ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2019 года по МПК H01L29/78 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к полупроводниковому устройству.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Патентный документ 1 раскрывает полупроводниковое устройство, в котором образующий каналы карман, область истока и область стока образованы в пределах области дрейфа от поверхности области дрейфа в направлении, перпендикулярном к ней. При использовании подложки с более низкой концентрацией примесей, чем в области дрейфа, и кармана с концевым участком, доходящим до подложки, это полупроводниковое устройство уменьшает концентрацию электрического поля в кармане с улучшением характеристик по выдерживаемому напряжению.

СПИСОК ССЫЛОК

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0003] Патентный документ 1. Публикация заявки на японский патент № 2001-274398

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

[0004] Когда от полупроводникового устройства, описанного в патентном документе 1, требуются лучшие характеристики по выдерживаемому напряжению, может формироваться защитная область с типом проводимости, отличающимся от типа проводимости области дрейфа, для подавления напряженности электрического поля между электродом затвора и областью дрейфа. Для выполнения защитной области, имеющей такой же потенциал, как исток, через отверстие контакта с поверхностью защитной области может соединяться металлическое межсоединение. В таком случае требуется площадь для соединения с защитной областью, и это может приводить к увеличению размера элемента.

[0005] С учетом вышеизложенной проблемы, настоящее изобретение направлено на предоставление полупроводникового устройства, способного улучшать характеристики по выдерживаемому напряжению без увеличения размера.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0006] Полупроводниковое устройство согласно аспекту настоящего изобретения включает: подложку; область дрейфа первого типа проводимости, образованную на основной поверхности подложки; карман второго типа проводимости, образованный в основной поверхности области дрейфа; область истока первого типа проводимости, образованную в кармане; канавка затвора, образованная от основной поверхности области дрейфа в перпендикулярном направлении, находящаяся в контакте с областью истока, карманом и областью дрейфа; область стока первого типа проводимости, образованную в основной поверхности области дрейфа; электрод затвора, образованный на поверхности канавки затвора с размещенной между ними изолирующей пленкой затвора; защитную область второго типа проводимости, образованную на обращенной к области стока поверхности изолирующей пленки затвора; и область соединения второго типа проводимости, образованную в контакте с карманом и защитной областью.

ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Аспект настоящего изобретения позволяет предоставлять полупроводниковое устройство, способное улучшать характеристики по выдерживаемому напряжению без увеличения размера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг. 1 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2A является видом сверху, соответствующим фиг. 1.

Фиг. 2B является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 1.

Фиг. 2C является видом в сечении, если смотреть в направлении B-B на фиг. 1.

Фиг. 3 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по первой модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 является видом в перспективе, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 4, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 5, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 7 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 6, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 8 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 7.

Фиг. 9 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 7 и 8, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 10 является видом сверху, соответствующим фиг. 9.

Фиг. 11 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 9 и 10, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 12 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по второй модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 13 является видом сверху, соответствующим фиг. 12.

Фиг. 14 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 12.

Фиг. 15 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 16 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 15.

Фиг. 17 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 18 является видом в перспективе, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 19 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 18, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 20 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 19, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 21 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 20, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 22 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 21.

Фиг. 23 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 21 и 22, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 24 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 23.

Фиг. 25 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 23 и 24, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 26 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 25.

Фиг. 27 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 25 и 26, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 28 является видом сверху, соответствующим фиг. 27.

Фиг. 29 является видом в перспективе в соответствии с фиг. 27 и 28, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 30 является видом в перспективе полупроводникового устройства по второй модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 31 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 30.

Фиг. 32 является видом в перспективе, иллюстрирующим способ изготовления полупроводникового устройства по второй модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 33 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 32.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0009] Ниже со ссылкой на чертежи описываются первый и второй варианты осуществления настоящего изобретения. На всех чертежах одинаковые или аналогичные части обозначаются одинаковыми или аналогичными ссылочными позициями для исключения повторных описаний. Следует отметить, что чертежи являются схематичными, и соотношения размеров, отношения и т.п. могут отличаться от фактических. Помимо этого, некоторые соотношения размеров и отношения могут отличаться от одного чертежа к другому. Дополнительно, нижеприведенные варианты осуществления предоставляются для настоящих примеров устройства и способа воплощения технической идеи настоящего изобретения, и техническая идея настоящего изобретения не ограничена материалами, формами, структурами, компоновками и т.п. нижеописанных составляющих.

[0010] Кроме того, в нижеприведенных вариантах осуществления, "первый тип проводимости" и "второй тип проводимости" представляют собой противоположные типы проводимости относительно друг друга. Таким образом, если первый тип проводимости представляет собой n-тип, второй тип проводимости представляет собой p-тип, а если первый тип проводимости представляет собой p-тип, второй тип проводимости представляет собой n-тип. Хотя далее описывается случай, в котором первый тип проводимости представляет собой n-тип, и второй тип проводимости представляет собой p-тип, первый тип проводимости может представлять собой p-тип, а второй тип проводимости может представлять собой n-тип. Когда n-тип и p-тип взаимозаменяются, полярности приложенного напряжения также инвертируются.

[0011] (Первый вариант осуществления)

Фиг. 1 является видом в перспективе, схематично иллюстрирующим конфигурацию полупроводникового устройства по первому варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2A является видом сверху, соответствующим фиг. 1. Фиг. 2B является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 1. Фиг. 2C является видом в сечении, если смотреть в направлении B-B на фиг. 1. Первый вариант осуществления примерно иллюстрирует полупроводниковое устройство с тремя полевыми транзисторами со структурой "металл-оксид-полупроводник" (MOSFET-транзисторы) в качестве множества полупроводниковых элементов. Больше полупроводниковых элементов может размещаться в двух осевых направлениях на плоскости (в направлении по оси X и в направлении по оси Z). Следует отметить, что на фиг. 1 исключена иллюстрация межсоединения электродов для упрощения понимания.

[0012] Как проиллюстрировано на фиг. 1 и 2A-2C, полупроводниковое устройство по первому варианту осуществления включает подложку 1, карман 2, область 3 истока, область 4 дрейфа, область 5 стока, изолирующие пленки 6 затвора, электроды 7 затвора, канавки 8 затвора, электроды 15 истока, электрод 16 стока, защитные области 17 и область 18 соединения.

[0013] Подложка 1 представляет собой плоскую пластину, выполненную, например, из полудиэлектрика или диэлектрика. Здесь диэлектрик означает подложку с поверхностным сопротивлением несколько кОм/кв. или выше, а полудиэлектрик означает подложку с поверхностным сопротивлением в несколько десятков Ом/кв. или выше. Например, в качестве материала для подложки 1 может использоваться карбид кремния (SiC). Первый вариант осуществления описывает случай, когда подложка 1 выполнена из SiC, который представляет собой диэлектрик. Подложка 1 имеет толщину, например, приблизительно от нескольких десятков мкм до нескольких сотен мкм.

[0014] Область 4 дрейфа представляет собой область n^--типа, образованную на одной основной поверхности подложки 1 (здесь далее называемой "первой основной поверхностью"). Концентрация примесей области 4 дрейфа выше концентрации примесей подложки 1 и составляет, например, приблизительно 1×10¹⁴ см^-3 - 1×10¹⁸ см^-3. Область 4 дрейфа выполнена из такого же материала, как материал подложки 1, и представляет собой, например, слой эпитаксиального выращивания, выполненный из SiC, если подложка 1 выполнена из SiC. Область 4 дрейфа имеет толщину, например, приблизительно от нескольких мкм до нескольких десятков мкм.

[0015] Карман 2 представляет собой область p-типа, простирающуюся в пределах области 4 дрейфа от основной поверхности области 4 дрейфа (здесь далее называемой "второй основной поверхностью"), противоположной основной поверхности области 4 дрейфа, находящейся в контакте с подложкой 1 (здесь далее называемой "первой основной поверхностью"), к первой основной поверхности области 4 дрейфа в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности области 4 дрейфа (в направлении по оси Y). Здесь "концевой участок кармана 2" относится к участку, в котором нижняя поверхность кармана 2, параллельная первой основной поверхности области 4 дрейфа, пересекается с торцевой поверхностью кармана 2, обращенной к области 4 дрейфа. Нижняя поверхность кармана 2 может быть выше или ниже первой основной поверхности области 4 дрейфа. Карман 2 простирается в одном направлении, параллельном второй основной поверхности области 4 дрейфа (в направлении по оси Z). Концентрация примесей кармана 2 составляет, например, приблизительно 1×10¹⁵ см^-3 - 1×10¹⁹ см^-3.

[0016] Область 3 истока простирается в кармане 2 от второй основной поверхности области 4 дрейфа в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности области 4 дрейфа (в направлении по оси Y). Область 3 истока простирается параллельно карману 2 в одном направлении, параллельном второй основной поверхности области 4 дрейфа (в направлении по оси Z). Область 3 истока имеет такой же тип проводимости, как область 4 дрейфа. Концентрация примесей области 3 истока выше концентрации примесей области 4 дрейфа и составляет, например, приблизительно 1×10¹⁸ см^-3 - 1×10²¹ см^-3.

[0017] Область 3 истока и карман 2 электрически соединены с электродами 15 истока, образованными на открытой поверхности, и имеют одинаковый потенциал друг с другом. В качестве материала для электродов 15 истока может применяться, например, проводник, содержащий металл, такой как никель (Ni), титан (Ti) или молибден (Mo). Следует отметить, что фиг. 2A и 2C не показывают электроды 15 истока.

[0018] Каждый канавка 8 затвора, как проиллюстрировано на фиг. 2B, представляет собой канавку, образованную от второй основной поверхности области 4 дрейфа к первой основной поверхности области 4 дрейфа в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности области 4 дрейфа (в направлении по оси Y). Канавка 8 затвора простирается в направлении (в направлении по оси X), параллельном второй основной поверхности области 4 дрейфа и ортогональном к направлению, в котором простираются область 3 истока и карман 2, и находится в контакте с областью 3 истока, карманом 2 и областью 4 дрейфа. Нижняя поверхность канавки 8 затвора не обязательно должна совпадать с первой основной поверхностью области 4 дрейфа и, например, может быть выше нижней поверхности области 3 истока или совпадать с нижней поверхностью области 3 истока. Канавки 8 затвора расположены в направлении (в направлении по оси Z), параллельном второй основной поверхности области 4 дрейфа и ортогональном к направлению, в котором простираются канавки 8 затвора.

[0019] Изолирующая пленка 6 затвора образована по всей поверхности канавки 8 затвора. В качестве материала для изолирующей пленки 6 затвора можно применять, например, диэлектрик, такой как пленка оксида кремния (пленка SiO₂). Электрод 7 затвора образован в канавке 8 затвора по меньшей мере на поверхности изолирующей пленки 6 затвора. Другими словами, электрод 7 затвора образован на поверхности канавки 8 затвора с размещенной между ними изолирующей пленкой 6 затвора. В качестве материала для электрода 7 затвора может применяться, например, проводник, такой как поликристаллический кремний n-типа.

[0020] Область 5 стока представляет собой область n⁺-типа, образованную в области 4 дрейфа, в отдалении от кармана 2. Область 5 стока простирается от второй основной поверхности области 4 дрейфа к первой основной поверхности области 4 дрейфа в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности области 4 дрейфа (в направлении по оси Y). Область 5 стока может быть менее глубокой, чем толщина области 4 дрейфа. Область 5 стока простирается в направлении, в котором простираются карман 2 и область 3 истока (в направлении по оси Z). Область 5 стока имеет такой же тип проводимости, как область 4 дрейфа. Концентрация примесей области 5 стока выше концентрации примесей области 4 дрейфа и является практически такой же, как в области 3 истока и составляет, например, приблизительно 1×10¹⁸ см^-3 - 1×10²¹ см^-3.

[0021] Область 5 стока электрически соединяется с электродом 16 стока, образованным на открытой поверхности. В качестве материала для электрода 16 стока может применяться, например, проводник, содержащий металл, такой как никель (Ni), титан (Ti) или молибден (Mo). Следует отметить, что фиг. 2A и 2C исключают иллюстрацию электрода 16 стока.

[0022] Защитные области 17 представляют собой область p-типа, образованную в области 4 дрейфа на обращенной к области 5 стока поверхности изолирующей пленки 6 затвора. Другими словами, защитная область 17 образована в контакте со всей концевой поверхностью канавки 8 затвора, обращенной к области 5 стока. Другими словами, защитная область 17 является не менее глубокой, чем канавка 8 затвора, и не менее широкой, чем канавка 8 затвора. Следует отметить, что ширины защитной области 17 и канавки 8 затвора представляют собой ширины в направлении (в направлении по оси Z) вдоль второй основной поверхности области 4 дрейфа и ортогональном к направлению главного тока (к направлению по оси X). Концентрация примесей защитной области 17 составляет, например, приблизительно 1×10¹⁵ см^-3 - 1×10¹⁹ см^-3.

[0023] Область 18 соединения представляет собой область p-типа, образованную в области 4 дрейфа в контакте с карманом 2 и защитной областью 17. Область 18 соединения образована от второй основной поверхности области 4 дрейфа на глубину, меньшую глубины канавки 8 затвора. Область 18 соединения образована в диапазоне в направлении, в котором простирается канавка 8 затвора (в направлении по оси X), от торцевой поверхности кармана 2, обращенной к области 5 стока, за пределами торцевой поверхности канавки 8 затвора, обращенной к области 5 стока, к позиции не за пределами торцевой поверхности защитной области 17, обращенной к области 5 стока. Другими словами, область 18 соединения находится в контакте с изолирующей пленки 6 затвора, образующей боковые поверхности канавки 8 затвора вдоль направления, в котором простирается канавка 8 затвора (в направлении по оси X). Область 18 соединения имеет более высокую концентрацию примесей, чем карман 2. Концентрация примесей области 18 соединения составляет, например, приблизительно 1×10¹⁵ см^-3 - 1×10¹⁹ см^-3.

[0024] Карман 2 и защитная область 17 электрически соединены друг с другом посредством области 18 соединения. Другими словами, область 3 истока, карман 2, электрод 15 истока, защитная область 17 и область 18 соединения электрически соединены друг с другом и имеют одинаковый потенциал друг с другом.

[0025] Далее приводится описание базового режима работы полупроводникового устройства по первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0026] Полупроводниковое устройство по первому варианту осуществления функционирует в качестве транзистора, когда потенциал электрода 7 затвора управляется на основе потенциала электрода 15 истока положительным потенциалом, прикладываемым к электроду 16 стока. Другими словами, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока равно или выше заданного порогового значения, в кармане 2, расположенном у боковой поверхности каждого электрода 7 затвора, образуется инверсионный слой, который представляет собой канал, переводящий полупроводниковое устройство во включенное состояние, так что токи вытекают из электрода 16 стока в электрод 15 истока. В частности, электроны вытекают из электрода 15 истока в область 3 истока и затем из области 3 истока в область 4 дрейфа через канал. Дополнительно, электроны вытекают из области 4 дрейфа в область 5 стока и, наконец, в электрод 16 стока.

[0027] С другой стороны, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока равно или ниже заданного порогового значения, инверсионный слой в кармане 2 исчезает, переводя полупроводниковое устройство в отключенное состояние, так что токи между электродом 16 стока и электродом 15 истока запираются. В этом случае, между стоком и истоком может прикладываться высокое напряжение от нескольких сотен вольт до нескольких тысяч вольт.

[0028] В общем напряжение между затвором и стоком выдерживается за счет изолирующей пленки затвора, обращенной к области стока, и обедненного слоя, распространяющегося в области дрейфа. В этом случае электрическое поле концентрируется на поверхности раздела между изолирующей пленкой затвора и областью дрейфа. Поскольку изолирующая пленка затвора обычно составляет приблизительно несколько десятков нм, может возникать пробой диэлектрика.

[0029] Поскольку полупроводниковое устройство по первому варианту осуществления включает защитную область 17, имеющую такой же потенциал, как область 3 истока, обедненный слой распространяется в защитную область 17 при приложении высокого напряжения к области 5 стока. В таком случае напряжение между электродом 7 затвора и областью 5 стока выдерживается за счет изолирующей пленки 6 затвора, обращенной к области 5 стока, обедненного слоя в защитной области 17 и обедненного слоя в области 4 дрейфа. Из них, объединенная поверхность раздела между защитной областью 17 и областью 4 дрейфа подвергается действию наиболее сильного электрического поля. Таким образом, защитная область 17 может защищать изолирующую пленку 6 затвора от пробоя диэлектрика и улучшать характеристики по выдерживаемому напряжению.

[0030] Дополнительно, поскольку полупроводник по первому варианту осуществления включает область 18 соединения, которая находится в контакте с карманом 2 и защитной областью 17 и имеет такой же тип проводимости, как карман 2 и защитная область 17, область 3 истока и защитная область 17 могут электрически соединяться друг с другом. Таким образом, металлическое межсоединение и отверстие контакта для подсоединения защитной области 17 являются необязательными, и поверхность защитной области 17 не обязательно должна быть шире отверстия контакта. По этой причине элемент не увеличивается в размере, и число элементов, образуемых на единице площади, не снижается.

[0031] Помимо этого, в полупроводниковом устройстве по первому варианту осуществления площадь поверхности защитной области 17 не должна обязательно увеличиваться, и в силу этого защитная область 17 не шире, чем канавка 8 затвора. Если защитная область 17 шире, чем канавка 8 затвора, защитная область 17 будет препятствовать потоку главных токов из области 5 стока в область 3 истока во включенном состоянии, возможно увеличивая сопротивление во включенном состоянии на единицу площади. В полупроводниковом устройстве по первому варианту осуществления защитная область 17 может защищать изолирующую пленку 6 затвора без увеличения сопротивления во включенном состоянии на единицу площади.

[0032] Помимо этого, в полупроводниковом устройстве по первому варианту осуществления область 18 соединения имеет более высокую концентрацию примесей, чем карман 2, и в силу этого сопротивление области 18 соединения может уменьшаться с повышением проводимости. В силу этого в полупроводниковом устройстве по первому варианту осуществления может гораздо проще фиксироваться потенциал области 3 истока и защитной области 17, и может уменьшаться вероятность неправильного функционирования.

[0033] Помимо этого, в полупроводниковом устройстве по первому варианту осуществления подложка 1 выполнена из диэлектрика или полудиэлектрика, и концевой участок кармана 2 находится в контакте с подложкой 1. В силу этого может быть уменьшена напряженность электрического поля в концевом участке кармана 2, и могут дополнительно улучшаться характеристики по выдерживаемому напряжению.

[0034] Помимо этого, в полупроводниковом устройстве по первому варианту осуществления подложка 1 и область 4 дрейфа образованы из одинакового материала, и в силу этого может уменьшаться вероятность деформации (искривления) вследствие механического напряжения, и может быть улучшена надежность элемента.

[0035] (Первая модификация)

Фиг. 3 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по первой модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения. Полупроводниковое устройство по первой модификации первого варианта осуществления отличается от вышеописанного первого варианта осуществления тем, что множество полупроводниковых устройств и множество полупроводниковых устройств соединяются между собой параллельно. Конфигурации, операции и эффекты, не описанные в первой модификации первого варианта осуществления, являются практически такими же, которые описаны в первом варианте осуществления, и исключены, чтобы избежать повторения.

[0036] В первой модификации первого варианта осуществления множество карманов 2 размещаются параллельно и в отдалении друг от друга в направлении (в направлении по оси X), параллельном второй основной поверхности области 4 дрейфа и ортогональном к направлению, в котором простираются карманы 2 (к направлению по оси Z). В соответствующих карманах 2 образовано множество областей 3 истока. Множество областей 5 стока образовано таким образом, что каждая область 5 стока может находиться между смежными карманами 2 с промежутками от карманов 2.

[0037] Канавки 8 затвора простираются в направлении (в направлении по оси X), которое параллельно второй основной поверхности области 4 дрейфа и в котором размещены карманы 2, причем канавки 8 затвора находятся в контакте с областью 4 дрейфа с обеих сторон в направлении (в направлении по оси X), в котором размещены карманы 2. Другими словами, канавки 8 затвора проникают через карман 2 и область 3 истока.

[0038] Защитные области 17 образованы в контакте с обеими торцевыми поверхностями каждой канавки 8 затвора, обращенными к соответствующим областям 5 стока. Области 18 соединения образованы в участках от обеих торцевых поверхностей каждого кармана 2 в направлении, в котором размещены карманы 2 (в направлении по оси X), до позиций в контакте с защитными областями 17, расположенными с обеих сторон.

[0039] Далее со ссылкой на фиг. 4-11 приводится описание примерного способа изготовления полупроводникового устройства по первой модификации первого варианта осуществления. Для облегчения понимания фиг. 4-11 показывают ячейки единичных элементов, соединенные параллельно в области D на фиг. 3.

[0040] Сначала, как проиллюстрировано на фиг. 4, подготавливают подложку 1. Подложка 1 представляет собой изолирующую подложку, выполненную из нелегированного SiC, и имеет толщину приблизительно от нескольких десятков мкм до нескольких сотен мкм. На подложке 1 в качестве области 4 дрейфа образуют эпитаксиальный слой на основе SiC n^--типа. Хотя существует несколько политипов SiC, здесь используется модификация 4H. Например, образованная область 4 дрейфа имеет концентрацию примесей 1×10¹⁴ см^-3 - 1×10¹⁸ см^-3 и толщину от нескольких мкм до нескольких десятков мкм.

[0041] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 5, на области 4 дрейфа формируют карманы 2 p-типа, области 3 истока n⁺-типа, области 5 стока n⁺-типа, защитные области 17 p-типа и области 18 соединения p-типа. Порядок формирования является следующим. Предпочтительно, сначала формируют карманы 2. После этого одновременно могут формироваться области 3 истока и области 5 стока. Карманы 2, области 3 истока, области 5 стока, защитные области 17 и область 18 соединения формируют с использованием ионной имплантации.

[0042] Для маскировки областей, не подлежащих ионной имплантации, на области 4 дрейфа посредством следующих этапов может формироваться материал маски. В качестве материала маски может использоваться пленка оксида кремния (пленка на основе SiO₂), и в качестве способа осаждения может использоваться тепловое химическое осаждение из паровой фазы (тепловое ХОПФ) или плазменное ХОПФ. Затем на материал маски наносят резист, который структурируют (образуют рисунок) с использованием типичной фотолитографии. При использовании структурированного резиста в качестве маски материал маски частично и избирательно удаляют травлением. В качестве способа травления может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты либо сухое травление, такое как реактивное ионное травление (РИТ). Затем резист удаляют с использованием кислородной плазмы, серной кислоты или т.п.

[0043] После этого с помощью материала маски в качестве маски в область 4 дрейфа ионно-имплантируют примеси p-типа и n-типа с образованием карманов 2 p-типа, защитных областей 17 и областей 18 соединения, а также областей 3 истока n⁺-типа и областей 5 стока. В качестве примесей p-типа может использоваться, например, алюминий (Al) или бор (B). Дополнительно, в качестве примесей n-типа может использоваться, например, азот (N). На этом этапе, когда ионную имплантацию выполняют с базовой температурой, повышенной приблизительно до 300°C -600°C, могут уменьшаться дефекты кристалла, возникающие в имплантированной области. После ионной имплантации материал маски удаляют с использованием, например, влажного травления с помощью плавиковой кислоты.

[0044] Затем ионно-имплантированные примеси отжигают для активирования. Температура отжига составляет, например, приблизительно 1700°C, и в качестве атмосферы предпочтительно может использоваться аргон (Ar) или азот (N₂). Дополнительно, предпочтительные концентрации примесей областей 3 истока и областей 5 стока, образованных вышеописанным способом, составляют 1×10¹⁸ см^-3 - 1×10²¹ см^-3, и их глубины имплантации меньше глубины первой основной поверхности области 4 дрейфа. Дополнительно, предпочтительные концентрации примесей карманов 2, защитных областей 17 и областей 18 соединения составляют 1×10¹⁵ см^-3 - 1×10¹⁹ см^-3. Глубины имплантации карманов 2 и защитной области 17 могут быть больше глубины первой основной поверхности области 4 дрейфа, так что концевые участки карманов 2 достигают внутренней части подложки 1. Глубина имплантации области 18 соединения меньше глубины первой основной поверхности области 4 дрейфа. Например, энергия имплантации может составлять MKeV-уровень или выше, когда толщина области 4 дрейфа составляет 1 мкм или больше.

[0045] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 6, для формирования канавки 8 затвора в области 4 дрейфа формируют материал 9 маски. В качестве материала 9 маски может использоваться структурированная изолирующая пленка, аналогично материалу маски, используемому на этапе, описанном с использованием фиг. 5. Затем с помощью материала 9 маски в качестве маски формируют канавки 8 затвора. Следует отметить, что структура после формирования канавок 8 затвора не показана. Для формирования канавок 8 затвора предпочтительно используют сухое травление, такое как РИТ. Канавки 8 затвора образованы менее глубокими, чем области 3 истока. После формирования канавок 8 затвора материал 9 маски удаляют. Когда материал 9 маски представляет собой, например, пленку оксида кремния, материал 9 маски удаляют путем очистки плавиковой кислотой.

[0046] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 7 и 8, формируют изолирующую пленку 6 затвора и электроды 7 затвора. В частности, сначала на области 4 дрейфа и поверхностях канавок 8 затвора способом теплового окисления или способом осаждения формируют изолирующую пленку 6 затвора. Например, в случае теплового окисления, когда основа нагревается при температуре приблизительно 1100°C в кислородной атмосфере, на всем участке основы, который находится в контакте с кислородом, образуется пленка оксида кремния. После формирования изолирующей пленки 6 затвора может выполняться отжиг приблизительно при 1000°C в атмосфере азота, аргона, закиси азота (N₂O) или т.п. для уменьшения пограничного состояния поверхностей раздела между карманами 2 и изолирующей пленкой 6 затвора.

[0047] После этого на поверхности изолирующей пленки 6 затвора осаждают материал для электродов 7 затвора. В качестве материала для электродов 7 затвора может применяться поликристаллический кремний. Нижеприведенное описание предполагает, что поликристаллический кремний используется для формирования электродов 7 затвора. Для осаждения поликристаллического кремния может использоваться ХОПФ при низком давлении. Каждая канавка 8 затвора может быть полностью заделана поликристаллическим кремнием, когда толщина осаждаемого поликристаллического кремния превышает половину ширины канавки 8 затвора. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 мкм, толщина поликристаллического кремния превышает 1 мкм. После осаждения поликристаллического кремния, приблизительно при 950°C в атмосфере оксихлорида фосфора (POCl₃) выполняют отжиг, тем самым образуя поликристаллический кремний n-типа и обеспечивая проводимость электродам 7 затвора.

[0048] Затем поликристаллический кремний электродов 7 затвора травят путем изотропного травления или анизотропного травления. Величина травления задается таким образом, что поликристаллический кремний может оставаться в канавках 8 затвора. Например, когда ширина каждой канавки 8 затвора составляет 2 мкм и толщина осажденного поликристаллического кремния составляет 1,5 мкм, требуемая величина травления составляет 1,5 мкм. Следует отметить, что не будет проблемы, даже если поликристаллический кремний перетравится на несколько процентов относительно толщины поликристаллического кремния 1,5 мкм вследствие управления травлением. Фиг. 7 и 8 иллюстрируют структуру после травления поликристаллического кремния. Следует отметить, что для облегчения понимания фиг. 7 не показывает изолирующую пленку, образованную на поверхности области 4 дрейфа при формировании изолирующей пленки 6 затвора, но фактически изолирующая пленка также может быть образована на поверхности области 4 дрейфа, как проиллюстрировано на фиг. 8.

[0049] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 9 и 10, формируют межслойную изолирующую пленку 10 и формируют отверстия 11 контактов для электродов. Для облегчения понимания фиг. 10 не показывает межслойную изолирующую пленку 10 и показывает только позиции отверстий 11 контактов. Обычно в качестве межслойной изолирующей пленки 10 предпочтительна пленка оксида кремния, и применимый способ осаждения представляет собой тепловое ХОПФ или плазменное ХОПФ. После осаждения межслойной изолирующей пленки 10, на межслойную изолирующую пленку 10 наносят резист, который структурируют с использованием типичной фотолитографии (не показано). При использовании структурированного резиста в качестве маски межслойную изолирующую пленку 10 частично и избирательно удаляют влажным травлением с использованием плавиковой кислоты или сухим травлением, таким как реактивное ионное травление (РИТ), с образованием отверстий 11 контактов. После этого с использованием кислородной плазмы или серной кислоты удаляют резист.

[0050] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 11, формируют межсоединение 12 затвора, межсоединение 13 истока и межсоединение 14 стока. Для облегчения понимания фиг. 11 не показывает межслойные изолирующие пленки между областью 4 дрейфа, межсоединением 12 затвора, межсоединением 13 истока и межсоединением 14 стока. В качестве материала межсоединений может применяться металл, такой как титан (Ti), никель (Ni) или молибден (Mo). Нижеприведенное описание предполагает, что для формирования межсоединения 12 затвора, межсоединения 13 истока и межсоединения 14 стока используют Ti. Сначала с использованием химического осаждения металлоорганических соединений из паровой фазы (MOХОПФ) и т.п. осаждают Ti. Затем, с использованием резиста или т.п. в качестве маски, избирательно травят Ti. После этого между межсоединением 12 затвора и межсоединением 13 истока осаждают межслойную изолирующую пленку и формируют отверстия контактов. Для осаждения (нанесения) межслойной изолирующей пленки предпочтительно используют напыление или т.п., и отверстия контактов могут быть сформированы таким же образом, как на этапе, описанном с использованием фиг. 9 и 10. Далее осаждают металл для межсоединения 13 истока, и затем его травят таким же способом, который используют для формирования межсоединения 12 затвора. После этого между межсоединением 13 истока и межсоединением 14 стока осаждают межслойную изолирующую пленку, формируют отверстия контактов и осаждают металл для межсоединения 14 стока. Фиг. 11 показывает полупроводниковое устройство после формирования межсоединения 14 стока. Полупроводниковое устройство, проиллюстрированное на фиг. 3, готово после вышеописанных этапов.

[0051] Способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации первого варианта осуществления позволяет получать полупроводниковое устройство, проиллюстрированное на фиг. 3, с улучшенными характеристиками по выдерживаемому напряжению без увеличения размера.

[0052] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве по первой модификации первого варианта осуществления, защитные области 17, смежные в направлении, в котором протекают главные токи (в направлении по оси X), и область 4 дрейфа, размещенная между этими защитными областями 17, полностью обедняются при заданном напряжении стока или выше. В силу этого, могут еще более улучшаться характеристики по выдерживаемому напряжению.

[0053] (Вторая модификация)

Фиг. 12 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по второй модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения. Фиг. 13 является видом сверху, соответствующим фиг. 12. Полупроводниковое устройство по второй модификации первого варианта осуществления отличается от вышеуказанного первого варианта осуществления тем, что области 18 соединения находятся в контакте с электродами 15 истока. Конфигурации, операции и преимущественные эффекты, не описанные во второй модификации первого варианта осуществления, являются практически такими же, как в вышеописанном варианте осуществления и исключены, чтобы избежать повторения.

[0054] Во второй модификации первого варианта осуществления электроды 15 истока находятся в контакте с верхними поверхностями кармана 2 и области 3 истока и верхней поверхностью области 18 соединения. Электроды 15 истока, карман 2, область 3 истока и область 18 соединения имеют одинаковый потенциал друг с другом. Электроды 15 истока образованы на второй основной поверхности области 4 дрейфа. Электроды 15 истока могут быть сформированы без изменений в процессе, когда на этапе, проиллюстрированном на фиг. 9 и 10, также формируется отверстие 11 контакта в участке на области 18 соединения.

[0055] Обычно, поскольку SiC p-типа имеет относительно большое удельное сопротивление, затруднительно фиксировать потенциал. В полупроводниковом элементе по второй модификации первого варианта осуществления область 18 соединения находится в прямом контакте с электродом 15 истока, что упрощает фиксацию потенциала и обеспечивает возможность снижения вероятности неправильного функционирования.

[0056] Дополнительно, как проиллюстрировано на фиг. 14, во второй модификации первого варианта осуществления область 18 соединения может находиться в контакте с электродом 15 истока в позиции, более глубокой, чем глубина второй основной поверхности области 4 дрейфа. Такой электрод 15 истока может быть сформирован путем, на проиллюстрированном с использованием фиг. 9 и 10 этапе, формирования отверстия 11 контакта также на участке, соответствующем области 18 соединения, формирования канавки, менее глубокой, чем глубина области 18 соединения, путем травления, аналогичного используемому для канавки 8 затвора, и осаждения электродного материала в канавку.

[0057] Электрод 15 истока, образованный находящимся в контакте в позиции, более глубокой, чем верхняя поверхность области 18 соединения, находится в контакте не только на своей нижней поверхности, но также и на своих боковых поверхностях в канавке, образованной в области 18 соединения, и в силу этого площадь контакта с областью 18 соединения является большой. Таким образом, контактное сопротивление уменьшается, что еще более упрощает фиксацию потенциала и обеспечивает возможность снижения вероятности неправильного функционирования.

[0058] (Второй вариант осуществления)

Фиг. 15 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по второму варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 16 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 15. Полупроводниковое устройство по второму варианту осуществления отличается от вышеуказанного первого варианта осуществления тем, что область 18 соединения образована в контакте с нижней поверхностью изолирующей пленки 6 затвора. Конфигурации, операции и преимущественные эффекты, описанные во втором варианте осуществления ниже, являются практически такими же, как в вышеописанном варианте осуществления, и исключены, чтобы избежать повторения. Для облегчения понимания фиг. 15 и 16 не показывают межсоединения электродов.

[0059] Во втором варианте осуществления канавка 8 затвора является менее глубокой, чем область 4 дрейфа. Другими словами, нижняя поверхность канавки 8 затвора выше первой основной поверхности области 4 дрейфа. Дополнительно, как проиллюстрировано на фиг. 16, область 18 соединения образована в контакте с обращенной к подложке 1 нижней поверхностью изолирующей пленки 6 затвора. Область 18 соединения простирается в направлении, в котором простирается канавка 8 затвора (в направлении по оси X) от торцевой поверхности кармана 2, обращенной к области 5 стока, к позиции в контакте с нижним участком защитной области 17. Следует отметить, что ширина области 18 соединения совпадает, например, с шириной канавки 8 затвора. Другими словами, область 18 соединения образована в области 4 дрейфа на обращенных к подложке 1 нижних поверхностях канавок 8 затворов и защитных областей 17, за исключением кармана 2 и области 3 истока.

[0060] Далее приводится описание базового режима работы полупроводникового устройства по второму варианту осуществления настоящего изобретения.

[0061] Аналогично первому варианту осуществления, полупроводниковое устройство по второму варианту осуществления функционирует в качестве транзистора, когда потенциал электрода 7 затвора управляется на основе потенциала электрода 15 истока положительным потенциалом, прикладываемым к электроду 16 стока. Другими словами, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока равно или выше заданного порогового значения, в кармане 2, расположенном у боковой поверхности электрода 7 затвора, образуется инверсионный слой, который представляет собой канал, переводящий полупроводниковое устройство во включенное состояние, так что токи вытекают из электрода 16 стока в электрод 15 истока.

[0062] С другой стороны, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока равно или ниже заданного порогового значения, инверсионный слой в кармане 2 исчезает, переводя полупроводниковое устройство в отключенное состояние, так что токи между электродом 16 стока и электродом 15 истока запираются. В этом случае между стоком и истоком может прикладываться высокое напряжение от нескольких сотен вольт до нескольких тысяч вольт.

[0063] Как описано выше, в полупроводниковом устройстве по второму варианту осуществления, канал образован не под канавкой 8 затвора, где образована область 18 соединения, а в кармане 2, расположенном у боковой поверхности электрода 7 затвора. По этой причине область 18 соединения не влияет на ширину канала во время включенного состояния.

[0064] Поскольку полупроводниковое устройство по второму варианту осуществления включает защитную область 17, имеющую такой же потенциал, как область 3 истока, обедненный слой распространяется в защитную область 17 при приложении высокого напряжения к области 5 стока. В таком случае напряжение между электродом 7 затвора и областью 5 стока выдерживается за счет изолирующей пленки 6 затвора, обращенной к области 5 стока, обедненного слоя в защитной области 17 и обедненного слоя в области 4 дрейфа. Из них объединенная поверхность раздела между защитной областью 17 и областью 4 дрейфа подвергается действию самого сильного электрического поля. Таким образом, защитная область 17 может защищать изолирующую пленку 6 затвора от пробоя диэлектрика и улучшать характеристики по выдерживаемому напряжению.

[0065] Дополнительно, поскольку полупроводник по второму варианту осуществления включает область 18 соединения, которая находится в контакте с карманом 2 и защитной областью 17 и имеет такой же тип проводимости, как карман 2 и защитная область 17, область 3 истока и защитная область 17 могут электрически соединяться друг с другом. Таким образом, металлическое межсоединение и отверстие контакта для подсоединения защитной области 17 являются необязательными, и поверхность защитной области 17 не обязательно должна быть шире отверстия контакта. По этой причине элемент не увеличивается в размере, и число элементов, образуемых на единицу площади, не снижается.

[0066] Помимо этого, в полупроводниковом устройстве по второму варианту осуществления площадь поверхности защитной области 17 не должна обязательно увеличиваться, и в силу этого защитная область 17 не шире канавки 8 затвора. Если бы защитная область 17 была шире канавки 8 затвора, защитная область 17 затрудняла бы поток главных токов из области 5 стока в область 3 истока во включенном состоянии, возможно увеличивая сопротивление во включенном состоянии на единицу площади. В полупроводнике по второму варианту осуществления защитная область 17 может защищать изолирующую пленку 6 затвора без увеличения сопротивления во включенном состоянии на единицу площади.

[0067] Дополнительно, поскольку полупроводниковое устройство по второму варианту осуществления включает область 18 соединения, образованную в контакте с нижней поверхностью изолирующей пленки 6 затвора, поток главных токов не ограничивается. Помимо этого, поскольку в области 18 соединения во включенном состоянии образуется инверсионный слой, увеличивается ширина канала, и может уменьшаться сопротивление во включенном состоянии.

[0068] Помимо этого, поскольку область 18 соединения имеет более высокую концентрацию примесей, чем карман 2 в полупроводниковом устройстве по второму варианту осуществления, может уменьшаться сопротивление области 18 соединения, и может повышаться проводимость. В силу этого, в полупроводниковом устройстве по второму варианту осуществления нетрудно фиксировать потенциалы области 3 истока и защитной области 17, и может уменьшаться вероятность неправильного функционирования.

[0069] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве по второму варианту осуществления подложка 1 выполнена из диэлектрика или полудиэлектрика, и концевой участок кармана 2 находится в контакте с подложкой 1. Таким образом, может быть уменьшена напряженность электрического поля в концевом участке кармана 2, и могут еще более улучшаться характеристики по выдерживаемому напряжению.

[0070] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве по второму варианту осуществления подложка 1 и область 4 дрейфа образованы из одинакового материала. Таким образом, может уменьшаться вероятность деформации (искривления) вследствие механического напряжения, и может повышаться надежность элемента.

[0071] (Первая модификация)

Фиг. 17 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по первой модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения. Полупроводниковое устройство по первой модификации второго варианта осуществления отличается от вышеуказанного второго варианта осуществления тем, что множество полупроводниковых элементов и множество полупроводниковых элементов соединены параллельно. Конфигурации, операции и преимущественные эффекты, не описанные в первой модификации второго варианта осуществления, являются практически такими же, как в вышеуказанном втором варианте осуществления, и исключены, чтобы избежать повторения.

[0072] В первой модификации второго варианта осуществления множество карманов 2 размещены параллельно и в отдалении друг от друга в направлении (в направлении по оси X), параллельном второй основной поверхности области 4 дрейфа и ортогональном к направлению, в котором простираются карманы 2 (к направлению по оси Z). В соответствующих карманах 2 образовано множество областей 3 истока. Множество областей 5 стока образованы таким образом, что каждая область 5 стока может находиться между смежными карманами 2 с промежутками от карманов 2.

[0073] Канавки 8 затвора простираются в направлении (в направлении по оси X), которое параллельно второй основной поверхности области 4 дрейфа и в котором размещены карманы 2, причем канавки 8 затвора находятся в контакте с областью 4 дрейфа с обеих сторон в направлении (в направлении по оси X), в котором размещены карманы 2. Другими словами, канавки 8 затвора проникают через карман 2 и область 3 истока.

[0074] Защитные области 17 образованы в контакте с обеими торцевыми поверхностями каждой канавки 8 затвора, обращенными к соответствующим областям 5 стока. Области 18 соединения образованы в участках под канавками 8 затвора от обеих торцевых поверхностей каждого кармана 2 в направлении, в котором размещены карманы 2 (в направлении по оси X), до позиций в контакте с защитными областями 17, расположенными с обеих сторон.

[0075] Далее со ссылкой на фиг. 18-29 приводится описание примерного способа изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления. Для облегчения понимания фиг. 18-29 показывают ячейки единичных элементов, соединенные параллельно в области D на фиг. 17.

[0076] Сначала, как проиллюстрировано на фиг. 18, подготавливают подложку 1. Подложка 1 представляет собой изолирующую подложку, выполненную из нелегированного SiC, и имеет толщину приблизительно от нескольких десятков мкм до нескольких сотен мкм. На подложке 1 в качестве области 4 дрейфа формируют эпитаксиальный слой SiC n^--типа. Хотя существует несколько политипов SiC, здесь используется модификация 4H. Образованная область 4 дрейфа, например, имеет концентрацию примесей 1×10¹⁴ см^-3 - 1×10¹⁸ см^-3 и толщину от нескольких мкм до нескольких десятков мкм.

[0077] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 19, на области 4 дрейфа формируют карманы 2 p-типа, области 3 истока n⁺-типа и области 5 стока n⁺-типа. Порядок формирования является следующим. Предпочтительно сначала формируют карманы 2. После этого одновременно могут быть сформированы области 3 истока и области 5 стока. Карманы 2, области 3 истока и области 5 стока формируют с использованием ионной имплантации.

[0078] Для маскировки областей, не подлежащих ионной имплантации, на области 4 дрейфа с помощью следующих этапов может формироваться материал маски. В качестве материала маски может использоваться пленка оксида кремния (пленка SiO₂), и в качестве способа осаждения может использоваться тепловое ХОПФ или плазменное ХОПФ. Затем на материал маски наносят резист, который структурируют с использованием типичной фотолитографии. При использовании структурированного резиста в качестве маски, материал маски частично и избирательно удаляют травлением. В качестве способа травления может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты либо сухое травление, такое как реактивное ионное травление (РИТ). Затем резист удаляют с использованием кислородной плазмы, серной кислоты или т.п.

[0079] После этого с помощью материала маски в качестве маски в область 4 дрейфа ионно-имплантируются примеси p-типа и n-типа с образованием карманов 2 p-типа и области 3 истока n⁺-типа, и области 5 стока. В качестве примесей p-типа может использоваться, например, алюминий (Al) или бор (B). Дополнительно, в качестве примесей n-типа может использоваться, например, азот (N). На этом этапе, когда ионную имплантацию выполняют с базовой температурой, повышенной приблизительно до 300°C-600°C, могут уменьшаться дефекты кристалла, возникающие в имплантированной области. После ионной имплантации материал маски удаляют с использованием, например, влажного травления с помощью плавиковой кислоты.

[0080] Предпочтительные концентрации примесей областей 3 истока и областей 5 стока, образованных вышеописанным способом, составляют 1×10¹⁸ см^-3 - 1×10²¹ см^-3, и их глубины имплантации меньше глубины первой основной поверхности области 4 дрейфа. Дополнительно, концентрация примесей карманов 2 составляет предпочтительно 1×10¹⁵ см^-3 - 1×10¹⁹ см^-3. Глубина имплантации карманов 2 может быть большей, чем глубина первой основной поверхности области 4 дрейфа, так что концевые участки карманов 2 достигают внутренней части подложки 1. Например, энергия имплантации может составлять MKeV-уровень или выше, когда толщина области 4 дрейфа составляет 1 мкм или больше.

[0081] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 20, формируют материал 9 маски для формирования канавок 8 затвора в области 4 дрейфа. В качестве материала 9 маски может использоваться структурированная изолирующая пленка, аналогично материалу маски, используемому на этапе, описанном с использованием фиг. 19.

[0082] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 21 и 22, с помощью материала 9 маски в качестве маски формируют канавки 8 затвора. Для формирования канавок 8 затвора предпочтительно используют сухое травление, такое как РИТ. Здесь канавки 8 затвора образованы менее глубокими, чем области 3 истока, но могут формироваться более глубокими, чем области 3 истока.

[0083] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 23 и 24, по-прежнему с помощью материала 9 маски в качестве маски путем самовыравнивания формируют защитные области 17 p-типа и области 18 соединения. За счет ионной имплантации в направлении, перпендикулярном подложке 1, области 18 соединения могут быть легко сформированы в контакте с нижними поверхностями канавок 8 затворов без позиционного смещения. За счет ионной имплантации в направлении, параллельном секции, показанной на фиг. 24 (плоскость X-Y), и имеющем определенный угол относительно подложки 1, защитные области 17 могут быть легко сформированы без позиционного смещения только на обращенных к областям 5 стока торцевых поверхностях канавок 8 затворов. Угол относительно подложки 1 составляет предпочтительно 1°-45° с точки зрения глубины имплантации. Например, в качестве примесей p-типа может использоваться алюминий (Al) или бор (B). Концентрация примесей областей 18 соединения выше концентрации примесей карманов 2, и глубина имплантации предпочтительно составляет приблизительно несколько сотен нм. Когда ионную имплантацию выполняют с базовой температурой, повышенной до приблизительно 300°C-600°C, могут уменьшаться дефекты кристалла, возникающие в имплантированной области. После ионной имплантации материал 9 маски удаляют с помощью, например, очистки плавиковой кислотой, если материал 9 маски представляет собой пленку оксида кремния.

[0084] Затем ионно-имплантированные примеси отжигают для активирования. Температура отжига составляет, например, приблизительно 1700°C, и в качестве атмосферы предпочтительно можно использовать аргон (Ar) или азот (N₂). Путем этой активации образованы карманы 2, области 3 истока, области 5 стока, защитные области 17 и области 18 соединения.

[0085] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 25 и 26, формируют изолирующую пленку 6 затвора и электроды 7 затвора. В частности, сначала на области 4 дрейфа и поверхностях канавок 8 затворов с помощью способа теплового окисления или способа осаждения формируют изолирующую пленку 6 затвора. Например, в случае теплового окисления, когда основу нагревают при температуре приблизительно 1100°C в кислородной атмосфере, на всем участке основы, который находится в контакте с кислородом, формируется пленка оксида кремния. После формирования изолирующей пленки 6 затвора, в атмосфере азота, аргона, закиси азота (N₂O) или т.п. может выполняться отжиг приблизительно при 1000°C для уменьшения пограничного состояния поверхностей раздела между карманами 2 и изолирующей пленкой 6 затвора.

[0086] После этого на поверхность изолирующей пленки 6 затвора осаждают материал для электродов 7 затвора. В качестве материала для электродов 7 затвора может применяться поликристаллический кремний. Нижеприведенное описание предполагает, что для формирования электродов 7 затвора используют поликристаллический кремний. Для осаждения поликристаллического кремния может использоваться ХОПФ при низком давлении. Каждая канавка 8 затвора может быть полностью заделана поликристаллическим кремнием, когда толщина осаждаемого поликристаллического кремния превышает половину ширины канавки 8 затвора. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 мкм, толщина поликристаллического кремния превышает 1 мкм. После осаждения поликристаллического кремния, приблизительно при 950°C в атмосфере оксихлорида фосфора (POCl₃) выполняют отжиг, тем самым образуя поликристаллический кремний n-типа и обеспечивая проводимость для электродов 7 затвора.

[0087] Затем поликристаллический кремний электродов 7 затвора травят путем изотропного травления или анизотропного травления. Величина травления задается таким образом, что поликристаллический кремний может оставаться в канавках 8 затвора. Например, когда ширина каждой канавки 8 затвора составляет 2 мкм, и толщина осажденного поликристаллического кремния составляет 1,5 мкм, требуемая величина травления составляет 1,5 мкм. Следует отметить, что не проблема, даже если поликристаллический кремний перетравится на несколько процентов относительно толщины поликристаллического кремния 1,5 мкм вследствие управления травлением. Фиг. 25 и 26 иллюстрируют структуру после травления поликристаллического кремния. Следует отметить, что для облегчения понимания фиг. 25 не показывает изолирующую пленку, образованную на поверхности области 4 дрейфа при формировании изолирующей пленки 6 затвора, но фактически изолирующая пленка также может формироваться на поверхности области 4 дрейфа, как проиллюстрировано на фиг. 26.

[0088] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 27 и 28, формируют межслойную изолирующую пленку 10 и формируют отверстия 11 контактов для электродов. Для облегчения понимания фиг. 27 не показывает межслойную изолирующую пленку 10 и показывает только позиции отверстий 11 контактов. Обычно в качестве межслойной изолирующей пленки 10 предпочтительна пленка оксида кремния, и применяемый способ осаждения представляет собой тепловое ХОПФ или плазменное ХОПФ. После осаждения межслойной изолирующей пленки 10, на межслойную изолирующую пленку 10 наносят резист, который структурируют с использованием обычной фотолитографии (не показана). При использовании структурированного резиста в качестве маски межслойную изолирующую пленку 10 частично и избирательно удаляют с помощью влажного травления с использованием плавиковой кислоты или сухого травления, такого как реактивное ионное травление (РИТ), с образованием отверстий 11 контактов. После этого резист удаляют с использованием кислородной плазмы или серной кислоты.

[0089] Затем, как проиллюстрировано на фиг. 29, формируют межсоединение 12 затвора, межсоединение 13 истока и межсоединение 14 стока. Для облегчения понимания фиг. 29 не показывает межслойные изолирующие пленки между областью 4 дрейфа, межсоединением 12 затвора, межсоединением 13 истока и межсоединением 14 стока. В качестве материала межсоединений может применяться металл, такой как титан (Ti), никель (Ni) или молибден (Mo). Нижеприведенное описание предполагает, что для формирования межсоединения 12 затвора, межсоединения 13 истока и межсоединения 14 стока используется Ti. Сначала с использованием химического осаждения металлоорганических соединений из паровой фазы (MOХОПФ) или т.п. осаждают Ti. Затем, с использованием резиста или т.п. в качестве маски, Ti избирательно травят. После этого между межсоединением 12 затвора и межсоединением 13 истока осаждают межслойную изолирующую пленку и формируют отверстия контактов. Для осаждения (нанесения) межслойной изолирующей пленки предпочтительно используют напыление или т.п., и отверстия контактов могут быть сформированы таким же образом, как на этапе, описанном с использованием фиг. 27 и 28. Затем осаждают металл для межсоединения 13 истока, который после этого травят таким же способом, который использован для формирования межсоединения 12 затвора. После этого между межсоединением 13 истока и межсоединением 14 стока осаждают межслойную изолирующую пленку, формируют отверстия контактов и осаждают металл для межсоединения 14 стока. Фиг. 29 показывает полупроводниковое устройство после формирования межсоединения 14 стока. Полупроводниковое устройство, проиллюстрированное на фиг. 17, готово после вышеописанных этапов.

[0090] Способ изготовления полупроводникового устройства по первой модификации второго варианта осуществления позволяет получать полупроводниковое устройство, проиллюстрированное на фиг. 17, с улучшенными характеристиками по выдерживаемому напряжению без увеличения размера.

[0091] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве по первой модификации второго варианта осуществления защитные области 17, смежные в направлении, в котором протекают главные токи (в направлении по оси X), и область 4 дрейфа, размещенная между этими защитными областями 17, полностью обедняются при заданном напряжении стока или выше. В силу этого могут еще более улучшаться характеристики по выдерживаемому напряжению.

[0092] (Вторая модификация)

Фиг. 30 является видом в перспективе, иллюстрирующим полупроводниковое устройство по второй модификации второго варианта осуществления настоящего изобретения. Фиг. 31 является видом в сечении, если смотреть в направлении A-A на фиг. 30. Полупроводниковое устройство по второй модификации второго варианта осуществления отличается от вышеуказанного второго варианта осуществления тем, что по меньшей мере часть защитных областей 17 и областей 18 соединения сформированы в пределах подложки 1. Конфигурации, операции и преимущественные эффекты, не описанные во второй модификации второго варианта осуществления, являются практически такими же, как в вышеописанном варианте осуществления и исключены, чтобы избежать повторения.

[0093] Во второй модификации второго варианта осуществления нижняя поверхность каждой канавки 8 затвора расположена на первой основной поверхности подложки 1 или внутри подложки 1. Помимо этого, глубины кармана 2 и области 5 стока превышают толщину области 4 дрейфа. В частности, в направлении (в направлении по оси Y), перпендикулярном второй основной поверхности области 4 дрейфа, торцевые поверхности кармана 2 и области 5 стока простираются в подложку 1. Аналогично, глубина области 3 истока может превышать толщину области 4 дрейфа. Область 18 соединения образована в пределах подложки 1 на обращенных к подложке 1 нижних поверхностях канавки 8 затвора и защитной области 17, за исключением кармана 2 и области 3 истока. В силу этого внутри подложки 1 область 18 соединения электрически соединена с карманом 2 и защитной областью 17.

[0094] Для изготовления полупроводникового устройства по второй модификации второго варианта осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 32 и 33, с помощью материала 9 маски в качестве маски формируют канавки 8 затворов таким образом, что их нижние поверхности достигают первой основной поверхности подложки 1 или внутренней части подложки 1. Для формирования канавок 8 затворов предпочтительно используют сухое травление, такое как РИТ. После этого, как описано с использованием фиг. 23 и 24, по-прежнему с помощью материала 9 маски в качестве маски путем самовыравнивания могут быть сформированы защитные области 17 p-типа и области 18 соединения. Путем ионной имплантации в направлении, перпендикулярном подложке 1, области 18 соединения могут легко формироваться внутри подложки 1 в контакте с нижними поверхностями канавок 8 затворов без позиционного смещения. Путем ионной имплантации в направлении, параллельном секции, показанной на фиг. 33, и имеющем определенный угол относительно подложки 1, могут быть легко сформированы защитные области 17 без позиционного смещения, причем их часть достигает внутренней части подложки 1. Следует отметить, что конфигурация, проиллюстрированная на фиг. 32 и 33, соответствует конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 21 и 22, и этап, описанный с использованием фиг. 32 и 33, соответствует этапу, описанному с использованием фиг. 21 и 22.

[0095] Согласно полупроводниковому устройству по второй модификации второго варианта осуществления по меньшей мере часть области 18 соединения образована внутри подложки 1, выполненной из диэлектрика или полудиэлектрика. В силу этого уменьшается емкость перехода между областью 18 соединения и областью 4 дрейфа, и за счет этого повышается чувствительность полупроводникового устройства, делая возможной работу на высокой скорости.

[0096] Дополнительно, в полупроводниковом устройстве по второй модификации второго варианта осуществления по меньшей мере часть защитной области 17 образована внутри подложки 1. В силу этого может быть уменьшена напряженность электрического поля в торцевом участке защитной области 17, и могут еще более улучшаться характеристики по выдерживаемому напряжению.

[0097] Кроме того, в полупроводниковом устройстве по второй модификации второго варианта осуществления подложка 1 и область 4 дрейфа выполнены из одинакового материала. Таким образом, даже если карманы 2 или защитные области 17 образованы более глубокими, чем толщина области 4 дрейфа, они могут легко формироваться с одним типом примесей p-типа.

[0098] (Другие варианты осуществления)

Как описано выше, настоящее изобретение описывается с использованием вышеуказанных вариантов осуществления, но не следует понимать, что описание и чертежи, которые составляют часть этого раскрытия, ограничивают настоящее изобретение. Из этого раскрытия специалистами в данной области техники будут легко найдены различные альтернативные варианты осуществления, примеры и рабочие технологии.

[0099] Например, хотя первый и второй варианты осуществления описывают случай изготовления полупроводникового устройства на подложке 1, выполненной из SiC, материал подложки 1 не ограничен SiC. Например, в качестве материала подложки 1 может использоваться полупроводник с широкой запрещенной зоной. Примеры полупроводника с широкой запрещенной зоной включают нитрид галлия (GaN), алмаз, оксид цинка (ZnO) и нитрид галлия-алюминия (AlGaN).

[0100] Помимо этого, хотя первый и второй варианты осуществления описывают случай использования поликристаллического кремния n-типа для электродов 7 затвора, может использоваться поликристаллический кремний p-типа. Дополнительно, электроды 7 затвора могут представлять собой другой полупроводниковый материал или другой проводящий материал, такой как металл. Например, в качестве материала для электрода 7 затвора могут использоваться карбид поликристаллического кремния p-типа, кремний-германий (SiGe), алюминий (Al) или т.п. Аналогично, в качестве материалов для электрода 15 истока и электрода 16 стока может использоваться металл либо могут использоваться сплавы полупроводника и металла или других проводников.

[0101] Помимо этого, хотя первый и второй варианты осуществления описывают случай использования пленки оксида кремния в качестве изолирующей пленки 6 затвора, может использоваться пленка нитрида кремния либо может использоваться слоистая структура из пленки оксида кремния и пленки нитрида кремния. Если изолирующая пленка 6 затвора представляет собой пленку нитрида кремния, и выполняется изотропное травление, травление может выполняться, например, с очисткой с помощью плавиковой кислоты, нагретой до 160°C.

[0102] Помимо этого, хотя первый и второй варианты осуществления описывают случай формирования области 4 дрейфа эпитаксиальным выращиванием, область 4 дрейфа может быть сформирована путем имплантации примесей n-типа в изолирующую подложку, выполненную из SiC или т.п.

[0103] Помимо этого, в первом и втором вариантах осуществления подложка 1 может быть сформирована из полупроводника n-типа, имеющего более низкую концентрацию примесей, чем область 4 дрейфа. В силу этого, когда полупроводниковое устройство находится во включенном состоянии, поток токов внутри подложки 1 и путь для токов расширяется, увеличивая токи. Если подложка 1 представляет собой полупроводник p-типа, обедненный слой расширяется в области 4 дрейфа, сужая путь тока, снижая токи. Другими словами, когда подложка 1 имеет такой же тип проводимости, как область 4 дрейфа, токи увеличиваются, а потери снижаются.

[0104] Помимо этого, хотя первый и второй варианты осуществления описывают случай, когда примером полупроводникового устройства является MOSFET, само собой разумеется, что полупроводниковые устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения применимы к биполярному транзистору с изолированным затвором (БТИЗ) или тиристору.

[0105] Помимо этого, такие термины, как "параллельный", "перпендикулярный" и "ортогональный" в первом и втором вариантах осуществления не основаны на полной топологии и обеспечивают возможность неполной топологии по причинам фотолитографии или других процессов.

[0106] Дополнительно, настоящее изобретение естественно включает различные варианты осуществления, которые не описаны здесь, такие как конфигурации, в которых вышеуказанные конфигурации применяются друг к другу. Соответственно технический объем настоящего изобретения должен определяться только посредством предметов, характеризующих изобретение в объеме формулы изобретения, считающейся надлежащей, исходя из описания.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0107] 1 - подложка

2 - карман

3 - область истока

4 - область дрейфа

5 - область стока

6 - изолирующая пленка затвора

7 - электрод затвора

8 - канавка затвора

15 - электрод истока

16 - электрод стока

17 - защитная область

18 - область соединения

Полупроводниковое устройство включает: подложку, область дрейфа первого типа проводимости, образованную на основной поверхности подложки, карман второго типа проводимости, образованный в основной поверхности области дрейфа, область истока первого типа проводимости, образованную в кармане, канавку затвора, образованную от основной поверхности области дрейфа в перпендикулярном направлении, находящуюся в контакте с областью истока, карманом и областью дрейфа, область стока первого типа проводимости, образованную в основной поверхности области дрейфа, электрод затвора, образованный на поверхности канавки затвора с размещенной между ними изолирующей пленкой затвора, защитную область второго типа проводимости, образованную на обращенной к области стока поверхности изолирующей пленки затвора, и область соединения второго типа проводимости, образованную в контакте с карманом и защитной областью. Изобретение направлено на предоставление полупроводникового устройства, способного улучшать характеристики по выдерживаемому напряжению без увеличения размера. 9 з.п. ф-лы, 33 ил.

1. Полупроводниковое устройство, содержащее:

подложку;

область дрейфа первого типа проводимости, образованную на первой основной поверхности подложки и имеющую более высокую концентрацию примесей, чем подложка;

карман второго типа проводимости, простирающийся в области дрейфа от второй основной поверхности области дрейфа в направлении, перпендикулярном второй основной поверхности, противоположной первой основной поверхности области дрейфа в контакте с подложкой;

область истока первого типа проводимости, простирающуюся в кармане от второй основной поверхности в перпендикулярном направлении;

канавку затвора, образованную от второй основной поверхности в перпендикулярном направлении и простирающуюся в контакте с областью истока, карманом в направлении, параллельном второй основной поверхности, и областью дрейфа;

область стока первого типа проводимости, образованную в отдалении от кармана в области дрейфа и простирающуюся от второй основной поверхности в перпендикулярном направлении;

изолирующую пленку затвора, образованную на поверхности канавки затвора;

электрод затвора, образованный на поверхности изолирующей пленки затвора;

электрод истока, электрически соединенный с областью истока и карманом;

электрод стока, электрически соединенный с областью стока;

защитную область второго типа проводимости, образованную в области дрейфа на обращенной к области стока поверхности изолирующей пленки затвора; и

область соединения второго типа проводимости, образованную в области дрейфа, находящуюся в контакте с карманом и защитной областью, при этом

карман и защитная область электрически соединены друг с другом областью соединения.

2. Полупроводниковое устройство по п. 1, в котором

область соединения образована в контакте с обращенной к подложке нижней поверхностью изолирующей пленки затвора.

3. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, в котором

по меньшей мере часть области соединения образована внутри подложки.

4. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, в котором

по меньшей мере часть защитной области образована внутри подложки.

5. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, в котором

область соединения имеет большую концентрацию примесей, чем карман.

6. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, в котором

область соединения находится в контакте с электродом истока.

7. Полупроводниковое устройство по п. 6, в котором

область соединения находится в контакте с электродом истока в более глубокой позиции, чем вторая основная поверхность.

8. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, содержащее множество защитных областей, при этом

смежные защитные области и область дрейфа, размещенная между смежными защитными областями, полностью обедняются при заданном напряжении.

9. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, в котором

подложка выполнена из диэлектрика или полудиэлектрика.

10. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, в котором

область дрейфа и подложка образованы из одинакового материала.