JP6282346B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
以下に、結晶主面からオフされた表面を有するn型4H−SiC基板に形成されたショットキー・バリア・ダイオードの耐圧の均一性の向上および高耐圧化を実現することのできるFLRの形状および形成方法について説明する。具体的には、基板口径が6インチで、表面が(0001)面から[11−20]方向へ4度オフしたn型4H−SiC基板にFLRを形成する際、そのn型4H−SiC基板にイオン注入されるp型不純物の適切なイオン注入傾角およびイオン注入エネルギーが、ショットキー・バリア・ダイオードの耐圧に及ぼす効果、作用について詳細に説明する。
本発明者らは、前記特許文献1に記載された方位とは反対の方向、具体的には、表面が(0001)面から[11−20]方向へ4度オフしたn型4H−SiC基板に、例えば図2に示すように、[000−1]方向から[11−20]方向へ8度傾斜した方向にp型不純物(例えばアルミニウム(以下、Alと記す))をイオン注入した。このイオン注入方法により、基板口径が6インチのn型4H−SiC基板を用いても、ショットキー・バリア・ダイオードの耐圧の基板面内の標準偏差が平均値の10%未満と極めて均一性のよくなる結果が得られた。
ところで、将来、大口径4H−SiC基板の反りが低減した場合には、ショットキー・バリア・ダイオードの耐圧ばらつきは低減すると考えられる。この耐圧ばらつきとは、例えば前記図3で例示した、[000−1]方向から[−1−120]方向へ0度以上、4度以下の範囲で傾斜した方向、または[000−1]方向から[11−20]方向へ0度以上、4度以下の範囲で傾斜した方向にAlイオンを注入した場合に見られたアバランシェ耐圧のばらつきを示す。この場合は、最大の耐圧を実現するために、[000−1]方向にAlイオンを注入することが望ましい。そして、この場合には、チャネリングにより、Alイオンをn型4H−SiC基板の深くまで注入して、Alイオンの注入に伴うFLR(冶金学的領域)の深さを1μm以上とすべきである。これは、後述の図8に示すシミュレーション結果に基づくものである。
実施例1によるn型4H−SiC基板に形成されたショットキー・バリア・ダイオードを有する半導体装置を図9および図10を用いて説明する。図9は、実施例1によるn型4H−SiC基板に形成されたショットキー・バリア・ダイオードを有する半導体装置の一例を示す要部平面図である。図10は、実施例1によるn型4H−SiC基板に形成されたショットキー・バリア・ダイオードを有する半導体装置の一例を示す要部断面図(図9のA−A’線に沿った要部断面図)である。
実施例1によるn型4H−SiC基板に形成されたショットキー・バリア・ダイオードを有する半導体装置の製造方法を図11〜図17を用いて工程順に説明する。図11は、実施例1による半導体装置の製造方法を説明する工程図である。図11〜図17は、実施例1による製造工程中の半導体装置の要部断面図である。
まず、図12に示すように、表面が結晶主面の(0001)面から[11−20]方向にオフ角4度で傾いているn+型4H−SiC基板102を準備する。n+型4H−SiC基板102のn型不純物は、例えば窒素である。n+型4H−SiC基板102の不純物濃度は、例えば1×1018〜1×1019cm−3程度である。
次に、図13に示すように、エピタキシャル層103の上面にマスク材料層112aを形成し、リソグラフィ技術によりマスク材料層112aをパターニングする。そして、マスク材料層112aから露出するエピタキシャル層103の外周部の上面にn型不純物をイオン注入することにより、エピタキシャル層103の上面にチャネルストッパ108を形成する。この際、注入角は任意でよく、例えばエピタキシャル層103表面に垂直入射とする。チャネルストッパ108のn型不純物は、例えば窒素である。チャネルストッパ108の不純物濃度は、例えば8×1019cm−3であり、イオンの注入深さは、例えば0.2μmである。
次に、図14に示すように、マスク材料層112aを除去した後、エピタキシャル層103の上面に、例えば酸化シリコン等からなるマスク材料層112bを形成し、リソグラフィ技術によりマスク材料層112bをパターニングする。そして、マスク材料層112bから露出するエピタキシャル層103の上面にp型不純物を斜めイオン注入することにより、エピタキシャル層103の上面にFLR107a,107b,107cを形成する。この際、注入角は[000−1]方向から[11−20]方向に4度以上、12度以下傾けた角度とする。FLR107a,107b,107cのp型不純物は、例えばAlである。FLR107a,107b,107cの不純物濃度は、例えば6×1017cm−3であり、イオンの注入深さは、例えば0.8〜1.2μm程度である。
次に、図15に示すように、マスク材料層112bを除去した後、エピタキシャル層103の上面に、例えば酸化シリコン等からなるマスク材料層112cを形成し、リソグラフィ技術によりマスク材料層112cをパターニングする。そして、マスク材料層112cから露出するエピタキシャル層103の上面にp型不純物を斜めイオン注入することにより、エピタキシャル層103の上面にガードリング109を形成する。この際、注入角は[000−1]方向から[11−20]方向に4度以上、12度以下傾けた角度とする。ガードリング109のp型不純物は、例えばAlである。ガードリング109の不純物濃度は、例えば2×1019cm−3であり、イオンの注入深さは、例えば0.8〜1.2μm程度である。
次に、図16に示すように、マスク材料層112cを除去した後、アニールを行い、イオン注入した不純物の活性化を行う。なお、図16には、アニール時の表面および裏面を被覆する保護膜の図示を省略している。
次に、図17に示すように、ガードリング109に接するように、エピタキシャル層103の上面にアノード電極111を、例えばスパッタリング法により形成する。また、n+型4H−SiC基板102の裏面にカソード電極110を、例えばスパッタリング法により形成する。続いて、アノード電極111の上面を露出するようにエピタキシャル層103の上面に層間絶縁膜(図示は省略)を形成する。以上により、実施例1によるn型4H−SiC基板に形成されたショットキー・バリア・ダイオードを有する半導体装置が略完成する。
20 マスク材料層
30 ガードリング
40 フィールド・リミッティング・リング
50 イオン注入マスク
101,101a 半導体チップ
102 n+型4H−SiC基板
103 エピタキシャル層
104,105,106 間隔
107a,107b,107c フィールド・リミッティング・リング
108 チャネルストッパ
109 ガードリング
110 カソード電極
111 アノード電極
112a,112b,112c マスク材料層
1601 ソース電極
1602 ドレイン電極
1603 n+型のソース層
1604 p型のボディ層
1605 層間絶縁膜
1606 ゲート絶縁膜
1607 ゲート電極
1701 制御回路
1702 パワーモジュール
1703〜1709 端子
1710 3相モータ
1711 IGBT
1712 還流ダイオード
1801a,1801b 駆動輪
1802 駆動軸
1803 3相モータ
1804 インバータ
1805 バッテリー
1806,1807 電力ライン
1808 昇圧コンバータ
1809 リレー
1810 電子制御ユニット
1911 リアクトル
1912 平滑用コンデンサ
1913 インバータ
1914 スイッチング素子
1915 ダイオード
2001 負荷
2002 インバータ
2004 スイッチング素子
2005 ダイオード
2007 コンバータ
2008 キャパシタ
2009 トランス
OW 架線
PG パンダグラフ
RT 線路
WH 車輪
Claims (2)
- (a)表面が(0001)面から[11−20]方向へ4度オフした第1導電型の4H−SiC基板を準備する工程、
(b)前記4H−SiC基板の前記表面に、前記第1導電型の4H−SiCからなるエピタキシャル層を形成する工程、
(c)前記エピタキシャル層の上面にパターニングされたマスク材料層を形成する工程、
(d)前記マスク材料層を介して、前記第1導電型と異なる第2導電型の不純物イオンを前記エピタキシャル層にイオン注入して、前記第2導電型の半導体領域からなるフィールド・リミッティング・リングを形成する工程、
を含み、
前記(d)工程では、前記不純物イオンを[000−1]方向から[11−20]方向へ4度以上、12度以下傾斜した方向にイオン注入し、
前記フィールド・リミッティング・リングの最深部と最浅部との間の水平方向の幅に対する前記フィールド・リミッティング・リングの最深部の深さの比が4.4以下である、半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記フィールド・リミッティング・リングの最深部の深さは1μm以上である、半導体装置の製造方法。
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