[發明專利]碳化硅半導體裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201380031331.5
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN104380442B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 千田和身;竹內有一;副島成雅;渡邊行彥
• 申請（專利權）人: 株式會社電裝;豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/06;H01L29/12;H01L29/78
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 胡建新,樸勇

關聯申請的相互參照

本發明基于2012年6月14日申請的日本申請號2012-134917號，在此援引其記載內容。

技術領域

本發明涉及一種具有溝槽柵構造的半導體開關元件的碳化硅(以下稱為SiC)半導體裝置及其制造方法。

背景技術

在具有半導體開關元件的半導體裝置中，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，采用溝槽柵構造的MOSFET，且得到了實用化。該溝槽柵構造是還能夠適用于SiC半導體裝置的構造，由于SiC的擊穿電場強度是硅的10倍，因此在向SiC半導體裝置施加了硅器件的近10倍電壓的狀態下使用。因此，在將溝槽柵構造應用于SiC半導體裝置的情況下，對形成在溝槽內的柵絕緣膜也施加硅器件的近10倍強度的電場，在溝槽的角部，柵絕緣膜容易擊穿。

作為解決這種問題的方案，在專利文獻1中，提出了向比構成溝槽柵構造的溝槽的底部(底面)更靠下方的位置離子注入p型雜質來形成p型層的構造。通過形成這種p型層，能夠緩和溝槽的底部的電場集中，能夠防止柵絕緣膜的擊穿。

然而，在專利文獻1所記載的構造的情況下，在溝槽的整個底部這一寬廣的范圍形成p型層，且p型層成為浮動狀態，因此開關特性劣化。

因此，在專利文獻2中，提出了在溝槽底部形成p型層，并且將溝槽設置得較深且在溝槽底部將柵絕緣膜設置得較厚的構造中，在溝槽的長邊方向的兩端部也形成有低濃度p型層的構造。具體地說，在溝槽的長邊方向的兩端部通過進行傾斜離子注入來形成低濃度p型層。由此，p型基極區域和溝槽的底部的p型層通過溝槽的兩端部的低濃度p型層連結，p型層不會成為浮動狀態，因此能夠抑制開啟時的開關特性的劣化。此外，在截止時，溝槽兩端部的低濃度p型層被完全耗盡，溝槽底部的p型層成為浮動狀態，因此能夠將n^-型漂移層上下分割。由此，由p型基極區域、n^-型漂移層中被分在p型層周圍的耗盡層的上下方的部分、以及該耗盡層，假性地構成PNPN構造，從而實現了高耐壓化。這樣，能夠同時實現高耐壓、低導通電阻、高開關速度。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平10-98188號公報

專利文獻2：日本特開2007-242852號公報

發明內容

然而，在專利文獻2所記載的構造的情況下，通過對溝槽的長邊方向的兩端部進行傾斜離子注入來形成低濃度p型層。因此，p型基極區域和溝槽的底部的p型層連結，能夠防止p型層成為浮動狀態，但是由于需要另行進行傾斜離子注入，因此移動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致漏極泄漏。此外，在離子注入的情況下，若溝槽的側面不垂直，則在溝槽側面的整個表面上，n-型漂移層p型化，不進行FET動作，而將溝槽的側面加工成垂直是很難的。

本發明鑒于上述問題，其第1目的在于，提供一種不依賴于離子注入，而能夠同時實現高耐壓和高開關速度的SiC半導體裝置的制造方法。此外，第2目的在于，提供能夠更切實地同時實現高耐壓和高開關速度的SiC半導體裝置。

根據本發明的第一方式，一種具備半導體開關元件的SiC半導體裝置的制造方法，包括以下工序：溝槽蝕刻工序，通過蝕刻，形成貫通源極區域及基極區域而到達漂移層、且將一個方向設為長邊方向的線狀的溝槽；以及通過外延生長，在溝槽內形成第2導電型的碳化硅層之后，通過進行氫蝕刻，將碳化硅層僅保留在溝槽的底部及該溝槽的長邊方向的末端部，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導電型層的工序。

這樣，通過外延生長在溝槽內形成碳化硅層之后，通過氫蝕刻，將碳化硅層僅保留在溝槽的底部及溝槽的長邊方向的末端部來形成第2導電型層。即，去除碳化硅層中的形成在溝槽的側面上的部分。這樣能夠通過外延生長形成包括圓弧形狀底部層及圓弧形狀末端層的第2導電型層，能夠不通過傾斜離子注入來形成第2導電型層。因此，不需要另行進行傾斜離子注入，因此能夠抑制移動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，能夠切實地防止在溝槽的側面殘留第2導電型層。因此，能夠不通過離子注入來制造能夠同時實現高耐壓和高開關速度的SiC半導體裝置。

根據本發明的第二方式，在形成第2導電型層的工序中，在形成碳化硅層時使用的外延生長裝置內，不降溫地連續進行氫蝕刻來形成第2導電型層。這樣在同一外延生長裝置內還進行氫蝕刻，從而能夠實現制造工序的簡化。