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公開番号2024093631
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-09
出願番号2022210142
出願日2022-12-27
発明の名称半導体装置とその製造方法
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01L 21/336 20060101AFI20240702BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】繰り返し構造を備えた半導体装置において、所望形状の繰り返し構造を形成することができる技術を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体層10の上面にマスク42を成膜する成膜工程であって、半導体層10は上面に露出する位置に配置されているn型不純物を含むn型半導体層140を有しており、マスク42はp型領域の形成範囲に対応して開口している、成膜工程と、マスク42の開口を介して半導体層10のn型半導体層140内にp型不純物をイオン注入するイオン注入工程であって、注入されたp型不純物の濃度が半導体層10の深さ方向に沿って半導体層10の深部に向けて増加する、イオン注入工程と、イオン注入工程の後に、半導体層10を熱処理する熱処理工程と、を備える。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
第１導電型領域（１４ａ）と第２導電型領域（１４ｂ）が少なくとも一方向に沿って交互に繰り返し配置されている繰り返し構造を含む半導体層（１０）、を備えた半導体装置（１）の製造方法であって、
前記半導体層の上面にマスク（４２）を成膜する成膜工程であって、前記半導体層は前記上面に露出する位置に配置されている第２導電型不純物を含む第２導電型半導体層（１４０）を有しており、前記マスクは前記第１導電型領域の形成範囲に対応して開口している、成膜工程と、
前記マスクの開口を介して前記半導体層の前記第２導電型半導体層内に第１導電型不純物をイオン注入するイオン注入工程であって、注入された前記第１導電型不純物の濃度が前記半導体層の深さ方向に沿って前記半導体層の深部に向けて増加する、イオン注入工程と、
前記イオン注入工程の後に、前記半導体層を熱処理する熱処理工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記イオン注入工程では、前記第１導電型不純物が注入された領域の少なくとも一部の深さ範囲において欠陥密度が５[個／０．０１μｍ
2
]以上となるように、前記第１導電型不純物がイオン注入される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２導電型半導体層に含まれる前記第２導電型不純物の濃度が前記半導体層の前記深さ方向に沿って前記半導体層の深部に向けて増加しており、
前記繰り返し構造がスーパージャンクション構造である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体装置（１）であって
第１導電型領域（１４ａ）と第２導電型領域（１４ｂ）が少なくとも一方向に沿って交互に繰り返し配置されている繰り返し構造を含む半導体層（１０）、を備えており、
前記第１導電型領域に含まれる第１導電型不純物の濃度は、前記半導体層の深さ方向に沿って前記半導体層の深部に向けて増加している、半導体装置。
【請求項５】
前記第１導電型領域は、少なくとも一部の深さ範囲において欠陥密度が５[個／０．０１μｍ
2
]以上である、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２導電型領域に含まれる第２導電型不純物の濃度は、前記半導体層の前記深さ方向に沿って前記半導体層の深部に向けて増加しており、
前記繰り返し構造がスーパージャンクション構造である、請求項４に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置とその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ある種の半導体装置は、ｐ型領域とｎ型領域が少なくとも一方向に沿って交互に繰り返し配置されている繰り返し構造を含む半導体層を備えている。特許文献１は、このような繰り返し構造を備えた半導体装置の一例を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１１８４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような繰り返し構造は、例えばｎ型半導体層の所定領域にｐ型不純物をイオン注入して形成される。ｐ型不純物をイオン注入するとき、ｎ型半導体層の上面からｎ型半導体層内に注入されたｐ型不純物は、ｎ型半導体層の深さが増加するにつれて散乱現象によって横方向に拡散する。ｐ型不純物が横方向に拡散すると、ｐ型不純物の濃度は薄くなる。このため、ｐ型不純物が横方向に拡散した領域では、ｐ型不純物がｎ型半導体層のｎ型不純物と相殺され、ｐ型領域になることができない。このため、ｎ型半導体層内の所定領域には先細り形状のｐ型領域が形成されてしまう。本明細書は、繰り返し構造を備えた半導体装置において、所望形状の繰り返し構造を形成することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書は、第１導電型領域（１４ａ）と第２導電型領域（１４ｂ）が少なくとも一方向に沿って交互に繰り返し配置されている繰り返し構造を含む半導体層（１０）、を備えた半導体装置（１）の製造方法を開示することができる。この製造方法は、前記半導体層の上面にマスク（４２）を成膜する成膜工程であって、前記半導体層は前記上面に露出する位置に配置されている第２導電型不純物を含む第２導電型半導体層を有しており、前記マスクは前記第１導電型領域の形成範囲に対応して開口している、成膜工程と、前記マスクの開口を介して前記半導体層の前記第２導電型半導体層内に第１導電型不純物をイオン注入するイオン注入工程であって、注入された第１導電型不純物の濃度が前記半導体層の深さ方向に沿って前記半導体層の深部に向けて増加する、イオン注入工程と、前記イオン注入工程の後に、前記半導体層を熱処理する熱処理工程と、を備えていてもよい。この製造方法では、前記イオン注入工程の注入ダメージによって前記第１導電型不純物が注入された領域に欠陥が形成される。欠陥が形成される領域は、前記第１導電型不純物の照射方向に沿って観測したときに、前記マスクの開口の範囲内に収まる。また、形成される欠陥の密度は、前記半導体層の深さ方向に沿って前記半導体層の深部に向けて増加する。前記熱処理工程を実施すると、形成された欠陥は、前記第１導電型不純物をトラップするように働くことができる。このため、散乱現象によって横方向に拡散した前記第１導電型不純物は、欠陥が形成された領域内に偏在することができる。特に、前記半導体層の深部において欠陥の密度が高く形成されているので、前記半導体層の深部において前記第１導電型不純物の横方向の拡散が効果的に抑えられる。この結果、前記第１導電型不純物が注入された領域は、先細り形状になることが抑制される。上記製造方法によると、所望形状の繰り返し構造を備えた半導体装置を製造することができる。
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置（１）は、第１導電型領域（１４ａ）と第２導電型領域（１４ｂ）が少なくとも一方向に沿って交互に繰り返し配置されている繰り返し構造を含む半導体層（１０）、を備えていてもよい。前記第１導電型領域に含まれる第１導電型不純物の濃度は、前記半導体層の深さ方向に沿って前記半導体層の深部に向けて増加していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本明細書が開示する実施形態の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
半導体層の深さ方向におけるｐ型コラムのｐ型不純物の濃度分布を示す。
半導体層の深さ方向におけるｎ型コラムのｎ型不純物の濃度分布を示す。
図１に示す半導体装置を製造する製造工程中の要部断面図を模式的に示す。
図１に示す半導体装置を製造する製造工程中の要部断面図を模式的に示す。
図１に示す半導体装置を製造する製造工程中の要部断面図であって、注入されたｐ型不純物の範囲と注入ダメージで形成された高濃度欠陥の範囲を模式的に示す。
図１に示す半導体装置を製造する製造工程中の要部断面図であって、熱処理工程後のｐ型不純物の範囲を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本明細書が開示する半導体装置について説明する。なお、図示明瞭化を目的として、繰り返し配置されている構成要素についてはその１つのみに符号を付す。
【０００９】
図１に、半導体装置１の要部断面図を模式的に示す。半導体装置１は、ＭＯＳＦＥＴと称される種類のパワー半導体装置であり、半導体層１０と、半導体層１０の下面を被覆するドレイン電極２２と、半導体層１０の上面を被覆するソース電極２４と、半導体層１０の上層部に設けられている複数のトレンチゲート３０と、を備えている。
【００１０】
半導体層１０は、特に限定されるものではないが、例えば４Ｈの炭化珪素層であってもよい。半導体層１０は、その上面の結晶面が（０００１）のＳｉ面に対してオフ角だけ傾斜していてもよい。オフ角は、特に限定されるものではないが、例えば４°であってもよい。半導体層１０は、炭化珪素層に代えて、例えばシリコン層、窒化物半導体層、酸化ガリウム層であってもよい。半導体層１０は、ｎ
+
型のドレイン領域１２と、ドリフト領域１４と、ｐ型のボディ領域１６と、ｎ
+
型のソース領域１８と、ｐ
+
型のボディコンタクト領域１９と、を有している。
（【００１１】以降は省略されています）

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