JPH09503626A - 高いラッチアップ耐性を備えた炭化ケイ素ベースのｍｉｓ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＭＩＳ構造はｎ形のドリフト領域（１）、ドリフト領域（１）の表面に配置されたベース領域（３）、ベース領域（３）にイオン注入されたｎ⁺形ソース領域（２）、ベース領域（３）とソース領域（２）とを短絡するソース電極（Ｓ）、及びベース領域（３）のチャネル領域（３２）の抵抗を絶縁体領域（５）を介して制御するゲート電極（Ｇ）を有する。ソース領域（２）全体の下側のイオン注入されたｐ⁺形の部分領域（３３）においてベース領域（３）はチャネル領域（３２）より高くドープされている。

Description

【発明の詳細な説明】 高いラッチアップ耐性を備えた炭化ケイ素ベースのＭＩＳ構造 この発明はＭＩＳ構造に関する。 ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）構造は一連の重要な半導体デバイスの基礎を 成すものである。ＭＩＳ構造で特徴のあるものは、絶縁体を介して電気的に絶縁 されて半導体の表面に配置されたゲート電極で、これに電界がかけられるとゲー ト電極の下にある半導体の表面近くの範囲（チャネル）の電気抵抗が制御される 。このような構造はそれ故屡々ＩＧ（絶縁ゲート）構造とも称される。チャネル 領域はこれと異なる導電形にドープされた半導体の２つの他の領域を接続する。 チャネル領域の導電形に相当した極性、即ちｎ形ドープの際には負、ｐ形ドープ の際には正の極性を持つゲート電圧は電気的に導電性の反転層をチャネル領域に 生成する。このようなＭＩＳ構造のチャネル領域の制御性は印加されるゲート電 圧、チャネル領域のドーパント濃度及びまた絶縁体膜の厚さに依存する。一般に ＭＩＳ構造においてはドリフト領域と呼ばれる第一の半導体領域が設けられ、そ の表面にベースと呼ばれる第二の半導体領域が拡散（ＤＭＯＳ技術）或いは注入 により形成される。このベースにソースと呼ばれる第三の半導体領域が拡散或い は注入により形成される。ソースとドリフト領域とは同一の導電形、通常は正孔 に比して電子の方が移動度が高いのでｎ導電形に選ばれている。ソースは一般に ドリフト領域よりも明らかに高くドープされる。これに対してベースは他の導電 形、即ち通常ｐ導電形に選ばれている。ソース領域とドリフト領域とを接続する ベースの表面に近い範囲はチャネル領域を形成する。一般にチャネル領域以外の 範囲においてベースとソースとはソース電極を介して電気的に短絡され、即ち同 一電位に置かれている。ドリフト領域は一般に例えばエピタキシャル成長により 半導体基板に生成されている。 このようなＭＩＳ構造は、ドレイン領域或いは単にドレインとも呼ばれる通常 高くドープされたもう一つの半導体領域を設け、これにドレイン電極を接続する ことにより、ＭＩＳＦＥＴ（金属−絶縁体−半導体−電界−効果−トランジスタ ） またＩＧＢＴ（絶縁−ゲート−バイポーラ−トランジスタ）に構成される。ソー スとドレインとの間にはデバイスの動作電圧が印加される。ドレイン領域はドリ フト領域のソースと同一側の表面に形成される（横型構造）か、ドリフト領域或 いは半導体基板の反対側に形成される（縦型構造）。縦型構造は特に大電流、高 電圧を伴うパワーエレクトロニクスに適している。なぜならドリフト領域の表面 近くの水平範囲だけでなく、ドリフト領域及び場合によっては半導体基板の全体 が電流伝送及び電圧降下に用立てられるからである。ドレイン領域をドリフト領 域と同じ導電形、即ち通常ｎ導電形に選ぶ場合、ＭＩＳＦＥＴが得られる。これ に対してドレイン領域をドリフト領域と反対の導電形に選ぶ場合、ドレイン領域 とドリフト領域との間に付加的なｐｎ接合ができるのでバイポーラデバイス、即 ちＩＧＢＴ（絶縁−ゲート−バイポーラ−トランジスタ）が得られる。この場合 慣用的には、ソースはバイポーラトランジスタのエミッタ、またドレインはバイ ポーラトランジスタのコレクタと呼ばれる。 ＭＩＳ構造及びこれにより形成されたデバイスは一般に半導体材料としてシリ コン（Ｓｉ）、絶縁体膜として二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）で形成されているの で、ＭＯＳ（金属−酸化物−半導体）構造とも呼ばれる。しかしながら他の半導 体材料及び他の絶縁体膜を備えたＭＩＳ構造も公知である。 半導体材料としての炭化ケイ素（ＳｉＣ）に形成された横型ＭＯＳＦＥＴは、 ＳｉＣ基板の表面にイオン注入により形成されたソース領域と、その同一表面に ソース領域に対して水平方向にずれて配置され、同様にイオン注入によりＳｉＣ 基板に形成されたドレイン領域を含んでいる。しかしながらベースは設けられて いない。むしろＳｉＣ基板自体がソース及びドレインとは反対の導電形にドープ されている。ソースとドレインとの間に配置されたチャネル領域はＳｉＣ基板で 作られ、二酸化シリコンからなる絶縁体膜を介して電気的にＳｉＣ基板から絶縁 されたゲート電極により制御可能である。ソース及びドレイン領域はそれぞれソ ース並びにドレイン電極を介して接続されている（国際特許出願公開第８９／０ ４０５６号明細書）。 他の横型ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴは、シリコン基板の上にエピタキシャル成長に より形成されたｎ導電形の第一のβＳｉＣ層と、この第一のＳｉＣ層の上にエピ タキシャル成長により形成されボロンでｐ導電形にドープされた第二のＳｉＣ層 と、それぞれ第二のＳｉＣ層に窒素をイオン注入することにより作られる、従っ てｎ導電形にドープされるソース領域とドレイン領域とを含んでいる。ｐ導電形 の第二のＳｉＣ層の上にはソースとドレインとの間において酸化膜が、その上に ゲート電極が配置されている（日本国特許英文抄録、第１５巻、第１６５号（Ｅ −１０６１）、１９９１年４月２５日、、特開平０３−０３４５７３号）。 公知の縦型ＳｉＣトレンチＭＯＳＦＥＴは、ｎ導電形の基板の上の第一のｎ導 電形のＳｉＣエピタキシャル層、ｎ導電形のＳｉＣ膜の上に配置された第二のｐ 導電形のＳｉＣエピタキシャル層、この第二のｐ導電形のＳｉＣ層の表面にイオ ン注入されたｎ導電形のソース領域を含む。ｎ導電形のソース領域と第二のｐ導 電形のＳｉＣ層を通して、第一のＳｉＣ層の下にまで達する溝（トレンチ）がエ ッチングで形成されている。この溝は酸化膜で覆われ、その後ゲート電極で埋め られている。ｎ導電形の基板のゲートと反対側にはドレイン電極が配置されてい る。第二のｐ導電形のＳｉＣ層はベース領域として設けられている（日本国特許 英文抄録、第１７巻、第６号（Ｅ−１３０２）、１９９３年１月７日、特開平０ ４−２３９７７８号）。 同様に構成されたＳｉＣベースの縦型トレンチＭＯＳＦＥＴはアメリカ合衆国 特許第５１７０２３１号明細書により公知である。この公知のＳｉＣトレンチＭ ＯＳＦＥＴにおいては、ベース領域として設けられた第二のＳｉＣエピタキシャ ル層はエピタキシャル成長の間にアルミニウムでドープされている。ｎ導電形の 基板はＳｉＣからなる。 拡散によりベースを形成し、このベースにソースを拡散により形成するＭＩＳ 構造は、ＳｉＣでの拡散プロセスが不可能或いは可能であったとしても非常に困 難であるので、ＳｉＣでは実際上実現できない。 ＭＩＳ構造の設計に際しては相互に影響し合う多数の相異なる技術的及び物理 的周辺条件を配慮しなければならない。このような周辺条件は、特にソースとド レインとの間の導通電圧ができるだけ低く調整可能であること、即ち導通時に電 流の流れるチャネル領域の抵抗ができるだけ小さいこと、チャネル領域を制御す るゲート電極における閾値電圧ができるだけ低く調整可能であること、そして少 数キャリアによって惹起される寄生バイポーラ効果が抑制されることである。さ らにＭＩＳ構造を高電圧において使用する場合には、ＭＩＳ構造は阻止時におけ る高いブレークダウン耐性を持たなければならない。 特に問題なのは、寄生バイポーラ効果に属するいわゆるラッチアップ効果であ る。ラッチアップは、ソース、ベース及びドリフト領域によってＭＩＳ構造内に 形成されたｎｐｎ或いはｐｎｐトランジスタが制御され、ゲート電圧によるチャ ネル領域の電流の制御性がこれによって部分的に或いは全く失われるときに、導 通範囲における電流が大き過ぎる際に（静的ラッチアップ）或いはソース・ドレ イン電圧のオン・オフの際に（動的ラッチアップ）起こる。その場合ドリフト領 域とベース領域との間のｐｎ接合からベースに接触しているソース電極に電流も しくは前記オン・オフの際にはキャリアの移動が生ずる。この場合このキャリア はベース領域における電気的バルク抵抗に打ち勝たなければならないが、この抵 抗はソース領域全体の下側のベースの範囲を通って移動するキャリアに対して最 も大きい。従って、水平方向のバルク抵抗Ｒとキャリアの電流Ｉとの積に等しい 電圧降下ΔＵ＝Ｒ・Ｉもこのキャリアに対して最大となる。ラッチアップを回避 するためには、この電圧降下ΔＵがソースとベースとの間のｐｎ接合の障壁電圧 （ビルト・イン電圧）よりも小さくなければならない。 ラッチアップ効果を回避するためにシリコンをベースとするＭＩＳ構造におい ては、ｐ形にドープされたベース領域をｎ形にドープされたソース領域の下側の 部分領域においてより強くドープすることが公知である。これによりベース領域 のこのｐ⁺にドープされた部分領域における水平方向のバルク抵抗が低下する。 この高くドープされたベース部分領域を作る際には、ベースのチャネル領域も高 くドープされないようにして、ゲートにおける閾値電圧を上げないようにするこ とが必要である。 ドイツ連邦共和国特許第２７０３８７７号明細書、ヨーロッパ特許出願公開第 ０４８１１５３号明細書或いは日本国特許英文抄録、第１０巻、第４２号（Ｅ３ ８２）、１９８６住２月１９日、特開昭６０−１９６９７５号により公知の縦型 シリコンＭＯＳＦＥＴ並びにビー・ジェイ・バリガ著「最近のパワーデバイス」 1987年，ジョン・ウィリー・アンド・ソンズ（ニューヨーク）、368頁乃至371 頁から公知の縦型シリコンＩＧＢＴにおいてはベースの高くドープされたｐ⁺形 部分領域がソースの一部の下側にしか延びていない。上記２つのＭＯＳＦＥＴに おいてはｐ⁺形の部分領域はイオン注入により作られているが、最後に挙げたＩ ＧＢＴにおいてはこれに対して拡散により作られている。ベースのチャネル領域 の反対側にはソース領域とベースの高ドープｐ⁺部分領域とがソース電極を介し てそれぞれ短絡されている。さらにドイツ連邦共和国特許第２７０３８７７号明 細書により公知のシリコンＭＯＳＦＥＴにおいてはベース領域がドリフト領域へ の移行領域において高くドープされている。この移行領域はソース領域をウェル 状に取り囲み、ある角度でドリフト領域の表面に当接している。 シリコンに形成された縦型ＭＯＳＦＥＴ（フランス特許出願公開第２５５９９ ５８号明細書、日本国特許英文抄録、第１２巻、第３７５号（Ｅ−６６６）、１ ９８８缶１０月７日、特開昭６３−１２２２７７号、「パワー半導体デバイス及 びＩＣに関する第３回国際シンポジウム議事録」ＩＳＰＳＤ’９１、１９５頁乃 至１９７頁）及び縦型ＩＧＢＴ（日本国特許英文抄録、第１７巻、第３５６号（ Ｅ−１３９４）、１９９３年７月６日、特開平０５−０５５５８３号、「パワー 半導体デバイス及びＩＣに関する第３回国際シンポジウム議事録」ＩＳＰＳＤ’ ９１、２１１頁乃至２１４頁）は公知であり、これらにおいてはｐベースのボロ ンのイオン注入により高くドープされたｐ⁺部分領域がソース領域の全体の下側 に延びている。 さらに日本国特許英文抄録、第１０巻、第１５８号（Ｅ−４０９）、１９８６ 年６月６日から同様にシリコンに形成された縦型ＭＯＳＦＥＴが公知であり、こ れにおいてはｐ形ベース領域がｎ形にドープされたドリフト領域への接合領域に おいて高くドープされている。ベースの高くドープされたｐ⁺接合領域によりＭ ＯＳＦＥＴのブレークダウン耐圧が高められる。 この発明の課題は、 (ｉ) 定格運転時の静的及び動的損失電力が小さく、 (ii) 少なくとも約２００Ｖから少なくとも約５０００Ｖまでの阻止電圧に適合 し、 (iii) 高いラッチアップ耐性を持ち、 (iv) ２００℃或いはそれ以上の温度においても、特にチャネル領域の導通及び 阻止特性に関し充分な堅牢性を備えた ＭＩＳ構造を提供することにある。 この課題はこの発明によれば、請求項１に記載の特徴事項により解決される。 即ち、１つの導電形のベース領域をこれと反対の導電形のドリフト領域の表面上 に或いは表面部分に設け、このベース領域にドリフト領域と同じ導電形のソース 領域が配置されている。ベース領域は、少なくとも部分的にソース領域の下側に あって直接ソース領域に接している部分領域において、ソース領域とドリフト領 域との間にあり絶縁体膜及びその上にチャネル領域の抵抗を制御するゲート電極 が設けられているチャネル領域より高いキャリア濃度を持っている。ドリフト領 域、ベース領域及びソース領域はそれぞれ炭化ケイ素（ＳｉＣ）の半導体材料で 作られている。 ＭＩＳ構造の半導体として炭化ケイ素を使用することによって定格運転山の損 失電力をシリコンに比較して明らかに減少させることができ（部分課題(ｉ)）、 シリコンの場合より同じ体積で阻止能力が高く（部分課題(ii)）、並びにシリコ ンをベースとするＭＩＳ構造がもはや機能できない２００℃或いはそれ以上の温 度においても高い堅牢性及び動作確実性（部分課題(iv)）を達成することができ る。 ベース領域のソース領域の下側に高くドープされた部分領域により高いラッチ アップ耐性が保証される（部分課題(iii)）。 この発明によるＭＩＳ構造の有利な構成及び改良は請求項１の従属請求項に記 載されている。 以下、この発明を図面を参照して実施例について詳細に説明する。なお、図面 において、 図１は、ｎ形のドリフト領域にイオン注入により形成されたｐ形のベース領域 と、この領域にイオン注入により形成されたｎ⁺形のソース領域の下側にｐ⁺形の 部分領域を備えたプレーナ型ＭＩＳ構造を、 図２は、ｐ⁺形にドープされｎ形のドリフト領域に接するベース領域の接合領 域を備えたＭＩＳ構造を、 図３は、三重イオン注入により作られたドーピングプロフィルを、 図４は、ベース領域としてエピタキシャル成長により形成されたｐ層を備えた ＭＩＳ構造を、 図５は、ＭＩＳＦＥＴ或いはＩＧＢＴとして構成されたＭＩＳ構造を、 図６は、トレンチ−ＭＩＳ構造をそれぞれ概略的に示す。なお、各図において ＭＩＳ構造の互いに対応する部分は同一の符号で示されている。 図１においてドリフト領域は１で、ドリフト領域の表面は１０で、ソース領域 は２で、ソース領域の表面は２０で、ベース領域は３で、ベース領域の表面は３ ０で、ベース領域３のチャネル領域は３２で、ベース領域３の部分領域は３３で 、絶縁体領域は５で、ゲート電極はＧで、ソース電極はＳで示されている。ドリ フト領域１は炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなるｎ導電形の半導体領域、好適にはエ ピタキシャル成長により形成され例えば窒素（Ｎ）でドープされるＳｉＣ層であ る。ベース領域３はその２つの付属する領域、即ちチャネル領域３２と部分領域 ３３と共にＳｉＣからなるｐ導電形の半導体領域である。ソース領域２は、好適 にはドリフト領域１より高いキャリア濃度（ｎ⁺）を備えたＳｉＣからなるｎ導 電形の半導体領域である。ｐ形のベース領域３はドリフト領域１の表面１０の中 に配置され、好適にはドーパント原子をアクセプタとしてドリフト領域１にイオ ン注入することによって作られる。ｎ⁺形のソース領域２は好適にはドーパント 原子をドナーとしてイオン注入することによりベース領域３に作られ、ドリフト 領域１からベース領域３によって完全に隔てられている。ベース領域３の表面３ ０に接して配置されたチャネル領域３２の上には、好適にはソース領域２の表面 ２０の一部の上にまで延びている絶縁体領域５が配置されている。絶縁体領域５ の上にはゲート電極Ｇがチャネル領域３２の電気抵抗の制御のために設けられて いる。ソース電極Ｓは絶縁体領域５で覆われていないソース領域２の自由表面の 少なくとも一部の上及びベース領域３が接する表面３０の少なくとも自由部分の 上に配置されている。それ故ソース電極Ｓによってソース領域２とベース領域３ とは電気的に短絡されている。 ソース領域２の表面２０から見て、ソース領域２全体の下側に直接ソース領域 ２に接して延びている部分領域３３においてベース領域３は、少なくともチャネ ル領域３２よりも高いキャリア濃度（ｐ⁺）に形成されている。これは好ましく はソース領域２の下側のベース領域３のこの領域部分３３に追加的なドーパント 原子（アクセプタ）をイオン注入することによって得られる。その場合イオンの 注入深度は、イオンエネルギーを適当に選択することによって、多数のイオンが 部分領域３３に達し、そこにアクセプタとして正孔のキャリア濃度を高めるよう に調整される。図示のＭＩＳ構造の実施例においてはｐ⁺形の部分領域３３並び にｎ⁺形のソース領域２を作るための両方のイオン注入に際してそれぞれ同一の マスクを使用して表面２０の範囲外にある表面部分を覆う。 ソース領域２の下側の好適には注入されたｐ⁺形の部分領域３３によってこの 臨界範囲におけるベース領域３のバルク抵杭は低減されている。これによりＭＩ Ｓ構造のより高いラッチアップ耐性が得られる。ｐ⁺形の部分領域３３における ドーパント濃度（即ちドーピング）は半導体材料、ソース領域２のドーピング及 びこれから生ずるソース領域２とベース領域３との間のｐｎ接合のビルト・イン 電圧に関係して、さらにベース領域３とドリフト領域１との間のｐｎ接合にＭＩ Ｓ構造の阻止時に加わる電圧に関係して選ばれ、好ましくはソース領域２のドー ピングより小さい。部分領域３３はそのソース領域２と反対側でも直接ドリフト 領域１に接するように形成することができる。 図２においては図１によるＭＩＳ構造の実施例の有利な改良例を示す。ソース 領域２の下側のｐ⁺形の部分領域３３の他にベース領域３は、直接ドリフト領域 １に接し、接合領域３４として示される高くドープされた部分領域を備える。接 合領域３４においてベース領域３はそのチャネル領域３２よりも強くｐ形（ｐ⁺ ）に、好ましくはその部分領域３３よりも弱くｐ形にドープされている。ベース 領域３が接合領域３４において高いキャリア濃度を持つことにより接合領域３４ とドリフト領域１との間のｐｎ接合における高いブレークダウン耐性が保証され る。接合領域３４のｐ⁺形のドーピングは好ましくはアクセプタイオンをそれだ け高いエネルギーでベース領域３の表面３０に深くイオン注入することにより作 られる。接合領域３４は適当に選ばれたマスク技術によって、例えばその厚さが 可変である傾斜したマスクで、、少なくともチャネル領域３２から離れたベース 領域３側においてベース領域３の表面３０にまで達するようにすることもできる 。 特に有利な実施例としてＭＩＳ構造は順次行われる三重のイオン注入工程によ り作られる。第一のイオン注入工程ではドリフト領域１の表面１０のベース領域 ３の表面３０を規定する部分範囲にベース領域３が作られる。表面１０からの深 度ｔに対するドーピング分布を適当に設定することにより、ベース領域３は、好 ましくはその表面３０にチャネル領域３２として設けられる少なくとも１つの領 域に、そのドリフト領域１に対する接合領域３４よりも低いドーピングを持つ領 域が形成される。次に第二のイオン注入工程においてソース領域２の表面２０を 規定するベース領域３の表面３０の部分範囲に部分領域３３が作られる。その場 合イオンのドーピング濃度分布及びエネルギーは、部分領域３３がチャネル領域 ３２より高くドープされるように設定される。最後に、第二のイオン注入工程と 同じ表面範囲に、第三のイオン注入工程でソース領域２が表面２０に作られる。 この第三のイオン注入工程におけるドーピング分布は、ソース領域２が高いドー プ濃度となるのが望ましいので、表面２０にその最高値があり、その下側にある ベース領域３の部分領域３３に向かって順次低下していくようにされる。第二及 び第三のイオン注入工程のドーピング分布は、高くドープされたソース領域２が 高くドープされた部分領域３３に直接移行するように相互に調整される。 ３つのイオン注入工程の順番は勿論任意に変えることができる。 図３にはこのように３重にイオン注入された、図２の実施例のＭＩＳ構造にお けるドーピング分布の例を示す。この図は、１ｃｍ₃当たりのドーパント原子の 数Ｎとドリフト領域１の表面１０から測定した深度ｔとの関係を、ソース領域２ 、ベース領域３及びドリフト領域１を通り、表面１０、従って表面２０に対して 垂直な断面に沿って示している。 ドリフト領域１のｎ形基礎ドープはｎ₁で示され、深度ｔ全体にわたってほぼ 一定である。第一のイオン注入工程で行われるベース領域３のｐ形ドープはｐ₁ で示されている。深度ｔに関係したドーピングｐ₁＝ｐ₁(t)は深度ｔ＝ｔ₃₃と深 度ｔ＝ｔ₃₄との間で最高値（ピーク）を示し、深度ｔ＝０とｔ＝ｔ₃₂との間にお いて平坦である。ｔ＝ｔ₃₂と最高値との間でドーピングｐ₁(t)は連続的に上昇し 、最高値と深度ｔ＝ｔ₃₄との間で比較的急激に下降する。深度ｔ＝ｔ₃₄において ドーピングｐ₁(t)はドリフト領域１の基礎ドープｎ₁を下回る。深度ｔ₃₄ はそれ故ドリフト領域１に対するベース領域３の限界を規定する。ドープ濃度ｐ₁ (t)の最高値付近の深度範囲によってベース領域３の高くドープされたｐ⁺形の 接合領域３４が規定される。しかしながら図示された接合領域３４或いはまたベ ース領域３の部分領域３３の限界はおよその限界を表すに過ぎないことを指摘し ておく。第二のイオン注入工程において作られるベース領域３に対する他のｐ形 ドープはｐ₂で表されている。深度ｔの関数ｐ₂(t)としてこのドープ濃度ｐ₂は深 度ｔ＝ｔ₂と深度ｔ₃₃との間で際立った最高値を示す。深度ｔ₃₃においてドープ ｐ₁とｐ₂は一致している、即ちｐ₁(t₃₃)＝ｐ₂(t₃₃)であり、それより大きい深度 ｔ＞ｔ₃₃で第二のドープＰ₂は第一のドープＰ₁より小さい。ソース領域２に対し ては第三のイオン注入工程でｎ₂で表されているｎ形ドープが行われる。この第 三のドープ濃度ｎ₂(t)はｔ＝０とｔ＝ｔ₂との間の深度範囲において両ドープｐ₁ とｐ₂の和よりも大きく、深度ｔ＝ｔ₂においてドープｐ₂と等しく、即ちｎ₂(t₂) ＝ｐ₂(t₂)であり、それより大きい深度ｔ＞ｔ₂でさらに減少する。従って深度ｔ₂ の高ドープされたｎ⁺形のソース領域２が生ずる。 図２には示されていない、ベース領域３の表面３０に対して垂直にチャネル領 域を通る断面において、この実施例ではドリフト領域１の基礎ドープｎ₁とさら になお第一のｐ形ドープｐ₁とからなるドーピング分布が生ずる。チャネル領域 ３２ではドープは好ましくはほぼ一定のドープｐ₁によって定まり、０≦ｔ≦ｔ_{3 2} に対して好ましくは明らかに基礎ドープｎ₁より大きく設定されている。チャネ ル領域３２の設定されるべき深度ｔ₃₂はその場合ゲート電極Ｇに加わるゲート電 圧、絶縁体領域５の厚さ及びドープｐ₁の大きさに関係する。 個々のドープｎ₁、ｎ₂、ｐ₁及びｐ₂の最高値はＭＩＳ構造の所望の特性に基づ いて決まる。一般にはソース領域２に対するドープｎ₂の最高値はベース領域３ に対する両ドープｐ₁及びｐ₂の最高値より大きく選ばれる。特に接合領域３４に 対する第一のｐ形ドープｐ₁の最高値もベース領域３の部分領域３３に対する第 二のｐ形ドープｐ₂の最高値よりも低く選ばれる。最高ドープの代表値はｎ形ド ープｎ₂に対して１０¹⁸ｃｍ^-3と１０²¹ｃｍ^-3との間であり、第一のｐ形ドープ ｐ₁に対して１０¹⁶ｃｍ^-3と１０¹⁸ｃｍ^-3との間であり、第二のｐ形ドープｐ₂に 対して１０¹⁷ｃｍ^-3と１０¹⁹ｃｍ^-3との間である。基礎ドープｎ₁は一 般に１０¹³ｃｍ^-3と５×１０¹⁶ｃｍ^-3との間に設定される。チャネル領域３２の 深度ｔ₃₂は一般に０．１μｍと１μｍとの間、ソース領域２の深度ｔ₂は一般に ０．５μｍ、部分領域３３の深度ｔ₃₃は一般に０．５μｍと１μｍとの間、接合 領域３４の深度ｔ₃₄は一般に１μｍと３μｍとの間である。勿論それより小さい 或いは大きい深度も設定可能である。 イオン注入のためのエネルギーは特に３００ｋｅＶと２ＭｅＶとの間に設定さ れる。 イオン注入はＳｉＣのドープには特に適した方法である。なぜならＳｉＣの拡 散プロセスは実質的に不可能であるからである。 ベース領域３は他の実施例においてはドリフト領域１にエピタキシャル成長さ せることもできる。このような実施例は図４に示されている。エピタキシャル成 長したベース領域３にイオン注入によりソース領域２及びその下に部分領域３３ が形成されている。ソース領域２は好ましくは繋がっているが、その内部範囲に はエッチング工程によりベース領域３の部分領域３３にまで達するコンタクトホ ール９が形成されている。好ましくはソース領域２は回転対称のリングとして形 成されている。ソース領域２とベース領域３の部分領域３３とは、ソース領域２ の表面から好ましくはコンタクトホール９全体を通って延びているソース電極Ｓ を介して電気的に互いに接続されている。ベース領域３の高ドープの部分領域３ ３はソース電極Ｓにまで延びているので、ＭＩＳ構造のこの実施例はベース領域 ３のバルク抵杭が特に小さく、特に高いラッチアップ耐性を持っている。好まし くはベース領域３はソース領域２の周りにおいて、その表面３０がそこで少なく とも部分的にドリフト領域１に向かって傾斜するようにパターン化されている。 ベース領域３の表面３０の上には絶縁体領域５及びゲート電極Ｇからなるゲート 構造が配置されている。ゲート電極Ｇにより制御される表面３０のこの範囲の下 にあるチャネル領域３２は、その場合、同様に少なくとも部分的に傾斜している 。チャネル領域３２の長さはそれ故ベース領域３を形成するエピタキシャル層の 厚さにも関係する。 図５はＭＩＳ構造をＭＩＳＦＥＴ或いはＩＧＢＴに構成した実施例を示す。ド リフト領域１の表面１０に好ましくは多数のベース領域３が配置され、その中に イオン注入により形成されたソース領域２が設けられている。なお、図５では多 数のベース領域のうち２個だけが示されている。各ソース領域２の下側にベース 領域３の高ドープ部分領域３３が配置されている。各ソース領域２の中には部分 領域３３にまで達するコンタクトホール９が形成されている。好ましくはこのコ ンタクトホール９の深度ｔ_Hはソース領域２の深度ｔ₂より大きい。コンタクトホ ール９内に露出しているベース領域３の部分領域３３の表面はソース電極Ｓを介 してソース領域２の表面２０と接触している。ソース電極Ｓは分かり易くするた めに右側にあるソース領域２についてのみ示されている。 唯一の連続したソース領域２の代わりに各ベース領域３には、好ましくは２つ の帯状のソース領域２をそれぞれ設けることもできる。この場合ソース領域２は 好ましくはコンタクトホール９によって互いに隔てられている。ソース領域２と ドリフト領域１とをそれぞれ接続しているチャネル領域３２は、連続したリング 状のソース領域２の場合は特に同様にソース領域２の周りの連続した領域である のが良く、このチャネル領域３２の絶縁体領域５の上にはチャネル領域３２の電 気抵抗を制御するそれぞれ１つのゲート電極Ｇが配置されている。この場合直接 隣接する２つのベース領域３に好ましくは１つの共通のゲート電極Ｇが設けられ ている。ドリフト領域１は特にエピタキシャル成長した層として基板８の上に配 置されている。基板８は１つの好ましくはドリフト領域１と同一の半導体材料で 作られ、好ましくはドリフト領域１より高くドープされている。 ドリフト領域１の反対側の基板８の表面にはドレイン電極Ｄが配置されている 。このドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間にＭＩＳデバイスに対する動作電圧 が印加される。動作中ほぼ縦方向にドリフト領域１及び基板８を通って電流が流 れるこのような縦型構造は、特に大電流、高電圧のパワーエレクトロニクスにお いて適用するのに適している。 ＭＩＳＦＥＴとして構成されたＭＩＳ構造の実施例においては、基板８はドリ フト領域１と同一の導電形に、即ちｎ導電形のドリフト領域１の場合はｎ導電形 に、ｐ導電形のドリフト領域１の場合はｐ導電形に選ばれている。 これに対してＩＧＢＴとして構成されたＭＩＳ構造の実施例においては、基板 ８はドリフト領域１と反対の導電形に、即ちｎ導電形のドリフト領域１の場合は ｐ導電形に、ｐ導電形のドリフト領域１の場合はｎ導電形に選ばれている。この 場合ＩＧＢＴのコレクタとして設けられたドレイン電極Ｄと、ＩＧＢＴのエミッ タとして設けられたソース電極Ｓとの間には、このＩＧＢＴにおいては、ＭＩＳ ＦＥＴの場合のような２つだけのｐｎ接合の代わりに３つのｐｎ接合が配置され ている。これにより導通時の電流伝送に両方の電荷キャリア、即ち正孔と電子が 寄与する（バイポーラデバイス）。 図示されてないが、ＭＩＳ構造の他の実施例においてはドリフト領域１として 半導体基板を用いることができる。ドレイン電極はこの場合、ベース領域とソー ス領域とを備えたドリフト領域の表面と反対側のドリフト領域の表面に配置され る。 ドレイン電極は、さらに別の同様に図示されてないＭＩＳ構造の実施例におい ては、ドリフト領域のソース電極と同一側の表面に配置することもできる。この ようにすれば互いに水平方向にずれて配置されたソースとドレインとを備えた横 型構造が得られる。 さらにまた有利な実施例においては、ドリフト領域１であれ或いは基板８であ れ、ドレイン電極と接触している半導体領域が少なくともこのドレイン電極の下 のドレイン領域において高くドープされている。このドレイン領域は好ましくは 同様に対応のドナー或いはアクセプタ原子をイオン注入することによって作られ る。ドレイン領域の導電形を適当に選択することにより横型或いは縦型のＭＩＳ ＦＥＴ或いはＩＧＢＴを得ることができる。 図６にはトレンチ型のＭＩＳ構造の実施例が示されている。ｎ形にドープされ たドリフト領域１の表面１０にｐ形にドープされたベース領域３が配置されてい る。ドリフト領域１はこの場合も好ましくはエピタキシャル層である。ベース領 域３は好ましくはドリフト領域１にエピタキシャル成長されるが、イオン注入に より形成してもよい。ベース領域３には少なくとも１つのソース領域２が注入さ れている。ソース領域２の下のベース領域３の高くドープされた部分領域３３は 好ましくはソース領域２の脇のベース領域３の表面３０にまで延びている。ベー ス領域３を通して切欠１１が例えばイオンエッチングにより作られ、これは下方 でドリフト領域１にまで達している。この切欠１１の表面には絶縁体領域５とし て絶縁膜、特に薄い熱酸化膜が配置され、これはソース領域２まで達している。 絶縁体領域５の上に、例えば金属或いはポリシリコンからなるゲート電極Ｇが配 置されている。ゲート電極Ｇは他の絶縁体膜６で覆われている（埋め込みゲート ）。この絶縁体膜６にはソース領域２の範囲において窓が形成されている。この 窓を通してソース領域２とベース領域３の部分領域３３とは絶縁体膜６の上に析 出されたソース電極Ｓを介して接触している。ベース領域３のチャネル領域３２ は切欠１１の側面側の壁に沿って形成されている。切欠１１は特にＶ形或いはＵ 形に形成される。 上述のＭＩＳ構造の実施例とは異なりベース領域３の高くドープされた部分領 域３３はまたソース領域２の一部の下にだけ延びるようにすることもできる。ラ ッチアップ耐性は、ベース領域３の高ドープ部分領域３３がソース領域２の下に 部分的にしか配置されてない場合においても向上する。部分領域３３の寸法はそ の場合必要なラッチアップ耐性に合わせて選ばれる。 上述の全ての実施例においてＭＩＳ構造の個々の半導体領域の導電形は交換可 能な、即ちｎ形にドープされた領域をｐ形にドープされた領域とし、ｐ形にドー プされた領域をｎ形にドープされた領域とすることができる。ドーピングの導電 形は、その場合特にイオン注入による個々のドープ工程においても前述の実施例 に対して丁度補完的になるように選ばれている。 ドーパントとしては原理的には炭化ケイ素（ＳｉＣ）に適した全てのアクセプ タ或いはドナー材料、例えばｐ形ドープにはホウ素（Ｂ）或いはアルミニウム（ Ａｌ）、ｎ形ドープには窒素（Ｎ）が挙げられる。 ゲート電極Ｇ及び絶縁体領域５には原理的には現在使われている全ての材料が 適用可能である。しかしながら好ましくは絶縁体領域５の絶縁体物質として、特 に熱酸化或いはまたＣＶＤプロセスによって形成される二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）が選ばれる。 ソース領域２の下のベース領域３のｐ⁺形の部分領域３３は特に良好な実施例 においてはアルミニウム（Ａｌ）でドープされている。ベース領域３の部分領域 ３３をアルミニウムでドープすると、広い温度範囲にわたってソース領域２の下 のベース領域３の水平方向のバルク抵抗が僅少となる。アルミニウムはＳｉＣに おいてホウ素より平坦なアクセプタレベルを有し、より強くイオン化されている 。アルミニウムをアクセプタとすることによりホウ素の場合より約１０倍高いＳ ｉＣの導電性が得られる。ベース領域３の高ドープ部分領域３３がソース電極Ｓ にまで延びている実施例においては、アルミニウムドープによりベース領域３と ソース電極Ｓとの間の特に良好な接触が作られる。 ベース領域３のチャネル領域３２は特にホウ素（Ｂ）でｐ形にドープされる。 この場合ドープ濃度は好ましくは部分領域３３よりも明らかに小さくする。チャ ネル領域３２の低ホウ素ドープによりＭＩＳ構造の低い閾値電圧が得られる。ホ ウ素をチャネル領域３２のドーパントとすることにより、ホウ素は絶縁体領域５ の特に熱的に作られる酸化物に対して化学的に協調性があるので、酸化物と化学 的な反応が起きないという特別な利点がある。ベース領域３の高ドープ接合領域 ３４を備えた実施例においてはこの接合領域３４も特にホウ素でドープされる。 ＳｉＣ中のホウ素の深いアクセプタレベルは接合領域３４において阻止時完全に イオン化されて、ＭＩＳ構造の高い阻止能力を保証する。 ソース領域２は好ましくは窒素（Ｎ）でドープされる。ソース領域２に対する 特に大幅に均質で高い窒素ドープは、１０^-4Ωｃｍ²以下の低いソース接触抵抗 を、同時にＳｉＣにおける低いソースバルク抵抗を可能とする。 ベース領域３のホウ素ドープ、ベース領域３の部分領域３３のアルミニウムド ープ、ソース領域２の窒素ドープは、特に良好な実施例においては好ましくは図 ３のように設定されたドーピング分布を持つ三重イオン注入により作られる。こ の場合、図３でｎ₂で示されたドープは窒素ドープに、ｐ₁で示されたドープはホ ウ素ドープに、そしてｐ₂で示されたドープはアルミニウムドープに対応する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チハニ、イエネ ドイツ連邦共和国 デー−85551 キルヒ ハイム イザールヴエーク 13 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）少なくとも１つのドリフト領域（１）、 ｂ）ドリフト領域（１）の表面（１０）に或いは中に配置された少なくとも１つ のベース領域（３）、 ｃ）ベース領域（３）によってドリフト領域（１）から隔てられている少なくと も１つのソース領域（２）、 ｄ）ソース領域（２）とベース領域（３）とを電気的に互いに接続する少なくと も１つのソース電極（Ｓ）、 ｅ）ソース領域（２）とドリフト領域（１）とを接続するベース領域（３）の少 なくとも１つのチャネル領域（３２）、 ｆ）チャネル領域（３２）の電気抵抗を制御し、チャネル領域（３２）とゲート 電極（Ｇ）との間に配置された絶縁体領域（５）上にある少なくとも１つのゲー ト電極（Ｇ）、 を備え、 ｇ）ドリフト領域（１）とソース領域（２）とはそれぞれ１つの導電形の炭化ケ イ素（ＳｉＣ）で、ベース領域（３）はこれと反対の導電形の炭化ケイ素（Ｓｉ Ｃ）で作られ、 ｈ）ベース領域（３）には、、少なくとも部分的にソース領域（２）の下側に延 び直接ソース領域（２）に接している少なくとも１つの部分領域（３３）が設け られ、この部分領域（３３）がベース領域（３）のチャネル領域（３２）よりも 高いキャリア濃度を持っている ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）構造。 ２．ベース領域（３）の部分領域（３３）がソース領域（２）の全体の下側に延 びている請求項１記載のＭＩＳ構造。 ３．ベース領域（３）の部分領域（３３）がソース電極（Ｓ）にまで延びている 請求項１又は２記載のＭＩＳ構造。 ４．ベース領域（３）の部分領域（３３）がドーパント粒子のイオン注入により 作られている請求項１乃至３の１つに記載のＭＩＳ構造。 ５．ベース領域（３）の部分領域（３３）がアルミニウム（Ａｌ）でドープされ ている請求項１乃至５の１つに記載のＭＩＳ構造。 ６．少なくともベース領域（３）のチャネル領域（３２）がホウ素（Ｂ）でドー プされている請求項１乃至５の１つに記載のＭＩＳ構造。 ７．ベース領域（３）がドリフト領域（１）に接している接合領域（３４）にお いてチャネル領域（３２）より高いキャリア濃度を持っている請求項１乃至６の １つに記載のＭＩＳ構造。 ８．ベース領域（３）の接合領域（３４）がドーパント粒子をベース領域（３） にイオン注入することにより作られている請求項７記載のＭＩＳ構造。 ９．ベース領域（３）の接合領域（３４）がホウ素（Ｂ）でドープされている請 求項７又は８記載のＭＩＳ構造。 １０．ソース領域（２）がドーパント粒子をベース領域（３）にイオン注入する ことにより作られている請求項１乃至９の１つに記載のＭＩＳ構造。 １１．ソース領域（２）が窒素（Ｎ）でドープされている請求項１乃至９の１つ に記載のＭＩＳ構造。 １２．ドリフト領域（１）がその表面（１０）と反対側の表面において半導体基 板（８）に配置されている請求項１乃至１１の１つに記載のＭＩＳ構造。 １３．半導体基板（８）がドリフト領域（１）より高いキャリア濃度を持ってい る請求項１２記載のＭＩＳ構造。 １４．半導体基板（８）がドリフト領域（１）と同一の導電形である請求項１２ 又は１３記載のＭＩＳ構造。 １５．半導体基板（８）がドリフト領域（１）と異なる導電形である請求項１２ 又は１３記載のＭＩＳ構造。 １６．半導体基板（８）のドリフト領域（１）の反対側の表面にドレイン電極（ Ｄ）が配置されている請求項１２乃至１５の１つに記載のＭＩＳ構造。 １７．絶縁体領域（５）が酸化膜で形成されている請求項１乃至１６の１つに記 載のＭＩＳ構造。 １８．絶縁体領域（５）の酸化膜が熱的に作られている請求項１７記載のＭＩＳ 構造。