WO2022009549A1 - 炭化珪素半導体装置 - Google Patents

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impurity
silicon carbide
carbide semiconductor
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PCT/JP2021/019996
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健良 増田
亮治 小杉
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住友電気工業株式会社
国立研究開発法人産業技術総合研究所
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    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/872—Schottky diodes

Definitions

  • Patent Document 1 describes a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) having a super junction structure. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-520703 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-216182 (Patent Document 3) describe a superjunction structure of a silicon carbide semiconductor formed by ion implantation using a channeling phenomenon. ..
  • the silicon carbide semiconductor device includes a substrate, a super junction layer, an element layer, a first electrode, and a second electrode.
  • the substrate is made of a first conductive type silicon carbide semiconductor.
  • the super junction layer is provided above the first main surface of the substrate and alternately has a first region of the first conductive type and a second region of the second conductive type.
  • the element layer is provided above the super junction layer.
  • the first electrode is provided on the element layer.
  • the second electrode is provided on the second main surface facing the first main surface of the substrate.
  • the first region has a first portion and a second portion located between the first portion and the first main surface.
  • the second region has a third portion in contact with the first portion and a fourth portion in contact with the second portion and located between the third portion and the first main surface.
  • the width of the second portion is larger than the width of the first portion
  • the width of the fourth portion is It is smaller than the width of the third part
  • the total value of the width of the first part and the width of the third part is 0.5 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less
  • the height of each of the first region and the second region is It is 2 ⁇ m or more.
  • FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing a configuration of a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an impurity concentration profile.
  • FIG. 4 is a partial vertical cross-sectional schematic diagram showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic vertical sectional view showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic vertical sectional view showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment.
  • An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide semiconductor device capable of improving withstand voltage while reducing on-resistance.
  • an object of the present disclosure is to provide a silicon carbide semiconductor device capable of improving the withstand voltage while reducing the on-resistance.
  • the individual orientation is indicated by []
  • the aggregate orientation is indicated by ⁇ >
  • the individual plane is indicated by ()
  • the aggregate plane is indicated by ⁇ .
  • Negative crystallographic exponents are usually expressed by adding a "-" (bar) above the number, but here the number is preceded by a negative sign for crystallography. Represents the above negative exponent.
  • the silicon carbide semiconductor device 100 includes a substrate 11, a super junction layer 10, an element layer 40, a first electrode 61, and a second electrode 62.
  • the substrate 11 is made of a first conductive type silicon carbide semiconductor.
  • the super junction layer 10 is provided above the first main surface 1 of the substrate 11, and alternately has a first region 41 of the first conductive type and a second region 42 of the second conductive type.
  • the element layer 40 is provided above the super junction layer 10.
  • the first electrode 61 is provided on the element layer 40.
  • the second electrode 62 is provided on the second main surface 2 facing the first main surface 1 of the substrate 11.
  • the first region 41 has a first portion 71 and a second portion 72 located between the first portion 71 and the first main surface 1.
  • the second region 42 has a third portion 73 in contact with the first portion 71 and a fourth portion 74 in contact with the second portion 72 and located between the third portion 73 and the first main surface 1. There is.
  • the width of the second portion 72 is larger than the width of the first portion 71
  • the fourth portion is fourth.
  • the width of the portion 74 is smaller than the width of the third portion 73, and the total value of the width of the first portion 71 and the width of the third portion 73 is 0.5 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less, and the first region 41 and The height of each of the second regions 42 is 2 ⁇ m or more.
  • the first The width of the portion 71 may be smaller than the height of the first portion 71
  • the width of the third portion 73 may be smaller than the height of the third portion 73.
  • the impurity concentration in the third portion 73 may be higher than the impurity concentration in the fourth portion 74.
  • the impurity concentration of each of the first portion 71 and the third portion 73 is 3 ⁇ 10 16 cm -3 or more 5 ⁇ 10 17 cm -3 or less.
  • a first conductive type buffer layer 12 is provided between the super junction layer 10 and the substrate 11. You may.
  • the element layer 40 is in contact with the first impurity region 15 of the first conductive type and the first impurity region 15. It may include a second impurity region 23 having a second conductive type and a third impurity region 30 separated from the first impurity region 15 by the second impurity region 23 and having a first conductive type.
  • the element layer 40 includes a side surface 8 composed of each of a first impurity region 15, a second impurity region 23, and a third impurity region 30, and a bottom portion 9 connected to the side surface 8 and composed of a first impurity region 15.
  • a trench 5 having the above may be provided.
  • the first electrode 61 may be a source electrode
  • the second electrode 62 may be a drain electrode.
  • a gate electrode may be provided inside the trench 5.
  • the first main surface 1 is at an angle of 8 ° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ surface or the ⁇ 0001 ⁇ surface. It may be an inclined surface.
  • FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • the silicon carbide semiconductor device 100 according to the first embodiment is, for example, a trench type MOSFET.
  • the silicon carbide semiconductor device 100 according to the first embodiment is, for example, a substrate 11, a super junction layer 10, an element layer 40, a first electrode 61, a second electrode 62, a third electrode 63, and gate insulation. It mainly has a film 6, a separation insulating film 64, and a buffer layer 12.
  • the substrate 11 is made of a first conductive type silicon carbide semiconductor.
  • the first conductive type is, for example, n type.
  • the substrate 11 contains an n-type impurity capable of imparting an n-type such as N (nitrogen).
  • the substrate 11 has a first main surface 1 and a second main surface 2.
  • the second main surface 2 faces the first main surface 1.
  • the second main surface 2 is a surface opposite to the first main surface 1.
  • the substrate 11 is made of, for example, polytype 4H hexagonal silicon carbide.
  • the first main surface 1 may be, for example, a surface inclined at an angle of 8 ° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ surface or the ⁇ 0001 ⁇ surface.
  • the first main surface 1 may be a (0001) plane or a plane inclined at an angle of 8 ° or less with respect to the (0001) plane.
  • the first main surface 1 may be a surface inclined at an angle of 8 ° or less with respect to the (000-1) surface or the (000-1) surface.
  • the buffer layer 12 is located between the super junction layer 10 and the substrate 11.
  • the buffer layer 12 has, for example, an n-type (first conductive type).
  • the buffer layer 12 contains an n-type impurity capable of imparting an n-type such as N (nitrogen).
  • the super junction layer 10 is provided above the first main surface 1 of the substrate 11.
  • the super junction layer 10 is in contact with the buffer layer 12.
  • the super junction layer 10 alternately has a first region 41 and a second region 42.
  • the first region 41 and the second region 42 are arranged alternately along a direction parallel to the first main surface 1 (first direction 101), for example. From another point of view, the first region 41 and the second region 42 are arranged alternately along, for example, the directions intersecting with each other in the thickness direction of the substrate 11.
  • the first region 41 has an n-type (first conductive type).
  • the first region 41 contains an n-type impurity capable of imparting an n-type such as N (nitrogen).
  • the second region 42 has a p-type (second conductive type).
  • the second region 42 contains a p-type impurity that can impart a p-type, such as Al (aluminum).
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
  • the longitudinal direction of each of the first region 41 and the second region 42 is the second direction 102.
  • the lateral direction of each of the first region 41 and the second region 42 is the first direction 101.
  • the shape of each of the first region 41 and the second region 42 may be substantially rectangular.
  • the first direction 101 and the second direction 102 is parallel to the first main surface 1.
  • the first direction 101 is a direction perpendicular to the second direction 102.
  • the first direction 101 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the second direction 102 is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
  • the first direction 101 may be, for example, a direction in which the ⁇ 11-20> direction is projected onto the first main surface 1.
  • the second direction 102 may be, for example, a direction in which the ⁇ 1-100> direction is projected onto the first main surface 1.
  • the third direction 103 is a direction perpendicular to each of the first direction 101 and the second direction 102.
  • the third direction 103 is, for example, the ⁇ 0001> direction.
  • the third direction 103 may be, for example, a direction inclined with respect to the ⁇ 0001> direction.
  • the first region 41 has a first portion 71 and a second portion 72.
  • the second portion 72 is located between the first portion 71 and the first main surface 1.
  • the first portion 71 and the second portion 72 are adjacent to each other in the third direction 103.
  • the second portion 72 may be in contact with the buffer layer 12 or may be in contact with the first main surface 1.
  • the second region 42 has a third portion 73 and a fourth portion 74.
  • the fourth portion 74 is located between the third portion 73 and the first main surface 1.
  • the third portion 73 and the fourth portion 74 are adjacent to each other in the third direction 103.
  • the fourth portion 74 may be in contact with the buffer layer 12 or may be in contact with the first main surface 1.
  • the third part 73 is in contact with the first part 71.
  • the third portion 73 and the first portion 71 are adjacent to each other in the first direction 101.
  • the third portion 73 and the first portion 71 are alternately arranged in the first direction 101.
  • the fourth portion 74 is in contact with the second portion 72.
  • the fourth portion 74 and the second portion 72 are adjacent to each other in the first direction 101.
  • the fourth portion 74 and the second portion 72 are alternately arranged in the first direction 101.
  • the width of the second portion 72 is the width of the first portion 71. Is larger than the width of (first width W1).
  • the width of the second portion 72 may be monotonically increased from the first portion 71 toward the first main surface 1.
  • the width of the second portion 72 (second width W2) in contact with the buffer layer 12 is larger than that of the first width W1.
  • the width of the fourth portion 74 is the width of the third portion 73. Is smaller than the width of (third width W3).
  • the width of the fourth portion 74 may be monotonically reduced from the third portion 73 toward the first main surface 1.
  • the width of the fourth portion 74 in contact with the buffer layer 12 (fourth width W4) is smaller than the third width W3.
  • the total value of the width of the first portion 71 (first width W1) and the width of the third portion 73 (third width W3) is 0.5 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less.
  • the total value of the width of the first portion 71 (first width W1) and the width of the third portion 73 (third width W3) is the pitch P of the super-junction layer.
  • the lower limit of the total value of the width of the first portion 71 (first width W1) and the width of the third portion 73 (third width W3) is not particularly limited, but may be, for example, 1 ⁇ m or more, or 2 ⁇ m. It may be the above.
  • the upper limit of the total value of the width of the first portion 71 (first width W1) and the width of the third portion 73 (third width W3) is not particularly limited, but may be, for example, 4 ⁇ m or less, or 3 ⁇ m. It may be as follows.
  • the height of the first portion 71 (first height T1) may be larger than the height of the second portion 72 (second height T2).
  • the width of the third portion 73 (third width W3). May be smaller than the height of the third portion 73 (first height T1).
  • the height of the third portion 73 (first height T1) may be larger than the height of the fourth portion 74 (second height T2).
  • the sum of the height of the first portion 71 (first height T1) and the height of the second portion 72 (second height T2) is the height of the first region 41 (third height T3).
  • the sum of the height of the third portion 73 (first height T1) and the height of the fourth portion 74 (second height T2) is the height of the second region 42 (third height). T3).
  • the height of each of the first region 41 and the second region 42 (third height T3) is 2 ⁇ m or more.
  • the lower limit of the height of each of the first region 41 and the second region 42 is not particularly limited, but may be, for example, 2.5 ⁇ m or more, or 3 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the height of each of the first region 41 and the second region 42 is not particularly limited, but may be, for example, 5 ⁇ m or less, or 4 ⁇ m or less.
  • the impurity concentration in the third part 73 may be higher than the impurity concentration in the fourth part 74.
  • the impurity concentration in the first portion 71 is substantially the same as the impurity concentration in the second portion 72.
  • the impurity concentration in the first portion 71 is substantially the same as the impurity concentration in the third portion 73.
  • the impurity concentration in the fourth portion 74 may be lower than the impurity concentration in the second portion 72.
  • the impurity concentration of each of the first portion 71 and the third portion 73 may be, for example, 3 ⁇ 10 16 cm -3 or more and 5 ⁇ 10 17 cm -3 or less.
  • the lower limit of the impurity concentration of each of the first portion 71 and the third portion 73 is not particularly limited, but may be, for example, 4 ⁇ 10 16 cm -3 or more, or 5 ⁇ 10 16 cm -3 or more. You may.
  • the upper limit of the impurity concentration of each of the first portion 71 and the third portion 73 is not particularly limited, but may be, for example, 3 ⁇ 10 17 cm -3 or less, or 2 ⁇ 10 17 cm -3 or less. You may.
  • the element layer 40 is provided above the super junction layer 10.
  • the element layer 40 is, for example, a switching element.
  • the element layer 40 has, for example, a first impurity region 15, a second impurity region 23, a third impurity region 30, a fourth impurity region 24, and a fifth impurity region 20.
  • the first impurity region 15 is, for example, a drift region.
  • the first impurity region 15 has an n-type (first conductive type).
  • the first impurity region 15 contains an n-type impurity that can impart an n-type such as N (nitrogen).
  • the first impurity region 15 is in contact with the first region 41.
  • the first impurity region 15 has a first drift layer 14 and a second drift layer 13.
  • the first drift layer 14 is in contact with the gate insulating film 6.
  • the second drift layer 13 is connected to the first drift layer 14.
  • the second drift layer 13 is located between the first drift layer 14 and the first region 41. In the second drift layer 13, the width at the center is smaller than the width at the top and bottom.
  • the second impurity region 23 is, for example, a body region.
  • the second impurity region 23 is in contact with the first impurity region 15.
  • the second impurity region 23 has a p-type (second conductive type).
  • the second impurity region 23 contains a p-type impurity such as Al (aluminum) that can be imparted with a p-type.
  • the second impurity region 23 is electrically connected to the second region 42.
  • the concentration of the p-type impurity contained in the second impurity region 23 may be higher than the concentration of the n-type impurity contained in the first impurity region 15.
  • the third impurity region 30 is, for example, a source region.
  • the third impurity region 30 is separated from the first impurity region 15 by the second impurity region 23.
  • the third impurity region 30 has an n-type (first conductive type).
  • the third impurity region 30 contains an n-type impurity capable of imparting an n-type such as P (phosphorus).
  • the concentration of the n-type impurity contained in the third impurity region 30 may be higher than the concentration of the p-type impurity contained in the second impurity region 23.
  • the fourth impurity region 24 is, for example, a contact region.
  • the fourth impurity region 24 is in contact with the second impurity region 23 and the third impurity region 30.
  • the fourth impurity region 24 has a p-type (second conductive type).
  • the fourth impurity region 24 contains a p-type impurity such as Al (aluminum) that can be imparted with a p-type.
  • the concentration of the p-type impurity contained in the fourth impurity region 24 may be higher than the concentration of the p-type impurity contained in the second impurity region 23.
  • the fifth impurity region 20 connects the second impurity region 23 and the second impurity region 42.
  • the fifth impurity region 20 is in contact with each of the first impurity region 15, the second impurity region 23, and the second impurity region 42.
  • the fifth impurity region 20 has a p-type (second conductive type).
  • the fifth impurity region 20 contains a p-type impurity such as Al (aluminum) that can be imparted with a p-type.
  • the fifth impurity region 20 has a first connection region 21 and a second connection region 22.
  • the first connection region 21 is in contact with each of the second impurity region 23 and the first drift layer 14.
  • the second connection area 22 is in contact with each of the first connection area 21 and the second area 42.
  • the second connection region 22 is located between the first connection region 21 and the second region 42 in the third direction 103.
  • the gate insulating film 6 is provided on the element layer 40.
  • the gate insulating film 6 is made of, for example, silicon dioxide.
  • the gate insulating film 6 is in contact with each of the first impurity region 15, the second impurity region 23, and the third impurity region 30, for example.
  • a channel can be formed in the second impurity region 23 in contact with the gate insulating film 6.
  • the gate electrode 52 is provided on the gate insulating film 6.
  • the gate electrode 52 is in contact with the gate insulating film 6.
  • the gate electrode 52 is composed of a conductor such as polysilicon that is doped with impurities.
  • a trench 5 is provided in the element layer 40.
  • the trench 5 is defined by a side surface 8 and a bottom portion 9.
  • the side surface 8 is composed of a first impurity region 15, a second impurity region 23, and a third impurity region 30, respectively.
  • the bottom 9 is connected to the side surface 8.
  • the bottom 9 is composed of a first impurity region 15.
  • At least a part of the gate insulating film 6 is provided inside the trench 5, for example.
  • the gate insulating film 6 is in contact with each of the first impurity region 15, the second impurity region 23, and the third impurity region 30 on the side surface 8.
  • the gate insulating film 6 is in contact with the first impure portion region at the bottom portion 9.
  • At least a part of the gate electrode is provided inside the trench 5, for example.
  • the second electrode 62 is, for example, a source electrode.
  • the second electrode 62 is provided on the element layer 40.
  • the second electrode 62 is in contact with the third impurity region 30 and the fourth impurity region 24.
  • the second electrode 62 may cover the separation insulating film 64.
  • the first electrode 61 is, for example, a drain electrode.
  • the first electrode 61 is provided on the second main surface 2 of the substrate 11.
  • the separation insulating film 64 is provided so as to cover the gate electrode 52.
  • the separation insulating film 64 is in contact with each of the gate electrode 52 and the gate insulating film 6.
  • the separation insulating film 64 is composed of, for example, an NSG (None-doped Silicate Glass) film or a PSG (Phosphorus Silicate Glass) film.
  • the separation insulating film 64 electrically insulates the gate electrode 52 and the second electrode 62.
  • the buffer layer 12 is formed on the substrate 11.
  • the buffer layer 12 is formed by, for example, epitaxial growth.
  • the first region 41 is formed on the buffer layer 12.
  • the first region 41 is formed by, for example, epitaxial growth.
  • Each of the buffer layer 12 and the first region 41 has an n-type (first conductive type).
  • a mask layer (not shown) is formed on the first region 41.
  • the channeling ion implantation process is carried out. Specifically, with the mask layer arranged on the first region 41, impurity ions capable of imparting a p-type (second conductive type) such as aluminum are injected into the first region 41. ..
  • the injection energy is, for example, 960 keV.
  • the injection temperature is, for example, room temperature.
  • the second region 42 is formed in a part of the first region 41.
  • the second region 42 is provided apart from each other in the first direction 101.
  • the super junction layer 10 in which the first region 41 and the second region 42 are alternately arranged is formed (see FIG. 2).
  • impurity ions are implanted in a direction substantially parallel to the ⁇ 0001> direction, which is the crystal axis of silicon carbide.
  • the injection direction of the impurity ion may be inclined by an angle of, for example, 0.5 ° or less with respect to the ⁇ 0001> direction.
  • the injection direction of the impurity ion may be a direction in which the third direction 103 is inclined in the off direction.
  • the off direction may be, for example, the first direction 101 or the second direction 102.
  • a second region 42 having a thickness of 2 ⁇ m or more is formed (see FIG. 1).
  • the second region 42 has a third portion 73 and a fourth portion 74.
  • the width of the fourth portion 74 is formed smaller than the width of the third portion 73.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an impurity concentration profile.
  • Condition A is a box profile when random injection is performed. Under condition A, the injection energy is changed in the range of 960 keV to 9 MeV.
  • Condition B is a single profile when random injection is performed. Under condition B, the injection energy is 960 keV.
  • Condition C is a single profile when channeling injection is performed. Under condition C, the injection energy is 960 keV.
  • Condition B and Condition C in FIG. 3 in the case of channeling injection, it is possible to inject deeper than random injection.
  • the injection depth is 2 ⁇ m or more.
  • an impurity region having an injection depth similar to that of condition C can be formed.
  • Table 1 shows the spread width in the lateral direction and the spread width in the depth direction of the impurity region. As shown in Table 1, under the conditions A and B, the lateral spread width of the impurity region is substantially the same as the spread width in the depth direction of the impurity region. Comparing Condition B and Condition C, it can be seen that, when the injection energies are the same, the lateral spread width of the impurity region in the random injection is almost the same as the lateral spread width of the impurity region in the channeling injection.
  • the lateral spread width of the impurity region becomes large.
  • the lateral spread width of the impurity region formed by the box profile of condition A depends on the spread at the highest injection energy. Comparing Condition A and Condition C, when the injection depths are similar, the lateral spread width of the impurity region in random injection may be larger than the lateral spread width of the impurity region in channeling injection. I understand.
  • the impurity ion to be injected is an aluminum ion.
  • the implant is silicon carbide. The values shown in Table 1 vary by about ⁇ 20% depending on the impurity ions to be injected and the object to be injected.
  • the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to the second embodiment is mainly carbonized according to the first embodiment in that each of the first region 41 and the second region 42 is laminated in the super junction layer 10.
  • the configuration is different from that of the silicon semiconductor device 100, and other points are the same as the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • a configuration different from the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 4 is a partial vertical cross-sectional schematic diagram showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to the second embodiment.
  • each of the first region 41 and the second region 42 is laminated.
  • a plurality of first regions 41 are provided along the third direction 103.
  • the first portion 71 and the second portion 72 are alternately arranged along the third direction 103.
  • a plurality of second regions 42 are provided along the third direction 103.
  • the third portion 73 and the fourth portion 74 are alternately arranged along the third direction 103.
  • the lower limit of the number of each of the stacked first region 41 and the second region 42 is not particularly limited, but may be, for example, 2 or more, or 3 or more.
  • the upper limit of the number of each of the stacked first region 41 and the second region 42 is not particularly limited, but may be, for example, 10 or less, or 6 or less.
  • the stacked first region 41 and second region 42 can be formed by alternately repeating the epitaxial growth step and the channeling ion implantation step.
  • the first region 41 in the lower layer is formed in the first epitaxial growth step.
  • the first region 41 in the upper layer is formed in the second epitaxial growth step. Strictly speaking, the growth conditions of the first epitaxial growth step and the growth conditions of the second epitaxial growth step are different. Therefore, the impurity concentration of the first region 41 in the lower layer may be different from the impurity concentration of the first region 41 in the upper layer.
  • the impurity concentration profile of the first region 41 in the upper layer and the first region 41 in the lower layer is measured by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) along the third direction 103, the first in the upper layer.
  • the impurity concentration profile of the region 41 may be discontinuous with the impurity concentration profile of the first region 41 in the lower layer.
  • each of the first region 41 and the second region 42 of the layer is, for example, 2 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less.
  • the total thickness of each of the first region 41 and the second region 42 can be increased.
  • the lower limit of the total thickness of each of the first region 41 and the second region 42 is not particularly limited, but may be, for example, 4 ⁇ m or more, or 6 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the total thickness of each of the first region 41 and the second region 42 is not particularly limited, but may be, for example, 30 ⁇ m or less, or 20 ⁇ m or less.
  • the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to the third embodiment is mainly that the silicon carbide semiconductor device 100 is a planar MOSFET, and the silicon carbide semiconductor device 100 according to each of the first embodiment and the second embodiment is mainly configured.
  • the configuration is different from that of the above, and other points are the same as the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to each of the first embodiment and the second embodiment.
  • a configuration different from the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to each of the first embodiment and the second embodiment will be mainly described.
  • FIG. 5 is a schematic vertical sectional view showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to the third embodiment.
  • the element layer 40 is not provided with the trench 5.
  • the upper end surface of the element layer 40 is, for example, a flat surface.
  • the gate insulating film 6 extends, for example, along a direction parallel to the first main surface 1. The gate insulating film 6 is in contact with each of the first impurity region 15, the second impurity region 23, and the third impurity region 30 on the upper end surface of the element layer 40.
  • the first region 41 of the super junction layer 10 faces each of the gate insulating film 6 and the third electrode 63.
  • the second region 42 of the super junction layer 10 faces each of the third impurity region 30 and the fourth impurity region 24.
  • the second region 42 may be in contact with the third impurity region 30 and may be separated from the first impurity region 15.
  • the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to the fifth embodiment is mainly that the silicon carbide semiconductor device 100 according to each of the first embodiment and the second embodiment is configured in that the silicon carbide semiconductor device 100 is a PN diode.
  • the configuration is different, and other points are the same as the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to each of the first embodiment and the second embodiment.
  • a configuration different from the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to each of the first embodiment and the second embodiment will be mainly described.
  • FIG. 6 is a schematic vertical cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device 100 according to the fourth embodiment.
  • the element layer 40 has, for example, a p-type (second conductive type).
  • the second electrode 62 is in contact with the element layer 40.
  • the second electrode 62 is provided on the element layer 40.
  • the element layer 40 is provided on the super junction layer 10.
  • the element layer 40 is in contact with each of the first region 41 and the second region 42, for example.
  • the first electrode 61 is, for example, a cathode electrode.
  • the second electrode 62 is, for example, an anode electrode.
  • the fourth embodiment shows an example of a PN diode, it can also be transformed into a Schottky diode. That is, in FIG. 6, the element layer 40 may be used as a Schottky electrode instead of the silicon carbide semiconductor layer.
  • the concentration of p-type impurities and the concentration of n-type impurities in each impurity region can be measured using SIMS.
  • the measuring device is, for example, a secondary ion mass spectrometer manufactured by Cameca.
  • the measurement pitch is, for example, 0.01 ⁇ m.
  • the primary ion beam is cesium (Cs).
  • the primary ion energy is 14.5 keV.
  • the polarity of the secondary ion is negative.
  • the primary ion beam is oxygen (O 2 ).
  • the primary ion energy is 8 keV.
  • the polarity of the secondary ion is positive.
  • SCM Sccanning Capacitance Microscope
  • the measuring device is, for example, the NanoScope IV manufactured by Bruker AXS.
  • SCM is a method for visualizing the carrier concentration distribution in a semiconductor. Specifically, a metal-coated silicon probe is used to scan the surface of the sample. At that time, a high frequency voltage is applied to the sample. Modulation is applied to the capacitance of the system by exciting a large number of carriers. The frequency of the high frequency voltage applied to the sample is 100 kHz and the voltage is 4.0 V.
  • the first conductive type is n type and the second conductive type is p type, but even if the first conductive type is p type and the second conductive type is n type. good.
  • the impurity concentration in the impurity region having n-type is the concentration of n-type impurities.
  • the impurity concentration in the impurity region having p-type is the concentration of p-type impurities.
  • the injection depth that can be formed with low acceleration energy of about 1 MeV or less is about 1 ⁇ m.
  • the super junction layer 10 having a withstand voltage of about 1.2 kV it is necessary to repeat epitaxial growth and ion implantation about 5 to 6 times.
  • the super junction layer 10 according to the silicon carbide semiconductor device 100 according to the present embodiment is formed by using the channeling injection technique. Therefore, the super junction layer 10 having a large thickness and a small pitch can be formed with low acceleration energy of about 1 MeV or less.
  • the total value of the width of the first portion 71 and the width of the third portion 73 is 0.5 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less, and the heights of the first region 41 and the second region 42 are set. It is 2 ⁇ m or more. As a result, the withstand voltage can be improved while reducing the on-resistance.
  • the number of times of epitaxial growth and each of ion implantation can be reduced. Therefore, it is possible to prevent particles of polycrystalline silicon carbide from being sandwiched between the epitaxial layer and the epitaxial layer. As a result, the yield of the silicon carbide semiconductor device 100 can be improved.
  • a part of the p-type region formed in the lower epitaxial layer is overlaid with a part of the p-type region formed in the upper epitaxial layer. It is necessary to connect the upper and lower p-shaped regions by wrapping them.
  • the impurity concentration of the overlapped p-type region portion is higher than the impurity concentration of the non-overlapping p-type region portion.

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Abstract

スーパージャンクション層は、第１領域および第２領域を交互に有する。素子層は、スーパージャンクション層の上方に設けられている。第１領域は、第１部分と、第１部分と第１主面との間に位置する第２部分とを有している。第２領域は、第１部分に接する第３部分と、第２部分に接しかつ第３部分と第１主面との間に位置する第４部分とを有している。第２主面に垂直であって、かつ第１領域から第２領域に向かう方向に平行な断面において、第２部分の幅は、第１部分の幅よりも大きく、第４部分の幅は、第３部分の幅よりも小さく、第１部分の幅と第３部分の幅との合計の値は、０．５μｍ以上４μｍ以下であり、第１領域および第２領域の各々の高さは、２μｍ以上である。

Description

炭化珪素半導体装置
　本開示は、炭化珪素半導体装置に関する。本出願は、２０２０年７月１０日に出願した日本特許出願である特願２０２０－１１８８９９号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　国際公開２０１７／１７９３７７号（特許文献１）には、スーパージャンクション構造を有するＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が記載されている。また特表２０１９－５２０７０３号公報（特許文献２）、特開２０１５－２１６１８２号公報（特許文献３）にはチャネリング現象を利用したイオン注入により形成された炭化珪素半導体のスーパージャンクション構造が記載される。
国際公開第２０１７／１７９３７７号 特表２０１９－５２０７０３号公報 特開２０１５－２１６１８２号公報
　本開示に係る炭化珪素半導体装置は、基板と、スーパージャンクション層と、素子層と、第１電極と、第２電極とを備えている。基板は、第１導電型の炭化珪素半導体よりなる。スーパージャンクション層は、基板の第１主面の上方に設けられ、第１導電型の第１領域および第２導電型の第２領域を交互に有する。素子層は、スーパージャンクション層の上方に設けられている。第１電極は、素子層の上に設けられている。第２電極は、基板の第１主面に対向する第２主面に設けられている。第１領域は、第１部分と、第１部分と第１主面との間に位置する第２部分とを有している。第２領域は、第１部分に接する第３部分と、第２部分に接しかつ第３部分と第１主面との間に位置する第４部分とを有している。第２主面に垂直であって、かつ第１領域から第２領域に向かう方向に平行な断面において、第２部分の幅は、第１部分の幅よりも大きく、第４部分の幅は、第３部分の幅よりも小さく、第１部分の幅と第３部分の幅との合計の値は、０．５μｍ以上４μｍ以下であり、第１領域および第２領域の各々の高さは、２μｍ以上である。
図１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す縦断面模式図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った横断面模式図である。 図３は、不純物濃度プロファイルを示す模式図である。 図４は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す一部縦断面模式図である。 図５は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す縦断面模式図である。 図６は、第４実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す縦断面模式図である。
[本開示が解決しようとする課題]
　本開示の目的は、オン抵抗を低減しつつ、耐圧を向上することができる炭化珪素半導体装置を提供することである。
[本開示の効果]
　本開示によれば、オン抵抗を低減しつつ、耐圧を向上することができる炭化珪素半導体装置を提供することができる。
［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施形態を列挙して説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”－”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
　（１）本開示に係る炭化珪素半導体装置１００は、基板１１と、スーパージャンクション層１０と、素子層４０と、第１電極６１と、第２電極６２とを備えている。基板１１は、第１導電型の炭化珪素半導体よりなる。スーパージャンクション層１０は、基板１１の第１主面１の上方に設けられ、第１導電型の第１領域４１および第２導電型の第２領域４２を交互に有する。素子層４０は、スーパージャンクション層１０の上方に設けられている。第１電極６１は、素子層４０の上に設けられている。第２電極６２は、基板１１の第１主面１に対向する第２主面２に設けられている。第１領域４１は、第１部分７１と、第１部分７１と第１主面１との間に位置する第２部分７２とを有している。第２領域４２は、第１部分７１に接する第３部分７３と、第２部分７２に接しかつ第３部分７３と第１主面１との間に位置する第４部分７４とを有している。第２主面２に垂直であって、かつ第１領域４１から第２領域４２に向かう方向に平行な断面において、第２部分７２の幅は、第１部分７１の幅よりも大きく、第４部分７４の幅は、第３部分７３の幅よりも小さく、第１部分７１の幅と第３部分７３の幅との合計の値は、０．５μｍ以上４μｍ以下であり、第１領域４１および第２領域４２の各々の高さは、２μｍ以上である。
　（２）上記（１）に係る炭化珪素半導体装置１００によれば、第２主面２に垂直であって、かつ第１領域４１から第２領域４２に向かう方向に平行な断面において、第１部分７１の幅は、第１部分７１の高さよりも小さく、第３部分７３の幅は、第３部分７３の高さよりも小さくてもよい。
　（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素半導体装置１００によれば、第３部分７３における不純物濃度は、第４部分７４における不純物濃度よりも高くてもよい。
　（４）上記（１）から（３）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置１００によれば、第１部分７１および第３部分７３の各々の不純物濃度は、３×１０16ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下であってもよい。
　（５）上記（１）から（４）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置１００によれば、スーパージャンクション層１０と基板１１との間には、第１導電型のバッファ層１２が設けられていてもよい。
　（６）上記（１）から（５）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置１００によれば、素子層４０は、第１導電型の第１不純物領域１５と、第１不純物領域１５に接しかつ第２導電型を有する第２不純物領域２３と、第２不純物領域２３によって第１不純物領域１５から隔てられかつ第１導電型を有する第３不純物領域３０とを含んでいてもよい。素子層４０には、第１不純物領域１５、第２不純物領域２３および第３不純物領域３０の各々により構成された側面８と、側面８に連なりかつ第１不純物領域１５により構成された底部９とを有するトレンチ５が設けられていてもよい。第１電極６１はソース電極であり、第２電極６２はドレイン電極であってもよい。トレンチ５の内部には、ゲート電極が設けられていてもよい。
　（７）上記（１）から（６）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置１００によれば、第１主面１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。
［本開示の実施形態の詳細］
　以下、本開示の実施形態の詳細について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
　（第１実施形態）
　まず、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成を示す縦断面模式図である。
　図１に示されるように、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００は、例えば、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴである。第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００は、例えば、基板１１と、スーパージャンクション層１０と、素子層４０と、第１電極６１と、第２電極６２と、第３電極６３と、ゲート絶縁膜６と、分離絶縁膜６４と、バッファ層１２とを主に有している。基板１１は、第１導電型の炭化珪素半導体よりなる。第１導電型は、たとえば、ｎ型である。基板１１は、たとえばＮ（窒素）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物を含んでいる。基板１１は、第１主面１と、第２主面２とを有している。第２主面２は、第１主面１に対向している。第２主面２は、第１主面１の反対側の面である。
　基板１１は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。第１主面１は、例えば、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。具体的には、第１主面１は、（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。第１主面１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。
　バッファ層１２は、スーパージャンクション層１０と基板１１との間に位置している。バッファ層１２は、たとえば、ｎ型（第１導電型）を有している。バッファ層１２は、たとえばＮ（窒素）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物を含んでいる。
　スーパージャンクション層１０は、基板１１の第１主面１の上方に設けられている。スーパージャンクション層１０は、バッファ層１２に接している。スーパージャンクション層１０は、第１領域４１および第２領域４２を交互に有している。第１領域４１および第２領域４２は、例えば、第１主面１に平行な方向（第１方向１０１）に沿って交互に配置されている。別の観点から言えば、第１領域４１および第２領域４２は、例えば、基板１１の厚み方向に交差する方向に沿って交互に配置されている。
　第１領域４１は、ｎ型（第１導電型）を有している。第１領域４１は、たとえばＮ（窒素）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物を含んでいる。第２領域４２は、ｐ型（第２導電型）を有している。第２領域４２は、たとえばＡｌ（アルミニウム）などのｐ型を付与可能なｐ型不純物を含んでいる。
　図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った横断面模式図である。図２に示されるように、平面視において、第１領域４１および第２領域４２の各々の長手方向は、第２方向１０２である。平面視において、第１領域４１および第２領域４２の各々の短手方向は、第１方向１０１である。平面視において、第１領域４１および第２領域４２の各々の形状は、略長方形状であってもよい。
　第１方向１０１および第２方向１０２の各々は、第１主面１に平行である。第１方向１０１は、第２方向１０２に対して垂直な方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向を第１主面１に射影した方向であってもよい。第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向を第１主面１に射影した方向であってもよい。
　図１に示されるように、第３方向１０３は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に垂直な方向である。第３方向１０３は、たとえば＜０００１＞方向である。第３方向１０３は、たとえば＜０００１＞方向に対して傾斜した方向であってもよい。
　第１領域４１は、第１部分７１と、第２部分７２とを有している。第２部分７２は、第１部分７１と第１主面１との間に位置している。第１部分７１と第２部分７２とは、第３方向１０３において隣接している。第２部分７２は、バッファ層１２に接していてもよいし、第１主面１に接していてもよい。
　第２領域４２は、第３部分７３と、第４部分７４とを有している。第４部分７４は、第３部分７３と第１主面１との間に位置している。第３部分７３と第４部分７４とは、第３方向１０３において隣接している。第４部分７４は、バッファ層１２に接していてもよいし、第１主面１に接していてもよい。
　第３部分７３は、第１部分７１に接している。第３部分７３と第１部分７１とは、第１方向１０１において隣接している。第３部分７３と第１部分７１とは、第１方向１０１において交互に配置されている。第４部分７４は、第２部分７２に接している。第４部分７４と第２部分７２とは、第１方向１０１において隣接している。第４部分７４と第２部分７２とは、第１方向１０１において交互に配置されている。
　図１に示されるように、第２主面２に垂直であって、かつ第１領域４１から第２領域４２に向かう方向に平行な断面において、第２部分７２の幅は、第１部分７１の幅（第１幅Ｗ１）よりも大きい。第１部分７１から第１主面１に向かうにつれて、第２部分７２の幅は、単調に大きくなっていてもよい。バッファ層１２に接する第２部分７２の幅（第２幅Ｗ２）は、第１幅Ｗ１よりも大きい。
　図１に示されるように、第２主面２に垂直であって、かつ第１領域４１から第２領域４２に向かう方向に平行な断面において、第４部分７４の幅は、第３部分７３の幅（第３幅Ｗ３）よりも小さい。第３部分７３から第１主面１に向かうにつれて、第４部分７４の幅は、単調に小さくなっていてもよい。バッファ層１２に接する第４部分７４の幅（第４幅Ｗ４）は、第３幅Ｗ３よりも小さい。
　図１に示されるように、第１部分７１の幅（第１幅Ｗ１）と第３部分７３の幅（第３幅Ｗ３）との合計の値は、０．５μｍ以上４μｍ以下である。第１部分７１の幅（第１幅Ｗ１）と第３部分７３の幅（第３幅Ｗ３）との合計の値は、スーパンジャンクション層のピッチＰである。第１部分７１の幅（第１幅Ｗ１）と第３部分７３の幅（第３幅Ｗ３）との合計の値の下限は、特に限定されないが、たとえば１μｍ以上であってもよいし、２μｍ以上であってもよい。第１部分７１の幅（第１幅Ｗ１）と第３部分７３の幅（第３幅Ｗ３）との合計の値の上限は、特に限定されないが、たとえば４μｍ以下であってもよいし、３μｍ以下であってもよい。
　図１に示されるように、第２主面２に垂直であって、かつ第１領域４１から第２領域４２に向かう方向に平行な断面において、第１部分７１の幅（第１幅Ｗ１）は、第１部分７１の高さ（第１高さＴ１）よりも小さくてもよい。第１部分７１の高さ（第１高さＴ１）は、第２部分７２の高さ（第２高さＴ２）よりも大きくてもよい。
　図１に示されるように、第２主面２に垂直であって、かつ第１領域４１から第２領域４２に向かう方向に平行な断面において、第３部分７３の幅（第３幅Ｗ３）は、第３部分７３の高さ（第１高さＴ１）よりも小さくてもよい。第３部分７３の高さ（第１高さＴ１）は、第４部分７４の高さ（第２高さＴ２）よりも大きくてもよい。
　第１部分７１の高さ（第１高さＴ１）と、第２部分７２の高さ（第２高さＴ２）との合計は、第１領域４１の高さ（第３高さＴ３）である。同様に、第３部分７３の高さ（第１高さＴ１）と、第４部分７４の高さ（第２高さＴ２）との合計は、第２領域４２の高さ（第３高さＴ３）である。
　第１領域４１および第２領域４２の各々の高さ（第３高さＴ３）は、２μｍ以上である。第１領域４１および第２領域４２の各々の高さの下限は、特に限定されないが、たとえば２．５μｍ以上であってもよいし、３μｍ以上であってもよい。第１領域４１および第２領域４２の各々の高さの上限は、特に限定されないが、たとえば５μｍ以下であってもよいし、４μｍ以下であってもよい。
　第３部分７３における不純物濃度は、第４部分７４における不純物濃度よりも高くてもよい。第１部分７１における不純物濃度は、第２部分７２における不純物濃度と実質的に同じである。第１部分７１における不純物濃度は、第３部分７３における不純物濃度と実質的に同じである。第４部分７４における不純物濃度は、第２部分７２における不純物濃度よりも低くてもよい。
　第１部分７１および第３部分７３の各々の不純物濃度は、例えば、３×１０16ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下であってもよい。第１部分７１および第３部分７３の各々の不純物濃度の下限は、特に限定されないが、例えば、４×１０16ｃｍ-3以上であってもよいし、５×１０16ｃｍ-3以上であってもよい。第１部分７１および第３部分７３の各々の不純物濃度の上限は、特に限定されないが、例えば、３×１０17ｃｍ-3以下であってもよいし、２×１０17ｃｍ-3以下であってもよい。
　素子層４０は、スーパージャンクション層１０の上方に設けられている。素子層４０は、例えば、スイッチング素子である。素子層４０は、例えば、第１不純物領域１５と、第２不純物領域２３と、第３不純物領域３０と、第４不純物領域２４と、第５不純物領域２０とを有している。第１不純物領域１５は、例えば、ドリフト領域である。
　第１不純物領域１５は、ｎ型（第１導電型）を有している。第１不純物領域１５は、たとえばＮ（窒素）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物を含んでいる。第１不純物領域１５は、第１領域４１に接している。第１不純物領域１５は、第１ドリフト層１４と、第２ドリフト層１３とを有している。第１ドリフト層１４は、ゲート絶縁膜６に接している。第２ドリフト層１３は、第１ドリフト層１４に連なっている。第２ドリフト層１３は、第１ドリフト層１４と第１領域４１との間に位置している。第２ドリフト層１３においては、中央の幅が上下の幅よりも小さくなっている。
　第２不純物領域２３は、例えば、ボディ領域である。第２不純物領域２３は、第１不純物領域１５に接している。第２不純物領域２３は、ｐ型（第２導電型）を有している。第２不純物領域２３は、たとえばＡｌ（アルミニウム）などのｐ型を付与可能なｐ型不純物を含んでいる。第２不純物領域２３は、第２領域４２と電気的に繋がっている。第２不純物領域２３が含むｐ型不純物の濃度は、第１不純物領域１５が含むｎ型不純物の濃度よりも高くてもよい。
　第３不純物領域３０は、例えば、ソース領域である。第３不純物領域３０は、第２不純物領域２３によって第１不純物領域１５から隔てられている。第３不純物領域３０は、ｎ型（第１導電型）を有している。第３不純物領域３０は、たとえばＰ（リン）などのｎ型を付与可能なｎ型不純物を含んでいる。第３不純物領域３０が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物領域２３が含むｐ型不純物の濃度よりも高くてもよい。
　第４不純物領域２４は、例えば、コンタクト領域である。第４不純物領域２４は、第２不純物領域２３および第３不純物領域３０に接している。第４不純物領域２４は、ｐ型（第２導電型）を有している。第４不純物領域２４は、たとえばＡｌ（アルミニウム）などのｐ型を付与可能なｐ型不純物を含んでいる。第４不純物領域２４が含むｐ型不純物の濃度は、第２不純物領域２３が含むｐ型不純物の濃度よりも高くてもよい。
　第５不純物領域２０は、第２不純物領域２３と第２領域４２とを繋いでいる。第５不純物領域２０は、第１不純物領域１５、第２不純物領域２３および第２領域４２の各々に接している。第５不純物領域２０は、ｐ型（第２導電型）を有している。第５不純物領域２０は、たとえばＡｌ（アルミニウム）などのｐ型を付与可能なｐ型不純物を含んでいる。
　第５不純物領域２０は、第１接続領域２１と、第２接続領域２２と有している。第１接続領域２１は、第２不純物領域２３および第１ドリフト層１４の各々に接している。第２接続領域２２は、第１接続領域２１および第２領域４２の各々に接している。第２接続領域２２は、第３方向１０３において、第１接続領域２１と第２領域４２との間に位置している。
　ゲート絶縁膜６は、素子層４０上に設けられている。ゲート絶縁膜６は、たとえば二酸化珪素から構成されている。ゲート絶縁膜６は、例えば、第１不純物領域１５、第２不純物領域２３および第３不純物領域３０の各々に接している。ゲート絶縁膜６に接する第２不純物領域２３においては、チャネルが形成可能である。
　ゲート電極５２は、ゲート絶縁膜６上に設けられている。ゲート電極５２は、ゲート絶縁膜６に接している。ゲート電極５２は、たとえば不純物がドーピングされたポリシリコンなどの導電体から構成されている。
　素子層４０にはトレンチ５が設けられている。トレンチ５は、側面８と、底部９とにより規定されている。側面８は、第１不純物領域１５、第２不純物領域２３および第３不純物領域３０の各々により構成されている。底部９は、側面８に連なっている。底部９は、第１不純物領域１５により構成されている。
　ゲート絶縁膜６の少なくとも一部は、例えば、トレンチ５の内部に設けられている。ゲート絶縁膜６は、側面８において、第１不純物領域１５、第２不純物領域２３および第３不純物領域３０の各々に接している。ゲート絶縁膜６は、底部９において、第１不純部領域に接している。ゲート電極の少なくとも一部は、例えば、トレンチ５の内部に設けられている。
　第２電極６２は、たとえばソース電極である。第２電極６２は、素子層４０の上に設けられている。第２電極６２は、第３不純物領域３０および第４不純物領域２４に接している。第２電極６２は、分離絶縁膜６４を覆っていてもよい。第１電極６１は、たとえば、ドレイン電極である。第１電極６１は、基板１１の第２主面２に設けられている。
　分離絶縁膜６４は、ゲート電極５２を覆うように設けられている。分離絶縁膜６４は、ゲート電極５２およびゲート絶縁膜６の各々に接している。分離絶縁膜６４は、たとえばＮＳＧ（Ｎｏｎｅ－ｄｏｐｅｄ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）膜またはＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）膜などにより構成されている。分離絶縁膜６４は、ゲート電極５２と第２電極６２とを電気的に絶縁している。
　次に、スーパージャンクション層１０の形成方法について説明する。
　まず、基板１１上にバッファ層１２が形成される。バッファ層１２は、例えば、エピタキシャル成長によって形成される。次に、バッファ層１２上に第１領域４１が形成される。第１領域４１は、例えば、エピタキシャル成長によって形成される。バッファ層１２および第１領域４１の各々は、ｎ型（第１導電型）を有する。次に、第１領域４１上にマスク層（図示せず）が形成される。
　次に、チャネリングイオン注入工程が実施される。具体的には、第１領域４１上にマスク層が配置された状態で、第１領域４１に対して、たとえばアルミニウムなどのｐ型（第２導電型）を付与可能な不純物イオンが注入される。注入エネルギーは、例えば９６０ｋｅＶである。注入温度は、例えば室温である。これにより、第１領域４１の一部に第２領域４２が形成される。第２領域４２は、第１方向１０１において、離間して設けられる。以上により、第１領域４１と第２領域４２とが交互に配置されたスーパージャンクション層１０が形成される（図２参照）。
　チャネリングイオン注入工程においては、炭化珪素の結晶軸である＜０００１＞方向に実質的に平行な方向に不純物イオンが注入される。不純物イオンの注入方向は、＜０００１＞方向に対して、例えば０．５°以下の角度だけ傾斜していてもよい。具体的には、不純物イオンの注入方向は、第３方向１０３がオフ方向に傾斜した方向であってもよい。オフ方向は、例えば第１方向１０１であってもよいし、第２方向１０２であってもよい。これにより、不純物イオンと炭化珪素との散乱を低減することで、深くまで不純物イオンを注入することができる。結果として、２μｍ以上の厚みを有する第２領域４２が形成される（図１参照）。第２領域４２は、第３部分７３と、第４部分７４とを有している。第４部分７４の幅は、第３部分７３の幅よりも小さく形成される。
　図３は、不純物濃度プロファイルを示す模式図である。条件Ａは、ランダム注入を行った場合のボックスプロファイルである。条件Ａにおいては、注入エネルギーを９６０ｋｅＶから９ＭｅＶの範囲で変化させている。条件Ｂは、ランダム注入を行った場合のシングルプロファイルである。条件Ｂにおいては、注入エネルギーを９６０ｋｅＶとしている。条件Ｃは、チャネリング注入を行った場合のシングルプロファイルである。条件Ｃにおいては、注入エネルギーを９６０ｋｅＶとしている。
　図３の条件Ｂおよび条件Ｃに示されるように、チャネリング注入の場合には、ランダム注入よりも深くまで注入することができる。条件Ｃの場合には、注入深さが２μｍ以上となる。一方、ランダム注入を用いて、多段注入を行うと、条件Ｃと同程度の注入深さを有する不純物領域を形成することができる。しかしながら、条件Ｃと同程度の注入深さを有する不純物領域を、ランダム注入を用いて形成する場合には、注入エネルギーを９ＭｅＶ程度まで高くする必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１は、不純物領域の横方向の広がり幅と深さ方向の広がり幅とを示している。表１に示されるように、条件Ａおよび条件Ｂにおいては、不純物領域の横方向の広がり幅は、不純物領域の深さ方向の広がり幅とほぼ同じである。条件Ｂおよび条件Ｃを比較すると、注入エネルギーが同じ場合には、ランダム注入における不純物領域の横方向の広がり幅は、チャネリング注入における不純物領域の横方向の広がり幅とほぼ同じであることが分かる。
　注入エネルギーを高くすると、不純物領域の横方向の広がり幅が大きくなる。条件Ａのボックスプロファイルによって形成された不純物領域の横方向の広がり幅は、最も注入エネルギーが高い場合の広がりに依存する。条件Ａおよび条件Ｃを比較すると、注入深さが同程度の場合には、ランダム注入における不純物領域の横方向の広がり幅は、チャネリング注入における不純物領域の横方向の広がり幅よりも大きくなることが分かる。
　以上の考察によれば、チャネリング注入を利用することにより、深さ方向の広がり幅が大きく、かつ横方向の広がり幅の小さい不純物領域（スーパージャンクション層１０）を形成することが可能である。なお、表１において、注入する不純物イオンは、アルミニウムイオンである。被注入物は、炭化珪素である。表１に示す値は、注入する不純物イオンおよび被注入物によって±２０％程度のばらつきがある。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成について説明する。第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成は、スーパージャンクション層１０において、第１領域４１および第２領域４２の各々が積層されている点において、主に、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成と異なっており、その他の点については、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成と同様である。以下、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成と異なる構成を中心に説明する。
　図４は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成を示す一部縦断面模式図である。図４に示されるように、スーパージャンクション層１０において、第１領域４１および第２領域４２の各々が積層されている。第１領域４１は、第３方向１０３に沿って、複数設けられている。第１部分７１と第２部分７２とは、第３方向１０３に沿って交互に配置されている。同様に、第２領域４２は、第３方向１０３に沿って、複数設けられている。第３部分７３と第４部分７４とは、第３方向１０３に沿って交互に配置されている。
　積み重ねられた第１領域４１および第２領域４２の各々の数の下限は、特に限定されにないが、例えば、２以上であってもよいし、３以上であってもよい。積み重ねられた第１領域４１および第２領域４２の各々の数の上限は、特に限定されにないが、例えば、１０以下であってもよいし、６以下であってもよい。
　積み重ねられた第１領域４１および第２領域４２は、エピタキシャル成長工程とチャネリングイオン注入工程とを交互に繰り返すことにより形成することができる。例えば、下層における第１領域４１は、第１エピタキシャル成長工程において形成される。上層における第１領域４１は、第２エピタキシャル成長工程において形成される。第１エピタキシャル成長工程の成長条件は、第２エピタキシャル成長工程の成長条件は、厳密に言えば異なっている。そのため、下層における第１領域４１の不純物濃度は、上層における第１領域４１の不純物濃度と異なっていてもよい。別の観点から言えば、第３方向１０３に沿って、上層における第１領域４１と下層における第１領域４１との不純物濃度プロファイルをＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定した場合、上層における第１領域４１の不純物濃度プロファイルは、下層における第１領域４１の不純物濃度プロファイルと非連続となっていてもよい。
　一層の第１領域４１および第２領域４２の各々の高さは、例えば、２μｍ以上４μｍ以下である。第１領域４１および第２領域４２の各々を積み重ねることで、第１領域４１および第２領域４２の各々のトータルの厚みを大きくすることができる。第１領域４１および第２領域４２の各々のトータルの厚みの下限は、特に限定されないが、例えば、４μｍ以上であってもよいし、６μｍ以上であってもよい。第１領域４１および第２領域４２の各々のトータルの厚みの上限は、特に限定されないが、例えば、３０μｍ以下であってもよいし、２０μｍ以下であってもよい。
　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成について説明する。第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成は、炭化珪素半導体装置１００が平面型ＭＯＳＦＥＴである点において、主に、第１実施形態および第２実施形態の各々に係る炭化珪素半導体装置１００の構成と異なっており、その他の点については、第１実施形態および第２実施形態の各々に係る炭化珪素半導体装置１００の構成と同様である。以下、第１実施形態および第２実施形態の各々に係る炭化珪素半導体装置１００の構成と異なる構成を中心に説明する。
　図５は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成を示す縦断面模式図である。図５に示されるように、素子層４０には、トレンチ５が設けられていない。素子層４０の上端面は、例えば平坦面である。ゲート絶縁膜６は、例えば、第１主面１に平行な方向に沿って延在している。ゲート絶縁膜６は、素子層４０の上端面において、第１不純物領域１５、第２不純物領域２３および第３不純物領域３０の各々に接している。
　図５に示されるように、スーパージャンクション層１０の第１領域４１は、ゲート絶縁膜６および第３電極６３の各々に対向している。スーパージャンクション層１０の第２領域４２は、第３不純物領域３０および第４不純物領域２４の各々に対向している。第２領域４２は、第３不純物領域３０に接し、かつ第１不純物領域１５から離間していてもよい。
　（第４実施形態）
　次に、第４実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成について説明する。第５実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成は、炭化珪素半導体装置１００がＰＮダイオードである点において、主に、第１実施形態および第２実施形態の各々に係る炭化珪素半導体装置１００の構成と異なっており、その他の点については、第１実施形態および第２実施形態の各々に係る炭化珪素半導体装置１００の構成と同様である。以下、第１実施形態および第２実施形態の各々に係る炭化珪素半導体装置１００の構成と異なる構成を中心に説明する。
　図６は、第４実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成を示す縦断面模式図である。図６に示されるように、素子層４０は、例えば、ｐ型（第２導電型）を有している。第２電極６２は、素子層４０に接している。第２電極６２は、素子層４０上に設けられている。素子層４０は、スーパージャンクション層１０上に設けられている。素子層４０は、例えば、第１領域４１および第２領域４２の各々に接している。第１電極６１は、例えばカソード電極である。第２電極６２は、例えばアノード電極である。
　なお、第４実施形態はＰＮダイオードの例を示したが、ショットキーダイオードにも変形可能である。すなわち図６において、素子層４０を炭化珪素半導体層に代えてショットキー電極としてもよい。
　次に、各不純物領域におけるｐ型不純物の濃度およびｎ型不純物の濃度の測定方法について説明する。
　各不純物領域におけるｐ型不純物の濃度およびｎ型不純物の濃度は、ＳＩＭＳを用いて測定することができる。測定装置は、たとえばＣａｍｅｃａ製の二次イオン質量分析装置である。測定ピッチは、たとえば０．０１μｍである。検出するｎ型不純物が窒素の場合、一次イオンビーム(primary　ion　beam)は、セシウム（Ｃｓ）である。一次イオンエネルギーは、１４．５ｋｅＶである。二次イオンの極性(secondary　ion　polarity)は、負(negative)である。検出するｐ型不純物がアルミニウムまたはホウ素の場合、一次イオンビーム(primary　ion　beam)は、酸素（Ｏ２）である。一次イオンエネルギーは、８ｋｅＶである。二次イオンの極性(secondary　ion　polarity)は、正(positive)である。
　次に、ｐ型領域とｎ型領域との判別方法について説明する。
　ｐ型領域とｎ型領域との判別方法には、ＳＣＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）が用いられる。測定装置は、たとえばブルカー・エイエックスエス社製のNanoScope　IVである。ＳＣＭは、半導体中のキャリア濃度分布を可視化する方法である。具体的には、金属コートされたシリコン探針を用いて、試料の表面上が走査される。その際、試料に高周波電圧が印加される。多数キャリアを励振して系の静電容量に変調が加えられる。試料に印可される高周波電圧の周波数は、１００ｋＨｚであり、電圧は４．０Ｖである。
　なお上記においては、第１導電型はｎ型でありかつ第２導電型はｐ型であるとして説明したが、第１導電型はｐ型でありかつ第２導電型はｎ型であってもよい。ｎ型を有する不純物領域の不純物濃度は、ｎ型不純物の濃度である。ｐ型を有する不純物領域の不純物濃度は、ｐ型不純物の濃度である。
　次に、上記実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の作用効果について説明する。
　スーパージャンクション構造においては、第１領域４１および第２領域４２の各々の不純物濃度が高く、かつピッチ（第１領域４１の幅と第２領域４２の幅の合計）が小さいほど、オン抵抗を低減することができる。また第１領域４１および第２領域４２の各々の厚みが大きい程、耐圧が高くなる。そのため、オン抵抗を低減し、かつ耐圧を高くするためには、第１領域４１および第２領域４２の各々の厚みが大きく、かつピッチ（第１領域４１の幅と第２領域４２の幅の合計）が小さいことが望ましい。
　通常、高加速エネルギーで不純物イオンを炭化珪素層に注入すると、炭化珪素層内での散乱が大きくなる。そのため、注入領域の幅は、マスクパターンの開口幅よりも大きくなる。結果として、厚みが大きく、かつピッチの小さいスーパージャンクション構造を形成することは困難である。また不純物イオンを深く注入するためには、マスクパターンの厚みを大きくする必要がある。しかしながら、マスクパターンの厚みが大きくなると、応力が大きくなり、ウエハの反りが大きくなるなどの問題も生じる。
　一方、１ＭｅＶ以下程度の低加速エネルギーで形成できる注入深さは、１μｍ程度である。例えば、１．２ｋＶ程度の耐圧を有するスーパージャンクション層１０を得るためには、エピタキシャル成長とイオン注入とを５回から６回程度、繰り返す必要がある。
　本実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００に係るスーパージャンクション層１０は、チャネリング注入技術を用いることで形成される。そのため、１ＭｅＶ以下程度の低加速エネルギーで、厚みが大きくかつピッチが小さいスーパージャンクション層１０を形成することができる。具体的には、第１部分７１の幅と第３部分７３の幅との合計の値は、０．５μｍ以上４μｍ以下であり、第１領域４１および第２領域４２の各々の高さは、２μｍ以上である。これにより、オン抵抗を低減しつつ、耐圧を向上することができる。
　また本実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００によれば、エピタキシャル成長およびイオン注入の各々の回数を低減することができる。そのため、エピタキシャル層とエピタキシャル層との間に、多結晶炭化珪素の粒子が挟まることを抑制することができる。結果として、炭化珪素半導体装置１００の歩留まりを向上することができる。
　さらにエピタキシャル成長とイオン注入とを繰り返してｐ型領域を形成する場合、下側のエピタキシャル層に形成されたｐ型領域の一部を、上側のエピタキシャル層に形成されたｐ型領域の一部とオーバーラップさせることで、上下のｐ型領域を繋げる必要がある。オーバーラップしたｐ型領域の部分の不純物濃度は、オーバーラップしていないｐ型領域の部分の不純物濃度よりも高くなる。エピタキシャル成長およびイオン注入の各々の回数を低減することにより、オーバーラップしたｐ型領域の部分の数を低減することができる。そのため、スーパージャンクション層１０のチャージバランスが崩れることを抑制することができる。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　第１主面、２　第２主面、５　トレンチ、６　ゲート絶縁膜、８　側面、９　底部、１０　スーパージャンクション層、１１　基板、１２　バッファ層、１３　第２ドリフト層、１４　第１ドリフト層、１５　第１不純物領域、２０　第５不純物領域、２１　第１接続領域、２２　第２接続領域、２３　第２不純物領域、２４　第４不純物領域、３０　第３不純物領域、４０　素子層、４１　第１領域、４２　第２領域、５２　ゲート電極、６１　第１電極、６２　第２電極、６３　第３電極、６４　分離絶縁膜、７１　第１部分、７２　第２部分、７３　第３部分、７４　第４部分、１００　炭化珪素半導体装置、１０１　第１方向、１０２　第２方向、１０３　第３方向、Ｐ　ピッチ、Ｔ１　第１高さ、Ｔ２　第２高さ、Ｔ３　第３高さ、Ｗ１　第１幅、Ｗ２　第２幅、Ｗ３　第３幅、Ｗ４　第４幅。

Claims (7)

  1. 　第１導電型の炭化珪素半導体よりなる基板と、
    　前記基板の第１主面の上方に設けられ、前記第１導電型の第１領域および第２導電型の第２領域を交互に有するスーパージャンクション層と、
    　前記スーパージャンクション層の上方に設けられた素子層と、
    　前記素子層の上に設けられた第１電極と、
    　前記基板の前記第１主面に対向する第２主面に設けられた第２電極と、を備え、
    　前記第１領域は、第１部分と、前記第１部分と前記第１主面との間に位置する第２部分とを有し、
    　前記第２領域は、前記第１部分に接する第３部分と、前記第２部分に接しかつ前記第３部分と前記第１主面との間に位置する第４部分とを有し、
    　前記第２主面に垂直であって、かつ前記第１領域から前記第２領域に向かう方向に平行な断面において、
    　　前記第２部分の幅は、前記第１部分の幅よりも大きく、
    　　前記第４部分の幅は、前記第３部分の幅よりも小さく、
    　　前記第１部分の幅と前記第３部分の幅との合計の値は、０．５μｍ以上４μｍ以下であり、
    　　前記第１領域および前記第２領域の各々の高さは、２μｍ以上である、炭化珪素半導体装置。
  2. 　前記第２主面に垂直であって、かつ前記第１領域から前記第２領域に向かう方向に平行な断面において、
    　　前記第１部分の幅は、前記第１部分の高さよりも小さく、
    　　前記第３部分の幅は、前記第３部分の高さよりも小さい、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
  3. 　前記第３部分における不純物濃度は、前記第４部分における不純物濃度よりも高い、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
  4. 　前記第１部分および前記第３部分の各々の不純物濃度は、３×１０16ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
  5. 　前記スーパージャンクション層と前記基板との間には、前記第１導電型のバッファ層が設けられている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
  6. 　前記素子層は、前記第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域に接しかつ前記第２導電型を有する第２不純物領域と、前記第２不純物領域によって前記第１不純物領域から隔てられかつ前記第１導電型を有する第３不純物領域とを含み、
    　前記素子層には、前記第１不純物領域、前記第２不純物領域および前記第３不純物領域の各々により構成された側面と、前記側面に連なりかつ前記第１不純物領域により構成された底部とを有するトレンチが設けられており、
    　前記第１電極はソース電極であり、前記第２電極はドレイン電極であり、
    　前記トレンチの内部には、ゲート電極が設けられている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
  7. 　前記第１主面は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114600250A (zh) * 2019-10-29 2022-06-07 住友电气工业株式会社 碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007300034A (ja) * 2006-05-02 2007-11-15 Toshiba Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2012195541A (ja) * 2011-03-18 2012-10-11 Toshiba Corp 半導体基板および半導体装置の製造方法
JP2016015377A (ja) * 2014-07-01 2016-01-28 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2019057629A (ja) * 2017-09-21 2019-04-11 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置
WO2019160086A1 (ja) * 2018-02-19 2019-08-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015216182A (ja) 2014-05-09 2015-12-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体装置及びその製造方法
WO2017179377A1 (ja) 2016-04-14 2017-10-19 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
US11075264B2 (en) 2016-05-31 2021-07-27 Cree, Inc. Super junction power semiconductor devices formed via ion implantation channeling techniques and related methods
JP7335579B6 (ja) 2019-01-25 2024-05-24 パウダーテック株式会社 電子写真現像剤用キャリア芯材とその製造方法、並びに該キャリア芯材を備えた電子写真現像剤用キャリアと現像剤

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007300034A (ja) * 2006-05-02 2007-11-15 Toshiba Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2012195541A (ja) * 2011-03-18 2012-10-11 Toshiba Corp 半導体基板および半導体装置の製造方法
JP2016015377A (ja) * 2014-07-01 2016-01-28 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2019057629A (ja) * 2017-09-21 2019-04-11 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置
WO2019160086A1 (ja) * 2018-02-19 2019-08-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体装置

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