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公開番号2025102179
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023219479
出願日2023-12-26
発明の名称半導体装置
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250701BHJP()
要約【課題】半導体装置の閾値電圧のばらつきを抑えるために、ボディ領域とソース領域のpn接合界面の深さのばらつきを抑えるための技術が必要である。
【解決手段】半導体層10の第1主面10aからソース領域18とボディ領域16を含む深さにおいて半導体層10の厚み方向に沿って計測されるn型不純物の濃度分布は、少なくとも1つのn型ピーク濃度範囲180a,180bを有している。ボディ領域16とソース領域16のpn接合界面におけるn型不純物の濃度は、ボディ領域16に最も近いn型ピーク濃度範囲180aのn型ピーク濃度が7分の1に減衰する濃度よりも高い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体装置（１）であって、
第１主面（１０ａ）と第２主面（１０ｂ）を有する半導体層（１０）と、
前記半導体層の前記第１主面から前記第２主面に向けて延びるトレンチ（ＴＲ１）内に設けられているトレンチゲート（３０）と、を備えており、
前記半導体層は、
前記トレンチゲートの側面に接する第１導電型のボディ領域（１６）と、
前記ボディ領域の上面に接するとともに前記トレンチゲートの側面に接する第２導電型のソース領域（１８）と、を有しており、
前記半導体層の前記第１主面から前記ソース領域と前記ボディ領域を含む深さにおいて前記半導体層の厚み方向に沿って計測される第２導電型不純物の濃度分布は、少なくとも１つの第２導電型ピーク濃度範囲（１８０ａ，１８０ｂ）を有しており、
前記ボディ領域と前記ソース領域のｐｎ接合界面における前記第２導電型不純物の濃度は、前記ボディ領域に最も近い第２導電型ピーク濃度範囲（１８０ａ）の第２導電型ピーク濃度が７分の１に減衰する濃度よりも高い、半導体装置。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
前記第２導電型不純物が窒素である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２導電型不純物の濃度分布は、複数の第２導電型ピーク濃度範囲を有しており、
前記ボディ領域と前記ソース領域の前記ｐｎ接合界面では、前記ボディ領域に最も近い第２導電型ピーク濃度範囲から減衰するテール範囲の前記第２導電型不純物の濃度が、他のいずれの第２導電型ピーク濃度範囲から減衰するテール範囲の前記第２導電型不純物の濃度よりも高い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体層の前記第１主面から前記ソース領域と前記ボディ領域を含む深さにおいて前記半導体層の厚み方向に沿って計測される第１導電型不純物の濃度分布は、少なくとも１つの第１導電型ピーク濃度範囲（１６０）を有しており、
前記ボディ領域に最も近い前記第２導電型ピーク濃度範囲の前記第２導電型ピーク濃度は、前記第１導電型ピーク濃度範囲の第１導電型ピーク濃度よりも高く、
前記ボディ領域と前記ソース領域の前記ｐｎ接合界面における前記第１導電型不純物の濃度は、前記第１導電型ピーク濃度範囲の前記第１導電型ピーク濃度である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体層の前記第１主面から前記ソース領域と前記ボディ領域を含む深さにおいて前記半導体層の厚み方向に沿って計測される第１導電型不純物の濃度分布は、少なくとも１つの第１導電型ピーク濃度範囲（１６０）を有しており、
前記ボディ領域に最も近い前記第２導電型ピーク濃度範囲の前記第２導電型ピーク濃度は、前記第１導電型ピーク濃度範囲の第１導電型ピーク濃度よりも低く、
前記ボディ領域と前記ソース領域の前記ｐｎ接合界面における前記第２導電型不純物の濃度は、前記第２導電型ピーク濃度範囲の前記第２導電型ピーク濃度である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体層の材料が炭化珪素である、請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、トレンチゲートを備えた半導体装置を開示する。トレンチゲートの側面にはｐ型のボディ領域とｎ型のソース領域が接している。トレンチゲートの側面に接するボディ領域にチャネルが形成され、そのチャネルを介して電流が流れる。トレンチゲートに印加する電圧に応じてチャネルを流れる電流が制御される。このため、トレンチゲートを備えた半導体装置の閾値電圧は、ボディ領域の厚みに依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－２１１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボディ領域とソース領域のｐｎ接合界面の深さのばらつきが増加すると、ボディ領域の厚みのばらつきも増加し、この結果、半導体装置の閾値電圧のばらつきが増加する。このため、半導体装置の閾値電圧のばらつきを抑えるためには、ボディ領域とソース領域のｐｎ接合界面の深さのばらつきを抑えるための技術が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、第１主面（１０ａ）と第２主面（１０ｂ）を有する半導体層（１０）と、半導体層の第１主面から第２主面に向けて延びるトレンチ（ＴＲ１）内に設けられているトレンチゲート（３０）と、を備えていてもよい。半導体層は、トレンチゲートの側面に接する第１導電型のボディ領域（１６）と、ボディ領域の上面に接するとともにトレンチゲートの側面に接する第２導電型のソース領域（１８）と、を有していてもよい。半導体層の第１主面からソース領域とボディ領域を含む深さにおいて半導体層の厚み方向に沿って計測される第２導電型不純物の濃度分布は、少なくとも１つの第２導電型ピーク濃度範囲（１８０ａ,１８０ｂ）を有していてもよい。ボディ領域とソース領域のｐｎ接合界面における第２導電型不純物の濃度は、ボディ領域に最も近い第２導電型ピーク濃度範囲（１８０ａ）の第２導電型ピーク濃度が７分の１に減衰する濃度よりも高くてもよい。
【０００６】
本発明者らの検討によると、ソース領域を形成するために導入された第２導電型不純物の濃度は、第２導電型ピーク濃度範囲から減衰するテール範囲のうち第２導電型ピーク濃度に対して７分の１よりも大きく減衰する範囲において、ばらつきが顕著に増加することが分かってきた。このため、ソース領域を形成するために導入された第２導電型不純物がこのような減衰範囲においてボディ領域との間でｐｎ接合を形成すると、そのｐｎ接合界面の深さのばらつきが増加し、ボディ領域の厚みのばらつきも増加し、その結果、半導体装置の閾値電圧のばらつきも増加することが分かってきた。上記半導体装置では、ボディ領域とソース領域のｐｎ接合界面における第２導電型不純物の濃度が、第２導電型ピーク濃度範囲の第２導電型ピーク濃度が７分の１に減衰する濃度よりも高い。このため、ボディ領域とソース領域のｐｎ接合界面の深さのばらつきが抑えられるので、ボディ領域の厚みのばらつきも抑えられ、その結果、半導体装置の閾値電圧のばらつきも抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
半導体装置の要部断面図であり、半導体装置の単位セルに対応した要部断面図を模式的に示す図である。
半導体層の第１主面からソース領域とボディ領域を含む深さにおいて半導体層の厚み方向に沿って計測される不純物の濃度分布の一例を示す図である。
ｐｎ接合界面におけるｎ型不純物の濃度の減衰率とｐｎ接合界面のばらつき度の関係を示す図である。
図１の半導体装置を製造する一工程における半導体層の要部断面図を模式的に示す図である。
図１の半導体装置を製造する一工程における半導体層の要部断面図を模式的に示す図である。
図１の半導体装置を製造する一工程における半導体層の要部断面図を模式的に示す図である。
図１の半導体装置を製造する一工程における半導体層の要部断面図を模式的に示す図である。
図１の半導体装置を製造する一工程における半導体層の要部断面図を模式的に示す図である。
図１の半導体装置を製造する一工程における半導体層の要部断面図を模式的に示す図である。
半導体層の第１主面からソース領域とボディ領域を含む深さにおいて半導体層の厚み方向に沿って計測される不純物の濃度分布の一例を示す図である。
半導体層の第１主面からソース領域とボディ領域を含む深さにおいて半導体層の厚み方向に沿って計測される不純物の濃度分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示されるように、半導体装置１は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）と称される種類の半導体装置であり、第１主面１０ａと第２主面１０ｂを有する半導体層１０と、半導体層１０の第２主面１０ｂを被覆するドレイン電極２２と、半導体層１０の第１主面１０ａを被覆するソース電極２４と、半導体層１０の上層部に設けられているトレンチゲート３０と、を備えている。ここで、第１主面１０ａと第２主面１０ｂは、半導体層１０の表面のうち平行な関係で延びている一対の面であり、半導体層１０の厚み方向（この例では、紙面上下方向）に直交する面である。半導体層１０は、ｎ
+
型のドレイン領域１１と、ｎ
-
型のドリフト領域１２と、ｎ型のＪＦＥＴ領域１４と、ｐ型のボディ領域１６と、ｎ型の下部ソース部分１８ａ及びｎ
+
型の上部ソース部分１８ｂを含むソース領域１８と、を有している。半導体層１０の材料は、炭化珪素（ＳｉＣ）である。
【０００９】
ドレイン領域１１は、半導体層１０の下層部に設けられており、半導体層１０の第２主面１０ｂに露出する位置に設けられている。ドレイン領域１１は、ｎ型不純物を高濃度に含んでおり、ドレイン電極２２にオーミック接触している。
【００１０】
ドリフト領域１２は、ドレイン領域１１の上面に接して設けられており、ドレイン領域１１とＪＦＥＴ領域１４の間に配置されている。ドリフト領域１２は、ドレイン領域１１の上面からエピタキシャル成長して形成されており、ｎ型不純物の濃度が半導体層１０の厚み方向に略一定である。
（【００１１】以降は省略されています）

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