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JP5687128B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

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JP5687128B2
JP5687128B2 JP2011103429A JP2011103429A JP5687128B2 JP 5687128 B2 JP5687128 B2 JP 5687128B2 JP 2011103429 A JP2011103429 A JP 2011103429A JP 2011103429 A JP2011103429 A JP 2011103429A JP 5687128 B2 JP5687128 B2 JP 5687128B2
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Description

本発明は半導体装置に関し、特にワイドバンドギャップ半導体を使用した半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a wide bandgap semiconductor.

半導体装置、とりわけ金属/酸化物/半導体の接合構造(MOS)を有する電界効果型トランジスタ(MOSFET)においては、パワーエレクトロニクスへの応用と搭載機器の省エネ化の観点から低損失化が求められており、特に通電時における損失(オン損失)の低減、すなわちオン抵抗の低減が求められている。   Semiconductor devices, especially field effect transistors (MOSFETs) having a metal / oxide / semiconductor junction structure (MOS), are required to have low loss from the viewpoint of power electronics applications and energy saving of mounted equipment. In particular, there is a demand for reduction in loss (on loss) during energization, that is, reduction in on-resistance.

この解決方法として、チャネル抵抗やJFET(ジャンクションFET)抵抗を低減することが挙げられる。   One solution is to reduce channel resistance and JFET (junction FET) resistance.

特許文献1には、隣り合うウェル間(JFET領域)にウェルとは異なる第1導電型の不純物を導入して形成された不純物拡散層を設けることで、JFET領域を縮小して素子を微細化しても、JFET領域の抵抗を増加させることなくむしろ低減させて、素子のオン抵抗を低減する方法が開示されている。   In Patent Document 1, an impurity diffusion layer formed by introducing an impurity of a first conductivity type different from a well is provided between adjacent wells (JFET region), thereby reducing the JFET region and miniaturizing the element. However, a method for reducing the on-resistance of the device by reducing the resistance of the JFET region rather than increasing it is disclosed.

さらに、MOSFETの単位構造であるユニットセルにおけるチャネル長のバラツキに起因するデバイス特性のバラツキを抑えるために、同一のマスクを用いたイオン注入によって同時に形成された第1および第2不純物拡散層を形成することで、それらの離間距離によってチャネル長を決定する方法が開示されている。   Further, first and second impurity diffusion layers formed simultaneously by ion implantation using the same mask are formed in order to suppress variations in device characteristics due to variations in channel length in a unit cell which is a unit structure of the MOSFET. Thus, a method for determining the channel length according to the separation distance is disclosed.

特開2006−303324号公報JP 2006-303324 A

しかしながら、特許文献1の図2に示される第1および第2不純物拡散層の平面図においては、それらのコーナー部が直角であり、JFET領域側から見たチャネル長、すなわち第1および第2不純物拡散層の離間距離が全ての部分において一定ではないため、ユニットセル内における全ての部分で均一にオン電流が流れるものではなく、特にコーナー部では電流集中によって半導体装置の信頼性を損なう可能性があるという問題があった。   However, in the plan view of the first and second impurity diffusion layers shown in FIG. 2 of Patent Document 1, the corner portions thereof are at right angles, and the channel length viewed from the JFET region side, that is, the first and second impurities. Since the separation distance of the diffusion layer is not constant in all parts, the ON current does not flow uniformly in all parts in the unit cell, and there is a possibility that the reliability of the semiconductor device is impaired due to current concentration particularly in the corner part. There was a problem that there was.

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、ユニットセル内において均一なオン電流分布を実現して、信頼性を高めた半導体装置を提供するとともに、制御された微細なチャネル長を実現して低チャネル抵抗を図ることができる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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a semiconductor device with improved reliability by realizing a uniform on-current distribution in a unit cell, as well as a controlled fine structure. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of realizing a channel length and achieving a low channel resistance, and a manufacturing method thereof.

本発明に係る半導体装置の態様は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に配設された第1導電型の半導体層と、前記半導体層の上層部に選択的に複数配設された第2導電型のウェル領域と、前記ウェル領域の表面内に選択的に配設された第1導電型のソース領域と、前記ソース領域の端縁部に接して前記ソース領域を囲むように、前記ウェル領域の表面内に配設された第1導電型のエクステンション領域と、互いに隣り合う前記ウェル領域の上面側端縁部間に延在するように配設された第1導電型の半導体領域とを備え、前記エクステンション領域と前記半導体領域との間の距離でチャネル領域のチャネル長が規定され、前記エクステンション領域は、その平面視形状において、コーナー部が第1の曲率半径を有する円弧状をなし、前記半導体領域は、その平面視形状において、コーナー部が前記第1の曲率半径と中心を同じくする第2の曲率半径を有する円弧状をなし、前記ウェル領域は、その平面視形状において、コーナー部が第3の曲率半径を有する円弧状をなし、前記第3の曲率半径は、前記第1および第2の曲率半径よりも小さな曲率半径である。
The semiconductor device according to the present invention includes a first conductive type semiconductor substrate, a first conductive type semiconductor layer disposed on the semiconductor substrate, and a plurality of selectively disposed on an upper layer portion of the semiconductor layer. A second conductivity type well region, a first conductivity type source region selectively disposed within the surface of the well region, and surrounding the source region in contact with an edge of the source region. In addition, the first conductivity type extension region disposed in the surface of the well region and the first conductivity type of the first conductivity type disposed so as to extend between the edge portions on the upper surface side of the well regions adjacent to each other. A channel length of a channel region is defined by a distance between the extension region and the semiconductor region, and the extension region is a circle having a first radius of curvature in a planar view shape. No arc The semiconductor region, in its plan view shape, to name a circular arc shape having a second radius of curvature corner portion is also the first radius of curvature and the center, the well region, in its plan view shape, a corner part is an arc shape having a third radius of curvature, said third radius of curvature, Ru small radius of curvature der than the first and second radii of curvature.

本発明に係る半導体装置の態様によれば、チャネル領域全体のチャネル長が、第2の曲率半径と第1の曲率半径との差で決定されるチャネル長で均一となるので、半導体装置のオン動作時の電流分布が一定となり、信頼性が高くなる。   According to the aspect of the semiconductor device of the present invention, the channel length of the entire channel region is uniform with the channel length determined by the difference between the second radius of curvature and the first radius of curvature. The current distribution during operation is constant, and the reliability is increased.

本発明に係る炭化珪素半導体装置の上面図である。1 is a top view of a silicon carbide semiconductor device according to the present invention. 本発明に係る炭化珪素半導体装置の半導体基板の主面内に形成された各不純物領域を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically each impurity region formed in the main surface of the semiconductor substrate of the silicon carbide semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る炭化珪素半導体装置の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the silicon carbide semiconductor device concerning the present invention. 本発明に係る炭化珪素半導体装置の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the silicon carbide semiconductor device concerning the present invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置のユニットセルの平面図である。It is a top view of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置のユニットセルの平面図である。It is a top view of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置のユニットセルの平面図である。It is a top view of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 従来の炭化珪素半導体装置のユニットセルの平面視における不純物領域の1つのコーナー部の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of one corner part of the impurity region in the planar view of the unit cell of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来1の炭化珪素半導体装置のユニットセルの平面視における不純物領域の1つのコーナー部の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of one corner part of the impurity region in the planar view of the unit cell of the conventional silicon carbide semiconductor device. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置のユニットセルの平面視における不純物領域の1つのコーナー部の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of one corner part of the impurity region in the planar view of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置における数値計算結果を示す図である。It is a figure which shows the numerical calculation result in the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置における数値計算結果を示す図である。It is a figure which shows the numerical calculation result in the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造方法で得られた注入マスクの実例を示す図である。It is a figure which shows the example of the implantation mask obtained with the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造方法で得られた注入マスクの実例を示す図である。It is a figure which shows the example of the implantation mask obtained with the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造方法で得られた注入マスクの実例を示す図である。It is a figure which shows the example of the implantation mask obtained with the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造方法で得られた注入マスクの実例を示す図である。It is a figure which shows the example of the implantation mask obtained with the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置の製造方法で得られた注入マスクの実例を示す図である。It is a figure which shows the example of the implantation mask obtained with the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置のユニットセルの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置のユニットセルの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の炭化珪素半導体装置のユニットセルの平面視における不純物領域の1つのコーナー部の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of one corner part of the impurity region in the planar view of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の炭化珪素半導体装置の構成示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の炭化珪素半導体装置のユニットセルの平面視における不純物領域の1つのコーナー部の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of one corner part of the impurity region in the planar view of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の炭化珪素半導体装置のユニットセルの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態3の炭化珪素半導体装置の構成示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 3 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態3の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 3 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態3の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 3 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態3の炭化珪素半導体装置のユニットセルの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the unit cell of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 3 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態4の炭化珪素半導体装置の構成示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 4 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態4の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 4 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態4の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 4 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態4の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 4 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態5の炭化珪素半導体装置の構成示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 5 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態5の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of Embodiment 5 which concerns on this invention.

<はじめに>
「MOS」という用語は、古くは金属/酸化物/半導体の接合構造に用いられており、Metal-Oxide-Semiconductorの頭文字を採ったものとされている。しかしながら特にMOS構造を有する電界効果トランジスタ(以下、単に「MOSトランジスタ」と称す)においては、近年の集積化や製造プロセスの改善などの観点からゲート絶縁膜やゲート電極の材料が改善されている。
<Introduction>
The term “MOS” has been used in the past for metal / oxide / semiconductor junctions, and is taken from the acronym Metal-Oxide-Semiconductor. However, in particular, in a field effect transistor having a MOS structure (hereinafter, simply referred to as “MOS transistor”), materials for a gate insulating film and a gate electrode have been improved from the viewpoint of recent integration and improvement of a manufacturing process.

例えばMOSトランジスタにおいては、主としてソース・ドレインを自己整合的に形成する観点から、ゲート電極の材料として金属の代わりに多結晶シリコンが採用されてきている。また電気的特性を改善する観点から、ゲート絶縁膜の材料として高誘電率の材料が採用されるが、当該材料は必ずしも酸化物には限定されない。   For example, in a MOS transistor, polycrystalline silicon has been adopted instead of metal as a material of a gate electrode mainly from the viewpoint of forming a source / drain in a self-aligned manner. From the viewpoint of improving electrical characteristics, a material having a high dielectric constant is adopted as a material for the gate insulating film, but the material is not necessarily limited to an oxide.

従って「MOS」という用語は必ずしも金属/酸化物/半導体の積層構造のみに限定されて採用されているわけではなく、本明細書でもそのような限定を前提としない。すなわち、技術常識に鑑みて、ここでは「MOS」とはその語源に起因した略語としてのみならず、広く導電体/絶縁体/半導体の積層構造をも含む意義を有する。   Therefore, the term “MOS” is not necessarily limited to the metal / oxide / semiconductor stacked structure, and is not presumed in this specification. That is, in view of the common general knowledge, “MOS” is not only an abbreviation derived from the word source, but also has a meaning including widely a laminated structure of a conductor / insulator / semiconductor.

また、以下の記載では、不純物の導電型に関して、n型を「第1導電型」、p型を「第2導電型」として一般的に定義するが、その逆の定義でも構わない。   Further, in the following description, regarding the conductivity type of impurities, the n-type is generally defined as “first conductivity type” and the p-type is defined as “second conductivity type”, but the opposite definition may be used.

<実施の形態1>
<装置構成>
図1は、本発明に係る実施の形態1の炭化珪素(SiC)半導体装置、より具体的には、SiC基板上に形成されたMOS構造を有する電界効果トランジスタ(炭化珪素MOSトランジスタ)1000の上面構成を模式的に示す平面図である。
<Embodiment 1>
<Device configuration>
FIG. 1 shows a silicon carbide (SiC) semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, more specifically, a top surface of a field effect transistor (silicon carbide MOS transistor) 1000 having a MOS structure formed on a SiC substrate. It is a top view which shows a structure typically.

図1に示すように、炭化珪素MOSトランジスタ1000は矩形の外形を有するチップ5の主面の中央部に、ソースパッド41が設けられ、ソースパッド41の外方を囲むようにゲート配線44が設けられている。   As shown in FIG. 1, silicon carbide MOS transistor 1000 has a source pad 41 provided at the center of the main surface of chip 5 having a rectangular outer shape, and a gate wiring 44 provided so as to surround the outside of source pad 41. It has been.

ソースパッド41の平面視形状は、一辺の中央部が内側に凹んだ矩形をなし、ソースパッド41の内側に凹んだ部分に入り込むように、周囲のゲート配線44から延在するゲートパッド45が設けられている。   The source pad 41 has a rectangular shape in which the central part of one side is recessed inward, and a gate pad 45 extending from the surrounding gate wiring 44 is provided so as to enter the recessed part inside the source pad 41. It has been.

ゲートパッド45は、外部の制御回路(図示せず)からゲート電圧が印加される部位であり、ここに印加されたゲート電圧は、ゲート配線44を通じてMOSトランジスタの最小単位構造であるユニットセルのゲート電極(図示せず)に供給される。   The gate pad 45 is a portion to which a gate voltage is applied from an external control circuit (not shown). The gate voltage applied thereto is a gate of a unit cell which is a minimum unit structure of a MOS transistor through a gate wiring 44. It is supplied to an electrode (not shown).

ソースパッド41は、ユニットセルが複数配置された活性領域上に設けられ、各ユニットセルのソース電極(図示せず)が並列に接続される構成となっている。   The source pad 41 is provided on an active region where a plurality of unit cells are arranged, and a source electrode (not shown) of each unit cell is connected in parallel.

ソースパッド41の下方には、ユニットセルが形成された活性領域ARの端縁部に終端ウェル領域27が設けられ、さらに終端ウェル領域27を囲むように形成された終端低抵抗領域28、終端低抵抗領域28を囲むように形成されたJTE(Junction Termination Extension)領域50およびJTE領域50から離間してJTE領域50を囲むように形成されたフィールドストップ領域13が設けられているが、これらについては後に説明する。   Below the source pad 41, a termination well region 27 is provided at the edge of the active region AR where the unit cell is formed, and a termination low resistance region 28 formed so as to surround the termination well region 27, A JTE (Junction Termination Extension) region 50 formed so as to surround the resistance region 28 and a field stop region 13 formed so as to surround the JTE region 50 apart from the JTE region 50 are provided. This will be explained later.

なお、通常の製品では、温度センサーおよび電流センサー用の電極が併せて形成されている場合が多いが、それらの電極の形成の有無は、本発明の構成および効果とは関係が薄いので、説明および図示は省略する。   Note that in ordinary products, electrodes for temperature sensors and current sensors are often formed together, but the presence or absence of these electrodes is not related to the configuration and effects of the present invention. And illustration is abbreviate | omitted.

また、ゲートパッド45の位置、個数、ゲート配線44の形状およびソースパッド41の形状、個数等もMOSトランジスタによっては多種多様のケースが有り得るが、それらも、上記の電流センサー用電極等と同様に、本発明の構成および効果とは関係が薄いので、説明および図示は省略する。   Further, the position and number of the gate pads 45, the shape of the gate wiring 44 and the shape and number of the source pads 41 may have various cases depending on the MOS transistor, but these are also the same as the current sensor electrodes described above. Since the relationship with the configuration and effect of the present invention is small, description and illustration are omitted.

図2は、炭化珪素MOSトランジスタ1000の、半導体基板の主面内に形成された各不純物領域を模式的に示す平面図であり、図1に示したソースパッド41、ゲート配線44およびゲートパッド45の下方の構成を示している。   FIG. 2 is a plan view schematically showing each impurity region formed in the main surface of the semiconductor substrate of silicon carbide MOS transistor 1000. Source pad 41, gate wiring 44 and gate pad 45 shown in FIG. The structure below is shown.

ユニットセルUCが複数配置された活性領域ARの端縁部には、第2導電型の終端ウェル領域27が設けられ、さらに終端ウェル領域27を囲むように第2導電型の終端低抵抗領域28が設けられ、終端低抵抗領域28を囲むように第2導電型のJTE領域50が設けられ、JTE領域50から離間してJTE領域50を囲むように第1導電型のフィールドストップ領域13が設けられている。   A second conductivity type termination well region 27 is provided at an edge of the active region AR where a plurality of unit cells UC are arranged, and a second conductivity type termination low resistance region 28 is provided so as to surround the termination well region 27. The second conductivity type JTE region 50 is provided so as to surround the terminal low resistance region 28, and the first conductivity type field stop region 13 is provided so as to surround the JTE region 50 apart from the JTE region 50. It has been.

ユニットセルUCは、正方形の外形を有し、その配列は、各ユニットセルUCの中心位置が、隣り合う配列における各ユニットセルUCの中心位置とは半周期ずれて互い違いとなるように配列されている。   The unit cells UC have a square outer shape, and are arranged so that the center positions of the unit cells UC are staggered with a half-cycle shift from the center positions of the unit cells UC in the adjacent arrays. Yes.

なお、上記は一例であり、ユニットセルUCの外形は正方形に限定されず、長方形や六角形でも良いし、縦方向、横方向ともに配設周期を同じとしても良い。   Note that the above is an example, and the outer shape of the unit cell UC is not limited to a square, but may be a rectangle or a hexagon, and the arrangement period may be the same in both the vertical and horizontal directions.

次に、図1に示すA−A線での断面構成を、図3に示す断面図を用いて説明する。図3に示すように、炭化珪素MOSトランジスタ1000は、第1導電型の不純物を含む炭化珪素基板である半導体基板1の主面上に形成された第1導電型のドリフト層2と、半導体基板1の裏面側(ソースパッド41が設けられる主面側とは反対側)に形成された、オーミック電極42およびその上に形成されたドレイン電極43とを備えている。   Next, a cross-sectional configuration taken along line AA shown in FIG. 1 will be described using the cross-sectional view shown in FIG. As shown in FIG. 3, silicon carbide MOS transistor 1000 includes a first conductivity type drift layer 2 formed on a main surface of semiconductor substrate 1 which is a silicon carbide substrate containing a first conductivity type impurity, and a semiconductor substrate. 1 is provided with an ohmic electrode 42 and a drain electrode 43 formed on the ohmic electrode 42, which are formed on the back surface side (the side opposite to the main surface side on which the source pad 41 is provided).

また、ドリフト層2の上層部には、選択的に複数形成された第2導電型のウェル領域20と、ウェル領域20と同じ深さであって、活性領域ARの端縁部を規定する第2導電型の終端ウェル領域27と、終端ウェル領域27の端面と接続し、終端ウェル領域27を囲むJTE領域50と、JTE領域50から離間してJTE領域50を囲むフィールドストップ領域13とが設けられている。   In addition, in the upper layer portion of the drift layer 2, a plurality of well regions 20 of a second conductivity type that are selectively formed and the same depth as the well regions 20 and defining the edge of the active region AR are defined. A two-conductivity type termination well region 27, a JTE region 50 connected to the end face of the termination well region 27 and surrounding the termination well region 27, and a field stop region 13 spaced from the JTE region 50 and surrounding the JTE region 50 are provided. It has been.

ウェル領域20の表面内には、第1導電型のソース領域12と、ソース領域12の中央部上面側からソース領域12を貫通してウェル領域20内に達する第2導電型のウェルコンタクト領域21と、ソース領域12の端面と接続しMOS構造の一部をなすソースエクステンション領域10が設けられている。   In the surface of the well region 20, a first conductivity type source region 12 and a second conductivity type well contact region 21 that penetrates the source region 12 from the upper surface side of the central portion of the source region 12 and reaches the well region 20. And a source extension region 10 which is connected to the end face of the source region 12 and forms a part of the MOS structure.

終端ウェル領域27の表面内にも、ソース領域12と、ソース領域12の中央部上面側からソース領域12を貫通して終端ウェル領域27に達するウェルコンタクト領域21と、ソース領域12の端面と接続するソースエクステンション領域10が設けられているが、これらは、終端ウェル領域27のウェル領域20と対向する側の端縁部にのみ設けられており、終端ウェル領域27の表面内の大部分には、第2導電型の終端低抵抗領域28が設けられ、JTE領域50は終端低抵抗領域28の端面にも接続している。   Also in the surface of the termination well region 27, the source region 12, the well contact region 21 that reaches the termination well region 27 through the source region 12 from the center upper surface side of the source region 12, and the end surface of the source region 12 are connected. The source extension region 10 is provided only at the edge of the termination well region 27 on the side facing the well region 20, and most of the surface of the termination well region 27 is disposed on the edge of the termination well region 27. The terminal conductive low resistance region 28 of the second conductivity type is provided, and the JTE region 50 is also connected to the end face of the terminal low resistance region 28.

ウェル領域20の上面側端縁部から終端ウェル領域27の上面側端縁部にかけて第1導電型のJFETエクステンション領域11が延在しており、JFETエクステンション領域11は、JFETエクステンション領域11とソースエクステンション領域10との間のウェル領域20および終端ウェル領域27の内部をチャネル領域として規定している。   A first conductivity type JFET extension region 11 extends from an upper surface side edge of the well region 20 to an upper surface side edge of the termination well region 27. The JFET extension region 11 includes the JFET extension region 11 and the source extension. The inside of the well region 20 and the termination well region 27 between the region 10 is defined as a channel region.

ここで、JFET領域とは隣り合うウェル間の領域であり、このJFET領域に比較的高濃度の第1導電型の不純物を注入することにより、オン状態の場合にチャネル領域から炭化珪素基板1に向けて形成される電流経路の抵抗値を低減することができ、縦型MOSFET全体のオン抵抗を低減できる。   Here, the JFET region is a region between adjacent wells. By implanting a relatively high concentration of the first conductivity type impurity into the JFET region, the channel region can be transferred to the silicon carbide substrate 1 in the ON state. Therefore, the resistance value of the current path formed in the direction can be reduced, and the on-resistance of the entire vertical MOSFET can be reduced.

ドリフト層2の主面上には、JFETエクステンション領域11とソースエクステンション領域10との間のウェル領域20および終端ウェル領域27と、終端ウェル領域27の一部と、ソース領域12の端縁部上およびソースエクステンション領域10上およびJFETエクステンション領域11上を覆うように形成されたゲート絶縁膜30と、ゲート絶縁膜30が形成されていないドリフト層2上に形成されたフィールド酸化膜31とが形成されている。   On the main surface of the drift layer 2, the well region 20 and the termination well region 27 between the JFET extension region 11 and the source extension region 10, a part of the termination well region 27, and the edge of the source region 12 And a gate insulating film 30 formed so as to cover the source extension region 10 and the JFET extension region 11, and a field oxide film 31 formed on the drift layer 2 where the gate insulating film 30 is not formed. ing.

また、JFETエクステンション領域11上からチャネル領域上およびソースエクステンション領域10上に位置するゲート絶縁膜30の上にゲート電極35が形成され、ゲート電極35を覆うように層間絶縁膜32が形成されている。   A gate electrode 35 is formed on the gate insulating film 30 located on the channel region and the source extension region 10 from the JFET extension region 11, and an interlayer insulating film 32 is formed so as to cover the gate electrode 35. .

ゲート電極35は、ゲート絶縁膜30とフィールド酸化膜31とが接続する部分においても形成され、また、終端低抵抗領域28上のフィールド酸化膜31上にも形成されており、それらのゲート電極35も層間絶縁膜32によって覆われている。   The gate electrode 35 is also formed at a portion where the gate insulating film 30 and the field oxide film 31 are connected, and is also formed on the field oxide film 31 on the terminal low resistance region 28. Is also covered with an interlayer insulating film 32.

層間絶縁膜32を貫通して、終端低抵抗領域28上方のゲート電極35に到達するようにゲートコンタクトホールGCが設けられ、ゲートコンタクトホールGCを埋め込むようにゲート配線44が形成されている。   A gate contact hole GC is provided so as to penetrate the interlayer insulating film 32 and reach the gate electrode 35 above the terminal low resistance region 28, and a gate wiring 44 is formed so as to fill the gate contact hole GC.

また、層間絶縁膜32およびフィールド酸化膜31を貫通して、終端低抵抗領域28上に形成されたオーミック電極40に到達するようにウェルコンタクトホールWCが設けられ、層間絶縁膜32を貫通して、ウェルコンタクト領域21およびソース領域12上に形成されたオーミック電極40に到達するようにソースコンタクトホールSCが設けられ、ウェルコンタクトホールWCおよびソースコンタクトホールSCを埋め込むようにソースパッド41が形成されている。このような構成により、ソースパッド41は、ソース領域12と接続されたソース電極であるとともに、ソース領域12と終端ウェル領域27とを電気的に接続する部材でもある。   A well contact hole WC is provided so as to reach the ohmic electrode 40 formed on the terminal low resistance region 28 through the interlayer insulating film 32 and the field oxide film 31, and penetrate through the interlayer insulating film 32. Source contact hole SC is provided so as to reach ohmic electrode 40 formed on well contact region 21 and source region 12, and source pad 41 is formed so as to fill well contact hole WC and source contact hole SC. Yes. With such a configuration, the source pad 41 is a source electrode connected to the source region 12 and also a member for electrically connecting the source region 12 and the termination well region 27.

次に、図1に示すB−B線での断面構成を、図4に示す断面図を用いて説明する。図4においては、1つのユニットセルUCを破線で囲んで示している。図4に示すように、ユニットセルUCは、1つのウェル領域20の表面内に形成された、ソース領域12と、ソース領域12の中央部上面側からソース領域12を貫通してウェル領域20内に達するウェルコンタクト領域21と、ソース領域12の端面と接続しMOS構造の一部をなすソースエクステンション領域10を含んでいる。   Next, a cross-sectional configuration taken along line BB shown in FIG. 1 will be described with reference to a cross-sectional view shown in FIG. In FIG. 4, one unit cell UC is surrounded by a broken line. As shown in FIG. 4, the unit cell UC has a source region 12 formed in the surface of one well region 20, and penetrates through the source region 12 from the upper surface side of the central portion of the source region 12. A well contact region 21 reaching the end of the source region 12 and a source extension region 10 connected to the end face of the source region 12 and forming a part of the MOS structure.

互いに隣り合うウェル領域20の上面側端縁部間にはJFETエクステンション領域11が延在しており、JFETエクステンション領域11は、JFETエクステンション領域11とソースエクステンション領域10との間のウェル領域20の内部をチャネル領域として規定している。   A JFET extension region 11 extends between edge portions on the upper surface side of adjacent well regions 20, and the JFET extension region 11 is located inside the well region 20 between the JFET extension region 11 and the source extension region 10. Is defined as the channel region.

ソース領域12は、ソース電極であるソースパッド41とオーミック電極40を介して電気的に接続されている。   The source region 12 is electrically connected to the source pad 41 that is a source electrode via the ohmic electrode 40.

ここで、ウェル領域20の断面形状は、底面側が広く上面側が狭い台形状をなしており、隣り合うウェル領域20間において、ウェル領域20の底面側の最も突出した部分(頂点と呼称)との間の距離で最小幅が規定される領域がJFET領域7であり、JFET領域7はウェル領域20を囲んでいる。   Here, the cross-sectional shape of the well region 20 has a trapezoidal shape in which the bottom surface side is wide and the top surface side is narrow. The region where the minimum width is defined by the distance between them is the JFET region 7, and the JFET region 7 surrounds the well region 20.

次に、図4に示すC−C線での平面構成を、図5に示す平面図を用いて説明する。図5に示すように、外形が略四角形のオーミック電極40の周囲を層間絶縁膜32が囲み、さらにその外周はゲート電極35によって囲まれている。   Next, the planar configuration taken along line CC shown in FIG. 4 will be described with reference to the plan view shown in FIG. As shown in FIG. 5, an interlayer insulating film 32 surrounds the ohmic electrode 40 having a substantially rectangular outer shape, and the outer periphery thereof is surrounded by the gate electrode 35.

次に、図4に示すD−D線での平面構成を、図6に示す平面図を用いて説明する。図6に示すように、外形が略四角形のウェルコンタクト領域21の周囲をソース領域12が囲み、ソース領域12の周囲を、ソースエクステンション領域10とJFETエクステンション領域11が囲んでおり、ソースエクステンション領域10とJFETエクステンション領域11との間のウェル領域20の内部がチャネル領域となり、図中のL1で示される長さが、チャネル長に相当することとなる。   Next, a planar configuration taken along line DD shown in FIG. 4 will be described using the plan view shown in FIG. As shown in FIG. 6, the source region 12 surrounds the periphery of the well contact region 21 having a substantially rectangular outer shape, and the source extension region 10 and the JFET extension region 11 surround the source region 12. And the inside of the well region 20 between the JFET extension region 11 becomes a channel region, and the length indicated by L1 in the drawing corresponds to the channel length.

次に、図4に示すE−E線での平面構成を、図7に示す平面図を用いて説明する。図7に示すように、外形が略四角形のウェルコンタクト領域21の周囲をソース領域12が囲み、ソース領域12の周囲をウェル領域20が囲んでおり、ウェル領域20の周囲をJFET領域7が囲んでいる。なお、図4に示されるようにJFET領域7は、隣り合うユニットセルUCとの間に渡るように存在するので、その幅をL2とした場合、1つのユニットセルUCではL2の半分の長さ(L2/2)となる。   Next, the planar configuration taken along line EE shown in FIG. 4 will be described using the plan view shown in FIG. As shown in FIG. 7, the source region 12 surrounds the well contact region 21 whose outer shape is substantially square, the well region 20 surrounds the source region 12, and the JFET region 7 surrounds the well region 20. It is out. As shown in FIG. 4, the JFET region 7 exists so as to extend between adjacent unit cells UC. Therefore, when the width is L2, in one unit cell UC, the length is half of L2. (L2 / 2).

本発明における特徴の1つは、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11のそれぞれのコーナー部の頂点を、写真製版処理で生じる曲率半径よりも大きな曲率半径をコーナー部に有するマスクを用いて、中心が等しい半径r1およびr2の曲率半径であるとともに、r2−r1=L1(チャネル長)の関係を満たすように形成することで、ユニットセルUC内におけるチャネル長が、コーナー部を含めたチャネル領域の全ての部分で一定となる。この結果、ユニットセルUC内において均一なオン電流分布を実現してMOSトランジスタ1000の信頼性を高めることが可能となる。   One of the features of the present invention is that the corners of the source extension region 10 and the JFET extension region 11 are centered using a mask having a radius of curvature at the corner larger than the radius of curvature generated in the photoengraving process. Are equal to the radii of curvature of the radii r1 and r2, and satisfy the relationship r2-r1 = L1 (channel length), so that the channel length in the unit cell UC is equal to that of the channel region including the corner portion. Constant in all parts. As a result, a uniform on-current distribution can be realized in the unit cell UC, and the reliability of the MOS transistor 1000 can be improved.

<製造方法>
次に、製造工程を示す図8〜図22を参照して、実施の形態1の炭化珪素MOSトランジスタ1000の製造方法について説明する。なお、図8〜図22に示す断面図は、素子終端部の構造を含まず、例えば図1のB−B線での位置のように、ユニットセルUCが配設された領域の任意の位置での1つのユニットセルUCに相当する部分での断面図を示したものである。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing silicon carbide MOS transistor 1000 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the cross-sectional views shown in FIGS. 8 to 22 do not include the structure of the element termination portion, and for example, an arbitrary position in the region where the unit cell UC is disposed, such as the position along the line BB in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion corresponding to one unit cell UC.

先ず、半導体基板1として第1導電型の不純物を含む炭化珪素基板を準備する。ここで、半導体基板1の材料としては炭化珪素の他、珪素(Si)に比べてバンドギャップの大きなワイドバンドギャップ半導体を用いることが可能であり、他のワイドバンドギャップ半導体としては、例えば窒化ガリウム系材料、窒化アルミニウム系材料、ダイヤモンド等が挙げられる。   First, a silicon carbide substrate containing a first conductivity type impurity is prepared as the semiconductor substrate 1. Here, as a material of the semiconductor substrate 1, in addition to silicon carbide, a wide band gap semiconductor having a band gap larger than that of silicon (Si) can be used. Examples of other wide band gap semiconductors include gallium nitride. Materials, aluminum nitride materials, diamond, and the like.

このようなワイドバンドギャップ半導体を基板材料として構成されるスイッチングデバイスやダイオードは、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、シリコン半導体装置に比べて小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチングデバイスやダイオードを用いることにより、これらのデバイスを組み込んだ半導体装置モジュールの小型化が可能となる。   Switching devices and diodes composed of such wide bandgap semiconductors as substrate materials have high voltage resistance and high allowable current density, and therefore can be made smaller than silicon semiconductor devices. By using switching devices and diodes, it is possible to reduce the size of a semiconductor device module incorporating these devices.

また、耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷ではなく空冷による冷却も可能となり、半導体装置モジュールの一層の小型化が可能となる。   In addition, since the heat resistance is high, it is possible to reduce the size of the heat sink fins of the heat sink and to cool by air cooling instead of water cooling, thereby further miniaturizing the semiconductor device module.

また、半導体基板1の面方位は、c軸方向に対して8°以下に傾斜していても良いが、傾斜していなくても良く、また、どのような面方位を有していても良い。   Further, the surface orientation of the semiconductor substrate 1 may be inclined to 8 ° or less with respect to the c-axis direction, but may not be inclined, and may have any surface orientation. .

次に、図8に示す工程において、エピタキシャル結晶成長により半導体基板1の上部に第1導電型の炭化珪素エピタキシャル層を形成してドリフト層2とする。ここで、ドリフト層2の第1導電型の不純物濃度は、例えば1×1013cm-3〜1×1018cm-3の範囲であり、厚みは4μm〜200μmである。 Next, in the step shown in FIG. 8, a silicon carbide epitaxial layer of the first conductivity type is formed on the upper portion of the semiconductor substrate 1 by epitaxial crystal growth to form the drift layer 2. Here, the impurity concentration of the first conductivity type of the drift layer 2 is, for example, in the range of 1 × 10 13 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 , and the thickness is 4 μm to 200 μm.

次に、ドリフト層2の主面上にレジスト材を塗布し(またはシリコン酸化膜を形成し)、フォトリソグラフィ(およびエッチング)によりパターニングして、ウェル領域20および終端ウェル領域27(図3)に対応する部分が開口部となった注入マスク100を形成する。その後、当該注入マスク100を用いて、第2導電型の不純物のイオン注入を行い、ウェル領域20および終端ウェル領域27(図3)を形成する。   Next, a resist material is applied on the main surface of the drift layer 2 (or a silicon oxide film is formed) and patterned by photolithography (and etching) to form the well region 20 and the termination well region 27 (FIG. 3). An implantation mask 100 in which the corresponding part is an opening is formed. Thereafter, ion implantation of the second conductivity type impurity is performed using the implantation mask 100 to form the well region 20 and the termination well region 27 (FIG. 3).

ここで、不純物イオンの注入時の半導体基板1は、積極的に加熱を行わなくても良いし、100℃〜800℃の温度に加熱してイオン注入を行っても良い。また注入不純物としては、第1導電型をn型とする場合には窒素(N)またはリン(P)が好適であり、第1導電型をp型とする場合にはアルミニウム(Al)または硼素(B)が好適である。   Here, the semiconductor substrate 1 at the time of implanting impurity ions may not be positively heated, or may be ion-implanted by heating to a temperature of 100 ° C. to 800 ° C. As the implanted impurity, nitrogen (N) or phosphorus (P) is preferable when the first conductivity type is n-type, and aluminum (Al) or boron is preferable when the first conductivity type is p-type. (B) is preferred.

また、ウェル領域20の深さは、ドリフト層2の底面を超えないように設定し、例えば0.3μm〜2.0μmの範囲の深さとする。   The depth of the well region 20 is set so as not to exceed the bottom surface of the drift layer 2, and is set to a depth in the range of 0.3 μm to 2.0 μm, for example.

また、ウェル領域20の不純物濃度はドリフト層2の不純物濃度を超え、例えば1×1015cm-3〜1×1019cm-3の範囲に設定される。ただし、ウェル領域20の最表面近傍に限っては、炭化珪素MOSトランジスタ1000のチャネル領域における導電性を高めるために、ウェル領域20の第2導電型の不純物濃度がドリフト層2の第1導電型の不純物濃度を下回っていても良い。 The impurity concentration of the well region 20 exceeds the impurity concentration of the drift layer 2 and is set, for example, in the range of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 . However, only in the vicinity of the outermost surface of well region 20, the impurity concentration of the second conductivity type of well region 20 is the first conductivity type of drift layer 2 in order to increase the conductivity in the channel region of silicon carbide MOS transistor 1000. The impurity concentration may be lower.

すなわち、チャネル領域の第1導電型の不純物濃度が第2導電型の不純物濃度に比べて相対的に大きければ、それだけ第1導電型のキャリア(第1導電型がn型であれば電子)がより多く存在することとなり、チャネルの導電性が高まる。   That is, if the impurity concentration of the first conductivity type in the channel region is relatively higher than the impurity concentration of the second conductivity type, the first conductivity type carriers (electrons if the first conductivity type is n type) are correspondingly generated. More will be present, increasing the conductivity of the channel.

このような構成とするには、ウェル領域20を形成する際の第2導電型の不純物のイオン注入を、ドリフト層2の深い部分において濃度ピークを持つプロファイルとすれば良い。炭化珪素半導体内では、不純物が熱処理によってもほとんど熱拡散しないので、このような方法が有効である。   For such a configuration, the ion implantation of the second conductivity type impurity when forming the well region 20 may be a profile having a concentration peak in the deep portion of the drift layer 2. In the silicon carbide semiconductor, impurities are hardly thermally diffused even by heat treatment, so such a method is effective.

また、図8に示すようにウェル領域20の断面形状は、底面側が広く上面側が狭い台形状をなしている。これは、図8に示すような垂直性の高い注入マスク100を用いて不純物のイオン注入を行う場合でも、特に意図的に基板斜め方向から注入しなくても、不純物イオンの高加速エネルギー注入により、ドリフト層2中での横方向(基板1の主面に水平な方向)での散乱が増加し、端面がテーパー形状となって台形状のウェル領域20が形成されるからである。   Further, as shown in FIG. 8, the cross-sectional shape of the well region 20 has a trapezoidal shape with a wide bottom surface and a narrow top surface. This is because the impurity ions are implanted by using a high vertical implantation mask 100 as shown in FIG. 8, and the impurity ions are implanted at a high acceleration energy without intentionally implanting from an oblique direction of the substrate. This is because scattering in the lateral direction (direction parallel to the main surface of the substrate 1) in the drift layer 2 increases, and the end surface is tapered to form a trapezoidal well region 20.

なお、図8に示す注入マスク100の端部から注入不純物の横方向への広がり距離L4は、0.3μm前後であり、この値を得るための不純物イオンの加速エネルギーは例えば500keV程度である。   The lateral diffusion distance L4 of the implanted impurity from the end of the implantation mask 100 shown in FIG. 8 is about 0.3 μm, and the acceleration energy of the impurity ions for obtaining this value is, for example, about 500 keV.

このように、端面がテーパー形状のウェル領域20を得ることで、炭化珪素MOSトランジスタ1000のターンオフ時に、テーパー形状の端面の頂点近傍から広がる空乏層によりJFET領域7の遮蔽効果が促進され、後に形成されるゲート絶縁膜30(図4)に、ターンオフ時に印加される電界が低減して、炭化珪素MOSトランジスタ1000の信頼性を向上させることができる。   Thus, by obtaining the well region 20 having the tapered end surface, the shielding effect of the JFET region 7 is promoted by the depletion layer spreading from the vicinity of the apex of the tapered end surface when the silicon carbide MOS transistor 1000 is turned off. The electric field applied to the gate insulating film 30 (FIG. 4) to be turned off is reduced, and the reliability of the silicon carbide MOS transistor 1000 can be improved.

また、先に説明したように、ウェル領域20を形成する際の第2導電型の不純物のイオン注入を、ドリフト層2の深い部分において濃度ピークを持つプロファイルとするような不純物のイオン注入を行う場合、図8に示すような垂直性の高い注入マスク100を用いることで、以下のような効果が得られる。   Further, as described above, the impurity ion implantation is performed so that the ion implantation of the second conductivity type impurity when forming the well region 20 has a profile having a concentration peak in the deep portion of the drift layer 2. In this case, the following effects can be obtained by using the implantation mask 100 having high perpendicularity as shown in FIG.

すなわち、垂直性の低い注入マスクでは、注入マスク100の側面のテーパー部を通して第2導電型の不純物のイオン注入が行われることとなり、不純物濃度の高い領域がウェル領域20の比較的浅い部分まで及ぶこととなる。この結果、チャネルの導電性を高めることができず、しきい値電圧が低く低チャネル抵抗を実現できないが、垂直性の高い注入マスク100を用いる場合は、不純物濃度の高い領域をウェル領域20の深い部分に形成でき、チャネルの導電性を高めて、しきい値電圧が低く低チャネル抵抗の炭化珪素MOSトランジスタ1000を実現できる。   In other words, in the implantation mask having low verticality, ion implantation of the second conductivity type impurity is performed through the tapered portion on the side surface of the implantation mask 100, and the region having a high impurity concentration reaches a relatively shallow portion of the well region 20. It will be. As a result, the conductivity of the channel cannot be increased and the threshold voltage is low and a low channel resistance cannot be realized. Silicon carbide MOS transistor 1000 that can be formed in a deep portion, has improved channel conductivity, has a low threshold voltage, and low channel resistance can be realized.

次に、注入マスク100を除去した後、図9に示す工程において、ドリフト層2の主面上にレジスト材を塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングして、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11に対応する部分より狭い開口部を有するとともに、ウェル領域20において後にチャネル領域となる部分を、チャネル長より広い幅で覆う注入マスク101を形成する。なお、注入マスク101および後に形成される注入マスク102の平面視形状については後述する。   Next, after removing the implantation mask 100, in the step shown in FIG. 9, a resist material is applied on the main surface of the drift layer 2 and patterned by photolithography to correspond to the source extension region 10 and the JFET extension region 11. An implantation mask 101 having an opening narrower than the portion to be formed and covering a portion of the well region 20 that will later become a channel region with a width wider than the channel length is formed. The planar view shapes of the implantation mask 101 and the implantation mask 102 formed later will be described later.

次に、図10に示す工程において、酸素プラズマによる気相中でのエッチング処理またはアセトンなどの有機溶媒による液相中でのエッチング処理によって、注入マスク101を等方的にエッチングして、所望の幅(チャネル長と同じ長さ)を有する注入マスク102を形成する。この注入マスク102の幅によって、後に形成されるチャネル長が決定される。   Next, in the step shown in FIG. 10, the implantation mask 101 is isotropically etched by an etching process in a gas phase using oxygen plasma or an etching process in a liquid phase using an organic solvent such as acetone. An implantation mask 102 having a width (the same length as the channel length) is formed. The channel length to be formed later is determined by the width of the implantation mask 102.

なお、注入マスク102は、ウェル領域20の表面上のみに形成され、ウェル領域20の端部を越えてドリフト層2の表面上には形成されないことが望ましい。このようにすることで、後に形成されるチャネル領域をウェル領域20内部に限定できる。   The implantation mask 102 is preferably formed only on the surface of the well region 20 and is not formed on the surface of the drift layer 2 beyond the end of the well region 20. By doing so, a channel region to be formed later can be limited to the inside of the well region 20.

なお、注入マスク102の形成には、酸素プラズマによる気相中でのエッチング処理以外のドライエッチングを用いても良いし、アセトンなどの有機溶媒による液相中でのエッチング処理以外のウエットエッチングを用いても良く、等方性エッチングであれば何でも良い。   Note that the implantation mask 102 may be formed by dry etching other than the etching process in the gas phase by oxygen plasma, or by wet etching other than the etching process in the liquid phase by an organic solvent such as acetone. Any isotropic etching may be used.

注入マスク101の幅をフォトリソグラフィでの解像限界の幅とした場合、注入マスク101を等方的にエッチングして得られる注入マスク102の幅は、フォトリソグラフィでの解像限界の幅よりも小さくできるため、チャネル長の微細化を実現して低チャネル抵抗を図ることができる。また、チャネル長の微細化を簡便に行うことができるので、コストを削減できる。   When the width of the implantation mask 101 is a resolution limit width in photolithography, the width of the implantation mask 102 obtained by isotropic etching of the implantation mask 101 is larger than the resolution limit width in photolithography. Therefore, the channel length can be reduced and low channel resistance can be achieved. Further, since the channel length can be easily reduced, the cost can be reduced.

次に、図11に示す工程において、注入マスク102を用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、第1導電型のソースエクステンション領域10とJFETエクステンション領域11を同時に形成する。   Next, in the step shown in FIG. 11, the first conductivity type impurity is ion-implanted using the implantation mask 102 to simultaneously form the first conductivity type source extension region 10 and the JFET extension region 11.

ソースエクステンション領域10とJFETエクステンション領域11の深さは、それらの底面がウェル領域20の底面を超えない深さに設定され、それらの第1導電型の不純物濃度はウェル領域20の表面近傍の第2導電型の不純物濃度を超え、例えば5×1016cm-3〜1×1018cm-3の範囲内の値に設定される。すなわち、炭化珪素MOSトランジスタ1000の非動作時に上記領域の全体が空乏化することがない値に設定される。 The depths of the source extension region 10 and the JFET extension region 11 are set such that their bottom surfaces do not exceed the bottom surface of the well region 20, and the impurity concentration of the first conductivity type is the first concentration near the surface of the well region 20. It exceeds the impurity concentration of the two conductivity type, and is set to a value in the range of 5 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 , for example. That is, the entire region is set to a value that is not depleted when silicon carbide MOS transistor 1000 is not operating.

また、上記イオン注入時には、ウェル領域20中での横方向散乱によって、ソースエクステンション領域10とJFETエクステンション領域11が相互に接続しないような加速エネルギー、例えば30keV〜180keVの範囲内の加速エネルギーでイオン注入が行われる。   Further, at the time of the ion implantation, ion implantation is performed with an acceleration energy such that the source extension region 10 and the JFET extension region 11 are not connected to each other by lateral scattering in the well region 20, for example, an acceleration energy within a range of 30 keV to 180 keV. Is done.

また、ソースエクステンション領域10とJFETエクステンション領域11の深さ方向の不純物分布については、均一な分布であっても良いし、表面側で低濃度、深くなるにつれて高濃度となるような分布であっても良い。特に後者の分布を採用した場合は、ゲート絶縁膜30とゲート電極35とで形成されるMOS構造において、イオン注入による表面側の結晶欠陥などの影響によるゲート絶縁膜30の品質低下を抑止することができ、高品質のMOS構造を実現できる。   Further, the impurity distribution in the depth direction of the source extension region 10 and the JFET extension region 11 may be a uniform distribution, or a distribution in which the concentration is low on the surface side and becomes higher as the depth increases. Also good. In particular, when the latter distribution is adopted, in the MOS structure formed by the gate insulating film 30 and the gate electrode 35, the deterioration of the quality of the gate insulating film 30 due to the influence of surface-side crystal defects due to ion implantation is suppressed. And a high-quality MOS structure can be realized.

ソースエクステンション領域10は、ウェル領域20の内部にのみ形成され、JFETエクステンション領域11は、対向する2つのウェル領域20の間のドリフト層2内に形成されるとともに、対向する2つのウェル領域20の端部も包含するように形成されている。   The source extension region 10 is formed only inside the well region 20, and the JFET extension region 11 is formed in the drift layer 2 between the two well regions 20 that face each other, and the two well regions 20 that face each other. It is formed so as to include the end portion.

ここで、ソースエクステンション領域10とJFETエクステンション領域11との間の間隔L1は、炭化珪素MOSトランジスタのチャネル長に相当するが、これは注入マスク102の幅によってほぼ決定される。従来は、2度のフォトリソグラフィおよび注入プロセスによりチャネル長が決定されていたが、本発明の製造方法によれば、チャネル長の寸法のチップ内およびウェハ内均一性が格段に優れ、電気特性のバラツキが小さいデバイスを得ることができる。   Here, the distance L1 between the source extension region 10 and the JFET extension region 11 corresponds to the channel length of the silicon carbide MOS transistor, but this is substantially determined by the width of the implantation mask 102. Conventionally, the channel length is determined by two photolithography and implantation processes. However, according to the manufacturing method of the present invention, the uniformity of the channel length within the chip and within the wafer is remarkably excellent, and the electrical characteristics are improved. A device with small variation can be obtained.

次に、図示は省略するが、ドリフト層2の主面上にレジスト材を塗布し(またはシリコン酸化膜を形成し)、フォトリソグラフィ(およびエッチング)によりパターニングして、JTE領域50(図3)に対応する部分が開口部となった注入マスクを形成し、当該注入マスクを用いて第2導電型の不純物のイオン注入を行い、JTE領域50を形成する。   Next, although not shown, a resist material is applied on the main surface of the drift layer 2 (or a silicon oxide film is formed), and is patterned by photolithography (and etching) to form a JTE region 50 (FIG. 3). An implantation mask having an opening corresponding to the portion is formed, and second conductivity type impurity ions are implanted using the implantation mask to form the JTE region 50.

次に、図12に示す工程において、ドリフト層2の主面上にレジスト材の塗布またはシリコン酸化膜を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングして、ソース領域12およびフィールドストップ領域13(図3)に対応する部分が開口部となった注入マスク110を形成し、当該注入マスクを用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、ソース領域12およびフィールドストップ領域13(図3)を形成する。   Next, in the step shown in FIG. 12, a resist material is applied or a silicon oxide film is formed on the main surface of the drift layer 2 and patterned by photolithography to form the source region 12 and the field stop region 13 (FIG. 3). An implantation mask 110 having an opening corresponding to the corresponding portion is formed, and ion implantation of a first conductivity type impurity is performed using the implantation mask to form the source region 12 and the field stop region 13 (FIG. 3).

ここで、ソース領域12の深さに関しては、その底面がウェル領域20の底面を超えない深さに設定され、第1導電型の不純物濃度の値は、ウェル領域20の不純物濃度の値を超え、例えば1×1017cm-3〜1×1021cm-3の範囲に設定される。これは、フィールドストップ領域13についても同じである。 Here, the depth of the source region 12 is set so that the bottom surface thereof does not exceed the bottom surface of the well region 20, and the value of the impurity concentration of the first conductivity type exceeds the value of the impurity concentration of the well region 20. For example, it is set in the range of 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 . The same applies to the field stop region 13.

続いて、注入マスク110を除去した後、図13に示す工程において、ドリフト層2の主面上にレジスト材を塗布し(またはシリコン酸化膜を形成し)、フォトリソグラフィ(およびエッチング)によりパターニングして、ウェルコンタクト領域21に対応する部分が開口部となった注入マスク111を形成し、当該注入マスクを用いて第2導電型の不純物のイオン注入を行い、ウェル領域20にウェルコンタクト領域21を形成する。   Subsequently, after removing the implantation mask 110, in the step shown in FIG. 13, a resist material is applied on the main surface of the drift layer 2 (or a silicon oxide film is formed) and patterned by photolithography (and etching). Then, an implantation mask 111 having an opening corresponding to the well contact region 21 is formed, ion implantation of a second conductivity type impurity is performed using the implantation mask, and the well contact region 21 is formed in the well region 20. Form.

ウェルコンタクト領域21は、ウェル領域20とソースパッド41(図3)との良好な金属接触を実現するための領域であり、ウェル領域20の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するように形成される。   The well contact region 21 is a region for realizing good metal contact between the well region 20 and the source pad 41 (FIG. 3), and is formed to have an impurity concentration higher than that of the well region 20. .

なお、このイオン注入に際しては、基板温度を150℃以上して実行されることが望ましい。このような温度にすることで、シート抵抗の低い第2導電型の領域が形成されることとなる。   This ion implantation is preferably performed at a substrate temperature of 150 ° C. or higher. By setting such a temperature, a second conductivity type region having a low sheet resistance is formed.

また、ウェルコンタクト領域21と同時に、終端ウェル領域27(図3)の表面内に終端低抵抗領域28(図3)を形成するようにしても良い。このようにすることで、ソースパッド41(図3)との良好な金属接触を実現できるとともに、終端ウェル領域27における寄生抵抗を減少させることができ、例えばdV/dt(ドレイン電圧Vの時間tに対する変動)耐性に優れた構造とすることができる。   Further, the termination low resistance region 28 (FIG. 3) may be formed in the surface of the termination well region 27 (FIG. 3) simultaneously with the well contact region 21. In this way, good metal contact with the source pad 41 (FIG. 3) can be realized, and parasitic resistance in the termination well region 27 can be reduced. For example, dV / dt (time t of the drain voltage V) It is possible to make the structure excellent in resistance.

なお、終端低抵抗領域28は、ウェルコンタクト領域21と同時に形成しなくても良いことは言うまでもない。   Needless to say, the termination low resistance region 28 may not be formed simultaneously with the well contact region 21.

以上の工程を経て、図14に示すように、ソースエクステンション領域10、JFETエクステンション領域11、ソース領域12およびウェルコンタクト領域21が得られることとなる。   Through the above steps, the source extension region 10, the JFET extension region 11, the source region 12, and the well contact region 21 are obtained as shown in FIG.

なお、この直後、もしくはこれまでの注入工程のどこかで、もしくはこれまでの注入工程よりも前に、ドリフト層2の全面に第1導電型の不純物をイオン注入して、図15に示すように、ドリフト層2の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の電流制御層8を形成しても良い。   Immediately after this, or somewhere in the previous implantation step, or before the previous implantation step, the first conductivity type impurity is ion-implanted into the entire surface of the drift layer 2, as shown in FIG. In addition, the first conductivity type current control layer 8 having an impurity concentration higher than that of the drift layer 2 may be formed.

電流制御層8は、JFET領域7およびウェル領域20の下部において、ドリフト層2の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有しており、JFET領域7の抵抗を低減することができる。このため、炭化珪素MOSトランジスタ1000のオン抵抗を低減する効果があるとともに、炭化珪素MOSトランジスタ1000への逆バイアス印加時におけるウェル領域20とドリフト層2との間のアバランシェ降伏を、ウェル領域20と電流制御層8で形成されるpn接合において起こさせることで、より安定にアバランシェ降伏を起こさせる効果もある。   The current control layer 8 has an impurity concentration higher than that of the drift layer 2 below the JFET region 7 and the well region 20, and can reduce the resistance of the JFET region 7. Therefore, there is an effect of reducing the on-resistance of silicon carbide MOS transistor 1000, and the avalanche breakdown between well region 20 and drift layer 2 when reverse bias is applied to silicon carbide MOS transistor 1000 is reduced with well region 20. By causing it to occur at the pn junction formed by the current control layer 8, there is also an effect of causing avalanche breakdown more stably.

なお、電流制御層8の不純物濃度は、ウェル領域20内の第2導電型の不純物の最大濃度よりも低く、ドリフト層2内の第1導電型の不純物の濃度よりも高くなるように、例えば1×1016cm-3〜1×1018cm-3の範囲に設定される。なお、その深さ方向の濃度分布は均一でも良いし、均一でなくても良い。 For example, the impurity concentration of the current control layer 8 is lower than the maximum concentration of the second conductivity type impurity in the well region 20 and higher than the concentration of the first conductivity type impurity in the drift layer 2, for example. It is set in the range of 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 . It should be noted that the concentration distribution in the depth direction may be uniform or not uniform.

また、電流制御層8は、ウェル領域20の形成前に、ドリフト層2上にエピタキシャル成長することで形成されたものであっても良い。   The current control layer 8 may be formed by epitaxial growth on the drift layer 2 before the well region 20 is formed.

その後、アルゴンまたは窒素等の不活性ガス雰囲気、もしくは、真空中において1500℃〜2200℃の範囲の温度で、0.5分〜60分の範囲の時間で熱処理を行うことで、注入された不純物を電気的に活性化させる。この熱処理は、ドリフト層2の表面、もしくはドリフト層2の表面と半導体基板1の裏面と端面とを、炭素を含む膜で覆った状態で行っても良い。このようにすることで、熱処理時における、プロセス装置内の残留水分や残留酸素などによるエッチングによりドリフト層2の表面が曝されることが防止され、ドリフト層2の表面が荒れることを防止できる。   Thereafter, the implanted impurities are subjected to heat treatment in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen, or in a vacuum at a temperature in the range of 1500 ° C. to 2200 ° C. for a time in the range of 0.5 to 60 minutes. Is activated electrically. This heat treatment may be performed in a state where the surface of the drift layer 2 or the surface of the drift layer 2 and the back surface and end surface of the semiconductor substrate 1 are covered with a film containing carbon. By doing so, it is possible to prevent the surface of the drift layer 2 from being exposed by etching due to residual moisture or residual oxygen in the process apparatus during the heat treatment, and to prevent the surface of the drift layer 2 from being roughened.

次に、熱酸化によりドリフト層2の全面にシリコン酸化膜を形成した後、当該シリコン酸化膜をフッ酸により除去することによって、ドリフト層2上の表面変質層を除去して清浄な表面を得た後、CVD(化学気相成長)法等により、ドリフト層2の全面にシリコン酸化膜を堆積し、活性領域AR(図2)のみが開口部となるようにパターニングして、活性領域AR(図2)以外の領域を覆うフィールド酸化膜31を形成する。なお、フィールド酸化膜31の膜厚は、0.5μm〜2μmとする。   Next, after a silicon oxide film is formed on the entire surface of the drift layer 2 by thermal oxidation, the silicon oxide film is removed by hydrofluoric acid, thereby removing the surface alteration layer on the drift layer 2 and obtaining a clean surface. After that, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the drift layer 2 by a CVD (chemical vapor deposition) method or the like, and is patterned so that only the active region AR (FIG. 2) becomes an opening. A field oxide film 31 is formed to cover the region other than FIG. The film thickness of the field oxide film 31 is 0.5 μm to 2 μm.

次に、図16に示す工程において、例えば熱酸化法またはCVD法により、ドリフト層2の上にシリコン酸化膜を形成した後、当該シリコン酸化膜に、NOやN2Oなどの窒化酸化ガス雰囲気やアンモニア雰囲気における熱処理およびアルゴンなどの不活性ガス中での熱処理を施して、ゲート絶縁膜30を形成する。 Next, in the step shown in FIG. 16, after a silicon oxide film is formed on the drift layer 2 by, for example, thermal oxidation or CVD, a nitrided oxidizing gas atmosphere such as NO or N 2 O is formed on the silicon oxide film. The gate insulating film 30 is formed by heat treatment in an ammonia atmosphere and heat treatment in an inert gas such as argon.

次に、ゲート絶縁膜30上およびフィールド酸化膜31(図3)上に、ゲート電極材料となるポリシリコン層を、例えばCVD法により堆積し、当該ポリシリコン層上にレジスト材を塗布してフォトリソグラフィによりパターニングし、ゲート電極の形成領域以外が開口部となったエッチングマスク120を形成する(図17)。そして、エッチングマスク120を用いてポリシリコン層をエッチングすることで、ゲート電極35をパターニングする。   Next, a polysilicon layer serving as a gate electrode material is deposited on the gate insulating film 30 and the field oxide film 31 (FIG. 3) by, for example, the CVD method, and a resist material is applied on the polysilicon layer to perform photo processing. Patterning is performed by lithography to form an etching mask 120 having openings other than the gate electrode formation region (FIG. 17). Then, the gate electrode 35 is patterned by etching the polysilicon layer using the etching mask 120.

なお、上記工程において、ソース領域12の直上にはゲート電極35が形成されないようにする。すなわち、炭化珪素MOSトランジスタ1000のオン抵抗を低減するためには、ソース領域12と後に形成されるオーミック電極40とは低コンタクト抵抗を有することが必要となり、そのためにはソース領域12中の第1導電型の不純物濃度を高めておく必要がある。   In the above process, the gate electrode 35 is not formed immediately above the source region 12. In other words, in order to reduce the on-resistance of silicon carbide MOS transistor 1000, source region 12 and ohmic electrode 40 to be formed later need to have a low contact resistance. It is necessary to increase the conductivity type impurity concentration.

一方、イオン注入によって形成された高不純物濃度の半導体層表面に、ゲート電極35およびゲート絶縁膜30で構成されるMOS構造を形成した場合、半導体層表面に形成されるゲート絶縁膜30には良質なものが得られないので、ゲート電極35からのゲートリーク電流の増加などの不具合が起きる可能性が高くなる。従って、ソース領域12の直上にはゲート絶縁膜30は形成しても、ゲート電極35は形成しないようにする。ソース領域12の上部はオーミック電極40または後に形成される層間絶縁膜32と接続されていることが望ましい。   On the other hand, when a MOS structure composed of the gate electrode 35 and the gate insulating film 30 is formed on the surface of the semiconductor layer having a high impurity concentration formed by ion implantation, the gate insulating film 30 formed on the surface of the semiconductor layer has a good quality. Therefore, there is a high possibility that problems such as an increase in gate leakage current from the gate electrode 35 occur. Therefore, even if the gate insulating film 30 is formed immediately above the source region 12, the gate electrode 35 is not formed. The upper portion of the source region 12 is preferably connected to the ohmic electrode 40 or an interlayer insulating film 32 formed later.

なお、上記ポリシリコン層には、リンや硼素が含まれて低シート抵抗であることが望ましい。リンや硼素は、ポリシリコン層の成膜中に取り込まれても良いし、イオン注入により導入し、その後の熱処理によって活性化しても良い。また、ゲート電極35は、ポリシリコンと金属および金属間化合物の多層膜であっても良い。   The polysilicon layer preferably contains phosphorus or boron and has a low sheet resistance. Phosphorus and boron may be taken in during the formation of the polysilicon layer, or may be introduced by ion implantation and activated by a subsequent heat treatment. The gate electrode 35 may be a multilayer film of polysilicon, metal, and intermetallic compound.

次に、エッチングマスク120を除去した後、図18に示す工程においてドリフト層2の全面に、CVD法などによってシリコン酸化膜を堆積して層間絶縁膜32とする。   Next, after removing the etching mask 120, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the drift layer 2 by the CVD method or the like in the step shown in FIG.

その後、図19に示す工程において、例えばドライエッチング法によって、ソース領域12およびウェルコンタクト領域21上に達するソースコンタクトホールSCおよび終端低抵抗領域28上に達するウェルコンタクトホールWC(図4)を形成する。ここで、終端低抵抗領域28上のゲート電極35(図4)に達するゲートコンタクトホールGC(図4)を同時に形成しても良い。このようにすることでプロセス工程を簡略化でき、製造コストを削減できる。   Thereafter, in the step shown in FIG. 19, the source contact hole SC reaching the source region 12 and the well contact region 21 and the well contact hole WC reaching the terminal low resistance region 28 (FIG. 4) are formed by, for example, dry etching. . Here, a gate contact hole GC (FIG. 4) reaching the gate electrode 35 (FIG. 4) on the terminal low resistance region 28 may be formed simultaneously. By doing so, the process steps can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

なお、ソースコンタクトホールSCは、後に、ソースパッド41が充填され、ゲートコンタクトホールGCは、後に、ゲート配線44が充填される。   The source contact hole SC is later filled with the source pad 41, and the gate contact hole GC is later filled with the gate wiring 44.

次に、図20に示す工程において、層間絶縁膜32上に金属膜MLを例えばスパッタ法により形成することで、層間絶縁膜32に開口されているソースコンタクトホールSCの底部およびウェルコンタクトホールWC(図4)の底部にも金属膜MLを形成する。   Next, in the process shown in FIG. 20, a metal film ML is formed on the interlayer insulating film 32 by, for example, sputtering, so that the bottom of the source contact hole SC opened in the interlayer insulating film 32 and the well contact hole WC ( A metal film ML is also formed on the bottom of FIG.

この金属層MLは、後にオーミック電極40となるものであり、ニッケル(Ni)を主材としている。その後、600〜1100℃での熱処理によって炭化珪素との間にシリサイドを形成し、層間絶縁膜32上に残留した金属膜MLを、硝酸や硫酸あるいは塩酸、あるいはこれらと過酸化水素水との混合液などを用いたウェットエッチングにより除去することで、図21に示すように、ソースコンタクトホールSCの底部およびウェルコンタクトホールWCの底部にニッケルシリサイドのオーミック電極40を形成する。   This metal layer ML will later become the ohmic electrode 40, and is mainly made of nickel (Ni). Thereafter, silicide is formed between the silicon carbide by heat treatment at 600 to 1100 ° C., and the metal film ML remaining on the interlayer insulating film 32 is mixed with nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or a mixture of these and hydrogen peroxide water. By removing by wet etching using a liquid or the like, an ohmic electrode 40 of nickel silicide is formed on the bottom of the source contact hole SC and the bottom of the well contact hole WC as shown in FIG.

なお、層間絶縁膜32上に残留する金属膜MLを除去した後に、再度熱処理を行っても良い。ここでは先の熱処理よりも高温で行うことで、さらに低コンタクト抵抗のオーミック接触が形成される。   Note that the heat treatment may be performed again after the metal film ML remaining on the interlayer insulating film 32 is removed. Here, an ohmic contact with a lower contact resistance is formed by performing the process at a higher temperature than the previous heat treatment.

また、オーミック電極40を形成する過程で、半導体基板1の裏面にも同様の金属膜MLを形成し、熱処理を行ってオーミック電極42を形成しても良い。このようなオーミック電極42を形成することで、炭化珪素の半導体基板1とドレイン電極43間で良好なオーミック接触が形成される。   Further, in the process of forming the ohmic electrode 40, a similar metal film ML may be formed on the back surface of the semiconductor substrate 1, and heat treatment may be performed to form the ohmic electrode 42. By forming such an ohmic electrode 42, a good ohmic contact is formed between the silicon carbide semiconductor substrate 1 and the drain electrode 43.

また、オーミック電極40は、何れの場所でも同一の金属間化合物(シリサイド)で構成されていても良いが、p型半導体層、n型半導体層のそれぞれに適した別々の金属間化合物で構成されていても良い。   The ohmic electrode 40 may be composed of the same intermetallic compound (silicide) at any location, but is composed of separate intermetallic compounds suitable for the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. May be.

すなわち、オーミック電極40は第1導電型のソース領域12に対して十分低いオーミックコンタクト抵抗を有していることが、炭化珪素MOSトランジスタ1000のオン抵抗低減のためには重要であるが、同時に第2導電型のウェルコンタクト領域21に対しても、ウェル領域20のアース電位への固定や、炭化珪素MOSトランジスタ1000に内蔵されるボディーダイオードの順方向特性の改善のために低コンタクト抵抗であることが求められる。   That is, it is important for the ohmic electrode 40 to have a sufficiently low ohmic contact resistance with respect to the source region 12 of the first conductivity type in order to reduce the on-resistance of the silicon carbide MOS transistor 1000. The two-conductivity type well contact region 21 also has a low contact resistance for fixing the well region 20 to the ground potential and improving the forward characteristics of the body diode incorporated in the silicon carbide MOS transistor 1000. Is required.

例えば、n型の半導体層にはニッケルとシリコンの金属間化合物、p型の半導体層にはチタンとアルミニウムとシリコンの金属間化合物が適している。   For example, an intermetallic compound of nickel and silicon is suitable for an n-type semiconductor layer, and an intermetallic compound of titanium, aluminum, and silicon is suitable for a p-type semiconductor layer.

このように、第1導電型のソース領域12と第2導電型のウェルコンタクト領域21とで、オーミック電極40の材質を変えるには、それぞれの上に、それぞれに適した金属膜をパターニングした後に、両方に対して熱処理を同時に加えることで、それぞれ異なるシリサイドを形成することができる。   As described above, in order to change the material of the ohmic electrode 40 between the source region 12 of the first conductivity type and the well contact region 21 of the second conductivity type, after patterning a suitable metal film on each of them, By applying heat treatment to both simultaneously, different silicides can be formed.

なお、先に説明したように、ソースコンタクトホールSCおよびウェルコンタクトホールWC(図4)の形成と同時に、ゲートコンタクトホールGC(図4)を形成した場合であって、ゲートコンタクトホールGCの底面に露出するゲート電極35がポリシリコンである場合は、ゲートコンタクトホールGCの底面にもシリサイドが形成される。   As described above, when the gate contact hole GC (FIG. 4) is formed simultaneously with the formation of the source contact hole SC and the well contact hole WC (FIG. 4), the bottom surface of the gate contact hole GC is formed. In the case where the exposed gate electrode 35 is polysilicon, silicide is also formed on the bottom surface of the gate contact hole GC.

また、ゲートコンタクトホールGCを別個に形成する場合は、オーミック電極40の形成後にフォトリソグラフィとエッチングによって、ゲートコンタクトホールGCを形成するので、ゲートコンタクトホールGCの底面にはシリサイドは形成されない。   When the gate contact hole GC is separately formed, the silicide is not formed on the bottom surface of the gate contact hole GC because the gate contact hole GC is formed by photolithography and etching after the ohmic electrode 40 is formed.

次に、層間絶縁膜32上に、Al、Ag(銀)、Cu(銅)、Ti(チタン)、Ni(ニッケル)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Ta(タンタル)およびこれらの窒化物や積層膜およびこれらの合金で構成される配線金属をスパッタ法や蒸着法によって形成し、その後にパターニングを行うことで、ゲート配線44(図4)、ゲートパッド45(図1)、ソースパッド41を形成する。   Next, on the interlayer insulating film 32, Al, Ag (silver), Cu (copper), Ti (titanium), Ni (nickel), Mo (molybdenum), W (tungsten), Ta (tantalum), and nitriding thereof A wiring metal composed of a material, a laminated film, and an alloy thereof is formed by sputtering or vapor deposition, followed by patterning, whereby gate wiring 44 (FIG. 4), gate pad 45 (FIG. 1), source pad 41 is formed.

また、半導体基板1の裏面のオーミック電極42上にTi、Ni、AgおよびAu(金)などの金属膜を形成してドレイン電極43を形成することにより、図22で示される炭化珪素MOSトランジスタ1000が完成する。   Further, by forming a drain electrode 43 by forming a metal film such as Ti, Ni, Ag and Au (gold) on the ohmic electrode 42 on the back surface of the semiconductor substrate 1, the silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG. Is completed.

なお、図示しないが、表面側をシリコン窒化膜やポリイミドなどの保護膜で覆っていても良い。それらは、ゲートパッド45およびソースパッド41のしかるべき位置で開口され、外部の制御回路と接続できるようになっている。   Although not shown, the surface side may be covered with a protective film such as a silicon nitride film or polyimide. They are opened at appropriate positions of the gate pad 45 and the source pad 41, and can be connected to an external control circuit.

<注入マスク101および102の平面視形状>
次に、図9および図10に示す工程においてそれぞれ形成した、注入マスク101および102の平面視形状について説明する。
<Planar shape of implantation masks 101 and 102>
Next, the planar view shapes of the implantation masks 101 and 102 formed in the steps shown in FIGS. 9 and 10 will be described.

図23〜25は、図6のようなユニットセルの平面視における不純物領域の1つのコーナー部の形状を示す図である。   23 to 25 are diagrams showing the shape of one corner portion of the impurity region in the plan view of the unit cell as shown in FIG.

特許文献1に開示されている、第1および第2不純物拡散層の平面図を本発明の構造にあてはめると、図23に示すようにJFETエクステンション領域11とソースエクステンション領域10のコーナー部が直角になる。この場合、炭化珪素MOSトランジスタ1000のオン動作時にはソースエクステンション領域10のコーナー部には、JFETエクステンション領域11のコーナー部近傍からの電流が流入して電流集中が発生する。この経路は本来のチャネル長L1よりも長くなっており、ユニットセル内でチャネル長が均一であるとは言えない。   When the plan view of the first and second impurity diffusion layers disclosed in Patent Document 1 is applied to the structure of the present invention, the corner portions of the JFET extension region 11 and the source extension region 10 are perpendicular to each other as shown in FIG. Become. In this case, when silicon carbide MOS transistor 1000 is turned on, current from the vicinity of the corner portion of JFET extension region 11 flows into the corner portion of source extension region 10 to cause current concentration. This path is longer than the original channel length L1, and it cannot be said that the channel length is uniform within the unit cell.

また、一般に、紫外光などを用いフォトリソグラフィによってフォトレジストで注入マスクを作製する場合、そのパターンのコーナー部で光の回折現象によって強度が落ちるために、直角のクロムマスクを用いたとしても、得られるレジストパターンはそのコーナー部で丸みを帯びることが知られている。   In general, when an implantation mask is made of a photoresist by photolithography using ultraviolet light or the like, the intensity decreases due to the light diffraction phenomenon at the corner of the pattern. It is known that the resist pattern to be rounded at the corners.

従って、図23に示すような直角のコーナー部を形成しようとしても、実際には、図24に示すように、JFETエクステンション領域11のコーナー部では中心をF1とした曲率半径r1を有することとなり、ソースエクステンション領域10のコーナー部では中心をF0とした曲率半径r1を有することとなる。   Therefore, even if an attempt is made to form a right-angled corner as shown in FIG. 23, actually, as shown in FIG. 24, the corner of the JFET extension region 11 has a radius of curvature r1 whose center is F1. The corner portion of the source extension region 10 has a radius of curvature r1 with the center being F0.

ここで、曲率半径r1はフォトリソグラフィに用いる露光装置やその光源の波長やフォトレジストの種類や光感度やその膜厚などによって異なる。この有限の曲率半径がMOSトランジスタのユニットセルにおけるチャネル幅へ与える影響を計算した結果を図26および図27に示す。   Here, the radius of curvature r1 varies depending on the exposure apparatus used for photolithography, the wavelength of the light source, the type of photoresist, the photosensitivity, the film thickness, and the like. FIG. 26 and FIG. 27 show the calculation results of the influence of this finite radius of curvature on the channel width in the unit cell of the MOS transistor.

図26は、ユニットセルの平面視形状が正方形の場合に、チャネル長(L1)が0.5μm、JFET長(L2)が2μmの場合に、ユニットセルのセルピッチ(μm)を変化させた場合のユニットセルのチャネル幅に占めるラウンド部の割合(%)を、ラウンド部の曲率半径を0.2μm、0.5μm、0.7μm、1.0μmと変化させた場合について示す図である。   FIG. 26 shows a case where the cell pitch (μm) of the unit cell is changed when the unit cell has a square shape in plan view and the channel length (L1) is 0.5 μm and the JFET length (L2) is 2 μm. It is a figure which shows the ratio (%) of the round part which occupies for the channel width of a unit cell about the case where the curvature radius of a round part is changed with 0.2 micrometer, 0.5 micrometer, 0.7 micrometer, and 1.0 micrometer.

また、図27は、ユニットセルの平面視形状が正六角形の場合について、チャネル長(L1)が0.5μm、JFET長(L2)が2μmの場合に、ユニットセルのセルピッチ(μm)を変化させた場合のユニットセルのチャネル幅に占めるラウンド部の割合(%)を、ラウンド部の曲率半径を0.2μm、0.5μm、0.7μm、1.0μmと変化させた場合について示す図である。   FIG. 27 also shows that when the planar shape of the unit cell is a regular hexagon, the cell pitch (μm) of the unit cell is changed when the channel length (L1) is 0.5 μm and the JFET length (L2) is 2 μm. It is a figure which shows the ratio (%) of the round part which occupies for the channel width of the unit cell at the time of changing the curvature radius of a round part with 0.2 micrometer, 0.5 micrometer, 0.7 micrometer, and 1.0 micrometer. .

なお、セルピッチとは、ユニットセル間の中心間距離であり、上記においては、JFET長(L2)を2μmに固定しているので、セルピッチを小さくということは、各ユニットセルを全体的に小さくすることを意味している。ユニットセルが全体的に小さくなれば、チャネル幅に占めるラウンド部の割合も大きくなる。   The cell pitch is the distance between the centers of the unit cells. In the above, the JFET length (L2) is fixed to 2 μm, so reducing the cell pitch means that each unit cell is made smaller overall. It means that. If the unit cell becomes smaller as a whole, the proportion of the round part in the channel width also increases.

図26および図27より、ユニットセルが正方形、正六角形のどちらにおいても、微細化によるセルピッチの縮小によってラウンド部の占める割合が増加することが判り、それは、コーナー部の曲率半径が大きいほど顕著であることが判る。   From FIG. 26 and FIG. 27, it can be seen that the ratio of the round portion increases as the cell pitch is reduced by miniaturization regardless of whether the unit cell is square or regular hexagon, and this is more remarkable as the radius of curvature of the corner portion increases. I know that there is.

実際に発明者達が、i線ステッパーを用いてフォトレジストのパターニングを実施したところ、曲率半径は0.5〜0.7μmなることが判った。   When the inventors actually patterned the photoresist using an i-line stepper, the curvature radius was found to be 0.5 to 0.7 μm.

例えばセルピッチを8μm程度まで微細化するとチャネル幅の20%前後がラウンド部となり、これは、無視し得ない程度にチャネル抵抗に影響を及ぼすものである。特に炭化珪素基板を用いたMOSトランジスタの場合、珪素基板を用いたMOSトランジスタに比べてチャネル抵抗が大きいために、オン抵抗としても有意な差が現れることとなる。また、ラウンド部の割合が大きいほど、オン電流分布のバラツキが相対的に大きくなることは言うまでもない。   For example, when the cell pitch is reduced to about 8 μm, around 20% of the channel width becomes a round portion, which affects the channel resistance to a degree that cannot be ignored. In particular, in the case of a MOS transistor using a silicon carbide substrate, a channel resistance is larger than that of a MOS transistor using a silicon substrate, so that a significant difference appears as an on-resistance. Needless to say, the larger the ratio of the round portion, the larger the variation in the on-current distribution.

そこで、本発明に係る実施の形態1の炭化珪素MOSトランジスタ1000においては、図25に示すように、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11のコーナー部を、曲率半径の中心F2を共通とし、曲率半径r1およびr2で、r2−r1=L1を満たすように製造する。   Therefore, in silicon carbide MOS transistor 1000 of the first embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 25, the corner portions of source extension region 10 and JFET extension region 11 have a common center of curvature radius F2, and the curvature is the same. Manufacturing is performed so that r2−r1 = L1 is satisfied with the radii r1 and r2.

これにより、ユニットセル内におけるチャネル長がコーナー部を含めた全ての部分で一定となり、オン電流分布が均一化されて、所望の特性を示すMOSトランジスタを得ることができる。   As a result, the channel length in the unit cell is constant in all portions including the corner portion, the on-current distribution is made uniform, and a MOS transistor exhibiting desired characteristics can be obtained.

次に、図9に示す工程において形成した注入マスク101のエッチングによって形成された注入マスク102の実例について図28〜図32を用いて説明する。   Next, an example of the implantation mask 102 formed by etching the implantation mask 101 formed in the step shown in FIG. 9 will be described with reference to FIGS.

図28には、コーナー部に曲率を持たせず、すなわちコーナー部が直角のクロムマスクを用いてフォトリソグラフィを行って形成したフォトレジストで構成される注入マスク101のコーナー部の電子顕微鏡像を示している。   FIG. 28 shows an electron microscope image of the corner portion of the implantation mask 101 made of a photoresist formed by performing photolithography using a chrome mask having a corner portion having a right angle, that is, a corner portion having no curvature. ing.

また、図29には、図28の注入マスク101を、酸素プラズマエッチングによって縮小させて得られた注入マスク102のコーナー部の電子顕微鏡像を示している。   FIG. 29 shows an electron microscope image of a corner portion of the implantation mask 102 obtained by reducing the implantation mask 101 of FIG. 28 by oxygen plasma etching.

図29より、フォトレジストの幾何学的、立体的な影響によって、酸素プラズマエッチング後のフォトレジストの形状が等方的なエッチングを反映しない構造となることが判る。   It can be seen from FIG. 29 that the shape of the photoresist after the oxygen plasma etching does not reflect isotropic etching due to the geometrical and steric effects of the photoresist.

具体的には、JFETエクステンション領域11側、すなわち注入マスク102の外側のコーナー部で曲率半径の縮小がおき、ソースエクステンション領域10側、すなわち注入マスク102の内側のコーナー部で曲率半径の増大がおき、結果としてコーナー部におけるチャネル長の不均一さが拡大する。   Specifically, the radius of curvature is reduced on the JFET extension region 11 side, that is, the outer corner portion of the implantation mask 102, and the curvature radius is increased on the source extension region 10 side, that is, the inner corner portion of the implantation mask 102. As a result, the nonuniformity of the channel length in the corner portion is enlarged.

図29では、直線部分では0.6μmのレジスト幅となっているが、コーナー部では対角方向に最大1.2μmにもなっている。   In FIG. 29, the straight portion has a resist width of 0.6 μm, but the corner portion has a maximum of 1.2 μm in the diagonal direction.

そこで、本発明では、ソースエクステンション領域10側、すなわち注入マスク101の内側を、フォトリソグラフィで生じる最小の曲率半径よりも大きい曲率半径とし、JFETエクステンション領域11側、すなわち注入マスク101の外側の曲率半径を、内側の曲率半径にレジスト幅を加え、かつ内側と中心を合わせたクロムマスクを用いてフォトリソグラフィによってレジストパターニングを行う。   Therefore, in the present invention, the source extension region 10 side, that is, the inside of the implantation mask 101 is set to have a radius of curvature larger than the minimum curvature radius generated by photolithography, and the curvature radius outside the JFET extension region 11 side, that is, outside the implantation mask 101 is set. Then, resist patterning is performed by photolithography using a chromium mask in which the resist width is added to the inside radius of curvature and the inside and the center are aligned.

その後、酸素プラズマエッチングによって注入マスク102を形成するが、注入マスク102の電子顕微鏡像を図30〜図32に示す。図30は、コーナー部が直角のクロムマスクによって得られた注入マスク102を示し、図31は、ソースエクステンション領域10側、すなわちコーナー部内側の曲率半径を0.5μm、JFETエクステンション領域11側の曲率半径を、内側と中心を共通とし、直線部のレジストパターン幅に0.5μmを加えた曲率半径としたクロムマスクによって得られた注入マスク102を示し、図32は、ソースエクステンション領域10側、すなわちコーナー部内側の曲率半径を1.0μm、JFETエクステンション領域11側の曲率半径を、内側と中心を共通とし、直線部のレジストパターン幅に1.5μmを加えた曲率半径としたクロムマスクによって得られた注入マスク102を示している。   Thereafter, an implantation mask 102 is formed by oxygen plasma etching, and electron microscope images of the implantation mask 102 are shown in FIGS. FIG. 30 shows an implantation mask 102 obtained by a chrome mask having a right corner, and FIG. 31 shows a curvature of 0.5 μm on the source extension region 10 side, that is, on the inside of the corner portion, and on the JFET extension region 11 side. FIG. 32 shows the implantation mask 102 obtained by the chromium mask having a radius common to the inside and the center and having a curvature radius obtained by adding 0.5 μm to the resist pattern width of the straight line portion. It is obtained by a chromium mask in which the radius of curvature on the inside of the corner is 1.0 μm, the radius of curvature on the JFET extension region 11 side is common to the inside and the center, and the radius of curvature is 1.5 μm added to the resist pattern width of the straight portion. An implantation mask 102 is shown.

図31および図32より、内側のコーナー部を例えば0.5μm以上としたクロムマスクを用いたフォトリソグラフィによって注入マスク101を形成し、それを等方的にエッチングすることで、内外のコーナー部においても等方的にエッチングが進行し、全ての部分で均一な幅を持った注入マスク102が形成されることが分かる。この結果、この注入マスク102を用いたイオン注入によって、ユニットセル内において全ての部分でチャネル長が均一なチャネル領域が得られることになる。   From FIG. 31 and FIG. 32, the implantation mask 101 is formed by photolithography using a chromium mask whose inner corner portion is, for example, 0.5 μm or more, and isotropically etched, so that the inner and outer corner portions are formed. It can be seen that the etching proceeds isotropically, and the implantation mask 102 having a uniform width is formed in all portions. As a result, by ion implantation using this implantation mask 102, a channel region having a uniform channel length is obtained in all portions in the unit cell.

次に、ウェル領域20とJFETエクステンション領域11の平面視について説明する。図33および図34には、図4に示すユニットセルのE−E線での平面構成に相当する図を、隣接する複数のユニットセルについて示した図であり、図33は正方形のユニットセルが等間隔に、セルピッチが隣り合う配列と同じ周期で配列された例を示し、図34には正方形のユニットセルが、等間隔ではあるが、セルピッチが隣り合う配列とは半周期ずれて互い違いとなるように配列された例を示している。   Next, a plan view of the well region 20 and the JFET extension region 11 will be described. FIG. 33 and FIG. 34 are diagrams showing a plurality of adjacent unit cells corresponding to the planar configuration of the unit cell shown in FIG. 4 taken along line EE, and FIG. 33 shows a square unit cell. FIG. 34 shows an example in which cell pitches are arranged at the same intervals at the same intervals as the adjacent arrangements, and FIG. 34 shows that the square unit cells are staggered with a half-cycle shift from the adjacent cell pitches evenly spaced. An example of such an arrangement is shown.

一般に、セル構造を有する縦型MOSトランジスタにおいては、隣り合うウェル領域20の離間距離(L2)が短いほど、トランジスタのターンオフ時にJFET領域7上に存在するMOS構造におけるゲート絶縁膜に印加される電界を低減できる。   Generally, in a vertical MOS transistor having a cell structure, the shorter the separation distance (L2) between adjacent well regions 20, the more the electric field applied to the gate insulating film in the MOS structure existing on the JFET region 7 when the transistor is turned off. Can be reduced.

しかしながら、図33および図34に対角方向寸法L3として示すように、ユニットセルの対角線方向には本来のJFET長としての設計寸法L2よりも長くなっている部分が存在する。   However, as shown in FIG. 33 and FIG. 34 as the diagonal dimension L3, there is a portion that is longer than the design dimension L2 as the original JFET length in the diagonal direction of the unit cell.

対角方向寸法L3が長いほど素子の信頼性の観点からは望ましくないが、対角方向寸法L3を極力短くするには、各ウェル領域20のコーナー部は直角に近いことが望ましい。   The longer the diagonal dimension L3 is, the less desirable from the viewpoint of device reliability. However, in order to make the diagonal dimension L3 as short as possible, the corners of each well region 20 are preferably close to a right angle.

しかし、これまで説明してきたように、実際のパターンとしてはコーナー部がある曲率半径を持ってラウンドしてしまう。つまり、ウェル領域20の外周部分のコーナー部についてはその曲率半径をr3とした場合、先に図25を用いて説明した、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11のコーナー部のように、曲率半径r1およびr2の中心に合わせたラウンド形状とすることは、対角方向寸法L3をより大きくすることになり好ましくない。   However, as explained so far, the actual pattern is round with a radius of curvature with a corner portion. That is, when the radius of curvature of the outer peripheral portion of the well region 20 is r3, the radius of curvature is the same as the corner portions of the source extension region 10 and the JFET extension region 11 described above with reference to FIG. A round shape that matches the center of r1 and r2 is not preferable because it increases the diagonal dimension L3.

図35には、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11のコーナー部の曲率半径r1およびr2と、ウェル領域20の外周部分のコーナー部の曲率半径r3とを併せて示しており、図35に示すように、r3をr2さらにはr1よりも小さくしておくことで、トランジスタのターンオフ時の逆バイアス印加時におけるJFET領域7上のゲート絶縁膜に印加される電界を緩和し、トランジスタの信頼性を向上させることができる。   FIG. 35 shows the curvature radii r1 and r2 of the corner portions of the source extension region 10 and the JFET extension region 11, and the curvature radius r3 of the corner portion of the outer peripheral portion of the well region 20 together. Thus, by setting r3 to be smaller than r2 or even r1, the electric field applied to the gate insulating film on the JFET region 7 when the reverse bias is applied when the transistor is turned off is relaxed, and the reliability of the transistor is improved. Can be improved.

<効果>
以上説明した実施の形態1に係る炭化珪素MOSトランジスタ1000によれば、ウェル領域20の表面内に設けられたソースエクステンション領域10とJFETエクステンション領域11との間の距離でチャネル長L1が規定されるチャネル領域を備えた構成において、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11の平面視形状において、JFETエクステンション領域11側のコーナー部の曲率半径をr2とし、ソースエクステンション領域10側のコーナー部の曲率半径をr1とし、曲率半径r1およびr2の中心を共通とし、r2−r1=L1となるようにチャネル領域を形成することで、ユニットセル内におけるチャネル長がコーナー部を含めた全ての部分で一定となり、オン電流分布が均一化されて、所望の特性を示す信頼性の高いMOSトランジスタを得ることができる。
<Effect>
According to silicon carbide MOS transistor 1000 according to the first embodiment described above, channel length L1 is defined by the distance between source extension region 10 and JFET extension region 11 provided in the surface of well region 20. In the configuration including the channel region, in the plan view shape of the source extension region 10 and the JFET extension region 11, the curvature radius of the corner portion on the JFET extension region 11 side is r2, and the curvature radius of the corner portion on the source extension region 10 side is r1, the centers of curvature radii r1 and r2 are made common, and the channel region is formed so that r2−r1 = L1, so that the channel length in the unit cell is constant in all parts including the corner part, Uniform on-current distribution Te, it is possible to obtain a MOS transistor having a high reliability which indicates the desired characteristics.

また、実施の形態1に係る炭化珪素MOSトランジスタ1000においては、ソース領域12の直上にはゲート電極35が存在しない構成とすることで、ゲート電極35からのゲートリーク電流の増加を抑制できる。   In silicon carbide MOS transistor 1000 according to the first embodiment, the configuration in which gate electrode 35 does not exist immediately above source region 12 can suppress an increase in gate leakage current from gate electrode 35.

また、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11の第1導電型の不純物濃度は、少なくとも表面近傍においてはソース領域12の第1導電型の不純物濃度よりも低いため、ソースエクステンション領域10上およびJFETエクステンション領域11上のMOS構造におけるゲート絶縁膜30の信頼性が向上する。   Further, since the impurity concentration of the first conductivity type in the source extension region 10 and the JFET extension region 11 is lower than the impurity concentration of the first conductivity type in the source region 12 at least near the surface, the impurity concentration on the source extension region 10 and the JFET extension. The reliability of the gate insulating film 30 in the MOS structure on the region 11 is improved.

また、実施の形態1に係る炭化珪素MOSトランジスタ1000においては、ソースエクステンション領域10とJFETエクステンション領域11が同時に形成され、その際にチャネル領域も決定するが、チャネル領域を決定する注入マスク102の幅は、フォトリソグラフィでの解像限界の幅よりも小さくできるため、チャネル長の縮小化によるチャネル抵抗の低減が可能となる。   In silicon carbide MOS transistor 1000 according to the first embodiment, source extension region 10 and JFET extension region 11 are formed at the same time, and the channel region is also determined at that time, but the width of implantation mask 102 that determines the channel region Since it can be made smaller than the resolution limit in photolithography, the channel resistance can be reduced by reducing the channel length.

また、実施の形態1に係る炭化珪素MOSトランジスタ1000においては、ウェル領域20の外周部分のコーナー部についてはその曲率半径をr3とし、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11のそれぞれのコーナー部の曲率半径r1およびr2よりも小さくしておくことで、トランジスタのターンオフ時の逆バイアス印加時におけるJFET領域7上のゲート絶縁膜に印加される電界を緩和し、トランジスタの信頼性を向上させることができる。   In silicon carbide MOS transistor 1000 according to the first embodiment, the curvature radius of the corner portion of the outer peripheral portion of well region 20 is set to r3, and the curvature of each corner portion of source extension region 10 and JFET extension region 11 is set. By making it smaller than the radii r1 and r2, the electric field applied to the gate insulating film on the JFET region 7 when the reverse bias is applied when the transistor is turned off can be relaxed, and the reliability of the transistor can be improved. .

<実施の形態2>
<装置構成>
次に、図36を用いて、本発明に係る実施の形態2の炭化珪素MOSトランジスタ2000の特徴について説明する。
<Embodiment 2>
<Device configuration>
Next, characteristics of silicon carbide MOS transistor 2000 according to the second embodiment of the present invention will be described using FIG.

図36は、炭化珪素MOSトランジスタ2000の断面構成を示す図であり、図22に示した炭化珪素MOSトランジスタ1000の断面構成と対応する部分の図である。なお、図22に示した炭化珪素MOSトランジスタ1000と異なるのは、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15を取り囲むようにそれぞれ第2導電型のソースポケット領域51およびJFETポケット領域52が形成される点と、JFETエクステンション領域15とJFET領域7とを電気的に接続するために、JFETエクステンション領域15の中央部から直下のドリフト層2にかけて、JFETポケット領域52を貫通するように設けられた第1導電型の電流制御領域9(第1電流制御領域)を備えている点である。   36 is a diagram showing a cross-sectional configuration of silicon carbide MOS transistor 2000, and is a diagram corresponding to the cross-sectional configuration of silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG. 22 is different from silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG. 22 in that second conductivity type source pocket region 51 and JFET pocket region 52 are formed so as to surround source extension region 14 and JFET extension region 15, respectively. In order to electrically connect the JFET extension region 15 and the JFET region 7, the first conductivity provided so as to penetrate the JFET pocket region 52 from the central portion of the JFET extension region 15 to the drift layer 2 immediately below. It is a point provided with a current control region 9 (first current control region) of a mold.

なお、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15は、図22に示したソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11と実質的に同じであり、ウェル領域20の表面内に設けられたソースエクステンション領域14とJFETエクステンション領域15との間の距離でチャネル長L1が規定されるチャネル領域を備えた構成において、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の平面視形状において、JFETエクステンション領域15側のコーナー部の曲率半径をr2とし、ソースエクステンション領域14側のコーナー部の曲率半径をr1とし、曲率半径r1およびr2の中心を共通とし、r2−r1=L1となるようにチャネル領域を形成することで、ユニットセル内におけるチャネル長がコーナー部を含めた全ての部分で一定となり、オン電流分布が均一化されて、所望の特性を示す信頼性の高いMOSトランジスタが得られるという構成および効果は、炭化珪素MOSトランジスタ1000と同じである。   Note that the source extension region 14 and the JFET extension region 15 are substantially the same as the source extension region 10 and the JFET extension region 11 shown in FIG. 22, and the source extension region 14 provided in the surface of the well region 20. In a configuration including a channel region in which the channel length L1 is defined by a distance from the JFET extension region 15, the curvature of the corner portion on the JFET extension region 15 side in the plan view shape of the source extension region 14 and the JFET extension region 15 The radius is r2, the radius of curvature of the corner portion on the source extension region 14 side is r1, the centers of the curvature radii r1 and r2 are common, and the channel region is formed so that r2−r1 = L1. As a result, the channel length in the unit cell is constant in all parts including the corner part, the on-current distribution is made uniform, and a highly reliable MOS transistor having desired characteristics is obtained. This is the same as silicon carbide MOS transistor 1000.

炭化珪素MOSトランジスタ2000は、上記効果に加えて、JFETポケット領域52を有することで、JFETエクステンション領域15およびソースエクステンション領域14からチャネル領域に伸びる空乏層の伸びが抑えられ、より短いチャネル長においてもリーク電流の増加やしきい値電圧の低下を抑制することが可能となり、短チャネル化や短セルピッチ化を促進して、オン抵抗の低減に寄与するという効果を有している。   In addition to the above effects, silicon carbide MOS transistor 2000 has JFET pocket region 52, so that the growth of a depletion layer extending from JFET extension region 15 and source extension region 14 to the channel region can be suppressed, and even at a shorter channel length. An increase in leakage current and a decrease in threshold voltage can be suppressed, and the effect of contributing to a reduction in on-resistance by promoting a reduction in channel and cell pitch is achieved.

ここで、第1導電型の電流制御領域9は、JFETポケット領域52によって、JFETエクステンション領域15とJFET領域7との接続が断たれるのを防ぎ、JFET領域7の抵抗増加を防ぐために設けられている。なお、電流制御領域9はウェル領域20と接するように形成されていても良い。   Here, the current control region 9 of the first conductivity type is provided in order to prevent the JFET extension region 15 and the JFET region 7 from being disconnected by the JFET pocket region 52 and to prevent an increase in resistance of the JFET region 7. ing. The current control region 9 may be formed so as to be in contact with the well region 20.

<製造方法>
次に、図37〜図39を用いて炭化珪素MOSトランジスタ2000の製造方法について説明する。なお、基本的には実施の形態1の炭化珪素MOSトランジスタ1000の製造方法と同じであるので、重複する工程の説明は省略する。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing silicon carbide MOS transistor 2000 will be described with reference to FIGS. Since it is basically the same as the method for manufacturing silicon carbide MOS transistor 1000 of the first embodiment, the description of the overlapping steps is omitted.

実施の形態1において図8〜図10を用いて説明した工程の後に、図37に示す工程において、注入マスク102を用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、第1導電型のソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15を同時に形成する。   After the steps described with reference to FIGS. 8 to 10 in the first embodiment, in the step shown in FIG. 37, ion implantation of the first conductivity type impurity is performed using the implantation mask 102, and the first conductivity type source is obtained. The extension region 14 and the JFET extension region 15 are formed simultaneously.

ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の形成条件は、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11の形成条件と同じである。   The conditions for forming the source extension region 14 and the JFET extension region 15 are the same as the conditions for forming the source extension region 10 and the JFET extension region 11.

次に、図38に示す工程において、酸素プラズマによる気相中でのエッチング処理によって、注入マスク102を等方的にエッチングして、所望の幅を有する注入マスク103を形成する。   Next, in the step shown in FIG. 38, the implantation mask 102 is isotropically etched by etching in a gas phase using oxygen plasma to form an implantation mask 103 having a desired width.

そして、注入マスク103を用いて第2導電型の不純物のイオン注入を行い、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の周囲に、それぞれ第2導電型のソースポケット領域51およびJFETポケット領域52を形成する。   Then, ion implantation of the second conductivity type impurity is performed using the implantation mask 103 to form the second conductivity type source pocket region 51 and the JFET pocket region 52 around the source extension region 14 and the JFET extension region 15, respectively. To do.

ソースポケット領域51およびJFETポケット領域52の深さは、それらの底面がソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の底面を超える深さに設定される。   The depths of the source pocket region 51 and the JFET pocket region 52 are set so that their bottom surfaces exceed the bottom surfaces of the source extension region 14 and the JFET extension region 15.

なお、本工程では注入マスク102の縮小を行わず、イオン注入における横方向散乱を利用して、ソースポケット領域51およびJFETポケット領域52を形成しても良いし、不純物の斜めイオン注入や、基板を傾けて回転させながら行う回転注入(もしくはステップ回転注入)によって形成しても良い。   In this step, the source mask region 51 and the JFET pocket region 52 may be formed by utilizing the lateral scattering in the ion implantation without reducing the implantation mask 102, oblique ion implantation of impurities, or a substrate. Alternatively, it may be formed by rotational injection (or step rotational injection) performed while tilting and rotating.

次に、注入マスク103を除去した後、図39に示す工程において、ドリフト層2の主面上にレジスト材を塗布し(またはシリコン酸化膜を形成し)、フォトリソグラフィ(およびエッチング)によりパターニングして、電流制御領域9に対応する部分が開口部となった注入マスク104を形成し、当該注入マスクを用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、JFETエクステンション領域15の底面からドリフト層2にかけて、電流制御領域9を形成する。   Next, after removing the implantation mask 103, in the step shown in FIG. 39, a resist material is applied on the main surface of the drift layer 2 (or a silicon oxide film is formed) and patterned by photolithography (and etching). Then, an implantation mask 104 having an opening corresponding to the current control region 9 is formed, and ions of a first conductivity type impurity are implanted using the implantation mask, and a drift layer is formed from the bottom surface of the JFET extension region 15. 2, the current control region 9 is formed.

電流制御領域9の深さは、JFETポケット領域52の底面を超えてドリフト層2中に達するものの、ウェル領域20の底面よりも浅くなるように設定する。また、第1導電型の不純物濃度は、JFETポケット領域52中の第2導電型の不純物濃度よりも高く設定する。   The depth of the current control region 9 is set so as to reach the drift layer 2 beyond the bottom surface of the JFET pocket region 52 but shallower than the bottom surface of the well region 20. The impurity concentration of the first conductivity type is set higher than the impurity concentration of the second conductivity type in the JFET pocket region 52.

電流制御領域9を形成した後は、図12〜図22を用いて説明した工程と同様の工程を経て、図36に示す構成を得る。   After the current control region 9 is formed, the configuration shown in FIG. 36 is obtained through steps similar to those described with reference to FIGS.

ここで、図40には、ユニットセルの平面視における不純物領域の1つのコーナー部の形状を示しており、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15のコーナー部のF2を中心とする曲率半径r1およびr2と、ウェル領域20の外周部分のコーナー部の曲率半径r3とを併せて示している。   Here, FIG. 40 shows the shape of one corner portion of the impurity region in plan view of the unit cell. The radius of curvature r1 centered on F2 of the corner portion of the source extension region 14 and the JFET extension region 15 and r2 and the radius of curvature r3 of the corner portion of the outer peripheral portion of the well region 20 are shown together.

JFETポケット領域52は、等方的な酸素プラズマエッチングによって縮小された注入マスク103を用いて形成されるため、ソースエクステンション領域14の端部からソースポケット領域51の端部までの距離、およびJFETエクステンション領域15の端部からJFETポケット領域52の端部までの距離は、ユニットセル内の全ての部分で等しくなっており、ユニットセル内におけるチャネル長がコーナー部を含めた全ての部分で一定となり、オン電流分布が均一化されて、所望の特性を示すMOSトランジスタを得ることができる。   Since the JFET pocket region 52 is formed using the implantation mask 103 reduced by isotropic oxygen plasma etching, the distance from the end of the source extension region 14 to the end of the source pocket region 51, and the JFET extension The distance from the end of the region 15 to the end of the JFET pocket region 52 is equal in all parts in the unit cell, and the channel length in the unit cell is constant in all parts including the corner part, A MOS transistor exhibiting desired characteristics can be obtained with uniform on-current distribution.

また、ウェル領域20の外周部分のコーナー部の曲率半径r3をr2さらにはr1よりも小さくしておくことで、トランジスタのターンオフ時の逆バイアス印加時におけるJFET領域7上のゲート絶縁膜に印加される電界を緩和し、トランジスタの信頼性を向上させることができる。   Further, by setting the radius of curvature r3 of the corner portion of the outer peripheral portion of the well region 20 to be smaller than r2 or r1, it is applied to the gate insulating film on the JFET region 7 when a reverse bias is applied when the transistor is turned off. Thus, the reliability of the transistor can be improved.

また、図41には図36に示すG−G線での平面構成に相当する図を、隣接する複数のユニットセルについて示した図であり、図40は正方形のユニットセルが等間隔に、セルピッチが隣り合う配列と同じ周期で配列された例を示している。   FIG. 41 is a diagram corresponding to the plane configuration along the line GG shown in FIG. 36, showing a plurality of adjacent unit cells, and FIG. 40 is a diagram showing square unit cells at equal intervals and cell pitches. Shows an example in which are arranged at the same cycle as the adjacent arrangement.

図41において、ウェル領域20のコーナー部は実施の形態1で示したようにラウンドしているが、電流制御領域9のコーナー部についてもラウンドしている。電流制御領域9は図41に示すようにウェル領域20の端部と距離が一定となるように、そのコーナー部でウェル領域20の曲率半径の長さとは異なるが中心が同じとなるようにしても良い。また、図示はしないが電流制御領域9のコーナー部の曲率半径がウェル領域20のコーナー部と同じであるが、中心は異なる構成としても良い。   In FIG. 41, the corner portion of the well region 20 is rounded as shown in the first embodiment, but the corner portion of the current control region 9 is also rounded. As shown in FIG. 41, the current control region 9 has a constant distance from the end of the well region 20 so that the corners of the current control region 9 are different from the radius of curvature of the well region 20 but the center is the same. Also good. Although not shown, the radius of curvature of the corner portion of the current control region 9 is the same as that of the corner portion of the well region 20, but the center may be different.

<効果>
以上説明した実施の形態2に係る炭化珪素MOSトランジスタ2000によれば、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の周囲に、それぞれソースポケット領域51およびJFETポケット領域52が自己整合的に形成されるので、JFETエクステンション領域15およびソースエクステンション領域14からチャネル領域への空乏層の伸びが抑えられ、より短いチャネル長においてもリーク電流の増加やしきい値電圧の低下を抑制することが可能となり、ひいては短チャネル化や短セルピッチ化によるオン抵抗の低減が可能となる。
<Effect>
According to silicon carbide MOS transistor 2000 according to the second embodiment described above, source pocket region 51 and JFET pocket region 52 are formed in a self-aligned manner around source extension region 14 and JFET extension region 15, respectively. , The extension of the depletion layer from the JFET extension region 15 and the source extension region 14 to the channel region can be suppressed, and an increase in leakage current and a decrease in threshold voltage can be suppressed even with a shorter channel length. It is possible to reduce the on-resistance by channeling or shortening the cell pitch.

さらに、JFETエクステンション領域15は、その底面の一部が第2導電型のJFETポケット領域52で覆われているために、炭化珪素MOSトランジスタ2000への逆バイアス印加時にJFET領域7上のゲート絶縁膜30に印加される電界を緩和することができる、炭化珪素MOSトランジスタ2000の信頼性を向上させることができる。   Furthermore, since a part of the bottom surface of the JFET extension region 15 is covered with the second conductivity type JFET pocket region 52, the gate insulating film on the JFET region 7 is applied when a reverse bias is applied to the silicon carbide MOS transistor 2000. The reliability of silicon carbide MOS transistor 2000 that can relax the electric field applied to transistor 30 can be improved.

<実施の形態3>
<装置構成>
次に、図42を用いて、本発明に係る実施の形態3の炭化珪素MOSトランジスタ3000の特徴について説明する。
<Embodiment 3>
<Device configuration>
Next, characteristics of silicon carbide MOS transistor 3000 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図42は、炭化珪素MOSトランジスタ3000の断面構成を示す図であり、図22に示した炭化珪素MOSトランジスタ1000の断面構成と対応する部分の図である。   FIG. 42 shows a cross-sectional configuration of silicon carbide MOS transistor 3000, and is a diagram corresponding to a cross-sectional configuration of silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG.

なお、図22に示した炭化珪素MOSトランジスタ1000と異なるのは、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15を取り囲むようにそれぞれ第2導電型のソースポケット領域51およびJFETポケット領域52が形成される点と、JFETエクステンション領域15とJFET領域7とを電気的に接続するために、JFETエクステンション領域15の中央部から直下のドリフト層2にかけて、JFETポケット領域52を貫通するように設けられた第1導電型の電流制御領域9(第1電流制御領域)を備えている点と、ウェル領域20内部でソースエクステンション領域14およびソース領域12と接する電流制御領域120(第2電流制御領域)を備えている点である。なお、電流制御領域9はウェル領域20と接するように形成されていても良い。   22 is different from silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG. 22 in that second conductivity type source pocket region 51 and JFET pocket region 52 are formed so as to surround source extension region 14 and JFET extension region 15, respectively. In order to electrically connect the JFET extension region 15 and the JFET region 7, the first conductivity provided so as to penetrate the JFET pocket region 52 from the central portion of the JFET extension region 15 to the drift layer 2 immediately below. And a current control region 120 (second current control region) in contact with the source extension region 14 and the source region 12 inside the well region 20. Is a point. The current control region 9 may be formed so as to be in contact with the well region 20.

ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15は、図22に示したソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11と実質的に同じであり、ウェル領域20の表面内に設けられたソースエクステンション領域14とJFETエクステンション領域15との間の距離でチャネル長L1が規定されるチャネル領域を備えた構成において、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の平面視形状において、JFETエクステンション領域15側のコーナー部の曲率半径をr2とし、ソースエクステンション領域14側のコーナー部の曲率半径をr1とし、曲率半径r1およびr2の中心を共通とし、r2−r1=L1となるようにチャネル領域を形成することで、ユニットセル内におけるチャネル長がコーナー部を含めた全ての部分で一定となり、オン電流分布が均一化されて、所望の特性を示す信頼性の高いMOSトランジスタが得られるという構成および効果は、炭化珪素MOSトランジスタ1000と同じである。   The source extension region 14 and the JFET extension region 15 are substantially the same as the source extension region 10 and the JFET extension region 11 shown in FIG. 22, and the source extension region 14 and the JFET extension provided in the surface of the well region 20. In the configuration including the channel region in which the channel length L1 is defined by the distance to the region 15, the curvature radius of the corner portion on the JFET extension region 15 side in the plan view shape of the source extension region 14 and the JFET extension region 15 is set. The channel region is formed such that r2 is r2, the radius of curvature of the corner portion on the source extension region 14 side is r1, the centers of the curvature radii r1 and r2 are the same, and r2-r1 = L1. The structure and effect that the channel length in the unit cell is constant in all parts including the corner portion, the on-current distribution is uniformed, and a highly reliable MOS transistor exhibiting desired characteristics is obtained. This is the same as the silicon MOS transistor 1000.

炭化珪素MOSトランジスタ3000は、上記効果に加えて、JFETポケット領域52を有することで、JFETエクステンション領域15およびソースエクステンション領域14からチャネル領域に伸びる空乏層の伸びが抑えられ、より短いチャネル長においてもリーク電流の増加やしきい値電圧の低下を抑制することが可能となり、短チャネル化や短セルピッチ化を促進して、オン抵抗の低減に寄与するという効果を有している。   In addition to the above effects, silicon carbide MOS transistor 3000 has JFET pocket region 52, so that the extension of the depletion layer extending from JFET extension region 15 and source extension region 14 to the channel region is suppressed, and even at a shorter channel length. An increase in leakage current and a decrease in threshold voltage can be suppressed, and the effect of contributing to a reduction in on-resistance by promoting a reduction in channel and cell pitch is achieved.

電流制御層9および電流制御層120が自己整合的に形成されるために、電流制御領域9の端部からJFETエクステンション領域15端部までの長さがユニットセルの全ての部分で等しくなり、オン電流分布が均一化されて炭化珪素MOSトランジスタ3000の信頼性が向上するという効果がある。   Since the current control layer 9 and the current control layer 120 are formed in a self-aligned manner, the length from the end of the current control region 9 to the end of the JFET extension region 15 is equal in all parts of the unit cell. There is an effect that the current distribution is made uniform and the reliability of silicon carbide MOS transistor 3000 is improved.

また、電流制御領域120を備えることでソースエクステンション14とソース領域12の寄生抵抗を低減することができ、ひいては炭化珪素MOSトランジスタ3000のオン抵抗を低減できるという効果がある。   In addition, by providing the current control region 120, the parasitic resistance of the source extension 14 and the source region 12 can be reduced, and consequently the on-resistance of the silicon carbide MOS transistor 3000 can be reduced.

<製造方法>
次に、図43、図44を用いて炭化珪素MOSトランジスタ3000の製造方法について説明する。なお、基本的には実施の形態1の炭化珪素MOSトランジスタ1000の製造方法と同じであるので、重複する工程の説明は省略する。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing silicon carbide MOS transistor 3000 will be described with reference to FIGS. Since it is basically the same as the method for manufacturing silicon carbide MOS transistor 1000 of the first embodiment, the description of the overlapping steps is omitted.

実施の形態1において図8〜図10を用いて説明した工程の後に、図43に示す工程において、注入マスク102を用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、第1導電型のソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15を同時に形成する。   After the steps described with reference to FIGS. 8 to 10 in the first embodiment, in the step shown in FIG. 43, ion implantation of the first conductivity type impurity is performed using the implantation mask 102 and the first conductivity type source is obtained. The extension region 14 and the JFET extension region 15 are formed simultaneously.

ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の形成条件は、ソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11の形成条件と同じである。   The conditions for forming the source extension region 14 and the JFET extension region 15 are the same as the conditions for forming the source extension region 10 and the JFET extension region 11.

次に、図38を用いて説明したように、酸素プラズマによる気相中でのエッチング処理によって、注入マスク102を等方的にエッチングして、所望の幅を有する注入マスク103を形成する。この場合、注入マスク103の幅はチャネル長よりも小さくなるようにエッチング条件を設定する。   Next, as described with reference to FIG. 38, the implantation mask 102 is isotropically etched by an etching process in a gas phase using oxygen plasma to form an implantation mask 103 having a desired width. In this case, the etching conditions are set so that the width of the implantation mask 103 is smaller than the channel length.

そして、注入マスク103を用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、第1導電型の不純物のイオン注入を行い、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の周囲に、それぞれ第2導電型のソースポケット領域51およびJFETポケット領域52を形成する。   Then, ion implantation of the first conductivity type impurity is performed using the implantation mask 103, ion implantation of the first conductivity type impurity is performed, and the second conductivity type is formed around the source extension region 14 and the JFET extension region 15, respectively. Source pocket region 51 and JFET pocket region 52 are formed.

ソースポケット領域51およびJFETポケット領域52の深さは、それらの底面がソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の底面を超える深さに設定される。   The depths of the source pocket region 51 and the JFET pocket region 52 are set so that their bottom surfaces exceed the bottom surfaces of the source extension region 14 and the JFET extension region 15.

その後、図44に示す工程において、注入マスク103を形成した状態のドリフト層2上全面に、シリコン酸化膜を例えばCVD法により成膜し、異方性エッチングを行うことによって注入マスク103の周囲に、サイドウォール状にシリコン酸化膜で構成される注入マスク105を形成する。   Thereafter, in the step shown in FIG. 44, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the drift layer 2 in a state where the implantation mask 103 is formed by, for example, the CVD method, and anisotropic etching is performed around the implantation mask 103. Then, an implantation mask 105 made of a silicon oxide film is formed in a sidewall shape.

そして、注入マスク103および注入マスク105で構成される複合マスク106を用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、複合マスク106で覆われない領域に、第1導電型の電流制御領域9および120を形成する。   Then, ion implantation of the first conductivity type impurity is performed using the composite mask 106 including the implantation mask 103 and the implantation mask 105, and the first conductivity type current control region 9 is formed in a region not covered with the composite mask 106. And 120 are formed.

上記のように、注入マスク105は、いわゆる枠付け法によって形成されるために、注入マスク103の端部と注入マスク105の端部の距離はユニットセルの全ての部分で等しくすることができるため、その後に形成される電流制御層9の端部からJFETエクステンション領域15の端部までの距離、すなわちチャネル領域までの長さがユニットセルの全ての部分で等しくなり、オン電流分布を均一化するという効果を奏する。   As described above, since the implantation mask 105 is formed by a so-called frame forming method, the distance between the end portion of the implantation mask 103 and the end portion of the implantation mask 105 can be made equal in all portions of the unit cell. Then, the distance from the end portion of the current control layer 9 formed thereafter to the end portion of the JFET extension region 15, that is, the length to the channel region becomes equal in all portions of the unit cell, and the on-current distribution is made uniform. There is an effect.

なお、電流制御領域9および電流制御領域120の深さは、JFETポケット領域52の底面を超え、ウェル領域20の底面よりも浅くなるように設定する。また、第1導電型の不純物濃度は、JFETポケット領域52中の第2導電型の不純物濃度よりも高く設定する。   The depths of the current control region 9 and the current control region 120 are set so as to exceed the bottom surface of the JFET pocket region 52 and shallower than the bottom surface of the well region 20. The impurity concentration of the first conductivity type is set higher than the impurity concentration of the second conductivity type in the JFET pocket region 52.

電流制御領域9および120を形成した後は、図12〜図22を用いて説明した工程と同様の工程を経て、図42に示す構成を得る。   After forming the current control regions 9 and 120, the configuration shown in FIG. 42 is obtained through steps similar to those described with reference to FIGS.

また、図45には図42に示すH−H線での平面構成に相当する図を、隣接する複数のユニットセルについて示した図であり、図42は正方形のユニットセルが等間隔に、セルピッチが隣り合う配列と同じ周期で配列された例を示している。   FIG. 45 is a diagram corresponding to the plane configuration along the line H-H shown in FIG. 42, showing a plurality of adjacent unit cells. FIG. 42 is a diagram showing square unit cells at equal intervals and cell pitches. Shows an example in which are arranged at the same cycle as the adjacent arrangement.

図45において、電流制御領域9および電流制御領域120のコーナー部はともにラウンドしているが、注入マスク103への枠付けによる複合注入マスク106を用いるため、電流制御領域9のコーナー部の曲率半径は電流制御領域120の曲率半径よりも大きくなっている。   In FIG. 45, the corner portions of the current control region 9 and the current control region 120 are both round, but since the composite implantation mask 106 is used by framing the implantation mask 103, the radius of curvature of the corner portion of the current control region 9 is used. Is larger than the radius of curvature of the current control region 120.

<効果>
以上説明した実施の形態3に係る炭化珪素MOSトランジスタ3000によれば、ソースエクステンション領域14およびJFETエクステンション領域15の周囲に、それぞれソースポケット領域51およびJFETポケット領域52が自己整合的に形成されるので、JFETエクステンション領域15およびソースエクステンション領域14からチャネル領域への空乏層の伸びが抑えられ、より短いチャネル長においてもリーク電流の増加やしきい値電圧の低下を抑制することが可能となり、ひいては短チャネル化や短セルピッチ化によるオン抵抗の低減が可能となる。
<Effect>
According to silicon carbide MOS transistor 3000 according to the third embodiment described above, source pocket region 51 and JFET pocket region 52 are formed in a self-aligned manner around source extension region 14 and JFET extension region 15, respectively. , The extension of the depletion layer from the JFET extension region 15 and the source extension region 14 to the channel region can be suppressed, and an increase in leakage current and a decrease in threshold voltage can be suppressed even with a shorter channel length. It is possible to reduce the on-resistance by channeling or shortening the cell pitch.

また、JFETエクステンション領域15は、その底面の一部が第2導電型のJFETポケット領域52で覆われているために、炭化珪素MOSトランジスタ2000への逆バイアス印加時にJFET領域7上のゲート絶縁膜30に印加される電界を緩和することができる、炭化珪素MOSトランジスタ2000の信頼性を向上させることができる。   Further, since the JFET extension region 15 is partially covered with the second conductivity type JFET pocket region 52, the gate insulating film on the JFET region 7 is applied when a reverse bias is applied to the silicon carbide MOS transistor 2000. The reliability of silicon carbide MOS transistor 2000 that can relax the electric field applied to transistor 30 can be improved.

また、電流制御層9および電流制御層120が自己整合的に形成されるために、電流制御領域9の端部からJFETエクステンション領域15端部までの長さがユニットセルの全ての部分で等しくなり、オン電流分布が均一化されて炭化珪素MOSトランジスタ3000の信頼性が向上するという効果がある。   In addition, since the current control layer 9 and the current control layer 120 are formed in a self-aligned manner, the length from the end of the current control region 9 to the end of the JFET extension region 15 is equal in all parts of the unit cell. There is an effect that the on-current distribution is made uniform and the reliability of silicon carbide MOS transistor 3000 is improved.

また、電流制御領域120を備えることでソースエクステンション14とソース領域12の寄生抵抗を低減することができ、ひいては炭化珪素MOSトランジスタ2000のオン抵抗を低減できる。   In addition, by providing the current control region 120, the parasitic resistance of the source extension 14 and the source region 12 can be reduced, and consequently the on-resistance of the silicon carbide MOS transistor 2000 can be reduced.

<実施の形態4>
<装置構成>
次に、図46を用いて、本発明に係る実施の形態4の炭化珪素MOSトランジスタ4000の特徴について説明する。
<Embodiment 4>
<Device configuration>
Next, characteristics of silicon carbide MOS transistor 4000 of the fourth embodiment according to the present invention will be described using FIG.

図46は、炭化珪素MOSトランジスタ4000の断面構成を示す図であり、図22に示した炭化珪素MOSトランジスタ1000の断面構成と対応する部分の図である。   46 is a diagram showing a cross-sectional configuration of silicon carbide MOS transistor 4000, and is a diagram of a portion corresponding to the cross-sectional configuration of silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG.

なお、図22に示した炭化珪素MOSトランジスタ1000と異なるのは、ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17の直下に、ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17の底面を部分的に覆うように、それぞれ第2導電型のソースポケット領域53およびJFETポケット領域54が形成される点と、JFETエクステンション領域17とJFET領域7とを電気的に接続するために、JFETエクステンション領域15の中央部から直下のドリフト層2にかけて、JFETポケット領域52を貫通するように設けられた第1導電型の電流制御領域9(第1電流制御領域)を備えている点である。なお、電流制御領域9はウェル領域20と接するように形成されていても良い。   22 is different from silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG. 22 in that the bottom surfaces of source extension region 16 and JFET extension region 17 are partially covered immediately below source extension region 16 and JFET extension region 17, respectively. In order to electrically connect the point where the second conductivity type source pocket region 53 and the JFET pocket region 54 are formed and the JFET extension region 17 and the JFET region 7, a drift immediately below the center of the JFET extension region 15 is provided. A point is that a first conductivity type current control region 9 (first current control region) provided so as to penetrate the JFET pocket region 52 over the layer 2 is provided. The current control region 9 may be formed so as to be in contact with the well region 20.

ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17は、図22に示したソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11と実質的に同じであり、ウェル領域20の表面内に設けられたソースエクステンション領域64とJFETエクステンション領域17との間の距離でチャネル長L1が規定されるチャネル領域を備えた構成において、ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17の平面視形状において、JFETエクステンション領域17側のコーナー部の曲率半径をr2とし、ソースエクステンション領域16側のコーナー部の曲率半径をr1とし、曲率半径r1およびr2の中心を共通とし、r2−r1=L1となるようにチャネル領域を形成することで、ユニットセル内におけるチャネル長がコーナー部を含めた全ての部分で一定となり、オン電流分布が均一化されて、所望の特性を示す信頼性の高いMOSトランジスタが得られるという構成および効果は、炭化珪素MOSトランジスタ1000と同じである。   The source extension region 16 and the JFET extension region 17 are substantially the same as the source extension region 10 and the JFET extension region 11 shown in FIG. 22, and the source extension region 64 and the JFET extension provided in the surface of the well region 20. In the configuration including the channel region in which the channel length L1 is defined by the distance between the region 17 and the plan view shape of the source extension region 16 and the JFET extension region 17, the curvature radius of the corner portion on the JFET extension region 17 side is set. The channel region is formed such that r2 is r2, the radius of curvature of the corner portion on the source extension region 16 side is r1, the centers of the curvature radii r1 and r2 are common, and r2-r1 = L1. The structure and effect that the channel length in the unit cell is constant in all parts including the corner portion, the on-current distribution is uniformed, and a highly reliable MOS transistor exhibiting desired characteristics is obtained. This is the same as the silicon MOS transistor 1000.

炭化珪素MOSトランジスタ4000は、上記効果に加えて、JFETエクステンション領域17は、その底面の一部が第2導電型のJFETポケット領域54で覆われているために、炭化珪素MOSトランジスタ4000への逆バイアス印加時にゲート絶縁膜30に印加される電界を緩和することができるため、炭化珪素MOSトランジスタ4000の信頼性を向上させることができる。   In addition to the above-described effects, silicon carbide MOS transistor 4000 has a JFET extension region 17 that is partly covered with the second conductivity type JFET pocket region 54, and is therefore reverse to silicon carbide MOS transistor 4000. Since the electric field applied to gate insulating film 30 when bias is applied can be relaxed, the reliability of silicon carbide MOS transistor 4000 can be improved.

<製造方法>
次に、図47〜図49を用いて炭化珪素MOSトランジスタ4000の製造方法について説明する。なお、基本的には実施の形態1の炭化珪素MOSトランジスタ1000の製造方法と同じであるので、重複する工程の説明は省略する。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing silicon carbide MOS transistor 4000 will be described with reference to FIGS. Since it is basically the same as the method for manufacturing silicon carbide MOS transistor 1000 of the first embodiment, the description of the overlapping steps is omitted.

実施の形態1において図8、図9を用いて説明した工程の後に、図47に示す工程において、ドリフト層2の主面上にレジスト材を塗布し(またはシリコン酸化膜を形成し)、フォトリソグラフィ(およびエッチング)によりパターニングして、ソースポケット領域53およびJFETポケット領域54に対応する部分が開口部となった注入マスク107を形成する。その後、当該注入マスク107を用いて、第2導電型の不純物のイオン注入を行い、第2導電型のソースポケット領域53およびJFETポケット領域54を同時に形成する。   After the steps described with reference to FIGS. 8 and 9 in the first embodiment, a resist material is applied to the main surface of the drift layer 2 (or a silicon oxide film is formed) in the step shown in FIG. Patterning is performed by lithography (and etching) to form an implantation mask 107 having openings corresponding to the source pocket region 53 and the JFET pocket region 54. Thereafter, ion implantation of a second conductivity type impurity is performed using the implantation mask 107 to simultaneously form the second conductivity type source pocket region 53 and the JFET pocket region 54.

次に、酸素プラズマによる気相中でのエッチング処理によって、注入マスク107を等方的にエッチングして、図48に示す所望の幅を有する注入マスク102を形成する。この注入マスク102の幅によって、後に形成されるチャネル長が決定される。   Next, the implantation mask 107 is isotropically etched by an etching process in a gas phase using oxygen plasma to form an implantation mask 102 having a desired width shown in FIG. The channel length to be formed later is determined by the width of the implantation mask 102.

続いて、注入マスク102を用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、第1導電型のソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17を同時に形成する。   Subsequently, the first conductivity type impurity is ion-implanted using the implantation mask 102 to simultaneously form the first conductivity type source extension region 16 and the JFET extension region 17.

ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17の深さは、それらの底面がソースポケット領域53およびJFETポケット領域54の底面を超えない深さに設定される。また、ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17は、チャネルの形成される表面近傍においてソースポケット領域53およびJFETポケット領域54を介さずにウェル領域20とそれぞれ接続されるように、ソースポケット領域53およびJFETポケット領域54の平面視での大きさよりも広く形成される。   The depths of the source extension region 16 and the JFET extension region 17 are set such that their bottom surfaces do not exceed the bottom surfaces of the source pocket region 53 and the JFET pocket region 54. Further, the source extension region 16 and the JFET extension region 17 are connected to the well region 20 without passing through the source pocket region 53 and the JFET pocket region 54 in the vicinity of the surface where the channel is formed, respectively. The JFET pocket region 54 is formed wider than the size in plan view.

次に、注入マスク102を除去した後、図49に示す工程において、ドリフト層2の主面上にレジスト材を塗布し(またはシリコン酸化膜を形成し)、フォトリソグラフィ(およびエッチング)によりパターニングして、電流制御領域9に対応する部分が開口部となった注入マスク104を形成し、当該注入マスクを用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、JFETエクステンション領域17の底面からドリフト層2にかけて、電流制御領域9を形成する。   Next, after removing the implantation mask 102, in the step shown in FIG. 49, a resist material is applied on the main surface of the drift layer 2 (or a silicon oxide film is formed) and patterned by photolithography (and etching). Then, an implantation mask 104 having an opening corresponding to the current control region 9 is formed, and ion implantation of the first conductivity type impurity is performed using the implantation mask, and a drift layer is formed from the bottom surface of the JFET extension region 17. 2, the current control region 9 is formed.

電流制御領域9の深さは、JFETポケット領域54の底面を超えてドリフト層2中に達するものの、ウェル領域20の底面よりも浅くなるように設定する。また、第1導電型の不純物濃度は、JFETポケット領域54中の第2導電型の不純物濃度よりも高く設定する。   The depth of the current control region 9 is set so as to reach the drift layer 2 beyond the bottom surface of the JFET pocket region 54 but shallower than the bottom surface of the well region 20. The impurity concentration of the first conductivity type is set higher than the impurity concentration of the second conductivity type in the JFET pocket region 54.

電流制御領域9を形成した後は、図12〜図22を用いて説明した工程と同様の工程を経て、図46に示す構成を得る。   After the current control region 9 is formed, the configuration shown in FIG. 46 is obtained through steps similar to those described with reference to FIGS.

<効果>
以上説明した実施の形態4に係る炭化珪素MOSトランジスタ4000によれば、ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17の下部に、それぞれソースポケット領域53およびJFETポケット領域54が自己整合的に形成されるので、炭化珪素MOSトランジスタ4000のターンオフ時の逆バイアス印加時におけるJFET領域7上のゲート絶縁膜に印加される電界を緩和し、炭化珪素MOSトランジスタ4000の信頼性を向上させることができる。
<Effect>
According to silicon carbide MOS transistor 4000 according to the fourth embodiment described above, source pocket region 53 and JFET pocket region 54 are formed in a self-aligned manner under source extension region 16 and JFET extension region 17, respectively. The electric field applied to the gate insulating film on JFET region 7 at the time of reverse bias application at the time of turn-off of silicon carbide MOS transistor 4000 can be relaxed, and the reliability of silicon carbide MOS transistor 4000 can be improved.

<実施の形態5>
<装置構成>
次に、図50を用いて、本発明に係る実施の形態5の炭化珪素MOSトランジスタ5000の特徴について説明する。
<Embodiment 5>
<Device configuration>
Next, characteristics of silicon carbide MOS transistor 5000 according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図50は、炭化珪素MOSトランジスタ5000の断面構成を示す図であり、図22に示した炭化珪素MOSトランジスタ1000の断面構成と対応する部分の図である。   50 is a diagram showing a cross-sectional configuration of silicon carbide MOS transistor 5000, and is a diagram corresponding to the cross-sectional configuration of silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG.

なお、図22に示した炭化珪素MOSトランジスタ1000と異なるのは、ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17の直下に、ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17の底面を部分的に覆うように、それぞれ第2導電型のソースポケット領域53およびJFETポケット領域54が形成される点と、JFETエクステンション領域17とJFET領域7とを電気的に接続するために、JFETエクステンション領域17の中央部から直下のドリフト層2にかけて、JFETポケット領域54を貫通するように設けられた第1導電型の電流制御領域9(第1電流制御領域)を備えている点と、ウェル領域20内部でソースエクステンション領域16およびソース領域12と接する電流制御領域120(第2電流制御領域)を備えている点である。なお、電流制御領域9はウェル領域20と接するように形成されていても良い。   22 is different from silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG. 22 in that the bottom surfaces of source extension region 16 and JFET extension region 17 are partially covered immediately below source extension region 16 and JFET extension region 17, respectively. In order to electrically connect the JFET extension region 17 and the JFET region 7 to the point where the second conductivity type source pocket region 53 and the JFET pocket region 54 are formed, a drift immediately below the center of the JFET extension region 17 is formed. The first conductivity type current control region 9 (first current control region) provided so as to penetrate the JFET pocket region 54 over the layer 2, and the source extension region 16 and the source in the well region 20 Region 12 and It is that it includes a current control region 120 (second current control region). The current control region 9 may be formed so as to be in contact with the well region 20.

ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17は、図22に示したソースエクステンション領域10およびJFETエクステンション領域11と実質的に同じであり、ウェル領域20の表面内に設けられたソースエクステンション領域16とJFETエクステンション領域17との間の距離でチャネル長L1が規定されるチャネル領域を備えた構成において、ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17の平面視形状において、JFETエクステンション領域17側のコーナー部の曲率半径をr2とし、ソースエクステンション領域16側のコーナー部の曲率半径をr1とし、曲率半径r1およびr2の中心を共通とし、r2−r1=L1となるようにチャネル領域を形成することで、ユニットセル内におけるチャネル長がコーナー部を含めた全ての部分で一定となり、オン電流分布が均一化されて、所望の特性を示す信頼性の高いMOSトランジスタが得られるという構成および効果は、炭化珪素MOSトランジスタ1000と同じである。   The source extension region 16 and the JFET extension region 17 are substantially the same as the source extension region 10 and the JFET extension region 11 shown in FIG. 22, and the source extension region 16 and the JFET extension provided in the surface of the well region 20. In the configuration including the channel region in which the channel length L1 is defined by the distance between the region 17 and the plan view shape of the source extension region 16 and the JFET extension region 17, the curvature radius of the corner portion on the JFET extension region 17 side is set. The channel region is formed such that r2 is r2, the radius of curvature of the corner portion on the source extension region 16 side is r1, the centers of the curvature radii r1 and r2 are common, and r2-r1 = L1. The structure and effect that the channel length in the unit cell is constant in all parts including the corner portion, the on-current distribution is uniformed, and a highly reliable MOS transistor exhibiting desired characteristics is obtained. This is the same as the silicon MOS transistor 1000.

炭化珪素MOSトランジスタ5000は、上記効果に加えて、JFETエクステンション領域17は、その底面の一部が第2導電型のJFETポケット領域54で覆われているために、炭化珪素MOSトランジスタ5000への逆バイアス印加時にゲート絶縁膜30に印加される電界を緩和することができるため、炭化珪素MOSトランジスタ5000の信頼性を向上させることができる。   In addition to the above-described effects, silicon carbide MOS transistor 5000 has a JFET extension region 17 that is partly covered with the second conductivity type JFET pocket region 54, and is therefore reverse to silicon carbide MOS transistor 5000. Since the electric field applied to gate insulating film 30 when a bias is applied can be relaxed, the reliability of silicon carbide MOS transistor 5000 can be improved.

また、電流制御層9および電流制御層120が自己整合的に形成されるために、電流制御領域9の端部からJFETエクステンション領域17端部までの長さがユニットセルの全ての部分で等しくなり、オン電流分布が均一化されて炭化珪素MOSトランジスタ5000の信頼性が向上するという効果がある。   In addition, since the current control layer 9 and the current control layer 120 are formed in a self-aligned manner, the length from the end of the current control region 9 to the end of the JFET extension region 17 is equal in all parts of the unit cell. The ON current distribution is made uniform, and the reliability of the silicon carbide MOS transistor 5000 is improved.

また、電流制御領域120を備えることでソースエクステンション16とソース領域12の寄生抵抗を低減することができ、ひいては炭化珪素MOSトランジスタ5000のオン抵抗を低減できるという効果がある。   In addition, by providing the current control region 120, the parasitic resistance of the source extension 16 and the source region 12 can be reduced, and as a result, the on-resistance of the silicon carbide MOS transistor 5000 can be reduced.

<製造方法>
次に、図51を用いて炭化珪素MOSトランジスタ5000の製造方法について説明する。なお、基本的には実施の形態1の炭化珪素MOSトランジスタ1000の製造方法と同じであるので、重複する工程の説明は省略する。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing silicon carbide MOS transistor 5000 will be described with reference to FIG. Since it is basically the same as the method for manufacturing silicon carbide MOS transistor 1000 of the first embodiment, the description of the overlapping steps is omitted.

実施の形態4において図47、48を用いて説明した工程の後に、図51に示す工程において、注入マスク103を形成した状態のドリフト層2上全面に、シリコン酸化膜を例えばCVD法により成膜し、異方性エッチングを行うことによって注入マスク102の周囲に、サイドウォール状にシリコン酸化膜で構成される注入マスク105を形成する。   After the step described with reference to FIGS. 47 and 48 in the fourth embodiment, in the step shown in FIG. 51, a silicon oxide film is formed on the entire surface of drift layer 2 in the state where implantation mask 103 is formed by, for example, the CVD method. Then, by performing anisotropic etching, an implantation mask 105 made of a silicon oxide film in a sidewall shape is formed around the implantation mask 102.

そして、注入マスク102および注入マスク105で構成される複合マスク108を用いて第1導電型の不純物のイオン注入を行い、複合マスク108で覆われない領域に、第1導電型の電流制御領域9および120を形成する。   Then, ion implantation of the first conductivity type impurity is performed using the composite mask 108 including the implantation mask 102 and the implantation mask 105, and the first conductivity type current control region 9 is formed in a region not covered with the composite mask 108. And 120 are formed.

上記のように、注入マスク105は、いわゆる枠付け法によって形成されるために、注入マスク102の端部と注入マスク105の端部の距離はユニットセルの全ての部分で等しくすることができるため、その後に形成される電流制御層9の端部からJFETエクステンション領域17の端部までの距離、すなわちチャネル領域までの長さがユニットセルの全ての部分で等しくなり、オン電流分布を均一化するという効果を奏する。   As described above, since the implantation mask 105 is formed by a so-called frame forming method, the distance between the end portion of the implantation mask 102 and the end portion of the implantation mask 105 can be made equal in all portions of the unit cell. Then, the distance from the end portion of the current control layer 9 formed thereafter to the end portion of the JFET extension region 17, that is, the length to the channel region becomes equal in all portions of the unit cell, and the on-current distribution is made uniform. There is an effect.

<効果>
以上説明した実施の形態5に係る炭化珪素MOSトランジスタ5000によれば、ソースエクステンション領域16およびJFETエクステンション領域17の下部に、それぞれソースポケット領域53およびJFETポケット領域54が自己整合的に形成されるので、炭化珪素MOSトランジスタ5000のターンオフ時の逆バイアス印加時におけるJFET領域7上のゲート絶縁膜に印加される電界を緩和し、炭化珪素MOSトランジスタ5000の信頼性を向上させることができる。
<Effect>
According to silicon carbide MOS transistor 5000 according to the fifth embodiment described above, source pocket region 53 and JFET pocket region 54 are formed in a self-aligned manner below source extension region 16 and JFET extension region 17, respectively. The electric field applied to the gate insulating film on JFET region 7 when the reverse bias is applied when silicon carbide MOS transistor 5000 is turned off can be relaxed, and the reliability of silicon carbide MOS transistor 5000 can be improved.

また、電流制御層9および電流制御層120が自己整合的に形成されるために、電流制御領域9の端部からJFETエクステンション領域17端部までの長さがユニットセルの全ての部分で等しくなり、オン電流分布が均一化されて炭化珪素MOSトランジスタ5000の信頼性が向上するという効果がある。   In addition, since the current control layer 9 and the current control layer 120 are formed in a self-aligned manner, the length from the end of the current control region 9 to the end of the JFET extension region 17 is equal in all parts of the unit cell. The ON current distribution is made uniform, and the reliability of the silicon carbide MOS transistor 5000 is improved.

以上説明した本発明に係る実施の形態1〜5において説明した製造方法は一例であり、他の製造方法で製造した場合でも、同様の効果は得られる。   The manufacturing method described in Embodiments 1 to 5 according to the present invention described above is an example, and the same effect can be obtained even when manufactured by another manufacturing method.

以上説明した本発明に係る実施の形態1〜5においては、本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することのない範囲内で考えることが可能である。   Embodiments 1 to 5 according to the present invention described above exemplify aspects to which the present invention can be applied, and the present invention is not limited to this. In other words, various modifications and variations to the described aspects can be considered without departing from the scope of the present invention.

また、本発明においては、半導体装置が縦型MOSトランジスタである場合を開示しているが、例えば図4に示す炭化珪素MOSトランジスタ1000において、半導体基板1と裏面側のオーミック電極42との間に第2導電型のコレクタ層を設けることで、IGBT(insulated gate bipolar transistor)のセル領域を有する半導体装置を構成しても既述した本発明の効果が同様に奏される。従って、本発明の効力が及ぶ射程範囲は、MOSトランジスタ、IGBT等のMOS構造を有するスイッチングデバイスとしての半導体装置であると言える。   In the present invention, the case where the semiconductor device is a vertical MOS transistor is disclosed. For example, in the silicon carbide MOS transistor 1000 shown in FIG. 4, between the semiconductor substrate 1 and the ohmic electrode 42 on the back surface side. By providing the collector layer of the second conductivity type, the above-described effects of the present invention can be similarly achieved even when a semiconductor device having an IGBT (insulated gate bipolar transistor) cell region is configured. Therefore, it can be said that the range of the scope of the present invention is a semiconductor device as a switching device having a MOS structure such as a MOS transistor or IGBT.

また、本発明においては、実施の形態1〜5で記載したMOS構造を有する半導体装置自体を狭義の意味で「半導体装置」と定義する他、例えば、当該半導体装置を、当該半導体装置に対して逆並列に接続されるフリーホイールダイオードおよび当該半導体装置のゲート電圧を生成・印加する制御回路等と共にリードフレームに搭載して封止したインバータモジュールなどのパワーモジュール自体も、広義の意味で「半導体装置」と定義する。   Further, in the present invention, the semiconductor device itself having the MOS structure described in the first to fifth embodiments is defined as “semiconductor device” in a narrow sense. For example, the semiconductor device is connected to the semiconductor device. A power module itself such as an inverter module that is mounted on a lead frame and sealed together with a freewheel diode connected in antiparallel and a control circuit that generates and applies a gate voltage of the semiconductor device and the like is also a semiconductor device in a broad sense. Is defined.

1 半導体基板、2 ドリフト層、9,120 電流制御領域、10,14,16 ソースエクステンション領域、11,15,17 JFETエクステンション領域、12 ソース領域、20 ウェル領域、51,53 ソースポケット領域、52,54 JFETポケット領域、100,101,102,103,104,105,106 注入マスク。   1 semiconductor substrate, 2 drift layer, 9,120 current control region, 10, 14, 16 source extension region, 11, 15, 17 JFET extension region, 12 source region, 20 well region, 51, 53 source pocket region, 52, 54 JFET pocket region, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106 Implant mask.

Claims (8)

第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に配設された第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の上層部に選択的に複数配設された第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表面内に選択的に配設された第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域の端縁部に接して前記ソース領域を囲むように、前記ウェル領域の表面内に配設された第1導電型のエクステンション領域と、
互いに隣り合う前記ウェル領域の上面側端縁部間に延在するように配設された第1導電型の半導体領域と、を備え、
前記エクステンション領域と前記半導体領域との間の距離でチャネル領域のチャネル長が規定され、
前記エクステンション領域は、その平面視形状において、コーナー部が第1の曲率半径を有する円弧状をなし、
前記半導体領域は、その平面視形状において、コーナー部が前記第1の曲率半径と中心を同じくする第2の曲率半径を有する円弧状をなし、
前記ウェル領域は、その平面視形状において、コーナー部が第3の曲率半径を有する円弧状をなし、
前記第3の曲率半径は、前記第1および第2の曲率半径よりも小さな曲率半径である、半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor layer disposed on the semiconductor substrate;
A plurality of second-conductivity-type well regions selectively disposed in the upper layer portion of the semiconductor layer;
A source region of a first conductivity type selectively disposed in a surface of the well region;
An extension region of a first conductivity type disposed in the surface of the well region so as to surround the source region in contact with an edge of the source region;
A first conductivity type semiconductor region disposed so as to extend between upper side edge portions of the well regions adjacent to each other,
The channel length of the channel region is defined by the distance between the extension region and the semiconductor region,
The extension region has an arc shape in which a corner portion has a first radius of curvature in a plan view shape thereof,
The semiconductor region, in its plan view shape, to name a circular arc shape having a second radius of curvature corner portion is also the first radius of curvature and the center,
The well region has an arc shape in which a corner portion has a third radius of curvature in a plan view shape thereof,
The semiconductor device, wherein the third radius of curvature is a radius of curvature smaller than the first and second radius of curvature.
第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に配設された第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の上層部に選択的に複数配設された第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表面内に選択的に配設された第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域の端縁部に接して前記ソース領域を囲むように、前記ウェル領域の表面内に配設された第1導電型のエクステンション領域と、
互いに隣り合う前記ウェル領域の上面側端縁部間に延在するように配設された第1導電型の半導体領域と、を備え、
前記エクステンション領域と前記半導体領域との間の距離でチャネル領域のチャネル長が規定され、
前記エクステンション領域は、その平面視形状において、コーナー部が第1の曲率半径を有する円弧状をなし、
前記半導体領域は、その平面視形状において、コーナー部が前記第1の曲率半径と中心を同じくする第2の曲率半径を有する円弧状をなし、
前記ウェル領域の表面内に配設され、前記エクステンション領域を覆う第2導電型の第1のポケット領域と、
前記半導体層の表面内および前記ウェル領域の表面内に配設され、前記半導体領域を覆う第2導電型の第2のポケット領域と
前記半導体領域内から直下の前記半導体層にかけて、前記第2のポケット領域を貫通するように設けられた第1導電型の第1電流制御領域と、をさらに備える、半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor layer disposed on the semiconductor substrate;
A plurality of second-conductivity-type well regions selectively disposed in the upper layer portion of the semiconductor layer;
A source region of a first conductivity type selectively disposed in a surface of the well region;
An extension region of a first conductivity type disposed in the surface of the well region so as to surround the source region in contact with an edge of the source region;
A first conductivity type semiconductor region disposed so as to extend between upper side edge portions of the well regions adjacent to each other,
The channel length of the channel region is defined by the distance between the extension region and the semiconductor region,
The extension region has an arc shape in which a corner portion has a first radius of curvature in a plan view shape thereof,
The semiconductor region has an arc shape in which the corner portion has a second radius of curvature that is the same as the center of the first radius of curvature in the plan view shape;
A first pocket region of a second conductivity type disposed in the surface of the well region and covering the extension region;
A second pocket region of a second conductivity type disposed in the surface of the semiconductor layer and in the surface of the well region and covering the semiconductor region ;
Wherein toward the semiconductor layer immediately below the semiconductor region, and the second of the first current control region of the first conductivity type provided so as to penetrate through the pocket area, Ru further comprising a semi-conductor device.
第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に配設された第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の上層部に選択的に複数配設された第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表面内に選択的に配設された第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域の端縁部に接して前記ソース領域を囲むように、前記ウェル領域の表面内に配設された第1導電型のエクステンション領域と、
互いに隣り合う前記ウェル領域の上面側端縁部間に延在するように配設された第1導電型の半導体領域と、を備え、
前記エクステンション領域と前記半導体領域との間の距離でチャネル領域のチャネル長が規定され、
前記エクステンション領域は、その平面視形状において、コーナー部が第1の曲率半径を有する円弧状をなし、
前記半導体領域は、その平面視形状において、コーナー部が前記第1の曲率半径と中心を同じくする第2の曲率半径を有する円弧状をなし、
前記ウェル領域内の前記エクステンション領域の直下に配設され、前記エクステンション領域の底面を部分的に覆う第2導電型の第1のポケット領域と、
少なくとも前記半導体層内の前記半導体領域の直下に配設され、前記半導体領域の底面を部分的に覆う第2導電型の第2のポケット領域と
前記半導体領域内から直下の前記半導体層にかけて、前記第2のポケット領域を貫通するように設けられた第1導電型の第1電流制御領域と、をさらに備える、半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor layer disposed on the semiconductor substrate;
A plurality of second-conductivity-type well regions selectively disposed in the upper layer portion of the semiconductor layer;
A source region of a first conductivity type selectively disposed in a surface of the well region;
An extension region of a first conductivity type disposed in the surface of the well region so as to surround the source region in contact with an edge of the source region;
A first conductivity type semiconductor region disposed so as to extend between upper side edge portions of the well regions adjacent to each other,
The channel length of the channel region is defined by the distance between the extension region and the semiconductor region,
The extension region has an arc shape in which a corner portion has a first radius of curvature in a plan view shape thereof,
The semiconductor region has an arc shape in which the corner portion has a second radius of curvature that is the same as the center of the first radius of curvature in the plan view shape;
A first pocket region of a second conductivity type disposed immediately below the extension region in the well region and partially covering the bottom surface of the extension region;
A second pocket region of a second conductivity type disposed at least immediately below the semiconductor region in the semiconductor layer and partially covering the bottom surface of the semiconductor region ;
Wherein toward the semiconductor layer immediately below the semiconductor region, and the second of the first current control region of the first conductivity type provided so as to penetrate through the pocket area, Ru further comprising a semi-conductor device.
前記半導体領域の端部から、前記第1電流制御領域までの長さが前記半導体装置の1つのユニットの全ての部分で等しい、請求項2または請求項3記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 2 , wherein a length from an end portion of the semiconductor region to the first current control region is equal in all portions of one unit of the semiconductor device. 前記ウェル領域内で、前記ソース領域を囲むように配設され、前記エクステンション領域および前記ソース領域と接する第1導電型の第2電流制御領域をさらに備える、請求項記載の半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 4 , further comprising a second current control region of a first conductivity type disposed so as to surround the source region in the well region and in contact with the extension region and the source region . 第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に配設された第1導電型の半導体層と、前記半導体層の上層部に選択的に複数配設された第2導電型のウェル領域と、前記ウェル領域の表面内に選択的に配設された第1導電型のソース領域と、前記ソース領域の端縁部に接して前記ソース領域を囲むように、前記ウェル領域の表面内に配設された第1導電型のエクステンション領域と、互いに隣り合う前記ウェル領域の上面側端縁部間に延在するように配設された第1導電型の半導体領域と、を備えた半導体装置の製造方法であって、A first conductivity type semiconductor substrate; a first conductivity type semiconductor layer disposed on the semiconductor substrate; and a plurality of second conductivity type well regions selectively disposed on an upper layer portion of the semiconductor layer; A source region of a first conductivity type selectively disposed in the surface of the well region and a surface of the well region so as to surround the source region in contact with an edge of the source region. An extension region of a first conductivity type provided, and a semiconductor region of a first conductivity type disposed so as to extend between edge portions on the upper surface side of the well regions adjacent to each other. A manufacturing method comprising:
(a)前記半導体基板を準備する工程と、(a) preparing the semiconductor substrate;
(b)前記半導体基板の一方の主面上に前記半導体層を形成する工程と、(b) forming the semiconductor layer on one main surface of the semiconductor substrate;
(c)前記半導体層の上層部に前記ウェル領域を選択的に複数形成する工程と、(c) selectively forming a plurality of the well regions in the upper layer portion of the semiconductor layer;
(d)前記半導体層上に、前記エクステンション領域および前記半導体領域に対応する部分より狭い開口部を有するとともに、前記ウェル領域において後にチャネル領域となる部分を、チャネル長より広い幅で覆う第1の注入マスクを形成する工程と、(d) a first opening that has a narrower opening on the semiconductor layer than a portion corresponding to the extension region and the semiconductor region, and covers a portion that later becomes a channel region in the well region with a width wider than a channel length; Forming an implantation mask;
(e)前記第1の注入マスクを等方的にエッチングして、その幅を前記チャネル長にまで減じて第2の注入マスクを形成する工程と、(e) forming the second implantation mask by isotropically etching the first implantation mask to reduce its width to the channel length;
(f)前記第2の注入マスクを用いて第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記エクステンション領域および前記半導体領域を形成する工程と、(f) performing ion implantation of a first conductivity type impurity using the second implantation mask to form the extension region and the semiconductor region;
(g)前記第2の注入マスクを除去した後、前記半導体層上に、前記ソース領域に対応する部分が開口部となった第3の注入マスクを形成する工程と、(g) forming a third implantation mask having an opening corresponding to the source region on the semiconductor layer after removing the second implantation mask;
(h)前記第3の注入マスクを用いて第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記ソース領域を形成する工程と、を備え、(h) performing ion implantation of a first conductivity type impurity using the third implantation mask to form the source region, and
前記工程(d)は、The step (d)
平面視形状における前記第1の注入マスクの内側を、フォトリソグラフィで生じる最小の曲率半径よりも大きい曲率半径とし、前記第1の注入マスクの外側の曲率半径を、内側の曲率半径に前記第1の注入マスクの幅を加え、かつ内側と中心を合わせたマスクを用いてフォトリソグラフィによって前記第1の注入マスクのパターニングを行う工程を含む、半導体装置の製造方法。The inside of the first implantation mask in the plan view shape is set to a radius of curvature larger than the minimum curvature radius generated by photolithography, and the curvature radius outside the first implantation mask is set to the inside curvature radius. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of patterning the first implantation mask by photolithography using a mask that is added with a width of the implantation mask and having a center aligned with the inside.
前記工程(f)と(g)との間に、Between the steps (f) and (g),
(f1)前記第2の注入マスクを等方的にエッチングして、その幅を前記チャネル長よりも小さくなるまで減じて第4の注入マスクを形成する工程と、(f1) forming the fourth implantation mask by isotropically etching the second implantation mask to reduce its width to be smaller than the channel length;
(f2)前記第4の注入マスクを用いて第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記ウェル領域の表面内に、前記エクステンション領域を覆う第2導電型の第1のポケット領域を形成するとともに、前記半導体層の表面内および前記ウェル領域の表面内に、前記半導体領域を覆う第2導電型の第2のポケット領域を形成する工程と、(f2) The second conductivity type impurity is ion-implanted using the fourth implantation mask to form a second conductivity type first pocket region covering the extension region in the surface of the well region. Forming a second pocket region of a second conductivity type covering the semiconductor region in the surface of the semiconductor layer and in the surface of the well region;
(f3)前記第4の注入マスクを形成した状態の前記半導体層上全面に、シリコン酸化膜を形成し、異方性エッチングを行うことによって前記第4の注入マスクの周囲に、サイドウォール状の第5の注入マスクを形成する工程と、(f3) A silicon oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor layer in a state where the fourth implantation mask is formed, and anisotropic etching is performed to form a sidewall-like shape around the fourth implantation mask. Forming a fifth implantation mask;
(f4)前記第4および第5の注入マスクで構成される第6の注入マスクを用いて第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体領域内から直下の前記半導体層にかけて、前記第2のポケット領域を貫通するように第1導電型の第1電流制御領域を形成するとともに、前記エクステンション領域内から直下のウェル領域にかけて、前記第1のポケット領域を貫通するように第1導電型の第2電流制御領域を形成する工程と、をさらに備える、請求項6記載の半導体装置の製造方法。(f4) Using a sixth implantation mask constituted by the fourth and fifth implantation masks, ion implantation of a first conductivity type impurity is performed, and the second region is formed from the semiconductor region to the semiconductor layer immediately below. The first conductivity type first current control region is formed so as to penetrate the first pocket region, and the first conductivity type is formed so as to penetrate the first pocket region from the extension region to the well region immediately below. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising: forming a second current control region.
前記工程(d)と(e)との間に、Between steps (d) and (e),
(d1)前記第1の注入マスクを用いて第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記ウェル領域の表面内に、前記エクステンション領域よりも深い第2導電型の第1のポケット領域を形成するとともに、前記半導体層の表面内から前記ウェル領域の表面内に及ぶ、前記半導体領域よりも深い第2導電型の第2のポケット領域を形成する工程と、(d1) Using the first implantation mask, second conductivity type impurity ions are implanted to form a second pocket type first pocket region deeper than the extension region in the surface of the well region. And forming a second conductivity type second pocket region deeper than the semiconductor region extending from the surface of the semiconductor layer to the surface of the well region;
前記工程(f)と(g)との間に、Between the steps (f) and (g),
(f1)前記第2の注入マスクを形成した状態の前記半導体層上全面に、シリコン酸化膜を形成し、異方性エッチングを行うことによって前記第2の注入マスクの周囲に、サイドウォール状の第4の注入マスクを形成する工程と、(f1) A silicon oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor layer in a state where the second implantation mask is formed, and anisotropic etching is performed to form a sidewall-like shape around the second implantation mask. Forming a fourth implantation mask;
(f2)前記第2および第4の注入マスクで構成される第5の注入マスクを用いて第1導電型不純物のイオン注入を行い、前記半導体領域内から直下の前記半導体層にかけて、前記第2のポケット領域を貫通するように第1導電型の第1電流制御領域を形成するとともに、前記エクステンション領域内から直下のウェル領域にかけて、前記第1のポケット領域を貫通するように第1導電型の第2電流制御領域を形成する工程と、をさらに備える、請求項6記載の半導体装置の製造方法。(f2) Ion implantation of a first conductivity type impurity is performed using a fifth implantation mask composed of the second and fourth implantation masks, and the second region is formed from the semiconductor region to the semiconductor layer immediately below. The first conductivity type first current control region is formed so as to penetrate the first pocket region, and the first conductivity type is formed so as to penetrate the first pocket region from the extension region to the well region immediately below. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising: forming a second current control region.
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