JP2018107336A - スイッチング素子 - Google Patents

スイッチング素子 Download PDF

Info

Publication number
JP2018107336A
JP2018107336A JP2016253898A JP2016253898A JP2018107336A JP 2018107336 A JP2018107336 A JP 2018107336A JP 2016253898 A JP2016253898 A JP 2016253898A JP 2016253898 A JP2016253898 A JP 2016253898A JP 2018107336 A JP2018107336 A JP 2018107336A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
body layer
type semiconductor
insulating film
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016253898A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6616280B2 (ja
Inventor
山田　哲也
Tetsuya Yamada
哲也 山田
峰司 大川
Mineji Okawa
峰司 大川
朋彦 森
Tomohiko Mori
朋彦 森
上田　博之
Hiroyuki Ueda
博之 上田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2016253898A priority Critical patent/JP6616280B2/ja
Priority to US15/833,938 priority patent/US10312362B2/en
Priority to BR102017026277-4A priority patent/BR102017026277B1/pt
Priority to RU2017142945A priority patent/RU2665798C1/ru
Priority to MYPI2017704728A priority patent/MY191814A/en
Priority to TW106143067A priority patent/TWI664729B/zh
Priority to EP17206608.6A priority patent/EP3352203B1/en
Priority to CA2988371A priority patent/CA2988371C/en
Priority to CN201711384307.6A priority patent/CN108321204B/zh
Priority to KR1020170177063A priority patent/KR101987562B1/ko
Publication of JP2018107336A publication Critical patent/JP2018107336A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6616280B2 publication Critical patent/JP6616280B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/2654—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in AIIIBV compounds
    • H01L21/26546—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in AIIIBV compounds of electrically active species
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H01L21/30612—Etching of AIIIBV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/308—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76805—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics the opening being a via or contact hole penetrating the underlying conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76895—Local interconnects; Local pads, as exemplified by patent document EP0896365
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76897—Formation of self-aligned vias or contact plugs, i.e. involving a lithographically uncritical step
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/535—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including internal interconnections, e.g. cross-under constructions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
    • H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66522—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with an active layer made of a group 13/15 material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

【課題】 ゲート絶縁膜に印加される電界をより効果的に緩和することができるスイッチング素子を提供する。【解決手段】 スイッチング素子であって、半導体基板と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極 を有する。半導体基板が、第１ｎ型半導体層と、エピタキシャル層により構成されているｐ型のボディ層と、ボディ層によって第１ｎ型半導体層から分離されている第２ｎ型半導体層を有する。ゲート絶縁膜が、第１ｎ型半導体層の表面とボディ層の表面と第２ｎ型半導体層の表面に跨る範囲を覆っている。ゲート電極が、ゲート絶縁膜を介して、ボディ層に対向している。第１ｎ型半導体層とボディ層との界面が、ボディ層の端部から離れるにしたがってボディ層の深さが深くなるように傾斜した傾斜面を有する。傾斜面が、ゲート電極の下部に配置されている。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、スイッチング素子に関する。
特許文献１に、第１ｎ型半導体層（ドリフト領域）と、ｐ型のボディ層と、第２ｎ型半導体層（ソース領域）を有するスイッチング素子が開示されている。第２ｎ型半導体層は、ボディ層によって第１ｎ型半導体層から分離されている。第１ｎ型半導体層と第２ｎ型半導体層とを分離している範囲のボディ層に対して、ゲート電極がゲート絶縁膜を介して対向している。このスイッチング素子では、第１ｎ型半導体層とボディ層との界面が、ボディ層の端部から離れるにしたがってボディ層の深さが深くなるように傾斜した傾斜面を有する。傾斜面は、ゲート電極の下部に配置されている。
特開２００９−１４７３８１号公報
本願発明者らの研究により、ゲート電極の下部のボディ層と第１ｎ型半導体層の界面に傾斜面を設けることで、ゲート絶縁膜に印加される電界を緩和することができることが判明した。
上述した特許文献１のスイッチング素子では、ゲート電極の下部のボディ層と第１ｎ型半導体層の界面に傾斜面を設けられている。但し、特許文献１では、ボディ層が拡散層によって構成されている。拡散層によってボディ層が構成されている場合、ボディ層側から第１ｎ型半導体層側に向かって不純物の拡散が生じるので、傾斜面が第１ｎ型半導体層側に凸となるように湾曲した形状となる。このように傾斜面が湾曲すると、傾斜面が狭くなり、ゲート絶縁膜に印加される電界を緩和する効果が小さくなる。したがって、本明細書では、ゲート絶縁膜に印加される電界をより効果的に緩和することができるスイッチング素子を提供する。
本明細書が開示するスイッチング素子は、半導体基板と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極 を有する。前記半導体基板が、前記半導体基板の表面に露出している第１ｎ型半導体層と、前記半導体基板の前記表面に露出しているエピタキシャル層により構成されているｐ型のボディ層と、前記半導体基板の前記表面に露出しており、前記ボディ層によって前記第１ｎ型半導体層から分離されている第２ｎ型半導体層を有する。前記ゲート絶縁膜が、前記第１ｎ型半導体層の表面と、前記第１ｎ型半導体層と前記第２ｎ型半導体層の間の前記ボディ層の表面と、前記第２ｎ型半導体層の表面に跨る範囲を覆っている。前記ゲート電極が、前記ゲート絶縁膜を介して、前記第１ｎ型半導体層と前記第２ｎ型半導体層の間の前記ボディ層に対向している。前記第１ｎ型半導体層と前記ボディ層との界面が、前記ボディ層の端部から離れるにしたがって前記ボディ層の深さが深くなるように傾斜した傾斜面を有する。前記傾斜面が、前記ゲート電極の下部に配置されている。
このスイッチング素子では、ゲート電極の下部のボディ層と第１ｎ型半導体層の界面に傾斜面を設けられている。また、このスイッチング素子では、ボディ層がエピタキシャル層により構成されており、ボディ層側から第１ｎ型半導体層側への不純物の拡散がほとんど生じない。したがって、このスイッチング素子の構造によれば、ボディ層と第１ｎ型半導体層の界面にほとんど湾曲していない傾斜面を設けることができ、広い傾斜面を得ることができる。したがって、この構造によれば、ゲート絶縁膜に印加される電界を効果的に緩和することができる。
実施例１のＭＯＳＦＥＴの縦断面図。 広い傾斜面を有するＭＯＳＦＥＴの電界分布を示す図。 比較例１のＭＯＳＦＥＴの電界分布を示す図。 比較例２のＭＯＳＦＥＴの電界分布を示す図。 オン抵抗を比較するグラフ。 ゲート絶縁膜に印加される電界を比較するグラフ。 実施例１のＭＯＳＦＥＴの製造工程の説明図。 実施例１のＭＯＳＦＥＴの製造工程の説明図。 実施例１のＭＯＳＦＥＴの製造工程の説明図。 実施例１のＭＯＳＦＥＴの製造工程の説明図。 実施例１のＭＯＳＦＥＴの製造工程の説明図。 実施例２のＭＯＳＦＥＴの縦断面図。 実施例２のＭＯＳＦＥＴの製造工程の説明図。
図１に示すＭＯＳＦＥＴ１０は、ＧａＮ半導体基板１２を有している。ＧａＮ半導体基板１２は、ＧａＮ（窒化ガリウム）を主成分とする半導体基板である。
ＧａＮ半導体基板１２は、複数のソース層４０、複数のボディ層４２及びドリフト層４４を有している。
各ソース層４０は、ｎ型領域であり、ＧａＮ半導体基板１２の上面１２ａに露出している。
各ボディ層４２は、ｐ型領域であり、対応するソース層４０の周囲に配置されている。各ボディ層４２は、対応するソース層４０の側面と下面を覆っている。各ボディ層４２は、ソース層４０に隣接する範囲で、ＧａＮ半導体基板１２の上面１２ａに露出している。
ドリフト層４４は、ｎ型領域であり、各ボディ層４２の下側に配置されている。また、一対のボディ層４２の間にもドリフト層４４が配置されている。以下では、ドリフト層４４のうちの一対のボディ層４２の間に位置する部分を、間隔部４４ａという。間隔部４４ａは、ＪＦＥＴ領域と呼ばれる場合がある。間隔部４４ａは、ＧａＮ半導体基板１２の上面１２ａに露出している。また、ドリフト層４４は、ＧａＮ半導体基板１２の下面１２ｂの略全域に露出している。ドリフト層４４は、各ボディ層４２によって、各ソース層４０から分離されている。
ボディ層４２とドリフト層４４の間の界面５０は、ｐｎ接合面である。ボディ層４２と間隔部４４ａの間の部分の界面５０に、傾斜面５２が設けられている。傾斜面５２は、ＧａＮ半導体基板１２の上面１２ａから斜め下方向に伸びている。傾斜面５２は、ボディ層４２の底面まで伸びている。傾斜面５２は、ボディ層４２の端部４２ａから横方向（上面１２ａと平行な方向）に沿って離れるにしたがってボディ層４２の深さ（すなわち、上面１２ａとボディ層４２の下端の間の距離）が深くなるように上面１２ａに対して傾斜している。傾斜面５２と上面１２ａの間の角度θ（ボディ層４２内で測定される角度）は、６０°未満である。ボディ層４２の底部では、界面５０が上面１２ａと略平行に伸びている。
ＧａＮ半導体基板１２の上面１２ａには、ゲート絶縁膜２８、ゲート電極２６、層間絶縁膜２４、コンタクトプラグ２２及び上部電極２０が配置されている。
ゲート絶縁膜２８は、ＧａＮ半導体基板１２の上面１２ａの一部を覆っている。ゲート絶縁膜２８は、ボディ層４２近傍のソース層４０の表面と、ソース層４０と間隔部４４ａの間のボディ層４２の表面と、間隔部４４ａの表面に跨る範囲を覆っている。各ボディ層４２のうち、ゲート絶縁膜２８に接する部分（すなわち、ソース層４０と間隔部４４ａの間のボディ層４２の表層部）は、チャネルが形成されるチャネル領域４２ｂである。ゲート絶縁膜２８は、例えば酸化シリコン等の絶縁体によって構成されている。
ゲート電極２６は、ゲート絶縁膜２８上に配置されている。ゲート電極２６は、ゲート絶縁膜２８を介して、ソース層４０、ボディ層４２（すなわち、チャネル領域４２ｂ）及びドリフト層４４（すなわち、間隔部４４ａ）に対向している。ゲート電極２６は、ゲート絶縁膜２８によってＧａＮ半導体基板１２から絶縁されている。
層間絶縁膜２４は、ゲート絶縁膜２８に覆われていない範囲の上面１２ａを覆っている。また、層間絶縁膜２４は、ゲート電極２６の表面を覆っている。層間絶縁膜２４は、例えば酸化シリコン等の絶縁体によって構成されている。
層間絶縁膜２４には複数のコンタクトホールが設けられており、それらのコンタクトホール内にコンタクトプラグ２２が設けられている。一部のコンタクトプラグ２２は、その下端でソース層４０に接続されており、他のコンタクトプラグ２２は、その下端でボディ層４２に接続されている。
上部電極２０は、層間絶縁膜２４上に配置されている。上部電極２０は、各コンタクトプラグ２２の上面に接している。上部電極２０は、コンタクトプラグ２２を介して、ソース層４０及びボディ層４２に接続されている。
ＧａＮ半導体基板１２の下面１２ｂには、下部電極３０が配置されている。下部電極３０は、ドリフト層４４に接続されている。
ゲート電極２６の電位をゲート閾値（ＭＯＳＦＥＴ１０をオンさせるのに必要な最小のゲート電位）以上まで高くすると、ボディ層４２のチャネル領域４２ｂに電子が引き寄せられることによって、チャネル領域４２ｂにチャネルが形成される。チャネルによって、ソース層４０とドリフト層４４が接続されることで、ソース層４０からドリフト層４４へ電子が流れる。ＭＯＳＦＥＴ１０では、チャネル領域４２ｂ（すなわち、ボディ層４２）がエピタキシャル層であるので、チャネル領域４２ｂに存在する結晶欠陥が少ない。したがって、このＭＯＳＦＥＴ１０は、オン抵抗が小さい。
また、ＭＯＳＦＥＴ１０では、チャネル領域４２ｂの下側に位置する部分の界面５０が、傾斜面５２である。このため、チャネル領域４２ｂを通過した電子が、図１の矢印１００に示すように、分散しながら下方向に流れる。これによっても、ＭＯＳＦＥＴ１０のオン抵抗が低減されている。
ゲート電極２６の電位をゲート閾値未満に低下させると、チャネルが消失し、電子の流れが停止する。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１０がオフする。ＭＯＳＦＥＴ１０がオフすると、界面５０のｐｎ接合に逆電圧（すなわち、ドリフト層４４がボディ層４２よりも高電位となる電圧）が印加される。このため、ボディ層４２からドリフト層４４に空乏層が広がり、ドリフト層４４が空乏化する。ドリフト層４４が空乏化すると、ドリフト層４４の内部に電位分布が生じる。電位分布は、ドリフト層４４及びゲート絶縁膜２８に跨って生じる。このため、ドリフト層４４とゲート絶縁膜２８に跨って、電界が印加される。
図２〜４は、ＭＯＳＦＥＴがオフしているときの電位分布をシミュレーションにより算出した結果を示している。図２〜４において、破線は、等電位線を表している。なお、図２は、実施例１を模擬した広い傾斜面５２を有するＭＯＳＦＥＴにおける電位分布を示し、図３、４は比較例１、２のＭＯＳＦＥＴにおける電位分布を示している。図３に示す比較例１のＭＯＳＦＥＴでは、界面５０が傾斜面５２を有さず、ボディ層４２と間隔部４４ａの間の界面５０が上面１２ａに対して略垂直に伸びている。図４に示す比較例２のＭＯＳＦＥＴでは、界面５０が傾斜面５２を有するが、傾斜面５２がドリフト層４４側に凸となるように湾曲しており、傾斜面５２が狭い。ボディ層４２が拡散層により構成されている場合には、不純物を注入した段階で広い傾斜面５２を設けても、不純物を活性化するときにボディ層４２からドリフト層４４側にｐ型不純物が拡散するので、傾斜面５２がドリフト層４４側に向かって湾曲する。その結果、図４のように、傾斜面５２が狭くなる。図３、４では、図２に比べて、間隔部４４ａの上部のゲート絶縁膜２８の近傍で等電位線の間隔が密になっている。図２〜４から、図２のように傾斜面５２が広いと、ゲート絶縁膜２８に印加される電界が緩和されることが分かる。
また、図５、６は、図２のＭＯＳＦＥＴと、比較例１、２（図３、４）のＭＯＳＦＥＴの特性を比較して示している。図５は、ドレイン‐ソース間電圧ＢＶと、オン抵抗の関係を示している。図６は、ドレイン‐ソース間電圧ＢＶと、酸化膜に印加される電界の関係を表している。図５から、図２のＭＯＳＦＥＴは、比較例１、２のＭＯＳＦＥＴと同等のオン抵抗が得られることが分かる。また、図６から、ドレイン‐ソース間電圧が同等である場合には、図２のＭＯＳＦＥＴでは、比較例１、２のＭＯＳＦＥＴよりもゲート絶縁膜２８に印加される電界が低いことが分かる。以上の結果から、広い傾斜面５２を有する実施例１のＭＯＳＦＥＴ１０によれば、比較例１、２のＭＯＳＦＥＴと同等のオン抵抗を得ながら、比較例１、２のＭＯＳＦＥＴよりもゲート絶縁膜２８に印加される電界を抑制することができる。
次に、実施例１のＭＯＳＦＥＴ１０の製造方法について説明する。まず、図７に示すように、ＧａＮ半導体基板１２の上面１２ａに開口６０を有するマスク５８を形成する。次に、開口６０内のＧａＮ半導体基板１２の上面をエッチングすることで、凹部６２を形成する。このとき、エッチング条件を調整して、凹部６２の側面がＧａＮ半導体基板１２の上面に対して傾斜した（より詳細には、凹部６２の端部６２ａから遠ざかるに従って凹部６２の深さが深くなるように傾斜した）傾斜面６３となるように、凹部６２を形成する。例えば、マスク５８の厚みを開口６０に近い位置ほど薄くし、ガス種、圧力、ＲＦパワー等の条件を調整してマスク５８とＧａＮ半導体基板１２のエッチングレートの差を小さくすることで、傾斜面６３を形成することができる。ここでは、傾斜面６３とＧａＮ半導体基板１２の上面の間の角度θが、６０°未満となるように、凹部６２を形成する。
次に、マスク５０を除去し、図８に示すように、エピタキシャル成長によって、ＧａＮ半導体基板１２の上面と凹部６２内に、ｐ型のＧａＮ半導体層であるボディ層４２をエピタキシャル成長させる。以下では、ドリフト層４４とボディ層４２を含むＧａＮ半導体層全体を、ＧａＮ半導体基板１２という。
次に、ＧａＮ半導体基板１２の上面（すなわち、ボディ層４２の表面）をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により研磨する。ここでは、図９に示すように、ドリフト層４４の間隔部４４ａをＧａＮ半導体基板１２の上面に露出させる。また、凹部６２内に、ボディ層４２を残存させる。
次に、図１０に示すように、ボディ層４２の一部に選択的にｎ型不純物イオンを注入することで、ソース層４０を形成する。
次に、図１１に示すように、ゲート絶縁膜２８を形成する。ゲート絶縁膜２８は、ボディ層４２近傍のソース層４０の表面と、ソース層４０と間隔部４４ａの間のボディ層４２の表面と、間隔部４４ａの表面に跨る範囲を覆うように形成される。次に、図１１に示すように、ゲート絶縁膜２８の上面全体を覆うようにゲート電極２６を形成する。その後、層間絶縁膜２４、コンタクトプラグ２２、上部電極２０及び下部電極３０を形成することで、図１のＭＯＳＦＥＴ１０が完成する。
以上に説明したように、実施例１のＭＯＳＦＥＴ１０では、ボディ層４２がエピタキシャル層である。このため、ボディ層４２を形成するときに、ボディ層４２からドリフト層４４へｐ型不純物がほとんど拡散しない。したがって、界面５０を凹部６２と略同じ形状とすることができる。このため、ボディ層４２をエピタキシャル層とすることで、傾斜面５２を所望の形状とすることができる。すなわち、ボディ層４２をエピタキシャル層とすることで、傾斜面５２の湾曲を抑制して、傾斜面５２を広くすることができる。したがって、本実施例１のＭＯＳＦＥＴ１０は、ゲート絶縁膜２８に印加される電界を効果的に緩和することができる。
図１２に示す実施例２のＭＯＳＦＥＴは、ボディ層４２と間隔部４４ａ（すなわち、ドリフト層４４）の間の界面５０が、表層部界面５３と傾斜面５２を有する点で実施例１のＭＯＳＦＥＴ１０とは異なる。実施例２のＭＯＳＦＥＴのその他の構成は、実施例１のＭＯＳＦＥＴ１０と等しい。表層部界面５３は、界面５０のうちの上面１２ａ近傍に位置する部分である。表層部界面５３と上面１２ａの間の角度θ１は、８０°以上９０°以下である。すなわち、表層部界面５３は、上面１２ａから下方向に略垂直に伸びている。傾斜面５２は、表層部界面５３の下側に配置されている。傾斜面５２の上端が、表層部界面５３の下端に接続されている。傾斜面５２は、ボディ層４２の端部４２ａから横方向に沿って離れるにしたがってボディ層４２の深さが深くなるように上面１２ａに対して傾斜している。傾斜面５２と上面１２ａの間の角度θ２は、６０°未満である。
実施例２のＭＯＳＦＥＴでは、ボディ層４２がエピタキシャル層であるので、傾斜面５２が広い。したがって、実施例２のＭＯＳＦＥＴでは、ゲート絶縁膜２８に印加される電界が緩和される。
また、実施例２のＭＯＳＦＥＴでは、傾斜面５２の上部に表層部界面５３が設けられている。このため、実施例１と実施例２とで間隔部４４ａの幅を同一とした場合において、傾斜面５２からソース層４０までの距離が実施例１よりも実施例２で長くなる。ＭＯＳＦＥＴがオンしている状態では、傾斜面５２を含む界面５０の周辺に局所的に空乏層が発生している。実施例２のＭＯＳＦＥＴでは、オン状態において傾斜面５２の周辺に生じている空乏層とソース層４０の間の距離が、実施例１のＭＯＳＦＥＴ１０よりも広くなる。このため、実施例２のＭＯＳＦＥＴでは、短チャネル効果が生じ難い。したがって、実施例２の構造によれば、短チャネル効果によるゲート閾値のばらつきを抑制することができる。
また、実施例２のように上面１２ａに対して略垂直に伸びる表層部界面５３が設けられていると、量産時されるＭＯＳＦＥＴの間において、間隔部４４ａの上面１２ａにおける幅（すなわち、実施例２において、間隔部４４ａの両側に位置する表層部界面５３の間の幅）にばらつきが生じ難い。間隔部４４ａの幅が広いと、間隔部４４ａの上部のゲート絶縁膜２８に高い電界が印加され易くなる。実施例２のＭＯＳＦＥＴの構造によれば、間隔部４４ａの幅のばらつきが抑制されるので、ゲート絶縁膜２８に印加される電界を安定して抑制することが可能となる。
実施例２のＭＯＳＦＥＴは、図１３に示す形状の凹部６２を形成し、その後、実施例１と同様の工程を実施することで製造することができる。図１３に示す形状の凹部６２は、最初に、実施例１と同様に図７のように凹部６２を形成し、その後に均一にＧａＮ半導体基板１２の厚み方向に沿ってエッチングが進行する条件で凹部６２をさらにエッチングすることで得ることができる。
なお、上述した実施例１、２では、ＭＯＳＦＥＴについて説明したが、ＩＧＢＴに本明細書に開示の技術を適用してもよい。下部電極３０とドリフト層４４の間にｐ型層を追加することで、ＩＧＢＴの構造を得ることができる。
また、上述した実施例１、２では、半導体基板としてＧａＮ半導体基板を用いた。しかしながら、ＳｉＣやＳｉを主成分とする半導体基板を有するスイッチング素子に、本明細書に開示の技術を適用してもよい。但し、本明細書に開示の技術は、ＧａＮやＳｉＣ等の不純物の拡散を制御することが困難な半導体基板を用いる場合に特に有効である。
実施例の構成要素と請求項の構成要素との関係について説明する。実施例のドリフト層４４は、第１ｎ型半導体層の一例である。実施例のソース層４０は、第２ｎ型半導体層の一例である。
本明細書が開示する技術要素について、以下に説明する。
本明細書が開示する一例のスイッチング素子では、第１ｎ型半導体層とボディ層との界面が、ゲート電極の下部において半導体基板の表面から下方向に伸び、半導体基板の表面に対する角度が８０°以上９０°以下である表層部界面を有する。傾斜面が、表層部界面の下側に位置する。傾斜面の半導体基板の表面に対する角度が６０°未満である。
なお、本明細書において、半導体基板の表面に対する界面（すなわち、表層部界面または傾斜面）の角度は、ボディ層内において計測される角度を意味する。
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
１０ ：ＭＯＳＦＥＴ
１２ ：ＧａＮ半導体基板
２０ ：上部電極
２２ ：コンタクトプラグ
２４ ：層間絶縁膜
２６ ：ゲート電極
２８ ：ゲート絶縁膜
３０ ：下部電極
４０ ：ソース層
４２ ：ボディ層
４２ａ ：端部
４２ｂ ：チャネル領域
４４ ：ドリフト層
４４ａ ：間隔部
５０ ：界面
５２ ：傾斜面
５３ ：表層部界面

Claims (2)

  1. スイッチング素子であって、
    半導体基板と、
    ゲート絶縁膜と、
    ゲート電極、
    を有し、
    前記半導体基板が、
    前記半導体基板の表面に露出している第１ｎ型半導体層と、
    前記半導体基板の前記表面に露出しているエピタキシャル層により構成されているｐ型のボディ層と、
    前記半導体基板の前記表面に露出しており、前記ボディ層によって前記第１ｎ型半導体層から分離されている第２ｎ型半導体層、
    を有し、
    前記ゲート絶縁膜が、前記第１ｎ型半導体層の表面と、前記第１ｎ型半導体層と前記第２ｎ型半導体層の間の前記ボディ層の表面と、前記第２ｎ型半導体層の表面に跨る範囲を覆っており、
    前記ゲート電極が、前記ゲート絶縁膜を介して、前記第１ｎ型半導体層と前記第２ｎ型半導体層の間の前記ボディ層に対向しており、
    前記第１ｎ型半導体層と前記ボディ層との界面が、前記ボディ層の端部から離れるにしたがって前記ボディ層の深さが深くなるように傾斜した傾斜面を有し、
    前記傾斜面が、前記ゲート電極の下部に配置されている、
    スイッチング素子。
  2. 前記界面が、前記ゲート電極の下部において前記半導体基板の前記表面から下方向に伸び、前記半導体基板の前記表面に対する角度が８０°以上９０°以下である表層部界面を有し、
    前記傾斜面が、前記表層部界面の下側に位置し、
    前記傾斜面の前記半導体基板の前記表面に対する角度が６０°未満である、
    請求項１のスイッチング素子。
JP2016253898A 2016-12-27 2016-12-27 スイッチング素子 Active JP6616280B2 (ja)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016253898A JP6616280B2 (ja) 2016-12-27 2016-12-27 スイッチング素子
US15/833,938 US10312362B2 (en) 2016-12-27 2017-12-06 Switching element having inclined body layer surfaces
BR102017026277-4A BR102017026277B1 (pt) 2016-12-27 2017-12-06 Elemento de comutação e método de fabricação de elemento de comutação
MYPI2017704728A MY191814A (en) 2016-12-27 2017-12-08 Switching element having inclined body layer surfaces
TW106143067A TWI664729B (zh) 2016-12-27 2017-12-08 切換元件及製造切換元件的方法
RU2017142945A RU2665798C1 (ru) 2016-12-27 2017-12-08 Переключающий элемент и способ изготовления переключающего элемента
EP17206608.6A EP3352203B1 (en) 2016-12-27 2017-12-12 Switching element and method of manufacturing switching element
CA2988371A CA2988371C (en) 2016-12-27 2017-12-12 Switching element and method of manufacturing switching element
CN201711384307.6A CN108321204B (zh) 2016-12-27 2017-12-20 开关元件及开关元件的制造方法
KR1020170177063A KR101987562B1 (ko) 2016-12-27 2017-12-21 스위칭 소자 및 스위칭 소자의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016253898A JP6616280B2 (ja) 2016-12-27 2016-12-27 スイッチング素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018107336A true JP2018107336A (ja) 2018-07-05
JP6616280B2 JP6616280B2 (ja) 2019-12-04

Family

ID=60673152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016253898A Active JP6616280B2 (ja) 2016-12-27 2016-12-27 スイッチング素子

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10312362B2 (ja)
EP (1) EP3352203B1 (ja)
JP (1) JP6616280B2 (ja)
KR (1) KR101987562B1 (ja)
CN (1) CN108321204B (ja)
BR (1) BR102017026277B1 (ja)
CA (1) CA2988371C (ja)
MY (1) MY191814A (ja)
RU (1) RU2665798C1 (ja)
TW (1) TWI664729B (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6616280B2 (ja) 2016-12-27 2019-12-04 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6549552B2 (ja) * 2016-12-27 2019-07-24 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007281086A (ja) * 2006-04-04 2007-10-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、および絶縁ゲートバイポーラトランジスタを作製する方法
JP2016039263A (ja) * 2014-08-07 2016-03-22 株式会社東芝 半導体装置の製造方法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5528058A (en) * 1986-03-21 1996-06-18 Advanced Power Technology, Inc. IGBT device with platinum lifetime control and reduced gaw
JP3206727B2 (ja) * 1997-02-20 2001-09-10 富士電機株式会社 炭化けい素縦型ｍｏｓｆｅｔおよびその製造方法
JP3180895B2 (ja) * 1997-08-18 2001-06-25 富士電機株式会社 炭化けい素半導体装置の製造方法
JP2000106428A (ja) 1998-09-28 2000-04-11 Toshiba Corp 半導体装置
US6365932B1 (en) * 1999-08-20 2002-04-02 Denso Corporation Power MOS transistor
JP4488660B2 (ja) 2000-09-11 2010-06-23 株式会社東芝 Ｍｏｓ電界効果トランジスタ
JP3964811B2 (ja) * 2002-07-09 2007-08-22 株式会社東芝 半導体装置及びその製造方法
JP4645034B2 (ja) 2003-02-06 2011-03-09 株式会社豊田中央研究所 Ｉｉｉ族窒化物半導体を有する半導体素子
JP2004319964A (ja) 2003-03-28 2004-11-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
JP5368140B2 (ja) 2003-03-28 2013-12-18 三菱電機株式会社 ＳｉＣを用いた縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法
JP2007005764A (ja) * 2005-05-27 2007-01-11 Toyota Motor Corp 半導体装置とその製造方法
WO2007122646A1 (en) * 2006-04-21 2007-11-01 Stmicroelectronics S.R.L. Process for manufacturing a power semiconductor device and corresponding power semiconductor device
US7629616B2 (en) 2007-02-28 2009-12-08 Cree, Inc. Silicon carbide self-aligned epitaxial MOSFET for high powered device applications
JP2009091175A (ja) 2007-10-04 2009-04-30 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮエピタキシャル基板、半導体デバイス、ＧａＮエピタキシャル基板及び半導体デバイスの製造方法
US7633121B2 (en) * 2007-10-31 2009-12-15 Force-Mos Technology Corp. Trench MOSFET with implanted drift region
JP4640439B2 (ja) * 2008-04-17 2011-03-02 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置
RU2402105C1 (ru) * 2009-08-03 2010-10-20 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма Микран" Вертикальный полевой транзистор
US8786010B2 (en) * 2011-04-27 2014-07-22 Fairchild Semiconductor Corporation Superjunction structures for power devices and methods of manufacture
JP5524905B2 (ja) * 2011-05-17 2014-06-18 株式会社神戸製鋼所 パワー半導体素子用Ａｌ合金膜
US8963218B2 (en) * 2011-09-30 2015-02-24 Maxim Integrated Products, Inc. Dual-gate VDMOS device
US9196709B2 (en) * 2013-02-01 2015-11-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods for forming semiconductor regions in trenches
US9070765B2 (en) * 2013-02-06 2015-06-30 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with low on resistance and high breakdown voltage
DE112013007095T5 (de) * 2013-06-17 2016-02-25 Hitachi, Ltd. Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür sowie Leistungsumsetzungsvorrichtung
KR20150014641A (ko) 2013-07-30 2015-02-09 서울반도체 주식회사 질화갈륨계 다이오드 및 그 제조 방법
US9111919B2 (en) * 2013-10-03 2015-08-18 Cree, Inc. Field effect device with enhanced gate dielectric structure
US9496149B2 (en) * 2014-04-14 2016-11-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor devices and methods for manufacturing the same
JP2017126610A (ja) 2016-01-12 2017-07-20 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6616280B2 (ja) 2016-12-27 2019-12-04 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6549552B2 (ja) 2016-12-27 2019-07-24 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007281086A (ja) * 2006-04-04 2007-10-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、および絶縁ゲートバイポーラトランジスタを作製する方法
JP2016039263A (ja) * 2014-08-07 2016-03-22 株式会社東芝 半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
BR102017026277A2 (pt) 2018-07-17
RU2665798C1 (ru) 2018-09-04
CA2988371A1 (en) 2018-06-27
EP3352203A1 (en) 2018-07-25
CA2988371C (en) 2019-07-02
CN108321204B (zh) 2021-04-09
CN108321204A (zh) 2018-07-24
EP3352203B1 (en) 2021-05-12
US10312362B2 (en) 2019-06-04
MY191814A (en) 2022-07-18
JP6616280B2 (ja) 2019-12-04
US20180182883A1 (en) 2018-06-28
TWI664729B (zh) 2019-07-01
TW201826539A (zh) 2018-07-16
BR102017026277B1 (pt) 2023-03-07
KR101987562B1 (ko) 2019-06-10
KR20180076320A (ko) 2018-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6367760B2 (ja) 絶縁ゲート型スイッチング装置とその製造方法
JP6197995B2 (ja) ワイドバンドギャップ絶縁ゲート型半導体装置
US11476360B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
TWI650861B (zh) 半導體裝置及其製造方法
JP6593294B2 (ja) 半導体装置
US20190109224A1 (en) Nitride semiconductor apparatus and method of manufacturing nitride semiconductor apparatus
JP2019175908A (ja) 半導体装置とその製造方法
JP6616280B2 (ja) スイッチング素子
TW201735187A (zh) 半導體裝置
JP7192504B2 (ja) 半導体装置
JP7127315B2 (ja) 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP6988261B2 (ja) 窒化物半導体装置
JP6988262B2 (ja) 窒化物半導体装置とその製造方法
JP7380236B2 (ja) 半導体装置
JP7331653B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP7052659B2 (ja) 窒化物半導体装置とその製造方法
JP7119922B2 (ja) 半導体装置の製造方法
WO2013051343A1 (ja) 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2021082713A (ja) 半導体装置
JP2024057709A (ja) 半導体装置とその製造方法
KR101776319B1 (ko) 반도체 소자

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180719

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190326

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190328

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190516

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191015

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191107

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6616280

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250