JP5192615B2 - 炭化珪素半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1(a)は、本発明による実施の形態1の半導体素子100を示す断面模式図である。図1(a)においては、半導体素子100における隣接する2つのユニットセル100uが示されている。図1(b)は、複数のユニットセルの配列状態を説明するための平面図である。本実施形態の半導体素子100は、MISFETを含む半導体素子である。
図9は、本発明による実施の形態2の半導体素子300を示す断面模式図である。図9においては、半導体素子300における隣接する2つのユニットセル300uが示されている。
100u、1000u ユニットセル
101、1010 基板(炭化珪素半導体基板)
102、1020 ドリフト層(第1の炭化珪素半導体層)
103a、201ボディ濃度調整領域
103b 第2部分
103、1030 ボディ領域
104、1040 ソース領域
105、1050 ボディコンタクト領域(コンタクト領域)
106、1060 チャネル層(エピタキシャル層)
106c チャネル部
107、1070 ゲート絶縁膜
108、1080 ゲート電極
109、1090 ソース電極
110、1100 ドレイン電極
211、212、213 マスク
111、1110 層間絶縁膜
112、1120 上部配線電極
113、1130 裏面配線電極(下部配線電極)
1020t トレンチ
Claims (16)
- 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の主面上に位置する第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層上に位置する第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域上に位置する第1導電型の不純物領域と、
前記ボディ領域及び前記不純物領域を貫通し、前記ドリフト層に達するトレンチと、
前記トレンチの表面上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
前記不純物領域に接する第1電極と、
前記半導体基板の裏面に配置された第2電極とを備え、
前記トレンチの表面は、第1の側面と、前記第1の側面と対向する第2の側面とを含み、
前記ゲート絶縁膜のうち前記第1の側面に露出する前記ボディ領域の上に設けられている部分の厚さは、前記ゲート絶縁膜のうち前記第2の側面に露出する前記ボディ領域の上に設けられている部分の厚さよりも小さく、
前記ボディ領域のうち前記第1の側面に位置する部分の少なくとも一部の第2導電型のドーパント濃度は、前記ボディ領域のうち前記第2の側面に位置する部分の第2導電型のドーパント濃度よりも大きい、炭化珪素半導体素子。 - 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の主面上に位置する第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層上に位置する第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域上に位置する第1導電型の不純物領域と、
前記ボディ領域及び前記不純物領域を貫通し、前記ドリフト層に達するトレンチと、
前記トレンチの表面上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
前記不純物領域に接する第1電極と、
前記半導体基板の裏面に配置された第2電極と、
第1導電型のチャネル層とを備え、
前記トレンチの表面は、第1の側面と、前記第1の側面と対向する第2の側面とを含み、
前記第1導電型のチャネル層は、前記トレンチにおける前記第1の側面および前記第2の側面上と前記ゲート絶縁膜との間に設けられており、
前記チャネル層のうち前記第1の側面に露出する前記ボディ領域に接する部分の厚さは、前記チャネル層のうち前記第2の側面に露出する前記ボディ領域に接する部分の厚さよりも大きく、
前記ボディ領域のうち前記第1の側面に位置する部分の少なくとも一部の第2導電型のドーパント濃度は、前記ボディ領域のうち前記第2の側面に位置する部分の第2導電型のドーパント濃度よりも大きい、炭化珪素半導体素子。 - 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の主面上に位置する第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層上に位置する第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域上に位置する第1導電型の不純物領域と、
前記ボディ領域及び前記不純物領域を貫通し、前記ドリフト層に達するトレンチと、
前記トレンチの表面上に配置されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
前記不純物領域に接する第1電極と、
前記半導体基板の裏面に配置された第2電極と、
第1導電型のチャネル層とを備え、
前記トレンチの表面は、第1の側面と、前記第1の側面と対向する第2の側面とを含み、
前記第1導電型のチャネル層は、前記トレンチにおける前記第1の側面および前記第2の側面上と前記ゲート絶縁膜との間に設けられており、
前記チャネル層のうち前記第1の側面に露出する前記ボディ領域に接する部分の第1導電型のドーパント濃度は、前記チャネル層のうち前記第2の側面に露出する前記ボディ領域に接する部分の第1導電型のドーパント濃度よりも大きく、
前記ボディ領域のうち前記第1の側面に位置する部分の少なくとも一部の第2導電型のドーパント濃度は、前記ボディ領域のうち前記第2の側面に位置する部分の第2導電型のドーパント濃度よりも大きい、炭化珪素半導体素子。 - 前記ボディ領域のうち前記第1の側面に位置する部分の少なくとも一部の深さには、前記ボディ領域における第2導電型のドーパント濃度よりも高い第2導電型のドーパント濃度を有するボディ濃度調整領域が設けられている、請求項1から3のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子。
- 前記ボディ領域のうち前記第2の側面に位置する部分の少なくとも一部の深さには、前記ボディ領域における第2導電型のドーパント濃度よりも低い第2導電型のドーパント濃度を有するボディ濃度調整領域が設けられている、請求項1から3のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子。
- 前記半導体基板は、(0001)Si面または(000−1)C面から2°以上10°以下傾斜した面を主面とする4H−SiC基板である、請求項1から5のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子。
- 前記第1の側面および前記第2の側面は、前記半導体基板の主面が(0001)Si面または(000−1)C面から傾斜している方向と略垂直に設けられている、請求項1から6のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子。
- 前記半導体基板の主面が、(0001)Si面または(000−1)C面から<11−20>方向に傾斜しており、前記第1の側面および前記第2の側面は、<11−20>方向と略垂直に設けられている、請求項1から6のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子。
- 前記第1導電型のチャネル層はエピタキシャル成長により形成されている、請求項2または3に記載の炭化珪素半導体素子。
- 前記対向するトレンチ側壁における閾値電圧の差が0.1V以下である、請求項1から9のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子。
- 前記半導体基板の主面と垂直な方向から平面視して前記トレンチは長方形の形状を有し、
前記第1、第2の側面は、前記長方形の長辺を構成する、請求項1から10のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子。 - 主面上に第1導電型のドリフト層が配置されている半導体基板を準備する工程(a)と、
前記ドリフト層上に位置するように第2導電型のボディ領域を形成する工程(b)と、
前記ドリフト層内に、前記ボディ領域と第2導電型のドーパント濃度の異なる第2導電型のボディ濃度調整領域を形成する工程(c)と、
前記ボディ領域上に位置するように第1導電型の不純物領域を形成する工程(d)と、
前記半導体基板に対して活性化アニール処理を行う工程(e)と、
エッチングを行うことにより、前記ボディ領域及び前記不純物領域を貫通するトレンチを形成する工程(f)と、
前記トレンチの表面にゲート絶縁膜を形成する工程(g)と、
前記ゲート絶縁膜と接するゲート電極を形成する工程(h)と、
前記不純物領域と接する位置に第1電極を形成する工程(i)と、
前記半導体基板の主面と対向する面上に第2電極を形成する工程(j)とを含み、
前記工程(f)において、第1の側面と、前記第1の側面と対向する第2の側面とを表面に有するトレンチを形成し、前記第1の側面には、前記ボディ濃度調整領域を露出させ、
前記ゲート絶縁膜のうち前記第1の側面に露出する前記ボディ領域の上に設けられている部分の厚さは、前記ゲート絶縁膜のうち前記第2の側面に露出する前記ボディ領域の上に設けられている部分の厚さよりも小さい、炭化珪素半導体素子の製造方法。 - 主面上に第1導電型のドリフト層が配置されている半導体基板を準備する工程(a)と、
前記ドリフト層上に位置するように第2導電型のボディ領域を形成する工程(b)と、
前記ドリフト層内に、前記ボディ領域と第2導電型のドーパント濃度の異なる第2導電型のボディ濃度調整領域を形成する工程(c)と、
前記ボディ領域上に位置するように第1導電型の不純物領域を形成する工程(d)と、
前記半導体基板に対して活性化アニール処理を行う工程(e)と、
エッチングを行うことにより、前記ボディ領域及び前記不純物領域を貫通するトレンチを形成する工程(f)と、
前記トレンチの表面にゲート絶縁膜を形成する工程(g)と、
前記ゲート絶縁膜と接するゲート電極を形成する工程(h)と、
前記不純物領域と接する位置に第1電極を形成する工程(i)と、
前記半導体基板の主面と対向する面上に第2電極を形成する工程(j)とを含み、
前記工程(f)において、第1の側面と、前記第1の側面と対向する第2の側面とを表面に有するトレンチを形成し、前記第1の側面には、前記ボディ濃度調整領域を露出させ、
前記工程(f)の後、前記工程(g)の前に、前記トレンチにおける前記第1の側面および前記第2の側面上と前記ゲート絶縁膜との間に第1導電型のチャネル層を形成する工程をさらに含み、
前記チャネル層のうち前記第1の側面に露出する前記ボディ領域に接する部分の厚さは、前記チャネル層のうち前記第2の側面に露出する前記ボディ領域に接する部分の厚さよりも大きい、炭化珪素半導体素子の製造方法。 - 主面上に第1導電型のドリフト層が配置されている半導体基板を準備する工程(a)と、
前記ドリフト層上に位置するように第2導電型のボディ領域を形成する工程(b)と、
前記ドリフト層内に、前記ボディ領域と第2導電型のドーパント濃度の異なる第2導電型のボディ濃度調整領域を形成する工程(c)と、
前記ボディ領域上に位置するように第1導電型の不純物領域を形成する工程(d)と、
前記半導体基板に対して活性化アニール処理を行う工程(e)と、
エッチングを行うことにより、前記ボディ領域及び前記不純物領域を貫通するトレンチを形成する工程(f)と、
前記トレンチの表面にゲート絶縁膜を形成する工程(g)と、
前記ゲート絶縁膜と接するゲート電極を形成する工程(h)と、
前記不純物領域と接する位置に第1電極を形成する工程(i)と、
前記半導体基板の主面と対向する面上に第2電極を形成する工程(j)とを含み、
前記工程(f)において、第1の側面と、前記第1の側面と対向する第2の側面とを表面に有するトレンチを形成し、前記第1の側面には、前記ボディ濃度調整領域を露出させ、
前記工程(f)の後、前記工程(g)の前に、前記トレンチにおける前記第1の側面および前記第2の側面上と前記ゲート絶縁膜との間に第1導電型のチャネル層を形成する工程をさらに含み、
前記チャネル層のうち前記第1の側面に露出する前記ボディ領域に接する部分の第1導電型のドーパント濃度は、前記チャネル層のうち前記第2の側面に露出する前記ボディ領域に接する部分の第1導電型のドーパント濃度よりも大きい、炭化珪素半導体素子の製造方法。 - 前記工程(c)において、前記ボディ領域に第2導電型のイオン注入を行うことにより、前記第2導電型の前記ボディ濃度調整領域を形成する、請求項12から14のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
- 前記工程(c)において、前記ボディ領域に第1導電型のイオン注入を行うことにより、前記第2導電型の前記ボディ濃度調整領域を形成する、請求項12から14のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
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