ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК H01L29/78 H01L21/336 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к полупроводниковому устройству и к способу изготовления такого полупроводникового устройства.

Уровень техники

[0002] Например, известны традиционные полупроводниковые устройства, раскрытые в патентных документах 1-3. В полупроводниковом устройстве, раскрытом в патентном документе 1, дрейфовая область формируется на подложке, и область кармана для формирования канала дополнительно формируется в дрейфовой области. Кроме того, область истока и область стока формируются в направлении, перпендикулярном поверхности дрейфовой области.

[0003] Канавкообразный электрод затвора формируется в направлении, перпендикулярном поверхности дрейфовой области, во внутреннюю часть дрейфовой области. Согласно такой структуре, полупроводниковое устройство имеет поперечную структуру, горизонтальную по отношению к подложке. Основной ток, управляемый посредством напряжения, прикладываемого посредством электрода затвора, протекает в направлении, параллельном поверхности полупроводника, и распределяется из поверхности полупроводника в направлении, перпендикулярном его поверхности.

Соответственно, ширина канала может определяться в соответствии с глубиной дрейфовой области, и в силу этого ширина канала может увеличиваться, даже когда полупроводниковая поверхность имеет фиксированную площадь поверхности. Таким образом, основной электрический ток не ограничивается посредством площади поверхности полупроводника.

Список библиографических ссылок

Патентные документы

[0004] Патентный документ 1. Международная публикация №2015/008550

Патентный документ 2. Не прошедшая экспертизу патентная публикация (Япония) номер 2006-303543

Патентный документ 3. Международная публикация № 1998/059374

Сущность изобретения

[0005] Тем не менее в традиционном примере, раскрытом в патентном документе 1, ширина канала задается в зависимости от глубины дрейфовой области. Таким образом, при увеличении ширины канала, чтобы уменьшать сопротивление канала, необходимо увеличивать глубину дрейфовой области. Увеличение глубины целой дрейфовой области приводит к увеличению затрат на изготовление.

[0006] Настоящее изобретение осуществлено в свете вышеуказанной проблемы, и цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять полупроводниковое устройство и способ изготовления такого полупроводникового устройства, допускающие уменьшение сопротивления канала без увеличения глубины всей дрейфовой области.

[0007] Один аспект настоящего изобретения включает в себя: первую дрейфовую область с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки; и вторую дрейфовую область с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки таким образом, что она контактирует с первой дрейфовой областью, причем вторая дрейфовая область формируется таким образом, что она доходит до более глубокой позиции подложки, чем позиция первой дрейфовой области. Один аспект настоящего изобретения дополнительно включает в себя: область кармана со вторым типом проводимости в контакте со второй дрейфовой областью; область истока с первым типом проводимости, сформированную таким образом, что она проходит в направлении, перпендикулярном поверхности области кармана; и область стока с первым типом проводимости, сформированную таким образом, что она продолжается от поверхности первой дрейфовой области в направлении, перпендикулярном поверхности первой дрейфовой области. Один аспект настоящего изобретения дополнительно включает в себя: изолирующую пленку затвора; и электрод затвора, сформированный в контакте с изолирующей пленкой затвора, причем электрод затвора дополнительно находится в контакте со второй дрейфовой областью, областью кармана и областью истока через изолирующую пленку затвора. Один аспект настоящего изобретения дополнительно включает в себя: электрод истока, соединенный с областью истока и областью кармана; и электрод стока, соединенный с областью стока.

Преимущества изобретения

[0008] Согласно одному аспекту настоящего изобретения, вторая дрейфовая область формируется таким образом, что она доходит до более глубокой позиции подложки, чем позиция первой дрейфовой области. Соответственно, проток электронов после прохождения через канал может расширяться, и в силу этого сопротивление может уменьшаться.

Краткое описание чертежей

[0009] Фиг. 1A является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 1B является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда первая дрейфовая область формируется на подложке, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 1C является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда вторая дрейфовая область, область кармана, область истока и область стока формируются на ней, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 1D является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда изолирующая пленка затвора и электрод затвора формируются на ней, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 1E является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда межслойная изолирующая пленка и контактные окна формируются на ней, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 1F является пояснительной схемой, показывающей распределение плотности тока, когда полупроводниковое устройство активируется, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 1G является пояснительной схемой, показывающей распределение плотности тока, когда полупроводниковое устройство активируется, когда не предоставляется вторая дрейфовая область.

Фиг. 1H является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда материал для маски осаждается на подложке, согласно модифицированному примеру первого варианта осуществления.

Фиг. 1I является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда дрейфовая область формируется на подложке, согласно модифицированному примеру первого варианта осуществления.

Фиг. 2A является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2B является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда область кармана, область истока и область стока формируются на подложке, согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 2C является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда материал для маски осаждается на подложке, согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 2D является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда канавка затвора формируется в подложке, согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 2E является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда первая дрейфовая область и вторая дрейфовая область формируются на подложке, согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 2F является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда изолирующая пленка затвора и электрод затвора формируются в канавке затвора, согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 2G является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда межслойная изолирующая пленка формируется на подложке, согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 2H является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда электрод истока и электрод стока формируются на подложке, согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 2I является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно второму модифицированному примеру второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3A является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3B является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда область кармана, область истока и область истока формируются на подложке, согласно третьему варианту осуществления.

Фиг. 3C является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда канавка затвора формируется в подложке, и первая дрейфовая область и вторая дрейфовая область дополнительно формируются на подложке, согласно третьему варианту осуществления.

Фиг. 3D является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда агатовая изолирующая пленка и электрод затвора формируются в канавке затвора, и электрод стока дополнительно формируется на подложке, согласно третьему варианту осуществления.

Фиг. 4A является схемой в перспективе, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4B является схемой в поперечном сечении вдоль линии X-X' полупроводникового устройства, показанного на фиг. 4A.

Фиг. 4C является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда канавка затвора формируется в подложке, согласно четвертому варианту осуществления.

Фиг. 4D является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда первая дрейфовая область и вторая дрейфовая область формируются на подложке, согласно четвертому варианту осуществления.

Фиг. 4E является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда область кармана, область истока и область стока формируются на подложке, согласно четвертому варианту осуществления.

Фиг. 4F является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда изолирующая пленка затвора и электрод затвора формируются в канавке затвора, согласно четвертому варианту осуществления.

Фиг. 4G является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно второму модифицированному примеру четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4H является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно четвертому модифицированному примеру четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4I является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно пятому модифицированному примеру четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4J является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно шестому модифицированному примеру четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4K является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно седьмому модифицированному примеру четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4L является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно восьмому модифицированному примеру четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4M является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно девятому модифицированному примеру четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5A является схемой в перспективе, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5B является схемой в поперечном сечении вдоль линии X-X' полупроводникового устройства, показанного на фиг. 5A.

Фиг. 5C является схемой в поперечном сечении, показывающей, когда ионы имплантируются в подложку, согласно пятому варианту осуществления.

Фиг. 5D является видом сверху, показывающим, когда множество полупроводниковых устройств, соответственно, включающих в себя столбиковая область, предоставляются рядом, согласно пятому варианту осуществления.

Подробное описание вариантов осуществления

[0010] В дальнейшем поясняются варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Идентичные или аналогичные элементы в нижеприведенном пояснении чертежей указываются посредством идентичных или аналогичных ссылок с номерами. В вариантах осуществления настоящего изобретения, "первый тип проводимости" и "второй тип проводимости" представляют сбой собой противоположные типы проводимости относительно друг друга. А именно когда первый тип проводимости представляет собой n-тип, второй тип проводимости представляет собой p-тип, и когда первый тип проводимости представляет собой p-тип, второй тип проводимости представляет собой n-тип. Настоящее изобретение проиллюстрировано с примером, в котором первый тип проводимости представляет собой n-тип, и второй тип проводимости представляет собой p-тип; тем не менее, первый тип проводимости может представлять собой p-тип, и второй тип проводимости может представлять собой n-тип вместо этого. Когда n-тип и p-тип переключаются между собой, полярность прикладываемого напряжения также изменяется на противоположное.

[0011] Кроме того, схемы в поперечном сечении полупроводникового устройства, показанного в настоящем варианте осуществления, описывают с чрезмерными размерами расстояние в направлении глубины (в направлении вверх и вниз на чертежах), чтобы способствовать пониманию. Другими словами, масштаб в направлении справа налево и масштаб направления вверх и вниз на схемах не являются идентичными друг с другом. Кроме того, иллюстрации электродных межсоединений опускаются.

[0012] Пояснение первого варианта осуществления

Фиг. 1A является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Настоящий вариант осуществления поясняет полевой транзистор со структурой "металл-оксид-полупроводник" (MOSFET) в качестве примера полупроводникового устройства.

[0013] Как показано на фиг. 1A, полупроводниковое устройство 101 согласно первому варианту осуществления включает в себя: подложку 1; и первую дрейфовую область 4 n-типа, вторую дрейфовую область 41 n-типа и область 2 кармана p-типа, которые формируются на первой основной поверхности подложки 1. Полупроводниковое устройство 101 включает в себя область 3 истока n+-типа, сформированную таким образом, что она продолжается от поверхности области 2 кармана в направлении, перпендикулярном к ней, до внутренней части области 2 кармана. Полупроводниковое устройство 101 включает в себя область 5 стока n+-типа, сформированную таким образом, что она продолжается от поверхности первой дрейфовой области 4 до внутренней части первой дрейфовой области 4, и таким образом, что она отделена от области 2 кармана. Полупроводниковое устройство 101 дополнительно включает в себя электрод 7 затвора в контакте с областью 3 истока, областью 2 кармана и второй дрейфовой областью 41 через изолирующую пленку 6 затвора. Изолирующая пленка 6 затвора формируется в контакте со второй дрейфовой областью 41, областью 2 кармана и областью 3 истока. Межслойная изолирующая пленка 10 формируется на поверхности изолирующей пленки 6 затвора.

[0014] Контактные окна 11a, 11b формируются в межслойной изолирующей пленке 10. Электрод 15 истока формируется в контакте с областью 3 истока и областью 2 кармана через контактное окно 11a. Электрод 16 стока формируется в контакте с областью 5 стока через контактное окно 11b.

[0015] Подложка 1 имеет толщину от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров. В качестве подложки 1, например, может использоваться полуизолирующая подложка или изолирующая подложка. Изолирующая подложка, показанная в данном документе, соответствует подложке, удельное сопротивление которой составляет несколько кОм/см или больше. В качестве материала подложки 1, может использоваться карбид кремния (SiC), имеющий высокую изоляционную производительность. Настоящий вариант осуществления поясняет пример с использованием подложки 1, сформированной из карбида кремния. Карбид кремния имеет несколько политипов (полиморфизм). Настоящий вариант осуществления проиллюстрирован с примером использования карбида кремния общего 4H-политипа.

[0016] Первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 имеют толщину от нескольких до нескольких десятков микрометров, и вторая дрейфовая область 41 доходит глубже (ниже на чертеже) первой дрейфовой области. Концентрация примеси первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41 выше концентрации примеси подложки 1 и составляет, например, в пределах диапазона от 1*10¹⁴ до 1*10¹⁸/см³. Материал первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41 может использоваться в качестве идентичного материала с подложкой 1.

[0017] Область 2 кармана формируется таким образом, что она продолжается от поверхности (верхней боковой поверхности на чертеже) подложки 1 в направлении, перпендикулярном поверхности второй дрейфовой области 41. Область 2 кармана формируется таким образом, что она является более глубокой, чем вторая дрейфовая область 41. Концентрация примеси области 2 кармана составляет, например, в пределах диапазона от 1*10¹⁵ до 1*10¹⁹/см³.

[0018] Область 3 истока формируется таким образом, что она продолжается от поверхности области 2 кармана в направлении, перпендикулярном поверхности области 2 кармана, до области 2 кармана. Область 3 истока имеет тип проводимости, идентичный типу проводимости второй дрейфовой области 41. Концентрация примеси области 3 истока выше концентрации примеси второй дрейфовой области 41 и составляет, например, в пределах диапазона от 1*10¹⁸ до 1*10²¹/см³.

[0019] Электрод 15 истока формируется в контакте с поверхностью области 3 истока и поверхностью области 2 кармана. Область 3 истока и область 2 кармана и электрод 15 истока электрически соединяются друг с другом, и область 3 истока имеет электрический потенциал, идентичный электрическому потенциалу области 2 кармана. В качестве материала электрода 15 истока, например, могут использоваться никель (Ni), титан (Ti) или молибден (Mo).

[0020] Область 5 стока формируется таким образом, что она проходит во внутреннюю часть первой дрейфовой области 4 из поверхности первой дрейфовой области 4 в направлении, перпендикулярном поверхности первой дрейфовой области 4. Область 5 стока имеет тип проводимости, идентичный типу проводимости первой дрейфовой области 4. Концентрация примеси области 5 стока имеет степень, идентичную степени области 3 истока, и составляет, например, в пределах диапазона от 1*10¹⁸ до 1*10²¹/см³.

[0021] Электрод 16 стока электрически соединяется с областью 5 стока. В качестве материала электрода 16 стока, могут использоваться никель (Ni), титан (Ti) или молибден (Mo), аналогично вышеуказанному случаю электрода 15 истока.

[0022] В качестве материала изолирующей пленки 6 затвора, например, может использоваться оксид кремния (пленка на основе SiO2). В качестве материала электрода 7 затвора, например, может использоваться поликристаллический кремний n-типа.

[0023] Способ изготовления первого варианта осуществления

Далее поясняется способ изготовления полупроводникового устройства 101 согласно первому варианту осуществления. Во-первых, примеси n-типа ионно-имплантируются в первой основной поверхности изолированной полупроводниковой подложки на основе нелегированного карбида кремния (подложки 1), чтобы формировать первую дрейфовую область 4. Следовательно, как показано на фиг. 1B, первая дрейфовая область 4, сформированная из карбида кремния n--типа, формируется на верхней поверхности подложки 1. Азот может использоваться в качестве примеси n-типа. Его концентрация имплантации составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁴ до 1*10¹⁸/см³. Толщина первой дрейфовой области 4 может регулироваться в соответствии с энергией ионной имплантации. В настоящем варианте осуществления, ее толщина равна или меньше нескольких микрометров.

[0024] Затем, вторая дрейфовая область 41, область 2 кармана, область 3 истока и область 5 стока формируются в первой дрейфовой области 4, показанной на фиг. 1B, посредством способа ионной имплантации. Хотя порядок для того, чтобы формировать их, не ограничен конкретным образом, предпочтительно формировать вторую дрейфовую область 41 и область 2 кармана заранее. Область 3 истока и область 5 стока могут формироваться одновременно.

[0025] Чтобы формировать рисунок на ионно-имплантированной области при формировании вышеуказанной второй дрейфовой области 41, области 2 кармана, области 3 истока и области 5 стока, выполняется обработка, показанная в дальнейшем.

[0026] Материал для маски (не проиллюстрирован) осаждается на поверхности первой дрейфовой области 4. Кремниевая окисная пленка может использоваться в качестве материала для маски, и в качестве способа осаждения, могут использоваться тепловой CVD-способ и плазменный CVD-способ.

[0027] После этого резист формирует рисунок на поверхности материала для маски. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Материал для маски травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты или сухое травление, такое как реактивное ионное травление.

[0028] Затем, резист удаляется посредством кислородной плазмы, серной кислоты и т.п. Примеси p-типа и примеси n-типа ионно-имплантируются посредством материала для маски в качестве маски, чтобы формировать вторую дрейфовую область 41 n-типа, область 2 кармана p-типа и область 3 истока n+-типа. В качестве примеси p-типа, могут использоваться алюминий или бор. Азот может использоваться в качестве примеси n-типа. В это время, такие ионы имплантируются в состоянии, в котором подложка нагревается приблизительно до 600°C, за счет чего может подавляться возникновение кристаллического дефекта в имплантированной области.

[0029] Материал для маски удаляется посредством травления с использованием фторированной кислоты, например, после ионной имплантации. Далее, примеси, ионно-имплантированные таким способом, активируются посредством выполнения их термической обработки. Термическая обработка предпочтительно должна выполняться приблизительно при 1700°C и предпочтительно в атмосфере аргона или азота.

[0030] Кроме того, концентрация примеси области 3 истока и области 5 стока, сформированных в вышеуказанной процедуре, предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁸/см³ до 1*10²¹/см³. Кроме того, концентрация примеси области 2 кармана предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁵/см³ до 1*10¹⁹/см³, и глубина имплантации области 2 кармана превышает глубину имплантации первой дрейфовой области 4.

[0031] Концентрация примеси второй дрейфовой области 41 предпочтительно является идентичной с концентрацией примеси первой дрейфовой области 4, и вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4. Энергия имплантации при формировании второй дрейфовой области 41 предпочтительно равна или выше уровня МэВ, например, если толщина первой дрейфовой области 4 равна или выше 1 микрометра. Фиг. 1C показывает структуру в поперечном сечении после формирования второй дрейфовой области 41, области 2 кармана, области 3 истока и области 5 стока.

[0032] Затем, изолирующая пленка 6 затвора формируется на первой основной поверхности подложки 1. В качестве способа формирования изолирующей пленки 6 затвора, может использоваться способ теплового окисления или способ осаждения.

[0033] В качестве примера способа теплового окисления, подложка 1 располагается в кислородной атмосфере и нагревается приблизительно до 1100°C. Пленка на основе оксида кремния может формироваться во всех участках, в которых подложка 1 контактирует с кислородом. Таким образом, сформированная изолирующая пленка 6 затвора может подвергаться отжигу приблизительно при 1000°C при атмосфере азота, аргона или N₂O, чтобы снижать межфазовый уровень на поверхности раздела между областью 2 кармана и изолирующей пленкой 6 затвора.

[0034] Кроме того, также можно, в качестве другого примера способа теплового окисления, термически окислять непосредственно при атмосфере монооксида азота (NO) или монооксида диазота (N₂O). Температура в этом случае предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1100°C до 1400°C. Толщина изолирующей пленки 6 затвора, которая должна формироваться, предпочтительно составляет несколько десятков нанометров.

[0035] Затем, электрод 7 затвора формируется на поверхности изолирующей пленки 6 затвора. Материал, из которого формируется электрод 7 затвора, обычно представляет собой поликристаллический кремний, и в дальнейшем поясняется пример осаждения поликристаллического кремния в настоящем варианте осуществления. CVD-способ на основе низкого давления может использоваться в качестве способа осаждения поликристаллического кремния. Толщина не ограничена конкретным образом при осаждении поликристаллического кремния, но предпочтительно составляет приблизительно 1 микрометр. Осажденный поликристаллический кремний затем подвергается отжигу в хлориде фосфорила (POCl₃) приблизительно при 950°C таким образом, чтобы формировать поликристаллический кремний n-типа и предоставлять электрод 7 затвора с электропроводностью.

[0036] Затем, поликристаллический кремний электрода 7 затвора подвергается травлению. Изотропное травление или анизотропное избирательное травление может использоваться в качестве способа травления. Резист может использоваться в качестве маски для травления. Следовательно, как показано на фиг. 1D, формируется электрод 7 затвора в контакте с областью 2 кармана, областью 3 истока и второй дрейфовой областью 41 через изолирующую пленку 6 затвора.

[0037] Затем, межслойная изолирующая пленка 10 формируется на поверхности электрода 7 затвора и поверхности изолирующей пленки 6 затвора. Кроме того, формируются контактные окна 11a, 11b, используемые для электродов. Фиг. 1E является схемой в поперечном сечении после формирования межслойной изолирующей пленки 10 и контактных окон 11a, 11b.

[0038] В качестве межслойной изолирующей пленки 10, в общем, предпочтительно использовать пленку на основе оксида кремния, и тепловой CVD-способ или плазменный CVD-способ может использоваться в качестве способа ее формирования. Толщина межслойной изолирующей пленки 10 предпочтительно равна или выше 1 микрометра.

[0039] Затем, резист (не проиллюстрирован) формирует рисунок на межслойной изолирующей пленке 10. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Резист с рисунком используется в качестве маски таким образом, чтобы подвергать межслойную изолирующую пленку 10 травлению. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление. Контактные окна 11a, 11b формируются в межслойной изолирующей пленке 10. Контактное окно 11a, используемое для электрода 15 истока, формируется таким образом, что область 2 кармана и область 3 истока одновременно экспонируются из него. Резист удаляется посредством кислородной плазмы, серной кислоты и т.п.

[0040] После формирования контактных окон 11a, 11b, формируются электрод 15 истока и электрод 16 стока. В качестве электродного материала, в общем, используется металл. Как упомянуто выше, Ti, Ni, Mo и т.п. может использоваться в качестве такого металла. Альтернативно, биметалл, например, Ti/Ni/Ag, может использоваться для этого. В дальнейшем поясняется пример использования титана (Ti) в настоящем варианте осуществления. Во-первых, способ осаждения, например, способ напыления, используется для того, чтобы осаждать титан (Ti). Затем, избирательное травление посредством резистной маски подвергается осажденному титану. Следовательно, полупроводниковое устройство 101 первого варианта осуществления, показанного на фиг. 1A, полностью изготавливается.

[0041] Пояснение работы первого варианта осуществления

Далее поясняется работа полупроводникового устройства 101 согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1A. Полупроводниковое устройство 101 управляет напряжением электрода 7 затвора в состоянии, в котором положительное напряжение прикладывается к электроду 16 стока при рассмотрении напряжения электрода 15 истока в качестве опорного, и в силу этого функционирует в качестве транзистора.

[0042] Другими словами, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока достигает значения, равного или большего предварительно определенного порогового значения, инверсионный слой формируется в канале области 2 кармана таким образом, что он активируется. Затем ток в силу этого вытекает из электрода 16 стока в электрод 15 истока.

[0043] Более конкретно, электроны вытекают из электрода 15 истока в область 3 истока и дополнительно протекают во вторую дрейфовую область 41 через канал. Затем, электроны протекают в электрод 16 стока через первую дрейфовую область 4 и область 5 стока. Другими словами, ток протекает из электрода 16 стока в электрод 15 истока.

[0044] Фиг. 1F является пояснительной схемой, показывающей плотность тока, когда электроны вытекают из области 3 истока во вторую дрейфовую область 41, первую дрейфовую область 4 и область 5 стока через канал, сформированный в области 2 кармана. С другой стороны, фиг. 1G является пояснительной схемой, показывающей плотность тока в случае неформирования второй дрейфовой области 41. На фиг. 1F и 1G, чем выше плотность тока, тем более плотной показана штриховка.

[0045] На фиг. 1F, вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является настолько глубокой, и в силу этого область, имеющая высокую плотность тока, проходит. С другой стороны, на фиг. 1G, область, имеющая низкую плотность тока, проходит, поскольку не формируется вторая дрейфовая область 41. Соответственно, следует понимать, что проток тока расширяется, и сопротивление в конечном счете уменьшается посредством предоставления второй дрейфовой области 41.

[0046] Между тем, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока задается равным предварительно определенному пороговому напряжению или меньше, инверсионный слой исчезает, и транзистор переходит в отключенное состояние, и ток отсекается. В это время, высокое напряжение от нескольких сотен до нескольких тысяч Вольт прикладывается между электродом 16 стока и электродом 15 истока. Тем не менее, поскольку производительность по напряжению пробоя является высокой, отключенное состояние может поддерживаться.

[0047] В полупроводниковом устройстве 101 согласно настоящему варианту осуществления, обедненный слой посредством p-n-перехода между второй дрейфовой областью 41 n-типа и областью 2 кармана p-типа проходит во время проводимости. Область, через которую электроны не протекают в часть второй дрейфовой области 41, формируется, область, через которую протекают электроны, сужается, и сопротивление увеличивается. Тем не менее, поскольку вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4, проток электронов после прохождения через канал расширяется, и в силу этого сопротивление уменьшается. Другими словами, сопротивление во время проводимости может уменьшаться по сравнению со случаем, в котором формируется просто первая дрейфовая область 4 без предоставления второй дрейфовой области 41, как в традиционном случае.

[0048] В настоящем варианте осуществления, карбид кремния (SiC) используется в качестве материала подложки 1. Поскольку карбид кремния имеет высокую изоляционную производительность, теплопроводность является высокой, подложка 1 может эффективно охлаждаться посредством присоединения охладителя (не проиллюстрирован) на задней боковой поверхности подложки 1 через проводящий материал. Другими словами, тепло, вырабатываемое вследствие тока, который протекает, когда полупроводниковое устройство 101 активируется, может эффективно излучаться. Кроме того, поскольку карбид кремния представляет собой полупроводник, имеющий широкую запрещенную зону, и имеет небольшое число собственных носителей, полупроводниковое устройство эффективно обеспечивает высокую изоляционную производительность. Соответственно, может предоставляться полупроводниковое устройство, имеющее высокое напряжение пробоя.

[0049] В настоящем варианте осуществления, поскольку подложка 1 представляет собой полуизолирующую подложку или изолирующую подложку, нет необходимости предоставлять изоляционный материал между полупроводниковым устройством и охладителем, при охлаждении полупроводникового устройства. Соответственно, может повышаться производительность охлаждения, и подложка 1 может легко присоединяться к охладителю. Кроме того, поскольку подложка 1 представляет собой полуизолирующую подложку или изолирующую подложку, подложка 1 и электрод 16 стока не имеют идентичного электрического потенциала, когда полупроводниковое устройство 101 деактивируется. Соответственно, поскольку электрическое поле не прикладывается из подложки 1 к области 2 кармана или электроду 7 затвора посредством напряжения стока по сравнению со случаем, в котором используется проводящая подложка, появляется возможность повышать напряжение пробоя.

[0050] Полупроводник с широкой запрещенной зоной, например, карбид кремния (SiC), используется в качестве подложки 1. Поскольку полупроводник с широкой запрещенной зоной имеет высокую теплопроводность, тепло, вырабатываемое, когда полупроводниковое устройство находится во включенном состоянии, может эффективно излучаться. Следовательно, может предоставляться полупроводниковое устройство, имеющее высокую производительность охлаждения. Кроме того, поскольку полупроводник с широкой запрещенной зоной имеет небольшое число собственных носителей, изолирующее свойство может улучшаться.

[0051] В способе изготовления настоящего варианта осуществления, примеси имплантируются в подложку 1 посредством способа ионной имплантации и активируются посредством термической обработки, чтобы формировать первую дрейфовую область 4 и вторую дрейфовую область 41. Соответственно, традиционное эпитаксиальное выращивание становится необязательным, и в силу этого затраты могут уменьшаться.

[0052] Кроме того, поскольку примеси имплантируются в нее посредством способа ионной имплантации, чтобы формировать первую дрейфовую область 4 и вторую дрейфовую область 41, глубина и концентрация первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41 может легко рассчитываться. Кроме того, гибкость расчетов является высокой, и в силу этого затраты на изготовление могут уменьшаться.

[0053] Модифицированный пример первого варианта осуществления

Далее поясняется модифицированный пример первого варианта осуществления. В модифицированном примере первого варианта осуществления, вторая дрейфовая область 41 имеет концентрацию примеси ниже концентрации примеси первой дрейфовой области 4. Другая конфигурация является идентичной конфигурации первого варианта осуществления, показанного на фиг. 1A. Способ изготовления является идентичным способу изготовления вышеуказанного первого варианта осуществления.

[0054] В дальнейшем в этом документе, поясняется работа полупроводникового устройства согласно модифицированному примеру первого варианта осуществления. Работа во время проводимости является идентичной работе первого варианта осуществления. Когда полупроводниковое устройство деактивируется, и ток прерывается, обедненный слой проходит во второй дрейфовой области 41 и первой дрейфовой области 4 из области 2 кармана по мере того, как напряжение электрода 16 стока увеличивается. Следовательно, электрическое поле формируется из электрода 16 стока в область 2 кармана. В это время, поскольку электрод 7 затвора имеет электрический потенциал, идентичный электрическому потенциалу области 2 кармана, электрическое поле формируется между электродом 7 затвора и электродом 16 стока. Следовательно, концентрация электрического поля вызывается на краю электрода 7 затвора в контакте со второй дрейфовой областью 41, и напряжение пробоя уменьшается.

[0055] В модифицированном примере первого варианта осуществления, интенсивность электрического поля, сформированного на краю электрода 7 затвора, может уменьшаться посредством снижения концентрации примеси второй дрейфовой области 41. Соответственно, может повышаться напряжение пробоя. Другими словами, может предоставляться полупроводниковое устройство, имеющее высокое напряжение пробоя и низкое сопротивление.

[0056] Далее поясняется другой способ формирования первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41. Во-первых, материал 9 для маски осаждается на подложке 1 и формирует рисунок. Следовательно, формируется структура в поперечном сечении, показанная на фиг. 1H. Материал 9 для маски, показанный на фиг. 1H, предпочтительно представляет собой пленку на основе оксида кремния, и предпочтительно использовать тепловой CVD-способ или плазменный CVD-способ в качестве способа осаждения. Толщина материала 9 для маски определяется на основе разности между глубиной второй дрейфовой области 41 и глубиной первой дрейфовой области 4.

[0057] Затем, первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 могут формироваться одновременно посредством имплантации примесных ионов n-типа. Концентрация примеси, которые должны имплантироваться, предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁴ до 1*10¹⁸/см³. Фиг. 1I является пояснительной схемой, показывающей структуру в поперечном сечении после имплантации примесных ионов.

[0058] Поскольку первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 могут формироваться одновременно посредством одной ионной имплантации посредством этого способа, затраты на изготовление могут уменьшаться.

[0059] Кроме того, когда первая дрейфовая область 4 имеет концентрацию примеси, идентичную концентрации примеси второй дрейфовой области 41, первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 могут формироваться одновременно. Поскольку обе из первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41 могут формироваться одновременно посредством одной ионной имплантации при имплантации примесей посредством ионной имплантации, процедура изготовления может упрощаться. Соответственно, затраты на изготовление могут уменьшаться.

[0060] Пояснение второго варианта осуществления

Далее поясняется второй вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2A является схемой в поперечном сечении, показывающей структуру полупроводникового устройства согласно второму варианту осуществления.

[0061] Как показано на фиг. 2A, полупроводниковое устройство 102 согласно второму варианту осуществления включает в себя: подложку 1; и первую дрейфовую область 4 n-типа и вторую дрейфовую область 41 n-типа, которые формируются на первой основной поверхности подложки 1. Вторая дрейфовая область 41 формируется практически в центре в одном направлении (направлении справа налево на чертеже) параллельно первой основной поверхности подложки 1. Вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4.

[0062] Область 2 кармана p-типа сформирована во внутренней части второй дрейфовой области 41 и первой дрейфовой области 4 таким образом, что она продолжается от поверхностей в направлении, перпендикулярном поверхностям. Область 2 кармана формируется в позиции, менее глубокой, чем позиция первой дрейфовой области 4. Область 3 истока n+-типа сформирована таким образом, что она продолжается от поверхности области 2 кармана в направлении, перпендикулярном к ней, до внутренней части области 2 кармана. Канавка 8 затвора формируется таким образом, что она продолжается от области 3 истока до второй дрейфовой области 41. Другими словами, канавка 8 затвора формируется в контакте со второй дрейфовой областью 41.

[0063] Области 5 стока n+-типа, соответственно, формируются на краях (правом и левом краях на чертеже) в одном направлении, параллельном первой основной поверхности подложки 1.

[0064] Изолирующая пленка 6 затвора формируется на внутренней поверхности канавки 8 затвора. Кроме того, изолирующая пленка 6 затвора также формируется аналогично на поверхностях первой дрейфовой области 4, области 2 кармана и области 3 истока. Электрод 7 затвора формируется во внутренней части канавки 8 затвора через изолирующую пленку 6 затвора. Другими словами, электрод 7 затвора находится в контакте с областью 2 кармана, областью 3 истока и второй дрейфовой областью 41, через изолирующую пленку 6 затвора.

[0065] Межслойная изолирующая пленка 10 формируется на поверхности изолирующей пленки 6 затвора, сформированной на поверхностях первой дрейфовой области 4, области 2 кармана и области 3 истока. Электрод 16 стока в контакте с областью 5 стока формируется таким образом, что он проходит через межслойную изолирующую пленку 10 и изолирующую пленку 6 затвора. Электрод 15 истока в контакте с областью 2 кармана и областью 3 истока формируется таким образом, что он проходит через межслойную изолирующую пленку 10 и изолирующую пленку 6 затвора. Область 3 истока и область 2 кармана находятся в контакте с электродом 15 истока. Соответственно, область 3 истока имеет электрический потенциал, идентичный электрическому потенциалу области 2 кармана.

[0066] Изолирующая подложка или полуизолирующая подложка может использоваться в качестве подложки 1. Подложка 1 имеет толщину от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров. Изолирующая подложка, показанная в данном документе, соответствует подложке, удельное сопротивление которой составляет несколько кОм/см или больше. В качестве материала подложки 1, может использоваться карбид кремния (SiC), который представляет собой изолирующую подложку. В настоящем варианте осуществления, в дальнейшем поясняется пример случая, в котором подложка 1 представляет собой карбид кремния. Карбид кремния имеет несколько политипов (полиморфизм). Настоящий вариант осуществления проиллюстрирован с примером использования карбида кремния общего 4H-политипа.

[0067] Первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 имеют толщину от нескольких до нескольких десятков микрометров, и вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4. Концентрация примеси первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41 выше концентрации примеси подложки 1 и составляет, например, в пределах диапазона от 1*10¹⁴ до 1*10¹⁸/см³. Материал первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41 может использоваться в качестве идентичного материала с подложкой 1.

[0068] Область 2 кармана формируется во второй дрейфовой области 41 таким образом, что она проходит в направлении, перпендикулярном поверхности (верхней боковой поверхности на чертеже) второй дрейфовой области 41 из поверхности второй дрейфовой области 41. Область 2 кармана формируется таким образом, что она является более глубокой, чем вторая дрейфовая область 41. Концентрация примеси области 2 кармана, например, составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁵ до 1*10¹⁹/см³.

[0069] Область 3 истока формируется в области 2 кармана таким образом, что она продолжается от поверхности области 2 кармана в направлении, перпендикулярном поверхности области 2 кармана. Область 3 истока имеет тип проводимости, идентичный типу проводимости второй дрейфовой области 41. Концентрация примеси области 3 истока выше концентрации примеси второй дрейфовой области 41 и, например, составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁸ до 1*10²¹/см³.

[0070] Электрод 15 истока формируется в контакте с поверхностью области 3 истока и поверхностью области 2 кармана. Область 3 истока и область 2 кармана и электрод 15 истока электрически соединяются друг с другом. Соответственно, область 3 истока имеет электрический потенциал, идентичный электрическому потенциалу области 2 кармана. В качестве материала электрода 15 истока, например, могут использоваться никель (Ni), титан (Ti) или молибден (Mo).

[0071] Область 5 стока формируется таким образом, что она продолжается от поверхности первой дрейфовой области 4 в направлении, перпендикулярном ее поверхности. Область 5 стока имеет тип проводимости, идентичный типу проводимости первой дрейфовой области 4. Концентрация примеси области 5 стока имеет степень, идентичную степени области 3 истока, и, например, составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁸ до 1*10²¹/см³.

[0072] Электроды 16 стока соединяются с областью 5 стока. В качестве материала электродов 16 стока, могут использоваться никель (Ni), титан (Ti) или молибден (Mo), аналогично вышеуказанному случаю электрода 15 истока.

[0073] В качестве материала изолирующей пленки 6 затвора, например, может использоваться пленка на основе оксида кремния. В качестве материала электрода 7 затвора, например, может использоваться поликристаллический кремний n-типа.

[0074] Способ изготовления второго варианта осуществления

Далее поясняется способ изготовления полупроводникового устройства 102 согласно второму варианту осуществления. Во-первых, материал для маски (не проиллюстрирован) формируется на полупроводниковой подложке на основе нелегированного карбида кремния (подложке 1). Например, кремниевая окисная пленка может использоваться в качестве материала для маски, и в качестве способа осаждения, могут использоваться тепловой CVD-способ и плазменный CVD-способ.

[0075] Затем, резист формирует рисунок на материале для маски. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Материал для маски травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление.

[0076] Резист затем удаляется посредством использования кислородной плазмы или серной кислоты. Материал для маски используется в качестве маски, примеси p-типа и примеси n-типа ионно-имплантируются, чтобы формировать область 2 кармана p-типа, область 3 истока n+-типа и область 5 стока n+-типа.

[0077] В качестве примесей p-типа, могут использоваться алюминий или бор. В качестве примесей n-типа, может использоваться азот. В это время, такие ионы имплантируются в состоянии, в котором полупроводниковая подложка 1 нагревается приблизительно до 600°C, за счет чего может подавляться возникновение кристаллического дефекта в имплантированной области. Материал для маски удаляется посредством травления с использованием фторированной кислоты после выполнения ионной имплантации. Фиг. 2B показывает структуру в поперечном сечении после выполнения ионной имплантации.

[0078] Концентрация примеси области 3 истока и области 5 стока, сформированных посредством вышеуказанного способа, предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁸/см³ до 1*10²¹/см³. Кроме того, концентрация примеси области 2 кармана предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁵/см³ до 1*10¹⁹/см³.

[0079] Затем, как показано на фиг. 2C, материал 9 для маски для формирования канавки 8 затвора (см. фиг. 2A) формируется и формирует рисунок. Например, кремниевая окисная пленка может использоваться в качестве материала 9 для маски, и в качестве способа осаждения, могут использоваться тепловой CVD-способ и плазменный CVD-способ.

[0080] В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Материал 9 для маски травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление.

[0081] Затем материал 9 для маски используется в качестве маски, чтобы формировать канавку 8 затвора. В качестве способа формирования канавки 8 затвора, предпочтительно использовать способ сухого травления. После формирования канавки 8 затвора, материал 9 для маски удаляется. Например, когда материал 9 для маски представляет собой пленку на основе оксида кремния, материал 9 для маски удаляется посредством очистки плавиковой кислотой. Фиг. 2D показывает структуру в поперечном сечении после формирования канавки 8 затвора и затем удаления материала 9 для маски.

[0082] Затем, формируются первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41. В структуре в поперечном сечении, показанной на фиг. 2D, первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 могут формироваться одновременно посредством наклонной ионной имплантации примесей n-типа. Концентрация имплантации этого предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁴ до 1*10¹⁸/см³. Энергия имплантации может задаваться в соответствии с глубинами первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41. Например, в случае если глубина первой дрейфовой области 4 составляет 1 микрометр, примеси n-типа имплантируются с энергией имплантации порядка МэВ. Угол имплантации задается в качестве угла таким образом, что нижняя часть канавки 8 затвора полностью окружена посредством области n-типа. Если ширина канавки 8 затвора составляет 1 микрометр, и глубина составляет 1 микрометр, предпочтительно задавать угол имплантации равным или меньшим 45 градусов. Фиг. 2E показывает поперечное сечение после формирования первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41.

[0083] Далее, примеси, ионно-имплантированные таким способом, активируются посредством выполнения их термической обработки. Термическая обработка предпочтительно должна выполняться приблизительно при 1700°C и предпочтительно в атмосфере аргона или азота.

Затем изолирующая пленка 6 затвора формируется на внутренней поверхности канавки 8 затвора. В качестве способа формирования изолирующей пленки 6 затвора, может использоваться способ теплового окисления или способ осаждения. В качестве примера способа теплового окисления, подложка 1 располагается в кислородной атмосфере и нагревается приблизительно до 1100°C. Пленка на основе оксида кремния может формироваться во всех участках, в которых подложка 1 контактирует с кислородом. Таким образом, сформированная изолирующая пленка 6 затвора может подвергаться отжигу приблизительно при 1000°C при атмосфере азота, аргона или N₂O, чтобы снижать межфазовый уровень на поверхности раздела между областью 2 кармана и изолирующей пленкой 6 затвора.

[0084] Кроме того, также можно, в качестве другого примера способа теплового окисления, термически окислять непосредственно при атмосфере монооксида азота (NO) или монооксида диазота (N₂O). Температура в этом случае предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1100°C до 1400°C. Толщина изолирующей пленки 6 затвора, которая должна формироваться, предпочтительно составляет несколько десятков нанометров.

[0085] Затем, электрод 7 затвора формируется в канавке 8 затвора. Материал, из которого формируется электрод 7 затвора, обычно представляет собой поликристаллический кремний, и в дальнейшем поясняется пример осаждения поликристаллического кремния в настоящем варианте осуществления. CVD-способ на основе низкого давления может использоваться в качестве способа осаждения поликристаллического кремния. Толщина поликристаллического кремния, который должен осаждаться, задается больше половины ширины канавки 8 затвора. Таким образом, канавка 8 затвора полностью заполняется поликристаллическим кремнием. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 микрометра, толщина осаждения поликристаллического кремния превышает 1 микрометр.

[0086] Осажденный поликристаллический кремний затем подвергается отжигу в POCl₃ приблизительно при 950°C таким образом, чтобы формировать поликристаллический кремний n-типа и предоставлять электрод 7 затвора с электропроводностью. Затем, поликристаллический кремний 23 электрода 7 затвора подвергается травлению. Выполняемое травление может представлять собой изотропное травление или анизотропное травление. Величина травления задается таким образом, что поликристаллический кремний остается во внутренней части канавки 8 затвора. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 микрометра, и поликристаллический кремний осаждается с толщиной в 1,5 микрометра, величина травления предпочтительно составляет 1,5 микрометра. Помимо этого, несколько процентов перетравления относительно поликристаллического кремния с толщиной в 1,5 микрометра представляют собой допустимый уровень для травления. Фиг. 2F показывает структуру в поперечном сечении после выполнения травления.

[0087] Затем, межслойная изолирующая пленка 10 формируется на поверхности подложки 1. Межслойная изолирующая пленка 10, в общем, предпочтительно представляет собой пленку на основе оксида кремния и может осаждаться посредством теплового CVD-способа или плазменного CVD-способа. Толщина межслойной изолирующей пленки 10 предпочтительно равна или выше 1 микрометра. Фиг. 2G показывает структуру в поперечном сечении после формирования межслойной изолирующей пленки 10.

[0088] После формирования межслойной изолирующей пленки 10, формируются контактные окна (не проиллюстрированы) для электрода 15 истока и электродов 16 стока. В этом процессе, резист формирует рисунок на межслойной изолирующей пленке 10 (не проиллюстрирована). В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Резист с рисунком используется в качестве маски таким образом, чтобы подвергать межслойную изолирующую пленку 10 травлению. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление. Резист затем удаляется посредством использования кислородной плазмы или серной кислоты. Из контактного окна для электрода 15 истока, одновременно экспонируются область 2 кармана и область 3 истока.

[0089] После формирования контактных окон, формируются электрод 15 истока и левый и правый электроды 16 стока, как показано на фиг. 2A. В качестве электродного материала, в общем, используется металл. В качестве такого металла, могут использоваться титан (Ti), никель (Ni) или молибден (Mo). Альтернативно, биметалл, например, Ti/Ni/Ag, может использоваться для этого. В дальнейшем поясняется пример использования титана (Ti) в настоящем варианте осуществления. Во-первых, титан (Ti) осаждается. Способ TA-напыления является предпочтительным для способа осаждения в качестве примера. Посредством реализации избирательного травления посредством резистной маски относительно осажденного титана, полупроводниковое устройство 102, согласно второму варианту осуществления, показанное на фиг. 2A, полностью изготавливается.

[0090] Пояснение работы второго варианта осуществления

В дальнейшем поясняется работа полупроводникового устройства 102 согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг. 2A. Полупроводниковое устройство 102, показанное на фиг. 2, управляет напряжением электрода 7 затвора в состоянии, в котором положительное напряжение прикладывается к электроду 16 стока при рассмотрении напряжения электрода 15 истока в качестве опорного, и в силу этого функционируют в качестве транзистора.

[0091] Другими словами, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока достигает значения, равного или большего предварительно определенного порогового значения, инверсионный слой формируется в канале области 2 кармана, которая присутствует на боковой поверхности электрода 7 затвор, таким образом, что он активируется. Ток протекает из электрода 16 стока в электрод 15 истока. Более конкретно, электроны вытекают из электрода 15 истока в область 3 истока и дополнительно протекают во вторую дрейфовую область 41 через канал. Кроме того, электроны протекают в первую дрейфовую область 4 и дополнительно вытекают из первой дрейфовой области 4 в область 5 стока и электрод 16 стока.

[0092] Между тем, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока задается равным предварительно определенному пороговому напряжению или меньше, инверсионный слой исчезает, и транзистор переходит в отключенное состояние, и ток отсекается. В это время, высокое напряжение от нескольких сотен до нескольких тысяч Вольт прикладывается между электродом 16 стока и электродом 15 истока. Тем не менее, поскольку производительность по напряжению пробоя является высокой, отключенное состояние может поддерживаться.

[0093] В настоящем варианте осуществления, обедненный слой посредством p-n-перехода проходит в первой дрейфовой области 4 и области 2 кармана во время проводимости, и формируется область, через которую электроны не протекают в часть первой дрейфовой области 4. Следовательно, область, через которую протекают электроны, сужается, и сопротивление увеличивается. Тем не менее, поскольку вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4, проток электронов после прохождения через канал расширяется, и в силу этого сопротивление уменьшается. Кроме того, поскольку канавка 8 затвора формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4, сформированная вторая дрейфовая область 41 может формироваться более глубокой, и в силу этого область, через которую протекает ток, может расширяться. Следовательно, сопротивление дополнительно может уменьшаться.

[0094] Кроме того, поскольку используется подложка 1, изготовленная из карбида кремния (SiC), могут повышаться изоляционная производительность и теплопроводность подложки 1. Соответственно, эффективность охлаждения может повышаться посредством прямого присоединения задней боковой поверхности подложки 1 к охладителю (не проиллюстрирован) через проводящие материалы.

[0095] Кроме того, поскольку теплопроводность подложки 1 является высокой, тепло, вырабатываемое вследствие тока, который протекает, может эффективно излучаться. Кроме того, поскольку полупроводник с широкой запрещенной зоной с использованием карбида кремния имеет небольшое число собственных носителей, нетрудно реализовывать высокую изоляционную производительность. Соответственно, может предоставляться полупроводниковое устройство, имеющее высокое напряжение пробоя.

[0096] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, формируется канавка 8 затвора, и электрод 7 затвора формируется во внутренней части канавки 8 затвора. Следовательно, поскольку площадь единичного гальванического элемента может задаваться меньше площади единичного гальванического элемента в случае плоского электрода затвора, микросхема может быть миниатюризирована, и затраты могут уменьшаться.

[0097] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, поскольку канавка 8 затвора формируется во второй дрейфовой области 41, когда полупроводниковое устройство 102 активируется, положительное смещение выше положительного смещения во второй дрейфовой области применяется к электроду 7 затвора. Следовательно, электроны накапливаются в боковой стенке канавки 8 затвора таким образом, что они имеют высокую концентрацию, и ток протекает вдоль боковой стенки на второй дрейфовой области 41. Кроме того, ширина тока проходит во второй дрейфовой области 41 и первой дрейфовой области 4. Следовательно, тракт электрического тока может расширяться, и может уменьшаться сопротивление.

[0098] Кроме того, поскольку вторая дрейфовая область 41 формируется после формирования канавки 8 затвора, глубина второй дрейфовой области 41 формируется таким образом, что она составляет общую глубину из глубины канавки 8 затвора и глубины имплантации второй дрейфовой области. Например, если глубина канавки 8 затвора составляет 1 микрометр, и глубина имплантации второй дрейфовой области 41 составляет 0,2 микрометра, глубина второй дрейфовой области формируется равной 1,2 микрометрам. Соответственно, поскольку вторая дрейфовая область 41 может глубоко формироваться с низкой энергией имплантации, энергия имплантации может уменьшаться, и в конечном счете затраты на изготовление могут уменьшаться.

Кроме того, поскольку первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 формируются посредством имплантации ионов в подложку 1, эпитаксиальное выращивание является необязательным, и в силу этого затраты на изготовление могут уменьшаться.

[0099] Первый модифицированный пример второго варианта осуществления

Далее поясняется первый модифицированный пример полупроводникового устройства согласно второму варианту осуществления. Конфигурация устройства является идентичной конфигурации устройства второго варианта осуществления, показанного на фиг. 2A. В первом модифицированном примере второго варианта осуществления, вторая дрейфовая область 41 имеет концентрацию примеси ниже концентрации примеси первой дрейфовой области 4. Другая конфигурация является идентичной конфигурации вышеуказанного второго варианта осуществления. Способ изготовления является идентичным способу, показанному во втором варианте осуществления.

[0100] В дальнейшем в этом документе, поясняется работа полупроводникового устройства согласно первому модифицированному примеру второго варианта осуществления. Работа во включенном состоянии является идентичной работе второго варианта осуществления.

Когда полупроводниковое устройство находится в отключенном состоянии, и ток прерывается, обедненный слой проходит во второй дрейфовой области 41 и первой дрейфовой области 4 из электрода 7 затвора по мере того, как напряжение электрода 16 стока увеличивается, и в силу этого электрическое поле формируется из электрода 16 стока в область 2 кармана. Поскольку концентрация примеси второй дрейфовой области 41 ниже концентрации примеси первой дрейфовой области 4, электрическое поле, сформированное в электроде 7 затвора, может уменьшаться. Другими словами, может повышаться напряжение пробоя, и может уменьшаться сопротивление.

[0101] Второй модифицированный пример второго варианта осуществления

Далее поясняется второй модифицированный пример второго варианта осуществления. Фиг. 2H является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно второму модифицированному примеру второго варианта осуществления. Полупроводниковое устройство 102a, показанное на фиг. 2H, отличается от полупроводникового устройства 102, показанного на фиг. 2A, упомянутом выше, в таком аспекте, что канавка 8 затвора формируется таким образом, что она является более глубокой, чем вторая дрейфовая область 41, и достигается в изолирующей подложке.

[0102] Способ изготовления во втором модифицированном примере отличается от способа изготовления полупроводникового устройства 102, показанного на фиг. 2A, в аспекте угла наклонной имплантации примеси при формировании первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41. Более конкретно, в случае полупроводникового устройства 102a, показанного на фиг. 2H, угол имплантации задается таким образом, что примеси не имплантируются в нижнюю часть канавки 8 затвора. Например, если ширина канавки 8 затвора составляет 1 микрометр, и глубина составляет 1 микрометр, предпочтительно задавать угол имплантации равным или большим 45 градусов.

[0103] В дальнейшем в этом документе, поясняется работа полупроводникового устройства 102a согласно второму модифицированному примеру. Работа во включенном состоянии является идентичной работе вышеуказанного второго варианта осуществления. В отключенном состоянии, в котором ток прерывается, поскольку краевой участок электрода 7 затвора (т.е. угловой участок нижней части канавки 8 затвора) находится в контакте с изолирующей подложкой, концентрация электрического поля, вызываемая в угловом участке, подавляется. Соответственно, может быть реализовано высокое напряжение пробоя.

[0104] Кроме того, электростатическая емкость, сформированная в нижней части канавки 8 затвора между электродом 7 затвора и второй дрейфовой областью 41, может уменьшаться. Следовательно, электростатическая емкость (Cgd) между затвором и стоком полупроводникового устройства 102a может уменьшаться, и может предоставляться полупроводниковое устройство, допускающее работу на высокой скорости.

[0105] Третий модифицированный пример второго варианта осуществления

Далее поясняется третий модифицированный пример второго варианта осуществления. Фиг. 2I является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно третьему модифицированному примеру второго варианта осуществления. Полупроводниковое устройство 102b, показанное на фиг. 2I, отличается от полупроводникового устройства 102, показанного на фиг. 2A, упомянутого выше, в таком аспекте, что канавка 8 затвора формируется менее глубокой, чем первая дрейфовая область 4.

[0106] Способ изготовления в третьем модифицированном примере отличается от способа изготовления полупроводникового устройства 102, показанного на фиг. 2A, в таком аспекте, что после формирования области 2 кармана, области 3 истока и области 5 стока, первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 формируются посредством ионной имплантации, и затем канавка 8 затвора формируется во второй дрейфовой области 41.

[0107] Работа полупроводникового устройства 102b согласно третьему модифицированному примеру является практически идентичной работе полупроводникового устройства 102 согласно второму варианту осуществления, упомянутому выше. В третьем модифицированном примере, наклонная имплантация примесей является необязательной в процессе изготовления, и это позволяет сокращать время травления для формирования канавки 8 затвора. Следовательно, процесс изготовления может сокращаться, и затраты на изготовление могут уменьшаться.

[0108] Пояснение третьего варианта осуществления

Далее поясняется третий вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 3A является схемой в поперечном сечении, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно третьему варианту осуществления.

Как показано на фиг. 3A, полупроводниковое устройство 103 согласно третьему варианту осуществления включает в себя: первую дрейфовую область 4 n-типа и вторую дрейфовую область 41 n-типа, которые формируются на первой основной поверхности полупроводниковой подложки с электропроводностью n-типа (подложки 1). Идентично вышеуказанным первому и второму вариантам осуществления, первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 контактируют друг с другом, и вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4.

[0109] Область 2 кармана p-типа формируется на поверхности первой дрейфовой области 4 и поверхности второй дрейфовой области 41. Полупроводниковое устройство 103 включает в себя область 3 истока n+-типа, сформированную таким образом, что она продолжается от поверхности области 2 кармана в направлении, перпендикулярном к ней, до внутренней части области 2 кармана.

[0110] Канавка 8 затвора формируется таким образом, что она проходит через область 2 кармана и область 3 истока и достигает второй дрейфовой области 41. Изолирующая пленка 6 затвора формируется на внутренней поверхности канавки 8 затвора, и электрод 7 затвора дополнительно формируется в ее внутренней части. Электрод 7 затвора находится в контакте с областью 2 кармана, областью 3 истока и второй дрейфовой областью 41, через изолирующую пленку 6 затвора. Канавка 8 затвора формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4.

[0111] Межслойная изолирующая пленка 10 формируется на поверхностях области 2 кармана, области 3 истока и электрода 7 затвора. Контактные окна 11a, 11b формируются в межслойной изолирующей пленке 10. Электрод 15 истока формируется на поверхности межслойной изолирующей пленки 10, и электрод 15 истока находится в контакте с областью 2 кармана и областью 3 истока через контактные окна 11a, 11b.

[0112] Поскольку полупроводниковая подложка на основе карбида кремния (SiC) используется в качестве материала подложки 1, и примеси n-типа дополнительно ионно-имплантируются в нее, подложка 1 также задается в качестве области 5 стока. Область 3 истока и область 2 кармана находятся в контакте с электродом 15 истока, и в силу этого область 3 истока имеет электрический потенциал, идентичный электрическому потенциалу области 2 кармана. Электрод 16 стока формируется на второй основной поверхности подложки 1.

[0113] Кроме того, концентрация примеси подложки 1 предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁸/см³ до 1*10¹⁹/см³. Карбид кремния (SiC) имеет несколько политипов (полиморфизм). Настоящий вариант осуществления проиллюстрирован с примером использования карбида кремния общего 4H-политипа.

[0114] Способ изготовления третьего варианта осуществления

Далее поясняется способ изготовления полупроводникового устройства 103 согласно третьему варианту осуществления. Во-первых, область 2 кармана p-типа и область 3 истока n+-типа формируются посредством ионной имплантации на полупроводниковой подложке на основе карбида кремния (подложке 1). Структура в поперечном сечении после формирования области 2 кармана и области 3 истока показана на фиг. 3B. Концентрации примеси области 3 истока и области 5 стока предпочтительно составляют в пределах диапазона от 1*10¹⁸/см³ до 1*10²¹/см³. Кроме того, концентрация области 2 кармана предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁵/см³ до 10*¹⁹/см³.

[0115] Затем, чтобы формировать канавку 8 затвора, материал для маски (не проиллюстрирован) формируется и после этого формирует рисунок. Например, кремниевая окисная пленка может использоваться в качестве материала для маски, и в качестве способа осаждения, могут использоваться тепловой CVD-способ и плазменный CVD-способ. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Материал для маски травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление.

[0116] Затем материал для маски используется в качестве маски, чтобы формировать канавку 8 затвора. В качестве способа формирования канавки 8 затвора, может использоваться способ сухого травления. После формирования канавки 8 затвора, материал для маски удаляется. Например, когда материал 9 для маски представляет собой пленку на основе оксида кремния, материал 9 для маски удаляется посредством очистки плавиковой кислотой.

[0117] После формирования канавки 8 затвора, формируются первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41. Первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 формируются одновременно посредством наклонной ионной имплантации. Концентрация имплантации примесей предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁴ до 1*10¹⁸/см³. Энергия имплантации задается в соответствии с глубинами первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41. Угол имплантации задается в качестве угла таким образом, что нижняя часть канавки 8 затвора полностью окружена посредством области n-типа.

[0118] Например, в случае если глубина первой дрейфовой области 4 составляет 1 микрометр, имплантация примесей n-типа порядка МэВ требуется. Если ширина канавки 8 затвора составляет 1 микрометр, и глубина составляет 1 микрометр, предпочтительно задавать угол имплантации примесей равным или меньшим 45 градусов. С использованием примесных ионов p-типа, они имплантируются таким образом, что концентрация подложки 1 инвертируется. Например, если концентрация первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41 составляет 1*10¹⁷/см³, и концентрация подложки 1 составляет 1*10¹⁸/см³, предпочтительно имплантировать примесные ионы p-типа, концентрация которых составляет 9*10¹⁷/см³, в нее. Фиг. 3C показывает структуру в поперечном сечении после формирования первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41.

[0119] Затем, изолирующая пленка 6 затвора формируется на внутренней поверхности канавки 8 затвора. В качестве способа формирования изолирующей пленки 6 затвора, может использоваться способ теплового окисления или способ осаждения. В качестве примера способа теплового окисления, подложка 1 располагается в кислородной атмосфере и нагревается приблизительно до 1100°C. Пленка на основе оксида кремния может формироваться во всех участках, в которых подложка 1 контактирует с кислородом. Таким образом, сформированная изолирующая пленка 6 затвора может подвергаться отжигу приблизительно при 1000°C при атмосфере азота, аргона или N₂O, чтобы снижать межфазовый уровень на поверхности раздела между областью 2 кармана и изолирующей пленкой 6 затвора.

[0120] Кроме того, также можно, в качестве другого примера способа теплового окисления, термически окислять непосредственно при атмосфере монооксида азота (NO) или монооксида диазота (N₂O). Температура в этом случае предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1100°C до 1400°C. Толщина изолирующей пленки 6 затвора, которая должна формироваться, предпочтительно составляет несколько десятков нанометров.

[0121] Затем электрод 7 затвора формируется на внутренней части канавки 8 затвора, в которой формируется изолирующая пленка 6 затвора. Материал, из которого формируется электрод 7 затвора, обычно представляет собой поликристаллический кремний, и в дальнейшем поясняется пример осаждения поликристаллического кремния в настоящем варианте осуществления. CVD-способ на основе низкого давления может использоваться в качестве способа осаждения поликристаллического кремния. Толщина поликристаллического кремния, который должен осаждаться, задается больше половины ширины канавки 8 затвора. Таким образом, канавка 8 затвора может полностью заполняться поликристаллическим кремнием. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 микрометра, толщина осаждения поликристаллического кремния превышает 1 микрометр. Осажденный поликристаллический кремний затем подвергается отжигу в POCl₃ приблизительно при 950°C таким образом, чтобы формировать поликристаллический кремний n-типа и предоставлять электрод 7 затвора с электропроводностью.

[0122] Затем, поликристаллический кремний 23 электрода 7 затвора подвергается травлению. Выполняемое травление может представлять собой изотропное травление или анизотропное травление. Величина травления задается таким образом, что поликристаллический кремний остается во внутренней части канавки 8 затвора. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 микрометра, и поликристаллический кремний осаждается с толщиной в 1,5 микрометра, величина травления предпочтительно составляет 1,5 микрометра. Помимо этого, несколько процентов перетравления относительно поликристаллического кремния с толщиной в 1,5 микрометра представляют собой допустимый уровень для травления. Фиг. 3D показывает структуру в поперечном сечении после выполнения травления.

[0123] Затем, формируется межслойная изолирующая пленка 10 (см. фиг. 3A). Межслойная изолирующая пленка 10, в общем, предпочтительно представляет собой пленку на основе оксида кремния и может формироваться посредством теплового CVD-способа или плазменного CVD-способа. Толщина межслойной изолирующей пленки 10 предпочтительно равна или выше 1 микрометра. После формирования межслойной изолирующей пленки 10, формируются контактные окна 11a, 11b для соединения электрода 15 истока.

[0124] Затем, резист (не проиллюстрирован) формирует рисунок на межслойной изолирующей пленке 10. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Резист с рисунком используется в качестве маски таким образом, чтобы подвергать межслойную изолирующую пленку 10 травлению. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление. Резист затем удаляется посредством использования кислородной плазмы или серной кислоты.

[0125] Контактные окна 11a, 11b для соединения электрода 15 истока формируются таким образом, что область 2 кармана и область 3 истока одновременно экспонируются из них. После формирования контактных окон 11a, 11b, формируется электрод 15 истока. Кроме того, электрод 16 стока формируется на второй основной поверхности (нижней боковой поверхности на фиг. 3D) подложки 1. В качестве электродного материала, в общем, используется металл. В качестве такого металла, могут использоваться титан (Ti), никель (Ni) или молибден (Mo). Альтернативно, биметалл, например, Ti/Ni/Ag, может использоваться для этого. Титан (Ti) используется в настоящем варианте осуществления. Во-первых, способ осаждения, например, способ напыления, используется для того, чтобы осаждать титан (Ti). Осажденный титан подвергается избирательному травлению с резистной маской. Следовательно, полупроводниковое устройство 103 согласно третьему варианту осуществления, показанному на фиг. 3A, полностью изготавливается.

[0126] Пояснение работы третьего варианта осуществления

Далее поясняется работа полупроводникового устройства 103 согласно третьему варианту осуществления. Полупроводниковое устройство 103, имеющее конфигурацию, показанную на фиг. 3A, управляет напряжением электрода 7 затвора в состоянии, в котором положительное напряжение прикладывается к электроду 16 стока при рассмотрении напряжения электрода 15 истока в качестве опорного, и в силу этого функционирует в качестве транзистора. Другими словами, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока достигает значения, равного или большего предварительно определенного порогового значения, инверсионный слой формируется в канале области 2 кармана, которая находится в контакте с боковой поверхностью электрода 7 затвор, таким образом, что он активируется. Ток протекает из электрода 16 стока в электрод 15 истока.

[0127] В частности, электроны вытекают из электрода 15 истока в область 3 истока. Кроме того, некоторые электроны вытекают из области 3 истока во вторую дрейфовую область 41 через канал и протекают в область 5 стока (подложку 1). Оставшиеся электроны протекают в первую дрейфовую область 4 и вытекают из первой дрейфовой области 4 в область 5 стока. Оба электрона протекают в электрод 16 стока.

[0128] Между тем, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока задается равным предварительно определенному пороговому напряжению или меньше, инверсионный слой исчезает, и транзистор переходит в отключенное состояние, и ток отсекается. В это время, высокое напряжение от нескольких сотен до нескольких тысяч Вольт прикладывается между электродом 16 стока и электродом 15 истока. Тем не менее, поскольку производительность по напряжению пробоя является высокой, отключенное состояние может поддерживаться.

[0129] В третьем варианте осуществления, во время проводимости, вторая дрейфовая область 41 около канавки 8 затвора собирает электроны вследствие напряжения электрода 7 затвора, и становится высококонцентрированной областью n-типа. Поскольку вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4, и находится в непосредственном контакте с областью 5 стока, электроны, которые протекают в первую дрейфовую область 4, протекают в область 5 стока. Соответственно, сопротивление во включенном состоянии может уменьшаться.

[0130] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, карбид кремния (SiC) используется в качестве материала подложки 1. Поскольку карбид кремния имеет высокую изоляционную производительность, теплопроводность является высокой, он может эффективно охлаждаться посредством присоединения охладителя (не проиллюстрирован) на задней боковой поверхности подложки 1 через проводящий материал. Другими словами, тепло, вырабатываемое вследствие тока, который протекает, когда полупроводниковое устройство 103 активируется, может эффективно излучаться. Кроме того, поскольку карбид кремния представляет собой полупроводник, имеющий широкую запрещенную зону, и имеет небольшое число собственных носителей, полупроводниковое устройство эффективно обеспечивает высокую изоляционную производительность. Соответственно, может предоставляться полупроводниковое устройство, имеющее высокое напряжение пробоя.

Кроме того, поскольку первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 формируются посредством имплантации ионов в подложку 1, эпитаксиальное выращивание является необязательным, и в силу этого затраты на изготовление могут уменьшаться.

[0131] Модифицированный пример третьего варианта осуществления

Далее поясняется модифицированный пример третьего варианта осуществления. Модифицированный пример третьего варианта осуществления отличается от третьего варианта осуществления в таком аспекте, что вторая дрейфовая область 41 имеет концентрацию примеси ниже концентрации примеси первой дрейфовой области 4. Другая конфигурация является идентичной конфигурации третьего варианта осуществления, показанного на фиг. 3A.

Способ изготовления в модифицированном примере отличается от способа изготовления третьего варианта осуществления в таком аспекте, что после формирования области 2 кармана, области 3 истока и области 5 стока, первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 формируются посредством ионной имплантации, и затем канавка 8 затвора формируется во второй дрейфовой области 41.

[0132] В дальнейшем в этом документе, поясняется работа полупроводникового устройства согласно модифицированному примеру первого варианта осуществления. Работа во включенном состоянии является идентичной работе вышеуказанного третьего варианта осуществления. Когда полупроводниковое устройство находится в отключенном состоянии, обедненный слой проходит в первой дрейфовой области 4 из электрода 7 затвора по мере того, как напряжение электрода 16 стока увеличивается, и в силу этого электрическое поле формируется из электрода 16 стока в электрод 7 затвора. Поскольку концентрация примеси второй дрейфовой области 41 ниже концентрации примеси первой дрейфовой области 4, интенсивность электрического поля, сформированного в электроде 7 затвора, может уменьшаться. Соответственно, может повышаться напряжение пробоя. Другими словами, может предоставляться полупроводниковое устройство, имеющее высокое напряжение пробоя и низкое сопротивление.

[0133] Пояснение четвертого варианта осуществления

Далее поясняется четвертый вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 4A является схемой в перспективе, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления, и фиг. 4B является схемой в поперечном сечении вдоль линии X-X' по фиг. 4A.

Как показано на фиг. 4A и 4B, полупроводниковое устройство 104 согласно четвертому варианту осуществления включает в себя подложку 1, состоящую из изоляционного полупроводника. Первая дрейфовая область 4 n-типа формируется на первой основной поверхности подложки 1, и область 2 кармана p-типа дополнительно формируется в контакте с первой дрейфовой областью 4. Область 2 кармана формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4.

[0134] Вторая дрейфовая область 41 n-типа формируется около позиции первой дрейфовой области 4 в контакте с областью 2 кармана. Вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4. Область 3 истока n+-типа сформирована таким образом, что она продолжается от поверхности области 2 кармана в направлении, перпендикулярном к ней, до внутренней части области 2 кармана.

[0135] Канавка 8 затвора (см. фиг. 4B), имеющий прямоугольную форму при просмотре со стороны непосредственно выше, формируется в области поверх части второй дрейфовой области 41, части области 2 кармана и части области 3 истока. Другими словами, канавка 8 затвора находится в контакте с областью 2 кармана, областью 3 истока и второй дрейфовой областью 41. Кроме того, канавка 8 затвора формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4. Изолирующая пленка 6 затвора формируется на внутренней поверхности канавки 8 затвора, и электрод 7 затвора дополнительно формируется в ее внутренней части.

[0136] Электрод 15 истока формируется таким образом, что он находится в контакте с поверхностями области 2 кармана и области 3 истока. Другими словами, область 2 кармана имеет электрический потенциал, идентичный электрическому потенциалу области 3 истока. Область 5 стока n+-типа формируется на краю первой дрейфовой области 4, и электрод 16 стока дополнительно формируется таким образом, что он находится в контакте с поверхностью области 5 стока. На фиг. 4A и 4B, межслойная изолирующая пленка и контактные окна не проиллюстрированы.

Кроме того, поскольку область 2 кармана находится в контакте с изолирующей пленкой 6 затвора на боковой поверхности канавки 8 затвора, чем более глубокой является канавка 8 затвора, тем больше площадь, на которой изолирующая пленка 6 затвора и область 2 кармана находятся в контакте между собой.

[0137] В качестве материала подложки 1, например, может использоваться полуизолирующая подложка или изолирующая подложка. Изолирующая подложка, показанная в данном документе, соответствует подложке, удельное сопротивление которой составляет несколько кОм/см или больше. В качестве материала подложки 1, может использоваться карбид кремния (SiC). В четвертом варианте осуществления, в дальнейшем поясняется пример случая, в котором подложка 1 представляет собой изолирующую подложку, сформированной из карбида кремния. Карбид кремния имеет несколько политипов (полиморфизм). Настоящий вариант осуществления проиллюстрирован с примером использования карбида кремния общего 4H-политипа.

[0138] Способ изготовления четвертого варианта осуществления

Далее поясняется способ изготовления полупроводникового устройства 104 согласно четвертому варианту осуществления. Во-первых, материал для маски (не проиллюстрирован) формируется на изолированной полупроводниковой подложке на основе нелегированного карбида кремния 1 и после этого формирует рисунок в соответствии с канавкой 8 затвора. Кремниевая окисная пленка может использоваться в качестве материала для маски, и в качестве способа осаждения, могут использоваться тепловой CVD-способ и плазменный CVD-способ. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии.

[0139] Материал для маски травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление.

[0140] Затем, с использованием материала для маски в качестве маски, канавка 8 затвора формируется посредством способа сухого травления. После формирования канавки 8 затвора, материал для маски удаляется. Например, когда материал для маски представляет собой пленку на основе оксида кремния, материал 9 для маски удаляется посредством очистки плавиковой кислотой. Фиг. 4C показывает структуру в поперечном сечении после формирования канавки 8 затвора.

[0141] Затем, формируются первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41. В структуре, показанной на фиг. 4C, первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 могут формироваться одновременно посредством наклонной ионной имплантации примесей n-типа. Концентрация имплантации этого предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁴ до 1*10¹⁸/см³. Энергия имплантации задается в соответствии с глубинами первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41. Например, в случае если глубина первой дрейфовой области 4 составляет 1 микрометр, примеси n-типа имплантируются с энергией имплантации порядка МэВ. Угол имплантации задается в качестве угла таким образом, что нижняя часть канавки 8 затвора полностью окружена посредством области n-типа. Если ширина канавки 8 затвора составляет 1 микрометр, и глубина составляет 1 микрометр, предпочтительно задавать угол имплантации равным или меньшим 45 градусов. Фиг. 4D показывает структуру в поперечном сечении после формирования первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41.

[0142] Затем область 2 кармана p-типа, область 3 истока n+-типа и область 5 стока формируются посредством ионной имплантации на подложке 1. Хотя порядок для того, чтобы формировать их, не ограничен конкретным образом, предпочтительно формировать область 2 кармана заранее. Затем формируются область 3 истока и область 5 стока. Область 3 истока и область 5 стока могут формироваться одновременно. В настоящем варианте осуществления, обе из них формируются независимо.

[0143] Чтобы формировать рисунок на ионно-имплантированной области для области 2 кармана, области 3 истока и области 5 стока, материал для маски (не проиллюстрирован) формируется на первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41. Кремниевая окисная пленка может использоваться в качестве материала для маски, и в качестве способа осаждения, могут использоваться тепловой CVD-способ и плазменный CVD-способ.

[0144] Затем, резист (не проиллюстрирован) формирует рисунок на поверхности материала для маски. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Материал для маски травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты или сухое травление, такое как реактивное ионное травление.

[0145] Резист затем удаляется посредством использования кислородной плазмы или серной кислоты. Примеси p-типа и примеси n-типа ионно-имплантируются посредством материала для маски в качестве маски, чтобы формировать область 2 кармана p-типа и область 3 истока n+-типа. В качестве примесей p-типа, могут использоваться алюминий или бор. Азот может использоваться в качестве примесей n-типа. В это время, такие ионы имплантируются в состоянии, в котором подложка нагревается приблизительно до 600°C, за счет чего может подавляться возникновение кристаллического дефекта в имплантированной области. Материал для маски удаляется посредством травления с использованием фторированной кислоты, например, после ионной имплантации.

[0146] Структура в поперечном сечении после формирования области 2 кармана и области 3 истока показана на фиг. 4E. Кроме того, концентрация примеси области 3 истока и области 5 стока, сформированных в вышеуказанном способе, предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁸/см³ до 1*10²¹/см³. Кроме того, концентрация примеси области 2 кармана предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁵/см³ до 1*10¹⁹/см³. Глубина области 2 кармана предпочтительно превышает глубину канавки 8 затвора.

[0147] Далее, примеси, ионно-имплантированные таким способом, активируются посредством выполнения их термической обработки. Термическая обработка предпочтительно должна выполняться приблизительно при 1700°C и предпочтительно в атмосфере аргона или азота.

Затем изолирующая пленка 6 затвора формируется на внутренней поверхности канавки 8 затвора и первой основной поверхности подложки 1. В качестве способа формирования изолирующей пленки 6 затвора, может использоваться способ теплового окисления или способ осаждения. В качестве примера способа теплового окисления, подложка 1 располагается в кислородной атмосфере и нагревается приблизительно до 1100°C. Пленка на основе оксида кремния может формироваться во всех участках, в которых подложка 1 контактирует с кислородом. Таким образом, сформированная изолирующая пленка 6 затвора может подвергаться отжигу приблизительно при 1000°C при атмосфере азота, аргона или N₂O, чтобы снижать межфазовый уровень на поверхности раздела между областью 2 кармана и изолирующей пленкой 6 затвора.

Кроме того, также можно, в качестве другого примера способа теплового окисления, термически окислять непосредственно при атмосфере монооксида азота (NO) или монооксида диазота (N₂O). Температура в этом случае предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1100°C до 1400°C. Толщина изолирующей пленки 6 затвора, которая должна формироваться, предпочтительно составляет несколько десятков нанометров.

[0148] Затем, формируется электрод 7 затвора. Материал, из которого формируется электрод 7 затвора, обычно представляет собой поликристаллический кремний, и в дальнейшем поясняется пример осаждения поликристаллического кремния в настоящем варианте осуществления. CVD-способ на основе низкого давления может использоваться в качестве способа осаждения поликристаллического кремния. Толщина поликристаллического кремния, который должен осаждаться, задается больше половины ширины канавки 8 затвора. Таким образом, канавка 8 затвора полностью заполняется поликристаллическим кремнием. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 микрометра, толщина осаждения поликристаллического кремния превышает 1 микрометр.

[0149] Осажденный поликристаллический кремний затем подвергается отжигу в POCl₃ приблизительно при 950°C таким образом, чтобы формировать поликристаллический кремний n-типа и предоставлять электрод 7 затвора с электропроводностью. Затем, поликристаллический кремний электрода 7 затвора подвергается травлению.

[0150] В качестве способа травления, могут приспосабливаться изотропное травление или анизотропное травление. Величина травления задается таким образом, что поликристаллический кремний остается во внутренней части канавки 8 затвора. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 микрометра, и поликристаллический кремний осаждается с толщиной в 1,5 микрометра, величина травления предпочтительно составляет 1,5 микрометра. Помимо этого, несколько процентов перетравления относительно поликристаллического кремния с толщиной в 1,5 микрометра представляют собой допустимый уровень для травления. Фиг. 4F показывает структуру в поперечном сечении после травления электрода 7 затвора.

[0151] Затем, формируется межслойная изолирующая пленка (не проиллюстрирована). В качестве межслойной изолирующей пленки, в общем, предпочтительно использовать пленку на основе оксида кремния, и тепловой CVD-способ или плазменный CVD-способ может использоваться в качестве способа ее осаждения. Толщина межслойной изолирующей пленки предпочтительно равна или выше 1 микрометра. После осаждения межслойной изолирующей пленки, формируются контактные окна для электродов (не проиллюстрированы). Резист (не проиллюстрирован) формирует рисунок на межслойной изолирующей пленке 10. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Межслойная изолирующая пленка травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление.

[0152] Резист затем удаляется посредством использования кислородной плазмы или серной кислоты. Контактное окно, используемое для электрода 15 истока, формируется таким образом, что область 2 кармана и область 3 истока одновременно экспонируются из него.

После формирования контактных окон, электрод 15 истока формируется на поверхностях области 2 кармана и области 3 истока, и электрод 16 стока дополнительно формируется на области 5 стока, как показано на фиг. 4A. В качестве электродного материала, в общем, используется металл. В качестве такого металла, могут использоваться титан (Ti), никель (Ni) или молибден (Mo). Альтернативно, биметалл, например, Ti/Ni/Ag, может использоваться для этого. В дальнейшем поясняется пример использования титана (Ti) в настоящем варианте осуществления. Во-первых, способ осаждения, например, способ напыления, используется для того, чтобы осаждать титан (Ti). Затем, избирательное травление посредством резистной маски подвергается осажденному титану. Следовательно, полупроводниковое устройство 104 четвертого варианта осуществления, показанного на фиг. 4A, полностью изготавливается.

[0153] Пояснение работы четвертого варианта осуществления

Далее поясняется работа полупроводникового устройства 104 согласно четвертому варианту осуществления, показанному на фиг. 4A. Полупроводниковое устройство 104, показанное на фиг. 4A, управляет напряжением электрода 7 затвора в состоянии, в котором положительное напряжение прикладывается к электроду 16 стока при рассмотрении напряжения электрода 15 истока в качестве опорного, и в силу этого функционирует в качестве транзистора.

[0154] Другими словами, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока достигает значения, равного или большего предварительно определенного порогового значения, инверсионный слой формируется в канале области 2 кармана, которая находится в контакте с боковой поверхностью электрода 7 затвор, таким образом, что он активируется. Затем ток в силу этого вытекает из электрода 16 стока в электрод 15 истока.

В частности, электроны вытекают из электрода 15 истока в область 3 истока. Кроме того, некоторые электроны вытекают из области 3 истока во вторую дрейфовую область 41 через канал и протекают в область 5 стока. Оставшиеся электроны протекают в первую дрейфовую область 4 и вытекают из первой дрейфовой области 4 в область 5 стока. Оба электрона протекают в электрод 16 стока.

[0155] Между тем, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока задается равным предварительно определенному пороговому напряжению или меньше, инверсионный слой исчезает, и транзистор переходит в отключенное состояние, и ток отсекается. В это время, высокое напряжение от нескольких сотен до нескольких тысяч Вольт прикладывается между электродом 16 стока и электродом 15 истока. Тем не менее, поскольку производительность по напряжению пробоя является высокой, отключенное состояние может поддерживаться.

[0156] В настоящем варианте осуществления, предусмотрена такая конфигурация, в которой чем более глубокой является канавка 8 затвора, тем больше площадь, на которой канавка 8 затвора и область 2 кармана находятся в контакте между собой. Соответственно, поскольку, чем более глубокой является канавка 8 затвора, тем больше ширина канала и шире тракт, через который протекает ток, сопротивление тока, который протекает в канал, может уменьшаться. Кроме того, поскольку вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4, путь тока в канале может расширяться, и в силу этого сопротивление может уменьшаться.

[0157] Другими словами, полупроводниковое устройство 104 согласно настоящему варианту осуществления имеет зависимость от глубины электрода 7 затвора в дополнение к зависимости от площади сопротивления, по сравнению с традиционными полупроводниковыми устройствами. В случае идентичной площади, эффект уменьшения сопротивления может получаться посредством глубокого формирования канавки 8 затвора и посредством формирования электрода 7 затвора глубоко. Соответственно, даже если она представляет собой малогабаритную микросхему, большой ток может протекать, и затраты на микросхему могут уменьшаться.

[0158] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, карбид кремния (SiC) используется в качестве материала подложки 1. Поскольку карбид кремния имеет высокую изоляционную производительность, теплопроводность является высокой, он может эффективно охлаждаться посредством присоединения охладителя (не проиллюстрирован) на задней боковой поверхности подложки 1 через проводящий материал. Другими словами, тепло, вырабатываемое вследствие тока, который протекает, когда полупроводниковое устройство 104 активируется, может эффективно излучаться. Кроме того, поскольку карбид кремния представляет собой полупроводник, имеющий широкую запрещенную зону, и имеет небольшое число собственных носителей, полупроводниковое устройство эффективно обеспечивает высокую изоляционную производительность. Соответственно, может предоставляться полупроводниковое устройство, имеющее высокое напряжение пробоя.

[0159] Кроме того, поскольку область 2 кармана является более глубокой, чем канавка 8 затвора, область 2 кармана находится в контакте с нижней частью электрода 7 затвора. Соответственно, электростатическая емкость формируется между областью 2 кармана и электродом 7 затвора через изолирующую пленку 6 затвора. Эта электростатическая емкость присутствует параллельно емкости между затвором и истоком, и в силу этого емкость между затвором и истоком увеличивается.

[0160] Устройства с широкой запрещенной зоной, например, карбид кремния (SiC), имеют большую емкость затвор-сток, чем емкость затвор-сток кремниевых элементов, напряжение, превышающее пороговое значение, может мгновенно подаваться между затвором и истоком вследствие дисбаланса между емкостью между затвором и истоком и емкостью между затвором и стоком во время операции переключения. Следовательно, полупроводниковое устройство может быть неисправным таким образом, что оно активируется. В четвертом варианте осуществления, поскольку емкость между затвором и истоком увеличивается, как упомянуто выше, мгновенное напряжение между затвором и истоком во время операции переключения может уменьшаться. Соответственно, такая неисправность может предотвращаться.

[0161] Первый модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется первый модифицированный пример четвертого варианта осуществления. Первый модифицированный пример четвертого варианта осуществления отличается от третьего варианта осуществления в таком аспекте, что вторая дрейфовая область 41 имеет концентрацию примеси ниже концентрации примеси первой дрейфовой области 4. Другая конфигурация является идентичной конфигурации четвертого варианта осуществления, показанного на фиг. 4A.

В дальнейшем в этом документе, поясняется отличающийся аспект способа изготовления. В первом модифицированном примере четвертого варианта осуществления, после формирования области 2 кармана, области 3 истока и области 5 стока, первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 формируются посредством ионной имплантации. Затем канавка 8 затвора формируется во второй дрейфовой области 41. Другой способ изготовления является идентичным способу изготовления четвертого варианта осуществления.

[0162] В дальнейшем в этом документе, поясняется работа первого модифицированного примера четвертого варианта осуществления. Работа во время проводимости является идентичной работе вышеуказанного четвертого варианта осуществления. Когда полупроводниковое устройство находится в отключенном состоянии, и ток прерывается, обедненный слой проходит во второй дрейфовой области 41 и первой дрейфовой области 4 из электрода 7 затвора по мере того, как напряжение электрода 16 стока увеличивается, и в силу этого электрическое поле прикладывается из электрода 16 стока к области 2 кармана. В первом модифицированном примере четвертого варианта осуществления, поскольку концентрация второй дрейфовой области 41 задана ниже концентрации первой дрейфовой области 4, электрическое поле, прикладываемое к электроду 7 затвора, может уменьшаться. Другими словами, может повышаться напряжение пробоя, и в силу этого может предоставляться полупроводниковое устройство, имеющее высокое напряжение пробоя и низкое сопротивление.

[0163] Второй модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется второй модифицированный пример полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления. Фиг. 4G является схемой в поперечном сечении полупроводникового устройства согласно второму модифицированному примеру четвертого варианта осуществления. Полупроводниковое устройство согласно второму модифицированному примеру отличается от полупроводникового устройства 104, показанного на фиг. 4A, в таком аспекте, что канавка 8 затвора формируется таким образом, что она является более глубокой, чем вторая дрейфовая область 41, и находится в контакте с изолирующей подложкой.

Способ изготовления во втором модифицированном примере отличается от способа изготовления полупроводникового устройства 104, показанного на фиг. 4A, в аспекте угла наклонной имплантации примесей при формировании первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41. Более конкретно, в случае полупроводникового устройства 104a, показанного на фиг. 4G, угол задается таким образом, что примеси не имплантируются в нижнюю часть канавки 8 затвора. Например, если ширина канавки затвора составляет 1 микрометр, и глубина составляет 1 микрометр, предпочтительно задавать угол имплантации равным или большим 45 градусов.

[0164] В дальнейшем в этом документе, поясняется работа полупроводникового устройства 104a согласно второму модифицированному примеру. Работа во включенном состоянии является идентичной работе вышеуказанного четвертого варианта осуществления. В отключенном состоянии, в котором ток прерывается, поскольку краевой участок электрода 7 затвора (т.е. угловой участок нижней части канавки 8 затвора) находится в контакте с изолирующей подложкой, концентрация электрического поля, вызываемая в угловом участке, может подавляться. Соответственно, может быть реализовано высокое напряжение пробоя.

[0165] Кроме того, электростатическая емкость, сформированная в нижней части канавки 8 затвора между электродом 7 затвора и второй дрейфовой областью 41, может уменьшаться. Следовательно, поскольку электростатическая емкость (Cgd) между затвором и стоком полупроводникового устройства 104a может уменьшаться, может предоставляться полупроводниковое устройство, допускающее работу на высокой скорости.

[0166] Третий модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется третий модифицированный пример полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления. Конфигурация устройства является идентичной конфигурации, показанной на фиг. 4A. Отличающийся аспект заключается в том, что когда электрод 15 истока, электрод 7 затвора и электрод 16 стока имеют идентичное напряжение, вторая дрейфовая область 41 полностью обедняется. Например, если концентрация второй дрейфовой области 41 составляет 1*10¹⁴/см³, и расстояние от электрода 7 затвора до второй дрейфовой области 41 составляет приблизительно 0,1 микрометра, вторая дрейфовая область 41 полностью обедняется вследствие изгиба энергетической зоны, вызываемого посредством разности работы выхода между электродом 7 затвора и второй дрейфовой областью 41. Другими словами, практически не формируется электростатическая емкость посредством второй дрейфовой области 41 и электрода 7 затвора через изолирующую пленку 6 затвора в области, более глубокой, чем первая дрейфовая область 4. Следовательно, электростатическая емкость (Cgd) между затвором и стоком может уменьшаться, работа на высокой скорости может быть реализована, и потери мощности на переключение могут уменьшаться.

[0167] Четвертый модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется четвертый модифицированный пример полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления. Фиг. 4H является схемой в поперечном сечении полупроводникового устройства согласно четвертому модифицированному примеру. Как показано на фиг. 4H, полупроводниковое устройство 104b согласно четвертому модифицированному примеру отличается полупроводникового устройства четвертого варианта осуществления, показанного на фиг. 4A, в таком аспекте, что область 5 стока формируется в идентичной глубине в качестве области 3 истока.

Посредством приспособления такой конфигурации, область 5 стока и область 3 истока могут формироваться одновременно посредством ионной имплантации, процесс изготовления может упрощаться, и затраты на изготовление могут уменьшаться.

[0168] Пятый модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется пятый модифицированный пример полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления. Фиг. 4I является схемой в поперечном сечении полупроводникового устройства согласно пятому модифицированному примеру. Полупроводниковое устройство 104c согласно пятому модифицированному примеру отличается от полупроводникового устройства 104, показанного на фиг. 4A, в таком аспекте, что ширина области 3 истока является небольшой в позиции, глубокой относительно поверхности подложки 1, и ширина области 3 истока формируется широко около поверхности подложки 1.

[0169] Отличающийся аспект способа изготовления заключается в том, что область 3 истока и область 2 кармана формируются посредством наклонной ионной имплантации, выполняемой в боковую стенку канавки 8 затвора. Посредством приспособления такого способа изготовления, даже если энергия имплантации является низкой, область 2 кармана и область 3 истока могут глубоко формироваться. Следовательно, затраты на ионную имплантацию могут уменьшаться. Поскольку работа является идентичной работе четвертого варианта осуществления, ее пояснение опускается.

[0170] Шестой модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется шестой модифицированный пример полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления. Фиг. 4J является схемой в перспективе полупроводникового устройства согласно шестому модифицированному примеру. Полупроводниковое устройство 104d согласно шестому модифицированному примеру отличается от полупроводникового устройства 104, показанного на фиг. 4A, упомянутого выше, тем, что периферия всего устройства представляет собой изолирующую подложку. Кроме того, способ изготовления отличается от способа изготовления четвертого варианта осуществления тем, что ионы избирательно имплантируются с использованием маски, чтобы формировать первую дрейфовую область 4.

[0171] Посредством приспособления такой конфигурации, концентрация электрического поля, вызываемая в периферийном участке, может ослабляться во время деактивации полупроводникового устройства 104d. Традиционно, чтобы ослаблять концентрацию электрического поля, например, приспосабливается способ формирования предохранительного кольца в периферии полупроводникового устройства. Тем не менее, если такое предохранительное кольцо формируется, то поскольку его площадь требуется, эффективность использования площади во время операции включения уменьшается. В полупроводниковом устройстве 104d согласно шестому модифицированному примеру, может ослабляться концентрация электрического поля, и может повышаться эффективность использования площади. Следовательно, требуемый ток может протекать с небольшим размером микросхемы, и затраты на микросхему могут уменьшаться.

[0172] Кроме того, поскольку ток не протекает в область, в которой первая дрейфовая область 4 не присутствует во время операции включения, тепло не вырабатывается в этой области. Следовательно, поскольку тепло, вырабатываемое в первой дрейфовой области 4, переносится в область, в которой первая дрейфовая область 4 не присутствует, эффективность охлаждения может повышаться.

[0173] Седьмой модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется седьмой модифицированный пример полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления. Фиг. 4K является схемой в перспективе полупроводникового устройства согласно седьмому модифицированному примеру.

Полупроводниковое устройство 104e согласно седьмому модифицированному примеру отличается от полупроводникового устройства 104, показанного на фиг. 4A, упомянутого выше, в таком аспекте, что периферия всего устройства представляет собой изолирующую подложку, и в таком аспекте, что смежные полупроводниковые устройства совместно используют канавку затвора и электрод 7 затвора. Способ изготовления является идентичным способу изготовления четвертого варианта осуществления.

[0174] Согласно седьмому модифицированному примеру, варьирование характеристик между множеством полупроводниковых устройств может уменьшаться посредством совместного использования идентичного электрода 7 затвора полупроводниковыми устройствами, которые являются смежными друг с другом. Кроме того, может повышаться эффективность использования площади, и может повышаться надежность.

[0175] Восьмой модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется восьмой модифицированный пример полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления. Фиг. 4L является схемой в перспективе полупроводникового устройства согласно восьмому модифицированному примеру. Как показано на фиг. 4L, полупроводниковое устройство 104f согласно восьмому модифицированному примеру отличается от полупроводникового устройства 104, показанного на фиг. 4A, тем, что канавка 17 истока, имеющая глубину, идентичную глубине канавки 8 затвора, формируется в направлении, ортогональном к канавке 8 затвора. Кроме того, область 2 кармана, область 3 истока и электрод 15 истока формируются во внутренней части канавки 17 истока. Канавка 17 истока формируется в направлении, ортогональном к канавке 8 затвора, при просмотре со стороны непосредственно выше. Боковая стенка канавки 17 истока находится в контакте с областью 3 истока, и нижняя часть канавки 17 истока находится в контакте с областью 2 кармана.

[0176] Способ его изготовления отличается от способа изготовления полупроводникового устройства 104, показанного на фиг. 4, в таком аспекте, что канавка 8 затвора и канавка 17 истока формируются одновременно, и затем первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 формируются посредством ионной имплантации. Затем область 3 истока, область 5 стока и область 2 кармана избирательно формируются с использованием маски. Область 3 истока и область 2 кармана формируются посредством наклонной имплантации ионов в боковую стенку канавки 17 истока.

[0177] Кроме того, в полупроводниковом устройстве 104f согласно восьмому модифицированному примеру, поскольку электрод 15 истока и область 3 истока находятся в контакте между собой на боковой поверхности канавки 17 истока, площадь для контакта может дополнительно расширяться. Следовательно, контактное сопротивление между электродом 15 истока и областью 3 истока может уменьшаться.

[0178] Кроме того, поскольку полупроводниковое устройство 104, показанное на фиг. 4A, имеет конфигурацию, в которой электрод 15 истока находится в контакте с поверхностью области 3 истока, электроны перемещают длинный проход в области 3 истока, когда полупроводниковое устройство 104 выполняет операцию включения. Кроме того, удельное сопротивление области 3 истока, в общем, выше металлического электрода. С другой стороны, в полупроводниковом устройстве 104f согласно восьмому модифицированному примеру, поскольку канавка 17 истока формируется в области 3 истока, проход, в который электроны перемещают область 3 истока, может сокращаться, и может уменьшаться сопротивление.

[0179] Девятый модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется девятый модифицированный пример полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления. Фиг. 4M является схемой в перспективе полупроводникового устройства согласно девятому модифицированному примеру. Полупроводниковое устройство 104g согласно шестому модифицированному примеру отличается от полупроводникового устройства 104, показанного на фиг. 4A, упомянутого выше в таком аспекте, что периферия всего устройства представляет собой изолирующую подложку, как показано на фиг. 4M. Кроме того, девятый модифицированный пример отличается от него в таком аспекте, что глубина канавки 8 затвора (см. фиг. 4B и т.д.) равна или выше 1/2 повторяющегося шага P1 полупроводникового устройства.

[0180] Способ изготовления и работа являются идентичными способу изготовления и работе полупроводникового устройства 104, показанного с фиг. 4A. В полупроводниковом устройстве 104g согласно девятому модифицированному примеру, глубина канавки 8 затвора равна или выше 1/2 повторяющегося шага P1 полупроводникового устройства. Соответственно, ширина канала может дополнительно увеличиваться, и большой ток может протекать через канал во время операции включения.

[0181] Десятый модифицированный пример четвертого варианта осуществления

Далее поясняется десятый модифицированный пример полупроводникового устройства согласно четвертому варианту осуществления. Десятый модифицированный пример отличается от четвертого варианта осуществления, показанного на фиг. 4A, в таком аспекте, что концентрация примеси около поверхности первой дрейфовой области 4 понижается. В способе изготовления, при имплантации ионов, чтобы формировать первую дрейфовую область 4, дозированное количество во время низкой энергии может быть задано ниже дозированного количества во время высокой энергии.

[0182] Поскольку концентрация примеси поверхности первой дрейфовой области 4 ниже концентрации примеси четвертого варианта осуществления, упомянутого выше, возникает незначительный поток электронов на поверхности во время проводимости, при работе полупроводникового устройства согласно десятому модифицированному примеру. Следовательно, даже если технологическое повреждение возникает в первой основной поверхности подложки 1 в процессе изготовления, влияние может уменьшаться. Кроме того, поскольку обедненный слой на поверхности первой дрейфовой области 4 является широким при операции отключения, уменьшение ширины обедненного слоя вследствие технологического повреждения может улучшаться, и может предоставляться высоконадежное полупроводниковое устройство.

[0183] Пояснение пятого варианта осуществления

Далее поясняется пятый вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 5A является схемой в перспективе, показывающей конфигурацию полупроводникового устройства согласно пятому варианту осуществления, и фиг. 5B является схемой в поперечном сечении вдоль линии X-X' по фиг. 5A. На фиг. 5A и 5B, во избежание усложненности, описание межслойной изолирующей пленки и контактного окна опускается.

[0184] Как показано на фиг. 5A и 5B, полупроводниковое устройство 105 согласно пятому варианту осуществления включает в себя: изоляционную полупроводниковую подложку (подложку 1); и первую дрейфовую область 4 n-типа, вторую дрейфовую область 41 n-типа и область 2 кармана p-типа, которые формируются на первой основной поверхности подложки 1. Первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 контактируют друг с другом, и вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4. Область 2 кармана находится в контакте со второй дрейфовой областью 41.

[0185] Полупроводниковое устройство 105 включает в себя область 3 истока n+-типа, сформированную таким образом, что она продолжается от поверхности области 2 кармана в направлении, перпендикулярном к ней, до внутренней части области 2 кармана. Полупроводниковое устройство 105 включает в себя область 5 стока n-типа, сформированную таким образом, что она продолжается от поверхности первой дрейфовой области 4 до внутренней части первой дрейфовой области 4, и таким образом, что она отделена от области 2 кармана.

[0186] Канавка 8 затвора, более глубокая, чем первая дрейфовая область 4, формируется в части второй дрейфовой области 41, части области 2 кармана и части области 3 истока. Канавка 8 затвора находится в контакте со второй дрейфовой областью 41, областью 2 кармана и областью 3 истока.

[0187] Изолирующая пленка 6 затвора формируется на внутренней поверхности канавки 8 затвора, и электрод 7 затвора дополнительно формируется в ее внутренней части. Электрод 7 затвора находится в контакте со второй дрейфовой областью 41, областью 2 кармана и областью 3 истока, через изолирующую пленку 6 затвора.

[0188] Столбиковая область 21 p-типа формируется на части поверхности первой дрейфовой области 4 и части поверхности второй дрейфовой области 41. Столбиковая область 21 находится в контакте с боковой поверхностью канавки 8 затвора и также формируется таким образом, что она проходит вниз в направлении, перпендикулярном к ней, и формируется в нижней часть канавки 8 затвора. Столбиковая область 21 находится в контакте с областью 2 кармана в нижней части канавки 8 затвора. Столбиковая область 21, сформированная в первой дрейфовой области 4, является менее глубокой, чем первая дрейфовая область 4. Другими словами, часть столбиковой области 21 формируется в позиции, менее глубокой, чем первая дрейфовая область 4 в первой дрейфовой области 4, и другая ее часть формируется в нижнюю часть канавки 8 затвора. Столбиковая область 21 имеет электрический потенциал, идентичный электрическому потенциалу электрода истока. Столбиковая область 21 формируется таким образом, что она находится в контакте с частью поверхности (боковой поверхности справа на чертежах) изолирующей пленки 6 затвора, сформированной в канавке 8 затвора напротив области 5 стока.

[0189] Поскольку область 2 кармана находится в контакте с боковой поверхностью канавки 8 затвора, площадь, на которой канавка 8 затвора и область 2 кармана находятся в контакте между собой, увеличивается по мере того, как канавка 8 затвора становится более глубокой. Электрод истока (не проиллюстрирован) предоставляется в контакте с поверхностями области 3 истока и области 2 кармана. Соответственно, область 3 истока имеет электрический потенциал, идентичный электрическому потенциалу области 2 кармана. Кроме того, электрод стока (не проиллюстрирован) предоставляется в контакте с поверхностью области 5 стока.

[0190] Кроме того, в пятом варианте осуществления, карбид кремния (SiC) используется в качестве изоляционной полупроводниковой подложки (подложки 1). Изолирующая подложка, показанная в данном документе, соответствует подложке, удельное сопротивление которой составляет несколько кОм/см или больше. Здесь, карбид кремния имеет несколько политипов (полиморфизм). Настоящий вариант осуществления проиллюстрирован с примером использования карбида кремния общего 4H-политипа.

[0191] Способ изготовления пятого варианта осуществления

Далее поясняется способ изготовления полупроводникового устройства 105 согласно пятому варианту осуществления. Во-первых, канавка 8 затвора формируется на изолированной полупроводниковой подложке на основе нелегированного карбида кремния (подложке 1). Затем, чтобы формировать канавку 8 затвора, материал для маски (не проиллюстрирован) осаждается на первой основной поверхности подложки 1 и после этого формирует рисунок. Например, кремниевая окисная пленка может использоваться в качестве материала для маски, и в качестве способа осаждения, могут использоваться тепловой CVD-способ и плазменный CVD-способ. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Материал для маски травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски.

[0192] В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление. Затем, с использованием материала для маски в качестве маски, канавка 8 затвора формируется посредством сухого травления. Маска удаляется после формирования канавки 8 затвора. Например, когда материал для маски представляет собой пленку на основе оксида кремния, материал 9 для маски удаляется посредством очистки плавиковой кислотой. Следовательно, получается структура в поперечном сечении, аналогичная фиг. 4C, упомянутому выше.

[0193] Затем, формируются первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41. Первая дрейфовая область 4 и вторая дрейфовая область 41 могут формироваться одновременно посредством наклонной ионной имплантации примесей n-типа. Концентрация имплантации этого предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁴ до 1*10¹⁸/см³. Энергия имплантации может задаваться в соответствии с глубинами первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41.

[0194] Угол имплантации задается в качестве угла таким образом, что нижняя часть канавки 8 затвора полностью окружена посредством области n-типа. Например, в случае если глубина первой дрейфовой области 4 составляет 1 микрометр, имплантация примесей n-типа порядка МэВ требуется. Если ширина канавки 8 затвора составляет 1 микрометр, и глубина также составляет 1 микрометр, предпочтительно задавать угол имплантации равным или меньшим 45 градусов. Следовательно, может получаться структура в поперечном сечении, аналогичная фиг. 4D, упомянутому выше.

[0195] Затем область 2 кармана p-типа, область 3 истока n+-типа, область 5 стока и столбиковая область 21 формируются посредством ионной имплантации на подложке 1. Хотя порядок для того, чтобы формировать их, не ограничен конкретным образом, предпочтительно формировать область 2 кармана заранее. Хотя область 3 истока и область 5 стока могут формироваться одновременно, обе из них формируются отдельно в настоящем варианте осуществления.

[0196] В качестве способа для формирования рисунка на ионно-имплантированной области, материал для маски осаждается на первой дрейфовой области 4 и второй дрейфовой области 41. Кремниевая окисная пленка может использоваться в качестве материала для маски, и в качестве способа осаждения, могут использоваться тепловой CVD-способ и плазменный CVD-способ. Затем, резист формирует рисунок на материале для маски.

[0197] В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Материал для маски травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление.

[0198] Резист затем удаляется посредством использования кислородной плазмы или серной кислоты. Материал для маски используется в качестве маски, примеси p-типа и примеси n-типа ионно-имплантируются, чтобы формировать область 2 кармана p-типа, область 3 истока n+-типа, область 5 стока n+-типа и столбиковая область 21 p-типа.

В качестве примесей p-типа, могут использоваться алюминий или бор. В качестве примесей n-типа, может использоваться азот. В это время, такие ионы имплантируются в состоянии, в котором подложка нагревается приблизительно до 600°C, за счет чего может подавляться возникновение кристаллического дефекта в имплантированной области. После того, как ионный впрыск выполняется, материал для маски удаляется, например, посредством травления с использованием плавиковой кислоты.

[0199] Фиг. 5C показывает структуру в поперечном сечении после формирования области 2 кармана, области 3 истока, области стока и столбиковой области 21. Концентрация примеси области 3 истока и области 5 стока, сформированных посредством вышеуказанного способа, предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁸/см³ до 1*10²¹/см³. Кроме того, концентрация примеси столбиковой области 21 и области 2 кармана предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1*10¹⁵/см³ до 1*10¹⁹/см³. Кроме того, каждая глубина области 2 кармана, области 3 истока и столбиковой области 21 с каналом p-типа задается большей глубины нижней поверхности канавки 8 затвора. Затем, примеси, ионно-имплантированные таким способом, активируются посредством выполнения термической обработки для них. Температура термической обработки предпочтительно составляет приблизительно 1700°C. Кроме того, предпочтительно использовать аргон или азот в качестве атмосферы.

[0200] Изолирующая пленка 6 затвора формируется на внутренней поверхности канавки 8 затвора. В качестве способа формирования изолирующей пленки 6 затвора, может использоваться способ теплового окисления или способ осаждения. В качестве примера способа теплового окисления, подложка 1 располагается в кислородной атмосфере и нагревается приблизительно до 1100°C. Пленка на основе оксида кремния может формироваться во всех участках, в которых подложка 1 контактирует с кислородом. Таким образом, сформированная изолирующая пленка 6 затвора может подвергаться отжигу приблизительно при 1000°C при атмосфере азота, аргона или N₂O, чтобы снижать межфазовый уровень на поверхности раздела между областью 2 кармана и изолирующей пленкой 6 затвора.

[0201] Кроме того, также можно, в качестве другого примера способа теплового окисления, термически окислять непосредственно при атмосфере монооксида азота (NO) или монооксида диазота (N₂O). Температура в этом случае предпочтительно составляет в пределах диапазона от 1100°C до 1400°C. Толщина изолирующей пленки 6 затвора, которая должна формироваться, предпочтительно составляет несколько десятков нанометров.

[0202] Затем, электрод 7 затвора формируется на внутренней поверхности изолирующей пленки 6 затвора. Поскольку обычно используется поликристаллический кремний в качестве материала электрода 7 затвора, настоящий вариант осуществления поясняет пример осаждения поликристаллического кремния. CVD-способ на основе низкого давления может использоваться в качестве способа осаждения поликристаллического кремния. Толщина поликристаллического кремния, который должен осаждаться, задается больше половины ширины канавки 8 затвора.

[0203] Затем внутренняя часть канавки 8 затвора полностью заполняется поликристаллическим кремнием. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 микрометра, толщина осаждения поликристаллического кремния превышает 1 микрометр. Осажденный поликристаллический кремний затем подвергается отжигу в POCl₃ приблизительно при 950°C таким образом, чтобы формировать поликристаллический кремний n-типа и предоставлять электрод 7 затвора с электропроводностью.

[0204] Затем, поликристаллический кремний электрода 7 затвора подвергается травлению. Выполняемое травление может представлять собой изотропное травление или анизотропное травление. Величина травления задается таким образом, что поликристаллический кремний остается в канавке 8 затвора. Например, когда ширина канавки 8 затвора составляет 2 микрометра, и поликристаллический кремний осаждается с толщиной в 1,5 микрометра, величина травления предпочтительно составляет 1,5 микрометра. Помимо этого, несколько процентов перетравления относительно поликристаллического кремния с толщиной в 1,5 микрометра представляют собой допустимый уровень для травления.

[0205] Затем формируется межслойная изолирующая пленка (не проиллюстрирована). В качестве межслойной изолирующей пленки, в общем, предпочтительно использовать пленку на основе оксида кремния. В качестве способа осаждения, могут использоваться тепловой CVD-способ или плазменный CVD-способ. Ее толщина предпочтительно равна или выше 1 микрометра.

После осаждения межслойной изолирующей пленки, формируются контактные окна (не проиллюстрированы). Резист (не проиллюстрирован) формирует рисунок на межслойной изолирующей пленке 10. В качестве способа формирования рисунка, может использоваться общий способ фотолитографии. Межслойная изолирующая пленка травится посредством использования резиста с рисунком в качестве маски. В качестве способа травления, может использоваться влажное травление с использованием плавиковой кислоты и сухое травление, такое как реактивное ионное травление.

[0206] Затем, резист удаляется посредством использования кислородной плазмы или серной кислоты. Контактное окно, используемое для электрода истока (не проиллюстрирован), формируется таким образом, что область 2 кармана и область 3 истока одновременно экспонируются из него.

После формирования контактных окон, электрод истока (не проиллюстрирован) и электрод стока (не проиллюстрирован) формируются в них. В качестве электродного материала, в общем, используется металл. Ti, Ni, Mo и т.п. может использоваться в качестве такого металла. Альтернативно, биметалл, например, Ti/Ni/Ag, может использоваться для этого. В дальнейшем поясняется пример использования титана (Ti) в настоящем варианте осуществления. Во-первых, способ осаждения, например, способ напыления, используется для того, чтобы осаждать титан (Ti). Затем, избирательное травление посредством резистной маски подвергается осажденному титану. Следовательно, полупроводниковое устройство 105 согласно пятому варианту осуществления, показанному на фиг. 5A, полностью изготавливается.

[0207] Пояснение работы пятого варианта осуществления

Далее поясняется работа полупроводникового устройства 105 согласно пятому варианту осуществления. Полупроводниковое устройство 105, показанное на фиг. 5A, управляет напряжением электрода 7 затвора в состоянии, в котором положительное напряжение прикладывается к электроду 16 стока при рассмотрении напряжения электрода 15 истока в качестве опорного, и в силу этого функционирует в качестве транзистора.

[0208] Другими словами, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока достигает значения, равного или большего предварительно определенного порогового значения, инверсионный слой формируется в канале области 2 кармана на боковой поверхности электрода 7 затвор таким образом, что он активируется. Затем ток в силу этого вытекает из электрода 16 стока в электрод 15 истока.

Более конкретно, электроны вытекают из электрода 15 истока в область 3 истока и дополнительно протекают во вторую дрейфовую область 41 через канал. Кроме того, электроны протекают в первую дрейфовую область 4 и дополнительно вытекают из первой дрейфовой области 4 в электрод стока через область 5 стока. Другими словами, ток протекает из электрода стока в электрод истока.

[0209] Между тем, когда напряжение между электродом 7 затвора и электродом 15 истока задается равным предварительно определенному пороговому напряжению или меньше, инверсионный слой исчезает, и транзистор переходит в отключенное состояние, и ток отсекается. В это время, высокое напряжение от нескольких сотен до нескольких тысяч Вольт прикладывается между стоком и истоком.

В это время, обедненный слой продолжается от участка p-n-перехода между первой дрейфовой областью 4 и столбиковой областью 21 в полупроводниковом устройстве 105 настоящего варианта осуществления. Если предварительно определенное напряжение прикладывается к электроду 16 стока, первая дрейфовая область 4 и столбиковая область 21 полностью обедняются.

[0210] Интенсивность электрического поля в обедненном слое в идеале является равномерной. Если интенсивность электрического поля достигает критичности, лавинный пробой возникает, и напряжение в это время становится напряжением пробоя. Таким образом, полупроводниковое устройство 105 настоящего варианта осуществления имеет структуру на основе суперперехода (SJ), в которой формируются первая дрейфовая область 4 и столбиковая область 21 попеременно. Соответственно, посредством прохождения обедненного слоя с обеих сторон столбиковой области 21, интенсивность вертикального электрического поля может задаваться равномерной, и высокое сопротивление воздействию напряжения может получаться.

[0211] В настоящем варианте осуществления, Nd обозначает концентрацию доноров первой дрейфовой области 4, Na обозначает концентрацию акцепторов столбиковой области 21, Wn обозначает интервал между столбиковыми областями 21, и Wp обозначает ширину столбиковой области 21. Как показано на фиг. 5D, Wp указывает ширину столбика 21, и Wn указывает интервал между столбиком 21 в то время, когда множество полупроводниковых устройств предоставляется рядом.

Кроме того, чтобы полностью обеднять первую дрейфовую область 4 и столбиковая область 21, в общем, необходимо удовлетворять следующему уравнению (1):

Na*Wp=Nd*Wn... (1)

Концентрация Nd доноров затрагивает сопротивление во включенном состоянии полупроводникового устройства, и сопротивление во включенном состоянии снижается по мере того, как Nd увеличивается. Чтобы уменьшать сопротивление во включенном состоянии при поддержании уравнения (1), необходимо увеличивать Nd и уменьшать Wn. Например, когда концентрация каждой из первой дрейфовой области 4 и столбиковой области 21 составляет 2*10¹⁷/см³, толщина первой дрейфовой области 4 составляет 4 микрометра, и интервал между столбиковой областью 21 и шириной столбиковой области 21 составляет 1 микрометр, сопротивление первой дрейфовой области 4 составляет несколько десятков мкОм*см², если напряжение пробоя составляет 700 В.

Другими словами, когда предварительно определенное напряжение прикладывается к электроду 16 стока, столбиковая область 21 и первая дрейфовая область 4 полностью обедняются. Соответственно, низкое сопротивление во включенном состоянии может быть реализовано в полупроводниковом устройстве 105 согласно настоящему варианту осуществления.

[0212] Кроме того, поскольку столбиковая область 21 формируется таким образом, что она находится в контакте с боковой поверхностью канавки 8 затвора (боковой поверхностью правой стороны на чертеже), противоположной области 5 стока, это позволяет уменьшать шаг полупроводникового устройства. Соответственно, эффективность использования площади подложки 1 может повышаться, и даже если она представляет собой малогабаритную микросхему, большой ток может протекать, и затраты на микросхему могут уменьшаться.

[0213] Кроме того, поскольку столбиковая область 21, которая присутствует в первой дрейфовой области 4, формируется менее глубокой, чем первая дрейфовая область 4, это позволяет уменьшать энергию при формировании столбиковой области 21 посредством ионной имплантации. Следовательно, затраты на ионную имплантацию могут уменьшаться.

[0214] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, столбиковая область 21 и область 2 кармана находятся в контакте с нижней частью канавки 8 затвора, и обе из них имеют идентичный электрический потенциал. Соответственно, поскольку нет необходимости формировать секцию соединения для того, чтобы соединяться с межсоединением в столбиковой области 21 и области 2 кармана, как в традиционном случае, может повышаться эффективность использования площади.

[0215] Кроме того, настоящий вариант осуществления имеет такую конфигурацию, в которой чем более глубокой является канавка 8 затвора, тем больше площадь, на которой канавка 8 затвора и область 2 кармана находятся в контакте между собой. Соответственно, поскольку, чем более глубокой является канавка 8 затвора, тем больше ширина канала и шире тракт, через который протекает ток, сопротивление тока, который протекает в канал, может уменьшаться. Кроме того, поскольку вторая дрейфовая область 41 формируется таким образом, что она является более глубокой, чем первая дрейфовая область 4, путь тока в канале может расширяться, и в силу этого сопротивление может уменьшаться.

[0216] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, карбид кремния (SiC) используется в качестве материала подложки 1. Поскольку карбид кремния имеет высокую изоляционную производительность, теплопроводность является высокой, он может эффективно охлаждаться посредством присоединения охладителя (не проиллюстрирован) на задней боковой поверхности подложки 1 через проводящий материал. Другими словами, тепло, вырабатываемое вследствие тока, который протекает, когда полупроводниковое устройство 105 активируется, может эффективно излучаться. Кроме того, поскольку карбид кремния представляет собой полупроводник, имеющий широкую запрещенную зону, и имеет небольшое число собственных носителей, полупроводниковое устройство эффективно обеспечивает высокую изоляционную производительность. Соответственно, может предоставляться полупроводниковое устройство, имеющее высокое сопротивление воздействию напряжения.

[0217] Как упомянуто выше, хотя полупроводниковое устройство настоящего изобретения и способ его изготовления поясняются на основе проиллюстрированных вариантов осуществления, настоящее изобретение не ограничено этим, и конфигурация каждой части может заменяться посредством любых конфигураций, имеющих аналогичную функцию.

Например, хотя каждый вышеуказанный вариант осуществления поясняет пример использования подложки из карбида кремния в качестве подложки 1, настоящее изобретение может использовать не только подложку из карбида кремния, но также и подложки, имеющие полупроводниковые материалы с широкой запрещенной зоной, например, GaN, алмаз, ZnO или AlGaN.

[0218] Хотя каждый вышеуказанный вариант осуществления поясняет пример использования поликристаллического кремния n-типа в качестве электрода затвора, поликристаллический кремний p-типа может использоваться вместо этого. Альтернативно, могут использоваться проводящие материалы, например, карбид поликристаллического кремния p-типа, SiGe или Al.

Кроме того, хотя каждый вышеуказанный вариант осуществления поясняет пример использования пленки на основе оксида кремния в качестве изолирующей пленки затвора, также может использоваться пленка на основе нитрида кремния. Альтернативно, может использоваться слой, в котором пленка на основе оксида кремния и пленка на основе нитрида кремния наслаиваются.

Список номеров ссылок

[0219] 1 - подложка

2 - область кармана

3 - область истока

4 - первая дрейфовая область

5 - область стока

6 - изолирующая пленка затвора

7 - электрод затвора

8 - канавка затвора

9 - материал для маски

10 - межслойная изолирующая пленка

11a - контактное окно

11b - контактное окно

15 - электрод истока

16 - электрод стока

17 - канавка истока

21 - столбиковая область

41 - вторая дрейфовая область

101 - полупроводниковое устройство

102 - полупроводниковое устройство

102a - полупроводниковое устройство

102b - полупроводниковое устройство

103 - полупроводниковое устройство

104 - полупроводниковое устройство

104a - полупроводниковое устройство

104b - полупроводниковое устройство

104c - полупроводниковое устройство

104d - полупроводниковое устройство

104e - полупроводниковое устройство

104f - полупроводниковое устройство

104g - полупроводниковое устройство

105 - полупроводниковое устройство.

Изобретение относится к полупроводниковому устройству и способу его изготовления. Полупроводниковое устройство содержит первую дрейфовую область (4) с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки (1), и вторую дрейфовую область (41) с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки (1), причем вторая дрейфовая область формируется таким образом, что она доходит до более глубокой позиции подложки (1), чем позиция первой дрейфовой области (4). Дополнительно включены область кармана со вторым типом проводимости в контакте со второй дрейфовой областью, область истока с первым типом проводимости, сформированная таким образом, что она проходит в направлении, перпендикулярном поверхности области кармана, и область стока с первым типом проводимости, отделенную от области кармана, причем область стока формируется таким образом, что она проходит в направлении, перпендикулярном поверхности первой дрейфовой области. Поскольку проток электронов после прохождения через канал может расширяться, сопротивление может уменьшаться. Техническим результатом изобретения является полупроводниковое устройство и способ изготовления такого устройства допускающее уменьшение сопротивления канала без увеличения глубины всей дрейфовой области. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 39 ил.

1. Полупроводниковое устройство, содержащее:

подложку,

первую дрейфовую область с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки;

вторую дрейфовую область с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки таким образом, что она контактирует с первой дрейфовой областью, причем вторая дрейфовая область сформирована таким образом, что она доходит до более глубокой позиции подложки, чем позиция первой дрейфовой области, и имеет такую же концентрацию примеси, что и первая дрейфовая область;

область кармана со вторым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки, причем область кармана находится в контакте со второй дрейфовой областью;

область истока с первым типом проводимости, сформированную в области кармана таким образом, что она проходит в направлении, перпендикулярном поверхности области кармана;

область стока с первым типом проводимости, сформированную в первой дрейфовой области, которая отделена от области кармана, причем область стока продолжается от поверхности первой дрейфовой области в перпендикулярном направлении;

изолирующую пленку затвора, сформированную таким образом, что она находится в контакте со второй дрейфовой областью, областью кармана и областью истока;

электрод затвора, сформированный таким образом, что он находится в контакте с изолирующей пленкой затвора, причем электрод затвора дополнительно находится в контакте со второй дрейфовой областью, областью кармана и областью истока через изолирующую пленку затвора;

электрод истока, соединенный с областью истока и областью кармана; и

электрод стока, соединенный с областью стока.

2. Полупроводниковое устройство по п. 1, в котором:

подложка представляет собой полуизолирующую подложку или изолирующую подложку.

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

подложка представляет собой полупроводник с широкой запрещенной зоной.

4. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, дополнительно содержащее:

канавку затвора, сформированную таким образом, что она находится в контакте со второй дрейфовой областью, при этом изолирующая пленка затвора и электрод затвора сформированы на внутренней поверхности канавки затвора.

5. Полупроводниковое устройство по п. 4, в котором:

чем более глубокой является канавка затвора, тем больше площадь, на которой изолирующая пленка затвора и область кармана находятся в контакте между собой.

6. Полупроводниковое устройство по п. 4, в котором:

канавка затвора сформирована таким образом, что она является более глубокой, чем вторая дрейфовая область.

7. Полупроводниковое устройство по п. 4, в котором:

область кармана является более глубокой, чем канавка затвора.

8. Полупроводниковое устройство по п. 1 или 2, в котором:

когда электрод затвора, электрод истока и электрод стока имеют идентичное напряжение, вторая дрейфовая область полностью обедняется.

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

концентрация примеси около поверхности первой дрейфовой области является низкой.

10. Полупроводниковое устройство по п. 4, дополнительно содержащее:

столбиковую область со вторым типом проводимости, часть которой сформирована в позиции, менее глубокой, чем первая дрейфовая область в первой дрейфовой области, и другая часть сформирована в нижней части канавки затвора, в контакте с областью истока, при этом

столбиковая область имеет тот же электрический потенциал как у электрода истока.

11. Полупроводниковое устройство по п. 10, в котором:

столбиковая область находится в контакте с по меньшей мере частью поверхности изолирующей пленки затвора, противоположной электроду стока.

12. Полупроводниковое устройство по п. 10, в котором:

когда предварительно определенное напряжение прикладывается к электроду стока, столбиковая область и первая дрейфовая область полностью обедняются.

13. Способ изготовления полупроводникового устройства, причем упомянутое полупроводниковое устройство содержит:

подложку;

первую дрейфовую область с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки;

вторую дрейфовую область с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки таким образом, что она контактирует с первой дрейфовой областью, причем вторая дрейфовая область сформирована таким образом, что она доходит до более глубокой позиции подложки, чем позиция первой дрейфовой области, и имеет такую же концентрацию примеси, что и первая дрейфовая область;

область кармана со вторым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки, причем область кармана находится в контакте со второй дрейфовой областью;

область истока с первым типом проводимости, сформированную в области кармана таким образом, что она проходит в направлении, перпендикулярном поверхности области кармана;

область стока с первым типом проводимости, сформированную в первой дрейфовой области, которая отделена от области кармана, причем область стока продолжается от поверхности первой дрейфовой области в перпендикулярном направлении;

изолирующую пленку затвора, сформированную таким образом, что она находится в контакте со второй дрейфовой областью, областью кармана и областью истока;

электрод затвора, сформированный таким образом, что он находится в контакте с изолирующей пленкой затвора, причем электрод затвора дополнительно находится в контакте со второй дрейфовой областью, областью кармана и областью истока через изолирующую пленку затвора;

электрод истока, соединенный с областью истока и областью кармана; и

электрод стока, соединенный с областью стока, при этом

первая дрейфовая область и вторая дрейфовая область сформированы посредством имплантации примесей, которые активируются.

14. Способ изготовления полупроводникового устройства по п. 13, в котором:

имплантация примесей выполняется посредством способа ионной имплантации.

15. Способ изготовления полупроводникового устройства по п. 13 или 14, в котором:

первая дрейфовая область и вторая дрейфовая область формируются одновременно.

16. Способ изготовления полупроводникового устройства, причем упомянутое полупроводниковое устройство содержит:

подложку;

первую дрейфовую область с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки;

вторую дрейфовую область с первым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки таким образом, что она контактирует с первой дрейфовой областью, причем вторая дрейфовая область сформирована таким образом, что она доходит до более глубокой позиции подложки, чем позиция первой дрейфовой области;

область кармана со вторым типом проводимости, сформированную на первой основной поверхности подложки, причем область кармана находится в контакте со второй дрейфовой областью;

область истока с первым типом проводимости, сформированную в области кармана таким образом, что она проходит в направлении, перпендикулярном поверхности области кармана;

область стока с первым типом проводимости, сформированную в первой дрейфовой области, которая отделена от области кармана, причем область стока продолжается от поверхности первой дрейфовой области в перпендикулярном направлении;

изолирующую пленку затвора, сформированную таким образом, что она находится в контакте со второй дрейфовой областью, областью кармана и областью истока;

электрод затвора, сформированный таким образом, что он находится в контакте с изолирующей пленкой затвора, причем электрод затвора дополнительно находится в контакте со второй дрейфовой областью, областью кармана и областью истока через изолирующую пленку затвора;

электрод истока, соединенный с областью истока и областью кармана;

электрод стока, соединенный с областью стока; и

канавку затвора, сформированную во второй дрейфовой области, при этом после формирования канавки затвора, формируется вторая дрейфовая область.