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JP4085604B2 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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JP4085604B2 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、J−FETを備えた炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図13に、Nチャネル型のJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置の断面構成を示す。図13に示されるように、Nチャネル型のJ−FETは、炭化珪素からなるN+型基板J1の上にN-型ドリフト層J2を成長させた基板を用いて形成される。N-型エピ層J2の表層部にはP型の第1、第2ゲート領域J3、J4がイオン注入によって形成されている。また、第1、第2ゲート領域J3、J4の間において、N-型エピ層J2の表層部にはN+型ソース領域J5が形成されている。そして、第1、第2ゲート領域J3、J4の表面に第1、第2ゲート電極J6、J7が形成されていると共に、N+型ソース領域J5の表面にソース電極J8が形成され、また、N+型基板J1の裏面側にドレイン電極J9が形成されて、炭化珪素半導体装置が構成されている。
【0003】
このような構成のJ−FETをノーマリオフ型とする場合には、第1、第2ゲート電極J6、J7に対して電圧を印加していない際に、第1、第2ゲート領域J3、J4から延びる空乏層によって第1、第2ゲート領域J3、J4の間がピンチオフされるように設計する。そして、第1、第2ゲート領域J3、J4から延びる空乏層幅を制御することでチャネルを形成し、チャネルを通じてソース−ドレイン間に電流を流すことでJ−FETを動作させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のノーマリオフ型のJ−FETでは、ゲート制御バイアスがビルトインポテンシャル(ゲート接合の拡散電圧)と同等まで印加できることが望ましい。しかしながら、ビルトインポテンシャルが設定値よりも小さくなってしまった場合、ゲート印加電圧がビルトインポテンシャルを越えると、第1、第2ゲート領域J3、J4からN-型ドリフト層J2へ正孔が注入され、ゲートによる制御ができなくなる。このため、結果としてリカバリ特性の低下やリークの増大等の問題を発生させる。
【0005】
基板材料をSiCにした場合、ビルトインポテンシャルの理論値は約2.9Vであるが、第1、第2ゲート領域J3、J4をイオン注入によって形成した場合には、結晶欠陥等の影響で2.1V程度にまで低下してしまうという問題があり、理論値を設計値として用いることができず、所望のデバイス特性を得ることができなかった。
【0006】
本発明は上記点に鑑みて、結晶欠陥等の影響によるビルトインポテンシャルの低下を防止できる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、複数の凹部(3)を形成する工程は、ドリフト層(2)の表面の所定位置にPoly−Si層(45)を配置する工程と、Poly−Si層(45)の表面を熱酸化したのち、該Poly−Si層(45)の酸化された部分(46)を除去し、Poly−Si層(45)を縮小化する工程と、縮小化されたPoly−Si層(45)をマスクとしたエッチングにより、凹部(3)を形成する工程とを有していることを特徴としている。
【0018】
このように、Poly−Si層を熱酸化し、酸化された部分を除去するようにすれば、Poly−Si層を十分小さいサイズまでパターニングできなくても、その後の熱酸化およびエッチングにて十分小さいサイズまで縮小化できる。これにより、いわゆるサブミクロンサイズ(0.5〜0.7μm)にも対応可能となり、より微細な素子を製造することが可能となる。
【0019】
請求項に記載の発明では、凹部(3)を形成する工程および第1、第2ゲート領域(4、5)を形成する工程では、ドリフト層(2)の所定位置にカーボン層(47)を含むマスク材(47、48)を配置する工程と、マスク材(47、48)をマスクとしたエッチングにより、凹部(3)を形成する工程と、カーボン層(47)をマスクとして、凹部(3)内に第1、第2ゲート領域(4、5)を選択的にエピタキシャル成長させる工程とを有していることを特徴としている。
【0020】
このように、カーボン層をマスクとしたエピタキシャル成長とすることで、第1、第2ゲート領域が凹部内に選択的にエピタキシャル成長され、カーボン層の上には成長しないようにできる。このため、エピタキシャル成長後にカーボン層を除去することで、エッチバック工程を行わなくても第1、第2ゲート領域を形成することが可能となる。これにより、製造工程の簡略化も図ることができる。
【0021】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態として、J−FETを備えた炭化珪素半導体装置の断面構成を示す。以下、図1に基づいて炭化珪素半導体装置の構成の説明を行う。
【0023】
図1に示すように、炭化珪素半導体装置には、例えば1×1019cm-3以上の不純物濃度とされたN+型基板1と、例えば1×1015〜5×1016cm-3の不純物濃度とされたN-型ドリフト層2とが備えられている。これらN+型基板1およびN-型ドリフト層2は、炭化珪素によって構成されており、これらによって半導体基板が構成されている。
【0024】
-型ドリフト層2の表層部には所定間隔Wchだけ空けて形成された複数の凹部3が形成されており、これらの凹部3内にP+型層からなる第1ゲート領域4および第2ゲート領域5がエピタキシャル成長されている。これら第1、第2ゲート領域4、5は、例えば1×1018〜5×1019cm-3の不純物濃度とされている。
【0025】
また、N-型ドリフト層2のうち第1、第2ゲート領域4、5の間に位置する部分をチャネル領域6として、チャネル領域6の表面にはN型ソース領域7がエピタキシャル成長されている。このN型ソース領域7は、チャネル領域6の表面から順に不純物濃度が濃くなるようなグラデュエーションが設けられ、第1、第2ゲート領域4、5と接する部分が低濃度となるように構成されている。具体的には、N型ソース領域7は、チャネル領域6側がほぼN-型ドリフト層2と同等の不純物濃度とされ、チャネル領域6と反対側が例えば1×1018〜5×1020cm-3の不純物濃度とされている。
【0026】
また、第1、第2ゲート領域4、5の表面にはそれぞれ第1、第2ゲート電極8、9が形成され、N型ソース領域7の表面にはソース電極10が形成され、これら第1、第2ゲート電極8、9およびN型ソース領域7の間は層間絶縁膜11によって電気的に分離されている。そして、N+型基板1の裏面側にはドレイン電極12が形成され、図1に示す炭化珪素半導体装置が構成されている。
【0027】
このように構成されたJ−FETはノーマリオフで作動する。この作動は、第1、第2ゲート電極8、9の接続態様によって異なっており、以下のように行われる。
【0028】
▲1▼第1ゲート電極8と第2ゲート電極9との電位が制御可能な態様の場合には、第1、第2ゲート電極8、9の電位に基づいて第1、第2ゲート領域4、5の双方からチャネル領域6側に延びる空乏層の延び量を制御するダブルゲート駆動が行われる。例えば、第1、第2ゲート電極8、9に電圧を印加していない時には、チャネル領域6が第1、第2ゲート領域4、5の双方から延びる空乏層によってピンチオフされる。これにより、ソース−ドレイン間の電流がオフされる。そして、第1、第2ゲート領域4、5とチャネル領域6との間に順バイアスをかけると、チャネル領域6に延びる空乏層の延び量が縮小される。これにより、チャネルが設定されて、ソース−ドレイン間に電流が流される。
【0029】
▲2▼第1ゲート電極8の電位のみが独立して制御可能で、第2ゲート電極9の電位が例えばソース電極10と同電位とされる態様の場合には、第1ゲート電極8の電位に基づいて第1ゲート領域4側からチャネル領域6側に延びる空乏層の延び量を制御するシングルゲート駆動が行われる。この場合にも基本的にはダブルゲート駆動の場合と同様の作動を行うが、チャネルの設定が第1ゲート領域4側から延びる空乏層のみによって行われることになる。
【0030】
▲3▼第2ゲート電極9の電位のみが独立して制御可能で、第1ゲート電極8の電位が例えばソース電極10と同電位とされる態様の場合には、第2ゲート電極9の電位に基づいて第2ゲート領域5側からチャネル領域6側に延びる空乏層の延び量を制御するシングルゲート駆動が行われる。この場合にも基本的にはダブルゲート駆動の場合と同様の作動を行うが、チャネルの設定が第2ゲート領域5側から延びる空乏層のみによって行われることになる。
【0031】
次に、図1に示す炭化珪素半導体装置の製造方法について、図2に示す炭化珪素半導体装置の製造工程を参照して説明する
まず、図2(a)に示す工程では、N+型基板1を用意し、このN+型基板1の表面にN-型ドリフト層2を成膜する。その後、図2(b)に示す工程では、N-型ドリフト層2の表面にLTO膜20を成膜したのち、フォトリソグラフィにより、LTO膜20のうち第1、第2ゲート領域4、5の形成予定位置と対応する部位を開口させる。
【0032】
次に、図2(c)に示す工程では、LTO膜20をマスクとしてN−型ドリフト層2の表層部をエッチングする。これにより、第1、第2ゲート領域4、5の形成予定位置に凹部3が形成される。この後、必要に応じて犠牲酸化を行ったのち、LTO膜20と共に犠牲酸化時に形成された酸化膜を除去する。そして、図2(d)に示す工程では、凹部3内を埋め込むように基板表面にP+型層をエピタキシャル成長させたのち、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)によるエッチバックを行うことでP+型層を平坦化し、第1、第2ゲート領域4、5を形成する。
【0033】
続いて、図2(e)に示す工程では、マスク材20を除去した後、N型ソース領域7をエピタキシャル成長させる。このとき、エピタキシャル成長中の雰囲気を適宜変更することで、N型ソース領域7が、チャネル領域6の表面から順に不純物濃度が高濃度となるようなグラデュエーションが設けられ、第1、第2ゲート領域4、5と接する部分が低濃度となるようにする。この後、フォトエッチングによりN型ソース領域7の不要部分を除去する。
【0034】
さらに、図2(f)に示す工程では、基板表面に層間絶縁膜11を形成したのち、フォトエッチングによって層間絶縁膜11にコンタクトホールを形成する。その後、層間絶縁膜11の上に電極層を成膜したのち、パターニングして第1、第2ゲート電極8、9を形成すると共に、ソース電極10を形成する。そして、N+型基板1の裏面側にドレイン電極12を形成したのち、シンター工程を経て、図1に示した半導体装置が完成する。
【0035】
以上説明したように、本実施形態では、第1、第2ゲート領域4、5やN型ソース領域7をエピタキシャル成長によって形成している。このため、第1、第2ゲート領域4、5の間隔の制御が容易になる。また、第1、第2ゲート領域4、5の結晶欠陥を抑制することができ、ビルトインポテンシャルが理論値よりも低下してしまうことを防止することができる。
【0036】
また、N型ソース領域7の不純物濃度を成長初期には薄く、成長終了時には濃くするように濃度を制御しているため、不純物濃度の濃い部分と第1、第2ゲート領域4、5との間に不純物濃度の薄い部分が配置された構成となるようにできる。このため、高濃度なPNジャンクションが形成される場合と比べ、ゲート耐圧を向上させることができる。
【0037】
(第2実施形態)
図3に、本発明の第2実施形態におけるJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置の断面構成を示す。以下、図3に基づいて本実施形態の炭化珪素半導体装置の構成を説明するが、基本構成は第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0038】
図3に示すように、本実施形態では、N型ソース領域7に、第1、第2ゲート領域4、5のコンタクトのための選択的エッチングが成されておらず、J−FETが備えられるセル部の外周部において、第1、第2ゲート領域4、5が外部と電気的に接続されるように構成されている。
【0039】
このような炭化珪素半導体装置の製造方法について、図4に示す製造工程を参照して説明する。なお、図4のうち、紙面左側はJ−FETの断面構成を示したものであり、紙面右側はセル部の外周部の一断面構成を示したものである。また、この製造工程は基本的に第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分のみ示すものとする。
【0040】
まず、第1実施形態における図2(a)〜(d)と同様の工程を行い、N-型ドリフト層2の表層部に、エピタキシャル成長により第1、第2ゲート領域4、5を形成する。その後、図4に示す工程を行う。まず、図4(a)に示す工程では、基板表面にN型ソース領域7を形成する。このときのN型ソース領域7の形成条件は第1実施形態と同様である。その後、フォトエッチングにより、N型ソース領域7のうちセル部の外周部に位置する部分を開口させる。これにより、第1、第2ゲート領域4、5のうちセル部の外周部まで延設された部位を露出させる。
【0041】
その後、図4(b)に示す工程では、基板表面に電極層を成膜したのち、パターニングして第1、第2ゲート電極8、9を形成すると共に、ソース電極10を形成する。これにより、ソース電極10はJ−FETが備えられるセル部に形成され、第1、第2ゲート電極8、9はセル部の外周部に形成される。そして、N+型基板1の裏面側にドレイン電極12を形成したのち、シンター工程を経て、図1に示した半導体装置が完成する。
【0042】
このように、第1、第2ゲート領域4、5のコンタクトをセル部の外周部でとることもできる。このようにすれば、セル部においてN型ソース領域7をパターニングする必要がなく、また、第1、第2ゲート電極8、9やソース電極10のレイアウトを簡素なものとすることができるため、素子寸法の縮小に有利な構造とすることができる。
【0043】
(第3実施形態)
図5に、本発明の第3実施形態におけるJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置の断面構成を示す。以下、図5に基づいて本実施形態の炭化珪素半導体装置の構成を説明するが、基本構成は第2実施形態と同様であるため、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0044】
図5に示すように、本実施形態では、第1、第2ゲート領域4、5の間までN型ソース領域7が配置されるようにしており、N型ソース領域7のうちの不純物濃度が低くなっている部分によってチャネル領域6が形成されるようにしている。そして、第1、第2ゲート領域4、5の間に位置する部位において、N型ソース領域7のうちの不純物濃度が高くなっている部分が深くまで形成された構成となっている。
【0045】
このような炭化珪素半導体装置の製造方法について、図6に示す製造工程を参照して説明する。
【0046】
まず、図6(a)に示す工程では、N+型基板1の表面に、N-型ドリフト層2、P+型層31を順にエピタキシャル成長させたのち、P+型層31の表面にLTO膜32を成膜する。そして、LTO膜32の上にレジスト33を堆積した後、フォトエッチングにより、LTO膜32をパターニングしてチャネル領域6の形成予定位置を開口させる。
【0047】
その後、図6(b)に示す工程では、レジスト33を除去したのち、LTO膜32をマスクとしたエッチングにより、P+型層31をパターニングして、第1、第2ゲート領域4、5を形成する。そして、図6(c)に示す工程では、必要に応じて犠牲酸化を行ったのちLTO膜32を除去し、基板表面にN型ソース領域7をエピタキシャル成長させる。このときのN型ソース領域7の形成条件は第1実施形態と同様であっても良いし、N型ソース領域7のうちチャネル領域6となる部分全域が低濃度となるような成膜条件としても良い。そして、N型ソース領域7をCMPによるエッチバックによって平坦化したのち、セル部の外周部において第1、第2ゲート電極8、9を形成すると共にセル部においてソース電極10を形成し、さらに、N+型基板1の裏面側にドレイン電極12を形成し、シンター処理を行うことで、図5に示す本実施形態の炭化珪素半導体装置が完成する。
【0048】
このような製造方法によれば、第1、第2ゲート領域4、5をエピタキシャル成長によって形成しているため、結晶欠陥が形成されることを防止でき、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、エピタキシャル成長させたP+型層31をパターニングすることで、第1、第2ゲート領域4、5の間隔を設定しているため、その間隔の制御を容易に行えるようにできる。
【0049】
さらに、N型ソース領域7のうち不純物濃度が高濃度となる部分が深い位置まで形成されることになるため、この部位における抵抗値を低減することができ、その結果、オン抵抗を低減することができる。
【0050】
なお、本実施形態では、第1、第2ゲート電極8、9をセル部の外周部に形成する場合について説明したが、勿論、第1実施形態のようにセル部に形成するようにしても良い。
【0051】
(第4実施形態)
図7に、本発明の第4実施形態におけるJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置の断面構成を示す。以下、図7に基づいて本実施形態の炭化珪素半導体装置の構成を説明するが、基本構成は第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0052】
図7に示すように、第1、第2ゲート領域4、5およびN-型ドリフト層2の表面にN-型層(第1導電型層)40が形成されており、このN-型層40の表層部にN型ソース領域7が形成され、N型ソース領域7と第1、第2ゲート領域4、5との間にN-型層40が配置された構成となっている。そして、N-型層40には、第1ゲート領域4と第1ゲート電極8とを接続するP+型の第1コンタクト領域41と、第2ゲート領域5と第2ゲート電極9とを接続するP+型の第2コンタクト領域42とが形成された構成となっている。
【0053】
このような炭化珪素半導体装置の製造方法について、図8に示す製造工程を参照して説明する。なお、この製造工程は基本的に第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分のみ示すものとする。
【0054】
まず、第1実施形態の図2(a)〜(d)に示す工程を行い、N-型ドリフト層2の表層部に第1、第2ゲート領域4、5を形成する。その後、図8(a)に示す工程では、第1、第2ゲート領域4、5を含むN-型ドリフト層2の表面に、エピタキシャル成長によりN-型層40を形成する。
【0055】
次いで、図8(b)に示す工程では、N-型層40の表面にLTO膜43を成膜したのち、フォトリソグラフィによりLTO膜43をパターニングし、LTO膜43の所定位置を開口させる。その後、LTO膜43をマスクとしたイオン注入を行い、N-型層40の表層部にN型ソース領域7を形成する。
【0056】
続いて、図8(c)に示す工程では、LTO膜43を除去した後、再びLTO膜44を成膜し、フォトリソグラフィによりLTO膜44をパターニングして、LTO膜44の所定位置を開口させる。その後、LTO膜44をマスクとしたイオン注入を行い、N-型層40に第1、第2ゲート領域4、5と接続されるP+型の第1、第2コンタクト領域41、42を形成する。そして、図8(d)に示す工程では、第1実施形態における図2(f)と同様の工程を行い、層間絶縁膜11、第1、第2ゲート電極8、9、ソース電極10を形成すると共に、ドレイン電極12を形成し、シンター工程を経て、図7に示す炭化珪素半導体装置が完成する。
【0057】
このような製造方法によれば、第1、第2ゲート領域4、5をエピタキシャル成長によって形成しているため、結晶欠陥が形成されることを防止でき、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0058】
また、N型ソース領域7と第1、第2ゲート領域4、5の間にN-型層40が挟まれた構成となるため、高濃度なPNジャンクションが形成される場合と比べ、ゲート耐圧を向上させることができる。なお、このようにN-型層40が挟まれた構成となるため、本実施形態のような場合には、N型ソース領域7が全域高濃度となる構成としても良い。
【0059】
(第5実施形態)
本実施形態は、上記第4実施形態の構造において、図8とは異なる製造方法を採用したものである。図9に、本実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す。なお、この製造工程は基本的に第4実施形態と同様であるため、第1、第4実施形態を参照し、第4実施形態と異なる部分のみ示すものとする。
【0060】
まず、第1実施形態における図2(a)と同様の工程を行い、N+型基板1の表面にN-型ドリフト層2を形成する。そして、図9(a)に示す工程では、N-型ドリフト層2の表面にPoly−Si層45を成膜したのち、パターニングして所定位置にPoly−Si層45を残す。
【0061】
次いで、図9(b)に示す工程では、Poly−Si層45の表面を熱酸化したのち、酸化された部分46をエッチングする。これにより、Poly−Si層45は等方的に除去され、Poly−Si層45の線幅が縮小化される。そして、図9(c)に示す工程では、Poly−Si層45をマスクとしたエッチングを行い、第1、第2ゲート領域4、5の形成予定位置に凹部3を形成する。この後は、凹部3内に第1、第2ゲート領域4、5をエピタキシャル成長させたのち、第4実施形態で示した図8(a)〜(d)の工程を行うことで、炭化珪素半導体装置が完成する。
【0062】
このように、一度パターニングしたPoly−Si層45を熱酸化させたのち、酸化された部分46をエッチングすることで、Poly−Si層45の寸法を熱酸化した分だけ小さくすることができる。このため、Poly−Si層45を十分小さいサイズまでパターニングできなくても、その後の熱酸化およびエッチングにて十分小さいサイズまで縮小化できる。これにより、第4実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、いわゆるサブミクロンサイズ(0.5〜0.7μm)にも対応可能となり、より微細な素子を製造することが可能となる。
【0063】
なお、本実施形態は、第4実施形態の構造だけでなく、第1、第2実施形態の構成に対しても適用可能であり、第1、第2実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【0064】
(第6実施形態)
本実施形態も、上記第4実施形態の構造において、図8とは異なる製造方法を採用したものである。図10に、本実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す。なお、この製造工程は基本的に第4実施形態と同様であるため、第1、第4実施形態を参照し、第4実施形態と異なる部分のみ示すものとする。
【0065】
まず、第1実施形態における図2(a)と同様の工程を行い、N+型基板1の表面にN-型ドリフト層2を形成する。そして、図10(a)に示す工程では、N-型ドリフト層2の表面にカーボン層47を成膜したのち、LTO層48を成膜する。そして、フォトリソグラフィにてLTO膜48をパターニングして所定位置に残したのち、LTO膜48をマスクとしてカーボン層47をパターニングする。
【0066】
次いで、図9(b)に示す工程では、LTO膜48およびカーボン層47をマスクとした状態でエッチングを行い、第1、第2ゲート領域4、5の形成予定位置に凹部3を形成する。さらに、LTO膜48を除去したのち、カーボン層47をマスクとして、凹部3内に第1、第2ゲート領域4、5をエピタキシャル成長させる。このようにすれば、凹部3内にのみ第1、第2ゲート領域4、5を選択的にエピタキシャル成長させることができる。この後、第4実施形態で示した図8(a)〜(d)の工程を行うことで、炭化珪素半導体装置が完成する。
【0067】
このように、カーボン層47をマスクとしたエピタキシャル成長とすることで、第1、第2ゲート領域4、5が凹部3内に選択的にエピタキシャル成長され、カーボン層47の上には成長しないようにできる。このため、エピタキシャル成長後にカーボン層47を除去することで、エッチバック工程を行わなくても第1、第2ゲート領域4、5を形成することが可能となる。これにより、第4実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、製造工程の簡略化も図ることができる。
【0068】
なお、本実施形態は、第4実施形態の構造だけでなく、第1、第2実施形態の構成に対しても適用可能であり、第1、第2実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【0069】
(第7実施形態)
図11に、本発明の第7実施形態におけるJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置の断面構成を示す。以下、図11に基づいて本実施形態の炭化珪素半導体装置の構成を説明するが、基本構成は第4実施形態と同様であるため、第4実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0070】
図11に示すように、第1、第2ゲート領域4、5を構成するP+型層(第2導電型の半導体層)50がN-型ドリフト層2の表面全面に形成され、P+型層50にイオン注入を行うことで、N型ソース領域7およびP+型の第1、第2コンタクト領域41、42が形成された構成となっている。
【0071】
このような炭化珪素半導体装置の製造方法について、図12に示す製造工程を参照して説明する。なお、この製造工程についても第1実施形態を参照し、第1実施形態と異なる部分についてのみ示してある。
【0072】
まず、第1実施形態の図2(a)〜(c)に示す工程を行い、N-型ドリフト層2に凹部3を形成する。そして、図12(a)に示す工程では、凹部3内を埋め込むようにP+型層50をエピタキシャル成長させ、その後、CMPによってP+型層50の表面を平坦化する。このとき、チャネル領域6の上においてもP+型層50が残るように平坦化を行う。
【0073】
次いで、図12(b)に示す工程では、P+型層50の表面にLTO膜51を成膜したのち、フォトリソグラフィによりLTO膜51をパターニングし、LTO膜51の所定位置を開口させる。その後、LTO膜51をマスクとしたイオン注入を行い、N型ソース領域7を形成する。これにより、N型ソース領域7によってP+型層50が分断され、第1、第2ゲート領域4、5が形成される。なお、このとき、N型ソース領域7がチャネル領域6と接するようにする。
【0074】
続いて、図12(c)に示す工程では、LTO膜51を除去した後、再びLTO膜52を成膜し、フォトリソグラフィによりLTO膜52をパターニングして、LTO膜52の所定位置を開口させる。その後、LTO膜52をマスクとしたイオン注入を行い、P+型層50に第1、第2ゲート領域4、5と接続されるP+型の第1、第2コンタクト領域41、42を形成する。そして、図12(d)に示す工程では、第1実施形態における図2(f)と同様の工程を行い、層間絶縁膜11、第1、第2ゲート電極8、9、ソース電極10を形成すると共に、ドレイン電極12を形成し、シンター工程を経て、図9に示す炭化珪素半導体装置が完成する。
【0075】
このような製造方法によれば、第1、第2ゲート領域4、5をエピタキシャル成長によって形成しているため、結晶欠陥が形成されることを防止でき、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、P+型層50をエピタキシャル成長させるだけで済み、P+型層50の上に他の層を成膜する必要がなく、製造工程の簡略化を図ることができる。
【0076】
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態では、N-型チャネル層8というN型不純物層がチャネルとなるJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置について説明したが、炭化珪素半導体装置の各構成要素の導電型が反転させたP型不純物層がチャネルとなるJ−FETを備えた炭化珪素半導体装置についても本発明を適用することが可能である。
【0077】
また、上記実施形態では、ノーマリオフ型のJ−FETを例に挙げて説明したが、ノーマリオフ型に限らず、ノーマリオン型のJ−FETであっても適用可能である。この場合、例えば、N-型チャネル層8の不純物濃度を5×1016〜1×1017cm-3程度とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における炭化珪素半導体装置の断面構成を示す図である。
【図2】図1に示す炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図3】本発明の第2実施形態における炭化珪素半導体装置の断面構成を示す図である。
【図4】図3に示す炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図5】本発明の第3実施形態における炭化珪素半導体装置の断面構成を示す図である。
【図6】図5に示す炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図7】本発明の第4実施形態における炭化珪素半導体装置の断面構成を示す図である。
【図8】図7に示す炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図9】本発明の第5実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図10】本発明の第6実施形態における炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図11】本発明の第7実施形態における炭化珪素半導体装置の断面構成を示す図である。
【図12】図11に示す炭化珪素半導体装置の製造工程を示す図である。
【図13】従来の炭化珪素半導体装置の断面構成を示す図である。
【符号の説明】
1…N+型基板、2…N-型ドリフト層、3…凹部、4、5…第1、第2ゲート領域、6…チャネル領域、7…N型ソース領域、8、9…第1、第2ゲート電極、10…ソース電極、11…層間絶縁膜、12…ドレイン電極。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device provided with a J-FET.SetIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
FIG. 13 shows a cross-sectional configuration of a silicon carbide semiconductor device provided with an N-channel type J-FET. As shown in FIG. 13, the N-channel J-FET is an N-channel made of silicon carbide.+N on mold substrate J1-It is formed using the substrate on which the type drift layer J2 is grown. N-P-type first and second gate regions J3 and J4 are formed in the surface layer portion of the epitaxial layer J2 by ion implantation. Further, between the first and second gate regions J3 and J4, N-N on the surface layer of the epitaxial layer J2+A mold source region J5 is formed. The first and second gate electrodes J6 and J7 are formed on the surfaces of the first and second gate regions J3 and J4, and N+A source electrode J8 is formed on the surface of the type source region J5, and N+A drain electrode J9 is formed on the back surface side of mold substrate J1, thereby forming a silicon carbide semiconductor device.
[0003]
When the J-FET having such a configuration is a normally-off type, when no voltage is applied to the first and second gate electrodes J6 and J7, the first and second gate regions J3 and J4 The first and second gate regions J3 and J4 are designed to be pinched off by the extending depletion layer. Then, the channel is formed by controlling the width of the depletion layer extending from the first and second gate regions J3 and J4, and the current is passed between the source and the drain through the channel to operate the J-FET.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional normally-off J-FET, it is desirable that the gate control bias can be applied to the same level as the built-in potential (gate junction diffusion voltage). However, when the built-in potential becomes smaller than the set value, if the gate applied voltage exceeds the built-in potential, the first and second gate regions J3, J4 to N-Holes are injected into the type drift layer J2, and control by the gate becomes impossible. As a result, problems such as a decrease in recovery characteristics and an increase in leakage occur.
[0005]
When the substrate material is SiC, the theoretical value of the built-in potential is about 2.9V. There is a problem that the voltage drops to about 1 V, the theoretical value cannot be used as a design value, and desired device characteristics cannot be obtained.
[0006]
  In view of the above points, the present invention provides a silicon carbide semiconductor device capable of preventing a built-in potential from being lowered due to the influence of crystal defects and the like.SetAn object is to provide a manufacturing method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1,The step of forming the plurality of recesses (3) includes a step of disposing the Poly-Si layer (45) at a predetermined position on the surface of the drift layer (2), and after thermally oxidizing the surface of the Poly-Si layer (45). The oxidized portion (46) of the Poly-Si layer (45) is removed to reduce the Poly-Si layer (45), and the reduced Poly-Si layer (45) is used as a mask. And a step of forming the recess (3) by etching.
[0018]
In this way, if the Poly-Si layer is thermally oxidized and the oxidized portion is removed, even if the Poly-Si layer cannot be patterned to a sufficiently small size, it is sufficiently small by subsequent thermal oxidation and etching. Can be reduced to size. Accordingly, it is possible to cope with so-called submicron size (0.5 to 0.7 μm), and it is possible to manufacture a finer element.
[0019]
  Claim2In the invention described in the above, in the step of forming the recess (3) and the step of forming the first and second gate regions (4, 5), the mask including the carbon layer (47) at a predetermined position of the drift layer (2). A step of disposing the material (47, 48), a step of forming the recess (3) by etching using the mask material (47, 48) as a mask, and the inside of the recess (3) using the carbon layer (47) as a mask. And a step of selectively epitaxially growing the first and second gate regions (4, 5).
[0020]
In this way, by performing epitaxial growth using the carbon layer as a mask, the first and second gate regions can be selectively epitaxially grown in the recess and not grown on the carbon layer. For this reason, by removing the carbon layer after the epitaxial growth, the first and second gate regions can be formed without performing an etch-back process. Thereby, simplification of a manufacturing process can also be achieved.
[0021]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a silicon carbide semiconductor device provided with a J-FET as a first embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the silicon carbide semiconductor device will be described with reference to FIG.
[0023]
As shown in FIG. 1, the silicon carbide semiconductor device includes, for example, 1 × 1019cm-3N with the above impurity concentration+Mold substrate 1, for example 1 × 1015~ 5x1016cm-3N impurity concentration-A type drift layer 2 is provided. These N+Mold substrate 1 and N-Type drift layer 2 is made of silicon carbide, and a semiconductor substrate is constituted by these.
[0024]
N-A plurality of recesses 3 formed at a predetermined interval Wch are formed in the surface layer portion of the type drift layer 2.+A first gate region 4 and a second gate region 5 made of a mold layer are epitaxially grown. These first and second gate regions 4 and 5 are, for example, 1 × 10 6.18~ 5x1019cm-3Impurity concentration.
[0025]
N-A portion of the type drift layer 2 located between the first and second gate regions 4 and 5 is defined as a channel region 6, and an N-type source region 7 is epitaxially grown on the surface of the channel region 6. This N-type source region 7 is provided with a gradient so that the impurity concentration increases in order from the surface of the channel region 6, and the portion in contact with the first and second gate regions 4, 5 has a low concentration. Has been. Specifically, the N-type source region 7 is substantially N on the channel region 6 side.-The impurity concentration is the same as that of the type drift layer 2, and the side opposite to the channel region 6 is, for example, 1 × 1018~ 5x1020cm-3Impurity concentration.
[0026]
In addition, first and second gate electrodes 8 and 9 are formed on the surfaces of the first and second gate regions 4 and 5, respectively, and a source electrode 10 is formed on the surface of the N-type source region 7. The second gate electrodes 8 and 9 and the N-type source region 7 are electrically separated by an interlayer insulating film 11. And N+A drain electrode 12 is formed on the back surface side of the mold substrate 1 to constitute the silicon carbide semiconductor device shown in FIG.
[0027]
The J-FET configured in this way operates normally off. This operation differs depending on the connection mode of the first and second gate electrodes 8 and 9, and is performed as follows.
[0028]
(1) When the potentials of the first gate electrode 8 and the second gate electrode 9 are controllable, the first and second gate regions 4 are based on the potentials of the first and second gate electrodes 8 and 9. Double gate drive is performed to control the amount of extension of the depletion layer extending from both sides to the channel region 6 side. For example, when no voltage is applied to the first and second gate electrodes 8 and 9, the channel region 6 is pinched off by a depletion layer extending from both the first and second gate regions 4 and 5. Thereby, the source-drain current is turned off. When a forward bias is applied between the first and second gate regions 4 and 5 and the channel region 6, the amount of depletion layer extending to the channel region 6 is reduced. Thereby, a channel is set and a current flows between the source and the drain.
[0029]
(2) In the case where only the potential of the first gate electrode 8 can be controlled independently and the potential of the second gate electrode 9 is the same as that of the source electrode 10, for example, the potential of the first gate electrode 8 Based on the above, single gate driving is performed to control the extension amount of the depletion layer extending from the first gate region 4 side to the channel region 6 side. In this case as well, basically the same operation as in the case of the double gate drive is performed, but the channel is set only by the depletion layer extending from the first gate region 4 side.
[0030]
(3) In the case where only the potential of the second gate electrode 9 can be controlled independently and the potential of the first gate electrode 8 is the same potential as the source electrode 10, for example, the potential of the second gate electrode 9 Based on the above, single gate driving is performed to control the amount of extension of the depletion layer extending from the second gate region 5 side to the channel region 6 side. In this case as well, basically the same operation as in the case of the double gate drive is performed, but the channel is set only by the depletion layer extending from the second gate region 5 side.
[0031]
Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG.
First, in the process shown in FIG.+A mold substrate 1 is prepared.+N on the surface of the mold substrate 1-A type drift layer 2 is formed. Thereafter, in the step shown in FIG.-After the LTO film 20 is formed on the surface of the type drift layer 2, a portion corresponding to the formation position of the first and second gate regions 4 and 5 in the LTO film 20 is opened by photolithography.
[0032]
Next, in the step shown in FIG. 2C, the surface layer portion of the N − -type drift layer 2 is etched using the LTO film 20 as a mask. As a result, the recess 3 is formed at a position where the first and second gate regions 4 and 5 are to be formed. Thereafter, sacrificial oxidation is performed as necessary, and the oxide film formed at the time of sacrificial oxidation together with the LTO film 20 is removed. In the step shown in FIG. 2D, P is formed on the substrate surface so as to embed the recess 3.+After the mold layer is epitaxially grown, the etch back is performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing), for example.+The mold layer is planarized to form first and second gate regions 4 and 5.
[0033]
2E, after removing the mask material 20, the N-type source region 7 is epitaxially grown. At this time, by changing the atmosphere during the epitaxial growth as appropriate, the N-type source region 7 is provided with a gradient so that the impurity concentration becomes higher in order from the surface of the channel region 6. The portion in contact with the regions 4 and 5 is set to have a low concentration. Thereafter, unnecessary portions of the N-type source region 7 are removed by photoetching.
[0034]
Further, in the step shown in FIG. 2F, after forming the interlayer insulating film 11 on the substrate surface, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 11 by photoetching. Thereafter, an electrode layer is formed on the interlayer insulating film 11 and then patterned to form the first and second gate electrodes 8 and 9 and the source electrode 10. And N+After forming the drain electrode 12 on the back side of the mold substrate 1, a semiconductor device shown in FIG. 1 is completed through a sintering process.
[0035]
As described above, in the present embodiment, the first and second gate regions 4 and 5 and the N-type source region 7 are formed by epitaxial growth. For this reason, it is easy to control the distance between the first and second gate regions 4 and 5. In addition, crystal defects in the first and second gate regions 4 and 5 can be suppressed, and the built-in potential can be prevented from lowering than the theoretical value.
[0036]
In addition, since the impurity concentration of the N-type source region 7 is controlled to be thin at the beginning of growth and to be high at the end of growth, the impurity concentration portion and the first and second gate regions 4 and 5 It can be configured such that a portion with a low impurity concentration is disposed between them. For this reason, the gate breakdown voltage can be improved as compared with the case where a high concentration PN junction is formed.
[0037]
(Second Embodiment)
In FIG. 3, the cross-sectional structure of the silicon carbide semiconductor device provided with J-FET in 2nd Embodiment of this invention is shown. Hereinafter, the configuration of the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIG. 3, but since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, only the portions different from the first embodiment will be described.
[0038]
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the N-type source region 7 is not selectively etched for contact with the first and second gate regions 4 and 5, and is provided with a J-FET. In the outer periphery of the cell portion, the first and second gate regions 4 and 5 are configured to be electrically connected to the outside.
[0039]
A method for manufacturing such a silicon carbide semiconductor device will be described with reference to the manufacturing process shown in FIG. In FIG. 4, the left side of the drawing shows the cross-sectional configuration of the J-FET, and the right side of the drawing shows the cross-sectional configuration of the outer peripheral portion of the cell portion. Moreover, since this manufacturing process is basically the same as that of the first embodiment, only the parts different from the first embodiment are shown.
[0040]
First, steps similar to those in FIGS. 2A to 2D in the first embodiment are performed, and N-First and second gate regions 4 and 5 are formed in the surface layer portion of the type drift layer 2 by epitaxial growth. Then, the process shown in FIG. 4 is performed. First, in the step shown in FIG. 4A, an N-type source region 7 is formed on the substrate surface. The formation conditions of the N-type source region 7 at this time are the same as those in the first embodiment. Then, the part located in the outer peripheral part of a cell part among N type source regions 7 is opened by photoetching. Thereby, the site | part extended to the outer peripheral part of the cell part among the 1st, 2nd gate area | regions 4 and 5 is exposed.
[0041]
4B, after forming an electrode layer on the substrate surface, patterning is performed to form the first and second gate electrodes 8 and 9, and the source electrode 10 is formed. Thereby, the source electrode 10 is formed in the cell part provided with the J-FET, and the first and second gate electrodes 8 and 9 are formed in the outer peripheral part of the cell part. And N+After forming the drain electrode 12 on the back side of the mold substrate 1, a semiconductor device shown in FIG. 1 is completed through a sintering process.
[0042]
In this way, the contact between the first and second gate regions 4 and 5 can be made at the outer peripheral portion of the cell portion. In this case, it is not necessary to pattern the N-type source region 7 in the cell portion, and the layout of the first and second gate electrodes 8 and 9 and the source electrode 10 can be simplified. A structure that is advantageous in reducing the element size can be obtained.
[0043]
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a cross-sectional configuration of a silicon carbide semiconductor device provided with a J-FET in the third embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIG. 5, but since the basic configuration is the same as that of the second embodiment, only the portions different from the second embodiment will be described.
[0044]
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the N-type source region 7 is arranged between the first and second gate regions 4 and 5, and the impurity concentration in the N-type source region 7 is The channel region 6 is formed by the lowered portion. In the portion located between the first and second gate regions 4 and 5, the portion of the N-type source region 7 where the impurity concentration is high is formed deeply.
[0045]
A method for manufacturing such a silicon carbide semiconductor device will be described with reference to the manufacturing process shown in FIG.
[0046]
First, in the process shown in FIG.+N on the surface of the mold substrate 1-Type drift layer 2, P+After the epitaxial growth of the mold layer 31 in order, P+An LTO film 32 is formed on the surface of the mold layer 31. Then, after depositing a resist 33 on the LTO film 32, the LTO film 32 is patterned by photo-etching to open a position where the channel region 6 is to be formed.
[0047]
Thereafter, in the step shown in FIG. 6B, after the resist 33 is removed, etching using the LTO film 32 as a mask is performed.+The mold layer 31 is patterned to form the first and second gate regions 4 and 5. In the step shown in FIG. 6C, sacrificial oxidation is performed as necessary, and then the LTO film 32 is removed, and the N-type source region 7 is epitaxially grown on the substrate surface. The formation conditions of the N-type source region 7 at this time may be the same as those in the first embodiment, and the film-forming conditions are such that the entire region that becomes the channel region 6 in the N-type source region 7 has a low concentration. Also good. Then, after planarizing the N-type source region 7 by CMP etch back, the first and second gate electrodes 8 and 9 are formed in the outer peripheral portion of the cell portion, and the source electrode 10 is formed in the cell portion. N+The drain electrode 12 is formed on the back side of the mold substrate 1 and subjected to sintering treatment, thereby completing the silicon carbide semiconductor device of this embodiment shown in FIG.
[0048]
According to such a manufacturing method, since the first and second gate regions 4 and 5 are formed by epitaxial growth, the formation of crystal defects can be prevented, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. Can do. Also, epitaxially grown P+Since the space between the first and second gate regions 4 and 5 is set by patterning the mold layer 31, it is possible to easily control the space.
[0049]
Furthermore, since the portion where the impurity concentration is high in the N-type source region 7 is formed to a deep position, the resistance value at this portion can be reduced, and as a result, the on-resistance can be reduced. Can do.
[0050]
In the present embodiment, the case where the first and second gate electrodes 8 and 9 are formed on the outer peripheral portion of the cell portion has been described. Of course, the first and second gate electrodes 8 and 9 may be formed on the cell portion as in the first embodiment. good.
[0051]
(Fourth embodiment)
In FIG. 7, the cross-sectional structure of the silicon carbide semiconductor device provided with J-FET in 4th Embodiment of this invention is shown. Hereinafter, the configuration of the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment will be described based on FIG. 7, but the basic configuration is the same as that of the first embodiment, and therefore only the portions different from those of the first embodiment will be described.
[0052]
As shown in FIG. 7, the first and second gate regions 4, 5 and N-N on the surface of the drift layer 2-A mold layer (first conductivity type layer) 40 is formed, and this N-An N-type source region 7 is formed in the surface layer portion of the mold layer 40, and an N-type source region 7 is formed between the N-type source region 7 and the first and second gate regions 4 and 5.-The mold layer 40 is arranged. And N-The mold layer 40 includes P that connects the first gate region 4 and the first gate electrode 8.+P connecting the first contact region 41 of the mold, the second gate region 5 and the second gate electrode 9+The second contact region 42 of the mold is formed.
[0053]
A method for manufacturing such a silicon carbide semiconductor device will be described with reference to the manufacturing process shown in FIG. Since this manufacturing process is basically the same as that of the first embodiment, only the parts different from the first embodiment are shown.
[0054]
First, the steps shown in FIGS. 2A to 2D of the first embodiment are performed, and N-First and second gate regions 4 and 5 are formed in the surface layer portion of the type drift layer 2. Thereafter, in the step shown in FIG. 8A, N including the first and second gate regions 4 and 5 is formed.-N on the surface of the type drift layer 2 by epitaxial growth-A mold layer 40 is formed.
[0055]
Next, in the step shown in FIG.-After forming the LTO film 43 on the surface of the mold layer 40, the LTO film 43 is patterned by photolithography, and a predetermined position of the LTO film 43 is opened. Thereafter, ion implantation is performed using the LTO film 43 as a mask, and N-An N-type source region 7 is formed in the surface layer portion of the mold layer 40.
[0056]
8C, after removing the LTO film 43, the LTO film 44 is formed again, and the LTO film 44 is patterned by photolithography to open a predetermined position of the LTO film 44. . Thereafter, ion implantation is performed using the LTO film 44 as a mask, and N-P connected to the mold layer 40 with the first and second gate regions 4 and 5+First and second contact regions 41 and 42 of the mold are formed. Then, in the process shown in FIG. 8D, the same process as in FIG. 2F in the first embodiment is performed to form the interlayer insulating film 11, the first and second gate electrodes 8, 9, and the source electrode 10. At the same time, the drain electrode 12 is formed and through a sintering process, the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 7 is completed.
[0057]
According to such a manufacturing method, since the first and second gate regions 4 and 5 are formed by epitaxial growth, the formation of crystal defects can be prevented, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. Can do.
[0058]
Also, N between the N-type source region 7 and the first and second gate regions 4 and 5-Since the mold layer 40 is sandwiched, the gate breakdown voltage can be improved as compared with the case where a high concentration PN junction is formed. In this way, N-Since the mold layer 40 is sandwiched, in the case of this embodiment, the N-type source region 7 may be configured to have a high concentration throughout.
[0059]
(Fifth embodiment)
This embodiment employs a manufacturing method different from that in FIG. 8 in the structure of the fourth embodiment. In FIG. 9, the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in this embodiment is shown. Since this manufacturing process is basically the same as that of the fourth embodiment, only the parts different from the fourth embodiment will be shown with reference to the first and fourth embodiments.
[0060]
First, the same process as in FIG. 2A in the first embodiment is performed, and N+N on the surface of the mold substrate 1-A type drift layer 2 is formed. In the step shown in FIG.-After forming the Poly-Si layer 45 on the surface of the mold drift layer 2, patterning is performed to leave the Poly-Si layer 45 at a predetermined position.
[0061]
Next, in the step shown in FIG. 9B, after the surface of the Poly-Si layer 45 is thermally oxidized, the oxidized portion 46 is etched. Thereby, the Poly-Si layer 45 is isotropically removed, and the line width of the Poly-Si layer 45 is reduced. In the step shown in FIG. 9C, etching is performed using the Poly-Si layer 45 as a mask to form the recesses 3 at the positions where the first and second gate regions 4 and 5 are to be formed. Thereafter, the first and second gate regions 4 and 5 are epitaxially grown in the recess 3 and then the steps of FIGS. 8A to 8D shown in the fourth embodiment are performed, thereby obtaining a silicon carbide semiconductor. The device is completed.
[0062]
Thus, after the poly-Si layer 45 once patterned is thermally oxidized, the oxidized portion 46 is etched, so that the dimensions of the poly-Si layer 45 can be reduced by the amount of thermal oxidation. For this reason, even if the Poly-Si layer 45 cannot be patterned to a sufficiently small size, it can be reduced to a sufficiently small size by subsequent thermal oxidation and etching. Thereby, not only the same effects as those of the fourth embodiment can be obtained, but also so-called submicron size (0.5 to 0.7 μm) can be handled, and a finer element can be manufactured.
[0063]
This embodiment is applicable not only to the structure of the fourth embodiment but also to the configurations of the first and second embodiments, and can obtain the same effects as those of the first and second embodiments. Is possible.
[0064]
(Sixth embodiment)
This embodiment also employs a manufacturing method different from that in FIG. 8 in the structure of the fourth embodiment. In FIG. 10, the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in this embodiment is shown. Since this manufacturing process is basically the same as that of the fourth embodiment, only the parts different from the fourth embodiment will be shown with reference to the first and fourth embodiments.
[0065]
  First, the same process as in FIG. 2A in the first embodiment is performed, and N+N on the surface of the mold substrate 1-A type drift layer 2 is formed. In the step shown in FIG.-After forming the carbon layer 47 on the surface of the type drift layer 2,LTOLayer 48 is deposited. Then, after patterning the LTO film 48 by photolithography and leaving it at a predetermined position, the carbon layer 47 is patterned using the LTO film 48 as a mask.
[0066]
Next, in the step shown in FIG. 9B, etching is performed in a state where the LTO film 48 and the carbon layer 47 are used as a mask to form the recesses 3 at the positions where the first and second gate regions 4 and 5 are to be formed. Further, after removing the LTO film 48, the first and second gate regions 4 and 5 are epitaxially grown in the recess 3 using the carbon layer 47 as a mask. In this way, the first and second gate regions 4 and 5 can be selectively epitaxially grown only in the recess 3. Thereafter, the steps of FIGS. 8A to 8D shown in the fourth embodiment are performed to complete the silicon carbide semiconductor device.
[0067]
As described above, by performing epitaxial growth using the carbon layer 47 as a mask, the first and second gate regions 4 and 5 can be selectively epitaxially grown in the recess 3 and not grown on the carbon layer 47. . For this reason, by removing the carbon layer 47 after epitaxial growth, the first and second gate regions 4 and 5 can be formed without performing an etch-back process. Thereby, not only the same effect as the fourth embodiment can be obtained, but also the manufacturing process can be simplified.
[0068]
This embodiment is applicable not only to the structure of the fourth embodiment but also to the configurations of the first and second embodiments, and can obtain the same effects as those of the first and second embodiments. Is possible.
[0069]
(Seventh embodiment)
In FIG. 11, the cross-sectional structure of the silicon carbide semiconductor device provided with J-FET in 7th Embodiment of this invention is shown. Hereinafter, the configuration of the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIG. 11. However, since the basic configuration is the same as that of the fourth embodiment, only the portions different from the fourth embodiment will be described.
[0070]
As shown in FIG. 11, P constituting the first and second gate regions 4 and 5+The mold layer (second conductivity type semiconductor layer) 50 is N-Formed on the entire surface of the drift layer 2 and P+By implanting ions into the mold layer 50, the N-type source region 7 and the P+The first and second contact regions 41 and 42 of the mold are formed.
[0071]
A method for manufacturing such a silicon carbide semiconductor device will be described with reference to the manufacturing process shown in FIG. In addition, also about this manufacturing process, 1st Embodiment is referred and only the part different from 1st Embodiment is shown.
[0072]
First, the steps shown in FIGS. 2A to 2C of the first embodiment are performed, and N-A recess 3 is formed in the mold drift layer 2. Then, in the step shown in FIG.+The mold layer 50 is epitaxially grown, and then P is formed by CMP.+The surface of the mold layer 50 is flattened. At this time, P also on the channel region 6+Planarization is performed so that the mold layer 50 remains.
[0073]
Next, in the step shown in FIG.+After forming the LTO film 51 on the surface of the mold layer 50, the LTO film 51 is patterned by photolithography, and a predetermined position of the LTO film 51 is opened. Thereafter, ion implantation is performed using the LTO film 51 as a mask to form the N-type source region 7. As a result, the N-type source region 7 causes P+The mold layer 50 is divided to form first and second gate regions 4 and 5. At this time, the N-type source region 7 is in contact with the channel region 6.
[0074]
Subsequently, in the step shown in FIG. 12C, after removing the LTO film 51, the LTO film 52 is formed again, and the LTO film 52 is patterned by photolithography to open a predetermined position of the LTO film 52. . Thereafter, ion implantation is performed using the LTO film 52 as a mask, and P+P connected to the mold layer 50 with the first and second gate regions 4 and 5+First and second contact regions 41 and 42 of the mold are formed. Then, in the process shown in FIG. 12D, the same process as in FIG. 2F in the first embodiment is performed to form the interlayer insulating film 11, the first and second gate electrodes 8, 9 and the source electrode 10. At the same time, the drain electrode 12 is formed, and through the sintering process, the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 9 is completed.
[0075]
According to such a manufacturing method, since the first and second gate regions 4 and 5 are formed by epitaxial growth, the formation of crystal defects can be prevented, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. Can do. P+It is only necessary to epitaxially grow the mold layer 50, and P+It is not necessary to form another layer on the mold layer 50, and the manufacturing process can be simplified.
[0076]
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, N-Although the silicon carbide semiconductor device provided with the J-FET in which the N-type impurity layer called the channel channel layer 8 serves as a channel has been described, the P-type impurity layer in which the conductivity type of each component of the silicon carbide semiconductor device is inverted The present invention can also be applied to a silicon carbide semiconductor device provided with a J-FET.
[0077]
In the above embodiment, a normally-off type J-FET has been described as an example. However, the present invention is not limited to a normally-off type J-FET, and is also applicable to a normally-on type J-FET. In this case, for example, N-The impurity concentration of the type channel layer 8 is 5 × 1016~ 1x1017cm-3It can also be a degree.
[Brief description of the drawings]
1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a silicon carbide semiconductor device in a second embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a silicon carbide semiconductor device in a third embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a silicon carbide semiconductor device in a fourth embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 7. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device in the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a silicon carbide semiconductor device in a seventh embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a conventional silicon carbide semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1 ... N+Mold substrate, 2 ... N-Type drift layer, 3... Recess, 4, 5... First and second gate regions, 6... Channel region, 7... N-type source region, 8 and 9. ... interlayer insulating film, 12 ... drain electrode.

Claims (3)

第1導電型の炭化珪素からなる基板(1)を用意する工程と、
前記基板(1)上に、前記基板(1)よりも低濃度な炭化珪素からなる第1導電型のドリフト層(2)を形成する工程と、
前記ドリフト層(2)内の表層部に、互いに離間するように複数の凹部(3)を形成する工程と、
前記凹部(3)内を含む前記ドリフト層(2)の上に第2導電型の半導体層をエピタキシャル成長したのち、該半導体層を平坦化することで、互いに離間する第2導電型の第1、第2ゲート領域(4、5)を形成する工程と、
前記第1、第2ゲート領域(4、5)を含み前記ドリフト層(2)の上に、炭化珪素からなる第1導電型層(40)をエピタキシャル成長させる工程と、
前記ドリフト層(2)のうち前記第1、第2ゲート領域(4、5)に挟まれる部分をチャネル領域(6)とすると、前記第1導電型層(40)内の表層部のうち前記チャネル領域(6)の上に位置する部位に、前記第1導電型層(40)よりも高濃度な第1導電型のソース領域(7)を形成する工程と、
前記第1導電型層(40)に、前記第1ゲート領域(4)に接続される第2導電型の第1コンタクト領域(41)と、前記第2ゲート領域(5)に接続される第2導電型の第2コンタクト領域(42)とを形成する工程と、
前記第1コンタクト領域(41)を介して前記第1ゲート領域(4)に電気的に接続される第1ゲート電極(8)、前記第2コンタクト領域(42)を介して前記第2ゲート領域(5)に電気的に接続される第2ゲート電極(9)、前記ソース領域(7)に電気的に接続されるソース電極(10)を形成する工程と、
前記基板(1)の裏面側にドレイン電極(12)を形成する工程とを有し、
前記複数の凹部(3)を形成する工程では、
前記ドリフト層(2)の表面の所定位置にPoly−Si層(45)を配置する工程と、
前記Poly−Si層(45)の表面を熱酸化したのち、該Poly−Si層(45)の酸化された部分(46)を除去し、前記Poly−Si層(45)を縮小化する工程と、
前記縮小化されたPoly−Si層(45)をマスクとしたエッチングにより、前記凹部(3)を形成する工程とを有していることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
Preparing a substrate (1) made of silicon carbide of the first conductivity type;
Forming a first conductivity type drift layer (2) made of silicon carbide having a lower concentration than the substrate (1) on the substrate (1);
Forming a plurality of concave portions (3) in the surface layer portion in the drift layer (2) so as to be separated from each other;
After epitaxially growing a second conductivity type semiconductor layer on the drift layer (2) including the inside of the recess (3), the semiconductor layer is planarized to thereby separate the first conductivity type first, Forming a second gate region (4, 5);
Epitaxially growing a first conductivity type layer (40) made of silicon carbide on the drift layer (2) including the first and second gate regions (4, 5);
When a portion sandwiched between the first and second gate regions (4, 5) in the drift layer (2) is a channel region (6), the surface layer portion in the first conductivity type layer (40) Forming a source region (7) of the first conductivity type having a higher concentration than the first conductivity type layer (40) in a portion located on the channel region (6);
A first contact region (41) of a second conductivity type connected to the first gate region (4) and a first contact region (41) connected to the second gate region (5) are connected to the first conductivity type layer (40). Forming a second conductivity type second contact region (42);
A first gate electrode (8) electrically connected to the first gate region (4) via the first contact region (41); and the second gate region via the second contact region (42). Forming a second gate electrode (9) electrically connected to (5) and a source electrode (10) electrically connected to the source region (7);
Possess and forming a drain electrode (12) on the back side of the substrate (1),
In the step of forming the plurality of recesses (3),
Disposing a Poly-Si layer (45) at a predetermined position on the surface of the drift layer (2);
A step of thermally oxidizing the surface of the Poly-Si layer (45), removing an oxidized portion (46) of the Poly-Si layer (45), and reducing the size of the Poly-Si layer (45); ,
And a step of forming the recess (3) by etching using the reduced Poly-Si layer (45) as a mask .
第1導電型の炭化珪素からなる基板(1)を用意する工程と、
前記基板(1)上に、前記基板(1)よりも低濃度な炭化珪素からなる第1導電型のドリフト層(2)を形成する工程と、
前記ドリフト層(2)内の表層部に、互いに離間するように複数の凹部(3)を形成する工程と、
前記凹部(3)内を含む前記ドリフト層(2)の上に第2導電型の半導体層をエピタキシャル成長したのち、該半導体層を平坦化することで、互いに離間する第2導電型の第1、第2ゲート領域(4、5)を形成する工程と、
前記第1、第2ゲート領域(4、5)を含み前記ドリフト層(2)の上に、炭化珪素からなる第1導電型層(40)をエピタキシャル成長させる工程と、
前記ドリフト層(2)のうち前記第1、第2ゲート領域(4、5)に挟まれる部分をチャネル領域(6)とすると、前記第1導電型層(40)内の表層部のうち前記チャネル領域(6)の上に位置する部位に、前記第1導電型層(40)よりも高濃度な第1導電型のソース領域(7)を形成する工程と、
前記第1導電型層(40)に、前記第1ゲート領域(4)に接続される第2導電型の第1コンタクト領域(41)と、前記第2ゲート領域(5)に接続される第2導電型の第2コンタクト領域(42)とを形成する工程と、
前記第1コンタクト領域(41)を介して前記第1ゲート領域(4)に電気的に接続される第1ゲート電極(8)、前記第2コンタクト領域(42)を介して前記第2ゲート領域(5)に電気的に接続される第2ゲート電極(9)、前記ソース領域(7)に電気的に接続されるソース電極(10)を形成する工程と、
前記基板(1)の裏面側にドレイン電極(12)を形成する工程とを有し、
前記凹部(3)を形成する工程および前記第1、第2ゲート領域(4、5)を形成する工程では、
前記ドリフト層(2)の所定位置にカーボン層(47)および該カーボン層(47)上に形成されたLTO膜(48)を含むマスク材(47、48)を配置する工程と、
前記マスク材(47、48)をマスクとしたエッチングにより、前記凹部(3)を形成する工程と、
前記LTO膜(48)を除去する工程と、
前記カーボン層(47)をマスクとして、前記凹部(3)内に第1、第2ゲート領域(4、5)を選択的にエピタキシャル成長させる工程とを有していることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
Preparing a substrate (1) made of silicon carbide of the first conductivity type;
Forming a first conductivity type drift layer (2) made of silicon carbide having a lower concentration than the substrate (1) on the substrate (1);
Forming a plurality of concave portions (3) in the surface layer portion in the drift layer (2) so as to be separated from each other;
After epitaxially growing a second conductivity type semiconductor layer on the drift layer (2) including the inside of the recess (3), the semiconductor layer is planarized to thereby separate the first conductivity type first, Forming a second gate region (4, 5);
Epitaxially growing a first conductivity type layer (40) made of silicon carbide on the drift layer (2) including the first and second gate regions (4, 5);
When a portion sandwiched between the first and second gate regions (4, 5) in the drift layer (2) is a channel region (6), the surface layer portion in the first conductivity type layer (40) Forming a source region (7) of the first conductivity type having a higher concentration than the first conductivity type layer (40) in a portion located on the channel region (6);
A first contact region (41) of a second conductivity type connected to the first gate region (4) and a first contact region (41) connected to the second gate region (5) are connected to the first conductivity type layer (40). Forming a second conductivity type second contact region (42);
A first gate electrode (8) electrically connected to the first gate region (4) via the first contact region (41); and the second gate region via the second contact region (42). Forming a second gate electrode (9) electrically connected to (5) and a source electrode (10) electrically connected to the source region (7);
Possess and forming a drain electrode (12) on the back side of the substrate (1),
In the step of forming the recess (3) and the step of forming the first and second gate regions (4, 5),
Disposing a carbon layer (47) and a mask material (47) including an LTO film (48) formed on the carbon layer (47) at a predetermined position of the drift layer (2);
Forming the recess (3) by etching using the mask material (47, 48) as a mask;
Removing the LTO film (48);
A step of selectively epitaxially growing the first and second gate regions (4, 5) in the recess (3) using the carbon layer (47) as a mask. Device manufacturing method.
第1導電型の炭化珪素からなる基板(1)を用意する工程と、
前記基板(1)上に、前記基板(1)よりも低濃度な炭化珪素からなる第1導電型のドリフト層(2)を形成する工程と、
前記ドリフト層(2)内の表層部に、互いに離間するように複数の凹部(3)を形成する工程と、
前記凹部(3)内を含む前記ドリフト層(2)の上に第2導電型の半導体層(50)をエピタキシャル成長する工程と、
前記ドリフト層(2)のうち前記複数の凹部(3)に挟まれる部分をチャネル領域(6)とすると、前記半導体層(50)のうち前記チャネル領域(6)の上に位置する部位に、前記ドリフト層(2)よりも高濃度な第1導電型のソース領域(7)を形成すると共に、該ソース領域(7)によって前記半導体層(50)を分断し、第2導電型の第1、第2ゲート領域(4、5)を形成する工程と、
前記第1、第2ゲート領域(4、5)に第2導電型の第1コンタクト領域(41)を形成すると共に、前記第2ゲート領域(5)に第2導電型の第2コンタクト領域(42)を形成する工程と、
前記第1コンタクト領域(41)を介して前記第1ゲート領域(4)に電気的に接続される第1ゲート電極(8)、前記第2コンタクト領域(42)を介して前記第2ゲート領域(5)に電気的に接続される第2ゲート電極(9)、前記ソース領域(7)に電気的に接続されるソース電極(10)を形成する工程と、
前記基板(1)の裏面側にドレイン電極(12)を形成する工程とを有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
Preparing a substrate (1) made of silicon carbide of the first conductivity type;
Forming a first conductivity type drift layer (2) made of silicon carbide having a lower concentration than the substrate (1) on the substrate (1);
Forming a plurality of recesses (3) in the surface layer portion in the drift layer (2) so as to be separated from each other;
Epitaxially growing a second conductivity type semiconductor layer (50) on the drift layer (2) including inside the recess (3);
When a portion of the drift layer (2) sandwiched between the plurality of recesses (3) is defined as a channel region (6), a portion of the semiconductor layer (50) located above the channel region (6) A first conductivity type source region (7) having a concentration higher than that of the drift layer (2) is formed, and the semiconductor layer (50) is divided by the source region (7), so that a second conductivity type first region is formed. Forming the second gate region (4, 5);
A second conductive type first contact region (41) is formed in the first and second gate regions (4, 5), and a second conductive type second contact region (4) is formed in the second gate region (5). 42) forming,
A first gate electrode (8) electrically connected to the first gate region (4) via the first contact region (41); and the second gate region via the second contact region (42). Forming a second gate electrode (9) electrically connected to (5) and a source electrode (10) electrically connected to the source region (7);
Forming a drain electrode (12) on the back side of the substrate (1). A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
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