JP2006524433A5

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Publication number: JP2006524433A5
Application number: JP2006508775A
Authority: JP
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2024-02-19

Claims

第１の伝導型炭化珪素層の中に、第１の伝導型のソース領域および前記第１の伝導型と反対の第２の伝導型の埋込み炭化珪素領域を形成するための第１の窓と、第２の伝導型のウェル領域を形成するための第２の窓とを設けるために、単一のマスク層を連続的にパターン形成するステップを含むことを特徴とする炭化珪素パワーデバイスの製造方法。
前記単一のマスク層の第１の窓を利用して前記ソース領域および前記埋込み炭化珪素領域を形成するステップと、次いで
前記マスク層の第２の窓を利用して前記ウェル領域を形成するステップであって、前記第２の窓は前記第１の窓を有する前記単一のマスク層を引き続いてパターン形成することによって設けられることと、
をさらに含むこと特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第１の伝導型はｎ型炭化珪素であり、前記第２の伝導型はｐ型炭化珪素であり、さらに前記埋込み炭化珪素領域は埋込みｐ型炭化珪素領域を含み、前記ウェル領域はｐウェル領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
単一のマスク層を連続的にパターン形成する前記ステップ、前記ソース領域および前記埋込みｐ型炭化珪素領域を形成する前記ステップ、ならびに前記ｐウェル領域を形成するステップは、
前記単一のマスク層を前記第１のｎ型炭化珪素層の第１の表面の上に形成するステップと、
第１の注入マスクを設けるために前記単一のマスク層をパターン形成するステップであって、前記第１の注入マスクは、前記炭化珪素パワーデバイスの前記ソース領域に対応する少なくとも１つの窓を有することと、次いで
ｎ型ソース領域を設けるために、前記少なくとも１つの窓を有する前記第１の注入マスクを利用してｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｎ型ソース領域は、前記第１のｎ型炭化珪素層の前記第１の表面に達して、前記第１のｎ型炭化珪素層よりも高いキャリア濃度を有することと、
前記ｎ型ソース領域に隣接して前記埋込みｐ型領域を設けるために、前記少なくとも１つの窓を有する前記第１の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記埋込みｐ型領域は、前記ｎ型ソース領域の深さよりも深い前記第１のｎ型炭化珪素層の中の深さに配置されることと、次いで
第２の注入マスクを設けるために前記第１の注入マスクをエッチングするステップであって、前記第２の注入マスクは、前記ｐウェル領域に対応する少なくとも１つの窓に対応し、かつ前記エッチングによって拡幅された前記第１の注入マスクの前記少なくとも１つの窓に対応する少なくとも１つの窓を有することと、次いで、
前記ｐウェル領域を設けるために前記第２の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｐウェル領域は前記ｐ型埋込み領域に達することと、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
ソース領域、埋込みｐ型炭化珪素領域、およびｐウェル領域を形成するための第１および第２の窓を設けるために単一のマスク層を連続的にパターン形成することは、第１のｎ型炭化珪素層の中に、ソース領域、埋込みｐ型炭化珪素、ｐウェル領域、および、閾値調整領域を形成するための窓を設けるために単一のマスク層を連続的にパターン形成することを含み、
前記マスク層の第３の窓を利用して前記閾値調整領域を形成するステップであって、前記第３の窓は、前記第２の窓を有する前記マスク層を引き続いてエッチングすることによって設けられることをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
単一のマスク層を連続的にパターン形成する前記ステップ、前記ソース領域および前記埋込みｐ型炭化珪素領域を形成する前記ステップ、ならびに前記ｐウェル領域を形成するステップは、
前記単一のマスク層を第１のｎ型炭化珪素層の上に形成するステップと、
第１の注入マスクを設けるために前記単一のマスク層をパターン形成するステップであって、前記第１の注入マスクは、前記炭化珪素パワーデバイスの前記ソース領域に対応する少なくとも１つの窓を有していることと、次いで
ｎ型ソース領域を設けるために前記少なくとも１つの窓を有する前記第１の注入マスクを利用してｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｎ型ソース領域は、前記第１のｎ型炭化珪素層の第１の表面に達して、前記第１のｎ型炭化珪素層よりも高いキャリア濃度を有していることと、
前記ｎ型ソース領域に隣接して前記埋込みｐ型領域を設けるために、前記第１の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｐ型ドーパントは、ｎ型ソース領域を設けるために前記少なくとも１つの窓を有する前記第１の注入マスクを利用して前記ｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するために利用された注入エネルギーよりも高い注入エネルギーを利用して注入されることと、次いで
第２の注入マスクを設けるために前記第１の注入マスクをエッチングするステップであって、前記第２の注入マスクは、前記ｐウェル領域に対応し、かつ前記エッチングによって拡幅された前記第１の注入マスクの前記少なくとも１つの窓に対応する少なくとも１つの窓を有していることと、次いで
前記ｐウェル領域を設けるために前記第２の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｐ型ドーパントは、前記ｐウェル領域が前記ｐ型埋込み領域に達するような注入エネルギーを利用して注入されることと、
を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
前記ｐウェル領域を設けるために前記第２の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入する前記ステップは、前記埋込みｐ型炭化珪素層のキャリア濃度よりも低い前記ｐウェル領域のキャリア濃度が備わるように、前記第２の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
前記ｐウェル領域を設けるために前記第２の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入する前期ステップの後に、
第３の注入マスクを設けるために前記第２の注入マスクをエッチングするステップであって、前記第３の注入マスクは、閾値調整領域に対応し、かつ前記エッチングによって拡幅された前記第２の注入マスクの前記少なくとも１つの窓に対応する少なくとも１つの窓を有することと、次いで
前記閾値調整領域を設けるために前記第３の注入マスクを利用してｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップと、
が続くことを特徴とする請求項６に記載の方法。
前記閾値調整領域を設けるために前記第３の注入マスクを利用してｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入する前記ステップは、前記第３の注入マスクを利用してｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中へ約０．０１μｍから約０．５μｍの深さまで前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記第３の注入マスクを除去するステップと、
第４の注入マスクを形成するステップであって、前記第４の注入マスクは、前記ソース領域内側で前記第１のｎ型炭化珪素層の前記第１の表面を露出させる窓を設けるためにパターン形成されることと、
ｐ型炭化珪素プラグ領域を設けるために前記第４の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを注入するステップであって、前記プラグ領域は、前記第１のｎ型炭化珪素層の中に延びて前記ｐ型埋込み領域に接触することと、
ゲート酸化膜を前記第１のｎ型炭化珪素層の前記第１の表面の上に形成するステップと、
ゲート接点を前記ゲート酸化膜の上に形成するステップと、
ソース接点を前記ソース領域および前記プラグ領域の上に形成するステップと、
ドレイン接点を前記第１の表面に対向する前記第１のｎ型炭化珪素層の上に形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
第２のｎ型炭化珪素層を前記第１の表面に対向する前記第１のｎ型炭化珪素層の表面の上に形成するステップであって、前記第２のｎ型炭化珪素層は、前記第１のｎ型炭化珪素層のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有することをさらに含むこと特徴とする請求項１０に記載の方法。
第１の伝導型炭化珪素層の中に、第１の伝導型のソース領域、前記第１の伝導型と反対の第２の伝導型の埋込み炭化珪素領域、および第２の伝導型のウェル領域を形成するための窓を設けるために、単一のマスク層を連続的にパターン形成するステップを備える炭化珪素パワーデバイスの製造方法であって、
前記第１の伝導型はｎ型炭化珪素であり、前記第２の伝導型はｐ型炭化珪素であり、さらに、前記埋込み炭化珪素領域は埋込みｐ型炭化珪素領域を含み、前記ウェル領域はｐウェル領域を含み、
マスク層を連続的にパターン形成する前記ステップ、前記ソース領域および前記埋込みｐ型炭化珪素領域を形成するステップ、ならびに前記ｐウェル領域を形成するステップは、
前記マスク層を第１のｎ型炭化珪素層の上に形成するステップと、
第１の注入マスクを設けるために前記マスク層をパターン形成するステップであって、前記第１の注入マスクは、前記炭化珪素パワーデバイスのソース領域に対応する少なくとも１つの窓を有していることと、次いで
ｎ型ソース領域を設けるために前記第１の注入マスクを利用してｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｎ型ソース領域は、前記第１のｎ型炭化珪素層の第１の表面に達して、前記第１のｎ型炭化珪素層よりも高いキャリア濃度を有していることと、
前記ｎ型ソース領域に隣接して前記埋込みｐ型領域を設けるために、前記第１の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｐ型ドーパントは、ｎ型ソース領域を設けるために前記第１の注入マスクを利用して前記ｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するために利用された注入エネルギーよりも高い注入エネルギーを利用して注入されることと、
第２の注入マスクを設けるために前記第１の注入マスクをエッチングするステップであって、前記第２の注入マスクは、ｐウェル領域に対応し、かつ前記エッチングによって拡幅された前記第１の注入マスクの前記少なくとも１つの窓に対応する少なくとも１つの窓を有していることと、次いで
前記ｐウェル領域を設けるために前記第２の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｐ型ドーパントは、前記ｐウェル領域が前記ｐ型埋込み領域に達するような注入エネルギーを利用して注入されることと、
第３の注入マスクを設けるために前記第２の注入マスクをエッチングするステップであって、前記第３の注入マスクは、閾値調整領域に対応し、かつ前記エッチングによって拡幅された前記第２の注入マスクの前記少なくとも１つの窓に対応する少なくとも１つの窓を有していることと、次いで
前記閾値調整領域を設けるために前記第３の注入マスクを利用してｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップと、次いで
前記第３の注入マスクを除去するステップと、
ｎ型炭化珪素エピタキシャル層を前記第１のｎ型炭化珪素層の前記第１の表面の上に形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
ｎ型炭化珪素エピタキシャル層を形成する前記ステップの前に、
第４の注入マスクを形成するステップであって、前記第４の注入マスクは、前記ソース領域内側で前記ｎ型炭化珪素エピタキシャル層の一部を露出させる窓を設けるためにパターン形成されることと、
ｐ型炭化珪素プラグ領域を設けるために前記第４の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを注入するステップであって、前記プラグ領域は、前記第１のｎ型炭化珪素層の中に延びて前記ｐ型埋込み領域に接触することと、
前記注入されたドーパントを活性化するステップと、
が先行し、
ｎ型炭化珪素エピタキシャル層を形成する前記ステップの後には、
ゲート酸化膜をｎ型炭化珪素エピタキシャル層の上に形成するステップと、
ゲート接点を前記ゲート酸化膜の上に形成するステップと、
ソース接点を前記ソース領域および前記プラグ領域の上に形成するステップと、
ドレイン接点を前記第１の表面に対向する前記第１のｎ型炭化珪素層の上に形成するステップと、
が続くことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記第１の表面に対向する前記第１のｎ型炭化珪素層の表面の上に、第２のｎ型炭化珪素層を形成するステップであって、前記第２のｎ型炭化珪素層は、前記第１のｎ型炭化珪素層のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有することをさらに含むこと特徴とする請求項１３に記載の方法。
第１の伝導型炭化珪素層の中に、第１の伝導型のソース領域および前記第１の伝導型と反対の第２の伝導型の埋込み炭化珪素領域を形成するための第１の窓、ならびに、第２の伝導型のウェル領域を形成するための第２の窓を設けるために、単一のマスク層を連続的にパターン形成するステップを備える炭化珪素パワーデバイスの製造方法であって、
前記第１の伝導型はｎ型炭化珪素であり、前記第２の伝導型はｐ型炭化珪素であり、さらに、前記埋込み炭化珪素領域は埋込みｐ型炭化珪素領域を含み、前記ウェル領域はｐウェル領域を含み、
マスク層を連続的にパターン形成する前記ステップ、前記ソース領域および前記埋込みｐ型炭化珪素領域を形成するステップ、ならびに前記ｐウェル領域を形成するステップは、
前記マスク層を第１のｎ型炭化珪素層の上に形成するステップと、
第１の注入マスクを設けるために前記マスク層をパターン形成するステップであって、前記第１の注入マスクは前記炭化珪素パワーデバイスの前記ソース領域に対応する少なくとも１つの窓を有することと、次いで
ｎ型ソース領域を設けるために前記第１の注入マスクを利用してｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｎ型ソース領域は、前記第１のｎ型炭化珪素層の第１の表面に達して、前記第１のｎ型炭化珪素層よりも高いキャリア濃度を有することと、
前記ｎ型ソース領域に隣接して前記埋込みｐ型領域を設けるために、前記第１の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｐ型ドーパントは、ｎ型ソース領域を設けるために前記第１の注入マスクを利用して前記ｎ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するために利用された注入エネルギーよりも高い注入エネルギーを利用して注入されることと、次いで
第２の注入マスクを設けるために前記第１の注入マスクをエッチングするステップであって、前記第２の注入マスクは、前記ｐウェル領域に対応し、かつ前記エッチングによって拡幅された前記第１の注入マスクの前記少なくとも１つの窓に対応する少なくとも１つの窓を有することと、次いで
前記ｐウェル領域を設けるために前記第２の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを前記第１のｎ型炭化珪素層の中に注入するステップであって、前記ｐ型ドーパントは、前記ｐウェル領域が前記ｐ型埋込み領域まで達するような注入エネルギーを利用して注入されることと、次いで、
前記第２の注入マスクを除去するステップと、
ｎ型炭化珪素エピタキシャル層を前記第１のｎ型炭化珪素層の前記第１の表面の上に形成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
ｎ型炭化珪素エピタキシャル層を形成する前記ステップの前に、
第３の注入マスクを形成するステップであって、前記第３の注入マスクは、前記ソース領域内側で前記ｎ型炭化珪素エピタキシャル層の一部を露出させる窓を設けるためにパターン形成されることと、
ｐ型炭化珪素プラグ領域を設けるために前記第３の注入マスクを利用してｐ型ドーパントを注入するステップであって、前記プラグ領域は、前記第１のｎ型炭化珪素層の中へ延びて前記ｐ型埋込み領域に接触することと、
前記埋め込まれたドーパントを活性化するステップと、
が先行し、
ｎ型炭化珪素エピタキシャル層を形成する前記ステップの後には、
ゲート酸化膜をｎ型炭化珪素エピタキシャル層の上に形成するステップと、
ゲート接点を前記ゲート酸化膜の上に形成するステップと、
ソース接点を前記ソース領域および前記プラグ領域の上に形成するステップと、
ドレイン接点を前記第１の表面に対向する前記第１のｎ型炭化珪素層の上に形成するステップと、
が続くことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
第２のｎ型炭化珪素層を前記第１の表面に対向する前記第１のｎ型炭化珪素層の表面の上に形成するステップであって、前記第２のｎ型炭化珪素層は、前記第１のｎ型炭化珪素層のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有することをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
第１の伝導型を有する第１の炭化珪素層と、
前記第１の炭化珪素層の中にあって前記第１の伝導型を有するソース領域であって、前記ソース領域は、前記第１の炭化珪素層のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有し、前記第１の炭化珪素層の第１の表面に達することと、
前記ソース領域の底部に隣接し、前記ソース領域の深さよりも深い前記第１の炭化珪素層の中の深さで、前記第１の炭化珪素層の中にある第２の伝導型の炭化珪素の埋込み領域と、
前記ソース領域外側の前記第１の炭化珪素層の中にあって、前記第１の炭化珪素層の前記第１の表面に向かって延びている前記第２の伝導型の炭化珪素のウェル領域であって、前記ウェル領域は、前記埋込み領域のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有することと、
前記ウェル領域に対向する前記ソース領域の内部側にあって、前記第１の炭化珪素層の前記第１の表面に達している前記第２の伝導型の炭化珪素のプラグ領域と、
前記第１の炭化珪素層の中にあって前記ソース領域から延びる第１の伝導型炭化珪素の閾値調整領域であって、前記閾値調整領域は前記ウェル領域と前記炭化珪素の第１の層の前記第１の面との間に配置されていることと、
前記第１の炭化珪素層、前記ウェル領域、および前記ソース領域の上にあるゲート酸化膜と、
前記ゲート酸化膜の上のゲート接点と、
前記プラグ領域および前記ソース領域の上のソース接点と、
前記第１の炭化珪素層の前記第１の表面に対向する前記第１の炭化珪素層の上のドレイン接点と、
を備えることを特徴とする炭化珪素パワー半導体デバイス。
前記ソース領域は、前記第１の伝導型のドーパントと、前記第１の伝導型とは反対の第２の伝導型のドーパントとを有することを特徴とする請求項１８に記載の炭化珪素パワー半導体デバイス。
前記第１の伝導型はｎ型であり、前記第２の伝導型はｐ型であることを特徴とする請求項１８に記載の炭化珪素パワー半導体デバイス。
前記閾値調整領域は、前記炭化珪素の第１の層の中へ約０．０１μｍから約０．５μｍの深さまで達し、約１０ ^１５から約１０ ^１９ｃｍ ^−３のキャリア濃度を有することを特徴とする請求項１８に記載の炭化珪素パワー半導体デバイス。
第１の伝導型を有する第１の炭化珪素層と、
前記第１の炭化珪素層の中にある前記第１の伝導型を有するソース領域であって、前記ソース領域は、前記第１の炭化珪素層のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有し、前記第１の炭化珪素層の第１の表面に達し、前記ソース領域は、前記第１の伝導型のドーパントおよび前記第１の伝導型とは反対の第２の伝導型のドーパントを有することと、
前記第１の炭化珪素層にあり、前記ソース領域の底部に隣接し、前記ソース領域の深さよりも深い前記第１の炭化珪素層の中の深さにある前記第２の伝導型の炭化珪素の埋込み領域と、
前記ソース領域外側の前記第１の炭化珪素層の中にあって前記第１の炭化珪素層の前記第１の表面に向かって延びる前記第２の伝導型の炭化珪素のウェル領域であって、前記ウェル領域は、前記埋込み領域のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有することと、
前記ウェル領域に対向する前記ソース領域の内部側にあって前記第１の炭化珪素層の前記第１の面に達する前記第２の伝導型の炭化珪素のプラグ領域と、
前記第１の炭化珪素層、前記ウェル領域、および前記ソース領域の上にあるゲート酸化膜と、
前記第１の炭化珪素層の前記第１の面の上で、前記ゲート酸化膜と前記第１の炭化珪素層との間にある第１の炭化珪素エピタキシャル層と、
前記ゲート酸化膜の上のゲート接点と、
前記プラグ領域および前記ソース領域の上のソース接点と、
前記第１の炭化珪素層の前記第１の表面に対向する前記第１の炭化珪素層の上のドレイン接点と、
を備えることを特徴とする炭化珪素パワー半導体デバイス。
前記第１の炭化珪素層は、約６μｍから約２００μｍの厚みと、約１×１０ ^１４から約５×１０ ^１６ｃｍ ^−３のキャリア濃度とを有することを特徴とする請求項２２に記載の炭化珪素パワー半導体デバイス。
前記第１の炭化珪素層の中にあって前記ソース領域から延びる第１の伝導型炭化珪素の閾値調整領域であって、前記閾値調整領域は、前記ウェル領域と前記炭化珪素の第１の層の前記第１の面との間に配置されること、をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の炭化珪素パワー半導体デバイス。
前記閾値調整領域は、前記第１の炭化珪素層の中へ約０．０１μｍから約０．５μｍの深さまで達して、約１０ ^１５から約１０ ^１９ｃｍ ^−３のキャリア濃度を有し、さらに前記第１の炭化珪素層は、約６から約２００μｍの厚みを有して、約１×１０ ^１４から約５×１０ ^１６ｃｍ ^−３のキャリア濃度を有することを特徴とする請求項２４に記載の炭化珪素パワー半導体デバイス。
前記炭化珪素の第１の層と前記ドレイン接点との間に配置された前記第１の伝導型の炭化珪素の第２の層であって、前記炭化珪素の第２の層は、前記炭化珪素の第１の層よりも高いキャリア濃度を有すること、をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の炭化珪素パワー半導体デバイス。