JP7054403B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、SiCが使用された半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using SiC.

近年、高耐圧、低オン抵抗を実現する次世代のパワーデバイス材料として、SiC(シリコンカーバイト:炭化ケイ素)の使用が検討されている。
また、パワーデバイスの微細化およびオン抵抗の低減のための構造として、トレンチゲート構造が知られている。たとえば、パワーMOSFETでは、トレンチゲート構造を採用したものが主流になりつつある。
In recent years, the use of SiC (silicon carbide: silicon carbide) has been studied as a next-generation power device material that realizes high withstand voltage and low on-resistance.
Further, a trench gate structure is known as a structure for miniaturizing a power device and reducing on-resistance. For example, power MOSFETs that employ a trench gate structure are becoming mainstream.

図11は、SiCが使用された従来のトレンチゲート型VDMOSFETを有する半導体装置の模式断面図である。
半導体装置201は、トレンチゲート型VDMOSFETの単位セルがマトリクス状に配置された構造を有している。
半導体装置201は、半導体装置201の基体をなすN型のSiC基板202を備えている。SiC基板202のSi面(シリコン面)上には、SiC基板202よりもN型不純物が低濃度にドーピングされたSiC(シリコンカーバイト:炭化ケイ素)からなる、N型のエピタキシャル層203が積層されている。エピタキシャル層203の基層部は、エピタキシャル成長後のままの状態が維持された、N型のドレイン領域204をなしている。また、エピタキシャル層203には、ドレイン領域204上に、P型のボディ領域205がドレイン領域204に接して形成されている。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having a conventional trench gate type VD MOSFET in which SiC is used.
The semiconductor device 201 has a structure in which unit cells of a trench gate type VD MOSFET are arranged in a matrix.
The semiconductor device 201 includes an N + type SiC substrate 202 that forms a substrate of the semiconductor device 201. An N - type epitaxial layer 203 made of SiC (silicon carbide: silicon carbide) doped with N-type impurities at a lower concentration than that of the SiC substrate 202 is laminated on the Si surface (silicon surface) of the SiC substrate 202. Has been done. The base layer portion of the epitaxial layer 203 forms an N - type drain region 204 in which the state after the epitaxial growth is maintained. Further, in the epitaxial layer 203, a P-shaped body region 205 is formed on the drain region 204 in contact with the drain region 204.

エピタキシャル層203には、ゲートトレンチ206がその表面217(Si面)から掘り下がって形成されている。ゲートトレンチ206は、ボディ領域205を層厚方向に貫通し、その最深部(底面216)がドレイン領域204に達している。
ゲートトレンチ206内には、ゲートトレンチ206の側面214および底面216を熱酸化させることにより、SiOからなるゲート絶縁膜207がゲートトレンチ206の内面全域に形成されている。
A gate trench 206 is formed in the epitaxial layer 203 by digging from its surface 217 (Si surface). The gate trench 206 penetrates the body region 205 in the layer thickness direction, and the deepest portion (bottom surface 216) thereof reaches the drain region 204.
In the gate trench 206, a gate insulating film 207 made of SiO 2 is formed over the entire inner surface of the gate trench 206 by thermally oxidizing the side surface 214 and the bottom surface 216 of the gate trench 206.

そして、ゲート絶縁膜207の内側をN型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンで埋め尽くすことにより、ゲートトレンチ206内にゲート電極208が埋設されている。
エピタキシャル層203の表層部には、ゲートトレンチ206に対してゲート幅と直交する方向(図11における左右方向)の両側に、N型のソース領域209が形成されている。ソース領域209は、ゲートトレンチ206に沿ってゲート幅に沿う方向に延び、その底部がエピタキシャル層203の表面217側からボディ領域205に接している。
The gate electrode 208 is embedded in the gate trench 206 by filling the inside of the gate insulating film 207 with polysilicon doped with a high concentration of N-type impurities.
On the surface layer portion of the epitaxial layer 203, N + type source regions 209 are formed on both sides in a direction orthogonal to the gate width (left-right direction in FIG. 11) with respect to the gate trench 206. The source region 209 extends along the gate trench 206 in the direction along the gate width, and its bottom portion is in contact with the body region 205 from the surface 217 side of the epitaxial layer 203.

また、エピタキシャル層203には、その表面217から、ゲート幅と直交する方向におけるソース領域209の中央部を貫通し、ボディ領域205に接続されるP型のボディコンタクト領域210が形成されている。
エピタキシャル層203上には、SiOからなる層間絶縁膜211が積層されている。層間絶縁膜211上には、ソース配線212が形成されている。ソース配線212は、層間絶縁膜211およびゲート絶縁膜207に形成されたコンタクトホール213を介してソース領域209およびボディコンタクト領域210にコンタクトされるニッケルシリサイド層218と、ニッケルシリサイド層218上に形成されたアルミニウム層219とを有している。
Further, the epitaxial layer 203 is formed with a P + type body contact region 210 that penetrates the central portion of the source region 209 in the direction orthogonal to the gate width from the surface 217 and is connected to the body region 205. ..
An interlayer insulating film 211 made of SiO 2 is laminated on the epitaxial layer 203. The source wiring 212 is formed on the interlayer insulating film 211. The source wiring 212 is formed on the nickel silicide layer 218 and the nickel silicide layer 218 that are in contact with the source region 209 and the body contact region 210 via the contact holes 213 formed in the interlayer insulating film 211 and the gate insulating film 207. It has an aluminum layer 219 and the like.

SiC基板202の裏面(カーボン面:C面)には、ドレイン配線215が形成されている。ドレイン配線215は、SiC基板202にコンタクトされるニッケルシリサイド層220と、ニッケルシリサイド層220上に形成されたアルミニウム層221とを有している。
ソース配線212とドレイン配線215との間(ソース-ドレイン間)に所定の電位差を発生させた状態で、ゲート電極208に所定の電圧(ゲート閾値電圧以上の電圧)が印加されることにより、ゲート電極208からの電界によりボディ領域205におけるゲート絶縁膜207との界面近傍にチャネルが形成される。これにより、ソース配線212とドレイン配線215との間に電流が流れ、VDMOSFETがオン状態となる。
A drain wiring 215 is formed on the back surface (carbon surface: C surface) of the SiC substrate 202. The drain wiring 215 has a nickel silicide layer 220 in contact with the SiC substrate 202 and an aluminum layer 221 formed on the nickel silicide layer 220.
A gate is obtained by applying a predetermined voltage (voltage equal to or higher than the gate threshold voltage) to the gate electrode 208 in a state where a predetermined potential difference is generated between the source wiring 212 and the drain wiring 215 (between the source and the drain). The electric field from the electrode 208 forms a channel in the vicinity of the interface with the gate insulating film 207 in the body region 205. As a result, a current flows between the source wiring 212 and the drain wiring 215, and the VD MOSFET is turned on.

特開2007-258465号公報JP-A-2007-258465

本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、表層部に第2導電型イオンが選択的に注入されたボディ形成領域と、当該ボディ形成領域の表層部に第1導電型イオンが選択的に注入されたソース形成領域とを有する第1導電型のSiC半導体層の表面にカーボン膜を形成する第1工程と、前記カーボン膜が形成された前記SiC半導体層を加熱して前記ボディ形成領域および前記ソース形成領域のイオンを活性化させることによって、前記SiC半導体層の表層部に第2導電型のボディ領域、当該ボディ領域の表層部に第1導電型のソース領域および前記ボディ領域に対して前記SiC半導体層の裏面側に第1導電型のドレイン領域を形成する第2工程と、前記カーボン膜を除去すると共に、前記SiC半導体層を酸化させてゲート酸化膜を形成する第3工程とを含むIn the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, a body forming region in which a second conductive type ion is selectively injected into a surface layer portion and a first conductive type ion are selected in a surface layer portion of the body forming region. The first step of forming a carbon film on the surface of a first conductive type SiC semiconductor layer having a source forming region in which the carbon film is formed, and heating the SiC semiconductor layer on which the carbon film is formed to form the body. By activating the ions in the region and the source forming region, the surface layer portion of the SiC semiconductor layer has a second conductive type body region, and the surface layer portion of the body region has a first conductive type source region and the body region. On the other hand, a second step of forming a first conductive type drain region on the back surface side of the SiC semiconductor layer, and a third step of removing the carbon film and oxidizing the SiC semiconductor layer to form a gate oxide film. And include .

図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図2Aは、図1に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式断面図である。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 図2Bは、図2Aの次の工程を示す図である。FIG. 2B is a diagram showing the next step of FIG. 2A. 図2Cは、図2Bの次の工程を示す図である。FIG. 2C is a diagram showing the next step of FIG. 2B. 図2Dは、図2Cの次の工程を示す図である。FIG. 2D is a diagram showing the next step of FIG. 2C. 図2Eは、図2Dの次の工程を示す図である。FIG. 2E is a diagram showing the next step of FIG. 2D. 図2Fは、図2Eの次の工程を示す図である。FIG. 2F is a diagram showing the next step of FIG. 2E. 図2Gは、図2Fの次の工程を示す図である。FIG. 2G is a diagram showing the next step of FIG. 2F. 図2Hは、図2Gの次の工程を示す図である。FIG. 2H is a diagram showing the next step of FIG. 2G. 図2Iは、図2Hの次の工程を示す図である。FIG. 2I is a diagram showing the next step of FIG. 2H. 図2Jは、図2Iの次の工程を示す図である。FIG. 2J is a diagram showing the next step of FIG. 2I. 図2Kは、図2Jの次の工程を示す図である。FIG. 2K is a diagram showing the next step of FIG. 2J. 図2Lは、図2Kの次の工程を示す図である。FIG. 2L is a diagram showing the next step of FIG. 2K. 図2Mは、図2Lの次の工程を示す図である。FIG. 2M is a diagram showing the next step of FIG. 2L. 図2Nは、図2Mの次の工程を示す図である。FIG. 2N is a diagram showing the next step of FIG. 2M. 図3(a)(b)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の模式平面図であって、図3(a)は全体図、図3(b)は内部拡大図をそれぞれ示す。3 (a) and 3 (b) are schematic plan views of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is an overall view, and FIG. 3 (b) is an internal enlarged view. show. 図4は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の模式断面図であって、図3(b)の切断線IV-IVでの切断面を示す。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, showing a cut surface at the cut line IV-IV of FIG. 3 (b). 図5Aは、図4に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式断面図である。FIG. 5A is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 図5Bは、図5Aの次の工程を示す図である。FIG. 5B is a diagram showing the next step of FIG. 5A. 図5Cは、図5Bの次の工程を示す図である。FIG. 5C is a diagram showing the next step of FIG. 5B. 図5Dは、図5Cの次の工程を示す図である。FIG. 5D is a diagram showing the next step of FIG. 5C. 図5Eは、図5Dの次の工程を示す図である。FIG. 5E is a diagram showing the next step of FIG. 5D. 図5Fは、図5Eの次の工程を示す図である。FIG. 5F is a diagram showing the next step of FIG. 5E. 図5Gは、図5Fの次の工程を示す図である。FIG. 5G is a diagram showing the next step of FIG. 5F. 図5Hは、図5Gの次の工程を示す図である。FIG. 5H is a diagram showing the next step of FIG. 5G. 図5Iは、図5Hの次の工程を示す図である。FIG. 5I is a diagram showing the next step of FIG. 5H. 図5Jは、図5Iの次の工程を示す図である。FIG. 5J is a diagram showing the next step of FIG. 5I. 図5Kは、図5Jの次の工程を示す図である。FIG. 5K is a diagram showing the next step of FIG. 5J. 図5Lは、図5Kの次の工程を示す図である。FIG. 5L is a diagram showing the next step of FIG. 5K. 図5Mは、図5Lの次の工程を示す図である。FIG. 5M is a diagram showing the next step of FIG. 5L. 図5Nは、図5Mの次の工程を示す図である。FIG. 5N is a diagram showing the next step of FIG. 5M. 図5Oは、図5Nの次の工程を示す図である。FIG. 5O is a diagram showing the next step of FIG. 5N. 図5Pは、図5Nの次の工程を示す図である。FIG. 5P is a diagram showing the next step of FIG. 5N. 図5Qは、図5Nの次の工程を示す図である。FIG. 5Q is a diagram showing the next step of FIG. 5N. 図5Rは、図5Nの次の工程を示す図である。FIG. 5R is a diagram showing the next step of FIG. 5N. 図5Sは、図5Nの次の工程を示す図である。FIG. 5S is a diagram showing the next step of FIG. 5N. 図5Tは、図5Nの次の工程を示す図である。FIG. 5T is a diagram showing the next step of FIG. 5N. 図5Uは、図5Nの次の工程を示す図である。FIG. 5U is a diagram showing the next step of FIG. 5N. 図6は、抵抗加熱炉内における温度変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the temperature change in the resistance heating furnace. 図4に示す半導体装置の変形例を説明するための模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view for demonstrating the modification of the semiconductor device shown in FIG. 図8は、プレーナゲート型の半導体装置の模式断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a planar gate type semiconductor device. 図9Aは、図8の半導体装置の製造方法を説明する模式断面図である。9A is a schematic cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 図9Bは、図9Aの次の工程を示す模式的な断面図である。9B is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9A. 図9Cは、図9Bの次の工程を示す模式的な断面図である。9C is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9B. 図9Dは、図9Cの次の工程を示す模式的な断面図である。9D is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9C. 図9Eは、図9Dの次の工程を示す模式的な断面図である。9E is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9D. 図9Fは、図9Eの次の工程を示す模式的な断面図である。9F is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9E. 図9Gは、図9Fの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 9G is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9F. 図9Hは、図9Gの次の工程を示す模式的な断面図である。9H is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9G. 図9Iは、図9Hの次の工程を示す模式的な断面図である。9I is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9H. 図9Jは、図9Iの次の工程を示す模式的な断面図である。9J is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9I. 図9Kは、図9Jの次の工程を示す模式的な断面図である。9K is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9J. 図9Lは、図9Kの次の工程を示す模式的な断面図である。9L is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 9K. 図10(a)(b)(c)は、酸化膜の厚さを酸化ガスの供給時間ごとにプロットしたグラフであって、(a)は参考例1のグラフ、(b)は参考例2のグラフ、(c)は参考例3のグラフをそれぞれ示す。10 (a), (b) and (c) are graphs in which the thickness of the oxide film is plotted for each oxidation gas supply time, (a) is a graph of Reference Example 1, and (b) is a graph of Reference Example 2. The graph of (c) and (c) show the graph of Reference Example 3, respectively. 図11は、SiCが使用された従来のトレンチゲート型VDMOSFETを有する半導体装置の模式断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having a conventional trench gate type VD MOSFET in which SiC is used.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の模式断面図である。
半導体装置1は、トレンチゲート型VDMOSFETの単位セルがマトリクス状に配置された構造を有している。なお、図1では、複数の単位セルのうちの一部が示されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
The semiconductor device 1 has a structure in which unit cells of a trench gate type VD MOSFET are arranged in a matrix. Note that FIG. 1 shows a part of the plurality of unit cells.

半導体装置1は、半導体装置1の基体をなすSiC基板2を備えている。SiC基板2には、N型不純物が高濃度(たとえば、1e18~1e21cm-3)にドーピングされている。SiC基板2は、その表面21(上面)がSi面であり、その裏面(下面)がC面である。
SiC基板2の表面21には、SiC基板2よりもN型不純物が低濃度にドーピングされたSiC(シリコンカーバイト:炭化ケイ素)からなる、N型のエピタキシャル層3が積層されている。半導体層としてのエピタキシャル層3は、SiC基板2上に、いわゆるエピタキシャル成長によって形成されている。Si面である表面21上に形成されるエピタキシャル層3は、Si面を成長主面として成長させられる。したがって、成長により形成されるエピタキシャル層3の表面31は、SiC基板2の表面21と同様、Si面である。
The semiconductor device 1 includes a SiC substrate 2 that forms a substrate of the semiconductor device 1. The SiC substrate 2 is doped with N-type impurities at a high concentration (for example, 1e18 to 1e21cm -3 ). The surface surface 21 (upper surface) of the SiC substrate 2 is the Si surface, and the back surface (lower surface) thereof is the C surface.
An N - type epitaxial layer 3 made of SiC (silicon carbide: silicon carbide) doped with N-type impurities at a lower concentration than that of the SiC substrate 2 is laminated on the surface 21 of the SiC substrate 2. The epitaxial layer 3 as a semiconductor layer is formed on the SiC substrate 2 by so-called epitaxial growth. The epitaxial layer 3 formed on the surface 21 which is the Si surface is grown with the Si surface as the main growth surface. Therefore, the surface 31 of the epitaxial layer 3 formed by growth is a Si surface like the surface 21 of the SiC substrate 2.

エピタキシャル層3におけるSi面側の部分(表層部)とは反対のC面側の部分(基層部)は、その全域がエピタキシャル成長後のままの状態が維持された、N型のドレイン領域4をなしている。ドレイン領域4のN型不純物濃度は、たとえば、1e15~1e17cm-3である。
一方、エピタキシャル層3の表層部には、P型のボディ領域5が形成されている。ボディ領域5は、エピタキシャル層3の表面31側(Si面側)からドレイン領域4に接している。ボディ領域5のP型不純物濃度は、たとえば、1e16~1e19cm-3である。
The portion of the epitaxial layer 3 on the C-plane side (base layer portion) opposite to the portion on the Si-plane side (surface layer portion) has an N - type drain region 4 in which the entire region is maintained in the state after epitaxial growth. No. The concentration of N-type impurities in the drain region 4 is, for example, 1e15 to 1e17 cm -3 .
On the other hand, a P-shaped body region 5 is formed on the surface layer portion of the epitaxial layer 3. The body region 5 is in contact with the drain region 4 from the surface 31 side (Si surface side) of the epitaxial layer 3. The concentration of P-type impurities in the body region 5 is, for example, 1e16 to 1e19 cm -3 .

エピタキシャル層3には、ゲートトレンチ6が表面31から掘り下がって形成されている。ゲートトレンチ6は、図1では図示しないが、一定の間隔を空けて複数形成され、それらが互いに平行をなして同一方向(図1の紙面に垂直な方向、以下、この方向を「ゲート幅に沿う方向」ということがある。)に延び、たとえば、ストライプ構造をなしている。 A gate trench 6 is formed in the epitaxial layer 3 by digging from the surface 31. Although not shown in FIG. 1, a plurality of gate trenches 6 are formed at regular intervals, and they are parallel to each other and have the same direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1, hereinafter, this direction is referred to as “gate width”. It extends in the direction along the line, for example, and has a striped structure.

各ゲートトレンチ6は、互いに間隔を空けて対向し、それぞれが表面31に対して直交する平面状の側面7一対と、表面31に対して平行な部分を有する底面8とを有している。ゲートトレンチ6は、ボディ領域5を層厚方向に貫通し、その最深部(底面8)がドレイン領域4に達している。
ゲートトレンチ6の内面およびエピタキシャル層3の表面31には、ゲートトレンチ6の内面(側面7および底面8)全域を覆うように、ゲート絶縁膜9が形成されている。ゲート絶縁膜9は、窒素を含有する酸化膜、たとえば、窒素含有ガスを用いた熱酸化により形成される窒化酸化シリコン膜からなる。ゲート絶縁膜9における窒素含有量(窒素濃度)は、たとえば、0.1~10%である。
Each gate trench 6 has a pair of planar side surfaces 7 facing each other at intervals and each orthogonal to the surface 31, and a bottom surface 8 having a portion parallel to the surface 31. The gate trench 6 penetrates the body region 5 in the layer thickness direction, and the deepest portion (bottom surface 8) thereof reaches the drain region 4.
A gate insulating film 9 is formed on the inner surface of the gate trench 6 and the surface 31 of the epitaxial layer 3 so as to cover the entire inner surface (side surface 7 and bottom surface 8) of the gate trench 6. The gate insulating film 9 is made of a nitrogen-containing oxide film, for example, a silicon nitride film formed by thermal oxidation using a nitrogen-containing gas. The nitrogen content (nitrogen concentration) in the gate insulating film 9 is, for example, 0.1 to 10%.

また、ゲート絶縁膜9は、底面8上の部分(絶縁膜底部11)の厚さTが、側面7上の部分(絶縁膜側部10)の厚さTよりも小さい。具体的には、絶縁膜側部10の厚さTに対する絶縁膜底部11の厚さTの比(絶縁膜底部11の厚さT/絶縁膜側部10の厚さT)が、0.3~1.0であり、好ましくは、0.5~1.0である。また、双方の厚さの具体的な大きさは、たとえば、絶縁膜側部10の厚さTが300~1000Åであり、絶縁膜底部11の厚さTが150~500Åである。 Further, in the gate insulating film 9, the thickness T 2 of the portion on the bottom surface 8 (insulating film bottom portion 11) is smaller than the thickness T 1 of the portion on the side surface 7 (insulating film side portion 10). Specifically, the ratio of the thickness T 2 of the insulating film bottom 11 to the thickness T 1 of the insulating film side 10 (thickness T 2 of the insulating film bottom 11 / thickness T 1 of the insulating film side 10) is , 0.3 to 1.0, preferably 0.5 to 1.0. The specific size of both thicknesses is, for example, that the thickness T 1 of the insulating film side portion 10 is 300 to 1000 Å and the thickness T 2 of the insulating film bottom portion 11 is 150 to 500 Å.

そして、ゲート絶縁膜9の内側をN型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコン材料で埋め尽くすことにより、ゲートトレンチ6内にゲート電極12が埋設されている。
ボディ領域5の表層部には、ゲートトレンチ6に対してゲート幅と直交する方向(図1における左右方向)の両側に、N型のソース領域13が形成されている。ソース領域13は、ドレイン領域4のN型不純物濃度よりも高く、N型不純物が高濃度にドーピングされた領域である。ソース領域13のN型不純物濃度は、たとえば、1e18~1e21cm-3である。ソース領域13は、ゲートトレンチ6に隣接する位置においてゲート幅に沿う方向に延びている。
The gate electrode 12 is embedded in the gate trench 6 by filling the inside of the gate insulating film 9 with a polysilicon material doped with a high concentration of N-type impurities.
On the surface layer portion of the body region 5, N + -shaped source regions 13 are formed on both sides in a direction orthogonal to the gate width (left-right direction in FIG. 1) with respect to the gate trench 6. The source region 13 is a region in which the concentration of N-type impurities is higher than that of the drain region 4 and the concentration of N-type impurities is high. The concentration of N-type impurities in the source region 13 is, for example, 1e18 to 1e21cm -3 . The source region 13 extends in a direction along the gate width at a position adjacent to the gate trench 6.

また、エピタキシャル層3には、その表面31から、ゲート幅と直交する方向におけるソース領域13の中央部を貫通し、ボディ領域5に接続されるP型のボディコンタクト領域14が形成されている。ボディコンタクト領域14は、ボディ領域5のP型不純物濃度よりも高く、P型不純物が高濃度にドーピングされた領域である。ボディコンタクト領域14のP型不純物濃度は、たとえば、1e18~1e21cm-3である。 Further, the epitaxial layer 3 is formed with a P + type body contact region 14 that penetrates the central portion of the source region 13 in the direction orthogonal to the gate width from the surface 31 and is connected to the body region 5. .. The body contact region 14 is a region in which the P-type impurity concentration is higher than that of the body region 5 and the P-type impurity is doped at a high concentration. The concentration of P-type impurities in the body contact region 14 is, for example, 1e18 to 1e21cm -3 .

すなわち、ゲートトレンチ6およびソース領域13は、ゲート幅と直交する方向に交互に設けられ、それぞれゲート幅に沿う方向に延びている。そして、ソース領域13上に、ソース領域13に沿って、ゲート幅と直交する方向に隣接するユニットセル間の境界が設定されている。ボディコンタクト領域14は、ゲート幅と直交する方向に隣接する2つのユニットセル間に跨って少なくとも1つ以上設けられている。また、ゲート幅に沿う方向に隣接するユニットセル間の境界は、各ユニットセルに含まれるゲート電極12が一定のゲート幅を有するように設定されている。 That is, the gate trench 6 and the source region 13 are alternately provided in a direction orthogonal to the gate width, and each extends in a direction along the gate width. Then, on the source region 13, a boundary between unit cells adjacent to each other in a direction orthogonal to the gate width is set along the source region 13. At least one body contact region 14 is provided between two unit cells adjacent to each other in a direction orthogonal to the gate width. Further, the boundary between the unit cells adjacent to each other in the direction along the gate width is set so that the gate electrode 12 included in each unit cell has a constant gate width.

エピタキシャル層3上には、SiOからなる層間絶縁膜15が積層されている。層間絶縁膜15およびゲート絶縁膜9には、ソース領域13およびボディコンタクト領域14の表面を露出させるコンタクトホール16が形成されている。
層間絶縁膜15上には、ソース配線17が形成されている。ソース配線17は、コンタクトホール16を介してソース領域13およびボディコンタクト領域14にコンタクト(電気的に接続)されている。ソース配線17は、ソース領域13およびボディコンタクト領域14とのコンタクト部分にポリシリコン層18を有し、ポリシリコン層18上にメタル層20を有している。
An interlayer insulating film 15 made of SiO 2 is laminated on the epitaxial layer 3. The interlayer insulating film 15 and the gate insulating film 9 are formed with contact holes 16 that expose the surfaces of the source region 13 and the body contact region 14.
The source wiring 17 is formed on the interlayer insulating film 15. The source wiring 17 is contacted (electrically connected) to the source region 13 and the body contact region 14 via the contact hole 16. The source wiring 17 has a polysilicon layer 18 at a contact portion with the source region 13 and the body contact region 14, and has a metal layer 20 on the polysilicon layer 18.

ポリシリコン層18は、不純物がドーピングされたドープトポリシリコンを用いて形成されたドープ層であり、たとえば、1019~1021cm-3の高濃度で不純物がドーピングされた高濃度ドープ層であることが好ましい。ポリシリコン層18をドープ層(高濃度ドープ層を含む)として形成するときの不純物としては、リン(P)やA(ひ素)などのN型不純物、B(ホウ素)などのP型不純物を用いることができる。また、ポリシリコン層18は、コンタクトホール16を埋め尽くしている。そのようなポリシリコン層18の厚さは、コンタクトホール16の深さにより異なるが、たとえば、5000~10000Åである。 The polysilicon layer 18 is a dope layer formed by using an impurity-doped doped layer, for example, a high-concentration doped layer in which impurities are doped at a high concentration of 10 19 to 10 21 cm -3 . It is preferable to have. As impurities when the polysilicon layer 18 is formed as a doping layer (including a high-concentration doping layer), N-type impurities such as phosphorus (P) and As ( arsenic ) and P-type impurities such as B (boron) are used. Can be used. Further, the polysilicon layer 18 fills the contact hole 16. The thickness of such a polysilicon layer 18 varies depending on the depth of the contact hole 16, and is, for example, 5000 to 10000 Å.

メタル層20は、たとえば、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、それらの合金およびそれらを含有するメタル材料を用いて形成されている。メタル層20は、ソース配線17の最表層をなし、たとえば、金属ワイヤなどが接続(ボンディング)される。また、メタル層20の厚さは、たとえば、1~5μmである。
ソース配線17において、ポリシリコン層18とメタル層20との間には、チタンを含有する中間層19が介在されている。中間層19は、チタン(Ti)を含有する層の単層もしくはその層を有する複数の層からなる。チタンを含有する層は、チタン、窒化チタンなどを用いて形成することができる。また、中間層19の厚さは、たとえば、200~500nmである。
The metal layer 20 is formed by using, for example, aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), alloys thereof, and a metal material containing them. The metal layer 20 forms the outermost layer of the source wiring 17, and for example, a metal wire or the like is connected (bonded). The thickness of the metal layer 20 is, for example, 1 to 5 μm.
In the source wiring 17, an intermediate layer 19 containing titanium is interposed between the polysilicon layer 18 and the metal layer 20. The intermediate layer 19 is composed of a single layer of a layer containing titanium (Ti) or a plurality of layers having the layer. The layer containing titanium can be formed by using titanium, titanium nitride or the like. The thickness of the intermediate layer 19 is, for example, 200 to 500 nm.

上記のようなポリシリコン層18、中間層19およびメタル層20を有するソース配線17は、ポリシリコン(ポリシリコン層18)、チタン(中間層19)、窒化チタン(中間層19)およびアルミニウム(メタル層20)が順に積層される積層構造(Po-Si/Ti/TiN/Al)であることが好ましい。
SiC基板2の裏面22には、ドレイン配線23が形成されている。ドレイン配線23は、SiC基板2にコンタクト(電気的に接続)されている。ドレイン配線23は、SiC基板2とのコンタクト部分にポリシリコン層24を有し、ポリシリコン層24上にメタル層26を有している。
The source wiring 17 having the polysilicon layer 18, the intermediate layer 19 and the metal layer 20 as described above includes polyvinyl (polysilicon layer 18), titanium (intermediate layer 19), titanium nitride (intermediate layer 19) and aluminum (metal). It is preferable to have a laminated structure (Po—Si / Ti / TiN / Al) in which the layers 20) are laminated in order.
A drain wiring 23 is formed on the back surface 22 of the SiC substrate 2. The drain wiring 23 is in contact (electrically connected) to the SiC substrate 2. The drain wiring 23 has a polysilicon layer 24 at a contact portion with the SiC substrate 2, and has a metal layer 26 on the polysilicon layer 24.

ポリシリコン層24は、上記したポリシリコン層18を構成する材料と同様のものを用いて形成することができる。また、ポリシリコン層24の厚さは、たとえば、1000~2000Åである。
メタル層26は、上記したメタル層20を構成する材料と同様のものを用いて形成することができる。メタル層26は、ドレイン配線23の最表層をなし、たとえば、SiC基板2がリードフレームのダイパッドにボンディングされるとき、ダイパッドに接合される。また、メタル層26の厚さは、たとえば、0.5~1μmである。
The polysilicon layer 24 can be formed by using the same material as the material constituting the polysilicon layer 18 described above. Further, the thickness of the polysilicon layer 24 is, for example, 1000 to 2000 Å.
The metal layer 26 can be formed by using the same material as the material constituting the metal layer 20 described above. The metal layer 26 forms the outermost layer of the drain wiring 23, and is bonded to the die pad, for example, when the SiC substrate 2 is bonded to the die pad of the lead frame. The thickness of the metal layer 26 is, for example, 0.5 to 1 μm.

ドレイン配線23において、ポリシリコン層24とメタル層26との間には、チタンを含有する中間層25が介在されている。中間層25は、上記した中間層19を構成する材料と同様のものを用いて形成することができる。
ゲート電極12には、層間絶縁膜15に形成されたコンタクトホール(図示せず)を介して、ゲート配線27がコンタクト(電気的に接続)されている。
In the drain wiring 23, an intermediate layer 25 containing titanium is interposed between the polysilicon layer 24 and the metal layer 26. The intermediate layer 25 can be formed by using the same material as the material constituting the intermediate layer 19 described above.
The gate wiring 27 is contacted (electrically connected) to the gate electrode 12 via a contact hole (not shown) formed in the interlayer insulating film 15.

ソース配線17とドレイン配線23との間(ソース-ドレイン間)に所定の電位差を発生させた状態で、ゲート配線27に所定の電圧(ゲート閾値電圧以上の電圧)が印加されることにより、ゲート電極12からの電界によりボディ領域5におけるゲート絶縁膜9との界面近傍にチャネルが形成される。これにより、ソース配線17とドレイン配線23との間に電流が流れ、VDMOSFETがオン状態となる。 When a predetermined voltage (voltage equal to or higher than the gate threshold voltage) is applied to the gate wiring 27 in a state where a predetermined potential difference is generated between the source wiring 17 and the drain wiring 23 (between the source and the drain), the gate is gated. The electric field from the electrode 12 forms a channel in the vicinity of the interface with the gate insulating film 9 in the body region 5. As a result, a current flows between the source wiring 17 and the drain wiring 23, and the VD MOSFET is turned on.

図2A~図2Nは、図1に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式断面図である。
まず、図2Aに示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法、LPE(Liquid Phase Epitaxy:液相エピタキシ)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法などのエピタキシャル成長法により、SiC基板2の表面21(Si面)上に、不純物をドーピングしながらSiC結晶が成長させられる。これにより、SiC基板2上に、N型のエピタキシャル層3が形成される。続いて、P型不純物が、エピタキシャル層3の表面31からエピタキシャル層3の内部にインプランテーション(注入)される。このときの注入条件は、P型不純物の種類により異なるが、たとえば、加速エネルギーが200~400keVである。
2A to 2N are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1.
First, as shown in FIG. 2A, an epitaxial growth method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an LPE (Liquid Phase Epitaxy) method, or an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method is used. , SiC crystals are grown on the surface 21 (Si surface) of the SiC substrate 2 while doping impurities. As a result, an N - type epitaxial layer 3 is formed on the SiC substrate 2. Subsequently, the P-type impurity is implanted (injected) from the surface 31 of the epitaxial layer 3 into the inside of the epitaxial layer 3. The injection conditions at this time differ depending on the type of P-type impurity, but for example, the acceleration energy is 200 to 400 keV.

これにより、図2Bに示すように、エピタキシャル層3の表層部に、P型不純物がインプランテーションされた領域(P型インプラ領域28)が形成される。P型インプラ領域28の形成により、エピタキシャル層3の基層部には、P型インプラ領域28と分離され、エピタキシャル成長後のままの状態を維持するドレイン領域4が形成される。
次いで、図2Cに示すように、CVD法により、エピタキシャル層3上にSiOからなるマスク29が形成される。続いて、マスク29がフォトレジスト(図示せず)を介してエッチングされることにより、ボディコンタクト領域14を形成すべき領域に開口30を有するパターンにパターニングされる。開口30の形成後、P型不純物が、エピタキシャル層3の表面31からエピタキシャル層3の内部にインプランテーション(注入)される。このときの注入条件は、P型不純物の種類により異なるが、たとえば、加速エネルギーが30~200keVである。これにより、P型インプラ領域28の表層部に、P型不純物が高濃度でインプランテーションされた領域(P型インプラ領域32)が形成される。P型不純物の注入後、マスク29が除去される。
As a result, as shown in FIG. 2B, a region (P-type implanter region 28) in which P-type impurities are implanted is formed on the surface layer portion of the epitaxial layer 3. By forming the P-type impla region 28, a drain region 4 that is separated from the P-type impla region 28 and maintains the state after epitaxial growth is formed in the base layer portion of the epitaxial layer 3.
Next, as shown in FIG. 2C, a mask 29 made of SiO 2 is formed on the epitaxial layer 3 by the CVD method. Subsequently, the mask 29 is etched via a photoresist (not shown) to be patterned into a pattern having an opening 30 in the region where the body contact region 14 should be formed. After the opening 30 is formed, the P-type impurity is implanted (injected) from the surface 31 of the epitaxial layer 3 into the inside of the epitaxial layer 3. The injection conditions at this time differ depending on the type of P-type impurity, but for example, the acceleration energy is 30 to 200 keV. As a result, a region (P + type implanter region 32) in which P-type impurities are implanted at a high concentration is formed on the surface layer portion of the P-type implanter region 28. After injecting the P-type impurities, the mask 29 is removed.

次いで、図2Dに示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法により、エピタキシャル層3上にSiOからなるマスク33が形成される。続いて、マスク33がフォトレジスト(図示せず)を介してエッチングされることにより、ソース領域13を形成すべき領域に開口34を有するパターンにパターニングされる。開口34の形成後、N型不純物が、エピタキシャル層3の表面31からエピタキシャル層3の内部にインプランテーション(注入)される。このときの注入条件は、N型不純物の種類により異なるが、たとえば、加速エネルギーが30~200keVである。N型不純物の注入後、マスク33が除去される。これにより、P型インプラ領域28の表層部に、N型不純物が高濃度でインプランテーションされた領域(N型インプラ領域35)が形成される。 Next, as shown in FIG. 2D, a mask 33 made of SiO 2 is formed on the epitaxial layer 3 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Subsequently, the mask 33 is etched via a photoresist (not shown) to be patterned into a pattern having an opening 34 in the region where the source region 13 should be formed. After the opening 34 is formed, N-type impurities are implanted (injected) from the surface 31 of the epitaxial layer 3 into the inside of the epitaxial layer 3. The injection conditions at this time differ depending on the type of N-type impurity, but for example, the acceleration energy is 30 to 200 keV. After injecting the N-type impurities, the mask 33 is removed. As a result, a region (N + type implanter region 35) in which N-type impurities are implanted at a high concentration is formed on the surface layer portion of the P-type implanter region 28.

次いで、図2Eに示すように、たとえば、1400~2000℃でエピタキシャル層3が熱処理される。これにより、注入されたN型およびP型不純物が活性化して、エピタキシャル層3の表層部にボディ領域5が形成されるとともに、ボディ領域5の表層部にソース領域13およびボディコンタクト領域14が形成される。
次いで、図2Fに示すように、CVD法、熱酸化法などにより、エピタキシャル層3の表面31全域にSiOからなるマスク36が形成される。なお、マスク36は、CVD法を利用することにより、SiNなどで形成することもできる。
Then, as shown in FIG. 2E, the epitaxial layer 3 is heat-treated at, for example, 1400 to 2000 ° C. As a result, the injected N-type and P-type impurities are activated to form the body region 5 on the surface layer portion of the epitaxial layer 3, and the source region 13 and the body contact region 14 are formed on the surface layer portion of the body region 5. Will be done.
Next, as shown in FIG. 2F, a mask 36 made of SiO 2 is formed over the entire surface 31 of the epitaxial layer 3 by a CVD method, a thermal oxidation method, or the like. The mask 36 can also be formed of SiN or the like by using the CVD method.

次いで、図2Gに示すように、マスク36がフォトレジスト(図示せず)を介してエッチングされることにより、ゲートトレンチ6を形成すべき領域に開口37を有するパターンにパターニングされる。
次いで、図2Hに示すように、SF6(六フッ化硫黄)およびO(酸素)を含む混合ガス(SF6/Oガス)が、開口37を介してエピタキシャル層3の表面31へ入射される。これにより、エピタキシャル層3が表面31(Si面)からドライエッチングされて、表面31に平行な部分(Si面)を有する底面8およびSi面に対して直交する側面7を有するゲートトレンチ6が形成される。ゲートトレンチ6の形成後、マスク36が除去される。
Then, as shown in FIG. 2G, the mask 36 is etched via a photoresist (not shown) to pattern a pattern having an opening 37 in the region where the gate trench 6 should be formed.
Then, as shown in FIG. 2H, a mixed gas (SF6 / O 2 gas) containing SF6 (sulfur hexafluoride) and O 2 (oxygen) is incident on the surface 31 of the epitaxial layer 3 through the opening 37. .. As a result, the epitaxial layer 3 is dry-etched from the surface 31 (Si surface) to form a bottom surface 8 having a portion parallel to the surface 31 (Si surface) and a gate trench 6 having a side surface 7 orthogonal to the Si surface. Will be done. After forming the gate trench 6, the mask 36 is removed.

次いで、図2Iに示すように、SiC基板2が拡散炉内に搬入され、拡散炉内が加熱された状態で窒素含有ガスが供給されることにより、ゲートトレンチ6の内面(側面7および底面8)およびエピタキシャル層3の表面31が熱酸化される。窒素含有ガスとしては、たとえば、NOガス、NOガスなどを用いることができる。また、拡散炉のヒータ温度(加熱温度)は、たとえば、1200~1350℃であり、窒素含有ガスの供給時間(酸化時間)は、たとえば、3~5時間である。ゲートトレンチ6がSiCからなるエピタキシャル層3に形成されていることから、ゲートトレンチ6の内面の酸化は、Si面を有する底面8の酸化レートおよびSi面に直交する面である側面7の酸化レートが、関係式:底面8の酸化レート/側面7の酸化レート<0を満たす条件で進行する。これにより、底面8上の部分(絶縁膜底部11)の厚さが、側面7上の部分(絶縁膜側部10)の厚さよりも小さいゲート絶縁膜9が形成される。 Next, as shown in FIG. 2I, the SiC substrate 2 is carried into the diffusion furnace, and the nitrogen-containing gas is supplied while the inside of the diffusion furnace is heated, so that the inner surface (side surface 7 and bottom surface 8) of the gate trench 6 is supplied. ) And the surface 31 of the epitaxial layer 3 are thermally oxidized. As the nitrogen - containing gas, for example, N2O gas, NO gas and the like can be used. The heater temperature (heating temperature) of the diffusion furnace is, for example, 1200 to 1350 ° C., and the supply time (oxidation time) of the nitrogen-containing gas is, for example, 3 to 5 hours. Since the gate trench 6 is formed in the epitaxial layer 3 made of SiC, the oxidation of the inner surface of the gate trench 6 is the oxidation rate of the bottom surface 8 having the Si surface and the oxidation rate of the side surface 7 which is a surface orthogonal to the Si surface. However, the process proceeds under the condition that the relational expression: the oxidation rate of the bottom surface 8 / the oxidation rate of the side surface 7 <0 is satisfied. As a result, the gate insulating film 9 is formed in which the thickness of the portion on the bottom surface 8 (insulating film bottom portion 11) is smaller than the thickness of the portion on the side surface 7 (insulating film side portion 10).

次いで、図2Jに示すように、CVD法により、ドーピングされたポリシリコン材料がエピタキシャル層3上に堆積される。堆積されたポリシリコン材料は、エッチバック面がエピタキシャル層の表面31に対して面一になるまでエッチバックされる。これにより、ポリシリコン材料におけるゲートトレンチ6外の部分が除去されて、ゲートトレンチ6内に残存するポリシリコン材料からなるゲート電極12が形成される。 Then, as shown in FIG. 2J, the doped polysilicon material is deposited on the epitaxial layer 3 by the CVD method. The deposited polysilicon material is etched back until the etchback surface is flush with the surface 31 of the epitaxial layer. As a result, the portion outside the gate trench 6 in the polysilicon material is removed, and the gate electrode 12 made of the polysilicon material remaining in the gate trench 6 is formed.

次いで、図2Kに示すように、CVD法により、エピタキシャル層3上にSiOからなる層間絶縁膜15が積層される。そして、層間絶縁膜15およびゲート絶縁膜9がパターニングされることにより、層間絶縁膜15およびゲート絶縁膜9にソース領域13およびボディコンタクト領域14を露出させるコンタクトホール16が形成される。
次いで、図2Lに示すように、CVD法により、ポリシリコン材料38がコンタクトホール16を埋め尽くすまで堆積される。
Next, as shown in FIG. 2K, the interlayer insulating film 15 made of SiO 2 is laminated on the epitaxial layer 3 by the CVD method. Then, by patterning the interlayer insulating film 15 and the gate insulating film 9, a contact hole 16 that exposes the source region 13 and the body contact region 14 is formed in the interlayer insulating film 15 and the gate insulating film 9.
Then, as shown in FIG. 2L, the polysilicon material 38 is deposited by the CVD method until the contact hole 16 is filled.

次いで、図2Mに示すように、堆積されたポリシリコン材料38に対してN型またはP型不純物がインプランテーション(注入)される。このときの注入条件は、不純物の種類により異なるが、たとえば、加速エネルギーが10~100keVである。これにより、不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコン層18が形成される。
次いで、図2Nに示すように、スパッタ法、蒸着法などの方法により、ポリシリコン層18の表面にチタンおよび窒化チタンがこの順に堆積されて、中間層19が形成される。続いて、スパッタ法、蒸着法などの方法により、中間層19の表面にアルミニウムが堆積されて、メタル層20が形成される。そして、メタル層20、中間層19およびポリシリコン層18が所定の配線パターンにパターニングされることにより、ソース配線17が形成される。続いて、ゲート電極12に接続されるゲート配線27が形成される。その後、ソース配線17と同様の方法により、SiC基板2の裏面22に、ポリシリコン層24、中間層25およびメタル層26を有するドレイン配線23が形成される。
Then, as shown in FIG. 2M, N-type or P-type impurities are implanted (injected) into the deposited polysilicon material 38. The injection conditions at this time differ depending on the type of impurities, but for example, the acceleration energy is 10 to 100 keV. As a result, the polysilicon layer 18 in which impurities are heavily doped is formed.
Next, as shown in FIG. 2N, titanium and titanium nitride are deposited on the surface of the polysilicon layer 18 in this order by a method such as a sputtering method or a thin-film deposition method to form an intermediate layer 19. Subsequently, aluminum is deposited on the surface of the intermediate layer 19 by a method such as a sputtering method or a thin-film deposition method to form the metal layer 20. Then, the metal layer 20, the intermediate layer 19, and the polysilicon layer 18 are patterned in a predetermined wiring pattern to form the source wiring 17. Subsequently, the gate wiring 27 connected to the gate electrode 12 is formed. After that, the drain wiring 23 having the polysilicon layer 24, the intermediate layer 25, and the metal layer 26 is formed on the back surface 22 of the SiC substrate 2 by the same method as the source wiring 17.

以上の工程を経て、図1に示す半導体装置1が得られる。
以上のように、半導体装置1によれば、ゲートトレンチ6がSiCからなるエピタキシャル層3の表面31(Si面)から掘り下がって形成されている。そのため、ゲートトレンチ6の内面の酸化は、Si面を有する底面8の酸化レートおよびSi面に直交する面である側面7の酸化レートが、関係式:底面8の酸化レート/側面7の酸化レート<0を満たす条件で進行する。
Through the above steps, the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is obtained.
As described above, according to the semiconductor device 1, the gate trench 6 is formed by digging from the surface 31 (Si surface) of the epitaxial layer 3 made of SiC. Therefore, in the oxidation of the inner surface of the gate trench 6, the oxidation rate of the bottom surface 8 having the Si surface and the oxidation rate of the side surface 7 which is a surface orthogonal to the Si surface are related to the relational expression: the oxidation rate of the bottom surface 8 / the oxidation rate of the side surface 7. Proceed under the condition that <0 is satisfied.

上記の製造方法では、ゲートトレンチ6の内面の酸化が、酸素ガスを用いた熱酸化(Dry酸化)や水蒸気(HO)ガスを用いた熱酸化(Wet酸化)とは異なり、窒素含有ガスを用いた熱酸化により行なわれる。そのため、側面7の酸化レートに対する底面8の酸化レートの比(底面8の酸化レート/側面7の酸化レート)を、ゲート絶縁膜がDry酸化もしくはWet酸化で形成される場合に比べて大きくすることができる。 In the above manufacturing method, the oxidation of the inner surface of the gate trench 6 is different from the thermal oxidation using oxygen gas (Dry oxidation) and the thermal oxidation using steam ( H2O ) gas (Wet oxidation), and is a nitrogen-containing gas. It is carried out by thermal oxidation using. Therefore, the ratio of the oxidation rate of the bottom surface 8 to the oxidation rate of the side surface 7 (oxidation rate of the bottom surface 8 / oxidation rate of the side surface 7) should be increased as compared with the case where the gate insulating film is formed by Dry oxidation or Wet oxidation. Can be done.

そして、そのようにして形成されるゲート絶縁膜9は、絶縁膜側部10の厚さTに対する絶縁膜底部11の厚さTの比(絶縁膜底部11の厚さT/絶縁膜側部10の厚さT)が0.3~1.0の範囲である。
絶縁破壊を抑制できる程度に絶縁膜底部11の厚さTを増大させても、(絶縁膜底部11の厚さT/絶縁膜側部10の厚さT1)の下限が0.3であるため、絶縁膜側部10の厚さTの過剰な増大を抑制することができる。一方、上限が1.0であるため、絶縁膜底部11の厚さTを適切な大きさに設計したときに、絶縁膜側部10の厚さTが過剰に小さくなることがない。これらの結果、絶縁膜底部11の厚さTを適切に設計することにより、絶縁膜側部10の厚さTの増大を抑制しつつ、絶縁膜底部11の絶縁破壊を抑制することができる。
The gate insulating film 9 thus formed has a ratio of the thickness T 2 of the insulating film bottom 11 to the thickness T 1 of the insulating film side portion 10 (thickness T 2 of the insulating film bottom 11 / insulating film). The thickness T 1 ) of the side portion 10 is in the range of 0.3 to 1.0.
Even if the thickness T 2 of the insulating film bottom 11 is increased to the extent that dielectric breakdown can be suppressed, the lower limit of (thickness T 2 of the insulating film bottom 11 / thickness T 1 of the insulating film side 10) is 0.3. Therefore, it is possible to suppress an excessive increase in the thickness T 1 of the insulating film side portion 10. On the other hand, since the upper limit is 1.0, the thickness T 1 of the insulating film side portion 10 does not become excessively small when the thickness T 2 of the insulating film bottom portion 11 is designed to have an appropriate size. As a result, by appropriately designing the thickness T 2 of the insulating film bottom portion 11, it is possible to suppress the increase in the thickness T 1 of the insulating film side portion 10 while suppressing the dielectric breakdown of the insulating film bottom portion 11. can.

また、ゲート絶縁膜9が窒素含有ガスを用いた熱酸化により形成される窒化酸化シリコン膜からなるため、VDMOSFETのチャネル移動度を向上させることができる。
図3(a)(b)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の模式平面図であって、図3(a)は全体図、図3(b)は内部拡大図をそれぞれ示す。
この半導体装置41は、SiCを用いたトレンチゲート型パワーVDMOSFET(個別素子)であり、たとえば、平面視正方形のチップ状である。チップ状の半導体装置41は、図3(a)の紙面における左右(上下)方向の長さが数mm程度である。
Further, since the gate insulating film 9 is made of a silicon nitride film formed by thermal oxidation using a nitrogen-containing gas, the channel mobility of the VD MOSFET can be improved.
3 (a) and 3 (b) are schematic plan views of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is an overall view, and FIG. 3 (b) is an internal enlarged view. show.
The semiconductor device 41 is a trench gate type power VDD MOSFET (individual element) using SiC, and is, for example, a chip shape having a square view in a plan view. The chip-shaped semiconductor device 41 has a length of about several mm in the left-right (up-down) direction on the paper surface of FIG. 3A.

半導体装置41は、SiC基板42と、このSiC基板42上に形成され、平面視格子状のゲートトレンチ43により区画された多数の単位セル44とを有している。すなわち、SiC基板42上には、格子状ゲートトレンチ43の各窓部分に配置された直方体状の単位セル44がマトリクス状に整列している。各単位セル44は、たとえば、図3(b)の紙面における左右(上下)方向の長さが10μm以下であり、その中央には表面側からSiC基板42側へ掘り下がった平面視正方形状のソーストレンチ45が形成されている。 The semiconductor device 41 has a SiC substrate 42 and a large number of unit cells 44 formed on the SiC substrate 42 and partitioned by a planar grid-like gate trench 43. That is, on the SiC substrate 42, the rectangular parallelepiped unit cells 44 arranged in each window portion of the grid-like gate trench 43 are arranged in a matrix. Each unit cell 44 has, for example, a length of 10 μm or less in the left-right (up-down) direction on the paper surface of FIG. The source trench 45 is formed.

半導体装置41の表面には、ソースパッド46が形成されている。ソースパッド46は、四隅が外方へ湾曲した平面視略正方形状であり、半導体装置41の表面のほぼ全域を覆うように形成されている。このソースパッド46には、図3(a)の紙面における左右方向やや左寄りに、その一部が平面視略正方形状に除去された除去領域47が形成されている。 A source pad 46 is formed on the surface of the semiconductor device 41. The source pad 46 has a substantially square shape in a plan view in which the four corners are curved outward, and is formed so as to cover almost the entire surface of the semiconductor device 41. The source pad 46 is formed with a removal region 47 in which a part of the source pad 46 is removed in a substantially square shape in a plan view on the left-right side of the paper surface of FIG. 3A.

この除去領域47には、ゲートパッド48が配置されている。ゲートパッド48とソースパッド46との間には間隔が設けられており、これらは互いに絶縁されている。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の模式断面図であって、図3(b)の切断線IV-IVでの切断面を示す。
図4を参照して半導体装置41の断面構造を説明する。半導体装置41は、N型(たとえば、濃度が1e18~1e21cm-3)のSiC基板42を備えている。このSiC基板42は、その表面49(上面)がSi面であり、その裏面50(下面)がC面である。
A gate pad 48 is arranged in the removal area 47. Spacing is provided between the gate pad 48 and the source pad 46, which are isolated from each other.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, showing a cut surface at the cut line IV-IV of FIG. 3 (b).
The cross-sectional structure of the semiconductor device 41 will be described with reference to FIG. The semiconductor device 41 includes an N + type (for example, a concentration of 1e18 to 1e21 cm -3 ) SiC substrate 42. The surface 49 (upper surface) of the SiC substrate 42 is the Si surface, and the back surface 50 (lower surface) thereof is the C surface.

SiC基板42上には、SiC基板42よりも低濃度のN型(たとえば、濃度が1e15~1e17cm-3)のSiCからなるエピタキシャル層51が積層されている。半導体層としてのエピタキシャル層51は、SiC基板42上に、いわゆるエピタキシャル成長によって形成されている。Si面である表面49上に形成されるエピタキシャル層51は、Si面を成長主面として成長させられる。したがって、成長により形成されるエピタキシャル層51の表面52は、SiC基板42の表面49と同様、Si面である。 On the SiC substrate 42, an epitaxial layer 51 made of N - type (for example, a concentration of 1e15 to 1e17 cm -3 ), which has a lower concentration than that of the SiC substrate 42, is laminated. The epitaxial layer 51 as a semiconductor layer is formed on the SiC substrate 42 by so-called epitaxial growth. The epitaxial layer 51 formed on the surface 49, which is the Si surface, is grown with the Si surface as the main growth surface. Therefore, the surface 52 of the epitaxial layer 51 formed by growth is a Si surface like the surface 49 of the SiC substrate 42.

エピタキシャル層51の表面52側(Si面側)には、P型のボディ領域53が広範囲にわたってウェル状に形成されていて、その濃度は、たとえば、1e16~1e19cm-3である。また、エピタキシャル層51において、ボディ領域53よりもSiC基板42側(C面側)の領域は、エピタキシャル成長後のままの状態が維持された、N型のドレイン領域54(ドリフト領域)となっている。 On the surface 52 side (Si surface side) of the epitaxial layer 51, a P-shaped body region 53 is formed in a well shape over a wide range, and the concentration thereof is, for example, 1e16 to 1e19 cm -3 . Further, in the epitaxial layer 51, the region on the SiC substrate 42 side (C surface side) with respect to the body region 53 becomes an N - type drain region 54 (drift region) in which the state after epitaxial growth is maintained. There is.

ボディ領域53内には、その表面52側のほぼ全域にN型(たとえば、濃度が1e18~1e21cm-3)のソース領域55と、このソース領域55よりもSiC基板42側(下方)にP型(たとえば、濃度が1e18~1e21cm-3)のボディコンタクト領域56とが形成されている。ボディコンタクト領域56は、マトリクス状に多数形成されている。 In the body region 53, an N + type (for example, a concentration of 1e18 to 1e21 cm -3 ) source region 55 is located almost entirely on the surface 52 side, and P is located on the SiC substrate 42 side (below) of the source region 55. A + type (for example, a concentration of 1e18 to 1e21 cm -3 ) body contact region 56 is formed. A large number of body contact regions 56 are formed in a matrix.

そして、個々のボディコンタクト領域56を貫通するようにソーストレンチ45がボディコンタクト領域56と同数形成されており、ソーストレンチ45が形成された各ボディコンタクト領域56を取り囲むように、格子状のゲートトレンチ43が形成されている。これにより、エピタキシャル層51に、それぞれが電界効果トランジスタとして機能する単位セル44が多数形成されている。すなわち、単位セル44では、ボディコンタクト領域56がソーストレンチ45を取り囲むように形成されており、さらにそのボディコンタクト領域56を取り囲むようにボディ領域53が形成されている。そして、ボディ領域53におけるボディコンタクト領域56側の反対側は、ゲートトレンチ43の側面に露出している。また、単位セル44では、ゲートトレンチ43の深さ方向がゲート長方向であり、そのゲート長方向に直交する各単位セル44の周方向がゲート幅方向である。 The same number of source trenches 45 as the body contact regions 56 are formed so as to penetrate the individual body contact regions 56, and a grid-like gate trench is formed so as to surround each body contact region 56 in which the source trench 45 is formed. 43 is formed. As a result, a large number of unit cells 44, each of which functions as a field effect transistor, are formed on the epitaxial layer 51. That is, in the unit cell 44, the body contact region 56 is formed so as to surround the source trench 45, and the body region 53 is further formed so as to surround the body contact region 56. The opposite side of the body region 53 on the body contact region 56 side is exposed on the side surface of the gate trench 43. Further, in the unit cell 44, the depth direction of the gate trench 43 is the gate length direction, and the circumferential direction of each unit cell 44 orthogonal to the gate length direction is the gate width direction.

ソーストレンチ45およびゲートトレンチ43は、その両方がエピタキシャル層51の表面52からボディ領域53を貫通してドレイン領域54に達しており、この実施形態では、それらの深さは同じである。また、ソーストレンチ45の側面59とゲートトレンチ43の側面57との距離D1は、たとえば、0.5~3μmである。距離D1がこの範囲であれば、各単位セル44をオンしたときの抵抗値(オン抵抗)の上昇を抑制でき、ゲートトレンチ43の底部にかかる電界を緩和することができる。 Both the source trench 45 and the gate trench 43 penetrate the body region 53 from the surface 52 of the epitaxial layer 51 to reach the drain region 54, and in this embodiment, they have the same depth. The distance D1 between the side surface 59 of the source trench 45 and the side surface 57 of the gate trench 43 is, for example, 0.5 to 3 μm. When the distance D1 is within this range, an increase in the resistance value (on resistance) when each unit cell 44 is turned on can be suppressed, and the electric field applied to the bottom of the gate trench 43 can be relaxed.

ゲートトレンチ43は、その底部におけるゲート幅に直交する方向(隣接する単位セル44との対向方向)の両端角部61がドレイン領域54側へ向かって湾曲していて、互いに対向する側面57と底面58とが湾曲面を介して連続する断面U字状である。さらに、ソーストレンチ45も、ゲートトレンチ43同様、互いに対向する側面59と底面60とが湾曲面を介して連続する断面U字状である。これにより、単位セル44のターンオフ時に、ゲートトレンチ43の底部における両端角部61に加わる電界を、両端角部61以外の部分へ分散させることができるため、後述するゲート絶縁膜63における底面58上の部分(絶縁膜底部64)の絶縁破壊を抑制することができる。 In the gate trench 43, both end corners 61 in a direction orthogonal to the gate width at the bottom thereof (direction facing the adjacent unit cell 44) are curved toward the drain region 54 side, and the side surfaces 57 and the bottom surface facing each other are curved. 58 is a U-shaped cross section continuous with the curved surface. Further, the source trench 45 also has a U-shaped cross section in which the side surfaces 59 and the bottom surface 60 facing each other are continuous with each other via a curved surface, like the gate trench 43. As a result, when the unit cell 44 is turned off, the electric field applied to both end corners 61 at the bottom of the gate trench 43 can be dispersed to a portion other than the end corners 61, so that the electric field can be dispersed to a portion other than the end corners 61. Dielectric breakdown of the portion (insulation film bottom 64) can be suppressed.

ドレイン領域54において、ゲートトレンチ43の底面58からその厚さ方向途中部に至る部分には、P型不純物(たとえば、B(ホウ素)、Al(アルミニウム)など)のインプランテーションにより形成されたインプラ層としてのインプラ活性層62が形成されている。インプラ活性層62は、平面視でゲートトレンチ43に重なる格子状に、隣接する単位セル44間の距離よりも幅狭な形状に形成されている。インプラ活性層62の深さは、この実施形態では、たとえば、0.1~0.5μmである。 In the drain region 54, an implanter layer formed by implantation of P-type impurities (for example, B (boron), Al (aluminum), etc.) in a portion extending from the bottom surface 58 of the gate trench 43 to the middle portion in the thickness direction thereof. Impurity active layer 62 is formed. The impla active layer 62 is formed in a grid pattern overlapping the gate trench 43 in a plan view, and has a shape narrower than the distance between adjacent unit cells 44. The depth of the impla active layer 62 is, for example, 0.1 to 0.5 μm in this embodiment.

このインプラ活性層62は、エピタキシャル層51における周囲の領域(たとえば、ドレイン領域54)よりも抵抗値が高い高抵抗層であり、その抵抗値は、たとえば、数十k~数百kΩ/□である。また、インプラ活性層62のP型不純物濃度は、たとえば、1e16~1e21cm-3である。
ゲートトレンチ43の内面には、その全域を覆うように、ゲート絶縁膜63が形成されている。ゲート絶縁膜63は、窒素を含有する酸化膜、たとえば、窒素および酸素を含有するガスを用いた熱酸化により形成される窒化酸化シリコン膜からなる。ゲート絶縁膜63における窒素含有量(窒素濃度)は、たとえば、0.1~10%である。
The impla active layer 62 is a high resistance layer having a higher resistance value than the surrounding region (for example, the drain region 54) in the epitaxial layer 51, and the resistance value is, for example, several tens k to several hundreds kΩ / □. be. The concentration of P-type impurities in the impla active layer 62 is, for example, 1e16 to 1e21cm -3 .
A gate insulating film 63 is formed on the inner surface of the gate trench 43 so as to cover the entire area thereof. The gate insulating film 63 is made of a nitrogen-containing oxide film, for example, a silicon nitride film formed by thermal oxidation using a gas containing nitrogen and oxygen. The nitrogen content (nitrogen concentration) in the gate insulating film 63 is, for example, 0.1 to 10%.

このゲート絶縁膜63は、ゲートトレンチ43の底面58上の部分(絶縁膜底部64)の厚さTが、ゲートトレンチ43の側面57上の部分(絶縁膜側部65)の厚さTよりも小さく、厚さTに対する厚さTの比(厚さT/厚さT)が、0.3~1.0であり、好ましくは、0.5~1.0である。また、双方の厚さの具体的な大きさは、たとえば、厚さTが300~1000Åであり、厚さTが150~500Åである。絶縁膜側部65の厚さTが上記範囲であれば、適当なゲートオン電圧で半導体装置41を動作させることができ、効率的なトランジスタ動作を達成できる。 In the gate insulating film 63, the thickness T 4 of the portion on the bottom surface 58 of the gate trench 43 (insulating film bottom portion 64) is the thickness T 3 of the portion on the side surface 57 of the gate trench 43 (insulating film side portion 65). The ratio of the thickness T 4 to the thickness T 3 (thickness T 4 / thickness T 3 ) is 0.3 to 1.0, preferably 0.5 to 1.0. .. The specific magnitudes of both thicknesses are, for example, a thickness T 3 of 300 to 1000 Å and a thickness T 4 of 150 to 500 Å. When the thickness T 3 of the insulating film side portion 65 is within the above range, the semiconductor device 41 can be operated with an appropriate gate-on voltage, and efficient transistor operation can be achieved.

そして、ゲート絶縁膜63の内側をN型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコン材料で埋め尽くすことにより、ゲートトレンチ43内にゲート電極66が埋設されている。
エピタキシャル層51上には、SiOからなる層間絶縁膜67が積層されている。層間絶縁膜67およびゲート絶縁膜63には、各単位セル44のソーストレンチ45およびソース領域55の表面を露出させるコンタクトホール68が形成されている。
The gate electrode 66 is embedded in the gate trench 43 by filling the inside of the gate insulating film 63 with a polysilicon material doped with a high concentration of N-type impurities.
An interlayer insulating film 67 made of SiO 2 is laminated on the epitaxial layer 51. The interlayer insulating film 67 and the gate insulating film 63 are formed with contact holes 68 that expose the surfaces of the source trench 45 and the source region 55 of each unit cell 44.

層間絶縁膜67上には、ソース配線69が形成されている。ソース配線69は、各コンタクトホール68を介して、すべての単位セル44のソーストレンチ45に一括して入り込んでいて、各単位セル44において、ソーストレンチ45の底側から順にドレイン領域54、ボディコンタクト領域56およびソース領域55に接触している。つまり、ソース配線69は、すべての単位セル44に対して共通の配線となっている。そして、このソース配線69上には層間絶縁膜(図示せず)が形成されており、その層間絶縁膜(図示せず)を介して、ソース配線69がソースパッド46(図3(a)参照)に電気的に接続されている。一方、ゲートパッド48(図3(a)参照)は、当該層間絶縁膜(図示せず)上に引き回されたゲート配線(図示せず)を介して、ゲート電極66に電気的に接続されている。 A source wiring 69 is formed on the interlayer insulating film 67. The source wiring 69 collectively enters the source trench 45 of all the unit cells 44 through each contact hole 68, and in each unit cell 44, the drain region 54 and the body contact are sequentially formed from the bottom side of the source trench 45. It is in contact with the region 56 and the source region 55. That is, the source wiring 69 is common wiring for all the unit cells 44. An interlayer insulating film (not shown) is formed on the source wiring 69, and the source wiring 69 is connected to the source pad 46 (see FIG. 3A) via the interlayer insulating film (not shown). ) Is electrically connected. On the other hand, the gate pad 48 (see FIG. 3A) is electrically connected to the gate electrode 66 via a gate wiring (not shown) routed over the interlayer insulating film (not shown). ing.

また、ソース配線69は、エピタキシャル層51との接触側から順にポリシリコン層70、中間層71およびメタル層72を有している。
ポリシリコン層70は、不純物がドーピングされたドープトポリシリコンを用いて形成されたドープ層であり、たとえば、1e19~1e21cm-3の高濃度で不純物がドーピングされた高濃度ドープ層である。ポリシリコン層70をドープ層(高濃度ドープ層を含む)として形成するときの不純物としては、N(窒素)、P(リン)、As(ひ素)などのN型不純物、Al(アルミニウム)、B(ホウ素)などのP型不純物を用いることができる。また、ポリシリコン層70の厚さは、たとえば、5000~10000Åである。
Further, the source wiring 69 has a polysilicon layer 70, an intermediate layer 71, and a metal layer 72 in this order from the contact side with the epitaxial layer 51.
The polysilicon layer 70 is a dope layer formed by using an impurity-doped doped layer, for example, a high-concentration doped layer in which impurities are doped at a high concentration of 1e19 to 1e21cm -3 . Impurities when the polyvinyl silicon layer 70 is formed as a doping layer (including a high-concentration doping layer) include N-type impurities such as N (nitrogen), P (phosphorus), and As (arsenic), Al (aluminum), and B. P-type impurities such as (boron) can be used. Further, the thickness of the polysilicon layer 70 is, for example, 5000 to 10000 Å.

また、ポリシリコン層70は、この実施形態では、コンタクトホール68内に露出する単位セル44の表面全域を覆うように形成されていて、ソーストレンチ45内でドレイン領域54、ボディコンタクト領域56およびソース領域55に接触している。
ソース配線69におけるドレイン領域54、ボディコンタクト領域56およびソース領域55との接触層にポリシリコンを用いることにより、ソース配線69を、高濃度な不純物領域であるボディコンタクト領域56およびソース領域55の両方に対してオーミック接合させることができる。一方で、低濃度なドレイン領域54に対しては、半導体装置41に内在するボディダイオード73(ボディ領域53とドレイン領域54との接合により形成されるPNダイオード)の拡散電位よりも接合障壁の小さいヘテロジャンクション接合を形成することができる。
Further, in this embodiment, the polysilicon layer 70 is formed so as to cover the entire surface of the unit cell 44 exposed in the contact hole 68, and the drain region 54, the body contact region 56, and the source are formed in the source trench 45. It is in contact with the region 55.
By using polysilicon for the contact layer with the drain region 54, the body contact region 56, and the source region 55 in the source wiring 69, the source wiring 69 is provided to both the body contact region 56 and the source region 55, which are high-concentration impurity regions. Can be ohmic-bonded to. On the other hand, for the low-concentration drain region 54, the junction barrier is smaller than the diffusion potential of the body diode 73 (PN diode formed by the junction between the body region 53 and the drain region 54) inherent in the semiconductor device 41. Heterojunction junctions can be formed.

ところで、半導体装置41に内在するボディダイオード73に電流が流れると、ボディ領域53からドレイン領域54に移動した正孔(ホール)がドレイン領域54内で電子と再結合し、その際に生じる結合エネルギーによって、エピタキシャル層51におけるSiC結晶の欠陥が面内に広がる場合がある。この結晶欠陥は抵抗値が高いので、結晶欠陥がゲートトレンチ43側へ拡大すると、結晶欠陥が通常のトランジスタ動作の妨げとなって、オン抵抗が上昇するおそれがある。 By the way, when a current flows through the body diode 73 inherent in the semiconductor device 41, the holes moved from the body region 53 to the drain region 54 are recombined with electrons in the drain region 54, and the binding energy generated at that time is generated. As a result, defects in the SiC crystal in the epitaxial layer 51 may spread in the plane. Since this crystal defect has a high resistance value, if the crystal defect expands toward the gate trench 43, the crystal defect may interfere with normal transistor operation and the on-resistance may increase.

これに対し、この実施形態のように、ポリシリコン層70とドレイン領域54との接触によりヘテロジャンクション接合が形成されていれば、ソース-ドレイン間に逆電圧がかかって、上記ボディダイオード73に電流が流れる状態になっても、ボディダイオード73側よりもヘテロジャンクション接合側に優先的に電流を流すことができる。その結果、SiCの結晶欠陥の拡大を防止することができ、オン抵抗の上昇を抑制することができる。 On the other hand, if a heterojunction junction is formed by contact between the polysilicon layer 70 and the drain region 54 as in this embodiment, a reverse voltage is applied between the source and drain, and a current is applied to the body diode 73. Even if the current flows, the current can flow preferentially to the heterojunction junction side rather than the body diode 73 side. As a result, it is possible to prevent the expansion of the crystal defects of SiC and suppress the increase of the on-resistance.

中間層71は、ポリシリコン層70上に積層されており、Ti(チタン)を含有する層の単層もしくはその層を有する複数の層からなる。Tiを含有する層は、Ti、TiN(窒化チタン)などを用いて形成することができる。また、中間層71の厚さは、たとえば、200~500nmである。
メタル層72は、中間層71上に積層されており、たとえば、Al(アルミニウム)、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)、Mo(モリブデン)、それらの合金およびそれらを含有するメタル材料を用いて形成されている。メタル層72は、ソース配線69の最表層をなしている。また、メタル層72の厚さは、たとえば、1~5μmである。
The intermediate layer 71 is laminated on the polysilicon layer 70, and is composed of a single layer of a layer containing Ti (titanium) or a plurality of layers having the layer thereof. The layer containing Ti can be formed by using Ti, TiN (titanium nitride) or the like. The thickness of the intermediate layer 71 is, for example, 200 to 500 nm.
The metal layer 72 is laminated on the intermediate layer 71 and contains, for example, Al (aluminum), Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), Mo (molybdenum), their alloys and them. It is formed using a metal material. The metal layer 72 forms the outermost layer of the source wiring 69. The thickness of the metal layer 72 is, for example, 1 to 5 μm.

上記のようなポリシリコン層70、中間層71およびメタル層72の組み合わせとしては、具体的には、Poly-Si(ポリシリコン層70)、Ti(中間層71)、TiN(中間層71)およびAl(メタル層72)が順に積層される積層構造(Poly-Si/Ti/TiN/Al)が例示できる。
SiC基板42の裏面50には、その全域を覆うようにドレイン電極74が形成されている。このドレイン電極74は、すべての単位セル44に対して共通の電極となっている。ドレイン電極74としては、たとえば、SiC基板42側から順にTiおよびAlが積層された積層構造(Ti/Al)が例示できる。
Specific examples of the combination of the polysilicon layer 70, the intermediate layer 71, and the metal layer 72 as described above include Poly-Si (polysilicon layer 70), Ti (intermediate layer 71), TiN (intermediate layer 71), and TiN (intermediate layer 71). An example is a laminated structure (Poly—Si / Ti / TiN / Al) in which Al (metal layer 72) is laminated in order.
A drain electrode 74 is formed on the back surface 50 of the SiC substrate 42 so as to cover the entire area thereof. The drain electrode 74 is a common electrode for all unit cells 44. As the drain electrode 74, for example, a laminated structure (Ti / Al) in which Ti and Al are laminated in order from the SiC substrate 42 side can be exemplified.

ソースパッド46(ソース配線69)とドレイン電極74との間(ソース-ドレイン間)に所定の電位差を発生させた状態で、ゲートパッド48に所定の電圧(ゲート閾値電圧以上の電圧)が印加されることにより、ゲート電極66からの電界によりボディ領域53におけるゲート絶縁膜63との界面近傍にチャネルが形成される。これにより、ソース配線69とドレイン電極74との間に電流が流れ、VDMOSFETがオン状態となる。 A predetermined voltage (voltage equal to or higher than the gate threshold voltage) is applied to the gate pad 48 in a state where a predetermined potential difference is generated between the source pad 46 (source wiring 69) and the drain electrode 74 (between the source and the drain). As a result, the electric field from the gate electrode 66 forms a channel in the vicinity of the interface with the gate insulating film 63 in the body region 53. As a result, a current flows between the source wiring 69 and the drain electrode 74, and the VD MOSFET is turned on.

図5A~図5Uは、図4に示す半導体装置の製造方法を説明するための模式断面図である。
まず、図5Aに示すように、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法、LPE(Liquid Phase Epitaxy:液相エピタキシ)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシ)法などのエピタキシャル成長法により、SiC基板42の表面49(Si面)上に、不純物をドーピングしながらSiC結晶が成長させられる。これにより、SiC基板42上に、N型のエピタキシャル層51が形成される。
5A to 5U are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG.
First, as shown in FIG. 5A, an epitaxial growth method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an LPE (Liquid Phase Epitaxy) method, or an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method is used. , SiC crystals are grown on the surface 49 (Si surface) of the SiC substrate 42 while doping impurities. As a result, an N - type epitaxial layer 51 is formed on the SiC substrate 42.

続いて、図5Bに示すように、P型不純物が、エピタキシャル層51の表面52からエピタキシャル層51の内部にインプランテーション(注入)される。このときの注入条件は、P型不純物の種類により異なるが、たとえば、加速エネルギーが200~3000keVである。
次いで、図5Cに示すように、CVD法により、エピタキシャル層51上にSiOからなるマスク75が形成される。続いて、マスク75がフォトレジスト(図示せず)を介してエッチングされることにより、ボディコンタクト領域56を形成すべき領域に開口76を有するパターンにパターニングされる。開口76の形成後、P型不純物が、エピタキシャル層51の表面52からエピタキシャル層51の内部にインプランテーション(注入)される。このときの注入条件は、P型不純物の種類により異なるが、たとえば、加速エネルギーが30~400keVである。P型不純物の注入後、マスク75が除去される。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, the P-type impurity is implanted (injected) from the surface 52 of the epitaxial layer 51 into the inside of the epitaxial layer 51. The injection conditions at this time differ depending on the type of P-type impurity, but for example, the acceleration energy is 200 to 3000 keV.
Next, as shown in FIG. 5C, a mask 75 made of SiO 2 is formed on the epitaxial layer 51 by the CVD method. Subsequently, the mask 75 is etched via a photoresist (not shown) to pattern a pattern having an opening 76 in the region where the body contact region 56 should be formed. After the opening 76 is formed, P-type impurities are implanted (injected) from the surface 52 of the epitaxial layer 51 into the inside of the epitaxial layer 51. The injection conditions at this time differ depending on the type of P-type impurity, but for example, the acceleration energy is 30 to 400 keV. After injecting the P-type impurities, the mask 75 is removed.

次いで、図5Dに示すように、N型不純物が、エピタキシャル層51の表面52からエピタキシャル層51の内部にインプランテーション(注入)される。このときの注入条件は、N型不純物の種類により異なるが、たとえば、加速エネルギーが30~400keVである。
次いで、図5Eに示すように、CVD法、熱酸化法などにより、エピタキシャル層51の表面52全域にSiOからなるマスク77が形成される。なお、マスク77は、CVD法を利用することにより、SiNなどで形成することもできる。続いて、マスク77がフォトレジスト(図示せず)を介してエッチングされることにより、ゲートトレンチ43およびソーストレンチ45を形成すべき領域に開口78を有するパターンにパターニングされる。開口78の形成後、たとえば、SF6(六フッ化硫黄)およびO(酸素)を含む混合ガス(SF6/Oガス)、SF6、OおよびHBr(臭化水素)を含む混合ガス(SF6/O/HBrガス)が、開口78を介してエピタキシャル層51の表面52へ入射される。これにより、エピタキシャル層51が表面52(Si面)からドライエッチングされて、ゲートトレンチ43およびソーストレンチ45が同時に形成される。それとともに、エピタキシャル層51に多数の単位セル44が形成される。
Then, as shown in FIG. 5D, the N-type impurity is implanted (injected) from the surface 52 of the epitaxial layer 51 into the inside of the epitaxial layer 51. The injection conditions at this time differ depending on the type of N-type impurity, but for example, the acceleration energy is 30 to 400 keV.
Next, as shown in FIG. 5E, a mask 77 made of SiO 2 is formed over the entire surface 52 of the epitaxial layer 51 by a CVD method, a thermal oxidation method, or the like. The mask 77 can also be formed of SiN or the like by using the CVD method. Subsequently, the mask 77 is etched via a photoresist (not shown) to pattern a pattern having openings 78 in the regions where the gate trench 43 and the source trench 45 should be formed. After forming the opening 78, for example, a mixed gas containing SF6 (sulfur hexafluoride) and O 2 (oxygen) (SF6 / O 2 gas), a mixed gas containing SF6, O 2 and HBr (hydrogen bromide) (SF6). / O 2 / HBr gas) is incident on the surface 52 of the epitaxial layer 51 through the opening 78. As a result, the epitaxial layer 51 is dry-etched from the surface 52 (Si surface) to form the gate trench 43 and the source trench 45 at the same time. At the same time, a large number of unit cells 44 are formed in the epitaxial layer 51.

次いで、図5Fに示すように、Oガスを用いた熱酸化法(Dry酸化)により、ゲートトレンチ43の内面およびソーストレンチ45の内面が酸化される。これにより、ストッパ膜79が形成される。なお、このストッパ膜79の厚さは全体的に一様でない場合があるが、図5F~図5Iでは、便宜上、ストッパ膜79が一様な厚さを有する場合を表している。 Next, as shown in FIG. 5F, the inner surface of the gate trench 43 and the inner surface of the source trench 45 are oxidized by a thermal oxidation method (dry oxidation) using O 2 gas. As a result, the stopper film 79 is formed. The thickness of the stopper film 79 may not be uniform as a whole, but FIGS. 5F to 5I show a case where the stopper film 79 has a uniform thickness for convenience.

次いで、図5Gに示すように、CVD法により、ゲートトレンチ43およびソーストレンチ45を形成するためのマスク77の材料(SiO)とは異なる材料であるポリシリコン材料が、エピタキシャル層51上にストッパ膜79の表面全域およびマスク77の表面全域が覆い尽くされるまで堆積される。これにより、ストッパ膜79上およびマスク77上に、保護マスク80が形成される。保護マスク80の厚さは、たとえば、0.1~0.5μmとなるように制御される。 Next, as shown in FIG. 5G, a polysilicon material, which is a material different from the material (SiO 2 ) of the mask 77 for forming the gate trench 43 and the source trench 45, is put on the epitaxial layer 51 by the CVD method. It is deposited until the entire surface of the film 79 and the entire surface of the mask 77 are covered. As a result, the protective mask 80 is formed on the stopper film 79 and the mask 77. The thickness of the protective mask 80 is controlled to be, for example, 0.1 to 0.5 μm.

次いで、図5Hに示すように、保護マスク80が、エピタキシャル層51の上方からエッチバックされる。エッチバックは、保護マスク80におけるソーストレンチ45の底面60上の部分をマスクした状態で行なわれ、ストッパ膜79およびマスク77によりエッチングが停止するまで続けられる。これにより、保護マスク80におけるゲートトレンチ43の底面58上の部分のみが除去され、保護マスク80におけるゲートトレンチ43の側面57およびソーストレンチ45の底面60および側面59を覆う部分が残存する。 Then, as shown in FIG. 5H, the protective mask 80 is etched back from above the epitaxial layer 51. Etching back is performed in a state where the portion of the protective mask 80 on the bottom surface 60 of the source trench 45 is masked, and is continued until the etching is stopped by the stopper film 79 and the mask 77. As a result, only the portion of the protective mask 80 on the bottom surface 58 of the gate trench 43 is removed, and the portion of the protective mask 80 that covers the side surface 57 of the gate trench 43 and the bottom surface 60 and the side surface 59 of the source trench 45 remains.

次いで、図5Iに示すように、P型不純物が、ストッパ膜79を介してゲートトレンチ43の底面58からエピタキシャル層51の内部にインプランテーション(注入)される。このときの注入条件は、P型不純物の種類により異なるが、たとえば、加速エネルギーが30~400keVである。
次いで、図5Jに示すように、ウェットエッチングにより、保護マスク80が除去され、続いて、マスク77およびストッパ膜79が除去される。
Then, as shown in FIG. 5I, the P-type impurity is implanted (injected) into the epitaxial layer 51 from the bottom surface 58 of the gate trench 43 via the stopper membrane 79. The injection conditions at this time differ depending on the type of P-type impurity, but for example, the acceleration energy is 30 to 400 keV.
Then, as shown in FIG. 5J, the protective mask 80 is removed by wet etching, followed by the mask 77 and the stopper film 79.

その後、図5Kに示すように、エピタキシャル層51の表面52全域に有機材料膜81が形成される。有機材料膜81は、カーボン(炭素)を含有する材料であり、たとえば、フォトレジストとして用いられる有機材料(たとえば、ポリイミドなど)などを適用することができる。このような有機材料膜81は、たとえば、スピンコータなどを用いて形成される。 After that, as shown in FIG. 5K, the organic material film 81 is formed over the entire surface 52 of the epitaxial layer 51. The organic material film 81 is a material containing carbon (carbon), and for example, an organic material used as a photoresist (for example, polyimide) can be applied. Such an organic material film 81 is formed by using, for example, a spin coater or the like.

有機材料膜81の形成後、SiC基板42が抵抗加熱炉82に装入される。抵抗加熱炉82としては、被加熱体がセットされる抵抗加熱炉82内の気密性を確保できるとともに、抵抗加熱炉82内に各種ガスを導入することができる装置であれば、特に制限されず、その加熱方式は、直接加熱方式、間接加熱方式のいずれであってもよい。
そして、SiC基板42が抵抗加熱炉82内にセットされた状態で、抵抗加熱炉82内に不活性ガス(たとえば、N、Arなど)が導入されるとともに、抵抗加熱炉82が昇温制御(第1の昇温制御)される。
After the formation of the organic material film 81, the SiC substrate 42 is charged into the resistance heating furnace 82. The resistance heating furnace 82 is not particularly limited as long as it is a device capable of ensuring airtightness in the resistance heating furnace 82 in which the heating element is set and introducing various gases into the resistance heating furnace 82. The heating method may be either a direct heating method or an indirect heating method.
Then, with the SiC substrate 42 set in the resistance heating furnace 82, an inert gas (for example, N2 , Ar, etc.) is introduced into the resistance heating furnace 82, and the resistance heating furnace 82 is controlled to raise the temperature. (First temperature rise control).

この第1の昇温制御では、図6に示すように、加熱温度が、たとえば、35~45分掛けて100℃から1000℃まで上昇するように制御され、上昇後、たとえば、5~10分間、加熱温度が1000℃に保持(第1の温度保持)される。この昇温および温度保持により、有機材料膜81中のカーボン以外の元素が蒸発し、図5Lに示すように、有機材料膜81がカーボン膜83に変質する。したがって、エピタキシャル層51の表面52は、その全域がカーボン膜83に覆われる。 In this first temperature rise control, as shown in FIG. 6, the heating temperature is controlled to rise from 100 ° C. to 1000 ° C. over, for example, 35 to 45 minutes, and after the rise, for example, 5 to 10 minutes. , The heating temperature is maintained at 1000 ° C. (first temperature retention). By this temperature rise and temperature maintenance, the elements other than carbon in the organic material film 81 evaporate, and as shown in FIG. 5L, the organic material film 81 is transformed into the carbon film 83. Therefore, the entire surface 52 of the epitaxial layer 51 is covered with the carbon film 83.

続いて、抵抗加熱炉82内を不活性雰囲気に維持したまま、抵抗加熱炉82がさらに昇温制御(第2の昇温制御)される。
この第2の昇温制御では、図6に示すように、加熱温度が、たとえば、30~60分掛けて1000℃から1600℃まで上昇するように制御される。上昇後、たとえば、5~10分間、加熱温度が1600℃に保持(第2の温度保持)される。この昇温および温度保持により、エピタキシャル層51の表層部に注入された個々のN型不純物およびP型不純物のイオンが活性化され、図5Mに示すように、注入された箇所に応じて、ボディ領域53、ソース領域55、ボディコンタクト領域56がそれぞれ形成される。また、エピタキシャル層51の基層部には、エピタキシャル成長後のままの状態を維持するドレイン領域54が形成される。
Subsequently, the resistance heating furnace 82 is further controlled to raise the temperature (second temperature rise control) while maintaining the inside of the resistance heating furnace 82 in the inert atmosphere.
In this second temperature rise control, as shown in FIG. 6, the heating temperature is controlled to rise from 1000 ° C. to 1600 ° C. over, for example, 30 to 60 minutes. After the rise, the heating temperature is maintained at 1600 ° C. (second temperature retention) for, for example, 5 to 10 minutes. By this temperature rise and temperature maintenance, the ions of the individual N-type impurities and P-type impurities injected into the surface layer portion of the epitaxial layer 51 are activated, and as shown in FIG. 5M, the body is subjected to the injection location. A region 53, a source region 55, and a body contact region 56 are formed, respectively. Further, a drain region 54 that maintains the state after epitaxial growth is formed in the base layer portion of the epitaxial layer 51.

次いで、抵抗加熱炉82内を不活性雰囲気に維持したまま、抵抗加熱炉82が降温制御される。
降温制御では、図6に示すように、加熱温度が、たとえば、15~30分掛けて1600℃から1300℃まで降下するように制限(降温制限)される。降温後、加熱温度が1300℃に保持(第3の温度保持)された状態で、抵抗加熱炉82内に、たとえば、5~10分間、窒素・酸素含有ガスが導入される。窒素・酸素含有ガスの導入により、図5Nに示すように、カーボン膜83がガス中の酸素と反応して酸化除去される。導入される窒素・酸素含有ガスとしては、少なくともNO(一酸化二窒素)を含有するガスを用いることができ、NO(一酸化窒素)を含有していてもよい。さらにNOガスは、導入されるガスの総流量に対して30%以下、好ましくは、1~30%の流量比で供給される。
Next, the temperature of the resistance heating furnace 82 is controlled to be lowered while the inside of the resistance heating furnace 82 is maintained in the inert atmosphere.
In the temperature lowering control, as shown in FIG. 6, the heating temperature is limited (temperature lowering limitation) so as to drop from 1600 ° C. to 1300 ° C. over 15 to 30 minutes, for example. After the temperature is lowered, the nitrogen / oxygen-containing gas is introduced into the resistance heating furnace 82 in a state where the heating temperature is maintained at 1300 ° C. (third temperature retention) for, for example, 5 to 10 minutes. By introducing the nitrogen / oxygen-containing gas, as shown in FIG. 5N, the carbon film 83 reacts with oxygen in the gas to be oxidized and removed. As the nitrogen / oxygen-containing gas to be introduced, a gas containing at least N2O (nitrous oxide) can be used, and NO (nitrogen monoxide) may be contained. Further, the N2O gas is supplied at a flow rate ratio of 30% or less, preferably 1 to 30%, based on the total flow rate of the introduced gas.

その後、抵抗加熱炉82内に窒素・酸素含有ガスを同じ流量で導入しながら、さらに、たとえば、200~240分間、加熱温度が1300℃に保持(第4の温度保持)される。これにより、エピタキシャル層51の表面52が酸化されて、図5Oに示すように、表面52全域を覆う窒化酸化シリコン膜(ゲート絶縁膜63)が形成される。
ゲート絶縁膜63の形成後、抵抗加熱炉82内に不活性ガス(たとえば、N2、Arなど)が再度導入されるとともに、加熱温度が、1300℃から300℃まで降下するように制御される。降温後、SiC基板42が抵抗加熱炉82から取り出される。
After that, while introducing the nitrogen / oxygen-containing gas into the resistance heating furnace 82 at the same flow rate, the heating temperature is further maintained at 1300 ° C. (fourth temperature retention) for, for example, 200 to 240 minutes. As a result, the surface 52 of the epitaxial layer 51 is oxidized, and as shown in FIG. 5O, a silicon nitride film (gate insulating film 63) covering the entire surface 52 is formed.
After the formation of the gate insulating film 63, the inert gas (for example, N2, Ar, etc.) is introduced again into the resistance heating furnace 82, and the heating temperature is controlled to drop from 1300 ° C to 300 ° C. After the temperature is lowered, the SiC substrate 42 is taken out from the resistance heating furnace 82.

次いで、図5Pに示すように、CVD法により、ドーピングされたポリシリコン材料84がエピタキシャル層51の上方から堆積される。ポリシリコン材料84の堆積は、少なくともゲートトレンチ43およびソーストレンチ45が埋め尽くされるまで続けられる。
その後、図5Qに示すように、堆積したポリシリコン材料84が、エッチバック面がエピタキシャル層51の表面52に対して面一になるまでエッチバックされる。
Then, as shown in FIG. 5P, the doped polysilicon material 84 is deposited from above the epitaxial layer 51 by the CVD method. The deposition of the polysilicon material 84 continues until at least the gate trench 43 and the source trench 45 are filled.
Then, as shown in FIG. 5Q, the deposited polysilicon material 84 is etched back until the etchback surface is flush with the surface 52 of the epitaxial layer 51.

続いて、図5Rに示すように、ソーストレンチ45内に残存するポリシリコン材料84のみがドライエッチングにより除去される。これにより、ゲートトレンチ43内に残存するポリシリコン材料84からなるゲート電極66が形成される。
次いで、図5Sに示すように、CVD法により、エピタキシャル層51上にSiOからなる層間絶縁膜67が積層される。
Subsequently, as shown in FIG. 5R, only the polysilicon material 84 remaining in the source trench 45 is removed by dry etching. As a result, the gate electrode 66 made of the polysilicon material 84 remaining in the gate trench 43 is formed.
Next, as shown in FIG. 5S, the interlayer insulating film 67 made of SiO 2 is laminated on the epitaxial layer 51 by the CVD method.

そして、図5Tに示すように、層間絶縁膜67およびゲート絶縁膜63が連続してパターニングされることにより、層間絶縁膜67およびゲート絶縁膜63にコンタクトホール68が形成される。
次いで、図5Uに示すように、CVD法により、ポリシリコン材料がコンタクトホール68を埋め尽くすまで堆積される。この後、堆積されたポリシリコン材料に対してN型またはP型不純物がインプランテーション(注入)される。このときの注入条件は、不純物の種類により異なるが、たとえば、加速エネルギーが10~100keVである。その後、たとえば、900℃で20分間不純物拡散が行なわれる。これにより、不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコン層70が形成される。次いで、スパッタ法、蒸着法などの方法により、ポリシリコン層70の表面にTiおよびTiNがこの順に堆積されて、中間層71が形成される。続いて、スパッタ法、蒸着法などの方法により、中間層71の表面にAlなどの金属が堆積されて、メタル層72が形成される。これにより、ソース配線69が形成される。次いで、SiC基板42の裏面50に、ドレイン電極74が形成される。
Then, as shown in FIG. 5T, the interlayer insulating film 67 and the gate insulating film 63 are continuously patterned to form a contact hole 68 in the interlayer insulating film 67 and the gate insulating film 63.
Then, as shown in FIG. 5U, the polysilicon material is deposited by the CVD method until the contact hole 68 is filled. After this, N-type or P-type impurities are implanted (injected) into the deposited polysilicon material. The injection conditions at this time differ depending on the type of impurities, but for example, the acceleration energy is 10 to 100 keV. Then, for example, impurity diffusion is performed at 900 ° C. for 20 minutes. As a result, the polysilicon layer 70 in which impurities are heavily doped is formed. Next, Ti and TiN are deposited on the surface of the polysilicon layer 70 in this order by a method such as a sputtering method or a vapor deposition method to form an intermediate layer 71. Subsequently, a metal such as Al is deposited on the surface of the intermediate layer 71 by a method such as a sputtering method or a thin-film deposition method to form the metal layer 72. As a result, the source wiring 69 is formed. Next, the drain electrode 74 is formed on the back surface 50 of the SiC substrate 42.

この後、層間絶縁膜(図示せず)、ソースパッド46、ゲートパッド48などが形成されることにより、図4に示す半導体装置41が得られる。
以上のように、この半導体装置41によれば、第1の実施形態の半導体装置1と同様に、ゲートトレンチ43がSiCからなるエピタキシャル層51の表面52(Si面)から掘り下がって形成されている。そのため、ゲートトレンチ43の内面の酸化(図5O参照)は、Si面を有する底面58の酸化レートおよびSi面に直交する面である側面の酸化レートが、関係式:底面58の酸化レート/側面57の酸化レート<0を満たす条件で進行する。
After that, the interlayer insulating film (not shown), the source pad 46, the gate pad 48, and the like are formed to obtain the semiconductor device 41 shown in FIG.
As described above, according to the semiconductor device 41, the gate trench 43 is formed by digging from the surface 52 (Si surface) of the epitaxial layer 51 made of SiC, similarly to the semiconductor device 1 of the first embodiment. There is. Therefore, in the oxidation of the inner surface of the gate trench 43 (see FIG. 5O), the oxidation rate of the bottom surface 58 having the Si surface and the oxidation rate of the side surface orthogonal to the Si surface are related to the relational expression: oxidation rate of the bottom surface 58 / side surface. It proceeds under the condition that the oxidation rate <0 of 57 is satisfied.

そして、上記の製造方法では、ゲートトレンチ43の内面の酸化が、Oガスを用いた熱酸化(Dry酸化)やHO(水蒸気)ガスを用いた熱酸化(Wet酸化)ではなく、窒素・酸素含有ガスを用いた熱酸化により行なわれる。さらに、ゲートトレンチ43の底面58直下に、P型不純物がインプランテーションされたインプラ活性層62が形成されている。そのため、側面57の酸化レートに対する底面58の酸化レートの比(底面58の酸化レート/側面57の酸化レート)を、ゲート絶縁膜63がDry酸化もしくはWet酸化で形成される場合に比べて大きくすることができる。 In the above production method, the oxidation of the inner surface of the gate trench 43 is not thermal oxidation (Dry oxidation) using O 2 gas or thermal oxidation (Wet oxidation) using H 2 O (steam) gas, but nitrogen. -It is performed by thermal oxidation using oxygen-containing gas. Further, an impla active layer 62 in which P-type impurities are implanted is formed immediately below the bottom surface 58 of the gate trench 43. Therefore, the ratio of the oxidation rate of the bottom surface 58 to the oxidation rate of the side surface 57 (oxidation rate of the bottom surface 58 / oxidation rate of the side surface 57) is increased as compared with the case where the gate insulating film 63 is formed by Dry oxidation or Wet oxidation. be able to.

そして、そのようにして形成されるゲート絶縁膜63は、絶縁膜側部65の厚さTに対する絶縁膜底部64の厚さTの比(厚さT/厚さT)が0.3~1.0の範囲である。
すなわち、絶縁破壊を抑制できる程度に絶縁膜底部64の厚さTを増大させても、(厚さT/厚さT)の下限が0.3であるため、絶縁膜側部65の厚さTの過剰な増大を抑制することができる。一方、上限が1.0であるため、絶縁膜底部64の厚さTを適切な大きさに設計したときに、絶縁膜側部65の厚さTが過剰に小さくなることがない。これらの結果、絶縁膜底部64の厚さTを適切に設計することにより、絶縁膜側部65の厚さTの増大を抑制しつつ、絶縁膜底部64の絶縁破壊を抑制することができる。
The gate insulating film 63 thus formed has a ratio (thickness T 4 / thickness T 3 ) of the thickness T 4 of the insulating film bottom 64 to the thickness T 3 of the insulating film side portion 65 being 0. It is in the range of .3 to 1.0.
That is, even if the thickness T 4 of the insulating film bottom 64 is increased to the extent that dielectric breakdown can be suppressed, the lower limit of (thickness T 4 / thickness T 3 ) is 0.3, so that the insulating film side portion 65 It is possible to suppress an excessive increase in the thickness T 3 of the. On the other hand, since the upper limit is 1.0, the thickness T 3 of the insulating film side portion 65 does not become excessively small when the thickness T 4 of the insulating film bottom portion 64 is designed to have an appropriate size. As a result, by appropriately designing the thickness T 4 of the insulating film bottom 64, it is possible to suppress the increase in the thickness T 3 of the insulating film side 65 and suppress the dielectric breakdown of the insulating film bottom 64. can.

また、ゲート絶縁膜63が窒素含有ガスを用いた熱酸化により形成される窒化酸化シリコン膜からなるため、VDMOSFETのチャネル移動度を向上させることができる。
また、ゲートトレンチ43の直下にインプラ活性層62が形成されているため、インプラ活性層62とエピタキシャル層51との間に形成されるエネルギー障壁を大きくすることができる。そのため、電流をインプラ活性層62に流れにくくすることができる。その結果、ゲートトレンチ43の底面58への電界集中を抑制することができる。
Further, since the gate insulating film 63 is made of a silicon nitride film formed by thermal oxidation using a nitrogen-containing gas, the channel mobility of the VD MOSFET can be improved.
Further, since the impla active layer 62 is formed directly under the gate trench 43, the energy barrier formed between the impla active layer 62 and the epitaxial layer 51 can be increased. Therefore, it is possible to make it difficult for the current to flow through the impla active layer 62. As a result, the electric field concentration on the bottom surface 58 of the gate trench 43 can be suppressed.

また、ゲートトレンチ43で取り囲まれる個々の単位セル44の中央にソーストレンチ45が形成されているので、ゲートトレンチ43の両端角部61付近における等電位線の密集を抑制することができる。その結果、ゲートトレンチ43の底部における両端角部61に加わる電界を緩和できるので、絶縁膜底部64の絶縁破壊を抑制することができる。
なお、ソーストレンチ45は、図7に示す半導体装置85のように、ゲートトレンチ43よりも深くてもよい。これにより、ゲートトレンチ43の底部における両端角部61に加わる電界を一層緩和することができる。
Further, since the source trench 45 is formed in the center of each unit cell 44 surrounded by the gate trench 43, it is possible to suppress the concentration of equipotential lines in the vicinity of both end corners 61 of the gate trench 43. As a result, the electric field applied to both end corners 61 at the bottom of the gate trench 43 can be relaxed, so that dielectric breakdown of the insulating film bottom 64 can be suppressed.
The source trench 45 may be deeper than the gate trench 43 as in the semiconductor device 85 shown in FIG. As a result, the electric field applied to both end corners 61 at the bottom of the gate trench 43 can be further relaxed.

また、半導体装置41では、ソース配線69が、ソース領域55およびボディコンタクト領域56とのコンタクト部分にポリシリコン層70を有しているので、ソース配線69を、高濃度な不純物領域であるボディコンタクト領域56およびソース領域55の両方に対してオーミック接合させることができる。
そのため、半導体装置41の製造に際して、Alなどの金属のみからなる層が不純物領域に直接にコンタクトされる場合とは異なり、エピタキシャル層51の表面52にNi層を形成する工程を省略でき、さらにはそのようなNi層をシリサイド化する工程を省略することができる。よって、エピタキシャル層51の表面52でのカーボン層の発生を防止することができる。
Further, in the semiconductor device 41, since the source wiring 69 has the polysilicon layer 70 in the contact portion between the source region 55 and the body contact region 56, the source wiring 69 is the body contact which is a high-concentration impurity region. Ohmic junctions can be made to both the region 56 and the source region 55.
Therefore, unlike the case where the layer made of only a metal such as Al is directly contacted with the impurity region in the manufacturing of the semiconductor device 41, the step of forming the Ni layer on the surface 52 of the epitaxial layer 51 can be omitted, and further. The step of silicidizing such a Ni layer can be omitted. Therefore, it is possible to prevent the generation of the carbon layer on the surface 52 of the epitaxial layer 51.

その結果、ソース配線69とエピタキシャル層51との間での層剥がれを抑制することができる。よって、ソース配線69の接続信頼性を向上させることができる。
また、ソーストレンチ45に入り込んでドレイン領域54、ボディコンタクト領域56およびソース領域55に接触する層(ポリシリコン層70)が、カバレッジ性に優れるポリシリコンからなるので、ソース配線69のカバレッジ性を向上させることができる。その結果、ソース配線69の接続信頼性を一層向上させることができる。
As a result, layer peeling between the source wiring 69 and the epitaxial layer 51 can be suppressed. Therefore, the connection reliability of the source wiring 69 can be improved.
Further, since the layer (polysilicon layer 70) that enters the source trench 45 and contacts the drain region 54, the body contact region 56, and the source region 55 is made of polysilicon having excellent coverage, the coverage of the source wiring 69 is improved. Can be made to. As a result, the connection reliability of the source wiring 69 can be further improved.

また、ポリシリコン層70とメタル層72との間に、Ti層およびTiN層の積層構造からなる中間層71が介在されている。Tiを含有する材料は、ポリシリコン材料およびメタル材料のいずれに対しても優れた密着性を有する。そのため、ポリシリコン層70とメタル層72との密着性を向上させることができる。その結果、ソース配線69の接続信頼性をより一層向上させることができる。 Further, an intermediate layer 71 having a laminated structure of a Ti layer and a TiN layer is interposed between the polysilicon layer 70 and the metal layer 72. The Ti-containing material has excellent adhesion to both the polysilicon material and the metal material. Therefore, the adhesion between the polysilicon layer 70 and the metal layer 72 can be improved. As a result, the connection reliability of the source wiring 69 can be further improved.

さらに、メタル層72にAlが含有される場合には、TiN層が、メタル層72からポリシリコン層70へのAlの拡散を防止するためのバリア層として利用できるので、余分なAlがポリシリコン層70へ拡散することを防止することができる。その結果、ポリシリコン層70の不純物濃度を安定させることができるので、ポリシリコン層70の抵抗値を安定させることができる。 Further, when Al is contained in the metal layer 72, the TiN layer can be used as a barrier layer for preventing the diffusion of Al from the metal layer 72 to the polysilicon layer 70, so that the excess Al is polysilicon. It is possible to prevent the layer 70 from diffusing. As a result, the impurity concentration of the polysilicon layer 70 can be stabilized, so that the resistance value of the polysilicon layer 70 can be stabilized.

次いで、抵抗加熱炉を利用したSiC半導体装置の製造方法の発明に関する実施形態を示しておく。
図8は、プレーナゲート型の半導体装置の模式断面図である。
半導体装置101は、プレーナゲート型VDMOSFETの単位セルがマトリクス状に配置された構造を有している。なお、図8では、複数の単位セルのうちの一部が示されている。
Next, an embodiment relating to the invention of a method for manufacturing a SiC semiconductor device using a resistance heating furnace will be shown.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a planar gate type semiconductor device.
The semiconductor device 101 has a structure in which unit cells of a planar gate type VD MOSFET are arranged in a matrix. Note that FIG. 8 shows a part of the plurality of unit cells.

半導体装置101は、半導体装置101の基体をなすN型のSiC基板102を備えている。SiC基板102の表面121には、SiC基板102よりもN型不純物が低濃度にドーピングされたSiC(シリコンカーバイト:炭化ケイ素)からなる、N型のエピタキシャル層103が積層されている。エピタキシャル層103の表面131は、たとえば、SiCの(0001)面で構成されている。 The semiconductor device 101 includes an N + type SiC substrate 102 that forms a substrate of the semiconductor device 101. An N - type epitaxial layer 103 made of SiC (silicon carbide: silicon carbide) doped with N-type impurities at a lower concentration than that of the SiC substrate 102 is laminated on the surface 121 of the SiC substrate 102. The surface 131 of the epitaxial layer 103 is composed of, for example, the (0001) plane of SiC.

エピタキシャル層103には、エピタキシャル成長後のままの状態が維持された、N型のドレイン領域104が形成されている。
また、エピタキシャル層103の表層部には、P型のボディ領域105が形成されている。ボディ領域105は、図8では図示しないが、一定の間隔を空けて複数形成され、それらが互いに平行をなして同一方向(図8の紙面に垂直な方向)に延び、たとえば、ストライプ状、マトリクス状(行列状)に配置されている。そして、互いに隣り合うボディ領域105の間において、ドレイン領域104が露出している。
The epitaxial layer 103 is formed with an N - type drain region 104, which is maintained in the state after the epitaxial growth.
Further, a P-shaped body region 105 is formed on the surface layer portion of the epitaxial layer 103. Although not shown in FIG. 8, a plurality of body regions 105 are formed at regular intervals, and they are parallel to each other and extend in the same direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 8), for example, a stripe shape or a matrix. They are arranged in a shape (matrix). The drain region 104 is exposed between the body regions 105 adjacent to each other.

ボディ領域105の表層部には、その周縁から間隔を空けて、N型のソース領域106が形成されている。
また、エピタキシャル層103の表面131には、ドレイン領域104、ボディ領域105およびソース領域106に跨るゲート絶縁膜107が形成されている。ゲート絶縁膜107は、SiOからなる。
An N + -shaped source region 106 is formed on the surface layer portion of the body region 105 at a distance from the peripheral edge thereof.
Further, on the surface 131 of the epitaxial layer 103, a gate insulating film 107 straddling the drain region 104, the body region 105, and the source region 106 is formed. The gate insulating film 107 is made of SiO 2 .

そして、ゲート絶縁膜107上には、N型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンからなるゲート電極108が形成されている。ゲート電極108は、ゲート絶縁膜107を介して、ドレイン領域104、ボディ領域105およびソース領域106に対向している。
エピタキシャル層103上には、SiOからなる層間絶縁膜109が積層されている。層間絶縁膜109上には、ソース配線111が形成されている。ソース配線111は、層間絶縁膜109に形成されたコンタクトホール110を介して、ボディ領域105およびソース領域106に電気的に接続されている。
Then, on the gate insulating film 107, a gate electrode 108 made of polysilicon in which N-type impurities are doped at a high concentration is formed. The gate electrode 108 faces the drain region 104, the body region 105, and the source region 106 via the gate insulating film 107.
An interlayer insulating film 109 made of SiO 2 is laminated on the epitaxial layer 103. The source wiring 111 is formed on the interlayer insulating film 109. The source wiring 111 is electrically connected to the body region 105 and the source region 106 via the contact hole 110 formed in the interlayer insulating film 109.

ゲート電極108には、層間絶縁膜109に形成されたコンタクトホール(図示せず)を介して、ゲート配線112が電気的に接続されている。
SiC基板102の裏面には、ドレイン電極113が形成されている。
ソース配線111を接地し、ドレイン電極113に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極108の電位を制御すると、ゲート電極108からの電界によりボディ領域105におけるゲート絶縁膜107との界面近傍にチャネルを形成することができる。これにより、ソース配線111とドレイン電極113との間に電流を流すことができる。
The gate wiring 112 is electrically connected to the gate electrode 108 via a contact hole (not shown) formed in the interlayer insulating film 109.
A drain electrode 113 is formed on the back surface of the SiC substrate 102.
When the source wiring 111 is grounded and the potential of the gate electrode 108 is controlled while applying a positive voltage of an appropriate magnitude to the drain electrode 113, the electric field from the gate electrode 108 causes the interface with the gate insulating film 107 in the body region 105. Channels can be formed in the vicinity. As a result, a current can flow between the source wiring 111 and the drain electrode 113.

図9A~図9Lは、図8の半導体装置の製造方法を説明する模式断面図である。
まず、図9Aに示すように、エピタキシャル成長法により、SiC基板102の表面121に、エピタキシャル層103が形成される。このとき、SiC基板102の成長主面(表面121)は、(0001)面である。SiC基板102の表面121が(0001)面であることにより、SiC基板102上にエピタキシャル成長によって形成されるエピタキシャル層103は、やはり(0001)面を主面として形成されることになる。したがって、SiC基板102の表面121に平行なエピタキシャル層103の表面131は、(0001)面となる。
9A to 9L are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor device of FIG.
First, as shown in FIG. 9A, the epitaxial layer 103 is formed on the surface 121 of the SiC substrate 102 by the epitaxial growth method. At this time, the growth main surface (surface 121) of the SiC substrate 102 is the (0001) surface. Since the surface 121 of the SiC substrate 102 is a (0001) plane, the epitaxial layer 103 formed on the SiC substrate 102 by epitaxial growth is also formed with the (0001) plane as the main surface. Therefore, the surface 131 of the epitaxial layer 103 parallel to the surface 121 of the SiC substrate 102 becomes a (0001) plane.

次いで、公知のフォトリソグラフィ技術により、エピタキシャル層103の表面131に、ボディ領域105を形成すべき領域に対向する部分に開口115を有するフォトレジスト114が形成される。そして、フォトレジスト114上からエピタキシャル層103の表面131に対して、P型不純物のイオン(たとえば、ホウ素イオン)が入射される。これにより、図9Bに示すように、エピタキシャル層103の開口115から露出する部分の表層部に、P型不純物が注入される。 Then, by a known photolithography technique, a photoresist 114 having an opening 115 in a portion facing the region where the body region 105 should be formed is formed on the surface 131 of the epitaxial layer 103. Then, ions of P-type impurities (for example, boron ions) are incident on the surface 131 of the epitaxial layer 103 from above the photoresist 114. As a result, as shown in FIG. 9B, the P-type impurity is injected into the surface layer portion of the portion exposed from the opening 115 of the epitaxial layer 103.

続いて、公知のフォトリソグラフィ技術により、エピタキシャル層103の表面131に、ソース領域106を形成すべき領域に対向する部分に開口117を有するフォトレジスト116が形成される。そして、フォトレジスト116上からエピタキシャル層103の表面131に対して、N型不純物のイオン(たとえば、ヒ素イオン)が入射される。これにより、図9Cに示すように、エピタキシャル層103の開口117から露出する部分の表層部(P型不純物の注入箇所よりも表面131側)に、N型不純物が注入される。 Subsequently, a photoresist 116 having an opening 117 is formed on the surface 131 of the epitaxial layer 103 by a known photolithography technique in a portion facing the region where the source region 106 should be formed. Then, ions of N-type impurities (for example, arsenic ions) are incident on the surface 131 of the epitaxial layer 103 from above the photoresist 116. As a result, as shown in FIG. 9C, the N-type impurity is injected into the surface layer portion (the surface 131 side of the injection location of the P-type impurity) of the portion exposed from the opening 117 of the epitaxial layer 103.

エピタキシャル層103の表層部への不純物イオン注入後、図9Dに示すように、エピタキシャル層103の表面131全域に有機材料膜118が形成される。有機材料膜118は、カーボン(炭素)を含有する材料であり、たとえば、フォトレジストとして用いられる有機材料(たとえば、ポリイミドなど)などを適用することができる。このような有機材料膜118は、たとえば、スピンコータなどを用いて形成される。 After implanting the impurity ions into the surface layer portion of the epitaxial layer 103, the organic material film 118 is formed over the entire surface 131 of the epitaxial layer 103 as shown in FIG. 9D. The organic material film 118 is a material containing carbon (carbon), and for example, an organic material used as a photoresist (for example, polyimide) can be applied. Such an organic material film 118 is formed by using, for example, a spin coater or the like.

有機材料膜118の形成後、SiC基板102が抵抗加熱炉122に装入される。抵抗加熱炉122としては、被加熱体がセットされる抵抗加熱炉122内の気密性を確保できるとともに、抵抗加熱炉122内に各種ガスを導入することができる装置であれば、特に制限されず、その加熱方式は、直接加熱方式、間接加熱方式のいずれであってもよい。
そして、SiC基板102が抵抗加熱炉122内にセットされた状態で、抵抗加熱炉122内に不活性ガス(たとえば、N、Arなど)が導入されるとともに、抵抗加熱炉122が昇温制御(第1の昇温制御)される。
After the formation of the organic material film 118, the SiC substrate 102 is charged into the resistance heating furnace 122. The resistance heating furnace 122 is not particularly limited as long as it is a device capable of ensuring airtightness in the resistance heating furnace 122 in which the heating element is set and introducing various gases into the resistance heating furnace 122. The heating method may be either a direct heating method or an indirect heating method.
Then, with the SiC substrate 102 set in the resistance heating furnace 122, an inert gas (for example, N2 , Ar, etc.) is introduced into the resistance heating furnace 122, and the resistance heating furnace 122 is controlled to raise the temperature. (First temperature rise control).

この第1の昇温制御では、図6に示すように、加熱温度が、たとえば、35~45分掛けて100℃から1000℃まで上昇するように制御され、上昇後、たとえば、5~10分間、加熱温度が1000℃に保持(第1の温度保持)される。この昇温および温度保持により、有機材料膜118中のカーボン以外の元素が蒸発し、図9Eに示すように、有機材料膜118がカーボン膜119に変質する。したがって、エピタキシャル層103の表面131は、その全域がカーボン膜119に覆われる。 In this first temperature rise control, as shown in FIG. 6, the heating temperature is controlled to rise from 100 ° C. to 1000 ° C. over, for example, 35 to 45 minutes, and after the rise, for example, 5 to 10 minutes. , The heating temperature is maintained at 1000 ° C. (first temperature retention). By this temperature rise and temperature maintenance, elements other than carbon in the organic material film 118 evaporate, and as shown in FIG. 9E, the organic material film 118 is transformed into a carbon film 119. Therefore, the entire surface 131 of the epitaxial layer 103 is covered with the carbon film 119.

続いて、抵抗加熱炉122内を不活性雰囲気に維持したまま、抵抗加熱炉122がさらに昇温制御(第2の昇温制御)される。
この第2の昇温制御では、図6に示すように、加熱温度が、たとえば、30~60分掛けて1000℃から1600℃まで上昇するように制御される。上昇後、たとえば、5~10分間、加熱温度が1600℃に保持(第2の温度保持)される。この昇温および温度保持により、エピタキシャル層103の表層部に注入されたN型不純物およびP型不純物のイオンが活性化され、図9Fに示すように、エピタキシャル層103の表層部にボディ領域105およびソース領域106が形成される。また、エピタキシャル層103の基層部には、ボディ領域105と分離され、エピタキシャル成長後のままの状態を維持するドレイン領域104が形成される。
Subsequently, the resistance heating furnace 122 is further controlled to raise the temperature (second temperature rise control) while maintaining the inside of the resistance heating furnace 122 in the inert atmosphere.
In this second temperature rise control, as shown in FIG. 6, the heating temperature is controlled to rise from 1000 ° C. to 1600 ° C. over, for example, 30 to 60 minutes. After the rise, the heating temperature is maintained at 1600 ° C. (second temperature retention) for, for example, 5 to 10 minutes. By this temperature rise and temperature maintenance, ions of N-type impurities and P-type impurities injected into the surface layer portion of the epitaxial layer 103 are activated, and as shown in FIG. 9F, the body region 105 and the body region 105 and the surface layer portion of the epitaxial layer 103 are activated. The source region 106 is formed. Further, in the base layer portion of the epitaxial layer 103, a drain region 104 which is separated from the body region 105 and maintains the state after the epitaxial growth is formed.

次いで、抵抗加熱炉122内を不活性雰囲気に維持したまま、抵抗加熱炉122が降温制御される。
降温制御では、図6に示すように、加熱温度が、たとえば、15~30分掛けて1600℃から1300℃まで降下するように制限(降温制限)される。降温後、加熱温度が1300℃に保持(第3の温度保持)された状態で、抵抗加熱炉122内に、たとえば、5~10分間、酸素含有ガスが導入される。酸素含有ガスの導入により、図9Gに示すように、カーボン膜119が酸素含有ガスの酸素と反応して酸化除去される。ただし、抵抗加熱炉122内に導入される酸素含有ガスとしては、酸素および窒素を含有するガスを用いることが好ましく、具体的には、NO(一酸化窒素)、NO(一酸化二窒素)などを含有するガスを用いることができる。
Next, the temperature of the resistance heating furnace 122 is controlled to be lowered while the inside of the resistance heating furnace 122 is maintained in the inert atmosphere.
In the temperature lowering control, as shown in FIG. 6, the heating temperature is limited (temperature lowering limitation) so as to drop from 1600 ° C. to 1300 ° C. over 15 to 30 minutes, for example. After the temperature is lowered, the oxygen-containing gas is introduced into the resistance heating furnace 122 in a state where the heating temperature is maintained at 1300 ° C. (third temperature retention) for, for example, 5 to 10 minutes. By introducing the oxygen-containing gas, as shown in FIG. 9G, the carbon film 119 reacts with the oxygen of the oxygen-containing gas and is oxidized and removed. However, as the oxygen-containing gas introduced into the resistance heating furnace 122, it is preferable to use a gas containing oxygen and nitrogen, and specifically, NO (nitric oxide) and N2 O (nitrous oxide). ) And the like can be used.

その後、抵抗加熱炉122内に酸素含有ガスを導入しながら、さらに、たとえば、200~240分間、加熱温度が1300℃に保持(第4の温度保持)される。これにより、エピタキシャル層103の表面131が酸化されて、図9Hに示すように、表面131全域を覆う酸化膜120が形成される。
酸化膜120の形成後、抵抗加熱炉122内に不活性ガス(たとえば、N、Arなど)が再度導入されるとともに、加熱温度が、1300℃から300℃まで降下するように制御される。降温後、SiC基板102が抵抗加熱炉122から取り出される。
Then, while introducing the oxygen-containing gas into the resistance heating furnace 122, the heating temperature is maintained at 1300 ° C. (fourth temperature retention) for, for example, 200 to 240 minutes. As a result, the surface 131 of the epitaxial layer 103 is oxidized, and as shown in FIG. 9H, an oxide film 120 covering the entire surface 131 is formed.
After the oxide film 120 is formed, the inert gas (for example, N2 , Ar, etc.) is introduced again into the resistance heating furnace 122, and the heating temperature is controlled to drop from 1300 ° C to 300 ° C. After the temperature is lowered, the SiC substrate 102 is taken out from the resistance heating furnace 122.

次いで、スパッタ法により、導電材料が成膜される。そして、公知のフォトリソグラフィおよびエッチング技術により、導電材料がパターニングされて、図9Iに示すように、酸化膜120上にゲート電極108が形成される。
その後、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法により、図9Jに示すように、エピタキシャル層103上に層間絶縁膜109が積層される。
Then, the conductive material is formed into a film by the sputtering method. Then, the conductive material is patterned by a known photolithography and etching technique, and the gate electrode 108 is formed on the oxide film 120 as shown in FIG. 9I.
Then, as shown in FIG. 9J, the interlayer insulating film 109 is laminated on the epitaxial layer 103 by the CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

そして、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、図9Kに示すように、層間絶縁膜109および酸化膜120にコンタクトホール110が形成される。酸化膜120の残存する部分は、ゲート絶縁膜107となる。
次いで、スパッタ法により、エピタキシャル層103上に、導電材料が成膜される。導電材料は、コンタクトホール110を埋め尽くし、層間絶縁膜109上に薄膜を形成するように付着(堆積)される。そして、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜109上の導電材料がパターニングされる。これにより、図9Lに示すように、ソース配線111が形成される。また、ゲート電極108と電気的に接続されるゲート配線112が形成される。さらに、SiC基板102の裏面にドレイン電極113が形成される。
Then, as shown in FIG. 9K, the contact hole 110 is formed in the interlayer insulating film 109 and the oxide film 120 by a known photolithography technique and etching technique. The remaining portion of the oxide film 120 becomes the gate insulating film 107.
Next, a conductive material is formed on the epitaxial layer 103 by a sputtering method. The conductive material fills the contact hole 110 and is adhered (deposited) so as to form a thin film on the interlayer insulating film 109. Then, the conductive material on the interlayer insulating film 109 is patterned by a known photolithography technique and etching technique. As a result, the source wiring 111 is formed as shown in FIG. 9L. Further, a gate wiring 112 electrically connected to the gate electrode 108 is formed. Further, the drain electrode 113 is formed on the back surface of the SiC substrate 102.

以上の工程を経て、図8に示す半導体装置101が得られる。
上記の製造方法によれば、有機材料膜118の形成後、抵抗加熱炉122の第1の昇温制御により、抵抗加熱炉122内の有機材料膜118が加熱されてカーボン膜119に変質し、エピタキシャル層103の表面131にカーボン膜119が形成される。
カーボン膜119の形成後、抵抗加熱炉122内を不活性雰囲気に維持したまま、抵抗加熱炉122の第2の昇温制御により、エピタキシャル層103が加熱されてエピタキシャル層103内のN型不純物およびP型不純物のイオンが活性化される。
Through the above steps, the semiconductor device 101 shown in FIG. 8 is obtained.
According to the above manufacturing method, after the formation of the organic material film 118, the organic material film 118 in the resistance heating furnace 122 is heated by the first temperature rise control of the resistance heating furnace 122 to be transformed into a carbon film 119. A carbon film 119 is formed on the surface 131 of the epitaxial layer 103.
After the formation of the carbon film 119, the epitaxial layer 103 is heated by the second temperature rise control of the resistance heating furnace 122 while maintaining the inside of the resistance heating furnace 122 in an inert atmosphere, and the N-type impurities in the epitaxial layer 103 and Ions of P-type impurities are activated.

そして、抵抗加熱炉122内を不活性状態に維持したまま、降温制御(たとえば、1600℃から1300℃への降温)が実行される。その後、加熱温度が1300℃に保持(第3の温度保持)された状態で、酸素含有ガスが、たとえば、5~10分間導入される。これにより、カーボン膜119が酸化除去されてエピタキシャル層103の表面131が露出する。 Then, the temperature lowering control (for example, the temperature lowering from 1600 ° C. to 1300 ° C.) is executed while the inside of the resistance heating furnace 122 is maintained in the inert state. Then, the oxygen-containing gas is introduced for, for example, 5 to 10 minutes while the heating temperature is maintained at 1300 ° C. (third temperature retention). As a result, the carbon film 119 is oxidized and removed, and the surface 131 of the epitaxial layer 103 is exposed.

カーボン膜119の除去後、引き続き抵抗加熱炉122内に酸素含有ガスを導入しながら、抵抗加熱炉122が温度保持(第4の温度保持)されることにより、露出した表面131が酸化されて酸化膜120が形成される。
イオン活性のための加熱(第2の昇温制御)に先立って、エピタキシャル層103の表面131にカーボン膜119が形成されるので、エピタキシャル層103の加熱時に、表面131からのSi抜けを防止することができる。そのため、エピタキシャル層103の表面131の荒れを抑制することができ、表面131の平坦性を維持することができる。その結果、エピタキシャル層103とゲート絶縁膜107との界面を滑らかにすることができるので、半導体装置101のチャネル移動度を向上させることができる。
After the removal of the carbon film 119, the temperature of the resistance heating furnace 122 is maintained (fourth temperature maintenance) while continuously introducing an oxygen-containing gas into the resistance heating furnace 122, so that the exposed surface 131 is oxidized and oxidized. The film 120 is formed.
Since the carbon film 119 is formed on the surface 131 of the epitaxial layer 103 prior to heating for ionic activity (second temperature rise control), Si escape from the surface 131 is prevented when the epitaxial layer 103 is heated. be able to. Therefore, the roughness of the surface 131 of the epitaxial layer 103 can be suppressed, and the flatness of the surface 131 can be maintained. As a result, the interface between the epitaxial layer 103 and the gate insulating film 107 can be smoothed, so that the channel mobility of the semiconductor device 101 can be improved.

さらに、有機材料膜118を加熱してカーボン膜119に変質させる工程(第1の昇温制御)、エピタキシャル層103を加熱してイオンを活性化させる工程(第2の昇温制御)、酸素含有ガスによりカーボン膜119を酸化除去する工程(降温制限制御および第3の温度保持)およびSiC層の表面を酸化させて酸化膜を形成する工程(第4の温度保持)からなる4工程を、1つの抵抗加熱炉122で連続して行なうことができる。カーボン膜を除去するための装置などを別途必要としないので、装置コストの増加を抑制することもできる。しかも、抵抗加熱炉122を用いるので、第1の昇温制御、第2の昇温制御、降温制限制御および第3の温度保持、ならびに第4の温度保持を、精密かつ簡単に実行することができる。 Further, a step of heating the organic material film 118 to transform it into a carbon film 119 (first temperature rise control), a step of heating the epitaxial layer 103 to activate ions (second temperature rise control), and oxygen content. The four steps consisting of a step of oxidizing and removing the carbon film 119 with gas (temperature reduction control and third temperature holding) and a step of oxidizing the surface of the SiC layer to form an oxide film (fourth temperature holding) are described in 1. It can be carried out continuously in two resistance heating furnaces 122. Since a separate device for removing the carbon film is not required, it is possible to suppress an increase in device cost. Moreover, since the resistance heating furnace 122 is used, the first temperature rise control, the second temperature rise control, the temperature decrease limit control, the third temperature holding, and the fourth temperature holding can be performed precisely and easily. can.

また、酸化膜120の形成されるエピタキシャル層103の表面131が(0001)面であり、加熱炉内に導入される酸素含有ガスが酸素および窒素を含有するガスである。
たとえば、Oガス、HOガス(水蒸気)およびNOガスにより、SiC層の(0001)面を酸化させて酸化膜を形成した場合、そのSiC層を備えるMOSFETのチャネル移動度は、たとえば、それぞれ1~5cm/V・s、5~15cm/V・sおよび15~25cm/V・sであり、NOガスの場合が最もチャネル移動度に優れる。
Further, the surface 131 of the epitaxial layer 103 on which the oxide film 120 is formed is the (0001) plane, and the oxygen-containing gas introduced into the heating furnace is a gas containing oxygen and nitrogen.
For example, when the (0001) plane of the SiC layer is oxidized with O 2 gas, H 2 O gas (steam) and N 2 O gas to form an oxide film, the channel mobility of the MOSFET provided with the SiC layer is determined. For example, they are 1 to 5 cm 2 / V · s, 5 to 15 cm 2 / V · s and 15 to 25 cm 2 / V · s, respectively , and the N2O gas has the best channel mobility.

そして、この実施形態の半導体装置101では、エピタキシャル層103の(0001)面(表面131)をNOガスやNOガスにより酸化して酸化膜120を形成するので、半導体装置101のチャネル移動度を一層向上させることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、半導体装置1の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。すなわち、半導体装置1,41,85において、P型の部分がN型であり、N型の部分がP型であってもよい。
In the semiconductor device 101 of this embodiment, the (0001) surface ( surface 131) of the epitaxial layer 103 is oxidized by NO gas or N2O gas to form the oxide film 120, so that the channel mobility of the semiconductor device 101 is formed. Can be further improved.
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention can also be implemented in other embodiments.
For example, a configuration in which the conductive type of each semiconductor portion of the semiconductor device 1 is inverted may be adopted. That is, in the semiconductor devices 1, 41, 85, the P-type portion may be N-type and the N-type portion may be P-type.

また、ソース配線17,69およびドレイン配線23(ドレイン電極74)は、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)がシリサイド化された層と、上記したメタル層との積層構造であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
Further, the source wirings 17 and 69 and the drain wiring 23 (drain electrode 74) may have a laminated structure of a layer in which nickel (Ni) and titanium (Ti) are silicated and the above-mentioned metal layer.
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.

なお、前述の実施形態の内容から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような特徴が抽出され得る。
たとえば、図11において、エピタキシャル層203の表面217がSi面であるため、表面217から掘り下がったゲートトレンチ206の底面216はSi面である。
そのため、ゲート絶縁膜207がDry酸化もしくはWet酸化で形成される場合、側面214の酸化レートに対する底面216の酸化レートの比(底面216の酸化レート/側面214の酸化レート)が、0.2もしくはそれ未満となる。そのため、ゲート絶縁膜207では、底面216上の部分の厚さが側面214上の部分の厚さよりも小さくなる。
In addition to the inventions described in the claims, the following features can be extracted from the contents of the above-described embodiment.
For example, in FIG. 11, since the surface 217 of the epitaxial layer 203 is a Si surface, the bottom surface 216 of the gate trench 206 dug down from the surface 217 is a Si surface.
Therefore, when the gate insulating film 207 is formed by Dry oxidation or Wet oxidation, the ratio of the oxidation rate of the bottom surface 216 to the oxidation rate of the side surface 214 (oxidation rate of the bottom surface 216 / oxidation rate of the side surface 214) is 0.2 or It will be less than that. Therefore, in the gate insulating film 207, the thickness of the portion on the bottom surface 216 is smaller than the thickness of the portion on the side surface 214.

一方、半導体装置201において、VDMOSFETがターンオフしたとき、ゲート電極208とドレイン配線215との間(ゲート-ドレイン間)に高い電位差が生じ、ゲートトレンチ206の底面216に電界が集中する。上記のように底面216上の部分の厚さが小さいゲート絶縁膜207では、電界の集中による絶縁破壊が起きやすい。
その不具合に対して、ゲート絶縁膜207形成時の酸化時間を長くすることにより底面216上の部分の厚さを大きくする対策が検討される。しかし、底面216の酸化に並行して側面214の酸化が進行するので、上記酸化レートの差に起因して、側面214上の部分の厚さが非常に大きくなってしまう。
On the other hand, in the semiconductor device 201, when the VD MOSFET is turned off, a high potential difference is generated between the gate electrode 208 and the drain wiring 215 (between the gate and the drain), and the electric field is concentrated on the bottom surface 216 of the gate trench 206. As described above, in the gate insulating film 207 having a small thickness on the bottom surface 216, dielectric breakdown due to the concentration of the electric field is likely to occur.
To deal with this problem, measures are considered to increase the thickness of the portion on the bottom surface 216 by lengthening the oxidation time when the gate insulating film 207 is formed. However, since the oxidation of the side surface 214 proceeds in parallel with the oxidation of the bottom surface 216, the thickness of the portion on the side surface 214 becomes very large due to the difference in the oxidation rate.

下記に記載の特徴の目的は、ゲート絶縁膜における、ゲートトレンチ側面上の部分の厚さの増大を抑制しつつ、ゲートトレンチ底面上の部分の絶縁破壊を抑制することのできる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
(項1)SiCからなり、表面がSi面である第1導電型の半導体層と、前記半導体層の表面から掘り下がったゲートトレンチと、前記ゲートトレンチの底面および側面上に形成され、前記側面上の部分の厚さに対する前記底面上の部分の厚さの比が0.3~1.0であるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲートトレンチに埋設されたゲート電極とを含む、半導体装置。
The purpose of the features described below is to manufacture a semiconductor device and its manufacture capable of suppressing the dielectric breakdown of the portion on the bottom surface of the gate trench while suppressing the increase in the thickness of the portion on the side surface of the gate trench in the gate insulating film. To provide a method.
(Item 1) A first conductive type semiconductor layer made of SiC whose surface is a Si surface, a gate trench dug from the surface of the semiconductor layer, and a side surface formed on the bottom surface and side surfaces of the gate trench. A gate insulating film in which the ratio of the thickness of the portion on the bottom surface to the thickness of the upper portion is 0.3 to 1.0, and a gate electrode embedded in the gate trench via the gate insulating film. Including semiconductor devices.

この構成によれば、SiCからなり、表面がSi面である第1導電型の半導体層の表面から掘り下がってゲートトレンチが形成されている。ゲートトレンチの底面および側面上には、ゲート絶縁膜が形成されている。また、ゲートトレンチには、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が埋設されている。
これにより、この半導体装置には、ゲート絶縁膜におけるゲートトレンチの側面上の部分(Oxide)を介して半導体層(Semiconductor)にゲート電極(Metal)が対向するMOS(Metal Oxide Semiconductor)構造を有するトレンチゲート型MOSFETが形成されている。
According to this configuration, a gate trench is formed by digging from the surface of the first conductive type semiconductor layer which is made of SiC and whose surface is a Si surface. A gate insulating film is formed on the bottom surface and the side surface of the gate trench. Further, a gate electrode is embedded in the gate trench via a gate insulating film.
As a result, the semiconductor device has a MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure in which the gate electrode (Metal) faces the semiconductor layer (Semiconductor) via the side surface portion (Oxide) of the gate trench in the gate insulating film. A gate type MOSFET is formed.

そのMOSFETにおいて、ゲート絶縁膜における側面上の部分の厚さに対する底面上の部分の厚さの比が0.3~1.0である。絶縁破壊を抑制できる程度に底面上の部分の厚さを増大させても、(底面上の部分の厚さ/側面上の部分の厚さ)の下限が0.3であるため、側面上の部分の厚さの過剰な増大を抑制することができる。一方、上限が1.0であるため、底面上の部分の厚さを適切な大きさに設計したときに、側面上の部分の厚さが過剰に小さくなることがない。これらの結果、底面上の部分の厚さを適切に設計することにより、側面上の部分の厚さの増大を抑制しつつ、底面上の部分の絶縁破壊を抑制することができる。
(項2)前記半導体層において、前記ゲートトレンチの側方に形成され、前記ゲートトレンチの側面で前記ゲート絶縁膜と接する第2導電型のボディ領域と、前記ボディ領域の表層部において、前記ゲートトレンチに隣接して形成された第1導電型のソース領域とを含み、前記ゲート絶縁膜に窒素が含有されている、項1に記載の半導体装置。
In the MOSFET, the ratio of the thickness of the portion on the bottom surface to the thickness of the portion on the side surface of the gate insulating film is 0.3 to 1.0. Even if the thickness of the portion on the bottom surface is increased to the extent that dielectric breakdown can be suppressed, the lower limit of (thickness of the portion on the bottom surface / thickness of the portion on the side surface) is 0.3, so that it is on the side surface. Excessive increase in the thickness of the portion can be suppressed. On the other hand, since the upper limit is 1.0, when the thickness of the portion on the bottom surface is designed to be an appropriate size, the thickness of the portion on the side surface does not become excessively small. As a result, by appropriately designing the thickness of the portion on the bottom surface, it is possible to suppress the dielectric breakdown of the portion on the bottom surface while suppressing the increase in the thickness of the portion on the side surface.
(Item 2) In the semiconductor layer, a second conductive type body region formed on the side of the gate trench and in contact with the gate insulating film on the side surface of the gate trench, and the gate in the surface layer portion of the body region. Item 2. The semiconductor device according to Item 1, which includes a first conductive type source region formed adjacent to a trench and contains nitrogen in the gate insulating film.

この構成では、半導体層において、ゲートトレンチの側方には、ゲートトレンチの側面でゲート絶縁膜と接する第2導電型のボディ領域が形成されている。ボディ領域の表層部には、ゲートトレンチに隣接して第1導電型のソース領域が形成されている。したがって、半導体装置におけるトレンチゲート型MOSFETにおいて、ボディ領域におけるゲート絶縁膜との界面近傍の部分が、ゲート電極からの電界によりチャネルが形成されるチャネル部分である。そして、この半導体装置では、ゲート絶縁膜に窒素が含有されているので、MOSFETのチャネル移動度を向上させることができる。
(項3)前記ボディ領域の前記第2導電型不純物の濃度が、1e19cm-3以下である、項2に記載の半導体装置。
In this configuration, in the semiconductor layer, a second conductive type body region in contact with the gate insulating film is formed on the side surface of the gate trench on the side surface of the gate trench. A first conductive type source region is formed adjacent to the gate trench on the surface layer portion of the body region. Therefore, in the trench gate type MOSFET in the semiconductor device, the portion in the body region near the interface with the gate insulating film is the channel portion where the channel is formed by the electric field from the gate electrode. In this semiconductor device, since the gate insulating film contains nitrogen, the channel mobility of the MOSFET can be improved.
(Item 3) The semiconductor device according to Item 2, wherein the concentration of the second conductive type impurity in the body region is 1e19 cm -3 or less.

ゲートトレンチ側方のボディ領域の不純物濃度が1e19cm-3を超えていると、ゲートトレンチの底面および側面を酸化したときに、トレンチ底面に対してトレンチ側面が相対的に非常に高い酸化レートで酸化されて、ゲート絶縁膜における側面上の部分が非常に厚くなってしまう。
これに対し、ボディ領域の不純物濃度が1e19cm-3以下であれば、ゲートトレンチの底面および側面を酸化する際、トレンチ底面の酸化レートに対するトレンチ側面の酸化レートの比を適切な大きさに維持することができる。その結果、ゲート絶縁膜における側面上の部分の厚さの増大を抑制することができる。
(項4)前記半導体層における前記ゲートトレンチの前記底面から前記半導体層の厚さ方向途中部に至る部分に、不純物のインプランテーションにより形成されたインプラ層をさらに含む、項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
When the impurity concentration in the body region on the side of the gate trench exceeds 1e19 cm -3 , when the bottom surface and side surface of the gate trench are oxidized, the side surface of the trench is oxidized at a very high oxidation rate relative to the bottom surface of the trench. Therefore, the portion on the side surface of the gate insulating film becomes very thick.
On the other hand, when the impurity concentration in the body region is 1e19 cm -3 or less, the ratio of the oxidation rate of the trench side surface to the oxidation rate of the trench bottom surface is maintained at an appropriate size when oxidizing the bottom surface and the side surface of the gate trench. be able to. As a result, it is possible to suppress an increase in the thickness of the portion on the side surface of the gate insulating film.
(Item 4) Any of Items 1 to 3, further comprising an implanter layer formed by implantation of impurities in a portion of the semiconductor layer extending from the bottom surface of the gate trench to an intermediate portion in the thickness direction of the semiconductor layer. The semiconductor device according to paragraph 1.

ゲートトレンチの底面の直下にインプラ層を形成することにより、インプラ層の形成後、ゲートトレンチの底面および側面の酸化に際して、トレンチ側面に対してトレンチ底面を相対的に高い酸化レートで酸化させて、ゲート絶縁膜における側面上の部分の厚さに対する底面上の部分の厚さの比を0.3~1.0にすることができる。
(項5)前記インプラ層が、前記第2導電型不純物のインプランテーションにより形成されている、項3に記載の半導体装置。
By forming the implanter layer directly under the bottom surface of the gate trench, after the formation of the implanter layer, when the bottom surface and the side surface of the gate trench are oxidized, the bottom surface of the trench is oxidized at a relatively high oxidation rate with respect to the side surface of the trench. The ratio of the thickness of the portion on the bottom surface to the thickness of the portion on the side surface of the gate insulating film can be 0.3 to 1.0.
Item 5. The semiconductor device according to Item 3, wherein the implanter layer is formed by implantation of the second conductive type impurity.

インプラ層を、半導体層の導電型とは異なる第2導電型不純物のインプランテーションにより形成すれば、インプラ層と半導体層との間に形成されるエネルギー障壁を大きくすることができる。そのため、電流をインプラ層に流れにくくすることができる。その結果、ゲートトレンチの底面への電界集中を抑制することができる。
(項6)前記ゲート絶縁膜における前記ゲートトレンチの前記側面上の部分の厚さが、2000Å以下である、項1~5のいずれか一項に記載の半導体装置。
If the impla layer is formed by implantation of a second conductive type impurity different from the conductive type of the semiconductor layer, the energy barrier formed between the impla layer and the semiconductor layer can be increased. Therefore, it is possible to make it difficult for the current to flow to the impla layer. As a result, the electric field concentration on the bottom surface of the gate trench can be suppressed.
(Item 6) The semiconductor device according to any one of Items 1 to 5, wherein the thickness of the portion of the gate insulating film on the side surface of the gate trench is 2000 Å or less.

ゲートトレンチの側面上の部分の厚さが2000Åを超えていると、高いゲートオン電圧(たとえば、20V程度)で半導体装置を動作させる必要が生じ、効率的なトランジスタ動作を実行できない場合がある。
これに対し、ゲートトレンチの側面上の部分の厚さが2000Å以下であれば、適当なゲートオン電圧で半導体装置を動作させることができ、効率的なトランジスタ動作を達成できる。
(項7)前記ゲートトレンチの底部のゲート幅に直交する方向における端部が、外方へ向かって湾曲している、項1~6のいずれか一項に記載の半導体装置。
If the thickness of the portion on the side surface of the gate trench exceeds 2000 Å, it becomes necessary to operate the semiconductor device with a high gate-on voltage (for example, about 20 V), and efficient transistor operation may not be executed.
On the other hand, if the thickness of the portion on the side surface of the gate trench is 2000 Å or less, the semiconductor device can be operated with an appropriate gate-on voltage, and efficient transistor operation can be achieved.
Item 7. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 6, wherein the end of the bottom of the gate trench in a direction orthogonal to the gate width is curved outward.

この構成では、ターンオフ時に電界が集中し易いゲートトレンチ底部の端部を湾曲させることにより、当該端部に加わる電界を、端部以外の部分へ分散させることができる。その結果、ゲート絶縁膜における底面上の部分の絶縁破壊を抑制することができる。
(項8)前記半導体層上に形成され、前記ソース領域にコンタクトされるソース配線を含み、前記ソース配線は、前記ソース領域とのコンタクト部分にポリシリコン層を有し、前記ポリシリコン層上にメタル層を有している、項2に記載の半導体装置。
In this configuration, by bending the end of the bottom of the gate trench where the electric field tends to concentrate at the time of turn-off, the electric field applied to the end can be dispersed to a portion other than the end. As a result, it is possible to suppress dielectric breakdown of the portion on the bottom surface of the gate insulating film.
(Item 8) A source wiring formed on the semiconductor layer and contacted with the source region is included, and the source wiring has a polysilicon layer at a contact portion with the source region and is on the polysilicon layer. Item 2. The semiconductor device according to Item 2, which has a metal layer.

たとえば、図11に示す半導体装置201において、ソース配線212を形成するには、まず、スパッタ法により、エピタキシャル層203における不純物のドーピングされた領域(不純物領域)の表面(ソース領域209およびボディコンタクト領域210の表面)にNiが堆積される。次いで、Niを不純物領域にオーミック接合させるため、高温(たとえば、1000℃程度)の熱処理により、SiC中のSiとNiとを反応させてNiがシリサイド化される。これにより、ニッケルシリサイド層218が形成される。その後、スパッタ法により、ニッケルシリサイド層218上にAlが堆積される。これにより、アルミニウム層219が形成されて、ソース配線212が形成される。 For example, in the semiconductor device 201 shown in FIG. 11, in order to form the source wiring 212, first, the surface (source region 209 and body contact region) of the impurity-doped region (impurity region) in the epitaxial layer 203 is formed by a sputtering method. Ni is deposited on the surface of 210). Next, in order to ohmic-bond Ni to the impurity region, Si in SiC is reacted with Ni by heat treatment at a high temperature (for example, about 1000 ° C.) to silicide Ni. As a result, the nickel silicide layer 218 is formed. Then, Al is deposited on the nickel silicide layer 218 by the sputtering method. As a result, the aluminum layer 219 is formed and the source wiring 212 is formed.

しかしながら、ニッケルシリサイド層218の形成時、ニッケルシリサイド層218の表面およびニッケルシリサイド層218における不純物領域との界面近傍に、SiC中の残留カーボン(C)が析出して、Cが多く含有されるカーボン層が形成される。そして、カーボン層がメタルやSiCとの密着性に乏しいことから、アルミニウム層219とニッケルシリサイド層218との間、ニッケルシリサイド層218と不純物領域との間で層剥がれが生じやすい。 However, when the nickel silicide layer 218 is formed, residual carbon (C) in SiC is deposited near the interface between the surface of the nickel silicide layer 218 and the impurity region in the nickel silicide layer 218, and carbon containing a large amount of C is deposited. Layers are formed. Since the carbon layer has poor adhesion to metal and SiC, layer peeling is likely to occur between the aluminum layer 219 and the nickel silicide layer 218, and between the nickel silicide layer 218 and the impurity region.

そこで、項8の構成では、ソース領域にコンタクトされるソース配線が、ソース領域とのコンタクト部分にポリシリコン層を有し、ポリシリコン層上にメタル層を有している。
ポリシリコンは、SiCにおける不純物がドーピングされた領域(不純物領域)との間に良好なオーミック接合を形成することができる。そのため、メタル層がソース領域に直接にコンタクトされる構造に不可欠なシリサイド化を省略することができる。よって、ポリシリコン層の表面およびポリシリコン層におけるソース領域との界面近傍でのカーボン層の発生を防止することができる。その結果、ポリシリコン層とメタル層との間およびポリシリコン層とソース領域との間での層剥がれを抑制することができる。よって、ソース配線の接続信頼性を向上させることができる。
(項9)前記ポリシリコン層と前記メタル層との間に、Tiを含有する中間層が介在されている、項8に記載の半導体装置。
Therefore, in the configuration of Item 8, the source wiring contacted with the source region has a polysilicon layer at the contact portion with the source region and a metal layer on the polysilicon layer.
Polysilicon can form a good ohmic contact with the impurity-doped region (impurity region) in SiC. Therefore, silication, which is indispensable for the structure in which the metal layer is in direct contact with the source region, can be omitted. Therefore, it is possible to prevent the generation of the carbon layer in the vicinity of the interface between the surface of the polysilicon layer and the source region in the polysilicon layer. As a result, layer peeling between the polysilicon layer and the metal layer and between the polysilicon layer and the source region can be suppressed. Therefore, the connection reliability of the source wiring can be improved.
Item 9. The semiconductor device according to Item 8, wherein an intermediate layer containing Ti is interposed between the polysilicon layer and the metal layer.

チタンを含有する材料は、ポリシリコン材料およびメタル材料のいずれに対しても優れた密着性を有する。そのため、ポリシリコン層とメタル層との間にチタンを含有する層が介在されている構成を有する半導体装置では、ポリシリコン層とメタル層との密着性を向上させることができる。その結果、ソース配線の接続信頼性を一層向上させることができる。
(項10)前記メタル層が、Alを含有する層を有し、前記中間層が、前記ポリシリコン層の側からTi層およびTiN層がこの順で積層された構造を有する、項9に記載の半導体装置。
Titanium-containing materials have excellent adhesion to both polysilicon and metal materials. Therefore, in a semiconductor device having a structure in which a layer containing titanium is interposed between the polysilicon layer and the metal layer, the adhesion between the polysilicon layer and the metal layer can be improved. As a result, the connection reliability of the source wiring can be further improved.
Item 9. The item 9 has a structure in which the metal layer has a layer containing Al, and the intermediate layer has a structure in which a Ti layer and a TiN layer are laminated in this order from the side of the polysilicon layer. Semiconductor equipment.

Alは、ポリシリコン層に導電性を付与するための不純物として利用することができるが、適当な量でポリシリコン層に混入しないと、ソース配線として利用されるポリシリコン層の抵抗値が不安定になる場合がある。
そこで、項10の構成では、Alを含有する層とポリシリコン層との間に、ポリシリコン層へのAlの拡散を防止するためのバリア層としてTiN層が介在されている。これにより、余分なAlがポリシリコン層に拡散しないので、ポリシリコン層の不純物濃度を安定させることができる。その結果、ポリシリコン層の抵抗値を安定させることができる。
(項11)SiCからなり、表面がSi面である第1導電型の半導体層の表層部に、その表面から掘り下がったゲートトレンチを形成する工程と、前記ゲートトレンチの底面および側面を、窒素および酸素を含有するガス中において1200℃以上の熱処理温度で酸化させることにより、前記ゲートトレンチの前記底面および前記側面上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、前記ゲートトレンチを埋め尽くすようにゲート電極を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
Al can be used as an impurity for imparting conductivity to the polysilicon layer, but the resistance value of the polysilicon layer used as source wiring is unstable unless it is mixed in an appropriate amount in the polysilicon layer. May become.
Therefore, in the configuration of Item 10, a TiN layer is interposed between the Al-containing layer and the polysilicon layer as a barrier layer for preventing the diffusion of Al into the polysilicon layer. As a result, the excess Al does not diffuse into the polysilicon layer, so that the impurity concentration of the polysilicon layer can be stabilized. As a result, the resistance value of the polysilicon layer can be stabilized.
(Item 11) A step of forming a gate trench dug down from the surface of a first conductive type semiconductor layer made of SiC and having a Si surface on the surface, and nitrogen on the bottom surface and side surfaces of the gate trench. A step of forming a gate insulating film on the bottom surface and the side surface of the gate trench by oxidizing the gate trench in a gas containing oxygen at a heat treatment temperature of 1200 ° C. or higher, and the gate trench on the gate insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of forming a gate electrode so as to fill the space.

この方法における条件(雰囲気ガスおよび熱処理温度)で前記ゲートトレンチの底面および側面を酸化させれば、ゲート絶縁膜における側面上の部分の厚さに対する底面上の部分の厚さの比を0.3~1.0にすることができる。
また、前記ゲート絶縁膜を形成する工程では、(項12)として、少なくともNOを含有するガス中において前記ゲートトレンチの前記底面および前記側面を酸化させることが好ましく、さらに、NOガスは、(項13)として、供給するガスの総流量に対して30%以下の流量比で供給することが好ましい。
If the bottom surface and the side surface of the gate trench are oxidized under the conditions in this method (atmospheric gas and heat treatment temperature), the ratio of the thickness of the bottom surface portion to the thickness of the side surface portion of the gate insulating film is 0.3. It can be set to ~ 1.0.
Further, in the step of forming the gate insulating film, as (Item 12), it is preferable to oxidize the bottom surface and the side surface of the gate trench in a gas containing at least N 2 O, and further, N 2 O gas. (Item 13), it is preferable to supply the gas at a flow rate ratio of 30% or less with respect to the total flow rate of the gas to be supplied.

なお、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記半導体層を抵抗加熱炉に装入する工程と、前記抵抗加熱炉内に窒素および酸素を含有するガスを導入して、窒素および酸素含有ガス雰囲気を作り出す工程と、前記ガス雰囲気を維持したまま、前記抵抗加熱炉の加熱温度を1200℃以上に制御する工程とを含んでいてもよい。
たとえば、SiCからなる半導体層の加熱に関する背景技術として、以下の知見が知られている(たとえば、特開2003-318388号公報)。
The steps for forming the gate insulating film include a step of charging the semiconductor layer into a resistance heating furnace and a nitrogen and oxygen-containing gas atmosphere by introducing a gas containing nitrogen and oxygen into the resistance heating furnace. It may include a step of controlling the heating temperature of the resistance heating furnace to 1200 ° C. or higher while maintaining the gas atmosphere.
For example, the following findings are known as background techniques for heating a semiconductor layer made of SiC (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-318388).

具体的には、SiCが採用された半導体装置として、たとえば、表層部に活性化イオン領域を有するSiC層と、SiC層の表面に形成されたゲート酸化膜と、ゲート酸化膜上に形成され、ゲート酸化膜を介してイオン領域と対向するゲート電極とからなるMOS(Metal Oxide Semiconductor)構造を有するMOSFETが知られている。
このようなMOS構造を作製するには、たとえば、まず、SiC層の表層部に不純物イオンが注入される。次いで、抵抗加熱炉内において、SiC層が加熱されることにより、注入されたイオンが活性化する。イオンの活性化後、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)装置内において、酸素含有ガスの供給により、SiC層の表面にゲート酸化膜が形成される。そして、スパッタ法により、ゲート酸化膜上にゲート電極が形成される。これにより、ゲート電極(Metal)-ゲート酸化膜(Oxide)-SiC層(Semiconductor)の層構造(MOS構造)が作製される。
Specifically, as a semiconductor device in which SiC is adopted, for example, a SiC layer having an activated ion region on the surface layer portion, a gate oxide film formed on the surface of the SiC layer, and a gate oxide film formed on the gate oxide film. A MOSFET having a MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure including a gate electrode facing an ion region via a gate oxide film is known.
In order to fabricate such a MOS structure, for example, first, impurity ions are injected into the surface layer portion of the SiC layer. Next, the injected ions are activated by heating the SiC layer in the resistance heating furnace. After activation of the ions, a gate oxide film is formed on the surface of the SiC layer by supplying an oxygen-containing gas in a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus. Then, the gate electrode is formed on the gate oxide film by the sputtering method. As a result, a layer structure (MOS structure) of a gate electrode (Metal) -gate oxide film (Oxide) -SiC layer (Semiconductor) is produced.

SiC層内のイオンを活性化させるには、たとえば、1600~1700℃の温度でアニール処理する必要がある。抵抗加熱炉では高温域までの加熱時間が長くなるため、イオン活性のための加熱中に、SiC層の表面からSiが昇華する、いわゆるSi抜けが生じ、SiC層の表面が荒れてしまう。その結果、SiC層とゲート酸化膜との界面が凸凹になり、MOSFETのチャネル移動度が低下する。 In order to activate the ions in the SiC layer, for example, it is necessary to perform an annealing treatment at a temperature of 1600 to 1700 ° C. In a resistance heating furnace, the heating time to a high temperature range becomes long, so that Si sublimates from the surface of the SiC layer, that is, so-called Si omission occurs during heating for ionic activity, and the surface of the SiC layer becomes rough. As a result, the interface between the SiC layer and the gate oxide film becomes uneven, and the channel mobility of the MOSFET decreases.

そこで、高周波誘導加熱炉を利用して高温域までの加熱時間を短縮することにより、SiC層の表面荒れを抑制し、その後、ゲート酸化炉を利用してゲート酸化膜を形成する手法が採用されている。
しかし、このような手法では、高周波誘導加熱炉およびゲート酸化炉の2つの装置が別途必要になるため、装置コストが増加するという不具合を生じる。
Therefore, a method is adopted in which the surface roughness of the SiC layer is suppressed by shortening the heating time to a high temperature range by using a high-frequency induction heating furnace, and then a gate oxide film is formed by using a gate oxidation furnace. ing.
However, in such a method, two devices, a high-frequency induction heating furnace and a gate oxidation furnace, are required separately, which causes a problem that the device cost increases.

別の手法として、イオンの活性化に先立ってSiC層の表面にカーボン膜を形成し、このカーボン膜によってSi抜けを防止することにより、SiC層表面の平坦性を維持することが提案されている。
カーボン膜は、たとえば、SiC層表面にカーボンを含む膜を形成し、高周波誘導加熱炉内においてカーボンを含む膜を加熱することにより、当該膜からカーボン以外の元素を蒸発させて形成される。
As another method, it has been proposed to maintain the flatness of the surface of the SiC layer by forming a carbon film on the surface of the SiC layer prior to the activation of ions and preventing Si loss by the carbon film. ..
The carbon film is formed, for example, by forming a film containing carbon on the surface of the SiC layer and heating the film containing carbon in a high-frequency induction heating furnace to evaporate elements other than carbon from the film.

しかしながら、本発明者らは、鋭意研究したところ、カーボン膜を形成するための加熱温度は、1000℃程度でよく、イオンを活性化させるための温度(1600~1700℃)よりも低い。そのため、加熱温度を2段階制御する必要があるが、高周波誘導加熱炉を精密に温度制御することは困難であるという課題を見出した。
また、イオンの活性化後、カーボン膜は不要となる。この不要になったカーボン膜は、高周波誘導加熱炉とは別の装置において、酸化ガスにより酸化除去される。高周波誘導加熱炉内に酸化ガスを導入し、イオンの活性化に引き続いてカーボン膜を除去することも検討されるが、高周波誘導加熱炉の発熱体にはカーボン材料が使用されているため、酸化ガスが供給されると当該カーボン材料が酸化されてしまう。そのため、カーボン膜除去装置が別途必要不可欠であり、装置コストの増加が不可避であるという課題も見出した。
However, as a result of diligent research, the present inventors have found that the heating temperature for forming the carbon film may be about 1000 ° C., which is lower than the temperature for activating ions (1600-1700 ° C.). Therefore, it is necessary to control the heating temperature in two stages, but it has been found that it is difficult to precisely control the temperature of the high frequency induction heating furnace.
Further, after the activation of the ions, the carbon film becomes unnecessary. This unnecessary carbon film is oxidized and removed by an oxidizing gas in a device different from the high frequency induction heating furnace. It is also considered to introduce an oxidation gas into the high frequency induction heating furnace and remove the carbon film following the activation of ions, but since the carbon material is used for the heating element of the high frequency induction heating furnace, it is oxidized. When the gas is supplied, the carbon material is oxidized. Therefore, we have also found that a carbon film removing device is indispensable separately, and an increase in device cost is unavoidable.

そこで、装置コストを増加させることなく、簡単な温度制御により、SiC層表面の荒れを抑制することのできる半導体装置の製造方法を提供する目的を達するために、下記の発明をした。
その発明とは、具体的には、表層部にイオンが注入されたSiC層の表面に有機材料膜を形成する工程と、前記有機材料膜の形成後、抵抗加熱炉内において、前記有機材料膜を加熱することにより、前記有機材料膜をカーボン膜に変質させる工程と、前記抵抗加熱炉内において、前記カーボン膜が形成された前記SiC層を加熱することにより、前記SiC層内のイオンを活性化する工程と、前記抵抗加熱炉内に酸素含有ガスを導入することにより、前記カーボン膜を酸化させて除去する工程と、前記カーボン膜の除去後、引き続き前記抵抗加熱炉内において、前記酸素含有ガスにより、前記SiC層の表面を酸化させて酸化膜を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
Therefore, in order to achieve the object of providing a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the roughness of the surface of the SiC layer by simple temperature control without increasing the device cost, the following invention was made.
Specifically, the invention includes a step of forming an organic material film on the surface of a SiC layer in which ions are injected into a surface layer portion, and the organic material film in a resistance heating furnace after the formation of the organic material film. By heating the organic material film into a carbon film, and by heating the SiC layer on which the carbon film is formed in the resistance heating furnace, the ions in the SiC layer are activated. A step of oxidizing and removing the carbon film by introducing an oxygen-containing gas into the resistance heating furnace, and a step of removing the carbon film and then continuing to contain the oxygen in the resistance heating furnace. A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of oxidizing the surface of the SiC layer with a gas to form an oxide film.

この製造方法によれば、有機材料膜の形成後、抵抗加熱炉内において有機材料膜を加熱することにより、有機材料膜がカーボン膜に変質して、SiC層表面にカーボン膜が形成される。カーボン膜の形成後、SiC層内のイオンを活性化させるために、SiC層が加熱される。その後、抵抗加熱炉内に酸素含有ガスが導入されることにより、カーボン膜が酸化除去される。カーボン膜の除去後、引き続き抵抗加熱炉内において、酸素含有ガスにより、SiC層の表面が酸化されて酸化膜が形成される。 According to this manufacturing method, after the formation of the organic material film, the organic material film is heated in the resistance heating furnace to change the quality of the organic material film into a carbon film, and the carbon film is formed on the surface of the SiC layer. After the formation of the carbon film, the SiC layer is heated to activate the ions in the SiC layer. After that, the carbon film is oxidized and removed by introducing an oxygen-containing gas into the resistance heating furnace. After the carbon film is removed, the surface of the SiC layer is oxidized by the oxygen-containing gas in the resistance heating furnace to form an oxide film.

イオン活性のための加熱に先立って、SiC層の表面にカーボン膜が形成されるので、SiC層の加熱時に、SiC層表面からのSi抜けを防止することができる。そのため、SiC層表面の荒れを抑制することができ、SiC層表面の平坦性を維持することができる。その結果、SiC層と酸化膜との界面を滑らかにすることができるので、半導体装置のチャネル移動度を向上させることができる。 Since the carbon film is formed on the surface of the SiC layer prior to heating for ionic activity, it is possible to prevent Si from coming off from the surface of the SiC layer when the SiC layer is heated. Therefore, the roughness of the surface of the SiC layer can be suppressed, and the flatness of the surface of the SiC layer can be maintained. As a result, the interface between the SiC layer and the oxide film can be smoothed, so that the channel mobility of the semiconductor device can be improved.

さらに、有機材料膜を加熱してカーボン膜に変質させる工程、SiC層を加熱してイオンを活性化させる工程、酸素含有ガスによりカーボン膜を酸化除去する工程およびSiC層の表面を酸化させて酸化膜を形成する工程からなる4工程を、1つの抵抗加熱炉内で連続して行なうことができる。カーボン膜を除去するための装置などを別途必要としないので、装置コストの増加を抑制することもできる。しかも、抵抗加熱炉を用いるので、カーボン膜を形成するための加熱温度およびイオンを活性化させるための加熱温度を、精密かつ簡単に制御することができる。 Further, a step of heating the organic material film to transform it into a carbon film, a step of heating the SiC layer to activate ions, a step of oxidizing and removing the carbon film with an oxygen-containing gas, and a step of oxidizing the surface of the SiC layer to oxidize it. The four steps of forming the film can be continuously performed in one resistance heating furnace. Since a separate device for removing the carbon film is not required, it is possible to suppress an increase in device cost. Moreover, since the resistance heating furnace is used, the heating temperature for forming the carbon film and the heating temperature for activating the ions can be precisely and easily controlled.

また、前記酸素含有ガスは、酸素および窒素を含有するガスであってもよい。酸化膜を形成するための酸素含有ガスが酸素および窒素を含有するガスであれば、半導体装置のチャネル移動度を一層向上させることができる。
なお、酸素および窒素を含有するガスとしては、たとえば、NO(一酸化窒素)、NO(一酸化二窒素)などを含有するガスを用いることができる。
Further, the oxygen-containing gas may be a gas containing oxygen and nitrogen. If the oxygen-containing gas for forming the oxide film is a gas containing oxygen and nitrogen, the channel mobility of the semiconductor device can be further improved.
As the gas containing oxygen and nitrogen, for example, a gas containing NO (nitric oxide), N2O ( nitrous oxide) and the like can be used.

また、前記SiC層の表面は、(0001)面、つまりSi面であることが好ましい。
上記のように、本発明者らは、SiCからなる半導体層の加熱に関する発明として、抵抗加熱炉を利用した発明をした。
したがって、前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記半導体層を抵抗加熱炉に装入する工程と、前記抵抗加熱炉内に窒素および酸素を含有するガスを導入して、窒素および酸素含有ガス雰囲気を作り出す工程と、前記ガス雰囲気を維持したまま、前記抵抗加熱炉の加熱温度を1200℃以上に制御する工程とを含む場合には、本発明の作用効果に加えて、上記した抵抗加熱炉を利用した発明による作用効果を享受することができる。
Further, the surface of the SiC layer is preferably a (0001) plane, that is, a Si plane.
As described above, the present inventors have invented an invention using a resistance heating furnace as an invention relating to heating of a semiconductor layer made of SiC.
Therefore, the step of forming the gate insulating film is a step of charging the semiconductor layer into the resistance heating furnace and a step of introducing a gas containing nitrogen and oxygen into the resistance heating furnace to create a nitrogen and oxygen-containing gas atmosphere. When the step of creating the above-mentioned gas atmosphere and the step of controlling the heating temperature of the resistance heating furnace to 1200 ° C. or higher while maintaining the gas atmosphere are included, in addition to the action and effect of the present invention, the above-mentioned resistance heating furnace can be used. You can enjoy the effects of the invention you used.

次に、本発明の参考例に基づいて説明するが、本発明は下記の参考例によって限定されるものではない。
参考例1(NO酸化)
まず、ウエハ状のSiC基板(Cree社製)のSi面に、N型不純物をドーピングしながらSiC結晶を成長させてSiCからなるエピタキシャル層を形成した。次いで、エピタキシャル層の表面(Si面)に所定パターンのSiOマスクを形成し、そのSiOマスクを介して、SF/Oガスをエピタキシャル層の表面に入射することによりトレンチを形成した。
Next, the present invention will be described based on the reference examples of the present invention, but the present invention is not limited to the following reference examples.
Reference Example 1 (N2O oxidation)
First, a SiC crystal was grown while doping N-type impurities on the Si surface of a wafer-shaped SiC substrate (manufactured by Cree) to form an epitaxial layer made of SiC. Next, a SiO 2 mask having a predetermined pattern was formed on the surface (Si surface) of the epitaxial layer, and a trench was formed by injecting SF 6 / O 2 gas onto the surface of the epitaxial layer through the SiO 2 mask.

次いで、SiC基板を拡散炉に搬入し、拡散炉内を1275℃に加熱した状態でNOガスを3時間供給した。これにより、トレンチ内面を酸化させて酸化膜を形成した。
また、NOガスの供給時間(酸化時間)を8時間および12時間とした場合の酸化膜も、上記と同様の操作により形成した。
参考例2(Dry酸化)
トレンチを形成する工程まで、参考例1と同様の工程を行なった。トレンチの形成後、SiC基板を拡散炉に搬入し、拡散炉内を1150℃に加熱した状態でOガスを4時間供給した。これにより、トレンチ内面を酸化させて酸化膜を形成した。
Next, the SiC substrate was carried into the diffusion furnace, and N2O gas was supplied for 3 hours while the inside of the diffusion furnace was heated to 1275 ° C. As a result, the inner surface of the trench was oxidized to form an oxide film.
Further, the oxide film when the supply time (oxidation time) of the N2O gas was 8 hours and 12 hours was also formed by the same operation as described above.
Reference Example 2 (Dry Oxidation)
The same process as in Reference Example 1 was performed up to the process of forming the trench. After the trench was formed, the SiC substrate was carried into the diffusion furnace, and O 2 gas was supplied for 4 hours while the inside of the diffusion furnace was heated to 1150 ° C. As a result, the inner surface of the trench was oxidized to form an oxide film.

また、Oガスの供給時間(酸化時間)を6時間および8時間とした場合の酸化膜も、上記と同様の操作により形成した。
参考例3(Wet酸化)
トレンチを形成する工程まで、参考例1と同様の工程を行なった。トレンチの形成後、SiC基板を拡散炉に搬入し、拡散炉内を1275℃に加熱した状態で水蒸気(HOガスを15分間供給した。これにより、トレンチ内面を酸化させて酸化膜を形成した。
Further, the oxide film when the supply time (oxidation time) of the O 2 gas was 6 hours and 8 hours was also formed by the same operation as described above.
Reference Example 3 (Wet Oxidation)
The same process as in Reference Example 1 was performed up to the process of forming the trench. After forming the trench, the SiC substrate was carried into the diffusion furnace, and steam ( H2O gas was supplied for 15 minutes while the inside of the diffusion furnace was heated to 1275 ° C., thereby oxidizing the inner surface of the trench to form an oxide film. bottom.

また、HOガスの供給時間(酸化時間)を25分間および35分間とした場合の酸化膜も、上記と同様の操作により形成した。
1)酸化膜の厚さ測定
参考例1~3により形成された各酸化膜の厚さを、トレンチ側面上の部分およびトレンチ底面上の部分ごとに測定した。結果を、図10(a)~(c)(図10(a):参考例1、図10(b):参考例2、図10(c):参考例3)に示す。
2)酸化膜の厚さ比
図10(a)~(c)で示される各酸化膜の厚さを用いて、酸化膜における側面上の部分の厚さに対する底面上の部分の厚さの比(底面/側面)を算出した。結果を図10(a)~(c)に示す。
Further, the oxide film when the supply time (oxidation time) of the H2O gas was 25 minutes and 35 minutes was also formed by the same operation as described above.
1) Measurement of oxide film thickness The thickness of each oxide film formed by Reference Examples 1 to 3 was measured for each portion on the side surface of the trench and the portion on the bottom surface of the trench. The results are shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c) (FIG. 10 (a): Reference Example 1, FIG. 10 (b): Reference Example 2, FIG. 10 (c): Reference Example 3).
2) Thickness ratio of oxide film Using the thickness of each oxide film shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c), the ratio of the thickness of the portion on the bottom surface to the thickness of the portion on the side surface of the oxide film. (Bottom / Side) was calculated. The results are shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c).

図10(a)によると、酸化膜における側面上の部分の厚さに対する底面上の部分の厚さの比(底面/側面)は、供給時間ごとに、約0.54(3時間)、0.46(8時間)、0.48(12時間)であることが確認された。
また、図10(b)によると、酸化膜における側面上の部分の厚さに対する底面上の部分の厚さの比(底面/側面)は、供給時間ごとに、約0.20(4時間)、0.20(6時間)、0.19(8時間)であることが確認された。
According to FIG. 10 (a), the ratio of the thickness of the portion on the bottom surface (bottom surface / side surface) to the thickness of the portion on the side surface of the oxide film is about 0.54 (3 hours), 0 for each supply time. It was confirmed that it was .46 (8 hours) and 0.48 (12 hours).
Further, according to FIG. 10B, the ratio of the thickness of the portion on the bottom surface (bottom surface / side surface) to the thickness of the portion on the side surface of the oxide film is about 0.20 (4 hours) for each supply time. , 0.20 (6 hours), 0.19 (8 hours).

また、図10(c)によると、酸化膜における側面上の部分の厚さに対する底面上の部分の厚さの比(底面/側面)は、供給時間ごとに、約0.23(15分間)、0.21(25分間)、0.22(35分間)であることが確認された。 Further, according to FIG. 10 (c), the ratio of the thickness of the portion on the bottom surface (bottom surface / side surface) to the thickness of the portion on the side surface of the oxide film is about 0.23 (15 minutes) for each supply time. , 0.21 (25 minutes) and 0.22 (35 minutes).

1 半導体装置
3 エピタキシャル層
5 ボディ領域
6 ゲートトレンチ
9 ゲート絶縁膜
10 絶縁膜側部
11 絶縁膜底部
12 ゲート電極
13 ソース領域
18 ポリシリコン層
25 中間層
26 メタル層
41 半導体装置
43 ゲートトレンチ
51 エピタキシャル層
53 ボディ領域
55 ソース領域
61 角部
62 インプラ活性層
63 ゲート絶縁膜
64 絶縁膜底部
65 絶縁膜側部
66 ゲート電極
69 ソース配線
70 ポリシリコン層
71 中間層
72 メタル層
85 半導体装置
1 Semiconductor device 3 epitaxial layer 5 body region 6 gate trench 9 gate insulating film 10 insulating film side 11 insulating film bottom 12 gate electrode 13 source region 18 polysilicon layer 25 intermediate layer 26 metal layer 41 semiconductor device 43 gate trench 51 epitaxial layer 53 Body area 55 Source area 61 Square part 62 Impla active layer 63 Gate insulating film 64 Insulating film bottom 65 Insulation film side 66 Gate electrode 69 Source wiring 70 Polysilicon layer 71 Intermediate layer 72 Metal layer 85 Semiconductor device

Claims (13)

第1導電型のSiC半導体層の表層部にゲートトレンチを有するMOSFETが形成されたSiC半導体装置の製造方法であって、
前記ゲートトレンチの内面に一部が露出するように第2導電型イオンが選択的に注入されたボディ形成領域と、前記ゲートトレンチの内面に一部が露出するように前記ボディ形成領域の表層部に第1導電型イオンが選択的に注入されたソース形成領域とを有する前記SiC半導体層の表面に前記ボディ形成領域、前記ソース形成領域および前記ゲートトレンチの内面を覆うようにカーボン膜を形成する第1工程と、
前記カーボン膜が形成された前記SiC半導体層を加熱して前記ボディ形成領域および前記ソース形成領域のイオンを活性化させることによって、前記SiC半導体層の表層部に第2導電型のボディ領域、当該ボディ領域の表層部に第1導電型のソース領域および前記ボディ領域に対して前記SiC半導体層の裏面側に第1導電型のドレイン領域を形成する第2工程と、
前記カーボン膜を除去した後、前記ゲートトレンチの内面および前記SiC半導体層の表面にゲート絶縁膜を形成する第3工程とを含み、
前記第1工程は、第1温度に所定時間保持する工程を含み、
前記第2工程は、前記第1温度よりも高い第2温度に所定時間保持する工程を含み、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記ゲートトレンチの側面上の部分の第2厚さに対する前記ゲートトレンチの底面上の部分の第1厚さの比(第1厚さ/第2厚さ)が0.3~1.0となるように、前記ゲート絶縁膜を形成する工程を含み、
前記ゲートトレンチが埋め尽くされるまで、ポリシリコンを前記ゲートトレンチに埋め込む工程と、
前記ポリシリコンのエッチング面が前記SiC半導体層の表面と面一になるまで、前記ポリシリコンをエッチバックする工程とをさらに含む、SiC半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a SiC semiconductor device in which a MOSFET having a gate trench is formed on the surface layer of a first conductive type SiC semiconductor layer.
A body-forming region in which second conductive ions are selectively injected so that a part is exposed on the inner surface of the gate trench, and a surface layer portion of the body-forming region so that a part is exposed on the inner surface of the gate trench. A carbon film is formed on the surface of the SiC semiconductor layer having a source forming region in which the first conductive ion is selectively injected so as to cover the inner surface of the body forming region, the source forming region and the gate trench. First step and
By heating the SiC semiconductor layer on which the carbon film is formed to activate the ions in the body forming region and the source forming region, a second conductive type body region is formed on the surface layer portion of the SiC semiconductor layer. A second step of forming a first conductive type source region on the surface layer portion of the body region and a first conductive type drain region on the back surface side of the SiC semiconductor layer with respect to the body region.
A third step of forming a gate insulating film on the inner surface of the gate trench and the surface of the SiC semiconductor layer after removing the carbon film is included.
The first step includes a step of holding the temperature at the first temperature for a predetermined time.
The second step includes a step of holding the temperature at a second temperature higher than the first temperature for a predetermined time.
In the step of forming the gate insulating film, the ratio of the first thickness of the portion on the bottom surface of the gate trench to the second thickness of the portion on the side surface of the gate trench (first thickness / second thickness). Including the step of forming the gate insulating film so that the ratio is 0.3 to 1.0.
The process of embedding polysilicon in the gate trench until the gate trench is filled,
A method for manufacturing a SiC semiconductor device, further comprising a step of etching back the polysilicon until the etched surface of the polysilicon is flush with the surface of the SiC semiconductor layer .
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、NOまたはNOを含有するガス中で行われる、請求項1に記載のSiC半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a SiC semiconductor device according to claim 1 , wherein the step of forming the gate insulating film is performed in a gas containing NO or N2O. 前記第1工程は、前記SiC半導体層の表面に有機材料膜を形成し、前記有機材料膜を前記第1温度まで加熱することによって、前記有機材料膜を前記カーボン膜に変質させる工程を含む、請求項1または2に記載のSiC半導体装置の製造方法。 The first step includes a step of forming an organic material film on the surface of the SiC semiconductor layer and heating the organic material film to the first temperature to change the quality of the organic material film into the carbon film. The method for manufacturing a SiC semiconductor device according to claim 1 or 2. 前記有機材料膜としてポリイミドを使用する、請求項3に記載のSiC半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a SiC semiconductor device according to claim 3, wherein polyimide is used as the organic material film. 前記ソース領域にオーミック接合されるソースコンタクト配線を形成する工程をさらに含み、
前記ソースコンタクト配線を形成する工程は、前記ソース領域との接合部分にポリシリコン層を形成する工程を含む、請求項1~のいずれか一項に記載のSiC半導体装置の製造方法。
Further including the step of forming a source contact wiring that is ohmic-bonded to the source region.
The method for manufacturing a SiC semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the step of forming the source contact wiring includes a step of forming a polysilicon layer at a joint portion with the source region.
前記SiC半導体層を表面から前記ソース形成領域および前記ボディ形成領域を貫通するソーストレンチを形成する工程を、前記カーボン膜を形成する工程の前にさらに含む、請求項に記載のSiC半導体装置の製造方法。 The SiC semiconductor device according to claim 5 , further comprising a step of forming a source trench that penetrates the source forming region and the body forming region from the surface of the SiC semiconductor layer before the step of forming the carbon film. Production method. 前記ソースコンタクト配線を形成する工程は、前記ソーストレンチが埋め尽くされるまで、前記ポリシリコン層を前記ソーストレンチに埋め込む工程を含む、請求項に記載のSiC半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a SiC semiconductor device according to claim 6 , wherein the step of forming the source contact wiring includes a step of embedding the polysilicon layer in the source trench until the source trench is filled. 前記ポリシリコン層に第1導電型または第2導電型の不純物を注入する工程をさらに含む、請求項5~7のいずれか一項に記載のSiC半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a SiC semiconductor device according to any one of claims 5 to 7 , further comprising a step of injecting a first conductive type or a second conductive type impurity into the polysilicon layer. 第1導電型のSiC半導体層の表層部にゲートトレンチを有するMOSFETが形成されたSiC半導体装置の製造方法であって、 A method for manufacturing a SiC semiconductor device in which a MOSFET having a gate trench is formed on the surface layer of a first conductive type SiC semiconductor layer.
前記ゲートトレンチの内面に一部が露出するように第2導電型イオンが選択的に注入されたボディ形成領域と、前記ゲートトレンチの内面に一部が露出するように前記ボディ形成領域の表層部に第1導電型イオンが選択的に注入されたソース形成領域とを有する前記SiC半導体層の表面に前記ボディ形成領域、前記ソース形成領域および前記ゲートトレンチの内面を覆うようにカーボン膜を形成する第1工程と、 A body-forming region in which second conductive ions are selectively injected so that a part is exposed on the inner surface of the gate trench, and a surface layer portion of the body-forming region so that a part is exposed on the inner surface of the gate trench. A carbon film is formed on the surface of the SiC semiconductor layer having a source forming region into which the first conductive type ion is selectively injected so as to cover the inner surface of the body forming region, the source forming region and the gate trench. First step and
前記カーボン膜が形成された前記SiC半導体層を加熱して前記ボディ形成領域および前記ソース形成領域のイオンを活性化させることによって、前記SiC半導体層の表層部に第2導電型のボディ領域、当該ボディ領域の表層部に第1導電型のソース領域および前記ボディ領域に対して前記SiC半導体層の裏面側に第1導電型のドレイン領域を形成する第2工程と、 By heating the SiC semiconductor layer on which the carbon film is formed to activate the ions in the body forming region and the source forming region, a second conductive type body region is formed on the surface layer portion of the SiC semiconductor layer. A second step of forming a first conductive type source region on the surface layer portion of the body region and a first conductive type drain region on the back surface side of the SiC semiconductor layer with respect to the body region.
前記カーボン膜を除去した後、前記ゲートトレンチの内面および前記SiC半導体層の表面にゲート絶縁膜を形成する第3工程とを含み、 A third step of forming a gate insulating film on the inner surface of the gate trench and the surface of the SiC semiconductor layer after removing the carbon film is included.
前記第1工程は、第1温度に所定時間保持する工程を含み、 The first step includes a step of holding the temperature at the first temperature for a predetermined time.
前記第2工程は、前記第1温度よりも高い第2温度に所定時間保持する工程を含み、 The second step includes a step of holding the temperature at a second temperature higher than the first temperature for a predetermined time.
前記ソース領域にオーミック接合されるソースコンタクト配線を形成する工程をさらに含み、 Further including the step of forming a source contact wiring that is ohmic-bonded to the source region.
前記ソースコンタクト配線を形成する工程は、前記ソース領域との接合部分にポリシリコン層を形成する工程を含み、 The step of forming the source contact wiring includes a step of forming a polysilicon layer at a joint portion with the source region.
前記SiC半導体層を表面から前記ソース形成領域および前記ボディ形成領域を貫通するソーストレンチを形成する工程を、前記カーボン膜を形成する工程の前にさらに含む、SiC半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a SiC semiconductor device, further comprising a step of forming a source trench that penetrates the source forming region and the body forming region from the surface of the SiC semiconductor layer before the step of forming the carbon film.
第1導電型のSiC半導体層の表層部にゲートトレンチを有するMOSFETが形成されたSiC半導体装置の製造方法であって、 A method for manufacturing a SiC semiconductor device in which a MOSFET having a gate trench is formed on the surface layer of a first conductive type SiC semiconductor layer.
前記ゲートトレンチの内面に一部が露出するように第2導電型イオンが選択的に注入されたボディ形成領域と、前記ゲートトレンチの内面に一部が露出するように前記ボディ形成領域の表層部に第1導電型イオンが選択的に注入されたソース形成領域とを有する前記SiC半導体層の表面に前記ボディ形成領域、前記ソース形成領域および前記ゲートトレンチの内面を覆うようにカーボン膜を形成する第1工程と、 A body-forming region in which second conductive ions are selectively injected so that a part is exposed on the inner surface of the gate trench, and a surface layer portion of the body-forming region so that a part is exposed on the inner surface of the gate trench. A carbon film is formed on the surface of the SiC semiconductor layer having a source forming region in which the first conductive ion is selectively injected so as to cover the inner surface of the body forming region, the source forming region and the gate trench. First step and
前記カーボン膜が形成された前記SiC半導体層を加熱して前記ボディ形成領域および前記ソース形成領域のイオンを活性化させることによって、前記SiC半導体層の表層部に第2導電型のボディ領域、当該ボディ領域の表層部に第1導電型のソース領域および前記ボディ領域に対して前記SiC半導体層の裏面側に第1導電型のドレイン領域を形成する第2工程と、 By heating the SiC semiconductor layer on which the carbon film is formed to activate the ions in the body forming region and the source forming region, a second conductive type body region is formed on the surface layer portion of the SiC semiconductor layer. A second step of forming a first conductive type source region on the surface layer portion of the body region and a first conductive type drain region on the back surface side of the SiC semiconductor layer with respect to the body region.
前記カーボン膜を除去した後、前記ゲートトレンチの内面および前記SiC半導体層の表面にゲート絶縁膜を形成する第3工程とを含み、 A third step of forming a gate insulating film on the inner surface of the gate trench and the surface of the SiC semiconductor layer after removing the carbon film is included.
前記第1工程は、第1温度に所定時間保持する工程を含み、 The first step includes a step of holding the temperature at the first temperature for a predetermined time.
前記第2工程は、前記第1温度よりも高い第2温度に所定時間保持する工程を含み、 The second step includes a step of holding the temperature at a second temperature higher than the first temperature for a predetermined time.
前記第1工程は、前記SiC半導体層の表面に有機材料膜を形成し、前記有機材料膜を前記第1温度まで加熱することによって、前記有機材料膜を前記カーボン膜に変質させる工程を含み、 The first step includes a step of forming an organic material film on the surface of the SiC semiconductor layer and heating the organic material film to the first temperature to change the quality of the organic material film into the carbon film.
前記第3工程は、酸素含有ガスにより前記カーボン膜を酸化除去すると共に、前記SiC半導体層を酸化させて前記ゲート絶縁膜を形成する工程を含み、 The third step includes a step of oxidizing and removing the carbon film with an oxygen-containing gas and oxidizing the SiC semiconductor layer to form the gate insulating film.
前記第1工程、前記第2工程および前記第3工程を、1つの加熱炉内で前記加熱炉から前記SiC半導体層を出すことなく引き続いて行なう、SiC半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a SiC semiconductor device, wherein the first step, the second step, and the third step are continuously performed in one heating furnace without taking out the SiC semiconductor layer from the heating furnace.
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、窒素を0.1~10%の濃度で含有するゲート絶縁膜を形成する工程を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載のSiC半導体装置の製造方法。 The SiC semiconductor device according to any one of claims 1 to 10 , wherein the step of forming the gate insulating film includes a step of forming a gate insulating film containing nitrogen at a concentration of 0.1 to 10%. Production method. 前記第3工程は、酸素含有ガスにより前記カーボン膜を酸化除去すると共に、前記SiC半導体層を酸化させて前記ゲート絶縁膜を形成する工程を含み、
前記第1工程、前記第2工程および前記第3工程を、1つの加熱炉内で前記加熱炉から前記SiC半導体層を出すことなく引き続いて行なう、請求項3に記載のSiC半導体装置の製造方法。
The third step includes a step of oxidizing and removing the carbon film with an oxygen-containing gas and oxidizing the SiC semiconductor layer to form the gate insulating film.
The method for manufacturing a SiC semiconductor device according to claim 3, wherein the first step, the second step, and the third step are continuously performed in one heating furnace without taking out the SiC semiconductor layer from the heating furnace. ..
第1導電型のSiC半導体層の表層部にゲートトレンチを有するMOSFETが形成されたSiC半導体装置の製造方法であって、
前記ゲートトレンチの内面に一部が露出するように第2導電型イオンが選択的に注入されたボディ形成領域と、前記ゲートトレンチの内面に一部が露出するように前記ボディ形成領域の表層部に第1導電型イオンが選択的に注入されたソース形成領域とを有する前記SiC半導体層の表面に前記ボディ形成領域、前記ソース形成領域および前記ゲートトレンチの内面を覆うようにカーボン膜を形成する第1工程と、
前記カーボン膜が形成された前記SiC半導体層を加熱して前記ボディ形成領域および前記ソース形成領域のイオンを活性化させることによって、前記SiC半導体層の表層部に第2導電型のボディ領域、当該ボディ領域の表層部に第1導電型のソース領域および前記ボディ領域に対して前記SiC半導体層の裏面側に第1導電型のドレイン領域を形成する第2工程と、
前記カーボン膜を除去した後、前記ゲートトレンチの内面および前記SiC半導体層の表面にゲート絶縁膜を形成する第3工程とを含み、
前記第1工程は、第1温度に所定時間保持する工程を含み、かつ前記SiC半導体層の表面に有機材料膜を形成し、前記有機材料膜を前記第1温度まで加熱することによって、前記有機材料膜を前記カーボン膜に変質させる工程を含み、
前記第2工程は、前記第1温度よりも高い第2温度に所定時間保持する工程を含み、
前記第3工程は、酸素含有ガスにより前記カーボン膜を酸化除去する工程を含み、
前記第1工程、前記第2工程および前記第3工程を、1つの加熱炉内で前記加熱炉から前記SiC半導体層を出すことなく引き続いて行なう、SiC半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a SiC semiconductor device in which a MOSFET having a gate trench is formed on the surface layer of a first conductive type SiC semiconductor layer.
A body-forming region in which second conductive ions are selectively injected so that a part is exposed on the inner surface of the gate trench, and a surface layer portion of the body-forming region so that a part is exposed on the inner surface of the gate trench. A carbon film is formed on the surface of the SiC semiconductor layer having a source forming region in which the first conductive ion is selectively injected so as to cover the inner surface of the body forming region, the source forming region and the gate trench. First step and
By heating the SiC semiconductor layer on which the carbon film is formed to activate the ions in the body forming region and the source forming region, a second conductive type body region is formed on the surface layer portion of the SiC semiconductor layer. A second step of forming a first conductive type source region on the surface layer portion of the body region and a first conductive type drain region on the back surface side of the SiC semiconductor layer with respect to the body region.
A third step of forming a gate insulating film on the inner surface of the gate trench and the surface of the SiC semiconductor layer after removing the carbon film is included.
The first step includes a step of holding the organic material film at the first temperature for a predetermined time, and by forming an organic material film on the surface of the SiC semiconductor layer and heating the organic material film to the first temperature, the organic material film is formed. Including the step of transforming the material film into the carbon film.
The second step includes a step of holding the temperature at a second temperature higher than the first temperature for a predetermined time.
The third step includes a step of oxidizing and removing the carbon film with an oxygen-containing gas.
A method for manufacturing a SiC semiconductor device, wherein the first step, the second step, and the third step are continuously performed in one heating furnace without taking out the SiC semiconductor layer from the heating furnace.
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