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JP7501303B2 - Processed wafer, process for manufacturing processed wafer, and process for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Processed wafer, process for manufacturing processed wafer, and process for manufacturing silicon carbide semiconductor device Download PDF

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JP7501303B2 JP2020174635A JP2020174635A JP7501303B2 JP 7501303 B2 JP7501303 B2 JP 7501303B2 JP 2020174635 A JP2020174635 A JP 2020174635A JP 2020174635 A JP2020174635 A JP 2020174635A JP 7501303 B2 JP7501303 B2 JP 7501303B2
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Description

本発明は、炭化珪素(以下では、単にSiCともいう)で構成されるエピタキシャル層を有する加工ウェハ、加工ウェハの製造方法、および炭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 processed wafer having an epitaxial layer made of silicon carbide (hereinafter also simply referred to as SiC), a method for manufacturing the processed wafer, and a method for manufacturing a SiC carbide semiconductor device.

従来より、p型のエピタキシャル層を用いたトレンチゲート型のSiC半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、このSiC半導体装置では、SiCで構成されるn型の基板の上にn型のドリフト層が形成され、ドリフト層上にp型のベース層が形成されている。そして、ベース層を貫通するように複数のトレンチが形成されており、各トレンチには、ゲート絶縁膜およびゲート電極が順に形成されている。これにより、トレンチゲート構造が形成されている。そして、ベース層の表層部には、トレンチに接するようにn型のソース領域が形成されている。 Conventionally, a trench-gate type SiC semiconductor device using a p-type epitaxial layer has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Specifically, in this SiC semiconductor device, an n- type drift layer is formed on an n + type substrate made of SiC, and a p-type base layer is formed on the drift layer. Then, a plurality of trenches are formed so as to penetrate the base layer, and a gate insulating film and a gate electrode are formed in order in each trench. This forms a trench gate structure. Then, an n + type source region is formed in the surface layer portion of the base layer so as to contact the trench.

また、SiC半導体装置は、ベース層およびソース領域と電気的に接続されるように上部電極が形成され、n型の基板と接続されるように下部電極が形成されている。 In the SiC semiconductor device, an upper electrode is formed so as to be electrically connected to the base layer and the source region, and a lower electrode is formed so as to be connected to the n + type substrate.

このようなSiC半導体装置では、ゲート電極に所定の閾値電圧以上の電圧が印加されることにより、ベース層のうちのトレンチと接する部分にn型の反転層(すなわち、チャネル領域)が形成される。そして、ソース領域から反転層を介して電子がドリフト層に供給されることにより、上部電極と下部電極との間に電流が流れる。 In such a SiC semiconductor device, a voltage equal to or greater than a predetermined threshold voltage is applied to the gate electrode, forming an n-type inversion layer (i.e., a channel region) in the portion of the base layer that contacts the trench. Then, electrons are supplied from the source region through the inversion layer to the drift layer, causing a current to flow between the upper electrode and the lower electrode.

上記半導体装置は、以下のように製造される。まず、複数の装置形成領域を有し、分割されることで上記SiC半導体装置におけるn型の基板を構成するSiCウェハを用意する。そして、SiCウェハ上に、ドリフト層を構成するドリフト層構成膜およびベース層を構成するベース層構成膜をエピタキシャル成長にて順に形成する。その後、ソース領域、トレンチゲート構造、上部電極、下部電極等を形成し、装置形成領域毎に分割することによって上記SiC半導体装置が製造される。 The semiconductor device is manufactured as follows. First, a SiC wafer is prepared that has a plurality of device formation regions and is divided to form an n + type substrate in the SiC semiconductor device. Then, a drift layer constituting film that constitutes the drift layer and a base layer constituting the base layer are formed in order by epitaxial growth on the SiC wafer. After that, a source region, a trench gate structure, an upper electrode, a lower electrode, etc. are formed, and the SiC semiconductor device is manufactured by dividing the wafer into device formation regions.

特開2018-037533号公報JP 2018-037533 A

しかしながら、上記のようにエピタキシャル成長させてベース層構成膜を形成する場合、各装置形成領域におけるベース層構成膜の膜厚や不純物濃度がばらつく可能性がある。そして、上記のようなSiC半導体装置では、チャネル領域を構成するベース層の膜厚や不純物濃度に依存して閾値電圧が変化する。このため、エピタキシャル成長させてベース層構成膜を形成し、その後に装置形成領域毎に分割することによってSiC半導体装置を製造する場合には、各SiC半導体装置の閾値電圧がばらつく可能性がある。 However, when forming a base layer constituting film by epitaxial growth as described above, there is a possibility that the film thickness and impurity concentration of the base layer constituting film in each device formation region may vary. In addition, in the above-described SiC semiconductor device, the threshold voltage varies depending on the film thickness and impurity concentration of the base layer that constitutes the channel region. For this reason, when manufacturing a SiC semiconductor device by forming a base layer constituting film by epitaxial growth and then dividing it into device formation regions, there is a possibility that the threshold voltage of each SiC semiconductor device may vary.

本発明は上記点に鑑み、閾値電圧のばらつきを抑制できる加工ウェハ、加工ウェハの製造方法、およびSiC半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a processed wafer that can suppress variations in threshold voltage, a method for manufacturing the processed wafer, and a method for manufacturing a SiC semiconductor device.

上記目的を達成するための請求項1および2は、ドリフト層(2)上にベース層(3)が配置され、ベース層を貫通してドリフト層に達するトレンチゲート構造が形成されたSiC半導体装置を形成する加工ウェハの製造方法であって、SiCで構成され、複数の装置形成領域(R)を有し、n型またはp型とされているSiCウェハ(20)を用意することと、SiCウェハ上に、エピタキシャル成長によってドリフト層を構成するn型のドリフト層構成膜(2a)を形成することと、ドリフト層構成膜上に、エピタキシャル成長によってベース層を構成するp型のベース層構成膜(3a)を形成することと、を行い、ベース層構成膜を形成することでは、膜厚の面内分布と、不純物濃度の面内分布とが逆相関となるようにベース層構成膜を形成する。
さらに、請求項1では、ベース層構成膜を形成することでは、炭化珪素ウェハをエピタキシャル膜成長装置(30)の成長室(44)に配置することと、成長室に、Si原料含有ガス、C原料含有ガス、およびp型不純物を含有するドーパントガスを導入することと、を行ってベース層構成膜をエピタキシャル成長させ、Si原料含有ガスおよびC原料含有ガスは、Si原料含有ガスに含まれるSiに対するC原料含有ガスに含まれるCの比率であるC/Siが0.80以下となるように流量が調整されるようにする。
請求項2では、さらに、ベース層構成膜を形成することでは、炭化珪素ウェハをエピタキシャル膜成長装置(30)の成長室(44)に配置することと、成長室に、Si原料含有ガス、C原料含有ガス、およびp型不純物を含有するドーパントガスを導入することと、を行ってベース層構成膜をエピタキシャル成長させ、Si原料含有ガスおよびC原料含有ガスは、Si原料含有ガスに含まれるSiに対するC原料含有ガスに含まれるCの比率であるC/Siが0.75以下となるように流量が調整されるようにする。
Claims 1 and 2 for achieving the above object provide a method for manufacturing a processed wafer for forming a SiC semiconductor device in which a base layer (3) is disposed on a drift layer (2) and a trench gate structure is formed through the base layer to reach the drift layer, the method comprising the steps of: preparing a SiC wafer (20) made of SiC, having a plurality of device formation regions (R), and being n-type or p-type; forming an n-type drift layer constituent film (2a) constituting the drift layer on the SiC wafer by epitaxial growth; and forming a p-type base layer constituent film (3a) constituting the base layer on the drift layer constituent film by epitaxial growth, and forming the base layer constituent film such that the in-plane distribution of the film thickness and the in-plane distribution of the impurity concentration are inversely correlated with each other by forming the base layer constituent film.
Furthermore, in claim 1, the base layer constituent film is formed by placing a silicon carbide wafer in a growth chamber (44) of an epitaxial film growth apparatus (30) and introducing a Si raw material containing gas, a C raw material containing gas, and a dopant gas containing a p-type impurity into the growth chamber to epitaxially grow the base layer constituent film, and the flow rates of the Si raw material containing gas and the C raw material containing gas are adjusted so that C/Si, which is the ratio of C contained in the C raw material containing gas to Si contained in the Si raw material containing gas, is 0.80 or less.
In claim 2, the base layer constituting film is formed by placing the silicon carbide wafer in a growth chamber (44) of the epitaxial film growth apparatus (30) and introducing a Si raw material containing gas, a C raw material containing gas, and a dopant gas containing a p-type impurity into the growth chamber to epitaxially grow the base layer constituting film, and the flow rates of the Si raw material containing gas and the C raw material containing gas are adjusted so that C/Si, which is the ratio of C contained in the C raw material containing gas to Si contained in the Si raw material containing gas, is 0.75 or less.

トレンチゲート構造を有するSiC半導体装置の閾値電圧は、ベース層のうちのトレンチゲート構造と接する部分の長さ(すなわち、チャネル長)が長くなるほど大きくなり、不純物濃度が高くなるほど大きくなる。このため、膜厚の面内分布と不純物濃度の面内分布とが逆相関となるようにベース層構成膜を形成することにより、各装置形成領域を分割してSiC半導体装置を製造した際、各SiC半導体装置で閾値電圧Vthがばらつくことを抑制できる。 The threshold voltage of a SiC semiconductor device having a trench gate structure increases as the length of the portion of the base layer that contacts the trench gate structure (i.e., the channel length) increases, and increases as the impurity concentration increases. Therefore, by forming a base layer constituting film so that the in-plane distribution of film thickness and the in-plane distribution of impurity concentration are inversely correlated, it is possible to suppress variations in threshold voltage Vth in each SiC semiconductor device when the SiC semiconductor device is manufactured by dividing each device formation region.

請求項4および5は、トレンチゲート構造が形成されたSiC半導体装置の製造方法であって、炭化珪素で構成され、複数の装置形成領域(R)を有し、n型またはp型とされている炭化珪素ウェハ(20)を用意することと、炭化珪素ウェハ上に、エピタキシャル成長によってドリフト層を構成するn型のドリフト層構成膜(2a)を形成することと、ドリフト層構成膜上に、エピタキシャル成長によってベース層を構成するp型のベース層構成膜(3a)を形成することと、を行い、ベース層構成膜を形成することでは、膜厚の面内分布と、不純物濃度の面内分布とが逆相関となるようにベース層構成膜を形成した加工ウェハ(21)を用意することと、ベース層構成膜の表層部に、n型の不純物領域構成膜(4a)を形成することと、不純物領域およびベース層構成膜を貫通してドリフト層構成膜に達するトレンチ(5)を形成することと、トレンチの壁面上にゲート絶縁膜(6)を形成することと、ゲート絶縁膜上にゲート電極(7)を形成することと、を行ってトレンチゲート構造を形成することと、を行う。
さらに、請求項4は、加工ウェハを用意することでは、ベース層構成膜を形成することの際、炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなると共に、中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より不純物濃度が高くなるようにベース層構成膜を形成し、不純物領域構成膜を形成することでは、炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなっているベース層構成膜に対し、イオン注入を行うことで不純物領域構成膜を形成する。
また、請求項5は、加工ウェハを用意することでは、ベース層構成膜を形成することの際、炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなると共に、中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より不純物濃度が高くなるようにベース層構成膜を形成し、不純物領域構成膜を形成することでは、ベース層構成膜上に、エピタキシャル成長によって不純物領域構成膜を形成し、ベース層構成膜および不純物領域構成膜において、炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなるようにする。
Claims 4 and 5 provide a method for manufacturing a SiC semiconductor device having a trench gate structure, comprising the steps of: preparing a silicon carbide wafer (20) made of silicon carbide, having a plurality of device formation regions (R), and being n-type or p-type; forming an n-type drift layer constituent film (2a) constituting a drift layer on the silicon carbide wafer by epitaxial growth; and forming a p-type base layer constituent film (3a) constituting a base layer on the drift layer constituent film by epitaxial growth; preparing a processed wafer (21) on which a base layer constituent film is formed such that the in-plane distribution of film thickness and the in-plane distribution of impurity concentration are inversely correlated by forming the base layer constituent film ; forming an n-type impurity region constituent film (4a) on a surface layer portion of the base layer constituent film; forming a trench (5) that penetrates the impurity region and the base layer constituent film to reach the drift layer constituent film; forming a gate insulating film (6) on a wall surface of the trench; and forming a gate electrode (7) on the gate insulating film to form a trench gate structure.
Furthermore, claim 4 provides a method for forming a base layer constituting film by preparing a processed wafer, the base layer constituting film being formed so that the portion located on the central side of the silicon carbide wafer is thinner in thickness than the portion located on the outer edge side and the portion located on the central side has a higher impurity concentration than the portion located on the outer edge side, and by forming an impurity region constituting film, the impurity region constituting film is formed by implanting ions into the base layer constituting film in which the portion located on the central side of the silicon carbide wafer is thinner in thickness than the portion located on the outer edge side.
In addition, claim 5 provides a method for forming a base layer constituting film by preparing a processed wafer, the base layer constituting film being formed so that the portion located on the central side of the silicon carbide wafer has a thinner film thickness than the portion located on the outer edge side and the portion located on the central side has a higher impurity concentration than the portion located on the outer edge side; and in forming an impurity region constituting film, an impurity region constituting film is formed on the base layer constituting film by epitaxial growth, and the base layer constituting film and the impurity region constituting film are formed so that the portion located on the central side of the silicon carbide wafer has a thinner film thickness than the portion located on the outer edge side.

これによれば、各装置形成領域を分割してSiC半導体装置を製造した際、各SiC半導体装置で閾値電圧がばらつくことを抑制できる。 This makes it possible to suppress variations in threshold voltages in each SiC semiconductor device when manufacturing the SiC semiconductor device by dividing each device formation region.

請求項は、ドリフト層(2)上にベース層(3)が配置され、ベース層を貫通してドリフト層に達するトレンチゲート構造が形成されたSiC半導体装置を形成する加工ウェハであって、SiCで構成され、複数の装置形成領域(R)を有し、n型またはp型とされているSiCウェハ(20)と、SiCウェハ上に形成され、エピタキシャル膜で構成されてドリフト層を構成するn型のドリフト層構成膜(2a)と、ドリフト層構成膜上に形成され、エピタキシャル膜で構成されてベース層を構成するp型のベース層構成膜(3a)と、を備え、ベース層構成膜は、膜厚の面内分布と、不純物濃度の面内分布とが逆相関とされており、さらに、炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くされていると共に、中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より不純物濃度が高くされており、複数の装置形成領域には、それぞれベース層を貫通してドリフト層に達するトレンチ(5)が形成され、複数の装置形成領域に形成されたそれぞれのトレンチは、ベース層構成膜の中央部側の部分と外縁部側の部分とでベース層構成膜と接する長さが異なっている Claim 6 relates to a processed wafer for forming a SiC semiconductor device in which a base layer (3) is disposed on a drift layer (2) and a trench gate structure is formed through the base layer to reach the drift layer, the processed wafer comprising: a SiC wafer (20) made of SiC, having a plurality of device formation regions (R), and being made to be n-type or p-type; an n-type drift layer constituent film (2a) formed on the SiC wafer, made of an epitaxial film and constituting the drift layer; and a p-type base layer constituent film (3a) formed on the drift layer constituent film, made of an epitaxial film and constituting the base layer, The base layer constituent film has an in-plane distribution of film thickness and an in-plane distribution of impurity concentration that are inversely correlated, and further, the portion located on the central side of the silicon carbide wafer is made thinner than the portion located on the outer edge side, and the portion located on the central side has a higher impurity concentration than the portion located on the outer edge side. In each of the multiple device formation regions, a trench (5) is formed that penetrates the base layer and reaches the drift layer, and each of the trenches formed in the multiple device formation regions has a different length of contact with the base layer constituent film between the portion on the central side and the portion on the outer edge side of the base layer constituent film .

これによれば、ベース層構成膜における膜厚の面内分布と不純物濃度の面内分布とが逆相関とされているため、各装置形成領域を分割してSiC半導体装置を製造した際、各SiC半導体装置で閾値電圧Vthがばらつくことを抑制できる。 As a result, the in-plane distribution of film thickness in the base layer constituent film and the in-plane distribution of impurity concentration are inversely correlated, so that when each device formation region is divided to manufacture SiC semiconductor devices, it is possible to suppress variations in threshold voltage Vth in each SiC semiconductor device.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference symbols in parentheses attached to each component indicate an example of the correspondence between the component and the specific components described in the embodiments described below.

第1実施形態におけるSiC半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a SiC semiconductor device according to a first embodiment. 図1に示すSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。2A to 2C are cross-sectional views showing a manufacturing process of the SiC semiconductor device shown in FIG. 図2Aに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。2B is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the SiC semiconductor device subsequent to FIG. 2A. 図2Bに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。2C is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the SiC semiconductor device subsequent to FIG. 2B. SiCウェハの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a SiC wafer. エピタキシャル膜成長装置の断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an epitaxial film growth apparatus. サセプタの設置部にSiCウェハを設置した平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a SiC wafer placed on a mounting portion of a susceptor. 設置部の中心からの距離と、ベース層構成膜の膜厚との関係を示す図である。11 is a diagram showing the relationship between the distance from the center of the installation portion and the film thickness of the base layer constituting film. FIG. 設置部の中心からの距離と、ベース層構成膜の不純物濃度との関係を示す図である。13 is a diagram showing the relationship between the distance from the center of the installation portion and the impurity concentration of the base layer forming film. FIG. チャネル長と、ベース層の不純物濃度との関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the channel length and the impurity concentration of the base layer. 第2実施形態におけるSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。6A to 6C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a SiC semiconductor device in the second embodiment. 図9Aに続くSiC半導体装置の製造工程を示す断面図である。9B is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the SiC semiconductor device subsequent to FIG. 9A.

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、同一符号を付して説明を行う。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態のSiC半導体装置は、図1に示されるように、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略)が形成されて構成されている。なお、SiC半導体装置は、特に図示しないが、セル領域、およびセル領域を囲むように形成された外周領域を有している。そして、MOSFETは、SiC半導体装置のうちのセル領域に形成されている。
First Embodiment
A first embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in Fig. 1, the SiC semiconductor device of this embodiment is configured by forming a MOSFET (short for Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Although not shown, the SiC semiconductor device has a cell region and an outer peripheral region formed to surround the cell region. The MOSFET is formed in the cell region of the SiC semiconductor device.

SiC半導体装置は、SiCで構成されるn型の基板1を用いて構成されている。基板1の表面上には、SiCで構成される、n型のドリフト層2およびp型のベース層3が順にエピタキシャル成長させられている。そして、ベース層3の表層部には、n型のソース領域4が形成されている。なお、本実施形態では、ソース領域4は、イオン注入によって形成されている。また、本実施形態では、ソース領域4が不純物領域に相当する。 The SiC semiconductor device is configured using an n + type substrate 1 made of SiC. An n - type drift layer 2 and a p type base layer 3, both made of SiC, are epitaxially grown in this order on the surface of the substrate 1. An n + type source region 4 is formed in the surface layer portion of the base layer 3. In this embodiment, the source region 4 is formed by ion implantation. In this embodiment, the source region 4 corresponds to an impurity region.

基板1は、例えば、n型不純物濃度が1.0×1019/cmとされ、表面が(0001)Si面とされている。ドリフト層2は、例えば、n型不純物濃度が0.5~2.0×1016/cmとされ、厚さが5~14μmとされている。なお、本実施形態では、基板1がMOSFETにおけるドレイン層を構成する。 The substrate 1 has, for example, an n-type impurity concentration of 1.0×10 19 /cm 3 and a (0001) Si surface. The drift layer 2 has, for example, an n-type impurity concentration of 0.5 to 2.0×10 16 /cm 3 and a thickness of 5 to 14 μm. In this embodiment, the substrate 1 constitutes a drain layer in a MOSFET.

ベース層3は、チャネル領域が形成される部分であり、例えば、p型不純物濃度が3.0×1017/cm程度とされ、厚みが0.5~2μmとされている。ソース領域4は、ドリフト層2よりも高不純物濃度とされ、例えば、表層部におけるn型不純物濃度が2.5×1018~1.0×1019/cm、厚さが0.5~2μmとされている。なお、ドリフト層2、ベース層3およびソース領域4の膜厚等は、任意であり、上記に限定されるものではない。 The base layer 3 is a portion where the channel region is formed, and has, for example, a p-type impurity concentration of about 3.0×10 17 /cm 3 and a thickness of 0.5 to 2 μm. The source region 4 has a higher impurity concentration than the drift layer 2, and has, for example, an n-type impurity concentration in the surface layer of 2.5×10 18 to 1.0×10 19 /cm 3 and a thickness of 0.5 to 2 μm. The film thicknesses of the drift layer 2, base layer 3 and source region 4 are arbitrary and are not limited to those described above.

また、ベース層3およびソース領域4を貫通してドリフト層2に達するようにトレンチ5が形成されている。そして、このトレンチ5の側面と接するように、上記のベース層3およびソース領域4が配置されている。なお、本実施形態のベース層3は、トレンチ5と接する部分の長さと膜厚とが等しくなるように形成されている。つまり、本実施形態のベース層3は、膜厚がチャネル長となる。また、図1では、1本のトレンチ5のみを図示しているが、実際のトレンチ5は、複数本が紙面左右方向に等間隔に配置されたストライプ状に形成されている。 A trench 5 is formed so as to penetrate the base layer 3 and the source region 4 and reach the drift layer 2. The base layer 3 and the source region 4 are arranged so as to contact the side of the trench 5. The base layer 3 in this embodiment is formed so that the length of the part contacting the trench 5 is equal to the film thickness. In other words, the film thickness of the base layer 3 in this embodiment is the channel length. Also, although FIG. 1 shows only one trench 5, the actual trench 5 is formed in a stripe shape with multiple trenches arranged at equal intervals in the left-right direction of the page.

トレンチ5の内壁面には、ゲート絶縁膜6が形成されている。ゲート絶縁膜6の表面には、ドープドPoly-Siにて構成されたゲート電極7が形成されている。そして、トレンチ5は、これらゲート絶縁膜6およびゲート電極7によって埋め尽くされている。本実施形態では、このようにしてトレンチゲート構造が構成されている。 A gate insulating film 6 is formed on the inner wall surface of the trench 5. A gate electrode 7 made of doped poly-Si is formed on the surface of the gate insulating film 6. The trench 5 is then completely filled with the gate insulating film 6 and the gate electrode 7. In this embodiment, the trench gate structure is configured in this manner.

また、隣接するトレンチ5の間において、ソース領域4を挟んでトレンチ5の反対側には、p型のコンタクト領域8が形成されている。そして、コンタクト領域8の下方には、ベース層3よりも深いp型のディープ層9が形成されている。本実施形態のコンタクト領域8およびディープ層9は、一体的に構成されていると共にベース層3よりも高不純物濃度とされ、共に、p型不純物濃度が1.0×1018/cm~1.0×1020/cmとされている。 Furthermore, between adjacent trenches 5, ap + type contact region 8 is formed on the opposite side of the trench 5 with the source region 4 in between. And, below the contact region 8, ap + type deep layer 9 is formed which is deeper than the base layer 3. In this embodiment, the contact region 8 and the deep layer 9 are integrally formed and have a higher impurity concentration than the base layer 3, and both have a p-type impurity concentration of 1.0×10 18 /cm 3 to 1.0×10 20 /cm 3 .

ソース領域4の表面やゲート電極7の表面には、層間絶縁膜10が形成されている。層間絶縁膜10には、ソース領域4の一部およびコンタクト領域8を露出させるコンタクトホール10aが形成されている。そして、層間絶縁膜10上には、ソース領域4およびコンタクト領域8と電気的に接続される上部電極11が形成されている。 An interlayer insulating film 10 is formed on the surface of the source region 4 and the surface of the gate electrode 7. A contact hole 10a is formed in the interlayer insulating film 10 to expose a part of the source region 4 and the contact region 8. An upper electrode 11 is formed on the interlayer insulating film 10 and is electrically connected to the source region 4 and the contact region 8.

本実施形態では、上部電極11は、例えば、Ni/Al等の複数の金属にて構成されている。そして、複数の金属のうちのn型SiC(すなわち、ソース領域4)を構成する部分と接触する部分は、n型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。また、複数の金属のうちの少なくともp型SiC(すなわち、コンタクト領域8)と接触する部分は、p型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。 In this embodiment, the upper electrode 11 is made of multiple metals, such as Ni/Al. The portion of the multiple metals that contacts the portion that constitutes the n-type SiC (i.e., the source region 4) is made of a metal that can make ohmic contact with the n-type SiC. At least the portion of the multiple metals that contacts the p-type SiC (i.e., the contact region 8) is made of a metal that can make ohmic contact with the p-type SiC.

基板1の裏面側には、基板1と電気的に接続された第2電極に相当する下部電極12が形成されている。本実施形態では、このような構造により、nチャネルタイプの反転型であるトレンチゲート構造のMOSFETが構成されている。そして、このようなMOSFETが複数配置されることでセル領域が構成されている。 A lower electrode 12, which corresponds to a second electrode electrically connected to the substrate 1, is formed on the back side of the substrate 1. In this embodiment, this structure constitutes an n-channel type inversion type trench gate MOSFET. A cell region is formed by arranging multiple such MOSFETs.

以上が本実施形態におけるSiC半導体装置の構成である。このようなSiC半導体装置では、ゲート電極7に所定の閾値電圧Vth以上の電圧が印加されることにより、ベース層3のうちのトレンチ5と接する部分にn型の反転層(すなわち、チャネル領域)が形成される。そして、ソース領域4から反転層を介して電子がドリフト層2に供給されることにより、上部電極11と下部電極12との間に電流が流れる。 The above is the configuration of the SiC semiconductor device in this embodiment. In such a SiC semiconductor device, a voltage equal to or greater than a predetermined threshold voltage Vth is applied to the gate electrode 7, forming an n-type inversion layer (i.e., a channel region) in the portion of the base layer 3 that contacts the trench 5. Then, electrons are supplied from the source region 4 through the inversion layer to the drift layer 2, causing a current to flow between the upper electrode 11 and the lower electrode 12.

また、本実施形態では、ディープ層9が形成されている。このため、ディープ層9とドリフト層2とのpn接合部での空乏層がドリフト層2側に大きく延びることになり、ドレイン電圧の影響による高電圧がゲート絶縁膜6に入り込み難くなる。したがって、ゲート絶縁膜6が破壊されることを抑制でき、高耐圧化を図ることができる。 In addition, in this embodiment, a deep layer 9 is formed. As a result, the depletion layer at the pn junction between the deep layer 9 and the drift layer 2 extends significantly toward the drift layer 2, making it difficult for high voltage caused by the drain voltage to penetrate into the gate insulating film 6. This makes it possible to prevent the gate insulating film 6 from being destroyed, and to achieve high voltage resistance.

このようなSiC半導体装置において、閾値電圧Vthは、ベース層3のうちのトレンチ5と接する部分の長さ(すなわち、チャネル長)が長くなるほど大きくなる。つまり、本実施形態では、閾値電圧Vthは、ベース層3の膜厚が厚くなるほど大きくなる。また、閾値電圧Vthは、ベース層3の不純物濃度が高くなるほど反転層が形成され難くなるため、大きくなる。 In such a SiC semiconductor device, the threshold voltage Vth increases as the length of the portion of the base layer 3 that contacts the trench 5 (i.e., the channel length) increases. That is, in this embodiment, the threshold voltage Vth increases as the thickness of the base layer 3 increases. Also, the threshold voltage Vth increases as the impurity concentration of the base layer 3 increases, because it becomes more difficult to form an inversion layer.

次に、上記のSiC半導体装置の製造方法について、図2A~図2C、図3~図8を参照しつつ説明する。 Next, the manufacturing method of the above-mentioned SiC semiconductor device will be described with reference to Figures 2A to 2C and Figures 3 to 8.

まず、図2Aおよび図3に示されるように、複数の装置形成領域RがダイシングラインDLで区画され、ダイシングラインDLに沿って分割されることで上記基板1を構成するSiCウェハ20を用意する。 First, as shown in FIG. 2A and FIG. 3, a SiC wafer 20 is prepared in which a plurality of device formation regions R are partitioned by dicing lines DL, and the substrate 1 is formed by dividing the SiC wafer 20 along the dicing lines DL.

そして、図2Bに示されるように、SiCウェハ20の主面上に、SiCからなるドリフト層構成膜2aおよびベース層構成膜3aを順にエピタキシャル成長させる。本実施形態では、図1に示すベース層3とソース領域4の厚さの和に相当する厚さのベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させる。なお、ドリフト層構成膜2aは、装置単位に分割された際にドリフト層2を構成する膜であり、ベース層構成膜3aは、装置単位に分割された際にベース層3を構成する膜である。 Then, as shown in FIG. 2B, a drift layer constituent film 2a and a base layer constituent film 3a made of SiC are epitaxially grown in this order on the main surface of the SiC wafer 20. In this embodiment, the base layer constituent film 3a is epitaxially grown to a thickness equivalent to the sum of the thicknesses of the base layer 3 and the source region 4 shown in FIG. 1. The drift layer constituent film 2a is a film that constitutes the drift layer 2 when divided into device units, and the base layer constituent film 3a is a film that constitutes the base layer 3 when divided into device units.

ここで、本実施形態のドリフト層構成膜2aおよびベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させるためのエピタキシャル膜成長装置30について、図4を参照しつつ説明する。本実施形態では、エピタキシャル膜成長装置30として、成長室44を全体的に加熱しつつ、SiCウェハ20の面方向にガスが流れる、いわゆる横型ホットウォール装置を用いる。 Here, the epitaxial film growth apparatus 30 for epitaxially growing the drift layer constituent film 2a and the base layer constituent film 3a of this embodiment will be described with reference to FIG. 4. In this embodiment, the epitaxial film growth apparatus 30 is a so-called horizontal hot wall apparatus in which the growth chamber 44 is heated as a whole and gas flows in the surface direction of the SiC wafer 20.

図4に示されるように、本実施形態のエピタキシャル膜成長装置30は、炉体40、ガス導入口50、ガス排出口60、サセプタ部70、および加熱部80等を備えた構成とされている。 As shown in FIG. 4, the epitaxial film growth apparatus 30 of this embodiment is configured to include a furnace body 40, a gas inlet 50, a gas outlet 60, a susceptor section 70, and a heating section 80.

炉体40は、石英等で構成されるカバー41の内側に、断熱材42および被加熱部43が順に配置された構成とされており、内部に成長室44を構成する中空部を有した筒状とされている。なお、断熱材42および被加熱部43は、成長室44を略囲むようにカバー41の内側に配置されている。被加熱部43は、後述する加熱部80によって誘導加熱される部分であり、例えば、カーボン等で構成される。 The furnace body 40 is configured such that the insulating material 42 and the heated portion 43 are arranged in this order inside the cover 41 made of quartz or the like, and is cylindrical with a hollow portion inside that forms the growth chamber 44. The insulating material 42 and the heated portion 43 are arranged inside the cover 41 so as to substantially surround the growth chamber 44. The heated portion 43 is the portion that is inductively heated by the heating portion 80 described later, and is made of, for example, carbon or the like.

ガス導入口50は、エピタキシャル膜を構成するためのガスを炉体40の成長室44内に導入する入口となる部分であり、筒状である炉体40の一端部側に備えられている。そして、本実施形態では、ガス導入口50から、Si原料を含有するSi原料含有ガス、C原料を含有するC原料含有ガス、ドーパントガス、およびキャリアガス等が成長室44内に導入される。 The gas inlet 50 is an inlet for introducing gases for forming an epitaxial film into the growth chamber 44 of the furnace body 40, and is provided on one end side of the cylindrical furnace body 40. In this embodiment, a Si raw material-containing gas containing a Si raw material, a C raw material-containing gas containing a C raw material, a dopant gas, a carrier gas, and the like are introduced into the growth chamber 44 from the gas inlet 50.

Si原料含有ガスとしては、例えば、シラン系ガスとして、SiH(シラン)が用いられる他、SiHCl、SiHCl、SiCl等のエッチング作用があるClを含む塩素系Si原料含有ガス(クロライド系原料)が用いられる。また、Si原料含有ガスとしては、例えば、シランに対してHClを添加したガスが用いられる。C原料ガスとしては、例えば、C(プロパン)等が用いられる。 As the Si raw material containing gas, for example, SiH4 (silane) is used as a silane gas, and chlorine-based Si raw material containing gas ( chloride -based raw material) containing Cl having an etching effect such as SiH2Cl2 , SiHCl3 , SiCl4 , etc. is used. Also, as the Si raw material containing gas, for example, a gas in which HCl is added to silane is used. As the C raw material gas, for example, C3H8 (propane) is used.

ドーパントガスは、エピタキシャル膜の導電型を制御するためのガスである。そして、n型のドリフト層構成膜2aをエピタキシャル成長させる場合は、ドーパントガスとして、例えば、N(窒素)を含むものが用いられる。p型のベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させる場合は、ドーパントガスとして、TMA(トリメチルアルミニウム)を含むものが用いられる。 The dopant gas is a gas for controlling the conductivity type of the epitaxial film. When epitaxially growing the n-type drift layer-constituting film 2a, for example, a dopant gas containing N2 (nitrogen) is used. When epitaxially growing the p-type base layer-constituting film 3a, for example, a dopant gas containing TMA (trimethylaluminum) is used.

キャリアガスは、SiやCを含まないガスが用いられ、例えば、H(水素)を含むエッチング作用があるガスや、Ar(アルゴン)、He(ヘリウム)等の不活性ガス(希ガス)が用いられる。これらSiやCを含まないガスを用いることにより、原料ガスの拡散を抑制することができる。そして、原料ガスの拡散を抑制することにより、不要なSi、C、もしくはSiC生成物が形成されることを抑制でき、パーティクル源が生成されることを抑制できる。 A gas that does not contain Si or C is used as the carrier gas, and for example, an etching gas containing H 2 (hydrogen) or an inert gas (rare gas) such as Ar (argon) or He (helium) is used. By using such a gas that does not contain Si or C, the diffusion of the source gas can be suppressed. Furthermore, by suppressing the diffusion of the source gas, the formation of unnecessary Si, C, or SiC products can be suppressed, and the generation of particle sources can be suppressed.

ガス排出口60は、炉体40のうちのガス導入口50と反対側に配置されており、SiCウェハ20を通過した後の未反応ガス等を排出する。また、ガス排出口60は、成長室44内の雰囲気圧力を適宜調整できるように、図示しない吸引部等と接続されて成長室44を真空吸引できるようになっている。 The gas exhaust port 60 is located on the opposite side of the furnace body 40 from the gas inlet port 50, and exhausts unreacted gases and the like that have passed through the SiC wafer 20. The gas exhaust port 60 is also connected to a suction section (not shown) or the like so that the atmospheric pressure in the growth chamber 44 can be appropriately adjusted, and the growth chamber 44 can be evacuated.

サセプタ部70は、円板状とされ、SiCウェハ20が設置される設置面を構成する設置部71と、設置部71の中央部から下方に延びる軸部72とを有しており、設置部71がガス導入口50とガス排出口60との間に位置するように配置されている。そして、サセプタ部70は、軸部72が図示しない回転機構に連結されることによって回転可能とされている。 The susceptor section 70 is disk-shaped and has a mounting section 71 that constitutes a mounting surface on which the SiC wafer 20 is placed, and a shaft section 72 that extends downward from the center of the mounting section 71, and is disposed so that the mounting section 71 is located between the gas inlet 50 and the gas outlet 60. The susceptor section 70 is made rotatable by connecting the shaft section 72 to a rotation mechanism (not shown).

加熱部80は、炉体40を囲むように配置されたコイルで構成されている。そして、加熱部80は、交流電流が印加されることによって被加熱部43を誘導加熱する。これにより、成長室44内が所定温度に維持される。 The heating section 80 is composed of a coil arranged to surround the furnace body 40. The heating section 80 inductively heats the heated section 43 by applying an alternating current. This maintains the inside of the growth chamber 44 at a predetermined temperature.

以上が本実施形態におけるエピタキシャル膜成長装置30の構成である。そして、ドリフト層構成膜2aおよびベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させる場合には、SiCウェハ20を上記エピタキシャル膜成長装置30の設置部71に設置してエピタキシャル成長させる。本実施形態では、図5に示されるように、設置部71の中心Cを基準として周方向に均等に3個のSiCウェハ20を配置し、3個のSiCウェハ20に対して同時にエピタキシャル成長させる。 The above is the configuration of the epitaxial film growth apparatus 30 in this embodiment. When epitaxially growing the drift layer constituent film 2a and the base layer constituent film 3a, the SiC wafer 20 is placed on the mounting portion 71 of the epitaxial film growth apparatus 30 and epitaxially grown. In this embodiment, as shown in FIG. 5, three SiC wafers 20 are evenly arranged in the circumferential direction with the center C of the mounting portion 71 as a reference, and epitaxial growth is performed on the three SiC wafers 20 simultaneously.

具体的には、まず、ガス排出口60を通じて真空吸引することによって成長室44内の圧力が5~10kPa程度となり、加熱部80によって成長室44が1600~1650℃程度となるようにする。また、サセプタ回転数が30~60rpmとなるようにする。 Specifically, first, the pressure inside the growth chamber 44 is set to about 5 to 10 kPa by vacuum suction through the gas exhaust port 60, and the temperature of the growth chamber 44 is set to about 1600 to 1650°C by the heating unit 80. In addition, the susceptor rotation speed is set to 30 to 60 rpm.

そして、エピタキシャル成長させる際には、ガス導入口50から、Si原料含有ガスとしてのSiHを25~30sccmの流量で成長室44内に導入し、C原料含有ガスとしてのCを5.5~7.5sccmの流量で成長室44内に導入する。また、ガス導入口50から、キャリアガスとしてのHを110~140Slmの流量で成長室44内に導入する。そして、n型のドリフト層構成膜2aをエピタキシャル成長させる際には、ガス導入口50からドーパントガスとしてのNを1.0~1.5sccmの流量で成長室44内に導入する。p型のベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させる際には、ガス導入口50からドーパントガスとしての200pmTMAを50~2000sccmの流量で成長室44内に導入する。これにより、各種ガスが成長室44内に導入され、SiCウェハ20の表面に、ドリフト層構成膜2aおよびベース層構成膜3aが順にエピタキシャル成長させられた加工ウェハ21が構成される。 When epitaxially growing, SiH 4 as a Si source-containing gas is introduced into the growth chamber 44 from the gas inlet 50 at a flow rate of 25 to 30 sccm, and C 3 H 8 as a C source-containing gas is introduced into the growth chamber 44 at a flow rate of 5.5 to 7.5 sccm. Also, H 2 as a carrier gas is introduced into the growth chamber 44 from the gas inlet 50 at a flow rate of 110 to 140 Slm. When epitaxially growing the n-type drift layer-constituting film 2a, N 2 as a dopant gas is introduced into the growth chamber 44 from the gas inlet 50 at a flow rate of 1.0 to 1.5 sccm. When epitaxially growing the p-type base layer-constituting film 3a, 200 pm TMA as a dopant gas is introduced into the growth chamber 44 from the gas inlet 50 at a flow rate of 50 to 2000 sccm. As a result, various gases are introduced into the growth chamber 44, and a processed wafer 21 is formed in which the drift layer constituting film 2a and the base layer constituting film 3a are epitaxially grown in this order on the surface of the SiC wafer 20.

ここで、上記のように、トレンチゲート型のMOSFETを形成する場合、各装置形成領域Rにてベース層構成膜3aの膜厚および不純物濃度がばらつくと、各装置形成領域Rを分割してSiC半導体装置を構成した際、SiC半導体装置の閾値電圧Vthがばらつく可能性がある。このため、本実施形態では、以下のようにベース層構成膜3aを形成する。 When forming a trench-gate MOSFET as described above, if the thickness and impurity concentration of the base layer constituting film 3a vary in each device forming region R, the threshold voltage Vth of the SiC semiconductor device may vary when the device forming regions R are divided to form the SiC semiconductor device. For this reason, in this embodiment, the base layer constituting film 3a is formed as follows.

まず、上記エピタキシャル膜成長装置30を用いてエピタキシャル成長する場合、サセプタ部70の設置部71は、サセプタ部70の軸部72や外縁部からの放熱によって温度が一定とならず、軸部72と外縁部との間の部分が軸部72側および外縁部側よりも高温となり易い。そして、設置部71に設置されたSiCウェハ20は、設置部71の温度分布に依存し、当該SiCウェハ20の中心側が外縁部より温度が高くなる温度分布となる。このため、図6に示されるように、ベース層構成膜3aは、膜厚の面内分布において、SiCウェハ20の中心部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなる分布となる。言い換えると、ベース層構成膜3aは、下側凸状の分布となる。つまり、ベース層構成膜3aは、SiCウェハ20の中心部側の装置形成領域Rに形成される部分の方が、SiCウェハ20の外縁部側の装置形成領域Rに形成される部分よりも膜厚が薄くなる。 First, when epitaxial growth is performed using the epitaxial film growth apparatus 30, the temperature of the installation portion 71 of the susceptor portion 70 is not constant due to heat radiation from the shaft portion 72 and outer edge of the susceptor portion 70, and the portion between the shaft portion 72 and the outer edge is likely to be hotter than the shaft portion 72 side and the outer edge side. The SiC wafer 20 installed on the installation portion 71 has a temperature distribution that depends on the temperature distribution of the installation portion 71, and the center side of the SiC wafer 20 has a higher temperature than the outer edge. For this reason, as shown in FIG. 6, the base layer constituting film 3a has a distribution in which the portion located on the center side of the SiC wafer 20 is thinner than the portion located on the outer edge side in the in-plane distribution of the film thickness. In other words, the base layer constituting film 3a has a downward convex distribution. That is, the base layer constituting film 3a has a thinner film thickness in the portion formed in the device formation region R on the center side of the SiC wafer 20 than in the portion formed in the device formation region R on the outer edge side of the SiC wafer 20.

なお、図6は、Si原料含有ガスに含まれるSiに対するC原料含有ガスに含まれるCの比率であるC/Si(以下では、単にC/Siともいう)を変化させた場合の結果である。そして、図6では、Si原料含有ガスを一定としつつ、C原料含有ガスであるCの流量を変化させることによってC/Siを変化させた場合の結果を示している。この場合、C/Siを変化させても、膜厚の面内分布がほとんど変化しないことが確認される。また、図6中の設置部の中心からの距離は、図5に示される中心Cからの距離rに相当している。同様に、後述する図7中の設置部の中心からの距離は、図5に示される中心Cからの距離rに相当している。 6 shows the results when C/Si (hereinafter, simply referred to as C/Si), which is the ratio of C contained in the C raw material containing gas to Si contained in the Si raw material containing gas, is changed. FIG. 6 shows the results when C/Si is changed by changing the flow rate of C 3 H 8 , which is the C raw material containing gas, while keeping the Si raw material containing gas constant. In this case, it is confirmed that even if C/Si is changed, the in-plane distribution of the film thickness hardly changes. In addition, the distance from the center of the installation part in FIG. 6 corresponds to the distance r from the center C shown in FIG. 5. Similarly, the distance from the center of the installation part in FIG. 7, which will be described later, corresponds to the distance r from the center C shown in FIG. 5.

一方、ベース層構成膜3aの不純物濃度の面内分布は、図7に示されるように、C/Siを変化させることによって大きく異なることが確認される。本発明者らの実験では、p型を構成するドーパントであるアルミニウム(すなわち、TMA)の取込量温度係数がC/Siに依存することが確認されている。具体的には、高いC/Siである場合には取込量温度係数が負となり、低いC/Siである場合には取込量温度係数が正となることが確認されている。したがって、SiCウェハ20の温度分布と取込量温度依存係数のC/Si依存性により、図7のように、ベース層構成膜3aに不純物濃度の面内分布が発生すると考えられる。 On the other hand, it has been confirmed that the in-plane distribution of the impurity concentration of the base layer constituting film 3a varies greatly by changing the C/Si, as shown in FIG. 7. In the inventors' experiments, it has been confirmed that the temperature coefficient of the amount of uptake of aluminum (i.e., TMA), which is a dopant constituting the p-type, depends on the C/Si. Specifically, it has been confirmed that the temperature coefficient of the amount of uptake is negative when the C/Si is high, and positive when the C/Si is low. Therefore, it is considered that the temperature distribution of the SiC wafer 20 and the C/Si dependence of the coefficient of the temperature dependence of the amount of uptake cause an in-plane distribution of the impurity concentration in the base layer constituting film 3a, as shown in FIG. 7.

そして、SiC半導体装置の閾値電圧Vthは、上記のように、ベース層3の膜厚が厚くなるほど大きくなり、ベース層3の不純物濃度が高くなるほど大きくなる。このため、各装置形成領域Rを分割して得られるSiC半導体装置の閾値電圧Vthのばらつきを低減するためには、ベース層構成膜3aの膜厚が薄い部分の不純物濃度が高くなるようにし、膜厚が厚い部分の不純物濃度が低くなるようにすればよい。つまり、ベース層構成膜3aは、中心部側の不純物濃度が外縁部側の不純物濃度よりも高くなる上側凸状の不純物濃度の面内分布となるようにすればよい。言い換えると、ベース層構成膜3aは、膜厚の面内分布と不純物濃度の面内分布とが逆相関となればよい。 The threshold voltage Vth of the SiC semiconductor device increases as the thickness of the base layer 3 increases and as the impurity concentration of the base layer 3 increases, as described above. Therefore, in order to reduce the variation in the threshold voltage Vth of the SiC semiconductor device obtained by dividing each device formation region R, the impurity concentration of the thin part of the base layer constituent film 3a should be high and the impurity concentration of the thick part should be low. In other words, the base layer constituent film 3a should have an in-plane distribution of impurity concentration that is convex upward, with the impurity concentration at the center side being higher than the impurity concentration at the outer edge side. In other words, the base layer constituent film 3a should have an inverse correlation between the in-plane distribution of film thickness and the in-plane distribution of impurity concentration.

そして、図7に示されるように、ベース層構成膜3aの不純物濃度の面内分布は、C/Siが0.85の場合には、不純物濃度が中心部側より外縁部の方が高くなる分布であることが確認される。つまり、ベース層構成膜3aの不純物濃度の面内分布は、C/Siが0.85の場合、膜厚の面内分布と同じ分布となることが確認される。一方、ベース層構成膜3aの不純物濃度の面内分布は、C/Siが0.80の場合には、不純物濃度が中心部側より外縁部側の方が低くなる分布であることが確認される。そして、ベース層構成膜3aの不純物濃度の面内分布は、C/Siが0.75の場合には、さらに不純物濃度が中心部側より外縁部の方が低くなる分布であることが確認される。 As shown in FIG. 7, when C/Si is 0.85, the in-plane distribution of the impurity concentration of the base layer constituent film 3a is confirmed to be a distribution in which the impurity concentration is higher at the outer edge than at the center. In other words, when C/Si is 0.85, the in-plane distribution of the impurity concentration of the base layer constituent film 3a is confirmed to be the same as the in-plane distribution of the film thickness. On the other hand, when C/Si is 0.80, the in-plane distribution of the impurity concentration of the base layer constituent film 3a is confirmed to be a distribution in which the impurity concentration is lower at the outer edge than at the center. And when C/Si is 0.75, the in-plane distribution of the impurity concentration of the base layer constituent film 3a is confirmed to be a distribution in which the impurity concentration is further lower at the outer edge than at the center.

このため、本実施形態では、ベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させる場合には、C/Siが0.80以下となるように、Si含有原料ガスおよびC原料ガスの流量が調整されている。この場合、C/Siが0.75以下となるようにSi含有原料ガスおよびC原料ガスの流量が調整されることにより、さらに不純物濃度が中心部側より外縁部側の方が低くなるようにできる。なお、C/Siが0.80とされる場合には、例えば、SiHの流量が26.5sccmとされ、Cの流量が7.1sccmとされる。C/Siが0.75とされる場合には、SiHの流量が26.5sccmとされ、Cの流量が6.6sccmとされる。 Therefore, in this embodiment, when the base layer constituting film 3a is epitaxially grown, the flow rates of the Si-containing raw material gas and the C raw material gas are adjusted so that C/Si is 0.80 or less. In this case, the flow rates of the Si-containing raw material gas and the C raw material gas are adjusted so that C/Si is 0.75 or less, so that the impurity concentration can be further lower on the outer edge side than on the center side. When C/Si is 0.80, for example, the flow rate of SiH4 is 26.5 sccm and the flow rate of C3H8 is 7.1 sccm. When C/Si is 0.75, the flow rate of SiH4 is 26.5 sccm and the flow rate of C3H8 is 6.6 sccm.

また、上記のようなSiC半導体装置では、図8に示されるように、閾値電圧Vthの理想線Iがチャネル長およびベース層3の不純物濃度に依存し、理想線Iの傾き(以下では、単に傾きともいう)が-3.1×1021で示される。このため、上記のようにベース層構成膜3aを形成した場合、各装置形成領域Rにおけるチャネル長と不純物濃度との関係を示すプロットにより得られる近似線(以下では、単に近似線ともいう)は、傾きが-3.1×1021に近いほど、後述する各工程を行ってSiC半導体装置を製造した際の閾値電圧Vthのばらつきを低減できる。なお、理想線Iの傾きとは、理想線Iにおけるチャネル長の変化量に対する不純物濃度の変化量で規定される値である。近似線の傾きとは、近似線におけるチャネル長の変化量に対する不純物濃度の変化量で規定される値である。 In addition, in the above-described SiC semiconductor device, as shown in FIG. 8, the ideal line I of the threshold voltage Vth depends on the channel length and the impurity concentration of the base layer 3, and the slope of the ideal line I (hereinafter, also simply referred to as the slope) is −3.1×10 21. For this reason, when the base layer constituting film 3a is formed as described above, the closer the slope of the approximation line (hereinafter, also simply referred to as the approximation line) obtained by plotting the relationship between the channel length and the impurity concentration in each device formation region R is to −3.1×10 21 , the more the variation in the threshold voltage Vth can be reduced when the SiC semiconductor device is manufactured by performing each process described later. The slope of the ideal line I is a value defined by the amount of change in the impurity concentration relative to the amount of change in the channel length on the ideal line I. The slope of the approximation line is a value defined by the amount of change in the impurity concentration relative to the amount of change in the channel length on the approximation line.

例えば、図8に示されるように、C/Siが0.75の場合には、C/Siが0.80である場合よりも、各装置形成領域Rにおけるチャネル長と不純物濃度との関係を示すプロットが理想線Iに沿った分布となるため、閾値電圧Vthのばらつきが小さいSiC半導体装置を製造することができる。したがって、ベース層構成膜3aは、膜厚の面内分布と不純物濃度の面内分布とが逆相関となりつつ、近似線の傾きが-3.1×1021に近づくように形成されることが好ましい。 8, when C/Si is 0.75, the plot showing the relationship between channel length and impurity concentration in each device formation region R is distributed along the ideal line I, compared to when C/Si is 0.80, so that a SiC semiconductor device with smaller variations in threshold voltage Vth can be manufactured. Therefore, it is preferable that the base layer constituting film 3a is formed so that the in-plane distribution of the film thickness and the in-plane distribution of the impurity concentration are inversely correlated with each other, and the slope of the approximation line approaches −3.1×10 21 .

具体的には、近似線の傾きが-4.6×1021~-1.6×1021[cm-3/cm]となるようにベース層構成膜3aを形成することにより、SiC半導体装置を製造した際の、各SiC半導体装置におけるベース層構成膜3aに起因する閾値電圧Vthのばらつきを1.0V程度にできる。また、近似線の傾きが-3.9×1021~-2.3×1021[cm-3/cm]となるようにベース層構成膜3aを形成することにより、SiC半導体装置を製造した際の、各SiC半導体装置におけるベース層構成膜3aに起因する閾値電圧Vthのばらつきを0.5V程度にできる。そして、似線の傾きを-3.1×1021[cm-3/cm]なるようにベース層構成膜3aを形成することにより、SiC半導体装置を製造した際の、各SiC半導体装置におけるベース層構成膜3aに起因する閾値電圧Vthのばらつきをほぼ無くすことができる。 Specifically, by forming the base layer constituting film 3a so that the gradient of the approximation line is −4.6×10 21 to −1.6×10 21 [cm −3 /cm], the variation in threshold voltage Vth caused by the base layer constituting film 3a in each SiC semiconductor device when the SiC semiconductor device is manufactured can be reduced to about 1.0 V. Also, by forming the base layer constituting film 3a so that the gradient of the approximation line is −3.9×10 21 to −2.3×10 21 [cm −3 /cm], the variation in threshold voltage Vth caused by the base layer constituting film 3a in each SiC semiconductor device when the SiC semiconductor device is manufactured can be reduced to about 0.5 V. And, by forming the base layer constituting film 3a so that the gradient of the approximation line is −3.1×10 21 [cm −3 /cm], the variation in threshold voltage Vth caused by the base layer constituting film 3a in each SiC semiconductor device when the SiC semiconductor device is manufactured can be almost eliminated.

したがって、この工程では、使用用途に応じて許容される閾値電圧Vthのばらつきに応じてベース層構成膜3aが形成されることが好ましい。なお、現状では、閾値電圧Vthのばらつきが1.0V程度となるようにすることが要望されており、閾値電圧Vthのばらつきが0.5V程度となるようにすることが推奨されている。そして、ベース層構成膜3aの膜厚と不純物濃度とは、エピタキシャル成長させる際のSi原料含有ガスおよびC原料含有ガスの流量を変化させることによって調整できる。 Therefore, in this process, it is preferable that the base layer constituting film 3a is formed according to the variation in threshold voltage Vth that is acceptable depending on the application. Currently, it is desired that the variation in threshold voltage Vth be about 1.0 V, and it is recommended that the variation in threshold voltage Vth be about 0.5 V. The film thickness and impurity concentration of the base layer constituting film 3a can be adjusted by changing the flow rates of the Si raw material containing gas and the C raw material containing gas during epitaxial growth.

続いて、図2Cに示されるように、本実施形態では、ベース層構成膜3aの表層部にイオン注入等を行い、ソース領域構成膜4aを形成する。なお、ソース領域構成膜4aは、装置単位に分割された際にソース領域4を構成する膜である。そして、本実施形態では、ソース領域構成膜4aが不純物領域構成膜に相当している。その後は特に図示しないが、一般的な半導体製造プロセスを行い、コンタクト領域8、ディープ層9、トレンチゲート構造、上部電極11、下部電極12等を形成する。そして、ダイシングラインDLに沿って装置形成領域Rを分割することにより、上記SiC半導体装置が製造される。 Next, as shown in FIG. 2C, in this embodiment, ion implantation or the like is performed on the surface layer of the base layer forming film 3a to form a source region forming film 4a. The source region forming film 4a is a film that forms the source region 4 when divided into device units. In this embodiment, the source region forming film 4a corresponds to the impurity region forming film. After that, although not shown in the figure, a general semiconductor manufacturing process is performed to form the contact region 8, deep layer 9, trench gate structure, upper electrode 11, lower electrode 12, etc. Then, the device forming region R is divided along the dicing line DL to manufacture the above-mentioned SiC semiconductor device.

以上説明した本実施形態によれば、SiC半導体装置を製造する際には、ベース層構成膜3aについて、中央部側が外縁部より膜厚が薄くなるようにすると共に、中央部側が外縁部側より不純物濃度が高くなるようにしている。つまり、ベース層構成膜3aについて、膜厚と不純物濃度が逆相関の関係となるようにしている。言い換えると、ベース層構成膜3aは、閾値電圧Vthが高くなる膜厚となる部分では、閾値電圧Vthが低くなる不純物濃度となるようにし、閾値電圧Vthが低くなる膜厚となる部分では、閾値電圧Vthが高くなる不純物濃度となるようにしている。このため、本実施形態では、SiC半導体装置を製造した際、各SiC半導体装置で閾値電圧Vthがばらつくことを抑制でき、ひいてはオン抵抗のばらつきを抑制できる。 According to the present embodiment described above, when manufacturing a SiC semiconductor device, the base layer constituting film 3a is made thinner at the center than at the outer edge, and the impurity concentration at the center is made higher than at the outer edge. In other words, the base layer constituting film 3a is made to have an inverse correlation between the film thickness and the impurity concentration. In other words, the base layer constituting film 3a is made to have an impurity concentration at which the threshold voltage Vth is low in the film thickness where the threshold voltage Vth is high, and an impurity concentration at which the threshold voltage Vth is high in the film thickness where the threshold voltage Vth is low. Therefore, in this embodiment, when manufacturing SiC semiconductor devices, it is possible to suppress the variation in the threshold voltage Vth among the SiC semiconductor devices, and thus the variation in the on-resistance can be suppressed.

ところで、ベース層構成膜をイオン注入によって形成することにより、ベース層構成膜の膜厚や不純物濃度がばらつくことを抑制することも考えられる。しかしながら、SiCにイオン注入を行う場合、SiCが硬いため、所望の深さを有するベース層を形成するためには、大掛かりな装置や詳細な制御が必要となり、製造工程が複雑になる。 By forming the base layer constituent film by ion implantation, it is possible to suppress variations in the film thickness and impurity concentration of the base layer constituent film. However, when ion implantation is performed on SiC, since SiC is hard, large-scale equipment and detailed control are required to form a base layer with the desired depth, making the manufacturing process complicated.

一方、本実施形態では、ベース層構成膜3aの膜厚と不純物濃度との関係によって閾値電圧Vthがばらつくことを抑制している。そして、ベース層構成膜3aの膜厚と不純物濃度との関係は、ベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させる際のSi原料含有ガスおよびC原料含有ガスの流量を変化させることによって調整できる。したがって、本実施形態によれば、製造工程が複雑になることを抑制しつつ、閾値電圧Vthがばらつくことを抑制できる。 On the other hand, in this embodiment, the threshold voltage Vth is prevented from varying depending on the relationship between the thickness and impurity concentration of the base layer constituting film 3a. The relationship between the thickness and impurity concentration of the base layer constituting film 3a can be adjusted by changing the flow rates of the Si raw material containing gas and the C raw material containing gas when epitaxially growing the base layer constituting film 3a. Therefore, according to this embodiment, it is possible to prevent the manufacturing process from becoming complicated while also preventing the threshold voltage Vth from varying.

(1)本実施形態では、C/Siが0.80以下とされている。このため、各SiC半導体装置で閾値電圧Vthがばらつくことを抑制できる。この場合、C/Siが0.75以下とされることにより、さらに閾値電圧Vthがばらつくことを抑制できる。 (1) In this embodiment, C/Si is set to 0.80 or less. This makes it possible to suppress variations in threshold voltage Vth in each SiC semiconductor device. In this case, by setting C/Si to 0.75 or less, it is possible to further suppress variations in threshold voltage Vth.

(2)本実施形態では、近似線の傾きが-4.6×1021~-1.6×1021[cm-3/cm]となるようにベース層構成膜3aを形成している。このため、SiC半導体装置を構成した場合、閾値電圧Vthのばらつきを約1.0Vにすることができる。この場合、近似線の傾きが-3.9×1021~-2.3×1021[cm-3/cm]となるようにベース層構成膜3aを形成することにより、さらに閾値電圧Vthのばらつきを小さくできる。 (2) In this embodiment, the base layer constituting film 3a is formed so that the gradient of the approximation line is −4.6×10 21 to −1.6×10 21 [cm −3 /cm]. Therefore, when a SiC semiconductor device is constructed, the variation in threshold voltage Vth can be reduced to approximately 1.0 V. In this case, by forming the base layer constituting film 3a so that the gradient of the approximation line is −3.9×10 21 to −2.3×10 21 [cm −3 /cm], the variation in threshold voltage Vth can be further reduced.

(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、ソース領域4をエピタキシャル成長させて形成したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. In this embodiment, the source region 4 is formed by epitaxial growth in comparison with the first embodiment. As the rest is the same as the first embodiment, the description will be omitted here.

本実施形態では、図2Aに示されるSiCウェハ20を用意した後、図9Aに示されるように、ドリフト層構成膜2aおよびベース層構成膜3aを形成して加工ウェハ21を構成する。なお、図9Aにおけるベース層構成膜3aは、第1実施形態で説明した図2Bのベース層構成膜3aよりも膜厚が薄くされている。次に、図9Bに示されるように、ベース層構成膜3a上にエピタキシャル成長によってソース領域構成膜4aを形成する。 In this embodiment, after preparing the SiC wafer 20 shown in FIG. 2A, as shown in FIG. 9A, a drift layer constituent film 2a and a base layer constituent film 3a are formed to form a processed wafer 21. Note that the base layer constituent film 3a in FIG. 9A has a thinner film thickness than the base layer constituent film 3a in FIG. 2B described in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 9B, a source region constituent film 4a is formed on the base layer constituent film 3a by epitaxial growth.

その後は、上記第1実施形態と同様に、一般的な半導体製造プロセスを行った後、ダイシングラインDLに沿って装置形成領域Rを分割することにより、図1に示すSiC半導体装置が製造される。 After that, similar to the first embodiment described above, a general semiconductor manufacturing process is performed, and then the device formation region R is divided along the dicing line DL to manufacture the SiC semiconductor device shown in FIG. 1.

以上説明したよう本実施形態によれば、膜厚と不純物濃度が逆相関となるようにベース層構成膜3aを形成するため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to this embodiment, the base layer constituting film 3a is formed so that the film thickness and the impurity concentration are inversely correlated, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained.

(1)本実施形態では、ソース領域構成膜4aをエピタキシャル成長によって構成しているため、ベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させる際の膜厚を上記第1実施形態よりも薄くできる。このため、ベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させた後の膜厚のばらつきを小さくできる。 (1) In this embodiment, the source region forming film 4a is formed by epitaxial growth, so the thickness of the base layer forming film 3a when epitaxially growing can be thinner than in the first embodiment. This makes it possible to reduce the variation in thickness of the base layer forming film 3a after epitaxial growth.

(他の実施形態)
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Other Embodiments
Although the present disclosure has been described based on the embodiment, it is understood that the present disclosure is not limited to the embodiment or structure. The present disclosure also encompasses various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element, more than one element, or less than one element, are also within the scope and concept of the present disclosure.

上記各実施形態では、nチャネルタイプとされたトレンチゲート構造のMOSFETが形成された例を説明した。しかしなら、SiC半導体装置は、MOSFET以外に、同様の構造のIGBTが形成された構成とされていてもよい。IGBTの場合、上記各実施形態におけるn型の基板1をp型のコレクタ層としての基板1に変更する以外は、上記第1実施形態で説明した縦型MOSFETと同様である。 In the above-mentioned embodiments, an example in which a MOSFET having a trench gate structure of an n-channel type is formed has been described. However, the SiC semiconductor device may be configured to have an IGBT having a similar structure formed therein in addition to the MOSFET. In the case of the IGBT, it is the same as the vertical MOSFET described in the first embodiment, except that the n + type substrate 1 in the above-mentioned embodiments is changed to a substrate 1 as a p + type collector layer.

そして、上記各実施形態において、ベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させる際、サセプタ部70の設置部71に設置するSiCウェハ20の数は適宜変更可能であり、2個以下とされていてもよいし、4個以上とされていてもよい。なお、サセプタ部70の設置部71に設置するSiCウェハ20を1個とする場合には、設置部71の中心CとSiCウェハ20の中心とが一致するように、設置部71にSiCウェハ20を設置すればよい。 In each of the above embodiments, when epitaxially growing the base layer constituent film 3a, the number of SiC wafers 20 placed on the mounting portion 71 of the susceptor portion 70 can be changed as appropriate, and may be two or less, or may be four or more. When placing one SiC wafer 20 on the mounting portion 71 of the susceptor portion 70, the SiC wafer 20 can be placed on the mounting portion 71 so that the center C of the mounting portion 71 and the center of the SiC wafer 20 coincide with each other.

さらに、上記各実施形態において、エピタキシャル膜成長装置30は、成長室44の全体を加熱するホットウォール型ではなく、SiCウェハ20の周囲のみを加熱するコールドウォール型とされていてもよい。また、エピタキシャル膜成長装置30は、ガスがSiCウェハ20の平面方向に沿って流動する横型ではなく、ガスがSiCウェハ20の法線方向に沿って流動する縦型とされていてもよい。なお、このようなエピタキシャル膜成長装置30を用いてベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させた場合、膜厚および不純物濃度の詳細な値は変化するが、面内分布の仕方(すなわち、形状)は変わらない。このため、ベース層構成膜3aをエピタキシャル成長させる際には、上記のようにC/Siを0.80以下とすることにより、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。 Furthermore, in each of the above embodiments, the epitaxial film growth apparatus 30 may be a cold wall type that heats only the periphery of the SiC wafer 20, rather than a hot wall type that heats the entire growth chamber 44. Also, the epitaxial film growth apparatus 30 may be a vertical type in which the gas flows along the normal direction of the SiC wafer 20, rather than a horizontal type in which the gas flows along the planar direction of the SiC wafer 20. Note that when the base layer constituting film 3a is epitaxially grown using such an epitaxial film growth apparatus 30, the detailed values of the film thickness and impurity concentration change, but the in-plane distribution (i.e., the shape) does not change. Therefore, when epitaxially growing the base layer constituting film 3a, the same effect as in each of the above embodiments can be obtained by setting C/Si to 0.80 or less as described above.

2 ドリフト層
2a ドリフト層構成膜
3 ベース層
3a ベース層構成膜
20 SiCウェハ
R 装置形成領域
2 drift layer 2a drift layer constituent film 3 base layer 3a base layer constituent film 20 SiC wafer R device formation region

Claims (9)

ドリフト層(2)上にベース層(3)が配置され、前記ベース層を貫通して前記ドリフト層に達するトレンチゲート構造が形成された炭化珪素半導体装置を形成する加工ウェハの製造方法であって、
炭化珪素で構成され、複数の装置形成領域(R)を有し、n型またはp型とされている炭化珪素ウェハ(20)を用意することと、
前記炭化珪素ウェハ上に、エピタキシャル成長によって前記ドリフト層を構成するn型のドリフト層構成膜(2a)を形成することと、
前記ドリフト層構成膜上に、エピタキシャル成長によって前記ベース層を構成するp型のベース層構成膜(3a)を形成することと、を行い、
前記ベース層構成膜を形成することでは、膜厚の面内分布と、不純物濃度の面内分布とが逆相関となるように前記ベース層構成膜を形成し、
さらに、前記ベース層構成膜を形成することでは、前記炭化珪素ウェハをエピタキシャル膜成長装置(30)の成長室(44)に配置することと、前記成長室に、Si原料含有ガス、C原料含有ガス、およびp型不純物を含有するドーパントガスを導入することと、を行って前記ベース層構成膜をエピタキシャル成長させ、
前記Si原料含有ガスおよび前記C原料含有ガスは、前記Si原料含有ガスに含まれるSiに対する前記C原料含有ガスに含まれるCの比率であるC/Siが0.80以下となるように流量が調整される加工ウェハの製造方法。
A method for manufacturing a processed wafer for forming a silicon carbide semiconductor device in which a base layer (3) is disposed on a drift layer (2) and a trench gate structure is formed through the base layer to reach the drift layer, comprising:
Preparing a silicon carbide wafer (20) made of silicon carbide, having a plurality of device formation regions (R), and being n-type or p-type;
forming an n-type drift layer forming film (2 a) constituting the drift layer on the silicon carbide wafer by epitaxial growth;
forming a p-type base layer constituting film (3 a) constituting the base layer on the drift layer constituting film by epitaxial growth;
forming the base layer constituting film so that the in-plane distribution of the film thickness and the in-plane distribution of the impurity concentration are inversely correlated;
Furthermore, in forming the base layer constituting film, the silicon carbide wafer is placed in a growth chamber (44) of an epitaxial film growth apparatus (30), and a Si source containing gas, a C source containing gas, and a dopant gas containing a p-type impurity are introduced into the growth chamber to epitaxially grow the base layer constituting film;
A method for manufacturing a processed wafer, in which the flow rates of the Si raw material containing gas and the C raw material containing gas are adjusted so that C/Si, which is the ratio of C contained in the C raw material containing gas to Si contained in the Si raw material containing gas, is 0.80 or less.
ドリフト層(2)上にベース層(3)が配置され、前記ベース層を貫通して前記ドリフト層に達するトレンチゲート構造が形成された炭化珪素半導体装置を形成する加工ウェハの製造方法であって、
炭化珪素で構成され、複数の装置形成領域(R)を有し、n型またはp型とされている炭化珪素ウェハ(20)を用意することと、
前記炭化珪素ウェハ上に、エピタキシャル成長によって前記ドリフト層を構成するn型のドリフト層構成膜(2a)を形成することと、
前記ドリフト層構成膜上に、エピタキシャル成長によって前記ベース層を構成するp型のベース層構成膜(3a)を形成することと、を行い、
前記ベース層構成膜を形成することでは、膜厚の面内分布と、不純物濃度の面内分布とが逆相関となるように前記ベース層構成膜を形成し、
さらに、前記ベース層構成膜を形成することでは、前記炭化珪素ウェハをエピタキシャル膜成長装置(30)の成長室(44)に配置することと、前記成長室に、Si原料含有ガス、C原料含有ガス、およびp型不純物を含有するドーパントガスを導入することと、を行って前記ベース層構成膜をエピタキシャル成長させ、
前記Si原料含有ガスおよび前記C原料含有ガスは、前記Si原料含有ガスに含まれるSiに対する前記C原料含有ガスに含まれるCの比率であるC/Siが0.75以下となるように流量が調整される加工ウェハの製造方法。
A method for manufacturing a processed wafer for forming a silicon carbide semiconductor device in which a base layer (3) is disposed on a drift layer (2) and a trench gate structure is formed through the base layer to reach the drift layer, comprising:
Preparing a silicon carbide wafer (20) made of silicon carbide, having a plurality of device formation regions (R), and being n-type or p-type;
forming an n-type drift layer forming film (2 a) constituting the drift layer on the silicon carbide wafer by epitaxial growth;
forming a p-type base layer constituting film (3 a) constituting the base layer on the drift layer constituting film by epitaxial growth;
forming the base layer constituting film so that the in-plane distribution of the film thickness and the in-plane distribution of the impurity concentration are inversely correlated;
Furthermore, in forming the base layer constituting film, the silicon carbide wafer is placed in a growth chamber (44) of an epitaxial film growth apparatus (30), and a Si source containing gas, a C source containing gas, and a dopant gas containing a p-type impurity are introduced into the growth chamber to epitaxially grow the base layer constituting film;
A method for manufacturing a processed wafer, in which the flow rates of the Si raw material containing gas and the C raw material containing gas are adjusted so that C/Si, which is the ratio of C contained in the C raw material containing gas to Si contained in the Si raw material containing gas, is 0.75 or less.
前記ベース層構成膜を形成することでは、前記炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなると共に、中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より不純物濃度が高くなるように前記ベース層構成膜を形成する請求項1または2に記載の加工ウェハの製造方法。 3. The method for manufacturing a processed wafer as described in claim 1 or 2, wherein the base layer constituting film is formed so that a portion located on the central side of the silicon carbide wafer has a thinner film thickness than a portion located on the outer edge side, and the base layer constituting film is formed so that the portion located on the central side has a higher impurity concentration than the portion located on the outer edge side. トレンチゲート構造が形成された炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
炭化珪素で構成され、複数の装置形成領域(R)を有し、n型またはp型とされている炭化珪素ウェハ(20)を用意することと、前記炭化珪素ウェハ上に、エピタキシャル成長によってドリフト層(2)を構成するn型のドリフト層構成膜(2a)を形成することと、前記ドリフト層構成膜上に、エピタキシャル成長によってベース層(3)を構成するp型のベース層構成膜(3a)を形成することと、を行い、前記ベース層構成膜を形成することでは、膜厚の面内分布と、不純物濃度の面内分布とが逆相関となるように前記ベース層構成膜を形成した加工ウェハ(21)を用意することと、
前記ベース層構成膜の表層部に、n型の不純物領域構成膜(4a)を形成することと、
前記不純物領域構成膜および前記ベース層構成膜を貫通して前記ドリフト層構成膜に達するトレンチ(5)を形成することと、前記トレンチの壁面上にゲート絶縁膜(6)を形成することと、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極(7)を形成することと、を行って前記トレンチゲート構造を形成することと、を行い、
前記加工ウェハを用意することでは、前記ベース層構成膜を形成することの際、前記炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなると共に、中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より不純物濃度が高くなるように前記ベース層構成膜を形成し、
前記不純物領域構成膜を形成することでは、前記炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなっている前記ベース層構成膜に対し、イオン注入を行うことで前記不純物領域構成膜を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a trench gate structure, comprising:
A silicon carbide wafer (20) made of silicon carbide, having a plurality of device formation regions (R), and being n-type or p-type is prepared; an n-type drift layer constituent film (2a) constituting a drift layer (2) is formed on the silicon carbide wafer by epitaxial growth; and a p-type base layer constituent film (3a) constituting a base layer (3) is formed on the drift layer constituent film by epitaxial growth, and a processed wafer (21) on which the base layer constituent film is formed is prepared such that an in-plane distribution of film thickness and an in-plane distribution of impurity concentration are inversely correlated by forming the base layer constituent film ;
forming an n-type impurity region forming film (4a) on a surface layer portion of the base layer forming film;
forming a trench (5) penetrating the impurity region forming film and the base layer forming film to reach the drift layer forming film, forming a gate insulating film (6) on a wall surface of the trench, and forming a gate electrode (7) on the gate insulating film to form the trench gate structure ;
By preparing the processed wafer, when forming the base layer constituting film, the base layer constituting film is formed so that the portion located on the central portion side of the silicon carbide wafer has a thinner film thickness than the portion located on the outer edge side, and the portion located on the central portion side has a higher impurity concentration than the portion located on the outer edge side;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, in which the impurity region forming film is formed by implanting ions into the base layer forming film, the portion located on the central side of the silicon carbide wafer being thinner than the portion located on the outer edge side .
トレンチゲート構造が形成された炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
炭化珪素で構成され、複数の装置形成領域(R)を有し、n型またはp型とされている炭化珪素ウェハ(20)を用意することと、前記炭化珪素ウェハ上に、エピタキシャル成長によってドリフト層(2)を構成するn型のドリフト層構成膜(2a)を形成することと、前記ドリフト層構成膜上に、エピタキシャル成長によってベース層(3)を構成するp型のベース層構成膜(3a)を形成することと、を行い、前記ベース層構成膜を形成することでは、膜厚の面内分布と、不純物濃度の面内分布とが逆相関となるように前記ベース層構成膜を形成した加工ウェハ(21)を用意することと、
前記ベース層構成膜の表層部に、n型の不純物領域構成膜(4a)を形成することと、
前記不純物領域構成膜および前記ベース層構成膜を貫通して前記ドリフト層構成膜に達するトレンチ(5)を形成することと、前記トレンチの壁面上にゲート絶縁膜(6)を形成することと、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極(7)を形成することと、を行って前記トレンチゲート構造を形成することと、を行い、
前記加工ウェハを用意することでは、前記ベース層構成膜を形成することの際、前記炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなると共に、中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より不純物濃度が高くなるように前記ベース層構成膜を形成し、
前記不純物領域構成膜を形成することでは、前記ベース層構成膜上に、エピタキシャル成長によって前記不純物領域構成膜を形成し、前記ベース層構成膜および前記不純物領域構成膜において、前記炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くなるようにする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a trench gate structure, comprising:
A silicon carbide wafer (20) made of silicon carbide, having a plurality of device formation regions (R), and being n-type or p-type is prepared; an n-type drift layer constituent film (2a) constituting a drift layer (2) is formed on the silicon carbide wafer by epitaxial growth; and a p-type base layer constituent film (3a) constituting a base layer (3) is formed on the drift layer constituent film by epitaxial growth, and a processed wafer (21) on which the base layer constituent film is formed is prepared such that an in-plane distribution of film thickness and an in-plane distribution of impurity concentration are inversely correlated by forming the base layer constituent film ;
forming an n-type impurity region forming film (4a) on a surface layer portion of the base layer forming film;
forming a trench (5) penetrating the impurity region forming film and the base layer forming film to reach the drift layer forming film, forming a gate insulating film (6) on a wall surface of the trench, and forming a gate electrode (7) on the gate insulating film to form the trench gate structure ;
By preparing the processed wafer, when forming the base layer constituting film, the base layer constituting film is formed so that the portion located on the central portion side of the silicon carbide wafer has a thinner film thickness than the portion located on the outer edge side, and the portion located on the central portion side has a higher impurity concentration than the portion located on the outer edge side;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the impurity region forming film is formed on the base layer forming film by epitaxial growth, and the base layer forming film and the impurity region forming film have thinner thicknesses at portions located toward the center of the silicon carbide wafer than at portions located toward the outer edge of the silicon carbide wafer .
ドリフト層(2)上にベース層(3)が配置され、前記ベース層を貫通して前記ドリフト層に達するトレンチゲート構造が形成された炭化珪素半導体装置を形成する加工ウェハであって、
炭化珪素で構成され、複数の装置形成領域(R)を有し、n型またはp型とされている炭化珪素ウェハ(20)と、
前記炭化珪素ウェハ上に形成され、エピタキシャル膜で構成されて前記ドリフト層を構成するn型のドリフト層構成膜(2a)と、
前記ドリフト層構成膜上に形成され、エピタキシャル膜で構成されて前記ベース層を構成するp型のベース層構成膜(3a)と、を備え、
前記ベース層構成膜は、膜厚の面内分布と、不純物濃度の面内分布とが逆相関とされており、さらに、前記炭化珪素ウェハの中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より膜厚が薄くされていると共に、中央部側に位置する部分が外縁部側に位置する部分より不純物濃度が高くされており、
前記複数の装置形成領域には、それぞれ前記ベース層を貫通して前記ドリフト層に達するトレンチ(5)が形成され、
前記複数の装置形成領域に形成されたそれぞれの前記トレンチは、前記ベース層構成膜の中央部側の部分と外縁部側の部分とで前記ベース層構成膜と接する長さが異なっている加工ウェハ。
A processed wafer for forming a silicon carbide semiconductor device in which a base layer (3) is disposed on a drift layer (2) and a trench gate structure is formed through the base layer to reach the drift layer,
A silicon carbide wafer (20) made of silicon carbide, having a plurality of device formation regions (R), and being n-type or p-type;
An n-type drift layer-constituting film (2a) formed on the silicon carbide wafer and composed of an epitaxial film to constitute the drift layer;
a p-type base layer constituting film (3 a) formed on the drift layer constituting film and composed of an epitaxial film to constitute the base layer,
The base layer constituting film has an inverse correlation between an in-plane distribution of film thickness and an in-plane distribution of impurity concentration, and further, a portion located on the central side of the silicon carbide wafer has a thinner film thickness than a portion located on the outer edge side, and the portion located on the central side has a higher impurity concentration than a portion located on the outer edge side,
In each of the device formation regions, a trench (5) is formed penetrating the base layer and reaching the drift layer,
A processed wafer in which each of the trenches formed in the plurality of device formation regions has a length of contact with the base layer constituting film that differs between a portion on the central side of the base layer constituting film and a portion on the outer edge side of the base layer constituting film .
前記ベース層構成膜は、前記複数の装置形成領域のそれぞれにおける前記ベース層構成膜のうちの前記トレンチゲート構造と接する部分の膜厚[μm]および前記不純物濃度[cm-3]の関係より得られる近似線の傾きが-4.6×1021~-1.6×1021[cm-3/cm]とされている請求項に記載の加工ウェハ。 The processed wafer according to claim 6, wherein the base layer constituting film has a slope of an approximation line obtained from the relationship between the film thickness [μm] of the portion of the base layer constituting film in contact with the trench gate structure in each of the plurality of device formation regions and the impurity concentration [cm −3 ] of -4.6×10 21 to -1.6×10 21 [cm −3 /cm]. 前記ベース層構成膜は、前記複数の装置形成領域のそれぞれにおける前記ベース層構成膜のうちの前記トレンチゲート構造と接する部分の膜厚[μm]および前記不純物濃度[cm-3]の関係より得られる近似線の傾きが-3.9×1021~-2.3×1021[cm-3/cm]とされている請求項に記載の加工ウェハ。 The processed wafer according to claim 6, wherein the base layer constituting film has a slope of an approximation line obtained from the relationship between the film thickness [μm] of the portion of the base layer constituting film in contact with the trench gate structure in each of the plurality of device formation regions and the impurity concentration [cm −3 ] of -3.9×10 21 to -2.3×10 21 [cm −3 /cm]. 前記ベース層構成膜は、前記複数の装置形成領域のそれぞれにおける前記ベース層構成膜のうちの前記トレンチゲート構造と接する部分の膜厚[μm]および前記不純物濃度[cm-3]の関係より得られる近似線の傾きが-3.1×1021[cm-3/cm]とされている請求項に記載の加工ウェハ。 The processed wafer according to claim 6, wherein the base layer constituting film has a slope of -3.1 x 1021 [cm- 3 /cm] obtained by the relationship between the film thickness [μm] of the portion of the base layer constituting film in contact with the trench gate structure in each of the plurality of device formation regions and the impurity concentration [cm -3 ].
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