特許 7440861 炭化珪素半導体装置及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-20

(45)【発行日】2024-02-29

(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/265 20060101AFI20240221BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20240221BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20240221BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20240221BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20240221BHJP

   H01L 29/861 20060101ALI20240221BHJP

   H01L 29/868 20060101ALI20240221BHJP

   H01L 21/329 20060101ALI20240221BHJP

   H01L 29/872 20060101ALI20240221BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

H01L21/265 Z

H01L29/78 652T

H01L29/78 658A

H01L29/78 655A

H01L29/91 F

H01L29/91 A

H01L29/86 301P

H01L29/86 301D

H01L21/265 U

H01L29/78 301F

H01L29/78 301V

C30B29/36 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020026991

(22)【出願日】2020-02-20

(65)【公開番号】P2021132134

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2023-01-06

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 第６６回 応用物理学会春季学術講演会の講演予稿集（９ａ－ＰＢ３－６）としてＷＥＢ公開（ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｎｆｉｔ．ａｔｌａｓ．ｊｐ／ｇｕｉｄｅ／ｅｖｅｎｔ／ｊｓａｐ２０１９ｓ／ｓｕｂｊｅｃｔ／９ａ－ＰＢ３－６／ａｄｖａｎｃｅｄ） 第６６回 応用物理学会春季学術講演会にて発表 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１９ 予稿集に掲載 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１９にて発表 先進パワー半導体分科会誌 第６回講演会 予稿集に掲載 先進パワー半導体分科会誌 第６回講演会にて発表

(73)【特許権者】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(73)【特許権者】

【識別番号】399071029

【氏名又は名称】フェニテックセミコンダクター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒木 伸一郎

(72)【発明者】

【氏名】岡田 智徳

(72)【発明者】

【氏名】瀬崎 洋

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－００４９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３４７２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５９５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４９４０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２９／１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

Ｈ０１Ｌ ２９／８６１

Ｈ０１Ｌ ２９／８６８

Ｈ０１Ｌ ２１／３２

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８７２

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

４Ｈ－ＳｉＣ結晶層にイオン注入を行いイオン注入層を形成する工程を備え、
前記イオン注入は、｛１－１００｝面に対して［０００１］から＋１０°又は－１０°傾けたイオン注入角、｛１－２１０｝面に対して［０００１］から＋３°又は－３°傾けたイオン注入角、又は｛１－１００｝面と｛１－２１０｝面との中間の面に対して［０００１］から＋４°又は－４°傾けたイオン注入角で行う、炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記イオン注入層を貫通するトレンチを形成して、前記イオン注入層を互いに分離されたソース領域とドレイン領域とする工程と、
前記トレンチにゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記ソース領域及びドレイン領域にそれぞれオーミック接触したオーミック電極を形成する工程とをさらに備えている、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、炭化珪素半導体装置及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置は様々な用途に用いられている。近年では、２００℃以上の高温の環境や、吸収線量が数千Ｇｙ～数万Ｇｙという環境においても作動する半導体装置が求められている。しかし、従来のシリコン（Ｓｉ）半導体は、このような環境において使用することは困難であり、新たな半導体材料が検討されている。中でも、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体は、耐熱性及び放射線耐性に優れた半導体材料として期待されている。

【0003】

半導体装置を製造するには、イオン注入の技術が不可欠である。炭化珪素半導体の場合、イオン注入後の結晶性の回復がシリコン半導体のように容易ではない等の炭化珪素半導体に特有の問題がある。このため、イオン注入を炭化珪素半導体に対して最適化しようとする試みがなされている。例えば、特許文献１においては、イオンの注入の際の面方位を変えることにより、炭化珪素の結晶格子に対するダメージを低減することが検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－２６１０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

炭化珪素半導体に対するイオン注入には、結晶に対するダメージの問題だけでなく、注入深さの制御性が悪いという問題もある。本開示の課題は、炭化珪素半導体に対するイオン注入の注入深さの制御性を向上し、高性能の炭化珪素半導体装置を容易に製造できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の炭化珪素半導体装置の製造方法の一態様は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶層にイオン注入を行いイオン注入層を形成する工程を備え、イオン注入は、｛１－１００｝面に対して［０００１］から＋１０°又は－１０°傾けたイオン注入角、｛１－２１０｝面に対して［０００１］から＋３°又は－３°傾けたイオン注入角、又は｛１－１００｝面と｛１－２１０｝面との中間の面に対して［０００１］から＋４°又は－４°傾けたイオン注入角で行う。

【0007】

炭化珪素半導体装置の製造方法の一態様は、イオン注入層を貫通するトレンチを形成して、イオン注入層を互いに分離されたソース領域とドレイン領域とする工程と、トレンチにゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、ソース領域及びドレイン領域にそれぞれオーミック接触したオーミック電極を形成する工程とをさらに備えていてもよい。

【0008】

本開示の炭化珪素半導体装置の一態様は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶層と、４Ｈ－ＳｉＣ結晶層に形成された少なくとも１つの不純物注入層とを備え、不純物注入層は、設計深さよりも２．１４倍深い位置における不純物濃度が、設計深さ範囲における最も高い不純物濃度の２０分の１以下である。

【0009】

炭化珪素半導体装置の一態様において、４Ｈ－ＳｉＣ結晶層に設けられたトレンチと、トレンチにゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、不純物注入層とオーミック接触したオーミック電極とをさらに備え、不純物注入層は、トレンチを挟んで両側に設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本開示の半導体装置の製造方法によれば、注入深さの制御性が向上し、高性能の炭化珪素半導体装置を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係るトレンチＭＯＳＦＥＴを示す断面図である。

【図2】（ａ）～（ｈ）は一実施形態に係るトレンチＭＯＳＦＥＴの製造方法を工程順に示す断面図である。

【図3】一実施形態に係る縦型ＭＯＳＦＥＴを示す断面図である。

【図4】一実施形態に係るＩＧＢＴを示す断面図である。

【図5】一実施形態に係るＰＮダイオードを示す断面図である。

【図6】一実施形態に係るショットキーバリアダイオードを示す断面図である。

【図7】ジャンクションバリア構造を有するショットキーバリアダイオードの変形例を示す断面図である。

【図8】イオン注入角と面方位との関係を示す平面図である。

【図9】ラザフォード散乱法による後方散乱イールドの測定結果を示すグラフである。

【図10】深さ方向における不純物濃度の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

格子面の記号において、負の指数については、結晶学上、”－”（バー）を数字の上に付けて表すことになっているが、本開示においては明細書作成の都合上、数字の前に負号を付けて表す場合がある。

【0013】

本開示の炭化珪素（ＳｉＣ）半導体装置の製造方法は、４Ｈ－ＳｉＣ結晶層にイオン注入を行いイオン注入層を形成する工程を備えている。イオン注入層を形成する工程において、イオン注入は｛１－１００｝面に対して［０００１］から＋１０°又は－１０°傾けたイオン注入角、｛１－２１０｝面に対して［０００１］から＋３°又は－３°傾けたイオン注入角、又は｛１－１００｝面と｛１－２１０｝面との中間の面に対して［０００１］から＋４°又は－４°傾けたイオン注入角で行う。なお、この角度は±１°程度のずれを許容する。

【0014】

イオン注入層は、設計深さ範囲の領域に設計された濃度で不純物が存在し、範囲外において不純物濃度が急激に減衰することが好ましい。理想的なイオン注入層を形成するために、注入イオン濃度、注入エネルギー及び基板の材質等のパラメータを用いたシミュレーションを行い、イオン注入の条件を決定する。しかし、実際の不純物の深さ方向の濃度プロファイルが、シミュレーションの結果から大きくずれて、半導体装置の特性を大きく乱す場合がある。本願発明者らは、ラザフォード後方散乱法における後方散乱イオン数の急激な低下（ディップ）が生じない角度範囲でイオン注入を行うことにより、不純物の深さ方向の濃度プロファイルをシミュレーション結果に近づけることができることを見いだした。

【0015】

具体的には、｛０－１００｝面に平行な方向の場合、［０００１］から＋１０°又は－１０°において±１°程度のディップがほとんど生じない範囲が存在する。このため、｛１－１００｝面に対して［０００１］から＋１０°又は－１０°傾けたイオン注入角でイオン注入を行うことにより、イオンの注入深さの制御性が向上し、設計値に近い理想的な濃度プロファイルを有するイオン注入層を形成することができる。

【0016】

同様のディップがほとんど生じない範囲は、｛１－２１０｝面に平行な方向において［０００１］から＋３°又は－３°と、｛１－１００｝面と｛１－２１０｝面との中間の面に平行な方向において［０００１］から＋４°又は－４°においても存在する。このため、イオン注入角を、｛１－２１０｝面に対して［０００１］から＋３°又は－３°傾けた角度、又は｛１－１００｝面と｛１－２１０｝面との中間の面に対して［０００１］から＋４°又は－４°傾けた角度とすることもできる。

【0017】

イオン注入角をこのような値とすることにより、設計注入深さよりも２．１４倍深い位置における不純物濃度を、従来の｛１－１００｝面に対して［０００１］から＋４°又は－４°傾けた注入角の場合と比べて１／６以下にすることができる。例えば、設計注入深さが７０ｎｍの場合は、２．１４倍深い深さ１５０ｎｍの位置における不純物濃度を、従来の１／６以下にすることができる。

【0018】

また、設計値注入深さよりも２．１４倍深い位置における不純物濃度を、設計深さ範囲内における最も高い不純物濃度の好ましくは２０分の１以下、より好ましくは５０分の１以下とすることができる。例えば、設計注入深さを７０ｎｍとしてイオン注入層を形成する場合に、深さ１５０ｎｍの位置における不純物濃度を、表面から７０ｎｍまでの範囲における最も高い不純物濃度の好ましくは２０分の１以下、より好ましくは５０分の１以下とすることができる。

【0019】

本実施形態のイオン注入層の形成方法は、深さ方向における不純物濃度の減衰が大きく理想的な不純物プロファイルを容易に実現できるため、図１に示すようなトレンチＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）の製造において有用である。

【0020】

図１に示すトレンチＭＯＳＦＥＴは、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶からなる基板１０１にイオン注入により形成されたイオン注入層であるソース領域１１２及びドレイン領域１１１を有している。ソース領域１１２とドレイン領域１１１との間には、トレンチが設けられている。基板１０１の上には、ソース領域１１２、ドレイン領域１１１及びトレンチを露出する開口部を有する絶縁膜１１６が形成されている。

【0021】

トレンチにはドライ酸化膜であるゲート絶縁膜１１５を介してゲート電極１２３が形成されている。ソース領域１１２及びドレイン領域１１１の上には、それぞれシリサイド層１２５がオーミック接触するように形成され、シリサイド層１２５の上には金属層１２６が形成されている。ソース領域１１２の上に形成されたシリサイド層１２５及び金属層１２６はソース電極１２２として機能し、ドレイン領域１１１の上に形成されたシリサイド層１２５及び金属層１２６はドレイン電極１２１として機能する。

【0022】

トレンチＭＯＳＦＥＴは、例えば、図２に示すように、基板１０１に注入マスクとなる絶縁膜１１７を形成した後、イオン注入を行いソース領域１１２及びドレイン領域１１１となるイオン注入層１１３を形成する。イオン注入は、｛１－１００｝面に対して［０００１］から＋１０°又は－１０°傾けたイオン注入角により行う。また、ダメージの低減のために、例えば５００℃での高温イオン注入が好ましい。この後、カーボンキャップ層１１８を形成してアニールを行い不純物の活性化及び結晶性の回復を行う。アニールは、例えば１７００℃で５分間とすることができる。

【0023】

次に、イオン注入層１１３を露出する開口部を有する絶縁膜１１６を形成した後、絶縁膜１１６をマスクとしてトレンチを形成してイオン注入層１１３をソース領域１１２とドレイン領域１１１とに分離する。この後、例えば１１５０℃でドライ酸化を行い、トレンチ部分にゲート絶縁膜１１５を形成する。この後、絶縁膜１１６にソース領域１１２及びドレイン領域１１１を露出する開口部を形成し、ソース領域１１２及びドレイン領域１１１にシリサイド層１２５を形成する。この後、アルミニウム層を形成し、パターニングして、ソース電極１２２、ドレイン電極１２１及びゲート電極１２３を形成する。

【0024】

トレンチＭＯＳＦＥＴにおいてソース領域１１２及びドレイン領域１１１となるイオン注入層１１３の深さ方向の不純物プロファイルは非常に重要である。不純物が設計位置よりも深い位置にまで注入されてしまうと、トレンチを形成してもソース領域１１２とドレイン領域１１１とが十分に分離されず、ゲート電極１２３の下側においてリークが発生して、閾値電圧が設計値よりも上昇してしまう。トレンチを深くすれば、閾値電圧を下げることが可能であるが、設計値よりもトレンチを深くすると寄生容量が増加して動作速度が低下してしまう。また、イオン注入層１１３が設計値よりも深い位置まで拡がってしまうと、イオン注入層１１３における不純物濃度が低下してしまうという問題もある。

【0025】

本実施形態のイオン注入層の形成方法を用いることにより、イオン注入層１１３が設計値よりも深い位置に拡がることを抑え、設計値と近い濃度プロファイルを実現することができる。これにより、トレンチＭＯＳＦＴにおいて、ゲート電極１２３の下側においてリークが発生しにくくして、閾値電圧のずれを生じにくくすることができる。なお、｛１－２１０｝面に対して［０００１］から＋３°又は－３°傾けたイオン注入角、又は｛１－１００｝面と｛１－２１０｝面との中間の面に対して［０００１］から＋４°又は－４°傾けたイオン注入角でイオン注入層１１３のイオン注入を行うこともできる。

【0026】

本実施形態のイオン注入層の形成方法は、原理的にｐ型不純物であるアルミニウム及びホウ素、ｎ型不純物である窒素及びリンのいずれにおいても不純物プロファイルを理想型に近づけることができる。このため、ｐ型のイオン注入層及びｎ型のイオン注入層のいずれの形成にも有用である。また、分子クラスターのイオンではなく、原子のイオンを注入しても不純物プロファイルの制御が容易であり、炭化珪素結晶にダメージが小さいイオン注入を行うことができる。

【0027】

本実施形態のイオン注入層の形成方法は、トレンチＭＯＳＦＥＴに限らず、イオン注入層を有する種々の半導体装置の製造に用いることができる。例えば、図３に示すような縦型ＭＯＳＦＥＴの製造に用いることもできる。図３に示す縦型のＭＯＳＦＥＴは、ｎ⁺型の４Ｈ－ＳｉＣからなる基板１３１の表面上に、ｎ^-型のドリフト層１３２がエピタキシャル成長により形成されている。ドリフト層１３２の表面側にはイオン注入によりｐ型ウェル１３３及びｎ⁺型のソース領域１３４が設けられており、ソース領域１３４の上にはソース電極１４１が形成されている。ソース領域１３４を跨ぐようにゲート絶縁膜１３５を介してゲート電極１４３が形成されている。基板１３１の裏面の上には、オーミック電極であるドレイン電極１４２が形成されている。

【0028】

本実施形態のイオン注入層の形成方法は、イオン注入層であるｐ型ウェル１３３及びソース領域１３４の形成に用いることができる。特にソース領域１３４の形成に、本実施形態のイオン注入法の形成方法を用いることにより、ソース領域１３４が深くなりすぎないように制御することが容易にできる。

【0029】

本実施形態のイオン注入層の形成方法は、図４に示すような絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の製造に用いることもできる。図４に示すＩＧＢＴは、例えばｐ⁺型の４Ｈ－ＳｉＣからなる基板１５１の表面上に、ｎ^-型のドリフト層１５２がエピタキシャル成長により形成されており、ドリフト層１５２の表面側にはｐ型ウェル１５３がイオン注入により形成されている。ｐ型ウェル１５３には、ｎ⁺型のエミッタ領域１５４がイオン注入により形成されており、エミッタ領域１５４の上にはエミッタ電極１６１が形成されている。エミッタ領域１５４を跨ぐようにゲート絶縁膜１５５を介してゲート電極１６３が形成されている。基板１５１の裏面の上には、コレクタ電極１６２が形成されている。

【0030】

本実施形態のイオン注入層の形成方法は、イオン注入層であるｐ型ウェル１５３及びエミッタ領域１５４の形成に用いることができる。特にエミッタ領域１５４の形成に、本実施形態のイオン注入法の形成方法を用いることにより、エミッタ領域１５４が深くなりすぎないように制御することが容易にできる。

【0031】

本実施形態のイオン注入層の形成方法は、図５に示すようなＰＮダイオードの製造に用いることもできる。図５において、ｎ⁺型の４Ｈ－ＳｉＣからなる基板１７１の上には、ｎ^-型のエピタキシャル層１７２が形成され、エピタキシャル層１７２の上部にはイオン注入によりｐ⁺型層１７３が形成されている。エピタキシャル層１７２の上には、ｐ⁺型層を露出する開口部を有するシリコン酸化膜１７５が形成されており、開口部にはアノード電極１７８が形成されている。基板１７１の裏面にはカソード電極１７９が形成されている。ｐ⁺型層１７３の形成に、本実施形態のイオン注入法の形成方法を用いることにより、ｐ⁺型層１７３が深くなりすぎないように制御することが容易にできる。

【0032】

本実施形態のイオン注入層の形成方法は、図６に示すようなショットキーバリアダイオードの製造に用いることもできる。図６において、ｎ⁺型の４Ｈ－ＳｉＣからなる基板１８１の上には、ｎ^-型のエピタキシャル層１８２が形成され、エピタキシャル層１８２の上部にはイオン注入によりｐ⁺型層１８３が形成されている。エピタキシャル層１８２の上には、ｐ⁺型層を露出する開口部を有するシリコン酸化膜１８５が形成されており、開口部にはショットキー電極１８８が形成されている。基板１８１の裏面にはオーミック電極１８９が形成されている。ｐ⁺型層１８３に代えて、図７に示すようなジャンクションバリア構造１８４を形成することもできる。本実施形態のイオン注入法の形成方法を用いることにより、ｐ⁺型層１８３又はジャンクションバリア構造１８４が深くなりすぎないように制御することが容易にできる。

【0033】

これらに限らず、４Ｈ－ＳｉＣ結晶層にイオン注入層を形成するあらゆる場合に本実施形態のイオン注入層の形成方法を用いることができる。なお、イオンを注入する４Ｈ－ＳｉＣ結晶層は、基板であっても、基板の上に形成したエピタキシャル成長層であってもよい。

【0034】

本開示のイオン注入層の形成方法について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。以下の実施例は例示であり、権利範囲の限定を意図するものではない。

【実施例】

【0035】

＜ラザフォード後方散乱法によるチャネリング測定＞
［０００１］から傾けた注入角でヘリウムの注入を行いラザフォード後方散乱法によりチャネリングを測定した。注入加速電圧を２ＭｅＶとして、図８におけるライン１、ライン２及びライン３沿って角度を傾けて散乱強度を測定した。

【0036】

図９に示すように｛１－１００｝面に平行となる方向であるライン１の場合、通常のイオン注入において用いられる－４°付近には、後方散乱イオン数が急激に低下するディップが認められる。ディップが認められる位置においてはイオン注入の際にチャネリングが生じ、深い位置まで不純物が拡がる可能性が高い。一方、－１０±１°の範囲には、ディップが認められず、注入角度がずれることを考慮しても、チャネリングを生じにくくできると予測される。

【0037】

｛１－２１０｝面に平行となる方向であるライン２の場合は、－３±１°の範囲、｛１－１００｝面と｛１－２１０｝面との中間の面に平行となる方向であるライン３の場合は、－４±１°の範囲において、後方散乱イオン数の急激な低下が認められないため、この範囲においても、チャネリングを生じにくくできると予測される。

【0038】

また、後方散乱イオン数のプロファイルは、対称となるため、ライン１においては＋１０°、ライン２においては＋３°、ライン３においては＋４°においても同様にチャネリングを生じにくくできると予測される。

【0039】

＜不純物濃度プロファイルの測定＞
４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板に、イオン注入を行い、深さ方向の不純物濃度を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法により測定した。イオン注入は、設計注入深さが７０ｎｍとなるようにシミュレーションにより条件を決定した。条件決定のシミュレーションは、シミュレーションソフトウエアにＳＲＩＭ２００８を用いて行った。具体的な注入条件は、アルミニウム原子をイオン種として、注入深さを７０ｎｍ、注入濃度を４×１０²⁰(atoms／ｃｍ³)とする多段注入で行い、多段注入の条件は、加速エネルギー５５keVで注入量２．４０×１０¹⁵／ｃｍ²、加速エネルギー２５keVで注入量７．００×１０¹⁴／ｃｍ²、加速エネルギー１２keVで注入量３．２０×１０¹³／ｃｍ²である。ＳＩＭＳの測定は、アルバックファイ製２次イオン質量分析装置SIMS6650を使用し、一次イオンガンにはO2デュオプラズマトロンイオン銃を用いた。

【0040】

図１０に示すように、ライン１の－４°に対応する、｛１－１００｝面に対して［０００１］から－４°傾けてイオン注入を行った場合、深さ８０ｎｍ程度から、不純物濃度がシミュレーションによる理想的なプロファイルとのずれが大きくなり始め、設計注入深さの２．１４倍である１５０ｎｍの位置における不純物濃度は、６×１０¹⁹ｃｍ^-3程度となっている。

【0041】

一方、ライン１の－１０°に対応する、｛１－１００｝面に対して［０００１］から－１０°傾けてイオン注入を行った場合、深さ１００ｎｍ程度までの不純物濃度は、シミュレーションによる理想的なプロファイルと大きく異なっていない。設計注入深さである７０ｎｍよりも深い位置においてずれが次第に拡大するが、１５０ｎｍにおける不純物濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度であり、－４°の場合の約１／６であった。

【0042】

また、－１０°の場合、設計注入深さである７０ｎｍまでの範囲における不純物濃度の最高値は６×１０²⁰ｃｍ^-3程度であり、設計注入深さの２．１４倍である１５０ｎｍにおける不純物濃度は、最高値の１／５０以下となった。一方、－４°の場合、１５０ｎｍにおける不純物濃度は最高値の約１／１０であり、不純物濃度の十分な減衰が生じていない。

【0043】

＜閾値電圧の比較＞
図１に示すｐ型のトレンチＭＯＳＦＥＴを作成したところ、｛１－１００｝面に対して［０００１］から－１０°傾けてイオン注入を行った場合、閾値電圧は－４Ｖとなり、ノーマリーオフを実現できた。一方、｛１－１００｝面に対して［０００１］から－４°傾けてイオン注入を行った場合、閾値電圧は＋９Ｖとなり、ノーマリーオフを実現できなかった。閾値電圧はドレイン電圧を－１００mV、ソース電圧を０Vとし、ゲート電圧を変化させることで測定を行った。

【0044】

なお、トレンチ深さは１６０ｎｍ、ゲート絶縁膜厚は２０ｎｍ、ゲート長は５μｍ、ゲート幅は１０μｍとした。イオン注入層の形成は、アルミニウム原子をイオン種として形成し、設計注入深さを７０ｎｍ、注入濃度を４×１０²⁰atoms／ｃｍ³とする多段注入で行った。多段注入の条件は、加速エネルギー５５ｋｅＶで注入量２．４０×１０¹⁵／ｃｍ²、加速エネルギー２５ｋｅＶで注入量７．００×１０¹⁴／ｃｍ²、加速エネルギー１２ｋｅＶで注入量３．２０×１０¹³／ｃｍ²である。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本開示の炭化珪素半導体装置の製造方法は、注入深さの制御性が高く、高性能の炭化珪素半導体装置を容易に製造することができ、半導体装置の分野において有用である。

【符号の説明】

【0046】

１０１ 基板
１１１ ドレイン領域
１１２ ソース領域
１１３ イオン注入層
１１５ ゲート絶縁膜
１１６ 絶縁膜
１１７ 絶縁膜
１１８ カーボンキャップ層
１２１ ドレイン電極
１２２ ソース電極
１２３ ゲート電極
１２５ シリサイド層
１２６ 金属層
１３１ 基板
１３２ ドリフト層
１３３ ｐ型ウェル
１３４ ソース領域
１３５ ゲート絶縁膜
１４１ ソース電極
１４２ ドレイン電極
１４３ ゲート電極
１５１ 基板
１５２ ドリフト層
１５３ ｐ型ウェル
１５４ エミッタ領域
１５５ ゲート絶縁膜
１６１ エミッタ電極
１６２ コレクタ電極
１６３ ゲート電極
１７１ 基板
１７２ エピタキシャル層
１７３ ｐ⁺型層
１７５ シリコン酸化膜
１７８ アノード電極
１７９ カソード電極
１８１ 基板
１８２ エピタキシャル層
１８３ 型層
１８４ ジャンクションバリア構造
１８５ シリコン酸化膜
１８８ ショットキー電極
１８９ オーミック電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】