JP7100769B2 - 縦型炭化珪素パワーｍｏｓｆｅｔおよびｉｇｂｔならびにその製造方法 - Google Patents

Description

新たな縦型炭化珪素（ＳｉＣ）パワーＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴならびにその製造方法が提案されている。

新たな概念は、異なるＳｉＣポリタイプの利点を組み合わせて、低密度の界面欠陥状態を有し、したがって、ＭＯＳＦＥＴチャネル移動度を改善する、金属－半導体－酸化物（ＭＯＳ）界面を形成する。

ＵＳ ５ ９１５ １９４ Ａ１は、原子的に平坦な表面およびポリタイプ化合物の高品質の低欠陥結晶膜を、その結晶膜とは異なるポリタイプの化合物基板上にヘテロエピタキシャルに成長させる方法を開示している。この方法は、６Ｈ－ＳｉＣ上での３Ｃ－ＳｉＣ、２Ｈ－ＡｌＮ、および２Ｈ－ＧａＮの成長に特に適している。

ＵＳ６ ７６３ ６９９ Ａ１は、原子的に平坦な炭化珪素上部表面を有するガスセンサデバイスを開示し、この表面は、それの均一な再現性のある表面を提供する。

ＥＰ ２ ０８３ ４４８ Ａ１は炭化珪素半導体装置およびその製造方法が得られることを開示している。４Ｈ－ＳｉＣ基板上の初期成長層上にＳｉからなる被膜を形成し、被膜で覆われた領域に延長テラス面を形成する。次に、被膜を除去し、初期成長層上に新たな成長層をエピタキシャル成長させる。初期成長層の延長テラス面には、低温で安定しているポリタイプの３Ｃ－ＳｉＣ結晶からなる３Ｃ－ＳｉＣ部を成長させる。ＭＯＳＦＥＴのチャネル領域は、狭いバンドギャップを有する３Ｃ－ＳｉＣ部分に設けられる。その結果、界面準位の低減のため、チャネル移動度が向上する。

ＵＳ２０１７／０１０４０７２ Ａ１は、ＳｉＣ半導体層と、ゲート電極と、ＳｉＣ半導体層とゲート電極との間に設けられたゲート絶縁膜と、ＳｉＣ半導体層とゲート絶縁膜との間に設けられ、アンチモン（Ｓｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）およびランタノイド（Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む領域とを有する半導体装置を開示している。少なくとも１つの元素の濃度は、１×１０^１９ｃｍ^－３以上２．４×１０^２２ｃｍ^－３以下である。

ＵＳ２０１４／００８４３０３ Ａ１は、構造体と、絶縁膜と、制御電極とを有する半導体装置を開示している。構造体は、第１の表面を有し、第１の導電型の炭化珪素を含む第１の半導体領域と、第２の導電型の炭化珪素を含む第２の半導体領域と、第１の導電型の炭化珪素を含む第３の半導体領域とを含む。構造体は、第１の面に沿って第１の方向に第１の半導体領域、第２の半導体領域、および第３の半導体領域がこの順で配列された部分を有する。絶縁膜は、構造体の第１の面上に設けられる。制御電極は、絶縁膜上に設けられる。構造体は、第２の半導体領域と第１の表面との間に設けられた埋込領域を有する。埋込領域は、Ｖ族元素でドープされている。

ＵＳ２００８／０２９７７１ Ａ１は、ｎ型炭化珪素基板上にｐ型炭化珪素エピタキシャル層を形成し、ｐ型炭化珪素エピタキシャル層上に炭化珪素パワーデバイス構造を形成することにより製造される炭化珪素パワーデバイスを開示している。ｎ型炭化珪素基板は、ｐ型炭化珪素エピタキシャル層を露出させるように少なくとも部分的に除去される。露出したｐ型炭化珪素エピタキシャル層の少なくとも一部にオーミックコンタクトが形成される。ｎ型炭化珪素基板を少なくとも部分的に除去し、ｐ型炭化珪素エピタキシャル層上にオーミックコンタクトを形成することによって、ｐ型基板を使用することの欠点を低減または排除することができる。関連する構造もまた記載される。

解決すべき課題
４Ｈ－ＳｉＣが、パワーエレクトロニクスすなわちＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴに対して好ましいポリタイプであるのは、４Ｈ－ＳｉＣ成長技術の進歩およびその魅力的な電子特性、たとえば、６Ｈ－ＳｉＣまたは３Ｃ－ＳｉＣなどの他の利用可能なウエハスケールポリタイプと比べてより大きいバンドギャップおよびより高いキャリア移動度の故である。これらのＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴは既に市販されているが、特に、オン抵抗Ｒ_ｏｎをさらに低減するために反転チャネル移動度に関して大きな改善の余地がある。

３ｋＶより大きい、より高い電圧クラスの場合、ドリフト領域抵抗Ｒ_{ｄｒｉｆｔ}はＲ_ｏｎを支配する一方、ドリフト領域抵抗Ｒ_{ｄｒｉｆｔ}の低減は、オン状態電力損失およびスイッチング損失を著しく低減するために、電気およびハイブリッド電気自動車（ＥＶ／ＨＥＶ）、光起電インバータならびに電源に使用される、商業的により関連性のある電圧クラス（≦１．７ｋＶ）において必須である。ここで、Ｒ_ｏｎは、図１に示されるように、依然として、理想よりもかなり高い。この点において、低い反転チャネル移動度、およびさらにはゲート酸化物安定性は、デバイスコスト、したがってＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴの広範な採用に著しい影響を及ぼし得る、ＳｉＣＭＯＳ界面に関連する２つの主な課題を表す。双方の問題は、ＳｉＯ_２／ＳｉＣ界面近くの欠陥に密接に関連し、なぜならば、ＳｉＣ酸化プロセスはＳｉＣ－酸化物界面およびその近くで動力学的に安定した欠陥を生成するからである。結果として、この欠陥ＳｉＯ_２／４Ｈ－ＳｉＣチャネル界面における反転層電子の深刻なトラップおよび散乱は、低い移動度をもたらし、９０年代におけるパワーＭＯＳＦＥＴの主な欠点であった。水素（Ｈ_２）を使用する周知の（Ｓｉ ＣＭＯＳ）メタライゼーション後アニールのような、これらの障害を克服するための方法は、これらの界面トラップ／欠陥を低減せず、その結果、理想的なオン状態抵抗ＳｉＣデバイスより高い（図１参照）。９０年代の終わりに、６Ｈ－ＳｉＣのための一酸化窒素（ＮＯ）後酸化の導入および２００１年におけるその４Ｈ－ＳｉＣＭＯＳＦＥＴへの適用は、ＮＯアニールによる界面近くのＮの導入が界面欠陥密度Ｄ_ｉｔを低下させ、反転層の電子移動度の膨大な増加を可能にした。これらの結果は、チャネル抵抗を低減するための大きな劇的進展を示し、ＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴの開発および商品化において最も重要な節目の１つであった。しかしながら、特にＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを低／中電圧クラスの市場に拡張するために、現状技術のＮＯアニールＭＯＳＦＥＴを超える、より高移動度のデバイスに対する強い需要がある。

さらに、理想の／より低いＲ_ｏｎに達することに加えて、より高いチャネル移動度によって回避され得る問題は、以下のとおりである：
ゲートは、より低い電圧で駆動することができ、その結果、より小さな酸化物フィールドをもたらし、これは、閾値安定性および酸化物長期信頼性を改善し、
チャネル抵抗を低減するためにトランジスタチャネル長の積極的なスケーリングは必要とされず、したがって、短チャネル効果を回避することができる。

ＮＯ処理を超える、界面欠陥を低減するための代替的な方策は、本質的に高い移動度のため、微量不純物、表面カウンタドープ、より高温での酸化、および代替の非極性結晶面（従来の極性Ｓｉ面の代わり）を伴う界面層の導入である。

ＳｉＣの場合、近界面トラップ（ＮＩＴ）は界面欠陥の重要なクラスであり、これはＳｉおよびＳｉＣＭＯＳ構造において界面に非常に近い酸化物内に見られ得る。後者の場合、それらは、図２に示されるように、伝導帯端（ＥＣ－ＥＴ＜０．２ｅＶ）付近の高濃度の中性欠陥状態の原因である。しかしながら、ＮＩＴの分布および密度は、ＳｉＣのポリタイプに強く依存し、それらの密度は、α－ＳｉＣ、例えば、４Ｈ－ＳｉＣ（０００１）または６Ｈ－ＳｉＣ（０００１）の場合、伝導帯端に向かってほぼ指数関数的に増加するが、３Ｃ－ＳｉＣ（１１１）では比較的低いままである。さらに、バンドギャップの下半分（価電子帯に近い、図２参照）における欠陥状態はドナー様であり、ｎチャネル移動度に直接影響を及ぼさない。しかしながら、伝導帯近くの欠陥状態はアクセプタ様であり、例えばゲート電圧が印加される場合、負に帯電され得る。結果として、反転チャネル内の電子はトラップされ、ほとんど不動になり、クーロン散乱中心として作用し、それはｎチャネル移動度を著しく制限する。したがって、パワーＭＯＳＦＥＴデバイスにおける３Ｃ－ＳｉＣ／酸化物界面は、より低いＤ_ｉｔを示し、結果として、それらの４Ｈ－ＳｉＣ／酸化物対応物と比較して、より高いチャネル移動度（＞１６０ｃｍ^２／Ｖｓ）を示す。

本発明に係る縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）は、ドレインとしてのｎ^＋型の４Ｈ－ＳｉＣ基板と、上記４Ｈ－ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長させられ、ドリフト領域として機能するｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層と、上記ドリフト領域に注入された、ｐ^＋＋型のソース領域、ｐ型のウェル領域、ｐ型のチャネル領域、およびｎ^＋＋型のコンタクト領域と、上記ソース領域および上記ドリフト領域からゲート酸化物によって絶縁される金属ゲートと、上記界面において上記４Ｈ－ＳｉＣエピ層と上記ゲート酸化物との間にエピタキシャル３Ｃ－ＳｉＣから形成される高移動度層とを含み、上記高移動度層の垂直方向の厚みは０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲にあり、例示的には０．５ｎｍ～１０ｎｍの範囲にある。

本発明による縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴの特定の実施形態において、４Ｈ－ＳｉＣ基板（７）は｛０００１｝配向され、４Ｈ－ＳｉＣエピ層（６）は｛０００１｝配向される。

本発明による縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴの別の具体的な実施形態では、高移動度層（１０）は、ｎ型のドーパントでその場でドープされる。

本発明による縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴの別の具体的な実施形態では、縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴのキャリアは、ｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層（６）内で輸送されるが、高移動度層内では輸送されない。

本発明の別の実施形態では、縦型炭化珪素パワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が提供され、ＩＧＢＴは、フィールドストップ層としてｎ型の４Ｈ－ＳｉＣ基板と、上記４Ｈ－ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長させられ、ドリフト領域として機能するｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層と、上記ドリフト領域内に注入された、ｐ^＋＋型のエミッタ領域、ｐ型のウェル領域、ｐ型のチャネル領域、およびｎ^＋＋型のコンタクト領域と、上記エミッタ領域および上記ドリフト領域からゲート酸化物によって絶縁される金属ゲートと、上記フィールドストップ層上において上記ドリフト領域と対面するｐ^＋＋型のコレクタ層と、上記界面において上記４Ｈ－ＳｉＣエピ層と上記ゲート酸化物との間にエピタキシャル３Ｃ－ＳｉＣから形成される高移動度層とを含み、上記高移動度層（１０）の垂直方向の厚みは０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲にあり、例示的には０．５ｎｍ～１０ｎｍの範囲にある。

本発明に係る縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴの製造方法の一実施形態は、ｎ^＋型の４Ｈ－ＳｉＣ基板を提供することと、上記４Ｈ－ＳｉＣ基板上にドリフト領域として働くｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層をエピタキシャル成長させることと、上記ドリフト領域内に、ｐ^＋＋型のソース領域とｐ型のウェル領域とｐ型のチャネル領域とｎ^＋＋型のコンタクト領域とを注入することと、化学気相成長（ＣＶＤ）または有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）のうちの１つを用いて、注入されたウェハ表面の上に３Ｃ－ＳｉＣの高移動度層をエピタキシャル成長させることとを含み、上記高移動度層の垂直方向の厚みは、０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲であり、上記方法はさらに、上記高移動度層を部分的に酸化することと、金属ゲートを形成するためのエッチングプロセスを実行することと、ゲート酸化物としてゲート絶縁物を堆積することと、上記ゲート酸化物上に上記金属ゲートを形成することと、上記ソース領域と接触するためのオーミックコンタクトを形成することとを含む。

縦型炭化珪素パワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の製造方法の一実施形態は、フィールドストップ層としてｎ型の４Ｈ－ＳｉＣ基板を設けることと、上記４Ｈ－ＳｉＣ基板上にドリフト領域として働くｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層をエピタキシャル成長させることと、上記フィールドストップ層上において上記ドリフト領域と対面するｐ^＋型のコレクタ層を堆積させることと、上記ドリフト領域内に、ｐ^＋＋型のエミッタ領域とｐ型のウェル領域とｐ型のチャネル領域とｎ^＋＋型のコンタクト領域とを注入することと、化学気相成長（ＣＶＤ）または有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）のうちの１つを用いて、注入されたウェハ表面上に３Ｃ－ＳｉＣの高移動度層をエピタキシャル成長させることとを含み、上記高移動度層の垂直方向の厚みは、０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲であり、上記方法はさらに、上記高移動度層を部分的に酸化することと、金属ゲートを形成するためのエッチングプロセスを実行することと、ゲート酸化物としてゲート絶縁物を堆積することと、上記ゲート酸化物上に上記金属ゲートを形成することと、上記エミッタ領域と接触するためのオーミックコンタクトを形成することとを含む。

現状技術の４Ｈ－ＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴの性能を示す。 さまざまなＳｉＣポリタイプのバンドギャップ内の界面準位の概略分布を示す。 本発明によるゲートスタックのプロセス統合の概略図を示す。 本発明によるゲートスタックのプロセス統合の概略図を示す。 本発明によるゲートスタックのプロセス統合の概略図を示す。 本発明によるゲートスタックのプロセス統合の概略図を示す。 本発明によるゲートスタックのプロセス統合の概略図を示す。 本発明によるゲートスタックのプロセス統合の概略図を示す。 本発明によるＳｉＣ ＩＧＢＴの概略図を示す。

発明の実施例の説明
図３Ａ～図３Ｆは、本発明による炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴ１におけるゲートスタックのプロセス集積の概略図である。

本発明の例示的実施形態による炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴ１は、ｐ^＋＋型のソース領域２、ｐ型のウェル領域３、ｐ型のチャネル領域４、およびｎ^＋＋型のコンタクト領域５が、ドリフト領域として機能し４Ｈ－ＳｉＣ基板７上にエピタキシャル成長させられるｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層６内に注入される。さらに、ゲート酸化物９によってソース領域およびドリフト領域から絶縁される金属ゲート８が設けられる。

この文脈において「注入される」とは、例えば、１つの元素のイオンが固体標的に加速され、それによって標的の物理的、化学的、または電気的特性を変化させるプロセスを意味する。イオン注入は、例えば、半導体デバイスの製造において使用される。イオンは、それらが停止し、標的内に留まる場合、標的の元素組成を変化させることができる（イオンの組成が標的の組成と異なる場合）。標的材料とイオン（ドーパント）との間の差異のため、注入プロセスで処理された領域は、例えば、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）、集束イオンビーム（ＦＩＢ）、マイクロ波検出光伝導性（ＭＤＰ）、またはマイクロ波検出光誘起電流過渡分光法（ＭＤ－ＰＩＣＴＳ）などのさまざまな顕微鏡法によって分析することができる。

この文脈における「エピタキシャルに成長させる」とは、結晶質基材上への結晶質オーバーレイヤの堆積を意味する。オーバーレイヤはエピタキシャル膜またはエピタキシャル層（エピ層）と呼ばれる。エピ層の結晶は、基板結晶構造に対して十分に規定された配向関係を有する（単一ドメインエピタキシー）。エピタキシャル膜は、気体前駆体または液体前駆体から成長させることができる。基板は種結晶として働くので、堆積膜は、基板結晶に対して１つ以上の結晶学的配向に固定することができる。エピタキシャル層は種から始まって成長するので、基板とエピタキシャル層との間の界面は、例えば透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）によって可視化することができる。

例示的な実施形態では、４Ｈ－ＳｉＣエピ層６は、｛０００１｝配向４Ｈ－ＳｉＣ基板７上にエピタキシャル成長された｛０００１｝配向４Ｈ－ＳｉＣエピ層６である。

高移動度層１０は、界面１１において｛０００１｝配向４Ｈ－ＳｉＣエピ層６とゲート酸化物９との間に成長させられる。

ＧａＡｓ、Ｉｎ（Ｇａ）Ｐ、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ、Ｉｎ（Ｇａ）Ｓｂ、ＡｌＮ、ＩＩＩ－Ｖ、ＧａＮ、ＳｉＧｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧｅＳｎ、ＳｉＧｅＳｎ、３Ｃ－ＳｉＣ、または他のＳｉＣポリタイプなど、４Ｈ－ＳｉＣ／ＳｉＯ_２界面と比較して、ＳｉＯ_２による低界面欠陥密度Ｄ_ｉｔを示す任意の高移動度チャネルが使用され得る。本発明によると、高移動度層１０はエピタキシャル３Ｃ－ＳｉＣで形成される。高移動度層１０の垂直厚みは、０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲であり、例示的一実施形態では０．５ｎｍ～１０ｎｍの範囲である。既に上で言及したように、ＳｉＯ_２／ＳｉＣ界面近くの欠陥は、電荷キャリアの移動度を低下させ、なぜならば、ＳｉＣ酸化プロセスは、ＳｉＣ－酸化物界面およびその近くで動力学的に安定した欠陥を生成し、これは、例えば、ＳｉＯ_２／４Ｈ－ＳｉＣで反転層の電子の深刻なトラップおよび散乱を引き起こすからである。界面における高移動度層により、４Ｈ－ＳｉＣにおけるキャリア移動度はＳｉＣのバルク移動度に近くなる。酸化物とＳｉＣとの間の層（高移動度層）は、例えば、ＳｉＣ－酸化物界面およびその近傍におけるこのような運動学的に安定な欠陥の数を低減するので、電荷キャリアの移動度を改善し、その結果、Ｒ_ｏｎを低下させ、その結果、例えば、ゲートをより低い電圧で駆動することができ、その結果、より小さな酸化物フィールドをもたらし、それによって、閾値安定性および酸化物長期信頼性が改善され、トランジスタチャネル長の積極的なスケーリングは、チャネル抵抗を低減するためにもはや必要とされず、したがって、短チャネル効果を回避することができる。

本発明によれば、ＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴのチャネルにおけるキャリア移動度を向上させるために、４Ｈ－ＳｉＣ（０００１）基板上に成長した３Ｃ－ＳｉＣエピ層と４Ｈ－ＳｉＣエピ層を組み合わせることが提案される。この３Ｃ－ＳｉＣ／４Ｈ－ＳｉＣヘテロ構造は、両方のポリタイプの強度、すなわち高度な成長技術ならびに４Ｈ－ＳｉＣの大きなバンドギャップおよび界面欠陥に関して高品質の３Ｃ－ＳｉＣ／酸化物界面から利益を得る。ＳｉＣヘテロ構造パワーＭＯＳＦＥＴのこの例示的な実施形態のプロセス統合の概略図が、図３Ａ～図３Ｆに示される。ｎ^－４Ｈ－ＳｉＣエピ層６は、ｎ^＋４Ｈ－ＳｉＣ（０００１）基板７の上に成長し、ドリフト領域材料として作用する。ｐチャネル４、ｐウェル３、およびｎ^＋＋オーミックコンタクト５などの標準的な注入ステップが完了した後（図３Ａ）、化学気相成長（ＣＶＤ）技術を用いて、注入されたウェハ表面の上に高移動度層１０として薄い３Ｃ－ＳｉＣ層１０をエピタキシャル成長させる。次いで、この層は、３Ｃ－ＳｉＣ／ゲート酸化物界面を形成するために部分的に酸化される（図３Ｂおよび図３Ｃ）。成長した３Ｃ－ＳｉＣ層１０の一部または全部を酸化することが可能である。３Ｃ－ＳｉＣと４Ｈ－ＳｉＣとの間の小さな格子不整合（面内格子不整合は約０．０８％になる）、および高い成長温度を適用する可能性のため、低欠陥層および界面、すなわち３Ｃ－ＳｉＣ／４Ｈ－ＳｉＣを保証するために、４Ｈ－ＳｉＣ上に高品質の３Ｃ－ＳｉＣエピ層１０を成長させるためにヘテロエピタキシャル成長技術が開発されている。デバイスの製造は、金属ゲートエッチング、絶縁およびオーミックコンタクト形成によって完成される（図３Ｄ～図３Ｆ参照）。

このチャネルパッシベーションおよび酸化技術のいくつかの利点は、以下の通りである：
１．進歩した技術の利点（例えば、エピタキシャル成長、デバイス処理）および反転チャネルに対する４Ｈ－ＳｉＣの電子特性（例えばバンドギャップ）を利用し、
２．３Ｃ－ＳｉＣ／酸化物界面の低い界面欠陥密度の結果、キャリア散乱がより少なくなり、したがって、反転層の電子移動度が増強され、
３．より高い電子移動度は、ＳｉＣパワーＭＯＳＦＥＴの、より低いＲ_ｏｎを可能にし、それは、特に、商業的に高く関連性のある電圧クラス（≦１．７ｋＶ）についてオン状態電力損失およびスイッチング損失を低減するために必須であり、
４．成長させた３Ｃ－ＳｉＣ層を、その場で、すなわち窒素（Ｎ）などのｎ型ドーパントを用いて、ドープすることができ、それは、界面カウンタドープ層を形成することにより、Ｄ_ｉｔを低減することを支援するかもしれない。

先行技術の炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴとは対照的に、および例えば図３Ｃから明らかなように、３Ｃ－ＳｉＣとの界面は、ｎｍの範囲の厚みを有するに過ぎず、チャネル内に位置しない。本発明のデバイスにおけるキャリア輸送は、４Ｈ－ＳｉＣに留まる。界面における高移動度層により、４Ｈ－ＳｉＣにおけるキャリア移動度は、ＳｉＣのバルク移動度に近くなる。

パワーＭＯＳＦＥＴの代わりに、高移動度層の本発明の概念は、ＭＯＳゲートＪＦＥＴまたは例えば図４に開示されるように例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）にも適用することができる。

本発明に係る縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴの製造方法は、ｎ^＋型の｛０００１｝配向４Ｈ－ＳｉＣ基板を提供することと、４Ｈ－ＳｉＣ基板上に、ドリフト領域として機能するｎ^－型の｛０００１｝配向４Ｈ－ＳｉＣエピ層をエピタキシャル成長させることと、ドリフト領域内に、ｐ^＋＋型のソース領域とｐ型のウェル領域とｐ型のチャネル領域とｎ^＋＋型のコンタクト領域とを注入することと、たとえば化学気相成長または有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）など、良質な層を提供し、したがって欠陥の数がほんのわずかである任意の方法を用いて、注入されたウェハ表面の上に３Ｃ－ＳｉＣの高移動度層をエピタキシャル成長させることとを含み、高移動度層の垂直方向の厚みは、０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲であり、この方法はさらに、高移動度層を部分的に酸化することと、金属ゲートを形成するためのエッチングプロセスを実行することと、ゲート絶縁物を堆積することと、ゲート酸化物上に金属ゲートを形成することと、ソース領域と接触するためのオーミックコンタクトを形成することとを含む。

この方法によれば、例えば、特に、上述の商業的に関連性の高い電圧クラスに対して、反転層の電子移動度が向上され、オン状態電力損失およびスイッチング損失が低減された、本発明による縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴが容易に得られる。

本発明は特定の実施形態に関連して説明されてきたが、多くの他の設計変更および修正が当業者には明白であろう。

Claims (9)

1. 縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴ（１）であって、
   ドレインとしてのｎ^＋型の４Ｈ－ＳｉＣ基板（７）と、
   前記４Ｈ－ＳｉＣ基板（７）上にエピタキシャル成長させられ、ドリフト領域として機能するｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層（６）と、
   前記ドリフト領域に注入された、ｐ^＋＋型のソース領域（２）、ｐ型のウェル領域（３）、ｐ型のチャネル領域（４）、およびｎ^＋＋型のコンタクト領域（５）と、
   前記ソース領域（２）および前記ドリフト領域からゲート酸化物（９）によって絶縁されるゲート（８）と、
   界面（１１）において前記４Ｈ－ＳｉＣエピ層（６）と前記ゲート酸化物（９）との間にある高移動度層（１０）とを備え、前記高移動度層（１０）の垂直方向の厚みは０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲にあり、
   前記ゲート（８）は金属ゲートであり、
   前記高移動度層（１０）は、エピタキシャル３Ｃ－ＳｉＣで形成されることにおいて特徴付けられる、縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴ（１）。
2. 前記４Ｈ－ＳｉＣ基板（７）は｛０００１｝配向４Ｈ－ＳｉＣ基板（７）であり、前記４Ｈ－ＳｉＣエピ層（６）は｛０００１｝配向４Ｈ－ＳｉＣエピ層（６）である、請求項１に記載の縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴ（１）。
3. 前記高移動度層（１０）はｎ型である、請求項１または２に記載の縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴ（１）。
4. 前記縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴのキャリアは、ｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層（６）で輸送されるが、前記高移動度層では輸送されない、請求項１～３のいずれか１項に記載の縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴ（１）。
5. 前記高移動度層（１０）の垂直方向の厚みは０．５ｎｍ～１０ｎｍの範囲にある、請求項１～４のいずれか１項に記載の縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴ（１）。
6. 縦型炭化珪素パワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２１）であって、
   フィールドストップ層としてｎ型の４Ｈ－ＳｉＣ基板（２７）と、
   前記４Ｈ－ＳｉＣ基板（２７）上にエピタキシャル成長させられ、ドリフト領域として機能するｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層（２６）と、
   前記ドリフト領域内に注入された、ｐ^＋＋型のエミッタ領域（２２）、ｐ型のウェル領域（２３）、ｐ型のチャネル領域（２４）、およびｎ^＋＋型のコンタクト領域（２５）と、
   前記エミッタ領域（２２）および前記ドリフト領域からゲート酸化物（２９）によって絶縁される金属ゲート（２８）と、
   前記フィールドストップ層（２７）上において前記ドリフト領域と対面するｐ^＋型のコレクタ層（２１２）と、
   界面（２１１）において、前記４Ｈ－ＳｉＣエピ層（２６）と前記ゲート酸化物（２９）との間にある高移動度層（２１０）とを備え、前記高移動度層（２１０）の垂直方向の厚みは０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲であり、
   前記高移動度層（２１０）は、エピタキシャル３Ｃ－ＳｉＣで形成される、縦型炭化珪素パワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２１）。
7. 前記高移動度層（２１０）の垂直方向の厚みは０．５ｎｍ～１０ｎｍの範囲にある、請求項６に記載の縦型炭化珪素パワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２１）。
8. 縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴの製造方法であって、
   ｎ^＋型の４Ｈ－ＳｉＣ基板を提供することと、
   前記４Ｈ－ＳｉＣ基板上にドリフト領域として働くｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層をエピタキシャル成長させることと、
   前記ドリフト領域内に、ｐ^＋＋型のソース領域とｐ型のウェル領域とｐ型のチャネル領域とｎ^＋＋型のコンタクト領域とを注入することと、
   化学気相成長（ＣＶＤ）または有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）のうちの１つを用いて、前記注入された基板表面の上に３Ｃ－ＳｉＣの高移動度層をエピタキシャル成長させることとを含み、前記高移動度層の垂直方向の厚みは、０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲であり、前記製造方法はさらに、
   前記高移動度層を部分的に酸化することと、
   金属ゲートを形成するためのエッチングプロセスを実行することと、
   ゲート酸化物としてゲート絶縁物を堆積することと、
   前記ゲート酸化物上に金属ゲート（８）を形成することと、
   前記ソース領域と接触するためのオーミックコンタクトを形成することとを含む、縦型炭化珪素パワーＭＯＳＦＥＴの製造方法。
9. 縦型炭化珪素パワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の製造方法であって、
   フィールドストップ層としてｎ型の４Ｈ－ＳｉＣ基板を設けることと、
   前記４Ｈ－ＳｉＣ基板上にドリフト領域として働くｎ^－型の４Ｈ－ＳｉＣエピ層をエピタキシャル成長させることと、
   前記フィールドストップ層上において前記ドリフト領域と対面するｐ^＋型のコレクタ層を堆積させることと、
   前記ドリフト領域内に、ｐ^＋＋型のエミッタ領域とｐ型のウェル領域とｐ型のチャネル領域とｎ^＋＋型のコンタクト領域を注入することと、
   化学気相成長（ＣＶＤ）または有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）のうちの１つを用いて、前記注入されたウェハ表面上に３Ｃ－ＳｉＣの高移動度層をエピタキシャル成長させることとを含み、前記高移動度層の垂直方向の厚みは、０．１ｎｍ～５０ｎｍの範囲であり、前記製造方法はさらに、
   前記高移動度層を部分的に酸化することと、
   金属ゲートを形成するためのエッチングプロセスを実行することと、
   ゲート酸化物としてゲート絶縁物を堆積することと、
   前記ゲート酸化物上に前記金属ゲートを形成することと、
   前記エミッタ領域と接触するためのオーミックコンタクトを形成することとを含む、縦型炭化珪素パワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の製造方法。

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