JP5776610B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、トレンチゲート構造の半導体スイッチング素子を有する炭化珪素(以下、SiCという)半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) semiconductor device having a semiconductor switching element having a trench gate structure and a method for manufacturing the same.

半導体スイッチング素子を有する半導体装置において、より大電流を流すには、チャネル密度を高くすることが有効である。シリコントランジスタでは、チャネル密度を高くするために、トレンチゲート構造のMOSFETが採用され、実用化されている。このトレンチゲート構造はSiC半導体装置にも適用できる構造であるが、SiCに応用する場合、大きな問題がある。すなわち、SiCは破壊電界強度がシリコンの10倍あるため、SiC半導体装置にはシリコンデバイスの10倍近い電圧をかけた状態で使用される。そのため、トレンチ内に形成されたゲート絶縁膜にもシリコンデバイスの10倍の強度の電界がかかり、トレンチのコーナー部においてゲート絶縁膜が容易に破壊されてしまうという問題がある。   In a semiconductor device having a semiconductor switching element, it is effective to increase the channel density in order to flow a larger current. In a silicon transistor, a MOSFET having a trench gate structure is adopted and put into practical use in order to increase the channel density. Although this trench gate structure can be applied to a SiC semiconductor device, there is a big problem when applied to SiC. That is, since SiC has a breakdown electric field strength 10 times that of silicon, SiC semiconductor devices are used in a state where a voltage nearly 10 times that of silicon devices is applied. For this reason, there is a problem that an electric field 10 times stronger than that of the silicon device is applied to the gate insulating film formed in the trench, and the gate insulating film is easily broken at the corner of the trench.

このような問題を解決するものとして、特許文献1において、トレンチゲート構造を構成するトレンチの底部(底面)より下方にp型不純物をイオン注入することでp型層からなる電界緩和層を形成した構造が提案されている。このような電界緩和層を形成することにより、トレンチの底部での電界集中を緩和でき、ゲート絶縁膜の破壊を防止することが可能となる。   In order to solve such a problem, in Patent Document 1, an electric field relaxation layer made of a p-type layer is formed by ion-implanting p-type impurities below the bottom (bottom) of the trench constituting the trench gate structure. A structure has been proposed. By forming such an electric field relaxation layer, the electric field concentration at the bottom of the trench can be relaxed, and the gate insulating film can be prevented from being broken.

特開2007−129259号公報JP 2007-129259 A

しかしながら、特許文献1に記載の構造の場合、電界緩和層がフローティング状態になることから、スイッチング特性が劣化するという問題がある。このため、トレンチの底部に形成された電界緩和層を上部のソース電極と接続し、ソース電位に固定することで、スイッチング特性の劣化を抑制することが必要になる。   However, in the case of the structure described in Patent Document 1, since the electric field relaxation layer is in a floating state, there is a problem that the switching characteristics are deteriorated. For this reason, it is necessary to suppress the deterioration of switching characteristics by connecting the electric field relaxation layer formed at the bottom of the trench to the upper source electrode and fixing it to the source potential.

ところが、トレンチの底部の電界緩和層をソース電極に接続するためのp型の接続層を形成するためのプロセスとして、イオン注入などの処置が別途必要になり、製造工程の煩雑化を招き、製造コストの増大を招くという問題が発生する。   However, as a process for forming the p-type connection layer for connecting the electric field relaxation layer at the bottom of the trench to the source electrode, an additional treatment such as ion implantation is required, which causes the manufacturing process to become complicated and There arises a problem that the cost increases.

本発明は上記点に鑑みて、トレンチの底部の電界緩和層とソース電極との接続を行う接続層の形成のための工程を別途行わなくてもよい構造のSiC半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention provides an SiC semiconductor device having a structure that does not require a separate step for forming a connection layer for connecting an electric field relaxation layer and a source electrode at the bottom of a trench, and a method for manufacturing the same. The purpose is to do.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、半導体スイッチング素子を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法であって、半導体基板(1〜4)として、<11−20>方向をオフ方向とするオフ角を有したオフ基板を用意する工程と、エッチングにより、オフ方向を長手方向とするライン状、かつ、ソース領域(4)およびベース領域(3)を貫通してドリフト層(2)に達する形状であり、長手方向における両先端面のうちの一方の先端面である{11−20}面がオフ方向に対して垂直、かつ、半導体基板の主表面に対して傾斜した面となるようにトレンチ(6)を形成するトレンチエッチング工程と、半導体基板の主表面に対する垂直方向から第2導電型不純物をイオン注入することにより、トレンチの底部および一方の先端面に第2導電型不純物を注入し、トレンチの底部に位置する底部層(7a)およびトレンチの一方の先端面に位置する先端層(7b)とを有する第2導電型の電界緩和層(7)を形成する工程と、を含んでいることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device provided with a semiconductor switching element, wherein the <11-20> direction is turned off as the semiconductor substrate (1 to 4). A step of preparing an off substrate having an off angle as a direction, and a line having an off direction as a longitudinal direction by etching and penetrating the source region (4) and the base region (3) to form a drift layer (2 ) , And the {11-20} surface, which is one of the two end surfaces in the longitudinal direction , is perpendicular to the off direction and inclined with respect to the main surface of the semiconductor substrate. A trench etching step for forming the trench (6) so that the second conductivity type impurity is ion-implanted from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate, so that the bottom of the trench and one end of the trench are formed. A second conductivity type electric field relaxation layer (7) having a bottom layer (7a) located at the bottom of the trench and a tip layer (7b) located at one tip of the trench is implanted with the second conductivity type impurity at the end face. And a step of forming a).

このように、トレンチの一方の先端面がオフ方向に対して垂直な面、つまり半導体基板の主表面に対して傾斜した面となるようにしつつ、電界緩和層を基板垂直方向からのイオン注入によって形成するようにしている。これにより、トレンチの底部に底部層を形成できると同時に半導体基板の主表面に対して傾斜した先端面にもイオン注入が為され、先端層を形成できる。したがって、ベース領域などを介して底部層をソース電極(11)に接続するための接続層としての先端層を底部層と同時に形成することができる。このため、先端層の形成のための工程を別途行わなくても済むし、斜めイオン注入のような煩雑なイオン注入を行わなくても良い。これにより、SiC半導体装置の製造工程の簡略化を図ることが可能となる。   In this way, the electric field relaxation layer is formed by ion implantation from the vertical direction of the substrate while the one end surface of the trench is a surface perpendicular to the off direction, that is, a surface inclined with respect to the main surface of the semiconductor substrate. Try to form. As a result, a bottom layer can be formed at the bottom of the trench, and at the same time, ion implantation is also performed on the tip surface inclined with respect to the main surface of the semiconductor substrate, thereby forming the tip layer. Therefore, a tip layer as a connection layer for connecting the bottom layer to the source electrode (11) through the base region or the like can be formed simultaneously with the bottom layer. For this reason, it is not necessary to separately perform a step for forming the tip layer, and it is not necessary to perform complicated ion implantation such as oblique ion implantation. Thereby, it becomes possible to simplify the manufacturing process of the SiC semiconductor device.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態にかかるトレンチゲート構造のMOSFETの1セル分を抽出した斜視断面図である。It is the perspective sectional view which extracted one cell of MOSFET of the trench gate structure concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1に示すMOSFETのII−II断面図である。It is II-II sectional drawing of MOSFET shown in FIG. 図1に示すMOSFETのトレンチ6内の状態を示した斜視断面図である。FIG. 2 is a perspective sectional view showing a state in a trench 6 of the MOSFET shown in FIG. 1. 図1に示すトレンチゲート構造のMOSFETの製造工程を示した斜視断面図である。FIG. 5 is a perspective cross-sectional view showing a manufacturing process of the MOSFET having the trench gate structure shown in FIG. 半導体基板の表面がSi面となる場合とC面となる場合のトレンチ6の側面の傾斜を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the inclination of the side surface of the trench 6 in the case where the surface of a semiconductor substrate turns into Si surface and C surface. 図4(d)の工程を異なる断面で見たときの断面図である。It is sectional drawing when the process of FIG.4 (d) is seen in a different cross section.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。ここではトレンチゲート構造の半導体スイッチング素子として反転型MOSFETが形成されたSiC半導体装置を例に挙げて説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. Here, an SiC semiconductor device in which an inversion MOSFET is formed as a semiconductor switching element having a trench gate structure will be described as an example.

図1に示すように、SiC半導体装置にはnチャネルタイプの反転型のMOSFETを形成してある。この図に示すMOSFETと同様の構造のMOSFETが複数列隣り合うように配置されることで、複数セルのMOSFETが構成されている。具体的には、SiCからなるn+型基板1が用いられており、このn+型基板1に対してMOSFETの各構成要素が形成されることでMOSFETが構成されている。 As shown in FIG. 1, an n-channel type inversion MOSFET is formed in the SiC semiconductor device. A MOSFET having a plurality of cells is configured by arranging MOSFETs having the same structure as the MOSFET shown in FIG. Specifically, an n + type substrate 1 made of SiC is used, and MOSFETs are configured by forming each component of the MOSFET on the n + type substrate 1.

+型基板1は、(0001)面もしくは(000−1)面、つまりSi面もしくはC面を主表面として、例えばオフ方向が<11−20>とされた所定のオフ角(例えば3.5度)を有するオフ基板で構成されている。n+型基板1における窒素等のn型不純物濃度は、例えば1.0×1019/cm3とされ、厚さは、例えば300μm程度とされている。このn+型基板1の主表面には、窒素等のn型不純物濃度が例えば3.0×1015〜2.0×1016/cm3で厚さ10〜15μm程度のSiCからなるn-型ドリフト層2が形成されている。このn-型ドリフト層2の不純物濃度は深さ方向において一定であっても良いが、濃度分布に傾斜を付け、n-型ドリフト層2のうちn+型基板1側の方がn+型基板1から離れる側よりも高濃度となるようにすることができる。このようにすると、n-型ドリフト層2の内部抵抗を低減できるため、オン抵抗を低減することが可能となる。 The n + type substrate 1 has a (0001) plane or a (000-1) plane, that is, a Si plane or a C plane as a main surface, for example, a predetermined off angle (for example, 3.11) with an off direction of <11-20>. 5 degrees). The concentration of n-type impurities such as nitrogen in the n + -type substrate 1 is, for example, 1.0 × 10 19 / cm 3, and the thickness is, for example, about 300 μm. On the main surface of the n + -type substrate 1, n − made of SiC having an n-type impurity concentration of, for example, nitrogen of 3.0 × 10 15 to 2.0 × 10 16 / cm 3 and a thickness of about 10 to 15 μm. A type drift layer 2 is formed. The impurity concentration of the n type drift layer 2 may be constant in the depth direction, but the concentration distribution is inclined, and the n + type substrate 1 side of the n type drift layer 2 is n + type. The concentration can be higher than that on the side away from the substrate 1. In this way, since the internal resistance of the n type drift layer 2 can be reduced, the on-resistance can be reduced.

このn-型ドリフト層2の表層部にはp型ベース領域3が形成されており、さらに、p型ベース領域3の上層部分にはn+型ソース領域4およびp+型コンタクト層5が形成されている。 A p-type base region 3 is formed in the surface layer portion of the n -type drift layer 2, and an n + -type source region 4 and a p + -type contact layer 5 are formed in an upper layer portion of the p-type base region 3. Has been.

p型ベース領域3は、ボロンもしくはアルミニウム等のp型不純物濃度が例えば1.0×1016〜2.0×1019/cm3、厚さ2.0μm程度で構成されている。n+型ソース領域4は、表層部における窒素等のn型不純物濃度(表面濃度)が例えば1.0×1021/cm3、厚さ0.3μm程度で構成されている。p+型コンタクト層5は、例えば表層部におけるボロンもしくはアルミニウム等のp型不純物濃度(表面濃度)が例えば1.0×1021/cm3、厚さ0.3μm程度で構成されている。n+型ソース領域4は、後述するトレンチゲート構造の両側に配置されており、p+型コンタクト層5は、n+型ソース領域4を挟んでトレンチゲート構造と反対側に備えられている。 The p-type base region 3 has a p-type impurity concentration such as boron or aluminum of, for example, 1.0 × 10 16 to 2.0 × 10 19 / cm 3 and a thickness of about 2.0 μm. The n + -type source region 4 is configured such that the n-type impurity concentration (surface concentration) such as nitrogen in the surface layer portion is, for example, 1.0 × 10 21 / cm 3 and the thickness is about 0.3 μm. The p + -type contact layer 5 has a p-type impurity concentration (surface concentration) such as boron or aluminum in the surface layer portion of, for example, 1.0 × 10 21 / cm 3 and a thickness of about 0.3 μm. The n + -type source region 4 is disposed on both sides of a trench gate structure described later, and the p + -type contact layer 5 is provided on the opposite side of the trench gate structure with the n + -type source region 4 interposed therebetween.

また、p型ベース領域3およびn+型ソース領域4を貫通してn-型ドリフト層2に達し、底部が所定幅とされた構造、例えば幅が0.5〜2.0μm、深さが2.0μm以上(例えば2.4μm)のトレンチ6が形成されている。このトレンチ6の側面と接するように上述したp型ベース領域3およびn+型ソース領域4が配置されている。 In addition, a structure in which the p-type base region 3 and the n + -type source region 4 are penetrated to the n -type drift layer 2 and the bottom portion has a predetermined width, for example, the width is 0.5 to 2.0 μm and the depth is A trench 6 of 2.0 μm or more (for example, 2.4 μm) is formed. The p-type base region 3 and the n + -type source region 4 are arranged so as to be in contact with the side surface of the trench 6.

トレンチ6は、図1中のx方向を幅方向、y方向を長手方向、z方向を深さ方向として形成されており、一本しか図示していないが、実際には複数本が図1中のx方向に並べられることで各トレンチ6が平行に配列されたストライプ状とされている。そして、図1のy方向が<11−20>方向とされており、図2および図3に示されるように、トレンチ6の両先端面のうち一方の先端面がオフ方向に対して垂直な平面、つまり当該側面の法線方向とオフ方向とが一致させられた{11−20}面とされている。そして、トレンチ6の両側面は図3に示すように{1−100}面とされている。このトレンチ6の底部のコーナー部を含む内壁面は、丸め処理によって丸められている。   The trench 6 is formed with the x direction in FIG. 1 as the width direction, the y direction as the longitudinal direction, and the z direction as the depth direction. Only one trench 6 is shown in FIG. The trenches 6 are arranged in parallel in the x direction to form a stripe shape in which the trenches 6 are arranged in parallel. 1 is the <11-20> direction, and as shown in FIGS. 2 and 3, one of the two end surfaces of the trench 6 is perpendicular to the off direction. A plane, that is, a {11-20} plane in which the normal direction of the side surface and the off direction coincide with each other. Then, both side surfaces of the trench 6 are {1-100} planes as shown in FIG. The inner wall surface including the corner portion at the bottom of the trench 6 is rounded by a rounding process.

そして、図1〜図3に示すように、上記のように構成されたトレンチ6の底部および両先端面のうちオフ方向に対して垂直になっている側の先端面に、p型SiCにて構成された電界緩和層7が形成されている。具体的には、電界緩和層7は、トレンチ6の底部に形成された底部p型層7aとトレンチ6の両先端面のうちの一方の先端面に形成された先端p型層7bとによって構成されているが、後述するように基板表面に対する垂直方向からの一度のイオン注入工程によって形成されている。電界緩和層7のp型不純物濃度は、例えば1×1017/cm3以上とされている。 As shown in FIGS. 1 to 3, p-type SiC is formed on the bottom surface of the trench 6 configured as described above and the front end surface of the both front end surfaces that are perpendicular to the off direction. A configured electric field relaxation layer 7 is formed. Specifically, the electric field relaxation layer 7 includes a bottom p-type layer 7 a formed at the bottom of the trench 6 and a tip p-type layer 7 b formed on one of the two tip surfaces of the trench 6. However, as will be described later, it is formed by a single ion implantation step from the direction perpendicular to the substrate surface. The p-type impurity concentration of the electric field relaxation layer 7 is set to 1 × 10 17 / cm 3 or more, for example.

この電界緩和層7は、トレンチ6の底部および一方の先端面に形成されているが、トレンチ6の先端面に形成された先端p型層7b以外では、電界緩和層7とp型ベース領域3との間においてn-型ドリフト層2が残され、p型ベース領域3から離間させられている。このため、トレンチ6の側面においては、n-型ドリフト層2が露出した状態となっている。そして、先端p型層7bが少なくともp型ベース領域3と接続されており、先端p型層7bを介して底部p型層7aがp型ベース領域3と同電位に固定される。 The electric field relaxation layer 7 is formed at the bottom of the trench 6 and one of the front end surfaces. However, except for the front end p-type layer 7 b formed at the front end surface of the trench 6, the electric field relaxation layer 7 and the p-type base region 3. N type drift layer 2 is left between and p type base region 3. For this reason, the n type drift layer 2 is exposed on the side surface of the trench 6. The tip p-type layer 7b is connected to at least the p-type base region 3, and the bottom p-type layer 7a is fixed to the same potential as the p-type base region 3 through the tip p-type layer 7b.

さらに、トレンチ6の内壁面は酸化膜などによって構成されたゲート絶縁膜8にて覆われており、ゲート絶縁膜8の表面に形成されたドープドPoly−Siにて構成されたゲート電極9により、トレンチ6内が埋め尽くされている。ゲート絶縁膜8は、トレンチ6の内壁面を熱酸化することで形成されており、ゲート絶縁膜8の厚みはトレンチ6の側面側と底部側共に100nm程度となっている。このようにして、トレンチゲート構造が構成されている。   Furthermore, the inner wall surface of the trench 6 is covered with a gate insulating film 8 made of an oxide film or the like, and a gate electrode 9 made of doped Poly-Si formed on the surface of the gate insulating film 8. The inside of the trench 6 is filled. The gate insulating film 8 is formed by thermally oxidizing the inner wall surface of the trench 6, and the thickness of the gate insulating film 8 is about 100 nm on both the side surface side and the bottom side of the trench 6. In this way, a trench gate structure is configured.

また、n+型ソース領域4およびp+型コンタクト層5の表面やゲート電極9の表面には、層間絶縁膜10を介してソース電極11やゲート配線(図示せず)が形成されている。ソース電極11およびゲート配線は、複数の金属(例えばNi/Al等)にて構成されており、少なくともn型SiC(具体的にはn+型ソース領域4やnドープの場合のゲート電極9)と接触する部分はn型SiCとオーミック接触可能な金属で構成され、少なくともp型SiC(具体的にはp+型コンタクト層5やpドープの場合のゲート電極9)と接触する部分はp型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。なお、これらソース電極11およびゲート配線は、層間絶縁膜10上に形成されることで電気的に絶縁されており、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホールを通じてソース電極11はn+型ソース領域4およびp+型コンタクト層5と電気的に接触させられ、ゲート配線はゲート電極9と電気的に接触させられている。 A source electrode 11 and a gate wiring (not shown) are formed on the surface of the n + -type source region 4 and the p + -type contact layer 5 and the surface of the gate electrode 9 via an interlayer insulating film 10. The source electrode 11 and the gate wiring are composed of a plurality of metals (for example, Ni / Al, etc.), and at least n-type SiC (specifically, the n + -type source region 4 and the gate electrode 9 in the case of n doping) The portion in contact with n-type SiC is made of a metal capable of ohmic contact with n-type SiC, and the portion in contact with at least p-type SiC (specifically, p + -type contact layer 5 or gate electrode 9 in the case of p-doping) is p-type. It is made of a metal capable of ohmic contact with SiC. The source electrode 11 and the gate wiring are electrically insulated by being formed on the interlayer insulating film 10, and the source electrode 11 is connected to the n + type source region through the contact hole formed in the interlayer insulating film 10. 4 and the p + -type contact layer 5 are in electrical contact, and the gate wiring is in electrical contact with the gate electrode 9.

そして、n+型基板1の裏面側にはn+型基板1と電気的に接続されたドレイン電極12が形成されている。このような構造により、nチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造のMOSFETが構成されている。 Then, on the back side of the n + -type substrate 1 n + -type substrate 1 and electrically connected to the drain electrode 12 are formed. With such a structure, an n-channel inversion type MOSFET having a trench gate structure is formed.

このような反転型のトレンチゲート構造のMOSFETは、以下のように動作する。まず、ゲート電極9にゲート電圧を印加する前の状態では、p型ベース領域3に反転層が形成されない。したがって、ドレイン電極12に正の電圧を加えたとしても、n型ソース領域4から電子はp型ベース領域3内に到達することはできず、ソース電極11とドレイン電極12との間に電流が流れない。   Such an inverted MOSFET having a trench gate structure operates as follows. First, the inversion layer is not formed in the p-type base region 3 before the gate voltage is applied to the gate electrode 9. Therefore, even if a positive voltage is applied to the drain electrode 12, electrons cannot reach the p-type base region 3 from the n-type source region 4, and no current flows between the source electrode 11 and the drain electrode 12. Not flowing.

次に、オフ時(ゲート電圧=0V、ドレイン電圧=650V、ソース電圧=0V)には、ドレイン電極12に電圧を加えても逆バイアスになるため、p型ベース領域3とn-型ドリフト層2の間より空乏層が広がる。このとき、p型ベース領域3の濃度がn-型ドリフト層2より高いので、空乏層はほとんどn-型ドリフト層2側に広がる。そして、ドレイン0Vの場合より空乏層が広がっているため、絶縁体として振舞う領域は更に広がっているので、ソース電極11とドレイン電極12との間に電流が流れない。 Next, when off (gate voltage = 0 V, drain voltage = 650 V, source voltage = 0 V), a reverse bias is applied even if a voltage is applied to the drain electrode 12, so the p-type base region 3 and the n -type drift layer A depletion layer spreads between two. At this time, since the concentration of the p-type base region 3 is higher than that of the n -type drift layer 2, the depletion layer extends almost to the n -type drift layer 2 side. Since the depletion layer is wider than in the case of the drain 0 V, the region that behaves as an insulator further spreads, so that no current flows between the source electrode 11 and the drain electrode 12.

また、ゲート電圧が0Vになっているため、ドレイン−ゲート間にも電界がかかる。このため、ゲート絶縁膜8の底部にも電界集中が発生し得る。しかしながら、トレンチ6の底部に電界緩和層7が備えられているため、電界緩和層7とn-型ドリフト層2とのPN接合部での空乏層がn-型ドリフト層2側に大きく伸びることになり、ドレイン電圧の影響による高電圧がゲート絶縁膜8に入り込み難くなる。これにより、ゲート絶縁膜8内での電界集中、特にゲート絶縁膜8のうちのトレンチ6の底部での電界集中を緩和することが可能となり、ゲート絶縁膜8が破壊されることを防止することが可能となる。 In addition, since the gate voltage is 0 V, an electric field is also applied between the drain and the gate. For this reason, electric field concentration can also occur at the bottom of the gate insulating film 8. However, since electric field relaxation layer 7 is provided at the bottom of trench 6, the depletion layer at the PN junction between electric field relaxation layer 7 and n type drift layer 2 greatly extends toward n type drift layer 2. Thus, a high voltage due to the influence of the drain voltage hardly enters the gate insulating film 8. As a result, the electric field concentration in the gate insulating film 8, particularly the electric field concentration at the bottom of the trench 6 in the gate insulating film 8 can be relaxed, and the gate insulating film 8 is prevented from being destroyed. Is possible.

一方、オン時(ゲート電圧=20V、ドレイン電圧=1V、ソース電圧=0V)には、ゲート電極9にゲート電圧として20Vが印加されるため、p型ベース領域3のうちトレンチ6に接している表面にチャネルが形成される。このため、ソース電極11から注入された電子はn+型ソース領域4からp型ベース領域3に形成されたチャネルを通った後、n-型ドリフト層2に到達する。これにより、ソース電極11とドレイン電極12との間に電流を流すことができる。 On the other hand, when ON (gate voltage = 20 V, drain voltage = 1 V, source voltage = 0 V), 20 V is applied as the gate voltage to the gate electrode 9, so that it is in contact with the trench 6 in the p-type base region 3. A channel is formed on the surface. For this reason, electrons injected from the source electrode 11 pass through the channel formed in the p-type base region 3 from the n + -type source region 4 and then reach the n -type drift layer 2. As a result, a current can flow between the source electrode 11 and the drain electrode 12.

このようなトレンチゲート構造のMOSFETでは、底部p型層7aが先端p型層7bを介してp型ベース領域3に接続されていることから、電界緩和層7はp型ベース領域3と同電位となる。つまり、p型ベース領域3がp+型コンタクト層5を介してソース電極12に接続されているため、電界緩和層7はソース電位に固定される。このため、電界緩和層7がフローティング状態とはならないようにでき、よりスイッチング特性の劣化を抑制することが可能となる。 In such a MOSFET having a trench gate structure, since the bottom p-type layer 7a is connected to the p-type base region 3 via the tip p-type layer 7b, the electric field relaxation layer 7 has the same potential as that of the p-type base region 3. It becomes. That is, since the p-type base region 3 is connected to the source electrode 12 via the p + -type contact layer 5, the electric field relaxation layer 7 is fixed at the source potential. For this reason, the electric field relaxation layer 7 can be prevented from being in a floating state, and the deterioration of switching characteristics can be further suppressed.

次に、図1に示すトレンチゲート構造のMOSFETの製造方法について、図4を参照して説明する。   Next, a manufacturing method of the MOSFET having the trench gate structure shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

〔図4(a)に示す工程〕
まず、Si面もしくはC面を主表面として、例えばオフ方向が<11−20>とされた所定のオフ角(例えば3.5度)を有するオフ基板にて構成され、窒素等のn型不純物濃度が例えば1.0×1019/cm3で厚さ300μm程度とされたn+型基板1を用意する。このn+型基板1の表面に、窒素等のn型不純物濃度が例えば3.0×1015〜2.0×1016/cm3で厚さ15μm程度のSiCからなるn-型ドリフト層2がエピタキシャル成長させられたエピ基板を用意する。そして、ボロンもしくはアルミニウムなどのp型不純物のイオン注入により、n-型ドリフト層2の表層部に、1.0×1016〜2.0×1019/cm3、厚さ2.0μm程度となるp型ベース領域3を形成する。
[Step shown in FIG. 4 (a)]
First, an n-type impurity such as nitrogen, which is composed of an off-substrate having a predetermined off angle (eg, 3.5 degrees) with the Si surface or C surface as the main surface and the off direction being <11-20>, for example. An n + type substrate 1 having a concentration of, for example, 1.0 × 10 19 / cm 3 and a thickness of about 300 μm is prepared. On the surface of the n + type substrate 1, an n type drift layer 2 made of SiC having an n type impurity concentration such as nitrogen of 3.0 × 10 15 to 2.0 × 10 16 / cm 3 and a thickness of about 15 μm. Is prepared by epitaxial growth. Then, by ion implantation of p-type impurities such as boron or aluminum, the surface layer portion of the n -type drift layer 2 has a thickness of about 1.0 × 10 16 to 2.0 × 10 19 / cm 3 and a thickness of about 2.0 μm. A p-type base region 3 is formed.

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

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

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

〔図4(c)に示す工程〕
p型ベース領域3、n+型ソース領域4およびp+型コンタクト層5の上に、図示しないエッチングマスクを成膜したのち、トレンチ6の形成予定領域においてエッチングマスクを開口させる。具体的には、オフ方向となる<11−20>方向を長手方向とする開口部を形成する。そして、エッチングマスクを用いてトレンチエッチング工程を行うことで、トレンチ6を形成する。これにより、トレンチ6は、長手方向と平行となる両側面がオフ方向と平行な面となり、かつ、両先端面のうちの一方の先端面がオフ方向に対して垂直な面となって形成される。
[Step shown in FIG. 4 (c)]
After forming an etching mask (not shown) on the p-type base region 3, the n + -type source region 4 and the p + -type contact layer 5, the etching mask is opened in a region where the trench 6 is to be formed. Specifically, an opening having the <11-20> direction as the off direction as a longitudinal direction is formed. And the trench 6 is formed by performing a trench etching process using an etching mask. Thus, the trench 6 is formed such that both side surfaces parallel to the longitudinal direction are surfaces parallel to the off direction, and one of the two end surfaces is a surface perpendicular to the off direction. The

すなわち、図5に示すように、<11−20>方向をオフ方向とする表面がSi面のSiC基板に対してトレンチ6を形成する場合、エッチングの面方位依存性に基づき(11−20)面が形成され易く、その面がオフ方向に対して垂直な面となる。同様に、表面がC面のSiC基板に対してトレンチ6を形成する場合エッチングの面方位依存性に基づき(−1−120)面が形成され易く、その面がオフ方向に対して垂直な面となる。これらの面は、SiC基板の表面に平行なトレンチ6の底面に対して傾斜した面となる。例えば、オフ角が3.5度の場合、トレンチ6の底面に対する先端面の成す角度θが87度程度になり、それ以上のオフ角であれば角度θは87度以下となる。   That is, as shown in FIG. 5, in the case where the trench 6 is formed on the SiC substrate whose surface has the <11-20> direction as the off-direction, based on the etching surface orientation dependency (11-20). A surface is easily formed, and the surface is a surface perpendicular to the off direction. Similarly, in the case where the trench 6 is formed on the SiC substrate whose surface is C-plane, the (-1-120) plane is likely to be formed on the basis of the surface orientation dependency of etching, and the plane is perpendicular to the off direction. It becomes. These surfaces are inclined with respect to the bottom surface of the trench 6 parallel to the surface of the SiC substrate. For example, when the off angle is 3.5 degrees, the angle θ formed by the tip surface with respect to the bottom surface of the trench 6 is about 87 degrees, and when the off angle is more than that, the angle θ is 87 degrees or less.

また、トレンチエッチング工程では、トレンチ6の底面に対して一方の先端面が成す角度θがトレンチ6のうち長手方向と平行な側面が成す角度よりも小さくなるようにする。つまり、トレンチ6のうちチャネルを形成する側面については、基板表面に対してほぼ垂直になるようにする。   In the trench etching process, the angle θ formed by one tip surface with respect to the bottom surface of the trench 6 is made smaller than the angle formed by the side surface of the trench 6 parallel to the longitudinal direction. That is, the side surface of the trench 6 where the channel is formed is substantially perpendicular to the substrate surface.

〔図4(d)に示す工程〕
エッチングマスクを除去したのち、イオン注入用マスク(図示せず)を形成し、このマスクのうちトレンチ6と対応する部分を開口させる。そして、基板垂直方向からp型不純物をイオン注入する。このとき、トレンチ6の底部にp型不純物が注入されるが、これに加えて図6において破線で示したトレンチ6の底面に対して傾斜している一方の先端面にもp型不純物が注入される。逆に、トレンチ6のうちチャネルを形成する側面については、基板表面に対してほぼ垂直とされていることから、p型不純物がほとんど注入されず、p型化することはない。このようにして、底部p型層7aと先端p型層7bとを有する電界緩和層7が形成される。
[Step shown in FIG. 4 (d)]
After removing the etching mask, an ion implantation mask (not shown) is formed, and a portion of the mask corresponding to the trench 6 is opened. Then, p-type impurities are ion-implanted from the direction perpendicular to the substrate. At this time, the p-type impurity is implanted into the bottom of the trench 6, but in addition to this, the p-type impurity is also implanted into one end face inclined with respect to the bottom surface of the trench 6 indicated by a broken line in FIG. Is done. On the other hand, the side surface of the trench 6 where the channel is formed is almost perpendicular to the substrate surface, so that the p-type impurity is hardly implanted and the p-type impurity is never made p-type. In this way, the electric field relaxation layer 7 having the bottom p-type layer 7a and the tip p-type layer 7b is formed.

この後、注入されたイオンを活性化するための熱処理を単独で行ったり、トレンチエッチングやイオン注入時のダメージ除去および活性化熱処理を兼ねて、水素エッチングを行う。具体的には、1600度以上の減圧下における水素雰囲気、例えば1625℃、2.7×104Pa(200Torr)の高温水素雰囲気での熱処理による水素エッチングを5分間実施する。これにより、注入されたイオンが活性化されると共にトレンチ6の内壁面の丸め処理が為され、トレンチ6の開口角部や底部のコーナー部および側面の凸部などが丸められる。 Thereafter, the heat treatment for activating the implanted ions is performed alone, or the hydrogen etching is performed for both the trench etching and damage removal at the time of ion implantation and the activation heat treatment. Specifically, hydrogen etching is performed for 5 minutes by heat treatment in a hydrogen atmosphere under a reduced pressure of 1600 ° C. or more, for example, a high temperature hydrogen atmosphere of 1625 ° C. and 2.7 × 10 4 Pa (200 Torr). As a result, the implanted ions are activated and the inner wall surface of the trench 6 is rounded, and the opening corners of the trench 6, the corners of the bottom and the convex portions of the side are rounded.

〔図4(e)に示す工程〕
熱酸化等によるゲート絶縁膜形成工程を行うことにより、トレンチ6内を含む基板表面全面にゲート絶縁膜8を形成する。具体的には、ウェット雰囲気を用いたパイロジェニック法によるゲート酸化(熱酸化)によりゲート絶縁膜8を形成する。続いて、ゲート絶縁膜8の表面にn型不純物をドーピングしたポリシリコン層を例えば600℃の温度下で440nm程度成膜したのち、エッチバック工程等を行うことにより、トレンチ6内にゲート絶縁膜8およびゲート電極9を残す。
[Step shown in FIG. 4 (e)]
By performing a gate insulating film forming step by thermal oxidation or the like, the gate insulating film 8 is formed on the entire surface of the substrate including the inside of the trench 6. Specifically, the gate insulating film 8 is formed by gate oxidation (thermal oxidation) by a pyrogenic method using a wet atmosphere. Subsequently, after a polysilicon layer doped with n-type impurities is formed on the surface of the gate insulating film 8 at a temperature of about 440 nm, for example, at a temperature of 600 ° C., an etch back process or the like is performed, whereby the gate insulating film is formed in the trench 6. 8 and the gate electrode 9 are left.

また、層間絶縁膜12を成膜したのち、層間絶縁膜12をパターニングしてn+型ソース領域4やp+型コンタクト層5に繋がるコンタクトホールを形成すると共に、ゲート電極9に繋がるコンタクトホールを別断面に形成する。続いて、コンタクトホール内を埋め込むように電極材料を成膜したのち、これをパターニングすることでソース電極11やゲート配線を形成する。 After the interlayer insulating film 12 is formed, the interlayer insulating film 12 is patterned to form contact holes connected to the n + -type source region 4 and the p + -type contact layer 5, and contact holes connected to the gate electrode 9 are formed. It is formed in another cross section. Subsequently, after depositing an electrode material so as to fill the contact hole, the source electrode 11 and the gate wiring are formed by patterning the electrode material.

その後、図示しないが、n+型基板1の裏面側にドレイン電極12を形成することで、図1に示したMOSFETが完成する。 Thereafter, although not shown, the drain electrode 12 is formed on the back surface side of the n + type substrate 1 to complete the MOSFET shown in FIG.

以上説明したように、本実施形態のSiC半導体装置によれば、トレンチ6の底部および両先端面のうちの一方の電界緩和層が形成されるようにしている。このため、MOSFETのオフ時にドレイン−ゲート間に電界が掛かったとしても、電界緩和層7とn-型ドリフト層2とのPN接合部での空乏層がn-型ドリフト層2側に大きく伸びることになり、ドレイン電圧の影響による高電圧がゲート絶縁膜8に入り込み難くなる。これにより、ゲート絶縁膜8内での電界集中、特にゲート絶縁膜8のうちのトレンチ6の底部での電界集中を緩和することが可能となり、ゲート絶縁膜8が破壊されることを防止することが可能となる。 As described above, according to the SiC semiconductor device of the present embodiment, one of the electric field relaxation layers of the bottom portion and both end surfaces of the trench 6 is formed. For this reason, even if an electric field is applied between the drain and the gate when the MOSFET is turned off, the depletion layer at the PN junction between the electric field relaxation layer 7 and the n type drift layer 2 greatly extends to the n type drift layer 2 side. Therefore, a high voltage due to the influence of the drain voltage does not easily enter the gate insulating film 8. As a result, the electric field concentration in the gate insulating film 8, particularly the electric field concentration at the bottom of the trench 6 in the gate insulating film 8 can be relaxed, and the gate insulating film 8 is prevented from being destroyed. Is possible.

このような構造のSiC半導体装置については、トレンチ6の一方の先端面がオフ方向に対して垂直な面、つまり基板表面に対して傾斜した面となるようにしつつ、電界緩和層7を基板垂直方向からのイオン注入によって形成することで実現できる。すなわち、基板垂直方向からトレンチ6内へのイオン注入を行うことにより、トレンチ6の底部に底部p型層7aを形成できると同時に基板表面に対して傾斜した面にもイオン注入が為され、先端p型層7bを形成できる。したがって、p型ベース領域3やp+型コンタクト層5を介して底部p型層7aをソース電極11に接続するための接続層としての先端p型層7bを底部p型層7aと同時に形成することができる。このため、先端p型層7bの形成のための工程を別途行わなくても済むし、斜めイオン注入のような煩雑なイオン注入を行わなくても良い。これにより、SiC半導体装置の製造工程の簡略化を図ることが可能となる。 In the SiC semiconductor device having such a structure, the electric field relaxation layer 7 is made perpendicular to the substrate while one end surface of the trench 6 is a surface perpendicular to the off direction, that is, a surface inclined with respect to the substrate surface. This can be realized by ion implantation from the direction. That is, by performing ion implantation into the trench 6 from the vertical direction of the substrate, the bottom p-type layer 7a can be formed at the bottom of the trench 6, and at the same time, ion implantation is performed on a surface inclined with respect to the substrate surface. A p-type layer 7b can be formed. Therefore, the tip p-type layer 7b as a connection layer for connecting the bottom p-type layer 7a to the source electrode 11 through the p-type base region 3 and the p + -type contact layer 5 is formed simultaneously with the bottom p-type layer 7a. be able to. For this reason, it is not necessary to separately perform a step for forming the tip p-type layer 7b, and it is not necessary to perform complicated ion implantation such as oblique ion implantation. Thereby, it becomes possible to simplify the manufacturing process of the SiC semiconductor device.

(他の実施形態)
上記実施形態では、n-型ドリフト層2の表層部にp型不純物をイオン注入することでp型ベース領域3を形成し、p型ベース領域3の表層部にn型不純物にイオン注入することでn+型ソース領域4を形成してたものを半導体基板として用いた。これに対して、n-型ドリフト層2の表面にエピタキシャル成長によってp型ベース領域3を形成したり、p型ベース領域3の表面にエピタキシャル成長によってn+型ソース領域4しても良い。また、はじめから、n+型基板1の表面にn-型ドリフト層2とp型ベース領域3およびn+型ソース領域4をエピタキシャル成長させてあるトリプルエピ基板を半導体基板として用いても良い。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the p-type base region 3 is formed by ion-implanting p-type impurities into the surface layer portion of the n -type drift layer 2, and the n-type impurities are ion-implanted into the surface layer portion of the p-type base region 3. The n + type source region 4 is used as a semiconductor substrate. On the other hand, the p-type base region 3 may be formed on the surface of the n -type drift layer 2 by epitaxial growth, or the n + -type source region 4 may be formed on the surface of the p-type base region 3 by epitaxial growth. Alternatively, a triple epi substrate in which the n type drift layer 2, the p type base region 3 and the n + type source region 4 are epitaxially grown on the surface of the n + type substrate 1 from the beginning may be used as the semiconductor substrate.

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

また、上記実施形態では、本発明を適用した場合の一例について説明したが、適宜設計変更などを行うことができる。例えば、上記実施形態では、ゲート絶縁膜8の例として熱酸化による酸化膜を挙げたが熱酸化によらない酸化膜もしくは窒化膜などを含むものであっても構わない。また、ドレイン電極12の形成工程に関しても、ソース電極11の形成前などとしても構わない。   In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied has been described. However, design changes can be made as appropriate. For example, in the above-described embodiment, an oxide film by thermal oxidation has been described as an example of the gate insulating film 8, but an oxide film or nitride film not by thermal oxidation may be included. Further, the process of forming the drain electrode 12 may be performed before the source electrode 11 is formed.

さらに、上記実施形態では、主表面が(0001)面もしくは(000−1)面で、オフ方向を<11−20>方向とするオフ基板を用いてトレンチ6の形成の際にいずれか一方の先端面が{11−20}面、つまりオフ方向に対して垂直な面となり易いようにした。しかしながら、他のオフ方向とされたオフ基板を用いても構わない。また、上記先端p型層7bがトレンチ6の一方の先端面の全域に形成される場合について説明したが、少なくともp型ベース領域3と底部p型層7aとの間を連結するように形成されていれば良い。   Furthermore, in the above embodiment, when the trench 6 is formed using the off substrate whose main surface is the (0001) plane or the (000-1) plane and the off direction is the <11-20> direction. The front end face is made to be a {11-20} plane, that is, a plane perpendicular to the off direction. However, other off-substrates in the off direction may be used. Further, the case where the tip p-type layer 7b is formed over the entire area of one tip face of the trench 6 has been described. It should be.

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

1 n+型基板
2 n-型ドリフト層
3 p型ベース領域
4 n+型ソース領域
5 p+型コンタクト層
6 トレンチ
7 電界緩和層
7a 底部p型層
7b 先端p型層
8 ゲート絶縁膜
9 ゲート電極
11 ソース電極
12 ドレイン電極
1 n + type substrate 2 n type drift layer 3 p type base region 4 n + type source region 5 p + type contact layer 6 trench 7 electric field relaxation layer 7a bottom p type layer 7b tip p type layer 8 gate insulating film 9 gate Electrode 11 Source electrode 12 Drain electrode

Claims (7)

第1または第2導電型の炭化珪素基板(1)の主表面上に形成された炭化珪素からなる第1導電型のドリフト層(2)上に、炭化珪素からなる第2導電型のベース領域(3)が形成されていると共に、前記ベース領域の上に炭化珪素からなる第1導電型のソース領域(4)が形成された半導体基板が用いられており、前記ベース領域よりも深いトレンチ(6)内にゲート絶縁膜(8)が形成されていると共に該ゲート絶縁膜上にゲート電極(9)が形成されることでトレンチゲート構造が構成され、前記ソース領域および前記ベース領域に対して電気的に接続されたソース電極(11)および前記炭化珪素基板の裏面に電気的に接続されたドレイン電極(12)を有する半導体スイッチング素子を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板として、<11−20>方向をオフ方向とするオフ角を有したオフ基板を用意する工程と、
エッチングにより、前記オフ方向を長手方向とするライン状、かつ、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記ドリフト層に達する形状であり、前記長手方向における両先端面のうちの一方の先端面である{11−20}面が前記オフ方向に対して垂直で、かつ、前記半導体基板の主表面に対して傾斜した面となるように前記トレンチを形成するトレンチエッチング工程と、
前記半導体基板の主表面に対する垂直方向から第2導電型不純物をイオン注入することにより、前記トレンチの底部および前記一方の先端面に第2導電型不純物を注入し、前記トレンチの底部に位置する底部層(7a)および前記一方の先端面に位置する先端層(7b)とを有する第2導電型の電界緩和層(7)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A base region of the second conductivity type made of silicon carbide on the drift layer (2) made of silicon carbide formed on the main surface of the silicon carbide substrate (1) of the first or second conductivity type. (3) is formed, and a semiconductor substrate in which a first conductivity type source region (4) made of silicon carbide is formed on the base region is used, and a trench deeper than the base region ( 6) A gate insulating film (8) is formed within the gate insulating film and a gate electrode (9) is formed on the gate insulating film to form a trench gate structure. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device comprising a semiconductor switching element having a source electrode (11) electrically connected and a drain electrode (12) electrically connected to the back surface of the silicon carbide substrate. ,
Preparing an off substrate having an off angle with the <11-20> direction as an off direction as the semiconductor substrate;
One tip surface of both tip surfaces in the longitudinal direction, which has a shape of a line having the off direction as a longitudinal direction by etching and a shape that reaches the drift layer through the source region and the base region A trench etching step of forming the trench so that the {11-20} plane is perpendicular to the off direction and inclined with respect to the main surface of the semiconductor substrate;
A second conductivity type impurity is implanted into the bottom of the trench and the one end surface by ion implantation of the second conductivity type impurity from a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate, and the bottom located at the bottom of the trench Forming a second conductivity type electric field relaxation layer (7) having a layer (7a) and a tip layer (7b) located on said one tip face. Device manufacturing method.
前記半導体基板を用意する工程では、前記主表面が(0001)面、前記オフ方向が<11−20>方向であるオフ基板を用意し、
前記トレンチエッチング工程では、前記一方の先端面を(11−20)面とすることを特徴とする請求項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
In the step of preparing the semiconductor substrate, an off substrate in which the main surface is a (0001) plane and the off direction is a <11-20> direction is prepared,
2. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1 , wherein, in the trench etching step, the one end surface is a (11-20) surface. 3.
前記半導体基板を用意する工程では、前記主表面が(000−1)面、前記オフ方向が<11−20>方向であるオフ基板を用意し、
前記トレンチエッチング工程では、前記一方の先端面を(−1−120)面とすることを特徴とする請求項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
In the step of preparing the semiconductor substrate, an off substrate in which the main surface is a (000-1) plane and the off direction is a <11-20> direction is prepared,
2. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1 , wherein, in the trench etching step, the one end surface is a (−1-120) surface.
前記トレンチエッチング工程では、前記トレンチの底面に対して前記一方の先端面が成す角度(θ)が該トレンチのうち前記長手方向と平行な側面が成す角度よりも小さくなるようにすることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 In the trench etching step, an angle (θ) formed by the one end surface with respect to a bottom surface of the trench is made smaller than an angle formed by a side surface parallel to the longitudinal direction of the trench. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 . 炭化珪素からなり、<11−20>方向をオフ方向とするオフ角を有したオフ基板にて構成された第1または第2導電型の基板(1)と、
前記基板の上に形成され、前記基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(2)と、
前記ドリフト層の上に形成された第2導電型の炭化珪素からなるベース領域(3)と、
前記ベース領域の上層部に形成され、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第1導電型の炭化珪素からなるソース領域(4)と、
前記オフ方向を長手方向とするライン状、かつ、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記ドリフト層に達する形状であり、前記長手方向における両先端面のうちの一方の先端面である{11−20}面が前記オフ方向に対して垂直で、かつ、前記半導体基板の主表面に対して傾斜した面となるトレンチ(6)と、
イオン注入によって形成され、前記トレンチの底部および前記一方の先端面にのみ形成され、前記トレンチの底部に形成された底部層(7a)と前記トレンチの前記先端面に形成された先端層(7b)とによって構成された第2導電型の炭化珪素からなる電界緩和層(7)と、
前記電界緩和層上において前記トレンチの内壁面に形成されたゲート絶縁膜(8)と、
前記トレンチ内において、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極(9)と、
前記ソース領域および前記ベース領域に電気的に接続されたソース電極(11)と、
前記基板の裏面側に形成されたドレイン電極(12)とを備え、
前記ゲート電極への印加電圧を制御することで前記トレンチの側面に位置する前記ベース領域の表面部に反転型のチャネル領域を形成し、前記ソース領域および前記ドリフト層を介して、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間に電流を流す反転型のトレンチゲート構造の半導体スイッチング素子を有してなることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
A first or second conductivity type substrate (1) made of silicon carbide and configured by an off substrate having an off angle with the <11-20> direction as an off direction;
A drift layer (2) made of silicon carbide of the first conductivity type formed on the substrate and having a lower impurity concentration than the substrate;
A base region (3) made of silicon carbide of the second conductivity type formed on the drift layer;
A source region (4) made of silicon carbide of the first conductivity type formed in the upper layer portion of the base region and having a higher impurity concentration than the drift layer;
It is a line shape with the off direction as the longitudinal direction, and a shape that reaches the drift layer through the source region and the base region, and is one of the distal end surfaces in the longitudinal direction { A trench (6) having an 11-20} plane perpendicular to the off direction and inclined with respect to the main surface of the semiconductor substrate;
A bottom layer (7a) formed at the bottom of the trench and formed at the bottom of the trench, and a tip layer (7b) formed at the tip of the trench. An electric field relaxation layer (7) made of silicon carbide of the second conductivity type constituted by:
A gate insulating film (8) formed on the inner wall surface of the trench on the electric field relaxation layer;
A gate electrode (9) formed on the gate insulating film in the trench;
A source electrode (11) electrically connected to the source region and the base region;
A drain electrode (12) formed on the back side of the substrate,
By controlling the voltage applied to the gate electrode, an inversion channel region is formed on the surface portion of the base region located on the side surface of the trench, and the source electrode and the drift layer are interposed through the source region and the drift layer. A silicon carbide semiconductor device comprising a semiconductor switching element having an inverted trench gate structure in which a current flows between the drain electrodes.
前記基板は、前記主表面が(0001)面、前記オフ方向が<11−20>方向であるオフ基板であり、
前記一方の先端面は、(11−20)面であることを特徴とする請求項に記載の炭化珪素半導体装置。
The substrate is an off substrate in which the main surface is a (0001) plane and the off direction is a <11-20> direction,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 4 , wherein the one end surface is a (11-20) surface.
前記基板は、前記主表面が(000−1)面、前記オフ方向が<11−20>方向であるオフ基板であり、
前記一方の先端面は、(−1−120)面であることを特徴とする請求項に記載の炭化珪素半導体装置。
The substrate is an off substrate in which the main surface is a (000-1) plane and the off direction is a <11-20> direction,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 4 , wherein the one end surface is a (−1−120) surface.
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