JP2011023757A - 炭化ケイ素半導体装置および炭化ケイ素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1伝導型の高濃度炭化ケイ素基板(1)表面上に形成されている第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる第1の堆積膜(2)が形成されている。前記第1の堆積膜(2)上に選択的に切り欠かれている第1の領域を有する第2伝導型の高濃度ゲート領域からなる第2の堆積膜(31)と、前記第2の堆積膜(31)上に選択的に切り欠かれている前記第1の領域より幅が広い第2の領域と前記第1伝導型の高濃度ソース領域(5)と第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)からなる第3の堆積膜(32)とが形成されている。そして、第1伝導型の低濃度ベース領域(4)は、前記第1の堆積膜(2)に接し、前記第1の領域および第2の領域に形成されている。その結果、低いオン抵抗、且つ高耐圧の炭化ケイ素縦型MOSFETを実現する
【選択図】図1
Description
また、本発明は、低濃度p型堆積膜に設けられた第2の領域の幅が前記高濃度p+ 型堆積膜に設けられた第1の領域より広くなっているため、その部分からの抵抗成分が小さくなり、オン抵抗が低減される。
この発明の他の目的、その他の特徴は、添付の図面に基づく以下の詳しい説明で明らかにする。
本発明によれば、低濃度p型堆積膜内に形成された低濃度のゲート領域を有する炭化ケイ素縦型MOSFETを高耐圧化することができ、低いオン抵抗、かつ高耐圧の炭化ケイ素縦型MOSFETの製造が可能となる。
第1図は本発明にかかる第1実施例である炭化ケイ素縦型MOSFETの単位セルを説明するための模式断面図である。第1図において、たとえば、1×1018cm-3の窒素がドーピングされた厚さ300μmの(0001)面を有する高濃度n+ 型基板1表面上には、たとえば、5×1015cm-3の窒素がドーピングされた厚さ10μmの低濃度n型ドリフト層2が堆積されている。
第8図は、本発明の第4実施例である炭化ケイ素縦型MOSFETを説明するための模式断面図である。第4実施例は、前記第1実施例ないし第3実施例の図中で使用した番号を同じ部分に使用する。第4実施例は、ゲート構造を除き、基本的な構造は、実施例1に示した第1図と同じである。実施例1と異なる点は、低濃度n型ベース領域4表面上に、ゲート電極7が除かれた部分を有し、ゲート絶縁膜6上に、層間絶縁膜8が直接堆積されていることである。前記ゲート構造は、実施例2の構造に対しても適用でき、効果も同様である。
第9図は、本発明の第5実施例である炭化ケイ素縦型MOSFETを説明するための模式断面図である。第5実施例は、第1図に示された第1実施例における凹部41がない点、および低濃度n型不純物からなる埋め込みチャネル領域91を設けた点で異なっている。前記埋め込みチャネル領域91は、窒素イオンがたとえば、1×1017cm-3で、その深さが0.2μmとした。前記第5実施例の動作は、第1図における第1実施例とほぼ同じであった。また、第5実施例は、前記. 1実施例ないし第4実施例とともに、適用することもできる。
本発明の炭化ケイ素半導体装置において、チャネル移動度を向上させ、かつ低いオン抵抗と同時に高耐圧を達成した理由をさらに詳述する。
Claims (22)
- 第1伝導型の高濃度炭化ケイ素基板(1)表面上に形成されている第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる第1の堆積膜(2)と、
前記第1の堆積膜(2)上に選択的に切り欠かれている第1の領域を有する第2伝導型の高濃度ゲート領域からなる第2の堆積膜(31)と、
前記第2の堆積膜(31)上に選択的に切り欠かれている前記第1の領域と比べ幅が同じもしくは広い第2の領域と第1伝導型の高濃度ソース領域(5)と第2伝導型の低濃度ゲート領域からなる第3の堆積膜(32)と、
前記第1の堆積膜(2)に接し、前記第1の領域および第2の領域に形成されている第1伝導型の低濃度ベース領域(4)と、
少なくとも前記第3の堆積膜(32)の表面上に形成されたゲート絶縁膜(6)と、
前記ゲート絶縁膜(6)を介して形成されたゲート電極(7)と、
前記第1伝導型の炭化ケイ素基板の裏面に低抵抗接続されたドレイン電極(10)と、
前記第1伝導型の高濃度ソース領域(5)および第2伝導型の低濃度ゲート領域(32)の一部に低抵抗接続されているソース電極(9)と、
からなり、
前記第3の堆積膜(32)の厚さは、0.2μm〜0.7μmの範囲にあり、かつ、前記第3の堆積膜(32)内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)において、前記ゲート絶縁膜(6)と接する部分の不純物濃度は、1×1015cm-3より高濃度で、1×1016cm-3より低濃度であることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置。 - 前記第1伝導型の低濃度ベース領域(4)における上面には、前記ゲート絶縁膜(6)と接する部分の少なくとも一部に凹部(41)が設けられていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の低濃度ベース領域(4)の不純物濃度は、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域(31)の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求の範囲第1項または請求の範囲第2項の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第3の堆積膜(32)内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)において、前記ゲート絶縁膜(6)と接する部分の不純物濃度は、2×1016cm-3以下であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第3項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第3の堆積膜(32)内に選択的に形成された前記第1伝導型の低濃度ベース領域(4)の不純物濃度は、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域(31)と接する部分において、4×1016cm-3以下であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第4項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第2伝導型の高濃度ゲート領域(31)は、第1の堆積膜(2)上に形成された炭化ケイ素からなる第2の堆積膜(31)であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第5項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第3の堆積膜(32)上に形成されたゲート絶縁膜(6)は、少なくとも前記第3の堆積膜(32)内に選択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域(4)上において
、他の部分より厚くなっている部分を有することを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第6項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。 - 前記第3の堆積膜(32)内に選択的に形成された第1伝導型のベース領域(4)の表面上において、ゲート電極(7)は、少なくとも一部が除かれていることを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第7項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の炭化ケイ素基板(1)表面の結晶学的面指数は、(11−20)面に対して平行な面であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第9項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の炭化ケイ素基板(1)表面の結晶学的面指数は、(000−1)面に対して平行な面であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第9項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)内の前記ゲート絶縁膜(6)と接する部分には、第1伝導型の埋め込みチャネル領域(91)を有することを特徴とする請求の範囲第1項乃至請求の範囲第10項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 第1伝導型の高濃度炭化ケイ素基板(1)表面上に形成されている第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる下部堆積膜(2)と、
前記第1伝導型の低濃度炭化ケイ素が残されている第1の領域を有するように
前記下部堆積膜(2)内に選択的に形成された第2伝導型の高濃度ゲート領域(31)と、
前記下部堆積膜(2)上に選択的に前記第1の領域と比べ幅が同じか広い第2領域からなる第1伝導型の低濃度ベース領域(4)と、前記第1伝導型の高濃度ソース領域(5)と、第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)とからなる上部堆積膜(32)と、
少なくとも前記上部堆積膜(32)の表面上に形成されたゲート絶縁膜(6)と、
前記ゲート絶縁膜(6)を介して形成されたゲート電極(7)と、
前記第1伝導型の炭化ケイ素基板(1)の裏面に低抵抗接続されたドレイン電極(10)と、
前記第1伝導型の高濃度ソース領域(5)および第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)の一部に低抵抗接続されているソース電極(9)と、
からなり、
前記上部堆積膜(32)の厚さは、0.2μm〜0.7μmの範囲にあり、かつ、前記上部堆積膜(32)内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)において、前記ゲート絶縁膜(6)と接する部分の不純物濃度は、1×1015cm-3より高濃度で、1×1016cm-3より低濃度であることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置。 - 前記第1伝導型の低濃度ベース領域(4)の不純物濃度は、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域(31)の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求の範囲第12項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記上部堆積膜(32)内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)において、前記ゲート絶縁膜(6)と接する部分の不純物濃度は、2×1016cm-3以下であることを特徴とする請求の範囲第12項または請求の範囲第13項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記上部堆積膜(32)は、炭化ケイ素からなることを特徴とする請求の範囲第12項乃至請求の範囲第14項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記上部堆積膜(32)上に形成されたゲート絶縁膜(6)は、少なくとも前記上部堆積膜(32)内に選択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域(4)上において、他の部分より厚くなっている部分を有することを特徴とする請求の範囲第12項乃至請求の範囲第15項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記上部堆積膜(32)内に選択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域(4)の表面上において、ゲート電極(7)は、少なくとも一部が除かれていることを特徴とする請求の範囲第12項乃至請求の範囲第16項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の炭化ケイ素基板(1)表面の結晶学的面指数は、(11−20)面に対して平行な面であることを特徴とする請求の範囲第12項乃至請求の範囲第17項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の炭化ケイ素基板(1)表面の結晶学的面指数は、(000−1)面に対して平行な面であることを特徴とする請求の範囲第12項乃至請求の範囲第18項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)内の前記ゲート絶縁膜(6)と接する部分には、第1伝導型の埋め込みチャネル領域(91)を有することを特徴とする請求の範囲第12項乃至請求の範囲第19項のいずれか1項記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 第1伝導型の高濃度炭化ケイ素基板(1)表面上に第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる第1の堆積膜(2)を形成する工程と、
前記第1の堆積膜(2)上に前記第2伝導型の高濃度領域が選択的に欠除した第1の領域を有する第2の堆積膜(31)を形成する工程と、
前記第2の堆積膜(31)上および前記第2の堆積膜(31)が選択的に欠除した第1の領域に形成された第2伝導型の低濃度領域からなる第3の堆積膜(32)を形成する工程と、
前記第3の堆積膜(32)に選択的に前記第1の領域に比べ幅が同じもしくはを広くした第2の領域が形成されるように、前記第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる第1の堆積膜(2)に接し、前記第1の領域および第2の領域に第1伝導型の低濃度ベース領域(4)を形成し、また、前記第3の堆積膜(32)に選択的に第1伝導型の高濃度炭化ケイ素からなるソース領域(5)を形成する工程と、
少なくとも前記第3の堆積膜(32)の表面上にゲート絶縁膜(6)を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜(6)を介してゲート電極(7)を形成する工程と、
前記第1伝導型の炭化ケイ素基板(1)の裏面に低抵抗接続されるドレイン電極(10)を形成する工程と、
前記第1伝導型の高濃度ソース領域(5)および第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)の一部に低抵抗接続されるソース電極(9)を形成する工程と、
前記第1の堆積膜(2)上に前記第2の堆積膜(31)を形成する工程と、
前記第2の堆積膜(31)表面から前記第1の堆積膜(2)に達するトレンチ溝(41)を形成する工程と、
前記第2の堆積膜(31)および前記トレンチ溝(41)の上に第3の堆積膜(32)を形成する工程と、
前記第3の堆積膜(32)内に前記第1伝導型の低濃度ベース領域(4)を形成するために選択的に第1伝導型の不純物イオン注入を行う工程と、
を有することを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 第1伝導型の高濃度炭化ケイ素基板(1)表面上に第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる下部堆積膜(2)を形成する工程と、
前記下部堆積膜(2)中に第2伝導型の不純物領域(31)を形成する工程と、
前記第2伝導型の不純物領域(31)が形成されている下部堆積膜(2)上に第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)となる上部堆積膜(32)を形成する工程と、
前記上部堆積膜(32)に第1伝導型の高濃度ソース領域(5)を形成する工程と、
前記上部堆積膜(32)に前記下部堆積膜(2)に接する第1伝導型の低濃度ベース領域(4)を形成する工程と、
少なくとも前記上部堆積膜(32)の表面上にゲート絶縁膜(6)を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜(6)を介してゲート電極(7)を形成する工程と、
前記第1伝導型の炭化ケイ素基板(1)の裏面に低抵抗接続されるドレイン電極(10)を形成する工程と、
前記第1伝導型の高濃度ソース領域(5)および第2伝導型の低濃度ゲート領域(11)の一部に低抵抗接続されるソース電極(9)を形成する工程と、
前記低濃度炭化ケイ素からなる下部堆積膜(2)に高濃度の第2伝導型の不純物イオン注入により形成し、その上に上部堆積膜(32)を形成する工程と、
前記上部堆積膜(32)内に前記第1伝導型の低濃度ベース領域(4)を形成するために選択的に第1伝導型の不純物イオン注入を行う工程と、
を有することを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
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