ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО
SEMICONDUCTOR DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к полупроводниковому устройству.
Уровень техники
[0002] Патентная литература 1 раскрывает полупроводниковое устройство, в котором слой базы, формирующий канал, слой эмиттера и слой коллектора формируются в фрагменте поверхностного слоя для дрейфового слоя. Это полупроводниковое устройство имеет изолирующую пленку на задней поверхности дрейфового слоя, и электроды затвора, сформированные в канавках, достигают изолирующей пленки, таким образом, добиваясь уменьшения концентрации электрического поля на крайних фрагментах канавок, чтобы улучшать характеристику выдерживаемого напряжения.
Список библиографических ссылок
Патентная литература
[0003] Патентная литература 1: Публикация японской патентной заявки № 2013-183071
Сущность изобретения
Техническая задача
[0004] Однако, в полупроводниковом устройстве, описанном в патентной литературе 1, проводка затвора, соединенная с электродами затвора, формируется на стороне передней поверхности дрейфового слоя и, таким образом, располагается рядом со слоем основания, формирующим канал; следовательно, потенциал проводки затвора может влиять на канал, варьируя пороговое напряжение.
[0005] В свете вышеописанной проблемы, настоящее изобретение имеет целью предоставление полупроводникового устройства, приспособленного для снижения варьирования порогового напряжения.
Решение задачи
[0006] Полупроводниковое устройство согласно аспекту настоящего изобретения включает в себя: канавку электрода затвора, сформированную в контакте с дрейфовой областью, областью кармана и областью истока; электрод затвора, сформированный на поверхности канавки электрода затвора через изолирующую пленку; канавку электрода истока в контакте с канавкой электрода затвора; электрод истока, электрически соединенный с областью истока; и проводку затвора, электрически изолированную от электрода истока и сформированную внутри канавки электрода истока в контакте с электродом затвора.
Преимущества изобретения
[0007] Аспект настоящего изобретения может предоставлять полупроводниковое устройство, приспособленное для уменьшения варьирования порогового напряжения.
Краткое описание чертежей
[0008] Фиг. 1 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 является видом в разрезе, при просмотре в направлении A-A на фиг. 3.
Фиг. 5 является видом в плане, иллюстрирующим способ производства полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 является видом в разрезе, при просмотре в направлении B-B на фиг. 5.
Фиг. 7 является видом в плане, иллюстрирующим способ производства полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8 является видом в разрезе, при просмотре в направлении B-B на фиг. 7.
Фиг. 9 является видом в плане, иллюстрирующим способ производства полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 10 является видом в разрезе, при просмотре в направлении B-B на фиг. 9.
Фиг. 11 является видом в плане, иллюстрирующим способ производства полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 12 является видом в разрезе, при просмотре в направлении B-B на фиг. 11.
Фиг. 13 является видом в плане, иллюстрирующим способ производства полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 14 является видом в разрезе, при просмотре в направлении B-B на фиг. 13.
Фиг. 15 является видом в плане, иллюстрирующим способ производства полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 16 является видом в разрезе, при просмотре в направлении B-B на фиг. 15.
Фиг. 17 является видом в разрезе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 18 является видом в разрезе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 19 является видом в разрезе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 20 является видом в разрезе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления
[0009] Первый-четвертый варианты осуществления настоящего изобретения описываются со ссылкой на чертежи. Повсюду на чертежах одинаковые или аналогичные ссылочные позиции обозначают одинаковые или аналогичные фрагменты, и перекрывающиеся описания пропускаются. Следует отметить, что чертежи являются схематичными, и размерные отношения и пропорции могут отличаться от фактических. Кроме того, чертежи также включают в себя фрагменты, имеющие отличающиеся друг от друга размерные отношения и пропорции. Дополнительно, следующие варианты осуществления предоставляются, чтобы приводить в пример устройства и способы для осуществления технической концепции настоящего изобретения, и техническая концепция настоящего изобретения не ограничивается материалами, формами, структурами, компоновками и т.п. составляющих частей, приведенных ниже.
[0010] Следует также отметить, что "первый тип проводимости" и "второй тип проводимости", когда упоминаются в последующих вариантах осуществления, являются противоположными друг другу типами проводимости. В частности, когда первый тип проводимости является n-типом, второй тип проводимости является p-типом, а когда первый тип проводимости является p-типом, второй тип проводимости является n-типом. Хотя последующее описание рассматривает случай, когда первый тип проводимости является n-типом, а второй тип проводимости является p-типом, первый тип проводимости может быть p-типом, а второй тип проводимости может быть n-типом вместо этого. Если n-тип и p-тип меняются местами, полярности прикладываемого напряжения также переворачиваются.
[0011] (Первый вариант осуществления)
Фиг. 1 является видом в перспективе, схематично иллюстрирующим конфигурацию полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Первый вариант осуществления приводит в качестве примера полупроводниковое устройство, имеющее полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET) в качестве множества полупроводниковых элементов. Полупроводниковые элементы дополнительно размещаются во множестве массивов в двух осевых направлениях (направлении X-оси и направлении Z-оси) на плоскости. Отметим, что фиг. 1 пропускает иллюстрацию части электродов и проводки, чтобы облегчать понимание.
[0012] Полупроводниковое устройство согласно первому варианту осуществления включает в себя, как иллюстрировано на фиг. 1, подложку 1, дрейфовую область 2, область 3 кармана, канавку 4 электрода истока, область 5 истока, электрод 6 истока, канавку 7 электрода затвора, изолирующую пленку 8 затвора, электрод 9 затвора, проводку 10 затвора, пленку 11 из оксида кремния, область 12 стока и электрод 13 стока.
[0013] Подложка 1 является, например, плоской пластиной, выполненной из полуизолятора или изолятора. При этом изолятор означает материал с сопротивлением листа несколько кОм на квадрат или выше, а полупроводник означает материал с сопротивлением листа несколько десятков Ом на квадрат или выше. Например, карбид кремния (SiC) политипа-4H может быть использован в качестве изолирующего материала для подложки 1. Подложка 1 имеет толщину, например, приблизительно от нескольких десятков мкм до нескольких сотен мкм для того, чтобы обеспечивать механическую прочность полупроводникового устройства.
-
14
-3
18
-3
[0014] Дрейфовая область 2 является областью n-типа, сформированной на одной стороне подложки 1 (далее в данном документе называемой "первой основной поверхностью"). Концентрация примеси для дрейфовой области 2 выше концентрации примеси для подложки 1 и равна, например, приблизительно 1×10 смдо 1×10 см. Дрейфовая область 2 может быть сформирована из того же материала, что и подложка 1. Например, если подложка 1 выполнена из SiC политипа-4H, дрейфовая область 2 является эпитаксиально выращенным слоем, выполненным из SiC политипа-4H. Дрейфовая область 2 имеет толщину, например, приблизительно от нескольких мкм до нескольких десятков мкм.
[0015] Канавка 4 электрода истока является канавкой, сформированной из основной поверхности дрейфовой области 2 (далее в данном документе называемой "второй основной поверхностью"), которая находится напротив основной поверхности дрейфовой области 2 в контакте с подложкой 1 (далее в данном документе называемой "первой основной поверхностью") внутрь подложки 1 в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности дрейфовой области 2 (направлении y-оси). Другими словами, глубина канавки 4 электрода истока больше толщины дрейфовой области 2. Размер канавки 4 электрода истока определяется условиями проектирования, такими как степень интеграции полупроводникового устройства и точности процесса. Канавка 4 электрода истока имеет ширину, например, 2 мкм. Канавка 4 электрода истока протягивается в одном направлении (направлении z-оси), параллельном второй основной поверхности дрейфовой области 2.
15
-3
19
-3
[0016] Область 3 кармана является областью p-типа, которая находится в контакте с боковой поверхностью канавки 4 электрода истока и формируется внутри дрейфовой области 2, по меньшей мере, частично. Область 3 кармана формируется от второй основной поверхности дрейфовой области 2 внутрь подложки 1 в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности дрейфовой области 2 (направлении y-оси). Глубина области 3 кармана меньше глубины канавки 4 электрода истока. Область 3 кармана протягивается в направлении, в котором протягивается канавка 4 электрода истока (направлении z-оси). Концентрация примеси области 3 кармана равна, например, приблизительно 1×10см до 1×10см.
+
18
-3
21
-3
[0017] Область 5 истока является областью n-типа, которая находится в контакте с боковой поверхностью канавки 4 электрода истока и формируется внутри области 3 кармана. Область 5 истока формируется от второй основной поверхности дрейфовой области 2 внутрь подложки 1 в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности дрейфовой области 2 (направлении y-оси). Глубина области 5 истока меньше глубины области 3 кармана. Область 5 истока протягивается в направлении, в котором канавка 4 электрода истока протягивается (направлении z-оси). Концентрация примеси области 5 истока выше концентрации примеси дрейфовой области 2 и равна, например, приблизительно 1×10см до 1×10см.
[0018] Электрод 6 истока электрически соединяется с областью 5 истока. Электрод 6 истока формируется внутри канавки 4 электрода истока и, таким образом, формирует омическое соединение с областью 5 истока. Область 5 истока и область 3 кармана имеют такой же потенциал, что и электрод 6 истока. Примеры материала, используемого для электрода 6 истока, включают в себя проводники, содержащие металлический материал, такой как силицид никеля (NiSi), титан (Ti) или молибден (Mo). Электрод 6 истока может иметь многослойную структуру, включающую в себя слой металлического материала, формирующего омическое соединение с областью 5 истока, и слой металлического материала, такого как алюминий (Al), медь (Cu), золото (Au), никель (Ni) или серебро (Ag).
[0019] Канавка 7 электрода затвора является канавкой, сформированной от второй основной поверхности дрейфовой области 2 внутрь подложки 1 в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности дрейфовой области 2 (направлении y-оси). Канавка 7 электрода затвора протягивается в направлении (направлении x-оси), параллельном второй основной поверхности дрейфовой области 2 и ортогональном направлению, в котором протягивается канавка 4 электрода истока, и находится в контакте с канавкой 4 электрода истока, дрейфовой областью 2, областью 3 кармана и областью 5 истока. Канавка 7 электрода затвора пронизывает область 3 кармана и область 5 истока. Глубина канавки 7 электрода затвора равна глубине канавки 4 электрода истока. Множество линий канавки 7 электрода затвора размещаются в направлении (направлении z-оси), параллельном второй основной поверхности дрейфовой области 2 и ортогональном направлению, в котором протягивается каждая канавка 7 электрода затвора.
2
[0020] Изолирующая пленка 8 затвора формируется на поверхности канавки 7 электрода затвора. Материал для изолирующей пленки 8 затвора является, например, изолятором, таким как оксид кремния (SiO). Электрод 9 затвора формируется на поверхности изолирующей пленки 8 затвора. Другими словами, электрод 9 затвора формируется, чтобы находиться в контакте с поверхностью канавки 7 электрода затвора с изолирующей пленкой 8 затвора, вставленной между ними. Материал для электрода 9 затвора является, например, поликристаллическим кремнием. Электрод 9 затвора размещается внутри каждой канавки 7 электрода затвора с ее поверхностью, покрытой изолирующей пленкой 8 затвора. Электрод 9 затвора покрывается изолирующей пленкой 8 затвора также в открытом фрагменте канавки 7 электрода затвора на второй основной поверхности дрейфовой области 2.
[0021] Проводка 10 затвора электрически изолируется от электрода 6 истока и формируется внутри электрода 6 истока, в то же время находясь в контакте с электродом 9 затвора. Проводка 10 затвора располагается в нижнем фрагменте канавки 4 электрода истока с пленкой 11 оксида кремния, которая является изолирующей пленкой, формируемой на поверхности проводки 10 затвора. Пленка 11 оксида кремния изолирует проводку 10 затвора и электрод 6 истока друг от друга. Пространство внутри канавки 4 электрода истока за исключением проводки 10 затвора и пленки 11 оксида кремния заполняется электродом 6 истока. Пленка 11 оксида кремния не формируется в области поверхности проводки 10 затвора, которая находится в контакте с электродом 9 затвора. Аналогично, изолирующая пленка 8 затвора не формируется в области поверхности электрода 9 затвора, которая находится в контакте с проводкой 10 затвора.
+
18
-3
21
-3
[0022] Область 12 стока является областью n-типа, сформированной внутри дрейфовой области 2 на расстоянии от области 3 кармана. Область 12 стока формируется от второй основной поверхности дрейфовой области 2 в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности дрейфовой области 2 (направлении y-оси). Глубина области 12 стока меньше толщины дрейфовой области 2. Область 12 стока протягивается в направлении, в котором протягивается канавка 4 электрода истока (направлении z-оси). Область 12 стока имеет тот же тип проводимости, что и дрейфовая область 2. Концентрация примеси для области 12 стока выше концентрации примеси для дрейфовой области 2 и приблизительно равна концентрации примеси для области 5 истока и равна, например, приблизительно от 1×10см до 1×10см.
[0023] Электрод 13 стока электрически соединяется с областью 12 стока. Электрод 13 стока формируется на второй основной поверхности дрейфовой области 2 и находится в контакте с областью 12 стока, открытой на второй основной поверхности. Электрод 13 стока может быть сформирован, например, из того же материала, что и электрод 6 истока.
[0024] Фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей часть конфигурации полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления, которая пропущена на фиг. 1. Как иллюстрировано на фиг. 2, полупроводниковое устройство согласно первому варианту осуществления дополнительно включает в себя межслойную изолирующую пленку 14, проводку 15 истока и проводку 16 стока.
2
3
4
[0025] Межслойная изолирующая пленка 14 формируется на второй основной поверхности дрейфовой области 2. Межслойная изолирующая пленка 14 выполняется из изолятора, содержащего керамический материал, такой как оксид кремния (SiO) или нитрид кремния (SiN). Межслойная изолирующая пленка 14 имеет канавку 21 и канавку 22, каждая из которых пронизывает межслойную изолирующую пленку 14 от одной ее поверхности до другой. Канавка 21 протягивается выше канавки 4 электрода истока в направлении, в котором протягивается канавка 4 электрода истока. Верхняя часть электрода 6 истока, которая не изображена на фиг. 1, вставляется в канавку 21. Электрод 6 истока находится в контакте с областью 5 истока и областью 3 кармана на второй основной поверхности дрейфовой области 2 и формируется на расстоянии от дрейфовой области 2. Канавка 22 протягивается выше области 12 стока в направлении, в котором протягивается область 12 стока. Электрод 13 стока вставляется в канавку 22.
[0026] Проводка 15 истока формируется на верхней поверхности межслойной изолирующей пленки 14, покрывающей электрод 6 истока, открытый в канавке 21. Верхняя поверхность межслойной изолирующей пленки 14 является основной поверхностью, противоположной и параллельной второй основной поверхности дрейфовой области 2. Проводка 15 истока протягивается в направлении, в котором протягивается канавка 21. Проводка 16 стока формируется на верхней поверхности межслойной изолирующей пленки 14, покрывающей электрод 13 стока, открытый в канавке 22. Проводка 16 стока протягивается в направлении, в котором протягивается канавка 22. Проводка 15 истока и проводка 16 стока формируются на расстоянии и параллельно друг с другом.
[0027] Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей примерную конфигурацию соединения потенциалов электрода 9 затвора и проводки 10 затвора в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления. Фиг. 4 является видом в разрезе, при просмотре в направлении A-A на фиг. 3. Фиг. 3 и 4 выборочно иллюстрируют область полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления, отличную от области, иллюстрированной на фиг. 1 и 2, в направлении z-оси.
[0028] Полупроводниковое устройство первого варианта осуществления дополнительно включает в себя контактную площадку 17 затвора, сформированную на части межслойной изолирующей пленки 14. Как иллюстрировано на фиг. 4, межслойная изолирующая пленка 14 имеет сквозное отверстие 23, сформированное, по меньшей мере, над одним из электродов 9 затвора. Изолирующая пленка 8 затвора, сформированная на верхней поверхности электрода 9 затвора, расположенной под сквозным отверстием 23, удаляется в области, где располагается сквозное отверстие 23. Контактная площадка 17 затвора электрически соединяется с электродом 9 затвора, расположенным под ней через сквозное отверстие 23, и с проводкой 10 затвора. Поскольку все электроды 9 затвора электрически соединяются с проводкой 10 затвора, регулировка потенциала контактной площадки 17 затвора делает возможной регулировку потенциалов всех электродов 9 затвора.
[0029] Далее, со ссылкой на фиг. 5-16, приводится описание примера способа производства полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления.
-
[0030] Сначала, как иллюстрировано на фиг. 5 и 6, подготавливается подложка 1, имеющая дрейфовую область 2, сформированную на ее верхней поверхности (первой основной поверхности). Подложка 1 является изолирующей подложкой, выполненной из беспримесного SiC. Дрейфовая область 2 является областью n-типа, сформированной на подложке 1 посредством эпитаксиального выращивания.
2
[0031] Далее, как иллюстрировано на фиг. 7 и 8, маскирующий материал 18 формируется на верхней поверхности (второй основной поверхности) дрейфовой области 2. Маскирующий материал 18 формируется посредством осаждения SiO на верхней поверхности дрейфовой области 2 посредством химического осаждения из паровой фазы (CVD), чтобы формировать пленку из оксида кремния, и затем формирования рисунка пленки из оксида кремния. Формирование рисунка пленки из оксида кремния выполняется с помощью фотолитографии и сухого травления. В частности, резист наносится на верхнюю поверхность пленки из оксида кремния и выборочно удаляется только в областях, где канавка 4 электрода истока и канавки 7 электрода затвора должны быть сформированы. Рисунок пленки из оксида кремния затем формируется посредством сухого травления, такого как реактивное ионное травление (RIE), которое использует неудаленный резист в качестве маски, и, в результате, материал 18 маски для формирования канавки 4 электрода истока и канавки 7 электрода затвора формируется. Ненужный резист удаляется с помощью кислородной плазмы, серной кислоты или т.п. при необходимости. После этого канавка 4 электрода истока и канавка 7 электрода затвора формируются посредством сухого травления с помощью материала 18 маски в качестве маски.
+
[0032] Далее, как иллюстрировано на фиг. 9 и 10, формируются область 3 кармана p-типа, область 5 истока n-типа и область 12 стока. Резист наносится на открытые поверхности подложки 1 и дрейфовой области 2 посредством фотолитографии и удаляется в области, совпадающей с канавкой 4 электрода истока. С помощью неудаленного резиста в качестве маски примеси p-типа, такие как бор (B), имплантируются посредством ионной имплантации в направлении, которое является ортогональным направлению, в котором протягиваются канавки 7 электрода затвора (т.е., параллельном плоскости x-y), и имеют предварительно определенный угол относительно второй основной поверхности дрейфовой области 2. Предварительно определенный угол равен, например, 10°-20°.
[0033] Затем, резист наносится на материал 18 маски посредством фотолитографии и выборочно удаляется только в области, соответствующей области, где должна быть сформирована область 12 стока. С помощью неудаленного резиста в качестве маски материалу 18 маски придается рисунок посредством сухого травления. С помощью имеющего рисунок материала маски 18 и резиста, используемого для борной имплантации в качестве маски, примеси n-типа имплантируются посредством ионной имплантации в предварительно определенном направлении. Примеси n-типа являются, например, фосфором (P), а направление имплантации является таким же, что и направление для примесей p-типа. Однако, энергия имплантации для примесей n-типа меньше энергии имплантации для примесей p-типа, так что область 5 истока может быть сформирована внутри области 3 кармана.
[0034] После этого, материал 18 маски полностью удаляется посредством влажного травления. Кроме того, ионно-имплантированные примеси активируются посредством нормализации. Посредством активации формируются область 3 кармана, область 5 истока и область 12 стока. Дополнительно, тонкая пленка 20 из оксида кремния формируется на всей открытой поверхности посредством термического окисления. Пленка 20 из оксида кремния имеет толщину, например, приблизительно несколько десятков нм.
[0035] Далее, как иллюстрировано на фиг. 11 и 12, поликристаллический кремний 19 в качестве материала для электрода 9 затвора и проводки 10 затвора осаждается посредством CVD в канавке 4 электрода источника и канавках 7 электрода затвора. Когда поликристаллический кремний осаждается посредством CVD, пленка из поликристаллического кремния растет на открытой поверхности независимо от ориентации поверхности. По этой причине, если канавка 4 электрода источника и каждая канавка 7 электрода затвора, все имеют ширину 2 мкм, толщина осаждения устанавливается в 1 мкм, чтобы заполнять канавку 4 электрода истока и канавку 7 электрода затвора поликристаллическим кремнием 19. После этого, поликристаллический кремний 19 вытравливается на 1 мкм посредством сухого травления, чтобы выборочно удалять поликристаллический кремний 19, осажденный на второй основной поверхности дрейфовой области 2, оставляя поликристаллический кремний 19, осажденный в канавке 4 электрода истока и канавках 7 электрода затвора.
[0036] После этого, резист наносится на верхние поверхности пленки 20 из оксида кремния и поликристаллического кремния 19 посредством фотолитографии и выборочно удаляется только в области, совпадающей с канавкой 4 электрода истока. С помощью неудаленного резиста в качестве маски поликристаллический кремний 19, осажденный внутри канавки 4 электрода истока удаляется посредством сухого травления, с несколькими мкм поликристаллического кремния 19 от донной поверхности, оставленными неудаленными. Поликристаллический кремний 19, оставленный неудаленным на донной поверхности канавки 4 электрода истока, функционирует в качестве проводки 10 затвора. Затем, пленка 20 из оксида кремния, сформированная на боковой поверхности канавки 4 электрода истока, удаляется посредством промежуточного окисления.
[0037] Далее, как иллюстрировано на фиг. 13 и 14, пленка 11 из оксида кремния формируется, чтобы покрывать изолирующую пленку 8 затвора, покрывающую поверхность электрода 9 затвора и проводку 10 затвора. Пленка из оксида кремния формируется на всей открытой поверхности посредством термического окисления. Поскольку поликристаллический кремний окисляется быстрее SiC, пленка из оксида кремния формируется более толстой на поверхности электрода 9 затвора и проводке 10 затвора, чем на другой поверхности, сформированной из SiC. Пленка из оксида кремния выборочно удаляется посредством влажного травления с помощью времени обработки, так что только пленка из оксида кремния, сформированная на поверхности, сформированной из SiC, полностью удаляется, с пленкой из оксида кремния, сформированной на поверхности из поликристаллического кремния 19, оставшейся неудаленной. В результате, изолирующая пленка 8 затвора формируется на поверхности электрода 9 затвора, и пленка 11 из оксида кремния формируется на поверхности проводки 10 затвора.
[0038] Далее, как иллюстрировано на фиг. 15 и 16, формируются электрод 6 истока, проводка 15 истока, электрод 13 стока и проводка 16 стока. Металлический материал в качестве материала для электрода 6 истока и электрода 13 стока осаждается посредством распыления внутри канавки 4 электрода истока и на второй основной поверхности дрейфовой области 2. Резист наносится на поверхность из металлического материала посредством фотолитографии и выборочно удаляется за исключением областей над второй основной поверхностью дрейфовой области 2, где электрод 6 истока и электрод 13 стока должны быть сформированы. С помощью неудаленного резистора в качестве маски металлический материал, расположенный на второй основной поверхности дрейфовой области 2, выборочно удаляется посредством травления методом распыления, и, таким образом, электрод 6 истока и электрод 13 стока формируются.
2
[0039] После этого, SiO осаждается посредством CVD на второй основной поверхности дрейфовой области 2 и верхней поверхности металлического материала, оставленного неудаленным, и, таким образом, межслойная изолирующая пленка 14 формируется. Резист наносится на верхнюю поверхность межслойной изолирующей пленки 14 посредством фотолитографии и выборочно удаляется в областях для электрода 6 истока и электрода 13 стока. С помощью неудаленного резиста в качестве маски межслойной изолирующей пленке 14 придается рисунок посредством сухого травления. Таким образом, верхний конец канавки 21 для вставки электрода 6 истока и верхний конец канавки 22 для вставки электрода 13 стока являются открытыми.
[0040] Дополнительно, металлический материал в качестве материала для проводки 15 истока и проводки 16 стока осаждается посредством распыления. Резист наносится на верхнюю поверхность металлического материала посредством фотолитографии и выборочно удаляется за исключением областей, где проводка 15 истока и проводка 16 стока должны быть сформированы. С помощью неудаленного резиста в качестве маски металлический материал выборочно удаляется посредством травления методом распыления. В результате, формируются проводка 15 истока и проводка 16 стока. Посредством вышеописанных этапов реализуется полупроводниковое устройство, иллюстрированное на фиг. 2.
[0041] Хотя часть электрода 9 затвора входит в канавку 4 электрода истока в примере, иллюстрированном на фиг. 1, форма электрода 9 затвора может быть изменена посредством регулировки рисунка маски, используемого в травлении поликристаллического кремния 19, осажденного в канавке 4 электрода истока.
[0042] Далее, описывается основная работа полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления.
[0043] Полупроводниковое устройство согласно первому варианту осуществления функционирует как транзистор, когда потенциал электрода 9 затвора управляется с помощью положительного потенциала, прикладываемого к электроду 13 стока, в то время как потенциал электрода 6 истока используется в качестве опорного. В частности, когда напряжение между электродом 9 затвора и электродом 6 истока устанавливается в предварительно определенное пороговое значение или выше, инверсионный слой, который должен служить в качестве канала, формируется в области 3 кармана, расположенной на боковой поверхности электрода 9 затвора, приводя полупроводниковое устройство во включенное состояние, так что токи протекают от электрода 13 стока к электроду 6 истока. Более конкретно, электроны протекают от электрода 6 истока в область 5 истока и затем из области 5 истока в дрейфовую область 2 через канал. Электроны далее протекают из дрейфовой области 2 в область 12 стока и затем, в конечном счете, к электроду 13 стока.
[0044] Когда напряжение между электродом 9 затвора и электродом 6 истока устанавливается ниже предварительно определенного порогового значения, инверсионный слой в области 3 кармана исчезает, приводя полупроводниковое устройство в выключенное состояние, так что токи между электродом 13 стока и электродом 6 истока прекращаются. В этом случае, напряжение от нескольких сотен до нескольких тысяч В может быть приложено между стоком и истоком.
[0045] В целом, проводка затвора, соединенная с электродом затвора, размещается рядом с областью кармана. В этом случае, потенциал проводки затвора может влиять на формирование инверсного слоя и варьирует пороговое значение. Когда пороговое значение варьируется, нежелательное действие, такое как ложное включение, может возникать, приводя к уменьшению надежности устройства.
[0046] В полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления проводка 10 затвора формируется внутри канавки 4 электрода истока и, следовательно, располагается в позиции на расстоянии от области 3 кармана. Следовательно, канал, сформированный в области 3 кармана, меньше подвержен влиянию проводки 10 затвора, и варьирование порогового значения может быть уменьшено.
[0047] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления, электрод 9 затвора в контакте с проводкой 10 затвора, сформированной внутри канавки 4 электрода источника, и, следовательно, металлическая проводка и контактное отверстие являются ненужными на стороне верхней поверхности электрода 9 затвора. Таким образом, ширина электрода 9 затвора может быть сокращена, что ведет к улучшению степени интеграции полупроводникового устройства. Таким образом, число электродов 9 затвора может быть увеличено, что ведет к увеличению в ширине канала и уменьшению в сопротивлении во включенном состоянии.
[0048] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления, проводка 10 затвора формируется внутри канавки 4 электрода источника и, следовательно, не ограничивает ширины проводки 15 истока и проводки 16 стока, сформированных на верхней поверхности межслойной изолирующей пленки 14. Это может, следовательно, пресекать ухудшение сопротивления во включенном состоянии и потерю при переключении, вызванную вследствие увеличения в сопротивлении проводки 15 истока и проводки 16 стока.
[0049] В полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления проводка 10 затвора находится в контакте с подложкой 1 с пленкой 11 из оксида кремния, вставленной между ними, и, следовательно, может быть сформировано из дрейфовой области 2 в подложку 1. Таким образом, площадь поперечного сечения проводки 10 затвора может быть увеличена, чтобы уменьшать сопротивление проводки 10 затвора и потерю при переключении.
[0050] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления, проводка 15 истока и проводка 16 стока, каждая формируются на межслойной изолирующей пленке 14. Таким образом, по сравнению со случаем, когда эти слои проводки формируются как многослойная структура, плоскостность может быть улучшена. Это может устранять ухудшение характеристики выдерживаемого напряжения вследствие локальной концентрации электрического поля на изолирующей пленке между слоями проводки.
[0051] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления подложка 1 выполняется из изолятора или полуизолятора. Таким образом, когда крайний фрагмент, по меньшей мере, одного из области 3 кармана, электрода 9 затвора и проводки 10 затвора располагается внутри подложки 1, концентрация электрического поля в крайнем фрагменте может быть уменьшена. Следовательно, характеристика выдерживаемого напряжения может быть улучшена.
[0052] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления, электрод 9 затвора и проводка 10 затвора выполняются из одинакового материала. Таким образом, электрод 9 затвора и проводка 10 затвора могут быть сформированы на одном и том же этапе и не требуют этапа электрического соединения их друг с другом. Следовательно, число производственных трудозатрат в человеко-часах может быть уменьшено, и стоимость производства может быть уменьшена. Дополнительно, это может также предотвращать возникновение сопротивления на границе контакта между электродом 9 затвора и проводкой 10 затвора.
2
[0053] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления, проводка 10 затвора, выполненная из поликристаллического кремния, изолируется от электрода 6 источника пленкой 11 из оксида кремния, сформированной на поверхности проводки 10 затвора. Таким образом, пленка 11 из оксида кремния, чтобы покрывать проводку 10 затвора может быть сформирована легко посредством термического окисления. Дополнительно, поскольку дрейфовая область 2 выполняется из материала, такого как SiC, который окисляется более медленно, чем SiO, пленка 11 из оксида кремния может быть сформирована выборочно на поверхности проводки 10 затвора посредством изотропного травления. Таким образом, по сравнению со случаем, когда оксидная пленка выборочно формируется на проводке 10 затвора с помощью маски, сформированной из неокисляющегося материала, такого как нитрид кремния, число производственных трудозатрат в человеко-часах может быть уменьшено, и, следовательно, стоимость производства может быть уменьшена.
[0054] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления, дрейфовая область 2 выполняется из полупроводника с широкой запрещенной зоной, такого как SiC. Таким образом, прочность диэлектрика на пробой может быть улучшена. По этой причине, даже если чрезмерное распределение электрического поля происходит вследствие короткого расстояния между электродом 13 стока и электродом 6 истока, характеристика выдерживаемого напряжения может быть обеспечена, и степень интеграции может быть улучшена.
[0055] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления, проводка 10 затвора формируется на расстоянии от дрейфовой области 2. Таким образом, увеличение емкостного сопротивления между затвором и стоком может быть пресечено. Если проводка затвора была сформирована рядом с дрейфовой областью, емкостное сопротивление между затвором и стоком будет увеличиваться, поскольку потенциал дрейфовой области почти равен потенциалу электрода стока. В этом отношении, полупроводниковое устройство согласно первому варианту осуществления пресекает увеличение в емкостном сопротивлении между затвором и стоком и, следовательно, может уменьшать потерю при переключении.
[0056] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно первому варианту осуществления, подложка 1 и дрейфовая область 2 формируются из одинакового материала. Таким образом, вероятность возникновения коробления вследствие механического напряжения может быть уменьшена, чтобы улучшать надежность элемента.
[0057] (Второй вариант осуществления)
Фиг. 17 является видом в разрезе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Отметим, что фиг. 17 является видом в разрезе полупроводникового устройства согласно второму варианту осуществления, взятом в плоскости x-y, проходящей через электрод 9 затвора. Полупроводниковое устройство согласно второму варианту осуществления отличается от полупроводникового устройства первого варианта осуществления в том, что, например, канавка 4 электрода истока формируется более глубоко, чем канавка 7 электрода затвора. Конфигурации, операции и полезные результаты второго варианта осуществления, которые являются практически такими же, что и полезные результаты первого варианта осуществления, не описываются, чтобы избегать повторения.
[0058] Во втором варианте осуществления глубина канавки 4 электрода истока меньше толщины дрейфовой области 2, и, таким образом, канавка 4 электрода истока не находится в контакте с подложкой 1. Кроме того, канавка 7 электрода затвора является более мелкой, чем канавка 4 электрода истока.
[0059] Маска, используемая для формирования канавки 4 электрода истока и канавки 7 электрода затвора, утончается и уменьшается по прочности посредством сухого травления. В полупроводниковом устройстве согласно второму варианту осуществления глубины канавки 4 электрода истока и канавки 7 электрода затвора меньше толщины дрейфовой области 2. По этой причине, пленка из оксида кремния, которая должна служить в качестве маски для формирования канавки 4 электрода истока и канавки 7 электрода затвора на этапах производства, может быть сделана более тонкой, чем материал 18 маски в первом варианте осуществления. Отметим, что канавка 4 электрода истока может быть сформирована более глубоко, чем канавка 7 электрода затвора, когда сухое травление для создания канавок, проектируется так, что ширина канавки 4 электрода истока может быть больше ширины канавки 7 электрода затвора.
[0060] В полупроводниковом устройстве согласно второму варианту осуществления канавка 4 электрода истока формируется более глубоко, чем канавка 7 электрода затвора. Таким образом, проводка 10 затвора может быть сформирована более глубоко и увеличена в площади своего  поперечного сечения для проводки 10 затвора. Следовательно, сопротивление проводки 10 затвора может быть уменьшено, и потеря при переключении может быть уменьшена.
[0061] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно второму варианту осуществления, глубина канавки 7 электрода затвора меньше толщины дрейфовой области 2. Таким образом, канал формируется также на стороне области 3 кармана рядом с донной поверхностью канавки 7 электрода затвора. Следовательно, ширина канала может быть увеличена, и сопротивление во включенном состоянии может быть уменьшено.
[0062] (Модификация)
Фиг. 18 является видом в разрезе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения. Полупроводниковое устройство согласно модификации второго варианта осуществления отличается от полупроводникового устройства второго варианта осуществления в том, что донный фрагмент канавки 4 электрода источника располагается внутри подложки 1. Конфигурации, операции и полезные результаты модификации второго варианта осуществления, которые являются практически такими же, что и полезные результаты второго варианта осуществления, не описываются, чтобы избегать повторения.
[0063] В модификации второго варианта осуществления канавка 4 электрода истока формируется более глубоко, чем канавка 7 электрода затвора, и находится в контакте с подложкой 1. В донной части канавки 4 электрода истока проводка 10 затвора находится в контакте с подложкой 1 с пленкой 11 из оксида кремния, вставленной между ними. Таким образом, крайний фрагмент проводки 10 затвора располагается внутри подложки 1. При этом, крайний фрагмент означает фрагмент, где поверхность, перпендикулярная второй основной поверхности дрейфовой области 2, пересекает торцевую поверхность напротив от второй основной поверхности дрейфовой области 2. Отметим, что, когда пленка из оксида кремния, которая должна служить в качестве маски для формирования канавки 4 электрода истока и канавки 7 электрода затвора, толще материала 18 маски в первом варианте осуществления на этапах производства, канавки могут быть углублены. Дополнительно, посредством регулировки соотношения между шириной канавки 4 электрода истока и шириной канавки 7 электрода затвора, соотношение между глубиной канавки 4 электрода истока и глубиной канавки 7 электрода затвора может быть отрегулировано.
[0064] В полупроводниковом устройстве согласно модификации второго варианта осуществления канавка 4 электрода истока формируется более глубоко, чем толщина дрейфовой области 2. Таким образом, проводка 10 затвора может быть сформирована даже более глубоко и увеличена в площади своего поперечного сечения. Следовательно, сопротивление проводки 10 затвора может быть уменьшено, и потеря при переключении может быть уменьшена.
[0065] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно модификации второго варианта осуществления донный фрагмент канавки 4 электрода истока находится в контакте с подложкой 1. Таким образом, концентрация электрического поля в крайнем фрагменте канавки 4 электрода истока может быть уменьшена, чтобы улучшать характеристику выдерживаемого напряжения.
[0066] (Третий вариант осуществления)
Фиг. 19 является видом в разрезе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Полупроводниковое устройство согласно третьему варианту осуществления отличается от полупроводникового устройства второго варианта осуществления в том, что донный фрагмент канавки 7 электрода затвора находится в контакте с подложкой 1. Конфигурации, операции и полезные результаты третьего варианта осуществления, которые являются практически такими же, что и полезные результаты первого и второго вариантов осуществления, не описываются, чтобы избегать повторения.
[0067] В третьем варианте осуществления канавка 4 электрода истока является более глубокой, чем канавка 7 электрода затвора, и канавка 4 электрода истока и канавка 7 электрода затвора формируются в контакте с подложкой 1. В донном фрагменте канавки 4 электрода истока проводка 10 затвора находится в контакте с подложкой 1 с пленкой 11 из оксида кремния, вставленной между ними. Электрод 9 затвора все еще находится в контакте с подложкой 1 с изолирующей пленкой 8 затвора, вставленной между ними. Когда пленка из оксида кремния, которая должна служить в качестве маски для формирования канавки 4 электрода истока и канавки 7 электрода затвора, толще маски во втором варианте осуществления на этапах производства, канавки могут быть углублены. Дополнительно, посредством регулировки соотношения между шириной канавки 4 электрода истока и шириной канавки 7 электрода затвора, соотношение между глубиной канавки 4 электрода истока и глубиной канавки 7 электрода затвора может быть отрегулировано.
[0068] В полупроводниковом устройстве согласно третьему варианту осуществления крайний фрагмент канавки 7 электрода затвора находится в контакте с подложкой 1. Таким образом, концентрация электрического поля в крайнем фрагменте канавки 7 электрода затвора может быть уменьшена, чтобы иметь способность уменьшать пробой диэлектрика изолирующей пленки 8 затвора и улучшать характеристику выдерживаемого напряжения.
[0069] (Четвертый вариант осуществления)
Фиг. 20 является видом в разрезе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. Полупроводниковое устройство согласно четвертому варианту осуществления отличается от первого-третьего вариантов осуществления в том, что, например, включает в себя канавку 25 электрода стока, в которой формируется электрод 13 стока. Конфигурации, операции и полезные результаты четвертого варианта осуществления, которые являются практически такими же, что и полезные результаты первого-третьего вариантов осуществления, не описываются, чтобы избегать повторения.
[0070] Канавка 25 электрода стока формируется внутри дрейфовой области 2 в позиции на расстоянии от области 3 кармана. Канавка 25 электрода стока формируется от второй основной поверхности дрейфовой области 2 внутрь подложки 1 в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности дрейфовой области 2 (направление y-оси). Область 12 стока находится в контакте с боковой поверхностью канавки 25 электрода стока. В четвертом варианте осуществления область 12 стока формируется от второй основной поверхности дрейфовой области 2 внутрь подложки 1 относительно второй основной поверхности дрейфовой области 2 (направление y-оси). Канавка 25 электрода стока глубже области 12 стока.
[0071] Канавка 25 электрода стока может быть сформирована, когда, в способе производства полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления, пленка из оксида кремния, которая должна служить в качестве материала 18 маски, выборочно удаляется также в области, где канавка 25 электрода стока должна быть сформирована. Посредством сухого травления с помощью этого материала 18 маски в качестве маски канавка 4 электрода истока, канавка 7 электрода затвора и канавка 25 электрода стока могут быть сформированы одновременно.
[0072] Дополнительно, посредством формирования канавки 25 электрода стока этап формирования области 12 стока может формировать область 12 стока в глубокой позиции без необходимости имплантировать примеси с энергией имплантируемых ионов, такой же высокой, что и в первом варианте осуществления.
[0073] В полупроводниковом устройстве согласно четвертому варианту осуществления канавка 25 электрода стока формируется более глубоко, чем дрейфовая область 2. Таким образом, распределение электрического поля в направлении глубины дрейфовой области 2 (направлении y-оси) может быть уменьшено. Следовательно, концентрация электрического поля уменьшается, и характеристика выдерживаемого напряжения может быть улучшена.
[0074] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве согласно четвертому варианту осуществления дрейфовая область 12, имеющая более высокую концентрацию примеси, чем дрейфовая область 2, формируется более глубоко, чем дрейфовая область 2. Таким образом, путь тока может быть изменен с дрейфовой области 2 на область 12 стока. Следовательно, сопротивление во включенном состоянии может быть уменьшено.
[0075] (Другие варианты осуществления)
Хотя варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше, не должно подразумеваться, что описание и чертежи, которые составляют часть этого описания изобретения, ограничивают настоящее изобретение. Из этого описания изобретения различные альтернативные варианты осуществления, примеры и способы работы будут легко найдены специалистами в области техники.
[0076] Например, хотя полупроводниковое устройство изготавливается на подложке 1 и дрейфовой области 2, которые выполняются из SiC в первом-четвертом варианте осуществления, их материал не ограничивается SiC. Например, примеры полупроводника с широкой запрещенной зоной, используемого в качестве материала для подложки 1 и дрейфовой области 2, включают в себя нитрид галлия (GaN), алмаз, оксид цинка (ZnO) и нитрид алюминий-галлия (AlGaN).
[0077] Дополнительно, хотя дрейфовая область 2 формируется посредством эпитаксиального выращивания в первом-четвертом вариантах осуществления, дрейфовая область 2 может быть сформирована посредством имплантации примесей n-типа в подложку, выполненную из изолятора, такого как SiC.
[0078] Дополнительно, в первом-четвертом вариантах осуществления, подложка 1 может быть выполнена из полупроводника n-типа, имеющего более низкую концентрацию примеси, чем дрейфовая область 2. Таким образом, когда полупроводниковое устройство находится во включенном состоянии, токи протекают внутри подложки 1. Это ведет к более широкому пути тока и, следовательно, большим токам. Если подложка 1 была полупроводником p-типа, обедненный слой будет расширяться внутри дрейфовой области 2, чтобы сужать путь тока, таким образом, ведя к меньшим токам. Другими словами, когда подложка 1 и дрейфовая область 2 имеют одинаковый тип проводимости, токи увеличиваются, и потеря уменьшается.
[0079] Дополнительно, в первом-четвертом вариантах осуществления, донные поверхности канавки 7 электрода затвора и канавки 4 электрода истока могут быть выше или ниже первой основной поверхности дрейфовой области 2 или могут совпадать с первой основной поверхностью. Дополнительно, позиция проводки 10 затвора внутри канавки 4 электрода истока может быть выше донной поверхности канавки 7 электрода затвора.
[0080] В первом-четвертом вариантах осуществления MOSFET описывается как пример полупроводникового устройства, но, само собой разумеется, что полупроводниковые устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения также являются применимыми к биполярным транзисторам с изолированным затвором (IGBT) или тиристорам.
[0081] Дополнительно, выражения, такие как "параллельный", "перпендикулярный" и "ортогональный" в первом-четвертом вариантах осуществления не основываются на законченной топологии, и предоставляют возможность незаконченной топологии по причинам фотолитографии или других процессов.
[0082] Дополнительно, настоящее изобретение естественным образом включает в себя различные варианты осуществления, которые не описываются в данном документе, такие как конфигурации, в которых вышеописанные конфигурации применяются друг к другу. Соответственно, технические рамки настоящего изобретения должны быть определены только посредством сущностей, чтобы определять изобретение в рамках формулы изобретения, рассматриваемых как подходящие на основе вышеупомянутого описания.
Список ссылочных позиций
[0083] 1 подложка
2 дрейфовая область
3 область кармана
4 канавка электрода истока
5 область истока
6 электрод истока
7 канавка электрода затвора
8 изолирующая пленка затвора
9 электрод затвора
10 проводка затвора
11 пленка из оксида кремния
12 область стока
13 электрод стока
14 межслойная изолирующая пленка
15 проводка истока
16 проводка стока.