JP2009170456A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】サブトレンチの形成による半導体装置の特性の低下を容易に抑止することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体の表面の一部を反応性イオンエッチングにより除去することによって半導体に溝を形成する反応性イオンエッチング工程と、溝の底面に対して0°より大きく45°以下の角度に傾斜した方向からイオンビームを照射することによって溝の底面の一部を除去する低角度イオンミリング工程とを含む半導体装置の製造方法である。
【選択図】図6A method of manufacturing a semiconductor device is provided that can easily suppress deterioration of characteristics of a semiconductor device due to formation of a sub-trench.
A reactive ion etching process for forming a groove in a semiconductor by removing a part of the surface of the semiconductor by reactive ion etching, and an inclination at an angle of greater than 0 ° and less than 45 ° with respect to the bottom surface of the groove. And a low-angle ion milling process in which a part of the bottom surface of the groove is removed by irradiating an ion beam from the above direction.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、サブトレンチの形成による半導体装置の特性の低下を容易に抑止することができる半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device that can easily suppress deterioration of characteristics of a semiconductor device due to formation of a sub-trench.
近年、低消費電力等の観点から、炭化珪素(SiC)のようなワイドバンドギャップ半導体を用いたパワーデバイス等の半導体装置が注目を集めており、その中でもノーマリオフ特性を有するMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が様々な機関で研究されている。 In recent years, semiconductor devices such as power devices using a wide band gap semiconductor such as silicon carbide (SiC) have attracted attention from the viewpoint of low power consumption, and among them, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Fields) having normally-off characteristics Effect Transistor) is being researched by various institutions.
現在、MOSFETはDiMOSFET(Double-Implanted MOSFET)が主流であるが、最もオン抵抗を低減することができるという点では半導体に形成された溝部分がトレンチゲート部となるUMOSFET(トレンチゲートMOSFET)が優れている。 Currently, DiMOSFET (Double-Implanted MOSFET) is the main MOSFET, but UMOSFET (trench gate MOSFET) in which the groove formed in the semiconductor becomes the trench gate portion is superior in that it can reduce the on-resistance most. ing.
しかしながら、UMOSFETは、このトレンチゲート部となる溝部分の形成にばらつきが生じるために研究報告が少ないという実態がある。 However, UMOSFET has a fact that there are few research reports due to variations in the formation of the groove portion serving as the trench gate portion.
以下、図11〜図16の模式的断面図を参照して、従来のUMOSFETの製造方法について説明する。 Hereinafter, a conventional UMOSFET manufacturing method will be described with reference to schematic cross-sectional views of FIGS.
まず、図11に示すように、たとえばn型炭化珪素基板101を用意する。次に、図12に示すように、n型炭化珪素基板101の表面上にn-型の炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させてn-型炭化珪素結晶層102を形成する。ここで、n-型炭化珪素結晶層102のn型不純物濃度は、n型炭化珪素基板101のn型不純物濃度よりも低く設定されている。 First, as shown in FIG. 11, for example, n-type silicon carbide substrate 101 is prepared. Next, as shown in FIG. 12, n − type silicon carbide crystal layer 102 is formed by epitaxially growing an n − type silicon carbide crystal on the surface of n type silicon carbide substrate 101. Here, the n type impurity concentration of n − type silicon carbide crystal layer 102 is set lower than the n type impurity concentration of n type silicon carbide substrate 101.
次に、図13に示すように、n-型炭化珪素結晶層102の表面上にp型の炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させてp型炭化珪素結晶層103を形成する。 Next, as shown in FIG. 13, p-type silicon carbide crystal layer 103 is formed by epitaxially growing a p-type silicon carbide crystal on the surface of n − -type silicon carbide crystal layer 102.
次に、図14に示すように、p型炭化珪素結晶層103の表面上にn型の炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させてn型炭化珪素結晶層104を形成する。ここで、n型炭化珪素結晶層104のn型不純物濃度は、n-型炭化珪素結晶層102のn型不純物濃度よりも高く設定されている。 Next, as shown in FIG. 14, n-type silicon carbide crystal layer 104 is formed by epitaxially growing an n-type silicon carbide crystal on the surface of p-type silicon carbide crystal layer 103. Here, the n-type impurity concentration of n-type silicon carbide crystal layer 104 is set higher than the n-type impurity concentration of n − -type silicon carbide crystal layer 102.
その後、図15に示すように、反応性イオンエッチング(RIE;Reactive Ion Etching)によってn-型炭化珪素結晶層102、p型炭化珪素結晶層103およびn型炭化珪素結晶層104の一部を除去することによってn-型炭化珪素結晶層102の表面を露出させて溝110を形成する。ここで、溝110には、溝110の側壁の付け根部分に溝110よりも浅い溝であるサブトレンチ109が形成される。 Thereafter, as shown in FIG. 15, a part of n-type silicon carbide crystal layer 102, p-type silicon carbide crystal layer 103 and n-type silicon carbide crystal layer 104 is removed by reactive ion etching (RIE). By doing so, the surface of n − type silicon carbide crystal layer 102 is exposed to form groove 110. Here, in the groove 110, a sub-trench 109, which is a groove shallower than the groove 110, is formed at the base portion of the side wall of the groove 110.
そして、図16に示すように、この溝110を埋めるようにしてゲート絶縁膜105を形成するとともに、ゲート絶縁膜105上にゲート電極106を形成する。また、n型炭化珪素結晶層104の表面上にソース電極107を形成し、n型炭化珪素基板101の裏面上にドレイン電極108を形成する。以上により、UMOSFETが完成する。 Then, as shown in FIG. 16, the gate insulating film 105 is formed so as to fill the trench 110, and the gate electrode 106 is formed on the gate insulating film 105. Further, source electrode 107 is formed on the surface of n-type silicon carbide crystal layer 104, and drain electrode 108 is formed on the back surface of n-type silicon carbide substrate 101. Thus, the UMOSFET is completed.
しかしながら、上記のようにして作製された従来のUMOSFETにおいては、サブトレンチ109の部分に電界集中が生じて絶縁破壊することがあるため、UMOSFETの高耐圧特性が損なわれてしまうといった問題があった。 However, the conventional UMOSFET manufactured as described above has a problem that the high breakdown voltage characteristic of the UMOSFET is impaired because electric field concentration may occur in the sub-trench 109 portion and the dielectric breakdown may occur. .
また、図17〜図19に、炭化珪素基板の表面の一部を反応性イオンエッチングにより除去する実験の一例を図解する。 FIGS. 17 to 19 illustrate an example of an experiment in which a part of the surface of the silicon carbide substrate is removed by reactive ion etching.
まず、図17の模式的断面図に示すように、炭化珪素基板201の表面の一部にレジスト202を形成する。 First, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 17, a resist 202 is formed on part of the surface of silicon carbide substrate 201.
次に、図18の模式的断面図に示すように、炭化珪素基板201の表面一部を反応性イオンエッチングにより除去する。このとき、レジスト202により保護されている炭化珪素基板201の部分の周縁にはサブトレンチ203が形成されている。 Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 18, a part of the surface of silicon carbide substrate 201 is removed by reactive ion etching. At this time, sub-trench 203 is formed at the periphery of the portion of silicon carbide substrate 201 protected by resist 202.
図19に、上記の実験で形成されたサブトレンチのSEM(Scanning Electron Microscope)写真を示す。図19に示すように、サブトレンチは、レジストにより保護されている炭化珪素基板の部分の周縁を取り囲むようにして形成されている。
上述したように、従来のUMOSFETの作製においては、トレンチゲート部となる溝部分にサブトレンチが形成されてしまうため、UMOSFETの高耐圧特性が損なわれてしまうといった問題があった。 As described above, in the production of the conventional UMOSFET, there is a problem that the high breakdown voltage characteristic of the UMOSFET is impaired because the sub-trench is formed in the groove portion to be the trench gate portion.
溝形成時における反応性イオンエッチングの条件をサブトレンチが形成されないような条件に変更することによりサブトレンチの形成を防止することも考えられるが、サブトレンチの形成を完全に防止することができる条件を見い出すのは非常に困難である。 Although it may be possible to prevent the formation of the sub-trench by changing the reactive ion etching conditions at the time of the groove formation to such a condition that the sub-trench is not formed, a condition that can completely prevent the formation of the sub-trench. It is very difficult to find.
そこで、本発明の目的は、サブトレンチの形成による半導体装置の特性の低下を容易に抑止することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can easily suppress deterioration in characteristics of the semiconductor device due to formation of a sub-trench.
本発明は、半導体の表面の一部を反応性イオンエッチングにより除去することによって半導体に溝を形成する反応性イオンエッチング工程と、溝の底面に対して0°より大きく45°以下の角度に傾斜した方向からイオンビームを照射することによって溝の底面の一部を除去する低角度イオンミリング工程とを含む半導体装置の製造方法である。このような構成とすることにより、サブトレンチの形成による半導体装置の特性の低下を容易に抑止することができる。 The present invention relates to a reactive ion etching process in which a groove is formed in a semiconductor by removing a part of the surface of the semiconductor by reactive ion etching, and an inclination of 0 ° to 45 ° with respect to the bottom surface of the groove. And a low-angle ion milling process in which a part of the bottom surface of the groove is removed by irradiating an ion beam from the above direction. With such a configuration, it is possible to easily suppress the deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to the formation of the sub-trench.
ここで、本発明の半導体装置の製造方法においては、低角度イオンミリング工程の後に、溝の底面に対して45°よりも大きく90°以下の角度に傾斜した方向からイオンビームを照射する高角度イオンミリング工程を含むことが好ましい。この場合には、サブトレンチの形成による半導体装置の特性の低下をさらに安定して抑止することができる。 Here, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, after the low-angle ion milling step, a high angle in which the ion beam is irradiated from a direction inclined at an angle of 45 ° to 90 ° with respect to the bottom surface of the groove. It is preferable to include an ion milling step. In this case, the deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to the formation of the sub-trench can be more stably suppressed.
また、本発明の半導体装置の製造方法においては、反応性イオンエッチング工程により形成された溝のアスペクト比が1以下であることが好ましい。この場合には、溝の側壁と底面との為す角度が90°以下である好適な溝を形成することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that the aspect ratio of the groove formed by the reactive ion etching process is 1 or less. In this case, it is possible to form a suitable groove in which the angle formed between the side wall and the bottom surface of the groove is 90 ° or less.
また、本発明の半導体装置の製造方法においては、イオンビームが、アルゴンのイオンビームであることが好ましい。この場合には、簡便かつ効率的に低角度イオンミリング工程および/または高角度イオンミリング工程を実施することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the ion beam is preferably an argon ion beam. In this case, the low-angle ion milling process and / or the high-angle ion milling process can be performed simply and efficiently.
また、本発明の半導体装置の製造方法において、半導体は炭化珪素であることが好ましい。この場合には、高耐圧かつ低損失で、耐熱性および耐環境性に優れた半導体装置を製造することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor is preferably silicon carbide. In this case, a semiconductor device having a high withstand voltage and a low loss and excellent in heat resistance and environmental resistance can be manufactured.
また、本発明の半導体装置の製造方法において、半導体装置はUMOSFETであることが好ましい。この場合には、ノーマリオフ特性を有し、オン抵抗の低いUMOSFETを作製することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor device is preferably a UMOSFET. In this case, a UMOSFET having normally-off characteristics and low on-resistance can be manufactured.
また、本発明の半導体装置の製造方法において、溝にUMOSFETのトレンチゲート部が形成されることが好ましい。この場合には、高性能なUMOSFETを作製することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is preferable that a trench gate portion of UMOSFET is formed in the groove. In this case, a high-performance UMOSFET can be manufactured.
なお、本発明において、反応性イオンエッチングとは、イオンによるスパッタリングとエッチングガスの化学反応とを利用してエッチングを実施する操作のことをいう。 In the present invention, reactive ion etching refers to an operation of performing etching using sputtering by ions and a chemical reaction of an etching gas.
また、本発明において、イオンミリングとは、イオンを衝突させることによって物理的にエッチングを実施する操作のことをいう。 In the present invention, ion milling refers to an operation of physically performing etching by making ions collide.
また、本発明において、UMOSFETとは、半導体の一部に溝が形成されており、その溝部分にゲート部が設けられたMOSFETのことをいう。 In the present invention, the UMOSFET means a MOSFET in which a groove is formed in a part of a semiconductor and a gate portion is provided in the groove.
さらに、本発明において、トレンチゲート部とは、半導体に形成された溝の少なくとも一部に設けられたゲート部のことをいう。 Furthermore, in the present invention, the trench gate portion refers to a gate portion provided in at least a part of a groove formed in a semiconductor.
本発明によれば、サブトレンチの形成による半導体装置の特性の低下を容易に抑止することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the semiconductor device which can suppress easily the characteristic fall of the semiconductor device by formation of a subtrench can be provided.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。 Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
(実施の形態1)
まず、図1の模式的断面図に示すように、たとえばn型炭化珪素基板1を用意する。次に、図2の模式的断面図に示すように、n型炭化珪素基板1の表面上にn-型の炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させてn-型炭化珪素結晶層2を形成する。ここで、n-型炭化珪素結晶層2のn型不純物濃度は、n型炭化珪素基板1のn型不純物濃度よりも低く設定されている。
(Embodiment 1)
First, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1, for example, an n-type silicon carbide substrate 1 is prepared. Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2, n − type silicon carbide crystal layer 2 is formed by epitaxially growing an n − type silicon carbide crystal on the surface of n type silicon carbide substrate 1. Here, the n type impurity concentration of n − type silicon carbide crystal layer 2 is set lower than the n type impurity concentration of n type silicon carbide substrate 1.
次に、図3の模式的断面図に示すように、n-型炭化珪素結晶層2の表面上にp型の炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させてp型炭化珪素結晶層3を形成する。 Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 3, p-type silicon carbide crystal layer 3 is formed by epitaxially growing a p-type silicon carbide crystal on the surface of n − -type silicon carbide crystal layer 2.
次に、図4の模式的断面図に示すように、p型炭化珪素結晶層3の表面上にn型の炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させてn型炭化珪素結晶層4を形成する。ここで、n型炭化珪素結晶層4のn型不純物濃度は、n-型炭化珪素結晶層2のn型不純物濃度よりも高く設定されている。 Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 4, an n-type silicon carbide crystal layer 4 is formed by epitaxially growing an n-type silicon carbide crystal on the surface of the p-type silicon carbide crystal layer 3. Here, the n-type impurity concentration of n-type silicon carbide crystal layer 4 is set higher than the n-type impurity concentration of n − -type silicon carbide crystal layer 2.
その後、図5の模式的断面図に示すように、反応性イオンエッチング(RIE;Reactive Ion Etching)によってn-型炭化珪素結晶層2、p型炭化珪素結晶層3およびn型炭化珪素結晶層4の一部を除去することによってn-型炭化珪素結晶層2の表面を露出させて溝5を形成する(反応性イオンエッチング工程)。 Thereafter, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 5, n-type silicon carbide crystal layer 2, p-type silicon carbide crystal layer 3, and n-type silicon carbide crystal layer 4 are formed by reactive ion etching (RIE). Is removed to expose the surface of n − -type silicon carbide crystal layer 2 to form groove 5 (reactive ion etching step).
これにより、溝5には、溝5の側壁(この例では、n-型炭化珪素結晶層2、p型炭化珪素結晶層3およびn型炭化珪素結晶層4の側面)の付け根部分に溝5よりも浅い溝であるサブトレンチ9が形成される。ここまでの工程は、上記の背景技術の欄で説明した図11〜図15に示す工程と同様である。 Thereby, groove 5 has groove 5 at the root of the side wall of groove 5 (in this example, the side surfaces of n − type silicon carbide crystal layer 2, p type silicon carbide crystal layer 3 and n type silicon carbide crystal layer 4). A sub-trench 9 which is a shallower groove is formed. The steps so far are the same as the steps shown in FIGS. 11 to 15 described in the section of the background art.
ここで、反応性イオンエッチング工程後の溝5のアスペクト比(反応性イオンエッチング工程後の溝5の底面5aの幅d/反応性イオンエッチング工程後の溝5の深さh)は1以下であることが好ましく、0.8以下であることがより好ましい。反応性イオンエッチング工程後の溝5のアスペクト比を1以下とした場合、特に0.8以下とした場合には、溝5の側壁と底面5aとの為す角度が90°以下である好適な溝5を形成することができる傾向にある。 Here, the aspect ratio of the groove 5 after the reactive ion etching step (the width d of the bottom surface 5a of the groove 5 after the reactive ion etching step / the depth h of the groove 5 after the reactive ion etching step) is 1 or less. It is preferable that it is 0.8 or less. When the aspect ratio of the groove 5 after the reactive ion etching step is set to 1 or less, particularly 0.8 or less, a suitable groove in which the angle formed between the side wall of the groove 5 and the bottom surface 5a is 90 ° or less. 5 tends to be formed.
次に、図6の模式的拡大断面図に示すように、溝5の底面5aに対して0°より大きく45°以下の角度αに傾斜した方向からイオンビーム10を照射することによって溝5の底面5aの一部を除去する(低角度イオンミリング工程)。これにより、溝5の底面5aが削られ、削られた溝5の底面5aを構成するn型炭化珪素結晶層4によって図7の模式的拡大断面図に示すようにサブトレンチ9が埋められることになる。 Next, as shown in the schematic enlarged cross-sectional view of FIG. 6, the ion beam 10 is irradiated from a direction inclined at an angle α of greater than 0 ° and 45 ° or less with respect to the bottom surface 5 a of the groove 5. A part of the bottom surface 5a is removed (low-angle ion milling step). As a result, the bottom surface 5a of the groove 5 is cut, and the sub-trench 9 is filled with the n-type silicon carbide crystal layer 4 constituting the bottom surface 5a of the cut groove 5 as shown in the schematic enlarged sectional view of FIG. become.
なお、溝5の底面5aに対して傾斜しない方向(角度α=0°)からイオンビーム10を入射した場合には溝5の底面5aを削ることができず、溝5の底面5aに対して45°よりも大きい角度に傾斜した方向からイオンビーム10を入射した場合には溝5の底面5aが多く削られすぎて溝5の側壁(この例では、n-型炭化珪素結晶層2、p型炭化珪素結晶層3およびn型炭化珪素結晶層4の側面)に付着してしまう。 When the ion beam 10 is incident from a direction that does not tilt with respect to the bottom surface 5a of the groove 5 (angle α = 0 °), the bottom surface 5a of the groove 5 cannot be cut, and the bottom surface 5a of the groove 5 cannot be cut. When the ion beam 10 is incident from a direction inclined at an angle larger than 45 °, the bottom surface 5a of the groove 5 is excessively shaved and the side wall of the groove 5 (in this example, the n − -type silicon carbide crystal layer 2, p Will adhere to the side surfaces of the silicon carbide crystal layer 3 and the n-type silicon carbide crystal layer 4.
ここで、低角度イオンミリング工程において照射されるイオンビーム10としてはアルゴンのイオンビームであることが好ましい。低角度イオンミリング工程においてアルゴンのイオンビームを照射した場合には、簡便かつ効率的に低角度イオンミリング工程を実施することが可能となる。 Here, the ion beam 10 irradiated in the low-angle ion milling step is preferably an argon ion beam. When the argon ion beam is irradiated in the low-angle ion milling process, the low-angle ion milling process can be performed easily and efficiently.
また、低角度イオンミリング工程において照射されるイオンビーム10の溝5の底面5aに対する入射角度αは、10°以上45°以下であることが好ましく、20°以上40°以下であることがより好ましい。低角度イオンミリング工程において照射されるイオンビーム10の溝5の底面5aに対する入射角度αが10°以上45°以下である場合、特に20°以上40°以下である場合には、効率的にサブトレンチ9を埋めることが可能となる傾向にある。 In addition, the incident angle α of the ion beam 10 irradiated to the bottom surface 5a of the groove 5 in the low-angle ion milling step is preferably 10 ° or more and 45 ° or less, and more preferably 20 ° or more and 40 ° or less. . When the incident angle α with respect to the bottom surface 5a of the groove 5 of the ion beam 10 irradiated in the low-angle ion milling process is 10 ° to 45 °, particularly 20 ° to 40 °, the sub It tends to be possible to fill the trench 9.
また、低角度イオンミリング工程においては、n型炭化珪素基板1を回転させずに、イオンビーム10の入射方向(図6の矢印の方向)に対してサブトレンチ9が正対するようにn型炭化珪素基板1を固定することが好ましい。この場合には、低角度イオンミリング工程において、サブトレンチ9を効率的に埋めることが可能となる。 Further, in the low-angle ion milling step, the n-type silicon carbide substrate 1 is not rotated and the n-type carbonization is performed so that the sub-trench 9 faces the incident direction of the ion beam 10 (the direction of the arrow in FIG. 6). It is preferable to fix the silicon substrate 1. In this case, the sub-trench 9 can be efficiently filled in the low-angle ion milling process.
その後、図8の模式的断面図に示すように、溝5の底面5a、側壁(この例では、n-型炭化珪素結晶層2、p型炭化珪素結晶層3およびn型炭化珪素結晶層4の側面)およびn型炭化珪素結晶層4の一部の表面を覆うようにしてゲート絶縁膜15を形成し、ゲート絶縁膜15上にゲート電極6を形成する。また、n型炭化珪素結晶層4の表面にソース電極7を形成するとともに、n型炭化珪素基板1の裏面にドレイン電極8を形成する。これにより、溝5の部分がトレンチゲート部となるUMOSFETが作製される。 Thereafter, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 8, the bottom surface 5a of the groove 5, the side wall (in this example, the n-type silicon carbide crystal layer 2, the p-type silicon carbide crystal layer 3, and the n-type silicon carbide crystal layer 4). ) And a part of the surface of the n-type silicon carbide crystal layer 4, a gate insulating film 15 is formed, and a gate electrode 6 is formed on the gate insulating film 15. In addition, source electrode 7 is formed on the surface of n-type silicon carbide crystal layer 4, and drain electrode 8 is formed on the back surface of n-type silicon carbide substrate 1. Thereby, a UMOSFET in which the portion of the groove 5 becomes a trench gate portion is manufactured.
このようにして得られたUMOSFETは、ノーマリオフ特性を有し、オン抵抗の低い半導体装置となる。 The UMOSFET thus obtained has a normally-off characteristic and becomes a semiconductor device with low on-resistance.
本発明においては、反応性イオンエッチング工程により形成された溝5の側壁の付け根部分に形成されたサブトレンチを埋めてからUMOSFETが形成される。したがって、本発明においては、従来のUMOSFETで生じていたサブトレンチへの電界集中に起因する絶縁破壊によってUMOSFETの高耐圧特性が損なわれてしまうといった問題の発生を低減することができるため、サブトレンチの形成によるUMOSFET等の半導体装置の特性の低下を容易に抑止することができる。また、UMOSFETのトレンチゲート部の形成に本発明を用いた場合には、より高性能なUMOSFETを得ることができる。 In the present invention, the UMOSFET is formed after filling the sub-trench formed in the base portion of the side wall of the groove 5 formed by the reactive ion etching process. Therefore, in the present invention, it is possible to reduce the occurrence of the problem that the high breakdown voltage characteristic of the UMOSFET is impaired due to the dielectric breakdown due to the electric field concentration on the subtrench which has occurred in the conventional UMOSFET. Degradation of the characteristics of a semiconductor device such as a UMOSFET due to the formation of can be easily suppressed. Further, when the present invention is used for forming the trench gate portion of the UMOSFET, a higher performance UMOSFET can be obtained.
また、上記においては、半導体として炭化珪素を用いたが、炭化珪素以外の半導体を用いてもよいことは言うまでもない。本発明において、半導体としては、たとえば、窒化ガリウム、ダイヤモンド、酸化亜鉛または窒化アルミニウム等を用いることもできる。 In the above, silicon carbide is used as the semiconductor, but it goes without saying that a semiconductor other than silicon carbide may be used. In the present invention, for example, gallium nitride, diamond, zinc oxide, or aluminum nitride can be used as the semiconductor.
なかでも、本発明においては、バンドギャップエネルギが2.5eV以上の半導体を用いることが好ましく、炭化珪素を用いることが特に好ましい。この場合には、高耐圧かつ低損失で、耐熱性および耐環境性に優れた半導体装置を製造することができる傾向にある。 Among these, in the present invention, it is preferable to use a semiconductor having a band gap energy of 2.5 eV or more, and it is particularly preferable to use silicon carbide. In this case, a semiconductor device having a high withstand voltage and a low loss and excellent in heat resistance and environmental resistance tends to be manufactured.
また、上記においては、半導体装置としてUMOSFETを作製する場合について説明したが、本発明においてはUMOSFET以外の半導体装置を作製してもよいことは言うまでもない。 In the above description, the UMOSFET is manufactured as the semiconductor device. However, it goes without saying that a semiconductor device other than the UMOSFET may be manufactured in the present invention.
(実施の形態2)
本実施の形態においては、上記の低角度イオンミリング工程の後に、溝の底面に対して45°よりも大きく90°以下の角度に傾斜した方向からイオンビームを照射する高角度イオンミリング工程を行なうことを特徴としている。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, after the low-angle ion milling step, a high-angle ion milling step of irradiating an ion beam from a direction inclined at an angle greater than 45 ° and 90 ° or less with respect to the bottom surface of the groove is performed. It is characterized by that.
まず、図1に示すようにn型炭化珪素基板1を用意し、図2に示すようにn型炭化珪素基板1の表面上にn-型の炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させてn-型炭化珪素結晶層2を形成する。 First, n-type silicon carbide substrate 1 is prepared as shown in FIG. 1, and n-type silicon carbide crystal is epitaxially grown on the surface of n-type silicon carbide substrate 1 as shown in FIG. Crystal layer 2 is formed.
次に、図3に示すようにn-型炭化珪素結晶層2の表面上にp型の炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させてp型炭化珪素結晶層3を形成し、図4に示すようにp型炭化珪素結晶層3の表面上にn型の炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させてn型炭化珪素結晶層4を形成する。 Next, a p-type silicon carbide crystal layer 3 is formed by epitaxially growing a p-type silicon carbide crystal on the surface of the n-type silicon carbide crystal layer 2 as shown in FIG. 3, and a p-type silicon carbide crystal layer 3 as shown in FIG. An n-type silicon carbide crystal layer 4 is formed by epitaxially growing an n-type silicon carbide crystal on the surface of silicon carbide crystal layer 3.
その後、図5に示すように反応性イオンエッチングによってn-型炭化珪素結晶層2、p型炭化珪素結晶層3およびn型炭化珪素結晶層4の一部を除去することによってn-型炭化珪素結晶層2の表面を露出させて溝5を形成する(反応性イオンエッチング工程)。これにより、溝5には、溝5の側壁の付け根部分に溝5よりも浅い溝であるサブトレンチ9が形成される。 Thereafter, as shown in FIG. 5, n-type silicon carbide crystal layer 2, p-type silicon carbide crystal layer 3 and n-type silicon carbide crystal layer 4 are partially removed by reactive ion etching. Grooves 5 are formed by exposing the surface of the crystal layer 2 (reactive ion etching step). Thereby, in the groove 5, a sub-trench 9 which is a groove shallower than the groove 5 is formed at the base portion of the side wall of the groove 5.
次に、図6に示すように、溝5の底面5aに対して0°より大きく45°以下の角度αに傾斜した方向からイオンビーム10を照射することによって溝5の底面5aの一部を除去する(低角度イオンミリング工程)。これにより、溝5の底面5aが削られ、削られた溝5の底面5aを構成するn型炭化珪素結晶層4によって図7に示すようにサブトレンチ9を埋める。ここまでの工程は、実施の形態1と同様である。 Next, as shown in FIG. 6, a part of the bottom surface 5 a of the groove 5 is irradiated by irradiating the ion beam 10 from a direction inclined at an angle α of greater than 0 ° and 45 ° or less with respect to the bottom surface 5 a of the groove 5. Remove (low angle ion milling process). Thereby, bottom surface 5a of groove 5 is cut, and sub-trench 9 is filled with n-type silicon carbide crystal layer 4 constituting bottom surface 5a of groove 5 as shown in FIG. The steps so far are the same as those in the first embodiment.
その後、図9の模式的断面図に示すように、溝5の底面5aに対して45°よりも大きく90°以下の角度βに傾斜した方向からイオンビーム13を照射する(高角度イオンミリング工程)。 Thereafter, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 9, the ion beam 13 is irradiated from the direction inclined at an angle β of 45 ° to 90 ° with respect to the bottom surface 5a of the groove 5 (high angle ion milling step). ).
これにより、たとえば図10の模式的断面図に示すように、低角度イオンミリング工程によって溝5の側壁(この例では、n-型炭化珪素結晶層2、p型炭化珪素結晶層3およびn型炭化珪素結晶層4の側面)に付着した付着物12を除去することができる。また、イオンビーム13の照射によって、溝5の底面5aをエッチングにより除去して溝5の深さを深くすることによって、サブトレンチ9をそのサブトレンチ9を埋めている堆積物11とともに除去することができる。さらには、トレンチゲート部となる溝5の部分の形状を微細に制御することもできる。 As a result, for example, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 10, the sidewalls of trench 5 (in this example, n − -type silicon carbide crystal layer 2, p-type silicon carbide crystal layer 3 and n-type are formed by a low-angle ion milling process. The deposit 12 attached to the side surface of the silicon carbide crystal layer 4 can be removed. Also, by removing the bottom surface 5a of the groove 5 by etching and increasing the depth of the groove 5 by irradiation with the ion beam 13, the sub-trench 9 is removed together with the deposit 11 filling the sub-trench 9. Can do. Furthermore, the shape of the portion of the groove 5 that becomes the trench gate portion can be finely controlled.
ここで、高角度イオンミリング工程において照射されるイオンビーム13としてはアルゴンのイオンビームであることが好ましい。高角度イオンミリング工程においてアルゴンのイオンビームを照射した場合には、簡便かつ効率的に溝5の側壁の付着物12およびサブトレンチ9を埋める堆積物11を除去することができるとともに、トレンチゲート部となる溝5の部分の形状を微細に制御することができる。 Here, the ion beam 13 irradiated in the high-angle ion milling process is preferably an argon ion beam. When an argon ion beam is irradiated in the high-angle ion milling process, the deposit 12 on the side wall of the groove 5 and the deposit 11 filling the sub-trench 9 can be easily and efficiently removed, and the trench gate portion. Thus, the shape of the groove 5 can be finely controlled.
また、高角度イオンミリング工程において照射されるイオンビーム13の溝5の底面5aに対する入射角度βは、45°以上90°以下であることが好ましく、60°以上90°以下であることがより好ましい。高角度イオンミリング工程において照射されるイオンビーム13の溝5の底面5aに対する入射角度βが45°以上90°以下である場合、特に60°以上90°以下である場合には、効率的に堆積物11を除去することが可能となる傾向にある。 In addition, the incident angle β of the ion beam 13 irradiated to the bottom surface 5a of the groove 5 in the high-angle ion milling process is preferably 45 ° or more and 90 ° or less, and more preferably 60 ° or more and 90 ° or less. . When the incident angle β with respect to the bottom surface 5a of the groove 5 of the ion beam 13 irradiated in the high-angle ion milling process is 45 ° or more and 90 ° or less, particularly when it is 60 ° or more and 90 ° or less, the deposition is efficiently performed. There is a tendency that the object 11 can be removed.
なお、この例においては、図9に示す付着物12および堆積物11は、それぞれ溝5の底面5aを構成するn型炭化珪素結晶層4の削られた部分から構成されている。 In this example, the deposit 12 and the deposit 11 shown in FIG. 9 are each composed of a portion of the n-type silicon carbide crystal layer 4 that forms the bottom surface 5 a of the groove 5.
その後は、実施の形態1と同様にして、たとえば図8に示すように、溝5の底面5a、側壁(この例では、n-型炭化珪素結晶層2、p型炭化珪素結晶層3およびn型炭化珪素結晶層4の側面)およびn型炭化珪素結晶層4の一部の表面を覆うようにしてゲート絶縁膜15を形成し、ゲート絶縁膜15上にゲート電極6を形成する。さらに、n型炭化珪素結晶層4の表面にソース電極7を形成するとともに、n型炭化珪素基板1の裏面にドレイン電極8を形成する。これにより、溝5の部分がトレンチゲート部となるUMOSFETを作製する。 Thereafter, in the same manner as in the first embodiment, for example, as shown in FIG. 8, bottom surface 5a and side walls of trench 5 (in this example, n − -type silicon carbide crystal layer 2, p-type silicon carbide crystal layer 3 and n Gate insulating film 15 is formed so as to cover a part of the surface of n-type silicon carbide crystal layer 4 and the side surface of n-type silicon carbide crystal layer 4, and gate electrode 6 is formed on gate insulating film 15. Further, source electrode 7 is formed on the surface of n-type silicon carbide crystal layer 4, and drain electrode 8 is formed on the back surface of n-type silicon carbide substrate 1. Thereby, a UMOSFET in which the portion of the groove 5 becomes a trench gate portion is manufactured.
以上のように、上記の低角度イオンミリング工程の後に、上記の高角度イオンミリング工程を行なうことによって、実施の形態1で説明した効果に加えて、溝5の側壁の付着物12およびサブトレンチ9を埋める堆積物11を除去することができるとともに、トレンチゲート部となる溝5の部分の形状を微細に制御することができるため、サブトレンチ9の形成による半導体装置の特性の低下をさらに安定して抑止することができるようになる。その他の説明は、実施の形態1と同様である。 As described above, by performing the high-angle ion milling step after the low-angle ion milling step, in addition to the effects described in the first embodiment, the deposits 12 and the sub-trench on the side wall of the groove 5 9 can be removed, and the shape of the groove 5 serving as the trench gate portion can be finely controlled. Therefore, the deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to the formation of the sub-trench 9 is further stabilized. Can be deterred. Other explanations are the same as those in the first embodiment.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明によれば、サブトレンチの形成による半導体装置の特性の低下を容易に抑止することができる半導体装置の製造方法を提供することができるため、本発明は、溝部分をトレンチゲート部とするUMOSFETの製造に好適に利用することができる可能性がある。 According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can easily suppress the deterioration of the characteristics of the semiconductor device due to the formation of the sub-trench. Therefore, the present invention uses the trench portion as a trench gate portion. There is a possibility that it can be suitably used for manufacturing UMOSFETs.
1,101 n型炭化珪素基板、2,102 n-型炭化珪素結晶層、3,103 p型炭化珪素結晶層、4,104 n型炭化珪素結晶層、5,110 溝、5a 底面、6,106 ゲート電極、7,107 ソース電極、8,108 ドレイン電極、15,105 ゲート絶縁膜、9,109 サブトレンチ、10,13 イオンビーム、11 堆積物、12 付着物。 1,101 n-type silicon carbide substrate, 2,102 n-type silicon carbide crystal layer, 3,103 p-type silicon carbide crystal layer, 4,104 n-type silicon carbide crystal layer, 5,110 groove, 5a bottom surface, 6, 106 gate electrode, 7, 107 source electrode, 8, 108 drain electrode, 15, 105 gate insulating film, 9, 109 sub-trench, 10, 13 ion beam, 11 deposit, 12 deposit
Claims (7)
前記溝の底面に対して0°より大きく45°以下の角度に傾斜した方向からイオンビームを照射することによって前記溝の底面の一部を除去する低角度イオンミリング工程と、を含む、半導体装置の製造方法。 A reactive ion etching step of forming a groove in the semiconductor by removing a part of the surface of the semiconductor by reactive ion etching;
A low-angle ion milling step of removing a part of the bottom surface of the groove by irradiating an ion beam from a direction inclined at an angle of greater than 0 ° and not more than 45 ° with respect to the bottom surface of the groove. Manufacturing method.
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