JP4173629B2 - シリコンカーバイドに設けた自己整合パワー電界効果トランジスタ - Google Patents
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Description
本発明は、電界効果トランジスタ(FET)デバイスに関するものであり、特に、改良型のFETとその製造プロセスに関する。
【0002】
基体としてのシリコンカーバイドは、バンドギャップが広く、ブロッキング電圧が高いので、パワーデバイス用に優れた材料である。しかしながら、ドーパントがシリコンカーバイド基体内にうまく拡散されない。典型的な例では、ドーパントをシリコンカーバイド基体に注入して、薄くドープしたベース領域を形成し、二つの別々のマスクを用いて濃くドープしたソース領域を形成する。
【0003】
この典型的な技術の一例が、米国特許5,338,945号公報に開示されている。ここには、「シリコンカーバイド電界効果トランジスタのベース領域を、シリコンカーバイドの基体の第1部分を非晶質化することによって形成し、このベース領域のドーパントイオンをこの第1部分に注入し、第1部分を再度結晶化させることによって実質的にモノクリスタルなベース領域を作る」と記載されている。この明細書は更に、「次いで、この実質的にモノクリスタルなベース領域の第2部分を非晶質化してソース領域を形成して、このソース領域のドーパントイオンを注入して第2部分を再度結晶化させ、これによってベース領域内に実質的にモノクリスタルなソース領域を作る」と記載している。言換えれば、シリコンカーバイド基体にドーパントを注入することは、少なくとも二つの別々のマスクが必要である。この二つのマスクを用いる技術はコストがかかる。なぜならば、一つのマスクでなく、二つマスクを用いるからである。より重要なことは、この二つのマスクを用いる技術は難しい。なぜなら、二つのマスクを正確に整合させなければならないからである。
【0004】
本発明は、シリコンカーバイドのモノクリスタル基体と、前記基体上にパターン形成された絶縁材料ゲートを具え、ゲート絶縁体を形成するためのスペースをあけて離れている一対のサイドウオールと、前記絶縁材料の上にゲートを形成するための導通層と、前記基体内において薄くドープされ、部分的に前記ゲートのサイドウオールの下に位置し、前記露出した基体内に延在しているベース領域と、関連する薄くドープされたベース領域内において前記露出した基体内に位置し、前記ゲート絶縁体のサイドウオールと自己整合した濃くドープされたソース領域とを有し、前記基体の下側に位置するドレイン領域を具えるシリコンカーバイド電界効果トランジスタを含む。
【0005】
有利なことには、シリコンカーバイド電界効果トランジスタは、シリコンカーバイドモノクリスタル基体の上に形成されている。スペースをおいて離れて形成された一対のサイドウオールを有する絶縁材料ゲートがこの基体の上にパターン形成されている。この絶縁材料は、導電層が上に設けられている第1の絶縁材料を具えている。基体内に薄くドープされ、部分的に前記ゲートのサイドウオールの下に位置し、露出した基体内に延在するベース領域がある。この薄くドープされたベース領域に関連して、露出した基体に整合された濃くドープされたソース領域がある。基体の下側にはドレイン領域があり、FETを構成している。
【0006】
本発明は、また、シリコンカーバイドでできたモノクリスタル基板内に電界効果トランジスタを形成する方法を含む。この方法は、シリコンカーバイド気体の表面上に第1絶縁層を形成するステップと、前記第1絶縁層の表面上に導電層を蒸着するステップと、前記導電層の表面上に第2絶縁層を蒸着させるステップと、前記第2絶縁層を部分的に除去するステップと、前記第1導電層の一部を露出させて薄くドープされたベース領域を形成するためのスペースをあけて配置された二つのシリコンカーバイド基体領域を得るステップと、前記露出された導電層を介して基体にドーパントを薄く注入して基体内に薄くドープされたベース領域を形成するステップと、前記第2絶縁材料のサイドウオール上に第3の絶縁材料を形成するステップと、前記露出された導電層の前記第2又は第3の導電材料と層になっていない部分を除去して、前記第1の絶縁層の部分を露出させて、シリコンカーバイド基体のスペースを空けて配置した第2の領域を規定するステップと、前記第1の絶縁層の露出した部分を介して基体を濃く注入して、基体内に濃くドープしたベース領域を形成するステップと、前記第2及び第3の絶縁材料を除去してゲートを形成するステップを具える。
【0007】
都合の良いことに、電界効果トランジスタを製造する方法は、シリコンカーバイドのモノクリスタル基体内に形成される。シリコンカーバイド基体上へトランジスタを形成することは、基体上に第1の絶縁層を蒸着するステップを伴う。次いで、第1の絶縁層の上に導電層を蒸着し、この導電層の上に第2の絶縁層を蒸着する。これに続くステップは、第2絶縁層を部分的に除去して、第1導電層の一部を露出させ、薄くドープされたベース領域を形成するためのシリコンカーバイド基体のスペースを空けて配置された二つの領域を得ることを含む。次いで、第1導電層の露出した部分に整合された基体にドーパントを薄く注入して、薄くドープしたベース領域を形成する。次に、第3の絶縁材料層を第2の絶縁材料のサイドウオール上に形成する。続くステップは、前記第2の絶縁層と第3の絶縁材料にに整合されていない露出した導電層を除去するステップを伴う。これによって、第1の絶縁層の部分が露出され、基体のスペースを空けて配置された第2の領域が規定される。次いでスペースをあけて配置された第2の領域が濃く注入され、濃くドープされたソース領域が形成される。次いで第2の絶縁材料および第3の絶縁材料を除去してゲートを形成する。
【0008】
本発明を、添付の図面を参照して実施例の形で以下に述べる。
本発明においては、シリコンカーバイド内に設けられ、自己整合して注入したパワーFET、好ましくはMOSFET、が単一のマスクを用いて製造される。マスクのコストが少なくなり、2つのステップを用いる技術に関連する整合の問題が軽減される。
【0009】
図1は、モノクリスタルシリコンカーバイド基体12に形成されたパワーFET装置10を示す図である。スペースをあけて配置された一対のサイドウオール34、36を有する絶縁材料ゲート20が基体12の上にパターン形成されている。ゲート20は導電層22と共に第1の絶縁材料14を具える。基体12内には、サイドウオール34、36の下に部分的に配置され、露出した基体領域30内に延在する薄くドープされたベース領域16がある。この薄くドープされたベース領域16に関連して、前記露出した基体30に整合した濃くドープされたソース領域18がある。基体12の下側にはドレインコンタクト32があり、FET10を構成している。
【0010】
図1に示す本発明のFETは、図2に示す方法によって達成される。図2aを見ると、モノクリスタル基体12の上に第1の絶縁材料層14が形成されている。特に、基体12は例えばモノクリスタルシリコンカーバイドでできたスターティングウエハである。第1の絶縁層14、好ましくは酸化層は、ウエハ12の上側表面38の上に形成される。酸化層14は、絶縁材料を形成する低温化学蒸着技術、エピタキシャル、あるいは急速熱酸化プロセスによって、厚さ250ないし350オングストロームの範囲で形成される。これらのプロセスにより、次のエレメントを蒸着するために、第1絶縁材料14が好適に基体12の上に確実に設けられる。
【0011】
絶縁材料14を基体12の上に設ける初期ステップの後に、図2bに示すように、導電材料層22が、絶縁材料14の上に形成される。導電材料22は4500ないし5,500オングストロームの範囲の厚さを有し、低圧化学蒸着プロセス(LPCVD)で形成することができる。本実施例では、導電層22はポリシリコンである。
【0012】
図2cに示す次のステップは、導電材料22の上に第2の絶縁材料層24を蒸着するステップを伴う。第2の絶縁層24、好ましくは酸化層は、第1の絶縁材料14と同じ技術で蒸着される。更に、第2の絶縁材料24は、好ましくは、基板12の所望の厚さより薄い。
【0013】
図2dを参照すると、エッチングレジスタントマスク40が第2の絶縁材料24の上にパターン形成されている。第2の絶縁材料24のマスクに整合されていない部分は、反応イオンエッチング等の従来のエッチング技術によって除去され、導電材料22の第1の部分26を露出させる。
【0014】
図2eに示すように、一の極性を有する第1ドーパントが第1の部分26に整合して基体12に注入される。第1ドーパントは、導電材料22、第1の絶縁材料14および基体12を突抜ける高い注入エネルギー源である。従来は、この注入は2e12のドーズ、ボロンの360KeVのエネルギーであり、薄くドープされたベース領域16、一般にp型ウェルを形成する。第2の絶縁材料24とマスク40はボロンイオンが材料24とマスク40とに整合されている基体12を突抜けないようにブロックする。
【0015】
基体12に注入した後、マスク40は除去されて、残りの第2の絶縁材料24が露出する。図2fに示すように、第3の絶縁材料28が第2の絶縁材料24のサイドウオールの上に形成される。第2の絶縁材料24と第3の絶縁材料、好ましくは窒化材料に整合されていない導電材料22の部分は除去される。導電材料22は、上述した従来のエッチング技術で除去される。これによって、第1の領域26より小さい第1の導電材料14の領域30が露出される。
【0016】
図2gを参照すると、第1のドーパントと反対の極性を有する第2のドーパントが、領域30に整合して基体12内に注入される。第2のドーパントは、一般的に、濃くドープされたソース領域18、通常のn型ウエル、を砒素イオンで形成する。濃くドープされたソース領域18は、関連する薄くドープされたベース領域16内に位置している。第2の絶縁材料24と第3の絶縁材料28が、砒素イオンが下に横たわる基体12に侵入しないようにブロックする。
【0017】
図1を参照すると、残っている第2の絶縁材料24と第3の絶縁材料28とが除去される。この除去プロセスは、好ましくは、半導体業界では公知のストリッピング工程によって行う。これによって残った導電材料22と、この導電材料22に整合した第2の絶縁材料14がゲート20である。代替の実施例においては、導電材料22に整合されない第1の絶縁材料14は、従来の半導体プロセスによって同様に除去しうる。
【0018】
次いで基体12の下側を平坦化して、所望の厚さにする。基体12の下側を平坦化してドレインコンタクト32をその下に形成する。ドレインコンタクト32の一例は、基体112の下側を金属で被覆したものがある。
【0019】
本発明は、シリコンカーバイド電界効果トランジスタに関するものである。FETがシリコンカーバイドのモノクリスタル基体上に設けられている。スペースをおいて形成された一対のサイドウオールを有する絶縁材料ゲートが基体の上にパターン形成されている。絶縁材料は、導電層の上に横たわる第1の絶縁材料を具える。基体は、前記ゲートのサイドウオールの下に部分的に位置し、露出された基体内に延在する薄くドープされたベース領域である。この薄くドープされたベース領域に関連して、露出された基体に整合された濃くドープしたソース領域がある。基体の下側には、ドレイン領域があり、FETを構成している。
【0020】
FETを製造する方法が開示されている。トランジスタはシリコンカーバイドのモノクリスタル基体内に形成されている。シリコンカーバイドの基体上にトランジスタを形成する工程は、基体の上に第1の絶縁層を蒸着する工程を伴う。次いで、導電層が第1の絶縁層を覆うように蒸着され、次いで第2の絶縁層が導電層を覆うように蒸着される。続くステップは、第2の絶縁層を部分的に除去し、第1の導電層の一部を露出させ、薄くドープされたベース領域用に二つのスペースをおいて配置されたシリコンカーバイド基体の領域を得る。次いで、第1の導電層の露出した部分に整合した基体に一のドーパントを用いて薄く注入して、薄くドープされたベース領域を形成する。次いで、第3の絶縁材料の層を第2の絶縁材料のサイドウオールの上に形成する。続くステップは、第2の絶縁材料及び第3の絶縁材料に整合していない露出された導電層を除去する工程を伴う。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1はトランジスタを示す図である。
【図2】 図2a−gは、本発明のプロセスを示す図である。
【符号の説明】
10 パワーFET装置
12 モノクリスタルシリコンカーバイド基体
14 絶縁材料
16 ベース領域
18 ソース領域
20 絶縁材料ゲート
22 導電層
24 第2の絶縁材料層
26 第1の領域
28 第3の絶縁材料
30 基体領域
32 ドレインコンタクト
34、36 サイドウオール
38 上側表面
40 エッチングレジスタントマスク
Claims (6)
- シリコンカーバイドのモノクリスタル基体(12)内に電界効果トランジスタを製造する方法において、前記シリコンカーバイド基体(12)上に第1の絶縁層(14)を形成するステップと、前記第1の絶縁層(14)の表面上に導電層(22)を蒸着するステップと、前記導電層の表面上に第2の絶縁層(24)を蒸着するステップと、前記第2の絶縁層(24)を部分的に除去して前記第1の導電層(22)の一部(26)を露出させて薄くドープされたベース領域形成用に前記シリコンカーバイド基体のスペースを空けて配置された二つの領域を得るステップと、前記導電層(22)の露出した部分(26)を介して一のドーパントで前記基体を薄く注入して前記基体内に薄くドープされたベース領域(16)を形成するステップと、前記第2の絶縁層(24)のサイドウオール上に第3の絶縁層(28)を形成するステップと、前記第2または第3の絶縁層と層を成していない露出した導電層(22)を除去して前記第1の絶縁層の部分(30)を露出させ、前記第1の基体領域セットに関連するスペースを空けて配置された基体の第2の領域セットを規定するステップと、前記第1の絶縁層の露出部分(30)を介して基体を濃く注入して、各第2の基体領域(12)内で全体的に前記薄くドープしたベース領域(16)内に濃く注入したベース領域(18)を形成してベース領域を基体表面へ延在させるステップと、前記第2および第3の絶縁層を除去してベース領域(16)上にゲート(20)を形成するステップとを具えることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法が、前記第2の絶縁層を予め決められた厚さより薄く蒸着するステップと、前記基体(12)の一方の表面の反対側の面を平坦化して前記基体が前記予め決められた厚さとなるようにするステップとを具えることを特徴とする方法。
- 請求項1または2に記載の方法において、前記第3の絶縁層が窒化材料であることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の方法において、前記第1及び第2の絶縁層が酸化材料であることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の方法において、前記導電層がポリシリコン材料であることを特徴とする方法。
- 請求項5に記載の方法が、前記一方の表面の反対側の前記基体の他方の表面にドレイン領域を形成するステップと、前記基体の他方の表面を平坦化して所定の厚さにするステップと、前記基体の他方の表面を金属で被覆してドレインコンタクトを設けるステップとを具えることを特徴とする方法。
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