JP3979369B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3979369B2 JP3979369B2 JP2003331262A JP2003331262A JP3979369B2 JP 3979369 B2 JP3979369 B2 JP 3979369B2 JP 2003331262 A JP2003331262 A JP 2003331262A JP 2003331262 A JP2003331262 A JP 2003331262A JP 3979369 B2 JP3979369 B2 JP 3979369B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- wide
- hetero
- semiconductor region
- wide gap
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 279
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 21
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 102
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical group [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 101
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 claims description 78
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 71
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 48
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 67
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N phosphinic chloride Chemical compound ClP=O RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 arsenic ions Chemical class 0.000 description 1
- HAYXDMNJJFVXCI-UHFFFAOYSA-N arsenic(5+) Chemical compound [As+5] HAYXDMNJJFVXCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001505 atmospheric-pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
このプレーナ型MOSFETの動作としては、ドレイン電極とソース電極との間に電圧が印加された状態で、ゲート電極に正の電圧が印加されると、ゲート電極に対向したP型ベース領域の表層に反転型のチャネル領域が形成され、ドレイン電極からソース電極へと電流を流すことが可能となる。また、ゲート電極に印加された電圧を取り去ることによってドレイン電極とソース電極との間は電気的に絶縁され、スイッチング機能を示すことになる。
本発明は、上記の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、高耐圧で低オン抵抗の半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
なお、全ての実施の形態において、ワイドギャップ半導体を炭化珪素半導体、ワイドバンドギャップ半導体とはバンドギャップが異なる半導体材料を多結晶シリコンとして説明している。
図1は本発明の第一の実施の形態における半導体装置を示している。図は構造単位セルが2つ連続した断面図である。ドレイン領域となるN+型炭化珪素半導体基板1上にN−型炭化珪素エピタキシャル層2が積層されている。すなわち、N+型炭化珪素半導体基板1とN−型炭化珪素エピタキシャル層2とによって第一導電型の炭化珪素半導体基体100が構成されている。N−型炭化珪素エピタキシャル層2上の所定領域にはN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3が形成されている。なお、ここでN−型炭化珪素エピタキシャル層2と、N型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3はヘテロ接合しており、接合界面にはエネルギー障壁が存在している。また、N−型炭化珪素エピタキシャル層2とN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3との接合部に隣接して、堆積膜からなるゲート絶縁膜4を介してゲート電極5が形成されている。ゲート電極5は層間絶縁膜20によって覆われている。N型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3に接続するようにソース電極6が形成され、N+型炭化珪素半導体基板1の裏面にはドレイン電極7が形成されている。
まず、図2(A)に示すようにN+型の炭化珪素基板1の上にN−型の炭化珪素エピタキシャル層2を形成したN型の炭化珪素半導体基体100を用意する。炭化珪素エピタキシャル層2の濃度及び厚さは、例えば1×1016cm−3、10μmである。
次に、減圧CVD法にて多結晶シリコン層を厚さ例えば5000Å堆積した後、POCl3雰囲気中で800℃、20分間の燐拡散を行い、多結晶シリコン層中に不純物をドーピングする。ドーピング後、反応性イオンエッチングにより多結晶シリコン層の所定領域をエッチングし、図2(B)に示すようなヘテロ半導体領域3を形成する。
次に、図2(C)に示すように、常圧CVD法にて酸化シリコン膜を厚さ500Å堆積し、堆積膜からなるゲート絶縁膜4を形成する。
次に、減圧CVD法にて多結晶シリコン層を厚さ例えば3500Å堆積した後、POCl3雰囲気中で950℃、20分間の燐拡散を行い、多結晶シリコン層中に不純物をドーピングする。ドーピング後、反応性イオンエッチングにより多結晶シリコン層の所定領域をエッチングし、図3(D)に示すようなゲート電極5を形成する。
次に、図3(E)に示すように、減圧CVD法にて酸化シリコン膜を厚さ1.0μm堆積し、層間絶縁膜20を形成する。
最後に、図3(F)に示すように、N+型の炭化珪素基板1の裏面にスパッタ法にてチタン/ニッケル膜を堆積し、ドレイン電極7を形成する。その後、層間絶縁膜20およびゲート絶縁膜4の所定の位置にコンタクトホールを開口し、スパッタ法にてアルミニウム膜を堆積し、ソース電極6を形成し、図1に示した本発明の第一の実施の形態における半導体装置を完成させる。
図4は半導体のエネルギーバンド構造を示す図である。図中左側がヘテロ半導体領域3を構成するN型シリコン、右側がN−型炭化珪素エピタキシャル層2を構成するN型炭化珪素(4H−SiC)である。実施の形態ではヘテロ半導体領域3を構成する材料として多結晶シリコンを用いているが、図中ではシリコンのエネルギーバンドを用いて説明する。なお、ここでは複雑化を避けるため、ヘテロ接合界面において界面準位が存在しない、理想的なへテロ接合のエネルギー準位について考える。
図4は両者が接触していない状態を示す。図中、シリコンの電子親和力をχ1、仕事関数(真空準位からフェルミ準位までのエネルギー)をφ1、フェルミエネルギー(伝導帯からフェルミ準位までのエネルギー)をδ1、バンドギャップをEG1とした。同様に、炭化珪素の電子親和力をχ2、仕事関数をφ2、フェルミエネルギーをδ2、バンドギャップをEG2としておく。
ここで、
ΔEc=χ1−χ2
である。
次に、ゲート電極5に正電圧が印加されると、N−型炭化珪素エピタキシャル層2とN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3とのヘテロ接合界面に電界が作用し、図6の点線で示すようにヘテロ接合面がなすエネルギー障壁ΔEcの厚さが薄くなる。このエネルギー障壁ΔEcの厚さが100Å程度と十分に薄くなると、トンネル現象により電子がエネルギー障壁ΔEcを通過し、その結果、ドレイン電圧Vdが所定電圧Vb以下であってもトンネル現象が生じて電流が流れ始める。
さらにゲート電極5を接地し、印加した正電圧を取り除くと、エネルギー障壁ΔEcの厚さは元の厚さになり、素子電流は流れなくなる。
このように本発明の第一の実施の形態における半導体装置はスイッチング動作を示す。また、MOSFETにおけるチャネル領域が存在しないので、その分オン抵抗を下げることができる。言い換えると、低オン抵抗を実現することができる。
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、ワイドギャップ半導体からなる第一導電型のワイドギャップ半導体基体の上に、ワイドギャップ半導体基体とヘテロ接合し、ワイドギャップ半導体とはバンドギャップの異なる半導体材料からなるヘテロ半導体領域3を選択的に形成する工程と、ワイドギャップ半導体基体及びヘテロ半導体領域3の上に堆積膜からなるゲート絶縁膜4を形成する工程と、ゲート絶縁膜4の上にゲート電極5を形成する工程と、ヘテロ半導体領域3に接するようにソース電極6を形成する工程と、ワイドギャップ半導体基体に接するようにドレイン電極7を形成する工程とを有する。このような構成により、本実施の半導体装置を容易に実現することができる。
また、ワイドギャップ半導体に絶縁破壊電界の高い炭化珪素を用いているので、より高耐圧な半導体装置を実現できる。
また、ワイドギャップ半導体とはバンドギャップの異なる半導体材料に多結晶シリコンを用いているので、エッチングや伝導度制御などのプロセスが容易になる。なお、単結晶シリコンの代わりに、多結晶シリコン、アモルファスシリコンを用いる場合も同様の効果を奏する。
図7は本発明による半導体装置の第二の実施の形態を示している。図は構造単位セルが2つ連続した断面図である。ドレイン領域となるN+型炭化珪素半導体基板1上にN−型炭化珪素エピタキシャル層2が積層されている。すなわち、N+型炭化珪素半導体基板1とN−型炭化珪素エピタキシャル層2とによって第一導電型の炭化珪素半導体基体100が構成されている。N−型炭化珪素エピタキシャル層2上の所定領域にはP型炭化珪素半導体領域8とN−型炭化珪素エピタキシャル層2より不純物濃度が高いN+型炭化珪素半導体領域9が形成されている。また、N−型炭化珪素エピタキシャル層2上の所定領域にはN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3が形成されている。なお、ここでN−型炭化珪素エピタキシャル層2とN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3はヘテロ接合しており、接合界面にはエネルギー障壁ΔEcが存在している。N型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3の外周部にはN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3を深さ方向に貫通してN−型炭化珪素エピタキシャル層2に達するように形成された溝(トレンチ)21が形成されている。N−型炭化珪素エピタキシャル層2とN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3とのヘテロ接合部の溝(トレンチ)21内部には、TEOSを材料ガスに用いた化学的気相成長法によって形成された酸化シリコン膜(TEOS(tetraethylorthosilicate;tetraethoxysilane)膜)からなるゲート絶縁膜10を介してゲート電極5が形成されている。ゲート電極5は層間絶縁膜20によって覆われている。N型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3の所定領域には高濃度のN+型多結晶シリコンからなるソースコンタクト領域11が形成されている。すなわち、ヘテロ半導体領域3の内部に不純物濃度の異なる領域が形成されている。N+型多結晶シリコンからなるソースコンタクト領域11に接続するようにソース電極6が形成され、N+型炭化珪素半導体基板1の裏面にはドレイン電極7が形成されている。
まず、図8(A)に示すように、N+型の炭化珪素基板1の上にN−型の炭化珪素エピタキシャル層2を形成したN型の炭化珪素半導体基体100を用意する。炭化珪素エピタキシャル層2の濃度及び厚さは、例えば1×1016cm−3、10μmである。
次に、酸化膜マスクを用いて、炭化珪素エピタキシャル層2の所定領域にアルミニウム(P型炭化珪素半導体領域8形成用)をイオン注入した後、バッファードフッ酸溶液(BHF液)にて酸化膜マスクを除去する。さらに、同様にして酸化膜マスクを用いて、炭化珪素エピタキシャル層2の所定領域に窒素(N+型炭化珪素半導体領域9形成用)をイオン注入した後、バッファードフッ酸溶液(BHF液)にて酸化膜マスクを除去する。酸化膜マスク除去後、アルゴン雰囲気中にて1600℃、30分間の熱処理を行い、注入したアルミニウムおよび窒素の活性化を行い、図8(B)に示すようなP型炭化珪素半導体領域8およびN+型炭化珪素半導体領域9を形成する。この際、アルミニウムおよび窒素のイオン注入条件は、例えばアルミニウムは加速エネルギー20〜360KeV、総ドーズ量2.5×1014cm−2、窒素は加速エネルギー30KeV、ドーズ量6.0×1012cm−2、注入温度は何れも800℃である。
次に、減圧CVD法にて多結晶シリコン層を厚さ例えば5000Å堆積した後、POCl3雰囲気中で800℃、20分間の燐拡散を行い、多結晶シリコン層中に不純物をドーピングする。ドーピング後、反応性イオンエッチングにより多結晶シリコン層および炭化珪素エピタキシャル層2の所定領域をエッチングし、図8(C)に示すようなヘテロ半導体領域3および溝(トレンチ)21を形成する。
次に、図9(E)に示すように、TEOSを原料ガスに用い、リモートプラズマCVD法にて、酸化シリコン膜を500Å堆積し、TEOS膜からなるゲート絶縁膜10を形成する。
次に、減圧CVD法にて多結晶シリコン層を厚さ例えば3500Å堆積した後、POCl3雰囲気中で950℃、20分間の燐拡散を行い、多結晶シリコン層中に不純物をドーピングする。ドーピング後、反応性イオンエッチングにより多結晶シリコン層をエッチングし、図9(F)に示すようなゲート電極5を形成する。
最後に、図10(H)に示すように、N+型の炭化珪素基板1の裏面にスパッタ法にてチタン/ニッケル膜を堆積し、ドレイン電極7を形成した後、層間絶縁膜20およびゲート絶縁膜4の所定の位置にコンタクトホールを開口し、スパッタ法にてアルミニウム膜を堆積し、ソース電極6を形成し、図7に示した本発明の第二の実施の形態における半導体装置を完成させる。
本実施の形態の半導体装置は、第一の実施の形態における効果に加えて、トレンチゲート構造を採用しているので素子の微細化が可能であり、オン抵抗をより低減することができる。また、N−型炭化珪素エピタキシャル層2とN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3とのヘテロ接合界面方向に対してゲート絶縁膜10が直交するように形成されているので、ゲート電極5からN−型炭化珪素エピタキシャル層2とN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3とのヘテロ接合界面までの電気力線の長さを短くすることができる。このため、ゲート電極5からの電界によるエネルギー障壁ΔEcの厚さの制御性を向上させることができる。すなわち、低いゲート電圧でN−型炭化珪素エピタキシャル層2とN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3とのヘテロ接合のエネルギー障壁ΔEcの厚さを薄くすることができ、ゲート電圧による主電流の制御が容易になる。
また、第一導電型のワイドギャップ半導体基体の一部であるN−型炭化珪素エピタキシャル層2の所定領域に、ヘテロ半導体領域3に接続するように第二導電型のワイドギャップ半導体領域であるP型炭化珪素半導体領域8が形成されている。このため、ゲート電極5とソース電極6を接地し、ドレイン電極7に高電圧が印加された状態では、N−型炭化珪素エピタキシャル層2とP型炭化珪素半導体領域8とのPN接合界面から伸延する空乏層によって、N−型炭化珪素エピタキシャル層2とN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3とのヘテロ接合部に掛かる電界が緩和されるため、素子の遮断性が向上する。
また、酸化シリコン膜(TEOS膜)からなるゲート絶縁膜10を介してゲート電極5と対向したワイドギャップ半導体基体の一部であるN−型炭化珪素エピタキシャル層2の所定領域には、N−型炭化珪素エピタキシャル層2より不純物濃度が高い第一導電型のワイドギャップ半導体領域であるN+型炭化珪素半導体領域9がヘテロ半導体領域3に接続(接触)して形成されている。これにより、N型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2より不純物濃度が高いN+型炭化珪素半導体領域9との拡散電位によって形成されるN−型炭化珪素エピタキシャル層2より不純物濃度が高いN+型炭化珪素半導体領域9への空乏層の拡がりが小さくなり、エネルギー障壁ΔEcの厚さが薄く形成される。その結果、低いゲート電圧でヘテロ接合のエネルギー障壁ΔEcの厚さを薄くすることができ、ゲート電圧による主電流の制御がさらに容易になる。
また、N型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3の所定領域には不純物濃度が異なる領域を有する。これにより、ヘテロ半導体領域3内部で不純物濃度の異なる領域を任意に設定できるという利点があり、素子の応用範囲を広めることができる。また、本実施の形態では、ヘテロ半導体領域3の所定領域に高濃度のN+型多結晶シリコンからなるソースコンタクト領域11が形成されている。これにより、ソース電極6の接触抵抗を低減することができ、オン抵抗をさらに低減することができる。
また、ゲート絶縁膜10にTEOSを材料ガスに用いた化学的気相成長法によって形成された酸化シリコン膜を用いているので、堆積時にゲート絶縁膜10中に導入される欠陥が少なく、ゲート絶縁膜10の信頼性がより向上する。
また、ワイドギャップ半導体基体の一部に第二導電型のワイドギャップ半導体領域であるP型炭化珪素半導体領域8を形成し、その後、P型炭化珪素半導体領域8に接続するようにヘテロ半導体領域3を形成する。P型炭化珪素半導体領域8を形成することにより、ゲート電極5とソース電極6を接地し、ドレイン電極7に高電圧が印加された状態では、N−型炭化珪素エピタキシャル層2とP型炭化珪素半導体領域8とのPN接合界面から伸延する空乏層によって、N−型炭化珪素エピタキシャル層2とN型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3とのヘテロ接合部に掛かる電界が緩和されるため、素子の遮断性が向上する。
また、ワイドギャップ半導体基体の一部に、ワイドギャップ半導体基体の不純物濃度より高い不純物濃度を有する第一導電型のワイドギャップ半導体領域であるN+型炭化珪素半導体領域9を形成し、その後、N+型炭化珪素半導体領域9に接続するようにヘテロ半導体領域3を形成する。N+型炭化珪素半導体領域9を形成することにより、N型多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2より不純物濃度が高いN+型炭化珪素半導体領域9との拡散電位によって形成されるN−型炭化珪素エピタキシャル層2より不純物濃度が高いN+型炭化珪素半導体領域9への空乏層の拡がりが小さくなり、エネルギー障壁ΔEcの厚さが薄く形成される。その結果、低いゲート電圧でヘテロ接合のエネルギー障壁ΔEcの厚さを薄くすることができ、ゲート電圧による主電流の制御がさらに容易になる。
また、ヘテロ半導体領域3の形成後、ヘテロ半導体領域3に不純物濃度が異なる領域を形成し、その後、前記ゲート絶縁膜を形成する。これにより、ヘテロ半導体領域3内部で不純物濃度の異なる領域を任意に設定できるという利点があり、素子の応用範囲を広めることができる。また、本実施の形態では、ヘテロ半導体領域3の所定領域に高濃度のN+型多結晶シリコンからなるソースコンタクト領域11を形成する。これにより、ソース電極6の接触抵抗を低減することができ、オン抵抗をさらに低減することができる。
また、ワイドギャップ半導体を炭化珪素半導体、ワイドバンドギャップ半導体とはバンドギャップが異なる半導体材料をシリコンとして説明しているが、いずれも上記半導体材料に限定されるものではなく、ワイドギャップ半導体材料としては、ダイヤモンド、窒化ガリウム、酸化亜鉛などは無論のことであり、ワイドギャップ半導体とはバンドギャップが異なる半導体材料としては、ゲルマニウム、砒化ガリウムなどを用いることができる。
また、本発明の主旨を逸脱しない範囲における変形を含むことは言うまでもない。
2…N−型炭化珪素エピタキシャル層
3…ヘテロ半導体領域 4…ゲート絶縁膜
5…ゲート電極 6…ソース電極
7…ドレイン電極 8…P型炭化珪素半導体領域
9…N+型炭化珪素半導体領域 10…ゲート絶縁膜(TEOS膜)
11…ソースコンタクト領域 12…P型ベース領域
13…N+型ソース領域 14…P型ベースコンタクト領域
20…層間絶縁膜 21…溝(トレンチ)
100…炭化珪素半導体基体
Claims (16)
- ワイドギャップ半導体からなる第一導電型のワイドギャップ半導体基体と、前記ワイドギャップ半導体基体とヘテロ接合し、且つ前記ワイドギャップ半導体とはバンドギャップの異なる半導体材料からなるヘテロ半導体領域と、前記ワイドギャップ半導体基体と前記ヘテロ半導体領域とのヘテロ接合部にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、前記ヘテロ半導体領域に接するように形成されたソース電極と、前記ワイドギャップ半導体基体に接するように形成されたドレイン電極とを有する半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜が堆積膜であることを特徴とする半導体装置。 - ワイドギャップ半導体からなる第一導電型のワイドギャップ半導体基体と、前記ワイドギャップ半導体基体とヘテロ接合し、且つ前記ワイドギャップ半導体とはバンドギャップの異なる半導体材料からなるヘテロ半導体領域と、前記ヘテロ半導体領域の外周部に前記ヘテロ半導体領域を深さ方向に貫通して前記ワイドギャップ半導体基体に達するように形成された溝と、前記ワイドギャップ半導体基体と前記ヘテロ半導体領域とのヘテロ接合部の前記溝内部にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、前記ヘテロ半導体領域に接するように形成されたソース電極と、前記ワイドギャップ半導体基体に接するように形成されたドレイン電極とを有する半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜が堆積膜であることを特徴とする半導体装置。 - 前記ワイドギャップ半導体基体の一部に、前記ヘテロ半導体領域に接続するように、第二導電型のワイドギャップ半導体領域が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と対向した前記ワイドギャップ半導体基体の一部に、該ワイドギャップ半導体基体の不純物濃度より高い不純物濃度を有する第一導電型のワイドギャップ半導体領域が形成され、且つ前記第一導電型のワイドギャップ半導体領域が前記ヘテロ半導体領域に接続していることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の半導体装置。
- 前記ヘテロ半導体領域に不純物濃度が異なる領域を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の半導体装置。
- 前記堆積膜がTEOSを材料ガスに用いた化学的気相成長法によって形成された酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の半導体装置。
- 前記ワイドギャップ半導体が炭化珪素であることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の半導体装置。
- 前記ワイドギャップ半導体とはバンギャップの異なる半導体材料が、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の半導体装置。
- ワイドギャップ半導体からなる第一導電型のワイドギャップ半導体基体の上に、前記ワイドギャップ半導体基体とヘテロ接合し、前記ワイドギャップ半導体とはバンドギャップの異なる半導体材料からなるヘテロ半導体領域を選択的に形成する工程と、
前記ワイドギャップ半導体基体及び前記ヘテロ半導体領域の上に堆積膜からなる前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記ヘテロ半導体領域に接するようにソース電極を形成する工程と、
前記ワイドギャップ半導体基体に接するようにドレイン電極を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の半導体装置の製造方法。 - ワイドギャップ半導体からなる第一導電型のワイドギャップ半導体基体の上に、前記ワイドギャップ半導体基体とヘテロ接合し、前記ワイドギャップ半導体とはバンドギャップの異なる半導体材料からなるヘテロ半導体領域を形成する工程と、
前記ヘテロ半導体領域を深さ方向に貫通して前記ワイドギャップ半導体基体に達する溝を形成する工程と、
少なくとも前記溝の内部に堆積膜からなる前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
少なくとも前記溝の内部の前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記ヘテロ半導体領域に接するようにソース電極を形成する工程と、
前記ワイドギャップ半導体基体に接するようにドレイン電極を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項2乃至8の何れかに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ワイドギャップ半導体基体の一部に第二導電型のワイドギャップ半導体領域を形成し、その後、前記第二導電型のワイドギャップ半導体領域に接続するように前記ヘテロ半導体領域を形成することを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ワイドギャップ半導体基体の一部に、前記ワイドギャップ半導体基体の不純物濃度より高い不純物濃度を有する第一導電型のワイドギャップ半導体領域を形成し、その後、前記第一導電型のワイドギャップ半導体領域に接続するように前記ヘテロ半導体領域を形成することを特徴とする請求項9乃至11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ヘテロ半導体領域の形成後、前記ヘテロ半導体領域に不純物濃度が異なる領域を形成し、その後、前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする請求項9乃至12に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記堆積膜がTEOSを材料ガスに用いた化学的気相成長法によって形成する酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ワイドギャップ半導体が炭化珪素であることを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ワイドギャップ半導体とはバンギャップの異なる半導体材料が、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003331262A JP3979369B2 (ja) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | 半導体装置及びその製造方法 |
EP04022463.6A EP1519419B1 (en) | 2003-09-24 | 2004-09-21 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
EP12192234.8A EP2560210B1 (en) | 2003-09-24 | 2004-09-21 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US10/947,264 US7173307B2 (en) | 2003-09-24 | 2004-09-23 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US11/654,666 US8053320B2 (en) | 2003-09-24 | 2007-01-18 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US13/246,454 US8507345B2 (en) | 2003-09-24 | 2011-09-27 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003331262A JP3979369B2 (ja) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005101148A JP2005101148A (ja) | 2005-04-14 |
JP3979369B2 true JP3979369B2 (ja) | 2007-09-19 |
Family
ID=34459976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003331262A Expired - Fee Related JP3979369B2 (ja) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3979369B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5033316B2 (ja) * | 2005-07-05 | 2012-09-26 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
JP5194380B2 (ja) * | 2006-04-28 | 2013-05-08 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置 |
JP5194575B2 (ja) * | 2006-10-17 | 2013-05-08 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
WO2015008336A1 (ja) | 2013-07-16 | 2015-01-22 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
2003
- 2003-09-24 JP JP2003331262A patent/JP3979369B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005101148A (ja) | 2005-04-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3620513B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
JP4903439B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JP4604241B2 (ja) | 炭化ケイ素mos電界効果トランジスタおよびその製造方法 | |
JP4786621B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
CN101859706B (zh) | 碳化硅半导体装置的制造方法及碳化硅半导体装置 | |
US7902025B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP3573149B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
JP5194380B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP3580304B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 | |
JP4049095B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP3711989B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP3979369B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP3941641B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法とその製造方法によって製造される炭化珪素半導体装置 | |
CA3025767C (en) | Semiconductor device | |
JP2003249652A (ja) | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 | |
JP5033316B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP4736386B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP2000082810A (ja) | 炭化けい素トレンチ型mos半導体素子の製造方法および炭化けい素トレンチ型mos半導体素子 | |
CN101320688B (zh) | 制造半导体器件的方法及所制造出的半导体器件 | |
JP4304332B2 (ja) | 炭化ケイ素半導体装置 | |
KR20080034779A (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 | |
JP4982960B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050223 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070531 |
|
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: 20070605 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070618 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3979369 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100706 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110706 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120706 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120706 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130706 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |