JP4797274B2 - Silicon carbide 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、炭化珪素(以下、SiCという)半導体装置及びその製造方法に関するもので、特にJ−FETに適用して好適である。
【0002】
【従来の技術】
図8に、パワー素子として用いられるSiC半導体装置の一例としてnチャネル型のJ−FETの断面構成を示す。図8に示されるように、nチャネル型のJ−FETは、SiCからなるn+型基板J1の上にn-型エピ層J2を成長させた基板を用いて形成される。n-型エピ層J2の表層部にはp型の第1ゲート領域J3が形成されている。そして、第1ベース領域J3上を含み、n-型エピ層J2の上にチャネル層J4が形成されている。そして、このチャネル層J4のうち第1ベース領域J3よりも上層に位置する領域にn+型ソース領域J5が形成されている。また、第1ゲート領域J3のうちn+型ソース領域J5よりも突き出すように延設された部分とオーバラップするように、チャネル層J4の表面にはp型の第2ゲート領域J6が形成されている。そして、第1、第2ゲート領域J3、J6と接するように第1、第2ゲート電極J7、J8が形成されていると共に、n+型ソース領域J5と接するようにソース電極J9が形成され、さらに、n+型基板J1と接するようにドレイン電極J10が形成されて図8に示すJ−FETが構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなノーマリオフ型のJ−FETにおいては、第2ゲート領域J6とチャネル領域J4とのPN接合によって寄生ダイオードが構成され、この寄生ダイオードを介してリーク電流が流れてしまいJ−FETの動作を良好に行えなくなるという問題がある。この寄生ダイオードには、理論的にはPN接合部でのビルトインポテンシャル(2.8V)まで電流が流れないはずであるが、現実的には不純物の活性化の状態、結晶欠陥の有無などにより、それより低い電圧で電流が流れてしまう。実験によれば、第2ゲート電極J6の不純物としてAl(アルミニウム)を用いると共に不純物濃度を1×1019cm-3とした場合には2.1V程度、不純物としてB(ボロン)を用いると共にBに加えてC(炭素)を注入し、Bの濃度を1×1019cm-3、Cの濃度を1×1020cm-3とすることでBの拡散量を低下させた場合には1.9V程度で寄生ダイオードを介して電流が流れた。
【0004】
本発明は上記点に鑑みて、ゲート領域とチャネル領域との間におけるリーク電流を発生させないようにし、炭化珪素半導体装置の動作が良好に行えるようにすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第2ゲート領域(6)とチャネル層(4)との間に、Vが注入された高抵抗層(4a、6b)を形成することを特徴としている。このような構成とすることで、高抵抗層によって第2ゲート領域とチャネル層とによるPN接合部にリーク電流が流れることを防止することが可能となり、炭化珪素半導体装置の動作が良好に行えるようにすることが可能である。
【0006】
具体的には、高抵抗層は、請求項2に示すように、第2ゲート領域における下層部や、請求項3に示すように、チャネル層における表層部のうち第2ゲート領域の下方に位置する部位に形成される。
【0007】
請求項5乃至11に記載の発明は、請求項1乃至4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。これら請求項5乃至11に記載の発明により、上記構成の炭化珪素半導体装置を製造することが可能である。なお、請求項7に示すように、Vをイオン注入することで高抵抗層を形成しても良く、請求項8に示すように、Vが注入される条件下でのエピタキシャル成長によって高抵抗層を形成しても良い。
【0008】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態における炭化珪素半導体装置として、ダブルゲート駆動タイプのnチャネル型J−FETの断面構造を示す。以下、図1に基づいてJ−FETの構成についての説明を行う。
【0010】
図1は、J−FETは1セル分の断面構成を示したものである。炭化珪素からなるn+型基板1は上面を主表面とし、主表面の反対面である下面を裏面としている。このn+型基板1の主表面上には、基板1よりも低いドーパント濃度を有する炭化珪素からなるn-型エピ層2がエピタキシャル成長されている。
【0011】
-型エピ層2の表層部における所定領域には、紙面左右において略対称にp+型層からなる第1ゲート領域3が形成されている。また、第1ゲート領域3上を含み、n-型エピ層2の表面にはn-型層で構成されたチャネル層4がエピタキシャル成長されている。このチャネル層4の表層部のうち第1ゲート領域3の上に位置する部位にはn+型ソース領域5が形成されている。また、チャネル層4の表面のうち少なくとも第1ゲート領域3の上に位置する部位には第2ゲート領域6が形成されている。この第2ゲート領域6は、チャネル層4から離れる側がp+型層6aで構成され、チャネル層4と接する側が高抵抗層6bで構成されている。
【0012】
また、チャネル層4には、第1ゲート領域3まで達するコンタクト領域7が形成され、このコンタクト領域7の上には、第1ゲート領域3に電気的に接続された第1ゲート電極8が形成されている。さらに、n+型ソース領域5の上には、n+型ソース領域5に電気的に接続されたソース電極9が形成され、第2ゲート領域6の上には、第2ゲート領域6におけるp+型層6aと電気的に接続された第2ゲート電極10が形成されている。そして、n+型基板1の裏面側に、n+型基板1と電気的に接続されたドレイン電極11が形成され、本実施形態におけるJ−FETが構成されている。
【0013】
以上のように構成されたJ−FETは、ノーマリオフ型で動作するように構成されている。すなわち、第1、第2ゲート電極8、10に電圧を印加していない時には、チャネル層4が第1〜第2ゲート領域3、6から伸びる空乏層によってピンチオフされる。そして、第1、第2ゲート電極8、10に所望の電圧を印加すると、第1〜第2ゲート領域3、6からの空乏層の伸び量が小さくなり、チャネルが形成されて、ソース電極9→n+型ソース領域5→チャネル層4→n-型エピ層2→n+型基板1→ドレイン電極11の順で電流が流れるようになっている。
【0014】
このようなJ−FETにおいては、第2ゲート領域6に備えられたp+型層6aとn-型層からなるチャネル層4との間に高抵抗層6bを備えた構成となっている。この高抵抗層6bは、p+型で構成された第2ゲート領域6の下層部にV(バナジウム)をイオン注入し、その領域を実質的にi型とすることで構成されている。例えば、Vをイオン注入したp型6H−SiCでは深い準位が1.4eVで形成され、p型領域にVを注入すると深い準位がアクセプタレベルのホールを補償することになって、高抵抗層6bが形成される。
【0015】
このように、高抵抗層6bを備えた構成としているため、高抵抗層6bによってp+型層6aとチャネル層4とによるPN接合部にリーク電流が流れることを防止することが可能となる。これにより、寄生ダイオードによるリーク電流を防止することができ、J−FETが良好に動作するようにすることができる。また、Vを注入することで形成した高抵抗層6bがノンドープの状態に近くなることから、第2ゲート領域6からの空乏層の広がりに大きな影響を与えないようにすることができる。このため、J−FETのオフ特性に悪い影響を与えることはない。
【0016】
次に、図1に示すJ−FETの製造工程を図2〜図6を用いて説明する。
【0017】
〔図2(a)に示す工程〕
まず、n型4H、6H、3C又は15R−SiC基板、すなわちn+型基板1を用意する。例えば、n+型基板1として、厚さが400μm、主表面が(0001)Si面、又は、(112−0)a面のものを用意する。そして、この基板1の主表面に厚さ5μmのn-型エピ層2をエピタキシャル成長させる。この場合、n-型エピ層2は下地の基板1と同様の結晶が得られ、n型4H、6H、3C又は15R−SiC層となる。
【0018】
-型エピ層2の上の所定領域にLTO(Low Temperature Oxide)膜20を配置したのち、フォトリソグラフィによってLTO膜20をパターニングして所定領域を開口させる。そして、LTO膜20をマスクとしてイオン注入を行う。具体的には、第1ゲート領域3を形成する予定位置にp型不純物としてB又はAlをイオン注入する。
【0019】
〔図2(b)に示す工程〕
LTO膜20を除去したのち、加熱炉もしくはRTA(短時間アニール)によるアニール処理を施すことで注入されたイオンを活性化させ、第1ゲート領域3を形成する。なお、この第1ゲート領域3の形成に際し、あまりp型不純物を熱拡散させたくない場合には、熱拡散し難いAlを用いるか、もしくはボロンに対して炭素を一定割合(好ましくはボロン:炭素=1:10)注入することで熱拡散し難くするとよい。
【0020】
〔図3(a)に示す工程〕
第1ゲート領域3上を含み、n-型エピ層2の上にエピタキシャル成長によって、n-型層からなるチャネル層4を形成する。このとき、よりノーマリオフ型のJ−FETとし易くするために、チャネル層4の不純物濃度をn-型エピ層2よりも低濃度とすると良い。
【0021】
〔図3(b)に示す工程〕
チャネル層4の表面にp型不純物が高濃度にドーピングされるようにエピタキシャル成長させることで、p+型層からなる第2ゲート領域6を形成する。
【0022】
〔図4(a)に示す工程〕
第2ゲート領域6の表面からVをイオン注入する。このとき、Vが第2ゲート領域6の下層部の位置に注入されるようにする。これにより、深い準位によってアクセプタレベルのホールが補償されるため、Vが注入された領域が実質的にi型となり、高抵抗層6bが形成される。
【0023】
〔図4(b)に示す工程〕
マスク材となるLTO膜21を成膜したのち、フォトリソグラフィによってLTO膜21をパターニングし、第2ゲート領域6に対応する部分にのみLTO膜21を残す。
【0024】
〔図5(a)に示す工程〕
LTO膜21をマスクとしたエッチングを施すことで、第2ゲート領域6をパターニングする。
【0025】
〔図5(b)に示す工程〕
LTO膜21を除去したのち、マスク材となるLTO膜22を成膜すると共に、フォトリソグラフィによってLTO膜22をパターニングし、コンタクト領域7の形成予定位置においてLTO膜22を開口させる。そして、LTO膜22をマスクとしてp型不純物であるB又はAlをイオン注入することで、コンタクト領域7を形成する。
【0026】
〔図6(a)に示す工程〕
LTO膜22を除去したのち、マスク材となるLTO膜23を成膜し、フォトリソグラフィによってLTO膜23をパターニングすることで、n+型ソース領域5の形成予定位置においてLTO膜23を開口させる。そして、LTO膜23をマスクとしてn型不純物であるN(窒素)やP(リン)、若しくはN及びPをイオン注入することで、n+型ソース領域5を形成する。
【0027】
〔図6(b)に示す工程〕
LTO膜23を除去した後、加熱炉若しくはRTA等によるアニール処理によってn型不純物およびp型不純物を活性化させる。この後の工程については図示しないが、まず、基板表面側に層間絶縁膜を形成したのち、層間絶縁膜をパターニングすることで第1、第2ゲート領域3、6やn+型ソース領域5と連通するコンタクトホールを形成する。その後、層間絶縁膜上に電極層を成膜したのち、電極層をパターニングすることでソース電極9および第1、第2ゲート電極8、10を形成し、さらに、基板裏面側にドレイン電極11を形成することで図1に示すJ−FETが完成する。
【0028】
以上のように、p+型層によって構成される第2ゲート領域6の下層部にVをイオン注入することで、その領域を高抵抗層6bとすることができ、この高抵抗層6bによって寄生ダイオードを通じたリーク電流の発生を防止することが可能である。
【0029】
(第2実施形態)
図7に、本発明の第2実施形態におけるJ−FETの断面構成を示す。図7に示すように、本実施形態におけるJ−FETでは、第2ゲート領域6の下層部に形成していた高抵抗層6b(図1参照)に代えて、チャネル層4の表層部のうち第2ゲート領域6の下方に位置する部位に高抵抗層4aを設けている点が第1実施形態と異なる。その他に関しては第1実施形態と同様である。
【0030】
このように、チャネル層4の表層部に高抵抗層4aを形成することによっても、p+型層からなる第2ゲート領域6とn-型層からなるチャネル層4とによる寄生ダイオードにリーク電流が流れることを防止することが可能である。
【0031】
また、本実施形態におけるJ−FETの製造方法は第1実施形態とほぼ同様であるが、第1実施形態の図4(a)に示す工程に代え、図3(a)の工程を行ったあとにVのイオン注入工程を行うことで本実施形態におけるJ−FETを製造することができる。ただし、このときのVのイオン注入に際して、チャネル層4の表層部のうち第2ゲート領域6の下方に位置する部位にのみVが注入されるように、チャネル層4の上にイオン注入マスクを配置する必要がある。
【0032】
このように、Vをイオン注入したn型6H−SiCでは深い準位が0.7eVで形成され、n型領域にVを注入すると深い準位がドナーレベルの電子を補償することになって、高抵抗層4aが形成されている。そして、このような高抵抗層4aを用いても第1実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【0033】
(他の実施形態)
上記各実施形態では、第1、第2ゲート領域3、6における電位を共に制御可能なダブルゲート構造のJ−FETについて説明したが、第1、第2ゲート領域3、6のいずれか一方のみの電位が制御可能なシングルゲート構造のJ−FETに対しても上記各実施形態を適用することができる。その場合、第1、第2ゲート電極8、10のいずれか一方がソース電極9と接続された構成となる。
【0034】
また、本実施形態では、イオン注入によって高抵抗層6a等を形成する場合について説明したが、例えば、第1実施形態におけるエピタキシャル成長条件を変更することで、エピタキシャル成長中にVが注入された高抵抗層6aを形成するようにしても良い。
【0035】
なお、上記実施形態では、nチャネル型のJ−FETに関して説明したが、勿論、各構成要素の導電型を逆にしたJ−FETにも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態におけるJ−FETの製造工程を示す図である。
【図2】図1に示すJ−FETの製造工程を示す図である。
【図3】図2に続くJ−FETの製造工程を示す図である。
【図4】図3に続くJ−FETの製造工程を示す図である。
【図5】図4に続くJ−FETの製造工程を示す図である。
【図6】図5に続くJ−FETの製造工程を示す図である。
【図7】本発明の第2実施形態におけるJ−FETの断面構成を示す図である。
【図8】従来のJ−FETの断面構成を示す図である。
【符号の説明】
1…n+型基板、2…n-型エピ層、3…第1ゲート領域、4…チャネル層、
4a…高抵抗層、5…n+型ソース領域、6…第2ゲート領域、
6a…p+型領域、6b…高抵抗層、7…コンタクト領域、
8、10…第1、第2ゲート電極、9…ソース電極、11…ドレイン電極。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) semiconductor device and a method for manufacturing the same, and is particularly suitable for application to a J-FET.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of an n-channel J-FET as an example of a SiC semiconductor device used as a power element. As shown in FIG. 8, the n-channel type J-FET is formed using a substrate obtained by growing an n type epilayer J2 on an n + type substrate J1 made of SiC. A p-type first gate region J3 is formed in the surface layer portion of the n -type epi layer J2. A channel layer J4 is formed on the n -type epi layer J2 including the first base region J3. An n + -type source region J5 is formed in a region located above the first base region J3 in the channel layer J4. Further, a p-type second gate region J6 is formed on the surface of the channel layer J4 so as to overlap with a portion of the first gate region J3 that extends so as to protrude from the n + -type source region J5. ing. The first and second gate electrodes J7 and J8 are formed so as to be in contact with the first and second gate regions J3 and J6, and the source electrode J9 is formed so as to be in contact with the n + -type source region J5. Further, a drain electrode J10 is formed so as to be in contact with the n + type substrate J1, and the J-FET shown in FIG. 8 is configured.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a normally-off J-FET, a parasitic diode is formed by the PN junction between the second gate region J6 and the channel region J4, and a leakage current flows through the parasitic diode, so that the J-FET There is a problem that the operation cannot be performed satisfactorily. In theory, this parasitic diode should not flow to the built-in potential (2.8 V) at the PN junction, but in reality, depending on the activation state of the impurities, the presence or absence of crystal defects, etc. Current flows at a lower voltage. According to experiments, when Al (aluminum) is used as the impurity of the second gate electrode J6 and the impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 , about 2.1 V is used, and B (boron) is used as the impurity and B In addition to the above, C (carbon) is implanted, the concentration of B is set to 1 × 10 19 cm −3 , and the concentration of C is set to 1 × 10 20 cm −3 to reduce the diffusion amount of B. Current flowed through the parasitic diode at about .9V.
[0004]
In view of the above points, an object of the present invention is to prevent leakage current between a gate region and a channel region so that the silicon carbide semiconductor device can operate satisfactorily.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, high resistance layers (4a, 6b) into which V is implanted are formed between the second gate region (6) and the channel layer (4). It is characterized by that. By adopting such a configuration, it becomes possible to prevent leakage current from flowing through the PN junction between the second gate region and the channel layer by the high resistance layer, so that the operation of the silicon carbide semiconductor device can be performed satisfactorily. It is possible to
[0006]
Specifically, the high resistance layer is positioned below the second gate region in the lower layer portion in the second gate region as shown in claim 2 or in the surface layer portion in the channel layer as shown in claim 3. It is formed in the site to do.
[0007]
The invention according to claims 5 to 11 relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claims 1 to 4. According to the inventions of the fifth to eleventh aspects, the silicon carbide semiconductor device having the above-described configuration can be manufactured. As shown in claim 7, the high resistance layer may be formed by ion implantation of V, and as shown in claim 8, the high resistance layer is formed by epitaxial growth under the condition where V is implanted. It may be formed.
[0008]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a double gate drive type n-channel J-FET as a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the J-FET will be described with reference to FIG.
[0010]
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of one cell of a J-FET. The n + type substrate 1 made of silicon carbide has an upper surface as a main surface and a lower surface opposite to the main surface as a back surface. On the main surface of n + type substrate 1, n type epi layer 2 made of silicon carbide having a dopant concentration lower than that of substrate 1 is epitaxially grown.
[0011]
In a predetermined region in the surface layer portion of the n type epi layer 2, a first gate region 3 made of a p + type layer is formed substantially symmetrically on the left and right sides of the paper. A channel layer 4 composed of an n -type layer is epitaxially grown on the surface of the n -type epi layer 2 including the first gate region 3. An n + type source region 5 is formed in a portion of the surface layer portion of the channel layer 4 located above the first gate region 3. In addition, a second gate region 6 is formed in a portion located on at least the first gate region 3 on the surface of the channel layer 4. In the second gate region 6, the side away from the channel layer 4 is constituted by the p + -type layer 6 a and the side in contact with the channel layer 4 is constituted by the high resistance layer 6 b.
[0012]
A contact region 7 reaching the first gate region 3 is formed in the channel layer 4, and a first gate electrode 8 electrically connected to the first gate region 3 is formed on the contact region 7. Has been. Further, on the n + -type source region 5, the source electrode 9 electrically connected to the n + -type source region 5 is formed, on the second gate region 6, p in the second gate region 6 A second gate electrode 10 electrically connected to the + type layer 6a is formed. Then, on the back side of the n + -type substrate 1, n + -type substrate 1 and electrically connected to the drain electrode 11 are formed, J-FET is formed in this embodiment.
[0013]
The J-FET configured as described above is configured to operate in a normally-off type. That is, when no voltage is applied to the first and second gate electrodes 8 and 10, the channel layer 4 is pinched off by the depletion layer extending from the first and second gate regions 3 and 6. When a desired voltage is applied to the first and second gate electrodes 8, 10, the depletion layer extends from the first to second gate regions 3, 6, a channel is formed, and the source electrode 9 is formed. The current flows in the order of n + type source region 5 → channel layer 4 → n type epi layer 2 → n + type substrate 1 → drain electrode 11.
[0014]
Such a J-FET has a configuration in which a high resistance layer 6b is provided between a p + type layer 6a provided in the second gate region 6 and a channel layer 4 made of an n type layer. The high resistance layer 6b is configured by ion-implanting V (vanadium) into the lower layer portion of the second gate region 6 configured by p + type, thereby making the region substantially i-type. For example, in p-type 6H-SiC in which V is ion-implanted, a deep level is formed at 1.4 eV, and when V is implanted into the p-type region, the deep level compensates for acceptor level holes, resulting in high resistance. Layer 6b is formed.
[0015]
As described above, since the high resistance layer 6b is provided, it is possible to prevent the leakage current from flowing to the PN junction between the p + type layer 6a and the channel layer 4 by the high resistance layer 6b. As a result, leakage current due to the parasitic diode can be prevented, and the J-FET can be operated satisfactorily. Further, since the high resistance layer 6b formed by implanting V becomes close to a non-doped state, it is possible to prevent the depletion layer from the second gate region 6 from being greatly affected. For this reason, the off-characteristics of the J-FET are not adversely affected.
[0016]
Next, the manufacturing process of the J-FET shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
[0017]
[Step shown in FIG. 2 (a)]
First, an n-type 4H, 6H, 3C or 15R-SiC substrate, that is, an n + -type substrate 1 is prepared. For example, an n + type substrate 1 having a thickness of 400 μm and a main surface of (0001) Si plane or (112-0) a plane is prepared. Then, an n type epi layer 2 having a thickness of 5 μm is epitaxially grown on the main surface of the substrate 1. In this case, the n -type epi layer 2 has the same crystal as the underlying substrate 1 and becomes an n-type 4H, 6H, 3C, or 15R—SiC layer.
[0018]
After an LTO (Low Temperature Oxide) film 20 is disposed in a predetermined region on the n -type epi layer 2, the LTO film 20 is patterned by photolithography to open the predetermined region. Then, ion implantation is performed using the LTO film 20 as a mask. Specifically, B or Al is ion-implanted as a p-type impurity at a position where the first gate region 3 is to be formed.
[0019]
[Step shown in FIG. 2 (b)]
After the LTO film 20 is removed, the implanted ions are activated by performing an annealing process using a heating furnace or RTA (short time annealing) to form the first gate region 3. In the formation of the first gate region 3, if it is not desired to thermally diffuse the p-type impurity, Al which is difficult to thermally diffuse is used, or a certain ratio of carbon to boron (preferably boron: carbon = 1: 10) It is preferable that the thermal diffusion is difficult by injection.
[0020]
[Step shown in FIG. 3 (a)]
A channel layer 4 made of an n -type layer is formed by epitaxial growth on the n -type epi layer 2 including the first gate region 3. At this time, the impurity concentration of the channel layer 4 is preferably lower than that of the n -type epi layer 2 in order to make it easier to obtain a normally-off type J-FET.
[0021]
[Step shown in FIG. 3B]
The second gate region 6 made of a p + type layer is formed by epitaxial growth so that the surface of the channel layer 4 is doped with a high concentration of p type impurities.
[0022]
[Step shown in FIG. 4 (a)]
V ions are implanted from the surface of the second gate region 6. At this time, V is implanted into the lower layer portion of the second gate region 6. As a result, the acceptor level holes are compensated by the deep level, so that the region into which V is injected is substantially i-type, and the high resistance layer 6b is formed.
[0023]
[Step shown in FIG. 4B]
After the LTO film 21 serving as a mask material is formed, the LTO film 21 is patterned by photolithography, leaving the LTO film 21 only in the portion corresponding to the second gate region 6.
[0024]
[Step shown in FIG. 5A]
The second gate region 6 is patterned by performing etching using the LTO film 21 as a mask.
[0025]
[Step shown in FIG. 5B]
After removing the LTO film 21, an LTO film 22 serving as a mask material is formed, and the LTO film 22 is patterned by photolithography, and the LTO film 22 is opened at a position where the contact region 7 is to be formed. Then, the contact region 7 is formed by ion implantation of B or Al, which is a p-type impurity, using the LTO film 22 as a mask.
[0026]
[Step shown in FIG. 6A]
After removing the LTO film 22, an LTO film 23 serving as a mask material is formed, and the LTO film 23 is patterned by photolithography, thereby opening the LTO film 23 at a position where the n + -type source region 5 is to be formed. Then, n + type source region 5 is formed by ion implantation of N (nitrogen) or P (phosphorus), or N and P, which are n type impurities, using LTO film 23 as a mask.
[0027]
[Step shown in FIG. 6B]
After removing the LTO film 23, n-type impurities and p-type impurities are activated by an annealing process using a heating furnace or RTA. Although the subsequent steps are not shown, first, after forming an interlayer insulating film on the surface side of the substrate, the interlayer insulating film is patterned to form the first and second gate regions 3 and 6 and the n + type source region 5. A communicating contact hole is formed. Thereafter, after forming an electrode layer on the interlayer insulating film, the source electrode 9 and the first and second gate electrodes 8 and 10 are formed by patterning the electrode layer, and the drain electrode 11 is further formed on the back side of the substrate. By forming, the J-FET shown in FIG. 1 is completed.
[0028]
As described above, by ion-implanting V into the lower layer portion of the second gate region 6 constituted by the p + -type layer, the region can be made the high resistance layer 6b, and the high resistance layer 6b makes the parasitic It is possible to prevent leakage current from flowing through the diode.
[0029]
(Second Embodiment)
FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of the J-FET in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, in the J-FET of the present embodiment, instead of the high resistance layer 6 b (see FIG. 1) formed in the lower layer portion of the second gate region 6, The difference from the first embodiment is that a high resistance layer 4a is provided in a portion located below the second gate region 6. Others are the same as in the first embodiment.
[0030]
As described above, even when the high resistance layer 4a is formed on the surface layer portion of the channel layer 4, a leakage current is caused in the parasitic diode by the second gate region 6 made of the p + type layer and the channel layer 4 made of the n type layer. Can be prevented from flowing.
[0031]
In addition, the manufacturing method of the J-FET in this embodiment is almost the same as that of the first embodiment, but the process of FIG. 3A is performed instead of the process shown in FIG. 4A of the first embodiment. The J-FET in this embodiment can be manufactured by performing a V ion implantation step later. However, an ion implantation mask is provided on the channel layer 4 so that V is implanted only in a portion located below the second gate region 6 in the surface layer portion of the channel layer 4 during the ion implantation of V at this time. Need to be placed.
[0032]
Thus, in n-type 6H-SiC in which V is ion-implanted, the deep level is formed at 0.7 eV, and when V is injected into the n-type region, the deep level compensates for electrons at the donor level. A high resistance layer 4a is formed. Even when such a high resistance layer 4a is used, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0033]
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the J-FET having a double gate structure capable of controlling both the potentials in the first and second gate regions 3 and 6 has been described. However, only one of the first and second gate regions 3 and 6 is described. The embodiments described above can also be applied to a J-FET having a single gate structure in which the potential of the above can be controlled. In that case, one of the first and second gate electrodes 8 and 10 is connected to the source electrode 9.
[0034]
In the present embodiment, the case where the high resistance layer 6a and the like are formed by ion implantation has been described. For example, by changing the epitaxial growth conditions in the first embodiment, the high resistance layer into which V is implanted during the epitaxial growth. 6a may be formed.
[0035]
In the above embodiment, the n-channel type J-FET has been described, but the present invention can of course be applied to a J-FET in which the conductivity type of each component is reversed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of a J-FET in a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a manufacturing process of the J-FET shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the J-FET following FIG. 2;
4 is a diagram showing manufacturing steps of the J-FET following FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the J-FET following FIG. 4;
6 is a diagram showing a manufacturing process of the J-FET following FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a J-FET in a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a conventional J-FET.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n <+> type | mold substrate, 2 ... n < - > type | mold epilayer, 3 ... 1st gate region, 4 ... channel layer,
4a ... high resistance layer, 5 ... n + type source region, 6 ... second gate region,
6a ... p + type region, 6b ... high resistance layer, 7 ... contact region,
8, 10 ... 1st, 2nd gate electrode, 9 ... Source electrode, 11 ... Drain electrode.

Claims (11)

炭化珪素からなる第1導電型の半導体基板(1)と、
前記半導体基板の主表面上に形成され、該半導体基板よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導電型の半導体層(2)と、
前記半導体層の表層部の所定領域に形成され、所定深さを有する第2導電型の第1ゲート領域(3)と、
前記半導体層及び前記第1ゲート領域の上に形成された第1導電型のチャネル層(4)と、
前記チャネル層のうち前記第1ゲート領域の上に位置する部位に形成された第1導電型のソース領域(5)と、
前記チャネル層の上又は前記チャネル層の表層部において、前記第1ゲート領域と対向する部位を含むように形成された第2導電型の第2ゲート領域(6)と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極(9)と、
前記第1ゲート領域に電気的に接続された第1ゲート電極(8)と、
前記第2ゲート領域に電気的に接続された第2ゲート電極(10)と、
前記半導体基板の裏面側に形成されたドレイン電極(11)とを有し、
前記第2ゲート領域と前記チャネル層との間には、Vが注入された高抵抗層(4a、6b)が形成されていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate (1) made of silicon carbide;
A first conductivity type semiconductor layer (2) made of silicon carbide formed on a main surface of the semiconductor substrate and having a higher resistance than the semiconductor substrate;
A first conductivity type first gate region (3) formed in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer and having a predetermined depth;
A first conductivity type channel layer (4) formed on the semiconductor layer and the first gate region;
A source region (5) of a first conductivity type formed in a portion of the channel layer located above the first gate region;
A second gate region (6) of the second conductivity type formed so as to include a portion facing the first gate region on the channel layer or in a surface layer portion of the channel layer;
A source electrode (9) electrically connected to the source region;
A first gate electrode (8) electrically connected to the first gate region;
A second gate electrode (10) electrically connected to the second gate region;
A drain electrode (11) formed on the back side of the semiconductor substrate;
A silicon carbide semiconductor device, wherein high resistance layers (4a, 6b) into which V is implanted are formed between the second gate region and the channel layer.
前記高抵抗層は、前記第2ゲート領域における下層部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the high resistance layer is formed in a lower layer portion of the second gate region. 前記高抵抗層は、前記チャネル層における表層部のうち前記第2ゲート領域の下方に位置する部位に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭化珪素半導体装置。 3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the high resistance layer is formed in a portion of the surface layer portion of the channel layer that is positioned below the second gate region. 4. 前記第1、第2ゲート電極に対して電圧を印加してない状態において、前記第1、第2ゲート領域から伸びる空乏層によって前記チャネル層がピンチオフされたノーマリオフ型となっていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置。It is a normally-off type in which the channel layer is pinched off by a depletion layer extending from the first and second gate regions in a state where no voltage is applied to the first and second gate electrodes. The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3. 炭化珪素からなる第1導電型の半導体基板(1)の主表面上に、この半導体基板よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導電型の半導体層(2)を形成する工程と、
前記半導体層の表層部の所定領域に、所定深さを有する第2導電型の第1ゲート領域(3)を形成する工程と、
前記半導体層及び前記第1ゲート領域の上に第1導電型のチャネル層(4)を形成する工程と、
前記チャネル層の上又は前記チャネル層の表層部において、前記第1ゲート領域と対向する部位を含むように、第2導電型の第2ゲート領域(6)を形成する工程と、
前記チャネル層のうち前記第1ゲート領域の上に位置する部位に、第1導電型のソース領域(5)を形成する工程と、
前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極(9)、前記第1ゲート領域に電気的に接続される第1ゲート電極(8)、前記第2ゲート領域に電気的に接続される第2ゲート電極(10)を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面側にドレイン電極(11)を形成する工程とを有してなる炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記第2ゲート領域を形成する工程では、前記第2ゲート領域の下層部にVを注入した高抵抗層(6b)を形成する工程を行うことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
Forming a first conductive type semiconductor layer (2) made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate on a main surface of the first conductive type semiconductor substrate (1) made of silicon carbide;
Forming a second conductivity type first gate region (3) having a predetermined depth in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer;
Forming a channel layer (4) of a first conductivity type on the semiconductor layer and the first gate region;
Forming a second conductivity type second gate region (6) on the channel layer or in a surface layer portion of the channel layer so as to include a portion facing the first gate region;
Forming a first conductivity type source region (5) in a portion of the channel layer located on the first gate region;
A source electrode (9) electrically connected to the source region, a first gate electrode (8) electrically connected to the first gate region, and a second electrically connected to the second gate region. Forming a gate electrode (10);
Forming a drain electrode (11) on the back side of the semiconductor substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device,
In the step of forming the second gate region, a method of forming a high resistance layer (6b) in which V is implanted in a lower layer portion of the second gate region is performed.
炭化珪素からなる第1導電型の半導体基板(1)の主表面上に、この半導体基板よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導電型の半導体層(2)を形成する工程と、
前記半導体層の表層部の所定領域に、所定深さを有する第2導電型の第1ゲート領域(3)を形成する工程と、
前記半導体層及び前記第1ゲート領域の上に第1導電型のチャネル層(4)を形成する工程と、
前記チャネル層の上又は前記チャネル層の表層部において、前記第1ゲート領域と対向する部位を含むように、第2導電型の第2ゲート領域(6)を形成する工程と、
前記チャネル層のうち前記第1ゲート領域の上に位置する部位に、第1導電型のソース領域(5)を形成する工程と、
前記ソース領域に電気的に接続されるソース電極(9)、前記第1ゲート領域に電気的に接続される第1ゲート電極(8)、前記第2ゲート領域に電気的に接続される第2ゲート電極(10)を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面側にドレイン電極(11)を形成する工程とを有してなる炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記チャネル層を形成する工程では、前記チャネル層の表層部のうち前記第2ゲート領域の下方に位置する部位に、Vを注入した高抵抗層(6b)を形成する工程を行うことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
Forming a first conductive type semiconductor layer (2) made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate on a main surface of the first conductive type semiconductor substrate (1) made of silicon carbide;
Forming a second conductivity type first gate region (3) having a predetermined depth in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer;
Forming a channel layer (4) of a first conductivity type on the semiconductor layer and the first gate region;
Forming a second conductivity type second gate region (6) on the channel layer or in a surface layer portion of the channel layer so as to include a portion facing the first gate region;
Forming a first conductivity type source region (5) in a portion of the channel layer located on the first gate region;
A source electrode (9) electrically connected to the source region, a first gate electrode (8) electrically connected to the first gate region, and a second electrically connected to the second gate region. Forming a gate electrode (10);
Forming a drain electrode (11) on the back side of the semiconductor substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device,
The step of forming the channel layer includes a step of forming a high resistance layer (6b) in which V is implanted in a portion of the surface layer portion of the channel layer located below the second gate region. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
前記高抵抗層を形成する工程では、Vをイオン注入することで前記高抵抗層を形成することを特徴とする請求項5又は6に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。7. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 5, wherein in the step of forming the high resistance layer, the high resistance layer is formed by ion implantation of V. 前記高抵抗層を形成する工程では、Vが注入される条件下でのエピタキシャル成長によって前記高抵抗層を形成することを特徴とする請求項5又は6に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。7. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 5, wherein in the step of forming the high resistance layer, the high resistance layer is formed by epitaxial growth under a condition in which V is implanted. 前記チャネル層の不純物濃度が前記半導体層よりも低くなるようにすることを特徴とする請求項5乃至8のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 5, wherein an impurity concentration of the channel layer is lower than that of the semiconductor layer. 前記第1及び/又は第2ゲート領域を形成する工程では、前記第1及び/又は第2ゲートための第2導電型不純物としてAlもしくはB及びCを用いることを特徴とする請求項5乃至9のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。10. The step of forming the first and / or second gate region uses Al or B and C as a second conductivity type impurity for the first and / or second gate. The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device as described in any one of these. 前記ソース領域を形成する工程では、前記ソース領域を形成するための第1導電型不純物としてNもしくはPもしくはN及びPを用いることを特徴とする請求項5乃至10のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。11. The method according to claim 5, wherein in the step of forming the source region, N, P, or N and P is used as a first conductivity type impurity for forming the source region. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
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