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JP7294083B2 - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置とその製造方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

半導体装置の半導体基板は、スイッチング構造が形成されているセル領域と、セル領域の周囲に設けられているとともに終端耐圧構造が形成されている終端領域と、に区画されている。終端耐圧構造としては、例えばガードリング構造又はリサーフ構造が例示される。この種の半導体装置では、セル領域の周縁の電界を緩和することによって耐圧を向上させることが望まれている。このため、特許文献1に開示されるように、この種の半導体装置では、セル領域のp型ボディ領域と終端領域の終端耐圧構造の間に、半導体基板の上面からの深さがボディ領域よりも深いp型のディープp領域を形成する技術が開発されている。 A semiconductor substrate of a semiconductor device is divided into a cell region in which a switching structure is formed and a termination region provided around the cell region and in which a termination breakdown voltage structure is formed. A guard ring structure or a RESURF structure is exemplified as the termination withstand voltage structure. In this type of semiconductor device, it is desired to improve the breakdown voltage by alleviating the electric field at the periphery of the cell region. For this reason, as disclosed in Patent Document 1, in this type of semiconductor device, between the p-type body region of the cell region and the termination breakdown voltage structure of the termination region, the depth from the top surface of the semiconductor substrate is greater than the body region. A technique for forming a deep p-type deep p region has been developed.

特開2014-49695号公報JP 2014-49695 A

ところで、高耐圧な半導体装置を実現するために、半導体基板の材料に炭化珪素を採用する研究が進められている。一般的に、このような炭化珪素を採用した半導体基板は、炭化珪素の下地基板を準備し、その下地基板上に炭化珪素のエピ層をエピタキシャル成長させることで形成されることが多い。よく知られるように、炭化珪素のエピ層には、下地基板から引き継がれて伸展した貫通転位が存在している。本発明者らの検討によると、このような貫通転位がディープp領域の形成範囲を貫くように形成されていると、以下のような問題が生じることが分かってきた。 By the way, in order to realize a semiconductor device with a high withstand voltage, research is being conducted to adopt silicon carbide as a material for a semiconductor substrate. In general, such a semiconductor substrate employing silicon carbide is often formed by preparing a base substrate of silicon carbide and epitaxially growing an epitaxial layer of silicon carbide on the base substrate. As is well known, an epitaxial layer of silicon carbide has threading dislocations inherited from a base substrate and extended. According to studies by the present inventors, it has been found that the following problems occur when such threading dislocations are formed so as to penetrate the forming range of the deep p region.

ディープp領域は、イオン注入されたp型不純物をアニール処理によって活性化することにより形成される。ディープp領域を深く形成するために、ディープp領域を形成するためのp型不純物としては、熱拡散の大きいp型不純物であるボロンが用いられる。 The deep p region is formed by activating ion-implanted p-type impurities by annealing. In order to form the deep p-region deeply, boron, which is a p-type impurity with large thermal diffusion, is used as the p-type impurity for forming the deep p region.

p型不純物であるボロンの熱拡散は、炭素空孔密度に比例することが分かっている。即ち、炭素空孔密度が高いと、ボロンは広く熱拡散することができる。貫通転位が存在する部分は、炭素空孔密度が高い。このため、貫通転位がディープp領域の形成範囲を貫くように形成されていると、アニール処理のときにボロンが貫通転位に沿って増速拡散し、ディープp領域の下面の一部が突出するように形成されてしまう。このようなディープp領域の下面の突出部は、電界を集中させ、リーク電流を発生させ、耐圧の低下の原因となる。したがって、本明細書は、ディープp領域の下面の一部に突出部が形成されるのを抑える技術を提供する。 It is known that the thermal diffusion of boron, which is a p-type impurity, is proportional to the carbon vacancy density. That is, when the carbon vacancy density is high, boron can diffuse thermally widely. A portion where threading dislocations exist has a high carbon vacancy density. Therefore, if threading dislocations are formed to penetrate the formation range of the deep p region, boron diffuses at an accelerated rate along the threading dislocations during the annealing process, and a part of the lower surface of the deep p region protrudes. It is formed like this. Such a projecting portion on the lower surface of the deep p region concentrates an electric field, generates a leakage current, and causes a decrease in breakdown voltage. Therefore, the present specification provides a technique for suppressing the formation of protrusions on part of the bottom surface of the deep p region.

本明細書が開示する半導体装置は、炭化珪素の半導体基板と、前記半導体基板の上面に配置された上部電極と、前記半導体基板の下面に配置された下部電極と、を備えることができる。このように、本明細書が開示する半導体装置は、縦型の半導体装置である。半導体装置の種類は特に限定されず、例えばMOSFET又はIGBTが例示される。前記半導体基板は、スイッチング構造が形成されているセル領域と、前記セル領域の周囲に設けられているとともに終端耐圧構造が形成されている終端領域と、に区画されている。前記半導体基板は、前記セル領域と前記終端領域に跨って設けられているn型のドリフト領域と、前記セル領域の前記ドリフト領域上に設けられているp型のボディ領域と、前記セル領域の前記ボディ領域と前記終端領域の前記終端耐圧構造の間の前記ドリフト領域上に設けられており、前記半導体基板の上面からの深さが前記ボディ領域よりも深いp型のディープp領域と、前記ディープp領域の下面に接するとともに面方向に広がって設けられており、p型不純物の拡散を抑制する拡散抑制領域と、を有することができる。前記ディープp領域に含まれるp型不純物がボロンである。前記拡散抑制領域は、その周囲の半導体領域と比較して炭素空孔密度が小さい。この半導体装置では、前記ディープp領域の下面に接するように炭素空孔密度が小さい拡散抑制領域が設けられている。このため、この半導体装置では、前記ディープp領域の下面の一部に突出部が形成されることが抑えられている。 A semiconductor device disclosed in this specification can include a silicon carbide semiconductor substrate, an upper electrode arranged on the upper surface of the semiconductor substrate, and a lower electrode arranged on the lower surface of the semiconductor substrate. Thus, the semiconductor device disclosed in this specification is a vertical semiconductor device. The type of semiconductor device is not particularly limited, and examples include MOSFET and IGBT. The semiconductor substrate is divided into a cell region in which a switching structure is formed and a termination region provided around the cell region and in which a termination breakdown voltage structure is formed. The semiconductor substrate includes: an n-type drift region provided across the cell region and the termination region; a p-type body region provided on the drift region of the cell region; a p-type deep p region provided on the drift region between the body region and the termination breakdown voltage structure of the termination region and having a depth from the upper surface of the semiconductor substrate deeper than that of the body region; A diffusion suppressing region, which is provided in contact with the lower surface of the deep p region and spreads in the plane direction to suppress diffusion of the p-type impurity, can be provided. A p-type impurity contained in the deep p-region is boron. The diffusion suppression region has a lower carbon vacancy density than the surrounding semiconductor region. In this semiconductor device, a diffusion suppression region having a low carbon vacancy density is provided so as to be in contact with the lower surface of the deep p region. Therefore, in this semiconductor device, formation of a protruding portion on a part of the lower surface of the deep p region is suppressed.

上記半導体装置では、前記拡散抑制領域が、その周囲の半導体領域と比較して炭素濃度が濃くてもよい。炭素濃度が濃いということは、炭素空孔密度が小さいことを意味する。このため、この半導体装置では、前記ディープp領域の下面の一部に突出部が形成されることが抑えられている。 In the above semiconductor device, the diffusion suppression region may have a higher carbon concentration than the surrounding semiconductor region. A high carbon concentration means a low carbon vacancy density. Therefore, in this semiconductor device, formation of a protruding portion on a part of the lower surface of the deep p region is suppressed.

本明細書は、上記半導体装置の製造方法を提供することができる。この製造方法は、前記半導体基板の前記ディープp領域の形成範囲の下面に接する位置に前記拡散抑制領域を形成する工程と、前記半導体基板の前記ディープp領域の形成範囲内にp型不純物を導入する工程と、アニール処理によって前記p型不純物を活性化し、前記ディープp領域を形成する工程と、を備えることができる。このように、この製造方法では、前記ディープp領域のアニール処理に先立って前記拡散抑制領域を形成する。このため、この製造方法では、前記ディープp領域の下面の一部に突出部が形成されることを抑えることができる。 The present specification can provide a method for manufacturing the above semiconductor device. This manufacturing method comprises the steps of: forming the diffusion suppressing region at a position in contact with the lower surface of the formation range of the deep p region of the semiconductor substrate; and introducing a p-type impurity into the formation range of the deep p region of the semiconductor substrate. and activating the p-type impurity by annealing to form the deep p-region. Thus, in this manufacturing method, the diffusion suppressing region is formed prior to annealing the deep p region. Therefore, in this manufacturing method, it is possible to suppress the formation of a protrusion on a part of the lower surface of the deep p region.

上記製造方法の前記拡散抑制領域を形成する工程は、前記半導体基板の前記上面にマスクを形成する工程と、前記マスクの開口から炭素をイオン注入し、前記拡散抑制領域を形成する工程と、を有していてもよい。このように、この製造方法では、前記ディープp領域のアニール処理に先立って炭素をイオン注入し、炭素空孔密度を低下させて前記拡散抑制領域を形成することができる。また、この場合、前記p型不純物を導入する工程は、前記拡散抑制領域を形成する工程で成膜された前記マスクの前記開口からp型不純物をイオン注入する工程、を有していてもよい。この製造方法によると、前記拡散抑制領域と前記ディープp領域を形成するための前記マスクを兼用することができる。なお、前記拡散抑制領域を形成するために炭素をイオン注入する工程と前記ディープp領域を形成するためにp型不純物をイオン注入する工程の順序は特に限定されない。 The step of forming the diffusion suppressing region of the manufacturing method includes forming a mask on the upper surface of the semiconductor substrate and implanting carbon ions through an opening in the mask to form the diffusion suppressing region. may have. Thus, in this manufacturing method, carbon ions can be implanted prior to the annealing treatment of the deep p region to reduce the carbon vacancy density and form the diffusion suppressing region. Further, in this case, the step of introducing the p-type impurity may include the step of ion-implanting the p-type impurity from the opening of the mask formed in the step of forming the diffusion suppressing region. . According to this manufacturing method, the mask for forming the diffusion suppressing region and the deep p region can be used in common. The order of the step of ion-implanting carbon to form the diffusion suppressing region and the step of ion-implanting p-type impurities to form the deep p-region is not particularly limited.

上記製造方法の前記拡散抑制領域を形成する工程は、前記ドリフト領域の下部分をエピタキシャル成長する工程と、前記ドリフト領域の前記下部分の上面の一部に炭素をイオン注入し、前記拡散抑制領域を形成する工程と、前記ドリフト領域の上部分をエピタキシャル成長する工程と、を有していてもよい。このように、この製造方法は、前記ドリフト領域をエピタキシャル成長して形成するときに前記拡散抑制領域を形成することにより、前記ディープp領域のアニール処理に先立って前記拡散抑制領域を形成することができる。このため、この製造方法では、前記ディープp領域の下面の一部に突出部が形成されるのを抑えることができる。 The step of forming the diffusion suppression region in the above manufacturing method includes epitaxially growing a lower portion of the drift region, and ion-implanting carbon into a portion of the upper surface of the lower portion of the drift region to form the diffusion suppression region. and epitaxially growing an upper portion of the drift region. Thus, in this manufacturing method, by forming the diffusion suppressing region when the drift region is epitaxially grown, the diffusion suppressing region can be formed prior to the annealing treatment of the deep p region. . Therefore, in this manufacturing method, it is possible to suppress the formation of a protrusion on a part of the lower surface of the deep p region.

半導体装置の平面図を模式的に示す。1 schematically shows a plan view of a semiconductor device; FIG. 半導体装置の要部断面図であり、図1のII-II線に対応した断面図を模式的に示す。FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device, schematically showing a cross-sectional view corresponding to line II-II of FIG. 1 ; 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 比較例の半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device of a comparative example. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device. 半導体装置を製造する過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows cross-sectional views of essential parts in the process of manufacturing a semiconductor device.

図1及び図2に示されるように、半導体装置1は、MOSFETと称される種類のパワー半導体装置であり、半導体基板10を用いて構成されている。半導体基板10の材料には、炭化珪素が採用されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device 1 is a type of power semiconductor device called a MOSFET, and is configured using a semiconductor substrate 10. As shown in FIG. Silicon carbide is adopted as the material of semiconductor substrate 10 .

図1に示されるように、半導体基板10の上面10aには、2つのソース電極32と複数の信号電極36が設けられている。ソース電極32は、半導体基板10の上面10aの中央部近傍に配置されている。図2に示されるように、ソース電極32は、半導体基板10の上面10aに接している。ソース電極32と半導体基板10との接触範囲32aの周囲では、半導体基板10の上面10aが絶縁膜50等によって覆われている。半導体基板10を上側から見たときに、接触範囲32aと重複する半導体領域をセル領域100Aと呼ぶ。セル領域100Aには、後述するように、スイッチング構造が形成されている。セル領域100Aの周囲の半導体領域を終端領域100Bという。終端領域100Bには、後述するように、終端耐圧構造が形成されている。 As shown in FIG. 1, two source electrodes 32 and a plurality of signal electrodes 36 are provided on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10. As shown in FIG. The source electrode 32 is arranged near the central portion of the upper surface 10 a of the semiconductor substrate 10 . As shown in FIG. 2, the source electrode 32 is in contact with the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10. As shown in FIG. Around the contact area 32a between the source electrode 32 and the semiconductor substrate 10, the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10 is covered with an insulating film 50 or the like. A semiconductor region overlapping with the contact area 32a when the semiconductor substrate 10 is viewed from above is called a cell region 100A. A switching structure is formed in the cell region 100A as will be described later. A semiconductor region around the cell region 100A is called a termination region 100B. A termination breakdown voltage structure is formed in the termination region 100B, as will be described later.

半導体基板10の下面10bには、ドレイン電極34が配置されている。ドレイン電極34は、セル領域100Aと終端領域100Bに跨って半導体基板10の下面10bの全体に接している。 A drain electrode 34 is arranged on the lower surface 10 b of the semiconductor substrate 10 . The drain electrode 34 is in contact with the entire lower surface 10b of the semiconductor substrate 10 across the cell region 100A and the termination region 100B.

セル領域100A内の半導体基板10の上面10aには、複数のトレンチが形成されている。各トレンチの内面は、ゲート絶縁膜42に覆われている。各トレンチ内には、ゲート電極44が配置されている。ゲート電極44は、ゲート絶縁膜42によって半導体基板10から絶縁されている。ゲート電極44の上面は、層間絶縁膜46に覆われている。層間絶縁膜46は、ソース電極32に覆われている。層間絶縁膜46は、ゲート電極44をソース電極32から絶縁している。 A plurality of trenches are formed in the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10 in the cell region 100A. The inner surface of each trench is covered with a gate insulating film 42 . A gate electrode 44 is arranged in each trench. The gate electrode 44 is insulated from the semiconductor substrate 10 by the gate insulating film 42 . An upper surface of the gate electrode 44 is covered with an interlayer insulating film 46 . The interlayer insulating film 46 is covered with the source electrode 32 . An interlayer insulating film 46 insulates the gate electrode 44 from the source electrode 32 .

半導体基板10内には、ドレイン領域11、ドリフト領域12、ボディ領域13、ソース領域14、ディープp領域15、リサーフ領域16及び終端コンタクト領域17が形成されている。 A drain region 11 , a drift region 12 , a body region 13 , a source region 14 , a deep p region 15 , a RESURF region 16 and a termination contact region 17 are formed in the semiconductor substrate 10 .

ドレイン領域11は、高濃度のn型不純物を含有するn型層である。ドレイン領域11は、セル領域100Aと終端領域100Bに跨って設けられており、半導体基板10の下面10bに露出する位置に設けられている。ドレイン領域11は、下面10bの全体でドレイン電極34にオーミック接触している。ドレイン領域11は、ドリフト領域12をエピタキシャル成長するための下地基板でもある。 The drain region 11 is an n-type layer containing a high concentration of n-type impurities. The drain region 11 is provided across the cell region 100A and the termination region 100B, and is provided at a position exposed to the lower surface 10b of the semiconductor substrate 10. As shown in FIG. The drain region 11 is in ohmic contact with the drain electrode 34 over the entire lower surface 10b. The drain region 11 is also a base substrate for epitaxially growing the drift region 12 .

ドリフト領域12は、ドレイン領域11よりもn型不純物濃度が低いn型層である。ドリフト領域12は、セル領域100Aと終端領域100Bに跨って設けられている。 The drift region 12 is an n-type layer having a lower n-type impurity concentration than the drain region 11 . The drift region 12 is provided across the cell region 100A and the termination region 100B.

ボディ領域13は、p型層である。ボディ領域13は、セル領域100Aに配置されており、ドリフト領域12の上側に配置されており、ドリフト領域12に接している。ボディ領域13は、ボディコンタクト領域13aと低濃度ボディ領域13bを有している。 Body region 13 is a p-type layer. Body region 13 is arranged in cell region 100</b>A, is arranged above drift region 12 , and is in contact with drift region 12 . The body region 13 has a body contact region 13a and a low concentration body region 13b.

ボディコンタクト領域13aは、高濃度のp型不純物を含有するp型層である。ボディコンタクト領域13aは、半導体基板10の上面10aに露出する位置に設けられている。ボディコンタクト領域13aは、ソース電極32にオーミック接触している。 Body contact region 13a is a p-type layer containing a high concentration of p-type impurities. Body contact region 13 a is provided at a position exposed on upper surface 10 a of semiconductor substrate 10 . Body contact region 13 a is in ohmic contact with source electrode 32 .

低濃度ボディ領域13bは、ボディコンタクト領域13aよりもp型不純物濃度が低いp型層である。低濃度ボディ領域13bは、ボディコンタクト領域13aとドリフト領域12の間に配置されている。 The low-concentration body region 13b is a p-type layer having a p-type impurity concentration lower than that of the body contact region 13a. Low-concentration body region 13 b is arranged between body contact region 13 a and drift region 12 .

ソース領域14は、高濃度のn型不純物を含有するn型層である。ソース領域14は、セル領域100Aに配置されており、ボディコンタクト領域13aの側方に配置されており、半導体基板10の上面10aに露出する位置に設けられている。ソース領域14は、ソース電極32にオーミック接触している。ソース領域14は、ボディ領域13によってドリフト領域12から絶縁されている。 Source region 14 is an n-type layer containing a high concentration of n-type impurities. The source region 14 is arranged in the cell region 100A, is arranged on the side of the body contact region 13a, and is provided at a position exposed on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10. As shown in FIG. Source region 14 is in ohmic contact with source electrode 32 . Source region 14 is insulated from drift region 12 by body region 13 .

ソース領域14は、トレンチの上端部でゲート絶縁膜42に接している。低濃度ボディ領域13bは、ソース領域14の下側でゲート絶縁膜42に接している。ドリフト領域12は、低濃度ボディ領域13bの下側でゲート絶縁膜42に接している。 The source region 14 is in contact with the gate insulating film 42 at the upper end of the trench. The low-concentration body region 13 b is in contact with the gate insulating film 42 below the source region 14 . Drift region 12 is in contact with gate insulating film 42 below low-concentration body region 13b.

このように、セル領域100Aには、ドレイン領域11、ドリフト領域12、ボディ領域13、ソース領域14及びゲート電極44等によってスイッチング構造が形成されている。 In this manner, the switching structure is formed in the cell region 100A by the drain region 11, the drift region 12, the body region 13, the source region 14, the gate electrode 44, and the like.

半導体基板10の終端領域100Bには、ディープp領域15、リサーフ領域16及び終端コンタクト領域17が設けられている。 A deep p region 15 , a resurf region 16 and a termination contact region 17 are provided in the termination region 100</b>B of the semiconductor substrate 10 .

ディープp領域15は、p型層であり、ドリフト領域12の上側に配置されており、ボディ領域13とリサーフ領域16の間に設けられており、半導体基板10の上面10aに露出する位置に設けられている。ディープp領域15は、セル領域100Aの周囲を一巡するように、ボディ領域13の外周側の側面に隣接して配置されている。ディープp領域15は、半導体基板10の上面10aからボディ領域13よりも深い位置、より詳細には、ゲート絶縁膜42及びゲート電極44が充填されているトレンチよりも深い位置まで伸びている。 Deep p region 15 is a p-type layer, is arranged above drift region 12 , is provided between body region 13 and RESURF region 16 , and is provided at a position exposed to upper surface 10 a of semiconductor substrate 10 . It is The deep p region 15 is arranged adjacent to the outer peripheral side surface of the body region 13 so as to make a circuit around the cell region 100A. The deep p region 15 extends from the upper surface 10 a of the semiconductor substrate 10 to a position deeper than the body region 13 , more specifically, a position deeper than the trench filled with the gate insulating film 42 and the gate electrode 44 .

リサーフ領域16は、ディープp領域15よりもp型不純物濃度が低いp型層であり、ドリフト領域12の上側に配置されており、半導体基板10の上面10aに露出する位置に設けられている。リサーフ領域16も、セル領域100Aの周囲を一巡するように、ディープp領域15の外周側の側面に隣接して配置されている。リサーフ領域16は、ディープp領域15よりも浅い範囲に配置されている。リサーフ領域16は、終端耐圧構造の一例である。リサーフ領域16に代えて、終端耐圧構造としてガードリング構造が設けられていてもよい。 The RESURF region 16 is a p-type layer having a p-type impurity concentration lower than that of the deep p region 15 , is arranged above the drift region 12 , and is provided at a position exposed to the upper surface 10 a of the semiconductor substrate 10 . The resurf region 16 is also arranged adjacent to the outer peripheral side surface of the deep p region 15 so as to make a circuit around the cell region 100A. The RESURF region 16 is arranged in a shallower range than the deep p region 15 . The RESURF region 16 is an example of a termination breakdown voltage structure. Instead of the RESURF region 16, a guard ring structure may be provided as the termination breakdown voltage structure.

終端コンタクト領域17は、高濃度のn型不純物を含有するn型層であり、ドリフト領域12の上側に設けられており、半導体基板10の上面10aに露出する位置に設けられている。終端コンタクト領域17は、半導体基板10の周縁を一巡するように配置されている。終端コンタクト領域17は、ドレイン電極34と同電位に固定されている。 Termination contact region 17 is an n-type layer containing a high concentration of n-type impurities, is provided above drift region 12 , and is provided at a position exposed to upper surface 10 a of semiconductor substrate 10 . The termination contact region 17 is arranged so as to circle around the periphery of the semiconductor substrate 10 . The termination contact region 17 is fixed at the same potential as the drain electrode 34 .

半導体基板10の終端領域100Bにはさらに、拡散抑制領域60が設けられている。拡散抑制領域60は、ディープp領域15の下面に接するとともに面方向に広がって設けられている。拡散抑制領域60は、その周囲の半導体領域と比較して炭素空孔密度が小さい領域である。 A diffusion suppression region 60 is further provided in the termination region 100B of the semiconductor substrate 10 . Diffusion suppression region 60 is provided in contact with the lower surface of deep p region 15 and spreads in the planar direction. The diffusion suppression region 60 is a region with a lower carbon vacancy density than the surrounding semiconductor region.

後述の製造方法で説明するように、このような拡散抑制領域60が設けられていると、ディープp領域15の下面の一部に突出部が形成されてしまうことが抑制される。仮に、そのような突出部がディープp領域15の下面に形成されてしまうと、電界を集中させ、リーク電流を発生させ、耐圧の低下の原因となる。したがって、半導体装置1は、拡散抑制領域60が設けられていることによってディープp領域15の下面の一部に突出部が形成されることが抑えられており、高耐圧な特性を有することができる。 As will be described later in the manufacturing method, the provision of such a diffusion suppressing region 60 suppresses formation of a protruding portion on a part of the lower surface of the deep p region 15 . If such a projecting portion were to be formed on the bottom surface of the deep p region 15, it would concentrate the electric field, generate a leak current, and cause a decrease in breakdown voltage. Therefore, since the semiconductor device 1 is provided with the diffusion suppressing region 60, formation of a protruding portion in a part of the lower surface of the deep p region 15 is suppressed, and the semiconductor device 1 can have high breakdown voltage characteristics. .

次に、半導体装置1の動作について説明する。ゲート電極44に閾値以上の電位を印加すると、ゲート絶縁膜42に隣接する範囲のボディ領域13にチャネルが形成される。チャネルが形成されている状態でドレイン電極34がソース電極32よりも高電位となると、半導体装置1がオンとなり、ソース電極32とドレイン電極34の間を電流が流れる。ゲート電極44に印加する電圧を閾値未満まで低下させると、チャネルが消失し、半導体装置1がオフとなり、ソース電極32とドレイン電極34の間を流れる電流が遮断される。このように、半導体装置1は、ソース電極32とドレイン電極34の間を流れる電流を制御するスイッチング素子として動作することができる。 Next, operation of the semiconductor device 1 will be described. When a potential higher than the threshold is applied to the gate electrode 44 , a channel is formed in the body region 13 adjacent to the gate insulating film 42 . When the potential of the drain electrode 34 becomes higher than that of the source electrode 32 while the channel is formed, the semiconductor device 1 is turned on and current flows between the source electrode 32 and the drain electrode 34 . When the voltage applied to the gate electrode 44 is lowered below the threshold, the channel disappears, the semiconductor device 1 is turned off, and the current flowing between the source electrode 32 and the drain electrode 34 is cut off. Thus, the semiconductor device 1 can operate as a switching element that controls the current flowing between the source electrode 32 and the drain electrode 34 .

次に、半導体装置1の製造方法のうちのディープp領域15を形成する方法について説明する。その他の半導体領域を形成する方法については省略する。 Next, a method of forming the deep p region 15 in the method of manufacturing the semiconductor device 1 will be described. A method for forming other semiconductor regions is omitted.

(第1製造方法)
まず、図3に示されるように、炭化珪素の下地基板であるドレイン領域11を準備する。図示されるように、このドレイン領域11には、貫通転位TDが存在している。
(First manufacturing method)
First, as shown in FIG. 3, a drain region 11, which is a base substrate of silicon carbide, is prepared. As shown, this drain region 11 has threading dislocations TD.

次に、図4に示されるように、エピタキシャル成長技術を利用して、ドレイン領域11の上面からドリフト領域12を結晶成長させる。これにより、ドレイン領域11とドリフト領域12が積層した半導体基板10が準備される。図示されるように、このドリフト領域12には、下地基板のドレイン領域11から引き継がれて伸展した貫通転位TDが存在している。 Next, as shown in FIG. 4, the drift region 12 is crystal-grown from the upper surface of the drain region 11 using an epitaxial growth technique. Thereby, the semiconductor substrate 10 in which the drain region 11 and the drift region 12 are laminated is prepared. As shown, the drift region 12 has threading dislocations TD inherited from the drain region 11 of the base substrate and extended.

次に、図5に示されるように、半導体基板10の上面10aにマスク72を形成する。マスク72には、ディープp領域の形成範囲15aに対応した開口72aが形成されている。 Next, as shown in FIG. 5, a mask 72 is formed on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10. Next, as shown in FIG. The mask 72 has an opening 72a corresponding to the formation range 15a of the deep p region.

次に、図6に示されるように、イオン注入技術を利用して、マスク72の開口72aから半導体基板10内に炭素をイオン注入し、拡散抑制領域60を形成する。拡散抑制領域60は、半導体基板10のディープp領域の形成範囲15aの下面に接する位置に形成される。イオン注入で導入された炭素は、半導体基板10の厚み方向にピークを有するような濃度プロファイルを有している。この炭素のピーク濃度は、炭素のイオン注入によって欠陥が発生しない濃度に調整されている。 Next, as shown in FIG. 6, using an ion implantation technique, carbon ions are implanted into the semiconductor substrate 10 through the openings 72a of the mask 72 to form diffusion suppressing regions 60. Next, as shown in FIG. The diffusion suppressing region 60 is formed at a position in contact with the lower surface of the deep p region formation range 15 a of the semiconductor substrate 10 . Carbon introduced by ion implantation has a concentration profile with a peak in the thickness direction of the semiconductor substrate 10 . This peak concentration of carbon is adjusted to a concentration at which defects are not generated by ion implantation of carbon.

拡散抑制領域60は、周囲の半導体領域と比較して炭素濃度が濃い領域として形成される。貫通転位TDは、炭素空孔密度が高い領域である。このような貫通転位TDに対して拡散抑制領域60が形成されると、導入された炭素が炭素空孔を埋めることができる。このため、拡散抑制領域60が重なる貫通転位TDでは、炭素空孔密度が低下する。 The diffusion suppression region 60 is formed as a region with a higher carbon concentration than the surrounding semiconductor region. A threading dislocation TD is a region with a high carbon vacancy density. When the diffusion suppression region 60 is formed for such threading dislocations TD, the introduced carbon can fill the carbon vacancies. Therefore, the carbon vacancy density is reduced in the threading dislocation TD where the diffusion suppression region 60 overlaps.

次に、図7に示されるように、イオン注入技術を利用して、マスク72の開口72aから半導体基板10内にp型不純物としてボロンをイオン注入する。ボロンをイオン注入した後に、マスク72は除去される。ボロンは、ディープp領域の形成範囲15aに多段で導入される。このように、拡散抑制領域60を形成するための炭素のイオン注入とディープp領域15を形成するためのボロンのイオン注入を共通のマスク72を用いて実施することができる。なお、拡散抑制領域60を形成するために炭素をイオン注入する工程とディープp領域15を形成するためにボロンをイオン注入する工程の順序は特に限定されない。例えば、ディープp領域15を形成するためのボロンをイオン注入した後に、拡散抑制領域60を形成するための炭素をイオン注入してもよい。 Next, as shown in FIG. 7, using an ion implantation technique, boron ions are implanted as p-type impurities into the semiconductor substrate 10 through the openings 72a of the mask 72. Next, as shown in FIG. After implanting boron ions, the mask 72 is removed. Boron is introduced in multiple steps into the formation range 15a of the deep p region. In this way, carbon ion implantation for forming diffusion suppressing region 60 and boron ion implantation for forming deep p region 15 can be performed using common mask 72 . The order of the step of implanting carbon ions to form the diffusion suppressing region 60 and the step of implanting boron ions to form the deep p region 15 is not particularly limited. For example, carbon ions may be implanted to form the diffusion suppressing region 60 after boron ions are implanted to form the deep p region 15 .

次に、図8に示されるように、半導体基板10の上面10aにカーボンキャップ層74を成膜した後に、アニール処理によりボロンを活性化させ、ディープp領域15を形成する。このアニール処理により、導入されたボロンは半導体基板10の深部に向けて熱拡散する。このとき、拡散抑制領域60が設けられているので、ボロンの深部に向けての熱拡散は、この拡散抑制領域60で抑制される。 Next, as shown in FIG. 8, after forming a carbon cap layer 74 on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10, the boron is activated by annealing to form the deep p region 15. Next, as shown in FIG. By this annealing treatment, the introduced boron thermally diffuses toward the deep part of the semiconductor substrate 10 . At this time, since the diffusion suppression region 60 is provided, the thermal diffusion of boron toward the deep portion is suppressed by the diffusion suppression region 60 .

ここで、図9に、拡散抑制領域60が形成されていない場合の比較例を示す。ボロンの熱拡散は、炭素空孔密度に比例することが分かっている。貫通転位TDが存在する部分は、炭素空孔密度が高い。このため、貫通転位TDがディープp領域の形成範囲を貫くように形成されていると、アニール処理のときにボロンが貫通転位TDに沿って増速拡散し、ディープp領域15の下面の一部が突出するように形成されてしまう。このようなディープp領域15の下面の突出部15bは、電界を集中させ、リーク電流を発生させ、耐圧の低下の原因となる。一方、図8に示すように、本実施形態の製造方法では、ディープp領域15のアニール処理に先立って拡散抑制領域60が形成されているので、ディープp領域15の下面の一部に突出部15bが形成されることが抑えられている。 Here, FIG. 9 shows a comparative example in which the diffusion suppressing region 60 is not formed. Thermal diffusion of boron is known to be proportional to carbon vacancy density. A portion where threading dislocations TD exist has a high carbon vacancy density. Therefore, if the threading dislocation TD is formed to penetrate the formation range of the deep p region, boron diffuses at an accelerated rate along the threading dislocation TD during the annealing treatment, and the lower surface of the deep p region 15 is partially exposed. is formed to protrude. The projecting portion 15b on the lower surface of the deep p region 15 concentrates an electric field, generates a leakage current, and causes a decrease in breakdown voltage. On the other hand, as shown in FIG. 8, in the manufacturing method of the present embodiment, since the diffusion suppressing region 60 is formed prior to the annealing treatment of the deep p region 15, the protruding portion is partially formed on the lower surface of the deep p region 15. 15b is suppressed.

(第2製造方法)
まず、図3に示されるように、炭化珪素の下地基板であるドレイン領域11を準備する。図示されるように、このドレイン領域11には、貫通転位TDが存在している。
(Second manufacturing method)
First, as shown in FIG. 3, a drain region 11, which is a base substrate of silicon carbide, is prepared. As shown, this drain region 11 has threading dislocations TD.

次に、図10に示されるように、エピタキシャル成長技術を利用して、ドレイン領域11の表面からドリフト領域12の下側部分12Aを結晶成長させる。図示されるように、このドリフト領域12の下側部分12Aには、下地基板のドレイン領域11から引き継がれて伸展した貫通転位TDが存在している。 Next, as shown in FIG. 10, an epitaxial growth technique is used to crystal-grow the lower portion 12A of the drift region 12 from the surface of the drain region 11. Next, as shown in FIG. As shown, the lower portion 12A of the drift region 12 has threading dislocations TD inherited from the drain region 11 of the base substrate and extended.

次に、図11に示されるように、ドリフト領域12の下側部分12Aの上面にマスク76を形成する。マスク76には、拡散抑制領域の形成範囲60aに対応した開口76aが形成されている。 Next, as shown in FIG. 11, a mask 76 is formed on the upper surface of the lower portion 12A of the drift region 12. As shown in FIG. The mask 76 is formed with an opening 76a corresponding to the forming range 60a of the diffusion suppressing region.

次に、図12に示されるように、イオン注入技術を利用して、マスク76の開口76aから半導体基板10内に炭素をイオン注入し、拡散抑制領域60を形成する。炭素をイオン注入した後に、マスク76は除去される。 Next, as shown in FIG. 12, using an ion implantation technique, carbon ions are implanted into the semiconductor substrate 10 through the openings 76a of the mask 76 to form the diffusion suppressing regions 60. Next, as shown in FIG. After the carbon ion implantation, mask 76 is removed.

次に、図13に示されるように、エピタキシャル成長技術を利用して、ドリフト領域12の下側部分12Aの上面からドリフト領域12の上側部分12Bを結晶成長させ、ドリフト領域12を形成する。これにより、ドレイン領域11とドリフト領域12が積層した半導体基板10が準備される。 Next, as shown in FIG. 13, the drift region 12 is formed by crystal-growing the upper portion 12B of the drift region 12 from the upper surface of the lower portion 12A of the drift region 12 using an epitaxial growth technique. Thereby, the semiconductor substrate 10 in which the drain region 11 and the drift region 12 are laminated is prepared.

次に、図14に示されるように、半導体基板10の上面10aにマスク78を形成する。マスク78には、ディープp領域の形成範囲15aに対応した開口78aが形成されている。 Next, as shown in FIG. 14, a mask 78 is formed on the upper surface 10a of the semiconductor substrate 10. Next, as shown in FIG. The mask 78 has an opening 78a corresponding to the formation range 15a of the deep p region.

次に、図15に示されるように、イオン注入技術を利用して、マスク78の開口78aから半導体基板10内にp型不純物としてボロンをイオン注入する。ボロンをイオン注入した後に、マスク78は除去される。ボロンは、ディープp領域の形成範囲15aに多段で導入される。 Next, as shown in FIG. 15, using an ion implantation technique, boron ions are implanted as p-type impurities into the semiconductor substrate 10 through the openings 78a of the mask 78. Next, as shown in FIG. After implanting boron ions, the mask 78 is removed. Boron is introduced in multiple steps into the formation range 15a of the deep p region.

この後の工程は、図8に示す工程と同様である。この製造方法でも、ディープp領域15のアニール処理に先立って拡散抑制領域60が形成されているので、ディープp領域15の下面の一部に突出部15bが形成されることが抑えられている。 The subsequent steps are the same as the steps shown in FIG. Also in this manufacturing method, the diffusion suppressing region 60 is formed prior to the annealing treatment of the deep p region 15, so formation of the projecting portion 15b on a part of the lower surface of the deep p region 15 is suppressed.

以上、実施形態について詳細に説明したが、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。 Although the embodiments have been described in detail above, they are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing.

1 :半導体装置
10 :半導体基板
11 :ドレイン領域
12 :ドリフト領域
13 :ボディ領域
13a :ボディコンタクト領域
13b :低濃度ボディ領域
14 :ソース領域
15 :ディープp領域
16 :リサーフ領域
17 :終端コンタクト領域
32 :ソース電極
34 :ドレイン電極
42 :ゲート絶縁膜
44 :ゲート電極
46 :層間絶縁膜
50 :絶縁膜
60 :拡散抑制領域
100A :セル領域
100B :終端領域
Reference Signs List 1: semiconductor device 10 : semiconductor substrate 11 : drain region 12 : drift region 13 : body region 13a : body contact region 13b : low concentration body region 14 : source region 15 : deep p region 16 : resurf region 17 : termination contact region 32 : source electrode 34 : drain electrode 42 : gate insulating film 44 : gate electrode 46 : interlayer insulating film 50 : insulating film 60 : diffusion suppression region 100A : cell region 100B : termination region

Claims (7)

半導体装置であって、
炭化珪素の半導体基板と、
前記半導体基板の上面に設けられている上部電極と、
前記半導体基板の下面に設けられている下部電極と、を備えており
前記半導体基板は、スイッチング構造が形成されているセル領域と、前記セル領域の周囲に設けられているとともに終端耐圧構造が形成されている終端領域と、に区画されており、
前記半導体基板は、
前記セル領域と前記終端領域に跨って設けられているn型のドリフト領域と、
前記セル領域の前記ドリフト領域上に設けられているp型のボディ領域と、
前記セル領域の前記ボディ領域と前記終端領域の前記終端耐圧構造の間の前記ドリフト領域上に設けられており、前記半導体基板の上面からの深さが前記ボディ領域よりも深いp型のディープp領域と、
前記ディープp領域の下面に接するとともに面方向に広がって設けられており、p型不純物の拡散を抑制する拡散抑制領域と、を有しており、
前記ディープp領域に含まれるp型不純物がボロンであり、
前記拡散抑制領域は、その周囲の半導体領域と比較して炭素空孔密度が小さく、
前記半導体基板の厚み方向における前記拡散抑制領域の炭素濃度のピークは、前記ディープp領域の下面よりも下方に位置する、半導体装置。
A semiconductor device,
a silicon carbide semiconductor substrate;
an upper electrode provided on the upper surface of the semiconductor substrate;
a lower electrode provided on the lower surface of the semiconductor substrate, wherein the semiconductor substrate includes a cell region in which a switching structure is formed, and a termination breakdown structure formed around the cell region. and a termination region defined by
The semiconductor substrate is
an n-type drift region provided across the cell region and the termination region;
a p-type body region provided on the drift region of the cell region;
A p-type deep p provided on the drift region between the body region of the cell region and the termination breakdown voltage structure of the termination region and having a depth from the upper surface of the semiconductor substrate deeper than that of the body region. area and
a diffusion suppression region provided in contact with the lower surface of the deep p region and extending in a planar direction to suppress diffusion of the p-type impurity,
the p-type impurity contained in the deep p region is boron;
the diffusion suppression region has a lower carbon vacancy density than the surrounding semiconductor region;
The semiconductor device , wherein a carbon concentration peak of the diffusion suppressing region in the thickness direction of the semiconductor substrate is located below a lower surface of the deep p region.
前記拡散抑制領域は、その周囲の半導体領域と比較して炭素濃度が濃い、請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said diffusion suppression region has a higher carbon concentration than the surrounding semiconductor region. 請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の前記ディープp領域の形成範囲の下面に接する位置に前記拡散抑制領域を形成する工程と、
前記半導体基板の前記ディープp領域の形成範囲内にp型不純物を導入する工程と、
アニール処理によって前記p型不純物を活性化し、前記ディープp領域を形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2,
forming the diffusion suppressing region at a position in contact with the lower surface of the formation range of the deep p region of the semiconductor substrate;
introducing a p-type impurity into a formation range of the deep p region of the semiconductor substrate;
and activating the p-type impurity by annealing to form the deep p-region.
前記拡散抑制領域を形成する工程は、
前記半導体基板の前記上面にマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口から炭素をイオン注入し、前記拡散抑制領域を形成する工程と、を有する請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the diffusion suppression region includes:
forming a mask on the top surface of the semiconductor substrate;
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising implanting carbon ions through the opening of the mask to form the diffusion suppressing region.
前記p型不純物を導入する工程は、
前記拡散抑制領域を形成する工程で成膜された前記マスクの前記開口からp型不純物をイオン注入する工程、を有する請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The step of introducing the p-type impurity includes
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising the step of ion-implanting a p-type impurity through said opening of said mask formed in said step of forming said diffusion suppressing region.
前記拡散抑制領域を形成する工程は、
前記ドリフト領域の下部分をエピタキシャル成長する工程と、
前記ドリフト領域の前記下部分の上面の一部に炭素をイオン注入し、前記拡散抑制領域を形成する工程と、
前記ドリフト領域の上部分をエピタキシャル成長する工程と、を有する請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the diffusion suppression region includes:
epitaxially growing a lower portion of the drift region;
ion implanting carbon into a portion of the upper surface of the lower portion of the drift region to form the diffusion suppression region;
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising the step of epitaxially growing an upper portion of said drift region.
炭化珪素の半導体基板と、 a silicon carbide semiconductor substrate;
前記半導体基板の上面に設けられている上部電極と、 an upper electrode provided on the upper surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の下面に設けられている下部電極と、を備えており a lower electrode provided on the lower surface of the semiconductor substrate;
前記半導体基板は、スイッチング構造が形成されているセル領域と、前記セル領域の周囲に設けられているとともに終端耐圧構造が形成されている終端領域と、に区画されており、 the semiconductor substrate is divided into a cell region in which a switching structure is formed and a termination region provided around the cell region and in which a termination breakdown voltage structure is formed;
前記半導体基板は、 The semiconductor substrate is
前記セル領域と前記終端領域に跨って設けられているn型のドリフト領域と、 an n-type drift region provided across the cell region and the termination region;
前記セル領域の前記ドリフト領域上に設けられているp型のボディ領域と、 a p-type body region provided on the drift region of the cell region;
前記セル領域の前記ボディ領域と前記終端領域の前記終端耐圧構造の間の前記ドリフト領域上に設けられており、前記半導体基板の上面からの深さが前記ボディ領域よりも深いp型のディープp領域と、 A p-type deep p provided on the drift region between the body region of the cell region and the termination breakdown voltage structure of the termination region and having a depth from the upper surface of the semiconductor substrate deeper than that of the body region. area and
前記ディープp領域の下面に接するとともに面方向に広がって設けられており、p型不純物の拡散を抑制する拡散抑制領域と、を有しており、 a diffusion suppression region provided in contact with the lower surface of the deep p region and extending in a planar direction to suppress diffusion of the p-type impurity,
前記ディープp領域に含まれるp型不純物がボロンであり、 the p-type impurity contained in the deep p region is boron;
前記拡散抑制領域は、その周囲の半導体領域と比較して炭素空孔密度が小さい、半導体装置の製造方法であって、 A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the diffusion suppression region has a lower carbon vacancy density than the surrounding semiconductor region,
前記半導体基板の前記ディープp領域の形成範囲の下面に接する位置に前記拡散抑制領域を形成する工程と、 forming the diffusion suppressing region at a position in contact with the lower surface of the formation range of the deep p region of the semiconductor substrate;
前記半導体基板の前記ディープp領域の形成範囲内にp型不純物を導入する工程と、 introducing a p-type impurity into a formation range of the deep p region of the semiconductor substrate;
アニール処理によって前記p型不純物を活性化し、前記ディープp領域を形成する工程と、を備え、 activating the p-type impurity by annealing to form the deep p-region;
前記拡散抑制領域を形成する工程は、 The step of forming the diffusion suppression region includes:
前記ドリフト領域の下部分をエピタキシャル成長する工程と、 epitaxially growing a lower portion of the drift region;
前記ドリフト領域の前記下部分の上面の一部に炭素をイオン注入し、前記拡散抑制領域を形成する工程と、 ion implanting carbon into a portion of the upper surface of the lower portion of the drift region to form the diffusion suppression region;
前記ドリフト領域の上部分をエピタキシャル成長する工程と、を有する、半導体装置の製造方法。 and a step of epitaxially growing an upper portion of the drift region.
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