JP3637052B2 - SiC-MISFET and method for manufacturing the same - Google Patents

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Description

本発明は、SiC体を用いて設けられるSiC−MISFET、特に蓄積型のSiC−MISFET及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a SiC-MISFET provided using a SiC body, in particular, a storage-type SiC-MISFET and a method for manufacturing the same.

炭化珪素(SiC)は、SiとCとが組成比で1:1で結合してなる構造を有し、Siに比べて高硬度で薬品にも犯されにくく、バンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体材料である。SiCは、他のワイドバンドギャップ半導体材料と比べても高い耐絶縁破壊性を有するので、低損失なパワーデバイスへの適用が期待されている。SiCは、立方晶系の3C−SiCや六方晶系の6H−SiC,4H−SiC等、多くのポリタイプを有する。この中で、実用的なSiC−MISFETを作製するために一般的に使用されているのが6H−SiC及び4H−SiCである。そして、c軸の結晶軸に対し垂直な( 0 0 0 1)面にほぼ一致する面を主面とする基板が広く用いられる。   Silicon carbide (SiC) is a wide band gap semiconductor material that has a structure in which Si and C are combined at a composition ratio of 1: 1, has a higher hardness and is less susceptible to chemicals than Si, and has a large band gap. It is. Since SiC has higher dielectric breakdown resistance than other wide band gap semiconductor materials, it is expected to be applied to low-loss power devices. SiC has many polytypes such as cubic 3C—SiC, hexagonal 6H—SiC, and 4H—SiC. Among these, 6H—SiC and 4H—SiC are generally used for producing practical SiC-MISFETs. A substrate having a main surface that is substantially coincident with the (0 0 0 1) plane perpendicular to the c-axis crystal axis is widely used.

SiC半導体素子は、SiC基板上に形成されたエピタキシャル成長層を活性領域とし、この活性領域にその種類に応じて必要な領域を設けることにより形成されるものである。半導体素子の中でも、FETの場合には、ソース・ドレイン領域及びゲート領域が設けられる。特に、MIS(金属/絶縁膜/半導体)型のFETであるSiC−MISFETの中では、ゲート絶縁膜として熱酸化によって形成される酸化膜を用いたMOS(金属/酸化膜/半導体)型のMOSFETが一般的に広く知られている。   The SiC semiconductor element is formed by using an epitaxial growth layer formed on a SiC substrate as an active region and providing a necessary region in the active region according to the type. Among the semiconductor elements, in the case of an FET, a source / drain region and a gate region are provided. Particularly, in a SiC-MISFET which is a MIS (metal / insulating film / semiconductor) type FET, a MOS (metal / oxide film / semiconductor) type MOSFET using an oxide film formed by thermal oxidation as a gate insulating film. Is generally well known.

Si層の上には、熱酸化によって良好なゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜が形成される。しかしながら、SiC層の場合には、Siに加えてCが存在することから、通常の熱酸化では良好な酸化膜が形成することが非常に困難である。すなわち、SiC層の上に形成されたシリコン酸化膜中にCが存在するために、Si層−酸化膜間の界面付近の領域において、固定電荷によってキャリアをトラップする界面準位が形成されてしまう。このために、反転型MISFETでは、電流の流れるチャネル層となる反転層において、非常に低いキャリアのチャネル移動度しか実現せず、SiC−MISFETにおいて大電流を流すことは非常に困難である。この問題を解決するために、パワーSiC−MISFETでは、ソース・ドレイン領域と同じ導電型の不純物を含む蓄積型のチャネル層を設ける構造が一般的である。このようなMISFETは、蓄積型(アキミュレーション型)SiC−MISFET(SiC−ACCUFET)と呼ばれている。   A silicon oxide film that becomes a good gate insulating film is formed on the Si layer by thermal oxidation. However, in the case of a SiC layer, since C exists in addition to Si, it is very difficult to form a good oxide film by ordinary thermal oxidation. That is, since C exists in the silicon oxide film formed on the SiC layer, an interface state that traps carriers by fixed charges is formed in a region near the interface between the Si layer and the oxide film. . For this reason, in the inversion type MISFET, only a very low carrier channel mobility is realized in the inversion layer serving as a channel layer through which a current flows, and it is very difficult to flow a large current in the SiC-MISFET. In order to solve this problem, a power SiC-MISFET generally has a structure in which an accumulation type channel layer containing impurities of the same conductivity type as the source / drain regions is provided. Such a MISFET is called a storage type (accumulation type) SiC-MISFET (SiC-ACCUFET).

図9は、従来の一般的な蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。同図に示すように、一般的な蓄積型SiC−MISFETは、SiC基板101と、SiC基板101の主面上に、エピタキシャル成長された第1のエピタキシャル成長層102aと、第1のエピタキシャル層102aの上にエピタキシャル成長された第2のエピタキシャル成長層102bとを備えている。第1のエピタキシャル成長層102aは、SiC基板101の主面上に形成されたn型の不純物(ドーパント)を含むn型本体部102cと、n型本体部102c内にp型不純物イオンを注入して形成されたp型のウェル領域103と、ウェル領域103よりも高濃度のp型不純物を含む高濃度コンタクト層109とを備えている。また、第2のエピタキシャル層102bの一部は、ウェル領域103とn型本体部102cとに跨って設けられ、n型の不純物を含む蓄積型チャネル層であるSiCチャネル層105となっている。さらに、第2のエピタキシャル成長層102bの一部とウェル領域103の一部とにn型不純物イオンを注入して形成されたn型のソース領域104を備えている。また、SiCチャネル層105の上に設けられたゲート絶縁膜106と、ゲート絶縁膜106の上に設けられたゲート電極113と、ソース領域104及び高濃度おコンタクト層109にオーミック接するソース電極111と、SiC基板101の主面と対向する面(裏面)にオーミック接触するドレイン電極112とを備えている。ソース領域104は、ゲート電極113と平面的に見てオーバーラップし、かつ、高濃度コンタクト層109と接触するように形成されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−144292号公報
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional general storage type SiC-MISFET. As shown in the figure, a general storage type SiC-MISFET includes an SiC substrate 101, a first epitaxial growth layer 102a epitaxially grown on the main surface of the SiC substrate 101, and an upper surface of the first epitaxial layer 102a. And a second epitaxial growth layer 102b epitaxially grown. First epitaxial growth layer 102a is formed by implanting n-type body portion 102c containing n-type impurities (dopant) formed on the main surface of SiC substrate 101, and p-type impurity ions in n-type body portion 102c. A p-type well region 103 formed and a high-concentration contact layer 109 containing a p-type impurity at a concentration higher than that of the well region 103 are provided. In addition, a part of the second epitaxial layer 102b is provided across the well region 103 and the n-type body 102c, and serves as a SiC channel layer 105 that is an accumulation channel layer containing n-type impurities. Furthermore, an n-type source region 104 formed by implanting n-type impurity ions into a part of the second epitaxial growth layer 102b and a part of the well region 103 is provided. Also, a gate insulating film 106 provided on the SiC channel layer 105, a gate electrode 113 provided on the gate insulating film 106, a source electrode 111 in ohmic contact with the source region 104 and the high-concentration contact layer 109, and The drain electrode 112 is in ohmic contact with the surface (back surface) opposite to the main surface of the SiC substrate 101. The source region 104 is formed so as to overlap the gate electrode 113 in plan view and to be in contact with the high-concentration contact layer 109 (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-144292 A

しかしながら、上記従来の蓄積型SiC−MISFETでは、以下のような不具合があった。   However, the conventional storage type SiC-MISFET has the following problems.

図9に示すような従来の蓄積型SiC−MISFETでは、ゲートに電圧を印加していない状態において、ソース・ドレイン間に電流が流れる、いわゆるノーマリーオンの状態となる場合があった。この問題は、ゲート電極113とウェル領域103との間に印加される電圧が0Vの状態において、n型のソース領域104とn型エピタキシャル成長層102とが、同じ導電型であるn型のSiCチャネル層105で導通状態になってしまうことに起因している。このような、ノーマリーオン型の蓄積型MISFETでは、オフ時にドレイン電流が流れないようにするためには、オフ時においてゲート電極に負のバイアス電圧を印加して、SiCチャネル層中の空乏層がゲート絶縁膜に到達し、ピンチオフ状態となるようにすることが必要である。   In the conventional storage type SiC-MISFET as shown in FIG. 9, there is a case where a current flows between the source and the drain in a so-called normally-on state when no voltage is applied to the gate. This problem is that an n-type SiC channel in which the n-type source region 104 and the n-type epitaxial growth layer 102 have the same conductivity type in a state where the voltage applied between the gate electrode 113 and the well region 103 is 0V. This is because the layer 105 becomes conductive. In such a normally-on type storage MISFET, in order to prevent a drain current from flowing at the time of off, a negative bias voltage is applied to the gate electrode at the time of off, so that a depletion layer in the SiC channel layer is formed. Needs to reach the gate insulating film and be in a pinch-off state.

そこで、SiCチャネル層内で形成される空乏層がゲート絶縁膜まで到達するように、SiCチャネル層105の不純物濃度を低くしたり(第1の対策)、逆にp型のウェル領域103の不純物濃度を高くする(第2の対策)ことが行なわれる。しかしながら、第1の対策では、SiCチャネル層におけるキャリアの濃度が低下するために、ゲート電極に正電圧を印加したオン状態において小さい電流密度のドレイン電流しか実現することができない。また、第2の対策では、p型ウェル領域の不純物濃度が高いことにより不純物散乱の影響が増大する。このため、電子のチャネル移動度が低下してオン抵抗が大きくなり、結果的に高い電流密度のドレイン電流を実現することが困難となる。すなわち、第1,第2いずれの対策によってノーマリーオフ状態を実現しても、高い電流密度のドレイン電流を流すことは非常に困難である。   Therefore, the impurity concentration of the SiC channel layer 105 is lowered (first measure) so that the depletion layer formed in the SiC channel layer reaches the gate insulating film, or conversely, the impurity of the p-type well region 103 The concentration is increased (second countermeasure). However, in the first countermeasure, since the carrier concentration in the SiC channel layer is lowered, only a drain current having a small current density can be realized in an ON state in which a positive voltage is applied to the gate electrode. In the second countermeasure, the influence of impurity scattering increases due to the high impurity concentration in the p-type well region. For this reason, the channel mobility of electrons decreases and the on-resistance increases, and as a result, it becomes difficult to realize a drain current with a high current density. That is, even if the normally-off state is realized by either of the first and second measures, it is very difficult to flow a drain current having a high current density.

このように、従来の蓄積型SiC−MISFETの構造を用いた場合、高い電流密度のドレイン電流とノーマリーオフ状態とはトレードオフの関係があり両立させるのが非常に困難であった。したがって、ゲート電極に電圧が印加されていないオフ状態ではソース・ドレイン間に電流が流れないノーマリーオフ状態となり、ゲート電極に正の電圧が印加されたオン状態で高い電流密度のドレイン電流を流すことが可能な,つまり電流駆動能力の高い蓄積型MISFETの実現が望まれている。   As described above, when the conventional storage SiC-MISFET structure is used, the drain current having a high current density and the normally-off state are in a trade-off relationship and it is very difficult to achieve both. Therefore, in the off state in which no voltage is applied to the gate electrode, a normally-off state in which no current flows between the source and drain, and a drain current having a high current density flows in the on state in which a positive voltage is applied to the gate electrode. Therefore, it is desired to realize a storage type MISFET having a high current drive capability.

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ノーマリオフ状態を実現しつつ,電流駆動能力の高いSiC−MISFET及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a SiC-MISFET having a high current drive capability while realizing a normally-off state, and a method for manufacturing the same.

本発明のSiC−MISFETは、チャネル層直下の領域に、第1導電型不純物を含む本体部、又は第2導電型不純物を含むウェル領域に囲まれる,高濃度の第2導電型不純物を含む部分高濃度注入層を設けたものである。   The SiC-MISFET of the present invention includes a portion containing a high-concentration second conductivity type impurity surrounded by a main body portion containing a first conductivity type impurity or a well region containing a second conductivity type impurity in a region immediately below the channel layer. A high concentration injection layer is provided.

これにより、蓄積型SiC−MISFETがオフのとき、つまりゲート−ウェル領域間の電圧が0のときに、チャネル層を流れる電流が抑制され、オン時には高い電流密度のドレイン電流を流すことが可能でありながら、ノーマリオフの状態が実現される。これは、チャネル層の一部において空乏層が拡大されることによると考えられる。   Thereby, when the storage type SiC-MISFET is off, that is, when the voltage between the gate and the well region is 0, the current flowing through the channel layer is suppressed, and when the storage type SiC-MISFET is on, a drain current having a high current density can flow. Nevertheless, a normally-off state is realized. This is considered to be due to the expansion of the depletion layer in a part of the channel layer.

ここで、オフ時にチャネル層内に形成される空乏層が、ゲート絶縁膜にまで達していることにより、空乏層によって確実に電流が遮断される。   Here, when the depletion layer formed in the channel layer at the time of OFF reaches the gate insulating film, the current is surely cut off by the depletion layer.

部分高濃度注入層が本体部に第2導電型不純物を注入して設けられている場合には、部分高濃度注入層とウェル領域との間隔が、部分高濃度注入層のゲート長方向の寸法よりも小さいことにより、部分高濃度注入層の電位が固定されやすいので、より効率的に空乏層が拡大される。   In the case where the partial high concentration implantation layer is provided by injecting the second conductivity type impurity into the main body, the distance between the partial high concentration implantation layer and the well region is the dimension of the partial high concentration implantation layer in the gate length direction. Since the potential of the partial high concentration injection layer is easily fixed, the depletion layer is expanded more efficiently.

部分高濃度注入層がウェル領域内に備えられていることにより、部分高濃度注入層の電位が固定されるため、SiCチャネル層内を完全にピンチオフするような空乏層を形成させやすくなるので、オン動作時のドレイン電流を低下させることなくノーマリーオフのSiC−MISFETを実現することが可能となる。   Since the partial high concentration injection layer is provided in the well region, the potential of the partial high concentration injection layer is fixed, so that it becomes easy to form a depletion layer that completely pinches off the inside of the SiC channel layer. A normally-off SiC-MISFET can be realized without reducing the drain current during the on-operation.

特に、ウェル領域の一部に高濃度コンタクト層が設けられている場合には、高濃度コンタクト層がソース領域を下方から囲むように形成されて、部分高濃度注入層がその一部であることにより、製造の容易化が図られる。   In particular, when a high-concentration contact layer is provided in a part of the well region, the high-concentration contact layer is formed so as to surround the source region from below, and the partial high-concentration implantation layer is a part thereof. This facilitates manufacturing.

部分高濃度注入層のゲート長方向の長さは、チャネル層の長さの1/10以下であることにより、部分高濃度注入層に含まれる不純物による散乱の影響を許容範囲内に抑えることが可能となる。   The length of the partial high concentration injection layer in the gate length direction is 1/10 or less of the length of the channel layer, thereby suppressing the influence of scattering by impurities contained in the partial high concentration injection layer within an allowable range. It becomes possible.

部分高濃度注入層の深さ方向の寸法が、チャネル層の深さ方向の寸法よりも大きいことにより、オフ時にチャネル層内に形成される空乏層がゲート絶縁膜に達して、確実に電流を遮断させることが可能となる。   Since the depth direction dimension of the partial high concentration injection layer is larger than the depth direction dimension of the channel layer, the depletion layer formed in the channel layer at the OFF time reaches the gate insulating film and reliably supplies current. It becomes possible to block.

部分高濃度注入層の不純物濃度が、ウェル領域の不純物濃度よりも10倍以上高いことにより、オフ時に電流を確実に遮断させうる空乏層がチャネル層に形成される。   When the impurity concentration of the partial high-concentration implanted layer is 10 times or more higher than the impurity concentration of the well region, a depletion layer capable of reliably blocking current at the time of OFF is formed in the channel layer.

本発明のSiC−MISFETは、縦型MISFET構造を採ることもできるし、横型MISFET構造を採ることもできる。   The SiC-MISFET of the present invention can adopt a vertical MISFET structure or a horizontal MISFET structure.

本発明のSiC−MISFETの製造方法は、SiC体に第2導電型不純物を注入してウェル領域を形成する工程と、SiC体にウェル領域よりも高濃度の第2導電型不純物を注入して、部分高濃度注入層を形成する工程と、SiC体の本体部,ウェル領域及び部分高濃度注入層の上に第1導電型不純物を含むチャネル層を形成する工程とを備えている。   The SiC-MISFET manufacturing method of the present invention includes a step of injecting a second conductivity type impurity into an SiC body to form a well region, and an implantation of a second conductivity type impurity having a higher concentration than the well region into the SiC body. A step of forming a partial high-concentration implantation layer, and a step of forming a channel layer including a first conductivity type impurity on the main body portion, well region and partial high-concentration implantation layer of the SiC body.

この方法により、上述のSiC−MISFETの構造が容易に得られる。   By this method, the above-described SiC-MISFET structure can be easily obtained.

特に、ソース領域を形成しようとする領域を包含する開口を設けた注入マスクを用いて、第2導電型不純物を注入してソース領域と接するように部分高濃度注入層を形成することにより、製造の容易化を図ることができる。   In particular, by using a implantation mask provided with an opening including a region where a source region is to be formed, a second high conductivity type impurity is implanted to form a partial high concentration implanted layer so as to be in contact with the source region. Can be facilitated.

本発明は、高い電流密度のドレイン電流を流すことが可能で、ノーマリーオフのSiC−MISFETを提供することができる。   The present invention can provide a normally-off SiC-MISFET capable of flowing a drain current having a high current density.

(第1の実施形態)
まず、ウェル領域よりも高濃度の不純物を含む部分高濃度注入層をドリフト層内に設けた本発明の第1の実施形態に係る蓄積型SiC−MISFETについて説明する。
(First embodiment)
First, the storage type SiC-MISFET according to the first embodiment of the present invention in which a partial high-concentration injection layer containing impurities higher in concentration than the well region is provided in the drift layer will be described.

図1は、第1の実施形態における蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETは、SiC基板1と、SiC基板1の主面上に、エピタキシャル成長された第1のエピタキシャル成長層2aと、第1のエピタキシャル層2aの上にエピタキシャル成長された第2のエピタキシャル成長層2bとを備えている。第1のエピタキシャル成長層2aは、SiC基板1の主面上に形成されたn型の不純物(ドーパント)を含むn型ドリフト層2c(本体部)と、n型ドリフト層2c内にp型不純物イオンを注入して形成されたp型のウェル領域3と、ウェル領域3よりも高濃度のp型不純物を含む高濃度コンタクト層9とを備えている。また、第2のエピタキシャル層2bの一部は、ウェル領域3とn型ドリフト層2cとに跨って設けられ、n型の不純物を含む蓄積型チャネル層であるSiCチャネル層5となっている。さらに、第2のエピタキシャル成長層2bの他の一部とウェル領域3の一部とにn型不純物イオンを注入して形成されたn型のソース領域4を備えている。また、SiCチャネル層5の上に設けられたゲート絶縁膜6と、ゲート絶縁膜6の上に設けられたゲート電極13と、ソース領域4及び高濃度コンタクト層9にオーミック接するソース電極11と、SiC基板1の主面と対向する面(裏面)にオーミック接触するドレイン電極12とを備えている。ソース領域4は、ゲート電極13と平面的に見てオーバーラップし、かつ、高濃度コンタクト層9と接触するように形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the storage SiC-MISFET according to the first embodiment. As shown in the figure, the storage type SiC-MISFET of this embodiment includes a SiC substrate 1, a first epitaxial growth layer 2a epitaxially grown on the main surface of the SiC substrate 1, and a first epitaxial layer 2a. And a second epitaxial growth layer 2b epitaxially grown thereon. The first epitaxial growth layer 2a includes an n-type drift layer 2c (body portion) containing an n-type impurity (dopant) formed on the main surface of the SiC substrate 1, and p-type impurity ions in the n-type drift layer 2c. P-type well region 3 formed by implanting and high-concentration contact layer 9 containing a p-type impurity at a concentration higher than that of well region 3. A part of the second epitaxial layer 2b is provided across the well region 3 and the n-type drift layer 2c, and serves as a SiC channel layer 5 which is an accumulation channel layer containing n-type impurities. Further, an n-type source region 4 formed by implanting n-type impurity ions into another part of the second epitaxial growth layer 2b and a part of the well region 3 is provided. A gate insulating film 6 provided on the SiC channel layer 5; a gate electrode 13 provided on the gate insulating film 6; a source electrode 11 in ohmic contact with the source region 4 and the high-concentration contact layer 9; A drain electrode 12 is provided in ohmic contact with a surface (back surface) facing the main surface of the SiC substrate 1. The source region 4 is formed so as to overlap the gate electrode 13 in plan view and to be in contact with the high concentration contact layer 9.

高濃度コンタクト層9は、必ずしも設ける必要がないが、ウェル領域3にバイアスを印加するためのソース電極11のオーミック性を確実に得るためには、高濃度コンタクト層9があることが好ましい。   The high-concentration contact layer 9 is not necessarily provided, but it is preferable to have the high-concentration contact layer 9 in order to reliably obtain the ohmic property of the source electrode 11 for applying a bias to the well region 3.

本実施形態の蓄積型SiC−MISFETの動作時には、ソース領域4からSiCチャネル層5,n型ドリフト層2cを経てSiC基板1(ドレイン領域)に電流が流れるので、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETは縦型MISFET構造を有している。   During operation of the storage type SiC-MISFET of the present embodiment, a current flows from the source region 4 to the SiC substrate 1 (drain region) through the SiC channel layer 5 and the n-type drift layer 2c, so that the storage type SiC- The MISFET has a vertical MISFET structure.

本実施形態の蓄積型SiC−MISFETの構造が従来の蓄積型SiC−MISFETの構造と異なる点は、n型ドリフト層2cの上面部にp型不純物イオンを部分的に注入して形成された部分高濃度注入層7Aが設けられている点である。本実施形態においては、部分高濃度注入層7Aは、ウェル領域3に隣接しており、ウェル領域3における不純物の濃度に比べて10倍以上高い同導電型不純物(本実施形態においては、p型不純物)を含んでいる。   The structure of the storage type SiC-MISFET of the present embodiment is different from the structure of the conventional storage type SiC-MISFET in that the p-type impurity ions are partially implanted into the upper surface of the n-type drift layer 2c. The high concentration injection layer 7A is provided. In this embodiment, the partial high-concentration implanted layer 7A is adjacent to the well region 3 and has the same conductivity type impurity (p-type in this embodiment) that is 10 times higher than the impurity concentration in the well region 3. Impurities).

本実施形態においては、SiC基板1と、第1のエピタキシャル成長層2a及び第2のエピタキシャル成長層2bを含むエピタキシャル成長層2とがSiC体として機能する。ただし、第2のエピタキシャル成長層2bを設けずに、第1のエピタキシャル成長層2aの上部にイオン注入によりn型の蓄積チャネル層を形成することも可能である。その場合には、第1のエピタキシャル成長層2aとSiC基板1とがSiC体となる。また、エピタキシャル成長層を全く形成せずに、SiC基板1の上部にウェル領域,ソース領域,蓄積チャネル層などを設けることも可能であり、その場合にはSiC基板1がSiC体となる。   In the present embodiment, the SiC substrate 1 and the epitaxial growth layer 2 including the first epitaxial growth layer 2a and the second epitaxial growth layer 2b function as an SiC body. However, it is also possible to form an n-type accumulation channel layer by ion implantation above the first epitaxial growth layer 2a without providing the second epitaxial growth layer 2b. In that case, the first epitaxial growth layer 2a and the SiC substrate 1 become a SiC body. Further, it is possible to provide a well region, a source region, a storage channel layer, and the like on the SiC substrate 1 without forming any epitaxial growth layer. In this case, the SiC substrate 1 becomes a SiC body.

次に、本実施形態における蓄積型SiC−MISFETの製造方法について説明する。図2(a)〜(d)は、本実施形態に係るSiC−MISFETの製造工程を示す断面図である。   Next, a manufacturing method of the storage type SiC-MISFET in this embodiment will be described. 2A to 2D are cross-sectional views showing a manufacturing process of the SiC-MISFET according to this embodiment.

図2(a)に示す工程の前に、以下の工程を行なう。まず、SiC基板1を準備する。SiC基板1としては、例えば、主面が( 0 0 0 1)から[ 1 1-2 0]方向に8度のオフ角度がついた直径50mmの4H−SiC基板を用いる。SiC基板1にはn型不純物がドープされており、キャリア濃度は1×1018cm-3である。次に、CVD法により、SiC基板1上に、n型の不純物をin-situ ドープしながら、蓄積型SiC−MISFETのn型ドリフト層2cを含む第1エピタキシャル成長層2aをエピタキシャル成長させる。第1エピタキシャル成長層2aの厚さ(n型ドリフト層2cの厚さ)は約10μmであり、n型ドリフト層2c中のキャリア濃度は約5×1015cm-3である。これにより、SiC基板1と第1エピタキシャル成長層2aからなるSiC体下部層が形成されることになる。 The following steps are performed before the step shown in FIG. First, the SiC substrate 1 is prepared. As the SiC substrate 1, for example, a 4H—SiC substrate having a diameter of 50 mm with an off-angle of 8 degrees in the [1 1-2 0] direction from the (0 0 0 1) main surface is used. The SiC substrate 1 is doped with n-type impurities, and the carrier concentration is 1 × 10 18 cm −3 . Next, the first epitaxial growth layer 2a including the n-type drift layer 2c of the storage SiC-MISFET is epitaxially grown on the SiC substrate 1 by in-situ doping with the n-type impurity by the CVD method. The thickness of the first epitaxial growth layer 2a (the thickness of the n-type drift layer 2c) is about 10 μm, and the carrier concentration in the n-type drift layer 2c is about 5 × 10 15 cm −3 . Thereby, a SiC body lower layer composed of SiC substrate 1 and first epitaxial growth layer 2a is formed.

続いて、蓄積型SiC−MISFETのウェル領域3を形成するために、n型ドリフト層2cの表面に、例えばニッケル(Ni)からなる注入マスク(図示せず)を形成する。この注入マスクは、n型ドリフト層2cの一部分を覆い、ウェル領域3となる領域に開口を有している。そして、注入マスクの上方から、n型ドリフト層2c内に多段階のAlイオンの注入を行なった後、活性化アニールを行なう。これにより、n型ドリフト層2cの一部が、キャリア濃度が1×1017cm-3のp型のウェル領域3となる。 Subsequently, in order to form the well region 3 of the storage SiC-MISFET, an implantation mask (not shown) made of, for example, nickel (Ni) is formed on the surface of the n-type drift layer 2c. This implantation mask covers a part of the n-type drift layer 2 c and has an opening in a region to be the well region 3. Then, multi-stage Al ions are implanted into the n-type drift layer 2c from above the implantation mask, and then activation annealing is performed. Thereby, a part of the n-type drift layer 2c becomes the p-type well region 3 having a carrier concentration of 1 × 10 17 cm −3 .

次に、図2(a)に示す工程で、Niからなる注入マスクを除去した後、更に、部分高濃度注入層7A及び高濃度コンタクト層9を形成しようとする領域を開口したAlからなる注入マスク21を形成する。そして、注入マスク21の上方から、n型ドリフト層2c内に多段階のAlイオンの注入を行なった後、活性化アニールを行なう。これにより、n型ドリフト層2c内にウェル領域3に接するように、キャリア濃度が約2×1018cm-3のp型の部分高濃度注入層7Aが形成される。また、部分高濃度注入層7Aと同程度のp型不純物を含む高濃度コンタクト層9が、ウェル領域3に囲まれるように形成される。 Next, in the step shown in FIG. 2A, after removing the implantation mask made of Ni, an implantation made of Al with openings in the regions where the partial high concentration implantation layer 7A and the high concentration contact layer 9 are to be formed. A mask 21 is formed. Then, multi-stage Al ions are implanted into the n-type drift layer 2c from above the implantation mask 21, and then activation annealing is performed. As a result, a p-type partial high concentration injection layer 7A having a carrier concentration of about 2 × 10 18 cm −3 is formed so as to be in contact with the well region 3 in the n type drift layer 2c. Further, a high concentration contact layer 9 containing a p-type impurity of the same level as that of the partial high concentration implantation layer 7 A is formed so as to be surrounded by the well region 3.

次に、図2(b)に示す工程で、CVD法により、ウェル領域3及びn型ドリフト層2cの上面上にn型不純物を含む,厚さ0.3μmのSiCチャネル層5を含む第2エピタキシャル成長層2b(SiC体上部層)をエピタキシャル成長させる。n型不純物は、in-situ ドープによってSiCチャネル層5内にも導入され、その濃度は約5×1017cm-3である。これにより、エピタキシャル成長層2とSiC基板1とからなるSiC体が形成されることになる。 Next, in the step shown in FIG. 2 (b), a second method including a SiC channel layer 5 having a thickness of 0.3 μm and containing an n-type impurity on the upper surface of the well region 3 and the n-type drift layer 2c is formed by CVD. Epitaxial growth layer 2b (SiC upper layer) is epitaxially grown. The n-type impurity is also introduced into the SiC channel layer 5 by in-situ doping, and its concentration is about 5 × 10 17 cm −3 . Thereby, the SiC body which consists of the epitaxial growth layer 2 and the SiC substrate 1 is formed.

次に、図2(c)に示す工程で、ソース領域4を形成しようとする領域を開口した,Ni等からなる注入マスクを形成し(図示せず)、この注入マスクの上方からn型不純物イオンである窒素イオンをウェル領域3に注入した後、窒素の活性化アニールを行なう。これにより、SiCチャネル層5及びウェル領域3の各一部が、キャリア濃度が1×1018cm-3のn型のソース領域4となる。 Next, in the step shown in FIG. 2C, an implantation mask made of Ni or the like having an opening in the region where the source region 4 is to be formed is formed (not shown), and an n-type impurity is formed from above the implantation mask. After injecting nitrogen ions, which are ions, into the well region 3, activation annealing of nitrogen is performed. Thereby, each part of the SiC channel layer 5 and the well region 3 becomes an n-type source region 4 having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 .

本実施形態では、図2(a)〜(c)に示す工程において用いられる注入マスクの寸法を調整することによって、ウェル領域3上に形成されるSiCチャネル層5の幅を約10μmとし、部分高濃度注入層7Aの幅を0.5μm,深さを0.5μmとしている。   In the present embodiment, the width of the SiC channel layer 5 formed on the well region 3 is set to about 10 μm by adjusting the dimensions of the implantation mask used in the steps shown in FIGS. The high concentration implantation layer 7A has a width of 0.5 μm and a depth of 0.5 μm.

次に、図2(d)に示す工程で、露出しているSiC体の表面を1100℃で熱酸化することにより、基板の上面上に厚さ30nmのゲート絶縁膜6を形成する。その後、ゲート絶縁膜6のうちソース電極を形成しようとする領域の上に位置する部分を除去した後、電子ビーム(EB)蒸着装置を用いた蒸着により、ソース領域4の上面上及びSiC基板1の裏面上にNi膜を形成する。続いて、加熱炉で1000℃で加熱することにより、ソース領域4上には第1のオーミック電極となるソース電極11を、SiC基板1の裏面上には第2のオーミック電極となるドレイン電極12をそれぞれ形成する。最後に、蒸着により、ゲート絶縁膜6上にアルミニウム膜を形成し、これをパターニングして、ゲート電極13を形成する。   Next, in the step shown in FIG. 2D, the exposed surface of the SiC body is thermally oxidized at 1100 ° C. to form a gate insulating film 6 having a thickness of 30 nm on the upper surface of the substrate. Thereafter, a portion of the gate insulating film 6 located on the region where the source electrode is to be formed is removed, and then deposited on the upper surface of the source region 4 and the SiC substrate 1 by vapor deposition using an electron beam (EB) vapor deposition apparatus. A Ni film is formed on the back surface of the substrate. Subsequently, by heating at 1000 ° C. in a heating furnace, the source electrode 11 serving as the first ohmic electrode is formed on the source region 4, and the drain electrode 12 serving as the second ohmic electrode is formed on the back surface of the SiC substrate 1. Respectively. Finally, an aluminum film is formed on the gate insulating film 6 by vapor deposition, and this is patterned to form the gate electrode 13.

次に、本実施形態に係る蓄積型SiC−MISFETの性能を調べるために、電流電圧特性を測定した。その結果について以下に説明する。   Next, in order to investigate the performance of the storage SiC-MISFET according to the present embodiment, the current-voltage characteristics were measured. The results will be described below.

比較のために、図9に示すような従来の蓄積型SiC−MISFETを準備した。なお、部分高濃度注入層7Aが存在しない点を除いて、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETと同じ構造とした。   For comparison, a conventional storage type SiC-MISFET as shown in FIG. 9 was prepared. The structure is the same as that of the storage type SiC-MISFET of the present embodiment except that the partial high concentration injection layer 7A does not exist.

次に、本実施形態及び従来の蓄積型SiC−MISFETの電流電圧特性を調べた。具体的には、ゲート電極とウェル領域との間に印加される電圧が0Vの状態でのドレイン電流を測定して比較した。   Next, the current-voltage characteristics of the present embodiment and the conventional storage type SiC-MISFET were examined. Specifically, the drain current in the state where the voltage applied between the gate electrode and the well region is 0 V was measured and compared.

その結果、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETでは、従来の蓄積型SiC−MISFETに比べてドレイン電流が2桁近く小さく抑制されていることが判明した。なお、ウェル領域を基準にしてゲートに正電圧を印加した状態のオン動作時には、両者のドレイン電流はほぼ等しいことが明らかとなった。この理由は、以下のように考えられる。   As a result, it has been found that in the storage type SiC-MISFET of this embodiment, the drain current is suppressed by nearly two orders of magnitude compared to the conventional storage type SiC-MISFET. It was found that the drain currents of the two regions were almost equal during the on-operation in which a positive voltage was applied to the gate with reference to the well region. The reason is considered as follows.

まず、従来の蓄積型SiC−MISFETでは、ゲート電極13とウェル領域3との間に印加される電圧が0Vの状態(オフ状態)において、SiCチャネル層5内に形成される空乏層がゲート絶縁膜6まで達せずに、ソース・ドレイン領域間が導通状態となってしまうことが起こりやすい。この状態になると、ノーマリーオン状態となって、ゲートバイアスが0Vでもドレイン電流が流れてしまう。   First, in the conventional storage SiC-MISFET, when the voltage applied between the gate electrode 13 and the well region 3 is 0 V (off state), the depletion layer formed in the SiC channel layer 5 is gate-insulated. It is easy for the source / drain regions to become conductive without reaching the film 6. In this state, a normally on state occurs, and a drain current flows even when the gate bias is 0V.

これに対し、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETでは、ウェル領域3よりも高濃度のp型不純物を含む部分高濃度注入層7Aによって、SiCチャネル層5内に形成される空乏層がゲート絶縁膜6にほぼ達するために、ソース・ドレイン領域間が遮断されると考えられる。このため、確実にノーマリーオフ状態となり、ゲートバイアスが0Vのときにはドレイン電流は流れないものと考えられる。   On the other hand, in the storage type SiC-MISFET of this embodiment, the depletion layer formed in the SiC channel layer 5 is gate-insulated by the partial high-concentration implantation layer 7A containing a p-type impurity having a higher concentration than the well region 3. Since the film 6 is almost reached, it is considered that the source / drain region is interrupted. For this reason, it is considered that the normally off state is ensured and the drain current does not flow when the gate bias is 0V.

ここで、高濃度p型の部分高濃度注入層7Aの存在する領域では不純物散乱の影響により、電子のチャネル移動度が低下するおそれも考えられるが、図1に示す部分高濃度注入層7Aの幅W1をSiCチャネル層5の幅W2に比べて1桁以上も小さくすることにより、オン動作時のドレイン電流への影響を無視することができると考えられる。   Here, in the region where the high-concentration p-type partial high-concentration injection layer 7A exists, there is a possibility that the channel mobility of electrons may decrease due to the influence of impurity scattering, but the partial high-concentration injection layer 7A shown in FIG. By making the width W1 smaller by one digit or more than the width W2 of the SiC channel layer 5, it is considered that the influence on the drain current at the ON operation can be ignored.

また、部分高濃度注入層7Aの深さ方向の寸法が、SiCチャネル層5の深さ方向の寸法よりも大きいことにより、SiCチャネル層5内に形成される空乏層がゲート絶縁膜6に確実に達する。   In addition, since the dimension in the depth direction of the partial high concentration implantation layer 7A is larger than the dimension in the depth direction of the SiC channel layer 5, a depletion layer formed in the SiC channel layer 5 is surely formed in the gate insulating film 6. To reach.

以上のことから、n型ドリフト層2c内に、ウェル領域3に接するようにp型の部分高濃度注入層7Aを設けることにより、オン動作におけるドレイン電流を低下させることなく、ゲート電極13とウェル領域3との間に印加される電圧が0Vの状態ではドレイン電流が流れない、ノーマリーオフ型の蓄積型SiC−MISFETが得られることが示された。   From the above, by providing the p-type partial high-concentration injection layer 7A in contact with the well region 3 in the n-type drift layer 2c, the gate electrode 13 and the well can be formed without reducing the drain current in the ON operation. It was shown that a normally-off type storage SiC-MISFET in which no drain current flows when the voltage applied to the region 3 is 0 V is obtained.

−第1の実施形態の変形例−
図3は、第1の実施形態の変形例に係る蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。この変形例では、部分高濃度注入層7Bがn型ドリフト層2c内においてウェル領域3には接していない。他の部分の構造は、第1の実施形態と同様である。この変形例においても、第1の実施形態と同様に、オン動作におけるドレイン電流を低下させることなく、ゲート電極13とウェル領域3との間に印加される電圧が0Vの状態ではドレイン電流が流れない、ノーマリーオフ型の蓄積型SiC−MISFETが得られる。
-Modification of the first embodiment-
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a storage SiC-MISFET according to a modification of the first embodiment. In this modification, the partial high concentration injection layer 7B is not in contact with the well region 3 in the n-type drift layer 2c. The structure of other parts is the same as that of the first embodiment. Also in this modification, as in the first embodiment, the drain current flows when the voltage applied between the gate electrode 13 and the well region 3 is 0 V without reducing the drain current in the ON operation. Thus, a normally-off storage type SiC-MISFET is obtained.

この例においては、部分高濃度注入層7Bとウェル領域3との間隔は、部分高濃度注入層のゲート長方向の寸法よりも小さいことにより、部分高濃度注入層の電位が確実に固定されるため、上述の効果を確実に発揮することができる。   In this example, since the distance between the partial high concentration injection layer 7B and the well region 3 is smaller than the dimension of the partial high concentration injection layer in the gate length direction, the potential of the partial high concentration injection layer is reliably fixed. Therefore, the above-described effects can be surely exhibited.

特に、第1の実施形態のように、部分高濃度注入層がn型ドリフト層2c内においてウェル領域3に接している方が、部分高濃度注入層の電位がより確実に固定されるため、より確実にSiCチャネル層5をピンチオフできる点で好ましい。   In particular, as in the first embodiment, when the partial high concentration injection layer is in contact with the well region 3 in the n-type drift layer 2c, the potential of the partial high concentration injection layer is more reliably fixed. This is preferable in that the SiC channel layer 5 can be pinched off more reliably.

(第2の実施形態)
次に、ウェル領域よりも高濃度の不純物を含む部分高濃度注入層をウェル領域内に設けた本発明の第2の実施形態に係る蓄積型SiC−MISFETについて説明する。
(Second Embodiment)
Next, an accumulation type SiC-MISFET according to a second embodiment of the present invention in which a partial high concentration implantation layer containing impurities higher in concentration than the well region is provided in the well region will be described.

図4は、第2の実施形態における蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETは、SiC基板1と、SiC基板1の主面上に、エピタキシャル成長された第1のエピタキシャル成長層2aと、第1のエピタキシャル層2aの上にエピタキシャル成長された第2のエピタキシャル成長層2bとを備えている。第1のエピタキシャル成長層2aは、SiC基板1の主面上に形成されたn型の不純物(ドーパント)を含むn型ドリフト層2cと、n型ドリフト層2c内にp型不純物イオンを注入して形成されたp型のウェル領域3と、ウェル領域3よりも高濃度のp型不純物を含む高濃度コンタクト層9とを備えている。また、第2のエピタキシャル層2bの一部は、ウェル領域3とn型ドリフト層2cとに跨って設けられ、n型の不純物を含む蓄積型チャネル層であるSiCチャネル層5となっている。さらに、第2のエピタキシャル成長層2bの他の一部とウェル領域3の一部とにn型不純物イオンを注入して形成されたn型のソース領域4を備えている。また、SiCチャネル層5の上に設けられたゲート絶縁膜6と、ゲート絶縁膜6の上に設けられたゲート電極13と、ソース領域4及び高濃度コンタクト層9にオーミック接するソース電極11と、SiC基板1の主面と対向する面(裏面)にオーミック接触するドレイン電極12とを備えている。ソース領域4は、ゲート電極13と平面的に見てオーバーラップし、かつ、高濃度コンタクト層9と接触するように形成されている。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the storage-type SiC-MISFET in the second embodiment. As shown in the figure, the storage type SiC-MISFET of this embodiment includes a SiC substrate 1, a first epitaxial growth layer 2a epitaxially grown on the main surface of the SiC substrate 1, and a first epitaxial layer 2a. And a second epitaxial growth layer 2b epitaxially grown thereon. First epitaxial growth layer 2a is formed by implanting n-type drift layer 2c containing n-type impurities (dopant) formed on the main surface of SiC substrate 1 and p-type impurity ions into n-type drift layer 2c. A p-type well region 3 formed and a high-concentration contact layer 9 containing a p-type impurity at a concentration higher than that of the well region 3 are provided. A part of the second epitaxial layer 2b is provided across the well region 3 and the n-type drift layer 2c, and serves as a SiC channel layer 5 which is an accumulation channel layer containing n-type impurities. Further, an n-type source region 4 formed by implanting n-type impurity ions into another part of the second epitaxial growth layer 2b and a part of the well region 3 is provided. A gate insulating film 6 provided on the SiC channel layer 5; a gate electrode 13 provided on the gate insulating film 6; a source electrode 11 in ohmic contact with the source region 4 and the high-concentration contact layer 9; A drain electrode 12 is provided in ohmic contact with a surface (back surface) facing the main surface of the SiC substrate 1. The source region 4 is formed so as to overlap the gate electrode 13 in plan view and to be in contact with the high concentration contact layer 9.

本実施形態の蓄積型SiC−MISFETの動作時には、ソース領域4からSiCチャネル層5,n型ドリフト層2cを経てSiC基板1(ドレイン領域)に電流が流れるので、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETは縦型MISFET構造を有している。   During operation of the storage type SiC-MISFET of the present embodiment, a current flows from the source region 4 to the SiC substrate 1 (drain region) through the SiC channel layer 5 and the n-type drift layer 2c, so that the storage type SiC- The MISFET has a vertical MISFET structure.

本実施形態の蓄積型SiC−MISFETにおいては、第1の実施形態とは異なり、ウェル領域3の上面部にp型不純物イオンを部分的に注入して形成された部分高濃度注入層7Cが設けられている点である。本実施形態においては、部分高濃度注入層7Cは、ウェル領域3における不純物の濃度に比べて10倍以上高い同導電型不純物(本実施形態においては、p型不純物)を含んでいる。   In the storage type SiC-MISFET of this embodiment, unlike the first embodiment, a partial high-concentration implanted layer 7C formed by partially implanting p-type impurity ions is provided on the upper surface of the well region 3. This is the point. In the present embodiment, the partial high-concentration implanted layer 7 </ b> C contains the same conductivity type impurity (p-type impurity in the present embodiment) that is 10 times or more higher than the impurity concentration in the well region 3.

本実施形態における蓄積型SiC−MISFETの製造工程のほとんどは、第1の実施形態の蓄積型SiC−MISFETの製造工程とほとんど同じであるので、図示を省略し、異なる部分のみ説明する。   Since most of the manufacturing process of the storage-type SiC-MISFET in the present embodiment is almost the same as the manufacturing process of the storage-type SiC-MISFET of the first embodiment, illustration is omitted and only different parts will be described.

本実施形態の製造工程においては、図2(a)に示す工程で、ウェル領域3の上方に開口を有する注入マスクを用いてイオン注入を行ない、高濃度コンタクト層9と部分高濃度注入層7Cとを形成する。その他の工程は、図2(a)〜(d)及びその説明に記載したとおりである。   In the manufacturing process of this embodiment, in the process shown in FIG. 2A, ion implantation is performed using an implantation mask having an opening above the well region 3, and the high concentration contact layer 9 and the partial high concentration implantation layer 7C. And form. Other steps are as described in FIGS. 2A to 2D and the description thereof.

そして、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETと図9に示す従来の蓄積型SiC−MISFETとの電流電圧特性を調べた。具体的には、ゲート電極とウェル領域との間に印加される電圧が0Vの状態でのドレイン電流を測定して比較した。   The current-voltage characteristics of the storage type SiC-MISFET of this embodiment and the conventional storage type SiC-MISFET shown in FIG. 9 were examined. Specifically, the drain current in the state where the voltage applied between the gate electrode and the well region is 0 V was measured and compared.

その結果、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETでは、第1の実施形態の場合と同様に、従来の蓄積型SiC−MISFETにくらべてドレイン電流が2桁近く小さく抑制されていることが判明した。なお、ウェル領域3を基準にしてゲート電極13に正電圧を印加した状態のオン動作時には、両者のドレイン電流はほぼ等しいことが明らかとなった。この理由としては、第1の実施形態と同様の理由が考えられる。   As a result, in the storage type SiC-MISFET of this embodiment, as in the case of the first embodiment, it has been found that the drain current is suppressed by nearly two orders of magnitude compared to the conventional storage type SiC-MISFET. . It was found that the drain currents of both were substantially equal during the ON operation in the state where a positive voltage was applied to the gate electrode 13 with respect to the well region 3. As this reason, the same reason as the first embodiment can be considered.

以上のことから、ウェル領域3内にp型の部分高濃度注入層7Cを設けることにより、オン動作におけるドレイン電流を低下させることなく、ゲート電極13とウェル領域3との間に印加される電圧が0Vの状態ではドレイン電流が流れない、ノーマリーオフ型の蓄積型SiC−MISFETが得られることが示された。   From the above, by providing the p-type partial high concentration injection layer 7C in the well region 3, the voltage applied between the gate electrode 13 and the well region 3 without reducing the drain current in the ON operation. It was shown that a normally-off storage type SiC-MISFET in which no drain current flows in a state of 0 V can be obtained.

−第2の実施形態の変形例−
図5は、第2の実施形態の変形例に係る蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。この変形例では、ウェル領域3内に2つの部分高濃度注入層7Dが設けられている。他の部分の構造は、第2の実施形態と同様である。この変形例においても、第2の実施形態と同様に、オン動作におけるドレイン電流を低下させることなく、ゲート電極13とウェル領域3との間に印加される電圧が0Vの状態ではドレイン電流が流れない、ノーマリーオフ型の蓄積型SiC−MISFETが得られる。
-Modification of the second embodiment-
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a storage type SiC-MISFET according to a modification of the second embodiment. In this modification, two partial high-concentration injection layers 7D are provided in the well region 3. The structure of other parts is the same as that of the second embodiment. Also in this modification, as in the second embodiment, the drain current flows when the voltage applied between the gate electrode 13 and the well region 3 is 0 V without reducing the drain current in the on-operation. Thus, a normally-off storage type SiC-MISFET is obtained.

この変形例のように、複数の部分高濃度注入層がウェル領域3に設けられていると、より確実にSiCチャネル層をピンチオフできる蓄積型SiC−MISFETが得られる点で好ましい。   As in this modification, it is preferable that a plurality of partial high-concentration implantation layers are provided in the well region 3 in that a storage type SiC-MISFET capable of pinching off the SiC channel layer more reliably can be obtained.

(第3の実施形態)
次に、ウェル領域よりも高濃度の不純物を含む部分高濃度注入層をウェル領域内に設けた本発明の第3の実施形態に係る蓄積型SiC−MISFETについて説明する。
(Third embodiment)
Next, an accumulation type SiC-MISFET according to a third embodiment of the present invention in which a partial high-concentration implantation layer containing impurities higher in concentration than the well region is provided in the well region will be described.

図6は、第3の実施形態における蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETは、SiC基板1と、SiC基板1の主面上に、エピタキシャル成長された第1のエピタキシャル成長層2aと、第1のエピタキシャル層2aの上にエピタキシャル成長された第2のエピタキシャル成長層2bとを備えている。第1のエピタキシャル成長層2aは、SiC基板1の主面上に形成されたn型の不純物(ドーパント)を含むn型ドリフト層2cと、n型ドリフト層2c内にp型不純物イオンを注入して形成されたp型のウェル領域3と、ウェル領域3よりも高濃度のp型不純物を含む高濃度コンタクト層9とを備えている。また、第2のエピタキシャル層2bの一部は、ウェル領域3とn型ドリフト層2cとに跨って設けられ、n型の不純物を含む蓄積型チャネル層であるSiCチャネル層5となっている。さらに、第2のエピタキシャル成長層2bの他の一部とウェル領域3の一部とにn型不純物イオンを注入して形成されたn型のソース領域4を備えている。また、SiCチャネル層5の上に設けられたゲート絶縁膜6と、ゲート絶縁膜6の上に設けられたゲート電極13と、ソース領域4及び高濃度コンタクト層9にオーミック接するソース電極11と、SiC基板1の主面と対向する面(裏面)にオーミック接触するドレイン電極12とを備えている。ソース領域4は、ゲート電極13と平面的に見てオーバーラップし、かつ、高濃度コンタクト層9と接触するように形成されている。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the storage type SiC-MISFET in the third embodiment. As shown in the figure, the storage type SiC-MISFET of this embodiment includes a SiC substrate 1, a first epitaxial growth layer 2a epitaxially grown on the main surface of the SiC substrate 1, and a first epitaxial layer 2a. And a second epitaxial growth layer 2b epitaxially grown thereon. First epitaxial growth layer 2a is formed by implanting n-type drift layer 2c containing n-type impurities (dopant) formed on the main surface of SiC substrate 1 and p-type impurity ions into n-type drift layer 2c. A p-type well region 3 formed and a high-concentration contact layer 9 containing a p-type impurity at a concentration higher than that of the well region 3 are provided. A part of the second epitaxial layer 2b is provided across the well region 3 and the n-type drift layer 2c, and serves as a SiC channel layer 5 which is an accumulation channel layer containing n-type impurities. Further, an n-type source region 4 formed by implanting n-type impurity ions into another part of the second epitaxial growth layer 2b and a part of the well region 3 is provided. A gate insulating film 6 provided on the SiC channel layer 5; a gate electrode 13 provided on the gate insulating film 6; a source electrode 11 in ohmic contact with the source region 4 and the high-concentration contact layer 9; A drain electrode 12 is provided in ohmic contact with a surface (back surface) facing the main surface of the SiC substrate 1. The source region 4 is formed so as to overlap the gate electrode 13 in plan view and to be in contact with the high concentration contact layer 9.

本実施形態の蓄積型SiC−MISFETの動作時には、ソース領域4からSiCチャネル層5,n型ドリフト層2cを経てSiC基板1(ドレイン領域)に電流が流れるので、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETは、縦型MISFET構造を有している。   During operation of the storage type SiC-MISFET of the present embodiment, a current flows from the source region 4 to the SiC substrate 1 (drain region) through the SiC channel layer 5 and the n-type drift layer 2c, so that the storage type SiC- The MISFET has a vertical MISFET structure.

本実施形態の蓄積型SiC−MISFETにおいては、第1,第2の実施形態とは異なり、ウェル領域3の上面部にp型不純物イオンを部分的に注入して形成された高濃度コンタクト層9がソース領域4を囲むように設けられていて、高濃度コンタクト層9のうちSiCチャネル層5の下方に位置する領域が部分高濃度注入層9aである点である。本実施形態においては、部分高濃度注入層9aは、高濃度コンタクト層9の一部であるので、ウェル領域3における不純物の濃度に比べて10倍以上高い同導電型不純物(本実施形態においては、p型不純物)を含んでいる。   In the storage type SiC-MISFET of this embodiment, unlike the first and second embodiments, the high concentration contact layer 9 formed by partially implanting p-type impurity ions into the upper surface of the well region 3. Is that the region located below the SiC channel layer 5 in the high-concentration contact layer 9 is the partial high-concentration implantation layer 9a. In the present embodiment, the partial high-concentration implanted layer 9a is a part of the high-concentration contact layer 9, and therefore has the same conductivity type impurity (in this embodiment, 10 times higher than the impurity concentration in the well region 3). , P-type impurities).

次に、本実施形態における蓄積型SiC−MISFETの製造方法について説明する。図7(a)〜(d)は、本実施形態に係るSiC−MISFETの製造工程を示す断面図である。   Next, a manufacturing method of the storage type SiC-MISFET in this embodiment will be described. 7A to 7D are cross-sectional views showing a manufacturing process of the SiC-MISFET according to this embodiment.

図7(a)に示す工程の前に、以下の工程を行なう。まず、SiC基板1を準備する。SiC基板1としては、例えば、主面が( 0 0 0 1)から[ 1 1-2 0]方向に8度のオフ角度がついた直径50mmの4H−SiC基板を用いる。SiC基板1にはn型不純物がドープされており、キャリア濃度は1×1018cm-3である。次に、CVD法により、SiC基板1上に、n型の不純物をin-situ ドープしながら、蓄積型SiC−MISFETのn型ドリフト層2cを含む第1の成長層2aをエピタキシャル成長させる。第1エピタキシャル成長層2aの厚さ(n型ドリフト層2cの厚さ)は約10μmであり、n型ドリフト層2c中のキャリア濃度は約5×1015cm-3である。これにより、SiC基板1と第1のエピタキシャル成長層2aからなるSiC体下部層が形成されることになる。 Prior to the step shown in FIG. 7A, the following steps are performed. First, the SiC substrate 1 is prepared. As the SiC substrate 1, for example, a 4H—SiC substrate having a diameter of 50 mm with an off-angle of 8 degrees in the [1 1-2 0] direction from the (0 0 0 1) main surface is used. The SiC substrate 1 is doped with n-type impurities, and the carrier concentration is 1 × 10 18 cm −3 . Next, the first growth layer 2a including the n-type drift layer 2c of the storage SiC-MISFET is epitaxially grown on the SiC substrate 1 by in-situ doping with the n-type impurity by the CVD method. The thickness of the first epitaxial growth layer 2a (the thickness of the n-type drift layer 2c) is about 10 μm, and the carrier concentration in the n-type drift layer 2c is about 5 × 10 15 cm −3 . Thereby, a SiC body lower layer composed of SiC substrate 1 and first epitaxial growth layer 2a is formed.

続いて、蓄積型SiC−MISFETのウェル領域3を形成するために、n型ドリフト層2cの表面に、例えばニッケル(Ni)からなる注入マスク(図示せず)を形成する。この注入マスクは、n型ドリフト層2cの一部分を覆い、ウェル領域3となる領域に開口を有している。そして、注入マスクの上方から、n型ドリフト層2c内に多段階のAlイオンの注入を行なった後、活性化アニールを行なう。これにより、n型ドリフト層2cの一部が、濃度1×1017cm-3の不純物を含むウェル領域3となる。 Subsequently, in order to form the well region 3 of the storage SiC-MISFET, an implantation mask (not shown) made of, for example, nickel (Ni) is formed on the surface of the n-type drift layer 2c. This implantation mask covers a part of the n-type drift layer 2 c and has an opening in a region to be the well region 3. Then, multi-stage Al ions are implanted into the n-type drift layer 2c from above the implantation mask, and then activation annealing is performed. As a result, a part of the n-type drift layer 2c becomes the well region 3 containing an impurity having a concentration of 1 × 10 17 cm −3 .

次に、図7(a)に示す工程で、Niからなる注入マスクを除去した後、更に、高濃度コンタクト層9を形成しようとする領域を開口したAlからなる注入マスク22を形成する。このとき、注入マスク22の開口は、後にソース領域を形成するために用いられる注入マスクの開口全体を含んでいる。そして、注入マスク22の上方から、n型ドリフト層2c内に多段階のAlイオンの注入を行なった後、活性化アニールを行なう。これにより、n型ドリフト層2c内にウェル領域3に囲まれるように、濃度約2×1018cm-3のp型不純物を含む高濃度コンタクト層9が形成される。 Next, in the step shown in FIG. 7A, after the implantation mask made of Ni is removed, an implantation mask 22 made of Al having an opening in a region where the high concentration contact layer 9 is to be formed is formed. At this time, the opening of the implantation mask 22 includes the entire opening of the implantation mask that is used to form a source region later. Then, multi-stage Al ions are implanted into the n-type drift layer 2c from above the implantation mask 22, and then activation annealing is performed. Thereby, a high concentration contact layer 9 containing a p-type impurity having a concentration of about 2 × 10 18 cm −3 is formed so as to be surrounded by the well region 3 in the n-type drift layer 2 c.

次に、図7(b)に示す工程で、CVD法により、ウェル領域3及びn型ドリフト層2cの上面上にn型不純物を含む,厚さ0.3μmのSiCチャネル層5を含む第2のエピタキシャル成長層2b(SiC体上部層)をエピタキシャル成長させる。n型不純物は、in-situ ドープによってSiCチャネル層5内にも導入され、その濃度は約5×1017cm-3である。これにより、エピタキシャル成長層2とSiC基板1とからなるSiC体が形成されることになる。 Next, in the step shown in FIG. 7B, the second region including the SiC channel layer 5 having the thickness of 0.3 μm and containing the n-type impurity on the upper surface of the well region 3 and the n-type drift layer 2c is formed by the CVD method. The epitaxial growth layer 2b (SiC upper layer) is epitaxially grown. The n-type impurity is also introduced into the SiC channel layer 5 by in-situ doping, and its concentration is about 5 × 10 17 cm −3 . Thereby, the SiC body which consists of the epitaxial growth layer 2 and the SiC substrate 1 is formed.

次に、図7(c)に示す工程で、ソース領域4を形成しようとする領域を開口した,Ni等からなる注入マスクを形成し(図示せず)、この注入マスクの上方からn型不純物イオンである窒素イオンをウェル領域3に注入した後、窒素の活性化アニールを行なう。これにより、SiCチャネル層5の一部が、濃度2×1018cm-3のn型不純物を含むソース領域4となる。なお、本実施形態においては、高濃度コンタクト層9のp型不純物の濃度と、ソース領域4のn型不純物の濃度とがほぼ同程度であるので、高濃度コンタクト層9までがソース領域4に変化するわけではないが、便宜上、図6及び図7(c),(d)においては、ソース領域4の下部がウェル領域3内まで侵入しているように描いている。 Next, in the step shown in FIG. 7C, an implantation mask made of Ni or the like having an opening in the region where the source region 4 is to be formed is formed (not shown), and an n-type impurity is formed from above the implantation mask. After injecting nitrogen ions, which are ions, into the well region 3, activation annealing of nitrogen is performed. Thereby, a part of SiC channel layer 5 becomes source region 4 containing an n-type impurity having a concentration of 2 × 10 18 cm −3 . In the present embodiment, since the concentration of the p-type impurity in the high-concentration contact layer 9 and the concentration of the n-type impurity in the source region 4 are approximately the same, the region up to the high-concentration contact layer 9 is the source region 4. Although not changed, for convenience, in FIG. 6 and FIGS. 7C and 7D, the lower part of the source region 4 is drawn so as to penetrate into the well region 3.

次に、図7(d)に示す工程で、露出しているSiC体の表面を1100℃で熱酸化することにより、基板の上面上に厚さ30nmのゲート絶縁膜6を形成する。その後、ゲート絶縁膜6のうちソース電極を形成しようとする領域の上に位置する部分を除去した後、電子ビーム(EB)蒸着装置を用いて、ソース領域4の表面及びSiC基板1の裏面にNiを蒸着する。続いて、加熱炉で1000℃で加熱することにより、ソース領域4上には第1のオーミック電極となるソース電極9を、SiC基板1の裏面上には第2のオーミック電極となるドレイン電極10をそれぞれ形成する。最後に、蒸着により、ゲート絶縁膜6上にアルミニウム膜を形成し、これをパターニングして、ゲート電極8の形成を行なう。   Next, in the step shown in FIG. 7D, the exposed surface of the SiC body is thermally oxidized at 1100 ° C. to form a gate insulating film 6 having a thickness of 30 nm on the upper surface of the substrate. Thereafter, a portion of the gate insulating film 6 located on the region where the source electrode is to be formed is removed, and then the surface of the source region 4 and the back surface of the SiC substrate 1 are formed using an electron beam (EB) vapor deposition apparatus. Ni is vapor-deposited. Subsequently, by heating at 1000 ° C. in a heating furnace, the source electrode 9 serving as the first ohmic electrode is formed on the source region 4, and the drain electrode 10 serving as the second ohmic electrode is formed on the back surface of the SiC substrate 1. Respectively. Finally, an aluminum film is formed on the gate insulating film 6 by vapor deposition, and this is patterned to form the gate electrode 8.

次に、本実施形態に係る蓄積型SiC−MISFETの性能を調べるために、電流電圧特性を測定した。その結果について以下に説明する。   Next, in order to investigate the performance of the storage SiC-MISFET according to the present embodiment, the current-voltage characteristics were measured. The results will be described below.

比較のために、図9に示すような従来の蓄積型SiC−MISFETを準備した。なお、部分高濃度注入層9aが存在しない点を除いて、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETと同じ構造とした。   For comparison, a conventional storage type SiC-MISFET as shown in FIG. 9 was prepared. The structure is the same as that of the storage type SiC-MISFET of the present embodiment except that the partial high concentration implantation layer 9a does not exist.

次に、本実施形態及び従来の蓄積型SiC−MISFETの電流電圧特性を調べた。具体的には、ゲート電極とウェル領域との間に印加される電圧が0Vの状態でのドレイン電流を測定して比較した。   Next, the current-voltage characteristics of the present embodiment and the conventional storage type SiC-MISFET were examined. Specifically, the drain current in the state where the voltage applied between the gate electrode and the well region is 0 V was measured and compared.

その結果、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETでは、従来の蓄積型SiC−MISFETに比べてドレイン電流が2桁近く小さく抑制されていることが判明した。なお、ウェル領域を基準にしてゲートに正電圧を印加した状態のオン動作時には、両者のドレイン電流はほぼ等しいことが明らかとなった。この理由は、第1の実施形態と同じように考えられる。   As a result, it has been found that in the storage type SiC-MISFET of this embodiment, the drain current is suppressed by nearly two orders of magnitude compared to the conventional storage type SiC-MISFET. It was found that the drain currents of the two regions were almost equal during the on-operation in which a positive voltage was applied to the gate with reference to the well region. The reason is considered as in the first embodiment.

以上のことから、ウェル領域3内に、ソース領域4を囲むように高濃度コンタクト層9を形成し、その一部を部分高濃度注入層9aとして機能させることにより、オン動作におけるドレイン電流を低下させることなく、ゲート電極13とウェル領域3との間に印加される電圧が0Vの状態ではドレイン電流が流れない、ノーマリーオフ型の蓄積型SiC−MISFETが得られることが示された。   From the above, by forming the high-concentration contact layer 9 in the well region 3 so as to surround the source region 4, and making a part of it function as the partial high-concentration injection layer 9a, the drain current in the on operation is reduced. It has been shown that a normally-off storage type SiC-MISFET in which no drain current flows when the voltage applied between the gate electrode 13 and the well region 3 is 0 V is obtained.

特に、第1,第2の実施形態に比べて、部分高濃度注入層9aがウェル領域3の端部と遠く離れているので、両者を形成するためのイオン注入時に用いる注入マスク同士の位置ずれを無視しうるという利点がある。加えて、この構造の場合には、ウェル領域とドリフト層とのpn接合による空乏層がソース領域まで到達してしまう「パンチスルー」が起こりにくくなるので耐圧が向上する。   In particular, as compared with the first and second embodiments, the partial high-concentration implantation layer 9a is far from the end of the well region 3, so that the positional deviation between the implantation masks used at the time of ion implantation for forming the both is increased. There is an advantage that can be ignored. In addition, in this structure, since the “punch through” in which the depletion layer due to the pn junction between the well region and the drift layer reaches the source region is less likely to occur, the breakdown voltage is improved.

なお、本実施形態においては、高濃度コンタクト層9のp型不純物の濃度と、ソース領域4のn型不純物の濃度とがほぼ同程度であるので、ソース領域4の下部は、ほとんどイントリンシックになっている。したがって、ソース領域4の実質的な部分の厚さは、SiCチャネル層5の厚さとほぼ同じになっているが、このような構造でも、ソース領域4の機能が損なわれることはない。同様に、ソース領域4のn型不純物の濃度が、例えば1×1018cm-3程度と、高濃度コンタクト層9中の不純物の濃度よりも低い場合には、図6に示すソース領域7の下部が高濃度コンタクト領域9になるが、そのような構造でもソース領域4の機能が損なわれることはない。さらに、ソース領域4のn型不純物濃度を高濃度コンタクト層9のp型不純物濃度よりも濃くしてもよい。 In the present embodiment, since the concentration of the p-type impurity in the high-concentration contact layer 9 and the concentration of the n-type impurity in the source region 4 are approximately the same, the lower portion of the source region 4 is almost intrinsic. It has become. Therefore, the thickness of the substantial portion of the source region 4 is substantially the same as the thickness of the SiC channel layer 5, but even with such a structure, the function of the source region 4 is not impaired. Similarly, when the concentration of the n-type impurity in the source region 4 is, for example, about 1 × 10 18 cm −3, which is lower than the concentration of the impurity in the high-concentration contact layer 9, the source region 7 shown in FIG. Although the lower portion becomes the high-concentration contact region 9, even in such a structure, the function of the source region 4 is not impaired. Furthermore, the n-type impurity concentration of the source region 4 may be higher than the p-type impurity concentration of the high-concentration contact layer 9.

(第4の実施形態)
次に、ウェル領域よりも高濃度の不純物を含む部分高濃度注入層をウェル領域内に設けた本発明の第4の実施形態に係る横型MISFETである,蓄積型SiC−MISFETについて説明する。
(Fourth embodiment)
Next, an accumulation type SiC-MISFET, which is a lateral MISFET according to the fourth embodiment of the present invention, in which a partial high-concentration implantation layer containing impurities higher in concentration than the well region is provided in the well region will be described.

図8は、第4の実施形態における蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETは、SiC基板1と、SiC基板1の主面上に、エピタキシャル成長された第1のエピタキシャル成長層2aと、第1のエピタキシャル層2aの上にエピタキシャル成長された第2のエピタキシャル成長層2bとを備えている。第1のエピタキシャル成長層2aは、SiC基板1の主面上に形成されたn型の不純物(ドーパント)を含むn型ドリフト層2cと、n型ドリフト層2c内にp型不純物イオンを注入して形成されたp型のウェル領域3と、ウェル領域3よりも高濃度のp型不純物を含む高濃度コンタクト層9とを備えている。また、第2のエピタキシャル層2bの一部は、ウェル領域3とn型ドリフト層2cとに跨って設けられ、n型の不純物を含む蓄積型チャネル層であるSiCチャネル層5となっている。さらに、第2のエピタキシャル成長層2bの他の一部とウェル領域3の一部とにn型不純物イオンを注入して形成されたn型のソース領域4を備えている。また、SiCチャネル層5の上に設けられたゲート絶縁膜6と、ゲート絶縁膜6の上に設けられたゲート電極13と、ソース領域4及び高濃度コンタクト層9にオーミック接するソース電極11とを備えている。ソース領域4は、ゲート電極13と平面的に見てオーバーラップし、かつ、高濃度コンタクト層9と接触するように形成されている。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the storage type SiC-MISFET in the fourth embodiment. As shown in the figure, the storage type SiC-MISFET of this embodiment includes a SiC substrate 1, a first epitaxial growth layer 2a epitaxially grown on the main surface of the SiC substrate 1, and a first epitaxial layer 2a. And a second epitaxial growth layer 2b epitaxially grown thereon. First epitaxial growth layer 2a is formed by implanting n-type drift layer 2c containing n-type impurities (dopant) formed on the main surface of SiC substrate 1 and p-type impurity ions into n-type drift layer 2c. A p-type well region 3 formed and a high-concentration contact layer 9 containing a p-type impurity at a concentration higher than that of the well region 3 are provided. A part of the second epitaxial layer 2b is provided across the well region 3 and the n-type drift layer 2c, and serves as a SiC channel layer 5 which is an accumulation channel layer containing n-type impurities. Further, an n-type source region 4 formed by implanting n-type impurity ions into another part of the second epitaxial growth layer 2b and a part of the well region 3 is provided. The gate insulating film 6 provided on the SiC channel layer 5, the gate electrode 13 provided on the gate insulating film 6, and the source electrode 11 in ohmic contact with the source region 4 and the high-concentration contact layer 9 are provided. I have. The source region 4 is formed so as to overlap the gate electrode 13 in plan view and to be in contact with the high concentration contact layer 9.

さらに、n型本体部2cの表面部に、ソース領域4と同程度の濃度のn型不純物を導入して形成され、SiCチャネル層5を挟んでソース領域4に対向するドレイン領域31と、ドレイン領域31にオーミック接触するドレイン電極32とを備えている。   Further, a drain region 31 formed by introducing an n-type impurity having a concentration similar to that of the source region 4 into the surface portion of the n-type main body 2c and facing the source region 4 with the SiC channel layer 5 interposed therebetween, and a drain A drain electrode 32 that is in ohmic contact with the region 31 is provided.

本実施形態の蓄積型SiC−MISFETの動作時には、ソース領域4からSiCチャネル層5を経てドレイン領域32に電流が流れるので、本実施形態の蓄積型SiC−MISFETは横型MISFET構造を有している。   During operation of the storage type SiC-MISFET of the present embodiment, a current flows from the source region 4 to the drain region 32 through the SiC channel layer 5, so that the storage type SiC-MISFET of the present embodiment has a lateral MISFET structure. .

本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、n型ドリフト層2c内に、ウェル領域3に接するようにp型の部分高濃度注入層7Aを設けることにより、オン動作におけるドレイン電流を低下させることなく、ゲート電極13とウェル領域3との間に印加される電圧が0Vの状態ではドレイン電流が流れない、ノーマリーオフ型の蓄積型SiC−MISFETが得られる。   Also in this embodiment, similarly to the first embodiment, by providing the p-type partial high-concentration injection layer 7A in contact with the well region 3 in the n-type drift layer 2c, the drain current in the on operation can be reduced. Without reduction, a normally-off storage SiC-MISFET is obtained in which no drain current flows when the voltage applied between the gate electrode 13 and the well region 3 is 0V.

また、第1の実施形態の変形例,第2の実施形態,第2の実施形態の変形例及び第3の実施形態における部分高濃度注入層の構造を、このような横型MISFETである蓄積型SiC−MISFETに適用しても、オン動作におけるドレイン電流を低下させることなく、ゲート電極13とウェル領域3との間に印加される電圧が0Vの状態ではドレイン電流が流れない、ノーマリーオフ型の蓄積型SiC−MISFETが得られる。   The structure of the partial high-concentration implantation layer in the modification of the first embodiment, the second embodiment, the modification of the second embodiment, and the third embodiment is the storage type that is such a lateral MISFET. Even when applied to a SiC-MISFET, the drain current does not flow when the voltage applied between the gate electrode 13 and the well region 3 is 0 V without reducing the drain current in the on operation, and is a normally-off type. The storage type SiC-MISFET is obtained.

(その他の実施形態)
また、上記各実施形態においては蓄積型SiC−MISFETがnチャネル型MISFETである場合について説明したが、本発明の蓄積型SiC−MISFETがpチャネル型MISFETであっても、上記各実施形態と同じ効果を発揮することができる。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the case where the storage type SiC-MISFET is an n-channel type MISFET has been described. However, even if the storage type SiC-MISFET of the present invention is a p-channel type MISFET, the same as the above embodiments. The effect can be demonstrated.

また、以上の実施形態においては、蓄積型SiC−MISFETに部分高濃度注入層を形成したが、SiCを用いた蓄積型IGBTに部分高濃度注入層を形成しても上記と同様の効果が得られる。   In the above embodiment, the partial high concentration injection layer is formed in the storage type SiC-MISFET. However, the same effect as described above can be obtained even if the partial high concentration injection layer is formed in the storage type IGBT using SiC. It is done.

また、以上の実施形態においては、SiCチャネル層として一様な濃度分布のn型ドープ層を用いたが、多重δドープ層を有するチャネル層を用いても本発明の効果が得られる。   In the above embodiment, the n-type doped layer having a uniform concentration distribution is used as the SiC channel layer. However, the effect of the present invention can be obtained even when a channel layer having multiple δ-doped layers is used.

また、以上の実施形態においては、4H−SiCをSiC基板として用いたが、4H−SiC以外のポリタイプからなる基板を用いてもよい。   In the above embodiment, 4H—SiC is used as the SiC substrate, but a substrate made of a polytype other than 4H—SiC may be used.

本発明は、各種電子機器,電力機器に設けられる電力用半導体デバイスや高周波用半導体デバイスなどとして利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a power semiconductor device or a high-frequency semiconductor device provided in various electronic devices and power devices.

第1の実施形態における蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of accumulation | storage type SiC-MISFET in 1st Embodiment. (a)〜(d)は、第1の実施形態に係るSiC−MISFETの製造工程を示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows the manufacturing process of SiC-MISFET which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例に係る蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of storage type SiC-MISFET which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第2の実施形態における蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of storage-type SiC-MISFET in 2nd Embodiment. 第2の実施形態の変形例に係る蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of storage type SiC-MISFET which concerns on the modification of 2nd Embodiment. 第3の実施形態における蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of storage type SiC-MISFET in 3rd Embodiment. (a)〜(d)は、本実施形態に係るSiC−MISFETの製造工程を示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows the manufacturing process of SiC-MISFET which concerns on this embodiment. 第4の実施形態における蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of storage type SiC-MISFET in 4th Embodiment. 従来の蓄積型SiC−MISFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional storage type SiC-MISFET.

符号の説明Explanation of symbols

1 SiC基板
2 n型エピタキシャル成長層
3 ウェル領域
4 ソース領域
5 ゲート絶縁膜
6 SiCチャネル層
7 部分高濃度注入層
9 高濃度コンタクト層
11 ソース電極
12 ドレイン電極
13 ゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SiC substrate 2 N type epitaxial growth layer 3 Well region 4 Source region 5 Gate insulating film 6 SiC channel layer 7 Partial high concentration injection layer 9 High concentration contact layer 11 Source electrode 12 Drain electrode 13 Gate electrode

Claims (12)

第1導電型不純物を含む本体部を有するSiC体と、
上記SiC体内において上記本体部を除く部分に第2導電型不純物を導入して形成されたウェル領域と、
上記SiC体内において上記ウェル領域及びSiC体の本体部に跨って設けられた第1導電型不純物を含むチャネル層と、
上記チャネル層の上に形成されたゲート絶縁膜と、
上記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極と、
上記SiC体内において上記チャネル層に隣接する領域に、上記ウェル領域に接するように設けられた第1導電型不純物を含むソース領域と、
上記SiC体内において上記本体部を挟んで上記ソース領域に対向する領域に設けられたドレイン領域と、
上記SiC体における上記チャネル下方に位置する部分に、上記ウェル領域よりも高濃度の第2導電型不純物を注入して設けられた部分高濃度注入層と
を備えているSiC−MISFET。
A SiC body having a main body portion containing a first conductivity type impurity;
A well region formed by introducing a second conductivity type impurity into a portion of the SiC body excluding the body portion;
A channel layer containing a first conductivity type impurity provided across the well region and the main body of the SiC body in the SiC body;
A gate insulating film formed on the channel layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A source region including a first conductivity type impurity provided in a region adjacent to the channel layer in the SiC body so as to be in contact with the well region;
A drain region provided in a region facing the source region across the body portion in the SiC body;
A SiC-MISFET comprising a partial high-concentration injection layer provided by injecting a second conductivity type impurity having a concentration higher than that of the well region into a portion of the SiC body located below the channel.
請求項1記載のSiC−MISFETにおいて、
上記ゲート電極と上記ウェル領域との間に印加される電圧が0Vの状態において、上記部分高濃度注入層によって形成される空乏層が上記ゲート絶縁膜にまで達している,SiC−MISFET。
The SiC-MISFET according to claim 1, wherein
A SiC-MISFET in which a depletion layer formed by the partial high concentration injection layer reaches the gate insulating film in a state in which a voltage applied between the gate electrode and the well region is 0V.
請求項1又は2記載のSiC−MISFETにおいて、
上記部分高濃度注入層の少なくとも下面は、上記本体部に囲まれていて、
上記部分高濃度注入層と上記ウェル領域との間隔は、上記部分高濃度注入層のゲート長方向の寸法よりも小さい,SiC−MISFET。
The SiC-MISFET according to claim 1 or 2,
At least the lower surface of the partial high concentration injection layer is surrounded by the main body,
The SiC-MISFET, wherein a distance between the partial high concentration implantation layer and the well region is smaller than a dimension of the partial high concentration implantation layer in a gate length direction.
請求項1又は2記載のSiC−MISFETにおいて、
上記部分高濃度注入層は、上記ウェル領域に囲まれている,SiC−MISFET。
The SiC-MISFET according to claim 1 or 2,
The partial high concentration implantation layer is a SiC-MISFET surrounded by the well region.
請求項4記載のSiC−MISFETにおいて、
上記ウェル領域よりも高濃度の第2導電型不純物を含み、上記部分高濃度注入層につながる高濃度コンタクト層をさらに備え、
上記高濃度コンタクト層は、上記ソース領域を囲むように形成されており、
上記部分高濃度注入層は、上記高濃度コンタクト層と共通のイオン注入工程により形成されたものである,SiC−MISFET。
The SiC-MISFET according to claim 4,
A high-concentration contact layer containing a second conductivity type impurity at a concentration higher than that of the well region and connected to the partial high-concentration implantation layer;
The high-concentration contact layer is formed so as to surround the source region,
The partial high-concentration implantation layer is a SiC-MISFET formed by an ion implantation process common to the high-concentration contact layer.
請求項1〜5のうちいずれか1つに記載のSiC−MISFETにおいて、
上記部分高濃度注入層のゲート長方向の寸法は、上記チャネル層のゲート長方向の寸法の1/10以下である,SiC−MISFET。
In SiC-MISFET as described in any one of Claims 1-5,
The SiC-MISFET, wherein a dimension of the partial high concentration implantation layer in a gate length direction is 1/10 or less of a dimension of the channel layer in a gate length direction.
請求項1〜6のうちいずれか1つに記載のSiC−MISFETにおいて、
上記部分高濃度注入層の深さ方向の寸法は、上記チャネル層の深さ方向の寸法よりも大きい,SiC−MISFET。
In SiC-MISFET as described in any one of Claims 1-6,
The SiC-MISFET, wherein a dimension in the depth direction of the partial high concentration implantation layer is larger than a dimension in the depth direction of the channel layer.
請求項1〜6のうちいずれか1つに記載のSiC−MISFETにおいて、
上記部分高濃度注入層の不純物濃度が、上記ウェル領域の不純物濃度に比べて10倍以上高い,SiC−MISFET。
In SiC-MISFET as described in any one of Claims 1-6,
The SiC-MISFET, wherein the impurity concentration of the partial high concentration implantation layer is 10 times or more higher than the impurity concentration of the well region.
請求項1〜8のうちいずれか1つに記載のSiC−MISFETにおいて、
上記ドレイン領域は、上記SiC体の最下部に設けられており、縦型MISFETである,SiC−MISFET。
In SiC-MISFET as described in any one of Claims 1-8,
The drain region is provided in the lowermost part of the SiC body, and is a vertical MISFET. SiC-MISFET.
請求項1〜8のうちいずれか1つに記載のSiC−MISFETにおいて、
上記ドレイン領域は、上記SiC体の上記チャネル層につながる表面部に設けられており、横型MISFETである,SiC−MISFET。
In SiC-MISFET as described in any one of Claims 1-8,
The drain region is provided in a surface portion connected to the channel layer of the SiC body, and is a lateral MISFET, SiC-MISFET.
第1導電型不純物を含むSiC体下部層の本体部を除く部分に第2導電型不純物を注入してウェル領域を形成する工程(a)と、
上記工程(a)の後又はその前に、上記本体部に上記ウェル領域よりも高濃度の第2導電型不純物を注入して、部分高濃度注入層を形成する工程(b)と、
上記SiC体の本体部,ウェル領域及び上記部分高濃度注入層の上に、第1導電型不純物を含むチャネル層を有するSiC体上部層をエピタキシャル成長させる工程(c)と、
上記SiC上部層の一部に第1導電型不純物を注入して、ソース領域を形成する工程(d)と、
上記チャネル層の上にゲート絶縁膜を形成する工程(e)と、
上記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程(f)と
を備えているSiC−MISFETの製造方法。
A step of forming a well region by implanting a second conductivity type impurity into a portion of the SiC body lower layer containing the first conductivity type impurity except for a main body portion; and
(B) after or before the step (a), implanting a second conductivity type impurity having a concentration higher than that of the well region into the main body to form a partial high concentration implantation layer;
A step (c) of epitaxially growing a SiC body upper layer having a channel layer containing a first conductivity type impurity on the SiC body body, the well region, and the partial high-concentration implanted layer;
A step (d) of implanting a first conductivity type impurity into a part of the SiC upper layer to form a source region;
Forming a gate insulating film on the channel layer (e);
And a step (f) of forming a gate electrode on the gate insulating film.
請求項11記載のSiC−MISFETの製造方法において、
上記工程(b)では、上記ソース領域を形成しようとする領域を包含する開口を設けた注入マスクを用いて、第2導電型不純物を注入することにより、上記ソース領域と接するように上記部分高濃度注入層を形成する,SiC−MISFETの製造方法。
In the manufacturing method of SiC-MISFET of Claim 11,
In the step (b), by using the implantation mask provided with an opening including the region where the source region is to be formed, a second conductivity type impurity is implanted so that the partial height is in contact with the source region. A method for manufacturing a SiC-MISFET, wherein a concentration injection layer is formed.
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