JPH11261061A - Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 イオン注入によってチャネル領域を構成する
場合においても良好なキャリア移動度を有するようにす
る。
【解決手段】 p- 型炭化珪素ベース領域3a、3b含
むn- 型炭化珪素エピ層2の表面に酸化シリコン膜30
を成膜する。その後、熱処理を行って、p- 型炭化珪素
ベース領域3a、3bの表面部分に介在するp型不純物
を酸化シリコン膜30に外部拡散させる。これにより、
p- 型炭化珪素ベース領域3a、3bの表層部はp型不
純物が少なくなる。そして、このp- 型炭化珪素ベース
領域3a、3bにイオン注入を行うことで表面チャネル
層5aを形成する。これにより、p型不純物を補償して
できる中性不純物の量を少なくでき、キャリア移動度の
向上を図ることができる。
(57) [Problem] To provide good carrier mobility even when a channel region is formed by ion implantation. SOLUTION: A silicon oxide film 30 is formed on the surface of an n − -type silicon carbide epi layer 2 including p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b.
Is formed. Thereafter, a heat treatment is performed to externally diffuse the p-type impurities existing in the surface portions of p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b into silicon oxide film 30. This allows
The surface layer portions of p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b have less p-type impurities. Then, surface channel layer 5a is formed by ion-implanting into p - type silicon carbide base regions 3a and 3b. Thereby, the amount of neutral impurities formed by compensating for the p-type impurities can be reduced, and the carrier mobility can be improved.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素半導体装
置及びその製造方法に関し、特に絶縁ゲート型電界効果
トランジスタ、とりわけ大電力用の縦型パワーMOSF
ETに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an insulated gate field effect transistor, particularly a vertical power MOSF for high power.
It is about ET.
【0002】[0002]
【従来の技術】本出願人は、プレーナ型MOSFETに
おいて、チャネル移動度を向上させてオン抵抗を低減さ
せたものを、特願平10−6027号で出願している。
このプレーナ型MOSFETの断面図を図9に示し、こ
の図に基づいてプレーナ型MOSFETの構造について
説明する。2. Description of the Related Art The applicant of the present invention has filed a Japanese Patent Application No. 10-6027 for a planar MOSFET in which the channel mobility is improved and the on-resistance is reduced.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the planar MOSFET, and the structure of the planar MOSFET will be described with reference to FIG.
【0003】n+ 型炭化珪素半導体基板1は上面を主表
面1aとし、主表面1aの反対面である下面を裏面1b
としている。このn+ 型炭化珪素半導体基板1の主表面
1a上には、基板1よりも低いドーパント濃度を有する
n- 型炭化珪素エピタキシャル層(以下、n- 型炭化珪
素エピ層という)2が積層されている。このとき、n+
型炭化珪素半導体基板1およびn- 型炭化珪素エピ層2
の上面を(0001)Si面としているが、n+ 型炭化
珪素半導体基板1およびn- 型炭化珪素エピ層2の上面
を(112−0)a面としてもよい。つまり、(000
1)Si面を用いると低い表面状態密度が得られ、(1
12−0)a面を用いると、低い表面状態密度で、か
つ、完全にらせん転位の無い結晶が得られる。An n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1 has an upper surface as main surface 1a and a lower surface opposite to main surface 1a as back surface 1b.
And On main surface 1a of n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1, n − -type silicon carbide epitaxial layer (hereinafter referred to as n − -type silicon carbide epi layer) 2 having a lower dopant concentration than substrate 1 is laminated. I have. At this time, n +
-Type silicon carbide semiconductor substrate 1 and n − -type silicon carbide epilayer 2
Is formed as a (0001) Si plane, but the upper surfaces of n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1 and n − -type silicon carbide epilayer 2 may be formed as a (112-0) a plane. That is, (000
1) A low surface state density can be obtained by using the Si surface, and (1)
When the 12-0) a plane is used, a crystal having a low surface state density and completely having no screw dislocation can be obtained.
【0004】n- 型炭化珪素エピ層2の表層部における
所定領域には、所定深さを有するp - 型炭化珪素ベース
領域3aおよびp- 型炭化珪素ベース領域3bが離間し
て形成されている。また、ベース領域3a、3bには、
一部厚さが厚くなったディープベース層30a、30b
が形成されている。このディープベース層30a、30
bは、n+ 型ソース領域に重ならない部分に形成されて
いる。このディープベース層30a、30bの部分でア
バランシェブレークダウンさせることによって、素子の
耐圧が向上するようになっている。[0004] n-In the surface layer of silicon carbide epilayer 2
In a predetermined area, p having a predetermined depth -Type silicon carbide base
Regions 3a and p-Type silicon carbide base region 3b is separated
It is formed. Further, in the base regions 3a and 3b,
Deep base layers 30a and 30b partially thickened
Are formed. The deep base layers 30a, 30
b is n+Formed on the part that does not overlap the mold source region
I have. The deep base layers 30a and 30b
The valanche breakdown allows the device
The withstand voltage is improved.
【0005】また、p- 型炭化珪素ベース領域3aの表
層部における所定領域には、ベース領域3aよりも浅い
n+ 型ソース領域4aが、また、p- 型炭化珪素ベース
領域3bの表層部における所定領域には、ベース領域3
bよりも浅いn+ 型ソース領域4bがそれぞれ形成され
ている。さらに、n+ 型ソース領域4aとn+ 型ソース
領域4bとの間におけるn- 型炭化珪素エピ層2および
p- 型炭化珪素ベース領域3a、3bの表面部にはn-
型SiC層5が延設されている。つまり、p- 型炭化珪
素ベース領域3a、3bの表面部においてソース領域4
a、4bとn- 型炭化珪素エピ層2とを繋ぐようにn型
SiC層5が配置されている。このn- 型SiC層5
は、p- 型炭化珪素ベース領域3a、3bの表層部の所
定領域及びn- 型炭化珪素エピ層2の表層部の所定領域
にn型不純物をイオン注入することによって形成された
ものである。n型SiC層5は、p- 型炭化珪素ベース
領域3a、3bの表層部においてはキャリア濃度が低い
n- 型領域5aで構成されており、n- 型炭化珪素エピ
層2の表層部においてはキャリア濃度が高いn+ 型領域
5bで構成されている。これらのうち、キャリア濃度の
低いn- 型領域5aがチャネル領域として働くようにな
っている。以下、n- 型領域5aを表面チャネル層とい
う。Further, an n + -type source region 4a shallower than base region 3a and a p - type silicon carbide base region 3b at a predetermined region in the surface layer portion of p -- type silicon carbide base region 3a. The predetermined area includes a base area 3
An n + type source region 4b shallower than b is formed. Further, n between the n + -type source region 4a and the n + -type source region 4b - -type silicon carbide epitaxial layer 2 and the p - type silicon carbide base region 3a, the surface portion of the 3b the n -
The mold SiC layer 5 extends. In other words, source region 4 is formed on the surface of p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b.
An n-type SiC layer 5 is arranged to connect a, 4b and n − -type silicon carbide epilayer 2. This n - type SiC layer 5
Is formed by ion-implanting an n-type impurity into a predetermined region of the surface portion of p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b and a predetermined region of the surface portion of n − -type silicon carbide epilayer 2. n-type SiC layer 5, p - type silicon carbide base region 3a, the carrier concentration in the surface layer portion of 3b is lower n - is composed of a type regions 5a, n - in a surface portion of the type silicon carbide epitaxial layer 2 It is composed of an n + -type region 5b having a high carrier concentration. Of these, the n − -type region 5 a having a low carrier concentration functions as a channel region. Hereinafter, n − type region 5a is referred to as a surface channel layer.
【0006】表面チャネル層5aの上面およびn+ 型ソ
ース領域4a、4bの上面にはゲート絶縁膜(シリコン
酸化膜)7が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜7
の上にはポリシリコンゲート電極8が形成されている。
ポリシリコンゲート電極8は絶縁膜9にて覆われてい
る。絶縁膜9としてLTO(Low Temperat
ure Oxide)膜が用いられている。その上には
ソース電極10が形成され、ソース電極10はn+ 型ソ
ース領域4a、4bおよびp- 型炭化珪素ベース領域3
a、3bと接している。また、n+ 型炭化珪素半導体基
板1の裏面1bには、ドレイン電極層11が形成されて
いる。A gate insulating film (silicon oxide film) 7 is formed on the upper surface of the surface channel layer 5a and the upper surfaces of the n + type source regions 4a and 4b. Further, the gate insulating film 7
A polysilicon gate electrode 8 is formed thereon.
The polysilicon gate electrode 8 is covered with an insulating film 9. As the insulating film 9, LTO (Low Temperat)
ure oxide) film is used. A source electrode 10 is formed thereon, and the source electrode 10 includes n + -type source regions 4a and 4b and p − -type silicon carbide base region 3
a, 3b. Drain electrode layer 11 is formed on back surface 1b of n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1.
【0007】次に、このパワープレーナ型MOSFET
の作用(動作)を説明する。上記MOSFETは蓄積モ
ードで動作する。表面チャネル層5aにおいて、キャリ
アはp- 型炭化珪素ベース領域3a、3bと表面チャネ
ル層5aとの間の静電ポテンシャルの差、及び表面チャ
ネル層5aとポリシリコンゲート電極8との間の仕事関
数の差により生じた電位によって空乏化される。このた
め、ポリシリコンゲート電極8に印加する電圧を調整す
ることにより、表面チャネル層5aとポリシリコンゲー
ト電極8との間の仕事関数の差と、外部からの印加電圧
により生じる電位差を変化させ、チャネルの状態を制御
することでMOSFETのオン、オフを制御する。Next, this power planar type MOSFET
Will be described. The MOSFET operates in a storage mode. In surface channel layer 5a, the carrier is the difference in electrostatic potential between p − -type silicon carbide base regions 3a, 3b and surface channel layer 5a, and the work function between surface channel layer 5a and polysilicon gate electrode 8. Depleted by the potential generated by the difference between Therefore, by adjusting the voltage applied to the polysilicon gate electrode 8, the work function difference between the surface channel layer 5a and the polysilicon gate electrode 8 and the potential difference caused by an externally applied voltage are changed. On / off of the MOSFET is controlled by controlling the state of the channel.
【0008】具体的には、オフ状態において、空乏領域
は、p- 型炭化珪素ベース領域3a、3b及びポリシリ
コンゲート電極8により作られた電界によって、表面チ
ャネル層5a内に形成されているため、ポリシリコンゲ
ート電極8に対して正のバイアスを供給することによっ
て、ゲート絶縁膜(SiO2 )7と表面チャネル層5a
との間の界面においてn+ 型ソース領域4a、4bから
n- 型ドリフト領域2方向へ延びるチャネル領域を形成
し、オン状態にスイッチングさせる。More specifically, in the off state, the depletion region is formed in surface channel layer 5a by the electric field created by p - type silicon carbide base regions 3a, 3b and polysilicon gate electrode 8. By supplying a positive bias to the polysilicon gate electrode 8, the gate insulating film (SiO 2 ) 7 and the surface channel layer 5a are formed.
A channel region extending in the direction of n − type drift region 2 from n + type source regions 4a and 4b is formed at the interface between these regions and is switched on.
【0009】このとき、電子は、n+ 型ソース領域4
a、4bから表面チャネル層5aを経由し表面チャネル
層5aからJFET部を含むn- 型炭化珪素エピ層2に
流れる。そして、n- 型炭化珪素エピ層(ドリフト領
域)2に達すると、電子は、n+型炭化珪素半導体基板
(n+ ドレイン)1へ垂直に流れる。このようにゲート
電極8に正の電圧を印加することにより、表面チャネル
層5aに蓄積型チャネルを誘起させ、ソース電極10と
ドレイン電極11との間に電流を流す。At this time, electrons are supplied to n + type source region 4.
a, 4b via the surface channel layer 5a, and from the surface channel layer 5a to the n − -type silicon carbide epilayer 2 including the JFET portion. Then, when reaching the n − -type silicon carbide epilayer (drift region) 2, electrons flow vertically to the n + -type silicon carbide semiconductor substrate (n + drain) 1. By applying a positive voltage to the gate electrode 8 as described above, a storage channel is induced in the surface channel layer 5a, and a current flows between the source electrode 10 and the drain electrode 11.
【0010】このように、プレーナ型MOSFETにお
いて、動作モードをチャネル形成層の導電型を反転させ
ることなくチャネルを誘起する蓄積モードとすること
で、導電型を反転させる反転モードのMOSFETに比
べ、チャネル移動度を大きくしてオン抵抗を低減させる
ようにしている。As described above, in the planar MOSFET, the operation mode is set to the accumulation mode in which the channel is induced without inverting the conductivity type of the channel forming layer. The on-resistance is reduced by increasing the mobility.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上記従来におけるMO
SFETでは、p- 型炭化珪素ベース領域3a、3bに
n型不純物をイオン注入して、p- 型炭化珪素ベース領
域3a、3bの中のp型不純物を同量のn型不純物で補
償し(但し、活性化率が低い場合には、ドーピング量が
増加する)、さらに所望のキャリア濃度になるまでn型
不純物をイオン注入を続けることで表面チャネル層5a
を形成している。このため、表面チャネル層5aは、キ
ャリアとなるn型不純物以外の中性不純物が大量に含ま
れたものとなる。The above conventional MO
In SFET, p - type silicon carbide base region 3a, by ion-implanting the n-type impurity to 3b, p - type silicon carbide base region 3a, a p-type impurity in the 3b compensated with the same amount of n-type impurity ( However, when the activation rate is low, the doping amount increases). Further, ion implantation of an n-type impurity is continued until a desired carrier concentration is reached, whereby the surface channel layer 5a is formed.
Is formed. Therefore, the surface channel layer 5a contains a large amount of neutral impurities other than the n-type impurities serving as carriers.
【0012】このように、チャネル領域として働く表面
チャネル層5aに中性不純物が大量に含まれているため
に、キャリア移動度が低下してしまうという問題が発生
することが判った。また、p型不純物の量が多い程、p
型不純物を補償するために必要とされるn型不純物のイ
オン注入量も多くなる。このため、イオン注入による欠
陥が増え、リークが発生してしまう可能性があり、耐圧
が低下するという問題もある。As described above, it has been found that since the surface channel layer 5a serving as a channel region contains a large amount of neutral impurities, a problem occurs in that carrier mobility is reduced. Also, as the amount of the p-type impurity increases,
The amount of ion implantation of n-type impurities required to compensate for the type impurities also increases. For this reason, defects due to ion implantation increase, a leak may occur, and there is also a problem that the breakdown voltage is reduced.
【0013】これらの問題は、図9に示すプレーナ型M
OSFETに限らず、導電型が異なる不純物を含んだ半
導体中にイオン注入することで、導電型を反転させてチ
ャネル領域を形成する半導体装置全てにおいて同様のこ
とが言える。本発明は上記点に鑑みて成され、イオン注
入によってチャネル領域を構成する場合においても良好
なキャリア移動度を有し、かつイオン注入による欠陥か
らのリークを防止できる炭化珪素半導体装置及びその製
造方法を提供することを第2の目的とする。These problems are caused by the planar type M shown in FIG.
The same applies to all semiconductor devices in which a channel region is formed by injecting ions into a semiconductor containing an impurity having a different conductivity type, without being limited to the OSFET. The present invention has been made in view of the above points, and has a good carrier mobility even when a channel region is formed by ion implantation, and can prevent leakage from defects due to ion implantation, and a method of manufacturing the same. The second object is to provide
【0014】また、イオン注入によってチャネル領域を
構成する場合において、チャネル領域内の中性不純物を
少なくするのに適した半導体基板を提供することを第2
の目的とする。Another object of the present invention is to provide a semiconductor substrate suitable for reducing neutral impurities in a channel region when a channel region is formed by ion implantation.
The purpose of.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を採用する。請求項1に記載の発
明においては、第2導電型の半導体層(3a、3b)の
表面部に第1導電型の不純物をイオン注入することで、
ソース領域(4a、4b)とドレイン層(2)とを繋ぐ
ように形成された表面チャネル層(5)を有し、表面チ
ャネル層内に介在している第2導電型不純物の濃度が、
半導体層(3a、3b)のうち表面チャネル層よりも下
方に位置する領域に介在している第2導電型の不純物の
濃度よりも低くなっていることを特徴としている。In order to achieve the above object, the following technical means are employed. According to the first aspect of the present invention, the first conductivity type impurity is ion-implanted into the surface of the second conductivity type semiconductor layer (3a, 3b).
The semiconductor device has a surface channel layer (5) formed so as to connect the source region (4a, 4b) and the drain layer (2), and the concentration of the second conductivity type impurity interposed in the surface channel layer is:
The semiconductor layer (3a, 3b) is characterized in that the concentration thereof is lower than the concentration of the second conductivity type impurity interposed in a region located below the surface channel layer.
【0016】このように、表面チャネル層に介在してい
る第2導電型不純物の濃度が、半導体層のうち表面チャ
ネル層よりも下方に位置する領域に介在している第2導
電型不純物の濃度よりも低くなっていれば、つまり半導
体層のうち表面チャネル層を形成している部分における
第2導電型不純物の濃度が半導体層の他の部分よりも低
くなっていれば、イオン注入によって形成される中性不
純物を少なくすることができる。また、イオン注入され
た量が少なくなっているため、表面チャネル層の結晶欠
陥が少なくなっている。これにより、イオン注入によっ
て表面チャネル層を形成する場合においても、キャリア
移動度を向上させることができる。As described above, the concentration of the second conductivity type impurity interposed in the surface channel layer is lower than the concentration of the second conductivity type impurity interposed in the region of the semiconductor layer located below the surface channel layer. If the concentration of the second conductivity type impurity in the portion of the semiconductor layer where the surface channel layer is formed is lower than that of the other portion of the semiconductor layer, it is formed by ion implantation. Neutral impurities can be reduced. Further, since the amount of ion implantation is reduced, crystal defects of the surface channel layer are reduced. Thereby, even when the surface channel layer is formed by ion implantation, the carrier mobility can be improved.
【0017】請求項2に記載の発明においては、半導体
層の表層部に第2導電型の不純物をイオン注入すること
によって形成された第2導電型のチャネル層を有し、チ
ャネル層に介在している第1導電型不純物の濃度が、半
導体層のうちチャネル層よりも下方に位置する領域に介
在している第1導電型不純物の濃度よりも低くなってい
ることを特徴としている。これにより、請求項1と同様
の効果が得られる。According to the second aspect of the present invention, the semiconductor device has a second conductivity type channel layer formed by ion-implanting a second conductivity type impurity into a surface portion of the semiconductor layer. The concentration of the first conductivity type impurity is lower than the concentration of the first conductivity type impurity interposed in a region of the semiconductor layer located below the channel layer. Thereby, the same effect as the first aspect can be obtained.
【0018】請求項3に記載の発明においては、炭化珪
素からなる第1導電型の半導体層の表層部に、第2導電
型の不純物をイオン注入して導電型を反転させて、該第
2導電型の不純物が注入された部分をチャネル領域とし
ている炭化珪素半導体装置おいて、チャネル領域に介在
している第1導電型不純物の濃度が、半導体層のうちチ
ャネル領域よりも下方に位置する部分に介在している第
1導電型不純物の濃度よりも低くなっていることを特徴
としている。これにより、請求項1と同様の効果が得ら
れる。According to the third aspect of the present invention, the second conductivity type impurity is ion-implanted into the surface layer portion of the first conductivity type semiconductor layer made of silicon carbide to reverse the conductivity type. In a silicon carbide semiconductor device in which a portion into which a conductivity type impurity is implanted is used as a channel region, a portion of the semiconductor layer where the concentration of the first conductivity type impurity interposed in the channel region is lower than the channel region. Is characterized by being lower than the concentration of the first conductivity type impurity interposed therebetween. Thereby, the same effect as the first aspect can be obtained.
【0019】請求項4に記載の発明においては、半導体
層(3a、3b)の表層部に介在する第2導電型の不純
物を半導体層の外部に拡散させる外部拡散工程と、半導
体層の表層部にイオン注入を行い、チャネル領域となる
表面チャネル層(5)を形成する工程と、半導体層の表
層部の所定領域に、表面チャネル層に接すると共に半導
体層の深さよりも浅い第1導電型のソース領域(4a、
4b)を形成する工程と、を含むことを特徴としてい
る。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an external diffusion step for diffusing a second conductivity type impurity present in a surface portion of the semiconductor layer (3a, 3b) to the outside of the semiconductor layer; Forming a surface channel layer (5) serving as a channel region by ion-implanting the first conductive type in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer. Source region (4a,
4b).
【0020】このように、半導体層の表層部に介在する
第2導電型の不純物を半導体層の外部に拡散させた後、
イオン注入を行って表面チャネル層を形成することによ
り、補償される第2導電型の不純物を少なくなくした後
で表面チャネル層を形成することができるため、表面チ
ャネル層内の中性不純物を少なくできると共に、イオン
注入の量を少なくできる。このため、表面チャネル層の
キャリア移動度を向上させることができると共に、表面
チャネル層の結晶欠陥を少なくすることができる。As described above, after diffusing the second conductivity type impurity present in the surface layer portion of the semiconductor layer to the outside of the semiconductor layer,
By performing ion implantation to form the surface channel layer, the surface channel layer can be formed after the compensated second conductivity type impurities are reduced, so that neutral impurities in the surface channel layer are reduced. And the amount of ion implantation can be reduced. Therefore, the carrier mobility of the surface channel layer can be improved, and the crystal defects of the surface channel layer can be reduced.
【0021】また、請求項5に記載の発明においても、
半導体層の表層部に介在する第1導電型の不純物を該半
導体層の外部へ拡散させる外部拡散工程と、半導体層の
表層部にイオン注入を行い、第2導電型のチャネル層を
形成する工程と、を含んでおり、請求項4と同様の効果
が得られる。請求項6に記載の発明においては、半導体
層の表層部に介在する第1導電型の不純物を該半導体層
の外部へ拡散させる外部拡散工程を有し、チャネル領域
を形成するためのイオン注入は、前記拡散工程後に行う
ことを特徴としている。Also, in the invention according to claim 5,
An external diffusion step of diffusing a first conductivity type impurity present in a surface portion of the semiconductor layer to the outside of the semiconductor layer; and a step of performing ion implantation into the surface portion of the semiconductor layer to form a second conductivity type channel layer And the same effect as in claim 4 can be obtained. According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an external diffusion step of diffusing a first conductivity type impurity interposed in a surface layer portion of the semiconductor layer to the outside of the semiconductor layer. , After the diffusion step.
【0022】このように、チャネル領域を形成するため
のイオン注入工程を外部拡散工程の後に行うようにする
ことにより、請求項4と同様の効果が得られる。請求項
7に示すように、外部拡散工程は、半導体層上に拡散用
膜を成膜し、この拡散用膜中に不純物を拡散させること
で行うことができる。具体的には、請求項8に示すよう
に、拡散用膜として酸化シリコンを用いることができ
る。As described above, by performing the ion implantation step for forming the channel region after the external diffusion step, the same effect as that of the fourth aspect can be obtained. As described in claim 7, the external diffusion step can be performed by forming a diffusion film on the semiconductor layer and diffusing impurities into the diffusion film. Specifically, as described in claim 8, silicon oxide can be used as the diffusion film.
【0023】また、請求項9に示すように、外部拡散工
程は、減圧雰囲気下で熱処理を行い、この雰囲気中に不
純物を拡散させることで行うことができる。請求項10
に記載の発明においては、第1導電型の半導体層を有
し、該半導体層の表層部における第1導電型の不純物が
半導体層の外部に拡散されており、表面部に介在する第
1導電型不純物の濃度が、半導体層のうち前記表層部よ
りも内側に介在する第1導電型不純物の濃度よりも低く
なっていることを特徴としている。In the ninth aspect, the external diffusion step can be performed by performing a heat treatment under a reduced pressure atmosphere and diffusing impurities into the atmosphere. Claim 10
In the invention described in (1), the semiconductor device has a semiconductor layer of the first conductivity type, and impurities of the first conductivity type in the surface layer portion of the semiconductor layer are diffused outside the semiconductor layer, and the first conductivity type interposed in the surface portion is provided. The semiconductor device is characterized in that the concentration of the type impurity is lower than the concentration of the first conductivity type impurity interposed inside the surface layer portion of the semiconductor layer.
【0024】このように、半導体層の表層部における第
1導電型不純物の濃度が、その内部における濃度よりも
小さくなっている炭化珪素半導体基板を利用し、濃度が
小さくなっている半導体層の表層部の部分をチャネル領
域することにより、チャネル領域のキャリア移動度を良
好にできると共に、イオン注入による結晶欠陥を少なく
することができる。As described above, using the silicon carbide semiconductor substrate in which the concentration of the first conductivity type impurity in the surface layer portion of the semiconductor layer is lower than that in the inside thereof, the surface layer of the semiconductor layer having the lower concentration is used. By forming the portion in the channel region, the carrier mobility in the channel region can be improved, and crystal defects due to ion implantation can be reduced.
【0025】請求項11に記載の発明においては、半導
体層の表面からの深さに対して、第1導電型不純物の濃
度が線形な関係を成して低濃度になっていることを特徴
としている。このように、半導体層の表面からの深さ
と、第1導電型不純物の濃度とが線形な関係となるよう
にすることにより、チャネル移動度を高くすることがで
きる。このような関係にするには、半導体層の表面に外
部拡散用の膜(例えば酸化シリコンや窒化シリコン)を
成膜したのち、高温かつ長時間の熱処理を行えばよい。According to an eleventh aspect of the present invention, the concentration of the first conductivity type impurity is low with a linear relationship with the depth from the surface of the semiconductor layer. I have. As described above, by making the depth from the surface of the semiconductor layer and the concentration of the first conductivity type impurity have a linear relationship, channel mobility can be increased. Such a relationship may be achieved by forming a film for external diffusion (for example, silicon oxide or silicon nitride) on the surface of the semiconductor layer, and then performing a high-temperature and long-time heat treatment.
【0026】なお、上記関係を誤差関数に従った関係に
するには、低温かつ短時間の熱処理で外部拡散を行えば
よく、対数関数に従った関係にするには、高温又は長時
間の熱処理で外部拡散を行えばよい。In order to make the above relationship a relationship according to the error function, external diffusion may be performed by a low-temperature and short-time heat treatment. Then, external diffusion may be performed.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図1に、本実施の形態におけるノー
マリオフ型のnチャネルタイププレーナ型MOSFET
(縦型パワーMOSFET)の断面図を示す。本デバイ
スは、インバータや車両用オルタネータのレクチファイ
ヤに適用すると好適なものである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a normally-off n-channel planar MOSFET according to the present embodiment.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a (vertical power MOSFET). This device is suitable for application to a rectifier of an inverter or a vehicle alternator.
【0028】図1に基づいて縦型パワーMOSFETの
構造について説明する。但し、本実施形態における縦型
パワーMOSFETは、上述した図9に示すMOSFE
Tとほぼ同様の構造を有しているため、異なる部分につ
いてのみ説明する。なお、本実施形態における縦型パワ
ーMOSFETのうち、図9に示すMOSFETと同様
の部分については同様の符号を付してある。The structure of the vertical power MOSFET will be described with reference to FIG. However, the vertical power MOSFET according to the present embodiment is the same as the MOSFET shown in FIG.
Since it has a structure similar to that of T, only different parts will be described. Note that, in the vertical power MOSFET of the present embodiment, the same portions as those of the MOSFET shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
【0029】図9に示すMOSFETにおいては、大量
の中性不純物が含まれた表面チャネル層5aでチャネル
領域が構成されているが、本実施形態における縦型パワ
ーMOSFETでは、それに比して中性不純物が少ない
表面チャネル層5aでチャネル領域が構成されている。
このように、表面チャネル層5aの内部の中性不純物を
少なくしているため、表面チャネル層5aにおけるキャ
リア移動度を向上させることができる。In the MOSFET shown in FIG. 9, the channel region is constituted by the surface channel layer 5a containing a large amount of neutral impurities. In the vertical power MOSFET according to the present embodiment, however, the neutral region is more neutral. A channel region is constituted by the surface channel layer 5a having a small amount of impurities.
As described above, since the neutral impurities inside the surface channel layer 5a are reduced, carrier mobility in the surface channel layer 5a can be improved.
【0030】このように構成された図1に示す縦型パワ
ーMOSFETの製造工程を、図2〜図4を用いて説明
する。 〔図2(a)に示す工程〕まず、n型4Hまたは6Hま
たは3C−SiC基板、すなわちn+ 型炭化珪素半導体
基板1を用意する。このn+ 型炭化珪素半導体基板1
は、1×1018cm -3という高濃度でn型不純物がドー
ピングされている。このような高濃度にすることで、p
- 型炭化珪素ベース領域3a、3bのパンチスルー防止
を図ると共に、表面チャネル層5aの空乏化が容易に行
えるようにしている。ここで、n+ 型炭化珪素半導体基
板1はその厚さが400μmであり、主表面1aが(0
001)Si面、又は、(112−0)a面である。こ
の基板1の主表面1aに厚さ5μmのn- 型炭化珪素エ
ピ層2をエピタキシャル成長する。本例では、n- 型炭
化珪素エピ層2は下地の基板1と同様の結晶が得られ、
n型4Hまたは6Hまたは3C−SiC層となる。The vertical power unit shown in FIG.
-Manufacturing process of MOSFET will be described with reference to FIGS.
I do. [Step shown in FIG. 2 (a)] First, an n-type 4H or 6H
Or 3C-SiC substrate, ie, n+Type silicon carbide semiconductor
A substrate 1 is prepared. This n+Type silicon carbide semiconductor substrate 1
Is 1 × 1018cm -3N-type impurity at high concentration
Have been pinged. With such a high concentration, p
-Of punch-through in silicon carbide base regions 3a and 3b
And the depletion of the surface channel layer 5a is easily performed.
I can get it. Where n+Type silicon carbide semiconductor base
The plate 1 has a thickness of 400 μm and a main surface 1 a of (0
(001) Si plane or (112-0) a plane. This
5 μm thick n on the main surface 1 a of the substrate 1-Type silicon carbide
The layer 2 is epitaxially grown. In this example, n-Type charcoal
The same crystal as that of the underlying substrate 1 is obtained from the silicon oxide epilayer 2,
It becomes an n-type 4H or 6H or 3C-SiC layer.
【0031】〔図2(b)に示す工程〕n- 型炭化珪素
エピ層2の上の所定領域にLTO膜20を配置し、これ
をマスクとしてB+ (若しくはアルミニウム)をイオン
注入して、p- 型炭化珪素ベース領域3a、3bを形成
する。このときのイオン注入条件は、p- 型炭化珪素ベ
ース領域3a、3bのp型不純物濃度が1×1018cm
-3となるように、温度が700℃で、ドーズ量が1×1
016cm-2としている。[Step shown in FIG. 2 (b)] An LTO film 20 is arranged in a predetermined region on the n − -type silicon carbide epitaxial layer 2, and B + (or aluminum) is ion-implanted using the LTO film 20 as a mask. P - type silicon carbide base regions 3a and 3b are formed. The ion implantation conditions at this time are such that the p - type silicon carbide base regions 3a and 3b have a p-type impurity concentration of 1 × 10 18 cm.
The temperature is 700 ° C. and the dose is 1 × 1 so as to be -3.
0 16 cm -2 .
【0032】〔図2(c)に示す工程〕LTO膜20を
除去した後、加熱処理を行いp- 型炭化珪素ベース領域
3a、3b上を含むn- 型炭化珪素エピ層2上に酸化シ
リコン(SiO2 )膜30を形成する。そして、さらに
外部拡散のための加熱処理(以下、外部拡散工程とい
う)を行う。具体的には、1300℃で、0.5時間の
加熱処理を行う。[Step shown in FIG. 2 (c)] After the LTO film 20 is removed, a heat treatment is performed to form silicon oxide on the n − -type silicon carbide epi layer 2 including on the p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b. An (SiO 2 ) film 30 is formed. Then, a heat treatment for external diffusion (hereinafter, referred to as an external diffusion step) is further performed. Specifically, heat treatment is performed at 1300 ° C. for 0.5 hour.
【0033】このとき、p- 型炭化珪素ベース領域3
a、3b上に酸化シリコン膜30を形成し、拡散抵抗を
比較的小さくしているため、この加熱処理によってp-
型炭化珪素ベース領域3a、3bの表層部に介在する不
純物が酸化シリコン膜30中に外部拡散される。この外
部拡散工程について、p型半導体基板51に酸化シリコ
ン52を成膜した場合を例に挙げて説明する。図5
(a)〜(c)にp型半導体基板51に酸化シリコン5
2を成膜した場合の外部拡散工程を示す。なお、図5
(a)〜(c)には、図2(c)に示される外部拡散工
程のみでなく、さらに、後述する図3(a)に示される
チャネル領域を形成するためのn型不純物をイオン注入
する工程を加えてあり、このイオン注入工程を含めたも
ので説明を行う。具体的には、図5(a)は外部拡散工
程中の様子を示しており、図5(b)は外部拡散工程後
の様子を示しており、図5(c)は外部拡散工程後のイ
オン注入工程の様子を示している。At this time, p - type silicon carbide base region 3
a, a silicon oxide film 30 is formed on 3b, because of the relatively small diffusion resistance, p This heat treatment -
Impurities present in the surface layer portions of type silicon carbide base regions 3a, 3b are diffused outside into silicon oxide film 30. This external diffusion step will be described by taking as an example a case where a silicon oxide 52 is formed on a p-type semiconductor substrate 51. FIG.
(A) to (c) show silicon oxide 5 on p-type semiconductor substrate 51.
2 shows an external diffusion step when film No. 2 is formed. FIG.
2A to 2C show not only the external diffusion step shown in FIG. 2C but also an ion implantation of an n-type impurity for forming a channel region shown in FIG. The process will be described by including the ion implantation process. Specifically, FIG. 5A shows a state during the external diffusion step, FIG. 5B shows a state after the external diffusion step, and FIG. 5C shows a state after the external diffusion step. The state of the ion implantation process is shown.
【0034】図5(a)に示されるように、外部拡散工
程以前には、p型半導体基板51の表面から内部に至る
までボロン等のp型不純物53がほぼ均等に介在してい
る。そして、外部拡散工程を施すことにより、図中の矢
印で示されるように、p型半導体基板51の表面側に介
在するp型不純物53が酸化シリコン膜52に外部拡散
していく。As shown in FIG. 5A, prior to the external diffusion step, a p-type impurity 53 such as boron is substantially evenly present from the surface to the inside of the p-type semiconductor substrate 51. Then, by performing the external diffusion step, the p-type impurity 53 present on the surface side of the p-type semiconductor substrate 51 is externally diffused into the silicon oxide film 52 as shown by the arrow in the figure.
【0035】そして、図5(b)に示されるように、外
部拡散工程後には、p型半導体基板51の表面側のp型
不純物53が低減しており、p型半導体基板51の表面
側に介在していたp型不純物53が酸化シリコン膜52
中に移動した状態となる。その後、フッ酸を含んだ水溶
液をエッチング液として酸化シリコン52を除去し、n
型不純物54をイオン注入すると、図5(c)に示され
るように、p型半導体基板51の表面にn型半導体の層
55が形成される。Then, as shown in FIG. 5B, after the external diffusion step, the p-type impurity 53 on the surface side of the p-type semiconductor substrate 51 is reduced, and the surface side of the p-type semiconductor substrate 51 is reduced. The intervening p-type impurity 53 becomes a silicon oxide film 52
Moved inside. Thereafter, the silicon oxide 52 is removed using an aqueous solution containing hydrofluoric acid as an etching solution, and n
When the impurity 54 is ion-implanted, an n-type semiconductor layer 55 is formed on the surface of the p-type semiconductor substrate 51 as shown in FIG.
【0036】このように外部拡散工程を行った場合にお
いて、n型半導体の層55が形成されたp型半導体基板
51中の不純物濃度を調べた結果を図6(a)に示す。
また、参考として外部拡散工程を施していない場合にお
いて、n型半導体55′の層が形成されたp型半導体基
板51′の中の不純物濃度を調べた結果を図6(b)に
示す。なお、図6(a)、(b)は縦軸が深さ、横軸が
不純物濃度で表わされており、縦軸の深さは図中の紙面
左側に表されるp型半導体基板51、51′の表面から
の深さと対応している。FIG. 6A shows the result of examining the impurity concentration in the p-type semiconductor substrate 51 on which the n-type semiconductor layer 55 is formed in the case where the external diffusion step is performed as described above.
FIG. 6B shows the result of examining the impurity concentration in the p-type semiconductor substrate 51 'on which the layer of the n-type semiconductor 55' was formed when the external diffusion step was not performed. 6A and 6B, the vertical axis represents the depth and the horizontal axis represents the impurity concentration, and the vertical axis represents the depth of the p-type semiconductor substrate 51 shown on the left side of the drawing. , 51 'correspond to the depth from the surface.
【0037】図6(a)に示されるように、外部拡散工
程を施した場合には、n型半導体の層55の中のp型不
純物濃度が小さく、n型不純物を加えても、p型不純物
濃度とn型不純物濃度を加算した全不純物濃度が小さく
なっていることが判る。一方、図6(b)に示されるよ
うに、外部拡散工程を施していない場合には、n型半導
体の層55′の表面側のp型不純物濃度が小さくなって
いないため、n型不純物を加えた場合には、p型不純物
濃度とn型不純物濃度を加算した全不純物濃度が非常に
大きくなっていることが判る。As shown in FIG. 6A, when the external diffusion step is performed, the p-type impurity concentration in the n-type semiconductor layer 55 is low, and the p-type impurity It can be seen that the total impurity concentration obtained by adding the impurity concentration and the n-type impurity concentration is small. On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the external diffusion step is not performed, the p-type impurity concentration on the surface side of the n-type semiconductor layer 55 'is not reduced, so that the n-type impurity is In the case of adding, the total impurity concentration obtained by adding the p-type impurity concentration and the n-type impurity concentration is very high.
【0038】これらの結果からも判るように、上記外部
拡散工程によってp型炭化珪素ベース領域3a、3bの
表層部に介在するp型不純物の量を少なくすることで、
n型不純物のイオン注入によってできる中性不純物の量
を少なくすることができる。また、p型不純物を補償す
るために必要とされるn型不純物のイオン注入量が少な
くて済むため、イオン注入による結晶欠陥を少なくする
ことができる。As can be seen from these results, by reducing the amount of p-type impurities interposed in the surface layers of p-type silicon carbide base regions 3a and 3b by the above-mentioned external diffusion step,
The amount of neutral impurities formed by ion implantation of n-type impurities can be reduced. Further, since the amount of ion implantation of the n-type impurity required to compensate for the p-type impurity can be reduced, crystal defects due to the ion implantation can be reduced.
【0039】〔図3(a)に示す工程〕酸化シリコン膜
30を除去した後、上述したようにn型不純物をイオン
注入する。具体的には、基板1の上面からN+ をイオン
注入して、p- 型炭化珪素ベース領域3a、3bの表面
部(表層部)に表面チャネル層5aを形成すると共に、
n- 型炭化珪素エピ層2の表層部にn+ 型層5bを0.
3μm程度の厚さで形成する。このときのイオン注入条
件は、温度が700℃、ドーズ量が1×1013〜1×1
014cm-2としている。[Step shown in FIG. 3A] After the silicon oxide film 30 is removed, an n-type impurity is ion-implanted as described above. Specifically, N + ions are implanted from the upper surface of substrate 1 to form surface channel layer 5a on the surface portions (surface layer portions) of p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b,
An n + -type layer 5b is added to the surface of the n − -type silicon carbide
It is formed with a thickness of about 3 μm. The ion implantation conditions at this time are as follows: a temperature of 700 ° C. and a dose of 1 × 10 13 to 1 × 1.
It is set to 0 14 cm -2 .
【0040】このとき、上述したように、p- 型炭化珪
素ベース領域3a、3bの表面部(表層部)は、外部拡
散工程によってp型不純物が少なくされているため、表
面チャネル層5aは中性不純物が少ないもので形成され
る。このため、表面チャネル層5aのキャリア移動度を
向上させることができる。さらに、p- 型炭化珪素ベー
ス領域3a、3b内のp型不純物を補償するために必要
とされるn型不純物のイオン注入量を少なくできるた
め、イオン注入による結晶欠陥を少なくすることができ
る。このため、結晶欠陥に基づくリーク電流の発生を防
止することができる。At this time, as described above, in the surface portions (surface layer portions) of p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b, since the p-type impurities are reduced by the external diffusion step, surface channel layer 5a is formed in the middle. It is formed of a material having few sexual impurities. Therefore, the carrier mobility of the surface channel layer 5a can be improved. Further, the amount of ion implantation of n-type impurities required for compensating for p-type impurities in p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b can be reduced, so that crystal defects due to ion implantation can be reduced. For this reason, it is possible to prevent the occurrence of leakage current due to crystal defects.
【0041】また、縦型パワーMOSFETをノーマリ
オフ型にするために、表面チャネル層5aの厚み(膜
厚)は以下の数式に基づいて決定している。縦型パワー
MOSFETをノーマリオフ型とするためには、ゲート
電圧を印加していない状態の際に、n- 型層に広がる空
乏層が電気伝導を妨げるように十分なバリア高さを有し
ている必要がある。この条件は次式にて示される。In order to make the vertical power MOSFET a normally-off type, the thickness (film thickness) of the surface channel layer 5a is determined based on the following equation. In order to make the vertical power MOSFET a normally-off type, when a gate voltage is not applied, a depletion layer extending to the n − -type layer has a sufficient barrier height so as to prevent electric conduction. There is a need. This condition is expressed by the following equation.
【0042】[0042]
【数1】 (Equation 1)
【0043】但し、Tepi はn- 型層に広がる空乏層の
高さである。この数式1に示される右辺第1項は表面チ
ャネル層5aとp- 型炭化珪素ベース領域3a、3bと
のPN接合のビルトイン電圧Vbuilt による空乏層の伸
び量、すなわちp- 型炭化珪素ベース領域3a、3bか
ら表面チャネル層5aに広がる空乏層の伸び量であり、
第2項はゲート絶縁膜7の電荷とφmsによる空乏層の伸
び量、すなわちゲート絶縁膜7から表面チャネル層5a
に広がる空乏層の伸び量である。従って、p- 型炭化珪
素ベース領域3a、3bから広がる空乏層の伸び量と、
ゲート絶縁膜7から広がる空乏層の伸び量との和が表面
チャネル層5aの厚み以上となるようにすれば縦型パワ
ーMOSFETをノーマリオフ型にすることができるた
め、この条件を満たすようなイオン注入条件で表面チャ
ネル層5aを形成している。Here, Tepi is the height of the depletion layer extending over the n − -type layer. The first term on the right-hand side of this equation 1 is the extension of the depletion layer due to the built-in voltage Vbuilt of the PN junction between the surface channel layer 5a and the p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b, ie, the p − -type silicon carbide base region 3a , 3b is the amount of elongation of the depletion layer extending from the surface channel layer 5a,
The second term is the amount of expansion of the depletion layer due to the charge of the gate insulating film 7 and φms, that is, from the gate insulating film 7 to the surface channel
The amount of elongation of the depletion layer. Therefore, the extension amount of the depletion layer extending from the p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b,
If the sum of the extension of the depletion layer extending from the gate insulating film 7 and the thickness of the surface channel layer 5a is set to be equal to or greater than the thickness of the surface channel layer 5a, the vertical power MOSFET can be made a normally-off type. The surface channel layer 5a is formed under the conditions.
【0044】このようなノーマリオフ型の縦型パワーM
OSFETは、故障などによってゲート電極に電圧が印
加できないような状態となっても、電流が流れないよう
にすることができるため、ノーマリオン型のものと比べ
て安全性を確保することができる。また、図1に示すよ
うに、p- 型炭化珪素ベース領域3a、3bは、ソース
電極10と接触していて接地状態となっている。このた
め、表面チャネル層5aとp- 型炭化珪素ベース領域3
a、3bとのPN接合のビルトイン電圧Vbuilt を利用
して表面チャネル層5aをピンチオフすることができ
る。例えば、p- 型炭化珪素ベース領域3a、3bが接
地されてなくてフローティング状態となっている場合に
は、ビルトイン電圧Vbuilt を利用してp- 型炭化珪素
ベース領域3a、3bから空乏層を延ばすということが
できないため、p- 型炭化珪素ベース領域3a、3bを
ソース電極10と接触させることは、表面チャネル層5
aをピンチオフするのに有効な構造であるといえる。な
お、本実施形態では、不純物濃度が低いものでp- 型炭
化珪素ベース領域3a、3bを形成しているが、不純物
濃度を高くすることによりビルトイン電圧Vbuilt をよ
り大きく利用することができる。Such a normally-off type vertical power M
The OSFET can prevent a current from flowing even when a voltage cannot be applied to the gate electrode due to a failure or the like, so that safety can be ensured as compared with a normally-on type. As shown in FIG. 1, p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b are in contact with source electrode 10 and are in a ground state. Therefore, surface channel layer 5a and p − -type silicon carbide base region 3
The surface channel layer 5a can be pinched off using the built-in voltage Vbuilt of the PN junction with the a and 3b. For example, when p - type silicon carbide base regions 3a and 3b are not grounded and are in a floating state, a depletion layer is extended from p - type silicon carbide base regions 3a and 3b using built-in voltage Vbuilt. Therefore, bringing p − -type silicon carbide base regions 3 a and 3 b into contact with source electrode 10 requires surface channel layer 5
It can be said that the structure is effective for pinching off a. In this embodiment, the p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b are formed with a low impurity concentration. However, by increasing the impurity concentration, the built-in voltage Vbuilt can be more utilized.
【0045】また、本実施形態では炭化珪素によって縦
型パワーMOSFETを製造しているが、これをシリコ
ンを用いて製造しようとすると、p- 型炭化珪素ベース
領域3a、3bや表面チャネル層5a等の不純物層を形
成する際における熱拡散の拡散量の制御が困難であるた
め、上記構成と同様のノーマリオフ型のMOSFETを
製造することが困難となる。このため、本実施形態のよ
うにSiCを用いることにより、シリコンを用いた場合
と比べて精度良く縦型パワーMOSFETを製造するこ
とができる。Further, in this embodiment, the vertical power MOSFET is manufactured by using silicon carbide. However, if the vertical power MOSFET is manufactured by using silicon, the p - type silicon carbide base regions 3a and 3b, the surface channel layer 5a and the like are not used. It is difficult to control the diffusion amount of thermal diffusion when forming the impurity layer described above, so that it is difficult to manufacture a normally-off type MOSFET similar to the above-described configuration. Therefore, by using SiC as in the present embodiment, a vertical power MOSFET can be manufactured with higher accuracy than when silicon is used.
【0046】また、ノーマリオフ型の縦型パワーMOS
FETにするためには、上記数式1の条件を満たすよう
に表面チャネル層5aの厚みを設定する必要があるが、
シリコンを用いた場合にはVbuilt が低いため、表面チ
ャネル層5aの厚みを薄くしたり不純物濃度を薄くして
形成しなければならず、不純物イオンの拡散量の制御が
困難なことを考慮すると、非常に製造が困難であるとい
える。しかしながら、SiCを用いた場合にはVbuilt
がシリコンの約3倍と高く、n- 型層の厚みを厚くした
り不純物濃度を濃くして形成できるため、ノーマリオフ
型の蓄積型MOSFETを製造することが容易であると
いえる。A normally-off type vertical power MOS
In order to make an FET, it is necessary to set the thickness of the surface channel layer 5a so as to satisfy the condition of the above formula 1,
Since Vbuilt is low when silicon is used, the surface channel layer 5a must be formed with a reduced thickness or a low impurity concentration. Considering that it is difficult to control the diffusion amount of impurity ions, It can be said that manufacturing is very difficult. However, when SiC is used, Vbuilt
Is about three times as high as silicon, and can be formed by increasing the thickness of the n − -type layer or increasing the impurity concentration. Therefore, it can be said that it is easy to manufacture a normally-off type storage MOSFET.
【0047】〔図3(b)に示す工程〕表面チャネル層
5aの上の所定領域にLTO膜21を配置し、これをマ
スクとしてN+ をイオン注入し、n+ 型ソース領域4
a、4bを形成する。このときのイオン注入条件は、7
00℃、ドーズ量は1×1013〜1×1014cm-2とし
ている。[0047] The LTO layer 21 is disposed in a predetermined region on the surface channel layer 5a [step shown in FIG. 3 (b)], the N + ions are implanted as a mask, n + -type source region 4
a and 4b are formed. The ion implantation conditions at this time were 7
At 00 ° C., the dose is 1 × 10 13 to 1 × 10 14 cm −2 .
【0048】〔図3(c)に示す工程〕そして、LTO
膜21を除去した後、フォトレジスト法を用いて表面チ
ャネル層5aの上の所定領域にLTO膜22を配置し、
これをマスクとしてRIEによりp- 型炭化珪素ベース
領域3a、3b上の表面チャネル層5aを部分的にエッ
チング除去する。[Step shown in FIG. 3 (c)]
After removing the film 21, the LTO film 22 is disposed in a predetermined region on the surface channel layer 5a using a photoresist method,
Using this as a mask, surface channel layer 5a on p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b is partially etched away by RIE.
【0049】〔図4(a)に示す工程〕さらに、LTO
膜22をマスクにしてB+ をイオン注入し、ディープベ
ース層30a、30bを形成する。これにより、ベース
領域3a、3bの一部が厚くなったものとなる。このデ
ィープベース層30a、30bは、n+ 型ソース領域4
a、4bに重ならない部分に形成されると共に、p- 型
炭化珪素ベース領域3a、3bのうちディープベース層
30a、30bが形成された厚みが厚くなった部分が、
ディープベース層30aが形成されていない厚みの薄い
部分よりも不純物濃度が濃く形成される。[Step shown in FIG. 4 (a)]
B + ions are implanted using the film 22 as a mask to form the deep base layers 30a and 30b. Thereby, a part of the base regions 3a and 3b becomes thicker. The deep base layers 30a and 30b are formed in the n + type source region 4
a and 4b are formed in portions that do not overlap with each other, and portions of the p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b where the deep base layers 30a and 30b are formed are thicker.
The impurity concentration is formed higher than that of the thin portion where the deep base layer 30a is not formed.
【0050】〔図4(b)に示す工程〕LTO膜22を
除去した後、基板の上にウェット酸化によりゲート絶縁
膜(ゲート酸化膜)7を形成する。このとき、雰囲気温
度は1080℃とする。その後、ゲート絶縁膜7の上に
ポリシリコンゲート電極8をLPCVDにより堆積す
る。このときの成膜温度は600℃とする。[Step shown in FIG. 4B] After the LTO film 22 is removed, a gate insulating film (gate oxide film) 7 is formed on the substrate by wet oxidation. At this time, the ambient temperature is 1080 ° C. Thereafter, a polysilicon gate electrode 8 is deposited on the gate insulating film 7 by LPCVD. The film formation temperature at this time is 600 ° C.
【0051】〔図4(c)に示す工程〕引き続き、ゲー
ト絶縁膜7の不要部分を除去した後、LTOよりなる絶
縁膜9を形成しゲート絶縁膜7を覆う。より詳しくは、
成膜温度は425℃であり、成膜後に1000℃のアニ
ールを行う。なお、この後、室温での金属スパッタリン
グによりソース電極10及びドレイン電極11を配置す
る。また、成膜後に1000℃のアニールを行うと、図
1に示す縦型パワーMOSFETが完成する。[Step shown in FIG. 4C] Subsequently, after removing unnecessary portions of the gate insulating film 7, an insulating film 9 made of LTO is formed to cover the gate insulating film 7. More specifically,
The film formation temperature is 425 ° C., and annealing is performed at 1000 ° C. after the film formation. After that, the source electrode 10 and the drain electrode 11 are arranged by metal sputtering at room temperature. When annealing at 1000 ° C. is performed after the film formation, the vertical power MOSFET shown in FIG. 1 is completed.
【0052】次に、この縦型パワーMOSFETの作用
(動作)を説明する。本MOSFETはノーマリオフ型
の蓄積モードで動作するものであって、ポリシリコンゲ
ート電極に電圧を印加しない場合は、表面チャネル層5
aにおいてキャリアは、p- 型炭化珪素ベース領域3
a、3bと表面チャネル層5aとの間の静電ポテンシャ
ルの差、及び表面チャネル層5aとポリシリコンゲート
電極8との間の仕事関数の差により生じた電位によって
全域空乏化される。ポリシリコンゲート電極8に電圧を
印加することにより、表面チャネル層5aとポリシリコ
ンゲート電極8との間の仕事関数の差と外部からの印加
電圧の和により生じる電位差を変化させる。このことに
より、チャネルの状態を制御することができる。Next, the operation (operation) of this vertical power MOSFET will be described. This MOSFET operates in a normally-off type accumulation mode, and when no voltage is applied to the polysilicon gate electrode, the surface channel layer 5
a, the carrier is a p − -type silicon carbide base region 3
a, 3b and the surface channel layer 5a, and the entire area is depleted by a potential caused by a difference in work function between the surface channel layer 5a and the polysilicon gate electrode 8. By applying a voltage to the polysilicon gate electrode 8, a potential difference caused by a sum of a work function difference between the surface channel layer 5a and the polysilicon gate electrode 8 and an externally applied voltage is changed. As a result, the state of the channel can be controlled.
【0053】つまり、ポリシリコンゲート電極8の仕事
関数を第1の仕事関数とし、p- 型炭化珪素ベース領域
3a、3bの仕事関数を第2の仕事関数とし、表面チャ
ネル層5aの仕事関数を第3の仕事関数としたとき、第
1〜第3の仕事関数の差を利用して、表面チャネル層5
aのn型のキャリアを空乏化する様に第1〜第3の仕事
関数と表面チャネル層5aの不純物濃度及び膜厚を設定
することができる。That is, the work function of the polysilicon gate electrode 8 is set to the first work function, the work function of the p − -type silicon carbide base regions 3a and 3b is set to the second work function, and the work function of the surface channel layer 5a is set to When the third work function is set, the difference between the first to third work functions is used to obtain the surface channel layer 5.
The first to third work functions and the impurity concentration and the film thickness of the surface channel layer 5a can be set so as to deplete the n-type carrier a.
【0054】また、オフ状態において、空乏領域は、p
- 型炭化珪素ベース領域3a、3b及びポリシリコンゲ
ート電極8により作られた電界によって、表面チャネル
層5a内に形成される。この状態からポリシリコンゲー
ト電極8に対して正のバイアスを供給すると、ゲート絶
縁膜(SiO2 )7と表面チャネル層5aとの間の界面
においてn+ 型ソース領域4a、4bからn- 型ドリフ
ト領域2方向へ延びるチャネル領域が形成され、オン状
態にスイッチングされる。このとき、電子は、n+ 型ソ
ース領域4a、4bから表面チャネル層5aを経由し表
面チャネル層5aからn- 型炭化珪素エピ層2に流れ
る。そして、n- 型炭化珪素エピ層2(ドリフト領域)
に達すると、電子は、n+ 型炭化珪素半導体基板1(n
+ ドレイン)へ垂直に流れるようになっている。In the off state, the depletion region is p
- type silicon carbide base region 3a, by an electric field created by 3b and the polysilicon gate electrode 8 is formed on the surface channel layer 5a. When a positive bias is applied to the polysilicon gate electrode 8 from this state, the n + -type source regions 4a and 4b cause n − -type drift at the interface between the gate insulating film (SiO 2 ) 7 and the surface channel layer 5a. A channel region extending in the direction of region 2 is formed, and is switched on. At this time, electrons flow from n + -type source regions 4a and 4b via surface channel layer 5a to n − -type silicon carbide epi layer 2 from surface channel layer 5a. Then, n − -type silicon carbide epilayer 2 (drift region)
When electrons reach n + , the electrons are transferred to n + type silicon carbide semiconductor substrate 1 (n
+ Drain).
【0055】このとき、表面チャネル層5aが中性不純
物が少ないもので形成されているため、チャネル移動度
を向上させることができ、また表面チャネル層5aを形
成するためのイオン注入の量が少なくなっているため、
イオン注入による結晶欠陥を少なくすることができ、結
晶欠陥に基づくリークを防止することができる。 (第2実施形態)上記第1実施形態では、電流が縦方向
(基板の厚み方向)に流れる縦型パワーMOSFETに
本発明の一実施形態を適用した場合について説明した
が、本実施形態では電流が基板の横方向(基板の表面に
平行な方向)に流れるMOSFETに本発明の一実施形
態を適用した場合について説明する。At this time, since the surface channel layer 5a is formed with less neutral impurities, the channel mobility can be improved, and the amount of ion implantation for forming the surface channel layer 5a is small. Has become
Crystal defects due to ion implantation can be reduced, and leakage due to crystal defects can be prevented. (Second Embodiment) In the first embodiment, the case where one embodiment of the present invention is applied to a vertical power MOSFET in which current flows in the vertical direction (the thickness direction of the substrate) has been described. A case in which an embodiment of the present invention is applied to a MOSFET flowing in the lateral direction of the substrate (the direction parallel to the surface of the substrate) will be described.
【0056】図7に、本実施形態におけるMOSFET
を示す。この図に示すように、p型半導体基板101の
表層部には、チャネル領域を構成するチャネル層102
が形成されている。このチャネル層102は中性不純物
が少ないもので構成されている。そして、このチャネル
層102の一端にはソースコンタクト用のn+ 型領域1
03が形成されており、他端にはドレインコンタクト用
のn+ 型領域104が形成されている。また、チャネル
層102の上には、ゲート酸化膜105を介してゲート
電極層106が形成されている。FIG. 7 shows a MOSFET according to this embodiment.
Is shown. As shown in this figure, a channel layer 102 constituting a channel region is provided on a surface layer portion of a p-type semiconductor substrate 101.
Are formed. The channel layer 102 is formed of a material having a small amount of neutral impurities. An n + type region 1 for source contact is provided at one end of the channel layer 102.
03 is formed, and at the other end, an n + type region 104 for drain contact is formed. A gate electrode layer 106 is formed on the channel layer 102 with a gate oxide film 105 interposed therebetween.
【0057】このように構成されたMOSFETは、p
型半導体基板101の表層部に形成されたチャネル層1
02をチャネル領域として、p型半導体基板101の横
方向へ電流を流すようになっている。このとき、上述し
たように、チャネル層102を中性不純物が少ないもの
で構成しているため、キャリア移動度を向上させること
ができる。The MOSFET configured as described above has p
Layer 1 formed on the surface layer of semiconductor substrate 101
A current flows in the lateral direction of the p-type semiconductor substrate 101 with 02 as a channel region. At this time, as described above, since the channel layer 102 is formed with a small amount of neutral impurities, carrier mobility can be improved.
【0058】次に、図7に示すMOSFETの製造方法
について図8(a)〜(c)に基づいて説明する。 〔図8(a)に示す工程〕まず、表層部においてp型不
純物の量が少なくなっているp型半導体基板101を用
意する。このp型半導体基板101は、内部に均等にp
型不純物が含有された半導体基板に対し、上記第1実施
形態に示した外部拡散工程を行うことで製造できる。こ
のp型半導体基板101は、図7に示すMOSFETを
製造するのに適している。Next, a method of manufacturing the MOSFET shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS. [Step shown in FIG. 8A] First, a p-type semiconductor substrate 101 having a reduced amount of p-type impurities in a surface layer portion is prepared. The p-type semiconductor substrate 101 has p inside evenly.
It can be manufactured by performing the external diffusion process shown in the first embodiment on the semiconductor substrate containing the type impurities. This p-type semiconductor substrate 101 is suitable for manufacturing the MOSFET shown in FIG.
【0059】〔図8(b)に示す工程〕p型半導体基板
101の表面に酸化膜110を成膜し、フォトリソグラ
フィ工程を経て、酸化膜110の所定領域を開口させ
る。そして、酸化膜110をマスクとして、n型不純物
(例えば、N+ 等)をイオン注入して、チャネル層10
2を形成する。[Step shown in FIG. 8B] An oxide film 110 is formed on the surface of the p-type semiconductor substrate 101, and a predetermined region of the oxide film 110 is opened through a photolithography process. Then, using the oxide film 110 as a mask, ions of an n-type impurity (for example, N + ) are implanted to form the channel layer 10.
Form 2
【0060】このとき、p型不純物の量がが少なくなっ
たp型半導体基板101の表層部にチャネル層102を
形成しているため、チャネル層102は中性不純物が少
ないもので形成される。また、p型不純物を補償するた
めに必要とされるn型不純物のイオン注入も少なくてす
むため、イオン注入による結晶欠陥を少なくすることが
できる。At this time, since the channel layer 102 is formed in the surface layer portion of the p-type semiconductor substrate 101 in which the amount of the p-type impurity is reduced, the channel layer 102 is formed with less neutral impurities. In addition, ion implantation of n-type impurities required for compensating for p-type impurities can be reduced, so that crystal defects due to ion implantation can be reduced.
【0061】〔図8(c)に示す工程〕酸化膜110を
除去したのち、再びp型半導体基板101の表面に酸化
膜111を成膜し、フォトリソグラフィ工程を経て、酸
化膜111の所定領域を開口させる。そして、酸化膜1
11をマスクとしてn型不純物(例えば、N+ 等)をイ
オン注入して、ソースコンタクト用のn+ 型層103及
びドレインコンタクト用のn+ 型層104を形成する。[Step shown in FIG. 8C] After removing the oxide film 110, an oxide film 111 is formed again on the surface of the p-type semiconductor substrate 101, and a predetermined region of the oxide film 111 is formed through a photolithography process. To open. And the oxide film 1
Using n as a mask, n-type impurities (for example, N + ) are ion-implanted to form an n + -type layer 103 for a source contact and an n + -type layer 104 for a drain contact.
【0062】この後、酸化膜111を除去したのち、ゲ
ート酸化膜105、ゲート電極106を順に形成し、さ
らに図示しないが層間絶縁膜を介してソース電極層及び
ドレイン電極層を形成する等して、図7に示すMOSF
ETが完成する。このように、電流が横方向に流れるM
OSFET等に本発明の一実施形態を適用することも可
能である。After the oxide film 111 is removed, a gate oxide film 105 and a gate electrode 106 are formed in this order, and a source electrode layer and a drain electrode layer are formed via an interlayer insulating film (not shown). MOSF shown in FIG.
ET is completed. As described above, the current M flows in the lateral direction.
One embodiment of the present invention can be applied to an OSFET or the like.
【0063】(他の実施形態)上記第1、第2実施形態
では、MOSFETを例に挙げて説明したが、この他の
形態のFETに本発明を適用することも可能である。例
えば、ラテラル型のMESFETに適用することこも可
能であり、基板に溝を形成し、溝の側面にチャネル領域
を形成する溝ゲート型のMOSFETに適用することも
可能である。(Other Embodiments) In the first and second embodiments, MOSFETs have been described as examples. However, the present invention can be applied to FETs of other forms. For example, the present invention can be applied to a lateral type MESFET, and can also be applied to a trench gate type MOSFET in which a groove is formed in a substrate and a channel region is formed on a side surface of the groove.
【0064】また、第1実施形態では、上記条件(高
温、長時間)で熱処理を行っているため、基板表面から
の深さに対するp型不純物の濃度が線形の関係(図6参
照)となるようになっているが、上記深さに対して対数
関数に従った関係となるようにしてもよく、また誤差関
数に従った関係となるようにしてもよい。例えば、対数
関係に従った関係にするためには、高温又は長時間の熱
処理を行うようにすればよく、誤差関数に従った関係と
なるようにするためには、第1実施形態に示した加熱処
理よりも低温かつ短時間の熱処理を行うようにすればよ
い。但し、上記実施形態のように線形の関係となるよう
にすることによって、よりキャリア移動度を高くするこ
とができるため、上記条件の熱処理を行うことがより好
ましいといえる。In the first embodiment, since the heat treatment is performed under the above conditions (high temperature, long time), the concentration of the p-type impurity with respect to the depth from the substrate surface has a linear relationship (see FIG. 6). However, the depth may have a relationship according to a logarithmic function, or may have a relationship according to an error function. For example, in order to make the relationship according to the logarithmic relationship, high-temperature or long-time heat treatment may be performed, and to make the relationship according to the error function shown in the first embodiment. The heat treatment may be performed at a lower temperature and for a shorter time than the heat treatment. However, since the carrier mobility can be further increased by forming a linear relationship as in the above embodiment, it can be said that the heat treatment under the above conditions is more preferable.
【0065】さらに、上記実施形態では、外部拡散用に
酸化シリコン膜30を熱酸化により形成しているが、こ
の他の方法(例えばデポジション)によって形成しても
よい。また、酸化シリコン膜30に代えて、窒化シリコ
ン膜や窒化アルミニウムを形成しても、外部拡散を行う
ことができる。Further, in the above embodiment, the silicon oxide film 30 is formed by thermal oxidation for external diffusion, but may be formed by another method (eg, deposition). Further, even if a silicon nitride film or aluminum nitride is formed instead of the silicon oxide film 30, external diffusion can be performed.
【0066】例えば、窒化シリコン膜は、窒素雰囲気中
で熱酸化を行うことや、酸素窒素雰囲気中で熱酸化を行
うこと、若しくは窒素をドーピングした後に熱酸化を行
うことによって形成することができる。なお、窒化シリ
コン膜は、誘電率が高い絶縁体であり、バンドギャップ
が高いためパッシベーションとして用いると有効であ
る。For example, the silicon nitride film can be formed by performing thermal oxidation in a nitrogen atmosphere, performing thermal oxidation in an oxygen-nitrogen atmosphere, or performing thermal oxidation after doping with nitrogen. Note that a silicon nitride film is an insulator having a high dielectric constant and a high band gap, and thus is effective for passivation.
【0067】また、外部拡散用の膜を形成しなくても、
上記外部拡散を行うことは可能である。例えば、真空雰
囲気で高温の熱処理を行う等によってすることができ
る。すなわち、不純物の拡散が行われないのは、拡散抵
抗が大きくなっているからであり、拡散抵抗が小さくな
るような条件下にすることによって、不純物を拡散させ
ることができるため、必ずしも外部拡散用の膜を形成す
る必要なない。Also, without forming a film for external diffusion,
It is possible to perform the above external diffusion. For example, high-temperature heat treatment can be performed in a vacuum atmosphere. That is, the reason why the diffusion of the impurity is not performed is that the diffusion resistance is increased, and the impurity can be diffused under the condition that the diffusion resistance is reduced. It is not necessary to form a film.
【0068】さらに、上記実施形態では、酸化シリコン
膜30を除去した後、n型不純物をイオン注入するよう
にしているが、酸化シリコン膜30をイオン注入時のマ
スクとすることも可能である。これにより製造工程の簡
略化を図ることも可能である。なお、酸化シリコン膜3
0に代えて、窒化シリコン膜等を用いた場合でも同様の
ことが言える。Further, in the above-described embodiment, the n-type impurity is ion-implanted after the silicon oxide film 30 is removed. However, the silicon oxide film 30 can be used as a mask at the time of ion implantation. As a result, the manufacturing process can be simplified. The silicon oxide film 3
The same can be said for a case where a silicon nitride film or the like is used instead of 0.
【図1】本発明の一実施形態における縦型パワーMOS
FETの断面図である。FIG. 1 is a vertical power MOS according to an embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of FET.
【図2】図1に示す縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG.
【図3】図2に続く縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。FIG. 3 is a view illustrating a manufacturing process of the vertical power MOSFET following FIG. 2;
【図4】図3に続く縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。FIG. 4 is a view illustrating a manufacturing process of the vertical power MOSFET following FIG. 3;
【図5】外部拡散工程を説明するための模式図である。FIG. 5 is a schematic view for explaining an external diffusion step.
【図6】外部拡散工程を行った場合と、行っていない場
合を比較した図である。FIG. 6 is a diagram comparing a case where an external diffusion step is performed and a case where the external diffusion step is not performed.
【図7】第2実施形態にかかわるMOSFETの断面図
である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a MOSFET according to a second embodiment.
【図8】図7に示すMOSFETの製造工程を示す図で
ある。FIG. 8 is a view showing a manufacturing process of the MOSFET shown in FIG. 7;
【図9】本出願人が先に出願した縦型パワーMOSFE
Tの構成を示す断面図である。FIG. 9 is a vertical power MOSFE filed by the present applicant.
It is sectional drawing which shows the structure of T.
1…n+ 型炭化珪素半導体基板、2…n- 型炭化珪素エ
ピタキシャル層、3a、3b…p- 型炭化珪素ベース領
域、4a、4b…n+ 型ソース領域、5a…表面チャネ
ル層(n- 型SiC層)、7…ゲート絶縁膜、8…ゲー
ト電極、9…絶縁膜、10…ソース電極、11…ドレイ
ン電極層、101…p型半導体基板、102…チャネル
層、103、104…n+ 型層、105…ゲート絶縁
膜、106…ゲート電極。1 ... n + -type silicon carbide semiconductor substrate, 2 ... n - -type silicon carbide epitaxial layer, 3a, 3b ... p - type silicon carbide base region, 4a, 4b ... n + -type source region, 5a ... surface channel layer (n - 7 gate insulating film, 8 gate electrode, 9 insulating film, 10 source electrode, 11 drain electrode layer, 101 p-type semiconductor substrate, 102 channel layer, 103, 104 n + Mold layer, 105: gate insulating film, 106: gate electrode.
Claims (12)
有し、炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基板(1)
と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導電型のドレイン
層(2)と、 前記ドレイン層の表層部の所定領域に形成され、所定深
さを有する第2導電型の半導体層(3a、3b)と、 前記半導体層の表層部の所定領域に形成され、該半導体
層の深さよりも浅い第1導電型のソース領域(4a、4
b)と、 前記半導体層の表面部及び前記ドレイン層の表面部に第
1導電型の不純物をイオン注入することで、前記ソース
領域と前記ドレイン層とを繋ぐように形成された、炭化
珪素よりなる第1導電型の表面チャネル層(5a)と、 前記表面チャネル層の表面に形成されたゲート絶縁膜
(7)と、 前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極(8)
と、 前記半導体層及び前記ソース領域に接触するように形成
されたソース電極(10)と、 前記半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極(1
1)とを備え、 前記表面チャネル層内に介在している第2導電型不純物
の濃度は、前記半導体層のうち前記表面チャネル層より
も下方に位置する領域に介在している第2導電型不純物
の濃度よりも低くなっていることを特徴とする炭化珪素
半導体装置。A semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface and a back surface opposite to the main surface and made of silicon carbide.
A first conductivity type drain layer (2) formed on the main surface of the semiconductor substrate and made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate; and formed in a predetermined region of a surface layer portion of the drain layer; A second conductivity type semiconductor layer (3a, 3b) having a predetermined depth; and a first conductivity type source region (4a, 4b) formed in a predetermined region of a surface portion of the semiconductor layer and shallower than the semiconductor layer. 4
b) ion-implanting a first conductivity type impurity into a surface portion of the semiconductor layer and a surface portion of the drain layer to form a silicon carbide formed to connect the source region and the drain layer. A first conductivity type surface channel layer (5a), a gate insulating film (7) formed on the surface of the surface channel layer, and a gate electrode (8) formed on the gate insulating film.
A source electrode (10) formed to contact the semiconductor layer and the source region; and a drain electrode (1) formed on the back surface of the semiconductor substrate.
1) wherein the concentration of the second conductivity type impurity interposed in the surface channel layer is the second conductivity type impurity interposed in a region of the semiconductor layer located below the surface channel layer. A silicon carbide semiconductor device, wherein the concentration is lower than the concentration of impurities.
を有する半導体基板(101)と、 前記半導体層の表層部に第2導電型の不純物をイオン注
入することによって形成された第2導電型のチャネル層
(102)と、 前記チャネル層の両端に位置する第2導電型のコンタク
ト領域(103、104)と、 前記チャネル層をチャネル領域として、少なくとも前記
チャネル層上に形成されたゲート電極層(106)とを
備え、 前記チャネル層に介在している第1導電型不純物の濃度
は、前記半導体層のうち前記チャネル層よりも下方に位
置する領域に介在している第1導電型不純物の濃度より
も低くなっていることを特徴とする炭化珪素半導体装
置。2. A semiconductor substrate having a first conductivity type semiconductor layer made of silicon carbide, and a second conductivity type formed by ion-implanting a second conductivity type impurity into a surface portion of the semiconductor layer. Channel layer (102), contact regions (103, 104) of the second conductivity type located at both ends of the channel layer, and a gate electrode formed at least on the channel layer using the channel layer as a channel region A layer (106), wherein the concentration of the first conductivity type impurity interposed in the channel layer is the first conductivity type impurity interposed in a region of the semiconductor layer located below the channel layer. A silicon carbide semiconductor device characterized by having a concentration lower than that of the silicon carbide semiconductor device.
(3a、3b、101)の表層部に、第2導電型の不純
物をイオン注入することで導電型を反転させて、該第2
導電型の不純物が注入された部分をチャネル領域(5
a、102)としており、少なくも前記チャネル領域上
に形成されたゲート電極(9、106)へ電圧を印加す
ることによって前記チャネル領域に流す電流のスイッチ
ングを行う炭化珪素半導体装置おいて、 前記チャネル領域に介在している第1導電型不純物の濃
度は、前記半導体層のうち前記チャネル領域よりも下方
に位置する領域に介在している第1導電型不純物の濃度
よりも低くなっていることを特徴とする炭化珪素半導体
装置。3. A method of inverting the conductivity type by ion-implanting impurities of a second conductivity type into a surface layer portion of a semiconductor layer (3a, 3b, 101) of the first conductivity type made of silicon carbide.
The part where the conductivity type impurity is implanted is defined as a channel region (5).
a, 102), in a silicon carbide semiconductor device that switches a current flowing through the channel region by applying a voltage to at least a gate electrode (9, 106) formed on the channel region. The concentration of the first conductivity type impurity interposed in the region is lower than the concentration of the first conductivity type impurity interposed in a region of the semiconductor layer located below the channel region. A silicon carbide semiconductor device, characterized by:
上に、この半導体基板よりも高抵抗な炭化珪素よりなる
第1導電型のドレイン層(2)を形成する工程と、 前記ドレイン層の表層部の所定領域に、所定深さを有す
る第2導電型の半導体層(3a、3b)を形成する工程
と、 前記半導体層の表層部に介在する第2導電型の不純物を
該半導体層の外部に拡散させる外部拡散工程と、 前記半導体層の表層部の所定領域にイオン注入を行い、
チャネル領域となる表面チャネル層(5a)を形成する
工程と、 前記半導体層の表層部の所定領域に、前記表面チャネル
層に接すると共に該半導体層の深さよりも浅い第1導電
型のソース領域(4a、4b)を形成する工程と、を含
むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。4. forming a first conductivity type drain layer (2) made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate on a main surface of the first conductivity type semiconductor substrate (1); Forming a second conductivity type semiconductor layer (3a, 3b) having a predetermined depth in a predetermined region of a surface layer portion of the drain layer; and removing a second conductivity type impurity interposed in the surface layer portion of the semiconductor layer. An external diffusion step of diffusing to the outside of the semiconductor layer, performing ion implantation in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer,
Forming a surface channel layer (5a) serving as a channel region; and forming a source region of a first conductivity type in contact with the surface channel layer and shallower than a depth of the semiconductor layer in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer. 4a, 4b). A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
を含む半導体基板(101)を用意し、前記半導体層の
表層部に介在する第1導電型の不純物を該半導体層の外
部へ拡散させる外部拡散工程と、 前記半導体層の表層部に、第2導電型の不純物をイオン
注入して第2導電型のチャネル層(102)を形成する
工程と、 前記チャネル層の両側に、前記チャネル層よりも低抵抗
の第2導電型のコンタクト領域(103、104)を形
成する工程と、 前記チャネル層をチャネル領域として、少なくとも前記
チャネル層上にゲート電極層(106)を形成する工程
と、を備えていることを特徴とする炭化珪素半導体装置
の製造方法。5. A semiconductor substrate (101) including a semiconductor layer of a first conductivity type made of silicon carbide is prepared, and an impurity of the first conductivity type interposed in a surface layer portion of the semiconductor layer is diffused outside the semiconductor layer. An external diffusion step of forming a second conductive type channel layer (102) by ion-implanting a second conductive type impurity into a surface layer of the semiconductor layer; and forming the channel on both sides of the channel layer. Forming a second conductivity type contact region (103, 104) having a lower resistance than the layer; forming a gate electrode layer (106) on at least the channel layer using the channel layer as a channel region; A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
(3a、3b、101)の表層部に、第2導電型の不純
物をイオン注入することで、導電型を反転させてチャネ
ル領域(5a、102)を形成しており、少なくも前記
チャネル領域上に形成されたゲート電極(9、106)
へ電圧を印加することによって前記チャネル領域に流す
電流のスイッチングを行う炭化珪素半導体装置の製造方
法において、 前記半導体層の表層部に介在する第1導電型の不純物を
該半導体層の外部へ拡散させる外部拡散工程を有し、 前記イオン注入は、前記拡散工程後に行うことを特徴と
する炭化珪素半導体装置の製造方法。6. An ion implantation of a second conductivity type impurity into a surface layer portion of a first conductivity type semiconductor layer (3a, 3b, 101) made of silicon carbide, thereby inverting the conductivity type to form a channel region (3). 5a, 102), and at least a gate electrode (9, 106) formed on the channel region.
A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device in which current applied to the channel region is switched by applying a voltage to the semiconductor layer, wherein a first conductivity type impurity present in a surface portion of the semiconductor layer is diffused outside the semiconductor layer. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising an external diffusion step, wherein the ion implantation is performed after the diffusion step.
拡散用膜(30)を成膜し、この拡散用膜中に不純物を
拡散させる工程であることを特徴とする請求項4乃至6
のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置。7. The external diffusion step is a step of forming a diffusion film (30) on the semiconductor layer and diffusing impurities into the diffusion film.
The silicon carbide semiconductor device according to any one of the above.
0)を用いることを特徴とする請求項7に記載の炭化珪
素半導体装置。8. A silicon oxide (3) as the diffusion film.
The silicon carbide semiconductor device according to claim 7, wherein 0) is used.
処理を行い、この雰囲気中に不純物を拡散させる工程で
あることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1つに
記載の炭化珪素半導体装置。9. The silicon carbide according to claim 4, wherein the external diffusion step is a step of performing a heat treatment under a reduced pressure atmosphere to diffuse impurities into the atmosphere. Semiconductor device.
層(3a、3b、101)の表層部に、第2導電型の不
純物をイオン注入することで、導電型を反転させてチャ
ネル領域(5a、102)を形成しており、少なくも前
記チャネル領域上に形成されたゲート電極(9、10
6)へ電圧を印加することによって前記チャネル領域に
流す電流のスイッチングを行う炭化珪素半導体装置を製
造するのに用いられる炭化珪素半導体基板であって、 表面に前記半導体層が位置していると共に、該半導体層
の表層部における第1導電型の不純物が半導体層の外部
に拡散されており、前記表層部に介在する第1導電型不
純物の濃度が、半導体層のうち前記表層部よりも内側に
介在する第1導電型不純物の濃度よりも低くなっている
炭化珪素半導体基板。10. A second conductivity type impurity is ion-implanted into a surface layer portion of a first conductivity type semiconductor layer (3a, 3b, 101) made of silicon carbide, thereby inverting the conductivity type to form a channel region (3). 5a, 102), and at least a gate electrode (9, 10) formed on the channel region.
6) A silicon carbide semiconductor substrate used for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that performs switching of a current flowing in the channel region by applying a voltage to the substrate, wherein the semiconductor layer is located on a surface, The first conductivity type impurity in the surface portion of the semiconductor layer is diffused to the outside of the semiconductor layer, and the concentration of the first conductivity type impurity interposed in the surface layer is higher than the concentration of the first conductivity type impurity in the semiconductor layer. A silicon carbide semiconductor substrate having a lower concentration than an intervening first conductivity type impurity.
純物の濃度が線形な関係を成して低濃度になっているこ
とを特徴とする請求項10に記載の炭化珪素半導体基
板。11. The silicon carbide semiconductor substrate according to claim 10, wherein the concentration of said impurity has a low concentration in a linear relationship with the depth from said surface.
前記表面側には、前記不純物とは異なる導電型の不純物
がドーピングされて、PN接合が形成されていることを
特徴とする請求項10又は請求項11に記載の炭化珪素
半導体基板。12. The PN junction is formed on the surface side where the impurity concentration is low, by doping an impurity of a conductivity type different from the impurity. Or the silicon carbide semiconductor substrate according to claim 11.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP10060189A JPH11261061A (en) | 1998-03-11 | 1998-03-11 | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
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|---|---|
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ID=13134979
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