SE519692C2 - Halvledaranordning och sätt att tillverka densamma - Google Patents

Halvledaranordning och sätt att tillverka densamma

Info

Publication number
SE519692C2
SE519692C2 SE9900008A SE9900008A SE519692C2 SE 519692 C2 SE519692 C2 SE 519692C2 SE 9900008 A SE9900008 A SE 9900008A SE 9900008 A SE9900008 A SE 9900008A SE 519692 C2 SE519692 C2 SE 519692C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
type
layer
channel layer
surface channel
silicon carbide
Prior art date
Application number
SE9900008A
Other languages
English (en)
Other versions
SE519692C3 (sv
SE9900008L (sv
SE9900008D0 (sv
Inventor
Eiichi Okuno
Takeshi Endo
Kunihiko Hara
Shinji Amano
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP13360598A external-priority patent/JP3719326B2/ja
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of SE9900008D0 publication Critical patent/SE9900008D0/sv
Publication of SE9900008L publication Critical patent/SE9900008L/sv
Publication of SE519692C2 publication Critical patent/SE519692C2/sv
Publication of SE519692C3 publication Critical patent/SE519692C3/sv

Links

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
    • H01L29/66—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
    • H01L29/7828—Vertical transistors without inversion channel, e.g. vertical ACCUFETs, normally-on vertical MISFETs
    • 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
    • H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H01L29/045—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes
    • 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
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692—Surface layout
    • H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • 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
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0873—Drain regions
    • H01L29/0878—Impurity concentration or distribution
    • 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
    • H01L29/66—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
    • H01L29/68—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
    • 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
    • H01L29/7838—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate without inversion channel, e.g. buried channel lateral MISFETs, normally-on lateral MISFETs, depletion-mode lateral MISFETs
    • 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
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41766—Source or drain electrodes for field effect devices with at least part of the source or drain electrode having contact below the semiconductor surface, e.g. the source or drain electrode formed at least partially in a groove or with inclusions of conductor inside the semiconductor
    • 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
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

25 30 u. ..- 519 692 z Den sålunda framställda MOSFET av planartyp arbetar i en ackumuleringsmod, där en kanalregion induceras utan invertering av konduktivitetstypen för det kanalbildande skik- tet. Kanalrörligheten kan därför ökas och ”till”-resistansen kan sänkas järnfört med vad som gäller för en MOSFET av inversionsmod, vilket åtföljs av inversion av den ledande typen för bildande av en kanal.
Uppfinnarna till föreliggande uppfinning tillverkade ovan beskrivna effekt MOSFET av planartyp och undersökte styrelektrodens oxidfilm 7 i MOSFET med hjälp av C-V- belysningsmätning. Den resulterande C-V-karakteristikan visas i Fig. 2. Som resultat därav fann man att C-V-karakteristikan varierade stort med belysningen men därefter återhämtade den sig ej omedelbart. Man fann sålunda att C-V-karakteristikan har den s.k. hystereskarate- ristiken. Dessutom skiftades en flatbandsspänning till en positiv sida. Detta innebar att elek- tronfíllor uppkom.
Detta fenomen indikerar att bärarfällor existerar i styrelektrodens oxidfilm eller i ett gränssnitt mellan styrelektrodens oxidfilm och ytakanalskiktet 5 (SiOg/SiC-gränssnittet) och kan orsaka icke blott instabilitet i FET-karakteristika utan även försämring i tillförlitlighet hos styrelektrodens oxidfilm 7.
Sammandrag av uppfinningen Föreliggande uppfinning har gjorts med hänsyn tagen till ovan angivna problem. Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en MOSFET med stabila FET-ka- rakteristika och hög tillförlitlighet för en grindisoleringsfilm däri.
Uppfinnarna till föreliggande uppfinning har studerat det ovan beskrivna problemet och funnit att Si-N-band existerade vid SiOzlSiC-gränssnittet som resultat av att XPS-mätning sätter detektorvinkel 9 till 5° som visas i Fig. 3. Detta innebär att kväve som används som dopningsmedel för ytkanalskiktet 5, som visas i Fig. 1, reagerar med kiselkarbid under en termisk oxidationsbehandling för utformning av styrelektrodens oxidfilm 7 för att alstra kisel- nitrid (SiN), som kan orsaka bärarfällor (elektron eller hål).
I enlighet med en första aspekt på föreliggande uppfinning innefattar därför ett ytka- nalskikt kväve med en koncentration som är lika med eller mindre än 1 x 1015 cm'3. En mängd av kiselnitrid, som existerar i en styrelektrods isoleringsfilm och i ett gränssnitt mellan ytka- nalskiktet och styrelektrodens isoleringsfilm blir så obetydlig att koncentrationen av bärarfäl- lor blir försumbar, vilket resulterar i stabila FET-karakteristika och förbättrad tillförlitlighet för styrelektrodens isoleringsfilm.
Enligt en andra aspekt på föreliggande uppfinning innehåller ytkanalskiktet ett ele- ment som dopärnne, vilket är valt från den femte gruppens element utöver kvävet i det perio- A:\P33704.b.d0c 10 15 20 25 30 519 692 3 diska systemet. I detta fall blir koncentrationen för störämnet i ytkanalskiktet i en storleksord- ning mellan l x 10” cm'3 och 1 x 10” cm'3_ Koncentrationen av det oavsiktligt dopade kvävet skulle bli lika med eller mindre än 1 x 1015 cm'3. Som resultat därav blir mängden av kisel- nitrid, som finns i styrelektrodens isoleringsfilm och i gränssnittet mellan ytkanalskiktet och styrelektrodens isoleringsfilm så extremt liten att koncentrationen av bärarfällor blir försum- bar.
En gränssnittstillståndstäthet i gränssnittet mellan styrelektrodens isoleringsfilm och ytkanalskiktet styrs till att bli lika med eller mindre än 4 x 10” cmzeVl. Följaktligen förbätt- ras stabiliteten för FET-karakteristika ytterligare utan ökning av ”till”-resistansen.
I enlighet en tredje aspekt på föreliggande uppfinning utföres, efter det att grindelek- trodens isoleringsfilm utformats, en härdningsbehandling vid hög temperatur vid en tempera- tur lika med eller högre än 1200°C. Si-N-band som kan orsaka bärarfållor upplöses under härdningsbehandlingen vid hög temperatur. Härdningsbehandlingen vid hög temperatur utförs företrädesvis i en omgivning som innehåller åtminstone någon av gaserna väte eller syre eller en inert gas. Även då koncentrationen av kväve i ytkanalskiktet är större än l x 10l5 cm'3 kommer följaktligen mängden av kiselnitrid att reduceras tillräckligt, vilket resulterar i stabila FET-karakteristika och förbättrad tillförlitlighet för styrelektrodens isoleringsfilm.
I enlighet med en fjärde aspekt på föreliggande uppfinning utföres, efter det att styr- elektrodens oxidfilm utformats medelst termisk oxidering av ytdelen av ytkanalskiktet vid en första temperatur, en omoxideringsbehandling i en oxidationsomgivning vid en andra tempe- ratur, som är lägre än den första temperaturen. Härdning utföres vidare vid en oxidationshas- tighet som är mindre än vad som gällde vid omoxideringsbehandlingen.
I detta fall kan Si-N-bindriingarna som uppstod i styrelektrodens isoleringsfilm under omoxideringsbehandlingen, som utföres vid en stor oxidationshastighet, upplösas genom re- aktion med syre under den härdning, som utfördes vid en mycket låg oxidationshastighet.
Som resultat därav reduceras de bärarfällor, som orsakades av Si-N-bindningama, vilket re- sulterar i stabil FET-karakteristika och förbättrad tillförlitlighet vad beträffar styrelektrodens isoleringsfilm. Oxidationshastigheten vid härdningen är företrädesvis lika med eller mindre än 0.8 nm/H, vilket är nästan lika med oxidationshastigheten under omoxideringsbehandlingen.
Temperaturen vid härdningen är företrädesvis lika med den som gäller vid omoxideringsbe- handlingen. Följaktligen blir en tillverkningsprocess mycket enkel.
A:\P33704.b.d0c 10 15 20 25 30 519 692 4 Kort beskrivning av ritningarna Andra ändamål och särdrag i föreliggande uppfinning kommer att framgå tydligare och en bättre förståelse kommer att erhållas beträffande de föredragna utföringsforrner, som beskrivs nedan med hänvisning till bifogade ritningar.
Fig. 1 är ett tvärsnitt som visar en vertikal effekt MOSFET föreslagen av sökanden till denna uppfinning i en samtidigt löpande US-patentansökan, Fig. 2 är kurvor som visar karakteristika för den vertikala effekt MOSFET, som visas iFig. 1, Fig. 3 är kurvor som visar XPS-mätresultat vid en vertikal effekt MOSFET, som visas i Fig. l, Fig. 4 är ett tvärsnitt som visar en vertikal effekt MOSFET i första till fjärde utfö- ringsforrner av föreliggande uppfinning, Fig. SA-SC, 6A-6C och 7A-7C är tvärsnitt som visar en tillverkningsprocess för den vertikala effekt MOSFET, som visas i Fig. 4, i fortlöpande steg, Fig. 8 är en schematisk vy som visar ett odlingssystem, som används vid epitaxi- alodling i den första utföririgsforrnen, Fig. 9 är en kurva som visar ett samband mellan flatbandsskiftsspänningar och kvä- vekoncentrationer, Fig. 10 är en kurva för förklaring av förekomsten av elektronfallor efter en omoxide- ringsbehandling vid låg temperatur som utförs i en tredje föredragen utföringsforrn av förelig- gande uppfinning, Fig. 11 är en kurva som visar C-V-mätresultaten vid belysning efter det att härdning utföres efter omoxideringsbehandlingen vid låg temperatur i den tredje utföringsforinen, Fig. 12 är en kurva som visar sambanden mellan oxiderade tjocklekar och härd- ningstemperaturer samt mellan gränssnittstillståndstätheter respektive härdningstemperaturer i ett fall då härdning utföres i en syreomgivning, Fig. 13 är en kurva som visar sambandet mellan oxiderade tjocklekar och härd- ningstemperaturer samt mellan gränssnittstillståndstätheter respektive härdningstemperaturer, i ett fall då härdning utföres i en omgivning innefattande syre och kväve i innehållspropor- tioner 11100, Fig. 14 är ett tvärsnitt som visar en MOSFET av spårgrindtyp i en modifierad utfö- ringsforrn av föreliggande uppfinning, Fig. 15 är ett tvärsnitt som visar sido-MOSFET i en annan modifierad utföringsform av föreliggande uppfinning, A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 5 Fig. 16 är en schematisk bild som visar en simuleringsmodell för undersökning av sambandet mellan gränssnittstillståndstätheten och en ”till”-resistans, Fig. 17 är en kurva som visar sambanden mellan ”tilP-resistanserna och gräns- snittstillståndstätheter, Fig. 18A och F ig. 18B är bandgapsdiagram för att förklara ”till”-resistansen, Fig. 19 är en perspektivvy som visar en effekt MOSFET av spårgrindtyp i en femte föredragen utföringsforni av föreliggande uppfinning, Fig. 20 är en planvy som visar MOSFET enligt Fig. 19, Fig. 21 till 27 är tvärsnitt som visar en tillverkningsprocess av MOSFET, som visas i Fig. 19, Fig. 28 är en kurva som visar ett samband mellan läckström mellan kollektor- och emitterelektroder samt fasta laddningstätheter, Fig. 29A och 29B är bandgapsdiagram för att förklara läckströmmen, Fig. 30 till 34 är tvärsnitt som visar modifierade MOSFET-enheter av spårgrindtyp enligt föreliggande uppfinning, Fig. 35 är en perspektivvy som visar en annan modifierad effekt MOSFET av spårgrindtyp enligt föreliggande uppfinning, Fig. 36 är en planvy som visar MOSFET enligt Fig. 35, och Fig. 37 och 38 är tvärsnittsvyer, som visar andra modifierade effekt MOSFET- enheter av spårgrindtyp enligt föreliggande uppfinning.
Detaljbeskrivning av föredragna utföringsformer Nedan kommer föredragna utföringsformer enligt föreliggande uppfinning att förkla- ras med hänvisning till ritningarna.
(Första utföringsform) En normalt frånslagen n-kanal MOSFET-transistor av planartyp (vertikaleffekt MOSFET) i en första föredragen utföringsfonn är lärnplig för en omvandlare, en likriktare i en automatisk omformare eller liknande. Strukturen hos den vertikala effekt MOSFET- transistorn kommer att förklaras med hänvisning till Fig. 4 och med tyngdpunkten på detaljer som skiljer sig från vad som gäller för MOSFET enligt Fig. 1. Samma delar som de som finns i MOSF ET i Fig. 1 anges med samma referenssiffror och samma förklaring kommer därför att utlämnas.
Då den vertikala effekt MOSFET, som visas i Fig. 4, jämförs med MOSFET, som visas i Fig. 1, är poängen att kväve används som dopningsmedel i ytkanalskiktet 5 är detsam- ma, emellertid skiljer sig störämneskoncentrationema i ytkanalskikten 5 från varandra. Detta A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 6 innebär att medan störärnneskoncentrationen i ytkanalskiktet 5 i MOSFET enligt Fig. 1 ligger inom området ungefär l x 1015 cm'3 till 1 x 10” cm'3 , så är störämneskoncentrationen i ytka- nelsleileiei s i MosPl-:r enligt Fig. 4 like med eller niindie än 1 x lo” ein”. videre är mäng- den av kiselnitrid som finns i styrelektrodens oxidskikt 7 och vid gränssnittet mellan styrelek- trodens oxidfilm 7 och ytkanalskiktct 5 mycket liten. I den vertikala effekt MOSFET i denna utföringsforrn orsakas därför knappast elektron- eller hålfällor av kiselnitriden, vilket resulte- rar i stabila MOSFET-karakteristika.
Därefter kommer en tillverkningsprocess för den vertikala typen av MOSF ET enligt Fig. 4 att förklaras med hänvisning till Fig. 5A-5C, 6A-6C och 7A-7C.
[Steg visat i Fig. SA] Först framställs ett n-typ 4H-, 6H- eller SC-SiC-substrat såsom halvledarsubstratet l av nïtyp. Halvledarsubstratet 1 av n+-typ har en tjocklek på 400 pm och huvudytan la svarar mot ett (0001) Si-plan eller ett (11 20) a-plan. Epi-skiktet 2 av nïtyp är epitaxiellt odlat på ytan la vid substratet l för att få en tjocklek på 5 um. Följaktligen har epi-skiktet 2 av n'- typ samma kristallstruktur som vad som gäller för det underliggande substratet 1, så att det blir ett n-typ 4H-, 6H- eller 3C-SiC-skikt.
[Steg visat i Fig. SB] En LTO-film 20 är anordnad på en speciell region av epi-skiktet 2 av nïtyp och bor- (eller aluminium)-joner (B+) är inbäddade i epi-skiktet 2 av nïtyp med användning av LTO- fllmen 20 som en mask, så att basregionema av pïtyp 3a, 3b utformas. Ionimplantationsför- hållandena är sådana att temperaturen är 700°C och med en dos på 1 x 1016 cm'2.
[Steg visat i Fig. SC] Då LTO-filmen 20 har avlägsnats sker epitaxiell odling av ytkanalskiktet 5 på epi- skiktet 2 av nïtyp, innefattande basregionema av pïtyp 3a, 3b, med hjälp av en kemisk ångavsättningsmetod (CVD). Samtidigt kontrolleras dosen så att kvävekoncentrationen i yt- kanalskiktet 5 blir lika med eller mindre än 1 x 1015 cm'3. Detta epitaxiella odlingssteg kom- mer att förklaras mera i detalj med användning av en odlingsenhet 50, som visas i F ig. 8.
Såsom visas i Fig. 8 innefattar odlingsenheten 50 en preliminär kammare 51, en od- lingsapparat med högt vakuum 52, såsom en molekylär strålapparat för epitaxiell odling (MBE), en CVD-apparat eller liknande, och anslutningsdelen 53, som ansluter den preliminä- ra kammaren 51 och odlingsapparaten 52 med högt vakuum. Den preliminära kammaren 51 är försedd med pumpar, såsom en rotationspump (RP) 51a och en diffusionspump (DP) Slb, och är utförd så att den håller ett högt vakuum inom området mellan 10'6 Torr och 1045 Torr med A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 7 hjälp av pumparna. En kiselkarbidpunktkristall 54 för kristallodling finns anordnad i den pre- liminära kammaren.
Materialet (kiselkarbid i denna utföringsforrn), som skall odlas, upphettas till subli- mat i ultrahögt vakuum, eller källgas införes i högvakuumapparaten 52, så att en kemisk re- aktion uppträder på en hel yta av en skiva 55 i högvakuumapparaten 52. Som resultat odlas ett enkelkristallskikt på skivan 55. Högvakuumapparaten är utrustad med pumpar, såsom en ro- tationspump 52a, en diffusionspump 52b, en turbopump (TB) 52c och liknande och är så ut- förd, att ett ultrahögt vakuum skapas i ett område mellan 10'6 Torr och 1045 Torr med hjälp av pumparna. Fönster 53a, 53b, vilka är hennetiskt förslutna med hjälp av packningsenheter, finns anordnade mellan den preliminära kammaren 51 och anslutningsdelen 53 samt mellan odlingsapparaten 52 med högvakuum respektive anslutningsdelen 53 för att möjliggöra kom- munikation däremellan eller för att avstänga dem sinsemellan.
Punktkristall (substrat) 54 på vilket ett epitaxialskikt skall utformas finns anordnad i den preliminära kammaren 51 i den sålunda konstruerade odlingsenheten 50. Därefter påver- kas den preliminära kammaren 51 att få närrmda höga vakuum så att kväve som häftar vid substratet 54 avlägsnas. Vid denna tidpunkt hålls insidan på odlingsapparaten 52 för högva- kuum vid nämnda ultrahöga vakuumtillstånd. Därefter öppnas fönstret 53a och substratet 54 transporteras till anslutningsdelen 53. Då fönstret 53a har slutits öppnas fönstret 53b och sub- stratet 54 transporteras in i odlingsapparaten 52 med högvakuum. Efter det att substratet 54 placerats i en speciellt position slutes successivt fönstret 53b för att säkerställa lufttätheten inuti odlingsapparaten 52 med högvakuum.
På detta sätt hålls substratet i högvakuum inne i den preliminära kammaren 51, me- dan insidan på odlingsapparaten 52 med högvakuum, där den epitaxiella odlingen skall äga rum, hålles vid nämnda ultrahöga vakuum. Därför hålls alltid detta ultrahöga vakuum inne i odlingsapparaten 52 med högvakuum, och kvarvarande kväve i odlingsapparaten 52 med högvakuum kan på ett effektivt sätt avlägsnas. Därefter odlas ytkanalskiktet 5 med hjälp av sublimeringsmetoden, CVD-metoden eller liknande som ovan beskrivits. Vid odling skall trycket i kammaren ändras med hjälp av källgasen och bärargas. Då substratet transporteras till anslutningsdelen 53 skall trycket vara inom ett område mellan l0'6 Torr och 10"” Torr.
Följaktligen kan ytkanalskiktet 5 utformas med låg kvävekoncentration lika med eller mindre än 1 x 1045 cm'3.
Då exempelvis ytkanalskiktet 5 odlas med hjälp av CVD-metoden inmatas SiH4-gas och CgHg-gas i apparaten tillsammans med en mycket liten mängd av Ng-gas för att odla SiC.
Då kväve finns kvar i apparaten behöver Nz-gasen icke matas in. Tillfalligtvis undersöktes A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 r » u I i f 519 692 s tlatbandsskiftning med avseende på de olika kiseldopningskoncentrationema i ytkanalskiktet 5 med hjälp av C-V-mätningar i mörker. Resultat visas i F ig. 9. Såsom visas i denna figur blir flatbandskiftningen mycket förrninskad då kvävekoncentrationen i ytkanalskiktet 5 är lika med eller mindre än 1 x 1015 cm'3. Detta innebär att, då ytkanalskiktet 5 är utformat till att ha en kvävekoncentration lika med eller mindre än l x 1015 cm'3, bärarfällor orsakade av SiN- bindningar på av ett avsevärt sätt kan minskas.
I detta fall är tjockleken på ytkanalskiktet 5 fixerat baserat på följande ekvation (1) så att den vertikala effekten MOSF ET blir av den normala ”från”-typen. Då den vertikala ef- fekten MOSF ET är av denna normala ”från”-typ är det nödvändigt att ha en tillräcklig barri- ärhöjd i ett tillstånd, där styrelektrodspänningen icke inmatas, så att ett utannningsområde sträcker sig in i skiktet av nïtyp och förhindrar elektrisk bindning. Ekvationen (1) som repre- senterar detta tillstånd är enligt följande.
Qs+Qtc+Q1 +Qss ) 2 s N*N , 2:5, 1 , rep1= s ' ” ^ vbmdf ï (öms- q NDNA q D Coxl de . . . . . (1) där Tepi är bredden på utarrningsområdet som går i ytkanalskiktet av nïtyp, cbms är arbets- funktionsskillnaden mellan metall och halvledare, QS är rymdladdning i styrelektrodens oxid- film, Qfc är fast laddning vid gränssnittet mellan styrelektrodens oxidfilm (SiOz) och ytkanal- skiktet (SiC) av nïtyp, Q; är en rörlig jonmängd i styrelektrodens oxidfilm, QSS är ytladdning- en i gränssnittet mellan styrelektrodens oxidfilm och ytkanalskiktet, och ND, NA är koncentra- tionema för donatorer respektive mottagare.
I ekvationen (1) representerar den första termen på högra sidan en utsträckt bredd på utarrnningsregionen alstrad genom en inbyggd spänning Vbyggd i PN-förbindningen mellan ytkanalskiktet 5 och basregionerna 3a, 3b av pïtyp, dvs. en utsträckt bredd för utarmnings- skiktet som sträcker sig från basregionerna 3a, 3b av pïtyp in i ytkanalskiktet 5. Den andra termen på den högra sidan representerar en utsträckt bredd för utarrnningsregionen alstrad genom laddningen i styrelektrodens oxidfilm 7 och tbms, dvs. en utsträckt bredd för utarm- ningsskiktet, som sträcker sig från styrelektrodens oxidfilm 7 in i ytkanalskiktet 5. Då därför summan av de utsträckta breddema för utannningsskikten sträcker sig från basregionema 3a, 3b av pïtyp och från styrelektrodens oxidfilm 7 är lika med eller större än tj ockleken på ytka- nalskiktet 5 kommer den vertikala effekten MOSF ET att normalt vara av ”från”-typ. I denna utföringsforrn är tjockleken på ytkanalskiktet 5 fixerad så att dessa förhållanden krävs.
A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 9 = . n I . , Tjockleken på ytkanalskiktet 5 för den normala MOSFET av ”från”-typ är därmed mindre än Tepi. Här framgår klart från ekvation (l) att då störämneskoncentrationen i ytka- nalskiktet 5 är låg så minskar ND så att Tepi ökas. Tjockleken på ytkanalskiktet 5 kan därför ökas, vilket resulterar i god kontrollmöjlighet av tjockleken, då ytkanalskiktet 5 odlas epitaxi- ellt.
I den vertikala effekt MOSFET av normalt ”från”-typ kommer, då ingen spänning kan inmatas till styrelektroden på grund av apparatfel eller liknande, ingen ström att flyta i MOSFET, vilket resulterar i hög tillförlitlighet jämfört med en enhet av normalt ”till”- tillstånd. Som framgår av Fig. 4 finns kontakt mellan basregionerna 3a, 3b av pltyp och emitterelektroden 10 så att denna blir jordad. Ytkanalskiktet 5 kan därför bringas i ”från”- tillstånd genom användning av den inbyggda spänningen Vbyggd i PN-förbindningen mellan ytkanalskiktet 5 och basregionerna 3a, 3b av pïtyp. Då till skillnad därifrån basregionerna 3a, 3b av pïtyp ställs in i ett flytande tillstånd utan att vara jordade kommer ytkanalskiktet 5 icke att kunna bringas till ”frånïtillståndet medelst den inbyggda spänningen Vbyggd, eftersom ut- armningsregion icke förstöras från basregionema 3a, 3b av pïtyp med hjälp av den inbyggda spänningen Vbyggd.
I den första utföringsfonnen är störämneskoncentrationen i basregionema 3a, 3b av p'-typ relativt låg, men den inbyggda spänningen Vbyggd kan ökas genom att öka störämnes- koncentrationen i basregionerna 3a, 3b av pïtyp. Eftersom den vertikala effekt MOSFET- transistom är gjord av SiC kan den i den första utföringsformen tillverkas med hög noggrann- het. Till skillnad därifrån är det, då den vertikala effekt MOSFET-transistom utgöres av kisel (Si), svårt att styra mängden av termisk diffusion, som uppträder då utformningen sker av basregionema 3a, 3b av pïtyp, ytkanalskiktet 5 och liknande. Detta gör det svårt att tillverka den MOSFET-transistor, som normalt är av ”från”-typ, av Si så att den får i huvudsak samma struktur som ovan.
Då dessutom Si används för MOSFET är det, på grund av att den inbyggda spän- ningen i kisel låg, nödvändigt att göra ytkanalskiktet tunt eller minska störämneskoncentratio- nen i ytkanalskiktet järnfört med då man använder SiC, vilket gör tillverkningen av MOSFET svårare. Eftersom den inbyggda spänningen i SiC dessutom är cirka tre gånger så stor som vad som gäller för Si kan tjockleken på ytkanalskiktet 5 ökas och/eller störämneskoncentra- tionen i ytkanalskiktet 5 ökas. Därför kan MOSFET som är normalt av ”från”- ackumuleringstyp lätt tillverkas i denna utföringsform.
Härefter kommer utformningen av ytkanalskiktet 5 att förklaras.
A:\P33704.b.d0c 10 15 20 25 30 519 692 10 [Steg visat i Fig. 6A] En LTO-film 21 är anordnad på speciella regioner i ytkanalskiktet 5, och störämnen av n-typ, såsom N, bäddas in för att bilda emitterregioner 4a, 4b av nïtyp med användning av LTO-filmen 21 såsom en mask. Såsom jonirnplantationstillstånd gäller att temperaturen är 700°C och dosen är 1 x 10” cm'2.
[Steg visat i Fig. 6B] Då LTO-filmen 21 avlägsnas anordnas en annan LTO-film 22 på en speciell region i ytkanalskiktet 5 med hjälp av fotoresistmetoden. Sedan avlägsnas ytkanalskiktet 5 som brer ut sig på basregionema 3a, 3b av pïtyp delvis genom en reaktiv jonetsningsmetod (RIE) med användning av LTO-filmen 22 såsom en mask.
[Steg visat i Fig. 6C] Sedan införs borjoner (E+) för att bilda djupa basskikt 30a, 30b med användning av LTO-filmen 22 såsom en mask. Därmed görs basregionerna 3a, 3b partiellt tjockare. De djupa basskikten 30a, 30b utformas så att de icke överlappar emitterregionerna 4a, 4b av nïtyp. De tjockare delarna av basregionerna 3a, 3b av pïtyp, där de djupa baskikten 30a, 30b är utfor- made, har dessutom en större koncentration som är större än vad som gäller för delarna med mindre tjocklek av emitterregionema 3a, 3b av pïtyp, där de djupa basskikten 30a, 30b icke ñnns utformade.
[Steg visat i F ig. 7A] Då LTO-filmen 22 avlägsnas utformas styrelektrodens oxidfilm 7 på substratet ge- nom våtoxidation (innefattande en pyrogen metod, som använder H2 och Og) vid 1080°C. Ef- tersom kvävekoncentrationen i upphettningssteget 5 som ligger under styrelektrodens oxid- film 7 då är lika med eller mindre än 1 x 1015 cmi3 såsom ovan beskrivits förhindras kisel- nitrid (SiN) att alstras under den termiska oxidationen för utfomming av styrelektrodens oxid- film 7.
Mängden av kiselnitrid i styrelektrodens oxidfilm 7 och vid gränssnittet mellan den- na oxidfilm 7 och ytkanalskiktet 5 minskas därför avsevärt. Den negativa effekten genom bärarfällor (gränssnittstillstånd) orsakade av kiselnitrid reducerar sålunda den negativa effek- ten för de elektriska karakteristika, såsom en styrelektrodtröskelspänning kan försummas, vilket resulterar i goda FET-karakteristikor och hög tillförlitlighet hos styrelektrodens oxid- film 7.
Därefter avsättes styrelektroden 8 av flerkristallkisel på styrelektrodens oxidfilm 7 med hjälp av LPCVD-metoden vid 600°C.
A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 ll [Steg visat i F ig. 7B] Då onödiga delar av styrelektrodens oxidfilm 7 har avlägsnats utformas isolerings- filmen 9 gjord av LTO för att skydda resten av denna oxidfilm 7. Avsättningstemperaturen är 425°C. Efter avsättningen utföres en härdningsbehandling vid l000°C.
[Steg visat i F ig. 7C] Därefter avsättes emitterelektroden 10 respektive kollektorelektroden ll med hjälp av metallförstoftning vid rumstemperatur. Efter avsättningen utföres en härdningsbehandling vid l00O°C. Därmed är den vertikala effekt MOSFET-transistom, som visas i Fig. 4, fullbor- dad.
Hämäst kommer fimktionen hos den vertikala effekt MOSFET att förklaras.
MOSFET-transistorn av normalt ”från”-til1stånd arbetar i en ackumuleringsmod. Då spänning icke tillföres styrelektroden 8 är ytkanalskiktet 5 helt och hållet utarmat på grund av den elek- trostatiska potentialskillnaden mellan basregionerna 3a, 3b av pïtyp och ytkanalskiktet 5, och potentialen, som alstras av arbetsfunktionsskillnaden mellan ytkanalskiktet 5 och styrelektro- den 8. Potentialskillnaden, som alstras av arbetsfunktionsskillnaden mellan ytkanalskiktet 5 och styrelektroden 8 och genom summan av externt inmatade spänningar, kan ändras genom att tillföra spänningen till styrelektroden 8. Som resultat därav styrs kanaltillståndet.
Detta innebär att då arbetsfunktionerna i styrelektroden 8, basregionema 3a, 3b av p'- typ och ytkanalskiktet 5 representeras av första, andra och tredje arbetsfunktioner blir den första till tredje arbetsfunktionen, störämneskoncentrationen och tjockleken för ytkanalskiktet 5 fixerade, så att bärare av n-typ i ytkanalskiktet 5 utarmas fullständigt på grund av skillnaden mellan de första till tredje arbetsfunktionerna. l ett ”från”-tillstånd formas utarrnningsregionen i ytkanalskiktet 5 på grund av de elektriska fält, som alstras mellan basregionema 3a, 3b av ptyp och styrelektroden 8. Då en positiv förspänning pålägges styrelektroden 8 formas i detta tillstånd kanalregionen i gräns- snittet mellan styrelektrodens oxidfilm (SiOz) 7 och ytkanalskiktet 5 för att sträcka sig från emitterregionema 4, 4b av n'-typ mot epi-skiktet av n'-typ (driftregion av n'-typ)2. Tillståndet kopplas följaktligen om till ett ”till”-tillstånd. Vid denna tidpunkt flyter elektroner från emit- terregionema 4a, 4b av nïtyp till epi-skiktet 2 av n'-typ genom ytkanalskiktet 5, och elektro- nerna, som har nått epi-skiktet 2 av nïtyp flyter då vertikalt till halvledarsubstratet l av n+-typ (nïavlopp). Kanalen av ackumuleringstyp induceras sålunda i ytkanalskiktet 5 genom den positiva spänning, som inmatas till styrelektroden 8, så att bärare flyter mellan emitterelektro- den 10 och kollektorelektroden 11.
A:\P33704.b.d0c 10 15 20 25 30 519 692 12 (Andra utfóringsformen) I den första utföringsfonnen dopades kväve in i ytkanalskiktet 5 med en låg kväve- koncentration, och följaktligen kommer mängden av kiselnitrid, som finns i styrelektrodens oxidfilm 7 och i gränssnittet mellan styrelektrodens oxidfilm 7 och ytkanalskiktet 5 att avse- värt minskas. Till skillnad därifrån gäller i en andra föredragen utföringsfonn en annan metod, dvs. en annan tillverkningsmetod, som används för att minska mängden av kiselnitrid, som finns i ovannämnda delar. Tillverkningssteg liknande dem som visades i Fig. 5A-5C, 6A-6C och 7A-7C kommer att förklaras med hänvisning till samma figurer. En vertikal effekt MOSFET i den andra utföringsforrnen har en struktur, som i huvudsak är densamma som den som visas i Fig. 4, förutom att kvävekoncentrationen i ytkanalskiktet 5 kan sättas inom ett område på approximativt 1 x 1015 cm'3 till 1 x 1017 cm'3, vilket är större än vad som var fallet i samband med den första utföringsformen. Härnedan kommer tillverkningsmetoden i denna utföringsform att förklaras.
Först utföres stegen, som visas i Fig. SA-SC, i huvudsak på samma sätt som vid den första utföringsforrnen. Följaktligen bildas ytkanalskiktet 5. Därefter utföres steget, som visas i F ig. 6A för utformning av styrelektrodens oxidskikt 7 på följande sätt. Efter verkställande av RCA-tvättning utföres först en värmebehandling i väteatmosfär vid l00O°C. Våtoxidation utföres sedan medelst en pyrogen metod eller liknande vid 1l00°C och under 5 timmar. Vida- re styrs temperaturen till att vara 950°C och våtoxidationen utföres återigen medelst den pyro- gena metoden eller liknande under 3 timmar såsom reoxideringshärdning. Som resultat därav bildas styrelektrodens oxidfilm 7.
Hämäst utföres härdning (högtemperaturhärdning) vid l250°C i väteomgivning. Ki- selnitrid i styrelektrodens oxidfilm 7 och i gränssnittet mellan styrelektrodens oxidfilm 7 och ytkanalskiktet 5 upplöses under högtemperaturhärdningen. Icke blott gränssnittets till- ståndstäthet utan även den fasta-laddningen vid gränssnittet mellan styrelektrodens oxidfilm 7 och ytkanalskiktet 5 minskas sålunda, så att samma effekter kan erhållas som uppnåddes i samband med den första utföringsformen. Därefter fullbordas den vertikala effekt MOSFET i den andra utföringsforrnen genom de steg, som visas i F ig. 68, 6C och 7A-7C.
(Tredje utfóringsformen) I den tredje utföringsforrnen kommer mängden av kiselnitrid, som alstras i ovan an- givna delar, att effektivt minskas genom en tillverkningsmetod, som skiljer sig från dem som angavs i samband med de första och andra utföringsforrnema. Tillverkningssteg liknande dem som visas i F ig. SA-SC, 6A-6C och 7A-7C i den första utföringsfonnen kommer att förklaras med hänvisning till samma figurer. En vertikal effekt MOSFET i den tredje utföringsformen A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 13 har en struktur som i huvudsak är densamma som den som visas i F ig. 4, förutom att kväve- koncentrationen i ytkanalskiktet 5 kan sättas inom ett område på approximativt 1 x 10” cma och 1 x 10" cm'3, vilket är större än vad som gällde i samband med den första utföringsfor- men. Härnedan kommer tillverkningsmetoden i samband med den tredje utföringsfomien att förklaras.
Först utföres de steg, som visas i Fig. SA-SC, i huvudsak på samma sätt som i sam- band med den första utföringsforrnen. Följaktligen bildas ytkanalskiktet 5. Hämäst fonnas, såsom visas i Fig. 6A, styrelektrodens oxidfilm 7 på ytkanalskiktet 5 speciellt genom oxida- tion, som utföres i en H2 + Oz-omgivning vid 1080°C. Styrelektrodens oxidfilm 7, som utfor- mas under dessa omständigheter, har en tjocklek på cirka 50 nm.
Därefler utföres återigen en värmebehandling i H2 + Oz-omgivningen vid en låg tem- peratur på 950°C. Härnedan kommer lågtemperaturhärdningen, som utförs i den omgivning som innehåller syre att kallas för en reoxidationsvärmebehandling vid låg temperatur. Reoxi- dationsvärmebehandlingen vid låg temperatur kan reducera kolsamlingar, som alstras i kisel- dioxid- och kiselkarbid-(SiOg/SiC)-gränssnittet, så att kolfallor orsakade av kolsamlingar kommer att reduceras.
Uppfinnama utförde emellertid C-V-mätningen efter det att reoxidationsvärrnebe- handlingen vid låg temperatur hade utförts, och farm då att elektronfållor existerade i styr- elektrodens oxidfilm 7 och i gränssnittet mellan styrelektrodens oxidfilm 7 och ytkanalskiktet 5, varigenom en ökning skedde av gränssnittets tillståndstäthet. Såsom visas i Fig. 10 var exempelvis flatbandsskiftningen efter reoxidationsvärrnebehandlingen vid låg temperatur stor.
Detta resultat innebär att negativa fasta ändringar eller elektronfällor vid djup nivå existerar.
Vidare har ljusbelysnings-C-V-karakteristik hysteresiskarakteristiken och indikerar närvaron av en elektronfallenivå, som kan fånga elektroder genom ljusexcitering. Elektronfällorna an- ses orsakade av kiselnitrid (Si-N-bindningar).
I denna utföringsform utfördes därför en annan värrnebehandling i följd i omgivning- en som innefattar syre och vid en temperatur lägre än 1000°C, exempelvis cirka 950°C, vilket är lika med temperaturen vid reoxidationsvärmebehandlingen vid låg temperatur. Den elek- triska karakteristikan inuti styrelektrodens oxidfilm 7 eller i gränssnittet mellan styrelektro- dens oxidfilm 7 och ytkanalskiktet 5 efter denna härdning undersöktes sedan med hjälp av C- V-mätning. Resultatet visas i Fig. 11. Som framgår av denna figur minskades flatbandsskift- ningen till mindre än 2V, och hystereskarakterristikan kan icke observeras. Det antas att skälet till detta resultat beror på att Si och N, som bildar Si-N-bindningarna, reagerar med syre, vil- A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 -.~§- 519 692 14 ket är aktivt även vid en låg temperatur för att framställa NOX och SiOx, så att elektronfällorna reduceras.
Härdningen och temperaturförhållandena vid härdningen, som utföres efter reoxida- tionsvärmebehandlingen vid låg temperatur kommer här-nedan att förklaras mera i detalj. Om- givningen och temperaturen optimerades för att reducera elektronfallorna. Efter det att härd- ningen utförts i Og-omgivning vid en konstant temperatur under 1 timme undersöktes en änd- ring i gränssnittets tillståndstäthet och en tjockleksändring i oxidfilmen.
Som framgår av Fig. 12 blir därför, i det fall då härdningstemperaturen är cirka 950°C, gränssnittets tillståndstäthet minimum, och den oxiderade tjockleken är liten jämfört med vad som gäller för de andra härdningstemperaturema. Punkterna som indikeras med ref på vänstra sidan i Fig. 12 är en tjocklek och en gränstillståndstäthet, som erhölls som referen- ser efter utförande av en reoxidationsvärmebehandling vid låg temperatur. Då härdningen utföres ytterligare under samma villkor som vad som gäller för reoxidationsvärmebehandling- en vid låg temperatur förutom en tidsperiod, dvs. i H2 + Oz-omgivning vid 950°C under 1 timme, ökas tjockleken upp till den punkt som indikeras med en streckad linje i F ig. 12.
Följaktligen bedöms att den oxiderade tjockleken, dvs. oxidationshastigheten för utformning av oxidfilmen, är nära sammanhängande med gränssnittets tillståndstäthet. Detta innebär att det bedöms att ju större oxidationshastigheten blir ju större blir gränssnittets till- ståndstäthet, och vice versa. Följande fenomen antas med anledning därav. Då oxidationshas- tigheten blir liten kombineras syre, som aktiveras även vid en låg temperatur, med Si och N som bildar Si-N-bindningama. Utformningen av oxidfilmen pågår följaktligen då upplösning- en sker av Si-N-bindningama. Därför kommer några elektronfällor knappast att alstras. Då oxidationshastigheten blir stor, eftersom utformningen av oxidfilmen pågår vid det tillstånd då Si-N-bindningama finns kvar, kan emellertid elektronfälloma lätt alstras med hjälp av de åter- stående Si-N-bindningarna.
Som ett resultat av studier utförda på oxidfilmen, som erhölls efter utförandet av re- oxidationsvärmeehandlingen vid låg temperatur som ovan beskrivits, bekräftas exempelvis att elektronfällor, orsakade av Si-N-bindningama, uppträder i oxidfilmen. Detta innebär att elek- tronfälloma alstras vid oxidationshastigheten i reoxidationsvärmebehandlingen vid låg tempe- ratur. Oxidationshastigheten för oxidfilmen utformad genom reoxidationsvärmebehandlingen vid låg temperatur är 0.8 nrn/h, vilket motsvarar den tjocklek, som indikeras av den prickade linjen i Fig. 12. Följaktligen bekräftas att risken för alstring av elektronfällor föreligger då oxidationshastigheten blir stor.
A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 15 I denna utföringsforrn har man således funnit att härdningen, som utföres efter reoxi- dationsvärmebehandlingen vid låg temperatur minskar gränssnittets tillståndstäthet i styrelek- trodens oxidfilm 7 vid gränssnittet mellan styrelektrodens oxidfilm 7 och ytkanalskiktet 5.
Denna härdning kommer nedan att kallas för en härdning som reducerar elektronfällor. Såsom framgår av Fig. 12 kommer denna härdning som reducerar elektronfállor att utföras vid låg temperatur jämfört med vad som gällde i den andra utföringsformen. Eftersom härdningen som reducerar elektronfällor utföres vid en temperatur, som är approximativt lika med den som gäller vid reoxidationsvärmebehandlingen vid låg temperatur (cirka 950°C), kan härd- ningen som reducerar elektronfällor utföras endast genom att utbyta härdningsgasen omedel- bart efter det att reoxidationsvärmebehandlingen vid låg temperatur har utförts, vilket resulte- rar i en förenklad tillverkningsprocedur. Eftersom temperaturen vid härdningen som reducerar elektronfallor icke behöver ökas kommer karakteristikan för gränssnittets tillstândstäthet icke att varieras på grund av den omgivande gasen under temperaturökningsperioden.
Trots att härdningen för reducering av elektronfallor utföres i omgivningen som inne- fattar syre kan syreinnehållet minskas. F ig. 13 visar exempelvis ett samband mellan en oxide- rad tjocklek och en gränssnittstäthet i oxidfilmen, då härdningen utföres i en omgivning inne- fattande kväve och syre med ett förhållande mellan kväve och syre 100:l. Som framgår av figuren kan gränssnittets tillståndstäthet sänkas även då innehållet av syre är litet. Eftersom den optimala härdningstemperaturen för minskning av gränssnittets tillståndstäthet kan ändras i enlighet med innehållet av syre är det emellertid fördelaktigt att härdningstemperaturen op- timeras i enlighet med syreinnehållet. Omgivningen vid härdningen kan innefatta, förutom kväve, väte, inert gas såsom argon (Ar) eller liknande och dess gasblandning.
I de första till tredje utföringsformerna har ytkanalskiktet 5 odlats epitaxiellt, men ytkanalskiktet 5 kan utformas genom implantering av joner i basregionema 3a, 3b av pïtyp. Även om föreliggande uppfinning tillämpas vid MOSFET-transistorer av planartyp är det även möjligt i de första till tredje utföringsforrnema att tillämpa den vid en MOSFET- transistor av spårstyrelektrodtyp, en sidoställd MOSFET-transistor och liknande.
Fig. 14 visar en MOSFET-transistor av spårstyrelektrodtyp såsom exempel. Denna MOSFET innefattar ett substrat 24 sammansatt av ett halvledarsubstrat 21 av nïtyp, ett epi- skikt 22 av nïtyp samt ett basskikt 23 av p-typ. Ett spår 27 är utformat från ytan på substratet 24 för att passera genom en emitterelektrod 25, som är anordnad i en ytdel av basskiktet 23 av p-typ och basskiktet 23 av p-typ. Ytkanalskiktet 28 är utformat på en sidovägg 27a i spåret 27.
En styrelektrod 30 är utformad i spåret 27 genom styrelektrodens oxidfilm 29. En emittere- lektrod 32 är anordnad på styrelektroden 30 genom ett mellanliggande isolationsskikt 31 och A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 16 är anslutet till emitterregionen 25 och basskiktet av p-typ. En kollektorelektrod 33 är vidare anordnad på den bakre ytan av substratet 24.
I MOSFET-transistorn av spårstyrelektrodtyp med uppbyggnaden enligt ovan är det möjligt, då ytkanalskiktet 28 som ligger under styrelektrodens oxidfilm 29 i spåret 27 är ut- format med en låg störämneskoncentration såsom i samband med den första utföringsforrnen, eller då härdningsbehandling vid hög temperatur utföres efter det att styrelektrodens oxidfilm 29 har utformats såsom i samband med den andra utföringsformen, att uppnå sarnrna effekter som vid de första och andra utföringsfonnerna.
Fig. 15 visar en MOSFET från sidan. Denna MOSFET innefattar ett halvledarsub- strat av p-typ, och ett ytkanalskikt 102 är utformat i en speciell region av substratet 101 ge- nom jonimplantation eller liknande. Emitter- och kollektorskikt 103, 104 finns utformade vid båda sidor av ytkanalskiktet 102. En styrelektroden 106 finns anordnad på ytkanalskiktet 12 via en styrelektrodfilm 105. l denna MOSFET-transistor är det möjligt, då ytkanalskiktet 102 som ligger under styrelektrodens oxidfilm 105 utformas med låg störärnneskoncentration så- som vid den första utföringsforrnen eller då en härdningsbehandling vid hög temperatur utfö- res efter det att elektrodens oxidfilm 105 har utformats såsom fallet var vid den andra utfö- ringsforrnen, att erhålla samma effekter som vid de första och andra utföringsformerna. Även om värmebehandlingen vid hög temperatur för upplösning av kiselnitriden utföres i väteomgivning kan den i den andra utföringsforrnen utföras i en omgivning innefat- tande syre, inert gas, såsom Ar, dess blandningsgas eller liknande för att uppnå samma effek- ter. I de första till tredje utföringsfonnema tillämpas vidare föreliggande uppfinning vid en kiselkarbidhalvledaranordning innefattande en kanal av ackumulationstyp, såsom ytkanal- skiktet 5, men den kan emellertid även tillämpas vid andra typer av kiselhalvledaranordning- ar, såsom en anordning innefattande en kanalregion av inversionstyp, som exempelvis utfor- mas genom invertering av ett halvledarskikt av n-typ till ett halvledarskikt av p-typ.
(Fjärde utföringsformen) I en vertikal effekt MOSFET i enlighet med en fjärde föredragen utföringsform ut- formas ytkanalskiktet 5 genom dopning däri av ett element utvalt från den femte gruppen (den gamla 5B-gruppen) av element i det periodiska systemet med undantag för kväve, såsom fos- for (P), arsenik (As), antimon (Sb) och vismut (Bi).
Strukturen för den vertikala effekt- MOSFET i denna utföringsforrn är huvudsakli- gen densamma som vad som visas i Fig. 4 och som förklarats i den första utföringsformen.
Samma delar anges därför med samma referenssiffror och samma förklaring kommer icke att upprepas. 1 själva verket har den vertikala effekt MOSFET i denna utföringsforrn även de A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 17 djupa basskikten 30a, 30b (se Fig. 7C) där basregionerna 3a, 3b är delvis tjockare. Följaktli- gen är epi-skiktet 2 av n'-typ som ligger under de djupa basskikten 30a, 30b förtunnade så att intervallet mellan halvledarsubstratet av ni-typ och de djupa basskikten 30a, 30b är förkortat, vilket resulterar i en ökad filtintensitet. Den ökade faltintensiteten kan lätt orsaka lavinöver- slag.
Härnäst kommer steget med att utforma ytkanalskiktet 5 att förklaras. De andra till- verkningsstegen i samband med den vertikala effekt MOSFET i det fjärde utföringsexemplet är i huvudsak desamma som de som beskrivs i samband med det första utföringsexemplet.
Med hänvisning till Fig. 5C utformas ytkanalskiktet 5 på epi-skiktet 2 av n'-typ med hjälp av CVD-metoden, efter det att basregionema 3a, 3b av utformats på epi-skiktet 2 av n'- typ. Samtidigt fortskrider den epitaxiella odlingen med användning av åtminstone ett av ele- menten i den femtonde gruppen med undantag för kväve (N), dvs. med åtminstone ett av äm- nena P, As, Sb och Bi som dopningsärrme. Följaktligen utformas ytkanalskiktet 5 utan att man använder kväve. I detta fall styrs företrädesvis störämneskoncentrationen i ytkanalskiktet 5 till att ligga inom området mellan l x 1015 cm'3 och 1 x 10” cm'3 och koncentrationen för det oavsiktligt dopade kvävet skall vara lika med eller mindre än 1 X 105 cm'3 såsom i samband med den första utföringsformen.
Såsom förklarats i samband med den första utföringsforrnen är i detta fall tjockleken på ytkanalskiktet 5 fixerat till att vara mindre än summan av de utsträckta breddema för ut- arrnningsskiktet, som sträcker sig från basregionema 3a, 3b av pïtyp in i ytkanalskiktet 5, och utarmningsskiktet som sträcker sig från styrelektrodens oxidfilm 7 in i ytkanalskiktet 5, då ingen spänning tillföres styrelektroden 8. Den vertikala effekt MOSFET blir sålunda av nor- malt ”från”-typ. Effekterna, tillämpliga ändringar och liknande för den sålunda erhållna verti- kala effekt MOSFET av normalt ”från”-typ blir desamma som de som angavs i samband med den första utföringsformen.
Eftersom i fjärde utföringsformen dessutom ytkanalskiktet 5 som ligger under styr- elektrodens oxidfilm 7 icke innehåller kväve även efter det att styrelektrodens oxidfilm 7 har utformats genom termisk oxidation, alstras knappt någon kiseloxid däri. Endast kväve som finns kvar i oxidationsapparaten som används för våtoxideringen, kväve som diffunderats in i kiselkarbiden och liknande kan alstra kiselnitrid; det är emellertid möjligt att reducera dessa element så att de blir försumbara. Även då det kvarvarande kvävet, som har en segregations- koefficient med avseende på kiselkarbid som är större än vad som gäller för de andra dopäm- nena, dopas in i ytkanalskiktet 5, som är dopat med andra dopningsämnen än kväve, blir kvä- A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 18 vekoncentrationen klart lägre än koncentrationen för andra dopämnen än kväve. Problemet som ovan beskrivits kan därför icke orsakas av kväve.
Kväve existerar knappast icke endast i styrelektrodens oxidfilm 7 utan även i gräns- snittet mellan styrelektrodens oxidfilm 7 och ytkanalskiktet 5. De negativa effekterna med bärarfällor (gränssnittstillstånd) orsakade av kiselnitrid har begränsats, så att F ET- karakteristikoma och tillförlitligheten för styrelektrodens oxidfilm 7 förbättras. Även om kontrollerna av tjockleken och dopämnenas koncentration i ytkanalskiktet 5 är viktiga för MOSFET, som arbetar i en ackumuleringsmod, är dessutom kontrollen av dopningsämneskoncentrationen svår då kväve används som dopärnne i ytkanalskiktet 5. Detta beror på att segregationskoefficienten för kväve i kiselkarbid är större än 1. Till skillnad där- ifrån kan kontrollen av dopämneskoncentrationen lätt utföras vid denna utföringsforni efter- som praktiskt taget alla elementen i den femtonde gruppen förutom kväve har segregationsko- efficienter som är mindre än 1.
Störärrmesnivån, som utformas då elementet annat än kväve används som dopnings- medel, är även djupare än den som bildas då kväve används som dopningsänmen, så att Fer- mi-nivån kraftigt fördjupas. Detta är fördelaktigt för att erhålla de normalt ”från”- karakteristikoma vid användning av PN-förbindningen mellan ytkanalskiktet 5 och basregio- nerna 3a, 3b av pïtyp. I själva verket är det att föredra att kväve, som kan skapa en grund störämnesnivå, används såsom dopningsämne för halvledarsubstratet av n+-typ och för emit- terregionema 4a, 4b av niïtyp för att öka elektrontäthetema.
Funktionen hos den vertikala effekt MOSF ET i denna utföringsform är i huvudsak densamma som vad som gäller för den första utföringsforrnen, och därför kommer förklaring- en här att utelämnas.
I den fjärde utföringsforrnen bildas ytkanalskiktet 5, som ligger under styrelektrodens oxidñlm 7, genom användning av ett dopningsämne, som väljs ut från den femtonde gruppen av element med undantag för kväve. Detta beror på att ytregionen i ytkanalskiktet 5 är ter- miskt oxiderat för att bilda styrelektrodens oxidfilm 7. Det är därför inte nödvändigt att ut- forma halvledarregioner av n-typ armat än ytkanalskiktet 5 med ett armat dopningsämne än kväve. Även om ytkanalskiktet 5 bildas genom epitaxiell odling kan det utformas genom jonimplantation av femtonde gruppens element förutom kväve i basregionerna 3a, 3b av p'- typ. Det är även tydligt att den fjärde utföringsformen kan tillämpas vid andra typer av MOSFET, såsom vid en s.k. MOSFET av spårstyrelektrodtyp, som visas i Fig. 14, och en s.k. sidleds-MOSF ET, som visas i Fig. 15, förutom i samband med MOSFET av planartyp, som A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 H- m. 519 692 19 visas i Fig. 4. I MOSFET av spårstyrelektrodtyp, som visas i Fig. 14, kan ytkanalskiktet 28, som är anordnat under styrelektrodens oxidfilm 29, bildas genom dopning däri medelst ett dopningsämne som utvalts från den femtonde gruppens element förutom kväve. I sidleds- MOSFET, som visas i Fig. 15, kan ytkanalskiktet 102, som finns anordnat under styrelektro- dens oxidfilm 105, utformas genom dopning däri av den femtonde gruppens element med undantag för kväve.
Styrelektrodens oxidfilm 7 kan även utformas genom termisk oxidering av en oxid- film, som avsätts på ytkanalskiktet 5 medelst CVD-metoden eller liknande. Följaktligen ästadkommes en terrniskt oxiderad film i gränssnittet mellan den avsatta oxidfilmen och ki- selkarbiden (ytkanalskiktet), såsom styrelektrodens oxidfilm.
(Femte utföringsformen) I MOSFET av spårstyrelektrodtyp, som visas i Fig. 14, kan då spänning tillföres styrelektroden 30, en kanal av ackumulationstyp induceras i ytkanalskiktet av n-typ (tunn- filmshalvledarskikt) 28 och ström flyter mellan emitterelektroden 32 och kollektorelektroden 33 genom kanalen. Eftersom störämneskoncentrationen i epitaxiskiktet av p-typ (tunnfilms- halvledarskikt) 23 och störämneskoncentrationen i tunnfilmshalvledarskiktet 28 av n-typ kan styras oberoende av varandra kan i denna typ av MOSFET epitaxiskiktet 23 av p-typ, som ligger mellan emitterregionen 25 av nïtyp och epitaxiskiktet 22 av nïtyp, utformas med en hög störärnneskoncentration för att ha liten tjocklek. Kanallängden förkortas följaktligen, vil- ket resulterar i en hög blockeringsspänning och en låg ”till”-resistans. Eftersom operations- sättet hos MOSFET är en ackumulationsmod, där kanalen induceras utan invertering av kon- duktivitetstypen för det kanalbildande skiktet, kan vidare MOSFET drivas medelst en styr- elektrodspänning, som är lägre än vad som gäller i samband med en MOSFET av inversions- modtyp, där kanalen induceras genom invertering av konduktivitetstypen.
I halvledaranordningen som använder kiselkarbid gäller emellertid att gränssnittstill- stånd, som formas i ett gränssnitt mellan en kiseldioxidregion (styrelektrodens oxidfilm 29) och en kiselkarbidregion (epitaxiskiktet 22 av nïtyp, epitaxiskiktet 23 av p-typ och emitterre- gioner 25 av nïtyp) har en täthet (gränssnittstillståndstäthet), som är större än vad som gäller vid utformningen i ett kisel- och kiseldioxidgränssnitt, med en faktor på mellan 101 till 102.
Den stora gränssnittstillståndstätheten orsakas av karbid och dopningsämne såsom aluminium, kväve eller bor som finns i kiselkarbidregionen, och/eller defekter som icke finns i SiOz/Si- gränssnittet och är speciella för SiO2/SiC-gränssnitt. Då tillståndstätheten i gränssnittet är stor minskar kanalrörligheten och ”tilP-resistansen ökar. Den ökade ”till”-resistansen förorsakar A: \P33704. b.doc 10 15 20 25 30 519 692 20 ökad kontinuitetsförlust, värmeavgivning i transistom, en minskad omkopplingshastighet och liknande.
Med hänsyn till det ovan sagda är i en femte töredragen utföringsforrn gränssnittets tillståndstäthet på lämpligt sätt styrd så att det icke sker någon ökning av transistoms ”till”- tillstånd baserat på datorsimuleringsresultat, som beskrivs nedan.
Såsom ovan beskrivits gäller att transistoms ”till”-resistans är beroende av gräns- snittets tillståndstäthet i gränssnittet mellan kiseldioxidregionen och kiselkarbidregionen.
Sambandet mellan gränssnittets tillståndstäthet och ”till”-resistansen i en simuleringsmodell, som visas i Fig. 16, beräknades med hjälp av en simulatoranordning, MEDICI (tillverkad av Technology Modeling Associaion Inc.). Simuleringsresultaten visas i Fig. 17. I figuren anger numeriska värden med parentes en tjocklek respektive en störämneskoncentration i epi- kanalskiktet i en sidovägg.
I simuleringsmodellen sattes enligt Fig. 16 störämneskoncentrationen i halvledarsub- stratet 21 till 8 x 10"; cma och störämneskoncentrationen och tjockleken for epitaxiskiktet 22 av en nïtyp sattes 4.3 x 1015 cm'3 respektive 5,3 pm. Störämneskoncentrationen och tjockle- ken på epitaxiskiktet 23 av p-typ sattes till 2 x10” cmd, 1,9 pm, och störämneskoncentratio- nen och tjockleken for emitterregionen 25 av nïtyp sattes till 2 x 1019 cm'3 respektive 0.7 pm.
Störämneskoncentrationen och tjockleken i ytkanalskiktet 28 sattes inom ett område från 1015 cm* nu 1016 cm-ß respektive i området från 0.2 pm till 0.3 pm. Spänningen VGS över styrelektrod och emitterelektrod sattes till 15 V och spänningen VDS över kollektor- och emit- terelektrodema sattes till 0.1 V.
Då gränssnittets tillståndstäthet överskrider approximativt 4 x 10” cm'2 eV] ökar ”till”-resistansen avsevärt såsom visas i Fig. 17. Då därför gränssnittets tillståndstäthet över- skrider approximativt 4 x 1011 cm'2 eV! kan stabila FET-karakteristikor icke uppvisas.
Skälet till detta kommer att förklaras baserat på bandgapsdiagrarn, som visas i F ig. 18A och 18B, vilka indikerar samband mellan gränssnittets tillståndstäthet och ett kollektor- strömflöde i ett tillstånd då styrelektrodspänning tillfóres. Fig. 18A anger ett fall där gräns- snittets tillståndstäthet är liten, t.ex. lika med eller mindre än approximativt 4 x 10” cm'2 eVJ.
Då gränssnittets tillståndstäthet är liten är energin EC vid ena änden på ett ledningsband mind- re än Fermi-nivån EF i kiseldioxid- och kiselkarbidgränssnittet.
Då å andra sidan gränssnittets tillståndstäthet är större än vad som visas i Fig. 18B, t.ex. då gränssnittets tillståndstäthet överskrider approximativt 4 x 10” cm'2 eV", blir energin EC vid slutet av ledningsbandet större än Ferrni-nivån E; i kiseldioxid- och kiselkarbidgräns- A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 21 snittet. Då därför gränssnittet tillståndstäthet är lika med eller mindre än approximativt 4 x 10" cm'2 eV* har gränssnittet relativt liten ”till”-resistans så att kolektorströmmen får möj- lighet att flyta däri, men då gränssnittets tillståndstäthet överskrider approximativt 4 x 10” cm'2 eV* har gränssnittet en avsevärt ökad ”tilP-resistans så att det blir svårt för kollektor- strömmen att flyta däri. Bärarspridning förstärks vidare genom den stora gränssnittstillstånd- stätheten, så att rörligheten sänks. Som resultat härav ökas ”till”-resistansen ytterligare på grund av försämrad rörlighet.
MOSFET av typ spårstyrelektrod i den femte utföringsformen är därför anordnad att justera gränssnittets tillståndstäthet i kiseldioxid- och kiselkarbidgränssnittet baserat på sam- bandet som ovan beskrivits. Som resultat därav kan MOSFET uppvisa stabila karakteristika utan att öka ”tilP-resistansen och utan att vara beroende av gränssnittets tillståndstäthet.
Nedan kommer nu strukturen och karakteristika för n-kanaleffekt MOSFET av sty- relektrodtyp (vertikaleffekt MOSFET) i den femte utföringsforrnen att speciellt förklaras med hänvisning till Fig. 19. I Fig. 19 har samma delar som finns i Fig. 14 angivits med samma referenssiffror.
Ett kiselkarbidhalvledarsubstrat 21 av n+-typ såsom ett lågresistanshalvledarskikt utgöres av hexagonal kiselkarbid. Ett kiselkarbidhalvledarskikt av nïtyp (nïtypepitaxiskikt) 22 såsom ett högresistanshalvledarskikt och ett kiselkarbidhalvledarskikt av p-typ (p- typepitaxiskikt) 23 såsom ett första halvledarskikt är anordnade på kiselkarbidhalvledarsub- stratet 21 av nïtyp i nu nämnd ordning. Kiselkarbidhalvledarsubstratet 21 av nïtyp, epitaxi- skiktet 22 av nïtyp och epitaxiskiktet 23 av p-typ bildar ett halvledarsubstrat 24 gjort av en- kristallkiselkarbid och med en övre yta som i huvudsak motsvarar ett (0001) kolplan.
En emitterregion 25 av n+-typ utformas vidare i en speciell ytregion av epitaxiskiktet 23 av p-typ och en kiselkarbidregion 26 av p-typ och med låg resistans utformas i en speciell ytregion i epitaxiskiktet 23 av p-typ på en inre perifer sida av emitterregionen 25 av nïtyp.
Ett spår 27 utformas i en specifik region i emitterregionen 25 av n+-typ för att passera genom emitterregionen 25 av n+-typ och epitaxiskiktet 23 av p-typ och för att nå epitaxiskiktet 22 av nïtyp. Spåret 27 har en sidovägg 27a som är vinkelrätt mot ytan på halvledarsubstratet 24 samt en bottenvägg 27b, som är parallell med ytan på halvledarsubstratet 24.
Sidoväggen 27a i spåret 27 är sammansatt av åtskilliga ytor, vilka var och en sträcker sig i huvudsak parallellt med en [l l 00]-riktning för kiselkarbid. Här uttrycker [l 100] alla kristallograñskt ekvivalenta riktningar, dvs. sex riktningar motsvarande <1 l00>, , A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 22 <1 100>, <1 010> och . Planformen som definieras av sidoväggen 27a är en sexhör- ning med inre vinklar som i huvudsak är lika med varandra. Detta innebär, som visas i Fig. 20 att sexhömingen, som definieras av sidoväggen 27a, har sex sidor S1, S2, S3, S4, S5 och S5 och sex inre vinklar på approximativt 120 grader mellan respektive S1 och S2, S2 och S3, S3 och S4, S4 och S5, S5 och S6 och S5 och S1.
Enligt Fig. 19 finns i spåret 27 tunnfilmshalvledarskikt (andra halvledarskiktet) 28 och bestående av n-typhalvledare anordnat på sidoväggen 27a, på vilken emitterregionen 25 av nlïtyp, epitaxiskiktet 23 av p-typ och epitaxiskiktet 22 av nïtyp finns frilagda. Tunnfilms- halvledarskiktet 28 har en tjocklek på approximativt inom området 1000 Å till 5000 Å, och samma kristallstrukturtyp som vad som gäller for epitaxiskiktet 23 av p-typ, exempelvis 6H- SiC. Störämneskoncentrationen i tunnfilmshalvledarskiktet 28 är lägre än vad som gäller för kiselkarbidhalvledarsubstratet 21 av n+-typ och i emitterregionen 25 av nïtyp.
Såsom ovan beskrivits är kristallstrukturtypen for halvledarsubstratet 24 6H-SiC i ett hexagonalt system och planformen, som definieras av sidoväggen 27a, en sexhöming. Följ- aktligen kan spåret 27 ha en form som motsvarar kristallstrukturtypen, vilket resulterar i ett lämpligt yttillstånd hos sidoväggen 27a. Halvledarsubstratet 24 kan utgöras av 4H-SiC eller 3C-SiC. I detta fall är det likaledes att föredra att spåret 27 har en planform som svarar mot kristallstrukturtypen.
En styrelektrodoxidfilm 29 av kiseldioxid är vidare anordnad på tunnfilmshalvle- darskiktet 28 och på bottenväggen 27b i spåret 27. Gränssnittets tillståndstäthet i gränssnittet mellan styrelektrodens oxidfilm 29 och turmfilmshalvledarskiktet 28 och mellan styrelektro- dens oxidfilm 29 och epitaxiskiktet 22 av nïtyp har satts till lika med eller mindre än 4 x 10" cm'2 eV". Följaktligen blir FET-karakteristika stabila oberoende av gränssnittets tillståndstät- het.
En styrelektrod 30 är anordnad på styrelektrodens oxidfilm 29 i spåret 27 och täckt med ett mellanliggande isoleringsskikt 31. En emitterelektrod är utformad såsom en första elektrod på emitterregionen 25 av n+-typ och den lågresistiva kiselkarbidregionen 26 av p-typ.
En kollektorelektrod 33 är utformad såsom en andra elektrod på ytan på kiselkarbidhalvledar- substratet 21 av nïtyp, dvs. på den bakre ytan av halvledarsubstratet 24. I den sålunda bildade effekt MOSFET av spårelektrodtyp induceras en kanal av ackumuleringstyp genom tillförsel av positiv spänning till styrelektroden 30, så att bärare flyter mellan emitterelektroden 32 och kollektorelektroden 33. I detta fall tjänar tunnfilmshalvledarskiktet 28 såsom en kanalbildande region.
A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 30 519 692 23 Härnäst kommer tillverkningsprocessen för effekt MOSFET av spårelektrodtyp att förklaras med hänvisning till Fig. 21 till 32.
[Steg visat i Fig. 21] Först framställs ett halvledarsubstrat 21 av kiselkarbidtyp och n+-typ med en huvud- yta som motsvarar ett (000 l )-kolplan och epitaxiskiktet 22 av nïtyp odlas på huvudytan. Vi- dare odlas epitaxiskiktet 23 av p-typ på epitaxiskiktet 22 av n'-typ. På detta sätt bildas halvle- darsubstratet 24, som består av kiselkarbidhalvledarsubstratet 21 av n+-typ, epitaxiskiktet 22 av nïtyp och epitaxiskiktet 23 av p-typ. I detta fall bildas epitaxiskiktet 22 av nïtyp och epi- taxiskiktet 23 av p-typ i ett tillstånd, där en kristallaxel i kiselkarbidhalvledarsubstratet 21 av nïtyp avböjs med 3,5° till 8°. Halvledarsubstratet 24 har därför en huvudyta, som approxima- av: mmsvafaf en (ooo i )- koipian.
[Steg visat i Fig. 22] Hårnäst bildas emitterregionen 25 av n+-typ i en speciell ytregion av epitaxiskiktet 23 av p-typ. En lågresistiv kiselkarbidregion 26 av p-typ bildas i en annan speciell ytregion i epitaxiskiktet 23 av p-typ genom exempelvis jonimplantation av aluminium.
[Steg visat i Fig. 23] Sedan bildas spåret 27 för att passera genom emitterregionen 25 av n+-typ och epi- taxiskiktet 23 av p-typ för att nå fram till epitaxiskiktet 22 nïtyp med hjälp av en torretsning- metod, såsom en RIE-metod. Härvid anordnas sidoväggen 27a i spåret 27 till att vara approximativt parallellt med riktningen [ll00]. Kiselkarbidplanet parallellt med [1 l00]- riktningen har den mista kolatomtätheten. Då därför sidoväggen 27a i spåret 27 är approxi- mativt parallell med [1 l 00]-riktningen blir antalet kolatomer på sidoväggen 27a litet så att gränssnittets tillståndstäthet, som kan ökas genom kolatomema, i stället minskas. Eftersom spåret 27 är utformat att möta ovannämnda villkor, som visas i Fig. 20, blir planfonnen, som definieras av sidoväggen 27a, en sexhöming med inre vinklar som är lika stora sinsemellan.
[Steg visat i F ig. 24] Dessutom utfonnas tunnfilmshalvledarskiktet 28 av n-typhalvledare genom en epi- taxiell odlingsmetod icke endast på övre ytan av halvledarsubstratet 24 utan även på inner- väggarna (sidoväggen 27a och bottenväggen 27b) i spåret 27. Närmare bestämt är tunnfilms- halvledarskiktet 28 av n-typ homoepitaxiellt odlat medelst CVD-metoden på epitaxiskiktet 22 av nïtyp och epitaxiskiktet 23 av p-typ, vilka är utförda av 6H-SiC, i spåret 27 för att därvid bilda ett óH-SiC-skikt. Som resultat härav sträcker sig tunnfilmshalvledarskiktet 28 så att det A:\P33704.b.d0c 10 15 20 25 30 . | - s . r 519 692 24 täcker emitterregionen 25 av n+-typ, epitaxiskiktet 23 av p-typ och epitaxiskiktet av n'-typ i spåret 27. Eftersom en epitaxiell odlingshastighet i en riktning, som är vinkelrät mot [0001]- kolplanet, är approximativt 8 till 10 gånger större än parallellt med kolplanet så blir tjockle- ken på tunnfilmshalvledarskiktet 8 tjock på sidoväggen 27a och tunn på bottenväggen 27b.
[Steg visat i Fig. 25] Därefter tvättas insidan av spåret 27 genom en RCA-rengöringsbehandling. Därefter utföres termisk oxidering i våt Og-omgivning vid 1080°C under 4 timmar och därefter utföres reoxidationsbehandling (efterhärdning) i den våta Oz-omgivningen vid 950°C under 3 timmar.
Följaktligen bildas styrelektrodens oxidfilm (styrelektrodens isoleringsfilm) 29 med en tjock- lek, som approximativt ligger inom området mellan 80 nm och 100 nm.
Gränssnittets tillståndstäthet i gränssnittet mellan styrelektrodens oxidfrlm 29, som utgöres av kiseldioxid, och tunnfilmshalvledarskiktet 28 och epitaxiskiktet 22 av nïtyp, som utgöres av kiselkarbid, styrs till att bli lika med eller mindre än 4 x 1011 cm'2 eV* genom att utföra föroxidationsbehandlingen, såsom s.k. RCA-rening, den terrniska oxidationsbehand- lingen och reoxidationsbehandlingen, speciellt genom utförande av reoxidationsbehandlingen.
Därvid blir tjockleken på den sålunda utformade styrelektrodens oxidfilm 29 tunn på sido- väggen 27a och tjock på bottenväggen 27b och substratytan. Tunnfilmshalvledarskiktet 28, som odlats på substratytan och på bottenväggen 27b i spåret 27, är fullständigt terrniskt oxide- rade. Detta beror på att en oxidationshastighet i hexagonal kiselkarbid är störst i [0001]- kolplanet. Oxidationshastigheten i [0001]- kolplanet är approximativt 5 gånger större än vad som gäller för ett plan vinkelrätt mot [0O0l]-kolplan. Som resultat därav förblir tunnfilms- halvledarskiktet 28 endast på sidoväggen 27a.
[Steg visat i Fig. 26] Därefter fyller styrelektroden 30 insidan av styrelektrodens oxidfilm 29 inom spåret 27. Styrelektroden 30 utgöres av flerkristallkisel av p-typ eller n-typ.
[Steg visat i Fig. 27] Vidare utformas det mellanliggande isoleringsskiktet 31 på styrelektroden 30. Där- efter formas, såsom visas i Fig. 19, emitterelektroden 32 icke endast på emitterregionen 25 av n+-typ och den lågresistiva kiselkarbidregionen 26 av p-typ utan även på det mellanliggande isoleringsskiktet 31. Vidare bildas kollektorelektroden 33 på ytan av kiselkarbidhalvledarsub- stratet 21 av n+-typ och fullbordar därigenom effekt MOSFET av spârstyrelektrodtyp.
A:\P33704.b.d0c 10 15 20 25 30 519 692 25 I ovannämnda utföringsform förhindras den märkbara ökningen i ”tilV-resistansen genom lärnplig kontroll av gränssnittets tillståndstäthet, varigenom fluktuationer förhindras i FET-karakteristikoma. Icke blott då ”tilP-resistansen ökas utan även då den fasta laddnings- tätheten existerar i kiseldioxidregionen och i kiseldioxid- och kiselkarbidgränssnittet är stor kommer karakteristika för FET att försämras. Den stora fasta laddningstätheten orsakar näm- ligen fluktuationer i tröskelspänningarna i transistom, och därmed alstras läckström mellan kollektor- och emitterelektrodema även i transistoms ”frän”-tillstånd, vilket resulterar i för- sämring av karakteristika för FET. Läckströmmen mellan kollektor- och emitterelektrodema skall därför förhindras att märkbart öka i transistoms ”från”-tillstånd.
Fig. 28 visar sambandet mellan den fasta laddningstätheten och läckströmmen, som beräknades med användning av samma simuleringsmodell som visas i Fig. 16. Spänningen V05 över styr- och emitterelektrodema sattes till 0 V och spänningen VDS över kollektor- och emitterelektrodema sattes till 600 V. Som visas i figuren beror läckströmmen mellan kollek- tor- och emitterelektrodema i transistoms ”från”-tillstånd på den fasta laddningstätheten och den ökar märkbart då denna fasta laddningstäthet överskrider cirka 7 x 1011 cm'2. Detta inne- bär att karakteristika för FET blir instabila då den fasta laddningstätheten överskrider cirka 7 x 10" cm'2.
Skälet för detta kommer att förklaras baserat på bandgapsdiagrammen som visas i Fig. 29A och 29B och som anger sambanden mellan den fasta laddningstätheten och läck- strömflödet. Fig. 29A visar ett fall då den fasta laddningstätheten är liten, t.ex. där den positi- va fasta laddningstätheten är lika med eller mindre än approximativt 7 x llu cm'2. Då den fasta laddningstätheten är liten är energinivån EC vid slutet av ledningsbandet större än Fenni- nivån Ep i kiseldioxid- och kiselkarbidgränssnittet. I detta tillstånd kan små fluktuationer i den fasta laddningstätheten icke orsaka läckströmmen.
Till skillnad därifrån gäller att i ett fall då den positiva fasta laddningstätheten är större än vad som visas i Fig. 29B, t.ex. där den fasta laddningstätheten överskrider 7 x 10” cm'2, blir energinivån EC vid slutet av ledningsbandet mindre än Fermi-nivån EF i kiseldioxid- och kiselkarbidgränssnittet. I detta fall förekommer läckströmflöde så att FET-funktionen icke fungerar. På grund härav förhindras läckströmmen, som flyter mellan kollektor- och emit- terelektroder, från att märkbart öka genom inställning av den positiva fasta laddningstätheten till att bli lika med eller mindre än 7 x lOH cma och därigenom förhindra fluktuation i karak- teristiska för FET.
Som framgår av Fig. 17 beror ökningen i ”till”-resistansen på gränssnittets till- ståndstäthet, och är icke direkt beroende på tjockleken och dopningskoncentrationema i epi- A:\P33704. b.doc 10 15 20 25 30 519 692 26 taxiskiktet 22 av nïtyp, emitterregionen av nïtyp och tunnfilmshalvledarskiktet 28. Det är därför inte alltid nödvändigt att fixera tjockleken och dopningskoncentrationema i ovan an- givna skikt såsom ovan beskrivits. Men då tjockleken på epitaxiskiktet 22 av nïtyp, emitter- regionen av n+-typ och tunnfilmshalvledarskiktet 28 ökar kommer den interna resistansen att öka oberoende av gränssnittets tillståndstäthet för att öka ”till”-resistansen. Denna punkt måste därför tagas i beaktande vid bestämningen av tjocklekama.
Emitterelektroden 32, som utformas på emitterregionen 25 av nïtyp och den lägre- sistiva kiselkarbidregionen 26 av p-typ kan vidare utföras i andra material. Dessutom kan den lågresistiva kiselkarbidregionen 26 av p-typ utelämnas. I detta fall utformas emitterelektroden 32 så att den kommer i kontakt med emitterregionen 25 av nl-typ och epitaxiskiktet 23 av p- typ. Det är tillräckligt att emitterelektroden 32 kontaktar åtminstone emitterregionen 25 av n+- typ.
Halvledanordningen av kiselkarbid, vid vilken föreliggande uppfinning tillämpas, är icke begränsad till den ovan beskrivna vertikala MOSFET med en kanal utan kan utgöras av en vertikal MOSFET av p-kanaltyp genom invertering av p- och n-typema som visas i Fig. 19, en vertikal MOSFET av inversionskanaltyp, en effekt MOSFET av typ spårstyrelektrod och inversionskanal eller liknande.
I uppbyggnaden, som visas i Fig. 19, bildar sidoväggen 27a i spåret 27 en vinkel på cirka 90° med ytan på halvledarsubstratet 24, men vinkeln kan avvika från 90°. Som visas i F ig. 30 kan exempelvis spåret 27 ha ett V-format tvärsnitt. Vidare kan såsom visas i Fig. 31 spåret 27 ha lätt kurvformade sidoväggar 27a utan att ha någon flat bottenvägg. I själva verkat skall vinkeln som definieras mellan sidoväggen 27a i spåret 27 och ytan på halvledarsubstratet 24 konstrueras så att kanalrörligheten blir stor.
Som visas i Fig. 32 kan även en övre del av styrelektroden 30 sträcka sig över emit- terregionen 25 av n+-typ. Följaktligen kan anslutningsresistansen mellan emitterregionen 25 av nïtyp och kanalen, som inducerats i halvledarskiktet 28 av tunnfilmstyp, reduceras. Vidare kan som visas i Fig. 33 styrelektrodens oxidfilm 29 ha kontakt med den centrala delen och den nedre änden av halvledarskiktet 28 av tunnfilmstyp med konstant tjocklek, så att styr- elektroden 30 sträcker sig djupare än den nedre änden på halvledarskiktet 28 av tunnfilmstyp.
Anslutningsresitansen mellan kanalen, som inducerats i halvledarskiktet 28 av tunnfilmstyp och kollekterregionen, kan följaktligen reduceras.
Vidare kan som visas i Fig. 34 den övre delen av styrelektroden 30 sträcka sig över emitterregionen 25 av n+-typ och samtidigt kan styrelektroden 30 sträcka sig djupare än den lägre änden på halvledarskiktet 28 av tunnfilmstyp, som visas i Fig. 33. Halvledarskiktet 28 A:\P33704.b.doc 10 15 20 25 519 692 27 av tunnfilmstyp och epitaxiskiktet 23 av p-typ kan ha kristallstriikturtyper som skiljer sig från varandra. Då exempelvis epitaxiskiktet 23 av p-typ utgöres av 6H-SiC och halvledarskiktet 28 av tunnfilmstyp utgöres av 4H-SiC, ökas rörligheten i en bärarlöpriktning så att effektförlus- ten i MOSFET reduceras. Vidare kan såsom visas i Fig. 35 en plan forrn, som definieras av sidoväggen i spåret 27 som omsluter styrelektroden, vara en sexhöming med innervinklar, som är approximativt lika stora sinsemellan. Detta innebär att såsom framgår av Fig. 36 sex- hörningen har sex sidor S12, S13, S14, S15 och S16 och sex inre vinklar som är approxima- tivt l20° respektive, vilka definieras mellan två mot varandra angränsande sidor. Även om sidoväggen 27a i spåret 27 utgöres av flera plan som är approximativt pa- rallella med [l l O0]-riktningen i denna utföringsform, så är emellertid riktningen med vilken planen som utgör sidoväggarna 27a är approximativt parallella, icke begränsad till detta utan kan vara en [ll 2 0]-riktning. Samma effekter som ovan beskrivits kan vidare erhållas i en s.k. vertikal MOSFET av kanaltyp, som visas i Fig. 37, i vilken ett tunnfilmshalvledarskikt 28 av n-typ såsom kanalformade skikt är utformat på en kiselkarbidyta för att åstadkomma en kanal däri. I detta fall kan kanalen vara utformad på (0001)-kolplanet eller ett (0001)-kolplan. Det kanalfonnande skiktet kan bestå av ett skikt av n-typ utformat med hjälp av en jonimplanta- tionsmetod i stället för tunnfilmshalvledarskiktet 28 av n-typ. En uppbyggnad, där n-typen i Fig. 37 har inverterats till p-typen, är likaväl tillämplig.
Vidare visar Fig. 38 en effekt MOSFET med spårstyrelektrod och inversionskanal vid vilken följande uppfinning likaväl kan tillämpas. I MOSFET är det icke nödvändigt att utforma ytkanalskiktet 28. I Fig. 30 till 38 har delarna, som har samma funktion som de som visas i Fig. 19 betecknats med samma referenssiffror. Även om föreliggande uppfinning har visats och beskrivits med hänvisning till de föregående föredragna utföringsforrnerna står det helt klart för fackmannen inom området att ändringar beträffande form och detalj kan göras utan att man frångår tanken i uppfinningen såsom den definieras i de bifogade patentkraven.
A:\P33704.b.doc

Claims (11)

10 15 20 25 30 519 692 _28 Patentkrav , . , . . -
1. Kiselkarbidhalvledaranordning innefattande ett halvledarsubstrat (1) av n-typ och framställt av kiselkarbid och med en huvudyta och en bakre yta på motsatta sidan relativt huvudytan, ett halvledarskikt (2) av n-typ anordnat på huvudytan av halvledarsubstratet av n-typ och bestående av kiselkarbid med en resistans som är större än den som gäller för halvledar- substratet av n-typ, en basregion (3a, 3b) av p-typ anordnad i en speciell ytdel av halvledarskiktet av n- typ med ett första dj up, en emitterregion (4a, 4b) av n-typ anordnad i en speciell ytdel av basregionen av p- typ med ett andra djup, som är grundare än det forsta djupet för basregionen av p-typ, kännetecknad av ett ytkanalskikt (5) av n-typ anordnat på basregionen av p-typ för att ansluta emitter- regionen av n-typ och halvledarskiktet av n-typ därigenom, samt bestående av kiselkarbid, som innehåller kväve med en koncentration som är lika med eller mindre än 1 x 1015 cm'3, en isoleringsfilm (7) för en styrelektrod anordnad på ytkanalskiktet av n-typ, en styrelektrod (8) anordnad på isoleringsfilmen (7), en emitterelektrod (10) anordnad i kontakt med basregionen av p-typ och emitterre- gionen av n-typ, samt en kollektorelektrod (11) anordnad på den bakre ytan av halvledarsubstratet av n-typ.
2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att basregionen innefattar ett halvledarskikt (3a, 3b, 23, 101) bestående av kiselkarbid, halvledarskiktet av n-typ innefattar första och andra halvledarregioner (2, 4a, 4b, 22, 25, 103, 104) anordnade på båda sidor av ytkanalskiktet (5) av n-typ i kontakt med ytkanal- skiktet av n-typ, och att till styrelektroden är avsedd att inmatas en spänning for styrning av mängden av ström, som flyter i ytkanalskiktet (5).
3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att halvledarskiktet av n-typ ligger under styrelektroden (8) och med styrelektrodens isoleringsfilm (7) inbakad däremellan, varvid halvledarskiktet av n-typ innefattar en kanalre- gion, där en ström flyter då spänning inmatas till styrelektroden, och att första och andra halvledarregioner (3a, 3b) av p-typ är anordnade på båda sidor om kanalregionen. K:\Patent\l0-\103370400se\O211l1krav.doc 10 15 20 25 30 519 692 "lf 29 » i - . fltfi.. '. 1 fl- t.
4. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att halv- ledarsubstratet av n-typ och emitterregionen av n-typ innehåller kväve.
5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att ett spår (27) är anordnat att gå igenom emitterregionen av n-typ och basregionen av p-typ och nå in i halvledarskiktet av n-typ, och vilket spår har en sidovägg, på vilken emitter- regionen av n-typ och basregionen av p-typ finns frilagda, ytkanalskiktet är anordnat på sidoväggen för kontakt med emitterregionen av n-typ och halvledarskiktet av n-typ därigenom, och att isoleringsfilmen för styrelektroden och styrelektroden är anordnade i spåret.
6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att en gränssnittstillståndstäthet i ett gränssnitt mellan ytkanalskiktet av n-typ och styrelektrodens isoleringsfilm är lika med eller mindre än 4 x 10" cm'2eV'l.
7. Metod för tillverkning av ett kiselkarbidhalvledarsubstrat, k ä n n e t e c k n a d av följande steg: utfonnning av ett halvledarskikt (2) av n-typ av kiselkarbid på en huvudyta på ett kiselkarbidhalvledarsubstrat (1) av n-typ till att ha en resistans större än resistansen som gäller för kiselkarbidhalvledarsubstrat av n-typ, utformning av en basregion av p-typ (3a, 3b) i en speciell ytdel av halvledarskiktet av n-typ med ett första djup, utformning av ett ytkanalskikt (5) av n-typ på halvledarskiktet av n-typ och på basre- gionen av p-typ, utforrrming av en emitterregion (4a, 4b) av n-typ i en speciell ytdel av basregionen av p-typ med ett andra djup grundare än det första djupet i basregionen av p-typ, utformning av en isoleringsfilm för styrelektrod (7) på ytkanalskiktet av n-typ genom termisk oxidation av en ytdel av ytkanalskiktet av n-typ vid en första temperatur, utförande av en reoxidationshärdning i en oxidationsomgivning vid en andra tempe- ratur lägre än nämnda första temperatur, utförande av en härdning med en oxidationshastighet som är mindre än vad som gäll- er vid reoxidationshärdningen, utformning av en styrelektrod (8) på styrelektrodens isoleringsfilm, utformning av en emitterelektrod (10) för kontakt med emitterregionen av n-typ och basregionenen av p-typ, samt utformning av en styrelektrod (1 1) på den bakre ytan av halvledarsubstratet av n-typ mittemot huvudytan. K:\Patent\10-\l03370400se\021111krav.d0c 519 692 50
8. Metod enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att härdningen utföres i en om- givning som innehåller syre.
9. Metod enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att härdningen utföres i omgiv- ningen som innehåller syre och en inert gas.
10. Metod enligt något av krav 7-9, k ä n n e t e c k n a d av att oxidationshas- tigheten vid härdningen är lika med eller mindre än 0,8 nm/h.
11. Metod enligt något av krav 7-10, k ä n n e t e c k n a d av att härdningen utföres vid en tredje temperatur approximativt lika med den andra temperaturen vid reoxida- tionshärdningen. K:\Patent\10-\103370400se\02111lkrav.d0c
SE9900008A 1998-01-05 1999-01-04 Halvledaranordning och sätt att tillverka densamma SE519692C3 (sv)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP37898 1998-01-05
JP13360598A JP3719326B2 (ja) 1998-05-15 1998-05-15 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
JP13884898 1998-05-20
JP30408998 1998-10-26

Publications (4)

Publication Number Publication Date
SE9900008D0 SE9900008D0 (sv) 1999-01-04
SE9900008L SE9900008L (sv) 1999-07-06
SE519692C2 true SE519692C2 (sv) 2003-04-01
SE519692C3 SE519692C3 (sv) 2003-08-13

Family

ID=27453159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9900008A SE519692C3 (sv) 1998-01-05 1999-01-04 Halvledaranordning och sätt att tillverka densamma

Country Status (4)

Country Link
US (2) US6165822A (sv)
JP (1) JPH11251592A (sv)
DE (1) DE19900171B4 (sv)
SE (1) SE519692C3 (sv)

Families Citing this family (90)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6972436B2 (en) * 1998-08-28 2005-12-06 Cree, Inc. High voltage, high temperature capacitor and interconnection structures
US6372607B1 (en) * 1999-06-30 2002-04-16 Intel Corporation Photodiode structure
JP4169879B2 (ja) * 1999-08-20 2008-10-22 新電元工業株式会社 高耐圧トランジスタ
JP4091242B2 (ja) * 1999-10-18 2008-05-28 セイコーインスツル株式会社 縦形ｍｏｓトランジスタ及びその製造方法
JP2001257347A (ja) * 2000-03-10 2001-09-21 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
DE10023116B4 (de) * 2000-05-11 2005-12-15 Infineon Technologies Ag Feldeffekttransistor-Struktur mit isoliertem Gate
ATE341836T1 (de) * 2000-05-31 2006-10-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Misfet
US6429041B1 (en) * 2000-07-13 2002-08-06 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide inversion channel devices without the need to utilize P-type implantation
US6956238B2 (en) 2000-10-03 2005-10-18 Cree, Inc. Silicon carbide power metal-oxide semiconductor field effect transistors having a shorting channel and methods of fabricating silicon carbide metal-oxide semiconductor field effect transistors having a shorting channel
US6767843B2 (en) 2000-10-03 2004-07-27 Cree, Inc. Method of N2O growth of an oxide layer on a silicon carbide layer
US6610366B2 (en) 2000-10-03 2003-08-26 Cree, Inc. Method of N2O annealing an oxide layer on a silicon carbide layer
US7067176B2 (en) * 2000-10-03 2006-06-27 Cree, Inc. Method of fabricating an oxide layer on a silicon carbide layer utilizing an anneal in a hydrogen environment
JP3881840B2 (ja) * 2000-11-14 2007-02-14 独立行政法人産業技術総合研究所 半導体装置
US6677641B2 (en) * 2001-10-17 2004-01-13 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor structure with improved smaller forward voltage loss and higher blocking capability
JP4830213B2 (ja) * 2001-05-08 2011-12-07 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
US6548366B2 (en) * 2001-06-20 2003-04-15 Texas Instruments Incorporated Method of two-step annealing of ultra-thin silicon dioxide layers for uniform nitrogen profile
JP3539417B2 (ja) * 2001-11-14 2004-07-07 日産自動車株式会社 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
US6881680B2 (en) * 2002-06-14 2005-04-19 Toyo Tanso Co., Ltd. Low nitrogen concentration carbonaceous material and manufacturing method thereof
US20050087123A1 (en) * 2002-06-14 2005-04-28 Toyo Tanso Co., Ltd. Low nitrogen concentration carbonaceous material and manufacturing method thereof
US7022378B2 (en) * 2002-08-30 2006-04-04 Cree, Inc. Nitrogen passivation of interface states in SiO2/SiC structures
JPWO2004036655A1 (ja) * 2002-10-18 2006-03-16 独立行政法人産業技術総合研究所 炭化ケイ素半導体装置及びその製造方法
KR20050084685A (ko) * 2002-11-25 2005-08-26 도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠 반도체장치 및 그 반도체장치를 이용한 전력변환기, 구동용인버터, 범용 인버터, 대전력 고주파 통신기기
US7221010B2 (en) * 2002-12-20 2007-05-22 Cree, Inc. Vertical JFET limited silicon carbide power metal-oxide semiconductor field effect transistors
US7217954B2 (en) * 2003-03-18 2007-05-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Silicon carbide semiconductor device and method for fabricating the same
US7074643B2 (en) 2003-04-24 2006-07-11 Cree, Inc. Silicon carbide power devices with self-aligned source and well regions and methods of fabricating same
US6979863B2 (en) 2003-04-24 2005-12-27 Cree, Inc. Silicon carbide MOSFETs with integrated antiparallel junction barrier Schottky free wheeling diodes and methods of fabricating the same
JP4082295B2 (ja) * 2003-07-11 2008-04-30 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
US7109521B2 (en) * 2004-03-18 2006-09-19 Cree, Inc. Silicon carbide semiconductor structures including multiple epitaxial layers having sidewalls
US7173285B2 (en) * 2004-03-18 2007-02-06 Cree, Inc. Lithographic methods to reduce stacking fault nucleation sites
US7118970B2 (en) * 2004-06-22 2006-10-10 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide devices with hybrid well regions
US7391057B2 (en) * 2005-05-18 2008-06-24 Cree, Inc. High voltage silicon carbide devices having bi-directional blocking capabilities
US20060261346A1 (en) * 2005-05-18 2006-11-23 Sei-Hyung Ryu High voltage silicon carbide devices having bi-directional blocking capabilities and methods of fabricating the same
US7615801B2 (en) * 2005-05-18 2009-11-10 Cree, Inc. High voltage silicon carbide devices having bi-directional blocking capabilities
US7414268B2 (en) 2005-05-18 2008-08-19 Cree, Inc. High voltage silicon carbide MOS-bipolar devices having bi-directional blocking capabilities
US7528040B2 (en) 2005-05-24 2009-05-05 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide devices having smooth channels
JP5033316B2 (ja) * 2005-07-05 2012-09-26 日産自動車株式会社 半導体装置の製造方法
JP5017823B2 (ja) 2005-09-12 2012-09-05 富士電機株式会社 半導体素子の製造方法
US7727904B2 (en) 2005-09-16 2010-06-01 Cree, Inc. Methods of forming SiC MOSFETs with high inversion layer mobility
US20070134853A1 (en) * 2005-12-09 2007-06-14 Lite-On Semiconductor Corp. Power semiconductor device having reduced on-resistance and method of manufacturing the same
JP5306193B2 (ja) * 2006-06-29 2013-10-02 クリー インコーポレイテッド ｐ型チャネルを含む炭化シリコンスイッチングデバイスおよびその形成方法
US8432012B2 (en) 2006-08-01 2013-04-30 Cree, Inc. Semiconductor devices including schottky diodes having overlapping doped regions and methods of fabricating same
US7728402B2 (en) 2006-08-01 2010-06-01 Cree, Inc. Semiconductor devices including schottky diodes with controlled breakdown
EP2052414B1 (en) 2006-08-17 2016-03-30 Cree, Inc. High power insulated gate bipolar transistors
JP5283147B2 (ja) * 2006-12-08 2013-09-04 国立大学法人東北大学 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5266645B2 (ja) * 2007-01-31 2013-08-21 三菱電機株式会社 薄膜トランジスタと該薄膜トランジスタを用いた表示装置
US8835987B2 (en) 2007-02-27 2014-09-16 Cree, Inc. Insulated gate bipolar transistors including current suppressing layers
JP2009088198A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Rohm Co Ltd 半導体装置
JP4309967B2 (ja) * 2007-10-15 2009-08-05 パナソニック株式会社 半導体装置およびその製造方法
US20090159896A1 (en) * 2007-12-20 2009-06-25 General Electric Company Silicon carbide mosfet devices and methods of making
US8232558B2 (en) 2008-05-21 2012-07-31 Cree, Inc. Junction barrier Schottky diodes with current surge capability
US8288220B2 (en) 2009-03-27 2012-10-16 Cree, Inc. Methods of forming semiconductor devices including epitaxial layers and related structures
US8294507B2 (en) 2009-05-08 2012-10-23 Cree, Inc. Wide bandgap bipolar turn-off thyristor having non-negative temperature coefficient and related control circuits
US8629509B2 (en) 2009-06-02 2014-01-14 Cree, Inc. High voltage insulated gate bipolar transistors with minority carrier diverter
US8193848B2 (en) 2009-06-02 2012-06-05 Cree, Inc. Power switching devices having controllable surge current capabilities
JP2010287614A (ja) * 2009-06-09 2010-12-24 Renesas Electronics Corp 半導体装置の解析方法、設計方法、設計支援プログラム、及び設計支援装置
US8541787B2 (en) 2009-07-15 2013-09-24 Cree, Inc. High breakdown voltage wide band-gap MOS-gated bipolar junction transistors with avalanche capability
US8354690B2 (en) 2009-08-31 2013-01-15 Cree, Inc. Solid-state pinch off thyristor circuits
US9117739B2 (en) 2010-03-08 2015-08-25 Cree, Inc. Semiconductor devices with heterojunction barrier regions and methods of fabricating same
US8415671B2 (en) 2010-04-16 2013-04-09 Cree, Inc. Wide band-gap MOSFETs having a heterojunction under gate trenches thereof and related methods of forming such devices
WO2012017798A1 (ja) 2010-08-03 2012-02-09 住友電気工業株式会社 半導体装置およびその製造方法
TWI453913B (zh) 2010-12-02 2014-09-21 Sinopower Semiconductor Inc 溝渠式空乏型半導體元件及其製作方法
US8803533B2 (en) 2011-01-06 2014-08-12 University Of South Florida Noncontact determination of interface trap density for semiconductor-dielectric interface structures
US9029945B2 (en) 2011-05-06 2015-05-12 Cree, Inc. Field effect transistor devices with low source resistance
US9142662B2 (en) 2011-05-06 2015-09-22 Cree, Inc. Field effect transistor devices with low source resistance
US8772788B2 (en) 2011-05-30 2014-07-08 Panasonic Corporation Semiconductor element and method of manufacturing thereof
JP2013004636A (ja) * 2011-06-15 2013-01-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
US9984894B2 (en) 2011-08-03 2018-05-29 Cree, Inc. Forming SiC MOSFETs with high channel mobility by treating the oxide interface with cesium ions
JP5777455B2 (ja) * 2011-09-08 2015-09-09 株式会社東芝 半導体装置および半導体装置の製造方法
US8680587B2 (en) 2011-09-11 2014-03-25 Cree, Inc. Schottky diode
US8618582B2 (en) 2011-09-11 2013-12-31 Cree, Inc. Edge termination structure employing recesses for edge termination elements
US8664665B2 (en) 2011-09-11 2014-03-04 Cree, Inc. Schottky diode employing recesses for elements of junction barrier array
US9640617B2 (en) 2011-09-11 2017-05-02 Cree, Inc. High performance power module
CN103918079B (zh) 2011-09-11 2017-10-31 科锐 包括具有改进布局的晶体管的高电流密度功率模块
US9373617B2 (en) 2011-09-11 2016-06-21 Cree, Inc. High current, low switching loss SiC power module
JP5699878B2 (ja) 2011-09-14 2015-04-15 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
JP2013069964A (ja) * 2011-09-26 2013-04-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素半導体装置
JP5764046B2 (ja) 2011-11-21 2015-08-12 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置の製造方法
JP5852863B2 (ja) * 2011-11-28 2016-02-03 株式会社日立製作所 ４ｈ−ＳｉＣ半導体素子及び半導体装置
US9576868B2 (en) * 2012-07-30 2017-02-21 General Electric Company Semiconductor device and method for reduced bias temperature instability (BTI) in silicon carbide devices
JP2014038896A (ja) * 2012-08-13 2014-02-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素半導体装置
JP6064614B2 (ja) * 2013-01-21 2017-01-25 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
CN103681256B (zh) * 2013-08-27 2016-12-07 厦门天睿电子有限公司 一种碳化硅mosfet器件及其制作方法
JP2015156429A (ja) * 2014-02-20 2015-08-27 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
US9299803B2 (en) * 2014-07-16 2016-03-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for semiconductor device fabrication
JP6197957B2 (ja) * 2014-07-23 2017-09-20 富士電機株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US20180097102A1 (en) * 2016-09-30 2018-04-05 Sanken Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing a semiconductor device
US10497777B2 (en) 2017-09-08 2019-12-03 Hestia Power Inc. Semiconductor power device
JP6862381B2 (ja) * 2018-03-02 2021-04-21 株式会社東芝 半導体装置
JP7242285B2 (ja) * 2018-12-19 2023-03-20 キオクシア株式会社 半導体装置
US11018228B2 (en) * 2019-08-07 2021-05-25 Fast SiC Semiconductor Incorporated Silicon carbide semiconductor device

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2670563B2 (ja) * 1988-10-12 1997-10-29 富士通株式会社 半導体装置の製造方法
JP3471823B2 (ja) * 1992-01-16 2003-12-02 富士電機株式会社 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
US5459107A (en) * 1992-06-05 1995-10-17 Cree Research, Inc. Method of obtaining high quality silicon dioxide passivation on silicon carbide and resulting passivated structures
US5629531A (en) * 1992-06-05 1997-05-13 Cree Research, Inc. Method of obtaining high quality silicon dioxide passivation on silicon carbide and resulting passivated structures
US5506421A (en) * 1992-11-24 1996-04-09 Cree Research, Inc. Power MOSFET in silicon carbide
JP2910573B2 (ja) * 1993-09-10 1999-06-23 株式会社日立製作所 電界効果トランジスタ及びその製造方法
US5323040A (en) * 1993-09-27 1994-06-21 North Carolina State University At Raleigh Silicon carbide field effect device
KR0153878B1 (ko) * 1994-06-07 1998-10-15 쿠미하시 요시유키 탄화규소반도체장치와 그 제조방법
TW286435B (sv) * 1994-07-27 1996-09-21 Siemens Ag
US5543637A (en) * 1994-11-14 1996-08-06 North Carolina State University Silicon carbide semiconductor devices having buried silicon carbide conduction barrier layers therein
DE19636302C2 (de) * 1995-09-06 1998-08-20 Denso Corp Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung
JP3307184B2 (ja) * 1995-09-06 2002-07-24 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置
JP3385938B2 (ja) 1997-03-05 2003-03-10 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
US6573534B1 (en) * 1995-09-06 2003-06-03 Denso Corporation Silicon carbide semiconductor device
US5972801A (en) * 1995-11-08 1999-10-26 Cree Research, Inc. Process for reducing defects in oxide layers on silicon carbide
JP3420876B2 (ja) * 1996-01-22 2003-06-30 新日本製鐵株式会社 ＳｉＣの熱酸化膜の改善方法
US6133587A (en) * 1996-01-23 2000-10-17 Denso Corporation Silicon carbide semiconductor device and process for manufacturing same
JP3471509B2 (ja) * 1996-01-23 2003-12-02 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置
JPH09260613A (ja) * 1996-03-19 1997-10-03 Oki Electric Ind Co Ltd トンネル絶縁膜の膜質評価方法
SE9601179D0 (sv) * 1996-03-27 1996-03-27 Abb Research Ltd A field controlled semiconductor device of SiC and a method for production thereof
DE19809554B4 (de) * 1997-03-05 2008-04-03 Denso Corp., Kariya Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE19900171A1 (de) 1999-07-08
DE19900171B4 (de) 2009-02-12
US6165822A (en) 2000-12-26
US6452228B1 (en) 2002-09-17
SE519692C3 (sv) 2003-08-13
JPH11251592A (ja) 1999-09-07
SE9900008L (sv) 1999-07-06
SE9900008D0 (sv) 1999-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE519692C2 (sv) Halvledaranordning och sätt att tillverka densamma
JP2542448B2 (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
US5744826A (en) Silicon carbide semiconductor device and process for its production
EP1938363B1 (en) Methods of forming sic mosfets with high inversion layer mobility
US7989280B2 (en) Dielectric interface for group III-V semiconductor device
EP1450394B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
CN100544023C (zh) 双极半导体器件及其制造方法
KR100860891B1 (ko) ＳｉＣ 반도체 장치
US6238980B1 (en) Method for manufacturing silicon carbide MOS semiconductor device including utilizing difference in mask edges in implanting
EP2560210B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US5744852A (en) Bonded wafer
CN1813353B (zh) 包括能带工程超晶格的半导体装置
US20080001158A1 (en) Silicon carbide switching devices including p-type channels and methods of forming the same
JPH0766971B2 (ja) 炭化珪素半導体装置
US7994035B2 (en) Semiconductor device fabricating method including thermal oxidation of a substrate, forming a second oxide, and thermal processing a gate electrode
JP2005166930A (ja) ＳｉＣ−ＭＩＳＦＥＴ及びその製造方法
US5216264A (en) Silicon carbide MOS type field-effect transistor with at least one of the source and drain regions is formed by the use of a schottky contact
JPH09301799A (ja) 高抵抗炭化ケイ素層の形成方法および炭化ケイ素半導体装置
CN1813354B (zh) 制作包括能带工程超晶格的半导体装置的方法
JP4296633B2 (ja) 炭化珪素半導体装置の製造方法
US20070096107A1 (en) Semiconductor devices with dielectric layers and methods of fabricating same
SE525101C2 (sv) Kiselkarbidanordning med låg halt av kislenitrid i gränsskiktet mellan ytkanalskikt och styrelektrodfilm
EP1908118B1 (en) Method for producing a semiconductor device
JPH039534A (ja) 炭化珪素を用いた電界効果トランジスタ
EP0436038A1 (en) Semiconductor device and method of producing the same