WO2013187019A1 - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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千田　和身
竹内　有一
成雅 副島
渡辺　行彦
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株式会社デンソー
トヨタ自動車株式会社
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    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs

Definitions

  • the present disclosure relates to a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) semiconductor device having a semiconductor switching element having a trench gate structure and a method for manufacturing the same.
  • SiC silicon carbide
  • a MOSFET having a trench gate structure is adopted and put into practical use in order to increase the channel density.
  • This trench gate structure can also be applied to a SiC semiconductor device.
  • SiC has a breakdown electric field strength 10 times that of silicon, so that it is used in a state where a voltage nearly 10 times that of a silicon device is applied to the SiC semiconductor device. . Therefore, when the trench gate structure is applied to a SiC semiconductor device, an electric field 10 times stronger than that of a silicon device is applied to the gate insulating film formed in the trench, and the gate insulating film is easily broken at the corner of the trench. End up.
  • Patent Document 1 proposes a structure in which a p-type layer is formed by ion-implanting p-type impurities below the bottom (bottom) of a trench constituting the trench gate structure. Yes.
  • a p-type layer By forming such a p-type layer, the electric field concentration at the bottom of the trench can be relaxed, and the gate insulating film can be prevented from being broken.
  • Patent Document 2 in the structure in which a p-type layer is formed at the bottom of the trench and the gate insulating film is thickened at the bottom of the trench while deepening the trench, the low-concentration p-type layer is also formed at both ends in the longitudinal direction of the trench.
  • the lightly doped p-type layer is formed by performing oblique ion implantation at both ends in the longitudinal direction of the trench.
  • the p-type base region and the p-type layer at the bottom of the trench are connected by the low-concentration p-type layers at both ends of the trench so that the p-type layer does not enter a floating state. Deterioration can be suppressed.
  • the low concentration p-type layers at both ends of the trench are completely depleted and the p-type layer at the bottom of the trench is in a floating state, so that the n ⁇ -type drift layer can be divided vertically.
  • a portion of the p-type base region and the n ⁇ -type drift layer that are separated above and below the depletion layer around the p-type layer and the depletion layer form a pseudo PNPN structure, and a high breakdown voltage can be achieved. In this way, high voltage resistance, low on-resistance, and high switching speed can be achieved at the same time.
  • the low-concentration p-type layer is formed by performing oblique ion implantation at both ends in the longitudinal direction of the trench. For this reason, the p-type base region and the p-type layer at the bottom of the trench are connected to prevent the p-type layer from being in a floating state.
  • the p-type layer is moved to an ion implantation apparatus. The manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases. In addition, drain leakage due to defect damage caused by ion implantation occurs.
  • the n ⁇ type drift layer becomes p-type in the entire surface of the trench side surface, and the FET does not operate, but it is difficult to process the side surface of the trench vertically.
  • the present disclosure has a first object to provide a method of manufacturing an SiC semiconductor device capable of achieving both high breakdown voltage and high switching speed regardless of ion implantation. It is a second object of the present invention to provide a SiC semiconductor device that can achieve both high breakdown voltage and high switching speed more accurately.
  • a method of manufacturing a SiC semiconductor device including a semiconductor switching element reaches a drift layer by etching through a source region and a base region, and one direction is a longitudinal direction.
  • the second conductivity type layer is formed by leaving the silicon carbide layer only at the bottom of the trench and the longitudinal end of the trench by hydrogen etching. . That is, a portion formed on the side surface of the trench is removed from the silicon carbide layer.
  • the second conductivity type layer including the round shape bottom layer and the round shape tip layer can be formed by epitaxial growth, and the second conductivity type layer can be formed without using the oblique ion implantation. For this reason, since oblique ion implantation is not separately required, it is possible to prevent the manufacturing process from becoming complicated, such as moving to an ion implantation apparatus, and to reduce the manufacturing cost.
  • the step of forming the second conductivity type layer by performing hydrogen etching continuously without lowering the temperature in the epitaxial growth apparatus used when forming the silicon carbide layer, A second conductivity type layer is formed.
  • the same epitaxial growth apparatus it becomes possible to simplify the manufacturing process.
  • an inverted channel region is formed on the surface portion of the base region located on the side surface of the trench by controlling the voltage applied to the gate electrode, and the source region and the drift layer are interposed.
  • the source region is formed from the surface of the source region to a depth deeper than the base region.
  • a second conductivity type layer made of silicon carbide of the second conductivity type constituted by the round-shaped tip layer formed And composed.
  • the second conductivity type layer is configured by the bottom layer located at the bottom of the trench and the tip layers formed at both tips of the trench, and the bottom layer is connected to the base region through the tip layer. ing.
  • the depletion layer extending from the bottom layer to the drift layer based on the built-in potential can prevent the electric field from entering. Therefore, a high breakdown voltage can be obtained.
  • the semiconductor switching element is switched from OFF to ON, the bottom layer is connected to the base region via the tip layer and is not in a floating state, so holes are immediately supplied to the bottom layer through the tip layer. Is done. For this reason, a low on-resistance can be realized and a high switching speed can be obtained.
  • FIG. 2 is a top surface layout diagram of an SiC semiconductor device including a MOSFET having an inverted trench gate structure according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the SiC semiconductor device taken along line II-II in FIG. It is an enlarged view of the front-end
  • region R1 of FIG. (A) to (d) are cross-sectional views showing manufacturing steps of the SiC semiconductor device shown in FIG.
  • FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views showing manufacturing steps of the SiC semiconductor device following FIGS. 4A to 4D.
  • FIGS. FIG. 4D and FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams showing the state of each step, where FIG. 4A is an image of a perspective cross-section of the trench 6 and FIG. It is the figure which showed the cross section in XY plane in (a), YZ plane, and ZX plane.
  • FIG. 6 is a top surface layout diagram of an SiC semiconductor device including an inversion type trench gate structure MOSFET according to a second embodiment of the present disclosure. It is an enlarged view of the front-end
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the SiC semiconductor device on the XX line of FIG. 8.
  • FIG. 6 is a top surface layout diagram of an SiC semiconductor device including an inversion type trench gate MOSFET according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the SiC semiconductor device taken along line XII-XII in FIG. 11.
  • the SiC semiconductor device shown in FIG. 1 is configured to have a cell region in which a semiconductor element is formed and an outer peripheral region (termination structure region) provided with an outer peripheral pressure-resistant structure surrounding the cell region.
  • a MOSFET having an inverted trench gate structure is provided as a semiconductor element.
  • the SiC semiconductor device includes an n ⁇ type drift layer 2 made of SiC, a p type base region 3, and an n + type source region 4 on the main surface of an n + type substrate 1 made of SiC.
  • the semiconductor substrate is formed by sequentially growing epitaxially.
  • the n + type substrate 1 has an n type impurity concentration such as nitrogen of 1.0 ⁇ 10 19 / cm 3 and a thickness of about 300 ⁇ m.
  • the n ⁇ -type drift layer 2 has an n-type impurity concentration such as nitrogen of 3.0 to 7.0 ⁇ 10 15 / cm 3 and a thickness of about 10 to 15 ⁇ m.
  • the impurity concentration of the n ⁇ -type drift layer 2 may be constant in the depth direction, but the concentration distribution is inclined, and the n + -type substrate 1 side of the n ⁇ -type drift layer 2 is the n + -type substrate. It is also possible to make the concentration higher than the side away from 1. In this way, since the internal resistance of the n ⁇ type drift layer 2 can be reduced, the on-resistance can be reduced.
  • the p-type base region 3 is configured such that the p-type impurity concentration such as boron or aluminum is, for example, 5.0 ⁇ 10 16 to 2.0 ⁇ 10 19 / cm 3 and the thickness is about 2.0 ⁇ m.
  • the n + type source region 4 has an n type impurity concentration (surface concentration) such as phosphorus in the surface layer portion of, for example, 1.0 ⁇ 10 21 / cm 3 and a thickness of about 0.5 ⁇ m.
  • the n + -type source region 4 is left on the surface of the p-type base region 3 in the p-type base region 3, and penetrates the n + -type source region 4 and the p-type base region 3 to form n ⁇ .
  • a p + type deep layer 5 is formed so as to reach the type drift layer 2.
  • the p + type deep layer 5 has a p-type impurity concentration (surface concentration) of, for example, boron or aluminum in the surface layer portion of, for example, 1.0 ⁇ 10 19 / cm 3 , a width of 0.5 ⁇ m, and a depth of about 2.7 ⁇ m. Has been.
  • the p + type deep layer 5 is formed to a position deeper than a trench 6 for forming a trench gate structure to be described later and a p type layer 7 formed at the bottom thereof, and the bottom of the p + type deep layer 5 is formed.
  • a body break occurs preferentially.
  • the p + type deep layer 5 is laid out in a lattice shape so as to divide the cell region into a plurality of portions in the cell region, and the corners are rounded so as to surround the outer edge of the cell region. It is laid out in a square shape.
  • the width is 0.5 to 2.0 ⁇ m and the depth is 2.0 ⁇ m or more (for example, 2 ⁇ m) so as to penetrate the p-type base region 3 and the n + -type source region 4 and reach the n ⁇ -type drift layer 2. .4 ⁇ m) trenches 6 are formed.
  • the p-type base region 3 and the n + -type source region 4 described above are arranged so as to be in contact with the side surface of the trench 6.
  • the trench 6 is formed in a line-shaped layout in which the left-right direction in FIG. 1 is the width direction, the vertical direction is the longitudinal direction, and the vertical direction is the depth direction. In FIGS. 2 and 3, the bottom of the trench 6 and the corners at both ends are angular, but they may be rounded.
  • the trench 6 is made into the stripe form by which each trench 6 was arranged in parallel by arranging two or more.
  • a plurality of trenches 6 are arranged in each region partitioned by the p + type deep layer 5, and the trenches 6 are arranged at equal intervals inside the trench 6.
  • the interval between the trenches 6 is, for example, 1 to 2 ⁇ m, and is set to such a length that an electric field does not enter between the trenches 6 when turned off.
  • the distance from the trench 6 closest to the p + type deep layer 5 to the p + type deep layer 5 and the distance from both ends of the trench 6 to the p + type deep layer 5 are both equal to or less than the distance a. Is set.
  • the distance a is set on the basis of a depletion layer width extending from a p-type SiC layer 7 to be described later to the n - type drift layer 2 side based on a built-in potential when the MOSFET is turned off. Three times or less.
  • a p-type SiC layer 7 is formed in the trench 6.
  • the p-type SiC layer 7 is formed at a relatively high concentration of p-type impurity concentration of, for example, 3 ⁇ 10 17 to 3 ⁇ 10 18 / cm 3 and has a thickness of about 0.2 ⁇ m.
  • the p-type SiC layer 7 is also formed at the bottom of the trench 6 and at both ends in the longitudinal direction.
  • a portion of the p-type SiC layer 7 in which the surface formed at the bottom of the trench 6 has a round shape is referred to as a bottom p-type layer 7a, and the surfaces formed at both ends of the trench 6 are round.
  • the shape portion is referred to as the tip p-type layer 7b.
  • the bottom p-type layer 7a corresponds to a round shape bottom layer
  • the tip p-type layer 7b corresponds to a round shape tip layer.
  • the bottom p-type layer 7 a is formed on the bottom surface of the trench 6 by epitaxial growth.
  • the shallowest position of the bottom p-type layer 7 a is deeper than the bottom of the p-type base region 3, and the deepest position is shallower than the bottom of the p + -type deep layer 5. Therefore, the body break is preferentially formed at the bottom of the p + type deep layer 5 while the channel formation can be performed with the n ⁇ type drift layer 2 remaining between the p type base region 3 and the bottom p type layer 7a. Can occur.
  • the upper surface of the bottom p-type layer 7 a has a rounded curved surface, and is joined to both side surfaces of the trench 6 in a smooth state with no step.
  • the tip p-type layer 7 b is also formed by epitaxial growth on both tip surfaces of the trench 6.
  • the inner surface of the trench 6 in the tip p-type layer 7b is also a rounded curved surface, and is joined to both side surfaces of the trench 6 with almost no step.
  • bottom p-type layer 7a and tip p-type layer 7b constitute p-type SiC layer 7. Therefore, the p-type SiC layer 7 is disposed away from the p-type base region 3 with respect to the bottom p-type layer 7a, but is connected to the p-type base region 3 with respect to the tip p-type layer 7b. Therefore, p-type SiC layer 7 is fixed at the same potential as p-type base region 3 and has a structure that does not enter a floating state. In the p-type SiC layer 7, the p-type SiC layer 7 is not formed on both side surfaces of the trench 6. Therefore, the n ⁇ type drift layer 2, the p type base region 3, and the n + type source region 4 are exposed on both side surfaces of the trench 6.
  • the gate insulating film 8 is composed of, for example, a thermal oxide film obtained by thermally oxidizing the inner wall surface of the trench 6, and the thickness of the gate insulating film 8 is about 100 nm on both the side surface side and the bottom side of the trench 6.
  • the upper surface of the bottom p-type layer 7a constituting the p-type SiC layer 7 and the inner surface of the trench 6 in the tip p-type layer 7b are rounded curved surfaces.
  • the bottom surface of the insulating film 8 is also rounded. For this reason, the gate insulating film 8 is formed with a uniform film thickness as a whole, and there is no thinned portion at the corner of the trench 6. In this way, a trench gate structure is configured.
  • a source electrode 11 and a gate wiring are formed on the surface of the n + -type source region 4 and the p + -type deep layer 5 and the surface of the gate electrode 9 via an interlayer insulating film 10.
  • the source electrode 11 and the gate wiring are made of a plurality of metals (for example, Ni / Al, etc.), and at least a portion in contact with the n-type SiC (specifically, the n + -type source region 4) is made of n-type SiC. It is comprised with the metal which can be in ohmic contact, and the part which contacts at least p-type SiC (specifically p + type deep layer 5) is comprised by the metal which can be in ohmic contact with p-type SiC.
  • the source electrode 11 and the gate wiring are electrically insulated by being formed on the interlayer insulating film 10, and the source electrode 11 is n + type source through the contact hole 13 formed in the interlayer insulating film 10. Electrical contact is made with the p-type base region 3 through the region 4 and the p + -type deep layer 5, and the gate wiring is in electrical contact with the gate electrode 9.
  • n + -type substrate 1 and electrically connected to the drain electrode 12 are formed on the back side of the n + -type substrate 1 .
  • n + -type substrate 1 and electrically connected to the drain electrode 12 are formed on the back side of the n + -type substrate 1 .
  • an n-channel inversion type MOSFET having a trench gate structure is formed on the back side of the n + -type substrate 1 .
  • a cell region is configured by dividing such a MOSFET into regions divided by the p + type deep layer 5.
  • the mesa structure is formed by forming the recess 20 as described above. Therefore, the n + -type source region 4 and the p-type base region 3 are removed at a position away from the cell region, and the n ⁇ -type drift layer 2 is exposed.
  • a plurality (three are shown in FIG. 1) of p + type guard ring layers 21 so as to surround the cell region. Is provided.
  • the p + type guard ring layer 21 only needs to be configured with a concentration and depth that can function as a guard ring.
  • the p type impurity concentration such as boron or aluminum and the position of the bottom are p + type. It is the same as the deep layer 5.
  • an EQR structure is provided on the outer periphery of the p + -type guard ring layer 21 as necessary, thereby forming an outer peripheral region including an outer peripheral pressure-resistant structure surrounding the cell region.
  • the SiC semiconductor device concerning this embodiment is comprised by the above structures. Next, a method for manufacturing the SiC semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • an n ⁇ type drift layer 2 made of SiC, a p type base region 3 and an n + type source region 4 are sequentially epitaxially grown on the main surface of an n + type substrate 1 made of SiC.
  • An epi substrate is prepared.
  • Step shown in FIG. 4B After a mask material (not shown) is arranged on the surface of the n + type source region 4, the planned formation positions of the p + type deep layer 5 and the p + type guard ring layer 21 in the mask material are opened by photolithography. . Then, by performing anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) in a state where the mask material is disposed, the trench 30 is formed at a position where the p + type deep layer 5 and the p + type guard ring layer 21 are to be formed. . Thereafter, the mask material is removed.
  • anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching)
  • a p + type layer is epitaxially grown on the entire surface of the n + type source region 4 including the inside of the trench 30. Specifically, the trench 30 is filled with a p + type layer. Then, the surface of the n + -type source region 4 is exposed by planarization by grinding or CMP (Chemical Mechanical Polishing). As a result, the p + type layer remains only in the trench 30, and the p + type layer constitutes the p + type deep layer 5 and the p + type guard ring layer 21.
  • Step shown in FIG. 4 (d) After a mask material (not shown) is arranged on the surfaces of the n + type source region 4, the p + type deep layer 5 and the p + type guard ring layer 21, the trench 6 and the recess 20 of the mask material are formed by photolithography. The formation position is opened. Then, anisotropic etching such as RIE is performed in a state where the mask material is disposed, thereby forming the trench 6 in the cell region and the recess 20 in the outer peripheral region. Thereafter, the mask material is removed.
  • anisotropic etching such as RIE is performed in a state where the mask material is disposed, thereby forming the trench 6 in the cell region and the recess 20 in the outer peripheral region.
  • FIG. 6 (a) is a perspective sectional image view of the trench 6.
  • FIG. 6 (b) shows cross sections along the XY plane, YZ plane, and ZX plane in FIG. 6 (a) during each step. Therefore, in the state when this step is performed, as shown in FIG. 6B, the bottom portion of the trench 6 and the corner portions of both tip portions are angular.
  • the p-type layer (SiC layer) 31 including the inside of the trench 6 is epitaxially grown.
  • the p-type layer 31 is formed at a relatively high concentration of p-type impurity concentration of, for example, 3 ⁇ 10 17 to 3 ⁇ 10 18 / cm 3 .
  • the p-type layer 31 is formed thicker on the bottom and both front ends of the trench 6 than on both sides of the trench 6 and the surface of the n + -type source region 4.
  • Step shown in FIG. 5B In the epitaxial growth apparatus used to form the p-type layer 31, hydrogen etching is continuously performed without lowering the temperature, whereby the p-type layer 31 is isotropically etched and trench etching damage is removed.
  • hydrogen etching is performed in a hydrogen atmosphere under a reduced pressure of 1600 ° C. or more, for example, in a high-temperature hydrogen atmosphere at 1625 ° C. and 2.7 ⁇ 10 4 Pa (200 Torr).
  • the damage caused by the trench etching is removed, and the portions of the p-type layer 31 formed on both sides of the trench 6 and the surface of the n + -type source region 4 are completely removed and the base is exposed. Then, the portions formed on the bottom portion of the trench 6 and the surfaces of both tip portions remain.
  • the bottom p-type layer 7 a is formed by the portion of the p-type layer 31 formed on the bottom surface of the trench 6, and the surfaces of both end portions of the trench 6 are formed.
  • the tip p-type layer 7b is constituted by the formed portion, and the p-type SiC layer 7 is formed.
  • the p-type SiC layer 7 is constituted by the bottom p-type layer 7a located at the bottom of the trench 6 and the tip p-type layer 7b formed at both tips of the trench 6,
  • the bottom p-type layer 7a is connected to the p-type base region 3 through the p-type layer 7b.
  • the depletion layer extending from the bottom p-type layer 7a to the n ⁇ -type drift layer 2 based on the built-in potential can prevent the electric field from entering. Therefore, a high breakdown voltage can be obtained.
  • the bottom p-type layer 7a is connected to the p-type base region 3 via the tip p-type layer 7b and is not in a floating state. Holes are immediately supplied to the bottom p-type layer 7a through 7b. For this reason, it becomes possible to obtain a high switching speed.
  • the distance from the trench 6 closest to the p + type deep layer 5 to the p + type deep layer 5 and the distance from both ends of the trench 6 to the p + type deep layer 5 are set to a distance a or less. ing.
  • the distance a is set to be not less than 2 times and not more than 3 times the width of the depletion layer extending from the p-type SiC layer 7 to the n - type drift layer 2 side when turned off.
  • the distance a is set to be twice or more the depletion layer width, it is possible to suppress an increase in the on-resistance due to an excessively narrow current path at the on-time.
  • the distance a is 3 times or less the width of the depletion layer, it is possible to prevent the off-time electric field from entering between each trench gate structure and the p + type deep layer 5, and the gate insulating film 8 is further destroyed. Can be prevented.
  • the p + -type deep layer 5 does not have to be disposed between all the trenches 6. Therefore, the proportion of the trench gate structure in the cell region, that is, the cell effective area can be increased, and the on-resistance can be further reduced. Furthermore, since the p + -type deep layer 5 is separated from the trench 6, it is possible to prevent a breakdown current during body breakage from flowing in the vicinity of the gate insulating film 8. For this reason, the reliability of the gate insulating film 8 is also ensured.
  • the p-type layer 31 is left only at the bottom and both ends of the trench 6 by hydrogen etching.
  • a SiC layer 7 is formed. That is, the portion formed on the side surface of the trench 6 in the p-type layer 31 is removed.
  • the p-type SiC layer 7 including the bottom p-type layer 7a and the tip p-type layer 7b can be formed by epitaxial growth, and the p-type SiC layer 7 can be formed without using the oblique ion implantation.
  • the p + type deep layer 5 and the p + type guard ring layer 21 are formed by embedding in the trench 30 by epitaxial growth, but they may be formed by ion implantation. good.
  • the SiC semiconductor device shown in FIG. 7 is also configured to have a cell region in which a semiconductor element is formed and an outer peripheral region, but the layout of the p + type deep layer 5 formed in the cell region is the first implementation.
  • the form has been changed. Specifically, as shown in the enlarged view of FIG. 8, the trench gate structure is divided into a plurality of parts in the longitudinal direction, and the p + type deep layer 5 is arranged so as to overlap the tip of each divided trench gate structure.
  • the p + type deep layer 5 is formed in a line shape so as to continuously cross a plurality of trench gate structures arranged in parallel, and is arranged so as to enter below each trench 6 as shown in FIG. Has been.
  • the off-trench gate electrodes connecting the gate electrodes 9 of the respective trenches are arranged so as to intersect at the center of the respective trench gate structures divided as shown by broken lines in FIG.
  • the electrical connection between the n + -type source region 4 and the source electrode 11 is a contact hole formed in the interlayer insulating film 10 between the trench gate structures. 13 through.
  • the contact hole 13 extends not only at a position facing the trench gate structure but also at a position where the trench gate structure is divided, and through this portion, the p + type deep layer 5 and the source electrode are extended. 11 is also electrically connected.
  • the p + type deep layer 5 is provided only at the end of the trench gate.
  • the area of the p + -type deep layer 5 can be limited, the ratio of the trench gate structure in the cell region, that is, the cell effective area can be increased, and the on-resistance can be further increased. It becomes possible to reduce.
  • the p + type deep layer 5 can be separated from the channel formation region of the trench gate structure, the breakdown current at the time of body breakage does not flow near the portion of the gate insulating film 8 that is in contact with the channel formation region. it can. For this reason, deterioration of the gate insulating film 8 due to hot carriers can be prevented, and the reliability of the gate insulating film 8 can be improved.
  • the top surface layout of the SiC semiconductor device having such a structure is also different, it can be manufactured by the same manufacturing method as the SiC semiconductor device of the first embodiment, and the p-type SiC layer 7 is formed by epitaxial growth and hydrogen etching. It becomes possible. Therefore, since it is not necessary to form the p-type SiC layer 7 by oblique ion implantation, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • a third embodiment of the present disclosure will be described.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the p + -type deep layer 5 is eliminated and the structure of the trench gate structure is changed, and the other aspects are the same as those in the first embodiment. Only different parts will be described.
  • the SiC semiconductor device shown in FIG. 11 is also configured to have a cell region in which a semiconductor element is formed and an outer peripheral region, but has a structure in which the p + type deep layer 5 is not formed in the cell region. Yes.
  • the trench gate structure according to the present embodiment has the p-type SiC layer 7 (the bottom p-type layer 7a and the tip p-type at the bottom and both ends of the trench 6 while the trench 6 is deepened.
  • the layer 7b) is formed and the gate insulating film 8 is thickened.
  • the region R3 in FIG. 12 has a top layout similar to that in FIG.
  • the p-type base region 3 and the bottom p-type layer 7a are connected via the tip p-type layer 7b, and the p-type SiC layer 7 can be prevented from being in a floating state. Deterioration can be suppressed.
  • the concentration of the p-type layer 7b needs to be lower than that of the p-type layer 7a, and this is easily realized by using a (0001) Si surface as the main surface. This is because, compared with the (0001) Si plane, the p-type impurity incorporation efficiency is low in the (1-100) m plane and the (11-20) a plane perpendicular to the (0001) Si plane.
  • a pseudo PNPN structure is formed by the p-type base region and the n ⁇ -type drift layer 2 that are separated from each other above and below the depletion layer around the bottom p-type layer 7a and the depletion layer. Can be achieved. In this way, it is possible to achieve both high breakdown voltage, low on-resistance, and high switching speed.
  • the manufacturing method of the SiC semiconductor device having such a structure is basically the same except that the p + type deep layer 5 is not formed when the p + type guard ring layer 21 is formed, and the formation process of the gate insulating film 8 is changed. This is the same as in the first embodiment.
  • a process for forming the gate insulating film 8 for example, a p-type SiC layer 7 is formed by epitaxial growth and hydrogen etching at the bottom and both ends of the trench 6, and then an insulating film is deposited by the CVD method and etched back. A process of performing thermal oxidation after leaving it at the bottom of the trench 6 can be applied.
  • the p-type SiC layer 7 does not have to be formed by oblique ion implantation, and thus the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the triple epi substrate may not be used as the semiconductor substrate.
  • the p-type base region 3 is formed by ion-implanting p-type impurities into the surface layer portion of the n ⁇ -type drift layer 2 epitaxially grown on the n + -type substrate 1, and the n - type drift region 2 is formed on the surface layer portion of the p-type base region 3.
  • An n + type source region 4 formed by ion implantation into a type impurity may be used as a semiconductor substrate.
  • an n-channel type MOSFET in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described as an example.
  • the present disclosure can be applied to a channel type MOSFET.
  • a MOSFET having a trench gate structure has been described as an example, but the present disclosure can be applied to an IGBT having a similar trench gate structure.
  • the IGBT only changes the conductivity type of the substrate 1 from the n-type to the p-type with respect to the above-described embodiments, and the other structures and manufacturing methods are the same as those of the above-described embodiments.
  • the tip p-type layer 7b having a round shape is formed at both tip portions in the longitudinal direction of the trench 6. However, as long as the tip p-type layer 7b is formed at least at one tip portion. At the end, the gate insulating film 8 is formed with a uniform film thickness. Thereby, an above-described effect can be acquired.

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Abstract

　ＳｉＣ半導体装置の製造方法において、トレンチ（６）内にｐ型層（３１）をエピタキシャル成長によって形成したのち、水素エッチングによってｐ型層（３１）をトレンチ（６）の底部および両先端部にのみ残すことでｐ型ＳｉＣ層（７）を形成する。つまり、ｐ型層（３１）のうちトレンチ（６）の側面に形成された部分を取り除く。これにより、斜めイオン注入によらずにｐ型ＳｉＣ層（７）を形成できる。このため、斜めイオン注入が別途必要にならないため、イオン注入装置に移動させるなど製造工程が煩雑になることを抑制でき、製造コストを抑えられる。また、イオン注入による欠陥ダメージも無いため、ドレインリークを抑制できるし、確実にトレンチ（６）の側面にｐ型ＳｉＣ層（７）が残ることを防止することが可能となる。よって、高耐圧と高スイッチングスピードの両立を図ることができるＳｉＣ半導体装置を製造できる。

Description

炭化珪素半導体装置およびその製造方法 関連出願の相互参照
　本開示は、２０１２年６月１４日に出願された日本出願番号２０１２-１３４９１７号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、トレンチゲート構造の半導体スイッチング素子を有する炭化珪素（以下、ＳｉＣという）半導体装置およびその製造方法に関する。
　半導体スイッチング素子を有する半導体装置において、より大電流を流すには、チャネル密度を高くすることが有効である。シリコントランジスタでは、チャネル密度を高くするために、トレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴが採用され、実用化されている。このトレンチゲート構造はＳｉＣ半導体装置にも適用できる構造であるが、ＳｉＣは破壊電界強度がシリコンの１０倍あるため、ＳｉＣ半導体装置にはシリコンデバイスの１０倍近い電圧をかけた状態で使用される。そのため、トレンチゲート構造をＳｉＣ半導体装置に応用する場合、トレンチ内に形成されたゲート絶縁膜にもシリコンデバイスの１０倍の強度の電界がかかり、トレンチのコーナー部においてゲート絶縁膜が容易に破壊されてしまう。
　このような問題を解決するものとして、特許文献１において、トレンチゲート構造を構成するトレンチの底部（底面）より下方にｐ型不純物をイオン注入することでｐ型層を形成した構造が提案されている。このようなｐ型層を形成することにより、トレンチの底部での電界集中を緩和でき、ゲート絶縁膜の破壊を防止することが可能となる。
　しかしながら、特許文献１に記載の構造の場合、トレンチの底部全域という広い範囲にｐ型層が形成されており、かつ、ｐ型層がフローティング状態になることから、スイッチング特性が劣化してしまう。
　このため、特許文献２において、トレンチ底部にｐ型層を形成すると共に、トレンチを深くしつつトレンチ底部においてゲート絶縁膜を厚くした構造において、トレンチの長手方向の両端部にも低濃度ｐ型層が形成されるようにした構造が提案されている。具体的には、トレンチの長手方向の両端部に斜めイオン注入を行うことで低濃度ｐ型層を形成している。これにより、ｐ型ベース領域とトレンチの底部のｐ型層とがトレンチの両端部の低濃度ｐ型層によって連結され、ｐ型層がフローティング状態にならないようにできることから、ターンオン時のスイッチング特性の劣化を抑制することが可能となる。また、オフ時には、トレンチ両端部の低濃度ｐ型層が完全空乏化し、トレンチ底部のｐ型層はフローティング状態となるため、ｎ－型ドリフト層を上下に分割できる。これにより、ｐ型ベース領域とｎ－型ドリフト層のうちｐ型層周囲の空乏層の上下に分かれた部分とその空乏層とによって、擬似的にＰＮＰＮ構造が構成され、高耐圧化が図れる。このようにして、高耐圧、低オン抵抗、高スイッチングスピードの両立が図れるようにしている。
特開平１０－９８１８８号公報 特開２００７－２４２８５２号公報
　しかしながら、特許文献２に記載の構造の場合、トレンチの長手方向の両端部に斜めイオン注入を行うことで低濃度ｐ型層を形成している。このため、ｐ型ベース領域とトレンチの底部のｐ型層とが連結され、ｐ型層がフローティング状態にならないようにできるが、斜めイオン注入が別途必要になるため、イオン注入装置に移動させるなど製造工程が煩雑になり、製造コストが高くなる。また、イオン注入による欠陥ダメージに起因したドレインリークが発生してしまう。また、イオン注入の場合、トレンチの側面が垂直でないと、トレンチ側面の表面全域においてｎ－型ドリフト層がｐ型化し、ＦＥＴ動作しなくなってしまうが、トレンチの側面を垂直に加工するのが難しい。
　本開示は上記点に鑑みて、イオン注入によらず、高耐圧と高スイッチングスピードの両立を図ることができるＳｉＣ半導体装置の製造方法を提供することを第１の目的とする。また、より的確に高耐圧と高スイッチングスピードの両立を図ることができるＳｉＣ半導体装置を提供することを第２の目的とする。
　本開示の第一の態様によれば、半導体スイッチング素子を備えたＳｉＣ半導体装置の製造方法は、エッチングにより、ソース領域およびベース領域を貫通してドリフト層に達し、かつ、一方向を長手方向とするライン状にトレンチを形成するトレンチエッチング工程と、エピタキシャル成長により、トレンチ内に第２導電型の炭化珪素層を形成したのち、水素エッチングを行うことにより、炭化珪素層をトレンチの底部およびトレンチの長手方向の先端部にのみ残すことで、トレンチの底部に位置するラウンド形状底部層と該トレンチの先端部に位置するラウンド形状先端層とを有する第２導電型層を形成する工程と、を含んでいる。
　このように、トレンチ内に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって形成したのち、水素エッチングによって炭化珪素層をトレンチの底部およびトレンチの長手方向の先端部にのみ残すことで第２導電型層を形成している。つまり、炭化珪素層のうちトレンチの側面に形成された部分を取り除くようにしている。このようにエピタキシャル成長によってラウンド形状底部層およびラウンド形状先端層を含む第２導電型層を形成でき、斜めイオン注入によらずに第２導電型層を形成できる。このため、斜めイオン注入が別途必要にならないため、イオン注入装置に移動させるなど製造工程が煩雑になることを抑制でき、製造コストを抑えられる。また、イオン注入による欠陥ダメージも無いため、ドレインリークを抑制できるし、確実にトレンチの側面に第２導電型層が残らないようにすることが可能となる。よって、イオン注入によらず、高耐圧と高スイッチングスピードの両立を図ることができるＳｉＣ半導体装置を製造できるようにすることが可能となる。
　本開示の第二の態様によれば、第２導電型層を形成する工程では、炭化珪素層を形成する際に用いるエピタキシャル成長装置内において、降温することなく連続的に水素エッチングを行うことで、第２導電型層を形成する。このように同一のエピタキシャル成長装置内において水素エッチングも行うようにすることで、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
　本開示の第三の態様によれば、ゲート電極への印加電圧を制御することでトレンチの側面に位置するベース領域の表面部に反転型のチャネル領域を形成し、ソース領域およびドリフト層を介して、ソース電極およびドレイン電極の間に電流を流す反転型のトレンチゲート構造の半導体スイッチング素子を有してなるＳｉＣ半導体装置において、ソース領域の表面からベース領域よりも深くまで形成され、一方向を長手方向として先端部を有する形状のトレンチと、トレンチの底部およびトレンチの長手方向の先端部にのみエピタキシャル成長させることで形成され、トレンチの底部に形成されたラウンド形状底部層とトレンチの先端部に形成されたラウンド形状先端層とによって構成された第２導電型の炭化珪素からなる第２導電型層とを有してなる。
　このように、トレンチの底部に位置する底部層とトレンチの両先端部に形成した先端層とによって第２導電型層を構成し、先端層を介して底部層がベース領域と連結される構造にしている。このような構造のＳｉＣ半導体装置では、半導体スイッチング素子のオフ時には、ビルトインポテンシャルに基づいて底部層からドリフト層に延びる空乏層により、電界が入り込み難くなるようにできる。したがって、高耐圧を得ることが可能となる。一方、半導体スイッチング素子をオフからオンにスイッチングする際には、先端層を介して底部層がベース領域と連結されていてフローティング状態になっていないため、先端層を通じて底部層に即座にホールが供給される。このため、低オン抵抗を実現でき、高スイッチングスピードを得ることが可能となる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。図面において、
本開示の第１実施形態にかかる反転型のトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴが備えられたＳｉＣ半導体装置の上面レイアウト図である。 図１のII－II線上でのＳｉＣ半導体装置の断面図である。 図１の領域Ｒ１に相当するトレンチゲート構造の先端部の拡大図である。 （ａ）～（ｄ）は、図１に示すＳｉＣ半導体装置の製造工程を示した断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、図４（ａ）～（ｄ）に続くＳｉＣ半導体装置の製造工程を示した断面図である。 図４（ｄ）および図５（ａ）、（ｂ）の各工程の様子を示した図であって、（ａ）はトレンチ６の斜視断面のイメージ図であり、（ｂ）は各工程中における（ａ）中のＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面での断面を示した図である。 本開示の第２実施形態にかかる反転型のトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴが備えられたＳｉＣ半導体装置の上面レイアウト図である。 図７の領域Ｒ２に相当するトレンチゲート構造の先端部の拡大図である。 図８のIX－IX線上でのＳｉＣ半導体装置の断面図である。 図８のX－X線上でのＳｉＣ半導体装置の断面図である。 本開示の第３実施形態にかかる反転型のトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴが備えられたＳｉＣ半導体装置の上面レイアウト図である。 図１１のXII－XII線上でのＳｉＣ半導体装置の断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態について説明する。ここではトレンチゲート構造の半導体スイッチング素子としてｎチャネルタイプの反転型のＭＯＳＦＥＴが形成されたＳｉＣ半導体装置を例に挙げて説明する。
　図１に示すＳｉＣ半導体装置は、半導体素子が形成されるセル領域とこのセル領域を囲む外周耐圧構造が備えられた外周領域（終端構造領域）とを有した構成とされている。本実施形態では、半導体素子として、反転型のトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴが備えられている。
　図２に示すように、ＳｉＣ半導体装置は、ＳｉＣからなるｎ＋型基板１の主表面上にＳｉＣからなるｎ－型ドリフト層２とｐ型ベース領域３、および、ｎ＋型ソース領域４が順にエピタキシャル成長させられたものを半導体基板として用いて形成されている。
　ｎ＋型基板１は、窒素等のｎ型不純物濃度が例えば１．０×１０１９／ｃｍ３とされ、厚さが３００μｍ程度とされている。ｎ－型ドリフト層２は、窒素等のｎ型不純物濃度が例えば３．０～７．０×１０１５／ｃｍ３で厚さ１０～１５μｍ程度とされている。ｎ－型ドリフト層２の不純物濃度は深さ方向において一定であっても良いが、濃度分布に傾斜を付け、ｎ－型ドリフト層２のうちｎ＋型基板１側の方がｎ＋型基板１から離れる側よりも高濃度となるようにすることもできる。このようにすると、ｎ－型ドリフト層２の内部抵抗を低減できるため、オン抵抗を低減することが可能となる。
　また、ｐ型ベース領域３は、ボロンもしくはアルミニウム等のｐ型不純物濃度が例えば５．０×１０１６～２．０×１０１９／ｃｍ３、厚さ２．０μｍ程度で構成されている。ｎ＋型ソース領域４は、表層部におけるリン等のｎ型不純物濃度（表面濃度）が例えば１．０×１０２１／ｃｍ３、厚さ０．５μｍ程度で構成されている。
　セル領域では、ｐ型ベース領域３内におけるｐ型ベース領域３の表面にｎ＋型ソース領域４が残されており、このｎ＋型ソース領域４およびｐ型ベース領域３を貫通してｎ－型ドリフト層２に達するようにｐ＋型ディープ層５が形成されている。ｐ＋型ディープ層５は、例えば表層部におけるボロンもしくはアルミニウム等のｐ型不純物濃度（表面濃度）が例えば１．０×１０１９／ｃｍ３、幅０．５μｍ、深さ２．７μｍ程度で構成されている。このｐ＋型ディープ層５は、後述するトレンチゲート構造を構成するためのトレンチ６やその底部に形成されるｐ型層７よりも深い位置まで形成されており、ｐ＋型ディープ層５の底部において優先的にボディーブレークが生じる構造とされている。本実施形態の場合、ｐ＋型ディープ層５は、セル領域内においてセル領域を複数に区画するように格子状にレイアウトされていると共に、セル領域の外縁を囲むように角部が丸められた四角形状にレイアウトされている。
　また、ｐ型ベース領域３およびｎ＋型ソース領域４を貫通してｎ－型ドリフト層２に達するように、例えば幅が０．５～２．０μｍ、深さが２．０μｍ以上（例えば２．４μｍ）のトレンチ６が形成されている。このトレンチ６の側面と接するように上述したｐ型ベース領域３およびｎ＋型ソース領域４が配置されている。トレンチ６は、図１の紙面左右方向を幅方向、紙面垂直方向を長手方向、紙面上下方向を深さ方向とするライン状のレイアウトで形成されている。図２および図３では、トレンチ６の底部および両先端部のコーナー部が角張った形状となっているが、丸まっていても構わない。
　また、トレンチ６は、複数本が並べられることで各トレンチ６が平行に配列されたストライプ状とされている。各トレンチ６は複数本ずつ、ｐ＋型ディープ層５によって区画された各領域に配置されており、その内部において各トレンチ６が等間隔に配置されている。各トレンチ６の間隔は、例えば１～２μｍとされ、オフ時にトレンチ６の間に電界が入り込まない程度の長さに設定されている。また、トレンチ６のうち最もｐ＋型ディープ層５寄りのものからｐ＋型ディープ層５までの距離や、トレンチ６の両先端からｐ＋型ディープ層５までの距離は、共に距離ａ以下に設定されている。距離ａは、ＭＯＳＦＥＴのオフ時にビルトインポテンシャルに基づいて後述するｐ型ＳｉＣ層７からｎー型ドリフト層２側に延びる空乏層幅に基づいて設定されており、この空乏層幅の２倍以上かつ３倍以下とされている。
　さらに、図２および図３に示すように、トレンチ６内にはｐ型ＳｉＣ層７が形成されている。このｐ型ＳｉＣ層７は、ｐ型不純物濃度が例えば３×１０１７～３×１０１８／ｃｍ３という比較的高濃度で形成されており、厚みは０．２μｍ程度とされている。具体的には、ｐ型ＳｉＣ層７は、トレンチ６の底部および長手方向における両先端部にも形成されている。以下、ｐ型ＳｉＣ層７のうちトレンチ６の底部に形成されている表面がラウンド形状となっている部分を底部ｐ型層７ａといい、トレンチ６の両先端部に形成されている表面がラウンド形状となっている部分を先端ｐ型層７ｂという。底部ｐ型層７ａはラウンド形状底部層に相当し、先端ｐ型層７ｂはラウンド形状先端層に相当する。
　底部ｐ型層７ａは、トレンチ６の底面上にエピタキシャル成長によって形成されたものである。底部ｐ型層７ａの最も浅い位置はｐ型ベース領域３の底部よりも深くされ、最も深い位置はｐ＋型ディープ層５の底部よりも浅くされている。このため、ｐ型ベース領域３と底部ｐ型層７ａの間にｎ－型ドリフト層２が残るようにしてチャネル形成が行えるようにしつつ、ｐ＋型ディープ層５の底部で優先的にボディブレークが生じるようにできる。また、底部ｐ型層７ａのうちの上面は丸みを帯びた曲面となっており、トレンチ６の両側面に対して段差が無い滑らかな状態で接合されている。
　先端ｐ型層７ｂも、トレンチ６の両先端面上にエピタキシャル成長によって形成されたものである。先端ｐ型層７ｂのうちのトレンチ６の内側の表面も丸みを帯びた曲面となっており、トレンチ６の両側面に対してほぼ段差が無い状態で接合されている。
　これら底部ｐ型層７ａおよび先端ｐ型層７ｂによってｐ型ＳｉＣ層７が構成されている。このため、ｐ型ＳｉＣ層７は、底部ｐ型層７ａについてはｐ型ベース領域３から離間して配置されているが、先端ｐ型層７ｂについてはｐ型ベース領域３に接続されている。したがって、ｐ型ＳｉＣ層７は、ｐ型ベース領域３と同電位に固定され、フローティング状態にはならない構造となっている。なお、ｐ型ＳｉＣ層７は、トレンチ６の両側面にはｐ型ＳｉＣ層７が形成されていない。このため、トレンチ６の両側面においては、ｎ－型ドリフト層２やｐ型ベース領域３およびｎ＋型ソース領域４が露出した状態になっている。
　さらに、トレンチ６の内壁面はゲート絶縁膜８にて覆われており、ゲート絶縁膜８の表面に形成されたドープトＰｏｌｙ－Ｓｉにて構成されたゲート電極９により、トレンチ６内が埋め尽くされている。ゲート絶縁膜８は、例えばトレンチ６の内壁面を熱酸化した熱酸化膜などによって構成されており、ゲート絶縁膜８の厚みはトレンチ６の側面側と底部側共に１００ｎｍ程度となっている。そして、上記したように、ｐ型ＳｉＣ層７を構成する底部ｐ型層７ａの上面や先端ｐ型層７ｂにけるトレンチ６の内側の表面が丸みを帯びた曲面となっていることから、ゲート絶縁膜８の底面も丸みを帯びた形状となっている。このため、ゲート絶縁膜８は、全体的に均一な膜厚で構成され、トレンチ６のコーナー部で薄くなった部分などが無い状態となっている。このようにして、トレンチゲート構造が構成されている。
　また、ｎ＋型ソース領域４およびｐ＋型ディープ層５の表面やゲート電極９の表面には、層間絶縁膜１０を介してソース電極１１やゲート配線（図示せず）が形成されている。ソース電極１１およびゲート配線は、複数の金属（例えばＮｉ／Ａｌ等）にて構成されており、少なくともｎ型ＳｉＣ（具体的にはｎ＋型ソース領域４）と接触する部分はｎ型ＳｉＣとオーミック接触可能な金属で構成され、少なくともｐ型ＳｉＣ（具体的にはｐ＋型ディープ層５）と接触する部分はｐ型ＳｉＣとオーミック接触可能な金属で構成されている。なお、これらソース電極１１およびゲート配線は、層間絶縁膜１０上に形成されることで電気的に絶縁されており、層間絶縁膜１０に形成されたコンタクトホール１３を通じてソース電極１１はｎ＋型ソース領域４およびｐ＋型ディープ層５を介してｐ型ベース領域３と電気的に接触させられ、ゲート配線はゲート電極９と電気的に接触させられている。
　そして、ｎ＋型基板１の裏面側にはｎ＋型基板１と電気的に接続されたドレイン電極１２が形成されている。このような構造により、ｎチャネルタイプの反転型のトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴが構成されている。そして、このようなＭＯＳＦＥＴがｐ＋型ディープ層５によって区画された各領域に分割されて配置されることでセル領域が構成されている。
　一方、外周領域では、セル領域と同様に、ｎ－型ドリフト層２の上部にｐ型ベース領域３が形成されているが、ｐ型ベース領域３を貫通してｎ－型ドリフト層２に達するように凹部２０が形成されることでメサ構造とされている。このため、セル領域から離れた位置ではｎ＋型ソース領域４およびｐ型ベース領域３が除去され、ｎ－型ドリフト層２が露出させられている。
　また、凹部２０の下方に位置するｎ－型ドリフト層２の表層部には、セル領域を囲むように、複数本（図１中では３本記載してある）のｐ＋型ガードリング層２１が備えられている。ｐ＋型ガードリング層２１は、ガードリングとして機能できる濃度および深さで構成されていれば良いが、本実施形態では、例えばボロンもしくはアルミニウム等のｐ型不純物濃度および底部の位置がｐ＋型ディープ層５と同じになっている。そして、図示していないが、必要に応じてｐ＋型ガードリング層２１よりも外周にＥＱＲ構造が備えられることにより、セル領域を囲む外周耐圧構造が備えられた外周領域が構成されている。
　以上のような構造により、本実施形態にかかるＳｉＣ半導体装置が構成されている。続いて、本実施形態に係るＳｉＣ半導体装置の製造方法について図４～図６を参照して説明する。
　〔図４（ａ）に示す工程〕
　まず、半導体基板として、ＳｉＣからなるｎ＋型基板１の主表面上にＳｉＣからなるｎ－型ドリフト層２とｐ型ベース領域３、および、ｎ＋型ソース領域４が順にエピタキシャル成長させられたトリプルエピ基板を用意する。
　〔図４（ｂ）に示す工程〕
　ｎ＋型ソース領域４の表面にマスク材（図示せず）を配置したのち、フォトリソグラフィによってマスク材のうちのｐ＋型ディープ層５およびｐ＋型ガードリング層２１の形成予定位置を開口させる。そして、マスク材を配置した状態でＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などの異方性エッチングを行うことで、ｐ＋型ディープ層５およびｐ＋型ガードリング層２１の形成予定位置にトレンチ３０を形成する。その後、マスク材を除去する。
　〔図４（ｃ）に示す工程〕
　トレンチ３０内を含めてｎ＋型ソース領域４の表面全面にｐ＋型層をエピタキシャル成長させる。具体的には、ｐ＋型層によってトレンチ３０内が埋め込まれるようにする。そして、研削やＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などによる平坦化によって、ｎ＋型ソース領域４の表面を露出させる。これにより、ｐ＋型層はトレンチに３０内にのみ残り、ｐ＋型層によってｐ＋型ディープ層５およびｐ＋型ガードリング層２１が構成される。
　〔図４（ｄ）に示す工程〕
　ｎ＋型ソース領域４やｐ＋型ディープ層５およびｐ＋型ガードリング層２１の表面にマスク材（図示せず）を配置したのち、フォトリソグラフィによってマスク材のうちのトレンチ６および凹部２０の形成予定位置を開口させる。そして、マスク材を配置した状態でＲＩＥなどの異方性エッチングを行うことで、セル領域においてトレンチ６を形成すると共に外周領域において凹部２０を形成する。その後、マスク材を除去する。
　なお、この図４（ｄ）から図５（ａ）、（ｂ）の各工程の様子については図６中に示してあり、図６（ａ）がトレンチ６の斜視断面のイメージ図であり、図６（ｂ）が各工程中における図６（ａ）中のＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面での断面を示してある。したがって、本工程を実施したときの状態では、図６（ｂ）に示すように、トレンチ６の底部および両先端部のコーナー部が角張った状態になっている。
　〔図５（ａ）に示す工程〕
　エピタキシャル成長装置を用いて、トレンチ６内を含めてｐ型層（ＳｉＣ層）３１をエピタキシャル成長させる。例えば、ｐ型層３１をｐ型不純物濃度が例えば３×１０１７～3×１０１８／ｃｍ３という比較的高濃度で形成する。このとき、図６（ｂ）に示すように、トレンチ６の底部および両先端部の表面において、トレンチ６の両側面やｎ＋型ソース領域４などの表面よりもｐ型層３１が厚く形成される。
　〔図５（ｂ）に示す工程〕
　ｐ型層３１の形成に用いたエピタキシャル成長装置内において、降温することなく連続的に水素エッチングを行うことで、ｐ型層３１を等方的にエッチングすると共にトレンチエッチングのダメージ除去を行う。このように同一のエピタキシャル成長装置内において連続的に水素エッチングも行うようにすることで、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。例えば、１６００度以上の減圧下における水素雰囲気、例えば１６２５℃、２．７×１０４Ｐａ（２００Ｔｏｒｒ）の高温水素雰囲気での水素エッチングを実施する。これにより、トレンチエッチングのダメージが除去されると共に、ｐ型層３１のうちのトレンチ６の両側面やｎ＋型ソース領域４などの表面に形成された部分は完全に除去されて下地が露出し、トレンチ６の底部および両先端部の表面に形成された部分が残った状態になる。このようにして、図６（ｂ）に示すように、ｐ型層３１のうちトレンチ６の底部の表面に形成された部分によって底部ｐ型層７ａが構成され、トレンチ６の両先端部の表面に形成された部分によって先端ｐ型層７ｂが構成されて、ｐ型ＳｉＣ層７が形成される。
　〔図５（ｃ）に示す工程〕
　ウェット雰囲気による熱酸化によってゲート絶縁膜８を形成したのち、ゲート絶縁膜８の表面にドープドＰｏｌｙ－Ｓｉ層を成膜し、このドープドＰｏｌｙ－Ｓｉ層をパターニングすることでトレンチ６内に残し、ゲート電極９を形成する。この後の工程については、従来と同様であり、層間絶縁膜１０の形成工程、フォト・エッチングによるコンタクトホール形成工程、電極材料をデポジションしたのちパターニングすることでソース電極１１やゲート配線層を形成する工程、ｎ＋型基板１の裏面にドレイン電極１２を形成する工程等を行うことで、図２に示すトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴがセル領域に備えられ、セル領域を囲むｐ＋型ディープ層５およびｐ＋型ガードリング層２１が外周領域に備えられたＳｉＣ半導体装置が完成する。
　以上説明したように、本実施形態では、トレンチ６の底部に位置する底部ｐ型層７ａとトレンチ６の両先端部に形成した先端ｐ型層７ｂとによってｐ型ＳｉＣ層７を構成し、先端ｐ型層７ｂを介して底部ｐ型層７ａがｐ型ベース領域３と連結される構造にしている。
　このような構造のＳｉＣ半導体装置では、ＭＯＳＦＥＴのオフ時には、ビルトインポテンシャルに基づいて底部ｐ型層７ａからｎ－型ドリフト層２に延びる空乏層により、電界が入り込み難くなるようにできる。したがって、高耐圧を得ることが可能となる。
　一方、ＭＯＳＦＥＴをオフからオンにスイッチングする際には、先端ｐ型層７ｂを介して底部ｐ型層７ａがｐ型ベース領域３と連結されていてフローティング状態になっていないため、先端ｐ型層７ｂを通じて底部ｐ型層７ａに即座にホールが供給される。このため、高スイッチングスピードを得ることが可能となる。
　また、トレンチ６のうち最もｐ＋型ディープ層５寄りのものからｐ＋型ディープ層５までの距離や、トレンチ６の両先端からｐ＋型ディープ層５までの距離を距離ａ以下に設定している。そして、距離ａをオフ時にｐ型ＳｉＣ層７からｎー型ドリフト層２側に延びる空乏層幅の２倍以上かつ３倍以下としている。このように、距離ａを空乏層幅の２倍以上としているため、オン時の電流経路が狭くなり過ぎてオン抵抗が増大することを抑制できる。また、距離ａを空乏層幅の３倍以下としているため、各トレンチゲート構造とｐ＋型ディープ層５との間においてもオフ時の電界が入り込むことが防止でき、よりゲート絶縁膜８が破壊されることを防止できる。
　さらに、このようにトレンチ６の底面にｐ型ＳｉＣ層７を備えていて電界が入り込まないようにできるため、ｐ＋型ディープ層５を各トレンチ６の間すべてに配置しなくても済む。このため、セル領域内におけるトレンチゲート構造の占める割合、つまりセル有効面積を大きくすることが可能となり、よりオン抵抗を低減することが可能となる。さらに、ｐ＋型ディープ層５をトレンチ６から離しているため、ボディーブレーク時のブレークダウン電流がゲート絶縁膜８の近傍に流れないようにできる。このため、ゲート絶縁膜８の信頼性も確保される。
　そして、このような構造のＳｉＣ半導体装置において、トレンチ６内にｐ型層３１をエピタキシャル成長によって形成したのち、水素エッチングによってｐ型層３１をトレンチ６の底部および両先端部にのみ残すことでｐ型ＳｉＣ層７を形成している。つまり、ｐ型層３１のうちトレンチ６の側面に形成された部分を取り除くようにしている。このようにエピタキシャル成長によって底部ｐ型層７ａおよび先端ｐ型層７ｂを含むｐ型ＳｉＣ層７を形成でき、斜めイオン注入によらずにｐ型ＳｉＣ層７を形成でき、加えて水素エッチングの効果としてトレンチ形成時に生じたダメージが除去され、トレンチ表面の凹凸も低減されるため、チャネル移動度向上、ゲート絶縁膜寿命も向上する。しかも、斜めイオン注入が別途必要にならないため、イオン注入装置に移動させるなど製造工程が煩雑になることを抑制でき、製造コストを抑えられる。また、イオン注入による欠陥ダメージも無いため、ドレインリークを抑制できるし、トレンチ６の側面にｐ型ＳｉＣ層７が残ることを確実に防止することが可能となる。
　なお、本実施形態では、ｐ＋型ディープ層５やｐ＋型ガードリング層２１をトレンチ３０内にエピタキシャル成長によって埋め込むことで形成した埋込エピ型のものとしたが、イオン注入によって形成しても良い。
　（第２実施形態）
　本開示の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してｐ＋型ディープ層５の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図７に示すＳｉＣ半導体装置も、半導体素子が形成されるセル領域と外周領域とを有した構成とされているが、セル領域中に形成されたｐ＋型ディープ層５のレイアウトが第１実施形態に対して変更されている。具体的には、図８の拡大図に示したように、トレンチゲート構造を長手方向において複数に分割し、その分割した各トレンチゲート構造の先端部に重なるようにｐ＋型ディープ層５が配置されるようにしている。そして、ｐ＋型ディープ層５は、並列に並べられた複数のトレンチゲート構造と連続的に交差するようにライン状に構成され、図９に示すように各トレンチ６の下方まで入り込むように配置されている。
　また、各トレンチのゲート電極９を接続するトレンチ外ゲート電極については、図８において破線で示したように分割された各トレンチゲート構造の中央において交差するように配置されている。そして、図１０に示すように、第１実施形態と同様、ｎ＋型ソース領域４とソース電極１１との電気的接続については各トレンチゲート構造の間において層間絶縁膜１０に形成されたコンタクトホール１３を通じて行っている。このコンタクトホール１３が、図８に示すようにトレンチゲート構造と対向する位置だけでなく、トレンチゲート構造が分割されている位置においても延設され、この部分を通じてｐ＋型ディープ層５とソース電極１１との電気的接続も行っている。
　このように、ｐ＋型ディープ層５をトレンチゲートの端部にのみ備えた構造とすることもできる。このような構成とすれば、ｐ＋型ディープ層５の面積を限定することができ、セル領域内におけるトレンチゲート構造の占める割合、つまりセル有効面積を大きくすることが可能となり、よりオン抵抗を低減することが可能となる。さらに、ｐ＋型ディープ層５をトレンチゲート構造のうちのチャネル形成領域から離せるため、ボディーブレーク時のブレークダウン電流がゲート絶縁膜８のうちチャネル形成領域に接する部分の近傍に流れないようにできる。このため、ホットキャリアによるゲート絶縁膜８の劣化を防止でき、ゲート絶縁膜８の信頼性向上を図ることが可能となる。
　このような構造のＳｉＣ半導体装置についても、上面レイアウトが異なるが、第１実施形態のＳｉＣ半導体装置と同じ製造方法によって製造することができ、ｐ型ＳｉＣ層７についてはエピタキシャル成長および水素エッチングによって形成することが可能となる。したがって、ｐ型ＳｉＣ層７を斜めイオン注入によって形成しなくて済むため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（第３実施形態）
　本開示の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してｐ＋型ディープ層５を無くしてトレンチゲート構造の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図１１に示すＳｉＣ半導体装置も、半導体素子が形成されるセル領域と外周領域とを有した構成とされているが、セル領域中にｐ＋型ディープ層５を形成していない構造とされている。また、図１２に示したように、本実施形態のトレンチゲート構造は、トレンチ６を深くしつつ、トレンチ６の底部および両先端部においてｐ型ＳｉＣ層７（底部ｐ型層７ａおよび先端ｐ型層７ｂ）を形成すると共にゲート絶縁膜８を厚くした構造としている。なお、図１２の領域Ｒ３は、図３と同様の上面レイアウトとなっている。
　このようなＳｉＣ半導体装置でも、先端ｐ型層７ｂを介してｐ型ベース領域３と底部ｐ型層７ａとが連結され、ｐ型ＳｉＣ層７がフローティング状態にならないようにできることから、スイッチング特性の劣化を抑制することが可能となる。この場合、特許文献２と同様、ｐ型層７ｂの濃度をｐ型層７ａに比較して低くする必要があり、主表面が（０００１）Ｓｉ面を用いることで容易に実現される。これは、（０００１）Ｓｉ面に比較して、それに垂直な（１－１００）ｍ面、（１１－２０）ａ面でのｐ型不純物の取り込み効率が低いためである。これにより、ｐ型ベース領域とｎ－型ドリフト層２のうち底部ｐ型層７ａの周囲の空乏層の上下に分かれた部分とその空乏層とによって、擬似的にＰＮＰＮ構造が構成され、高耐圧化が図れる。このようにして、高耐圧、低オン抵抗、高スイッチングスピードの両立が図れるようにできる。
　このような構造のＳｉＣ半導体装置の製造方法は、ｐ＋型ガードリング層２１の形成時にｐ＋型ディープ層５を形成しないこと、ゲート絶縁膜８の形成工程を変更すること以外は、基本的には第１実施形態と同様である。ゲート絶縁膜８の形成工程としては、例えばトレンチ６の底部および両先端部にエピタキシャル成長および水素エッチングによってｐ型ＳｉＣ層７を形成してからＣＶＤ法によって絶縁膜を堆積し、これをエッチバックしてトレンチ６の底部に残してからさらに熱酸化を行うという工程を適用できる。このように、本実施形態のＳｉＣ半導体装置についても、ｐ型ＳｉＣ層７を斜めイオン注入によって形成しなくて済むため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（他の実施形態）
　上記各実施形態では、本開示を適用した場合の一例について説明したが、適宜設計変更などを行うことができる。例えば、上記各実施形態では、ゲート絶縁膜８の例として熱酸化による酸化膜を挙げたが熱酸化によらない酸化膜もしくは窒化膜などを含むものであっても構わない。また、ドレイン電極１２の形成工程に関しても、ソース電極１１の形成前などとしても構わない。
　また、半導体基板としてトリプルエピ基板を用いなくても良い。例えば、ｎ＋型基板１上にエピタキシャル成長させたｎ－型ドリフト層２の表層部にｐ型不純物をイオン注入することでｐ型ベース領域３を形成し、ｐ型ベース領域３の表層部にｎ型不純物にイオン注入することでｎ＋型ソース領域４を形成したものを半導体基板として用いても良い。
　また、上記各実施形態では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたｎチャネルタイプのＭＯＳＦＥＴを例に挙げて説明したが、各構成要素の導電型を反転させたｐチャネルタイプのＭＯＳＦＥＴに対しても本開示を適用することができる。また、上記説明では、トレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴを例に挙げて説明したが、同様のトレンチゲート構造のＩＧＢＴに対しても本開示を適用することができる。ＩＧＢＴは、上記各実施形態に対して基板１の導電型をｎ型からｐ型に変更するだけであり、その他の構造や製造方法に関しては上記各実施形態と同様である。
　なお、上記各実施形態では、トレンチ６の長手方向における両先端部にラウンド形状となっている先端ｐ型層７ｂが形成されるようにしているが、少なくとも一方の先端部に形成されていれば、その端部ではゲート絶縁膜８が均一な膜厚で形成される。これにより、上記した効果を得ることができる。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (13)

  1. 　第１または第２導電型の炭化珪素基板（１）の主表面上に形成された炭化珪素からなる第１導電型のドリフト層（２）上に、炭化珪素からなる第２導電型のベース領域（３）が形成されていると共に、前記ベース領域の上に炭化珪素からなる第１導電型のソース領域（４）が形成された半導体基板が用いられており、前記ベース領域よりも深いトレンチ（６）内にゲート絶縁膜（８）が形成されていると共に該ゲート絶縁膜上にゲート電極（９）が形成されることでトレンチゲート構造が構成され、前記ソース領域および前記ベース領域に対して電気的に接続されたソース電極（１１）および前記炭化珪素基板の裏面に電気的に接続されたドレイン電極（１２）を有する半導体スイッチング素子を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
    　エッチングにより、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記ドリフト層に達し、かつ、一方向を長手方向とするライン状に前記トレンチを形成するトレンチエッチング工程と、
    　エピタキシャル成長により、前記トレンチ内に第２導電型の炭化珪素層（３１）を形成したのち、水素エッチングを行うことにより、炭化珪素層を前記トレンチの底部および該トレンチの長手方向の先端部にのみ残すことで、前記トレンチの底部に位置するラウンド形状底部層（７ａ）と該トレンチの先端部に位置するラウンド形状先端層（７ｂ）とを有する第２導電型層（７）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  2. 　前記第２導電型層を形成する工程では、前記炭化珪素層を形成する際に用いるエピタキシャル成長装置内において、降温することなく連続的に前記水素エッチングを行うことで、前記第２導電型層を形成す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の製造方法。
  3. 　前記トレンチエッチング工程の前に、前記トレンチよりも深い第２導電型のディープ層（５）を形成する工程を有し、
    　前記ディープ層を形成する工程および前記トレンチエッチング工程では、前記ディープ層を前記トレンチから離間して配置し、前記トレンチの側面もしくは先端から前記ディープ層までの距離（ａ）が、前記半導体スイッチング素子のオフ時にビルトインポテンシャルに基づいて前記底部層から前記ドリフト層側に延びる空乏層幅の３倍以下となるように前記トレンチおよび前記ディープ層をレイアウトすることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  4. 　前記ディープ層を形成する工程および前記トレンチエッチング工程では、前記距離が、前記空乏層幅の２倍以上となるように前記トレンチおよび前記ディープ層をレイアウト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の製造方法。
  5. 　前記トレンチエッチング工程では、前記トレンチを複数本並列に配置し、
    　前記ディープ層を形成する工程では、複数本の前記トレンチのうちの複数が前記ディープ層によって囲まれる平面レイアウトにすることを特徴とする請求項３または４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  6. 　前記トレンチエッチング工程の前に、前記トレンチよりも深い第２導電型のディープ層（５）を形成する工程を有し、
    　前記トレンチエッチング工程では、前記トレンチを前記長手方向において複数に分割したレイアウトとし、
    　前記ディープ層を形成する工程では、分割された各トレンチの先端部に重なるように前記第２導電型層を配置す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の製造方法。
  7. 前記第１または第２導電型の炭化珪素基板（１）の主表面が（０００１）Ｓｉ面であり、
    　前記第２導電型層を形成する工程の後、前記トレンチ内に前記ゲート絶縁膜を形成する工程を有し、該ゲート絶縁膜を形成する工程では、前記ゲート絶縁膜を前記トレンチの底部において該トレンチの側面よりも厚く形成し、前記半導体スイッチング素子のオフ時に前記ラウンド形状先端層（７ｂ）が完全空乏化することによって前記ドリフト層が上下に分断されるようにすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  8. 　炭化珪素からなる第１または第２導電型の基板（１）と、
    　前記基板の上に設けられ、前記基板よりも低不純物濃度とされた第１導電型の炭化珪素からなるドリフト層（２）と、
    　前記ドリフト層の上に設けられた第２導電型の炭化珪素からなるベース領域（３）と、
    　前記ベース領域の上層部に設けられ、前記ドリフト層よりも高不純物濃度とされた第１導電型の炭化珪素からなるソース領域（４）と、
    　前記ソース領域の表面から前記ベース領域よりも深くまで設けられ、一方向を長手方向として先端部を有する形状のトレンチ（６）と、
    　エピタキシャル成長により前記トレンチの底部および該トレンチの長手方向の先端部にのみ設けられ、前記トレンチの底部に設けられたラウンド形状底部層（７ａ）と前記トレンチの先端部に設けられたラウンド形状先端層（７ｂ）とによって構成された第２導電型の炭化珪素からなる第２導電型層（７）と、
    　前記第２導電型層上において前記トレンチの内壁面に設けられたゲート絶縁膜（８）と、
    　前記トレンチ内において、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極（９）と、
    　前記ソース領域および前記ベース領域に電気的に接続されたソース電極（１１）と、
    　前記基板の裏面側に設けられたドレイン電極（１２）とを備え、
    　前記ゲート電極への印加電圧を制御することで前記トレンチの側面に位置する前記ベース領域の表面部に反転型のチャネル領域を形成し、前記ソース領域および前記ドリフト層を介して、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間に電流を流す反転型のトレンチゲート構造の半導体スイッチング素子を有してなることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
  9. 　前記トレンチから離間して配置され、該トレンチよりも深く、かつ、前記ソース電極に電気的に接続された第２導電型のディープ層（５）を有し、
    　前記トレンチの側面もしくは先端から前記ディープ層までの距離（ａ）が、前記半導体スイッチング素子のオフ時にビルトインポテンシャルに基づいて前記底部層から前記ドリフト層側に延びる空乏層幅の３倍以下とされていることを特徴とする請求項８に記載の炭化珪素半導体装置。
  10. 　前記距離が、前記空乏層幅の２倍以上とされていることを特徴とする請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。
  11. 　前記トレンチは複数本並列に配置され、複数本の前記トレンチのうちの複数が前記ディープ層によって囲まれた平面レイアウトとされていることを特徴とする請求項９または１０に記載の炭化珪素半導体装置。
  12. 　前記トレンチは、前記長手方向において複数に分割されていると共に、分割された各トレンチの先端部に重なるように前記第２導電型層が配置されていることを特徴とする請求項８に記載の炭化珪素半導体装置。
  13. 　前記第１または第２導電型の炭化珪素基板（１）の主表面が（０００１）Ｓｉ面であり、
    前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの底部において該トレンチの側面よりも厚く、
    　前記半導体スイッチング素子のオフ時に前記ラウンド形状先端層（７ｂ）が完全空乏化することによって前記ドリフト層が上下に分断されることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置。
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CN201380031331.5A CN104380442B (zh) 2012-06-14 2013-06-06 碳化硅半导体装置及其制造方法
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104979386A (zh) * 2014-04-09 2015-10-14 英飞凌科技股份有限公司 具有包括收缩部的半导体台面的半导体器件
JP2016225343A (ja) * 2015-05-27 2016-12-28 株式会社豊田中央研究所 半導体装置
JP6233539B1 (ja) * 2016-12-21 2017-11-22 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2018006630A (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
WO2018008529A1 (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2018006629A (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2018019045A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 富士電機株式会社 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5884617B2 (ja) 2012-04-19 2016-03-15 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2015126193A (ja) * 2013-12-27 2015-07-06 株式会社豊田中央研究所 縦型半導体装置
JP6231422B2 (ja) 2014-04-09 2017-11-15 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6354525B2 (ja) * 2014-11-06 2018-07-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置の製造方法
JP6488204B2 (ja) * 2015-07-07 2019-03-20 株式会社豊田中央研究所 半導体装置の製造方法
DE102015117286B4 (de) * 2015-10-09 2018-04-05 Infineon Technologies Ag Verfahren zum herstellen einer siliziumcarbidhalbleitervorrichtung durch entfernen amorphisierter abschnitte
JP6667893B2 (ja) 2015-10-20 2020-03-18 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP6759563B2 (ja) * 2015-11-16 2020-09-23 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
DE102015224965A1 (de) * 2015-12-11 2017-06-14 Robert Bosch Gmbh Flächenoptimierter Transistor mit Superlattice-Strukturen
JP6651894B2 (ja) * 2016-02-23 2020-02-19 株式会社デンソー 化合物半導体装置およびその製造方法
JP6560142B2 (ja) 2016-02-26 2019-08-14 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6560141B2 (ja) * 2016-02-26 2019-08-14 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
US10243039B2 (en) 2016-03-22 2019-03-26 General Electric Company Super-junction semiconductor power devices with fast switching capability
JP6606007B2 (ja) * 2016-04-18 2019-11-13 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
KR20170123789A (ko) * 2016-04-29 2017-11-09 엘지전자 주식회사 이동 단말기
JP6640691B2 (ja) * 2016-09-21 2020-02-05 株式会社東芝 半導体装置及びその製造方法
JP2018056304A (ja) 2016-09-28 2018-04-05 トヨタ自動車株式会社 スイッチング装置とその製造方法
US10861931B2 (en) * 2016-12-08 2020-12-08 Cree, Inc. Power semiconductor devices having gate trenches and buried edge terminations and related methods
JP6673174B2 (ja) * 2016-12-12 2020-03-25 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP6928336B2 (ja) * 2016-12-28 2021-09-01 富士電機株式会社 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法
JP6673232B2 (ja) * 2017-01-17 2020-03-25 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置
JP6696450B2 (ja) * 2017-01-27 2020-05-20 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置
JP6811118B2 (ja) * 2017-02-27 2021-01-13 株式会社豊田中央研究所 Ｍｏｓｆｅｔ
JP6641523B2 (ja) * 2017-03-07 2020-02-05 三菱電機株式会社 半導体装置および電力変換装置
JP6809330B2 (ja) * 2017-03-28 2021-01-06 豊田合成株式会社 半導体装置の製造方法
JP7081087B2 (ja) * 2017-06-02 2022-06-07 富士電機株式会社 絶縁ゲート型半導体装置及びその製造方法
JP6815285B2 (ja) 2017-06-26 2021-01-20 株式会社東芝 半導体装置
DE102018114591B4 (de) * 2018-06-18 2021-09-02 Infineon Technologies Ag Transistorbauelement
CN110828547A (zh) * 2019-10-22 2020-02-21 深圳基本半导体有限公司 一种沟槽型功率开关器件及其制作方法
US20220384566A1 (en) * 2019-12-20 2022-12-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon carbide semiconductor device
US11563080B2 (en) 2020-04-30 2023-01-24 Wolfspeed, Inc. Trenched power device with segmented trench and shielding
CN112164725B (zh) * 2020-09-27 2022-04-05 东南大学 一种高阈值的功率半导体器件及其制造方法
JPWO2022113609A1 (ja) * 2020-11-30 2022-06-02
JP7291679B2 (ja) * 2020-12-08 2023-06-15 株式会社 日立パワーデバイス 半導体装置
EP4113623A1 (en) * 2021-07-01 2023-01-04 Infineon Technologies Austria AG Transistor device
CN116314279B (zh) * 2023-05-22 2023-08-04 南京第三代半导体技术创新中心有限公司 一种电力电子芯片终端保护结构

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1098188A (ja) 1996-08-01 1998-04-14 Kansai Electric Power Co Inc:The 絶縁ゲート半導体装置
JP2003031802A (ja) * 2001-07-18 2003-01-31 Nissan Motor Co Ltd 電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2005142243A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Toyota Motor Corp 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
JP2006032420A (ja) * 2004-07-12 2006-02-02 Toyota Motor Corp 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
JP2007242852A (ja) 2006-03-08 2007-09-20 Toyota Motor Corp 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
JP2009081412A (ja) * 2007-09-06 2009-04-16 Toyota Motor Corp 半導体装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6031265A (en) * 1997-10-16 2000-02-29 Magepower Semiconductor Corp. Enhancing DMOS device ruggedness by reducing transistor parasitic resistance and by inducing breakdown near gate runners and termination area
US6342709B1 (en) 1997-12-10 2002-01-29 The Kansai Electric Power Co., Inc. Insulated gate semiconductor device
JPH11233391A (ja) 1998-02-12 1999-08-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 結晶基板とそれを用いた半導体装置およびその製法
US6194741B1 (en) * 1998-11-03 2001-02-27 International Rectifier Corp. MOSgated trench type power semiconductor with silicon carbide substrate and increased gate breakdown voltage and reduced on-resistance
JP4738562B2 (ja) * 2000-03-15 2011-08-03 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP5299373B2 (ja) * 2003-01-16 2013-09-25 富士電機株式会社 半導体素子
KR100767078B1 (ko) 2003-10-08 2007-10-15 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 절연 게이트형 반도체 장치 및 그 제조 방법
SE527205C2 (sv) 2004-04-14 2006-01-17 Denso Corp Förfarande för tillverkning av halvledaranordning med kanal i halvledarsubstrat av kiselkarbid
JP2006351744A (ja) 2005-06-15 2006-12-28 Fuji Electric Holdings Co Ltd 炭化珪素半導体装置の製造方法
JP5017865B2 (ja) * 2006-01-17 2012-09-05 富士電機株式会社 半導体装置
US20080038890A1 (en) * 2006-08-10 2008-02-14 General Electric Company Method for improved trench protection in vertical umosfet devices
JP5444608B2 (ja) 2007-11-07 2014-03-19 富士電機株式会社 半導体装置
JP2009283540A (ja) 2008-05-20 2009-12-03 Denso Corp 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP4877286B2 (ja) * 2008-07-08 2012-02-15 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP5586887B2 (ja) * 2009-07-21 2014-09-10 株式会社日立製作所 半導体装置及びその製造方法
US8415671B2 (en) * 2010-04-16 2013-04-09 Cree, Inc. Wide band-gap MOSFETs having a heterojunction under gate trenches thereof and related methods of forming such devices
JP5621340B2 (ja) 2010-06-16 2014-11-12 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置
JP5500002B2 (ja) 2010-08-31 2014-05-21 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置の製造方法
JP5884617B2 (ja) 2012-04-19 2016-03-15 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1098188A (ja) 1996-08-01 1998-04-14 Kansai Electric Power Co Inc:The 絶縁ゲート半導体装置
JP2003031802A (ja) * 2001-07-18 2003-01-31 Nissan Motor Co Ltd 電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2005142243A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Toyota Motor Corp 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
JP2006032420A (ja) * 2004-07-12 2006-02-02 Toyota Motor Corp 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
JP2007242852A (ja) 2006-03-08 2007-09-20 Toyota Motor Corp 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
JP2009081412A (ja) * 2007-09-06 2009-04-16 Toyota Motor Corp 半導体装置

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104979386A (zh) * 2014-04-09 2015-10-14 英飞凌科技股份有限公司 具有包括收缩部的半导体台面的半导体器件
CN104979386B (zh) * 2014-04-09 2019-06-11 英飞凌科技股份有限公司 具有包括收缩部的半导体台面的半导体器件
JP2016225343A (ja) * 2015-05-27 2016-12-28 株式会社豊田中央研究所 半導体装置
WO2018008527A1 (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
WO2018008529A1 (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2018006631A (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2018006629A (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
WO2018008528A1 (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2018006630A (ja) * 2016-07-05 2018-01-11 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
CN109417089A (zh) * 2016-07-05 2019-03-01 株式会社电装 碳化硅半导体装置及其制造方法
CN109417088A (zh) * 2016-07-05 2019-03-01 株式会社电装 碳化硅半导体装置及其制造方法
CN109417088B (zh) * 2016-07-05 2021-09-14 株式会社电装 碳化硅半导体装置及其制造方法
CN109417089B (zh) * 2016-07-05 2021-09-28 株式会社电装 碳化硅半导体装置及其制造方法
JP2018019045A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 富士電機株式会社 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法
JP2018101769A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP6233539B1 (ja) * 2016-12-21 2017-11-22 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法

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