特許 5774747 エピタキシャル層およびそれに関連する構造を含む半導体デバイスを形成する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5774747

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】エピタキシャル層およびそれに関連する構造を含む半導体デバイスを形成する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/78 20060101AFI20150820BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20150820BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20150820BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/78 652M

   H01L29/78 652J

   H01L29/78 652B

   H01L29/78 652F

   H01L29/78 652T

   H01L29/78 658B

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-83009(P2014-83009)

(22)【出願日】2014年4月14日

(62)【分割の表示】特願2012-502022(P2012-502022)の分割

【原出願日】2010年1月5日

(65)【公開番号】特開2014-146839(P2014-146839A)

(43)【公開日】2014年8月14日

【審査請求日】2014年5月14日

(31)【優先権主張番号】12/412,448

(32)【優先日】2009年3月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592054856

【氏名又は名称】クリー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＲＥＥ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハル、ブレッド アダム

(72)【発明者】

【氏名】チャン、チンチェン

【審査官】 行武 哲太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２７０８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４７６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−４０８９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２９／７８−２９／７９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の導電タイプの半導体層と、
前記半導体層内の、第２の導電タイプのウェル領域であって、前記第１の導電タイプと前記第２の導電タイプとは異なっている、ウェル領域と、
前記ウェル領域内の、前記第１の導電タイプのターミナル領域と、
前記ウェル領域と、前記ターミナル領域と、を含む前記半導体層の表面上のエピタキシャル半導体層であって、前記ターミナル領域と、前記半導体層の前記表面において前記ターミナル領域を取り囲む前記ウェル領域の一部と、の上で、前記第１の導電タイプを有し、前記半導体層の前記表面において、前記ウェル領域と前記ターミナル領域とを横切って延びているエピタキシャル半導体層と、
前記エピタキシャル半導体層を貫いて延びる、前記第１の導電タイプのターミナルコンタクト領域であって、前記ターミナル領域との電気的な接触を設けるターミナルコンタクト領域と、
前記エピタキシャル半導体層上のゲート電極であって、前記エピタキシャル半導体層が、当該ゲート電極と、前記半導体層の前記表面において前記ターミナル領域を取り囲む前記ウェル領域の一部と、の間にあるゲート電極と、
前記エピタキシャル半導体層上のオーミックコンタクトであって、前記ターミナルコンタクト領域が、当該オーミックコンタクトと前記ターミナル領域との電気的な接触を設けているオーミックコンタクトと、
前記エピタキシャル半導体層を貫き、前記半導体層内まで延びている、前記第２の導電タイプのウェルコンタクト領域であって、前記オーミックコンタクトと前記ウェル領域との電気的な接触を設けているウェルコンタクト領域と、
を備える、半導体デバイス。

【請求項2】

前記ターミナルコンタクト領域が、前記エピタキシャル半導体層を貫き、前記半導体層内まで延びている、請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項3】

前記エピタキシャル半導体層内の前記ウェルコンタクト領域の一部が、前記エピタキシャル半導体層内の前記ターミナルコンタクト領域の一部により取り囲まれている、請求項１および２のいずれか一つに記載の半導体デバイス。

【請求項4】

前記半導体層内への前記ウェルコンタクト領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さより深い、請求項３に記載の半導体デバイス。

【請求項5】

前記オーミックコンタクトが、第１のオーミックコンタクトからなり、
前記半導体層上の第２のオーミックコンタクトであって、前記半導体層が、前記第１のオーミックコンタクトと前記第２のオーミックコンタクトとの間にあることとなる第２のオーミックコンタクトをさらに備える、請求項１ないし４のいずれか一つに記載の半導体デバイス。

【請求項6】

前記エピタキシャル半導体層が、前記ターミナルコンタクト領域の外側、かつ、前記ウェルコンタクト領域の外側において、１×１０^１７ｃｍ^−３未満のドーパント濃度を有する、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の半導体デバイス。

【請求項7】

前記エピタキシャル半導体層の深さ全体にわたる、前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジが、前記ターミナル領域の周辺部まわりにて、前記ターミナル領域の外側エッジから後退している、請求項１ないし６のいずれか一つに記載の半導体デバイス。

【請求項8】

前記ゲート電極と前記エピタキシャル半導体層との間に、ゲート絶縁層をさらに備える、請求項１ないし７のいずれか一つに記載の半導体デバイス。

【請求項9】

前記エピタキシャル半導体層が、１２００Åから１８００Åの範囲内の厚さを有する、請求項１ないし８のいずれか一つに記載の半導体デバイス。

【請求項10】

前記エピタキシャル半導体層は、前記半導体層の前記表面において、前記ウェル領域と前記ターミナル領域との全体を横切って延びている、請求項１ないし９のいずれか一つに記載の半導体デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（政府の権利に関する記述）
米国政府は、本発明において、一括払ライセンスおよび米国陸軍研究所によって授与された米国陸軍契約番号Ｗ９１１ＮＦ−０４−２−００２１の条件によって規定されるような妥当な条件で、特許権者が他人にライセンスを与えることを求める権利を、限られた状況で有する。

【0002】

（発明の分野）
本発明はエレクトロニクスに関し、より詳細には、半導体デバイスおよび関連する構造を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

（背景）
大電流を送り、高電圧を保持するために、半導体パワーデバイスが広く使用されている。最新の半導体パワーデバイスは一般に単結晶のシリコン半導体材料から製造されている。広く使用されている１つのパワーデバイスとして、パワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）がある。このパワーＭＯＳＦＥＴでは、二酸化シリコンにすることができるが、必ずしもこれに限定されるものではない介在絶縁体により半導体表面から隔離されたゲート電極に制御信号が供給される。バイポーラトランジスタの作動で使用される少数キャリアの注入が存在しない状態で、多数キャリアのトランスポートにより電流の伝導が生じる。パワーＭＯＳＦＥＴは、優れた安全な作動エリアを提供でき、１つのユニットセル構造内に並列にすることができる。

【0004】

当業者に周知のように、パワーＭＯＳＦＥＴは、横方向構造または縦型構造を含むことができる。横方向構造では、基板の同じ表面にドレインターミナル、ゲートターミナル、およびソースターミナルが存在する。これと対照的に、縦型構造では基板の対向する表面にソースとドレインが位置する。

【0005】

パワーデバイスにおける最近の開発努力は、パワーデバイス用のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）デバイスを使用することの研究にも向けられている。シリコンカーバイドは、シリコンと比較して広いバンドギャップ、より低い誘電率、高いブレークダウン電界強度、高い熱伝導率および高い飽和電子ドリフト速度を有する。これらの特性によって、シリコンカーバイドパワーデバイスは、従来のシリコンをベースとするパワーデバイスよりも高い温度、高いパワーレベル、および／または低い固有オン抵抗で作動することが可能となっている。非特許文献１に、シリコンカーバイドデバイスのシリコンデバイスに対する優位性についての理論的分析が記載されている。本発明の譲受人に譲渡されたパルモア（Ｐａｌｍｏｕｒ）による米国特許の特許文献１には、シリコンカーバイドで製造されたパワーＭＯＳＦＥＴが記載されている。

【0006】

これまで、文献には、シリコンカーバイドパワーＭＯＳＦＥＴ構造が多数記載されている。例えば、特許文献１、および非特許文献２乃至１３である。

【0007】

広く使用されているシリコンパワーＭＯＳＦＥＴとして、二重拡散プロセスを使用して製造される二重拡散ＭＯＳＦＥＴ（ＤＭＯＳＦＥＴ）がある。図５には、シリコン製の従来のＤＭＯＳＦＥＴ５１０が示されている。図５のデバイスでは、マスク内の共通開口部を通して基板５１２内にｐ−ベース領域５１４およびｎ^＋ソース領域５１６が拡散されている。ｐ−ベース領域５１４は、ｎ^＋ソース領域５１６よりも深く打ち込まれている。ｐ−ベース領域５１４とｎ^＋ソース領域５１６の間の横方向の拡散の差により表面チャンネル領域が形成されている。基板５１２の上には、ゲート酸化膜５１８が設けられ、このゲート酸化膜５１８上にはゲート電極５２０が設けられている。基板５１２の上で、ｎ^＋ソース領域５１６の上およびこれら領域の間に、ソースコンタクト５２２が設けられている。基板５１２上の、ソースコンタクト５２２と反対側にはドレインコンタクト５２４が設けられている。非特許文献１５の教科書、特に「パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳＦＥＴ）」なる名称のついた第７章には、ＤＭＯＳＦＥＴを含むパワーＭＯＳＦＥＴの概略が記載されており、その開示内容を参照により本明細書に援用する。ＤＭＯＳＦＥＴ構造は、シリコンカーバイドでも製造されている。しかしながら、シリコンカーバイド内でのドーパントの拡散が弱いことにより、シリコンカーバイドでＤＭＯＳＦＥＴを製造する際には、他のドーピング技術、例えばイオン注入方法が使用されてきた。したがって、本明細書では、この構造を製造する際に使用される方法にかかわらず、ベースまたはウェル領域、およびこのベースまたはウェル領域内にソース領域を有する図５の構造と類似した構造を示すのに、「ＤＭＯＳＦＥＴ」なる用語を使用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国特許第５，５０６，４２１号「シリコンカーバイドでのパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳＦＥＴ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）」明細書

【特許文献2】米国特許第７，０７４，６４３号「自己整合されたソースおよびウェル領域を有するシリコンカーバイドパワーデバイスおよびその製造方法（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｗｉｔｈ Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｗｅｌｌ Ｒｅｇｉｏｎｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｏｆ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｓａｍｅ）」明細書

【特許文献3】米国特許第７，３８１，９９２号「自己整合されたソースおよびウェル領域を有するシリコンカーバイドのパワーデバイス（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｗｉｔｈ Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｓｏｕｒｃｅ Ａｎｄ Ｗｅｌｌ Ｒｅｇｉｏｎｓ）」明細書

【特許文献4】米国特許第６，６５３，６５９号「シリコンカーバイドインバージョンチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ ＭＯＳＦＥＴｓ）」明細書

【特許文献5】米国特許第６，９５６，２３８号「短絡したチャンネルを有するシリコンカーバイドパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタおよび短絡したチャンネルを有するシリコンカーバイド金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを製造する方法（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｈａｖｉｎｇ Ａ Ｓｈｏｒｔｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｏｆ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｈａｖｉｎｇ Ａ Ｓｈｏｒｔｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ）」明細書

【特許文献6】米国特許出願公開第２００８／０１０５９４９号「ハイパワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ）」明細書

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】バットナーガー（Ｂｈａｔｎａｇａｒ）他による刊行物、名称「パワーデバイス用の６Ｈ−−ＳｉＣ、３Ｃ−−ＳｉＣおよびＳｉの比較（Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ６Ｈ−ＳｉＣ， ３Ｃ−ＳｉＣ ａｎｄ Ｓｉ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」（エレクトロンデバイスに関するＩＥＥＥトランザクション（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、第４０巻、１９９３年、６４５〜６５５ページ）

【非特許文献2】Ａ．Ｋ．アガーワル（Ａｇａｒｗａｌ）、Ｊ．Ｂ．キャサディ（Ｃａｓａｄｙ）、Ｌ．Ｂ．ローランド（Ｒｏｗｌａｎｄ）、Ｗ．Ｆ．ヴァレク（Ｖａｌｅｋ）、Ｍ．Ｈ．ホワイト（Ｗｈｉｔｅ）、およびＣ．Ｄ．ブラント（Ｂｒａｎｄｔ）著「１．１ｋＶの４Ｈ−−ＳｉＣパワーＵＭＯＳＦＥＴ（１．１ ｋＶ ４Ｈ−−ＳｉＣ Ｐｏｗｅｒ ＵＭＯＳＦＥＴ’ｓ）」（ＩＥＥＥエレクトロンデバイスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第１８巻、第１２号、５８６〜５８８ページ、１９９７年１２月）

【非特許文献3】Ａ．Ｋ．アガーワル（Ａｇａｒｗａｌ）、Ｊ．Ｂ．キャサディ（Ｃａｓａｄｙ）、Ｌ．Ｂ．ローランド（Ｒｏｗｌａｎｄ）、Ｗ．Ｆ．ヴァレク（Ｖａｌｅｋ）、およびＣ．Ｄ．ブラント（Ｂｒａｎｄｔ）著「１４００Ｖの４Ｈ−−ＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴ（１４００ Ｖ ４Ｈ−−ＳｉＣ Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳＦＥＴｓ）」（マテリアルズサイエンスフォーラム（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ）第２６４〜２６８巻、９８９〜９９２ページ、１９９８年）

【非特許文献4】Ｊ．タン（Ｔａｎ）、Ｊ．Ａ．クーパー（Ｃｏｏｐｅｒ），Ｊｒ、およびＭ．Ｒ．メロック（Ｍｅｌｌｏｃｈ）著「４Ｈ−−ＳｉＣでの高電圧アキュムレータ層のＵＭＯＳＦＥＴ（Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ−Ｌａｙｅｒ ＵＭＯＳＦＥＴｓ ｉｎ ４Ｈ−−ＳｉＣ）」、ＩＥＥＥエレクトロンデバイスレターズ（ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第１９巻、第１２号、４８７〜４８９ページ、１９９８年１２月）

【非特許文献5】Ｊ．Ｎ．シェノイ（Ｓｈｅｎｏｙ）、Ｊ．Ａ．クーパー（Ｃｏｏｐｅｒ）、およびＭ．Ｒ．メロック（Ｍｅｌｌｏｃｈ）著「６Ｈ−−ＳｉＣでの高電圧ダブル注入パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳＦＥＴ’ｓ ｉｎ ６Ｈ−ＳｉＣ）」、ＩＥＥＥエレクトロンデバイスレターズ（ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第１８巻、第３号、９３〜９５ページ、１９９７年３月）

【非特許文献6】Ｊ．Ｂ．キャサディ（Ｃａｓａｄｙ）、Ａ．Ｋ．アガーワル（Ａｇａｒｗａｌ）、Ｌ．Ｂ．ローランド（Ｒｏｗｌａｎｄ）、Ｗ．Ｆ．ヴァレク（Ｖａｌｅｋ）、およびＣ．Ｄ．ブラント（Ｂｒａｎｄｔ）著「９００ＶのＤＭＯＳおよび１１００ＶのＵＭＯＳ ４Ｈ−−ＳｉＣパワーＦＥＴ（９００ Ｖ ＤＭＯＳ ａｎｄ １１００ Ｖ ＵＭＯＳ ４Ｈ−−ＳｉＣ Ｐｏｗｅｒ ＦＥＴｓ）」（ＩＥＥＥデバイス研究会議（ＩＥＥＥ Ｄｅｖｉｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）、フォートコリンズ、コロラド州、１９９７年６月２３〜２５日）

【非特許文献7】Ｒ．ショーナー（Ｓｃｈｏｒｎｅｒ）、Ｐ．フレデリックス（Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈｓ）、Ｄ．ピーター（Ｐｅｔｅｒｓ）、Ｈ．ミットレーナー（Ｍｉｔｌｅｈｎｅｒ）、Ｂ．ヴァイス（Ｗｅｉｓ）、およびＤ．ステファニー（Ｓｔｅｐｈａｎｉ）著「１８００Ｖまでのブロッキング能力を有する６Ｈ−−ＳｉＣでの頑丈なパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｒｕｇｇｅｄ Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳＦＥＴｓ ｉｎ ６Ｈ−ＳｉＣ ｗｉｔｈ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｕｐ ｔｏ １８００ Ｖ）」（マテリアルサイエンスフォーラム（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ）、第３３８〜３４２巻、１２９５〜１２９８ページ、２０００年）

【非特許文献8】Ｖ．Ｒ．ヴァシュリア（Ｖａｔｈｕｌｙａ）およびＭ．Ｈ．ホワイト（Ｗｈｉｔｅ）著「パワーＤＩＭＯＳ構造のためのポリタイプの適性を判断するための、注入されたＳｉＣ上のチャンネル移動度の特性化（Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｏｎ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ＳｉＣ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ Ｐｏｌｙｔｙｐｅ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ ＤＩＭＯＳ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」（電子材料会議（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）、サンタバーバラ、カリフォルニア州、１９９９年６月３０日〜７月２日）

【非特許文献9】Ａ．Ｖ．スヴォロフ（Ｓｕｖｏｒｏｖ）、Ｌ．Ａ．リプキン（Ｌｉｐｋｉｎ）、Ｇ．Ｍ．ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）、Ｒ．シン（Ｓｉｎｇｈ）、およびＪ．Ｗ．パルモア（Ｐａｌｍｏｕｒ）著「パワーＤＭＯＳＦＥＴのための注入拡散された４Ｈ−−ＳｉＣの自己整合構造（４Ｈ−−ＳｉＣ Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｉｍｐｌａｎｔ−Ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ ＤＭＯＳＦＥＴｓ）」、マテリアルサイエンスフォーラム（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ）、第３３８〜３４２巻、１２７５〜１２７８ページ、２０００年）

【非特許文献10】Ｐ．Ｍ．シェノイ（Ｓｈｅｎｏｙ）およびＰ．Ｊ．バリガ（Ｂａｌｉｇａ）著、「プレーナーの６Ｈ−−ＳｉＣ ＡＣＣＵＦＥＴ：新しい高電圧パワーＭＯＳＦＥＴ構造（Ｔｈｅ Ｐｌａｎａｒ ６Ｈ−ＳｉＣ ＡＣＣＵＦＥＴ： Ａ Ｎｅｗ Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳＦＥＴ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」（ＩＥＥＥエレクトロンデバイスレターズ（ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第１８巻、第１２号、５８９〜５９１ページ、１９９７年１２月）

【非特許文献11】ランビエール シン（Ｒａｎｂｉｒ Ｓｉｎｇｈ）、セイ−ヒュン−リュー（Ｓｅｉ−Ｈｙｕｎｇ Ｒｙｕ）、およびジョン Ｗ．パルマー（Ｊｏｈｎ Ｗ．Ｐａｌｍｏｕｒ）著「高温度、大電流、４Ｈ−−ＳｉＣアキュＤＭＯＳＦＥＴ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， Ｈｉｇｈ Ｃｕｒｒｅｎｔ， ４Ｈ−ＳｉＣ Ａｃｃｕ−ＤＭＯＳＦＥＴ）」（マテリアルサイエンスフォーラム（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ）、第３３８〜３４２巻、１２７１〜１２７４ページ、２０００年）

【非特許文献12】Ｙ．ワン（Ｗａｎｇ）、Ｃ．ヴァイツェル（Ｗｅｉｔｚｅｌ）、およびＭ．バットナーガー（Ｂｈａｔｎａｇａｒ）著「アキュムレーションモードのＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴの設計問題（Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅ ＳｉＣ Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳＦＥＴ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｓｓｕｅｓ）」（マテリアルサイエンスフォーラム（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ）、第３３８〜３４２巻、１２８７〜１２９０ページ、２０００年）

【非特許文献13】Ａ．Ｋ．アガーワル（Ａｇａｒｗａｌ）、Ｎ．Ｓ．サックス（Ｓａｋｓ）、Ｓ．Ｓ．マーニ（Ｍａｎｉ）、Ｖ．Ｓ．ヘッジ（Ｈｅｇｄｅ）、およびＰ．Ａ．サンガー（Ｓａｎｇｅｒ）著「ラテラルＲＥＳＵＲＦ、６Ｈ−−ＳｉＣＭＯＳＦＥＴの研究（Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｔｅｒａｌ ＲＥＳＵＲＦ， ６Ｈ−ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴｓ）」（マテリアルサイエンスフォーラム（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ）第３３８〜３４２巻、１３０７〜１３１０ページ、２０００年）

【非特許文献14】シェノイ（Ｓｈｅｎｏｙ）他著「６Ｈ−−ＳｉＣでの高電圧二重注入パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｏｕｂｌｅ−Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳＦＥＴ’ｓ ｉｎ ６Ｈ−ＳｉＣ）」ＩＥＥＥエレクトロンデバイスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第１８巻、第３号、１９９７年３月、９３〜９５ページ）

【非特許文献15】Ｂ．Ｊ．バリガ（Ｂａｌｉｇａ）著「パワー半導体デバイス（Ｐｏｗｅｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」ＰＷＳ出版社（ＰＷＳ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ）、１９９６年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

シリコンカーバイドの潜在的な利点にかかわらず、パワーＭＯＳＦＥＴを含むパワーデバイスをシリコンカーバイドで製造することは、困難となる場合がある。例えば上記のように、ＤＭＯＳＦＥＴは、ｐ−ベース領域をｎ^＋ソースよりも深く打ち込む二重拡散プロセスを使用して、シリコン内に一般に製造される。残念なことに、シリコンカーバイドでは、従来のｐタイプおよびｎタイプのドーパントの拡散係数は、シリコンと比較して小さいので、許容できる拡散時間および温度を使用してｐ−ベース領域およびｎ^＋ソース領域を必要な深さにすることが困難となる場合がある。ｐ−ベースおよびｎ^＋ソースを注入するのに、イオン注入法を使用してもよい。例えば非特許文献１４を参考されたい。

【課題を解決するための手段】

【0011】

（概要）
本発明の一部の実施形態によれば、半導体デバイスを形成する方法は、第１の導電タイプの半導体層内に前記第１の導電タイプのターミナル領域を形成するステップと、前記半導体層内に第２の導電タイプのウェル領域を形成するステップとを含むことができる。前記ウェル領域は、前記半導体層内の前記ターミナル領域の少なくとも一部に隣接してよく、前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深くすることができ、前記第１と第２の導電タイプとは異なっていてもよい。前記半導体層上にエピタキシャル半導体層を形成してよく、前記ターミナル領域と電気的な接触を設けている、前記第１の導電タイプのターミナルコンタクト領域を前記エピタキシャル半導体層内に形成してよい。さらに、前記ターミナルコンタクト領域上にオーミックコンタクトを形成してよい。

【0012】

前記ターミナル領域と前記ウェル領域の外周部との間の、前記半導体層の表面に隣接する前記ウェル領域の部分がチャンネルを定めており、前記エピタキシャル半導体層上に、前記チャンネルと反対側に、ゲート絶縁層を形成してよく、前記ゲート絶縁層の上に、前記チャンネルと反対側に、ゲート電極を形成してよい。前記エピタキシャル半導体層を形成した後に、前記ターミナルコンタクト領域の中心部および前記ターミナル領域の中心部を通して、前記第２の導電タイプのウェルコンタクト領域を、前記ウェル領域との電気的な接触を設けるように、形成してよい。前記オーミックコンタクトは、前記ターミナルコンタクト領域および前記ウェルコンタクト領域の上の第１の金属層と、前記第１の金属層の部分の上の、前記ウェルコンタクト領域と反対側の第２の金属層と、前記第１の金属層の部分の上の、前記ターミナルコンタクト領域と反対側の、前記第２の金属層を囲むシリコン層とを含むことができる。

【0013】

前記エピタキシャル半導体層は、エピタキシャルシリコンカーバイド層を含むことができ、前記エピタキシャルシリコンカーバイド層は、約１２００Å（１２０ｎｍ）から約１８００Å（１８０ｎｍ）の範囲内の厚さを有することができる。さらに、前記第１の導電タイプをｎタイプとし、前記第２の導電タイプをｐタイプとしてよい。

【0014】

前記エピタキシャル半導体層を形成するステップは、第１のドーパント濃度で前記第１の導電タイプを有する前記エピタキシャル半導体層を形成するステップを含むことができ、前記ターミナルコンタクト領域を形成するステップは、第２のドーパント濃度で前記第１の導電タイプを有する前記ターミナルコンタクト領域を形成するステップを含むことができ、前記第２のドーパント濃度は、前記第１のドーパント濃度よりも、少なくとも２桁高くし得る。前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジは、前記ターミナル領域の周辺部まわりにて、前記ターミナル領域の外側エッジから後退させることができる。より詳細には、前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジを、前記ターミナル領域の外側エッジから少なくとも約０．１μｍだけ後退させることができる。

【0015】

本発明の別の実施形態によれば、半導体デバイスは、第１の導電タイプの半導体層と、前記半導体層内の、第１の導電タイプのターミナル領域と、前記半導体層内の、第２の導電タイプのウェル領域とを備えることができる。前記ウェル領域は、前記半導体層内の前記ターミナル領域の少なくとも一部に隣接でき、前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深くでき、前記第１と第２の導電タイプとは異なってよい。前記ターミナル領域および前記ウェル領域を含む前記半導体層上にエピタキシャル半導体層を設けることができ、前記エピタキシャル半導体層は、内部に前記第１の導電タイプのターミナルコンタクト領域を含むことができ、前記ターミナルコンタクト領域は、前記ターミナル領域との電気的な接触を設けることができる。さらに、前記ターミナルコンタクト領域上にオーミックコンタクトを設けることができる。

【0016】

前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジは、前記ターミナル領域の周辺部まわりにて、前記ターミナル領域の外側エッジから後退させることができる。より詳細には、前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジを、前記ターミナル領域の外側エッジから少なくとも約０．１μｍだけ後退させることができる。前記ターミナル領域と前記ウェル領域の外周部との間の、前記半導体層の表面に隣接する前記ウェル領域の部分がチャンネルを定めることができ、前記エピタキシャル半導体層上に、前記チャンネルと反対側に、ゲート絶縁層を設けてもよく、前記ゲート絶縁層の上に、前記チャンネルと反対側に、ゲート電極を設けてもよい。

【0017】

前記ターミナルコンタクト領域の中心部および前記ターミナル領域の中心部を通して、前記第２の導電タイプのウェルコンタクト領域を、前記ウェル領域との電気的な接触を提供するように、設けることができる。さらに、前記オーミックコンタクトは、前記ターミナルコンタクト領域および前記ウェルコンタクト領域の上の第１の金属層と、前記第１の金属層の部分の上の、前記ウェルコンタクト領域と反対側の第２の金属層と、前記第１の金属層の部分の上の、前記ターミナルコンタクト領域と反対側の、前記第２の金属層を囲むシリコン層とを含むことができる。

【0018】

前記エピタキシャル半導体層は、エピタキシャルシリコンカーバイド層を含むことができ、このエピタキシャルシリコンカーバイド層は、約１２００Å（１２０ｎｍ）から約１８００Å（１８０ｎｍ）の範囲内の厚さを有することができる。前記第１の導電タイプをｎタイプとし、前記第２の導電タイプをｐタイプとすることができる。前記エピタキシャル半導体層の前記ウェル領域の外側の部分は、第１のドーパント濃度での前記第１の導電タイプを有し、前記ターミナルコンタクト領域は、第２のドーパント濃度での前記第１の導電タイプを有し、前記第２のドーパント濃度は、前記第１のドーパント濃度よりも、少なくとも２桁高くすることができる。

【0019】

本発明のさらに別の実施形態によれば、半導体デバイスを形成する方法は、第１の導電タイプの半導体層内に上記第１の導電タイプのターミナル領域を形成するステップと、前記半導体層内に第２の導電タイプのウェル領域を形成するステップとを含むことができる。前記ウェル領域は、前記半導体層内の前記ターミナル領域の少なくとも一部に隣接してよく、前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深くすることができ、前記第１と第２の導電タイプは異なっていてよい。前記ターミナル領域および前記ウェル領域を含む前記半導体層上にエピタキシャル半導体層を形成でき、前記エピタキシャル半導体層は、内部に前記第１の導電タイプのターミナルコンタクト領域を含み、前記ターミナルコンタクト領域は、前記ターミナル領域との電気的な接触を設けることができる。さらに、前記ターミナルコンタクト領域上にオーミックコンタクトを形成してよい。

【0020】

前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジは、前記ターミナル領域の周辺部まわりにて、前記ターミナル領域の外側エッジから後退させることができる。より詳細には、前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジを、前記ターミナル領域の外側エッジから少なくとも約０．１μｍだけ後退させることができる。

【0021】

前記ターミナル領域と前記ウェル領域の外周部との間の、前記半導体層の表面に隣接する前記ウェル領域の部分がチャンネルを定めることができ、前記エピタキシャル半導体層上に、前記チャンネルと反対側に、ゲート絶縁層を形成でき、前記ゲート絶縁層の上に、前記チャンネルと反対側に、ゲート電極を形成できる。前記オーミックコンタクトは、前記ターミナルコンタクト領域の上の金属層を含むことができる。前記ターミナルコンタクト領域の中心部および前記ターミナル領域の中心部を通して、前記第２の導電タイプのウェルコンタクト領域を、前記ウェル領域との電気的な接触を設けるよう、形成できる。前記エピタキシャル半導体層は、エピタキシャルシリコンカーバイド層を含むことができ、このエピタキシャルシリコンカーバイド層は、約１２００Å（１２０ｎｍ）から約１８００Å（１８０ｎｍ）の範囲内の厚さを有することができる。

【0022】

本発明のさらに別の実施形態によれば、半導体デバイスを形成する方法は、第１の導電タイプの半導体層を設けるステップを含むことができる。前記半導体層は、この半導体層内に第１の導電タイプのターミナル領域およびこの半導体層内に第２の導電タイプのウェル領域を含むことができ、前記ウェル領域は、前記半導体層内の前記ターミナル領域の少なくとも一部に隣接し得る。前記半導体層内への前記ウェル領域の深さは、前記半導体層内への前記ターミナル領域の深さよりも深くでき、前記第１と第２の導電タイプは異なっていてよい。前記半導体層上にエピタキシャル半導体層を形成でき、前記エピタキシャル層を通して前記第１の導電タイプのターミナルコンタクト領域を、前記ターミナル領域との電気的な接触を設けるよう、形成してよい。さらに、前記ターミナルコンタクト領域上にオーミックコンタクトを形成できる。

【0023】

前記ターミナル領域と前記ウェル領域の外周部との間の、前記半導体層の表面に隣接する前記ウェル領域の部分がチャンネルを定めることができ、前記エピタキシャル半導体層上に、前記チャンネルと反対側に、ゲート絶縁層を形成でき、前記ゲート絶縁層の上に、前記チャンネルと反対側に、ゲート電極を形成できる。さらに、前記エピタキシャル半導体層は、エピタキシャルシリコンカーバイド層を含むことができる。

【0024】

前記エピタキシャル半導体層を形成するステップは、第１のドーパント濃度で前記第１の導電タイプを有する前記エピタキシャル半導体層を形成するステップを含むことができ、前記ターミナルコンタクト領域を形成するステップは、第２のドーパント濃度で前記第１の導電タイプを有する前記ターミナルコンタクト領域を形成するステップを含むことができ、前記第２のドーパント濃度は、前記第１のドーパント濃度よりも、少なくとも２桁高くできる。前記ターミナルコンタクト領域の外側エッジは、前記ターミナル領域の周辺部まわりにて、前記ターミナル領域の外側エッジから後退させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1A】本発明の一部の実施形態に係る、半導体デバイスを形成する作業を示す断面図。

【図1B】図１Ａの断面が切断線１−１’に沿ったものとなるような、図１Ａに対応する平面図。

【図2】本発明の一部の実施形態に係る、半導体デバイスを形成する作業を示す断面図。

【図3A】本発明の一部の実施形態に係る、半導体デバイスを形成する作業を示す断面図。

【図3B】図３Ａの断面が切断線３−３’に沿ったものとなるような、図３Ａに対応する平面図。

【図4A】本発明の一部の実施形態に係る、半導体デバイスを形成する作業を示す断面図。

【図4B】図４Ａの断面が切断線４−４’に沿ったものとなるような、図４Ａに対応する平面図。

【図4C】図４Ａおよび４Ｂのオーミックコンタクトの拡大断面図。

【図5】従来のＤＭＯＳＦＥＴの断面図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

（詳細な説明）
さまざまな実施形態を示す添付図面を参照して、本発明についてさらに完全に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形式で実施することが可能であり、ここに提示されている実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例はこの開示が十分でかつ完全となり、本発明の範囲を当業者に完全に伝達するために提供されている。図中において、大きさ、および層や領域の相対的な大きさは、明確にするために強調されていることがある。全体を通して同じ構成要素には同じ番号が付けられている。

【0027】

ここで使用されている用語は特定の実施例を説明する目的にのみ使用されており、本発明を制限することを意図していない。ここで使用されているように、単数形の「１つ」（ａ、ａｎ）および「その」（ｔｈｅ）は、文脈により明確に表れていない限り、複数形も同様に含むことを意図している。さらに、「備えている」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）、「含んでいる」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）、「有している」（ｈａｖｉｎｇ）、およびこれらの変形の用語は、本明細書で使用される場合、言及されている機能、ステップ、操作、構成要素、および／または構成部品が存在することを示しているが、１つまたは複数のその他の機能、ステップ、操作、構成要素、構成部品、および／またはそれらのグループの存在または付加を除外するものではない事は理解されよう。対照的に、「のみからなる」（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）の用語は、本明細書で使用される場合、言及されている機能、ステップ、操作、構成要素、および／または構成部品を特定し、かつ、その他の機能、ステップ、操作、構成要素、および／または構成部品を除外する。

【0028】

層、領域、または基板のようなある構成要素が他の構成要素の「上（ｏｎ）」にあるとき、これはその他の構成要素の上に直接載っていることも可能であるし、または間に介在する構成要素があってもかまわないことは理解されよう。さらに、「下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」あるいは「上に横たわっている（ｏｖｅｒｌｉｅｓ）」のような相対的な用語は、ある層あるいは領域の、別の層あるいは領域に対する、図に示されているような基板あるいは下地層との相対的な関係を記述している場合がある。これらの用語は、図に示されている方向に加えて、デバイスの異なる方向をも包含する意図があると理解されよう。最後に、「直接に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」の用語は、介在する構成要素が存在しないことを意味する。ここで使用されているように、用語「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、関連して列挙されている１つまたは複数の項目のいずれかおよび全ての組み合わせを含み、「／」と簡略されることがある。

【0029】

ここでは種々の構成要素、構成部品、領域、層、および／または部分を記述するために第１、第２などの用語が使用されているが、これらの構成要素、構成部品、領域、層、および／または部分はこれらの用語で制限されるべきではないことは理解されよう。これらの用語は、１つの構成要素、構成部品、領域、層、または部分を、他の領域、層、または部分から区別するためにのみ使用されている。したがって、以下で議論されている第１の構成要素、構成部品、領域、層、または部分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の構成要素、構成部品、領域、層、または部分と呼ぶことが可能である。

【0030】

本発明の理想化された実施形態の略図である断面図および／または他の図を参照して、本発明の実施形態についてここで説明する。このように、例えば製造技術および／または許容誤差の結果としての図の形状からのずれを予想すべきである。したがって、本発明の実施形態は、ここに示された領域の特定形状だけに限定されるものとみなすべきでなく、例えば製造の結果生じる形状のずれも含むべきものである。例えば、四角形として示されるかまたは記述される領域は、通常の製造公差によって、丸くなるか、または曲がった特徴を一般に有する。したがって、図に示された領域は、もともと略図であり、それらの形状は、デバイスの領域の精密な形状を示す意図ではなく、ここに特に明記しない限り、本発明の範囲を限定する意図ではない。

【0031】

ここで異なるように定義されない限り、ここで使用される（技術用語および科学用語を含む）すべての用語は、本発明が属する技術の通常の技量を有する者によって共通して理解される意味と同じ意味を有する。共通して使用される辞書に定義されているような用語は、対応する技術および本明細書の文脈における意味と一貫性のある意味を有するものと解釈すべきであり、特にここで明示的に定義しない限り、理想化されたか、または過度に形式的な意味で解釈すべきでない。

【0032】

図４Ａは、本発明の一部の実施形態に係るＤＭＯＳＦＥＴ（二重拡散金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を示す断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの断面図が図４Ｂの切断線４−４’に沿ったものとなるような平面図である。図示するように、図４Ａおよび４ＢのＤＭＯＳＦＥＴは、第１の導電タイプ（例えばｎタイプの導電性）を有する半導体層１０１（例えば、シリコンカーバイド層および／または基板）と、対向する表面１０３および１０５を含むことができる。半導体層１０１の表面１０３の上／内部に、第１の導電タイプのソース／ドレインターミナル領域１０７を形成してもよく、第２の導電タイプ（例えばｐタイプの導電性）のウェル領域１０９を、ウェル領域１０９が半導体層１０１の表面１０３においてソース／ドレインターミナル領域１０７をそれぞれ囲むように、半導体層１０１の表面１０３の上／内部に、形成してもよい。図示するように、半導体層１０１内へのウェル領域１０９の深さを、半導体層１０１内へのソース／ドレインターミナル領域１０７の深さよりも深くしてもよく、第１の導電タイプと第２の導電タイプとは異なっている。例えば層１０１内へのソース／ドレインターミナル領域１０７の深さを、約２０００Å（２００ｎｍ）またはそれ以下としてよい。

【0033】

ソース／ドレインターミナル領域１０７とウェル領域１０９とを含む半導体層１０１の表面１０３上にエピタキシャル半導体層１１１（例えばエピタキシャルシリコンカーバイド層）を設けてもよい。さらに、エピタキシャル半導体層１１１は、この層を貫通する第１の導電タイプのソース／ドレインターミナルコンタクト領域１１５を含んでもよく、ターミナルコンタクト領域１１５は、ソース／ドレインターミナル領域１０７と電気的な接触を提供することができる。ソース／ドレインターミナル領域１０７の周辺にて、ソース／ドレインターミナル領域１０７の外側エッジからターミナルコンタクト領域１１５の外側エッジを後退させてもよい。さらに、ターミナルコンタクト領域１１５の上にオーミックコンタクト１１７（例えば金属コンタクト）を設けてもよく、エピタキシャル半導体層１１１の上にゲート絶縁層１１９（例えばシリコン酸化膜）を設けてもよく、ゲート絶縁層１１９の上にゲート電極１２１（例えば縮退的にドープされたポリシリコンゲート電極）を設けてもよい。したがって、半導体層１０１の表面１０３に隣接するウェル領域１０９の、ソース／ドレインターミナル領域１０７とウェル領域１０９の外周の間の部分が、ＤＭＯＳＦＥＴデバイスのチャンネルを構成することができる。

【0034】

図４Ａおよび４Ｂにさらに示されるように、層１０１の両側にあるオーミックコンタクト１１７と１２３との間に電流が流れるように縦型トランジスタ構造を定めるよう、半導体層１０１の表面１０５上にオーミックコンタクト１２３を設けてもよい。さらに、オーミックコンタクト１１７とウェル領域１０９との間に電気的な接触を提供するように、ターミナルコンタクト領域１１５の中心部とソース／ドレインターミナル領域１０７の中心部とを貫通して、第２の導電タイプのウェルコンタクト領域１２５を設けてもよい。したがって、オーミックコンタクト１１７が、反対の導電タイプの、ターミナルコンタクト領域１１５とウェルコンタクト領域１２５とのオーミック接触を提供するように構成してよい。

【0035】

図４Ｃに示されるように、例えばオーミックコンタクト１１７は、第１の導電タイプのターミナルコンタクト領域１１５の部分の上、および第２の導電タイプのウェルコンタクト領域１２５の上に、金属層１１７ａ（例えばニッケル層）を含むことができる。ｎタイプのターミナルコンタクト領域１１５については、ターミナルコンタクト領域１１５と反対側の、金属層１１７ａの部分の上に、半導体層１１７ｂ（例えばシリコン層）を設けてもよい。ｐタイプのウェルコンタクト領域１２５については、金属層１１７ａおよび１１７ｃが異なる金属を備えるように、ウェル領域１２５と反対側の、金属層１１７ａの部分の上に、金属層１１７ｃ（例えばアルミ層）を設けてもよい。図４Ｃのオーミックコンタクト構造が例として設けられているが、本発明の他の実施形態においては、別のオーミックコンタクト合金部および／または構造を使用してもよい。

【0036】

図４Ａおよび４ＢのＤＭＯＳＦＥＴでは、ターミナル領域１０７とウェル領域１０９の外周部との間の半導体層１０１の表面１０３に隣接するウェル領域１０９の部分によって、ゲート電極１２１によって導電度を制御できるチャンネルを定めることができる。したがって、ＤＭＯＳＦＥＴがオン状態になると、ターミナルコンタクト領域１１５、ターミナル領域１０７、ウェル領域１０９のチャンネル、エピタキシャル半導体層１１１、および層１０１を通って、オーミックコンタクト１１７と１２３との間で電流が流れることができる。エピタキシャル半導体層１１１は、エピタキシャル半導体層１１１が第１の導電タイプである場合でも、ＤＭＯＳＦＥＴがターンオフされたとき（例えばゲート電極１２１にゼロ電圧ゲートバイアスが印加されたとき）、ウェル領域１０９に隣接するその部分が完全にキャリアの空乏状態となり得るよう、十分薄くできる。とりわけ、ゲート電極１２１から生じる電界がない場合に、ウェル領域１０９に隣接する（第１の導電タイプの）エピタキシャル半導体層１１１の部分が空乏状態となるよう、第２の導電タイプのウェル領域１０９のドーパント濃度を十分高くすることができる。したがって、エピタキシャル半導体層１１１は、これに隣接するウェル領域１０９の部分からキャリア（例えば電子）の流れを隔離する比較的高品位の導電チャンネルを提供することができる。

【0037】

図４Ａにさらに示されるように、半導体層１０１の表面１０３に対して平行な方向に、ターミナル領域１０７の外側エッジからターミナルコンタクト領域１１５の外側エッジを後退させてもよい。これにより、デバイスがターンオフされるときに、チャンネルのまわり／チャンネルを通るブレークダウンの可能性を低くすることができる。ターミナルコンタクト領域１１５の外側エッジはターミナル領域１０７の外側エッジから少なくとも約０．１μｍ後退させることができ、特に、ターミナル領域１０７の外側エッジに対するターミナルコンタクト領域１１５の外側エッジの後退を少なくとも約０．２μｍ、さらにとりわけ少なくとも約０．４μｍとしてよい。例えば、ターミナルコンタクト領域１１５の外側エッジをターミナル領域の外側エッジに対して約０．４μｍから約０．５μｍの範囲内で後退させることができる。

【0038】

層１０１をｎタイプの導電性のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）層および／または基板とし、エピタキシャル半導体層１１１をｎタイプの導電性のエピタキシャルシリコンカーバイド層としてよい。とりわけ、エピタキシャル半導体層１１１を約１２００Å（１２０ｎｍ）から約１８００Å（１８０ｎｍ）の範囲内の厚さ、さらにとりわけ、約１４００Å（１４０ｎｍ）から約１６００Å（１６０ｎｍ）の範囲内の厚さのエピタキシャルシリコンカーバイド層とすることができる。例えばエピタキシャル半導体層１１１を約１５００Å（１５０ｎｍ）の厚さを有するエピタキシャルシリコンカーバイド層とすることができる。ここで用いられるように、エピタキシャルなる用語は、その上にエピタキシャル層が形成される、下に横たわっている半導体層／基板の結晶格子構造と実質的に適合した結晶格子構造を有する、実質的に単結晶の結晶半導体層を意味する。

【0039】

本発明の一部の実施例によれば、層１０１をシリコンカーバイド層および／または基板とし、エピタキシャル半導体層１１１をシリコンカーバイド層とし、（ソース／ドレインターミナル領域１０７、ターミナルコンタクト領域１１５、層１０１、およびエピタキシャル層１１１の）第１の導電タイプをｎタイプとし、（ウェル領域１０９およびウェルコンタクト領域１２５の）第２の導電タイプをｐタイプとしてよい。したがって、図４Ａおよび４ＢのＤＭＯＳＦＥＴをシリコンカーバイドのｎチャンネルＤＭＯＳＦＥＴとしてよい。さらに、ウェル領域１０９の外側のエピタキシャル半導体層１１１の部分は、第１のドーパント濃度の第１の導電タイプ（例えばｎタイプ）を有することができ、エピタキシャル層１１１を貫通するターミナルコンタクト領域１１５は、第２のドーパント濃度の第１の導電タイプ（例えばｎタイプ）を有することができ、この場合、第２のドーパント濃度は、第１のドーパント濃度よりも少なくとも２桁高くすることができる。

【0040】

ｎチャンネルデバイスでは、ソース／ドレインターミナル領域１０７、ターミナルコンタクト領域１１５、層１０１、およびエピタキシャル半導体層１１１を、周期律表のＶ列（Ｃｏｌｕｍｎ Ｖ）からのｎタイプの元素（例えば窒素、リンなど）でドープしてよく、ウェル領域１０９およびウェルコンタクト領域１２５を周期律表のＩＩＩ列（Ｃｏｌｕｍｎ ＩＩＩ）からのｐタイプの元素（例えばホウ素、アルミなど）でドープしてよい。さらに、ソース／ドレインターミナル領域１０７とウェル領域１０９の下方エッジの間に、第２の導電タイプ（例えばｐタイプ）の随意の高濃度にドープされた領域１２９を設けてもよい。高濃度にドープされた領域１２９のドーパント濃度は、ウェル領域１０９のドーパント濃度よりもかなり高く（例えば少なくとも２桁高い濃度に）することができる。同様に、ウェルコンタクト領域１２５のドーパント濃度をウェル領域１０９のドーパント濃度よりもかなり高く（例えば少なくとも２桁高い濃度に）してよい。さらに、ターミナルコンタクト領域１１５のドーパント濃度を、（コンタクト領域１２５および１１７の外部の）ソース／ドレインターミナル領域１０７および／またはエピタキシャル半導体層１１１のドーパント濃度よりもかなり高く（例えば少なくとも２桁高い濃度に）してよい。例えば、ウェル領域１０９から離間したエピタキシャル半導体層１１１の部分は約１×１０^１７ｃｍ^−３以下（例えば約３×１０^１６ｃｍ^−３）のドーパント濃度を有することができ、（エピタキシャル半導体層１１１を貫通する）ターミナルコンタクト領域１１５は、約１×１０^１９ｃｍ^−３以上のドーパント濃度を有することができる。さらに、ウェル領域１０９から離間したエピタキシャル半導体層１１１の部分は、半導体層１０１のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度を有することができる。例えばエピタキシャル半導体層１１１は、半導体層１０１のドーパント濃度の少なくとも約５倍の高さのドーパント濃度、とりわけ、半導体層１０１のドーパント濃度よりも少なくとも約１桁高いドーパント濃度を有することができる。

【0041】

図４Ａに示されるように、ターミナルコンタクト領域１１５およびウェルコンタクト領域１２５は、エピタキシャル半導体層１１１を越え、層１０１のウェル領域１０９および／またはソース／ドレインターミナル領域１０７の中に伸びていてもよい。点線により、ターミナルコンタクト領域１１５およびウェルコンタクト領域１２５の、エピタキシャル半導体層１１１内および層１０１のウェル領域１０９および／またはソース／ドレインターミナル領域１０７内の部分が示されている。

【0042】

次に、図１Ａ、２、３Ａ、および４Ａの断面によって、さらに図１Ｂ、３Ｂ、および４Ｂの対応する平面図によって、本発明の一部の実施形態に係るシリコンカーバイドＤＭＯＳＦＥＴのような半導体デバイスを形成する作業について説明する。図１Ａおよび１Ｂに示されるように、第１の導電タイプ（例えばｎタイプ）のソース／ドレインターミナル領域１０７、第２ドレインタイプ（例えばｐタイプ）の埋設領域１２９、および第２の導電タイプ（例えばｐタイプ）のウェル領域１０９を、第１の導電タイプ（例えばｎタイプ）の単結晶半導体層１０１（例えばシリコンカーバイド層および／または基板）の表面１０３内に注入することができる。とりわけ、逆の導電タイプのソース／ドレインターミナル領域１０７および埋設領域１２９に注入を行うために、表面１０３の部分を選択的に露出させるのに、ソース／ドレイン注入マスクを使用できる。例えばこのソース／ドレイン注入マスクは、ソース／ドレインターミナル領域１０７を形成すべき部分を除いた表面１０３のすべての部分を覆うことができる。例えば、係るソース／ドレイン注入マスクは、１０７と表示された部分を露出させながら、１０３および１０９と表示された図１Ｂの部分を覆うことになる。例えばウェル領域１０９の外側の半導体層１０１の部分は、約１×１０^１６ｃｍ^−３未満、特に、約５×１０^１５ｃｍ^−３未満、さらにとりわけ、約５×１０^１４ｃｍ^−３未満のドーパント濃度を有することができる。

【0043】

同じ注入マスクを使用し、ターミナル領域１０７および埋設領域１２９の異なる深さに注入を行うのに、異なる注入エネルギーを使用できる。例えばリュウ（Ｒｙｕ）に付与された米国特許の特許文献２には、ｎタイプのソース領域とｐタイプの埋設領域とを形成することが記載されている。注入することについては、さらに、非特許文献１４に論じられている。上記参考文献の開示内容全体を、参照により、ここに援用する。

【0044】

ソース／ドレインターミナル領域１０７および埋設領域１２９を形成した後に、（第２のフォトリソグラフィパターニングを必要としない）時間エッチングをソース／ドレイン注入マスクに施し、前もってソース／ドレインターミナル領域のために定めていた開口部を広くすることができる。これにより、結果としてのウェル注入マスクは、１０７および１０９と表示された部分を露出させながら、１０３と表示された図１Ｂの部分を覆うように（ソース／ドレイン注入マスクに対して）広げられた開口部を有することができる。このようにして、ソース／ドレインターミナル領域１０７を囲むウェル領域１０９に注入を行うのに、ウェル注入マスクを使用でき、ウェル注入マスクを通して第２の導電タイプのドーパントを層１０１内に注入することにより、ウェル領域１０９を形成できる。ソース／ドレインターミナル領域１０７内に第２の導電タイプのドーパントを注入することになるかもしれないが、ソース／ドレインターミナル領域１０７内の第１の導電タイプのドーパント濃度は十分高いので、第１の導電タイプをソース／ドレインターミナル領域１０７内に維持することができる。したがって、ソース／ドレイン注入マスクに対してウェル注入マスクを自己整合でき、よって同じマスク層を使用し、１回だけのフォトリソグラフィパターニング作業を使用するだけで、双方のマスクを設けることができる。自己整合されたソースおよびウェル領域の形成が例えば特許文献２に記載されており、この米国特許の開示内容全体を、参照により、ここに援用する。

【0045】

ソース／ドレインターミナル領域１０７、埋設領域１２９、およびウェル領域１０９が一旦注入されると、ウェル注入マスクを除くことができ、注入されたドーパントを活性化し、および／または層１０１の表面１０３における注入損傷をアニールするために熱アニールを実行することができる。あるいは、その後の熱的作業（例えばエピタキシャル半導体層の成長）により十分なアニーリングを行うことができ、別の熱アニールが不要となるかもしれない。

【0046】

周期律表のＶ列からのｎタイプの元素（例えば窒素、リンなど）を、ソース／ドレインターミナル１０７および層１０１にドープし、周期律表のＩＩＩ列からのｐタイプの元素（例えばホウ素、アルミなど）を、ウェル領域１０９および埋設領域１２９にドープしてよい。層１０１の表面１０３における結晶の損傷を低減するために、例えばソース／ドレインターミナル領域１０７に窒素をドープし、埋設領域１２９およびウェル領域１０９にアルミをドープすることができる。

【0047】

図２に示されるように、ソース／ドレインターミナル領域１０７とウェル領域１０９とを含む層１０１の表面１０３の上に（例えば化学的気相法を使って）比較的薄いエピタキシャル半導体層１１１（例えばシリコンカーバイド層）を形成できる。エピタキシャル半導体層１１１は、例えば、約１２００Å（１２０ｎｍ）から約１８００Å（１８０ｎｍ）の範囲内にある厚さを有することができ、より詳細には、エピタキシャル半導体層は、約１４００Å（１４０ｎｍ）から約１６００Å（１６０ｎｍ）の範囲内の厚さを有することができる。エピタキシャル半導体層１１１は、例えば、約１×１０^１７ｃｍ^−３未満のドーパント濃度を有するｎタイプの導電性を有することができる。このエピタキシャル半導体層１１１は、例えば、約１５００Å（１５０ｎｍ）の厚さと、約３×１０^１６ｃｍ^−３のドーパント濃度を有する、窒素をドープされたエピタキシャルシリコンカーバイド層として形成できる。上記のように、エピタキシャル半導体層１１１は、この層に隣接するウェル領域１０９の部分からキャリア（電子）の流れを隔離する比較的高品位の導電チャンネルを提供できる。したがって、エピタキシャル半導体層１１１は、（ウェル領域１０９の外部の）半導体層１０１の部分のドーパント濃度の少なくとも約５倍の大きさのドーパント濃度、とりわけ（ウェル領域１０９の外部の）半導体層１０１の部分のドーパント濃度よりも少なくとも約１桁高いドーパント濃度を有することができる。

【0048】

図３Ａおよび３Ｂに示されるように、第１の導電タイプ（例えば、ｎタイプ）のターミナルコンタクト領域１１５および第２の導電タイプ（ｐタイプ）のウェルコンタクト領域１２５を、エピタキシャル半導体層１１１を通して注入し、ソース／ドレインターミナル領域１０７およびウェル領域１０９とそれぞれ電気的な接触を供給されるようにしてもよい。ターミナルコンタクト領域１１５に、周期律表のＶ列から選択された元素（例えば窒素、リンなど）をドープすることができ、ウェルコンタクト領域１２５に周期律表のＩＩＩ列から選択された元素（例えばホウ素、アルミなど）をドープできる。とりわけ、抵抗を小さくし、および／またはその後形成される金属層との接触を向上させるために、ターミナルコンタクト領域１１５にリンをドープすることができる。さらに、ターミナルコンタクト領域１１５のドーパント濃度を、ターミナル領域１０７および／またはエピタキシャル半導体層１１１のドーパント濃度よりも著しく高く（例えば２桁高く）することができ、ウェルコンタクト領域１２５のドーパント濃度をウェル領域１０９のドーパント濃度よりも著しく高く（例えば２桁高く）できる。

【0049】

このようにして、注入されたコンタクト領域１１５および１２５は、ソース／ドレインターミナル領域１０７およびウェル領域１０９を露出させるようにエピタキシャル半導体層１１１の部分を除去する代わりに、エピタキシャル半導体層１１１を介して電気的な接触を提供することができる。したがって、（制御が困難となり得る）エピタキシャル半導体層１１１をエッチングする作業を省略でき、および／またはソース／ドレインターミナル領域１０７および／またはウェル領域１０９との改良された電気的接触を設けることができる。

【0050】

図３Ａにさらに示されるように、ターミナルコンタクト領域１１５の外側エッジを、ソース／ドレインターミナル領域１０７の周辺部のまわりにて、ソース／ドレインターミナル領域１０７の外側エッジから距離ｄだけ後退させてよい。ターミナルコンタクト領域１１５の外側エッジを、例えば、ターミナル領域１０７の外側エッジから（層１０１の表面１０３に対して平行な方向に）少なくとも約０．１μｍの距離ｄだけ、特に、少なくとも約０．２μｍの距離ｄだけ、さらにとりわけ、少なくとも約０．４μｍの距離ｄだけ後退させてよい。例えば、ターミナルコンタクト領域１１５の外側エッジをターミナル領域１０７の外側エッジに対して約０．４μｍから約０．５μｍの範囲内にある距離ｄだけ後退させてよい。十分な後退を設けることにより、比較的高濃度にドープされたターミナルコンタクト領域１１５とチャンネル領域との間の距離ｄを広げ、よってトランジスタの性能を改善できる。

【0051】

トランジスタの活性接合領域を設けるのに、ターミナルコンタクト領域１１５を使用していないので、結晶の破壊の懸念が低減されている。したがって、リンが他のｎタイプのドーパントよりも大きな結晶破壊を生じさせる可能性がある場合でも、リンのような元素により、ターミナルコンタクト領域１１５に比較的高いドーパント濃度で注入し、低抵抗および／または改善されたオーミックコンタクトを設けることができる。ターミナルコンタクト領域１１５およびウェルコンタクト領域１２５の注入を行った後で、コンタクト領域１１５および１２５のドーパントを活性化するのに、第２の熱アニールを実行してもよい。

【0052】

次に、図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃに示されるように、ゲート絶縁層１１９、ゲート電極１２１、およびオーミックコンタクト１１７および１２３を形成してよい。ゲート絶縁層１１９をシリコン酸化膜とし、ゲート電極１２１を縮退的にドープされたポリシリコンの層とすることができる。上述のように、各オーミックコンタクト１１７は、金属層１１７ａ（例えばニッケル層）と、ターミナルコンタクト領域１１５と反対側の金属層１１７ａの部分の上のドープされたシリコン層１１７ｂと、金属層１１７ｃ（例えばアルミ層）とを含むことができる。オーミックコンタクト１２３を層１０１の表面１０５上の金属層とすることができる。図４Ａには示されていないが、層１０１は、オーミックコンタクト１２３との電気的接触を改善するために、表面１０５に隣接する第１の導電タイプの比較的高濃度にドープされた領域を含むことができる。ゲート絶縁層、ゲート電極、および／またはオーミックコンタクトを形成する作業は、例えば、特許文献２、リュウ（Ｒｙｕ）に付与された米国特許の特許文献３、リュウ（Ｒｙｕ）他に付与された米国特許の特許文献４、リュウ（Ｒｙｕ）他に付与された米国特許の特許文献５に記載されている。上記に参考とした特許の各々の開示全体を、参照により、ここで援用する。

【0053】

エピタキシャルシリコンカーバイド層１１１を通した注入を使用し、比較的高いドーパント濃度のターミナルコンタクト領域１１５およびウェルコンタクト領域１２５を形成することにより、エピタキシャルシリコンカーバイド層１１１のエッチング／パターニングを必要とすることなく、著しい処理コスト／複雑性を増すことなく、オーミックコンタクト１１７との改善された電気的接続を設けることができる。さらに、（例えば酸化中の消費、エピタキシャル層の除去中の消費などに起因する）ソース／ドレインターミナル領域の望ましくない消失／厚さの減少を低減／解消できるので、下に横たわっているソース／ドレインターミナルおよび／またはウェル領域を露出するためにエピタキシャルシリコンカーバイド層をエッチング／パターニングする構造と比較して、プロセスの再現性および／またはデバイス性能を改善することができる。

【0054】

上述のように、本発明の一部の実施形態によれば、シリコンカーバイドＤＭＯＳＦＥＴを提供できる。しかしながら、本発明の他の実施形態に係る他の電子デバイス構造に、エピタキシャル層を通して高濃度にドープされたターミナルコンタクト領域を使用してもよい。例えば、表面１０５に隣接する、層１０１のコレクター領域を追加することにより、図４Ａ〜Ｃの構造を絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）として実現してよい。より詳細には、第１の導電タイプ（例えばｎタイプ）のターミナル領域１０７により、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のエミッタ領域を提供することができ、第２の導電タイプ（例えばｐタイプ）を有する、表面１０５に隣接する、層１０１の高濃度にドープされた部分によって、ＩＧＢＴのコレクター領域を提供することができる。ＩＧＢＴの構造は、例えば、チャン（Ｚｈａｎｇ）他の米国特許出願による特許文献６で論じられている。より一般的には、上述のように電気的接触をしているターミナルコンタクト領域を有するエピタキシャル半導体層の下に埋め込まれたターミナル領域は、任意の半導体電子デバイスのターミナル領域として実現できる。例えば、ターミナル領域１０７をバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）のベース、エミッタ、またはコレクターとすることができ、ターミナル領域１０７をＩＧＢＴのエミッタまたはコレクターとすることができ、ターミナル領域１０７を金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のソースまたはドレインとすることができ、ターミナル領域１０７をダイオードのアノードまたはカソードとすることができ、ターミナル領域１０７をゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタのアノード、カソード、またはゲートとすることができる、等々である。図４Ａのデバイスは、ターミナル領域１０７がｎタイプのソース領域となるように、例えばｎタイプのＤＭＯＳＦＥＴとして実現してよい。

【0055】

さらに、例えばｎチャンネルデバイスについて論じたが、本発明の別の実施形態によれば、他のタイプのデバイスにも実施できる。例えば、本発明の別の実施形態によれば、上述の異なる半導体領域、層、コンタクト、および基板の導電タイプを反転することにより、ｐチャンネルのデバイスを設けることができる。上述のように、半導体層１０１、ソース／ドレインターミナル領域１０７、ソース／ドレインターミナルコンタクト領域１１５、およびエピタキシャル層１１１が、ｎタイプの導電性を有するように、ｎタイプとして第１の導電タイプを設け、ウェル領域１０９およびウェル領域コンタクト１２５がｐタイプの導電性を有するように、ｐタイプとして第２の導電タイプを設けることにより、ｎチャンネルのＤＭＯＳＦＥＴを設けることができる。本発明の別の実施形態によれば、上述のように、半導体層１０１、ソース／ドレインターミナル領域１０７、ソース／ドレインターミナルコンタクト領域１１５、およびエピタキシャル層１１１が、ｐタイプの導電性を有するように、ｐタイプとして第１の導電タイプを設け、ウェル領域１０９およびウェル領域コンタクト１２５がｎタイプの導電性を有するように、ｎタイプとして第２の導電タイプを設けることにより、ｐチャンネルのＤＭＯＳＦＥＴを設けることができる。加えて、本発明のさらに別の実施形態によれば、ｎチャンネルの、およびｐチャンネルのＩＧＢＴを設けることができる。

【0056】

以上で、例としてシリコンカーバイドの層／基板およびシリコンカーバイドのエピタキシャル層について論じたが、本発明の別の実施形態によれば、他の半導体材料（例えばシリコン、窒化ガリウム、ガリウムヒ素など）を使用してもよい。加えて、本発明のさらに別の実施形態によれば、半導体層１０１の同じ表面上にすべてのターミナル領域およびコンタクトを設けることにより、水平デバイスを設けることができる。

【0057】

図および明細書において本発明の実施形態について開示した。特定の用語を使用したが、これら用語は、包括的でかつ説明のためにのみ使用したものであって限定することを意図としたものではなく、発明の範囲は、以下の請求項に記載されている。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】