(57)【要約】【課題】  炭化珪素トランジスタ装置の、微細化によるデバイス特性改善を阻む要因を除去する。【解決手段】  高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）表面上にエピタキシャル成長により低濃度ｎ型ドリフト層（３）、更に、互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域（４）を形成し、該構造上に低濃度ｎ型チャネル領域（７）と低濃度ｎ型領域１（９）をエピタキシャル成長させ、イオン注入により高濃度ｎ型ソース領域（５）を形成し、前記高濃度ｎ型ソース領域（５）上へソース電極（６）、ドライエッチングによりデバイスセル外に露出した高濃度ｐ型層（１０）上へゲート電極（８）、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）の裏面にドレイン電極（１）を形成する。【選択図】  図１
2006253292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度ｎ型炭化珪素基板と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層と、該低濃度ｎ型ドリフト層上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域と、同一のエピタキシャル成長工程により同一不純物濃度を有するように形成され、互いに隣り合った前記高濃度ｐ型ゲート領域の間に位置する低濃度ｎ型チャネル領域と、該低濃度ｎ型チャネル領域及び前記高濃度ｐ型ゲート領域上部に位置する低濃度ｎ型領域１と、該低濃度ｎ型領域１上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域と、該高濃度ｎ型ソース領域上に形成されたソース電極、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板の裏面に形成されたドレイン電極、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域に電気的に接続されたゲート電極から構成されていることを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の炭化珪素トランジスタ装置において、前記低濃度ｎ型チャネル領域の不純物濃度と前記低濃度ｎ型領域１の不純物濃度が、前記低濃度ｎ型ドリフト層と同一不純物濃度であることを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置。
【請求項３】
高濃度ｎ型炭化珪素基板と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層と、該低濃度ｎ型ドリフト層上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域と、同一のエピタキシャル成長工程により同一不純物濃度を有し、且つ前記低濃度ｎ型ドリフト層よりも不純物濃度が低くなる様に形成され、互いに隣り合った前記高濃度ｐ型ゲート領域の間に位置する低濃度ｎ型チャネル領域と、該低濃度ｎ型チャネル領域及び前記高濃度ｐ型ゲート領域上部に位置する低濃度ｎ型領域１と、該低濃度ｎ型領域１上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域と、該高濃度ｎ型ソース領域上に形成されたソース電極、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板の裏面に形成されたドレイン電極、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域に電気的に接続されたゲート電極から構成されていることを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置。
【請求項４】
高濃度ｎ型炭化珪素基板と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層と、該低濃度ｎ型ドリフト層上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域と、同一のエピタキシャル成長工程により同一不純物濃度を有し、且つ前記低濃度ｎ型ドリフト層よりも不純物濃度が高くなる様に形成され、互いに隣り合った前記高濃度ｐ型ゲート領域の間に位置する低濃度ｎ型チャネル領域と、該低濃度ｎ型チャネル領域及び前記高濃度ｐ型ゲート領域上部に位置する低濃度ｎ型領域１と、該低濃度ｎ型領域１上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域と、該高濃度ｎ型ソース領域上に形成されたソース電極、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板の裏面に形成されたドレイン電極、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域に電気的に接続されたゲート電極から構成されていることを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置。
【請求項５】
高濃度ｎ型炭化珪素基板と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層と、該低濃度ｎ型ドリフト層上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域と、互いに隣り合った該高濃度ｐ型ゲート領域の間に位置する低濃度ｎ型チャネル領域と、該低濃度ｎ型チャネル領域及び前記高濃度ｐ型ゲート領域上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域と、該高濃度ｎ型ソース領域上に形成されたソース電極、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板の裏面に形成されたドレイン電極、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域に電気的に接続されたゲート電極から構成されていることを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の炭化珪素トランジスタ装置において、前記低濃度ｎ型チャネル領域と、前記低濃度ｎ型ドリフト層とが同一不純物濃度であることを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置。
【請求項７】
高濃度ｎ型炭化珪素基板と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層と、該低濃度ｎ型ドリフト層上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域と、互いに隣り合った該高濃度ｐ型ゲート領域の間に位置し、且つ前記低濃度ｎ型ドリフト層よりも不純物濃度が低くなる様に形成された低濃度ｎ型チャネル領域と、該低濃度ｎ型チャネル領域及び前記高濃度ｐ型ゲート領域上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域と、該高濃度ｎ型ソース領域上に形成されたソース電極、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板の裏面に形成されたドレイン電極、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域に電気的に接続されたゲート電極から構成されていることを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置。
【請求項８】
高濃度ｎ型炭化珪素基板と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層と、該低濃度ｎ型ドリフト層上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域と、互いに隣り合った該高濃度ｐ型ゲート領域の間に位置し、且つ前記低濃度ｎ型ドリフト層よりも不純物濃度が高くなる様に形成された低濃度ｎ型チャネル領域と、該低濃度ｎ型チャネル領域及び前記高濃度ｐ型ゲート領域上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域と、該高濃度ｎ型ソース領域上に形成されたソース電極、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板の裏面に形成されたドレイン電極、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域に電気的に接続されたゲート電極から構成されていることを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の炭化珪素トランジスタ装置において、高濃度ｎ型炭化珪素基板として（０００１）面、又は（０００−１）面から傾斜した表面を有する六方晶系炭化珪素基板を使用し、互いに離間した高濃度ｐ型ゲート領域の長手方向が、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板の傾き方向に対して平行になるように配置されたことを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の炭化珪素トランジスタ装置において、低濃度ｎ型ドリフト層上に、エピタキシャル成長、又はイオン注入により高濃度ｐ型層を形成し、その後ドライエッチングにより互いに離間せしめることにより複数の高濃度ｐ型ゲート領域を形成することを特徴とする炭化珪素トランジスタ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素を用いたトランジスタ装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素はシリコンと比較してバンドギャップが広く絶縁破壊電界強度が１０倍以上大きい事から、特にパワー半導体素子の分野でシリコンに置き換わるべき新しい半導体材料として注目されている。特に、その応用範囲の広さから実現が期待されている炭化珪素ユニポーラ型スイッチング素子としては金属-酸化膜-半導体型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、及び静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ又はＪＦＥＴ）が挙げられるが、ＭＯＳＦＥＴは酸化膜/半導体界面の高い界面準位密度の影響でチャネル部分の抵抗が非常に高い事が大きな問題となっている。一方、ＳＩＴは固体中にチャネルが形成されることから、炭化珪素中の高い電子移動度（〜９００ｃｍ２／Ｖｓ）をそのまま生かすことが出来るため、炭化珪素の物性限界に近い低オン抵抗化が可能であると期待されている。
【０００３】
図３は従来試みられてきた静電誘導型炭化珪素トランジスタ装置の基本構造である。高濃度ｎ型炭化珪素基板（２２）上に、エピタキシャル成長により低濃度ｎ型層（２３）を形成する。その後、アルミニウム（Ａｌ）又はホウ素（Ｂ）等のｐ型不純物を、マスク材を使用して選択的にイオン注入することにより互いに離間した高濃度ｐ型ゲート領域（２４）を形成する。この際、前記低濃度ｎ型層（２３）の内、前記ｐ型ゲート領域（２４）の深さｄを除いた領域（深さｅの領域）を低濃度ｎ型ドリフト層（３０）とすると、該領域（３０）の不純物濃度、及び厚さｅによりデバイスの耐圧特性が決定される。
【０００４】
次に、リン（Ｐ）又は窒素（Ｎ）等のｎ型不純物を選択的にイオン注入することにより高濃度ｎ型ソース領域（２５）を形成する。イオン注入により形成された前記高濃度ｐ型ゲート領域（２４）、及び前記高濃度ｎ型ソース領域（２５）は１６００℃以上の高温処理により電気的に活性化される。この際、前記低濃度ｎ型層（３０）の内、互いに離間した前記高濃度ｐ型ゲート領域（２４）に挟まれ、且つ前記高濃度ｎ型ソース領域（２５）の直下のｎ型領域を低濃度ｎ型チャネル領域（２７）とすると、該領域（２７）において互いに離間した前記高濃度ｐ型ゲート領域（２４）から伸びる空乏層によりドレイン電極（２１）からソース電極（２６）に流れる電流量を調整することが出来る。
【０００５】
その後、前記高濃度ｐ型ゲート領域（２４）、及び前記高濃度ｎ型ソース領域（２５）を電気的に分離するためＳｉＯ２等の絶縁膜（２９）を堆積し、リソグラフィーにより前記高濃度ｎ型ソース領域（２５）の直上、及び高濃度ｐ型ゲート領域（２４）の直上に開口部を開け、それぞれ前記ソース電極（２６）、及びゲート電極（２８）を形成し、更に高濃度ｎ型基板（２２）の裏面側に前記ドレイン電極（２１）を形成させることにより、従来型の静電誘導型炭化珪素トランジスタが完成する。
【０００６】
図３にあるような従来型の静電誘導型炭化珪素トランジスタ装置では、その電気的特性、及び製造プロセスにおいて多くの問題点を有している。
【０００７】
（第１の問題点）基本的に静電誘導型炭化珪素トランジスタ装置では、ゲート電極（２８）に負バイアス（ノーマリオフ型の場合は零電位）を印可することにより、高濃度ｐ型ゲート領域（２４）から低濃度ｎ型チャネル領域（２７）中に空乏層を伸ばし、電位障壁を形成することによりドレイン電極（２１）からソース電極（２６）への電流を遮断する。この際、前記低濃度ｎ型チャネル領域（２７）に十分な電位障壁が形成されない状況では、十分なブロッキング特性（逆漏れ電流や耐圧特性）を得ることが出来ない。
【０００８】
図３の様な従来型の静電誘導型炭化珪素トランジスタ装置では、十分なブロッキング特性を得るためには前記高濃度ｐ型ゲート領域（２４）の深さｄを1mm以上確保し、高い電位障壁を形成する必要がある。しかし、このような深いゲート層を形成するためには、現状ではほとんど市販されておらず、且つ非常に高価なメガボルト級のイオン注入装置を導入する必要があり、結果的にデバイス作製コストを大幅に押し上げる要因となる。
【０００９】
また、イオン注入する際のマスク材も高エネルギーに耐え得る材料を、その加工性を考慮した上で選定する必要があり大きな問題となる。更には、該構造のように高エネルギーで深い領域にイオン注入された不純物の分布は横方向にも大きく広がるため不純物分布の的確な制御が非常に困難であり、特にデバイスのオン特性を向上させるためにデバイスサイズを微細化した際に大きな障害となる。
【００１０】
（第２の問題点）該構造ではソース電極（２６）とゲート電極（２８）をそれぞれ高濃度ｎ型ソース領域（２５）、及び高濃度ｐ型ゲート領域（２４）の直上に形成するため、パターニングの露光合わせ精度、及び確実なオーミック電極の形成等を考慮すると、前記高濃度ｎ型ソース領域（２５）と前記高濃度ｐ型ゲート領域（２４）の間隔aや、前記高濃度ｎ型ソース領域（２５）の幅b、前記高濃度ｐ型ゲート領域（２４）の幅cに余裕を持たせてデバイス設計を行う必要があり、自ずとデバイスの微細化に制限が加えられる。デバイスの微細化は、デバイスのオン特性の改善に直接繋がるため、該構造では炭化珪素の持つ優れた物理限界に迫るような電気特性を実現することは困難である。
【００１１】
（第３の問題点）該構造において低濃度ｎ型ドリフト層（３０）と低濃度ｎ型チャネル領域（２７）は、同一のエピタキシャル成長工程で形成されるため同一の不純物濃度を有している。一般的にデバイスの耐圧特性は、前記低濃度ｎ型ドリフト層（３０）の厚みｅと不純物濃度により決定される。一方、デバイスのブロッキングゲイン（耐圧／デバイスを完全にオフにするために必要なゲート電圧）やオン特性は、前記低濃度ｎ型チャネル領域（２７）の厚みと不純物濃度に依存する。つまり、該構造のように、前記低濃度ｎ型ドリフト層（３０）と前記低濃度ｎ型チャネル領域（２７）が同一不純物濃度を有している場合は、耐圧とブロッキングゲイン、及びオン特性のデバイス設計を独立に行うことが出来ない。例えば、前記低濃度ｎ型チャネル領域（２７）の不純物濃度を前記低濃度ｎ型ドリフト層（３０）の不純物濃度よりも低濃度にしてブロッキング特性を向上させ、ノーマリオフ特性を実現するような工夫を行うことは不可能であり、デバイス設計の自由度が限定されてしまう。
【００１２】
特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の断面構造図を図８に示す。該半導体装置は、高濃度ｐ型ゲート領域（４３及び４４）、低濃度ｎ型チャネル領域（４６）、及び高濃度ｎ型ソース領域（４７）をすべてエピタキシャル成長で形成することを特徴としており、この事によりイオン注入により発生する結晶欠陥起因のビルトインポテンシャル低下を防ぐことを目的として提案されているが、付加的な長所として前述した３つの問題点を解決できる可能性がある。
【００１３】
しかし、該半導体装置はデバイス特性を改善する上で大きな問題点を有している。まず第１に、前記高濃度ｎ型ソース領域（４６）をエピタキシャル成長で形成するために、該領域（４６）の抵抗値を十分下げることが出来ず、結果的にデバイスのオン特性を大幅に劣化させてしまうと言う問題点がある。エピタキシャル成長ではｎ型不純物濃度はせいぜい1019/cm3程度しか導入できないため、前記高濃度ｎ型ソース領域（４６）のシート抵抗を十分に低下させることは不可能である。また、エピタキシャル成長により高濃度ｎ型層の不純物濃度を精密に制御することは非常に困難であると言う問題点も有している。
【００１４】
第２に、該半導体装置ではゲート・ソース間の耐圧特性を上げるために、低濃度ｎ型チャネル領域（４６）から高濃度ｎ型ソース領域（４７）に向かって、連続的に不純物濃度が高くなる様に構成されているが、この様な不純物濃度の精密な制御は非常に困難であり、再現性良くエピタキシャル成長を行うことは極めて困難である。
【００１５】
以上のように、従来の構造（図３）や特許文献１に記載の半導体装置（図８）では、炭化珪素の持つ優れた物理限界に迫るような電気特性をもつ炭化珪素トランジスタ装置を実現するのは極めて困難である。
【特許文献１】特開２００３−０６９０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明では、以上挙げたような問題点を克服し、容易にデバイスサイズを微細化し、デバイスのオン特性を改善することが出来る炭化珪素トランジスタ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記のような目的を達成するために、請求項１に記載の炭化珪素トランジスタ装置では、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層（３）と、該低濃度ｎ型ドリフト層（３）上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域（４）と、同一のエピタキシャル成長工程により同一不純物濃度を有するように形成され、互いに隣り合った前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）の間に位置する低濃度ｎ型チャネル領域（７）と、該低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）上部に位置する低濃度ｎ型領域１（９）と、該低濃度ｎ型領域１（９）上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域（５）と、該高濃度ｎ型ソース領域（５）上に形成されたソース電極（６）、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）の裏面に形成されたドレイン電極（１）、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）に電気的に接続されたゲート電極（８）から構成されていることを特徴としている。
【００１８】
この様に、高濃度ｐ型ゲート領域（４）を完全に埋め込んでしまう構造を実現することにより、図３に示す従来型のＳＩＴに必要な露光合わせ精度や余分な設計マージンを取る必要が無く、デバイスの極限までの微細化が初めて可能となる。また、高濃度ｎ型ソース領域（５）をイオン注入により形成することにより、制御性良く該領域（５）の不純物導入を行うことが出来る上に、エピタキシャル成長で該領域（５）を形成するよりも一桁以上シート抵抗値を下げることが可能となり、結果的にデバイスのオン特性の大幅な改善が可能となる。また、低濃度ｎ型チャネル領域（７）と低濃度ｎ型領域１（９）を同一のエピタキシャル成長工程で、同一不純物濃度を有する様に形成することにより、エピタキシャル成長中に精密な不純物制御を行う必要が無く、デバイスプロセスの大幅な簡素化が可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の炭化珪素トランジスタ装置では、請求項１に記載の炭化珪素トランジスタ装置において、前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）の不純物濃度と、前記ｐ型ゲート領域（４）及び前記ｎ型チャネル領域（７）上部に位置する低濃度ｎ型領域１（９）の不純物濃度が、前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）と同一不純物濃度であることを特徴としており、低濃度ｎ型ドリフト層（３）と全く同じ条件で、前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）と前記低濃度ｎ型領域１（９）を作製することが出来る。
【００２０】
請求項３に記載の炭化珪素トランジスタ装置では、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層（３）と、該低濃度ｎ型ドリフト層（３）上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域（４）と、同一のエピタキシャル成長工程により同一不純物濃度を有し、且つ前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）よりも不純物濃度が低くなる様に形成され、互いに隣り合った前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）の間に位置する低濃度ｎ型チャネル領域（７）と、該低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）上部に位置する低濃度ｎ型領域１（９）と、該低濃度ｎ型領域１（９）上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域（５）と、該高濃度ｎ型ソース領域（５）上に形成されたソース電極（６）、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）の裏面に形成されたドレイン電極（１）、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）に電気的に接続されたゲート電極（８）から構成されていることを特徴としている。
【００２１】
この様に、低濃度ｎ型チャネル領域（７）の不純物濃度を、低濃度ｎ型ドリフト層（３）の不純物濃度よりも低くすることによって、デバイスの耐圧設計とは独立してブロッキングゲインを向上させることが可能となり、究極的にノーマリオフ特性を実現することが可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の炭化珪素トランジスタ装置では、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層（３）と、該低濃度ｎ型ドリフト層（３）上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域（４）と、同一のエピタキシャル成長工程により同一不純物濃度を有し、且つ前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）よりも不純物濃度が高くなる様に形成され、互いに隣り合った前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）の間に位置する低濃度ｎ型チャネル領域（７）と、該低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）上部に位置する低濃度ｎ型領域１（９）と、該低濃度ｎ型領域１（９）上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域（５）と、該高濃度ｎ型ソース領域（５）上に形成されたソース電極（６）、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）の裏面に形成されたドレイン電極（１）、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）に電気的に接続されたゲート電極（８）から構成されていることを特徴としている。
【００２３】
この様に、低濃度ｎ型チャネル領域（７）の不純物濃度を、低濃度ｎ型ドリフト層（３）の不純物濃度よりも高くすることによって、耐圧設計とは独立してオン特性を大幅に向上させることが可能となる。
【００２４】
請求項５に記載の炭化珪素トランジスタ装置では、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層（３）と、該低濃度ｎ型ドリフト層（３）上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域（４）と、互いに隣り合った該高濃度ｐ型ゲート領域（４）の間に位置する低濃度ｎ型チャネル領域（７）と、該低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域（５）と、該高濃度ｎ型ソース領域（５）上に形成されたソース電極（６）、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）の裏面に形成されたドレイン電極（１）、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）に電気的に接続されたゲート電極（８）から構成されていることを特徴としている。
【００２５】
これにより、請求項１に記載の炭化珪素トランジスタの長所に加え、低濃度ｎ型領域１（９）が存在しないことによる更なるオン特性の向上が可能となる。
【００２６】
請求項６に記載の炭化珪素トランジスタ装置では、請求項５に記載の炭化珪素トランジスタ装置において、低濃度ｎ型チャネル領域（７）と、低濃度ｎ型ドリフト層（３）とが同一不純物濃度であることを特徴としており、請求項２に記載の炭化珪素トランジスタの長所に加え、低濃度ｎ型領域１（９）が存在しないことによる更なるオン特性の向上が可能となる。
【００２７】
請求項７に記載の炭化珪素トランジスタ装置では、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層（３）と、該低濃度ｎ型ドリフト層（３）上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域（４）と、互いに隣り合った該高濃度ｐ型ゲート領域（４）の間に位置し、且つ前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）よりも不純物濃度が低くなる様に形成された低濃度ｎ型チャネル領域（７）と、該低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域（５）と、該高濃度ｎ型ソース領域（５）上に形成されたソース電極（６）、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）の裏面に形成されたドレイン電極（１）、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）に電気的に接続されたゲート電極（８）から構成されていることを特徴としている。
【００２８】
これにより、請求項３に記載の炭化珪素トランジスタの長所に加え、低濃度ｎ型領域１（９）が存在しないことによる更なるオン特性の向上が可能となる。
【００２９】
請求項８に記載の炭化珪素トランジスタ装置では、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）と、該高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）表面上にエピタキシャル成長により形成された低濃度ｎ型ドリフト層（３）と、該低濃度ｎ型ドリフト層（３）上の互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域（４）と、互いに隣り合った該高濃度ｐ型ゲート領域（４）の間に位置し、且つ前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）よりも不純物濃度が高くなる様に形成された低濃度ｎ型チャネル領域（７）と、該低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）上にあってｎ型不純物イオン注入により形成された高濃度ｎ型ソース領域（５）と、該高濃度ｎ型ソース領域（５）上に形成されたソース電極（６）、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）の裏面に形成されたドレイン電極（１）、及び前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）に電気的に接続されたゲート電極（８）から構成されていることを特徴としている。
【００３０】
これにより、請求項４に記載の炭化珪素トランジスタの長所に加え、低濃度ｎ型領域１（９）が存在しないことによる更なるオン特性の向上が可能となる。
【００３１】
請求項９に記載の炭化珪素トランジスタ装置では、請求項１〜８のいずれか１つに記載の炭化珪素トランジスタ装置において、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）として（０００１）面、又は（０００−１）面から傾斜した表面を有する六方晶系炭化珪素基板を使用し、互いに離間した複数の高濃度ｐ型ゲート領域（４）の長手方向が、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）の傾き方向に対して平行になるように配置されたことを特徴としている。
【００３２】
これにより、前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）と、前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）及び前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）上部の低濃度ｎ型領域１（９）をエピタキシャル成長により形成する際に、オフ基板成長特有のファセット成長を抑制したエピタキシャル成長が可能となり、デバイス通電時の電流集中等の問題点を解決することが出来る。
【００３３】
請求項１０に記載の炭化珪素トランジスタ装置の製造方法では、低濃度ｎ型ドリフト層（３）上に、エピタキシャル成長、又は基板全面にイオン注入することにより高濃度ｐ型層（１０）を形成し、その後ドライエッチング法により互いに離間せしめることにより複数の高濃度ｐ型ゲート領域（４）を形成することを特徴としている。
【００３４】
これにより、マスク材を使用した選択的ドーピングで前記高濃度ｐ型ゲート層（４）を形成する場合に発生する多くの問題点を解決し、デバイスのオン特性の大幅な改善を図ることが出来る。
【発明の効果】
【００３５】
本発明では、高濃度ｐ型ゲート領域を完全に埋め込んでしまう構造を実現することにより、従来型の炭化珪素トランジスタに必要な露光合わせ精度や余分な設計マージンを取る必要が無くなるため、デバイスの極限までの微細化が可能となり、デバイスのオン特性が大幅に改善される。また、高濃度ｎ型ソース領域をイオン注入により形成することにより、更なるオン特性の改善が可能となる。また、低濃度ｎ型ドリフト層と低濃度ｎ型チャネル領域の不純物濃度を操作することによりノーマリオンからノーマリオフへの幅広いデバイス設計が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係わる炭化珪素トランジスタ装置、及びその製造方法の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３７】
第１実施例として、図１に炭化珪素トランジスタ装置の断面構造を示す。以下、図１に従って炭化珪素トランジスタ装置の構成について説明する。
【００３８】
該炭化珪素トランジスタ装置には、例えば1.0x1018〜1.0x1020/cm3の不純物濃度を有するｎ型炭化珪素基板（２）上に、例えば1.0x1014/cm3〜1.0x1017/cm3の不純物濃度を有するｎ型ドリフト層（３）が備えられている。前記ｎ型ドリフト層（３）の直上には互いに離間した、例えば1.0x1017/cm3〜1.0x1020/cm3の不純物濃度を有するｐ型ゲート領域（４）、及び互いに隣り合った前記ｐ型ゲート領域（４）の間にエピタキシャル成長により形成された、例えば1.0x1014/cm3〜1.0x1017/cm3の不純物濃度を有するｎ型チャネル領域（７）が備えられ、更に、前記ｐ型ゲート領域（４）及び前記ｎ型チャネル領域（７）の直上に前記ｎ型チャネル領域（７）と同じ不純物濃度を有する低濃度ｎ型領域１（９）が備えられている。
【００３９】
前記ｎ型チャネル領域（７）、及び前記低濃度ｎ型領域１（９）は図４に示す様に、トレンチ構造上へのエピタキシャル成長により同時に形成され、同一の不純物濃度を有している。ここで、前記ｎ型ドリフト層（３）の不純物濃度と、前記ｎ型チャネル領域（７）及び低濃度ｎ型領域１（９）の不純物濃度がほぼ同じであっても良い。この場合は、エピタキシャル成長の成長条件を全く同じに出来るためプロセスが容易になる利点がある。前記低濃度ｎ型領域１（９）の直上にはｎ型不純物のイオン注入により形成された、例えば1.0x1019/cm3〜1.0x1021/cm3の不純物濃度を有するｎ型ソース領域（５）が備えられている。前記ｎ型ソース領域（５）上にはソース電極（６）が、前記ｎ型炭化珪素基板（２）の裏側にはドレイン電極（１）が備えられている。
【００４０】
また、図１（ｂ）は図１（ａ）に対して紙面に垂直な方向の断面を示した図であるが、図１（ｂ）に示す様にデバイスセルの外部において前記ｎ型ソース領域（５）、及び前記低濃度ｎ型領域１（９）を例えばドライエッチング法により除去し前記ｐ型ゲート領域を最表面に露出させた領域にゲート電極（８）が備えられている。
【００４１】
該構造において、前記ゲート電極（８）に負バイアスを印可することにより、前記ｐ型ゲート領域（４）より空乏層が伸び、前記ｎ型チャネル領域（７）に電位障壁が形成され、ドレイン電極（１）からソース電極（６）へ流れる電流が遮断される。一方、前記ゲート電極（８）に正バイアスを印可することにより、空乏層による電位障壁は形成されないため電流が流れる。つまり、ゲートバイアスにより電流量を調整することが出来る。
【００４２】
次に、図１に示す炭化珪素トランジスタ装置の製造方法の一例について、図５に示す製造工程に従って説明する。
【００４３】
図５（ａ）の工程において、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）上に低濃度ｎ型ドリフト層（３）をエピタキシャル成長により形成する。この際、前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）の厚みと不純物濃度はデバイスの耐圧設計により決定される。更に、前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）上にエピタキシャル成長により高濃度ｐ型層（１０）を形成する。
【００４４】
図５（ｂ）の工程において、前記高濃度ｐ型層（１０）上に金属又はＳｉＯ２等のエッチングマスク材を積層し、次工程である図５（ｃ）のエピタキシャル成長工程において低濃度ｎ型チャネル領域（７）が形成される部分のみをリソグラフィーにより開口し、該開口部を前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）の最表面が露出するまでドライエッチングを行う。これにより、互いに離間した高濃度ｐ型ゲート領域（４）が形成される。この際、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）として、（０００１）面、又は（０００−１）面から傾斜した表面を有する六方晶型炭化珪素基板を使用する場合、前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）の長手方向が、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）のオフ方向に対して平行になる様にエッチングを行っても良い。
【００４５】
もし図７（ａ）の工程の様に、前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）の長手方向が、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）のオフ方向に対して垂直になる様にエッチングした場合、次工程の低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び低濃度ｎ型領域２（１１）をエピタキシャル成長させる際に、図７（ｂ）に示す様な、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）のオフ角に準じたｃ面ファセット成長が起こり、左右非対称な構造が形成される。この様な構造上にデバイスを作製した場合、デバイスの動作中に電流パスの不均一性から電流集中が発生しやすくなり、良好なデバイス特性が得られない。
【００４６】
一方、図７（ｃ）の工程の様に、前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）の長手方向が、前記高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）のオフ方向に対して平行になる様にエッチングした場合、次工程のエピタキシャル成長工程において、図７（ｄ）に示す様にｃ面ファセット成長は起こらず、左右対称の構造が得られる。この様な構造の場合、デバイスの動作中に電流集中は起こらず、良好なデバイス特性が得られる。
【００４７】
図５（ｃ）の工程において、前工程において形成されたトレンチ構造上、及びデバイスセル外のエッチングされずに残った前記高濃度ｐ型層（１０）上に、エピタキシャル成長により低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び低濃度ｎ型領域２（１１）を形成する。図４に示す様に前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記低濃度ｎ型領域２（１１）は同一のエピタキシャル成長工程で形成されるため、同一の不純物濃度を有している。前記低濃度ｎ型領域２（１１）は、次々工程である図５（ｅ）のイオン注入工程において、高濃度ｎ型ソース領域（５）と低濃度ｎ型領域１（９）に分割される。
【００４８】
この際、前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記低濃度ｎ型領域１（９）の不純物濃度と、前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）の不純物濃度がほぼ同じであっても良い。これにより、低濃度ｎ型ドリフト層（３）と全く同じ条件で、前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）と前記低濃度ｎ型領域１（９）を作製することが出来るため、製造工程が簡略化される。
【００４９】
また、前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記低濃度ｎ型領域１（９）の不純物濃度が、前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）の不純物濃度よりも低くても良い。これにより、デバイスの耐圧設計とは独立してブロッキングゲインを向上させることが可能となり、究極的にノーマリオフ特性を実現することが可能となる。
【００５０】
また、前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び前記低濃度ｎ型領域１（９）の不純物濃度が、前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）の不純物濃度よりも高くても良い。これにより、前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）の抵抗が減少し、耐圧設計とは独立してオン特性を大幅に向上させることが可能となる。
【００５１】
図５（ｄ）の工程において、前記低濃度ｎ型領域２（１１）上に金属又はＳｉＯ２等のエッチングマスク材を積層し、次々工程である図５（ｆ）の電極形成工程においてゲート電極（８）が形成されるデバイスセルの外周部のみをリソグラフィーにより開口し、前記開口部を前記高濃度ｐ型層（１０）の最表面が露出するまでドライエッチングを行う。
【００５２】
図５（ｅ）の工程において、前工程において形成した表面上にレジスト、又はＳｉＯ２のイオン注入マスク材を積層し、高濃度ｎ型ソース領域（５）が形成される部分のみをリソグラフィーにより開口し、前記開口部にリン、又は窒素等のｎ型不純物をイオン注入することにより、前記高濃度ｎ型ソース領域（５）を形成する。この際、前記高濃度ｐ型ゲート領域（４）、及び前記低濃度ｎ型チャネル領域（７）の上部に低濃度ｎ型領域１（９）が残る様に、イオン注入のエネルギーを調整する必要がある。前記低濃度ｎ型領域１（９）が存在することにより、ソース・ゲート間の耐圧を確保することが出来る。またイオン注入を行う際、基板温度は室温であっても良いし、１０００℃以下の温度に昇温しても良い。
【００５３】
イオン注入する際の温度を上げることにより、結晶性を維持した状態で高ドーズ注入が可能となり、前記高濃度ｎ型ソース領域（５）のシート抵抗を大幅に低下させることが出来る。イオン注入終了後、基板をＡｒ等の不活性ガス雰囲気中で１５００℃以上の高温でアニールすることにより、前記高濃度ｎ型ソース領域（５）を電気的に活性化させる。また、このイオン注入工程は、前記図５（ｃ）工程の直後に行われても良い。その際は、イオン注入用のマスク材は必要なく基板全面にイオン注入を行うことが出来るため、デバイスプロセスは大幅に簡略化される。
【００５４】
図５（ｆ）の工程において、前記図５（ｅ）工程において形成した前記高濃度ｎ型ソース領域（５）の直上にソース電極（６）を、前記図５（ｄ）工程において形成したデバイスセル外の前記高濃度ｐ型層（１０）が露出している領域にゲート電極（８）をリソグラフィーを利用したリフトオフ、又はエッチングにより形成し、更に高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）の裏面にドレイン電極を形成する。最終的にＡｒ等の不活性ガス雰囲気中で１０００℃以下のシンタリングアニールを行うことにより、炭化珪素トランジスタ装置が完成する。
【００５５】
本実施例では、高濃度ｐ型ゲート領域（４）を完全に埋め込んでしまう構造を実現することにより、従来型のＳＩＴに必要な露光合わせ精度や余分な設計マージンを取る必要が無く、デバイスの極限までの微細化が初めて可能となり、大幅なデバイスのオン抵抗削減が実現する。また、高濃度ｎ型ソース領域（５）をイオン注入により形成することにより、更なる大幅なデバイスのオン特性の改善が可能となる。また、低濃度ｎ型チャネル領域（７）及び低濃度ｎ領域１（９）の不純物濃度を、低濃度ｎ型ドリフト層（３）の不純物濃度と独立に制御が可能であるため、ノーマリオフ・ノーマリオンのスイッチングデバイスの動作モードを含めた、幅広いデバイス設計が可能となる。
【実施例２】
【００５６】
第２実施例として、図２に炭化珪素トランジスタ装置の断面構造を示す。本実施例は、第１実施例の製造工程の一部を変更したものである。ここでは、第１実施例と変更した部分のみを説明する。
【００５７】
本実施例では、第１実施例における図５（ｅ）のイオン注入により高濃度ｎ型ソース領域（５）を形成する工程において、イオン注入のエネルギーを調整することにより、図２に示す様に前記高濃度ｎ型ソース領域（５）と、高濃度ｐ型ゲート領域（４）及び低濃度ｎ型チャネル領域（７）が直接接する様な構造が備えられている。この様な構造では、ソース・ゲート間の耐圧は低くなるが、第１実施例に備えられている低濃度ｎ型領域１（９）が存在しないため、第１実施例と比較して更なるオン特性の向上が可能となる。この様な構造は、電流をオフさせるためのゲート電圧が低いデバイス、例えばノーマリオフ特性を持つデバイスのように、特に高いソース・ゲート間耐圧が必要でない場合に非常に有効である。
【実施例３】
【００５８】
本実施例は、第１実施例、及び第２実施例の製造工程の一部を変更したものである。ここでは、第１実施例、及び第２実施例と変更した部分のみを説明する。
【００５９】
第１実施例における図５（ａ）の工程と同様に、図６（ａ）に示す様に、高濃度ｎ型炭化珪素基板（２）上に低濃度ｎ型ドリフト層（３）をエピタキシャル成長により形成する。続いて、図６（ｂ）に示す様に、前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）へ、アルミニウム又はホウ素等のｐ型不純物をイオン注入することにより高濃度ｐ型層（１０）を形成する。その後、基板をＡｒ等の不活性ガス雰囲気中で１６００℃以上の高温でアニールすることにより、前記高濃度ｐ型層（１０）を電気的に活性化させる。その後の工程は第１実施例と同様であるので省略する。
【００６０】
第１実施例、及び第２実施例のようにエピタキシャル成長ではなく、本実施例ではイオン注入により前記高濃度ｐ型層（１０）を形成することにより、製造工程が簡略化される。ただしこの場合、予めエピタキシャル成長させた前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）の一部が、イオン注入により高濃度ｐ型層（１０）に転換されるため、イオン注入により消滅する前記低濃度ｎ型ドリフト層（３）の厚みを予め考慮に入れた上で、デバイスの耐圧設計を行う必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施例における炭化珪素トランジスタ装置の断面構造を示した図である。
【図２】本発明の第２実施例における炭化珪素トランジスタ装置の断面構造を示した図である。
【図３】従来の炭化珪素トランジスタ装置の断面構造を示した図である。
【図４】トレンチ構造上へのエピタキシャル成長過程を示した図である。
【図５】本発明における炭化珪素トランジスタ装置の製造方法の一例を示した図である。
【図６】本発明の第３実施例における高濃度ｐ型層（１０）をイオン注入により形成する製造方法を示した図である。
【図７】トレンチ構造と炭化珪素基板のオフ角との方位関係に応じた、トレンチ構造上へのエピタキシャル成長過程を示した図である。
【図８】特許文献１（特開２００３−０６９０４３号公報）に記載の炭化珪素半導体装置の断面構造図である。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・ドレイン電極
２・・・高濃度ｎ型炭化珪素基板
３・・・低濃度ｎ型ドリフト層
４・・・互いに離間した高濃度ｐ型ゲート領域
５・・・高濃度ｎ型ソース領域
６・・・ソース電極
７・・・低濃度ｎ型チャネル領域
８・・・ゲート電極
９・・・低濃度ｎ型領域１
１０・・・高濃度ｐ型層
１１・・・低濃度ｎ型領域２
２１・・・ドレイン電極
２２・・・高濃度ｎ型炭化珪素基板
２３・・・低濃度ｎ型層
２４・・・互いに離間した高濃度ｐ型ゲート領域
２５・・・高濃度ｎ型ソース領域
２６・・・ソース電極
２７・・・低濃度ｎ型チャネル領域
２８・・・ゲート電極
２９・・・絶縁膜
３０・・・低濃度ｎ型ドリフト層
４１・・・高濃度ｎ型炭化珪素基板
４２・・・低濃度ｎ型ドリフト層
４３・・・互いに離間した高濃度ｐ型ゲート領域１
４４・・・互いに離間した高濃度ｐ型ゲート領域２
４６・・・低濃度ｎ型チャネル領域
４７・・・高濃度ｎ型ソース領域
４８・・・ソース電極
４９・・・ドレイン電極
【図１】
2006253292.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006253292.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006253292.tif 000007
【図６】
2006253292.tif 000008
【図７】
2006253292.tif 000009
【図８】
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