JP4122775B2 - Vertical junction field effect transistor and method of manufacturing vertical junction field effect transistor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型接合型電界効果トランジスタ、及び縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ゲート電圧によりソース電極とドレイン電極間の電流を制御する電庄制御素子として、横型の接合電界効果トランジスタ(JFET:Junction Field Effect Transistor)が使用されている。横型JFETは、チャネル領域を流れる多数キャリアの量を制御することによりドレイン電流を制御する。この制御は、ゲート領域に形成されたpn接合における空乏層の幅を変化させて行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、JFETの開発に携わっている。発明者は、JFETのドレイン耐圧を向上するためには、次のような手法があると考えている。その一つは、チャネル部とドレインとの間にドリフト領域を設けることであり、別のものは、ドリフト領域の不純物濃度を低くすることである。
【0004】
しかしながら、発明者の検討によれば、これら何れの手法によっても、JFETのオン抵抗は増加してしまう。すなわち、オン抵抗の増加を抑えることが可能なJFETが求められている。そこで、本発明の目的は、ドレイン耐圧を維持しつつオン抵抗を低減できる縦型接合型電界効果トランジスタ、及び縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法を提供することである。
【0005】
この課題を解決するために、発明者らは検討を行った。その結果、基板に形成されるJFETにおいて、基板の表面から裏面へ向かう方向に電流を流す構造のJFET(以下、「縦型JFET」と記す。)の着想を得た。そして、この縦型JFETの構造において、オン抵抗を小さくするために検討を続けた結果、次のような発明をするに至った。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る縦型接合型電界効果トランジスタは、主面を有し複数の第1導電型のドレイン半導体部と、pn半導体部と、複数の凹部と、第2導電型のゲート半導体部と、第1導電型のソース半導体部とを備える。pn半導体部は、ドレイン半導体部の主面上に設けられ、第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域並びにこれらの半導体領域により形成され主面に交差する面に沿って延びる複数のpn接合を有する。複数の凹部は、pn半導体部の複数のpn接合が、pn半導体部の表面に現れる接合線のうちの一つおきの接合線上に設けられている。ゲート半導体部は、隣接する凹部の間に位置するチャネル半導体領域の導電率を制御するように各凹部に設けられている。ソース半導体部は、チャネル半導体領域上に設けられている。チャネル半導体領域は、ドレイン半導体部とソース半導体部との間に位置する。複数のpn接合のうちの少なくとも一つのpn接合は、ソース半導体部とドレイン半導体部との間に位置する。第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域は、主面と平行な方向に交互に隣接して配列されており、チャネル半導体領域の第1導電型半導体領域のドーパント濃度はゲート半導体部及びソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、チャネル半導体領域の第2導電型半導体領域のドーパント濃度はゲート半導体部及びソース半導体部のドーパント濃度よりも低い。
【0007】
本発明の別の側面に係る縦型接合型電界効果トランジスタは、主面を有する第1導電型のドレイン半導体部と、pn半導体部と、第2導電型のゲート半導体部と、第1導電型のソース半導体部とを備える。pn半導体部は、ドレイン半導体部の主面上に設けられ、複数の第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域、これらの半導体領域により形成され主面に交差する面に沿って延びる複数のpn接合並びに複数のpn接合のうちの少なくとも一つのpn接合を含むように延びる突起部を有する。ゲート半導体部は、突起部の導電率を制御するように突起部の両側に設けられている。ソース半導体部は、突起部上に設けられている。第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域は、主面と平行な方向に交互に隣接して配列されており、突起部の第1導電型半導体領域のドーパント濃度は、ゲート半導体部及びソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、突起部の第2導電型半導体領域のドーパント濃度は、ゲート半導体部及びソース半導体部のドーパント濃度よりも低い。
【0008】
本発明の更なる別の側面に係る縦型接合型電界効果トランジスタは、ドレイン半導体部と、ドリフト半導体部と、第2の導電型の第1のゲート半導体部と、第2の導電型の第2のゲート半導体部と、チャネル半導体部と、第1導電型のソース半導体部とを備える。ドレイン半導体部は、その主面に順に隣接して設けられた第1〜第4の領域を有する第1導電型の半導体部である。ドリフト半導体部は、第1及び第2の領域上に設けられた第1導電型半導体領域並びに第3及び第4の領域上に設けられた第2導電型半導体領域を有する。第1のゲート半導体部は、第1の領域上のドリフト半導体部上に設けられている。第2のゲート半導体部は、第4の領域上のドリフト半導体部上に設けられている。チャネル半導体部は、第2の領域及び第3の領域上のドリフト半導体部上にあり、第1のゲート半導体部と第2のゲート半導体部との間に設けられている。ソース半導体部は、チャネル半導体部上に設けられている。第1の領域と第2の領域との接合面は、ドレイン半導体部と第1のゲート半導体部との間に位置し、第3の領域と第4の領域との接合面は、ドレイン半導体部と第2のゲート半導体部との間に位置し、チャネル半導体部は、第2の領域上のドリフト半導体部上に設けられた第1導電型半導体領域並びに第3の領域上のドリフト半導体部上に設けられた第2導電型半導体領域からなり、チャネル半導体部の第1導電型半導体領域のドーパント濃度は、第1及び第2のゲート半導体部並びにソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、チャネル半導体部の第2導電型半導体領域のドーパント濃度は、第1及び第2のゲート半導体部並びにソース半導体部のドーパント濃度よりも低い。
【0009】
これらの縦型接合型電界効果トランジスタでは、チャネルの方向は縦方向である。したがって、デバイスの総断面積に対するチャネルの断面積の割合を大きくできる。
【0010】
また、これらの縦型接合型電界効果トランジスタでは、チャネル半導体部及びゲート半導体部をドリフト半導体部上に配置できる。故に、ドリフト半導体部の厚さにより所望のドレイン耐圧を得ることができる。また、チャネル半導体部の下だけでなく、ゲート半導体部の下に位置するドリフト半導体部にもキャリアが流れる。
【0011】
これらの縦型接合型電界効果トランジスタによれば、ドリフト半導体部は、第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域により構成されている。この様な構造を有するドリフト半導体部は、高ドレイン電圧が印加されているときに、ドリフト半導体部の全体が十分に空乏化されている。したがって、ドリフト半導体部における電界の最大値が低くなる。故に、ドリフト領域の厚さを薄くできる。このため、オン抵抗が小さくなる。
【0012】
チャネル半導体部は、第2の領域及びドリフト半導体部上に設けられた第1導電型半導体領域並びに第3の領域及びドリフト半導体部上に設けられた第2導電型半導体領域を有する構造としてもよい。また、ソース半導体部は、第1導電型半導体領域上に設けられているものとしてもよい。
【0013】
各ゲート半導体部は、所定の方向に延びる構造であることが好ましい。この様な縦型接合型電界効果トランジスタは、ゲート半導体部が所定の方向に延びるので、これらの間隔により閾値を制御できる。
【0014】
各ゲート半導体部に位置する第1導電型領域の幅は、当該縦型接合型電界効果トランジスタがノーマリオフ特性を示すように決定されていることが好ましい。この様な縦型接合型電界効果トランジスタによれば、各ゲート半導体部の第1導電型領域の幅は、ビルトインポテンシャルに対応する空乏層の幅以下の値に対応するように決定される。したがって、ゲート電圧が印加されていなくても、チャネル半導体部が空乏化されているので、ノーマリオフ型のトランジスタを実現できる。
【0015】
チャネル半導体部は、第1の部分と第2の部分に分けられている。第1の部分は、第1のゲート半導体部と第2のゲート半導体部との両方に挟まれている。第2の部分は、第1のゲート半導体部と第2のゲート半導体部とに挟まれることがないように、第1の部分上に位置する。
【0016】
この様な縦型接合型電界効果トランジスタによれば、第2の部分を形成することにより、ゲート半導体部をソース半導体部から離すことができる。これにより、ゲートとソース間の耐圧が向上される。また、チャネル半導体部とソース半導体部との距離は、縦方向にとられるので、この距離をとってもトランジスタのチップサイズは、大きくならない。
【0017】
pn半導体部の第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域のドーパント濃度及び幅は、一方の半導体領域の全体が空乏化したときに、他方の半導体領域も全体が空乏化しているように決定されていることが好ましい。
【0018】
この様な縦型接合型電界効果トランジスタによれば、第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域とをほぼ同じように空乏化できるので、電界の集中が緩和される。
【0019】
縦型接合型電界効果トランジスタでは、ドレイン半導体部、pn半導体部、及びチャネル半導体部は、SiCにより形成されることが好ましい。また、縦型接合型電界効果トランジスタでは、ゲート半導体部とチャネル半導体部との接合は、ヘテロ接合であってもよい。
【0020】
本発明に係る縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法によれば、(a)第1導電型の基板上に、該基板の主面と平行な一方向に沿って隣接して第1導電型の半導体領域と第2導電型の半導体領域とが配列された半導体部を形成する工程と、(b)第1導電型のソース半導体膜を前記半導体部上に形成する工程と、(c)前記半導体部が露出するように前記ソース半導体膜をエッチングして、ストライプ状のソース半導体部を形成する工程と、(d)前記ソース半導体部下の前記第1導電型の半導体領域及び前記第2導電型の半導体領域にそれぞれ隣接するように第2導電型の第1及び第2のゲート半導体部を前記半導体部中に形成する工程とを含む。前記半導体部の前記第1導電型の半導体領域のドーパント濃度は、前記第1及び第2のゲート半導体部並びにソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、前記半導体部の前記第2導電型の半導体領域のドーパント濃度は、前記第1及び第2のゲート半導体部並びにソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、前記第1及び第2のゲート半導体部は前記第1導電型の半導体領域と前記第2導電型の半導体領域との接合を挟む。
【0021】
この様な縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法においては、前記半導体部は、複数の半導体膜を成膜する工程を繰り返して形成されることが好ましい。
【0022】
この様な縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法においては、前記半導体部、前記ソース半導体部、及び前記ゲート半導体部は、SiCを含むことが好ましい。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る縦型接合型電界効果トランジスタの好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、以下の説明において、同一又は相当する要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図中のトランジスタの縦型サイズは、実際のトランジスタのものと必ずしも一致するものではない。
【0024】
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態における縦型JFET1の斜視図である。図1に示す様に、縦型JFET1は、n+型ドレイン半導体部2と、ドリフト半導体部3と、チャネル半導体部4と、p+型ゲート半導体部51,52,53と、n+型ソース半導体部61,62,63と、ドレイン電極7とを有する。ドレイン電極7は、n+型ドレイン半導体部2の有する一対の面の他方(裏面)に設けられている。
【0025】
縦型JFET1は、素子の一方の面から他方の面に向かう方向(以下、「電流方向」と記す。)に、多数キャリアがチャネル領域を移動する縦型構造を有する。図1には、座標系が示されている。この座標は、JFETの電流方向をz軸に合わせるように規定されている。
【0026】
n+型ドレイン半導体部2は、対向する一対の面を有する。また、n+型ドレイン半導体部2は、ドーパントが添加された基板であることができ、好適な実施例では、この基板は、SiC(炭化珪素)により形成されている。SiCに添加されるドーパントとしては、周期律表第5族元素であるN(窒素)、P(リン)、As(砒素)といったドナー不純物が利用できる。
【0027】
n+型ドレイン半導体部2は、その主面上に、y軸方向に順に配置された第1及び第2の領域2a,2bを有する。第1及び第2の領域2a,2bは、所定の軸方向(図1のx軸方向)に延びている。第1及び第2の領域2a,2bには、p型ドリフト半導体領域31が設けられている。
【0028】
また、n+型ドレイン半導体部2は、その主面上に、y軸方向に順に配列された第1〜第14の領域2a〜2nを有する。第1〜第14の領域2a〜2nは、所定の軸方向(図1のx軸方向)に延びている。好適な実施例では、第8の領域2hと第12の領域2lは、第4の領域2dと実質的に同一の形状を有しており、また、第9の領域2iと第13の領域2mは、第5の領域2eと実質的に同一の形状を有する。更に、好適な実施例では、第1〜第14の領域2a〜2nは、矩形である。
【0029】
ドリフト半導体部3は、n+型ドレイン半導体部2の主面上に設けられている。ドリフト半導体部3は、p型ドリフト半導体領域31,33,35,37と、n型ドリフト半導体領域32,34,36とを有する。p型ドリフト半導体領域及びn型ドリフト半導体領域は、ドリフト半導体部3の主面に交差する方向に延びる基準面に沿って延びている。ドリフト半導体部3では、p型ドリフト半導体領域31,33,35,37は、n型ドリフト半導体領域32,34,36と交互に配置されている。ドリフト半導体部3は、複数のpn接合を有しており、これらのpn接合は、上記の基準面に沿って延びている。図1の左側から番号付けして、奇数番目のpn接合は、ドレイン半導体部とゲート半導体部との間、偶数番目のpn接合は、ドレイン半導体部とソース半導体部との間に位置している。詳述すれば、p型ドリフト半導体領域31とn型ドリフト半導体領域32とのpn接合は、p+型ゲート半導体部51とn+型ドレイン半導体部2との間に位置する。n型ドリフト半導体領域32とp型ドリフト半導体領域33とのpn接合は、n+型ソース半導体部61とn+型ドレイン半導体部2との間に位置する。p型ドリフト半導体領域33とn型ドリフト半導体領域34とのpn接合は、p+型ゲート半導体部52とn+型ドレイン半導体部2との間に位置する。n型ドリフト半導体領域34とp型ドリフト半導体領域35とのpn接合は、n+型ソース半導体部62とn+型ドレイン半導体部2との間に位置する。p型ドリフト半導体領域35とn型ドリフト半導体領域36とのpn接合は、p+型ゲート半導体部53とn+型ドレイン半導体部2との間に位置する。n型ドリフト半導体領域36とp型ドリフト半導体領域37とのpn接合は、n+型ソース半導体部63とn+型ドレイン半導体部2との間に位置する。
【0030】
p型ドリフト半導体領域31,33,35,37は、所定の軸方向(図1のx軸方向)に延びている。p型ドリフト半導体領域31,33,35,37は、ドレイン半導体部2の導電型と逆導電型を有する。p型ドリフト半導体領域31,33,35,37のドーパント濃度は、n+型ドレイン半導体部2のドーパント濃度より低い。
【0031】
n型ドリフト半導体領域32,34,36は、所定の軸方向(図1のx軸方向)に延びている。n型ドリフト半導体領域32,34,36は、ドレイン半導体部2の導電型と同一の導電型を有する。n型ドリフト半導体領域32,34,36のドーパント濃度は、n+型ドレイン半導体部2のドーパント濃度より低い。好適な実施例では、ドリフト半導体部3は、ドーパントが添加されたSiC(炭化珪素)により形成されている。
【0032】
チャネル半導体部41は、p+型ゲート半導体部51とp+型ゲート半導体部52との間に配置されている。チャネル半導体部41は、n型チャネル半導体領域41aとp型チャネル半導体領域41bとを有する。n型チャネル半導体領域41aは、第4の領域2d及びn型ドリフト半導体領域32上に設けられている。n型チャネル半導体領域41aは、p+型ゲート半導体部51に隣接している。p型チャネル半導体領域41bは、第5の領域2e及びp型ドリフト半導体領域33上に設けられている。p型チャネル半導体領域41bは、p+型ゲート半導体部52に隣接している。
【0033】
チャネル半導体部42は、p+型ゲート半導体部52とp+型ゲート半導体部53との間に配置されている。チャネル半導体部42は、n型チャネル半導体領域42aとp型チャネル半導体領域42bとを有する。n型チャネル半導体領域42aは、第8の領域2h及びn型ドリフト半導体領域34上に設けられている。n型チャネル半導体領域42aは、p+型ゲート半導体部52に隣接している。p型チャネル半導体領域42bは、第9の領域2i及びp型ドリフト半導体領域35上に設けられている。p型チャネル半導体領域42bは、p+型ゲート半導体部53に隣接している。
【0034】
チャネル半導体部43は、p+型ゲート半導体部53と隣接して配置されている。チャネル半導体部43は、n型チャネル半導体領域43aとp型チャネル半導体領域43bとを有する。n型チャネル半導体領域43aは、第12の領域2l及びn型ドリフト半導体領域36上に設けられている。n型チャネル半導体領域43aは、p+型ゲート半導体部53に隣接している。p型チャネル半導体領域43bは、第13の領域2m及びp型ドリフト半導体領域37上に設けられている。
【0035】
チャネル半導体部41,42,43は、共に所定の軸方向(図1のx軸方向)に延びる。好適な実施例では、チャネル半導体部42,43は、チャネル半導体部41と同一の形状を有する。n型チャネル半導体領域41a,42a,43aは、ドレイン半導体部2の導電型と同一の導電型を有する。n型チャネル半導体領域41a,42a,43aのドーパント濃度は、後述のp+型ゲート半導体部のドーパント濃度より低い。p型チャネル半導体領域41b,42b,43bは、ドレイン半導体部2の導電型と逆導電型を有する。p型チャネル半導体領域41b,42b,43bのドーパント濃度は、後述のp+型ゲート半導体部のドーパント濃度より低い。
【0036】
p+型ゲート半導体部51,52,53は、チャネル半導体部41,42,43と交互に配置されている。p+型ゲート半導体部51,52,53の導電型は、チャネル半導体部41,42,43の導電型と反対であるので、p+型ゲート半導体部51,52,53とチャネル半導体部41,42,43との界面には、pn接合が形成される。また、p+型ゲート半導体部51,52は、チャネル半導体部41に沿っており、このチャネル半導体部の導電率を制御している。p+型ゲート半導体部52,53は、チャネル半導体部42に沿って延びており、このチャネル半導体部の導電率を制御している。縦型JFET1では、チャネル半導体部41は、p+型ゲート半導体部51とp+型ゲート半導体部52との間に配置されているので、チャネル半導体部41を流れるドレイン電流は、p+型ゲート半導体部51及び52によって制御できる。
【0037】
また、p+型ゲート半導体部51,52,53上には、ゲート電極81,82,83が設けられている。ゲート電極は、コンタクト孔12a〜12cを介して配線金属膜13aに接続されている。
【0038】
好適な実施例では、p+型ゲート半導体部51,52,53は、ドーパントが添加されたSiC(炭化珪素)により形成されている。このドーパントとしては、周期律表第3族元素であるB(硼素)、Al(アルミニウム)といったアクセプタ不純物が利用できる。
【0039】
n+型ソース半導体部61は、チャネル半導体部41上に設けられている。また、n+型ソース半導体部62は、チャネル半導体部42上に設けられている。n+型ソース半導体部63は、チャネル半導体部43上に設けられている。
【0040】
n+型ソース半導体部61,62,63は、n+型ドレイン半導体部2の導電型と同一導電型を有する。n+型ソース半導体部61,62,63は、チャネル半導体部41,42,43を介して、n型ドリフト半導体領域32,34,36とそれぞれ接続されている。また、n+型ソース半導体部61,62,63上には、ソース電極91,92,93が設けられている。ソース電極は、コンタクト孔12d〜12fを介して配線金属膜13bに接続されている。
【0041】
図2(a)は、VG>VTにおける縦型JFETのチャネル制御を示す模式図である。図2(a)に示す様に、閾値電圧VTより高いゲート電圧VGが、ゲート領域51,52に印加されている時には、各ゲート領域とチャネル領域41との界面近傍に形成される空乏層(破線内側に示す領域)の幅は狭い。したがって、各ゲート領域間にn型導電型の部分が存在する。その結果、チャネル領域の抵抗が減り、多数キャリアである電子eは流れ易くなる。
【0042】
一方、図2(b)は、VG<VTにおける縦型JFETのチャネル制御を示す模式図である。図2(b)に示す様に、閾値電圧VTより低いゲート電圧VGが、ゲート領域51,52に印加されている時には、チャネル領域41には、空乏層(破線内側に示す領域)が形成される。ゲート領域51,52の間隔が、VG<VTの時に延びる空乏層の幅以下であるので、チャネル領域がほぼ空乏化されている。その結果、多数キャリアである電子eは流れなくなる。
【0043】
図2(a)及び図2(b)を参照して説明したような縦型JFETにおいては、ゲート領域に印加する電圧(ゲート電圧)を変化させることにより、一対のゲート半導体部により空乏層の幅を調節してキャリアの流量を制御する。これにより、ドレイン電流を制御する。
【0044】
(第2の実施の形態)
次に、縦型JFET1の製造方法について説明する。図3(a)〜図3(c)、図4(a)、図4(b)、図5(a)、図5(b)、図6(a)、図6(b)、図7は、第2の実施の形態に係る縦型JFET1の製造工程の説明図である。
【0045】
(半導体膜形成工程)
まず、n+型SiC半導体基板を準備する。基板のn型不純物濃度は、この基板がドレイン半導体部として利用できる程度に高濃度である。図3(a)に示す様に、n+型ドレイン半導体部2の表面にSiC膜3をエピタキシャル成長法により形成する。500V耐圧を想定した場合における好適な実施例では、SiC膜3の膜厚T1は、2.0μm以上3.0μm以下である。SiC膜3の導電型は、n+型ドレイン半導体部2の導電型と同一である。また、SiC膜3のドーパント濃度は、n+型ドレイン半導体部2のドーパント濃度よりも低い。500V耐圧を想定した場合の好適な実施例では、SiC膜3のドーパント濃度は、約2.7×1017cm-3である。後の製造工程において、このSiC膜3からは、n型半導体層32,34,36が形成される。
【0046】
(p型半導体領域形成工程)
図3(b)を参照して、p型半導体領域を形成する工程について説明する。フォトレジスト製の所定形状のマスクM1を用いて、n型半導体層3上に形成された領域31a,31c,31e,31gにドーパントA1を選択的にイオン注入して、所定の深さを有するp型半導体領域311,331,351,371を形成する。p型半導体領域を形成した後、マスクM1を除去する。
【0047】
(ドリフト半導体部形成工程)
図3(c)を参照して、所望の厚さのドリフト半導体部を形成する工程について説明する。すなわち、半導体膜形成工程とp型半導体領域形成工程とを交互に繰り返し、n型半導体領域とp型半導体領域とをn+型ドレイン半導体部2上に形成する。その結果、所定の厚さT2(図3(c)のz軸方向)を有する半導体層3が形成される。
【0048】
(ソース領域形成工程)
図3(c)に示す様に、半導体層3の表面に、エピタキシャル成長法により、n+型ソース層のためのSiC膜6を形成する。SiC膜6の導電型は、n+型ドレイン半導体部2の導電型と同一である。また、SiC膜6のドーパント濃度は、半導体層3のドーパント濃度よりも高い。
【0049】
(ソース半導体部形成工程)
図4(a)を参照して、ソース半導体部を形成する工程について説明する。フォトレジストが所定の軸方向(図中x軸方向)に伸びるストライプ状のパターンを有するマスクM2を形成する。マスクM2を用いて、n+型ソース層を選択的にエッチングする。その結果、レジストパターンで覆われたn+型ソース層の部分がエッチングされずに残り、n+型ソース半導体部61,62,63となる。ソース半導体部を形成した後、マスクM2を除去する。
【0050】
(ゲート半導体部形成工程)
図4(b)を参照して、ゲート半導体部を形成する工程について説明する。所定のマスクM3を用いて、半導体層3上に形成された各領域3a,3b,3cにドーパントA2を選択的にイオン注入して、所定の深さを有するp+型ゲート半導体部51,52,53を形成する。ドーパント濃度は、半導体層3のドーパント濃度よりも高い。ゲート半導体部を形成した後、マスクM3を除去する。
【0051】
(熱酸化工程)
図5(a)を参照して、縦型JFET1を熱酸化する工程について説明する。縦型JFET1に熱酸化処理を施す。熱酸化処理は、高温(例えば約900℃)でSiCを酸化性雰囲気A3に晒すと、シリコンが酸素と化学反応してシリコン酸化膜(SiO2)が形成される。その結果、縦型JFET1の表面には、酸化膜10が形成される。これにより、各半導体部の表面が酸化膜により覆われる。
【0052】
(開口部形成工程)
図5(b)を参照して、電極を形成するための開口部を形成する工程について説明する。フォトレジストをマスクにして、酸化膜10を選択的にエッチングして、開口部を形成する。開口部では、p+型ゲート半導体部51,52,53の表面部分が露出している。露出部分がゲート電極用開口部51a〜53aとなる。また、n+型ソース半導体部61,62,63の表面部分を露出している。露出部分がソース電極用開口部61a〜63aとなる。開口部を形成した後、マスクを除去する。
【0053】
(電極形成工程)
図6(a)を参照して、電極を形成する工程について説明する。縦型JFET1の表面に、例えばNiといった電極金属膜を堆積する。次に、フォトレジストに所定の軸方向に伸びるストライプ状のパターンを形成する。このマスクを用いて、電極金属膜を選択的にエッチングする。その結果、レジストパターンで覆われた電極金属膜の部分がエッチングされずに残り、ゲート電極81,82,83とソース電極91,92,93になる。電極を形成した後、マスクを除去する。
【0054】
(絶縁膜形成工程)
図6(b)を参照して、絶縁膜を形成する工程について説明する。縦型JFET1の表面に、OCD(Oxide Chemical Deposition)等により、SiO2といった絶縁膜12を形成する。絶縁膜12にコンタクト孔12a〜12fを開口する。これらのコンタクト孔12a〜12fは、ゲート電極81,82,83とソース電極91,92,93に到達するように設けられている。
【0055】
(配線工程)
図7を参照して、金属膜を配線する工程について説明する。配線金属膜は、コンタクト孔12a〜12fを通って、ゲート電極81,82,83とソース電極91,92,93に接触している。また、n+型ドレイン半導体部2の裏面に接触するようにドレイン電極7を形成する。配線金属膜の材料としては、低抵抗、微細加工の容易性、密着性の観点からアルミニウム(Al)やAl合金が好適であるが、銅(Cu)、タングステン(W)であってもよく、これらに限定されない。そして、高温(例えば450℃)の窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で熱処理することにより、半導体と金属間の接触障壁を低くされたオーミックコンタクトが形成される。
【0056】
以上説明した工程により、第1の実施の形態に示された縦型JFET1が完成した。縦型JFET1は、p+型ゲート半導体部51,52,53の間にチャネル半導体部41,42,43を有する。この構造によれば、チャネルの方向が縦方向である。したがって、デバイスの総断面積に対するチャネルの断面積の割合を大きくできる。
【0057】
また、ノーマリオフ型のJFETを実現するためには、チャネル幅W1〜W2(図中y軸方向)をゼロバイアス時の空乏層の幅以下にしなければならない。そこで、縦型JFET1では、複数のチャネル半導体部を形成することにより、チャネル半導体部単位当たりのチャネル幅を抑えつつ、素子全体としてドレイン電流を増やす構造とした。この様な構造を採ることにより、ノーマリオフ型と低オン抵抗化を両立した縦型JFETを実現できる。
【0058】
また、本実施の形態では、ドレイン、ソース、ゲートの半導体部をSiCにより形成した。SiCは、Si(珪素)やGaAs(ガリウム砒素)といった半導体に比べて以下の点において優位である。すなわち、高融点且つバンドギャップ(禁制帯幅)が大きいので、素子の高温動作が容易になる。また、絶縁破壊電界が大きいので高耐圧化が可能となる。更には、熱伝導率が高いので大電流・低損失化が容易になるといった利点がある。
【0059】
本実施の形態における縦型JFET1によれば、ドリフト半導体部は、導電型の異なる複数の半導体領域により構成されている。この様な構造を有するドリフト半導体部は、高ドレイン電圧が印加されているときに、ドリフト半導体部の全体が十分に空乏化されている。したがって、ドリフト半導体部における電界の最大値が低くなる。故に、ドリフト領域の厚さを薄くできる。このため、オン抵抗が小さくなる。
【0060】
p型ドリフト半導体領域31,33,35,37とn型ドリフト半導体領域32,34,36のドーパント濃度は、ほぼ同一であることが好ましい。500V耐圧を想定した場合における好適な実施例では、p型半導体領域31,33,35,37及びn型半導体領域32,34,36のドーパント濃度は、約2.7×1017cm-3である。また、500V耐圧を想定した場合における好適な実施例では、p型半導体領域31,33,35,37及びn型半導体領域32,34,36の幅(図中y軸方向)は0.5μm程度である。これにより、p型半導体領域の全体が空乏化したときにn型半導体領域も全体が空乏化する。したがって、電界の集中が緩和される。
【0061】
第2の実施の形態における縦型JFET1の製造方法によれば、p型ドリフト半導体領域を形成する際にドーパントを注入する。SiC中におけるドーパントの拡散係数は、Si中におけるドーパントの拡散係数に比べて低いので、p型ドリフト半導体領域をSiにより形成する場合に比べてp型ドリフト半導体領域の幅W3〜W6(図7中y軸方向)を小さくできる。
【0062】
(第3の実施の形態)
本実施の形態は、縦型JFET1のソース半導体部形成工程及びゲート半導体部形成工程において、第2の実施の形態と異なる製造方法に関する。すなわち、第2の実施の形態では、イオン注入法によりゲート半導体部を形成したが、本実施の形態では、以下に示す工程を経てゲート半導体部を形成する。なお、ソース半導体部形成工程及びゲート半導体部形成工程以外の工程に関しては、第2の実施の形態と同様であるので、各構成部分には同一の符合を付しその説明と図示は省略する。
【0063】
(ソース半導体部形成工程)
図8(a)を参照して、ソース半導体部を形成する工程について説明する。フォトレジストが所定の軸方向(図中x軸方向)に伸びるストライプ状のパターンを有するマスクM4を形成する。マスクM4を用いて、n+型ソース層を選択的にエッチングする。その結果、レジストパターンで覆われたn+型ソース層の部分がエッチングされずに残り、n+型ソース半導体部61,62,63となる。本実施の形態では、ゲート半導体部を形成するための領域を得るために、第2の実施の形態よりも深くエッチングする。ソース半導体部を形成した後、マスクM4を除去する。
【0064】
(ゲート半導体部形成工程)
図8(b)を参照して、ゲート半導体部を形成する工程について説明する。所定のマスクを用いて、n型半導体層3の表面上の領域3d,3e,3fに、ポリシリコン膜51,52,53を形成する。ポリシリコン膜は、化学気相成長法を用いて、例えば、SiH4(シラン)を熱分解することにより成長される。ポリシリコン膜の導電型は、n+型ドレイン半導体部2と逆導電型である。また、ポリシリコン膜のドーパント濃度は、n型半導体層3のドーパント濃度よりも高い。
【0065】
第3の実施の形態に示した製造方法によれば、チャネル半導体部とゲート半導体部とをヘテロ接合で形成することができる。
【0066】
(第4の実施の形態)
ソース半導体部は、これまでの実施の形態に示された形状に限定されない。図9(a)は、第1の実施の形態における縦型JFET1のn+型ソース半導体部の形状を示す部分拡大図である。n+型ソース半導体部61は、図9(a)に示す様に、チャネル半導体領域412a,412b上に配置されている。
【0067】
これに対して、図9(b)は、第4の実施の形態における縦型JFETのn+型ソース半導体部を示す部分拡大図である。本実施の形態における縦型JFETでは、n+型ソース半導体部61は、図9(b)に示す様に、チャネル半導体領域412a上に配置されている。
【0068】
また、これら何れの実施の形態に係る縦型JFETにおいても、チャネル半導体部は、第1の領域411a,411bと第2の領域412a,412bとに分けられる。第1の領域411a,411bは、p+型ゲート半導体部51とp+型ゲート半導体部52との両方に挟まれている。第2の領域412a,412bは、p+型ゲート半導体部51とp+型ゲート半導体部52とに挟まれることがないように、第1の領域411a,411b上に位置している。第2の領域412a,412bを形成することにより、チャネル領域をn+型ソース半導体部61から離すことができる。これにより、ゲートとソース間の耐圧が向上される。また、チャネル半導体部とn+型ソース半導体部61との距離は、電流方向(図9(a)のz軸方向)にとられるので、距離をとっても、縦型JFET1のチップサイズは大きくならない。
【0069】
なお、本発明に係る縦型JFET1及びその製造方法は、上記実施の形態に記載の態様に限定されるものではなく、他の条件等に応じて種々の変形態様をとることが可能である。例えば、上記各実施の形態では、ドナー不純物を含むn型半導体によりチャネル領域を形成する例について説明したが、チャネル領域がp型半導体により形成されたJFETにも本発明を適用可能である。但し、この場合には、電流方向や印加するゲート電圧の極性が逆になる。
【0070】
また、ドリフト半導体部以外の半導体部のドーパント濃度や厚さは、縦型JFETをノーマリオフ型とするか否かやデバイス全体としての電流容量によって定まるものである。したがって、本発明の目的である高耐圧の縦型JFETを実現する上で直接関わることではないが、好適な実施例では、チャネル長(図中x軸方向)はチャネル幅(図中y軸方向)の15倍以上20倍以下である。
【0071】
【発明の効果】
本発明によれば、ドレイン耐圧を維持しつつオン抵抗を低減できる縦型接合型電界効果トランジスタ、及び縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、第1の実施の形態における縦型JFETの斜視図である。
【図2】図2(a)は、VG>VTにおける縦型JFETのチャネル制御を示す模式図である。図2(b)は、VG<VTにおける縦型JFETのチャネル制御を示す模式図である。
【図3】図3(a)は、ドリフト領域形成工程における縦型JFETの斜視図である。図3(b)は、p型半導体領域形成工程における縦型JFETの斜視図である。図3(c)は、ソース領域形成工程における縦型JFETの斜視図である。
【図4】図4(a)は、ソース半導体部形成工程における縦型JFETの斜視図である。図4(b)は、ゲート半導体部形成工程における縦型JFETの斜視図である。
【図5】図5(a)は、酸化膜形成工程における縦型JFETの斜視図である。図5(b)は、電極領域形成工程における縦型JFETの斜視図である。
【図6】図6(a)は、電極形成工程における縦型JFETの斜視図である。図6(b)は、絶縁膜形成工程における縦型JFETの斜視図である。
【図7】図7は、配線工程における縦型JFETの斜視図である。
【図8】図8(a)は、ゲート領域形成工程における縦型JFETの斜視図である。図8(b)は、ゲート半導体部形成工程における縦型JFETの斜視図である。
【図9】図9(a)は、第4の実施の形態に係る縦型JFETの部分拡大図である。図9(b)は、別の形態を示す縦型JFETの部分拡大図である。
【符号の説明】
1…縦型JFET、2…n+型ドレイン半導体部、31,33,35,37…p型ドリフト半導体領域、32,34,36…n型ドリフト半導体領域、41,42,43…チャネル半導体部、51,52,53…p+型ゲート半導体部、61,62,63…n+型ソース半導体部、7…ドレイン電極、81,82,83…ゲート電極、91,92,93…ソース電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vertical junction field effect transistor and a method for manufacturing a vertical junction field effect transistor.
[0002]
[Prior art]
A lateral junction field effect transistor (JFET) is used as a voltage control element that controls a current between a source electrode and a drain electrode by a gate voltage. The lateral JFET controls the drain current by controlling the amount of majority carriers flowing through the channel region. This control is performed by changing the width of the depletion layer in the pn junction formed in the gate region.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The inventor is involved in the development of JFET. The inventor believes that there is the following method to improve the drain breakdown voltage of the JFET. One is to provide a drift region between the channel portion and the drain, and another is to lower the impurity concentration of the drift region.
[0004]
However, according to the inventor's investigation, the on-resistance of the JFET increases by any of these methods. That is, there is a demand for a JFET that can suppress an increase in on-resistance. Accordingly, an object of the present invention is to provide a vertical junction field effect transistor capable of reducing the on-resistance while maintaining a drain breakdown voltage, and a method for manufacturing the vertical junction field effect transistor.
[0005]
In order to solve this problem, the inventors have studied. As a result, in the JFET formed on the substrate, the idea of a JFET having a structure in which current flows in the direction from the front surface to the back surface of the substrate (hereinafter referred to as “vertical JFET”) was obtained. As a result of continuous investigations to reduce the on-resistance in the structure of the vertical JFET, the following invention has been made.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a vertical junction field effect transistor according to one aspect of the present invention has a main surface, a plurality of first conductivity type drain semiconductor portions, a pn semiconductor portion, and a plurality of recesses. ,Second conductivity typeA gate semiconductor part;Of the first conductivity typeA source semiconductor portion. The pn semiconductor portion is provided on the main surface of the drain semiconductor portion, and includes a plurality of pn extending along a first conductive semiconductor region, a second conductive semiconductor region, and a plane formed by these semiconductor regions and intersecting the main surface. Has a junction. In the plurality of recesses, a plurality of pn junctions of the pn semiconductor portion are provided on every other junction line among the junction lines appearing on the surface of the pn semiconductor portion. The gate semiconductor portion is provided in each recess so as to control the conductivity of the channel semiconductor region located between adjacent recesses. The source semiconductor portion is provided on the channel semiconductor region. The channel semiconductor region is located between the drain semiconductor portion and the source semiconductor portion. At least one pn junction among the plurality of pn junctions is located between the source semiconductor portion and the drain semiconductor portion.The first conductivity type semiconductor regions and the second conductivity type semiconductor regions are alternately arranged adjacent to each other in a direction parallel to the main surface, and the dopant concentration of the first conductivity type semiconductor region of the channel semiconductor region is set to the gate semiconductor portion and The dopant concentration of the second conductive type semiconductor region of the channel semiconductor region is lower than the dopant concentration of the gate semiconductor portion and the source semiconductor portion.
[0007]
A vertical junction field effect transistor according to another aspect of the present invention has a main surface.Of the first conductivity typeA drain semiconductor portion, a pn semiconductor portion,Second conductivity typeA gate semiconductor part;Of the first conductivity typeA source semiconductor portion. The pn semiconductor portion is provided on the main surface of the drain semiconductor portion, and includes a plurality of first conductivity type semiconductor regions and second conductivity type semiconductor regions, and a plurality of these regions extending along a plane that intersects the main surface. And a protrusion extending to include at least one pn junction of the plurality of pn junctions. The gate semiconductor portion is provided on both sides of the protrusion so as to control the conductivity of the protrusion. The source semiconductor part is provided on the protrusion.The first conductivity type semiconductor regions and the second conductivity type semiconductor regions are alternately arranged adjacent to each other in a direction parallel to the main surface, and the dopant concentration of the first conductivity type semiconductor region of the protrusion is set to the gate semiconductor portion and The dopant concentration of the second conductive type semiconductor region of the protrusion is lower than the dopant concentration of the gate semiconductor portion and the source semiconductor portion..
[0008]
A vertical junction field effect transistor according to still another aspect of the present invention includes a drain semiconductor portion, a drift semiconductor portion,Of the second conductivity typeA first gate semiconductor portion;Of the second conductivity typeA second gate semiconductor portion, a channel semiconductor portion,Of the first conductivity typeA source semiconductor portion. Drain semiconductor part is in order on its main surfaceAdjacentIt is a first conductivity type semiconductor portion having first to fourth regions provided. The drift semiconductor portion has a first conductivity type semiconductor region provided on the first and second regions and a second conductivity type semiconductor region provided on the third and fourth regions. The first gate semiconductor portion is the first regionupperIt is provided on the drift semiconductor part. The second gate semiconductor part is the fourth region.upperIt is provided on the drift semiconductor part. The channel semiconductor portion is the second regionas well asThird areaupperIt is on the drift semiconductor portion and is provided between the first gate semiconductor portion and the second gate semiconductor portion. The source semiconductor part is provided on the channel semiconductor part.The junction surface between the first region and the second region is located between the drain semiconductor portion and the first gate semiconductor portion, and the junction surface between the third region and the fourth region is the drain semiconductor portion. The channel semiconductor portion is located between the first conductive type semiconductor region provided on the drift semiconductor portion on the second region and the drift semiconductor portion on the third region. The channel semiconductor portion has a dopant concentration in the first conductivity type semiconductor region lower than that in the first and second gate semiconductor portions and the source semiconductor portion. The dopant concentration of the second conductive type semiconductor region is lower than the dopant concentrations of the first and second gate semiconductor parts and the source semiconductor part.
[0009]
In these vertical junction field effect transistors, the channel direction is the vertical direction. Therefore, the ratio of the cross-sectional area of the channel to the total cross-sectional area of the device can be increased.
[0010]
In these vertical junction field effect transistors, the channel semiconductor portion and the gate semiconductor portion can be arranged on the drift semiconductor portion. Therefore, a desired drain breakdown voltage can be obtained depending on the thickness of the drift semiconductor portion. Further, carriers flow not only under the channel semiconductor part but also in the drift semiconductor part located under the gate semiconductor part.
[0011]
According to these vertical junction field effect transistors, the drift semiconductor portion is composed of a first conductivity type semiconductor region and a second conductivity type semiconductor region. The drift semiconductor portion having such a structure is fully depleted when the high drain voltage is applied. Therefore, the maximum value of the electric field in the drift semiconductor portion is lowered. Therefore, the thickness of the drift region can be reduced. For this reason, the on-resistance is reduced.
[0012]
The channel semiconductor portion may have a structure having a first conductivity type semiconductor region provided on the second region and the drift semiconductor portion, and a second conductivity type semiconductor region provided on the third region and the drift semiconductor portion. . Further, the source semiconductor portion may be provided on the first conductivity type semiconductor region.
[0013]
Each gate semiconductor part preferably has a structure extending in a predetermined direction. In such a vertical junction field effect transistor, since the gate semiconductor portion extends in a predetermined direction, the threshold value can be controlled by these intervals.
[0014]
The width of the first conductivity type region located in each gate semiconductor part is preferably determined so that the vertical junction field effect transistor exhibits normally-off characteristics. According to such a vertical junction field effect transistor, the width of the first conductivity type region of each gate semiconductor portion is determined so as to correspond to a value equal to or smaller than the width of the depletion layer corresponding to the built-in potential. Therefore, even when no gate voltage is applied, the channel semiconductor portion is depleted, so that a normally-off transistor can be realized.
[0015]
The channel semiconductor portion is divided into a first portion and a second portion. The first portion is sandwiched between both the first gate semiconductor portion and the second gate semiconductor portion. The second portion is located on the first portion so as not to be sandwiched between the first gate semiconductor portion and the second gate semiconductor portion.
[0016]
According to such a vertical junction field effect transistor, the gate semiconductor portion can be separated from the source semiconductor portion by forming the second portion. Thereby, the breakdown voltage between the gate and the source is improved. Further, since the distance between the channel semiconductor portion and the source semiconductor portion is taken in the vertical direction, the chip size of the transistor does not increase even if this distance is taken.
[0017]
The dopant concentration and width of the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region of the pn semiconductor part are such that when one of the semiconductor regions is entirely depleted, the other semiconductor region is also fully depleted. Preferably, it has been determined.
[0018]
According to such a vertical junction field effect transistor, since the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region can be depleted in substantially the same manner, the concentration of the electric field is alleviated.
[0019]
In the vertical junction field effect transistor, the drain semiconductor part, the pn semiconductor part, and the channel semiconductor part are preferably formed of SiC. In the vertical junction field effect transistor, the junction between the gate semiconductor portion and the channel semiconductor portion may be a heterojunction.
[0020]
According to the manufacturing method of the vertical junction field effect transistor according to the present invention, (a) the main surface of the substrate on the first conductivity type substrateAdjacent along one direction parallel toA first conductivity type semiconductor region and a second conductivity type semiconductor region;ButForming an arrayed semiconductor portion; (b) forming a source semiconductor film of a first conductivity type on the semiconductor portion; and (c) the source semiconductor film so that the semiconductor portion is exposed.TheEtchStripedForming a source semiconductor portion; and (d)Adjacent to the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region under the source semiconductor portion, respectively.Second conductivity typeFirst and secondForming a gate semiconductor part in the semiconductor part.The dopant concentration of the first conductivity type semiconductor region of the semiconductor portion is lower than the dopant concentration of the first and second gate semiconductor portions and the source semiconductor portion, and the second conductivity type semiconductor region of the semiconductor portion. The dopant concentration of the first and second gate semiconductor parts and the source semiconductor part is lower than that of the first and second gate semiconductor parts, and the first and second gate semiconductor parts include the first conductive type semiconductor region and the second conductive type. Sandwich the junction with the semiconductor region of the moldMu.
[0021]
In such a method of manufacturing a vertical junction field effect transistor, the semiconductor portion is preferably formed by repeating a step of forming a plurality of semiconductor films.
[0022]
In such a method of manufacturing a vertical junction field effect transistor, the semiconductor part, the source semiconductor part, and the gate semiconductor part preferably include SiC.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a vertical junction field effect transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted. In addition, the vertical size of the transistor in the figure does not necessarily match that of an actual transistor.
[0024]
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of a
[0025]
The
[0026]
n+The type
[0027]
n+The type
[0028]
N+The type
[0029]
The
[0030]
The p-type
[0031]
The n-type
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
p+The type
[0037]
P+Gate electrodes 81, 82, 83 are provided on the type
[0038]
In the preferred embodiment, p+The type
[0039]
n+The type
[0040]
n+The type
[0041]
FIG. 2 (a) shows VG> VTIt is a schematic diagram which shows the channel control of the vertical type JFET. As shown in FIG. 2A, the threshold voltage VTHigher gate voltage VGHowever, when it is applied to the
[0042]
On the other hand, FIG.G<VTIt is a schematic diagram which shows the channel control of the vertical type JFET. As shown in FIG. 2B, the threshold voltage VTLower gate voltage VGHowever, when it is applied to the
[0043]
In the vertical JFET as described with reference to FIG. 2A and FIG. 2B, the voltage applied to the gate region (gate voltage) is changed so that the depletion layer is formed by the pair of gate semiconductor portions. Adjust the width to control the carrier flow rate. Thereby, the drain current is controlled.
[0044]
(Second Embodiment)
Next, a method for manufacturing the
[0045]
(Semiconductor film formation process)
First, n+A type SiC semiconductor substrate is prepared. The n-type impurity concentration of the substrate is so high that the substrate can be used as a drain semiconductor portion. As shown in FIG.+
[0046]
(P-type semiconductor region forming step)
With reference to FIG. 3B, a process of forming the p-type semiconductor region will be described. A dopant A1 is selectively ion-implanted into the
[0047]
(Drift semiconductor part formation process)
With reference to FIG.3 (c), the process of forming the drift semiconductor part of desired thickness is demonstrated. That is, the semiconductor film formation step and the p-type semiconductor region formation step are alternately repeated, and the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region are separated by n.+It is formed on the type
[0048]
(Source region formation process)
As shown in FIG. 3C, n is formed on the surface of the
[0049]
(Source semiconductor part formation process)
With reference to FIG. 4A, a process of forming the source semiconductor portion will be described. A mask M2 having a stripe pattern in which the photoresist extends in a predetermined axial direction (x-axis direction in the drawing) is formed. N using mask M2+The mold source layer is selectively etched. As a result, n covered with a resist pattern+A portion of the mold source layer remains unetched and n+The mold
[0050]
(Gate semiconductor part formation process)
With reference to FIG. 4B, a process of forming the gate semiconductor portion will be described. The dopant A2 is selectively ion-implanted into each of the
[0051]
(Thermal oxidation process)
With reference to FIG. 5A, a process of thermally oxidizing the
[0052]
(Opening formation process)
With reference to FIG.5 (b), the process of forming the opening part for forming an electrode is demonstrated. Using the photoresist as a mask, the
[0053]
(Electrode formation process)
With reference to Fig.6 (a), the process of forming an electrode is demonstrated. An electrode metal film such as Ni is deposited on the surface of the
[0054]
(Insulating film formation process)
With reference to FIG. 6B, a process of forming an insulating film will be described. The surface of the
[0055]
(Wiring process)
With reference to FIG. 7, the process of wiring a metal film is demonstrated. The wiring metal film is in contact with the
[0056]
The
[0057]
In order to realize a normally-off type JFET, the channel widths W1 to W2 (in the y-axis direction in the figure) must be equal to or less than the width of the depletion layer at the time of zero bias. Therefore, the
[0058]
In the present embodiment, the drain, source, and gate semiconductor portions are formed of SiC. SiC is superior to semiconductors such as Si (silicon) and GaAs (gallium arsenide) in the following points. That is, since the high melting point and the band gap (forbidden band width) are large, the device can be easily operated at a high temperature. Moreover, since the dielectric breakdown electric field is large, a high breakdown voltage can be achieved. Further, since the thermal conductivity is high, there is an advantage that a large current and a low loss can be easily achieved.
[0059]
According to the
[0060]
The p-type
[0061]
According to the method for manufacturing the
[0062]
(Third embodiment)
The present embodiment relates to a manufacturing method different from that of the second embodiment in the source semiconductor portion forming step and the gate semiconductor portion forming step of the
[0063]
(Source semiconductor part formation process)
With reference to FIG. 8A, a process of forming the source semiconductor portion will be described. A mask M4 having a stripe pattern in which the photoresist extends in a predetermined axial direction (x-axis direction in the figure) is formed. N using mask M4+The mold source layer is selectively etched. As a result, n covered with a resist pattern+A portion of the mold source layer remains unetched and n+The mold
[0064]
(Gate semiconductor part formation process)
With reference to FIG. 8B, a process of forming the gate semiconductor portion will be described.
[0065]
According to the manufacturing method shown in the third embodiment, the channel semiconductor part and the gate semiconductor part can be formed in a heterojunction.
[0066]
(Fourth embodiment)
The source semiconductor portion is not limited to the shape shown in the above embodiments. FIG. 9A shows n of the
[0067]
On the other hand, FIG. 9B shows n of the vertical JFET in the fourth embodiment.+It is the elements on larger scale which show a type | mold source semiconductor part. In the vertical JFET in the present embodiment, n+The type
[0068]
In any of the vertical JFETs according to any of these embodiments, the channel semiconductor portion is divided into
[0069]
Note that the
[0070]
Further, the dopant concentration and thickness of the semiconductor part other than the drift semiconductor part are determined by whether or not the vertical JFET is a normally-off type and the current capacity of the entire device. Therefore, although not directly related to the realization of the high breakdown voltage vertical JFET which is the object of the present invention, in a preferred embodiment, the channel length (x-axis direction in the figure) is the channel width (y-axis direction in the figure). 15 times or more and 20 times or less.
[0071]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the vertical junction field effect transistor which can reduce on-resistance while maintaining a drain proof pressure, and a vertical junction field effect transistor can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a vertical JFET according to a first embodiment.
FIG. 2 (a) shows VG> VTIt is a schematic diagram which shows the channel control of the vertical type JFET. FIG. 2 (b) shows VG<VTIt is a schematic diagram which shows the channel control of the vertical type JFET.
FIG. 3A is a perspective view of a vertical JFET in a drift region forming step. FIG. 3B is a perspective view of the vertical JFET in the p-type semiconductor region forming step. FIG. 3C is a perspective view of the vertical JFET in the source region forming step.
FIG. 4A is a perspective view of a vertical JFET in a source semiconductor part formation step. FIG. 4B is a perspective view of the vertical JFET in the gate semiconductor portion forming step.
FIG. 5 (a) is a perspective view of a vertical JFET in an oxide film forming step. FIG. 5B is a perspective view of the vertical JFET in the electrode region forming step.
FIG. 6A is a perspective view of a vertical JFET in an electrode forming process. FIG. 6B is a perspective view of the vertical JFET in the insulating film forming step.
FIG. 7 is a perspective view of a vertical JFET in a wiring process.
FIG. 8A is a perspective view of a vertical JFET in a gate region forming step. FIG. 8B is a perspective view of the vertical JFET in the gate semiconductor portion forming step.
FIG. 9A is a partially enlarged view of a vertical JFET according to a fourth embodiment. FIG. 9B is a partially enlarged view of a vertical JFET showing another embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Vertical JFET, 2 ... n+Type drain semiconductor part, 31, 33, 35, 37... P type drift semiconductor area, 32, 34, 36... N type drift semiconductor area, 41, 42, 43... Channel semiconductor part, 51, 52, 53.+Type gate semiconductor part, 61, 62, 63... N+Type source semiconductor part, 7 ... drain electrode, 81, 82, 83 ... gate electrode, 91, 92, 93 ... source electrode
Claims (13)
前記ドレイン半導体部の主面上に設けられ、複数の第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域並びにこれらの半導体領域により形成され前記主面に交差する面に沿って延びる複数のpn接合を有するpn半導体部と、
前記pn半導体部の複数のpn接合が、前記pn半導体部の表面に現れる接合線のうちの一つおきの接合線上に設けられた複数の凹部と、
隣接する凹部の間に位置するチャネル半導体領域の導電率を制御するように各凹部に設けられた第2導電型のゲート半導体部と、
前記チャネル半導体領域上に設けられた第1導電型のソース半導体部とを備え、
前記第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域は、前記主面と平行な方向に交互に隣接して配列されており、
前記チャネル半導体領域の前記第1導電型半導体領域のドーパント濃度は、前記ゲート半導体部及び前記ソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、
前記チャネル半導体領域の前記第2導電型半導体領域のドーパント濃度は、前記ゲート半導体部及び前記ソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、
前記チャネル半導体領域は、前記ドレイン半導体部と前記ソース半導体部との間に位置し、
前記複数のpn接合のうちの少なくとも一つのpn接合は、前記ソース半導体部と前記ドレイン半導体部との間に位置する、縦型接合型電界効果トランジスタ。A drain semiconductor portion of a first conductivity type having a main surface;
Provided on the main surface of the drain semiconductor portion, a plurality of first conductive semiconductor regions, a second conductive semiconductor region, and a plurality of pn junctions formed by these semiconductor regions and extending along a plane intersecting the main surface A pn semiconductor portion having
A plurality of recesses provided on every other junction line among the junction lines appearing on the surface of the pn semiconductor portion, wherein the plurality of pn junctions of the pn semiconductor portion are;
A gate semiconductor portion of a second conductivity type provided in each recess so as to control the conductivity of a channel semiconductor region located between adjacent recesses;
A source semiconductor portion of a first conductivity type provided on the channel semiconductor region,
The first conductivity type semiconductor regions and the second conductivity type semiconductor regions are alternately arranged adjacent to each other in a direction parallel to the main surface,
The dopant concentration of the first conductivity type semiconductor region of the channel semiconductor region is lower than the dopant concentration of the gate semiconductor part and the source semiconductor part,
The dopant concentration of the second conductivity type semiconductor region of the channel semiconductor region is lower than the dopant concentration of the gate semiconductor part and the source semiconductor part,
The channel semiconductor region is located between the drain semiconductor portion and the source semiconductor portion,
At least one pn junction among the plurality of pn junctions is a vertical junction field effect transistor positioned between the source semiconductor portion and the drain semiconductor portion.
前記ドレイン半導体部の主面上に設けられ、複数の第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域、これらの半導体領域により形成され前記主面に交差する面に沿って延びる複数のpn接合並びに前記複数のpn接合のうちの少なくとも一つのpn接合を含むように延びる突起部を有するpn半導体部と、
前記突起部の導電率を制御するように前記突起部の両側に設けられた第2導電型のゲート半導体部と、
前記突起部上に設けられた第1導電型のソース半導体部と
を備え、
前記第1導電型半導体領域及び第2導電型半導体領域は、前記主面と平行な方向に交互に隣接して配列されており、
前記突起部の前記第1導電型半導体領域のドーパント濃度は、前記ゲート半導体部及び前記ソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、
前記突起部の前記第2導電型半導体領域のドーパント濃度は、前記ゲート半導体部及び前記ソース半導体部のドーパント濃度よりも低い、縦型接合型電界効果トランジスタ。 A drain semiconductor portion of a first conductivity type having a main surface;
A plurality of first and second conductive semiconductor regions provided on the main surface of the drain semiconductor portion, and a plurality of pn junctions formed by these semiconductor regions and extending along a plane intersecting the main surface And a pn semiconductor portion having a protrusion extending to include at least one pn junction of the plurality of pn junctions;
A gate semiconductor portion of a second conductivity type provided on both sides of the protrusion so as to control the conductivity of the protrusion;
A source semiconductor portion of a first conductivity type provided on the protrusion ,
The first conductivity type semiconductor regions and the second conductivity type semiconductor regions are alternately arranged adjacent to each other in a direction parallel to the main surface,
The dopant concentration of the first conductive type semiconductor region of the protrusion is lower than the dopant concentration of the gate semiconductor portion and the source semiconductor portion,
A vertical junction field effect transistor , wherein a dopant concentration of the second conductive semiconductor region of the protrusion is lower than a dopant concentration of the gate semiconductor portion and the source semiconductor portion .
前記第1及び第2の領域上に設けられた第1導電型半導体領域並びに前記第3及び第4の領域上に設けられた第2導電型半導体領域を有するドリフト半導体部と、
前記第1の領域上の前記ドリフト半導体部上に設けられた第2の導電型の第1のゲート半導体部と、
前記第4の領域上の前記ドリフト半導体部上に設けられた第2の導電型の第2のゲート半導体部と、
前記第2の領域及び前記第3の領域上の前記ドリフト半導体部上にあり、前記第1のゲート半導体部と前記第2のゲート半導体部との間に設けられたチャネル半導体部と、
前記チャネル半導体部上に設けられた第1導電型のソース半導体部と
を備え、
前記第1の領域と前記第2の領域との接合面は、前記ドレイン半導体部と前記第1のゲート半導体部との間に位置し、
前記第3の領域と前記第4の領域との接合面は、前記ドレイン半導体部と前記第2のゲート半導体部との間に位置し、
前記チャネル半導体部は、前記第2の領域上の前記ドリフト半導体部上に設けられた第1導電型半導体領域並びに前記第3の領域上の前記ドリフト半導体部上に設けられた第2導電型半導体領域からなり、
前記チャネル半導体部の前記第1導電型半導体領域のドーパント濃度は、前記第1及び第2のゲート半導体部並びにソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、
前記チャネル半導体部の前記第2導電型半導体領域のドーパント濃度は、前記第1及び第2のゲート半導体部並びにソース半導体部のドーパント濃度よりも低い、縦型接合型電界効果トランジスタ。A drain semiconductor portion of the first conductivity type having first to fourth regions provided adjacent to the main surface in order;
A drift semiconductor portion having a first conductivity type semiconductor region provided on the first and second regions and a second conductivity type semiconductor region provided on the third and fourth regions;
A first gate semiconductor portion of a second conductivity type provided on the drift semiconductor portion on the first region ;
A second gate semiconductor portion of a second conductivity type provided on the drift semiconductor portion on the fourth region ;
A channel semiconductor portion provided on the drift semiconductor portion on the second region and the third region and provided between the first gate semiconductor portion and the second gate semiconductor portion;
E Bei a first conductivity type source semiconductor portion provided on the channel semiconductor portion,
The junction surface between the first region and the second region is located between the drain semiconductor portion and the first gate semiconductor portion,
The junction surface between the third region and the fourth region is located between the drain semiconductor portion and the second gate semiconductor portion,
The channel semiconductor portion includes a first conductivity type semiconductor region provided on the drift semiconductor portion on the second region and a second conductivity type semiconductor provided on the drift semiconductor portion on the third region. Consisting of areas,
The dopant concentration of the first conductivity type semiconductor region of the channel semiconductor portion is lower than the dopant concentration of the first and second gate semiconductor portions and the source semiconductor portion,
The vertical junction field effect transistor , wherein a dopant concentration of the second conductivity type semiconductor region of the channel semiconductor portion is lower than a dopant concentration of the first and second gate semiconductor portions and a source semiconductor portion .
前記ゲート半導体部は、前記第1の方向に交差し前記主面に沿った第2の方向に延びる、請求項1または請求項2に記載の縦型接合型電界効果トランジスタ。 The first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region are arranged in a first direction along the main surface,
3. The vertical junction field effect transistor according to claim 1 , wherein the gate semiconductor portion extends in a second direction that intersects the first direction and extends along the main surface . 4.
前記第1の部分は、前記第1のゲート半導体部と前記第2のゲート半導体部との両方に挟まれており、
前記第2の部分は、前記第1のゲート半導体部と前記第2のゲート半導体部とに挟まれることがないように、前記第1の部分上に位置する、請求項3、請求項4及び請求項6の何れか一項に記載の縦型接合型電界効果トランジスタ。The channel semiconductor part is further divided into a first part and a second part,
The first portion is sandwiched between both the first gate semiconductor portion and the second gate semiconductor portion,
The second portion, the first so as not to be sandwiched between the second gate semiconductor portion and the gate semiconductor unit is located on the first part, 3, 4 and The vertical junction field effect transistor according to claim 6 .
第1導電型のソース半導体膜を前記半導体部上に形成する工程と、
前記半導体部が露出するように前記ソース半導体膜をエッチングして、ストライプ状のソース半導体部を形成する工程と、
前記ソース半導体部下の前記第1導電型の半導体領域及び前記第2導電型の半導体領域にそれぞれ隣接するように第2導電型の第1及び第2のゲート半導体部を前記半導体部中に形成する工程と
を含み、
前記半導体部の前記第1導電型の半導体領域のドーパント濃度は、前記第1及び第2のゲート半導体部並びにソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、
前記半導体部の前記第2導電型の半導体領域のドーパント濃度は、前記第1及び第2のゲート半導体部並びにソース半導体部のドーパント濃度よりも低く、
前記第1及び第2のゲート半導体部は前記第1導電型の半導体領域と前記第2導電型の半導体領域との接合を挟む縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法。A semiconductor portion in which a first conductivity type semiconductor region and a second conductivity type semiconductor region are arranged adjacent to each other along one direction parallel to the main surface of the substrate is formed on the first conductivity type substrate. Process,
Forming a source semiconductor film of a first conductivity type on the semiconductor portion;
Etching the source semiconductor film to expose the semiconductor portion to form a striped source semiconductor portion;
Second conductive type first and second gate semiconductor portions are formed in the semiconductor portion so as to be adjacent to the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region below the source semiconductor portion, respectively. and a step seen including,
The dopant concentration of the first conductivity type semiconductor region of the semiconductor portion is lower than the dopant concentration of the first and second gate semiconductor portions and the source semiconductor portion,
The dopant concentration of the second conductivity type semiconductor region of the semiconductor portion is lower than the dopant concentration of the first and second gate semiconductor portions and the source semiconductor portion,
The first and second manufacturing method of the gate semiconductor portion sandwiched no vertical junction field effect transistor of the junction of the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region.
第1導電型の半導体層を形成する第1の工程と、
前記第1導電型の半導体層に選択的にイオン注入して所定の深さの第2導電型の半導体層を形成する第2の工程と、
前記第1及び第2の工程を繰り返して、前記第1導電型の半導体領域及び前記第2導電型の半導体領域を形成する第3の工程と
を含む、請求項11に記載の縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法。 In the step of forming the semiconductor part,
A first step of forming a semiconductor layer of a first conductivity type;
A second step of selectively ion-implanting the first conductivity type semiconductor layer to form a second conductivity type semiconductor layer having a predetermined depth;
A third step of repeating the first and second steps to form the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region;
The manufacturing method of the vertical junction field effect transistor of Claim 11 containing this .
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