【手続補正書】
【提出日】平成31年3月14日(2019.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板のおもて面に設けられた第１導電型の第１エピタキシャル成長層と、
前記第１エピタキシャル成長層の、前記炭化珪素基板側に対して反対側に設けられた第２導電型の第２エピタキシャル成長層と、
前記第２エピタキシャル成長層の内部に選択的に設けられた、前記第２エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高い第２導電型の第１半導体領域と、
前記第２エピタキシャル成長層の内部の、前記第１半導体領域よりも浅い位置に選択的に設けられた第１導電型の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域、前記第１半導体領域および前記第２エピタキシャル成長層を貫通して前記第１エピタキシャル成長層に達するトレンチと、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第２半導体領域および前記第２エピタキシャル成長層に接する第１電極と、
前記炭化珪素基板の裏面に設けられた第２電極と、
を備え、
前記第１半導体領域は、前記第２エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高いピークで深さ方向に高低差をもつ山型の第２導電型不純物濃度プロファイルを有し、
前記第２導電型不純物濃度プロファイルは、
前記ピークと、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との界面と、の間で前記第２電極側に不純物濃度が低下する第１の不純物濃度勾配と、
前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との界面から、前記第２電極側に不純物濃度が低下する第２の不純物濃度勾配と、を有し、
前記第２の不純物濃度勾配の絶対値は、前記第１の不純物濃度勾配の絶対値よりも大きいことを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
前記第２導電型不純物濃度プロファイルの不純物濃度の前記ピークは、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との境界よりも前記第１電極側に位置することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記第１半導体領域は、前記炭化珪素基板のおもて面に平行な方向に一様に設けられている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。
【請求項４】
前記第１エピタキシャル成長層の内部に、前記第１エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高い第１導電型の第３半導体領域をさらに備え、
前記第３半導体領域は、前記第２エピタキシャル成長層に接し、かつ前記第２エピタキシャル成長層との境界から前記トレンチの底面よりも前記第２電極側に深い位置に達することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記第３半導体領域の内部に選択的に設けられ、前記トレンチの底面を覆う第２導電型の第４半導体領域をさらに備え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。
【請求項６】
前記第４半導体領域は、前記トレンチの底面から深さ方向に前記第３半導体領域を貫通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。
【請求項７】
隣り合う前記トレンチ間において前記第３半導体領域の内部に、前記第２エピタキシャル成長層に接するように設けられた第２導電型の第５半導体領域をさらに備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項８】
前記第５半導体領域は、深さ方向に前記第３半導体領域を貫通することを特徴とする請求項７に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項９】
前記第２導電型不純物濃度プロファイルの前記ピークの不純物濃度は、前記第２エピタキシャル成長層の不純物濃度の２倍以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項１０】
前記第２導電型不純物濃度プロファイルの前記ピークの不純物濃度は、３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項１１】
炭化珪素基板のおもて面に第１導電型の第１エピタキシャル成長層を形成する第１工程と、
前記第１エピタキシャル成長層の上に、第２導電型の第２エピタキシャル成長層を形成する第２工程と、
イオン注入により、前記第２エピタキシャル成長層の内部に、前記第２エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高い第２導電型の第１半導体領域を選択的に形成する第３工程と、
前記第２エピタキシャル成長層の内部の、前記第１半導体領域よりも浅い位置に第１導電型の第２半導体領域を選択的に形成する第４工程と、
前記第２半導体領域、前記第１半導体領域および前記第２エピタキシャル成長層を貫通して前記第１エピタキシャル成長層に達するトレンチを形成する第５工程と、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極を形成する第６工程と、
前記第２半導体領域および前記第２エピタキシャル成長層に接する第１電極を形成する第７工程と、
前記炭化珪素基板の裏面に第２電極を形成する第８工程と、
を含み、
第２導電型不純物の濃度プロファイルは、
前記ピークと、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との界面と、の間で前記第２電極側に不純物濃度が低下する第１の不純物濃度勾配と、
前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との界面から、前記第２電極側に不純物濃度が低下する第２の不純物濃度勾配と、を有し、
前記第３工程では、前記第２エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高いピークで深さ方向に高低差をもつ山型の第２導電型不純物濃度プロファイルを有し、かつ、前記第２の不純物濃度勾配の絶対値が前記第１の不純物濃度勾配の絶対値よりも大きくなるように前記第１半導体領域を形成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１２】
前記第３工程では、イオン注入面よりも深い位置に前記第２導電型不純物濃度プロファイルの不純物濃度の前記ピークが形成される加速電圧で前記イオン注入を行うことを特徴とする請求項１１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第３工程の後、前記第４工程の前に、前記第２エピタキシャル成長層の上に第２導電型の第３エピタキシャル成長層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第３工程では、イオン注入面以下の深さ位置に前記第２導電型不純物濃度プロファイルの不純物濃度の前記ピークが形成される加速電圧で前記イオン注入を行うことを特徴とする請求項１３に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第３工程では、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との境界よりも前記第１電極側の深さ位置に前記第２導電型不純物濃度プロファイルの不純物濃度の前記ピークが形成される加速電圧で前記イオン注入を行うことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第３工程では、前記第２導電型不純物濃度プロファイルの前記ピークの不純物濃度を、前記第２エピタキシャル成長層の不純物濃度の２倍以上にすることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第３工程では、前記第２導電型不純物濃度プロファイルの前記ピークの不純物濃度は、３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、低オン抵抗を維持した状態でゲート閾値電圧のばらつきを低減することができ、かつリーク不良を低減することができる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、次の特徴を有する。炭化珪素基板のおもて面に、第１導電型の第１エピタキシャル成長層が設けられている。前記第１エピタキシャル成長層の、前記炭化珪素基板側に対して反対側に、第２導電型の第２エピタキシャル成長層が設けられている。前記第２エピタキシャル成長層の内部に、前記第２エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高い第２導電型の第１半導体領域が選択的に設けられている。前記第２エピタキシャル成長層の内部の、前記第１半導体領域よりも浅い位置に、第１導電型の第２半導体領域が選択的に設けられている。トレンチは、前記第２半導体領域、前記第１半導体領域および前記第２エピタキシャル成長層を貫通して前記第１エピタキシャル成長層に達する。前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている。第１電極は、前記第２半導体領域および前記第２エピタキシャル成長層に接する。第２電極は、前記炭化珪素基板の裏面に設けられている。前記第１半導体領域は、前記第２エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高いピークで深さ方向に高低差をもつ山型の第２導電型不純物濃度プロファイルを有する。前記第２導電型不純物濃度プロファイルは、第１，２の不純物濃度勾配を有する。前記第１の不純物濃度勾配は、前記ピークと、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との界面と、の間で前記第２電極側に不純物濃度が低下する。前記第２の不純物濃度勾配は、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との界面から、前記第２電極側に不純物濃度が低下する。前記第２の不純物濃度勾配の絶対値は、前記第１の不純物濃度勾配の絶対値よりも大きい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第２導電型不純物濃度プロファイルの不純物濃度の前記ピークは、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との境界よりも前記第１電極側に位置することを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第１半導体領域は、前記炭化珪素基板のおもて面に平行な方向に一様に設けられていることを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第１エピタキシャル成長層の内部に、前記第１エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高い第１導電型の第３半導体領域をさらに備える。前記第３半導体領域は、前記第２エピタキシャル成長層に接し、かつ前記第２エピタキシャル成長層との境界から前記トレンチの底面よりも前記第２電極側に深い位置に達することを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第３半導体領域の内部に選択的に設けられ、前記トレンチの底面を覆う第２導電型の第４半導体領域をさらに備える。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第４半導体領域は、前記トレンチの底面から深さ方向に前記第３半導体領域を貫通することを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、隣り合う前記トレンチ間において前記第３半導体領域の内部に、前記第２エピタキシャル成長層に接するように設けられた第２導電型の第５半導体領域をさらに備えることを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第５半導体領域は、深さ方向に前記第３半導体領域を貫通することを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第２導電型不純物濃度プロファイルの前記ピークの不純物濃度は、前記第２エピタキシャル成長層の不純物濃度の２倍以上であることを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第２導電型不純物濃度プロファイルの前記ピークの不純物濃度は、３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、炭化珪素基板のおもて面に第１導電型の第１エピタキシャル成長層を形成する第１工程を行う。次に、前記第１エピタキシャル成長層の上に、第２導電型の第２エピタキシャル成長層を形成する第２工程を行う。次に、イオン注入により、前記第２エピタキシャル成長層の内部に、前記第２エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高い第２導電型の第１半導体領域を選択的に形成する第３工程を行う。次に、前記第２エピタキシャル成長層の内部の、前記第１半導体領域よりも浅い位置に第１導電型の第２半導体領域を選択的に形成する第４工程を行う。次に、前記第２半導体領域、前記第１半導体領域および前記第２エピタキシャル成長層を貫通して前記第１エピタキシャル成長層に達するトレンチを形成する第５工程を行う。次に、前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極を形成する第６工程を行う。次に、前記第２半導体領域および前記第２エピタキシャル成長層に接する第１電極を形成する第７工程を行う。次に、前記炭化珪素基板の裏面に第２電極を形成する第８工程を行う。第２導電型不純物の濃度プロファイルは、第１，２の不純物濃度勾配を有する。前記第１の不純物濃度勾配は、前記ピークと、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との界面と、の間で前記第２電極側に不純物濃度が低下する。前記第２の不純物濃度勾配は、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との界面から、前記第２電極側に不純物濃度が低下する。前記第３工程では、前記第２エピタキシャル成長層よりも不純物濃度の高いピークで深さ方向に高低差をもつ山型の第２導電型不純物濃度プロファイルを有し、かつ、前記第２の不純物濃度勾配の絶対値が前記第１の不純物濃度勾配の絶対値よりも大きくなるように前記第１半導体領域を形成する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３工程では、イオン注入面よりも深い位置に前記第２導電型不純物濃度プロファイルの不純物濃度の前記ピークが形成される加速電圧で前記イオン注入を行うことを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３工程の後、前記第４工程の前に、前記第２エピタキシャル成長層の上に第２導電型の第３エピタキシャル成長層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３工程では、イオン注入面以下の深さ位置に前記第２導電型不純物濃度プロファイルの不純物濃度の前記ピークが形成される加速電圧で前記イオン注入を行うことを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３工程では、前記第２エピタキシャル成長層と前記第１エピタキシャル成長層との境界よりも前記第１電極側の深さ位置に前記第２導電型不純物濃度プロファイルの不純物濃度の前記ピークが形成される加速電圧で前記イオン注入を行うことを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３工程では、前記第２導電型不純物濃度プロファイルの前記ピークの不純物濃度を、前記第２エピタキシャル成長層の不純物濃度の２倍以上にすることを特徴とする。また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３工程では、前記第２導電型不純物濃度プロファイルの前記ピークの不純物濃度は、３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明にかかる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、低オン抵抗を維持した状態でゲート閾値電圧のばらつきを低減することができる。かつ、リーク不良を低減することができ、歩留りを高くすることができるという効果を奏する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用されるパワー半導体装置に有用であり、特にトレンチゲート構造の炭化珪素半導体装置に適している。