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公開番号2024180603
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2024181248,2023129287
出願日2024-10-16,2019-03-14
発明の名称炭化珪素半導体装置の製造方法
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人酒井総合特許事務所
主分類H01L 29/12 20060101AFI20241219BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】不良品を抑えることができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第1導電型の第1半導体層2と、第1半導体層2の上に形成される第2導電型の第2半導体層6と、第2半導体層6を貫通して第1半導体層2に達するトレンチ16と、を有する半導体基体を備える炭化珪素半導体装置の製造方法である。第1のイオン注入により、第1半導体層2内に第2導電型のベース領域3,4を選択的に形成する工程と、第2のイオン注入により、第2半導体層6の表面層に選択的に第1導電型のソース領域7を形成する工程と、を含み、第1のイオン注入では、半導体基体の垂線に対し3度以上チルトさせる。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成される第２導電型の第２半導体層と、前記第２半導体層を貫通して前記第１半導体層に達するトレンチと、を有する半導体基体を備える炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
第１のイオン注入により、前記第１半導体層内に第２導電型のベース領域を選択的に形成する工程と、
第２のイオン注入により、前記第２半導体層の表面層に選択的に第１導電型のソース領域を形成する工程と、
を含み、
前記ベース領域の底面が前記トレンチよりも深くに位置する第１ベース領域を有し、該第１ベース領域への前記第１のイオン注入では、前記半導体基体の垂線に対し３度以上チルトさせることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層の上に形成される第２導電型の第２半導体層と、前記第２半導体層を貫通して前記第１半導体層に達するトレンチと、を有する半導体基体を備える炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
第１のイオン注入により、前記第１半導体層内に第２導電型のベース領域を選択的に形成する工程と、
第２のイオン注入により、前記第２半導体層の表面層に選択的に第１導電型のソース領域を形成する工程と、
を含み、
前記ベース領域の底面が前記トレンチよりも深くに位置する第１ベース領域を有し、前記第１ベース領域を形成する工程では、前記第２のイオン注入に比べて３度以上チルトさせて前記第１のイオン注入を実施することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記トレンチに絶縁膜を介してゲート電極を埋め込みゲートトレンチを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ゲートトレンチをストライプ状に形成することを特徴とする請求項３に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ベース領域は、上面視で２つの前記ゲートトレンチに挟まれていることを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１ベース領域を形成する工程では、前記第１のイオン注入を実施する際に、前記ゲートトレンチが形成される部分をマスクし、上面視で前記ゲートトレンチに挟まれる部分に開口部を設ける工程を有することを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１ベース領域を形成する工程では、下部第１ベース領域を形成する工程と、
前記下部第１ベース領域に重なるように上部第１べース領域を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項５または６に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ベース領域を形成する工程では、少なくとも一部が前記トレンチの底部と接する第２ベース領域を形成する工程を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項９】
第３のイオン注入により、前記第１半導体層より高不純物濃度の第１導電型の半導体領域を前記第１半導体層内に形成する工程を含み、
前記ベース領域を形成する工程では、前記第２のイオン注入および前記第３のイオン注入に比べて３度以上チルトさせて前記第１のイオン注入を実施することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基体は、４度±０．５度のオフ角を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、高電圧や大電流を制御するパワー半導体装置の構成材料として、シリコン（Ｓｉ）が用いられている。パワー半導体装置は、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）など複数種類あり、これらは用途に合わせて使い分けられている。
【０００３】
例えば、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴは、ＭＯＳＦＥＴに比べて電流密度は高く大電流化が可能であるが、高速にスイッチングさせることができない。具体的には、バイポーラトランジスタは数ｋＨｚ程度のスイッチング周波数での使用が限界であり、ＩＧＢＴは数十ｋＨｚ程度のスイッチング周波数での使用が限界である。一方、パワーＭＯＳＦＥＴは、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴに比べて電流密度が低く大電流化が難しいが、数ＭＨｚ程度までの高速スイッチング動作が可能である。
【０００４】
しかしながら、市場では大電流と高速性とを兼ね備えたパワー半導体装置への要求が強く、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴはその改良に力が注がれ、現在ではほぼ材料限界に近いところまで開発が進んでいる。パワー半導体装置の観点からシリコンに代わる半導体材料が検討されており、低オン電圧、高速特性、高温特性に優れた次世代のパワー半導体装置を作製（製造）可能な半導体材料として炭化珪素（ＳｉＣ）が注目を集めている。
【０００５】
その背景には、ＳｉＣは化学的に非常に安定な材料であり、バンドギャップが３ｅＶと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用できる点が挙げられる。また、最大電界強度もシリコンより１桁以上大きいからである。ＳｉＣはシリコンにおける材料限界を超える可能性大であることからパワー半導体用途、特にＭＯＳＦＥＴでは今後の伸長が大きく期待される。特にそのオン抵抗が小さいことが期待されている。高耐圧特性を維持したままより一層の低オン抵抗を有する縦型ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴが期待できる。
【０００６】
従来の炭化珪素半導体装置の構造について、縦型ＭＯＳＦＥＴを例に説明する。図２３は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図２３は、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ１５０の例である。図２３に示すように、ｎ
+
型炭化珪素基板１０１のおもて面にｎ型バッファ層１１８が堆積され、ｎ型バッファ層１１８のおもて面にｎ
-
型炭化珪素エピタキシャル層１０２が堆積されている。
【０００７】
ｎ
-
型炭化珪素エピタキシャル層１０２の内部にｎ
+
型領域１１７、第１ｐ
+
型ベース領域１０３、第２ｐ
+
型ベース領域１０４、ｎ型高濃度領域１０５、ｐ型ベース層１０６が選択的に設けられる。また、ｐ型ベース層１０６の表面にｎ
++
型ソース領域１０７、ｐ
++
型コンタクト領域１０８が選択的に設けられる。
【０００８】
また、ｎ
++
型ソース領域１０７およびｐ型ベース層１０６を貫通して、ｎ型高濃度領域１０５に達するトレンチ１１６が設けられ、トレンチ１１６の内壁に沿って、トレンチ１１６の底部および側壁にゲート絶縁膜１０９が設けられ、トレンチ１１６内のゲート絶縁膜１０９の内側にゲート電極１１０が設けられている。ｐ
++
型コンタクト領域１０８およびｎ
++
型ソース領域１０７の表面に、ソース電極１１２が設けられ、ソース電極１１２上には、ソース電極パッド１１５が設けられている。また、炭化珪素半導体基体の第１主面側の全面に、トレンチ１１６に埋め込まれたゲート電極１１０を覆うように層間絶縁膜１１１が設けられている。ソース電極１１２と層間絶縁膜１１１との間に、バリアメタル１１４が設けられている。また、ｎ
+
型炭化珪素基板１０１の裏面には、裏面電極１１３が設けられている。
【０００９】
第１ｐ
+
型ベース領域１０３および第２ｐ
+
型ベース領域１０４を設けることで、トレンチ１１６の底部と深さ方向（ソース電極１１２から裏面電極１１３への方向）に近い位置に、第１ｐ
+
型ベース領域１０３および第２ｐ
+
型ベース領域１０４と、ｎ
-
型炭化珪素エピタキシャル層１０２およびｎ
+
型領域１１７とのｐｎ接合を形成することができる。このようなｐｎ接合を形成することで、トレンチ１１６の底部のゲート絶縁膜１０９に高電界が印加されることを防止することができる。このため、ワイドバンドギャップ半導体を半導体材料として用いた場合においても高耐電圧化が可能となる。
【００１０】
第１ｐ
+
型ベース領域１０３および第２ｐ
+
型ベース領域１０４は、ｎ
-
型炭化珪素エピタキシャル層１０２のおもて面に、ｎ型のエピタキシャル層を成長させた後に、アルミニウム（Ａｌ）等のｐ型のドーパントをイオン注入することにより形成している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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