JPWO2014061367A1 - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<炭化珪素半導体装置の構造>
図1は本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の上面図であり、炭化珪素半導体装置の表面構造を示し易くするためにソース電極10を省略した状態を示している。また図2は本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の断面図(ソース電極10も含む)であり、図2(a)は図1のA−A部分の断面を、図2(b)は図2(a)の破線で丸く囲んだ部分を拡大して示している。
図3(a)〜(d)に、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造工程を示す。製造工程の順序は特に記載がない限り前後してもよい。また、ここでは、本発明の特徴であるp型ボディ領域4の製造方法を中心に述べる。
本実施の形態の炭化珪素半導体装置の構成を用いることで、トレンチ7内部から斜めイオン注入によりp型ボディ領域4を形成するため、トレンチ7の底面がp型ボディ領域4に覆われにくくなる。そのためトレンチ7の底部よりゲート絶縁膜8の膜厚±50nmだけ上面側へ移動した部分からp型高濃度ウェル領域6の底部に向けてp型ボディ領域4を形成することができ、トレンチ7側面のドリフト層2と接する面積を小さくすることができる。したがって、ドリフト層2とp型ボディ領域4との接合部に生じる空乏層cによりトレンチ7底部端のゲート絶縁膜8での電界強度を緩和することができ、炭化珪素半導体装置がOFF時には高い耐圧特性を得ることができる。
<炭化珪素半導体装置の構造>
実施の形態2の炭化珪素半導体装置の断面図を図9に示す。本実施の形態の炭化珪素半導体装置の構造は、実施の形態1の炭化珪素半導体装置と比較すると、基本となる部分は同じであるが、実施の形態1の炭化珪素半導体装置では、p型ボディ領域4のイオン濃度は全体で一定であったが、本実施の形態の炭化珪素半導体装置のp型ボディ領域4ではイオン注入量に分布があり、トレンチ7近傍ではイオン濃度が低く、p型高濃度ウェル領域6に近くなるにつれてイオン濃度が高くなる点で異なっている。
本実施の形態のp型ボディ領域4は、斜めイオン注入時にレトログレードの注入プロファイルを用いることでトレンチ7から遠ざかるに連れて不純物濃度を高くすることができる。レトログレードプロファイルは、不純物濃度が表面で低く、奥で高いような分布を作るものである。
このようにp型ボディ領域4の一部に不純物濃度が高い領域を形成すると、OFF時において高電圧を印加するとこの高不純物領域の空乏化を防ぎ、n型ソース領域3とドリフト層2とのパンチスルー(導通)の発生を抑制することができる。一般的にパンチスルーの抑制には、p型高濃度ウェル領域6とトレンチ7との間隔を小さくし、p型ボディ領域4の空乏化を抑制してパンチスルーを防止するのが一般的である。しかしイオン注入工程のイオン注入方向の広がり、マスク15の位置ずれなどにより、トレンチ7とp型高濃度ウェル領域6との間隔をあまり狭くすることができない場合があり、その場合、p型ボディ領域4の一部に高不純物濃度の領域を形成することは有効である。
本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の断面図を図12に示す。本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、実施の形態1に記載の炭化珪素半導体装置と比較して、トレンチ7の底面に隣接するドリフト層2よりも不純物濃度が高い、n型高濃度領域12が形成されている点で異なっている。
本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の上面図を図13に示す。本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、実施の形態1〜3に記載の炭化珪素半導体装置のようにストライプ状に配置されたトレンチ7と比較して、トレンチ7がp型ボディ領域4などの不純物層を囲むように格子状に配置されている点で異なっている。
Claims (15)
- 第1導電型の炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板の第1の面に形成され、前記炭化珪素半導体基板よりも低濃度の第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層と、
前記ドリフト層中に形成され、内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されたトレンチと、
前記トレンチと一定の間隔を隔てて形成され、前記トレンチよりも深く形成された第2導電型の炭化珪素からなる高濃度ウェル領域と、
前記トレンチの底部側の前記ゲート電極端から前記トレンチを囲み前記高濃度ウェル領域の底部に向けて深くなるように形成された第2導電型の炭化珪素からなるボディ領域と、
前記ボディ領域の上層部に形成され、前記トレンチの側面と当接するように形成された前記ドリフト層よりも高濃度の第1導電型の炭化珪素からなるソース領域とを有することを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 前記トレンチ底面と、前記トレンチの両側に設けられたボディ領域の底部端とでなす角が鈍角であることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記ボディ領域の不純物濃度が、前記トレンチ側より前記高濃度ウェル領域側で高くなることを特徴とする請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記ボディ領域は、不純物濃度が、前記高濃度ウェル領域に近づくにつれて、次第に高濃度となるように変化するグレーディング層を構成することを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記ドリフト層中の前記トレンチ底面に接する領域に、前記ドリフト層よりも不純物濃度が高い第1導電型の高濃度層が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 第1導電型の高濃度層の厚みは、0.1μm〜0.3μmであることを特徴とする請求項5に記載の炭化珪素半導体装置。
- 第1導電型の高濃度層の不純物濃度が前記ドリフト層の2倍〜10倍であることを特徴とする請求項5又は6に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記トレンチは所定の間隔でストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記トレンチは所定の間隔で格子状に形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記トレンチ側面に接する前記ボディ領域の底部が、前記トレンチの底部より上面側へ前記トレンチ底部の前記ゲート絶縁膜の膜厚±50nm以内に位置することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第1導電型の炭化珪素半導体基板はn型炭化珪素半導体基板であり、
前記第2導電型の炭化珪素からなるボディ領域は、
アクセプタ濃度が、1×1016〜1×1018/cm3のp型ボディ領域であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 第1導電型の炭化珪素半導体基板上にエピタキシャル成長法により第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層を形成する工程と、
前記ドリフト層の表面にトレンチを形成する工程と、
イオン注入により前記トレンチと一定の間隔を空けて、前記トレンチより深い第2導電型の高濃度ウェル領域を形成する工程と、
前記トレンチを介して斜めイオン注入により、前記トレンチの底部より上側の位置から前記第2導電型の高濃度ウェル領域の底部端に向けて深くなる第2導電型のボディ領域を形成する工程と、を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記ボディ領域を形成する工程に先立ち、
前記トレンチを埋め込み材料を用いて埋め込む工程を含み、
前記第2導電型のボディ領域を形成する工程は、
前記埋め込み材料を介在させて斜めイオン注入を行い、前記トレンチの底部より上側の位置から前記第2導電型の高濃度ウェル領域の底部端に向けて深くなる第2導電型のボディ領域を形成する工程と、
前記埋め込み材料を溶解、除去する工程と、を含むことを特徴とする請求項12に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 第1導電型の炭化珪素半導体基板上にドリフト層をエピタキシャル成長法により形成する工程と、
前記ドリフト層の表面に第2導電型の高濃度ウェル領域を形成する工程と、
前記ドリフト層の表面にトレンチを形成するためのレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクに用いて、斜めイオン注入を行い、前記第2導電型の高濃度ウェル領域の底部端へ向けて深くなる第2導電型のボディ領域を形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクに用いて、底部部より上側の位置で前記第2導電型のボディ領域と接するトレンチをエッチング法により形成する工程と、を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 第1導電型の炭化珪素半導体基板上にドリフト層をエピタキシャル成長法により形成する工程と、
前記ドリフト層の表面に第2導電型の高濃度ウェル領域を形成する工程と、
前記ドリフト層の表面に所望のテーパ角度を有するテーパ付マスクを形成する工程と、
前記ドリフト層の表面に対して、前記テーパ付マスクの上から垂直にイオン注入を行い、前記第2導電型の高濃度ウェル領域の底部端へ向けて深くなる第2導電型のボディ領域を形成する工程と、
前記ドリフト層の表面にエッチング法により、前記第2導電型の高濃度ウェル領域よりも浅く、底部部より上側の位置で前記第2導電型のボディ領域と接するトレンチを形成する工程と、を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
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