JP6508369B2 - Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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本発明は、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関し、特定的には、主面にトレンチが形成され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 and a method of manufacturing the same, and more particularly to a silicon carbide semiconductor device having a trench formed on a main surface and a method of manufacturing the same.

近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。   BACKGROUND In recent years, in order to enable use of a semiconductor device with high breakdown voltage, low loss, high temperature environment, etc., adoption of silicon carbide as a material of the semiconductor device is being promoted. Silicon carbide is a wide band gap semiconductor having a large band gap as compared to silicon which has conventionally been widely used as a material for constituting a semiconductor device. Therefore, by adopting silicon carbide as a material forming the semiconductor device, it is possible to achieve high breakdown voltage of the semiconductor device, reduction of on-resistance, and the like. In addition, a semiconductor device employing silicon carbide as a material also has an advantage in that the decrease in characteristics when used under a high temperature environment is smaller than a semiconductor device employing silicon as a material.

たとえば、特開2008−147232号公報(特許文献1)には、炭化珪素からなるトレンチ型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が記載されている。当該MOSFETによれば、短チャネル効果によるパンチスルーが発生しないようにチャネル層の厚さを所定の計算式で求められる長さ以上とし、かつベース層の下端は、ゲートトレンチの下端よりもドレイン電極側に位置するように設けられている。   For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-147232 (Patent Document 1) describes a trench type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) made of silicon carbide. According to the MOSFET, the thickness of the channel layer is made equal to or more than the length obtained by a predetermined formula so that punch-through due to the short channel effect does not occur, and the lower end of the base layer is closer to the drain electrode than the lower end It is provided to be located on the side.

また、Y. Nakano et al., "690V, 1.00mΩcm24H-SiC Double-Trench MOSFETs", Materials Science Forum Vols. 717-720 (2012) page 1069-1072(非特許文献1)には、スイッチング用のトレンチに隣接して耐圧保持用のトレンチを作成し、耐圧保持用のトレンチの底部をスイッチング用のトレンチの底部よりもドレイン電極側に設けているMOSFETが記載されている。耐圧保持用のトレンチの下部にはp型ベース層を設けられている。 Also, Y. Nakano et al., “690 V, 1.00 mΩ cm 2 4 H—SiC Double-Trench MOSFETs”, Materials Science Forum Vols. 717-720 (2012) page 1069-1072 (non-patent document 1) for switching A MOSFET is described in which a trench for holding a breakdown voltage is formed adjacent to the trench and the bottom of the trench for holding a breakdown voltage is provided closer to the drain electrode than the bottom of the switching trench. A p-type base layer is provided in the lower part of the withstand voltage holding trench.

さらに、国際公開第2013/157259号(特許文献2)に記載のトレンチ型のMOSFETによれば、p型領域が、ゲートトレンチの底部に接して設けられている。   Furthermore, according to the trench MOSFET described in WO 2013/157259 (Patent Document 2), the p-type region is provided in contact with the bottom of the gate trench.

特開2008−147232号公報JP, 2008-147232, A 国際公開第2013/157259号International Publication No. 2013/157259

Y. Nakano et al., "690V, 1.00mΩcm24H-SiC Double-Trench MOSFETs", Materials Science Forum Vols. 717-720 (2012) page 1069-1072Y. Nakano et al., "690 V, 1.00 mΩ cm 24 H-SiC Double-Trench MOSFETs", Materials Science Forum Vols. 717-720 (2012) page 1069-1072

縦型パワートランジスタは、ベース層とドリフト層とのpn接合で高耐圧を実現する。ドリフト層の濃度と厚みを調整することにより、半導体中の電界を所定の値に抑えることで耐圧を設計する。半導体および絶縁膜の界面でスイッチングする場合、絶縁膜も高電界にさらされることになる。特に、炭化珪素は絶縁破壊電界が高いため、半導体中の電界を高めて高耐圧を実現できる設計が可能となる一方、スイッチング部にはその高い電界を緩和する構造が必要となる。トレンチ型トランジスタは、セルピッチを小さくできるため、セルの集積度を上げ、オン抵抗を下げることができる。しかしながら、トレンチ部の突出した領域における電界強度が高くなるため、平面型トランジスタに比べて耐圧が低下する。   The vertical power transistor realizes high breakdown voltage at the pn junction between the base layer and the drift layer. The breakdown voltage is designed by controlling the electric field in the semiconductor to a predetermined value by adjusting the concentration and thickness of the drift layer. In the case of switching at the interface between the semiconductor and the insulating film, the insulating film is also exposed to a high electric field. In particular, since silicon carbide has a high dielectric breakdown electric field, a design capable of achieving a high breakdown voltage by increasing the electric field in the semiconductor can be realized, but the switching portion needs a structure for alleviating the high electric field. Since the trench type transistor can reduce the cell pitch, the degree of integration of the cell can be increased and the on-resistance can be reduced. However, since the electric field strength in the region where the trench portion protrudes becomes high, the withstand voltage is lowered compared to the planar transistor.

特開2008−147232号公報に記載のMOSFETによれば、トレンチ部に電界が集中しないように、トレンチの底部を、ドレイン電極側のp型ベース層の端部よりもソース電極側に設けて、p型ベース層の下部に拡がる空乏層によりトレンチ底部に電界がかからないようにしている。またY. Nakano et al., "690V, 1.00mΩcm24H-SiC Double-Trench MOSFETs", Materials Science Forum Vols. 717-720 (2012) page 1069-1072に記載のMOSFETによれば、上記構造を作製するために、スイッチング用のトレンチに隣接して耐圧保持用のトレンチを作成し、耐圧保持用のトレンチの下部にp型ベース層を設け、深い位置に空乏層を形成して電流制御部のトレンチ構造を保護している。 According to the MOSFET described in JP2008-147232A, the bottom of the trench is provided closer to the source electrode than the end of the p-type base layer on the drain electrode side, so that the electric field is not concentrated in the trench. A depletion layer spreading under the p-type base layer prevents an electric field from being applied to the bottom of the trench. Also, according to the MOSFET described in Y. Nakano et al., "690 V, 1.00 mΩ cm 2 4 H-SiC Double-Trench MOSFETs", Materials Science Forum Vols. 717-720 (2012) page 1069-1072, the above structure is fabricated. For this purpose, a breakdown voltage holding trench is created adjacent to the switching trench, a p-type base layer is provided below the breakdown voltage holding trench, and a depletion layer is formed at a deep position to form a trench for the current control portion. Protecting the structure.

しかしながら、上記各構造は、オン時において電流制御部から流れ出る電流がドリフト層に拡がる効果を妨げるため、オン抵抗が増加する。たとえば1200V以上の高耐圧のデバイス、特に3300V以上の高耐圧デバイスになるとドリフト層の不純物濃度が下がる。そのため、p型ベース層の空乏層が拡がり、チャネルから出た電流がドリフト層に効果的に拡がらないためオン抵抗が高くなる。またトレンチとp型ベース層との距離を長くすると、トレンチにおける電界を十分に緩和することができずMOSFETの耐圧が劣化する。一方、ゲートトレンチとp型ベース層との距離を短くすると、MOSFETのオン抵抗が増加する。つまり、オン抵抗と耐圧とはトレードオフの関係にある。   However, in each of the above-described structures, the current flowing out of the current control unit at the time of on interferes with the effect of spreading to the drift layer, so the on-resistance increases. For example, in a high breakdown voltage device of 1200 V or more, particularly a high breakdown voltage device of 3300 V or more, the impurity concentration of the drift layer decreases. Therefore, the depletion layer of the p-type base layer spreads, and the current emitted from the channel does not effectively spread to the drift layer, resulting in an increase in on-resistance. Further, if the distance between the trench and the p-type base layer is increased, the electric field in the trench can not be sufficiently relaxed, and the breakdown voltage of the MOSFET is degraded. On the other hand, shortening the distance between the gate trench and the p-type base layer increases the on-resistance of the MOSFET. That is, the on-resistance and the breakdown voltage are in a trade-off relationship.

さらに、国際公開第2013/157259号に記載のMOSFETによれば、トレンチの底部にp型領域を形成することにより、トレンチの底部の電界を緩和している。しかしながら、トレンチの側部において電界が集中するため、耐圧を十分に高く維持することが困難である。   Furthermore, according to the MOSFET described in WO 2013/157259, the electric field at the bottom of the trench is relaxed by forming a p-type region at the bottom of the trench. However, since the electric field is concentrated on the side of the trench, it is difficult to maintain the withstand voltage high enough.

本発明の一態様の目的は、オン抵抗を低減し、かつ耐圧を向上可能な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である。   An object of one aspect of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device capable of reducing on-resistance and improving withstand voltage, and a method of manufacturing the same.

本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を備える。第1の主面と、第1の主面と反対側の第2の主面とを有する炭化珪素基板が形成される。炭化珪素基板を形成する工程は、エピタキシャル成長により第1導電型を有する第1不純物領域を形成する工程と、第1不純物領域に対してイオン注入を行うことより、第1導電型とは異なる第2導電型を有し、かつ周期的に配置された埋込領域を形成する工程と、第1不純物領域と埋込領域とに接し、第2導電型を有し、かつ埋込領域よりも低い不純物濃度を有する第2不純物領域をエピタキシャル成長により形成する工程と、第1導電型を有し、かつ第2不純物領域によって第1不純物領域から隔てられる第3不純物領域を形成する工程とを含む。第2不純物領域と第3不純物領域とを貫通して第1不純物領域に至る側部と、側部と連接する底部とを有し、かつ埋込領域と同じ周期で配置されたトレンチが形成される。トレンチの側部において、第1不純物領域と、第2不純物領域と、第3不純物領域とに接するゲート絶縁膜が形成される。   A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an aspect of the present invention includes the following steps. A silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface is formed. The step of forming the silicon carbide substrate includes the step of forming a first impurity region having a first conductivity type by epitaxial growth, and performing ion implantation to the first impurity region to form a second conductive type different from the first conductivity type. A step of forming a buried region having a conductivity type and arranged periodically, and an impurity having a second conductivity type in contact with the first impurity region and the buried region and lower than the buried region Forming a second impurity region having a concentration by epitaxial growth; and forming a third impurity region having a first conductivity type and separated from the first impurity region by the second impurity region. A trench is formed which has a side portion extending through the second impurity region and the third impurity region to the first impurity region, and a bottom portion connected to the side portion, and arranged at the same cycle as the buried region. Ru. A gate insulating film in contact with the first impurity region, the second impurity region, and the third impurity region is formed on the side portion of the trench.

本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、ゲート絶縁膜とを備えている。炭化珪素基板は、第1の主面と、第1の主面と反対側の第2の主面とを有する。炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、第1不純物領域と接し、かつ第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、第1導電型を有し、第2不純物領域によって第1不純物領域から隔てられた第3不純物領域と、第2導電型を有し、第2不純物領域よりも高い不純物濃度を有し、かつ第2の主面側の第2不純物領域の端部の一部から第2の主面に向かって延在する埋込領域と含む。炭化珪素基板の第1の主面には、第1の主面と連接する側部と、側部と連接する底部とを有するトレンチが形成されている。ゲート絶縁膜は、トレンチの側部において、第1不純物領域と、第2不純物領域と、第3不純物領域とに接し、かつトレンチの底部において第1不純物領域と接する。埋込領域における、第3不純物領域の不純物濃度の4倍の不純物濃度を有する位置の中で第3不純物領域に最も近い位置から、第3不純物領域と埋込領域との境界部までの、第1の主面の法線方向に沿った距離は0.3μm以下である。   A silicon carbide semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a silicon carbide substrate and a gate insulating film. The silicon carbide substrate has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. The silicon carbide substrate has a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region in contact with the first impurity region and a second conductivity type different from the first conductivity type, and a first conductivity type. A third impurity region separated from the first impurity region by the second impurity region and a second conductivity type, having an impurity concentration higher than that of the second impurity region, and on the side of the second main surface And a buried region extending from a part of the end of the second impurity region toward the second main surface. A trench having a side portion connected to the first main surface and a bottom portion connected to the side portion is formed on the first main surface of the silicon carbide substrate. The gate insulating film is in contact with the first impurity region, the second impurity region, and the third impurity region on the side portion of the trench, and in contact with the first impurity region at the bottom of the trench. A third position from the position closest to the third impurity region to the boundary portion between the third impurity region and the embedded region among the positions in the embedded region having an impurity concentration four times the impurity concentration of the third impurity region The distance along the normal direction of the main surface of 1 is 0.3 μm or less.

本発明の一態様によれば、オン抵抗を低減し、かつ耐圧を向上可能な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ができる。   According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a silicon carbide semiconductor device capable of reducing on-resistance and improving withstand voltage, and a method of manufacturing the same.

本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の炭化珪素基板の面方位を概略的に説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating schematically the surface orientation of the silicon carbide substrate of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置のトレンチの構造を概略的に説明するための平面模式図である。FIG. 3 is a schematic plan view for schematically illustrating the structure of the trench in the silicon carbide semiconductor device in accordance with the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置のトレンチと埋込領域との位置関係を概略的に説明するための平面模式図である。FIG. 5 is a schematic plan view for schematically illustrating the positional relationship between the trench and the embedded region in the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の第2不純物領域と埋込領域とにおける不純物濃度を概略的に説明するための図である。FIG. 7 is a diagram schematically illustrating impurity concentrations in the second impurity region and the buried region of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に説明するためのフロー図である。FIG. 6 is a flow diagram schematically illustrating a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第1の工程を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 5 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating the first step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第2の工程を概略的に説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating schematically the 2nd process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第3の工程を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating the third step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第4の工程を概略的に説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating schematically the 4th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第5の工程を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 14 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating the fifth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第6の工程を概略的に説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating schematically the 6th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第7の工程を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 14 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating the seventh step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第8の工程を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 16 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating the eighth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第9の工程を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 16 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating a ninth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第1の工程を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 13 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating the first step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第2の工程を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 13 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating the second step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第3の工程を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 16 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating the third step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the second embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に説明するための断面模式図である。FIG. 13 is a schematic cross sectional view for schematically illustrating the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in accordance with the third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態4に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 4 of this invention.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
Description of the embodiment of the present invention
First, the embodiments of the present invention will be listed and described.

(1)本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法は以下の工程を備えている。第1の主面10aと、第1の主面10aと反対側の第2の主面10bとを有する炭化珪素基板10が形成される。炭化珪素基板10を形成する工程は、エピタキシャル成長により第1導電型を有する第1不純物領域12を形成する工程と、第1不純物領域12に対してイオン注入を行うことより、第1導電型とは異なる第2導電型を有し、かつ周期的に配置された埋込領域17を形成する工程と、第1不純物領域12と埋込領域17とに接し、第2導電型を有し、かつ埋込領域17よりも低い不純物濃度を有する第2不純物領域13をエピタキシャル成長により形成する工程と、第1導電型を有し、かつ第2不純物領域13によって第1不純物領域12から隔てられる第3不純物領域14を形成する工程とを含む。第2不純物領域13と第3不純物領域14とを貫通して第1不純物領域12に至る側部SWと、側部SWと連接する底部BTとを有し、かつ埋込領域17と同じ周期で配置されたトレンチTRが形成される。トレンチTRの側部SWにおいて、第1不純物領域12と、第2不純物領域13と、第3不純物領域14とに接するゲート絶縁膜15が形成される。   (1) A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device 1 according to an aspect of the present invention includes the following steps. A silicon carbide substrate 10 having a first main surface 10a and a second main surface 10b opposite to the first main surface 10a is formed. In the step of forming silicon carbide substrate 10, the step of forming first impurity region 12 having the first conductivity type by epitaxial growth, and the step of performing ion implantation on first impurity region 12 A step of forming a buried region 17 having a different second conductivity type and arranged periodically, and in contact with the first impurity region 12 and the buried region 17 and having a second conductivity type, and being buried Forming a second impurity region 13 having an impurity concentration lower than that of the buried region 17 by epitaxial growth, and a third impurity region having a first conductivity type and separated from the first impurity region 12 by the second impurity region 13 And b. It has a side portion SW penetrating through the second impurity region 13 and the third impurity region 14 to the first impurity region 12 and a bottom portion BT connected to the side portion SW, and at the same period as the embedded region 17 Arranged trenches TR are formed. A gate insulating film 15 in contact with the first impurity region 12, the second impurity region 13, and the third impurity region 14 is formed on the side portion SW of the trench TR.

上記(1)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法によれば、第1不純物領域12に対してイオン注入を行うことより埋込領域17が形成された後、第1不純物領域12と埋込領域17とに接して、埋込領域17よりも低い不純物濃度を有する第2不純物領域13がエピタキシャル成長により形成される。そのため、第2不純物領域13を形成した後に第2不純物領域13の表面からイオン注入することにより埋込領域17を形成する場合と比較して、イオン注入エネルギーを低減することができる。結果として、高イオン注入エネルギーのためにイオンのチャネリングおよび多重散乱が発生し、イオン注入された不純物が拡がることで電流の流れを妨げることを抑制することができる。また第1不純物領域12と埋込領域17とで形成されるpn接合が炭化珪素基板10の第1の主面10aから深く離れた位置に形成されるため、トレンチTRにおける電界を効果的に遮断することができる。さらにチャネルとなる第2不純物領域13がエピタキシャル成長により形成されるため、高品質のチャネルを実現することができる。   According to the method of manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to the above (1), after buried region 17 is formed by performing ion implantation to first impurity region 12, first impurity region 12 and the buried region 17 are buried. In contact with the region 17, a second impurity region 13 having an impurity concentration lower than that of the buried region 17 is formed by epitaxial growth. Therefore, the ion implantation energy can be reduced as compared to the case where the embedded region 17 is formed by ion implantation from the surface of the second impurity region 13 after the second impurity region 13 is formed. As a result, channeling and multiple scattering of ions occur due to the high ion implantation energy, and it is possible to suppress the diffusion of ion-implanted impurities from obstructing the current flow. Further, since the pn junction formed of first impurity region 12 and buried region 17 is formed at a position deep away from first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, the electric field in trench TR is effectively cut off can do. Furthermore, since the second impurity region 13 to be a channel is formed by epitaxial growth, a high quality channel can be realized.

(2)上記(1)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、トレンチTRを形成する工程において、トレンチTRの側部SWが埋込領域17から第1不純物領域12によって離間されるようにトレンチTRが形成される。第1の主面10aと平行な方向における、トレンチTRの側部SWと、側部SWに対向する埋込領域17の側面との距離は0.2μm以上5μm以下である。トレンチTRの側部SWと埋込領域17の側面との距離Dが0.2μmよりも小さい場合、チャネルからの電流の拡がりが妨げられオン抵抗が増加する。トレンチTRの側部SWと埋込領域17の側面との距離Dが5μmよりも大きい場合、埋込領域17によってトレンチTRの底部BTにおける電界が遮蔽される効果が低減する。そのため、炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向における、トレンチTRの側部SWと、側部SWに対向する埋込領域17の側面との距離Dは、0.2μm以上5μm以下であることが好ましい。   (2) In the method of manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to (1), preferably, in the step of forming trench TR, side portion SW of trench TR is separated from buried region 17 by first impurity region 12. As a result, the trench TR is formed. The distance between the side portion SW of the trench TR and the side surface of the embedded region 17 opposite to the side portion SW in the direction parallel to the first major surface 10a is 0.2 μm or more and 5 μm or less. When the distance D between the side portion SW of the trench TR and the side surface of the buried region 17 is smaller than 0.2 μm, the spread of the current from the channel is prevented and the on-resistance is increased. When the distance D between the side portion SW of trench TR and the side surface of buried region 17 is larger than 5 μm, buried region 17 reduces the effect of shielding the electric field at bottom portion BT of trench TR. Therefore, distance D between side portion SW of trench TR and the side surface of buried region 17 opposite to side portion SW in the direction parallel to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is 0.2 μm or more and 5 μm. It is preferable that it is the following.

(3)上記(1)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、トレンチTRを形成する工程において、埋込領域17がトレンチTRの底部BTに露出するようにトレンチTRが形成される。これにより、トレンチTRの底部BTが効果的に高電界から遮蔽されることにより、耐圧を向上させることができる。   (3) In the method of manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to (1), preferably, in the step of forming trench TR, trench TR is formed such that embedded region 17 is exposed at bottom portion BT of trench TR. . As a result, the bottom portion BT of the trench TR is effectively shielded from the high electric field, whereby the breakdown voltage can be improved.

(4)上記(3)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、第1の主面10aと平行な方向における、トレンチTRの底部BTの幅は、埋込領域17の幅よりも大きい。これにより、埋込領域17の側面から広がる空乏層によって電流の流れが妨げられることを抑制することができる。結果として、オン抵抗を低減することができる。   (4) In the method of manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to (3), preferably, the width of bottom portion BT of trench TR in the direction parallel to first main surface 10 a is larger than the width of buried region 17. large. Thereby, it is possible to suppress that the flow of current is interrupted by the depletion layer spreading from the side surface of the embedded region 17. As a result, the on-resistance can be reduced.

(5)上記(1)〜(4)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、第1の主面10aの法線方向におけるトレンチTRの深さH1は、0.3μm以上3μm以下であり、かつ第1の主面10aと平行な方向におけるトレンチTRの幅よりも小さい。トレンチTRの深さH1が0.3μmよりも小さい場合、チャネルの形成が困難となる。トレンチTRの深さH1が3μmよりも大きい場合、トレンチの形状を制御することが困難となる。そのため、トレンチTRの深さH1は、0.3μm以上3μm以下であることが好ましい。   (5) In the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (4), preferably, depth H1 of trench TR in the normal direction of first main surface 10a is 0.3 μm. The width is not less than 3 μm and smaller than the width of the trench TR in the direction parallel to the first major surface 10 a. If the depth H1 of the trench TR is smaller than 0.3 μm, formation of a channel becomes difficult. When the depth H1 of the trench TR is larger than 3 μm, it becomes difficult to control the shape of the trench. Therefore, the depth H1 of the trench TR is preferably 0.3 μm or more and 3 μm or less.

(6)上記(1)〜(5)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、炭化珪素基板の第1の主面は、{0001}面からオフ方向にオフした面である。トレンチTRの側部SWは、オフ方向に垂直であり、かつ第1の主面10aの法線方向と垂直な面方位を有する面SW1を含む。オフ方向と直角方向の法線を有する面を主なトレンチの側壁とすることにより、側壁の面方位のずれを最小限にすることができる。またオフ方向がたとえば<11−20>方向である場合、より平坦な炭化珪素エピタキシャル層5を形成することができる。   (6) In the method of manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (5), preferably, the first main surface of the silicon carbide substrate is a surface turned off in the off direction from the {0001} plane. It is. Side portion SW of trench TR includes a surface SW1 perpendicular to the off direction and having a plane orientation perpendicular to the normal direction of first main surface 10a. By making the plane having the normal to the off direction and the direction perpendicular to the side walls as the side walls of the main trench, it is possible to minimize the deviation of the plane orientation of the side walls. In addition, when the off direction is, for example, the <11-20> direction, it is possible to form the flatter silicon carbide epitaxial layer 5.

(7)上記(1)〜(6)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、埋込領域17を形成する工程は、第1の主面10aの法線方向から、オフ方向に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向に対して2°以上10°以下傾いた方向にイオン注入が行われる。オフ方向に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向に対して2°以上10°以下傾いた方向にイオン注入が行われることにより、効果的にチャネリングを抑制することができる。また耐圧の劣化が発生しやすいトレンチTRの底部BTの角部CRに埋込領域17を形成する場合に、埋込領域17の位置ずれが発生することを効果的に抑制することができる。   (7) In the method of manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of the above (1) to (6), preferably, the step of forming embedded region 17 is performed from the normal direction of first main surface 10a. Ion implantation is performed in a direction perpendicular to the off direction and inclined by 2 ° or more and 10 ° or less with respect to the direction parallel to the first major surface 10 a. Channeling can be effectively suppressed by performing ion implantation in a direction perpendicular to the off direction and inclined by 2 ° or more and 10 ° or less with respect to the direction parallel to the first major surface 10a. Further, when the embedded region 17 is formed at the corner portion CR of the bottom portion BT of the trench TR in which deterioration of the withstand voltage easily occurs, occurrence of positional deviation of the embedded region 17 can be effectively suppressed.

(8)上記(1)〜(7)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、トレンチTRを形成する工程において、第1の主面10aの法線方向から見て、トレンチTRの底部BTの角部CRが埋込領域17に重なるようにトレンチTRが形成される。これにより、耐圧の劣化が発生しやすいトレンチTRの底部BTの角部CRにおける電界を遮蔽することができる。   (8) In the method of manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (7), preferably, in the step of forming trench TR, viewed from the normal direction of first main surface 10a, Trench TR is formed such that corner CR of bottom BT of trench TR overlaps buried region 17. Thereby, it is possible to shield the electric field at the corner CR of the bottom BT of the trench TR in which the breakdown voltage tends to deteriorate.

(9)上記(1)〜(8)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、炭化珪素基板10を形成する工程は、第2の主面10b側から第1不純物領域12に対してイオン注入を行うことにより、第2導電型を有し、周期的に配置されたキャリア注入領域28を形成する工程をさらに含む。これにより、キャリア注入領域28からキャリアの注入を促進することにより、オン抵抗を低減することができる。   (9) In the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (8), preferably, the step of forming silicon carbide substrate 10 includes the first impurity region from the second main surface 10b side. 12 further includes the step of forming a periodically arranged carrier injection region 28 having the second conductivity type by performing ion implantation to 12. As a result, by promoting the injection of carriers from the carrier injection region 28, the on-resistance can be reduced.

(10)本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置1は、炭化珪素基板10と、ゲート絶縁膜15とを備えている。炭化珪素基板10は、第1の主面10aと、第1の主面10aと反対側の第2の主面10bとを有する。炭化珪素基板10は、第1導電型を有する第1不純物領域12と、第1不純物領域12と接し、かつ第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2不純物領域13と、第1導電型を有し、第2不純物領域13によって第1不純物領域12から隔てられた第3不純物領域14と、第2導電型を有し、第2不純物領域13よりも高い不純物濃度を有し、かつ第2の主面10b側の第2不純物領域13の端部13aの一部から第2の主面10bに向かって延在する埋込領域17と含む。炭化珪素基板10の第1の主面10aには、第1の主面10aと連接する側部SWと、側部SWと連接する底部BTとを有するトレンチTRが形成されている。ゲート絶縁膜15は、トレンチTRの側部SWにおいて、第1不純物領域12と、第2不純物領域13と、第3不純物領域14とに接し、かつトレンチTRの底部BTにおいて第1不純物領域12と接する。埋込領域17における、第2不純物領域13の不純物濃度の4倍の不純物濃度を有する位置の中で第2不純物領域13に最も近い位置から、第2不純物領域13と埋込領域17との境界部までの、第1の主面10aの法線方向に沿った距離は0.3μm以下である。これにより、埋込領域17で、十分に電界を遮蔽してソース部の容量を低減する効果がある。   (10) A silicon carbide semiconductor device 1 according to an aspect of the present invention includes a silicon carbide substrate 10 and a gate insulating film 15. Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 10a and a second main surface 10b opposite to first main surface 10a. Silicon carbide substrate 10 includes a first impurity region 12 having a first conductivity type, a second impurity region 13 in contact with the first impurity region 12 and a second conductivity type different from the first conductivity type, and a first A third impurity region 14 having a conductivity type, separated from the first impurity region 12 by a second impurity region 13, and having a second conductivity type, having an impurity concentration higher than that of the second impurity region 13; And, it includes a buried region 17 extending from a part of the end 13a of the second impurity region 13 on the side of the second major surface 10b toward the second major surface 10b. In first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, a trench TR is formed having a side portion SW connected to first main surface 10a and a bottom portion BT connected to side portion SW. Gate insulating film 15 is in contact with first impurity region 12, second impurity region 13 and third impurity region 14 at side portion SW of trench TR, and at the bottom portion BT of trench TR with first impurity region 12 Contact. The boundary between the second impurity region 13 and the buried region 17 from the position closest to the second impurity region 13 among the positions in the buried region 17 having an impurity concentration four times the impurity concentration of the second impurity region 13 The distance to the portion along the normal direction of the first major surface 10a is 0.3 μm or less. Thus, the electric field is sufficiently shielded in the embedded region 17 to reduce the capacitance of the source portion.

(11)上記(10)に係る炭化珪素半導体装置1において好ましくは、第1の主面10aの法線方向から見て、トレンチTRの底部BTの角部CRは、埋込領域17と重なるように配置されている。これにより、耐圧の劣化が発生しやすいトレンチTRの底部BTの角部CRにおける電界を遮蔽することができる。   (11) Preferably, in silicon carbide semiconductor device 1 according to (10), corner portion CR of bottom portion BT of trench TR overlaps with buried region 17 when viewed in the normal direction of first main surface 10a. Is located in Thereby, it is possible to shield the electric field at the corner CR of the bottom BT of the trench TR in which the breakdown voltage tends to deteriorate.

(12)上記(10)または(11)に係る炭化珪素半導体装置1において好ましくは、第1不純物領域12は、第2不純物領域13と接する第1領域12aと、第1領域12aと接し、第1領域12aから見て第2不純物領域13と反対側に位置し、かつ第1領域12aよりも高い不純物濃度を有する第2領域12bと、第2領域12bと接し、第2領域12bから見て第1領域12aと反対側に位置し、かつ第2領域12bよりも低い不純物濃度を有する第3領域12cとを有する。これにより、オフ時には、低い不純物濃度を有する第1領域12aに空乏層が広がることでトレンチTRにおける電界が緩和されることにより、高い耐圧を維持することができる。オン時には、ゲート電極27に印加される電圧により、高い不純物濃度を有する第2領域12bからキャリアをトレンチTRの周りに集めることができる。結果として、高い導電性を実現することができるのでオン抵抗を低減することができる。つまり、オン抵抗を低減し、かつ耐圧を向上可能することができる。   (12) In silicon carbide semiconductor device 1 according to (10) or (11), preferably, first impurity region 12 is in contact with first region 12 a in contact with second impurity region 13 and with first region 12 a, The second region 12b is located opposite to the second impurity region 13 as viewed from the first region 12a and has an impurity concentration higher than that of the first region 12a, and in contact with the second region 12b as viewed from the second region 12b. And a third region 12c opposite to the first region 12a and having an impurity concentration lower than that of the second region 12b. As a result, at the time of off, the depletion layer spreads in the first region 12a having a low impurity concentration, whereby the electric field in the trench TR is relaxed, whereby a high breakdown voltage can be maintained. At the on time, the voltage applied to gate electrode 27 allows carriers to be collected around trench TR from second region 12 b having a high impurity concentration. As a result, since high conductivity can be realized, the on-resistance can be reduced. That is, the on-resistance can be reduced and the withstand voltage can be improved.

(13)上記(10)〜(12)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1において好ましくは、炭化珪素基板10は、第2導電型を有し、第2の主面10bを構成し、かつ第1不純物領域12に接して設けられた第2導電型エピタキシャル層29と、第2導電型を有し、第2導電型エピタキシャル層29と第1不純物領域12とに接し、第2導電型エピタキシャル層29よりも高い不純物濃度を有し、かつ周期的に設けられたキャリア注入領域28とをさらに含む。これにより、キャリア注入領域28からキャリアの注入を促進することにより、オン抵抗を低減することができる。
[本発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
(13) Preferably, in silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (10) to (12), silicon carbide substrate 10 has a second conductivity type, and forms second main surface 10b, and A second conductivity type epitaxial layer 29 provided in contact with the first impurity region 12 and a second conductivity type, and in contact with the second conductivity type epitaxial layer 29 and the first impurity region 12, a second conductivity type epitaxial It further includes carrier injection regions 28 having a higher impurity concentration than layer 29 and provided periodically. As a result, by promoting the injection of carriers from the carrier injection region 28, the on-resistance can be reduced.
Details of the Embodiment of the Present Invention
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts have the same reference characters allotted and description thereof will not be repeated. In the crystallographic description in the present specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. Also, as for the negative index, in crystallographic terms, "-" (bar) is to be added above the numbers, but in the present specification, the numbers are attached with a negative sign.

(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。
Embodiment 1
First, the configuration of a MOSFET as a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described.

図1を参照して、実施の形態1に係るMOSFET1は、炭化珪素基板10と、ゲート電極27と、ゲート絶縁膜15と、層間絶縁膜21と、ソース電極16と、ソース配線19と、ドレイン電極20と、保護膜24とを主に有している。炭化珪素基板10は、第1の主面10aと、第1の主面10aと反対側の第2の主面10bとを有し、炭化珪素単結晶基板11と、炭化珪素単結晶基板11上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層5とを主に含む。   Referring to FIG. 1, MOSFET 1 according to the first embodiment includes silicon carbide substrate 10, gate electrode 27, gate insulating film 15, interlayer insulating film 21, source electrode 16, source interconnection 19, and drain. The electrode 20 and the protective film 24 are mainly included. Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 10 a and a second main surface 10 b opposite to first main surface 10 a, and is on silicon carbide single crystal substrate 11 and silicon carbide single crystal substrate 11. And the silicon carbide epitaxial layer 5 provided in FIG.

炭化珪素単結晶基板11は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素単結晶からなる。炭化珪素基板10の第1の主面10aの最大径は、たとえば150mmであり、好ましくは150mm以上である。炭化珪素基板10の第1の主面10aは、たとえば{0001}面または{0001}面から8°以下オフした面である。炭化珪素単結晶基板11の厚みは、たとえば400μmである。炭化珪素単結晶基板11の抵抗率はたとえば0.017Ωcmである。   Silicon carbide single crystal substrate 11 is made of, for example, hexagonal silicon carbide single crystal of polytype 4H. The maximum diameter of first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is, for example, 150 mm, preferably 150 mm or more. First main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is, for example, a surface which is off by 8 ° or less from the {0001} plane or the {0001} plane. The thickness of silicon carbide single crystal substrate 11 is, for example, 400 μm. The resistivity of silicon carbide single crystal substrate 11 is, for example, 0.017 Ωcm.

炭化珪素エピタキシャル層5は、第1不純物領域12と、ベース領域13(第2不純物領域13)と、ソース領域14(第3不純物領域14)と、コンタクト領域18と、埋込領域17と、バッファ層22とを主に有している。バッファ層22は、炭化珪素単結晶基板11上に設けられている。第1不純物領域12は、バッファ層22上に設けられている。第1不純物領域12およびバッファ層22の各々は、窒素などのn型を付与するためのn型不純物(ドナー)を含むn型(第1導電型)の領域である。第1不純物領域12は、ベース領域13と、埋込領域17とに接する。   Silicon carbide epitaxial layer 5 includes first impurity region 12, base region 13 (second impurity region 13), source region 14 (third impurity region 14), contact region 18, buried region 17, and buffer. The layer 22 is mainly included. Buffer layer 22 is provided on silicon carbide single crystal substrate 11. The first impurity region 12 is provided on the buffer layer 22. Each of first impurity region 12 and buffer layer 22 is an n-type (first conductivity type) region including an n-type impurity (donor) for giving n-type such as nitrogen. The first impurity region 12 is in contact with the base region 13 and the buried region 17.

第1不純物領域12が含む窒素などのn型不純物の濃度および第1不純物領域12の厚みは、耐圧によって変化する。耐圧が1200Vの場合、第1不純物領域12の厚みは、たとえば10μm程度であり、かつ第1不純物領域12が含む窒素濃度は1×1016cm-3程度である。また耐圧が1700Vの場合、第1不純物領域12の厚みは、たとえば20μm程度であり、かつ第1不純物領域12が含む窒素濃度は5×1015cm-3程度である。さらに耐圧が3300Vの場合、第1不純物領域12の厚みは、たとえば30μm程度であり、かつ第1不純物領域12が含む窒素濃度は3×1015cm-3程度である。 The concentration of the n-type impurity such as nitrogen contained in the first impurity region 12 and the thickness of the first impurity region 12 change depending on the withstand voltage. When the withstand voltage is 1200 V, the thickness of first impurity region 12 is, for example, about 10 μm, and the nitrogen concentration contained in first impurity region 12 is about 1 × 10 16 cm −3 . When the breakdown voltage is 1700 V, the thickness of the first impurity region 12 is, for example, about 20 μm, and the nitrogen concentration contained in the first impurity region 12 is about 5 × 10 15 cm −3 . Further, when the withstand voltage is 3300 V, the thickness of the first impurity region 12 is, for example, about 30 μm, and the nitrogen concentration contained in the first impurity region 12 is about 3 × 10 15 cm −3 .

好ましくは、バッファ層22が含む窒素などのn型不純物の濃度は、炭化珪素単結晶基板11が含む窒素などのn型不純物の濃度よりも低い。炭化珪素単結晶基板11が含む窒素などのn型不純物の濃度は、たとえば5×1018cm-3以上9×1018cm-3以下である。バッファ層22が含む窒素などのn型不純物の濃度は、たとえば1×1018cm-3以上2×1018cm-3以下である。好ましくは、第1不純物領域12が含む窒素などのn型不純物の濃度は、バッファ層22が含む窒素などのn型不純物の濃度よりも低い。 Preferably, the concentration of n-type impurities such as nitrogen contained in buffer layer 22 is lower than the concentration of n-type impurities such as nitrogen contained in silicon carbide single crystal substrate 11. The concentration of an n-type impurity such as nitrogen contained in silicon carbide single crystal substrate 11 is, for example, 5 × 10 18 cm −3 or more and 9 × 10 18 cm −3 or less. The concentration of n-type impurities such as nitrogen contained in buffer layer 22 is, for example, not less than 1 × 10 18 cm −3 and not more than 2 × 10 18 cm −3 . Preferably, the concentration of the n-type impurity such as nitrogen contained in the first impurity region 12 is lower than the concentration of the n-type impurity such as nitrogen contained in the buffer layer 22.

ベース領域13(第2不純物領域13)は、第1不純物領域12と接するように第1不純物領域12および埋込領域17の各々上に設けられている。ベース領域13は、n型とは異なるp型(第2導電型)を有する領域である。ベース領域13は、たとえばAl(アルミニウム)またはB(ホウ素)などのp型を付与するためのp型不純物(アクセプタ)を含んでいる。ベース領域13におけるアルミニウムなどのp型不純物の濃度は、たとえば7×1015cm-3である。ベース領域13は、たとえばエピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル層である。ベース領域13の厚みは、たとえば0.5μmである。 Base region 13 (second impurity region 13) is provided on each of first impurity region 12 and buried region 17 so as to be in contact with first impurity region 12. The base region 13 is a region having p-type (second conductivity type) different from n-type. Base region 13 includes a p-type impurity (acceptor) for imparting p-type such as Al (aluminum) or B (boron), for example. The concentration of p-type impurities such as aluminum in base region 13 is, for example, 7 × 10 15 cm −3 . Base region 13 is an epitaxial layer formed by, for example, epitaxial growth. The thickness of base region 13 is, for example, 0.5 μm.

ソース領域14(第3不純物領域14)は、ベース領域13によって第1不純物領域12から隔てられるようにベース領域13上に設けられている。ソース領域14は、リンなどのn型を付与するためのn型不純物を含んでおり、n型を有する。ソース領域14が含むn型不純物の濃度は、第1不純物領域12が含むn型不純物の濃度よりも高い。ソース領域14が含むリンなどのn型不純物の濃度は、たとえば1×1020cm-3である。 Source region 14 (third impurity region 14) is provided on base region 13 so as to be separated from first impurity region 12 by base region 13. Source region 14 includes an n-type impurity such as phosphorus for giving n-type, and has n-type. The concentration of the n-type impurity contained in the source region 14 is higher than the concentration of the n-type impurity contained in the first impurity region 12. The concentration of n-type impurities such as phosphorus contained in source region 14 is, for example, 1 × 10 20 cm −3 .

コンタクト領域18は、たとえばアルミニウムまたはホウ素などのp型不純物を含むp型領域である。コンタクト領域18は、ソース領域14およびベース領域13の各々に挟まれるように、ソース領域14およびベース領域13の各々を貫通して埋込領域17に達するように設けられている。言い換えれば、コンタクト領域18は、炭化珪素基板10の第1の主面10aと埋込領域17とを繋ぐように形成されている。コンタクト領域18が含むp型不純物の濃度は、ベース領域13が含むp型不純物の濃度よりも高い。コンタクト領域18が含むアルミニウムなどのp型不純物の濃度は、たとえば1×1020cm-3である。 Contact region 18 is a p-type region containing a p-type impurity such as aluminum or boron, for example. The contact region 18 is provided to penetrate through each of the source region 14 and the base region 13 to reach the buried region 17 so as to be sandwiched between each of the source region 14 and the base region 13. In other words, contact region 18 is formed to connect first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10 to embedded region 17. The concentration of the p-type impurity contained in the contact region 18 is higher than the concentration of the p-type impurity contained in the base region 13. The concentration of the p-type impurity such as aluminum contained in contact region 18 is, for example, 1 × 10 20 cm −3 .

埋込領域17は、たとえばアルミニウムまたはホウ素などのp型不純物を含み、p型を有する。埋込領域17は、ベース領域13よりも高い不純物濃度を有する。埋込領域17が含むたとえばアルミニウムなどのp型不純物の濃度は、たとえば5×1017cm-3以上8×1018cm-3以下である。なお上記各領域に含まれている不純物の元素および濃度は、たとえばSCM(Scanning Capacitance Microscope)またはSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)などにより測定可能である。 Buried region 17 includes p-type impurities such as aluminum or boron, for example, and has p-type. Buried region 17 has a higher impurity concentration than base region 13. The concentration of the p-type impurity such as aluminum contained in the embedded region 17 is, for example, 5 × 10 17 cm −3 or more and 8 × 10 18 cm −3 or less. The element and concentration of impurities contained in each of the above-mentioned regions can be measured, for example, by SCM (Scanning Capacitance Microscope) or SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry).

埋込領域17は、コンタクト領域18およびベース領域13の各々と接する。炭化珪素基板10の第2の主面10b側のベース領域13の端部13aの一部から第2の主面10bに向かって延在するように設けられている。言い換えれば、埋込領域17は、ベース領域13から見てソース領域14とは反対側に位置しており、かつコンタクト領域18から見てソース電極16とは反対側に位置している。第1の主面10aに平行な方向における埋込領域17の幅は、コンタクト領域18の幅よりも大きくてもよい。   Buried region 17 is in contact with each of contact region 18 and base region 13. It is provided to extend from a part of end 13a of base region 13 on the second main surface 10b side of silicon carbide substrate 10 toward second main surface 10b. In other words, the buried region 17 is located on the opposite side of the source region 14 as viewed from the base region 13 and located on the opposite side of the source electrode 16 as viewed from the contact region 18. The width of the buried region 17 in the direction parallel to the first major surface 10 a may be larger than the width of the contact region 18.

第2の主面10b側の埋込領域17の端部および埋込領域17の側部は、断面視(炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向に沿った視野、つまり図1の視野)において、第1不純物領域12の一部は、2つの埋込領域17の部分に挟まれるように形成されている。   The end of the embedded region 17 on the side of the second main surface 10b and the side portion of the embedded region 17 are cross-sectional views (views along a direction parallel to the first main surface 10a of the silicon carbide substrate 10) In 1), a part of the first impurity region 12 is formed so as to be sandwiched between two buried regions 17.

炭化珪素基板10の第1の主面10aには、第1の主面10aと連接する側部SWと、側部SWと連接する底部BTとを有するトレンチTRが形成されている。トレンチTRの側部SWは、ソース領域14およびベース領域13の各々を貫通し、第1不純物領域12に至り、トレンチTRの底部BTは、第1不純物領域12に位置する。つまり、第1不純物領域12と、ベース領域13と、ソース領域14とは、トレンチの側部SWに接し、第1不純物領域12はトレンチTRの底部BTに接する。トレンチTRの側部SWは、炭化珪素基板10の第1の主面10aの法線方向とほぼ平行な方向に沿って延在しており、かつトレンチTRの底部BTは、炭化珪素基板10の第1の主面10aとほぼ平行である。トレンチTRの側部SWと底部BTとの境界は曲率を有するように形成されていてもよい。埋込領域17は、トレンチTRの側部SWと底部BTとが接する角部に対向して設けられる。トレンチTRの底部BTは、第1の主面10a側の埋込領域17の端部に沿った面よりも第2の主面10b側に位置し、第2の主面10b側の埋込領域17の端部に沿った面よりも第1の主面10a側に位置する。   In first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, a trench TR is formed having a side portion SW connected to first main surface 10a and a bottom portion BT connected to side portion SW. The side portion SW of the trench TR penetrates each of the source region 14 and the base region 13 to reach the first impurity region 12, and the bottom portion BT of the trench TR is located in the first impurity region 12. That is, the first impurity region 12, the base region 13, and the source region 14 are in contact with the side portion SW of the trench, and the first impurity region 12 is in contact with the bottom portion BT of the trench TR. Side portion SW of trench TR extends along a direction substantially parallel to the normal direction of first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10, and bottom portion BT of trench TR is a portion of silicon carbide substrate 10. It is substantially parallel to the first major surface 10a. The boundary between the side portion SW and the bottom portion BT of the trench TR may be formed to have a curvature. Buried region 17 is provided opposite to a corner where side portion SW of trench TR and bottom portion BT meet. Bottom portion BT of trench TR is located on the second main surface 10b side with respect to the surface along the end of embedded region 17 on the first main surface 10a side, and the buried region on the second main surface 10b side It is located closer to the first major surface 10 a than the surface along the end portion of 17.

トレンチTRの深さH1が0.3μmよりも小さい場合、チャネルの形成が困難となる。トレンチTRの深さH1が3μmよりも大きい場合、トレンチの形状を制御することが困難となる。そのため、トレンチTRの深さH1は、0.3μm以上3μm以下であることが好ましい。より好ましくは、トレンチTRの深さH1は、0.3μm以上2μm以下であり、さらに好ましくは0.8μm以上1.5μm以下である。トレンチTRの深さH1は、トレンチTRの幅よりも小さいことが好ましい。トレンチTRの深さH1がトレンチTRの幅よりも小さい場合、トレンチTRの側部SWおよび底部BTに接して均一な厚みのゲート絶縁膜15を容易に形成することができる。   If the depth H1 of the trench TR is smaller than 0.3 μm, formation of a channel becomes difficult. When the depth H1 of the trench TR is larger than 3 μm, it becomes difficult to control the shape of the trench. Therefore, the depth H1 of the trench TR is preferably 0.3 μm or more and 3 μm or less. More preferably, depth H1 of trench TR is 0.3 μm or more and 2 μm or less, and further preferably 0.8 μm or more and 1.5 μm or less. The depth H1 of the trench TR is preferably smaller than the width of the trench TR. When the depth H1 of the trench TR is smaller than the width of the trench TR, the gate insulating film 15 having a uniform thickness can be easily formed in contact with the side portion SW and the bottom portion BT of the trench TR.

トレンチTRの側部SWと埋込領域17の側面との距離Dが0.2μmよりも小さい場合、チャネルからの電流の拡がりが妨げられオン抵抗が増加する。トレンチTRの側部SWと埋込領域17の側面との距離Dが5μmよりも大きい場合、埋込領域17によってトレンチTRの底部BTにおける電界が遮蔽される効果が低減する。そのため、炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向における、トレンチTRの側部SWと、側部SWに対向する埋込領域17の側面との距離Dは、0.2μm以上5μm以下であることが好ましい。より好ましくは、トレンチTRの側部SWと、側部SWに対向する埋込領域17の側面との距離Dは、1μm以上2μm以下である。   When the distance D between the side portion SW of the trench TR and the side surface of the buried region 17 is smaller than 0.2 μm, the spread of the current from the channel is prevented and the on-resistance is increased. When the distance D between the side portion SW of trench TR and the side surface of buried region 17 is larger than 5 μm, buried region 17 reduces the effect of shielding the electric field at bottom portion BT of trench TR. Therefore, distance D between side portion SW of trench TR and the side surface of buried region 17 opposite to side portion SW in the direction parallel to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is 0.2 μm or more and 5 μm. It is preferable that it is the following. More preferably, the distance D between the side portion SW of the trench TR and the side surface of the buried region 17 opposite to the side portion SW is 1 μm or more and 2 μm or less.

以上のように、n型領域を有する第1不純物領域12と、p型を有する埋込領域17とによるpn接合で挟まれたJFET領域で耐圧確保のチャネルが形成される。トレンチTRの側部SWに接するベース領域13において電流制御のチャネルが形成される。電流制御のチャネルに流れる電流と、JFET領域を流れる電流の方向とをほぼ同じ方向にすることで、ゲート絶縁膜15に接するゲート電極27で電流を制御すると同時に、JFET領域で耐圧を確保する。   As described above, in the JFET region sandwiched by the pn junction of the first impurity region 12 having the n-type region and the buried region 17 having the p-type, a withstand voltage securing channel is formed. A current control channel is formed in base region 13 in contact with side portion SW of trench TR. By setting the current flowing in the current control channel and the direction of the current flowing in the JFET region to be substantially the same, the current is controlled by the gate electrode 27 in contact with the gate insulating film 15, and the breakdown voltage is secured in the JFET region.

ゲート絶縁膜15は、たとえば二酸化珪素からなり、トレンチTRの側部SWと、底部BTとに接するように設けられている。ゲート絶縁膜15は、トレンチTRの側部SWにおいて、第1不純物領域12と、ベース領域13と、ソース領域14とに接し、トレンチTRの底部BTにおいて、第1不純物領域12と接する。ゲート絶縁膜15に接するベース領域13にチャネル領域CHが形成可能に構成されている。   Gate insulating film 15 is made of, for example, silicon dioxide, and is provided in contact with side portion SW of trench TR and bottom portion BT. Gate insulating film 15 is in contact with first impurity region 12, base region 13 and source region 14 at side portion SW of trench TR, and is in contact with first impurity region 12 at bottom portion BT of trench TR. A channel region CH can be formed in the base region 13 in contact with the gate insulating film 15.

ゲート電極27は、ゲート絶縁膜15に接触して配置され、ゲート絶縁膜15により形成される溝を埋めるように設けられている。ゲート電極27は、ソース領域14から露出して設けられていてもよい。ゲート電極27は、たとえば不純物がドーピングされたポリシリコンなどの導電体からなっている。   The gate electrode 27 is disposed in contact with the gate insulating film 15 and is provided to fill the groove formed by the gate insulating film 15. The gate electrode 27 may be provided exposed from the source region 14. Gate electrode 27 is made of, for example, a conductor such as polysilicon doped with an impurity.

ソース電極16は、たとえばNiとTiとを含む材料からなる。ソース電極16は、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいてソース領域14およびコンタクト領域18の各々と接する。ソース電極16は、ソース領域14とオーミック接合している合金層を含む。合金層は、たとえばソース電極16が含む金属とのシリサイドである。好ましくは、ソース電極16は、Tiと、Alと、Siを含む材料からなる。   Source electrode 16 is made of, for example, a material containing Ni and Ti. Source electrode 16 is in contact with each of source region 14 and contact region 18 at first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. Source electrode 16 includes an alloy layer in ohmic contact with source region 14. The alloy layer is, for example, a silicide with a metal contained in source electrode 16. Preferably, the source electrode 16 is made of a material containing Ti, Al and Si.

層間絶縁膜21は、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対向する位置に設けられている。具体的には、層間絶縁膜21は、ゲート電極27を覆うようにゲート電極27およびゲート絶縁膜15の各々に接して設けられている。層間絶縁膜21は、たとえばTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)酸化膜と、PSG(Phosphorus Silicon Glass)とを含む。層間絶縁膜21は、ゲート電極27とソース電極16とを電気的に絶縁している。ソース配線19は、層間絶縁膜21を覆い、かつソース電極16に接するように設けられている。ソース配線19は、ソース電極16を介してソース領域14と電気的に接続されている。ソース配線19は、たとえばAlSiCuを含む材料からなる。保護膜24は、ソース配線19を覆うように、ソース配線19上に設けられている。保護膜24は、たとえば窒化膜とポリイミドとを含む。   Interlayer insulating film 21 is provided at a position facing first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. Specifically, interlayer insulating film 21 is provided in contact with each of gate electrode 27 and gate insulating film 15 so as to cover gate electrode 27. Interlayer insulating film 21 includes, for example, a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) oxide film and PSG (Phosphorus Silicon Glass). The interlayer insulating film 21 electrically insulates the gate electrode 27 and the source electrode 16. Source interconnection 19 covers interlayer insulating film 21 and is provided in contact with source electrode 16. Source interconnection 19 is electrically connected to source region 14 via source electrode 16. Source interconnection 19 is made of, for example, a material containing AlSiCu. The protective film 24 is provided on the source wiring 19 so as to cover the source wiring 19. Protective film 24 includes, for example, a nitride film and polyimide.

ドレイン電極20は、炭化珪素基板10の第2の主面10bに接して設けられている。このドレイン電極20は、たとえばNiSi(ニッケルシリサイド)など、n型の炭化珪素単結晶基板11とオーミック接合可能な材料からなっている。これにより、ドレイン電極20は炭化珪素単結晶基板11と電気的に接続されている。   Drain electrode 20 is provided in contact with second main surface 10 b of silicon carbide substrate 10. The drain electrode 20 is made of, for example, a material capable of ohmic junction with the n-type silicon carbide single crystal substrate 11 such as NiSi (nickel silicide). Thus, drain electrode 20 is electrically connected to silicon carbide single crystal substrate 11.

図2を参照して、炭化珪素基板10の面方位について説明する。炭化珪素基板10の第1の主面10aは、たとえば{0001}面(破線で示す面)からオフ角θだけオフ方向a1にオフした面である。オフ方向とは、第1の主面10aの法線ベクトルzが[0001]方向から傾斜している方向である。図2において、方向cは[0001]方向(つまり六方晶炭化珪素のc軸)であり、オフ方向a1はたとえば<11−20>方向である。オフ角θは、好ましくは8°以下の角度である。面内オフ方向とは、オフ方向を第1の主面10aに投影した方向である。図2の場合において、面内オフ方向はa11方向である。オフ方向a1と面内オフ方向a11とにより形成される角度は、オフ角θと等しい。なお、オフ方向a1はたとえば<11−20>方向に限定されない。オフ方向a1は、たとえば<1−100>方向であってもよい。   The plane orientation of silicon carbide substrate 10 will be described with reference to FIG. First main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is a surface turned off in the off direction a1 by, for example, the off angle θ from the {0001} plane (the surface shown by the broken line). The off direction is a direction in which the normal vector z of the first major surface 10a is inclined from the [0001] direction. In FIG. 2, the direction c is the [0001] direction (that is, the c-axis of hexagonal silicon carbide), and the off direction a1 is, for example, the <11-20> direction. The off angle θ is preferably an angle of 8 ° or less. The in-plane off direction is a direction obtained by projecting the off direction onto the first major surface 10 a. In the case of FIG. 2, the in-plane off direction is the a11 direction. The angle formed by the off direction a1 and the in-plane off direction a11 is equal to the off angle θ. The off direction a1 is not limited to, for example, the <11-20> direction. The off direction a1 may be, for example, a <1-100> direction.

図3を参照して、半導体チップ40内に形成されたトレンチTRの平面構造について説明する。なお、図1は、図3における領域I−Iで見た断面図である。つまり、図1の奥行方向は、面内オフ方向a11に対応する。平面視(炭化珪素基板10の第1の主面10aの法線方向に沿った視野)において、トレンチTRの底部BTは、たとえば長方形の形状を有している。長方形の長手方向は、たとえば面内オフ方向a11と同じ方向である。面内オフ方向a11は、たとえば<11−20>方向を第1の主面10aに投影した方向であり、<11−20>方向の成分を含む方向である。長方形の短手方向は、第1の主面10aと平行な方向であり、かつ面内オフ方向a11と垂直な方向a21である。方向a21は、たとえば<1−100>方向である。半導体チップ40は、トレンチTRの短手方向に並んで配置された複数のトレンチTRと、複数のトレンチTRを取り囲むガードリング41とを含んでいてもよい。トレンチTRは、たとえば<1−100>方向に沿って周期的に配置されている。   The planar structure of the trench TR formed in the semiconductor chip 40 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of region I-I in FIG. That is, the depth direction in FIG. 1 corresponds to the in-plane off direction a11. In a plan view (a view along the normal direction of first main surface 10a of silicon carbide substrate 10), bottom portion BT of trench TR has, for example, a rectangular shape. The longitudinal direction of the rectangle is, for example, the same direction as the in-plane off direction a11. The in-plane off direction a11 is, for example, a direction obtained by projecting the <11-20> direction onto the first major surface 10a, and is a direction including a component in the <11-20> direction. The short side direction of the rectangle is a direction parallel to the first major surface 10a and a direction a21 perpendicular to the in-plane off direction a11. The direction a21 is, for example, a <1-100> direction. The semiconductor chip 40 may include a plurality of trenches TR arranged side by side in the lateral direction of the trenches TR and a guard ring 41 surrounding the plurality of trenches TR. Trenches TR are periodically arranged, for example, along the <1-100> direction.

図4は、図3における領域IVの拡大図である。図4に示すように、トレンチTRの側部SWは、第1側部SW1と、第2側部SW2とを含む。トレンチTRの第1側部SW1は、オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aの法線方向と垂直な方向a21の面方位を有する面である。第1側部SW1は、たとえば<1−100>方向の法線を有する(1−100)面である。トレンチTRの第2側部SW2は、面内オフ方向a11の面方位を有する面である。第2側部SW2は、たとえば<11−20>方向の成分を含む法線を有する面である。   FIG. 4 is an enlarged view of a region IV in FIG. As shown in FIG. 4, the side SW of the trench TR includes a first side SW1 and a second side SW2. The first side portion SW1 of the trench TR is a surface which is perpendicular to the off direction a1 and has a plane orientation of a direction a21 perpendicular to the normal direction of the first major surface 10a. The first side portion SW1 is, for example, a (1-100) plane having a normal in the <1-100> direction. The second side portion SW2 of the trench TR is a surface having a surface orientation in the in-plane off direction a11. The second side SW2 is a surface having a normal including, for example, a component in the <11-20> direction.

図4を参照して、埋込領域17は、第1埋込領域17aと、第2埋込領域17bとを含んでいてもよい。平面視において、第1埋込領域17aは、トレンチTRの側部SW全体を囲うように形成されている。第2埋込領域17bは、平面視において、トレンチTRの底部BTの4つの角部CRと重なるように配置されている。言い換えれば、第1の主面10aの法線方向から見て、埋込領域17は、トレンチTRの底部BTの角部CRに重なるように配置され、隣り合う2つの角部CRに挟まれた領域においては底部BTと重ならないように、底部BTの外側に配置されている。   Referring to FIG. 4, embedded region 17 may include a first embedded region 17 a and a second embedded region 17 b. In a plan view, the first embedded region 17a is formed to surround the entire side portion SW of the trench TR. The second embedded region 17 b is arranged to overlap the four corners CR of the bottom portion BT of the trench TR in a plan view. In other words, when viewed in the normal direction of first main surface 10a, embedded region 17 is arranged to overlap corner CR of bottom BT of trench TR, and is sandwiched between two adjacent corners CR. It is arranged outside the bottom BT so that it does not overlap the bottom BT in the region.

図5を参照して、ベース領域13と、埋込領域17とにおける不純物濃度の分布について説明する。ベース領域13および埋込領域17の各々は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでいる。ベース領域13におけるp型不純物の不純物濃度d1は、埋込領域17におけるp型不純物の不純物濃度の最大値よりも低い。ベース領域13は、エピタキシャル成長により形成された不純物領域であるため、ベース領域13内における不純物濃度は、第1の主面10aの法線方向(つまり図1の矢印Xの方向)においてほぼ一定である。埋込領域17は、多段イオン注入により形成された不純物領域であるため、第1の主面10aの法線方向に沿った方向において、複数の極大値を有する。埋込領域17における、ベース領域13の不純物濃度d1の4倍の不純物濃度d2(=d1×4)を有する位置c1、c2、c3、c4の中でベース領域13に最も近い位置c1から、ベース領域13と埋込領域17との境界部b1までの、第1の主面10aの法線方向に沿った距離Aは0.3μm以下である。   The distribution of the impurity concentration in base region 13 and buried region 17 will be described with reference to FIG. Each of base region 13 and buried region 17 contains a p-type impurity such as aluminum, for example. The impurity concentration d1 of the p-type impurity in the base region 13 is lower than the maximum value of the impurity concentration of the p-type impurity in the buried region 17. Since base region 13 is an impurity region formed by epitaxial growth, the impurity concentration in base region 13 is substantially constant in the normal direction of first main surface 10a (that is, the direction of arrow X in FIG. 1). . Since the embedded region 17 is an impurity region formed by multistage ion implantation, it has a plurality of maximum values in the direction along the normal direction of the first major surface 10a. Among the positions c1, c2, c3 and c4 having an impurity concentration d2 (= d1 × 4) four times the impurity concentration d1 of the base region 13 in the buried region 17, the base from the position c1 closest to the base region 13 The distance A along the normal direction of the first major surface 10a to the boundary b1 between the region 13 and the embedded region 17 is 0.3 μm or less.

次に、実施の形態1に係るMOSFET1の動作について説明する。図1を参照して、ゲート電極27に印加された電圧が閾値電圧未満の状態、すなわちオフ状態では、ソース電極16とドレイン電極20との間に電圧が印加されても、ベース領域13と第1不純物領域12との間に形成されるpn接合が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極27に閾値電圧以上の電圧が印加されると、ベース領域13のゲート絶縁膜15と接触する付近であるチャネル領域において反転層が形成される。その結果、ソース領域14と第1不純物領域12とが電気的に接続され、ソース電極16とドレイン電極20との間に電流が流れる。以上のようにして、MOSFET1は動作する。   Next, the operation of the MOSFET 1 according to the first embodiment will be described. Referring to FIG. 1, in the state where the voltage applied to gate electrode 27 is less than the threshold voltage, that is, in the off state, base region 13 and the first region 13 are selected even if a voltage is applied between source electrode 16 and drain electrode 20. The pn junction formed between the first impurity region 12 and the first impurity region 12 is reverse biased and becomes nonconductive. On the other hand, when a voltage higher than the threshold voltage is applied to gate electrode 27, an inversion layer is formed in the channel region which is the vicinity of contact with gate insulating film 15 of base region 13. As a result, source region 14 and first impurity region 12 are electrically connected, and a current flows between source electrode 16 and drain electrode 20. As described above, the MOSFET 1 operates.

次に、実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFET1の製造方法について説明する。   Next, a method of manufacturing MOSFET 1 as the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described.

図7を参照して、たとえば改良レーリー法により成長させた炭化珪素単結晶インゴットをスライスして基板を切り出し、基板の表面に対して鏡面研磨を行うことにより、炭化珪素単結晶基板11が準備される。炭化珪素単結晶基板11は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素である。炭化珪素単結晶基板11の主面の直径はたとえば150mmであり、厚みはたとえば400μmである。炭化珪素単結晶基板11の主面は、たとえば{0001}面または{0001}面から8°以下程度オフした面である。   Referring to FIG. 7, silicon carbide single crystal substrate 11 is prepared, for example, by slicing a silicon carbide single crystal ingot grown by the modified Lely method, cutting out the substrate, and mirror polishing the surface of the substrate. Ru. Silicon carbide single crystal substrate 11 is, for example, hexagonal silicon carbide of polytype 4H. The diameter of the main surface of silicon carbide single crystal substrate 11 is, for example, 150 mm, and the thickness is, for example, 400 μm. The main surface of silicon carbide single crystal substrate 11 is, for example, a surface which is off by about 8 ° or less from the {0001} plane or the {0001} plane.

次に、n型エピタキシャル層形成工程(S10:図6)が実施される。たとえば、炭化珪素単結晶基板11上に、水素を含むキャリアガスと、シラン、プロパンを含む原料ガスと、窒素を含むドーパントガスが供給され、100mbar(10kPa)の圧力下、炭化珪素単結晶基板11が、たとえば1550℃程度に加熱される。これにより、図8に示すように、n型を有する炭化珪素エピタキシャル層5が炭化珪素単結晶基板11上に形成される。炭化珪素エピタキシャル層5は、炭化珪素単結晶基板11上に形成されたバッファ層22と、バッファ層22上に形成された第1不純物領域12とを有する。第1不純物領域12には窒素がドーピングされており、窒素の濃度は、たとえば1.0×1016cm-2である。第1不純物領域12の厚みは、たとえば10μmである。以上のように、エピタキシャル成長によりn型を有する第1不純物領域12が形成される。 Next, an n-type epitaxial layer forming step (S10: FIG. 6) is performed. For example, a carrier gas containing hydrogen, a raw material gas containing silane and propane, and a dopant gas containing nitrogen are supplied onto silicon carbide single crystal substrate 11, and silicon carbide single crystal substrate 11 is supplied under a pressure of 100 mbar (10 kPa). Is heated to, for example, about 1550.degree. Thereby, as shown in FIG. 8, n-type silicon carbide epitaxial layer 5 is formed on silicon carbide single crystal substrate 11. Silicon carbide epitaxial layer 5 has a buffer layer 22 formed on silicon carbide single crystal substrate 11 and a first impurity region 12 formed on buffer layer 22. The first impurity region 12 is doped with nitrogen, and the concentration of nitrogen is, for example, 1.0 × 10 16 cm −2 . The thickness of first impurity region 12 is, for example, 10 μm. As described above, the n-type first impurity region 12 is formed by epitaxial growth.

次に、p型埋込領域形成工程(S20:図6)が実施される。具体的には、図9を参照して、炭化珪素エピタキシャル層5の第1不純物領域12上にイオン注入マスク31が形成される。イオン注入マスクは、TEOS酸化膜を含む材料からなり、イオン注入マスク31の厚みはたとえば1.6μmである。次に、CHF3およびO2を用いてイオン注入マスク31に対してRF(Radio Frequency)エッチングが行われる。これにより、イオン注入が行われる予定の部分上に、たとえば80nm程度のスルー膜が残される。次に、スルー膜を有するイオン注入マスク31を用いて、炭化珪素エピタキシャル層5の第1不純物領域12に対してイオン注入が実施される。たとえばAl(アルミニウム)イオンが、スルー膜を通して炭化珪素エピタキシャル層5内に対して矢印の方向にイオン注入されることにより、p型を有し、かつベース領域13よりも高い不純物濃度を有する埋込領域17が形成される(図10参照)。断面視において、埋込領域17は、間隔を隔てて配置されている複数の埋込領域17の部分を有する。具体的には、埋込領域17は、炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向であって、かつ方向a21方向(図3参照)に沿って周期的に配置されている。 Next, a p-type buried region forming step (S20: FIG. 6) is performed. Specifically, referring to FIG. 9, ion implantation mask 31 is formed on first impurity region 12 of silicon carbide epitaxial layer 5. The ion implantation mask is made of a material including a TEOS oxide film, and the thickness of the ion implantation mask 31 is, for example, 1.6 μm. Next, RF (Radio Frequency) etching is performed on the ion implantation mask 31 using CHF 3 and O 2 . Thereby, a through film of, for example, about 80 nm is left on a portion where ion implantation is to be performed. Next, ion implantation is performed on first impurity region 12 of silicon carbide epitaxial layer 5 using ion implantation mask 31 having a through film. For example, Al (aluminum) ions are implanted in the direction of the arrow into silicon carbide epitaxial layer 5 through the through film, to thereby have p type conductivity and a higher impurity concentration than base region 13. Region 17 is formed (see FIG. 10). In a cross-sectional view, the buried region 17 has portions of the plurality of buried regions 17 spaced apart. Specifically, embedded region 17 is periodically arranged in the direction parallel to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 and in the direction a21 (see FIG. 3).

第2の主面10b側の埋込領域17の不純物濃度が、第1の主面10a側の埋込領域17の不純物濃度よりも高くなるように、加速電圧およびドーズ量などのイオン注入の条件が調整される。好ましくは、埋込領域17を形成する工程において、第1の主面10aの法線方向から、オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向に対して2°以上10°以下傾いた方向に、たとえばアルミニウムイオンが注入される。オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向とは、たとえば<1−100>方向である。以上のように、第1不純物領域12に対してイオン注入を行うことより、n型とは異なるp型を有し、かつ周期的に配置された埋込領域17が形成される。   Conditions for ion implantation such as acceleration voltage and dose so that the impurity concentration of the embedded region 17 on the second main surface 10b side is higher than the impurity concentration of the embedded region 17 on the first main surface 10a side Is adjusted. Preferably, in the step of forming buried region 17, the normal direction of first main surface 10a is perpendicular to off direction a1 and at least 2 ° with the direction parallel to first main surface 10a. For example, aluminum ions are implanted in a direction inclined by 10 ° or less. The direction perpendicular to the off direction a1 and parallel to the first major surface 10a is, for example, the <1-100> direction. As described above, by implanting ions into the first impurity region 12, buried regions 17 having p-type different from n-type and periodically arranged are formed.

次に、p型エピタキシャル層形成工程(S40:図6)が実施される。具体的には、たとえばアルミニウムが7×1015cm-3の不純物濃度でドーピングされたp型を有するベース領域13がエピタキシャル成長により形成される。ベース領域は、埋込領域17と第1不純物領域12とに接するようにエピタキシャル成長により形成される(図11参照)。ベース領域13の厚みは、たとえば0.5μmである。以上のように、第1不純物領域12と埋込領域17とに接し、p型を有し、かつ埋込領域17よりも低い不純物濃度を有するベース領域13がエピタキシャル成長により形成される。 Next, a p-type epitaxial layer forming step (S40: FIG. 6) is performed. Specifically, for example, base region 13 having p-type doped with aluminum at a concentration of 7 × 10 15 cm −3 is formed by epitaxial growth. The base region is formed by epitaxial growth so as to be in contact with the buried region 17 and the first impurity region 12 (see FIG. 11). The thickness of base region 13 is, for example, 0.5 μm. As described above, base region 13 having p-type conductivity and having an impurity concentration lower than that of buried region 17 is formed by epitaxial growth in contact with first impurity region 12 and buried region 17.

次に、n型ソース領域形成工程(S50:図6)が実施される。図12を参照して、ベース領域13上にイオン注入マスク33が形成される。イオン注入マスクは、たとえばTEOS酸化膜を含む材料からなり、イオン注入マスク31の厚みはたとえば1.6μmである。次に、CHF3およびO2を用いてイオン注入マスク33に対してRFエッチングが行われる。これにより、ソース領域14が形成される領域上に、たとえば80nm程度のスルー膜が残される。次に、スルー膜を有するイオン注入マスク33を用いて、炭化珪素エピタキシャル層5のベース領域13に対してイオン注入が実施される。たとえばP(リン)イオンが、矢印の方向にスルー膜を通して炭化珪素エピタキシャル層5のベース領域13内にイオン注入されることにより、n型を有するソース領域14が形成される(図12参照)。好ましくは、ソース領域14を形成する工程において、第1の主面10aの法線方向から、オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向に対して2°以上10°以下傾いた方向に、たとえばリンイオンが注入される。オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向とは、たとえば<1−100>方向である。以上のように、n型を有し、かつベース領域13によって第1不純物領域12から隔てられるソース領域14が形成される。 Next, an n-type source region forming step (S50: FIG. 6) is performed. Referring to FIG. 12, ion implantation mask 33 is formed on base region 13. The ion implantation mask is made of, for example, a material including a TEOS oxide film, and the thickness of the ion implantation mask 31 is, for example, 1.6 μm. Next, RF etching is performed on the ion implantation mask 33 using CHF 3 and O 2 . Thereby, a through film of, for example, about 80 nm is left on the region where the source region 14 is formed. Next, ion implantation is performed on base region 13 of silicon carbide epitaxial layer 5 using ion implantation mask 33 having a through film. For example, P (phosphorus) ions are ion-implanted into the base region 13 of the silicon carbide epitaxial layer 5 through the through film in the direction of the arrow to form the n-type source region 14 (see FIG. 12). Preferably, in the step of forming source region 14, from the normal direction of first main surface 10a, perpendicular to off direction a1, and at least 2 ° to the direction parallel to first main surface 10a. For example, phosphorus ions are implanted in a direction inclined at an angle less than or equal to °. The direction perpendicular to the off direction a1 and parallel to the first major surface 10a is, for example, the <1-100> direction. As described above, source region 14 which has n-type and is separated from first impurity region 12 by base region 13 is formed.

次に、p型コンタクト領域形成工程(S60:図6)が実施される。図13を参照して、ベース領域13およびソース領域14上にイオン注入マスク34が形成される。イオン注入マスクは、たとえばTEOS酸化膜を含む材料からなり、イオン注入マスク31の厚みはたとえば1.6μmである。次に、CHF3およびO2を用いてイオン注入マスク34に対してRFエッチングが行われる。これにより、コンタクト領域18が形成される領域上に、たとえば80nm程度のスルー膜が残される。次に、スルー膜を有するイオン注入マスク34を用いて、炭化珪素エピタキシャル層5のベース領域13に対してイオン注入が実施される。たとえばアルミニウムイオンが、埋込領域17に達する深さまで、ベース領域13に対して注入される。これにより、ソース領域14およびベース領域13の各々に挟まれ、炭化珪素基板10の第1の主面10aと埋込領域17とを繋ぐように形成され、かつ導電型がp型のコンタクト領域18が形成される(図13参照)。好ましくは、コンタクト領域18を形成する工程において、第1の主面10aの法線方向から、オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向に対して2°以上10°以下傾いた方向に、たとえばアルミニウムイオンが注入される。オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向とは、たとえば<1−100>方向である。 Next, a p-type contact region formation step (S60: FIG. 6) is performed. Referring to FIG. 13, ion implantation mask 34 is formed on base region 13 and source region 14. The ion implantation mask is made of, for example, a material including a TEOS oxide film, and the thickness of the ion implantation mask 31 is, for example, 1.6 μm. Next, RF etching is performed on the ion implantation mask 34 using CHF 3 and O 2 . Thereby, a through film of, for example, about 80 nm is left on the region where the contact region 18 is to be formed. Next, ion implantation is performed on base region 13 of silicon carbide epitaxial layer 5 using ion implantation mask 34 having a through film. For example, aluminum ions are implanted into base region 13 to a depth reaching buried region 17. Thereby, source region 14 and base region 13 are formed so as to connect first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 with buried region 17, and are each formed to connect p type contact region 18 of a conductivity type. Are formed (see FIG. 13). Preferably, in the step of forming contact region 18, the direction normal to first main surface 10a is perpendicular to off direction a1 and at least 2 ° with the direction parallel to first main surface 10a. For example, aluminum ions are implanted in a direction inclined at an angle of not more than °. The direction perpendicular to the off direction a1 and parallel to the first major surface 10a is, for example, the <1-100> direction.

次に、活性化アニール工程が実施される。イオン注入マスク34が、炭化珪素基板10の第1の主面10aから除去された後、炭化珪素基板10の第1の主面10aが保護膜により覆われる。次に、炭化珪素基板10が、アルゴン雰囲気中において、たとえば1650℃以上1750℃以下の温度で30分間程度加熱される。これにより、ベース領域13が含んでいるアルミニウムなどのp型不純物と、ソース領域14が含んでいるリンなどのn型不純物と、コンタクト領域18が含むアルミニウムなどのp型不純物とが活性化される。   Next, an activation annealing step is performed. After ion implantation mask 34 is removed from first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is covered with a protective film. Next, silicon carbide substrate 10 is heated, for example, at a temperature of 1650 ° C. or more and 1750 ° C. or less for about 30 minutes in an argon atmosphere. Thereby, the p-type impurity such as aluminum contained in base region 13, the n-type impurity such as phosphorus contained in source region 14 and the p-type impurity such as aluminum contained in contact region 18 are activated. .

次に、トレンチ形成工程(S70:図6)が実施される。図14を参照して、ソース領域14およびコンタクト領域18上にエッチングマスク35が形成される。エッチングマスク35、たとえばTEOS酸化膜を含む材料からなり、エッチングマスク35の厚みはたとえば1.6μmである。次に、CHF3およびO2を用いて、トレンチTRが形成される領域上のエッチングマスク35に対してRFエッチングが行われるによりエッチングマスク35に開口が形成される。次に、トレンチTRが形成される領域上に開口が形成されたエッチングマスク35を用いて、炭化珪素基板10に対してエッチングが行われる。たとえば、SF6およびO2を用いて、炭化珪素基板10に対してECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマエッチングが行われる。これにより、炭化珪素基板10の第1の主面10aに連接する側部SWと、側部SWと連接する底部BTとを有するトレンチTRが形成される。ソース領域14と、ベース領域13と、第1不純物領域12とはトレンチTRの側部SWに露出し、かつ第1不純物領域12はトレンチTRの底部BTに露出する。 Next, a trench formation step (S70: FIG. 6) is performed. Referring to FIG. 14, an etching mask 35 is formed on source region 14 and contact region 18. The etching mask 35 is made of, for example, a material including a TEOS oxide film, and the thickness of the etching mask 35 is, for example, 1.6 μm. Next, RF etching is performed on the etching mask 35 on the region where the trench TR is to be formed using CHF 3 and O 2 to form an opening in the etching mask 35. Next, etching is performed on silicon carbide substrate 10 using etching mask 35 in which an opening is formed on the region where trench TR is to be formed. For example, ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma etching is performed on silicon carbide substrate 10 using SF 6 and O 2 . Thereby, trench TR having side portion SW connected to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 and bottom portion BT connected to side portion SW is formed. Source region 14, base region 13 and first impurity region 12 are exposed at side portion SW of trench TR, and first impurity region 12 is exposed at bottom portion BT of trench TR.

図3および図14を参照して、方向a21方向に沿ったトレンチTRの周期は、方向a2方向に沿った埋込領域17の周期と同じである。トレンチTRの周期が、埋込領域17の周期と同じとは、隣接する2つのトレンチTRの間隔が、隣接する2つの埋込領域17の間隔とほぼ同じことを意味し、アライメント誤差などがあっても構わない。言い換えれば、1つのトレンチTRに対して対応する1つの埋込領域17が設けられていればよい。以上のように、ベース領域13とソース領域14とを貫通して第1不純物領域12に至る側部SWと、側部SWと連接する底部BTとを有し、かつ埋込領域17と同じ周期で配置されたトレンチTRが形成される。   Referring to FIGS. 3 and 14, the period of trench TR along the direction a21 is the same as the period of buried region 17 along the direction a2. That the period of the trench TR is the same as the period of the buried region 17 means that the distance between the two adjacent trenches TR is almost the same as the distance between the two adjacent buried regions 17 and there is an alignment error or the like. It does not matter. In other words, one embedded region 17 may be provided corresponding to one trench TR. As described above, it has side portion SW extending through base region 13 and source region 14 to first impurity region 12 and bottom portion BT connected to side portion SW, and has the same cycle as embedded region 17. Trenches TR are formed in the

好ましくは、トレンチTRを形成する工程において、トレンチTRの側部SWが埋込領域17から第1不純物領域12によって離間されるようにトレンチTRが形成される。炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向における、トレンチTRの側部SWと、側部SWに対向する埋込領域17の側面との距離D(図1参照)は0.2μm以上5μm以下である。好ましくは、炭化珪素基板10の第1の主面10aの法線方向におけるトレンチTRの深さHは、0.3μm以上3μm以下であり、かつ炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向におけるトレンチTRの幅よりも小さい。   Preferably, in the step of forming trench TR, trench TR is formed such that side portion SW of trench TR is separated from buried region 17 by first impurity region 12. Distance D (see FIG. 1) between side portion SW of trench TR and the side surface of buried region 17 opposite to side portion SW in the direction parallel to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is 0.2 μm It is 5 μm or less. Preferably, depth H of trench TR in a direction normal to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is 0.3 μm or more and 3 μm or less, and parallel to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 Smaller than the width of the trench TR in one direction.

好ましくは、炭化珪素基板10の第1の主面10aは、{0001}面からオフ方向a1にオフした面である。図4に示すように、トレンチTRの側部SWは、第1側部SW1と、第2側部SW2とを含む。トレンチTRの第1側部SW1は、オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aの法線方向と垂直な方向a21の面方位を有する面である。トレンチTRの第2側部SW2は、面内オフ方向a11の面方位を有する面である。   Preferably, first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is a surface turned off in the off direction a1 from the {0001} plane. As shown in FIG. 4, the side SW of the trench TR includes a first side SW1 and a second side SW2. The first side portion SW1 of the trench TR is a surface which is perpendicular to the off direction a1 and has a plane orientation of a direction a21 perpendicular to the normal direction of the first major surface 10a. The second side portion SW2 of the trench TR is a surface having a surface orientation in the in-plane off direction a11.

好ましくは、トレンチTRを形成する工程において、第1の主面10aの法線方向から見て、トレンチTRの底部BTの角部CRが埋込領域17に重なるようにトレンチTRが形成される。図4を参照して、埋込領域17は、第1埋込領域17aと、第2埋込領域17bとを含んでいてもよい。平面視において、第1埋込領域17aは、トレンチTRの側部SW全体を囲うように形成される。第2埋込領域17bは、平面視において、トレンチTRの底部BTの4つの角部CRと重なるように形成される。言い換えれば、第1の主面10aの法線方向から見て、埋込領域17が、トレンチTRの底部BTの角部CRに重なるように配置され、隣り合う2つの角部CRに挟まれた領域においては底部BTと重ならないように、底部BTの外側に配置されるようにトレンチTRが形成される。   Preferably, in the step of forming trench TR, trench TR is formed such that corner CR of bottom portion BT of trench TR overlaps buried region 17 as viewed in the normal direction of first main surface 10a. Referring to FIG. 4, embedded region 17 may include a first embedded region 17 a and a second embedded region 17 b. In a plan view, the first embedded region 17a is formed to surround the entire side portion SW of the trench TR. The second embedded region 17 b is formed to overlap the four corner portions CR of the bottom portion BT of the trench TR in a plan view. In other words, when viewed in the normal direction of first main surface 10a, buried region 17 is arranged to overlap corner CR of bottom BT of trench TR, and is sandwiched between two adjacent corners CR. Trench TR is formed to be disposed outside of bottom portion BT so as not to overlap with bottom portion BT in the region.

次に、ゲート酸化膜形成工程(S80:図6)が実施される。具体的には、第1の主面10aにトレンチTRが形成された炭化珪素基板10が加熱炉内に配置される。加熱炉に対して酸素を導入し、たとえば1100℃以上1200℃以下の温度で炭化珪素基板10をドライ酸化することにより、トレンチTRの側部SWおよび底部BTに接するゲート絶縁膜15が形成される。ゲート絶縁膜15は、トレンチTRの側部SWにおいて、第1不純物領域12と、ベース領域13と、ソース領域14とに接し、かつトレンチTRの底部BTにおいて第1不純物領域12と接する(図15参照)。ゲート絶縁膜15の厚みは、たとえば90nm程度である。   Next, a gate oxide film formation step (S80: FIG. 6) is performed. Specifically, silicon carbide substrate 10 having trench TR formed in first main surface 10a is arranged in the heating furnace. By introducing oxygen into the heating furnace and dry oxidizing silicon carbide substrate 10 at a temperature of, for example, 1100 ° C. or more and 1200 ° C. or less, gate insulating film 15 in contact with side portion SW and bottom portion BT of trench TR is formed. . Gate insulating film 15 is in contact with first impurity region 12, base region 13 and source region 14 at side portion SW of trench TR, and is in contact with first impurity region 12 at the bottom portion BT of trench TR (FIG. 15). reference). The thickness of gate insulating film 15 is, for example, about 90 nm.

次に、NOアニール工程が実施される。具体的には、窒素を含む雰囲気中において第1の主面10aにおいてゲート絶縁膜15が形成された炭化珪素基板10が、たとえば1250℃以上1350℃の温度で熱処理される。窒素を含む気体とは、たとえば窒素で10%希釈された一酸化二窒素などである。好ましくは、ゲート絶縁膜15が形成された炭化珪素基板10が、窒素を含む気体中においてたとえば60分程度保持される。   Next, a NO annealing step is performed. Specifically, silicon carbide substrate 10 having gate insulating film 15 formed on first main surface 10a in a nitrogen-containing atmosphere is heat-treated at a temperature of, for example, 1250 ° C. or more and 1350 ° C. The gas containing nitrogen is, for example, dinitrogen monoxide diluted 10% with nitrogen or the like. Preferably, silicon carbide substrate 10 on which gate insulating film 15 is formed is held, for example, for about 60 minutes in a gas containing nitrogen.

次に、ゲート絶縁膜15により形成された溝を埋めるようにゲート電極27が形成される。ゲート電極27は、たとえば不純物を含むポリシリコンを含む材料からなる。次に、ゲート電極27を覆い、かつコンタクト領域18とソース領域14とに接するように層間絶縁膜21が形成される。層間絶縁膜21は、たとえばTEOS酸化膜と、PSGとを含む。   Next, gate electrode 27 is formed to fill the groove formed by gate insulating film 15. Gate electrode 27 is made of, for example, a material containing polysilicon containing an impurity. Next, interlayer insulating film 21 is formed to cover gate electrode 27 and to be in contact with contact region 18 and source region 14. Interlayer insulating film 21 includes, for example, a TEOS oxide film and PSG.

次に、ソース電極16が形成される予定の領域において層間絶縁膜21が除去されることにより、ソース領域14およびコンタクト領域18の各々が、層間絶縁膜21から露出する。次に、ソース電極16が、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいて、ソース領域14およびコンタクト領域18の双方と接するように、たとえばスパッタリングにより形成される。ソース電極16は、たとえばNiおよびTiを含む。好ましくは、ソース電極16は、TiAlSiを含む材料からなる。次に、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいて、ソース領域14およびコンタクト領域18の各々に接して設けられたソース電極16が形成された炭化珪素基板10に対して、たとえば900℃以上1100℃以下のRTA(Rapid Thermal Anneal)が2分程度実施される。これにより、ソース電極16の少なくとも一部が、炭化珪素基板が含む珪素と反応してシリサイド化する。これにより、ソース領域14とオーミック接合するソース電極16が形成される。好ましくは、ソース電極16は、ソース領域14およびコンタクト領域18の各々とオーミック接合する。   Next, interlayer insulating film 21 is removed in a region where source electrode 16 is to be formed, whereby each of source region 14 and contact region 18 is exposed from interlayer insulating film 21. Next, source electrode 16 is formed, for example, by sputtering on first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 to be in contact with both source region 14 and contact region 18. Source electrode 16 includes, for example, Ni and Ti. Preferably, source electrode 16 is made of a material containing TiAlSi. Next, silicon carbide substrate 10 on which source electrode 16 provided in contact with source region 14 and contact region 18 is formed on first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is, for example, 900 ° C. or higher An RTA (Rapid Thermal Anneal) of 1100 ° C. or less is performed for about 2 minutes. Thereby, at least a part of source electrode 16 reacts with silicon contained in the silicon carbide substrate to be silicided. Thus, the source electrode 16 in ohmic contact with the source region 14 is formed. Preferably, source electrode 16 is in ohmic contact with each of source region 14 and contact region 18.

図1を参照して、ソース電極16に接し、かつ層間絶縁膜21を覆うようにソース配線19が形成される。ソース配線19は、好ましくはAlを含む材料からなり、たとえばAlSiCuを含む材料からなる。次に、ソース配線19を覆うように保護膜24が形成される。保護膜24は、たとえば窒化膜とポリイミドとを含む材料からなる。次に、炭化珪素基板10の第2の主面10bと接して、たとえばNiSiからなるドレイン電極20が形成される。ドレイン電極20は、たとえばTiAlSiなどであっても構わない。ドレイン電極20の形成は、好ましくはスパッタリング法により実施されるが、蒸着により実施されても構わない。当該ドレイン電極20が形成された後、当該ドレイン電極20がたとえばレーザーアニールにより加熱される。これにより、当該ドレイン電極20の少なくとも一部がシリサイド化し、炭化珪素単結晶基板11とオーミック接合するドレイン電極20が形成される。以上のように、図1に示すMOSFET1が製造される。   Referring to FIG. 1, source interconnection 19 is formed in contact with source electrode 16 and covering interlayer insulating film 21. Source interconnection 19 is preferably made of a material containing Al, for example, a material containing AlSiCu. Next, a protective film 24 is formed to cover the source wiring 19. The protective film 24 is made of, for example, a material including a nitride film and a polyimide. Next, drain electrode 20 made of, for example, NiSi is formed in contact with second main surface 10 b of silicon carbide substrate 10. The drain electrode 20 may be, for example, TiAlSi. The drain electrode 20 is preferably formed by sputtering, but may be formed by vapor deposition. After the drain electrode 20 is formed, the drain electrode 20 is heated, for example, by laser annealing. Thereby, at least a part of the drain electrode 20 is silicided, and the drain electrode 20 in ohmic junction with the silicon carbide single crystal substrate 11 is formed. As described above, the MOSFET 1 shown in FIG. 1 is manufactured.

次に、実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFET1およびその製造方法の作用効果について説明する。   Next, functions and effects of MOSFET 1 as a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment and a method of manufacturing the same will be described.

実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、第1不純物領域12に対してイオン注入を行うことより埋込領域17が形成された後、第1不純物領域12と埋込領域17とに接して、埋込領域17よりも低い不純物濃度を有するベース領域13がエピタキシャル成長により形成される。そのため、ベース領域13を形成した後にベース領域13の表面からイオン注入することにより埋込領域17を形成する場合と比較して、イオン注入エネルギーを低減することができる。結果として、高イオン注入エネルギーのためにイオンのチャネリングおよび多重散乱が発生し、イオン注入された不純物が拡がることで電流の流れを妨げることを抑制することができる。また第1不純物領域12と埋込領域17とで形成されるpn接合が炭化珪素基板10の第1の主面10aから深く離れた位置に形成されるため、トレンチTRにおける電界を効果的に遮断することができる。さらにチャネルとなる第2不純物領域13がエピタキシャル成長により形成されるため、高品質のチャネルを実現することができる。   According to the method of manufacturing MOSFET 1 in accordance with the first embodiment, after buried region 17 is formed by performing ion implantation to first impurity region 12, first impurity region 12 and buried region 17 are formed. At the same time, base region 13 having an impurity concentration lower than that of buried region 17 is formed by epitaxial growth. Therefore, the ion implantation energy can be reduced as compared to the case where the embedded region 17 is formed by implanting ions from the surface of the base region 13 after the base region 13 is formed. As a result, channeling and multiple scattering of ions occur due to the high ion implantation energy, and it is possible to suppress the diffusion of ion-implanted impurities from obstructing the current flow. Further, since the pn junction formed of first impurity region 12 and buried region 17 is formed at a position deep away from first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, the electric field in trench TR is effectively cut off can do. Furthermore, since the second impurity region 13 to be a channel is formed by epitaxial growth, a high quality channel can be realized.

また実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、トレンチTRを形成する工程において、トレンチTRの側部SWが埋込領域17から第1不純物領域12によって離間されるようにトレンチTRが形成される。第1の主面10aと平行な方向における、トレンチTRの側部SWと、側部SWに対向する埋込領域17の側面との距離は0.2μm以上5μm以下である。トレンチTRの側部SWと埋込領域17の側面との距離Dが0.2μmよりも小さい場合、チャネルからの電流の拡がりが妨げられオン抵抗が増加する。トレンチTRの側部SWと埋込領域17の側面との距離Dが5μmよりも大きい場合、埋込領域17によってトレンチTRの底部BTにおける電界が遮蔽される効果が低減する。   Further, according to the method of manufacturing MOSFET 1 in accordance with the first embodiment, in the step of forming trench TR, trench TR is formed such that side portion SW of trench TR is separated from buried region 17 by first impurity region 12. Be done. The distance between the side portion SW of the trench TR and the side surface of the embedded region 17 opposite to the side portion SW in the direction parallel to the first major surface 10a is 0.2 μm or more and 5 μm or less. When the distance D between the side portion SW of the trench TR and the side surface of the buried region 17 is smaller than 0.2 μm, the spread of the current from the channel is prevented and the on-resistance is increased. When the distance D between the side portion SW of trench TR and the side surface of buried region 17 is larger than 5 μm, buried region 17 reduces the effect of shielding the electric field at bottom portion BT of trench TR.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、第1の主面10aの法線方向におけるトレンチTRの深さH1は、0.3μm以上3μm以下であり、かつ第1の主面10aと平行な方向におけるトレンチTRの幅よりも小さい。トレンチTRの深さH1が0.3μmよりも小さい場合、チャネルの形成が困難となる。トレンチTRの深さH1が3μmよりも大きい場合、トレンチの形状を制御することが困難となる。   Further, according to the method of manufacturing MOSFET 1 in accordance with the first embodiment, depth H1 of trench TR in the normal direction of first main surface 10a is 0.3 μm or more and 3 μm or less, and first main surface 10a Smaller than the width of the trench TR in a direction parallel to If the depth H1 of the trench TR is smaller than 0.3 μm, formation of a channel becomes difficult. When the depth H1 of the trench TR is larger than 3 μm, it becomes difficult to control the shape of the trench.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、炭化珪素基板10の第1の主面10aは、{0001}面からオフ方向にオフした面である。トレンチTRの側部SWは、オフ方向に垂直であり、かつ第1の主面10aの法線方向と垂直な面方位を有する面SW1を含む。オフ方向と直角方向の法線を有する面を主なトレンチの側壁とすることにより、側壁の面方位のずれを最小限にすることができる。またオフ方向がたとえば<11−20>方向である場合、より平坦な炭化珪素エピタキシャル層5を形成することができる。   Furthermore, according to the method of manufacturing MOSFET 1 in accordance with the first embodiment, first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is a surface turned off in the off direction from the {0001} plane. Side portion SW of trench TR includes a surface SW1 perpendicular to the off direction and having a plane orientation perpendicular to the normal direction of first main surface 10a. By making the plane having the normal to the off direction and the direction perpendicular to the side walls as the side walls of the main trench, it is possible to minimize the deviation of the plane orientation of the side walls. In addition, when the off direction is, for example, the <11-20> direction, it is possible to form the flatter silicon carbide epitaxial layer 5.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、埋込領域17を形成する工程は、第1の主面10aの法線方向から、オフ方向に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向に対して2°以上10°以下傾いた方向にイオン注入が行われる。オフ方向に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向に対して2°以上10°以下傾いた方向にイオン注入が行われることにより、効果的にチャネリングを抑制することができる。また耐圧の劣化が発生しやすいトレンチTRの底部BTの角部CRに埋込領域17を形成する場合に、埋込領域17の位置ずれが発生することを効果的に抑制することができる。   Furthermore, according to the method of manufacturing MOSFET 1 in accordance with the first embodiment, the step of forming embedded region 17 is perpendicular to the off direction from the normal direction of first main surface 10a, and is the first main surface Ion implantation is performed in a direction inclined by 2 ° to 10 ° with respect to the direction parallel to 10 a. Channeling can be effectively suppressed by performing ion implantation in a direction perpendicular to the off direction and inclined by 2 ° or more and 10 ° or less with respect to the direction parallel to the first major surface 10a. Further, when the embedded region 17 is formed at the corner portion CR of the bottom portion BT of the trench TR in which deterioration of the withstand voltage easily occurs, occurrence of positional deviation of the embedded region 17 can be effectively suppressed.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、トレンチTRを形成する工程において、第1の主面10aの法線方向から見て、トレンチTRの底部BTの角部CRが埋込領域17に重なるようにトレンチTRが形成される。これにより、耐圧の劣化が発生しやすいトレンチTRの底部BTの角部CRにおける電界を遮蔽することができる。   Further, according to the method of manufacturing MOSFET 1 in accordance with the first embodiment, in the step of forming trench TR, corner portion CR of bottom portion BT of trench TR is a buried region as viewed from the normal direction of first main surface 10a. Trench TR is formed to overlap 17. Thereby, it is possible to shield the electric field at the corner CR of the bottom BT of the trench TR in which the breakdown voltage tends to deteriorate.

実施の形態1に係るMOSFET1によれば、埋込領域17における、ベース領域13の不純物濃度の4倍の不純物濃度を有する位置の中でベース領域13に最も近い位置から、ベース領域13と埋込領域17との境界部までの、第1の主面10aの法線方向に沿った距離は0.3μm以下である。これにより、埋込領域17で、十分に電界を遮蔽してソース部の容量を低減する効果がある。   According to MOSFET 1 in accordance with the first embodiment, base region 13 and the buried region are buried at the position closest to base region 13 among the locations in buried region 17 having the impurity concentration four times the impurity concentration of base region 13. The distance along the normal direction of the first major surface 10a to the boundary with the region 17 is 0.3 μm or less. Thus, the electric field is sufficiently shielded in the embedded region 17 to reduce the capacitance of the source portion.

また実施の形態1に係るMOSFET1によれば、第1の主面10aの法線方向から見て、トレンチTRの底部BTの角部CRは、埋込領域17と重なるように配置されている。これにより、耐圧の劣化が発生しやすいトレンチTRの底部BTの角部CRにおける電界を遮蔽することができる。   Further, according to MOSFET 1 in accordance with the first embodiment, corner portion CR of bottom portion BT of trench TR is arranged to overlap with buried region 17 when viewed in the normal direction of first main surface 10a. Thereby, it is possible to shield the electric field at the corner CR of the bottom BT of the trench TR in which the breakdown voltage tends to deteriorate.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。実施の形態2に係るMOSFETは、埋込領域17がトレンチTRの底部BTに接している点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETと同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
Second Embodiment
Next, the configuration of a MOSFET as a silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. The MOSFET according to the second embodiment is different from the MOSFET according to the first embodiment in that the buried region 17 is in contact with the bottom portion BT of the trench TR, and the other configuration is the same as the MOSFET according to the first embodiment. It is similar. Therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図16を参照して、埋込領域17は、トレンチTRの底部BTから第2の主面10bに向かって延在するように設けられている。埋込領域17の側部および下端部の各々は、第1不純物領域12と接する。埋込領域17は、p型を有し、ベース領域13よりも高い不純物濃度を有する。埋込領域17は、炭化珪素基板10内の一部の領域においてコンタクト領域18と短絡(接続)されている。ゲート絶縁膜15は、トレンチTRの底部BTにおいて、埋込領域17および第1不純物領域12の双方に接している。コンタクト領域18は、ベース領域13を貫通しておらず、コンタクト領域18の下端部は、ベース領域13の下端部よりも第1の主面10a側に位置する。   Referring to FIG. 16, buried region 17 is provided to extend from bottom portion BT of trench TR toward second major surface 10b. Each of the side portion and the lower end portion of the buried region 17 is in contact with the first impurity region 12. Buried region 17 has p type and has a higher impurity concentration than base region 13. Buried region 17 is short-circuited (connected) to contact region 18 in a partial region in silicon carbide substrate 10. Gate insulating film 15 is in contact with both buried region 17 and first impurity region 12 at bottom portion BT of trench TR. The contact region 18 does not penetrate through the base region 13, and the lower end portion of the contact region 18 is located closer to the first major surface 10 a than the lower end portion of the base region 13.

好ましくは、第1の主面10aと平行な方向における、埋込領域17の幅W1は、トレンチTRの底部BTの幅W2よりも小さい。トレンチTRの底部BTの幅W2から埋込領域17の幅W1を差し引いた値は、たとえば0.1μm以上0.4μm以下である。第1の主面10aの法線方向から見た場合、埋込領域17は、トレンチの底部BTからはみ出ないように形成されていることが好ましい。トレンチTRの底部BTの幅W2を埋込領域17の幅W1よりも0.1μm以上大きくすることにより、埋込領域17の側面からの空乏層に妨げられることなく、チャネルから流れる電流が広がるのでオン抵抗を低減することができる。トレンチTRの底部BTの幅W2を埋込領域17の幅W1よりも0.4μm以下小さくすることにより、トレンチTRの側部SWと底部BTとが接続する角部に電界が集中することを抑制することができる。   Preferably, width W1 of embedded region 17 in the direction parallel to first main surface 10a is smaller than width W2 of bottom portion BT of trench TR. A value obtained by subtracting the width W1 of the buried region 17 from the width W2 of the bottom portion BT of the trench TR is, for example, 0.1 μm or more and 0.4 μm or less. When viewed in the normal direction of the first major surface 10a, the buried region 17 is preferably formed so as not to protrude from the bottom portion BT of the trench. By making the width W2 of the bottom portion BT of the trench TR larger than the width W1 of the buried region 17 by 0.1 μm or more, the current flowing from the channel is spread without being blocked by the depletion layer from the side of the buried region 17 The on-resistance can be reduced. By making the width W2 of the bottom portion BT of the trench TR smaller than the width W1 of the buried region 17 by 0.4 μm or less, concentration of the electric field at the corner where the side SW of the trench TR and the bottom portion BT are connected is suppressed can do.

図16を参照して、断面視(炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向に沿った視野、つまり図16の視野)において、トレンチTRは、埋込領域17と同じ対称軸を有し、当該対称軸に対して線対称(左右対称)であることが好ましい。トレンチTRの形状が左右対称であることにより、電界が局所的に集中することを抑制することができる。   16, in a cross sectional view (field of view along a direction parallel to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, ie, the field of view of FIG. 16), trench TR has the same symmetry axis as embedded region 17. It is preferable that they have line symmetry (line symmetry) with respect to the symmetry axis. The symmetrical shape of trench TR can suppress local concentration of the electric field.

次に、実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFET1の製造方法について説明する。実施の形態2に係るMOSFETの製造方法は、トレンチを形成する工程において、埋込領域がトレンチの底部に露出するようにトレンチが形成される点において実施の形態1に係るMOSFETの製造方法と異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETの製造方法と同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Next, a method of manufacturing MOSFET 1 as a silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment will be described. The method of manufacturing the MOSFET according to the second embodiment is different from the method of manufacturing the MOSFET according to the first embodiment in that the trench is formed such that the embedded region is exposed at the bottom of the trench in the step of forming the trench. The other configuration is the same as the method of manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. Therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図7および図8を参照して、実施の形態1で説明した方法と同様の方法により、n型エピタキシャル層形成工程(S10:図6)が実施される。次に、p型埋込領域形成工程(S20:図6)が実施される。具体的には、図17を参照して、炭化珪素エピタキシャル層5の第1不純物領域12上にイオン注入マスク31が形成される。イオン注入マスクは、TEOS酸化膜を含む材料からなり、イオン注入マスク31の厚みはたとえば1.6μmである。次に、CHF3およびO2を用いてイオン注入マスク31に対してRFエッチングが行われる。これにより、イオン注入が行われる予定の部分上に、たとえば80nm程度のスルー膜が残される。次に、スルー膜を有するイオン注入マスク31を用いて、炭化珪素エピタキシャル層5の第1不純物領域12に対してイオン注入が実施される。たとえばAl(アルミニウム)イオンが、スルー膜を通して炭化珪素エピタキシャル層5内に対して矢印の方向にイオン注入されることにより、p型を有し、かつベース領域13よりも高い不純物濃度を有する埋込領域17が形成される(図17参照)。断面視において、埋込領域17は、間隔を隔てて配置されている複数の埋込領域17の部分を有する。つまり、断面視において、埋込領域17は、炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向であって、かつ方向a21方向(図3参照)に沿って周期的に配置されている。 Referring to FIGS. 7 and 8, the n-type epitaxial layer forming step (S10: FIG. 6) is performed by the same method as the method described in the first embodiment. Next, a p-type buried region forming step (S20: FIG. 6) is performed. Specifically, referring to FIG. 17, ion implantation mask 31 is formed on first impurity region 12 of silicon carbide epitaxial layer 5. The ion implantation mask is made of a material including a TEOS oxide film, and the thickness of the ion implantation mask 31 is, for example, 1.6 μm. Next, RF etching is performed on the ion implantation mask 31 using CHF 3 and O 2 . Thereby, a through film of, for example, about 80 nm is left on a portion where ion implantation is to be performed. Next, ion implantation is performed on first impurity region 12 of silicon carbide epitaxial layer 5 using ion implantation mask 31 having a through film. For example, Al (aluminum) ions are implanted in the direction of the arrow into silicon carbide epitaxial layer 5 through the through film, to thereby have p type conductivity and a higher impurity concentration than base region 13. Region 17 is formed (see FIG. 17). In a cross-sectional view, the buried region 17 has portions of the plurality of buried regions 17 spaced apart. That is, in a cross sectional view, embedded region 17 is periodically arranged in a direction parallel to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 and in the direction a21 (see FIG. 3). .

第2の主面10b側の埋込領域17の不純物濃度が、第1の主面10a側の埋込領域17の不純物濃度よりも高くなるように、加速電圧およびドーズ量などのイオン注入の条件が調整される。好ましくは、埋込領域17を形成する工程において、第1の主面10aの法線方向から、オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向に対して2°以上10°以下傾いた方向に、たとえばアルミニウムイオンが注入される。オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向とは、たとえば<1−100>方向である。以上のように、第1不純物領域12に対してイオン注入を行うことより、n型とは異なるp型を有し、かつ周期的に配置された埋込領域17が形成される。   Conditions for ion implantation such as acceleration voltage and dose so that the impurity concentration of the embedded region 17 on the second main surface 10b side is higher than the impurity concentration of the embedded region 17 on the first main surface 10a side Is adjusted. Preferably, in the step of forming buried region 17, the normal direction of first main surface 10a is perpendicular to off direction a1 and at least 2 ° with the direction parallel to first main surface 10a. For example, aluminum ions are implanted in a direction inclined by 10 ° or less. The direction perpendicular to the off direction a1 and parallel to the first major surface 10a is, for example, the <1-100> direction. As described above, by implanting ions into the first impurity region 12, buried regions 17 having p-type different from n-type and periodically arranged are formed.

次に、実施の形態1で説明した方法と同様の方法により、p型エピタキシャル層形成工程(S40:図6)およびn型ソース領域形成工程(S50:図6)が実施される。   Next, the p-type epitaxial layer formation step (S40: FIG. 6) and the n-type source region formation step (S50: FIG. 6) are performed by the same method as the method described in the first embodiment.

次に、p型コンタクト領域形成工程(S60:図6)が実施される。図18を参照して、ベース領域13およびソース領域14上にイオン注入マスク34が形成される。イオン注入マスクは、たとえばTEOS酸化膜を含む材料からなり、イオン注入マスク31の厚みはたとえば1.6μmである。次に、CHF3およびO2を用いてイオン注入マスク34に対してRFエッチングが行われる。これにより、コンタクト領域18が形成される領域上に、たとえば80nm程度のスルー膜が残される。次に、スルー膜を有するイオン注入マスク34を用いて、炭化珪素エピタキシャル層5のベース領域13に対してイオン注入が実施される。たとえばアルミニウムイオンが、ソース領域14の下端部よりも第2の主面10b側であって、かつベース領域13の下端部13aよりも第1の主面10a側である深さまで、ベース領域13およびソース領域14の各々に対して注入される。これにより、ソース領域14およびベース領域13の一部の各々に挟まれ、かつ導電型がp型のコンタクト領域18が形成される(図18参照)。 Next, a p-type contact region formation step (S60: FIG. 6) is performed. Referring to FIG. 18, ion implantation mask 34 is formed on base region 13 and source region 14. The ion implantation mask is made of, for example, a material including a TEOS oxide film, and the thickness of the ion implantation mask 31 is, for example, 1.6 μm. Next, RF etching is performed on the ion implantation mask 34 using CHF 3 and O 2 . Thereby, a through film of, for example, about 80 nm is left on the region where the contact region 18 is to be formed. Next, ion implantation is performed on base region 13 of silicon carbide epitaxial layer 5 using ion implantation mask 34 having a through film. For example, base region 13 and aluminum ion to a depth closer to second main surface 10b than the lower end portion of source region 14 and to the first main surface 10a side than lower end portion 13a of base region 13 Injected to each of the source regions 14. Thereby, a contact region 18 having a p-type conductivity and being sandwiched between each of source region 14 and a part of base region 13 is formed (see FIG. 18).

次に、トレンチ形成工程(S70:図6)が実施される。図19を参照して、ソース領域14およびコンタクト領域18上にエッチングマスク35が形成される。エッチングマスク35、たとえばTEOS酸化膜を含む材料からなり、エッチングマスク35の厚みはたとえば1.6μmである。次に、CHF3およびO2を用いて、トレンチTRが形成される領域上のエッチングマスク35に対してRFエッチングが行われるによりエッチングマスク35に開口が形成される。次に、トレンチTRが形成される領域上に開口が形成されたエッチングマスク35を用いて、炭化珪素基板10に対してエッチングが行われる。たとえば、SF6およびO2を用いて、炭化珪素基板10に対してECRプラズマエッチングが行われる。これにより、炭化珪素基板10の第1の主面10aに連接する側部SWと、側部SWと連接する底部BTとを有するトレンチTRが形成される。ソース領域14と、ベース領域13と、第1不純物領域12とはトレンチTRの側部SWに露出し、かつ第1不純物領域12と埋込領域17とはトレンチTRの底部BTに露出する。言い換えれば、埋込領域17がトレンチTRの底部BTに露出するようにトレンチTRが形成される。 Next, a trench formation step (S70: FIG. 6) is performed. Referring to FIG. 19, an etching mask 35 is formed on source region 14 and contact region 18. The etching mask 35 is made of, for example, a material including a TEOS oxide film, and the thickness of the etching mask 35 is, for example, 1.6 μm. Next, RF etching is performed on the etching mask 35 on the region where the trench TR is to be formed using CHF 3 and O 2 to form an opening in the etching mask 35. Next, etching is performed on silicon carbide substrate 10 using etching mask 35 in which an opening is formed on the region where trench TR is to be formed. For example, ECR plasma etching is performed on silicon carbide substrate 10 using SF 6 and O 2 . Thereby, trench TR having side portion SW connected to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 and bottom portion BT connected to side portion SW is formed. Source region 14, base region 13 and first impurity region 12 are exposed at side portion SW of trench TR, and first impurity region 12 and buried region 17 are exposed at bottom portion BT of trench TR. In other words, trench TR is formed such that buried region 17 is exposed at bottom portion BT of trench TR.

図3および図19を参照して、方向a21方向に沿ったトレンチTRの周期は、方向a2方向に沿った埋込領域17の周期と同じである。具体的には、複数のトレンチTRの底部BTの各々に接して、対応する1つの埋込領域17が設けられている。以上のように、ベース領域13とソース領域14とを貫通して第1不純物領域12に至る側部SWと、側部SWと連接する底部BTとを有し、かつ埋込領域17と同じ周期で配置されたトレンチTRが形成される。好ましくは、炭化珪素基板10の第1の主面10aの法線方向におけるトレンチTRの深さHは、0.3μm以上3μm以下であり、かつ炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向におけるトレンチTRの幅よりも小さい。   Referring to FIGS. 3 and 19, the period of trench TR along the direction a21 is the same as the period of buried region 17 along the direction a2. Specifically, one corresponding buried region 17 is provided in contact with each bottom portion BT of the plurality of trenches TR. As described above, it has side portion SW extending through base region 13 and source region 14 to first impurity region 12 and bottom portion BT connected to side portion SW, and has the same cycle as embedded region 17. Trenches TR are formed in the Preferably, depth H of trench TR in a direction normal to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is 0.3 μm or more and 3 μm or less, and parallel to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 Smaller than the width of the trench TR in one direction.

好ましくは、炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向における、トレンチTRの底部BTの幅は、埋込領域17の幅よりも大きくなるようにトレンチTRが形成される。図16を参照して、トレンチTRの底部BTの幅W2から埋込領域17の幅W1を差し引いた値は、たとえば0.1μm以上0.4μm以下である。好ましくは、第1の主面10aの法線方向から見た場合、埋込領域17が、トレンチの底部BTからはみ出ないようにトレンチTRが形成される。   Preferably, trench TR is formed such that the width of bottom portion BT of trench TR in the direction parallel to first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10 is larger than the width of buried region 17. Referring to FIG. 16, a value obtained by subtracting width W1 of buried region 17 from width W2 of bottom portion BT of trench TR is, for example, 0.1 μm or more and 0.4 μm or less. Preferably, trench TR is formed such that embedded region 17 does not protrude from bottom portion BT of the trench when viewed in the normal direction of first main surface 10a.

次に、実施の形態1で説明した方法と同様の方法により、ゲート酸化膜形成工程(S80:図6)およびゲート電極形成工程(S90:図6)などが実施されることにより、図16に示すMOSFETが製造される。   Next, the gate oxide film forming step (S80: FIG. 6), the gate electrode forming step (S90: FIG. 6) and the like are performed in the same manner as the method described in the first embodiment. The MOSFET shown is manufactured.

次に、実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFET1の作用効果について説明する。   Next, the function and effect of MOSFET 1 as a silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment will be described.

実施の形態2に係るMOSFET1の製造方法によれば、トレンチTRを形成する工程において、埋込領域17がトレンチTRの底部BTに露出するようにトレンチTRが形成される。これにより、トレンチTRの底部BTが効果的に高電界から遮蔽されることにより、耐圧を向上させることができる。   According to the method of manufacturing MOSFET 1 in accordance with the second embodiment, in the step of forming trench TR, trench TR is formed such that embedded region 17 is exposed at bottom portion BT of trench TR. As a result, the bottom portion BT of the trench TR is effectively shielded from the high electric field, whereby the breakdown voltage can be improved.

また実施の形態2に係るMOSFET1の製造方法によれば、第1の主面10aと平行な方向における、トレンチTRの底部BTの幅は、埋込領域17の幅よりも大きい。これにより、埋込領域17の側面から広がる空乏層によって電流の流れが妨げられることを抑制することができる。結果として、オン抵抗を低減することができる。   Further, according to the method of manufacturing MOSFET 1 in accordance with the second embodiment, the width of bottom portion BT of trench TR in the direction parallel to first main surface 10 a is larger than the width of buried region 17. Thereby, it is possible to suppress that the flow of current is interrupted by the depletion layer spreading from the side surface of the embedded region 17. As a result, the on-resistance can be reduced.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。実施の形態3に係るMOSFETは、第1不純物領域12が、第1領域12aと、第2領域12bと、第3領域12cとを有している点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETと同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
Third Embodiment
Next, the configuration of a MOSFET as a silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described. The MOSFET according to the third embodiment differs from the MOSFET according to the first embodiment in that the first impurity region 12 includes a first region 12a, a second region 12b, and a third region 12c. The other configuration is the same as that of the MOSFET according to the first embodiment. Therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図20を参照して、第1不純物領域12は、バッファ層22上に設けられた第3領域12cと、第3領域12c上に設けられた第2領域12bと、第2領域12b上に設けられた第1領域12aとを有する。第1領域12aは、ベース領域13と接する。第2領域12bは、第1領域12aと接し、第1領域12aから見てベース領域13と反対側に位置する。第3領域12cは、第2領域12bと接し、第2領域12bから見て第1領域12aと反対側に位置する。   Referring to FIG. 20, the first impurity region 12 is provided on the third region 12c provided on the buffer layer 22, the second region 12b provided on the third region 12c, and the second region 12b. And the first region 12a. The first region 12 a is in contact with the base region 13. The second region 12 b is in contact with the first region 12 a and is located on the opposite side of the base region 13 as viewed from the first region 12 a. The third region 12c is in contact with the second region 12b, and is located on the opposite side of the first region 12a as viewed from the second region 12b.

第1領域12aと、第2領域12bと、第3領域12cとは、たとえば窒素などのn型不純物を含んでおり、n型を有する。第2領域12bは、第1領域12aよりも高い不純物濃度を有する。第3領域12cは、第2領域12bよりも低い不純物濃度を有する。好ましくは、第1領域12aが含む窒素などの不純物の濃度は、1.5×1016cm-3以下である。第1領域12aが含む窒素などの不純物の濃度は、第3領域12cが含む窒素などの不純物の濃度よりも高くてもよい。好ましくは、第2領域12bが含む窒素などの不純物の濃度は、2×1016cm-3以上である。第2領域12bが含む窒素などの不純物の濃度は、2×1017cm-3以下であってもよい。第2領域12bが含む窒素などの不純物の濃度が2×1017cm-3以下であれば、埋込領域17において電界集中することで埋込領域17が破壊されることを抑制することができる。 The first region 12a, the second region 12b, and the third region 12c contain n-type impurities such as nitrogen, for example, and have n-type. The second region 12 b has a higher impurity concentration than the first region 12 a. The third region 12c has a lower impurity concentration than the second region 12b. Preferably, the concentration of impurities such as nitrogen contained in the first region 12a is 1.5 × 10 16 cm −3 or less. The concentration of an impurity such as nitrogen contained in the first region 12a may be higher than the concentration of an impurity such as nitrogen contained in the third region 12c. Preferably, the concentration of impurities such as nitrogen contained in the second region 12 b is 2 × 10 16 cm −3 or more. The concentration of an impurity such as nitrogen contained in the second region 12 b may be 2 × 10 17 cm −3 or less. When the concentration of the impurity such as nitrogen contained in the second region 12 b is 2 × 10 17 cm −3 or less, the electric field concentration in the embedded region 17 can suppress the destruction of the embedded region 17. .

好ましくは、第1の主面10aの法線方向に沿った第1領域12aの厚みH2は、0.1μm以上0.5μm以下であり、より好ましくは0.1μm以上0.4μm以下である。第1領域12aの厚みH2を0.1μm以上とすることにより、トレンチTRにおける電界集中を効果的に抑制することで耐圧を向上することができる。第1領域12aの厚みH2を0.5μm以下とすることにより、オン抵抗が増加することを抑制することができる。好ましくは、第1の主面10aの法線方向に沿った第2領域12bの厚みは、0.3μm以上2μm以下である。第2領域12bの厚みH3を0.3μm以上とすることにより、キャリアを効果的にトレンチTRに集めることにより、オン抵抗を低減することができる。第2領域12bの厚みH3を2μm以下とすることにより、オン抵抗が増加することを抑制することができる。   Preferably, thickness H 2 of first region 12 a along the normal direction of first main surface 10 a is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, and more preferably 0.1 μm or more and 0.4 μm or less. By setting the thickness H2 of the first region 12a to 0.1 μm or more, the breakdown voltage can be improved by effectively suppressing the electric field concentration in the trench TR. By setting the thickness H2 of the first region 12a to 0.5 μm or less, an increase in on-resistance can be suppressed. Preferably, the thickness of the second region 12b along the normal direction of the first major surface 10a is 0.3 μm or more and 2 μm or less. By setting the thickness H3 of the second region 12b to 0.3 μm or more, the carriers can be effectively collected in the trench TR, whereby the on-resistance can be reduced. By setting the thickness H3 of the second region 12b to 2 μm or less, an increase in on-resistance can be suppressed.

好ましくは、第2の主面10b側の埋込領域17の端部は、第2領域12bに接している。埋込領域17の側部は、第1領域12aおよび第2領域12bの各々と接している。第1の主面10aの法線方向に沿った埋込領域17の厚みは、第1領域12aの厚みよりも大きい。断面視において、第1領域12aと、第2領域12bの一部は、2つの埋込領域17の部分に挟まれるように形成されている。第2の主面10b側の埋込領域17の端部は、第2領域12bと第3領域12cとの境界部よりも第2の主面10b側に位置していてもよい。つまり、第2の主面10b側の埋込領域17の端部は、第3領域12cに接していてもよい。   Preferably, the end of the embedded region 17 on the second major surface 10 b side is in contact with the second region 12 b. The side portion of the embedded region 17 is in contact with each of the first region 12a and the second region 12b. The thickness of the embedded region 17 along the normal direction of the first major surface 10a is larger than the thickness of the first region 12a. In a cross sectional view, the first region 12 a and a part of the second region 12 b are formed so as to be sandwiched between the two embedded regions 17. The end of the embedded region 17 on the second major surface 10 b side may be located closer to the second major surface 10 b than the boundary between the second region 12 b and the third region 12 c. That is, the end of the embedded region 17 on the second main surface 10b side may be in contact with the third region 12c.

炭化珪素基板10の第1の主面10aには、第1の主面10aと連接する側部SWと、側部SWと連接する底部BTとを有するトレンチTRが形成されている。トレンチTRの側部SWは、ソース領域14およびベース領域13の各々を貫通し、第1領域12aに至り、トレンチTRの底部BTは、第1領域12aに位置する。つまり、第1領域12aと、ベース領域13と、ソース領域14とはトレンチの側部SWに接し、第1領域12aはトレンチTRの底部BTに接する。   In first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, a trench TR is formed having a side portion SW connected to first main surface 10a and a bottom portion BT connected to side portion SW. The side portion SW of the trench TR penetrates each of the source region 14 and the base region 13 to reach the first region 12a, and the bottom portion BT of the trench TR is located in the first region 12a. That is, the first region 12a, the base region 13 and the source region 14 are in contact with the side portion SW of the trench, and the first region 12a is in contact with the bottom portion BT of the trench TR.

ゲート絶縁膜15は、たとえば二酸化珪素からなり、トレンチTRの側部SWと、底部BTとに接するように設けられている。ゲート絶縁膜15は、トレンチTRの側部SWにおいて、第1領域12aと、ベース領域13と、ソース領域14とに接し、トレンチTRの底部BTにおいて、第1領域12aと接する。好ましくは、トレンチTRの底部BTは、第2領域12bおよび第3領域12cの各々から離間して設けられている。   Gate insulating film 15 is made of, for example, silicon dioxide, and is provided in contact with side portion SW of trench TR and bottom portion BT. Gate insulating film 15 is in contact with first region 12a, base region 13 and source region 14 at side portion SW of trench TR, and is in contact with first region 12a at bottom portion BT of trench TR. Preferably, bottom portion BT of trench TR is provided separately from each of second region 12 b and third region 12 c.

次に、実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFET1の製造方法について説明する。実施の形態3に係るMOSFETの製造方法は、第1領域を形成する工程と、第2領域を形成する工程とを有している点において実施の形態1に係るMOSFETの製造方法と異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETの製造方法と同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Next, a method of manufacturing MOSFET 1 as a silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment will be described. The method of manufacturing the MOSFET according to the third embodiment is different from the method of manufacturing the MOSFET according to the first embodiment in that the steps of forming the first region and the steps of forming the second region are included. The other configuration is the same as the method of manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. Therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図7〜図10を参照して、実施の形態1で説明した方法と同様の方法により、n型エピタキシャル層形成工程(S10:図6)およびp型埋込領域形成工程(S20:図6)などが実施される。   7 to 10, the n-type epitaxial layer forming step (S10: FIG. 6) and the p-type buried region forming step (S20: FIG. 6) are performed in the same manner as the method described in the first embodiment. And so on.

次に、n型第2領域形成工程が実施される。具体的には、イオン注入マスク31の中で第2領域12bが形成される予定の領域上の部分が除去され、たとえば80nmの厚みを有するスルー膜32が残される。次に、スルー膜32上から矢印の方向に、埋込領域17および第3領域12cの双方に対してたとえば窒素イオンが注入される。これにより、断面視において、2つの埋込領域17の部分に挟まれた領域に第2領域12bが形成される。   Next, an n-type second region forming step is performed. Specifically, the portion of the ion implantation mask 31 on which the second region 12b is to be formed is removed, and the through film 32 having a thickness of, for example, 80 nm is left. Next, for example, nitrogen ions are implanted into both the embedded region 17 and the third region 12c in the direction of the arrow from above the through film 32. Thereby, the second region 12 b is formed in a region sandwiched between the two embedded regions 17 in a cross sectional view.

次に、n型第1領域形成工程が実施される。具体的には、スルー膜32上から矢印の方向に、埋込領域17および第2領域12bの双方に対してたとえば窒素イオンが注入される。これにより、スルー膜32と第2領域12bとに挟まれた領域に第1領域12aが形成される(図21参照)。好ましくは、第2領域12bを形成する工程におけるイオン注入エネルギー(加速電圧)は、第1領域12aを形成する工程におけるイオン注入エネルギー(加速電圧)よりも大きい。言い換えれば、第1の加速電圧を用いて第3領域12cに対してたとえば窒素イオンが注入された後に、第1の加速電圧よりも小さい第2の加速電圧を用いて第2領域12bに対してたとえば窒素イオンが注入される。次に、埋込領域17および第1領域12aの表面からスルー膜32が除去される。   Next, an n-type first region forming step is performed. Specifically, for example, nitrogen ions are implanted into both the embedded region 17 and the second region 12 b in the direction of the arrow from above the through film 32. Thus, the first region 12a is formed in the region sandwiched between the through film 32 and the second region 12b (see FIG. 21). Preferably, the ion implantation energy (acceleration voltage) in the step of forming the second region 12 b is larger than the ion implantation energy (acceleration voltage) in the step of forming the first region 12 a. In other words, after nitrogen ions, for example, are implanted into third region 12c using the first acceleration voltage, a second acceleration voltage smaller than the first acceleration voltage is used for the second region 12b. For example, nitrogen ions are implanted. Next, the through film 32 is removed from the surfaces of the buried region 17 and the first region 12a.

好ましくは、第1領域12aおよび第2領域12bを形成する工程において、第1の主面10aの法線方向から、オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向に対して2°以上10°以下傾いた方向に、たとえば窒素イオンが注入される。オフ方向a1に垂直であり、かつ第1の主面10aに平行な方向とは、たとえば<1−100>方向である。   Preferably, in the step of forming the first region 12a and the second region 12b, from the normal direction of the first major surface 10a, in the direction perpendicular to the off direction a1 and parallel to the first major surface 10a For example, nitrogen ions are implanted in a direction inclined by 2 ° or more and 10 ° or less. The direction perpendicular to the off direction a1 and parallel to the first major surface 10a is, for example, the <1-100> direction.

以上のようにして、埋込領域17に挟まれた領域において、第1領域12aと、第1領域12aよりも不純物濃度の高い第2領域12bとが形成される。好ましくは、第1領域12aの不純物濃度は、1.5×1016cm-3以下である。好ましくは、第2領域12bの不純物濃度は、2×1016cm-3以上である。好ましくは、第1の主面10aの法線方向に沿った第1領域12aの厚みは、0.1μm以上0.5μm以下である。好ましくは、第1の主面10aの法線方向に沿った第2領域12bの厚みは、0.3μm以上2μm以下である。なお、上記では、p型埋込領域形成工程が実施された後に、n型第2領域形成工程およびn型第1領域形成工程が実施される場合について説明したが、n型第2領域形成工程およびn型第1領域形成工程が実施された後に、p型埋込領域形成工程が実施されてもよい。 As described above, in the region sandwiched by the embedded regions 17, the first region 12a and the second region 12b having a higher impurity concentration than the first region 12a are formed. Preferably, the impurity concentration of the first region 12a is 1.5 × 10 16 cm −3 or less. Preferably, the impurity concentration of the second region 12 b is 2 × 10 16 cm −3 or more. Preferably, the thickness of the first region 12a along the normal direction of the first major surface 10a is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. Preferably, the thickness of the second region 12b along the normal direction of the first major surface 10a is 0.3 μm or more and 2 μm or less. In the above description, the n-type second region forming step and the n-type first region forming step are performed after the p-type embedded region forming step is performed, but the n-type second region forming step is described. After the n-type first region formation step is performed, the p-type embedded region formation step may be performed.

次に、実施の形態1で説明した方法と同様の方法により、p型エピタキシャル層形成工程(S40:図6)、n型ソース領域形成工程(S50:図6)、p型コンタクト領域形成工程(S60:図6)、トレンチ形成工程(S70:図6)、ゲート酸化膜形成工程(S80:図6)およびゲート電極形成工程(S90:図6)などが実施されることにより、図20に示すMOSFET1が製造される。   Next, p-type epitaxial layer formation step (S40: FIG. 6), n-type source region formation step (S50: FIG. 6), p-type contact region formation step (S50: FIG. 6) by the same method as described in the first embodiment. S60: FIG. 6), trench formation step (S70: FIG. 6), gate oxide film formation step (S80: FIG. 6), gate electrode formation step (S90: FIG. 6), etc. The MOSFET 1 is manufactured.

次に、実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFET1の作用効果について説明する。   Next, the function and effect of MOSFET 1 as the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment will be described.

実施の形態3に係るMOSFET1によれば、第1不純物領域12は、第2不純物領域13と接する第1領域12aと、第1領域12aと接し、第1領域12aから見て第2不純物領域13と反対側に位置し、かつ第1領域12aよりも高い不純物濃度を有する第2領域12bと、第2領域12bと接し、第2領域12bから見て第1領域12aと反対側に位置し、かつ第2領域12bよりも低い不純物濃度を有する第3領域12cとを有する。これにより、オフ時には、低い不純物濃度を有する第1領域12aに空乏層が広がることでトレンチTRにおける電界が緩和されることにより、高い耐圧を維持することができる。オン時には、ゲート電極27に印加される電圧により、高い不純物濃度を有する第2領域12bからキャリアをトレンチTRの周りに集めることができる。結果として、高い導電性を実現することができるのでオン抵抗を低減することができる。つまり、オン抵抗を低減し、かつ耐圧を向上可能することができる。   According to MOSFET 1 in accordance with the third embodiment, first impurity region 12 is in contact with first region 12a in contact with second impurity region 13, and in contact with first region 12a, and second impurity region 13 viewed from first region 12a. And the second region 12b having an impurity concentration higher than that of the first region 12a, and in contact with the second region 12b, and located on the opposite side of the first region 12a as viewed from the second region 12b, The third region 12 c has an impurity concentration lower than that of the second region 12 b. As a result, at the time of off, the depletion layer spreads in the first region 12a having a low impurity concentration, whereby the electric field in the trench TR is relaxed, whereby a high breakdown voltage can be maintained. At the on time, the voltage applied to gate electrode 27 allows carriers to be collected around trench TR from second region 12 b having a high impurity concentration. As a result, since high conductivity can be realized, the on-resistance can be reduced. That is, the on-resistance can be reduced and the withstand voltage can be improved.

(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4に係る炭化珪素半導体装置としてのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の構成について説明する。実施の形態4に係るIGBTは、第1不純物領域12の厚みが100μm程度と厚く、第1不純物領域12の不純物濃度が5×1014cm-3以上1×1015cm-3以下程度であり、裏面電極に接してp型エピタキシャル層を有し、p型エピタキシャル層に接してキャリア注入領域を有する点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETとほぼ同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
Embodiment 4
Next, the configuration of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) as a silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention will be described. In the IGBT according to the fourth embodiment, the thickness of the first impurity region 12 is as thick as about 100 μm, and the impurity concentration of the first impurity region 12 is about 5 × 10 14 cm −3 or more and 1 × 10 15 cm −3 or less. Is different from the MOSFET according to the first embodiment in that the p-type epitaxial layer is in contact with the back surface electrode and the carrier injection region is in contact with the p-type epitaxial layer. It is almost the same as the related MOSFET. Therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図22を参照して、実施の形態4に係るIGBT1は、炭化珪素基板10と、ゲート電極27と、ゲート絶縁膜15と、層間絶縁膜21と、エミッタ電極16と、エミッタ配線19と、コレクタ電極20と、保護膜24とを主に有している。炭化珪素基板10は、第1不純物領域12と、ベース領域13と、エミッタ領域14と、コンタクト領域18と、p型エピタキシャル層29と、キャリア注入領域28とを主に有している。第1不純物領域12の厚みは、たとえば100μm程度である。第1不純物領域12は、たとえば窒素などのn型不純物を含み、n型を有する。第1不純物領域12が含む窒素などの不純物の濃度は、たとえば5×1014cm-3以上1×1015cm-3以下程度である。 Referring to FIG. 22, IGBT 1 according to the fourth embodiment includes silicon carbide substrate 10, gate electrode 27, gate insulating film 15, interlayer insulating film 21, emitter electrode 16, emitter interconnection 19, and a collector. The electrode 20 and the protective film 24 are mainly included. Silicon carbide substrate 10 mainly includes first impurity region 12, base region 13, emitter region 14, contact region 18, p-type epitaxial layer 29, and carrier injection region 28. The thickness of first impurity region 12 is, for example, about 100 μm. First impurity region 12 includes an n-type impurity such as nitrogen, for example, and has n-type. The concentration of an impurity such as nitrogen contained in first impurity region 12 is, for example, about 5 × 10 14 cm −3 or more and 1 × 10 15 cm −3 or less.

p型エピタキシャル層29(第2導電型エピタキシャル層29)は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含み、p型を有する。p型エピタキシャル層29は、炭化珪素基板10の第2の主面10bを構成し、かつ第1不純物領域12に接して設けられている。p型エピタキシャル層29は、炭化珪素基板10の第2の主面10bにおいてコレクタ電極20と接する。コレクタ電極20は、たとえばTiおよびAlを含む。キャリア注入領域28は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含み、p型を有する。キャリア注入領域28は、p型エピタキシャル層29と第1不純物領域12とに接し、p型エピタキシャル層29よりも高い不純物濃度を有する。断面視において、キャリア注入領域28は、周期的に設けられたキャリア注入領域28の部分を有する。断面視において、キャリア注入領域28は、トレンチTRの短手方向(図3参照)に沿って間隔をあけて周期的に設けられている。好ましくは、キャリア注入領域28が含むたとえばアルミニウムなどのp型不純物の濃度は、埋込領域17が含むp型不純物の濃度と同じか、もしくは埋込領域17が含む不純物の濃度よりも高い。   The p-type epitaxial layer 29 (second conductivity type epitaxial layer 29) contains p-type impurities such as aluminum, for example, and has p-type. P-type epitaxial layer 29 constitutes second main surface 10 b of silicon carbide substrate 10 and is provided in contact with first impurity region 12. P-type epitaxial layer 29 is in contact with collector electrode 20 at second main surface 10 b of silicon carbide substrate 10. Collector electrode 20 includes, for example, Ti and Al. Carrier injection region 28 includes p-type impurities such as aluminum, for example, and has p-type. Carrier injection region 28 is in contact with p type epitaxial layer 29 and first impurity region 12 and has a higher impurity concentration than p type epitaxial layer 29. In cross section, the carrier injection region 28 has portions of the carrier injection region 28 periodically provided. In the cross sectional view, carrier injection regions 28 are periodically provided at intervals along the lateral direction (see FIG. 3) of trench TR. Preferably, the concentration of the p-type impurity such as aluminum contained in carrier injection region 28 is the same as the concentration of the p-type impurity contained in buried region 17 or higher than the concentration of the impurity contained in buried region 17.

次に、実施の形態4に係る炭化珪素半導体装置としてのIGBT1の製造方法について説明する。実施の形態4に係るIGBTの製造方法は、キャリア注入領域28およびp型エピタキシャル層29を形成する点において実施の形態1に係るMOSFETの製造方法と異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETの製造方法とほぼ同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Next, a method of manufacturing IGBT 1 as a silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment will be described. The method of manufacturing the IGBT according to the fourth embodiment is different from the method of manufacturing the MOSFET according to the first embodiment in that the carrier injection region 28 and the p-type epitaxial layer 29 are formed, and the other configuration is the embodiment. The method is substantially similar to the method of manufacturing the MOSFET according to 1. Therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

炭化珪素基板10から炭化珪素単結晶基板11が除去されることにより、第1不純物領域12が裏面側に露出する。次に、露出している第1不純物領域12に対して、裏面側からたとえばアルミニウムなどのp型不純物が間隔をあけてイオン注入される。好ましくは、キャリア注入領域28が含むp型不純物の濃度が、埋込領域17が含むp型不純物の濃度と同じか、もしくは埋込領域17が含むp型不純物の濃度よりも高くなるように、p型不純物が第1不純物領域12に対してイオン注入される。以上のように、炭化珪素基板10の第2の主面10b側から第1不純物領域12に対してイオン注入を行うことにより、p型を有し、周期的に配置されたキャリア注入領域28が形成される。   By removing silicon carbide single crystal substrate 11 from silicon carbide substrate 10, first impurity region 12 is exposed on the back surface side. Next, p-type impurities, such as aluminum, are ion-implanted from the back surface side at intervals to the exposed first impurity region 12. Preferably, the concentration of the p-type impurity contained in carrier injection region 28 is the same as the concentration of the p-type impurity contained in buried region 17 or higher than the concentration of the p-type impurity contained in buried region 17. A p-type impurity is ion implanted into the first impurity region 12. As described above, by performing ion implantation from the side of second main surface 10b of silicon carbide substrate 10 to first impurity region 12, carrier injection region 28 having p-type and periodically arranged can be formed. It is formed.

次に、キャリア注入領域28および第1不純物領域12の双方に接するようにp型エピタキシャル層29がエピタキシャル成長により形成される。p型エピタキシャル層29は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでいる。p型エピタキシャル層29が形成された後、さらにp型エピタキシャル層29に対してアルミニウムなどのp型不純物がイオン注入されてもよい。次に、たとえば、p型エピタキシャル層29を多結晶炭化珪素基板(図示せず)に接合して表面工程が実施された後、多結晶炭化珪素基板がp型エピタキシャル層29から除去される。   Next, p-type epitaxial layer 29 is formed by epitaxial growth so as to be in contact with both carrier injection region 28 and first impurity region 12. P-type epitaxial layer 29 contains a p-type impurity such as aluminum, for example. After the p-type epitaxial layer 29 is formed, p-type impurities such as aluminum may be further ion-implanted into the p-type epitaxial layer 29. Next, for example, after the p-type epitaxial layer 29 is bonded to a polycrystalline silicon carbide substrate (not shown) and a surface process is performed, the polycrystalline silicon carbide substrate is removed from the p-type epitaxial layer 29.

次に、p型エピタキシャル層29から見て、キャリア注入領域28と反対側の方向にコレクタ電極20が形成される。コレクタ電極20は、たとえばTiおよびAlを含む。次に、コレクタ電極20に対してレーザーアニールが行われることにより、コレクタ電極20とp型エピタキシャル層29とがオーミック接合する。以上のように、図22に示すIGBTが製造される。   Next, collector electrode 20 is formed in the direction opposite to carrier injection region 28 as viewed from p type epitaxial layer 29. Collector electrode 20 includes, for example, Ti and Al. Next, laser annealing is performed on the collector electrode 20, whereby the collector electrode 20 and the p-type epitaxial layer 29 form an ohmic junction. As described above, the IGBT shown in FIG. 22 is manufactured.

次に、実施の形態4に係る炭化珪素半導体装置としてのIGBT1の作用効果について説明する。   Next, the function and effect of the IGBT 1 as a silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment will be described.

実施の形態4に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法によれば、炭化珪素基板10を形成する工程は、第2の主面10b側から第1不純物領域12に対してイオン注入を行うことにより、第2導電型を有し、周期的に配置されたキャリア注入領域28を形成する工程をさらに含む。これにより、キャリア注入領域28からキャリアの注入を促進することにより、オン抵抗を低減することができる。   According to the method of manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 in accordance with the fourth embodiment, the step of forming silicon carbide substrate 10 is performed by performing ion implantation to first impurity region 12 from the second main surface 10b side. And the step of forming a periodically arranged carrier injection region 28 of the second conductivity type. As a result, by promoting the injection of carriers from the carrier injection region 28, the on-resistance can be reduced.

実施の形態4に係る炭化珪素半導体装置1によれば、炭化珪素基板10は、p型を有し、第2の主面10bを構成し、かつ第1不純物領域12に接して設けられたp型エピタキシャル層29と、p型を有し、p型エピタキシャル層29と第1不純物領域12とに接し、p型エピタキシャル層29よりも高い不純物濃度を有し、かつ周期的に設けられたキャリア注入領域28とをさらに含む。これにより、キャリア注入領域28からキャリアの注入を促進することにより、オン抵抗を低減することができる。   According to silicon carbide semiconductor device 1 in accordance with the fourth embodiment, silicon carbide substrate 10 has the p-type, and forms second main surface 10 b and is provided in contact with first impurity region 12. Carrier injection which has a p-type epitaxial layer 29, is in contact with the p-type epitaxial layer 29 and the first impurity region 12, has an impurity concentration higher than that of the p-type epitaxial layer 29, and is periodically provided. And region 28 is further included. As a result, by promoting the injection of carriers from the carrier injection region 28, the on-resistance can be reduced.

なお上記各実施の形態において、第1導電型はn型であり、かつ第2導電型はp型であるとして説明したが、第1導電型をp型とし、かつ第2導電型をn型としてもよい。またトレンチTRの側部SWは、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対してほぼ垂直の場合について説明したが、トレンチTRの側部SWは、第1の主面10aに対して傾斜していてもよい。   In the above embodiments, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type, but the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It may be Although side portion SW of trench TR is substantially perpendicular to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, side portion SW of trench TR is inclined relative to first main surface 10a. It may be done.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

1 炭化珪素半導体装置(MOSFET、IGBT)
5 炭化珪素エピタキシャル層
10 炭化珪素基板
10a 第1の主面
10b 第2の主面
11 炭化珪素単結晶基板
12 第1不純物領域
12a 第1領域
12b 第2領域
12c 第3領域
13 第2不純物領域(ベース領域)
13a 端部
14 第3不純物領域(ソース領域、エミッタ領域)
15 ゲート絶縁膜
16 ソース電極(エミッタ電極)
17 埋込領域
17a 第1埋込領域
17b 第2埋込領域
18 コンタクト領域
19 ソース配線(エミッタ配線)
20 ドレイン電極(コレクタ電極)
21 層間絶縁膜
22 バッファ層
24 保護膜
27 ゲート電極
28 キャリア注入領域
29 第2導電型エピタキシャル層(p型エピタキシャル層)
31,33,34 イオン注入マスク
32 スルー膜
35 エッチングマスク
40 半導体チップ
41 ガードリング
BT 底部
CH チャネル領域CR 角部
SW 側部
SW1 第1側部(面)
SW2 第2側部
TR トレンチ
a1 オフ方向
a11 面内オフ方向
a21 方向
d1,d2 不純物濃度
1 Silicon carbide semiconductor device (MOSFET, IGBT)
5 silicon carbide epitaxial layer 10 silicon carbide substrate 10a first main surface 10b second main surface 11 silicon carbide single crystal substrate 12 first impurity region 12a first region 12b second region 12c third region 13 second impurity region Base area)
13a end 14 third impurity region (source region, emitter region)
15 gate insulating film 16 source electrode (emitter electrode)
17 Buried Region 17a First Buried Region 17b Second Buried Region 18 Contact Region 19 Source Wiring (Emitter Wiring)
20 drain electrode (collector electrode)
21 interlayer insulating film 22 buffer layer 24 protective film 27 gate electrode 28 carrier injection region 29 second conductivity type epitaxial layer (p type epitaxial layer)
31, 33, 34 Ion implantation mask 32 Through film 35 Etching mask 40 Semiconductor chip 41 Guard ring BT Bottom portion CH channel region CR Corner portion SW Side portion SW1 First side portion (surface)
SW2 second side TR trench a1 off direction a11 in-plane off direction a21 direction d1, d2 impurity concentration

Claims (3)

第1の主面と、前記第1の主面と反対側の第2の主面とを有する炭化珪素基板を備え、
前記炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、前記第1不純物領域と接し、かつ前記第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、前記第1導電型を有し、前記第2不純物領域によって前記第1不純物領域から隔てられた第3不純物領域と、前記第2導電型を有し、前記第2不純物領域よりも高い不純物濃度を有し、かつ前記第2の主面側の前記第2不純物領域の端部の一部から前記第2の主面に向かって延在する埋込領域と含み、
前記炭化珪素基板の前記第1の主面には、前記第1の主面と連接する側部と、前記側部と連接する底部とを有するトレンチが形成されており、さらに、
前記トレンチの前記側部において、前記第1不純物領域と、前記第2不純物領域と、前記第3不純物領域とに接し、かつ前記トレンチの前記底部において前記第1不純物領域と接するゲート絶縁膜とを備え、
前記埋込領域における、前記第2不純物領域の不純物濃度の4倍の不純物濃度を有する位置の中で前記第2不純物領域に最も近い位置から、前記第2不純物領域と前記埋込領域との境界部までの、前記第1の主面の法線方向に沿った距離は0.3μm以下であり、
第1主面の法線方向から見て、前記埋込領域は、前記トレンチの前記側部の全体を囲っている第1埋込領域部と、前記トレンチの前記底部の角部と重なるように配置されている第2埋込領域部とを有する、炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface,
The silicon carbide substrate includes a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region in contact with the first impurity region, and a second conductivity type different from the first conductivity type, and the first impurity region. A third impurity region having a conductivity type, separated from the first impurity region by the second impurity region, and having the second conductivity type, and having an impurity concentration higher than that of the second impurity region; And a buried region extending from a part of the end of the second impurity region toward the second main surface toward the second main surface,
A trench having a side portion connected to the first main surface and a bottom portion connected to the side portion is formed on the first main surface of the silicon carbide substrate;
A gate insulating film in contact with the first impurity region, the second impurity region, and the third impurity region on the side portion of the trench, and in contact with the first impurity region at the bottom of the trench; Equipped
The boundary between the second impurity region and the buried region from the position closest to the second impurity region among the positions in the buried region having an impurity concentration four times the impurity concentration of the second impurity region The distance along the normal direction of the first main surface to the portion is 0.3 μm or less,
When viewed in the normal direction of the first main surface, the buried region overlaps the first buried region surrounding the entire side of the trench and the corner of the bottom of the trench. The silicon carbide semiconductor device which has the 2nd embedded area part arrange | positioned.
前記第1不純物領域は、前記第2不純物領域と接する第1領域と、前記第1領域と接し、前記第1領域から見て前記第2不純物領域と反対側に位置し、かつ前記第1領域よりも高い不純物濃度を有する第2領域と、前記第2領域と接し、前記第2領域から見て前記第1領域と反対側に位置し、かつ前記第2領域よりも低い不純物濃度を有する第3領域とを有する、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The first impurity region is a first region in contact with the second impurity region, and is in contact with the first region, and is located opposite to the second impurity region as viewed from the first region, and in the first region. A second region having a higher impurity concentration than the first region, and a second region having a lower impurity concentration than the second region and in contact with the second region and opposite to the first region with respect to the second region The silicon carbide semiconductor device according to claim 1 , having three regions. 前記炭化珪素基板は、前記第2導電型を有し、前記第2の主面を構成し、かつ前記第1不純物領域に接して設けられた第2導電型エピタキシャル層と、前記第2導電型を有し、前記第2導電型エピタキシャル層と前記第1不純物領域とに接し、前記第2導電型エピタキシャル層よりも高い不純物濃度を有し、かつ周期的に設けられたキャリア注入領域とをさらに含む、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide substrate has the second conductivity type, forms a second main surface, and a second conductivity type epitaxial layer provided in contact with the first impurity region, and the second conductivity type A carrier injection region periodically provided in contact with the second conductivity type epitaxial layer and the first impurity region, having a higher impurity concentration than the second conductivity type epitaxial layer, and The silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or claim 2 comprising.
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