JPH0974193A - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents
Silicon carbide semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JPH0974193A JPH0974193A JP7229487A JP22948795A JPH0974193A JP H0974193 A JPH0974193 A JP H0974193A JP 7229487 A JP7229487 A JP 7229487A JP 22948795 A JP22948795 A JP 22948795A JP H0974193 A JPH0974193 A JP H0974193A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon carbide
- layer
- semiconductor layer
- type
- carbide semiconductor
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/63—Vertical IGFETs
- H10D30/635—Vertical IGFETs having no inversion channels, e.g. vertical accumulation channel FETs [ACCUFET] or normally-on vertical IGFETs
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高耐圧、低損失、低閾値電圧、低リーク電流の
炭化珪素半導体装置を提供する。
【解決手段】n+ 型炭化珪素半導体基板1とn- 型炭化
珪素半導体層2とp型炭化珪素半導体層3とが順次積層
されている。p型炭化珪素半導体層3内の表層部の所定
領域にn+ 型ソース領域4が形成され、溝6がn+ 型ソ
ース領域4とp型炭化珪素半導体層3を共に貫通してn
- 型炭化珪素半導体層2に達している。溝6の側面にお
けるn+ 型ソース領域4とp型炭化珪素半導体層3とn
- 型炭化珪素半導体層2の表面には、n型炭化珪素半導
体薄膜層7が延設されている。溝6内にはゲート絶縁膜
8を介してゲート電極層9が配置されている。p型炭化
珪素半導体層3の表面および低抵抗p型炭化珪素領域5
の表面にはソース電極層11が、n+ 型炭化珪素半導体
基板1の表面にはドレイン電極層12が形成されてい
る。
(57) Abstract: A silicon carbide semiconductor device having high breakdown voltage, low loss, low threshold voltage, and low leak current is provided. An n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1, an n − -type silicon carbide semiconductor layer 2 and a p-type silicon carbide semiconductor layer 3 are sequentially laminated. An n + type source region 4 is formed in a predetermined region of the surface layer portion in the p type silicon carbide semiconductor layer 3, and a groove 6 penetrates both the n + type source region 4 and the p type silicon carbide semiconductor layer 3 to form n.
- it has reached the -type silicon carbide semiconductor layer 2. The n + -type source region 4, the p-type silicon carbide semiconductor layer 3, and the n-type source region 4 on the side surface of the trench 6 are formed.
An n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 is provided on the surface of the -type silicon carbide semiconductor layer 2. A gate electrode layer 9 is arranged in the trench 6 with a gate insulating film 8 interposed therebetween. Surface of p-type silicon carbide semiconductor layer 3 and low resistance p-type silicon carbide region 5
A source electrode layer 11 is formed on the surface of, and a drain electrode layer 12 is formed on the surface of the n + type silicon carbide semiconductor substrate 1.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、炭化珪素半導体
装置、例えば、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MOSFETに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device, for example, an insulated gate field effect transistor, and more particularly to a vertical MOSFET for high power.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電力用トランジスタとして炭化珪
素単結晶材料を使用して作製される縦型パワーMOSF
ETが提案されている。電力用トランジスタの損失を低
減するためにはオン抵抗の低減が必要であり、効果的に
オン抵抗低減が可能な素子として図13に示す溝ゲート
型パワーMOSFET(例えば、特開平4−23977
8号公報)が提案されている。図13における溝ゲート
型パワーMOSFETは、n型炭化珪素半導体基板21
上にn型エピタキシャル層22が形成され、さらに、n
型エピタキシャル層22上にp型エピタキシャル層23
が形成され、さらに、p型エピタキシャル層23の所定
領域にn型ソース領域24が形成されている。又、n型
ソース領域24とp型エピタキシャル層23を貫通して
n型エピタキシャル層22に達する凹所25が形成さ
れ、凹所25内にはゲート絶縁膜26を介してゲート電
極27が形成されている。ゲート電極27の上面には絶
縁膜28が形成され、絶縁膜28上を含むn型ソース領
域24上にはソース電極膜29が形成され、n型炭化珪
素半導体基板21の表面にはドレイン電極膜30が形成
されている。2. Description of the Related Art Recently, a vertical power MOSF manufactured using a silicon carbide single crystal material as a power transistor has been developed.
ET is proposed. In order to reduce the loss of the power transistor, it is necessary to reduce the on-resistance, and as an element capable of effectively reducing the on-resistance, the trench gate type power MOSFET shown in FIG. 13 (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-23977).
No. 8) has been proposed. The trench gate type power MOSFET in FIG. 13 is an n-type silicon carbide semiconductor substrate 21.
An n-type epitaxial layer 22 is formed on the n-type epitaxial layer 22.
P-type epitaxial layer 23 on the epitaxial layer 22.
And an n-type source region 24 is formed in a predetermined region of the p-type epitaxial layer 23. Further, a recess 25 penetrating the n-type source region 24 and the p-type epitaxial layer 23 to reach the n-type epitaxial layer 22 is formed, and a gate electrode 27 is formed in the recess 25 via a gate insulating film 26. ing. An insulating film 28 is formed on the upper surface of the gate electrode 27, a source electrode film 29 is formed on the n-type source region 24 including the insulating film 28, and a drain electrode film is formed on the surface of the n-type silicon carbide semiconductor substrate 21. 30 is formed.
【0003】ここで、ソース端子〜ドレイン端子間にキ
ャリアを流すチャネルは、ゲート電極27に電圧を印加
し、ゲート電極27と、凹所25側壁部分のp型エピタ
キシャル層23とに挟まれたゲート絶縁膜26に電界を
与えることにより、ゲート絶縁膜26に接するp型エピ
タキシャル層23の導電型を反転させることで形成して
いた。Here, in the channel through which carriers flow between the source terminal and the drain terminal, a voltage is applied to the gate electrode 27, and the gate is sandwiched between the gate electrode 27 and the p-type epitaxial layer 23 on the side wall of the recess 25. An electric field is applied to the insulating film 26 to invert the conductivity type of the p-type epitaxial layer 23 in contact with the gate insulating film 26.
【0004】さらに、炭化珪素単結晶材料を使用して作
製されるオン抵抗の低減が可能な素子として、図14に
示す、蓄積モードでチャネルを誘起する縦型パワーMO
SFET(米国特許第5323040号)が提案されて
いる。図14における縦型パワーMOSFETは次のよ
うに構成されている。炭化珪素半導体基板31の第1の
表面32aにはn+ 型ドレイン領域33が形成され、こ
のn+ 型ドレイン領域33よりも内方にはn型炭化珪素
半導体ドリフト領域34が形成されている。炭化珪素半
導体基板31の第2の表面32bにはn+ 型ソース領域
35が形成され、このn+ 型ソース領域35と前述のn
型炭化珪素半導体ドリフト領域34との間には、n- 型
炭化珪素半導体チャネル領域36が形成されている。さ
らに、炭化珪素半導体基板31の第2の表面32bには
n型炭化珪素半導体ドリフト領域34に達するトレンチ
37が形成され、n+ 型ソース領域35とn- 型炭化珪
素半導体チャネル領域36を含むメサ領域38が形成さ
れている。トレンチ37の側面37aとトレンチ37の
底面37bに沿って絶縁膜39が形成されている。トレ
ンチ37内にはゲート電極40が形成されている。n+
型ソース領域35、n+ 型ドレイン領域33にはそれぞ
れ、ソース電極41、ドレイン電極42が形成されてい
る。Further, a vertical power MO for inducing a channel in the accumulation mode shown in FIG. 14 is shown as an element capable of reducing the on-resistance, which is manufactured by using a silicon carbide single crystal material.
An SFET (US Pat. No. 5,323,040) has been proposed. The vertical power MOSFET in FIG. 14 is configured as follows. N + type drain region 33 is formed on first surface 32a of silicon carbide semiconductor substrate 31, and n type silicon carbide semiconductor drift region 34 is formed inward of n + type drain region 33. An n + type source region 35 is formed on second surface 32b of silicon carbide semiconductor substrate 31, and this n + type source region 35 and the aforementioned n
An n − type silicon carbide semiconductor channel region 36 is formed between the type silicon carbide semiconductor drift region 34 and the n − type silicon carbide semiconductor channel region 36. Further, a trench 37 reaching n-type silicon carbide semiconductor drift region 34 is formed on second surface 32b of silicon carbide semiconductor substrate 31, and mesa including n + type source region 35 and n − type silicon carbide semiconductor channel region 36 is formed. A region 38 is formed. An insulating film 39 is formed along the side surface 37a of the trench 37 and the bottom surface 37b of the trench 37. A gate electrode 40 is formed in the trench 37. n +
A source electrode 41 and a drain electrode 42 are formed in the type source region 35 and the n + type drain region 33, respectively.
【0005】ここで、ソース端子〜ドレイン端子間のキ
ャリア伝導は、ゲート電極40に電圧を正に印加し、n
- 型炭化珪素半導体チャネル領域36のトレンチ側面3
7a近傍にn型蓄積層チャネル43を形成することで行
っていた。ゲート電極40の仕事関数、n- 型炭化珪素
半導体チャネル領域36の不純物濃度、メサ領域38の
幅Wは、ゲート電極40に電圧を印加しない場合はメサ
領域38が空乏化するように設計されているため、ゲー
ト電極40に電圧を印加しない場合または負の電圧を印
加した場合は、ソース端子〜ドレイン端子間のキャリア
伝導は生じにくくなっている。Here, for carrier conduction between the source terminal and the drain terminal, a positive voltage is applied to the gate electrode 40,
- type trench side 3 of the silicon carbide semiconductor channel region 36
This is done by forming the n-type storage layer channel 43 in the vicinity of 7a. The work function of the gate electrode 40, the impurity concentration of the n − -type silicon carbide semiconductor channel region 36, and the width W of the mesa region 38 are designed so that the mesa region 38 is depleted when no voltage is applied to the gate electrode 40. Therefore, when a voltage is not applied to the gate electrode 40 or a negative voltage is applied, carrier conduction between the source terminal and the drain terminal is less likely to occur.
【0006】このように、図14に示す縦型パワーMO
SFETでは、チャネル蓄積モードで誘起することで閾
値電圧を低くするとともにユニットセル43を小型化
(メサ領域38の幅Wを2μm程度に小さく)すること
で集積度を上げてオン抵抗の低減を図っている。As described above, the vertical power MO shown in FIG.
In the SFET, the threshold voltage is lowered by inducing in the channel accumulation mode, and the unit cell 43 is downsized (the width W of the mesa region 38 is reduced to about 2 μm) to increase the degree of integration and reduce the on-resistance. ing.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図13
に示す溝ゲート型パワーMOSFETは、チャネルが形
成される領域の不純物濃度は、p型エピタキシャル層2
3の不純物濃度で規定されてしまっていた。その結果、
以下に述べるような不具合が生じてしまう。図13に示
す構造のパワーMOSFETの、ソース・ドレイン間耐
圧を決定するパラメータの一つが、p型エピタキシャル
層23の不純物濃度NA とソース領域24とn型エピタ
キシャル層22に挟まれた厚さaである。ソース・ドレ
イン間耐圧は、p型エピタキシャル層23とn型エピタ
キシャル層22のpn接合のアバランシェ条件と、p型
エピタキシャル層23が空乏化してパンチスルーが生じ
る条件で支配される。このため、p型エピタキシャル層
23の不純物濃度NA は十分高く、厚さaも十分厚くす
る必要がある。ところが、p型エピタキシャル層23の
不純物濃度NA を大きくすると、ゲート閾値電圧が高く
なる問題が生じると共に、不純物散乱の増大によりチャ
ネル移動度が低下し、オン抵抗が大きくなる問題があっ
た。又、厚さaを大きくすると、チャネル長が長くな
り、オン抵抗が大きくなる問題もあった。However, as shown in FIG.
In the trench gate type power MOSFET shown in FIG. 3, the impurity concentration of the region where the channel is formed is p type epitaxial layer 2
It was defined by the impurity concentration of 3. as a result,
The following problems will occur. One of the parameters for determining the source-drain breakdown voltage of the power MOSFET having the structure shown in FIG. 13 is the impurity concentration N A of the p-type epitaxial layer 23 and the thickness a sandwiched between the source region 24 and the n-type epitaxial layer 22. Is. The source-drain breakdown voltage is governed by the avalanche condition of the pn junction between the p-type epitaxial layer 23 and the n-type epitaxial layer 22 and the condition that the p-type epitaxial layer 23 is depleted and punch-through occurs. Therefore, the impurity concentration N A of the p-type epitaxial layer 23 must be sufficiently high and the thickness a must be sufficiently thick. However, when the impurity concentration N A of the p-type epitaxial layer 23 is increased, there is a problem that the gate threshold voltage is increased, and the impurity mobility is increased, so that the channel mobility is decreased and the on-resistance is increased. Further, when the thickness a is increased, the channel length becomes longer, and there is a problem that the on-resistance increases.
【0008】このように、高耐圧で動作時の電流損失が
小さく、閾値電圧が低いパワーMOSFETを実現する
には、p型エピタキシャル層とチャネルが形成される領
域の不純物濃度は独立に制御する必要があるが、従来の
構造では困難であった。As described above, in order to realize a power MOSFET having a high breakdown voltage, a small current loss during operation, and a low threshold voltage, it is necessary to independently control the impurity concentrations of the p-type epitaxial layer and the region where the channel is formed. However, it was difficult with the conventional structure.
【0009】上述の問題を解決する手段の一つとして、
シリコン単結晶を使用した溝ゲート型パワーMOSFE
Tにおいては熱拡散法によるチャネル形成層の低濃度化
が行われている。しかし、炭化珪素を使用した溝ゲート
型パワーMOSFETにおいては、炭化珪素中の不純物
原子の熱拡散定数が極めて小さいために熱拡散法が使え
ないという新たな問題があった。As one of means for solving the above problems,
Groove gate type power MOSFE using silicon single crystal
At T, the concentration of the channel forming layer is reduced by the thermal diffusion method. However, in the trench gate type power MOSFET using silicon carbide, there is a new problem that the thermal diffusion method cannot be used because the thermal diffusion constant of impurity atoms in silicon carbide is extremely small.
【0010】又、図14に示す縦型パワーMOSFET
においては、素子のブレークダウンはトレンチ底部の絶
縁膜の耐圧で決まるため、pn接合のアバランシェブレ
ークダウンで耐圧が決まる素子に比べ、破壊耐量が小さ
いという問題があった。又、トランジスタ・オフ時にお
いて、高温条件下では、n+ 型ソース領域35からn -
型炭化珪素半導体チャネル領域36への多数キャリアの
供給が起こり、ソース・ドレイン間リーク電流が大きい
という問題点があった。Further, the vertical power MOSFET shown in FIG.
In, the device breakdown depends on the isolation of the trench bottom.
Since it is determined by the breakdown voltage of the edge film, the avalanche blur of the pn junction
Smaller breakdown strength than an element whose breakdown voltage is determined by breakdown
There was a problem. Also, when the transistor is off
Under high temperature conditions,+Mold source region 35 to n -
Of majority carriers to the silicon carbide semiconductor channel region 36
Supply occurs, and source-drain leakage current is large
There was a problem.
【0011】そこで、この発明の目的は、高耐圧、低損
失、低閾値電圧、低リーク電流の炭化珪素半導体装置を
提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device having high breakdown voltage, low loss, low threshold voltage, and low leak current.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、第1導電型の低抵抗半導体層と第1導電型の高抵抗
半導体層と第2導電型の第1の半導体層とが順に積層さ
れることにより構成され、単結晶炭化珪素よりなる半導
体基板と、前記第1の半導体層内の表層部の所定領域に
形成された第1導電型の半導体領域と、前記半導体領域
と前記第1の半導体層を貫通し前記高抵抗半導体層に達
する溝と、前記溝の側面における前記半導体領域と前記
第1の半導体層と前記高抵抗半導体層の表面に延設さ
れ、炭化珪素の薄膜よりなる第1導電型の第2の半導体
層と、前記溝内における前記第2の半導体層の表面に形
成されたゲート絶縁膜と、前記溝内における前記ゲート
絶縁膜の内側に形成されたゲート電極層と、前記第1の
半導体層の表面および前記半導体領域の表面の一部のう
ちの少なくとも前記半導体領域の表面の一部に形成され
た第1の電極層と、前記低抵抗半導体層の表面に形成さ
れた第2の電極層とを備えた炭化珪素半導体装置をその
要旨とする。According to a first aspect of the present invention, there are provided a first conductivity type low resistance semiconductor layer, a first conductivity type high resistance semiconductor layer, and a second conductivity type first semiconductor layer. A semiconductor substrate made of single-crystal silicon carbide, which is formed by stacking in order, a first-conductivity-type semiconductor region formed in a predetermined region of a surface layer portion of the first semiconductor layer, the semiconductor region, and the semiconductor region. A groove that penetrates the first semiconductor layer and reaches the high-resistance semiconductor layer, a semiconductor region on a side surface of the groove, the semiconductor region, a surface of the first semiconductor layer and the high-resistance semiconductor layer, and a silicon carbide thin film. A first conductive type second semiconductor layer, a gate insulating film formed on the surface of the second semiconductor layer in the groove, and a gate formed inside the gate insulating film in the groove An electrode layer, a surface of the first semiconductor layer and A first electrode layer formed on at least a part of the surface of the semiconductor region among a part of the surface of the semiconductor region, and a second electrode layer formed on the surface of the low resistance semiconductor layer. A silicon carbide semiconductor device is also the subject.
【0013】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明における前記第2の半導体層の結晶型が、前記第
1の半導体層の結晶型と同じである炭化珪素半導体装置
をその要旨とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a silicon carbide semiconductor device in which the crystal type of the second semiconductor layer in the first aspect of the invention is the same as that of the first semiconductor layer. Use as a summary.
【0014】請求項3に記載の発明は、請求項1又は2
に記載の発明における半導体基板と第2の半導体層とが
六方晶系炭化珪素よりなる炭化珪素半導体装置をその要
旨とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided the first or second aspect.
The gist of the invention is a silicon carbide semiconductor device in which the semiconductor substrate and the second semiconductor layer in the invention described in (3) are made of hexagonal silicon carbide.
【0015】請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の
いずれか1項に記載の発明における前記半導体基板にお
ける前記半導体領域が形成される基板表面を略(000
1)カーボン面とした炭化珪素半導体装置をその要旨と
する。According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor substrate according to any one of the first to third aspects, the surface of the substrate on which the semiconductor region is formed is approximately (000).
1) The gist is a silicon carbide semiconductor device having a carbon surface.
【0016】請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の
いずれか1項に記載の発明における前記第2の半導体層
の不純物濃度が、前記低抵抗半導体層および前記半導体
領域の不純物濃度より低い炭化珪素半導体装置をその要
旨とする。 (作用)請求項1に記載の発明によれば、ゲート電極層
(ゲート端子)に電圧を印加してゲート絶縁膜に電界を
与えることにより、第2の半導体層に蓄積型チャネルを
誘起させて、第1の電極層(ソース端子)と第2の電極
層(ドレイン端子)との間にキャリアが流れる。つま
り、第2の半導体層がチャネル形成領域となる。According to a fifth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the impurity concentration of the second semiconductor layer is such that the low resistance semiconductor layer and the semiconductor region have the same impurity concentration. A lower silicon carbide semiconductor device will be the gist. (Operation) According to the invention described in claim 1, by applying a voltage to the gate electrode layer (gate terminal) to apply an electric field to the gate insulating film, a storage channel is induced in the second semiconductor layer. , Carriers flow between the first electrode layer (source terminal) and the second electrode layer (drain terminal). That is, the second semiconductor layer serves as a channel formation region.
【0017】このように、MOSFET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
てチャネルを誘起する反転モードのMOSFETに比
べ、低いゲート電圧でMOSFETを動作させることが
できるとともに、チャネル移動度を大きくすることがで
き、低電流損失で閾値電圧が低い炭化珪素半導体装置が
得られる。又、第1の半導体層(ボディ層)の不純物濃
度とチャネルが形成される第2の半導体層の不純物濃度
とを独立に制御することで、高耐圧、低電流損失で閾値
電圧が低い炭化珪素半導体装置が得られる。つまり、ソ
ース・ドレイン間耐圧は、高抵抗半導体層の不純物濃度
とその膜厚と、第1の半導体層の不純物濃度と高抵抗半
導体層と半導体領域に挟まれた距離Lとで主に支配され
るので、第1の半導体層の不純物濃度を上げて、高抵抗
半導体層と半導体領域に挟まれた距離Lを短くすること
ができる。高抵抗半導体層と半導体領域に挟まれた距離
Lはほぼチャネル長に等しい。このように、高耐圧性を
維持しながらチャネル長を短くすることができ、その結
果、高耐圧、低電流損失の炭化珪素半導体装置が得られ
る。さらに、チャネルが形成される第2の半導体層の不
純物濃度を低くすることで、キャリアが流れる時の不純
物散乱の影響を小さくすることができるため、チャネル
移動度を大きくすることができ、その結果、高耐圧、低
電流損失の炭化珪素半導体装置が得られる。In this way, the MOSFET operation mode is
By setting the accumulation mode that induces the channel without inverting the conductivity type of the channel formation layer, the MOSFET can be operated at a lower gate voltage as compared with the MOSFET of the inversion mode that inverts the conductivity type and induces the channel. In addition, channel mobility can be increased, and a silicon carbide semiconductor device with low current loss and low threshold voltage can be obtained. Further, by independently controlling the impurity concentration of the first semiconductor layer (body layer) and the impurity concentration of the second semiconductor layer in which the channel is formed, high breakdown voltage, low current loss, and low threshold voltage silicon carbide are obtained. A semiconductor device is obtained. That is, the source-drain breakdown voltage is mainly controlled by the impurity concentration of the high resistance semiconductor layer and its film thickness, the impurity concentration of the first semiconductor layer, and the distance L sandwiched between the high resistance semiconductor layer and the semiconductor region. Therefore, the impurity concentration of the first semiconductor layer can be increased and the distance L sandwiched between the high resistance semiconductor layer and the semiconductor region can be shortened. The distance L between the high resistance semiconductor layer and the semiconductor region is almost equal to the channel length. In this way, the channel length can be shortened while maintaining high withstand voltage, and as a result, a silicon carbide semiconductor device with high withstand voltage and low current loss can be obtained. Further, by lowering the impurity concentration of the second semiconductor layer in which a channel is formed, the influence of impurity scattering when carriers flow can be reduced, so that the channel mobility can be increased and, as a result, A silicon carbide semiconductor device having high breakdown voltage and low current loss can be obtained.
【0018】又、第1の半導体層と、チャネルが形成さ
れる第2の半導体層とは異なる結晶型の炭化珪素でもよ
いため、チャネルが形成される第2の半導体層の結晶型
をキャリアが流れる方向の移動度が第1の半導体層より
も大きな結晶型とすることで、低電流損失の炭化珪素半
導体装置が得られる。Further, since the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in which the channel is formed may be made of silicon carbide having a different crystal type, carriers may be used in the crystal type of the second semiconductor layer in which the channel is formed. A silicon carbide semiconductor device with low current loss can be obtained by using a crystal type whose mobility in the flowing direction is larger than that of the first semiconductor layer.
【0019】又、ゲート電圧無印加時のソース・ドレイ
ン電流制御は、ボディー層すなわち第1の半導体層とチ
ャネル形成層すなわち第2の半導体層により形成される
pn接合の空乏層の広がりにより行われ、ノーマリオフ
特性は第2の半導体層を完全に空乏化することで達成さ
れる。Further, the source / drain current control when no gate voltage is applied is performed by expanding the depletion layer of the pn junction formed by the body layer, that is, the first semiconductor layer and the channel forming layer, that is, the second semiconductor layer. The normally-off characteristic is achieved by completely depleting the second semiconductor layer.
【0020】ボディー層すなわち第1の半導体層と、ド
リフト層すなわち高抵抗半導体層はpn接合を形成する
ため、素子の耐圧はソース電極に電位が固定されたボデ
ィー層とドリフト層間のpn接合のアバランシェブレー
クダウンで決まるように設計できるため、破壊耐量を大
きくできる。Since the body layer, that is, the first semiconductor layer and the drift layer, that is, the high-resistance semiconductor layer, form a pn junction, the breakdown voltage of the device depends on the avalanche of the pn junction between the body layer whose potential is fixed to the source electrode and the drift layer. Since it can be designed so as to be determined by breakdown, the breakdown resistance can be increased.
【0021】又、チャネルを形成する第2の半導体層の
不純物濃度は低く、さらに、その膜厚を薄くすることに
より、高温条件下であっても、ソース・ドレイン間のリ
ーク電流を小さくすることができる。Further, the impurity concentration of the second semiconductor layer forming the channel is low, and further, by making the film thickness thin, the leak current between the source and drain can be made small even under high temperature conditions. You can
【0022】請求項2に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加え、第2の半導体層の結晶型
が、第1の半導体層の結晶型と同じであるので、本発明
の構造を容易に形成できる。According to the invention of claim 2, according to claim 1,
In addition to the effect of the invention described in (1), the crystal type of the second semiconductor layer is the same as the crystal type of the first semiconductor layer, so that the structure of the present invention can be easily formed.
【0023】請求項3に記載の発明によれば、請求項1
又は2に記載の発明の作用に加え、半導体基板と第2の
半導体層が六方晶系炭化珪素よりなるので、より好まし
いものとなる。According to the third aspect of the present invention, the first aspect is provided.
Alternatively, in addition to the effect of the invention described in 2, the semiconductor substrate and the second semiconductor layer are made of hexagonal silicon carbide, which is more preferable.
【0024】請求項4に記載の発明によれば、請求項1
〜3のいずれか1項に記載の発明の作用に加え、半導体
基板の表面が略(0001)カーボン面であるので、高
耐圧構造を容易に形成できる。According to the invention of claim 4, claim 1
In addition to the effect of the invention described in any one of 1 to 3, since the surface of the semiconductor substrate is a substantially (0001) carbon surface, the high breakdown voltage structure can be easily formed.
【0025】請求項5に記載の発明によれば、請求項1
〜4のいずれか1項に記載の発明の作用に加え、第2の
半導体層の不純物濃度は、低抵抗半導体層および半導体
領域の不純物濃度より低いので、チャネル抵抗を小さく
できる。According to the invention of claim 5, claim 1
In addition to the action of the invention described in any one of to 4, the impurity concentration of the second semiconductor layer is lower than the impurity concentrations of the low resistance semiconductor layer and the semiconductor region, so that the channel resistance can be reduced.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。図1に、本実施の形態におけるn
チャネルタイプの溝ゲート型パワーMOSFET(縦型
パワーMOSFET)の断面図を示す。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows n in the present embodiment.
The sectional view of a channel type groove gate type power MOSFET (vertical type power MOSFET) is shown.
【0027】低抵抗半導体層としてのn+ 型炭化珪素半
導体基板1は、六方晶系炭化珪素が用いられている。こ
のn+ 型炭化珪素半導体基板1上に、高抵抗半導体層と
してのn- 型炭化珪素半導体層2と第1の半導体層とし
てのp型炭化珪素半導体層3が順次積層されている。Hexagonal system silicon carbide is used for n + type silicon carbide semiconductor substrate 1 as the low resistance semiconductor layer. On this n + type silicon carbide semiconductor substrate 1, an n − type silicon carbide semiconductor layer 2 as a high resistance semiconductor layer and a p type silicon carbide semiconductor layer 3 as a first semiconductor layer are sequentially laminated.
【0028】このように、n+ 型炭化珪素半導体基板1
とn- 型炭化珪素半導体層2とp型炭化珪素半導体層3
とから単結晶炭化珪素よりなる半導体基板13が構成さ
れており、その上面を略(0001)カーボン面として
いる。Thus, the n + type silicon carbide semiconductor substrate 1
And n − -type silicon carbide semiconductor layer 2 and p-type silicon carbide semiconductor layer 3
The semiconductor substrate 13 made of single crystal silicon carbide is constituted by and the upper surface of the semiconductor substrate 13 is a substantially (0001) carbon surface.
【0029】p型炭化珪素半導体層3内の表層部におけ
る所定領域には、半導体領域としてのn+ 型ソース領域
4が形成されている。さらに、p型炭化珪素半導体層3
内の表層部におけるn+ 型ソース領域4の外周側の所定
領域には、低抵抗p型炭化珪素領域5が形成されてい
る。An n + type source region 4 as a semiconductor region is formed in a predetermined region in the surface layer portion of p type silicon carbide semiconductor layer 3. Further, p-type silicon carbide semiconductor layer 3
A low resistance p-type silicon carbide region 5 is formed in a predetermined region on the outer peripheral side of the n + -type source region 4 in the inner surface layer portion.
【0030】又、n+ 型ソース領域4の所定位置に溝6
が形成され、この溝6は、n+ 型ソース領域4とp型炭
化珪素半導体層3を貫通しn- 型炭化珪素半導体層2に
達している。溝6は半導体基板13の表面に垂直な側面
6aおよび半導体基板13の表面に平行な底面6bを有
する。A groove 6 is formed at a predetermined position of the n + type source region 4.
The trench 6 penetrates the n + type source region 4 and the p type silicon carbide semiconductor layer 3 to reach the n − type silicon carbide semiconductor layer 2. The groove 6 has a side surface 6 a perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 13 and a bottom surface 6 b parallel to the surface of the semiconductor substrate 13.
【0031】溝6の側面6aにおけるn+ 型ソース領域
4とp型炭化珪素半導体層3とn-型炭化珪素半導体層
2の表面には、第2の半導体層としてのn型炭化珪素半
導体薄膜層7が延設されている。n型炭化珪素半導体薄
膜層7は厚さがおよそ1000〜5000Å程度の薄膜
よりなり、図14に示した装置におけるメサ領域38の
幅W=2μmに比べ薄くなっている。n型炭化珪素半導
体薄膜層7の結晶型は、p型炭化珪素半導体層3の結晶
型と同じであり、例えば6H−SiCとなっている。こ
の他にも4H−SiCであったり、3C−SiCであっ
てもよい。又、n型炭化珪素半導体薄膜層7の不純物濃
度は、n+ 型炭化珪素半導体基板1およびn+ 型ソース
領域4の不純物濃度より低くなっている。On the surface of the n + type source region 4, the p type silicon carbide semiconductor layer 3 and the n − type silicon carbide semiconductor layer 2 on the side surface 6a of the groove 6, an n type silicon carbide semiconductor thin film as a second semiconductor layer is formed. Layer 7 is extended. The n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 is a thin film having a thickness of about 1000 to 5000 Å, which is thinner than the width W = 2 μm of the mesa region 38 in the device shown in FIG. The crystal type of the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 is the same as that of the p-type silicon carbide semiconductor layer 3, and is 6H—SiC, for example. In addition, 4H-SiC or 3C-SiC may be used. The impurity concentration of n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 is lower than the impurity concentrations of n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1 and n + -type source region 4.
【0032】さらに、溝6内でのn型炭化珪素半導体薄
膜層7の表面と溝6の底面6bにはゲート絶縁膜8が形
成されている。溝6内におけるゲート絶縁膜8の内側に
はゲート電極層9が充填されている。ゲート電極層9は
絶縁膜10にて覆われている。n+ 型ソース領域4の表
面および低抵抗p型炭化珪素領域5の表面には第1の電
極層としてのソース電極層11が形成されている。n+
型炭化珪素半導体基板1の表面(半導体基板13の裏
面)には、第2の電極層としてのドレイン電極層12が
形成されている。Further, a gate insulating film 8 is formed on the surface of the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 in the groove 6 and the bottom surface 6b of the groove 6. A gate electrode layer 9 is filled inside the gate insulating film 8 in the trench 6. Gate electrode layer 9 is covered with insulating film 10. Source electrode layer 11 as a first electrode layer is formed on the surface of n + type source region 4 and the surface of low resistance p type silicon carbide region 5. n +
A drain electrode layer 12 as a second electrode layer is formed on the front surface (back surface of the semiconductor substrate 13) of the silicon carbide semiconductor substrate 1.
【0033】この溝ゲート型パワーMOSFETの動作
としては、ゲート電極層9に正の電圧を印加することに
より、n型炭化珪素半導体薄膜層7に蓄積型チャネルを
誘起させ、ソース電極層11とドレイン電極層12との
間にキャリアが流れる。つまり、n型炭化珪素半導体薄
膜層7がチャネル形成領域となる。The operation of this trench gate type power MOSFET is as follows. By applying a positive voltage to the gate electrode layer 9, a storage type channel is induced in the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7, and the source electrode layer 11 and the drain are formed. Carriers flow to and from the electrode layer 12. That is, the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 becomes the channel formation region.
【0034】このように、MOSFET動作モードとし
てチャネルを誘起させる蓄積モードとすることで、導電
型を反転させてチャネルを誘起する反転モードのMOS
FETに比べ、低いゲート電圧でMOSFETを動作さ
せることができるとともに、チャネル移動度を大きくす
ることができ、低電流損失で閾値電圧が低くなる。又、
ゲート電圧無印加時のソース・ドレイン電流制御は、p
型炭化珪素半導体層3(ボディー層)とn型炭化珪素半
導体薄膜層7(チャネル形成層)により形成されるpn
接合の空乏層の広がりにより行う。ノーマリオフ特性は
n型炭化珪素半導体薄膜層7を完全に空乏化することで
達成することができる。さらに、p型炭化珪素半導体層
3(ボディー層)とn- 型炭化珪素半導体層2(ドリフ
ト層)はpn接合を形成するため、素子の耐圧はソース
電極に固定されたp型炭化珪素半導体層3とn- 型炭化
珪素半導体層2との間のpn接合のアバランシェブレー
クダウンで決まるように設計できるため、破壊耐量を大
きくできる。As described above, by setting the accumulation mode for inducing the channel as the MOSFET operation mode, the MOS in the inversion mode for inverting the conductivity type to induce the channel.
Compared with the FET, the MOSFET can be operated with a lower gate voltage, the channel mobility can be increased, and the threshold voltage becomes low with low current loss. or,
Source / drain current control when no gate voltage is applied is p
Formed by the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 (channel forming layer) and the n-type silicon carbide semiconductor layer 3 (body layer)
This is performed by expanding the depletion layer of the junction. The normally-off characteristic can be achieved by completely depleting the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7. Further, since the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 (body layer) and the n − -type silicon carbide semiconductor layer 2 (drift layer) form a pn junction, the breakdown voltage of the element is a p-type silicon carbide semiconductor layer fixed to the source electrode. Since it can be designed to be determined by the avalanche breakdown of the pn junction between the n - type silicon carbide semiconductor layer 2 and the n − type silicon carbide semiconductor layer 2, the breakdown resistance can be increased.
【0035】又、p型炭化珪素半導体層3の不純物濃度
とn型炭化珪素半導体薄膜層7の不純物濃度とを独立に
制御することで、高耐圧、低電流損失で閾値電圧が低い
MOSFETとなる。特に、チャネルを形成するn型炭
化珪素半導体薄膜層7の不純物濃度を低くすることで、
キャリアが流れる時の不純物散乱の影響が小さくなり、
チャネル移動度を大きくすることができる。ソース・ド
レイン間耐圧は、n-型炭化珪素半導体層2、p型炭化
珪素半導体層3の不純物濃度及びその膜厚で主に支配さ
れるので、p型炭化珪素半導体層3の不純物濃度を上げ
て、高抵抗半導体層と半導体領域に挟まれた距離Lを短
くすることができ、高耐圧性を維持しながら、チャネル
長を短くすることができる。そのため、チャネル抵抗を
飛躍的に低減でき、ソース・ドレイン間のオン抵抗を低
減することができる。Further, by independently controlling the impurity concentration of p-type silicon carbide semiconductor layer 3 and the impurity concentration of n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7, a MOSFET having a high withstand voltage, low current loss and low threshold voltage can be obtained. . In particular, by lowering the impurity concentration of the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 forming the channel,
The influence of impurity scattering when carriers flow is reduced,
Channel mobility can be increased. Since the source-drain breakdown voltage is mainly controlled by the impurity concentration of the n − type silicon carbide semiconductor layer 2 and the p type silicon carbide semiconductor layer 3 and its film thickness, the impurity concentration of the p type silicon carbide semiconductor layer 3 is increased. Thus, the distance L sandwiched between the high resistance semiconductor layer and the semiconductor region can be shortened, and the channel length can be shortened while maintaining high withstand voltage. Therefore, the channel resistance can be dramatically reduced, and the on-resistance between the source and drain can be reduced.
【0036】次に、溝ゲート型パワーMOSFETの製
造工程を、図2〜図8を用いて説明する。まず、図2に
示すように、n+ 型炭化珪素半導体基板1を用意し、そ
の表面にn- 型炭化珪素半導体層2をエピタキシャル成
長し、さらにn- 型炭化珪素半導体層2上にp型炭化珪
素半導体層3をエピタキシャル成長する。このようにし
て、n+ 型炭化珪素半導体基板1とn- 型炭化珪素半導
体層2とp型炭化珪素半導体層3とからなる半導体基板
13が形成される。Next, the manufacturing process of the trench gate type power MOSFET will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, an n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1 is prepared, an n − -type silicon carbide semiconductor layer 2 is epitaxially grown on the surface of the n − -type silicon carbide semiconductor layer 2, and a p-type carbon carbide semiconductor layer 2 is further formed on the n − -type silicon carbide semiconductor layer 2. The silicon semiconductor layer 3 is epitaxially grown. Thus, semiconductor substrate 13 formed of n + type silicon carbide semiconductor substrate 1, n − type silicon carbide semiconductor layer 2 and p type silicon carbide semiconductor layer 3 is formed.
【0037】次に、図3に示すように、p型炭化珪素半
導体層3の表層部の所定領域に、n + 型ソース領域4
を、例えば窒素のイオン注入により形成する。さらに、
p型炭化珪素半導体層3の表層部の別の所定領域に低抵
抗p型炭化珪素領域5を、例えばアルミニウムのイオン
注入により形成する。Next, as shown in FIG.
In a predetermined region of the surface portion of the conductor layer 3, n +Mold source area 4
Are formed by, for example, ion implantation of nitrogen. further,
A low resistance is applied to another predetermined region of the surface layer portion of the p-type silicon carbide semiconductor layer 3.
The anti-p-type silicon carbide region 5 is formed by, for example, aluminum ions.
It is formed by injection.
【0038】そして、図4に示すように、n+ 型ソース
領域4及びp型炭化珪素半導体層3を共に貫通してn-
型炭化珪素半導体層2に達する溝6を形成する。さら
に、図5に示すように、溝6の側面6aにn型炭化珪素
半導体薄膜層7を形成する。つまり、溝6の内壁におけ
るn+ 型ソース領域4、p型炭化珪素半導体層3および
n- 型炭化珪素半導体層2の表面に延びるn型炭化珪素
半導体薄膜層7を形成する。ここで、溝側面6aのn型
炭化珪素半導体薄膜層7の不純物濃度は、n+ 型炭化珪
素半導体基板1およびn+ 型ソース領域4の不純物濃度
より低く設定する。より具体的なn型炭化珪素半導体薄
膜層7の形成方法としては、CVD法により、6H−S
iCの上に6H−SiCの薄膜層7をホモエピタキシャ
ル成長させる。Then, as shown in FIG. 4, n − -type source region 4 and p-type silicon carbide semiconductor layer 3 are penetrated together to form n − −.
Groove 6 reaching type silicon carbide semiconductor layer 2 is formed. Further, as shown in FIG. 5, n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 is formed on side surface 6 a of groove 6. That is, the n + type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 extending to the surfaces of the n + type source region 4, the p type silicon carbide semiconductor layer 3 and the n − type silicon carbide semiconductor layer 2 on the inner wall of the groove 6 is formed. Here, the impurity concentration of n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 on trench side surface 6a is set lower than the impurity concentrations of n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1 and n + -type source region 4. A more specific method for forming the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 is 6H-S by the CVD method.
A 6H—SiC thin film layer 7 is homoepitaxially grown on iC.
【0039】引き続き、図6に示すように、半導体基板
13およびn型炭化珪素半導体薄膜層7の表面と溝6の
底面6bにゲート絶縁膜8を形成する。そして、図7に
示すように、溝6内のゲート絶縁膜8の内側にゲート電
極層9を充填する。さらに、図8に示すように、ゲート
電極層9の上面に絶縁膜10を形成する。その後、図1
に示すように、絶縁膜10上を含むソース領域4と低抵
抗p型炭化珪素領域5の上に、ソース電極層11を形成
する。又、n+ 型炭化珪素半導体基板1の表面に、ドレ
イン電極層12を形成して、溝ゲート型パワーMOSF
ETを完成する。Subsequently, as shown in FIG. 6, gate insulating film 8 is formed on the surfaces of semiconductor substrate 13 and n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 and on bottom surface 6b of trench 6. Then, as shown in FIG. 7, the gate electrode layer 9 is filled inside the gate insulating film 8 in the trench 6. Further, as shown in FIG. 8, the insulating film 10 is formed on the upper surface of the gate electrode layer 9. Then, FIG.
As shown in, the source electrode layer 11 is formed on the source region 4 including the insulating film 10 and the low resistance p-type silicon carbide region 5. Further, the drain electrode layer 12 is formed on the surface of the n + type silicon carbide semiconductor substrate 1 to form the trench gate type power MOSF.
Complete the ET.
【0040】このように本実施の形態では、溝6の側面
6aにn型炭化珪素半導体薄膜層7を配置し、このn型
炭化珪素半導体薄膜層7に対しゲート絶縁膜8を介して
ゲート電極層9を設けたので、チャネル形成領域となる
n型炭化珪素半導体薄膜層7をp型炭化珪素半導体層3
とは独立して濃度調整でき、高耐圧、低電流損失で閾値
電圧を低くできる。又、チャネルを形成するn型炭化珪
素半導体薄膜層7の不純物濃度は低く、さらに、その膜
厚を1000〜5000Å程度に薄くすることにより、
高温条件下であっても、ソース・ドレイン間のリーク電
流を小さくすることができる。As described above, in the present embodiment, the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 is arranged on the side surface 6a of the groove 6, and the gate electrode is formed on the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 via the gate insulating film 8. Since the layer 9 is provided, the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 serving as the channel forming region is formed as the p-type silicon carbide semiconductor layer 3
The concentration can be adjusted independently, and the threshold voltage can be lowered with high breakdown voltage and low current loss. Further, the impurity concentration of the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 forming the channel is low, and by further reducing the film thickness to about 1000 to 5000Å,
Even under high temperature conditions, the leak current between the source and drain can be reduced.
【0041】これまで述べた構成の他にも、例えば、n
+ 型ソース領域4と低抵抗p型炭化珪素領域5に形成さ
れるソース電極は、異なる材料でもよい。又、低抵抗p
型炭化珪素領域5は省略も可能であり、この場合ソース
電極層11はn+ 型ソース領域4とp型炭化珪素半導体
層3に接するように形成される。又、ソース電極層11
は、少なくともn+ 型ソース領域4の表面に形成されて
いればよい。In addition to the configuration described above, for example, n
The source electrodes formed in the + type source region 4 and the low resistance p type silicon carbide region 5 may be made of different materials. Also, low resistance p
The type silicon carbide region 5 can be omitted. In this case, the source electrode layer 11 is formed so as to contact the n + type source region 4 and the p type silicon carbide semiconductor layer 3. Also, the source electrode layer 11
Need only be formed on at least the surface of the n + type source region 4.
【0042】さらに、上述した例では、nチャネル縦型
MOSFETに適用した場合について説明したが、図1
においてp型とn型を入れ替えた、pチャネル縦型MO
SFETにおいても、同じ効果が得られる。Further, in the above-mentioned example, the case where the invention is applied to the n-channel vertical MOSFET is explained, but FIG.
P-channel vertical MO with p-type and n-type interchanged
The same effect can be obtained in the SFET.
【0043】さらには、図1では、溝6は基板表面に対
し側面6aが90°となっているが、図9に示すよう
に、溝6の側面6aと基板表面のなす角度は必ずしも9
0°でなくてもよい。又、溝6は、底面を有しないV字
形でもよい。Further, in FIG. 1, the side surface 6a of the groove 6 is 90 ° with respect to the substrate surface, but as shown in FIG. 9, the angle between the side surface 6a of the groove 6 and the substrate surface is not always 9 °.
It need not be 0 °. Further, the groove 6 may be V-shaped without a bottom surface.
【0044】尚、溝6の側面と基板13表面のなす角度
は、チャネル移動度が大きくなるように設計することに
より、よりよい効果が得られる。又、図10に示すよう
に、ゲート電極層9の上部が、n+ 型ソース領域4の上
方に延びる形状であってもよい。本構成とすることで、
n+ 型ソース領域4とn型炭化珪素半導体薄膜層7に誘
起されたチャネルとの接続抵抗を低減することができ
る。It should be noted that the angle formed between the side surface of the groove 6 and the surface of the substrate 13 is designed so that the channel mobility is large, so that a better effect can be obtained. Further, as shown in FIG. 10, the upper portion of the gate electrode layer 9 may have a shape extending above the n + type source region 4. With this configuration,
The connection resistance between n + type source region 4 and the channel induced in n type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 can be reduced.
【0045】さらに、図11に示すように、ゲート絶縁
膜8の厚さは、チャネルが形成されるn型炭化珪素半導
体薄膜層7の中央部と下端でほぼ等しく、かつn型炭化
珪素半導体薄膜層7の下端より下までゲート電極層9が
延びている構造であってもよい。本構成とすることでn
型炭化珪素半導体薄膜層7に誘起されたチャネルとドレ
イン領域との接続抵抗を低減することができる。Further, as shown in FIG. 11, the thickness of gate insulating film 8 is substantially equal at the central portion and the lower end of n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 in which a channel is formed, and at the same time n-type silicon carbide semiconductor thin film is formed. The structure may be such that the gate electrode layer 9 extends below the lower end of the layer 7. With this configuration, n
The connection resistance between the channel and the drain region induced in the silicon carbide semiconductor thin film layer 7 can be reduced.
【0046】さらには、図12に示すように実施しても
よい。つまり、図10に示したようにゲート電極層9の
上部がn+ 型ソース領域4の上方に延びる形状であっ
て、かつ、図11に示したようにn型炭化珪素半導体薄
膜層7の下端より下までゲートゲート電極層9が延びて
いる構造であってもよい。Further, it may be carried out as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 10, the upper part of gate electrode layer 9 has a shape extending above n + type source region 4, and as shown in FIG. 11, the lower end of n type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 is formed. The structure may be such that the gate gate electrode layer 9 extends further down.
【0047】又、n型炭化珪素半導体薄膜層7とp型炭
化珪素半導体層3とは異なる結晶型でもよく、例えば、
p型炭化珪素半導体層3を6HのSiC、n型炭化珪素
半導体薄膜層7を4HのSiCとしてキャリアが流れる
方向の移動度を大きくすることにより低電流損失のMO
SFETが得られる。The n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 and the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 may have different crystal types.
The p-type silicon carbide semiconductor layer 3 is made of SiC of 6H and the n-type silicon carbide semiconductor thin film layer 7 is made of SiC of 4H to increase the mobility in the direction in which carriers flow to reduce MO current with low current loss.
SFET is obtained.
【0048】さらに、本発明の主旨を逸脱しない範囲で
の変形も含むことは言うまでもない。Needless to say, modifications are included without departing from the spirit of the present invention.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
高耐圧、低損失、低閾値電圧、低リーク電流な装置とす
ることができる優れた効果を発揮する。As described above in detail, according to the present invention,
An excellent effect that a device having high withstand voltage, low loss, low threshold voltage, and low leak current can be obtained.
【図1】 実施の形態を説明するためのnチャネル溝型
SiC・MOSFETの断面構造模式図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional structure diagram of an n-channel groove type SiC MOSFET for explaining an embodiment.
【図2】 nチャネル溝型SiC・MOSFETの製造
工程を説明するための断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of an n-channel groove type SiC MOSFET.
【図3】 nチャネル溝型SiC・MOSFETの製造
工程を説明するための断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of an n-channel groove type SiC MOSFET.
【図4】 nチャネル溝型SiC・MOSFETの製造
工程を説明するための断面図。FIG. 4 is a sectional view for explaining a manufacturing process of the n-channel groove type SiC MOSFET.
【図5】 nチャネル溝型SiC・MOSFETの製造
工程を説明するための断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the n-channel groove type SiC MOSFET.
【図6】 nチャネル溝型SiC・MOSFETの製造
工程を説明するための断面図。FIG. 6 is a sectional view for explaining a manufacturing process of the n-channel groove type SiC MOSFET.
【図7】 nチャネル溝型SiC・MOSFETの製造
工程を説明するための断面図。FIG. 7 is a sectional view for explaining a manufacturing process of the n-channel groove type SiC MOSFET.
【図8】 nチャネル溝型SiC・MOSFETの製造
工程を説明するための断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the n-channel groove type SiC MOSFET.
【図9】 応用例を説明するためのnチャネル溝型Si
C・MOSFETの断面構造模式図。FIG. 9 is an n-channel groove type Si for explaining an application example.
Schematic sectional view of a C-MOSFET.
【図10】 応用例を説明するためのnチャネル溝型S
iC・MOSFETの断面構造模式図。FIG. 10 is an n-channel groove type S for explaining an application example.
Schematic sectional view of an iC-MOSFET.
【図11】 応用例を説明するためのnチャネル溝型S
iC・MOSFETの断面構造模式図。FIG. 11 is an n-channel groove type S for explaining an application example.
Schematic sectional view of an iC-MOSFET.
【図12】 応用例を説明するためのnチャネル溝型S
iC・MOSFETの断面構造模式図。FIG. 12 is an n-channel groove type S for explaining an application example.
Schematic sectional view of an iC-MOSFET.
【図13】 従来の炭化珪素溝ゲート型パワーMOSF
ETの断面構造模式図。FIG. 13: Conventional silicon carbide trench gate type power MOSF
Schematic diagram of the cross-sectional structure of ET.
【図14】 従来の炭化珪素縦型パワーMOSFETの
断面構造模式図。FIG. 14 is a schematic cross-sectional structure diagram of a conventional silicon carbide vertical power MOSFET.
1…低抵抗半導体層としてのn+ 型炭化珪素半導体基
板、2…高抵抗半導体層としてのn- 型炭化珪素半導体
層、3…第1の半導体層としてのp型炭化珪素半導体
層、4…半導体領域としてのn+ 型ソース領域、6…
溝、6a…側面、6b…底面、7…第2の半導体層とし
てのn型炭化珪素半導体薄膜層、8…ゲート絶縁膜、9
…ゲート電極層、11…第1の電極層としてのソース電
極層、12…第2の電極層としてのドレイン電極層、1
3…半導体基板DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n <+> type | mold silicon carbide semiconductor substrate as a low resistance semiconductor layer, 2 ... n < - > type | mold silicon carbide semiconductor layer as a high resistance semiconductor layer, 3 ... p type silicon carbide semiconductor layer as a 1st semiconductor layer, 4 ... N + type source region as a semiconductor region, 6 ...
Groove, 6a ... Side surface, 6b ... Bottom surface, 7 ... N-type silicon carbide semiconductor thin film layer as second semiconductor layer, 8 ... Gate insulating film, 9
... gate electrode layer, 11 ... source electrode layer as first electrode layer, 12 ... drain electrode layer as second electrode layer, 1
3 ... Semiconductor substrate
Claims (5)
型の高抵抗半導体層と第2導電型の第1の半導体層とが
順に積層されることにより構成され、単結晶炭化珪素よ
りなる半導体基板と、 前記第1の半導体層内の表層部の所定領域に形成された
第1導電型の半導体領域と、 前記半導体領域と前記第1の半導体層を貫通し前記高抵
抗半導体層に達する溝と、 前記溝の側面における前記半導体領域と前記第1の半導
体層と前記高抵抗半導体層の表面に延設され、炭化珪素
の薄膜よりなる第1導電型の第2の半導体層と、 少なくとも前記溝内における前記第2の半導体層の表面
に形成されたゲート絶縁膜と、 前記溝内における前記ゲート絶縁膜の内側に形成された
ゲート電極層と、 前記第1の半導体層の表面および前記半導体領域の表面
の一部のうちの少なくとも前記半導体領域の一部の表面
に形成された第1の電極層と、 前記低抵抗半導体層の表面に形成された第2の電極層と
を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置。1. A single-crystal silicon carbide, which is formed by sequentially laminating a low-resistance semiconductor layer of a first conductivity type, a high-resistance semiconductor layer of a first conductivity type, and a first semiconductor layer of a second conductivity type. A semiconductor substrate made of: a semiconductor region of a first conductivity type formed in a predetermined region of a surface layer portion in the first semiconductor layer; the high-resistance semiconductor layer penetrating the semiconductor region and the first semiconductor layer; And a second conductivity type second semiconductor layer formed of a silicon carbide thin film and extending on the surfaces of the semiconductor region, the first semiconductor layer and the high resistance semiconductor layer on the side surface of the groove. A gate insulating film formed on at least the surface of the second semiconductor layer in the groove, a gate electrode layer formed inside the gate insulating film in the groove, and a surface of the first semiconductor layer And a part of the surface of the semiconductor region Of the silicon carbide, a first electrode layer formed on at least a part of the surface of the semiconductor region, and a second electrode layer formed on the surface of the low-resistance semiconductor layer. Semiconductor device.
1の半導体層の結晶型と同じである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。2. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the crystal type of the second semiconductor layer is the same as the crystal type of the first semiconductor layer.
方晶系炭化珪素よりな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。3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate and the second semiconductor layer are made of hexagonal silicon carbide.
が形成される基板表面を略(0001)カーボン面とし
たことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載
の炭化珪素半導体装置。4. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate surface of the semiconductor substrate on which the semiconductor region is formed has a substantially (0001) carbon surface.
記低抵抗半導体層および前記半導体領域の不純物濃度よ
り低いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に
記載の炭化珪素半導体装置。5. The silicon carbide according to claim 1, wherein the impurity concentration of the second semiconductor layer is lower than the impurity concentrations of the low resistance semiconductor layer and the semiconductor region. Semiconductor device.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22948795A JP3307184B2 (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Silicon carbide semiconductor device |
| FR9610880A FR2738394B1 (en) | 1995-09-06 | 1996-09-06 | SILICON CARBIDE SEMICONDUCTOR DEVICE, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
| DE19636302A DE19636302C2 (en) | 1995-09-06 | 1996-09-06 | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method |
| KR1019960038644A KR100199997B1 (en) | 1995-09-06 | 1996-09-06 | Silicon carbide semiconductor device |
| US08/893,221 US5976936A (en) | 1995-09-06 | 1997-07-15 | Silicon carbide semiconductor device |
| US08/938,805 US6020600A (en) | 1995-09-06 | 1997-09-26 | Silicon carbide semiconductor device with trench |
| US09/265,582 US6573534B1 (en) | 1995-09-06 | 1999-03-10 | Silicon carbide semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22948795A JP3307184B2 (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Silicon carbide semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0974193A true JPH0974193A (en) | 1997-03-18 |
| JP3307184B2 JP3307184B2 (en) | 2002-07-24 |
Family
ID=16892941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22948795A Expired - Lifetime JP3307184B2 (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Silicon carbide semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3307184B2 (en) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11251592A (en) * | 1998-01-05 | 1999-09-17 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device |
| US6054752A (en) * | 1997-06-30 | 2000-04-25 | Denso Corporation | Semiconductor device |
| US6262439B1 (en) | 1997-11-28 | 2001-07-17 | Denso Corporation | Silicon carbide semiconductor device |
| JP2007281265A (en) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | Trench-type MOSFET and manufacturing method thereof |
| JP2008109150A (en) * | 2007-11-30 | 2008-05-08 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US8053784B2 (en) | 2006-08-08 | 2011-11-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same |
| WO2013001782A1 (en) | 2011-06-27 | 2013-01-03 | パナソニック株式会社 | Silicon carbide semiconductor element and method for producing same |
| WO2013094328A1 (en) | 2011-12-20 | 2013-06-27 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor device and method for producing same |
| JPWO2012017798A1 (en) * | 2010-08-03 | 2013-10-03 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US8772788B2 (en) | 2011-05-30 | 2014-07-08 | Panasonic Corporation | Semiconductor element and method of manufacturing thereof |
| JP2014239146A (en) * | 2013-06-07 | 2014-12-18 | 住友電気工業株式会社 | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US9087894B2 (en) | 2012-02-10 | 2015-07-21 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the device |
| US9099553B2 (en) | 2012-01-13 | 2015-08-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing same |
| US9721900B2 (en) | 2015-12-11 | 2017-08-01 | J-Devices Corporation | Semiconductor package and its manufacturing method |
| CN111725182A (en) * | 2019-03-18 | 2020-09-29 | 株式会社东芝 | Semiconductor device and control method thereof |
| CN114843347A (en) * | 2022-07-04 | 2022-08-02 | 香港中文大学(深圳) | Silicon carbide MOSFET with high channel mobility and preparation method thereof |
| WO2024198437A1 (en) * | 2023-03-29 | 2024-10-03 | 广州华瑞升阳投资有限公司 | Semiconductor component |
-
1995
- 1995-09-06 JP JP22948795A patent/JP3307184B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6054752A (en) * | 1997-06-30 | 2000-04-25 | Denso Corporation | Semiconductor device |
| US6262439B1 (en) | 1997-11-28 | 2001-07-17 | Denso Corporation | Silicon carbide semiconductor device |
| JPH11251592A (en) * | 1998-01-05 | 1999-09-17 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device |
| US6165822A (en) * | 1998-01-05 | 2000-12-26 | Denso Corporation | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US6452228B1 (en) | 1998-01-05 | 2002-09-17 | Denso Corporation | Silicon carbide semiconductor device |
| JP2007281265A (en) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | Trench-type MOSFET and manufacturing method thereof |
| US8053784B2 (en) | 2006-08-08 | 2011-11-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2008109150A (en) * | 2007-11-30 | 2008-05-08 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JPWO2012017798A1 (en) * | 2010-08-03 | 2013-10-03 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US8772788B2 (en) | 2011-05-30 | 2014-07-08 | Panasonic Corporation | Semiconductor element and method of manufacturing thereof |
| WO2013001782A1 (en) | 2011-06-27 | 2013-01-03 | パナソニック株式会社 | Silicon carbide semiconductor element and method for producing same |
| US8686439B2 (en) | 2011-06-27 | 2014-04-01 | Panasonic Corporation | Silicon carbide semiconductor element |
| US8748901B1 (en) | 2011-06-27 | 2014-06-10 | Panasonic Corporation | Silicon carbide semiconductor element |
| US8829605B2 (en) | 2011-12-20 | 2014-09-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor device having deep and shallow trenches |
| WO2013094328A1 (en) | 2011-12-20 | 2013-06-27 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor device and method for producing same |
| US9099553B2 (en) | 2012-01-13 | 2015-08-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing same |
| US9087894B2 (en) | 2012-02-10 | 2015-07-21 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the device |
| JP2014239146A (en) * | 2013-06-07 | 2014-12-18 | 住友電気工業株式会社 | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US9721900B2 (en) | 2015-12-11 | 2017-08-01 | J-Devices Corporation | Semiconductor package and its manufacturing method |
| CN111725182A (en) * | 2019-03-18 | 2020-09-29 | 株式会社东芝 | Semiconductor device and control method thereof |
| CN111725182B (en) * | 2019-03-18 | 2023-08-22 | 株式会社东芝 | Semiconductor device and control method thereof |
| CN114843347A (en) * | 2022-07-04 | 2022-08-02 | 香港中文大学(深圳) | Silicon carbide MOSFET with high channel mobility and preparation method thereof |
| WO2024198437A1 (en) * | 2023-03-29 | 2024-10-03 | 广州华瑞升阳投资有限公司 | Semiconductor component |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3307184B2 (en) | 2002-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3385938B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP3719323B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| KR100199997B1 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| US6057558A (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| KR100263824B1 (en) | Silicon Carbide Semiconductor Devices and Processes for Manufacturing the Same | |
| US7915617B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP4192353B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3837178B2 (en) | High power MOS field effect trench transistor device | |
| JP5586887B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3307184B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| US5719409A (en) | Silicon carbide metal-insulator semiconductor field effect transistor | |
| CN100459153C (en) | SiC-MISFET and method for fabricating the same | |
| KR100474214B1 (en) | Silicon carbide horizontal channel buffered gate semiconductor devices | |
| JP4595144B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US20040135178A1 (en) | Semiconductor device | |
| JPH11261061A (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JPH11251592A (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| JPH09508492A (en) | Three-terminal gate-controlled semiconductor switching device with rectifying gate | |
| JPH09172159A (en) | SiC semiconductor device | |
| JP2001077363A (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| US20180097079A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
| JP3800047B2 (en) | Field effect transistor | |
| US6515302B1 (en) | Power devices in wide bandgap semiconductor | |
| JP2003309262A (en) | Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method | |
| JP7150609B2 (en) | Short channel trench power MOSFET |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080517 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110517 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120517 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120517 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130517 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140517 Year of fee payment: 12 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |