(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】
(24)【登録日】2024-02-07
(45)【発行日】2024-02-16
(54)【発明の名称】半導体装置およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/336 20060101AFI20240208BHJP
H01L 29/78 20060101ALI20240208BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20240208BHJP
H01L 29/739 20060101ALI20240208BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 658B
H01L29/78 658G
H01L29/78 652C
H01L29/78 652D
H01L29/78 652E
H01L29/78 652S
H01L29/78 652T
H01L29/78 655A
H01L29/78 655B
H01L29/78 655G
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2018528801
(86)(22)【出願日】2016-10-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2018-12-20
(86)【国際出願番号】 EP2016076085
(87)【国際公開番号】W WO2017092940
(87)【国際公開日】2017-06-08
【審査請求日】2019-08-14
【審判番号】
【審判請求日】2022-09-30
(31)【優先権主張番号】15197558.8
(32)【優先日】2015-12-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】523380173
【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＬＴＤ
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】バルトルフ，ホルガー
(72)【発明者】
【氏名】ラヒモ，ムナフ
(72)【発明者】
【氏名】クノール，ラース
(72)【発明者】
【氏名】ミハイラ，アンドレイ
(72)【発明者】
【氏名】ミナミサワ，レナート
【合議体】
【審判長】河本 充雄
【審判官】市川 武宜
【審判官】棚田 一也
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－２４２９２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１９１９２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５１０４４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１４７５７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６７７６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３１０８８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平２－３９４８０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H01L 21/336
H01L 29/12
H01L 29/739
H01L 29/78
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体装置の製造方法であって、（ａ）前記半導体装置内にドリフト層（２）を形成する第１の導電型の低濃度ドープ層を有するワイドバンドギャップ基板製品（１０）を提供する工程であって、前記基板製品（１０）は、第１の面（１２）および前記第１の面（１２）に対向する第２の面（１４）を有し、前記低濃度ドープ層は、前記第１の面（１２）上に配置される工程、
（ｂ）次いで、前記第１の面（１２）上の前記ワイドバンドギャップ基板製品内に、前記ドリフト層（２）より高いドーピング濃度を有する前記第１の導電型の２つのソース領域（３，３’）をソース領域深さ（３０）まで形成し、チャネル層深さ（４０）を有し、前記２つのソース領域（３，３’）を前記第１の面（１２）に平行な横方向に取り囲み、それによって前記２つのソース領域（３，３’）を前記ドリフト層（２）から前記横方向に分離する、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型の２つのチャネル層（４，４’）を形成し、および少なくとも前記チャネル層深さ（４０）と同じ深さの井戸層深さ（５０）を有し、少なくとも１つの前記チャネル層（４，４’）よりも高いドーピング濃度を有し、前記第１の面（１２）に対向する少なくとも１つの井戸層の面上の前記ドリフト層（２）から前記２つのソース領域（３，３’）を分離する、前記第２の導電型の少なくとも１つの井戸層（５，５’）を形成し、
ここで、前記２つのソース領域（３，３’）を形成するための開口部を有する前記第１の面（１２）上に第１のマスク（３４）を適用し、前記第１のマスク（３４）は、第１のマスク層（３５）および前記第１のマスク層（３５）上の第２のマスク層（３６）を含み、ここで、前記第１のマスク層（３５）は、前記第２のマスク層（３６）よりも高いエッチング選択性を有し、
次いで、前記２つのソース領域（３，３’）を前記ソース領域深さ（３０）まで形成するための前記第１の導電型の第２のドーパント（３１）を適用し、
次いで、前記２つのソース領域（３，３’）間に配置された前記第１のマスク（３４）の部分を除去し、それによって第２のマスク（５４）を形成し、
前記少なくとも１つの井戸層（５，５’）を前記井戸層深さ（５０）に形成するための前記第２の導電型の第３のドーパント（５１）を適用し、
前記第１の面（１２）にエッチング工程を行って、エッチングによって、前記第１のマスク層（３５）は、前記開口部で前記第２のマスク層（３６）よりもさらに除去され、
前記第２のマスク層（３６）を除去し、残留する前記第１のマスク層（３５’）は第３のマスク（４６）を形成し、
次いで、２つのチャネル層（４，４’）を形成するための前記第２の導電型の第１のドーパント（４１）を前記チャネル層深さ（４０）まで適用する工程、
（ｃ）工程（ｂ）後に、少なくとも前記２つのソース領域（３，３’）および前記２つのチャネル層（４，４’）を覆う第４のマスクを適用し、
次いで、前記井戸層深さ（５０）よりも大きい深さのプラグ深さ（６０）を有し、前記少なくとも１つの井戸層（５，５’）よりも高いドーピング濃度を有するプラグ（６）を形成するための前記第２の導電型の第４のドーパントを適用する工程、
（ｄ）工程（ｃ）後に、前記第１の面（１２）上に２つのゲート電極（７）を形成し、２つのゲート電極（７）のそれぞれが絶縁層によって任意のドープ層から分離される工程、
（ｅ）工程（ｃ）後に、前記第１の面（１２）上にオーミック接触として第１の主電極（９）を形成し、前記２つのソース領域（３，３’）および前記プラグ（６）に接触する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項2】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、工程（ｃ）において、前記少なくとも１つの井戸層（５，５’）が前記プラグ（６）を前記横方向に囲むように前記第４のマスクが前記２つのソース領域（３，３’）に隣接する前記井戸層（５，５’）の一部を突出させるように、および前記少なくとも１つの井戸層（５，５’）が前記プラグ（６）を前記２つのソース領域（３，３’）から分離するように、前記第４のマスクを適用することを特徴とする方法。
【請求項3】
請求項１乃至２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、工程（ｃ）において、前記少なくとも１つの井戸層（５，５’）のドーピング濃度の少なくとも１０倍であるドーピング濃度を有する前記プラグ（６）を形成する、または前記少なくとも１つの井戸層（５，５’）のドーピング濃度の１０倍から１００倍のドーピング濃度を有する前記プラグ（６）を形成することを特徴とする方法。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、工程（ｂ）において、前記２つのチャネル層（４，４’）のドーピング濃度の少なくとも１０倍であるドーピング濃度を有する前記少なくとも１つの井戸層（５，５’）を形成する、または工程（ｂ）において、前記２つのチャネル層（４，４’）のドーピング濃度の１０倍から１００倍のドーピング濃度を有する前記少なくとも１つの井戸層（５，５’）を形成することを特徴とする方法。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、工程（ｂ）において、１×１０１７～１×１０２１ｃｍ－３または１×１０１８～１×１０２０ｃｍ－３のドーピング濃度を有する前記少なくとも１つの井戸層（５，５’）を形成することを特徴とする方法。
【請求項6】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、工程（ｂ）において、１×１０１６～１×１０１８ｃｍ－３のドーピング濃度を有する前記２つのチャネル層（４，４’）を形成することを特徴とする方法。
【請求項7】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、工程（ｃ）において、２×１０１７～２×１０２１ｃｍ－３または１×１０１９～２×１０２１ｃｍ－３のドーピング濃度を有する前記プラグ（６）を形成することを特徴とする方法。
【請求項8】
第１の主面（２０）と前記第１の主面（２０）に対向する装置の第２の主面（２２）との間に第１の導電型の低濃度ドープドリフト層（２）を含むワイドバンドギャップ半導体装置であって、さらに、前記第１の主面（２０）上に、ソース領域深さ（３０）を有する前記第１の導電型の２つのソース領域（３，３’）であり、前記２つのソース領域（３，３’）が前記ドリフト層（２）よりも高いドーピング濃度を有する、２つのソース領域（３，３’）と、
前記ソース領域深さ（３０）と少なくとも同じ深さのチャネル層深さ（４０）を有する、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型の２つのチャネル層（４，４’）であり、各ソース領域（３，３’）は、前記第１の主面（２０）に平行な方向にチャネル層（４，４’）によって前記ドリフト層（２）から分離された、第２の導電型の２つのチャネル層（４，４’）と、
少なくとも前記チャネル層深さ（４０）と同じ深さの井戸層深さ（５０）を有する前記第２の導電型の２つの井戸層（５，５’）であり、前記井戸層（５，５’）は、前記チャネル層（４，４’）よりも高いドーピング濃度を有し、前記井戸層（５，５’）は、前記第１の主面（２０）と対向する前記井戸層の面上に前記ドリフト層（２）から前記２つのソース領域（３，３’）を分離する、第２の導電型の２つの井戸層（５，５’）と、
前記井戸層深さ（５０）よりも大きい深さのプラグ深さ（６０）を有し、前記井戸層（５，５’）よりも高いドーピング濃度を有する前記第２の導電型のプラグ（６）であり、前記プラグ（６）は、前記２つのソース領域（３，３’）間に配置され、前記２つの井戸層（５，５’）は、前記プラグ（６）を横方向に囲み、前記２つの井戸層（５，５’）は前記２つのソース領域（３，３’）から前記プラグ（６）を分離する、プラグ（６）と、
前記第１の主面（２０）上にそれぞれ配置された２つのゲート電極（７）であって、各ゲート電極（７）は、第１の絶縁層（７２）によって任意のドープ層から分離されたゲート層（７０）を含む、２つのゲート電極（７）と、
前記第１の主面（２０）上にオーミック接触としての、少なくとも前記２つのソース領域（３，３’）および前記プラグ（６）に接触する第１の主電極（９）とを含み、
前記井戸層（５，５’）および前記チャネル層（４，４’）は、前記ソース領域（３，３’）の横方向の少なくともチャネル形成が可能な領域において前記第１の主面（２０）に低ドーピング濃度を有する共通層（４，５および４’，５’）として形成され、前記共通層（４，５および４’，５’）のドーピング濃度は、次いで前記ソース領域（３，３’）の下においてより高いドーピング濃度まで上昇することを特徴とするワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項9】
請求項８に記載のワイドバンドギャップ半導体装置であって、前記２つのソース領域（３，３’）、前記チャネル層（４，４’）、前記井戸層（５，５’）および前記プラグ（６）は、前記第１の主面（２０）上に１つの平面を形成することを特徴とするワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項10】
請求項８または９に記載のワイドバンドギャップ半導体装置であって、前記プラグ（６）のドーピング濃度は、前記井戸層（５，５’）のドーピング濃度の少なくとも１０倍である、または前記プラグ（６）のドーピング濃度は、前記井戸層（５，５’）のドーピング濃度の１０倍から１００倍であることを特徴とするワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項11】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置であって、前記井戸層（５，５’）のドーピング濃度は、前記チャネル層（４，４’）のドーピング濃度の少なくとも１０倍である、または前記井戸層（５，５’）のドーピング濃度は、前記チャネル層（４，４’）のドーピング濃度の１０倍から１００倍であることを特徴とするワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項12】
請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置であって、前記プラグ（６）は、２×１０１７～２×１０２１ｃｍ－３または１×１０１９～２×１０２１ｃｍ－３のドーピング濃度を有する、
前記井戸層（５，５’）は、１×１０１７～１×１０２１ｃｍ－３または１×１０１８～１×１０２０ｃｍ－３のドーピング濃度を有する、および
前記チャネル層（４，４’）は、１×１０１６～１×１０１８ｃｍ－３のドーピング濃度を有する、の少なくとも１つを特徴とするワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項13】
請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置であって、前記装置は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタまたは金属酸化物半導体電界効果トランジスタであることを特徴とするワイドバンドギャップ半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
説明
技術分野
本発明は、パワーエレクトロニクスの分野に関し、より詳細には、半導体装置を製造する方法およびそのような半導体装置に関する。
技術分野
本発明は、パワーエレクトロニクスの分野に関し、より詳細には、半導体装置を製造する方法およびそのような半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
背景技術
図１４では、従来技術のＭＯＳＦＥＴ１００が、米国特許第７０７４６４３（Ｂ２）号明細書から知られているように示されている。従来技術のＭＯＳＦＥＴ１００は、ｎ＋シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板８０からなり、第１の主面２０と第２の主面２２との間にｎ－ドープドリフト層２を含む。第１の主面２０上には、２つのｎ＋＋ドープソース領域３，３’が配置されており、２つのｎ＋＋ドープソース領域のそれぞれは、ｐドープチャネル層４，４’によって横方向（すなわち、第１の主面２０に平行な方向）にドリフト層２から分離されており、ｐ＋井戸層５，５’によって第１の主面２０と対向する面上に形成されており、チャネル層４，４’よりも高濃度でドープされている。チャネル層４，４’および井戸層５，５’で囲まれたこのような２つのソース領域３，３’間には、ｐ＋＋ドープコンタクト層６５が配置されており、ソース領域に横方向に延在する。ドーピング濃度が高いため、ｐ＋＋ドープコンタクト層は、第１の主電極９（ソース電極）に良好なオーミック接触をもたらす。コンタクト層６５は、井戸層５，５’ほど深さが深くないコンタクト層深さ６７まで空間的に（即ち、第１の主面２０に対して垂直な深さ方向に）延在するが、井戸層５，５’をソース電極９に接続するために井戸層５，５’に電気的および機械的に接触する浅い層である。コンタクト層６５は、ソース領域３，３’およびチャネル層４，４’と重なり、その結果、コンタクト層６５が第１の主電極９と接する唯一のｐドープ層となる。
図１４では、従来技術のＭＯＳＦＥＴ１００が、米国特許第７０７４６４３（Ｂ２）号明細書から知られているように示されている。従来技術のＭＯＳＦＥＴ１００は、ｎ＋シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板８０からなり、第１の主面２０と第２の主面２２との間にｎ－ドープドリフト層２を含む。第１の主面２０上には、２つのｎ＋＋ドープソース領域３，３’が配置されており、２つのｎ＋＋ドープソース領域のそれぞれは、ｐドープチャネル層４，４’によって横方向（すなわち、第１の主面２０に平行な方向）にドリフト層２から分離されており、ｐ＋井戸層５，５’によって第１の主面２０と対向する面上に形成されており、チャネル層４，４’よりも高濃度でドープされている。チャネル層４，４’および井戸層５，５’で囲まれたこのような２つのソース領域３，３’間には、ｐ＋＋ドープコンタクト層６５が配置されており、ソース領域に横方向に延在する。ドーピング濃度が高いため、ｐ＋＋ドープコンタクト層は、第１の主電極９（ソース電極）に良好なオーミック接触をもたらす。コンタクト層６５は、井戸層５，５’ほど深さが深くないコンタクト層深さ６７まで空間的に（即ち、第１の主面２０に対して垂直な深さ方向に）延在するが、井戸層５，５’をソース電極９に接続するために井戸層５，５’に電気的および機械的に接触する浅い層である。コンタクト層６５は、ソース領域３，３’およびチャネル層４，４’と重なり、その結果、コンタクト層６５が第１の主電極９と接する唯一のｐドープ層となる。
【0003】
特開第２０１０－２６７７６２（Ａ）号明細書は、第１の主面上に、ソース領域を囲む、ｎソース層およびチャネル層下の高濃度ｐドーププラグおよび低濃度ドープ井戸層を含むＭＯＳＦＥＴを記載している。最初に井戸層が形成され、続いて新しい、広いマスクでチャンネル層が形成される。その後、ｐプラグは別のマスクで形成され、次いでｎソース領域は第４のマスクで形成される。４つの異なるマスクが使用されるので、この方法はマスクの位置合わせ不良の影響を受けやすい。さらに、層を形成するために角度のある注入が使用され、注入がより困難になる。ｎソース層およびｐプラグは、同等のドーピング濃度を有するので、補償された電荷の２つの層間の遷移エリアに危険があり、すなわち、電荷が支配的にならず、望ましくない中性領域が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
発明の開示
本発明の目的は、改善された電気的特性を有するパワー半導体デバイスを製造する方法を提供することであり、
（ａ）半導体装置内にドリフト層を形成する第１の導電型の低濃度ドープ層を有するワイドバンドギャップ基板製品を提供する工程であって、基板製品は、第１の面および第１の面に対向する第２の面を有し、低濃度ドープ層は、第１の面上に配置される工程、
（ｂ）次いで、第１の面上に、ドリフト層より高いドーピング濃度を有する第１の導電型の２つのソース領域をソース領域深さまで形成し、チャネル層深さを有し、２つのソース領域を第１の面に平行な横方向に取り囲み、それによって２つのソース領域をドリフト層から横方向に分離する、第１の導電型とは異なる第２の導電型の少なくとも１つのチャネル層を形成し、少なくともチャネル層深さと同じ深さの井戸層深さを有し、少なくとも１つのチャネル層よりも高いドーピング濃度を有する少なくとも１つの第２の導電型の井戸層を形成し、ここで、少なくとも１つの井戸層は、第１の面に対向する少なくとも１つの井戸層の面上のドリフト層から２つのソース領域を分離し、ここで、開口部を有する第１の面上に第１のマスクを適用し、第１のマスクは、第１のマスク層および第１のマスク層上に第２のマスク層を含み、ここで、第１のマスク層は、第２のマスク層よりも高いエッチング選択性を有し、
次いで、２つのソース領域をソース領域深さまで形成するための第１の導電型の第２のドーパントを適用し、
次いで、２つのソース領域間に配置された第１のマスクの部分を除去し、それによって第２のマスクを形成し、
次いで、少なくとも１つの井戸層を井戸層深さまで形成するための第２の導電型の第３のドーパントを適用し、
第１の面にエッチング工程を行って、エッチングによって、第１のマスク層は開口部で第２のマスク層よりもさらに除去され、
第２のマスク層を除去し、ここで、残留する第１のマスク層は第３のマスクを形成し、
次いで、２つのチャネル層をチャネル層深さまで形成するための第２の導電型の第１のドーパントを適用する工程、
（ｃ）工程（ｂ）後に、井戸層深さと少なくとも同じ深さのプラグ深さを有し、少なくとも１つの井戸層よりも高いドーピング濃度を有する第２の導電型のプラグを形成し、ここで、プラグは２つのソース領域間に配置される工程、
（ｄ）工程（ｃ）後に、第１の面上に２つのゲート電極を形成し、２つのゲート電極のそれぞれが絶縁層によって任意のドープ層から分離される工程、
（ｅ）工程（ｃ）後に、第１の面上にオーミック接触として第１の主電極を形成し、２つのソース領域およびプラグに接触する工程を含む。
本発明の目的は、改善された電気的特性を有するパワー半導体デバイスを製造する方法を提供することであり、
（ａ）半導体装置内にドリフト層を形成する第１の導電型の低濃度ドープ層を有するワイドバンドギャップ基板製品を提供する工程であって、基板製品は、第１の面および第１の面に対向する第２の面を有し、低濃度ドープ層は、第１の面上に配置される工程、
（ｂ）次いで、第１の面上に、ドリフト層より高いドーピング濃度を有する第１の導電型の２つのソース領域をソース領域深さまで形成し、チャネル層深さを有し、２つのソース領域を第１の面に平行な横方向に取り囲み、それによって２つのソース領域をドリフト層から横方向に分離する、第１の導電型とは異なる第２の導電型の少なくとも１つのチャネル層を形成し、少なくともチャネル層深さと同じ深さの井戸層深さを有し、少なくとも１つのチャネル層よりも高いドーピング濃度を有する少なくとも１つの第２の導電型の井戸層を形成し、ここで、少なくとも１つの井戸層は、第１の面に対向する少なくとも１つの井戸層の面上のドリフト層から２つのソース領域を分離し、ここで、開口部を有する第１の面上に第１のマスクを適用し、第１のマスクは、第１のマスク層および第１のマスク層上に第２のマスク層を含み、ここで、第１のマスク層は、第２のマスク層よりも高いエッチング選択性を有し、
次いで、２つのソース領域をソース領域深さまで形成するための第１の導電型の第２のドーパントを適用し、
次いで、２つのソース領域間に配置された第１のマスクの部分を除去し、それによって第２のマスクを形成し、
次いで、少なくとも１つの井戸層を井戸層深さまで形成するための第２の導電型の第３のドーパントを適用し、
第１の面にエッチング工程を行って、エッチングによって、第１のマスク層は開口部で第２のマスク層よりもさらに除去され、
第２のマスク層を除去し、ここで、残留する第１のマスク層は第３のマスクを形成し、
次いで、２つのチャネル層をチャネル層深さまで形成するための第２の導電型の第１のドーパントを適用する工程、
（ｃ）工程（ｂ）後に、井戸層深さと少なくとも同じ深さのプラグ深さを有し、少なくとも１つの井戸層よりも高いドーピング濃度を有する第２の導電型のプラグを形成し、ここで、プラグは２つのソース領域間に配置される工程、
（ｄ）工程（ｃ）後に、第１の面上に２つのゲート電極を形成し、２つのゲート電極のそれぞれが絶縁層によって任意のドープ層から分離される工程、
（ｅ）工程（ｃ）後に、第１の面上にオーミック接触として第１の主電極を形成し、２つのソース領域およびプラグに接触する工程を含む。
【0005】
井戸層およびチャネル層を形成するためのマスクは、ｎソース領域を形成するためのマスクに自己整合され、製造方法を信頼性が高くｎソース領域を完全に覆うプラグを形成するためのマスクにより高品質にし、ｎソース領域およびプラグの電荷の過剰補償はなく、これは、装置に中性領域がないことを意味し、装置のより良好な動作を可能にする。チャネル層および井戸層は、ソース領域よりもはるかに低いドーピング濃度を有し、その結果、これらの層の過剰補償は、中性領域をもたらさないが、容易な製造方法を提供することを可能にする。
【0006】
ＭＯＳ（金属酸化物半導体）セルは、前述の層／領域によって形成される。深く高度にドープされたプラグは、井戸層への接触を向上する。その深さは、少なくとも井戸層深さと同じであり、ＭＯＳセルのチャネル層を電界のピークから保護し、ＭＯＳセルの中心の下、すなわちプラグの位置の下で最も高い。これは、望ましくない寄生動作（ＭＯＳＦＥＴの場合には寄生トランジスタおよびＩＧＢＴの場合には寄生サイリスタ）を回避し、短チャネル効果（図１９参照）を減少させる。この図１９では、３００ｎｍ幅のチャネル（ソース領域とドリフト層との間のチャネル層の延長部である）に対して、漏れ電流がアバランシェ降伏電圧よりも小さい順方向ブロッキング電圧に対して急激に上昇し、装置の早期の故障を引き起こすことが示されている。同じチャネル幅を有する本発明のＭＯＳＦＥＴについて、ブレークダウンをより高い順方向ブロッキング電圧にシフトさせることができる。
【0007】
加えて、ゲート絶縁体における電界の強さは、プラグによって低減され、その影響はより深いプラグに対して顕著である。図１５～図１８は、装置のＭＯＳセルの異なる面を通る電界を示す。図１５～図１８において、プラグ深さはｐ井戸層の深さに対して付与されている。「従来技術」は、プラグがｐ－井戸層ほど深くないことを意味する。「Ｄ１」はプラグおよびｐ－井戸層が同じ深さを有することを意味する。「Ｄ２」はプラグ深さが井戸層深さの１．５倍であることを意味し、「Ｄ３」はプラグ深さが井戸層深さの２倍であることを意味する。
【0008】
図１５は、２つのＭＯＳセルの間の第１の主面から第２の主面への電界を示す（図２の線Ａ－Ａに沿った切断部）。図１６は、ゲート電極７の第１の絶縁層７２とドリフト層２（図１５の点線領域）との界面における図１５からの詳細図である。この図から明らかなように、広いバンドギャップ材料およびゲート電極の絶縁層（例えばゲート酸化物）において電界が低減される。図１７は、第１の主面に平行な面（図２の線Ｂ－Ｂに沿った切断部）における電界を示し、チャネル層の非空乏領域４７およびチャネル層の空乏領域４８における電界を示す。図１８は、図２の線Ｃ－Ｃに沿った電界を示し、この面は線Ａ－Ａに平行でチャネル層を通る。全ての平面について、電場の大幅な減少が明らかであり、この効果はさらに大きく、これは、井戸層深さと比較してより小さいプラグ深さを有する従来技術の装置におけるプラグのためである。
【0009】
プラグのドーピング濃度が高いため、第１の主電極に対して良好なオーミック接触が確立される。
【0010】
本発明の主題のさらに好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。
図面の簡単な説明
本発明の主題は、添付図面を参照して、以下の本文においてより詳細に説明される。
図面の簡単な説明
本発明の主題は、添付図面を参照して、以下の本文においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明のＩＧＢＴを示す。
【図2】本発明のＭＯＳＦＥＴを示す。
【図3】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図4】別の製造工程（ａ）を示す。
【図5】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図6】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図7】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図8】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図9】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図10】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図11】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図12】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図13】ワイドバンドギャップ半導体装置（ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ）の本発明の製造方法の工程を示す。
【図14】従来技術の炭化ケイ素ＭＯＳＦＥＴを示す。
【図15】
図２に例示されたＭＯＳセル構造を通る異なる切断部に沿った電界を示す。
【図19】早期破壊を引き起こす短チャネル効果の減少を示す。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図面に使用される参照記号およびそれらの意味は、参照記号のリストに要約されている。一般的に、同様または同様の機能を有する部品には同じ参照記号が付されている。記載された実施形態は例として意味され、本発明を限定するものではない。
【0013】
発明を実施するための形態
図１は、本発明の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１を示す。ＩＧＢＴ１は、ワイドバンドギャップ装置、すなわち、第１の主面２０および第１の主面２０と対向する装置の第２の主面２２との間に低濃度（ｎ－）ドープドリフト層２を含む炭化ケイ素装置である。ワイドバンドギャップ材料は、他のワイドバンドギャップ材料を除外しない炭化ケイ素、窒化ガリウムまたはダイヤモンドのような少なくとも２ｅＶのバンドギャップを有する材料とする。電圧クラスに応じて、ドリフト層２のドーピング濃度および厚さが選択される。例示的には、ドリフト層２は、１×１０１２～１×１０１７ｃｍ－３のドーピング濃度および１～５００μｍの厚さを有する。厚さは、深さ方向、すなわち、第１の主面２０に垂直な方向に測定される。
図１は、本発明の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１を示す。ＩＧＢＴ１は、ワイドバンドギャップ装置、すなわち、第１の主面２０および第１の主面２０と対向する装置の第２の主面２２との間に低濃度（ｎ－）ドープドリフト層２を含む炭化ケイ素装置である。ワイドバンドギャップ材料は、他のワイドバンドギャップ材料を除外しない炭化ケイ素、窒化ガリウムまたはダイヤモンドのような少なくとも２ｅＶのバンドギャップを有する材料とする。電圧クラスに応じて、ドリフト層２のドーピング濃度および厚さが選択される。例示的には、ドリフト層２は、１×１０１２～１×１０１７ｃｍ－３のドーピング濃度および１～５００μｍの厚さを有する。厚さは、深さ方向、すなわち、第１の主面２０に垂直な方向に測定される。
【0014】
本発明のＩＧＢＴについて、ｐ＋ドープコレクタ層８が第２の主面２２上に配置され、例示的には１×１０１８～１×１０２０ｃｍ－３のドーピング濃度を有する。コレクタ層８は、第２の主電極９０に接触しており、ＩＧＢＴ用のコレクタ電極である。ドリフト層２とコレクタ層８との間に、ドリフト層２（図１に破線で示す）よりも高いドーピング濃度を有するｎドープバッファ層２５を配置してもよい。バッファ層は、１×１０１７～１×１０１９ｃｍ－３の間の例示的なドーピング濃度および３μｍまでの厚さを有してもよい。
【0015】
図２に示す本発明のＭＯＳＦＥＴについて、第２の主面２２上に、ｎ＋ドープドレイン層８０が配置され、これは、例示的には１×１０１８～１×１０２０ｃｍ－３のドーピング濃度を有する。ドレイン層８０は、第２の主電極９０に接触し、ＭＯＳＦＥＴ用のドレイン電極である。
【0016】
【0017】
第１の主面２０上には、ソース領域深さ３０を有する２つのｎ＋＋ドープソース領域３，３’が配置されており、ドリフト層２よりも高いドーピング濃度を有する。すべての深さは、第１の主面２０から測定されるものとし、すなわち、深さは、層／領域が延在する深さ方向の最大距離とする。例示的には、ソース領域深さ３０は０．５μｍまでの深さである。ドーピング濃度は、１×１０１８～１×１０２１ｃｍ－３または１×１０１９～１×１０２１ｃｍ－３の間で変動し得る。例示的には、１つのＭＯＳセルに属するソース領域３，３’は互いに７μｍまでの横方向の距離を有する。
【0018】
ソース領域３，３’の両外側面（互いに対向していないｎ＋＋ソース領域の外側面、すなわち、それらの間に共通の開口を形成せず、ゲート電極７の下に位置する）上に、ｐドープチャネル層４，４’が配置されている。このように、ｐチャネル層４，４’は、外側側面上、すなわち、第１の主面２０に平行でかつゲート電極７の下方のｎソース領域３，３’の面上のｎソース領域３，３’を囲む。例示的には、チャネル層４，４’は、ソース領域深さ３０よりも深いチャネル層深さ４０を有する。各ソース領域３，３’は、第１の主面２０に平行な方向にチャネル層４，４’によって横方向にドリフト層２から分離されている。チャネル層４，４’は、１×１０１６～１×１０１８ｃｍ－３のドーピング濃度を有することができる。
【0019】
チャネル層４，４’よりも高いドーピング濃度を有するＰ＋ドープ井戸層５，５’は、第１の主面２０と対向する井戸層の面上のドリフト層２から２つのソース領域３，３’を分離する。
【0020】
例示的には、井戸層５，５’のドーピング濃度は、チャネル層４，４’のドーピング濃度の少なくとも１０倍であってもよく、または井戸層５，５’のドーピング濃度は、チャネル層４，４’のドーピング濃度の１０倍から１００倍であってもよい。井戸層５，５’は、１×１０１７～１×１０２１ｃｍ－３または１×１０１８～１×１０２０ｃｍ－３のドーピング濃度を有することができる。
【0021】
井戸層５，５’は、井戸層深さ５０を有し、これは少なくともチャネル層深さ４０と同じ深さである。このように、井戸層５，５’は、チャネル層４，４’と同じ深さまで延在していてもよく、またはチャネル層４，４’よりも深くてもよい。井戸層５，５’および／またはチャネル層４，４’の深さは、例示的には３μｍまでであってもよい。
【0022】
チャネル層４，４’では、ソース領域３，３’からドリフト層２までＭＯＳチャネルが形成されていてもよい。チャネルは、基板製品１０内で、表面近傍のソース領域３，３’からドリフト層２まで延在している。このように、チャネル層４，４’のドーピング濃度は、井戸層５，５’のドーピング濃度よりも低くなければならず、第１の主面２０から最大でソース領域３，３’の深さまで、すなわち、チャネルが形成可能な深さまでのドーピング濃度である。
【0023】
チャネル層４，４’および井戸層５，５’は、共通層が第１の主面およびその下の領域、すなわち第１の主面に近く、ソース領域３，３’（チャネルが形成可能な領域）の側方で低ドーピングを有するように逆行性プロファイルを有する共通層（組み合わせ層４，５および組合せ層４’，５’）として設計されてもよく、ドーピング濃度はソース領域３，３’の下でより高い値に上昇する。チャネルを形成するためには、共通層がソース領域に対して横方向に高いドーピング濃度を有するが、ソース領域３，３’よりも深い（逆行性プロファイルを有する共通層に起因して）ことは重要ではなく、このような深い深さでは、チャネルが形成されないからである。ソース領域の横であるが、ソース領域３，３’よりも深いところでの共通層のより高いドーピング濃度は、チャネル層からの高電界（ブロッキング状態でのデバイス内部）の遮蔽を向上する。
【0024】
２つのソース領域３，３’の間には、井戸層５，５’よりも高いドーピング濃度を有するｐ＋＋ドーププラグ６が配置されている。例示的な実施形態では、プラグ６のドーピング濃度は、井戸層５，５’のドーピング濃度の少なくとも１０倍である。別の例示的な実施形態では、プラグ６のドーピング濃度は、井戸層５，５’のドーピング濃度の１０倍～１００倍である。プラグ６は、２×１０１７～２×１０２１ｃｍ－３または１×１０１９～２×１０２１ｃｍ－３のドーピング濃度を有することができる。
【0025】
プラグ６は、少なくとも井戸層深さ５０と同じ深さであり、例示的には井戸層深さ５０よりも深いプラグ深さ６０を有する。プラグ６は、ｎ個のソース領域３，３’と重ならない、すなわち、ｎ個のソース領域３，３’のドーピング濃度は、第１の主面２０に平行な面において一定であり、ｐプラグのドーピング濃度は第１の主面２０に平行な面内で一定である。ｎソース領域３，３’およびプラグ６のドーピング濃度は、２つの層３，６または３’，６の間の界面では補償されない。
【0026】
プラグ６と２つのソース領域３，３’との間で、井戸層５，５’は、第１の主面２０まで延在し、第１の主電極９と接触し得る。このように、井戸層５，５’は、ソース領域３，３’からプラグ６を分離することができる。このような配置により、ソース領域３，３’がプラグ６と重ならないことが保証される。ワイドバンドギャップ半導体材料の真性ドーピングレベルは、低バンドギャップ半導体材料（例えば、シリコン）と比較して無視でき、プラグ６およびソース領域３，３’のドーピング濃度がｎおよびｐドープ層の重なりによって、同じオーダーの大きさ内であるので、ドーパントが電子的に活性でない領域を形成することができ、すなわち、そのような領域は絶縁性である。このような効果は、本発明の構造によって回避される。
【0027】
ソース領域３，３’は、プラグ６、井戸層５，５’およびチャネル層４，４’によってドリフト層２から分離されている。
【0028】
プラグ６、井戸層５，５’（それらが第１の主面２０まで延在する場合）、ソース領域３，３’、チャネル層４，４’およびドリフト層２は、第１の主面２０上に平面を形成する。このように、これらの層は、平坦な第１の主面２０上に共通の表面を形成する。
【0029】
第１の主面２０上には、ゲート電極７が配置され、ゲート電極７のそれぞれは、第１の絶縁層７２、第２の絶縁層７４、および第１の絶縁層７２によって任意のドープ層から分離されたゲート層７０を含む。ソース領域３，３’、チャネル層４，４’、およびドリフト層２は、ゲート電極７、すなわち第１の絶縁層７２まで延在している。ゲート電極７は、平面ゲート電極として形成されており（図１および図２に示すように）、ここで、ゲート電極７は、ＭＯＳ界面のしきい値電圧よりも大きいゲート電圧の印加によりチャネル層ｐを反転させることによって、ソース領域３，３’とドリフト層２との間のゲート電極７の下のチャネル層４，４’に、ＭＯＳチャネルが生成され得るように、ソース領域３，３’、チャネル層４，４’、およびドリフト層２上に配置されている。
【0030】
第１の絶縁層７２が酸化物層であり、ゲート層７０が金属である場合、反転チャネルはＭＯＳチャネル（金属酸化物／絶縁体半導体）と呼ばれ、一方、そうでなければ（絶縁層７２，７４は、任意の絶縁材料、例えば、ｈｉｇｈ－ｋ材料などの誘電体、または他の絶縁体を除外しないＰＳＧまたはＢＰＳＧなどのシリケートガラスからなる場合）、チャネルは、ＭＩＳチャネル（金属－絶縁体－半導体）と呼ぶこともできる。ゲート層７０の材料としては、金属またはドープ多結晶シリコンなどの任意の適切な導電性材料を使用することができる。ＭＯＳ装置／ＭＯＳＦＥＴという用語は、このようなＭＩＳ装置／ＭＩＳＦＥＴをカバーし、ＭＯＳ／ＭＩＳ制御されるＩＧＢＴにも適用される。
【0031】
２つのソース領域３，３’およびプラグ６に接触する第１の主面２０上に第１の主電極９がオーミック接触として形成され、井戸層５，５’が第１の主面２０上を表面まで延在する場合、井戸層５，５’も第１の主電極９に接触している。図１に示すＩＧＢＴ１について、第１の主電極９がエミッタ電極として機能し、図２に示すＭＯＳＦＥＴについて、第１の主電極９がソース電極として機能する。第１の主電極９は、まず、２つのゲート電極７間の開口部に金属層を形成してプラグ６、井戸層５，５’およびソース領域３，３’とのオーミック接触を形成することによって形成することができる。次いで、オーミック接触を形成する金属層上に、第１の金属層に接触する別の金属層が生成される。さらに、第２の金属層は、ゲート電極７上のエリアも覆い、すなわち、それは第２の絶縁層７４を覆い、それによってゲート層７０から絶縁されている。
【0032】
予め開示された構造は、ＭＯＳセルを形成して、ＩＧＢＴおよび／またはＭＯＳＦＥＴを制御する。ＭＯＳセルは、１つの第１の主電極コンタクト開口部と第２の電極９０との間に形成され、すなわち、ＭＯＳは、プラグ６、プラグ６の両面上の井戸層４，４’、ソース領域３，３’、チャネル層４，４’、ドリフト層２、およびコレクタ層８またはドレイン層８０を含む。
【0033】
セル、すなわち、セル内の領域は、ストライプ、六角形、三角形または正方形のデザインなどの規則的なパターンの形態に設計することができる。パワー半導体装置では、このようなＭＯＳセルのうちの１つ以上が配置されていてもよい。このようなＭＯＳセルは、相互に接続されていてもよい。
【0034】
これらの装置は、図１および図２に示すように垂直装置として設計することができるが、それらをソースおよびドレイン（ＭＯＳＦＥＴ）またはエミッタおよびコレクタ（ＩＧＢＴ）が装置の同じ面上に配置される側方装置として設計することも可能である。本発明のＩＧＢＴについては、本発明の深いプラグ６は、第２の主面２２上に配置されたｐ＋コレクタ領域およびｎ＋短領域を交互に有する逆導通ＩＧＢＴ、例えば、交互のより小さいｐ＋およびｎ＋の短領域によって取り囲まれた第２の主面２２上の装置の中央部に大きなパイロットｐ＋コレクタ領域をさらに有する例示的にはＢｉモード絶縁ゲートトランジスタ（ＢＩＧＴ）などのすべての種々のＩＧＢＴに適用可能である。パイロット領域と短領域が接続され得る。このようなＢＩＧＴは、米国特許第８２１２２８３（Ｂ２）号明細書に開示されており、この文献は、ＢＩＧＴの設計のために参考として援用される。
【0035】
本発明のＩＧＢＴは、ｎ－ドープドリフト層２とｐ＋ドープコレクタ層８との間に配置されたバッファ層２５を有する非パンチスルーＩＧＢＴまたはパンチスルー／ソフトパンチスルーＩＧＢＴとして設計されてもよい。ノンパンチスルー設計の場合、Ｅ電界はアバランシェ降伏まで三角形である。他の場合には、ドリフト層２とバッファ層２５との間の界面にＥ－電界が通り、それはバッファ層の高いドーピング濃度により停止する。
【0036】
スーパージャンクション設計は、あらゆる種類の発明装置で可能である。スーパージャンクションについての例示的な技術的アプローチは、トレンチエッチング、続いてエピタキシャルリフィルまたは逐次エピタキシャル成長、続いて多重注入に基づくが、他の技術を排除するものではない。
【0037】
本発明のワイドバンドギャップ半導体装置を製造するために、以下の製造工程が行われる。工程（ａ）において、半導体装置内にドリフト層２を形成する第１の導電型の低濃度ドープ層を有するワイドバンドギャップ基板製品１０が提供される。基板製品１０は、第１の面１２と、第１の面１２に対向する第２の面１４とを有し、ここで、低濃度ドープ層は、第１の面１２上に配置される。第２の面１４において、基板製品１０は、垂直ＩＧＢＴの場合、完成したＩＧＢＴ装置内のコレクタ層８を形成するまたはその一部を形成するｐ＋ドープ基板を含む。層８は、製造プロセスの終わりに薄くすることができる。
【0038】
工程（ｂ）において、第１の面１２上に、ドリフト層２よりも高いドーピング濃度を有する２つのｎドープソース領域３，３’がソース領域深さ３０まで形成される。チャネル層深さ４０を有する少なくとも１つのｐドープチャネル層４，４’が形成される。各ソース領域３，３’は、第１の面１２に垂直な方向にチャネル層４，４’によってドリフト層２から分離されている。チャネル層深さ４０は、ソース領域深さ３０よりも大きい。井戸層深さ５０を有する少なくとも１つのｐ＋ドープ井戸層５，５’が形成されており、ｐ＋ドープ井戸層５，５’は少なくともチャネル層深さ４０と同じ深さで、少なくとも１つのチャネル層４，４’よりも高いドーピング濃度を有する。井戸層５，５’は、２つのソース領域３とドリフト層２とを第１の面１２と対向する井戸層の面上で分離している。
【0039】
工程（ｂ）後の工程（ｃ）において、井戸層深さ５０よりも深いプラグ深さ６０を有するｐ＋＋ドーププラグ６が形成されている。プラグは、２つのソース領域３，３’間に配置される。プラグ６のドーピング濃度は、井戸層５のドーピング濃度よりも大きい。プラグのドーピング濃度は、井戸層５のドーピング濃度の少なくとも１０倍であってもよい。別の例示的な実施形態では、プラグ６は、井戸層５のドーピング濃度の１０倍から１００倍であるドーピング濃度で形成されてもよい。プラグ６は、２×１０１７～２×１０２１ｃｍ－３または１×１０１９～２×１０２１ｃｍ－３のドーピング濃度で形成することができる。プラグは、最大５μｍまたは最大３μｍの幅を有することができる。
【0040】
工程（ｃ）後の工程（ｄ）において、ゲート電極７が第１の面１２上に形成される。各ゲート電極７は、薄い第１の絶縁層７２の形態の絶縁層によって任意のドープ層から分離された導電性ゲート層７０を含む。例示的には、第１の絶縁層７２よりも厚い第２の絶縁層７４が、ゲート層７０上に形成されている。
【0041】
工程（ｃ）後の工程（ｅ）において、第１の主電極９が、第１の面１２上にオーミック接触として形成されており、少なくとも２つのソース領域３，３’およびプラグ６に接触する。
【0042】
図３および図６～図１３には、ワイドバンドギャップノンパンチスルーパワーＩＧＢＴの製造方法が示されている。図３には、工程（ａ）の基板製品が示されている。基板製品１０は、装置内にドリフト層２を形成する低濃度ドープ層を含む。第２の面１４上において、基板製品１０は、コレクタ層８を形成するより高いｐ＋ドープ層を含む。例示的には、基板製品１０は、最終ＩＧＢＴ内にコレクタ層８を形成するｐ＋ドープ基板を提供することによって形成され、その上にドリフト層２として低（ｎ－）ドープ層が例示的にはエピタキシャル成長によって形成される。製造プロセスの終わりにｐ＋ドープ層を薄くしてコレクタ層８を形成することができる。
【0043】
あるいは、図４に示すように、ドリフト層２とコレクタ層８との間にバッファ層２５を配置したパンチスルーＩＧＢＴについて、ｐ＋ドープ基板を設けてもよい。ｐ＋ドープ基板上に、まずｎドープバッファ層２５、次いでｎ－ドープドリフト層２が、例示的にはエピタキシャル成長によって形成される。さらに、製造プロセスの終わりにｐ＋ドープ層を薄くしてコレクタ層８を形成することができる。
【0044】
このようなエピタキシャル成長によって、例示的には、一定のドーピング濃度の層が形成されるが、もちろんドーピング濃度の変化も可能であり、例えば、第１の面１２から第２の面１４への方向のドーピング濃度が減少する。上記ドーピング濃度の値は、一定のドーピング濃度（製造方法の不完全性に起因するドーピング濃度の変動を排除しない）の場合の平均ドーピング濃度または変動するドーピング濃度の場合の最大ドーピング濃度として理解されるものとする。異なるエネルギーとドーズ量で複数のカスケードによって定義され、いくつかのガウスプロファイル、各カスケードについての１つのガウスファイルの重ね合わせによって任意の種類の傾斜プロファイルを形成し得る注入プロファイルについても同様である。
【0045】
本発明のＭＯＳＦＥＴを形成するために、最終ＭＯＳＦＥＴ装置内にドレイン層８０を形成するｎ＋ドープ基板またはその一部を設けることによって形成される基板製品１０（図５）を提供することができる。ｎ＋ドープ基板上に、ドリフト層２を、例えばエピタキシャル成長によって形成することができる。製造プロセスの終わりに＋ドープ層を薄くしてドレイン層８０を形成することができる。
【0046】
工程（ａ）において低濃度でドープされた基板製品１０（図３，４または５）を提供した後、第１のマスク層３５が第１の面１２に適用され、その上に第２のマスク層３６が適用される。第１のマスク層３５は、第２のマスク層３６よりも高いエッチング選択性を有し、以下のエッチングプロセスにおいて、第１のマスク層３５の材料は、第２のマスク層３６の材料よりエッチングプロセスにより敏感であることを意味するものとする。第１および第２のマスク層３５，３６を介して基板製品１０（すなわちドリフト層２）まで開口部が形成され、それによって第１の面１２上に第１のマスク３４が形成される（図６）。第２のドーパント３１（ｎドーパント）は、２つのソース領域３，３’をソース領域深さ３０まで形成するために適用される。これらのソース領域３，３’は浅いが、チャネル層４，４’よりも高濃度にドープされており、その結果、チャネル層４，４’は、ソース領域３，３’をドリフト層２から分離する。第２のドーパント３１は、例示的には１×１０１３～１×１０１６ｃｍ－２のドーズ量および／または１ｋｅＶ～５００ｋｅＶのエネルギーをソース領域深さ３０まで、例示的には最大０．５μｍに適用される。注入／堆積は、室温より高い温度、例示的には７００°Ｃまでの温度で行うことができる。
【0047】
全マスクスタックは、ドーパントが、マスクによって覆われているエリアで基板製品１０への侵入を妨げられるような厚さを有するものとする。ドーパントは、マスク開口部の位置で基板製品１０に侵入するものとする。
【0048】
次いで、２つのソース領域３，３’間に配置された第１のマスク３４のこのような部分が除去され、それによって第１のマスク３４に自己整合された第２のマスク５４が形成される（図７）。第３のドーパント５１（ｐドーパント）が、井戸層５を井戸層深さ５０まで形成するために適用（注入／堆積）される。
【0049】
第３のドーパント５１、例えば、アルミニウムまたはホウ素は、１×１０１１～１×１０１６ｃｍ－２のドーズ量および／または１ｋｅＶ～１ＭｅＶのエネルギーで、井戸層深さ５０まで、例示的には最大２μｍまで適用される。井戸層５は、少なくとも１つのチャネル層４，４’のドーピング濃度の少なくとも１０倍であるドーピング濃度を有するように、または例示的には少なくとも１つのチャネル層４，４’のドーピング濃度の１０倍から１００倍のドーピング濃度を有するように形成される。井戸層５のドーピング濃度は、１×１０１８～１×１０２０ｃｍ－３または１×１０１７～１×１０２１ｃｍ－３であってもよい。
【0050】
井戸層５は、逆行性プロファイルで形成されてもよく、これは、井戸層５の最大ドーピング濃度がドリフト層２へのｐ／ｎ接合に近接して配置され、一方、局所ドーピング濃度は、第１の主面２０に向けて減少することを意味する。層／領域のドーピング濃度は、別段の記載がない限り、層／領域の最大ドーピング濃度として理解されるものとする。
【0051】
さらに、注入／堆積は、室温より高い温度、例示的には７００°Ｃまでの温度で行うことができる。
【0052】
ここで、第１の面１２に対してエッチング工程を行い、開口部が自己整合的に大きくなるように、第１のマスク層３５のエッチング選択性が高いため、開口部で第１のマスク層３５が第２のマスク層３６よりもさらにエッチングによって取り除かれる。第２のマスク層３６を除去し、それによって残りの第１のマスク層３５’から第３のマスク４６を形成することができる。次いで、第１のドーパント４１（ｐドーパント）を、チャネル層４，４’をチャネル層深さ４０に形成するために適用する（図８）。
【0053】
第１のドーパント４１（ｐドーパント）が、例えば、チャネル層４，４’を形成するための注入または堆積によって適用される。例示的な実施形態では、第１のドーパント４１としてアルミニウムまたはホウ素が適用される。このプロセスは、高温、例示的には７００°Ｃまでの温度で行うことができる。全てのドーパント３１，４１，５１，６１は、第１の主面２０に任意の適切な角度で適用される。それらは、第１の主面２０に垂直に適用されてもよいが、所望であれば、他の任意の入射角を使用してもよい。
【0054】
注入（堆積）について、１×１０１１～１×１０１６ｃｍ－２のドーズ量および／または１ｋｅＶ～１ＭｅＶのエネルギーが適用され得る。このように、１×１０１６～１×１０１８ｃｍ－３のドーピング濃度を有するチャネル層４，４’を形成することができる。第１のドーパント４１は、最大２μｍのチャネル層深さ４０に適用することができる。
【0055】
井戸層深さ５０は、少なくともチャネル層深さ４０と同じ深さである。井戸層がブロッキング状態中に枯渇せず、それによって第１および第２の主電極間の短絡を防止することが保証されるものとする。
【0056】
ソース領域３，３’は過補償された層であり、これらの層では他の導電型のドーパントも存在すること、例えば、ソース領域３，３’においても、チャネル層４，４’用の第１のドーパント４１および井戸層５，５’用の第３のドーパント５１が適用されるが、第２のｎドーパント３１が支配的であるので、この層はｎ型（より高いｎドーピング濃度）であることを意味する。
【0057】
図９に示すように、ソース領域３，３’、チャネル層４，４’、および井戸層５を形成した後、第３のマスク４６を次いで除去する。酸化物からなり得る新しい連続マスク材料層が、２つのソース領域３，３’間の領域上に開口部を有するように適用、エッチングされ、それによって第４のマスク６２を形成する（図１０）。第４のドーパント６１（ｐドーパント、例えばＡｌまたはＢ）を、例えば、１×１０１１～１×１０１６ｃｍ－２のドーズ量および／または１ｋｅＶ～１ＭｅＶのエネルギーで、少なくとも井戸深さ５０と同じまたはより深いプラグ深さ６０まで適用し得る。例示的には、プラグ深さ６０は、井戸層深さ５０の１．０５～１．５倍（すなわち、５～５０％）または最大２倍または最大４倍でさえある（図１０）。高温、例えば、１５００°Ｃ～１９００°Ｃでの活性化アニール工程をその後行うことができる。その後、犠牲酸化工程を行うことができる。プラグ６の導入により、井戸層５は、２つの井戸層５，５’に分割される。
【0058】
次に、第４のマスク６２を除去し（図１１）、第１の絶縁層７２を適用することによってゲート電極７を形成し（図１２）、第１の面１２の表面、チャネル層４，４’およびソース領域３，３’の外側部に延在する部分でドリフト層２を覆う。外側部は、互いに対向していない２つのソース領域３，３’の部分を意味するものとする。導電性ゲート層７０が適用され、その上に、第２の絶縁層７４が適用されて、第１の主電極９からゲート層７０を電気的に絶縁する。プラグ６および井戸層５，５’を介してゲート電極７で覆われていないソース領域３，３’上の開口部には、ＩＧＢＴ１用エミッタ電極またはＭＯＳＦＥＴ１’（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）用のソース電極の形態でのオーミック接触としての第１の主電極９が形成される。例示的には、第１の主電極９は、開口部に金属層を最初に適用してｐ＋＋プラグ６、井戸層５，５’およびソース領域３，３’に接触することによって形成し、次いでゲート層７０上の第２の絶縁層７４をさらに覆う別の金属層を適用する（図１３）。
【0059】
第２の面１４上には、ＩＧＢＴ１用コレクタ電極またはＭＯＳＦＥＴ１’用ドレイン電極の形態でオーミック接触としての第２の主電極９０が形成される。
【0060】
図６～図１３に示すプロセスでは、１つのＭＯＳセル内にｐチャネル層４，４’およびソース領域３，３’を別個の領域として形成し、井戸層５をまず１つの共通層として形成し（図８）、ｐ＋＋プラグ６の導入によって、井戸層５は、プラグ６の側面上の２つの別個の井戸層５，５’に分割される。したがって、井戸層という用語は、プラグ６によって互いに分離された２つの井戸層５，５’を含み、チャネル層という用語は、井戸層５，５’によって互いに分離された２つのチャネル層４，４’を含むものとする。
【0061】
このプロセスでは、図６～図８に示すように、ｐチャネル層４，４’およびソース領域３，３’は、１つのＭＯＳセル内に別個の領域（マスキングによる別個の領域としてのソース領域３，３’および井戸層５，５’のより高いドーピング濃度によって中央エリアを占める領域によるチャネル層４，４’）として形成され、ここで、井戸層５，５’が最初に１つの共通層５（図８）として形成され、ｐ＋＋プラグ６の導入によって、井戸層５は、プラグ６の側面上の２つの別個の井戸層５，５’に分割される。
【0062】
別の代替の製造方法では、ステップ（ｂ）において、共通チャネルおよび井戸層（４，４’、５，５’）としての逆行性ｐドープ層を形成し、逆行性層（４，４’、５，５’）前後にソース領域３，３’を形成する。逆行性層（４，４’、５，５’）は、ソース領域３，３’の外側側面上に、逆行性層が第１の面１２で低いドーピング濃度（すなわちチャネル層４，４’）を有するようなドーピング濃度を有し、次いでソース領域３，３’の下の高いドーピング濃度（すなわち、井戸層５，５’）までのより深い深さ（少なくともソース領域深さ３０まで）に上昇する。プラグ６の後の導入により、共通の逆行性層は、逆行性層４，５および４’，５’に分割される。逆行性層は、先に説明したプロセス、すなわち最初に井戸層５，５’を形成し、次いでより広いチャネル層４，４’を形成することによって形成することができる。あるいは、ソース領域３，３’を形成した後に、ステップ（ｂ）において共通の逆行性層４，４’、５，５’を形成するために、２つのソース領域３，３’間に第１のマスク３４の部分を配置し、それによって第２のマスク５４を形成し、次いで第１の面１２にエッチング工程を行って、エッチングによって、第１のマスク層３５は開口部で第２のマスク層３６よりもさらに除去され、第２のマスク層３６を除去し、残りの第１マスク層３５’は、第３マスク４６を形成する。次いで、第３のｐドーパント５１および第１のｐドーパント４１が、１つの工程で逆行性チャネルおよび井戸層を形成するための１つの共通のドーパントとして適用される。
【0063】
プラグ６は、浅い深さにおいてより低いドーピング濃度を有し、より深いところで最高ドーピング濃度まで高濃度を有する逆行性層としても形成され得、その深さは、例示的には井戸層５，５’の最大ドーピング濃度の深さと同じまたはそれより深くに位置し得る。
【0064】
深いｐ＋＋プラグを有する本発明の構造および製造方法は、ＭＯＳＦＥＴおよびＭＯＳ制御ＩＧＢＴなどのＭＯＳセル構造を有する異なる半導体装置に適用することができる。
【0065】
別の実施形態では、層の導電型が切り替えられ、すなわち、第１の導電型のすべての層がｐ型（例えば、ドリフト層２およびソース領域３）であり、第２の導電型のすべての層がｎ型（例えば、チャネル層４、井戸層５およびプラグ６）である。
【符号の説明】
【0066】
符号の説明
１ ＩＧＢＴ
１’ ＭＯＳＦＥＴ
１０ ワイドバンドギャップ基板製品
１２ 第１の面
１４ 第２の面
２ ドリフト層
２０ 第１の主面
２２ 第２の主面
２５ バッファ層
３，３’ ソース領域
３１ 第２のドーパント
３０ ソース領域深さ
３４ 第１のマスク
３５ 第１のマスク層
３５’ 残りの第１のマスク層
３６ 第２のマスク層
４，４’ チャネル層
４１ 第１のドーパント
４０ チャネル層深さ
４１ 第１のドーパント
４４ 多結晶シリコン層
４５ 酸化物層
４６ 第３のマスク
４７ 非空乏チャネル層
４８ 空乏チャネル層
４９ トップマスク層
４９’ 残りのトップマスク層
５，５’ 井戸層
５０ 井戸層深さ
５１ 第３のドーパント
５４ 第２のマスク
６ プラグ
６０ プラグ深さ
６１ 第４のドーパント
６２ 第４のマスク
６５ コンタクト層
６７ コンタクト層深さ
７ ゲート電極
７０ ゲート層
７２ 第１の絶縁層
７４ 第２の絶縁層
８ コレクタ層
８０ ドレイン層
９ 第１の主電極
９０ 第２の主電極
１ ＩＧＢＴ
１’ ＭＯＳＦＥＴ
１０ ワイドバンドギャップ基板製品
１２ 第１の面
１４ 第２の面
２ ドリフト層
２０ 第１の主面
２２ 第２の主面
２５ バッファ層
３，３’ ソース領域
３１ 第２のドーパント
３０ ソース領域深さ
３４ 第１のマスク
３５ 第１のマスク層
３５’ 残りの第１のマスク層
３６ 第２のマスク層
４，４’ チャネル層
４１ 第１のドーパント
４０ チャネル層深さ
４１ 第１のドーパント
４４ 多結晶シリコン層
４５ 酸化物層
４６ 第３のマスク
４７ 非空乏チャネル層
４８ 空乏チャネル層
４９ トップマスク層
４９’ 残りのトップマスク層
５，５’ 井戸層
５０ 井戸層深さ
５１ 第３のドーパント
５４ 第２のマスク
６ プラグ
６０ プラグ深さ
６１ 第４のドーパント
６２ 第４のマスク
６５ コンタクト層
６７ コンタクト層深さ
７ ゲート電極
７０ ゲート層
７２ 第１の絶縁層
７４ 第２の絶縁層
８ コレクタ層
８０ ドレイン層
９ 第１の主電極
９０ 第２の主電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
