size of the UMOSFET, for example, a source for widening the area where the source electrode is in contact with the n + -type source region and the p-type base region so as to intersect with the gate trench for embedding the gate electrode. A method of forming a trench has been proposed (see, for example,
また、図13は、従来のUMOSFETの構造を示す要部断面図と、電界強度分布とを示す説明図である。電界強度分布は、要部断面図に対応するように、破線の枠で示すpn接合部41およびMOS構造部42について、基板の厚さ方向に縦軸を合わせ、横軸にオフ状態における電界強度を表している。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part showing the structure of a conventional UMOSFET and an explanatory diagram showing an electric field strength distribution. The electric field strength distribution is such that the vertical axis is aligned with the substrate thickness direction and the horizontal axis is the off-state electric field strength for the
図13に示すように、ゲートトレンチ35底部においてゲート酸化膜36(SiO2膜)に印加される電界強度が非常に大きくなる。その理由は、炭化珪素の比誘電率(4H−SiCの場合、例えば9.7)と、SiO2の比誘電率(例えば3.8)とが異なるためである。また、図示は省略したが、ゲートトレンチ35の角部の酸化膜に印加される電界強度は、電界集中のためにさらに大きくなる。
As shown in FIG. 13, the electric field strength applied to the gate oxide film 36 (SiO 2 film) at the bottom of the
図13に示すように、UMOSFETにおいては、p型ベース領域33とn-型ドリフト層32との間のpn接合部41における電界強度のピークが炭化珪素の絶縁破壊電界強度(例えば、約2MV/cm)に達する前に、ゲートトレンチ35底部のゲート酸化膜36が酸化膜の絶縁破壊電界強度(例えば、約10MV/cm)に先に達してしまい、理論耐圧よりも低い電圧で絶縁破壊を起こしてしまうという問題がある。
As shown in FIG. 13, in the UMOSFET, the peak of the electric field strength at the
ここで、シリコン半導体を用いた場合、シリコンの絶縁破壊電界強度は約0.2MV/cmであり、酸化膜の絶縁破壊電界強度(例えば、約10MV/cm)より2桁低いため、ほとんどの場合、pn接合部41で先に絶縁破壊が起きる。しかしながら、炭化珪素(例えば、4H)を用いた場合、炭化珪素の絶縁破壊電界強度が2MV/cmと比較的大きく、酸化膜の絶縁破壊電界強度(例えば、約10MV/cm)と1桁しか違わないので、酸化膜で先に絶縁破壊が起きる可能性がシリコン半導体に比べて高くなる。
Here, when a silicon semiconductor is used, the breakdown electric field strength of silicon is about 0.2 MV / cm, which is two orders of magnitude lower than the breakdown electric field strength of the oxide film (for example, about 10 MV / cm). , The dielectric breakdown first occurs at the
このような問題を解決する方法としては、ゲートトレンチ35底部にp+層(電界緩和層)を形成する方法が挙げられる(例えば、非特許文献1参照。)。図14は、従来のUMOSFETの他の構造を示す要部断面図と、電界強度分布とを示す説明図である。図14に示すように、例えばUMOSFETを作製する際、ゲートトレンチ35形成後に素子全面にアルミニウム(Al)やボロン(B)のイオン注入を行い、さらにゲートトレンチ35底部のみに不純物濃度が1×1018cm-3程度で、厚さが0.5μm程度のp+層(電界緩和層)43が形成されている。
As a method for solving such a problem, there is a method of forming a p + layer (electric field relaxation layer) at the bottom of the gate trench 35 (see, for example, Non-Patent Document 1). FIG. 14 is a cross-sectional view of a main part showing another structure of a conventional UMOSFET and an explanatory diagram showing an electric field strength distribution. As shown in FIG. 14, for example, when fabricating a UMOSFET, after forming the
したがって、図14の炭化珪素基板のおもて面側から裏面側にかけて、ゲートトレンチ35底部の位置で切断する断面における電界強度分布に示すように、非特許文献1に記載されたUMOSFETにおいては、ゲートトレンチ35底部の電界緩和層43により電界が吸収される。このため、ゲートトレンチ35底部のゲート酸化膜36に電界が印加されず、ゲート酸化膜36の絶縁破壊を防ぐことができるので、素子の耐圧が向上する。
Therefore, in the UMOSFET described in
しかしながら、上述した技術では、ゲートトレンチ35を形成した後に、p型ベース層33を形成するためのイオン注入を行うことで、ゲートトレンチ35側壁にイオン注入によるダメージが生じる。したがって、p型ベース層33と、その後の工程で形成されるゲート酸化膜36との界面の状態が劣悪となり、MOSチャネル抵抗が増加するという問題がある。
However, in the above-described technique, ion implantation for forming the p-
また、ゲートトレンチ35側壁の下端と接するn-型ドリフト層32が、ゲートトレンチ35底部に形成されたp+層(電界緩和層)43とp型ベース層33に挟まれていることにより生じるJFET抵抗を低減させるために、ゲートトレンチ35側壁の下端と接する領域に、n-型ドリフト層32より低抵抗のn型電流拡散層を形成することが考えられる。ここで、n型電流拡散層の不純物濃度と膜厚には、最適値があり、最適値より不純物濃度が低いまたは膜厚が薄い場合、JFET抵抗が生じるという問題がある。また、最適値より不純物濃度が高いまたは膜厚が厚い場合、JFET抵抗を抑制することはできるが、逆方向バイアス時の絶縁耐圧が低下してしまうという問題がある。n型電流拡散層は、エピタキシャル成長により形成されるが、n型電流拡散層の不純物濃度および膜厚を制御することが難しく、歩留まりが低下するという問題がある。
Further, the JFET generated when the n −
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、絶縁耐圧を向上し、かつオン抵抗を低減することができる炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same that can improve the withstand voltage and reduce the on-resistance in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる炭化珪素半導体装置は、第1導電型炭化珪素半導体基板のおもて面側の上に設けられた第1導電型ドリフト層と、平面形状がストライプ状で、前記第1導電型ドリフト層の表面から前記第1導電型炭化珪素半導体基板に達しないように設けられた第1トレンチと、前記第1トレンチを有する前記第1導電型ドリフト層の全面に設けられた第2導電型ベース層と、前記第2導電型ベース層の全面に設けられた第1導電型ソース層と、平面形状が前記第1トレンチと交差するようなストライプ状で、前記第1導電型ソース層の表面から前記第2導電型ベース層を介して前記第1導電型ドリフト層に達し、底部が前記第1トレンチの底部位置まで達しないように形成することにより、側壁に前記第2導電型ベース層と前記第1導電型ソース層を露出させる第2トレンチと、前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介して埋め込まれたゲート電極と、前記第1導電型ソース層に接するように設けられたソース電極と、前記ゲート電極と前記ソース電極の間に設けられた絶縁膜と、前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面側に設けられたドレイン電極と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a silicon carbide semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a first conductivity type provided on a front surface side of a first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate. A drift layer; a first trench having a planar shape in a stripe shape; provided so as not to reach the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate from a surface of the first conductivity type drift layer; and the first trench. A second conductivity type base layer provided on the entire surface of the first conductivity type drift layer, a first conductivity type source layer provided on the entire surface of the second conductivity type base layer, and a planar shape intersecting the first trench a stripe-shaped such that, reached in the first conductivity type drift layer through the second conductive type base layer from the surface of the first conductivity type source layer, the bottom does not reach the bottom position of the first trench To form like Ri, a second trench that exposes the first conductive type source layer and the second conductivity type base layer on the side wall, inside the second trench, and a gate electrode embedded through the gate oxide film, the first A source electrode provided in contact with the one-conductivity-type source layer; an insulating film provided between the gate electrode and the source electrode; and a drain provided on the back side of the first-conductivity-type silicon carbide semiconductor substrate And an electrode.
また、請求項2の発明にかかる炭化珪素半導体装置は、請求項1に記載の発明において、前記第1導電型ドリフト層の表面層に、前記第1トレンチの側壁の底部を覆うように設けられた、当該第1導電型ドリフト層より不純物濃度の高い第1導電型不純物層をさらに備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the silicon carbide semiconductor device according to the first aspect of the present invention is provided on the surface layer of the first conductivity type drift layer so as to cover the bottom of the side wall of the first trench. The semiconductor device further includes a first conductivity type impurity layer having an impurity concentration higher than that of the first conductivity type drift layer.
また、請求項3の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、第1導電型炭化珪素半導体基板のおもて面側の全面に第1導電型ドリフト層を積層する工程と、平面形状がストライプ状で、前記第1導電型ドリフト層の表面から前記第1導電型炭化珪素半導体基板に達しないように第1トレンチを形成する工程と、前記第1トレンチを形成した後に、前記第1導電型ドリフト層の全面に第2導電型ベース層を積層する工程と、前記第2導電型ベース層の全面に第1導電型ソース層を積層する工程と、平面形状が前記第1トレンチと交差するようなストライプ状で、前記第1導電型ソース層の表面から前記第2導電型ベース層を介して前記第1導電型ドリフト層に達し、底部が前記第1トレンチの底部位置まで達しないように形成することにより、側壁に前記第2導電型ベース層と前記第1導電型ソース層を露出させる第2トレンチを形成する工程と、前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介してゲート電極を埋め込む工程と、前記ゲート電極を覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記第1導電型ソース層に接するようにソース電極を形成する工程と、前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面側にドレイン電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device comprising: a step of laminating a first conductivity type drift layer on the entire front surface side of a first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate; Forming a first trench in a stripe shape so as not to reach the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate from the surface of the first conductivity type drift layer; and after forming the first trench, the first conductivity A step of laminating a second conductivity type base layer over the entire surface of the drift layer, a step of laminating a first conductivity type source layer over the entire surface of the second conductivity type base layer, and a planar shape intersecting the first trench. a stripe shape as the first from the surface of the conductive source layer through the second conductive type base layer reached on the first conductive type drift layer, so that the bottom does not reach the bottom position of the first trench To form into Ri, burying and forming a second trench that exposes the first conductive type source layer and the second conductivity type base layer on the side wall, inside the second trench, the gate electrode via a gate oxide film A step of forming an insulating film so as to cover the gate electrode, a step of forming a source electrode so as to be in contact with the first conductive type source layer, and a drain on the back side of the first conductive type silicon carbide semiconductor substrate. Forming an electrode.
また、請求項4の発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、第1導電型炭化珪素半導体基板のおもて面側の全面に第1導電型ドリフト層を積層する工程と、前記第1導電型ドリフト層の全面に、当該第1導電型ドリフト層よりも不純物濃度の高い第1導電型不純物層を形成する工程と、平面形状がストライプ状で、前記第1導電型不純物層の表面から前記第1導電型ドリフト層に達しないように第1トレンチを形成する工程と、前記第1トレンチを形成した後に、前記第1導電型不純物層の全面に第2導電型ベース層を積層する工程と、前記第2導電型ベース層の全面に第1導電型ソース層を積層する工程と、平面形状が前記第1トレンチと交差するようなストライプ状で、前記第1導電型ソース層の表面から前記第2導電型ベース層を介して前記第1導電型ドリフト層に達し、底部が前記第1トレンチの底部位置まで達しないように形成することにより、側壁に前記第2導電型ベース層と前記第1導電型ソース層を露出させる第2トレンチを形成する工程と、前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介してゲート電極を埋め込む工程と、前記ゲート電極を覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記第1導電型ソース層に接するようにソース電極を形成する工程と、前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面側にドレイン電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: laminating a first conductivity type drift layer on the entire front surface side of a first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate; A step of forming a first conductivity type impurity layer having an impurity concentration higher than that of the first conductivity type drift layer on the entire surface of the conductivity type drift layer, and a planar shape in a stripe shape, from the surface of the first conductivity type impurity layer; Forming a first trench so as not to reach the first conductivity type drift layer; and forming a second conductivity type base layer on the entire surface of the first conductivity type impurity layer after forming the first trench. A step of laminating the first conductivity type source layer on the entire surface of the second conductivity type base layer, and a stripe shape in which the planar shape intersects the first trench, from the surface of the first conductivity type source layer. The second conductivity type base layer It reached the first conductivity type drift layer through, by which the bottom portion is formed so as not to reach to the bottom position of the first trench, said first conductivity type source layer and the second conductivity type base layer on the side walls Forming a second trench to be exposed ; embedding a gate electrode in the second trench through a gate oxide film; forming an insulating film so as to cover the gate electrode; A step of forming a source electrode so as to be in contact with the conductive type source layer; and a step of forming a drain electrode on the back side of the first conductive type silicon carbide semiconductor substrate.
上述した請求項1または3の発明によれば、第2導電型ベース層および第1導電型ソース層をエピタキシャル成長によって形成するため、第2トレンチの側壁にイオン注入によるダメージが生じない。すなわち、第2トレンチの側壁に形成されたゲート酸化膜と、第2導電型ベース層との界面が良好となる。このため、チャネル移動度が向上し、チャネル密度が向上する。 According to the first or third aspect of the invention described above, since the second conductive type base layer and the first conductive type source layer are formed by epitaxial growth, the side wall of the second trench is not damaged by ion implantation. That is, the interface between the gate oxide film formed on the side wall of the second trench and the second conductivity type base layer is improved. For this reason, channel mobility improves and channel density improves.
この請求項2または4の発明によれば、第2トレンチの側壁の底部に、第1導電型ドリフト層よりも不純物濃度の高い第1導電型不純物層が設けられている。このため、第2トレンチの側壁の底部において生じるJFET抵抗を低減することができる。
According to the invention of
本発明にかかる炭化珪素半導体装置およびその製造方法によれば、絶縁耐圧を向上し、かつオン抵抗を低減することができるという効果を奏する。 According to the silicon carbide semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the present invention, it is possible to improve the withstand voltage and reduce the on-resistance.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、各実施の形態の説明およびすべての添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Exemplary embodiments of a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the description of each embodiment and all the attached drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.
(実施の形態1)
まず、実施の形態1にかかる半導体装置について説明する。図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の断面構造について示す斜視断面図である。実施の形態1にかかる半導体装置は、エピタキシャルウエハーを用いて作製される。エピタキシャルウエハーは、n+型4H−SiC基板1の上に、n型バッファー層2と、n-型ドリフト層3とが、この順に積層されている。
(Embodiment 1)
First, the semiconductor device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective sectional view showing a sectional structure of the semiconductor device according to the first embodiment. The semiconductor device according to the first embodiment is manufactured using an epitaxial wafer. In the epitaxial wafer, an n-
エピタキシャルウエハーには、第1主面から垂直で、平面形状がストライプ状になるように、第1トレンチ4が設けられている。そして、第1トレンチ4を有するエピタキシャルウエハーの全面にp型ベース層5と、n+型ソース層6とが、この順に積層されている。したがって、第1トレンチ4には、p型ベース層5と、n+型ソース層6とが、埋め込まれている。
The epitaxial wafer is provided with the first trench 4 so as to be perpendicular to the first main surface and have a planar shape in a stripe shape. A p-
また、p型ベース層5と、n+型ソース層6とが積層されたエピタキシャルウエハーの第1主面側から垂直で、平面形状がストライプ状になり、第1主面の表面において第1トレンチ4と交差するように、ゲートトレンチ(第2トレンチ)7が設けられている。第2トレンチ7には、ゲート酸化膜8を介して、ゲート電極9が設けられている。また、第1トレンチ4同士および第2トレンチ7同士に挟まれたn+型ソース層6には、p型ベース層5に達するコンタクト孔16が選択的に設けられている。
Further, the planar shape of the epitaxial wafer on which the p-
層間絶縁膜10は、ゲート電極9を覆うように設けられている。ソース電極11は、層間絶縁膜10およびn+型ソース層6の上に設けられている。したがって、ソース電極11は、コンタクト孔16によってp型ベース層5と電気的に接続される。ドレイン電極12は、エピタキシャルウエハーの第2主面上の全面に設けられている。さらに、ソース電極11の上には、アルミニウム等のメタル13が順次積層されている。
The
つぎに、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。図2〜図4は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を順に示す斜視断面図である。まず、図2に示すように、厚さが例えば約400μmであり、不純物濃度が例えば1×1018cm-3であるn+型4H−SiC基板1を用意する。n+型4H−SiC基板1は、主面が例えば<11−20>方向に8度のオフ角を有する(0001)Si面または(000−1)C面である。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 2 to 4 are perspective sectional views sequentially illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. First, as shown in FIG. 2, an n + -type 4H—
そして、n+型4H−SiC基板1に、膜厚が例えば1μmであり、不純物濃度が例えば1×1017cm-3であるn型バッファー層2と、膜厚が例えば1μmであり、不純物濃度が例えば9×1015cm-3であるn-型ドリフト層3をこの順にエピタキシャル成長により形成する。これにより、エピタキシャルウエハーが生成される。
The n + -type 4H—
つぎに、例えばRIE(Reactive Ion Etching)によって、エピタキシャルウエハーの第1主面側から、第1主面と垂直で、平面形状がストライプ状となるように、幅が例えば約5μmの第1トレンチ4を形成する。第1トレンチ4は、側壁が例えば<11−20>方向と平行な方向となるように形成する。 Next, for example, by RIE (Reactive Ion Etching), the first trench 4 having a width of, for example, about 5 μm from the first main surface side of the epitaxial wafer so as to be perpendicular to the first main surface and have a planar shape in a stripe shape. Form. The first trench 4 is formed so that the side wall is in a direction parallel to, for example, the <11-20> direction.
ついで、図3に示すように、第1トレンチ4の形成されたエピタキシャルウエハーの第1主面側の全面に、不純物濃度が例えば2×1017cm-3であり、膜厚が例えば2μmであるp型ベース層5を積層し、p型ベース層5の上に、不純物濃度が例えば1×1019cm-3であり、膜厚が例えば2μmであるn+型ソース層6を積層する。これによって、第1トレンチ4の内部には、p型ベース層5およびn+型ソース層6が埋め込まれ、エピタキシャルウエハーの第1主面側の表面が平坦となる。
Next, as shown in FIG. 3, the impurity concentration is, for example, 2 × 10 17 cm −3 and the film thickness is, for example, 2 μm over the entire first main surface side of the epitaxial wafer in which the first trench 4 is formed. A p-
なお、図3においては、第1トレンチ4の内部がp型ベース層5およびn+型ソース層6によって埋め込まれた構造としているが、これに限ることなく、n+型ソース層6内に空隙が形成されていてもよい。また、エピタキシャルウエハーの第1主面側の表面が平坦となっていなくてもよい。
In FIG. 3, the first trench 4 has a structure embedded with the p-
ついで、図4に示すように、p型ベース層5およびn+型ソース層6が積層されたエピタキシャルウエハーの第1主面側から、第1主面と垂直で、平面形状がストライプ状となり、第1主面の表面において第1トレンチ4と交差するように、幅が例えば約1μmの第2トレンチ7を形成する。第2トレンチ7は、側壁が例えば<1−100>方向と平行な方向となるように形成する。なお、第2トレンチ7の幅は、1μmに限るものではなく、微細化するほどよい。
Next, as shown in FIG. 4, from the first main surface side of the epitaxial wafer on which the p-
そして、通常のトレンチゲート型MOSFETを形成するように、ゲート酸化膜8、ゲート電極9、層間絶縁膜10、ソース電極11、ドレイン電極12およびメタル13を順次形成して、図1に示す半導体装置が完成する。
Then, a
(実施例1)
つぎに、実施の形態1にかかる半導体装置のセル1個分(実施例1の半導体装置)の構造および特性について検証する。図5は、実施例1の半導体装置の構造について示す斜視断面図である。また、図6は、実施例1と比較例1について、オン抵抗と、第1トレンチのセルピッチと、の関係について示す説明図である。図6において、縦軸はオン抵抗であり、横軸は第1トレンチ4のセルピッチLTR4である。
Example 1
Next, the structure and characteristics of one cell of the semiconductor device according to the first embodiment (semiconductor device of Example 1) are verified. FIG. 5 is a perspective cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the on-resistance and the cell pitch of the first trench in Example 1 and Comparative Example 1. In FIG. 6, the vertical axis represents the on-resistance, and the horizontal axis represents the cell pitch L TR4 of the first trench 4.
実施例1においては、例えば、図5に示すチャネル長LCHが2μm、第2トレンチ7間のセルピッチLTR7が24μm、ソースの埋込部分の幅LNSが1μm、第2トレンチ7の幅LTR71が6μm、ソース深さDNSが2μm、第1トレンチ4の深さDTR4が10μmである。また、ゲート酸化膜8に3MV/cmの電界強度を印加したときのチャネル移動度が40cm2/Vsである。
In the first embodiment, for example, the channel length L CH shown in FIG. 5 is 2 μm, the cell pitch L TR7 between the second trenches 7 is 24 μm, the width L NS of the buried portion of the source is 1 μm, and the width L of the
また、図6において、比較例1は、図14に示すゲートトレンチ35底辺にイオン注入によってp+層43が形成された従来の半導体装置である。比較例1の半導体装置において、チャネル長LCH、ゲートトレンチ35間のセルピッチLTR7、ソースの埋込部分の幅LNS、ゲートトレンチ35の幅、ソース深さDNSは、実施例1と同様である。比較例1の半導体装置は、ゲートトレンチ35の側壁にイオン注入によるダメージが生じており、ゲート酸化膜36に3MV/cmの電界強度を印加したときのチャネル移動度が20cm2/Vsである。
In FIG. 6, Comparative Example 1 is a conventional semiconductor device in which a p + layer 43 is formed by ion implantation at the bottom of the
ここで、第1トレンチ4のセルピッチLTR4が比較的小さいと、MOSチャネル密度が増加するためにチャネル抵抗が減少するが、JFET抵抗が増加する。また、第1トレンチ4のセルピッチLTR4が比較的大きいと、JFET抵抗が減少するが、MOSチャネル密度が減少するためにチャネル抵抗が増加する。 Here, if the cell pitch L TR4 of the first trench 4 is relatively small, the MOS channel density is increased and the channel resistance is decreased, but the JFET resistance is increased. Further, when the cell pitch L TR4 of the first trench 4 is relatively large, the JFET resistance decreases, but the channel resistance increases because the MOS channel density decreases.
図6に示すように、比較例1は、オン抵抗が第1トレンチ4のセルピッチLTR4に依存せず、12.9mΩcm2である。これに対し、実施例1は、第1トレンチ4のセルピッチLTR4が大きくなるにつれてオン抵抗が減少し、第1トレンチ4のセルピッチLTR4が18μmのときに、オン抵抗が6.1mΩcm2となり最小の値を示した。 As shown in FIG. 6, in Comparative Example 1, the on-resistance is 12.9 mΩcm 2 without depending on the cell pitch L TR4 of the first trench 4. In contrast, in Example 1, the on-resistance decreases as the cell pitch L TR4 of the first trench 4 increases, and the on-resistance becomes 6.1 mΩcm 2 when the cell pitch L TR4 of the first trench 4 is 18 μm. The value of was shown.
なお、図示は省略するが、実施例1において、第1トレンチ4のセルピッチLTR4を増加させると、ゲート酸化膜8中の電界強度が増加し、絶縁破壊電界強度に達してしまう。ゲート酸化膜8の厚さが50nmであり、ゲート酸化膜8に印加することのできる許容電界強度が3MV/cmであり、ソース電極11およびゲート電極9が接地されている場合に、ドレイン電極12に正のバイアスを印加させると、第1トレンチ4のセルピッチLTR4が約19μmまでは、ゲート酸化膜8が絶縁破壊電界強度に達しない。したがって、第1トレンチ4のセルピッチLTR4が19μmより小さければ、実施例1のオン抵抗が比較例1のオン抵抗より小さくなる。
Although illustration is omitted, in the first embodiment, when the cell pitch L TR4 of the first trench 4 is increased, the electric field strength in the
さらに、セルの各部の寸法を上述した寸法よりも微細化し、移動度を向上させていくと、実施例1および比較例1ともにオン抵抗が低減していく。しかしながら、さらに微細化を進めると、実施例1と比較例1とのオン抵抗が同様となり、さらには実施例1のオン抵抗よりも比較例1のオン抵抗が小さくなってしまう。 Furthermore, when the dimensions of each part of the cell are made smaller than the dimensions described above and the mobility is improved, the on-resistance decreases in both Example 1 and Comparative Example 1. However, when further miniaturization is performed, the on-resistance of Example 1 and Comparative Example 1 becomes the same, and the on-resistance of Comparative Example 1 becomes smaller than the on-resistance of Example 1.
具体的には、図5に示すように、ドリフト層の不純物濃度を9×1015cm-3、第1トレンチ4の深さDTR4を10μm、ゲート酸化膜8に3MV/cmの電界強度を印加したときのチャネル移動度を40cm2/Vsとしたまま、第2トレンチ7(35)間のセルピッチLTR7および第2トレンチ7(35)の幅LTR71を微細化する。この場合、第2トレンチ7(35)間のセルピッチLTR7が7μm、第2トレンチ7(35)の幅LTR71が1.75μmおよび第1トレンチ4のセルピッチLTR4が約19μmのときに、実施例1のオン抵抗が4.3mΩcm2となり、比較例1のオン抵抗(4.5mΩcm2)と同程度になる。したがって、第2トレンチ7(35)間のセルピッチLTR7が7μm以上、第2トレンチ7(35)の幅LTR71が1.75μm以上であれば、実施例1のオン抵抗が比較例1のオン抵抗より小さくなる。
Specifically, as shown in FIG. 5, the impurity concentration of the drift layer is 9 × 10 15 cm −3 , the depth D TR4 of the first trench 4 is 10 μm, and the electric field strength of 3 MV / cm is applied to the
実施の形態1によれば、第2トレンチ7の側壁に露出するp型ベース層5およびn+型ソース層6がエピタキシャル成長によって形成されるため、第2トレンチ7の側壁にイオン注入によるダメージが生じない。したがって、第2トレンチ7の側壁に形成されるゲート酸化膜8とp型ベース層5との界面が良好となり、チャネル移動度が向上し、チャネル密度が増加する。このため、絶縁耐圧を維持しつつ、オン抵抗を低減することができる。このように、絶縁耐圧とオン抵抗との関係を示す特性を、4H−SiCのユニポーラリミットに極めて近い特性とすることができる。
According to the first embodiment, since the p-
(実施の形態2)
つぎに、実施の形態2にかかる半導体装置について説明する。図7は、実施の形態2にかかる半導体装置の断面構造について示す斜視断面図である。実施の形態2にかかる半導体装置は、n-型ドリフト層3の上にn-型ドリフト層3より不純物濃度が高いn+型層17が積層されたエピタキシャルウエハーを用いて作製される。n+型層17は、例えば第1主面側からの深さが、第1トレンチ4よりも浅く、第2トレンチ7よりも深い。その他の構成は、実施の形態1と同様のため説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, a semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is a perspective sectional view showing a sectional structure of the semiconductor device according to the second embodiment. The semiconductor device according to the second embodiment, n - n on the
つぎに、実施の形態2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2にかかる半導体装置は、まず、実施の形態1にかかる半導体装置と同様に、n+型4H−SiC基板1に、膜厚が例えば1μmであり、不純物濃度が例えば1×1017cm-3であるn型バッファー層2と、膜厚が例えば1μmであり、不純物濃度が例えば9×1015cm-3であるn-型ドリフト層3をこの順にエピタキシャル成長により形成する。そして、さらに、n-型ドリフト層3の上に、不純物濃度が例えば1×1017cm-3であるn+型層17を堆積する。これにより、エピタキシャルウエハーが生成される。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described. In the semiconductor device according to the second embodiment, first, similarly to the semiconductor device according to the first embodiment, the film thickness is, for example, 1 μm and the impurity concentration is, for example, 1 × 10 17 on the n + -type 4H—
つぎに、例えばRIEによって、n+型層17の堆積されたエピタキシャルウエハーの第1主面側から、第1主面と垂直で、平面形状がストライプ状となるように、幅が例えば約5μmの第1トレンチ4を形成する。以降の処理は、実施の形態1と同様のため説明を省略する。
Next, for example, by RIE, the width is, for example, about 5 μm from the first main surface side of the epitaxial wafer on which the n + -
(実施例2)
つぎに、実施の形態2にかかる半導体装置のセル1個分(実施例2の半導体装置)の構造および特性について検証する。図8は、実施例2の半導体装置の構造について示す斜視断面図である。また、図9は、実施例2と比較例2について、オン抵抗と、第1トレンチのセルピッチと、の関係について示す説明図である。図9において、縦軸はオン抵抗であり、横軸は第1トレンチ4のセルピッチLTR4である。
(Example 2)
Next, the structure and characteristics of one cell (semiconductor device of Example 2) of the semiconductor device according to the second embodiment will be verified. FIG. 8 is a perspective sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the on-resistance and the cell pitch of the first trench in Example 2 and Comparative Example 2. In FIG. 9, the vertical axis represents on-resistance, and the horizontal axis represents the cell pitch L TR4 of the first trench 4.
実施例2においては、各部の寸法を、実施例1のオン抵抗が比較例1のオン抵抗より小さく、かつ実施例1のオン抵抗と比較例1のオン抵抗の差が最も小さくなる条件とする。すなわち、実施例2の半導体装置は、図8に示すチャネル長LCHが2μm、第2トレンチ7間のセルピッチLTR7が7μm、ソースの埋込部分の幅LNSが1μm、第2トレンチ7の幅LTR71が1.75μm、ソース深さDNSが2μm、第1トレンチ4の深さDTR4が10μmである。また、ゲート酸化膜8に3MV/cmの電界強度を印加したときのチャネル移動度が40cm2/Vsである。
In Example 2, the dimensions of each part are set so that the on-resistance of Example 1 is smaller than the on-resistance of Comparative Example 1 and the difference between the on-resistance of Example 1 and Comparative Example 1 is the smallest. . That is, in the semiconductor device of Example 2, the channel length L CH shown in FIG. 8 is 2 μm, the cell pitch L TR7 between the second trenches 7 is 7 μm, the width L NS of the buried portion of the source is 1 μm, width L TR71 is 1.75 [mu] m, the source depth D NS is 2 [mu] m, the depth D TR4 of the first trench 4 is 10 [mu] m. In addition, the channel mobility when an electric field strength of 3 MV / cm is applied to the
また、図8において、比較例2は、比較例1と同様の構造および同様のチャネル移動度であり、チャネル長LCH、ゲートトレンチ35間のセルピッチLTR7、ソースの埋込部分の幅LNS、ゲートトレンチ35の幅、ソース深さDNSは、実施例2と同様である。
In FIG. 8, Comparative Example 2 has the same structure and the same channel mobility as Comparative Example 1, and includes channel length L CH , cell pitch L TR7 between
図9に示すように、比較例2は、オン抵抗が第1トレンチ4のセルピッチLTR4に依存しないが、実施例2は、オン抵抗が第1トレンチ4のセルピッチLTR4に依存する。また、実施例2においては、第1トレンチ4のセルピッチLTR4が約10μmまでは、ゲート酸化膜8が絶縁破壊電界強度に達しない。したがって、実施例2のオン抵抗の最小値は、3.3mΩcm2となり、実施例1よりもオン抵抗が低くなった。その理由は、n+型層17の部分で、JFET抵抗をほとんど無視することができるためである。
As shown in FIG. 9, the on-resistance in the comparative example 2 does not depend on the cell pitch L TR4 of the first trench 4, but the on-resistance in the example 2 depends on the cell pitch L TR4 of the first trench 4. In the second embodiment, the
さらに、セルの各部の寸法を上述した寸法よりも微細化し、移動度を向上させる。すなわち、第1トレンチ4の深さDTR4を10μmとしたまま、第2トレンチ7(35)間のセルピッチLTR7および第2トレンチ7(35)の幅LTR71を微細化する。この場合、第2トレンチ7(35)間のセルピッチLTR7が4.5μm、第2トレンチ7(35)の幅LTR71が1.13μmおよび第1トレンチ4のセルピッチLTR4が約10μmのときに、実施例2のオン抵抗が3.1mΩcm2となり、比較例2のオン抵抗(3.2mΩcm2)と同程度になる。したがって、第2トレンチ7(35)間のセルピッチLTR7が4.5μm以上、第2トレンチ7(35)の幅LTR71が1.13μm以上であれば、実施例2のオン抵抗が比較例2のオン抵抗より小さくなる。 Furthermore, the dimensions of each part of the cell are made finer than the dimensions described above, and the mobility is improved. That is, the cell pitch L TR7 between the second trenches 7 (35) and the width L TR71 of the second trench 7 (35) are miniaturized while the depth D TR4 of the first trench 4 is set to 10 μm. In this case, the cell pitch L TR7 between second trenches 7 (35) is 4.5 [mu] m, when the width L TR71 of the second trench 7 (35) is the cell pitch L TR4 of 1.13μm and the first trench 4 to about 10μm The on-resistance of Example 2 is 3.1 mΩcm 2 , which is approximately the same as the on-resistance of Comparative Example 2 (3.2 mΩcm 2 ). Accordingly, the second trench 7 (35) cell pitch L TR7 between the 4.5μm or more, if the width L TR71 of the second trench 7 (35) is 1.13μm or more, compared on-resistance of Example 2 Example 2 It becomes smaller than the on-resistance.
図10は、実施例1、実施例2、比較例1および比較例2における、オン抵抗と絶縁耐圧の関係を示す特性図である。図10に示すように、実施例2の構成とすることで、オン抵抗と絶縁耐圧の関係を、4H−SiCのユニポーラリミットにより近づけることができる。 FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the on-resistance and the withstand voltage in Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. As shown in FIG. 10, with the configuration of the second embodiment, the relationship between the on-resistance and the withstand voltage can be made closer to the unipolar limit of 4H—SiC.
実施の形態2によれば、第2トレンチ7の側壁の底部に、n-型ドリフト層3よりも不純物濃度の高いn+型層17が形成されているため、JFET抵抗を抑えることができる。したがって、絶縁耐圧を維持しつつ、オン抵抗を実施の形態1より低減することができる。
According to the second embodiment, since the n + type layer 17 having an impurity concentration higher than that of the n −
なお、本実施の形態においては、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、これに限るものではない。例えば、第2導電型をp型とし、第1導電型をn型としてもよい。 In the present embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the present invention is not limited to this. For example, the second conductivity type may be p-type and the first conductivity type may be n-type.
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置は、トレンチゲート構造を有するMOSFETやIGBTなどの炭化珪素半導体装置に有用であり、特に、MOS型電力用炭化珪素半導体装置に適している。 As described above, the silicon carbide semiconductor device according to the present invention is useful for silicon carbide semiconductor devices such as MOSFETs and IGBTs having a trench gate structure, and is particularly suitable for MOS power silicon carbide semiconductor devices.
1 n+型4H−SiC基板
2 n型バッファー層
3 n-型ドリフト層
4 第1トレンチ
5 p型ベース層
6 n+型ソース層
7 第2トレンチ
8 ゲート酸化膜
9 ゲート電極
10 層間絶縁膜
11 ソース電極
12 ドレイン電極
13 メタル
16 コンタクト孔
1 n + type 4H—SiC substrate 2 n type buffer layer 3 n − type drift layer 4 first trench 5 p type base layer 6 n +
Claims (4)
平面形状がストライプ状で、前記第1導電型ドリフト層の表面から前記第1導電型炭化珪素半導体基板に達しないように設けられた第1トレンチと、
前記第1トレンチを有する前記第1導電型ドリフト層の全面に設けられた第2導電型ベース層と、
前記第2導電型ベース層の全面に設けられた第1導電型ソース層と、
平面形状が前記第1トレンチと交差するようなストライプ状で、前記第1導電型ソース層の表面から前記第2導電型ベース層を介して前記第1導電型ドリフト層に達し、底部が前記第1トレンチの底部位置まで達しないように形成することにより、側壁に前記第2導電型ベース層と前記第1導電型ソース層を露出させる第2トレンチと、
前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介して埋め込まれたゲート電極と、
前記第1導電型ソース層に接するように設けられたソース電極と、
前記ゲート電極と前記ソース電極の間に設けられた絶縁膜と、
前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面側に設けられたドレイン電極と、
を備えることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 A first conductivity type drift layer provided on the front surface side of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
A first trench having a planar shape in stripes and provided so as not to reach the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate from the surface of the first conductivity type drift layer;
A second conductivity type base layer provided on the entire surface of the first conductivity type drift layer having the first trench;
A first conductivity type source layer provided on the entire surface of the second conductivity type base layer;
A stripe shape as a plane shape intersecting the first trench, reached on the first conductive type drift layer from the surface of the first conductivity type source layer through the second conductive type base layer, a bottom said A second trench that exposes the second conductivity type base layer and the first conductivity type source layer on a sidewall by forming the first trench so as not to reach a bottom position ;
A gate electrode embedded in the second trench through a gate oxide film;
A source electrode provided in contact with the first conductivity type source layer;
An insulating film provided between the gate electrode and the source electrode;
A drain electrode provided on the back side of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
A silicon carbide semiconductor device comprising:
平面形状がストライプ状で、前記第1導電型ドリフト層の表面から前記第1導電型炭化珪素半導体基板に達しないように第1トレンチを形成する工程と、
前記第1トレンチを形成した後に、前記第1導電型ドリフト層の全面に第2導電型ベース層を積層する工程と、
前記第2導電型ベース層の全面に第1導電型ソース層を積層する工程と、
平面形状が前記第1トレンチと交差するようなストライプ状で、前記第1導電型ソース層の表面から前記第2導電型ベース層を介して前記第1導電型ドリフト層に達し、底部が前記第1トレンチの底部位置まで達しないように形成することにより、側壁に前記第2導電型ベース層と前記第1導電型ソース層を露出させる第2トレンチを形成する工程と、
前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介してゲート電極を埋め込む工程と、
前記ゲート電極を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記第1導電型ソース層に接するようにソース電極を形成する工程と、
前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面側にドレイン電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 Laminating a first conductivity type drift layer over the entire front surface side of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
Forming a first trench so that the planar shape is striped and does not reach the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate from the surface of the first conductivity type drift layer;
Laminating a second conductivity type base layer on the entire surface of the first conductivity type drift layer after forming the first trench;
Laminating a first conductivity type source layer on the entire surface of the second conductivity type base layer;
A stripe shape as a plane shape intersecting the first trench, reached on the first conductive type drift layer from the surface of the first conductivity type source layer through the second conductive type base layer, a bottom said Forming a second trench that exposes the second conductivity type base layer and the first conductivity type source layer on a sidewall by forming the first trench so as not to reach a bottom position ;
Burying a gate electrode in the second trench through a gate oxide film;
Forming an insulating film so as to cover the gate electrode;
Forming a source electrode in contact with the first conductivity type source layer;
Forming a drain electrode on the back side of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記第1導電型ドリフト層の全面に、当該第1導電型ドリフト層よりも不純物濃度の高い第1導電型不純物層を形成する工程と、
平面形状がストライプ状で、前記第1導電型不純物層の表面から前記第1導電型ドリフト層に達しないように第1トレンチを形成する工程と、
前記第1トレンチを形成した後に、前記第1導電型不純物層の全面に第2導電型ベース層を積層する工程と、
前記第2導電型ベース層の全面に第1導電型ソース層を積層する工程と、
平面形状が前記第1トレンチと交差するようなストライプ状で、前記第1導電型ソース層の表面から前記第2導電型ベース層を介して前記第1導電型ドリフト層に達し、底部が前記第1トレンチの底部位置まで達しないように形成することにより、側壁に前記第2導電型ベース層と前記第1導電型ソース層を露出させる第2トレンチを形成する工程と、
前記第2トレンチの内部に、ゲート酸化膜を介してゲート電極を埋め込む工程と、
前記ゲート電極を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記第1導電型ソース層に接するようにソース電極を形成する工程と、
前記第1導電型炭化珪素半導体基板の裏面側にドレイン電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 Laminating a first conductivity type drift layer over the entire front surface side of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
Forming a first conductivity type impurity layer having an impurity concentration higher than that of the first conductivity type drift layer on the entire surface of the first conductivity type drift layer;
Forming a first trench so that the planar shape is a stripe shape and does not reach the first conductivity type drift layer from the surface of the first conductivity type impurity layer;
Forming a second conductive type base layer on the entire surface of the first conductive type impurity layer after forming the first trench;
Laminating a first conductivity type source layer on the entire surface of the second conductivity type base layer;
A stripe shape as a plane shape intersecting the first trench, reached on the first conductive type drift layer from the surface of the first conductivity type source layer through the second conductive type base layer, a bottom said Forming a second trench that exposes the second conductivity type base layer and the first conductivity type source layer on a sidewall by forming the first trench so as not to reach a bottom position ;
Burying a gate electrode in the second trench through a gate oxide film;
Forming an insulating film so as to cover the gate electrode;
Forming a source electrode in contact with the first conductivity type source layer;
Forming a drain electrode on the back side of the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
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