JP4304332B2 - 炭化ケイ素半導体装置 - Google Patents
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Description
m-3の窒素がドーピングされた厚さ10μmの低濃度n型ドリフト層2が堆積されている。
前記高濃度p+型層31の上には、たとえば、5×1015cm-3のアルミニウムがドーピ
ングされた厚さ0.5μmの低濃度p型層32が堆積されている。前記低濃度p型層32の表面部分には、たとえば、選択的に約1×1020cm-3のリンがドーピングされた高濃度n+型ソース領域5が形成されている。前記高濃度p+型層31には、選択的に形成された幅2μmの切欠き部からなる第1の領域が設けられており、前記低濃度p型層32には、前記切欠き部より幅の広い第2の領域が形成されている。
11が形成される。
されたソース電極9が形成されている。また、前記高濃度n+型基板1の裏面には、ドレ
イン電極10が低抵抗接続で形成されている。さらに、前記低濃度n型ベース領域4は、図10に示すように、凹部41が設けられている。
ス電極9が直接に高濃度p+型層31の露出表面に接続されることもある。
態になり、ドレイン電極10からソース電極9へ電流を流すことができる。
第1発明の炭化ケイ素半導体装置は、第1伝導型の高濃度炭化ケイ素基板表面上に形成されている第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる第1の堆積膜と、前記第1の堆積膜上に選択的に切り欠かれている第1の領域を有する第2伝導型の高濃度ゲート領域からなる第2の堆積膜と、前記第2の堆積膜上に選択的に切り欠かれている前記第1の領域より幅が広い第2の領域と第1伝導型の高濃度ソース領域と第2伝導型の低濃度ゲート領域からなる第3の堆積膜と、前記第1の堆積膜に接し、前記第1の領域および第2の領域に形成されている第1伝導型の低濃度ベース領域と、少なくとも前記第3の堆積膜の表面上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記第1伝導型の炭化ケイ素基板の裏面に低抵抗接続されたドレイン電極と、前記第1伝導型の高濃度ソース領域および第2伝導型の低濃度ゲート領域の一部に低抵抗接続されているソース電極と、から構成されており、前記第1伝導型の低濃度ベース領域内で、前記第2の領域の上には、第1伝導型の高濃度べース領域からなる第3の領域が形成されていることを特徴とする。
第2発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第1伝導型の低濃度ベース領域における上面には、前記ゲート絶縁膜と接する部分の少なくとも一部に凹部が設けられていることを特徴とする。
第3発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第1伝導型の低濃度ベース領域の、少なくとも前記第2伝導型の高濃度ゲート領域に接する部分およびその近傍における不純物濃度は、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする。
第4発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第3の堆積膜内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域において、前記第3の堆積膜の厚さは、0.2μm〜0.7μmの範囲にあり、前記ゲート絶縁膜と接する部分の不純物濃度は、1×1015cm-3より高濃度で、5×1015cm-3より低濃度であることを特徴とする。
第5発明の炭化ケイ素半導体装置における前記第3の堆積膜内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域において、前記ゲート絶縁膜と接する部分の不純物濃度は、2×1016cm-3以下であることを特徴とする。
第6発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第3の堆積膜内に選択的に形成された前記第1伝導型の低濃度ベース領域の不純物濃度は、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域と接する部分において、4×1016cm-3以下であることを特徴とする。
第7発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域は、第1の堆積膜上に形成された炭化ケイ素からなる第2の堆積膜であることを特徴とする。
第8発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第3の堆積膜上に形成されたゲート絶縁膜は、少なくとも前記第3の堆積膜内に選択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域上において、他の部分より厚くなっている部分を有することを特徴とする。
第9発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第3の堆積膜内に選択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域の表面上で、ゲート電極は、少なくとも一部が除かれていることを特徴とする。
第10発明の炭化ケイ素半導体装置は、前記第1伝導型の炭化ケイ素基板表面の結晶学的面指数は、(11−20)面に対して平行な面であることを特徴とする。
第11発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第1伝導型の炭化ケイ素基板表面の結晶学的面指数は、(000−1)面に対して平行な面であることを特徴とする。
第12発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第2伝導型の低濃度ゲート領域内の前記ゲート絶縁膜と接する部分には、第1伝導型の埋め込みチャネル領域を有することを特徴とする。
第13発明の炭化ケイ素半導体装置は、第1伝導型の高濃度炭化ケイ素基板表面上に形成されている第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる下部堆積膜と、前記第1伝導型の低濃度炭化ケイ素が残されている第1の領域を有するように前記下部堆積膜内に選択的に形成された第2伝導型の高濃度ゲート領域と、前記下部堆積膜上に選択的に前記第1の領域より幅が広い第2の領域からなる第1伝導型の低濃度ベース領域と、前記第1伝導型の高濃度ソース領域と、第2伝導型の低濃度ゲート領域とからなる上部堆積膜と、少なくとも前記上部堆積膜の表面上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記第1伝導型の炭化ケイ素基板の裏面に低抵抗接続されたドレイン電極と、前記第1伝導型の高濃度ソース領域および第2伝導型の低濃度ゲート領域の一部に低抵抗接続されているソース電極と、から構成されており、前記第1伝導型の低濃度ベース領域内で、前記第2の領域の上には、第1伝導型の高濃度べース領域からなる第3の領域が形成されていることを特徴とする。
第14発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第1伝導型の低濃度ベース領域の、少なくとも前記第2伝導型の高濃度ゲート領域に接する部分およびその近傍における不純物濃度は、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする。
第15発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記上部堆積膜内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域における上部堆積膜の厚さは、0.2μm〜0.7μmの範囲にあり、前記ゲート絶縁膜と接する部分の不純物濃度は、1×1015cm-3より高濃度で、5×1015cm-3より低濃度であることを特徴とする。
第16発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記上部堆積膜内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域で、前記ゲート絶縁膜と接する部分の不純物濃度は、2×1016cm-3以下であることを特徴とする。
第17発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記上部堆積膜は、炭化ケイ素からなることを特徴とする。
第18発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記上部堆積膜上に形成されたゲート絶縁膜は、少なくとも前記上部堆積膜内に選択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域上において、他の部分より厚くなっている部分を有することを特徴とする。
第19発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記上部堆積膜内に選択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域の表面上で、ゲート電極は、少なくとも一部が除かれていることを特徴とする。
第20発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第1伝導型の炭化ケイ素基板表面の結晶学的面指数は、(11−20)面に対して平行な面であることを特徴とする。
第21発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第1伝導型の炭化ケイ素基板表面の結晶学的面指数は、(000−1)面に対して平行な面であることを特徴とする。
第22発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記第2伝導型の低濃度ゲート領域内の前記ゲート絶縁膜と接する部分には、第1伝導型の埋め込みチャネル領域を有することを特徴とする。
設けられた第1の領域より広くなっているため、その部分からの抵抗成分が小さくなり、オン抵抗が低減される。
本発明によれば、低濃度p型堆積層内に形成された低濃度のゲート領域を有する炭化ケイ素縦型MOSFETを高耐圧化することができ、低いオン抵抗、かつ高耐圧の炭化ケイ素縦型MOSFETの製造が可能となる。
えば、5×1015cm-3の窒素がドーピングされた厚さ10μmの低濃度n型ドリフト層2が堆積されている。
前記高濃度p+型層31の上には、たとえば、5×1015cm-3のアルミニウムがドーピ
ングされた厚さ0.5μmの低濃度p型層32が堆積されている。前記低濃度p型層32
の表面部分には、たとえば、選択的に約1×1020cm-3のリンがドーピングされた高濃度n+型ソース領域5が形成されている。前記高濃度p+型層31には、選択的に形成された幅2μmの切欠き部からなる第1の領域が設けられており、前記低濃度p型層32には、前記切欠き部より幅の広い第2の領域が形成されている。
に低濃度ゲート領域11が形成される。
されたソース電極9が形成されている。また、前記高濃度n+型基板1の裏面には、ドレ
イン電極10が低抵抗接続で形成されている。さらに、前記低濃度n型ベース領域4は、図1に示すように、凹部41を設けることができる。
電極9が直接に高濃度p+型層31の露出表面に接続されることもある。
度n型ドリフト層2が導通状態になり、ドレイン電極10からソース電極9へ電流を流すことができる。
、まず、高濃度n+型基板1の表面上には、低濃度n型ドリフト層2が堆積される。さら
に、前記低濃度n型ドリフト層2の上には、高濃度p+型層31が堆積される。前記低濃
度n型ドリフト層2は、たとえば、窒素のドーピング濃度を5×1015cm-3、厚さを10μmとした。前記高濃度p+型層31は、アルミニウムのドーピング濃度を2×1018
cm-3とし、厚さを0.5μmにした。
は、図2(d)に示すように、マスク13が形成された。n型不純物イオン5aは、前記マスク13を介して前記低濃度p型層32に注入される。前記マスク13は、表面上に減圧CVD法により堆積された厚さ1μmのSiO2膜をフォトリソグラフィにより、パタ
ーン加工して形成された。n型不純物イオン注入5aは、たとえば、リンイオンを基板温度500℃、加速エネルギー40keV〜250keVの多段で、注入量2×1020cm-3として実施された。
aは、窒素イオンを室温にて、加速エネルギー30keV〜100keVの多段で、注入量5×1017cm-3、および加速エネルギー150keV〜600keVの多段で、注入量1×1016cm-3として注入された。その後、図2(f)に示すように、アルゴン雰囲気中にて、1500℃で30分間にわたる活性化アニールを行い、p型ウェル層3、低濃度n型ベース領域4および高濃度n+型ソース領域5が形成された。
のゲート絶縁膜6が形成された。前記ゲート絶縁膜6の上には、減圧CVD法によって、多結晶シリコン7aが0.3μmの厚さで堆積された。図3(b)に示すように、多結晶シリコン7aは、フォトリソグラフィにより、パターン加工されて、ゲート電極7が形成された。
電極9が低抵抗接続された。
めの断面図である。図4において、5×1018cm-3の窒素がドーピングされた厚さ300μmの(0001)面の高濃度n+型基板1上には、5×1015cm-3の窒素がドーピ
ングされた厚さ10μmの低濃度n型ドリフト層2が堆積されている。前記低濃度n型ドリフト層2には、その表面から深さ0.5μmに渡って2×1018cm-3のアルミニウムがドーピングされた高濃度p+型層31が形成され、さらに、その表面上に5×1015c
m-3のアルミニウムがドーピングされた厚さ0.5μmの低濃度p型層32が堆積されている。
ウェル層3の表面層には、低濃度ゲート領域11が形成される。前記低濃度ゲート領域11上、低濃度n型ベース領域4、および高濃度n+型ソース領域5の表面上には、ゲート
絶縁膜6を介してゲート電極7が設けられている。前記ゲート電極7上には、層間絶縁膜8を介して高濃度n+型ソース領域5とp型ウェル層3のそれぞれの表面に低抵抗接続さ
れたソース電極9が形成されている。また、高濃度n+型基板1の裏面には、ドレイン電
極10が低抵抗接続で形成されている。
が低濃度n型ドリフト層2の表面上に堆積されているのではなく、前記低濃度n型ドリフト層2内に形成されていることである。すなわち、低濃度n型ベース領域4内の低濃度n型ドリフト層2と接する部分24は、高濃度p+型層31の上端と同一面内に位置し、前
記高濃度p+型層31で挟まれた領域は、低濃度n型ドリフト層2内に存在する。このた
め、高濃度p+型層31で挟まれた領域の濃度は、実施例1の構造よりも低く、実施例1
に比べ高耐圧の素子が実現できる。前記実施例2は、図1の実施例1と同様に、低濃度p型層32に設けられた低濃度n型ベース領域4の幅が高濃度p+型層31より広いため、
その部分からの抵抗成分が小さくなり、オン抵抗が低減される。
て、まず、高濃度n+型基板1上には、5×1015cm-3の窒素をドーピングした低濃度
n型ドリフト層2が10μmの厚さで堆積されている。次いで、図5(b)に示すように
、高濃度p+型層31を形成するために、前記低濃度n型ドリフト層2上にマスク15が
形成される。p型不純物イオン3aは、前記マスク15を使用して前記低濃度n型ドリフト層2に注入される。前記マスク15は、前記低濃度n型ドリフト層2の表面上に減圧CVD法により堆積され、厚さ1μmのSiO2膜がフォトリソグラフィによりパターン加
工して形成される。
示すように、マスク15を除去した後、低濃度n型ドリフト層2の表面には、5×1015cm-3のアルミニウムがドープされた低濃度p型層32が0.5μmの厚さで堆積される。
13を使用して前記低濃度p型層32にn型不純物イオン5aの注入を行う。n型不純物イオン5aは、燐イオンを基板温度500℃、加速エネルギー40keV〜250keV、注入量2×1020cm-3で注入される。マスク13は、除去された後、低濃度n型ベース領域4を形成するためのマスク14が形成される。
200℃、140分熱酸化されて、厚さ40nmのゲート絶縁膜6が形成される。前記ゲート絶縁膜6の上には、減圧CVD法によって、多結晶シリコン7aが0.3μm堆積される。
p型ウェル層3に共通のソース電極9が形成される。
前記第5実施例の動作は、図1における第1実施例とほぼ同じであった。また、第5実施例は、前記第1実施例ないし第4実施例と共に、適用することもできる。
2・・・低濃度n型ドリフト層(第1の堆積層)
3・・・p型ウェル層
3a・・p型不純物イオン注入
4・・・低濃度n型ベース領域
4a・・n型不純物イオン注入
5・・・高濃度n+型ソース領域
5a・・n型不純物イオン注入
6・・・ゲート絶縁膜
7・・・ゲート電極
7a・・多結晶シリコン
8・・・層間絶縁膜
9・・・ソース電極
10・・ドレイン電極
11・・チャネル領域または低濃度ゲート領域
12・・イオン注入マスク
13・・イオン注入マスク
14・・イオン注入マスク
15・・イオン注入マスク
24・・n型ベース層のn型ドリフト層と接する部分
31・・高濃度p+型層(第2の堆積層)
32・・低濃度p型層(第3の堆積層)
41・・凹部
91・・埋め込みチャネル領域
Claims (22)
- 第1伝導型の高濃度炭化ケイ素基板表面上に形成されている第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる第1の堆積膜と、
前記第1の堆積膜上に選択的に切り欠かれている第1の領域を有する第2伝導型の高濃度ゲート領域からなる第2の堆積膜と、
前記第2の堆積膜上に選択的に切り欠かれている前記第1の領域より幅が広い第2の領域と第1伝導型の高濃度ソース領域と第2伝導型の低濃度ゲート領域からなる第3の堆積膜と、
前記第1の堆積膜に接し、前記第1の領域および第2の領域に形成されている第1伝導型の低濃度ベース領域と、
少なくとも前記第3の堆積膜の表面上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1伝導型の炭化ケイ素基板の裏面に低抵抗接続されたドレイン電極と、
前記第1伝導型の高濃度ソース領域および第2伝導型の低濃度ゲート領域の一部に低抵抗接続されているソース電極と、
から構成されている炭化ケイ素半導体装置において、
前記第1伝導型の低濃度ベース領域内で、前記第2の領域の上には、第1伝導型の高濃度べース領域からなる第3の領域が形成されていることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置。 - 前記第1伝導型の低濃度ベース領域における上面には、前記ゲート絶縁膜と接する部分の少なくとも一部に凹部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の低濃度ベース領域の、少なくとも前記第2伝導型の高濃度ゲート領域に接する部分およびその近傍における不純物濃度は、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第3の堆積膜内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域において、前記第3の堆積膜の厚さは、0.2μm〜0.7μmの範囲にあり、前記ゲート絶縁膜と接する部分の不純物濃度は、1×1015cm-3より高濃度で、5×1015cm-3より低濃度であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第3の堆積膜内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域において、前記ゲート絶縁膜と接する部分の不純物濃度は、2×1016cm-3以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第3の堆積膜内に選択的に形成された前記第1伝導型の低濃度ベース領域の不純物濃度は、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域と接する部分において、4×1016cm-3以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第2伝導型の高濃度ゲート領域は、第1の堆積膜上に形成された炭化ケイ素からなる第2の堆積膜であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第3の堆積膜上に形成されたゲート絶縁膜は、少なくとも前記第3の堆積膜内に選
択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域上において、他の部分より厚くなっている部分を有することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。 - 前記第3の堆積膜内に選択的に形成された第1伝導型のベース領域の表面上において、ゲート電極は、少なくとも一部が除かれていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の炭化ケイ素基板表面の結晶学的面指数は、(11−20)面に対して平行な面であることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の炭化ケイ素基板表面の結晶学的面指数は、(000−1)面に対して平行な面であることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第2伝導型の低濃度ゲート領域内の前記ゲート絶縁膜と接する部分には、第1伝導型の埋め込みチャネル領域を有することを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 第1伝導型の高濃度炭化ケイ素基板表面上に形成されている第1伝導型の低濃度炭化ケイ素からなる下部堆積膜と、
前記第1伝導型の低濃度炭化ケイ素が残されている第1の領域を有するように前記下部堆積膜内に選択的に形成された第2伝導型の高濃度ゲート領域と、
前記下部堆積膜上に選択的に前記第1の領域より幅が広い第2の領域からなる第1伝導型の低濃度ベース領域と、前記第1伝導型の高濃度ソース領域と、第2伝導型の低濃度ゲート領域とからなる上部堆積膜と、
少なくとも前記上部堆積膜の表面上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1伝導型の炭化ケイ素基板の裏面に低抵抗接続されたドレイン電極と、
前記第1伝導型の高濃度ソース領域および第2伝導型の低濃度ゲート領域の一部に低抵抗接続されているソース電極と、
から構成されている炭化ケイ素半導体装置において、
前記第1伝導型の低濃度ベース領域内で、前記第2の領域の上には、第1伝導型の高濃度べース領域からなる第3の領域が形成されていることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置。 - 前記第1伝導型の低濃度ベース領域の、少なくとも前記第2伝導型の高濃度ゲート領域に接する部分およびその近傍における不純物濃度は、前記第2伝導型の高濃度ゲート領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項13に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記上部堆積膜内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域において、上部堆積膜の厚さは、0.2μm〜0.7μmの範囲にあり、前記ゲート絶縁膜と接する部分の不純物濃度は、1×1015cm-3より高濃度で、5×1015cm-3より低濃度であることを特徴とする請求項13または請求項14に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記上部堆積膜内に選択的に形成された前記第2伝導型の低濃度ゲート領域において、前記ゲート絶縁膜と接する部分の不純物濃度は、2×1016cm-3以下であることを特徴とする請求項13ないし請求項15のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記上部堆積膜は、炭化ケイ素からなることを特徴とする請求項13ないし請求項16のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記上部堆積膜上に形成されたゲート絶縁膜は、少なくとも前記上部堆積膜内に選択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域上において、他の部分より厚くなっている部分を有することを特徴とする請求項13ないし請求項17のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記上部堆積膜内に選択的に形成された第1伝導型の低濃度ベース領域の表面上において、ゲート電極は、少なくとも一部が除かれていることを特徴とする請求項13ないし請求項18のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の炭化ケイ素基板表面の結晶学的面指数は、(11−20)面に対して平行な面であることを特徴とする請求項13ないし請求項19のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第1伝導型の炭化ケイ素基板表面の結晶学的面指数は、(000−1)面に対して平行な面であることを特徴とする請求項13ないし請求項20のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第2伝導型の低濃度ゲート領域内の前記ゲート絶縁膜と接する部分には、第1伝導型の埋め込みチャネル領域を有することを特徴とする請求項13ないし請求項21のいずれか1項に記載された炭化ケイ素半導体装置。
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