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JP2015204409A - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2015204409A
JP2015204409A JP2014083555A JP2014083555A JP2015204409A JP 2015204409 A JP2015204409 A JP 2015204409A JP 2014083555 A JP2014083555 A JP 2014083555A JP 2014083555 A JP2014083555 A JP 2014083555A JP 2015204409 A JP2015204409 A JP 2015204409A
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Japan
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silicon carbide
impurity region
contact
region
recess
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JP2014083555A
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Japanese (ja)
Inventor
増田 健良
Takeyoshi Masuda
健良 増田
健司 神原
Kenji Kambara
健司 神原
山田 俊介
Shunsuke Yamada
俊介 山田
良輔 久保田
Ryosuke Kubota
良輔 久保田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

【課題】半導体素子の集積度を高めつつ、炭化珪素基板と電極との間の接触抵抗を低減可能な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウムおよびホウ素の少なくともいずれかを含む雰囲気中において、第3不純物領域14上におけるバッファ層17の部分と、第3不純物領域14の一部とを除去することにより、主面10aに連接する側部8aと、側部8aと連接する底部8bとにより形成される凹部8が形成される。凹部8を形成する工程は、凹部8の底部8bと第2不純物領域13とを繋ぎ、かつ第2不純物領域13よりも高い不純物濃度を有する第4不純物領域18を形成する工程を含む。アルミニウムを含み、底部8bにおいて第4不純物領域18と接し、側部18aにおいて第3不純物領域14と接し、かつ主面10aにおいて第3不純物領域14と接しない電極16が形成される。【選択図】図1A silicon carbide semiconductor device capable of reducing the contact resistance between a silicon carbide substrate and an electrode while increasing the degree of integration of semiconductor elements and a method for manufacturing the same. In an atmosphere containing at least one of aluminum and boron, a portion of a buffer layer 17 on the third impurity region 14 and a part of the third impurity region 14 are removed to form a main surface 10a. A concave portion 8 is formed which is formed by the side portion 8a that is connected and the bottom portion 8b that is connected to the side portion 8a. The step of forming the recess 8 includes a step of connecting the bottom 8 b of the recess 8 and the second impurity region 13 and forming a fourth impurity region 18 having an impurity concentration higher than that of the second impurity region 13. An electrode 16 containing aluminum, in contact with fourth impurity region 18 at bottom 8b, in contact with third impurity region 14 at side 18a, and not in contact with third impurity region 14 at main surface 10a is formed. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関し、特定的には、炭化珪素基板に接する電極が形成された炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a silicon carbide semiconductor device having an electrode in contact with a silicon carbide substrate and a method for manufacturing the same.

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

たとえば、特開平8−8210号公報(特許文献1)には、炭化珪素基板に対してオーミック接触する電極を備えた炭化珪素半導体素子の製造方法が記載されている。当該炭化珪素半導体素子の製造方法によれば、炭化珪素基板の表面に対してイオン注入が行われた後に、当該表面からイオン注入するイオン種の濃度がピーク値にある深さまで当該表面層が熱酸化される。当該熱酸化によって形成された酸化層が除去された後、露出した表面に金属電極が形成される。これにより、低い接触抵抗を有する電極を炭化珪素基板の表面に形成することができるとされている。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-8210 (Patent Document 1) describes a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element having an electrode that is in ohmic contact with a silicon carbide substrate. According to the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor element, after the ion implantation is performed on the surface of the silicon carbide substrate, the surface layer is heated to a depth at which the concentration of ion species to be ion-implanted from the surface reaches a peak value. Oxidized. After the oxide layer formed by the thermal oxidation is removed, a metal electrode is formed on the exposed surface. Thus, an electrode having a low contact resistance can be formed on the surface of the silicon carbide substrate.

特開平8−8210号公報JP-A-8-8210

特開平8−8210号公報に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法によれば、金属電極は炭化珪素基板の主面に接して形成される。半導体素子の集積度を高めていくと、金属電極が炭化珪素基板の主面に接する面積が小さくなるため、電極と炭化珪素基板との接触抵抗が高くなる。つまり、半導体素子の集積度を高めつつ、炭化珪素基板と電極との間の接触抵抗を低減することが困難であった。   According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-8210, the metal electrode is formed in contact with the main surface of the silicon carbide substrate. As the degree of integration of the semiconductor elements is increased, the area where the metal electrode is in contact with the main surface of the silicon carbide substrate is reduced, so that the contact resistance between the electrode and the silicon carbide substrate is increased. That is, it has been difficult to reduce the contact resistance between the silicon carbide substrate and the electrode while increasing the degree of integration of the semiconductor elements.

本発明の一態様に係る目的は、半導体素子の集積度を高めつつ、炭化珪素基板と電極との間の接触抵抗を低減可能な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することである。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device capable of reducing the contact resistance between a silicon carbide substrate and an electrode while increasing the integration degree of semiconductor elements, and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。主面を有する炭化珪素基板が形成される。炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、第1不純物領域と接し、かつ第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、第1導電型を有し、第2不純物領域によって第1不純物領域から隔てられた第3不純物領域とを含む。炭化珪素基板の主面において第3不純物領域が露出した開口部を有する絶縁膜が形成される。主面において第3不純物領域と接し、かつ開口部内において絶縁膜に接するバッファ層が形成される。アルミニウムおよびホウ素の少なくともいずれかを含む雰囲気中において、第3不純物領域上におけるバッファ層の部分と、第3不純物領域の一部とを除去することにより、主面に連接する側部と、側部と連接する底部とにより形成される凹部が形成される。凹部を形成する工程は、第2導電型を有し、凹部の底部と第2不純物領域とを繋ぎ、かつ第2不純物領域よりも高い不純物濃度を有する第4不純物領域を形成する工程を含む。アルミニウムを含み、凹部の底部において第4不純物領域と接し、凹部の側部において第3不純物領域と接し、かつ主面において第3不純物領域と接しない電極が形成される。   A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes the following steps. A silicon carbide substrate having a main surface is formed. The silicon carbide substrate has a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region in contact with the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and a first conductivity type. And a third impurity region separated from the first impurity region by the second impurity region. An insulating film having an opening in which the third impurity region is exposed is formed on the main surface of the silicon carbide substrate. A buffer layer is formed in contact with the third impurity region on the main surface and in contact with the insulating film in the opening. Removing a part of the buffer layer on the third impurity region and a part of the third impurity region in an atmosphere containing at least one of aluminum and boron; And a bottom formed by connecting the bottom part to each other. The step of forming the recess includes a step of forming a fourth impurity region having the second conductivity type, connecting the bottom of the recess and the second impurity region, and having an impurity concentration higher than that of the second impurity region. An electrode containing aluminum, in contact with the fourth impurity region at the bottom of the recess, in contact with the third impurity region at the side of the recess, and not in contact with the third impurity region at the main surface is formed.

本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、バッファ層と、電極とを備える。炭化珪素基板には、主面に連接する側部と、側部と連接する底部とにより形成される凹部が設けられている。炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、第1不純物領域と接し、かつ第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、第1導電型を有し、第2不純物領域によって第1不純物領域から隔てられた第3不純物領域と、第2導電型を有し、凹部の底部と第2不純物領域とを繋ぎ、かつ第2不純物領域よりも高い不純物濃度を有する第4不純物領域とを含む。バッファ層は、主面において第3不純物領域と接する。電極は、凹部の底部において第4不純物領域と接し、かつアルミニウムを含む。電極は、凹部の側部において第3不純物領域と接し、かつ主面において第3不純物領域と接しない。   A silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a silicon carbide substrate, a buffer layer, and an electrode. The silicon carbide substrate is provided with a recess formed by a side portion connected to the main surface and a bottom portion connected to the side portion. The silicon carbide substrate has a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region in contact with the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and a first conductivity type. The third impurity region separated from the first impurity region by the second impurity region and the second conductivity type, connecting the bottom of the recess and the second impurity region, and having an impurity higher than that of the second impurity region And a fourth impurity region having a concentration. The buffer layer is in contact with the third impurity region on the main surface. The electrode is in contact with the fourth impurity region at the bottom of the recess and contains aluminum. The electrode is in contact with the third impurity region at the side of the recess and is not in contact with the third impurity region at the main surface.

本発明の一態様によれば、半導体素子の集積度を高めつつ、炭化珪素基板と電極との間の接触抵抗を低減可能な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することである。   According to one aspect of the present invention, it is an object to provide a silicon carbide semiconductor device capable of reducing the contact resistance between a silicon carbide substrate and an electrode and a method for manufacturing the same while increasing the degree of integration of semiconductor elements.

本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a structure of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1における領域IIの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region II in FIG. 図2における方向Xに沿ったコンタクト領域の不純物濃度を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing an impurity concentration in a contact region along a direction X in FIG. 2. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の変形例の構造を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the structure of the modification of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。It is a flowchart which shows schematically the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第1の工程を概略的に示す断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross sectional view schematically showing a first step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第2の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 2nd process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第3の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 3rd process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第4の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 4th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第5の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 5th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第6の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 6th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第7の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 7th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第8の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 8th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第9の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 9th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the structure of the silicon carbide semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention.

[本発明の実施形態の説明]
(1)実施の形態に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法は以下の工程を備えている。主面10aを有する炭化珪素基板10が形成される。炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域12と、第1不純物領域12と接し、かつ第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2不純物領域13と、第1導電型を有し、第2不純物領域13によって第1不純物領域12から隔てられた第3不純物領域14とを含む。炭化珪素基板10の主面10aにおいて第3不純物領域14が露出した開口部80を有する絶縁膜22が形成される。主面10aにおいて第3不純物領域14と接し、かつ開口部80内において絶縁膜22に接するバッファ層17が形成される。アルミニウムおよびホウ素の少なくともいずれかを含む雰囲気中において、第3不純物領域14上におけるバッファ層17の部分と、第3不純物領域14の一部とを除去することにより、主面10aに連接する側部8aと、側部8aと連接する底部8bとにより形成される凹部8が形成される。凹部8を形成する工程は、第2導電型を有し、凹部8の底部8bと第2不純物領域13とを繋ぎ、かつ第2不純物領域13よりも高い不純物濃度を有する第4不純物領域18を形成する工程を含む。アルミニウムを含み、凹部8の底部8bにおいて第4不純物領域18と接し、凹部8の側部8aにおいて第3不純物領域14と接し、かつ主面10aにおいて第3不純物領域14と接しない電極16が形成される。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
(1) The method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to the embodiment includes the following steps. Silicon carbide substrate 10 having main surface 10a is formed. The silicon carbide substrate includes a first impurity region 12 having a first conductivity type, a second impurity region 13 in contact with the first impurity region 12 and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and a first conductivity. And a third impurity region 14 having a shape and separated from the first impurity region 12 by the second impurity region 13. Insulating film 22 having opening 80 in which third impurity region 14 is exposed at main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is formed. Buffer layer 17 is formed in contact with third impurity region 14 on main surface 10 a and in contact with insulating film 22 in opening 80. By removing a portion of the buffer layer 17 on the third impurity region 14 and a part of the third impurity region 14 in an atmosphere containing at least one of aluminum and boron, the side portion connected to the main surface 10a is removed. A concave portion 8 formed by 8a and a bottom portion 8b connected to the side portion 8a is formed. The step of forming the recess 8 includes a fourth impurity region 18 having the second conductivity type, connecting the bottom 8b of the recess 8 and the second impurity region 13 and having an impurity concentration higher than that of the second impurity region 13. Forming. An electrode 16 containing aluminum, in contact with the fourth impurity region 18 at the bottom 8b of the recess 8, in contact with the third impurity region 14 at the side 8a of the recess 8, and not in contact with the third impurity region 14 at the main surface 10a is formed. Is done.

上記(1)に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、凹部8の側部8aにおいて第3不純物領域14と接し、かつ主面10aにおいて第3不純物領域14と接しない電極16が形成される。電極16と第3不純物領域14との接触抵抗を低減するためには、電極16と第3不純物領域14との接触面積をある程度大きくする必要がある。主面10aにおいて電極16が第3不純物領域14と接している場合、電極16と第3不純物領域14との接触面積を大きくすると、半導体素子の集積度が低くなる。そこで、凹部8の側部8aにおいて第3不純物領域14と接し、かつ主面10aにおいて第3不純物領域14と接しないように電極16を設けることにより、半導体素子の集積度を低減することなく、電極16と第3不純物領域14との接触面積を大きくすることができる。結果として、半導体素子の集積度を高めつつ、炭化珪素基板10の第3不純物領域14と電極16との間の接触抵抗を低減することができる。   According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device described in (1) above, the electrode 16 that is in contact with the third impurity region 14 at the side 8a of the recess 8 and that is not in contact with the third impurity region 14 at the main surface 10a is formed. Is done. In order to reduce the contact resistance between the electrode 16 and the third impurity region 14, it is necessary to increase the contact area between the electrode 16 and the third impurity region 14 to some extent. In the case where the electrode 16 is in contact with the third impurity region 14 on the main surface 10a, the degree of integration of the semiconductor element is lowered when the contact area between the electrode 16 and the third impurity region 14 is increased. Therefore, by providing the electrode 16 so as to be in contact with the third impurity region 14 at the side 8a of the recess 8 and not to be in contact with the third impurity region 14 at the main surface 10a, without reducing the integration degree of the semiconductor element, The contact area between the electrode 16 and the third impurity region 14 can be increased. As a result, the contact resistance between the third impurity region 14 of the silicon carbide substrate 10 and the electrode 16 can be reduced while increasing the degree of integration of the semiconductor elements.

また上記(1)に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、アルミニウムおよびホウ素の少なくともいずれかを含む雰囲気中において、第3不純物領域14上におけるバッファ層17の部分と、第3不純物領域14の一部とを除去することにより、主面10aに連接する側部8aと、側部8aと連接する底部8bとにより形成される凹部8が形成される。凹部8を形成する工程は、凹部8の底部8bと第2不純物領域13とを繋ぎ、かつ第2不純物領域13よりも高い不純物濃度を有する第4不純物領域18を形成する工程を含む。これにより、電極16が直接接する第4不純物領域18の部分における不純物濃度を高くすることができる。それゆえ、第4不純物領域18と、電極16との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。   According to the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device described in (1) above, the portion of the buffer layer 17 on the third impurity region 14 and the third impurity region in an atmosphere containing at least one of aluminum and boron. By removing a part of 14, a concave portion 8 formed by a side portion 8 a connected to the main surface 10 a and a bottom portion 8 b connected to the side portion 8 a is formed. The step of forming the recess 8 includes a step of connecting the bottom 8 b of the recess 8 and the second impurity region 13 and forming a fourth impurity region 18 having an impurity concentration higher than that of the second impurity region 13. Thereby, the impurity concentration in the portion of the fourth impurity region 18 in direct contact with the electrode 16 can be increased. Therefore, the contact resistance between the fourth impurity region 18 and the electrode 16 can be effectively reduced.

(2)上記(1)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、第4不純物領域18を形成する工程は、プラズマを用いて行われる。これにより、アルミニウムまたはホウ素を効果的に凹部8の底部8bに対して導入することができるので、不純物濃度の高い第4不純物領域18を形成することができる。結果として、電極16と第4不純物領域18との間の接触抵抗を低減することができる。   (2) Preferably in the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to (1) above, the step of forming fourth impurity region 18 is performed using plasma. Thereby, since aluminum or boron can be effectively introduced into the bottom 8b of the recess 8, the fourth impurity region 18 having a high impurity concentration can be formed. As a result, the contact resistance between the electrode 16 and the fourth impurity region 18 can be reduced.

(3)上記(1)または(2)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、電極16を合金化するアニール工程をさらに備える。これにより、電極16の合金化と、第4不純物領域18が含む不純物の活性化とを同時に行うことができる。   (3) Preferably, the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to (1) or (2) further includes an annealing step of alloying electrode 16. Thereby, alloying of the electrode 16 and activation of the impurities contained in the fourth impurity region 18 can be performed simultaneously.

(4)上記(1)〜(3)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、凹部8を形成する工程は、BCl3およびCl2を含むガスを用いて炭化珪素基板を処理する工程を含む。これにより、炭化珪素基板10の主面10aを効果的にエッチングすることにより、凹部8を形成することができる。 (4) Preferably, in the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (3), the step of forming recess 8 includes a silicon carbide substrate using a gas containing BCl 3 and Cl 2. The process of processing is included. Thereby, recess 8 can be formed by effectively etching main surface 10a of silicon carbide substrate 10.

(5)上記(4)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、凹部8を形成する工程は、BCl3およびCl2を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理する工程の後、BCl3を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理する工程を含む。BCl3を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理する工程において、第4不純物領域18が形成される。BCl3およびCl2を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理することにより凹部8を形成し、その後BCl3を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理することにより、凹部8の底部8bに対してホウ素を導入することができる。結果として、凹部8の底部8bに接する第4不純物領域18の部分のホウ素濃度を高くすることができるので、第4不純物領域18と電極16との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。 (5) Preferably in the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to (4) above, the step of forming recess 8 is after the step of processing silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 and Cl 2. And a step of treating the silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 . In the step of processing silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 , fourth impurity region 18 is formed. Recess 8 is formed by processing silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 and Cl 2 , and then silicon carbide substrate 10 is processed using a gas containing BCl 3 , thereby forming bottom 8b of recess 8. Boron can be introduced. As a result, the boron concentration in the portion of the fourth impurity region 18 in contact with the bottom 8b of the recess 8 can be increased, so that the contact resistance between the fourth impurity region 18 and the electrode 16 can be effectively reduced. it can.

(6)上記(1)〜(5)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、第4不純物領域18を形成する工程後において、第4不純物領域18の不純物濃度の最大値は、1×1019cm-3以上4×1020cm-3以下である。第4不純物領域18の不純物濃度の最大値を1×1019cm-3以上とすることにより、第4不純物領域18と電極16との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。また炭化珪素半導体装置1のスイッチング速度を向上することができる。第4不純物領域18の不純物濃度の最大値を4×1020cm-3以下とすることにより、第4不純物領域18の上面の結晶性が劣化することを抑制することができる。 (6) Preferably in the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any of (1) to (5) above, after the step of forming fourth impurity region 18, the maximum impurity concentration of fourth impurity region 18 is achieved. The value is 1 × 10 19 cm −3 or more and 4 × 10 20 cm −3 or less. By setting the maximum value of the impurity concentration of the fourth impurity region 18 to 1 × 10 19 cm −3 or more, the contact resistance between the fourth impurity region 18 and the electrode 16 can be effectively reduced. Moreover, the switching speed of silicon carbide semiconductor device 1 can be improved. By setting the maximum value of the impurity concentration of the fourth impurity region 18 to 4 × 10 20 cm −3 or less, it is possible to suppress deterioration of the crystallinity of the upper surface of the fourth impurity region 18.

(7)上記(1)〜(6)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、第4不純物領域18を形成する工程後において、主面10aに対して垂直な方向における、第4不純物領域18の不純物濃度の最大値a1を示す位置x1と、最大値a1の10分の1の不純物濃度a2を有する位置x2との距離は0.1μm未満である。これにより、電極16と第2不純物領域13をつなぐまで第4不純物領域18自体の直列抵抗を小さくすることができ、スイッチング速度を向上することができる。   (7) Preferably in the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (6) above, in the direction perpendicular to main surface 10a after the step of forming fourth impurity region 18. The distance between the position x1 indicating the maximum value a1 of the impurity concentration of the fourth impurity region 18 and the position x2 having the impurity concentration a2 that is 1/10 of the maximum value a1 is less than 0.1 μm. Thus, the series resistance of the fourth impurity region 18 itself can be reduced until the electrode 16 and the second impurity region 13 are connected, and the switching speed can be improved.

(8)上記(1)〜(7)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、電極16は、TiAlSiを含む。これにより、第1導電型を有する第3不純物領域14と電極16との間の接触抵抗と、第2導電型を有する第4不純物領域18と電極16との間の接触抵抗との双方を低減することができる。   (8) In the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (7), preferably, electrode 16 includes TiAlSi. This reduces both the contact resistance between the third impurity region 14 having the first conductivity type and the electrode 16 and the contact resistance between the fourth impurity region 18 having the second conductivity type and the electrode 16. can do.

(9)上記(1)〜(8)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、バッファ層17は、TiNを含む。これにより、バッファ層17と絶縁膜22との密着性を向上することができる。   (9) Preferably in the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any of (1) to (8), buffer layer 17 includes TiN. Thereby, the adhesiveness of the buffer layer 17 and the insulating film 22 can be improved.

(10)上記(1)〜(9)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、凹部8を形成する工程後において、主面10aに対して垂直な方向における凹部8の側部8aの高さHは、0.1μm以上0.3μm以下である。凹部8の側部8aの高さHを0.1μm以上とすることにより、電極16と第3不純物領域14との接触面積を増大することができる。結果として、電極16と第3不純物領域14との間の接触抵抗を低減することができる。凹部8の側部8aの高さHを0.3μm以下とすることにより、凹部8が第3不純物領域14を貫通することを抑制することができる。   (10) Preferably in the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any of (1) to (9) above, after the step of forming recess 8, recess 8 in a direction perpendicular to main surface 10 a is formed. The height H of the side portion 8a is not less than 0.1 μm and not more than 0.3 μm. The contact area between the electrode 16 and the third impurity region 14 can be increased by setting the height H of the side portion 8a of the recess 8 to 0.1 μm or more. As a result, the contact resistance between the electrode 16 and the third impurity region 14 can be reduced. By setting the height H of the side portion 8a of the recess 8 to 0.3 μm or less, the recess 8 can be prevented from penetrating the third impurity region 14.

(11)上記(1)〜(10)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において好ましくは、凹部8を形成する工程後において、主面10aと平行な方向における、凹部8の底部8bの幅をW1(μm)とし、第4不純物領域18の幅をW2(μm)とした場合、W2(μm)は、W1−0.2(μm)以上W1+0.2(μm)以下である。W2(μm)をW1−0.2(μm)以上とすることにより、所望の接触抵抗を得るための必要最小幅を確保することができる。W2(μm)をW1+0.2(μm)以下とすることにより、側壁へ過剰な不純物侵食を抑制し、電極16と第3不純物領域14の所望の接触抵抗に必要な接触高さHを確保することができる。   (11) Preferably in the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (10) above, the bottom of recess 8 in the direction parallel to main surface 10a after the step of forming recess 8 When the width of 8b is W1 (μm) and the width of the fourth impurity region 18 is W2 (μm), W2 (μm) is W1−0.2 (μm) or more and W1 + 0.2 (μm) or less. . By setting W2 ([mu] m) to be W1-0.2 ([mu] m) or more, a necessary minimum width for obtaining a desired contact resistance can be ensured. By setting W2 (μm) to W1 + 0.2 (μm) or less, excessive impurity erosion to the side wall is suppressed, and a contact height H necessary for a desired contact resistance between the electrode 16 and the third impurity region 14 is secured. be able to.

(12)実施の形態に係る炭化珪素半導体装置1は、炭化珪素基板10と、バッファ層17と、電極16とを備える。炭化珪素基板10には、主面10aに連接する側部8aと、側部8aと連接する底部8bとにより形成される凹部8が設けられている。炭化珪素基板10は、第1導電型を有する第1不純物領域12と、第1不純物領域12と接し、かつ第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2不純物領域13と、第1導電型を有し、第2不純物領域13によって第1不純物領域12から隔てられた第3不純物領域14と、第2導電型を有し、凹部8の底部8bと第2不純物領域13とを繋ぎ、かつ第2不純物領域13よりも高い不純物濃度を有する第4不純物領域18とを含む。バッファ層17は、主面10aにおいて第3不純物領域14と接する。電極16は、凹部8の底部8bにおいて第4不純物領域18と接し、かつアルミニウムを含む。電極16は、凹部8の側部8aにおいて第3不純物領域14と接し、かつ主面10aにおいて第3不純物領域14と接しない。   (12) Silicon carbide semiconductor device 1 according to the embodiment includes a silicon carbide substrate 10, a buffer layer 17, and an electrode 16. Silicon carbide substrate 10 is provided with a recess 8 formed by a side portion 8a connected to main surface 10a and a bottom portion 8b connected to side portion 8a. Silicon carbide substrate 10 includes first impurity region 12 having a first conductivity type, second impurity region 13 in contact with first impurity region 12 and having a second conductivity type different from the first conductivity type, The third impurity region 14 having a conductivity type and separated from the first impurity region 12 by the second impurity region 13 is connected to the bottom 8b of the recess 8 and the second impurity region 13 having the second conductivity type. And a fourth impurity region 18 having an impurity concentration higher than that of the second impurity region 13. Buffer layer 17 is in contact with third impurity region 14 at main surface 10a. The electrode 16 is in contact with the fourth impurity region 18 at the bottom 8b of the recess 8 and contains aluminum. The electrode 16 is in contact with the third impurity region 14 at the side 8a of the recess 8 and is not in contact with the third impurity region 14 at the main surface 10a.

上記(12)に記載の炭化珪素半導体装置によれば、電極16は、凹部8の側部8aにおいて第3不純物領域14と接し、かつ主面10aにおいて第3不純物領域14と接しない。電極16と第3不純物領域14との接触抵抗を低減するためには、電極16と第3不純物領域14との接触面積をある程度大きくする必要がある。主面10aにおいて電極16が第3不純物領域14と接している場合、電極16と第3不純物領域14との接触面積を大きくすると、半導体素子の集積度が低くなる。そこで、凹部8の側部8aにおいて第3不純物領域14と接し、かつ主面10aにおいて第3不純物領域14と接しないように電極16を設けることにより、半導体素子の集積度を低減することなく、電極16と第3不純物領域14との接触面積を大きくすることができる。結果として、半導体素子の集積度を高めつつ、炭化珪素基板10の第3不純物領域14と電極16との間の接触抵抗を低減することができる。   According to the silicon carbide semiconductor device described in (12) above, electrode 16 is in contact with third impurity region 14 at side 8a of recess 8 and is not in contact with third impurity region 14 at main surface 10a. In order to reduce the contact resistance between the electrode 16 and the third impurity region 14, it is necessary to increase the contact area between the electrode 16 and the third impurity region 14 to some extent. In the case where the electrode 16 is in contact with the third impurity region 14 on the main surface 10a, the degree of integration of the semiconductor element is lowered when the contact area between the electrode 16 and the third impurity region 14 is increased. Therefore, by providing the electrode 16 so as to be in contact with the third impurity region 14 at the side 8a of the recess 8 and not to be in contact with the third impurity region 14 at the main surface 10a, without reducing the integration degree of the semiconductor element, The contact area between the electrode 16 and the third impurity region 14 can be increased. As a result, the contact resistance between the third impurity region 14 of the silicon carbide substrate 10 and the electrode 16 can be reduced while increasing the degree of integration of the semiconductor elements.

(13)上記(12)に係る炭化珪素半導体装置1において好ましくは、第4不純物領域18の不純物濃度の最大値は、1×1019cm-3以上4×1020cm-3以下である。第4不純物領域18の不純物濃度の最大値を1×1019cm-3以上とすることにより、第4不純物領域18と電極16との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。また炭化珪素半導体装置1のスイッチング速度を向上することができる。第4不純物領域18の不純物濃度の最大値を4×1020cm-3以下とすることにより、第4不純物領域18の上面の結晶性が劣化することを抑制することができる。 (13) Preferably in silicon carbide semiconductor device 1 according to (12) above, the maximum value of the impurity concentration of fourth impurity region 18 is not less than 1 × 10 19 cm −3 and not more than 4 × 10 20 cm −3 . By setting the maximum value of the impurity concentration of the fourth impurity region 18 to 1 × 10 19 cm −3 or more, the contact resistance between the fourth impurity region 18 and the electrode 16 can be effectively reduced. Moreover, the switching speed of silicon carbide semiconductor device 1 can be improved. By setting the maximum value of the impurity concentration of the fourth impurity region 18 to 4 × 10 20 cm −3 or less, it is possible to suppress deterioration of the crystallinity of the upper surface of the fourth impurity region 18.

(14)上記(12)または(13)に係る炭化珪素半導体装置1において好ましくは、主面10aに対して垂直な方向における、第4不純物領域18の不純物濃度の最大値a1を示す位置x1と、最大値の10分の1の不純物濃度a2を有する位置x2との距離は、0.1μm未満である。これにより、電極16と第2不純物領域13をつなぐまで第4不純物領域18自体の直列抵抗を小さくすることができ、スイッチング速度を向上することができる。   (14) Preferably in silicon carbide semiconductor device 1 according to (12) or (13) above, position x1 indicating the maximum value a1 of the impurity concentration of fourth impurity region 18 in the direction perpendicular to main surface 10a; The distance from the position x2 having the impurity concentration a2 that is 1/10 of the maximum value is less than 0.1 μm. Thus, the series resistance of the fourth impurity region 18 itself can be reduced until the electrode 16 and the second impurity region 13 are connected, and the switching speed can be improved.

(15)上記(12)〜(14)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1において好ましくは、電極16は、TiAlSiを含む。これにより、第1導電型を有する第3不純物領域14と電極16との間の接触抵抗と、第2導電型を有する第4不純物領域18と電極16との間の接触抵抗との双方を低減することができる。   (15) In silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (12) to (14), preferably, electrode 16 includes TiAlSi. This reduces both the contact resistance between the third impurity region 14 having the first conductivity type and the electrode 16 and the contact resistance between the fourth impurity region 18 having the second conductivity type and the electrode 16. can do.

(16)上記(12)〜(15)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1において好ましくは、バッファ層17は、TiNを含む。これにより、バッファ層17と絶縁膜22との密着性を向上することができる。   (16) In silicon carbide semiconductor device 1 according to any of (12) to (15) above, preferably, buffer layer 17 includes TiN. Thereby, the adhesiveness of the buffer layer 17 and the insulating film 22 can be improved.

(17)上記(12)〜(16)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1において好ましくは、主面10aに対して垂直な方向における凹部8の側部8aの高さHは、0.1μm以上0.3μm以下である。凹部8の側部8aの高さHを0.1μm以上とすることにより、電極16と第3不純物領域14との接触面積を増大することができる。結果として、電極16と第3不純物領域14との間の接触抵抗を低減することができる。凹部8の側部8aの高さHを0.3μm以下とすることにより、凹部8が第3不純物領域14を貫通することを抑制することができる。   (17) Preferably in silicon carbide semiconductor device 1 according to any of (12) to (16) above, height H of side portion 8a of recess 8 in the direction perpendicular to main surface 10a is 0.1 μm. It is 0.3 μm or less. The contact area between the electrode 16 and the third impurity region 14 can be increased by setting the height H of the side portion 8a of the recess 8 to 0.1 μm or more. As a result, the contact resistance between the electrode 16 and the third impurity region 14 can be reduced. By setting the height H of the side portion 8a of the recess 8 to 0.3 μm or less, the recess 8 can be prevented from penetrating the third impurity region 14.

(18)上記(12)〜(17)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1において好ましくは、主面10aと平行な方向における、凹部8の底部8bの幅をW1(μm)とし、第4不純物領域18の幅をW2(μm)とした場合、W2(μm)は、W1−0.2(μm)以上W1+0.2(μm)以下である。W2(μm)をW1−0.2(μm)以上とすることにより、所望の接触抵抗を得るための必要最小幅を確保することができる。W2(μm)をW1+0.2(μm)以下とすることにより、側壁へ過剰な不純物侵食を抑制し、電極16と第3不純物領域14の所望の接触抵抗に必要な接触高さHを確保することができる。
[本発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の具体例について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
(18) Preferably in silicon carbide semiconductor device 1 according to any of (12) to (17) above, the width of bottom 8b of recess 8 in the direction parallel to main surface 10a is W1 (μm), and the fourth When the width of the impurity region 18 is W2 (μm), W2 (μm) is W1−0.2 (μm) or more and W1 + 0.2 (μm) or less. By setting W2 ([mu] m) to be W1-0.2 ([mu] m) or more, a necessary minimum width for obtaining a desired contact resistance can be ensured. By setting W2 (μm) to W1 + 0.2 (μm) or less, excessive impurity erosion to the side wall is suppressed, and a contact height H necessary for a desired contact resistance between the electrode 16 and the third impurity region 14 is secured. be able to.
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, specific examples of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In the crystallographic description in this specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. As for the negative index, “−” (bar) is attached on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number.

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

図1を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、プレナー型のMOSFETであって、炭化珪素基板10と、ゲート電極27と、ゲート酸化膜15と、層間絶縁膜21と、ソース電極16と、表面保護電極19と、ドレイン電極20と、裏面保護電極23とを主に有している。炭化珪素基板10は、第1の主面10aと、第1の主面10aと反対側の第2の主面10bとを有し、炭化珪素単結晶基板11と、炭化珪素単結晶基板11上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層5とを主に含む。   Referring to FIG. 1, the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment is a planar MOSFET, and includes silicon carbide substrate 10, gate electrode 27, gate oxide film 15, interlayer insulating film 21, It mainly has a source electrode 16, a surface protective electrode 19, a drain electrode 20, and a back surface protective electrode 23. Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 10a and a second main surface 10b opposite to first main surface 10a, and includes silicon carbide single crystal substrate 11 and silicon carbide single crystal substrate 11. And the silicon carbide epitaxial layer 5 provided in the main part.

炭化珪素単結晶基板11は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素単結晶からなる。炭化珪素基板10の第1の主面10aの最大径は、たとえば100mmより大きく、好ましくは150mm以上である。炭化珪素基板10の第1の主面10aは、たとえば{0001}面または{0001}面から8°以下オフした面である。具体的には、第1の主面10aは、たとえば(0001)面または(0001)面から8°以下程度オフした面であり、第2の主面10bは、(000−1)面または(000−1)面から8°以下程度オフした面である。炭化珪素基板10の厚みは、たとえば700μm以下であり、好ましくは500μm以下である。   Silicon carbide single crystal substrate 11 is made of, for example, a polytype 4H hexagonal silicon carbide single crystal. The maximum diameter of first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is, for example, larger than 100 mm, preferably 150 mm or more. First main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is, for example, a surface that is off by 8 ° or less from a {0001} plane or a {0001} plane. Specifically, the first main surface 10a is, for example, a surface that is off by about 8 ° or less from the (0001) surface or the (0001) surface, and the second main surface 10b is a (000-1) surface or ( 000-1) is a surface that is off by about 8 ° or less from the surface. Silicon carbide substrate 10 has a thickness of, for example, 700 μm or less, and preferably 500 μm or less.

炭化珪素エピタキシャル層5は、ドリフト領域12と、ボディ領域13と、ソース領域14と、コンタクト領域18とを有している。ドリフト領域12は、窒素などのドナー不純物を含むn型(第1導電型)の領域である。ドリフト領域12におけるドナー不純物の濃度は、たとえば5.0×1015cm-3程度である。ボディ領域13はp型(第2導電型)を有する領域である。ボディ領域13に含まれるアクセプタ不純物は、たとえばAl(アルミニウム)またはB(ホウ素)などである。ボディ領域13に含まれるアクセプタ不純物の濃度は、たとえば1×1017cm-3程度である。 Silicon carbide epitaxial layer 5 has a drift region 12, a body region 13, a source region 14, and a contact region 18. The drift region 12 is an n-type (first conductivity type) region containing a donor impurity such as nitrogen. The concentration of the donor impurity in the drift region 12 is, for example, about 5.0 × 10 15 cm −3 . The body region 13 is a region having p-type (second conductivity type). The acceptor impurity contained in body region 13 is, for example, Al (aluminum) or B (boron). The concentration of the acceptor impurity contained in body region 13 is, for example, about 1 × 10 17 cm −3 .

ソース領域14は、リンなどのドナー不純物を含み、n型を有する。ソース領域14は、ボディ領域13に取り囲まれるように形成されている。ソース領域14のドナー不純物の濃度は、ドリフト領域12のドナー不純物の濃度よりも高い。ソース領域14のドナー不純物の濃度はたとえば1×1019cm-3である。ソース領域14は、ボディ領域13によってドリフト領域12から隔てられている。 Source region 14 includes a donor impurity such as phosphorus and has n-type. The source region 14 is formed so as to be surrounded by the body region 13. The concentration of the donor impurity in the source region 14 is higher than the concentration of the donor impurity in the drift region 12. The concentration of the donor impurity in the source region 14 is, for example, 1 × 10 19 cm −3 . Source region 14 is separated from drift region 12 by body region 13.

コンタクト領域18は、たとえばアルミニウムなどのアクセプタ不純物を含んでおり、p型(第2導電型)を有する。コンタクト領域18の側部は、ソース領域14に囲まれて設けられており、コンタクト領域18の底部はボディ領域13に接している。コンタクト領域18が含むアクセプタ不純物の濃度は、ボディ領域13が含むアクセプタ不純物の濃度よりも高い。コンタクト領域18におけるAlまたはBなどの不純物の濃度はたとえば1×1020cm-3である。つまり、コンタクト領域18は、凹部8の底部8bとボディ領域13とを繋ぎ、かつボディ領域13よりも高い不純物濃度を有する。好ましくは、コンタクト領域18が含むたとえばアルミニウムなどのアクセプタ不純物の濃度の最大値は、1×1019cm-3以上4×1020cm-3以下である。 Contact region 18 contains an acceptor impurity such as aluminum and has p type (second conductivity type). A side portion of the contact region 18 is provided so as to be surrounded by the source region 14, and a bottom portion of the contact region 18 is in contact with the body region 13. The concentration of acceptor impurities contained in contact region 18 is higher than the concentration of acceptor impurities contained in body region 13. The concentration of impurities such as Al or B in contact region 18 is, for example, 1 × 10 20 cm −3 . That is, the contact region 18 connects the bottom 8 b of the recess 8 and the body region 13 and has a higher impurity concentration than the body region 13. Preferably, the maximum concentration of acceptor impurities such as aluminum included in contact region 18 is not less than 1 × 10 19 cm −3 and not more than 4 × 10 20 cm −3 .

ゲート酸化膜15は、一方のソース領域14の上部表面から他方のソース領域14の上部表面にまで延在するように炭化珪素基板10の第1の主面10aに接して形成されている。ゲート酸化膜15は、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいてソース領域14、ボディ領域13およびドリフト領域12に接している。ゲート酸化膜15は、たとえば二酸化珪素からなっている。ゲート酸化膜15の厚みは、たとえば40nm以上60nm以下程度である。   Gate oxide film 15 is formed in contact with first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 so as to extend from the upper surface of one source region 14 to the upper surface of the other source region 14. Gate oxide film 15 is in contact with source region 14, body region 13, and drift region 12 at first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. Gate oxide film 15 is made of, for example, silicon dioxide. The thickness of the gate oxide film 15 is, for example, about 40 nm to 60 nm.

ゲート電極27は、一方のソース領域14上から他方のソース領域14上にまで延在するように、ゲート酸化膜15に接触して配置されている。ゲート電極27は、炭化珪素基板10との間にゲート酸化膜15を挟むようにゲート酸化膜15上に設けられている。ゲート電極27は、ソース領域14、ボディ領域13およびドリフト領域12の上方にゲート酸化膜15を介して形成されている。ゲート電極27は、たとえば不純物がドーピングされたポリシリコンまたはAlなどの導電体からなっている。   Gate electrode 27 is arranged in contact with gate oxide film 15 so as to extend from one source region 14 to the other source region 14. Gate electrode 27 is provided on gate oxide film 15 so as to sandwich gate oxide film 15 between silicon carbide substrate 10. Gate electrode 27 is formed above source region 14, body region 13, and drift region 12 with gate oxide film 15 interposed therebetween. The gate electrode 27 is made of a conductor such as polysilicon doped with impurities or Al.

層間絶縁膜21は、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対向する位置に設けられている。具体的には、層間絶縁膜21は、ゲート電極27を覆うようにゲート電極27およびゲート酸化膜15の各々に接して設けられている。層間絶縁膜21は、ゲート電極27とソース電極16とを電気的に絶縁している。表面保護電極19は、層間絶縁膜21を覆い、かつソース電極16に接するように設けられている。表面保護電極19は、ソース電極16を介してソース領域14と電気的に接続されている。表面保護電極19は、たとえばAlを含む材料からなる。   Interlayer insulating film 21 is provided at a position facing first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. Specifically, the interlayer insulating film 21 is provided in contact with each of the gate electrode 27 and the gate oxide film 15 so as to cover the gate electrode 27. The interlayer insulating film 21 electrically insulates the gate electrode 27 and the source electrode 16 from each other. The surface protective electrode 19 is provided so as to cover the interlayer insulating film 21 and to be in contact with the source electrode 16. The surface protection electrode 19 is electrically connected to the source region 14 through the source electrode 16. The surface protection electrode 19 is made of, for example, a material containing Al.

ドレイン電極20は、炭化珪素基板10の第2の主面10bに接して設けられている。このドレイン電極20は、NiSi(ニッケルシリサイド)など、炭化珪素単結晶基板11とオーミック接合可能な材料からなっている。これにより、ドレイン電極20は炭化珪素単結晶基板11と電気的に接続されている。裏面保護電極23は、ドレイン電極20の炭化珪素単結晶基板11とは反対側の主面に接して形成されている。裏面保護電極23は、たとえばAlを含む材料からなる。   Drain electrode 20 is provided in contact with second main surface 10b of silicon carbide substrate 10. The drain electrode 20 is made of a material capable of ohmic contact with the silicon carbide single crystal substrate 11 such as NiSi (nickel silicide). Thereby, drain electrode 20 is electrically connected to silicon carbide single crystal substrate 11. Back surface protective electrode 23 is formed in contact with the main surface of drain electrode 20 opposite to silicon carbide single crystal substrate 11. The back surface protective electrode 23 is made of, for example, a material containing Al.

図2を参照して、ソース電極16の底面近傍の構造について詳細に説明する。図2に示すように、炭化珪素基板10には、第1の主面10aに連接する側部8aと、側部8aと連接する底部8bとにより形成される凹部8が設けられている。好ましくは、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対して垂直な方向における凹部8の側部8aの高さHは、0.1μm以上0.3μm以下である。第1の主面10aに平行な方向における凹部8の底部8bの幅W1は、たとえば2μm以上3μm以下である。ソース領域14は、凹部8の側部8aの少なくとも一部を構成する。   With reference to FIG. 2, the structure near the bottom surface of the source electrode 16 will be described in detail. As shown in FIG. 2, the silicon carbide substrate 10 is provided with a recess 8 formed by a side portion 8a connected to the first main surface 10a and a bottom portion 8b connected to the side portion 8a. Preferably, height H of side portion 8a of recess 8 in a direction perpendicular to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is not less than 0.1 μm and not more than 0.3 μm. The width W1 of the bottom 8b of the recess 8 in the direction parallel to the first main surface 10a is, for example, not less than 2 μm and not more than 3 μm. The source region 14 constitutes at least a part of the side portion 8 a of the recess 8.

ソース電極16は、たとえばアルミニウムを含み、好ましくはTiAlSiを含む。ソース電極16は、凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接し、かつ凹部8の底部8bにおいてコンタクト領域18と接する。ソース電極16は、凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接し、かつ炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいてソース領域14と接しない。ソース電極16は、ソース領域14とオーミック接合している。ソース領域14は、第1の主面10aにおいてゲート酸化膜15およびバッファ層17に覆われている。好ましくは、ソース電極16は、凹部8の側部8aにおいてソース領域14とオーミック接合している。好ましくは、ソース電極16は、凹部8の底部8bにおいてコンタクト領域18とオーミック接合している。炭化珪素基板10の第1の主面10aが{0001}面または{0001}面から8°以下程度オフした面である場合、第1の主面10aにほぼ垂直な方向に延在する凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接するソース電極16の接触抵抗は、第1の主面10aにおいてソース領域14と接するソース電極16の接触抵抗よりも低くなる。   Source electrode 16 includes, for example, aluminum, and preferably includes TiAlSi. The source electrode 16 is in contact with the source region 14 at the side 8 a of the recess 8 and is in contact with the contact region 18 at the bottom 8 b of the recess 8. Source electrode 16 is in contact with source region 14 at side 8 a of recess 8 and is not in contact with source region 14 at first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. The source electrode 16 is in ohmic contact with the source region 14. Source region 14 is covered with gate oxide film 15 and buffer layer 17 on first main surface 10a. Preferably, the source electrode 16 is in ohmic contact with the source region 14 at the side 8 a of the recess 8. Preferably, the source electrode 16 is in ohmic contact with the contact region 18 at the bottom 8 b of the recess 8. When first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is a {0001} plane or a plane that is off from the {0001} plane by about 8 ° or less, recess 8 extends in a direction substantially perpendicular to first main surface 10a. The contact resistance of the source electrode 16 in contact with the source region 14 in the side portion 8a is lower than the contact resistance of the source electrode 16 in contact with the source region 14 in the first main surface 10a.

バッファ層17は、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいてソース領域14と接する。バッファ層17は、層間絶縁膜21およびゲート酸化膜15により構成される絶縁膜22に形成された開口部80の内部に配置されている。バッファ層17は、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対して垂直な方向に沿って延在するように設けられている。バッファ層17は、開口部80を構成する絶縁膜22の側部において、ゲート酸化膜15および層間絶縁膜21の各々と接している。バッファ層17は、たとえばアルミニウムを含まない材料からなる。好ましくは、バッファ層17は、チタンおよび窒素を含んでいる。好ましくは、バッファ層17は、TiNである。バッファ層17は、ソース電極16が含むアルミニウムが絶縁膜22に浸透して、ソース電極16とゲート電極27とが短絡することを防止することができる。   Buffer layer 17 is in contact with source region 14 at first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. The buffer layer 17 is disposed inside the opening 80 formed in the insulating film 22 constituted by the interlayer insulating film 21 and the gate oxide film 15. Buffer layer 17 is provided to extend along a direction perpendicular to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. The buffer layer 17 is in contact with each of the gate oxide film 15 and the interlayer insulating film 21 at the side of the insulating film 22 constituting the opening 80. The buffer layer 17 is made of a material that does not contain aluminum, for example. Preferably, the buffer layer 17 contains titanium and nitrogen. Preferably, the buffer layer 17 is TiN. The buffer layer 17 can prevent the aluminum contained in the source electrode 16 from penetrating the insulating film 22 and short-circuiting the source electrode 16 and the gate electrode 27.

ソース電極16は、凹部8の底部8bから、凹部8の側部8aに沿って、凹部8の側部8aと平行な方向に延在するように設けられている。ソース電極16は、凹部8の側部8aに沿って延在する面において、バッファ層17の側部と接し、バッファ層17の上面にまで延在している。ソース電極16は、バッファ層17の上面の一部に接しており、層間絶縁膜21には接していない。つまり、第1の主面10aに平行な方向における、バッファ層17の上面に接して設けられているソース電極16の端部は、層間絶縁膜21とバッファ層17との境界面よりも凹部8側に位置している。バッファ層17は、ソース電極16と層間絶縁膜21とに挟まれて設けられており、かつソース電極16とゲート酸化膜15とに挟まれて設けられている。   The source electrode 16 is provided so as to extend from the bottom 8 b of the recess 8 along the side 8 a of the recess 8 in a direction parallel to the side 8 a of the recess 8. The source electrode 16 is in contact with the side portion of the buffer layer 17 on the surface extending along the side portion 8 a of the recess 8 and extends to the upper surface of the buffer layer 17. The source electrode 16 is in contact with a part of the upper surface of the buffer layer 17 and is not in contact with the interlayer insulating film 21. In other words, the end portion of the source electrode 16 provided in contact with the upper surface of the buffer layer 17 in the direction parallel to the first main surface 10 a is recessed from the boundary surface between the interlayer insulating film 21 and the buffer layer 17. Located on the side. The buffer layer 17 is provided between the source electrode 16 and the interlayer insulating film 21, and is provided between the source electrode 16 and the gate oxide film 15.

表面保護電極19は、凹部8内において、ソース電極16と接している。ソース電極16は、凹部8の側部8aと表面保護電極19とに挟まれて設けられており、かつ凹部8の底部8bと表面保護電極19とに挟まれて設けられている。表面保護電極19は、ソース電極16により形成された凹部を埋めるように形成されている。表面保護電極19は、層間絶縁膜21の上面およびバッファ層17の上面の一部に接している。   The surface protective electrode 19 is in contact with the source electrode 16 in the recess 8. The source electrode 16 is provided between the side 8 a of the recess 8 and the surface protection electrode 19, and is provided between the bottom 8 b of the recess 8 and the surface protection electrode 19. The surface protection electrode 19 is formed so as to fill the recess formed by the source electrode 16. The surface protective electrode 19 is in contact with the upper surface of the interlayer insulating film 21 and a part of the upper surface of the buffer layer 17.

図3を参照して、コンタクト領域18の不純物濃度分布について説明する。図3に示すように、コンタクト領域18が含むアクセプタ不純物の濃度は、第1の主面10aに対して垂直な方向X(図2参照)において変化する。コンタクト領域18の不純物濃度は、第1位置x1において最大値a1を示す。コンタクト領域18が含むたとえばアルミニウムなどのアクセプタ不純物の濃度の最大値a1は、たとえば1×1020cm-3である。不純物濃度a2は、最大値a1の10分の1の不純物濃度である。不純物濃度a2は、たとえば1×1019cm-3である。第1の主面10aに対して垂直な方向Xにおいて、不純物濃度a2を有する位置は、第2位置x2である。第1の主面10aに対して垂直な方向Xにおいて第1位置x1から第2位置x2までの距離は0.1μm未満であることが好ましい。第2位置x2は、第1位置x1よりも第2の主面10b側に位置する。言い換えれば、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対して垂直な方向Xにおける、コンタクト領域18の不純物濃度の最大値a1を示す第1位置x1と、最大値a1の10分の1の不純物濃度a2を有する第2位置x2との距離は、0.1μm未満であることが好ましい。つまり、コンタクト領域18が含むアルミニウムなどのアクセプタ不純物の濃度は、方向Xに沿って急峻に変化する。 With reference to FIG. 3, the impurity concentration distribution of the contact region 18 will be described. As shown in FIG. 3, the concentration of the acceptor impurity included in contact region 18 changes in a direction X (see FIG. 2) perpendicular to first main surface 10a. The impurity concentration of the contact region 18 has a maximum value a1 at the first position x1. The maximum value a1 of the acceptor impurity concentration such as aluminum contained in the contact region 18 is, for example, 1 × 10 20 cm −3 . The impurity concentration a2 is one-tenth the impurity concentration of the maximum value a1. The impurity concentration a2 is, for example, 1 × 10 19 cm −3 . In the direction X perpendicular to the first major surface 10a, the position having the impurity concentration a2 is the second position x2. In the direction X perpendicular to the first main surface 10a, the distance from the first position x1 to the second position x2 is preferably less than 0.1 μm. The second position x2 is located closer to the second main surface 10b than the first position x1. In other words, the first position x1 indicating the maximum value a1 of the impurity concentration of the contact region 18 in the direction X perpendicular to the first main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 and 1/10 of the maximum value a1. The distance from the second position x2 having the impurity concentration a2 is preferably less than 0.1 μm. That is, the concentration of acceptor impurities such as aluminum included in the contact region 18 changes sharply along the direction X.

図4を参照して、実施の形態1に係るMOSFETの変形例の構造について説明する。
図4に示すように、第1の主面10aと平行な方向におけるコンタクト領域18の幅W2は、凹部8の底部8bの幅W1よりも小さくてもよい。この場合、ソース領域14は、凹部8の底部8bの一部を構成する。つまり、ソース電極16は、凹部8の底部8bにおいて、ソース領域14およびコンタクト領域18の各々と接し、かつ凹部8の側部8aにおいて、ソース領域14と接する。コンタクト領域18の底部8bの幅W2は、凹部8の底部8bの幅W1よりも大きくてもよい。好ましくは、炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向における、凹部8の底部8bの幅をW1(μm)とし、コンタクト領域18の幅をW2(μm)とした場合、W2(μm)は、W1−0.2(μm)以上W1+0.2(μm)以下である。コンタクト領域18の幅W2が、凹部8の底部8bの幅W1よりも大きい場合、コンタクト領域18が、凹部8の側部8aの一部に接していてもよい。
With reference to FIG. 4, the structure of a modification of the MOSFET according to the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 4, the width W2 of the contact region 18 in the direction parallel to the first main surface 10a may be smaller than the width W1 of the bottom 8b of the recess 8. In this case, the source region 14 constitutes a part of the bottom 8 b of the recess 8. That is, the source electrode 16 is in contact with each of the source region 14 and the contact region 18 at the bottom 8 b of the recess 8, and is in contact with the source region 14 at the side 8 a of the recess 8. The width W2 of the bottom 8b of the contact region 18 may be larger than the width W1 of the bottom 8b of the recess 8. Preferably, when the width of the bottom 8b of the recess 8 in the direction parallel to the first main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 is W1 (μm) and the width of the contact region 18 is W2 (μm), W2 ( μm) is W1−0.2 (μm) or more and W1 + 0.2 (μm) or less. When the width W2 of the contact region 18 is larger than the width W1 of the bottom 8b of the recess 8, the contact region 18 may be in contact with a part of the side 8a of the recess 8.

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

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

まず、炭化珪素基板準備工程(S10:図5)が実施される。たとえば、昇華法により形成されたポリタイプ4Hを有する六方晶炭化珪素単結晶からなるインゴットをスライスすることにより、炭化珪素単結晶基板11が準備される。次に、炭化珪素単結晶基板11上に炭化珪素エピタキシャル層5が、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。具体的には、炭化珪素単結晶基板11上に、水素(H2)を含むキャリアガスと、モノシラン(SiH4)、プロパン(C38)および窒素(N2)などを含む原料ガスとが供給され、炭化珪素単結晶基板11がたとえば1500℃以上1700℃以下程度に加熱される。これにより、図6に示すように、炭化珪素エピタキシャル層5が炭化珪素単結晶基板11上に形成される。以上により、第1の主面10aと、第1の主面10aと反対側の第2の主面10bとを有する炭化珪素基板10が準備される。炭化珪素基板10は、第2の主面10bを形成する炭化珪素単結晶基板11と、炭化珪素単結晶基板11上に設けられ、第1の主面10aを形成する炭化珪素エピタキシャル層5とを含む(図6参照)。 First, a silicon carbide substrate preparation step (S10: FIG. 5) is performed. For example, silicon carbide single crystal substrate 11 is prepared by slicing an ingot made of a hexagonal silicon carbide single crystal having polytype 4H formed by a sublimation method. Next, silicon carbide epitaxial layer 5 is formed on silicon carbide single crystal substrate 11 by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Specifically, a carrier gas containing hydrogen (H 2 ) and a source gas containing monosilane (SiH 4 ), propane (C 3 H 8 ), nitrogen (N 2 ), and the like on the silicon carbide single crystal substrate 11 Is supplied, and silicon carbide single crystal substrate 11 is heated to, for example, about 1500 ° C. to 1700 ° C. Thereby, as shown in FIG. 6, silicon carbide epitaxial layer 5 is formed on silicon carbide single crystal substrate 11. As described above, silicon carbide substrate 10 having first main surface 10a and second main surface 10b opposite to first main surface 10a is prepared. Silicon carbide substrate 10 includes silicon carbide single crystal substrate 11 forming second main surface 10b, and silicon carbide epitaxial layer 5 provided on silicon carbide single crystal substrate 11 and forming first main surface 10a. Included (see FIG. 6).

次に、イオン注入工程(S20:図5)が実施される。具体的には、図7を参照して、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対してイオン注入が実施される。たとえばAl(アルミニウム)イオンが、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対して注入されることにより、炭化珪素エピタキシャル層5内にボディ領域13が形成される。ボディ領域13は、アルミニウムなどのアクセプタ不純物を含むp型領域である。次に、たとえばP(リン)イオンが、上記Alイオンの注入深さよりも浅い深さまでボディ領域13内に注入されることにより、ソース領域14が形成される。ソース領域14は、たとえばリンなどのドナー不純物を含むn型領域である。炭化珪素エピタキシャル層5において、ボディ領域13およびソース領域14のいずれも形成されない領域は、ドリフト領域12となる。ドリフト領域12は、たとえば窒素などのドナー不純物を含んでいるn型領域である。ソース領域14は、ボディ領域13によってドリフト領域12から隔てられるように形成される。   Next, an ion implantation step (S20: FIG. 5) is performed. Specifically, referring to FIG. 7, ion implantation is performed on first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. For example, Al (aluminum) ions are implanted into first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10, whereby body region 13 is formed in silicon carbide epitaxial layer 5. Body region 13 is a p-type region containing an acceptor impurity such as aluminum. Next, for example, P (phosphorus) ions are implanted into the body region 13 to a depth shallower than the implantation depth of the Al ions, whereby the source region 14 is formed. Source region 14 is an n-type region containing a donor impurity such as phosphorus. In silicon carbide epitaxial layer 5, a region where neither body region 13 nor source region 14 is formed is drift region 12. Drift region 12 is an n-type region containing a donor impurity such as nitrogen. Source region 14 is formed to be separated from drift region 12 by body region 13.

次に、活性化アニール工程(S30:図5)が実施される。具体的には、ボディ領域13およびソース領域14を含む炭化珪素基板10が、たとえば1600℃以上2000℃以下の温度で30分間程度加熱される。これにより、イオン注入により導入された不純物が活性化する。以上により、n型を有するドリフト領域12と、ドリフト領域12と接し、かつn型とは異なるp型を有するボディ領域13と、n型を有し、ボディ領域13によってドリフト領域12から隔てられたソース領域14とを含む炭化珪素基板10が準備される。この時点において、コンタクト領域18は、形成されていなくてもよいし形成されていてもよい。   Next, an activation annealing step (S30: FIG. 5) is performed. Specifically, silicon carbide substrate 10 including body region 13 and source region 14 is heated for about 30 minutes at a temperature of 1600 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower, for example. Thereby, the impurity introduced by ion implantation is activated. As described above, the drift region 12 having n-type, the body region 13 in contact with the drift region 12 and having a p-type different from the n-type, and the n-type and separated from the drift region 12 by the body region 13 Silicon carbide substrate 10 including source region 14 is prepared. At this time, the contact region 18 may or may not be formed.

次に、ゲート酸化膜形成工程(S40:図5)が実施される。具体的には、炭化珪素基板10の第1の主面10a側に、ボディ領域13と、ソース領域14と、が形成された炭化珪素基板10が加熱炉内に配置される。加熱炉に対して窒素ガスが導入された状態を維持しながら、たとえば炭化珪素基板10の温度を室温から1300℃まで加熱する。炭化珪素基板10が1300℃なった後、酸素ガスが加熱炉に対して導入される。酸素雰囲気中において、炭化珪素基板10を1300℃程度の温度で1時間程度保持することにより、炭化珪素基板10の第1の主面10a上にゲート酸化膜15が形成される。以上のようにして、炭化珪素基板10の第1の主面10aを覆うように二酸化珪素からなるゲート酸化膜15が形成される(図8参照)。ゲート酸化膜15は、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいてドリフト領域12と、ボディ領域13と、ソース領域14とに接して形成される。ゲート酸化膜15の厚みは、たとえば50nm程度である。   Next, a gate oxide film formation step (S40: FIG. 5) is performed. Specifically, silicon carbide substrate 10 having body region 13 and source region 14 formed on first main surface 10a side of silicon carbide substrate 10 is placed in a heating furnace. For example, the temperature of silicon carbide substrate 10 is heated from room temperature to 1300 ° C. while maintaining the state where nitrogen gas is introduced into the heating furnace. After silicon carbide substrate 10 reaches 1300 ° C., oxygen gas is introduced into the heating furnace. By holding silicon carbide substrate 10 at a temperature of about 1300 ° C. for about 1 hour in an oxygen atmosphere, gate oxide film 15 is formed on first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. As described above, gate oxide film 15 made of silicon dioxide is formed so as to cover first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 (see FIG. 8). Gate oxide film 15 is formed in contact with drift region 12, body region 13, and source region 14 on first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. The thickness of the gate oxide film 15 is, for example, about 50 nm.

次に、NOアニール工程(S50:図5)が実施される。具体的には、窒素を含む雰囲気中においてゲート酸化膜15が形成された炭化珪素基板10が1300℃程度の温度で熱処理される。窒素を含む気体とは、たとえば一酸化窒素(NO)、一酸化二窒素、二酸化窒素およびアンモニアなどである。好ましくは、ゲート酸化膜15が形成された炭化珪素基板10が、窒素を含む気体中において、1300℃以上1500℃以下の温度で、たとえば1時間程度保持される。   Next, a NO annealing step (S50: FIG. 5) is performed. Specifically, silicon carbide substrate 10 on which gate oxide film 15 is formed is heat-treated at a temperature of about 1300 ° C. in an atmosphere containing nitrogen. Examples of the gas containing nitrogen include nitrogen monoxide (NO), dinitrogen monoxide, nitrogen dioxide, and ammonia. Preferably, silicon carbide substrate 10 on which gate oxide film 15 is formed is held in a gas containing nitrogen at a temperature of 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower for about 1 hour, for example.

次に、Arアニール工程(S60:図5)が実施される。具体的には、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中において、ゲート酸化膜15が形成された炭化珪素基板10が1300℃程度の温度で熱処理される。好ましくは、アルゴンガス中において、ゲート酸化膜15が形成された炭化珪素基板10が、たとえば1100℃以上1500℃以下の温度で1時間程度保持される。より好ましくは、ゲート酸化膜15が形成された炭化珪素基板10は、1300℃以上1500℃以下の温度に保持される。   Next, an Ar annealing step (S60: FIG. 5) is performed. Specifically, silicon carbide substrate 10 on which gate oxide film 15 is formed is heat-treated at a temperature of about 1300 ° C. in an inert gas atmosphere such as argon. Preferably, silicon carbide substrate 10 on which gate oxide film 15 is formed is held in argon gas at a temperature of 1100 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower for about 1 hour, for example. More preferably, silicon carbide substrate 10 on which gate oxide film 15 is formed is maintained at a temperature of 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower.

次に、ゲート電極形成工程(S70:図5)が実施される。たとえばLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により、ゲート酸化膜15上に、たとえば不純物を含むポリシリコンからなるゲート電極27が形成される。ゲート電極27は、ゲート酸化膜15を介してドリフト領域12、ソース領域14およびボディ領域13に対向して形成される(図9参照)。   Next, a gate electrode formation step (S70: FIG. 5) is performed. For example, a gate electrode 27 made of polysilicon containing impurities is formed on the gate oxide film 15 by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition), for example. Gate electrode 27 is formed to face drift region 12, source region 14 and body region 13 with gate oxide film 15 interposed therebetween (see FIG. 9).

次に、層間絶縁膜形成工程(S80:図5)が実施される。たとえば二酸化珪素からなる層間絶縁膜21が、ゲート酸化膜15およびゲート電極27を覆うように形成される。具体的には、たとえば650℃以上750℃以下程度の温度下において6時間程度、TEOS(Tetraethylorthosilicate)ガスが炭化珪素基板10上に供給される。これにより、ゲート酸化膜15および層間絶縁膜21によりゲート電極27を覆うように層間絶縁膜21が形成される。ゲート酸化膜15および層間絶縁膜21は絶縁膜22を構成する(図10参照)。   Next, an interlayer insulating film forming step (S80: FIG. 5) is performed. For example, interlayer insulating film 21 made of silicon dioxide is formed to cover gate oxide film 15 and gate electrode 27. Specifically, for example, TEOS (Tetraethylorthosilicate) gas is supplied onto silicon carbide substrate 10 at a temperature of about 650 ° C. to 750 ° C. for about 6 hours. Thereby, interlayer insulating film 21 is formed so as to cover gate electrode 27 with gate oxide film 15 and interlayer insulating film 21. The gate oxide film 15 and the interlayer insulating film 21 constitute an insulating film 22 (see FIG. 10).

次に、エッチング工程(S85:図5)が実施される。図11を参照して、ソース電極16が形成される予定の領域上における層間絶縁膜21およびゲート酸化膜15からなる絶縁膜22の領域が除去される。これにより、ソース領域14の少なくとも一部を露出させる開口部80が形成される。言い換えれば、ソース領域14が、層間絶縁膜21およびゲート酸化膜15からなる絶縁膜22から露出するように、絶縁膜22がエッチングされる。二酸化珪素からなる絶縁膜22をエッチングする場合、エッチングガスとしてCF4を使用することができる。以上のように、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいてソース領域14が露出した開口部80を有する絶縁膜22が形成される。 Next, an etching step (S85: FIG. 5) is performed. Referring to FIG. 11, the region of insulating film 22 formed of interlayer insulating film 21 and gate oxide film 15 on the region where source electrode 16 is to be formed is removed. Thereby, an opening 80 exposing at least a part of the source region 14 is formed. In other words, the insulating film 22 is etched so that the source region 14 is exposed from the insulating film 22 composed of the interlayer insulating film 21 and the gate oxide film 15. When etching the insulating film 22 made of silicon dioxide, CF 4 can be used as an etching gas. As described above, insulating film 22 having opening 80 where source region 14 is exposed at first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is formed.

次に、バッファ層形成工程(S90:図5)が実施される。図12を参照して、バッファ層17は、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいてソース領域14に接し、開口部80内において絶縁膜22の側部に接し、かつ開口部80外において絶縁膜22の上面に接するように形成される。具体的には、バッファ層17は、開口部80内において、層間絶縁膜21およびゲート酸化膜15の各々に接するように形成される。以上のように、第1の主面10aにおいてソース領域14と接し、かつ開口部80内において絶縁膜22に接するバッファ層17が形成される。バッファ層17は、アルミニウムを含まない材料からなり、好ましくは、チタンおよび窒素を含む材料からなる。バッファ層17は、たとえばTiN、TaN、TiWまたはWNなどを含む材料であってもよい。   Next, a buffer layer forming step (S90: FIG. 5) is performed. Referring to FIG. 12, buffer layer 17 is in contact with source region 14 on first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10, in contact with the side of insulating film 22 in opening 80, and outside opening 80. It is formed in contact with the upper surface of the insulating film 22. Specifically, buffer layer 17 is formed in contact with interlayer insulating film 21 and gate oxide film 15 in opening 80. As described above, the buffer layer 17 is formed in contact with the source region 14 on the first main surface 10 a and in contact with the insulating film 22 in the opening 80. The buffer layer 17 is made of a material not containing aluminum, and preferably made of a material containing titanium and nitrogen. The buffer layer 17 may be made of a material containing, for example, TiN, TaN, TiW, WN, or the like.

次に、凹部形成工程(S100:図5)が実施される。図13を参照して、たとえば、炭化珪素基板10の第1の主面10a側から矢印の方向に異方性エッチングが実施される。具体的には、アルミニウムおよびホウ素の少なくともいずれかを含む雰囲気中において、ソース領域14上におけるバッファ層17の部分と、ソース領域14の一部とを除去することにより、炭化珪素基板10の第1の主面10aに連接する側部8aと、側部と連接する底部8bとにより形成される凹部8が形成される。当該異方性エッチングにより、層間絶縁膜21の上面上のバッファ層17と、第1の主面10a上のバッファ層17が除去され、層間絶縁膜21の側部のバッファ層17が残される。たとえばBCl3およびCl2を含むガスを用いて炭化珪素基板を処理することにより、ソース領域14の一部がエッチングされて、炭化珪素基板10の第1の主面10aに連接する側部8aと、側部と連接する底部8bとにより形成される凹部8が形成される。 Next, a recess forming step (S100: FIG. 5) is performed. Referring to FIG. 13, for example, anisotropic etching is performed in the direction of the arrow from the first main surface 10 a side of silicon carbide substrate 10. Specifically, the first portion of silicon carbide substrate 10 is removed by removing a portion of buffer layer 17 on source region 14 and a portion of source region 14 in an atmosphere containing at least one of aluminum and boron. A concave portion 8 formed by a side portion 8a connected to the main surface 10a and a bottom portion 8b connected to the side portion is formed. By the anisotropic etching, the buffer layer 17 on the upper surface of the interlayer insulating film 21 and the buffer layer 17 on the first main surface 10a are removed, and the buffer layer 17 on the side of the interlayer insulating film 21 is left. For example, by processing a silicon carbide substrate using a gas containing BCl 3 and Cl 2 , a part of source region 14 is etched, and side portion 8a connected to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 A concave portion 8 formed by the bottom portion 8b connected to the side portion is formed.

凹部形成工程においては、アルミニウムを含むアルミニウム系のガスまたはホウ素を含むホウ素系のガスを用いて炭化珪素基板10が処理される。アルミニウムを含むアルミニウム系のガスは、たとえばAlCl3、AlF、AlBrおよびAlIなどである。ホウ素を含むホウ素系のガスは、たとえばBCl3、BF、BBrおよびBIなどである。炭化珪素基板10の処理は、アルミニウムのラジカルまたはホウ素のラジカルが存在する雰囲気下において行われる。これにより、アルミニウムまたはホウ素などのアクセプタ不純物がソース領域14内に導入される。結果として、p型を有し、凹部8の底部8bとボディ領域13とを繋ぎ、かつボディ領域13よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域18が形成される。好ましくは、コンタクト領域18は、プラズマを用いて行われる。具体的には、BCl3およびCl2を含むガスを用いて炭化珪素基板10のソース領域14に対してプラズマエッチングが行われ、炭化珪素基板10の第1の主面10aに凹部8が形成される。次に、Cl2ガスの供給が停止された後に、BCl3を含むガスを用いて凹部8が形成された炭化珪素基板10がプラズマ中で処理される。Cl2ガスを供給することなく、BCl3を用いて炭化珪素基板10のソース領域14に対してプラズマ処理が行われることにより、高濃度のホウ素がソース領域14内に導入され、凹部8の底部8bに接するコンタクト領域18が形成される。つまり、BCl3を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理することにより、コンタクト領域18が形成される。凹部8を形成する工程において、バッファ層17およびソース領域14をエッチングする工程の少なくとも一部において、プラズマエッチングによって凹部8を形成すると同時に、凹部8の底部8bに対して選択的にコンタクト領域18を形成しながら、ソース領域14を凹部8の側部8aに対して露出させてもよい。 In the recess forming step, silicon carbide substrate 10 is processed using an aluminum-based gas containing aluminum or a boron-based gas containing boron. Examples of the aluminum-based gas containing aluminum include AlCl 3 , AlF 3 , AlBr 3, and AlI 3 . Examples of the boron-based gas containing boron include BCl 3 , BF 3 , BBr 3, and BI 3 . The silicon carbide substrate 10 is processed in an atmosphere in which aluminum radicals or boron radicals are present. Thereby, acceptor impurities such as aluminum or boron are introduced into the source region 14. As a result, a contact region 18 having a p-type, connecting bottom 8b of recess 8 and body region 13 and having a higher impurity concentration than body region 13 is formed. Preferably, the contact region 18 is performed using plasma. Specifically, plasma etching is performed on source region 14 of silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 and Cl 2 to form recess 8 in first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. The Next, after the supply of the Cl 2 gas is stopped, the silicon carbide substrate 10 with the recesses 8 formed using a gas containing BCl 3 is processed in plasma. Plasma treatment is performed on the source region 14 of the silicon carbide substrate 10 using BCl 3 without supplying Cl 2 gas, so that high-concentration boron is introduced into the source region 14 and the bottom of the recess 8 A contact region 18 in contact with 8b is formed. That is, the contact region 18 is formed by processing the silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 . In the step of forming the recess 8, the recess 8 is formed by plasma etching in at least a part of the step of etching the buffer layer 17 and the source region 14, and at the same time, the contact region 18 is selectively formed with respect to the bottom 8b of the recess 8. While forming, the source region 14 may be exposed to the side 8 a of the recess 8.

代替的には、層間絶縁膜21上または層間絶縁膜21上に形成されたレジスト層(図示せず)上にアルミニウムを形成した後に、アルミニウムが露出した状態でソース領域14をプラズマエッチングすることにより、ソース領域14に凹部8が形成されつつ、凹部8の底部8bに対してアルミニウムが導入されることにより、凹部8の底部8bとボディ領域13とを繋ぐコンタクト領域18が形成されてもよい。   Alternatively, after aluminum is formed on the interlayer insulating film 21 or a resist layer (not shown) formed on the interlayer insulating film 21, the source region 14 is plasma-etched with the aluminum exposed. The contact region 18 that connects the bottom 8 b of the recess 8 and the body region 13 may be formed by introducing aluminum into the bottom 8 b of the recess 8 while the recess 8 is formed in the source region 14.

好ましくは、コンタクト領域18が含むホウ素などの不純物の濃度の最大値は、1×1019cm-3以上4×1020cm-3以下である。図3を参照して、コンタクト領域18を形成する工程後において、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対して垂直な方向における、コンタクト領域18の不純物濃度の最大値a1を示す第1位置x1と、不純物濃度の最大値a1の10分の1の不純物濃度a2を有する第2位置x2との距離は0.1μm未満である。好ましくは、凹部を形成する工程後において、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対して垂直な方向における凹部8の側部8aの高さHは、0.1μm以上0.3μm以下である。図4を参照して、好ましくは、凹部を形成する工程後において、炭化珪素基板10の第1の主面10aと平行な方向における、凹部8の底部8bの幅をW1(μm)とし、コンタクト領域18の幅をW2(μm)とした場合、W2(μm)は、W1−0.2(μm)以上W1+0.2(μm)以下である。つまり、コンタクト領域18の幅W2が凹部8の底部8bの幅W1よりも小さくなるようにコンタクト領域18が形成されてもよいし、コンタクト領域18の幅W2が凹部8の底部8bの幅W1よりも大きくなるようにコンタクト領域18が形成されてもよい。 Preferably, the maximum concentration of impurities such as boron included in the contact region 18 is 1 × 10 19 cm −3 or more and 4 × 10 20 cm −3 or less. Referring to FIG. 3, after the step of forming contact region 18, the first impurity concentration maximum value a1 in contact region 18 in the direction perpendicular to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is shown. The distance between the position x1 and the second position x2 having the impurity concentration a2 that is 1/10 of the maximum value a1 of the impurity concentration is less than 0.1 μm. Preferably, after the step of forming the recess, the height H of the side portion 8a of the recess 8 in the direction perpendicular to the first main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 is not less than 0.1 μm and not more than 0.3 μm. is there. Referring to FIG. 4, preferably, after the step of forming the recess, the width of bottom portion 8b of recess 8 in the direction parallel to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is W1 (μm), and the contact is made. When the width of the region 18 is W2 (μm), W2 (μm) is W1−0.2 (μm) or more and W1 + 0.2 (μm) or less. That is, the contact region 18 may be formed such that the width W2 of the contact region 18 is smaller than the width W1 of the bottom 8b of the recess 8, and the width W2 of the contact region 18 is smaller than the width W1 of the bottom 8b of the recess 8. The contact region 18 may be formed so as to be larger.

次に、ソース電極形成工程(S110:図5)が実施される。図14を参照して、凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接し、かつ第1の主面10aにおいてソース領域14と接しないソース電極16が形成される。凹部8の底部8bにおいてコンタクト領域18と接するようにソース電極16が形成される。ソース電極16は、アルミニウムを含む材料からなり、好ましくは、TiAlSiを含む材料からなる。ソース電極16は、たとえばスパッタリング法により形成される。ソース電極16は、凹部8の底部8bから、凹部8の側部8aに沿って、凹部8の側部8aと平行な方向に延在するように形成される。ソース電極16は、凹部8の側部8aに沿って延在する面において、バッファ層17の側部と接し、バッファ層17の上面と、層間絶縁膜21の上面とに接するように形成される。   Next, a source electrode forming step (S110: FIG. 5) is performed. Referring to FIG. 14, source electrode 16 is formed which contacts source region 14 at side 8a of recess 8 and does not contact source region 14 at first main surface 10a. Source electrode 16 is formed in contact with contact region 18 at bottom 8 b of recess 8. The source electrode 16 is made of a material containing aluminum, and preferably made of a material containing TiAlSi. The source electrode 16 is formed by, for example, a sputtering method. The source electrode 16 is formed so as to extend from the bottom 8 b of the recess 8 along the side 8 a of the recess 8 in a direction parallel to the side 8 a of the recess 8. The source electrode 16 is formed to be in contact with the side portion of the buffer layer 17 on the surface extending along the side portion 8 a of the recess 8, and to be in contact with the upper surface of the buffer layer 17 and the upper surface of the interlayer insulating film 21. .

次に、層間絶縁膜21の上面のソース電極16が除去される。たとえばマスク(図示せず)を用いて炭化珪素基板10の第1の主面10a側からドライエッチングを行うことにより、層間絶縁膜21の上面およびバッファ層17の上面の一部からソース電極16が除去される。ソース電極16は、バッファ層17の上面の一部に接し、かつ層間絶縁膜21の上面には接しないように形成される。言い換えれば、第1の主面10aに平行な方向における、バッファ層17の上面に接して設けられているソース電極16の端部は、層間絶縁膜21とバッファ層17との境界面よりも凹部8側に位置するようにソース電極16が形成される(図2参照)。   Next, the source electrode 16 on the upper surface of the interlayer insulating film 21 is removed. For example, by performing dry etching from the first main surface 10a side of silicon carbide substrate 10 using a mask (not shown), source electrode 16 is formed from a part of the upper surface of interlayer insulating film 21 and the upper surface of buffer layer 17. Removed. The source electrode 16 is formed in contact with a part of the upper surface of the buffer layer 17 and not in contact with the upper surface of the interlayer insulating film 21. In other words, the end portion of the source electrode 16 provided in contact with the upper surface of the buffer layer 17 in the direction parallel to the first main surface 10 a is recessed more than the boundary surface between the interlayer insulating film 21 and the buffer layer 17. The source electrode 16 is formed so as to be positioned on the 8 side (see FIG. 2).

次に、合金化アニール工程(S120:図5)が実施される。具体的には、ソース電極16が、凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接し、かつ凹部8の底部8bにおいてコンタクト領域18と接するように形成された炭化珪素基板10がアニールされる。具体的には、炭化珪素基板10に対して、たとえば900℃以上1100℃以下の熱処理が5分程度実施される。これにより、ソース電極16の少なくとも一部が、炭化珪素基板が含む珪素と反応してシリサイド化して合金化層を形成する。これにより、ソース領域14とオーミック接合する合金化層を含むソース電極16が形成される。好ましくは、ソース電極16は、凹部8の側部8aにおいてソース領域14とオーミック接合し、かつ凹部8の底部8bにおいてコンタクト領域18とオーミック接合する。合金化アニール工程において、コンタクト領域18が含む不純物が活性化される。   Next, an alloying annealing step (S120: FIG. 5) is performed. Specifically, silicon carbide substrate 10 formed so that source electrode 16 is in contact with source region 14 at side 8a of recess 8 and is in contact with contact region 18 at bottom 8b of recess 8 is annealed. Specifically, heat treatment of, for example, 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower is performed on silicon carbide substrate 10 for about 5 minutes. Thereby, at least a part of source electrode 16 reacts with silicon contained in the silicon carbide substrate to be silicided to form an alloyed layer. As a result, the source electrode 16 including the alloyed layer that is in ohmic contact with the source region 14 is formed. Preferably, the source electrode 16 is in ohmic contact with the source region 14 at the side 8 a of the recess 8 and is in ohmic contact with the contact region 18 at the bottom 8 b of the recess 8. In the alloying annealing step, impurities contained in the contact region 18 are activated.

次に、ソース電極16に接し、かつ層間絶縁膜21を覆うように表面保護電極19が形成される。表面保護電極19は、好ましくはAlを含む材料からなり、たとえばAlSiCuである。表面保護電極19形成後、ランプアニール工程が実施されてもよい。ランプアニール工程では、たとえば700℃以上800℃以下の温度下で、たとえば30秒間程度、表面保護電極19が設けられた炭化珪素基板10が加熱される。   Next, the surface protection electrode 19 is formed so as to contact the source electrode 16 and cover the interlayer insulating film 21. The surface protective electrode 19 is preferably made of a material containing Al, for example, AlSiCu. After the surface protective electrode 19 is formed, a lamp annealing process may be performed. In the lamp annealing step, silicon carbide substrate 10 provided with surface protective electrode 19 is heated, for example, for about 30 seconds at a temperature of 700 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.

次に、炭化珪素基板10の第2の主面10bと接して、たとえばNiSiからなるドレイン電極20が形成される。ドレイン電極20は、たとえばTiAlSiであっても構わない。ドレイン電極20の形成は、好ましくはスパッタリング法により実施されるが、蒸着により実施されても構わない。当該ドレイン電極20が形成された後、当該ドレイン電極20がたとえばレーザーアニールにより加熱される。これにより、当該ドレイン電極20の少なくとも一部がシリサイド化し、炭化珪素単結晶基板11とオーミック接合するドレイン電極20が形成される。次に、ドレイン電極20に接して裏面保護電極23が形成される。裏面保護電極23は、たとえばAlを含む材料からなる。以上のように、図1に示すMOSFET1が製造される。   Next, drain electrode 20 made of, for example, NiSi is formed in contact with second main surface 10b of silicon carbide substrate 10. The drain electrode 20 may be TiAlSi, for example. The formation of the drain electrode 20 is preferably performed by a sputtering method, but may be performed by vapor deposition. After the drain electrode 20 is formed, the drain electrode 20 is heated by, for example, laser annealing. As a result, at least a part of the drain electrode 20 is silicided, and the drain electrode 20 that is in ohmic contact with the silicon carbide single crystal substrate 11 is formed. Next, the back surface protective electrode 23 is formed in contact with the drain electrode 20. The back surface protective electrode 23 is made of, for example, a material containing Al. As described above, MOSFET 1 shown in FIG. 1 is manufactured.

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

実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接し、かつ第1の主面10aにおいてソース領域14と接しないソース電極16が形成される。ソース電極16とソース領域14との接触抵抗を低減するためには、ソース電極16とソース領域14との接触面積をある程度大きくする必要がある。第1の主面10aにおいてソース電極16がソース領域14と接している場合、ソース電極16とソース領域14との接触面積を大きくすると、半導体素子の集積度が低くなる。そこで、凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接し、かつ第1の主面10aにおいてソース領域14と接しないようにソース電極16を設けることにより、半導体素子の集積度を低減することなく、ソース電極16とソース領域14との接触面積を大きくすることができる。結果として、半導体素子の集積度を高めつつ、炭化珪素基板10のソース領域14とソース電極16との間の接触抵抗を低減することができる。   According to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, source electrode 16 is formed that contacts source region 14 at side 8a of recess 8 and does not contact source region 14 at first main surface 10a. In order to reduce the contact resistance between the source electrode 16 and the source region 14, the contact area between the source electrode 16 and the source region 14 needs to be increased to some extent. In the case where the source electrode 16 is in contact with the source region 14 on the first main surface 10a, the degree of integration of the semiconductor element is lowered when the contact area between the source electrode 16 and the source region 14 is increased. Therefore, by providing the source electrode 16 so as to be in contact with the source region 14 at the side 8a of the recess 8 and not to be in contact with the source region 14 at the first main surface 10a, without reducing the integration degree of the semiconductor element, The contact area between the source electrode 16 and the source region 14 can be increased. As a result, the contact resistance between the source region 14 and the source electrode 16 of the silicon carbide substrate 10 can be reduced while increasing the degree of integration of the semiconductor elements.

また実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、アルミニウムおよびホウ素の少なくともいずれかを含む雰囲気中において、ソース領域14上におけるバッファ層17の部分と、ソース領域14の一部とを除去することにより、第1の主面10aに連接する側部8aと、側部8aと連接する底部8bとにより形成される凹部8が形成される。凹部8を形成する工程は、p型を有し、凹部8の底部8bとボディ領域13とを繋ぎ、かつボディ領域13よりも高い不純物濃度を有するコンタクト領域18を形成する工程を含む。これにより、ソース電極16が直接接するコンタクト領域18の部分における不純物濃度を高くすることができる。それゆえ、コンタクト領域18と、ソース電極16との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。   In addition, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the portion of buffer layer 17 on source region 14 and part of source region 14 are removed in an atmosphere containing at least one of aluminum and boron. Thereby, the recessed part 8 formed of the side part 8a connected with the 1st main surface 10a and the bottom part 8b connected with the side part 8a is formed. The step of forming the recess 8 includes a step of forming a contact region 18 having a p-type, connecting the bottom 8b of the recess 8 and the body region 13 and having an impurity concentration higher than that of the body region 13. Thereby, the impurity concentration in the portion of the contact region 18 in direct contact with the source electrode 16 can be increased. Therefore, the contact resistance between the contact region 18 and the source electrode 16 can be effectively reduced.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、コンタクト領域18を形成する工程は、プラズマを用いて行われる。これにより、アルミニウムまたはホウ素を効果的に凹部8の底部8bに対して導入することができるので、不純物濃度の高いコンタクト領域18を形成することができる。結果として、ソース電極16とコンタクト領域18との間の接触抵抗を低減することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming contact region 18 is performed using plasma. Thereby, since aluminum or boron can be effectively introduced into the bottom 8b of the recess 8, the contact region 18 having a high impurity concentration can be formed. As a result, the contact resistance between the source electrode 16 and the contact region 18 can be reduced.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、ソース電極16を合金化するアニール工程をさらに備える。これにより、ソース電極16の合金化と、コンタクト領域18が含む不純物の活性化とを同時に行うことができる。   Furthermore, the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment further includes an annealing step of alloying source electrode 16. Thereby, alloying of the source electrode 16 and activation of impurities contained in the contact region 18 can be performed simultaneously.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、凹部8を形成する工程は、BCl3およびCl2を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理する工程を含む。これにより、炭化珪素基板10の第1の主面10aを効果的にエッチングすることにより、凹部8を形成することができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming recess 8 includes the step of processing silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 and Cl 2 . Thereby, recess 8 can be formed by effectively etching first main surface 10a of silicon carbide substrate 10.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、凹部8を形成する工程は、BCl3およびCl2を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理する工程の後、BCl3を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理する工程を含む。BCl3を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理する工程において、第4不純物領域18が形成される。BCl3およびCl2を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理することにより凹部8を形成し、その後BCl3を含むガスを用いて炭化珪素基板10を処理することにより、凹部8の底部8bに対してホウ素を導入することができる。結果として、凹部8の底部8bに接するコンタクト領域18の部分のホウ素濃度を高くすることができるので、コンタクト領域18と電極16との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the step of forming recess 8 includes a step of treating silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 and Cl 2 and a gas containing BCl 3. The process of processing the silicon carbide substrate 10 using is included. In the step of processing silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 , fourth impurity region 18 is formed. Recess 8 is formed by processing silicon carbide substrate 10 using a gas containing BCl 3 and Cl 2 , and then silicon carbide substrate 10 is processed using a gas containing BCl 3 , thereby forming bottom 8b of recess 8. Boron can be introduced. As a result, the boron concentration in the portion of the contact region 18 in contact with the bottom 8b of the recess 8 can be increased, so that the contact resistance between the contact region 18 and the electrode 16 can be effectively reduced.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、コンタクト領域18を形成する工程後において、コンタクト領域18の不純物濃度の最大値は、1×1019cm-3以上4×1020cm-3以下である。コンタクト領域18の不純物濃度の最大値を1×1019cm-3以上とすることにより、コンタクト領域18と電極16との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。またMOSFET1のスイッチング速度を向上することができる。コンタクト領域18の不純物濃度の最大値を4×1020cm-3以下とすることにより、コンタクト領域18の上面の結晶性が劣化することを抑制することができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, after the step of forming contact region 18, the maximum value of the impurity concentration of contact region 18 is 1 × 10 19 cm −3 or more and 4 × 10 20 cm −. 3 or less. By setting the maximum impurity concentration of the contact region 18 to 1 × 10 19 cm −3 or more, the contact resistance between the contact region 18 and the electrode 16 can be effectively reduced. Further, the switching speed of the MOSFET 1 can be improved. By setting the maximum value of the impurity concentration of the contact region 18 to 4 × 10 20 cm −3 or less, it is possible to suppress the deterioration of the crystallinity of the upper surface of the contact region 18.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、コンタクト領域18を形成する工程後において、第1の主面10aに対して垂直な方向における、コンタクト領域18の不純物濃度の最大値a1を示す位置x1と、最大値a1の10分の1の不純物濃度a2を有する位置x2との距離は0.1μm未満である。これにより、ソース電極16とボディ領域13をつなぐまでコンタクト領域18自体の直列抵抗を小さくすることができ、スイッチング速度を向上することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, after the step of forming contact region 18, the maximum value a1 of the impurity concentration in contact region 18 in the direction perpendicular to first main surface 10a is obtained. The distance between the position x1 shown and the position x2 having the impurity concentration a2 that is 1/10 of the maximum value a1 is less than 0.1 μm. Thereby, the series resistance of the contact region 18 itself can be reduced until the source electrode 16 and the body region 13 are connected, and the switching speed can be improved.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、ソース電極16は、TiAlSiを含む。これにより、第1導電型を有するソース領域14とソース電極16との間の接触抵抗と、第2導電型を有するコンタクト領域18とソース電極16との間の接触抵抗との双方を低減することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, source electrode 16 includes TiAlSi. Thereby, both the contact resistance between the source region 14 having the first conductivity type and the source electrode 16 and the contact resistance between the contact region 18 having the second conductivity type and the source electrode 16 are reduced. Can do.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、バッファ層17は、TiNを含む。これにより、バッファ層17と絶縁膜22との密着性を向上することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, buffer layer 17 includes TiN. Thereby, the adhesiveness of the buffer layer 17 and the insulating film 22 can be improved.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、凹部8を形成する工程後において、第1の主面10aに対して垂直な方向における凹部8の側部8aの高さHは、0.1μm以上0.3μm以下である。凹部8の側部8aの高さHを0.1μm以上とすることにより、電極16とソース領域14との接触面積を増大することができる。結果として、電極16とソース領域14との間の接触抵抗を低減することができる。凹部8の側部8aの高さHを0.3μm以下とすることにより、凹部8がソース領域14を貫通することを抑制することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, after the step of forming recess 8, height H of side 8a of recess 8 in the direction perpendicular to first main surface 10a is 0. .1 μm or more and 0.3 μm or less. By setting the height H of the side portion 8a of the recess 8 to 0.1 μm or more, the contact area between the electrode 16 and the source region 14 can be increased. As a result, the contact resistance between the electrode 16 and the source region 14 can be reduced. By setting the height H of the side portion 8a of the recess 8 to 0.3 μm or less, the recess 8 can be prevented from penetrating the source region 14.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、凹部8を形成する工程後において、第1の主面10aと平行な方向における、凹部8の底部8bの幅をW1(μm)とし、コンタクト領域18の幅をW2(μm)とした場合、W2(μm)は、W1−0.2(μm)以上W1+0.2(μm)以下である。W2(μm)をW1−0.2(μm)以上とすることにより、所望の接触抵抗を得るための必要最小幅を確保することができる。W2(μm)をW1+0.2(μm)以下とすることにより、側壁へ過剰な不純物侵食を抑制し、ソース電極16とソース領域14の所望の接触抵抗に必要な接触高さHを確保することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, after the step of forming recess 8, the width of bottom 8b of recess 8 in the direction parallel to first main surface 10a is set to W1 (μm), When the width of the contact region 18 is W2 (μm), W2 (μm) is W1−0.2 (μm) or more and W1 + 0.2 (μm) or less. By setting W2 ([mu] m) to be W1-0.2 ([mu] m) or more, a necessary minimum width for obtaining a desired contact resistance can be ensured. By setting W2 (μm) to W1 + 0.2 (μm) or less, excessive impurity erosion to the side wall is suppressed, and a contact height H necessary for a desired contact resistance between the source electrode 16 and the source region 14 is secured. Can do.

実施の形態1に記載のMOSFET1によれば、ソース電極16は、凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接し、かつ第1の主面10aにおいてソース領域14と接しない。ソース電極16とソース領域14との接触抵抗を低減するためには、ソース電極16とソース領域14との接触面積をある程度大きくする必要がある。第1の主面10aにおいてソース電極16がソース領域14と接している場合、ソース電極16とソース領域14との接触面積を大きくすると、半導体素子の集積度が低くなる。そこで、凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接し、かつ第1の主面10aにおいてソース領域14と接しないようにソース電極16を設けることにより、半導体素子の集積度を低減することなく、電極16とソース領域14との接触面積を大きくすることができる。結果として、半導体素子の集積度を高めつつ、炭化珪素基板10のソース領域14とソース電極16との間の接触抵抗を低減することができる。   According to MOSFET 1 described in the first embodiment, source electrode 16 is in contact with source region 14 at side 8a of recess 8 and is not in contact with source region 14 at first main surface 10a. In order to reduce the contact resistance between the source electrode 16 and the source region 14, the contact area between the source electrode 16 and the source region 14 needs to be increased to some extent. In the case where the source electrode 16 is in contact with the source region 14 on the first main surface 10a, the degree of integration of the semiconductor element is lowered when the contact area between the source electrode 16 and the source region 14 is increased. Therefore, by providing the source electrode 16 so as to be in contact with the source region 14 at the side 8a of the recess 8 and not to be in contact with the source region 14 at the first main surface 10a, without reducing the integration degree of the semiconductor element, The contact area between the electrode 16 and the source region 14 can be increased. As a result, the contact resistance between the source region 14 and the source electrode 16 of the silicon carbide substrate 10 can be reduced while increasing the degree of integration of the semiconductor elements.

また実施の形態1に記載のMOSFET1によれば、コンタクト領域18の不純物濃度の最大値は、1×1019cm-3以上4×1020cm-3以下である。コンタクト領域18の不純物濃度の最大値を1×1019cm-3以上とすることにより、コンタクト領域18とソース電極16との間の接触抵抗を効果的に低減することができる。またMOSFET1のスイッチング速度を向上することができる。コンタクト領域18の不純物濃度の最大値を4×1020cm-3以下とすることにより、コンタクト領域18の上面の結晶性が劣化することを抑制することができる。 Further, according to MOSFET 1 described in the first embodiment, the maximum value of the impurity concentration of contact region 18 is not less than 1 × 10 19 cm −3 and not more than 4 × 10 20 cm −3 . By setting the maximum impurity concentration of the contact region 18 to 1 × 10 19 cm −3 or more, the contact resistance between the contact region 18 and the source electrode 16 can be effectively reduced. Further, the switching speed of the MOSFET 1 can be improved. By setting the maximum value of the impurity concentration of the contact region 18 to 4 × 10 20 cm −3 or less, it is possible to suppress deterioration of the crystallinity of the upper surface of the contact region 18.

さらに実施の形態1に記載のMOSFET1によれば、第1の主面10aに対して垂直な方向における、コンタクト領域18の不純物濃度の最大値a1を示す位置x1と、最大値の10分の1の不純物濃度a2を有する位置x2との距離は、0.1μm未満である。これにより、ソース電極16とボディ領域13をつなぐまでコンタクト領域18自体の直列抵抗を小さくすることができ、スイッチング速度を向上することができる。   Furthermore, according to MOSFET 1 described in the first embodiment, position x1 indicating the maximum value a1 of the impurity concentration of contact region 18 in the direction perpendicular to first main surface 10a and one-tenth of the maximum value. The distance from the position x2 having the impurity concentration a2 is less than 0.1 μm. Thereby, the series resistance of the contact region 18 itself can be reduced until the source electrode 16 and the body region 13 are connected, and the switching speed can be improved.

さらに実施の形態1に記載のMOSFET1によれば、ソース電極16は、TiAlSiを含む。これにより、第1導電型を有するソース領域14とソース電極16との間の接触抵抗と、第2導電型を有するコンタクト領域18と電極16との間の接触抵抗との双方を低減することができる。   Furthermore, according to MOSFET 1 described in the first embodiment, source electrode 16 includes TiAlSi. This can reduce both the contact resistance between the source region 14 having the first conductivity type and the source electrode 16 and the contact resistance between the contact region 18 having the second conductivity type and the electrode 16. it can.

さらに実施の形態1に記載のMOSFET1によれば、バッファ層17は、TiNを含む。これにより、バッファ層17と絶縁膜22との密着性を向上することができる。   Furthermore, according to MOSFET 1 described in the first embodiment, buffer layer 17 includes TiN. Thereby, the adhesiveness of the buffer layer 17 and the insulating film 22 can be improved.

さらに実施の形態1に記載のMOSFET1によれば、第1の主面10aに対して垂直な方向における凹部8の側部8aの高さHは、0.1μm以上0.3μm以下である。凹部8の側部8aの高さHを0.1μm以上とすることにより、電極16とソース領域14との接触面積を増大することができる。結果として、電極16とソース領域14との間の接触抵抗を低減することができる。凹部8の側部8aの高さHを0.3μm以下とすることにより、凹部8がソース領域14を貫通することを抑制することができる。   Furthermore, according to MOSFET 1 described in the first embodiment, the height H of the side portion 8a of the recess 8 in the direction perpendicular to the first main surface 10a is not less than 0.1 μm and not more than 0.3 μm. By setting the height H of the side portion 8a of the recess 8 to 0.1 μm or more, the contact area between the electrode 16 and the source region 14 can be increased. As a result, the contact resistance between the electrode 16 and the source region 14 can be reduced. By setting the height H of the side portion 8a of the recess 8 to 0.3 μm or less, the recess 8 can be prevented from penetrating the source region 14.

さらに実施の形態1に記載のMOSFET1によれば、第1の主面10aと平行な方向における、凹部8の底部8bの幅をW1(μm)とし、コンタクト領域18の幅をW2(μm)とした場合、W2(μm)は、W1−0.2(μm)以上W1+0.2(μm)以下である。W2(μm)をW1−0.2(μm)以上とすることにより、所望の接触抵抗を得るための必要最小幅を確保することができる。W2(μm)をW1+0.2(μm)以下とすることにより、側壁へ過剰な不純物侵食を抑制し、ソース電極16とソース領域14の所望の接触抵抗に必要な接触高さHを確保することができる。   Furthermore, according to MOSFET 1 described in the first embodiment, the width of bottom 8b of recess 8 in the direction parallel to first main surface 10a is W1 (μm), and the width of contact region 18 is W2 (μm). In this case, W2 (μm) is W1−0.2 (μm) or more and W1 + 0.2 (μm) or less. By setting W2 ([mu] m) to be W1-0.2 ([mu] m) or more, a necessary minimum width for obtaining a desired contact resistance can be ensured. By setting W2 (μm) to W1 + 0.2 (μm) or less, excessive impurity erosion to the side wall is suppressed, and a contact height H necessary for a desired contact resistance between the source electrode 16 and the source region 14 is secured. Can do.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置の構造について説明する。実施の形態2に係るMOSFETは、炭化珪素基板10の第1の主面10aにトレンチが形成されている点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、他の構成は実施の形態1に係るMOSFETとほぼ同様である。同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。以下、異なる点を中心に実施の形態2に係るMOSFETの構造について説明する。
(Embodiment 2)
Next, the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. The MOSFET according to the second embodiment is different from the MOSFET according to the first embodiment in that a trench is formed in the first main surface 10a of the silicon carbide substrate 10, and other configurations are the same as those in the first embodiment. This is almost the same as the MOSFET. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. Hereinafter, the structure of the MOSFET according to the second embodiment will be described focusing on the different points.

図15を参照して、炭化珪素基板10の第1の主面10aにはトレンチTRが設けられている。トレンチTRは、第1の主面10aに連接する側壁部SWと、側壁部SWに連接する底部BTを有する。側壁部SWはソース領域14およびボディ領域13を貫通してドリフト領域12に至っている。側壁部SWに対向するボディ領域13の部分はチャネル領域CHとなる。トレンチTRの側壁部SWは炭化珪素基板10の第1の主面10aに対して傾斜している。トレンチTRは、開口に向かって側壁部SWがテーパー状に拡がるように設けられている。ゲート酸化膜15は、トレンチTRの側壁部SWにおいて、ソース領域14、ボディ領域13およびドリフト領域12の各々に接しており、トレンチTRの底部BTにおいてドリフト領域12と接する。ゲート酸化膜15の一部は、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいてソース領域14と接している。ゲート電極27は、ゲート酸化膜15上に接して設けられている。ゲート電極27は、ゲート酸化膜15を介してトレンチTRの側壁部SWおよび底部BTの各々に接するように設けられている。層間絶縁膜21は、ゲート電極27により形成された溝を埋めるように、ゲート電極27上に接するように形成されている。   Referring to FIG. 15, trench TR is provided in first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. Trench TR has a side wall part SW connected to first main surface 10a and a bottom part BT connected to side wall part SW. Sidewall SW passes through source region 14 and body region 13 and reaches drift region 12. The portion of the body region 13 that faces the side wall portion SW becomes the channel region CH. Sidewall portion SW of trench TR is inclined with respect to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. Trench TR is provided such that side wall portion SW expands in a tapered shape toward the opening. Gate oxide film 15 is in contact with each of source region 14, body region 13, and drift region 12 at sidewall SW of trench TR, and is in contact with drift region 12 at bottom BT of trench TR. A part of gate oxide film 15 is in contact with source region 14 on first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. The gate electrode 27 is provided on and in contact with the gate oxide film 15. Gate electrode 27 is provided in contact with each of sidewall portion SW and bottom portion BT of trench TR through gate oxide film 15. The interlayer insulating film 21 is formed in contact with the gate electrode 27 so as to fill the groove formed by the gate electrode 27.

炭化珪素基板10の第1の主面10aは、たとえば(000−1)面または(000−1)面から8°以下程度オフした面であり、第2の主面10bは、(0001)面または(0001)面から8°以下程度オフした面である。側壁部SWを形成する面は、(000−1)面に対して50°以上70°以下傾斜していることが好ましい。   First main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is, for example, a (000-1) plane or a plane that is off from the (000-1) plane by about 8 ° or less, and second main surface 10b is a (0001) plane. Alternatively, the surface is off by about 8 ° or less from the (0001) plane. The surface on which the side wall SW is formed is preferably inclined at 50 ° or more and 70 ° or less with respect to the (000-1) plane.

図15を参照して、炭化珪素基板10には、第1の主面10aに連接する側部8aと、側部8aと連接する底部8bとにより形成される凹部8が設けられている。好ましくは、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対して垂直な方向における凹部8の側部8aの高さHは、0.1μm以上0.3μm以下である。第1の主面10aに平行な方向における凹部8の底部8bの幅W1は、たとえば2μm以上3μm以下である。ソース領域14は、凹部8の側部8aの少なくとも一部を構成し、かつトレンチTRの側壁部SWの一部を構成する。凹部8の側部8aは、トレンチTRの側壁部SWに対向するように構成されている。凹部8の底部8bに沿って延在する平面は、トレンチTRの側壁部SWと交差するように構成されている。つまり、第1の主面10aに対して垂直な方向における凹部8の側部8aの高さHは、トレンチTRの側壁部SWの高さよりも小さい。   Referring to FIG. 15, silicon carbide substrate 10 is provided with a recess 8 formed by a side portion 8a connected to first main surface 10a and a bottom portion 8b connected to side portion 8a. Preferably, height H of side portion 8a of recess 8 in a direction perpendicular to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is not less than 0.1 μm and not more than 0.3 μm. The width W1 of the bottom 8b of the recess 8 in the direction parallel to the first main surface 10a is, for example, not less than 2 μm and not more than 3 μm. Source region 14 constitutes at least a part of side 8a of recess 8 and constitutes a part of side wall SW of trench TR. Side 8a of recess 8 is configured to face side wall SW of trench TR. A plane extending along the bottom 8b of the recess 8 is configured to intersect the side wall SW of the trench TR. That is, the height H of the side portion 8a of the recess 8 in the direction perpendicular to the first main surface 10a is smaller than the height of the side wall portion SW of the trench TR.

ソース電極16は、凹部8の側部8aにおいてソース領域14と接し、かつ凹部8の底部8bにおいてコンタクト領域18と接する。ソース電極16は、炭化珪素基板10の第1の主面10aにおいてソース領域14と接しない。ソース領域14は、トレンチTRの側壁部SWと、凹部8の側部8aとに挟まれるように設けられ、かつトレンチTRの側壁部SWと、コンタクト領域18とに挟まれるように設けられている。   The source electrode 16 is in contact with the source region 14 at the side 8 a of the recess 8 and is in contact with the contact region 18 at the bottom 8 b of the recess 8. Source electrode 16 does not contact source region 14 at first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. The source region 14 is provided so as to be sandwiched between the sidewall portion SW of the trench TR and the side portion 8 a of the recess 8, and is disposed so as to be sandwiched between the sidewall portion SW of the trench TR and the contact region 18. .

上記各実施の形態において、第1導電型はn型であり、かつ第2導電型はp型であるとして説明したが、第1導電型をp型とし、かつ第2導電型をn型としてもよい。上記においては、炭化珪素半導体装置の一例として、MOSFETについて説明したが、炭化珪素半導体装置は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などであっても構わない。炭化珪素半導体装置がIGBTの場合、電極16はエミッタ電極となる。   In each of the embodiments described above, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. Also good. In the above description, a MOSFET has been described as an example of a silicon carbide semiconductor device. However, the silicon carbide semiconductor device may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like. When the silicon carbide semiconductor device is an IGBT, electrode 16 serves as an emitter electrode.

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

1 炭化珪素半導体装置(MOSFET)
5 炭化珪素エピタキシャル層
8 凹部
8a 側部
8b,BT 底部
10 炭化珪素基板
10a 主面(第1の主面)
10b 第2の主面
11 炭化珪素単結晶基板
12 ドリフト領域(第1不純物領域)
13 ボディ領域(第2不純物領域)
14 ソース領域(第3不純物領域)
15 ゲート酸化膜
16 電極(ソース電極)
17 バッファ層
18 コンタクト領域(第4不純物領域)
19 表面保護電極
20 ドレイン電極
21 層間絶縁膜
22 絶縁膜
23 裏面保護電極
27 ゲート電極
80 開口部
CH チャネル領域
SW 側壁部
TR トレンチ
W1,W2 幅
X 方向
a1 最大値
a2 不純物濃度
x1 第1位置
x2 第2位置
1 Silicon carbide semiconductor device (MOSFET)
5 Silicon carbide epitaxial layer 8 Recess 8a Side 8b, BT Bottom 10 Silicon carbide substrate 10a Main surface (first main surface)
10b Second main surface 11 Silicon carbide single crystal substrate 12 Drift region (first impurity region)
13 Body region (second impurity region)
14 Source region (third impurity region)
15 Gate oxide film 16 Electrode (source electrode)
17 Buffer layer 18 Contact region (fourth impurity region)
19 Surface protective electrode 20 Drain electrode 21 Interlayer insulating film 22 Insulating film 23 Back surface protective electrode 27 Gate electrode 80 Opening portion CH Channel region SW Side wall portion TR Trench W1, W2 Width X direction a1 Maximum value a2 Impurity concentration x1 First position x2 First 2 position

Claims (18)

主面を有する炭化珪素基板を形成する工程を備え、
前記炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、前記第1不純物領域と接し、かつ前記第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、前記第1導電型を有し、前記第2不純物領域によって前記第1不純物領域から隔てられた第3不純物領域とを含み、さらに、
前記炭化珪素基板の前記主面において前記第3不純物領域が露出した開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記主面において前記第3不純物領域と接し、かつ前記開口部内において前記絶縁膜に接するバッファ層を形成する工程と、
アルミニウムおよびホウ素の少なくともいずれかを含む雰囲気中において、前記第3不純物領域上における前記バッファ層の部分と、前記第3不純物領域の一部とを除去することにより、前記主面に連接する側部と、前記側部と連接する底部とにより形成される凹部を形成する工程とを備え、
前記凹部を形成する工程は、前記第2導電型を有し、前記凹部の前記底部と前記第2不純物領域とを繋ぎ、かつ前記第2不純物領域よりも高い不純物濃度を有する第4不純物領域を形成する工程を含み、さらに、
アルミニウムを含み、前記凹部の前記底部において前記第4不純物領域と接し、前記凹部の前記側部において前記第3不純物領域と接し、かつ前記主面において前記第3不純物領域と接しない電極を形成する工程を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
Comprising a step of forming a silicon carbide substrate having a main surface,
The silicon carbide substrate includes a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region in contact with the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and the first impurity region A third impurity region having a conductivity type and separated from the first impurity region by the second impurity region, and
Forming an insulating film having an opening in which the third impurity region is exposed in the main surface of the silicon carbide substrate;
Forming a buffer layer in contact with the third impurity region on the main surface and in contact with the insulating film in the opening;
In an atmosphere containing at least one of aluminum and boron, a side portion connected to the main surface is removed by removing a portion of the buffer layer on the third impurity region and a portion of the third impurity region. And forming a recess formed by a bottom portion connected to the side portion,
The step of forming the recess includes a fourth impurity region having the second conductivity type, connecting the bottom portion of the recess and the second impurity region, and having an impurity concentration higher than that of the second impurity region. Forming, and further comprising:
Forming an electrode containing aluminum, in contact with the fourth impurity region at the bottom of the recess, in contact with the third impurity region at the side of the recess, and not in contact with the third impurity region at the main surface; A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: a step.
前記第4不純物領域を形成する工程は、プラズマを用いて行われる、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the fourth impurity region is performed using plasma. 前記電極を合金化するアニール工程をさらに備えた、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising an annealing step of alloying the electrode. 前記凹部を形成する工程は、BCl3およびCl2を含むガスを用いて前記炭化珪素基板を処理する工程を含む、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step of forming the recess comprises the step of treating the silicon carbide substrate using a gas containing BCl 3 and Cl 2, the silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 Production method. 前記凹部を形成する工程は、BCl3およびCl2を含むガスを用いて前記炭化珪素基板を処理する工程の後、BCl3を含むガスを用いて前記炭化珪素基板を処理する工程を含み、
前記BCl3を含むガスを用いて前記炭化珪素基板を処理する工程において、前記第4不純物領域が形成される、請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step of forming the recess includes a step of processing the silicon carbide substrate using a gas containing BCl 3 after the step of processing the silicon carbide substrate using a gas containing BCl 3 and Cl 2 .
The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 4, wherein the fourth impurity region is formed in the step of processing the silicon carbide substrate using the gas containing BCl 3 .
前記第4不純物領域を形成する工程後において、前記第4不純物領域の不純物濃度の最大値は、1×1019cm-3以上4×1020cm-3以下である、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The maximum value of the impurity concentration of the fourth impurity region is 1 × 10 19 cm −3 or more and 4 × 10 20 cm −3 or less after the step of forming the fourth impurity region. 6. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 5. 前記第4不純物領域を形成する工程後において、前記主面に対して垂直な方向における、前記第4不純物領域の不純物濃度の最大値を示す位置と、前記最大値の10分の1の不純物濃度を有する位置との距離は0.1μm未満である、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   After the step of forming the fourth impurity region, a position indicating the maximum value of the impurity concentration of the fourth impurity region in a direction perpendicular to the main surface, and an impurity concentration of 1/10 of the maximum value The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein a distance from the position having a thickness of less than 0.1 µm. 前記電極は、TiAlSiを含む、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode includes TiAlSi. 前記バッファ層は、TiNを含む、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The said buffer layer is a manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of any one of Claims 1-8 containing TiN. 前記凹部を形成する工程後において、前記主面に対して垂直な方向における前記凹部の前記側部の高さは、0.1μm以上0.3μm以下である、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The height of the said side part of the said recessed part in the direction perpendicular | vertical with respect to the said main surface after the process of forming the said recessed part is 0.1 micrometer or more and 0.3 micrometer or less, Any of Claims 1-9 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1. 前記凹部を形成する工程後において、前記主面と平行な方向における、前記凹部の前記底部の幅をW1(μm)とし、前記第4不純物領域の幅をW2(μm)とした場合、W2(μm)は、W1−0.2(μm)以上W1+0.2(μm)以下である、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   After the step of forming the recess, when the width of the bottom of the recess in the direction parallel to the main surface is W1 (μm) and the width of the fourth impurity region is W2 (μm), W2 ( The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein μm) is W1−0.2 (μm) or more and W1 + 0.2 (μm) or less. 主面に連接する側部と、前記側部と連接する底部とにより形成される凹部が設けられた炭化珪素基板を備え、
前記炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、前記第1不純物領域と接し、かつ前記第1導電型とは異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、前記第1導電型を有し、前記第2不純物領域によって前記第1不純物領域から隔てられた第3不純物領域と、前記第2導電型を有し、前記凹部の前記底部と前記第2不純物領域とを繋ぎ、かつ前記第2不純物領域よりも高い不純物濃度を有する第4不純物領域とを含み、さらに、
前記主面において前記第3不純物領域と接するバッファ層と、
前記凹部の前記底部において前記第4不純物領域と接し、かつアルミニウムを含む電極とを備え、
前記電極は、前記凹部の前記側部において前記第3不純物領域と接し、かつ前記主面において前記第3不純物領域と接しない、炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide substrate provided with a recess formed by a side portion connected to the main surface and a bottom portion connected to the side portion,
The silicon carbide substrate includes a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region in contact with the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and the first impurity region A third impurity region having a conductivity type and separated from the first impurity region by the second impurity region, and having the second conductivity type, and connecting the bottom portion of the recess and the second impurity region. And a fourth impurity region having an impurity concentration higher than that of the second impurity region, and
A buffer layer in contact with the third impurity region on the main surface;
An electrode in contact with the fourth impurity region at the bottom of the recess and containing aluminum;
The silicon carbide semiconductor device, wherein the electrode is in contact with the third impurity region at the side portion of the recess and is not in contact with the third impurity region at the main surface.
前記第4不純物領域の不純物濃度の最大値は、1×1019cm-3以上4×1020cm-3以下である、請求項12に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 12, wherein the maximum value of the impurity concentration of the fourth impurity region is not less than 1 × 10 19 cm −3 and not more than 4 × 10 20 cm −3 . 前記主面に対して垂直な方向における、前記第4不純物領域の不純物濃度の最大値を示す位置と、前記最大値の10分の1の不純物濃度を有する位置との距離は、0.1μm未満である、請求項12または請求項13に記載の炭化珪素半導体装置。   The distance between the position showing the maximum value of the impurity concentration of the fourth impurity region and the position having an impurity concentration of 1/10 of the maximum value in a direction perpendicular to the main surface is less than 0.1 μm The silicon carbide semiconductor device according to claim 12 or 13, wherein 前記電極は、TiAlSiを含む、請求項12〜請求項14のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。   The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 12 to 14, wherein the electrode includes TiAlSi. 前記バッファ層は、TiNを含む、請求項12〜請求項15のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。   The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 12 to 15, wherein the buffer layer includes TiN. 前記主面に対して垂直な方向における前記凹部の前記側部の高さは、0.1μm以上0.3μm以下である、請求項12〜請求項16のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。   The height of the said side part of the said recessed part in the direction perpendicular | vertical with respect to the said main surface is a silicon carbide semiconductor of any one of Claims 12-16 which is 0.1 micrometer or more and 0.3 micrometer or less. apparatus. 前記主面と平行な方向における、前記凹部の前記底部の幅をW1(μm)とし、前記第4不純物領域の幅をW2(μm)とした場合、W2(μm)は、W1−0.2(μm)以上W1+0.2(μm)以下である、請求項12〜請求項17のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。   When the width of the bottom of the recess in the direction parallel to the main surface is W1 (μm) and the width of the fourth impurity region is W2 (μm), W2 (μm) is W1-0.2. 18. The silicon carbide semiconductor device according to claim 12, wherein the silicon carbide semiconductor device is not less than (μm) and not more than W1 + 0.2 (μm).
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