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JP5070935B2 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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JP5070935B2 JP2007137774A JP2007137774A JP5070935B2 JP 5070935 B2 JP5070935 B2 JP 5070935B2 JP 2007137774 A JP2007137774 A JP 2007137774A JP 2007137774 A JP2007137774 A JP 2007137774A JP 5070935 B2 JP5070935 B2 JP 5070935B2
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は、炭化珪素(以下、SiCという)中に不純物をドーピングした不純物層の表面に、熱酸化による酸化膜を形成する工程を有するSiC半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a SiC semiconductor device, which includes a step of forming an oxide film by thermal oxidation on the surface of an impurity layer doped with impurities in silicon carbide (hereinafter referred to as SiC).

SiCパワーデバイス、特にMOSFETでは、ゲート酸化膜形成前のイオン注入工程や活性化熱処理により発生する表面あれを除去するための犠牲酸化および犠牲酸化膜除去工程、さらにゲート酸化膜形成工程において、いずれも1000℃程度の熱酸化を行っている。これら犠牲酸化および犠牲酸化膜除去工程やゲート酸化膜工程での熱酸化を実施するに際し、不純物を注入した領域と注入していない領域で熱酸化の速度に大きな差が生じる。例えば、蓄積型のMOSFETでは、不純物(リン(P)や窒素(N))を注入したn型ソース領域とチャネル領域を構成するn型チャネル層またはp型ベース層上での熱酸化の速度に大きな差が生じる。つまり、熱酸化速度が不純物を注入していない領域よりも注入した領域の方が大きくなる増速酸化が行われるため、不純物濃度が注入されていない領域よりも注入された領域の方が酸化膜厚は厚くなる。 In SiC power devices, especially MOSFETs, the sacrificial oxidation and sacrificial oxide removal process for removing surface roughness generated by the ion implantation process and activation heat treatment before the gate oxide film formation, and the gate oxide film formation process are both used. Thermal oxidation at about 1000 ° C. is performed. When performing the sacrificial oxidation and the thermal oxidation in the sacrificial oxide film removing process and the gate oxide film process, there is a large difference in the rate of thermal oxidation between the region where impurities are implanted and the region where impurities are not implanted. For example, in a storage-type MOSFET, thermal oxidation of an n + -type source region into which impurities (phosphorus (P) or nitrogen (N)) are implanted and an n - type channel layer or p-type base layer constituting the channel region is performed. There is a big difference in speed. That is, accelerated oxidation is performed in which the thermal oxidation rate is higher in the implanted region than in the region where the impurity is not implanted, and therefore the implanted region is more oxidized than the region where the impurity concentration is not implanted. The thickness becomes thicker.

このため、n型ソース領域がn型チャネル層と比べて凹んでしまい、n型ソース領域が薄膜化してしまう。蓄積型のMOSFETの電流経路は、図6の矢印で示すようになるが、n型ソース領域を縦断していくことになるため、n型ソース領域の薄膜化はデバイス電流特性を著しく低下させる要因となる。 For this reason, the n + type source region is recessed as compared with the n type channel layer, and the n + type source region becomes thin. The current path of the storage type MOSFET is as shown by the arrow in FIG. 6. However, since the n + type source region is longitudinally cut, the thinning of the n + type source region significantly reduces the device current characteristics. It becomes a factor to make.

この問題を解決するには、n型ソース領域の増速酸化をいかに抑えるかが重要になる。増速酸化量は、n型ソース領域の不純物濃度及び活性化温度に依存しており、n型ソース領域の不純物濃度は、n型ソース領域のシート抵抗及びオーミック電極とのコンタクト抵抗により決定される。それら抵抗値は、デバイス全体の抵抗値の1/50以下が望ましく、そのためには、例えばコンタクト抵抗は1×10−4Ω・cm以下にすることが必要になる。図7は、n型ソース領域の不純物濃度に対するコンタクト抵抗の関係を示したものであるが、この図に示すように、n型ソース領域の不純物濃度は、例えばオーミック電極がNiの場合、3×1020cm−3以上が必要である。しかしながら、n型チャネル層上に形成される熱酸化膜厚に対するn型ソース領域上の熱酸化膜の比およびn型ソース領域のソート抵抗の関係は図8のように表され、n型ソース領域の不純物濃度を上記に示す値にした場合、n型ソース領域が薄膜化するため、図8に示されるように熱酸化膜厚の比が7倍以上となり(第1軸参照)、n型ソース領域のシート抵抗は不純物濃度が高い程増大することになる(第2軸参照)。 To solve this problem, it is important how to suppress the accelerated oxidation of the n + -type source region. Accelerated oxidation amount is dependent on the impurity concentration and activation temperature of the n + -type source region, the impurity concentration of the n + -type source region, the contact resistance between the sheet resistance and the ohmic electrode of the n + -type source region It is determined. These resistance values are desirably 1/50 or less of the resistance value of the entire device. For this purpose, for example, the contact resistance needs to be 1 × 10 −4 Ω · cm 2 or less. FIG. 7 shows the relationship between the contact resistance and the impurity concentration of the n + -type source region. As shown in this figure, the impurity concentration of the n + -type source region is, for example, when the ohmic electrode is Ni. 3 × 10 20 cm −3 or more is necessary. However, the relationship of the sort resistance ratio and the n + -type source region of the thermal oxide film on the n + -type source region to a thermal oxide film thickness formed on the n-type channel layer is expressed as shown in FIG. 8, n When the impurity concentration of the + type source region is set to the above value, since the n + type source region is thinned, the ratio of the thermal oxide film thickness becomes 7 times or more as shown in FIG. 8 (see the first axis). ), The sheet resistance of the n + -type source region increases as the impurity concentration increases (see the second axis).

この問題を解決すべく、特許文献1において、n型ソース領域の不純物をイオン注入および活性化した後にn型チャネル層をエピタキシャル成長により形成することが提案されている。 To solve this problem, in Patent Document 1, the impurity of the n + -type source region has been proposed to form by epitaxial growth n-type channel layer after ion implantation and activation.

また、特許文献2において、n型ソース領域およびn型チャネル層の上に、さらにn型チャネル層をエピタキシャル成長させることが提案されている。
特開2002−270837号公報 特開2002−270838号公報
Further, in Patent Document 2, on the n + -type source region and n-type channel layer, has been proposed to further epitaxially growing the n-type channel layer.
JP 2002-270837 A JP 2002-270838 A

しかしながら、特許文献1に示される手法では、電流経路が構造的に長くなり、デバイスのオン抵抗が大きくなるという問題がある。また、n型チャネル層の形成前には、高品質のエピタキシャル成長をさせるために実質的に犠牲酸化をする必要があるので、その時点でn型ソース領域の薄膜化が避けられない。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that the current path is structurally long and the on-resistance of the device is increased. In addition, since it is necessary to perform sacrificial oxidation substantially for high quality epitaxial growth before the formation of the n - type channel layer, it is inevitable to reduce the thickness of the n + type source region at that time.

一方、特許文献2に示される手法では、n型チャネル層の形成工程が増えることとなるし、特許文献1と同様、n型チャネル層の形成前には、高品質のエピタキシャル成長をさせるために実質的に犠牲酸化をする必要があるので、その時点で増速酸化によるn型ソース領域の薄膜化が避けられない。 On the other hand, in the method disclosed in Patent Document 2, the number of n - type channel layer forming steps is increased, and, as in Patent Document 1, high-quality epitaxial growth is performed before the formation of the n - type channel layer. Therefore, it is necessary to perform sacrificial oxidation substantially, and at that time, thinning of the n + -type source region due to accelerated oxidation is inevitable.

なお、ここではゲート酸化膜を熱酸化する場合について説明したが、ゲート酸化膜を形成する前の犠牲酸化に関しても、ゲート酸化膜を熱酸化して形成する場合と同様の問題が生じる。   Although the case where the gate oxide film is thermally oxidized has been described here, the same problem as in the case where the gate oxide film is formed by thermal oxidation also occurs with respect to sacrificial oxidation before the gate oxide film is formed.

本発明は上記点に鑑みて、オン抵抗の増大や製造工程の増加を防止しつつ、ソース領域の薄膜化を防止できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to prevent the source region from being thinned while preventing an increase in on-resistance and an increase in manufacturing processes.

上記目的を達成するため、本発明では、蓄積型のMOS構造を有する炭化珪素半導体装置の製造方法において、ソース領域(4)のうち下層に位置する領域(4a)を第1不純物濃度にて形成する工程と、ソース領域(4)のうち下層に位置する領域(4a)の上層に位置する領域(4b)を第1不純物濃度よりも薄い第2不純物濃度にて形成する工程と、ソース領域(4)のうち上層に位置する領域(4b)およびチャネル層(5)を熱酸化することにより、ゲート酸化膜(7)を形成する工程と、を含むことを特徴としている。   To achieve the above object, according to the present invention, in a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a storage MOS structure, a region (4a) located in a lower layer of source region (4) is formed with a first impurity concentration. Forming a region (4b) located above the region (4a) located in the lower layer of the source region (4) at a second impurity concentration lower than the first impurity concentration, 4), a region (4b) located in the upper layer and a channel layer (5) are thermally oxidized to form a gate oxide film (7).

このように、下地となるソース領域(4)のうち上層に位置する領域(4b)つまり酸化させるための領域を下層に位置する領域(4a)つまり酸化させずに残す領域と比べて低不純物濃度としているため、ソース領域(4)を酸化させたときの増速酸化を抑制することが可能となる。これにより、ソース領域(4)が薄膜化することによるシート抵抗の増大を抑制することが可能となる。そして、ソース領域(4)形成の際、不純物イオン注入の濃度を調整することだけにより行うことができ、従来と構造的な相違も生じないため、オン抵抗の増大や製造工程の増加無しでこのような効果を得ることができる。   As described above, the region (4b) located in the upper layer of the source region (4) serving as the base, that is, the region to be oxidized is lower in concentration than the region (4a) located in the lower layer, ie, the region left unoxidized Therefore, it is possible to suppress the accelerated oxidation when the source region (4) is oxidized. Thereby, it becomes possible to suppress an increase in sheet resistance due to the thinning of the source region (4). Then, when forming the source region (4), it can be performed only by adjusting the concentration of impurity ion implantation, and there is no structural difference from the conventional structure. Such effects can be obtained.

例えば、基板(1)の上にドリフト層(2)を形成すると共に、ドリフト層(2)内にベース領域(3)を形成したのち、ドリフト層(2)およびベース領域(3)の表面上にチャネル層(5)を形成する工程と、チャネル層(5)の上から、第1導電型不純物をイオン注入することにより、ソース領域(4)のうち下層に位置する領域(4a)を形成すると共に、ソース領域(4)のうち上層に位置する領域(4b)を形成する工程を行い、その後、熱酸化によるゲート酸化膜(7)の形成工程を行えば良い。   For example, after the drift layer (2) is formed on the substrate (1) and the base region (3) is formed in the drift layer (2), the surfaces of the drift layer (2) and the base region (3) are formed. Forming a channel layer (5) on the surface, and ion-implanting a first conductivity type impurity from above the channel layer (5), thereby forming a region (4a) located in the lower layer of the source region (4) At the same time, the step of forming the upper region (4b) of the source region (4) may be performed, and then the step of forming the gate oxide film (7) by thermal oxidation may be performed.

なお、ここでは蓄積型のMOS構造を有する炭化珪素半導体装置の製造方法について触れたが、反転型のMOS構造の炭化珪素半導体装置の製造方法に関しても、上記と同様のことが言える。   Although a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a storage MOS structure has been described here, the same can be said for a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having an inverted MOS structure.

また、ソース領域(4)のうち上層に位置する領域(4b)を形成する工程では、該領域(4b)の厚さをゲート酸化膜(7)の厚みの1/2以上とすると好ましい。   Further, in the step of forming the upper region (4b) of the source region (4), it is preferable that the thickness of the region (4b) is ½ or more of the thickness of the gate oxide film (7).

SiCが酸化されたときに酸化膜の膜厚は元のSiC層の膜厚の倍になるため、ソース領域(4)のうち上層に位置する領域(4b)の厚さをゲート酸化膜(7)の厚みの1/2以上にしておけば、後工程でのゲート酸化膜(7)の熱酸化により、下層に位置する領域(4a)まで酸化されることを防止することができる。これにより、下層に位置する領域(4a)での増速酸化を防止できる。   When SiC is oxidized, the thickness of the oxide film is twice that of the original SiC layer. Therefore, the thickness of the upper region (4b) of the source region (4) is set to the gate oxide film (7). ) Or more of the thickness can be prevented from being oxidized to the region (4a) located in the lower layer due to thermal oxidation of the gate oxide film (7) in a later step. Thereby, the speed-up oxidation in the area | region (4a) located in a lower layer can be prevented.

このように、ソース領域(4)のうち低不純物濃度としておく上層に位置する領域(4b)の不純物濃度としては、1×1020cm−3以下とすることができる。また、ソース領域(4)のうち高濃度としておく下層に位置する領域(4a)の不純物濃度としては、3×1020cm−3以上とすることができる。 Thus, the impurity concentration of the region (4b) located in the upper layer of the source region (4) that is set to a low impurity concentration can be 1 × 10 20 cm −3 or less. Further, the impurity concentration of the region (4a) located in the lower layer of the source region (4), which is set to a high concentration, can be 3 × 10 20 cm −3 or more.

また、以上の説明では、ゲート酸化膜(7)を熱酸化する場合について説明したが、ゲート酸化膜(7)を形成する前の犠牲酸化に関しても、ゲート酸化膜(7)と同様のことが言え、上記本発明の特徴を備えることで、上記と同様の効果を得ることが可能となる。   In the above description, the case where the gate oxide film (7) is thermally oxidized has been described. However, the sacrificial oxidation before forming the gate oxide film (7) is the same as that of the gate oxide film (7). In other words, by providing the features of the present invention, it is possible to obtain the same effects as described above.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

(第1実施形態)
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図1に、本実施形態に示すSiC半導体装置の製造方法により製造したノーマリオフ型のnチャネルタイププレーナ型MOSFET(縦型パワーMOSFET)の断面図を示す。本デバイスは、インバータや車両用オルタネータのレクチファイヤに適用すると好適なものである。図1に基づいて縦型パワーMOSFETの構造について説明する。
(First embodiment)
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. FIG. 1 is a cross-sectional view of a normally-off type n-channel type planar MOSFET (vertical power MOSFET) manufactured by the method of manufacturing an SiC semiconductor device shown in this embodiment. This device is suitable when applied to a rectifier for an inverter or an alternator for a vehicle. The structure of the vertical power MOSFET will be described with reference to FIG.

炭化珪素からなるn型基板1は、上面を主表面1aとし、主表面の反対面である下面を裏面1bとしている。このn型基板1の主表面1a上には、基板1よりも低い不純物濃度を有する炭化珪素からなるドリフト層としてのn型エピタキシャル層(以下、n型エピ層という)2が積層されている。 The n + type substrate 1 made of silicon carbide has an upper surface as a main surface 1a and a lower surface opposite to the main surface as a back surface 1b. On the main surface 1 a of the n + type substrate 1, an n type epitaxial layer (hereinafter referred to as an n type epi layer) 2 as a drift layer made of silicon carbide having an impurity concentration lower than that of the substrate 1 is laminated. ing.

型エピ層2の表層部にはp型ベース領域3が形成されている。このp型ベース領域3は、B、Al若しくはGeをドーパントとして形成されており、約1×1017cm−3以上の不純物濃度となっている。また、p型ベース領域3の中央部分(図1中の左右両端位置)には、部分的にP型不純物濃度が高くされ、コンタクト領域として機能する。この部分は、他の領域よりも深く形成されていても良く、その場合、ディープベース領域としても機能することになる。 A p-type base region 3 is formed in the surface layer portion of the n -type epi layer 2. The p-type base region 3 is formed using B, Al, or Ge as a dopant, and has an impurity concentration of about 1 × 10 17 cm −3 or more. Further, in the central portion of the p-type base region 3 (the left and right end positions in FIG. 1), the P-type impurity concentration is partially increased and functions as a contact region. This portion may be formed deeper than other regions, and in this case, it functions as a deep base region.

また、p型ベース領域3の表層部には、p型ベース領域3よりも浅いn型ソース領域4が形成されている。このn型ソース領域4は、たとえば1×1021cm−3程度の不純物濃度とされている。そして、n型ソース領域4とn型エピ層2とを繋ぐように、p型ベース領域3の表面部にはn型チャネル層5が延設されている。このn型チャネル層5は、エピタキシャル成長にて形成されたものであり、デバイスの動作時にチャネル形成層として機能する。例えば、1×1015cm−3〜1×1017cm−3程度の低不純物濃度とされている。 Further, an n + type source region 4 shallower than the p type base region 3 is formed in the surface layer portion of the p type base region 3. The n + type source region 4 has an impurity concentration of about 1 × 10 21 cm −3 , for example. An n type channel layer 5 is extended on the surface portion of the p type base region 3 so as to connect the n + type source region 4 and the n type epi layer 2. This n -type channel layer 5 is formed by epitaxial growth, and functions as a channel formation layer during device operation. For example, the low impurity concentration is about 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 .

型チャネル層5の上面およびn型ソース領域4の上面には熱酸化にてゲート酸化膜7が形成され、このゲート酸化膜7の上にゲート電極8が形成されている。ゲート電極8は、LTO(Low Temperature Oxide)等で構成された絶縁膜9で覆われ、この絶縁膜9の上にn型ソース領域4およびp型ベース領域3と電気的に接続されたソース電極10が形成されている。そして、n型基板1の裏面1bにドレイン電極11が形成され、縦型パワーMOSFETが構成されている。 A gate oxide film 7 is formed on the upper surface of the n -type channel layer 5 and the upper surface of the n + -type source region 4 by thermal oxidation, and a gate electrode 8 is formed on the gate oxide film 7. The gate electrode 8 is covered with an insulating film 9 made of LTO (Low Temperature Oxide) or the like, and a source electrically connected to the n + -type source region 4 and the p-type base region 3 on the insulating film 9. An electrode 10 is formed. A drain electrode 11 is formed on the back surface 1b of the n + type substrate 1 to constitute a vertical power MOSFET.

このように構成された縦型パワーMOSFETはノーマリオフ型の蓄積モードで動作するものであって、以下のように動作する。まず、ゲート電極に電圧を印加しない場合は、n型チャネル層5においてキャリアは、p型ベース領域3とn型チャネル層5との間の静電ポテンシャルの差、及びn型チャネル層5とゲート電極8との間の仕事関数の差により生じた電位によって全域空乏化された状態となる。 The vertical power MOSFET configured as described above operates in a normally-off accumulation mode, and operates as follows. First, if no voltage is applied to the gate electrode, n - carrier in type channel layer 5, p - type base region 3 and the n - difference in electrostatic potential between the type channel layer 5, and the n - -type channel The entire region is depleted by the potential generated by the work function difference between the layer 5 and the gate electrode 8.

この状態において、ゲート電極8に電圧を印加することで、n型チャネル層5とゲート電極8との間の仕事関数の差と外部からの印加電圧の和により生じる電位差を変化させることができ、これにより、チャネルの状態を制御することができる。 In this state, by applying a voltage to the gate electrode 8, the potential difference caused by the sum of the work function difference between the n type channel layer 5 and the gate electrode 8 and the externally applied voltage can be changed. Thus, the channel state can be controlled.

そして、オフ状態においては、p型ベース領域3及びゲート電極8により作られた電界によって、空乏領域がn型チャネル層5内に形成されているため、この状態からゲート電極8に対して正のバイアスを供給すると、ゲート酸化膜7とn型チャネル層5との間の界面においてn型ソース領域4からn型エピ層2方向へ延びるチャネル領域が形成され、オン状態にスイッチングされる。これにより、n型ソース領域4→n型チャネル層5→n型エピ層2を順に経由したのち、n型エピ層2(ドリフト領域)からn型基板1(n ドレイン)に対して垂直を成すように電子が流れる。 In the off state, the depletion region is formed in the n type channel layer 5 by the electric field generated by the p type base region 3 and the gate electrode 8. When a positive bias is supplied, a channel region extending from the n + -type source region 4 toward the n -type epi layer 2 is formed at the interface between the gate oxide film 7 and the n -type channel layer 5 and switched to the on state. Is done. As a result, after passing through the n + -type source region 4 → n -type channel layer 5 → n -type epi layer 2 in order, the n -type epi layer 2 (drift region) and the n + -type substrate 1 (n + drain) Electrons flow so as to be perpendicular to.

このようにゲート電極8に正の電圧を印加することにより、n型チャネル層5に蓄積型チャネルを誘起させることができ、ソース電極10とドレイン電極11との間にキャリアを流すことができる。 Thus, by applying a positive voltage to the gate electrode 8, an accumulation channel can be induced in the n -type channel layer 5, and carriers can flow between the source electrode 10 and the drain electrode 11. .

次に、図1に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を、図2〜図5を用いて説明する。   Next, the manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

〔図2(a)に示す工程〕
まず、n型4Hまたは6Hまたは3C−SiCからなる半導体基板、すなわちn型基板1を用意する。例えば、n型基板1として、厚さが400μm程度のものを用意する。そして、このn型基板1の主表面1aに厚さ5μmのn型エピ層2をエピタキシャル成長させる。この場合、n型エピ層2は下地の基板1と同様の結晶で得られ、n型4Hまたは6Hまたは3C−SiC層となる。
[Step shown in FIG. 2 (a)]
First, a semiconductor substrate made of n-type 4H, 6H, or 3C—SiC, that is, an n + -type substrate 1 is prepared. For example, an n + type substrate 1 having a thickness of about 400 μm is prepared. Then, an n type epi layer 2 having a thickness of 5 μm is epitaxially grown on the main surface 1 a of the n + type substrate 1. In this case, the n type epi layer 2 is obtained with the same crystal as the underlying substrate 1 and becomes an n type 4H or 6H or 3C—SiC layer.

〔図2(b)、(c)に示す工程〕
型エピ層2の上にLTO膜20を配置したのち、LTO膜20をパターニングすることで、p型ベース領域3の形成予定位置を露出させる。これをマスクとして、p型不純物であるB、Al、若しくはGeをイオン注入する。このときのイオン注入条件は、例えば、温度を700℃、ドーズ量を1×1016cm−2とする。この後、活性化熱処理を行うことで、p型ベース領域3が形成される。その後、LTO膜20を除去する。
[Steps shown in FIGS. 2B and 2C]
After the LTO film 20 is arranged on the n type epi layer 2, the LTO film 20 is patterned to expose the formation position of the p type base region 3. Using this as a mask, ions of B, Al, or Ge that are p-type impurities are implanted. The ion implantation conditions at this time are, for example, a temperature of 700 ° C. and a dose of 1 × 10 16 cm −2 . Thereafter, activation heat treatment is performed to form p type base region 3. Thereafter, the LTO film 20 is removed.

〔図3(a)に示す工程〕
型ベース領域3を含むn型エピ層2上に化学気相成長法(CVD法)によりn型チャネル層5をエピタキシャル成長させる。
[Step shown in FIG. 3 (a)]
An n type channel layer 5 is epitaxially grown on the n type epi layer 2 including the p type base region 3 by chemical vapor deposition (CVD).

このとき、縦型パワーMOSFETをノーマリオフ型にするために、n型チャネル層5の厚み(膜厚)を、ゲート電極8に電圧を印加していない時におけるp型ベース領域3からn型チャネル層5に広がる空乏層の伸び量と、ゲート酸化膜7からn型チャネル層5に広がる空乏層の伸び量との和よりも小さくなるようにしている。 At this time, in order to make the vertical power MOSFET normally-off type, the thickness (film thickness) of the n type channel layer 5 is changed from the p type base region 3 to the n type when no voltage is applied to the gate electrode 8. The amount of elongation of the depletion layer extending to the channel layer 5 and the amount of elongation of the depletion layer extending from the gate oxide film 7 to the n -type channel layer 5 are made smaller.

具体的には、p型ベース領域3からn型チャネル層5に広がる空乏層の伸び量は、n型チャネル層5とp型ベース領域3とのPN接合のビルトイン電圧によって決定され、ゲート酸化膜7からn型チャネル層5に広がる空乏層の伸び量は、ゲート酸化膜7の電荷及びゲート電極8(金属)とn型チャネル層5(半導体)との仕事関数差によって決定されるため、これらに基づいてn型チャネル層5の膜厚を決定している。 Specifically, the extension amount of the depletion layer extending from the p-type base region 3 to the n -type channel layer 5 is determined by the built-in voltage of the PN junction between the n -type channel layer 5 and the p-type base region 3, and The extension amount of the depletion layer extending from the oxide film 7 to the n type channel layer 5 is determined by the charge of the gate oxide film 7 and the work function difference between the gate electrode 8 (metal) and the n type channel layer 5 (semiconductor). Therefore, the film thickness of the n type channel layer 5 is determined based on these.

このようなノーマリオフ型の縦型パワーMOSFETは、故障などによってゲート電極に電圧が印加できないような状態となっても、電流が流れないようにすることができるため、ノーマリオン型のものと比べて安全性を確保することができる。   Such a normally-off type vertical power MOSFET can prevent current from flowing even when a voltage cannot be applied to the gate electrode due to a failure or the like. Safety can be ensured.

〔図3(b)に示す工程〕
型チャネル層5の上にLTO膜21を配置したのち、LTO膜21をパターニングすることで、n型ソース領域4の形成予定位置を露出させる。そして、LTO膜21をマスクとしてN(窒素)等のn型不純物をイオン注入し、n型ソース領域4を形成する領域にn型不純物を注入する。このとき、n型ソース領域4のうち、後工程で行われるゲート酸化膜7を形成するための熱酸化の際に酸化させずにn型ソース領域4として残す上層側の領域4aと、酸化させるための下層側の領域4bとで、n型不純物の濃度が異なるようにしている。
[Step shown in FIG. 3B]
After the LTO film 21 is disposed on the n -type channel layer 5, the LTO film 21 is patterned to expose the formation position of the n + -type source region 4. Then, an n-type impurity such as N (nitrogen) is ion-implanted using the LTO film 21 as a mask, and an n-type impurity is implanted into a region where the n + -type source region 4 is formed. At this time, of the n + type source region 4, the upper layer side region 4 a that remains as the n + type source region 4 without being oxidized at the time of thermal oxidation for forming the gate oxide film 7 performed in a later step, The concentration of the n-type impurity is made different between the lower region 4b for oxidation.

具体的には、酸化させずにn型ソース領域4として残す領域4aの不純物濃度が3×1020cm−3以上、好ましくは1×1021cm−3程度、酸化させるための領域4bの不純物濃度がそれよりも1桁以上小さな1×1020cm−3以下、好ましくは1×1019cm−3以下となるようにしている。酸化させるための領域4bの厚みは、SiCが酸化されたときに膜厚が倍になることを考慮し、後工程で形成するゲート酸化膜7の1/2程度にすることになるが、領域4aまで酸化されることで増速酸化が行われることを防止するために1/2以上にすると好ましい。 Specifically, the impurity concentration of the region 4a to be left as the n + -type source region 4 without being oxidized is 3 × 10 20 cm −3 or more, preferably about 1 × 10 21 cm −3 . The impurity concentration is set to be 1 × 10 20 cm −3 or less, preferably 1 × 10 19 cm −3 or less, which is one digit or more smaller than that. The thickness of the region 4b to be oxidized is about ½ of the gate oxide film 7 formed in a later step in consideration of the fact that the thickness doubles when SiC is oxidized. In order to prevent the accelerated oxidation from being performed by oxidizing up to 4a, it is preferable to make it 1/2 or more.

この後、例えば1400℃以上(好ましくは1500℃以上、より好ましくは1600℃以上)で活性化熱処理を行うことで、n型ソース領域4が形成される。 Thereafter, an activation heat treatment is performed at, for example, 1400 ° C. or higher (preferably 1500 ° C. or higher, more preferably 1600 ° C. or higher), whereby the n + -type source region 4 is formed.

〔図3(c)に示す工程〕
続いて、LTO膜21を除去した後、フォトレジスト法を用いてn型チャネル層5の上の所定領域にLTO膜22を配置し、LTO膜22をパターニングすることで、p型ベース領域3のうち上述したソース電極10とのコンタクト領域となる位置に形成されているn型チャネル層5を露出させる。
[Step shown in FIG. 3 (c)]
Subsequently, after removing the LTO film 21, the LTO film 22 is disposed in a predetermined region on the n type channel layer 5 by using a photoresist method, and the LTO film 22 is patterned, whereby the p type base region is obtained. 3, the n -type channel layer 5 formed at a position to be a contact region with the source electrode 10 is exposed.

〔図4(a)に示す工程〕
LTO膜22をマスクとしてp型ベース領域3上のn型チャネル層5に対してBをイオン注入することで、n型ソース領域4と重ならないように位置において部分的にベース領域3のp型不純物を高濃度としたコンタクト領域を形成する。
[Step shown in FIG. 4 (a)]
By ion-implanting B + into the n type channel layer 5 on the p type base region 3 using the LTO film 22 as a mask, the base region is partially located so as not to overlap the n + type source region 4. A contact region having a high concentration of the p-type impurity 3 is formed.

〔図4(b)に示す工程〕
LTO膜22を除去した後、例えば、雰囲気温度を1080℃としたウェット酸化(H+Oによるパイロジェニック法を含む)により、p型ベース領域3やn型ソース領域4およびn型チャネル層5の上にゲート酸化膜7を形成する。
[Step shown in FIG. 4B]
After removing the LTO film 22, the p type base region 3 and the n + type source region 4 and the n type are obtained by wet oxidation (including a pyrogenic method using H 2 + O 2 ) at an atmospheric temperature of 1080 ° C., for example. A gate oxide film 7 is formed on the channel layer 5.

このとき、p型ベース領域3やn型ソース領域4およびn型チャネル層5では不純物濃度に差があるため、不純物濃度が濃い部分では増速酸化が起こることになる。しかしながら、上述したように、下地となるn型ソース領域4のうち酸化させるための領域4bを酸化させずに残す領域4aと比べて低濃度としているため、n型ソース領域4を酸化させたときの増速酸化を抑制することが可能となる。実験を行ったところ、上述したように、領域4bを1×1020cm−3以下(好ましくは1×1019cm−3以下)とした場合に、1400℃以上、1500℃以上、1600℃以上それぞれの温度で活性化熱処理を行ったものに対して、ゲート酸化膜7を形成したときに、増速酸化が抑制され、ほぼn型チャネル層5とn型ソース領域4上の酸化膜厚を同等にできるという結果が得られた。 At this time, the p type base region 3, the n + type source region 4, and the n type channel layer 5 have different impurity concentrations, so that accelerated oxidation occurs at a portion where the impurity concentration is high. However, as described above, since the low concentration compared to the region 4a to leave space 4b without oxidizing for oxidizing of the n + -type source region 4 serving as a base, oxidizing the n + -type source region 4 It is possible to suppress the accelerated oxidation at the time. When the experiment was performed, as described above, when the region 4b was set to 1 × 10 20 cm −3 or less (preferably 1 × 10 19 cm −3 or less), 1400 ° C. or more, 1500 ° C. or more, 1600 ° C. or more. When the gate oxide film 7 is formed with respect to those subjected to the activation heat treatment at the respective temperatures, the accelerated oxidation is suppressed, and the oxide films on the n type channel layer 5 and the n + type source region 4 are substantially suppressed. The result that thickness was made equal was obtained.

このため、n型ソース領域4が薄膜化することによるシート抵抗の増大を抑制することが可能となる。そして、n型ソース領域4形成の際の不純物イオン注入の濃度を調整することだけにより行うことができ、従来と構造的な相違も生じないため、オン抵抗の増大や製造工程の増加無しでこのような効果を得ることができる。 For this reason, it is possible to suppress an increase in sheet resistance due to the thinning of the n + type source region 4. Then, it can be performed only by adjusting the concentration of impurity ion implantation at the time of forming the n + -type source region 4, and there is no structural difference from the conventional structure, so that there is no increase in on-resistance or manufacturing process. Such an effect can be obtained.

〔図4(c)に示す工程〕
ゲート酸化膜7の上にポリシリコン層を例えばLPCVDにより堆積する。このときの成膜温度は例えば600℃とする。そして、ポリシリコン層をパターニングすることで、ゲート電極8を形成する。
[Step shown in FIG. 4 (c)]
A polysilicon layer is deposited on the gate oxide film 7 by, for example, LPCVD. The film forming temperature at this time is set to 600 ° C., for example. Then, the gate electrode 8 is formed by patterning the polysilicon layer.

〔図5(a)に示す工程〕
引き続き、ゲート酸化膜7の不要部分を除去した後、LTOよりなる絶縁膜9を例えば425℃で成膜し、さらに約1000℃でのアニールを行うことでゲート電極8を覆う。そして、絶縁膜9をパターニングし、コンタクトホールを形成する。
[Step shown in FIG. 5A]
Subsequently, after unnecessary portions of the gate oxide film 7 are removed, an insulating film 9 made of LTO is formed at 425 ° C., for example, and further annealed at about 1000 ° C. to cover the gate electrode 8. Then, the insulating film 9 is patterned to form contact holes.

〔図5(b)に示す工程〕
この後、室温での金属スパッタリングによりソース電極10及びドレイン電極11を配置したのち、成膜後に1000℃のアニールを行うことで、図1に示す縦型パワーMOSFETが完成する。
[Step shown in FIG. 5B]
Thereafter, after the source electrode 10 and the drain electrode 11 are arranged by metal sputtering at room temperature, annealing is performed at 1000 ° C. after the film formation, whereby the vertical power MOSFET shown in FIG. 1 is completed.

以上説明したように、本実施形態においては、下地となるn型ソース領域4のうち酸化させるための領域4bを酸化させずに残す領域4aと比べて低濃度としているため、n型ソース領域4を酸化させたときの増速酸化を抑制することが可能となる。これにより、n型ソース領域4が薄膜化することによるシート抵抗の増大を抑制することが可能となる。そして、n型ソース領域4形成の際のイオン注入の濃度を調整することだけにより行うことができ、従来と構造的な相違も生じないため、オン抵抗の増大や製造工程の増加無しでこのような効果を得ることができる。 As described above, in this embodiment, since the region 4b to be oxidized in the n + type source region 4 serving as the base is lower in concentration than the region 4a that remains without being oxidized, the n + type source It is possible to suppress accelerated oxidation when the region 4 is oxidized. Thereby, it is possible to suppress an increase in sheet resistance due to the thinning of the n + type source region 4. This can be performed only by adjusting the concentration of ion implantation at the time of forming the n + -type source region 4, and there is no structural difference from the conventional structure. Such effects can be obtained.

なお、本実施形態のような製造方法とした場合、n型ソース領域4の表層部の領域4bがゲート酸化膜7の形成後にも部分的に酸化されずに残ることがある。このような場合には、図5(a)の工程において、絶縁膜9のコンタクトホールを形成したのち、n型ソース領域4の表層部の不純物濃度を高めるためのイオン注入および熱処理工程を行うようにしたり、n型ソース領域4の表層部をエッチング除去する工程を必要に応じて行うようにすれば良い。 In the case of the manufacturing method as in the present embodiment, the surface layer region 4 b of the n + -type source region 4 may remain partially oxidized even after the gate oxide film 7 is formed. In such a case, in the step of FIG. 5A, after forming a contact hole in the insulating film 9, an ion implantation and heat treatment step for increasing the impurity concentration of the surface layer portion of the n + type source region 4 is performed. In other words, the step of etching and removing the surface layer portion of the n + -type source region 4 may be performed as necessary.

(他の実施形態)
上記実施形態では、n型ソース領域4をn型不純物のイオン注入にて形成した場合を例に挙げて説明したが、エピタキシャル成長にて形成しても良い。例えば、図2(c)の工程の後に、領域4a、領域4bを順に異なる不純物濃度でエピタキシャル成長させたのち、n型チャネル層5を形成するための領域において、領域4aおよび領域4bをエッチングする。この状態でn型チャネル層5をエピタキシャル成長させたのち、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)等によりn型チャネル層5を平坦化することで、領域4bの表面が残るようにする。この後は、図4(b)以降の工程を行うことで、上記と同様の構造の半導体装置を製造できる。このように、n型ソース領域4をエピタキシャル成長にて形成しても構わない。ただし、増速酸化は、不純物のイオン注入による欠陥により特に助長されると考えられるため、n型ソース領域4をイオン注入により形成する場合に本発明を適用するのがより効果的である。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the case where the n + -type source region 4 is formed by ion implantation of n-type impurities has been described as an example, but may be formed by epitaxial growth. For example, after the step of FIG. 2C, the regions 4a and 4b are epitaxially grown in order with different impurity concentrations, and then the regions 4a and 4b are etched in the region for forming the n -type channel layer 5. . After the mold channel layer 5 is epitaxially grown, for example, n by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like - - n in this state by flattening the type channel layer 5, so that the surface of the region 4b remains. Thereafter, a semiconductor device having the same structure as described above can be manufactured by performing the steps after FIG. Thus, the n + type source region 4 may be formed by epitaxial growth. However, it is considered that accelerated oxidation is particularly promoted by defects caused by impurity ion implantation. Therefore, it is more effective to apply the present invention when the n + -type source region 4 is formed by ion implantation.

上記各実施形態では、n型層をn型チャネル層5とするnチャネルタイプのMOSFETに本発明を適用した場合について説明したが、もちろん各構成要素の導電型を反転させたpチャネルタイプのMOSFETに適用することも可能である。 In each of the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to an n-channel type MOSFET in which the n -type layer is the n -type channel layer 5 has been described. Of course, the p-channel type in which the conductivity type of each component is reversed. It is also possible to apply to this MOSFET.

また、上記実施形態において、ゲート酸化膜は熱酸化工程によって形成しているが、CVD等によりTEOS等を成膜することで形成する場合でも、犠牲酸化処理に熱酸化を実施する際に適用できる。すなわち、上記実施形態ではゲート酸化膜7を熱酸化する場合において、n型ソース領域4の薄膜化を防止する場合について説明したが、ゲート酸化膜を形成する前の犠牲酸化に関しても、ゲート酸化膜を熱酸化して形成する場合と同様の問題が生じる。このため、犠牲酸化を行う場合に関しても、上記と同様に、下地となるn型ソース領域4のうち酸化させるための領域4bを酸化させずに残す領域4aと比べて低濃度としているため、n型ソース領域4を犠牲酸化させたときの増速酸化を抑制することが可能となる。この場合、ゲート酸化膜7をCVD等により形成する場合であっても、上記効果を得ることができる。勿論、ゲート酸化膜7を熱酸化によって形成するのであれば、犠牲酸化で酸化される分とゲート酸化膜7を形成する際に熱酸化される分を加味して、下地となるn型ソース領域4のうち酸化させるための領域4bの厚さを決めれば良い。 In the above embodiment, the gate oxide film is formed by a thermal oxidation process. However, even when the gate oxide film is formed by depositing TEOS or the like by CVD or the like, it can be applied when performing thermal oxidation in the sacrificial oxidation process. . That is, in the above-described embodiment, the case where the n + type source region 4 is prevented from being thinned when the gate oxide film 7 is thermally oxidized has been described. However, the sacrificial oxidation before the gate oxide film is formed also includes the gate oxidation. The same problem as when the film is formed by thermal oxidation occurs. For this reason, also in the case of performing sacrificial oxidation, similarly to the above, since the region 4b to be oxidized in the n + -type source region 4 serving as the base is lower in concentration than the region 4a that remains without being oxidized, It is possible to suppress accelerated oxidation when the n + -type source region 4 is sacrificial oxidized. In this case, the above effect can be obtained even when the gate oxide film 7 is formed by CVD or the like. Of course, if the gate oxide film 7 is formed by thermal oxidation, the n + -type source serving as a base is taken into account by taking into account the amount oxidized by sacrificial oxidation and the amount oxidized thermally when forming the gate oxide film 7. What is necessary is just to determine the thickness of the area | region 4b for oxidizing among the area | regions 4. FIG.

さらに、上記実施形態では、n型チャネル層5を有する蓄積型のMOSFETを例に挙げたが、n型チャネル層5が形成されていない構造、つまりp型ベース領域3の表層部のうちゲート電極8と対向する部分にチャネル領域が設定される反転型のMOSFETに対しても、ゲート酸化膜7を形成する際の不純物濃度差に起因するn型ソース領域4の薄膜化の問題が生じるため、本発明を適用することができる。この場合、ドリフト層となるn型エピ層2とn型ソース領域4とを熱酸化することによりゲート酸化膜7を形成することになるが、n型ソース領域4の上層側の領域4bを下層側の領域4aよりも不純物濃度を低くすれば、上記と同様の効果を得ることが可能となる。なお、この場合にも、もちろん、各構成要素の導電型を反転させたpチャネルタイプのMOSFETに適用することも可能である。 Further, in the above embodiment, the storage type MOSFET having the n type channel layer 5 is taken as an example, but the structure in which the n type channel layer 5 is not formed, that is, the surface layer portion of the p type base region 3 is used. Of these, the problem of thinning the n + -type source region 4 due to the difference in impurity concentration when forming the gate oxide film 7 is also applied to the inversion-type MOSFET in which the channel region is set in the portion facing the gate electrode 8. Therefore, the present invention can be applied. In this case, the gate oxide film 7 is formed by thermal oxidation of the n type epi layer 2 and the n + type source region 4 serving as a drift layer, but the region on the upper layer side of the n + type source region 4 If the impurity concentration of 4b is lower than that of the lower region 4a, the same effect as described above can be obtained. In this case, it is of course possible to apply to a p-channel type MOSFET in which the conductivity type of each component is inverted.

また、ここではMOSFETを例に挙げて説明したが、n型基板1の導電型をp型に反転させたIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)に関しても、上記と同様、本発明を適用することができる。 Although the MOSFET has been described here as an example, the present invention is also applied to an IGBT (insulated gate bipolar transistor) obtained by inverting the conductivity type of the n + type substrate 1 to the p type. Can do.

本発明の第1実施形態にかかるSiC半導体装置の製造方法により製造したプレーナ型MOSFETの断面図である。It is sectional drawing of the planar type MOSFET manufactured by the manufacturing method of the SiC semiconductor device concerning 1st Embodiment of this invention. 図1に示す縦型パワーMOSFETの製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG. 1. 図2に続く縦型パワーMOSFETの製造工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the vertical power MOSFET following that of FIG. 2. 図3に続く縦型パワーMOSFETの製造工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the vertical power MOSFET continued from FIG. 3. 図4に続く縦型パワーMOSFETの製造工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the vertical power MOSFET continued from FIG. 4. 型ソース領域が薄膜化したときの様子を示した断面図である。It is sectional drawing which showed a mode when an n + type | mold source region was thinned. 型ソース領域の不純物濃度に対するコンタクト抵抗の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the contact resistance with respect to the impurity concentration of an n <+> type source region. 熱酸化膜厚に対するn型ソース領域上の熱酸化膜の比およびn型ソース領域のソート抵抗の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship of the ratio of the thermal oxide film on an n <+> type source region with respect to a thermal oxide film thickness, and the sort resistance of an n <+> type source region.

符号の説明Explanation of symbols

1…n型基板、1a…主表面、1b…裏面、2…n型エピ層、3…p型ベース領域、4…n型ソース領域、5…n型チャネル層、7…ゲート酸化膜、8…ゲート電極、9…絶縁膜、10…ソース電極、11…ドレイン電極、20〜22…LTO膜、23…レジスト 1 ... n + -type substrate, 1a ... main surface, 1b ... rear surface, 2 ... n over type epitaxial layer, 3 ... p over type base region, 4 ... n + -type source region, 5 ... n - -type channel layer, 7 ... Gate oxide film, 8 ... gate electrode, 9 ... insulating film, 10 ... source electrode, 11 ... drain electrode, 20-22 ... LTO film, 23 ... resist

Claims (12)

炭化珪素からなる基板(1)と、
前記基板(1)の上に形成された第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)内における該ドリフト層(2)の表層部に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)内に形成され、かつ、前記ドリフト層(2)よりも高不純物濃度の炭化珪素にて構成された第1導電型のソース領域(4)と、
前記ベース領域(3)および前記ドリフト層(2)の表面上に形成され、前記ドリフト層(2)と前記ソース領域(4)との間を繋ぐように形成された炭化珪素からなる第1導電型のチャネル層(5)と、
前記チャネル層(5)および前記ソース領域(4)の表面に備えたゲート酸化膜(7)と、
前記ゲート酸化膜(7)の上に形成されたゲート電極(9)と、
前記ソース領域(4)に電気的に接続されたソース電極(10)と、
前記基板(1)の裏面側に形成されたドレイン電極(11)とを備え、
前記ゲート電極(8)への印加電圧を制御することで前記チャネル層(5)に形成されるチャネルを制御し、前記ソース領域(4)および前記ドリフト層(2)を介して、前記ソース電極(10)および前記ドレイン電極(11)の間に電流を流す半導体素子が構成された炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記ソース領域(4)のうち下層に位置する領域(4a)を第1不純物濃度にて形成する工程と、
前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)の上層に位置する領域(4b)を前記第1不純物濃度よりも薄い第2不純物濃度にて形成する工程と、
前記ソース領域(4)のうち前記上層に位置する領域(4b)および前記チャネル層(5)を熱酸化することにより、前記ゲート酸化膜(7)を形成する工程と、を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A substrate (1) made of silicon carbide;
A drift layer (2) made of silicon carbide of the first conductivity type formed on the substrate (1);
A base region (3) of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the drift layer (2) in the drift layer (2);
A first conductivity type source region (4) formed in the base region (3) and made of silicon carbide having a higher impurity concentration than the drift layer (2);
First conductivity made of silicon carbide formed on the surface of the base region (3) and the drift layer (2) and formed to connect the drift layer (2) and the source region (4). A mold channel layer (5);
A gate oxide film (7) provided on the surface of the channel layer (5) and the source region (4);
A gate electrode (9) formed on the gate oxide film (7);
A source electrode (10) electrically connected to the source region (4);
A drain electrode (11) formed on the back side of the substrate (1),
A channel formed in the channel layer (5) is controlled by controlling a voltage applied to the gate electrode (8), and the source electrode is interposed via the source region (4) and the drift layer (2). (10) and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device in which a semiconductor element for passing a current is configured between the drain electrode (11),
Forming a region (4a) located in a lower layer of the source region (4) at a first impurity concentration;
Forming a region (4b) located above the region (4a) located in the lower layer of the source region (4) at a second impurity concentration lower than the first impurity concentration;
Forming the gate oxide film (7) by thermally oxidizing the upper layer (4b) of the source region (4) and the channel layer (5). A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
前記基板(1)の上に前記ドリフト層(2)を形成すると共に、前記ドリフト層(2)内に前記ベース領域(3)を形成したのち、前記ドリフト層(2)および前記ベース領域(3)の表面上に前記チャネル層(5)を形成する工程と、
前記チャネル層(5)の上から、第1導電型不純物をイオン注入することにより、前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)を形成すると共に、前記ソース領域(4)のうち前記上層に位置する領域(4b)を形成する工程を行い、
その後、前記熱酸化による前記ゲート酸化膜(7)の形成工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
After the drift layer (2) is formed on the substrate (1) and the base region (3) is formed in the drift layer (2), the drift layer (2) and the base region (3) are formed. Forming the channel layer (5) on the surface of
By ion-implanting a first conductivity type impurity from above the channel layer (5), a region (4a) located in the lower layer of the source region (4) is formed, and the source region (4) A step of forming a region (4b) located in the upper layer of
2. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming the gate oxide film by the thermal oxidation.
炭化珪素からなる基板(1)と、
前記基板(1)の上に形成された第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)内における該ドリフト層(2)の表層部に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)内に形成され、かつ、前記ドリフト層(2)よりも高不純物濃度の炭化珪素にて構成された第1導電型のソース領域(4)と、
前記ドリフト層(2)および前記ソース領域(4)の表面に備えたゲート酸化膜(7)と、
前記ゲート酸化膜(7)の上に形成されたゲート電極(9)と、
前記ソース領域(4)に電気的に接続されたソース電極(10)と、
前記基板(1)の裏面側に形成されたドレイン電極(11)とを備え、
前記ゲート電極(8)への印加電圧を制御することで前記ゲート電極(9)と対向する前記ベース領域(3)の表層部にチャネルを形成し、前記ソース領域(4)および前記ドリフト層(2)を介して、前記ソース電極(10)および前記ドレイン電極(11)の間に電流を流す半導体素子が構成された炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記ソース領域(4)のうち下層に位置する領域(4a)を第1不純物濃度にて形成する工程と、
前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)の上層に位置する領域(4b)を前記第1不純物濃度よりも薄い第2不純物濃度にて形成する工程と、
前記ソース領域(4)のうち前記上層に位置する領域(4b)および前記ドリフト層(2)を熱酸化することにより、前記ゲート酸化膜(7)を形成する工程と、を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A substrate (1) made of silicon carbide;
A drift layer (2) made of silicon carbide of the first conductivity type formed on the substrate (1);
A base region (3) of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the drift layer (2) in the drift layer (2);
A first conductivity type source region (4) formed in the base region (3) and made of silicon carbide having a higher impurity concentration than the drift layer (2);
A gate oxide film (7) provided on the surfaces of the drift layer (2) and the source region (4);
A gate electrode (9) formed on the gate oxide film (7);
A source electrode (10) electrically connected to the source region (4);
A drain electrode (11) formed on the back side of the substrate (1),
By controlling the voltage applied to the gate electrode (8), a channel is formed in the surface layer portion of the base region (3) facing the gate electrode (9), and the source region (4) and the drift layer ( 2), a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device in which a semiconductor element for passing a current between the source electrode (10) and the drain electrode (11) is configured,
Forming a region (4a) located in a lower layer of the source region (4) at a first impurity concentration;
Forming a region (4b) located above the region (4a) located in the lower layer of the source region (4) at a second impurity concentration lower than the first impurity concentration;
Forming the gate oxide film (7) by thermally oxidizing the upper region (4b) of the source region (4) and the drift layer (2). A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
前記基板(1)の上に前記ドリフト層(2)を形成すると共に、前記ドリフト層(2)内に前記ベース領域(3)を形成する工程と、
前記ベース領域(3)に対して第1導電型不純物をイオン注入することにより、前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)を形成すると共に、前記ソース領域(4)のうち前記上層に位置する領域(4b)を形成する工程を行い、
その後、前記熱酸化による前記ゲート酸化膜(7)の形成工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
Forming the drift layer (2) on the substrate (1) and forming the base region (3) in the drift layer (2);
By ion-implanting the first conductivity type impurity into the base region (3), a region (4a) located in the lower layer of the source region (4) is formed, and the source region (4) The step of forming the region (4b) located in the upper layer is performed,
2. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming the gate oxide film by the thermal oxidation.
前記ソース領域(4)のうち前記上層に位置する領域(4b)を形成する工程では、該領域(4b)の厚さを前記ゲート酸化膜(7)の厚みの1/2以上とすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 In the step of forming the region (4b) located in the upper layer of the source region (4), the thickness of the region (4b) is set to ½ or more of the thickness of the gate oxide film (7). The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon carbide semiconductor device is manufactured. 前記ソース領域(4)のうち前記上層に位置する領域(4b)を形成する工程では、該領域(4b)の不純物濃度を1×1020cm−3以下とすることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step of forming the region (4b) located in the upper layer of the source region (4) has an impurity concentration of the region (4b) of 1 × 10 20 cm −3 or less. 6. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of items 1 to 5. 前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)を形成する工程では、該領域(4a)の不純物濃度を3×1020cm−3以上とすることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step of forming a region (4a) located in the lower layer of the source region (4) has an impurity concentration of the region (4a) of 3 × 10 20 cm −3 or more. 7. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of items 6 to 6. 前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)を形成する工程および前記上層に位置する領域(4b)を形成する工程は、1400℃以上の活性化熱処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step of forming the region (4a) located in the lower layer and the step of forming the region (4b) located in the upper layer of the source region (4) include a step of performing an activation heat treatment at 1400 ° C. or higher. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein: 前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)を形成する工程および前記上層に位置する領域(4b)を形成する工程は、1500℃以上の活性化熱処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step of forming the region (4a) located in the lower layer and the step of forming the region (4b) located in the upper layer of the source region (4) include a step of performing an activation heat treatment at 1500 ° C. or higher. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein: 前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)を形成する工程および前記上層に位置する領域(4b)を形成する工程は、1600℃以上の活性化熱処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step of forming the region (4a) located in the lower layer and the step of forming the region (4b) located in the upper layer of the source region (4) include a step of performing an activation heat treatment at 1600 ° C. or higher. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein: 炭化珪素からなる基板(1)と、
前記基板(1)の上に形成された第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)内における該ドリフト層(2)の表層部に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)内に形成され、かつ、前記ドリフト層(2)よりも高不純物濃度の炭化珪素にて構成された第1導電型のソース領域(4)と、
前記ベース領域(3)および前記ドリフト層(2)の表面上に形成され、前記ドリフト層(2)と前記ソース領域(4)との間を繋ぐように形成された炭化珪素からなる第1導電型のチャネル層(5)と、
前記チャネル層(5)および前記ソース領域(4)の表面に備えたゲート酸化膜(7)と、
前記ゲート酸化膜(7)の上に形成されたゲート電極(9)と、
前記ソース領域(4)に電気的に接続されたソース電極(10)と、
前記基板(1)の裏面側に形成されたドレイン電極(11)とを備え、
前記ゲート電極(8)への印加電圧を制御することで前記チャネル層(5)に形成されるチャネルを制御し、前記ソース領域(4)および前記ドリフト層(2)を介して、前記ソース電極(10)および前記ドレイン電極(11)の間に電流を流す半導体素子が構成された炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記ソース領域(4)のうち下層に位置する領域(4a)を第1不純物濃度にて形成する工程と、
前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)の上層に位置する領域(4b)を前記第1不純物濃度よりも薄い第2不純物濃度にて形成する工程と、
前記ソース領域(4)のうち前記上層に位置する領域(4b)および前記チャネル層(5)を熱酸化により犠牲酸化したのち、犠牲酸化膜を除去する工程と、を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A substrate (1) made of silicon carbide;
A drift layer (2) made of silicon carbide of the first conductivity type formed on the substrate (1);
A base region (3) of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the drift layer (2) in the drift layer (2);
A first conductivity type source region (4) formed in the base region (3) and made of silicon carbide having a higher impurity concentration than the drift layer (2);
First conductivity made of silicon carbide formed on the surface of the base region (3) and the drift layer (2) and formed to connect the drift layer (2) and the source region (4). A mold channel layer (5);
A gate oxide film (7) provided on the surface of the channel layer (5) and the source region (4);
A gate electrode (9) formed on the gate oxide film (7);
A source electrode (10) electrically connected to the source region (4);
A drain electrode (11) formed on the back side of the substrate (1),
A channel formed in the channel layer (5) is controlled by controlling a voltage applied to the gate electrode (8), and the source electrode is interposed via the source region (4) and the drift layer (2). (10) and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device in which a semiconductor element for passing a current is configured between the drain electrode (11),
Forming a region (4a) located in a lower layer of the source region (4) at a first impurity concentration;
Forming a region (4b) located above the region (4a) located in the lower layer of the source region (4) at a second impurity concentration lower than the first impurity concentration;
And carbonizing the region (4b) located in the upper layer of the source region (4) and the channel layer (5) by thermal oxidation and then removing the sacrificial oxide film. A method for manufacturing a silicon semiconductor device.
炭化珪素からなる基板(1)と、
前記基板(1)の上に形成された第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)内における該ドリフト層(2)の表層部に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)内に形成され、かつ、前記ドリフト層(2)よりも高不純物濃度の炭化珪素にて構成された第1導電型のソース領域(4)と、
前記ドリフト層(2)および前記ソース領域(4)の表面に備えたゲート酸化膜(7)と、
前記ゲート酸化膜(7)の上に形成されたゲート電極(9)と、
前記ソース領域(4)に電気的に接続されたソース電極(10)と、
前記基板(1)の裏面側に形成されたドレイン電極(11)とを備え、
前記ゲート電極(8)への印加電圧を制御することで前記ゲート電極(9)と対向する前記ベース領域(3)の表層部にチャネルを形成し、前記ソース領域(4)および前記ドリフト層(2)を介して、前記ソース電極(10)および前記ドレイン電極(11)の間に電流を流す半導体素子が構成された炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記ソース領域(4)のうち下層に位置する領域(4a)を第1不純物濃度にて形成する工程と、
前記ソース領域(4)のうち前記下層に位置する領域(4a)の上層に位置する領域(4b)を前記第1不純物濃度よりも薄い第2不純物濃度にて形成する工程と、
前記ソース領域(4)のうち前記上層に位置する領域(4b)および前記ドリフト層(2)を熱酸化により犠牲酸化したのち、犠牲酸化膜を除去する工程と、を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A substrate (1) made of silicon carbide;
A drift layer (2) made of silicon carbide of the first conductivity type formed on the substrate (1);
A base region (3) of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the drift layer (2) in the drift layer (2);
A first conductivity type source region (4) formed in the base region (3) and made of silicon carbide having a higher impurity concentration than the drift layer (2);
A gate oxide film (7) provided on the surfaces of the drift layer (2) and the source region (4);
A gate electrode (9) formed on the gate oxide film (7);
A source electrode (10) electrically connected to the source region (4);
A drain electrode (11) formed on the back side of the substrate (1),
By controlling the voltage applied to the gate electrode (8), a channel is formed in the surface layer portion of the base region (3) facing the gate electrode (9), and the source region (4) and the drift layer ( 2), a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device in which a semiconductor element for passing a current between the source electrode (10) and the drain electrode (11) is configured,
Forming a region (4a) located in a lower layer of the source region (4) at a first impurity concentration;
Forming a region (4b) located above the region (4a) located in the lower layer of the source region (4) at a second impurity concentration lower than the first impurity concentration;
A step of sacrificing the region (4b) located in the upper layer of the source region (4) and the drift layer (2) by thermal oxidation and then removing the sacrificial oxide film. A method for manufacturing a silicon semiconductor device.
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