JP6146146B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関し、特に、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a silicon carbide semiconductor device and a manufacturing method thereof.
炭化珪素を材料として用いた半導体装置のうち、たとえばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など、所定の閾値電圧を境にチャネル領域における反転層の形成の有無をコントロールし、電流を導通および遮断する半導体装置においては、チャネル移動度の向上やオン抵抗の低減について種々の検討がなされている。 Among semiconductor devices using silicon carbide as a material, for example, whether or not an inversion layer is formed in a channel region with a predetermined threshold voltage as a boundary, such as a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). However, in a semiconductor device that conducts and cuts off current, various studies have been made on improving channel mobility and reducing on-resistance.
特開平9−199724号公報には、<112−0>方向に延長されており、n+型ソース領域とp型炭化珪素半導体層とをともに貫通してn−型炭化珪素半導体層に達する溝の内壁に、エピタキシャル成長によりn型炭化珪素半導体薄膜層が形成された炭化珪素半導体装置が記載されている。 In JP-A-9-199724, a groove extending in the <112-0> direction and penetrating through both the n + type source region and the p type silicon carbide semiconductor layer and reaching the n− type silicon carbide semiconductor layer is disclosed. A silicon carbide semiconductor device in which an n-type silicon carbide semiconductor thin film layer is formed on the inner wall by epitaxial growth is described.
しかしながら、特開平9−199724号公報に記載の炭化珪素半導体装置は、閾値電圧の低下やチャネル領域のパンチスルー破壊などの特性劣化といったいわゆる短チャネル効果の発生を抑制しながら高移動度を実現することが困難である。具体的には、n型炭化珪素半導体薄膜層はエピタキシャル成長により形成されるため、炭化珪素半導体装置において一定の不純物濃度を有することになる。そのため、p型炭化珪素半導体層の膜厚を薄くし、かつp型炭化珪素半導体層の不純物濃度を高めて短チャネル化を図った場合において、n型炭化珪素半導体薄膜層の全体を高濃度に形成した場合、短チャネル効果の発生を抑制することが困難である。一方、n型炭化珪素半導体薄膜層の全体を低濃度に形成した場合、n型炭化珪素半導体薄膜層を低抵抗することは困難であり、オン抵抗を低減することは困難である。つまり、いわゆる短チャネル効果の発生を抑制しながらチャネル抵抗を低減することができる高性能な炭化珪素半導体装置を得ることは困難であった。 However, the silicon carbide semiconductor device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-199724 realizes high mobility while suppressing the occurrence of so-called short channel effects such as lowering of the threshold voltage and deterioration of characteristics such as punch-through breakdown of the channel region. Is difficult. Specifically, since the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer is formed by epitaxial growth, the silicon carbide semiconductor device has a certain impurity concentration. Therefore, when the thickness of the p-type silicon carbide semiconductor layer is reduced and the impurity concentration of the p-type silicon carbide semiconductor layer is increased to shorten the channel, the entire n-type silicon carbide semiconductor thin film layer is increased in concentration. When formed, it is difficult to suppress the occurrence of the short channel effect. On the other hand, when the entire n-type silicon carbide semiconductor thin film layer is formed at a low concentration, it is difficult to reduce the resistance of the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer, and it is difficult to reduce the on-resistance. That is, it has been difficult to obtain a high-performance silicon carbide semiconductor device that can reduce channel resistance while suppressing the occurrence of the so-called short channel effect.
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、高性能な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems. A main object of the present invention is to provide a high-performance silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same.
本発明に係る炭化珪素半導体装置は、第1の導電型を有する第1の層と、第1の層上に設けられ第2の導電型を有する第2の層と、第2の層上に設けられ第1の導電型を有する第3の層とを含む炭化珪素基板を備える。炭化珪素基板には、第3の層および第2の層を貫通して第1の層に至る側壁を有するトレンチが設けられており、側壁は、面方位{0−33−8}を有する第1の面を含む。第1の面は絶縁膜に覆われており、側壁の第1の面において絶縁膜に接触し、第3の層から第1の層に至る第1の導電型を有する第1の不純物注入領域をさらに備える。 A silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes a first layer having a first conductivity type, a second layer having a second conductivity type provided on the first layer, and a second layer. And a silicon carbide substrate including a third layer having a first conductivity type. The silicon carbide substrate is provided with a trench having a sidewall extending through the third layer and the second layer to reach the first layer, and the sidewall has a surface orientation {0-33-8}. 1 face is included. The first surface is covered with an insulating film, and is in contact with the insulating film on the first surface of the sidewall, and the first impurity implantation region having the first conductivity type from the third layer to the first layer Is further provided.
本発明によれば、高性能な炭化珪素半導体装置を得ることができる。 According to the present invention, a high-performance silicon carbide semiconductor device can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”−”(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. In the crystallographic description in this specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. In addition, a negative crystallographic index is usually expressed by adding a “-” (bar) above a number, but in this specification a negative sign is added before the number. Yes.
はじめに、本発明の実施の形態の概要について説明する。
(1)第1の導電型を有する第1の層(ドリフト層2)と、第1の層(ドリフト層2)上に設けられ第2の導電型を有する第2の層(ボディ領域3)と、第2の層(ボディ領域3)上に設けられ第1の導電型を有する第3の層(ソース領域4)とを含む炭化珪素基板(エピタキシャル基板100)を備える。炭化珪素基板(エピタキシャル基板100)には、第3の層(ソース領域4)および第2の層(ボディ領域3)を貫通して第1の層(ドリフト層2)に至る側壁を有するトレンチが設けられており、側壁(側壁面SW)は、面方位{0−33−8}を有する第1の面(面S1)を含む。第1の面は絶縁膜(ゲート絶縁膜8)に覆われており、側壁(側壁面SW)の第1の面において絶縁膜(ゲート絶縁膜8)と接触し、第3の層(ソース領域4)から第1の層(ドリフト層2)に至る第1の導電型を有する第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)をさらに備える。
First, an outline of an embodiment of the present invention will be described.
(1) A first layer having a first conductivity type (drift layer 2) and a second layer having a second conductivity type provided on the first layer (drift layer 2) (body region 3) And a silicon carbide substrate (epitaxial substrate 100) including a third layer (source region 4) provided on the second layer (body region 3) and having the first conductivity type. The silicon carbide substrate (epitaxial substrate 100) has a trench having a side wall that penetrates through the third layer (source region 4) and the second layer (body region 3) to reach the first layer (drift layer 2). The side wall (side wall surface SW) is provided including a first surface (plane S1) having a plane orientation {0-33-8}. The first surface is covered with an insulating film (gate insulating film 8), contacts the insulating film (gate insulating film 8) on the first surface of the side wall (sidewall surface SW), and a third layer (source region). A first impurity implantation region (n-type channel region 7) having the first conductivity type from 4) to the first layer (drift layer 2) is further provided.
このようにすれば、トレンチTRの側壁面SWおよび底面BTの各々を覆っている絶縁膜(ゲート絶縁膜8)の直下において、第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)と第2の層(ボディ領域3)とが接合しているため、ゲート電極9に閾値電圧以上の電圧が印加されていない状態では、第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)と第2の層(ボディ領域3)との接合部の境界面から第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)側に空乏層が拡がる。閾値電圧以上の電圧が印加されない場合には、伝導チャネルは形成されない。また、トレンチTRの側壁面SWは、特殊面を有しているため、絶縁膜(ゲート絶縁膜8)と第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)との界面における界面準位密度を低減することができるとともに、第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)に形成される伝導チャネルの移動度を高めることができる。 In this way, the first impurity implantation region (n-type channel region 7) and the second impurity are directly below the insulating film (gate insulating film 8) covering each of the sidewall surface SW and the bottom surface BT of the trench TR. Since the layer (body region 3) is bonded, the first impurity implantation region (n-type channel region 7) and the second layer (in the state where a voltage higher than the threshold voltage is not applied to the gate electrode 9) A depletion layer extends from the boundary surface of the junction with the body region 3) toward the first impurity implantation region (n-type channel region 7). When no voltage higher than the threshold voltage is applied, no conduction channel is formed. Further, since the sidewall surface SW of the trench TR has a special surface, the interface state density at the interface between the insulating film (gate insulating film 8) and the first impurity implantation region (n-type channel region 7) is reduced. In addition to the reduction, the mobility of the conduction channel formed in the first impurity implantation region (n-type channel region 7) can be increased.
(2)第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)の不純物濃度は、第1の面(面S1)に沿う方向において変化していてもよい。このようにすれば、第2の層(ボディ領域3)が炭化珪素基板(エピタキシャル基板100)の厚み方向において不純物濃度が一定に設けられている場合にも、第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)において、第2の層(ボディ領域3)との接合界面に形成される空乏層の拡がり方はチャネルの延びる方向に異なる。つまり、第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)は、空乏化しやすい領域と、不純物濃度が高い領域とを含むことができる。その結果、炭化珪素半導体装置200は、閾値電圧の低下やチャネル領域のパンチスルー破壊などの特性劣化といったいわゆる短チャネル効果の発生が抑制されるとともに、チャネル抵抗を低減することができる。
(2) The impurity concentration of the first impurity implantation region (n-type channel region 7) may change in a direction along the first surface (surface S1). In this way, even when the second layer (body region 3) is provided with a constant impurity concentration in the thickness direction of the silicon carbide substrate (epitaxial substrate 100), the first impurity implantation region (n-type) In the channel region 7), the depletion layer formed at the junction interface with the second layer (body region 3) spreads differently in the channel extending direction. That is, the first impurity implantation region (n-type channel region 7) can include a region that is easily depleted and a region that has a high impurity concentration. As a result, silicon
(3)第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)の不純物濃度は、第3の層(ソース領域4)側よりも第1の層(ドリフト層2)側の方が低くてもよい。このようにすれば、第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)は、第1の導電型の不純物濃度が低い第1の層(ドリフト層2)側において、空乏化しやすく形成されている。その結果、炭化珪素半導体装置200は、閾値電圧の低下やチャネル領域のパンチスルー破壊などの特性劣化といったいわゆる短チャネル効果の発生が効果的に抑制される。
(3) The impurity concentration of the first impurity implantation region (n-type channel region 7) may be lower on the first layer (drift layer 2) side than on the third layer (source region 4) side. . In this way, the first impurity implantation region (n-type channel region 7) is easily depleted on the first layer (drift layer 2) side where the impurity concentration of the first conductivity type is low. . As a result, in silicon
(4)絶縁膜(ゲート絶縁膜8)と第3の層(ソース領域4)とが直接接触していてもよい。このようにすれば、炭化珪素半導体装置200は、n型チャネル領域7よりも不純物濃度の高いnソース領域4と、ゲート絶縁膜8とが直接接触する領域において、高濃度の伝導電子を生じさせることができる。さらに炭化珪素半導体装置200は、当該領域に生じた高濃度の伝導電子をn型チャネル領域7に流通させることができる。
(4) The insulating film (gate insulating film 8) and the third layer (source region 4) may be in direct contact. In this way, silicon
(5)第1の導電型を有する第1の層(ドリフト層2)と、第1の層(ドリフト層2)上に設けられ第2の導電型を有する第2の層(ボディ領域3)と、第2の層(ボディ領域3)上に設けられ第1の導電型を有する第3の層(ソース領域4)とを含む炭化珪素基板(エピタキシャル基板100)を準備する工程(S10)と、炭化珪素基板(エピタキシャル基板100)に第3の層(ソース領域4)および第2の層(ボディ領域3)を貫通して第1の層(ドリフト層2)に至る側壁を有するトレンチを形成する工程(S40)とを備える。側壁は面方位{0−33−8}を有する第1の面(面S1)を含む。トレンチTRを形成する工程(S40)では、側壁の第1の面(面S1)において表出する第3の層(ソース領域4)から第1の層(ドリフト層2)に至る第1の導電型を有する第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)が形成されている。 (5) A first layer having a first conductivity type (drift layer 2) and a second layer having a second conductivity type provided on the first layer (drift layer 2) (body region 3) And a step of preparing a silicon carbide substrate (epitaxial substrate 100) including a third layer (source region 4) provided on the second layer (body region 3) and having the first conductivity type (S10); Then, a trench having a sidewall extending through the third layer (source region 4) and the second layer (body region 3) to the first layer (drift layer 2) is formed in the silicon carbide substrate (epitaxial substrate 100). Step (S40). The side wall includes a first surface (plane S1) having a plane orientation {0-33-8}. In the step of forming trench TR (S40), the first conductivity from the third layer (source region 4) exposed on the first surface (surface S1) of the sidewall to the first layer (drift layer 2). A first impurity implantation region (n-type channel region 7) having a type is formed.
工程(S40)において面方位{0−33−8}を有する第1の面(面S1)を含んでいる側壁面SW上に表出し、かつ第2の層(ボディ領域3)と接合している第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)をイオン注入法を用いて形成することができる。その結果、トレンチTRの側壁面SWを覆うように絶縁膜(ゲート絶縁膜8)を形成し、さらにゲート電極9を形成したときに、第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)は炭化珪素半導体装置200のチャネル領域として機能することができる。これにより、いわゆる短チャネル効果の発生が抑制されるとともに、チャネル抵抗を低減することができる高性能な炭化珪素半導体装置200を得ることができる。
In the step (S40), exposed on the side wall surface SW including the first surface (surface S1) having the surface orientation {0-33-8} and bonded to the second layer (body region 3) The first impurity implantation region (n-type channel region 7) can be formed using an ion implantation method. As a result, when the insulating film (gate insulating film 8) is formed so as to cover the sidewall surface SW of the trench TR and the
(6)第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)の不純物濃度を第1の面(面S1)に沿う方向において変化させてもよい。つまり、工程(S40)における注入条件を制御することにより、空乏化しやすい領域と、不純物濃度が高い領域とを含む第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)を容易に形成することができる。 (6) The impurity concentration of the first impurity implantation region (n-type channel region 7) may be changed in the direction along the first surface (surface S1). That is, by controlling the implantation conditions in the step (S40), the first impurity implantation region (n-type channel region 7) including the region that is likely to be depleted and the region having a high impurity concentration can be easily formed. .
(7)第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)は、トレンチTRよりも先に形成されてもよい。つまり、まず第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)を形成する工程(S45)として、マスク膜16を用いてイオン注入してもよい。その後、トレンチを形成する工程(S46)を実施することにより、第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)を側壁面SW上に表出するように形成することができる。
(7) The first impurity implantation region (n-type channel region 7) may be formed before the trench TR. That is, first, as a step (S45) of forming the first impurity implantation region (n-type channel region 7), ions may be implanted using the
(8)第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)は、トレンチTRよりも後に形成されてもよい。このようにしても、側壁面SWの第1の面(面S1)において表出する第3の層(ソース領域4)から第1の層(ドリフト層2)に至る第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)が形成される領域に対応したマスク膜16を用いてイオン注入することにより、第1の不純物注入領域(n型チャネル領域7)を側壁面SW上に表出するように形成することができる。
(8) The first impurity implantation region (n-type channel region 7) may be formed after the trench TR. Even in this case, the first impurity implantation region (from the third layer (source region 4) exposed on the first surface (surface S1) of the sidewall surface SW to the first layer (drift layer 2) ( The first impurity implantation region (n-type channel region 7) is exposed on the side wall surface SW by ion implantation using the
次に、本発明の実施の形態についてより詳細に説明する。
まず、図1を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構造を説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置200は、縦型MOSFETとして構成されている。図1に示した炭化珪素半導体装置は、エピタキシャル基板100と、ゲート絶縁膜8と、ゲート電極9と、層間絶縁膜10と、ソース電極12と、ソース配線層13と、ドレイン電極14と、裏面保護電極15とを備える。エピタキシャル基板100は、ベース基板1と、ドリフト層2と、ボディ領域3(ボディ領域3)と、ソース領域4と、コンタクト領域5と、n型チャネル領域7とを備える。エピタキシャル基板100の上面の面方位は{0001}に対して0度よりも大きく8度よりも小さいオフ角を有している。
Next, embodiments of the present invention will be described in more detail.
First, the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Silicon
ベース基板1は、結晶系が六方晶である単結晶炭化珪素からなり導電型がn型(第1導電型)である。ベース基板1は、たとえばN(窒素)などの不純物を高濃度で含んでいる。ベース基板1に含まれる窒素などの不純物濃度はたとえば1.0×1018cm−3程度である。
ドリフト層2は、導電型がn型である。ドリフト層2はベース基板1上に形成されている、エピタキシャル層である。ドリフト層2は、たとえば窒素(N)などの不純物を含んでいる。ドリフト層2の不純物濃度は、ベース基板1の不純物濃度よりも低く、たとえば1×1015cm−3以上5×1016cm−3以下である。
ボディ領域3は、導電型がp型(第2導電型)である。ボディ領域3はドリフト層2上に形成されている。ボディ領域3は、たとえばアルミニウム(Al)、ホウ素(B)などの不純物を含んでいる。ボディ領域3の不純物濃度は、1×1017cm−3以上5×1018cm−3以下であり、好ましくは1×1018cm−3である。ボディ領域3の厚みは、たとえば0.3μm以上1.2μm以下であり、好ましくは0.5μm程度である。
ソース領域4は、導電型がn型である。ソース領域4はボディ領域3上に形成されている。ソース領域4は、たとえばNなどの不純物を含んでいる。ソース領域4の不純物濃度は、5×1018cm−3以上1×1020cm−3以下である。ソース領域4の厚みは、たとえば0.1μm以上0.4μm以下であり、好ましくは0.2μm程度である。
コンタクト領域5は、導電型がp型である。コンタクト領域5は、ソース領域4を貫通してボディ領域3と接触するように形成されている。コンタクト領域5は、たとえばアルミニウム(Al)、ホウ素(B)などの不純物を含んでいる。
Contact
トレンチTRは、エピタキシャル基板100の上面(ベース基板1に対して反対側の面)において、ソース領域4、ボディ領域3およびドリフト層2を部分的に除去することにより設けられている。トレンチTRは側壁面SWおよび底面BTを有している。側壁面SWはソース領域4およびボディ領域3を貫通してドリフト層2に至っている。底面BTはドリフト層2に位置している。底面BTは、エピタキシャル基板100の上面とほぼ平行な平坦な形状を有している。
Trench TR is provided by partially removing
側壁面SWはエピタキシャル基板100の上面に対して傾斜しており、これによりトレンチTRは開口に向かってテーパ状に拡がっている。側壁面SWは、少なくともボディ領域3上において、所定の結晶面(特殊面とも称する)を有している。特殊面の詳細については後述する。
Sidewall surface SW is inclined with respect to the upper surface of
n型チャネル領域7は、導電型はn型である。n型チャネル領域7は、トレンチTRの側壁面SWに沿うように、ソース領域4、ボディ領域3およびドリフト層2中に形成されている。つまり、本実施の形態においては、n型チャネル領域7は側壁面SWの全面に表出するように形成されている。n型チャネル領域7は底面BT上に表出するようには形成されていない。n型チャネル領域7に含まれるn型不純物は、たとえばP(リン)などである。n型チャネル領域7の不純物濃度は、ソース領域4の不純物濃度よりも低く、ドリフト層2の不純物濃度よりも高くなるように設けられている。n型チャネル領域7の不純物濃度は、ボディ領域3の不純物濃度よりも高く設けられており、好ましくはボディ領域3の不純物濃度の1.05倍以上として設けられている。たとえばn型チャネル領域7の不純物濃度は、5×1017cm−3以上1×1019cm−3以下であり、好ましくは5×1018cm−3である。
N-
図2に本実施の形態におけるn型チャネル領域7の不純物濃度の分布を示す。図2(a)は、ソース領域4、ボディ領域3およびドリフト層2と接するように形成されたn型チャネル領域7の概略断面図であり、図2(b)は図2(a)に示したn型チャネル領域7についてのトレンチTRの深さ方向(ソース領域4、ボディ領域3およびドリフト層2の積層方向)での不純物濃度分布を示すグラフである。図2を参照して、n型チャネル領域7の不純物濃度は、n型チャネル領域7内において側壁面SWに沿う方向において変化しており、好ましくはドリフト層2とボディ領域3との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度は、ボディ領域3とソース領域4との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度よりも低い。つまり、ドリフト層2とボディ領域3との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度は、たとえば5×1017cm−3以上1×1019cm−3以下である。ボディ領域3とソース領域4との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度は、たとえば5×1017cm−3以上1×1019cm−3以下である。このとき、ボディ領域3上に形成されたn型チャネル領域7の不純物濃度は、ドリフト層2とボディ領域3との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度から漸次増加して、ボディ領域3とソース領域4との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度に達するように設けられていればよい。本実施の形態においては、ソース領域4上に形成された(ボディ領域3とソース領域4との界面よりエピタキシャル基板100の上面側に位置する)n型チャネル領域7の不純物濃度は、ボディ領域3とソース領域4との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度よりも低く設けられている。
FIG. 2 shows the impurity concentration distribution of the n-
ゲート絶縁膜8は、トレンチTRの側壁面SWおよび底面BTの各々を覆っている。つまり、ゲート絶縁膜8は、トレンチTRの側壁面SWにおいてn型チャネル領域7と直接接触して、これを覆っている。ゲート電極9はゲート絶縁膜8上に設けられている。ソース電極12は、ソース領域4およびpコンタクト領域5の各々に接している。ソース配線層13はソース電極12に接している。ソース配線層13は、たとえばアルミニウム層である。層間絶縁膜10はゲート電極9とソース配線層13との間を絶縁している。
次に、図1に示した半導体装置の動作について簡単に説明する。図1を参照して、ゲート電極9に閾値以上の電圧が印加されない状態、すなわちオフ状態では、ゲート絶縁膜8直下であってボディ領域3上に設けられているn型チャネル領域7において伝導チャネルが形成されない。具体的には、ドリフト層2とボディ領域3との界面近傍において、オフ状態ではn型チャネル領域7とボディ領域3との接合部の境界面からn型チャネル領域7側に空乏層が拡がるため、非導通状態となる。一方、ゲート電極9に閾値電圧以上の正の電圧が印加されると、ボディ領域3上に設けられているn型チャネル領域7において蓄積層が形成される。その結果、ソース領域4とドリフト層2とが電気的に接続された状態となる。この結果、ソース電極12とドレイン電極14との間に電流が流れる。
Next, the operation of the semiconductor device shown in FIG. 1 will be briefly described. Referring to FIG. 1, in a state where a voltage higher than a threshold is not applied to
次に、図3〜図10を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。 Next, with reference to FIGS. 3 to 10, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described.
まず、結晶系が六法晶である単結晶炭化珪素からなるベース基板1が準備される(工程(S10))。次に、図4を参照して、ベース基板1上における炭化珪素のエピタキシャル成長によってドリフト層2が形成される(工程(S20))。ベース基板1の、エピタキシャル成長が行われる面は、{000−1}面から8度以内のオフ角を有することが好ましく、(000−1)面から8度以内のオフ角を有することがより好ましい。エピタキシャル成長はCVD法により行われ得る。原料ガスとしては、たとえば、シラン(SiH4)とプロパン(C3H8)との混合ガスを用い得る。この際、不純物として、たとえば窒素(N)やリン(P)を導入することが好ましい。
First,
次に、図5を参照して、ドリフト層2上にボディ領域3およびソース領域4が形成される(工程(S30))。これらの形成は、たとえばドリフト層2の上面2A上へのイオン注入により行い得る。ボディ領域3を形成するためのイオン注入においては、たとえばアルミニウム(Al)などの、p型を付与するための不純物がイオン注入される。またソース領域4を形成するためのイオン注入においては、たとえばリン(P)などの、n型を付与するための不純物がイオン注入される。なおイオン注入に代わり、不純物の添加をともなうにエピタキシャル成長が用いられてもよい。さらに、ドリフト層2、ボディ領域3およびソース領域4上にコンタクト領域5が形成される。具体的には、ソース領域4上にコンタクト領域5が形成されることになる位置に対応した開口部を有するマスク膜が形成され、該マスク膜を用いてソース領域4の上面にたとえばAlなどのp型不純物がイオン注入される。マスク膜はたとえば二酸化珪素(SiO2)からなる。コンタクト領域5が形成された後、マスク膜は除去される。
Next, referring to FIG. 5,
次に、図6〜図8を参照して、トレンチTRが形成される(工程(S40))。具体的には、トレンチTRを形成するとともに、n型チャネル領域7を形成する。本実施の形態においては、まず、図6を参照して、n型チャネル領域7が形成される(工程(S45))。具体的には、まずソース領域4上に、後の工程(S46)においてトレンチTRの底面BTが形成されることになる位置に対応した開口部を有するマスク膜16が形成される。マスク膜16の開口部は、トレンチTRの底面BTと比べてトレンチTRの側壁面SWが形成されることになる側に広く形成されている。マスク膜16の開口部は壁面16wで規定される。マスク膜16の材質、膜厚、および壁面16Wの形状(上面2Aに対する傾斜角など)は、本工程(S40)においてマスク膜16を介してイオン注入が所定の注入条件(注入エネルギーなど)で行われたときに、n型チャネル領域7が側壁面SWに沿って形成されるように設けられる。n型チャネル領域7が形成されない位置を覆うマスク膜16の膜厚は、ソース領域4へのイオン注入を阻止できる十分な厚さを有していればよい。
Next, referring to FIGS. 6 to 8, trench TR is formed (step (S40)). Specifically, the trench TR is formed and the n-
本工程(S45)では、次に、マスク膜16を用いて上面2Aに対してn型不純物が注入される。本実施の形態においては、注入方向は上面2Aに対して垂直な方向である。上面2A上においてマスク膜16の壁面16wが形成されている位置では、マスク膜16の壁面16wを介してn型不純物が注入される。本工程(S45)におけるn型不純物の注入エネルギーは、たとえば100keV以上500keV以下程度である。注入エネルギーが100keV未満である場合には、n型チャネル領域7をソース領域4、ボディ領域3およびドリフト層2中に渡って形成することは困難である。一方、上記注入エネルギーが500keV超えである場合には、後の工程(S46)においてトレンチTRの底面BTが形成されることになるドリフト層2上の位置よりも、上面2Aからの深さが深い領域にまで不純物が注入されるおそれがある。
In this step (S45), an n-type impurity is then implanted into the
このとき、注入エネルギーとドーズ量などの注入条件を制御することにより、n型チャネル領域7は、不純物濃度が後の工程(S46)にて形成される側壁面SWに沿う方向において変化するように形成される。好ましくはドリフト層2とボディ領域3との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度が、ボディ領域3とソース領域4との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度よりも低く設けられる。このようにして、ベース基板1と、ドリフト層2と、ボディ領域3と、ソース領域4と、コンタクト領域5と、n型チャネル領域7とを備えるエピタキシャル基板100が形成される。
At this time, by controlling the implantation conditions such as the implantation energy and the dose amount, the n-
次に、図7および図8を参照して、トレンチTRが形成される(工程(S46))。具体的には、図7を参照して、まず図16に示したマスク膜16を除去した後、ソース領域4の上部表面上にマスク層17を形成する。マスク層17として、たとえばSiO2などの絶縁膜を用いることができる。マスク層17の形成方法は、たとえばCVD法などを用いて絶縁膜を形成する。マスク層17の膜厚は、本工程(S46)におけるエッチング条件に曝されたときに確実に残存することができる任意の厚さとすればよい。次に、絶縁膜上にフォトリソグラフィ法を用いて、トレンチTRの底面BTが形成されるべき領域に開口部を有するレジスト膜(図示せず)を形成する。このレジスト膜をマスクとして用いて、レジスト膜の開口部から露出した絶縁膜を除去することにより、絶縁膜に開口パターンを形成する。その後レジスト膜を除去する。この結果、図7に示したトレンチTRの底面BTが形成されるべき領域に開口部を有するマスク層17が形成される。
Next, referring to FIGS. 7 and 8, trench TR is formed (step (S46)). Specifically, referring to FIG. 7, first, after removing
次に、図7を参照して、マスク層17をマスクとして用いて、n型チャネル領域7の一部がエッチングにより除去される。エッチングの方法としてはたとえば反応性イオンエッチング(RIE)、特に誘導結合プラズマ(ICP)RIEを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてSF6またはSF6とO2との混合ガスを用いたICP−RIEを用いることができる。このようなエッチングにより、トレンチTRが形成されるべき領域に、エピタキシャル基板100の上面2A(ソース領域4の上面)に対してほぼ垂直な側壁を有する溝が形成される。このようにして、図7に示す構造を得る。
Next, referring to FIG. 7, using
次に、図8を参照して、マスク層17をマスクとして用いて、n型チャネル領域7の一部が熱エッチングによりさらに除去される。熱エッチングは、たとえば、少なくとも1種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中で、基板を加熱することによって行い得る。少なくとも1種類以上のハロゲン原子は、塩素(Cl)原子およびフッ素(F)原子の少なくともいずれかを含む。この雰囲気は、たとえば、Cl2、BCL3、SF6、またはCF4である。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば700℃以上1000℃以下として、熱エッチングが行われる。これにより、側壁面SWを有しているトレンチTRが形成される。側壁面SWはエピタキシャル基板100の上面に対して傾斜しており、側壁面SWの全面においてn型チャネル領域7が表出している。好ましくは、ボディ領域3上に設けられているn型チャネル領域7上において、側壁面SWは所定の結晶面(特殊面とも称する)を含んでいる。具体的には、側壁面SWは面方位{0−33−8}を有する面を含んでいる。図9を参照して、マスク層17は、図8に示す構造を得た後、任意の方法によって除去される。
Next, referring to FIG. 8, using
次に、エピタキシャル基板100に注入された不純物を活性化するための活性化アニールが行われる(工程(S50))。具体的には、たとえばアルゴン(Ar)などの不活性ガス雰囲気中において、エピタキシャル基板100をたとえば1700℃程度に加熱して、30分間程度保持する熱処理が実施される。これにより、エピタキシャル基板100に注入された不純物が活性化する。
Next, activation annealing for activating the impurities implanted into the
次に、図10を参照して、ゲート絶縁膜が形成される(工程(S60))。具体的には、トレンチTRの側壁面SWおよび底面BT、ならびにエピタキシャル基板100の上面を覆うようにゲート絶縁膜8が形成される。ゲート絶縁膜8は、たとえば熱酸化により形成され得る。
Next, referring to FIG. 10, a gate insulating film is formed (step (S60)). Specifically,
次に、図11を参照して、ゲート電極9が形成される(工程(S70))。具体的には、トレンチTRの内部の領域(側壁面SWおよび底面BTで囲われた領域)をゲート絶縁膜8を介して埋めるようにゲート電極9が形成される。まず、ゲート絶縁膜8上においてゲート電極となるべき導電体膜を、スパッタリング法などを用いて形成する。導電体膜の材料としては導電性を有する材料であれば金属など任意の材料を用いることができる。その後、エッチバックあるいはCMP法など任意の方法を用いて、トレンチTRの内部以外の領域に形成された導電体膜の部分を除去する。このようにして、図11に示す構造を得る。
Next, referring to FIG. 11,
次に、図12を参照して、層間絶縁膜10が形成される(工程(S80))。具体的には、まず、ゲート電極9の上部表面を覆うように、ゲート絶縁膜8およびゲート電極9上に層間絶縁膜10が形成される。層間絶縁膜10を構成する材料は、絶縁性を有する材料であれば任意の材料とすればよい。次に、層間絶縁膜10上に、p型のコンタクト領域5上に開口部を有するレジスト膜(図示しない)が形成される。該レジスト膜をマスクとして用いて、層間絶縁膜10およびゲート絶縁膜8を部分的にエッチングにより除去する。この結果、層間絶縁膜10およびゲート絶縁膜8には、p型のコンタクト領域5およびソース領域4の一部が露出した開口部が形成される。
Next, referring to FIG. 12,
次に、オーミック電極(ソース電極12およびドレイン電極14)が形成される(工程(S90))。具体的には、まず、ソース電極12が、先の工程(S80)において形成したレジスト膜を用いたリフトオフ法により形成される。ソース電極12はp型のコンタクト領域5およびソース領域4と接するように形成される。さらに、ドレイン電極14が、ベース基板1においてエピタキシャル基板100の下面(トレンチTRが形成されている面とは反対側の表面)上に形成される。
Next, ohmic electrodes (
次に、パッド電極(図示しない)や各電極と電気的に接続された配線(図示しない)が形成される(工程(S100))。以上の手順により、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置200を得ることができる。
Next, pad electrodes (not shown) and wirings (not shown) electrically connected to the respective electrodes are formed (step (S100)). By the above procedure, silicon
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置200およびその製造方法の作用効果について説明する。
Next, functions and effects of silicon
本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置200では、n型チャネル領域7が、ソース領域4およびボディ領域3を貫通してドリフト層2に至るように形成されているトレンチTRの側壁面SWの全面に表出するように形成されている。つまり、トレンチTRの側壁面SWおよび底面BTの各々を覆っているゲート絶縁膜8の直下において、n型チャネル領域7とボディ領域3とが接合している。そのため、ゲート電極9に閾値電圧以上の電圧が印加されていない状態では、上述のように、n型チャネル領域7とボディ領域3との接合部の境界面からn型チャネル領域7側に空乏層が拡がっており、n型チャネル領域7において伝導チャネルが形成されない。一方、ゲート電極9に閾値電圧以上の電圧が印加されている状態では、ボディ領域3上に設けられているn型チャネル領域7には蓄積層が形成されることにより、n型チャネル領域7において伝導チャネルが形成される。
In silicon
さらに、トレンチTRの側壁面SWは、特殊面を有している。そのため、ゲート絶縁膜8とn型チャネル領域7との界面における界面準位密度を低減することができるとともに、n型チャネル領域7に形成される伝導チャネルの移動度を高めることができる。
Furthermore, the sidewall surface SW of the trench TR has a special surface. Therefore, the interface state density at the interface between the
また、n型チャネル領域7はイオン注入により形成されるため、注入条件を制御することによりn型チャネル領域7の不純物濃度分布を制御することができる。そのため、ドリフト層2とボディ領域3との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度がボディ領域3とソース領域4との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度よりも低く設けることができる。この場合には、ドリフト層2とボディ領域3との界面付近において、オフ状態時にn型チャネル領域7とボディ領域3との接合部の境界面において生じる空乏層がn型チャネル領域7側により拡がる。その結果、ボディ領域3が薄く形成されている場合にも短チャネル効果をより効果的に抑制することができる。また、n型チャネル領域7の不純物濃度を低くすることにより、閾値電圧を高くすることができる。つまり、n型チャネル領域7の不純物濃度を制御することにより、閾値電圧を制御することができる。さらにこの場合には、ボディ領域3とソース領域4との界面付近でのn型チャネル領域7の不純物濃度は、たとえば5×1018cm−3以上1×1019m−3以下程度と高く設けられていてもよい。このようにすれば、ゲート電極9に閾値電圧以上の電圧が印加されて、ゲート絶縁膜8直下であってボディ領域3上に設けられているn型チャネル領域7において伝導チャネルが形成された場合に、チャネル抵抗を低減することができ、オン抵抗を低減することができる。
Since the n-
なお、本実施の形態において、n型チャネル領域7は、側壁面SWの全面に表出するように形成されていたが、これに限られるものではない。n型チャネル領域7は、少なくともボディ領域3中に形成されているn型チャネル領域7上の部分において形成されていればよい。たとえば、図11を参照して、n型チャネル領域7は、ドレイン電極14側においてドリフト層2に接するように形成されていてもよく、好ましくはドリフト層2内に相対的に長い距離だけ延在しない。このようにすれば、炭化珪素半導体装置200内における電流経路として、n型チャネル領域7よりも不純物濃度が低く高移動度を示すドリフト層2をより積極的に利用することができる。その結果、炭化珪素半導体装置200のチャネル移動度をさらに向上することができる。また、図11を参照して、n型チャネル領域7は、ソース電極12側においても、nソース領域4に接するように形成されていてもよい。この場合、n型チャネル領域7よりも不純物濃度の高いnソース領域4と、ゲート絶縁膜8とが直接接触する領域が形成されるため、当該領域に生じる高濃度の伝導電子をn型チャネル領域7に流通させることができる。
In the present embodiment, the n-
本実施の形態において、n型チャネル領域7を形成する工程(S45)の後にトレンチTRを形成する工程(S46)を行っているが、これに限られるものではない。たとえば、トレンチTRを形成した後、トレンチTRの側壁面SWに対してイオン注入を行うことにより、n型チャネル領域7を形成してもよい。
In the present embodiment, the step (S46) for forming the trench TR is performed after the step (S45) for forming the n-
次に、上述した「特殊面」について詳しく説明する。上述したように、トレンチTRの側壁面SWは特殊面を有している。 Next, the above-mentioned “special surface” will be described in detail. As described above, the sidewall surface SW of the trench TR has a special surface.
図13に示すように、特殊面を有する側壁面SWは、面S1を含む。面S1は面方位{0−33−8}を有し、好ましくは面方位(0−33−8)を有する。好ましくは側壁面SWは面S1を微視的に含む。好ましくは側壁面SWはさらに面S2(第2の面)を微視的に含む。面S2は面方位{0−11−1}を有し、好ましくは面方位(0−11−1)を有する。ここで「微視的」とは、原子間隔の2倍程度の寸法を少なくとも考慮する程度に詳細に、ということを意味する。このように微視的な構造の観察方法としては、たとえばTEM(Transmission Electron Microscope)を用いることができる。 As shown in FIG. 13, the side wall surface SW having a special surface includes a surface S1. The plane S1 has a plane orientation {0-33-8}, and preferably has a plane orientation (0-33-8). Preferably, the side wall surface SW includes the surface S1 microscopically. Preferably, side wall surface SW further includes a surface S2 (second surface) microscopically. The plane S2 has a plane orientation {0-11-1}, and preferably has a plane orientation (0-11-1). Here, “microscopic” means that the dimensions are as detailed as at least a dimension of about twice the atomic spacing. As such a microscopic structure observation method, for example, TEM (Transmission Electron Microscope) can be used.
好ましくは側壁面SWは複合面SRを有する。複合面SRは、面S1およびS2が周期的に繰り返されることによって構成されている。このような周期的構造は、たとえば、TEMまたはAFM(Atomic Force Microscopy)により観察し得る。複合面SRは面方位{0−11−2}を有し、好ましくは面方位(0−11−2)を有する。この場合、複合面SRは{000−1}面に対して巨視的に62°のオフ角を有する。ここで「巨視的」とは、原子間隔程度の寸法を有する微細構造を無視することを意味する。このように巨視的なオフ角の測定としては、たとえば、一般的なX線回折を用いた方法を用い得る。好ましくは、チャネル面上においてキャリアが流れる方向であるチャネル方向CDは、上述した周期的繰り返しが行われる方向に沿っている。次に、複合面SRの詳細な構造について説明する。 Preferably, side wall surface SW has composite surface SR. The composite surface SR is configured by periodically repeating the surfaces S1 and S2. Such a periodic structure can be observed by, for example, TEM or AFM (Atomic Force Microscopy). Composite surface SR has a plane orientation {0-11-2}, preferably a plane orientation (0-11-2). In this case, the composite surface SR has an off angle of 62 ° macroscopically with respect to the {000-1} plane. Here, “macroscopic” means ignoring a fine structure having a dimension on the order of atomic spacing. As such a macroscopic off-angle measurement, for example, a general method using X-ray diffraction can be used. Preferably, the channel direction CD, which is the direction in which carriers flow on the channel surface, is along the direction in which the above-described periodic repetition is performed. Next, the detailed structure of the composite surface SR will be described.
一般に、ポリタイプ4Hの炭化珪素単結晶を(000−1)面から見ると、図14に示すように、Si原子(またはC原子)は、A層の原子(図中の実線)と、この下に位置するB層の原子(図中の破線)と、この下に位置するC層の原子(図中の一点鎖線)と、この下に位置するB層の原子(図示せず)とが繰り返し設けられている。つまり4つの層ABCBを1周期としてABCBABCBABCB・・・のような周期的な積層構造が設けられている。 In general, when a silicon carbide single crystal of polytype 4H is viewed from the (000-1) plane, as shown in FIG. 14, Si atoms (or C atoms) are atoms of the A layer (solid line in the figure), B layer atoms (broken line in the figure) located below, C layer atoms (dotted line in the figure) located below, and B layer atoms (not shown) located below this It is provided repeatedly. That is, a periodic laminated structure such as ABCBABCBABCB... Is provided with four layers ABCB as one period.
図15に示すように、(11−20)面(図14の線XV−XVの断面)において、上述した1周期を構成する4つの層ABCBの各層の原子は、(0−11−2)面に完全に沿うようには配列されていない。図15においてはB層の原子の位置を通るように(0−11−2)面が示されており、この場合、A層およびC層の各々の原子は(0−11−2)面からずれていることがわかる。このため、炭化珪素単結晶の表面の巨視的な面方位、すなわち原子レベルの構造を無視した場合の面方位が(0−11−2)に限定されたとしても、この表面は、微視的には様々な構造をとり得る。 As shown in FIG. 15, in the (11-20) plane (cross section taken along line XV-XV in FIG. 14), the atoms in each of the four layers ABCB constituting one cycle described above are (0-11-2). It is not arranged to be completely along the plane. In FIG. 15, the (0-11-2) plane is shown so as to pass through the position of the atoms in the B layer. In this case, the atoms in the A layer and the C layer are separated from the (0-11-2) plane. You can see that it is shifted. For this reason, even if the macroscopic plane orientation of the surface of the silicon carbide single crystal, that is, the plane orientation when the atomic level structure is ignored is limited to (0-11-2), this surface is microscopic. Can take various structures.
図16に示すように、複合面SRは、面方位(0−33−8)を有する面S1と、面S1につながりかつ面S1の面方位と異なる面方位を有する面S2とが交互に設けられることによって構成されている。面S1および面S2の各々の長さは、Si原子(またはC原子)の原子間隔の2倍である。なお面S1および面S2が平均化された面は、(0−11−2)面(図15)に対応する。 As shown in FIG. 16, in the composite surface SR, a surface S1 having a surface orientation (0-33-8) and a surface S2 connected to the surface S1 and having a surface orientation different from the surface orientation of the surface S1 are alternately provided. It is configured by being. The length of each of the surface S1 and the surface S2 is twice the atomic spacing of Si atoms (or C atoms). Note that the surface on which the surface S1 and the surface S2 are averaged corresponds to the (0-11-2) surface (FIG. 15).
図17に示すように、複合面SRを(01−10)面から見て単結晶構造は、部分的に見て立方晶と等価な構造(面S1の部分)を周期的に含んでいる。具体的には複合面SRは、上述した立方晶と等価な構造における面方位(001)を有する面S1と、面S1につながりかつ面S1の面方位と異なる面方位を有する面S2とが交互に設けられることによって構成されている。このように、立方晶と等価な構造における面方位(001)を有する面(図17においては面S1)と、この面につながりかつこの面方位と異なる面方位を有する面(図17においては面S2)とによって表面を構成することは4H以外のポリタイプにおいても可能である。ポリタイプは、たとえば6Hまたは15Rであってもよい。 As shown in FIG. 17, the single crystal structure when the composite surface SR is viewed from the (01-10) plane periodically includes a structure (part of the surface S1) equivalent to a cubic crystal when viewed partially. Specifically, in the composite surface SR, a surface S1 having a surface orientation (001) in a structure equivalent to the above-described cubic crystal and a surface S2 connected to the surface S1 and having a surface orientation different from the surface orientation of the surface S1 are alternated. It is comprised by being provided in. Thus, a plane having a plane orientation (001) in the structure equivalent to a cubic crystal (plane S1 in FIG. 17) and a plane connected to this plane and having a plane orientation different from this plane orientation (plane in FIG. 17). It is also possible for polytypes other than 4H to constitute the surface according to S2). The polytype may be 6H or 15R, for example.
次に図18を参照して、側壁面SWの結晶面と、チャネル面の移動度MBとの関係について説明する。図18のグラフにおいて、横軸は、チャネル面を有する側壁面SWの巨視的な面方位と(000−1)面とのなす角度D1を示し、縦軸は移動度MBを示す。プロット群CMは側壁面SWが熱エッチングによる特殊面として仕上げられた場合に対応し、プロット群MCはそのような熱エッチングがなされない場合に対応する。 Next, the relationship between the crystal plane of the side wall surface SW and the mobility MB of the channel surface will be described with reference to FIG. In the graph of FIG. 18, the horizontal axis indicates the angle D1 formed by the macroscopic surface orientation of the side wall surface SW having the channel surface and the (000-1) plane, and the vertical axis indicates the mobility MB. The plot group CM corresponds to the case where the side wall surface SW is finished as a special surface by thermal etching, and the plot group MC corresponds to the case where such thermal etching is not performed.
プロット群MCにおける移動度MBは、チャネル面の表面の巨視的な面方位が(0−33−8)のときに最大となった。この理由は、熱エッチングが行われない場合、すなわち、チャネル表面の微視的な構造が特に制御されない場合においては、巨視的な面方位が(0−33−8)とされることによって、微視的な面方位(0−33−8)、つまり原子レベルまで考慮した場合の面方位(0−33−8)が形成される割合が確率的に高くなったためと考えられる。 The mobility MB in the plot group MC was maximized when the macroscopic plane orientation of the surface of the channel surface was (0-33-8). This is because when the thermal etching is not performed, that is, when the microscopic structure of the channel surface is not particularly controlled, the microscopic plane orientation is set to (0-33-8). This is probably because the ratio of the formation of the visual plane orientation (0-33-8), that is, the plane orientation (0-33-8) when considering even the atomic level is stochastically increased.
一方、プロット群CMにおける移動度MBは、チャネル面の表面の巨視的な面方位が(0−11−2)のとき(矢印EX)に最大となった。この理由は、図16および図17に示すように、面方位(0−33−8)を有する多数の面S1が面S2を介して規則正しく稠密に配置されることで、チャネル面の表面において微視的な面方位(0−33−8)が占める割合が高くなったためと考えられる。 On the other hand, the mobility MB in the plot group CM is maximized when the macroscopic surface orientation of the channel surface is (0-11-2) (arrow EX). The reason for this is that, as shown in FIGS. 16 and 17, a large number of surfaces S1 having a plane orientation (0-33-8) are regularly and densely arranged via the surface S2, so that the surface of the channel surface is fine. This is probably because the ratio of the visual plane orientation (0-33-8) is increased.
なお移動度MBは複合面SR上において方位依存性を有する。図19に示すグラフにおいて、横軸はチャネル方向と<0−11−2>方向との間の角度D2を示し、縦軸はチャネル面の移動度MB(任意単位)を示す。破線はグラフを見やすくするために補助的に付してある。このグラフから、チャネル移動度MBを大きくするには、チャネル方向CD(図13)が有する角度D2は、0°以上60°以下であることが好ましく、ほぼ0°であることがより好ましいことがわかった。 The mobility MB has orientation dependency on the composite surface SR. In the graph shown in FIG. 19, the horizontal axis indicates the angle D2 between the channel direction and the <0-11-2> direction, and the vertical axis indicates the mobility MB (arbitrary unit) of the channel surface. A broken line is added to make the graph easier to see. From this graph, in order to increase the channel mobility MB, the angle D2 of the channel direction CD (FIG. 13) is preferably 0 ° or more and 60 ° or less, and more preferably approximately 0 °. all right.
図20に示すように、側壁面SWは複合面SR(図20においては直線で単純化されて示されている。)に加えてさらに面S3(第3の面)を含んでもよい。この場合、側壁面SWの{000−1}面に対するオフ角は、理想的な複合面SRのオフ角である62°からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±10°の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が{0−33−8}面となる表面がある。より好ましくは、側壁面SWの(000−1)面に対するオフ角は、理想的な複合面SRのオフ角である62°からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±10°の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が(0−33−8)面となる表面がある。 As shown in FIG. 20, side wall surface SW may further include a surface S3 (third surface) in addition to composite surface SR (shown in FIG. 20 as being simplified by a straight line). In this case, the off angle of the side wall surface SW with respect to the {000-1} plane deviates from 62 °, which is the ideal off angle of the composite surface SR. This deviation is preferably small and preferably within a range of ± 10 °. As a surface included in such an angle range, for example, there is a surface whose macroscopic plane orientation is a {0-33-8} plane. More preferably, the off angle of the side wall surface SW with respect to the (000-1) plane deviates from 62 ° which is the ideal off angle of the composite surface SR. This deviation is preferably small and preferably within a range of ± 10 °. As a surface included in such an angle range, for example, there is a surface whose macroscopic plane orientation is a (0-33-8) plane.
より具体的には側壁面SWは、面S3および複合面SRが周期的に繰り返されることによって構成された複合面SQを含んでもよい。このような周期的構造は、たとえば、TEMまたはAFM(Atomic Force Microscopy)により観察し得る。 More specifically, the sidewall surface SW may include a composite surface SQ configured by periodically repeating the surface S3 and the composite surface SR. Such a periodic structure can be observed by, for example, TEM or AFM (Atomic Force Microscopy).
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described above, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 ベース基板、2 ドリフト層、2A 上面、3 ボディ領域、4 ソース領域、5 コンタクト領域、7 n型チャネル領域、8 ゲート絶縁膜、9 ゲート電極、10 層間絶縁膜、12 ソース電極、13 ソース配線層、14 ドレイン電極、16 マスク膜、16w 壁面、17 マスク層、100 エピタキシャル基板、200 炭化珪素半導体装置。 1 base substrate, 2 drift layer, 2A top surface, 3 body region, 4 source region, 5 contact region, 7 n-type channel region, 8 gate insulating film, 9 gate electrode, 10 interlayer insulating film, 12 source electrode, 13 source wiring Layer, 14 drain electrode, 16 mask film, 16w wall surface, 17 mask layer, 100 epitaxial substrate, 200 silicon carbide semiconductor device.
Claims (6)
前記炭化珪素基板には、前記第3の層および前記第2の層を貫通して前記第1の層に至る側壁を有するトレンチが設けられており、
前記側壁は、面方位{0−33−8}を有する第1の面を含み、前記第1の面は絶縁膜に覆われており、
前記側壁の前記第1の面において前記絶縁膜に接触し、前記第3の層から前記第1の層に至る第1の導電型を有する第1の不純物注入領域をさらに備え、
前記第2の層に対向する部分における前記第1の不純物注入領域の不純物濃度は、前記第3の層側よりも前記第1の層側の方が低い、炭化珪素半導体装置。 A first layer having a first conductivity type; a second layer having a second conductivity type provided on the first layer; and a first conductivity type provided on the second layer. A silicon carbide substrate including a third layer having
The silicon carbide substrate is provided with a trench having a sidewall extending through the third layer and the second layer to reach the first layer,
The side wall includes a first surface having a plane orientation {0-33-8}, and the first surface is covered with an insulating film;
A first impurity implantation region having a first conductivity type in contact with the insulating film on the first surface of the sidewall and extending from the third layer to the first layer;
The silicon carbide semiconductor device , wherein an impurity concentration of the first impurity implantation region in a portion facing the second layer is lower on the first layer side than on the third layer side .
前記炭化珪素基板に前記第3の層および前記第2の層を貫通して前記第1の層に至る側壁を有するトレンチを形成する工程とを備え、
前記側壁は面方位{0−33−8}を有する第1の面を含み、
前記トレンチを形成する工程では、前記側壁の前記第1の面において表出する前記第3の層から前記第1の層に至る第1の導電型を有する第1の不純物注入領域が形成され、
前記第2の層に対向する部分における前記第1の不純物注入領域の不純物濃度は、前記第3の層側よりも前記第1の層側の方が低い、炭化珪素半導体装置の製造方法。 A first layer having a first conductivity type; a second layer having a second conductivity type provided on the first layer; and a first conductivity type provided on the second layer. Providing a silicon carbide substrate including a third layer having;
Forming a trench having a side wall extending through the third layer and the second layer to the first layer in the silicon carbide substrate,
The side wall includes a first surface having a plane orientation {0-33-8};
In the step of forming the trench, a first impurity implantation region having a first conductivity type from the third layer exposed from the first surface of the side wall to the first layer is formed,
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device , wherein an impurity concentration of the first impurity implantation region in a portion facing the second layer is lower on the first layer side than on the third layer side .
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