JP5505443B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、トレンチ構造のJFETもしくはMOSFETを備えた炭化珪素(以下、SiCという)半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) semiconductor device including a JFET or MOSFET having a trench structure and a method for manufacturing the same.
従来、トレンチ構造のJFETを備えたSiC半導体装置が特許文献1、2に開示されている。図7は、この従来のSiC半導体装置を示した図であり、図7(a)は、平面パターン図、図7(b)は、図7(a)のX−X’断面図、図7(b)は、図7(a)のY−Y’断面図である。
Conventionally,
この図に示されるように、n+型SiC基板J1上に、n-型ドリフト層J2とp+型の第1ゲート領域J3およびn+型ソース領域J4を順に形成したのち、これらを貫通するトレンチJ5を形成し、このトレンチJ5内にn-型チャネル層J6およびp+型の第2ゲート領域J7を形成した構造としている。そして、図示しないが第2ゲート領域J7に対して電気的に接続したゲート電極に印加するゲート電圧を制御することにより、n+型ソース領域J4に電気的に接続されたソース電極とn+型SiC基板J1に電気的に接続されたドレイン電極との間にドレイン電流を流すという動作を行う。
As shown in this figure, an n − type
上記従来のSiC半導体装置は、例えば、図7(a)に示されるように各トレンチJ5が短冊状に構成されると共に、各トレンチJ5が平行に並べられることでストライプ状にレイアウトされる。しかしながら、各トレンチJ5を短冊状に配置した場合に、過剰なドレイン電流が発生することが確認された。図8は、従来のSiC半導体装置におけるゲート電圧に対するドレイン電流特性を調べたときの特性図である。この図に示されるように、ゲート電圧がJFETを作動させる閾値近傍に近づくと、閾値を超える以前からドレイン電流が発生していることが確認できる。このような閾値近傍において発生するドレイン電流により、JFETを理想的な特性、つまりゲート電圧が閾値に至った時に初めてドレイン電流が流れ始めるという理想的な特性を得ることができないという問題が発生する。 In the conventional SiC semiconductor device, for example, as shown in FIG. 7A, the trenches J5 are formed in a strip shape, and the trenches J5 are arranged in parallel to be laid out in a stripe shape. However, it was confirmed that an excessive drain current is generated when the trenches J5 are arranged in a strip shape. FIG. 8 is a characteristic diagram when the drain current characteristic with respect to the gate voltage in the conventional SiC semiconductor device is examined. As shown in this figure, when the gate voltage approaches the vicinity of the threshold for operating the JFET, it can be confirmed that the drain current has been generated before the threshold is exceeded. Due to the drain current generated in the vicinity of the threshold value, there arises a problem that the JFET cannot have an ideal characteristic, that is, an ideal characteristic that the drain current starts flowing only when the gate voltage reaches the threshold value.
なお、このような問題は、JFETに限るものではなく、蓄積型のチャネル層を備えるようなMOSFETについても同様に発生することを確認している。 It has been confirmed that such problems are not limited to JFETs, but occur similarly in MOSFETs having a storage channel layer.
本発明は上記点に鑑みて、トレンチ構造のJFETもしくはMOSFETを備える場合において、ゲート電圧が閾値近傍に近づくときに発生する過剰なドレイン電流を抑制できる構造のSiC半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides a SiC semiconductor device having a structure capable of suppressing an excessive drain current generated when a gate voltage approaches a threshold value in the case where a JFET or MOSFET having a trench structure is provided, and a method for manufacturing the SiC semiconductor device. For the purpose.
上記問題について本発明者らが鋭意検討を行ったところ、トレンチJ5の先端部に形成されるJFET構造が影響して発生しているということが判った。つまり、トレンチJ5を短冊状にする場合、基本的にはトレンチJ5の長辺を使用してJFETを構成することになるが、n+型ソース領域J4をエピタキシャル成長にて形成していることから基板全体にn+型ソース領域J4が形成されることになり、トレンチJ5の先端部にもJFETが構成されることになる。このため、トレンチJ5の先端部に形成されるJFET構造の閾値がトレンチJ5の長辺に形成されるJFET構造の閾値と異なった値となり、上記問題を発生させると考えられる。 When the present inventors diligently studied the above problem, it was found that the JFET structure formed at the tip portion of the trench J5 was affected. That is, when the trench J5 is formed in a strip shape, the long side of the trench J5 is basically used to form a JFET, but since the n + type source region J4 is formed by epitaxial growth, the substrate is formed. The n + type source region J4 is formed as a whole, and a JFET is also formed at the tip of the trench J5. For this reason, it is considered that the threshold value of the JFET structure formed at the tip of the trench J5 is different from the threshold value of the JFET structure formed at the long side of the trench J5, causing the above problem.
これについて、トレンチJ5の幅を変えて確認した。図9は、トレンチJ5の幅を変更したときのトレンチJ5の先端部の各部の様子を示した平面図である。この図に示されるように、トレンチJ5の幅を1.2μm、1.7μm、2.1μmに設定した場合、トレンチJ5の先端部において成長したn-型チャネル層J6の厚みは、それぞれ0.8μm、0.6μm、0.5μmであった。このような現象は、n-型チャネル層J6を形成する際のマイグレーションのトレンチJ5の幅に対する依存性により発生するもので、毛細管現象によりトレンチJ5の幅が狭くなるほど先端部へのマイグレーションが大きくなるために発生する。なお、参考としてn-型チャネル層J6のうちトレンチJ5の長辺部に形成される部分と先端部に形成される部分との成長量の違いについて確認したところ、図10に示す結果となり、トレンチJ5の幅が大きくなると両者の差が縮まるが、トレンチJ5の幅が小さくなるほど両者の差が広がるという結果となった。 This was confirmed by changing the width of the trench J5. FIG. 9 is a plan view showing the state of each part at the tip of the trench J5 when the width of the trench J5 is changed. As shown in this figure, when the width of the trench J5 is set to 1.2 μm, 1.7 μm, and 2.1 μm, the thickness of the n − -type channel layer J6 grown at the tip of the trench J5 is 0. They were 8 μm, 0.6 μm, and 0.5 μm. Such a phenomenon occurs due to the dependency of migration on the width of the trench J5 when forming the n − -type channel layer J6. As the width of the trench J5 becomes narrower due to the capillary phenomenon, the migration to the tip becomes larger. To occur. For reference, the difference in growth amount between the portion formed at the long side portion of the trench J5 and the portion formed at the tip portion of the n − -type channel layer J6 was confirmed, and the result shown in FIG. 10 was obtained. As the width of J5 is increased, the difference between the two is reduced. However, as the width of the trench J5 is reduced, the difference between the two is increased.
さらに、上記した各場合についてゲート電圧Vgに対するドレイン電流Idの特性を調べたところ、図11のような結果となった(なお、図中WはトレンチJ5の幅を示している)。 Further, when the characteristics of the drain current Id with respect to the gate voltage Vg were examined in each of the above cases, the result was as shown in FIG. 11 (W in the figure indicates the width of the trench J5).
図11の破線で示したように、理想的には、ゲート電圧Vgが閾値に達したときにドレイン電流が流れるという特性であるべきであるが、従来のSiC半導体装置の構造だとゲート電圧Vgに対するドレイン電流Idの特性が理想的な特性からすれている。そして、このズレは、トレンチJ5の先端に形成されるn-型チャネル層J6の厚みに応じて変化しており、厚みが厚いほどズレ量が大きくなっている。これは、n-型チャネル層J6の厚みが大きくなるほど、閾値が低下するためであり、トレンチJ5の幅が狭くなってトレンチJ5の先端部のn-型チャネル層J6が厚くなる程、先端部に構成されるJFET構造の閾値が影響して理想的な状態からずれてしまう。したがって、トレンチJ5の先端部においてJFET構造が形成されないようにすれば、上記の問題が発生しないようにできると言える。 Ideally, the drain current should flow when the gate voltage Vg reaches the threshold value, as shown by the broken line in FIG. 11. However, the gate voltage Vg is a conventional SiC semiconductor device structure. The drain current Id has a characteristic that is ideal. This deviation changes in accordance with the thickness of the n − -type channel layer J6 formed at the tip of the trench J5, and the deviation amount increases as the thickness increases. This is because the threshold value decreases as the thickness of the n − -type channel layer J6 increases, and the tip portion increases as the width of the trench J5 decreases and the n − -type channel layer J6 at the end of the trench J5 increases. The threshold value of the JFET structure configured as described above is affected and deviates from an ideal state. Therefore, if the JFET structure is not formed at the tip of the trench J5, it can be said that the above problem can be prevented.
そこで、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、JFETを備えたSiC半導体装置において、トレンチ(6)の両先端部にソース領域(4)の厚みよりも深い第2導電型領域(20)を形成し、少なくともトレンチ(6)の両先端部に位置するソース領域(4)およびチャネル層(7)が第2導電型領域(20)にて埋め尽くされるようにすることで、トレンチ(6)の両先端部にソース領域(4)が形成されないようにすることを特徴としている。 Therefore, in order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the SiC semiconductor device having the JFET, the second conductivity type deeper than the thickness of the source region (4) at both ends of the trench (6). By forming the region (20), at least the source region (4) and the channel layer (7) located at both ends of the trench (6) are filled with the second conductivity type region (20). The source region (4) is not formed at both ends of the trench (6).
このように構成されたJFETを備えるSiC半導体装置では、トレンチ(6)の両先端部に形成されたチャネル層(7)がトレンチ(6)の長辺に位置する部分よりも膜厚が厚くなっていたとしても、そのトレンチ(6)の両先端部においてJFET構造が構成されないようにできる。このため、トレンチ(6)の両先端部にJFET構造が構成される従来構造の場合のように、その両先端部のJFET構造の閾値がトレンチ(6)の長辺に位置する部分のJFET構造の閾値からずれることによる影響を受けることがない。したがって、ゲート電圧が閾値近傍に近づくときに発生する過剰なドレイン電流を抑制できる構造のSiC半導体装置とすることが可能となる。 In the SiC semiconductor device including the JFET configured as described above, the channel layer (7) formed at both ends of the trench (6) is thicker than the portion located on the long side of the trench (6). Even if this is the case, it is possible to prevent the JFET structure from being formed at both ends of the trench (6). For this reason, as in the case of the conventional structure in which the JFET structure is formed at both ends of the trench (6), the JFET structure of the portion where the threshold value of the JFET structure at both ends is located on the long side of the trench (6). It is not affected by deviation from the threshold value. Therefore, it is possible to provide a SiC semiconductor device having a structure capable of suppressing an excessive drain current generated when the gate voltage approaches the threshold.
請求項2に記載の発明では、MOSFETを備えたSiC半導体装置において、トレンチ(6)の両先端部にソース領域(4)が形成されていないことを特徴としている。このように、MOSFETを備えるSiC半導体装置においても、請求項1と同様の構造を採用することで、請求項1と同様の効果を得ることができる。
The invention according to
この場合、請求項3に記載したように、トレンチ(6)を複数本が平行に並べられたストライプ状とする場合には、第2導電型領域(20)が複数本のトレンチ(6)の先端部の領域を含む連続した領域となるようにすることができる。
In this case, as described in
請求項4または5に記載の発明は、請求項1ないし3に記載のSiC半導体装置の製造方法に関するものである。これら各請求項に記載した製造方法により、上記各SiC半導体装置を製造することが可能となる。 A fourth or fifth aspect of the present invention relates to a method of manufacturing an SiC semiconductor device according to any one of the first to third aspects. Each of the SiC semiconductor devices can be manufactured by the manufacturing method described in each of the claims.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかるSiC半導体装置を示した図であり、図1(a)は、平面パターン図、図1(b)は、図1(a)のA−A’断面図、図1(b)は、図1(a)のB−B’断面図、図1(d)は、図1(a)のC−C’断面図である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. 1A and 1B are diagrams showing a SiC semiconductor device according to the present embodiment, in which FIG. 1A is a plane pattern diagram, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 1A, and FIG. 1D is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG.
図1(a)〜(d)に示すSiC半導体装置は、n+型SiC基板1を用いて構成されている。n+型SiC基板1としては、例えばオフ基板を用いることができるが、n+型SiC基板1に形成されるJFETのセルのレイアウトとオフ方向については無関係であり、JFETのセルのレイアウトをオフ方向に合わせる必要はない。
The SiC semiconductor device shown in FIGS. 1A to 1D is configured using an n + -
まず、JFETの基本構造について説明する。JFETの基本構造は、図1(b)に示される構造とされている。具体的には、n+型SiC基板1の上に、n-型ドリフト層2、p+型の第1ゲート領域3、n+型ソース領域4が順に形成された半導体基板5にトレンチ6が形成されており、トレンチ6の内壁上から半導体基板5の表面上にかけて、n-型チャネル層7が形成されている。このn-型チャネル層7の表面上には、トレンチ6の内部を完全に埋め込むようにp+型の第2ゲート領域8が形成されている。そして、第2ゲート領域8の表面上にはゲート電極9が形成されており、その上には層間絶縁膜10を介してソース電極11が形成されている。ソース電極11は、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホールを介してn+型ソース領域4に電気的に接続されている。さらに、n+型SiC基板1の裏面にはドレイン電極12が形成されており、ドレイン領域となるn+型SiC基板1に対して電気的に接続されている。このような構造により、JFETの基本構造が構成されている。
First, the basic structure of JFET will be described. The basic structure of the JFET is the structure shown in FIG. Specifically, a
また、図1(a)に示されるように、トレンチ6の開口形状は短冊状とされており、このような開口形状である複数のトレンチ6が平行に並べられることでストライプ状に配置されている。そして、図1(c)、(d)に示されるように、トレンチ6の先端部の周辺を含めてn+型SiC基板1の外縁部においてn+型ソース領域4が除去されたメサ構造とされていると共に、トレンチ6の先端部においてn-型チャネル層7および第2ゲート領域8が除去された凹形状とされている。このため、n+型ソース領域4は、各トレンチ6の長辺に隣接する位置のみが残された状態となり、その領域のみにJFET構造が構成された状態となっている。
Further, as shown in FIG. 1A, the opening shape of the
このように構成されたJFETを備えるSiC半導体装置では、トレンチ6の先端部に形成されたn-型チャネル層7がトレンチ6の長辺に位置する部分よりも膜厚が厚くなっていたとしても、そのトレンチ6の先端部においてJFET構造が構成されないようにできる。このため、トレンチ6の先端部にJFET構造が構成される従来構造の場合のように、その先端部のJFET構造の閾値がトレンチ6の長辺に位置する部分のJFET構造の閾値からずれることによる影響を受けることがない。したがって、ゲート電圧が閾値近傍に近づくときに発生する過剰なドレイン電流を抑制できる構造のSiC半導体装置とすることが可能となる。
In the SiC semiconductor device including the JFET configured as described above, even if the n − -
特に、トレンチ6の先端部において、n-型チャネル層7のうちトレンチ6の長辺部に形成される部分よりも厚くなっている領域およびその領域から第1ゲート領域3の厚さよりも長い領域が除去された凹形状とされるようにすると良い。このようにすることで、膜厚が増大したチャネル部とn+型ソース領域4の距離がチャネル長以上となり、閾値電圧付近のオフ時においても、ドレイン電流が完全にカットされ、過剰ドレイン電流の発生を防止することができる。
In particular, in the tip portion of the
図2は、n+型ソース領域4がトレンチ6の先端部にまで残されているような従来構造と本実施形態のようにトレンチ6の先端部においてn+型ソース領域4を除去した凹形状の構造それぞれの場合におけるゲート電圧(V)に対するドレイン電流(A)の特性を調べた結果を示した図である。この図に示されるように、本実施形態の構造では、従来構造の場合のように、ゲート電圧が閾値近傍に近づいたときにドレイン電流が流れてしまうことは無く、閾値になって初めてドレイン電流が流れるようにできる。この実験結果からも、ゲート電圧が閾値近傍に近づくときに発生する過剰なドレイン電流を抑制できる構造のSiC半導体装置にできていることが判る。
FIG. 2 shows a conventional structure in which the n + -
次に、本実施形態にかかるSiC半導体装置の製造方法について説明する。図3は、本実施形態にかかるSiC半導体装置の製造工程を示した断面図であり、紙面左側は図1(b)に相当する断面、紙面右側は図1(d)に相当する断面の製造工程中の様子を示している。 Next, a method for manufacturing the SiC semiconductor device according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the SiC semiconductor device according to the present embodiment, in which the left side of the drawing corresponds to the cross section corresponding to FIG. 1B, and the right side of the drawing shows the cross section corresponding to FIG. The state during the process is shown.
まず、図3(a)に示す工程では、n+型SiC基板1の表面上にn-型ドリフト層2とp+型の第1ゲート領域3とn+型ソース領域4を順にエピタキシャル成長させることで、半導体基板5を構成する。
First, in the step shown in FIG. 3A, the n −
続いて、図3(b)に示す工程では、トレンチ6の形成予定領域が開口する図示しないマスクを配置したのち、RIE(Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングを行うことでトレンチ6を形成する。そして、エピタキシャル成長により、n-型チャネル層7を形成する。このとき、n-型チャネル層7のマイグレーションにより、トレンチ6の底部および先端部では、トレンチ6の長辺側の側壁表面よりもn-型チャネル層7の膜厚が厚く形成される。
Subsequently, in the step shown in FIG. 3B, a
また、図3(c)に示す工程では、n-型チャネル層7の表面上にp+型層からなる第2ゲート領域8をエピタキシャル成長させたのち、CMP(Chemical Mechanical Polishing)などによってn+型ソース領域4が露出するまで第2ゲート領域8およびn-型チャネル層7を平坦化し、これらがトレンチ6の内部にのみ残るようにする。
In the step shown in FIG. 3C, after the
この後、基板外縁部においてn+型ソース領域4を除去することでメサ構造を構成するが、このときに同時にトレンチ6の先端部近辺においてn+型ソース領域4とn-型チャネル層7および第2ゲート領域8を部分的に除去して凹形状とする。具体的には、基板外縁部やn+型ソース領域4とn-型チャネル層7および第2ゲート領域8のうち部分的に除去する部分が開口するマスクを配置した後、RIE等の異方性エッチングを行うことで、マスクの開口している部分を除去する。これにより、基板外縁部のn+型ソース領域4に加えて、トレンチ6の先端部においてn+型ソース領域4とn-型チャネル層7および第2ゲート領域8が部分的に除去されて凹形状となる。そして、ゲート電極9の形成工程、層間絶縁膜10の形成工程、コンタクトホール形成工程、ソース電極11の形成工程およびドレイン電極12の形成工程等、従来と同様の製造工程を施すことで、図1に示したSiC半導体装置が完成する。
Thereafter, the mesa structure is formed by removing the n +
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態と異なる手法によって、トレンチ6の先端部にJFET構造が構成されなくなるようにするものであり、SiC半導体装置の基本的な構造は第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the JFET structure is not formed at the tip of the
図4は、本実施形態にかかるSiC半導体装置を示した図であり、図4(a)は、平面パターン図、図4(b)は、図4(a)のD−D’断面図、図4(b)は、図4(a)のE−E’断面図である。 4A and 4B are diagrams illustrating the SiC semiconductor device according to the present embodiment, in which FIG. 4A is a plane pattern diagram, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line EE ′ of FIG.
図4(a)〜(c)に示されるように、本実施形態では、第1実施形態のようにトレンチ6の先端部近傍においてn+型ソース領域4とn-型チャネル層7および第2ゲート領域8を部分的に除去するのではなく、この先端部近傍の領域にp型不純物をイオン注入することで、p+型領域20を構成している。具体的には、p+型領域20は、図4(a)に示すように、各トレンチ6の先端部をすべて含むように短冊状(長方形状)にレイアウトされており、第1ゲート領域3もしくは第2ゲート領域8よりも浅く、かつ、n+型ソース領域4よりも深くされている。そして、このp+型領域20により、少なくともトレンチ6の先端部においてn+型ソース領域4と第2ゲート領域8との間に位置するn-型チャネル層7がすべてp+型領域20によって埋め尽くされることで、トレンチ6の先端部にJFET構造が構成されないようにしている。
As shown in FIGS. 4A to 4C, in the present embodiment, the n + -
このように、トレンチ6の先端部近辺をp+型領域20にて埋め尽くすようにしても、トレンチ6の先端部にJFET構造が構成されないようにできるため、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
Thus, even if the vicinity of the front end portion of the
図5は、本実施形態にかかるSiC半導体装置の製造工程を示した図であり、紙面左側は図4(b)に相当する断面、紙面右側は図4(c)に相当する断面の製造工程中の様子を示している。ただし、図5では、第1実施形態と異なる部分についてのみ示してある。 FIG. 5 is a view showing a manufacturing process of the SiC semiconductor device according to the present embodiment. The manufacturing process of the cross section corresponding to FIG. 4B on the left side of the paper and the cross section corresponding to FIG. 4C on the right side of the paper. The inside is shown. However, in FIG. 5, only the parts different from the first embodiment are shown.
まず、第1実施形態と同様に、図3(a)〜(c)に示す工程まで行うことで、図5(a)に示す構造を得る。続いて、図示しないが、LTO等のマスクを配置したのち、p+型領域20の形成予定領域を開口させる。そして、そのマスクを用いてp型不純物をイオン注入し、熱処理によって活性化することにより、図5(b)に示すようにp+型領域20を形成する。この後については図示しないが、メサ構造を構成するために、基板外縁部においてn+型ソース領域4を除去する工程やゲート電極9の形成工程、層間絶縁膜10の形成工程、コンタクトホール形成工程、ソース電極11の形成工程およびドレイン電極12の形成工程等、従来と同様の製造工程を施すことで、図4に示したSiC半導体装置が完成する。
First, similarly to the first embodiment, the process shown in FIGS. 3A to 3C is performed to obtain the structure shown in FIG. Subsequently, although not shown, after a mask such as LTO is arranged, a region where the p + type region 20 is to be formed is opened. Then, a p-type impurity is ion-implanted using the mask and activated by heat treatment, thereby forming a p + -
このように、本実施形態のSiC半導体装置の製造方法は、p+型領域20の形成工程を行うこと、および、メサ構造を構成する際にn+型ソース領域4とn-型チャネル層7および第2ゲート領域8を部分的に除去しないようにすることが第1実施形態と異なるが、基本的には第1実施形態と同様である。
As described above, the manufacturing method of the SiC semiconductor device according to the present embodiment performs the step of forming the p + -
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では、第1実施形態と異なる手法によって、トレンチ6の先端部にJFET構造が構成されなくなるようにするものであり、SiC半導体装置の基本的な構造は第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the JFET structure is not formed at the tip of the
図6は、本実施形態にかかるSiC半導体装置を示した図であり、図6(a)は、平面パターン図、図6(b)は、図6(a)のF−F’断面図、図6(b)は、図6(a)のG−G’断面図である。 6A and 6B are diagrams showing the SiC semiconductor device according to the present embodiment, in which FIG. 6A is a plane pattern diagram, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line FF ′ in FIG. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line GG ′ of FIG.
図6(a)〜(c)に示されるように、本実施形態では、第1実施形態のようにトレンチ6の先端部近傍においてn+型ソース領域4とn-型チャネル層7および第2ゲート領域8を部分的に除去するのではなく、n+型ソース領域4を選択的にイオン注入することによって形成し、n+型ソース領域4がトレンチ6の先端部近傍の領域に形成されないようにする。具体的には、図6(a)に示すように、各トレンチ6の長辺に隣接する部分にはn型不純物がイオン注入されることでn+型ソース領域4が形成されるようにしているが、図6(a)〜(c)に示されるように、トレンチ6の先端部近傍においては第2ゲート領域8の表面と同じ高さまで第1ゲート領域3が形成された状態となるようにし、n+型ソース領域4が形成されないようにしている。
As shown in FIGS. 6A to 6C, in this embodiment, the n + -
このように、n+型ソース領域4を選択的にイオン注入することによって形成し、n+型ソース領域4がトレンチ6の先端部近傍の領域に形成されないようにしても、トレンチ6の先端部にJFET構造が構成されないようにできるため、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
Thus, even if the n +
なお、このような構造のSiC半導体装置の製造方法は、n+型ソース領域4の形成工程をイオン注入によって行うことが第1実施形態と異なるが、基本的には第1実施形態と同様である。
The manufacturing method of the SiC semiconductor device having such a structure is different from the first embodiment in that the step of forming the n + -
(他の実施形態)
上記各実施形態では、JFETを備えたSiC半導体装置について説明したが、第2ゲート領域8の代わりに、n-型チャネル層7の表面にゲート絶縁膜を形成すると共にゲート絶縁膜の表面にゲート電極を配置したMOSFETを備えるSiC半導体装置についても、上記各実施形態と同様の構造を採用することができる。MOSFETを備えた半導体において上記各実施形態の構造を採用すれば、トレンチ6の先端部においてMOSFET構造が構成されないようにできることから、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the SiC semiconductor device provided with the JFET has been described. Instead of the
なお、MOSFETとJFETの製造方法の相違に関しては、n-型チャネル層7を形成した後に熱酸化等によってゲート絶縁膜を形成する工程、ゲート絶縁膜の表面にゲート電極を形成する工程、上記各実施形態で第1ゲート領域3として説明していた領域をベース領域として、このベース領域が露出するまでゲート電極とゲート絶縁膜およびn-型チャネル層7を平坦化する工程を行うことが上記各実施形態と異なるが、その他の点については上記各実施形態と同様である。
As for the difference between the MOSFET and JFET manufacturing methods, the step of forming a gate insulating film by thermal oxidation or the like after forming the n − -
また、上記第1実施形態ではトレンチ6の先端部近傍の広い範囲において凹形状とし、上記第2実施形態ではトレンチ6の先端部近傍の広い範囲においてp+型領域20を形成した。しかしながら、これらも単なる一例を示したにすぎず、少なくともトレンチ6の先端にJFET構造が構成されないように、n+型ソース領域4を除去できる凹形状、もしくはn+型ソース領域4をp型に反転させられるp+型領域20が形成されれば良い。ただし、トレンチ6の先端部において、n-型チャネル層7のうちトレンチ6の長辺部よりも厚くなっている領域がすべて除去された凹形状、もしくはp+型領域20で埋め尽くされるようにすると、エッチングマスクやp型不純物のイオン注入マスクのマスクずれが生じたとしても、より確実にトレンチ6の先端部にJFET構造やMOSFET構造が構成されないようにすることができる。
In the first embodiment, a concave shape is formed in a wide range near the tip of the
また、上記各実施形態では、n-型チャネル層7にチャネル領域が設定されるnチャネルタイプのJFETやMOSFETを例に挙げて説明したが、各構成要素の導電型を逆にしたpチャネルタイプのJFETやMOSFETに対しても本発明を適用することができる。
In each of the above embodiments, an n-channel type JFET or MOSFET in which a channel region is set in the n − -
さらに、上記第1、第2実施形態では、n+型ソース領域4をエピタキシャル成長させたものについて説明したが、第1ゲート領域3に対してn型不純物をイオン注入することによってn+型ソース領域4を形成しても良い。
Furthermore, the above first and second embodiments have been described the n + -
なお、上記各実施形態では、一方向を長手方向とする短冊状のトレンチ6として、長方形を例に挙げて説明したが、必ずしも長方形である必要はなく、平行四辺形や先端部の中心部を尖らせた六角形状(例えば正六角形の相対する二辺のみ長くした形状)などの短冊状としても構わない。
In each of the above-described embodiments, the
1 n+型SiC基板
2 n-型ドリフト層
3 第1ゲート領域(ベース層)
4 n+型ソース領域
5 半導体基板
6 トレンチ
7 n-型チャネル層
8 第2ゲート領域
9 ゲート電極
10 層間絶縁膜
11 ソース電極
12 ドレイン電極
20 p+型領域
1 n + type SiC substrate 2 n −
4 n +
Claims (6)
前記ソース領域(4)および第1ゲート領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)まで達し、一方向を長手方向とした短冊状のトレンチ(6)と、
前記トレンチ(6)の内壁上にエピタキシャル成長によって形成され、前記トレンチ(6)の両先端部において該トレンチ(6)の長辺部よりも膜厚が厚く形成された第1導電型のチャネル層(7)と、
前記チャネル層(7)の上に形成された第2導電型の第2ゲート領域(8)とを有したJFETを備え、
前記トレンチ(6)の両先端部に前記ソース領域(4)の厚みよりも深い第2導電型領域(20)が形成されており、少なくとも前記トレンチ(6)の両先端部に位置する前記ソース領域(4)および前記チャネル層(7)が前記第2導電型領域(20)にて埋め尽くされていることにより、前記トレンチ(6)の両先端部において前記ソース領域(4)が形成されていないことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 A first conductivity type substrate (1) made of silicon carbide, a first conductivity type drift layer (2) formed by epitaxial growth on the first conductivity type substrate (1), and on the drift layer (2) A first conductivity type first gate region (3) formed by epitaxial growth; and a first conductivity type source region (4) formed by epitaxial growth or ion implantation on the first gate region (3). A semiconductor substrate (5);
A strip-shaped trench (6) penetrating the source region (4) and the first gate region (3) to the drift layer (2) and having one direction as a longitudinal direction;
A channel layer of a first conductivity type formed by epitaxial growth on the inner wall of the trench (6) and having a thickness greater than the long side portion of the trench (6) at both ends of the trench (6). 7) and
A JFET having a second conductivity type second gate region (8) formed on the channel layer (7);
The second conductivity type region (20) deeper than the thickness of the source region (4) is formed at both ends of the trench (6), and the source located at least at both ends of the trench (6) Since the region (4) and the channel layer (7) are filled with the second conductivity type region (20), the source region (4) is formed at both ends of the trench (6). The silicon carbide semiconductor device characterized by not having.
前記ソース領域(4)およびベース層(3)を貫通して前記ドリフト層(2)まで達し、一方向を長手方向とした短冊状のトレンチ(6)と、
前記トレンチ(6)の内壁上にエピタキシャル成長によって形成され、前記トレンチ(6)の両先端部において該トレンチ(6)の長辺部よりも膜厚が厚く形成された第1導電型のチャネル層(7)と、
前記チャネル層(7)の上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記トレンチ(6)内において前記ゲート絶縁膜の表面に形成されたゲート電極とを有したMOSFETを備え、
前記トレンチ(6)の両先端部に前記ソース領域(4)の厚みよりも深い第2導電型領域(20)が形成されており、少なくとも前記トレンチ(6)の両先端部に位置する前記ソース領域(4)および前記チャネル層(7)が前記第2導電型領域(20)にて埋め尽くされていることにより、前記トレンチ(6)の両先端部において前記ソース領域(4)が形成されていないことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 A first conductivity type substrate (1) made of silicon carbide, a first conductivity type drift layer (2) formed by epitaxial growth on the first conductivity type substrate (1), and on the drift layer (2) A semiconductor substrate (5) having a second conductivity type base layer (3) formed by epitaxial growth and a first conductivity type source region (4) formed by epitaxial growth or ion implantation on the base layer (3). )When,
A strip-shaped trench (6) penetrating the source region (4) and the base layer (3) to the drift layer (2) and having one direction as a longitudinal direction;
A channel layer of a first conductivity type formed by epitaxial growth on the inner wall of the trench (6) and having a thickness greater than the long side portion of the trench (6) at both ends of the trench (6). 7) and
A gate insulating film formed on the channel layer (7);
A MOSFET having a gate electrode formed on the surface of the gate insulating film in the trench (6);
The second conductivity type region (20) deeper than the thickness of the source region (4) is formed at both ends of the trench (6), and the source located at least at both ends of the trench (6) Since the region (4) and the channel layer (7) are filled with the second conductivity type region (20), the source region (4) is formed at both ends of the trench (6). The silicon carbide semiconductor device characterized by not having.
前記ソース領域(4)および第1ゲート領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)まで達し、一方向を長手方向とした短冊状のトレンチ(6)を形成する工程と、
前記トレンチ(6)の内壁上にエピタキシャル成長によって、前記トレンチ(6)の両先端部において該トレンチ(6)の長辺部よりも膜厚が厚くなる第1導電型のチャネル層(7)を形成する工程と、
前記チャネル層(7)の上に形成された第2導電型の第2ゲート領域(8)を形成する工程と、
前記チャネル層(7)および前記第2ゲート領域(8)を前記ソース領域(4)が露出するまで平坦化する工程と、
前記平坦化の後に、前記トレンチ(6)の両先端部に前記ソース領域(4)の厚みよりも深く、少なくとも前記トレンチ(6)の両先端部に位置する前記ソース領域(4)を埋め尽くす第2導電型領域(20)を形成する工程と、を含むことを特徴とするJFETを備える炭化珪素半導体装置の製造方法。 A first conductivity type substrate (1) made of silicon carbide, a first conductivity type drift layer (2) formed by epitaxial growth on the first conductivity type substrate (1), and on the drift layer (2) A first conductivity type first gate region (3) formed by epitaxial growth; and a first conductivity type source region (4) formed by epitaxial growth or ion implantation on the first gate region (3). Preparing a semiconductor substrate (5);
Forming a strip-shaped trench (6) having a longitudinal direction in one direction, penetrating the source region (4) and the first gate region (3) to reach the drift layer (2);
A first conductivity type channel layer (7) is formed on the inner wall of the trench (6) by epitaxial growth so that the film thickness is thicker at the both ends of the trench (6) than at the long side of the trench (6). And a process of
Forming a second gate region (8) of the second conductivity type formed on the channel layer (7);
Planarizing the channel layer (7) and the second gate region (8) until the source region (4) is exposed;
After the planarization, the source regions (4) located at both ends of the trench (6) at least deeper than the thickness of the source region (4) are filled at both ends of the trench (6). Forming a second conductivity type region (20), and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device including a JFET.
前記ソース領域(4)およびベース層(3)を貫通して前記ドリフト層(2)まで達し、一方向を長手方向とした短冊状のトレンチ(6)を形成する工程と、
前記トレンチ(6)の内壁上にエピタキシャル成長によって、前記トレンチ(6)の両先端部において該トレンチ(6)の長辺部よりも膜厚が厚くなる第1導電型のチャネル層(7)を形成する工程と、
前記チャネル層(7)の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記トレンチ(6)内において前記ゲート絶縁膜の表面にゲート電極を形成する工程と、
前記ソース領域(4)が露出するまで前記ゲート電極と前記ゲート絶縁膜および前記チャネル層(7)を平坦化する工程と、
前記平坦化の後に、前記トレンチ(6)の両先端部に前記ソース領域(4)の厚みよりも深く、少なくとも前記トレンチ(6)の両先端部に位置する前記ソース領域(4)を埋め尽くす第2導電型領域(20)を形成する工程と、を含むことを特徴とするMOSFETを備える炭化珪素半導体装置の製造方法。 A first conductivity type substrate (1) made of silicon carbide, a first conductivity type drift layer (2) formed by epitaxial growth on the first conductivity type substrate (1), and on the drift layer (2) A semiconductor substrate (5) having a second conductivity type base layer (3) formed by epitaxial growth and a first conductivity type source region (4) formed by epitaxial growth or ion implantation on the base layer (3). )
Forming a strip-shaped trench (6) having a longitudinal direction in one direction, penetrating the source region (4) and the base layer (3) to the drift layer (2);
A first conductivity type channel layer (7) is formed on the inner wall of the trench (6) by epitaxial growth so that the film thickness is thicker at the both ends of the trench (6) than at the long side of the trench (6). And a process of
Forming a gate insulating film on the channel layer (7);
Forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film in the trench (6);
Planarizing the gate electrode, the gate insulating film and the channel layer (7) until the source region (4) is exposed;
After the planarization, the source regions (4) located at both ends of the trench (6) at least deeper than the thickness of the source region (4) are filled at both ends of the trench (6). Forming a second conductivity type region (20), and a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device including a MOSFET.
前記第2導電型領域(20)を形成工程では、複数本の前記トレンチ(6)の先端部の領域を含む連続した領域に前記第2導電型領域(20)を形成することを特徴とする請求項4または5に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 In the step of forming the trench (6), the trench (6) has a stripe shape in which a plurality of trenches (6) are arranged in parallel.
In the step of forming the second conductivity type region (20), the second conductivity type region (20) is formed in a continuous region including the region of the tip portion of the plurality of trenches (6). A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 4 or 5.
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