[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2016143788A - Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2016143788A
JP2016143788A JP2015019208A JP2015019208A JP2016143788A JP 2016143788 A JP2016143788 A JP 2016143788A JP 2015019208 A JP2015019208 A JP 2015019208A JP 2015019208 A JP2015019208 A JP 2015019208A JP 2016143788 A JP2016143788 A JP 2016143788A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
region
impurity region
protective layer
main surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015019208A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
雄 斎藤
Takeshi Saito
雄 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2015019208A priority Critical patent/JP2016143788A/en
Publication of JP2016143788A publication Critical patent/JP2016143788A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a silicon carbide semiconductor device, capable of suppressing increase of a contact resistance.SOLUTION: A silicon carbide substrate 10 having a first principal surface 10a and a second principal surface 10b is prepared. The silicon carbide substrate 10 includes: a first impurity region 12 having a first conductivity type; a second impurity region 13 that is arranged on the first impurity region 12 and has a second conductivity type; and a third impurity region 14 that is arranged on the second impurity region 13 so as to be separated from the first impurity region 12, comprises the first principal surface 10a, and has the first conductive type. In the first principal surface 10a, a protective layer 2 covering the third impurity region 14 is formed. In a state where the protective layer 2 covers the third impurity region 14, an oxide film 3 contacting to the second impurity region 13 is formed by thermal-oxidating the silicon carbide substrate 10. An electrode 16 connecting to the third impurity region 14 is formed. The protective layer 2 and the oxidation film 3 structure a gate insulation film 15.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.

近年、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。   2. Description of the Related Art In recent years, silicon carbide has been increasingly used as a material for semiconductor devices in order to enable higher breakdown voltages, lower losses, and use in high-temperature environments for semiconductor devices such as MOSFETs (Metal Oxide Field Effect Transistors). It is being

MOSFETのゲート酸化膜は、たとえば炭化珪素エピタキシャル層を熱酸化することにより形成される。国際公開2012/017798号(特許文献1)は、炭化珪素エピタキシャル層を熱酸化することにより、溝の内部からn型ソース領域およびp型コンタクト領域の上部表面まで延在するゲート絶縁膜を形成することを開示している。   The gate oxide film of MOSFET is formed, for example, by thermally oxidizing a silicon carbide epitaxial layer. International Publication No. 2012/017798 (Patent Document 1) forms a gate insulating film extending from the inside of a trench to the upper surface of an n-type source region and a p-type contact region by thermally oxidizing a silicon carbide epitaxial layer. It is disclosed.

国際公開2012/017798号International Publication No. 2012/017798

しかしながら、ソース領域上にゲート絶縁膜を形成した後、ソース領域上のゲート絶縁膜を除去してソース領域上にソース電極を形成した場合、ソース領域とソース電極との間の接触抵抗が増加する場合があった。   However, when a gate insulating film is formed on the source region and then the gate insulating film on the source region is removed and a source electrode is formed on the source region, the contact resistance between the source region and the source electrode increases. There was a case.

本発明の目的は、接触抵抗の増加を抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing an increase in contact resistance.

本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。第1主面と、第1主面と反対側の第2主面とを有する炭化珪素基板が準備される。炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、第1不純物領域上に設けられ、第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、第1不純物領域から隔てられるように第2不純物領域上に設けられ、第1主面を構成し、かつ第1導電型を有する第3不純物領域とを含む。第1主面において、第3不純物領域を覆う保護層が形成される。保護層が第3不純物領域を覆った状態で、炭化珪素基板を熱酸化することにより、第2不純物領域に接する酸化膜が形成される。第3不純物領域に接する電極が形成される。保護層および酸化膜は、ゲート絶縁膜を構成する。   A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes the following steps. A silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface is prepared. The silicon carbide substrate includes a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region provided on the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and separated from the first impurity region. And a third impurity region which is provided on the second impurity region and forms the first main surface and has the first conductivity type. A protective layer covering the third impurity region is formed on the first main surface. An oxide film in contact with the second impurity region is formed by thermally oxidizing the silicon carbide substrate with the protective layer covering the third impurity region. An electrode in contact with the third impurity region is formed. The protective layer and the oxide film constitute a gate insulating film.

本発明の一態様によれば、接触抵抗の増加を抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing an increase in contact resistance can be provided.

実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。1 is a schematic cross sectional view showing a configuration of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment. 図1の炭化珪素半導体装置が有する炭化珪素基板の形状を示す斜視模式図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing the shape of a silicon carbide substrate included in the silicon carbide semiconductor device of FIG. 1. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。FIG. 5 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第1工程を示す断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross sectional view showing a first step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第2工程を示す断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross sectional view showing a second step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第3工程を示す断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross sectional view showing a third step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第4工程を示す断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第5工程を示す断面模式図である。FIG. 9 is a schematic cross sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第6工程を示す断面模式図である。FIG. 9 is a schematic cross sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第7工程を示す断面模式図である。FIG. 9 is a schematic cross sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. ソース領域における不純物濃度と位置との関係を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the relationship between the impurity concentration and position in a source region. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第8工程を示す断面模式図である。FIG. 12 is a schematic cross sectional view showing an eighth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第9工程を示す断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross sectional view showing a ninth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第6工程を示す断面模式図である。FIG. 9 is a schematic cross sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第7工程を示す断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第6工程を示す断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment. 実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第7工程を示す断面模式図である。FIG. 12 is a schematic cross sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の変形例の構成を示す断面模式図である。5 is a schematic cross sectional view showing a configuration of a modified example of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 平面型の炭化珪素半導体装置のイオン注入工程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the ion implantation process of a planar type silicon carbide semiconductor device.

発明者は、接触抵抗が増加する原因について鋭意研究の結果、以下の知見を得て本発明の一態様を見出した。   As a result of intensive studies on the cause of the increase in contact resistance, the inventor obtained the following knowledge and found one embodiment of the present invention.

MOSFETのソース領域は、炭化珪素基板の表面側から窒素などのn型不純物をたとえばイオン注入することにより形成される。そのため、図11に示されるように、n型ソース領域が含む窒素などのn型不純物の濃度は、炭化珪素基板の表面側から裏面側に向かって減少している。炭化珪素エピタキシャル層を熱酸化する工程において、n型ソース領域の表面を構成する炭化珪素は、雰囲気中の酸素と反応して二酸化珪素になる。そのため、熱酸化後のn型ソース領域の表面(位置a1)におけるn型不純物の濃度(b1)は、熱酸化前のn型ソース領域の表面(位置0)におけるn型不純物の濃度(b0)よりも低くなる。結果として、n型ソース領域の表面上に形成されるソース電極と、n型ソース領域との接触抵抗が増加してしまう。   The source region of the MOSFET is formed by, for example, ion implantation of n-type impurities such as nitrogen from the surface side of the silicon carbide substrate. Therefore, as shown in FIG. 11, the concentration of n-type impurities such as nitrogen included in the n-type source region decreases from the front side to the back side of the silicon carbide substrate. In the step of thermally oxidizing the silicon carbide epitaxial layer, silicon carbide constituting the surface of the n-type source region reacts with oxygen in the atmosphere to become silicon dioxide. Therefore, the concentration (b1) of the n-type impurity on the surface (position a1) of the n-type source region after thermal oxidation is the concentration (b0) of the n-type impurity on the surface (position 0) of the n-type source region before thermal oxidation. Lower than. As a result, the contact resistance between the source electrode formed on the surface of the n-type source region and the n-type source region increases.

発明者は、熱酸化工程前に、たとえばシリコン堆積層などの炭化珪素基板由来ではない保護層でn型ソース領域の表面を覆い、保護層がn型ソース領域を覆った状態で、炭化珪素基板を熱酸化することにより、n型ソース領域を構成する炭化珪素が二酸化珪素になる量(以下、消費量とも称する)を抑制することを考え出した。これにより、n型ソース領域の表面のn型不純物濃度を高く維持することができる。結果として、n型ソース領域とソース電極との接触抵抗の増加を抑制することができる。   The inventor covers the surface of the n-type source region with a protective layer not derived from a silicon carbide substrate, such as a silicon deposition layer, for example, before the thermal oxidation step, and the silicon carbide substrate covers the n-type source region. It has been devised that the amount of silicon carbide constituting the n-type source region to be silicon dioxide (hereinafter also referred to as consumption) is suppressed by thermally oxidizing. Thereby, the n-type impurity concentration on the surface of the n-type source region can be kept high. As a result, an increase in contact resistance between the n-type source region and the source electrode can be suppressed.

[本願発明の実施形態の説明]
(1)本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法は以下の工程を備えている。第1主面10aと、第1主面10aと反対側の第2主面10bとを有する炭化珪素基板10が準備される。炭化珪素基板10は、第1導電型を有する第1不純物領域12と、第1不純物領域12上に設けられ、第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域13と、第1不純物領域12から隔てられるように第2不純物領域13上に設けられ、第1主面10aを構成し、かつ第1導電型を有する第3不純物領域14とを含む。第1主面10aにおいて、第3不純物領域14を覆う保護層2が形成される。保護層2が第3不純物領域14を覆った状態で、炭化珪素基板10を熱酸化することにより、第2不純物領域13に接する酸化膜3が形成される。第3不純物領域14に接する電極16が形成される。保護層2および酸化膜3は、ゲート絶縁膜15を構成する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
(1) The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device 1 which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with the following processes. A silicon carbide substrate 10 having first main surface 10a and second main surface 10b opposite to first main surface 10a is prepared. Silicon carbide substrate 10 includes a first impurity region 12 having a first conductivity type, a second impurity region 13 provided on first impurity region 12 and having a second conductivity type different from the first conductivity type, And a third impurity region 14 provided on second impurity region 13 so as to be separated from impurity region 12 and constituting first main surface 10a and having the first conductivity type. On the first major surface 10a, the protective layer 2 covering the third impurity region 14 is formed. In a state where protective layer 2 covers third impurity region 14, silicon carbide substrate 10 is thermally oxidized to form oxide film 3 in contact with second impurity region 13. An electrode 16 in contact with the third impurity region 14 is formed. The protective layer 2 and the oxide film 3 constitute a gate insulating film 15.

上記(1)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法によれば、保護層2が第3不純物領域14を覆った状態で、炭化珪素基板10を熱酸化することにより、第2不純物領域13に接する酸化膜3が形成される。これにより、第3不純物領域14の消費量を抑制することで、第3不純物領域14の表面の不純物濃度の低減を抑制することができる。結果として、第3不純物領域14と電極16との接触抵抗の増加を抑制することができる。   According to the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to (1) above, silicon carbide substrate 10 is thermally oxidized in a state where protective layer 2 covers third impurity region 14, thereby forming second impurity region 13. An oxide film 3 in contact therewith is formed. Thereby, the reduction of the impurity concentration on the surface of the third impurity region 14 can be suppressed by suppressing the consumption amount of the third impurity region 14. As a result, an increase in contact resistance between the third impurity region 14 and the electrode 16 can be suppressed.

(2)上記(1)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において、第1主面10aにトレンチTRを形成する工程をさらに備えていてもよい。トレンチTRは、第3不純物領域14および第2不純物領域13を貫通して第1不純物領域12に至る側部SWと、第1不純物領域12に位置する底部BTとにより規定されている。酸化膜3を形成する工程において、酸化膜3は、底部BTおよび側部SWの双方に接して形成される。図19に示されるように、平面型の炭化珪素半導体装置の場合、第2不純物領域13内に形成されるチャネル領域CHと、第3不純物領域14とは、イオン注入方向Iに対して垂直な平面上において隣接して位置しており、かつチャネル領域CHはイオン注入マスク41に覆われている。そのため、不純物濃度を補償するために第3不純物領域14に対するイオン注入のドーズ量を増加する場合、チャネル領域CHにイオン注入起因の結晶欠陥が発生する可能性は低い。一方、トレンチ型の炭化珪素半導体装置1の場合、第2不純物領域13内に形成されるチャネル領域CHと第3不純物領域14とは、イオン注入方向Iとほぼ平行な平面上において隣接して位置している(図5および図1参照)。そのため、不純物濃度を補償するために第3不純物領域14に対するイオン注入のドーズ量を増加する場合、イオン注入された不純物が第3不純物領域14を貫通し、チャネル領域CHと第3不純物領域14との界面に結晶欠陥が発生する可能性が高くなる。結果として、トレンチ型の炭化珪素半導体装置1の信頼性が低下する可能性が高くなる。従って、トレンチ型の炭化珪素半導体装置1の場合、第3不純物領域14に対するイオン注入のドーズ量を増加して第3不純物領域14と電極16との接触抵抗の増加を抑制することは困難である。つまり、上記(2)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法は、平面型の炭化珪素半導体装置1よりもトレンチ型の炭化珪素半導体装置1に対して好適に利用することができる。   (2) The method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to (1) may further include a step of forming trench TR in first main surface 10a. Trench TR is defined by side SW passing through third impurity region 14 and second impurity region 13 and reaching first impurity region 12, and bottom BT located in first impurity region 12. In the step of forming oxide film 3, oxide film 3 is formed in contact with both bottom portion BT and side portion SW. As shown in FIG. 19, in the case of a planar silicon carbide semiconductor device, channel region CH formed in second impurity region 13 and third impurity region 14 are perpendicular to ion implantation direction I. The channel regions CH are adjacent to each other on the plane and are covered with the ion implantation mask 41. Therefore, when the dose amount of ion implantation for the third impurity region 14 is increased in order to compensate the impurity concentration, there is a low possibility that a crystal defect due to ion implantation occurs in the channel region CH. On the other hand, in trench-type silicon carbide semiconductor device 1, channel region CH and third impurity region 14 formed in second impurity region 13 are adjacent to each other on a plane substantially parallel to ion implantation direction I. (See FIG. 5 and FIG. 1). Therefore, when the dose amount of ion implantation for the third impurity region 14 is increased in order to compensate the impurity concentration, the ion-implanted impurity penetrates the third impurity region 14, and the channel region CH, the third impurity region 14, There is a high possibility that crystal defects will occur at the interface. As a result, there is a high possibility that the reliability of trench type silicon carbide semiconductor device 1 is lowered. Therefore, in the case of trench type silicon carbide semiconductor device 1, it is difficult to suppress the increase in contact resistance between third impurity region 14 and electrode 16 by increasing the dose amount of ion implantation for third impurity region 14. . That is, the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to the above (2) can be preferably used for trench type silicon carbide semiconductor device 1 rather than planar type silicon carbide semiconductor device 1.

(3)上記(2)に係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において、トレンチTRを形成する工程は、保護層2をマスクとして炭化珪素基板10に対して熱エッチングを行う工程を含んでいてもよい。これにより、マスクを除去する工程を省略することができるので、製造工程が簡略化される。   (3) In the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to (2) above, the step of forming trench TR may include the step of performing thermal etching on silicon carbide substrate 10 using protective layer 2 as a mask. Good. Thereby, since the process of removing the mask can be omitted, the manufacturing process is simplified.

(4)上記(1)〜(3)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において、保護層2は、スパッタリング法および化学気相成長法のいずれかの方法により形成される。これにより、簡易な方法で、熱酸化を行うことなく保護層2を形成することができる。   (4) In the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (3), protective layer 2 is formed by any one of a sputtering method and a chemical vapor deposition method. Thereby, the protective layer 2 can be formed by a simple method without performing thermal oxidation.

(5)上記(1)〜(4)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において、保護層2は、珪素、二酸化珪素および窒化珪素の少なくともいずれかを含む。これにより、ゲート絶縁膜15の絶縁性能を向上することができる。   (5) In the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (4), protective layer 2 includes at least one of silicon, silicon dioxide, and silicon nitride. Thereby, the insulation performance of the gate insulating film 15 can be improved.

(6)上記(1)〜(5)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において、保護層2の厚みtは、10nm以上100nm以下である。保護層2の厚みtを10nm以上とすることにより、第3不純物領域14の消費量を効果的に低減することができる。保護層2の厚みtを100nm以下とすることにより、酸化されないで保護層2の一部が残ることを防止することができる。   (6) In the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (5), thickness t of protective layer 2 is not less than 10 nm and not more than 100 nm. By setting the thickness t of the protective layer 2 to 10 nm or more, the consumption of the third impurity region 14 can be effectively reduced. By setting the thickness t of the protective layer 2 to 100 nm or less, it is possible to prevent a part of the protective layer 2 from remaining without being oxidized.

(7)上記(1)〜(6)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において、炭化珪素基板10は、第3不純物領域14を貫通するように第1主面10aから第2不純物領域13まで延在し、かつ第2導電型を有する第4不純物領域18をさらに含む。保護層2を形成する工程において、保護層2は、第4不純物領域18を覆うように形成される。電極16を形成する工程において、電極16は、第4不純物領域18に接して形成される。これにより、第4不純物領域18の消費量を抑制することで、第4不純物領域18の表面の不純物濃度の低減を抑制することができる。結果として、第4不純物領域18と電極16との接触抵抗の増加を抑制することができる。   (7) In the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (6), silicon carbide substrate 10 is second to first main surface 10a so as to penetrate third impurity region 14. Further, fourth impurity region 18 extending to impurity region 13 and having the second conductivity type is further included. In the step of forming the protective layer 2, the protective layer 2 is formed so as to cover the fourth impurity region 18. In the step of forming the electrode 16, the electrode 16 is formed in contact with the fourth impurity region 18. Thereby, the reduction of the impurity concentration on the surface of the fourth impurity region 18 can be suppressed by suppressing the consumption amount of the fourth impurity region 18. As a result, an increase in contact resistance between the fourth impurity region 18 and the electrode 16 can be suppressed.

(8)上記(1)〜(7)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置1の製造方法において、保護層2を形成する工程において、保護層2は、第2不純物領域13中のチャネル領域CHを覆うように形成される。保護層2は、ゲート絶縁膜15の一部となる。そのため、保護層2がチャネル領域CHを覆っている場合は、保護層2がチャネル領域CHを覆っていない場合よりも、同じ厚みのゲート絶縁膜15を得るための熱酸化時間が短くなる。熱酸化によりチャネル領域CHを構成する炭化珪素の珪素が酸素と反応して二酸化珪素に変化し、チャネル領域CH中には炭素が残される。チャネル領域CH中の炭素は、界面準位を形成するため、移動度が小さくなる。熱酸化時間を短くすることで、チャネル領域CH中の炭素濃度が低減されるので、界面準位の形成が抑制される。結果として、移動度が小さくなることを抑制することができる。   (8) In the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1 according to any one of (1) to (7), in the step of forming protective layer 2, protective layer 2 includes channel region CH in second impurity region 13. It is formed so as to cover. The protective layer 2 becomes a part of the gate insulating film 15. Therefore, when the protective layer 2 covers the channel region CH, the thermal oxidation time for obtaining the gate insulating film 15 having the same thickness is shorter than when the protective layer 2 does not cover the channel region CH. Silicon of silicon carbide constituting the channel region CH reacts with oxygen and changes into silicon dioxide by thermal oxidation, and carbon remains in the channel region CH. Since carbon in the channel region CH forms an interface state, mobility becomes small. Since the carbon concentration in the channel region CH is reduced by shortening the thermal oxidation time, the formation of interface states is suppressed. As a result, it can suppress that mobility becomes small.

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。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。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and 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.

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

図1および図2に示されるように、実施の形態1に係るMOSFET1は、炭化珪素基板10と、ゲート絶縁膜15と、ゲート電極27と、層間絶縁膜22と、ソース電極16と、ソース配線19と、ドレイン電極20とを主に有している。炭化珪素基板10は、炭化珪素単結晶基板11と、炭化珪素単結晶基板11上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層24を含む。炭化珪素基板10は、第3主面10cと、第3主面10cと反対側の第2主面10bとを有する。炭化珪素エピタキシャル層24は第3主面10cを構成し、炭化珪素単結晶基板11は第2主面10bを構成する。炭化珪素単結晶基板11は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素である。炭化珪素単結晶基板11は、たとえば窒素などの不純物を含みn型(第1導電型)の導電型を有する。炭化珪素エピタキシャル層24は、ドリフト領域12(第1不純物領域12)と、ボディ領域13(第2不純物領域13)と、ソース領域14(第3不純物領域14)と、コンタクト領域18(第4不純物領域18)とを主に有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, MOSFET 1 according to the first embodiment includes silicon carbide substrate 10, gate insulating film 15, gate electrode 27, interlayer insulating film 22, source electrode 16, and source wiring. 19 and the drain electrode 20 are mainly included. Silicon carbide substrate 10 includes a silicon carbide single crystal substrate 11 and a silicon carbide epitaxial layer 24 provided on silicon carbide single crystal substrate 11. Silicon carbide substrate 10 has a third main surface 10c and a second main surface 10b opposite to the third main surface 10c. Silicon carbide epitaxial layer 24 constitutes third main surface 10c, and silicon carbide single crystal substrate 11 constitutes second main surface 10b. Silicon carbide single crystal substrate 11 is, for example, polytype 4H hexagonal silicon carbide. Silicon carbide single crystal substrate 11 includes an impurity such as nitrogen and has an n-type (first conductivity type) conductivity type. The silicon carbide epitaxial layer 24 includes a drift region 12 (first impurity region 12), a body region 13 (second impurity region 13), a source region 14 (third impurity region 14), and a contact region 18 (fourth impurity). Region 18).

ドリフト領域12は、たとえば窒素などのn型不純物を含み、n型の導電型を有する。ドリフト領域12が含むn型不純物の濃度は、好ましくは1×1015cm-3以上5×1016cm-3以下であり、たとえば8×1015cm-3である。 Drift region 12 includes an n-type impurity such as nitrogen and has n-type conductivity. The concentration of the n-type impurity contained in the drift region 12 is preferably 1 × 10 15 cm −3 or more and 5 × 10 16 cm −3 or less, for example, 8 × 10 15 cm −3 .

ボディ領域13はドリフト領域12上に設けられている。ボディ領域13は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含み、p型(第2導電型)の導電型を有する。ボディ領域13のp型不純物の濃度は、好ましくは1×1017cm-3以上5×1018cm-3以下であり、たとえば1×1018cm-3である。 Body region 13 is provided on drift region 12. Body region 13 includes a p-type impurity such as aluminum and has a p-type (second conductivity type) conductivity type. The concentration of the p-type impurity in the body region 13 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 18 cm −3 or less, for example, 1 × 10 18 cm −3 .

ソース領域14は、ボディ領域13によってドリフト領域12から隔てられるようにボディ領域13上に設けられている。ソース領域14は、たとえば窒素またはリンなどのn型不純物を含んでおり、n型の導電型を有する。ソース領域14は、炭化珪素基板10の第3主面10cを構成する。ソース領域14が含むn型不純物の濃度は、ドリフト領域12が含むn型不純物の濃度よりも高くてもよい。   Source region 14 is provided on body region 13 so as to be separated from drift region 12 by body region 13. Source region 14 includes an n-type impurity such as nitrogen or phosphorus and has an n-type conductivity type. Source region 14 constitutes third main surface 10 c of silicon carbide substrate 10. The concentration of the n-type impurity included in the source region 14 may be higher than the concentration of the n-type impurity included in the drift region 12.

コンタクト領域18は、ボディ領域13と、ソース領域14とに接している。コンタクト領域18は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでおり、p型の導電型を有する。コンタクト領域18が含むp型不純物の濃度は、ボディ領域13が含むp型不純物の濃度よりも高くてもよい。コンタクト領域18は、ボディ領域13と第3主面10cとを繋ぐようにソース領域14を貫通して設けられている。   Contact region 18 is in contact with body region 13 and source region 14. Contact region 18 contains a p-type impurity such as aluminum and has p-type conductivity. The concentration of the p-type impurity included in the contact region 18 may be higher than the concentration of the p-type impurity included in the body region 13. Contact region 18 is provided through source region 14 so as to connect body region 13 and third main surface 10c.

炭化珪素基板10の第3主面10cにはトレンチTRが設けられている。トレンチTRは、側部SWと、側部SWと連続的に形成された底部BTとにより規定されている。側部SWはソース領域14およびボディ領域13を貫通して、ドリフト領域12に至っている。ボディ領域13は、ゲート絶縁膜15に接するチャネル領域CHを含む。底部BTは、ドリフト領域12に位置している。   Trench TR is provided in third main surface 10c of silicon carbide substrate 10. Trench TR is defined by side SW and bottom BT formed continuously with side SW. Side SW passes through source region 14 and body region 13 and reaches drift region 12. Body region 13 includes channel region CH in contact with gate insulating film 15. The bottom portion BT is located in the drift region 12.

トレンチTRの側部SWは、第3主面10cに対して傾斜していることが好ましい。断面視(炭化珪素基板10の第2主面10bと平行な方向に沿って見た視野)において、トレンチTRの幅が底部BTに向かってテーパ状に狭まるように側部SWが傾斜していてもよい。側部SWの面方位は、{0001}面に対して50°以上70°以下傾斜していることが好ましく、(000−1)面に対して50°以上70°以下傾斜していることがより好ましい。なお、トレンチTRの側部SWは第3主面10cに対して垂直に形成されていてもよい。トレンチTRの底部BTは、第3主面10cとほぼ平行な平坦な形状を有してもよい。断面視において、トレンチTRの形状は、U字状またはV字状の形状を有してもよい。   Side SW of trench TR is preferably inclined with respect to third main surface 10c. In a cross-sectional view (a visual field viewed along a direction parallel to second main surface 10b of silicon carbide substrate 10), side portion SW is inclined such that the width of trench TR is tapered toward bottom portion BT. Also good. The plane orientation of the side SW is preferably 50 ° or more and 70 ° or less with respect to the {0001} plane, and 50 ° or more and 70 ° or less with respect to the (000-1) plane. More preferred. Note that the side portion SW of the trench TR may be formed perpendicular to the third main surface 10c. Bottom portion BT of trench TR may have a flat shape substantially parallel to third main surface 10c. In cross-sectional view, the shape of the trench TR may be U-shaped or V-shaped.

図2は、図1のMOSFET1から炭化珪素基板10を取り出して示したものである。図2に示されるように、ソース領域14およびボディ領域13は、トレンチTRの側部SWに露出している。ドリフト領域12は、トレンチTRの側部SWおよび底部BTの各々に露出している。底部BTと側部SWとがつながる部分はトレンチTRの角部を構成している。平面視(炭化珪素基板10の第2主面10bに対して垂直な方向に沿って見た視野)において、トレンチTRは、ハニカム構造を有する網目を構成するように延在していてもよい。平面視において、ソース領域14およびコンタクト領域18により構成された炭化珪素基板10の第3主面10cは、多角形の形状を有し、好ましくは六角形の形状を有する。平面視において、ボディ領域13、ソース領域14およびコンタクト領域18の各々は、六角形の外形を有する。   FIG. 2 shows the silicon carbide substrate 10 taken out from the MOSFET 1 of FIG. As shown in FIG. 2, source region 14 and body region 13 are exposed at side SW of trench TR. Drift region 12 is exposed at each of side SW and bottom BT of trench TR. A portion where bottom portion BT and side portion SW are connected constitutes a corner portion of trench TR. In a plan view (a visual field viewed along a direction perpendicular to second main surface 10b of silicon carbide substrate 10), trench TR may extend so as to form a mesh having a honeycomb structure. In plan view, third main surface 10c of silicon carbide substrate 10 formed of source region 14 and contact region 18 has a polygonal shape, preferably a hexagonal shape. In plan view, each of body region 13, source region 14, and contact region 18 has a hexagonal outer shape.

図1に示されるように、ゲート絶縁膜15は、トレンチTRの底部BTおよび側部SWに接する。ゲート絶縁膜15は、トレンチTRの底部BTおよび側部SWに接する第1絶縁膜3と、第1絶縁膜3上に設けられかつゲート電極27に接する第2絶縁膜2とを有する。第1絶縁膜3は、熱酸化膜であり、二酸化珪素を含む。第2絶縁膜2は、堆積絶縁膜を酸化した膜である。第2絶縁膜2は、たとえば二酸化珪素を含む材料である。第1絶縁膜3は、トレンチTRの底部BTにおいてドリフト領域12と接し、かつトレンチTRの側部SWにおいてソース領域14、ボディ領域13およびドリフト領域12の各々と接する。   As shown in FIG. 1, gate insulating film 15 is in contact with bottom portion BT and side portion SW of trench TR. Gate insulating film 15 includes first insulating film 3 in contact with bottom BT and side SW of trench TR, and second insulating film 2 provided on first insulating film 3 and in contact with gate electrode 27. The first insulating film 3 is a thermal oxide film and contains silicon dioxide. The second insulating film 2 is a film obtained by oxidizing the deposited insulating film. Second insulating film 2 is a material containing, for example, silicon dioxide. First insulating film 3 is in contact with drift region 12 at bottom BT of trench TR, and is in contact with source region 14, body region 13 and drift region 12 at side SW of trench TR.

ゲート電極27は、トレンチTRの内部においてゲート絶縁膜15に接するようにトレンチTRの内部に設けられている。ゲート電極27は、たとえば不純物を含むポリシリコンからなる。   Gate electrode 27 is provided inside trench TR so as to be in contact with gate insulating film 15 inside trench TR. The gate electrode 27 is made of polysilicon containing impurities, for example.

ソース電極16は、第3主面10cにおいてソース領域14およびコンタクト領域18の各々と接している。ソース電極16は、たとえばTiと、Alと、Siとを含む材料からなる。好ましくは、ソース電極16は、ソース領域14およびコンタクト領域18とオーミック接合している。ソース配線19はソース電極16に接している。ソース配線19は、たとえばアルミニウムを含む材料からなる。   Source electrode 16 is in contact with each of source region 14 and contact region 18 on third main surface 10c. The source electrode 16 is made of a material containing, for example, Ti, Al, and Si. Preferably, source electrode 16 is in ohmic contact with source region 14 and contact region 18. The source wiring 19 is in contact with the source electrode 16. Source wiring 19 is made of, for example, a material containing aluminum.

層間絶縁膜22は、ゲート電極27およびゲート絶縁膜15に接して設けられており、一方のソース電極16から他方のソース電極16にまで延在している。層間絶縁膜22は、たとえば二酸化珪素を含む材料からなる。層間絶縁膜22は、ゲート電極27とソース電極16とを電気的に絶縁している。   The interlayer insulating film 22 is provided in contact with the gate electrode 27 and the gate insulating film 15, and extends from one source electrode 16 to the other source electrode 16. Interlayer insulating film 22 is made of, for example, a material containing silicon dioxide. The interlayer insulating film 22 electrically insulates the gate electrode 27 and the source electrode 16 from each other.

ドレイン電極20は、第2主面10bにおいて炭化珪素単結晶基板11と接しており、ドリフト領域12と電気的に接続されている。ドレイン電極20は、たとえばNiSiまたはTiAlSiを含む材料からなる。   Drain electrode 20 is in contact with silicon carbide single crystal substrate 11 on second main surface 10 b and is electrically connected to drift region 12. The drain electrode 20 is made of a material containing, for example, NiSi or TiAlSi.

次に、実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法について説明する。
まず、炭化珪素基板を準備する工程(S10:図3)が実施される。図4に示されるように、炭化珪素単結晶基板11上に炭化珪素エピタキシャル層24が形成される。具体的には、たとえば原料ガスとしてシラン(SiH4)とプロパン(C38)との混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素ガス(H2)を用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、炭化珪素単結晶基板11上に炭化珪素エピタキシャル層24が形成される。エピタキシャル成長の際、不純物として、たとえば窒素(N)またはリン(P)などを導入することが好ましい。炭化珪素エピタキシャル層24は、n型の導電型を有する。炭化珪素基板10は、炭化珪素エピタキシャル層24を構成する第1主面10aと、第1主面10aと反対側でありかつ炭化珪素単結晶基板11を構成する第2主面10bとを有する。第1主面10aは、たとえば{0001}面であり、好ましくは(000−1)面である。第1主面10aは、{0001}面から8°以下オフした面であってもよい。
Next, a method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment will be described.
First, a step of preparing a silicon carbide substrate (S10: FIG. 3) is performed. As shown in FIG. 4, silicon carbide epitaxial layer 24 is formed on silicon carbide single crystal substrate 11. Specifically, for example, by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using a mixed gas of silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) as a source gas and using, for example, hydrogen gas (H 2 ) as a carrier gas. Silicon carbide epitaxial layer 24 is formed on silicon carbide single crystal substrate 11. In the epitaxial growth, it is preferable to introduce, for example, nitrogen (N) or phosphorus (P) as impurities. Silicon carbide epitaxial layer 24 has n type conductivity. Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 10a constituting silicon carbide epitaxial layer 24, and a second main surface 10b opposite to first main surface 10a and constituting silicon carbide single crystal substrate 11. The first major surface 10a is, for example, a {0001} plane, preferably a (000-1) plane. The first major surface 10a may be a surface that is off by 8 ° or less from the {0001} plane.

次に、第1主面10aに対して、たとえばアルミニウムなどのp型不純物がイオン注入されことにより、ボディ領域13が形成される。またボディ領域13に対して、たとえばリンなどのn型不純物が、ボディ領域13よりも浅い深さでイオン注入されることによりソース領域14が形成される。次に、ソース領域14に対して、たとえばアルミニウムなどのp型不純物がイオン注入されることにより、コンタクト領域18が形成される。コンタクト領域18は、ソース領域14を貫通し、ボディ領域13に接するように形成される。   Next, body region 13 is formed by ion implantation of a p-type impurity such as aluminum into first main surface 10a. Source region 14 is formed by implanting n-type impurity such as phosphorus into body region 13 at a depth shallower than body region 13. Next, contact region 18 is formed by ion implantation of a p-type impurity such as aluminum into source region 14. The contact region 18 is formed so as to penetrate the source region 14 and contact the body region 13.

次に、炭化珪素基板10にイオン注入された不純物を活性化するため活性化アニールが実施される。活性化アニールの温度は、好ましくは1500℃以上1900℃以下であり、たとえば1700℃程度である。活性化アニールの時間は、たとえば30分程度である。活性化アニールの雰囲気は、好ましくは不活性ガス雰囲気であり、たとえばAr雰囲気である。以上により、第1主面10aと、第1主面10aと反対側の第2主面10bとを有する炭化珪素基板10が準備される。炭化珪素基板10は、n型を有するドリフト領域12と、ドリフト領域12上に設けられ、n型と異なるp型を有するボディ領域13と、n型を有するソース領域14と、p型を有するコンタクト領域18とを含む。ソース領域14は、ドリフト領域12から隔てられるようにボディ領域13上に設けられ、第1主面10aを構成する。コンタクト領域18は、ソース領域14を貫通するように第1主面10aからボディ領域13まで延在する(図5参照)。   Next, activation annealing is performed to activate the impurities ion-implanted into silicon carbide substrate 10. The temperature of activation annealing is preferably 1500 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower, for example, about 1700 ° C. The activation annealing time is, for example, about 30 minutes. The atmosphere of activation annealing is preferably an inert gas atmosphere, for example, an Ar atmosphere. As described above, silicon carbide substrate 10 having first main surface 10a and second main surface 10b opposite to first main surface 10a is prepared. Silicon carbide substrate 10 includes an n-type drift region 12, a body region 13 having a p-type different from the n-type, a source region 14 having an n-type, and a contact having a p-type. Region 18. The source region 14 is provided on the body region 13 so as to be separated from the drift region 12, and constitutes the first main surface 10a. Contact region 18 extends from first main surface 10a to body region 13 so as to penetrate source region 14 (see FIG. 5).

次に、トレンチを形成する工程(S20:図3)が実施される。図6に示されるように、ソース領域14およびコンタクト領域18から構成される第1主面10a上に、開口部OPを有するマスク層40が形成される。マスク層40は、スパッタリング法および化学気相成長法のいずれかの方法により形成されてもよい。マスク層40として、たとえばシリコン酸化膜などを用いることができる。開口部OPはトレンチTR(図1)の位置に対応して形成される。   Next, a step of forming a trench (S20: FIG. 3) is performed. As shown in FIG. 6, a mask layer 40 having an opening OP is formed on first main surface 10 a composed of source region 14 and contact region 18. The mask layer 40 may be formed by any one of a sputtering method and a chemical vapor deposition method. As mask layer 40, for example, a silicon oxide film or the like can be used. The opening OP is formed corresponding to the position of the trench TR (FIG. 1).

マスク層40の開口部OPにおいて、ソース領域14と、ボディ領域13と、ドリフト領域12の一部と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、特に誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング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誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。エッチングにより、トレンチTR(図1)が形成されるべき領域に、第1主面10aに対してほぼ垂直な側部と、側部と連接し、かつ第1主面10aとほぼ平行な底部とを有する凹部が形成される。 In the opening OP of the mask layer 40, the source region 14, the body region 13, and a part of the drift region 12 are removed by etching. As an etching method, for example, reactive ion etching, particularly inductively coupled plasma reactive ion etching can be used. Specifically, for example, inductively coupled plasma reactive ion etching using SF 6 or a mixed gas of SF 6 and O 2 as a reaction gas can be used. In the region where trench TR (FIG. 1) is to be formed by etching, a side portion substantially perpendicular to first main surface 10a and a bottom portion connected to the side portion and substantially parallel to first main surface 10a A recess having the shape is formed.

次に、凹部において熱エッチングが行われる。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の加熱によって行い得る。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。当該雰囲気は、たとえば、Cl2、BCL3、SF6、またはCF4を含む。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。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素(N2)ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。熱エッチングの際に、マスク層40は、SiCに対する選択比が極めて大きいので、SiCのエッチング中に実質的にエッチングされない。 Next, thermal etching is performed in the recess. The thermal etching can be performed, for example, by heating in an atmosphere containing a reactive gas having at least one or more types of halogen atoms. The at least one or more types of halogen atom includes at least one of a chlorine (Cl) atom and a fluorine (F) atom. The atmosphere includes, for example, Cl 2 , BCL 3 , SF 6 , or CF 4 . For example, thermal etching is performed using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas as a reaction gas and a heat treatment temperature of, for example, 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less. Note that the reaction gas may contain a carrier gas in addition to the above-described chlorine gas and oxygen gas. As the carrier gas, for example, nitrogen (N 2 ) gas, argon gas, helium gas or the like can be used. During the thermal etching, the mask layer 40 has a very high selectivity with respect to SiC, so that it is not substantially etched during the etching of SiC.

図7に示されるように、上記熱エッチングにより、炭化珪素基板10の第1主面10aにトレンチTRが形成される。トレンチTRは、ソース領域14およびボディ領域13を貫通してドリフト領域12に至る側部SWと、ドリフト領域12に位置する底部BTとにより規定されている。好ましくは、側部SWは底部BTに対して傾斜しており、底部BTに対する側部SWの角度は、たとえば50°以上70°以下である。側部SWは、たとえば(0−33−8)面である。ソース領域14、ボディ領域13およびドリフト領域12の各々が熱エッチングされてトレンチTRの側部SWを形成する際、マスク層40は実質的にエッチングされない。そのため、マスク層40は、第1主面10a上からトレンチTRの側部SW上に張り出すように残される。次に、マスク層40がたとえばフッ酸(HF)より除去される(図8参照)。   As shown in FIG. 7, trench TR is formed in first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 by the thermal etching. Trench TR is defined by side SW passing through source region 14 and body region 13 to drift region 12, and bottom BT located in drift region 12. Preferably, the side part SW is inclined with respect to the bottom part BT, and the angle of the side part SW with respect to the bottom part BT is, for example, 50 ° or more and 70 ° or less. Side SW is, for example, the (0-33-8) plane. When each of source region 14, body region 13, and drift region 12 is thermally etched to form side portion SW of trench TR, mask layer 40 is not substantially etched. Therefore, mask layer 40 is left so as to protrude from first main surface 10a to side SW of trench TR. Next, the mask layer 40 is removed from, for example, hydrofluoric acid (HF) (see FIG. 8).

次に、保護膜を形成する工程(S30:図3)が実施される。第1主面10aにおいて、ソース領域14を覆う保護層2が形成される。好ましくは、保護層2は、コンタクト領域18を覆うように形成される。図9に示されるように、保護層2は、たとえば第1主面10aにおいて、ソース領域14およびコンタクト領域18に接し、側部SWにおいて、ソース領域14と、ボディ領域13と、ドリフト領域12とに接し、かつ底部BTにおいて、ドリフト領域12に接して設けられてもよい。   Next, a step of forming a protective film (S30: FIG. 3) is performed. In first main surface 10a, protective layer 2 covering source region 14 is formed. Preferably, the protective layer 2 is formed so as to cover the contact region 18. As shown in FIG. 9, protective layer 2 is in contact with source region 14 and contact region 18, for example, on first main surface 10 a, and on side SW, source region 14, body region 13, drift region 12, and so on. And may be provided in contact with the drift region 12 at the bottom BT.

保護層2は、炭化珪素基板10を熱酸化することなく形成される。好ましくは、保護層2は、スパッタリング法および化学気相成長法のいずれかの方法により形成される。具体的には、保護層は、プラズマCVDにより形成されてもよいし、熱CVDにより形成されてもよい。保護層2は、珪素、二酸化珪素および窒化珪素の少なくともいずれかを含んでいてもよい。保護層2の厚みtは、たとえば10nm以上100nm以下であり、好ましくは20nm以上50nm以下である。好ましくは、保護層2は、ボディ領域13中のチャネル領域CHを覆うように形成される。保護層2は、底部BTおよび側部SWを覆うように形成されてもよい。   Protective layer 2 is formed without thermally oxidizing silicon carbide substrate 10. Preferably, the protective layer 2 is formed by any one of a sputtering method and a chemical vapor deposition method. Specifically, the protective layer may be formed by plasma CVD or thermal CVD. The protective layer 2 may include at least one of silicon, silicon dioxide, and silicon nitride. The thickness t of the protective layer 2 is, for example, not less than 10 nm and not more than 100 nm, preferably not less than 20 nm and not more than 50 nm. Preferably, protective layer 2 is formed to cover channel region CH in body region 13. The protective layer 2 may be formed so as to cover the bottom part BT and the side part SW.

次に、酸化膜を形成する工程(S40:図3)が実施される。図10に示されるように、保護層2がソース領域14およびコンタクト領域18を覆った状態で、炭化珪素基板10を熱酸化することにより、ソース領域14と、ボディ領域13と、ドリフト領域12とに接する酸化膜3が形成される。具体的には、保護層2が第1主面10aにおいてソース領域14およびコンタクト領域18を覆い、側部SWにおいてソース領域14、ボディ領域13およびドリフト領域12を覆い、かつ底部BTにおいてドリフト領域12を覆った状態で、炭化珪素基板10が、酸素を含む雰囲気中において、たとえば1300℃以上1400℃以下の温度で加熱される。これにより、保護層2を通過した酸素が炭化珪素と反応し、炭化珪素基板10と保護層2との間に酸化膜3が形成される。第1主面10aが熱酸化されることにより、第1主面10aを含む炭化珪素層が二酸化珪素層になる。結果として、第1主面10aの位置よりも、第2主面10b側に位置する第3主面10cが形成される。第3主面10cは、ソース領域14およびコンタクト領域18により構成される。好ましくは、酸化膜3は、トレンチTRの底部BTおよび側部SWの双方に接して形成される。保護層2および酸化膜3は、ゲート絶縁膜15を構成する。酸化膜を形成する工程において、保護層2が酸化されて二酸化珪素になってもよい。   Next, a step of forming an oxide film (S40: FIG. 3) is performed. As shown in FIG. 10, silicon carbide substrate 10 is thermally oxidized with protective layer 2 covering source region 14 and contact region 18, so that source region 14, body region 13, drift region 12, An oxide film 3 in contact with is formed. Specifically, protective layer 2 covers source region 14 and contact region 18 at first main surface 10a, covers source region 14, body region 13 and drift region 12 at side SW, and drift region 12 at bottom BT. In a state of covering, silicon carbide substrate 10 is heated, for example, at a temperature of 1300 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower in an atmosphere containing oxygen. Thereby, oxygen that has passed through protective layer 2 reacts with silicon carbide, and oxide film 3 is formed between silicon carbide substrate 10 and protective layer 2. By thermally oxidizing first main surface 10a, the silicon carbide layer including first main surface 10a becomes a silicon dioxide layer. As a result, the third main surface 10c located on the second main surface 10b side with respect to the position of the first main surface 10a is formed. The third major surface 10 c is composed of the source region 14 and the contact region 18. Preferably, oxide film 3 is formed in contact with both bottom portion BT and side portion SW of trench TR. The protective layer 2 and the oxide film 3 constitute a gate insulating film 15. In the step of forming the oxide film, the protective layer 2 may be oxidized to silicon dioxide.

図11は、ソース領域14が含むn型不純物の濃度と、第2主面10bに対して垂直な方向における位置との関係を示している。なお、位置0は、酸化膜を形成する工程(S40:図3)前における第1主面10aの位置に対応し、位置a1は、酸化膜を形成する工程(S40:図3)後における第3主面10cの位置に対応する。図11に示されるように、ソース領域14が含むn型不純物の濃度は、第1主面10aから第2主面10bに向かうにつれて単調に低減している。図11に示されるように、第3主面10cの位置a1におけるn型不純物の濃度b1は、第1主面10aの位置0におけるn型不純物の濃度b0よりも低い。同様に、コンタクト領域18が含むp型不純物の濃度は、第1主面10aから第2主面10bに向かうにつれて単調に低減していてもよい。この場合、第3主面10cの位置a1におけるp型不純物の濃度は、第1主面10aの位置0におけるp型不純物の濃度よりも低くなる。   FIG. 11 shows the relationship between the concentration of the n-type impurity included in the source region 14 and the position in the direction perpendicular to the second major surface 10b. The position 0 corresponds to the position of the first main surface 10a before the step of forming the oxide film (S40: FIG. 3), and the position a1 is the position after the step of forming the oxide film (S40: FIG. 3). This corresponds to the position of the three principal surfaces 10c. As shown in FIG. 11, the concentration of the n-type impurity included in the source region 14 monotonously decreases from the first main surface 10a toward the second main surface 10b. As shown in FIG. 11, the concentration b1 of the n-type impurity at the position a1 of the third main surface 10c is lower than the concentration b0 of the n-type impurity at the position 0 of the first main surface 10a. Similarly, the concentration of the p-type impurity contained in the contact region 18 may be monotonously reduced as it goes from the first main surface 10a to the second main surface 10b. In this case, the concentration of the p-type impurity at the position a1 of the third main surface 10c is lower than the concentration of the p-type impurity at the position 0 of the first main surface 10a.

炭化珪素基板10を熱酸化した後に、一酸化窒素(NO)ガス雰囲気中において炭化珪素基板10に対して熱処理(NOアニール)が行われてもよい。NOアニールにおいて、炭化珪素基板10が、たとえば1100℃以上1300℃以下の条件下で1時間程度保持される。これにより、ゲート絶縁膜15とボディ領域13との界面領域に窒素原子が導入される。その結果、界面領域における界面準位の形成が抑制されることで、チャネル移動度を向上させることができる。なお、このような窒素原子の導入が可能であれば、NOガス以外のガス(たとえばN2O)が雰囲気ガスとして用いられてもよい。NOアニールの後にさらに、雰囲気ガスとしてアルゴン(Ar)を用いるArアニールが行われてもよい。Arアニールの加熱温度は、たとえば上記NOアニールの加熱温度以上である。Arアニールの時間は、たとえば1時間程度である。これにより、ゲート絶縁膜15とボディ領域13との界面領域における界面準位の形成がさらに抑制される。なお、雰囲気ガスとして、Arガスに代えて窒素ガスなどの他の不活性ガスが用いられてもよい。 After thermally oxidizing silicon carbide substrate 10, heat treatment (NO annealing) may be performed on silicon carbide substrate 10 in a nitrogen monoxide (NO) gas atmosphere. In NO annealing, silicon carbide substrate 10 is held for about 1 hour under conditions of, for example, 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. As a result, nitrogen atoms are introduced into the interface region between the gate insulating film 15 and the body region 13. As a result, the formation of interface states in the interface region is suppressed, so that channel mobility can be improved. As long as such nitrogen atoms can be introduced, a gas other than NO gas (for example, N 2 O) may be used as the atmospheric gas. Ar annealing using argon (Ar) as an atmospheric gas may be further performed after the NO annealing. The heating temperature for Ar annealing is, for example, equal to or higher than the heating temperature for NO annealing. The Ar annealing time is, for example, about 1 hour. As a result, the formation of interface states in the interface region between the gate insulating film 15 and the body region 13 is further suppressed. Note that other inert gas such as nitrogen gas may be used as the atmospheric gas instead of Ar gas.

次に、ゲート電極を形成する工程(S50:図3)が実施される。図12に示されるように、トレンチTRの内部においてゲート絶縁膜15の第2絶縁膜2に接するゲート電極27が形成される。ゲート電極27は、トレンチTRの内部に配置され、ゲート絶縁膜15を介してトレンチTRの側部SWおよび底部BTの各々と対面するように形成される。ゲート電極27は、たとえばLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により形成される。   Next, a step of forming a gate electrode (S50: FIG. 3) is performed. As shown in FIG. 12, gate electrode 27 in contact with second insulating film 2 of gate insulating film 15 is formed inside trench TR. Gate electrode 27 is arranged inside trench TR and is formed to face each of side SW and bottom BT of trench TR via gate insulating film 15. The gate electrode 27 is formed by, for example, LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition).

次に、層間絶縁膜22が形成される。具体的には、ゲート電極27を覆い、かつゲート絶縁膜15と接するように層間絶縁膜22が形成される。好ましくは、層間絶縁膜22は、堆積法により形成され、より好ましくは化学気相成長法により形成される。層間絶縁膜22は、たとえば二酸化珪素を含む材料である。   Next, an interlayer insulating film 22 is formed. Specifically, the interlayer insulating film 22 is formed so as to cover the gate electrode 27 and to be in contact with the gate insulating film 15. Preferably, the interlayer insulating film 22 is formed by a deposition method, more preferably a chemical vapor deposition method. Interlayer insulating film 22 is a material containing, for example, silicon dioxide.

次に、ソース電極を形成する工程(S60:図3)が実施される。具体的には、層間絶縁膜22およびゲート絶縁膜15に開口部が形成されるようにエッチングが行われることにより、当該開口部にソース領域14およびコンタクト領域18が層間絶縁膜22およびゲート絶縁膜15から露出する。ソース領域14およびコンタクト領域18は、炭化珪素基板10の第3主面10cを構成する。次に、第3主面10cにおいてソース領域14およびコンタクト領域18に接するソース電極16が形成される(図13参照)。ソース電極16は、たとえばスパッタリング法により形成される。ソース電極16は、たとえばTi、AlおよびSiを含む材料からなる。次に、合金化アニールが実施される。具体的には、ソース領域14およびコンタクト領域18と接するソース電極16が、たとえば900℃以上1100℃以下の温度で5分程度保持される。これにより、ソース電極16の少なくとも一部が、炭化珪素基板10が含む珪素と反応してシリサイド化する。これにより、ソース領域14とオーミック接合するソース電極16が形成される。好ましくは、ソース電極16は、コンタクト領域18とオーミック接合する。   Next, a step of forming a source electrode (S60: FIG. 3) is performed. Specifically, etching is performed so that openings are formed in the interlayer insulating film 22 and the gate insulating film 15, so that the source region 14 and the contact region 18 are formed in the openings in the interlayer insulating film 22 and the gate insulating film. 15 is exposed. Source region 14 and contact region 18 constitute third main surface 10 c of silicon carbide substrate 10. Next, source electrode 16 in contact with source region 14 and contact region 18 is formed on third main surface 10c (see FIG. 13). The source electrode 16 is formed by, for example, a sputtering method. The source electrode 16 is made of a material containing, for example, Ti, Al, and Si. Next, alloying annealing is performed. Specifically, the source electrode 16 in contact with the source region 14 and the contact region 18 is held for about 5 minutes at a temperature of 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, for example. Thereby, at least a part of source electrode 16 reacts with silicon included in silicon carbide substrate 10 to be silicided. As a result, the source electrode 16 that is in ohmic contact with the source region 14 is formed. Preferably, the source electrode 16 is in ohmic contact with the contact region 18.

次に、ソース電極16と電気的に接続されるソース配線19が形成される。ソース配線19は、ソース電極16および層間絶縁膜22上に形成される。次に、炭化珪素基板10の第2主面10bと接するようにドレイン電極20が形成される。以上により、実施の形態1に係るMOSFET1(図1)が完成する。   Next, a source wiring 19 that is electrically connected to the source electrode 16 is formed. The source wiring 19 is formed on the source electrode 16 and the interlayer insulating film 22. Next, drain electrode 20 is formed in contact with second main surface 10b of silicon carbide substrate 10. Thus, MOSFET 1 (FIG. 1) according to the first embodiment is completed.

なお、第1主面10aは、炭素面または炭素面から8°以下オフした面が好ましい。炭素面は、炭素面以外の面よりも酸化速度が高いため、炭化珪素が消費されやすい。保護層2を炭素面上に形成することにより、効果的に炭化珪素の消費を抑制することができる。   The first main surface 10a is preferably a carbon surface or a surface off by 8 ° or less from the carbon surface. Since the carbon surface has a higher oxidation rate than surfaces other than the carbon surface, silicon carbide is easily consumed. By forming protective layer 2 on the carbon surface, consumption of silicon carbide can be effectively suppressed.

また、ソース領域14は、n型の導電型を有していることが好ましい。n型の炭化珪素は、p型の炭化珪素よりも酸化速度が高いため、炭化珪素が消費されやすい。保護層2をn型のソース領域14上に形成することにより、効果的に炭化珪素の消費を抑制することができる。   The source region 14 preferably has n-type conductivity. Since n-type silicon carbide has a higher oxidation rate than p-type silicon carbide, silicon carbide is easily consumed. By forming protective layer 2 on n-type source region 14, consumption of silicon carbide can be effectively suppressed.

次に、実施の形態1に係るMOSFETの作用効果について説明する。
実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、保護層2がソース領域14を覆った状態で、炭化珪素基板10を熱酸化することにより、ボディ領域13に接する酸化膜3が形成される。これにより、ソース領域14の消費量を抑制することで、ソース領域14の表面の不純物濃度の低減を抑制することができる。結果として、ソース領域14とソース電極16との接触抵抗の増加を抑制することができる。
Next, the function and effect of the MOSFET according to the first embodiment will be described.
According to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, oxide film 3 in contact with body region 13 is formed by thermally oxidizing silicon carbide substrate 10 with protective layer 2 covering source region 14. . Thereby, the reduction of the impurity concentration on the surface of the source region 14 can be suppressed by suppressing the consumption amount of the source region 14. As a result, an increase in contact resistance between the source region 14 and the source electrode 16 can be suppressed.

また実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、第1主面10aにトレンチTRを形成する工程をさらに備えていてもよい。トレンチTRは、ソース領域14およびボディ領域13を貫通してドリフト領域12に至る側部SWと、ドリフト領域12に位置する底部BTとにより規定されている。酸化膜3を形成する工程において、酸化膜3は、底部BTおよび側部SWの双方に接して形成される。図19に示されるように、平面型のMOSFETの場合、ボディ領域13内に形成されるチャネル領域CHと、ソース領域14とは、イオン注入方向Iに対して垂直な平面上において隣接して位置しており、かつチャネル領域CHはイオン注入マスク41に覆われている。そのため、不純物濃度を補償するためにソース領域14に対するイオン注入のドーズ量を増加する場合、チャネル領域CHにイオン注入起因の結晶欠陥が発生する可能性は低い。一方、トレンチ型のMOSFET1の場合、ボディ領域13内に形成されるチャネル領域CHとソース領域14とは、イオン注入方向Iとほぼ平行な平面上において隣接して位置している(図5および図1参照)。そのため、不純物濃度を補償するためにソース領域14に対するイオン注入のドーズ量を増加する場合、イオン注入された不純物がソース領域14を貫通し、チャネル領域CHとソース領域14との界面に結晶欠陥が発生する可能性が高くなる。結果として、MOSFET1の信頼性が低下する可能性が高くなる。従って、トレンチ型のMOSFET1の場合、ソース領域14に対するイオン注入のドーズ量を増加してソース領域14とソース電極16との接触抵抗の増加を抑制することは困難である。つまり、実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法は、平面型のMOSFET1よりもトレンチ型のMOSFET1に対して好適に利用することができる。   In addition, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, a step of forming trench TR in first main surface 10a may be further provided. Trench TR is defined by side SW passing through source region 14 and body region 13 to drift region 12, and bottom BT located in drift region 12. In the step of forming oxide film 3, oxide film 3 is formed in contact with both bottom portion BT and side portion SW. As shown in FIG. 19, in the case of a planar MOSFET, the channel region CH formed in the body region 13 and the source region 14 are positioned adjacent to each other on a plane perpendicular to the ion implantation direction I. The channel region CH is covered with an ion implantation mask 41. Therefore, when the dose amount of ion implantation for the source region 14 is increased in order to compensate the impurity concentration, there is a low possibility that crystal defects due to ion implantation occur in the channel region CH. On the other hand, in the case of trench type MOSFET 1, channel region CH and source region 14 formed in body region 13 are located adjacent to each other on a plane substantially parallel to ion implantation direction I (FIGS. 5 and 5). 1). Therefore, when increasing the dose of ion implantation to the source region 14 in order to compensate the impurity concentration, the ion implanted impurity penetrates the source region 14 and a crystal defect is present at the interface between the channel region CH and the source region 14. It is more likely to occur. As a result, there is a high possibility that the reliability of the MOSFET 1 is lowered. Therefore, in the case of the trench type MOSFET 1, it is difficult to suppress an increase in contact resistance between the source region 14 and the source electrode 16 by increasing the dose amount of ion implantation into the source region 14. That is, the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment can be preferably used for trench MOSFET 1 rather than planar MOSFET 1.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、保護層2は、スパッタリング法および化学気相成長法のいずれかの方法により形成される。これにより、簡易な方法で、熱酸化を行うことなく保護層2を形成することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, protective layer 2 is formed by one of a sputtering method and a chemical vapor deposition method. Thereby, the protective layer 2 can be formed by a simple method without performing thermal oxidation.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、保護層2は、珪素、二酸化珪素および窒化珪素の少なくともいずれかを含む。これにより、ゲート絶縁膜15の絶縁性能を向上することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, protective layer 2 includes at least one of silicon, silicon dioxide, and silicon nitride. Thereby, the insulation performance of the gate insulating film 15 can be improved.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、保護層2の厚みtは、10nm以上100nm以下である。保護層2の厚みtを10nm以上とすることにより、第3不純物領域14の消費量を効果的に低減することができる。保護層2の厚みtを100nm以下とすることにより、酸化されないで保護層2の一部が残ることを防止することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, the thickness t of the protective layer 2 is not less than 10 nm and not more than 100 nm. By setting the thickness t of the protective layer 2 to 10 nm or more, the consumption of the third impurity region 14 can be effectively reduced. By setting the thickness t of the protective layer 2 to 100 nm or less, it is possible to prevent a part of the protective layer 2 from remaining without being oxidized.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、炭化珪素基板10は、ソース領域14を貫通するように第1主面10aからボディ領域13まで延在し、かつp型を有するコンタクト領域18をさらに含む。保護層2を形成する工程において、保護層2は、コンタクト領域18を覆うように形成される。ソース電極16を形成する工程において、ソース電極16は、コンタクト領域18に接して形成される。これにより、コンタクト領域18の消費量を抑制することで、コンタクト領域18の表面の不純物濃度の低減を抑制することができる。結果として、コンタクト領域18とソース電極16との接触抵抗の増加を抑制することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, silicon carbide substrate 10 extends from first main surface 10a to body region 13 so as to penetrate source region 14 and has a p-type contact region. 18 is further included. In the step of forming the protective layer 2, the protective layer 2 is formed so as to cover the contact region 18. In the step of forming the source electrode 16, the source electrode 16 is formed in contact with the contact region 18. Thereby, the reduction of the impurity concentration on the surface of the contact region 18 can be suppressed by suppressing the consumption amount of the contact region 18. As a result, an increase in contact resistance between the contact region 18 and the source electrode 16 can be suppressed.

さらに実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法によれば、保護層2を形成する工程において、保護層2は、第2不純物領域13中のチャネル領域CHを覆うように形成される。保護層2は、ゲート絶縁膜15の一部となる。そのため、保護層2がチャネル領域CHを覆っている場合は、保護層2がチャネル領域CHを覆っていない場合よりも、同じ厚みのゲート絶縁膜15を得るための熱酸化時間が短くなる。熱酸化によりチャネル領域CHを構成する炭化珪素の珪素が酸素と反応して二酸化珪素に変化し、チャネル領域CH中には炭素が残される。チャネル領域CH中の炭素は、界面準位を形成するため、移動度が小さくなる。熱酸化時間を短くすることで、チャネル領域CH中の炭素濃度が低減されるので、界面準位の形成が抑制される。結果として、移動度が小さくなることを抑制することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, in the step of forming protective layer 2, protective layer 2 is formed so as to cover channel region CH in second impurity region 13. The protective layer 2 becomes a part of the gate insulating film 15. Therefore, when the protective layer 2 covers the channel region CH, the thermal oxidation time for obtaining the gate insulating film 15 having the same thickness is shorter than when the protective layer 2 does not cover the channel region CH. Silicon of silicon carbide constituting the channel region CH reacts with oxygen and changes into silicon dioxide by thermal oxidation, and carbon remains in the channel region CH. Since carbon in the channel region CH forms an interface state, mobility becomes small. Since the carbon concentration in the channel region CH is reduced by shortening the thermal oxidation time, the formation of interface states is suppressed. As a result, it can suppress that mobility becomes small.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係るMOSFET1の製造方法について説明する。実施の形態2に係るMOSFET1の製造方法は、保護層を形成する工程(S30:図3)において、保護層2がトレンチTRの側部SWおよび底部BTから離間して形成される点において実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法と異なっており、その他は実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法とほぼ同じである。そのため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
(Embodiment 2)
Next, a method for manufacturing MOSFET 1 according to the second embodiment of the present invention will be described. MOSFET 1 manufacturing method according to the second embodiment is implemented in that protective layer 2 is formed apart from side SW and bottom BT of trench TR in the step of forming a protective layer (S30: FIG. 3). The method is different from the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment, and the others are substantially the same as the method for manufacturing MOSFET 1 according to the first embodiment. Therefore, the same code | symbol is attached | subjected about the same or corresponding element, and the description is not repeated.

まず、実施の形態1で説明した方法により、炭化珪素基板を準備する工程(S10:図3)と、トレンチを形成する工程(S20:図3)と、保護層を形成する工程(S30:図3)とが実施される。図14に示されるように、保護層を形成する工程(S30:図3)において、保護層2は、第1主面10aにおいてソース領域14およびコンタクト領域18を覆い、かつトレンチTRの側部SWおよび底部BTから離間して形成されてもよい。つまり、保護層2は、トレンチTRの側部SWおよび底部BTを覆わないように、第1主面10a上に形成されてもよい。   First, by the method described in the first embodiment, a step of preparing a silicon carbide substrate (S10: FIG. 3), a step of forming a trench (S20: FIG. 3), and a step of forming a protective layer (S30: FIG. And 3) are performed. As shown in FIG. 14, in the step of forming a protective layer (S30: FIG. 3), the protective layer 2 covers the source region 14 and the contact region 18 on the first main surface 10a, and the side SW of the trench TR. And may be formed apart from the bottom portion BT. That is, protective layer 2 may be formed on first main surface 10a so as not to cover side portion SW and bottom portion BT of trench TR.

次に、酸化膜を形成する工程(S40:図3)が実施される。酸化膜を形成する工程(S40:図3)において、保護層2は、第1主面10aにおいてソース領域14およびコンタクト領域18を覆い、かつトレンチTRの側部SWおよび底部BTから離間した状態で、炭化珪素基板10が熱酸化される。側部SWおよび底部BTを構成する炭化珪素が熱酸化されることにより、側部SWおよび底部BTに接する酸化膜3が形成される(図15参照)。同様に、ソース領域14およびコンタクト領域18を構成する炭化珪素が熱酸化されることにより、第3主面10cに接する酸化膜3が形成される。   Next, a step of forming an oxide film (S40: FIG. 3) is performed. In the step of forming the oxide film (S40: FIG. 3), the protective layer 2 covers the source region 14 and the contact region 18 on the first main surface 10a and is separated from the side SW and the bottom BT of the trench TR. The silicon carbide substrate 10 is thermally oxidized. Silicon carbide constituting side SW and bottom BT is thermally oxidized to form oxide film 3 in contact with side SW and bottom BT (see FIG. 15). Similarly, silicon carbide constituting source region 14 and contact region 18 is thermally oxidized to form oxide film 3 in contact with third main surface 10c.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3に係るMOSFET1の製造方法について説明する。実施の形態3に係るMOSFET1の製造方法は、熱エッチング用のマスクを保護層として利用する点において実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法と異なっており、その他は実施の形態1に係るMOSFET1の製造方法とほぼ同じである。そのため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
(Embodiment 3)
Next, a method for manufacturing MOSFET 1 according to the third embodiment of the present invention will be described. The manufacturing method of MOSFET 1 according to the third embodiment is different from the manufacturing method of MOSFET 1 according to the first embodiment in that a mask for thermal etching is used as a protective layer. It is almost the same as the manufacturing method. Therefore, the same code | symbol is attached | subjected about the same or corresponding element, and the description is not repeated.

まず、実施の形態1で説明した方法により、炭化珪素基板を準備する工程(S10:図3)が実施される。次に、保護層を形成する工程(S30:図3)が実施される。   First, the step of preparing a silicon carbide substrate (S10: FIG. 3) is performed by the method described in the first embodiment. Next, a step of forming a protective layer (S30: FIG. 3) is performed.

図6に示されるように、保護層を形成する工程においては、熱エッチング工程におけるマスクとして機能する保護層を含むマスク層40が第1主面10a上に形成される。マスク層40は、第1主面10aにおいて、ソース領域14およびコンタクト領域18を覆うように形成される。マスク層40には開口部OPが形成されており、ソース領域14の一部は、開口部OPに露出している。   As shown in FIG. 6, in the step of forming the protective layer, a mask layer 40 including a protective layer that functions as a mask in the thermal etching step is formed on the first main surface 10a. Mask layer 40 is formed to cover source region 14 and contact region 18 on first main surface 10a. An opening OP is formed in the mask layer 40, and a part of the source region 14 is exposed to the opening OP.

次に、保護層を含むマスク層40をマスクとして炭化珪素基板に対して熱エッチングを行う工程が実施される。図7に示されるように、保護層40aを含むマスク層40を用いて熱エッチングが行われることにより、炭化珪素基板10の第1主面10aにトレンチTRが形成される。トレンチTRは、ソース領域14およびボディ領域13を貫通してドリフト領域12に至る側部SWと、ドリフト領域12に位置する底部BTとにより規定されている。熱エッチングを行う工程後、マスク層40は、第1主面10a上からトレンチTRの側部SW上に張り出すように残される(図7参照)。マスク層40は、保護層40aと、保護層40aと接する張り出し部40bとを有する。次に、保護層40aがソース領域14およびコンタクト領域18を覆った状態を維持しながら、張り出し部40bがエッチングなど任意の方法により除去される(図16参照)。   Next, a step of performing thermal etching on the silicon carbide substrate is performed using mask layer 40 including the protective layer as a mask. As shown in FIG. 7, trench TR is formed in first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10 by performing thermal etching using mask layer 40 including protective layer 40 a. Trench TR is defined by side SW passing through source region 14 and body region 13 to drift region 12, and bottom BT located in drift region 12. After the thermal etching step, the mask layer 40 is left so as to protrude from the first main surface 10a onto the side portion SW of the trench TR (see FIG. 7). The mask layer 40 includes a protective layer 40a and an overhanging portion 40b in contact with the protective layer 40a. Next, the overhanging portion 40b is removed by an arbitrary method such as etching while maintaining the state where the protective layer 40a covers the source region 14 and the contact region 18 (see FIG. 16).

次に、酸化膜を形成する工程(S40:図3)が実施される。図17に示されるように、保護層40aが第1主面10aにおいてソース領域14およびコンタクト領域18を覆った状態で、酸素雰囲気中において、炭化珪素基板10が加熱される。これにより、第1主面10aと、トレンチTRの側部SWと、底部BTが熱酸化されることにより、側部SWと、底部BTと、第3主面10cとに接する酸化膜3が形成される。酸化膜3および保護層40aは、ゲート絶縁膜15を構成する。   Next, a step of forming an oxide film (S40: FIG. 3) is performed. As shown in FIG. 17, silicon carbide substrate 10 is heated in an oxygen atmosphere with protective layer 40a covering source region 14 and contact region 18 on first main surface 10a. Thus, the first main surface 10a, the side SW of the trench TR, and the bottom BT are thermally oxidized, thereby forming the oxide film 3 in contact with the side SW, the bottom BT, and the third main surface 10c. Is done. The oxide film 3 and the protective layer 40a constitute the gate insulating film 15.

実施の形態3に係るMOSFET1の製造方法によれば、トレンチTRを形成する工程は、保護層2をマスクとして炭化珪素基板10に対して熱エッチングを行う工程を含んでいる。これにより、マスクを除去する工程を省略することができるので、製造工程が簡略化される。   According to the method for manufacturing MOSFET 1 according to the third embodiment, the step of forming trench TR includes the step of performing thermal etching on silicon carbide substrate 10 using protective layer 2 as a mask. Thereby, since the process of removing the mask can be omitted, the manufacturing process is simplified.

なお上記各実施の形態では、炭化珪素半導体装置としてトレンチ型MOSFETを例に挙げて説明したが、炭化珪素半導体装置は、平面型MOSFETであってもよい。図18に示されるように、平面型MOSFET1は、第3主面10aに設けられたトレンチTR(図1参照)を有していない。ゲート絶縁膜15の第1絶縁膜3は、第3主面10cにおいて、ソース領域14とボディ領域13とドリフト領域12とに接している。第2絶縁膜2は、第1絶縁膜3上に設けられ、ソース領域14とボディ領域13とドリフト領域12とに対面している。ゲート電極27は、第3主面10cに対面して設けられている。なお、他の構成は、トレンチ型MOSFET(図1)とほぼ同様であるため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は省略する。   In each of the above embodiments, the trench type MOSFET has been described as an example of the silicon carbide semiconductor device. However, the silicon carbide semiconductor device may be a planar MOSFET. As shown in FIG. 18, the planar MOSFET 1 does not have the trench TR (see FIG. 1) provided in the third main surface 10a. The first insulating film 3 of the gate insulating film 15 is in contact with the source region 14, the body region 13, and the drift region 12 on the third main surface 10 c. The second insulating film 2 is provided on the first insulating film 3 and faces the source region 14, the body region 13, and the drift region 12. The gate electrode 27 is provided so as to face the third main surface 10c. Since other configurations are substantially the same as those of the trench MOSFET (FIG. 1), the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

炭化珪素半導体装置は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であってもよい。また上記各実施の形態では、n型を第1導電型とし、かつp型を第2導電型して説明したが、p型を第1導電型とし、かつn型を第2導電型としてもよい。炭化珪素半導体装置は、必ずしも炭化珪素単結晶基板を有する必要はなく、炭化珪素単結晶基板が省略されてもよい。   The silicon carbide semiconductor device may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In each of the above embodiments, the n-type is the first conductivity type and the p-type is the second conductivity type. However, the p-type is the first conductivity type and the n-type is the second conductivity type. Good. The silicon carbide semiconductor device does not necessarily have to have a silicon carbide single crystal substrate, and the silicon carbide single crystal substrate may be omitted.

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

1 MOSFET(炭化珪素半導体装置)
2 保護層(第2絶縁膜)
3 酸化膜(第1絶縁膜)
10 炭化珪素基板
10a 第1主面
10b 第2主面
10c 第3主面
11 炭化珪素単結晶基板
12 ドリフト領域(第1不純物領域)
13 ボディ領域(第2不純物領域)
14 ソース領域(第3不純物領域)
15 ゲート絶縁膜
16 ソース電極(電極)
18 コンタクト領域(第4不純物領域)
19 ソース配線
20 ドレイン電極
22 層間絶縁膜
24 炭化珪素エピタキシャル層
27 ゲート電極
40 マスク層
40a 保護層
40b 張り出し部
41 イオン注入マスク
BT 底部
CH チャネル領域
OP 開口部
SW 側部
TR トレンチ
1 MOSFET (silicon carbide semiconductor device)
2 Protective layer (second insulating film)
3 Oxide film (first insulating film)
10 Silicon carbide substrate 10a First main surface 10b Second main surface 10c Third main surface 11 Silicon carbide single crystal substrate 12 Drift region (first impurity region)
13 Body region (second impurity region)
14 Source region (third impurity region)
15 Gate insulating film 16 Source electrode (electrode)
18 Contact region (fourth impurity region)
19 Source wiring 20 Drain electrode 22 Interlayer insulating film 24 Silicon carbide epitaxial layer 27 Gate electrode 40 Mask layer 40a Protective layer 40b Overhang portion 41 Ion implantation mask BT Bottom CH Channel region OP Opening portion SW Side portion TR Trench

Claims (8)

第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有する炭化珪素基板を準備する工程を備え、
前記炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、
前記第1不純物領域上に設けられ、前記第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、
前記第1不純物領域から隔てられるように前記第2不純物領域上に設けられ、前記第1主面を構成し、かつ前記第1導電型を有する第3不純物領域とを含み、さらに、
前記第1主面において、前記第3不純物領域を覆う保護層を形成する工程と、
前記保護層が前記第3不純物領域を覆った状態で、前記炭化珪素基板を熱酸化することにより、前記第2不純物領域に接する酸化膜を形成する工程と、
前記第3不純物領域に接する電極を形成する工程とを備え、
前記保護層および前記酸化膜は、ゲート絶縁膜を構成する、炭化珪素半導体装置の製造方法。
Providing a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
The silicon carbide substrate includes a first impurity region having a first conductivity type;
A second impurity region provided on the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type;
A third impurity region provided on the second impurity region so as to be separated from the first impurity region, constituting the first main surface and having the first conductivity type, and
Forming a protective layer covering the third impurity region on the first main surface;
Forming the oxide film in contact with the second impurity region by thermally oxidizing the silicon carbide substrate in a state where the protective layer covers the third impurity region;
Forming an electrode in contact with the third impurity region,
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the protective layer and the oxide film form a gate insulating film.
前記第1主面にトレンチを形成する工程をさらに備え、
前記トレンチは、前記第3不純物領域および前記第2不純物領域を貫通して前記第1不純物領域に至る側部と、前記第1不純物領域に位置する底部とにより規定されており、
前記酸化膜を形成する工程において、前記酸化膜は、前記底部および前記側部の双方に接して形成される、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
Further comprising forming a trench in the first main surface;
The trench is defined by a side portion that penetrates the third impurity region and the second impurity region to reach the first impurity region, and a bottom portion that is located in the first impurity region,
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the oxide film, the oxide film is formed in contact with both the bottom portion and the side portion.
前記トレンチを形成する工程は、前記保護層をマスクとして前記炭化珪素基板に対して熱エッチングを行う工程を含む、請求項2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 2, wherein the step of forming the trench includes a step of performing thermal etching on the silicon carbide substrate using the protective layer as a mask. 前記保護層は、スパッタリング法および化学気相成長法のいずれかの方法により形成される、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the protective layer is formed by any one of a sputtering method and a chemical vapor deposition method. 前記保護層は、珪素、二酸化珪素および窒化珪素の少なくともいずれかを含む、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The said protective layer is a manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of any one of Claims 1-4 containing at least any one of silicon, silicon dioxide, and silicon nitride. 前記保護層の厚みは、10nm以上100nm以下である、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The thickness of the said protective layer is a manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of any one of Claims 1-5 which are 10 nm or more and 100 nm or less. 前記炭化珪素基板は、前記第3不純物領域を貫通するように前記第1主面から前記第2不純物領域まで延在し、かつ前記第2導電型を有する第4不純物領域をさらに含み、
前記保護層を形成する工程において、前記保護層は、前記第4不純物領域を覆うように形成され、
前記電極を形成する工程において、前記電極は、前記第4不純物領域に接して形成される、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The silicon carbide substrate further includes a fourth impurity region extending from the first main surface to the second impurity region so as to penetrate the third impurity region and having the second conductivity type,
In the step of forming the protective layer, the protective layer is formed so as to cover the fourth impurity region,
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the electrode, the electrode is formed in contact with the fourth impurity region.
前記保護層を形成する工程において、前記保護層は、前記第2不純物領域中のチャネル領域を覆うように形成される、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   8. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the protective layer, the protective layer is formed so as to cover a channel region in the second impurity region. Manufacturing method.
JP2015019208A 2015-02-03 2015-02-03 Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device Pending JP2016143788A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015019208A JP2016143788A (en) 2015-02-03 2015-02-03 Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015019208A JP2016143788A (en) 2015-02-03 2015-02-03 Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016143788A true JP2016143788A (en) 2016-08-08

Family

ID=56570756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015019208A Pending JP2016143788A (en) 2015-02-03 2015-02-03 Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016143788A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018096722A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 住友電気工業株式会社 Semiconductor device
WO2020162162A1 (en) * 2019-02-07 2020-08-13 住友電気工業株式会社 Silicon carbide semiconductor device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009182271A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Toshiba Corp Silicon carbide semiconductor device
JP2010232355A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2013062397A (en) * 2011-09-14 2013-04-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Silicon carbide semiconductor device manufacturing method
JP2013098315A (en) * 2011-10-31 2013-05-20 Toyota Motor Corp Switching element and method of manufacturing the same
JP2014103175A (en) * 2012-11-16 2014-06-05 Fuji Electric Co Ltd Silicon carbide semiconductor device and silicon carbide semiconductor device manufacturing method
JP2014139956A (en) * 2011-03-30 2014-07-31 Hitachi Ltd TRENCH-TYPE SiC SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD
JP2014232798A (en) * 2013-05-29 2014-12-11 住友電気工業株式会社 Semiconductor device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009182271A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Toshiba Corp Silicon carbide semiconductor device
JP2010232355A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2014139956A (en) * 2011-03-30 2014-07-31 Hitachi Ltd TRENCH-TYPE SiC SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD
JP2013062397A (en) * 2011-09-14 2013-04-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Silicon carbide semiconductor device manufacturing method
JP2013098315A (en) * 2011-10-31 2013-05-20 Toyota Motor Corp Switching element and method of manufacturing the same
JP2014103175A (en) * 2012-11-16 2014-06-05 Fuji Electric Co Ltd Silicon carbide semiconductor device and silicon carbide semiconductor device manufacturing method
JP2014232798A (en) * 2013-05-29 2014-12-11 住友電気工業株式会社 Semiconductor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018096722A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 住友電気工業株式会社 Semiconductor device
JPWO2018096722A1 (en) * 2016-11-25 2019-10-17 住友電気工業株式会社 Semiconductor device
WO2020162162A1 (en) * 2019-02-07 2020-08-13 住友電気工業株式会社 Silicon carbide semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8686438B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
JP5759293B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP6587265B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6135364B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6806162B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
US9263527B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing same
JP5834801B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5659882B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP6256148B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
US8809945B2 (en) Semiconductor device having angled trench walls
JP6318914B2 (en) Silicon carbide semiconductor device manufacturing method and silicon carbide semiconductor device
JP6256075B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
JP6950398B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
JP2015204409A (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2016143788A (en) Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device
JP6658257B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
JP6070790B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP6036603B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP7563180B2 (en) Silicon carbide semiconductor chip and silicon carbide semiconductor device
JP6229443B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2019192699A (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2015115571A (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170721

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170905

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171128

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20180529