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JP2001119025A - Semiconductor device and method of forming the same - Google Patents

Semiconductor device and method of forming the same

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Publication number
JP2001119025A
JP2001119025A JP29964799A JP29964799A JP2001119025A JP 2001119025 A JP2001119025 A JP 2001119025A JP 29964799 A JP29964799 A JP 29964799A JP 29964799 A JP29964799 A JP 29964799A JP 2001119025 A JP2001119025 A JP 2001119025A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
type layer
semiconductor device
sic
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29964799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Kitahata
真 北畠
Toshiya Yokogawa
俊哉 横川
Osamu Kusumoto
修 楠本
Masao Uchida
正雄 内田
Kunimasa Takahashi
邦方 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP29964799A priority Critical patent/JP2001119025A/en
Publication of JP2001119025A publication Critical patent/JP2001119025A/en
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 α-SiC(0001)Si面にトレンチ構造を形成し酸
化した絶縁ゲート型半導体素子は高耐圧を保ってチャン
ネル領域に効率的に電界を印可することができず、プレ
ーナタイプのチャンネル領域を含む絶縁ゲート型半導体
素子を形成するとチャンネル領域にイオン打ち込みの損
傷が残り高移動度が実現できない。 【解決手段】 n型SiC基板31上に成長させたn型
層32と、さらにその上に成長させたp型層33を含
み、上記p型層33の一部に例えばイオン打ち込みし熱
処理することにより半導体的性質を変化させたn型の部
分34が存在し、n型の部分34の少なくとも一部が上
記n型層32と電気的に連続であることを特徴とする絶
縁ゲート型半導体素子である。
(57) [Summary] (with correction) [PROBLEMS] An insulated gate semiconductor device formed by forming a trench structure on an α-SiC (0001) Si surface and oxidizing it can efficiently apply an electric field to a channel region while maintaining a high breakdown voltage. When an insulated gate semiconductor device including a planar type channel region is formed, damage due to ion implantation remains in the channel region, and high mobility cannot be realized. SOLUTION: An n-type layer 32 grown on an n-type SiC substrate 31 and a p-type layer 33 further grown thereon, and a part of the p-type layer 33 are subjected to, for example, ion implantation and heat treatment. An insulated gate semiconductor device characterized in that there is an n-type portion 34 whose semiconductor properties have been changed by, and at least a part of the n-type portion 34 is electrically continuous with the n-type layer 32. is there.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素を用いた
絶縁ゲート型半導体素子に関し、特に、耐圧が高く電流
容量も大きい大電力用に適した縦型の絶縁ゲート型半導
体素子に関する物である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate semiconductor device using silicon carbide and, more particularly, to a vertical insulated gate semiconductor device suitable for high power applications having a high withstand voltage and a large current capacity. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来例1として述べる従来のSi等の絶縁
ゲート型半導体素子は、図2(a)のごとく、n型の基板
1上にn型のエピタキシャル成長層(n型層)2を形成
し、その一部に例えばBの様なp型半導体を形成する不
純物を拡散又はイオン打ち込みすることによりp型の部
分3を形成し、p型の部分の表面近傍の一部に例えばP
の様な不純物を拡散又はイオン打ち込みすることにより
n型の部分4を形成する。上記n型層2が表面に達して
いる部分5と上記n型の部分4とに挟まれたp型の部分
の表面6上に酸化絶縁膜7を形成し、更にその表面にゲ
ート電極8を設ける。ドレイン電極9は基板裏面に形成
し、ソース電極10はn型の部分4とp型の部分3にコ
ンタクトして形成される。この絶縁ゲート型半導体素子
は、ゲート電極8へのバイアスによってp型の部分の表
面6に形成される反転層がチャンネルとして作用して機
能する。このチャンネル領域は、結晶欠陥などが少ない
結晶性に良好な絶縁膜7との界面が要求される。上記形
成法においては、チャンネル領域は基本的に横方向の拡
散によって形成されており、チャンネル領域にイオン打
ち込みの結晶欠陥は導入されていない。また、たとえチ
ャンネル領域がイオン打ち込みを受けていても、Siの場
合は後の熱処理技術が確立されており、低欠陥密度のチ
ャンネル領域を形成することが出来る。
2. Description of the Related Art A conventional insulated gate type semiconductor device such as Si described as Conventional Example 1 has an n-type epitaxial growth layer (n-type layer) 2 formed on an n-type substrate 1 as shown in FIG. Then, a p-type part 3 is formed by diffusing or ion-implanting an impurity which forms a p-type semiconductor such as B into a part of the p-type part.
Is diffused or ion-implanted to form an n-type portion 4. An oxide insulating film 7 is formed on the surface 6 of the p-type portion sandwiched between the portion 5 where the n-type layer 2 reaches the surface and the n-type portion 4, and a gate electrode 8 is further formed on the surface. Provide. The drain electrode 9 is formed on the back surface of the substrate, and the source electrode 10 is formed in contact with the n-type portion 4 and the p-type portion 3. In the insulated gate semiconductor element, the inversion layer formed on the surface 6 of the p-type portion by the bias to the gate electrode 8 functions as a channel. This channel region is required to have an interface with the insulating film 7 which has few crystal defects and has good crystallinity. In the above-described formation method, the channel region is basically formed by lateral diffusion, and no crystal defect due to ion implantation is introduced into the channel region. Even if the channel region has been subjected to ion implantation, in the case of Si, a heat treatment technology to be performed later is established, and a channel region with a low defect density can be formed.

【0003】また、第二の従来例として述べる従来の炭
化珪素絶縁ゲート型半導体素子は、炭化珪素表面を酸化
処理し酸化珪素を形成し、絶縁膜としている。トレンチ
構造を含む絶縁ゲート型の半導体素子は、図2(b)のご
とく、まず、炭化珪素の電気伝導性のn型基板11上にn
型のエピタキシャル成長層12をCVDにより形成し、そ
の表面にp型のエピタキシャル成長層(p型層)13を
積層した二重積層構造を形成する。更にその表面に部分
的なイオン打ち込みと熱処理を施し部分的にn+層14を
形成し、n+/p/n積層構造を形成する。この積層構造を有
する表面からフォトリソグラフィー技術とエッチング技
術を用いてトレンチ構造15を形成する。このトレンチ
構造を有する基板表面を酸化処理して酸化珪素絶縁膜1
6を形成し、酸化珪素絶縁膜で覆われたトレンチ部分に
ゲート電極17を積層して形成する。ドレイン電極18
はn+型基板11の裏面から取り、ソース電極19を表面
のn+層14とp型のエピタキシャル成長層13に接する
ように形成する。このようにして従来はトレンチ構造を
含む絶縁ゲート型半導体素子を形成していた。ゲート電
極17に印可される電圧によってon/offされるチャンネ
ル領域20は、トレンチ壁面あたるp型のエピタキシャ
ル層13と絶縁膜16との界面に形成される。この従来
技術の内容は、例えば Silicon Carbide; A Review of
FundamentalQuestions and Applications to Current D
evice Technology, edited by W.J.Choyke,H.Matsunam
i, and G.Pensl, Akademie Verlag 1997 の Vol.II p
p.369-388 に開示されている。
Further, in the conventional silicon carbide insulated gate type semiconductor element described as a second conventional example, a silicon carbide surface is oxidized to form silicon oxide, thereby forming an insulating film. As shown in FIG. 2B, an insulated gate semiconductor device including a trench structure is first formed on an n-type substrate 11 of silicon carbide, which is electrically conductive.
A type epitaxial growth layer 12 is formed by CVD, and a p-type epitaxial growth layer (p-type layer) 13 is stacked on the surface to form a double-layered structure. Further, the surface is partially subjected to ion implantation and heat treatment to partially form the n + layer 14, thereby forming an n + / p / n laminated structure. A trench structure 15 is formed from the surface having the laminated structure by using photolithography technology and etching technology. The surface of the substrate having the trench structure is oxidized to form a silicon oxide insulating film 1.
6 is formed, and a gate electrode 17 is formed by laminating in a trench portion covered with a silicon oxide insulating film. Drain electrode 18
Is formed from the back surface of the n + type substrate 11 and the source electrode 19 is formed so as to be in contact with the n + layer 14 and the p type epitaxial growth layer 13 on the front surface. Thus, conventionally, an insulated gate semiconductor device having a trench structure has been formed. A channel region 20 which is turned on / off by a voltage applied to the gate electrode 17 is formed at an interface between the p-type epitaxial layer 13 corresponding to the trench wall surface and the insulating film 16. The contents of this prior art include, for example, Silicon Carbide; A Review of
FundamentalQuestions and Applications to Current D
evice Technology, edited by WJChoyke, H.Matsunam
i, and G. Pensl, Akademie Verlag 1997 Vol.II p
It is disclosed on pages 369-388.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図2(a)の第一の従来
例の様な絶縁ゲート型半導体素子を、第一の従来例のSi
ではなく炭化珪素を用いて形成する場合を考える。従来
例ではチャンネル領域は基本的に横方向の拡散によって
形成されておりチャンネル領域にイオン打ち込みの結晶
欠陥は導入されていないが、炭化珪素は上述の第一の従
来例で述べたSiの場合のような不純物の拡散が起こらな
いので、このような様な低欠陥チャンネル領域形成プロ
セスの実現は不可能である。図2(a)と同じp型n型の
部分を含む半導体素子構造を形成するためには、イオン
打ち込みによりp型の部分を形成する必要があり、必ず
p型の部分の表面はイオン打ち込みによる結晶欠陥を含
むこととなる。更に炭化珪素は、常圧下での相図に液相
が存在せず2000℃以上の非常に高温まで安定である
ため、イオン打ち込みにより導入された結晶欠陥を熱処
理によってアニール除去することが困難である。従っ
て、炭化珪素を用いて図2(a)の絶縁ゲート半導体素子
の構造をSiによる従来例と同様のプロセスを用いて実現
するのは困難であった。
The insulated gate semiconductor device as in the first prior art shown in FIG.
Instead, consider the case of using silicon carbide. In the conventional example, the channel region is basically formed by lateral diffusion, and no crystal defect of ion implantation is introduced in the channel region.However, silicon carbide is the same as the case of Si described in the first conventional example. Since such diffusion of impurities does not occur, it is impossible to realize such a low-defect channel region forming process. In order to form a semiconductor device structure including the same p-type and n-type parts as in FIG. 2A, it is necessary to form a p-type part by ion implantation, and the surface of the p-type part must be formed by ion implantation. It will contain crystal defects. Furthermore, since silicon carbide has no liquid phase in the phase diagram under normal pressure and is stable up to a very high temperature of 2000 ° C. or more, it is difficult to remove crystal defects introduced by ion implantation by annealing through heat treatment. . Therefore, it is difficult to realize the structure of the insulated gate semiconductor device of FIG. 2A using silicon carbide by using the same process as the conventional example using Si.

【0005】また、第二の従来例において説明した絶縁
ゲート半導体素子を形成する炭化珪素は方向性を有する
結晶で、結晶方位に対して酸化速度が異なることが知ら
れている。α-SiC(0001)Si面は最も酸化速度の遅い面で
あり、この面が180度回転したα-SiC(000-1)C面は最も
酸化速度が速い面である。トレンチ構造のように複数の
異なる結晶方位に対応する表面を含む複雑な素子構造の
表面を酸化処理して酸化珪素絶縁膜を形成すると、結晶
方位に対して形成される酸化珪素絶縁膜の膜厚が異なる
ため、酸化膜厚がトレンチ構造部分で一様でなく分布を
持ち、ゲート電極と炭化珪素半導体との間の絶縁膜へ印
可される電界が強い部分と弱い部分が存在することとな
る。
It is known that silicon carbide forming the insulated gate semiconductor element described in the second conventional example is a directional crystal and has a different oxidation rate with respect to the crystal orientation. The α-SiC (0001) Si plane is the plane having the slowest oxidation rate, and the α-SiC (000-1) C plane obtained by rotating this plane by 180 degrees is the plane having the fastest oxidation rate. When a surface of a complex element structure including a surface corresponding to a plurality of different crystal orientations such as a trench structure is oxidized to form a silicon oxide insulation film, the thickness of the silicon oxide insulation film formed with respect to the crystal orientation is increased. Therefore, the oxide film thickness is unevenly distributed in the trench structure portion, and there are a portion where the electric field applied to the insulating film between the gate electrode and the silicon carbide semiconductor is strong and a portion where the electric field is weak.

【0006】例えば結晶性が良好なエピタキシャル成長
層が得られるα-SiC(0001)Si面に上記絶縁ゲート型半導
体素子を形成した場合は、図2(b)に示したように、ウ
ェハ表面21およびトレンチ底面22に薄い酸化珪素膜
23が、トレンチ壁面20に比較的厚い酸化珪素膜16
が形成される。ゲート電極17は、トレンチ構造全体に
わたってトレンチ底面22上の絶縁膜23表面にも形成
されているので、トレンチ壁面20のチャンネル部分上
の絶縁膜16よりもトレンチ底面22上の絶縁膜23に
大きな電界が印可されることとなる。このようなα-SiC
(0001)Si面に高耐圧の絶縁ゲート型半導体素子を形成し
た場合に、絶縁耐圧を考慮した十分な厚みの絶縁膜を形
成すると、図2(b)の様に、更に厚い絶縁膜16がチャ
ンネル部分20上に形成されて、ゲート電圧に対する素
子のレスポンスの効率が悪くなる問題点があった。ま
た、チャンネル部分20上のゲート絶縁膜16の膜厚を
最適な薄さに保つた場合は、更に薄い絶縁膜23がトレ
ンチ底面22上に形成され、この部分の絶縁耐圧が低く
なってしまう。このため上記従来技術においては、α-S
iC(0001)Si面にトレンチ構造を形成した高耐圧パワー素
子などにおける高効率・高絶縁耐圧を達成することが困
難であった。
For example, when the above-mentioned insulated gate semiconductor device is formed on the α-SiC (0001) Si surface from which an epitaxially grown layer having good crystallinity is obtained, as shown in FIG. A thin silicon oxide film 23 on the trench bottom surface 22 and a relatively thick silicon oxide film 16 on the trench wall surface 20
Is formed. Since the gate electrode 17 is also formed on the surface of the insulating film 23 on the trench bottom surface 22 over the entire trench structure, a larger electric field is applied to the insulating film 23 on the trench bottom surface 22 than the insulating film 16 on the channel portion of the trench wall surface 20. Will be applied. Such α-SiC
When a high-voltage insulated gate semiconductor element is formed on the (0001) Si surface, if an insulating film having a sufficient thickness is formed in consideration of the withstand voltage, a thicker insulating film 16 is formed as shown in FIG. There is a problem that the efficiency of the response of the device to the gate voltage is deteriorated because it is formed on the channel portion 20. When the thickness of the gate insulating film 16 on the channel portion 20 is kept at an optimum thickness, a thinner insulating film 23 is formed on the trench bottom surface 22, and the withstand voltage of this portion is reduced. For this reason, in the above prior art, α-S
It has been difficult to achieve high efficiency and high withstand voltage in a high withstand voltage power device having a trench structure formed on the iC (0001) Si surface.

【0007】上記第一、第二の従来技術における前記課
題を解決するため、少なくとも、基板上に成長させたn
型層と、さらにその上に成長させたp型層を含み、上記
p型層の一部に例えばイオン打ち込みをすることにより
半導体的性質を変化させたn型の部分を含み、上記n型
の部分の少なくとも一部が下地のn型層と電気的に連続
である絶縁ゲート半導体素子を発明した。この構造及び
製造方法をとることにより、上述の従来例1で述べたチ
ャンネル領域へのイオン打ち込み損傷の導入が無いプロ
セスが実現され、良好な特性の絶縁ゲート半導体素子が
炭化珪素により実現される。また、p型の部分にチャン
ネル領域を形成するために従来例2の様にトレンチ構造
を形成する必要もなく、絶縁ゲートを表面に形成した単
純な構造により絶縁ゲート半導体素子が実現できる。さ
らに上記従来例2で述べたトレンチ構造を形成したため
の絶縁耐圧の問題も考慮する必要がない。このように、
本発明は、単純な構造なプロセスが単純な絶縁ゲート半
導体素子を炭化珪素により実現することを目的とする。
In order to solve the problems in the first and second prior arts, at least n grown on a substrate is used.
A p-type layer grown thereon, further comprising a p-type layer, a part of the p-type layer includes an n-type part having semiconductor properties changed by ion implantation, for example, and the n-type An insulated gate semiconductor device in which at least a part of the portion is electrically continuous with the underlying n-type layer has been invented. By adopting this structure and the manufacturing method, a process in which ion implantation damage is not introduced into the channel region described in the above-described conventional example 1 is realized, and an insulated gate semiconductor element having excellent characteristics is realized by silicon carbide. Further, there is no need to form a trench structure as in the conventional example 2 in order to form a channel region in the p-type portion, and an insulated gate semiconductor device can be realized by a simple structure in which an insulated gate is formed on the surface. Further, there is no need to consider the problem of dielectric strength due to the formation of the trench structure described in the above-mentioned conventional example 2. in this way,
An object of the present invention is to realize a simple insulated gate semiconductor device using silicon carbide with a simple structure process.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも基
板上に成長させたn型層と、さらにその上に成長させた
p型層を含み、上記p型層の一部に例えばイオン打ち込
みをすることにより半導体的性質を変化させたn型の部
分が存在し、上記n型の部分の少なくとも一部が下地の
n型層と電気的に連続であることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises at least an n-type layer grown on a substrate and a p-type layer further grown on the n-type layer. Accordingly, there is an n-type portion whose semiconductor properties are changed, and at least a part of the n-type portion is electrically continuous with the underlying n-type layer.

【0009】前記半導体素子において、基板が炭化珪素
基板であり、n型層もp型層も炭化珪素薄膜により構成
されていることが好ましい。
In the semiconductor device, it is preferable that the substrate is a silicon carbide substrate, and both the n-type layer and the p-type layer are formed of a silicon carbide thin film.

【0010】前記半導体素子であって、炭化珪素基板
が、β-SiC(111)又は6H,4H等のα-SiC(0001)又は15R-Si
CのSi面またはその10度以内のオフカット面、又はβ-
SiC(100)及びβ-SiC(110)又は6H,4H等のα-SiC(0001)及
びα-SiC(1-100)及びα-SiC(11-20)又はその15度以内
のオフカット面であることが好ましい。
In the semiconductor device, the silicon carbide substrate may be made of β-SiC (111) or α-SiC (0001) such as 6H, 4H or 15R-SiC.
C Si surface or off-cut surface within 10 degrees or β-
Α-SiC (0001) such as SiC (100) and β-SiC (110) or 6H, 4H and α-SiC (1-100) and α-SiC (11-20) or off-cut surface within 15 degrees It is preferred that

【0011】前記半導体素子であって、上記p型層の表
面近傍に、表面部分以外はp型層に囲まれたもう一つの
n型の部分を含み、上記もう一つのn型の部分に少なく
とも接触したソース電極、基板の裏面に形成されたドレ
ーン電極、上記n型の部分ともう一つのn型の部分に挟
まれたp型層の表面を少なくとも覆うように形成された
絶縁膜、上記絶縁膜上に設置されたゲート電極を、少な
くとも含む事を特徴とする半導体素子である。
[0011] In the semiconductor device, another n-type portion surrounded by the p-type layer except for the surface portion is provided near the surface of the p-type layer. A source electrode in contact therewith, a drain electrode formed on the back surface of the substrate, an insulating film formed so as to cover at least the surface of the p-type layer sandwiched between the n-type part and another n-type part, A semiconductor element including at least a gate electrode provided on a film.

【0012】本発明の半導体素子の形成方法は、少なく
とも第1のフ゜ロセスにおいて炭化珪素基板上にn型層を成
長させ、第2のフ゜ロセスにおいてさらにその上にp型層を
成長させ、第3のフ゜ロセスにおいて上記p型層の一部を変
化させたn型の部分を下地のn型層と電気的に連続とな
るようにイオン打ち込みをし、第4のフ゜ロセスにおいてp
型層の一部を変化させた上記n型の部分と不連続なもう
一つのn型の部分をイオン打ち込みし、第5のフ゜ロセスに
おいて熱処理をすることによりイオン打ち込みされた不
純物を活性化しp型層中に上記n型の部分ともう一つの
n型の部分を形成し、第6のフ゜ロセスにおいて上記n型の
部分ともう一つのn型の部分に挟まれたp型層の表面を
少なくとも覆うように形成された絶縁膜を形成し、第7
のフ゜ロセスにおいて上記絶縁膜上に設置されたゲート電極
を形成することを特徴とする。
According to the method of forming a semiconductor device of the present invention, an n-type layer is grown on a silicon carbide substrate in at least a first process, and a p-type layer is further grown on the n-type layer in a second process. In the process, an n-type part obtained by changing a part of the p-type layer is ion-implanted so as to be electrically continuous with the underlying n-type layer.
The n-type part in which a part of the mold layer is changed and another n-type part discontinuous are ion-implanted, and a heat treatment is performed in a fifth process to activate the ion-implanted impurities and to form a p-type impurity. Forming the n-type portion and another n-type portion in the layer, and covering at least a surface of the p-type layer sandwiched between the n-type portion and another n-type portion in a sixth process; Forming an insulating film formed as described above,
In the above process, a gate electrode provided on the insulating film is formed.

【0013】前記半導体素子の形成方法において、第3
及び第4のプロセスにおいてイオン打ち込みを行うイオ
ンのエネルギーが1keV以上20MeV以下であると好まし
い。
In the method for forming a semiconductor device, the third
In addition, it is preferable that the energy of ions for ion implantation in the fourth process be 1 keV or more and 20 MeV or less.

【0014】前記半導体素子の形成方法において、第3
及び第4のプロセスにおいてイオン打ち込みを行うイオ
ンのエネルギーを2種類以上選び多重打ち込みをするこ
とが好ましい。
In the method for forming a semiconductor device, the third
In addition, it is preferable to select two or more types of energy of ions for performing ion implantation in the fourth process and perform multiple implantation.

【0015】更に、第3のプロセスにおいて下地のn型
層と電気的に連続となるようにn型の部分を形成するイ
オン打ち込みを行うイオンのエネルギーが、第4のフ゜ロセ
スにおいて上記n型の部分と不連続なもう一つのn型の
部分を形成するイオン打ち込みするイオンのエネルギー
に比べて大きいと好ましい。
Further, in the third process, the energy of the ions for performing the ion implantation for forming the n-type portion so as to be electrically continuous with the underlying n-type layer is increased by the energy of the n-type portion in the fourth process. Is preferably larger than the energy of the ions to be implanted to form another n-type portion that is discontinuous.

【0016】また、第3及び第4のプロセスにおいてイ
オン打ち込みを行うイオンのドーズ量が1014cm-2以上で
あると好ましい。
In the third and fourth processes, the dose of ions for ion implantation is preferably 10 14 cm −2 or more.

【0017】また、第3及び第4のプロセスにおいてイ
オン打ち込みを行う場合に、炭化珪素基板を300℃以
上に保つと好ましい。
When ion implantation is performed in the third and fourth processes, it is preferable that the silicon carbide substrate is kept at 300 ° C. or higher.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の半導体素子の形成方法
は、図1の様に、例えばα-SiC(0001)Si面であるn+型炭
化珪素基板31上にエピタキシャル成長n型層32、エ
ピタキシャル成長p型層33を成長させ、上記p型層の
一部に部分的にイオン打ち込みし熱処理することにより
n型の部分34を形成した。この場合、n型の部分34
はp型層33を突き抜けてn型層32と電気的に連続と
なるように形成した。次に、n型の部分34を形成した
場合よりもイオンのエネルギーを下げてイオン打ち込み
を行い、もう一つのn型の部分35を形成した。この場
合、もう一つのn型の部分35は、p型層33中に表面
36以外はp型層33に囲まれた状態で形成され、電気
的にn型層32ともn型の部分34とも不連続である。
このウェハの表面を酸化して、少なくともn型の部分3
4ともう一つのn型の部分35に挟まれたp型層の表面
37を覆うように、酸化絶縁膜38を形成した。さらに
この酸化絶縁膜38の表面にゲート電極39を形成し
た。基板裏面にドレーン電極40、基板表面のp型層の
表面ともう一つのn型の部分35にまたがるようにソー
ス電極36を形成した。このMOSFETのゲート電極によっ
て制御されるチャンネル領域はp型層の表面37部分で
ある。このチャンネル領域37はp型層33のエピタキ
シャル成長後に、イオン打ち込みやエッチング等による
損傷を受けていない部分であり、低損傷の高移動度チャ
ンネルが形成できた。更に、従来例2で述べたようなト
レンチ構造などの複雑な構造を形成する必要が無く、単
純な構造で、SiCの高性能MOSFETが実現された。ゲート
電極下の酸化絶縁膜38は、トレンチ構造の酸化の場合
のように電界集中による破壊を考慮する必要もなく、理
想的な酸化絶縁膜厚に設定できた。上記のように、少な
くとも、基板上に成長させたn型層32と、さらにその
上に成長させたp型層33を含み、上記p型層33の一
部に例えばイオン打ち込みをすることにより半導体的性
質を変化させたn型の部分34が存在し、上記n型の部
分34の少なくとも一部が上記n型層32と電気的に連
続であることを特徴とする、高性能な半導体素子が実現
できた。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, a method for forming a semiconductor device according to the present invention comprises an epitaxially grown n-type layer 32, an epitaxially grown p-type layer 32 on an n + type silicon carbide substrate 31 which is, for example, an α-SiC (0001) Si plane. The mold layer 33 is grown and partially ion-implanted into a part of the p-type layer and heat-treated.
An n-type portion 34 was formed. In this case, the n-type portion 34
Was formed so as to penetrate through the p-type layer 33 and be electrically continuous with the n-type layer 32. Next, ion implantation was performed at a lower ion energy than when the n-type portion 34 was formed, thereby forming another n-type portion 35. In this case, another n-type portion 35 is formed in the p-type layer 33 in a state surrounded by the p-type layer 33 except for the surface 36, and both the n-type layer 32 and the n-type portion 34 are electrically connected. It is discontinuous.
By oxidizing the surface of the wafer, at least an n-type portion 3
An oxide insulating film 38 was formed so as to cover the surface 37 of the p-type layer sandwiched between 4 and another n-type portion 35. Further, a gate electrode 39 was formed on the surface of the oxide insulating film 38. A drain electrode 40 was formed on the back surface of the substrate, and a source electrode 36 was formed so as to extend over the surface of the p-type layer on the substrate surface and another n-type portion 35. The channel region controlled by the gate electrode of this MOSFET is the surface 37 of the p-type layer. The channel region 37 is a portion that has not been damaged by ion implantation, etching, or the like after the epitaxial growth of the p-type layer 33, and a low-damage, high-mobility channel was formed. Further, it is not necessary to form a complicated structure such as the trench structure as described in the conventional example 2, and a high-performance SiC MOSFET is realized with a simple structure. The oxide insulating film 38 under the gate electrode can be set to an ideal oxide insulating film thickness without having to consider the destruction due to electric field concentration as in the case of the oxidation of the trench structure. As described above, the semiconductor includes at least the n-type layer 32 grown on the substrate and the p-type layer 33 further grown thereon. A high-performance semiconductor device, characterized in that there is an n-type part 34 having changed physical properties, and at least a part of the n-type part 34 is electrically continuous with the n-type layer 32. I realized it.

【0019】前記半導体素子においては、基板が炭化珪
素基板であり、n型層もp型層も炭化珪素薄膜により構
成されている半導体素子について述べたが、他の例えば
Si等の半導体材料により構成されても、優れたMOSFETと
して機能する。
In the above-described semiconductor device, a semiconductor device in which the substrate is a silicon carbide substrate and both the n-type layer and the p-type layer are formed of a silicon carbide thin film has been described.
Even if it is made of a semiconductor material such as Si, it functions as an excellent MOSFET.

【0020】前記半導体素子において、炭化珪素基板3
1が、β-SiC(111)又は6H,4H等のα-SiC(0001)又は15R-
SiCのSi面またはその10度以内のオフカット面、又は
β-SiC(100)及びβ-SiC(110)又は6H,4H等のα-SiC(000
1)及びα-SiC(1-100)及びα-SiC(11-20)又はその15度
以内のオフカット面であると、上記n型層32、p型層
33のエピタキシャル成長により良好な結晶成長が行
え、平滑な表面が得られ好ましい。
In the semiconductor device, the silicon carbide substrate 3
1 is β-SiC (111) or α-SiC (0001) such as 6H, 4H or 15R-
Si surface of SiC or its off-cut surface within 10 degrees, or α-SiC (000) such as β-SiC (100) and β-SiC (110) or 6H, 4H
1) and α-SiC (1-100) and α-SiC (11-20) or an off-cut plane of 15 ° or less, good crystal growth by epitaxial growth of the n-type layer 32 and p-type layer 33 And a smooth surface is obtained.

【0021】前記半導体素子において、上記p型層33
の表面近傍に、表面部分36以外はp型層33に囲まれ
たもう一つのn型の部分35を含み、上記もう一つのn
型の部分35に少なくとも接触したソース電極41、基
板の裏面に形成されたドレーン電極40、上記n型の部
分ともう一つのn型の部分に挟まれたp型層の表面37
を少なくとも覆うように形成された絶縁膜38、上記絶
縁膜上に設置されたゲート電極39を、少なくとも含ん
でいる構造を有していると、絶縁ゲート型のMOSFETがチ
ャンネル部にイオン打ち込みなどの欠陥を導入すること
なしに形成でき、チャンネル移動度の大きいMOSFETが達
成でき好ましい。
In the semiconductor device, the p-type layer 33
Near the surface includes another n-type portion 35 surrounded by the p-type layer 33 except for the surface portion 36.
A source electrode 41 at least in contact with the mold part 35, a drain electrode 40 formed on the back surface of the substrate, and a surface 37 of the p-type layer sandwiched between the n-type part and another n-type part
Having at least the insulating film 38 formed so as to cover at least the gate electrode 39 provided on the insulating film, the insulated gate type MOSFET can be used for ion implantation or the like in the channel portion. It can be formed without introducing defects, and can achieve a MOSFET having a large channel mobility, which is preferable.

【0022】本発明の半導体素子の形成方法は、少なく
とも第1のフ゜ロセスにおいて炭化珪素基板31上にn型層
32を成長させ、第2のフ゜ロセスにおいてさらにその上に
p型層33を成長させ、第3のフ゜ロセスにおいて上記p型
層の一部を変化させたn型の部分34を下地のn型層3
2と電気的に連続となるようにイオン打ち込みをし、第
4のフ゜ロセスにおいてp型層の一部を変化させた上記n型
の部分と不連続なもう一つのn型の部分35をイオン打
ち込みし、第5のフ゜ロセスにおいて熱処理をすることによ
りイオン打ち込みされた不純物を活性化しp型層33中
に上記n型の部分34ともう一つのn型の部分35を形
成し、第6のフ゜ロセスにおいて上記n型の部分34ともう
一つのn型の部分35に挟まれたp型層の表面37を少
なくとも覆うように形成された絶縁膜38を形成し、第
7のフ゜ロセスにおいて上記絶縁膜38上に設置されたゲー
ト電極39を形成することを特徴とする。この形成方法
により、トレンチ構造などを含まない単純な構造のプレ
ーナタイプのMOSFETが達成でき、電流は電極36−もう
一つのn型の部分35−チャンネル37−n型の部分3
4−n型層32−基板31−電極40と流れ、この基本
構造を多数表面に形成することにより、高電流・高電圧
を制御するパワーMOSFETが実現できた。
According to the method for forming a semiconductor device of the present invention, an n-type layer 32 is grown on a silicon carbide substrate 31 in at least a first process, and a p-type layer 33 is further grown on the n-type layer 32 in a second process. In the third process, the n-type part 34 obtained by changing a part of the p-type layer is replaced with the underlying n-type layer 3.
2 is ion-implanted so as to be electrically continuous with the second n-type portion 35 and another n-type portion 35 discontinuous with the n-type portion obtained by partially changing the p-type layer in the fourth process. Then, by performing heat treatment in the fifth process, the ion-implanted impurities are activated to form the n-type portion 34 and another n-type portion 35 in the p-type layer 33, and in the sixth process, An insulating film 38 is formed so as to cover at least the surface 37 of the p-type layer sandwiched between the n-type portion 34 and another n-type portion 35, and is formed on the insulating film 38 in a seventh process. In which the gate electrode 39 is formed. According to this forming method, a planar type MOSFET having a simple structure not including a trench structure or the like can be achieved, and the current flows through the electrode 36-another n-type portion 35-channel 37-n-type portion 3.
By flowing through the 4-n-type layer 32-substrate 31-electrode 40 and forming this basic structure on many surfaces, a power MOSFET that controls high current and high voltage was realized.

【0023】前記半導体素子の形成方法において、第3
及び第4のプロセスにおいてイオン打ち込みを行うイオ
ンのエネルギーが1keV以上20MeV以下であると、イオン
打ち込み装置が一般の物で対応可能で、数ミクロンから
100オングストローム程度の範囲の深さのn型層を形
成でき好ましい。1keV以下のエネルキ゛ーの場合は、イオン打
ち込みによるn型の部分又はもう一つのn型の部分が非
常に薄くなり、本発明の目的である耐圧を有したMOSFET
が形成できない。10MeV以上のイオンはその形成が難し
く、半発明の実施が困難である。
In the method for forming a semiconductor device, the third
If the energy of the ions for performing ion implantation in the fourth process is 1 keV or more and 20 MeV or less, an ion implantation apparatus can be used with a general object, and an n-type layer having a depth ranging from several microns to about 100 angstroms is formed. It can be formed and is preferable. In the case of an energy of 1 keV or less, the n-type part or another n-type part by ion implantation becomes very thin, and a MOSFET having a withstand voltage which is the object of the present invention.
Cannot be formed. It is difficult to form ions of 10 MeV or more, and it is difficult to implement the semi-invention.

【0024】前記半導体素子の形成方法において、第3
及び第4のプロセスにおいてイオン打ち込みを行うイオ
ンのエネルギーを2種類以上選び多重打ち込みをする
と、深さに対して分布が小さいボックス型の打ち込み層
を形成でき好ましい。
In the method for forming a semiconductor element, the third
In addition, in the fourth process, it is preferable to select two or more types of ion energy for performing ion implantation and perform multiple implantation so that a box-type implantation layer having a small distribution with respect to the depth can be formed.

【0025】更に、第3のプロセスにおいて下地のn型
層と電気的に連続となるようにn型の部分を形成するイ
オン打ち込みを行うイオンのエネルギーが、第4のフ゜ロセ
スにおいて上記n型の部分と不連続なもう一つのn型の
部分を形成するイオン打ち込みするイオンのエネルギー
に比べて大きいと、上記n型の部分の方が上記もう一つ
のn型の部分に比べて深く形成され、上記n型の部分と
上記n型層の電気的連続性が良くなり、もう一つのn型
層とp型層の間のp/n接合による耐圧が良くなり好まし
い。
Further, in the third process, the energy of the ions for performing the ion implantation for forming the n-type portion so as to be electrically continuous with the underlying n-type layer is increased by the energy of the n-type portion in the fourth process. The n-type portion is formed deeper than the other n-type portion if the energy is greater than the energy of the ion implanted to form another n-type portion that is discontinuous. The electrical continuity between the n-type portion and the n-type layer is improved, and the withstand voltage due to the p / n junction between the other n-type layer and the p-type layer is preferably improved.

【0026】また、第3及び第4のプロセスにおいてイ
オン打ち込みを行うイオンのドーズ量が1014cm-2以上で
あると、熱処理により、高濃度のn型の部分・もう一つ
のn型の部分が形成でき好ましい。この場合、ドーズ量
が1014cm-2以下であるとイオン打ち込みされた部分のキ
ャリア濃度が小さくなり、抵抗が高くなりパワー半導体
素子の形成には適さない。
If the dose of ions to be ion-implanted in the third and fourth processes is 10 14 cm −2 or more, a high-concentration n-type part and another n-type part Can be preferably formed. In this case, if the dose is less than 10 14 cm -2 , the carrier concentration in the ion-implanted portion becomes small, and the resistance becomes high, which is not suitable for forming a power semiconductor element.

【0027】また、第3及び第4のプロセスにおいてイ
オン打ち込みを行う場合に、炭化珪素基板を300℃以
上に保つと、イオン打ち込み中に有る程度イオン衝撃格
子欠陥がアニールされ、熱処理後の不純物の活性化が促
進され好ましい。
When ion implantation is performed in the third and fourth processes, if the silicon carbide substrate is kept at 300 ° C. or higher, ion bombardment lattice defects are annealed to some extent during ion implantation, and impurities after heat treatment are removed. Activation is promoted and preferred.

【0028】[0028]

【実施例】実施例1に本発明の半導体素子の形成方法の
第一の実施例を示す。図1のごとく、3x1018cm-3の濃度
の窒素ト゛ーフ゜のn型の6H-SiC(0001)Si面[11-20]方向4度
オフカットの基板31を用意し、表面洗浄後に上記基板
表面に第一のフ゜ロセスとして5x1015cm-3の窒素ト゛ーフ゜n型エ
ピタキシャル成長層32を6μmの厚みで形成し、更に
その上に第二のフ゜ロセスとして2μmの厚みで2x1017cm-3
Alト゛ーフ゜のp型エピタキシャル成長層33を形成した。
このp型エピタキシャル成長層の表面に金属マスクを形
成し、第三のフ゜ロセスとして選択的に0.9 〜7.0 MeV の範
囲で7段のイオンエネルギーを選びそれぞれ3x1014cm-2
のドーズ量でNをイオン打ち込みした。このフ゜ロセスによ
り、n型の部分34が3ミクロン程度の深さまで形成さ
れ、この深さはp型層33よりも深い部分まで達してお
り、n型の部分34は下地のn型層32と電気的に連続
となる。次に別の金属マスクを形成して、第4のフ゜ロセス
として20keVのエネルキ゛ーで窒素のイオン打ち込みを5x1015c
m-2のドーズ量で行い、もう一つのn型の部分35を形
成した。イオン打ち込み中の基板の温度は500℃とし
た。このイオン打ち込みされた基板を第5のフ゜ロセスとし
て1500℃で熱処理して、これらのイオン打ち込み層
を活性化してn型の部分、もう一つのn型の部分を完成
させた。
EXAMPLE 1 Example 1 shows a first example of a method for forming a semiconductor device according to the present invention. As shown in FIG. 1, a substrate 31 having a nitrogen concentration of 3 × 10 18 cm −3 and an n-type 6H-SiC (0001) Si surface [11-20] with a 4 ° off-cut is prepared. A 5 × 10 15 cm -3 nitrogen ton type epitaxial growth layer 32 having a thickness of 6 μm is formed as a first process, and a 2 × 10 17 cm -3 layer having a thickness of 2 μm is formed thereon as a second process.
An Al top p-type epitaxial growth layer 33 was formed.
A metal mask is formed on the surface of this p-type epitaxial growth layer, and seven steps of ion energies are selectively selected in the range of 0.9 to 7.0 MeV as a third process, each of which is 3 × 10 14 cm −2.
N was ion-implanted at a dose of. By this process, an n-type portion 34 is formed to a depth of about 3 microns, and this depth reaches a portion deeper than the p-type layer 33. The n-type portion 34 is electrically connected to the underlying n-type layer 32. It becomes continuous continuously. Next, another metal mask is formed, and as a fourth process, ion implantation of nitrogen is performed at 5 × 10 15 c with an energy of 20 keV.
Another n-type portion 35 was formed at a dose of m- 2 . The temperature of the substrate during the ion implantation was 500 ° C. This ion-implanted substrate was heat-treated at 1500 ° C. as a fifth process to activate these ion-implanted layers to complete an n-type portion and another n-type portion.

【0029】次に第6のプロセスとして、上記6H-SiC(0
001)Si面基板を酸化処理炉に導入して、1100℃でウ
ェット酸化を3時間行った。SiC基板表面は酸化されて4
00Åの厚みの酸化珪素膜38が形成された。
Next, as a sixth process, the above 6H-SiC (0
001) The Si surface substrate was introduced into an oxidation treatment furnace, and wet oxidation was performed at 1100 ° C. for 3 hours. The surface of the SiC substrate is oxidized and
A silicon oxide film 38 having a thickness of 00 ° was formed.

【0030】上記酸化珪素膜にコンタクトホールなどを
フォトリソエッチングにより形成して、Niのオーミック
電極を堆積させ熱処理してソース電極41、ドレイン電
極40を形成して、さらに第7のフ゜ロセスとしてポリシリ
コンのゲート電極39を形成して図1の絶縁ゲート型の
半導体素子を形成した。
A contact hole or the like is formed in the silicon oxide film by photolithographic etching, an ohmic electrode of Ni is deposited, and heat treatment is performed to form a source electrode 41 and a drain electrode 40. Further, as a seventh process, polysilicon is used. The gate electrode 39 was formed to form the insulated gate semiconductor device of FIG.

【0031】本実施例においては、上記の6H-SiC(0001)
Si面[11-20]方向4度オフカットの基板を用いたが、炭
化珪素基板がβ-SiC(111)又は6H,4H等のα-SiC(0001)又
は15R-SiCのSi面またはその10度以内のオフカット
面、又はβ-SiC(100)及びβ-SiC(110)又は6H,4H等のα-
SiC(0001)及びα-SiC(1-100)及びα-SiC(11-20)又はそ
の15度以内のオフカット面で、少なくともn型基板上
にn型エピタキシャル成長層、p型エピタキシャル成長層
を成長させた多層構造を含んでいれば、本発明を実施で
きることを確認した。もう一つのn型の部分は、本実施
例のようにイオン打ち込みで形成せずにエピタキシャル
成長させても良いことを確認した。
In this embodiment, the above 6H-SiC (0001)
Although a 4 ° off-cut substrate was used for the Si surface [11-20] direction, the silicon carbide substrate was β-SiC (111) or α-SiC (0001) such as 6H, 4H or 15R-SiC Si surface or its Off cut surface within 10 degrees, or α- such as β-SiC (100) and β-SiC (110) or 6H, 4H
At least an n-type epitaxial growth layer and a p-type epitaxial growth layer are grown on at least an n-type substrate on SiC (0001) and α-SiC (1-100) and α-SiC (11-20) or an off-cut surface within 15 degrees thereof. It has been confirmed that the present invention can be implemented if the multilayer structure is included. It has been confirmed that another n-type portion may be epitaxially grown without being formed by ion implantation as in this embodiment.

【0032】本実施例においては、イオン打ち込みを行
うイオンのエネルギーが0.9 〜7.0MeV の範囲で7段の
多段打ち込みと20keVの場合を述べたが、1keV以上10MeV
以下の範囲であれば、本発明が実現可能である。また、
上記エネルギー範囲で2種以上選び多重打ち込みをする
と、均一なト゛ーハ゜ントのボックスプロファイルが形成でき
本発明を実現できた。
In this embodiment, the multi-stage implantation of seven steps and the case of 20 keV in which the energy of the ions for ion implantation is in the range of 0.9 to 7.0 MeV has been described.
The present invention can be realized within the following ranges. Also,
When two or more types were selected and the multiple implantations were performed in the above energy range, a box profile having a uniform torrent could be formed, and the present invention could be realized.

【0033】本実施例においては、イオン打ち込みを行
う場合に、炭化珪素基板を500℃に保ったが、300
℃以上に保てば照射損傷がイオン照射中に有る程度アニール
され、本発明を実現できた。
In this embodiment, when performing ion implantation, the silicon carbide substrate was kept at 500 ° C.
If the temperature is kept at not less than ℃, the irradiation damage is annealed to some extent during the ion irradiation, and the present invention can be realized.

【0034】本実施例においては、ゲート絶縁膜として
6H-SiC(0001)Si面基板を酸化処理炉に導入して1100
℃でウェット酸化を3時間行って形成した酸化珪素膜を
用いたが、例えばCVD法によって形成された酸化珪素
膜、酸化アルミ膜等の絶縁酸化膜、強誘電体膜、絶縁チ
ッ化膜等を用いても、本発明を実現できた。
In this embodiment, as the gate insulating film
6H-SiC (0001) Si surface substrate is introduced into oxidation treatment furnace and 1100
A silicon oxide film formed by performing wet oxidation at 3 ° C. for 3 hours was used. For example, a silicon oxide film formed by a CVD method, an insulating oxide film such as an aluminum oxide film, a ferroelectric film, an insulating nitride film, etc. Even when used, the present invention could be realized.

【0035】また、本実施例においてチャンネル領域を
走るキャリアーは電子であるが、上記半導体素子のn型
とp型を入れ替えた場合のキャリアーがホールの場合
も、本発明を実現できた。
In this embodiment, the carriers running in the channel region are electrons, but the present invention can be realized also when the carriers are holes when the n-type and p-type semiconductor elements are exchanged.

【0036】上記実施例に説明した半導体素子の形成方
法により形成された炭化珪素絶縁ゲート型半導体素子
は、400V以上の絶縁耐圧を示した。本実施例により、炭
化珪素の(0001)Si面上にプレーナ型の単純な構造の高耐
圧パワー素子である炭化珪素絶縁ゲート型半導体素子が
形成できた。特に、この実施例で形成された絶縁ゲート
型半導体素子のチャンネル移動度は、従来例1で示した
イオン衝撃をチャンネル部分に含む炭化珪素で形成され
た素子のチャンネル移動度に対して20%以上大きな値
を示し、良好な炭化珪素半導体/酸化珪素絶縁体界面を
有し、高移動度のチャンネル37が形成されたことが確
認された。
The silicon carbide insulated gate semiconductor device formed by the method for forming a semiconductor device described in the above embodiment exhibited a withstand voltage of 400 V or more. According to the present example, a silicon carbide insulated gate semiconductor element, which is a high-voltage power element having a simple planar structure, was formed on the (0001) Si plane of silicon carbide. In particular, the channel mobility of the insulated gate semiconductor device formed in this embodiment is 20% or more of the channel mobility of the device formed of silicon carbide including the ion bombardment in the channel portion shown in the conventional example 1. It showed a large value, and it was confirmed that a channel 37 having a good silicon carbide semiconductor / silicon oxide insulator interface and a high mobility was formed.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、絶
縁ゲートを表面に形成した単純な構造により絶縁ゲート
半導体素子が実現でき、400V以上の絶縁耐圧を有する、
炭化珪素絶縁ゲート型半導体素子が形成できる。また、
炭化珪素を用いた絶縁ゲート型半導体素子で、耐圧が高
く電流容量も大きい大電力用に適した縦型の絶縁ゲート
型半導体素子を形成可能とするものである。
As described above, according to the present invention, an insulated gate semiconductor device can be realized by a simple structure in which an insulated gate is formed on a surface, and has a withstand voltage of 400 V or more.
A silicon carbide insulated gate semiconductor element can be formed. Also,
An insulated gate semiconductor device using silicon carbide, which is capable of forming a vertical insulated gate semiconductor device having a high withstand voltage and a large current capacity and suitable for large power use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体素子の概念説明断面図FIG. 1 is a conceptual explanatory sectional view of a semiconductor device of the present invention.

【図2】(a)従来例1の絶縁ゲート型半導体素子の構造
断面図 (b)従来例2のトレンチ構造を含む炭化珪素絶縁ゲート
型半導体素子の構造断面図
2A is a structural sectional view of an insulated gate semiconductor device of Conventional Example 1; and FIG. 2B is a structural sectional view of a silicon carbide insulated gate semiconductor device including a trench structure of Conventional Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型基板 2 n型エピタキシャル成長層(n型層) 3 p型の部分 4 n型の部分 5 n型層が表面に達している部分 6 チャンネル領域 7 酸化絶縁膜 8 ゲート電極 9 ドレイン電極 10 ソース電極 11 n型基板 12 n型エピタキシャル成長層(n型層) 13 p型エピタキシャル成長層(p型層) 14 n+型層 15 トレンチ構造 16 酸化絶縁膜 17 ゲート電極 18 ドレイン電極 19 ソース電極 20 チャンネル領域 21 ウェハ表面 22 トレンチ底面 23 薄い酸化絶縁膜 31 n型基板 32 n型エピタキシャル成長層(n型層) 33 p型エピタキシャル成長層(p型層) 34 n型の部分 35 もう一つのn型の部分 36 もう一つのn型の部分の表面 37 チャンネル領域 38 絶縁膜 39 ゲート電極 40 ドレイン電極 41 ソース電極 Reference Signs List 1 n-type substrate 2 n-type epitaxial growth layer (n-type layer) 3 p-type part 4 n-type part 5 part where n-type layer reaches surface 6 channel region 7 oxide insulating film 8 gate electrode 9 drain electrode 10 source Electrode 11 n-type substrate 12 n-type epitaxial growth layer (n-type layer) 13 p-type epitaxial growth layer (p-type layer) 14 n + type layer 15 trench structure 16 oxide insulating film 17 gate electrode 18 drain electrode 19 source electrode 20 channel region 21 wafer Surface 22 Trench bottom 23 Thin oxide insulating film 31 n-type substrate 32 n-type epitaxial growth layer (n-type layer) 33 p-type epitaxial growth layer (p-type layer) 34 n-type part 35 another n-type part 36 another Surface of n-type portion 37 Channel region 38 Insulating film 39 Gate electrode 40 Drain electrode 41 Source electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楠本 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 内田 正雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 高橋 邦方 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Osamu Kusumoto, Inventor 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Kunikata Takahashi 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも、基板上に成長させたn型層
と、さらにその上に成長させたp型層を含み、上記p型
層の一部に例えばイオン打ち込みをすることにより半導
体的性質を変化させたn型の部分が存在し、上記n型の
部分の少なくとも一部が上記n型層と電気的に連続であ
ることを特徴とする半導体素子。
1. A semiconductor device comprising at least an n-type layer grown on a substrate and a p-type layer further grown thereon. A semiconductor element, wherein a changed n-type portion exists, and at least a part of the n-type portion is electrically continuous with the n-type layer.
【請求項2】 請求項1記載の半導体素子であって、基
板が炭化珪素基板であり、n型層もp型層も炭化珪素薄
膜により構成されていることを特徴とする半導体素子。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is a silicon carbide substrate, and both the n-type layer and the p-type layer are formed of a silicon carbide thin film.
【請求項3】 請求項2記載の半導体素子であって、炭
化珪素基板が、β-SiC(111)又は6H,4H等のα-SiC(0001)
又は15R-SiCのSi面またはその10度以内のオフカット
面、又はβ-SiC(100)及びβ-SiC(110)又は6H,4H等のα-
SiC(0001)及びα-SiC(1-100)及びα-SiC(11-20)又はそ
の15度以内のオフカット面であることを特徴とする半
導体素子。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the silicon carbide substrate is made of β-SiC (111) or α-SiC (0001) such as 6H, 4H.
Or 15R-SiC Si surface or its off-cut surface within 10 degrees, or β-SiC (100) and β-SiC (110) or α- such as 6H, 4H
A semiconductor device characterized by SiC (0001), α-SiC (1-100) and α-SiC (11-20) or an off-cut surface of 15 degrees or less thereof.
【請求項4】 請求項1記載の半導体素子であって、上
記p型層の表面近傍に、表面部分以外はp型層に囲まれ
たもう一つのn型の部分を含み、上記もう一つのn型の
部分に少なくとも接触したソース電極、基板の裏面に形
成されたドレーン電極、上記n型の部分ともう一つのn
型の部分に挟まれたp型層の表面を少なくとも覆うよう
に形成された絶縁膜、上記絶縁膜上に設置されたゲート
電極を、少なくとも含む事を特徴とする半導体素子。
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising, near the surface of the p-type layer, another n-type portion surrounded by a p-type layer except for the surface portion. a source electrode at least in contact with the n-type portion, a drain electrode formed on the back surface of the substrate, the n-type portion and another n
A semiconductor device comprising at least an insulating film formed so as to cover at least a surface of a p-type layer sandwiched between mold portions, and a gate electrode provided on the insulating film.
【請求項5】 少なくとも、第1のフ゜ロセスにおいて炭化
珪素基板上にn型層を成長させ、第2のフ゜ロセスにおいて
さらにその上にp型層を成長させ、第3のフ゜ロセスにおい
て上記p型層の一部を変化させたn型の部分を下地のn
型層と電気的に連続となるようにイオン打ち込みをし、
第4のフ゜ロセスにおいてp型層の一部を変化させた上記n
型の部分と不連続なもう一つのn型の部分をイオン打ち
込みし、第5のフ゜ロセスにおいて熱処理をすることにより
イオン打ち込みされた不純物を活性化しp型層中に上記
n型の部分ともう一つのn型の部分を形成し、第6のフ゜
ロセスにおいて上記n型の部分ともう一つのn型の部分に
挟まれたp型層の表面を少なくとも覆うように形成され
た絶縁膜を形成し、第7のフ゜ロセスにおいて上記絶縁膜上
に設置されたゲート電極を形成するフ゜ロセスを少なくとも
含むことを特徴とする半導体素子の形成方法。
5. The method according to claim 5, wherein an n-type layer is grown on the silicon carbide substrate in the first process, a p-type layer is further grown on the second process, and the p-type layer is grown on the third process. The n-type part with a part changed is the base n
Ion implantation so that it is electrically continuous with the mold layer,
The above n obtained by changing a part of the p-type layer in the fourth process.
Another n-type portion that is discontinuous to the n-type portion is ion-implanted, and a heat treatment is performed in a fifth process to activate the ion-implanted impurity, and another n-type portion is added to the p-type layer in the p-type layer. Forming an n-type portion, and forming an insulating film formed so as to cover at least a surface of the p-type layer sandwiched between the n-type portion and another n-type portion in the sixth process; A method for forming a semiconductor device, comprising at least a process for forming a gate electrode provided on the insulating film in the seventh process.
【請求項6】 第3及び第4のプロセスにおいてイオン
打ち込みを行うイオンのエネルギーが1keV以上20MeV以
下であることを特徴とする請求項5記載の半導体素子の
形成方法。
6. The method for forming a semiconductor device according to claim 5, wherein the energy of the ions for performing the ion implantation in the third and fourth processes is 1 keV or more and 20 MeV or less.
【請求項7】 第3及び第4のプロセスにおいてイオン
打ち込みを行うイオンのエネルギーを2種類以上選び多
重打ち込みをし、第3のプロセスにおいて下地のn型層
と電気的に連続となるようにn型の部分を形成するイオ
ン打ち込みを行うイオンのエネルギーが、第4のフ゜ロセス
において上記n型の部分と不連続なもう一つのn型の部
分を形成するイオン打ち込みするイオンのエネルギーに
比べて大きいことを特徴とする請求項5記載の半導体素
子の形成方法。
7. The method according to claim 7, wherein two or more types of ions to be ion-implanted in the third and fourth processes are selected, and multiple ions are implanted. In the third process, n is electrically connected to the underlying n-type layer. The energy of the ions for performing the ion implantation for forming the mold portion is larger than the energy of the ions for performing the ion implantation for forming another n-type portion discontinuous with the n-type portion in the fourth process. 6. The method for forming a semiconductor device according to claim 5, wherein:
【請求項8】 第3及び第4のプロセスにおいてイオン
打ち込みを行うイオンのドーズ量が1014cm-2以上である
ことを特徴とする請求項5記載の半導体素子の形成方
法。
8. The method for forming a semiconductor device according to claim 5, wherein the dose of ions for performing ion implantation in the third and fourth processes is 10 14 cm −2 or more.
【請求項9】 第3及び第4のプロセスにおいてイオン
打ち込みを行う場合に、炭化珪素基板を300℃以上に
保つことを特徴とする請求項5記載の半導体素子の形成
方法。
9. The method according to claim 5, wherein the temperature of the silicon carbide substrate is kept at 300 ° C. or more when performing ion implantation in the third and fourth processes.
【請求項10】 半導体のそれぞれの構成要素のp型お
よびn型を入れ替えたことを特徴とする請求項5記載の
半導体素子の形成方法。
10. The method for forming a semiconductor device according to claim 5, wherein the p-type and the n-type of each component of the semiconductor are interchanged.
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