JP5211472B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、高耐圧で低オン抵抗の電界効果トランジスタの半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device of a field effect transistor having a high breakdown voltage and a low on-resistance, and a manufacturing method thereof.

従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている(特許文献1参照)。この文献に記載された技術では、N型の炭化珪素の基板領域上にN型のエピタキシャル領域が形成された半導体基体の一主面にN型の多結晶シリコン領域とP型の多結晶シリコン領域が接するように形成されており、エピタキシャル領域とN型の多結晶シリコン領域並びにP型の多結晶シリコン領域とはヘテロ接合を形成している。また、エピタキシャル領域とN型の多結晶シリコン領域との接合部に隣接して、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されている。N型の多結晶シリコン領域はN型の多結晶シリコン領域を介してソース電極に接続され、N型炭化珪素基板領域の裏面にはドレイン電極が形成され、電界効果トランジスタを構成している。 Conventionally, as this type of technology, for example, those described in the following documents are known (see Patent Document 1). In the technique described in this document, an N -type polycrystalline silicon region and a P + -type region are formed on one main surface of a semiconductor substrate in which an N -type epitaxial region is formed on an N + -type silicon carbide substrate region. The polycrystalline silicon region is formed in contact with the epitaxial region, and the epitaxial region, the N type polycrystalline silicon region, and the P + type polycrystalline silicon region form a heterojunction. A gate electrode is formed adjacent to the junction between the epitaxial region and the N -type polycrystalline silicon region via a gate insulating film. The N -type polycrystalline silicon region is connected to the source electrode via the N + -type polycrystalline silicon region, and a drain electrode is formed on the back surface of the N + -type silicon carbide substrate region to constitute a field effect transistor. Yes.

上記のような構成の電界効果トランジスタは、ソース電極を接地し、ドレイン電極に所定の正の電位を印加した状態で、ゲート電極の電位を制御することでスイッチイング素子として機能する。つまり、ゲート電極を接地した状態では、N型の多結晶シリコン領域並びにP型の多結晶シリコン領域とエピタキシャル領域とのヘテロ接合には逆バイアスが印加される。このとき、高い遮断性を有するP型の多結晶シリコン領域とエピタキシャル領域とのヘテロ接合部が大部分を占め、チャネルとして作用するN型の多結晶シリコン領域とエピタキシャル領域とのヘテロ接合部の幅が狭く形成されているため、ドレイン電極とソース電極との間に電流は流れない。 The field effect transistor configured as described above functions as a switching element by controlling the potential of the gate electrode in a state where the source electrode is grounded and a predetermined positive potential is applied to the drain electrode. That is, in a state where the gate electrode is grounded, a reverse bias is applied to the heterojunction of the N type polycrystalline silicon region and the P + type polycrystalline silicon region and the epitaxial region. At this time, the heterojunction between the P + type polycrystalline silicon region having high blocking properties and the epitaxial region occupies most, and the heterojunction between the N type polycrystalline silicon region acting as a channel and the epitaxial region Is formed so that no current flows between the drain electrode and the source electrode.

一方、ゲート電極に所定の正電圧が印加された状態では、N型の多結晶シリコン領域とエピタキシャル領域とのヘテロ接合界面にゲート電界が作用し、ゲート酸化膜界面のヘテロ接合面がなすエネルギー障壁の厚さが薄くなる。このため、ドレイン電極からエピタキシャル領域及びN型の多結晶シリコン領域及びN型の多結晶シリコン領域を介してソース電極へと電流が流れる。 On the other hand, when a predetermined positive voltage is applied to the gate electrode, a gate electric field acts on the heterojunction interface between the N -type polycrystalline silicon region and the epitaxial region, and the energy formed by the heterojunction surface at the gate oxide film interface. The thickness of the barrier is reduced. Therefore, a current flows from the drain electrode to the source electrode through the epitaxial region, the N type polycrystalline silicon region, and the N + type polycrystalline silicon region.

このように、遮断状態においては、高い遮断性を有しつつ、導通時においては、制御チャネルとしてヘテロ接合部を用いるためチャネル長がヘテロ障壁の厚み程度で機能することから、低オン抵抗の導通特性が得られる。
特開2005−101147
In this way, in the cut-off state, while having a high cut-off property, when conducting, since the heterojunction is used as the control channel, the channel length functions at the thickness of the hetero-barrier. Characteristics are obtained.
JP-A-2005-101147

しかしながら、上記従来構造においては、耐圧を保持するP型の多結晶シリコン領域と低抵抗領域として作用するN型の多結晶シリコン領域とが積層する構成となっている。このため、製造過程でN型の多結晶シリコン領域に導入される不純物ドーパントがP型の多結晶シリコン領域に拡散して、P型の多結晶シリコン領域とエピタキシャル領域とのヘテロ接合部の耐圧が低下し易いという課題があった。 However, the conventional structure has a structure in which a P + type polycrystalline silicon region that maintains a breakdown voltage and an N + type polycrystalline silicon region that acts as a low resistance region are stacked. Therefore, impurity dopant introduced into polycrystalline silicon region of N + type in the manufacturing process are diffused into the polycrystalline silicon regions of the P + type, hetero junction between P + -type polycrystalline silicon region and the epitaxial region There has been a problem that the withstand voltage of the glass tends to decrease.

一方、P型の多結晶シリコン領域とエピタキシャル領域とのヘテロ接合部の耐圧が低下しないように、P型の多結晶シリコン領域とN型の多結晶シリコン領域を合わせた多結晶シリコン領域層を厚く形成した場合には、多結晶シリコン領域層をパターニングする際のマスク材の選択性が制限されてしまう。また、多結晶シリコン領域層をエッチングする際の制御性にも限界が生じるため、エッチング時のダメージによるオン抵抗の悪化要因を排除するにも限界があった。 On the other hand, a polycrystalline silicon region in which the P + type polycrystalline silicon region and the N + type polycrystalline silicon region are combined so that the breakdown voltage of the hetero junction between the P + type polycrystalline silicon region and the epitaxial region does not decrease. When the layer is formed thick, the selectivity of the mask material when patterning the polycrystalline silicon region layer is limited. In addition, since there is a limit to the controllability when etching the polycrystalline silicon region layer, there is a limit to eliminating the cause of deterioration of the on-resistance due to damage during etching.

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高耐圧ならびに低オン抵抗の双方を満足させる電界効果トランジスタの半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device of a field effect transistor that satisfies both a high breakdown voltage and a low on-resistance, and a method for manufacturing the same. .

上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、第一導電型の半導体基体と、前記半導体基体の一主面に接して前記半導体基体の表面の一部に設けられ、前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第一のヘテロ半導体領域と、前記半導体基体の一主面ならびに前記第一のヘテロ半導体領域に接して前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第二導電型の第二のヘテロ半導体領域と、前記第一のヘテロ半導体領域の側部から前記半導体基体の前記第一のヘテロ半導体領域に覆われていない部分にまたがって形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜と接するゲート電極と、前記第一のヘテロ半導体領域とオーミック接続されたソース電極と、前記半導体基体とオーミック接続されたドレイン電極とを有し、前記第一のヘテロ半導体領域の一部が前記第二のヘテロ半導体領域上に積層され、少なくとも前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と接し、かつ前記半導体基体の表面ならびに前記第二のヘテロ半導体領域の側面に接して形成された前記第一のヘテロ半導体領域のチャネル部の厚みが、前記第二のヘテロ半導体領域と前記第一のヘテロ半導体領域とが積層された部分における前記第二のヘテロ半導体領域の厚みと前記第一のヘテロ半導体領域の厚みとの和に比べて薄いことを特徴とする。 In order to achieve the above object, means for solving the problems of the present invention is provided on a part of the surface of the semiconductor substrate in contact with one main surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type and the semiconductor substrate , A first hetero semiconductor region having a band gap different from that of the semiconductor substrate, and a second conductivity type second electrode having a band gap different from that of the semiconductor substrate in contact with one main surface of the semiconductor substrate and the first hetero semiconductor region. A hetero insulating region, a gate insulating film formed over a portion of the semiconductor substrate that is not covered with the first hetero semiconductor region from the side of the first hetero semiconductor region, and the gate insulating film, A gate electrode in contact therewith, a source electrode ohmically connected to the first hetero semiconductor region, and a drain electrode ohmically connected to the semiconductor substrate. Part of the semiconductor region is stacked on the second hetero semiconductor region, and contact with the gate electrode through at least the gate insulating film, and the surface and the side surface of the second hetero semiconductor region of said semiconductor body The thickness of the channel portion of the first hetero semiconductor region formed in contact with the second hetero semiconductor region in the portion where the second hetero semiconductor region and the first hetero semiconductor region are stacked. And the thickness of the first hetero semiconductor region is thin.

本発明によれば、第二のヘテロ半導体領域とドレイン領域とのヘテロ接合界面に、第一のヘテロ半導体領域に導入した不純物を拡散させないようにしたので、半導体装置の遮断状態において所定の耐圧を得ることができることに加えて、第一のヘテロ半導体領域を形成する際に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と対面する第一のヘテロ半導体領域とドレイン領域とのヘテロ接合部周辺にエッチングダメージを排除する工程を容易に組むことができる。これにより、半導体装置の導通時に低オン抵抗を得ることができる。   According to the present invention, the impurity introduced into the first hetero semiconductor region is not diffused at the heterojunction interface between the second hetero semiconductor region and the drain region. In addition to being able to be obtained, etching damage is caused around the heterojunction between the first hetero semiconductor region and the drain region facing the gate electrode through the gate insulating film when forming the first hetero semiconductor region. The process to exclude can be assembled easily. Thereby, a low on-resistance can be obtained when the semiconductor device is conductive.

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best embodiment for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図であり、同図は構造単位セルが2つ対面した断面図である。なお、以下に説明する実施例においては、炭化珪素を基板材料とした装置を一例として説明する。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device of a field effect transistor (FET) according to Embodiment 1 of the present invention, which is a cross-sectional view in which two structural unit cells face each other. In the embodiments described below, an apparatus using silicon carbide as a substrate material will be described as an example.

図1において、例えば炭化珪素のポリタイプが4HタイプのN型である基板領域1上にN型のドレイン領域2が形成され、ドレイン領域2の基板領域1との接合面に対向する主面に接するように、例えばP型の多結晶シリコンからなる第二のヘテロ半導体領域3とN型の多結晶シリコンからなる第一のヘテロ半導体領域4が形成されている。つまり、ドレイン領域2と第二のヘテロ半導体領域3及び第一のヘテロ半導体領域4の接合部は、炭化珪素と多結晶シリコンのバンドギャップが異なる材料によるヘテロ接合からなっており、その接合界面にはそれぞれ所定のエネルギー障壁が存在している。第一のヘテロ半導体領域4とドレイン領域2との接合面に共に接するように、例えばシリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜5が形成されている。また、ゲート絶縁膜5上にはゲート電極6が、第一のヘテロ半導体領域4に接続するようにソース電極7が、基板領域1にはドレイン電極8が接続するように形成されている。 In Figure 1, for example N polytype of silicon carbide on the substrate region 1 is a N + -type 4H type - -type drain region 2 is formed of a main opposite the junction surface between the substrate region 1 of the drain region 2 For example, a second hetero semiconductor region 3 made of P + -type polycrystalline silicon and a first hetero semiconductor region 4 made of N-type polycrystalline silicon are formed so as to contact the surface. That is, the junction between the drain region 2 and the second hetero semiconductor region 3 and the first hetero semiconductor region 4 is formed of a hetero junction made of a material having different band gaps between silicon carbide and polycrystalline silicon. Each has a predetermined energy barrier. A gate insulating film 5 made of, for example, a silicon oxide film is formed so as to be in contact with the junction surface between the first hetero semiconductor region 4 and the drain region 2 together. A gate electrode 6 is formed on the gate insulating film 5 so as to be connected to the first hetero semiconductor region 4, and a source electrode 7 is connected to the substrate region 1 so as to be connected to the drain electrode 8.

本実施例1においては、ゲート絶縁膜5を介してゲート電極6に接する第一のヘテロ半導体領域4のチャネル部の厚みが第二のヘテロ半導体領域3と第一のヘテロ半導体領域4とが積層された部分の厚みの和に比べて小さくなるように形成されている。図1においては、一例として第二のヘテロ半導体領域3の厚みに比べて第一のヘテロ半導体領域4の厚みを薄くした場合を示しているが、同等もしくは厚くした場合であっても良い。しかしながら、第一のヘテロ半導体領域4の厚みは薄いほうが後述する製造工程中の特性劣化を回避し易い。なお、図1においては描かれていないが、第二のヘテロ半導体領域3とソース電極7は例えば奥行き方向の所定部分で接続していてもよい。   In the first embodiment, the second hetero semiconductor region 3 and the first hetero semiconductor region 4 having a thickness of the channel portion of the first hetero semiconductor region 4 in contact with the gate electrode 6 through the gate insulating film 5 are stacked. It is formed to be smaller than the sum of the thicknesses of the formed portions. In FIG. 1, the case where the thickness of the first hetero semiconductor region 4 is made thinner than the thickness of the second hetero semiconductor region 3 is shown as an example, but it may be the same or thicker. However, the thinner the first hetero semiconductor region 4 is, the easier it is to avoid characteristic deterioration during the manufacturing process described later. Although not shown in FIG. 1, the second hetero semiconductor region 3 and the source electrode 7 may be connected at a predetermined portion in the depth direction, for example.

次に図1に示した本発明の実施例1による炭化珪素半導体装置の製造方法を、図2−A,図2−Bを用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

まず図2−A(a)に示すように、N型の基板領域1の上にN型のドレイン領域2をエピタキシャル成長させて形成したN型の炭化珪素半導体基体上に、例えばLP−CVD法によって形成された第二の多結晶シリコン層を形成し、この層に例えばイオン注入法でボロンを不純物導入することで、P型の第二のヘテロ半導体領域3層を堆積している。 First, as shown in FIG. 2A, for example, LP-CVD is performed on an N-type silicon carbide semiconductor substrate formed by epitaxially growing an N -type drain region 2 on an N + -type substrate region 1. A second polycrystalline silicon layer formed by the method is formed, and boron is introduced into this layer by, for example, ion implantation, thereby depositing three layers of P + -type second hetero semiconductor regions.

このとき、第二の多結晶シリコン層は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などで堆積した後にレーザーアニールなどで再結晶化させて形成してもよく、もしくは例えば分子線エピタキシーなどでヘテロエピタキシャル成長させた単結晶シリコンで形成しても構わない。また、ドーピングには、固相拡散や気相拡散を用いても構わない。さらに、第二のヘテロ半導体領域3層上に、例えば酸化膜を堆積した後フォトリソグラフィとエッチングにより所定のマスク材9を形成する。   At this time, the second polycrystalline silicon layer may be formed by depositing by electron beam evaporation or sputtering and then recrystallizing by laser annealing or the like, or heteroepitaxially grown by, for example, molecular beam epitaxy. It may be formed of single crystal silicon. In addition, solid phase diffusion or vapor phase diffusion may be used for doping. Further, for example, an oxide film is deposited on the second hetero semiconductor region 3 layer, and then a predetermined mask material 9 is formed by photolithography and etching.

次に、図2−A(b)に示すように、例えば反応性イオンエッチング(ドライエッチング)により、P型の多結晶シリコン層をエッチングし、第二のヘテロ半導体領域3を形成する。このとき、マスク材を有した状態もしくは除去した状態で、例えば900℃程度でドライO酸化にて犠牲酸化膜を形成し、その後例えばフッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液でウエットエッチングによる犠牲酸化膜の除去を行い、ドライエッチングよるエッチングダメージの回復を行ってもよい。なお、第二の多結晶シリコン層をエッチングする方法として、異方性のあるエッチング方法であれば他のエッチング方法を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 2A (b), the P + -type polycrystalline silicon layer is etched by, for example, reactive ion etching (dry etching) to form the second hetero semiconductor region 3. At this time, a sacrificial oxide film is formed by dry O 2 oxidation at, for example, about 900 ° C. with or without the mask material, and then sacrificed by wet etching with a mixed solution of ammonium fluoride and hydrofluoric acid, for example. The oxide film may be removed and the etching damage may be recovered by dry etching. As a method for etching the second polycrystalline silicon layer, another etching method may be used as long as it is an anisotropic etching method.

次に、図2−A(c)に示すように、エッチングされた第二のヘテロ半導体領域3上に、例えばLP−CVD法により第二のヘテロ半導体領域3よりも厚みが薄い第一の多結晶シリコンを堆積した後、例えばイオン注入法によってリンもしくはヒ素を不純物導入して、N型の第一の多結晶シリコン層を形成する。なお、第一の多結晶シリコン層は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などで堆積した後にレーザーアニールなどで再結晶化させて形成してもよく、もしくは例えば分子線エピタキシーなどでヘテロエピタキシャル成長させた単結晶シリコンで形成しても構わない。また、ドーピングには、固相拡散や気相拡散を用いても構わない。   Next, as shown in FIG. 2A (c), a first multi-layer having a thickness smaller than that of the second hetero semiconductor region 3 is formed on the etched second hetero semiconductor region 3 by, for example, LP-CVD. After the crystalline silicon is deposited, impurities such as phosphorus or arsenic are introduced by ion implantation, for example, to form an N-type first polycrystalline silicon layer. The first polycrystalline silicon layer may be formed by depositing by electron beam evaporation or sputtering and then recrystallizing by laser annealing or the like, or by heteroepitaxial growth using, for example, molecular beam epitaxy. It may be formed of crystalline silicon. In addition, solid phase diffusion or vapor phase diffusion may be used for doping.

このとき、本実施例1においては、第二のヘテロ半導体領域3の厚みを、第一のヘテロ半導体領域4に導入された不純物が少なくとも第二のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2とのヘテロ接合界面には到達しない程度の厚みとして形成しているため、少なくとも
型の第二のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2のヘテロ接合界面においては、両者の仕事関数差で決まる所定の耐圧を得ることができる。
At this time, in Example 1, the thickness of the second hetero semiconductor region 3 is set such that the impurity introduced into the first hetero semiconductor region 4 is at least a heterojunction between the second hetero semiconductor region 3 and the drain region 2. Since the thickness is formed so as not to reach the interface, at least the heterojunction interface between the P + -type second hetero semiconductor region 3 and the drain region 2 has a predetermined breakdown voltage determined by the work function difference between the two. be able to.

さらに、第一のヘテロ半導体領域4層上に、フォトリソグラフィとエッチングにより所定のマスク材10を形成する。   Further, a predetermined mask material 10 is formed on the first hetero semiconductor region 4 layer by photolithography and etching.

次に、図2−B(d)に示すように、本実施例1では第二のヘテロ半導体領域3の厚みに比べて第一のヘテロ半導体領域4の厚みを薄く形成するので、ドライエッチングの制御が容易となり、例えばドライエッチングにより第一の多結晶シリコン層の所定領域の表層部をエッチングし、さらにレジストマスクを除去した後、残った第一の多結晶シリコン層の所定領域を例えば900℃でドライO酸化にて酸化し、フッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液でウエットエッチングすることで、第一のヘテロ半導体領域4を形成することが可能となる。その他にも、ドライエッチングと犠牲酸化の組み合わせによる方法や、酸化膜等のマスクを用いて、熱酸化によるパターニングも可能となる。 Next, as shown in FIG. 2B (d), since the thickness of the first hetero semiconductor region 4 is made thinner than the thickness of the second hetero semiconductor region 3 in Example 1, dry etching is performed. Control becomes easy, for example, the surface layer portion of a predetermined region of the first polycrystalline silicon layer is etched by dry etching, and after the resist mask is removed, the predetermined region of the remaining first polycrystalline silicon layer is changed to, for example, 900 ° C. The first hetero semiconductor region 4 can be formed by oxidizing with dry O 2 oxidation and performing wet etching with a mixed solution of ammonium fluoride and hydrofluoric acid. In addition, patterning by thermal oxidation using a combination of dry etching and sacrificial oxidation or a mask such as an oxide film is also possible.

最後に、図2−B(e)に示すように、第一のヘテロ半導体領域4並びにドレイン領域2の内壁に沿って、ゲート絶縁膜5を堆積する。さらに、ゲート電極6となる多結晶シリコン層を堆積する。その後、例えばPOClを用いた固層拡散によりリンをゲート電極6となる多結晶シリコン層中にドーピングする。その後、フォトリソグラフィやエッチング等によりゲート電極6を形成した後、裏面側に相当する基板領域1に、例えばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)からなるドレイン電極8を形成し、表面側に相当する第一のヘテロ半導体領域4に接続するように、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)を順に堆積することでソース電極7を形成し、図1に示した実施例1の半導体装置が完成する。 Finally, a gate insulating film 5 is deposited along the inner walls of the first hetero semiconductor region 4 and the drain region 2 as shown in FIG. Further, a polycrystalline silicon layer to be the gate electrode 6 is deposited. Thereafter, phosphorus is doped into the polycrystalline silicon layer to be the gate electrode 6 by solid layer diffusion using, for example, POCl 3 . Then, after forming the gate electrode 6 by photolithography, etching, or the like, the drain electrode 8 made of, for example, titanium (Ti) or nickel (Ni) is formed in the substrate region 1 corresponding to the back surface side, and corresponds to the front surface side. A source electrode 7 is formed by sequentially depositing titanium (Ti) and aluminum (Al) so as to be connected to the first hetero semiconductor region 4, and the semiconductor device of Example 1 shown in FIG. 1 is completed.

以上のように、本実施例1の半導体装置は、従来からある製造技術で容易に実現することが可能である。本実施例1では、第二のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2のヘテロ接合界面においては、第一のヘテロ半導体領域4に導入した不純物が拡散せず、遮断状態においては所定の耐圧を得ることができるのと同時に、第一のヘテロ半導体領域4を形成する際に、ゲート絶縁膜5を介してゲート電極6と対面する第一のヘテロ半導体領域4とドレイン領域2とのヘテロ接合部周辺にエッチングダメージを排除する工程を容易に採用することができるため、FETの導通時においては低オン抵抗を得ることができる。   As described above, the semiconductor device according to the first embodiment can be easily realized by a conventional manufacturing technique. In the first embodiment, the impurity introduced into the first hetero semiconductor region 4 does not diffuse at the heterojunction interface between the second hetero semiconductor region 3 and the drain region 2, and a predetermined breakdown voltage is obtained in the cutoff state. At the same time, when the first hetero semiconductor region 4 is formed, around the heterojunction between the first hetero semiconductor region 4 and the drain region 2 facing the gate electrode 6 through the gate insulating film 5. Since a process of eliminating etching damage can be easily adopted, a low on-resistance can be obtained when the FET is conductive.

次に、上記製造工程で製造される構造のFETの動作を説明する。   Next, the operation of the FET having the structure manufactured in the above manufacturing process will be described.

本実施例1においては、例えばソース電極7を接地し、ドレイン電極8に正電位を印加して使用する。まず、ゲート電極6を例えば接地電位もしくは負電位とした場合は、遮断状態を保持する。これは、第一のヘテロ半導体領域4および第二のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2とのヘテロ接合界面には、それぞれ伝導電子に対するエネルギー障壁が形成されるためである。このとき、第一のヘテロ半導体領域4および第二のヘテロ半導体領域3は共にシリコン材料からなるため、炭化珪素からなるドレイン領域2とのエネルギー障壁差ΔEcはほぼ同様となる。しかし、N型である第一のヘテロ半導体領域4とP型である第二のヘテロ半導体領域3とでは、伝導帯からフェルミ準位までのエネルギーで示されるフェルミエネルギーに差があるため、ドレイン領域2の接合界面に伸びる空乏層の幅が異なり、第二のヘテロ半導体領域3との接合界面から伸びる空乏層幅は、第一のヘテロ半導体領域4との接合界面から伸びる空乏層幅よりも大きくなる。   In the first embodiment, for example, the source electrode 7 is grounded and a positive potential is applied to the drain electrode 8 for use. First, when the gate electrode 6 is set to a ground potential or a negative potential, for example, the cutoff state is maintained. This is because energy barriers for conduction electrons are formed at the heterojunction interfaces between the first hetero semiconductor region 4 and the second hetero semiconductor region 3 and the drain region 2. At this time, since both the first hetero semiconductor region 4 and the second hetero semiconductor region 3 are made of a silicon material, the energy barrier difference ΔEc with the drain region 2 made of silicon carbide is substantially the same. However, since there is a difference in the Fermi energy indicated by the energy from the conduction band to the Fermi level, the first hetero semiconductor region 4 that is N-type and the second hetero semiconductor region 3 that is P-type have different drain regions. The width of the depletion layer extending to the junction interface between the two hetero semiconductor regions 3 is different, and the width of the depletion layer extending from the junction interface with the second hetero semiconductor region 3 is larger than the width of the depletion layer extending from the junction interface with the first hetero semiconductor region 4. Become.

このとき従来技術においては、耐圧を保持するP型の多結晶シリコン領域と低抵抗領域として作用するN型の多結晶シリコン領域とが単に積層する構成となっていることから、製造過程でN型の多結晶シリコン領域を形成する不純物ドーパントがP型の多結晶シリコン領域に拡散して、P型の多結晶シリコン領域とエピタキシャル領域とのヘテロ接合部の耐圧が低下し易かった。 At this time, in the prior art, the P + type polycrystalline silicon region that maintains the withstand voltage and the N + type polycrystalline silicon region that acts as a low resistance region are simply stacked. and impurity dopants for forming a polycrystalline silicon region of N + type is diffused into the polycrystalline silicon regions of P + type, the breakdown voltage of the heterojunction between the P + -type polycrystalline silicon region and the epitaxial region was easy decreased .

これに対して、本実施例1においては、第二のヘテロ半導体領域3の厚みを第一のヘテロ半導体領域4に導入された不純物の拡散長よりも厚く形成しているため、少なくともP型の第二のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2のヘテロ接合界面においては、両者の仕事関数差で決まる所定の耐圧を得ることができる。さらに、第一のヘテロ半導体領域4とドレイン領域2の接合部に比べ、第二のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2の接合部の幅を大きくすることで、より高い遮断性、すなわち低い漏れ電流特性を実現することができる。 On the other hand, in the first embodiment, since the thickness of the second hetero semiconductor region 3 is thicker than the diffusion length of the impurity introduced into the first hetero semiconductor region 4, at least the P + type is formed. At the heterojunction interface between the second hetero semiconductor region 3 and the drain region 2, a predetermined breakdown voltage determined by the work function difference between them can be obtained. Further, by increasing the width of the junction between the second hetero semiconductor region 3 and the drain region 2 as compared with the junction between the first hetero semiconductor region 4 and the drain region 2, a higher blocking property, that is, a lower leakage current is obtained. Characteristics can be realized.

なお、本実施の形態においては、耐圧を最も高くできるように、第二のヘテロ半導体領域3を第一のヘテロ半導体領域4とは導電型が異なるP型として説明しているが、第二のヘテロ半導体領域3はN型であっても不純物を導入していなくてもよい。つまり、第一のヘテロ半導体領域4と第二のヘテロ半導体領域3は別の領域である必要もなく、それらの領域を一体としたひとつの「ヘテロ半導体領域」として存在していても良い。 In the present embodiment, the second hetero semiconductor region 3 is described as a P + type having a conductivity type different from that of the first hetero semiconductor region 4 so that the withstand voltage can be maximized. The hetero semiconductor region 3 may be N-type or may not have impurities introduced therein. That is, the first hetero semiconductor region 4 and the second hetero semiconductor region 3 do not have to be separate regions, and may exist as one “hetero semiconductor region” in which these regions are integrated.

次に、遮断状態から導通状態へと転じるべくゲート電極6に正電位を印加した場合は、ゲート絶縁膜5を介して第一のヘテロ半導体領域4とドレイン領域2が接するヘテロ接合界面までゲート電界が及ぶため、ゲート電極6近傍の第一のヘテロ半導体領域4並びにドレイン領域2には伝導電子の蓄積層が形成される。すなわち、ゲート電極6近傍の第一のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2の接合界面における第一のヘテロ半導体領域3側のポテンシャルが押し下げられ、かつドレイン領域2側のエネルギー障壁が急峻になることからエネルギー障壁中を伝導電子が導通することが可能となる。   Next, when a positive potential is applied to the gate electrode 6 so as to shift from the cut-off state to the conductive state, the gate electric field is reached through the gate insulating film 5 to the heterojunction interface where the first hetero semiconductor region 4 and the drain region 2 are in contact. Therefore, an accumulation layer of conduction electrons is formed in the first hetero semiconductor region 4 and the drain region 2 in the vicinity of the gate electrode 6. That is, the potential on the first hetero semiconductor region 3 side at the junction interface between the first hetero semiconductor region 3 and the drain region 2 in the vicinity of the gate electrode 6 is pushed down, and the energy barrier on the drain region 2 side becomes steep. Conduction electrons can be conducted through the energy barrier.

このとき本実施例1においては、第一のヘテロ半導体領域4の厚みを薄く形成しているので、マスク材の選択性が阻害されないのと同時に、ドライエッチングのエッチング深さの制御が容易となり、ドライエッチングと熱酸化を組み合わせた方法や、熱酸化のみのパターニングも可能となる。このため、ドライエッチングなどで生じるオン抵抗の悪化を避けることができ、良好なオン抵抗を得ることができる。   At this time, in Example 1, since the thickness of the first hetero semiconductor region 4 is thin, the selectivity of the mask material is not hindered, and at the same time, the control of the etching depth of the dry etching is facilitated. A method combining dry etching and thermal oxidation, or patterning using only thermal oxidation is also possible. For this reason, it is possible to avoid deterioration of on-resistance caused by dry etching or the like, and to obtain good on-resistance.

次に、導通状態から遮断状態に移行すべく、再びゲート電極6を接地電位とすると、第一のヘテロ半導体領域4並びにドレイン領域2のヘテロ接合界面に形成されていた伝導電子の蓄積状態が解除され、エネルギー障壁中のトンネリングが止まる。そして、第一のヘテロ半導体領域4からドレイン領域2への伝導電子の流れが止まり、さらにドレイン領域2中にあった伝導電子は基板領域1に流れ枯渇すると、ドレイン領域2側にはヘテロ接合部から空乏層が広がり遮断状態となる。   Next, when the gate electrode 6 is again set to the ground potential in order to shift from the conductive state to the cut-off state, the accumulated state of the conduction electrons formed at the heterojunction interface of the first hetero semiconductor region 4 and the drain region 2 is released. And tunneling in the energy barrier stops. When the flow of conduction electrons from the first hetero semiconductor region 4 to the drain region 2 stops and the conduction electrons in the drain region 2 flow to the substrate region 1 and are exhausted, a heterojunction portion is formed on the drain region 2 side. As a result, the depletion layer spreads and becomes a cutoff state.

一方、本実施例1においては、従来構造と同様に、例えばソース電極7を接地し、ドレイン電極8に負電位が印加された逆方向導通(還流動作)も可能である。例えばソース電極7並びにゲート電極6を接地電位とし、ドレイン電極8に所定の正電位が印加されると、伝導電子に対するエネルギー障壁は消滅し、ドレイン領域2側から第一のヘテロ半導体領域4並びに第二のヘテロ半導体領域3側に伝導電子が流れ、逆導通状態となる。このとき、正孔の注入はなく伝導電子のみで導通するため、逆導通状態から遮断状態に移行する際の逆回復電流による損失も小さい。なお、上述したゲート電極6を接地せずに制御電極として使用することも可能である。   On the other hand, in the first embodiment, as in the conventional structure, for example, reverse conduction (reflux operation) in which the source electrode 7 is grounded and a negative potential is applied to the drain electrode 8 is also possible. For example, when the source electrode 7 and the gate electrode 6 are set to the ground potential and a predetermined positive potential is applied to the drain electrode 8, the energy barrier against the conduction electrons disappears, and the first hetero semiconductor region 4 and the first hetero semiconductor region 4 from the drain region 2 side. Conduction electrons flow to the side of the second hetero semiconductor region 3 and enter a reverse conducting state. At this time, since there is no injection of holes and conduction is performed only with conduction electrons, loss due to reverse recovery current when shifting from the reverse conduction state to the cutoff state is small. The gate electrode 6 described above can be used as a control electrode without being grounded.

さらに、第一のヘテロ半導体領域4を第二のヘテロ半導体領域3とは別の多結晶シリコン層にて形成しているため、不純物の導電型や濃度を自由に設定できるため、設計自由度が向上する。   Furthermore, since the first hetero semiconductor region 4 is formed of a polycrystalline silicon layer different from the second hetero semiconductor region 3, the conductivity type and concentration of the impurity can be freely set, so that the design flexibility is increased. improves.

図3は本発明の実施例2に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。図3において、この実施例2の特徴とするところは、図1に示す実施例1の構造に加えて、ゲート電極6と第一のヘテロ半導体領域4が対向する部分から所定の距離離れたところに、第一のヘテロ半導体領域4もしくは第二のヘテロ半導体領域3に接するように、ドレイン領域2の表面に電界緩和領域11を形成したことにあり、他は図1と同様である。   FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the feature of the second embodiment is that, in addition to the structure of the first embodiment shown in FIG. 1, the gate electrode 6 and the first hetero semiconductor region 4 are separated from each other by a predetermined distance. In addition, the electric field relaxation region 11 is formed on the surface of the drain region 2 so as to be in contact with the first hetero semiconductor region 4 or the second hetero semiconductor region 3, and the others are the same as in FIG.

以下、図3に示す構造を得る製造方法の一例を説明する。   Hereinafter, an example of a manufacturing method for obtaining the structure shown in FIG. 3 will be described.

先の図2(a)において、例えば第一の多結晶シリコン層3を形成する前に、所定の開口を有するマスク層を介してアルミニウムイオンもしくはボロンイオンをイオン注入して電界緩和領域11を形成する。なお、固相拡散により形成してもよい。その後の工程は、図2に示す工程と同様である。   In FIG. 2A, for example, before the first polycrystalline silicon layer 3 is formed, the electric field relaxation region 11 is formed by ion implantation of aluminum ions or boron ions through a mask layer having a predetermined opening. To do. It may be formed by solid phase diffusion. The subsequent steps are the same as the steps shown in FIG.

このような構成にすることにより、遮断状態においては、電界緩和領域11とドレイン領域2との間にドレイン電位に応じた空乏層が拡がる。つまり、第一のヘテロ半導体領域4並びに第二のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2とのヘテロ接合界面に印加されていたドレイン電界が電界緩和領域11によって緩和されるため、さらに漏れ電流が低減され、遮断性能がさらに向上する。   With this configuration, a depletion layer corresponding to the drain potential expands between the electric field relaxation region 11 and the drain region 2 in the cutoff state. That is, since the drain electric field applied to the heterojunction interface between the first hetero semiconductor region 4 and the second hetero semiconductor region 3 and the drain region 2 is relaxed by the electric field relaxation region 11, the leakage current is further reduced. Further, the blocking performance is further improved.

図4は本発明の実施例3に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。図4において、この実施例3の特徴とするところは、先の図3に示す実施例2の構造に加えて、ゲート絶縁膜5並びに第一のヘテロ半導体領域4が接するドレイン領域2の所定部分に、ドレイン領域2よりも高濃度のN型の導通領域12を形成したことにあり、他は図3と同様である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 4, this embodiment 3 is characterized by a predetermined portion of the drain region 2 where the gate insulating film 5 and the first hetero semiconductor region 4 are in contact with the structure of the embodiment 2 shown in FIG. In addition, the N + type conductive region 12 having a higher concentration than the drain region 2 is formed, and the others are the same as in FIG.

以下、図4に示す構造を得る製造方法の一例を説明する。先の図2(a)の状態から、図3に示す構造と同様に、例えば第一の多結晶シリコン層3を形成する前に、所定の開口を有するマスク層を介してアルミニウムイオンもしくはボロンイオンをイオン注入して電界緩和領域11を形成する。その後、所定のマスクを介して窒素イオンもしくはリンイオンを導入して導通領域12を形成する。なお、電界緩和領域11と導通領域12との形成順序は何れを先に形成してもかまわない。その後の工程は、図2に示す工程と同様である。   Hereinafter, an example of a manufacturing method for obtaining the structure shown in FIG. 4 will be described. Like the structure shown in FIG. 3, from the state of FIG. 2A, for example, before forming the first polycrystalline silicon layer 3, aluminum ions or boron ions are passed through a mask layer having a predetermined opening. Are implanted to form the electric field relaxation region 11. Thereafter, nitrogen ions or phosphorus ions are introduced through a predetermined mask to form the conduction region 12. Note that the electric field relaxation region 11 and the conductive region 12 may be formed in any order first. The subsequent steps are the same as the steps shown in FIG.

このような構成にすることにより、導通状態においては、第一のヘテロ半導体領域4と導通領域12とのヘテロ接合のエネルギー障壁が緩和され、より高い導通特性を得ることができる。つまり、オン抵抗がさらに小さくなり、導通性能が向上する。   With this configuration, in the conductive state, the energy barrier at the heterojunction between the first hetero semiconductor region 4 and the conductive region 12 is relaxed, and higher conductive characteristics can be obtained. That is, the on-resistance is further reduced, and the conduction performance is improved.

また、遮断状態においては、電界緩和領域11とドレイン領域2との間にドレイン電位に応じた空乏層が拡がる。つまり、第一のヘテロ半導体領域3並びに第二のヘテロ半導体領域4とドレイン領域2とのヘテロ接合界面に印加されていたドレイン電界が電界緩和領域11によって緩和されるため、さらに漏れ電流が低減され、遮断性能がさらに向上する。   In the cut-off state, a depletion layer corresponding to the drain potential spreads between the electric field relaxation region 11 and the drain region 2. That is, since the drain electric field applied to the heterojunction interface between the first hetero semiconductor region 3 and the second hetero semiconductor region 4 and the drain region 2 is relaxed by the electric field relaxation region 11, the leakage current is further reduced. Further, the blocking performance is further improved.

なお、本構造においては、電界緩和領域11並びに導通領域12が共に形成された場合を例示しているが、導通領域12のみ形成されていてもよい。   In addition, in this structure, although the case where the electric field relaxation area | region 11 and the conduction | electrical_connection area | region 12 are formed together is illustrated, only the conduction | electrical_connection area | region 12 may be formed.

図5は本発明の実施例4に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。先の図1に示す実施例1では、ドレイン領域2に溝を形成しないいわゆるプレーナ型の構成を採用しているに対して、この実施例4の特徴とするところは、図5に示すように、ドレイン領域2の表層部に溝を形成し、その溝中にゲート絶縁膜5を介してゲート電極6を形成した、いわゆるトレンチ型の構成としたことにあり、他は図1と同様である。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention. In the first embodiment shown in FIG. 1, the so-called planar type structure in which no groove is formed in the drain region 2 is adopted, but the feature of the fourth embodiment is that as shown in FIG. The trench region is formed in the surface layer portion of the drain region 2 and the gate electrode 6 is formed in the trench via the gate insulating film 5. .

図5に示す構造では、第一の多結晶シリコン層4(図2(d)参照)を例えば反応性イオンエッチングによりエッチングする際に、ドレイン領域2の表層部もエッチングすることでトレンチ構造を形成する。その後の工程は、図2の工程と同様である。   In the structure shown in FIG. 5, when the first polycrystalline silicon layer 4 (see FIG. 2 (d)) is etched by, for example, reactive ion etching, the surface layer portion of the drain region 2 is also etched to form a trench structure. To do. The subsequent steps are the same as the steps in FIG.

図6は本発明の実施例5に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。図6において、この実施例5の特徴とするところは、先の図3に示す実施例2と図5に示す実施例4とを併せて実施したことにある。このような構成を得る製造方法はそれぞれの実施例2,4で用いた製造工程を併せて実施することで製造することができる。このような構成を採用することで、実施例2,4の双方の実施例で得られる効果を得ることが可能となる。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 6, the feature of the fifth embodiment is that the second embodiment shown in FIG. 3 and the fourth embodiment shown in FIG. 5 are combined. The manufacturing method for obtaining such a configuration can be manufactured by carrying out the manufacturing steps used in Examples 2 and 4 together. By adopting such a configuration, it is possible to obtain the effects obtained in both the second and fourth embodiments.

図7は本発明の実施例6に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。図7において、この実施例6の特徴とするところは、先の図4に示す実施例3と図5に示す実施例4とを併せて実施したことにある。このような構成を得る製造方法はそれぞれの実施例3,4で用いた製造工程を併せて実施することで製造することができる。このような構成を採用することで、実施例2,4の双方の実施例で得られる効果を得ることが可能となる。   FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 7, the feature of the sixth embodiment is that the third embodiment shown in FIG. 4 and the fourth embodiment shown in FIG. The manufacturing method for obtaining such a configuration can be manufactured by carrying out the manufacturing steps used in Examples 3 and 4 together. By adopting such a configuration, it is possible to obtain the effects obtained in both the second and fourth embodiments.

図8は本発明の実施例7に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。図8において、この実施例7の特徴とするところは、図1に示す実施例1に比べて、図1で示した第一のヘテロ半導体領域4がN型で構成されていたのとは異なり、ドレイン領域2並びにゲート絶縁膜5を介してゲート電極6と接する第一のヘテロ半導体領域4のチャネル部13をP型とし、ソース電極7と接する第一のヘテロ半導体領域4のソース電極コンタクト部14をN型とした、いわゆる反転型チャネルの構成としたことにあり、他は図1と同様である。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 7 of the present invention. In FIG. 8, the feature of the seventh embodiment is that the first hetero semiconductor region 4 shown in FIG. 1 is different from the first embodiment shown in FIG. The channel portion 13 of the first hetero semiconductor region 4 in contact with the gate electrode 6 through the drain region 2 and the gate insulating film 5 is P-type, and the source electrode contact portion of the first hetero semiconductor region 4 in contact with the source electrode 7 14 is N-type, so-called inversion channel configuration, and the others are the same as in FIG.

以下、この構造の製造方法の一例を説明する。先の図2(c)において、例えば第一の多結晶シリコン層3を形成した後に、所定の開口を有するマスク層を介してボロンイオンをイオン注入してチャネル部13を形成する。さらに、別の所定の開口を有するマスク層を用いて、ヒ素イオンもしくはリンイオンをイオン注入して、ソース電極コンタクト部14を形成する。なお、それぞれの領域は固相拡散や気相拡散を用いてもよい。その後の工程は、図2に示す工程と同様である。   Hereinafter, an example of a manufacturing method of this structure will be described. In FIG. 2C, for example, after the first polycrystalline silicon layer 3 is formed, boron ions are ion-implanted through a mask layer having a predetermined opening to form the channel portion 13. Further, arsenic ions or phosphorus ions are ion-implanted using a mask layer having another predetermined opening to form the source electrode contact portion 14. Each region may use solid phase diffusion or gas phase diffusion. The subsequent steps are the same as the steps shown in FIG.

このような構成にすることにより、FETの遮断状態においては、チャネル部13がP型で構成されているため、N型で構成されている場合に比べて、より高い遮断性を得ることができる。   By adopting such a configuration, in the cutoff state of the FET, since the channel portion 13 is configured as a P-type, higher blocking performance can be obtained as compared with the case where it is configured as an N-type. .

なお、図8では図1に対応する構成を例示して説明しているが、図3〜7に示す構成と併せて実施することもできる。   8 illustrates the configuration corresponding to FIG. 1 by way of example, but the configuration shown in FIGS. 3 to 7 can also be implemented.

図9は本発明の実施例8に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。ここでは、図1で示した実施例1と異なる部分について詳細に説明する。   FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Example 8 of the present invention. Here, a different part from Example 1 shown in FIG. 1 is demonstrated in detail.

先の実施例1では、第二のヘテロ半導体領域3とソース電極7は例えば図面の奥行き方向の所定部分で接続している構成としていたが、この実施例8の特徴とするところは、実施例1の構造に比べて、図9に示すように、セル部分においてソース電極7と第二のヘテロ半導体領域3を接続したことにあり、他は図1と同様である。以下、図10を参照してこの実施例8の構造を得る製造方法の一例を説明する。   In the first embodiment, the second hetero semiconductor region 3 and the source electrode 7 are connected to each other at a predetermined portion in the depth direction of the drawing, for example. Compared to the structure of 1, the source electrode 7 and the second hetero semiconductor region 3 are connected in the cell portion as shown in FIG. Hereinafter, an example of a manufacturing method for obtaining the structure of the eighth embodiment will be described with reference to FIG.

先の図2(b)までは同様の工程を経た後に、図10(a)に示すように、実施例1と同様にエッチングされた第二のヘテロ半導体領域3上に、例えばLP−CVD法により第二のヘテロ半導体領域3よりも厚みが薄い第一の多結晶シリコンを堆積した後、例えばイオン注入法によってリンもしくはヒ素を不純物導入して、N型の第一の多結晶シリコン層を形成する。続いて、フォトリソグラフィとエッチングにより、第二のヘテロ半導体領域3上の第一のヘテロ半導体領域4層の所定位置が露出した(パターンがない)マスク材10を形成する。   After going through the same steps up to the previous FIG. 2B, as shown in FIG. 10A, on the second hetero semiconductor region 3 etched in the same manner as in Example 1, for example, LP-CVD method. After depositing the first polycrystalline silicon having a thickness smaller than that of the second hetero semiconductor region 3, phosphorus or arsenic is introduced by, for example, ion implantation to form an N-type first polycrystalline silicon layer. To do. Subsequently, a mask material 10 in which a predetermined position of the first hetero semiconductor region 4 layer on the second hetero semiconductor region 3 is exposed (no pattern) is formed by photolithography and etching.

次に、図10(b)に示すように、マスク材10を用いて例えばドライエッチングにより第一の多結晶シリコン層の所定領域の表層部をエッチングし、マスク材10を除去した後、残った第一の多結晶シリコン層の所定領域を例えば900℃程度でドライO酸化にて酸化し、フッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液でウエットエッチングすることで、第一のヘテロ半導体領域4を形成する。このとき、第二のヘテロ半導体領域3の一部の表層部(ソース電極と接合する箇所)が露出される。 Next, as shown in FIG. 10B, the mask material 10 is used to etch the surface layer portion of a predetermined region of the first polycrystalline silicon layer, for example, by dry etching, and the mask material 10 is removed and remains. A predetermined region of the first polycrystalline silicon layer is oxidized by dry O 2 oxidation at about 900 ° C., for example, and wet-etched with a mixed solution of ammonium fluoride and hydrofluoric acid, whereby the first hetero semiconductor region 4 is formed. Form. At this time, a part of the surface layer portion (location where the source electrode is joined) of the second hetero semiconductor region 3 is exposed.

最後に、図10(c)に示すように、第一のヘテロ半導体領域4並びにドレイン領域2の内壁に沿って、ゲート絶縁膜5を堆積する。続いて、ゲート電極6となる多結晶シリコン層を堆積する。その後、例えばPOClを用いた固層拡散によりリンをゲート電極6となる多結晶シリコン層中にドーピングする。その後、フォトリソグラフィやエッチング等によりゲート電極6を形成した後、裏面側に相当する基板領域1には、例えばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)からなるドレイン電極8を形成し、表面側に相当する第一のヘテロ半導体領域4並びに第二のヘテロ半導体領域3に接続するように、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)を順に堆積することでソース電極7を形成し、図9に示した実施例8による半導体装置が完成する。 Finally, as shown in FIG. 10C, a gate insulating film 5 is deposited along the inner walls of the first hetero semiconductor region 4 and the drain region 2. Subsequently, a polycrystalline silicon layer to be the gate electrode 6 is deposited. Thereafter, phosphorus is doped into the polycrystalline silicon layer to be the gate electrode 6 by solid layer diffusion using, for example, POCl 3 . Then, after forming the gate electrode 6 by photolithography, etching, or the like, a drain electrode 8 made of, for example, titanium (Ti) or nickel (Ni) is formed in the substrate region 1 corresponding to the back side, and corresponds to the front side. The source electrode 7 is formed by sequentially depositing titanium (Ti) and aluminum (Al) so as to be connected to the first hetero semiconductor region 4 and the second hetero semiconductor region 3, and the implementation shown in FIG. The semiconductor device according to Example 8 is completed.

このような構成にすることにより、セル毎に偏りなく第二のヘテロ半導体領域3の電位をほぼソース電極7の電位とすることができるため、FETの遮断状態においては、安定した耐圧が得られる。また、導通状態から遮断状態に移行する際に、第二のヘテロ半導体領域3から伸張する空乏層が均一に延び易くなるため、セル毎の電流の偏りを避けることができることから、過渡時の破壊耐量を向上することが可能となる。   By adopting such a configuration, the potential of the second hetero semiconductor region 3 can be made substantially equal to the potential of the source electrode 7 without unevenness for each cell, so that a stable breakdown voltage can be obtained in the cutoff state of the FET. . In addition, since the depletion layer extending from the second hetero semiconductor region 3 tends to extend uniformly when shifting from the conductive state to the cut-off state, it is possible to avoid a current bias for each cell, so that breakdown during transients can be avoided. It becomes possible to improve the tolerance.

また、逆方向導通(還流動作)時においては、ドレイン電極8に所定の正電位が印加されると、伝導電子に対するエネルギー障壁は消滅し、ドレイン領域2側から第一のヘテロ半導体領域4並びに第二のヘテロ半導体領域3側に伝導電子が流れ、逆導通状態となる。このとき、第二のヘテロ半導体領域3は低抵抗でソース電極7と接続されているため、低オン抵抗で導通することが可能である。   In reverse conduction (reflux operation), when a predetermined positive potential is applied to the drain electrode 8, the energy barrier to the conduction electrons disappears, and the first hetero semiconductor region 4 and the first hetero semiconductor region 4 from the drain region 2 side. Conduction electrons flow to the side of the second hetero semiconductor region 3 and enter a reverse conducting state. At this time, since the second hetero semiconductor region 3 is connected to the source electrode 7 with a low resistance, it can conduct with a low on-resistance.

なお、この実施例8においても、図示はしていないが、先の図3〜図8で示した実施例と併せて実施することも可能である。   In the eighth embodiment, although not shown, it can be carried out together with the embodiments shown in FIGS.

図11は本発明の実施例9に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。ここでは、図1で示した実施例1と異なる部分について詳細に説明する。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 9 of the present invention. Here, a different part from Example 1 shown in FIG. 1 is demonstrated in detail.

図1で示した実施例1においては、第二のヘテロ半導体領域3がドレイン領域2の一主面上に形成されていたのに対して、この実施例9の特徴とするところは、ドレイン領域22の所定領域に溝を形成し、この溝の底部に接するように第二のヘテロ半導体領域23を形成したことにあり、他は図1と同様である。なお、図11では第二のヘテロ半導体領域23が溝に埋め込まれた場合を示しているが、溝からはみ出ていても構わないし、窪んでいてもかまわない。   In the first embodiment shown in FIG. 1, the second hetero semiconductor region 3 is formed on one main surface of the drain region 2, whereas the feature of the ninth embodiment is that the drain region A groove is formed in a predetermined region 22 and the second hetero semiconductor region 23 is formed so as to be in contact with the bottom of the groove. Although FIG. 11 shows the case where the second hetero semiconductor region 23 is buried in the groove, it may protrude from the groove or may be recessed.

以下、図12−A,図12−B,図12−Cの工程断面図を参照して、この実施例9の構造を得る製造方法の一例を説明する。   Hereinafter, an example of a manufacturing method for obtaining the structure of the ninth embodiment will be described with reference to process cross-sectional views of FIGS. 12-A, 12-B, and 12-C.

まず、図12−A(a)に示すように、N型の基板領域21の上にN型のドレイン領域22をエピタキシャル成長させて形成したN型の炭化珪素半導体基体上に、所定の材料からなるマスク材29をパターニングする。マスク材29は酸化膜やSiN膜や金属マスクもしくはレジストマスク等、次の工程で選択的にエッチング可能なマスク材料であれば何でもよい。 First, as shown in FIG. 12A (a), a predetermined material is formed on an N-type silicon carbide semiconductor substrate formed by epitaxially growing an N -type drain region 22 on an N + -type substrate region 21. The mask material 29 made of is patterned. The mask material 29 may be any mask material that can be selectively etched in the next step, such as an oxide film, SiN film, metal mask, or resist mask.

次に、図12−A(b)に示すように、同図(a)で形成したマスク材29のパターンに沿って、例えば反応性イオンエッチング(ドライエッチング)により、ドレイン領域22の所定領域に溝を形成する。このとき、マスク材29を有した状態もしくは除去した状態で、例えば1100℃程度でドライO酸化にて犠牲酸化及び例えばフッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液でウエットエッチングによる犠牲酸化膜除去を行い、ドライエッチングよるエッチングダメージの回復を行ってもよい。なお、ドレイン領域22をエッチングする方法としては、異方性のあるエッチング方法であれば他のエッチング方法を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 12A (b), along the pattern of the mask material 29 formed in FIG. 12A, for example, by reactive ion etching (dry etching), a predetermined region of the drain region 22 is formed. Grooves are formed. At this time, in a state where the mask material 29 is provided or removed, sacrificial oxidation is performed by dry O 2 oxidation, for example, at about 1100 ° C. Etching damage recovery by dry etching may be performed. As a method for etching the drain region 22, another etching method may be used as long as it is an anisotropic etching method.

次に、図12−A(c)に示すように、例えばLP−CVD法によって第二の多結晶シリコン層23を形成し、例えばイオン注入法でボロンを不純物導入することで、P型の第二のヘテロ半導体領域23層を堆積形成する。このとき、第二の多結晶シリコン層23は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などで堆積した後にレーザーアニールなどで再結晶化させて形成し、もしくは例えば分子線エピタキシーなどでヘテロエピタキシャル成長させた単結晶シリコンで形成しても構わない。また、ドーピングには、固相拡散や気相拡散を用いても構わない。 Next, as shown in FIG. 12-A (c), the second polycrystalline silicon layer 23 is formed by, for example, LP-CVD, and boron is introduced by, for example, ion implantation, so that P + -type can be obtained. A second hetero semiconductor region 23 layer is deposited. At this time, the second polycrystalline silicon layer 23 is formed by recrystallization by laser annealing or the like after being deposited by electron beam evaporation or sputtering, or by heteroepitaxial growth by, for example, molecular beam epitaxy or the like. It may be formed of silicon. In addition, solid phase diffusion or vapor phase diffusion may be used for doping.

次に、図12−B(d)に示すように、例えば反応性イオンエッチング(ドライエッチング)により、P型の多結晶シリコン層をエッチバックし、第二のヘテロ半導体領域23を形成する。このとき、より平坦なエッチングができるように、例えばP型の多結晶シリコン層をエッチバックする前に予め平坦化のできる材料を形成していてもよい。また、平坦化が可能であるプロセスであれば、CMP処理など他の方法で形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 12B (d), the P + type polycrystalline silicon layer is etched back by, for example, reactive ion etching (dry etching) to form the second hetero semiconductor region 23. At this time, for example, a material that can be planarized may be formed in advance before etching back the P + -type polycrystalline silicon layer so that the planar etching can be performed. In addition, as long as the process can be planarized, another method such as a CMP process may be used.

次に、図12−B(e)に示すように、エッチングされた第二のヘテロ半導体領域23並びにドレイン領域22上に、例えばLP−CVD法により第二のヘテロ半導体領域23よりも厚みが薄い第一の多結晶シリコンを堆積した後、例えばイオン注入法によってリンもしくはヒ素を不純物導入して、第一のヘテロ半導体領域24となるN型の第一の多結晶シリコン層を形成する。   Next, as shown in FIG. 12B (e), the thickness of the etched second hetero semiconductor region 23 and drain region 22 is thinner than that of the second hetero semiconductor region 23 by, for example, LP-CVD. After the first polycrystalline silicon is deposited, phosphorus or arsenic is introduced by, for example, ion implantation to form an N-type first polycrystalline silicon layer that becomes the first hetero semiconductor region 24.

なお、第一の多結晶シリコン層は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などで堆積した後にレーザーアニールなどで再結晶化させて形成し、もしくは例えば分子線エピタキシーなどでヘテロエピタキシャル成長させた単結晶シリコンで形成しても構わない。また、ドーピングには、固相拡散や気相拡散を用いても構わない。このとき、第二のヘテロ半導体領域23の厚みを、第一のヘテロ半導体領域24に導入された不純物が少なくとも第二のヘテロ半導体領域23とドレイン領域22の溝底部とのヘテロ接合界面には到達しない程度の厚みとして形成しているため、少なくともP型の第二のヘテロ半導体領域23とドレイン領域22のヘテロ接合界面においては、両者の仕事関数差で決まる所定の耐圧を得ることができる。 The first polycrystalline silicon layer is formed of single crystal silicon deposited by electron beam evaporation or sputtering and then recrystallized by laser annealing or the like, or heteroepitaxially grown by, for example, molecular beam epitaxy. It may be formed. In addition, solid phase diffusion or vapor phase diffusion may be used for doping. At this time, the thickness of the second hetero semiconductor region 23 is set so that the impurity introduced into the first hetero semiconductor region 24 reaches at least the heterojunction interface between the second hetero semiconductor region 23 and the bottom of the drain region 22. Therefore, at least at the heterojunction interface between the P + -type second hetero semiconductor region 23 and the drain region 22, a predetermined breakdown voltage determined by the work function difference between them can be obtained.

続いて、第一のヘテロ半導体領域24層上に、フォトリソグラフィとエッチングにより所定のマスク材30を形成する。   Subsequently, a predetermined mask material 30 is formed on the first hetero semiconductor region 24 layer by photolithography and etching.

次に、図12−B(f)に示すように、第二のヘテロ半導体領域23の厚みに比べて第一のヘテロ半導体領域24の厚みを薄く形成したので、ドライエッチングの制御が容易となり、例えばドライエッチングによりレジストマスクを介して第一の多結晶シリコン層の所定領域の表層部をエッチングし、続いてレジストマスクを除去した後、残った第一の多結晶シリコン層の所定領域を例えば900℃でドライO酸化にて酸化し、フッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液でウエットエッチングすることで、第一のヘテロ半導体領域24を形成する。その他にも、ドライエッチングと犠牲酸化の組み合わせによる方法や、酸化膜等のマスクを用いて熱酸化によるパターニングも可能である。 Next, as shown in FIG. 12B (f), since the thickness of the first hetero semiconductor region 24 is made thinner than the thickness of the second hetero semiconductor region 23, the dry etching can be easily controlled. For example, a surface layer portion of a predetermined region of the first polycrystalline silicon layer is etched through a resist mask by dry etching, and then the resist mask is removed. The first hetero semiconductor region 24 is formed by oxidation by dry O 2 oxidation at ° C. and wet etching with a mixed solution of ammonium fluoride and hydrofluoric acid. In addition, patterning by thermal oxidation using a method such as a combination of dry etching and sacrificial oxidation or a mask such as an oxide film is also possible.

最後に、図12−C(g)に示すように、第一のヘテロ半導体領域24並びにドレイン領域22の表面に沿って、ゲート絶縁膜25を堆積する。続いて、ゲート電極26となる多結晶シリコン層を堆積した後、例えばPOClを用いた固層拡散によりリンをゲート電極26となる多結晶シリコン層中にドーピングする。その後、フォトリソグラフィやエッチング等によりゲート電極26を形成した後、裏面側に相当する基板領域1には、例えばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)からなるドレイン電極28を形成し、表面側に相当する第一のヘテロ半導体領域24に接続するように、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)を順に堆積することでソース電極27を形成し、図11に示した実施例9の半導体装置が完成する。 Finally, as shown in FIG. 12C (g), a gate insulating film 25 is deposited along the surfaces of the first hetero semiconductor region 24 and the drain region 22. Subsequently, after a polycrystalline silicon layer to be the gate electrode 26 is deposited, phosphorus is doped into the polycrystalline silicon layer to be the gate electrode 26 by solid layer diffusion using, for example, POCl 3 . Then, after forming the gate electrode 26 by photolithography, etching, or the like, a drain electrode 28 made of, for example, titanium (Ti) or nickel (Ni) is formed in the substrate region 1 corresponding to the back surface side, and corresponds to the front surface side. A source electrode 27 is formed by sequentially depositing titanium (Ti) and aluminum (Al) so as to be connected to the first hetero semiconductor region 24 to complete the semiconductor device of Example 9 shown in FIG. .

以上のように、この実施例9の半導体装置は実施例1と同様に従来からある製造技術で容易に実現することが可能である。また、第二のヘテロ半導体領域23とドレイン領域22のヘテロ接合界面が、第一のヘテロ半導体領域24とドレイン領域22とゲート絶縁膜25共に接するチャネル部よりも深い位置に形成されるため、FETの遮断状態においてはさらに高い耐圧を得ることができる。さらに加えて、導通時において、電流の経路となる第一のヘテロ半導体領域24が実施例1に比べて平坦な形状で形成することができるため、電流集中によって生じる熱ストレスによる膜自身の応力集中が緩和され、信頼性も向上することができる。   As described above, the semiconductor device of the ninth embodiment can be easily realized by a conventional manufacturing technique as in the first embodiment. Further, since the heterojunction interface between the second hetero semiconductor region 23 and the drain region 22 is formed at a position deeper than the channel portion where the first hetero semiconductor region 24, the drain region 22, and the gate insulating film 25 are in contact with each other. In the cut-off state, higher breakdown voltage can be obtained. In addition, since the first hetero semiconductor region 24 serving as a current path can be formed in a flat shape as compared with the first embodiment when conducting, the stress concentration of the film itself due to the thermal stress caused by the current concentration. Can be mitigated and reliability can be improved.

なお、上記実施例9の特徴を図11に示す構成を一例として説明してきたが、先に説明した実施例で採用した特徴と併せて実施するようにしてもよく、例えば以下で説明する実施例10〜実施例14の構成とすることも可能である。   Although the configuration of the ninth embodiment has been described by taking the configuration shown in FIG. 11 as an example, it may be implemented in combination with the features adopted in the above-described embodiment, for example, the embodiment described below. The configuration of the tenth to the fourteenth embodiment is also possible.

図13は本発明の実施例10に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。図13において、この実施例10の特徴とするところは、図11に示す実施例9に比べて、ゲート絶縁膜25並びに第一のヘテロ半導体領域24が接するドレイン領域22の所定部分に、ドレイン領域22より高濃度のP型の導通領域31を形成したことにあり、他は図11と同様である。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Example 10 of the present invention. In FIG. 13, the feature of the tenth embodiment is that, in comparison with the ninth embodiment shown in FIG. 11, a drain region is formed in a predetermined portion of the drain region 22 in contact with the gate insulating film 25 and the first hetero semiconductor region 24. The P + -type conductive region 31 having a concentration higher than 22 is formed, and the others are the same as in FIG.

以下、この構成の製造方法の一例を説明する。まず、先の図12−A(a)に示す状態から、例えばマスク材29を形成する前に、マスク材29とは別の所定のマスクを有した状態で窒素イオンもしくはリンイオンを導入し導通領域31を形成する。以後の工程は図12に示す工程と同様である。   Hereinafter, an example of the manufacturing method of this structure is demonstrated. First, from the state shown in FIG. 12-A (a), before forming the mask material 29, for example, nitrogen ions or phosphorus ions are introduced in a state having a predetermined mask different from the mask material 29, and a conduction region is formed. 31 is formed. The subsequent steps are the same as those shown in FIG.

このような構成にすることにより、FETの導通状態においては、第一のヘテロ半導体領域24と導通領域31とのヘテロ接合のエネルギー障壁が緩和され、より高い導通特性を得ることができる。すなわち、オン抵抗がさらに小さくなり、導通性能が向上する。   With such a configuration, in the FET conduction state, the energy barrier of the heterojunction between the first hetero semiconductor region 24 and the conduction region 31 is relaxed, and higher conduction characteristics can be obtained. That is, the on-resistance is further reduced and the conduction performance is improved.

図14は本発明の実施例11に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。先の図11に示した構造では、ゲート電極26においてはドレイン領域22に溝を形成しない、いわゆるプレーナ型の構成となっているのに対して、この実施例11の特徴とするところは、ドレイン領域22の表層部に溝を形成し、その溝中にゲート絶縁膜25を介してゲート電極26を形成した、いわゆるトレンチ型の構造を採用したことにある。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Example 11 of the present invention. In the structure shown in FIG. 11, the gate electrode 26 has a so-called planar configuration in which no groove is formed in the drain region 22, whereas the feature of the eleventh embodiment is that This is because a so-called trench type structure in which a groove is formed in the surface layer portion of the region 22 and a gate electrode 26 is formed in the groove via a gate insulating film 25 is employed.

上記溝は、先の図12−B(f)に示す工程において、第一の多結晶シリコン層24を例えば反応性イオンエッチングによりエッチングする際、ドレイン領域22の表層部も同時にエッチングすることで形成する。その後の工程は、先の図12に示す工程と同様である。   The groove is formed by simultaneously etching the surface layer portion of the drain region 22 when the first polycrystalline silicon layer 24 is etched by, for example, reactive ion etching in the step shown in FIG. To do. The subsequent steps are the same as those shown in FIG.

図15は本発明の実施例12に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。先の図11に示す構成では、第一のヘテロ半導体領域24がN型で形成されていたのに対して、この実施例12の特徴とするところは、ドレイン領域22並びにゲート絶縁膜25を介してゲート電極26と接する第一のヘテロ半導体領域24のチャネル部32をP型で形成し、ソース電極27と接する第一のヘテロ半導体領域24のソース電極コンタクト部33をN型で形成した、いわゆる反転型チャネルの構成を採用したことにあり、他は図11と同様である。   FIG. 15 is a sectional view showing the structure of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 12 of the present invention. In the configuration shown in FIG. 11, the first hetero semiconductor region 24 is formed in the N-type, whereas the feature of the embodiment 12 is that the drain region 22 and the gate insulating film 25 are interposed. The channel portion 32 of the first hetero semiconductor region 24 in contact with the gate electrode 26 is formed in P type, and the source electrode contact portion 33 of the first hetero semiconductor region 24 in contact with the source electrode 27 is formed in N type. The other is the same as in FIG. 11, except that an inverted channel configuration is employed.

以下、この構成の製造方法の一例を説明する。先の図12−B(e)において、例えば第一の多結晶シリコン層を形成した後に、所定の開口を有するマスク層を介してボロンイオンをイオン注入してチャネル部32を形成する。続いて、別の所定の開口を有するマスク層を介してヒ素イオンもしくはリンイオンをイオン注入してソース電極コンタクト部33を形成する。なお、それぞれの領域は固相拡散や気相拡散を用いてもよい。その後の工程は、図12に示す工程と同様である。   Hereinafter, an example of the manufacturing method of this structure is demonstrated. In FIG. 12-B (e), for example, after forming a first polycrystalline silicon layer, boron ions are ion-implanted through a mask layer having a predetermined opening to form a channel portion 32. Subsequently, arsenic ions or phosphorus ions are implanted through a mask layer having another predetermined opening to form the source electrode contact portion 33. Each region may use solid phase diffusion or gas phase diffusion. The subsequent steps are the same as the steps shown in FIG.

このような構成にすることにより、FETの遮断状態においては、チャネル部32がP型で構成されているため、N型で構成されている場合に比べてより高い遮断性を得ることができる。   By adopting such a configuration, in the FET cutoff state, since the channel portion 32 is configured as a P-type, higher blocking performance can be obtained as compared with the case where it is configured as an N-type.

なお、図15では先の図11に対応した構成を例示して説明しているが、図13並びに図14に示す構成においても、反転型チャネルは同様に適用することができる。   In FIG. 15, the configuration corresponding to FIG. 11 is described as an example. However, the inverted channel can be similarly applied to the configurations illustrated in FIGS. 13 and 14.

図16は本発明の実施例13に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。先の図11に示す構成では、第二のヘテロ半導体領域23とソース電極27が例えば奥行き方向の所定部分で接続している構成としているのに対して、この実施例13の特徴とするところは、セル部分においてソース電極27と第二のヘテロ半導体領域23を接続したことにあり、他は図11と同様である。   FIG. 16 is a sectional view showing the structure of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 13 of the present invention. In the configuration shown in FIG. 11, the second hetero semiconductor region 23 and the source electrode 27 are connected at a predetermined portion in the depth direction, for example. In the cell portion, the source electrode 27 and the second hetero semiconductor region 23 are connected, and the others are the same as in FIG.

このような構成の製造方法としては、先の図12−B(f)において、N型の第一の多結晶シリコン層を形成した後に、フォトリソグラフィとエッチングにより第二のヘテロ半導体領域23上の第一のヘテロ半導体領域24の所定位置が露出したマスク材を形成し、このマスク材を介して第一の多結晶シリコン層を選択的にエッチングする工程を、先の実施例8の製造工程と併せて実施することで容易に実現することができる。   As a manufacturing method of such a configuration, in FIG. 12-B (f), after forming the N-type first polycrystalline silicon layer, the second hetero semiconductor region 23 is formed by photolithography and etching. The step of forming a mask material in which a predetermined position of the first hetero semiconductor region 24 is exposed and selectively etching the first polycrystalline silicon layer through this mask material is the same as the manufacturing step of the previous Example 8. It can be easily realized by implementing together.

このような構成にすることにより、セル毎に偏りなく第二のヘテロ半導体領域23の電位をほぼソース電極27の電位とすることができるため、FETの遮断状態においては、安定した耐圧が得られる。また、導通状態から遮断状態に移行する際には、第二のヘテロ半導体領域23から伸張する空乏層が均一に延び易くなるため、セル毎の電流の偏りを避けることができる。これにより、過渡時の破壊耐量を向上することが可能となる。   By adopting such a configuration, the potential of the second hetero semiconductor region 23 can be made substantially equal to the potential of the source electrode 27 without unevenness for each cell, so that a stable breakdown voltage can be obtained in the cutoff state of the FET. . Further, when shifting from the conductive state to the cutoff state, the depletion layer extending from the second hetero semiconductor region 23 is likely to extend uniformly, so that it is possible to avoid current bias for each cell. Thereby, it becomes possible to improve the breakdown tolerance at the time of transition.

さらに、逆方向導通(還流動作)時においては、ドレイン電極28に所定の正電位が印加されると、伝導電子に対するエネルギー障壁は消滅し、ドレイン領域22側から第一のヘテロ半導体領域24並びに第二のヘテロ半導体領域23側に伝導電子が流れ、逆導通状態となる。このとき、第二のヘテロ半導体領域23は低抵抗でソース電極27と接続されるため、低オン抵抗で導通することが可能である。   Further, during reverse conduction (recirculation operation), when a predetermined positive potential is applied to the drain electrode 28, the energy barrier against the conduction electrons disappears, and the first hetero semiconductor region 24 and the first hetero semiconductor region 24 from the drain region 22 side. Conduction electrons flow to the second hetero semiconductor region 23 side, and a reverse conduction state is established. At this time, since the second hetero semiconductor region 23 is connected to the source electrode 27 with low resistance, it is possible to conduct with low on-resistance.

なお、この実施例13においても、図示はしていないが、先の実施例で示した電界緩和領域や導通領域並びに反転型チャネルの構成と併せて実施することも可能である。   Although not shown in the thirteenth embodiment, it can be implemented in combination with the configuration of the electric field relaxation region, the conduction region, and the inversion channel shown in the previous embodiment.

図17は本発明の実施例14に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。この実施例14の特徴とするところは、先の図16に示す実施例13の構成に対応して、ドレイン領域22の表層部に溝を形成し、その溝中にゲート絶縁膜25を介してゲート電極26を形成した、いわゆるトレンチ型の構成を採用したことにあり、他は図16と同様である。このような構成の製造方法としては、図12に示す工程に先に触れた溝を形成する工程を加えることで容易に実施することが可能となる。   FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 14 of the present invention. The feature of the fourteenth embodiment is that, corresponding to the structure of the thirteenth embodiment shown in FIG. 16, a groove is formed in the surface layer portion of the drain region 22, and the gate insulating film 25 is interposed in the groove. This is because a so-called trench-type configuration in which the gate electrode 26 is formed is employed, and the others are the same as those in FIG. The manufacturing method having such a configuration can be easily implemented by adding the step of forming the groove previously mentioned to the step shown in FIG.

以上、実施例1〜実施例14で説明した本実施の形態においては、第二のヘテロ半導体領域3(23)を第一のヘテロ半導体領域4(24)とは導電型が異なるP型として、それぞれ耐圧を最も高くできる構造で特徴点について説明してきたが、第二のヘテロ半導体領域3はP型に限定されることなく、N型であっても不純物密度が小さくてもさらには不純物を導入していなくてもよい。つまり、第一のヘテロ半導体領域4(24)と第二のヘテロ半導体領域3(23)は必ずしも別の領域である必要はなく、それらの領域を一体としたひとつの「ヘテロ半導体領域」として存在していても良い。 As described above, in the present embodiment described in Examples 1 to 14, the second hetero semiconductor region 3 (23) is a P + type having a conductivity type different from that of the first hetero semiconductor region 4 (24). However, the second hetero semiconductor region 3 is not limited to the P + type, and even if the impurity density is low, the impurities can be further improved. May not be introduced. In other words, the first hetero semiconductor region 4 (24) and the second hetero semiconductor region 3 (23) do not necessarily have to be separate regions, and exist as one “hetero semiconductor region” in which these regions are integrated. You may do it.

図18は本発明の実施例15に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。この実施例15の特徴とするところは、第一のヘテロ半導体領域4が第二のヘテロ半導体領域3から突き出した部分の幅を、自己整合的に均一に形成するようにしたことにあり、他は先の実施例1と同様である。   FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 15 of the present invention. A feature of the fifteenth embodiment is that the width of the portion of the first hetero semiconductor region 4 protruding from the second hetero semiconductor region 3 is uniformly formed in a self-aligned manner. Is the same as in the first embodiment.

次に、本実施例15の構造を得る製造方法を図19−A〜図19−Cを用いて説明する。   Next, a manufacturing method for obtaining the structure of the fifteenth embodiment will be described with reference to FIGS. 19A to 19C.

まず図19−A(a)に示すように、N型の基板領域1の上にN型のドレイン領域2をエピタキシャル成長させて形成したN型の炭化珪素半導体基体上に、例えばLP−CVD法によって第二の多結晶シリコン層を形成し、この層に例えばイオン注入法でボロンを不純物導入することで、P型の第二のヘテロ半導体領域3となる半導体層を堆積形成する。 First, as shown in FIG. 19A, for example, LP-CVD is performed on an N-type silicon carbide semiconductor substrate formed by epitaxially growing an N -type drain region 2 on an N + -type substrate region 1. A second polycrystalline silicon layer is formed by the method, and boron is introduced into this layer by, for example, an ion implantation method, thereby depositing and forming a semiconductor layer to be the P + -type second hetero semiconductor region 3.

このとき、第二の多結晶シリコン層は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などで堆積した後にレーザーアニールなどで再結晶化させて形成してもよく、もしくは例えば分子線エピタキシーなどでヘテロエピタキシャル成長させた単結晶シリコンで形成しても構わない。また、ドーピングには、固相拡散や気相拡散を用いても構わない。   At this time, the second polycrystalline silicon layer may be formed by depositing by electron beam evaporation or sputtering and then recrystallizing by laser annealing or the like, or heteroepitaxially grown by, for example, molecular beam epitaxy. It may be formed of single crystal silicon. In addition, solid phase diffusion or vapor phase diffusion may be used for doping.

次に、図19−A(b)に示すように、第二のヘテロ半導体領域3上に導電領域41を形成する。導電領域41は、後に形成する第一のヘテロ半導体領域4とソース電極7とを接続する機能を有するものである。導電領域41は、第二のヘテロ半導体領域3にN型不純物を注入して形成してもよいし、もしくは第二のヘテロ半導体領域3上に多結晶シリコンなどを堆積した後にN型不純物を導入してもよいし、あるいは第二のヘテロ半導体領域3上にN型多結晶シリコンなどを直接堆積してもよい。続いて、導電層41上に、例えば酸化膜を堆積した後フォトリソグラフィーとエッチングにより所定のマスク材42を形成する。   Next, as shown in FIG. 19A (b), a conductive region 41 is formed on the second hetero semiconductor region 3. The conductive region 41 has a function of connecting the first hetero semiconductor region 4 to be formed later and the source electrode 7. The conductive region 41 may be formed by implanting an N-type impurity into the second hetero semiconductor region 3, or after introducing polycrystalline silicon or the like on the second hetero semiconductor region 3, the N-type impurity is introduced. Alternatively, N-type polycrystalline silicon or the like may be directly deposited on the second hetero semiconductor region 3. Subsequently, after depositing, for example, an oxide film on the conductive layer 41, a predetermined mask material 42 is formed by photolithography and etching.

次に、図19−A(c)に示すように、マスク材42をマスクとして例えば反応性イオンエッチング(ドライエッチング)により、導電層41および第二のヘテロ半導体領域3の半導体層を選択的にエッチングしてパターニングする。なお、この後、マスク材42を残した状態もしくは除去した状態で、例えば900℃程度でドライO酸化にて犠牲酸化膜を形成し、その後例えばフッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液でウエットエッチングにより犠牲酸化膜を除去することで、先のドライエッチングよるエッチングダメージの回復を行ってもよい。なお、第二の多結晶シリコン層をエッチングする方法として、異方性のあるエッチング方法であれば他のエッチング方法を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 19A (c), the conductive layer 41 and the semiconductor layer of the second hetero semiconductor region 3 are selectively formed by, for example, reactive ion etching (dry etching) using the mask material 42 as a mask. Etch and pattern. After that, a sacrificial oxide film is formed by dry O 2 oxidation at, for example, about 900 ° C. with the mask material 42 left or removed, and then wet with, for example, a mixed solution of ammonium fluoride and hydrofluoric acid. Etching damage may be recovered by the previous dry etching by removing the sacrificial oxide film by etching. As a method for etching the second polycrystalline silicon layer, another etching method may be used as long as it is an anisotropic etching method.

次に、図19−B(d)に示すように、マスク材42を除去し、パターニングされた導電層41および第二のヘテロ半導体領域3上に、例えばLP−CVD法により第二のヘテロ半導体領域3よりも厚みが薄い第一の多結晶シリコンを堆積した後、例えばイオン注入法によってリンもしくはヒ素を不純物導入して、N型の第一の多結晶シリコン層(第一のヘテロ半導体領域4)を形成する。なお、この第一の多結晶シリコン層は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などで堆積した後にレーザーアニールなどで再結晶化させて形成してもよく、もしくは例えば分子線エピタキシーなどでヘテロエピタキシャル成長させた単結晶シリコンで形成しても構わない。また、ドーピングには、固相拡散や気相拡散を用いても構わない。   Next, as shown in FIG. 19B (d), the mask material 42 is removed, and the second hetero semiconductor is formed on the patterned conductive layer 41 and the second hetero semiconductor region 3 by, for example, LP-CVD. After the first polycrystalline silicon having a thickness smaller than that of the region 3 is deposited, phosphorus or arsenic is introduced by, for example, ion implantation to introduce an N-type first polycrystalline silicon layer (first hetero semiconductor region 4 ). The first polycrystalline silicon layer may be formed by depositing by electron beam evaporation or sputtering and then recrystallizing by laser annealing or the like, or heteroepitaxially grown by, for example, molecular beam epitaxy. It may be formed of single crystal silicon. In addition, solid phase diffusion or vapor phase diffusion may be used for doping.

このとき、本実施例15においては、第二のヘテロ半導体領域3の厚みを、第一のヘテロ半導体領域4に導入される不純物が少なくとも第二のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2とのヘテロ接合界面には到達しない程度の厚みとして形成しているため、少なくともP型の第二のヘテロ半導体領域3とドレイン領域2のヘテロ接合界面においては、両者の仕事関数差で決まる所定の耐圧を得ることができる。 At this time, in Example 15, the thickness of the second hetero semiconductor region 3 is set so that the impurity introduced into the first hetero semiconductor region 4 is at least a heterojunction between the second hetero semiconductor region 3 and the drain region 2. Since the thickness is formed so as not to reach the interface, at least the heterojunction interface between the P + -type second hetero semiconductor region 3 and the drain region 2 has a predetermined breakdown voltage determined by the work function difference between the two. be able to.

次に、図19−B(e)に示すように、第一のヘテロ半導体領域4の半導体層上にマスク材43を等方的に堆積形成する。マスク材43としては、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などを用いることができ、堆積方法としてはCVDなどを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 19B (e), a mask material 43 is isotropically deposited on the semiconductor layer of the first hetero semiconductor region 4. As the mask material 43, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used, and as a deposition method, CVD or the like can be used.

次に、図19−B(f)に示すように、反応性イオンエッチング(RIE)などを用いてマスク材43を異方性エッチングすることにより、マスク材43を選択的にエッチング除去することで側壁マスク44を形成する。   Next, as shown in FIG. 19B (f), the mask material 43 is selectively etched away by anisotropically etching the mask material 43 using reactive ion etching (RIE) or the like. A sidewall mask 44 is formed.

次に、図19−C(g)に示すように、側壁マスク44をマスクにして第一のヘテロ半導体領域4の半導体層を選択的にエッチング除去する。エッチングの方法としては、ドライエッチングや、犠牲酸化およびフッ酸による酸化膜除去や、これらを組み合わせた方法を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 19C (g), the semiconductor layer of the first hetero semiconductor region 4 is selectively etched away using the sidewall mask 44 as a mask. As an etching method, dry etching, sacrificial oxidation, oxide film removal by hydrofluoric acid, or a combination of these can be used.

次に、図19−C(h)に示すように、側壁マスク44を除去する。側壁マスク44を除去すると、同図に示すように第一のヘテロ半導体領域4が第二のヘテロ半導体領域3から横方向に突き出している部分の幅d1は、側壁マスク44の幅により自己整合的に規定される。このため、フォトリソグラフィーの位置合わせによらず、第一のヘテロ半導体領域4が第二のヘテロ半導体領域3から突き出している部分の幅d1を均一に形成することが可能となる。これにより、第一のヘテロ半導体領域4の突き出し部分の抵抗値が均一になるため、特性ばらつきの少ない半導体装置を提供することができる。   Next, as shown in FIG. 19C (h), the sidewall mask 44 is removed. When the sidewall mask 44 is removed, the width d1 of the portion where the first hetero semiconductor region 4 protrudes laterally from the second hetero semiconductor region 3 is self-aligned by the width of the sidewall mask 44 as shown in FIG. Stipulated in For this reason, the width d1 of the portion where the first hetero semiconductor region 4 protrudes from the second hetero semiconductor region 3 can be uniformly formed regardless of the alignment of photolithography. As a result, the resistance value of the protruding portion of the first hetero semiconductor region 4 becomes uniform, so that a semiconductor device with little characteristic variation can be provided.

最後に、図19−C(i)に示すように、先の実施例1の図2−B(e)に示す工程と同様の工程を経て図18に示す構造の半導体装置が完成する。   Finally, as shown in FIG. 19C (i), the semiconductor device having the structure shown in FIG. 18 is completed through the same steps as those shown in FIG. 2-B (e) of the first embodiment.

図20は本発明の実施例16に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。この実施例16の特徴とするところは、第一のヘテロ半導体領域4が第二のヘテロ半導体領域3から突き出した部分の幅を、自己整合的に均一に形成するようにしたことにあり、他は先の実施例1と同様である。   FIG. 20 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 16 of the present invention. The feature of the sixteenth embodiment is that the width of the portion of the first hetero semiconductor region 4 protruding from the second hetero semiconductor region 3 is uniformly formed in a self-aligned manner. Is the same as in the first embodiment.

次に、本実施例16の構造を得る製造方法を図21−A〜図21−Cを用いて説明する。   Next, a manufacturing method for obtaining the structure of the sixteenth embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図21−A(a)に示すように、N型の基板領域1の上にN型のドレイン領域2をエピタキシャル成長させて形成したN型の炭化珪素半導体基体上に、例えばLP−CVD法によって第二の多結晶シリコン層を形成し、この層に例えばイオン注入法でボロンを不純物導入することで、P型の第二のヘテロ半導体領域3の半導体層を堆積形成する。 First, as shown in FIG. 21-A (a), on an N type silicon carbide semiconductor substrate formed by epitaxially growing an N type drain region 2 on an N + type substrate region 1, for example, LP− A second polycrystalline silicon layer is formed by a CVD method, and boron is introduced into this layer by, for example, an ion implantation method, thereby depositing and forming a semiconductor layer of the P + -type second hetero semiconductor region 3.

このとき、第二の多結晶シリコン層は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などで堆積した後にレーザーアニールなどで再結晶化させて形成してもよく、もしくは例えば分子線エピタキシーなどでヘテロエピタキシャル成長させた単結晶シリコンで形成しても構わない。また、ドーピングには、固相拡散や気相拡散を用いても構わない。   At this time, the second polycrystalline silicon layer may be formed by depositing by electron beam evaporation or sputtering and then recrystallizing by laser annealing or the like, or heteroepitaxially grown by, for example, molecular beam epitaxy. It may be formed of single crystal silicon. In addition, solid phase diffusion or vapor phase diffusion may be used for doping.

次に、図21−A(b)に示すように、第二のヘテロ半導体領域3の半導体層上に所定のマスク材42を形成する。マスク材42としては、フォトリソグラフィーによりパターニングしたレジストでもよいし、酸化膜を堆積した後フォトリソグラフィーとエッチングにより形成した酸化膜マスクなどでもよい。   Next, as shown in FIG. 21A (b), a predetermined mask material 42 is formed on the semiconductor layer of the second hetero semiconductor region 3. The mask material 42 may be a resist patterned by photolithography, or an oxide film mask formed by photolithography and etching after depositing an oxide film.

次に、図21−A(c)に示すように、マスク材42をマスクとして不純物46を導入して第1の非晶質領域47を形成する。不純物46としては、第二のヘテロ半導体領域3の半導体層を非晶質化するものであればよく、例えばアルゴンなどを用いることができる。導入方法としては、イオン注入などを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 21A (c), the first amorphous region 47 is formed by introducing impurities 46 using the mask material 42 as a mask. The impurity 46 may be any material that makes the semiconductor layer of the second hetero semiconductor region 3 amorphous. For example, argon may be used. As the introduction method, ion implantation or the like can be used.

次に、図21−B(d)に示すように、ウエットエッチングや等方的なドライエッチングなどを用いてマスク材42をエッチングして横方向に後退させることで、先の工程で不純物46を導入したときよりもマスク材42の開口部の面積を広げる。   Next, as shown in FIG. 21B (d), the mask material 42 is etched by using wet etching, isotropic dry etching, or the like, and is moved back in the lateral direction, whereby the impurities 46 are removed in the previous step. The area of the opening of the mask material 42 is expanded more than when it is introduced.

次に、図21−B(e)に示すように、マスク材42をマスクとして不純物48を導入して第2の非晶質領域49を形成する。不純物48としては、第二のヘテロ半導体領域3の半導体層を非晶質化するものであればよく、例えばアルゴンなどを用いることができる。導入方法としては、イオン注入などを用いることができる。このとき、イオン注入のエネルギーを調整して、不純物48の投影飛程を不純物46の投影飛程より浅くすることにより、図21−B(e)に示すような第一ならびに第二の非晶質領域からなる非晶質領域を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 21B (e), a second amorphous region 49 is formed by introducing an impurity 48 using the mask material 42 as a mask. The impurity 48 may be any impurity that makes the semiconductor layer of the second hetero semiconductor region 3 amorphous. For example, argon may be used. As the introduction method, ion implantation or the like can be used. At this time, by adjusting the ion implantation energy so that the projected range of the impurity 48 is shallower than the projected range of the impurity 46, the first and second amorphous materials as shown in FIG. An amorphous region made of a material region can be formed.

次に、マスク材42を除去した後、犠牲酸化を行う。この酸化処理において、第1の非晶質層領域47ならびに第2の非晶質領域49から構成された非晶質領域の酸化レートは第二のヘテロ半導体領域3の半導体層に比べて速いため、第二のヘテロ半導体領域3に比べて非晶質領域が選択的に速く酸化される。   Next, after removing the mask material 42, sacrificial oxidation is performed. In this oxidation treatment, the oxidation rate of the amorphous region composed of the first amorphous layer region 47 and the second amorphous region 49 is faster than that of the semiconductor layer of the second hetero semiconductor region 3. The amorphous region is selectively oxidized faster than the second hetero semiconductor region 3.

次に、図21−B(f)に示すように、フッ酸を使ったウエットエッチングなどを用いることにより先の工程で形成された酸化膜を除去する。これにより、図21−B(f)に示すような形状の第二のヘテロ半導体領域3を得る。このとき、第二のヘテロ半導体領域3の突き出し部の幅d2は、先の工程の図21−B(d)で後退させたマスク材42の後退幅で自己整合的に規定される。このため、第一のヘテロ半導体領域4の突き出し部分の幅は、フォトリソグラフィーの位置合わせによらず、均一に形成することができる。したがって、第一のヘテロ半導体領域4の突き出し部分の抵抗値が均一となり、特性ばらつきの少ない半導体装置を提供することができる。   Next, as shown in FIG. 21B (f), the oxide film formed in the previous step is removed by wet etching using hydrofluoric acid or the like. As a result, the second hetero semiconductor region 3 having a shape as shown in FIG. 21-B (f) is obtained. At this time, the width d2 of the protruding portion of the second hetero semiconductor region 3 is defined in a self-aligned manner by the receding width of the mask material 42 receded in FIG. 21-B (d) in the previous step. For this reason, the width | variety of the protrusion part of the 1st hetero semiconductor region 4 can be formed uniformly irrespective of the alignment of photolithography. Therefore, the resistance value of the protruding portion of the first hetero semiconductor region 4 becomes uniform, and a semiconductor device with little characteristic variation can be provided.

次に、図21−C(g)に示すように、第二のヘテロ半導体領域3に不純物を導入して第一のヘテロ半導体領域4を形成する。不純物としては、ヒ素やリン、導入方法としてはイオン注入や熱拡散などを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 21C (g), impurities are introduced into the second hetero semiconductor region 3 to form the first hetero semiconductor region 4. Arsenic or phosphorus can be used as the impurity, and ion implantation or thermal diffusion can be used as the introduction method.

最後に、図21−C(h)に示すように、先の実施例1の図2−B(e)に示す工程と同様の工程を経て先の図20に示す構造の半導体装置が完成する。   Finally, as shown in FIG. 21C (h), the semiconductor device having the structure shown in FIG. 20 is completed through the same steps as those shown in FIG. 2-B (e) of the first embodiment. .

図22は本発明の実施例17に係る電界効果トランジスタ(FET)の半導体装置の構成を示す断面図である。この実施例17の特徴とするところは、第一のヘテロ半導体領域4が第二のヘテロ半導体領域3から突き出した部分の幅を、自己整合的に均一に形成するようにしたことにあり、他は先の実施例1と同様である。   FIG. 22 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor (FET) semiconductor device according to Embodiment 17 of the present invention. The feature of the seventeenth embodiment is that the width of the portion of the first hetero semiconductor region 4 protruding from the second hetero semiconductor region 3 is uniformly formed in a self-aligned manner. Is the same as in the first embodiment.

次に、本実施例17の構造を得る製造方法を図23−A〜図23−Cを用いて説明する。   Next, a manufacturing method for obtaining the structure of the seventeenth embodiment will be described with reference to FIGS. 23-A to 23-C.

まず、図23−A(a)に示すように、N型の基板領域1の上にN型のドレイン領域2をエピタキシャル成長させて形成したN型の炭化珪素半導体基体上に、例えばLP−CVD法によって第二の多結晶シリコン層を形成し、この層に例えばイオン注入法でボロンを不純物導入することで、P型の第二のヘテロ半導体領域3の半導体層を堆積形成する。 First, as shown in FIG. 23-A (a), on an N-type silicon carbide semiconductor substrate formed by epitaxially growing an N -type drain region 2 on an N + -type substrate region 1, for example, LP− A second polycrystalline silicon layer is formed by a CVD method, and boron is introduced into this layer by, for example, an ion implantation method, thereby depositing and forming a semiconductor layer of the P + -type second hetero semiconductor region 3.

このとき、第二の多結晶シリコン層は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などで堆積した後にレーザーアニールなどで再結晶化させて形成してもよく、もしくは例えば分子線エピタキシーなどでヘテロエピタキシャル成長させた単結晶シリコンで形成しても構わない。また、ドーピングには、固相拡散や気相拡散を用いても構わない。   At this time, the second polycrystalline silicon layer may be formed by depositing by electron beam evaporation or sputtering and then recrystallizing by laser annealing or the like, or heteroepitaxially grown by, for example, molecular beam epitaxy. It may be formed of single crystal silicon. In addition, solid phase diffusion or vapor phase diffusion may be used for doping.

次に、図23−A(b)に示すように、第二のヘテロ半導体領域3の半導体層上に第一のマスク材50を積層形成した後、この第一のマスク材50の上に第二のマスク材51を積層形成する。第一のマスク材50としては酸化膜、第二のマスク材51としては窒化膜などが用いられるが、それぞれのマスク材のエッチングレートが異なり選択的にエッチングできるマスク材の組み合わせであれば、他の組み合わせでもかまわない。   Next, as shown in FIG. 23-A (b), after the first mask material 50 is formed on the semiconductor layer of the second hetero semiconductor region 3, the first mask material 50 is formed on the first mask material 50. A second mask material 51 is laminated. An oxide film is used as the first mask material 50, and a nitride film or the like is used as the second mask material 51. However, as long as the mask materials have different etching rates and can be selectively etched, other combinations are possible. Any combination is possible.

次に、図23−A(c)に示すように、フォトリソグラフィーを用いて第一のマスク材50及び第二のマスク材51を選択的にエッチング除去してパターニングする。   Next, as shown in FIG. 23-A (c), the first mask material 50 and the second mask material 51 are selectively removed by etching using photolithography and patterned.

次に、図23−B(d)に示すように、第二のマスク材51を選択的にエッチング除去して、第1のマスク材50に対して横方向に後退させる。これにより、第一のマスク材50と第二のマスク材51とに段差を形成する。   Next, as shown in FIG. 23B (d), the second mask material 51 is selectively removed by etching, and is retracted laterally with respect to the first mask material 50. Thereby, a step is formed between the first mask material 50 and the second mask material 51.

次に、図23−B(e)に示すように、第一のマスク材50および第二のマスク材51をマスクとして不純物53を導入して第二のヘテロ半導体領域3の半導体層に非晶質領域54を形成する。不純物53としては、第二のヘテロ半導体領域3の半導体層を非晶質化するものであればよく、例えばアルゴンなどを用いることができる。導入方法としては、イオン注入などを用いることができる。続いて、第一のマスク材50ならびに第二のマスク材51を除去した後、犠牲酸化を行う。この酸化処理において、非晶質領域54の酸化レートは第二のヘテロ半導体領域3に比べて速いため、第二のヘテロ半導体領域3に比べて非晶質領域54が選択的に速く酸化される。   Next, as shown in FIG. 23-B (e), an impurity 53 is introduced using the first mask material 50 and the second mask material 51 as a mask, and the semiconductor layer of the second hetero semiconductor region 3 is amorphous. A quality region 54 is formed. The impurity 53 may be any material that makes the semiconductor layer of the second hetero semiconductor region 3 amorphous. For example, argon may be used. As the introduction method, ion implantation or the like can be used. Subsequently, after removing the first mask material 50 and the second mask material 51, sacrificial oxidation is performed. In this oxidation process, since the oxidation rate of the amorphous region 54 is faster than that of the second hetero semiconductor region 3, the amorphous region 54 is selectively oxidized faster than the second hetero semiconductor region 3. .

次に、図23−B(f)に示すよう、フッ酸を使ったウエットエッチングなどを用いることにより先の工程で形成された酸化膜を除去する。これにより、同図に示すような形状の第二のヘテロ半導体領域3を得る。このとき、第二のヘテロ半導体領域3の突き出し部分の幅d3は、先の図23−B(d)で示す工程で後退させた第二のマスク材51の後退幅で自己整合的に規定される。このため、フォトリソグラフィーの位置合わせによらず、第二のヘテロ半導体領域3の突き出し部分の幅を均一に形成することができる。したがって、第一のヘテロ半導体領域の突き出し部分の抵抗値が均一となり、特性ばらつきの少ない半導体装置を提供することができる。   Next, as shown in FIG. 23B (f), the oxide film formed in the previous step is removed by using wet etching or the like using hydrofluoric acid. As a result, a second hetero semiconductor region 3 having a shape as shown in FIG. At this time, the width d3 of the protruding portion of the second hetero semiconductor region 3 is defined in a self-aligned manner by the receding width of the second mask material 51 that has been receded in the process shown in FIG. 23-B (d). The For this reason, the width | variety of the protrusion part of the 2nd hetero semiconductor region 3 can be formed uniformly irrespective of the alignment of photolithography. Therefore, the resistance value of the protruding portion of the first hetero semiconductor region becomes uniform, and a semiconductor device with little characteristic variation can be provided.

次に、図23−C(g)に示すように、第二のヘテロ半導体領域3に不純物を導入して第一のヘテロ半導体領域4を形成する。不純物としては、ヒ素やリン、導入方法としてはイオン注入や熱拡散などを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 23C (g), impurities are introduced into the second hetero semiconductor region 3 to form the first hetero semiconductor region 4. Arsenic or phosphorus can be used as the impurity, and ion implantation or thermal diffusion can be used as the introduction method.

最後に、図23−C(h)に示すように、先の実施例1の図2−B(e)に示す工程と同様の工程を経て先の図22に示す構造の半導体装置が完成する。   Finally, as shown in FIG. 23-C (h), the semiconductor device having the structure shown in FIG. 22 is completed through the same steps as those shown in FIG. 2-B (e) of the first embodiment. .

以上、上記すべての実施例1〜実施例17において、炭化珪素を基板材料とした半導体装置を一例として説明したが、基板材料はシリコン、シリコンゲルマン、窒化ガリウム、ダイヤモンドなどその他の半導体材料でもかまわない。また、炭化珪素のポリタイプとして4Hタイプを用いて説明したが、6H、3C等その他のポリタイプでも構わない。さらに、ドレイン電極8(28)とソース電極7(27)とをドレイン領域2(22)を挟んで対向するように配置し、ドレイン電流を縦方向に流す所謂縦型構造のトランジスタで説明してきたが、例えばドレイン電極8(28)とソース電極7(27)とを半導体基板の同一主面上に配置し、ドレイン電流を横方向に流す所謂横型構造のトランジスタであってもかまわない。   As described above, in all the first to 17th embodiments, the semiconductor device using silicon carbide as the substrate material has been described as an example. However, the substrate material may be other semiconductor materials such as silicon, silicon germane, gallium nitride, and diamond. . Moreover, although 4H type was demonstrated as a polytype of silicon carbide, other polytypes, such as 6H and 3C, may be sufficient. Furthermore, the drain electrode 8 (28) and the source electrode 7 (27) are arranged so as to face each other with the drain region 2 (22) interposed therebetween, and the so-called vertical structure transistor in which the drain current flows in the vertical direction has been described. However, it may be a so-called lateral type transistor in which, for example, the drain electrode 8 (28) and the source electrode 7 (27) are arranged on the same main surface of the semiconductor substrate and the drain current flows in the lateral direction.

また、第一のヘテロ半導体領域4(24)および第二のヘテロ半導体領域3(23)に用いる材料として多結晶シリコンを用いた例で説明したが、炭化珪素とヘテロ接合を形成する材料であれば単結晶シリコン、アモルファスシリコン等他のシリコン材料やゲルマニウムやシリコンゲルマン等他の半導体材料や6H、3C等炭化珪素の他のポリタイプなど、他の材料でもかまわない。   Moreover, although the example using polycrystalline silicon as the material used for the first hetero semiconductor region 4 (24) and the second hetero semiconductor region 3 (23) has been described, any material that forms a heterojunction with silicon carbide may be used. For example, other silicon materials such as single crystal silicon and amorphous silicon, other semiconductor materials such as germanium and silicon germanium, and other polytypes of silicon carbide such as 6H and 3C may be used.

また、一例として、ドレイン領域2(22)としてN型の炭化珪素を、第一のヘテロ半導体領域4(24)としてN型の多結晶シリコンを用いて説明しているが、それぞれN型の炭化珪素とP型の多結晶シリコン、P型の炭化珪素とP型の多結晶シリコン、P型の炭化珪素とN型の多結晶シリコンの如何なる組み合わせであってもよい。   As an example, the drain region 2 (22) is described using N-type silicon carbide, and the first hetero semiconductor region 4 (24) is described using N-type polycrystalline silicon. Any combination of silicon and P-type polycrystalline silicon, P-type silicon carbide and P-type polycrystalline silicon, P-type silicon carbide and N-type polycrystalline silicon may be used.

本発明の実施例1に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例5に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Example 5 of this invention. 本発明の実施例6に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Example 6 of this invention. 本発明の実施例7に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Example 7 of this invention. 本発明の実施例8に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Example 8 of this invention. 本発明の実施例8に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 8 of this invention. 本発明の実施例9に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device based on Example 9 of this invention. 本発明の実施例9に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 9 of this invention. 本発明の実施例9に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 9 of this invention. 本発明の実施例9に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 9 of this invention. 本発明の実施例10に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device based on Example 10 of this invention. 本発明の実施例11に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device based on Example 11 of this invention. 本発明の実施例12に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device based on Example 12 of this invention. 本発明の実施例13に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device based on Example 13 of this invention. 本発明の実施例14に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device based on Example 14 of this invention. 本発明の実施例15に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device based on Example 15 of this invention. 本発明の実施例15に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 15 of this invention. 本発明の実施例15に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 15 of this invention. 本発明の実施例15に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 15 of this invention. 本発明の実施例16に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device based on Example 16 of this invention. 本発明の実施例16に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 16 of this invention. 本発明の実施例16に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 16 of this invention. 本発明の実施例16に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 16 of this invention. 本発明の実施例17に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device based on Example 17 of this invention. 本発明の実施例17に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 17 of this invention. 本発明の実施例17に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 17 of this invention. 本発明の実施例17に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Example 17 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,21…基板領域
2,22…ドレイン領域
3,23…第二のヘテロ半導体領域(第二の多結晶シリコン層)
4,24…第一のヘテロ半導体領域(第一の多結晶シリコン層)
5,25…ゲート絶縁膜
6,26…ゲート電極
7,27…ソース電極
8,28…ドレイン電極
9,10,29,30,42,43,50,51…マスク材
11…電界緩和領域
12、31…導通領域
13,32…チャネル部
14、33…ソース電極コンタクト部
41…導電領域
44…側壁マスク
46,48,53…不純物
47…第1の非晶質領域
49…第2の非晶質領域
1, 21 ... substrate region 2, 22 ... drain region 3, 23 ... second hetero semiconductor region (second polycrystalline silicon layer)
4, 24... First hetero semiconductor region (first polycrystalline silicon layer)
5, 25 ... Gate insulating film 6, 26 ... Gate electrode 7, 27 ... Source electrode 8, 28 ... Drain electrode 9, 10, 29, 30, 42, 43, 50, 51 ... Mask material 11 ... Electric field relaxation region 12, DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Conductive region 13, 32 ... Channel part 14, 33 ... Source electrode contact part 41 ... Conductive region 44 ... Side wall mask 46, 48, 53 ... Impurity 47 ... 1st amorphous region 49 ... 2nd amorphous region

Claims (18)

第一導電型の半導体基体と、
前記半導体基体の一主面に接して前記半導体基体の表面の一部に設けられ、前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第一のヘテロ半導体領域と、
前記半導体基体の一主面ならびに前記第一のヘテロ半導体領域に接して前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第二導電型の第二のヘテロ半導体領域と、
前記第一のヘテロ半導体領域の側部から前記半導体基体の前記第一のヘテロ半導体領域に覆われていない部分にまたがって形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と接するゲート電極と、
前記第一のヘテロ半導体領域とオーミック接続されたソース電極と、
前記半導体基体とオーミック接続されたドレイン電極とを有し、
前記第一のヘテロ半導体領域の一部が前記第二のヘテロ半導体領域上に積層され、少なくとも前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と接し、かつ前記半導体基体の表面ならびに前記第二のヘテロ半導体領域の側面に接して形成された前記第一のヘテロ半導体領域のチャネル部の厚みが、前記第二のヘテロ半導体領域と前記第一のヘテロ半導体領域とが積層された部分における前記第二のヘテロ半導体領域の厚みと前記第一のヘテロ半導体領域の厚みとの和に比べて薄い
ことを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A first hetero semiconductor region provided in a part of the surface of the semiconductor substrate in contact with one main surface of the semiconductor substrate, and having a band gap different from that of the semiconductor substrate;
A first conductive surface of the semiconductor substrate and a second hetero semiconductor region of a second conductivity type in contact with the first hetero semiconductor region and having a band gap different from that of the semiconductor substrate;
A gate insulating film formed across a portion of the semiconductor substrate that is not covered by the first hetero semiconductor region from a side of the first hetero semiconductor region ;
A gate electrode in contact with the gate insulating film;
A source electrode ohmically connected to the first hetero semiconductor region;
A drain electrode ohmically connected to the semiconductor substrate;
It said portion of the first hetero semiconductor region is stacked on the second hetero semiconductor region, and contact with the gate electrode through at least the gate insulating film, and the semiconductor substrate surface and the second hetero The thickness of the channel portion of the first hetero semiconductor region formed in contact with the side surface of the semiconductor region is such that the second hetero semiconductor region and the first hetero semiconductor region are stacked at the second hetero semiconductor region. A semiconductor device characterized in that it is thinner than the sum of the thickness of the hetero semiconductor region and the thickness of the first hetero semiconductor region.
前記第一のヘテロ半導体領域は第一導電型からなる
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first hetero semiconductor region is of a first conductivity type.
前記第一のヘテロ半導体領域の前記チャネル部は第二導電型からなり、かつ前記第一のヘテロ半導体領域の前記ソース電極と接続する部分は第一導電型からなる
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The channel portion of the first hetero semiconductor region is of a second conductivity type, and a portion connected to the source electrode of the first hetero semiconductor region is of a first conductivity type. A semiconductor device according to 1.
前記第二のヘテロ半導体領域と前記第一のヘテロ半導体領域とが積層された部分の前記第二のヘテロ半導体領域は、前記第一のヘテロ半導体領域に導入された第一導電型の不純物ドーパントが少なくとも前記第二のヘテロ半導体領域と前記半導体基体との接合部に到達しない程度の厚みを有する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The second hetero semiconductor region of the portion where the second hetero semiconductor region and the first hetero semiconductor region are stacked has a first conductivity type impurity dopant introduced into the first hetero semiconductor region. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a thickness that does not reach at least a junction between the second hetero semiconductor region and the semiconductor substrate.
前記第一のヘテロ半導体領域の厚みは、前記第二のヘテロ半導体領域の厚みに比べて薄い
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the first hetero semiconductor region is smaller than a thickness of the second hetero semiconductor region.
前記半導体基体の前記一主面に溝を有し、
少なくとも前記溝の底部に接するように前記第二のヘテロ半導体領域が形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。
A groove on the one principal surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second hetero semiconductor region is formed so as to be in contact with at least a bottom portion of the groove.
前記半導体基体が炭化珪素からなる
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made of silicon carbide.
前記第一のヘテロ半導体領域が単結晶シリコン、多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンのいずれかで構成されている
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first hetero semiconductor region is formed of any one of single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
前記第二のヘテロ半導体領域が単結晶シリコン、多結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンのいずれかで構成されている
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second hetero semiconductor region is formed of any one of single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
前記第一のヘテロ半導体領域と前記第二のヘテロ半導体領域は同一材料からなる
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first hetero semiconductor region and the second hetero semiconductor region are made of the same material.
半導体基体に接するように前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第二のヘテロ半導体層を形成する第1の工程と、
前記第1の工程で形成された前記第二のヘテロ半導体層を選択的に除去して、第二のヘテロ半導体領域を形成する第2の工程と、
前記半導体基体及び前記第二のヘテロ半導体領域に積層し、前記半導体基体に積層される部分の厚みが前記第二のヘテロ半導体領域に積層される部分の厚みよりも薄くなるように、前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第一のヘテロ半導体層を形成する第3の工程と、
前記第3の工程で形成された前記第一のヘテロ半導体層を選択的に除去し、少なくとも一端部において前記半導体基体を露出させる第一のヘテロ半導体領域を形成する第4の工程と、
前記第4の工程で露出された半導体基体ならびに前記第4の工程で形成された第一のヘテロ半導体層に接してゲート絶縁膜を形成する第5の工程と、
前記第5の工程で形成されたゲート絶縁膜に接してゲート電極を形成する第6の工程と、
前記第一のヘテロ半導体領域とオーミック接続されたソース電極を形成する第7の工程と、
前記半導体基体とオーミック接続されたドレイン電極を形成する第8の工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first step of forming a second hetero semiconductor layer having a band gap different from that of the semiconductor substrate so as to be in contact with the semiconductor substrate;
A second step of selectively removing the second hetero semiconductor layer formed in the first step to form a second hetero semiconductor region;
The semiconductor substrate is stacked on the semiconductor substrate and the second hetero semiconductor region, and the thickness of the portion stacked on the semiconductor substrate is smaller than the thickness of the portion stacked on the second hetero semiconductor region. And a third step of forming a first hetero semiconductor layer having a different band gap;
A fourth step of selectively removing the first hetero semiconductor layer formed in the third step and forming a first hetero semiconductor region exposing the semiconductor substrate at least at one end;
A fifth step of forming a gate insulating film in contact with the semiconductor substrate exposed in the fourth step and the first hetero semiconductor layer formed in the fourth step;
A sixth step of forming a gate electrode in contact with the gate insulating film formed in the fifth step;
A seventh step of forming a source electrode in ohmic contact with the first hetero semiconductor region;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: an eighth step of forming an ohmic-connected drain electrode with the semiconductor substrate.
前記第4の工程において、前記第一のヘテロ半導体領域の少なくとも他端部で前記第二のヘテロ半導体領域の表面が露出されるように前記第一のヘテロ半導体領域を形成する
ことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
In the fourth step, the first hetero semiconductor region is formed so that the surface of the second hetero semiconductor region is exposed at least at the other end of the first hetero semiconductor region. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
前記半導体基体の所定領域に溝を形成する第9の工程を有し、
前記第2の工程において、少なくとも前記第9の工程で形成された溝の底部に接するように前記第二のヘテロ半導体領域を形成する
ことを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法。
A ninth step of forming a groove in a predetermined region of the semiconductor substrate;
13. The semiconductor device according to claim 11, wherein, in the second step, the second hetero semiconductor region is formed so as to be in contact with at least a bottom portion of the groove formed in the ninth step. Production method.
前記第2の工程において、前記第二のヘテロ半導体層をエッチバックによって選択的に除去し、前記第二のヘテロ半導体領域を形成する
ことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
14. The method according to claim 11, wherein in the second step, the second hetero semiconductor layer is selectively removed by etch back to form the second hetero semiconductor region. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
半導体基体に接するように前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第二のヘテロ半導体層を形成する第10の工程と、
前記第10の工程で形成された前記第二のヘテロ半導体層上に導電層を形成する第11の工程と、
第10の工程で形成された前記第二のヘテロ半導体層および前記第11の工程で形成された前記導電層を選択的に除去して、第二のヘテロ半導体領域および導電領域を形成する第12の工程と、
前記半導体基体、前記第二のヘテロ半導体領域及び前記導電領域に積層し、前記半導体基体に積層される部分の厚みが前記第二のヘテロ半導体領域に積層される部分の厚みよりも薄くなるように、前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第一のヘテロ半導体層を形成する第13の工程と、
前記第13の工程で形成された前記第一のヘテロ半導体層を介した前記第二のヘテロ半導体領域および前記導電領域側面に、側壁を形成する第14の工程と、
前記第14の工程で形成された前記側壁をマスクとして前記第一のヘテロ半導体層を選択的に除去して、少なくとも一端部において前記半導体基体を露出させる第一のヘテロ半導体領域を形成し、前記側壁を除去する第15の工程と、
前記第15の工程で露出された半導体基体ならびに前記第一のヘテロ半導体領域に接してゲート絶縁膜を形成する第16の工程と、
前記第16の工程で形成された前記ゲート絶縁膜に接してゲート電極を形成する第17の工程と、
前記第一のヘテロ半導体領域とオーミック接続されたソース電極を形成する第18の工程と、
前記半導体基体とオーミック接続されたドレイン電極を形成する第19の工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A tenth step of forming a second hetero semiconductor layer having a band gap different from that of the semiconductor substrate so as to be in contact with the semiconductor substrate;
An eleventh step of forming a conductive layer on the second hetero semiconductor layer formed in the tenth step;
A second hetero semiconductor region and a conductive region are formed by selectively removing the second hetero semiconductor layer formed in the tenth step and the conductive layer formed in the eleventh step. And the process of
The semiconductor substrate, the second hetero semiconductor region, and the conductive region are stacked so that the thickness of the portion stacked on the semiconductor substrate is thinner than the thickness of the portion stacked on the second hetero semiconductor region. A thirteenth step of forming a first hetero semiconductor layer having a band gap different from that of the semiconductor substrate;
A fourteenth step of forming sidewalls on the side surfaces of the second hetero semiconductor region and the conductive region via the first hetero semiconductor layer formed in the thirteenth step;
Selectively removing the first hetero semiconductor layer using the side wall formed in the fourteenth step as a mask to form a first hetero semiconductor region exposing the semiconductor substrate at least at one end; A fifteenth step of removing the sidewalls;
A sixteenth step of forming a gate insulating film in contact with the semiconductor substrate exposed in the fifteenth step and the first hetero semiconductor region;
A seventeenth step of forming a gate electrode in contact with the gate insulating film formed in the sixteenth step;
An eighteenth step of forming a source electrode in ohmic contact with the first hetero semiconductor region;
And a nineteenth step of forming a drain electrode in ohmic contact with the semiconductor substrate.
前記第14の工程において、前記側壁は、前記第一のヘテロ半導体層上にマスク層を形成した後、異方性エッチングにより前記マスク層を選択的にエッチングすることで形成する
ことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
In the fourteenth step, the sidewall is formed by selectively etching the mask layer by anisotropic etching after forming a mask layer on the first hetero semiconductor layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15.
半導体基体に接するように前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第二のヘテロ半導体層を形成する第20の工程と、
前記第20の工程で形成された前記第二のヘテロ半導体層上に選択的にマスク層を形成する第21の工程と、
前記第21の工程で形成された前記マスク層をマスクとして前記第二のへテロ半導体層に選択的に不純物を導入する第22の工程と、
前記マスク層を選択的にエッチング除去して、前記マスク層を横方向に後退させる第23の工程と、
前記第23の工程で横方向に後退した前記マスク層をマスクとして、前記第22の工程で行われた不純物の導入よりも不純物の導入深さが浅くなるように前記第二のへテロ半導体層に不純物を導入する第24の工程と、
前記マスク層を除去する第25の工程と、
前記第二のヘテロ半導体層における前記第22の工程ならびに前記第24の工程で不純物が導入された領域を選択的に酸化して酸化膜領域を形成する第26の工程と、
前記第26の工程で形成された前記酸化膜領域を除去して、少なくとも一端部において前記半導体基体を露出させる第二のヘテロ半導体層を形成する第27の工程と、
前記第27の工程で形成された前記第二のヘテロ半導体層に選択的に不純物を導入し、第二のヘテロ半導体領域を形成し、かつ前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第一のヘテロ半導体領域を形成し、前記第一のヘテロ半導体領域の一端部の厚みが、前記第二のヘテロ半導体領域と前記第一のヘテロ半導体領域とが積層された部分における前記第二のヘテロ半導体領域の厚みと前記第一のヘテロ半導体領域の厚みとの和に比べて薄く形成する第28の工程と、
前記第27の工程で露出された前記半導体基体ならびに前記第一のヘテロ半導体領域に接してゲート絶縁膜を形成する第29の工程と、
前記第29の工程で形成された前記ゲート絶縁膜に接してゲート電極を形成する第30の工程と、
前記第一のヘテロ半導体領域とオーミック接続されたソース電極を形成する第31の工程と、
前記半導体基体とオーミック接続されたドレイン電極を形成する第32の工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A twentieth step of forming a second hetero semiconductor layer having a band gap different from that of the semiconductor substrate so as to be in contact with the semiconductor substrate;
A 21st step of selectively forming a mask layer on the second hetero semiconductor layer formed in the 20th step;
A 22nd step of selectively introducing impurities into the second hetero semiconductor layer using the mask layer formed in the 21st step as a mask;
A twenty-third step of selectively etching away the mask layer to recede the mask layer laterally;
Using the mask layer receding in the lateral direction in the 23rd step as a mask, the second hetero semiconductor layer is formed so that the impurity introduction depth is shallower than the impurity introduction performed in the 22nd step. A 24th step of introducing impurities into
A 25th step of removing the mask layer;
A twenty-sixth step of selectively oxidizing the region doped with impurities in the twenty-second step and the twenty-fourth step in the second hetero semiconductor layer to form an oxide film region;
A twenty-seventh step of removing the oxide film region formed in the twenty-sixth step and forming a second hetero semiconductor layer exposing the semiconductor substrate at least at one end;
An impurity is selectively introduced into the second hetero semiconductor layer formed in the twenty-seventh step to form a second hetero semiconductor region, and a first hetero semiconductor having a band gap different from that of the semiconductor substrate. Forming a region, and the thickness of one end of the first hetero semiconductor region is the thickness of the second hetero semiconductor region in the portion where the second hetero semiconductor region and the first hetero semiconductor region are stacked. And a 28th step of forming a thin thickness compared to the sum of the thickness of the first hetero semiconductor region;
A twenty-ninth step of forming a gate insulating film in contact with the semiconductor substrate exposed in the twenty-seventh step and the first hetero semiconductor region;
A 30th step of forming a gate electrode in contact with the gate insulating film formed in the 29th step;
A thirty-first step of forming a source electrode in ohmic contact with the first hetero semiconductor region;
And a thirty-second step of forming a drain electrode in ohmic contact with the semiconductor substrate.
半導体基体に接するように前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第二のヘテロ半導体層を形成する第33の工程と、
前記第二のヘテロ半導体層上に選択的に第一のマスク層を形成する第34の工程と、
前記第34の工程で形成された前記第一のマスク層上に第二のマスク層を形成する第35の工程と、
前記第一及び第二のマスク層を選択的に除去してパターニングする第36の工程と、
前記第二のマスク層を選択的にエッチング除去して、前記第二のマスク層を横方向に後退させる第37の工程と、
前記第34の工程で形成された前記第一のマスク層及び前記第37の工程で後退した前記第二のマスク層をマスクとして、前記第二のへテロ半導体層に選択的に不純物を導入する第38の工程と、
前記第一のマスク層及び前記第二のマスク層を除去する第39の工程と、
前記第二のヘテロ半導体層における前記第38の工程で不純物が導入された領域を選択的に酸化して酸化膜領域を形成する第40の工程と、
前記第40の工程で形成された前記酸化膜領域を除去して、少なくとも一端部において前記半導体基体を露出させる第二のヘテロ半導体層を形成する第41の工程と、
前記第41の工程で形成された前記第二のヘテロ半導体層に選択的に不純物を導入し、第二のヘテロ半導体領域を形成し、かつ前記半導体基体とはバンドギャップが異なる第一のヘテロ半導体領域を形成し、前記第一のヘテロ半導体領域の一端部の厚みが、前記第二のヘテロ半導体領域と前記第一のヘテロ半導体領域とが積層された部分における前記第二のヘテロ半導体領域の厚みと前記第一のヘテロ半導体領域の厚みとの和に比べて薄く形成する第42の工程と、
前記第41の工程で露出された前記半導体基体ならびに前記第一のヘテロ半導体領域に接してゲート絶縁膜を形成する第43の工程と、
前記第43の工程で形成された前記ゲート絶縁膜に接してゲート電極を形成する第44の工程と、
前記第一のヘテロ半導体領域とオーミック接続されたソース電極を形成する第45の工程と、
前記半導体基体とオーミック接続されたドレイン電極を形成する第46の工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A thirty-third step of forming a second hetero semiconductor layer having a band gap different from that of the semiconductor substrate so as to be in contact with the semiconductor substrate;
A thirty-fourth step of selectively forming a first mask layer on the second hetero semiconductor layer;
A thirty-fifth step of forming a second mask layer on the first mask layer formed in the thirty-fourth step;
A thirty-sixth step of selectively removing and patterning the first and second mask layers;
A thirty-seventh step of selectively etching away the second mask layer to recede the second mask layer laterally;
Using the first mask layer formed in the thirty-fourth step and the second mask layer receding in the thirty-seventh step as a mask, impurities are selectively introduced into the second hetero semiconductor layer. A thirty-eighth process;
A 39th step of removing the first mask layer and the second mask layer;
A 40th step of selectively oxidizing a region into which an impurity has been introduced in the thirty-eighth step in the second hetero semiconductor layer to form an oxide film region;
A 41st step of removing the oxide film region formed in the 40th step and forming a second hetero semiconductor layer exposing the semiconductor substrate at least at one end;
An impurity is selectively introduced into the second hetero semiconductor layer formed in the forty-first step to form a second hetero semiconductor region, and a first hetero semiconductor having a band gap different from that of the semiconductor substrate Forming a region, and the thickness of one end of the first hetero semiconductor region is the thickness of the second hetero semiconductor region in the portion where the second hetero semiconductor region and the first hetero semiconductor region are stacked. And a forty-second step of forming a thin thickness compared to the sum of the thickness of the first hetero semiconductor region;
A forty-third step of forming a gate insulating film in contact with the semiconductor substrate exposed in the forty-first step and the first hetero semiconductor region;
A forty-fourth step of forming a gate electrode in contact with the gate insulating film formed in the forty-third step;
A 45th step of forming a source electrode ohmically connected to the first hetero semiconductor region;
And a forty-sixth step of forming a drain electrode in ohmic contact with the semiconductor substrate.
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