JP4620368B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にチャネル接続領域を備える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 method of manufacturing a semiconductor device, a manufacturing method of a semiconductor equipment, particularly comprising a channel connection region.
パワー用途のSiC(炭化シリコン)電界効果トランジスタ(MOSFET)において、オン抵抗を低くするためには、チャネル長を短くすることが有効である。ここで、SiC電界効果トランジスタは、SiC基板上に形成されたn-型のドリフト領域と、n-型のドリフト領域の表層領域に形成されたp型ベース領域と、p型ベース領域内に形成されたn+ソース領域を備えている。そしてチャネル長は、ゲート電極下方のベース領域の表層部のうち、ソース領域とドリフト領域とに挟まれた領域の長さによって規定されている。従来の製造方法では、ドリフト領域にソース領域を形成したのち、別工程でベース領域を形成していた。そのためチャネル長は、ソース領域形成のためのマスクとベース領域形成のためのマスクのマスクずれだけ最小値より長く設計する必要があった。 In SiC (silicon carbide) field effect transistors (MOSFETs) for power applications, it is effective to shorten the channel length in order to reduce the on-resistance. Here, the SiC field effect transistor is formed in an n − type drift region formed on the SiC substrate, a p type base region formed in a surface layer region of the n − type drift region, and the p type base region. N + source region. The channel length is defined by the length of the region sandwiched between the source region and the drift region in the surface layer portion of the base region below the gate electrode. In the conventional manufacturing method, after forming the source region in the drift region, the base region is formed in a separate process. Therefore, the channel length needs to be designed to be longer than the minimum value by the mask shift between the mask for forming the source region and the mask for forming the base region.
特許文献1に開示されたSiC電界効果トランジスタは、SiC基板上に作成されたエピタキシャル層の表層部に、ソース領域と低抵抗のチャネル接続領域を形成している。そして、ソース領域とチャネル接続領域に挟まれた領域をチャネル領域として規定している。また、このソース領域及びチャネル接続領域は、ソース領域及びチャネル接続領域部分を開口したマスクを用いて、n型不純物をイオン注入することで同時に形成している。そのため、チャネル長は、ソース領域及びチャネル接続領域を同時に形成するマスクによって規定され、ベース領域形成のためのマスクとのマスクずれは関係なくなる。その結果、チャネル長は、マスクの加工精度にまで最小化できる。そしてチャネル長を最小化することで、オン抵抗の低いSiC電界効果トランジスタを実現している。
In the SiC field effect transistor disclosed in
しかしソース領域の不純物濃度は、通常1019cm-3台の高濃度が必要である。そしてソース領域とチャネル接続領域とを同時に形成した場合、チャネル接続領域の不純物濃度もソース領域と同じ高濃度となる。チャネル接続領域が高濃度となるため、ドレイン電極に高電圧を印加したとき、ゲート酸化膜下に空乏層が広がらず、ゲート酸化膜に4MV/cm以上の高電界が印加される。ゲート酸化膜に4MV/cm以上の電界が印加されるとトンネル電流の発生がおきて、ゲート酸化膜は破壊される。以上のように半導体装置の耐圧は、ゲート酸化膜の耐圧によって制限され、低下する問題があった。 However, the impurity concentration in the source region usually needs to be as high as 10 19 cm −3 . When the source region and the channel connection region are formed at the same time, the impurity concentration of the channel connection region becomes the same high concentration as that of the source region. Since the channel connection region has a high concentration, when a high voltage is applied to the drain electrode, the depletion layer does not spread under the gate oxide film, and a high electric field of 4 MV / cm or more is applied to the gate oxide film. When an electric field of 4 MV / cm or more is applied to the gate oxide film, a tunnel current is generated and the gate oxide film is destroyed. As described above, the breakdown voltage of the semiconductor device is limited by the breakdown voltage of the gate oxide film, and there is a problem that it decreases.
本発明は、以上の問題点に鑑みて為された物であり、ゲート酸化膜の耐圧の低下の問題なく、チャネル長を最小化した電界効果トランジスタを製造できる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method capable of manufacturing a field effect transistor with a minimized channel length without a problem of a decrease in breakdown voltage of a gate oxide film. .
この発明に係る半導体装置の製造方法は、シリコンよりバンドギャップの広いワイドバンドギャップ半導体基板と、前記半導体基板の主面に形成された半導体層と、前記半導体層の表層部に形成された第1導電型の電流出力領域と、前記半導体層の表層部に前記電流出力領域と離れて形成された第1導電型のチャネル接続領域とを備え、前記電流出力領域と前記チャネル接続領域に挟まれた前記半導体層の領域がチャネル領域として規定され、前記電流出力領域を含む前記半導体層の表層部に、前記チャネル接続領域まで延設して形成され、前記電流出力領域の深さよりも深い第2導電型の不純物領域と、前記チャネル領域上に、ゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、前記電流出力領域に接続された電流出力電極と、前記半導体基板の裏面に形成された電流入力電極と、をさらに備え、前記チャネル接続領域の不純物濃度は、前記電流出力領域の不純物濃度より低い半導体装置の製造方法である。そして、本発明に係る半導体装置の製造方法は、(a)前記半導体層上に、前記チャネル接続領域に対応する領域を開口した第1開口部及び前記電流出力領域に対応する領域を開口した第2開口部を有する第1のマスクを形成する工程と、(b)前記第2開口部を塞ぎ、かつ前記第1開口部を塞がないように第3のマスクを形成する工程と、(c)前記第1のマスク及び前記第3のマスクを用いてイオン注入することにより前記チャネル接続領域を形成する工程と、(d)前記第1開口部を塞ぎ、かつ前記第2開口部を塞がないように第2のマスクを形成する工程と、(e)前記第1のマスク及び前記第2のマスクを用いてイオン注入することにより前記電流出力領域を形成する工程と、を備えることを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a wide band gap semiconductor substrate having a wider band gap than silicon, a semiconductor layer formed on a main surface of the semiconductor substrate, and a first layer formed on a surface layer portion of the semiconductor layer. A conductive-type current output region; and a first-conductivity-type channel connection region formed in the surface layer portion of the semiconductor layer apart from the current output region, and sandwiched between the current output region and the channel connection region A region of the semiconductor layer is defined as a channel region, and is formed on the surface layer portion of the semiconductor layer including the current output region so as to extend to the channel connection region, and has a second conductivity deeper than the depth of the current output region. Type impurity region, a gate electrode formed on the channel region via a gate oxide film, a current output electrode connected to the current output region, and the semiconductor substrate Further comprising a current input electrode formed on the back surface, the impurity concentration of the channel connection region is a method for manufacturing the semiconductor device with low than the impurity concentration of the current output area. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a first opening having an opening corresponding to the channel connection region and an opening corresponding to the current output region on the semiconductor layer; Forming a first mask having two openings; (b) forming a third mask so as to close the second opening and not close the first opening; ) Forming the channel connection region by ion implantation using the first mask and the third mask; and (d) closing the first opening and closing the second opening. And (e) forming the current output region by ion implantation using the first mask and the second mask. And
本発明に係る半導体装置の製造方法は、チャネル接続領域を形成後、マスクのうちチャネル接続領域部分の開口部を塞ぐことで、電流出力領域の形成時に、チャネル接続領域に不純物が注入されないようにしている。そのため、チャネル接続領域の不純物濃度を電流出力領域よりも低い最適値に設定することが可能になる。また、半導体装置がOFF状態で電流入力電極に高電圧を印加したとき、チャネル接続領域の不純物濃度が低いため、チャネル接続領域の不純物濃度が高い場合に比べて空乏層の伸びが大きくなる。そのため、ゲート酸化膜に印加される電圧を低下させることができる。さらに、電流出力領域及びチャネル接続領域のイオン注入が異なる工程で行われる結果、電力出力領域及びチャネル接続領域の不純物濃度を、それぞれ全く独立に最適値に設定することが可能になる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the channel connection region is formed, the channel connection region portion of the mask is closed to prevent impurities from being implanted into the channel connection region when the current output region is formed. ing. Therefore, the impurity concentration in the channel connection region can be set to an optimum value lower than that in the current output region. Further, when a high voltage is applied to the current input electrode in the OFF state of the semiconductor device, since the impurity concentration in the channel connection region is low, the extension of the depletion layer is larger than when the impurity concentration in the channel connection region is high. Therefore, the voltage applied to the gate oxide film can be reduced. Furthermore, as a result of ion implantation in the current output region and the channel connection region being performed in different steps, the impurity concentrations in the power output region and the channel connection region can be set to optimum values completely independently.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るパワー用途の半導体装置を示す断面図である。高濃度のn型(以下、単にn+と称する場合がある)SiC基板(半導体基板)1上にエピタキシャル成長により低濃度のn型(以下、単にn-と称する場合がある)ドリフト領域(半導体層)2が形成されている。ここでSiC基板1は、シリコンよりバンドギャップの広いワイドバンドギャップの半導体基板である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a power-use semiconductor device according to
ドリフト領域2の表層部の所定領域に、n型(第1導電型)の不純物層であるチャネル接続領域4が形成されている。ドリフト領域2の表層部の所定領域には、n+型のソース領域(電流出力領域)3が形成されている。そしてチャネル接続領域4とソース領域3とに挟まれてチャネル領域11が形成されている。ここで、チャネル接続領域4の不純物濃度はソース領域3の不純物濃度よりも低く形成されている。また、チャネル領域11の表層部は、後述するようにゲート電圧を調節するためn型の不純物層となっている。そしてチャネル接続領域4の不純物濃度は、この不純物層の不純物濃度よりは高く形成されている。
A
ソース領域3を含むドリフト領域2の表層部にベース領域(不純物領域)5がチャネル接続領域4まで延設して形成されている。ベース領域5の深さは、ソース領域3の深さより深く形成されている。またベース領域5は、p型(第2導電型)の不純物層である。ゲート酸化膜6が、ドリフト領域2上に形成されている。そしてチャネル領域11上にゲート酸化膜6を介してゲート電極7が形成されている。そして、ゲート電極7を覆うように層間絶縁膜8が形成されている。層間酸化膜8及びゲート酸化膜6には、ソース領域3とコンタクトを取るためのコンタクトホール12が設けられている。そして、ソース電極9がソース領域3に接するように、コンタクトホール12内及び層間絶縁膜8上に形成されている。SiC基板1の裏面には、ドレイン電極(電流入力電極)10が形成されている。
A base region (impurity region) 5 is formed to extend to the
次に図2から図6を参照して、本実施の形態に係るSiC電界効果半導体装置の製造方法について説明する。まず図2において、周知の技術に従って、n+型SiC基板1上に、n-型ドリフト領域2をエピタキシャル成長法により形成する。ドリフト領域2の不純物濃度は、好ましくは1014〜1018cm-3、さらに好ましくは5×1015〜1.5×1016cm-3に形成されている。またドリフト領域2の厚さは、好ましくは1〜100μm、さらに好ましくは10〜15μmの厚さに形成されている。
Next, with reference to FIGS. 2 to 6, a method for manufacturing the SiC field effect semiconductor device according to the present embodiment will be described. First, referring to FIG. 2, an n −
ドリフト領域2の厚さ及び不純物濃度の根拠について説明する。図7は、ソース・ドレイン間に電圧を印加したとき、ドリフト領域2の不純物濃度N(横軸)に対して実現される半導体装置の耐圧Vb(縦軸)及びその耐圧Vbを実現するために必要なドリフト領域の厚さd(縦軸)を示している。特別の工夫なしに、通常得られるドリフト領域2の不純物濃度は、1014〜1018cm-3である。また、SiC電界効果トランジスタの特徴を活かせる電圧域として600〜2000Vを想定して、図7から好ましい数値範囲としてドリフト領域2の不純物濃度を、5×1015〜1.5×1016cm-3、膜厚を10〜15μmの厚さに選んでいる。
The basis of the thickness and impurity concentration of the
図2において示される工程においては、ドリフト領域2上の所定位置に、写真製版技術によりマスク材21を形成する。このマスク材21を用いて、例えばアルミニウムイオン等のp型の不純物イオンをイオン注入することにより、ベース領域5を形成する。ベース領域5の不純物濃度は、好ましくは1×1017〜5×1018cm-3、さらに好ましくは7×1017〜2×1018cm-3に形成する。またベース領域5の深さは、好ましくは0.3〜3μm、さらに好ましくは0.5〜1μmに形成される。またベース領域5のうち、表面付近の不純物濃度は、好ましくは1016cm-3程度以下になるように注入量と注入エネルギーを決めて作成する。
In the process shown in FIG. 2, a
ベース領域5の不純物濃度は、電圧(600〜2000V)の印加時に、ドリフト領域2及びベース領域5の界面に発生する空乏層が、ベース領域5を突き抜けないように決定される。空乏層がベース領域5を突き抜けないためには、シート濃度で2×1013cm-2程度の不純物濃度が必要であることが計算及び実験からわかっている。本実施の形態では、ソース領域の厚さ等を考慮して、不純物濃度を7×1017〜2×1018cm-3、又厚さを0.5〜1μmに選んでいる。また、ベース領域5のうち表面付近の不純物濃度は、チャネル領域11の不純物濃度の制御(ドーピング制御)に問題が生じないように低濃度化しておく必要がある。そのため、1016cm-3程度以下になるようにしている。
The impurity concentration of the
次に図3に示される工程においては、マスク材22(第1のマスク)を形成する。マスク材22は、ソース領域3に対応する開口部(第1開口部)とチャネル接続領域4に対応する開口部(第2開口部)を有する形状を有している。また、マスク材22は、例えばCVD法により、酸化珪素膜(SiO2)、又は窒化珪素膜(SiN)を成膜し、若しくはスパッタ法によりアルミニウム膜(Al)等の金属膜を成膜し、写真製版技術を用いて所望の形状に形成する。
Next, in a step shown in FIG. 3, a mask material 22 (first mask) is formed. The
ソース領域3に対応する開口部とチャネル接続領域4に対応する開口部間の間隔は、耐圧1kV以上のMOSFETを作成する場合、0.2μmに形成される。この間隔が本実施の形態1の半導体装置のチャネル長になる。ここで、ON抵抗を低くするという観点からは、チャネル長はできるだけ短い方がよい。しかしながら、チャネル長を短くするとパンチスルーが生じやすくなる。耐圧1kV以上のMOSFETを作成する場合、最適なベース領域5の不純物濃度は、5×1017cm-3程度である。この場合、ソース・ドレイン間に1kVの電圧を加えたとき、チャネル領域11下の空乏層幅は約0.2μmとなる。従って、チャネル長は少なくとも0.2μm以上にすることが必要である。
The distance between the opening corresponding to the
そして、マスク材22を用いて、例えば窒素イオンをイオン注入することで、n型の不純物層であるチャネル接続領域4を形成する。チャネル接続領域4の不純物濃度は、好ましくは5×1015〜5×1017cm-3、さらに好ましくは1×1016〜2×1017cm-3に形成される。また、チャネル接続領域4の深さは、好ましくは0.1〜1μm、さらに好ましくは0.2〜0.4μmになるように、注入量及び注入エネルギーを決めて作成する。この時、ソース領域3にも同時にイオン注入されてしまうが、n+型ソース領域3の不純物濃度は一桁以上高いので問題はない。
Then, for example, nitrogen ions are ion-implanted using the
ここで、チャネル接続領域4の不純物濃度の範囲について説明する。図8は、ゲートに電圧を印加しない状態で、ソース・ドレイン間電圧が印加された場合に、ゲート酸化膜6下の不純物濃度(横軸)とゲート酸化膜中の最大電界値との関係を示す図である。ここで、SiC電界効果トランジスタがパワーデバイス分野で特徴を活かして使用される電圧域として、ソース・ドレイン間電圧を600V〜2000Vを想定している。図8から不純物濃度を2×1017cm-3以下にすることで、ゲート酸化膜6に印加される最大電界値を4MV/cm以下にできることがわかる。また不純物濃度の下限は、後述するチャネル領域11の不純物濃度より少なくとも高くなるように設定される。そうしなければ、チャネル領域11にチャネルが形成されるゲート電圧を印加しても、チャネル接続領域4のうちベース領域5に延設された部分には電流が流れなくなるためである。
Here, the range of the impurity concentration of the
次に、図4に示される工程においては、写真製版技術により、マスク材22のうち、チャネル接続領域4に相当する部分の開口部を塞ぐようにマスク材23(第2のマスク)を形成する。現在の露光装置では、マスク間のズレを0.2μm以下にすることは容易なので、マスク材22の開口部間の間隔が0.2μmにしても、マスク材23でチャネル接続領域4に対応する開口部のみを塞ぐことは可能である。マスク材23及びマスク材22を用いて、例えば窒素イオンをイオン注入することによりn+型ソース領域3を形成する。ソース領域3の不純物濃度は、好ましくは1×1018〜1×1020cm-3、さらに好ましくは5×1018〜3×1019cm-3に形成される。また、ソース領域3の深さは好ましくは0.1〜1μm、さらに好ましくは0.2〜0.4μmになるように注入量と注入エネルギーを決めて作成する。
Next, in the process shown in FIG. 4, a mask material 23 (second mask) is formed by a photoengraving technique so as to close the opening of the
ここで、ソース領域3の不純物濃度は、電極と良好なオーミック接触を得るという観点から、できる限り高濃度であることが望ましい。しかし、不純物イオンを高濃度にイオン注入することによって一般に結晶欠陥が生じる。そして結晶欠陥の発生を防ぐためには、不純物濃度として1019cm-3前後が最大値となる。そのため不純物濃度を5×1018〜3×1019cm-3、またイオン注入後の製造工程で除去される表面部分の厚さを考慮して、膜厚を0.2〜0.4μm に選んでいる。
Here, the impurity concentration of the
次に図5に示される工程においては、写真製版技術によりマスク材24を形成する。マスク材24は、チャネル接続領域4、チャネル領域11を開口するように形成する。マスク材24を用いて、例えば窒素イオンをイオン注入する。このイオン注入は、チャネル領域11にチャネルが形成され、半導体装置がON状態となるゲート電圧を制御するためのものである。ここで、注入量が多すぎるとゲート電圧が0VでもON状態となるノーマリオンの電界効果トランジスタとなり使用できなくなる。また注入量が少なすぎるとON状態となるゲート電圧が高くなりすぎる。
Next, in the process shown in FIG. 5, a
本実施の形態では、チャネル領域11の不純物濃度は、好ましくは5×1015〜5×1017cm-3、さらに好ましくは1×1016〜2×1017cm-3で、チャネル接続領域の不純物濃度よりも低い濃度で形成されている。そして、チャネル領域11の深さは好ましくは0.1〜1μm、さらに好ましくは0.2〜0.4μmになるように注入量と注入エネルギーを決めて作成する。図9は、ゲートに電圧を印加しない状態で、ソース・ドレイン間に電流が流れない状態(ノーマリオフ)となるチャネル領域11の厚さd(横軸)と不純物濃度N(縦軸)との関係を示す図である。ここで図9は、ゲート酸化膜6とチャネル領域11の界面は、理想状態(界面準位、固定電荷がない状態)と仮定している。本実施の形態では、界面準位及び固定電荷の影響を考慮して、不純物濃度を1×1016〜2×1017cm-3のうちチャネル接続領域4の不純物濃度より低くなるように、また厚さを0.2〜0.4μmに選んでいる。
In the present embodiment, the impurity concentration of the
次に図6に示される工程においては、熱酸化法等によりゲート酸化膜6をドリフト領域2上に形成する。そしてゲート酸化膜6上に、例えばポリシリコンからなるゲート電極7を形成する。ゲート電極7は、少なくともチャネル領域11及びチャネル形成領域4に対向するように形成する。次に、例えばCVD酸化膜からなる層間絶縁膜8を、ゲート電極7及びゲート酸化膜6を覆うように形成する。そして、ソース領域3とコンタクトが取れるようにコンタクトホール12を開口する。この時、ゲート電極7、及びベース領域5とコンタクトがとれるように層間絶縁膜8及びゲート酸化膜6を開口する(図示せず)。
Next, in the step shown in FIG. 6, a
ソース領域3とゲート電極7に電圧を印加できるように、層間絶縁膜8上に例えばアルミニウム配線により配線と外部出力パッド(図示せず)を形成する。またこの時、ソース領域3とベース領域5を、同電位となるようにアルミニウム配線で接続する。若しくは、ソース領域3とベース領域5の隣接した部分に層間絶縁膜8の開口部を設けて、同一の電極で接続する。SiC基板1の裏面には、例えばニッケルと金を成膜してドレイン電極10を形成し、図1に示したような構造を形成する。
A wiring and an external output pad (not shown) are formed on the
なお、本実施の形態ではマスク材21,22,23,24の順で、イオン注入によりp型若しくはn型の不純物層を形成する例について説明したが、イオン注入の順番は異なっていてもよい。
In this embodiment, an example in which p-type or n-type impurity layers are formed by ion implantation in the order of
次に本実施の形態に係る半導体装置の動作について説明する。まず、チャネル領域11は、ベース領域5とのビルトインポテンシャルにより空乏化している。従って、ソース電極9とドレイン電極10間に高電圧を印加しても、ゲート電極7に電圧を印加していない状態では、チャネルは形成されないので電子は流れずOFF状態である。ゲート電極7に正電圧を印加すると、チャネル領域11が電子蓄積層となり、ソース領域3からチャネル領域11−チャネル接続領域4−ドリフト領域2−SiC基板1−ドレイン電極10の経路で電子が流れるようになり、半導体装置はON状態になる。
Next, the operation of the semiconductor device according to the present embodiment will be described. First, the
以上説明したように、チャネル接続領域4を形成後、マスク材22のうちチャネル接続領域4部分の開口部を塞ぐことで、ソース領域3の形成時に、チャネル接続領域4に不純物が注入されないようにしている。そのため、チャネル接続領域4の不純物濃度をソース領域3よりも低い最適値に設定することが可能になる。半導体装置がOFF状態でドレイン電極10に高電圧を印加したとき、チャネル接続領域4の不純物濃度が低いため、チャネル接続領域4の不純物濃度が高い場合に比べて空乏層の伸びが大きくなる。そのため、ゲート酸化膜6に印加される電圧を低下させることができる。
As described above, after the
本実施の形態では、チャネル接続領域4の不純物濃度を1×1016〜2×1017cm-3の範囲にしている。その結果、ドレイン電極10に高電界を印加しても、ゲート酸化膜6に印加される電界を4MV/cm以下に弱めることが可能となる。その結果、トンネル電流の発生を抑えられるので、ドレイン電極に高電圧を印加することができる。
In the present embodiment, the impurity concentration of the
なお、本導体装置がON状態では、ゲート電極4にゲート電圧が印加されているため、ゲート電極4−ドレイン電極10間の電圧は低くなる。ゲート酸化膜6への印加電圧は低くなるので、ゲート酸化膜6に高電圧が印加される問題はない。また、本実施の形態は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の他のパワーデバイスに適用することができる。
Note that when the conductor device is in the ON state, the gate voltage is applied to the
実施の形態2.
図10から図12は本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。図10に示された工程では、実施の形態1の図2に示された工程と同様に、マスク材21を用いてイオン注入を行い、ベース領域5を形成する。
10 to 12 are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. In the process shown in FIG. 10, as in the process shown in FIG. 2 of the first embodiment, ion implantation is performed using the
図11に示された工程では、まず、写真製版技術によりマスク材22を形成する。マスク材22は、ソース領域3とチャネル接続領域4に相当する部分が開口した形状を有している。また、マスク材22は、例えばCVD法により、酸化珪素膜(SiO2)、又は窒化珪素膜(SiN)を成膜し、若しくはスパッタ法によりアルミニウム膜(Al)等の金属膜を成膜し、写真製版技術を用いて所望の形状に形成する。マスク材22を形成後、マスク材22上にソース領域3の開口部を塞ぐようにマスク材25(第3のマスク)を形成する。そして、マスク材22及びマスク材25を用いて、チャネル接続領域4のみにイオン注入を行う。イオン注入によりチャネル接続領域4を形成後、マスク材25のみを除去する。
In the process shown in FIG. 11, first, a
図12に示された工程では、マスク材22上にチャネル接続領域4の開口部のみを塞ぐようにマスク材23を形成する。そして、マスク材22及びマスク材23を用いて、ソース領域3のみにイオン注入を行い、ソース領域3を形成する。そしてマスク材22、23を除去後、実施の形態1と同様に、通常の工程にしたがって半導体装置を完成する。
In the step shown in FIG. 12, the
以上のように構成されているので、本実施の形態でも、実施の形態1と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態においては、ソース領域3とチャネル接続領域4のイオン注入を異なる工程で行っている。その結果、ソース領域3及びチャネル接続領域4の不純物濃度を、それぞれ全く独立に最適値に設定することが可能になる。
Since it is configured as described above, this embodiment also has the same effect as that of the first embodiment. Further, in the present embodiment, ion implantation of the
なお、イオン注入の順序は上記の順序に限定されるものではない。例えば、ソース領域3を形成した後にチャネル接続領域4を形成するようにしてもよい。
The order of ion implantation is not limited to the above order. For example, the
実施の形態3.
図13は本実施の形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。本実施の形態では、チャネル領域11上に形成されたn型のSiCチャネルエピタキシャル層(エピタキシャル層)31をさらに備えている。SiCチャネルエピタキシャル層(以下単にチャネルエピ層と称する)31の不純物濃度は、5×1015〜2×1017cm-3で、厚さは0.1〜2μmに形成されている。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. In the present embodiment, an n-type SiC channel epitaxial layer (epitaxial layer) 31 formed on
次に製造方法について説明する。実施の形態1の図5に示した工程まで同様に製造する。そして図5に示した工程後に、エピタキシャル成長法により、エピタキシャル成長膜30をドリフト層2上に形成する(図14参照)。そして、チャネル接続領域4及びソース領域11を覆うように、写真製版技術を用いてエピタキシャル成長膜30を整形し、チャネルエピ層31を形成する。その後、実施の形態1に説明した工程に従ってゲート酸化膜6、ゲート電極7等を作成し、半導体装置を完成する。
Next, a manufacturing method will be described. The manufacturing process is similarly performed up to the step shown in FIG. 5 of the first embodiment. Then, after the step shown in FIG. 5, an
以上説明したように構成されているので、本実施の形態においても実施の形態1と同様の効果を有する。さらに、本実施の形態では、電子は高品質なチャネルエピ層31を流れるため、電子の移動度が向上し、ON抵抗を下げることが可能になる。また、ゲート電圧は、チャネルエピ層31の濃度と厚さで決定されるので、ゲート電圧を制御するためのイオン注入工程(図5参照)を省略することが可能になる。
Since it is configured as described above, this embodiment has the same effect as that of the first embodiment. Furthermore, in this embodiment, since electrons flow through the high-quality
1 SiC基板、2 ドリフト領域、3ソース領域、4 チャネル接続領域、5 ベース領域、11 チャネル領域、31 チャネルエピ層。
1 SiC substrate, 2 drift region, 3 source region, 4 channel connection region, 5 base region, 11 channel region, 31 channel epi layer.
Claims (2)
前記半導体基板の主面に形成された半導体層と、
前記半導体層の表層部に形成された第1導電型の電流出力領域と、
前記半導体層の表層部に前記電流出力領域と離れて形成された第1導電型のチャネル接続領域とを備え、
前記電流出力領域と前記チャネル接続領域に挟まれた前記半導体層の領域がチャネル領域として規定され、
前記電流出力領域を含む前記半導体層の表層部に、前記チャネル接続領域まで延設して形成され、前記電流出力領域の深さよりも深い第2導電型の不純物領域と、
前記チャネル領域上に、ゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記電流出力領域に接続された電流出力電極と、
前記半導体基板の裏面に形成された電流入力電極と、
をさらに備え、
前記チャネル接続領域の不純物濃度は、前記電流出力領域の不純物濃度より低い半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体層上に、前記チャネル接続領域に対応する領域を開口した第1開口部及び前記電流出力領域に対応する領域を開口した第2開口部を有する第1のマスクを形成する工程と、
(b)前記第2開口部を塞ぎ、かつ前記第1開口部を塞がないように第3のマスクを形成する工程と、
(c)前記第1のマスク及び前記第3のマスクを用いてイオン注入することにより前記チャネル接続領域を形成する工程と、
(d)前記第1開口部を塞ぎ、かつ前記第2開口部を塞がないように第2のマスクを形成する工程と、
(e)前記第1のマスク及び前記第2のマスクを用いてイオン注入することにより前記電流出力領域を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Wide band gap semiconductor substrate with a wider band gap than silicon,
A semiconductor layer formed on the main surface of the semiconductor substrate;
A current output region of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the semiconductor layer;
A channel connection region of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the semiconductor layer apart from the current output region;
A region of the semiconductor layer sandwiched between the current output region and the channel connection region is defined as a channel region,
An impurity region of a second conductivity type formed on the surface layer portion of the semiconductor layer including the current output region, extending to the channel connection region, and deeper than the depth of the current output region;
A gate electrode formed on the channel region via a gate oxide film;
A current output electrode connected to the current output region;
A current input electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate;
Further comprising
An impurity concentration of the channel connection region is a manufacturing method of a semiconductor device lower than an impurity concentration of the current output region,
(A) forming a first mask having a first opening having a region corresponding to the channel connection region and a second opening having a region corresponding to the current output region on the semiconductor layer; When,
(B) forming a third mask so as to close the second opening and not close the first opening;
(C) forming the channel connection region by ion implantation using the first mask and the third mask;
(D) forming a second mask so as to close the first opening and not close the second opening;
(E) forming the current output region by ion implantation using the first mask and the second mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体基板の主面に形成された半導体層と、
前記半導体層の表層部に形成された第1導電型の電流出力領域と、
前記半導体層の表層部に前記電流出力領域と離れて形成された第1導電型のチャネル接続領域とを備え、
前記電流出力領域と前記チャネル接続領域に挟まれた前記半導体層の領域がチャネル領域として規定され、
前記電流出力領域を含む前記半導体層の表層部に、前記チャネル接続領域まで延設して形成され、前記電流出力領域の深さよりも深い第2導電型の不純物領域と、
前記チャネル領域上に、ゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記電流出力領域に接続された電流出力電極と、
前記半導体基板の裏面に形成された電流入力電極と、
前記チャネル領域上に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、
をさらに備え、
前記チャネル接続領域の不純物濃度は、前記電流出力領域の不純物濃度より低い半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体層上に、前記チャネル接続領域に対応する領域を開口した第1開口部及び前記電流出力領域に対応する領域を開口した第2開口部を有する第1のマスクを形成する工程と、
(b)前記第2開口部を塞ぎ、かつ前記第1開口部を塞がないように第3のマスクを形成する工程と、
(c)前記第1のマスク及び前記第3のマスクを用いてイオン注入することにより前記チャネル接続領域を形成する工程と、
(d)前記第1開口部を塞ぎ、かつ前記第2開口部を塞がないように第2のマスクを形成する工程と、
(e)前記第1のマスク及び前記第2のマスクを用いてイオン注入することにより前記電流出力領域を形成する工程と、
(f)前記チャネル接続領域及び前記電流出力領域を形成後に、前記チャネル領域を覆うようにエピタキシャル層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Wide band gap semiconductor substrate with a wider band gap than silicon,
A semiconductor layer formed on the main surface of the semiconductor substrate;
A current output region of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the semiconductor layer;
A channel connection region of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the semiconductor layer apart from the current output region;
A region of the semiconductor layer sandwiched between the current output region and the channel connection region is defined as a channel region,
An impurity region of a second conductivity type formed on the surface layer portion of the semiconductor layer including the current output region, extending to the channel connection region, and deeper than the depth of the current output region;
A gate electrode formed on the channel region via a gate oxide film;
A current output electrode connected to the current output region;
A current input electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate;
An epitaxial layer of a first conductivity type formed on the channel region;
Further comprising
An impurity concentration of the channel connection region is a manufacturing method of a semiconductor device lower than an impurity concentration of the current output region,
(A) forming a first mask having a first opening having a region corresponding to the channel connection region and a second opening having a region corresponding to the current output region on the semiconductor layer; When,
(B) forming a third mask so as to close the second opening and not close the first opening;
(C) forming the channel connection region by ion implantation using the first mask and the third mask;
(D) forming a second mask so as to close the first opening and not close the second opening;
(E) forming the current output region by ion implantation using the first mask and the second mask;
(F) forming an epitaxial layer so as to cover the channel region after forming the channel connection region and the current output region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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