JP2014236120A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 不純物濃度が比較的低い領域における不純物のチャネリングを抑制する技術を提供する。【解決手段】 半導体基板準備工程では、ＳｉＣを材料としており、一方の表面に第１導電型の第１半導体領域が形成されている半導体基板を準備する。第２半導体領域形成工程では、半導体基板の一方の表面から第１半導体領域に注入深さを変えながら多段階のイオン注入によって第２導電型の不純物を注入して第２半導体領域を形成する。第２半導体領域形成工程では、多段階のイオン注入において注入エネルギーが最大となるときの不純物のドーズ量が、注入エネルギーが最大でないときの不純物のドーズ量よりも少ない。【選択図】図４

Description

本明細書に開示する技術は、半導体装置とその製造方法に関する。
特許文献１は、ＳｉＣを用いた半導体装置とその製造方法を開示する。この半導体装置では、半導体基板にｐ型ベース領域と、ｎ型ソース領域と、ソース電極が形成されている。ｎ型ソース領域はｐ型ベース領域の表面に形成されている。ｎ型ソース領域の上面はソース電極と接触している。ｎ型ソース領域の深層部（ｐ型ベース領域側の領域）は、ｎ型不純物として比較的質量の軽い窒素がドープされている。一方、ｎ型ソース領域の表層部（ｐ型ベース領域側とは反対側の領域）は、ｎ型不純物として比較的質量の重いリンがドープされている。特許文献１によると、不純物を活性化させる熱処理の際に、窒素よりも質量が大きいリンは、質量が重い分だけ拡散速度が遅くなり、窒素と比較して外部拡散し難くなる。このため、ｎ型ソース領域の表層部において濃度が低下することを抑制でき、ソース電極とのコンタクト抵抗が高くなることを抑制できるとしている。
特開２０００−１８８３９９号公報
特許文献１では、ｎ型ソース領域の表層部（即ち、不純物濃度が比較的高い領域）における不純物の外部拡散を抑制する技術が開示されているが、ｎ型ソース領域の深層部（即ち、不純物濃度が比較的低い領域）における不純物の挙動については考慮されていない。具体的には、特許文献１の図２に示されるように、特許文献１の半導体装置では、ｎ型ソース領域の深層部では不純物のチャネリングが生じている。不純物濃度が比較的低い領域における不純物のチャネリングは、半導体装置の特性に影響を与える虞がある。
本明細書では、不純物濃度が比較的低い領域における不純物のチャネリングを抑制する技術を提供する。
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体基板準備工程と、第２半導体領域形成工程を備える。半導体基板準備工程では、ＳｉＣを材料としており、一方の表面に第１導電型の第１半導体領域が形成されている半導体基板を準備する。第２半導体領域形成工程では、半導体基板の一方の表面から第１半導体領域に注入深さを変えながら多段階のイオン注入によって第２導電型の不純物を注入して第２半導体領域を形成する。第２半導体領域形成工程では、多段階のイオン注入において注入エネルギーが最大となるときの不純物のドーズ量が、注入エネルギーが最大でないときの不純物のドーズ量よりも少ない。
半導体基板の一方の面から不純物をイオン注入すると、不純物は半導体基板の深さ方向に進行して停止する。このとき、一部の不純物が半導体基板の結晶原子の間をすり抜けて深さ方向に進入する、いわゆるチャネリングが発生する。半導体基板の深さ方向におけるチャネリングの長さ（以下、チャネリング長と称する）は、イオン注入時の不純物のドーズ量が多いほど長くなる。上記の半導体装置の製造方法では、半導体基板の一方の面に、注入深さを変えながら多段階のイオン注入を行って第２半導体領域を形成する。このとき、注入エネルギーが最大となるときの不純物のドーズ量（最も深い位置にイオン注入を行うときのドーズ量）を、注入エネルギーが最大でないときの不純物のドーズ量（最も深い位置よりも浅い位置にイオン注入を行うときのドーズ量）よりも少なくしている。このため、半導体基板の一方の面から最も深い位置に注入される不純物のチャネリング長は、それよりも浅い位置に注入される不純物のチャネリング長よりも短くなる。この構成によると、多段階のイオン注入をドーズ量を一定として行った場合と比較して、第２半導体領域の下面近傍におけるチャネリング長を短くすることができる。別言すれば、第２半導体領域の下面近傍、即ち、不純物濃度が比較的低い領域におけるチャネリングを抑制することができる。
本明細書が開示する半導体装置は、ＳｉＣを材料とする半導体基板を備える。半導体基板は、第１導電型の第１半導体領域と、第１半導体領域の少なくとも上面に接している第２導電型の第２半導体領域を備える。第２半導体領域における第２導電型の不純物の不純物濃度は、第２半導体領域の下面の近傍において、半導体基板の深さ方向に低下しており、その不純物濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１７［ｃｍ−３］となる領域において、不純物濃度が１０分の１まで低下するときの深さ方向の長さが６０［ｎｍ］以下である。この構成によると、第２半導体領域の下面の近傍における不純物の濃度勾配が比較的急峻となり、半導体装置のブレイクダウン電圧の低下を抑制することができる。
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。
実施例１の半導体装置の縦断面図を示す。 実施例１の半導体装置の製造方法を示す。 実施例１の半導体装置の製造方法を示す。 多段階のイオン注入時の基板表面からの深さ方向における窒素濃度の分布を示す。 窒素のドーズ量とチャネリング長の関係を示す。 低濃度領域における窒素濃度が１０分の１まで低下するときのチャネリングの長さと、ブレイクダウン電圧の低下率の関係を示す。 実施例２の半導体装置の縦断面図を示す。 実施例２の半導体装置の製造方法を示す。 実施例２の半導体装置の製造方法を示す。
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
（特徴１） 本明細書が開示する半導体装置は、第２半導体領域が、半導体基板の上面に臨む範囲に配置されていてもよい。半導体基板は、ドリフト領域とゲート電極をさらに備えていてもよい。ドリフト領域は、第１半導体領域の下方に位置しており、第１半導体領域によって第２半導体領域から分離されていてもよい。ゲート電極は、第２半導体領域及び第１半導体領域を貫通してドリフト領域にまで延びるゲートトレンチ内に配置され、第２半導体領域とドリフト領域とを分離している範囲の第１半導体領域と絶縁膜を介して対向していてもよい。特徴１によると、ゲート電極に印加される電位が閾値電位以上となると、絶縁膜に接している範囲の第１半導体領域（即ち、第２半導体領域とドリフト領域との間に位置する第１半導体領域）にチャネルが形成される。第２半導体領域の下面近傍でチャネリングが抑制されるため、チャネリングによってチャネル長が短くなることを抑制することができる。このため、ゲート閾値電圧の低下や半導体装置の耐圧低下を抑制することができる。
（半導体装置１０）
本実施例の半導体装置１０について説明する。図１に示すように、半導体装置１０はＳｉＣで形成される半導体基板１１を備えている。半導体基板１１には、素子領域と、素子領域を取り囲む非素子領域が形成されている。以下では、素子領域について説明し、非素子領域については従来公知の構成であるためその説明を省略する。
図１を参照して素子領域の構成について説明する。半導体基板１１の素子領域には、ｎ型ＭＯＳＦＥＴが形成されている。即ち、素子領域には、半導体基板１１の上面に臨む領域に、ｎ＋型のソース領域４０とｐ＋型のコンタクト領域３８が形成されている。コンタクト領域３８はソース領域４０の側面に接するように形成されている。なお、ｎ＋型のソース領域４０は「第２導電型の第２半導体領域」の一例に相当する。
ソース領域４０とコンタクト領域３８の下側には、ｐ−型のベース領域３６が形成されている。ベース領域３６の不純物濃度は、コンタクト領域３８の不純物濃度より低くされている。ベース領域３６は、ソース領域４０の下面及びコンタクト領域３８の下面に接している。このため、ソース領域４０は、ベース領域３６及びコンタクト領域３８によって囲まれている。なお、ベース領域３６は、「第１導電型の第１半導体領域」の一例に相当する。
ベース領域３６の下側には、さらに、ｎ−型のドリフト領域３２が形成されている。ドリフト領域３２は、半導体基板１１の全面に形成されている。ドリフト領域３２は、ベース領域３６によってソース領域４０及びコンタクト領域３８から分離されている。ドリフト領域３２の不純物濃度は、ソース領域４０の不純物濃度よりも低くされている。
半導体基板１１にはゲートトレンチ２４が形成されている。ゲートトレンチ２４は、半導体基板１１の上面からソース領域４０及びベース領域３６を貫通し、その下端はドリフト領域３２まで延びている。ゲートトレンチ２４内には、ゲート電極１６が形成されている。ゲート電極１６は、その下端がベース領域３６の下面より僅かに深くなるように形成されている。ゲートトレンチ２４の壁面とゲート電極１６の間（即ち、ゲート電極１６の側方及び下方）には絶縁膜２６が充填されている。このため、ゲート電極１６は、絶縁膜２６を介してベース領域３６及びソース領域４０に対向している。ゲート電極１６の上面には、キャップ絶縁膜４５が形成されている。
半導体基板１１の下面に臨む範囲には、ｎ＋型のドレイン領域３０が形成されている。ドレイン領域３０は半導体基板１１の全面に形成されている。ドレイン領域３０の不純物濃度は、ドリフト領域３２の不純物濃度より高くされている。ドレイン領域３０は、ドリフト領域３２の下面に接している。ドレイン領域３０は、ドリフト領域３２によってベース領域３６から分離されている。
半導体基板１１の下面にはドレイン電極２８が形成されている。ドレイン電極２８は、半導体基板１１の全面に形成されている。ドレイン電極２８は、ドレイン領域３０とオーミック接触している。半導体基板１１の上面には、ソース電極４６が形成されている。ソース電極４６は、素子領域内に形成されている。ソース電極４６は、ソース領域４０及びコンタクト領域３８とオーミック接触している。ソース電極４６は、キャップ絶縁膜４５によってゲート電極１６から絶縁されている。
（半導体装置１０の製造方法）
次に、図１〜図３を参照して半導体装置１０の製造方法について説明する。以下では、本明細書に開示する技術に関連する部分については詳細に説明し、それ以外の部分については従来公知の方法であるため説明を省略する。本実施例では、半導体基板準備工程、第２半導体領域形成工程、上面側素子形成工程、及び電極形成工程を実施することによって、半導体装置１０を製造する。
（半導体基板準備工程）
まず、図２に示すように符号３０で示すｎ＋型の原料ウエハを準備する。原料ウエハは、単結晶のＳｉＣを材料とするウエハであり、半導体装置１０の完成時にドレイン領域３０となるものである。次に、原料ウエハをエピタキシャル成長させ、ｎ−型のドリフト領域３２を形成する。ドリフト領域３２の形成時には、ｎ型の不純物である窒素を所定の濃度で含有させる。続いて、ドリフト領域３２をエピタキシャル成長させ、ｐ＋型のベース領域３６を形成する。ベース領域３６の形成時には、ｐ型の不純物であるボロンを所定の濃度で含有させる。これにより、半導体基板１１が形成される。即ち、半導体基板１１の表面１１ａにはベース領域３６が形成される。
（第２半導体領域形成工程）
次に、半導体基板１１の表面１１ａにマスク１５を形成し、表面１１ａからベース領域３６に窒素をイオン注入する。イオン注入は、半導体基板１１の深さ方向（図２の−ｚ軸方向（以下、単に「深さ方向」とも称する））に向かって行う。本実施例では注入深さを変えながら４回に亘ってイオン注入を行う。イオン注入後、１６００〜１８００［℃］でアニール処理を実施し、注入した窒素を活性化させることにより、図３に示すようなｎ＋型のソース領域４０を形成する。ソース領域４０の形成工程については、後で詳しく説明する。
（上面側素子形成工程、電極形成工程）
次に、マスク１５を除去した後に、半導体基板１１にコンタクト領域３８、ゲートトレンチ２４、絶縁膜２６、ゲート電極１６、キャップ絶縁膜４５からなる上面側素子を形成する。上面側素子は一般的なｎ型ＭＯＳＦＥＴのトレンチゲート構造であるため、その詳細な形成方法については説明を省略する。続いて、半導体基板１１の表面１１ａに、ソース領域４０及びコンタクト領域３８とオーミック接触するソース電極４６を形成する。同様に、半導体基板１１の裏面１１ｂに、ドレイン領域３０とオーミック接触するドレイン電極２８を形成する。ソース電極４６及びドレイン電極２８は、蒸着等により形成される。以上の工程により、図１に示す半導体装置１０が製造される。
一般に、ＳｉＣを材料とする半導体基板の場合、Ｓｉを材料とする半導体基板の場合と異なり、アニール処理時に窒素の拡散がほとんど生じない。このため、上記の第２半導体領域形成工程では、注入深さを変えながら多段階のイオン注入を行うことによりソース領域４０を形成している。ここで、ソース領域４０の形成工程について、図４、５を参照して詳細に説明する。図４は、４回のイオン注入を実施したときの、半導体基板１１の表面１１ａからの深さと、アニール処理後の窒素濃度との関係を示している。曲線Ａは１回目のイオン注入による窒素濃度分布を示しており、曲線Ｂ〜Ｄはそれぞれ２〜４回目のイオン注入による窒素濃度分布を示している。曲線Ａ〜Ｄのピークにおける深さは、曲線Ａが最も深く、順に曲線Ｂ、Ｃ、Ｄと続いている。即ち、イオン注入は、１回目の注入エネルギーが最も大きく、徐々に注入エネルギーを下げて行われる。また、２〜４回目のイオン注入は、アニール処理後の窒素濃度のピーク値が１．０×１０２０［ｃｍ−３］程度になるように行われる。一方、１回目のイオン注入は、アニール処理後の窒素濃度のピーク値が２〜４回目のイオン注入のときよりも低くなるように行われる。アニール処理後の窒素濃度のピーク値は、イオン注入時の窒素のドーズ量に依存するため、図４によると、１回目のイオン注入時の窒素のドーズ量が、２〜４回目のイオン注入時の窒素のドーズ量よりも少ないことが分かる。別言すれば、イオン注入の注入エネルギーが最大となるときの窒素のドーズ量が、注入エネルギーが最大でないときの窒素のドーズ量よりも少ないことが分かる。なお、破線で示す曲線ａは、従来の多段階イオン注入（ドーズ量が一定）における、１回目のイオン注入時の窒素濃度分布を示している。本実施例の２〜４回目のイオン注入は、従来の２〜４回目のイオン注入と同一の注入エネルギー、同一のドーズ量である。このため、本実施例のイオン注入は、１回目のイオン注入時の窒素のドーズ量を、従来の１回目のイオン注入時の窒素のドーズ量よりも少なくしているということもできる。
次に、窒素のチャネリングについて説明する。２回目のイオン注入による窒素濃度分布（即ち、曲線Ｂ）によると、窒素濃度がピークとなる深さよりも深い領域（以下では、反表面側領域と称する）において、窒素濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１７［ｃｍ−３］である領域（以下では、「低濃度領域」とも称する）の窒素の濃度勾配が、窒素濃度が１．０×１０１７〜１．０×１０２０［ｃｍ−３］である領域の窒素の濃度勾配よりも緩慢になっていることが分かる。別言すれば、低濃度領域においては、窒素が半導体基板１１の深さ方向に深くまで進入している。このように、１回のイオン注入において、反表面側領域の内、低濃度領域において窒素が深くまで進入する現象はチャネリングと呼ばれる。２回目のイオン注入による窒素のチャネリングの長さ（以下では、単に「チャネリング長」とも称する）はｄ３−ｄ１であり、１回目のイオン注入によるチャネリング長はｄ３−ｄ２である。なお、本実施例では窒素濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１７［ｃｍ−３］である領域を低濃度領域とした。これは、半導体装置１０の特性（ゲート閾値電圧、耐圧等）に影響を与えるソース領域４０の窒素濃度の範囲が１．０×１０１６〜１．０×１０１７［ｃｍ−３］であるためである。したがって、チャネリングが生じる濃度範囲はこれに限られない。
図５は、イオン注入時の窒素のドーズ量と低濃度領域におけるチャネリング長との関係を示している。具体的には、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）結果を高精度にキャリブレーションしたプロセスシミュレーションにより得られた数値に基づいて算出したチャネリング長を示している。図５によると、チャネリング長は窒素のドーズ量に依存しており、窒素のドーズ量が増加するにつれてチャネリング長が長くなることが分かる。本実施例では、１回目のイオン注入時の窒素のドーズ量を、２〜４回目のイオン注入時の窒素のドーズ量よりも少なくしている。また、２〜４回目のイオン注入時の窒素のドーズ量は略同一である。このため、図４に示すように、１回目のイオン注入によるチャネリング長（ｄ３−ｄ２）は、２〜４回目のイオン注入によるチャネリング長（ｄ３−ｄ１）よりも短くなっている。従って、４回のイオン注入によって形成されるソース領域４０の下面の深さ（窒素濃度１．０×１０１６［ｃｍ−３］の位置）は、深さｄ３の位置となる。一方、曲線ａの窒素濃度分布は曲線Ｂ〜Ｄの窒素濃度分布と略同一となるため、曲線ａのチャネリング長は曲線Ｂ〜Ｄのチャネリング長と略同一となる。従って、従来の多段階イオン注入により形成されるソース領域の下面の深さは、深さｄ４の位置となり、本実施例のソース領域４０の下面の深さｄ３よりも深くなっている。
本実施例の半導体装置１０の製造方法では、チャネリング長が窒素のドーズ量に依存するという知見を利用して、半導体基板１１の表面１１ａから最も深い位置に注入される窒素のドーズ量を、それよりも浅い位置に注入される窒素のドーズ量よりも少なくしている。これにより、ソース領域４０の下面近傍におけるチャネリング長を従来よりも短くすることができる。即ち、ソース領域４０の下面近傍（低濃度領域）におけるチャネリングを抑制することができる。別言すれば、低濃度領域における窒素の濃度勾配が従来よりも急峻であるソース領域４０を形成することができる。このため、低濃度領域におけるチャネリングに起因して半導体装置１０の特性が低下することを抑制することができる。
また、半導体装置１０の耐圧低下を抑制するためには、ソース領域４０の窒素濃度（厳密には窒素濃度分布におけるピーク値）を所定の値（本実施例では１．０×１０２０［ｃｍ−３］）に維持することが求められる。従来は、例えば窒素濃度が１．０×１０２０［ｃｍ−３］となるようにソース領域を形成すると、窒素濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１７［ｃｍ−３］となる範囲において、ソース領域の下面近傍におけるチャネリング長が０．１５−０．１８［μｍ］と比較的に長くなり、チャネリングが半導体装置の特性に影響を与える虞があった。しかしながら、本実施例の半導体装置１０の製造方法によると、１回目のイオン注入（即ち、半導体基板１１の表面１１ａから最も深い位置への注入）時の窒素のドーズ量のみを少なくし、２〜４回目のイオン注入時の窒素のドーズ量は従来と略同一としている。このため、ソース領域４０の窒素濃度を低下させることなく、ソース領域４０の下面近傍におけるチャネリングを抑制することができる。例えば、図５のグラフを利用することにより、窒素濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１７［ｃｍ−３］となる範囲において、ソース領域４０の下面近傍におけるチャネリング長を所望の値に制御することができる。例えば、ソース領域４０の下面近傍におけるチャネリング長を０．１０［μｍ］としたい場合は、１回目のイオン注入時に５．５×１０１４［ｃｍ−２］の窒素を注入すればよい。図５のグラフを利用することにより、実験することなく、所望のチャネリング長にするために必要な窒素のドーズ量を求めることができる。なお、この場合、２〜４回目のイオン注入によるチャネリングの影響は考慮されていないが、各回のイオン注入における注入エネルギーを調整することにより（即ち、半導体基板１１の表面１１ａからの注入深さを調整することにより）、ソース領域４０の下面近傍におけるチャネリング長を制御することができる。
また、本実施例の半導体装置１０の製造方法によると、ソース領域４０の下面の深さがｄ４−ｄ３の長さだけ浅くなる。このため、チャネル長（ソース領域４０とドリフト領域３２の間に位置しており、絶縁膜２６に接している範囲のベース領域３６）を従来よりも長くすることができ、ゲート閾値電圧の低下や半導体装置１０の耐圧低下を抑制することができる。また、ホットキャリアにより半導体装置１０の特性が低下することを抑制することができる。
上述したように、本実施例の半導体装置１０では、ソース領域４０の下面近傍における窒素の濃度勾配を従来よりも急峻にすることで、半導体装置１０の特性の低下を抑制している。図４から明らかなように、ソース領域４０の下面近傍における窒素濃度は、半導体基板１１の深さ方向に低下している。このとき、低濃度領域（窒素濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１７［ｃｍ−３］である領域）において窒素濃度が１０分の１まで低下するときの深さ方向のチャネリングの長さは約６０［ｎｍ］以下であることが好ましい。この理由を図６を参照して説明する。図６は、低濃度領域において窒素濃度が１０分の１まで低下するときの深さ方向のチャネリング長と、ブレイクダウン電圧の低下率の関係を示している。図６では、半導体装置１０に１．０×１０−９［Ａ］のリーク電流が流れるときの電圧を半導体装置１０のブレイクダウン電圧と定義している。また、低濃度領域において窒素濃度が１０分の１まで低下するときの深さ方向のチャネリング長が２５［ｎｍ］であるときのブレイクダウン電圧を、ブレイクダウン電圧の基準電圧としている。即ち、図６は、窒素濃度が１０分の１まで低下するときの深さ方向のチャネリング長が２５［ｎｍ］であるときのブレイクダウン電圧を１００［％］としたときの、チャネリング長とブレイクダウン電圧の基準電圧からの低下率を示している。図６によると、低濃度領域において窒素濃度が１０分の１まで低下するときの深さ方向のチャネリング長が短いほど、ブレイクダウン電圧の基準電圧からの低下率が小さいことが分かる。別言すれば、低濃度領域における窒素の濃度勾配が急峻であるほど（即ち、チャネリングが抑制されるほど）、半導体装置１０の耐圧低下を抑制することができる。ここで、基準電圧からのばらつきの範囲が５［％］以内であれば、半導体装置１０の特性にそれほど大きな影響を与えることはない。図６によると、ブレイクダウン電圧が基準電圧の９５［％］であるときの深さ方向の長さは６０［ｎｍ］超である。このため、低濃度領域において窒素濃度が１０分の１まで低下するときの深さ方向のチャネリング長が約６０［ｎｍ］以下であれば、低濃度領域におけるチャネリングに起因した半導体装置１０の特性低下を抑制することができる。
また、本実施例では、単結晶のＳｉＣを材料とするウエハをエピタキシャル成長させてドリフト領域３２及びベース領域３６を形成している。一般に、ＳｉＣのエピタキシャル層は、Ｓｉのエピタキシャル層と比較して、濃度がばらつき易いことが知られている。例えば、ベース領域３６におけるボロンの濃度は約１０％ばらつく場合がある。ベース領域３６の濃度がばらつくと、ベース領域３６にイオン注入される窒素のチャネリングにより、ベース領域３６とソース領域４０とのＰＮ接合の接合深さがベース領域３６の位置によりばらつく。すると、チャネル長がばらつき、半導体装置１０のゲート閾値電圧やオン抵抗がばらつく虞がある。本実施例の半導体装置１０によると、ソース領域４０の下面近傍における窒素のチャネリングを抑制することができる。このため、濃度がばらつき易いＳｉＣのエピタキシャル層であるベース領域３６にイオン注入する場合であっても、チャネリング自体が抑制されるため、接合深さがばらつくことを抑制でき、チャネル長のばらつきを抑制できる。結果として、半導体装置１０のゲート閾値電圧やオン抵抗がばらつくことを抑制できる。
次に、実施例２の半導体装置及びその製造方法について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成及び製造方法についてはその詳細な説明を省略する。
（半導体装置１１０）
図７に示すように、半導体装置１１０はＳｉＣで形成される半導体基板１１１を備えている。半導体基板１１１の素子領域には、ジャンクションバリアショットキダイオード（ＪＢＳダイオード）が形成されている。即ち、素子領域には、半導体基板１１１の上面に臨む範囲に、ｐ＋型のアノード領域１４０とｎ−型のドリフト領域１３６が形成されている。ドリフト領域１３６は、アノード領域１４０の側面及び下面に接しており、アノード領域１４０を取り囲むように形成されている。ドリフト領域１３６の下方にはｎ＋型のカソード領域１３０が、ドリフト領域１３６と接するように形成されている。カソード領域１３０は、ドリフト領域１３６によってアノード領域１４０から分離されている。また、カソード領域１３０の不純物濃度はドリフト領域１３６の不純物濃度よりも高くされている。半導体基板１１１の表面１１１ａにはアノード電極１４６が形成されており、裏面１１１ｂにはカソード電極１２８が形成されている。アノード領域１４０及びドリフト領域１３６は、アノード電極１４６とオーミック接触しており、カソード領域１３０はカソード電極１２８とオーミック接触している。なお、ドリフト領域１３６は「第１導電型の第１半導体領域」の一例に相当し、アノード領域１４０は「第２導電型の第２半導体領域」の一例に相当する。
（半導体装置１１０の製造方法）
次に、図８〜図９を参照して半導体装置１１０の製造方法について説明する。本実施例では、半導体基板準備工程、第２半導体領域形成工程、及び電極形成工程を実施することによって、半導体装置１１０を製造する。
（半導体基板準備工程）
まず、図８に示すように符号１３０で示すｎ＋型の原料ウエハ（半導体装置１１０完成時のカソード領域）をエピタキシャル成長させ、ｎ−型のドリフト領域１３６を形成する。原料ウエハは単結晶のＳｉＣを材料としている。ドリフト領域１３６の形成時には、ｎ型の不純物である窒素を所定の濃度で含有させる。これにより、半導体基板１１１が形成される。即ち、半導体基板１１１の表面１１１ａにはドリフト領域１３６が形成されている。
（第２半導体領域形成工程）
次に、半導体基板１１１の表面１１１ａにマスク１１５を形成し、表面１１１ａからドリフト領域１３６に不純物であるボロンをイオン注入する。イオン注入は実施例１の半導体装置１０の製造方法と同様の方法で行われるため、その詳細な説明は省略する。イオン注入後、アニール処理を実施しボロンを活性化させることにより、図９に示すようなｐ＋型のアノード領域１４０を形成する。
（電極形成工程）
次に、マスク１１５を除去した後に、半導体基板１１１の表面１１１ａに、アノード領域１４０及びドリフト領域１３６とオーミック接触するアノード電極１４６を形成し、半導体基板１１１の裏面１１１ｂに、カソード領域１３０とオーミック接触するカソード電極１２８を形成する。以上の工程により、図７に示す半導体装置１１０が製造される。
上記の製造方法により製造される半導体装置１１０は、実施例１の半導体装置１０と同様の効果を奏することができる。さらに、ボロンのチャネリングを抑制できるため、アノード領域１４０を精度よく形成することができる。このため、従来の多段階イオン注入によりアノード領域を形成する場合と比較して、ＪＢＳダイオードの電流量を増加することができ、オン電流を向上することができる。
以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、本明細書が開示する半導体装置及びその製造方法は、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記の実施例ではベース領域３６及びドリフト領域１３６を原料ウエハのエピタキシャル成長により形成したが、これに限られず、例えばイオン注入によって形成してもよい。また、第２半導体領域形成工程で注入するイオンは、窒素やボロンに限られない。ｎ型半導体領域を形成する場合は、例えばリン又はヒ素を注入してもよいし、ｐ型半導体領域を形成する場合は、例えばアルミニウムを注入してもよい。また、上記の製造方法はＭＯＳＦＥＴやＪＢＳダイオードの製造に限られず、ＩＧＢＴを始めとする半導体装置全般の製造に適用することができる。また、上記の実施例では２〜４回目のイオン注入時の窒素のドーズ量が略同一となっているが、これに限られない。例えば、２回目のイオン注入時の窒素のドーズ量を少なくして２回目のイオン注入による窒素のチャネリング長を低減してもよい。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１０：半導体装置
１１：半導体基板
３６：ベース領域
４０：ソース領域

Claims (4)

  1. 半導体装置の製造方法であって、
    ＳｉＣを材料としており、一方の表面に第１導電型の第１半導体領域が形成されている半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、
    半導体基板の一方の表面から第１半導体領域に注入深さを変えながら多段階のイオン注入によって第２導電型の不純物を注入して第２半導体領域を形成する第２半導体領域形成工程と、
    を備えており、
    第２半導体領域形成工程では、多段階のイオン注入において注入深さが最深となるときの前記不純物のドーズ量が、注入深さが最深でないときの前記不純物のドーズ量よりも少ないことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
  2. 第２半導体領域形成工程では、多段階のイオン注入において注入エネルギーが最大となるときの前記不純物のドーズ量が、注入エネルギーが最大でないときの前記不純物のドーズ量よりも少ないことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. ＳｉＣを材料とする半導体基板を備えた半導体装置であって、
    半導体基板は、
    第１導電型の第１半導体領域と、
    第１半導体領域の少なくとも上面に接している第２導電型の第２半導体領域と、を備えており、
    第２半導体領域における第２導電型の不純物の不純物濃度は、
    第２半導体領域の下面の近傍において、半導体基板の深さ方向に低下しており、
    その不純物濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１７［ｃｍ−３］となる領域において、不純物濃度が１０分の１まで低下するときの深さ方向の長さが６０［ｎｍ］以下であることを特徴とする、半導体装置。
  4. 第２半導体領域は、半導体基板の上面に臨む範囲に配置されており、
    半導体基板は、
    第１半導体領域の下方に位置しており、第１半導体領域によって第２半導体領域から分離されている第２導電型のドリフト領域と、
    第２半導体領域及び第１半導体領域を貫通してドリフト領域にまで延びるゲートトレンチ内に配置され、第２半導体領域とドリフト領域とを分離している範囲の第１半導体領域と絶縁膜を介して対向しているゲート電極と、をさらに備えていることを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置。
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