DE19809554A1 - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Silicon carbide semiconductor device

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Abstract

A semiconductor device has (a) a first conductivity type single crystal silicon carbide semiconductor substrate bearing a first conductivity type silicon carbide epitaxial layer; (b) a second conductivity type silicon carbide first semiconductor region formed on the epitaxial layer; (c) a first conductivity type silicon carbide second semiconductor region formed on the first region; (d) a first conductivity type silicon carbide third semiconductor region formed on the first region, connected to the epitaxial layer and the second region and having a higher resistance than the substrate; and (e) a gate electrode formed on an intermediate insulation layer on the third region. The third region is depleted when no voltage is applied to the gate electrode so that the device has a normally 'off' characteristic. Also claimed are similar devices in which the third region has a lower dopant concentration than the substrate and in which (i) the third region has a thickness (in the sub-micron range) such that complete depletion occurs when no voltage is applied to the gate electrode or (ii) the impurity concentration of a region of the surface channel layer, existing on the epitaxial layer surface region, is greater than that of the rest of the surface channel layer and of the epitaxial layer so that the conduction resistance is reduced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Siliziumkarbid- bzw. SiC-Halbleitervorrichtung, wie zum Beispiel einen Iso­ lierschicht-Feldeffekttransistor und insbesondere einen vertikalen Hochleistungs-MOSFET bzw. -Metalloxidhalbleiter- Feldeffekttransistor.The present invention relates to a silicon carbide or SiC semiconductor device, such as an Iso lierschicht field effect transistor and in particular one vertical high-performance MOSFET or metal oxide semiconductor Field effect transistor.

Allgemein ist eine breite Vielfalt von vertikalen MOS-Transistoren und anderen Vorrichtungen bekannt, welche SiC verwenden. Beispiele beinhalten diejenigen, die in der un­ geprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-23977, dem US-Patent 5,323,040 und Shenoy et al., IEEE Electron Device Letters, Bd. 18, Nr. 3, Seiten 93 bis 95, März 1997, beschrieben sind. Die in diesen Druckschriften offenbarten vertikalen MOS-Transistoren sind mit hochqualitativen Mate­ rialien für eine hohe Durchbruchspannung und einen niedri­ gen Durchlaßwiderstand verglichen mit aus Silizium ausge­ bildeten MOS-Transistoren aufgebaut.Common is a wide variety of vertical ones MOS transistors and other devices known SiC use. Examples include those in the un Examined Japanese Patent Publication No. 4-23977, U.S. Patent 5,323,040 and Shenoy et al., IEEE Electron Device Letters, Vol. 18, No. 3, pages 93 to 95, March 1997, are described. The ones disclosed in these publications vertical MOS transistors are made with high quality mate materials for a high breakdown voltage and a low voltage on resistance compared to silicon formed MOS transistors.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Siliziumkarbid-MOS-Transistor zu schaffen, welcher vollen Gebrauch von den Charakteristiken von SiC macht, um noch einen niedrigeren Durchlaßwiderstand und noch eine höhere Durchbruchspannung als SiC-MOS-Transistoren im Stand der Technik zu erzielen, und welcher für einen einfacheren Ge­ brauch ausgelegt ist.It is an object of the present invention to provide a Silicon carbide MOS transistor to create what full Makes use of the characteristics of SiC to yet a lower on resistance and still a higher one Breakdown voltage as SiC-MOS transistors in the prior art To achieve technology, and which for an easier Ge custom designed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels den im An­ spruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.This object is achieved by means of the in 1 specified measures solved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further advantageous refinements of the present Invention are the subject of the dependent claims.  

Erfindungsgemäß wird eine die zuvor erwähnte Aufgabe lösende Halbleitervorrichtung geschaffen, die ein Halblei­ tersubstrat, das Siliziumkarbid eines ersten Leitfähig­ keitstyps und eine Siliziumkarbidepitaxieschicht des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche auf der Hauptseite des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, einen ersten Halblei­ terbereich, der auf der Hauptoberfläche der Siliziumkarbid­ epitaxieschicht ausgebildet ist und Siliziumkarbid eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, einen zweiten Halblei­ terbereich, der auf dem ersten Halbleiterbereich ausgebil­ det ist, der Siliziumkarbid des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist und durch den ersten Halbleiterbereich von der Si­ liziumkarbidepitaxieschicht des ersten Leitfähigkeitstyps getrennt ist, einen dritten Halbleiterbereich, der auf dem ersten Halbleiterbereich ausgebildet ist, der die Silizium­ karbidepitaxieschicht und den zweiten Halbleiterbereich verbindet, der Siliziumkarbid des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist und einen höheren Widerstand als die Siliziumkar­ bidepitaxieschicht oder das Halbleitersubstrat aufweist, und eine Gateelektrode aufweist, die mit einer sich dazwi­ schen befindenden Isolationsschicht auf dem dritten Halb­ leiterbereich ausgebildet ist, wobei der dritte Halbleiter­ bereich verarmt ist, wenn keine Spannung an die Gateelek­ trode angelegt ist, so daß die Halbleitervorrichtung eine normalerweise bzw. im Ruhezustand ausgeschaltete Charakte­ ristik aufweist.According to the invention, the above-mentioned object solving semiconductor device created a semi-lead ter substrate, the silicon carbide of a first conductive type and a silicon carbide epitaxial layer of the first Conductivity type, which is on the main page of the Semiconductor substrate is formed, a first half lead the area on the main surface of the silicon carbide is formed epitaxial layer and silicon carbide one has a second conductivity type, a second semi-lead ter area trained on the first semiconductor area det, the silicon carbide of the first conductivity type and through the first semiconductor region from the Si silicon carbide epitaxial layer of the first conductivity type is separated, a third semiconductor region on the is formed first semiconductor region, the silicon carbide epitaxial layer and the second semiconductor region connects, the silicon carbide of the first conductivity type and has a higher resistance than the silicon card bidepitaxy layer or the semiconductor substrate, and has a gate electrode which coincides with one insulation layer on the third half conductor region is formed, the third semiconductor area is depleted if there is no voltage at the gate elec trode is applied so that the semiconductor device Character normally switched off or in idle state logistics.

Gemäß diesem Aufbau ist der dritte Halbleiterbereich (die dünne Kanalepitaxieschicht) verarmt und weist eine normalerweise ausgeschaltete Charakteristik auf, wenn keine Spannung an die Gateelektrode angelegt ist. Zu derartigen Zeiten muß der dritte Halbleiterbereich die verarmte Schicht aufweisen, die sich über die volle Breite zwischen dem ersten Halbleiterbereich und dem Gateisolationsfilm ausdehnt, um eine normalerweise ausgeschaltete Charakteri­ stik aufzuweisen, aber es ist nicht notwendig, daß sich die verarmte Schicht vollständig über die gesamte Länge des dritten Halbleiterbereichs ausdehnt. Genauer gesagt ist die Verarmung des dritten Halbleiterbereichs dort nicht notwen­ dig, wo sich der dritte Halbleiterbereich zu dem zweiten Halbleiterbereich oder dem Bereich ausdehnt, der die Sili­ ziumkarbidepitaxieschicht des ersten Leitfähigkeitstyps be­ rührt (Driftbereich).According to this structure, the third semiconductor region (the thin channel epitaxial layer) becomes impoverished and has one characteristic normally switched off if none Voltage is applied to the gate electrode. To such Times the third semiconductor area must be impoverished Have layer that is across the full width between the first semiconductor region and the gate insulation film stretches to a normally off character stik, but it is not necessary that the depleted layer completely along the entire length of the  extends third semiconductor region. More specifically, it is Depletion of the third semiconductor region is not necessary there dig where the third semiconductor region joins the second Semiconductor area or the area that extends the Sili cium carbide epitaxial layer of the first conductivity type be stirs (drift range).

Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau wird, wenn eine Spannung an die Gateelektrode angelegt wird, um ein elek­ trisches Feld auf der Gateisolationsschicht auszubilden, ein Kanal eines Anreicherungstyps auf den dritten Halblei­ terbereich (die dünne Kanalepitaxieschicht) induziert und fließen die Ladungsträger zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode (das heißt, ein eingeschalteter Zustand wird erzielt).In the structure described above, when a Voltage is applied to the gate electrode to an elek form trical field on the gate insulation layer, an enrichment type channel on the third half lead region (the thin channel epitaxial layer) and the charge carriers flow between the source electrode and the drain electrode (that is, an on state is achieved).

Dieser Aufbau kann das Problem einer niedrigen Kanalbe­ weglichkeit eines SiC-Leistungstransistors eines Inver­ sionstyps ihn Stand der Technik lösen, da die Vorrichtung als ein Anreicherungstyp arbeitet. Es ist festgestellt wor­ den, daß in elektronischen Vorrichtungen aus Si die Anrei­ cherungsschichtkanalbeweglichkeit viel höher als die Inver­ sionsschichtkanalbeweglichkeit ist (siehe zum Beispiel S. C. Sun et al., IEEE Transactions on Electron Device, Bd. ED-27, Seite 1497, 1980). Das gleiche gilt für auf MOS ba­ sierende SiC-Leistungsvorrichtungen. Eine große Verringe­ rung des Durchlaßwiderstands kann ebenso für SiC-Leistungs­ vorrichtungen eines Anreicherungstyps erwartet werden.This structure can alleviate the problem of a low channel Mobility of an SiC power transistor of an inverter Sion type him solve the state of the art since the device works as an enrichment type. It has been established the that in electronic devices made of Si the Anrei Link layer port mobility much higher than the inverter layer mobility is (see for example p. C. Sun et al., IEEE Transactions on Electron Device, Vol. ED-27, page 1497, 1980). The same applies to on MOS ba based SiC power devices. A great wrinkle The forward resistance can also be used for SiC performance devices of an enrichment type are expected.

Die normalerweise ausgeschaltete Charakteristik des dritten Halbleiterbereichs wird durch wechselseitiges Ver­ binden der verarmten Schicht, welche sich zwischen der Gateelektrode und dem dritten Halbleiterbereich ausdehnt, und der verarmten Schicht zwischen dem zweiten Halbleiter­ bereich und dem dritten Halbleiterbereich erzielt. Daher lassen gemäß der Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung die Störstellenkonzentration und die Dicke des dritten Halbleiterbereichs und der zweite Halb­ leiterbereich und die Gateelektrode auch dann eine voll­ ständige Verarmung der dritten Halbleiterschicht zu, wenn keine Spannung an die Gateelektrode angelegt ist, was daher zuläßt, daß eine normalerweise ausgeschaltete Charakteri­ stik erzielt wird, so daß sie ähnlich einer normalerweise ausgeschalteten Vorrichtung im Stand der Technik verwendet werden kann.The characteristic of the third semiconductor region is by mutual Ver bind the impoverished layer, which is between the Extends the gate electrode and the third semiconductor region, and the depleted layer between the second semiconductor area and the third semiconductor area. Therefore according to the silicon carbide semiconductor device present invention the impurity concentration and  Thickness of the third semiconductor region and the second half conductor area and the gate electrode even then a full permanent depletion of the third semiconductor layer if no voltage is applied to the gate electrode, which is why allows a normally off character Stik is achieved so that it is similar to one normally switched off device used in the prior art can be.

Weiterhin werden gemäß der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung die Störstellenkonzentration des er­ sten Halbleiterbereichs und die Störstellenkonzentration des dritten Halbleiterbereichs, in welchem der Kanal ausge­ bildet wird, unabhängig gesteuert, um eine Siliziumkarbid­ halbleitervorrichtung mit einer hohen Durchbruchspannung, einem niedrigen Stromverlust und einer niedrigen Schwell­ wertspannung zu schaffen. Das heißt, die Störstellenkonzen­ tration des ersten Halbleiterbereichs kann erhöht werden, so daß, während eine hohe Durchbruchspannung zwischen der Source und dem Drain aufrechterhalten wird, die Tiefe des ersten Halbleiterbereichs verkürzt werden kann, um den Sperrschichtfeldeffekt (JFET-Effekt) zum verringern. Außer­ dem kann dadurch, daß die Störstellenkonzentration des Ka­ nals verringert werden kann, um den Effekt einer Störstel­ lenstreuung während des Ladungsträgerflusses zu verringern, die Kanalbeweglichkeit erhöht werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung mit einer hohen Durchbruchspannung und niedrigen Stromverlusten zu erzielen.Furthermore, according to the semiconductor device present invention, the impurity concentration of the most semiconductor area and the impurity concentration of the third semiconductor region in which the channel is out is independently controlled to form a silicon carbide semiconductor device with a high breakdown voltage, a low power loss and a low threshold to create value tension. That is, the defect groups tration of the first semiconductor region can be increased so that while a high breakdown voltage between the Source and the drain is maintained, the depth of the first semiconductor region can be shortened by the Junction field effect (JFET effect) to reduce. Except this can be because the impurity concentration of the Ka nals can be reduced to the effect of an interference to reduce oil scatter during charge flow, the channel mobility can be increased. As a result, it is possible to use a silicon carbide semiconductor device high breakdown voltage and low power losses achieve.

Die Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung der vorliegen­ den Erfindung ist ein planarer vertikaler Feldeffekttransi­ stor, aber sie kann ebenso an planaren Transistoren oder Transistoren mit einem Graben angewendet werden.The silicon carbide semiconductor device of the present the invention is a planar vertical field effect transi stor, but it can also be used on planar transistors or Transistors with a trench can be applied.

Eine Halbleitervorrichtung eines planaren Typs gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Halbleitersubstrat ei­ nes ersten Leitfähigkeitstyps, das einkristallines Silizi­ umkarbid und eine Siliziumkarbidepitaxieschicht des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche auf der Hauptseite des Halbleitersubstrats ausgebildet ist und eine niedrigere Do­ tierstoffkonzentration als das Halbleitersubstrat aufweist, einen ersten Halbleiterbasisbereich eines zweiten Leitfä­ higkeitstyps, der auf einem vorbestimmten Bereich der Sili­ ziumkarbidepitaxieschicht bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgebildet ist, einen zweiten Halbleitersourcebereich des ersten Leitfähigkeitstyps, der auf einem vorbestimmten Be­ reich des Basisbereichs ausgebildet ist und eine flachere Tiefe als der Basisbereich aufweist, eine dritte Halblei­ teroberflächenkanalschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die aus Siliziumkarbid besteht und derart angeordnet ist, daß sie den Sourcebereich und die Siliziumkarbidepitaxie­ schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und den zweiten Halb­ leiterbasisbereich verbindet, eine Gateisolationsschicht, die auf der Oberfläche der Oberflächenkanalschicht ausge­ bildet ist, wobei eine Gateelektrode auf der Oberfläche der Oberflächenkanalschicht ausgebildet ist, eine Sourceelek­ trode, die in Kontakt mit dem Basisbereich und dem Source­ bereich ausgebildet ist, und eine Drainelektrode auf, die auf der Rückseite des Halbleitersubstrats ausgebildet ist.A planar type semiconductor device according to The present invention has a semiconductor substrate  of the first conductivity type, the single-crystalline silicon carbide and a silicon carbide epitaxial layer of the first Conductivity type, which is on the main page of the Semiconductor substrate is formed and a lower Do animal substance concentration than the semiconductor substrate, a first semiconductor base region of a second guide ability type based on a predetermined range of sili Zium carbide epitaxial layer to a predetermined depth is formed, a second semiconductor source region of the first conductivity type based on a predetermined Be Richly formed the base area and a flatter Depth than the base region has a third half lead surface channel layer of the first conductivity type, which consists of silicon carbide and is arranged in such a way that they have the source region and the silicon carbide epitaxy layer of the first conductivity type and the second half conductor base region connects, a gate insulation layer, out on the surface of the surface channel layer is formed, with a gate electrode on the surface of the Surface channel layer is formed, a source electrode trode that is in contact with the base area and the source area is formed, and a drain electrode on the is formed on the back of the semiconductor substrate.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen der Halb­ leitervorrichtung des planaren Typs beschrieben.
Preferred embodiments of the semiconductor device of the planar type are described below.

  • (1) Die Hauptoberfläche des Siliziumkarbidhalbleiter­ substrats ist eine (0001)-Si-Fläche, eine (0001)-C-Fläche, eine (1120)-a-Fläche oder eine (1100)-Prismafläche. Die (0001)-Si-Fläche oder die (1120)-a-Fläche ist für den niedrigen Übergangsoberflächenzustand des Siliziumkar­ bid/Isolatorübergangs bevorzugt.(1) The main surface of the silicon carbide semiconductor substrates is a (0001) -Si surface, a (0001) -C surface, a (1120) -a face or a (1100) prism face. The (0001) -Si area or the (1120) -a area is for the low transition surface state of the silicon card bid / insulator transition preferred.
  • (2) Die Dotierstoffkonzentration der Oberflächenkanal­ schicht ist nicht größer als die Dotierstoffkonzentrationen der Siliziumkarbidepitaxieschicht und des Basisbereichs. (2) The dopant concentration of the surface channel layer is not larger than the dopant concentrations the silicon carbide epitaxial layer and the base region.  
  • (3) Die Gateelektrode weist ein erstes Austrittsar­ beitspotential auf, der Basisbereich weist ein zweites Aus­ trittsarbeitspotential auf, die Oberflächenkanalschicht weist ein drittes Austrittsarbeitspotential auf und die er­ sten, zweiten und dritten Austrittsarbeitspotentiale sind derart eingestellt, daß die Ladungsträger des ersten Leit­ fähigkeitstyps in der Oberflächenkanalschicht verarmt sind.(3) The gate electrode has a first exit area potential, the base area has a second off pedal work potential, the surface channel layer has a third work function potential and he most, second and third work function potentials set such that the charge carriers of the first guide ability type are depleted in the surface channel layer.
  • (4) Die ersten, zweiten und dritten Austrittsarbeitspo­ tentiale sind derart eingestellt, daß die Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps in der Oberflächenkanalschicht verarmt sind, wenn sich die Gateelektrode bezüglich des Drainbereichs auf Nullpotential befindet.(4) The first, second and third workforce positions potentials are set such that the charge carriers of the first conductivity type in the surface channel layer are depleted if the gate electrode is in relation to the Drain area is at zero potential.
  • (5) Die Oberflächenkanalschicht ist durch epitaktisches Wachstum oder Ionenimplantation ausgebildet.(5) The surface channel layer is by epitaxial Growth or ion implantation trained.
  • (6) Die Oberflächenkanalschicht ist durch epitaktisches Wachstum ausgebildet und das Kristallsystem/polymorph des Siliziumkarbids, das das Halbleitersubstrat, die Silizium­ karbidepitaxieschicht, den Basisbereich und den Sourcebe­ reich bildet, ist zu dem des Siliziumkarbids der Oberflä­ chenkanalschicht unterschiedlich. Zum Beispiel ist das Si­ liziumkarbid, das das Halbleitersubstrat, die Siliziumkar­ bidepitaxieschicht, den Basisbereich und den Sourcebereich bildet, ein hexagonales System, während das Siliziumkarbid der Oberflächenkanalschicht ein kubisches System ist.(6) The surface channel layer is by epitaxial Growth developed and the crystal system / polymorphic Silicon carbide, which is the semiconductor substrate, the silicon carbide epitaxial layer, the base region and the sourcebe is rich, is the surface of the silicon carbide channel channel layer different. For example, that is Si silicon carbide, which is the semiconductor substrate, the silicon car bidepitaxy layer, the base region and the source region forms a hexagonal system, while the silicon carbide the surface channel layer is a cubic system.
  • (7) Die Oberflächenkanalschicht ist durch epitaktisches Wachstum ausgebildet und das Siliziumkarbid, das das Halb­ leitersubstrat, die Siliziumkarbidepitaxieschicht, den Ba­ sisbereich und den Sourcebereich bildet, ist 6H-SiC, wäh­ rend das Siliziumkarbid der Oberflächenkanalschicht 3C-SiC ist.(7) The surface channel layer is formed by epitaxial growth, and the silicon carbide that forms the semiconductor substrate, the silicon carbide epitaxial layer, the base region and the source region is 6H-SiC, while the silicon carbide of the surface channel layer is 3 C-SiC.

Unter Verwendung einer Oberflächenkanalschicht, die durch epitaktisches Wachstum ausgebildet ist, bei dem sich das Siliziumkarbidkristallsystem/polymorph, wie in Punkt (5) und (6), von dem der Basis unterscheidet, ist es mög­ lich, eine Vorrichtung mit guten Charakteristiken und einer hohen Zuverlässigkeit zu verwirklichen.
By using a surface channel layer formed by epitaxial growth in which the silicon carbide crystal system / polymorphic as in item (5) and (6) differs from that of the base, it is possible to have a device with good characteristics and high Realize reliability.

  • (8) Ein Abschnitt des ersten Halbleiterbasisbereichs ist dicker hergestellt. Dies läßt zu, daß ein Durchbruch leichter auftritt.(8) A portion of the first semiconductor base region is made thicker. This allows a breakthrough occurs more easily.
  • (9) In der Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung gemäß dem vorhergehenden Punkt (8) ist die Störstellenkonzentra­ tion des verdickten Bereichs des ersten Halbleiterbasisbe­ reichs höher hergestellt als die Störstellenkonzentration der dünneren Bereiche. Dies erleichtert weiter einen Durch­ bruch.(9) In the silicon carbide semiconductor device according to the preceding point (8) is the impurity concentration tion of the thickened region of the first semiconductor base manufactured higher than the impurity concentration of the thinner areas. This further facilitates a through fracture.
  • (10) In der Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung gemäß dem vorhergehenden Punkt (8) kann der verdickte Bereich des Basisbereichs unter dem Sourcebereich ausgebildet sein. Dies läßt eine gemeinsame Verwendung der Maske zum Ausbil­ den eines tiefen Basisbereichs und der Maske zum Ausbilden eines Sourcebereichs zur Herstellung zu.(10) In the silicon carbide semiconductor device according to the previous point (8), the thickened area of the Base area to be formed under the source area. This leaves a shared use of the mask for training that of a deep base region and the mask for formation a source area for manufacturing.
  • (11) Eine Siliziumkarbidepitaxieschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, die eine niedrigere Dotierstoffkonzen­ tration als das Halbleitersubstrat aufweist, wird auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats des ersten Leitfä­ higkeitstyps ausgebildet, welches aus einkristallinem Sili­ ziumsubstrat besteht, und ein erster Basisbereich eines er­ sten Leitfähigkeitstyps, der eine vorbestimmte Tiefe auf­ weist, wird auf einem vorbestimmten Bereich des Oberflä­ chenbereichs der Siliziumkarbidepitaxieschicht ausgebildet. Weiterhin wird eine Oberflächenkanalschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die aus Siliziumkarbid besteht, auf der Siliziumkarbidepitaxieschicht angeordnet, wird ein zweiter Basisbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer grö­ ßeren Tiefe als der erste Basisbereich auf einem vorbe­ stimmten Bereich in dem ersten Basisbereich ausgebildet und wird dann die Maske zum Ausbilden eines zweiten Basisbe­ reichs verwendet, um einen Sourcebereich des ersten Leitfä­ higkeitstyps, welcher eine flachere Tiefe als der erste Ba­ sisbereich aufweist, auf einem vorbestimmten Bereich des Oberflächenbereichs des ersten Basisbereichs auszubilden. Danach wird eine Gateelektrode auf der Oberfläche der Ober­ flächenkanalschicht mit einem sich dazwischen befindenden Gateisolationsfilm ausgebildet, während eine Sourceelek­ trode ausgebildet wird, die den Basisbereich und den Sourcebereich berührt. Daher ist es möglich, den Sourcebe­ reich unter Verwendung der Maske zum Ausbilden eines zwei­ ten Basisbereichs auszubilden, um eine Verwendung der Maske für beide Zwecke zuzulassen.(11) A silicon carbide epitaxial layer of a first one Conductivity type, which has a lower dopant concentration tration than the semiconductor substrate is on the Main surface of the semiconductor substrate of the first guide ability type, which is made of single-crystalline sili cium substrate, and a first base region of an er most conductivity type that has a predetermined depth points, is on a predetermined area of the surface area of the silicon carbide epitaxial layer. Furthermore, a surface channel layer of the first Conductivity type, which consists of silicon carbide, on the Silicon carbide epitaxial layer arranged, a second Base area of the second conductivity type with a large  greater depth than the first base area on a past agreed area in the first base area and then the mask to form a second base reichs used to create a source area of the first guide ability type, which has a shallower depth than the first Ba sis range, on a predetermined range of the Form surface area of the first base area. After that, a gate electrode is placed on the surface of the top surface channel layer with one in between Gate insulation film formed while a source elec trode is formed, the base area and the Source area touched. Therefore it is possible to use the Sourcebe rich using the mask to form a two th base area to use the mask allow for both purposes.
  • (12) In der Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung gemäß dem vorhergehenden Punkt (8) ist der verdickte Bereich des Basisbereichs an einer Stelle ausgebildet, die den Source­ bereich nicht überlappt. Dies hilft, den Durchbruch zu ver­ hindern.(12) In the silicon carbide semiconductor device according to the previous point (8) is the thickened area of the Base area formed at a location that the source area does not overlap. This helps ver breakthrough prevent.
  • (13) Die Oberflächenkanalschicht, kann einen Abschnitt des zweiten Halbleitersourcebereichs überlappen. Dies läßt ein Aufweiten des Kontaktbereichs von dem zweiten Halblei­ tersourcebereich zu der Oberflächenkanalschicht zu.(13) The surface channel layer, can be a section of the second semiconductor source region overlap. This leaves expanding the contact area from the second half lead tersource area to the surface channel layer.
  • (14) In der Halbleitervorrichtung des planaren Typs kann der Bereich der Oberflächenkanalschicht, welcher sich auf dem Oberflächenbereich der Siliziumkarbidepitaxie­ schicht befindet, mit einem niedrigeren Widerstand herge­ stellt werden als die Siliziumkarbidepitaxieschicht, um noch eine weitere Verringerung des Durchlaßwiderstands des MOSFET eines Anreicherungstyps zuzulassen. Der Durchlaßwi­ derstand des MOSFET wird durch den Kontaktwiderstand zwi­ schen der Sourceelektrode und dem Sourcebereich, den Innen­ widerstand des Sourcebereichs, den Anreicherungskanalwider­ stand in dem Kanalbereich, der auf der Oberflächenkanal­ schicht ausgebildet ist, den Innenwiderstand des Anreiche­ rungsdriftwiderstands der Oberflächenkanalschicht, den JFET-Widerstand des JFET-Bereichs, den Innenwiderstand der Epitaxieschicht, den Innenwiderstand des Halbleiter­ substrats und den Kontaktwiderstand zwischen dem Halblei­ tersubstrat und der Drainelektrode bestimmt, deren Summe den Durchlaßwiderstand bildet.(14) In the planar type semiconductor device can be the area of the surface channel layer, which is on the surface area of silicon carbide epitaxy layer, with a lower resistance as the silicon carbide epitaxial layer yet another reduction in forward resistance of the Allow an enhancement type MOSFET. The Durchlaßwi the level of the MOSFET is determined by the contact resistance between between the source electrode and the source region, the inside resistance of the source region, the enhancement channel  stood in the channel area on the surface channel layer is formed, the internal resistance of the rich tion drift resistance of the surface channel layer, the JFET resistance of the JFET area, the internal resistance of the Epitaxial layer, the internal resistance of the semiconductor substrate and the contact resistance between the half lead ter substrate and the drain electrode determines their sum forms the forward resistance.

Folglich ist es durch derartiges Herstellen der Stör­ stellenkonzentration des Bereichs der Oberflächenkanal­ schicht, die sich auf dem Oberflächenbereich der Epitaxie­ schicht befindet, daß sie höher als die der Epitaxieschicht ist, möglich, den Widerstand der anderen Bereiche der Ober­ flächenkanalschicht als den Kanalbereich (Anreicherungsdriftwiderstand der Kanalschicht) zu verrin­ gern, was daher den Durchlaßwiderstand des MOSFET verrin­ gert. Dies läßt zu, daß für den MOSFET ein noch niedrigerer Durchlaßwiderstand erzielt wird.Hence, by making such sturgeon place concentration of the area of the surface channel layer that rests on the surface area of the epitaxy layer is higher than that of the epitaxial layer is, possible, the resistance of the other areas of the upper surface channel layer as the channel area (Enrichment drift resistance of the channel layer) gladly, which therefore reduces the forward resistance of the MOSFET device. This allows an even lower one for the MOSFET Forward resistance is achieved.

Wenn zum Beispiel die Oberflächenkanalschicht durch Io­ nenimplantation ausgebildet wird und ebenso eine Ionenim­ plantation in den anderen Bereichen der Oberflächenkanal­ schicht als dem Kanalbereich ausgeführt wird, dann kann die Störstellenkonzentration des Bereichs der Oberflächenkanal­ schicht, der sich auf dem Oberflächenbereich der Epitaxie­ schicht befindet, gleichzeitig mit einem Ausbilden der Oberflächenkanalschicht über die Störstellenkonzentration der Epitaxieschicht erhöht werden. Dies läßt eine Vereinfa­ chung des Herstellungsverfahrens für die Siliziumkarbid­ halbleitervorrichtung zu.For example, if the surface channel layer through Io is formed and also an ion implant plantation in the other areas of the surface channel layer is executed as the channel area, then the Impurity concentration of the area of the surface channel layer that is on the surface area of the epitaxy layer is located simultaneously with the formation of the Surface channel layer over the impurity concentration the epitaxial layer can be increased. This leaves a simplification production process for silicon carbide semiconductor device too.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.The present invention will hereinafter be described with reference to Embodiments with reference to the accompanying Drawing explained in more detail.

Es zeigen: Show it:  

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungs-MOSFET eines planaren Typs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung; Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a power MOSFET of a planar type according to a first embodiment of the present invention;

Fig. 2 bis 9 Querschnittsansichten eines Herstellungs­ verfahrens für einen Leistungs-MOSFET eines planaren Typs; Fig. 2 to 9 are cross sectional views of a manufacturing method of a planar type for a power MOSFET;

Fig. 10 einen Graph der Beziehung zwischen einer Oberflächenkanalepitaxieschichtdicke, einer Störstellenkonzentration und einer Durch­ bruchspannung; FIG. 10 is a graph showing the relationship between a Oberflächenkanalepitaxieschichtdicke, an impurity concentration and a breakdown voltage;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht eines anderen Her­ stellungsverfahrens für einen Leistungs-MOSFET eines planaren Typs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung; FIG. 11 is a cross-sectional view of another Her approval process of a planar-type extension for a power MOSFET according to the first embodiment of the present OF INVENTION;

Fig. 12 eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungs-MOSFET eines planaren Typs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung; Fig. 12 is a schematic cross-sectional view of a power MOSFET of a planar type in accordance with a second embodiment of the front lying invention;

Fig. 13 bis 20 Querschnittsansichten eines Herstellungs­ verfahrens für einen Leistungs-MOSFET eines planaren Typs; Fig. 13 to 20 are cross sectional views of a fabrication of a planar type method for a power MOSFET;

Fig. 21 eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungs-MOSFET eines planaren Typs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung; Fig. 21 is a schematic cross-sectional view of a power MOSFET of a planar type in accordance with a third embodiment of the front lying invention;

Fig. 22 eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungs-MOSFET eines planaren Typs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung; Fig. 22 is a schematic cross-sectional view of a power MOSFET of a planar type in accordance with a fourth embodiment of the front lying invention;

Fig. 23 bis 27 Querschnittsansichten eines Herstellungs­ verfahrens für einen Leistungs-MOSFET eines planaren Typs; Fig. 23 to 27 are cross sectional views of a manufacturing method of a planar type for a power MOSFET;

Fig. 28 eine Querschnittsansicht eines anderen Her­ stellungsverfahrens für einen Leistungs-MOSFET eines planaren Typs gemäß dem vier­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; FIG. 28 is a cross-sectional view of another Her approval process for a power MOSFET of a planar type the four th embodiment of the present invention according to;

Fig. 29 eine Querschnittsansicht noch eines weite­ ren Herstellungsverfahrens für einen Lei­ stungs-MOSFET eines planaren Typs gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung; FIG. 29 is a cross-sectional view of still wide ren manufacturing method of a ben efit MOSFET of a planar type in accordance with the fourth embodiment of the present the invention;

Fig. 30 eine schematische Querschnittsansicht eines herkömmlichen MOSFET eines Inversionstyps zum Erklären des Standes der Technik; Fig. 30 is a schematic cross-sectional view of a conventional MOSFET of an inversion type for explaining the prior art;

Fig. 31 eine Querschnittsansicht eines vertikalen Leistungs-MOSFET gemäß einem fünften Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung; FIG. 31 is a cross-sectional view of a vertical power MOSFET according to a fifth example of the present imple mentation OF INVENTION dung;

Fig. 32 einen den Durchlaßwiderstand des vertikalen Leistungs-MOSFET in Fig. 31 zeigenden Graph einer Gateanlegespan­ nungs/Drainstromcharakteristik; Fig. 32 is a graph showing the on-resistance of the vertical power MOSFET in Fig. 31 of a gate voltage / drain current characteristic;

Fig. 33 bis 41 Ansichten eines Herstellungsverfahrens für den vertikalen Leistungs-MOSFET in Fig. 31; und Figure 33 to 41 views of a manufacturing method of the vertical power MOSFET in Fig. 31.; and

Fig. 42 und 43 Querschnittsansichten eines vertikalen Lei­ stungs-MOSFET gemäß einem sechsten bzw. siebten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung. FIGS. 42 and 43 are cross sectional views of a vertical ben efit-MOSFET according to a sixth and seventh embodiment of the present the invention.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.The following is a description of exemplary embodiments in FIG present invention.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.A first off is described below management example of the present invention.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines planaren vertikalen Leistungs-MOSFET mit einem n-Kanal gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Vor­ richtung kann zweckmäßig als ein Inverter oder ein Wech­ selspannungsgenerator für ein Fahrzeug angewendet werden. Fig. 1 shows a cross-sectional view of a planar vertical power MOSFET having an n-channel according to this embodiment of the present invention. This device can be suitably used as an inverter or an AC voltage generator for a vehicle.

Das verwendete Siliziumkarbidhalbleitersubstrat 1 eines n⁺-Typs ist hexagonales Siliziumkarbid. Das Siliziumkarbid­ halbleitersubstrat 1 des n⁺-Typs kann kubisches Kristall sein. Ebenso weist das Siliziumkarbidhalbleitersubstrat 1 des n⁺-Typs die Oberseite als die Hauptseite 1a und die Un­ terseite, die der Hauptseite 1a gegenüberliegt, als die Rückseite 1b auf. Auf der Hauptseite 1a des Siliziumkarbid­ halbleitersubstrats des n⁺-Typs ist eine Siliziumkarbidepi­ taxieschicht eines n⁻-Typs (hier im weiteren Verlauf "Siliziumkarbidepischicht des n⁻-Typs") 2 geschichtet, die eine niedrigere Dotierstoffkonzentration als das Substrat 1 aufweist.The used silicon carbide semiconductor substrate 1 of an n⁺ type is hexagonal silicon carbide. The silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type can be cubic crystal. Likewise, the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type has the upper side as the main side 1 a and the lower side, which is opposite the main side 1 a, as the rear side 1 b. On the main side 1 a of the silicon carbide semiconductor substrate of the n⁺ type, a silicon carbidepi taxi layer of an n⁻ type (hereinafter referred to as “silicon carbide epi layer of the n⁻ type”) 2 is layered, which has a lower dopant concentration than the substrate 1 .

Hierbei sind die Oberseite des Siliziumkarbidhalblei­ tersubstrats 1 des n⁺-Typs und die Halbleiterepischicht des n⁻-Typs die (0001)-Si-Fläche oder die (0001)-C-Fläche. Al­ ternativ können die Oberseite des Siliziumkarbidhalbleiter­ substrats 1 des n⁺-Typs und die Halbleiterepischicht des n⁻-Typs die (1120)-a-Fläche oder die (1100)-Prismafläche sein. Genauer gesagt kann eine niedrige Übergangszu­ standsdichte von Siliziumkarbid/Isolator erzielt werden, wenn die (0001)-Si- und die (1200)-a-Fläche verwendet wer­ den.Here, the top of the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type and the semiconductor epi layer of the n⁻ type are the (0001) -Si surface or the (0001) -C surface. Alternatively, the top of the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type and the semiconductor epi layer of the n⁻ type can be the (1120) -a surface or the (1100) prism surface. More specifically, a low transition state density of silicon carbide / insulator can be achieved if the (0001) -Si and (1200) -a areas are used.

Auf vorbestimmten Bereichen des Oberflächenbereichs der Siliziumkarbidepischicht des n⁻-Typs sind getrennt ein Si­ liziumkarbidbasisbereich 3a eines p⁻-Typs und ein Silizium­ karbidbasisbereich 3b eines p⁻-Typs bis zu einer vorbe­ stimmten Tiefe ausgebildet. Ebenso ist auf einem vorbe­ stimmten Bereich des Oberflächenbereichs des Siliziumkar­ bidbasisbereichs 3a des p⁻-Typs ein Sourcebereich 4a des n⁺-Typs ausgebildet, welcher flacher als der Basisbereich 3a ist, und ist auf einem vorbestimmten Bereich des Ober­ flächenbereichs des Siliziumkarbidbasisbereichs 3b des p⁻-Typs ein Sourcebereich 4b des n⁺-Typs ausgebildet, welcher flacher als der Basisbereich 3b ist. Weiterhin ist eine SiC-Schicht 5 des n⁻-Typs auf der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs zwischen dem Sourcebereich 4a des n⁺-Typs und dem Sourcebereich 4b des n⁺-Typs und auf Oberflächenberei­ chen der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs vorgesehen. Das heißt, die SiC-Schicht 5 des n⁻-Typs ist derart angeordnet, daß sie die Sourcebereiche 4a, 4b auf den Oberflächenbereichen der Basisbereiche 3a, 3b und die Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs verbindet. Diese SiC-Schicht 5 des n⁻-Typs ist durch epitaktisches Wachstum ausgebildet und die Kristalle des Epitaxiefilms sind 4H, 6H oder 3C. Die Epitaxieschicht kann unberücksichtigt des dar­ unterliegenden Substrats 1 unterschiedliche Kristalltypen ausbilden, wenn unterschiedliche Bedingungen eines epitak­ tischen Wachstums verwendet werden. Während eines Betriebs der Vorrichtung dient sie als eine Kanalausbildungsschicht auf der Vorrichtungsoberfläche. Die SiC-Schicht 5 des n⁻-Typs wird hier im weiteren Verlauf als die Oberflächenka­ nalepischicht bezeichnet.On predetermined areas of the surface region of the silicon carbide ni-type layer, a silicon carbide base region 3 a of a p⁻ type and a silicon carbide base region 3 b of a p⁻ type are separately formed to a predetermined depth. Likewise, the surface area of Siliziumkar bidbasisbereichs 3a of the p⁻-type is on a vorbe voted region is formed a source region 4 a of the n⁺-type which is shallower than the base region 3 a, and is on a predetermined area of the upper surface area of the Siliziumkarbidbasisbereichs 3 b of the p⁻ type, a source region 4 b of the n⁺ type is formed, which is flatter than the base region 3 b. Furthermore, there is an SiC layer 5 of the n auf type on the silicon carbide epoxy layer 2 of the n Typs type between the source region 4 a of the n Typs type and the source region 4 b of the n⁺ type and on surface areas of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type provided. That is, the SiC layer 5 of the n⁻ type is arranged such that it connects the source regions 4 a, 4 b on the surface regions of the base regions 3 a, 3 b and the silicon carbide layer 2 of the n des type. This SiC layer 5 of the n⁻ type is formed by epitaxial growth and the crystals of the epitaxial film are 4H, 6H or 3C. Regardless of the underlying substrate 1 , the epitaxial layer can form different crystal types if different conditions of epitaxial growth are used. During operation of the device, it serves as a channel formation layer on the device surface. The SiC layer 5 of the n⁻ type is referred to hereinafter as the surface layer.

Hierbei ist die Dotierstoffkonzentration der Oberflä­ chenkanalepischicht 5 eine niedrige Konzentration von unge­ fähr 1,0E14 cm-3 bis 1,0E16 cm-3, welche niedriger als die Dotierstoffkonzentration der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs und der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs ist. Dies läßt zu, daß ein niedriger Durchlaßwider­ stand erzielt wird.Here, the dopant concentration of the surface channel channel layer 5 is a low concentration of approximately 1.0E14 cm -3 to 1.0E16 cm -3 , which is lower than the dopant concentration of the silicon carbide layer 2 of the n⁻ type and the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the is p⁻-type. This allows that a low forward resistance was achieved.

Weiterhin sind Vertiefungen 6a, 6b auf der Oberfläche der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs und der Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs ausgebildet.Furthermore, depressions 6 a, 6 b are formed on the surface of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type.

Ein Gateisolationsfilm (Siliziumoxidfilm) 7 ist auf der Oberseite der Oberflächenkanalepischicht 5 und der Source­ bereiche 4a, 4b des n⁺-Typs ausgebildet. Ebenso ist eine Polysiliziumgateelektrode 8 auf dem Gateisolationsfilm 7 ausgebildet. Die Polysiliziumgateelektrode 8 ist von einem Isolationsfilm 9 bedeckt. Ein Oxidfilm wird als der Isola­ tionsfilm 9 ausgebildet. Eine Sourceelektrode 10 ist dar­ über ausgebildet und die Sourceelektrode 10 berührt die Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs und die Siliziumkarbidba­ sisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs. Ebenso ist eine Silizium­ karbiddrainschicht 11 auf der Rückseite 1b des Siliziumkar­ bidhalbleitersubstrats 1 des n⁺-Typs ausgebildet.A gate insulation film (silicon oxide film) 7 is formed on the top of the surface channel epi layer 5 and the source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type. A polysilicon gate electrode 8 is also formed on the gate insulation film 7 . The polysilicon gate electrode 8 is covered by an insulation film 9 . An oxide film is formed as the insulation film 9 . A source electrode 10 is formed above and the source electrode 10 contacts the source regions 4 a, 4 b of the n⁺-type and the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻-type. Likewise, a silicon carbide drain layer 11 is formed on the rear side 1 b of the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type.

Ein Herstellungsverfahren für einen Leistungs-MOSFET eines planaren Typs ist in den Fig. 2 bis 9 dargestellt.A manufacturing method for a power MOSFET of a planar type is shown in FIGS. 2 to 9.

Zuerst wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ein 4H-, 6H- oder 3C-SiC-Substrat 1 eines n-Typs, das heißt, ein Sili­ ziumkarbidhalbleitersubstrat 1 eines n⁺-Typs, vorbereitet. Hierbei beträgt die Dicke des Siliziumkarbidhalbleiter­ substrats 1 des n⁺-Typs 400 Mikrometer und ist die Haupt­ oberfläche 1a die (0001)-Si-Fläche, (0001)-C-Fläche, (1120)-a-Fläche oder (1100)-Prismafläche. Eine Silizium­ karbidepischicht 2 des n⁻-Typs wird epitaktisch bis zu einer Dicke von 5 bis 10 Mikrometern auf die Hauptoberflä­ che 1a des Substrats 1 aufgewachsen. In diesem Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung erhält die Siliziumkar­ bidepischicht 2 des n⁻-Typs die gleichen Kristalle wie das darunterliegende Substrat 1 für eine 4H-, 6H- oder 3C-SiC-Schicht des n⁻-Typs.First, as shown in FIG. 2, an n-type 4H, 6H, or 3C-SiC substrate 1 , that is, an n Typs-type silicon carbide semiconductor substrate 1 is prepared. Here, the thickness of the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type is 400 micrometers and the main surface 1 a is the (0001) -Si surface, (0001) -C surface, (1120) -a surface or (1100) - prism surface. A silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type is epitaxially grown to a thickness of 5 to 10 micrometers on the main surface 1 a of the substrate 1 . In this embodiment of the present invention, the silicon carbide layer 2 of the n⁻ type receives the same crystals as the underlying substrate 1 for a 4H, 6H or 3C-SiC layer of the n⁻ type.

Ebenso wird, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ein Isola­ tionsfilm 20 auf einem vorbestimmten Bereich der Silizium­ karbidepischicht 2 des n⁻-Typs angeordnet und dieser wird als eine Maske zur Ionenimplantation von Störstellen der Gruppe IIIA, das heißt, B+ (Borionen), Al+ (Aluminiumionen) oder Ga+ (Galliumionen) verwendet, um die Siliziumkarbidba­ sisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs auszubilden. Die Ionenim­ plantationsbedingungen sind eine Temperatur von 700°C und eine Dosis von 1E14 cm-2.Also, as shown in FIG. 3, an insulation film 20 is placed on a predetermined area of the n⁻-type silicon carbide layer 2 , and this is used as a mask for ion implantation of group IIIA impurities, that is, B + (boron ions ), Al + (aluminum ions) or Ga + (gallium ions) are used to form the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type. The ion implantation conditions are a temperature of 700 ° C and a dose of 1E14 cm -2 .

Nach einem Entfernen des Isolationsfilms 20 wird, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, eine Oberflächenkanalepischicht 5 des n⁻-Typs epitaktisch auf die Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs aufgewachsen. Als die Wachstumsbedingungen wer­ den hierbei SiH4, C3H8 und H2 als die Quellengase verwendet und die Wachstumstemperatur beträgt 1600°C.After removing the insulation film 20 , as shown in FIG. 4, a surface channel epi layer 5 of the n⁻ type is epitaxially grown on the silicon carbide epi layer 2 of the n⁻ type. As the growth conditions, who uses SiH 4 , C 3 H 8 and H 2 as the source gases, and the growth temperature is 1600 ° C.

Als nächstes wird, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ein Isolationsfilm 21 auf einem vorbestimmten Bereich der Ober­ flächenkanalepischicht 5 angeordnet und dieser wird als die Maske zur Ionenimplantation von N+ (Stickstoffionen) ver­ wendet, um Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs auszubilden. Die Ionenimplantationsbedingungen sind eine Temperatur von 700°C und eine Dosis von 1E15 cm-2.Next, as shown in Fig. 5, an insulation film 21 is placed on a predetermined area of the surface channel epi layer 5 and this is used as the mask for ion implantation of N + (nitrogen ions) to source regions 4 a, 4 b of the n ⁺-type. The ion implantation conditions are a temperature of 700 ° C and a dose of 1E15 cm -2 .

Ebenso wird nach einem Entfernen des Isolationsfilms 21, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, das Photoresistverfahren verwendet, um einen Isolationsfilm 22 auf einem vorbestimm­ ten Bereich der Oberflächenkanalepischicht 5 anzuordnen, und dieser wird als eine Maske zum Ätzen eines Abschnitts der Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs und der Siliziumkar­ bidbasisbereiche 3a, 3b des ⁻-Typs durch RIE bzw. reakti­ ves Ionenätzen verwendet, um Vertiefungen 6a, 6b auszubil­ den. Die RIE-Quellengase, die hierbei verwendet werden, sind CF4 und O2.Also, after removing the insulation film 21 as shown in FIG. 6, the photoresist method is used to place an insulation film 22 on a predetermined area of the surface channel layer 5 , and this is used as a mask for etching a portion of the source areas 4 a , 4 b of the n⁺-type and the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the ⁻-type used by RIE or reactive ion etching to form the recesses 6 a, 6 b. The RIE source gases used here are CF 4 and O 2 .

Nach einem nachfolgenden Entfernen des Isolationsfilms 22 wird, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, ein Gateisolations­ film (Gateoxidfilm) 7 durch Naßoxidation auf dem Substrat 1 ausgebildet. Hierbei beträgt die Atmosphärentemperatur 1080°C.After subsequent removal of the insulation film 22 , as shown in FIG. 7, a gate insulation film (gate oxide film) 7 is formed on the substrate 1 by wet oxidation. The atmosphere temperature is 1080 ° C.

Dann wird, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, eine Polysili­ ziumgateelektrode 8 durch LPCVD bzw. chemische Niederdruck-Dampf­ phasenabscheidung auf den Gateisolationsfilm 7 abge­ schieden. Die Filmausbildungstemperatur beträgt hierbei 600°C.Then, as shown in FIG. 8, a polysilicon gate electrode 8 is deposited on the gate insulation film 7 by LPCVD or chemical vapor pressure vapor deposition. The film formation temperature is 600 ° C.

Als nächstes wird, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, nach einem Entfernen der unerwünschten Abschnitte des Gateisola­ tionsfilms 7 ein Isolationsfilm 9 derart ausgebildet, daß er den Gateisolationsfilm 7 bedeckt. Genauer gesagt beträgt die Filmausbildungstemperatur 425°C und wird ein Glühen bei 1000°C nach der Filmausbildung durchgeführt.Next, as shown in FIG. 9, after removing the unwanted portions of the gate insulation film 7, an insulation film 9 is formed to cover the gate insulation film 7 . More specifically, the film formation temperature is 425 ° C and annealing is carried out at 1000 ° C after the film formation.

Ebenso werden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, die Sourceelektrode 10 und die Drainelektrode 11 durch Metall­ zerstäubung bei Raumtemperatur erzeugt. Dann wird ein Glü­ hen bei 1000°C nach der Filmausbildung durchgeführt.Also, as shown in Fig. 1, the source electrode 10 and the drain electrode 11 are generated by metal sputtering at room temperature. Then an annealing is carried out at 1000 ° C after film formation.

Dies vervollständigt den Leistungs-MOSFET eines plana­ ren Typs.This completes the power MOSFET of a plana ren type.

Nun wird die Funktionsweise (der Betrieb) des vertika­ len planaren Leistungs-MOSFET erklärt.Now the functionality (operation) of the vertika len planar power MOSFET explained.

Dieser MOSFET arbeitet als ein normalerweise ausge­ schalteter Anreicherungstyp, so daß, wenn keine Spannung an die Polysiliziumgateelektrode angelegt ist, die Ladungsträ­ ger der Oberflächenkanalschicht 5 durch das Potential voll­ ständig verarmt sind, das durch die Differenz der stati­ schen Potentiale der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs und der Oberflächenkanalschicht 5 und die Differenz der Austrittsarbeiten der Oberflächenkanalschicht 5 und der Polysiliziumgateelektrode 8 erzeugt wird. Ein Anlegen einer Spannung an die Polysiliziumgateelektrode 8 ändert die Po­ tentialdifferenz, die durch die Summe der Differenz der Austrittsarbeiten der Oberflächenkanalepischicht 5 und der Polysiliziumgateelektrode 8 und der extern angelegten Span­ nung erzeugt wird. Dies läßt ein Steuern des Kanalzustands zu.This MOSFET works as a normally switched-off enrichment type, so that when no voltage is applied to the polysilicon gate electrode, the charge carriers of the surface channel layer 5 are completely depleted by the potential caused by the difference in the static potentials of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the surface channel layer 5 and the difference of the work functions of the surface channel layer 5 and the polysilicon gate electrode 8 is generated. Applying a voltage to the polysilicon gate electrode 8 changes the potential difference that is generated by the sum of the work function of the surface channel layer 5 and the polysilicon gate electrode 8 and the externally applied voltage. This allows the channel state to be controlled.

Anders ausgedrückt, wenn das Austrittsarbeitspotential der Polysiliziumgateelektrode 8 als das erste Austrittsar­ beitspotential definiert ist, das Austrittsarbeitspotential der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs als das zweite Austrittsarbeitspotential definiert ist und das Aus­ trittsarbeitspotential der Oberflächenkanalepischicht 5 als das dritte Austrittsarbeitspotential definiert ist, dann können die ersten bis dritten Austrittsarbeitspotentiale derart eingestellt werden, daß die Ladungsträger des n-Typs in der Oberflächenkanalepischicht 5 enthalten sind. Das heißt, die ersten bis dritten Austrittsarbeitspotentiale werden derart eingestellt, daß die Ladungsträger des n-Typs (Elektronen) in der Oberflächenkanalepischicht 5 verarmt sind, wenn sich das Polysiliziumgatepotential 8 bezüglich des Drainbereichs auf Nullpotential befindet.In other words, if the work function potential of the polysilicon gate electrode 8 is defined beitspotential than the first Austrittsar, the work function potential of the Siliziumkarbidbasisbereiche 3 a, 3 b of the p⁻-type is defined as the second work potential and the From work function potential of the surface channel epi-layer 5 is defined as the third work function potential is , then the first to third work function potentials can be set such that the n-type charge carriers are contained in the surface channel epi layer 5 . That is, the first to third work function potentials are set such that the n-type charge carriers (electrons) in the surface channel layer 5 are depleted when the polysilicon gate potential 8 is at zero potential with respect to the drain region.

Es wird mit der Erklärung des Betriebs fortgefahren. Ein verarmter Bereich wird in der Oberflächenkanalepi­ schicht 5 durch das elektrische Feld ausgebildet, das durch die Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs und die Polysiliziumgateelektrode 8 erzeugt wird. Wenn in diesem Zustand eine positive Vorspannung an die Polysiliziumgate­ elektrode 8 angelegt wird, wird ein Kanalbereich des Anrei­ cherungstyps in der Oberflächenkanalepischicht 5 ausgebil­ det, der sich von den Sourcebereichen 4a, 4b des n⁺-Typs in die Richtung des Driftbereichs 2 des n⁻-Typs ausdehnt, so daß ein Schalten zu dem eingeschalteten Zustand bewirkt wird, was bewirkt, daß die Ladungsträger zwischen der Sourceelektrode 10 und der Drainelektrode 11 fließen.It continues with the explanation of the operation. An impoverished region is formed in the surface channel epi layer 5 by the electric field generated by the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the polysilicon gate electrode 8 . If a positive bias voltage is applied to the polysilicon gate electrode 8 in this state, a channel region of the enrichment type is formed in the surface channel epi layer 5 , which extends from the source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type in the direction of the drift region 2 of the expands n aus-type, so that a switching to the on state is effected, which causes the charge carriers to flow between the source electrode 10 and the drain electrode 11 .

Hierbei fließen die Elektronen von den Sourcebereichen 4a, 4b des n⁺-Typs durch die Oberflächenkanalepischicht 5 und von der Oberflächenkanalepischicht 5 zu der Silizium­ karbidepischicht 2 des n⁻-Typs. Ebenso fließen die Elektro­ nen nach Erreichen der Siliziumkarbidepischicht 2 (des Driftbereichs) des n⁻-Typs vertikal zu dem Siliziumkarbid­ halbleitersubstrat 1 des n⁺-Typs.Here, the electrons flow from the source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type through the surface channel epi layer 5 and from the surface channel epi layer 5 to the silicon carbide epi layer 2 of the n⁻ type. Likewise, the electrons flow vertically to the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type after reaching the silicon carbide epoxy layer 2 (the drift region) of the n⁻ type.

Jedoch muß die an die Gateelektrode 8 angelegte Span­ nung mindestens so hoch wie die vorbestimmte Schwellwert­ spannung Vth sein. Diese Schwellwertspannung Vth wird nun erklärt.However, the voltage applied to the gate electrode 8 must be at least as high as the predetermined threshold voltage V th . This threshold voltage V th will now be explained.

Als Verweis wird die Schwellwertspannung Vth für einen MOSFET eines Inversionstyps als die Grundlage zum Erklären der Schwellwertspannung Vth für den Leistungs-MOSFET eines Anreicherungstyps gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung erklärt.As a reference, the threshold voltage V th for an inversion type MOSFET will be explained as the basis for explaining the threshold voltage V th for the enhancement type power MOSFET according to this embodiment of the present invention.

Schwellwertspannungen Vth für MOSFETs eines Inversions­ typs sind im allgemeinen durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt.Threshold voltages V th for inversion type MOSFETs are generally expressed by the following equation (1).

Vth = VFB + 2ΦB (1)
V th = V FB + 2Φ B (1)

wobei VFB = Φms - (Qs + Qfc + Qi + Qss)/Coxide ist
und ein Einsetzen die folgende Gleichung (2) ergibt.
where V FB = Φ ms - (Q s + Q fc + Q i + Q ss ) / C oxide
and insertion results in the following equation (2).

Vth = Φms - (Qs + Qfc + Qi + Qss)/Coxide + 2ΦB (2)V th = Φ ms - (Q s + Q fc + Q i + Q ss ) / C oxide + 2Φ B (2)

Im allgemeinen ist das Energieband auf der Grundlage des Effekts der Austrittsarbeitsdifferenz (Elektronenergiedifferenz) Φms zwischen dem Metall und dem Halbleiter, der festgelegten Ladung Qfc an dem Übergang zwischen dem Gateoxidfilm (SiO2) und der Schicht des n⁻-Typs (hier im weiteren als der SiO2/SiC-Übergang bezeich­ net), den beweglichen Ionen Qi in dem Oxidfilm und der Oberflächenladung Qss an dem SiO2/SiC-Übergang gekrümmt. Folglich ist die Schwellwertspannung Vth die Summe der Spannung, welche diese Energiebandkrümmung versetzt, und der Spannung 2ΦB, welche beginnt; einen Inversionszustand auszubilden, und ist durch die Gleichungen (1) und (2) dar­ gestellt. Qs stellt die Raumladung in dem Gateisolations­ film (Oxidfilm) 7 dar und Coxide stellt die Kapazität des Gateisolationsfilms (Oxidfilms) 7 dar.In general, the energy band is based on the effect of the work function difference (electron energy difference) Φ ms between the metal and the semiconductor, the fixed charge Q fc at the transition between the gate oxide film (SiO 2 ) and the layer of the n⁻ type (here in further referred to as the SiO 2 / SiC junction), the movable ions Q i in the oxide film and the surface charge Q ss curved at the SiO 2 / SiC junction. Hence, the threshold voltage V th is the sum of the voltage that displaces this energy band curvature and the voltage 2 Φ B that begins; form an inversion state, and is represented by equations (1) and (2). Q s represents the space charge in the gate insulation film (oxide film) 7 and C oxide represents the capacitance of the gate insulation film (oxide film) 7 .

Dies wird als die Grundlage für den vertikalen Lei­ stungs-MOSFET des Anreicherungstyps gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrachtet, da das Energieband der Oberflächenkanalschicht 5 durch den Grad der Austrittsarbeitsdifferenz Vbuilt an dem PN-Übergang (in den PN-Übergang eingebaute Spannung) für die Basisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs und die Oberflächenkanalschicht 5 ver­ glichen mit dem MOSFET des Inversionstyps gekrümmt ist und keine Spannung 2ΦB für einen Inversionszustand notwendig ist, wobei die Schwellwertspannung Vth deshalb durch die folgende Gleichung (3) dargestellt ist.
This is known as the basis for the vertical ben efit MOSFET of the enhancement type in accordance with this exporting approximately example of the present invention contemplates, as the energy band of the surface channel layer 5 by the degree of difference in work function V built at the PN junction (built in the PN junction voltage) for the base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the surface channel layer 5 compared to the MOSFET of the inversion type is curved and no voltage 2 Φ B is necessary for an inversion state, the threshold value voltage V th being therefore represented by the following equation (3 ) is shown.

Vth = Vbuiilt + Φms - (Qs + Qfc + Qi + Qss)/Coxide (3)V th = V buiilt + Φ ms - (Q s + Q fc + Q i + Q ss ) / C oxide (3)

Anders ausgedrückt, da sich das Energieband aufgrund der Austrittsarbeitsdifferenz Vbuilt an der PN-Übergangs­ seite der Oberflächenkanalschicht 5, der Austrittsarbeits­ differenz Φms zwischen dem Polysilizium (Metall) und Halb­ leiter an der Gateisolationsfilmseite und des Grads einer Krümmung des Energiebands, der durch den Oxidfilm verur­ sacht wird ((Qs + Qfc + Qi + Qss)/Coxide) krümmt, wird ein Anlegen einer Versatzspannung das Energieband abflachen und bewirken, daß Strom fließt. Deshalb ist die Schwellwert­ spannung Vth des MOSFET des Anreicherungstyps dieses Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung durch Glei­ chung (3) dargestellt.In other words, since the energy band due to the work function difference V built on the PN junction side of the surface channel layer 5 , the work function difference Φ ms between the polysilicon (metal) and semiconductor on the gate insulation film side and the degree of curvature of the energy band caused by the Oxide film is caused ((Q s + Q fc + Q i + Q ss ) / C oxide ) to bend, applying an offset voltage will flatten the energy band and cause current to flow. Therefore, the threshold voltage V th of the enhancement type MOSFET of this embodiment of the present invention is represented by equation (3).

Demgemäß wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung eine Spannung, die größer als die Schwellwertspannung Vth ist, die durch Gleichung (3) darge­ stellt ist, als die Gateanlegespannung verwendet.Accordingly, according to this embodiment of the present invention, a voltage which is larger than the threshold voltage V th , which is represented by equation (3) Darge, is used as the gate application voltage.

Im übrigen ist das Funktionsprinzip dieser Vorrichtung ähnlich zu dem eines vertikalen Kanal-JFET (siehe B. J. Baliga, "Modem Power Devices", Kreiger Press, Malabar, Florida, 1992).Otherwise, the principle of operation of this device similar to that of a vertical channel JFET (see B.J. Baliga, "Modem Power Devices", Kreiger Press, Malabar, Florida, 1992).

Diese normalerweise ausgeschaltete Vorrichtung des An­ reicherungstyps kann auch einem Lawinendurchbruchszustand widerstehen. Um einen vertikalen Leistungs-MOSFET eines normalerweise ausgeschalteten Typs zu erzielen, ist es not­ wendig, daß er eine ausreichende Sperrschichthöhe aufweist, so daß die ausgedehnte Verarmungsschicht in der n⁻-Schicht die elektrische Leitung nicht verhindert, wenn keine Gate­ spannung angelegt ist. Die maximale Dicke der Epitaxie­ wachstumsschicht 5, die bei dem Aufbau eines normalerweise ausgeschalteten MOSFET eines planaren Typs verwendet wird, wird von der Störstellenkonzentration, der SiO2-Filmdecke und des Polysiliziumleitfähigkeittyps abhängen, der für die Gateelektrode verwendet wird.This normally off device of the enrichment type can also withstand an avalanche breakdown condition. In order to achieve a vertical power MOSFET of a normally off type, it is necessary that it have a sufficient junction height so that the extended depletion layer in the n⁻ layer does not prevent electrical conduction when no gate voltage is applied. The maximum thickness of the epitaxial growth layer 5 used in the construction of a normally-off planar type MOSFET will depend on the impurity concentration, the SiO 2 film blanket and the polysilicon conductivity type used for the gate electrode.

Bei diesem Aufbau kann, um eine ausreichende Sperr­ schichthöhe zu erzielen, um eine Leitung zwischen der Source und dem Drain zu verhindern, die Dicke der Oberflä­ chenkanalepischicht 5 unter Verwendung der nachstehend ge­ gebenen Gleichung (4) bestimmt werden. Die Bedingungen sind durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
With this structure, in order to obtain a sufficient barrier height to prevent conduction between the source and the drain, the thickness of the surface channel channel layer 5 can be determined using the equation (4) given below. The conditions are expressed by the following equation:

Hierbei ist Tepi die Höhe der verarmten Schicht, die in die Schicht des n⁻-Typs diffundiert, ist ND die Donatoren­ konzentration in dem Kanalbereich des n⁻-Typs, ist NA die Akzeptorenkonzentration des Basisbereichs des p⁻-Typs, ist Vbuilt die eingebaute Spannung des PN-Übergangs, ist Φms die Differenz der Austrittsarbeit des Gatepolysiliziums (Metalls) und des Halbleiters, ist Qs die Raumladung in dem Gateisolationsfilm, ist Qfc die festgelegte Oberflächenla­ dung an dem SiO2/SiC-Übergang, sind Qi die beweglichen Ionen in dem Oxid mit einer Ladung, sind Qss die geladenen Oberflächenzustände an dem SiO2/SiC-Übergang und ist Coxide die Kapazität des Gateisolationsfilms.Here, Tepi is the height of the depleted layer that diffuses into the n⁻-type layer, N D is the donor concentration in the channel region of the n Typs-type, N A is the acceptor concentration of the base region of the p⁻-type, is V built the built-in voltage of the PN junction, Φ ms is the difference in the work function of the gate polysilicon (metal) and the semiconductor, Q s is the space charge in the gate insulation film, Q fc is the specified surface charge on the SiO 2 / SiC junction, if Q i are the mobile ions in the oxide with a charge, Q ss are the charged surface states at the SiO 2 / SiC junction and C oxide is the capacitance of the gate insulation film.

Der erste Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung (4) ist der Ausdehnungsgrad der verarmten Schicht aufgrund einer eingebauten Spannung Vbuilt an dem PN-Übergang zwi­ schen der Oberflächenkanalschicht 5 und den Siliziumkarbid­ basisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs, das heißt, der Ausdeh­ nungsgrad der Verarmungsschicht von den Siliziumkarbidba­ sisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs zu der Oberflächenkanal­ schicht 5 und ist der zweite Ausdruck der Ausdehnungsgrad der Verarmungsschicht aufgrund der Ladung und ist Φms die Differenz der Austrittsarbeit des Gatepolysiliziums (Metalls) und der Siliziumkarbidkanalschicht 5, welche den Ausdehnungsgrad der Verarmungsschicht von dem Gateisola­ tionsfilm 7 zu der Oberflächenkanalschicht 5 darstellt.The first expression on the right side of equation (4) is the degree of expansion of the depleted layer due to a built-in voltage V built at the PN junction between the surface channel layer 5 and the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type, that That is, the degree of expansion of the depletion layer from the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type to the surface channel layer 5 and the second expression is the degree of expansion of the depletion layer due to the charge and Φ ms is the difference in the work function of the gate polysilicon (metal ) and the silicon carbide channel layer 5 , which represents the degree of expansion of the depletion layer from the gate insulation film 7 to the surface channel layer 5 .

Folglich kann, wenn die Summe der Ausdehnung der Verar­ mungsschicht von den Siliziumkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs und der Ausdehnung der Verarmungsschicht von dem Gateisolationsfilm 7 größer als die Dicke der Oberflä­ chenkanalschicht 5 hergestellt wird, der vertikale Leistungs-MOSFET als ein normalerweise ausgeschalteter Typ hergestellt werden.Consequently, if the sum of the expansion of the depletion layer of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the expansion of the depletion layer of the gate insulation film 7 is made larger than the thickness of the surface channel layer 5 , the vertical power MOSFET can be made as a normally off type can be made.

Deshalb muß die Oberflächenkanalepischicht 5 eine nied­ rige Dicke (bezüglich der submikronen Größenordnung) auf­ weisen oder muß sie eine niedrige Konzentration aufweisen. Das heißt, wenn die Einfachheit einer Ausbildung betrachtet wird, ist die Dicke von dem Standpunkt einer Gleichmäßig­ keit vorzugsweise größer und ist die Konzentration vorzugs­ weise höher, um einen Störstelleneinschluß in der Vorrich­ tung sicherzustellen.Therefore, the surface channel epi layer 5 must have a low thickness (in terms of submicron order) or it must have a low concentration. That is, when considering the simplicity of training, the thickness is preferably larger from the standpoint of uniformity, and the concentration is preferably higher to ensure impurity inclusion in the device.

Da dieser vertikale Leistungs-MOSFET des normalerweise ausgeschalteten Typs derart hergestellt werden kann, daß auch dann kein Strom fließt, wenn aufgrund eines Vorrich­ tungsausfalls oder dergleichen keine Spannung an die Gate­ elektrode angelegt wird, ist es möglich, eine größere Si­ cherheit als bei einem normalerweise eingeschalteten Typ sicherzustellen.Because this vertical power MOSFET's normally switched off type can be manufactured such that no current flows even if due to a device voltage failure or the like no voltage to the gate electrode is applied, it is possible to use a larger Si safety than with a normally switched on type ensure.

Ebenso sind die zweidimensionalen numerischen Simula­ tionen ausgeführt worden, um eine Optimierung der Element­ strukturparameter, das heißt, der Dicke und Störstellenkon­ zentration der Oberflächenkanalepischicht 5 des n⁻-Typs und der Störstellenkonzentration der Siliziumkarbidbasisberei­ che 3a, 3b des n⁻-Typs und der Siliziumkarbidepischicht 2 eines n⁻-Typs für eine Vorrichtungsdurchbruchspannung von 1000 V zu erzielen.Likewise, the two-dimensional numerical simulations have been carried out in order to optimize the element structure parameters, that is to say the thickness and impurity concentration of the surface channel layer 5 of the n⁻ type and the impurity concentration of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the n⁻ type and to achieve the silicon carbide epoxy layer 2 of an n⁻ type for a device breakdown voltage of 1000 V.

Fig. 10 zeigt einen Graph, der die Beziehung zwischen 30 der Durchbruchspannung, der Störstellenkonzentration und der Dicke der Oberflächenkanalepischicht 5 des n⁻-Typs dar­ stellt. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the breakdown voltage, the impurity concentration, and the thickness of the surface channel epi layer 5 of the n⁻ type.

Zwei unterschiedliche Dotierstofftypen sind für die Polysiliziumgateelektrode 8 in den Berechnungen berücksich­ tigt worden, das heißt, eine, in welche Störstellen des p-Typs dotiert worden sind, und eine andere, in welche Stör­ stellen des n-Typs dotiert worden sind. Wenn Störstellen des p-Typs als die Polysiliziumgateelektrode 8 dotiert wer­ den, betragen die Störstellenkonzentrationen der Oberflä­ chenepitaxieschicht 5 1E17 cm-3, 1E16 cm-3 und 1E15 cm-3, und wenn Störstellen des n-Typs als die Polysiliziumgate­ elektrode 8 dotiert werden, beträgt die Störstellenkonzen­ tration der Oberflächenkanalepischicht 5 1E16 cm-3. Es ist aus Fig. 10 klar zu sehen, daß die Durchbruchspannung von der Dicke der Oberflächenkanalepischicht 5 abhängt. Die Durchbruchspannung hängt ebenso von dem Leitfähigkeitstyp des Polysiliziums ab, das für die Gateelektrode 8 verwendet wird, und es versteht sich, daß, wenn die Oberflächenkanal­ epischicht 5 die gleiche Störstellenkonzentration aufweist, die Polysiliziumgateelektrode 8 des p-Typs besser als die Polysiliziumgateelektrode 8 des n-Typs ist (zum Beispiel kann die Oberflächenkanalepischicht 5 mit der gleichen Durchbruchspannung und Störstellenkonzentration dicker her­ gestellt werden). Anders ausgedrückt ist die Durchbruch­ spannung besser, wenn sie von dem entgegengesetzten Leitfä­ higkeitstyp bezüglich der Oberflächenkanalepischicht 5 ist.Two different types of dopants have been taken into account for the polysilicon gate electrode 8 in the calculations, that is, one in which p-type impurities have been doped and another in which n-type impurities have been doped. When p-type impurities are doped as the polysilicon gate electrode 8 , the impurity concentrations of the surface epitaxial layer 5 are 1E17 cm -3 , 1E16 cm -3 and 1E15 cm -3 , and when the n-type impurities are doped as the polysilicon gate electrode 8 , the impurity concentration of the surface channel epi layer is 5 1E16 cm -3 . It can be clearly seen from FIG. 10 that the breakdown voltage depends on the thickness of the surface channel epi layer 5 . The breakdown voltage depends also of the conductivity type of the polysilicon from which is used for the gate electrode 8, and it is understood that when the surface channel epi-layer 5 has the same impurity concentration, the polysilicon gate electrode 8 of the p-type better than the polysilicon gate electrode 8 of n -Typs (for example, the surface channel epi layer 5 can be made thicker with the same breakdown voltage and impurity concentration). In other words, the breakdown voltage is better when it is of the opposite conductivity type with respect to the surface channel epi layer 5 .

Weiterhin ist es gemäß dieser Erfindung unter Verwen­ dung der Oberflächenkanalepischicht 5 des n⁻-Typs möglich, die Störstellenkonzentration des Kanalbereichs und die Störstellenkonzentration der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs getrennt zu steuern. Folglich wird durch getrenntes Steuern der Störstellenkonzentrationen von un­ terschiedlichen Bereichen ein Leistungs-MOSFET mit einer hohen Durchbruchspannung, einem niedrigen Durchlaßwider­ stand und einer niedrigen Schwellwertspannung erzielt. An­ ders ausgedrückt ist es gemäß dem planaren MOSFET im Stand der Technik, wie er in Fig. 30 gezeigt ist, nicht möglich, die Störstellenkonzentrationen des Kanal- und Basisbereichs eines zweiten Leitfähigkeitstyps getrennt zu steuern, um eine höhere Durchbruchspannung, einen niedrigen Durchlaßwi­ derstand und eine niedrige Schwellwertspannung zu erzielen, aber dies ist mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich.Furthermore, according to this invention, using the surface channel epi layer 5 of the n⁻ type, it is possible to separately control the impurity concentration of the channel region and the impurity concentration of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type. Consequently, by separately controlling the impurity concentrations from different areas, a power MOSFET having a high breakdown voltage, a low forward resistance and a low threshold voltage is obtained. In other words, according to the prior art planar MOSFET as shown in FIG. 30, it is not possible to separately control the impurity concentrations of the channel and base regions of a second conductivity type to have a higher breakdown voltage, a low forward resistance, and to achieve a low threshold voltage, but this is possible with the device according to the present invention.

Fig. 30 zeigt eine Querschnittsansicht eines Silizium­ karbid-MOSFET eines planaren Typs im Stand der Technik. In Fig. 30 ist auf ein Siliziumkarbidhalbleitersubstrat 70 des n⁺-Typs eine Siliziumkarbidepitaxieschicht 71 des n⁻-Typs geschichtet und sind auf dem Oberflächenbereich der Sili­ ziumkarbidepitaxieschicht 71 des n⁻-Typs ein Siliziumkar­ bidbasisbereich 72 eines p⁻-Typs und ein Sourcebereich 73 des n⁺-Typs durch Doppelionenimplantation ausgebildet. Ebenso befindet sich auf der Epitaxieschicht 71 des n⁻-Typs eine Gateelektrode 75 über einem Gateisolationsfilm 74 und die Gateelektrode 75 ist mit einem Isolationsfilm 76 be­ deckt. Eine Sourceelektrode 77 ist derart angeordnet, daß sie den Siliziumkarbidbasisbereich 72 des p⁻-Typs und den Sourcebereich 73 des n⁺-Typs berührt, während sich eine Drainelektrode 78 auf der Rückseite des Siliziumkarbidhalb­ leitersubstrats 70 des n⁺-Typs befindet. Fig. 30 shows a cross-sectional view of a planar type silicon carbide MOSFET in the prior art. In Fig. 30 a Siliziumkarbidepitaxieschicht is stacked 71 of the n⁻-type on a Siliziumkarbidhalbleitersubstrat 70 of the n⁺-type and are on the surface area of the Sili ziumkarbidepitaxieschicht 71 of the n⁻-type a Siliziumkar bidbasisbereich 72 of a p⁻-type and a source region 73 of the n⁺ type by double ion implantation. Likewise, on the n 75-type epitaxial layer 71, there is a gate electrode 75 over a gate insulation film 74 and the gate electrode 75 is covered with an insulation film 76 . A source electrode 77 is arranged to contact the p⁻-type silicon carbide base region 72 and the n⁺-type source region 73 , while a drain electrode 78 is on the back of the n⁺-type silicon carbide semiconductor substrate 70 .

Es werden die Probleme im Stand der Technik bezüglich dessen betrachtet, daß der MOSFET im Stand der Technik den Basisbereich 72 und den Sourcebereich 73 verwendet, die durch Doppelionenimplantation ausgebildet sind, da das Dif­ fusionsverfahren nicht in SiC angewendet werden kann. Des­ halb behält der SiC/SiO2-Übergang eines Kanalbereichs, der durch Oxidation ausgebildet ist, die Kristallbeschädigung aufgrund einer Ionenimplantation, was zu einer hohen Über­ gangszustandsdichte führt. Ebenso kann aufgrund der schlechten Qualität der Ionenimplantation des Basisbereichs 72 des p⁻-Typs, welcher die Kanalschicht des Inversionstyps ausbildet, offensichtlich keine Verbesserung der Kanalbe­ weglichkeit erwartet werden. Im Gegensatz dazu kann in dem Ausführungsbespiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 1 gezeigt ist, ein reiner Übergang durch Ausbilden der Ka­ nalschicht mit einer hochqualitativen Epitaxieschicht 5 er­ zielt werden. The problems in the prior art are considered with respect to the fact that the MOSFET in the prior art uses the base region 72 and the source region 73 , which are formed by double ion implantation, since the diffusion method cannot be used in SiC. Therefore, the SiC / SiO 2 junction of a channel region formed by oxidation retains crystal damage due to ion implantation, which leads to a high transition state density. Likewise, due to the poor quality of the ion implantation of the base region 72 of the p⁻ type, which forms the channel layer of the inversion type, obviously no improvement in the channel mobility can be expected. In contrast, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, a pure transition can be achieved by forming the channel layer with a high quality epitaxial layer 5 .

Ebenso kann eine SiC-Schicht durch Ionenimplantation ebenso anstelle der Oberflächenkanalepischicht 5 verwendet werden. Das heißt, während die Epitaxieschicht 5 auf dem Substrat in Fig. 4 ausgebildet worden ist, kann alternativ, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, N+ in ein SiC-Substrat im­ plantiert werden, um eine Kanalausbildungs-SiC-Schicht 25 des n⁻-Typs in dem Substratoberflächenbereich auszubilden.Likewise, an SiC layer by ion implantation can also be used instead of the surface channel epi layer 5 . That is, while the epitaxial layer 5 has been formed on the substrate in FIG. 4, alternatively, as shown in FIG. 11, N + may be planted in an SiC substrate in order to form a channel formation SiC layer 25 of the n ⁻-Type in the substrate surface area.

Zusätzlich zu dem Aufbau für das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches zum Anwenden an einem vertikalen MOSFET mit einem n-Kanal er­ klärt worden ist, kann der gleiche Effekt für vertikale MOSFETs mit einem p-Kanal durch Vertauschen des p-Typs und n-Typs in Fig. 1 erzielt werden.In addition to the construction for the above-described embodiment of the present invention, which has been explained for use on a vertical MOSFET with an n-channel, the same effect for vertical MOSFETs with a p-channel can be achieved by swapping the p-type and n -Types can be achieved in Fig. 1.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.A second off is described below management example of the present invention.

Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird nun unter Betonung bezüglich der Unterschiede verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung erklärt.The second embodiment of the present invention is now emphasizing the differences compared to the first embodiment of the present ing invention explained.

Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht eines MOSFET ei­ nes planaren Typs mit einem n-Kanal (vertikalen Leistungs- MOSFET) gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 12 is a cross sectional view of a MOSFET this embodiment shows ei nes planar type with an n-channel (vertical power MOSFET) according to the present invention.

In Fig. 12 ist eine Siliziumkarbidepischicht 2 des n-Typs mit einer niedrigeren Dotierstoffkonzentration als das Substrat 1 auf die Hauptoberfläche eines Siliziumkarbid­ halbleitersubstrats 1 des n⁺-Typs geschichtet. Auf vorbe­ stimmten Bereichen des Oberflächenbereichs dieser Silizium­ karbidepischicht 2 des n⁻-Typs sind getrennt ein Silizium­ karbidbasisbereich 3a des p⁻-Typs und ein Siliziumkarbid­ basisbereich 3b des p⁻-Typs ausgebildet, die eine vorbe­ stimmte Dicke aufweisen. Ebenso ist auf einem vorbestimmten Bereich des Oberflächenbereichs des Siliziumkarbidbasisbe­ reichs 3a des p⁻-Typs ein Sourcebereich 4a des n⁺-Typs aus­ gebildet, welcher flacher als der Basisbereich 3a ist, und ist auf einem,vorbestimmten Bereich des Oberflächenbereichs des Siliziumkarbidbasisbereichs 3b des p⁻-Typs ein Source­ bereich 4b des n⁺-Typs ausgebildet, welcher flacher als der Basisbereich 3b ist.In Fig. 12 a Siliziumkarbidepischicht 2 is layered n-type with a lower dopant concentration than the substrate 1 on the main surface of a silicon semiconductor substrate 1 of n + type. On predetermined areas of the surface area of this silicon carbide epi layer 2 of the n⁻ type, a silicon carbide base area 3 a of the p⁻ type and a silicon carbide base area 3 b of the p⁻ type are formed separately, which have a predetermined thickness. Likewise, on a predetermined area of the surface area of the silicon carbide base region 3 a of the p⁻ type, a source area 4 a of the n aus type is formed, which is flatter than the base area 3 a, and is on a predetermined area of the surface area of the silicon carbide base area 3 b of the p⁻ type, a source region 4 b of the n⁺ type is formed, which is flatter than the base region 3 b.

Hierbei ist ein Abschnitt von jedem der Basisbereiche 3a, 3b dicker hergestellt. Das heißt, tiefe Basisbereiche 30a, 30b sind ausgebildet. Die Störstellenkonzentration an den verdickten Bereichen der Basisbereiche 3a, 3b (den tie­ fen Basisbereichen 30a, 30b) ist höher als die Störstellen­ konzentration an den dünneren Bereichen. Ebenso sind die tiefen Basisbereiche 30a, 30b unter den Sourcebereichen 4a, 4b ausgebildet.Here, a portion of each of the base regions 3 a, 3 b made thicker. That is, deep base areas 30 a, 30 b are formed. The impurity concentration of the thickened regions of the base regions 3 a, 3 b (the tie fen base portions 30 a, 30 b) is higher than the impurity concentration at the thinner areas. Likewise, the deep base regions 30 a, 30 b are formed under the source regions 4 a, 4 b.

Weiterhin ist eine SiC-Schicht (Oberflächenkanalepischicht) 5 des n⁻-Typs auf dem Oberflä­ chenbereich der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs und den Oberflächenbereichen der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs zwischen dem Sourcebereich 4a des n⁺-Typs und dem Sourcebereich 4b des n⁺-Typs ausgebildet. Die SiC-Schicht (Oberflächenkanalepischicht) 5 des n⁻-Typs ist durch epitaktisches Wachstum ausgebildet und sie dient wäh­ rend des Betriebs der Vorrichtung als die Kanalausbildungs­ schicht auf der Vorrichtungsoberfläche.Furthermore, an SiC layer (surface channel epi layer) 5 of the n⁻ type on the surface area of the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type and the surface regions of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type between the source region 4 a of the n⁺ -Types and the source region 4 b of the n⁺-type. The SiC layer (surface channel epi layer) 5 of the n⁻ type is formed by epitaxial growth and serves as the channel formation layer on the device surface during the operation of the device.

Hierbei ist das Siliziumkarbid, das das Halbleiter­ substrat 1, die Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs, die Basisbereiche 3a, 3b und die Sourcebereiche 4a, 4b bildet, 6H-SiC, während das der Oberflächenkanalepischicht 5 3C-SiC ist.Here, the silicon carbide, which forms the semiconductor substrate 1 , the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type, the base regions 3 a, 3 b and the source regions 4 a, 4 b, 6H-SiC, while that of the surface channel epoxy layer 5 is 3C-SiC .

Ebenso sind Vertiefungen 6a, 6b auf den Oberflächenbe­ reichen der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs und der Sourcebereiche 4a, 4b des n⁻-Typs ausgebildet. Likewise, depressions 6 a, 6 b are formed on the surface areas of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the source regions 4 a, 4 b of the n⁻ type.

Ein Gateisolationsfilm (Siliziumoxidfilm) 7 ist auf der Oberseite der Oberflächenkanalepischicht 5 und der Source­ bereiche 4a, 4b des n⁺-Typs ausgebildet. Ebenso ist eine Polysiliziumgateelektrode 8 auf dem Gateisolationsfilm 7 ausgebildet, wobei diese Polysiliziumgateelektrode 8 mit einem Isolationsfilm 9 bedeckt ist. Eine Sourceelektrode 10 ist darüber ausgebildet und die Sourceelektrode 10 berührt die Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs, und die Siliziumkar­ bidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs. Eine Drainelektroden­ schicht 11 ist ebenso auf der Rückseite 1b des Siliziumkar­ bidhalbleitersubstrats 1 das n⁺-Typs ausgebildet.A gate insulation film (silicon oxide film) 7 is formed on the top of the surface channel epi layer 5 and the source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type. A polysilicon gate electrode 8 is also formed on the gate insulation film 7 , this polysilicon gate electrode 8 being covered with an insulation film 9 . A source electrode 10 is formed over it and the source electrode 10 touches the source regions 4 a, 4 b of the n Typs-type, and the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻-type. A drain electrode layer 11 is also formed on the rear side 1 b of the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type.

Nun wird ein Herstellungsverfahren für diesen Lei­ stungs-MOSFET eines planaren Typs unter Bezugnahme auf die Fig. 13 bis 20 erklärt.A manufacturing method for this planar type power MOSFET will now be explained with reference to FIGS . 13 to 20.

Zuerst wird, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, ein 6H-SiC-Substrat 1 des n-Typs, das heißt, ein Siliziumkarbidhalb­ leitersubstrat 1 des n⁺-Typs vorbereitet und wird eine Si­ liziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs epitaktisch bis zu einer Dicke von 5 bis 10 Mikrometern auf die Hauptoberflä­ che 1a des Substrats 1 aufgewachsen. In diesem Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung erhält die Siliziumkar­ bidepischicht 2 des n⁻-Typs die gleichen Kristalle wie das darunterliegende Substrat 1 für eine 6H-SiC-Schicht des n-Typs.First, as shown in FIG. 13, an n-type 6H-SiC substrate 1 , that is, a n⁺-type silicon carbide semiconductor substrate 1 is prepared, and an n⁻-type silicon carbide epoxy layer 2 becomes epitaxially through grown to a thickness of 5 to 10 microns on the main surface 1 a of the substrate 1 . In this embodiment of the present invention, the silicon carbide layer 2 of the n⁻ type receives the same crystals as the underlying substrate 1 for a 6H-SiC layer of the n type.

Ebenso wird, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, ein Isola­ tionsfilm 20 auf einem vorbestimmten Bereich der Silizium­ karbidepischicht 2 des n⁻-Typs angeordnet und dieser wird als die Maske zur Ionenimplantation von Störstellen der Gruppe IIIA, das heißt, B+, Al+ oder Ga+ verwendet, um die Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs auszubilden.Also, as shown in Fig. 14, an insulation film 20 is placed on a predetermined area of the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type, and this is used as the mask for ion implantation of group IIIA impurities, that is, B +, Al + or Ga + used to form the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type.

Nach einem Entfernen des Isolationsfilms 20 wird, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, eine Oberflächenkanalepischicht des n⁻-Typs epitaktisch unter Verwendung einer LPCVD-Vor­ richtung auf die Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs aufgewachsen. Als die Wachstumsbedingungen werden hierbei SiH4, C3H8 und H2 als die Quellengase verwendet und das SiH4/C3H8-Flußverhältnis beträgt [0, 5]. Die Wachstumstem­ peratur beträgt 1300°C. Dieses Verfahren ergibt eine 3C-SiC-Oberflächenkanalepischicht 5. Das heißt, eine 3C-SiC-Oberflächenkanalepischicht 5 wird durch Verringern der Tem­ peratur auf 1200 bis 1300°C verglichen mit den herkömm­ lichen 1600°C und durch Ausbilden des Films mit einem höhe­ ren Si/C-Verhältnis, um die zweidimensionale Keimbildung zu verbessern, anstelle einer Schicht durch Schichtwachstum erzielt. Anders ausgedrückt wird eine 3C-SiC-{111}-Fläche auf der {0001}-Fläche des 6H-SiC ausgebildet.After removing the insulation film 20 , as shown in FIG. 15, a surface channel epi layer of the n⁻ type is epitaxially grown on the silicon carbide epi layer 2 of the n⁻ type using an LPCVD device. SiH 4 , C 3 H 8 and H 2 are used as the source gases as the growth conditions, and the SiH 4 / C 3 H 8 flow ratio is [0.5]. The growth temperature is 1300 ° C. This method results in a 3C-SiC surface channel epi layer 5 . That is, a 3C-SiC surface channel epoxy layer 5 is made by lowering the temperature to 1200 to 1300 ° C compared to the conventional 1600 ° C and by forming the film with a higher Si / C ratio to increase the two-dimensional nucleation improve, instead of a layer achieved by layer growth. In other words, a 3C-SiC {111} surface is formed on the {0001} surface of the 6H-SiC.

Als nächstes werden, wie es in Fig. 16 gezeigt ist, Störstellen der Gruppe IIIA, das heißt, B+, Al+ oder Ga+, mit einer Maske (einem Isolationsfilm, usw.) 31 ionenim­ plantiert, die über der Oberflächenkanalepischicht 5 ange­ ordnet ist, um tiefe Basisbereiche 30a, 30b auszubilden.Next, as shown in Fig. 16, Group IIIA impurities, i.e., B +, Al +, or Ga +, are ion-implanted with a mask (an insulating film, etc.) 31 ions disposed over the surface channel epi layer 5 , to form deep base areas 30 a, 30 b.

Ebenso wird, wie es in Fig. 17 gezeigt ist, die zuvor erwähnte Maske 31 zur Implantation von N+ verwendet, um Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs auszubilden.Also, as shown in Fig. 17, the aforementioned mask 31 is used for implanting N + to form source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type.

Nach einem Entfernen der Maske wird, wie es in Fig. 18 gezeigt ist, das Photoresistverfahren verwendet, um einen Isolationsfilm 22 auf einem vorbestimmten Bereich, der Ober­ flächenkanalepischicht 5 anzuordnen, und dieser wird als eine Maske zum Ätzen von Abschnitten der Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs und der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs durch RIE verwendet, um Vertiefungen 6a, 6b auszubilden.After removing the mask, as shown in Fig. 18, the photoresist method is used to arrange an insulation film 22 on a predetermined area, the surface channel epi layer 5 , and this is used as a mask for etching portions of the source areas 4 a, 4 b of the n⁺ type and the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type used by RIE to form depressions 6 a, 6 b.

Nach einem nachfolgenden Entfernen des Isolationsfilms 22 wird, wie es in Fig. 19 gezeigt ist, ein Gateisolations­ film (Gateoxidfilm) 7 durch Naßoxidation auf dem Substrat ausgebildet. Eine Polysiliziumgateelektrode 8 wird dann durch LPCVD auf dem Gateisolationsfilm 7 abgeschieden.After subsequent removal of the insulation film 22 , as shown in FIG. 19, a gate insulation film (gate oxide film) 7 is formed on the substrate by wet oxidation. A polysilicon gate electrode 8 is then deposited on the gate insulation film 7 by LPCVD.

Als nächstes wird, wie es in Fig. 20 gezeigt ist, nach einem Entfernen der unerwünschten Abschnitte des Gateisola­ tionsfilms 7 ein Isolationsfilm 9 ausgebildet, um die Poly­ siliziumgateelektrode 8 zu bedecken. Ebenso werden, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, die Sourceelektrode 10 und die Drainelektrode 11 durch Metallzerstäubung bei Raumtempera­ tur erzeugt. Ein Glühen wird dann bei 1000°C nach der Filmausbildung durchgeführt.Next, as shown in FIG. 20, after removing the unwanted portions of the gate insulation film 7, an insulation film 9 is formed to cover the poly silicon gate electrode 8 . Also, as shown in Fig. 12, the source electrode 10 and the drain electrode 11 are generated by metal sputtering at room temperature. Annealing is then carried out at 1000 ° C after film formation.

Dies vervollständigt den Leistungs-MOSFET eines plana­ ren Typs.This completes the power MOSFET of a plana ren type.

Wenn der Leistungs-MOSFET eines planaren Typs ausge­ schaltet ist, befindet er sich aufgrund einer Verarmung durch die Differenz der Austrittsarbeiten der Polysilizium­ gateelektrode 8 und der Oberflächenkanalepischicht 5 und dem PN-Übergang zwischen den Siliziumkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs und der Oberflächenkanalepischicht 5 in einem Abschnürzustand.If the power MOSFET of a planar type is switched off, it is due to a depletion due to the difference in the work functions of the polysilicon gate electrode 8 and the surface channel layer 5 and the PN junction between the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the surface channel epi layer 5 in a pinch-off state.

Andererseits wird er durch Anlegen einer Spannung an die Polysiliziumgateelektrode 8 in eine Anreicherungsbe­ triebsart eingeschaltet, bei der die Ladungsträger auf der Oberflächenkanalepischicht 5 angereichert werden. In dem eingeschalteten Zustand fließen Elektronen von den Source­ bereichen 4a, 4b des n⁺-Typs durch die Oberflächenkanalepi­ schicht 5 und von der Oberflächenkanalepischicht 5 zu der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs und fließen die Elektronen nach Erreichen der Siliziumkarbidepischicht 2 (des Driftbereichs) des n⁻-Typs vertikal zu dem Silizium­ karbidhalbleitersubstrat 1 des n⁺-Typs (Drain des n⁺-Typs).On the other hand, it is switched on by applying a voltage to the polysilicon gate electrode 8 in an enrichment mode in which the charge carriers are enriched on the surface channel epi layer 5 . In the switched-on state, electrons flow from the source regions 4 a, 4 b of the n⁺-type through the surface channel epi layer 5 and from the surface channel epi layer 5 to the silicon carbide epi layer 2 of the n⁻-type and the electrons flow after reaching the silicon carbide epi layer 2 (des Drift region) of the n⁻-type vertically to the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n Typs-type (drain of the n⁺-type).

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung ist es, da 3C-SiC, welches eine hohe Beweglichkeit aufweist, als eine Oberflächenkanalepischicht 5, getrennt von der Substratseite SiC verwendet wird, möglich, die Transistoreigenschaften (den Durchlaßwiderstand) des FET stark zu verbessern und insbesondere, aufgrund dieser Ver­ ringerung des Durchlaßwiderstands, einen Verlust stark zu verringern, wenn er als ein Modul verwendet wird.According to this embodiment of the present invention, since 3C-SiC, which has high mobility, is used as a surface channel epoxy layer 5 separate from the substrate side SiC, it is possible to greatly improve the transistor properties (on-resistance) of the FET, and particularly, due to this reduction in forward resistance, greatly reduce loss when used as a module.

Anders ausgedrückt, wenn eine Oberflächenkanalepi­ schicht 5 mit dein gleichen Kristallsystem/polymorph auf die Substratseite SiC aufgewachsen wird (zum Beispiel, wenn eine 6H-SiC-Epitaxieschicht auf dem 6H-SiC-Substrat ausge­ bildet wird und eine 4H-SiC-Epitaxieschicht auf dem 4H-SiC-Substrat ausgebildet wird), wird im allgemeinen 4H-SiC ver­ wendet, das bevorzugte Charakteristiken ergibt, aber mit einem 4H-SiC-Substrat mit einer schlechten Qualität wird ebenso die Qualität der Epitaxieschicht beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu ist es unter Verwendung einer Oberflächenka­ nalepischicht 5 mit einem unterschiedlichen Kristallsystem/polymorph zu der Substratseite möglich, ein SiC-Halb­ leitersubstrat mit guten Charakteristiken und einer hohen Zuverlässigkeit zu erzielen.In other words, when a surface channel epi layer 5 is grown with the same crystal system / polymorph on the substrate side SiC (for example, when a 6H-SiC epitaxial layer is formed on the 6H-SiC substrate and a 4H-SiC epitaxial layer on the 4H-SiC substrate), 4H-SiC is generally used, which gives preferred characteristics, but with a poor quality 4H-SiC substrate, the quality of the epitaxial layer is also deteriorated. In contrast, using a surface channel layer 5 with a different crystal system / polymorph to the substrate side, it is possible to achieve an SiC semiconductor substrate with good characteristics and high reliability.

Die Kombination eines unterschiedlichen Kristall­ system/polymorphs der SiC-Substrate (1, 2, 3, 3a, 3b, 4a, 4b) und der Oberflächenkanalepischicht 5 kann ein 6H-SiC-Substrat und eine 3C-SiC-Epitaxieschicht 5 oder andere ver­ schiedene Kombinationen, zum Beispiel ein 6H-SiC-Substrat und eine 4H-SiC-Epitaxieschicht 5 oder ein 4H-SiC-Substrat und eine 3C-SiC-Epitaxieschicht 5, sein.The combination of a different crystal system / polymorph of the SiC substrates ( 1 , 2 , 3 , 3 a, 3 b, 4 a, 4 b) and the surface channel epi layer 5 can be a 6H-SiC substrate and a 3C-SiC epitaxial layer 5 or other different combinations, for example a 6H-SiC substrate and a 4H-SiC epitaxial layer 5 or a 4H-SiC substrate and a 3C-SiC epitaxial layer 5 .

Da tiefe Basisbereiche 30a, 30b auf den Basisbereichen 3a, 3b ausgebildet werden, um einen Abschnitt der Basisbe­ reiche 3a, 3b zu verdicken, ist ebenso die Dicke an der Si­ liziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs unter den tiefen Ba­ sisbereichen 30a, 30b niedriger (der Abstand zwischen dem Siliziumkarbidhalbleitersubstrat 1 des n⁺-Typs und den tie­ fen Basisbereichen 30a, 30b ist verkürzt), was daher einen Durchbruch fördert. Da außerdem die Störstellenkonzentra­ tion an den tiefen Basisbereichen 30a, 30b höher als die Störstellenkonzentration an den dünneren Bereichen ist, wird weiterhin ein Durchbruch gefördert. Da die tiefen Ba­ sisbereiche 30a, 30b unter den Sourcebereichen 4a, 4b aus­ gebildet sind, ist es weiterhin möglich, einen gemeinsamen Gebrauch der Maske 31 zu machen, wie es in den Fig. 16 und 17 gezeigt ist.Since deep base regions 30 a, 30 b are formed on the base regions 3 a, 3 b to thicken a portion of the base regions 3 a, 3 b, the thickness on the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type is also below the depths Base regions 30 a, 30 b lower (the distance between the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type and the deep base regions 30 a, 30 b is shortened), which therefore promotes a breakthrough. Furthermore, since the impurity concentration at the deep base regions 30 a, 30 b is higher than the impurity concentration at the thinner regions, a breakthrough is still encouraged. Since the deep base regions 30 a, 30 b are formed from the source regions 4 a, 4 b, it is also possible to make common use of the mask 31 , as shown in FIGS. 16 and 17.

Daher weist dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die folgenden Merkmale auf.
Therefore, this embodiment of the present invention has the following features.

  • (a) Das Siliziumkarbid, das das Halbleitersubstrat 1, die Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs, die Basisberei­ che 3a, 3b und die Sourcebereiche 4a, 4b bildet, ist 6H, während das Siliziumkarbid der Oberflächenkanalschicht 5 3C ist. Das heißt, das Siliziumkarbid, das das Halbleiter­ substrat 1, die Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs, die Basisbereiche 3a, 3b und die Sourcebereiche 4a, 4b bildet, ist hexagonal, während das Siliziumkarbid der Oberflächen­ kanalepischicht 5 kubisch ist. Anders ausgedrückt, das Si­ liziumkarbid, das das Halbleitersubstrat 1, die Silizium­ karbidepischicht 2 des n⁻-Typs, die Basisbereiche 3a, 3b und die Sourcebereiche 4a, 4b bildet, und das Siliziumkar­ bid der Oberflächenkanalepischicht 5 weisen ein unter­ schiedliches Kristallsystem/polymorph auf. Daher ist es un­ ter Verwendung einer Oberflächenkanalepischicht 5 mit einem unterschiedlichen Kristallsystem/polymorph zu dem der Substratseite möglich, eine SiC-Halbleitervorrichtung mit guten Charakteristiken und einer hohen Zuverlässigkeit zu erzielen.(a) The silicon carbide that forms the semiconductor substrate 1 , the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type, the base regions 3 a, 3 b and the source regions 4 a, 4 b is 6H, while the silicon carbide of the surface channel layer 5 is 3C. That is, the silicon carbide that forms the semiconductor substrate 1 , the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻-type, the base regions 3 a, 3 b and the source regions 4 a, 4 b is hexagonal, while the silicon carbide of the surface channel layer 5 is cubic . In other words, the silicon carbide that forms the semiconductor substrate 1 , the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type, the base regions 3 a, 3 b and the source regions 4 a, 4 b, and the silicon carbide of the surface channel epoxy layer 5 have a different Crystal system / polymorph. Therefore, by using a surface channel epi layer 5 with a different crystal system / polymorphic to that of the substrate side, it is possible to achieve a SiC semiconductor device with good characteristics and high reliability.
  • (b) Da tiefe Basisbereiche 30a, 30b als verdickte Ab­ schnitte der Basisbereiche 3a, 3b vorgesehen sind, wird ein Durchbruch erleichtert.(b) Since deep base regions 30 a, 30 b are provided as thickened sections of the base regions 3 a, 3 b, a breakthrough is facilitated.
  • (c) Da die Störstellenkonzentration der tiefen Basisbe­ reiche 30a, 30b höher als die Störstellenkonzentration der dünneren Bereiche ist, wird ein Durchbruch weiter erleich­ tert.(c) Since the impurity concentration of the deep base areas 30 a, 30 b is higher than the impurity concentration of the thinner areas, a breakthrough is further facilitated.
  • (d) Da die tiefen Basisbereiche 30a, 30b (verdickten Bereiche der Basisbereiche) unter den Sourcebereichen 4a, 4b ausgebildet sind, kann während der Herstellung die Maske 31 sowohl als die Maske zum Ausbilden eines tiefen Basisbe­ reichs als auch die Maske zum Ausbilden eines Sourcebe­ reichs verwendet werden, wie es in den Fig. 16 und 17 gezeigt ist, und kann daher der MOSFET eines planaren Typs in Fig. 12, ohne zu erhöhten Herstellungskosten zu führen, hergestellt werden.(d) Since the deep base regions 30 a, 30 b (thickened regions of the base regions) are formed under the source regions 4 a, 4 b, the mask 31 can be used both as the mask for forming a deep base region and the mask during manufacture a Sourcebe be Reich used to form, as it can be, without leading to increased manufacturing costs, manufactured in FIGS. 16 and 17 is shown, and therefore, the MOSFET of a planar type in Fig. 12.

Das heißt, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, eine Sili­ ziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs wird auf der Hauptober­ fläche 1a des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet, und, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, Basisbereiche 3a, 3b einer vor­ bestimmten Tiefe werden auf vorbestimmten Bereichen des Oberflächenbereichs der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs ausgebildet. Ebenso wird, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, eine Oberflächenkanalepischicht 5 auf der Siliziumkar­ bidepischicht 2 des n⁻-Typs angeordnet, werden, wie es in Fig. 16 gezeigt ist, tiefe Basisbereiche 30a, 30b, welche tiefer als die Basisbereiche 3a, 3b sind, auf vorbestimmten Bereichen der Basisbereiche 3a, 3b ausgebildet, und wird, wie es in Fig. 17 gezeigt ist, die Maske 31 zum Ausbilden eines tiefen Basisbereichs verwendet, um Sourcebereiche 4a, 4b auf vorbestimmten Bereichen der Oberflächenbereiche der Basisbereiche 3a, 3b bis zu einer flacheren Tiefe als die Basisbereiche 3a, 3b auszubilden. Dann wird eine Gateelek­ trode 8 auf der Oberfläche der Oberflächenkanalepischicht 5 über einem Gateelektrodenfilm 7 ausgebildet und wird eine Sourceelektrode 10 in Kontakt mit den Basisbereichen 3a, 3b und Sourcebereichen 4a, 4b ausgebildet.That is, as shown in Fig. 13, a silicon carbide layer 2 of the n⁻ type is formed on the main surface 1 a of the semiconductor substrate 1 , and, as shown in Fig. 14, base regions 3 a, 3 b a predetermined depth are formed on predetermined areas of the surface area of the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type. Also, as shown in FIG. 15, a surface channel epi layer 5 is arranged on the silicon carbide layer 2 of the n⁻ type, as shown in FIG. 16, deep base regions 30 a, 30 b, which are deeper than that Base areas 3 a, 3 b are formed on predetermined areas of the base areas 3 a, 3 b, and, as shown in FIG. 17, the mask 31 is used to form a deep base area to source areas 4 a, 4 b to form predetermined areas of the surface areas of the base areas 3 a, 3 b to a shallower depth than the base areas 3 a, 3 b. Then, a gate electrode 8 is formed on the surface of the surface channel epoxy layer 5 over a gate electrode film 7 , and a source electrode 10 is formed in contact with the base regions 3 a, 3 b and source regions 4 a, 4 b.

Daher wird die Maske 31 zum Ausbilden eines tiefen Ba­ sisbereichs verwendet, um die Sourcebereiche 4a, 4b aus zu­ bilden, so daß sie als beide Masken verwendet werden kann.Therefore, the mask 31 is used to form a deep base region to form the source regions 4 a, 4 b, so that they can be used as both masks.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.A third off is described below management example of the present invention.

Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird nun unter Betonung bezüglich seiner Unterschiede zu dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung erklärt.The third embodiment of the present invention is now emphasizing its differences to the second embodiment of the present invention explained.

Fig. 21 zeigt eine Querschnittsansicht eines planaren vertikalen Leistungs-MOSFET mit einem n-Kanal gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 21 shows a cross-sectional view of a planar vertical power MOSFET having an n-channel according to this embodiment of the present invention.

In Fig. 21 sind die verdickten Bereiche der Basisberei­ che 3a, 3b, das heißt, die tiefen Basisbereiche 30c, 30d an Stellen ausgebildet, die die Sourcebereiche 4a, 4b nicht überlappen. Dies hilft, die Zerstörung der Vorrichtung zu verhindern.In Fig. 21, the thickened areas of the base areas 3 a, 3 b, that is, the deep base areas 30 c, 30 d are formed at locations that do not overlap the source areas 4 a, 4 b. This helps prevent the device from being destroyed.

Der Grund dafür wird nun erklärt.The reason for this is now explained.

Ein Durchbruch tritt an den tiefen Basisbereichen 30c, 30d auf und ein Durchbruchstrom fließt zwischen der Source­ elektrode 10 und der Drainelektrode 11. Zu einem derartigen Zeitpunkt tritt, wenn ein Sourcebereich in dem Pfad des Durchbruchstromflusses vorhanden ist, ein Spannungsabfall in dem Sourcebereich auf, wird der PN-Übergang mit den Ba­ sisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs vorwärts vorgespannt und beginnt deshalb der NPN-Transistor, der aus der Silizium­ karbidepischicht 2 des n⁻-Typs, dem Basisbereich 3a (3b) und dem Sourcebereich 4a (4b) besteht, zu arbeiten, was ei­ nen großen Strom erzeugt und das Element erwärmt, was be­ züglich einer Zuverlässigkeit unerwünscht sein kann. Folg­ lich kann dieser Zustand durch Entfernen der Sourcebereiche 4a, 4b aus dem Hauptpfad eines Durchbruchstromflusses, wie es gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, ver­ mieden werden.A breakdown occurs at the deep base regions 30 c, 30 d and a breakdown current flows between the source electrode 10 and the drain electrode 11 . At such a time, if there is a source region in the path of the breakdown current flow, a voltage drop occurs in the source region, the PN junction with the base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type is forward biased and therefore the NPN begins -Transistor, which consists of the silicon carbide epi layer 2 of the n⁻ type, the base region 3 a ( 3 b) and the source region 4 a ( 4 b) to work, which generates a large current and heats the element, which be Reliability may be undesirable. Consequently, this state can be avoided by removing the source regions 4 a, 4 b from the main path of a breakdown current flow, as it is according to this exemplary embodiment of the invention.

Somit weist dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das folgende Merkmal auf.Thus, this embodiment has the present Invention the following feature.

Da die verdickten Bereiche der Basisbereiche 3a, 3b (die tiefen Basisbereiche 30c, 30d) an Stellen vorgesehen sind, die die Sourcebereiche 4a, 4b nicht überlappen, ist es möglich, eine Zerstörung zu vermeiden.Since the thick portions of the base regions 3 a, 3 (the deep base portions 30, 30 d c) are provided at locations b, which do not overlap the source regions 4 a, 4 b, it is possible to prevent destruction.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.A fourth off is described below management example of the present invention.

Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird nun unter Betonung bezüglich seiner Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung erklärt.The fourth embodiment of the present invention is now emphasizing its differences to the first embodiment of the present invention explained.

Fig. 22 zeigt eine Querschnittsansicht eines planaren MOSFET mit einem n-Kanal (vertikalen Leistungs-MOSFET) ge­ mäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 22 is a cross-sectional view of a planar MOSFET having an n-channel (vertical power MOSFET) accelerator as this embodiment of the present invention.

In Fig. 22 dehnt sich eine SiC-Schicht 40 des n⁻-Typs auf der Oberfläche der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs aus. Das heißt, die SiC-Schicht 40 des n⁻-Typs ist derart angeordnet, daß sie die Sourcebereiche 4a, 4b auf den Oberflächenbereichen der Basisbereiche 3a, 3b und die Siliziumkarbidschicht 2 des n⁻-Typs verbindet. Diese SiC-Schicht 40 des n⁻-Typs ist durch epitaktisches Wachstum ausgebildet und die Kristalle des Epitaxiefilms sind 3C.In Fig. 22, a SiC layer 40 expands the n⁻-type on the surface of the Siliziumkarbidepischicht 2 of the n⁻-type. That is, the SiC layer 40 of the n⁻-type is arranged such that it connects the source regions 4 a, 4 b on the surface regions of the base regions 3 a, 3 b and the silicon carbide layer 2 of the n⁻-type. This nC-type SiC layer 40 is formed by epitaxial growth and the crystals of the epitaxial film are 3C.

Ebenso dient die SiC-Schicht 40 des n⁻-Typs als die Kanal­ ausbildungsschicht auf der Vorrichtungsoberfläche während des Betriebs der Vorrichtung. Die SiC-Schicht 40 des n⁻-Typs wird hier im weiteren Verlauf als die Oberflächenka­ nalepischicht bezeichnet. Also, the n⁻-type SiC layer 40 serves as the channel formation layer on the device surface during the operation of the device. The SiC layer 40 of the n⁻ type is referred to hereinafter as the surface channel layer.

Daher überlappt die Oberflächenkanalepischicht 40 mit einem Abschnitt S von jedem der Sourcebereiche 4a, 4b. Ge­ nauer gesagt bedeckt die Oberflächenkanalepischicht 40 nicht die Gesamtheit der Sourcebereiche 4a, 4b.Therefore, the surface channel epi layer 40 overlaps with a portion S of each of the source regions 4 a, 4 b. More specifically, the surface channel epi layer 40 does not cover all of the source regions 4 a, 4 b.

Der Rest des Aufbaus ist der gleiche wie in Fig. 1 und mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und seine Erklärung wird weggelassen.The rest of the structure is the same as in Fig. 1 and designated by the same reference numerals, and its explanation is omitted.

Ein Herstellungsverfahren für diesen Leistungs-MOSFET eines planaren Typs wird unter Bezugnahme auf die Fig. 23 bis 27 erklärt.A manufacturing method for this planar type power MOSFET will be explained with reference to FIGS. 23 to 27.

Als erstes wird, wie es in Fig. 23 gezeigt ist, ein 6H-SiC-Substrat 1 des n⁻-Typs, das heißt, ein Siliziumkarbid­ halbleitersubstrat 1 des n⁺-Typs, vorbereitet, und wird eine Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs bis zu einer Dicke von 5 bis 10 Mikrometern epitaktisch auf die Haupt­ oberfläche 1a des Substrats 1 aufgewachsen. In diesem Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhält die Si­ liziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs die gleichen Kristalle wie das darunterliegende Substrat 1 für eine 6H-SiC-Schicht des n⁻-Typs.First, as shown in FIG. 23, a 6H-SiC substrate 1 of the n⁻-type, that is, a silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺-type, is prepared, and a silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻- Type grown up to a thickness of 5 to 10 microns epitaxially on the main surface 1 a of the substrate 1 . In this exemplary embodiment of the present invention, the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type receives the same crystals as the underlying substrate 1 for a 6H-SiC layer of the n⁻ type.

Ebenso wird, wie es in Fig. 24 gezeigt ist, ein Isola­ tionsfilm 20 auf einem vorbestimmten Bereich der Silizium­ karbidepischicht 2 des n⁻-Typs angeordnet und dieser wird als eine Maske zur Ionenimplantation von Störstellen der Gruppe IIIA, das heißt, B+, Al+ oder Ga+, verwendet, um die Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs auszubilden.Also, as shown in FIG. 24, an insulation film 20 is placed on a predetermined area of the n⁻-type silicon carbide layer 2 and this is used as a mask for ion implantation of group IIIA impurities, that is, B +, Al + or Ga +, used to form the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type.

Nach einem Entfernen des Isolationsfilms 20 wird, wie es in Fig. 25 gezeigt ist, ein Isolationsfilm 41 auf einem vorbestimmten Bereich der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs angeordnet, und dieser wird als eine Maske zur Ionen­ implantation von N+ verwendet, um die Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs auszubilden. After removing the insulation film 20 , as shown in Fig. 25, an insulation film 41 is placed on a predetermined area of the n⁻-type silicon carbide layer 2 , and this is used as a mask for ion implantation of N + around the source regions Form 4 a, 4 b of the n⁺ type.

Nach einem Entfernen des Isolationsfilms 41 wird, wie es in Fig. 26 gezeigt ist, eine Oberflächenkanalepischicht 40 des n⁻-Typs epitaktisch auf die Siliziumkarbidschicht 2 des n⁻-Typs aufgewachsen. Als die Wachstumsbedingungen wer­ den hierbei SiH4, C3H8 und H2 als die Quellengase verwendet und das Si/C-Verhältnis beträgt [0, 5]. Die Wachstumstempe­ ratur beträgt 1200°C. Dieses Verfahren ergibt eine 3C-SiC-Oberflächenkanalepischicht 40.After removing the insulation film 41 , as shown in FIG. 26, a surface channel epi layer 40 of the n⁻ type is epitaxially grown on the silicon carbide layer 2 of the n⁻ type. As the growth conditions, who uses SiH 4 , C 3 H 8 and H 2 as the source gases, and the Si / C ratio is [0.5]. The growth temperature is 1200 ° C. This process results in a 3C-SiC surface channel epi layer 40 .

Als nächstes wird, wie es in Fig. 27 gezeigt ist, die unnötige Oberflächenkanalepischicht 40 entfernt. Das heißt, ein Maskenmaterial M eines Photoresistmaterials, ein SiO2-Film, ein Si3N4-Film oder dergleichen wird ausgebildet und die unnötige Oberflächenkanalepischicht 40 wird durch Troc­ kenätzen (zum Beispiel RIE) entfernt. Wenn das Maskenmate­ rial M ein Si3N4-Film ist, kann die Oberflächenkanalepi­ schicht 40 thermisch oxidiert werden, um sie zum Entfernen zu einem Oxidfilm zu wandeln. Wenn die Oberflächenkanalepi­ schicht 40 durch Trockenätzen entfernt wird, werden die Oberflächen der Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs und der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs, die durch das Ätzen freigelegt werden, durch daß Trockenätzen aufge­ rauht, aber die aufgerauhten Oberflächen können durch Oxi­ dation entfernt werden.Next, as shown in Fig. 27, the unnecessary surface channel epi layer 40 is removed. That is, a mask material M of a photoresist material, an SiO 2 film, an Si 3 N 4 film or the like is formed, and the unnecessary surface channel epi layer 40 is removed by dry etching (for example, RIE). If the mask material M is a Si 3 N 4 film, the surface channel epi layer 40 can be thermally oxidized to convert it to an oxide film for removal. If the surface channel epi layer 40 is removed by dry etching, the surfaces of the source regions 4 a, 4 b of the n⁺-type and the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻-type, which are exposed by the etching, are applied by dry etching roughened, but the roughened surfaces can be removed by oxidation.

Dann wird, wie es in Fig. 22 gezeigt ist, ein Gateiso­ lationsfilm (Gateoxidfilm) 7 ausgebildet. Dann wird eine Polysiliziumgateelektrode 8 durch LPCVD auf den Gateisola­ tionsfilm 7 abgeschieden. Ein Isolationsfilm 9 wird dann derart ausgebildet, daß er den Gateisolationsfilm 7 be­ deckt. Ebenso werden eine Sourceelektrode 10 und eine Drainelektrode 11 durch Metallzerstäubung bei Raumtempera­ tur erzeugt. Dann wird ein Glühen bei 1000°C nach der Filmausbildung durchgeführt.Then, as shown in FIG. 22, a gate insulation film (gate oxide film) 7 is formed. Then, a polysilicon gate electrode 8 is deposited on the gate insulation film 7 by LPCVD. An insulation film 9 is then formed so that it covers the gate insulation film 7 be. Likewise, a source electrode 10 and a drain electrode 11 are generated by metal sputtering at room temperature. Then, annealing is carried out at 1000 ° C after film formation.

Dies vervollständigt den Leistungs-MOSFET eines plana­ ren Typs.This completes the power MOSFET of a plana  ren type.

Wenn der Leistungs-MOSFET eines planaren Typs ausge­ schaltet ist,, befindet er sich aufgrund einer Verarmung durch die Differenz der Austrittsarbeiten der Polysilizium­ gateelektrode 8 und der Oberflächenkanalepischicht 40 und dem PN-Übergang zwischen den Siliziumkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs und der Oberflächenkanalepischicht 40 in einem Abschnürzustand.When the power MOSFET of a planar type is switched off, it is due to a depletion due to the difference in the work functions of the polysilicon gate electrode 8 and the surface channel layer 40 and the PN junction between the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the surface channel epi layer 40 in a pinch-off state.

Andererseits wird er durch Anlegen einer Spannung an die Polysiliziumgateelektrode 8 in die Anreicherungsbe­ triebsart eingeschaltet, bei der sich die Ladungsträger auf der Oberflächenkanalepischicht 40 anreichern. In dem einge­ schalteten Zustand fließen Elektronen von den Sourceberei­ chen 4a, 4b des n⁺-Typs durch die Oberflächenkanalepi­ schicht 40 und von der Oberflächenkanalepischicht 40 zu der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs und fließen die Elektronen nach Erreichen der Siliziumkarbidschicht 2 (des Driftbereichs) des n⁻-Typs vertikal zu dem Siliziumkarbid­ halbleitersubstrat 1 des n⁺-Typs.On the other hand, it is switched on by applying a voltage to the polysilicon gate electrode 8 in the enrichment mode in which the charge carriers accumulate on the surface channel epi layer 40 . In the switched-on state, electrons flow from the source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type through the surface channel epi layer 40 and from the surface channel epi layer 40 to the silicon carbide epi layer 2 of the n⁻ type and the electrons flow after reaching the silicon carbide layer 2 ( of the drift region) of the n⁻-type vertically to the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺-type.

Hierbei bildet die Kontaktstelle S zwischen den Source­ bereichen 4a, 4b und der Oberflächenkanalepischicht 40 den Kontaktbereich, so daß mit der Oberflächenkanalepischicht 40 verglichen mit dem Aufbau in Fig. 1 ein größerer Kon­ taktbereich erzielt wird.Here, the contact point S between the source areas 4 a, 4 b and the surface channel epi layer 40 forms the contact area, so that a larger contact area is achieved with the surface channel epi layer 40 compared to the structure in FIG. 1.

Daher weist dieses Ausführungsbeispiel die vorliegenden Merkmale auf.
Therefore, this embodiment has the present features.

  • (a) Da die Oberflächenkanalepischicht 40 einen Aufbau aufweist, welcher mit einem Abschnitt von jedem der Source­ bereiche 4a, 4b überlappt, ist es möglich, den Kontaktbe­ reich von den Sourcebereichen 4a, 4b zu der Oberflächenka­ nalepischicht 40 aufzuweiten. (a) Since the surface of channel epilayer 40 has a structure that a portion of each of the source regions 4 a, 4 b overlaps, it is possible to Kontaktbe range from the source regions 4 a, 4 b to the Oberflächenka dimensional pisch maybe expand 40th
  • (b) Als das Herstellungsverfahren wird in diesem Fall, wie es in Fig. 23 gezeigt ist, eine Siliziumkarbidepi­ schicht 2 des n⁻-Typs auf der Hauptoberfläche des Halblei­ tersubstrats 1 ausgebildet, werden, wie es in Fig. 24 ge­ zeigt ist, Basisbereiche 3a, 3b einer vorbestimmten Tiefe auf vorbestimmten Bereichen des Oberflächenbereichs der Si­ liziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs ausgebildet und wer­ den, wie es in Fig. 25 gezeigt ist, Sourcebereiche 4a, 4b einer flacheren Tiefe als die Basisbereiche 3a, 3b auf vor­ bestimmten Bereichen der Oberflächenbereiche der Basisbe­ reiche 3a, 3b ausgebildet. Ebenso wird, wie es in Fig. 26 gezeigt ist, die Oberflächenkanalepischicht 40 epitaktisch auf die Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Tys aufgewachsen und wird, wie es in Fig. 27 gezeigt ist, die unnötige Ober­ flächenkanalepischicht 40 von der Oberflächenkanalepi­ schicht 40 entfernt, die auf den Abschnitten der Sourcebe­ reiche 4a, 4b verbleibt. Außerdem wird, wie es in Fig. 22 gezeigt ist, die Gateelektrode 8 auf der Oberfläche der Oberflächenkanalepischicht 40 mit dem sich dazwischen be­ findenden Gateisolationsfilm 7 ausgebildet, während die Sourceelektrode 10 in Kontakt mit den Basisbereichen 3a, 3b und den Sourcebereichen 4a, 4b ausgebildet wird. Die Halb­ leitervorrichtung in Punkt (a) ist daher auf diese Weise hergestellt.(b) As the manufacturing method in this case, as shown in FIG. 23, an n⁻-type silicon carbide layer 2 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 , as shown in FIG. 24, Base regions 3 a, 3 b of a predetermined depth are formed on predetermined regions of the surface region of the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type and, as shown in FIG. 25, the source regions 4 a, 4 b of a shallower depth than the base regions 3 a, 3 b formed in front of certain areas of the surface areas of the base areas 3 a, 3 b. Likewise, the surface channel epi-layer will be as shown in Fig. 26, epitaxially grown on the Siliziumkarbidepischicht 2 of the n⁻-Tys 40 and is, as shown in Fig. 27, the unnecessary upper surface channel-epi layer 40 from the Oberflächenkanalepi layer 40 is removed, the rich on the sections of the Sourcebe 4 a, 4 b remains. In addition, as shown in FIG. 22, the gate electrode 8 is formed on the surface of the surface channel epi layer 40 with the gate insulation film 7 therebetween, while the source electrode 10 is in contact with the base regions 3 a, 3 b and the source regions 4 a , 4 b is formed. The semiconductor device in point (a) is therefore made in this way.

Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann auf die folgende Weise angewendet werden.This embodiment of the present invention can be applied in the following way.

Wie es in Fig. 28 gezeigt ist, ist ein Bereich von je­ dem der Basisbereiche 3a, 3b verdickt. Das heißt, tiefe Ba­ sisbereiche 50a, 50b sind ausgebildet. Die Störstellenkon­ zentration an den verdickten Bereichen der Basisbereiche 3a, 3b (den tiefen Basisbereichen 50a, 50b) ist höher als die Störstellenkonzentration an den dünneren Bereichen. Ebenso sind die tiefen Basisbereiche 50a, 50b unter den Sourcebereichen 4a, 4b ausgebildet. As shown in Fig. 28, a portion of each of the base regions 3 a, 3 b thickened. That is, deep base areas 50 a, 50 b are formed. The impurity concentration at the thickened areas of the base areas 3 a, 3 b (the deep base areas 50 a, 50 b) is higher than the impurity concentration at the thinner areas. Likewise, the deep base regions 50 a, 50 b are formed under the source regions 4 a, 4 b.

Die Vertiefungen 6a, 6b sind ebenso in den Sourceberei­ chen 4a, 4b ausgebildet, die auf die gleiche Weise wie in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der vorliegen­ den Erfindung die Sourceelektrode 10 berühren. Diese erhöht den Kontaktbereich mit der Elektrode um den Grad der Ver­ tiefungen 6a, 6b.The depressions 6 a, 6 b are also formed in the source regions 4 a, 4 b, which touch the source electrode 10 in the same way as in the first and second exemplary embodiments of the present invention. This increases the contact area with the electrode by the degree of the recesses 6 a, 6 b.

Alternativ sind, wie es in Fig. 29 gezeigt ist, tiefe Basisbereiche 50c und 50d als Bereiche einer größeren Dicke in den Basisbereichen 3a, 3b ausgebildet und diese tiefen Basisbereiche 50c, 50d sind an Stellen ausgebildet, die nicht mit den Sourcebereichen 4a, 4b überlappen. Dies hilft, ihre Zerstörung zu verhindern.Alternatively, as shown in FIG. 29, deep base regions 50 c and 50 d are formed as regions of greater thickness in the base regions 3 a, 3 b and these deep base regions 50 c, 50 d are formed at locations which are not included overlap the source regions 4 a, 4 b. This helps prevent their destruction.

Ebenso kann das Kristallsystem/polymorph des Silizium­ karbids, das das Halbleitersubstrat 1, die Siliziumkarbid­ epischicht 2 des n⁻-Typs, die Basisbereiche 3a, 3b und die Sourcebereiche 4a, 4b bildet, das gleiche wie das Kristall­ system/polymorph des Siliziumkarbids der Oberflächenkanal­ epischicht 40 sein.Likewise, the crystal system / polymorph of silicon carbide, which forms the semiconductor substrate 1 , the silicon carbide epi layer 2 of the n⁻ type, the base regions 3 a, 3 b and the source regions 4 a, 4 b, is the same as the crystal system / polymorph of the silicon carbide may be the surface channel epi-layer 40 .

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.A fifth off is described below management example of the present invention.

Fig. 31 zeigt eine Querschnittsansicht eines normaler­ weise ausgeschalteten planaren vertikalen Leistungs-MOSFET mit einem n-Kanal gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung. Diese Vorrichtung ist zur Anwendung an Invertern oder Wechselspannungsgeneratoren für Fahrzeuge geeignet. Fig. 31 shows a cross-sectional view of a normally-off planar vertical power MOSFET with an n-channel according to this embodiment of the present invention. This device is suitable for use on inverters or AC voltage generators for vehicles.

Der Aufbau des vertikalen Leistungs-MOSFET wird nun un­ ter Bezugnahme auf Fig. 31 erklärt. Jedoch werden, da der vertikale Leistungs-MOSFET dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung im allgemeinen den gleichen Aufbau wie der MOSFET aufweist, der in Fig. 1 gezeigt ist, ledig­ lich die unterschiedlichen Aspekte erklärt. Die Aspekte des vertikalen Leistungs-MOSFET dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welche die gleichen wie diejenigen des MOSFET sind, der in Fig. 1 gezeigt ist, sind mit glei­ chen Bezugszeichen bezeichnet.The structure of the vertical power MOSFET will now be explained with reference to FIG. 31. However, since the vertical power MOSFET of this embodiment of the present invention has generally the same structure as the MOSFET shown in FIG. 1, only the different aspects will be explained. The aspects of the vertical power MOSFET of this embodiment of the present invention, which are the same as those of the MOSFET shown in FIG. 1, are denoted by the same reference numerals.

In dem MOSFET, der in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Ober­ flächenkanalschicht 5 vollständig aus einer Schicht eines n⁻-Tpys hergestellt, aber in dem vertikalen Leistungs-MOSFET dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung ist der Kanalbereichsabschnitt 5a der Oberflächenka­ nalschicht aus einer Schicht eines n⁻-Typs ausgebildet, während die anderen Bereiche 5b als der Kanalbereich aus einer Schicht eines n⁺-Typs ausgebildet sind.In the MOSFET shown in FIG. 1, the surface channel layer 5 is made entirely of a layer of an n + type, but in the vertical power MOSFET of this embodiment of the present invention, the channel region portion 5 a of the surface channel layer is made a layer of an n⁻-type, while the other regions 5 b are formed as the channel region from a layer of an n⁺-type.

Das heißt, die Oberflächenkanalschicht 5 ist derart ausgebildet, daß sie die Sourcebereiche 4a, 4b und die Si­ liziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs auf den Oberflächenbe­ reichen der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs und den Oberflächenbereich der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs verbindet, aber die Oberflächenbereiche der Si­ liziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs bestehen aus Schichten des n⁻-Typs, während der Oberflächenbereich der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs aus einer Schicht eines n⁺-Typs besteht.That is, the surface channel layer 5 is formed such that the source regions 4 a, 4 b and the silicon carbide layer 2 of the n⁻ type on the surface areas of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the surface region of the silicon carbide layer 2 of the n⁻ type connects, but the surface regions of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type consist of layers of the n⁻ type, while the surface region of the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type consists of a layer of an n⁺ -Type exists.

Bezüglich des inneren Anreicherungsdriftwiderstands Racc-drift der Oberflächenkanalschicht 5 ist, da die ande­ ren Bereiche 5b als der Kanalbereichsabschnitt 5a der Oberflächenkanalschicht 5 aus einer Schicht des n⁺-Typs ausgebildet sind, der Innenwiderstand von diesen Abschnit­ ten 5b kleiner als wenn sie aus einer Schicht des n⁻-Typs ausgebildet sind. Folglich ist die Summe des Durchlaßwider­ stands Ron kleiner, was zuläßt, daß der Durchlaßwiderstand Ron verringert wird.Regarding the inner enrichment drift resistance R acc-drift of the surface channel layer 5 , since the other regions 5 b as the channel region section 5 a of the surface channel layer 5 are formed from a layer of the n⁺-type, the internal resistance of these sections 5 b is smaller than if they are formed from a layer of the n⁻ type. Consequently, the sum of the on resistance R on is smaller, which allows the on resistance R on to be reduced.

Der Durchlaßwiderstand Ron eines planaren vertikalen Leistungs-MOSFET wird durch den Kontaktwiderstand Rs-cont zwischen der Sourceelektrode und den Sourcebereichen des n⁺-Typs, den inneren Driftwiderstand Rsource der Sourcebe­ reiche den n⁺-Typs, den Anreicherungskanalwiderstand Rchannel in dem Kanalbereich, der in der Oberflächenkanalschicht ausgebildet ist, den inneren Anreicherungsdriftwiderstand Racc-drift der Oberflächenkanalschicht, den JFET-Widerstand RJFET des JFET-Bereichs, den inneren Driftwiderstand Rdrift der Siliziumkarbidkanalepischicht des n⁻-Typs, den inneren Widerstand Rsub des Siliziumkarbidhalbleitersubstrats des n⁺-Typs und den Kontaktwiderstand Rd-cont zwischen dem Si­ liziumkarbidhalbleitersubstrat des n⁺-Typs und der Drain­ elektrode bestimmt. Die Summe der vorhergehenden Komponen­ ten bildet den Durchlaßwiderstand. Das heißt, er ist durch die folgende Gleichung (5) dargestellt.
The on -resistance R on of a planar vertical power MOSFET is due to the contact resistance R s-cont between the source electrode and the source regions of the n⁺-type, the inner drift resistance R source of the source regions is the n⁺-type, the enrichment channel resistance R channel in the Channel region formed in the surface channel layer, the inner enhancement drift resistance R acc-drift of the surface channel layer, the JFET resistor R JFET of the JFET region, the inner drift resistance R drift of the n⁻-type silicon carbide channel layer, the inner resistance R sub of the silicon carbide semiconductor substrate of the n⁺ type and the contact resistance R d-cont between the silicon carbide semiconductor substrate of the n⁺ type and the drain electrode are determined. The sum of the previous components is the forward resistance. That is, it is represented by the following equation (5).

Ron = Rs-cont + Rsource + Rchannel + Racc-drift + RJFET + Rdrift + Rsub + Rd-cont (5)R on = R s-cont + R source + R channel + R acc-drift + R JFET + R drift + R sub + R d-cont (5)

Fig. 32 zeigt einen Vergleich der Drain­ strom/Drainspannungscharakteristiken des vertikalen Lei­ stungs-MOSFET dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 31 gezeigt ist, und von einem, wie er zum Beispiel in Fig. 1 gezeigt ist, bei dem die anderen Bereiche als der Kanalbereich der Oberflächenkanalschicht 5 ebenso aus einer Schicht des n⁻-Typs hergestellt sind. Diese Darstellung zeigt die Änderung des Drainstroms, wenn die Gateanlegespannung geändert wird. FIG. 32 shows a comparison of the drain current / drain voltage characteristics of the vertical power MOSFET of this embodiment of the present invention shown in FIG. 31 and one such as that shown in FIG. 1 in which the others Areas as the channel area of the surface channel layer 5 are also made of a layer of the n⁻ type. This graph shows the change in drain current when the gate application voltage is changed.

Wie es in Fig. 32 gezeigt ist, ist, wenn die anderen Bereiche 5b als der Kanalbereich der Oberflächenkanal­ schicht 5 aus einer Schicht des n⁺-Typs bestehen, der Drainstrom größer als wenn die anderen Bereiche 5b als der Kanalbereich aus einer Schicht des n⁻-Typs bestehen. Dies besteht aufgrund des verringerten Durchlaßwiderstands Ron des vertikalen Leistungs-MOSFET. Daher ist es durch Her­ stellen der anderen Bereiche 5b als der Kanalbereich der Oberflächenkanalschicht 5 mit einer Schicht des n⁺-Typs möglich, den Durchlaßwiderstand Ron des vertikalen Lei­ stungs-MOSFET weiter zu verringern.As shown in FIG. 32, when the regions 5 b other than the channel region of the surface channel layer 5 are made of an n + type layer, the drain current is larger than when the regions 5 b other than the channel region are made of a layer of the n⁻ type exist. This is due to the reduced on resistance R on of the vertical power MOSFET. Therefore, it is possible by manufacturing the other regions 5 b than the channel region of the surface channel layer 5 with a layer of the n⁺ type to further reduce the forward resistance R on of the vertical power MOSFET.

Ebenso sind tiefe Basisschichten 30a, 30b ausgebildet, welche verdickte Bereiche der Basisbereiche 3a, 3b sind. Die tiefen Basisschichten 30a, 30b sind auf Bereichen aus­ gebildet, die nicht mit dem Sourcebereich des n⁺-Typs über­ lappen, und die verdickten Bereiche, an denen die tiefen Basisbereiche 30a, 30b in den Siliziumkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs ausgebildet sind, weisen eine höhere Störstellenkonzentration als die dünneren Bereiche auf, auf welchem die tiefen Basisschichten 30a, 30b nicht ausgebil­ det sind.Deep base layers 30 a, 30 b are likewise formed, which are thickened regions of the base regions 3 a, 3 b. The deep base layers 30 a, 30 b are formed on areas that do not overlap with the source area of the n⁺ type, and the thickened areas on which the deep base areas 30 a, 30 b in the silicon carbide base areas 3 a, 3 b of the p⁻-type are formed, have a higher impurity concentration than the thinner areas, on which the deep base layers 30 a, 30 b are not formed.

Mit diesen tiefen Basisschichten 30a, 30b wird die Dicke der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs unter den tiefen Basisschichten 30a, 30b verringert (der Abstand zwi­ schen dem Siliziumkarbidhalbleitersubstrat 1 des n⁺-Typs und der tiefen Basisschicht 30a, 30b wird verkürzt), was eine Erhöhung der Feldintensität zuläßt und einen Lawinen­ durchbruch erleichtert.With these deep base layers 30 a, 30 b, the thickness of the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type under the deep base layers 30 a, 30 b is reduced (the distance between the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type and the deep base layer 30 a, 30 b is shortened), which allows an increase in the field intensity and facilitates an avalanche breakdown.

Da die tiefen Basisschichten 30a, 30b auf Bereichen ausgebildet sind, die nicht mit dem Sourcebereich des n⁺-Typs überlappen, ergibt sich der folgende Zustand.Since the deep base layers 30 a, 30 b are formed on areas that do not overlap with the source area of the n⁺ type, the following state results.

Ein Lawinendurchbruch tritt an den tiefen Basisberei­ chen 30a, 30b auf und eine Durchbruchstrom fließt deshalb zwischen der Sourceelektrode 10 und der Drainelektrode 11. Zu einem derartigen Zeitpunkt tritt, wenn der Pfad eines Durchbruchstromflusses (Stromflusses positiver Löcher) die Basisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs, die zwischen den Source­ bereichen 4a, 4b und dem Driftbereich 2 des n⁻-Typs beid­ seitig umfaßt sind, ist, ein Spannungsabfall in den Source­ bereichen 3a, 3b des p⁻-Typs auf, wird der PN-Übergang zwi­ schen den Basisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs und den Source­ bereichen 4a, 4b vorwärts vorgespannt und beginnt deshalb der parasitäre NPN-Transistor, der aus der Siliziumkarbid­ epischicht 2 des n⁻-Typs, den Basisbereichen 3a, 3b und den Sourcebereichen 4a, 4b gebildet ist, zu arbeiten, was einen großen Strom erzeugt. Das Element wird daher erwärmt, was bezüglich einer Zuverlässigkeit unerwünscht sein kann. Folglich kann dieses Problem vermieden werden, da die tie­ fen Basisbereiche 30a, 30b auf Bereichen ausgebildet sind, die nicht mit dem Sourcebereich des n⁺-Typs überlappen.An avalanche breakdown occurs at the deep base regions 30 a, 30 b and a breakdown current therefore flows between the source electrode 10 and the drain electrode 11 . At such a time, when the path of a breakthrough current flow (current flow of positive holes) occurs, the base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type, that between the source regions 4 a, 4 b and the drift region 2 of the n⁻ type on both sides is included, a voltage drop in the source areas 3 a, 3 b of the p Typs type, the PN junction between the base areas 3 a, 3 b of the p⁻ type and the source areas 4 a, 4 b biased forward and therefore the parasitic NPN transistor, which is formed from the silicon carbide epi layer 2 of the n⁻ type, the base regions 3 a, 3 b and the source regions 4 a, 4 b, to work, which generates a large current . The element is therefore heated, which may be undesirable in terms of reliability. Consequently, this problem can be avoided because the deep base regions 30 a, 30 b are formed on regions that do not overlap with the source region of the n⁺ type.

Ein Herstellungsverfahren für den vertikalen Leistungs-MOSFET, der in Fig. 31 gezeigt ist, wird nun unter Bezug­ nahme auf die Fig. 33 bis 41 erklärt.A manufacturing method for the vertical power MOSFET shown in FIG. 31 will now be explained with reference to FIGS . 33 to 41.

Es folgt die Beschreibung des in Fig. 33 gezeigten Schritts.The description of the step shown in Fig. 33 follows.

Zuerst wird ein 4H-, 6H- oder 3C-SiC-Substrat 1, das heißt, ein Siliziumkarbidhalbleitersubstrat 1 des n⁺-Typs vorbereitet. Hierbei beträgt die Dicke des Siliziumkarbid­ halbleitersubstrats 1 des n⁺-Typs 400 Mikrometer und ist die Hauptoberfläche 1a ist die (0001)-Si-Fläche, die (0001)-C-Fläche, die (1120)-a-Fläche oder die (1100)-Pris­ mafläche. Eine Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs wird epitaktisch bis zu einer Dicke von 5 bis 10 Mikrometern auf die Hauptoberfläche 1a des Substrats 1 aufgewachsen. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung er­ hält die Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs die glei­ chen Kristalle wie das darunterliegende Substrat 1 für eine 2H-, 4H-, 6H-, 15R- oder 3C-SiC-Schicht.First, a 4H, 6H or 3C-SiC substrate 1 , that is, a silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺ type is prepared. Here, the thickness 1 of the n⁺-type amounts of the silicon carbide semiconductor substrate 400 micrometers, and is the main surface 1a is the (0001) Si face, the (0001) C surface (1120) -a-surface or the (1100) -Pris surface. A silicon carbide layer 2 of the n⁻ type is epitaxially grown to a thickness of 5 to 10 micrometers on the main surface 1 a of the substrate 1 . In this embodiment of the present invention, the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type holds the same crystals as the underlying substrate 1 for a 2H, 4H, 6H, 15R or 3C SiC layer.

Es folgt die Beschreibung des in Fig. 34 gezeigten Schritts.The description of the step shown in Fig. 34 follows.

Ein Isolationsfilm 20 wird auf einem vorbestimmten Be­ reich der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs angeordnet und dieser wird als die Maske zur Ionenimplantation von Störstellen der Gruppe IIIA, das heißt, B+, Al+ oder Ga+, verwendet, um die Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs auszubilden. Die Ionenimplantationsbedingungen sind eine Temperatur von 700°C und eine Dosis von 1E14 cm-2.An insulation film 20 is placed on a predetermined area of the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type, and this is used as the mask for ion implantation of group IIIA impurities, that is, B +, Al + or Ga +, around the silicon carbide base regions 3 a, 3 to train b of the p⁻ type. The ion implantation conditions are a temperature of 700 ° C and a dose of 1E14 cm -2 .

Es folgt die Beschreibung des in Fig. 35 gezeigten Schritts.The description of the step shown in Fig. 35 follows.

Nach einem Entfernen des Isolationsfilms 20 wird eine Ionenimplantation von N+ von der Oberseite des Substrats 1 bewirkt, um eine Oberflächenkanalschicht 5 auf dem Oberflä­ chenbereich der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs und den Oberflächenbereichen (Oberflächenschichtabschnitten) der Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs aus zu­ bilden. Die Ionenimplantationsbedingungen sind eine Tempe­ ratur von 700°C und eine Dosis von 1E12 cm-2. Daher wird die Oberflächenkanalschicht 5 auf den Oberflächenbereichen der Basisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs kompensiert, die dort als eine Schicht des n⁻-Typs mit einer niedrigen Störstel­ lenkonzentration des n-Typs ausgebildet ist, und wird auf dem Oberflächenbereich der Siliziumkarbidschicht 2 des n⁻-Typs als eine Schicht des n⁺-Typs mit einer hohen Störstel­ lenkonzentration des n-Typs ausgebildet.After removing the insulation film 20 , an ion implantation of N + is effected from the top of the substrate 1 in order to form a surface channel layer 5 on the surface area of the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type and the surface areas (surface layer sections) of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p ⁻-Type. The ion implantation conditions are a temperature of 700 ° C and a dose of 1E12 cm -2 . Therefore, the surface channel layer 5 is compensated for on the surface regions of the base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type, which is formed there as a layer of the n⁻ type with a low impurity concentration of the n type, and is on the surface region of the Silicon carbide layer 2 of the n⁻-type formed as a layer of the n⁺-type with a high impurity concentration of the n-type.

In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird der Oberflächenkanal mit einer Ionenimplantation in Siliziumkarbid hergestellt, da es, wenn die Herstellung unter Verwendung von Silizium durchgeführt wird, schwierig wird, den Grad einer thermischen Diffusion der Störstellen in die Ob 11955 00070 552 001000280000000200012000285911184400040 0002019809554 00004 11836erflächenkanalschicht 5 zu steuern, was Bemühungen erschwert, einen MOSFET eines normalerweise ausgeschalteten Typs mit dem gleichen Aufbau herzustellen, wie er zuvor be­ schrieben worden ist. Folglich ist es unter Verwendung von SiC, wie es gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung ist, möglich, einen vertikalen Leistungs-MOSFET mit einer größeren Genauigkeit als unter Verwendung von Silizium herzustellen. In this embodiment of the present invention, the surface channel is fabricated with an ion implantation in silicon carbide, since if the fabrication is performed using silicon, it becomes difficult to measure the degree of thermal diffusion of the impurities in the Ob 11955 00070 552 001000280000000200012000285911184400040 0002019809554 00004 11836 surface channel layer 5 to control, which complicates efforts to manufacture a normally-off type MOSFET with the same structure as that previously described be. Accordingly, using SiC as in this embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a vertical power MOSFET with greater accuracy than using silicon.

Außerdem ist es, um einen vertikalen Leistungs-MOSFET eines normalerweise ausgeschalteten Typs zu erzielen, not­ wendig, die Dicke der Oberflächenkanalschicht 5 derart ein­ zustellen, daß, sie die Bedingung von Gleichung (5), die zu­ vor erwähnt worden ist, erfüllt; jedoch wird es notwendig, da Vbuilt niedrig ist, wenn Silizium verwendet wird, die Oberflächenkanalschicht 5 mit einer niedrigen Dicke und mit einer niedrigen Störstellenkonzentration auszubilden, was es schwierig macht, den Grad einer Streuung der Störstel­ lenionen zu steuern, und dies erschwert stark eine Herstel­ lung. Weiterhin ist, wenn SiC verwendet wird, Vbuilt unge­ fähr dreimal höher als bei Silizium, was eine Ausbildung einer dicken Schicht eines n⁻-Typs und einer hohen Stör­ stellenkonzentration zuläßt; und es wird deshalb einfacher, einen normalerweise ausgeschalteten MOSFET eines Anreiche­ rungstyps herzustellen.In addition, in order to obtain a normally-off type vertical power MOSFET, it is necessary to adjust the thickness of the surface channel layer 5 so that it meets the condition of equation (5) mentioned before; however, since V built is low when silicon is used, it becomes necessary to form the surface channel layer 5 with a low thickness and a low impurity concentration, which makes it difficult to control the degree of dispersion of the impurity ions, and this makes it very difficult Manufacture. Furthermore, when SiC is used, V built is approximately three times higher than that of silicon, which allows formation of a thick layer of an n⁻ type and a high impurity concentration; and therefore it becomes easier to manufacture an enrichment type normally-off MOSFET.

Es folgt die Beschreibung des in Fig. 36 gezeigten Schritts.The description of the step shown in Fig. 36 follows.

Ein Isolationsfilm 21 wird auf einem vorbestimmten Be­ reich der Oberflächenkanalschicht 5 angeordnet und dieser wird als die Maske zur Ionenimplantation von N+ verwendet, um die Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs auszubilden. Die Ionenimplantationsbedingungen sind eine Temperatur von 700°C und eine Dosis von 1E15 cm-2.An insulation film 21 is placed on a predetermined area of the surface channel layer 5 , and this is used as the mask for ion implantation of N + to form the source regions 4 a, 4 b of the n + type. The ion implantation conditions are a temperature of 700 ° C and a dose of 1E15 cm -2 .

Es folgt die Beschreibung des in Fig. 37 gezeigten Schritts.The description of the step shown in Fig. 37 follows.

Nach einem Entfernen des Isolationsfilms 21 wird das Photoresistverfahren verwendet, um einen Isolationsfilm 22 auf einem vorbestimmten Bereich der Oberflächenkanalschicht 5 anzuordnen, und dieser wird als eine Maske zum teilweisen Ätzentfernen der Oberflächenkanalschicht 5 auf den Silizi­ umkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs durch RIE verwen­ det. After removal of the insulating film 21, the photoresist process is used to arrange one insulating film 22 on a predetermined area of the surface channel layer 5, and this is used as a mask to partially etch removal of the surface channel layer 5 on the Silizi umkarbidbasisbereichen 3 a, 3 b of the p⁻-type used by RIE.

Es folgt die Beschreibung des in Fig. 38 gezeigten Schritts.The description of the step shown in Fig. 38 follows.

Ebenso wird der Isolationsfilm 22 als eine Maske zur Ionenimplantation von B+ verwendet, um tiefe Basisschichten 30a, 30b auszubilden. Diese erzeugt dickere Bereiche auf den Basisbereichen 3a, 3b. Die tiefen Basisschichten 30a, 30b werden auf Bereichen ausgebildet, die nicht mit den Sourcebereichen 4a, 4b des n⁺-Typs überlappen und die ver­ dickten Bereiche, an denen die tiefen Basisschichten 30a, 30b in den Siliziumkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs ausgebildet werden, weisen eine höhere Störstellenkonzen­ tration als die dünneren Bereiche auf, auf welchen die tie­ fen Basisschichten 30a, 30b nicht ausgebildet sind.Likewise, the insulation film 22 is used as a mask for ion implantation of B + to form deep base layers 30 a, 30 b. This produced thicker areas in the base regions 3 a, 3 b. The deep base layers 30 a, 30 b are formed on areas that do not overlap with the source areas 4 a, 4 b of the n⁺-type and the ver thick areas where the deep base layers 30 a, 30 b in the silicon carbide base areas 3 a , 3 b of the p⁻ type are formed, have a higher impurity concentration than the thinner areas on which the deep base layers 30 a, 30 b are not formed.

Es folgt, die Beschreibung des in Fig. 39 gezeigten Schritts.The description of the step shown in Fig. 39 follows.

Nach einem Entfernen des Isolationsfilms 22 wird ein Gateisolationsfilm (Gateoxidfilm) 7 durch Naßoxidation auf dem Substrat ausgebildet. Hierbei beträgt die Atmosphären­ temperatur 1080°C.After removing the insulation film 22 , a gate insulation film (gate oxide film) 7 is formed on the substrate by wet oxidation. The atmosphere temperature is 1080 ° C.

Dann wird eine Polysiliziumgateelektrode 8 durch LPCVD auf dem Gateisolationsfilm 7 angehäuft. Die Filmausbil­ dungstemperatur beträgt hierbei 600°C.Then, a polysilicon gate electrode 8 is piled on the gate insulation film 7 by LPCVD. The film training temperature is 600 ° C.

Es folgt die Beschreibung des in Fig. 40 gezeigten Schritts.The description of the step shown in Fig. 40 follows.

Als nächstes wird nach einem Entfernen der unerwünsch­ ten Abschnitte des Gateisolationsfilms 7 ein Isolationsfilm 9 derart ausgebildet, daß er den Gateisolationsfilm 7 be­ deckt. Genauer gesagt beträgt die Filmausbildungstemperatur 425°C und wird ein Glühen bei 1000°C nach der Filmausbil­ dung durchgeführt. Next, after removing the undesired portions of the gate insulation film 7, an insulation film 9 is formed so that it covers the gate insulation film 7 . More specifically, the film formation temperature is 425 ° C and an annealing is carried out at 1000 ° C after the film formation.

Es folgt die Beschreibung des in Fig. 41 gezeigten Schritts.The description of the step shown in Fig. 41 follows.

Ebenso werden eine Sourceelektrode 10 und eine Drain­ elektrode 11 durch Metallzerstäubung bei Raumtemperatur er­ zeugt. Dann wird ein Glühen bei 1000°C nach der Filmausbil­ dung durchgeführt.Likewise, a source electrode 10 and a drain electrode 11 are generated by metal sputtering at room temperature. Then, an annealing is carried out at 1000 ° C after the film formation.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung befindet, wenn die Leistungsvorrichtung ausgeschal­ tet ist, sie sich aufgrund einer Verarmung durch die Diffe­ renz der Austrittsarbeiten der Polysiliziumgateelektrode 8 und der Oberflächenkanalschicht 5a, 5b und dem PN-Übergang zwischen den Siliziumkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs und der Oberflächenkanalschicht 5a, 5b in einem Ab­ schnürzustand. Andererseits wird sie durch Anlegen einer Spannung an die Polysiliziumgateelektrode 8 in eine Anrei­ cherungsbetriebsart eingeschaltet, bei der sich die La­ dungsträger auf der Oberflächenkanalschicht 5a angerei­ chern. In dem eingeschalteten Zustand fließen die Elektro­ nen von den Sourcebereichen 4a, 4b des, n⁺-Typs durch die Oberflächenkanalschicht 5a des n⁻-Typs und von der Oberflä­ chenkanalschicht Sb des n⁺-Typs zu der Siliziumkarbidepi­ schicht 2 des n⁻-Typs und fließen die Elektronen nach Er­ reichen der Siliziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs (Driftbereichs) vertikal zu dem Siliziumkarbidhalbleiter­ substrat 1 des n⁺-Typs.According to this exemplary embodiment of the present invention, when the power device is switched off, it is due to a depletion due to the difference in the work functions of the polysilicon gate electrode 8 and the surface channel layer 5 a, 5 b and the PN junction between the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the surface channel layer 5 a, 5 b in a lacing condition. On the other hand, it is turned on cherungsbetriebsart by applying a voltage to the polysilicon gate electrode 8 in a Anrei, in which the La on the surface of channel layer 5 a angerei Chern makers. In the switched-on state, the electrons flow from the source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type through the surface channel layer 5 a of the n⁻ type and from the surface channel layer Sb of the n⁺ type to the silicon carbide layer 2 of the n ⁻-Type and the electrons flow to He reach the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻-type (drift region) vertically to the silicon carbide semiconductor substrate 1 of the n⁺-type.

Ebenso befinden sich, wie es in Fig. 31 gezeigt ist, die Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs in Kon­ takt mit der Sourceelektrode 10 und sind daher an Masse ge­ legt. Folglich kann die eingebaute Spannung Vbuilt an dem PN-Übergang zwischen der Oberflächenkanalschicht 5 und den Siliziumkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs verwendet werden, um die Oberflächenkanalschicht 5 zu einem Abschnür­ zustand zu bringen. Zum Beispiel kann die verarmte Schicht, wenn die Siliziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs nicht an Masse gelegt sind und sich in einem schwebenden Zustand befinden, unter Verwendung der eingebauten Spannung Vbuilt nicht von den Siliziumkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs ausgedehnt werden, und kann deshalb der Kontakt zwischen den Siliziumkarbidbasisbereichen 3a, 3b des p⁻-Typs und der Sourceelektrode 10 als eine wirksame Struktur zum Bringen der Oberflächenkanalschicht 5 zu einem Ab­ schnürzustand betrachtet werden. Gemäß diesem Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung werden die Siliziumkar­ bidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs mit einer niedrigen Störstellenkonzentration ausgebildet, kann aber die einge­ baute Spannung Vbuilt auch weiter mit einer hohen Störstel­ lenkonzentration verwendet werden.Likewise, are as shown in Fig. 31, the Siliziumkarbidbasisbereiche 3 a, 3 b of the p⁻-type in Kon clock to the source electrode 10 and are therefore connected to ground ge sets. Consequently, the built-in voltage V built at the PN junction between the surface channel layer 5 and the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻-type can be used in order to bring the surface channel layer 5 to a pinch. For example, if the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type are not connected to ground and are in a floating state, the depleted layer cannot use the built-in voltage V built of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻-type, and therefore the contact between the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻-type and the source electrode 10 can be regarded as an effective structure for bringing the surface channel layer 5 to a pinch-off state. According to this embodiment example of the present invention, the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻-type are formed with a low impurity concentration, but the built-in voltage V built can also be used with a high impurity concentration.

Dies vervollständigt den vertikalen Leistungs-MOSFET, der in Fig. 31 gezeigt ist.This completes the vertical power MOSFET shown in FIG. 31.

Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Merkmale auf.This embodiment of the present invention has the following characteristics.

Durch Herstellen der Störstellenkonzentration des Be­ reichs der Oberflächenkanalschicht, die sich auf dem Ober­ flächenbereich der Epitaxischicht befindet, daß sie höher als die der Epitaxischicht ist, ist es möglich, den Wider­ stand der anderen Bereiche der Oberflächenkanalschicht als den Kanalbereich (Anreicherungsdriftwiderstand der Kanal­ schicht) zu verringern, was den Durchlaßwiderstand des MOSFET verringert. Dies läßt zu, daß für den MOSFET ein ziemlich niedrigerer Durchlaßwiderstand erzielt wird.By establishing the impurity concentration of the Be realm of the surface channel layer, which is on the upper area of the epitaxial layer is that it is higher than that of the epitaxial layer, it is possible to oppose other areas of the surface channel layer than the channel area (enrichment drift resistance of the channel layer), which reduces the forward resistance of the MOSFET reduced. This allows that for the MOSFET rather lower forward resistance is achieved.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.A sixth will now be described Embodiment of the present invention.

In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung wird die Oberflächenkanalschicht 5 durch direkte Ionenimplantation in den Oberflächenbereich der Si­ liziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs und die Oberflächenbe­ reiche (Oberflächenschichten) der Siliziumkarbidbasisberei­ che 3a, 3b des p⁻-Typs ausgebildet, wird aber, wie es in Fig. 42 gezeigt ist, eine Oberflächenkanalschicht 5 des n⁻-Typs epitaktisch über sie aufgewachsen, worauf die Stör­ stellenkonzentration des n-Typs an den anderen Bereichen als dem Kanalbereich der Oberflächenkanalschicht 5 durch einen Photoschritt und eine Ionenimplantation selektiv an­ gehoben werden kann. Jedoch ist es, da dieses Verfahren die Anzahl von Herstellungsschritten erhöht, für vertikale Lei­ stungs-MOSFETs bevorzugt, daß sie durch das Verfahren des vorhergehenden Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung hergestellt werden.In the previous embodiment of the present invention, the surface channel layer 5 is formed by direct ion implantation into the surface region of the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type and the surface areas (surface layers) of the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type but, as shown in Fig. 42, an n⁻-type surface channel layer 5 epitaxially grew over it, whereupon the n-type impurity concentration at the regions other than the channel region of the surface channel layer 5 selectively by a photo step and an ion implantation can be lifted. However, since this method increases the number of manufacturing steps, it is preferable for vertical power MOSFETs to be manufactured by the method of the previous embodiment of the present invention.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines siebten Aus­ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.A seventh off is described below management example of the present invention.

Ebenso können, wie es in Fig. 43 gezeigt ist, nach ei­ nem Ausbilden der Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs, wenn eine Oberflächenkanalschicht 40 epitaktisch auf die Ober­ flächen der Sourcebereiche 4a, 4b des n⁺-Typs oder die Si­ liziumkarbidbasisbereiche 3a, 3b des p⁻-Typs und die Sili­ ziumkarbidepischicht 2 des n⁻-Typs aufgewachsen wird, die anderen Bereiche als der Kanalbereich als eine Schicht des n⁺-Typs ausgebildet werden. Jedoch ist in diesem Fall ebenso, da die Anzahl von Herstellungsschritten um ein epi­ taktisches Wachstum der Oberflächenkanalschicht erhöht wer­ den muß, dem eine Ionenimplantation folgt, wie in dem Fall, der in Fig. 42 gezeigt ist, das Verfahren gemäß dein vorher­ gehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wirksamer.43, after forming the source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type, if a surface channel layer 40 is epitaxially applied to the surfaces of the source regions 4 a, 4 b of the n⁺ type, as shown in FIG. 43 or the silicon carbide base regions 3 a, 3 b of the p⁻ type and the silicon carbide epoxy layer 2 of the n⁻ type are grown, the regions other than the channel region are formed as a layer of the n⁺ type. However, in this case as well, since the number of manufacturing steps must be increased by an epitaxial growth of the surface channel layer followed by ion implantation, as in the case shown in FIG. 42, the method according to the previous embodiment is present invention more effective.

Weiterhin ist in den vorhergehenden Ausführungsbeispie­ len der vorliegenden Erfindung die Anwendung an einem ver­ tikalen MOSFET mit einem n-Kanal beschrieben worden. Das Vertauschen des p-Typs und des n-Typs miteinander in jedem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, daß heißt, ein vertikaler MOSFET mit einem P-Kanal bietet den gleichen Effekt.Furthermore, in the previous embodiment len the present invention the application to a ver tical MOSFET with an n-channel has been described. The Swap p-type and n-type with each other in each Embodiment of the present invention, that is,  a vertical MOSFET with a P-channel does the same Effect.

Gemäß der vorhergehenden Beschreibung wird eine Halb­ leitervorrichtung geschaffen, die ein Halbleitersubstrat, das Siliziumkarbid eines ersten Leitfähigkeitstyps auf­ weist, eine Siliziumkarbidepitaxischicht des ersten Leitfä­ higkeitstyps, einen ersten Halbleiterbereich, der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und, Siliziumkarbid eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, einen zweiten Halblei­ terbereich, der auf dem ersten Halbleiterbereich ausgebil­ det ist, Siliziumkarbid des ersten Leitfähigkeitstyps auf­ weist und durch den ersten Halbleiterbereich von dem Halb­ leitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps getrennt ist, einen dritten Halbleiterbereich, der auf dem Halbleiterbe­ reich ausgebildet ist, der mit dem Halbleitersubstrat und dem zweiten Halbleiterbereich verbunden ist, der Silizium­ karbid des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist und einen hö­ heren Widerstand als das Halbleitersubstrat aufweist, und eine Gateelektrode aufweist, die auf dem dritten Halblei­ terbereich über einer Isolationsschicht ausgebildet ist, wobei der dritte Halbleiterbereich verarmt ist, wenn keine Spannung an die Gateelektrode angelegt ist, so daß die Halbleitervorrichtung eine normalerweise ausgeschaltete Charakteristik aufweist.As described above, a half created conductor device that a semiconductor substrate, the silicon carbide of a first conductivity type has a silicon carbide epitaxial layer of the first guide ability type, a first semiconductor region based on the Semiconductor substrate is formed and, silicon carbide one has a second conductivity type, a second semi-lead ter area trained on the first semiconductor area det, silicon carbide of the first conductivity type points and through the first semiconductor region of the half conductor substrate of the first conductivity type is separated, a third semiconductor region, which is on the semiconductor area is richly formed with the semiconductor substrate and is connected to the second semiconductor region, the silicon carbide of the first conductivity type and a high has higher resistance than the semiconductor substrate, and has a gate electrode on the third semiconductor ter area is formed over an insulation layer, the third semiconductor region being depleted if none Voltage is applied to the gate electrode, so that the Semiconductor device a normally turned off Has characteristic.

Claims (20)

1. Halbleitervorrichtung, die aufweist:
ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, das einkristallines Siliziumkarbid und eine Silizium­ karbidepitaxieschicht des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche auf der Hauptseite des Halbleiter­ substrats ausgebildet ist;
einen ersten Halbleiterbereich, der auf der Silizium­ karbidepitaxieschicht ausgebildet ist und Siliziumkar­ bid eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist;
einen zweiten Halbleiterbereich, der auf dem ersten Halbleiterbereich ausgebildet ist, Siliziumkarbid des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist und durch den ersten Halbleiterbereich von der Siliziumkarbidepitaxieschicht des ersten Leitfähigkeitstyps getrennt ist;
einen dritten Halbleiterbereich, der auf dem ersten Halbleiterbereich ausgebildet ist, der mit der Sili­ ziumkarbidepitaxieschicht und dem zweiten Halbleiterbe­ reich verbunden ist, der Siliziumkarbid des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist und einen höheren Wider­ stand als das Halbleitersubstrat aufweist; und
eine Gateelektrode, die mit einer sich dazwischen be­ findenden Isolationsschicht auf dem dritten Halbleiter­ bereich ausgebildet ist, wobei
der dritte Halbleiterbereich verarmt ist, wenn keine Spannung an die Gateelektrode angelegt ist, so daß die Halbleitervorrichtung eine normalerweise ausgeschaltete Charakteristik aufweist.
1. A semiconductor device comprising:
a semiconductor substrate of a first conductivity type, which has single crystal silicon carbide and a silicon carbide epitaxial layer of the first conductivity type, which is formed on the main side of the semiconductor substrate;
a first semiconductor region which is formed on the silicon carbide epitaxial layer and has silicon carbide of a second conductivity type;
a second semiconductor region formed on the first semiconductor region, having silicon carbide of the first conductivity type and separated from the silicon carbide epitaxial layer of the first conductivity type by the first semiconductor region;
a third semiconductor region formed on the first semiconductor region, which is connected to the silicon carbide epitaxial layer and the second semiconductor region, which has silicon carbide of the first conductivity type and has a higher resistance than the semiconductor substrate; and
a gate electrode which is formed with an insulation layer located between them on the third semiconductor region, wherein
the third semiconductor region is depleted when no voltage is applied to the gate electrode, so that the semiconductor device has a characteristic that is normally switched off.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die normalerweise ausgeschaltete Charak­ teristik des dritten Halbleiterbereichs durch wechsel­ seitiges Verbinden einer Verarmungsschicht, welche sich von der Gateelektrode in den dritten Halbleiterbereich ausdehnt, und einer Verarmungsschicht erzielt wird, welche sich von dem zweiten Halbleiterbereich in den dritten Halbleiterbereich ausdehnt.2. Semiconductor device according to claim 1, characterized records that the normally switched off character teristics of the third semiconductor area through change side connecting a depletion layer, which is from the gate electrode to the third semiconductor region expands and a depletion layer is achieved which differs from the second semiconductor region in the extends third semiconductor region. 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gateelektrode eine Polysiliziumgate­ elektrode ist und die Polysiliziumgateelektrode einen Leitfähigkeitstyp aufweist, der zu dem des dritten Halbleiterbereichs entgegengesetzt ist.3. A semiconductor device according to claim 1, characterized records that the gate electrode is a polysilicon gate is electrode and the polysilicon gate electrode one Has conductivity type to that of the third Semiconductor region is opposite. 4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
der erste Halbleiterbereich Siliziumkarbid des zweiten Leitfähigkeitstyps ist und einen höheren Widerstand als die Siliziumkarbidepitaxieschicht oder das Halbleiter­ substrat aufweist;
der erste Halbleiterbereich ein Basisbereich ist, der bis zu einer vorbestimmten Tiefe auf einem vorbestimm­ ten Bereich der Siliziumkarbidepitaxieschicht ausgebil­ det ist;
der zweite Halbleiterbereich ein Sourcebereich ist, der auf einem vorbestimmten Bereich der Oberflächenschicht des Basisbereichs ausgebildet ist und eine flachere Tiefe als der Basisbereich aufweist;
der dritte Halbleiterbereich eine Oberflächenkanal­ schicht ist, die aus Siliziumkarbid des ersten Leitfä­ higkeitstyps besteht, einen höheren Widerstand als das Halbleitersubstrat aufweist und derart auf der Oberflä­ che des Basisbereichs angeordnet ist, daß er den Sourcebereich und den ersten Halbleiterbereich verbin­ det, wobei die Oberflächenkanalschicht verarmt ist, wenn keine Spannung an die Gateelektrode angelegt ist, um eine normalerweise ausgeschaltete Charakteristik aufzuweisen; und
die Halbleitervorrichtung weiterhin einen Gateisola­ tionsfilm, der auf der Oberflächenkanalschicht ausge­ bildet ist, eine Gateelektrode, die auf dem Gateisola­ tionsfilm ausgebildet ist, eine Sourceelektrode, die derart ausgebildet ist, daß sie den Basisbereich und den Sourcebereich berührt, und eine Drainelektrode auf­ weist, die auf der Rückseite des Halbleitersubstrats ausgebildet ist.
4. A semiconductor device according to claim 1, characterized in that
the first semiconductor region is silicon carbide of the second conductivity type and has a higher resistance than the silicon carbide epitaxial layer or the semiconductor substrate;
the first semiconductor region is a base region that is formed to a predetermined depth on a predetermined region of the silicon carbide epitaxial layer;
the second semiconductor region is a source region which is formed on a predetermined region of the surface layer of the base region and has a shallower depth than the base region;
the third semiconductor region is a surface channel layer which consists of silicon carbide of the first conductivity type, has a higher resistance than the semiconductor substrate and is arranged on the surface of the base region such that it connects the source region and the first semiconductor region, the surface channel layer being depleted when no voltage is applied to the gate electrode to have a characteristic normally off; and
the semiconductor device further includes a gate insulation film formed on the surface channel layer, a gate electrode formed on the gate insulation film, a source electrode formed to contact the base region and the source region, and a drain electrode is formed on the back of the semiconductor substrate.
5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bereich der Oberflächenkanalschicht, welcher auf der Oberfläche der Siliziumkarbidepitaxie­ schicht angeordnet ist, einen niedrigeren Widerstand als die Siliziumkarbidepitaxieschicht aufweist.5. A semiconductor device according to claim 4, characterized indicates that the area of the surface channel layer, which is on the surface of silicon carbide epitaxy layer is arranged, a lower resistance than the silicon carbide epitaxial layer. 6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hauptoberfläche des Siliziumkarbid­ halbleitersubstrats die (0001)-Si-Fläche oder die (1120)-a-Fläche für eine niedrige Übergangszustands­ dichte an dem Siliziumkarbid/Isolatorübergang ist.6. The semiconductor device according to claim 1, characterized records that the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate the (0001) -Si area or the (1120) -a area for a low transition state density at the silicon carbide / insulator junction. 7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dotierstoffkonzentration der Oberflä­ chenkanalschicht nicht größer als die Dotierstoffkon­ zentrationen der Siliziumkarbidepitaxieschicht und des Basisbereichs ist.7. The semiconductor device according to claim 4, characterized records that the dopant concentration of the surface channel layer no larger than the dopant con  concentrations of the silicon carbide epitaxial layer and the Base area is. 8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gateelektrode ein erstes Austrittsar­ beitspotential aufweist, der Basisbereich ein zweites Austrittsarbeitspotential aufweist, die Oberflächenka­ nalschicht ein drittes Austrittsarbeitspotential auf­ weist und die ersten, zweiten und dritten Austrittsar­ beitspotentiale derart eingestellt sind, daß die La­ dungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps in der Ober­ flächenkanalschicht verarmt sind.8. The semiconductor device according to claim 4, characterized records that the gate electrode has a first exit area has potential, the base region a second Has work function potential, the surface ca nal layer a third work function potential points and the first, second and third exit ares beit potentials are set such that the La Lung carrier of the first conductivity type in the upper surface channel layer are depleted. 9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Aus­ trittsarbeitspotentiale derart eingestellt sind, daß die Ladungsträger des ersten Leitfähigkeitstyps in der Oberflächenkanalschicht verarmt sind, wenn sich die Gateelektrode bezüglich dem Drainbereich an Nullpoten­ tial befindet.9. A semiconductor device according to claim 8, characterized records that the first, second and third Aus pedaling potentials are set such that the charge carriers of the first conductivity type in the Surface channel layer are depleted if the Gate electrode with respect to the drain region at zero points tial is located. 10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberflächenkanalschicht durch epitak­ tisches Wachstum oder Ionenimplantation ausgebildet ist.10. The semiconductor device according to claim 4, characterized records that the surface channel layer by epitak table growth or ion implantation is. 11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberflächenkanalschicht durch epitak­ tisches Wachstum ausgebildet ist und das Kristall­ system/polymorph des Siliziumkarbids, das das Halbleiter­ substrat, die Siliziumkarbidepitaxieschicht, den Basis­ bereich und den Sourcebereich bildet, zu dem des Siliziumkarbids der Oberflächenkanalschicht unter­ schiedlich ist.11. The semiconductor device according to claim 4, characterized records that the surface channel layer by epitak table growth is formed and the crystal system / polymorph of the silicon carbide that the semiconductor substrate, the silicon carbide epitaxial layer, the base area and forms the source area to which the Silicon carbide under the surface channel layer  is different. 12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Siliziumkarbid, daß das Halbleiter­ substrat, die Siliziumkarbidepitaxieschicht, den Basis­ bereich und den Sourcebereich bildet, von einem hexago­ nalen System ist, während das Siliziumkarbid der Ober­ flächenkanalschicht von einem kubischen System ist.12. The semiconductor device according to claim 11, characterized records that the silicon carbide that the semiconductor substrate, the silicon carbide epitaxial layer, the base area and forms the source area, from a hexago system, while the silicon carbide is the upper surface channel layer of a cubic system. 13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberflächenkanalschicht durch epitak­ tisches Wachstum ausgebildet ist und das Siliziumkar­ bid, das das Halbleitersubstrat, die Siliziumkarbidepi­ taxieschicht, den Basisbereich und den Sourcebereich bildet, 6H-SiC ist, während das Siliziumkarbid der Oberflächenkanalschicht 3C-SiC ist.13. The semiconductor device according to claim 4, characterized in that the surface channel layer is formed by epitaxial growth and the silicon carbide, which forms the semiconductor substrate, the silicon carbidepi taxie layer, the base region and the source region, is 6H-SiC, while the silicon carbide of the surface channel layer 3 is C-SiC. 14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Abschnitt des Basisbereichs dicker hergestellt ist.14. The semiconductor device according to claim 4, characterized draws a portion of the base area thicker is made. 15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Störstellenkonzentration des verdick­ ten Bereichs des Basisbereichs höher als die Störstel­ lenkonzentration der dünneren Bereiche hergestellt ist.15. A semiconductor device according to claim 14, characterized records that the impurity concentration of the thickened th area of the base area higher than the fault steering concentration of the thinner areas is established. 16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der verdickte Bereich des Basisbereichs unter dem Sourcebereich ausgebildet ist.16. The semiconductor device according to claim 14, characterized draws that the thickened area of the base area is formed under the source region. 17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der verdickte Bereich des Basisbereichs an einer Stelle ausgebildet ist, die nicht mit dem Sourcebereich überlappt.17. The semiconductor device according to claim 14, characterized  draws that the thickened area of the base area is formed in a place that is not compatible with the Source area overlaps. 18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberflächenkanalschicht mit einem Ab­ schnitt des Sourcebereichs überlappt.18. A semiconductor device according to claim 4, characterized records that the surface channel layer with an Ab intersection of the source area overlaps. 19. Halbleitervorrichtung, die aufweist:
ein Halbleitersubstrat, das aus Siliziumkarbid eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer Siliziumkarbidepi­ taxieschicht des ersten Leitfähigkeitstyps besteht, welche auf der Hauptseite des Halbleitersubstrats aus­ gebildet ist;
einen ersten Halbleiterbereich, der auf dem Silizium­ karbidsubstrat ausgebildet ist und aus Siliziumkarbid eines zweiten Leitfähigkeitstyps besteht;
einen zweiten Halbleiterbereich der auf dem ersten Halbleiterbereich ausgebildet ist und aus Siliziumkar­ bid des ersten Leitfähigkeitstyps besteht;
einen dritten Halbleiterbereich, der auf dem ersten Halbleiterbereich ausgebildet ist, der die Siliziumkar­ bidepitaxieschicht und den zweiten Halbleiterbereich verbindet, der aus Siliziumkarbid des ersten Leitfähig­ keitstyps besteht und eine niedrigere Dotierstoffkon­ zentration als das Halbleitersubstrat aufweist; und
eine Gateelektrode, die über einer Isolationsschicht auf dem dritten Halbleiterbereich ausgebildet ist, wo­ bei die Dicke des dritten Halbleiterbereichs eine derartige Dicke (in submikroner Größenordnung) ist, daß eine vollständige Verarmung auftritt, wenn keine Spannung an die Gateelektrode angelegt ist.
19. A semiconductor device comprising:
a semiconductor substrate composed of silicon carbide of a first conductivity type and a silicon carbidepi taxi layer of the first conductivity type, which is formed on the main side of the semiconductor substrate;
a first semiconductor region formed on the silicon carbide substrate and made of silicon carbide of a second conductivity type;
a second semiconductor region formed on the first semiconductor region and made of silicon carbide of the first conductivity type;
a third semiconductor region formed on the first semiconductor region that connects the silicon carbide epitaxial layer and the second semiconductor region that is made of silicon carbide of the first conductivity type and has a lower dopant concentration than the semiconductor substrate; and
a gate electrode formed over an insulation layer on the third semiconductor region, where the thickness of the third semiconductor region is such a thickness (in the submicron order) that complete depletion occurs when no voltage is applied to the gate electrode.
20. Halbleitervorrichtung, die aufweist:
ein Halbleitersubstrat, das aus Siliziumkarbid eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer Siliziumkarbidepi­ taxieschicht des ersten Leitfähigkeitstyps besteht, welche auf der Hauptseite des Halbleitersubstrats aus­ gebildet ist;
einen ersten Halbleiterbereich, der auf dem Silizium­ karbidsubstrat ausgebildet ist und aus Siliziumkarbid eines zweiten Leitfähigkeitstyps besteht;
einen zweiten Halbleiterbereich, der auf dem ersten Halbleiterbereich ausgebildet ist und aus Siliziumkar­ bid des ersten Leitfähigkeitstyps besteht;
einen dritten Halbleiterbereich, der auf dem ersten Halbleiterbereich ausgebildet ist, der die Siliziumkar­ bidepitaxieschicht und den zweiten Halbleiterbereich befindet, der aus Siliziumkarbid des ersten Leitfähig­ keitstyps besteht und eine niedrigere Dotierstoffkon­ zentration als das Halbleitersubstrat aufweist; und
eine Gateelektrode, die über einer Isolationsschicht auf dem dritten Halbleiterbereich ausgebildet ist, wo­ bei
die Störstellenkonzentration des Bereichs der Oberflä­ chenkanalschicht, die sich auf dem Oberflächenbereich der Epitaxieschicht befindet, höher als die des ver­ bleibenden Bereichs der Oberflächenkanalepitaxieschicht und der Siliziumkarbidepitaxieschicht ist, wodurch der Durchlaßwiderstand verringert ist.
20. A semiconductor device comprising:
a semiconductor substrate composed of first conductivity type silicon carbide and a first conductivity type silicon carbidepi layer formed on the main surface of the semiconductor substrate;
a first semiconductor region formed on the silicon carbide substrate and made of silicon carbide of a second conductivity type;
a second semiconductor region formed on the first semiconductor region and made of silicon conductivity of the first conductivity type;
a third semiconductor region formed on the first semiconductor region, which is the silicon carbide epitaxial layer and the second semiconductor region, which consists of silicon carbide of the first conductivity type and has a lower dopant concentration than the semiconductor substrate; and
a gate electrode formed over an insulation layer on the third semiconductor region, where at
the impurity concentration of the area of the surface channel layer located on the surface area of the epitaxial layer is higher than that of the remaining area of the surface channel epitaxial layer and the silicon carbide epitaxial layer, thereby reducing the on-resistance.
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Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999067825A2 (en) * 1998-06-08 1999-12-29 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide power devices by controlled annealing
WO2002029900A2 (en) 2000-10-03 2002-04-11 Cree, Inc. Silicon carbide power mosfets having a shorting channel and methods of fabrication them
EP1205981A2 (en) * 2000-11-14 2002-05-15 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology SiC MISFET
US6429041B1 (en) 2000-07-13 2002-08-06 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide inversion channel devices without the need to utilize P-type implantation
US6610366B2 (en) 2000-10-03 2003-08-26 Cree, Inc. Method of N2O annealing an oxide layer on a silicon carbide layer
EP1429392A2 (en) * 2002-11-29 2004-06-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. SiC-misfet and method for fabricating the same
US6767843B2 (en) 2000-10-03 2004-07-27 Cree, Inc. Method of N2O growth of an oxide layer on a silicon carbide layer
WO2004061974A3 (en) * 2002-12-20 2004-09-23 Cree Inc Silicon carbide power mos field effect transistors and manufacturing methods
WO2004097926A1 (en) 2003-04-24 2004-11-11 Cree Inc. Silicon carbide power devices with self-aligned source and well regions and methods of fabricating same
US6972436B2 (en) 1998-08-28 2005-12-06 Cree, Inc. High voltage, high temperature capacitor and interconnection structures
US6979863B2 (en) 2003-04-24 2005-12-27 Cree, Inc. Silicon carbide MOSFETs with integrated antiparallel junction barrier Schottky free wheeling diodes and methods of fabricating the same
US7022378B2 (en) 2002-08-30 2006-04-04 Cree, Inc. Nitrogen passivation of interface states in SiO2/SiC structures
US7067176B2 (en) 2000-10-03 2006-06-27 Cree, Inc. Method of fabricating an oxide layer on a silicon carbide layer utilizing an anneal in a hydrogen environment
US7118970B2 (en) 2004-06-22 2006-10-10 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide devices with hybrid well regions
US7414268B2 (en) 2005-05-18 2008-08-19 Cree, Inc. High voltage silicon carbide MOS-bipolar devices having bi-directional blocking capabilities
DE19900171B4 (en) * 1998-01-05 2009-02-12 Denso Corp., Kariya-shi Silicon carbide semiconductor device and method for its production
US7528040B2 (en) 2005-05-24 2009-05-05 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide devices having smooth channels
US7615801B2 (en) 2005-05-18 2009-11-10 Cree, Inc. High voltage silicon carbide devices having bi-directional blocking capabilities
US7727904B2 (en) 2005-09-16 2010-06-01 Cree, Inc. Methods of forming SiC MOSFETs with high inversion layer mobility
US7928469B2 (en) 2005-10-19 2011-04-19 Mitsubishi Electric Corporation MOSFET and method for manufacturing MOSFET
US8288220B2 (en) 2009-03-27 2012-10-16 Cree, Inc. Methods of forming semiconductor devices including epitaxial layers and related structures
US8618582B2 (en) 2011-09-11 2013-12-31 Cree, Inc. Edge termination structure employing recesses for edge termination elements
US8653534B2 (en) 2008-05-21 2014-02-18 Cree, Inc. Junction Barrier Schottky diodes with current surge capability
US8664665B2 (en) 2011-09-11 2014-03-04 Cree, Inc. Schottky diode employing recesses for elements of junction barrier array
US8680587B2 (en) 2011-09-11 2014-03-25 Cree, Inc. Schottky diode
US9373617B2 (en) 2011-09-11 2016-06-21 Cree, Inc. High current, low switching loss SiC power module
US9595618B2 (en) 2010-03-08 2017-03-14 Cree, Inc. Semiconductor devices with heterojunction barrier regions and methods of fabricating same
US9640617B2 (en) 2011-09-11 2017-05-02 Cree, Inc. High performance power module
US9673283B2 (en) 2011-05-06 2017-06-06 Cree, Inc. Power module for supporting high current densities
US9984894B2 (en) 2011-08-03 2018-05-29 Cree, Inc. Forming SiC MOSFETs with high channel mobility by treating the oxide interface with cesium ions

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7728402B2 (en) 2006-08-01 2010-06-01 Cree, Inc. Semiconductor devices including schottky diodes with controlled breakdown
US8432012B2 (en) 2006-08-01 2013-04-30 Cree, Inc. Semiconductor devices including schottky diodes having overlapping doped regions and methods of fabricating same
EP2631951B1 (en) 2006-08-17 2017-10-11 Cree, Inc. High power insulated gate bipolar transistors
US8835987B2 (en) 2007-02-27 2014-09-16 Cree, Inc. Insulated gate bipolar transistors including current suppressing layers
US8294507B2 (en) 2009-05-08 2012-10-23 Cree, Inc. Wide bandgap bipolar turn-off thyristor having non-negative temperature coefficient and related control circuits
US8193848B2 (en) 2009-06-02 2012-06-05 Cree, Inc. Power switching devices having controllable surge current capabilities
US8541787B2 (en) 2009-07-15 2013-09-24 Cree, Inc. High breakdown voltage wide band-gap MOS-gated bipolar junction transistors with avalanche capability
US8354690B2 (en) 2009-08-31 2013-01-15 Cree, Inc. Solid-state pinch off thyristor circuits
US8415671B2 (en) 2010-04-16 2013-04-09 Cree, Inc. Wide band-gap MOSFETs having a heterojunction under gate trenches thereof and related methods of forming such devices
US9142662B2 (en) 2011-05-06 2015-09-22 Cree, Inc. Field effect transistor devices with low source resistance
US9029945B2 (en) 2011-05-06 2015-05-12 Cree, Inc. Field effect transistor devices with low source resistance

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55121682A (en) * 1979-03-14 1980-09-18 Nec Corp Field effect transistor
JP2999220B2 (en) * 1990-05-16 2000-01-17 協和醗酵工業株式会社 Production method of powdered sake lees
US5323040A (en) * 1993-09-27 1994-06-21 North Carolina State University At Raleigh Silicon carbide field effect device

Cited By (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19900171B4 (en) * 1998-01-05 2009-02-12 Denso Corp., Kariya-shi Silicon carbide semiconductor device and method for its production
WO1999067825A3 (en) * 1998-06-08 2000-03-02 Cree Research Inc Methods of fabricating silicon carbide power devices by controlled annealing
US6303475B1 (en) 1998-06-08 2001-10-16 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide power devices by controlled annealing
WO1999067825A2 (en) * 1998-06-08 1999-12-29 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide power devices by controlled annealing
US6998322B2 (en) 1998-08-28 2006-02-14 Cree, Inc. Methods of fabricating high voltage, high temperature capacitor and interconnection structures
US6972436B2 (en) 1998-08-28 2005-12-06 Cree, Inc. High voltage, high temperature capacitor and interconnection structures
US6653659B2 (en) 2000-07-13 2003-11-25 Cree, Inc. Silicon carbide inversion channel mosfets
US6429041B1 (en) 2000-07-13 2002-08-06 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide inversion channel devices without the need to utilize P-type implantation
WO2002029900A3 (en) * 2000-10-03 2002-10-31 Cree Inc Silicon carbide power mosfets having a shorting channel and methods of fabrication them
WO2002029900A2 (en) 2000-10-03 2002-04-11 Cree, Inc. Silicon carbide power mosfets having a shorting channel and methods of fabrication them
US6767843B2 (en) 2000-10-03 2004-07-27 Cree, Inc. Method of N2O growth of an oxide layer on a silicon carbide layer
KR100838632B1 (en) * 2000-10-03 2008-06-19 크리 인코포레이티드 Silicon carbide power MOSFETs having a shorting channel and methods of fabrication them
US6610366B2 (en) 2000-10-03 2003-08-26 Cree, Inc. Method of N2O annealing an oxide layer on a silicon carbide layer
CN1319176C (en) * 2000-10-03 2007-05-30 克里公司 Silicon carbide power MOSFETS having shorting channel and methods of fabrication them
US6956238B2 (en) 2000-10-03 2005-10-18 Cree, Inc. Silicon carbide power metal-oxide semiconductor field effect transistors having a shorting channel and methods of fabricating silicon carbide metal-oxide semiconductor field effect transistors having a shorting channel
US7067176B2 (en) 2000-10-03 2006-06-27 Cree, Inc. Method of fabricating an oxide layer on a silicon carbide layer utilizing an anneal in a hydrogen environment
EP2261955A3 (en) * 2000-10-03 2011-02-16 Cree, Inc. Silicon carbide power metal-oxide semiconductor field effect transistors having a shorting channel and methods of fabricating silicon carbide metal-oxide semiconductor field effect transistors having a shorting channel
EP1205981A3 (en) * 2000-11-14 2005-01-12 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology SiC MISFET
EP1205981A2 (en) * 2000-11-14 2002-05-15 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology SiC MISFET
US7022378B2 (en) 2002-08-30 2006-04-04 Cree, Inc. Nitrogen passivation of interface states in SiO2/SiC structures
EP1429392A2 (en) * 2002-11-29 2004-06-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. SiC-misfet and method for fabricating the same
EP1429392A3 (en) * 2002-11-29 2009-09-02 Panasonic Corporation SiC-misfet and method for fabricating the same
US7923320B2 (en) 2002-12-20 2011-04-12 Cree, Inc. Methods of fabricating vertical JFET limited silicon carbide metal-oxide semiconductor field effect transistors
US8492827B2 (en) 2002-12-20 2013-07-23 Cree, Inc. Vertical JFET limited silicon carbide metal-oxide semiconductor field effect transistors
US7221010B2 (en) 2002-12-20 2007-05-22 Cree, Inc. Vertical JFET limited silicon carbide power metal-oxide semiconductor field effect transistors
WO2004061974A3 (en) * 2002-12-20 2004-09-23 Cree Inc Silicon carbide power mos field effect transistors and manufacturing methods
EP2383787A1 (en) * 2002-12-20 2011-11-02 Cree, Inc. Silicon carbide power MOS field effect transistors
US6979863B2 (en) 2003-04-24 2005-12-27 Cree, Inc. Silicon carbide MOSFETs with integrated antiparallel junction barrier Schottky free wheeling diodes and methods of fabricating the same
EP2463894A1 (en) * 2003-04-24 2012-06-13 Cree Inc. Silicon carbide power devices with self-aligned source and well regions and methods of fabricating same
US7381992B2 (en) 2003-04-24 2008-06-03 Cree, Inc. Silicon carbide power devices with self-aligned source and well regions
US7074643B2 (en) 2003-04-24 2006-07-11 Cree, Inc. Silicon carbide power devices with self-aligned source and well regions and methods of fabricating same
WO2004097926A1 (en) 2003-04-24 2004-11-11 Cree Inc. Silicon carbide power devices with self-aligned source and well regions and methods of fabricating same
US7705362B2 (en) 2004-06-22 2010-04-27 Cree, Inc. Silicon carbide devices with hybrid well regions
US7118970B2 (en) 2004-06-22 2006-10-10 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide devices with hybrid well regions
US7414268B2 (en) 2005-05-18 2008-08-19 Cree, Inc. High voltage silicon carbide MOS-bipolar devices having bi-directional blocking capabilities
US7615801B2 (en) 2005-05-18 2009-11-10 Cree, Inc. High voltage silicon carbide devices having bi-directional blocking capabilities
US8859366B2 (en) 2005-05-24 2014-10-14 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide devices having smooth channels
US7528040B2 (en) 2005-05-24 2009-05-05 Cree, Inc. Methods of fabricating silicon carbide devices having smooth channels
US8188483B2 (en) 2005-05-24 2012-05-29 Cree, Inc. Silicon carbide devices having smooth channels
US9142663B2 (en) 2005-05-24 2015-09-22 Cree, Inc. Silicon carbide devices having smooth channels
US7727904B2 (en) 2005-09-16 2010-06-01 Cree, Inc. Methods of forming SiC MOSFETs with high inversion layer mobility
US8536066B2 (en) 2005-09-16 2013-09-17 Cree, Inc. Methods of forming SiC MOSFETs with high inversion layer mobility
DE112006002876B4 (en) * 2005-10-19 2014-07-24 Mitsubishi Electric Corp. MOSFETs and method of making a MOSFET
US7928469B2 (en) 2005-10-19 2011-04-19 Mitsubishi Electric Corporation MOSFET and method for manufacturing MOSFET
US8653534B2 (en) 2008-05-21 2014-02-18 Cree, Inc. Junction Barrier Schottky diodes with current surge capability
US9640652B2 (en) 2009-03-27 2017-05-02 Cree, Inc. Semiconductor devices including epitaxial layers and related methods
US8288220B2 (en) 2009-03-27 2012-10-16 Cree, Inc. Methods of forming semiconductor devices including epitaxial layers and related structures
US9595618B2 (en) 2010-03-08 2017-03-14 Cree, Inc. Semiconductor devices with heterojunction barrier regions and methods of fabricating same
US9673283B2 (en) 2011-05-06 2017-06-06 Cree, Inc. Power module for supporting high current densities
US9984894B2 (en) 2011-08-03 2018-05-29 Cree, Inc. Forming SiC MOSFETs with high channel mobility by treating the oxide interface with cesium ions
US9231122B2 (en) 2011-09-11 2016-01-05 Cree, Inc. Schottky diode
US9373617B2 (en) 2011-09-11 2016-06-21 Cree, Inc. High current, low switching loss SiC power module
US9640617B2 (en) 2011-09-11 2017-05-02 Cree, Inc. High performance power module
US8680587B2 (en) 2011-09-11 2014-03-25 Cree, Inc. Schottky diode
US8664665B2 (en) 2011-09-11 2014-03-04 Cree, Inc. Schottky diode employing recesses for elements of junction barrier array
US9865750B2 (en) 2011-09-11 2018-01-09 Cree, Inc. Schottky diode
US8618582B2 (en) 2011-09-11 2013-12-31 Cree, Inc. Edge termination structure employing recesses for edge termination elements
US10141302B2 (en) 2011-09-11 2018-11-27 Cree, Inc. High current, low switching loss SiC power module
US10153364B2 (en) 2011-09-11 2018-12-11 Cree, Inc. Power module having a switch module for supporting high current densities
US11024731B2 (en) 2011-09-11 2021-06-01 Cree, Inc. Power module for supporting high current densities
US11171229B2 (en) 2011-09-11 2021-11-09 Cree, Inc. Low switching loss high performance power module

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