JP5638558B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5638558B2 JP5638558B2 JP2012069072A JP2012069072A JP5638558B2 JP 5638558 B2 JP5638558 B2 JP 5638558B2 JP 2012069072 A JP2012069072 A JP 2012069072A JP 2012069072 A JP2012069072 A JP 2012069072A JP 5638558 B2 JP5638558 B2 JP 5638558B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor region
- control electrode
- region
- dielectric constant
- insulating film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 230
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 45
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 35
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 18
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 2
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
- H01L29/4236—Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
- H01L21/048—Making electrodes
- H01L21/049—Conductor-insulator-semiconductor electrodes, e.g. MIS contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
- H01L29/517—Insulating materials associated therewith the insulating material comprising a metallic compound, e.g. metal oxide, metal silicate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
- H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
- H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
- H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
- H01L29/66348—Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66666—Vertical transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66674—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/66712—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/66734—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with a step of recessing the gate electrode, e.g. to form a trench gate electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7827—Vertical transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42364—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
- H01L29/42368—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4916—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen
- H01L29/4925—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4966—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a composite material, e.g. organic material, TiN, MoSi2
- H01L29/4975—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a composite material, e.g. organic material, TiN, MoSi2 being a silicide layer, e.g. TiSi2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
- H01L29/511—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures
- H01L29/512—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures the variation being parallel to the channel plane
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
実施形態に係る半導体装置の製造方法は、炭化珪素を含む第1半導体領域の上に第1導電形の炭化珪素を含む第2半導体領域を形成する工程と、前記第2半導体領域の上に第2導電形の炭化珪素を含む第3半導体領域を形成する工程と、前記第3半導体領域の上に第1導電形の炭化珪素を含む第4半導体領域を形成する工程と、前記第4半導体領域、前記第3半導体領域及び前記第2半導体領域にトレンチを形成する工程と、前記トレンチの側面及び底面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に接する第1制御電極部を形成する工程と、前記トレンチ内の前記第1制御電極部の少なくとも前記第3半導体領域と対向する領域に酸化シリコンよりも高い誘電率の材料を添加する工程と、前記材料を拡散させて前記絶縁膜のうち少なくとも前記第3半導体領域と接する領域に高誘電率領域を形成する工程と、を備える。
実施形態に係る別の半導体装置の製造方法は、炭化珪素を含む第1半導体領域の上に第1導電形の炭化珪素を含む第2半導体領域を形成する工程と、前記第2半導体領域の上に第2導電形の炭化珪素を含む第3半導体領域を形成する工程と、前記第3半導体領域の上に第1導電形の炭化珪素を含む第4半導体領域を形成する工程と、前記第4半導体領域、前記第3半導体領域及び前記第2半導体領域にトレンチを形成する工程と、前記トレンチの側面及び底面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に接するように酸化シリコンよりも高い誘電率の材料を含む第1制御電極部を形成する工程と、前記第1制御電極部の上に第2制御電極部を形成する工程と、前記材料を拡散させて前記絶縁膜のうち少なくとも前記第3半導体領域と接する領域に高誘電率領域を形成する工程と、を備える。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、以下の説明において、n+、n、n−及びp+、p、p−の表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、n+はnよりもn形の不純物濃度が相対的に高く、n−はnよりもn形の不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、p+はpよりもp形の不純物濃度が相対的に高く、p−はpよりもp形の不純物濃度が相対的に低いことを示す。
また、以下の説明では、(0001)面、(000−1)面、(11−20)面とは、結晶学上これらと等価な面をすべて含むものとする。
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図1に表したように、本実施形態に係る半導体装置110は、第1半導体領域1と、第2半導体領域2と、第3半導体領域3と、第4半導体領域4と、制御電極20と、絶縁膜30と、を備える。この半導体装置110は、SiCを含むMOSFETである。
第1半導体領域1が形成される基板Sは、例えば4H−SiCを含む。基板Sは、窒素(N)等のn形不純物を5×1018cm−3以上1×1019cm−3以下程度含むn+形の基板である。
図2〜図6は、半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
先ず、図2に表したように、n形不純物としてリンまたはNを1×1019cm−3程度含み、厚さが例えば300マイクロメートル(μm)であり、六方晶系の結晶格子を有する低抵抗の4H−SiCの基板Sを準備する。基板Sには第1半導体領域1が含まれる。
その後は、公知の技術により、電極膜の形成及びパターニングによって図1に表したような第1電極10及び第2電極11等を形成する。これにより、半導体装置110が完成する。
一方、チャネルに対向するゲート絶縁膜7の実効的な誘電率は、ゲート絶縁膜7が酸化シリコンのみで構成される場合に比べて高くなり、半導体装置110の電流駆動力が向上する。
図7は、第2の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
図7に表したように、第2の実施形態に係る半導体装置120は、第1制御電極部8の形状及び形成方法が異なる以外は、第1の実施形態に係る半導体装置110と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記載を省略する。
図8〜図11は、半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
先ず、図8に表したように、第1半導体領域1が含まれる基板Sの上面S1に、第2半導体領域2、第3半導体領域3及び第4半導体領域4を形成し、トレンチ5を形成し、絶縁膜30を形成する。これらの形成方法は、第1の実施形態と同様である。
また、Hfの拡散は、図11に表したように、第1制御電極部8の一部のエッチングを行った後、第2制御電極部9を形成する前に、例えば1000℃程度の熱処理によって行うようにしてもよい。このとき、HfSiを除去する際に生じた底部絶縁膜6のダメージを回復させる条件で熱処理を行うことが望ましい。
一方、底部絶縁膜6に高誘電率材料が拡散することを抑制し、トレンチ5の底面5bで欠陥の少ない良質な絶縁膜が維持される。これにより、半導体装置120の信頼性が維持される。
図12は、第3の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的断面図である。
図12に表したように、第3の実施形態に係る半導体装置130は、第1制御電極部8以外の形状が異なる以外は、第2の実施形態と同様である。したがって、第2の実施形態と重複する内容については記載を省略する。
図13〜図14は、半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
先ず、図13に表したように、第1半導体領域1が含まれる基板Sの上面S1に、第2半導体領域2、第3半導体領域3及び第4半導体領域4を形成し、トレンチ5を形成し、絶縁膜30を形成する。これらの形成方法は、第2の実施形態と同様である。
また、Hfの拡散は、第2制御電極部9を形成する前に、例えば1000℃程度の熱処理によって行うようにしてもよい。
Claims (15)
- 炭化珪素を含む第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられ第1導電形の炭化珪素を含む第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の上に設けられ第2導電形の炭化珪素を含む第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の上に設けられ第1導電形の炭化珪素を含む第4半導体領域と、
前記第4半導体領域、前記第3半導体領域及び前記第2半導体領域に設けられたトレンチ内に設けられた制御電極と、
前記トレンチの側面と、前記制御電極と、のあいだ、および、前記トレンチの底面と、前記制御電極と、のあいだに設けられた絶縁膜と、
を備え、
前記絶縁膜は、高誘電率領域と、底部絶縁膜と、を含み、
前記底部絶縁膜は、前記トレンチの前記底面と前記制御電極との間に設けられ、
高誘電率領域は、前記第3半導体領域と接し、酸化シリコンよりも高い誘電率を有し、
前記高誘電率領域のうちの前記制御電極側の領域の誘電率は、前記高誘電率領域のうちの前記第3半導体領域側の領域の誘電率よりも高く、
前記高誘電率領域のうちの前記制御電極側の領域の前記誘電率は、前記底部絶縁膜の誘電率よりも高い半導体装置。 - 前記高誘電率領域の誘電率は、前記制御電極側から前記第3半導体領域側に向けて徐々に低下する請求項1記載の半導体装置。
- 前記高誘電率領域は、酸化及び窒化の少なくともいずれかにより酸化シリコンよりも高い誘電率を呈する材料を含む請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記高誘電率領域に含まれる材料は、Al、Hf、Ti、Ta、Zr、Sc、Y、La及びランタノイドのうちの少なくとも1つである請求項3記載の半導体装置。
- 前記制御電極は、
第1制御電極部と、
第2制御電極部と、
を含み、
前記第1制御電極部は、前記絶縁膜と、前記第2制御電極部と、のあいだに設けられ、
前記第1制御電極部は、酸化及び窒化の少なくともいずれかにより酸化シリコンよりも高い誘電率を呈する材料を含む請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1制御電極部に含まれる材料は、Al、Hf、Ti、Ta、Zr、Sc、Y、La及びランタノイドよりなる群から選択された1つの単体金属、前記群から選択された少なくとも2つによる合金、前記群から選択された少なくとも1つのシリサイド、または前記群から選択された少なくとも1つの窒化物である請求項5記載の半導体装置。
- 前記絶縁膜のうちの前記トレンチの底面と前記第2半導体領域との間の膜厚は、前記絶縁膜のうちの前記トレンチの側面と前記第3半導体領域との間の膜厚よりも厚い請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1半導体領域は、炭化珪素を含む基板の(0001)面または(000−1)面に設けられた請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記トレンチの側面の少なくとも1つは、前記基板の(11−20)面である請求項8記載の半導体装置。
- 炭化珪素を含む第1半導体領域の上に第1導電形の炭化珪素を含む第2半導体領域を形成する工程と、
前記第2半導体領域の上に第2導電形の炭化珪素を含む第3半導体領域を形成する工程と、
前記第3半導体領域の上に第1導電形の炭化珪素を含む第4半導体領域を形成する工程と、
前記第4半導体領域、前記第3半導体領域及び前記第2半導体領域にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの側面及び底面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に接する第1制御電極部を形成する工程と、
前記トレンチ内の前記第1制御電極部の少なくとも前記第3半導体領域と対向する領域に酸化シリコンよりも高い誘電率の材料を添加する工程と、
前記材料を拡散させて前記絶縁膜のうち少なくとも前記第3半導体領域と接する領域に高誘電率領域を形成する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 - 前記材料を添加する工程は、前記材料を前記トレンチの開口から前記トレンチ内の前記第1制御電極部に前記材料を斜めイオン注入することを含む請求項10記載の半導体装置の製造方法。
- 前記材料を添加する工程の後、前記トレンチ内の前記第1制御電極部の上に第2制御電極部を形成する工程をさらに備えた請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法。
- 炭化珪素を含む第1半導体領域の上に第1導電形の炭化珪素を含む第2半導体領域を形成する工程と、
前記第2半導体領域の上に第2導電形の炭化珪素を含む第3半導体領域を形成する工程と、
前記第3半導体領域の上に第1導電形の炭化珪素を含む第4半導体領域を形成する工程と、
前記第4半導体領域、前記第3半導体領域及び前記第2半導体領域にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチの側面及び底面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に接するように酸化シリコンよりも高い誘電率の材料を含む第1制御電極部を形成する工程と、
前記第1制御電極部の上に第2制御電極部を形成する工程と、
前記材料を拡散させて前記絶縁膜のうち少なくとも前記第3半導体領域と接する領域に高誘電率領域を形成する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 - 前記第1制御電極部を形成する工程は、前記第1制御電極部のうち前記トレンチの底面側の部分を除去することを含む請求項13記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1制御電極部を形成する工程は、前記第1制御電極部のうち前記トレンチの底面側の部分を除去して露出した前記絶縁膜を、酸化によって厚膜化することを含む請求項13記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012069072A JP5638558B2 (ja) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
US13/715,204 US8941120B2 (en) | 2012-03-26 | 2012-12-14 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US14/557,864 US9269781B2 (en) | 2012-03-26 | 2014-12-02 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012069072A JP5638558B2 (ja) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014211223A Division JP5997746B2 (ja) | 2014-10-15 | 2014-10-15 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013201308A JP2013201308A (ja) | 2013-10-03 |
JP5638558B2 true JP5638558B2 (ja) | 2014-12-10 |
Family
ID=49210940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012069072A Active JP5638558B2 (ja) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US8941120B2 (ja) |
JP (1) | JP5638558B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7006568B2 (ja) | 2018-11-20 | 2022-01-24 | トヨタ自動車株式会社 | 電動機 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014148130A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 |
JP6133991B2 (ja) * | 2013-08-30 | 2017-05-24 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | ゲルマニウム層上に酸化ゲルマニウムを含む膜を備える半導体構造およびその製造方法 |
JP6189261B2 (ja) * | 2014-07-07 | 2017-08-30 | 株式会社東芝 | 半導体装置およびその製造方法 |
JP6565192B2 (ja) * | 2015-01-15 | 2019-08-28 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
JP2017092191A (ja) * | 2015-11-06 | 2017-05-25 | 株式会社デンソー | 炭化珪素半導体装置 |
JP6669628B2 (ja) * | 2016-10-20 | 2020-03-18 | トヨタ自動車株式会社 | スイッチング素子 |
JP7152117B2 (ja) * | 2018-08-29 | 2022-10-12 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
US11640990B2 (en) * | 2020-10-27 | 2023-05-02 | Wolfspeed, Inc. | Power semiconductor devices including a trenched gate and methods of forming such devices |
EP4064363A1 (en) * | 2021-03-24 | 2022-09-28 | Hitachi Energy Switzerland AG | Semiconductor device with an insulated gate, method for manufacturing the same and power module comprising the same |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5742076A (en) * | 1996-06-05 | 1998-04-21 | North Carolina State University | Silicon carbide switching devices having near ideal breakdown voltage capability and ultralow on-state resistance |
JP2000106428A (ja) * | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JP3688631B2 (ja) * | 2001-11-22 | 2005-08-31 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
JP4798119B2 (ja) * | 2007-11-06 | 2011-10-19 | 株式会社デンソー | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 |
US8188484B2 (en) * | 2008-12-25 | 2012-05-29 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
WO2011027831A1 (ja) | 2009-09-07 | 2011-03-10 | ローム株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2011159763A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Toshiba Corp | 電力用半導体装置 |
JP5630114B2 (ja) | 2010-07-16 | 2014-11-26 | トヨタ自動車株式会社 | 炭化珪素半導体装置 |
WO2012026089A1 (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-01 | 国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学 | SiC半導体素子 |
-
2012
- 2012-03-26 JP JP2012069072A patent/JP5638558B2/ja active Active
- 2012-12-14 US US13/715,204 patent/US8941120B2/en active Active
-
2014
- 2014-12-02 US US14/557,864 patent/US9269781B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7006568B2 (ja) | 2018-11-20 | 2022-01-24 | トヨタ自動車株式会社 | 電動機 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20150087124A1 (en) | 2015-03-26 |
US20130248881A1 (en) | 2013-09-26 |
US8941120B2 (en) | 2015-01-27 |
JP2013201308A (ja) | 2013-10-03 |
US9269781B2 (en) | 2016-02-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5638558B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP5135879B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
US9559188B2 (en) | Trench gate type semiconductor device and method of producing the same | |
US9812529B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP5920684B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP5577478B1 (ja) | 半導体装置 | |
JP5452062B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP5671779B2 (ja) | エピタキシャルウエハの製造方法および半導体装置の製造方法 | |
US9755064B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP5584823B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
JP5628462B1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2018060924A (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
JP6017127B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
JP2013219161A (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
JP2007115875A (ja) | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 | |
JP6189261B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP7182850B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP5579216B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP5646569B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP2009043880A (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置 | |
JP6441412B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP5997746B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP7204547B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP7462394B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP2015135892A (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140203 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140428 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140502 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140613 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140924 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141022 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5638558 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |