JP3985727B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平11−274487号公報
【特許文献2】
特開2000−164525号公報。
【0003】
炭化珪素(以下SiC)はバンドギャップが広く、また最大絶縁破壊電界がシリコン(以下Si)と比較して一桁も大きい。さらにSiCの自然酸化物はSiOでありSiと同様の方法により容易にSiCの表面上に熱酸化膜を形成できる。このため、SiCは電気自動車の高速/高電圧スイッチング素子、特に高電力ユニ/バイポーラ素子として用いた際に非常に優れた材料となることが期待される。
縦型MOSFETは電力用半導体デバイスへのSiC適用を考える上で重要なデバイスである。MOSFETは電圧駆動型デバイスであるため、素子の並列駆動が可能であり駆動回路も簡素である。またユニポーラデバイスであるために高速スイッチングが可能である。従来技術におけるSiCパワーMOSFETとしては、例えば上記特許文献1に開示されている。
従来例におけるデバイス断面構造では、高濃度N型SiC基板上にN型SiCエピタキシャル領域が形成されている。そしてエピタキシャル領域の表層部における所定領域にはP型ウエル領域が形成され、P型ウエル領域内にはN型ソース領域とP型コンタクト領域が形成される。またP型ウエル領域表層にはN型ソース領域と接続されてN型蓄積型チャネル領域が形成されている。また、エピタキシャル領域の表層部には蓄積型チャネル領域と接続されてPウエル間N型領域が形成される。蓄積型チャネル領域上にはゲート絶縁膜を介してゲート電極が配置され、ゲート電極は層間絶縁膜にて覆われている。そしてP型コンタクト領域およびN型ソース領域に接するようにソース電極が形成されるとともに、N型SiC基板の裏面にはドレイン電極が形成されている。
【0004】
このパワー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蓄積型チャネルの表層に電子の蓄積層が形成される。その結果、ドレイン領域からエピタキシャル領域、Pウエル間N型領域、蓄積型チャネル領域、ソース領域を経て、ソース電極へと電流が流れる。
また、ゲート電極に印加された電圧を取り去ると、蓄積型チャネルはP型ウエル領域とのビルトインポテンシャルによって空乏化される。その結果Pウエル間N型領域から蓄積型チャネル領域へと電流が流れなくなり、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。
【0005】
従来の上記SiCパワーMOSFETの製造方法の一例について説明する。
まずN型SiC基板の上に例えば不純物濃度が1014〜1018cm−3、厚さが1〜100μmのN型SiCエピタキシャル領域を形成する。
次にマスク材150を用いて、例えば100〜1000℃の高温でアルミニウムイオンを10k〜3MeVの加速電圧で多段注入し、P型ウエル領域を形成する。総ドーズ量は例えば1012〜1016/cmである。もちろんP型不純物としてはアルミニウムの他にほう素、ガリウムなどを用いてもよい。
次にマスク材を用いて例えば100〜1000℃の高温でアルミニウムイオンを10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、P型コンタクト領域を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1016/cmである。もちろんP型不純物としてはアルミニウムの他にほう素、ガリウムなどを用いてもよい。
次に別のマスク材を用いて例えば100〜1000℃の高温で燐イオンを10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、N型ソース領域を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1016/cmである。もちろんN型不純物としては燐の他に窒素、ヒ素などを用いてもよい。
次にさらに別のマスク材を用いて例えば100〜1000℃の高温で窒素イオンを10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、N型蓄積型チャネル領域とPウエル間N型領域を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1016/cmである。
なお各領域を形成するイオン注入を行う順番については、本例で示す限りではない。
次に例えば1000〜1800℃での熱処理を行い、注入した不純物を活性化させる。
次にゲート絶縁膜を1200℃程度での熱酸化により形成し次に例えば多結晶シリコンによりゲート電極を形成する。次に層間膜としてCVD酸化膜を堆積する。
その後、層間膜に対しN型ソース領域及びP型コンタクト領域上にコンタクトホールを開孔し、ソース電極を形成する。また、N基板裏面にドレイン電極として金属膜を蒸着し、例えば600〜1400℃程度で熱処理してオーミック電極として、上記従来のSiCパワーMOSFETが完成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のSiCパワーMOSFETの問題点を以下に説明する。
上記のように、イオン注入によってP型ウエル領域を形成する従来のSiCパワーMOSFETでは、上記のウエル領域を形成する工程においてウエル領域を十分に深く形成することが難しい。それゆえパンチスルーが起きるのを防ぐために、通常P型ウエル領域のP型不純物濃度は大きくなるように設計されている。
ところで上記の窒素イオンをイオン注入して、N型蓄積型チャネル領域とPウエル間N型領域を形成する工程において、P型不純物を補償してN型蓄積型チャネル領域を形成するためには、半導体基体中に注入する窒素イオンの濃度が、P型ウエル領域のP型不純物濃度以上となるようにしなくてはならない。それゆえPウエル間N型領域のN型不純物濃度は、P型ウエル領域のP型不純物濃度よりも大きく形成される。
しかしながら、ゲート絶縁膜下にこのようなP型ウエル領域よりも不純物濃度の大きいN型領域が形成されると、ドレイン電極に高電圧が印加された時、高濃度のN型領域にドレイン電界が集中してしまう。その結果半導体素子内部でアバランシェ降伏が起きる以前にゲート絶縁膜がブレークダウンを起こし、所望の耐圧が得られないという問題が生じる。また通常パワーデバイスでは、アバランシェ電流が流れた際に、一定電流まで耐えることが要求されるが、従来のSiC MOSFETではアバランシェ耐量がゲート絶縁膜の絶縁破壊によって規定されてしまい、非常に小さな値となるという問題があった。
本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決するためになされたものであり、高ドレイン電界に対してもゲート絶縁膜に大きな電界がかかることを抑制できる高耐圧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。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、半導体基体に形成される第1導電型のドレイン領域と、該ドレイン領域と接続される第1導電型のドリフト領域と、該ドリフト領域表層に形成される第2導電型のウエル領域と、該ウエル領域内に形成される第1導電型のソース領域と、該ソース領域と接続され前記ウエル領域内でその表層に形成される第1導電型の蓄積型チャネル領域と、該蓄積型チャネル領域と前記ドリフト領域との間の、前記ウエル領域の表層に形成される第2導電型の反転型チャネル領域と、少なくとも該反転型チャネル領域及び前記蓄積型チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されるゲート電極と、前記ドレイン領域に接続されるドレイン電極と、前記ソース領域に接続されるソース電極とを備えている。
【0008】
【発明の効果】
本発明によれば、高ドレイン電界に対してもゲート絶縁膜に大きな電界がかかることを抑制できる高耐圧半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
なお本実施の形態で用いられる炭化珪素(SiC)のポリタイプは4Hが代表的であるが、6H、3C等その他のポリタイプでも構わない。また本実施の形態ではすべてドレイン電極を半導体基板裏面に形成し、ソース電極を基板表面に配置して電流を素子内部に縦方向に流す構造の半導体装置で説明した。しかし例えばドレイン電極をソース電極と同じく基板表面に配置して、電流を横方向に流す構造の半導体装置でも本発明が適用可能である。
本実施の形態においては、例えばドレイン領域がN型、ウエル領域がP型となるような構成で説明したが、N型、P型の組み合わせはこの限りではなく、例えばドレイン領域がP型、ウエル領域がN型となるような構成にしてもよい。
また、本発明の主旨を逸脱しない範囲での変形を含むことは言うまでもない。
【0010】
参考例1)
図1は本発明の参考例 1 半導体装置を示している。図に示すように、高濃度N型SiC基板10上にN型SiCエピタキシャル領域20が形成されている。そしてエピタキシャル領域20の表層部における所定領域にはP型ウエル領域30が形成され、P型ウエル領域30内にはN型ソース領域40とP型コンタクト領域50が形成されている。またP型ウエル領域30表層には、N型蓄積型チャネル領域110が、N型ソース領域40と接続されかつ側壁がP型ウエル領域30の側壁とほぼ一致するように形成されている。蓄積型チャネル領域110上にはゲート絶縁膜90を介してゲート電極80が配置され、ゲート電極80は層間絶縁膜70にて覆われている。そしてP型コンタクト領域50およびN型ソース領域40に接するようにソース電極60が形成されるとともに、N型SiC基板10の裏面にはドレイン電極140が形成されている。
【0011】
の半導体装置の動作について説明する。なお基本的な動作は上記従来のSiCパワーMOSFETのそれと同様である。すなわち、ドレイン電極140とソース電極60との間に電圧が印加された状態で、ゲート電極80に正の電圧が印加されると、ゲート電極80に対向した蓄積型チャネル110の表層に電子の蓄積層が形成される。その結果、ドレイン領域10からエピタキシャル領域20、蓄積型チャネル領域110、ソース領域40を経て、ソース電極60へと電流が流れる。
また、ゲート電極80に印加された電圧を取り去ると、蓄積型チャネル110はP型ウエル領域30とのビルトインポテンシャルによって空乏化される。その結果エピタキシャル領域20から蓄積型チャネル領域110へと電流が流れなくなり、ドレイン電極140とソース電極60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。
【0012】
次に、ここで示した半導体装置の製造方法の一例を、図2(a)〜図3(g)の断面図を用いて説明する。
【0013】
図2(a)の工程においては、N型SiC基板10の上に例えば不純物濃度が1014〜1018cm−3、厚さが1〜100μmのN型SiCエピタキシャル領域20が形成されている。
図2(b)の工程においては、マスク材150を用いて、例えば100〜1000℃の高温でアルミニウムイオン160を10k〜3MeVの加速電圧で多段注入し、P型ウエル領域30を形成する。総ドーズ量は例えば1012〜1016cm−2である。もちろんP型不純物としてはアルミニウムの他にほう素、ガリウムなどを用いてもよい。
図2(c)の工程においては、同じくマスク材150を用いて、例えば100〜1000℃の高温で窒素イオン161を10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、N型蓄積型チャネル領域110を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1016cm−2である。
図2(d)の工程においては、マスク材151を用いて、例えば100〜1000℃の高温でアルミニウムイオン162を10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、P型コンタクト領域50を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1016cm−2である。もちろんP型不純物としてはアルミニウムの他にほう素、ガリウムなどを用いてもよい。
図2(e)の工程においては、マスク材152を用いて例えば100〜1000℃の高温で燐イオン163を10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、N型ソース領域40を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1016cm−2である。もちろんN型不純物としては燐の他に窒素、ヒ素などを用いてもよい。
なお各領域を形成するイオン注入を行う順番については、本例で示す限りではない。
図2(f)の工程においては、例えば1000〜1800℃での熱処理を行い。注入した不純物を活性化させる。
図3(g)の工程においては、ゲート絶縁膜90を1200℃程度での熱酸化により形成し次に例えば多結晶シリコンによりゲート電極80を形成する。次に層間膜70としてCVD酸化膜を堆積する。
その後は特に図示しないが、層間膜70に対しN型ソース領域40及びP型コンタクト領域50上にコンタクトホールを開孔し、ソース電極60を形成する(図1参照)。また、N基板10裏面にドレイン電極140として金属膜を蒸着し、例えば600〜1400℃程度で熱処理してオーミック電極として、図1に示す半導体装置が完成する。
【0014】
上記のように本参考例の半導体装置は、半導体基体に形成されるN型SiC基板10と、該SiC基板10と接続されて形成されるN型SiCエピタキシャル領域20と、該SiCエピタキシャル領域20表層の所定領域に形成されるP型ウエル領域30と、該ウエル領域30内に形成されるN型ソース領域40と、該ソース領域40と接続されかつ側壁がウエル領域30の側壁とほぼ一致するように形成されるN型蓄積型チャネル領域110と、少なくとも該蓄積型チャネル領域110上に形成されるゲート絶縁膜90と、該ゲート絶縁膜90上に形成されるゲート電極80と、SiC基板10に接続されるドレイン電極140と、ソース領域40に接続されるソース電極60とを備えている。なお、図1のN型SiC基板が特許請求の範囲の第1導電型のドレイン領域に、N型SiCエピタキシャル領域20が第1導電型のドリフト領域に、P型ウエル領域30が第2導電型のウエル領域に、N型ソース領域40が第1導電型のソース領域に、N型蓄積型チャネル領域110が第1導電型の蓄積型チャネル領域に相当する。この半導体装置においては、ゲート絶縁膜90の下のドレイン電界の及ぶ領域に、P型ウエル領域30よりも高濃度のN型領域が形成されないから、従来に比べてゲート絶縁膜90に大きな電界がかからない。その結果半導体装置内部でアバランシェ降伏が起きる前にゲート絶縁膜90がブレークダウンを起こすことを防止でき、素子耐圧が向上する。
また、本参考例の半導体装置の製造方法は、半導体基体上に第1のマスク材150を堆積する工程と、該マスク材150をパターニングする工程とを少なくとも含み、該マスク材150越しに半導体基体中に不純物を導入することで、P型ウエル領域30を形成する工程と、同じくマスク材150越しに半導体基体中に不純物を導入することで、N型蓄積型チャネル領域110を形成する工程とを順不同に少なくとも含む。したがって、P型ウエル領域30とN型蓄積チャネル領域110を同一マスクで作製できるから、2枚のマスクを用いてP型ウエル領域とN型蓄積チャネル領域を形成する従来の製造方法に比べて、より簡単に製造できる。また、P型ウエル領域30内に蓄積型チャネル領域110を自己整合により形成できるので、製造工程が簡単でチャネル抵抗が小さく、かつ高耐圧の半導体装置を提供できる。
また、半導体基体として炭化珪素を用いることでシリコン半導体に比べ、高耐圧性、高キャリア移動度、高飽和ドリフト速度を容易に確保することができる。このため、高速スイッチング素子や大電力用素子に用いることができる。
【0015】
(実施の形態1
図4は本発明によって製造される半導体装置の実施の形態1を示している。
図に示すように、高濃度N型SiC基板10上にN型SiCエピタキシャル領域20が形成されている。そしてエピタキシャル領域20の表層部における所定領域にはP型ウエル領域31が形成され、P型ウエル領域31内にはN型ソース領域40とP型コンタクト領域50が形成されている。またP型ウエル領域31表層には、N型ソース領域40と接続されてN型蓄積型チャネル領域110が形成されている。P型反転型チャネル領域120は、同じくP型ウエル領域31表層に、N型蓄積型チャネル領域110と接続されて形成されている。反転型チャネル領域120及び蓄積型チャネル領域110上にはゲート絶縁膜90を介してゲート電極80が配置され、ゲート電極80は層間絶縁膜70にて覆われている。そしてP型コンタクト領域50およびN型ソース領域40に接するようにソース電極60が形成されるとともに、N型SiC基板10の裏面にはドレイン電極140が形成されている。
図1に示す参考例 1との構造上の相違点は、反転型チャネル領域120が、N型蓄積型チャネル領域110と接続されてP型ウエル領域31表層に形成されている点である。
【0016】
この実施の形態の半導体装置の動作について説明する。ドレイン電極140とソース電極60との間に電圧が印加された状態で、ゲート電極80に正の電圧が印加されると、ゲート電極80に対向した蓄積型チャネル110の表層に電子の蓄積層が形成される。また同じくゲート電極80に対向したP型ウエル領域31の表層に反転型チャネル領域120が形成される。その結果、ドレイン領域10からエピタキシャル領域20、反転型チャネル領域120、蓄積型チャネル領域110、ソース領域40を経て、ソース電極60へと電流が流れる。
また、ゲート電極80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140とソース電極60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。
【0017】
次に、本実施の形態で示した半導体装置の製造方法の一例を、図5(a)〜図6(g)、図7(a)〜(d)の各断面図を用いて説明する。
図5(a)の工程においては、N型SiC基板10の上に例えば不純物濃度が1014〜1018cm−3、厚さが1〜100μmのN型SiCエピタキシャル領域20が形成されている。
図5(b)の工程においては、例えばCVD酸化膜を用いて、パターン側壁に傾斜(テーパ)が設けられるようにエッチングを行って、マスク材153を形成する。 ここでSiC基板法線方向に対するパターン側壁の傾斜(テーパ)角度を180とすると、180は、形成するウエル領域31の深さや反転型チャネル領域120の長さ、マスク材153の厚さ、ウエル領域31形成に用いる不純物原子が何であるのか、等のプロセスおよびデバイス設計項目を勘案して決定されるが、例えば10〜30°程度が好ましい。
このテーパが形成されたマスク材153を用いて、例えば100〜1000℃の高温でアルミニウムイオン160を10k〜3MeVの加速電圧で多段注入し、P型ウエル領域31を形成する。総ドーズ量は例えば1012〜1016cm−2である。この時打ち込まれるアルミニウムイオンの一部は、図中190で示される領域のようにマスク材153のテーパ部分を一部貫通してエピタキシャル領域20に導入され、同じくP型ウエル領域31を形成する。もちろんP型不純物としてはアルミニウムの他にほう素、ガリウムなどを用いてもよい。
【0018】
なお、CVD酸化膜のテーパエッチングについて、ここで図7の(a)〜(d)を用いて説明しておく。
図7(a)の工程においては、半導体基板上にCVD酸化膜153を例えば厚さ1.5μm程度堆積し、その上にフォトレジスト170を塗布する。
図7(b)の工程においては、フォトレジスト170の一部を露光後、有機溶剤によりパターニングを行って、残ったフォトレジスト170を例えば100℃程度の熱処理によりリフローさせ、図に示すように側壁がなだらかなレジストパターン170を形成する。
図7(c)の工程においては、CF、SF、NF、C2F等のガスと、及び酸素ガスを用いた条件で、フォトレジスト170とCVD酸化膜153のエッチングの選択比が1となるようにドライエッチングを行って、レジストパターンの傾斜をCVD酸化膜153に転写させる。
図7(d)の工程においては、フォトレジスト170を例えばアッシャー等で除去して、パターン側壁に傾斜(テーパ)が設けられたマスク材153が完成する。
マスク材153の傾斜(テーパ)角度180は、図7(b)においてフォトレジスト170をリフローさせる際の熱処理温度・時間と、およびドライエッチングにおけるエッチングスピードによって決定される。
なお、テーパエッチング法としては、上述したレジストの後退を利用したドライエッチング法以外にも、例えばCHFガスを使用してSiC基板温度を0℃程度まで冷却し、フォトレジストマスクでCVD酸化膜のドライエッチングを行って、マスク材153を形成しても良い。また、フォトレジストマスクでCVD酸化膜のエッチングを、例えばHF溶液を用いてウエットエッチングを行う。するとCVD酸化膜は等方的にエッチングされアンダーカットが形成されるので、容易にマスク材153にテーパを設けることができる。
【0019】
図5(c)の工程においては、同じくマスク材153を用いて、例えば100〜1000℃の高温で窒素イオン161を10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、蓄積チャネル領域110を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1016cm−2である。この時窒素イオン161は、深さ方向にウエル領域31よりも浅く注入されるから、窒素イオンの一部がマスク材153のテーパ部分を一部貫通したとしても、P型ウエル領域31の表層の一部分には窒素イオン161は注入されない。つまり図中120で示される領域のように、P型ウエル領域31の表層で蓄積チャネル領域110が形成されない領域がある。これを反転型チャネル領域120とする。
蓄積型チャネル110の形成に用いるN型不純物としては、窒素の他に燐、ヒ素などを用いてもよい。
図5(d)の工程においては、マスク材151を用いて、例えば100〜1000℃の高温でアルミニウムイオン162を10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、P型コンタクト領域50を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1016cm−2である。もちろんP型不純物としてはアルミニウムの他にほう素、ガリウムなどを用いてもよい。
図5(e)の工程においては、マスク材152を用いて例えば100〜1000℃の高温で燐イオン163を10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、N型ソース領域40を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1016cm−2である。もちろんN型不純物としては燐の他に窒素、ヒ素などを用いてもよい。
なお各領域を形成するイオン注入を行う順番については、本例で示す限りではない。
図5(f)の工程においては、例えば1000〜1800℃での熱処理を行い。注入した不純物を活性化させる。
図6(g)の工程においては、ゲート絶縁膜90を1200℃程度での熱酸化により形成し次に例えば多結晶シリコンによりゲート電極80を形成する。次に層間膜70としてCVD酸化膜を堆積する。
その後は特に図示しないが、層間膜70に対しN型ソース領域40及びP型コンタクト領域50上にコンタクトホールを開孔し、ソース電極60を形成する(図4参照)。また、N基板10裏面にドレイン電極140として金属膜を蒸着し、例えば600〜1400℃程度で熱処理してオーミック電極として、図4に示す実施の形態2としての半導体装置が完成する。
【0020】
上記のように本実施の形態の半導体装置は、半導体基体に形成されるN型SiC基板10と、該SiC基板10と接続されて形成されるN型SiCエピタキシャル領域20と、該SiCエピタキシャル領域20表層の所定領域に形成されるP型ウエル領域31と、該ウエル領域31内に形成されるN型ソース領域40と、該ソース領域40と接続されて、ウエル領域31内でその表層に形成されるN型蓄積型チャネル領域110と、該蓄積型チャネル領域110とSiCエピタキシャル領域20との間の、ウエル領域31の表層に形成されるP型反転型チャネル領域120と、少なくとも該反転型チャネル領域120及び蓄積型チャネル領域110上に形成されるゲート絶縁膜90と、該ゲート絶縁膜90上に形成されるゲート電極80と、SiC基板10に接続されるドレイン電極140と、ソース領域40に接続されるソース電極60とを備えている。なお、図4のP型反転型チャネル領域120が特許請求の範囲の第2導電型の反転型チャネル領域に相当する。この半導体装置においては、蓄積型チャネル110と接続されて反転型チャネル120が形成されるため、参考例1で示した半導体装置に比べて高ドレイン電界に対する素子リーク電流を少なくできる。特に高温では蓄積型チャネル領域110で素子リーク電流が大きくなるが、本半導体装置は高温でもリーク電流が少ないという特長を有する。
また、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、マスク材153のパターニングは、該マスク材153のパターン側壁に傾斜が設けられるようにエッチングを行う工程である。このような製造方法によれば、P型ウエル領域31とN型蓄積チャネル領域110を同一マスクで作製する際、Pウエル領域31表層にN型蓄積チャネル領域110と接続されて反転型チャネル領域120が形成される。このため、参考例1および後述の実施の形態2の製造方法よりも、高ドレイン電界に対する素子リーク電流が少なく、優れた高温特性を有する半導体装置を製造することができる。
また上に示したような製造方法を用いると、P型ウエル領域31と反転型チャネル領域120がセルフアライン(自己整合)的に形成される(図5(c)の工程)。そのため、図4に示す半導体装置をユニットセルとすると、すべてのユニットセルにおいて反転型チャネル領域の形状が等しく形成される。その結果チャネル長のバラツキをなくすことができ、そのバラツキによって発生する素子のオン抵抗の増加や耐圧の低下を防止できる。
【0021】
参考例 2
図8は本発明の参考例 2 半導体装置を示している。
図に示すように、高濃度N型SiC基板10上にN型SiCエピタキシャル領域20が形成されている。そしてエピタキシャル領域20の表層部における所定領域にはP型ウエル領域30が形成され、P型ウエル領域30内にはN型ソース領域40とP型コンタクト領域50が形成されている。またP型ウエル領域30表層には、N型蓄積型チャネル領域110が、N型ソース領域40と接続されかつ側壁がP型ウエル領域30の側壁とほぼ一致するように形成されている。さらにPウエル間低濃度N型領域130が、蓄積型チャネル領域110と接続されてエピタキシャル領域20の表層部に形成されている。蓄積型チャネル領域110上にはゲート絶縁膜90を介してゲート電極80が配置され、ゲート電極80は層間絶縁膜70にて覆われている。そしてP型コンタクト領域50およびN型ソース領域40に接するようにソース電極60が形成されるとともに、N型SiC基板10の裏面にはドレイン電極140が形成されている。
図1に示す参考例1との構造上の相違点は、エピタキシャル領域20の表層部に蓄積型チャネル110と接続されて、Pウエル間低濃度N型領域130が形成されている点である。
【0022】
次に本参考例で示した半導体装置の製造方法の一例を、図2(a)〜(e)、図9(a)〜(c)の断面図を用いて説明する。
図2(a)〜(e)の工程は参考例1で説明した工程と同様であるから、その説明を省略する。
図9の工程においては、マスク材154を用いて、例えば100〜1000℃の高温で窒素イオン164を10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、Pウエル間低濃度N型領域130を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1015cm−2である。N型不純物としては、窒素の他に燐、ヒ素などを用いてもよい。
なお各領域を形成するイオン注入を行う順番については、本例で示す限りではない。
図9(b)の工程においては、例えば1000〜1800℃での熱処理を行い。注入した不純物を活性化させる。
図9(c)の工程においては、ゲート絶縁膜90を1200℃程度での熱酸化により形成し次に例えば多結晶シリコンによりゲート電極80を形成する。次に層間膜70としてCVD酸化膜を堆積する。
その後は特に図示しないが、層間膜70に対しN型ソース領域40及びP型コンタクト領域50上にコンタクトホールを開孔し、ソース電極60を形成する(図8参照)。また、N基板10裏面にドレイン電極140として金属膜を蒸着し、例えば600〜1400℃程度で熱処理してオーミック電極として、図8に示す参考例 2としての半導体装置が完成する。
【0023】
上記のように本参考例の半導体装置は、半導体基体に形成されるN型SiC基板10と、該SiC基板10と接続されて形成されるN型SiCエピタキシャル領域20と、該SiCエピタキシャル領域20表層の所定領域に形成されるP型ウエル領域30と、該ウエル領域30内に形成されるN型ソース領域40と、該ソース領域40と接続されかつ側壁がウエル領域30の側壁とほぼ一致するように形成されるN型蓄積型チャネル領域110と、該蓄積型チャネル領域110と接続されてSiCエピタキシャル領域20の表層に形成される、該SiCエピタキシャル領域20よりも高濃度でかつウエル領域30におけるP型不純物濃度よりも低濃度の、Pウエル間低濃度N型領域130と、少なくとも該蓄積型チャネル領域110上に形成されるゲート絶縁膜90と、該ゲート絶縁膜90上に形成されるゲート電極80と、SiC基板10に接続されるドレイン電極140と、ソース領域40に接続されるソース電極60とを備えている。なお、図8のPウエル間低濃度N型領域130が特許請求の範囲の第1導電型のウエル間低濃度領域に相当する。この半導体装置におけるPウエル間低濃度N型領域130のN型不純物濃度は、エピタキシャル領域20よりも高濃度でかつP型ウエル領域30におけるP型不純物濃度よりも低濃度となるように形成される。このため、高ドレイン電界が加わった時でもゲート絶縁膜90に3MVcm−1以上の高電界が印加されない。本半導体装置では、このようなN型領域130をゲート絶縁膜90下の領域に形成することで、高ドレイン電界に対してゲート絶縁膜90に大きな電界がかかることを抑制しつつ、参考例1の半導体装置よりも、さらにオン抵抗を低減することができる。
また、本参考例の半導体装置の製造方法は、参考例1の半導体装置の製造方法に加え、半導体基体上に第2のマスク材154を堆積する工程と、該マスク材154をパターニングする工程と、該マスク材154越しに半導体基体中に不純物を導入することで、Pウエル間低濃度N型領域130を形成する工程とを少なくとも含む。このような製造方法によれば、ゲート絶縁膜90下の領域にSiCエピタキシャル領域20よりも高濃度でかつP型ウエル領域30におけるP型不純物濃度よりも低濃度のN型不純物濃度を有するPウエル間低濃度N型領域130が形成されるから、高ドレイン電界に対してゲート絶縁膜90に大きな電界がかかることを抑制しつつ、参考例1の半導体装置よりも、さらにオン抵抗を低減した半導体装置を製造することができる。
【0024】
(実施の形態2
図10は本発明によって製造される半導体装置の実施の形態2を示している。
図に示すように、高濃度N型SiC基板10上にN型SiCエピタキシャル領域20が形成されている。そしてエピタキシャル領域20の表層部における所定領域にはP型ウエル領域31が形成され、P型ウエル領域31内にはN型ソース領域40とP型コンタクト領域50が形成されている。またP型ウエル領域31表層には、N型ソース領域40と接続されてN型蓄積型チャネル領域110が形成されている。反転型チャネル領域121は、同じくP型ウエル領域31表層に、N型蓄積型チャネル領域110と接続されて形成されている。さらにPウエル間低濃度N型領域131が、反転型チャネル領域121と接続されてエピタキシャル領域20の表層部に形成されている。反転型チャネル領域121及び蓄積型チャネル領域110上にはゲート絶縁膜90を介してゲート電極80が配置され、ゲート電極80は層間絶縁膜70にて覆われている。そしてP型コンタクト領域50およびN型ソース領域40に接するようにソース電極60が形成されるとともに、N型SiC基板10の裏面にはドレイン電極140が形成されている。
図4に示す実施の形態1との構造上の相違点は、エピタキシャル領域20の表層部に反転型チャネル領域121と接続されて、Pウエル間低濃度N型領域131が形成されている点である。
【0025】
次に本実施の形態で示した半導体装置の製造方法の一例を、図5(a)〜(e)、図11(a)〜(c)の断面図を用いて説明する。
図5(a)〜(e)の工程は実施の形態1で説明した工程と同様であるから、その説明を省略する。
図11(a)の工程においては、マスク材154を用いて、例えば100〜1000℃の高温で窒素イオン165を10k〜1MeVの加速電圧で多段注入し、Pウエル間低濃度N型領域131を形成する。総ドーズ量は例えば1014〜1015cm−2である。この時反転型チャネル領域120にも窒素イオンが注入され(反転型チャネル領域121とする)、P型不純物の一部が窒素イオンにより補償される。注入される窒素イオン165の量は、反転型チャネル領域120におけるP型不純物濃度を超えない範囲とする。なおN型不純物としては、窒素の他に燐、ヒ素などを用いてもよい。
各領域を形成するイオン注入を行う順番については、本例で示す限りではない。
図11(b)の工程においては、例えば1000〜1800℃での熱処理を行い。注入した不純物を活性化させる。
図11(c)の工程においては、ゲート絶縁膜90を1200℃程度での熱酸化により形成し次に例えば多結晶シリコンによりゲート電極80を形成する。次に層間膜70としてCVD酸化膜を堆積する。
その後は特に図示しないが、層間膜70に対しN型ソース領域40及びP型コンタクト領域50上にコンタクトホールを開孔し、ソース電極60を形成する(図10参照)。また、N基板10裏面にドレイン電極140として金属膜を蒸着し、例えば600〜1400℃程度で熱処理してオーミック電極として、図10に示す実施の形態2としての半導体装置が完成する。
【0026】
上記のように本実施の形態の半導体装置は、半導体基体に形成されるN型SiC基板10と、該SiC基板10と接続されて形成されるN型SiCエピタキシャル領域20と、該SiCエピタキシャル領域20表層の所定領域に形成されるP型ウエル領域31と、該ウエル領域31内に形成されるN型ソース領域40と、該ソース領域40と接続されて、ウエル領域31内でその表層に形成されるN型蓄積型チャネル領域110と、該蓄積型チャネル領域110とSiCエピタキシャル領域20との間の、ウエル領域31の表層に形成されるP型反転型チャネル領域121と、該P型反転型チャネル領域121と接続されてSiCエピタキシャル領域20の表層に形成される、該SiCエピタキシャル領域20よりも高濃度でかつウエル領域31におけるP型不純物濃度よりも低濃度の、Pウエル間低濃度N型領域131と、少なくとも該反転型チャネル領域121及び蓄積型チャネル領域110上に形成されるゲート絶縁膜90と、該ゲート絶縁膜90上に形成されるゲート電極80と、SiC基板10に接続されるドレイン電極140と、ソース領域40に接続されるソース電極60とを備えている。この半導体装置においては、ゲート絶縁膜90下の領域にSiCエピタキシャル領域20よりも高濃度でかつP型ウエル領域31におけるP型不純物濃度よりも低濃度のN型不純物濃度を有するPウエル間低濃度N型領域131が形成されるから、高ドレイン電界に対してゲート絶縁膜90に大きな電界がかかることを抑制しつつ、実施の形態1の半導体装置よりも、さらにオン抵抗を低減することができる。
また、この半導体装置におけるPウエル間低濃度N型領域131は、エピタキシャル領域20よりも高濃度でかつP型ウエル領域31におけるP型不純物濃度よりも低濃度となるように形成される。このため、高ドレイン電界が加わった時でもゲート絶縁膜90に3MVcm−1以上の高電界が印加されない。本半導体装置では、このようなN型領域131をゲート絶縁膜90下の領域に形成することで、高ドレイン電界に対してゲート絶縁膜90に大きな電界がかかることを抑制しつつ、実施の形態1の半導体装置よりも、さらにオン抵抗を低減することができる。
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例 1を示す断面図
【図2】 本発明の参考例 1の製造工程を示す断面図
【図3】 本発明の参考例 1の製造工程を示す断面図
【図4】 本発明の実施の形態1を示す断面図
【図5】 本発明の実施の形態1の製造工程を示す断面図
【図6】 本発明の実施の形態1の製造工程を示す断面図
【図7】レジストの後退を利用したテーパエッチングの工程説明図
【図8】 本発明の参考例 2を示す断面図
【図9】 本発明の参考例 2の製造工程を示す断面図
【図10】 本発明の実施の形態2を示す断面図
【図11】 本発明の実施の形態2の製造工程を示す断面図
【符号の説明】
10・・・N型SiC基板
20・・・N型SiCエピタキシャル領域
30、31・・・P型ウエル領域
40・・・N型ソース領域
50・・・P型コンタクト領域
60・・・ソース電極
70・・・層間膜
80・・・ゲート電極
90・・・ゲート絶縁膜
110・・・N型蓄積型チャネル領域
120、121・・・P型反転型チャネル領域
130、131・・・Pウエル間低濃度N型領域
140・・・ドレイン電極
150、151、152、153、154・・・マスク材
160、162・・・アルミニウムイオン注入
161、164、165、166・・・窒素イオン注入
163・・・燐イオン注入
170・・・フォトレジスト
180・・・マスク材テーパ角度
190・・・マスク材を貫通したイオンにより形成されたP型ウエル領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-274487
[Patent Document 2]
JP 2000-164525 A.
[0003]
Silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) has a wide band gap, and the maximum dielectric breakdown electric field is an order of magnitude larger than that of silicon (hereinafter referred to as Si). Furthermore, the natural oxide of SiC is SiO2Therefore, a thermal oxide film can be easily formed on the surface of SiC by the same method as Si. For this reason, SiC is expected to be a very excellent material when used as a high-speed / high-voltage switching element for electric vehicles, particularly as a high-power uni / bipolar element.
Vertical MOSFET is an important device for considering application of SiC to power semiconductor devices. Since the MOSFET is a voltage-driven device, the elements can be driven in parallel and the driving circuit is simple. Moreover, since it is a unipolar device, high-speed switching is possible. The SiC power MOSFET in the prior art is disclosed in, for example, Patent Document 1 described above.
In the device cross-sectional structure in the conventional example, high concentration N+N on type SiC substrateA type SiC epitaxial region is formed. Then, a P-type well region is formed in a predetermined region in the surface layer portion of the epitaxial region, and N-type in the P-type well region+Type source region and P+A mold contact region is formed. N on the surface of the P-type well region+N connected to the type source regionA mold storage channel region is formed. In addition, the surface layer portion of the epitaxial region is connected to the storage channel region and connected to the P-well N+A mold region is formed. A gate electrode is disposed on the storage channel region via a gate insulating film, and the gate electrode is covered with an interlayer insulating film. And P+Type contact area and N+A source electrode is formed so as to contact the type source region, and N+A drain electrode is formed on the back surface of the type SiC substrate.
[0004]
The operation of this power MOSFET is as follows. When a positive voltage is applied to the gate electrode while a voltage is applied between the drain electrode and the source electrode, electrons are applied to the surface of the storage channel facing the gate electrode. A storage layer is formed. As a result, drain region to epitaxial region, P well N+A current flows to the source electrode through the mold region, the storage channel region, and the source region.
When the voltage applied to the gate electrode is removed, the storage channel is depleted by the built-in potential with the P-type well region. As a result, N between P wells+The current stops flowing from the mold region to the storage channel region, and the drain electrode and the source electrode are electrically insulated and exhibit a switching function.
[0005]
An example of a conventional method for manufacturing the SiC power MOSFET will be described.
First N+For example, the impurity concentration is 10 on the type SiC substrate.14~Ten18cm-3, N with a thickness of 1-100μmA type SiC epitaxial region is formed.
Next, using a mask material 150, for example, aluminum ions are implanted in a multistage manner at an acceleration voltage of 10 k to 3 MeV at a high temperature of 100 to 1000 ° C. to form a P-type well region. For example, the total dose is 1012~Ten16/cm2It is. Of course, boron or gallium may be used as the P-type impurity in addition to aluminum.
Next, using a mask material, for example, aluminum ions are implanted at a high temperature of 100 to 1000 ° C. with an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV, and P+A mold contact region is formed. For example, the total dose is 1014~Ten16/cm2It is. Of course, boron or gallium may be used as the P-type impurity in addition to aluminum.
Next, using another mask material, for example, phosphorus ions are multi-stage implanted at an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV at a high temperature of 100 to 1000 ° C., and N+A mold source region is formed. For example, the total dose is 1014~Ten16/cm2It is. Of course, as the N-type impurity, nitrogen, arsenic, or the like may be used in addition to phosphorus.
Next, using still another mask material, for example, nitrogen ions are implanted at a high temperature of 100 to 1000 ° C. with an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV, and NType storage channel region and P-well N+A mold region is formed. For example, the total dose is 1014~Ten16/cm2It is.
Note that the order of ion implantation for forming each region is not limited to that shown in this example.
Next, for example, heat treatment is performed at 1000 to 1800 ° C. to activate the implanted impurities.
Next, a gate insulating film is formed by thermal oxidation at about 1200 ° C., and then a gate electrode is formed from, for example, polycrystalline silicon. Next, a CVD oxide film is deposited as an interlayer film.
After that, N against the interlayer film+Type source region and P+A contact hole is formed on the mold contact region to form a source electrode. N+A metal film is deposited on the back surface of the substrate as a drain electrode and heat-treated at, for example, about 600 to 1400 ° C. to complete the conventional SiC power MOSFET as an ohmic electrode.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The problems of the conventional SiC power MOSFET will be described below.
As described above, in the conventional SiC power MOSFET in which the P-type well region is formed by ion implantation, it is difficult to form the well region sufficiently deep in the step of forming the well region. Therefore, in order to prevent punch-through, the P-type impurity concentration in the P-type well region is usually designed to be high.
By the way, the above nitrogen ions are implanted and NType storage channel region and P-well N+In the step of forming the mold region, the P-type impurity is compensated for and NIn order to form the type storage channel region, the concentration of nitrogen ions implanted into the semiconductor substrate must be equal to or higher than the P-type impurity concentration of the P-type well region. Therefore, P-well N+The N type impurity concentration in the type region is formed to be higher than the P type impurity concentration in the P type well region.
However, N having a higher impurity concentration than such a P-type well region under the gate insulating film.+When the mold region is formed, a high concentration of N is applied when a high voltage is applied to the drain electrode.+The drain electric field is concentrated in the mold region. As a result, the gate insulating film breaks down before the avalanche breakdown occurs in the semiconductor element, causing a problem that a desired breakdown voltage cannot be obtained. In general, power devices are required to withstand a constant current when an avalanche current flows, but in conventional SiC MOSFETs, the avalanche resistance is defined by the dielectric breakdown of the gate insulating film, which is very small. There was a problem of becoming.
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and provides a high breakdown voltage semiconductor device and a method for manufacturing the same capable of suppressing a large electric field from being applied to a gate insulating film even with respect to a high drain electric field. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is formed in a first conductivity type drain region formed in a semiconductor substrate, a first conductivity type drift region connected to the drain region, and a surface of the drift region. A second conductivity type well region, a first conductivity type source region formed in the well region, and the source region;Formed on the surface of the well regionStorage channel region of first conductivity type and storage channel regionAnd a second conductivity type inversion channel region formed in the surface layer of the well region, and at least on the inversion channel region and the storage channel region.A gate insulating film; a gate electrode formed on the gate insulating film; a drain electrode connected to the drain region; and a source electrode connected to the source region.
[0008]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high voltage semiconductor device which can suppress that a big electric field is applied to a gate insulating film also with respect to a high drain electric field, and its manufacturing method can be provided.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
The polytype of silicon carbide (SiC) used in this embodiment is typically 4H, but other polytypes such as 6H and 3C may be used. Further, in this embodiment, the semiconductor device has been described in which the drain electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate, the source electrode is disposed on the surface of the substrate, and a current flows in the element in the vertical direction. However, for example, the present invention can also be applied to a semiconductor device having a structure in which a drain electrode is arranged on the surface of a substrate in the same manner as a source electrode and a current flows laterally.
In this embodiment, for example, the drain region is N-type and the well region is P-type. However, the combination of N-type and P-type is not limited to this. For example, the drain region is P-type and well-type. A configuration may be adopted in which the region is N-type.
Moreover, it cannot be overemphasized that the deformation | transformation in the range which does not deviate from the main point of this invention is included.
[0010]
  (Reference example1)
  FIG. 1 shows the present invention.Reference example 1 ofSemiconductor equipmentPlaceShow. As shown in the figure, high concentration N+N on type SiC substrate 10A type SiC epitaxial region 20 is formed. Then, a P-type well region 30 is formed in a predetermined region in the surface layer portion of the epitaxial region 20, and the N-type well region 30 includes N-type well region 30.+Type source region 40 and P+A mold contact region 50 is formed. The surface of the P-type well region 30 has NType storage channel region 110 is N+It is connected to the type source region 40 and is formed so that the side wall substantially coincides with the side wall of the P type well region 30. A gate electrode 80 is disposed on the storage channel region 110 via a gate insulating film 90, and the gate electrode 80 is covered with an interlayer insulating film 70. And P+Type contact area 50 and N+A source electrode 60 is formed so as to be in contact with the type source region 40, and N+A drain electrode 140 is formed on the back surface of the type SiC substrate 10.
[0011]
  ThisHalf ofThe operation of the conductor device will be described. The basic operation is the same as that of the conventional SiC power MOSFET. That is, when a voltage is applied between the drain electrode 140 and the source electrode 60 and a positive voltage is applied to the gate electrode 80, electrons are accumulated in the surface layer of the storage channel 110 facing the gate electrode 80. A layer is formed. As a result, a current flows from the drain region 10 to the source electrode 60 through the epitaxial region 20, the storage channel region 110, and the source region 40.
  Further, when the voltage applied to the gate electrode 80 is removed, the storage channel 110 is depleted by the built-in potential with the P-type well region 30. As a result, no current flows from the epitaxial region 20 to the storage-type channel region 110, and the drain electrode 140 and the source electrode 60 are electrically insulated and exhibit a switching function.
[0012]
  next,hereAn example of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 will be described with reference to the cross-sectional views of FIGS. 2 (a) to 3 (g).
[0013]
  In the process of FIG.+For example, the impurity concentration is 10 on the SiC substrate 10.14~Ten18cm-3, N with a thickness of 1-100μmA type SiC epitaxial region 20 is formed.
  In the step of FIG. 2 (b), using the mask material 150, for example, aluminum ions 160 are implanted in multiple stages at a high temperature of 100 to 1000 ° C. at an acceleration voltage of 10 k to 3 MeV to form the P-type well region 30. For example, the total dose is 1012~Ten16cm-2It is. Of course, boron or gallium may be used as the P-type impurity in addition to aluminum.
  In the process of FIG. 2 (c), similarly, using the mask material 150, for example, nitrogen ions 161 are multi-stage implanted at an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV at a high temperature of 100 to 1000 ° C., and NA mold storage channel region 110 is formed. For example, the total dose is 1014~Ten16cm-2It is.
  In the process of FIG. 2 (d), using the mask material 151, for example, aluminum ions 162 are multi-stage implanted at an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV at a high temperature of 100 to 1000 ° C., and P+A mold contact region 50 is formed. For example, the total dose is 1014~Ten16cm-2It is. Of course, boron or gallium may be used as the P-type impurity in addition to aluminum.
  In the step of FIG. 2 (e), phosphorus ions 163 are multi-stage implanted at an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV at a high temperature of, for example, 100 to 1000 ° C. using the mask material 152, and N+A mold source region 40 is formed. For example, the total dose is 1014~Ten16cm-2It is. Of course, as the N-type impurity, nitrogen, arsenic, or the like may be used in addition to phosphorus.
  Note that the order of ion implantation for forming each region is not limited to that shown in this example.
  In the process of FIG. 2 (f), for example, heat treatment is performed at 1000 to 1800 ° C. The implanted impurity is activated.
  In the step of FIG. 3 (g), the gate insulating film 90 is formed by thermal oxidation at about 1200 ° C., and then the gate electrode 80 is formed of, for example, polycrystalline silicon. Next, a CVD oxide film is deposited as the interlayer film 70.
  After that, although not shown in the figure, the N relative to the interlayer film 70+Type source region 40 and P+A contact hole is formed on the mold contact region 50 to form a source electrode 60 (see FIG. 1). N+A metal film is deposited on the back surface of the substrate 10 as the drain electrode 140 and heat-treated at about 600 to 1400 ° C., for example, to form an ohmic electrode as shown in FIG.HalfThe conductor device is completed.
[0014]
  Book as aboveReference exampleThe semiconductor device of N is formed on a semiconductor substrate.+Type SiC substrate 10 and N formed by being connected to SiC substrate 10Type SiC epitaxial region 20, P type well region 30 formed in a predetermined region of the surface layer of SiC epitaxial region 20, and N formed in well region 30+N type source region 40, N connected to source region 40 and formed so that the side wall substantially coincides with the side wall of well region 30Type storage channel region 110, gate insulating film 90 formed on at least storage type channel region 110, gate electrode 80 formed on gate insulating film 90, and drain electrode connected to SiC substrate 10 140 and a source electrode 60 connected to the source region 40. N in Fig. 1+Type SiC substrate is formed in the drain region of the first conductivity type in the claims, NType SiC epitaxial region 20 in the first conductivity type drift region, P type well region 30 in the second conductivity type well region, N+Type source region 40 becomes a source region of the first conductivity type, NThe storage type channel region 110 corresponds to the storage type channel region of the first conductivity type. In this semiconductor device, an N region having a higher concentration than that of the P-type well region 30 is formed in the region covered by the drain electric field under the gate insulating film 90.+Since the mold region is not formed, a large electric field is not applied to the gate insulating film 90 compared to the conventional case. As a result, breakdown of the gate insulating film 90 before avalanche breakdown occurs in the semiconductor device can be prevented, and the element breakdown voltage is improved.
  Also bookReference exampleThe method of manufacturing a semiconductor device includes at least a step of depositing a first mask material 150 on a semiconductor substrate and a step of patterning the mask material 150, and introducing impurities into the semiconductor substrate through the mask material 150. As a result, the step of forming the P-type well region 30 and the introduction of impurities into the semiconductor substrate through the mask material 150 similarlyAnd forming the mold accumulation type channel region 110 at least in random order. Therefore, P-type well region 30 and NSince the type accumulation channel region 110 can be manufactured with the same mask, the P type well region and the N type are used with two masks.Compared to the conventional manufacturing method for forming the mold accumulation channel region, it can be manufactured more easily. In addition, since the storage channel region 110 can be formed in the P-type well region 30 by self-alignment, it is possible to provide a semiconductor device with a simple manufacturing process, low channel resistance, and high breakdown voltage.
  In addition, by using silicon carbide as the semiconductor substrate, high breakdown voltage, high carrier mobility, and high saturation drift velocity can be easily ensured as compared with silicon semiconductors. For this reason, it can be used for a high-speed switching element or a high-power element.
[0015]
  (Embodiment1)
  FIG. 4 shows an embodiment of a semiconductor device manufactured according to the present invention.1Is shown.
  As shown in the figure, high concentration N+N on type SiC substrate 10A type SiC epitaxial region 20 is formed. Then, a P-type well region 31 is formed in a predetermined region in the surface layer portion of the epitaxial region 20, and N-type is formed in the P-type well region 31.+Type source region 40 and P+A mold contact region 50 is formed. The surface of the P-type well region 31 has N+N connected to type source region 40A type storage channel region 110 is formed. The P-type inversion channel region 120 is also formed on the surface layer of the P-type well region 31 with NIt is connected to the mold storage channel region 110. A gate electrode 80 is disposed on the inversion channel region 120 and the storage channel region 110 via a gate insulating film 90, and the gate electrode 80 is covered with an interlayer insulating film 70. And P+Type contact area 50 and N+A source electrode 60 is formed so as to be in contact with the type source region 40, and N+A drain electrode 140 is formed on the back surface of the type SiC substrate 10.
  As shown in FIG.Reference example 1The difference in structure with the inversion channel region 120 is that NThe P type well region 31 is connected to the type storage channel region 110 and formed on the surface layer.
[0016]
The operation of the semiconductor device of this embodiment will be described. When a voltage is applied between the drain electrode 140 and the source electrode 60 and a positive voltage is applied to the gate electrode 80, an electron storage layer is formed on the surface layer of the storage channel 110 facing the gate electrode 80. It is formed. Similarly, an inverted channel region 120 is formed on the surface layer of the P-type well region 31 facing the gate electrode 80. As a result, a current flows from the drain region 10 to the source electrode 60 through the epitaxial region 20, the inversion channel region 120, the storage channel region 110, and the source region 40.
Further, by removing the voltage applied to the gate electrode 80, the drain electrode 140 and the source electrode 60 are electrically insulated, and exhibit a switching function.
[0017]
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device described in this embodiment will be described with reference to cross-sectional views of FIGS. 5 (a) to 6 (g) and FIGS. 7 (a) to (d).
In the process of FIG.+For example, the impurity concentration is 10 on the SiC substrate 10.14~Ten18cm-3, N with a thickness of 1-100μmA type SiC epitaxial region 20 is formed.
In the step of FIG. 5 (b), for example, a CVD oxide film is used to perform etching so that an inclination (taper) is provided on the pattern side wall to form a mask material 153. Here, if the inclination (taper) angle of the pattern side wall with respect to the normal direction of the SiC substrate is 180, 180 indicates the depth of the well region 31 to be formed, the length of the inversion channel region 120, the thickness of the mask material 153, and the well region. 31 is determined in consideration of process and device design items such as what impurity atoms are used for formation, but is preferably about 10 to 30 °, for example.
Using this taper-formed mask material 153, for example, aluminum ions 160 are implanted at a high temperature of 100 to 1000 ° C. at an acceleration voltage of 10 k to 3 MeV to form a P-type well region 31. For example, the total dose is 1012~Ten16cm-2It is. A part of the aluminum ions implanted at this time is partially introduced into the epitaxial region 20 through the taper portion of the mask material 153 as shown by a region 190 in the figure, and the P-type well region 31 is also formed. Of course, boron or gallium may be used as the P-type impurity in addition to aluminum.
[0018]
Here, taper etching of the CVD oxide film will be described with reference to FIGS.
In the step of FIG. 7A, a CVD oxide film 153 is deposited on a semiconductor substrate to a thickness of about 1.5 μm, for example, and a photoresist 170 is applied thereon.
In the step of FIG. 7 (b), after exposing a part of the photoresist 170, patterning is performed with an organic solvent, and the remaining photoresist 170 is reflowed by a heat treatment of about 100 ° C., for example, as shown in FIG. A gentle resist pattern 170 is formed.
In the process of FIG.6,SCIENCE FICTION6, NF3, C2F6Etc. and oxygen gas conditions, dry etching is performed so that the etching selectivity of the photoresist 170 and the CVD oxide film 153 is 1, and the inclination of the resist pattern is transferred to the CVD oxide film 153. Let
In the step shown in FIG. 7D, the photoresist 170 is removed by, for example, an asher to complete a mask material 153 having a pattern sidewall provided with an inclination (taper).
The inclination (taper) angle 180 of the mask material 153 is determined by the heat treatment temperature and time when the photoresist 170 is reflowed in FIG. 7B and the etching speed in dry etching.
As the taper etching method, in addition to the above-described dry etching method using resist receding, for example, CHF3The mask material 153 may be formed by cooling the SiC substrate temperature to about 0 ° C. using a gas and performing dry etching of the CVD oxide film with a photoresist mask. Further, the CVD oxide film is etched with a photoresist mask, for example, wet etching is performed using an HF solution. Then, since the CVD oxide film is isotropically etched to form an undercut, the mask material 153 can be easily tapered.
[0019]
  In the step of FIG. 5C, the storage channel region 110 is formed by using the mask material 153 and implanting nitrogen ions 161 at a high temperature of, for example, 100 to 1000 ° C. at an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV. For example, the total dose is 1014~Ten16cm-2It is. At this time, since the nitrogen ions 161 are implanted shallower than the well region 31 in the depth direction, even if a part of the nitrogen ions partially penetrates the tapered portion of the mask material 153, the surface of the P-type well region 31 Nitrogen ions 161 are not implanted in part. In other words, there is a region where the storage channel region 110 is not formed in the surface layer of the P-type well region 31 like a region indicated by 120 in the figure. This is referred to as an inverted channel region 120.
  As an N-type impurity used for forming the storage channel 110, phosphorus, arsenic, or the like may be used in addition to nitrogen.
  In the step of FIG. 5 (d), using the mask material 151, for example, aluminum ions 162 are multi-stage implanted at an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV at a high temperature of 100 to 1000 ° C., and P+A mold contact region 50 is formed. For example, the total dose is 1014~Ten16cm-2It is. Of course, boron or gallium may be used as the P-type impurity in addition to aluminum.
  In the step of FIG. 5 (e), phosphorus ions 163 are multi-stage implanted at an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV at a high temperature of, for example, 100 to 1000 ° C. using the mask material 152, and N+A mold source region 40 is formed. For example, the total dose is 1014~Ten16cm-2It is. Of course, as the N-type impurity, nitrogen, arsenic, or the like may be used in addition to phosphorus.
  Note that the order of ion implantation for forming each region is not limited to that shown in this example.
  In the step of FIG. 5 (f), for example, heat treatment is performed at 1000 to 1800 ° C. The implanted impurity is activated.
  In the step of FIG. 6 (g), the gate insulating film 90 is formed by thermal oxidation at about 1200 ° C., and then the gate electrode 80 is formed of, for example, polycrystalline silicon. Next, a CVD oxide film is deposited as the interlayer film 70.
  After that, although not shown in the figure, the N relative to the interlayer film 70+Type source region 40 and P+A contact hole is formed on the mold contact region 50 to form a source electrode 60 (see FIG. 4). N+A metal film is deposited as the drain electrode 140 on the back surface of the substrate 10 and heat-treated at, for example, about 600 to 1400 ° C. to complete the semiconductor device as the second embodiment shown in FIG. 4 as an ohmic electrode.
[0020]
  As described above, the semiconductor device according to the present embodiment includes N formed on the semiconductor substrate.+Type SiC substrate 10 and N formed by being connected to SiC substrate 10Type SiC epitaxial region 20, P type well region 31 formed in a predetermined region of the surface layer of SiC epitaxial region 20, and N formed in well region 31+Type source region 40, N connected to the source region 40 and formed in the surface layer in the well region 31Type storage channel region 110, a P type inversion channel region 120 formed in the surface layer of the well region 31 between the storage type channel region 110 and the SiC epitaxial region 20, and at least the inversion type channel region 120 and A gate insulating film 90 formed on the storage channel region 110, a gate electrode 80 formed on the gate insulating film 90, a drain electrode 140 connected to the SiC substrate 10, and a source region 40 And a source electrode 60. Note that the P-type inversion channel region 120 in FIG. 4 corresponds to the inversion channel region of the second conductivity type in the claims. In this semiconductor device, the inverted channel 120 is formed by being connected to the storage channel 110.Reference exampleCompared with the semiconductor device shown in FIG. 1, the element leakage current with respect to the high drain electric field can be reduced. In particular, the element leakage current increases in the storage channel region 110 at a high temperature, but the semiconductor device has a feature that the leakage current is small even at a high temperature.
  Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the patterning of the mask material 153 is a process of performing etching so that the pattern side wall of the mask material 153 is inclined. According to such a manufacturing method, the P-type well region 31 and NWhen forming the type accumulation channel region 110 with the same mask, the surface of the P well region 31 is NAn inverted channel region 120 is formed by being connected to the type storage channel region 110. For this reason,Reference example1 and embodiments described later2Compared with this manufacturing method, it is possible to manufacture a semiconductor device having less element leakage current with respect to a high drain electric field and having excellent high temperature characteristics.
  If the manufacturing method as shown above is used, the P-type well region 31 and the inversion-type channel region 120 are formed in a self-aligned (self-aligned) process (step of FIG. 5C). Therefore, when the semiconductor device shown in FIG. 4 is a unit cell, the shape of the inversion channel region is equally formed in all unit cells. As a result, variations in channel length can be eliminated, and an increase in on-resistance and a decrease in breakdown voltage caused by the variation can be prevented.
[0021]
  (Reference example 2)
  FIG. 8 shows the present invention.Reference example 2 ofSemiconductor equipmentPlaceShow.
  As shown in the figure, high concentration N+N on type SiC substrate 10A type SiC epitaxial region 20 is formed. Then, a P-type well region 30 is formed in a predetermined region in the surface layer portion of the epitaxial region 20, and the N-type well region 30 includes N-type well region 30.+Type source region 40 and P+A mold contact region 50 is formed. The surface of the P-type well region 30 has NType storage channel region 110 is N+It is connected to the type source region 40 and is formed so that the side wall substantially coincides with the side wall of the P type well region 30. Further, a low P-well N-type region 130 is connected to the storage channel region 110 and formed in the surface layer portion of the epitaxial region 20. A gate electrode 80 is disposed on the storage channel region 110 via a gate insulating film 90, and the gate electrode 80 is covered with an interlayer insulating film 70. And P+Type contact area 50 and N+A source electrode 60 is formed so as to be in contact with the type source region 40, and N+A drain electrode 140 is formed on the back surface of the type SiC substrate 10.
  As shown in FIG.Reference exampleThe structural difference from 1 is that a low concentration N-type region 130 between P wells is formed in the surface layer portion of the epitaxial region 20 connected to the storage channel 110.
[0022]
  Next bookReference exampleAn example of a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 will be described with reference to the cross-sectional views of FIGS. 2 (a) to 2 (e) and FIGS. 9 (a) to 9 (c).
  2 (a)-(e)Reference exampleSince this is the same as the process described in 1, description thereof is omitted.
  In the process of FIG. 9, using the mask material 154, for example, nitrogen ions 164 are implanted at a high temperature of 100 to 1000 ° C. at an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV to form a low concentration N-type region 130 between P wells. For example, the total dose is 1014~Ten15cm-2It is. As the N-type impurity, phosphorus, arsenic, or the like may be used in addition to nitrogen.
  Note that the order of ion implantation for forming each region is not limited to that shown in this example.
  In the process of FIG. 9 (b), for example, heat treatment is performed at 1000 to 1800 ° C. The implanted impurity is activated.
  In the step of FIG. 9C, the gate insulating film 90 is formed by thermal oxidation at about 1200 ° C., and then the gate electrode 80 is formed of, for example, polycrystalline silicon. Next, a CVD oxide film is deposited as the interlayer film 70.
  After that, although not shown in the figure, the N relative to the interlayer film 70+Type source region 40 and P+A contact hole is formed on the mold contact region 50 to form a source electrode 60 (see FIG. 8). N+A metal film is deposited on the back surface of the substrate 10 as the drain electrode 140, and heat-treated at about 600 to 1400 ° C.Reference example 2As a result, the semiconductor device is completed.
[0023]
  Book as aboveReference exampleThe semiconductor device of N is formed on a semiconductor substrate.+Type SiC substrate 10 and N formed by being connected to SiC substrate 10Type SiC epitaxial region 20, P type well region 30 formed in a predetermined region of the surface layer of SiC epitaxial region 20, and N formed in well region 30+N type source region 40, N connected to source region 40 and formed so that the side wall substantially coincides with the side wall of well region 30Type storage channel region 110 and formed on the surface layer of SiC epitaxial region 20 connected to storage type channel region 110 and having a higher concentration than SiC epitaxial region 20 and higher than the P-type impurity concentration in well region 30 Low concentration, P-well low concentration N-type region 130, gate insulating film 90 formed on at least storage channel region 110, gate electrode 80 formed on gate insulating film 90, and SiC substrate A drain electrode 140 connected to the source electrode 10 and a source electrode 60 connected to the source region 40 are provided. 8 corresponds to the low-concentration region between wells of the first conductivity type in the claims. In this semiconductor device, the N-type impurity concentration in the low-concentration N-type region 130 between the P-wells is formed so as to be higher than the epitaxial region 20 and lower than the P-type impurity concentration in the P-type well region 30. . For this reason, even when a high drain electric field is applied, the gate insulating film 90 has 3 MVcm.-1The above high electric field is not applied. In this semiconductor device, by forming such an N-type region 130 in a region below the gate insulating film 90, while suppressing a large electric field from being applied to the gate insulating film 90 with respect to a high drain electric field,Reference exampleThe on-resistance can be further reduced as compared with the first semiconductor device.
  Also bookReference exampleThe manufacturing method of the semiconductor device ofReference exampleIn addition to the semiconductor device manufacturing method of 1, a step of depositing a second mask material 154 on the semiconductor substrate, a step of patterning the mask material 154, and introducing impurities into the semiconductor substrate through the mask material 154 Thus, at least the step of forming the low concentration N-type region 130 between P wells is included. According to such a manufacturing method, the P well having a higher concentration in the region below the gate insulating film 90 than the SiC epitaxial region 20 and a lower N type impurity concentration than the P type impurity concentration in the P type well region 30. Since the low-concentration N-type region 130 is formed, while suppressing a large electric field on the gate insulating film 90 with respect to the high drain electric fieldReference exampleIt is possible to manufacture a semiconductor device in which the on-resistance is further reduced as compared with the first semiconductor device.
[0024]
  (Embodiment2)
  FIG. 10 shows an embodiment of a semiconductor device manufactured according to the present invention.2Is shown.
  As shown in the figure, high concentration N+N on type SiC substrate 10A type SiC epitaxial region 20 is formed. Then, a P-type well region 31 is formed in a predetermined region in the surface layer portion of the epitaxial region 20, and N-type is formed in the P-type well region 31.+Type source region 40 and P+A mold contact region 50 is formed. The surface of the P-type well region 31 has N+N connected to type source region 40A type storage channel region 110 is formed. The inverted channel region 121 is also formed on the surface layer of the P-type well region 31 with NIt is connected to the mold storage channel region 110. Further, a P-well low-concentration N-type region 131 is formed in the surface layer portion of the epitaxial region 20 so as to be connected to the inverted channel region 121. A gate electrode 80 is disposed on the inversion channel region 121 and the storage channel region 110 via a gate insulating film 90, and the gate electrode 80 is covered with an interlayer insulating film 70. And P+Type contact area 50 and N+A source electrode 60 is formed so as to be in contact with the type source region 40, and N+A drain electrode 140 is formed on the back surface of the type SiC substrate 10.
  Embodiment shown in FIG.1The difference in structure is that a low concentration N-type region 131 between P wells is formed in the surface layer portion of the epitaxial region 20 so as to be connected to the inversion channel region 121.
[0025]
  Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device described in this embodiment will be described with reference to cross-sectional views in FIGS. 5 (a) to 5 (e) and FIGS. 11 (a) to 11 (c).
  The steps of FIGS. 5 (a) to (e) are the embodiments.1Since this is the same as the process described in, the description thereof is omitted.
  In the step of FIG. 11 (a), using the mask material 154, for example, nitrogen ions 165 are implanted at a high temperature of 100 to 1000 ° C. at an acceleration voltage of 10 k to 1 MeV, and the low concentration N-type region 131 between the P wells is formed. Form. For example, the total dose is 1014~Ten15cm-2It is. At this time, nitrogen ions are also implanted into the inverted channel region 120 (referred to as the inverted channel region 121), and a part of the P-type impurity is compensated by the nitrogen ions. The amount of nitrogen ions 165 to be implanted is set so as not to exceed the P-type impurity concentration in the inverted channel region 120. As the N-type impurity, phosphorus, arsenic, or the like may be used in addition to nitrogen.
  The order of ion implantation for forming each region is not limited to that shown in this example.
  In the step of FIG. 11 (b), for example, heat treatment is performed at 1000 to 1800 ° C. The implanted impurity is activated.
  In the step of FIG. 11C, the gate insulating film 90 is formed by thermal oxidation at about 1200 ° C., and then the gate electrode 80 is formed of, for example, polycrystalline silicon. Next, a CVD oxide film is deposited as the interlayer film 70.
  After that, although not shown in the figure, the N relative to the interlayer film 70+Type source region 40 and P+A contact hole is formed on the mold contact region 50 to form a source electrode 60 (see FIG. 10). N+The metal film is deposited on the back surface of the substrate 10 as the drain electrode 140, and heat-treated at about 600 to 1400 ° C., for example, as an ohmic electrode, the embodiment shown in FIG.2As a result, the semiconductor device is completed.
[0026]
  As described above, the semiconductor device according to the present embodiment includes N formed on the semiconductor substrate.+Type SiC substrate 10 and N formed by being connected to SiC substrate 10Type SiC epitaxial region 20, P type well region 31 formed in a predetermined region of the surface layer of SiC epitaxial region 20, and N formed in well region 31+Type source region 40, N connected to the source region 40 and formed in the surface layer in the well region 31Type storage channel region 110, a P type inversion channel region 121 formed in the surface layer of the well region 31 between the storage type channel region 110 and the SiC epitaxial region 20, and the P type inversion channel region 121 And a low-concentration N-type region 131 between P wells having a higher concentration than the SiC epitaxial region 20 and a lower concentration than the P-type impurity concentration in the well region 31. A gate insulating film 90 formed on at least the inversion channel region 121 and the storage channel region 110, a gate electrode 80 formed on the gate insulating film 90, and a drain electrode 140 connected to the SiC substrate 10. And a source electrode 60 connected to the source region 40. In this semiconductor device, the P-well low concentration is higher in the region below the gate insulating film 90 than in the SiC epitaxial region 20 and has an N-type impurity concentration lower than the P-type impurity concentration in the P-type well region 31. Since the N-type region 131 is formed, it is possible to prevent the gate insulating film 90 from applying a large electric field to the high drain electric field while1The on-resistance can be further reduced as compared with this semiconductor device.
  Further, the P-well low concentration N-type region 131 in this semiconductor device is formed to have a higher concentration than the epitaxial region 20 and a lower concentration than the P-type impurity concentration in the P-type well region 31. For this reason, even when a high drain electric field is applied, the gate insulating film 90 has 3 MVcm.-1The above high electric field is not applied. In this semiconductor device, the N-type region 131 is formed in a region under the gate insulating film 90, thereby suppressing the application of a large electric field to the gate insulating film 90 with respect to the high drain electric field.1The on-resistance can be further reduced as compared with this semiconductor device.
  Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionReference example 1Cross section showing
FIG. 2 of the present inventionReference example 1Sectional view showing the manufacturing process
FIG. 3 of the present inventionReference example 1Sectional view showing the manufacturing process
FIG. 4 The present inventionThe fruitForm of application1Cross section showing
FIG. 5 shows the present invention.The fruitForm of application1Sectional view showing the manufacturing process
FIG. 6The fruitForm of application1Sectional view showing the manufacturing process
FIG. 7 is an explanatory diagram of a taper etching process using resist receding.
[Fig. 8] of the present inventionReference example 2Cross section showing
FIG. 9 shows the present invention.Reference example 2Sectional view showing the manufacturing process
FIG. 10 shows the present invention.The fruitForm of application2Cross section showing
FIG. 11 shows the present invention.The fruitForm of application2Sectional view showing the manufacturing process
[Explanation of symbols]
10 ... N+Type SiC substrate
20 ... NType SiC epitaxial region
30, 31 ... P-type well region
40 ... N+Type source area
50 ・ ・ ・ P+Type contact area
60 ... Source electrode
70 ・ ・ ・ Interlayer film
80 ・ ・ ・ Gate electrode
90 ・ ・ ・ Gate insulation film
110 ... NType storage channel region
120, 121 ... P-type inverted channel region
130, 131 ... P-well low concentration N-type region
140 ... Drain electrode
150, 151, 152, 153, 154 ... Mask material
160, 162 ... Aluminum ion implantation
161, 164, 165, 166 ... Nitrogen ion implantation
163 ... Phosphorus ion implantation
170 ... Photoresist
180 ・ ・ ・ Mask material taper angle
190 ... P-type well region formed by ions penetrating the mask material

Claims (8)

半導体基体に形成される第1導電型のドレイン領域と、該ドレイン領域と接続されて形成される第1導電型のドリフト領域と、該ドリフト領域表層の所定領域に形成される第2導電型のウエル領域と、該ウエル領域内に形成される第1導電型のソース領域と、該ソース領域と接続されて、前記ウエル領域内でその表層に形成される第1導電型の蓄積型チャネル領域と、該蓄積型チャネル領域と前記ドリフト領域との間の、前記ウエル領域の表層に形成される第2導電型の反転型チャネル領域と、少なくとも該反転型チャネル領域及び前記蓄積型チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されるゲート電極と、前記ドレイン領域に接続されるドレイン電極と、前記ソース領域に接続されるソース電極と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A drain region of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate, a drift region of the first conductivity type formed connected to the drain region, and a second conductivity type formed in a predetermined region of the drift region surface layer A well region; a first conductivity type source region formed in the well region; a first conductivity type storage channel region connected to the source region and formed in a surface layer in the well region; A second conductivity type inversion channel region formed on a surface layer of the well region between the accumulation channel region and the drift region, and formed at least on the inversion channel region and the accumulation channel region A gate insulating film, a gate electrode formed on the gate insulating film, a drain electrode connected to the drain region, a source electrode connected to the source region,
A semiconductor device comprising:
半導体基体に形成される第1導電型のドレイン領域と、該ドレイン領域と接続されて形成される第1導電型のドリフト領域と、該ドリフト領域表層の所定領域に形成される第2導電型のウエル領域と、該ウエル領域内に形成される第1導電型のソース領域と、該ソース領域と接続されて、前記ウエル領域内でその表層に形成される第1導電型の蓄積型チャネル領域と、該蓄積型チャネル領域と前記ドリフト領域との間の、前記ウエル領域の表層に形成される第2導電型の反転型チャネル領域と、該反転型チャネル領域と接続されて前記ドリフト領域の表層に形成される、前記ドリフト領域よりも高濃度でかつ前記ウエル領域における第2導電型不純物濃度よりも低濃度の、第1導電型のウエル間低濃度領域と、少なくとも前記反転型チャネル領域及び前記蓄積型チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されるゲート電極と、前記ドレイン領域に接続されるドレイン電極と、前記ソース領域に接続されるソース電極と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A drain region of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate, a drift region of the first conductivity type formed connected to the drain region, and a second conductivity type formed in a predetermined region of the drift region surface layer A well region; a first conductivity type source region formed in the well region; a first conductivity type storage channel region connected to the source region and formed in a surface layer in the well region; A second conductivity type inversion channel region formed in a surface layer of the well region between the accumulation type channel region and the drift region, and connected to the inversion channel region in the surface layer of the drift region. A low-concentration inter-well region of a first conductivity type having a higher concentration than the drift region and lower than a second conductivity type impurity concentration in the well region, and at least the inversion channel; A gate insulating film formed on the region and the storage channel region, a gate electrode formed on the gate insulating film, a drain electrode connected to the drain region, and a source electrode connected to the source region When,
A semiconductor device comprising:
請求項または記載の前記半導体装置をユニットセルとし、すべての該ユニットセルにおいて前記反転型チャネル領域の形状が等しく形成されることを特徴とする半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1 , wherein the semiconductor device is a unit cell, and the shape of the inversion channel region is equal in all the unit cells. 前記半導体基体が、炭化珪素半導体であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか記載の半導体装置。Said semiconductor substrate, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a silicon carbide semiconductor. 前記半導体基体上に第1のマスク材を堆積する工程と、該第1のマスク材をパターニングする工程とを少なくとも含み、
該第1のマスク材越しに前記半導体基体中に不純物を導入することで、前記第2導電型のウエル領域を形成する工程と、
同じく第1のマスク材越しに前記半導体基体中に不純物を導入することで、前記第1導電型の蓄積型チャネル領域を形成する工程と
を順不同に少なくとも含むことを特徴とする請求項1乃至のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
Depositing a first mask material on the semiconductor substrate; and patterning the first mask material;
Introducing a well region of the second conductivity type by introducing impurities into the semiconductor substrate through the first mask material;
Also in the introducing an impurity into the semiconductor body to the first mask material over, claims 1 to 4, characterized in that it comprises at least a step of forming a storage-type channel region of the first conductivity type in random order A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above.
請求項2記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基体上に第1のマスク材を堆積する工程と、該第1のマスク材をパターニングする工程とを少なくとも含み、
該第1のマスク材越しに前記半導体基体中に不純物を導入することで、前記第2導電型のウエル領域を形成する工程と、
同じく第1のマスク材越しに前記半導体基体中に不純物を導入することで、前記第1導電型の蓄積型チャネル領域を形成する工程と
を順不同に少なくとも含み、
さらに、前記半導体基体上に第2のマスク材を堆積する工程と、該第2のマスク材をパターニングする工程と、該第2のマスク材越しに前記半導体基体中に不純物を導入することで、前記第1導電型のウエル間低濃度領域を形成する工程と、
を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2,
Depositing a first mask material on the semiconductor substrate; and patterning the first mask material;
Introducing a well region of the second conductivity type by introducing impurities into the semiconductor substrate through the first mask material;
A step of forming an accumulation channel region of the first conductivity type by introducing impurities into the semiconductor substrate also through the first mask material;
At least in random order,
Furthermore, a step of depositing a second mask material on the semiconductor substrate, a step of patterning the second mask material, and introducing impurities into the semiconductor substrate through the second mask material, Forming a low-concentration region between wells of the first conductivity type;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1のマスク材のパターニングは、該第1のマスク材のパターン側壁に傾斜が設けられるようにエッチングを行う工程であることを特徴とする請求項または記載の半導体装置の製造方法。The patterning of the first mask material, manufacturing method of a semiconductor device according to claim 5 or 6, wherein the tilt pattern sidewalls of the first mask material is a step of etching to be provided. 前記半導体基体として、炭化珪素半導体を用いることを特徴とする請求項乃至のいずれか記載の半導体装置の製造方法。Wherein the semiconductor substrate manufacturing method of a semiconductor device according to any one of claims 5-7, characterized by using a silicon carbide semiconductor.
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