JPWO2016181903A1 - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
「MOS」という用語は、古くは金属/酸化物/半導体の積層構造に対して用いられていた用語であった。しかし、特にMOS構造を有する電界効果トランジスタ(以下、単に「MOSトランジスタ」と記載する場合がある)においては、近年の集積化および製造プロセスの改善などの観点からゲート絶縁膜およびゲート電極の材料の改善がなされている。
<プレーナゲート構造縦型MOSFET>
図1は、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置、具体的には、セル構造からなるMOS構造を備えたスイッチング素子を有する、炭化珪素MOSFETの上面構成を模式的に示す平面図である。
<トレンチゲート構造縦型MOSFET>
第1実施形態においては、ゲート構造がプレーナ型であるMOSFETについて説明された。しかし、ゲート構造はプレーナ型に限定されるものではない。
<層間絶縁膜>
上記の実施形態では、ゲート電極7またはゲート電極7aに接触する側の層間絶縁膜8に窒化シリコン膜81が用いられ、その上に酸化膜82が形成されていた。しかし、層間絶縁膜8の構造は、このような場合に限定されるものではない。
<プレーナゲート構造縦型MOSFETの製造方法>
次に、図4から図14を参照しつつ、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。ここで、図4から図14は、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程別断面図である。以下では、上記の実施形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略する。
<トレンチゲート構造縦型MOSFET製造方法>
上記の実施形態では、ゲート構造がプレーナ型であるMOSFETについて、その製造方法が説明された。しかし、製造されるMOSFETのゲート構造は、プレーナ型に限定されるものではない。
<層間絶縁膜>
上記の実施形態では、ゲート電極7またはゲート電極7aに接触する側の層間絶縁膜8に窒化シリコン膜81が用いられ、その上に酸化膜82が形成されていた。しかし、層間絶縁膜8の構造は、このような場合に限定されるものではない。
図8に示されるゲート電極7が形成された後に、ゲート電極7を構成するボロンを含んだ多結晶シリコンの表面を酸化したサンプルAおよびサンプルBを準備する。すなわち、サンプルAおよびサンプルBは、層間絶縁膜がすべて酸化膜で構成されている場合である。
上記の実施形態では、ゲート電極はp型の多結晶シリコンで形成される。しかし、電力用縦型MOSFETを高速でスイッチングするためには、ゲート電極の抵抗を下げる必要が生ずる場合もある。
<多結晶シリコンと金属シリサイドからなるトレンチゲート構造縦型MOSFET製造方法>
第1実施形態において例示されたように、不純物濃度が同じ場合であっても、p型不純物を含む多結晶シリコン膜の抵抗は、n型不純物を含む多結晶シリコン膜の抵抗の3倍になる。
<金属シリサイド化>
第9実施形態では、CVD法による金属シリサイドの製造方法が開示された。本実施形態の変形例では、スパッタ法によって、金属シリサイドを有するトレンチゲート構造縦型MOSFETを製造する方法について、図30から図32を参照しつつ説明する。
<多結晶シリコンと金属シリサイドからなるプレーナゲート構造縦型MOSFET>
第9実施形態、および、第9実施形態の変形例1では、多結晶シリコン膜7bと金属シリサイド76とを備えるトレンチゲート構造縦型MOSFETが開示された。ここで、多結晶シリコンと金属シリサイドとからなるゲート電極は、プレーナゲート構造縦型MOSFETにも使用できる。
<多結晶シリコンと金属からなる縦型MOSFET>
第9実施形態、第9実施形態の変形例1、および、第9実施形態の変形例2では、ゲート電極に金属シリサイドが使用された。しかしながら、ゲート電極に使用できる材料は金属シリサイドに限られない。
以下に、上記の実施形態による効果を例示する。
上記実施形態では、各構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載している場合があるが、これらはすべての局面において例示であって、本明細書に記載されたものに限られることはない。よって、例示されていない無数の変形例が、本技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの実施形態における少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれる。
また、本技術の別の態様に関する炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体基板の上面に形成されたn型のドリフト層と、前記ドリフト層の表層に部分的に形成されたp型のウェル領域と、前記ウェル領域の表層に部分的に形成されたn型のソース領域と、前記ソース領域と前記ドリフト層とに挟まれた前記ウェル領域に接触して形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に接触して形成されたボロンが導入された多結晶シリコン製であり、かつ、p型のゲート電極と、前記ゲート電極を覆って形成された酸化シリコン膜または窒化シリコン膜からなる層間絶縁膜と、前記ソース領域と電気的に接続されたソース電極と、前記炭化珪素半導体基板の下面に形成されたドレイン電極とを備え、前記ゲート電極は、金属シリサイド膜を含み、前記層間絶縁膜は、少なくとも前記ゲート電極に接触する面の近傍において、前記ボロンの濃度が1×10 19 /cm 3 よりも低い。
Claims (14)
- 炭化珪素半導体基板(1)の上面に形成された第1導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の表層に部分的に形成された第2導電型のウェル領域(4)と、
前記ウェル領域(4)の表層に部分的に形成された第1導電型のソース領域(3)と、
前記ソース領域(3)と前記ドリフト層(2)とに挟まれた前記ウェル領域(4)に接触して形成されたゲート絶縁膜(6、6a)と、
前記ゲート絶縁膜(6、6a)に接触して形成された第2導電型のゲート電極(7、7a)と、
前記ゲート電極(7、7a)を覆って形成された層間絶縁膜(8)と、
前記ソース領域(3)と電気的に接続されたソース電極(10)と、
前記炭化珪素半導体基板(1)の下面に形成されたドレイン電極(9)とを備え、
前記層間絶縁膜(8)は、少なくとも前記ゲート電極(7、7a)に接触する面の近傍において、第2導電型の不純物濃度が1×1019/cm3よりも低い、
炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲート絶縁膜(6)は、前記ソース領域(3)と前記ドリフト層(2)とに挟まれた前記ウェル領域(4)上に形成され、
前記ゲート電極(7)は、前記ゲート絶縁膜(6)上に形成される、
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ドリフト層(2)の表面から前記ウェル領域(4)よりも深く形成されたトレンチ(19)をさらに備え、
前記ゲート絶縁膜(6a)は、前記トレンチ(19)内において、前記ソース領域(3)と前記ドリフト層(2)とに挟まれた前記ウェル領域(4)の側壁を覆って形成され、
前記ゲート電極(7a)は、前記トレンチ(19)内において、前記ゲート絶縁膜(6a)を覆って形成される、
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記層間絶縁膜が、酸化シリコン膜である、
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記層間絶縁膜が、窒化シリコン膜(81)である、
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記層間絶縁膜(8)は、積層構造であり、
前記層間絶縁膜(8)は、
前記ゲート電極(7、7a)と接触して形成された窒化シリコン膜(81)と、
前記窒化シリコン膜(81)を覆って形成された酸化膜(82)とを備える、
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲート絶縁膜(6、6a)は、酸化シリコン膜であり、かつ、内部に窒素を含む、
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲート電極(7、7a)は、結晶粒の大きさが200nm以上である、
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲート電極は、多結晶半導体(73b、7b)と、導電膜(74、76)とを含む、
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 炭化珪素半導体基板(1)の上面に第1導電型のドリフト層(2)を形成し、
前記ドリフト層(2)の表層に第2導電型のウェル領域(4)を部分的に形成し、
前記ウェル領域(4)の表層に第1導電型のソース領域(3)を部分的に形成し、
前記ソース領域(3)と前記ドリフト層(2)とに挟まれた前記ウェル領域(4)に接触するゲート絶縁膜(6、6a)を形成し、
前記ゲート絶縁膜(6、6a)に接触する第2導電型のゲート電極(7、7a)を形成し、
前記ゲート電極(7、7a)を覆う層間絶縁膜(8)を形成し、
前記ソース領域(3)と電気的に接続されるソース電極(10)を形成し、
前記炭化珪素半導体基板(1)の下面にドレイン電極(9)を形成し、
前記層間絶縁膜(8)を、酸素を含まないガスを用いたCVD法によって形成する、
炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記ゲート絶縁膜(6)を、前記ソース領域(3)と前記ドリフト層(2)とに挟まれた前記ウェル領域(4)上に形成し、
前記ゲート電極(7)を、前記ゲート絶縁膜(6)上に形成する、
請求項10に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記ドリフト層(2)の表面から前記ウェル領域(4)よりも深く、トレンチ(19)を形成し、
前記ゲート絶縁膜(6a)を、前記トレンチ(19)内において、前記ソース領域(3)と前記ドリフト層(2)とに挟まれた前記ウェル領域(4)の側壁を覆って形成し、
前記ゲート電極(7a)を、前記トレンチ(19)内において、前記ゲート絶縁膜(6a)を覆って形成する、
請求項10に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 酸化シリコン膜である前記層間絶縁膜を、400℃以下の温度下で形成する、
請求項10から請求項12のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 不純物を含まない第1非晶質シリコン膜(71、71a)をCVD法によって形成し、前記第1非晶質シリコン膜(71、71a)を覆う第2導電型の不純物を含む第2非晶質シリコン膜(72、72a)を形成し、さらに、前記第1非晶質シリコン膜(71、71a)および前記第2非晶質シリコン膜(72、72a)を熱処理することによって、多結晶シリコン膜である前記ゲート電極(7、7a)を形成する、
請求項10から請求項12のうちのいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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