(57)【要約】      （修正有）【課題】有向イオンビームによる電極トレンチの形成とトレンチ電極構造を有する半導体素子を提供する。【解決手段】半導体基板５００ａのプロセス面１０１ａに対して配向した、中心軸が法線１０５に対して傾斜角αで傾斜した、ビーム発散角を有するイオンビーム６９０を用い、平行な複数の電極トレンチ１５０ａを形成する。傾斜角α及びビーム発散角のうちの少なくとも一方はゼロではない。電極トレンチ１５０ａの形成中に、半導体基板５００ａが、プロセス面１０１ａに平行な方向に沿って動かされる。電極トレンチ１５０ａ内に導電電極１５５が形成され、第１の側壁１５１が、法線１０５に対して第１のスロープ角で傾斜し、第１のスロープ角＝（α＋θ／２）であり、第２の側壁１５２が、法線１０５に対して第２のスロープ角で傾斜し、第２のスロープ角＝（α−θ／２）である。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の製造方法であって、
ビーム発散角（θ）を有するイオンビーム（６９０）を、半導体基板（５００ａ）のプロセス面（１０１ａ）に対して配向することによって、前記半導体基板（５００ａ）内に平行な複数の電極トレンチ（１５０ａ）を形成するステップであって、前記有向イオンビーム（６９０）の中心軸が前記プロセス面（１０１ａ）の法線（１０５）に対して傾斜角（α）だけ傾斜しており、前記傾斜角（α）及び前記ビーム発散角（θ）のうちの少なくとも一方はゼロではない、電極トレンチ（１５０ａ）を形成するステップと、
前記電極トレンチ（１５０ａ）の形成中に、前記半導体基板（５００ａ）を、前記プロセス面（１０１ａ）に平行な方向に沿って動かすステップと、
前記電極トレンチ（１５０ａ）内に導電電極（１５５）を形成するステップであって、前記電極トレンチ（１５０ａ）の第１の側壁（１５１）が、前記法線（１０５）に対して第１のスロープ角（φ１）だけ傾斜しており、φ１＝α＋θ／２であり、第２の側壁（１５２）が、前記法線（１０５）に対して第２のスロープ角（φ２）だけ傾斜しており、φ２＝α−θ／２である、導電電極（１５５）を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記傾斜角（α）及び前記ビーム発散角（θ）のうちの少なくとも一方が１°より大きい、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ビーム発散角（θ）は１°より大きい、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記傾斜角（α）は１°より大きい、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記傾斜角（α）は、前記ビーム発散角（θ）の半分からのずれが１°以下である、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記有向イオンビーム（６９０）が前記プロセス面（１０１ａ）に衝突する間に前記半導体基板（５００ａ）が動かされる、
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記有向イオンビーム（６９０）が前記プロセス面（１０１ａ）に衝突する、連続する２つの期間の合間に前記半導体基板（５００ａ）が動かされる、
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記導電電極（１５５）を形成する前記ステップは、電極用誘電体（１５９）を用いて前記電極トレンチ（１５０ａ）にライニングを施すことと、ライニングが施された前記電極トレンチ（１５０ａ）を導電材料で埋めることを含む、
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記半導体基板（５００ａ）は、六方結晶格子を有する結晶質半導体材料から作られ、前記結晶質半導体材料の主結晶軸が、前記第１の面の前記法線に対して、｜２°｜から｜８°｜の範囲の軸外角（β）だけ傾斜していて、前記有向イオンビーム（６９０）は前記主結晶軸と平行である、
請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記電極トレンチ（１５０ａ）の前記第１の側壁（１５１）は（１１−２０）結晶面又は（１−１００）結晶面である、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
補助イオンビーム（６９２）を、前記半導体基板（５００ａ）の前記プロセス面（１０１ａ）に対して配向することによって、前記半導体基板（５００ａ）内に複数の第２の電極トレンチ（１５０２ａ）を形成するステップであって、前記第２の電極トレンチ（１５０２ａ）の長手軸が、第１の電極トレンチ（１５０１ａ）を形成する前記電極トレンチ（１５０ａ）の長手軸と平行であり、前記第２の電極トレンチ（１５０２ａ）の第１の側壁（１５１）が、前記第１の電極トレンチ（１５０１ａ）の前記第１の側壁（１５１）に対して傾斜している、複数の第２の電極トレンチ（１５０２ａ）を形成するステップ
を更に含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記補助イオンビーム（６９２）は、前記プロセス面（１０１ａ）の前記法線（１０５）に対して傾斜角（−α）だけ傾斜しており、前記第２の電極トレンチ（１５０２ａ）の前記第１の側壁（１５１）は、前記第１の電極トレンチ（１５０１ａ）の前記第１の側壁（１５１）に対して前記傾斜角（α）の２倍だけ傾斜している、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の面（１０１）から半導体部分（１００）内に延びるトレンチゲート構造（１５１０）であって、前記トレンチゲート構造（１５１０）の第１の側壁（１５１）と、反対側の第２の側壁（１５２）とが互いに平行であり、前記トレンチゲート構造（１５１０）は、前記第１の面（１０１）の法線（１０５）に対してスロープ角（φ）だけ傾斜している、前記トレンチゲート構造（１５１０）と、
前記半導体部分（１００）のメサ部分（１７０）において前記トレンチゲート構造（１５１０）に直接隣接している少なくとも１つの側壁インプラントゾーン（１２１、１２８、１３２）であって、前記側壁インプラントゾーン（１２１、１２８、１３２）は、前記第１及び第２の側壁（１５１、１５２）のうちの一方に沿って選択的に形成される、前記少なくとも１つの側壁インプラントゾーン（１２１、１２８、１３２）と、
を含む半導体素子。
【請求項１４】
前記第１又は第２の側壁（１５１、１５２）に直交する前記側壁インプラントゾーン（１２１、１２８、１３２）の幅が、前記トレンチゲート構造（１５１０）に沿う、前記側壁インプラントゾーン（１２１、１２８、１３２）の長さの少なくとも８０％にわたって均一である、
請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの側壁インプラントゾーン（１２１、１２８、１３２）は、ドレイン構造（１３０）とともに第１のｐｎ接合（ｐｎ１）を形成するボディ領域（１２０）のチャネル領域（１２１）を含む、
請求項１３又は１４に記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの側壁インプラントゾーン（１２１、１２８、１３２）は、ボディ領域（１２０）とともに第１のｐｎ接合（ｐｎ１）を形成する、ドレイン構造（１３０）のジャンクション領域（１３２）を含む、
請求項１３又は１４に記載の半導体素子。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの側壁インプラントゾーン（１２１、１２８、１３２）は、チャネル領域（１２１）と、前記チャネル領域（１２１）とともに第１のｐｎ接合（ｐｎ１）を形成するジャンクション領域（１３２）とを含む、
請求項１３から１５のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの側壁インプラントゾーン（１２１、１２８、１３２）は、前記トレンチゲート構造（１５１０）の、チャネル領域（１２１）の反対側にシールド領域（１２８）を含む、
請求項１３から１７のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項１９】
前記半導体部分（１００）は、六方結晶格子を有する結晶質半導体材料から作られ、前記半導体部分（１００）の主結晶軸が、前記第１の面（１０１）の前記法線（１０５）に対して、｜２°｜から｜８°｜の範囲の軸外角（β）だけ傾斜していて、前記軸外角（β）は前記スロープ角（φ）に等しい、
請求項１３から１８のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項２０】
第１の面（１０１）から半導体部分（１００）内に延びる電極構造（１５１０、１５２０）であって、前記電極構造（１５１０、１５２０）の平行な複数の第１の側壁（１５１）が前記第１の面（１０１）に垂直（１０５）であり、前記第１の側壁（１５１）と向き合う第２の側壁（１５２）が、前記第１の面（１０１）の法線に対して、１°より大きなスロープ角（φ）だけ傾斜している、前記電極構造（１５１０、１５２０）と、
前記電極構造（１５１０、１５２０）間の前記半導体部分（１００）のメサ部分（１７０）内に形成されたボディ領域（１２０）であって、前記ボディ領域（１２０）は、前記メサ部分（１７０）内で、ドレイン構造（１３０）とともに第１のｐｎ接合（ｐｎ１）を形成し、ソース領域（１１０）とともに第２のｐｎ接合（ｐｎ２）を形成する、前記ボディ領域（１２０）と、
を含む半導体素子。
【請求項２１】
前記電極構造（１５１０、１５２０）はトレンチゲート構造（１５１０）を含み、前記ボディ領域（１２０）は、前記トレンチゲート構造（１５１０）の前記第１の側壁（１５１）に直接隣接する、
請求項２０に記載の半導体素子。
【請求項２２】
前記スロープ角（φ）は４°より大きい、
請求項２０又は２１に記載の半導体素子。
【請求項２３】
前記電極構造（１５１０、１５２０）は、第１の負荷電極（３１０）に電気的に接続されたフィールド電極（１５２５）を含むフィールド電極構造（１５２０）を含む、
請求項２０から２２のいずれか一項に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
複数のトランジスタセルが電気的に並列接続されたパワー半導体素子は、様々なタイプの電極構造を含んでよい。例えば、ゲート電極に印加される電位がトランジスタセルのオンオフを切り替え、フィールド電極に印加される適切な電位が、阻止能力を高めることが可能であり、且つ／又はゲート電極をドレイン電位に対してシールドすることが可能である。半導体ダイ内に延びるトレンチの形の電極構造を形成することにより、トランジスタセルの水平方向の寸法を縮めることが可能になり、パワー半導体素子の面積効率が高まる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
トレンチの形で形成される電極構造を含む半導体素子の特性を更に高めることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この目的は、独立請求項の対象物によって達成される。従属請求項は、更なる実施形態に関連する。
【０００４】
一実施形態によれば、ビーム発散角θを有するイオンビームが、半導体基板のプロセス面に対して配向されて、半導体基板内に平行な複数の電極トレンチが形成される。イオンビームの中心軸がプロセス面の法線に対して傾斜角αだけ傾斜しており、傾斜角α及びビーム発散角θのうちの少なくとも一方はゼロではない。電極トレンチの形成中に、半導体基板が、プロセス面に平行な方向に動かされる。電極トレンチ内に導電電極が形成される。電極トレンチの第１の側壁が、法線に対して第１のスロープ角φ１＝α＋θ／２だけ傾斜している。第２の側壁が、法線に対して第２のスロープ角φ２だけ傾斜しており、φ２＝α−θ／２である。
【０００５】
別の実施形態によれば、半導体素子が、第１の面から半導体部分内に延びるトレンチゲート構造を含む。トレンチゲート構造の第１の側壁と、反対側の第２の側壁とが互いに平行であり、トレンチゲート構造は、第１の面の法線に対してスロープ角φだけ傾斜している。半導体部分のメサ部分において、少なくとも１つの側壁インプラントゾーンがトレンチゲート構造に直接隣接しており、側壁インプラントゾーンは、第１及び第２の側壁のうちの一方に沿って選択的に形成される。
【０００６】
更なる実施形態によれば、半導体素子が、第１の面から半導体部分内に延びる電極構造を含む。電極構造の平行な複数の第１の側壁が、第１の面に垂直である。第１の側壁と向き合う平行な複数の第２の側壁が、第１の面の法線に対して、０°より大きいスロープ角φだけ傾斜している。電極構造間の半導体部分のメサ部分内にボディ領域が形成される。メサ部分内で、ボディ領域は、ドレイン構造とともに第１のｐｎ接合を形成し、ソース領域とともに第２のｐｎ接合を形成する。
【０００７】
当業者であれば、以下の詳細説明を読み、添付図面を参照することにより、更なる特徴及び利点を理解されよう。
【０００８】
添付図面は、本発明の更なる理解が得られるように含まれており、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を成している。各図面は、本発明の実施形態を図解しており、本明細書とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。以下の詳細説明を参照することにより本発明の原理がよりよく理解されれば、本発明の他の実施形態、並びに意図された利点が容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】一実施形態による半導体素子の製造方法を示す図であり、エッチングマスク形成後の半導体基板の一部の概略垂直断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの半導体基板を、半導体基板のプロセス面の法線に対して傾斜した有向イオンビームに対して相対的に動かすことを示す概略図である。
【図１Ｃ】図１Ａの半導体基板部分の、図１Ｂの有向イオンビーム下での概略断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｃの半導体基板部分の、有向イオンビームエッチングによる電極トレンチの形成後の概略垂直断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｄの半導体基板部分の、電極トレンチ内に電極構造が形成された後の概略垂直断面図である。
【図２Ａ】非垂直な主結晶面に平行な側壁を有する電極構造を形成することに関する一実施形態による半導体素子の製造方法を示す図であり、電極トレンチの形成中の半導体基板の一部の概略垂直断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの半導体基板部分の、電極トレンチ内に電極構造が形成された後の概略斜視図である。
【図３Ａ】側壁インプラントを用いる一実施形態による半導体素子の製造方法を示す図であり、電極トレンチの第１の側壁への第１のインプラントの間の半導体基板の一部の概略垂直断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの半導体基板部分の、第１の側壁の一部への第２のインプラントの間の垂直断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの半導体基板部分の、第１の側壁と向き合う第２の側壁への第３のインプラントの間の垂直断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｃの半導体基板部分の、電極トレンチ内に電極構造が形成された後の垂直断面図である。
【図４Ａ】対称的に傾斜した有向イオンビームによる連続する２つのエッチング工程を用いる一実施形態による半導体素子の製造方法を示す図であり、第１の有向イオンビームの印加中の半導体基板の一部の概略垂直断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの半導体基板部分の、第２の有向イオンビームの印加中の概略垂直断面図である。
【図５Ａ】発散有向イオンビームを使用して電極トレンチを形成する一実施形態による半導体素子の製造方法を示す図であり、発散有向イオンビームの印加中の半導体基板の一部の概略垂直断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの半導体基板部分の、電極トレンチ内に電極構造が形成された後の概略垂直断面図である。
【図６Ａ】２方向イオンビームを使用して電極トレンチを形成する一実施形態による半導体素子の製造方法を示す図であり、２方向イオンビームの印加中の半導体基板の一部の概略垂直断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの半導体基板部分の、電極トレンチ内に電極構造が形成された後の概略垂直断面図である。
【図７】非対称トランジスタセル及び傾斜したトレンチゲート構造を有するＳｉＣ  ＴＩＧＦＥＴ（トレンチ絶縁ゲート電界効果トランジスタ）に関連する一実施形態による半導体素子の一部の概略斜視図である。
【図８Ａ】対称的に傾斜したトレンチゲート構造を有するＪＦＥＴ（ジャンクション電界効果トランジスタ）に関連する一実施形態による半導体素子の一部の概略垂直断面図である。
【図８Ｂ】垂直な側壁と非垂直な側壁とを有するトレンチゲート構造を有するＪＦＥＴに関連する一実施形態による半導体素子の一部の概略垂直断面図である。
【図８Ｃ】ブランチ状トレンチゲート構造を有するＪＦＥＴに関連する一実施形態による半導体素子の一部の概略垂直断面図である。
【図９】メサ部分が狭められたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）に関連する一実施形態による半導体素子の一部の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細説明では、添付図面を参照しており、添付図面は本明細書の一部を成しており、添付図面においては、本発明を実施できる特定の実施形態が例示されている。当然のことながら、本発明の範囲から逸脱しない限り、他の実施形態が利用されてもよく、構造的又は論理的な変更が行われてもよい。例えば、１つの実施形態に関して例示又は説明された特徴が、他の実施形態において使用されるか、他の実施形態との組み合わせで使用されることにより、更に別の実施形態が与えられてよい。本発明は、そのような修正形態及び変形形態を包含するものとする。各実施例は具体的な文言で説明されているが、これは、添付の特許請求の範囲を限定するものと解釈されてはならない。各図面は、縮尺が正確ではなく、説明のみを目的としている。特に断らない限り、異なる図面間で対応する要素には同じ参照符号が与えられている。
【００１１】
「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの語句はオープンであり、これらの語句は、述べられた構造、要素、又は特徴の存在を示すものであるが、それ以外の要素又は特徴の存在を排除するものではない。冠詞「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに矛盾する場合を除き、単数形だけでなく複数形も同様に包含するものとする。
【００１２】
「電気的に接続されている」という語句は、電気的に接続されている要素同士の永続的な低オーム接続を示しており、例えば、関連する要素同士の直接接続、或いは、金属及び／又は高濃度にドープされた半導体を経由する低オーム接続を示す。「電気的に結合されている」という語句は、信号伝送に適合された１つ以上の介在要素、例えば、第１の状態で低オーム接続を一時的に与え、第２の状態で高オーム電気的分離を一時的に与えるように制御可能な要素が、電気的に結合されている要素間に与えられてよい状況を含む。
【００１３】
図面では、ドープ型「ｎ」又は「ｐ」の隣に「−」又は「＋」を表示することによって相対ドープ濃度を示している。例えば、「ｎ−」は、ドープ濃度が「ｎ」ドープ領域のドープ濃度より低いことを意味し、「ｎ＋」ドープ領域は、「ｎ」ドープ領域よりドープ濃度が高い。相対ドープ濃度が同じであるドープ領域同士の絶対ドープ濃度が必ずしも同じであるとは限らない。例えば、異なる２つの「ｎ」ドープ領域の絶対ドープ濃度は、同じである場合と異なる場合とがある。
【００１４】
図１Ａから図１Ｅは、斜めのトレンチ電極構造を、有向イオンビームエッチングにより形成する方法を示す。
【００１５】
図１Ａは半導体基板５００ａを示し、これは、半導体ベース１００ａの表側のプロセス面１０１ａ上に、フォトリソグラフィによって形成されたエッチングマスク４１０を含む。半導体ベース１００ａは、例として結晶質半導体材料、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、又はＡＩＩＩＢＶ半導体（窒化ガリウム（ＧａＮ）など）で作られる。半導体ベース１００ａは、結晶インゴットを鋸引きして得られる半導体ウエハであってよく、或いは、この半導体ウエハを含んでよい。半導体ベース１００ａは、１つ以上のエピタキシャル半導体層を含んでよく、これらは、均一に分布するドーパントを含んでよく、或いは、水平方向及び／又は垂直方向にパターン化されたドープ領域を含んでよい。
【００１６】
プロセス面１０１ａは、平坦であってよく、或いは、平行な第２の面セクションと平行な第１の面セクションとがつながる千鳥状であってよい。半導体ベース１００ａの裏側にある支持面１０２ａが、平坦なプロセス面１０１ａと平行であり、或いは、千鳥状プロセス面１０１ａの平均面平面と平行である。平坦なプロセス面１０１ａ、又は千鳥状プロセス面１０１ａの平均面平面の法線１０５が、垂直方向を定義する。この垂直方向と直交する方向が水平方向である。
【００１７】
エッチングマスク４１０は、単一材料から作られてよく、或いは、様々な材料から作られた層のスタックであってよく、例えば、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化シリコン、例えば、熱成長酸化シリコン又は堆積酸化物、例えば、ＴＥＯＳ酸化物（テトラオルトシランを前駆物質として使用することにより形成される酸化シリコン）、又は炭素などから作られた層のスタックであってよい。
【００１８】
マスク開口部４１１の水平断面は、水平方向の長さが水平方向の幅の１０倍を超えるストライプであってよく、或いは、直交する２つの水平方向の幅が同一桁内であるドットであってよく、例えば、円や、角に丸み又は傾斜がある正方形のような、水平方向の幅同士がほぼ等しいドットであってよい。
【００１９】
一実施形態によれば、マスク開口部４１１は、等間隔の平行なストライプからなる規則的なパターンを形成してよく、ストライプの長手軸は断面平面に垂直に延びる。マスク開口部４１１の水平方向の幅ｗ１は、５０ｎｍから５０μｍの範囲にあってよく、例えば、１００ｎｍから２μｍ、又は２μｍから１０μｍの範囲にあってよい。隣接するマスク開口部４１１同士の間の中心間距離（ｐ１）は、５０ｎｍから８０μｍの範囲にあってよく、例えば、１００ｎｍから２μｍ、又は２μｍから５０μｍ、或いは３μｍから３０μｍの範囲にあってよい。
【００２０】
半導体基板５００ａは、図１Ｂに示されるように、有向イオンビーム装置６００に転送される。
【００２１】
有向イオンビーム装置６００は、イオンを発生させ加速させるプラズマ部６１０を含んでよい。例えば、プラズマ部６１０は、電子を発生させ、この電子を、カソード電極とアノード電極との間で加速させる。この電子は、アルゴン（Ａｒ）のような貴ガスの原子をイオン化する。プラズマ部６１０は、発生したイオンを、規定の断面形状を有する有向イオンビーム６９０に整形する。
【００２２】
有向イオンビーム６９０の断面形状は、ほぼ円形又は楕円形であってよい。一実施形態によれば、有向イオンビーム６９０の水平断面はリボンであり、このリボンの長手軸は、断面平面に直交する方向に延び、このリボンの長手方向の長さは、半導体基板５００ａの水平方向の直径より大きく、このリボンの水平方向の幅は、最大で数ミリメートルとなる範囲にある。
【００２３】
偏向部６１５が有向イオンビーム６９０をプロセス部６２０に通し、プロセス部６２０では、有向イオンビーム６９０は半導体基板５００ａのプロセス面１０１ａに衝突する。
【００２４】
プロセス部６２０では、半導体基板５００ａはホルダ６２２上に配置され、ホルダ６２２は、有向イオンビーム６９０内のイオンを引き付ける電位を半導体基板５００ａに印加することが可能である。コンベヤ部６２４は、ホルダ６２２及び半導体基板５００ａをプロセス面１０１ａに平行な方向に動かし、これによって、有向イオンビーム６９０は、同じ衝突角度、並びに偏向部６１５に対して同じ距離で、プロセス面１０１ａ全体を連続的に走査する。
【００２５】
有向イオンビーム６９０は、ビーム発散角θ＞０を有してよく、或いは、ビーム発散角θ＝０を有する非発散性であってよく、或いは、中心軸がプロセス面１０１ａの法線１０５に対して対称に傾斜している２つの非発散ビーム成分を有する２方向性であってよい。
【００２６】
偏向部６１５は、θ＝０の場合に有向イオンビーム６９０が半導体基板５００ａのプロセス面１０１ａに垂直に衝突しないように、有向イオンビーム６９０を誘導する。ビーム発散角θ＞０の場合、リボン状有向イオンビーム６９０のビーム軸６９５と、プロセス面１０１ａの法線１０５との間の傾斜角αは、θ／２に等しくてよく、これにより、リボン状有向イオンビーム６９０の一方のスロープがプロセス面１０１ａに垂直である。ビーム発散角θ＞０に関連する別の実施形態によれば、傾斜角αはゼロに等しく、これにより、リボン状有向イオンビーム６９０の対向する第１及び第２のスロープは、リボン状有向イオンビーム６９０の中心面に対して対称に傾斜している。
【００２７】
半導体基板５００ａは、有向イオンビーム６９０の印加中に動かされてよく、或いは、有向イオンビーム６９０が一時的に消されるか抑圧される期間の間に動かされてよい。
【００２８】
プラズマ部６１０及びプロセス部６２０は、互いに切り離されたチャンバを含んでよく、偏向部６１５が有向イオンビーム６９０をプラズマチャンバからプロセスチャンバに通し、プロセスチャンバには更に別のガス状反応物質が供給されてよい。別の実施形態によれば、プラズマ部６１０及びプロセス部６２０は同じチャンバを共用してよい。
【００２９】
図１Ｃは、有向イオンビーム６９０が、プロセス面１０１ａの法線１０５に対して傾斜角αで半導体基板５００ａに衝突する様子を示す。図示された実施形態では、有向イオンビーム６９０は発散せず、傾斜角αはゼロではない。例えば、傾斜角は少なくとも４°である。別の実施形態によれば、傾斜角αは、５０°から６０°の範囲、或いは８°から３０°の範囲にある。
【００３０】
エッチングマスク４１０のマスク開口部４１１を通って半導体ベース１００ａの露出部分に衝突するイオンは、半導体ベース１００ａの一部を放出するが、これは、運動量移動によって行われるか、運動量移動と、エッチング剤及びプラズマエネルギを使用して、有向イオンビーム６９０に対して露出している半導体材料を溶かす化学反応を引き起こす化学処理との組み合わせによって行われる。例えば、塩素又はフッ素ベースのエッチング剤、例えば、ＣＦ４、又はＨＢｒ及び／又はＣｌ２を含む混合物が、有向イオンビーム６９０の印加中にプロセス部６２０に供給されてよい。
【００３１】
図１Ｃに示されるように、有向イオンビーム６９０は、半導体ベース１００ａの、マスク開口部４１１によって露出されている領域に、電極トレンチ１５０ａを形成する。電極トレンチ１５０ａが完成した段階で、元のエッチングマスク４１０が小さくなって、部分的に消費されたエッチングマスク４１５になるように、有向イオンビーム６９０がエッチングマスク４１０の一部を消費してもよい。実施形態によっては、エッチングマスク４１０は、有向イオンビーム６９０に消費されずに、最初の形成時のままで残されてよい。トレンチエッチングを規定するマスクエッジは、傾斜エッチングにより、その形状を、矩形から、傾斜した側壁を有するマスクに変える。これは、マスクのエッチングレートと、半導体基板のエッチングレートとの比率に応じて、トレンチの上部部分の形状に影響を及ぼすことも可能である。電極トレンチ１５０ａの深さは、１μｍから１０μｍの範囲にあってよく、例えば、３μｍから７μｍの範囲にあってよい。
【００３２】
図１Ｄは、図１Ｃの部分的に消費されたエッチングマスク４１５を除去した後の半導体基板５００ａを示す。第１の側壁１５１の、法線１０５に対するスロープ角φ１は、向かい合う第２の側壁１５２の、法線１０５に対するスロープ角φ２に対して対称であり、φ１＝−φ２である。
【００３３】
電極トレンチ１５０ａ内では、トランジスタセルの電極の少なくとも一部、又はトランジスタセルの電極とのオーム接触を形成する接触構造が形成され、トランジスタセルは、例えば、ＪＦＥＴ（ジャンクション電界効果トランジスタ）セル又はＩＧＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）セルであってよい。電極を形成することは、第１及び第２の側壁１５１、１５２の少なくとも一方にドーパントをインプラントしてインプラントゾーンを形成することと、インプラントゾーンとのオーム接触を形成する接触材料、又は半導体ベース１００ａと絶縁された導電材料で電極トレンチ１５０ａを満たすことと、を含んでよい。
【００３４】
図１Ｅは、図１Ｄの電極トレンチ１５０ａ内に形成された絶縁電極構造１５０を有する実施形態を示しており、絶縁電極構造１５０は導電電極１５５を含み、導電電極１５５は高ドープ多結晶シリコンから作られてよく、或いは、様々な導電材料で作られた２つ以上の層を含んでよく、そのような材料として、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）、タングステンチタン（ＴｉＷ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、及びタングステン（Ｗ）、又はポリシリコンを有する１つ以上の金属層の組み合わせがある。
【００３５】
導電電極１５５は、負荷端子と電気的に接続されてよく、例えば、ＩＧＦＥＴ又はＪＦＥＴのソース端子と接続されてよく、又はＩＧＢＴのエミッタ端子と接続されてよく、又は制御電極、例えば、ＩＧＦＥＴ、ＪＦＥＴ、又はＩＧＢＴのゲート電極と接続されてよい。
【００３６】
導電電極１５５は、電極用誘電体１５９によって半導体ベース１００ａと隔てられてよい。ＪＦＥＴセルの場合は、電極用誘電体１５９がなく、導電電極１５５は、隣接する電極構造１５０同士の間の、半導体ベース１００ａのメサ部分１７０と直接隣接してよく、メサ部分１７０は、ＩＧＦＥＴセル又はＪＦＥＴセルの半導体部分を含んでよい。
【００３７】
図２Ａ及び図２Ｂは、六方結晶格子を有する半導体材料をベースとする半導体素子の製造方法を示しており、主結晶面に平行な第１の側壁１５１を少なくとも有する電極トレンチ１５０ａを有向イオンビームがエッチングする。
【００３８】
図２Ａでは、半導体基板５００ａが、六方結晶格子を有する半導体材料、例えば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）から作られた半導体ベース１００ａを含む。例えば、この半導体材料は、２Ｈ−ＳｉＣ（２ＨポリタイプのＳｉＣ）、６Ｈ−ＳｉＣ、又は１５Ｒ−ＳｉＣである。一実施形態によれば、この半導体材料は４Ｈ−ＳｉＣである。半導体ベース１００ａは、シリコンカーバイドインゴットから（例えば、鋸引きにより）得られたベース部分と、このベース部分の上で成長した１つ以上のエピタキシャル層と、を含んでよい。
【００３９】
半導体ベース１００ａの表側にあるプロセス面１０１ａと、表側の反対側の支持面１０２ａとが、互いに平行に配向されている。主結晶方向、例えば、＜０００１＞結晶軸が、水平面の法線１０５に対して軸外角β＞０だけ傾斜している。別の主結晶方向、例えば、＜１１−２０＞結晶軸が、水平面に対して軸外角βだけ傾斜しており、＜１−１００＞結晶軸は断面平面と直交している。別の実施形態によれば、＜１−１００＞結晶軸は、水平面に対して軸外角βだけ傾斜しており、＜１１−２０＞結晶軸は断面平面と直交している。
【００４０】
プロセス面１０１ａは、鋸歯状であってよく、平行な複数の第１の面部分及び第２の面部分を含んでよく、第１の面部分は互いにシフトしていて、水平面に対して軸外角βだけ傾斜しており、第２の面部分は、第１の面部分に対して傾斜していて、第１の面部分同士をつないでおり、断面平面内の鋸歯状のプロセス面１０１の断面線がほぼ鋸歯線であり、平均面平面が水平面に平行である。別の実施形態によれば、プロセス面１０１ａは平坦である。表側のプロセス面１０１ａと、裏側の支持面１０２ａとの間の距離が、後の段階において半導体基板５００ａから得られる半導体素子の定格阻止能力に関係する。半導体ベース１００ａの、プロセス面１０１ａと支持面１０２ａとの間の全体厚さが、数百ｎｍから数百μｍの範囲にあってよく、例えば、４μｍから２００μｍの範囲にあってよい。
【００４１】
マスク開口部４１１を有するエッチングマスク４１０が、プロセス面１０１ａ上に形成される。マスク開口部４１１の側壁は、ほぼ垂直であってよく、或いは、面取りされてよく、面取りは、補助工程において、エッチングマスク４１０の材料を選択的に除去する有向イオンビーム及びエッチング剤を使用して行われてよい。
【００４２】
非発散有向イオンビーム６９０が、半導体基板５００ａに対して、＜０００１＞結晶軸に平行に、即ち、軸外角βに等しい傾斜角αで配向されてよい。インプラント中に、例えば、有向イオンビーム６９０が半導体基板５００ａに衝突している間に、又は連続するインプラント期間の合間のアイドル期間に、半導体基板５００ａは、プロセス面１０１ａに平行な水平方向に動かされ、これは、プロセス面１０１ａの全体にわたるインプラントの間、プロセス面１０１ａと有向イオンビーム６９０の源との間の距離がほぼ同じに保たれるように動かされる。例えば、半導体基板５００ａの全体にわたる、プロセス面１０１ａと仮想ビーム源、例えば、図１Ｂの偏向部６１５との間の距離のずれは、１０ｍｍ未満であり、例えば、５ｍｍ未満であり、例えば、１ｍｍ未満又は１００ｎｍ未満ですらある。
【００４３】
衝突する有向イオンビーム６９０は、任意選択でガス状エッチング剤との組み合わせで、半導体ベース１００ａ内に電極トレンチ１５０ａを形成し、電極トレンチ１５０ａの側壁１５１、１５２は主結晶面、例えば、（１１−２０）結晶面であり、そこでの電荷キャリア移動度は、他の結晶面に比べて高い。電極トレンチ１５０ａの底部は、プロセス面１０１ａと平行であってビーム軸６９５と直交してよく、或いは、水平面と、ビーム軸６９５と直交する面とで境界が画定される形状を有してよい。
【００４４】
電極トレンチ１５０ａの少なくとも第１及び第２の側壁１５１、１５２にライニングを施す電極用誘電体１５９が形成されてよい。例えば、酸素含有雰囲気下で加熱処理を行うことにより、電極トレンチ１５０ａに対して完全にライニングを施す熱酸化シリコンを形成することが可能である。電極用誘電体１５９の形成後又は形成前にエッチングマスク４１０の残りが除去され、プロセス面１０１ａがむき出しになる。
【００４５】
１つ以上の導電材料が堆積し、これらは電極トレンチ１５０ａを埋める。この導電材料のうち、電極トレンチ１５０ａの外側に堆積した部分は除去される。
【００４６】
図２Ｂは、電極構造１５０を示しており、これは、電極トレンチ１５０ａ内にトレンチゲート構造を形成してよい。導電電極１５５がゲート電極を形成してよく、電極用誘電体１５９がゲート誘電体を形成してよい。
【００４７】
＜１１−２０＞結晶軸の軸外配向を有するＳｉＣ基板における非対称トランジスタセルの従来のアプローチでは、トレンチゲート構造は、表面から遠ざかるにつれて先細になる。側壁が先細になるトレンチゲート構造と比べて、平行であるが傾斜している第１及び第２の側壁１５１、１５２は、隣接する電極構造１５０同士の間の所与の中心間距離ｐ１に対して、且つ、底部における電極構造１５０の所与の幅に対して、プロセス面１０１ａにおいて著しく大きな上部メサ幅ｗ２が残る。
【００４８】
パターニング工程、例えば、複数のメサ部分１７０に対して電気的接点を選択的に形成するパターニング工程、又は複数のメサ部分１７０の上面の一部に非対称ドープ領域を選択的に形成するパターニング工程が、上部メサ幅ｗ２の下限を定義する。所与の上部メサ幅ｗ２において、図２Ｂの電極構造１５０は、より小さい中心間距離ｐ１で配列されてよく、半導体素子の面積効率を高めることが可能である。
【００４９】
ドライエッチング装置のフラット電極に対して傾斜した位置にＳｉＣ基板を保持するアプローチと比較すると、図２Ａの半導体基板５００ａ全体にわたるトレンチゲート構造１５１０の形状、深さ、及び幅の変動が比較的小さくなるように、プロセス面１０１ａとイオンビーム源との間の距離が、プロセス面１０１ａの全体にわたって同じに保たれる。
【００５０】
図３Ａから図３Ｄは、六方結晶格子を有する半導体基板に非対称トランジスタセル用インプラントゾーンを形成する様子を示しており、水平方向を向くプロセス面１０１ａに対する主結晶軸の軸外角がβである（β＞０）。
【００５１】
図３Ａによれば、図２Ａを参照して説明したように、第１の側壁１５１が主結晶面、例えば、（１１−２０）結晶面又は（１−１００）結晶面に平行である電極トレンチ１５０ａが、半導体基板５００ａ内に形成される。
【００５２】
第１のドーパントイオン７０１が、有向イオンビーム６９０のビーム軸６９５とプロセス面１０１ａの法線１０５との間の第１のインプラント角ψ１で、第１の側壁１５１を通り抜けて選択的にインプラントされてよい。インプラントが垂直方向であるように、第１のインプラント角ψ１は０°であってよい。メサ部分１７０は、第２の側壁１５２と底部部分の一部とを、衝突する第１のドーパントイオン７０１からシールドし、第１のドーパントイオン７０１の電荷型は、ボディ領域の導電型、又はソース領域の導電型に対応してよい。図示された実施形態では、第１のドーパントイオン７０１の電荷型は、ソース領域のドーパントの電荷型である。第１のドーパントイオン７０１は、電極トレンチ１５０ａの第１の側壁１５１に沿って、前駆物質インプラントゾーン１３２ａを形成する。
【００５３】
図３Ｂは、ビーム軸６９５の、法線１０５に対する第２のインプラント角ψ２での第２のドーパントイオン７０２のインプラントに関する図であり、メサ部分１７０は、選択的に、支持面１０２ａに対して配向された第１の側壁１５１の下部部分を、第２のドーパントイオン７０２に対してシールドし、第１の側壁１５１の上部部分を第２のドーパントイオン７０２に対して露出させる。第２のドーパントイオン７０２の電荷型は、第１のドーパントイオン７０１の電荷型の反対であり、第１の側壁１５１の上部部分に沿って、チャネルインプラントゾーン１２１ａ内の第１のドーパントイオン７０１を過補償する。支持面１０２ａに対して配向された、前駆物質インプラントゾーン１３２ａの残りの下部部分は、ジャンクションインプラントゾーン１３２ｂを形成する。図３Ａ及び図３Ｂで示したように実現される構造は、例えば、ＩＧＢＴのフローティングｐウェル領域を高いコスト効率で実現することを可能にする。ゲートトレンチの底部を囲むフローティングｐウェルを形成する為には、通常、非常に長い拡散時間と高い拡散温度とが必要である。
【００５４】
図３Ｃは、ビーム軸６９５と法線１０５との間の第３のインプラント角ψ３での、第２のドーパントイオン７０２の電荷型の第３のドーパントイオン７０３のインプラントに関する図であり、これは、第２の側壁１５２に沿って、且つ、電極トレンチ１５０ａの底部部分の少なくとも一部に沿って、シールドインプラントゾーン１２８ａを形成する為に行われる。半導体基板５００ａを熱処理することにより、インプラント損傷をアニールすることが可能であり、インプラントされた第１、第２、及び第３のドーパントイオン７０１、７０２、７０３を、ある程度まで拡散させることが可能である。
【００５５】
図３Ｄは、チャネル領域１２１を含むボディ領域１２０を示しており、ボディ領域１２０は、図３Ａのチャネルインプラントゾーン１２１ａ内のドーパントから形成され、第１の側壁１５１に沿って、ほぼ均一な幅で延びる。図３Ｂのジャンクションインプラントゾーン１３２ｂ内のドーパントから形成されるジャンクション領域１３２が、チャネル領域１２１に直接隣接し、チャネル領域１２１内に一時的に形成される反転チャネルの電気的接続性を高める。図３Ｃのシールドインプラントゾーン１２８ａ内のドーパントから形成されるシールド領域１２８が、第２の側壁１５２に沿って、ほぼ均一な幅で延び、ジャンクション領域１３２に直接隣接することが可能である。
【００５６】
図２Ｂを参照して説明したように、電極トレンチ１５０ａ内に、電極構造１５０、例えば、トレンチゲート構造が形成されてよい。半導体ベース１００ａのメサ部分１７０内に、ソース領域１１０が形成されてよい。電極構造１５０と支持面１０２ａとの間に、ドレイン構造１３０が形成されてよい。
【００５７】
図３Ａから図３Ｃに示されたインプラントは、図示されたように組み合わされてよい。別の実施形態は、それらのインプラントのうちの１つだけを含むか、電極トレンチ１５０ａの側壁を通り抜けるそれらのインプラントのうちの２つを、シールド領域１２８、チャネル領域１２１、及びジャンクション領域１３２を形成する他の方法と組み合わせる。それらのインプラントのそれぞれは、単一インプラントであってよく、或いは、インプラント角がわずかに異なるか、且つ／又はドーパント濃度が異なる幾つかのインプラントの組み合わせであってよい。
【００５８】
ジャンクション領域１３２が反転チャネルの端部に近いことで、オン状態時に負電荷の蓄積が回避され、負電荷が蓄積されるのは、大量の電子がチャネル領域１２１を通過してドレイン構造１３０中に出る為である場合がある。第１の側壁１５１に沿ってインプラントのインプラント角を変えることにより、電極トレンチ１５０ａの深さに対してｎドープを変化させることが可能である。例えば、ジャンクション領域１３２のうちの、チャネル領域１２１に直接隣接する部分において、ドーパント注入量は、チャネル領域１２１からより遠い場所よりも高くてよい。
【００５９】
別の実施形態では、傾斜インプラントを使用して補償構造を形成することが可能である。更なる実施形態は、ドープ濃度の垂直方向の変化に基づく垂直ジャンクション終端に関するものであり、この垂直方向の変化は、垂直方向にインプラントされたイオンを、メサ部分１７０のクレーン部分が部分的に吸収することによって達成される。
【００６０】
トレンチ電極構造間のメサ部分１７０の水平方向の寸法を縮める為に、プロセス面１０１ａの法線に対して傾斜した非発散有向イオンビーム、発散有向イオンビーム、及び／又は２方向イオンビームが使用されてよい。
【００６１】
図４Ａ及び図４Ｂに示される方法では、連続的に印加される２つの非発散有向イオンビーム６９０を使用して、互いに傾斜している垂直軸を有する電極トレンチを形成する。
【００６２】
半導体ベース１００ａのプロセス面１０１ａ上に、マスク開口部４１１を有するエッチングマスク４１０が形成される。半導体基板５００ａは、プロセス面１０１ａに平行な方向に動かされる。有向イオンビーム６９０が、プロセス面１０１ａの法線１０５に対して第１の傾斜角α１で衝突する。
【００６３】
図４Ａに示されるように、有向イオンビーム６９０は、プロセス面１０１ａに対して第１の傾斜角α１だけ傾斜した第１及び第２の側壁１５１、１５２を有する電極トレンチ１５０１ａを形成する。
【００６４】
電極トレンチ１５０１ａは閉じられ、これは、例えば、犠牲充填によって、或いは、例えば、図４Ｂに示されるように、第１の電極構造１５０１を形成することによって閉じられる。
【００６５】
第１の電極構造１５０１同士の間に、マスク開口部４１３を有する補助エッチングマスク４１２が形成される。補助有向イオンビーム６９０が、半導体基板５００ａに向けて、法線に対する傾斜角α２で配向される。補助有向イオンビーム６９０がプロセス面１０１ａに垂直に衝突するように、傾斜角α２は０°であってよい。
【００６６】
図４Ｂに示された実施形態では、傾斜角α２は−α１に等しく、第２の電極トレンチ１５０２ａを形成しており、第２の電極トレンチ１５０２ａ及び第１の電極構造１５０１の第１及び第２の側壁１５１、１５２は、法線に対して対称に傾斜している。
【００６７】
補助エッチングマスク４１２は除去されてよく、第２の電極トレンチ１５０２ａ内に第２のトレンチ電極構造が形成される。両電極構造の導電電極１５５が、同じ素子端子又は別々の素子端子に電気的に接続されてよい。例えば、導電電極１５５がＪＦＥＴの制御端子に電気的に接続されてよく、第１及び第２のトレンチ電極構造の一部がＩＧＢＴのゲート端子に電気的に接続されてよく、第１及び第２のトレンチ電極構造の別の一部がＩＧＢＴの負荷端子に接続されてよい。
【００６８】
図５Ａ及び図５Ｂは、発散有向イオンビーム６９９を使用して、膨らんだ電極構造１５０の間に狭められたメサ部分１７０を形成することに関する図である。
【００６９】
図５Ａに示される半導体基板５００ａでは、半導体ベース１００ａのプロセス面１０１ａ上にエッチングマスク４１０が形成される。その表側に対して、発散有向イオンビーム６９９が配向される。発散有向イオンビームのビーム発散角θは、５°超であってよく、例えば、１０°超であってよい。ビーム軸６９５は、プロセス面１０１ａに垂直であってよく、或いは、プロセス面１０１ａの法線１０５に対して傾斜角αだけ傾斜していてよい。図示された実施形態では、傾斜角αはビーム発散角θの半分である（α＝θ／２）。インプラント中に、例えば、発散有向イオンビーム６９９の印加中に、又は発散有向イオンビーム６９９が半導体基板５００ａに衝突する、連続するアクティブ期間の合間のアイドル期間の間に、半導体基板５００ａは、プロセス面１０１ａに平行な水平方向に動かされる。
【００７０】
発散有向イオンビーム６９９によって形成される電極トレンチ１５０ａは、垂直な第１の側壁１５１と、第１の側壁１５１と向き合う、斜めの第２の側壁１５２とを有し、第２の側壁１５２と法線１０５との間のスロープ角φ２は、ビーム発散角θに等しい。隣接する電極トレンチ１５０ａによって、中間のメサ部分１７０は、プロセス面１０１ａから遠ざかるにつれて狭められる。電極トレンチ１５０ａの底部は、プロセス面１０１ａと平行であってビーム軸６９５と直交してよく、或いは、水平面と、ビーム軸６９５と直交する面とで境界が画定される形状を有してよい。
【００７１】
エッチングマスク４１０は除去されてよい。エッチングマスク４１０の除去前又は除去後に、図５Ａの電極トレンチ１５０ａ内に、図５Ｂに示されるような電極構造１５０が形成される。電極構造１５０は導電電極１５５を含んでよく、導電電極１５５は、メサ部分１７０の少なくとも一部と直接隣接するか、電極用誘電体１５９によってメサ部分１７０と隔てられる。
【００７２】
メサ部分１７０が、プロセス面１０１ａから遠ざかるにつれて狭まることにより、メサ部分１７０の上面の上部メサ幅ｗ２に関する要件（例えば、ドーパント濃度によって決まる物理特性からのリソグラフィ要件）と、メサ部分１７０の狭窄部分（即ち、メサ部分１７０の最も狭い部分）の狭窄幅ｗ３に関する要件とが、ある程度切り離される。ｗ２：ｗ３の比は、少なくとも３：２、２：１、又は少なくとも５：１であってよい。
【００７３】
図６Ａでは、２方向イオンビーム６９８が使用され、これは、法線１０５に対する、対称な傾斜角α、−αを有する２つの成分を含む。結果として得られる電極トレンチ１５０ａは、対称な２つのブランチ、それぞれ、１５７ａ、１５８ａを含む。
【００７４】
図６Ｂは、対称な電極ブランチ１５７、１５８を有する電極構造１５０を示しており、第１及び第２の側壁１５１、１５２が対称なスロープ角φ１、φ２を有する（φ１＝α、φ２＝−α）。
【００７５】
図７は、ＳｉＣ−ＴＩＧＦＥＴ（シリコンカーバイドトレンチ絶縁ゲート電界効果トランジスタ）５０１を示しており、これは、図３Ａから図３Ｃに関して説明した、プロセス面の法線に対して傾斜した電極トレンチの側壁間を通る、角度が付いたインプラントを使用することにより形成されてよい。
【００７６】
ＳｉＣ−ＴＩＧＦＥＴ  ５０１は、シリコンカーバイドから作られた半導体部分１００を含む。半導体部分の第１の面１０１と、裏の第２の面１０２とは、互いに平行である。第１の面１０１と第２の面１０２との間の距離は、ＳｉＣ−ＴＩＧＦＥＴ  ５０１の定格阻止能力に関係しており、数百ｎｍから数百μｍの範囲にあってよく、或いは、３μｍから２００μｍの範囲にあってよい。
【００７７】
表側に非対称トランジスタセルＴＣが形成される。トランジスタセルＴＣは、第１の面１０１から半導体部分１００内に延びてトレンチゲート構造１５１０を形成する電極構造を含む。トレンチゲート構造１５１０は、導電ゲート電極１５１５と、ゲート電極１５１５を半導体部分１００から隔てるゲート誘電体１５１９とを含む。トレンチゲート構造１５１０は、第１の面１０１の法線１０５に対してスロープ角φ１だけ傾斜しており、メサ部分１７０の第１及び第２の側壁１５１、１５２は互いに平行である。
【００７８】
トランジスタセルＴＣと第２の面１０２との間のドレイン構造１３０が、第２の面１０２と直接隣接する高ドープ接触部分１３９を含む。トランジスタセルＴＣと接触部分１３９との間に、接触部分１３９と同じ導電型の低ドープドリフトゾーン１３１が形成される。ドレイン構造１３０は更に、低ドープドリフトゾーン１３１と高ドープ接触部分１３９とに挟まれたフィールドストップ層１３８を含んでよく、フィールドストップ層１３８の平均ドーパント濃度は、ドリフトゾーン１３１の平均ドーパント濃度の少なくとも２倍から１０倍であり、接触部分１３９の最大ドーパント濃度のせいぜい１０分の１である。
【００７９】
半導体部分１００は、トレンチゲート構造１５１０間にメサ部分１７０を含む。メサ部分１７０内にソース領域１１０が形成されてよく、第１の面１０１からトレンチゲート構造１５１０の第１の側壁１５１に沿って延びてメサ部分１７０に入るウェルとして形成されてよい。ソース領域１１０は、隣接するトレンチゲート構造１５１０の第２の側壁１５２から間隔を置いて配置されてよい。メサ部分１７０内のボディ領域１２０が、ソース領域１１０をドレイン構造１３０から隔てており、ドレイン構造１３０とともに第１のｐｎ接合ｐｎ１を形成し、ソース領域１１０とともに第２のｐｎ接合ｐｎ２を形成する。
【００８０】
メサ部分１７０は、トレンチゲート構造１５１０と直接隣接する少なくとも１つの側壁インプラントゾーン１２１、１２８、１３２を含み、側壁インプラントゾーン１２１、１２８、１３２は、第１及び第２の側壁１５１、１５２のうちの一方のみの少なくとも一部に沿って選択的に形成される。各側壁インプラントゾーン１２１、１２８、１３２は、トレンチゲート構造１５１０に沿うその長さの少なくとも８０％にわたって幅が均一であってよい。
【００８１】
例えば、ボディ領域１２０は、第１の側壁１５１の一部に沿って均一幅で延びるチャネル領域１２１を含んでよく、チャネル領域１２１の平均ドーパント濃度は、第１の側壁１５１から間隔を置いて配置された主ボディ部分１２７における平均ドーパント濃度より高い。
【００８２】
別の実施形態によれば、ドリフトゾーン１３１の導電型を有するジャンクション領域１３２が、チャネル領域１２１に直接隣接してよく、第１の側壁１５１の更なる部分に沿って均一幅で延びてよく、この更なる部分は裏側に配向されている。ジャンクション領域１３２は、チャネル領域１２１を、ドリフトゾーン１３１とつなぐ。代替又は追加として、高ドープシールド領域１２８が、第２の側壁１５２に沿って、且つ底部部分の各区画に沿って、均一幅で延びてよい。シールド領域１２８は、ゲート誘電体１５１９の各区画を、接触部分１３９に印加される電位からシールドすることが可能である。
【００８３】
第１の面１０１上の層間誘電体が、トレンチゲート構造１５１０を覆う。第１の負荷電極３１０が、層間誘電体上に金属板を形成してよい。層間誘電体の開口部を通り抜けて延びる接触構造３１５が、第１の負荷電極３１０を、メサ部分１７０のソース領域１１０及びボディ領域１２０と電気的に接続する。第１の負荷電極３１０は、ＳｉＣ−ＴＩＧＦＥＴのソース端子Ｓを形成してよく、或いは、ＳｉＣ−ＴＩＧＦＥＴのソース端子Ｓと電気的に接続又は結合されてよい。
【００８４】
第２の負荷電極３２０が、第２の面１０２と直接隣接してよく、接触部分１３９とのオーム接触を形成する。第２の負荷電極３２０は、ドレイン端子Ｄを形成してよく、或いは、ドレイン端子Ｄと電気的に接続又は結合されてよい。ゲート電極１５１５は、ゲートメタライゼーション３３０と電気的に接続されてよく、ゲートメタライゼーション３３０は、ゲート端子Ｇを形成してよく、或いは、ゲート端子Ｇと電気的に接続又は結合されてよい。
【００８５】
半導体部分１００は、六方結晶格子を有する結晶質半導体材料から作られてよく、半導体部分１００の主結晶軸は、第１の面１０１の法線１０５に対して、｜２°｜から｜８°｜の範囲の軸外角βだけ傾斜している。軸外角βは、第１の側壁１５１が高キャリア移動度の結晶面から形成されるように、スロープ角φに等しくてよい。
【００８６】
第１の側壁１５１に平行な第２の側壁１５２を形成することにより、メサ部分１７０の上面が比較的広いままとなり、これにより、メサ部分１７０の上面に関するパターニング工程のリソグラフィ要件は緩いままとなる。代替又は追加として、隣接するトレンチゲート構造１５１０同士の中心間距離ｐ１は、面積効率が高まるように狭められてよい。
【００８７】
図８Ａから図８Ｃは、メサ部分１７０を局所的に狭めることにより恩恵が得られるＪＦＥＴに関する図である。
【００８８】
図８Ａでは、ＪＦＥＴ  ５０２が、電気的に並列接続された複数のトランジスタセルＴＣを含む。半導体部分１００は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＧａＮ、又は他の任意のＡＩＩＩＢＶ半導体結晶から作られてよく、その半導体部分１００は、第１の面１０１に沿って形成されたソース接触ゾーン１１１と、第２の面１０２に沿うドレイン接触として効果的な接触部分１３９と、を含んでよい。各トランジスタセルＴＣは、第１及び第２のトレンチゲート構造１５１１、１５１２のペアを含み、同じペアの第１及び第２のトレンチゲート構造１５１１、１５１２の垂直軸が互いに傾斜しており、これらの間のメサ部分１７０が第２の面１０２の方向に先細になる。
【００８９】
同じトランジスタセルＴＣの第１及び第２のトレンチゲート構造１５１１、１５１２のペアの間のメサ部分１７０は、第１の面１０１から遠ざかるにつれて狭くなる部分を有する。最も狭い部分の狭窄幅ｗ３は、メサ部分１７０の上面の幅ｗ２の１０％、例えば、２０％、又は５０％であってよい。
【００９０】
メサ部分１７０の上面に沿って、ソース接触ゾーン１１１が形成される。メサ部分１７０では、接触部分１３９及びソース接触ゾーン１１１の導電型のチャネル部分１２５が、ソース接触ゾーン１１１から、狭くなったメサ部分を通り抜けてドリフトゾーン１３１まで延びる。均一幅のゲート領域１５６が、第１及び第２のトレンチゲート構造１５１１、１５１２の側壁及び底部部分に沿って延びてよい。ゲート領域１５６は、チャネル部分１２５とともにｐｎ接合ｐｎ０を形成する。チャネル部分１２５のドーパント濃度、ゲート領域１５６の幅、及び狭窄部分の狭窄幅ｗ３によって、ｐｎ接合ｐｎ０に沿って延びる空乏層が、チャネル部分１２５を流れる電流をピンチオフする際の閾値電極が決定される。一実施形態によれば、狭窄幅ｗ３は、ＪＦＥＴ  ５０２がノーマリオフであるように選択される。
【００９１】
図８Ｂでは、ＪＦＥＴ  ５０２は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明したような方法によって得られるトレンチゲート構造１５１０に基づくトランジスタセルＴＣを含む。第１の側壁１５１は垂直であってよく、ゲート領域１５６は、少なくとも一方の側で、例えば、少なくとも第１の側壁１５１に沿って形成されてよく、これによってトランジスタセルＴＣのピンチオフ電圧が定義される。
【００９２】
図８Ｃは、図６Ａ及び図６Ｂに示された方法で得られるＪＦＥＴ  ５０２を示す。図８Ｂ及び図８Ｃの詳細については、図８Ａの説明を参照されたい。
【００９３】
図９はＩＧＢＴ  ５０３を示しており、これは、例えば、ＰＴ−ＩＧＢＴ（パンチスルーＩＧＢＴ）、ＮＰＴ−ＩＧＢＴ（非パンチスルーＩＧＢＴ）、ＲＢ−ＩＧＢＴ（逆阻止ＩＧＢＴ）、又はＲＣ−ＩＧＢＴ（逆導電ＩＧＢＴ）であってよい。ＩＧＢＴ  ５０３は、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＮ、又は別のＡＩＩＩＢＶ半導体などの結晶質半導体材料から作られる半導体部分１００がベースである。
【００９４】
半導体部分１００の第１の面１０１と第２の面１０２は、互いに平行である。第１及び第２の面１０１、１０２の間の最小距離が、ＩＧＢＴ  ５０３の電圧阻止能力に関係する。例えば、第１の面１０１と第２の面１０２との間の距離は、阻止電圧が約１２００Ｖの場合には９０μｍから１１０μｍであってよい。高阻止能力を有するＰＴ−ＩＧＢＴ又は他のＩＧＢＴに関連する他の実施形態であれば、厚さが数百μｍの半導体部分１００をベースとしてよく、例えば、阻止能力が約６００Ｖの半導体素子の場合には、厚さが５０μｍから６０μｍの範囲にある半導体部分１００をベースとしてよい。
【００９５】
半導体部分１００は、エッジ長が数ミリメートルの範囲にある矩形形状を有してよい。第１及び第２の面１０１、１０２の法線１０５は垂直方向を定義しており、法線１０５に直交する方向が水平方向である。
【００９６】
トレンチゲート構造１５１０及びフィールド電極構造１５２０が第１の面１０１から半導体部分１００内に延びる。半導体部分１００のメサ部分１７０は、隣接するトレンチゲート構造１５１０及びフィールド電極構造１５２０を隔てる。トレンチゲート構造１５１０及びフィールド電極構造１５２０の垂直方向の長さｖ１は、１μｍから２０μｍの範囲にあってよく、例えば、２μｍから７μｍの範囲にあってよい。トレンチゲート構造１５１０及びフィールド電極構造１５２０は、垂直方向の長さが同じであってよく、異なってもよい。隣接するトレンチゲート構造１５１０及びフィールド電極構造１５２０の間の中心間距離ｐ１は、５００ｎｍから５μｍの範囲にあってよく、例えば、１．０μｍから４μｍの範囲にあってよい。トレンチゲート構造１５１０及びフィールド電極構造１５２０は、等間隔の平行なストライプからなる規則的なパターンを形成してよく、その長手軸は断面平面に直交する。
【００９７】
トレンチゲート構造１５１０は、導電ゲート電極１５１５と、導電ゲート電極１５１５を半導体部分１００から隔てるゲート誘電体１５１９とを含む。フィールド電極構造１５２０は、導電フィールド電極１５２５と、フィールド電極１５２５を半導体部分１００から隔てるフィールド誘電体１５２９とを含む。フィールド誘電体１５２９とゲート誘電体１５１９は、厚さ及び組成が異なってよく、或いは、同じ材料から作られてよく、材料構成及び層厚が同じであってよい。
【００９８】
ゲート電極１５１５及びフィールド電極１５２５は、異なる材料から形成されてよく、或いは、同じ構成で同じ材料から形成されてよい。フィールド電極構造１５２０の断面形状及び空間寸法は、トレンチゲート構造１５１０の断面形状及び空間寸法と異なってよく、同じであってもよい。
【００９９】
トレンチゲート構造１５１０及びフィールド電極構造１５２０は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明した発散有向イオンビームの印加によって得られてよい。第１の側壁１５１は、垂直方向に対して、第２の側壁１５２と対称に形成されてよい。図示された実施形態によれば、第１の側壁１５１は第１の面１０１に垂直であり、第２の側壁１５２は、第１の面１０１に対してスロープ角φだけ傾斜しており、φは少なくとも１．５°、少なくとも３°、又は少なくとも５°である。メサ部分１７０は、活性メサ１７１及び非活性メサ１７２を含む。活性メサ１７１はソース領域１１０を含み、ソース領域１１０は、第１の負荷電極３１０に電気的に接続されており、トレンチゲート構造１５１０の第１の側壁１５１に直接隣接している。非活性メサ１７２は、第１の負荷電極３１０と電気的に接続されているソース領域１１０を含まず、トレンチゲート構造１５１０の第１の側壁１５１に直接隣接していないが、例えば、トレンチゲート構造１５１０のフィールド電極構造１５２０及び／又は第２の側壁１５２に直接隣接している。
【０１００】
活性メサ１７１では、ボディ領域１２０がソース領域１１０をドレイン構造１３０から隔てる。
【０１０１】
ドレイン構造１３０は、第２の面１０２に直接隣接する高ドープ接触部分１３９を含む。高ドープ接触部分１３９は、逆阻止ＩＧＢＴの場合には、ボディ領域１２０の導電型の均一ドープ構造であってよく、ＩＧＢＴ  ５０３がＲＣ−ＩＧＢＴである場合には、両導電型の、互いに逆にドープされた複数の領域が水平方向に交互に配列されてよい。
【０１０２】
コレクタ層を形成する接触部分１３９の平均正味不純物濃度は、少なくとも１Ｅ１６ｃｍ−３であってよく、例えば、少なくとも５Ｅ１７ｃｍ−３であってよい。ドレイン構造１３０は更に、低ドープドリフトゾーン１３１を含み、これは、メサ部分１７０内に形成された第１の部分１３１ａと、トレンチゲート構造１５１０／フィールド電極構造１５２０と接触部分１３９との間に形成された連続的な第２の部分１３１ｂとを有する。ドリフトゾーン１３１の平均正味不純物濃度は、１Ｅ１２ｃｍ−３から５Ｅ１４ｃｍ−３の範囲にあってよく、例えば、５Ｅ１２ｃｍ−３から１Ｅ１４ｃｍ−３の範囲にあってよい。第１及び第２の部分１３１ａ、１３１ｂのそれぞれにおいて、正味不純物濃度は、一定であってよく、或いは狭義単調減少であってよく、或いは狭義単調増加であってよい。フィールドストップ層１３８がドリフトゾーン１３１を接触部分１３９から隔ててよく、フィールドストップ層１３８の平均正味ドーパント濃度は、ドリフトゾーン１３１の第２の部分１３１ｂの隣接部分の少なくとも２倍から少なくとも１０倍の高さであってよく、且つ、接触部分１３９の最大ドーパント濃度のせいぜい半分、例えば、せいぜい１０％であってよい。ドレイン構造１３０は、更なるドープ領域、例えば、ドリフトゾーン１３１の導電型の障壁領域を含んでよく、この障壁領域の平均正味不純物濃度は、ドリフトゾーンの第１の部分１３１ａの少なくとも５倍から１０倍の高さである。
【０１０３】
ボディ領域１２０は、ドレイン構造１３０とともに第１のｐｎ接合ｐｎ１を形成し、ソース領域１１０とともに第２のｐｎ接合ｐｎ２を形成する。
【０１０４】
層間誘電体２１０が、トレンチゲート構造１５１０及び非活性メサ１７２を覆う。第１の接触構造３１５が、第１の負荷電極３１０から層間誘電体２１０の開口部を通って延びて、第１の負荷電極３１０を、活性メサ１７１内のソース領域１１０及びボディ領域１２０と電気的に接続する。第２の接触構造３１６が、層間誘電体２１０の別の開口部を通って延びて、第１の負荷電極３１０を、フィールド電極１５２５と電気的に接続する。
【０１０５】
エミッタ電極を形成する第１の負荷電極３１０が、エミッタ端子Ｅに電気的に接続されていて、少なくとも１つの障壁層を含んでよく、この障壁層は、例えば、５ｎｍから３００ｎｍ、又は５０ｎｍから２００ｎｍの範囲の均一厚さを有し、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、チタン（Ｔｉ）、又はタンタル（Ｔａ）で構成されるか、その層を含む。第１の負荷電極３１０の主層は、タングステン（Ｗ）又はタングステンベースの金属、高ドープポリシリコン、炭素（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、又はアルミニウムと銅の合金、例えば、ＡｌＣｕ又はＡｌＳｉＣｕで構成されてよく、又はこれを含んでよい。
【０１０６】
コレクタ電極を形成する第２の負荷電極３２０は、第２の面１０２と直接隣接し、接触部分１３９とのオーム接触を形成し、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、或いは、アルミニウム又は銅の合金、例えば、ＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、ＡｌＳｉＣｕで構成されてよく、又はこれを主成分として含んでよい。別の実施形態によれば、第２の負荷電極３２０は、１つ、２つ、又は３つ以上の副層を含んでよく、各副層は、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、及び／又はパラジウム（Ｐｄ）のうちの少なくとも１つを主成分として含む。例えば、副層は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、及び／又はＰｄを含む金属ケイ化物、金属窒化物、又は合金を含んでよい。第２の負荷電極３２０は、ＩＧＢＴ  ５０３のコレクタ端子Ｃと電気的に接続又は結合される。
【０１０７】
以下の説明では、ｐ型ボディゾーン、ｐ型接触部分１３９、ｎ型ソース領域、及びｎ型ドリフトゾーン１３１を有するｎチャネルＩＧＢＴを参照する。同様の考察が、ｎ型ボディゾーン１２０、ｎ型接触部分１３９、ｐ型ソース領域、及びｐ型ドリフトゾーン１３１を有するｐチャネルＩＧＢＴにも当てはまる。
【０１０８】
電極構造１５０、１６０は、第１の面１０１から遠ざかるにつれて広くなり、メサ部分１７０を上部メサ幅ｗ２から狭窄幅ｗ３まで狭め、ｗ３は、メサ表面幅ｗ２のせいぜい８０％、例えば、せいぜい５０％又はせいぜい２０％である。ＩＧＢＴ  ５０３のオン状態動作の間に、ゲート電極１５１５に印加される電位が、ゲート誘電体１５１９に沿ってボディ領域１２０内に少数電荷キャリアの反転チャネルを形成する。結果として得られる電子の流れにより、ｐ型ボディ領域１２０、ｎ型ドリフトゾーン１３１、及びｐ型接触部分１３９によって形成されるバイポーラトランジスタがオンになり、ドリフトゾーン１３１の層状の第２の部分１３１ｂが正孔及び電子の両方でいっぱいになる。結果として得られる、正孔及び電子の電荷キャリアプラズマの密度が高まるほど、層状の第２の部分１３１ｂの導電率が高まり、オン状態での静的損失が小さくなる。層状の第２の部分１３１ｂ内の正孔は、活性メサ１７１のボディ領域１２０を通り抜けて接触構造３１５に排出される傾向がある。メサ部分１７０が狭まることにより、活性メサ１７１を通り抜ける正孔の流れが減少する。層状の第２の部分１３１ｂの電荷キャリアプラズマは、狭窄がない場合より高い密度が維持される。結果として、ドリフトゾーン１３１の層状の第２の部分１３１ｂは、オン状態において導電率が高くなる。
【０１０９】
更なる実施形態によれば、半導体素子は、第１の面から半導体部分内に延びる電極構造を含む。電極構造の平行な複数の第１の側壁は、垂直であるか、第１の面の法線に対して、０°より大きな第１のスロープ角φ１だけ傾斜している。第１の側壁の反対側の、平行な第２の側壁は、第１の面の法線に対して、０°より大きな第２のスロープ角φ２だけ傾斜している。ゲート領域は、第１及び第２の側壁のうちの少なくとも一方の少なくとも一部に沿って延び、隣接する電極構造同士の間の半導体部分のメサ部分のチャネル領域とともにｐｎ接合を形成する。チャネル領域は、ソース接触ゾーンとドレイン構造とを接続する。
【０１１０】
本明細書において特定の実施形態を図示及び説明してきたが、当業者であれば理解されるように、本発明の範囲から逸脱しない限り、図示及び説明された特定の実施形態の代わりに様々な変形実施態様及び／又は等価実施態様が用いられてよい。本出願は、本明細書に記載の特定実施形態のあらゆる翻案又は変形を包含するものとする。従って、本発明は、特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されるものとする。
【符号の説明】
【０１１１】
１００  半導体部分
１００ａ  半導体ベース
１０１  第１の面
１０１ａ  プロセス面
１０２  第２の面
１０２ａ  支持面
１０５  法線
１１０  ソース領域
１１１  ソース接触ゾーン
１２０  ボディ領域
１２１  チャネル領域
１２１ａ  チャネルインプラントゾーン
１２５  チャネル部分
１２７  主ボディ部分
１２８  シールド領域
１２８ａ  シールドインプラントゾーン
１３０  ドレイン構造
１３１  ドリフトゾーン
１３１ａ  第１の部分
１３１ｂ  第２の部分
１３２  ジャンクション領域
１３２ａ  前駆物質インプラントゾーン
１３２ｂ  ジャンクションインプラントゾーン
１３８  フィールドストップ層
１３９  接触部分
１５０  電極構造
１５０ａ  電極トレンチ
１５１  第１の側壁
１５２  第２の側壁
１５５  導電電極
１５６  ゲート領域
１５９  電極用誘電体
１６０  電極構造
１７０  メサ部分
２１０  層間誘電体
３１０  第１の負荷電極
３１５  接触構造
３２０  第２の負荷電極
３３０  ゲートメタライゼーション
４１０  エッチングマスク
４１１  マスク開口部
４１５  エッチングマスク
５００ａ  半導体基板
５０１  ＳｉＣ−ＴＩＧＦＥＴ
５０２  ＪＦＥＴ
６００  有向イオンビーム装置
６１０  プラズマ部
６１５  偏向部
６２０  プロセス部
６２２  ホルダ
６２４  コンベヤ部
６９０  有向イオンビーム
６９５  ビーム軸
６９８  ２方向イオンビーム
６９９  発散有向イオンビーム
７０１  第１のドーパントイオン
７０２  第２のドーパントイオン
７０３  第３のドーパントイオン
１５０１  第１の電極構造
１５０１ａ  電極トレンチ
１５０２ａ  第２の電極トレンチ
１５１０  トレンチゲート構造
１５１１  第１のトレンチゲート構造
１５１２  第２のトレンチゲート構造
１５１５  ゲート電極
１５１９  ゲート誘電体
１５２０  フィールド電極構造
１５２５  フィールド電極
ＴＣ  トランジスタセル
【図１Ａ】
2018037648.tif 000003
【図１Ｂ】
2018037648.tif 000004
【図１Ｃ】
2018037648.tif 000005
【図１Ｄ】
2018037648.tif 000006
【図１Ｅ】
2018037648.tif 000007
【図２Ａ】
2018037648.tif 000008
【図２Ｂ】
2018037648.tif 000009
【図３Ａ】
2018037648.tif 000010
【図３Ｂ】
2018037648.tif 000011
【図３Ｃ】
2018037648.tif 000012
【図３Ｄ】
2018037648.tif 000013
【図４Ａ】
2018037648.tif 000014
【図４Ｂ】
2018037648.tif 000015
【図５Ａ】
2018037648.tif 000016
【図５Ｂ】
2018037648.tif 000017
【図６Ａ】
2018037648.tif 000018
【図６Ｂ】
2018037648.tif 000019
【図７】
2018037648.tif 000020
【図８Ａ】
2018037648.tif 000021
【図８Ｂ】
2018037648.tif 000022
【図８Ｃ】
2018037648.tif 000023
【図９】
2018037648.tif 000024
【外国語明細書】
2018037648000001.pdf
2018037648000002.pdf
2018037648000003.pdf
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