JP5499744B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、JFET(接合型電界効果トランジスタ)を備えた半導体装置およびその製造方法に関するもので、ワイドバンドギャップ半導体、特に炭化珪素(以下、SiCという)を用いたSiC半導体装置に適用すると好ましい。 The present invention relates to a semiconductor device including a JFET (junction field effect transistor) and a method for manufacturing the same, and is preferably applied to a wide band gap semiconductor, particularly a SiC semiconductor device using silicon carbide (hereinafter referred to as SiC).
従来、特許文献1において、高周波かつ高耐圧に適したSiCにて構成されるJFETが提案されている。図15は、このJFETの断面図である。この図に示されるように、SiCで構成された基板J1上に、p-型バッファ層J2とn-型チャネル層J3およびn+型層J4を順に積層したのち、n+型層J4の表面からn-型チャネル層J3に達する凹部J5をエッチングにて形成している。そして、凹部J5内にp-型層J6を介してp+型ゲート領域J7を構成すると共に、p+型ゲート領域J7から離間するように、金属層J8を介してソース電極J9およびドレイン電極J10が形成されることにより、特許文献1に示されたJFETが構成されている。
Conventionally,
特許文献1に示したノーマリーオンJFETでは、p+型ゲート領域J7が直接n+型層J4に接触させられることで濃度変化が急峻となるPN接合とならないように、p+型ゲート領域J7をp-型層J6にて囲んだ構造としている。このため、p+型ゲート領域J7とn+型層J4との間、つまりゲート−ソース間およびゲート−ドレイン間のキャパシタンスが大きくなり、高周波の実現に限界があるという問題がある。さらに、濃度の薄いp-型層J6から広がる空乏層によってn-型チャネル層J3をピンチオフさせる設計にしなければならず、JFETをオフさせる際にp+型ゲート領域J7に対して高電圧を印加しなければならないという問題もある。
In the normally-on JFET shown in
本発明は上記点に鑑みて、ゲート−ソース間およびゲート−ドレイン間のキャパシタンスの低減が図れると共に、JFETをオンさせる際に必要なゲート印加電圧が高電圧になることを抑制できるJFETを備えた半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention includes a JFET that can reduce the capacitance between the gate and the source and between the gate and the drain, and can suppress the gate applied voltage required to turn on the JFET from becoming a high voltage. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、チャネル層(2)の表面のうちソース領域(3a)とドレイン領域(3b)の間に位置する部位において、ソース領域(3a)とドレイン領域(3b)から離間して配置され、チャネル層(2)と接する部分より該チャネル層(2)から離間する部分の方が幅広とされる第2導電型のゲート領域(4)を備えたJFETとすることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the source region (3a) and the source region (3a) are located at a portion of the surface of the channel layer (2) located between the source region (3a) and the drain region (3b). A gate region (4) of the second conductivity type that is disposed apart from the drain region (3b) and that is wider at a portion that is separated from the channel layer (2) than a portion that is in contact with the channel layer (2). It is characterized by being a JFET.
このように、ゲート領域(4)のうち幅広とされている部分をチャネル層(2)の表面から離間させた構造としている。このためゲート−ソース間およびゲート−ドレイン間のキャパシタンスを低減することが可能となる。 As described above, the widened portion of the gate region (4) is separated from the surface of the channel layer (2). For this reason, the capacitance between the gate and the source and between the gate and the drain can be reduced.
また、ゲート領域(4)を直接チャネル層(2)の表面に形成しているため、ソース領域(3a)やドレイン領域(3b)とゲート領域(4)との間にさらにゲート領域(4)よりも低濃度の不純物層が必要とされない。このため、チャネル層(2)に直接接触している高濃度のゲート領域(4)によって、チャネル層(2)内に伸びる空乏層幅を制御できる。したがって、ゲート印加電圧が高電圧になることを抑制することができる。 Further, since the gate region (4) is formed directly on the surface of the channel layer (2), the gate region (4) is further provided between the source region (3a) or drain region (3b) and the gate region (4). A lower concentration impurity layer is not required. Therefore, the width of the depletion layer extending into the channel layer (2) can be controlled by the high concentration gate region (4) in direct contact with the channel layer (2). Therefore, it can suppress that a gate applied voltage becomes a high voltage.
このような構造の半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体が用いられる場合に適用されると好ましく、特に、ワイドバンドギャップ半導体としてSiCを用いる場合に適用されると好適である。 The semiconductor device having such a structure, preferably when applied to the case where wide-bandgap semiconductor is used, in particular, it is preferable when applied to the case of using SiC as a wide-bandgap semiconductor.
例えば、基板としてSiC基板(1)が用いる場合、ゲート領域(4)は、請求項1、2に記載したようにSiC基板(1)と同じ結晶構造のSiCにて構成されるか、もしくは、請求項3に記載したようにチャネル層(2)と接する部分がSiC基板(1)と同じ結晶構造のSiCにて構成され、幅広となっている部分の少なくとも一部がSiC基板(1)と異なる結晶構造のSiCにて構成されることになる。
For example, when a SiC substrate (1) is used as the substrate, the gate region (4) is composed of SiC having the same crystal structure as the SiC substrate (1) as described in
請求項1に記載したように、SiC基板(1)として主表面がSi面もしくはC面に対して1°以下のオフ角を有するオフ基板が用いられる場合には、ゲート領域(4)がSiC基板(1)と同じ結晶構造のSiCにて構成されるようにできる。この場合、ゲート領域(4)のうち幅広とされた部分の表面に(0001)ファセットが形成されることがある。
As described in
また、請求項2に記載したように、SiC基板(1)として主表面がa面のオン基板が用いられる場合にも、ゲート領域(4)がSiC基板(1)と同じ結晶構造のSiCにて構成されるようにできる。この場合、ゲート領域(4)は表面がa面の平坦面となる。
Further, as described in
一方、請求項4に記載したように、SiC基板(1)として主表面がSi面もしくはC面に対して1°を超えるオフ角を有するオフ基板が用いられる場合には、ゲート領域(4)のうちSiC基板(1)と同じ結晶構造のSiCで構成されている部分の表面には(0001)ファセットが形成され、SiC基板(1)と異なる結晶構造のSiCにて構成されている部分は、(0001)ファセットの表面に形成された3C−SiCとなるようにできる。
On the other hand, as described in
また、請求項5に記載したように、SiC基板(1)として主表面がa面のオン基板が用いられる場合には、ゲート領域(4)のうちチャネル層(2)に接する部分から垂直方向にSiC基板(1)の結晶構造が引き継がれ、該ゲート領域(4)のうち幅広となっている部分が3C−SiCとなるようにできる。
Further, as described in
請求項6ないし10に記載の発明は、請求項1ないし5に記載した半導体装置の製造方法に関する発明である。
The invention described in
具体的には、請求項6に記載の発明では、チャネル層(2)の表面に、ゲート領域(4)の形成予定領域が開口するカーボンマスク(11)を配置する工程と、カーボンマスク(11)をマスクとしてチャネル層(2)上に、カーボンマスク(11)の上まで横方向成長させるようにゲート領域(4)をエピタキシャル成長させる工程と、カーボンマスク(11)を除去し、ゲート領域(4)のうち横方向成長させた部分をチャネル層(2)の表面から離間させる工程と、を含んでいることを特徴としている。
Specifically, in the invention described in
このように、カーボンマスク(11)を用いることにより、選択的エピタキシャル成長によってゲート領域(4)を形成することができる。そして、カーボンマスク(11)を除去することにより、ゲート領域(4)のうち横方向成長させた部分をチャネル層(2)の表面から離間させることができる。 Thus, the gate region (4) can be formed by selective epitaxial growth by using the carbon mask (11). Then, by removing the carbon mask (11), the laterally grown portion of the gate region (4) can be separated from the surface of the channel layer (2).
また、請求項6に記載したように、基板として主表面がSi面もしくはC面に対して1°以下のオフ角を有するオフ基板からなるSiC基板(1)を用いることにより、ゲート領域(4)を形成する工程で、横方向成長によってチャネル層(2)と接する部分よりも幅広とされた部分の表面に(0001)ファセットが形成されたゲート領域(4)を形成することができる。これにより、請求項1に記載の半導体装置を製造することができる。
Further, as described in
また、請求項7に記載したように、基板として主表面がSi面もしくはC面に対して1°を超えるオフ角を有するオフ基板からなるSiC基板(1)を用いることにより、ゲート領域(4)を形成する工程で、チャネル層(2)と接する部分よりも幅広とされた部分の表面に(0001)ファセットが形成され、かつ、横方向成長によって(0001)ファセットの表面に3C−SiCを成長させたゲート領域(4)を形成することができる。これにより、請求項4に記載の半導体装置を製造することができる。
Further, as described in
さらに、請求項8に記載したように、基板として主表面がa面のオフ角を有しないオン基板からなるSiC基板(1)を用いることにより、ゲート領域(4)を形成する工程で、横方向成長によってチャネル層(2)と接する部分よりも幅広とされた部分が3C−SiCとなるゲート領域(4)を形成することができる。これにより、請求項5に記載の半導体装置を製造することができる。
Furthermore, as described in
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかるJFETを備えたSiC半導体装置の1セル分の断面図である。以下、この図を参照して、SiC半導体装置に備えられたJFETの構造について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of one cell of a SiC semiconductor device including a JFET according to the present embodiment. Hereinafter, the structure of the JFET provided in the SiC semiconductor device will be described with reference to FIG.
図1に示されるSiC半導体装置は、半絶縁性(Semi-insulating)のSiC基板1を用いて形成されている。半絶縁性とは、ノンドープの半導体材料などにより構成され、半導体材料で構成されているものの絶縁材料に近い抵抗率(もしくは導電率)を有するものを意味する。例えば、本実施形態では、半絶縁性のSiC基板1として、主表面が(0001)Si面もしくは(000−1)C面に対して1°以下のオフ角を有した4H−SiCからなるオフ基板であって、抵抗率が1×1010〜1×1011Ω・cm、厚さ50〜400μm(例えば350μm)のものを用いている。
The SiC semiconductor device shown in FIG. 1 is formed using a
SiC基板1の表面には、n-型チャネル層2が形成されている。n-型チャネル層2は、チャネル領域が形成される場所であり、例えばn型不純物濃度が1×1016〜1×1018cm-3(例えば1×1017cm-3)、厚さ0.1〜1.0μm(例えば0.2μm)とされている。
On the surface of
n-型チャネル層2の表層部には、n+型層3が形成されている。n+型層3は、1セル毎に紙面左右に分離されており、紙面左側のものがn+型ソース領域3a、紙面右側のものがn+型ドレイン領域3bを構成する。これらn+型ソース領域3aおよびn+型ドレイン領域3bは、n型不純物濃度が5×1018〜1×1020cm-3(例えば2×1019cm-3)、厚さ0.1〜1.0μm(例えば0.2μm)とされている。
An n + type layer 3 is formed on the surface layer portion of the n −
n-型チャネル層2の表面のうちn+型ソース領域3aとn+型ドレイン領域3bとの間に位置する場所に、n-型チャネル層2よりも浅い凹部2aが形成されている。n-型チャネル層2のうち凹部2aよりも深い部分がチャネル領域として機能することから、凹部2aの深さDGによってチャネル深さが設定される。例えば、凹部2aの深さDGは0.1μmとされる。
the n - where positioned between the n + -
また、凹部2a内において、n-型チャネル層2の表面上には、p+型ゲート領域4が形成されている。p+型ゲート領域4は、n-型チャネル層2の表面から所定距離、例えば0.5〜1.0μm離間した位置において、凹部2a内に形成された部分よりも幅が大きくされることで、基本的にはT字形状とされている。T字形状とされたp+型ゲート領域4のうち幅広となっている部分とn-型チャネル層2の表面との間には、SiCが配置されていない状態となっている。このp+型ゲート領域4は、p型不純物濃度が5×1018〜5×1019cm-3(例えば1×1019cm-3)、厚さ0.1〜1.0μm(例えば0.4μm)とされている。なお、p+型ゲート領域4の表面は、基本的には平坦面であるのが好ましいが、SiC基板1の主表面が上記面方位とされる場合、p+型ゲート領域4の表面の一端にファセットが形成されることがある。
A p + -
p+型ゲート領域4の形成位置や寸法は、次の事項に基づいて設定されている。具体的には、p+型ゲート領域4のうちn-型チャネル層2と接する部分の長さ、つまりチャネル長Lchは、JFETのカットオフ周波数を規定するものであり、短いほどカットオフ周波数を高くできる。このため、本実施形態では0.1〜0.5μm(例えば0.4μm)とされている。また、ゲート−ソース間の長さLSGは、JFETの電流値に関係し、より大きな電流を流せるようにするには長さLSGを短くすることが必要となる。このため、本実施形態では、例えば0.1〜0.5μmとされている。さらに、ゲート−ドレイン間の長さLGDは、JFETの耐圧に関係し、大きい方が高耐圧にできる。このため、本実施形態では、例えば0.5〜1.0μmとされている。
The formation position and dimensions of the p + -
また、p+型ゲート領域4の表面には、ゲート電極5が形成されている。このゲート電極5は、複数の金属層の積層構造にて構成されており、例えばp+型ゲート領域4に対してオーミック接触させられるNiSi2等のNi系金属層で構成された第1層5a、Ti系金属層で構成された第2層5b、さらには図示しないがAl配線もしくは外部との電気的接続を行うためのワイヤとの接合性を考慮したAu層が順に形成されることで構成される。第1層5aは、0.1〜0.5μm(例えば0.2μm)、第2層5bは、0.1〜0.5μm(例えば0.1μm)、Al配線もしくはAu層は、1.0〜5.0μm(例えば3.0μm)とされている。
A
また、n+型ソース領域3aの上にはソース電極6が形成され、n+型ドレイン領域3bの上にはドレイン電極7が形成されている。これらソース電極6およびドレイン電極7も、Ni系金属層6a、7aやTi系金属層6b、7bなどのように、例えばゲート電極5と同材料で構成されている。
A
このような構造によってJFETが構成されている。そして、図示しないがシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などで構成される層間絶縁膜や保護膜等によって、各電極間が電気的に分離されることで、本実施形態のSiC半導体装置が構成されている。 Such a structure constitutes a JFET. Although not shown, the electrodes are electrically separated by an interlayer insulating film, a protective film, etc. composed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, etc., so that the SiC semiconductor device of this embodiment is configured. Yes.
このように構成されるSiC半導体装置に備えられたJFETは、ゲート電極5に対してゲート電圧を印加していないときには、p+型ゲート領域4からn-型チャネル層2側に伸びる空乏層(およびSiC基板1からn-型チャネル層2側に伸びる空乏層)によってn-型チャネル層2がピンチオフされている。そして、この状態からゲート電極5に対してゲート電圧を印加すると、p+型ゲート領域4から伸びる空乏層が縮小される。これにより、n-型チャネル層2内にチャネル領域が形成され、チャネル領域を介してソース電極6とドレイン電極7との間に電流が流れる。このように、本実施形態のJFETは、ノーマリオフ型の素子として機能することができる。
When the gate voltage is not applied to the
このようなJFETでは、ゲート電極5を配置し易いようにp+型ゲート領域4の表面を幅広としているが、n-型チャネル層2と接する部分では幅狭となるようにしている。このため、以下の効果を得ることができる。
In such a JFET, the surface of the p + -
(1)p+型ゲート領域4のうち幅広とされている部分をn-型チャネル層2の表面から離間させた構造としている。このためゲート−ソース間およびゲート−ドレイン間のキャパシタンスを低減することが可能となる。
(1) The widened portion of the p + -
また、p+型ゲート領域4を直接n-型チャネル層2の表面に形成しているため、n+型層3とp+型ゲート領域4との間にさらにp+型ゲート領域4よりも低濃度のp-型層が必要とされない。このため、n-型チャネル層2に直接接触している高濃度のp+型ゲート領域4によって、n-型チャネル層2内に伸びる空乏層幅を制御できる。したがって、n+型層3とp+型ゲート領域4との間にさらにp-型層が備えられる場合と比較して、ゲート印加電圧が高電圧になることを抑制することができる。また、高速スイッチングが可能なJFETにでき、より高周波に適したSiC半導体装置とすることが可能となる。
Further, the p + -
(2)上述したように、チャネル長Lchは、JFETのカットオフ周波数を規定するものであり、短いほどカットオフ周波数を高くできる。また、ゲート−ソース間の長さLSGは、JFETの電流値に関係し、より大きな電流を流せるようにするには長さLSGを短くすることが必要となる。さらに、ゲート−ドレイン間の長さLGDは、JFETの耐圧に関係し、大きい方が高耐圧にできる。このため、p+型ゲート領域4のうちn-型チャネル層2と接する部分をできる限り幅狭とすることが、高カットオフ周波数、大電流、高耐圧を実現する上で有利である。
(2) As described above, the channel length L ch defines the cutoff frequency of the JFET. The shorter the channel length L ch , the higher the cutoff frequency. The length L SG between the gate and the source is related to the current value of the JFET, and it is necessary to shorten the length L SG in order to allow a larger current to flow. Furthermore, the gate-drain length L GD is related to the breakdown voltage of the JFET, and a larger one can increase the breakdown voltage. Therefore, it is advantageous to make the portion of the p + -
しかしながら、p+型ゲート領域4を単に幅狭にしたのでは、ゲート電極5をp+型ゲート領域4の表面に配置することが難しくなる。このため、p+型ゲート領域4の表面を幅広としつつ、n-型チャネル層2と接する部分では幅狭とすることにより、ゲート電極5の配置を容易にできると共に、高カットオフ周波数、大電流、高耐圧を実現することが可能となる。
However, if the p +
(3)n-型チャネル層2に対して深さDGの凹部2aを形成し、この凹部2a内にp+型ゲート領域4を配置している。このため、凹部2aの底面からだけでなく側面からも空乏層が広がり、凹部2aを形成していない場合と比較して、空乏層の広がりをより広範囲にすることが可能となる。したがって、JFETをオフさせるときに、n-型チャネル層2内をより広範囲でピンチオフさせることが可能となり、より耐圧向上などを図ることが可能となる。
(3) n - a
(4)SiC基板1を半絶縁性のもので構成することにより、JFET作動時に発生する電波を吸収することが可能であるため、より高周波に適したSiC半導体装置とすることができる。
(4) By configuring the
続いて、このような構成とされるJFETを備えたSiC半導体装置の製造方法について説明する。図2〜図4は、図1に示したJFETを備えたSiC半導体装置の製造工程を示した断面図である。これらの図を参照して、図2に示すJFETを備えた半導体装置の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing an SiC semiconductor device including a JFET having such a configuration will be described. 2 to 4 are cross-sectional views showing manufacturing steps of the SiC semiconductor device including the JFET shown in FIG. With reference to these drawings, a method of manufacturing a semiconductor device including the JFET shown in FIG. 2 will be described.
まず、図2(a)に示すように、主表面が(0001)Si面もしくは(000−1)C面に対して1°以下のオフ角を有するオフ基板からなる半絶縁性のSiC基板1を用意する。そして、図2(b)に示すように、SiC基板1の主表面の上に、例えばn型不純物濃度が1×1016〜1×1018cm-3(例えば1×1017cm-3)、厚さ0.1〜1.0μm(例えば0.2μm)のn-型チャネル層2をエピタキシャル成長させる。
First, as shown in FIG. 2 (a), the
図2(c)に示す工程では、n-型チャネル層2の表面上に図示しないLTO等で構成されるマスクを配置した後、マスクをパターニングしてn+型ソース領域3aおよびn+型ドレイン領域3bの形成予定領域を開口させる。そして、n型不純物をイオン注入し、n型不純物濃度が5×1018〜1×1020cm-3(例えば2×1019cm-3)、厚さ0.1〜1.0μm(例えば0.4μm)となるn+型ソース領域3aおよびn+型ドレイン領域3bを形成する。その後、マスクを除去する。
In the step shown in FIG. 2C, after a mask made of LTO or the like (not shown) is disposed on the surface of the n −
図2(d)に示す工程では、n-型チャネル層2やn+型ソース領域3aおよびn+型ドレイン領域3bの表面上にレジスト10を成膜する。レジスト10としては、有機物を蒸発させたときに残りの材料が炭化される有機系溶剤を用いることができ、ポジ系の有機系溶剤、例えば、i線フォトリソグラフィ用レジスト、Deep−UVリソグラフィ用レジスト、ArFリソグラフィ用レジストまたは電子線リソグラフィ用レジストを用いることができる。そして、図3(a)に示す工程において、例えばアルゴン(Ar)雰囲気での750度の熱処理などにより、レジスト10を炭化させてカーボンマスク11を形成する。
In the step shown in FIG. 2D, a resist 10 is formed on the surfaces of the n −
図3(b)に示す工程では、カーボンマスク11の表面にシリコン酸化膜等で構成されるエッチング用マスク12を配置する。また、図3(c)に示す工程では、エッチング用マスク12の表面にパターニング用のレジスト13を形成する。そして、フォトリソグラフィによってレジスト13をパターニングし、凹部2aの形成予定領域においてレジスト13を開口させる。その後、図3(d)に示す工程では、レジスト13を用いてBHF等でエッチング用マスク12をパターニングしたのち、レジスト13を除去してからエッチング用マスク12をマスクとしてO2プラズマなどでカーボンマスク11をパターニングする。
In the step shown in FIG. 3B, an
図4(a)に示す工程では、エッチング用マスク12およびカーボンマスク11をマスクとして、CF4プラズマなどによりn-型チャネル層2の表面を部分的にエッチングすることで、凹部2aを形成する。
In the step shown in FIG. 4A, the
図4(b)に示す工程では、エッチング用マスク12を除去したのち、カーボンマスク11でSiC表面を覆うことによる選択的エピタキシャル成長により、凹部2a内にp型不純物濃度が5×1018〜5×1019cm-3(例えば1×1019cm-3)、厚さ0.1〜1.0μm(例えば0.4μm)とされるp+型ゲート領域4を形成する。このとき、p+型ゲート領域4は、凹部2a内に形成されることになるが、エピタキシャル成長を継続して行うことで、カーボンマスク11の表面側にも形成される。
In the step shown in FIG. 4B, the p-type impurity concentration is 5 × 10 18 to 5 × in the
なお、p+型ゲート領域4は、(0001)Si面もしくは(000−1)C面に対してオフ角を有するオフ基板で構成されたSiC基板1に対するエピタキシャル成長によって形成されることから、p+型ゲート領域4の表面に部分的に(0001)面のファセットが形成され、表面の一部が平坦面にならないことがある。p+型ゲート領域4の表面は、その上にゲート電極5を配置し易くするために、基本的には平坦面であるのが好ましいが、SiC基板1の主表面が上記面方位とされる場合、p+型ゲート領域4の表面の一端にファセットが形成されることがある。この場合、p+型ゲート領域4の表面全面が平坦面となる場合と比較すれば、若干ゲート電極5を配置し難くなる可能性はあるが、p+型ゲート領域4の表面が幅広とされているため、特に問題なくゲート電極5を形成することができる。
Incidentally, p + -
図4(c)に示す工程では、カーボンマスク11を除去する。これにより、p+型ゲート領域4のうち幅広となっている部分の下方においてもカーボンマスク11が除去されることになり、p+型ゲート領域4がT字形状とされる。この後、図4(d)に示す工程にて、ゲート電極5やソース電極6およびドレイン電極7の形成予定領域以外の領域を覆うように、メタルマスクもしくはシリコン酸化膜等で構成される図示しないマスクを配置したのち、ゲート電極5やソース電極6およびドレイン電極7のうちの第1層5a、6a、7aを構成するNi系金属層および第2層5b、6b、7bを構成するTi系金属層を成膜する。そして、マスクを除去することで、リフトオフにより、ゲート電極5やソース電極6およびドレイン電極7の形成予定領域にのみ第1層5a、6a、7aおよび第2層5a、6b、7bを残す。さらに、必要に応じて熱処理を行うことにより、ゲート電極5やソース電極6およびドレイン電極7の第1層5a、6a、7aをシリサイド化し、NiSi2等することで低抵抗化することもできる。その後、図示しない層間絶縁膜や保護膜などを形成することで、図1に示すJFETを備えたSiC半導体装置を製造することができる。
In the step shown in FIG. 4C, the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態のSiC半導体装置は、第1実施形態に対してp-型バッファ層を形成したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The SiC semiconductor device according to the present embodiment is obtained by forming a p − -type buffer layer with respect to the first embodiment, and is otherwise the same as the first embodiment. Therefore, only the portions different from the first embodiment are described. explain.
図5は、本実施形態にかかるJFETを備えたSiC半導体装置の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、SiC基板1の表面上に、p+型ゲート領域4よりも低不純物濃度となるp-型バッファ層8を形成している。このp-型バッファ層8の表面にn型チャネル層2が形成されている。p-型バッファ層8は、より高耐圧を得るために設けられたものであり、p型不純物濃度が1×1016〜1×1017cm-3(例えば1×1016cm-3)、厚さ0.2〜2.0μm(例えば0.4μm)とされている。また、p-型バッファ層8には高不純物濃度とされたp+型コンタクト領域8aが備えられている。そして、ソース電極6の下部においてn+型ソース領域3aを貫通してp+型コンタクト領域8aを露出させる凹部9が形成されており、この凹部9内にソース電極6が埋め込まれることで、p+型コンタクト領域8aを介してp-型バッファ層8がソース電極6に接続され、グランド電位に固定されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the SiC semiconductor device including the JFET according to the present embodiment. As shown in this figure, in this embodiment, a p −
このような構造とされていても、基本的には第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第1実施形態に対してp-型バッファ層8が形成してあるため、第1実施形態と比較すると耐圧が高くなるという効果を得ることができる。さらに、p-型バッファ層8を備えてあるため、このp-型バッファ層8でもJFET作動時に発生する電波を吸収させられ、より高周波に適したSiC半導体装置とすることが可能となる。また、p-型バッファ層8を備える場合、SiC基板1をn型もしくはp型とすることができるため、より容易にSiC基板1を用意することが可能となる。
Even if it is set as such a structure, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired fundamentally. In addition, since the p − -
なお、このような構造のSiC半導体装置も、基本的には第1実施形態のSiC半導体装置と同様の製造方法によって製造できる。ただし、第1実施形態と異なり、p-型バッファ層8を備えた構造となることから、SiC基板1の表面に対してp-型バッファ層8を形成する工程と、p+型コンタクト領域8aをイオン注入によって形成する工程と、レジスト10の形成前にn-型チャネル層2に対して凹部9を形成するためのエッチング工程を行うことになる。
In addition, the SiC semiconductor device having such a structure can be basically manufactured by the same manufacturing method as the SiC semiconductor device of the first embodiment. However, unlike the first embodiment, the structure is provided with the p − -
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態のSiC半導体装置は、第1実施形態に対して凹部2aを形成せずにp+型ゲート領域4を形成したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. The SiC semiconductor device of this embodiment is obtained by forming the p + -
図6は、本実施形態にかかるJFETを備えたSiC半導体装置の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、n-型チャネル層2の最表面に直接p+型ゲート領域4を形成している。このような構造としても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、凹部2aを形成していないため、第1実施形態と比較すると、p+型ゲート領域4から広がる空乏層のうち凹部2aの側面から広がる部分がなくなる。このため、凹部2aを形成している第1実施形態よりも空乏層の広がりが多少狭くなり、耐圧向上を考慮すると、第1実施形態の構造の方が有利であると言える。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the SiC semiconductor device including the JFET according to the present embodiment. As shown in this figure, in this embodiment, the p +
なお、このようなSiC半導体装置も、基本的には第1実施形態のSiC半導体装置と同様の製造方法によって製造できる。ただし、第1実施形態と異なり、凹部2aを形成する必要が無くなることから、カーボンマスク11の上にエッチング用マスク12を配置しなくても良くなるし、エッチング用マスク12を用いた凹部2aの形成のためのエッチング工程を行なわなくても良くなる。
Such a SiC semiconductor device can also be basically manufactured by the same manufacturing method as the SiC semiconductor device of the first embodiment. However, unlike the first embodiment, it is not necessary to form the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態のSiC半導体装置は、第1実施形態に対してSiC基板1のオフ角を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. The SiC semiconductor device according to the present embodiment is obtained by changing the off-angle of the
図7は、本実施形態にかかるJFETを備えたSiC半導体装置の断面図である。本実施形態では、SiC基板1のオフ角を1°より大きくしており、例えば4°または8°としている。そして、このようなSiC基板1を用いてJFETを構成することにより、図7に示されるように、p+型ゲート領域4を4H−SiCと3C−SiCとによって構成されるようにしている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the SiC semiconductor device including the JFET according to the present embodiment. In the present embodiment, the off-angle of the
SiC基板1のオフ角を大きくすると、p+型ゲート領域4を形成する際のエピタキシャル成長条件によっては、(0001)ファセットの表面に3C−SiCを成長させることができる。図8は、この様子を示した拡大断面図である。この図に示されるように、4H−SiCのオフ基板からなるSiC基板1の表面に、SiC基板1の結晶性が引き継がれたn-型チャネル層2が形成され、そのn-型チャネル層2の表面にp+型ゲート領域4が形成される。このとき、横方向成長の異方性やステップフロー成長の影響により、p+型ゲート領域4は円形パターンではなくオフ方向に偏る六角形状のパターンで形成され、(0001)ファセットが形成されるが、オフ角が大きいため、(0001)ファセットの上に3C−SiCが形成されるようにできる。
When the off-angle of the
このような構造としても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態のように(0001)ファセットの上に3C−SiCが形成されるようにすることで、p+型ゲート領域4の表面全面をより平坦面に近づけることが可能となる。このため、p+型ゲート領域4の表面に形成されるゲート電極5をより形成し易くすることが可能となる。このようなSiC半導体装置も、オフ角が1°以上のSiC基板1を用いること以外は、第1実施形態のSiC半導体装置と同様の製造方法によって製造できる。
Even with such a structure, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, by forming 3C—SiC on the (0001) facet as in this embodiment, the entire surface of the p + -
なお、PNジャンクションが結晶構造の異なる4H−SiCと3C−SiCで構成される場合、リーク電流発生の原因となるが、同じp+型ゲート領域4内において結晶構造が変化してもリーク電流の原因とはなり難く、あまり問題とはならない。逆に、3C−SiCの場合、4H−SiCなどと比べてエピタキシャル成長時の不純物のドーピングレベルを高くすることができることから、p+型ゲート領域4の内部抵抗を低減することが可能となる。
If the PN junction is composed of 4H—SiC and 3C—SiC having different crystal structures, it may cause leakage current. However, even if the crystal structure changes in the same p + -
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態のSiC半導体装置は、第1実施形態と第3実施形態で示したJFET構造により、DモードとEモードで動作する素子を組み合わせた構造としたものであり、その他に関しては第1、第3実施形態と同様であるため、第1、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. The SiC semiconductor device of the present embodiment has a structure in which elements operating in the D mode and the E mode are combined by the JFET structure shown in the first embodiment and the third embodiment. Since it is the same as that of 3rd Embodiment, only a different part from 1st, 3rd Embodiment is demonstrated.
図9は、本実施形態にかかるJFETを備えたSiC半導体装置の断面図である。この図に示されるように、本実施形態のSiC半導体装置では、同一基板中に異なるJFET構造を形成しており、その一方(紙面右側)を第1実施形態のJFET構造、他方(紙面左側)を第3実施形態のJFET構造としている。 FIG. 9 is a cross-sectional view of a SiC semiconductor device including a JFET according to the present embodiment. As shown in this figure, in the SiC semiconductor device of the present embodiment, different JFET structures are formed in the same substrate, one of which (right side of the drawing) is the JFET structure of the first embodiment, and the other (left side of the drawing). Is the JFET structure of the third embodiment.
このように構成されるSiC半導体装置では、紙面左側のJFETは、Dモード(ノーマリオン型)の素子として動作し、紙面右側のJFETは、Eモード(ノーマリオフ型)の素子として動作する。 In the SiC semiconductor device configured as described above, the JFET on the left side of the paper operates as a D-mode (normally on type) element, and the JFET on the right side of the paper operates as an E-mode (normally off type) element.
具体的には、Dモードとして動作するJFETでは、ゲート電極5に対してゲート電圧を印加していないときにも、p+型ゲート領域4からn-型チャネル層2側に伸びる空乏層(およびSiC基板1からn-型チャネル層2側に伸びる空乏層)によってn-型チャネル層2が完全にピンチオフされることはなく、チャネル領域が形成された状態となる。このため、ゲート電極5に対してゲート電圧を印加していないときにチャネル領域を介してソース電極6とドレイン電極7との間に電流が流れる。そして、ゲート電極5に対して負のゲート電圧を印加すると、空乏層の伸びが大きくなる。これにより、n-型チャネル層2内のチャネル領域が無くなり、ソース電極6とドレイン電極7との間に電流が流れなくなる。このように、DモードのJFETではノーマリオン型の素子として機能する。
Specifically, in the JFET operating as the D mode, even when no gate voltage is applied to the
一方、Eモードとして動作するJFETでは、ゲート電極5に対してゲート電圧を印加していないときには、p+型ゲート領域4からn-型チャネル層2側に伸びる空乏層(およびSiC基板1からn-型チャネル層2側に伸びる空乏層)によってn-型チャネル層2が完全にピンチオフされる。そして、この状態からゲート電極5に対して正のゲート電圧を印加すると、p+型ゲート領域4から伸びる空乏層が縮小される。これにより、n-型チャネル層2内にチャネル領域が形成され、チャネル領域を介してソース電極6とドレイン電極7との間に電流が流れる。このように、EモードのJFETは、ノーマリオフ型の素子として機能する。
On the other hand, in the JFET operating as the E mode, when no gate voltage is applied to the
このように、DモードとEモードが同一基板上に形成されたSiC半導体装置とすることもできる。このような構造のSiC半導体装置では、CMOSのようにnチャネルMOSFETとpチャネルMOSFETとを組み合わせるものではないため、DモードとEモードの素子のチャネル移動度が等しい。このため、CMOSのようにチャネル移動度が異なるために面積を調整する必要がなく、DモードとEモードの素子とを同一面積とすることができる。 In this manner, a SiC semiconductor device in which the D mode and the E mode are formed on the same substrate can be obtained. Since the SiC semiconductor device having such a structure does not combine an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET as in a CMOS, the channel mobility of the D-mode and E-mode elements is equal. For this reason, since the channel mobility is different as in CMOS, it is not necessary to adjust the area, and the elements of the D mode and the E mode can be made the same area.
なお、このような構造のSiC半導体装置も、基本的には、第1実施形態と同様の製造方法によって製造される。ただし、DモードのJFETに関しては凹部2aが形成されないため、カーボンマスク11をパターニングした後、DモードのJFETを覆うマスクを配置し、その後、凹部2aを形成するためのエッチング工程を行うようにすることになる。
The SiC semiconductor device having such a structure is basically manufactured by the same manufacturing method as in the first embodiment. However, since the
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態のSiC半導体装置は、第1実施形態に対してSiC基板1をオフ基板ではなくオフ角を有しないオン基板に変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described. The SiC semiconductor device of the present embodiment is obtained by changing the
図10は、本実施形態にかかるJFETを備えたSiC半導体装置の断面図である。本実施形態では、SiC基板1としてオフ角を有しないオン基板、例えばa面基板を用いている。これにより、図10に示されるように、p+型ゲート領域4の表面もa面でファセットが形成されていない平坦面とされるようにしている。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the SiC semiconductor device including the JFET according to the present embodiment. In the present embodiment, an on-substrate having no off-angle, such as an a-plane substrate, is used as the
このように、SiC基板1としてオフ基板ではなくオン基板を用いることもできる。このようにすれば、p+型ゲート領域4の表面をファセットが形成されていない平坦面とすることもできる。このようなSiC半導体装置も、SiC基板1としてa面のオン基板を用いること以外は、第1実施形態のSiC半導体装置と同様の製造方法によって製造できる。
Thus, an on-substrate can be used as the
なお、本実施形態のように、オン基板を用いる場合にも、p-型バッファ層8を形成することができる。図11は、p-型バッファ層8を形成した場合のSiC半導体装置の断面図である。この図に示されるように、SiC基板1の表面上に、p+型ゲート領域4よりも低不純物濃度となるp-型バッファ層8を形成しており、このp-型バッファ層8の表面にn型チャネル層2を形成してある。また、p-型バッファ層8には高不純物濃度とされたp+型コンタクト領域8aが備えられており、ソース電極6の下部においてn+型ソース領域3aを貫通させた凹部9を通じてp+型コンタクト領域8aがソース電極6に接続され、グランド電位に固定されている。このように、本実施形態の構造に関しても、第2実施形態と同様、p-型バッファ層8を形成することにより、より耐圧を高くでき、かつ、JFET作動時に発生する電波を吸収することで、より高周波に適したSiC半導体装置とすることが可能となる。
Note that the p − -
また、SiC基板1としてa面のオン基板を用いる場合に、p+型ゲート領域4が異なる結晶構造のもので構成されていても良い。図12は、p+型ゲート領域4が異なる結晶構造のもので構成される場合のJFETを備えたSiC半導体装置の断面図である。この図に示されるように、p+型ゲート領域4のうち凹部2aの真上に形成される部分は4C−SiCで構成され、p+型ゲート領域4のうち幅広となる部分(フランジ部分)は3C−SiCで構成されている。
Further, when an a-plane on-substrate is used as
SiC基板1をa面のオン基板とする場合、p+型ゲート領域4を形成する際のエピタキシャル成長条件によっては、4H−SiCの横方向に3C−SiCを成長させることができる。図13は、この様子を示した拡大断面図である。この図に示されるように、n-型チャネル層2に接する部分から垂直方向には下地の結晶構造が引き継がれ、結晶構造が4H−SiCとなるが、4H−SiCに対する横方向成長に関しては、<0001>方向に沿って横方向成長の異方性により3C−SiCが成長させられる。このように、p+型ゲート領域4を異なる結晶構造のもので構成することもできる。なお、上述したように、3C−SiCの場合、4H−SiCなどと比べてエピタキシャル成長時の不純物のドーピングレベルを高くすることができることから、p+型ゲート領域4の内部抵抗を低減することが可能となる。
When the
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態のSiC半導体装置は、第6実施形態に対して第3実施形態と同様に凹部2aを形成せずにp+型ゲート領域4を形成したものであり、その他に関しては第6実施形態と同様であるため、第6実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described. The SiC semiconductor device of the present embodiment is obtained by forming the p + -
図14は、本実施形態にかかるJFETを備えたSiC半導体装置の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、n-型チャネル層2の最表面に直接p+型ゲート領域4を形成している。このように、SiC基板1としてオフ基板ではなくオン基板を用いる場合にも、凹部2aを形成せずにp+型ゲート領域4を形成しても良い。このような構造としても、第6実施形態と同様の効果を得ることができる。
FIG. 14 is a cross-sectional view of an SiC semiconductor device including a JFET according to the present embodiment. As shown in this figure, in this embodiment, the p +
(他の実施形態)
上記第2、第6実施形態において、p-型バッファ層8を形成する構造について説明したが、これらに限らず、第3〜第5、第7実施形態についても、p-型バッファ層8を形成する構造とすることができる。この場合も、p+型コンタクト領域8aおよび凹部9を通じてp-型バッファ層8がソース電極6と電気的に接続されるようにすることで、p-型バッファ層8をグランド接続することができる。
(Other embodiments)
The second, in the sixth embodiment, p - has been described structure -
また、上記各実施形態では、n-型チャネル層2をチャネルとするnチャネルタイプのJFETを例に挙げて説明したが、上記各実施形態で示したn型とp型を反転させたpチャネルタイプのJFETに対して本発明を適用しても良い。
In each of the above embodiments, the n channel type JFET having the n −
また、上記各実施形態では、SiC基板1を4H−SiCで構成している場合について説明したが、6H−SiCなど、他の結晶構造のもので構成しても良い。また、p+型ゲート領域4が下地となるSiC基板1(n-型チャネル層2)の結晶構造を引き継いで同じ結晶構造となっている場合について説明したが、異なる結晶構造となるようにエピタキシャル成長条件を設定することもできる。例えば、6H−SiCで構成されたSiC基板1(n-型チャネル層2)の上に3C−SiCで構成されるp+型ゲート領域4を形成することもできる。この場合、p+型ゲート領域4の不純物のドーピングレベルを高くできるため、p+型ゲート領域4の低抵抗化を図ることが可能となる。
Moreover, although each said embodiment demonstrated the case where the
また、ゲート電極5、ソース電極6およびドレイン電極7の構造を三層構造とし、Ni系金属層、Ti系金属層、AlまたはAuからなる金属層を例に挙げた。しかしながら、これらは単なる一例を示したものであり、例えば下層から順にNi/Ti/Mo/Au、Ti/Mo/Ni/Au、Ni/Mo/Ti、Ti/Mo/Ni、Ti/Mo、Ni/Moとされる積層構造であっても良いし、TiまたはNiのみの単層構造としても構わない。第1層5a、6a、7aをシリサイド化して金属シリサイドとする場合について説明したが、第1層5a、6a、7aをカーバイド化して金属カーバイドとすることで低抵抗化を図っても良い。いずれの場合でも、p+型ゲート領域4と接する部分が金属シリサイドもしくは金属カーバイドとなることから、第1層5aとp+型ゲート領域4とのコンタクト部を自己整合的にシリサイド化もしくはカーバイド化することができる。
Further, the
また、上記実施形態では半導体装置としてSiC半導体装置を例に挙げて説明したが、Siを用いた半導体装置に対しても本発明を適用できるし、他のワイドバンドギャップ半導体装置、例えばGaN、ダイヤモンド、AlNなどを用いた半導体装置に対しても本発明を適用することもできる。 In the above embodiment, the SiC semiconductor device is described as an example of the semiconductor device. However, the present invention can be applied to a semiconductor device using Si, and other wide band gap semiconductor devices such as GaN and diamond. The present invention can also be applied to a semiconductor device using AlN or the like.
なお、結晶の方位を示す場合、本来ならば所望の数字の上にバー(−)を付すべきであるが、パソコン出願に基づく表現上の制限が存在するため、本明細書においては、所望の数字の前にバーを付すものとする。 In addition, when indicating the orientation of a crystal, a bar (-) should be added to a desired number, but there is a limitation in expression based on a personal computer application. A bar shall be placed in front of the number.
1 SiC基板
2 n-型チャネル層
2a 凹部
3 n+型層
3a n+型ソース領域
3b n+型ドレイン領域
4 p+型ゲート領域
5 ゲート電極
6 ソース電極
7 ドレイン電極
8 p-型バッファ層
8a p+型コンタクト領域
9 凹部
10 レジスト
11 カーボンマスク
12 エッチング用マスク
13 レジスト
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基板(1)の前記主表面の上にエピタキシャル成長にて第1導電型の半導体により形成された第1導電型のチャネル層(2)と、
前記チャネル層(2)内における該チャネル層(2)の表層部に形成され、前記チャネル層(2)よりも高不純物濃度とされ、互いに離間して配置された第1導電型のソース領域(3a)およびドレイン領域(3b)と、
前記チャネル層(2)の表面のうち前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)の間に位置する部位において、前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)から離間して配置され、前記チャネル層(2)と接する部分より該チャネル層(2)から離間する部分の方が幅広とされた第2導電型のゲート領域(4)と、
前記ゲート領域(4)の上に形成され、該ゲート領域(4)に電気的に接続されたゲート電極(5)と、
前記ソース領域(3a)に対して電気的に接続されたソース電極(6)と、
前記ドレイン領域(3b)に対して電気的に接続されたドレイン電極(7)と、を有したJFETが備えられ、
前記半導体材料として、ワイドバンドギャップ半導体である炭化珪素が用いられ、前記基板として炭化珪素基板(1)が用いられており、
前記ゲート領域(4)は、前記炭化珪素基板(1)と同じ結晶構造の炭化珪素にて構成され、
さらに、前記炭化珪素基板(1)として主表面がSi面もしくはC面に対して1°以下のオフ角を有するオフ基板が用いられており、
前記ゲート領域(4)のうち幅広とされた部分の表面には、(0001)ファセットが形成されていることを特徴とする半導体装置。 A substrate (1) composed of a semiconductor material having a main surface;
A first conductivity type channel layer (2) formed of a first conductivity type semiconductor by epitaxial growth on the main surface of the substrate (1);
A source region of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the channel layer (2) in the channel layer (2), having a higher impurity concentration than the channel layer (2), and spaced apart from each other. 3a) and the drain region (3b);
A portion of the surface of the channel layer (2) located between the source region (3a) and the drain region (3b) is disposed apart from the source region (3a) and the drain region (3b). A second conductivity type gate region (4) in which a portion separated from the channel layer (2) is wider than a portion in contact with the channel layer (2);
A gate electrode (5) formed on the gate region (4) and electrically connected to the gate region (4);
A source electrode (6) electrically connected to the source region (3a);
A JFET having a drain electrode (7) electrically connected to the drain region (3b) ;
As the semiconductor material, silicon carbide which is a wide band gap semiconductor is used, and as the substrate, a silicon carbide substrate (1) is used,
The gate region (4) is made of silicon carbide having the same crystal structure as the silicon carbide substrate (1),
Further, an off substrate having a main surface having an off angle of 1 ° or less with respect to the Si surface or C surface is used as the silicon carbide substrate (1),
A semiconductor device characterized in that a (0001) facet is formed on the surface of the widened portion of the gate region (4) .
前記基板(1)の前記主表面の上にエピタキシャル成長にて第1導電型の半導体により形成された第1導電型のチャネル層(2)と、
前記チャネル層(2)内における該チャネル層(2)の表層部に形成され、前記チャネル層(2)よりも高不純物濃度とされ、互いに離間して配置された第1導電型のソース領域(3a)およびドレイン領域(3b)と、
前記チャネル層(2)の表面のうち前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)の間に位置する部位において、前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)から離間して配置され、前記チャネル層(2)と接する部分より該チャネル層(2)から離間する部分の方が幅広とされた第2導電型のゲート領域(4)と、
前記ゲート領域(4)の上に形成され、該ゲート領域(4)に電気的に接続されたゲート電極(5)と、
前記ソース領域(3a)に対して電気的に接続されたソース電極(6)と、
前記ドレイン領域(3b)に対して電気的に接続されたドレイン電極(7)と、を有したJFETが備えられ、
前記半導体材料として、ワイドバンドギャップ半導体である炭化珪素が用いられ、前記基板として炭化珪素基板(1)が用いられており、
前記ゲート領域(4)は、前記炭化珪素基板(1)と同じ結晶構造の炭化珪素にて構成され、
さらに、前記炭化珪素基板(1)として主表面がa面のオン基板が用いられており、
前記ゲート領域(4)は表面がa面の平坦面とされていることを特徴とする半導体装置。 A substrate (1) composed of a semiconductor material having a main surface;
A first conductivity type channel layer (2) formed of a first conductivity type semiconductor by epitaxial growth on the main surface of the substrate (1);
A source region of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the channel layer (2) in the channel layer (2), having a higher impurity concentration than the channel layer (2), and spaced apart from each other. 3a) and the drain region (3b);
A portion of the surface of the channel layer (2) located between the source region (3a) and the drain region (3b) is disposed apart from the source region (3a) and the drain region (3b). A second conductivity type gate region (4) in which a portion separated from the channel layer (2) is wider than a portion in contact with the channel layer (2);
A gate electrode (5) formed on the gate region (4) and electrically connected to the gate region (4);
A source electrode (6) electrically connected to the source region (3a);
A JFET having a drain electrode (7) electrically connected to the drain region (3b) ;
As the semiconductor material, silicon carbide which is a wide band gap semiconductor is used, and as the substrate, a silicon carbide substrate (1) is used,
The gate region (4) is made of silicon carbide having the same crystal structure as the silicon carbide substrate (1),
Furthermore, an on-substrate whose main surface is a-plane is used as the silicon carbide substrate (1),
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the gate region (4) has a flat surface with an a surface .
前記基板(1)の前記主表面の上にエピタキシャル成長にて第1導電型の半導体により形成された第1導電型のチャネル層(2)と、
前記チャネル層(2)内における該チャネル層(2)の表層部に形成され、前記チャネル層(2)よりも高不純物濃度とされ、互いに離間して配置された第1導電型のソース領域(3a)およびドレイン領域(3b)と、
前記チャネル層(2)の表面のうち前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)の間に位置する部位において、前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)から離間して配置され、前記チャネル層(2)と接する部分より該チャネル層(2)から離間する部分の方が幅広とされた第2導電型のゲート領域(4)と、
前記ゲート領域(4)の上に形成され、該ゲート領域(4)に電気的に接続されたゲート電極(5)と、
前記ソース領域(3a)に対して電気的に接続されたソース電極(6)と、
前記ドレイン領域(3b)に対して電気的に接続されたドレイン電極(7)と、を有したJFETが備えられ、
前記半導体材料として、ワイドバンドギャップ半導体である炭化珪素が用いられ、前記基板として炭化珪素基板(1)が用いられており、
前記ゲート領域(4)は、前記チャネル層(2)と接する部分が前記炭化珪素基板(1)と同じ結晶構造の炭化珪素にて構成されていると共に、前記幅広となっている部分の少なくとも一部が前記炭化珪素基板(1)と異なる結晶構造の炭化珪素にて構成されていることを特徴とする半導体装置。 A substrate (1) composed of a semiconductor material having a main surface;
A first conductivity type channel layer (2) formed of a first conductivity type semiconductor by epitaxial growth on the main surface of the substrate (1);
A source region of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the channel layer (2) in the channel layer (2), having a higher impurity concentration than the channel layer (2), and spaced apart from each other. 3a) and the drain region (3b);
A portion of the surface of the channel layer (2) located between the source region (3a) and the drain region (3b) is disposed apart from the source region (3a) and the drain region (3b). A second conductivity type gate region (4) in which a portion separated from the channel layer (2) is wider than a portion in contact with the channel layer (2);
A gate electrode (5) formed on the gate region (4) and electrically connected to the gate region (4);
A source electrode (6) electrically connected to the source region (3a);
A JFET having a drain electrode (7) electrically connected to the drain region (3b) ;
As the semiconductor material, silicon carbide which is a wide band gap semiconductor is used, and as the substrate, a silicon carbide substrate (1) is used,
In the gate region (4), a portion in contact with the channel layer (2) is made of silicon carbide having the same crystal structure as the silicon carbide substrate (1), and at least one of the wide portions. The semiconductor device is characterized in that the portion is made of silicon carbide having a crystal structure different from that of the silicon carbide substrate (1) .
前記ゲート領域(4)のうち前記炭化珪素基板(1)と同じ結晶構造の炭化珪素で構成されている部分の表面には(0001)ファセットが形成され、前記炭化珪素基板(1)と異なる結晶構造の炭化珪素にて構成されている部分は、前記(0001)ファセットの表面に形成された3C−SiCであることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 As the silicon carbide substrate (1), an off-substrate having a main surface having an off-angle exceeding 1 ° with respect to the Si or C-plane is used.
A (0001) facet is formed on the surface of the portion of the gate region (4) that is made of silicon carbide having the same crystal structure as the silicon carbide substrate (1), and is a crystal different from the silicon carbide substrate (1). 4. The semiconductor device according to claim 3 , wherein a portion of the structure made of silicon carbide is 3C—SiC formed on a surface of the (0001) facet.
前記ゲート領域(4)のうち前記チャネル層(2)に接する部分から垂直方向に前記炭化珪素基板(1)の結晶構造が引き継がれており、該ゲート領域(4)のうち前記幅広となっている部分が3C−SiCであることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 An on-substrate whose main surface is a-plane is used as the silicon carbide substrate (1),
The crystal structure of the silicon carbide substrate (1) is inherited in the vertical direction from the portion of the gate region (4) that is in contact with the channel layer (2), and the width of the gate region (4) is increased. The semiconductor device according to claim 3 , wherein the portion is 3C—SiC.
前記チャネル層(2)内における該チャネル層(2)の表層部に、前記チャネル層(2)よりも高不純物濃度とされ、互いに離間して配置されるように第1導電型のソース領域(3a)およびドレイン領域(3b)を形成する工程と、
前記チャネル層(2)の表面のうち前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)の間に位置する部位において、前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)から離間して配置され、前記チャネル層(2)と接する部分より該チャネル層(2)から離間する部分の方が幅広とされる第2導電型のゲート領域(4)を形成する工程と、
前記ゲート領域(4)の上に、該ゲート領域(4)に電気的に接続されるゲート電極(5)、前記ソース領域(3a)に対して電気的に接続されるソース電極(6)、および、前記ドレイン領域(3b)に対して電気的に接続されるドレイン電極(7)を形成する工程と、を含むJFETが備えられる半導体装置の製造方法であって、
前記チャネル層(2)の表面に、前記ゲート領域(4)の形成予定領域が開口するカーボンマスク(11)を配置する工程と、
前記カーボンマスク(11)をマスクとして前記チャネル層(2)上に、前記カーボンマスク(11)の上まで横方向成長させるように前記ゲート領域(4)をエピタキシャル成長させる工程と、
前記カーボンマスク(11)を除去し、前記ゲート領域(4)のうち前記横方向成長させた部分を前記チャネル層(2)の表面から離間させる工程と、を含み、
前記基板として主表面がSi面もしくはC面に対して1°以下のオフ角を有するオフ基板からなる炭化珪素基板(1)を用い、
前記ゲート領域(4)を形成する工程では、前記横方向成長によって前記チャネル層(2)と接する部分よりも幅広とされた部分の表面に(0001)ファセットが形成された前記ゲート領域(4)を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Providing a substrate (1) made of a semiconductor material having a main surface, and forming a first conductivity type channel layer (2) on the main surface by epitaxial growth of a first conductivity type semiconductor;
A source region (first conductivity type) having a higher impurity concentration than the channel layer (2) in the surface layer portion of the channel layer (2) in the channel layer (2) and being spaced apart from each other. 3a) and forming a drain region (3b);
A portion of the surface of the channel layer (2) located between the source region (3a) and the drain region (3b) is disposed apart from the source region (3a) and the drain region (3b). Forming a second conductivity type gate region (4) in which a portion spaced from the channel layer (2) is wider than a portion in contact with the channel layer (2);
On the gate region (4), a gate electrode (5) electrically connected to the gate region (4), a source electrode (6) electrically connected to the source region (3a), And forming a drain electrode (7) electrically connected to the drain region (3b), and a method of manufacturing a semiconductor device including a JFET,
Disposing a carbon mask (11) in which a region where the gate region (4) is to be formed is opened on the surface of the channel layer (2);
Epitaxially growing the gate region (4) on the channel layer (2) using the carbon mask (11) as a mask so as to laterally grow on the carbon mask (11);
The carbon removing the mask (11), seen including and a step of separating the lateral grown portion from a surface of said channel layer (2) of the gate region (4),
A silicon carbide substrate (1) made of an off-substrate having a main surface having an off angle of 1 ° or less with respect to the Si surface or the C-plane as the substrate,
In the step of forming the gate region (4), the gate region (4) in which a (0001) facet is formed on a surface of a portion wider than a portion in contact with the channel layer (2) by the lateral growth. Forming a semiconductor device.
前記チャネル層(2)内における該チャネル層(2)の表層部に、前記チャネル層(2)よりも高不純物濃度とされ、互いに離間して配置されるように第1導電型のソース領域(3a)およびドレイン領域(3b)を形成する工程と、
前記チャネル層(2)の表面のうち前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)の間に位置する部位において、前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)から離間して配置され、前記チャネル層(2)と接する部分より該チャネル層(2)から離間する部分の方が幅広とされる第2導電型のゲート領域(4)を形成する工程と、
前記ゲート領域(4)の上に、該ゲート領域(4)に電気的に接続されるゲート電極(5)、前記ソース領域(3a)に対して電気的に接続されるソース電極(6)、および、前記ドレイン領域(3b)に対して電気的に接続されるドレイン電極(7)を形成する工程と、を含むJFETが備えられる半導体装置の製造方法であって、
前記チャネル層(2)の表面に、前記ゲート領域(4)の形成予定領域が開口するカーボンマスク(11)を配置する工程と、
前記カーボンマスク(11)をマスクとして前記チャネル層(2)上に、前記カーボンマスク(11)の上まで横方向成長させるように前記ゲート領域(4)をエピタキシャル成長させる工程と、
前記カーボンマスク(11)を除去し、前記ゲート領域(4)のうち前記横方向成長させた部分を前記チャネル層(2)の表面から離間させる工程と、を含み、
前記基板として主表面がSi面もしくはC面に対して1°を超えるオフ角を有するオフ基板からなる炭化珪素基板(1)を用い、
前記ゲート領域(4)を形成する工程では、前記チャネル層(2)と接する部分よりも幅広とされた部分の表面に(0001)ファセットが形成され、かつ、前記横方向成長によって前記(0001)ファセットの表面に3C−SiCを成長させた前記ゲート領域(4)を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Providing a substrate (1) made of a semiconductor material having a main surface, and forming a first conductivity type channel layer (2) on the main surface by epitaxial growth of a first conductivity type semiconductor;
A source region (first conductivity type) having a higher impurity concentration than the channel layer (2) in the surface layer portion of the channel layer (2) in the channel layer (2) and being spaced apart from each other. 3a) and forming a drain region (3b);
A portion of the surface of the channel layer (2) located between the source region (3a) and the drain region (3b) is disposed apart from the source region (3a) and the drain region (3b). Forming a second conductivity type gate region (4) in which a portion spaced from the channel layer (2) is wider than a portion in contact with the channel layer (2);
On the gate region (4), a gate electrode (5) electrically connected to the gate region (4), a source electrode (6) electrically connected to the source region (3a), And forming a drain electrode (7) electrically connected to the drain region (3b), and a method of manufacturing a semiconductor device including a JFET,
Disposing a carbon mask (11) in which a region where the gate region (4) is to be formed is opened on the surface of the channel layer (2);
Epitaxially growing the gate region (4) on the channel layer (2) using the carbon mask (11) as a mask so as to laterally grow on the carbon mask (11);
The carbon removing the mask (11), seen including and a step of separating the lateral grown portion from a surface of said channel layer (2) of the gate region (4),
A silicon carbide substrate (1) comprising an off-substrate having a main surface having an off-angle exceeding 1 ° with respect to the Si or C-plane as the substrate,
In the step of forming the gate region (4), a (0001) facet is formed on the surface of a portion wider than a portion in contact with the channel layer (2), and the (0001) is formed by the lateral growth. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming the gate region (4) in which 3C-SiC is grown on a surface of a facet .
前記チャネル層(2)内における該チャネル層(2)の表層部に、前記チャネル層(2)よりも高不純物濃度とされ、互いに離間して配置されるように第1導電型のソース領域(3a)およびドレイン領域(3b)を形成する工程と、
前記チャネル層(2)の表面のうち前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)の間に位置する部位において、前記ソース領域(3a)と前記ドレイン領域(3b)から離間して配置され、前記チャネル層(2)と接する部分より該チャネル層(2)から離間する部分の方が幅広とされる第2導電型のゲート領域(4)を形成する工程と、
前記ゲート領域(4)の上に、該ゲート領域(4)に電気的に接続されるゲート電極(5)、前記ソース領域(3a)に対して電気的に接続されるソース電極(6)、および、前記ドレイン領域(3b)に対して電気的に接続されるドレイン電極(7)を形成する工程と、を含むJFETが備えられる半導体装置の製造方法であって、
前記チャネル層(2)の表面に、前記ゲート領域(4)の形成予定領域が開口するカーボンマスク(11)を配置する工程と、
前記カーボンマスク(11)をマスクとして前記チャネル層(2)上に、前記カーボンマスク(11)の上まで横方向成長させるように前記ゲート領域(4)をエピタキシャル成長させる工程と、
前記カーボンマスク(11)を除去し、前記ゲート領域(4)のうち前記横方向成長させた部分を前記チャネル層(2)の表面から離間させる工程と、を含み、
前記基板として主表面がa面のオフ角を有しないオン基板からなる炭化珪素基板(1)を用い、
前記ゲート領域(4)を形成する工程では、前記横方向成長によって前記チャネル層(2)と接する部分よりも幅広とされた部分が3C−SiCとなる前記ゲート領域(4)を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Providing a substrate (1) made of a semiconductor material having a main surface, and forming a first conductivity type channel layer (2) on the main surface by epitaxial growth of a first conductivity type semiconductor;
A source region (first conductivity type) having a higher impurity concentration than the channel layer (2) in the surface layer portion of the channel layer (2) in the channel layer (2) and being spaced apart from each other. 3a) and forming a drain region (3b);
A portion of the surface of the channel layer (2) located between the source region (3a) and the drain region (3b) is disposed apart from the source region (3a) and the drain region (3b). Forming a second conductivity type gate region (4) in which a portion spaced from the channel layer (2) is wider than a portion in contact with the channel layer (2);
On the gate region (4), a gate electrode (5) electrically connected to the gate region (4), a source electrode (6) electrically connected to the source region (3a), And forming a drain electrode (7) electrically connected to the drain region (3b), and a method of manufacturing a semiconductor device including a JFET,
Disposing a carbon mask (11) in which a region where the gate region (4) is to be formed is opened on the surface of the channel layer (2);
Epitaxially growing the gate region (4) on the channel layer (2) using the carbon mask (11) as a mask so as to laterally grow on the carbon mask (11);
The carbon removing the mask (11), seen including and a step of separating the lateral grown portion from a surface of said channel layer (2) of the gate region (4),
A silicon carbide substrate (1) comprising an on-substrate whose main surface does not have an a-plane off angle as the substrate,
In the step of forming the gate region (4), the gate region (4) in which a portion that is wider than a portion in contact with the channel layer (2) by the lateral growth becomes 3C-SiC is formed. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記ゲート領域(4)をエピタキシャル成長させる工程では、前記チャネル層(2)に形成された前記凹部(2a)に前記ゲート領域(4)を形成することを特徴とする請求項6ないし8のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 Forming a recess (2a) in a region where the gate region (4) is to be formed in the surface of the channel layer (2),
9. The gate region (4) is formed in the recess (2 a) formed in the channel layer (2) in the step of epitaxially growing the gate region (4) . A method of manufacturing a semiconductor device according to one of the above.
前記レジスト(10)を炭化して前記カーボンマスク(11)を形成する工程と、
前記カーボンマスク(11)の表面にエッチング用マスク(12)を配置した後、該エッチング用マスク(12)をパターニングして前記ゲート領域(4)の形成予定領域を開口させる工程と、
前記エッチング用マスク(12)を用いて、前記カーボンマスク(11)における前記ゲート領域(4)の形成予定領域を開口させる工程と、
前記エッチング用マスク(12)および前記カーボンマスク(11)をマスクとして用いて、これらマスクのうち開口させられた前記ゲート領域(4)の形成予定領域において前記チャネル層(2)の表面をエッチングすることで凹部(2a)を形成する工程と、
前記エッチング用マスク(12)を除去したのち、前記カーボンマスク(11)を用いて前記チャネル層(2)に形成された前記凹部(2a)に前記ゲート領域(4)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 Disposing a Les resist (10) on a surface of said channel layer (2),
Carbonizing the resist (10) to form the carbon mask (11);
After disposing an etching mask (12) on the surface of the carbon mask (11), patterning the etching mask (12) to open a region where the gate region (4) is to be formed;
Using the etching mask (12), opening the formation region of the gate region (4) in the carbon mask (11);
Using the etching mask (12) and the carbon mask (11) as a mask, the surface of the channel layer (2) is etched in a region where the gate region (4) opened in the mask is to be formed. A step of forming the recess (2a),
Forming the gate region (4) in the recess (2a) formed in the channel layer (2) using the carbon mask (11) after removing the etching mask (12); The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9 , further comprising:
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