碳化硅半导体器件及其制造方法_4

文档序号:8531982阅读:来源:国知局
,相同或相应的元件由相同的参考符号表示,且不再赘述。
[0099]根据本实施例,元件形成表面PE的位置和终端表面PT的位置在厚度方向上移位。因此,可抑制终端表面PT附近的电场集中作用于元件形成表面PE附近。因此,可进一步确保防止终端表面PT附近的元件部CL被击穿。因此,可进一步提高击穿电压。
[0100]而且,部分移除上漂移层81B以便上范围RB保留在保护环区73上。因此,与整体移除保护环区73上的上范围RB的情况相比,可简化制造方法。当保留在中间表面PM上的上范围RB的厚度不大于I μπι时,可抑制电场绕过保护环区73。
[0101]应当注意,MOSFET 202 (图14)的结构是使得与在截止状态期间在终端部TM中通过上范围RB保持的电压相比,通过下范围RA保持增加的电压。如果这种结构应用至Si半导体器件而替代SiC半导体器件,则可能发生下范围RA中的Si层的击穿现象,因此不能实现高击穿电压。因此,MOSFET 202的结构不太适用于Si半导体器件,而是特别适用于SiC半导体器件。
[0102](第三实施例)
[0103]如图16中所示,在本实施例的MOSFET 203 (碳化硅半导体器件)中,保护环区73位于终端表面PT处。除上述构造之外,本实施例的构造基本上与第二实施例的构造相同。因此,相同或相应的元件由相同的参考符号表示且不再赘述。
[0104]根据本实施例,外延膜90不具有覆盖保护环区73的部分。因此,可防止电场绕过保护环区73。因此,可进一步确保防止终端表面PT附近的元件部CL被击穿。因此,可进一步提高击穿电压。
[0105]应当注意,MOSFET 203 (图16)的结构是使得与在截止状态期间在终端部TM中通过上范围RB保持的电压相比,通过下范围RA保持增加的电压。如果这种结构应用至Si半导体器件而替代SiC半导体器件,则可能发生下范围RA中的Si层的击穿现象,因此不能实现高击穿电压。因此,MOSFET 203的结构不太适用于Si半导体器件,而是特别适用于SiC半导体器件。
[0106](第四实施例)
[0107]如图17中所示,在本实施例的MOSFET 204 (碳化硅半导体器件)中,上范围RB具有仅设置在元件部CL和终端部TM的元件部CL中的结构。换言之,上范围RB仅提供在终端部TM外部。因此,上范围RB构成元件形成表面PE且下范围RA构成终端表面PT。
[0108]在制造MOSFET 204的方法中,当执行类似于图15中的步骤以便形成上范围RB时,在终端部TM中整体移除上漂移层81Β。因此,上范围RB仅提供在元件部CL和终端部TM中的元件部CL中。因此,终端表面PT形成为从包括元件形成表面PE的虚拟平面PV朝向下表面Pl移位。
[0109]除上述构造之外,本实施例的构造基本上与第三实施例的构造相同。因此,相同或相应的元件由相同的参考符号表示且不再赘述。
[0110]根据本实施例,不必在终端部TM中提供上范围RB。因此,可简化MOSFET 201的结构。而且,当元件形成表面PE由上范围RB构成时,终端表面PT由下范围RA而不是由上范围RB构成。因此,元件形成表面PE的位置以及终端表面PT的位置在厚度方向上移位。因此,因此,可抑制终端表面PT附近的电场集中作用于元件形成表面PE附近。因此,可防止终端表面PT附近的元件部CL被击穿。因此,可进一步提高击穿电压。
[0111]应当注意,MOSFET 204 (图17)的结构是使得与在截止状态期间在终端部TM中在不使用上范围RB的情况下,仅通过下范围RA保持电压。如果这种结构应用至Si半导体器件而替代SiC半导体器件,则可能发生下范围RA中的Si层的击穿现象,因此不能实现高击穿电压。因此,MOSFET 203的结构不太适用于Si半导体器件,而是特别适用于SiC半导体器件。
[0112](第五实施例)
[0113]如图18中所示,作为MOSFET 201 (图2)的变型的本实施例的MOSFET 205不是沟槽型而是平面型。即,沟槽TR (图2)没有提供在外延膜90的元件形成表面PE处,并提供平面栅极结构。具体地,诸如基极层82P,源极区83P以及接触区84P的杂质区形成在平坦上表面P2中的元件形成表面PE上。而且,栅极氧化物膜9IP提供在平面P2上且栅电极92P提供在其上。除上述构造之外,本实施例的构造基本上与第一实施例的构造相同。因此,相同或相应的元件由相同的参考符号表示且不再赘述。
[0114]根据本实施例,使施加至基极层82P和上漂移层8IB之间的边界的电场强度变低,电场强度可能是平面型MOSFET中的击穿电压的决定因素。因此,可提高MOSFET 205的击穿电压。
[0115]应当注意,平面型MOSFET可用作第二至第四实施例的沟槽型MOSFET 202至204 (图14、图16以及图17)中的每一个的变型。换言之,MOSFET 202至204中的每一个中的沟槽型MOS结构可由如本实施例中所述的平面型MOS结构替代。
[0116](特定面的构造)
[0117]以下全面说明上述“特定面”。如上所述,沟槽TR的侧壁表面SW(图2)优选特别在基极层82上具有特定面。下文说明侧壁表面SW具有特定面的情况。
[0118]如图19中所示,侧壁表面SW具有包括面SI(第一面)的特定面。面SI具有{0-33-8}的面取向,且优选具有(0-33-8)的面取向。优选地,侧壁表面SW微观地包括面SI。优选地,侧壁表面SW还微观地包括面S2(第二面)。面S2具有{0-11-1}的面取向,且优选具有(0-11-1)的面取向。这里,术语“微观地”是指“微小到考虑至少为原子间距两倍大的尺寸”。对于观察这种微观结构的方法来说,例如可采用TEM(透射电子显微镜)。
[0119]优选地,侧壁表面SW具有组合面SR。组合面SR由周期重复的面SI和S2形成。这种周期结构例如可通过TEM或AFM(原子力显微镜)观察。组合面SR具有{0-11-2}的面取向,且优选具有(0-11-2)的面取向。在这种情况下,组合面SR宏观地相对于{000-1}面具有62°的倾斜角。这里,术语“宏观地”是指“忽视具有约原子间距的尺寸的微小结构”。对于这种宏观倾斜角的测量来说,例如可利用采用常规X射线衍射的方法。优选地,在沟道表面中,载流子在沟道方向CD上流动,其中具有上述周期重复。
[0120]以下将说明组合面SR的详细结构。
[0121]通常,对于Si原子(或C原子)来说,当从(000-1)面观察4H多晶型的碳化硅单晶时,如图20中所示,重复提供层A中的原子(附图中的实线),设置在其下的层B中的原子(附图中的虚线),以及设置在其下的层C中的原子(附图中的点划线),以及设置在其下的层B中的原子(附图中未示出)。换言之,四层ABCB可被认为是一个周期,提供诸如ABCB ABCB ABCB...的周期层叠结构。
[0122]如图21中所示,在(11-20)面(沿图20的线XX1-XXI截取的截面)中,构成上述一个周期的四层ABCB中的每一个中的原子没有沿(0-11-2)面完全对准。在图21中,(0-11-2)面示出为穿过层B中的原子的位置。在这种情况下,应当理解层A和C中的原子中的每一个都从(0-11-2)面偏离。因此,即使在碳化硅单晶的表面的宏观面取向,即忽略其原子级结构的面取向被限于(0-11-2),这种表面可具有各种微观结构。
[0123]如图22中所示,组合面SR由交替提供的具有(0-33-8)的面取向的面SI以及连接至面SI并具有不同于各个面SI的面取向的面S2构成。面SI和S2中每一个都具有两倍于Si原子(或C原子)的原子间距的长度。应当注意对面SI和面S2取平均的平面对应于(0-11-2)面(图 17)。
[0124]如图23中所示,当从(01-10)面观察组合面SR时,单晶结构具有周期地包括等效于立方结构的结构(面SI的部分)的部分。具体地,组合面SR由交替地提供具有等效于立方结构的上述结构中的(001)面取向的面SI以及连接至面SI并具有不同于各个面SI的面取向的面S2构成。而且在除了 4H的之外的多晶型中,表面由此可由具有等效于立方结构的结构中的(001)的面取向的面(图19中的面SI)以及连接至上述面并具有不同于上述各个面的面取向的面(图23中的面S2)构成。多晶型例如可以是6H或15R。
[0125]以下参考图24,下文说明侧壁表面SW的晶面和沟道表面的迀移率MB之间的关系。在图24的曲线图中,横轴代表由(000-1)面和具有沟道表面的侧壁表面SW的宏观面取向形成的角度Dl,而纵轴代表迀移率MB。点组CM对应于侧壁表面SW通过热蚀刻而对应于特定面的情况,而点组MC对应于没有热蚀刻侧壁SW的情况。
[0126]在点组MC中,当沟道表面具有(0-33-8)的宏观面取向时,迀移率MB最大。这推测是由于以下原因。即,在没有执行热蚀刻的情况下,即没有特别控制沟道表面的微观结构的情况下,其宏
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