JP5797266B2 - 炭化珪素半導体装置及び炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
炭化珪素半導体装置及び炭化珪素半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
<A−1.構成>
図1は、本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。本実施の形態においては、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明する。
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の一例を図2〜10を用いて説明する。
dX>4dOX/3
を満たす必要がある。
ρc/(dncon 2×N)<R/S
を満たすことが望ましい。
dX<dGS−0.5×(ρcS/RN)1/2
となる。
dX<dGS+dpcon/2−0.5×(ρcS/RN+dpcon 2)1/2
と書き換えられる。
4dOX/3<dX<dGS+dpcon/2−0.5×(ρcS/RN+dpcon 2)1/2
であることが望ましい。
本発明にかかる実施の形態によれば、炭化珪素半導体装置において、第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層2と、ドリフト層2表層に選択的に形成された第2導電型のベース領域3と、ベース領域3表層に選択的に形成された第1導電型のソース領域と、ソース領域上に選択的に形成されたソース電極8と、ドリフト層2と、ベース領域3と、ソース電極8が形成されないソース領域とに跨って形成されたゲート絶縁膜6と、ゲート絶縁膜6上に形成されたゲート電極7とを備え、ソース領域は、ソース電極8下に配置される第1ソース領域4と、第1ソース領域4を平面視上囲んで形成され、ゲート電極7下に配置される第2ソース領域10とを有し、第2ソース領域10表層のドーピング濃度は、第1ソース領域4表層のドーピング濃度よりも低く、第2ソース領域10のドーピング濃度は、表層部よりも深層部が高いことで、n型の第1ソース領域4の伝導電子がゲート絶縁膜6側にFNトンネルするのを抑制し、ゲート信頼性を高めることができる。
<B−1.構成>
図11は、本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。本実施の形態においては、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明する。
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の一例を図12〜20を用いて説明する。
本発明にかかる実施の形態によれば、炭化珪素半導体装置において、第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層12と、ドリフト層12表層に選択的に形成された第2導電型のベース領域13と、ベース領域13表層に選択的に形成されたソース領域と、ソース領域上に選択的に形成されたソース電極18と、ドリフト層12と、ベース領域13と、ソース電極18が形成されないソース領域とに跨って形成されたゲート絶縁膜16と、ゲート絶縁膜16上に形成されたゲート電極17とを備え、ソース領域は、表層部に形成された第2導電型の上層領域としてのp型領域20と、p型領域20の下層に形成された第1導電型の下層領域としての下層ソース領域14とを有し、ソース電極18の下端が、下層ソース領域14に到達するようソース領域に埋没することで、p型領域20の伝導帯をバンドベンディングにより高エネルギー側にシフトさせ、ゲート正バイアス時に、n型の下層ソース領域14の伝導電子がゲート絶縁膜16側にFNトンネルすることを抑制することができ、ゲート信頼性を高めることができる。
Claims (9)
- 第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)表層に選択的に形成された第2導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)表層に選択的に形成された第1導電型のソース領域(4、10)と、
前記ソース領域(4、10)上に選択的に形成されたソース電極(8)と、
前記ドリフト層(2)と、前記ベース領域(3)と、前記ソース電極(8)が形成されない前記ソース領域(4、10)とに跨って形成されたゲート絶縁膜(6)と、
前記ゲート絶縁膜(6)上に形成されたゲート電極(7)とを備え、
前記ソース領域(4、10)は、前記ソース電極(8)下に配置される第1ソース領域(4)と、前記第1ソース領域(4)を平面視上囲んで形成され、前記ゲート電極(7)下に配置される第2ソース領域(10)とを有し、
前記第2ソース領域(10)表層のドーピング濃度は、前記第1ソース領域(4)表層のドーピング濃度よりも低く、
前記第2ソース領域(10)のドーピング濃度は、表層部よりも深層部が高いことを特徴とする、
炭化珪素半導体装置。 - 前記第2ソース領域(10)表面から深さ100nmまでの領域におけるドーピング濃度が、前記第1ソース領域(4)表層のドーピング濃度よりも低いことを特徴とする、
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2ソース領域(10)表面から深さ100nmまでの領域におけるドーピング濃度が、1×1016〜1×1018cm−3であることを特徴とする、
請求項1又は2に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第1ソース領域(4)表層のドーピング濃度が、1×1019〜1×1021cm−3であることを特徴とする、
請求項1又は2に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲート電極(7)の前記ソース電極側(8)の端部を前記ドリフト層(2)の表面に沿う横方向座標軸の原点とし、
前記原点から前記第1ソース領域(4)までの前記横方向座標軸に沿う方向の距離をdX、
前記原点から前記ソース電極(8)の中心までの前記横方向座標軸に沿う方向の距離をdGS、
前記第1ソース領域(4)の前記横方向座標軸に沿う方向の幅をdncon、
前記ゲート絶縁膜(6)の前記横方向座標軸と直交する縦方向座標軸に沿う方向の厚さをdOX、
前記第1ソース領域(4)の面積をdncon 2、
素子内のセル数をN、
素子の活性領域の面積をS、
オーミックコンタクト抵抗率をρc、
素子のオン抵抗率をR、
前記第1ソース領域(4)内において前記ソース電極(8)に覆われる範囲内に形成された、前記ベース領域(3)よりも不純物濃度が高い第2導電型のコンタクト領域(5)の前記横方向座標軸に沿う方向の幅をdpconとするとき、
4dOX/3<dX<dGS+dpcon/2−0.5×(ρcS/RN+dpcon 2)1/2
を満たすことを特徴とする、
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 - 第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(12)と、
前記ドリフト層(12)表層に選択的に形成された第2導電型のベース領域(13)と、
前記ベース領域(13)表層に選択的に形成されたソース領域(20、14)と、
前記ソース領域(20、14)上に選択的に形成されたソース電極(18)と、
前記ドリフト層(12)の上面と、前記ベース領域(13)の上面と、前記ソース電極(18)が形成されない前記ソース領域(20、14)の上面とに接触し、かつ、跨って形成されたゲート絶縁膜(16)と、
前記ゲート絶縁膜(16)上に形成されたゲート電極(17)とを備え、
前記ソース領域(20、14)は、表層部に形成された第2導電型の上層領域(20)と、前記上層領域(20)の下層において、前記上層領域(20)と平面視上重なって形成された第1導電型の下層領域(14)とを有し、
前記ソース電極(18)の下端が、前記下層領域(14)に到達するよう前記ソース領域(20、14)に埋没することを特徴とする、
炭化珪素半導体装置。 - 前記上層領域(20)と前記下層領域(14)との境界が、前記上層領域(20)表層から深さ5〜100nmに位置することを特徴とする、
請求項6に記載の炭化珪素半導体装置。 - (a)第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(2)を形成する工程と、
(b)前記ドリフト層(2)表層に、第2導電型のベース領域(3)を選択的に形成する工程と、
(c)第1ソース領域(4)と、前記第1ソース領域(4)を平面視上囲んで形成される第2ソース領域(10)とを有する第1導電型のソース領域(4、10)を、前記ベース領域(3)表層に選択的に形成する工程と、
(d)前記ドリフト層(2)と、前記ベース領域(3)と、前記第1ソース領域(4)と、前記第2ソース領域(10)とに跨って、ゲート絶縁膜(6)を形成する工程と、
(e)前記ゲート絶縁膜(6)上において、前記ドリフト層(2)表層から前記第2ソース領域(10)表層に跨ってゲート電極(7)を形成する工程と、
(f)前記第1ソース領域(4)に対応する位置の前記ゲート絶縁膜(6)をエッチング除去し、前記第1ソース領域(4)上にソース電極(8)を形成する工程とを備え、
前記第2ソース領域(10)表層のドーピング濃度は、前記第1ソース領域(4)表層のドーピング濃度よりも低く、
前記第2ソース領域(10)のドーピング濃度は、表層部よりも深層部が高いことを特徴とする、
炭化珪素半導体装置の製造方法。 - (a)第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(12)を形成する工程と、
(b)前記ドリフト層(12)表層に、第2導電型のベース領域(13)を選択的に形成する工程と、
(c)表層部に形成された第2導電型の上層領域(20)と、前記上層領域(20)の下層において、前記上層領域(20)と平面視上重なって形成された第1導電型の下層領域(14)とを有するソース領域(20、14)を、前記ベース領域(13)表層に選択的に形成する工程と、
(d)前記ドリフト層(12)の上面と、前記ベース領域(13)の上面と、前記ソース領域(20、14)の上面とに接触し、かつ、跨る、ゲート絶縁膜(16)を形成する工程と、
(e)前記ゲート絶縁膜(16)上において、前記ドリフト層(12)表層から前記ソース領域(20、14)表層内に跨ってゲート電極(17)を形成する工程と、
(f)前記ゲート電極(17)が形成されないゲート絶縁膜(16)表面から、前記下層領域(14)に到達するトレンチ(100)を形成する工程と、
(g)前記トレンチ(100)内に下端を埋没させ、ソース電極(18)を形成する工程とを備えることを特徴とする、
炭化珪素半導体装置の製造方法。
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