碳化硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法
碳化硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】在SiC半導(dǎo)體裝置的制造方法中，通過外延生長(zhǎng)在溝槽(6)內(nèi)形成p型層(31)之后，通過氫蝕刻，將p型層(31)僅保留在溝槽(6)的底部及兩末端部，從而形成p型SiC層(7)。即，去除p型層(31)中形成在溝槽(6)的側(cè)面的部分。由此，能夠不通過傾斜離子注入來形成p型SiC層(7)。因此，不需要另行進(jìn)行傾斜離子注入，因此能夠抑制移動(dòng)離子注入裝置等制造工序變得麻煩的情況，能夠抑制制造成本。此外，還沒有離子注入引起的缺陷損壞，因此能夠抑制漏極泄漏，能夠切實(shí)地防止在溝槽(6)的側(cè)面殘留p型SiC層(7)。因此，能夠制造能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和高開關(guān)速度的SiC半導(dǎo)體裝置。
【專利說明】碳化硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法
[0001]關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的相互參照
[0002]本發(fā)明基于2012年6月14日申請(qǐng)的日本申請(qǐng)?zhí)?012-134917號(hào)，在此援引其記載內(nèi)容。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種具有溝槽柵構(gòu)造的半導(dǎo)體開關(guān)元件的碳化硅(以下稱為310半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]在具有半導(dǎo)體開關(guān)元件的半導(dǎo)體裝置中，在流過更大電流方面，提高溝道密度是有效的。在硅晶體管中，為了提高溝道密度，采用溝槽柵構(gòu)造的皿且得到了實(shí)用化。該溝槽柵構(gòu)造是還能夠適用于31(:半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造，由于31(:的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度是硅的10倍，因此在向31(:半導(dǎo)體裝置施加了硅器件的近10倍電壓的狀態(tài)下使用。因此，在將溝槽柵構(gòu)造應(yīng)用于31(:半導(dǎo)體裝置的情況下，對(duì)形成在溝槽內(nèi)的柵絕緣膜也施加硅器件的近10倍強(qiáng)度的電場(chǎng)，在溝槽的角部，柵絕緣膜容易擊穿。
[0005]作為解決這種問題的方案，在專利文獻(xiàn)1中，提出了向比構(gòu)成溝槽柵構(gòu)造的溝槽的底部(底面)更靠下方的位置離子注入？型雜質(zhì)來形成？型層的構(gòu)造。通過形成這種？型層，能夠緩和溝槽的底部的電場(chǎng)集中，能夠防止柵絕緣膜的擊穿。
[0006]然而，在專利文獻(xiàn)1所記載的構(gòu)造的情況下，在溝槽的整個(gè)底部這一寬廣的范圍形成？型層，且？型層成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此開關(guān)特性劣化。
[0007]因此，在專利文獻(xiàn)2中，提出了在溝槽底部形成？型層，并且將溝槽設(shè)置得較深且在溝槽底部將柵絕緣膜設(shè)置得較厚的構(gòu)造中，在溝槽的長(zhǎng)邊方向的兩端部也形成有低濃度？型層的構(gòu)造。具體地說，在溝槽的長(zhǎng)邊方向的兩端部通過進(jìn)行傾斜離子注入來形成低濃度？型層。由此，？型基極區(qū)域和溝槽的底部的？型層通過溝槽的兩端部的低濃度？型層連結(jié)，？型層不會(huì)成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此能夠抑制開啟時(shí)的開關(guān)特性的劣化。此外，在截止時(shí)，溝槽兩端部的低濃度？型層被完全耗盡，溝槽底部的？型層成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此能夠?qū)?1—型漂移層上下分割。由此，由？型基極區(qū)域、11—型漂移層中被分在？型層周圍的耗盡層的上下方的部分、以及該耗盡層，假性地構(gòu)成構(gòu)造，從而實(shí)現(xiàn)了高耐壓化。這樣，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓、低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開平10-98188號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本特開2007-242852號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]然而，在專利文獻(xiàn)2所記載的構(gòu)造的情況下，通過對(duì)溝槽的長(zhǎng)邊方向的兩端部進(jìn)行傾斜離子注入來形成低濃度？型層。因此，？型基極區(qū)域和溝槽的底部的？型層連結(jié)，能夠防止？型層成為浮動(dòng)狀態(tài)，但是由于需要另行進(jìn)行傾斜離子注入，因此移動(dòng)離子注入裝置等制造工序變得麻煩，制造成本升高。此外，離子注入引起的缺陷損壞導(dǎo)致漏極泄漏。此夕卜，在離子注入的情況下，若溝槽的側(cè)面不垂直，則在溝槽側(cè)面的整個(gè)表面上，11-型漂移層？型化，不進(jìn)行而!'動(dòng)作，而將溝槽的側(cè)面加工成垂直是很難的。
[0013]本發(fā)明鑒于上述問題，其第1目的在于，提供一種不依賴于離子注入，而能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和高開關(guān)速度的31(:半導(dǎo)體裝置的制造方法。此外，第2目的在于，提供能夠更切實(shí)地同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和高開關(guān)速度的31(:半導(dǎo)體裝置。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第一方式，一種具備半導(dǎo)體開關(guān)元件的31(:半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括以下工序:溝槽蝕刻工序，通過蝕刻，形成貫通源極區(qū)域及基極區(qū)域而到達(dá)漂移層、且將一個(gè)方向設(shè)為長(zhǎng)邊方向的線狀的溝槽；以及通過外延生長(zhǎng)，在溝槽內(nèi)形成第2導(dǎo)電型的碳化硅層之后，通過進(jìn)行氫蝕刻，將碳化硅層僅保留在溝槽的底部及該溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部，從而形成具有位于溝槽的底部的圓弧形狀底部層和位于該溝槽的末端部的圓弧形狀末端層的第2導(dǎo)電型層的工序。
[0015]這樣，通過外延生長(zhǎng)在溝槽內(nèi)形成碳化硅層之后，通過氫蝕刻，將碳化硅層僅保留在溝槽的底部及溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部來形成第2導(dǎo)電型層。即，去除碳化硅層中的形成在溝槽的側(cè)面上的部分。這樣能夠通過外延生長(zhǎng)形成包括圓弧形狀底部層及圓弧形狀末端層的第2導(dǎo)電型層，能夠不通過傾斜離子注入來形成第2導(dǎo)電型層。因此，不需要另行進(jìn)行傾斜離子注入，因此能夠抑制移動(dòng)離子注入裝置等制造工序變得麻煩的情況，能夠抑制制造成本。此外，還沒有離子注入引起的缺陷損壞，因此能夠抑制漏極泄漏，能夠切實(shí)地防止在溝槽的側(cè)面殘留第2導(dǎo)電型層。因此，能夠不通過離子注入來制造能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和高開關(guān)速度的31(:半導(dǎo)體裝置。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第二方式，在形成第2導(dǎo)電型層的工序中，在形成碳化硅層時(shí)使用的外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)，不降溫地連續(xù)進(jìn)行氫蝕刻來形成第2導(dǎo)電型層。這樣在同一外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)還進(jìn)行氫蝕刻，從而能夠?qū)崿F(xiàn)制造工序的簡(jiǎn)化。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第三方式，一種31(3半導(dǎo)體裝置，具有反轉(zhuǎn)型〖沖一)的溝槽柵構(gòu)造的半導(dǎo)體開關(guān)元件，該半導(dǎo)體開關(guān)元件通過控制向柵電極施加的電壓，在位于溝槽的側(cè)面的基極區(qū)域的表面部形成反轉(zhuǎn)型的溝道區(qū)域，經(jīng)由源極區(qū)域及漂移層，在源電極與漏電極之間流過電流，該31(:半導(dǎo)體裝置具有:溝槽，從源極區(qū)域的表面設(shè)置到比基極區(qū)域深的位置，是將一個(gè)方向設(shè)為長(zhǎng)邊方向而具有末端部的形狀；以及由第2導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成的第2導(dǎo)電型層，僅在溝槽的底部及溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部通過外延生長(zhǎng)來形成，由形成在溝槽的底部的圓弧形狀底部層和形成在溝槽的末端部的圓弧形狀末端層構(gòu)成。
[0018]這樣，由位于溝槽的底部的底部層和形成在溝槽的兩末端部的末端層構(gòu)成第2導(dǎo)電型層，成為底部層經(jīng)由末端層與基極區(qū)域連結(jié)的構(gòu)造。在這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置中，在半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)，通過根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)從底部層向漂移層延伸的耗盡層，能夠使得電場(chǎng)難以進(jìn)入。因此，能夠得到高耐壓。另一方面，在將半導(dǎo)體開關(guān)元件從截止向?qū)ㄇ袚Q時(shí)，底部層經(jīng)由末端層與基極區(qū)域連結(jié)，不會(huì)成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此立即經(jīng)過末端層向底部層供給空穴。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)低導(dǎo)通電阻，能夠得到高開關(guān)速度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]本發(fā)明的上述目的及其他目的、特征及優(yōu)點(diǎn)可通過參照附圖進(jìn)行的下述詳細(xì)說明進(jìn)一步得以明確。
[0020]圖1是具備本發(fā)明的第1實(shí)施方式的反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的的310半導(dǎo)體裝置的上表面布局圖。
[0021]圖2是圖1的11-11線上的310半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0022]圖3是與圖1的區(qū)域町相當(dāng)?shù)臏喜蹡艠?gòu)造的末端部的放大圖。
[0023]圖4(3)?((1)是表示圖1所示的31(:半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖。
[0024]圖5(3)?化)是表示圖4(3)?((1)之后的31(:半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖。
[0025]圖6是表示圖4((1)及圖5(3)、(^)的各工序的情況的圖，(幻是溝槽6的立體截面的圖，(幻是表示各工序中的(￡1)中的XV平面、12平面、XX平面上的截面的圖。
[0026]圖7是具備本發(fā)明的第2實(shí)施方式的反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的的310半導(dǎo)體裝置的上表面布局圖。
[0027]圖8是與圖7的區(qū)域82相當(dāng)?shù)臏喜蹡艠?gòu)造的末端部的放大圖。
[0028]圖9是圖8的以-以線上的31(:半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0029]圖10是圖8的線上的310半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0030]圖11是具備本發(fā)明的第3實(shí)施方式的反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的10--了的310半導(dǎo)體裝置的上表面布局圖。
[0031]圖12是圖11的父11411線上的310半導(dǎo)體裝置的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下，根據(jù)【專利附圖】
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【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，在以下各實(shí)施方式之間，對(duì)彼此相同或等同的部分標(biāo)以同一符號(hào)來進(jìn)行說明。
[0033](第1實(shí)施方式)
[0034]說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式。在此，作為溝槽柵職七6)構(gòu)造的半導(dǎo)體開關(guān)元件，以形成有II溝道型的反轉(zhuǎn)型的的31(:半導(dǎo)體裝置為例進(jìn)行說明。
[0035]圖1所示的31(:半導(dǎo)體裝置是具有形成半導(dǎo)體元件的單元區(qū)域、以及設(shè)置有包圍該單元區(qū)域的外周耐壓構(gòu)造的外周區(qū)域(末端構(gòu)造區(qū)域)的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體元件，具備反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的皿)31?丁。
[0036]如圖2所示，810半導(dǎo)體裝置是將在由310構(gòu)成的11+型基板1的主表面上依次外延生長(zhǎng)由31(:構(gòu)成的型漂移層2、？型基極區(qū)域3及V型源極區(qū)域4而得到的結(jié)構(gòu)作為半導(dǎo)體基板使用而形成的。
[0037]11+型基板1中，氮等II型雜質(zhì)濃度為例如1.0 X厚度為300 9 III左右。11—型漂移層2中，氮等II型雜質(zhì)濃度為例如3.0?7.0 X 1015試厚度為10?15 9 0左右。打―型漂移層2的雜質(zhì)濃度在深度方向上可以一定，但也可以在濃度分布上設(shè)置斜度，使得11—型漂移層2中V型基板1 一側(cè)的濃度高于遠(yuǎn)離11+型基板1 一側(cè)。這樣，能夠降低11—型漂移層2的內(nèi)阻，因此能夠降低導(dǎo)通電阻。
[0038]此外，？型基極區(qū)域3中，硼或鋁等1)型雜質(zhì)濃度為例如5.0^1016?2.0^1(^/挪3，厚度為2.00 0左右。11+型源極區(qū)域4中，表層部的磷等!1型雜質(zhì)濃度(表面濃度)為例如1.0父1021八1113，厚度為0.5 9 III左右。
[0039]在單元區(qū)域，在1)型基極區(qū)域3內(nèi)的1)型基極區(qū)域3的表面殘留有V型源極區(qū)域4，以貫通該V型源極區(qū)域4及？型基極區(qū)域3而到達(dá)型漂移層2的方式，形成有1)+型深層(06印1^6105。1)+型深層5中，例如表層部的硼或鋁等？型雜質(zhì)濃度(表面濃度)為例如1.0父101！7。1113，寬度為0.5 11III，深度為2.7 III左右。該口 +型深層5形成至比用于構(gòu)成后述的溝槽柵構(gòu)造的溝槽6及形成在其底部的？型層7深的位置，被設(shè)置成在 ? 型深層5的底部?jī)?yōu)先發(fā)生體擊穿(80(17的構(gòu)造。在本實(shí)施方式的情況下，￠+型深層5被布局為格子狀，以在單元區(qū)域內(nèi)將單元區(qū)域劃分為多個(gè)，并且被布局為角部以包圍單元區(qū)域的外緣的方式設(shè)計(jì)成圓角的四邊形狀。
[0040]此外，以貫通型基極區(qū)域3及V型源極區(qū)域4而到達(dá)型漂移層2的方式，形成有例如寬度為0.5?2.0^111、深度為2.0^111以上(例如2.4 ^111)的溝槽6。以與該溝槽6的側(cè)面接觸的方式配置有上述的？型基極區(qū)域3及V型源極區(qū)域4。溝槽6由以圖1的紙面左右方向?yàn)閷挾确较颉⒁约埫娲怪狈较驗(yàn)殚L(zhǎng)邊方向、以紙面上下方向?yàn)樯疃确较虻木€狀的布局形成。在圖2及圖3中，溝槽6的底部及兩末端部的角部為棱角分明的形狀，但也可以設(shè)置成圓角。
[0041]此外，溝槽6排列多條而成為各溝槽6平行排列的條紋(3廿1^)6)狀。各溝槽6以每幾條為一份配置在由1)+型深層5劃分的各區(qū)域，在其內(nèi)部，等間隔地配置各溝槽6。各溝槽6的間隔例如設(shè)為1?2 ^ %且被設(shè)定為在截止時(shí)電場(chǎng)不會(huì)進(jìn)入到溝槽6之間的程度的長(zhǎng)度。此外，從溝槽6中最靠近 ? 型深層5的溝槽6到1)+型深層5為止的距離、以及從溝槽6的兩末端到1)+型深層5為止的距離均被設(shè)定為距離3以下。距離3是基于在10--丁截止時(shí)根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)(811111:-111 ￠101:6111:181)從后述的？型層7向11—型漂移層2側(cè)延伸的耗盡層寬度而設(shè)定的，設(shè)為該耗盡層寬度的2倍以上且3倍以下。
[0042]進(jìn)一步，如圖2及圖3所示，在溝槽6內(nèi)形成有？型31(:層7。該？型310層7形成為？型雜質(zhì)濃度為例如3父1017?3父1018八1113這一比較高的濃度，厚度為0.2 9 III左右。具體地說，？型31(:層7還形成在溝槽6的底部及長(zhǎng)邊方向上的兩末端部。以下，將？型31(:層7中的形成在溝槽6的底部的表面成圓弧形狀的部分稱為底部1)型層7^將形成在溝槽6的兩末端部的表面成圓弧形狀的部分稱為末端？型層7匕底部1)型層73相當(dāng)于圓弧形狀底部層，末端？型層76相當(dāng)于圓弧形狀末端層。
[0043]底部？型層73是在溝槽6的底面上外延生長(zhǎng)而形成的。底部？型層73的最淺的位置比？型基極區(qū)域3的底部深，最深的位置比 ? 型深層5的底部淺。因此，能夠在？型基極區(qū)域3與底部1)型層73之間保留型漂移層2的方式進(jìn)行溝道形成，并且能夠在 ? 型深層5的底部?jī)?yōu)先發(fā)生體擊穿。此外，底部？型層73中的上表面成為圓潤(rùn)的曲面，與溝槽6的兩側(cè)面以沒有臺(tái)階的圓滑的狀態(tài)接合。
[0044]末端？型層76也是在溝槽6的兩末端面上外延生長(zhǎng)而形成的。末端？型層幾中的溝槽6的內(nèi)側(cè)的表面也成為圓潤(rùn)的曲面，與溝槽6的兩側(cè)面以幾乎沒有臺(tái)階的狀態(tài)接合。
[0045]由這些底部？型層％及末端？型層幾構(gòu)成？型31(:層7。因此，？型310層7中，底部？型層％與？型基極區(qū)域3分離配置，而末端？型層幾與？型基極區(qū)域3連接。因此，？型31(:層7固定為與？型基極區(qū)域3相同的電位，是不會(huì)成為浮動(dòng)$10社1=8)狀態(tài)的構(gòu)造。另外，？型31(:層7在溝槽6的兩側(cè)面沒有形成^型義^層了。因此，在溝槽6的兩側(cè)面，成為11—型漂移層2、？型基極區(qū)域3及V型源極區(qū)域4露出的狀態(tài)。
[0046]進(jìn)一步，溝槽6的內(nèi)壁面被柵絕緣膜8覆蓋，通過柵絕緣膜8的表面上所形成的由參雜多晶硅構(gòu)成的柵電極9填滿溝槽6內(nèi)。柵絕緣膜8例如由將溝槽6的內(nèi)壁面熱氧化而得到的熱氧化膜等構(gòu)成，柵絕緣膜8的厚度在溝槽6的側(cè)面?zhèn)群偷撞總?cè)均為10011111左右。并且，如上所述，構(gòu)成？型31(:層7的底部？型層73的上表面及末端？型層幾中的溝槽6的內(nèi)側(cè)的表面成為圓潤(rùn)的曲面，因此柵絕緣膜8的底面也成為圓潤(rùn)的形狀。因此，柵絕緣膜8由整體上均勻的膜厚構(gòu)成，成為不存在在溝槽6的角部變薄的部分等的狀態(tài)。這樣，構(gòu)成溝槽柵構(gòu)造。
[0047]此外，在V型源極區(qū)域4及1)+型深層5的表面、柵電極9的表面，經(jīng)由層間絕緣膜10形成有源電極11及柵極布線(未圖示源電極11及柵極布線由多個(gè)金屬(例如附/八1等)構(gòu)成，至少與II型31“具體為V型源極區(qū)域4)接觸的部分由能夠與II型31(:歐姆接觸的金屬構(gòu)成，至少與？型31“具體為￠+型深層5)接觸的部分由能夠與￠)型歐姆接觸的金屬構(gòu)成。另外，這些源電極11及柵極布線形成在層間絕緣膜10上而被電絕緣，通過層間絕緣膜10上所形成的接觸孔13，源電極11經(jīng)由!1+型源極區(qū)域4及￠+型深層5與？型基極區(qū)域3電接觸，柵極布線與柵電極9電接觸。
[0048]并且，在!1+型基板1的背面?zhèn)?，形成有與11+型基板1電連接的漏電極12。由這種構(gòu)造構(gòu)成II溝道型的反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的并且，這種被分割配置在由￠+型深層5劃分的各區(qū)域，從而構(gòu)成單元區(qū)域。
[0049]另一方面，在外周區(qū)域，與單元區(qū)域同樣，在11—型漂移層2的上部形成有？型基極區(qū)域3，但以貫通1)型基極區(qū)域3而到達(dá)型漂移層2的方式形成有凹部20，從而成為高臺(tái)(16%)構(gòu)造。因此，在從單元區(qū)域分離的位置，V型源極區(qū)域4及？型基極區(qū)域3被去除，露出11—型漂移層2。
[0050]此外，在位于凹部20下方的型漂移層2的表層部，以包圍單元區(qū)域的方式，設(shè)置有多條(圖1中表示有3條)1)+型保護(hù)環(huán)層21。1)+型保護(hù)環(huán)層21只要構(gòu)成為能夠發(fā)揮保護(hù)環(huán)的功能的濃度及深度即可，在本實(shí)施方式中，例如硼或鋁等？型雜質(zhì)濃度及底部的位置與 ? 型深層5相同。并且，雖然沒有圖示，但根據(jù)需要在比 ? 型保護(hù)環(huán)層21更靠外周設(shè)置2職構(gòu)造，從而構(gòu)成具備包圍單元區(qū)域的外周耐壓構(gòu)造的外周區(qū)域。
[0051]由以上構(gòu)造構(gòu)成本實(shí)施方式的31(:半導(dǎo)體裝置。接著，參照?qǐng)D4?圖6說明本實(shí)施方式的310半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0052][圖4(3)所示的工序]
[0053]首先，作為半導(dǎo)體基板，準(zhǔn)備在由31(:構(gòu)成的11+型基板1的主表面上依次外延生長(zhǎng)由31(:構(gòu)成的型漂移層2、？型基極區(qū)域3及義型源極區(qū)域4而得到的三重外延基板。
[0054][圖4(6)所示的工序]
[0055]在11+型源極區(qū)域4的表面上配置掩模材(未圖示)之后，通過光刻對(duì)掩模材中1)+型深層5及1)+型保護(hù)環(huán)層21的預(yù)定形成位置進(jìn)行開口。并且，在配置有掩模材的狀態(tài)下，進(jìn)行012 1011狀也丨叩)等各向異性蝕刻，從而在￠+型深層5及￠+型保護(hù)環(huán)層21的預(yù)定形成位置形成溝槽30。之后，去除掩模材。
[0056][圖4(0所示的工序]
[0057]包括溝槽30內(nèi)部在內(nèi)在11+型源極區(qū)域4的整個(gè)表面上外延生長(zhǎng)1)+型層。具體地說，溝槽30內(nèi)被￠1+型層填埋。并且，通過基于研磨及⑶？160118111081 ^011811111?)等的平坦化，露出11+型源極區(qū)域4的表面。由此，口+型層僅留在溝槽30內(nèi)，由1)+型層構(gòu)成1)+型深層5及1)+型保護(hù)環(huán)層21。
[0058][圖4((1)所示的工序]
[0059]在V型源極區(qū)域4、一型深層5及1)+型保護(hù)環(huán)層21的表面配置掩模材(未圖示)之后，通過光刻對(duì)掩模材中的溝槽6及凹部20的預(yù)定形成位置進(jìn)行開口。并且，在配置有掩模材的狀態(tài)下，進(jìn)行虹2等各向異性蝕刻，從而在單元區(qū)域形成溝槽6，并且在外周區(qū)域形成凹部20。之后，去除掩模材。
[0060]另外，從該圖4((1)至圖5(^,(13)的各工序的狀況示于圖6，圖6(3)為溝槽6的立體截面的圖，圖6(6)表示各工序中的圖6(^0中的XV平面、12平面、XX平面上的截面。因此，在實(shí)施了本工序的狀態(tài)下，如圖6 (^)所示，溝槽6的底部及兩末端部的角部成為棱角分明的狀態(tài)。
[0061][圖5(^0所示的工序〕
[0062]使用外延生長(zhǎng)裝置，包括溝槽6內(nèi)部在內(nèi)，外延生長(zhǎng)]3型層(31(:層01。例如，以？型雜質(zhì)濃度為例如3 X 1017?3 X ^18/^3這一比較高的濃度形成？型層31。此時(shí)，如圖6(6)所示，在溝槽6的底部及兩末端部的表面，與溝槽6的兩側(cè)面及V型源極區(qū)域4等的表面相比，？型層31形成得更厚。
[0063][圖5(6)所示的工序]
[0064]在用于形成？型層31的外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)，在不降溫的情況下連續(xù)進(jìn)行氫蝕刻，從而對(duì)？型層31進(jìn)行各向同性蝕刻，并且進(jìn)行溝槽蝕刻的損壞去除。這樣，在同一外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)還連續(xù)地進(jìn)行氫蝕刻，從而能夠?qū)崿F(xiàn)制造工序的簡(jiǎn)化。例如，實(shí)施1600度以上的減壓下的氫氣氛、例如16251,2.7^1(^51(200101^)的高溫氫氣氛下的氫蝕刻。由此，溝槽蝕刻的損壞被去除，并且？型層31中的形成在溝槽6的兩側(cè)面及V型源極區(qū)域4等的表面上的部分被完全去除而露出基底，成為保留了形成在溝槽6的底部及兩末端部的表面上的部分的狀態(tài)。這樣，如圖6(13)所示，由1)型層31中的形成在溝槽6的底部的表面上的部分構(gòu)成底部？型層7^由形成在溝槽6的兩末端部的表面上的部分構(gòu)成末端1)型層71從而形成？型310層7。
[0065][圖5(0所示的工序]
[0066]在通過潮濕氣氛下的熱氧化形成柵絕緣膜8之后，在柵絕緣膜8的表面進(jìn)行參雜多晶硅層的成膜，將該參雜多晶硅層圖形化$￡1061111118)而保留在溝槽6內(nèi)，形成柵電極9。關(guān)于之后的工序，與以往相同，進(jìn)行層間絕緣膜10的形成工序、基于光蝕刻的接觸孔形成工序、在沉積電極材料之后通過進(jìn)行圖形化來形成源電極11及柵極布線層的工序、以及在11+型基板1的背面形成漏電極12的工序等，從而完成圖2所示的溝槽柵構(gòu)造的10--丁被設(shè)置在單元區(qū)域、包圍單元區(qū)域的 ? 型深層5及1)+型保護(hù)環(huán)層21被設(shè)置在外周區(qū)域上的31(:半導(dǎo)體裝置。
[0067]如以上說明，在本實(shí)施方式中，由位于溝槽6底部的底部？型層73和形成在溝槽6的兩末端部上的末端？型層76構(gòu)成？型31(:層7，成為底部？型層73經(jīng)由末端？型層76與？型基極區(qū)域3連結(jié)的構(gòu)造。
[0068]在這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置中，在截止時(shí)，能夠通過根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)從底部？型層仏向!1—型漂移層2延伸的耗盡層，使得電場(chǎng)難以進(jìn)入。因此，能夠得到高耐壓。
[0069]另一方面，在將從截止向?qū)ㄇ袚Q時(shí)，底部？型層73經(jīng)由末端？型層76與？型基極區(qū)域3連結(jié)而沒有成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此立即經(jīng)過末端？型層76向底部？型層73供給空穴。因此，能夠得到高開關(guān)速度81)66(1)。
[0070]此外，將從溝槽6中最靠近13+型深層5的溝槽6到￠+型深層5為止的距離、從溝槽6的兩末端到口 +型深層5為止的距離設(shè)定為距離3以下。并且，將距離3設(shè)為在截止時(shí)從？型31(:層7向!1—型漂移層2側(cè)延伸的耗盡層寬度的2倍以上且3倍以下。由于這樣將距離3設(shè)為耗盡層寬度的2倍以上，因此能夠抑制由于導(dǎo)通時(shí)的電流路徑過窄而導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大。此外，由于將距離3設(shè)為耗盡層寬度的3倍以下，因此在各溝槽柵構(gòu)造與 ? 型深層5之間也能夠防止截止時(shí)的電場(chǎng)進(jìn)入，能夠進(jìn)一步防止柵絕緣膜8被擊穿。
[0071]進(jìn)一步，這樣在溝槽6的底面設(shè)置？型31(:層7而能夠防止電場(chǎng)進(jìn)入，因此也可以不將口 +型深層5配置在所有的各溝槽6之間。因此，能夠增大單元區(qū)域內(nèi)的溝槽柵構(gòu)造所占的比例即單元區(qū)域有效面積，能夠進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻。進(jìn)一步，由于1)+型深層5與溝槽6分離，因此能夠防止體擊穿時(shí)的擊穿電流流到柵絕緣膜8的附近。因此，還能夠確保柵絕緣膜8的可靠性。
[0072]并且，在這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置中，通過外延生長(zhǎng)在溝槽6內(nèi)形成？型層31之后，通過氫蝕刻將？型層31僅留在溝槽6的底部及兩末端部來形成？型31(:層7。即，去除？型層31中的形成在溝槽6的側(cè)面上的部分。這樣能夠通過外延生長(zhǎng)來形成包括底部？型層73及末端？型層幾的1)型31(:層7，能夠不通過傾斜離子注入來形成？型31(:層7，此外，作為氫蝕刻的效果，溝槽形成時(shí)產(chǎn)生的損壞被去除，溝槽表面的凹凸也減小，因此能夠提高溝道遷移率，還能夠提高柵絕緣膜壽命。并且，由于不需要另行進(jìn)行傾斜離子注入，因此能夠抑制移動(dòng)離子注入裝置等制造工序便得麻煩的情況，能夠抑制制造成本。此外，還沒有離子注入引起的缺陷損壞，因此能夠抑制漏極泄漏①以丨!！ 16成叫一)，能夠切實(shí)地防止在溝槽6的側(cè)面殘留？型31(:層7。
[0073]另外，在本實(shí)施方式中，? 型深層5及 ? 型保護(hù)環(huán)層21為通過外延生長(zhǎng)埋入溝槽30內(nèi)而形成的埋入外延型(￡111136(1(16(1 61)11:8X181 1:7156)，但也可以通過離子注入來形成。
[0074](第2實(shí)施方式)
[0075]說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。本實(shí)施方式與第1實(shí)施方式相比改變了 1)+型深層5的結(jié)構(gòu)，其他與第1實(shí)施方式相同，因此僅說明與第1實(shí)施方式不同的部分。
[0076]圖7所示的31(:半導(dǎo)體裝置也是具有形成有半導(dǎo)體元件的單元區(qū)域和外周區(qū)域的結(jié)構(gòu)，但是形成在單元區(qū)域中的?型深層5的布局不同于第1實(shí)施方式。具體地說，如圖8的放大圖所示，將溝槽柵構(gòu)造在長(zhǎng)邊方向上分割為多個(gè)，以與該分割的各溝槽柵構(gòu)造的末端部重合的方式配置 ? 型深層5。并且，^型深層5以與并列排列的多個(gè)溝槽柵構(gòu)造連續(xù)地交叉的方式構(gòu)成為線狀，如圖9所示配置成進(jìn)入到各溝槽6的下方。
[0077]此外，關(guān)于對(duì)各溝槽的柵電極9進(jìn)行連接的溝槽外柵電極，如圖8中用虛線所示那樣，配置成在被分割的各溝槽柵構(gòu)造的中央交叉。并且，如圖10所示，與第1實(shí)施方式同樣，V型源極區(qū)域4與源電極11的電連接是在各溝槽柵構(gòu)造之間通過形成在層間絕緣膜10上的接觸孔13來進(jìn)行的。該接觸孔13如圖8所示，不僅設(shè)置在與溝槽柵構(gòu)造對(duì)置的位置，還延伸設(shè)置在溝槽柵構(gòu)造被分割的位置，通過該部分還進(jìn)行 ? 型深層5與源電極11的電連接。
[0078]這樣，還能夠設(shè)置成將口 +型深層5僅設(shè)置在溝槽柵的端部的構(gòu)造。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠限定1)+型深層5的面積，能夠增大單元區(qū)域內(nèi)的溝槽柵構(gòu)造所占的比例即單元區(qū)域有效面積，能夠進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻。進(jìn)一步，由于1)+型深層5與溝槽柵構(gòu)造中的溝道形成區(qū)域分離，因此能夠防止體擊穿時(shí)的擊穿電流流到柵絕緣膜8中與溝道形成區(qū)域接觸的部分的附近。因此，能夠防止熱載流子引起柵絕緣膜8劣化，能夠提高柵絕緣膜8的可靠性。
[0079]關(guān)于這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置，雖然上表面布局不同，但也能夠通過與第1實(shí)施方式的31(:半導(dǎo)體裝置相同的制造方法來制造，？型31(:層7能夠通過外延生長(zhǎng)及氫蝕刻來形成。因此，也可以不通過傾斜離子注入來形成？型31(:層7，因此能夠獲得與第1實(shí)施方式同樣的效果。
[0080](第3實(shí)施方式)
[0081]說明本發(fā)明的第3實(shí)施方式。本實(shí)施方式與第1實(shí)施方式相比沒有設(shè)置1)+型深層5而改變了溝槽柵構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，其他與第1實(shí)施方式相同，因此僅說明與第1實(shí)施方式不同的部分。
[0082]圖11所示的31(:半導(dǎo)體裝置也是具有形成有半導(dǎo)體元件的單元區(qū)域和外周區(qū)域的結(jié)構(gòu)，但是在單元區(qū)域中沒有形成 ? 型深層5。此外，如圖12所示，本實(shí)施方式的溝槽柵構(gòu)造中，將溝槽6設(shè)置得深，并且在溝槽6的底部及兩末端部形成？型31(:層7 (底部1)型層及末端？型層7幻且增厚了柵絕緣膜8。另外，圖12的區(qū)域…是與圖3相同的上表面布局。
[0083]在這種31(:半導(dǎo)體裝置中，？型基極區(qū)域3與底部？型層7經(jīng)由末端？型層幾連結(jié)，也能夠不使？型31(:層7成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此能夠抑制開關(guān)特性劣化。在這種情況下，與專利文獻(xiàn)2同樣，需要將？型層76的濃度設(shè)為比？型層73低，通過主表面使用(0001)31面能夠容易實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)?，與(0001)81面相比，與其垂直的(1-100)0面、(11-20)3面上的？型雜質(zhì)的取入效率低。由此，由？型基極區(qū)域、11—型漂移層2中被分在底部？型層仏周圍的耗盡層的上下方的部分、以及該耗盡層，假性$8611(10)地構(gòu)成了剛?~構(gòu)造，從而實(shí)現(xiàn)了高耐壓化。這樣，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓、低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度。
[0084]這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置的制造方法中，除了在形成1)+型保護(hù)環(huán)層21時(shí)不形成1)+型深層5、以及變更柵絕緣膜8的形成工序以外，基本上與第1實(shí)施方式相同。作為柵絕緣膜8的形成工序，例如可以適用以下工序:通過外延生長(zhǎng)及氫蝕刻在溝槽6的底部及兩末端部形成？型31(:層7之后，通過法沉積絕緣膜，并對(duì)其進(jìn)行蝕刻來保留在溝槽6的底部之后，進(jìn)一步進(jìn)行熱氧化。這樣，在本實(shí)施方式的31(:半導(dǎo)體裝置中，也可以不通過傾斜離子注入來形成？型31(:層7，因此能夠得到與第1實(shí)施方式同樣的效果。
[0085](其他實(shí)施方式)
[0086]在上述各實(shí)施方式中，說明了適用本發(fā)明的情況的一例，但可以適當(dāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更等。例如，在上述各實(shí)施方式中，作為柵絕緣膜8的例子，列舉了通過熱氧化得到的氧化膜，但也可以是包含不經(jīng)過熱氧化而得到的氧化膜或氮化膜等的絕緣膜。此外，關(guān)于漏電極12的形成工序，還可以在形成源電極11之前等情況下進(jìn)行。
[0087]此外，作為半導(dǎo)體基板，也可以不使用三重外延基板。例如，也可以將在11+型基板1上外延生長(zhǎng)的11—型漂移層2的表層部進(jìn)行？型雜質(zhì)的離子注入來形成？型基極區(qū)域3、且在？型基極區(qū)域3的表層部進(jìn)行II型雜質(zhì)的離子注入來形成11+型源極區(qū)域4而成的基板用作半導(dǎo)體基板。
[0088]此外，在上述各實(shí)施方式中，以第1導(dǎo)電型為II型、第2導(dǎo)電型為？型的II溝道型的皿為例進(jìn)行了說明，但在將各構(gòu)成要素的導(dǎo)電型反轉(zhuǎn)的？溝道型的皿中也能夠適用本發(fā)明。此外，在上述說明中，以溝槽柵構(gòu)造的為例進(jìn)行了說明，但在同樣的溝槽柵構(gòu)造的1部1中也能夠適用本發(fā)明。1部1只是在上述各實(shí)施方式中將基板1的導(dǎo)電型從II型變更為了 ？型，其他構(gòu)造及制造方法與上述各實(shí)施方式相同。
[0089]另外，在上述各實(shí)施方式中，在溝槽6的長(zhǎng)邊方向上的兩末端部形成了圓弧形狀的末端？型層76，但只要形成在至少一方的末端部，則在該端部，柵絕緣膜8形成為均勻的膜厚。由此，能夠得到上述效果。
[0090]根據(jù)實(shí)施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于該實(shí)施例及構(gòu)造。本發(fā)明還包括各種變形例及均等范圍內(nèi)的變形。此外，各種組合及方式、在此基礎(chǔ)上包含更多的要件或減少要件的其他組合及方式也屬于本發(fā)明的范疇及思想范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，該碳化硅半導(dǎo)體裝置使用在第1導(dǎo)電型或第2導(dǎo)電型的碳化硅基板(1)的主表面上所形成的由碳化硅構(gòu)成的第1導(dǎo)電型的漂移層(2)上形成有由碳化硅構(gòu)成的第2導(dǎo)電型的基極區(qū)域(3)、并且在上述基極區(qū)域的上方形成有由碳化硅構(gòu)成的第1導(dǎo)電型的源極區(qū)域(4)而成的半導(dǎo)體基板，并且該碳化硅半導(dǎo)體裝置具備半導(dǎo)體開關(guān)元件，該半導(dǎo)體開關(guān)元件在比上述基極區(qū)域深的溝槽出)內(nèi)形成有柵絕緣膜(8)，且在該柵絕緣膜上形成柵電極(9)，從而構(gòu)成溝槽柵構(gòu)造，具有與上述源極區(qū)域及上述基極區(qū)域電連接的源電極(111以及與上述碳化硅基板的背面電連接的漏電極(12), 上述碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，包括以下工序: 溝槽蝕刻工序，通過蝕刻，形成貫通上述源極區(qū)域及上述基極區(qū)域而到達(dá)上述漂移層、且將一個(gè)方向設(shè)為長(zhǎng)邊方向的線狀的上述溝槽；以及 通過外延生長(zhǎng)，在上述溝槽內(nèi)形成第2導(dǎo)電型的碳化硅層(31)之后，通過進(jìn)行氫蝕刻，將碳化硅層僅保留在上述溝槽的底部及該溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部，從而形成具有位于上述溝槽的底部的圓弧形狀底部層(74和位于該溝槽的末端部的圓弧形狀末端層(76)的第2導(dǎo)電型層⑵的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在形成上述第2導(dǎo)電型層的工序中，在形成上述碳化硅層時(shí)使用的外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)，不降溫地連續(xù)進(jìn)行上述氫蝕刻來形成上述第2導(dǎo)電型層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在上述溝槽蝕刻工序之前，具有形成比上述溝槽深的第2導(dǎo)電型的深層(5)的工序， 在形成上述深層的工序及上述溝槽蝕刻工序中，將上述溝槽及上述深層布局成，使上述深層與上述溝槽分離配置，且從上述溝槽的側(cè)面或末端到上述深層為止的距離仏)成為在上述半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)從上述底部層向上述漂移層側(cè)延伸的耗盡層寬度的3倍以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在形成上述深層的工序及上述溝槽蝕刻工序中，將上述溝槽及上述深層布局成，上述距離成為上述耗盡層寬度的2倍以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在上述溝槽蝕刻工序中，并列配置多條上述溝槽， 在形成上述深層的工序中，設(shè)置成多條上述溝槽中的多個(gè)被上述深層包圍的平面布局。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在上述溝槽蝕刻工序之前，具有形成比上述溝槽深的第2導(dǎo)電型的深層(5)的工序， 在上述溝槽蝕刻工序中，設(shè)置成將上述溝槽在上述長(zhǎng)邊方向上分割為多個(gè)的布局， 在形成上述深層的工序中，將上述第2導(dǎo)電型層配置成與被分割的各溝槽的末端部重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 上述第1導(dǎo)電型或第2導(dǎo)電型的碳化硅基板(1)的主表面為(0001)31面， 在形成上述第2導(dǎo)電型層的工序之后，具有在上述溝槽內(nèi)形成上述柵絕緣膜的工序，在形成該柵絕緣膜的工序中，與上述溝槽的側(cè)面相比，在該溝槽的底部，更厚地形成上述柵絕緣膜，在上述半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)上述圓弧形狀末端層(74被完全耗盡，從而上述漂移層被上下分隔。
8.一種碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備: 第1導(dǎo)電型或第2導(dǎo)電型的基板⑴，由碳化硅構(gòu)成； 漂移層(2)，設(shè)置在上述基板的上方，由雜質(zhì)濃度比上述基板低的第1導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成； 基極區(qū)域(3)，設(shè)置在上述漂移層的上方，由第2導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成； 源極區(qū)域(4)，設(shè)置在上述基極區(qū)域的上層部，由雜質(zhì)濃度比上述漂移層高的第1導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成； 溝槽￠)，從上述源極區(qū)域的表面設(shè)置到比上述基極區(qū)域深的位置，是將一個(gè)方向設(shè)為長(zhǎng)邊方向而具有末端部的形狀； 由第2導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成的第2導(dǎo)電型層(7)，通過外延生長(zhǎng)僅被設(shè)置在上述溝槽的底部及該溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部，由設(shè)置在上述溝槽的底部的圓弧形狀底部層(7幻和設(shè)置在上述溝槽的末端部的圓弧形狀末端層(74構(gòu)成； 柵絕緣膜(8)，在上述第2導(dǎo)電型層上設(shè)置在上述溝槽的內(nèi)壁面； 柵電極(9),在上述溝槽內(nèi)設(shè)置在上述柵絕緣膜的上方； 源電極(11),與上述源極區(qū)域及上述基極區(qū)域電連接；以及 漏電極(12),設(shè)置在上述基板的背面?zhèn)龋? 該碳化硅半導(dǎo)體裝置具有反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的半導(dǎo)體開關(guān)元件，該半導(dǎo)體開關(guān)元件通過控制向上述柵電極施加的電壓，在位于上述溝槽的側(cè)面的上述基極區(qū)域的表面部形成反轉(zhuǎn)型的溝道區(qū)域，經(jīng)由上述源極區(qū)域及上述漂移層，在上述源電極與上述漏電極之間流過電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 具有第2導(dǎo)電型的深層(5),該深層與該上述溝槽分離配置，比該溝槽深，且與上述源電極電連接， 從上述溝槽的側(cè)面或末端到上述深層為止的距離仏)為在上述半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)從上述底部層向上述漂移層側(cè)延伸的耗盡層寬度的3倍以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述距離為上述耗盡層寬度的2倍以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述溝槽并列配置有多條，被設(shè)置成多條上述溝槽中的多個(gè)被上述深層包圍的平面布局。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述溝槽在上述長(zhǎng)邊方向上被分割為多個(gè)，且上述第2導(dǎo)電型層被配置成與被分割的各溝槽的末端部重疊。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述第1導(dǎo)電型或第2導(dǎo)電型的碳化硅基板(1)的主表面為(0001)31面， 與上述溝槽的側(cè)面相比，在上述溝槽的底部，上述柵絕緣膜更厚， 在上述半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)上述圓弧形狀末端層(74被完全耗盡，從而上述漂移層被上下分隔。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104380442SQ201380031331
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】千田和身, 竹內(nèi)有一, 副島成雅, 渡邊行彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝, 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
【專利摘要】在SiC半導(dǎo)體裝置的制造方法中，通過外延生長(zhǎng)在溝槽(6)內(nèi)形成p型層(31)之后，通過氫蝕刻，將p型層(31)僅保留在溝槽(6)的底部及兩末端部，從而形成p型SiC層(7)。即，去除p型層(31)中形成在溝槽(6)的側(cè)面的部分。由此，能夠不通過傾斜離子注入來形成p型SiC層(7)。因此，不需要另行進(jìn)行傾斜離子注入，因此能夠抑制移動(dòng)離子注入裝置等制造工序變得麻煩的情況，能夠抑制制造成本。此外，還沒有離子注入引起的缺陷損壞，因此能夠抑制漏極泄漏，能夠切實(shí)地防止在溝槽(6)的側(cè)面殘留p型SiC層(7)。因此，能夠制造能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和高開關(guān)速度的SiC半導(dǎo)體裝置。
【專利說明】碳化硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法
[0001]關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的相互參照
[0002]本發(fā)明基于2012年6月14日申請(qǐng)的日本申請(qǐng)?zhí)?012-134917號(hào)，在此援引其記載內(nèi)容。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種具有溝槽柵構(gòu)造的半導(dǎo)體開關(guān)元件的碳化硅(以下稱為310半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]在具有半導(dǎo)體開關(guān)元件的半導(dǎo)體裝置中，在流過更大電流方面，提高溝道密度是有效的。在硅晶體管中，為了提高溝道密度，采用溝槽柵構(gòu)造的皿且得到了實(shí)用化。該溝槽柵構(gòu)造是還能夠適用于31(:半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造，由于31(:的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度是硅的10倍，因此在向31(:半導(dǎo)體裝置施加了硅器件的近10倍電壓的狀態(tài)下使用。因此，在將溝槽柵構(gòu)造應(yīng)用于31(:半導(dǎo)體裝置的情況下，對(duì)形成在溝槽內(nèi)的柵絕緣膜也施加硅器件的近10倍強(qiáng)度的電場(chǎng)，在溝槽的角部，柵絕緣膜容易擊穿。
[0005]作為解決這種問題的方案，在專利文獻(xiàn)1中，提出了向比構(gòu)成溝槽柵構(gòu)造的溝槽的底部(底面)更靠下方的位置離子注入？型雜質(zhì)來形成？型層的構(gòu)造。通過形成這種？型層，能夠緩和溝槽的底部的電場(chǎng)集中，能夠防止柵絕緣膜的擊穿。
[0006]然而，在專利文獻(xiàn)1所記載的構(gòu)造的情況下，在溝槽的整個(gè)底部這一寬廣的范圍形成？型層，且？型層成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此開關(guān)特性劣化。
[0007]因此，在專利文獻(xiàn)2中，提出了在溝槽底部形成？型層，并且將溝槽設(shè)置得較深且在溝槽底部將柵絕緣膜設(shè)置得較厚的構(gòu)造中，在溝槽的長(zhǎng)邊方向的兩端部也形成有低濃度？型層的構(gòu)造。具體地說，在溝槽的長(zhǎng)邊方向的兩端部通過進(jìn)行傾斜離子注入來形成低濃度？型層。由此，？型基極區(qū)域和溝槽的底部的？型層通過溝槽的兩端部的低濃度？型層連結(jié)，？型層不會(huì)成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此能夠抑制開啟時(shí)的開關(guān)特性的劣化。此外，在截止時(shí)，溝槽兩端部的低濃度？型層被完全耗盡，溝槽底部的？型層成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此能夠?qū)?1—型漂移層上下分割。由此，由？型基極區(qū)域、11—型漂移層中被分在？型層周圍的耗盡層的上下方的部分、以及該耗盡層，假性地構(gòu)成構(gòu)造，從而實(shí)現(xiàn)了高耐壓化。這樣，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓、低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開平10-98188號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本特開2007-242852號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]然而，在專利文獻(xiàn)2所記載的構(gòu)造的情況下，通過對(duì)溝槽的長(zhǎng)邊方向的兩端部進(jìn)行傾斜離子注入來形成低濃度？型層。因此，？型基極區(qū)域和溝槽的底部的？型層連結(jié)，能夠防止？型層成為浮動(dòng)狀態(tài)，但是由于需要另行進(jìn)行傾斜離子注入，因此移動(dòng)離子注入裝置等制造工序變得麻煩，制造成本升高。此外，離子注入引起的缺陷損壞導(dǎo)致漏極泄漏。此夕卜，在離子注入的情況下，若溝槽的側(cè)面不垂直，則在溝槽側(cè)面的整個(gè)表面上，11-型漂移層？型化，不進(jìn)行而!'動(dòng)作，而將溝槽的側(cè)面加工成垂直是很難的。
[0013]本發(fā)明鑒于上述問題，其第1目的在于，提供一種不依賴于離子注入，而能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和高開關(guān)速度的31(:半導(dǎo)體裝置的制造方法。此外，第2目的在于，提供能夠更切實(shí)地同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和高開關(guān)速度的31(:半導(dǎo)體裝置。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第一方式，一種具備半導(dǎo)體開關(guān)元件的31(:半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括以下工序:溝槽蝕刻工序，通過蝕刻，形成貫通源極區(qū)域及基極區(qū)域而到達(dá)漂移層、且將一個(gè)方向設(shè)為長(zhǎng)邊方向的線狀的溝槽；以及通過外延生長(zhǎng)，在溝槽內(nèi)形成第2導(dǎo)電型的碳化硅層之后，通過進(jìn)行氫蝕刻，將碳化硅層僅保留在溝槽的底部及該溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部，從而形成具有位于溝槽的底部的圓弧形狀底部層和位于該溝槽的末端部的圓弧形狀末端層的第2導(dǎo)電型層的工序。
[0015]這樣，通過外延生長(zhǎng)在溝槽內(nèi)形成碳化硅層之后，通過氫蝕刻，將碳化硅層僅保留在溝槽的底部及溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部來形成第2導(dǎo)電型層。即，去除碳化硅層中的形成在溝槽的側(cè)面上的部分。這樣能夠通過外延生長(zhǎng)形成包括圓弧形狀底部層及圓弧形狀末端層的第2導(dǎo)電型層，能夠不通過傾斜離子注入來形成第2導(dǎo)電型層。因此，不需要另行進(jìn)行傾斜離子注入，因此能夠抑制移動(dòng)離子注入裝置等制造工序變得麻煩的情況，能夠抑制制造成本。此外，還沒有離子注入引起的缺陷損壞，因此能夠抑制漏極泄漏，能夠切實(shí)地防止在溝槽的側(cè)面殘留第2導(dǎo)電型層。因此，能夠不通過離子注入來制造能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和高開關(guān)速度的31(:半導(dǎo)體裝置。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第二方式，在形成第2導(dǎo)電型層的工序中，在形成碳化硅層時(shí)使用的外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)，不降溫地連續(xù)進(jìn)行氫蝕刻來形成第2導(dǎo)電型層。這樣在同一外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)還進(jìn)行氫蝕刻，從而能夠?qū)崿F(xiàn)制造工序的簡(jiǎn)化。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第三方式，一種31(3半導(dǎo)體裝置，具有反轉(zhuǎn)型〖沖一)的溝槽柵構(gòu)造的半導(dǎo)體開關(guān)元件，該半導(dǎo)體開關(guān)元件通過控制向柵電極施加的電壓，在位于溝槽的側(cè)面的基極區(qū)域的表面部形成反轉(zhuǎn)型的溝道區(qū)域，經(jīng)由源極區(qū)域及漂移層，在源電極與漏電極之間流過電流，該31(:半導(dǎo)體裝置具有:溝槽，從源極區(qū)域的表面設(shè)置到比基極區(qū)域深的位置，是將一個(gè)方向設(shè)為長(zhǎng)邊方向而具有末端部的形狀；以及由第2導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成的第2導(dǎo)電型層，僅在溝槽的底部及溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部通過外延生長(zhǎng)來形成，由形成在溝槽的底部的圓弧形狀底部層和形成在溝槽的末端部的圓弧形狀末端層構(gòu)成。
[0018]這樣，由位于溝槽的底部的底部層和形成在溝槽的兩末端部的末端層構(gòu)成第2導(dǎo)電型層，成為底部層經(jīng)由末端層與基極區(qū)域連結(jié)的構(gòu)造。在這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置中，在半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)，通過根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)從底部層向漂移層延伸的耗盡層，能夠使得電場(chǎng)難以進(jìn)入。因此，能夠得到高耐壓。另一方面，在將半導(dǎo)體開關(guān)元件從截止向?qū)ㄇ袚Q時(shí)，底部層經(jīng)由末端層與基極區(qū)域連結(jié)，不會(huì)成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此立即經(jīng)過末端層向底部層供給空穴。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)低導(dǎo)通電阻，能夠得到高開關(guān)速度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]本發(fā)明的上述目的及其他目的、特征及優(yōu)點(diǎn)可通過參照附圖進(jìn)行的下述詳細(xì)說明進(jìn)一步得以明確。
[0020]圖1是具備本發(fā)明的第1實(shí)施方式的反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的的310半導(dǎo)體裝置的上表面布局圖。
[0021]圖2是圖1的11-11線上的310半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0022]圖3是與圖1的區(qū)域町相當(dāng)?shù)臏喜蹡艠?gòu)造的末端部的放大圖。
[0023]圖4(3)?((1)是表示圖1所示的31(:半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖。
[0024]圖5(3)?化)是表示圖4(3)?((1)之后的31(:半導(dǎo)體裝置的制造工序的截面圖。
[0025]圖6是表示圖4((1)及圖5(3)、(^)的各工序的情況的圖，(幻是溝槽6的立體截面的圖，(幻是表示各工序中的(￡1)中的XV平面、12平面、XX平面上的截面的圖。
[0026]圖7是具備本發(fā)明的第2實(shí)施方式的反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的的310半導(dǎo)體裝置的上表面布局圖。
[0027]圖8是與圖7的區(qū)域82相當(dāng)?shù)臏喜蹡艠?gòu)造的末端部的放大圖。
[0028]圖9是圖8的以-以線上的31(:半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0029]圖10是圖8的線上的310半導(dǎo)體裝置的截面圖。
[0030]圖11是具備本發(fā)明的第3實(shí)施方式的反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的10--了的310半導(dǎo)體裝置的上表面布局圖。
[0031]圖12是圖11的父11411線上的310半導(dǎo)體裝置的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下，根據(jù)【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，在以下各實(shí)施方式之間，對(duì)彼此相同或等同的部分標(biāo)以同一符號(hào)來進(jìn)行說明。
[0033](第1實(shí)施方式)
[0034]說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式。在此，作為溝槽柵職七6)構(gòu)造的半導(dǎo)體開關(guān)元件，以形成有II溝道型的反轉(zhuǎn)型的的31(:半導(dǎo)體裝置為例進(jìn)行說明。
[0035]圖1所示的31(:半導(dǎo)體裝置是具有形成半導(dǎo)體元件的單元區(qū)域、以及設(shè)置有包圍該單元區(qū)域的外周耐壓構(gòu)造的外周區(qū)域(末端構(gòu)造區(qū)域)的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，作為半導(dǎo)體元件，具備反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的皿)31?丁。
[0036]如圖2所示，810半導(dǎo)體裝置是將在由310構(gòu)成的11+型基板1的主表面上依次外延生長(zhǎng)由31(:構(gòu)成的型漂移層2、？型基極區(qū)域3及V型源極區(qū)域4而得到的結(jié)構(gòu)作為半導(dǎo)體基板使用而形成的。
[0037]11+型基板1中，氮等II型雜質(zhì)濃度為例如1.0 X厚度為300 9 III左右。11—型漂移層2中，氮等II型雜質(zhì)濃度為例如3.0?7.0 X 1015試厚度為10?15 9 0左右。打―型漂移層2的雜質(zhì)濃度在深度方向上可以一定，但也可以在濃度分布上設(shè)置斜度，使得11—型漂移層2中V型基板1 一側(cè)的濃度高于遠(yuǎn)離11+型基板1 一側(cè)。這樣，能夠降低11—型漂移層2的內(nèi)阻，因此能夠降低導(dǎo)通電阻。
[0038]此外，？型基極區(qū)域3中，硼或鋁等1)型雜質(zhì)濃度為例如5.0^1016?2.0^1(^/挪3，厚度為2.00 0左右。11+型源極區(qū)域4中，表層部的磷等!1型雜質(zhì)濃度(表面濃度)為例如1.0父1021八1113，厚度為0.5 9 III左右。
[0039]在單元區(qū)域，在1)型基極區(qū)域3內(nèi)的1)型基極區(qū)域3的表面殘留有V型源極區(qū)域4，以貫通該V型源極區(qū)域4及？型基極區(qū)域3而到達(dá)型漂移層2的方式，形成有1)+型深層(06印1^6105。1)+型深層5中，例如表層部的硼或鋁等？型雜質(zhì)濃度(表面濃度)為例如1.0父101！7。1113，寬度為0.5 11III，深度為2.7 III左右。該口 +型深層5形成至比用于構(gòu)成后述的溝槽柵構(gòu)造的溝槽6及形成在其底部的？型層7深的位置，被設(shè)置成在 ? 型深層5的底部?jī)?yōu)先發(fā)生體擊穿(80(17的構(gòu)造。在本實(shí)施方式的情況下，￠+型深層5被布局為格子狀，以在單元區(qū)域內(nèi)將單元區(qū)域劃分為多個(gè)，并且被布局為角部以包圍單元區(qū)域的外緣的方式設(shè)計(jì)成圓角的四邊形狀。
[0040]此外，以貫通型基極區(qū)域3及V型源極區(qū)域4而到達(dá)型漂移層2的方式，形成有例如寬度為0.5?2.0^111、深度為2.0^111以上(例如2.4 ^111)的溝槽6。以與該溝槽6的側(cè)面接觸的方式配置有上述的？型基極區(qū)域3及V型源極區(qū)域4。溝槽6由以圖1的紙面左右方向?yàn)閷挾确较颉⒁约埫娲怪狈较驗(yàn)殚L(zhǎng)邊方向、以紙面上下方向?yàn)樯疃确较虻木€狀的布局形成。在圖2及圖3中，溝槽6的底部及兩末端部的角部為棱角分明的形狀，但也可以設(shè)置成圓角。
[0041]此外，溝槽6排列多條而成為各溝槽6平行排列的條紋(3廿1^)6)狀。各溝槽6以每幾條為一份配置在由1)+型深層5劃分的各區(qū)域，在其內(nèi)部，等間隔地配置各溝槽6。各溝槽6的間隔例如設(shè)為1?2 ^ %且被設(shè)定為在截止時(shí)電場(chǎng)不會(huì)進(jìn)入到溝槽6之間的程度的長(zhǎng)度。此外，從溝槽6中最靠近 ? 型深層5的溝槽6到1)+型深層5為止的距離、以及從溝槽6的兩末端到1)+型深層5為止的距離均被設(shè)定為距離3以下。距離3是基于在10--丁截止時(shí)根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)(811111:-111 ￠101:6111:181)從后述的？型層7向11—型漂移層2側(cè)延伸的耗盡層寬度而設(shè)定的，設(shè)為該耗盡層寬度的2倍以上且3倍以下。
[0042]進(jìn)一步，如圖2及圖3所示，在溝槽6內(nèi)形成有？型31(:層7。該？型310層7形成為？型雜質(zhì)濃度為例如3父1017?3父1018八1113這一比較高的濃度，厚度為0.2 9 III左右。具體地說，？型31(:層7還形成在溝槽6的底部及長(zhǎng)邊方向上的兩末端部。以下，將？型31(:層7中的形成在溝槽6的底部的表面成圓弧形狀的部分稱為底部1)型層7^將形成在溝槽6的兩末端部的表面成圓弧形狀的部分稱為末端？型層7匕底部1)型層73相當(dāng)于圓弧形狀底部層，末端？型層76相當(dāng)于圓弧形狀末端層。
[0043]底部？型層73是在溝槽6的底面上外延生長(zhǎng)而形成的。底部？型層73的最淺的位置比？型基極區(qū)域3的底部深，最深的位置比 ? 型深層5的底部淺。因此，能夠在？型基極區(qū)域3與底部1)型層73之間保留型漂移層2的方式進(jìn)行溝道形成，并且能夠在 ? 型深層5的底部?jī)?yōu)先發(fā)生體擊穿。此外，底部？型層73中的上表面成為圓潤(rùn)的曲面，與溝槽6的兩側(cè)面以沒有臺(tái)階的圓滑的狀態(tài)接合。
[0044]末端？型層76也是在溝槽6的兩末端面上外延生長(zhǎng)而形成的。末端？型層幾中的溝槽6的內(nèi)側(cè)的表面也成為圓潤(rùn)的曲面，與溝槽6的兩側(cè)面以幾乎沒有臺(tái)階的狀態(tài)接合。
[0045]由這些底部？型層％及末端？型層幾構(gòu)成？型31(:層7。因此，？型310層7中，底部？型層％與？型基極區(qū)域3分離配置，而末端？型層幾與？型基極區(qū)域3連接。因此，？型31(:層7固定為與？型基極區(qū)域3相同的電位，是不會(huì)成為浮動(dòng)$10社1=8)狀態(tài)的構(gòu)造。另外，？型31(:層7在溝槽6的兩側(cè)面沒有形成^型義^層了。因此，在溝槽6的兩側(cè)面，成為11—型漂移層2、？型基極區(qū)域3及V型源極區(qū)域4露出的狀態(tài)。
[0046]進(jìn)一步，溝槽6的內(nèi)壁面被柵絕緣膜8覆蓋，通過柵絕緣膜8的表面上所形成的由參雜多晶硅構(gòu)成的柵電極9填滿溝槽6內(nèi)。柵絕緣膜8例如由將溝槽6的內(nèi)壁面熱氧化而得到的熱氧化膜等構(gòu)成，柵絕緣膜8的厚度在溝槽6的側(cè)面?zhèn)群偷撞總?cè)均為10011111左右。并且，如上所述，構(gòu)成？型31(:層7的底部？型層73的上表面及末端？型層幾中的溝槽6的內(nèi)側(cè)的表面成為圓潤(rùn)的曲面，因此柵絕緣膜8的底面也成為圓潤(rùn)的形狀。因此，柵絕緣膜8由整體上均勻的膜厚構(gòu)成，成為不存在在溝槽6的角部變薄的部分等的狀態(tài)。這樣，構(gòu)成溝槽柵構(gòu)造。
[0047]此外，在V型源極區(qū)域4及1)+型深層5的表面、柵電極9的表面，經(jīng)由層間絕緣膜10形成有源電極11及柵極布線(未圖示源電極11及柵極布線由多個(gè)金屬(例如附/八1等)構(gòu)成，至少與II型31“具體為V型源極區(qū)域4)接觸的部分由能夠與II型31(:歐姆接觸的金屬構(gòu)成，至少與？型31“具體為￠+型深層5)接觸的部分由能夠與￠)型歐姆接觸的金屬構(gòu)成。另外，這些源電極11及柵極布線形成在層間絕緣膜10上而被電絕緣，通過層間絕緣膜10上所形成的接觸孔13，源電極11經(jīng)由!1+型源極區(qū)域4及￠+型深層5與？型基極區(qū)域3電接觸，柵極布線與柵電極9電接觸。
[0048]并且，在!1+型基板1的背面?zhèn)?，形成有與11+型基板1電連接的漏電極12。由這種構(gòu)造構(gòu)成II溝道型的反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的并且，這種被分割配置在由￠+型深層5劃分的各區(qū)域，從而構(gòu)成單元區(qū)域。
[0049]另一方面，在外周區(qū)域，與單元區(qū)域同樣，在11—型漂移層2的上部形成有？型基極區(qū)域3，但以貫通1)型基極區(qū)域3而到達(dá)型漂移層2的方式形成有凹部20，從而成為高臺(tái)(16%)構(gòu)造。因此，在從單元區(qū)域分離的位置，V型源極區(qū)域4及？型基極區(qū)域3被去除，露出11—型漂移層2。
[0050]此外，在位于凹部20下方的型漂移層2的表層部，以包圍單元區(qū)域的方式，設(shè)置有多條(圖1中表示有3條)1)+型保護(hù)環(huán)層21。1)+型保護(hù)環(huán)層21只要構(gòu)成為能夠發(fā)揮保護(hù)環(huán)的功能的濃度及深度即可，在本實(shí)施方式中，例如硼或鋁等？型雜質(zhì)濃度及底部的位置與 ? 型深層5相同。并且，雖然沒有圖示，但根據(jù)需要在比 ? 型保護(hù)環(huán)層21更靠外周設(shè)置2職構(gòu)造，從而構(gòu)成具備包圍單元區(qū)域的外周耐壓構(gòu)造的外周區(qū)域。
[0051]由以上構(gòu)造構(gòu)成本實(shí)施方式的31(:半導(dǎo)體裝置。接著，參照?qǐng)D4?圖6說明本實(shí)施方式的310半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0052][圖4(3)所示的工序]
[0053]首先，作為半導(dǎo)體基板，準(zhǔn)備在由31(:構(gòu)成的11+型基板1的主表面上依次外延生長(zhǎng)由31(:構(gòu)成的型漂移層2、？型基極區(qū)域3及義型源極區(qū)域4而得到的三重外延基板。
[0054][圖4(6)所示的工序]
[0055]在11+型源極區(qū)域4的表面上配置掩模材(未圖示)之后，通過光刻對(duì)掩模材中1)+型深層5及1)+型保護(hù)環(huán)層21的預(yù)定形成位置進(jìn)行開口。并且，在配置有掩模材的狀態(tài)下，進(jìn)行012 1011狀也丨叩)等各向異性蝕刻，從而在￠+型深層5及￠+型保護(hù)環(huán)層21的預(yù)定形成位置形成溝槽30。之后，去除掩模材。
[0056][圖4(0所示的工序]
[0057]包括溝槽30內(nèi)部在內(nèi)在11+型源極區(qū)域4的整個(gè)表面上外延生長(zhǎng)1)+型層。具體地說，溝槽30內(nèi)被￠1+型層填埋。并且，通過基于研磨及⑶？160118111081 ^011811111?)等的平坦化，露出11+型源極區(qū)域4的表面。由此，口+型層僅留在溝槽30內(nèi)，由1)+型層構(gòu)成1)+型深層5及1)+型保護(hù)環(huán)層21。
[0058][圖4((1)所示的工序]
[0059]在V型源極區(qū)域4、一型深層5及1)+型保護(hù)環(huán)層21的表面配置掩模材(未圖示)之后，通過光刻對(duì)掩模材中的溝槽6及凹部20的預(yù)定形成位置進(jìn)行開口。并且，在配置有掩模材的狀態(tài)下，進(jìn)行虹2等各向異性蝕刻，從而在單元區(qū)域形成溝槽6，并且在外周區(qū)域形成凹部20。之后，去除掩模材。
[0060]另外，從該圖4((1)至圖5(^,(13)的各工序的狀況示于圖6，圖6(3)為溝槽6的立體截面的圖，圖6(6)表示各工序中的圖6(^0中的XV平面、12平面、XX平面上的截面。因此，在實(shí)施了本工序的狀態(tài)下，如圖6 (^)所示，溝槽6的底部及兩末端部的角部成為棱角分明的狀態(tài)。
[0061][圖5(^0所示的工序〕
[0062]使用外延生長(zhǎng)裝置，包括溝槽6內(nèi)部在內(nèi)，外延生長(zhǎng)]3型層(31(:層01。例如，以？型雜質(zhì)濃度為例如3 X 1017?3 X ^18/^3這一比較高的濃度形成？型層31。此時(shí)，如圖6(6)所示，在溝槽6的底部及兩末端部的表面，與溝槽6的兩側(cè)面及V型源極區(qū)域4等的表面相比，？型層31形成得更厚。
[0063][圖5(6)所示的工序]
[0064]在用于形成？型層31的外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)，在不降溫的情況下連續(xù)進(jìn)行氫蝕刻，從而對(duì)？型層31進(jìn)行各向同性蝕刻，并且進(jìn)行溝槽蝕刻的損壞去除。這樣，在同一外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)還連續(xù)地進(jìn)行氫蝕刻，從而能夠?qū)崿F(xiàn)制造工序的簡(jiǎn)化。例如，實(shí)施1600度以上的減壓下的氫氣氛、例如16251,2.7^1(^51(200101^)的高溫氫氣氛下的氫蝕刻。由此，溝槽蝕刻的損壞被去除，并且？型層31中的形成在溝槽6的兩側(cè)面及V型源極區(qū)域4等的表面上的部分被完全去除而露出基底，成為保留了形成在溝槽6的底部及兩末端部的表面上的部分的狀態(tài)。這樣，如圖6(13)所示，由1)型層31中的形成在溝槽6的底部的表面上的部分構(gòu)成底部？型層7^由形成在溝槽6的兩末端部的表面上的部分構(gòu)成末端1)型層71從而形成？型310層7。
[0065][圖5(0所示的工序]
[0066]在通過潮濕氣氛下的熱氧化形成柵絕緣膜8之后，在柵絕緣膜8的表面進(jìn)行參雜多晶硅層的成膜，將該參雜多晶硅層圖形化$￡1061111118)而保留在溝槽6內(nèi)，形成柵電極9。關(guān)于之后的工序，與以往相同，進(jìn)行層間絕緣膜10的形成工序、基于光蝕刻的接觸孔形成工序、在沉積電極材料之后通過進(jìn)行圖形化來形成源電極11及柵極布線層的工序、以及在11+型基板1的背面形成漏電極12的工序等，從而完成圖2所示的溝槽柵構(gòu)造的10--丁被設(shè)置在單元區(qū)域、包圍單元區(qū)域的 ? 型深層5及1)+型保護(hù)環(huán)層21被設(shè)置在外周區(qū)域上的31(:半導(dǎo)體裝置。
[0067]如以上說明，在本實(shí)施方式中，由位于溝槽6底部的底部？型層73和形成在溝槽6的兩末端部上的末端？型層76構(gòu)成？型31(:層7，成為底部？型層73經(jīng)由末端？型層76與？型基極區(qū)域3連結(jié)的構(gòu)造。
[0068]在這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置中，在截止時(shí)，能夠通過根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)從底部？型層仏向!1—型漂移層2延伸的耗盡層，使得電場(chǎng)難以進(jìn)入。因此，能夠得到高耐壓。
[0069]另一方面，在將從截止向?qū)ㄇ袚Q時(shí)，底部？型層73經(jīng)由末端？型層76與？型基極區(qū)域3連結(jié)而沒有成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此立即經(jīng)過末端？型層76向底部？型層73供給空穴。因此，能夠得到高開關(guān)速度81)66(1)。
[0070]此外，將從溝槽6中最靠近13+型深層5的溝槽6到￠+型深層5為止的距離、從溝槽6的兩末端到口 +型深層5為止的距離設(shè)定為距離3以下。并且，將距離3設(shè)為在截止時(shí)從？型31(:層7向!1—型漂移層2側(cè)延伸的耗盡層寬度的2倍以上且3倍以下。由于這樣將距離3設(shè)為耗盡層寬度的2倍以上，因此能夠抑制由于導(dǎo)通時(shí)的電流路徑過窄而導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大。此外，由于將距離3設(shè)為耗盡層寬度的3倍以下，因此在各溝槽柵構(gòu)造與 ? 型深層5之間也能夠防止截止時(shí)的電場(chǎng)進(jìn)入，能夠進(jìn)一步防止柵絕緣膜8被擊穿。
[0071]進(jìn)一步，這樣在溝槽6的底面設(shè)置？型31(:層7而能夠防止電場(chǎng)進(jìn)入，因此也可以不將口 +型深層5配置在所有的各溝槽6之間。因此，能夠增大單元區(qū)域內(nèi)的溝槽柵構(gòu)造所占的比例即單元區(qū)域有效面積，能夠進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻。進(jìn)一步，由于1)+型深層5與溝槽6分離，因此能夠防止體擊穿時(shí)的擊穿電流流到柵絕緣膜8的附近。因此，還能夠確保柵絕緣膜8的可靠性。
[0072]并且，在這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置中，通過外延生長(zhǎng)在溝槽6內(nèi)形成？型層31之后，通過氫蝕刻將？型層31僅留在溝槽6的底部及兩末端部來形成？型31(:層7。即，去除？型層31中的形成在溝槽6的側(cè)面上的部分。這樣能夠通過外延生長(zhǎng)來形成包括底部？型層73及末端？型層幾的1)型31(:層7，能夠不通過傾斜離子注入來形成？型31(:層7，此外，作為氫蝕刻的效果，溝槽形成時(shí)產(chǎn)生的損壞被去除，溝槽表面的凹凸也減小，因此能夠提高溝道遷移率，還能夠提高柵絕緣膜壽命。并且，由于不需要另行進(jìn)行傾斜離子注入，因此能夠抑制移動(dòng)離子注入裝置等制造工序便得麻煩的情況，能夠抑制制造成本。此外，還沒有離子注入引起的缺陷損壞，因此能夠抑制漏極泄漏①以丨!！ 16成叫一)，能夠切實(shí)地防止在溝槽6的側(cè)面殘留？型31(:層7。
[0073]另外，在本實(shí)施方式中，? 型深層5及 ? 型保護(hù)環(huán)層21為通過外延生長(zhǎng)埋入溝槽30內(nèi)而形成的埋入外延型(￡111136(1(16(1 61)11:8X181 1:7156)，但也可以通過離子注入來形成。
[0074](第2實(shí)施方式)
[0075]說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。本實(shí)施方式與第1實(shí)施方式相比改變了 1)+型深層5的結(jié)構(gòu)，其他與第1實(shí)施方式相同，因此僅說明與第1實(shí)施方式不同的部分。
[0076]圖7所示的31(:半導(dǎo)體裝置也是具有形成有半導(dǎo)體元件的單元區(qū)域和外周區(qū)域的結(jié)構(gòu)，但是形成在單元區(qū)域中的?型深層5的布局不同于第1實(shí)施方式。具體地說，如圖8的放大圖所示，將溝槽柵構(gòu)造在長(zhǎng)邊方向上分割為多個(gè)，以與該分割的各溝槽柵構(gòu)造的末端部重合的方式配置 ? 型深層5。并且，^型深層5以與并列排列的多個(gè)溝槽柵構(gòu)造連續(xù)地交叉的方式構(gòu)成為線狀，如圖9所示配置成進(jìn)入到各溝槽6的下方。
[0077]此外，關(guān)于對(duì)各溝槽的柵電極9進(jìn)行連接的溝槽外柵電極，如圖8中用虛線所示那樣，配置成在被分割的各溝槽柵構(gòu)造的中央交叉。并且，如圖10所示，與第1實(shí)施方式同樣，V型源極區(qū)域4與源電極11的電連接是在各溝槽柵構(gòu)造之間通過形成在層間絕緣膜10上的接觸孔13來進(jìn)行的。該接觸孔13如圖8所示，不僅設(shè)置在與溝槽柵構(gòu)造對(duì)置的位置，還延伸設(shè)置在溝槽柵構(gòu)造被分割的位置，通過該部分還進(jìn)行 ? 型深層5與源電極11的電連接。
[0078]這樣，還能夠設(shè)置成將口 +型深層5僅設(shè)置在溝槽柵的端部的構(gòu)造。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠限定1)+型深層5的面積，能夠增大單元區(qū)域內(nèi)的溝槽柵構(gòu)造所占的比例即單元區(qū)域有效面積，能夠進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻。進(jìn)一步，由于1)+型深層5與溝槽柵構(gòu)造中的溝道形成區(qū)域分離，因此能夠防止體擊穿時(shí)的擊穿電流流到柵絕緣膜8中與溝道形成區(qū)域接觸的部分的附近。因此，能夠防止熱載流子引起柵絕緣膜8劣化，能夠提高柵絕緣膜8的可靠性。
[0079]關(guān)于這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置，雖然上表面布局不同，但也能夠通過與第1實(shí)施方式的31(:半導(dǎo)體裝置相同的制造方法來制造，？型31(:層7能夠通過外延生長(zhǎng)及氫蝕刻來形成。因此，也可以不通過傾斜離子注入來形成？型31(:層7，因此能夠獲得與第1實(shí)施方式同樣的效果。
[0080](第3實(shí)施方式)
[0081]說明本發(fā)明的第3實(shí)施方式。本實(shí)施方式與第1實(shí)施方式相比沒有設(shè)置1)+型深層5而改變了溝槽柵構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，其他與第1實(shí)施方式相同，因此僅說明與第1實(shí)施方式不同的部分。
[0082]圖11所示的31(:半導(dǎo)體裝置也是具有形成有半導(dǎo)體元件的單元區(qū)域和外周區(qū)域的結(jié)構(gòu)，但是在單元區(qū)域中沒有形成 ? 型深層5。此外，如圖12所示，本實(shí)施方式的溝槽柵構(gòu)造中，將溝槽6設(shè)置得深，并且在溝槽6的底部及兩末端部形成？型31(:層7 (底部1)型層及末端？型層7幻且增厚了柵絕緣膜8。另外，圖12的區(qū)域…是與圖3相同的上表面布局。
[0083]在這種31(:半導(dǎo)體裝置中，？型基極區(qū)域3與底部？型層7經(jīng)由末端？型層幾連結(jié)，也能夠不使？型31(:層7成為浮動(dòng)狀態(tài)，因此能夠抑制開關(guān)特性劣化。在這種情況下，與專利文獻(xiàn)2同樣，需要將？型層76的濃度設(shè)為比？型層73低，通過主表面使用(0001)31面能夠容易實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)?，與(0001)81面相比，與其垂直的(1-100)0面、(11-20)3面上的？型雜質(zhì)的取入效率低。由此，由？型基極區(qū)域、11—型漂移層2中被分在底部？型層仏周圍的耗盡層的上下方的部分、以及該耗盡層，假性$8611(10)地構(gòu)成了剛?~構(gòu)造，從而實(shí)現(xiàn)了高耐壓化。這樣，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓、低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度。
[0084]這種構(gòu)造的31(:半導(dǎo)體裝置的制造方法中，除了在形成1)+型保護(hù)環(huán)層21時(shí)不形成1)+型深層5、以及變更柵絕緣膜8的形成工序以外，基本上與第1實(shí)施方式相同。作為柵絕緣膜8的形成工序，例如可以適用以下工序:通過外延生長(zhǎng)及氫蝕刻在溝槽6的底部及兩末端部形成？型31(:層7之后，通過法沉積絕緣膜，并對(duì)其進(jìn)行蝕刻來保留在溝槽6的底部之后，進(jìn)一步進(jìn)行熱氧化。這樣，在本實(shí)施方式的31(:半導(dǎo)體裝置中，也可以不通過傾斜離子注入來形成？型31(:層7，因此能夠得到與第1實(shí)施方式同樣的效果。
[0085](其他實(shí)施方式)
[0086]在上述各實(shí)施方式中，說明了適用本發(fā)明的情況的一例，但可以適當(dāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更等。例如，在上述各實(shí)施方式中，作為柵絕緣膜8的例子，列舉了通過熱氧化得到的氧化膜，但也可以是包含不經(jīng)過熱氧化而得到的氧化膜或氮化膜等的絕緣膜。此外，關(guān)于漏電極12的形成工序，還可以在形成源電極11之前等情況下進(jìn)行。
[0087]此外，作為半導(dǎo)體基板，也可以不使用三重外延基板。例如，也可以將在11+型基板1上外延生長(zhǎng)的11—型漂移層2的表層部進(jìn)行？型雜質(zhì)的離子注入來形成？型基極區(qū)域3、且在？型基極區(qū)域3的表層部進(jìn)行II型雜質(zhì)的離子注入來形成11+型源極區(qū)域4而成的基板用作半導(dǎo)體基板。
[0088]此外，在上述各實(shí)施方式中，以第1導(dǎo)電型為II型、第2導(dǎo)電型為？型的II溝道型的皿為例進(jìn)行了說明，但在將各構(gòu)成要素的導(dǎo)電型反轉(zhuǎn)的？溝道型的皿中也能夠適用本發(fā)明。此外，在上述說明中，以溝槽柵構(gòu)造的為例進(jìn)行了說明，但在同樣的溝槽柵構(gòu)造的1部1中也能夠適用本發(fā)明。1部1只是在上述各實(shí)施方式中將基板1的導(dǎo)電型從II型變更為了 ？型，其他構(gòu)造及制造方法與上述各實(shí)施方式相同。
[0089]另外，在上述各實(shí)施方式中，在溝槽6的長(zhǎng)邊方向上的兩末端部形成了圓弧形狀的末端？型層76，但只要形成在至少一方的末端部，則在該端部，柵絕緣膜8形成為均勻的膜厚。由此，能夠得到上述效果。
[0090]根據(jù)實(shí)施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于該實(shí)施例及構(gòu)造。本發(fā)明還包括各種變形例及均等范圍內(nèi)的變形。此外，各種組合及方式、在此基礎(chǔ)上包含更多的要件或減少要件的其他組合及方式也屬于本發(fā)明的范疇及思想范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，該碳化硅半導(dǎo)體裝置使用在第1導(dǎo)電型或第2導(dǎo)電型的碳化硅基板(1)的主表面上所形成的由碳化硅構(gòu)成的第1導(dǎo)電型的漂移層(2)上形成有由碳化硅構(gòu)成的第2導(dǎo)電型的基極區(qū)域(3)、并且在上述基極區(qū)域的上方形成有由碳化硅構(gòu)成的第1導(dǎo)電型的源極區(qū)域(4)而成的半導(dǎo)體基板，并且該碳化硅半導(dǎo)體裝置具備半導(dǎo)體開關(guān)元件，該半導(dǎo)體開關(guān)元件在比上述基極區(qū)域深的溝槽出)內(nèi)形成有柵絕緣膜(8)，且在該柵絕緣膜上形成柵電極(9)，從而構(gòu)成溝槽柵構(gòu)造，具有與上述源極區(qū)域及上述基極區(qū)域電連接的源電極(111以及與上述碳化硅基板的背面電連接的漏電極(12), 上述碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，包括以下工序: 溝槽蝕刻工序，通過蝕刻，形成貫通上述源極區(qū)域及上述基極區(qū)域而到達(dá)上述漂移層、且將一個(gè)方向設(shè)為長(zhǎng)邊方向的線狀的上述溝槽；以及 通過外延生長(zhǎng)，在上述溝槽內(nèi)形成第2導(dǎo)電型的碳化硅層(31)之后，通過進(jìn)行氫蝕刻，將碳化硅層僅保留在上述溝槽的底部及該溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部，從而形成具有位于上述溝槽的底部的圓弧形狀底部層(74和位于該溝槽的末端部的圓弧形狀末端層(76)的第2導(dǎo)電型層⑵的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在形成上述第2導(dǎo)電型層的工序中，在形成上述碳化硅層時(shí)使用的外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)，不降溫地連續(xù)進(jìn)行上述氫蝕刻來形成上述第2導(dǎo)電型層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在上述溝槽蝕刻工序之前，具有形成比上述溝槽深的第2導(dǎo)電型的深層(5)的工序， 在形成上述深層的工序及上述溝槽蝕刻工序中，將上述溝槽及上述深層布局成，使上述深層與上述溝槽分離配置，且從上述溝槽的側(cè)面或末端到上述深層為止的距離仏)成為在上述半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)從上述底部層向上述漂移層側(cè)延伸的耗盡層寬度的3倍以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在形成上述深層的工序及上述溝槽蝕刻工序中，將上述溝槽及上述深層布局成，上述距離成為上述耗盡層寬度的2倍以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在上述溝槽蝕刻工序中，并列配置多條上述溝槽， 在形成上述深層的工序中，設(shè)置成多條上述溝槽中的多個(gè)被上述深層包圍的平面布局。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在上述溝槽蝕刻工序之前，具有形成比上述溝槽深的第2導(dǎo)電型的深層(5)的工序， 在上述溝槽蝕刻工序中，設(shè)置成將上述溝槽在上述長(zhǎng)邊方向上分割為多個(gè)的布局， 在形成上述深層的工序中，將上述第2導(dǎo)電型層配置成與被分割的各溝槽的末端部重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 上述第1導(dǎo)電型或第2導(dǎo)電型的碳化硅基板(1)的主表面為(0001)31面， 在形成上述第2導(dǎo)電型層的工序之后，具有在上述溝槽內(nèi)形成上述柵絕緣膜的工序，在形成該柵絕緣膜的工序中，與上述溝槽的側(cè)面相比，在該溝槽的底部，更厚地形成上述柵絕緣膜，在上述半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)上述圓弧形狀末端層(74被完全耗盡，從而上述漂移層被上下分隔。
8.一種碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備: 第1導(dǎo)電型或第2導(dǎo)電型的基板⑴，由碳化硅構(gòu)成； 漂移層(2)，設(shè)置在上述基板的上方，由雜質(zhì)濃度比上述基板低的第1導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成； 基極區(qū)域(3)，設(shè)置在上述漂移層的上方，由第2導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成； 源極區(qū)域(4)，設(shè)置在上述基極區(qū)域的上層部，由雜質(zhì)濃度比上述漂移層高的第1導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成； 溝槽￠)，從上述源極區(qū)域的表面設(shè)置到比上述基極區(qū)域深的位置，是將一個(gè)方向設(shè)為長(zhǎng)邊方向而具有末端部的形狀； 由第2導(dǎo)電型的碳化硅構(gòu)成的第2導(dǎo)電型層(7)，通過外延生長(zhǎng)僅被設(shè)置在上述溝槽的底部及該溝槽的長(zhǎng)邊方向的末端部，由設(shè)置在上述溝槽的底部的圓弧形狀底部層(7幻和設(shè)置在上述溝槽的末端部的圓弧形狀末端層(74構(gòu)成； 柵絕緣膜(8)，在上述第2導(dǎo)電型層上設(shè)置在上述溝槽的內(nèi)壁面； 柵電極(9),在上述溝槽內(nèi)設(shè)置在上述柵絕緣膜的上方； 源電極(11),與上述源極區(qū)域及上述基極區(qū)域電連接；以及 漏電極(12),設(shè)置在上述基板的背面?zhèn)龋? 該碳化硅半導(dǎo)體裝置具有反轉(zhuǎn)型的溝槽柵構(gòu)造的半導(dǎo)體開關(guān)元件，該半導(dǎo)體開關(guān)元件通過控制向上述柵電極施加的電壓，在位于上述溝槽的側(cè)面的上述基極區(qū)域的表面部形成反轉(zhuǎn)型的溝道區(qū)域，經(jīng)由上述源極區(qū)域及上述漂移層，在上述源電極與上述漏電極之間流過電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 具有第2導(dǎo)電型的深層(5),該深層與該上述溝槽分離配置，比該溝槽深，且與上述源電極電連接， 從上述溝槽的側(cè)面或末端到上述深層為止的距離仏)為在上述半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)根據(jù)內(nèi)建電勢(shì)從上述底部層向上述漂移層側(cè)延伸的耗盡層寬度的3倍以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述距離為上述耗盡層寬度的2倍以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述溝槽并列配置有多條，被設(shè)置成多條上述溝槽中的多個(gè)被上述深層包圍的平面布局。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述溝槽在上述長(zhǎng)邊方向上被分割為多個(gè)，且上述第2導(dǎo)電型層被配置成與被分割的各溝槽的末端部重疊。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的碳化硅半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述第1導(dǎo)電型或第2導(dǎo)電型的碳化硅基板(1)的主表面為(0001)31面， 與上述溝槽的側(cè)面相比，在上述溝槽的底部，上述柵絕緣膜更厚， 在上述半導(dǎo)體開關(guān)元件截止時(shí)上述圓弧形狀末端層(74被完全耗盡，從而上述漂移層被上下分隔。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104380442SQ201380031331
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】千田和身, 竹內(nèi)有一, 副島成雅, 渡邊行彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝, 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
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