(57)【要約】本発明は、第１のｎ導電性の半導体領域（２）、第１の半導体領域（２）に走る電流回路及び基礎ドーピングを有する、電流（Ｉ）を制御する半導体装置に関する。チャネル領域（２２）内の電流（Ｉ）は、少なくとも１つの空乏層（２３、２４）により影響させることができる。そのチャネル領域（２２）は電流を誘導するｎ導電性のチャネル伝導領域（２２５）を内包しており、このチャネル伝導領域は基礎ドーピングよりも高くドープされている。チャネル伝導領域（２２５）はイオン注入によりチャネル領域（２２）を囲むエピタキシャル層（２６２）内に形成されている。
2006514439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
ａ）第１の導電型の第１の半導体領域（２）と、
ｂ）この第１の半導体領域（２）内の少なくとも１部に延びる電流路と、
ｃ）チャネル領域（２２）とを備え、該チャネル領域（２２）が
ｃ１）第１の半導体領域（２）の一部であり、
ｃ２）基礎ドーピングを持ち、
ｃ３）少なくとも１つの空乏層（２３、２４）により影響を及ぼしてチャネル領域（２２）の内部を流れる電流（Ｉ）を制御する
半導体装置において、
ｃ４）前記チャネル領域（２２）が、第１の導電型及び基礎ドーピングに比べて高いドーピングを有し、電流の通電のためのチャネル伝導領域（２２５）を含む
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
電流路が垂直方向に延びる請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
チャネル領域（２２）が横形チャネル領域として形成された請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
電界効果トランジスタとして形成された請求項１から３の１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体材料が炭化ケイ素である請求項１から４の１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
第１の半導体領域（２）内の少なくとも一部に埋め込まれて、第１の導電型と反対の第２の導電型の島状領域（３）が配置された請求項１から５の１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
チャネル領域（２２）内に存在する第１の導電型の全電荷量の少なくとも８０％がチャネル伝導領域（２２５）内にある請求項１から６の１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
チャネル伝導領域（２２５）内に少なくとも１つのチャネル補償領域（２２６）が配置された請求項１から７の１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのチャネル補償領域（２２６）が第１の導電型と反対の第２の導電型を有する請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのチャネル補償領域（２２６）がチャネル伝導領域（２２５）よりも高いドーパント濃度を持つ請求項８又は９記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記チャネル伝導領域（２２５）内に入れられた第１の導電型の全電荷量が、１つのチャネル補償領域（２２６）内に、複数のチャネル補償領域（２２６）の場合には、その全てのチャネル補償領域（２２６）内に入れられた第２の導電型の全電荷量とほぼ同量である請求項８から１０の１つに記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記チャネル領域（２２）がエピタキシャル層（２６２）内に配置された請求項１から１１の１つに記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記エピタキシャル層（２６２）のドーピングが基礎ドーピングと同じである、請求項１２記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１の半導体領域（２）が、同じドーピングを有する２つのエピタキシャル層（２６１、２６２）から成る請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第１の半導体領域（２）が第１の導電型と反対の第２の導電型の基板（２８）上に配置され、その電流路が基板（２８）を通って延びる請求項１から１４の１つに記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第１の半導体領域（２）内の少なくとも一部に埋め込んで第２の導電型の島状領域（３）が配置されており、少なくとも島状領域（３）の基板（２８）に面する側に、第１の導電型の遮蔽領域（３１）が、島状領域（３）と第１の半導体領域（２）との間に位置して配置された請求項１５記載の半導体装置。
【請求項１７】
ａ）半導体基板（２７）を準備し、
ｂ）基礎ドーピングを持ち、内部で電流（Ｉ）を少なくとも１つの空乏層により制御するチャネル領域（２２）を含んだエピタキシャル層（２６２）を半導体基板（２７）上に施し、
ｃ）エピタキシャル層（２６２）内の少なくともチャネル領域（２２）の範囲内に、基礎ドーピングよりも高いドーピングを持ち、電流誘導に予定されたチャネル伝導領域（２２５）を埋め込む
工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
基礎ドーピングを持つもう１つのエピタキシャル層（２６１）を半導体基板（２７）上に施し、
その際このもう１つのエピタキシャル層（２６１）を、半導体基板（２７）と、チャネル伝導領域（２２５）を内包するエピタキシャル層（２６２）との間に配置し、
両エピタキシャル層（２６１、２６２）を連続して上下に半導体基板（２７）上に施す
工程を有することを特徴とする請求項１７記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を制御する半導体装置に関する。この半導体装置は、第１の導電型（ｎ又はｐ）の少なくとも１つの第１の半導体領域、該半導体領域内の少なくとも一部に延びる電流路及び第１の半導体領域の一部をなし、基礎ドーピングを持ち、かつその内部で、少なくとも１つの空乏層により電流を制御するチャネル領域から成る。この種の半導体装置は、例えば米国特許第６０３４３８５号明細書から公知である。更に本発明は、この半導体装置を製造する方法に関する。
【０００２】
負荷に定格電流を供給すべく、通常スイッチング装置を介して負荷を電気供給網に接続する。このスイッチング過程で、また短絡時にも、明らかに定格電流を越える過電流が生ずる。負荷を保護すべく、負荷と電力網との間に接続されるスイッチング装置は、この過電流を制限し、かつ遮断できなければならない。更に、例えばインバータ技術に使用する場合があり、負荷は逆電圧が加わった状態でも、確実に供給網から分離可能でなければならない。上述した諸機能を果たす、半導体装置の形の電流制限用スイッチが公知である。
【０００３】
米国特許第６０３４３８５号明細書や国際特許出願第００／１６４０３号明細書も、第１と第２の電極間を流れる電流を制御する半導体装置を開示している。それら装置で電流を流し、遮断し又は最大値を制限する。この装置の能動部分は、所定の導電型、特にｎ型の第１の半導体領域からなっている。導電型は、半導体領域にドープした不純物により定まる。電流制御のため、第１の半導体領域内に、少なくとも１つの横形チャネル領域を備えている。横形又は水平とは、この場合第１の半導体領域の主表面に平行な方向を云う。それに対して縦形とは、主表面に垂直な方向を云う。この横形チャネル領域は、少なくとも１つのｐｎ接合により、特にこのｐｎ接合の空乏層により垂直方向を制限される。この空乏層の縦の寸法は、特に制御電圧により調整可能である。ｐｎ接合は、第１の半導体領域と、ｐ導電性の埋め込み島状領域との間に形成されている。この島状領域は、第１の電極を、逆方向の又は遮断状態における高い電界に対する遮蔽の役目を果たす。特殊な実施形態では、チャネル領域は、もう１つの空乏層により縦方向にも制限される。このもう１つの空乏層を、例えば第２のｐ導電性の半導体領域と第１のｎ導電性の半導体領域との間のもう１つのｐｎ接合により生じさせる。第２のｐ導電性の半導体領域も、制御電極により制御電圧に接続できる。この電流の制御に重要なチャネル領域は、エピタキシャル層内に配置される。このエピタキシャル層の製造時、その厚さとドーピング濃度が変動し、チャネル領域の電流制御特性に直接影響を及ぼす。従って、この半導体装置は、製造プロセスの終了時、エピタキシャル層の公差の故に、必要な電流制御挙動、例えば予定されたピンチオフ電圧を示さないことがある。そのため、達成可能な収量が低下する。
【０００４】
類似の半導体装置は、独国特許出願公開第１９６２９０８８号明細書で公知である。この半導体装置の場合も、製造時に同様に製造技術に制約されて収量が低下し得る。
【０００５】
前記の米国特許第６０３４３８５号明細書による半導体装置の受動的な実施形態が米国特許第６２３２６２５号明細書に開示されている。第２のｐ導電性の半導体領域は、第１の電極にも接続されている。その場合、能動的に電流を制御しない、即ち半導体装置を流れる電流が外部の電圧により制御不能な構造が生じる。この半導体装置は、むしろ受動的電流制御素子と云える。
【０００６】
更に米国特許第５５４３６３７号明細書は、第１の導電型と反対の導電型の島状領域が埋め込まれた第１の導電型の第１の半導体領域と、２つの電極と、１つの制御電極とを含んだ半導体装置を開示している。制御電極と埋め込み島状領域により生じる各空乏層も、両電極間を流れる電流を制御するチャネル領域を形成する。制御電極は、ショットキ又はＭＯＳコンタクトとして形成されている。半導体材料としては、３Ｃ、６Ｈ又は４Ｈ炭化珪素（ＳｉＣ）が使用される。この場合も、チャネル領域はエピタキシャル層内に配置されており、その厚さ及びドーピング濃度は変動に曝される。
【０００７】
更に独国特許第１９８３３２１４号明細書から、電流の制御のために、ｐ導電性の２つの半導体領域により制限されたｎ導電性の横形チャネル領域を備え、特にＳｉＣからなる半導体装置が公知である。そのチャネル領域もエピタキシャル層内に在り、従ってここでもまた前記の理由から、その製造時に収量が低下する可能性がある。
【０００８】
米国特許第６１５０６７１号及び同第５９２３０５１号明細書は、それぞれＳｉＣのＭＯＳＦＥＴを開示している。この場合、チャネル領域は、新たにエピタキシャルに成長させたｐ又はｎ導電性の層内に存在する。
【０００９】
本発明は、製造時の技術に起因する変動の影響を受けず、高い収量を保証する、冒頭に記載した形式の半導体装置を提供することを課題とする。更にそのような半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
半導体装置に関する課題は、請求項１に記載の特徴を持つ半導体装置にて解決される。
【００１１】
本発明による電流制御用の半導体装置は、チャネル領域が、第１の導電型と、その基礎ドーピングに比べて高いドーピングを有する電流誘導に予定されたチャネル伝導領域を含むことを特徴とする、冒頭に記載した形式の半導体装置である。
【００１２】
その場合、本発明は、チャネル領域内に付加的に設けた、チャネル領域に比べて高いドーパント濃度を持ち、その半導体装置の製造時の技術に起因する変動の影響を受けないチャネル伝導領域により、仮に完全に除去できない迄も、著しくその変動を削減できるという認識に基づく。この付加的領域、即ちチャネル伝導領域は、チャネル領域と同じ型のキャリア（ｎ又はｐ）のドーパントでドープされている。この領域が、主としてチャネル領域の電気的特性を決定する。従って、その導通時の電流は、より高いドーピングと、それと並行して生じる、特にこのチャネル伝導領域内のより高い導電率により増大する。それに対し、残りのチャネル領域は、十分電流が流れない儘であり、その結果ここに幾らか存在する基礎ドーピング又は厚さの変動は、その場合全く問題にならないか、ごく僅かに副次的に作用するに過ぎない。このチャネル伝導領域は、例えばイオン注入により、ドーパント濃度並びにその厚さ内で、極めて高精度に、かつ少ない変動で形成できる。こうして得られる製造技術に基づく変動に対するこの新たな独立性により、この半導体装置の製造プロセスの場合、高い収量が得られる。
【００１３】
本発明による半導体装置の有利な実施形態を、請求項１に従属する請求項に示す。
【００１４】
有利な１実施形態では、チャネル伝導領域は、チャネル領域内に存在する第１導電型の全電荷量の少なくとも８０％を含む。従ってチャネル伝導領域を除いて、チャネル領域内に存在する全電荷量の残りの精々２０％だけがその製造技術に起因する変動に曝されるに過ぎない。この能動的効果は、チャネル領域内に存在する第１の導電型の全電荷量の少なくとも９０％をチャネル伝導領域内に含ませて、更に上昇させ得る。
【００１５】
電流が略垂直方向に半導体装置を流れる、所謂縦形の半導体装置が好ましい。この実施形態は、その遮断時に特に高い逆電圧を担持できる。但し、原理的に横形の半導体装置も、半導体装置を電流が横方向に流れることを可能にする。
【００１６】
電流制御は、特に横形チャネル領域により行える。この実施形態では、電流を確実に流し、かつ遮断でき、併せて半導体装置の高い逆電圧も担持できる。
【００１７】
もう１つの有利な実施形態では、この半導体装置を、電界効果トランジスタ、特に接合形電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）として構成する。この種のトランジスタは、特に本発明と関連して所望の電流制御に特に好適である。
【００１８】
有利な１実施形態では、この半導体装置は、一部又は全部が、少なくとも２ｅＶのエネルギーギャップを持つ半導体材料からなる。適した半導体材料は、例えばダイヤモンド、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）又は特に炭化珪素（ＳｉＣ）である。極めて低い真性キャリア濃度（＝ドーピングなしのキャリア濃度）と、その極めて僅かな導通損失の故に、上述の半導体材料、特にＳｉＣは極めて有利である。上記の半導体材料は、その上「汎用半導体」である珪素に比べて明らかに高いブレークオーバ強度を持ち、この半導体装置を高電圧で使用できる。特に優れた半導体材料は炭化珪素、特に３Ｃ又は４Ｈ又は６Ｈ又は１５Ｒのポリタイプの単結晶の炭化珪素である。
【００１９】
更に、半導体装置が第１の半導体領域内の少なくとも一部に埋め込み島状領域を内包している別形も可能である。この島状領域は第１の導電型（ｎ又はｐ）と反対の第２の導電型（ｐ又はｎ）を持つ。この島状領域は、第１の半導体領域とｐｎ接合を形成し、その空乏層を、チャネル領域の、従って又電流の流れの制御に利用できる。
【００２０】
もう１つの有利な実施形態では、チャネル伝導領域内に、少なくとも１つのチャネル補償領域を配置する。このチャネル伝導領域が、複数のチャネル補償領域を含むとよい。この補償領域は、特に第１の導電型（ｎ又はｐ）と反対の第２の導電型（ｐ又はｎ）を有する。チャネル補償領域内に存在する電荷量は、逆方向の制御電圧を印加した際に、チャネル伝導領域内に存在する電荷量を補償し、もってチャネル伝導領域内の第１の導電型のドーパント濃度を更に高める。この補償に伴い、半導体装置の電気的特性が劣化せず、特にチャネル領域の完全なピンチオフに必要な制御電圧（＝ピンチオフ電圧）が不所望に上昇することがない。これは、例えば１５Ｖ以下の小さなピンチオフ電圧が必要な場合に、特に有効である。チャネル補償領域を持たない実施形と比べて、少なくともその２倍のチャネル伝導領域内の少なくとも２倍の第１の導電型のドーパント濃度の上昇に伴い、この補償領域による面積の損失は、チャネル伝導領域内の導電率の著しい上昇により、完全に又は少なくとも補われる。
【００２１】
少なくとも１つのチャネル補償領域、そして複数のチャネル補償領域の場合には、個々のチャネル補償領域が、各チャネル伝導領域より高いドーパント濃度を有するとよい。その場合、このチャネル伝導領域の面積比は、チャネル補償領域全体の比率より大きい。これは、電流がチャネル伝導領域内を流れ、その結果、チャネル伝導領域を最大限に使えることからも有利である。併せて、上記の補償作用は阻止状態においても生ずる。
【００２２】
そのチャネル伝導領域内に存在する第１の導電型の全電荷量が、全てのチャネル補償領域内に存在する第２の導電型の全電荷量と略同じであるとよい。その場合には、極めて良好な補償作用が達成される。
【００２３】
もう１つの有利な実施形態では、チャネル領域をエピタキシャル層内に配置する。製造技術に起因するエピタキシャル層内のドーパント濃度と厚さの変動は、先に挙げた理由から、付加的に存在するチャネル伝導領域の故に、何ら問題とならない。更に、第１の半導体領域は、特に遮断時に加わる逆電圧の大部分を担持するドリフト領域として形成された第２のエピタキシャル層を備え得る。両エピタキシャル層は、夫々異なる役目を果たす。一方は電流制御、もう一方は逆電圧を担持する役目をする。両エピタキシャル層が基本的に同じ基礎ドーピングを持つもう１つの別形態も好適である。電流制御に決定的な役割を果たすチャネル伝導領域により、チャネル領域が配置されるエピタキシャル層の基礎ドーピングを別の観点から説明できる。即ち、両エピタキシャル層間の界面にドーピング濃度の差が生じないようにする。こうすれば、半導体装置は更に高い逆電圧を担持できる。
【００２４】
更に第１の半導体領域を、第１の導電型と反対の導電型を有する基板上に配置する形態も可能である。その場合、両方のキャリア、すなわち電子と正孔が通電に寄与する。バイポーラ動作により、極めて有利な伝導度変調伝導が生じる。更に第１の半導体領域と基板との間の付加的ｐｎ接合は、高い逆電圧への適合性を生ずる。
【００２５】
基本的にチャネル伝導領域は、ノーマリオンの半導体装置にも、ノーマリオフの半導体装置にも使用できる。
【００２６】
方法に関する課題は、請求項１７に記載の特徴を有する方法で解決できる。本発明方法では、少なくとも１つの半導体基板を用意し、該基板上に基礎ドーピングを有するエピタキシャル層を施す。その際エピタキシャル層が、その内部で電流に影響を及ぼすことのできるチャネル領域を含み、かつ基礎ドーピングより高いドーピング濃度を有し、電流導通のためのチャネル伝導領域を、エピタキシャル層内の少なくともそのチャネル領域の範囲内に埋め込んだ電流制御用の半導体装置を製造する。
【００２７】
エピタキシャル法により、通常例えば約±１５％の比較的高い変動幅を持つ基礎ドーピングしか行えないので、この方法は特に有利である。チャネル伝導領域の製造に使用するイオン注入により、ドーピングを極めて厳密に調整できる。電流の制御に重要なチャネル伝導領域は、そのドーパント濃度が極めて僅かに変動するに過ぎない。
【００２８】
請求項１７に従属する請求項に応じた方法の実施形態は有利である。
【００２９】
半導体基板上にもう１つのエピタキシャル層を施す変法は特に有効である。両エピタキシャル層を、特に連続して上下に半導体基板上に施す。更に、この両エピタキシャル層が同じ基礎ドーピングを有すると有利である。チャネル伝導領域へのイオン注入は、両エピタキシャル層を施すエピタキシー処理工程の終了後に行う。この方法は、特に先に挙げた利点を有する電流制御に決定的役割を果たす半導体装置の高収量での製造を可能にする。
【００３０】
本発明の有利な実施例を図面に基づき以下に詳述する。但し実施例は本発明を限定するものではない。見易さのため、図面は縮尺どおりではなく、特徴を明示したものである。図１〜８において、相互に対応する部分には同じ符号を付けてある。
【００３１】
図１は、電流Iを制御する縦形の接合形電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）１００を示す。図１は半導体装置１００の半分のみを示している。この装置の右縁に鏡を置くことで完全な装置が見える。多セル構造は、多重の反射により形成される。
【００３２】
電流制御を主に行う能動部分は、ｎ導電性（電子伝導）の第１の半導体領域２内に含まれている。この領域２内に、ｐ導電性（正孔伝導）の埋め込み島状領域３が配置されている。第１の半導体領域２は、第１の表面２０を持ち、埋め込み島状領域３は第２の表面８０を持つ。両表面２０と８０は、概ね互いに平行に延びている。第１の半導体領域２は、図１の実施例では半導体基板２７とその上に配置した、エピタキシャルに成長させた２つの半導体層２６１及び２６２からなっている。第１の表面２０は、第２のエピタキシャル層２６２の一部であり、第２の表面８０は第１のエピタキシャル層２６１の一部である。両エピタキシャル層２６１及び２６２は、概ね同じ基礎ドーピングを有する。それらは半導体基板２７（ｎ+）よりも低く（ｎー）ドープされている。
【００３３】
第２の表面８０には、島状領域３内に埋め込んだｎ導電性の接触領域５が存在する。該領域は高ドープ（ｎ+）されている。島状領域３は、その全方向で接触領域５よりも更に第１の表面２０に平行に延びている。
【００３４】
半導体材料として、この半導体装置１００では、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いている。特に高電圧の場合、固有の材料特性の故に、特に炭化珪素が適する。ドーパントとして、ｐドーピングには硼素とアルミニウム、ｎドーピングには窒素と燐が適する。典型的には接触領域５のドーパント濃度は１〜１０×１０19ｃｍ-3であり、両エピタキシャル層２６１及び２６２の濃度は最高でも５×１０16ｃｍ-3である。第１のエピタキシャル層２６１のドーピングは、特に半導体装置１００の遮断中に加わる逆電圧に依存する。逆電圧が高ければ高い程、ドーピング量は少なくする。エピタキシャル層２６１は、主に遮断すべき電界を支える。図示の例では、両エピタキシャル層２６１と２６２は、略５〜７×１０15ｃｍ-3の基礎ドーピングを持つ。その場合逆電圧は少なくとも約１２００Ｖである。
【００３５】
埋め込み島状領域３と、その中に埋め込んだ接触領域５とは、第１のエピタキシャル層２６１の被着後に形成するとよい。その際米国特許第６２０４１３５号明細書に記載の自己整合マスキング法を使用できる。島状領域３と接触領域５は、その結果第２のマスキング処置及びｐ又はｎドーパント粒子のイオン注入により第２の表面８０内に形成される。その後第２のエピタキシャル成長処置中に、第２のエピタキシャル層２６２が施される。
【００３６】
第２のエピタキシャル層２６２内に、垂直方向に第２の表面８０に迄達する接触穴７０を設ける。この穴７０は、埋め込まれた島状領域３の一部も、接触領域５の一部も露出させ、そのため両方の領域３及び５は、導電材料でできた第１の電極５０とオーミック接触する。この接触領域５と島状領域３は、第１の電極５０で短絡している。第１の電極５０の材料として、ポリシリコンや金属、特にニッケル、アルミニウム、タンタル、チタン又はタングステンが対象になる。この接触穴７０は例えばドライエッチングプロセスで形成する。エッチング深さにおける変動を補正すべく、図示しない実施形に基づき、それぞれ比較的短い直径を有する複数の接触穴７０を設けてもよい。
【００３７】
第１の半導体領域２の、第１の表面２０と反対側の面に、第２の電極６０を設ける。この半導体装置１００を流れる電流Ｉの導入及び導出は、両電極５０と６０により行う。略垂直方向、即ち第１の表面２０に垂直に延びる電流路により、半導体装置１００は縦形とも呼ばれる。
【００３８】
接触穴７０の側方（＝横側）に、第１の表面２０に接して、第１の半導体領域２の内部に第１の空乏層２４が配置されている。更に第１の半導体領域２と埋込んだ島状領域３との間にｐｎ接合が存在し、その空乏層をここでは第２の空乏層２３と呼ぶ。この第２の空乏層２３は、埋め込み島状領域３全体を囲んでいる。両空乏層２３及び２４の第１の半導体領域２内に延びる範囲を、図１内に破線で示す。第１と第２の空乏層２４、２３は、第１の半導体領域２内にあり、第１と第２の電極５０と６０との間の電流回路の一部である横形チャネル領域２２を垂直方向に制限している。第１の空乏層２４と埋め込み島状領域３は、両空乏層２３と２４が、それらの側縁で、第１の表面２０上から見て重複するように配置されている。横形チャネル領域２２は、この重複範囲内に存在する。
【００３９】
接触穴７０に面する側の横形チャネル領域２２は、横方向において、側縁２２１により制限されている。この側縁２２１は、第１又は第２の表面２０、８０に対し垂直な接触領域５の投影において、第１の半導体領域２内に形成されている。つまり垂直方向を制限する役目をする下方の第２の空乏層２３は、強くｎドープされた接触領域５が、島状領域３内に配置されている箇所に迄及んでおり、第１の半導体領域２にはもはや存在しない。従って側縁２２１は、島状領域３内の接触領域５の位置により決定される。それに対して、図１には詳細には記載していない横形チャネル領域２２の第２の側縁は、島状領域３の横の寸法により決定される。これらの形状パラメータは、米国特許第６２０４１３５号明細書に記載の構造化法により極めて厳密に調整可能である。
【００４０】
この第１の空乏層２４と接触領域５は、それらが第１又は第２の表面２０又は８０に垂直な投影内において、それらの側縁の共通の平面内で互いに１〜２μｍだけ重複するように配置している。この重複により、側縁２２１が、直接接触領域５迄到達する。
【００４１】
横形チャネル領域２２の長さ（＝横の寸法）は、炭化珪素からなる半導体装置１００の場合、典型的には１〜５μｍである。このチャネル領域２２を、できるだけ短く形成すとよい。そうすれば所要面積の少ない極めてコンパクトな全体構造が得られる。縦の寸法は無電圧と無電流の状態で、典型的に０．５〜２μｍである。空乏層２３、２４は、著しくキャリアが少ないことを特徴とし、従ってそれらにより垂直方向を制限される横形チャネル領域２２よりも著しく高い電気抵抗を示す。両方の空乏層２３と２４の拡がりは、特に垂直方向に、その支配的な電流と電圧比に依存して変化する。
【００４２】
従って横形チャネル領域２２は、半導体装置１００全体の特性を決める役目をする。電流制限器として形成する場合、導通方向に動作電圧を印加する場合、その挙動は、半導体装置１００の両電極５０と６０間に流れる電流Ｉに依存する。その電流強度が増すにつれて導電路の抵抗に基づき電極５０と６０間の順電圧の降下が起こる。これは、空乏層２３及び２４を拡大させ、その結果抵抗の上昇と結びつく横形チャネル領域２２内で電流を運ぶ断面積を減少させることになる。規定の臨界電流値（＝飽和電流）に達すると、この両空乏層２３及び２４は接触し、横形チャネル領域２２を完全にピンチオフする。
【００４３】
この種のチャネルのピンチオフは、半導体装置１００に、第１の空乏層２４がその垂直方向に拡大するように制御電圧を印加して達成できる。チャネルを閉じるべく第１と第２の電極５０、６０間に印加すべき制御電圧をカットオフ電圧とも呼ぶ。
【００４４】
第１と第２の電極５０、６０間の電流路は、順方向に接触領域５と、横形チャネル領域２２と、第１の半導体領域２内に配置された縦形チャネル領域２１と、第１のエピタキシャル層２６１の残りの部分と、基板２７とで構成され、それに続くドリフト領域を含む。
【００４５】
それに対し逆方向に動作電圧を印加した場合、電流は、主に埋め込み島状領域３とその下にある第１の半導体領域２の部分で形成された逆ダイオード９０を介して流れる。
【００４６】
電流の制御に重要な横形チャネル領域２２の特性は、特に第２のエピタキシャル層２６２により決定される。この層２６２の特性は、特にカットオフ電圧、第１の空乏層２４を制御すべく印加され、空乏層２４と埋め込み島状領域３との間に電流を流す電圧（＝導通電圧）、両電極５０と６０間に流れる最大限の電流Ｉ（＝飽和電流）、またそのチャネル領域２２内の電気抵抗、及び一定の範囲内で最大限に許容される逆電圧に影響を及ぼす。但しこの第２のエピタキシャル層２６２の特性は、製造技術により変動を示し得る。従って成長させた第２のエピタキシャル層２６２内のドーパント濃度は不定である。ドーピングにおけるそれらの変動は、基礎ドーピングの±１５％迄になる。それ以上の高い変化も同様に起こり得る。その他に半導体装置１００の断面の上方のエピタキシャル層２６２の厚さも変化し得る。これらの製造技術に起因する変動は、場合により横形チャネル領域２２の所望の挙動に悪影響を及ぼす。
【００４７】
この影響を除くべく、第２のエピタキシャル層２６２内に、チャネル領域２２内にも延び、かつ特に第２のエピタキシャル層２６２とチャネル領域２２の残りの部分の基礎ドーピングよりも高いドーピングを持つｎ導電性のチャネル伝導領域２２５を配置している。この結果、チャネル伝導領域２２５は、チャネル領域２２の残りの部分よりも明らかに高い導電率を持つ。順方向動作中、電流Ｉは主にチャネル伝導領域２２５内に通る。従ってこの伝導領域２２５も十分に半導体装置１００の電流制御特性を決定する役目をする。
【００４８】
このチャネル伝導領域２２５は、ｎ導電性のドーパント粒子の注入により第２のエピタキシャル層２６２内に形成される。従ってチャネル伝導領域２２５のドーピングを極めて厳密に調整できる。特にエピタキシャルに形成した層とは対照的に、そのドーピングや厚さに大きな変動は何ら起こらない。このチャネル伝導領域２２５内には、チャネル領域２２内に存在するｎ導電性のキャリアの全ドーピング量の大部分、即ち特に少なくとも８０％が存在する。ここに示した例では、チャネル伝導領域２２５内に注入されるドーパントが、チャネル領域２２全体に、略２×１０16ｃｍ-3の平均したドーパント濃度となるように選択される。これは、チャネル伝導領域２２５のない半導体装置の場合、チャネル領域２２内に一様に分散して存在する通常のドーパント濃度に相当する。しかしこの図示しない装置の場合、エピタキシーに由来するドーパント濃度の変動が、チャネル領域２２の特性に著しく影響を及ぼすのに対して、約７×１０15ｃｍ-3の基礎ドーピングを有する第２のエピタキシャル層２６２の変動は、実際に、この半導体装置１００の電流制御挙動に全く影響を及ぼすことがない。チャネル領域２２内に存在する全電荷量の大部分は、実際にドーピングを変動させずに形成したチャネル伝導領域２２５内に存在する。
【００４９】
図示していないチャネル伝導領域を持たない実施形と比べて、この半導体装置１００のもう１つの利点は、チャネル伝導領域２２５がその遮断時に、さもなければ起こり得るチャネル領域２２内への電界の突抜けと、それと平行して起こるカットオフ電圧のズレを少なくとも十分に、そればかりか完全にさえ阻止する点にある。
【００５０】
このイオン注入したチャネル伝導領域２２５により、極めて厳密に限定された電気的特性（例えばカットオフ電圧、パンチスルー電圧、チャネル抵抗、飽和電流、逆電圧）を有するこの半導体装置１００を極めて高収量で再現できる。慣例通り半導体ウエハを製造する場合に、同時に多くの半導体装置１００を製造できるように、使用したイオン注入によって、完成半導体ウエハを凌駕する、極めて均質性の高いドーピングを全てのチャネル伝導領域２２５内に達成できる。
【００５１】
チャネル領域２２に影響を及ぼすこの空乏層２４を、種々の方法で第１の半導体領域２内に形成できる。例えば国際特許出願第００／１６４０３号明細書で公知の実施形態は、そのため第１の表面２０上に配置したショットキ又はＭＯＳコンタクトを配置している。
【００５２】
更にまた、図２に示した半導体装置１０１の場合のように、第２の半導体領域４を、この第１の半導体領域２内の第１の表面２０に配置してもよい。第２の半導体領域４は、第１の半導体領域２の第１の導電型と反対の導電型、つまり図示の実施例ではｐ伝導型である。この領域は特にイオン注入により形成できる。この第２の半導体領域４は、特に強くｐドープ（ｐ+）されている。特にこの第２の半導体領域４は、単位体積あたりチャネル領域２２の少なくとも５倍、有利には少なくとも１０倍の全電荷量を活性化されたドーパントを含んでいる。この場合、チャネル領域２２の比較すべき単位体積は、基礎ドーピングと共に、チャネル伝導領域２２５の比較的高いドーピングを含んでいる。第１の半導体領域２と第２の半導体領域４との間にｐｎ接合が存在し、その空乏層は、図１に示した空乏層２４を形成する。判り易くするため、図２の半導体装置１０１には空乏層を記入していない。この第２の半導体領域４は、外部の制御電圧を介してその空乏層２４の寸法、従ってまたチャネル領域２２内及びチャネル伝導領域２２５内の電流の流れに影響を及ぼすことができるように、制御電極４０によりオーミック接触されている。
【００５３】
この半導体装置１０１は、該構造１０１内の電流を外部手段（制御電圧）により影響させ得るので、能動配置に属する。しかし例えば国際特許出願第００／１６４０３号明細書から、受動的に電流を制御させ、原理的に同様に電流の誘導及び制御に有利なチャネル伝導領域２２５と組み合わせる、ここには示さない他の実施形も公知である。
【００５４】
更に図２の半導体装置１０１は、ノーマリオン形の構造に属する。これは、制御電極４０に電圧が印加されていないとき、チャネル領域２２及び／又はチャネル伝導領域２２５がオン、つまりピンチオフしていないことを意味する。従って制御電圧が零の場合に電流が流れる。制御電極４０に制御電圧が加わっていない場合、チャネル領域２２及びチャネル伝導領域２２５がピンチオフされる、原理的に同様に考えられるノーマリオフ形の実施形態については示さない。その場合、第２のエピタキシャル層２６２又はチャネル領域２２の厚さ（＝縦の寸法）は、図1に示した、所謂拡散電位に基づき形成された空乏層２３及び２４が少なくとも互いに触れ合い、こうしてチャネル領域２２とチャネル伝導領域２２５が完全に閉じるように選択されている。通電を可能にするには、その場合、図２の半導体装置１０１と逆に、ノーマリオフ形の実施例の場合、能動的制御電圧が必要になる。このノーマリオフの実施形の場合にも、ノーマリオンの実施形態の場合と略同じ利点を有するチャネル伝導領域２２５を使用できる。
【００５５】
図３はチャネル伝導領域２２５の典型的なドーピング分布を示す。この図は、ドーピング濃度ＮＤを、図２にも記入したチャネル領域２２の深さＴを横軸として作成している。第２のエピタキシャル層２６２の基礎ドーピング及びイオン注入によりチャネル伝導領域２２５内に付加的に入れられたドーピング量も判る。
【００５６】
このチャネル伝導領域２２５により、半導体装置１００又は１０１を設計する際に付加的自由度が得られる。電流導通特性は、主としてチャネル伝導領域２２５内のドーピングにより決まる。それに対しその残りのチャネル領域２２及び第２のエピタキシャル層２６２の基礎ドーピングは副次的意義を持つ。従って基礎ドーピングを他の観点から選択できる。特に、第２のエピタキシャル層２６２の基礎ドーピングが、主に担持すべき逆電圧により決まる第１のエピタキシャル層２６１のドーピングと同じであると好ましい。その際両エピタキシャル層２６１と２６２の界面８０に、ドーピングの跳躍は起こらない。かかるドーピングの跳躍は、場合によっては、その遮断時に好ましくない電界の歪を両エピタキシャル層２６１と２６２の境界範囲に生じ、それにより最大限に利用可能な阻止電界強度又は最大限に達成可能な逆電圧を制限することになり得る。
【００５７】
図４は、チャネル伝導領域２２５内の高濃度のｎ導電性のキャリアをｐ導電性のチャネル補償領域２２６により少なくとも部分的に補償するのに特に有利な半導体装置１０２を示す。即ちチャネル伝導領域２２５内にできるだけ良好な電流伝導度を達成すべく、できるだけ高いキャリア濃度が望ましい。但し反面、高過ぎるキャリア濃度は、チャネル領域２２を完全にピンチオフすべく、制御電極４０に印加する必要のあるピンチオフ電圧を上昇させることになる。これは、チャネル伝導領域２２５内に埋め込んだチャネル補償領域２２６のため、仮にチャネル伝導領域２２５内を極めて高いドーピング濃度としても、ピンチオフ電圧を上昇させることにならない。全てのチャネル補償領域２２６内に存在するｐ導電性のキャリアの全電荷量が、チャネル伝導領域２２５のｎ導電性のキャリアの全電荷量と略同じであると有利である。これを達成すべく、ｐ導電性のチャネル補償領域２２６内のドーパント濃度を、ｎ導電性のチャネル伝導領域２２５内より高くしてある。その理由は、チャネル伝導領域２２５の基本面が、全てのチャネル補償領域２２６の基本面に比べて大きいことによる。
【００５８】
この面積比は、図５に示したチャネル伝導領域２２５とチャネル補償領域２２６の断面図から明瞭である。同時にチャネル伝導領域２２５内での電流Ｉの流れを、図５に記入している。チャネル補償領域２２６は、図示の丸い形状の他に例えば長方形又は線状の形のような他の断面形状であってもよい。
【００５９】
チャネル伝導領域２２５の有利な作用を、この半導体装置の他の基本的に可能な実施形態の場合にも、即ち例えば図６に示す半導体装置１０３又は図７に示す半導体装置１０４の場合にも使用できる。このチャネル伝導領域２２５を除いて、半導体装置１０３は、国際特許出願第００／１６４０３号明細書から、また半導体装置１０４は、独国特許第１９８３３２１４号明細書から公知である。それ以前の図面に表示した半導体装置１００、１０１及び１０２の場合と全く同様に、半導体装置１０３及び１０４も、夫々特に半導体材料ＳｉＣで形成した接合形電界効果トランジスタに関する。
【００６０】
図１、２、４、６及び７に示した半導体装置１００〜１０４の他に、ｎ導電性基板２７の代わりにｐ導電性基板２８を使用した実施形もある。図８に例としてこの種の半導体装置１０５を示す。この装置は、背面側にバイポーラ−エミッタを有する縦形ＪＦＥＴに関する。第１の半導体領域２は、ｎ導電性の両エピタキシャル層２６１と２６２からなり、ｐ導電性基板２８とｐｎ接合を形成する。この付加的ｐｎ接合は、例えば少なくとも数ｋＶのレベルの高電圧で使用する場合に特に有利である。
【００６１】
更に、順動作中に電極６０を介して正孔を、また電極５０を介して電子を半導体装置１０５内に注入するとよい。それによりそのキャリア濃度を著しく高められる。このバイポーラのキャリア濃度の変調は、特に良好な通電特性を生ずる。
【００６２】
ｐ導電性の島状領域３が電極６０から注入された正孔を直接吸引し、その結果特にチャネル伝導領域２２５の下方の電流の搬送に使えるキャリア濃度が減少するのを阻止すべく強ｎ導電性の遮蔽領域３１を第１の半導体領域２と島状領域３との間に設けるとよい。この遮蔽領域３１は、注入した正孔が直接島状領域３内に流出することに対する有効なバリヤの役目をする。それによりチャネル伝導領域２２５の下方に、高濃度のバイポーラのキャリアがその儘残る利点がある。
【００６３】
遮蔽領域３１のドーパント濃度は、典型的には第１のエピタキシャル層２６１のドーパント濃度より１〜２桁程度大きい。図示の例では、ドーパント濃度は、１０17ｃｍ-3である。遮蔽領域３１は、島状領域３の、特にその基板２８と縦形チャネル領域２１に面する側を囲んでいる。しかしその完全な遮蔽を必ずしも必要としない。遮蔽領域３１を部分的に島状領域３の下方に部分的に設けるだけでもよい。
【００６４】
遮蔽領域３１と類似の積極的遮蔽効果を、チャネル伝導領域２２５も持っている。これは、正孔がｐ導電性の第２の半導体領域４内に流出するのを阻止する。それにより改善されたキャリア濃度の調整の他に、制御電極４０を通しての漏れ電流を低減できる。
【００６５】
図示した全ての半導体装置１００〜１０５の各領域の導電型は、別の実施形では、それぞれ反対の導電型となし得る。
【００６６】
全ての実施形態で、チャネル伝導領域２２５は、電流制御特性に好影響をもたらし、特に製造技術に起因する変動に影響されない製造プロセスを生じる。従ってその製造時に、それぞれ極めて高い収量を達成できる。更に、そのチャネル特性の明確に限定された調整の故に、各チャネル領域２２高さを低くできる利点がある。逆電圧強度を犠牲にすることなく、チャネル長も短縮できる。逆電圧強度にとって、チャネルの高さとチャネルの長さの割合も重要である。その割合は、１より大きく、有利には５倍又はそれ以上である。チャネルの長さは、それぞれの半導体装置１００〜１０５の場合にその所要面積の決定に関与し、またその順動作中の抵抗（＝Ｒon）の決定にも関与する。つまりその両特性値は、チャネル伝導領域２２５により、可能なチャネル高さとチャネル長さの削減により低下される。所要面積を小さくすればする程、半導体ウエハ上に設置できる半導体装置１００〜１０５のセル密度は高くなる。従ってその収量も高められる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】チャネル領域内に配置した高ドープのチャネル伝導領域を有する本発明による半導体装置１００の配置図。
【図２】別の半導体装置１０１の配置図。
【図３】図１及び２の半導体装置内に備えられたチャネル伝導領域のドーピング分布を示す図。
【図４】チャネル伝導領域及びチャネル補償領域を有するもう１つの半導体装置１０２の配置図。
【図５】チャネル伝導領域とチャネル補償領域の面関係を示す図。
【図６】チャネル伝導領域を有する別の半導体装置１０３の配置図。
【図７】チャネル伝導領域を有するもう１つの半導体装置１０４の配置図。
【図８】チャネル伝導領域を有するもう１つの半導体装置１０５の配置図。
【符号の説明】
【００６８】
２  第１の半導体領域、３  島状領域、４  第２の半導体領域、５  接触領域、２０  第１の表面、２１  縦形チャネル領域、２２  横形チャネル領域、２３  第１の空乏層、２４  第１の空乏層、２７  ｎ導電性の半導体基板、２８  ｐ導電性の半導体基板、３１  遮蔽領域、４０  制御電極、５０ 第１の電極、６０  第２の電極、７０  接触穴、８０  第２の表面、９０  逆ダイオード、１００〜１０５  半導体装置、２２１  側縁、２２５  チャネル伝導領域、２２６  チャネル補償領域、２６１  第２のエピタキシャル層、６２  第１のエピタキシャル層、Ｉ  電流  Ｔ  チャネル領域の深さ、ＮＤ  ドーピング濃度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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