JP2003060203A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003060203A
JP2003060203A JP2001250523A JP2001250523A JP2003060203A JP 2003060203 A JP2003060203 A JP 2003060203A JP 2001250523 A JP2001250523 A JP 2001250523A JP 2001250523 A JP2001250523 A JP 2001250523A JP 2003060203 A JP2003060203 A JP 2003060203A
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哲夫 畠山
Takashi Shinohe
孝 四戸
Kenji Fukuda
憲司 福田
Kazuo Arai
和雄 荒井
Shinsuke Harada
信介 原田
Seiji Suzuki
誠二 鈴木
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an insulated gate field effect transistor using SiC, which is restrained from being reduced in mobility due to the influence of a gate insulating film/SiC interface and reduced in ON-state resistance. SOLUTION: An insulated gate field effect transistor is equipped with a P-type SiC substrate 11, a semiconductor region composed of an N-type SiC layer 12 which is provided in contact with the SiC substrate 11 to serve as an embedded channel and a P-type SiC layer 13 provided in contact with the SiC layer 12, a gate electrode 21 provided on the SiC layer 13 through the intermediary of a gate insulating film 17, and N-type source/drain regions 15 and 16 formed on the surface of the SiC substrate 11 so as to sandwich the gate electrode 21 between them. A current flowing between the source/drain regions 15 and 16 is controlled by controlling the carrier concentration of the SiC layer 12 with the potentials of the SiC substrate 11 and the gate electrode 21.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ等の半導体装置に係わり、特に半導体
層としてシリコンカーバイド(SiC)を用いた絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as an insulated gate field effect transistor, and more particularly to an insulated gate field effect transistor using silicon carbide (SiC) as a semiconductor layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体層にシリコンカーバイド(Si
C)を用いた電界効果トランジスタとして、表面チャネ
ル絶縁ゲート型電界効果トランジスタが知られている。
SiCは絶縁破壊電界強度がシリコンの10倍であり、
かつ結晶移動度はシリコン並であるため、SiCを用い
ることにより高耐圧で低抵抗の半導体素子が作製でき
る。しかし、絶縁ゲート型電界効果トランジスタをSi
Cで作製する場合、バルク部分の抵抗は下げられるが、
絶縁膜/SiC界面のキャリアの移動度がシリコンと比
べて桁違いに小さいことからチャネル抵抗が増大し、素
子全体の抵抗が下がらないという問題があった。
2. Description of the Related Art Silicon carbide (Si
As a field effect transistor using C), a surface channel insulated gate field effect transistor is known.
SiC has a dielectric breakdown field strength 10 times that of silicon,
Moreover, since the crystal mobility is similar to that of silicon, the use of SiC makes it possible to manufacture a semiconductor element having a high breakdown voltage and a low resistance. However, the insulated gate field effect transistor is
When manufactured by C, the resistance of the bulk part can be lowered,
Since the mobility of carriers at the insulating film / SiC interface is orders of magnitude smaller than that of silicon, there is a problem that the channel resistance increases and the resistance of the entire device does not decrease.

【0003】この問題を解決するために、絶縁ゲートに
隣接する半導体領域に基板と異なる導電型の層を形成
し、絶縁膜とSiCとの界面に対して、より基板側にチ
ャネルを形成する埋め込みチャネル絶縁ゲート型半導体
装置が提案されている(IEEE transactions on Electro
n devices vol. 41, No 7 1257-1264)。
In order to solve this problem, a layer having a conductivity type different from that of the substrate is formed in the semiconductor region adjacent to the insulated gate, and a channel is formed closer to the substrate side with respect to the interface between the insulating film and SiC. A channel insulated gate semiconductor device has been proposed (IEEE transactions on Electro
n devices vol. 41, No 7 1257-1264).

【0004】図4(a)は、SiCを用いた典型的な埋
め込みチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタの素
子構造断面図である。図中の41はp型SiC基板、4
2はn型SiC埋め込み層(チャネル層)、45はn型
SiCソース領域、46はn型SiCドレイン領域、4
7はゲート絶縁膜、51はゲート電極、52はソース電
極、53はドレイン電極を示している。
FIG. 4A is a cross-sectional view of a device structure of a typical buried channel insulated gate field effect transistor using SiC. 41 in the figure is a p-type SiC substrate, 4
2 is an n-type SiC buried layer (channel layer), 45 is an n-type SiC source region, 46 is an n-type SiC drain region, 4
7 is a gate insulating film, 51 is a gate electrode, 52 is a source electrode, and 53 is a drain electrode.

【0005】図4(b)は、図4(a)のB−B’に沿
った断面の不純物濃度分布を示す図である。埋め込み層
の厚さと濃度を適切な値に設定することで、ゲート電極
からの電界により埋め込み層のキャリア濃度の制御が可
能になり、埋め込みチャネル絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタを作製することができる。適切な仕事関数のゲ
ート電極を選択することにより、エンハンスメント型の
トランジスタも作製可能である。
FIG. 4B is a diagram showing an impurity concentration distribution in a cross section taken along the line BB 'in FIG. 4A. By setting the thickness and concentration of the buried layer to appropriate values, the carrier concentration of the buried layer can be controlled by the electric field from the gate electrode, and a buried channel insulated gate field effect transistor can be manufactured. An enhancement type transistor can be manufactured by selecting a gate electrode having an appropriate work function.

【0006】この絶縁ゲート型電界効果トランジスタに
おいては、ゲート電極に電圧を印加すると界面ではなく
基板中にチャネルが形成されるため、絶縁膜/SiC界
面における移動度低下の影響を抑制することができる。
図4(c)は、典型的な埋め込みチャネル絶縁ゲート型
電界効果トランジスタのチャネル部分のバンドダイアグ
ラムで埋め込みチャネルが形成されている様子を示す。
In this insulated gate field effect transistor, when a voltage is applied to the gate electrode, a channel is formed not in the interface but in the substrate, so that it is possible to suppress the influence of mobility decrease at the insulating film / SiC interface. .
FIG. 4C shows a state in which a buried channel is formed in a band diagram of a channel portion of a typical buried channel insulated gate field effect transistor.

【0007】ところで、この種の埋め込みチャネル絶縁
ゲート型電界効果トランジスタにおいては、チャネルの
キャリア濃度を増やすためにゲート電極の電圧を増大さ
せると、キャリアが次第に移動度の小さいゲート絶縁膜
側に分布するため、移動度が急速に低下するという問題
があった。図5に、SiCを用いた埋め込みチャネル絶
縁ゲート型電界効果トランジスタの電界効果移動度とゲ
ート電圧の関係を示す。電界効果移動度は埋め込みチャ
ネルが形成された直後は非常に大きい値を示すが、ゲー
ト電圧を印加するにつれ急速に低下する。
By the way, in the buried channel insulating gate type field effect transistor of this type, when the voltage of the gate electrode is increased in order to increase the carrier concentration of the channel, the carriers are gradually distributed to the side of the gate insulating film having a low mobility. Therefore, there is a problem that the mobility is rapidly reduced. FIG. 5 shows the relationship between the field effect mobility and the gate voltage of a buried channel insulated gate field effect transistor using SiC. The field effect mobility shows a very large value immediately after the buried channel is formed, but it rapidly decreases as a gate voltage is applied.

【0008】また、埋め込みチャネル構造ではゲート電
極への印加電圧が0Vのときにも電流が流れるディプリ
ーション型トランジスタになりやすく、ゲート駆動回路
が簡略化できるエンハンスメント型のトランジスタにす
るにはデバイス構造が制約を受けたり、製造が困難であ
ったりするという問題があった。
Further, the buried channel structure is likely to be a depletion type transistor in which a current flows even when the voltage applied to the gate electrode is 0V, and a device structure is required to form an enhancement type transistor in which the gate drive circuit can be simplified. However, there are problems such as being restricted and being difficult to manufacture.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の埋
め込みチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタにお
いては、ゲート絶縁膜/SiC界面の影響によって移動
度劣化を招くという問題があった。また、埋め込みチャ
ネル構造ではディプリーション型トランジスタになりや
すく、エンハンスメント型のトランジスタにするにはデ
バイス構造が制約を受けたり、製造が困難であったりす
るという問題があった。
As described above, the conventional buried channel insulated gate field effect transistor has a problem that mobility is deteriorated due to the influence of the gate insulating film / SiC interface. In addition, the buried channel structure is likely to be a depletion type transistor, and there are problems that the device structure is limited and the manufacturing is difficult for an enhancement type transistor.

【0010】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、SiCを用いた絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ等において、ゲート絶縁膜
/SiC界面の影響による移動度の劣化を抑制し、オン
抵抗が低く、しかもエンハンスメント型のトランジスタ
の製造も容易な半導体装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a mobility due to an influence of a gate insulating film / SiC interface in an insulated gate field effect transistor using SiC. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device which suppresses the deterioration of the semiconductor device, has a low on-resistance, and is easy to manufacture an enhancement type transistor.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problems, the present invention adopts the following structure.

【0012】即ち本発明は、第1導電型の第1のSiC
層,該第1のSiC層に接して設けられた第2導電型の
第2のSiC層,該第2のSiC層に接して設けられた
第1導電型の第3のSiC層からなる半導体領域と、前
記第3のSiC層上にゲート絶縁膜を介して形成された
ゲート電極と、前記ゲート電極を挟んで前記半導体領域
の表面部に形成された第2導電型のソース・ドレイン領
域とを具備してなる半導体装置であって、前記第1のS
iC層とゲート電極の電位により前記第2のSiC層の
キャリア濃度を制御することにより、前記ソース・ドレ
イン領域間の電流を制御することを特徴とする。
That is, the present invention is directed to a first SiC of the first conductivity type.
Layer, a semiconductor of a second conductivity type second SiC layer provided in contact with the first SiC layer, and a semiconductor of a first conductivity type third SiC layer provided in contact with the second SiC layer A region, a gate electrode formed on the third SiC layer via a gate insulating film, and a second conductivity type source / drain region formed on the surface of the semiconductor region with the gate electrode interposed therebetween. A semiconductor device comprising: the first S
The current between the source / drain regions is controlled by controlling the carrier concentration of the second SiC layer by the potentials of the iC layer and the gate electrode.

【0013】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。
Here, the following are preferred embodiments of the present invention.

【0014】(1) 第1のSiC層とゲート電極の電位に
より第2のSiC層を空乏化することが可能であるこ
と。
(1) It is possible to deplete the second SiC layer by the potentials of the first SiC layer and the gate electrode.

【0015】(2) 第1のSiC層とゲート電極の電位が
0の状態で第2のSiC層が空乏化していること。
(2) The second SiC layer is depleted while the potentials of the first SiC layer and the gate electrode are zero.

【0016】(3) 第3のSiC層の膜厚が30nm以上
であること。
(3) The thickness of the third SiC layer is 30 nm or more.

【0017】(4) 第1のSiC層はSiC基板であり、
第2及び第3のSiC層はそれぞれイオン注入により形
成されたものであること。
(4) The first SiC layer is a SiC substrate,
The second and third SiC layers are each formed by ion implantation.

【0018】(作用)本発明によれば、第1のSiC層
(例えばSiC基板)と同じ導電型の第3のSiC層
を、埋め込みチャネルとなる第2導電型の第2のSiC
層のゲート絶縁膜側に形成することにより、埋め込みチ
ャネルをゲート絶縁膜/SiC界面から遠ざけることが
でき、埋め込みチャネルでの移動度の劣化を抑制するこ
とが可能となる。また、ゲート電圧印加時に移動度の劣
化が激しいゲート絶縁膜/SiC界面にチャネルが形成
されることを抑制し、且つしきい値電圧を高めることが
できる。その結果、エンハンスメント型で大きなゲート
電圧を印加した場合においても、移動度劣化の小さい絶
縁ゲート型電界効果トランジスタを実現することが可能
となる。
(Operation) According to the present invention, the third SiC layer having the same conductivity type as the first SiC layer (eg, SiC substrate) is replaced with the second SiC film having the second conductivity type serving as a buried channel.
By forming the layer on the gate insulating film side, the buried channel can be kept away from the gate insulating film / SiC interface, and deterioration of mobility in the buried channel can be suppressed. Further, it is possible to suppress the formation of a channel at the gate insulating film / SiC interface in which the mobility is drastically deteriorated when the gate voltage is applied, and it is possible to increase the threshold voltage. As a result, it is possible to realize an insulated gate field effect transistor with low mobility deterioration even when a large gate voltage is applied in the enhancement type.

【0019】また、第3のSiC層の膜厚を30nm以
上に設定することにより、上記の効果が確実に得られる
ことになる。これは、本発明者らの鋭意研究及び実験に
よって明らかとなったものである。
Further, by setting the film thickness of the third SiC layer to 30 nm or more, the above effect can be surely obtained. This has been made clear by the inventors' earnest research and experiments.

【0020】本発明者らは、SiCを用いた埋め込みチ
ャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタの試作研究を
進める過程において、ゲート絶縁膜/SiC界面の移動
度劣化が表面から約30nmの領域で起こっていること
を見出した。図6は、SiCを用いた埋め込みチャネル
絶縁ゲート型電界効果トランジスタのドレイン電流とゲ
ート電圧の関係を示す図である。ドレイン電圧は0.1
Vに固定した。実線は実測値であり、破線は移動度が界
面から距離30nmの領域で界面の効果により劣化する
と仮定してデバイスシミュレーションを行った結果であ
る。
The inventors of the present invention, in the course of proceeding with the trial research of a buried channel insulated gate field effect transistor using SiC, have mobility degradation of the gate insulating film / SiC interface in a region of about 30 nm from the surface. I found that. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the drain current and the gate voltage of a buried channel insulated gate field effect transistor using SiC. Drain voltage is 0.1
It was fixed at V. The solid line is the measured value, and the broken line is the result of device simulation assuming that the mobility deteriorates due to the effect of the interface in the region where the distance is 30 nm from the interface.

【0021】図6から分かるようにシミュレーション結
果は、ゲート電圧が印加されるにつれドレイン電流のゲ
ート電圧に対する傾きが小さくなるという実測値の特徴
をうまく再現している。即ち、移動度が界面から距離3
0nmの領域で界面の効果により劣化するという仮説の
妥当性を示している。さらに発明者らはシミュレーショ
ンの解析を進めることにより、従来の埋め込みチャネル
絶縁ゲート型電界効果トランジスタでは、埋め込みチャ
ネルが形成されている状態でも界面近傍の移動度が劣化
している領域にキャリアが分布し、ゲート絶縁膜/Si
C界面による移動度劣化の影響を受けていることを見出
した。
As can be seen from FIG. 6, the simulation result successfully reproduces the characteristic of the measured value that the slope of the drain current with respect to the gate voltage becomes smaller as the gate voltage is applied. That is, the mobility is a distance 3 from the interface.
It shows the validity of the hypothesis that degradation occurs due to the effect of the interface in the region of 0 nm. Furthermore, the inventors conducted further simulation analysis, and in the conventional buried channel insulated gate field effect transistor, carriers were distributed in the region where the mobility was deteriorated near the interface even when the buried channel was formed. , Gate insulation film / Si
It was found that the mobility was affected by the C interface.

【0022】従って、第3のSiC層の膜厚を30nm
以上に設定することにより、埋め込みチャネルにおける
移動度の劣化をより確実に抑制できることになる。
Therefore, the thickness of the third SiC layer is 30 nm.
With the above settings, it is possible to more reliably suppress the deterioration of mobility in the buried channel.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0024】図1(a)は、本発明の一実施形態に係わ
る埋め込みチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
の素子構造を示す断面図である。図1(b)は、図1
(a)のA−A’線に沿った断面における不純物濃度分
布図である。
FIG. 1A is a sectional view showing an element structure of a buried channel insulated gate field effect transistor according to one embodiment of the present invention. FIG. 1B is the same as FIG.
It is an impurity concentration distribution diagram in the cross section along the AA 'line of (a).

【0025】p型のシリコンカーバイド(SiC)基板
(第1のSiC層)11の表面部の一部に、埋め込みチ
ャネル層としてのn型のSiC層(第2のSiC層)1
2が形成され、その上にp型のSiC層(第3のSiC
層)13が形成されている。p型SiC基板11の不純
物濃度は1×1017cm-3である。n型SiC層12の
不純物濃度は1×1017cm-3であり、その膜厚は20
0nmである。p型SiC層13の不純物濃度は2×1
17cm-3で、その膜厚は50nmである。なお、Si
C層12,13は、SiC基板11に対する多段のイオ
ン注入とイオン注入後の高温アニールにより形成した。
An n-type SiC layer (second SiC layer) 1 as a buried channel layer is formed on a part of the surface of a p-type silicon carbide (SiC) substrate (first SiC layer) 11.
2 is formed on the p-type SiC layer (third SiC
Layer) 13 is formed. The impurity concentration of the p-type SiC substrate 11 is 1 × 10 17 cm −3 . The impurity concentration of the n-type SiC layer 12 is 1 × 10 17 cm −3 , and its film thickness is 20.
It is 0 nm. The impurity concentration of the p-type SiC layer 13 is 2 × 1
The film thickness is 0 17 cm -3 and 50 nm. Note that Si
The C layers 12 and 13 were formed by multi-step ion implantation into the SiC substrate 11 and high temperature annealing after the ion implantation.

【0026】SiC層12,13を挟んでSiC基板1
1の表面部には、ソース・ドレイン領域となるn型Si
C層15,16が形成されている。これらのソース・ド
レイン領域については、SiC層12,13と同様にn
型不純物の多段のイオン注入により形成した。さらに、
ソース・ドレイン領域15,16における接合深さは
0.3μmである。
SiC substrate 1 with SiC layers 12 and 13 interposed therebetween
On the surface of No. 1, n-type Si to be source / drain regions
C layers 15 and 16 are formed. These source / drain regions are n-type like the SiC layers 12 and 13.
It was formed by multi-stage ion implantation of type impurities. further,
The junction depth in the source / drain regions 15 and 16 is 0.3 μm.

【0027】p型SiC層13上には、ゲート絶縁膜1
7が形成されている。このゲート絶縁膜17の厚さは4
0nmであり、1200℃のドライ酸化により形成し、
1200℃のArアニールを施した後、950℃のウェ
ット雰囲気で再酸化を行った。そして、ゲート絶縁膜1
7の上にはゲート電極21が形成され、ソース領域とな
るSiC層15上にはソース電極22が、ドレイン領域
となるSiC層16上にはドレイン電極23が形成され
ている。これらの各電極はアルミニウムで形成した。
The gate insulating film 1 is formed on the p-type SiC layer 13.
7 are formed. The gate insulating film 17 has a thickness of 4
0 nm and formed by dry oxidation at 1200 ° C.,
After Ar annealing at 1200 ° C., reoxidation was performed in a wet atmosphere at 950 ° C. Then, the gate insulating film 1
7, a gate electrode 21 is formed, a source electrode 22 is formed on the SiC layer 15 serving as a source region, and a drain electrode 23 is formed on the SiC layer 16 serving as a drain region. Each of these electrodes was made of aluminum.

【0028】本実施形態の埋め込みチャネル絶縁ゲート
型電界効果トランジスタが従来の埋め込みチャネル絶縁
ゲート型電界効果トランジスタと異なる点は、表面にp
型SiC層13が存在する点である。図1(c)に、埋
め込みチャネルが形成された状態でのバンドダイアグラ
ムを示す。従来素子の図4(c)と比べると、チャネル
がより基板の奥に形成されていることが分かる。ゲート
電圧を印加するにつれ、埋め込みチャネルのキャリアが
増加するが、従来の埋め込みチャネル絶縁ゲート型電界
効果トランジスタと異なり、埋め込みチャネルのキャリ
アはゲート絶縁膜/SiC界面とは分離されており、界
面による移動度劣化の影響は小さい。さらに、ゲート電
圧を高めるとゲート絶縁膜/SiC界面に反転層が形成
されるが、従来の構造と比べてその反転層が形成される
電圧は高電圧側にシフトする。
The buried channel insulated gate field effect transistor of this embodiment is different from the conventional buried channel insulated gate field effect transistor in that the p-type
That is, the type SiC layer 13 is present. FIG. 1C shows a band diagram in the state where the buried channel is formed. It can be seen that the channel is formed deeper in the substrate as compared with the conventional device shown in FIG. The carriers in the buried channel increase as the gate voltage is applied. However, unlike the conventional buried channel insulating gate field effect transistor, the carriers in the buried channel are separated from the gate insulating film / SiC interface and move by the interface. The effect of deterioration is small. Further, when the gate voltage is increased, an inversion layer is formed at the gate insulating film / SiC interface, but the voltage at which the inversion layer is formed shifts to the high voltage side as compared with the conventional structure.

【0029】図2に、本実施形態の埋め込みチャネル絶
縁ゲート型電界効果トランジスタの電界効果移動度とゲ
ート電圧の関係を、従来例と比較して示す。実線が本実
施形態のトランジスタにおける移動度、破線が従来の技
術によるトランジスタによる移動度である。本実施形態
の移動度は従来例よりも大きなものとなっている。
FIG. 2 shows the relationship between the field effect mobility and the gate voltage of the buried channel insulated gate field effect transistor of this embodiment in comparison with the conventional example. The solid line shows the mobility of the transistor of this embodiment, and the broken line shows the mobility of the transistor of the related art. The mobility of this embodiment is larger than that of the conventional example.

【0030】図3は、本実施形態によるドレイン電流と
ゲート電圧の関係を従来の埋め込みチャネル絶縁ゲート
型電界効果トランジスタの特性と比較したものである。
ドレイン電圧は0.1Vに固定した。実線が本実施形態
のトランジスタのドレイン電流特性、破線が従来の技術
による埋め込みチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタによるドレイン電流特性である。本実施形態によ
り、ゲート電圧が高い領域まで移動度劣化の影響が抑制
され、同じゲート電圧での電流値が大きくなり、オン抵
抗の低減がなされていることが分かる。
FIG. 3 compares the relationship between the drain current and the gate voltage according to the present embodiment with the characteristics of the conventional buried channel insulated gate field effect transistor.
The drain voltage was fixed at 0.1V. The solid line shows the drain current characteristic of the transistor of this embodiment, and the broken line shows the drain current characteristic of the buried channel insulated gate field effect transistor according to the conventional technique. It can be seen that according to the present embodiment, the influence of mobility deterioration is suppressed up to the region where the gate voltage is high, the current value at the same gate voltage is increased, and the on-resistance is reduced.

【0031】ここで、図3に示す特性において、ドレイ
ン電流特性を示す線の傾きが移動度であり、本実施形態
の方が従来例よりも高いゲート電圧まで移動度の劣化が
少ないことが分かる。また、本実施形態の絶縁ゲート型
電界効果トランジスタにおいては、反転層の移動度とし
て200cm2 /Vsの値が得られた。
Here, in the characteristic shown in FIG. 3, the slope of the line showing the drain current characteristic is the mobility, and it is understood that the mobility of this embodiment is less deteriorated up to a higher gate voltage than the conventional example. . In addition, in the insulated gate field effect transistor of this embodiment, the mobility of the inversion layer was 200 cm 2 / Vs.

【0032】このように本実施形態によれば、埋め込み
チャネルとしてのn型SiC層12とゲート絶縁膜17
との間に、埋め込みチャネルと逆の導電型のp型SiC
層13を挟み込むことによって、チャネルの移動度を向
上させ、その直列抵抗成分を著しく低減することが可能
になる。これにより、SiCを用いた素子が本来有する
低損失特性が生かせるようになった。
As described above, according to this embodiment, the n-type SiC layer 12 as the buried channel and the gate insulating film 17 are formed.
And p-type SiC having a conductivity type opposite to that of the buried channel.
By sandwiching the layer 13, it becomes possible to improve the mobility of the channel and significantly reduce the series resistance component thereof. As a result, the low loss characteristic originally possessed by the element using SiC has come to be utilized.

【0033】また、埋め込みチャネルとしてのn型Si
C層12とゲート絶縁膜17との間にp型SiC層13
を挟み込むことにより、ゲート電圧のしきい値を上げる
ことが容易になり、ゲート駆動回路を簡単化できるエン
ハンスメント型のトランジスタの設計も容易となる。こ
れは、特に電力用のSiC絶縁ゲート型電界効果半導体
素子の発展及び普及に大きな貢献をなすものである。
Also, n-type Si as a buried channel
A p-type SiC layer 13 is provided between the C layer 12 and the gate insulating film 17.
By sandwiching the two, it becomes easy to raise the threshold value of the gate voltage, and it becomes easy to design an enhancement type transistor which can simplify the gate drive circuit. This makes a great contribution to the development and popularization of SiC insulated gate field effect semiconductor devices, especially for power.

【0034】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、最も基本的な横型の
絶縁ゲート型電界効果トランジスタについて説明した
が、本発明は横型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
だけでなく、縦型の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、更
にはMOSサイリスタなどの電力用半導体素子にも適用
できることは言うまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiment. In the embodiments, the most basic lateral insulated gate field effect transistor has been described, but the present invention is not limited to the lateral insulated gate field effect transistor, but may be a vertical insulated gate field effect transistor or an insulated gate bipolar transistor. Needless to say, the present invention can be applied to (IGBT), and further to power semiconductor elements such as MOS thyristors.

【0035】また、第3のSiC層の厚さは50nmに
限定されるものではなく、該層によりゲート絶縁膜/S
iC界面における移動度低下の十分に抑制できる範囲で
適宜定めれは良く、一般には30nm以上に設定すれば
よい。但し、あまり厚すぎるとゲート電極による制御が
難しくなるので、一般には100nm以下程度が望まし
い。
Further, the thickness of the third SiC layer is not limited to 50 nm, and the thickness of the gate insulating film / S is not limited by the layer.
It may be appropriately set within a range in which the decrease in mobility at the iC interface can be sufficiently suppressed, and is generally set to 30 nm or more. However, if it is too thick, the control by the gate electrode becomes difficult, and therefore it is generally desirable that the thickness is about 100 nm or less.

【0036】また、第1のSiC層は必ずしも基板に限
るものではなく、基板上に形成された層であってもよ
い。さらに、第2,第3のSiC層及びソース・ドレイ
ン領域の形成方法は、必ずしも多段のイオン注入に限る
ものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。ま
た、実施形態では第1,第3のSiC層をp型、第2の
SiC層をn型にしたが、これらの関係は逆にしてもよ
い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。
The first SiC layer is not necessarily limited to the substrate but may be a layer formed on the substrate. Furthermore, the method for forming the second and third SiC layers and the source / drain regions is not necessarily limited to the multi-stage ion implantation, but can be changed appropriately according to the specifications. Further, in the embodiment, the first and third SiC layers are p-type and the second SiC layer is n-type, but these relationships may be reversed. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、埋
め込みチャネルとなる第2のSiC層とゲート絶縁膜と
の間に第2のSiCとは逆導電型の第3のSiC層を形
成することにより、ゲート絶縁膜/SiC界面の影響に
よる移動度の劣化を抑制することができる。従って、S
iCを用いた絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおい
てオン抵抗を低くすることができ、しかもエンハンスメ
ント型のトランジスタの製造も容易となる。
As described above in detail, according to the present invention, a third SiC layer having a conductivity type opposite to that of the second SiC is provided between the second SiC layer which becomes the buried channel and the gate insulating film. By forming it, deterioration of mobility due to the influence of the gate insulating film / SiC interface can be suppressed. Therefore, S
The on-resistance can be reduced in the insulated gate field effect transistor using iC, and the enhancement type transistor can be easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係わる埋め込みチャネル
絶縁ゲート型電界効果トランジスタの素子構造断面
(a)と、A−A’線に沿った不純物分布(b)及びバ
ンドダイヤグラム(c)を示す図。
FIG. 1 shows an element structure cross section (a) of a buried channel insulated gate field effect transistor according to an embodiment of the present invention, an impurity distribution (b) along a line AA ′, and a band diagram (c). Fig.

【図2】同実施形態における移動度のゲート電圧依存性
を、従来例と比較して示す図。
FIG. 2 is a diagram showing the gate voltage dependence of mobility in the same embodiment as compared with a conventional example.

【図3】同実施形態におけるドレイン電流のゲート電圧
依存性を、従来例と比較して示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a gate voltage dependency of a drain current in the same embodiment as compared with a conventional example.

【図4】従来の埋め込みチャネル絶縁ゲート型電界効果
トランジスタの素子構造断面(a)と、B−B’線に沿
った不純物分布(b)及びバンドダイヤグラム(c)を
示す図。
FIG. 4 is a view showing a device structure cross section (a) of a conventional buried channel insulated gate field effect transistor, an impurity distribution (b) along a line BB ′, and a band diagram (c).

【図5】従来例における移動度のゲート電圧依存性を示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing gate voltage dependence of mobility in a conventional example.

【図6】従来例におけるドレイン電流のゲート電圧依存
性を、シミュレーション結果と比較して示す図。
FIG. 6 is a diagram showing the gate voltage dependence of drain current in a conventional example in comparison with simulation results.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…p型SiC基板(第1のSiC層) 12…n型SiC埋め込みチャネル層(第2のSiC
層) 13…p型SiC層(第3のSiC層) 15…n型SiCソース領域 16…n型SiCドレイン領域 17…ゲート絶縁膜 21…ゲート電極 22…ソース電極 23…ドレイン電極
11 ... p-type SiC substrate (first SiC layer) 12 ... n-type SiC buried channel layer (second SiC layer)
Layer) 13 p-type SiC layer (third SiC layer) 15 n-type SiC source region 16 n-type SiC drain region 17 gate insulating film 21 gate electrode 22 source electrode 23 drain electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畠山 哲夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 四戸 孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 福田 憲司 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人産業技術総合研究所内 (72)発明者 荒井 和雄 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人産業技術総合研究所内 (72)発明者 原田 信介 茨城県つくば市東1−1−1 独立行政法 人産業技術総合研究所内 (72)発明者 鈴木 誠二 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5F140 AA01 AA30 AC22 AC23 AC24 BA02 BB06 BB13 BC06 BE07 BJ01 BJ05 BK13    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Tetsuo Hatakeyama             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Takashi Shinohe             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Kenji Fukuda             1-1-1 Higashi 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             Inside the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Kazuo Arai             1-1-1 Higashi 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             Inside the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Shinsuke Harada             1-1-1 Higashi 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture             Inside the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Seiji Suzuki             2-5-3 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture             Within Yo Denki Co., Ltd. F-term (reference) 5F140 AA01 AA30 AC22 AC23 AC24                       BA02 BB06 BB13 BC06 BE07                       BJ01 BJ05 BK13

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の第1のSiC層,該第1のS
iC層に接して設けられた第2導電型の第2のSiC
層,該第2のSiC層に接して設けられた第1導電型の
第3のSiC層からなる半導体領域と、 前記第3のSiC層上にゲート絶縁膜を介して形成され
たゲート電極と、 前記ゲート電極を挟んで前記半導体領域の表面部に形成
された第2導電型のソース・ドレイン領域とを具備して
なる半導体装置であって、 前記第1のSiC層とゲート電極の電位により前記第2
のSiC層のキャリア濃度を制御することにより、前記
ソース・ドレイン領域間の電流を制御することを特徴と
する半導体装置。
1. A first conductivity type first SiC layer, said first S layer.
Second conductivity type second SiC provided in contact with the iC layer
A layer, a semiconductor region formed of a third SiC layer of a first conductivity type provided in contact with the second SiC layer, and a gate electrode formed on the third SiC layer via a gate insulating film. A semiconductor device comprising a source / drain region of the second conductivity type formed on the surface of the semiconductor region with the gate electrode sandwiched between the first SiC layer and the gate electrode. The second
A semiconductor device characterized in that the current between the source and drain regions is controlled by controlling the carrier concentration of the SiC layer.
【請求項2】前記第1のSiC層とゲート電極の電位に
より前記第2のSiC層を空乏化することが可能である
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second SiC layer can be depleted by the potentials of the first SiC layer and the gate electrode.
【請求項3】前記第1のSiC層とゲート電極の電位差
が0の状態で前記第2のSiC層が空乏化していること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second SiC layer is depleted when the potential difference between the first SiC layer and the gate electrode is zero.
【請求項4】前記第3のSiC層の膜厚が30nm以上
であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the third SiC layer is 30 nm or more.
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