金属氧化物半导体场效应晶体管制造技术

本发明专利技术涉及金属氧化物半导体场效应晶体管。浮区包含沿着碳化硅衬底的厚度方向布置的高浓度区和低浓度区。低浓度区中p型掺杂剂的浓度低于高浓度区中p型掺杂剂的浓度。高浓度区与低浓度区接触，并且设置在沟槽的底面与低浓度区之间。在通过沿着厚度方向绘制浮区中p型掺杂剂的浓度所得到的图中，在高浓度区和低浓度区之间的边界上出现弯曲点或拐点。在低浓度区中p型掺杂剂的含量等于或高于漂移区的在厚度方向上与所述低浓度区邻接的部分中的n型掺杂剂的含量。

Metal oxide semiconductor field effect transistor

The present invention relates to metal oxide semiconductor field effect transistor. The floating zone contains a high concentration area and a low concentration area along the thickness direction of the silicon carbide substrate. The concentration of P dopant in low concentration region is lower than that in P concentration dopant in high concentration region. The high concentration area contacts with the low concentration area and is located between the bottom surface of the trench and the low concentration area. A bending point or inflection point occurs at the boundary between the high concentration zone and the low concentration zone in the figure obtained by plotting the concentration of the p-type dopant in the floating zone along the thickness direction. The content of p-type dopant in the low concentration region is equal to or higher than that of n-type dopant in the thickness direction adjacent to the low concentration region in the drift region.

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物半导体场效应晶体管
本专利技术涉及金属氧化物半导体场效应晶体管。
技术介绍
存在一种具有如下结构的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，在其结构中p型浮区设置在n型漂移区内部。所述浮区设置成与沟槽的底面邻接。所述浮区经由例如沿着沟槽端面延伸的p型连接区而连接至体区。通过这一结构，促进漂移区的消耗，使得半导体器件的耐压性能够增加。通常，通过穿过沟槽的内表面的p型掺杂剂的离子注入而形成浮区。日本未审查专利申请公开号2005-116822描述了一种包含浮区的MOSFET，以及所述MOSFET的制造方法。
技术实现思路
据要求，根据漂移区中所含n型掺杂剂的量，浮区应该含有特定量的p型掺杂剂。如果浮区中p型掺杂剂的含量相对于漂移区中n型掺杂剂的含量不足，则漂移区无法充分消耗。此外，为了以低电阻将浮区与体区连接，要求浮区的至少一部分应该含有相对高浓度的p型掺杂剂。为满足这些要求，在为形成浮区进行的离子注入中，p型掺杂剂的注入浓度可被设定为相对高的值。然而，如果增加p型掺杂剂的注入浓度，当注入浓度超过特定的值时，会发生不可忽视数量的晶体缺陷(晶格缺陷)。这种在半导体衬底中的晶体缺陷可能是引起漏电流的渗漏源，导致半导体器件的耐压性降低。如上所述，在浮区中p型掺杂剂的含量和浓度之间存在权衡关系，需要解决这一问题的技术。特别地，在包含碳化硅(SiC)半导体衬底(在下文中，如果适当，则称为“SiC衬底”)的沟槽栅MOSFET中，在许多情况下通过利用SiC的宽带隙特征而提供了相对薄的漂移区。结果，容易增加漂移区中生成的电场的强度。因此，即使在例如硅衬底中可以忽视的晶体缺陷在SiC衬底中也无法忽视。考虑到上述情况，本专利技术提供了一种在含有SiC衬底的沟槽栅MOSFET中在浮区中实现合适的p型掺杂剂浓度分布曲线的技术。本专利技术的一个方面提供了MOSFET。根据本专利技术的这一方面的MOSFET包含含有沟槽的SiC衬底；以及设置在所述沟槽中的栅电极。所述SiC衬底包含：n型源区；n型漂移区；p型体区，其设置在所述n型源区和n型漂移区之间；p型浮区，其设置在所述漂移区内，所述p型浮区与沟槽的底面邻接；以及p型连接区，其从所述p型体区延伸到所述p型浮区。所述p型浮区包含沿着SiC衬底的厚度方向布置的高浓度区和低浓度区，所述高浓度区设置在所述沟槽的所述底面和所述低浓度区之间，所述高浓度区与所述低浓度区接触，当通过沿着所述厚度方向绘制所述p型浮区中p型掺杂剂的浓度而获得图时，所述p型掺杂剂的最大浓度在所述高浓度区中高于在所述低浓度区中，并且该图在所述高浓度区和所述低浓度区之间的边界处具有弯曲点或拐点，所述低浓度区中p型掺杂剂的含量等于或高于所述n型漂移区的在厚度方向上与所述低浓度区邻接的部分中的n型掺杂剂的含量。利用上述结构，浮区中p型掺杂剂的浓度在与沟槽的底面接近的高浓度区中高于在与沟槽的底面隔开的低浓度区中。如上所述，低浓度区中p型掺杂剂的含量等于或高于与低浓度区邻接的漂移区部分中n型掺杂剂的含量。即，低浓度区含有的p型掺杂剂的量使得漂移区能够被充分消耗。因此，即使低浓度区通过漂移区与浮区之间的pn结而消耗，高浓度区也被防止完全消耗。因而，在高浓度区中不会生成强电场。因此，即使在高浓度区中存在相对大量的晶体缺陷，半导体器件的耐压性也得以保持。因此，在为形成高浓度区进行的离子注入中，p型掺杂剂的注入浓度可被设定得相对高，使得浮区与体区以低电阻连接。另一方面，在低浓度区中，由于通过与漂移区的pn结导致的消耗，可生成相对强的电场。然而在低浓度区中，离子注入中p型掺杂剂的注入浓度低，由此晶体缺陷的发生被抑制。因此，即使在低浓度区中生成了相对强的电场，但半导体器件的耐压性得以保持。考虑到以低电阻将浮区连接到体区，p型掺杂剂的最大浓度比p型掺杂剂的含量具有更高优先等级。因此，在高浓度区中p型掺杂剂的浓度分布曲线可具有相对陡峭的峰值。另一方面，考虑到充分消耗漂移区，p型掺杂剂的含量比p型掺杂剂的最大浓度具有更高的优先等级。因此，低浓度区中p型掺杂剂的浓度分布曲线在晶体缺陷的发生被抑制的范围内可具有相对平坦的形状。基于上述认识，在通过沿厚度方向绘制浮区中p型掺杂剂的浓度所得到的图中，可在高浓度区和低浓度区之间的边界上出现弯曲点或拐点。在上述方面，当NA表示高浓度区中p型掺杂剂的最大浓度，NB表示低浓度区中p型掺杂剂的最大浓度时，可满足NA/NB≥2.5的条件。换言之，低浓度区中p型掺杂剂的最大浓度NB可最多是高浓度区中p型掺杂剂的最大浓度NA的40％。利用这一结构，高浓度区与低浓度区之间的p型掺杂剂的浓度上具有足够大的差异。因此，低浓度区中晶体缺陷的发生被抑制，并且高浓度区中的电阻被充分减少。在上述方面，高浓度区与低浓度区之间的边界可在厚度方向上与沟槽的底面隔开第一距离；低浓度区与n型漂移区之间的边界可在厚度方向上与沟槽的底面隔开第二距离；并且当XA表示第一距离而XB表示第二距离时，可满足XB/XA≥2的条件。这意味着高浓度区可设置在浮区的位于沟槽侧的一半的部分内。利用这一结构，低浓度区相对宽，使得低浓度区中p型掺杂剂的最大浓度被减少。因此，低浓度区中晶体缺陷的发生被进一步有效地抑制。在上述方面，低浓度区可以包含沿着碳化硅衬底的厚度方向布置的平坦区和减少区。所述平坦区可以是与高浓度区相接触的区，并且其中p型掺杂剂的浓度相对于所述弯曲点或拐点处p型掺杂剂的浓度处于规定范围内；所述减少区可以是与n型漂移区相接触的区，并且其中p型掺杂剂的浓度在从所述沟槽的所述底面离开的方向上减少。附图说明下面将参考附图对本专利技术示例性方面的特征、优势、以及技术和工业意义进行描述，其中相似的数字表示相似的要素，其中：图1为示出了根据一个实施方式的半导体器件的结构的截面图，图1为沿图2中的I-I线得到的截面图；图2为示出了在SiC衬底的上表面中沟槽布置的图；图3为示出了沟槽端面附近的结构的截面图，图3为沿图2中的III-III线得到的截面图；图4示出了浮区中p型掺杂剂的浓度分布曲线，该浓度分布曲线通过对浮区中p型掺杂剂的浓度沿着SiC衬底的厚度方向作图而获得；图5是示出了深度比X和浓度比N的合适数值范围(对应于阴影部分)的图；图6是示出了半导体器件的制造方法的一个步骤的图，并示出了包含漏区、漂移区和体区的SiC衬底；图7是示出了半导体器件的制造方法的另一个步骤的图，并示出了其中已经形成有接触区、源区和沟槽的SiC衬底；图8是示出了半导体器件的制造方法的又一个步骤的图，并示出了其中已经通过p型掺杂剂的离子注入而形成了浮区的SiC衬底；图9A是示出了浮区中p型掺杂剂的浓度分布曲线的一个具体实例的图；图9B是示出了浮区中p型掺杂剂的浓度分布曲线的另一个具体实例的图；以及图9C是示出了浮区中p型掺杂剂的浓度分布曲线的又一个具体实例的图。具体实施方式下面，将参考附图对根据一个实施方式的半导体器件10和半导体器件10的制造方法进行描述。该实施方式中的半导体器件10是电力线路中使用的电力半导体器件。半导体器件10特别具有MOSFET结构。尽管半导体器件10的用途并没有特别限制，但半导体器件10可用作电动车辆如混合动力车辆、燃料电池车辆和电动车辆中的电力转换器电路例如转换器或逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于包含：包含沟槽的碳化硅衬底；和设置在所述沟槽中的栅电极，所述碳化硅衬底包含：n型源区；n型漂移区；p型体区，所述p型体区设置在所述n型源区和所述n型漂移区之间；p型浮区，所述p型浮区设置在所述漂移区内，所述p型浮区与所述沟槽的底面邻接；和p型连接区，所述p型连接区从所述p型体区延伸到所述p型浮区，其中所述p型浮区包含沿着所述碳化硅衬底的厚度方向布置的高浓度区和低浓度区，所述高浓度区设置在所述沟槽的所述底面和所述低浓度区之间，所述高浓度区与所述低浓度区接触，当通过沿着所述厚度方向绘制所述p型浮区中p型掺杂剂的浓度而获得图时，所述p型掺杂剂的最大浓度在所述高浓度区中高于在所述低浓度区中，并且所述图在所述高浓度区和所述低浓度区之间的边界处具有弯曲点或拐点，且所述低浓度区中p型掺杂剂的含量等于或高于所述n型漂移区的在厚度方向上与所述低浓度区邻接的部分中的n型掺杂剂的含量。

【技术特征摘要】
2017.02.27 JP 2017-0348531.金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于包含：包含沟槽的碳化硅衬底；和设置在所述沟槽中的栅电极，所述碳化硅衬底包含：n型源区；n型漂移区；p型体区，所述p型体区设置在所述n型源区和所述n型漂移区之间；p型浮区，所述p型浮区设置在所述漂移区内，所述p型浮区与所述沟槽的底面邻接；和p型连接区，所述p型连接区从所述p型体区延伸到所述p型浮区，其中所述p型浮区包含沿着所述碳化硅衬底的厚度方向布置的高浓度区和低浓度区，所述高浓度区设置在所述沟槽的所述底面和所述低浓度区之间，所述高浓度区与所述低浓度区接触，当通过沿着所述厚度方向绘制所述p型浮区中p型掺杂剂的浓度而获得图时，所述p型掺杂剂的最大浓度在所述高浓度区中高于在所述低浓度区中，并且所述图在所述高浓度区和所述低浓度区之间的边界处具有弯曲点或拐点，且所述低浓度区中p型掺杂剂的含量等于或高于所述n型漂移区的在厚度方向上与所述低浓度区邻接的部分中的n型...

【专利技术属性】
技术研发人员：荒内琢士，金原启道，辻村理俊，山下侑佑，浦上泰，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP