JP5424219B2 - 炭化珪素トランジスタ装置の製造方法 - Google Patents
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基本的に静電誘導型炭化珪素トランジスタ装置では、ゲート電極(28)に負バイアス(ノーマリオフ型の場合は零電位)を印可することにより、高濃度p型ゲート領域(24)から低濃度n型チャネル領域(27)中に空乏層を伸ばし、電位障壁を形成することによりドレイン電極(21)からソース電極(26)への電流を遮断する。この際、低濃度n型チャネル領域(27)に十分な電位障壁が形成されない状況では、十分なブロッキング特性(逆漏れ電流や耐圧特性)を得ることができない。
従来型の静電誘導型炭化珪素トランジスタ装置では、ソース電極(26)とゲート電極(28)をそれぞれ高濃度n型ソース領域(25)、及び高濃度p型ゲート領域(24)の直上に形成するため、パターニングの露光合わせ精度、及び確実なオーミック電極の形成等を考慮すると、高濃度n型ソース領域(25)と高濃度p型ゲート領域(24)の間隔aや、高濃度n型ソース領域(25)の幅b、高濃度p型ゲート領域(24)の幅cに余裕を持たせてデバイス設計を行う必要があり、自ずとデバイスの微細化に制限が加えられる。デバイスの微細化は、デバイスのオン特性の改善に直接繋がるため、該トランジスタ装置では炭化珪素の持つ優れた物理限界に迫るような電気特性を実現することは困難である。
従来型の静電誘導型炭化珪素トランジスタ装置において低濃度n型ドリフト層(30)と低濃度n型チャネル領域(27)は、同一のエピタキシャル成長工程で形成されるため同一の不純物濃度を有している。一般的にデバイスの耐圧特性は、低濃度n型ドリフト層(30)の厚みeと不純物濃度により決定される。一方、デバイスのブロッキングゲイン(耐圧/デバイスを完全にオフにするために必要なゲート電圧)やオン特性は、低濃度n型チャネル領域(27)の厚みと不純物濃度に依存する。つまり、該トランジスタ装置のように、低濃度n型ドリフト層(30)と低濃度n型チャネル領域(27)が同一不純物濃度を有している場合は、耐圧とブロッキングゲイン、及びオン特性のデバイス設計を独立に行うことができない。例えば、低濃度n型チャネル領域(27)の不純物濃度を低濃度n型ドリフト層(30)の不純物濃度よりも低濃度にしてブロッキング特性を向上させ、ノーマリオフ特性を実現するような工夫を行うことは不可能であり、デバイス設計の自由度が限定されてしまう。
まず第1に、前記高濃度n型ソース領域(46)をエピタキシャル成長で形成するために、該領域(46)の抵抗値を十分下げることができず、結果的にデバイスのオン特性を大幅に劣化させてしまうという問題点がある。エピタキシャル成長ではn型不純物濃度はせいぜい1019/cm3程度しか導入できないため、高濃度n型ソース領域(46)のシート抵抗を十分に低下させることは不可能である。また、エピタキシャル成長により高濃度n型層の不純物濃度を精密に制御することは非常に困難であるという問題点も有している。
(1)高濃度n型炭化珪素基板上に、低濃度n型ドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型ドリフト層上に高濃度p型層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該高濃度p型層の一部を除去して互いに離間した複数の高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域を形成する工程と、互いに隣り合った前記高濃度p型ゲート領域の間に位置するチャネル領域、前記高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域の全面を覆うとともに該低濃度n型ドリフト層よりも低い不純物濃度の低濃度n型領域をエピタキシャル成長により形成する工程と、ゲート電極が形成される領域の該低濃度n型領域を除去する工程と、残された該低濃度n型領域の表面の全面にn型不純物イオンを注入し高濃度n型ソース領域を形成する工程と、該高濃度n型ソース領域上にソース電極を形成する工程と、前記高濃度n型炭化珪素基板の裏面にドレイン電極を形成する工程と、該ゲート電極領域に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
(2)高濃度n型炭化珪素基板上に、低濃度n型ドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型ドリフト層上に高濃度p型層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該高濃度p型層の一部を除去して互いに離間した複数の高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域を形成する工程と、互いに隣り合った前記高濃度p型ゲート領域の間に位置するチャネル領域、前記高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域の全面を覆うとともに該低濃度n型ドリフト層よりも低い不純物濃度の低濃度n型領域をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型領域の表面の全面にn型不純物イオンを注入し高濃度n型領域を形成する工程と、ソース領域となる該高濃度n型領域を残して該高濃度n型領域及びその下の低濃度n型領域を除去する工程と、該高濃度n型ソース領域上にソース電極を形成する工程と、前記高濃度n型炭化珪素基板の裏面にドレイン電極を形成する工程と、ゲート電極領域に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
(3)高濃度n型炭化珪素基板上に、低濃度n型ドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型ドリフト層にp型不純物をイオン注入し、その表面に高濃度p型層を形成する工程と、該高濃度p型層の一部を除去して互いに離間した複数の高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域を形成する工程と、互いに隣り合った前記高濃度p型ゲート領域の間に位置するチャネル領域、前記高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域の全面を覆うとともに該低濃度n型ドリフト層よりも低い不純物濃度の低濃度n型領域をエピタキシャル成長により形成する工程と、ゲート電極が形成される領域の該低濃度n型領域を除去する工程と、残された該低濃度n型領域の表面の全面にn型不純物イオンを注入し高濃度n型ソース領域を形成する工程と、該高濃度n型ソース領域上にソース電極を形成する工程と、前記高濃度n型炭化珪素基板の裏面にドレイン電極を形成する工程と、該ゲート電極領域に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
(4)高濃度n型炭化珪素基板上に、低濃度n型ドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型ドリフト層にp型不純物をイオン注入し、その表面に高濃度p型層を形成する工程と、該高濃度p型層の一部を除去して互いに離間した複数の高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域を形成する工程と、互いに隣り合った前記高濃度p型ゲート領域の間に位置するチャネル領域、前記高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域の全面を覆うとともに該低濃度n型ドリフト層よりも低い不純物濃度の低濃度n型領域をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型領域の表面の全面にn型不純物イオンを注入し高濃度n型領域を形成する工程と、ソース領域となる該高濃度n型領域を残して該高濃度n型領域及びその下の低濃度n型領域を除去する工程と、該高濃度n型ソース領域上にソース電極を形成する工程と、前記高濃度n型炭化珪素基板の裏面にドレイン電極を形成する工程と、ゲート電極領域に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
(5)上記高濃度n型炭化珪素基板として(0001)面、又は(000−1)面から傾斜した表面を有する六方晶系炭化珪素基板を使用するとともに、互いに離間した上記複数の高濃度p型ゲート領域の長手方向が、前記高濃度n型炭化珪素基板の傾き方向に対して平行になるように形成されることを特徴とする(1)ないし(4)のいずれかに記載の炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
さらに、このように、低濃度n型チャネル領域(7)の不純物濃度を、低濃度n型ドリフト層(3)の不純物濃度よりも低くすることによって、デバイスの耐圧設計とは独立してブロッキングゲインを向上させることが可能となり、究極的にノーマリオフ特性を実現することが可能となる。
以下、図1に従って炭化珪素トランジスタ装置の構成について説明する。
炭化珪素トランジスタ装置には、例えば1.0×1018〜1.0×1020/cm3の不純物濃度を有するn型炭化珪素基板(2)上に、例えば1.0×1014/cm3〜1.0×1017/cm3の不純物濃度を有するn型ドリフト層(3)が備えられている。n型ドリフト層(3)の直上には互いに離間した、例えば1.0×1017/cm3〜1.0×1020/cm3の不純物濃度を有するp型ゲート領域(4)、及び互いに隣り合ったp型ゲート領域(4)の間にエピタキシャル成長により形成された、例えば1.0×1014/cm3〜1.0×1017/cm3の不純物濃度を有するn型チャネル領域(7)が備えられ、更に、p型ゲート領域(4)及びn型チャネル領域(7)の直上にn型チャネル領域(7)と同じ不純物濃度を有する低濃度n型領域1(9)が備えられている。
図4(a)の工程において、高濃度n型炭化珪素基板(2)上に低濃度n型ドリフト層(3)をエピタキシャル成長により形成する。この際、低濃度n型ドリフト層(3)の厚みと不純物濃度はデバイスの耐圧設計により決定される。更に、低濃度n型ドリフト層(3)上にエピタキシャル成長により高濃度p型層(10)を形成する。
2・・・高濃度n型炭化珪素基板
3・・・低濃度n型ドリフト層
4・・・互いに離間した高濃度p型ゲート領域
5・・・高濃度n型ソース領域
6・・・ソース電極
7・・・低濃度n型チャネル領域
8・・・ゲート電極
9・・・低濃度n型領域1
10・・・高濃度p型層
11・・・低濃度n型領域2
21・・・ドレイン電極
22・・・高濃度n型炭化珪素基板
23・・・低濃度n型層
24・・・互いに離間した高濃度p型ゲート領域
25・・・高濃度n型ソース領域
26・・・ソース電極
27・・・低濃度n型チャネル領域
28・・・ゲート電極
29・・・絶縁膜
30・・・低濃度n型ドリフト層
41・・・高濃度n型炭化珪素基板
42・・・低濃度n型ドリフト層
43・・・互いに離間した高濃度p型ゲート領域1
44・・・互いに離間した高濃度p型ゲート領域2
46・・・低濃度n型チャネル領域
47・・・高濃度n型ソース領域
48・・・ソース電極
49・・・ドレイン電極
Claims (5)
- 高濃度n型炭化珪素基板上に、低濃度n型ドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型ドリフト層上に高濃度p型層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該高濃度p型層の一部を除去して互いに離間した複数の高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域を形成する工程と、互いに隣り合った前記高濃度p型ゲート領域の間に位置するチャネル領域、前記高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域の全面を覆うとともに該低濃度n型ドリフト層よりも低い不純物濃度の低濃度n型領域をエピタキシャル成長により形成する工程と、ゲート電極が形成される領域の該低濃度n型領域を除去する工程と、残された該低濃度n型領域の表面の全面にn型不純物イオンを注入し高濃度n型ソース領域を形成する工程と、該高濃度n型ソース領域上にソース電極を形成する工程と、前記高濃度n型炭化珪素基板の裏面にドレイン電極を形成する工程と、該ゲート電極領域に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
- 高濃度n型炭化珪素基板上に、低濃度n型ドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型ドリフト層上に高濃度p型層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該高濃度p型層の一部を除去して互いに離間した複数の高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域を形成する工程と、互いに隣り合った前記高濃度p型ゲート領域の間に位置するチャネル領域、前記高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域の全面を覆うとともに該低濃度n型ドリフト層よりも低い不純物濃度の低濃度n型領域をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型領域の表面の全面にn型不純物イオンを注入し高濃度n型領域を形成する工程と、ソース領域となる該高濃度n型領域を残して該高濃度n型領域及びその下の低濃度n型領域を除去する工程と、該高濃度n型ソース領域上にソース電極を形成する工程と、前記高濃度n型炭化珪素基板の裏面にドレイン電極を形成する工程と、ゲート電極領域に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
- 高濃度n型炭化珪素基板上に、低濃度n型ドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型ドリフト層にp型不純物をイオン注入し、その表面に高濃度p型層を形成する工程と、該高濃度p型層の一部を除去して互いに離間した複数の高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域を形成する工程と、互いに隣り合った前記高濃度p型ゲート領域の間に位置するチャネル領域、前記高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域の全面を覆うとともに該低濃度n型ドリフト層よりも低い不純物濃度の低濃度n型領域をエピタキシャル成長により形成する工程と、ゲート電極が形成される領域の該低濃度n型領域を除去する工程と、残された該低濃度n型領域の表面の全面にn型不純物イオンを注入し高濃度n型ソース領域を形成する工程と、該高濃度n型ソース領域上にソース電極を形成する工程と、前記高濃度n型炭化珪素基板の裏面にドレイン電極を形成する工程と、該ゲート電極領域に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
- 高濃度n型炭化珪素基板上に、低濃度n型ドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型ドリフト層にp型不純物をイオン注入し、その表面に高濃度p型層を形成する工程と、該高濃度p型層の一部を除去して互いに離間した複数の高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域を形成する工程と、互いに隣り合った前記高濃度p型ゲート領域の間に位置するチャネル領域、前記高濃度p型ゲート領域及びこれに連なるゲート電極領域の全面を覆うとともに該低濃度n型ドリフト層よりも低い不純物濃度の低濃度n型領域をエピタキシャル成長により形成する工程と、該低濃度n型領域の表面の全面にn型不純物イオンを注入し高濃度n型領域を形成する工程と、ソース領域となる該高濃度n型領域を残して該高濃度n型領域及びその下の低濃度n型領域を除去する工程と、該高濃度n型ソース領域上にソース電極を形成する工程と、前記高濃度n型炭化珪素基板の裏面にドレイン電極を形成する工程と、ゲート電極領域に電気的に接続されたゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
- 上記高濃度n型炭化珪素基板として(0001)面、又は(000−1)面から傾斜した表面を有する六方晶系炭化珪素基板を使用するとともに、互いに離間した上記複数の高濃度p型ゲート領域の長手方向が、前記高濃度n型炭化珪素基板の傾き方向に対して平行になるように形成されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
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