JP2009200335A - Substrate, substrate with epitaxial layer, and semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、基板、エピタキシャル層付基板および半導体装置に関し、より特定的には、基板またはエピタキシャル層付基板の表面に絶縁膜が形成されSiCを含む基板、エピタキシャル層付基板および半導体装置に関する。 The present invention relates to a substrate, a substrate with an epitaxial layer, and a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a substrate containing SiC in which an insulating film is formed on the surface of the substrate or the substrate with an epitaxial layer, a substrate with an epitaxial layer, and a semiconductor device.
従来、SiC基板および当該SiC基板を用いた半導体装置が知られている(たとえば、特表2003−502857号公報:以下、特許文献1と呼ぶ)。当該特許文献1では、<1−100>方向にオフ角6°以上10°以下で(0001)面を傾斜させたSiC基板の主表面上にSiCエピタキシャル成長層を形成すると、優れた特性のSiCエピタキシャル成長層を得ることができるとしている。
しかし、発明者らは、上述のようなSiCエピタキシャル成長層上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜とSiCエピタキシャル成長層との界面に電子を流すような半導体装置において、上述した引用文献1に記載されたオフ角の範囲では半導体装置の特性(たとえばキャリアとしての電子の移動度の値)がまだ不十分であり、さらなる改善が求められる。 However, the inventors described in the above cited reference 1 in a semiconductor device in which an insulating film is formed on the SiC epitaxial growth layer as described above and electrons are allowed to flow to the interface between the insulating film and the SiC epitaxial growth layer. Further, in the range of the off angle, the characteristics of the semiconductor device (for example, the value of mobility of electrons as carriers) are still insufficient, and further improvement is required.
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明は、特性の向上を図ることが可能な基板、エピタキシャル層付基板および半導体装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a substrate, a substrate with an epitaxial layer, and a semiconductor device capable of improving characteristics.
この発明に従ったエピタキシャル層付基板は、{0001}面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板と、SiC基板の表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層と、SiCエピタキシャル成長層の表面に形成された絶縁膜とを備える。このようにすれば、SiCエピタキシャル成長層の表面に(0001)面をテラスの上面とする微細なステップが複数形成されている状態において、ステップの延在方向がオフ角方向となす角度をほぼ垂直とすることができるとともに、オフ角度θを比較的小さくすることによって1つのテラス上面((0001)面)の面積を比較的大きくすることができる。そして、六方晶系SiC基板上に形成されたSiCエピタキシャル成長層では、上記SiC基板と同様に(0001)面の酸化速度が最も遅く安定であるため、当該(0001)面上に絶縁膜を形成すると、絶縁膜(たとえば酸化膜など)の形成が容易であるとともに、絶縁膜とSiCエピタキシャル成長層との境界部(MOS界面)における界面準位密度を低減することができる。そのため、上記エピタキシャル層付基板を用いてたとえばSiC MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を形成すると、優れた品質(たとえば優れたキャリア移動度)のMOS界面を利用して当該MOSFETの性能を向上させることができる。 The substrate with an epitaxial layer according to the present invention includes a hexagonal SiC substrate having an off angle θ in the <1-100> direction of the {0001} plane of 0 ° to 8 ° and SiC formed on the surface of the SiC substrate. An epitaxial growth layer and an insulating film formed on the surface of the SiC epitaxial growth layer are provided. In this way, in the state where a plurality of fine steps having the (0001) plane as the upper surface of the terrace are formed on the surface of the SiC epitaxial growth layer, the angle between the extension direction of the steps and the off-angle direction is substantially vertical. In addition, the area of one terrace upper surface ((0001) plane) can be made relatively large by making the off angle θ relatively small. And, in the SiC epitaxial growth layer formed on the hexagonal SiC substrate, the oxidation rate of the (0001) plane is the slowest and stable as in the case of the SiC substrate. Therefore, when an insulating film is formed on the (0001) plane, In addition, it is easy to form an insulating film (for example, an oxide film), and the interface state density at the boundary portion (MOS interface) between the insulating film and the SiC epitaxial growth layer can be reduced. Therefore, when, for example, a SiC MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is formed using the above substrate with an epitaxial layer, the performance of the MOSFET is improved by utilizing a MOS interface having excellent quality (for example, excellent carrier mobility). be able to.
この発明に従ったエピタキシャル層付基板は、{0001}面を主表面とする六方晶系SiC基板と、SiC基板の主表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層と、SiCエピタキシャル成長層の表面に形成された絶縁膜とを備える。この場合、酸化速度が最も遅く安定な(0001)面を表面とするSiCエピタキシャル成長層上に絶縁膜を形成することで、面積が広く、界面準位密度の低いMOS界面を得ることができる。このため、当該エピタキシャル層付基板を用いてたとえばSiC MOSFETを形成すると、優れた性能のMOSFETを実現できる。 The substrate with an epitaxial layer according to the present invention is formed on the surface of a hexagonal SiC substrate having a {0001} plane as a main surface, a SiC epitaxial growth layer formed on the main surface of the SiC substrate, and a SiC epitaxial growth layer. And an insulating film. In this case, a MOS interface having a large area and a low interface state density can be obtained by forming an insulating film on the SiC epitaxial growth layer having the slowest oxidation rate and the stable (0001) plane as a surface. For this reason, when, for example, a SiC MOSFET is formed using the substrate with an epitaxial layer, a MOSFET with excellent performance can be realized.
上記エピタキシャル層付基板では、SiCエピタキシャル成長層において絶縁膜下に位置する領域の導電性不純物濃度が1×1013/cm3以上1×1018/cm3以下であってもよい。この場合、半導体装置(たとえばMOSFET)の製造に適したエピタキシャル層付基板を得ることができる。ここで、上記導電性不純物濃度を1×1013/cm3以上としたのは、エピ成長条件の最適化により得られた不純物濃度の下限が上記値であるという理由による。また、上記導電性不純物濃度を1×1018/cm3以下としたのは、イオン注入によりエピタキシャル層付基板(エピ基板)での不純物濃度よりも濃度の高いチャネル層を作成することができる不純物濃度の上限という理由による。なお、上記導電性不純物濃度は、好ましくは1×1014/cm3以上5×1017/cm3以下、より好ましくは1×1015/cm3以上5×1016/cm3以下である。 In the substrate with an epitaxial layer, the conductive impurity concentration in a region located below the insulating film in the SiC epitaxial growth layer may be 1 × 10 13 / cm 3 or more and 1 × 10 18 / cm 3 or less. In this case, a substrate with an epitaxial layer suitable for manufacturing a semiconductor device (for example, MOSFET) can be obtained. Here, the reason why the conductive impurity concentration is set to 1 × 10 13 / cm 3 or more is that the lower limit of the impurity concentration obtained by optimizing the epi growth conditions is the above value. The conductive impurity concentration is set to 1 × 10 18 / cm 3 or less because the channel layer having a higher concentration than the impurity concentration of the epitaxial layer-attached substrate (epi substrate) can be formed by ion implantation. This is because the upper limit of the concentration. The conductive impurity concentration is preferably 1 × 10 14 / cm 3 or more and 5 × 10 17 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 15 / cm 3 or more and 5 × 10 16 / cm 3 or less.
上記エピタキシャル層付基板では、SiCエピタキシャル成長層の厚みが0.5μm以上100μm以下であってもよい。この場合、半導体装置の製造に適したエピタキシャル層付基板を得ることができる。ここで、上記SiCエピタキシャル成長層の厚みを0.5μm以上としたのは、基板の影響を受けない最小の厚みが上記数値であるという理由による。また、SiCエピタキシャル成長層の厚みを100μm以下としたのは、エピ成膜後の表面が鏡面を維持できる上限が上記数値であるという理由による。 In the substrate with an epitaxial layer, the thickness of the SiC epitaxial growth layer may be not less than 0.5 μm and not more than 100 μm. In this case, a substrate with an epitaxial layer suitable for manufacturing a semiconductor device can be obtained. Here, the reason why the thickness of the SiC epitaxial growth layer is set to 0.5 μm or more is that the minimum thickness that is not affected by the substrate is the above value. The reason why the thickness of the SiC epitaxial growth layer is set to 100 μm or less is that the upper limit at which the surface after the epitaxial film formation can maintain a mirror surface is the above numerical value.
この発明に従った基板は、{0001}面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板と、SiC基板の表面に形成された絶縁膜とを備える。このようにすれば、オフ角方向が<1−100>であることから、SiC基板の表面に(0001)面をテラスの上面とする微細なステップが複数形成されている状態において、ステップの延在方向がオフ角方向となす角度をほぼ垂直とすることができるとともに、オフ角度θを比較的小さくすることによって1つのテラス上面((0001)面)の面積を比較的大きくすることができる。そして、六方晶系SiC基板では(0001)面の酸化速度が最も遅く安定であるため、当該(0001)面上に絶縁膜を形成すると、絶縁膜(たとえば酸化膜など)の形成が容易であるとともに、絶縁膜とSiC基板との境界部における界面トラップ準位の密度(界面準位密度)を低減することができる。そのため、当該基板を用いてたとえばSiC MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を形成すると、優れた品質(たとえば優れたキャリア移動度)のMOS界面を利用して当該MOSFETの性能を向上させることができる。 A substrate according to the present invention includes a hexagonal SiC substrate having an off angle θ of 0 ° to 8 ° in the <1-100> direction of the {0001} plane, and an insulating film formed on the surface of the SiC substrate. Prepare. In this case, since the off-angle direction is <1-100>, the extension of the steps is performed in a state where a plurality of fine steps having the (0001) plane as the upper surface of the terrace are formed on the surface of the SiC substrate. The angle between the current direction and the off-angle direction can be made substantially vertical, and the area of one terrace upper surface ((0001) plane) can be made relatively large by making the off-angle θ relatively small. Further, since the oxidation rate of the (0001) plane is the slowest and stable in a hexagonal SiC substrate, when an insulating film is formed on the (0001) plane, it is easy to form an insulating film (for example, an oxide film). In addition, the density of interface trap states (interface state density) at the boundary between the insulating film and the SiC substrate can be reduced. Therefore, when, for example, a SiC MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is formed using the substrate, the performance of the MOSFET can be improved by utilizing a MOS interface of excellent quality (for example, excellent carrier mobility). .
この発明に従った基板は、{0001}面を主表面とする六方晶系SiC基板と、SiC基板の主表面に形成された絶縁膜とを備える。この場合、酸化速度が最も遅く安定な(0001)面上に絶縁膜を形成することで、面積が広く、界面準位密度の低い界面(たとえばMOS界面)を得ることができる。このため、当該基板を用いてたとえばSiC MOSFETを形成すると、優れた性能のMOSFETを実現できる。 A substrate according to the present invention includes a hexagonal SiC substrate having a {0001} plane as a main surface and an insulating film formed on the main surface of the SiC substrate. In this case, by forming the insulating film on the stable (0001) surface having the slowest oxidation rate, an interface having a large area and a low interface state density (for example, a MOS interface) can be obtained. For this reason, when, for example, a SiC MOSFET is formed using the substrate, a MOSFET with excellent performance can be realized.
上記基板では、SiC基板において絶縁膜下に位置する領域の導電性不純物濃度が1×1013/cm3以上1×1018/cm3以下であってもよい。この場合、半導体装置(たとえばMOSFET)の製造に適した基板を得ることができる。ここで、上記導電性不純物濃度を1×1013/cm3以上としたのは、エピ成長条件の最適化により得られた不純物濃度の下限が上記値であるという理由による。また、上記導電性不純物濃度を1×1018/cm3以下としたのは、イオン注入によりエピ基板での不純物濃度よりも濃度の高いチャネル層を作成することができる不純物濃度の上限という理由による。 In the substrate, a conductive impurity concentration in a region located below the insulating film in the SiC substrate may be 1 × 10 13 / cm 3 or more and 1 × 10 18 / cm 3 or less. In this case, a substrate suitable for manufacturing a semiconductor device (for example, MOSFET) can be obtained. Here, the reason why the conductive impurity concentration is set to 1 × 10 13 / cm 3 or more is that the lower limit of the impurity concentration obtained by optimizing the epi growth conditions is the above value. The conductive impurity concentration is set to 1 × 10 18 / cm 3 or less because of the upper limit of the impurity concentration that can form a channel layer having a higher concentration than the impurity concentration in the epitaxial substrate by ion implantation. .
この発明に従った半導体装置は、{0001}面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板と、SiC基板の表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層と、SiCエピタキシャル成長層の表面に形成された絶縁膜と、絶縁膜の下の領域と絶縁膜との界面に流れる電子を供給するため、上記領域と隣接する位置に形成された導電領域とを備える。 The semiconductor device according to the present invention includes a hexagonal SiC substrate having an off angle θ in the <1-100> direction of the {0001} plane of 0 ° to 8 °, and an SiC epitaxial growth layer formed on the surface of the SiC substrate. And an insulating film formed on the surface of the SiC epitaxial growth layer, and a conductive region formed at a position adjacent to the region for supplying electrons flowing to the interface between the region under the insulating film and the insulating film .
このようにすれば、SiC基板の表面およびSiCエピタキシャル成長層の表面に(0001)面をテラスの上面とする微細なステップが複数形成されている状態において、ステップの延在方向がオフ角方向となす角度をほぼ垂直とすることができるとともに、オフ角度θを比較的小さくすることによって1つのテラス上面((0001)面)の面積を比較的大きくすることができる。そして、このようなテラス上面上に絶縁膜を形成することで、SiCエピタキシャル成長層と絶縁膜との境界部(界面)における界面準位密度を低減することができる。このため、導電領域から界面に流れる電子の移動度を向上させることができるので、特性の優れた半導体装置を実現できる。 In this way, in the state where a plurality of fine steps having the (0001) plane as the upper surface of the terrace are formed on the surface of the SiC substrate and the surface of the SiC epitaxial growth layer, the extending direction of the steps is the off-angle direction. The angle can be made substantially vertical, and the area of one terrace upper surface ((0001) plane) can be made relatively large by making the off angle θ relatively small. And by forming an insulating film on such a terrace upper surface, the interface state density in the boundary part (interface) of a SiC epitaxial growth layer and an insulating film can be reduced. Therefore, the mobility of electrons flowing from the conductive region to the interface can be improved, so that a semiconductor device having excellent characteristics can be realized.
この発明に従った半導体装置は、{0001}面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板と、SiC基板の表面に形成された絶縁膜と、絶縁膜の下の領域と絶縁膜との界面に流れる電子を供給するため、当該領域と隣接する位置に形成された導電領域とを備える。 A semiconductor device according to the present invention includes a hexagonal SiC substrate having an off angle θ of 0 ° to 8 ° in the <1-100> direction of the {0001} plane, and an insulating film formed on the surface of the SiC substrate. In order to supply electrons flowing to the interface between the region under the insulating film and the insulating film, a conductive region formed at a position adjacent to the region is provided.
このようにすれば、SiC基板の表面に(0001)面をテラスの上面とする微細なステップが複数形成されている状態において、ステップの延在方向がオフ角方向となす角度をほぼ垂直とすることができるとともに、オフ角度θを比較的小さくすることによって1つのテラス上面((0001)面)の面積を比較的大きくすることができる。そして、このようなテラス上面上に絶縁膜を形成することで、SiC基板と絶縁膜との境界部(界面)における界面準位密度を低減することができる。このため、導電領域から界面に流れる電子の移動度を向上させることができるので、特性の優れた半導体装置を実現できる。 In this way, in the state where a plurality of fine steps having the (0001) plane as the upper surface of the terrace are formed on the surface of the SiC substrate, the angle formed by the step extension direction and the off-angle direction is substantially vertical. In addition, the area of one terrace upper surface ((0001) plane) can be made relatively large by making the off angle θ relatively small. And by forming an insulating film on such a terrace upper surface, the interface state density in the boundary part (interface) between a SiC substrate and an insulating film can be reduced. Therefore, the mobility of electrons flowing from the conductive region to the interface can be improved, so that a semiconductor device having excellent characteristics can be realized.
この発明に従った半導体装置は、{0001}面を主表面とする六方晶系SiC基板と、SiC基板の表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層と、SiCエピタキシャル成長層の表面に形成された絶縁膜と、絶縁膜の下の領域と絶縁膜との界面に流れる電子を供給するため、上記領域と隣接する位置に形成された導電領域とを備える。 A semiconductor device according to the present invention includes a hexagonal SiC substrate having a {0001} plane as a main surface, a SiC epitaxial growth layer formed on the surface of the SiC substrate, and an insulating film formed on the surface of the SiC epitaxial growth layer. In order to supply electrons flowing to the interface between the region under the insulating film and the insulating film, a conductive region formed at a position adjacent to the region is provided.
また、この発明に従った半導体装置は、{0001}面を主表面とする六方晶系SiC基板と、SiC基板の表面に形成された絶縁膜と、絶縁膜の下の領域と絶縁膜との界面に流れる電子を供給するため、当該領域と隣接する位置に形成された導電領域とを備える。 A semiconductor device according to the present invention includes a hexagonal SiC substrate having a {0001} plane as a main surface, an insulating film formed on the surface of the SiC substrate, a region under the insulating film, and the insulating film. In order to supply electrons flowing to the interface, a conductive region formed at a position adjacent to the region is provided.
この場合、酸化速度が最も遅く安定な(0001)面上に絶縁膜を形成することで、面積が広く、界面準位密度の低い界面を得ることができる。このため、優れた性能の半導体装置を実現できる。なお、上記半導体装置はMOSFETであってもよい。 In this case, by forming the insulating film on the stable (0001) surface having the slowest oxidation rate, an interface having a large area and a low interface state density can be obtained. For this reason, a semiconductor device with excellent performance can be realized. The semiconductor device may be a MOSFET.
このように、本発明による基板またはエピタキシャル層付基板を用いれば、面積が広く、界面準位密度の低い界面(SiC基板またはSiCエピタキシャル成長層と、絶縁膜との界面)を実現できるため、当該界面にキャリアを流す半導体装置の特性を向上させることができる。 As described above, when the substrate according to the present invention or the substrate with an epitaxial layer is used, an interface having a large area and a low interface state density (interface between the SiC substrate or SiC epitaxial growth layer and the insulating film) can be realized. The characteristics of a semiconductor device that allows carriers to flow through can be improved.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本発明による半導体装置の実施の形態1を示す断面模式図である。図1を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態1を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention. A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1を参照して、本発明による半導体装置1は、縦型DiMOSFET(Double Implanted Metal−Oxide−Semiconductor Field−effect Transistor)であって、基板2、バッファ層21、耐圧保持層22、p領域23、n+領域24、p+領域25、酸化膜26、ソース電極11および上部ソース電極27、ゲート電極10および基板2の裏面側に形成されたドレイン電極12を備える。具体的には、導電型がnの炭化ケイ素(SiC)からなる基板2の表面上に、炭化ケイ素からなるバッファ層21が形成されている。基板2としては、六方晶系SiC基板である4H−SiC基板を用いる。このバッファ層21は導電型がn型であり、その厚みはたとえば0.5μmである。また、バッファ層21におけるn型の導電性不純物の濃度はたとえば5×1017cm-3とすることができる。
Referring to FIG. 1, a semiconductor device 1 according to the present invention is a vertical DiMOSFET (Double Implanted Metal-Oxide-Field-Effect Transistor), which includes a
バッファ層21上には耐圧保持層22が形成されている。耐圧保持層22は、導電型がn型の炭化ケイ素からなり、たとえばその厚みは10μmである。また、SiCエピタキシャル成長層としての耐圧保持層22におけるn型の導電性不純物の濃度としては、5×1015cm-3という値を用いることができる。
A breakdown
この耐圧保持層22の表面層には、導電型がp型であるp領域23が互いに間隔を隔てて形成されている。p領域23の内部においては、p領域23の表面層にn+領域24が形成されている。また、このn+領域24に隣接する位置には、p+領域25が形成されている。一方のp領域23におけるn+領域24上から、p領域23、2つのp領域23の間において露出する耐圧保持層22、他方のp領域23および当該他方のp領域23におけるn+領域24上にまで延在するように、絶縁膜としての酸化膜26が形成されている。
On the surface layer of the breakdown
酸化膜26上にはゲート電極10が形成されている。また、n+領域24およびp+領域25上にはソース電極11が形成されている。このソース電極11上には上部ソース電極27が形成されている。そして、基板2において、バッファ層21が形成された側の表面とは反対側の裏面にドレイン電極12が形成されている。
A
図1に示した半導体装置1の基板2は、(0001)面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板(具体的には4H−SiC基板)である。つまり、半導体装置1は、{0001}面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板としての基板2と、基板2の表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層としての耐圧保持層22およびp領域23と、耐圧保持層22およびp領域23の表面に形成された絶縁膜としての酸化膜26と、酸化膜26の下の領域(p領域23の上層)と酸化膜26との界面(MOS界面)に流れる電子を供給するため、上記領域と隣接する位置に形成された導電領域としてのn+領域24とを備える。このようにオフ角方向を<1−100>方向とすることで、SiCエピタキシャル成長層である耐圧保持層22の表面のうち、少なくとも酸化膜26との界面領域においては、図2および図3に示すようにp領域23の表面に(0001)面を上面とする階段状のテラスが形成されている。図2は、図1に示した半導体装置における耐圧保持層の表面に形成されるテラスを示す平面模式図である。図3は、図2の線分III−IIIにおける断面模式図である。
The
図2および図3を参照して、図1に示した半導体装置1の耐圧保持層22の表面には、矢印18に示す<1−100>方向に対して境界13がほぼ垂直な方向に延びるとともに、当該境界13を挟んでテラスの上段側16とテラスの下段側17とが階段状に配置された構造が形成されている。図2および図3に示すように、本発明による半導体装置1においては、基板2での(0001)面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下となっていることから、矢印18で示す<1−100>方向に対してテラスの境界13がほぼ垂直な方向に直線性よく延在している。これは、従来から良く用いられるオフ角方向を<11−20>方向としたオフ角基板と大きく相違する。
2 and 3,
ここで、図4および図5を参照して、従来の<11−20>方向をオフ角方向としたSiC基板を用いた場合の、テラスの構成について簡単に説明する。図4は、オフ角方向を<11−20>方向としたSiC基板を用いて図1に示した半導体装置と同様の構成の半導体装置を形成した場合に、耐圧保持層の表面に形成されるテラスを示す平面模式図である。図5は、図4の線分V−Vにおける断面模式図である。なお、図4および図5はそれぞれ図2および図3に対応する。 Here, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, the structure of the terrace in the case of using the conventional SiC substrate whose <11-20> direction is the off-angle direction will be briefly described. 4 is formed on the surface of the breakdown voltage holding layer when a semiconductor device having the same configuration as that of the semiconductor device shown in FIG. 1 is formed using a SiC substrate with the off-angle direction being the <11-20> direction. It is a plane schematic diagram which shows a terrace. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4 and 5 correspond to FIGS. 2 and 3, respectively.
図4および図5を参照して、<11−20>方向をオフ角方向としたSiC基板を用いた半導体装置でも、図1に示した半導体装置1と同様に、耐圧保持層22の表面に図4および図5のようなテラス構造が形成される。ただし、図4および図5に示したように、矢印19に示したオフ角方向である<11−20>方向に対して、テラスの境界13の延在方向は交差する方向となる。このため、テラスの上段側16と下段側17とは、その境界部が大きく蛇行するような構成となり、1つのテラスの上面の平面形状は、当該平面形状の外周部が蛇行した多角形状となる。一方、図2および図3に示した本発明による半導体装置では、テラスの上段側16および下段側17の上面の平面形状は、ほぼ矩形状(四角形状)となるため、当該テラスの上段側16または下段側17の上面に、半導体装置のたとえばチャネル領域など、キャリアが移動する領域を容易に形成することができる。また、図4および図5に示すような境界13が蛇行する(ジグザグ状の境界13を有する)場合より、図2および図3に示したように、テラスの境界13がほぼ直線状(オフ角方向に対してほぼ垂直な方向に延びる直線状)になっているため、図1に示した半導体装置1では、耐圧保持層22と酸化膜26との界面における界面準位密度をより低減することが可能である。この結果、図1に示した半導体装置1では、図4および図5に示したような構造の場合より、当該界面近傍におけるキャリアの移動度を向上させることができる。
Referring to FIGS. 4 and 5, the semiconductor device using the SiC substrate with the <11-20> direction as the off-angle direction is formed on the surface of the breakdown
図6は、図1に示した半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。図7〜図10は、図1に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。図6〜図10を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態1の製造方法を説明する。 FIG. 6 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 7 to 10 are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. A manufacturing method of the first embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図6に示すように、基板準備工程(S10)を実施する。ここでは、(0001)面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板(4H−SiC基板)を基板2(図1参照)として準備する。このような基板は、たとえば(0001)面を主表面とするインゴットから<1−100>方向にオフ角θを0°超え8°以下の所定の角度として基板を切出すといった手法により得ることができる。 First, as shown in FIG. 6, a substrate preparation step (S10) is performed. Here, a hexagonal SiC substrate (4H—SiC substrate) having an off angle θ in the <1-100> direction of the (0001) plane of 0 ° to 8 ° is prepared as the substrate 2 (see FIG. 1). Such a substrate can be obtained by, for example, a method of cutting a substrate from an ingot having a (0001) plane as a main surface in a <1-100> direction at a predetermined angle of 0 ° to 8 ° in an off angle θ. it can.
次に、バッファ層形成工程(S20)を実施する。具体的には、バッファ層21として導電型がn型の炭化ケイ素からなり、たとえばその厚みが0.5μmのエピタキシャル層を形成する。また、このときバッファ層を形成するための原料ガスとして、たとえばSiH4ガスおよびC3H8ガスを用いる。バッファ層21における導電型不純物の濃度は、たとえば5×1017cm-3といった値を用いることができる。
Next, a buffer layer forming step (S20) is performed. Specifically, the
次に、エピタキシャル層形成工程(S30)を実施する。具体的には、バッファ層21上に耐圧保持層22を形成する。この耐圧保持層22としては、導電型がn型の炭化ケイ素からなる層をエピタキシャル成長法によって形成する。このエピタキシャル層形成工程(S30)においては、原料ガスとしてたとえばSiH4ガスおよびC3H8ガスを用いることができる。このようにして、図7に示すような構造を得る。
Next, an epitaxial layer forming step (S30) is performed. Specifically, the breakdown
この耐圧保持層22の厚みとしては、たとえば10μmといった値を用いることができる。また、この耐圧保持層22におけるn型の導電性不純物の濃度としては、たとえば5×1015cm-3といった値を用いることができる。また、耐圧保持層22の厚みは0.5μm以上100μm以下としてもよい。
For example, a value of 10 μm can be used as the thickness of the breakdown
次に、注入工程(S40)を実施する。具体的には、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いて形成した酸化膜をマスクとして用いて、導電型がp型の不純物を耐圧保持層22に注入することにより、p領域23(図8参照)を形成する。また、用いた酸化膜を除去した後、再度新たなパターンを有する酸化膜を、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する。そして、当該酸化膜をマスクとして、n型の導電性不純物を所定の領域に注入することにより、n+領域24(図8参照)を形成する。また、同様の手法を用いて、導電型がp型の導電性不純物を注入することにより、p+領域25(図8参照)を形成する。なお、上記p領域23における導電性不純物の濃度は1×1013/cm3以上1×1018/cm3以下、好ましくは1×1014/cm3以上5×1017/cm3以下、より好ましくは1×1015/cm3以上5×1016/cm3以下とすることができる。
Next, an injection step (S40) is performed. Specifically, p region 23 (see FIG. 8) is formed by implanting p-type impurity into breakdown
このような注入工程(S40)の後、活性化アニール処理を行なう。この活性化アニール処理としては、たとえばアルゴンガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度1700℃、加熱時間30分といった条件を用いることができる。このようにして、図8に示す構造を得る。 After such an implantation step (S40), an activation annealing process is performed. As this activation annealing treatment, for example, argon gas is used as an atmospheric gas, and conditions such as a heating temperature of 1700 ° C. and a heating time of 30 minutes can be used. In this way, the structure shown in FIG. 8 is obtained.
次に、ゲート絶縁膜形成工程(S50)を実施する。具体的には、耐圧保持層22、p領域23、n+領域24、p+領域25上を覆うように酸化膜26を形成する。この酸化膜26を形成するための条件としては、たとえばドライ酸化(熱酸化)を行なってもよい。このドライ酸化の条件としては、加熱温度を1200℃、加熱時間を30分といった条件を用いることができる。このようにして、図9に示す構造を得る。
Next, a gate insulating film formation step (S50) is performed. Specifically, an
次に、電極形成工程(S60)を実施する。具体的には、上記酸化膜26上にフォトリソグラフィ法を用いてパターンを有するレジスト膜を形成する。当該レジスト膜をマスクとして用いて、n+領域24およびp+領域25上に位置する酸化膜26の部分をエッチングにより除去する。この後、レジスト膜上および当該酸化膜26に形成された開口部内部においてn+領域24およびp+領域25と接触するように金属などの導電体膜を形成する。その後、レジスト膜を除去することにより、当該レジスト膜上に位置していた導電体膜を除去(リフトオフ)する。ここで、導電体としては、たとえばニッケル(Ni)を用いることができる。この結果、図10に示すように、ソース電極11を得ることができる。なお、ここでアロイ化のための熱処理を行なうことが好ましい。具体的には、たとえば雰囲気ガスとして不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスを用い、加熱温度を950℃、加熱時間を2分といった熱処理(アロイ化処理)を行なう。
Next, an electrode forming step (S60) is performed. Specifically, a resist film having a pattern is formed on the
その後、ソース電極11上に上部ソース電極27(図1参照)を形成する。また、ゲート絶縁膜としての酸化膜26上にゲート電極10を形成する。また、基板2の裏面上にドレイン電極12(図1参照)を形成する。このようにして、図1に示す半導体装置を得ることができる。
Thereafter, the upper source electrode 27 (see FIG. 1) is formed on the
また、基板2として、(0001)面を主表面とする4H−SiC基板を用いてもよい。つまり、半導体装置1が、{0001}面を主表面とする六方晶系SiC基板としての(0001)面を主表面とする4H−SiC基板からなる基板2と、基板2の主表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層としてのp領域23と、p領域23の表面上に形成された絶縁膜としての酸化膜26とを備える。このような基板2は、たとえば(0001)面を主表面とするインゴットから基板を切出すといった手法により得ることができる。なお、ここで(0001)面を主表面とするとは、(0001)面の任意の方向におけるオフ角が1°以下、好ましくは0.5°以下、より好ましくは0°であることを意味する。また、このような(0001)面を主表面とするSiC基板を用いることで、耐圧保持層22と酸化膜26との界面においてテラスの段差がほとんど無い状態とすることができるため、当該界面での界面準位密度をより低減できる。このため、図4および図5に示したような構造の場合より、当該界面近傍でのキャリア移動度を向上させることができる。
Further, a 4H—SiC substrate having a (0001) plane as a main surface may be used as the
上述のような(0001)面を主表面とする4H−SiC基板を基板2として用いた半導体装置の製造方法は、基本的には図6に示した製造方法を用いることができる。ただし、バッファ層形成工程(S20)およびエピタキシャル層形成工程(S30)において、たとえば2次元核生成を抑制しステップフローエピを維持することが重要である。そのためにはエピタキシャル成長前にH2もしくはHClガスにより基板2の表面をエッチングすることによって平坦化し、またエピタキシャル成長温度を1500℃以上1700℃以下、より好ましくはポリタイプの混入をより抑制できるという理由から1550℃以上1650℃以下の範囲に保ちエピタキシャル成長速度を10μm以下に抑制することでステップフローを維持する、といった条件を用いる。
As a method for manufacturing a semiconductor device using a 4H—SiC substrate having the (0001) plane as the main surface as the
(実施の形態2)
図11は、本発明による半導体装置の実施の形態2を示す断面模式図である。図11を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態1を説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention. Referring to FIG. 11, the first embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described.
図11に示す半導体装置1は、炭化ケイ素半導体装置としての横型のMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−effect Transistor)であって、基板2、バッファ層21、エピタキシャル層3、p型層4、n+領域5、6、p+領域25、酸化膜8、ゲート電極10、ソース電極11およびドレイン電極12を備える。具体的には、半導体装置1は、炭化ケイ素(SiC)からなる基板2を備える。この基板2上に炭化ケイ素からなるバッファ層21が形成されている。このバッファ層21上に炭化ケイ素からなるエピタキシャル層3が形成されている。このエピタキシャル層3上に炭化ケイ素からなるp型層4が形成されている。
A semiconductor device 1 shown in FIG. 11 is a lateral MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) as a silicon carbide semiconductor device, which includes a
p型層4の表面に間隔を隔ててn+領域5、6が形成されている。このn+領域5、6の間のチャネル領域上に、ゲート絶縁膜としての酸化膜8が形成されている。この酸化膜8上にゲート電極10が形成されている。n+領域5、6のそれぞれの上に、ソース電極11およびドレイン電極12が形成されている。基板2としては、六方晶系SiC基板である4H−SiC基板を用いる。基板2はn型の導電性不純物を含む。より詳しく言えば、半導体装置1は、{0001}面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板である基板2と、基板2の表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層としてのp型層4と、p型層4の表面に形成された絶縁膜としての酸化膜8と、酸化膜8の下の領域(p型層4において酸化膜8下に位置する領域)と酸化膜8との界面に流れる電子を供給するため、上記p型層4の酸化膜8下に位置する領域と隣接する位置に形成された導電領域としてのn+領域5、6とを備える。
N + regions 5 and 6 are formed on the surface of the p-
バッファ層21上に形成された炭化ケイ素からなるエピタキシャル層3は、アンドープ層である。このエピタキシャル層3上に形成されたp型層4には、p型を示す導電性不純物が含有されている。また、n+領域5、6には、n型を示す導電性不純物が注入されている。
The
そして、このp型層4およびn+領域5、6を覆うように酸化膜7、8が形成されている。この酸化膜7、8にはn+領域5、6上に位置する領域に開口部が形成されている。当該開口部の内部において、n+領域5、6のそれぞれに電気的に接続されたソース電極11およびドレイン電極12が形成されている。そして、ゲート絶縁膜として作用する酸化膜8上にゲート電極10が配置されている。n+領域5、6の間の距離であるチャネル長は、たとえば100μm程度とすることができる。また、チャネル幅は上記チャネル長のたとえば2倍程度(200μm程度)とすることができる。
図11に示した半導体装置1を構成する基板2は、図1に示した半導体装置と同様に(0001)面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板(具体的には4H−SiC基板)である。このようにすれば、SiCエピタキシャル成長層であるp型層4の表面のうち、少なくとも酸化膜8との界面領域において、図2および図3に示すような(0001)面を上面とする階段状のテラスをp型層4表面に形成することができる。この結果、図1に示した半導体装置1と同様に、酸化膜8とp型層4との界面近傍におけるキャリアの移動度を向上させることができる。
A
図12〜図16は、図11に示した半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。図12〜図16を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態2の製造方法を説明する。
12 to 16 are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. With reference to FIGS. 12-16, the manufacturing method of
図11に示した半導体装置1の製造方法は、基本的には図6に示した半導体装置の製造方法と同様の工程を備える。具体的には、まず、図6に示すように、基板準備工程(S10)を実施する。この工程においては、具体的には(0001)面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板(4H−SiC基板)を基板2(図11参照)として準備する。 The manufacturing method of the semiconductor device 1 shown in FIG. 11 basically includes the same steps as the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. Specifically, first, as shown in FIG. 6, a substrate preparation step (S10) is performed. In this step, specifically, a hexagonal SiC substrate (4H-SiC substrate) having an off angle θ in the <1-100> direction of the (0001) plane of more than 0 ° and not more than 8 ° is used as the substrate 2 (see FIG. 11). ) Prepare as.
次に、バッファ層形成工程(S20)を実施する。この工程(S20)におけるプロセス条件は、図6に示した半導体装置の製造方法におけるバッファ層形成工程(S20)と同様の条件を用いることができる。この結果、基板2の主表面上に炭化ケイ素からなるバッファ層21(図12参照)を形成することができる。
Next, a buffer layer forming step (S20) is performed. As the process conditions in this step (S20), the same conditions as those in the buffer layer forming step (S20) in the semiconductor device manufacturing method shown in FIG. 6 can be used. As a result, the buffer layer 21 (see FIG. 12) made of silicon carbide can be formed on the main surface of the
次に、エピタキシャル層形成工程(S30)を実施する。具体的には、図12に示すように、エピタキシャル成長法を用いて、バッファ層21上にアンドープの炭化ケイ素エピタキシャル層3を形成する。このようにして、図12に示す構造を得る。
Next, an epitaxial layer forming step (S30) is performed. Specifically, as shown in FIG. 12, an undoped silicon
次に、図6に示した半導体装置の製造方法と同様に、注入工程(S40)を実施する。具体的には、まずエピタキシャル層3にp型の導電性を示す導電性不純物(たとえばアルミニウム(Al))を注入することにより、図13に示すようにp型層4を形成する。p型層4における導電性不純物濃度は1×1013/cm3以上1×1018/cm3以下とすることができる。次にn型の導電型を示す不純物を注入することにより、図14に示すように、n+領域5、6を形成する。このn型を示す導電性不純物としては、たとえばリン(P)を用いることができる。次に、p型を示す導電性不純物を注入することにより、図14に示すようにp+領域25を形成する。このp型を示す導電性不純物としては、たとえばアルミニウムを用いることができる。
Next, an implantation step (S40) is performed in the same manner as in the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. Specifically, first, a p-
このn+領域5、6およびp+領域25を形成する場合、従来周知の任意の方法を利用することができる。たとえば、p型層4の上部表面を覆うように酸化膜を形成した後、フォトリソグラフィおよびエッチングによってn+領域5、6が形成されるべき領域の平面形状パターンと同じ平面形状パターンを有する開口部を当該酸化膜に形成する。さらに、このパターンが形成された酸化膜をマスクとして導電性不純物を注入する。このようにして、上述したn+領域5、6を形成することができる。また、同様の手法を用いて、導電型がp型の導電性不純物を注入することにより、p+領域25を形成することができる。
In forming the n + regions 5 and 6 and the p + region 25, any conventionally known method can be used. For example, after forming an oxide film so as to cover the upper surface of the p-
この後、注入した不純物を活性化するための活性化アニール処理を行なう。この活性化アニール処理の条件としては、たとえば図6に示した半導体装置の製造方法における活性化アニール処理と同様の条件を用いることができる。 Thereafter, an activation annealing process for activating the implanted impurities is performed. As conditions for this activation annealing treatment, for example, the same conditions as the activation annealing treatment in the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 6 can be used.
次に、図6に示すように、ゲート絶縁膜形成工程(S50)を実施する。具体的には、p型層4、n+領域5、6およびp+領域25の上部表面を犠牲酸化処理した後、ゲート絶縁膜としての酸化膜7を図15に示すように形成する。
Next, as shown in FIG. 6, a gate insulating film forming step (S50) is performed. Specifically, after sacrificial oxidation treatment is performed on the upper surfaces of the p-
次に、図6に示すように電極形成工程(S60)を実施する。具体的には、フォトリソグラフィ法により酸化膜7上にパターンを有するレジスト膜を形成する。このレジスト膜をマスクとして用いて、酸化膜7を部分的に除去することにより、n+領域5、6およびp+領域25の上に位置する領域に開口部15を形成する。この開口部15の内部に、図7に示すようにソース電極11およびドレイン電極12となるべき導電体膜を形成する。この導電体膜は、上述したレジスト膜を残存させたまま形成する。その後、上述したレジスト膜を除去し、酸化膜7上に位置する導電体膜をレジスト膜とともに除去(リフトオフ)することにより、図16に示すようにソース電極11およびドレイン電極12を形成することができる。なお、このときソース電極11およびドレイン電極12の間に位置する酸化膜8(図15に示した酸化膜7の一部)は形成される半導体装置のゲート絶縁膜となる。
Next, an electrode formation step (S60) is performed as shown in FIG. Specifically, a resist film having a pattern is formed on the
この後、さらにゲート絶縁膜として作用する酸化膜8上にゲート電極10(図11参照)を形成する。このゲート電極10の形成方法としては、以下のような方法を用いることができる。たとえば、予め酸化膜8上の領域に位置する開口パターンを有するレジスト膜を形成し、当該レジスト膜の全面を覆うようにゲート電極10を構成する導電体膜を形成する。そして、レジスト膜を除去することによって、ゲート電極10となるべき導電体膜の部分以外の導電体膜を除去(リフトオフ)する。この結果、図11に示すようにゲート電極10が形成される。このようにして、図11に示すような半導体装置を得ることができる。
Thereafter, a gate electrode 10 (see FIG. 11) is further formed on the
また、基板2として、(0001)面を主表面とする4H−SiC基板を用いてもよい。つまり、半導体装置1が、{0001}面を主表面とする六方晶系SiC基板としての(0001)面を主表面とする4H−SiC基板からなる基板2と、基板2の主表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層としてのp型層4と、p型層4の表面上に形成された絶縁膜としての酸化膜8とを備える。このような基板2は、たとえば(0001)面を主表面とするインゴットから基板を切出すといった手法により得ることができる。また、このような(0001)面を主表面とするSiC基板を用いることで、p型層4と酸化膜8との界面においてテラスの段差がほとんど無い状態とすることができるため、当該界面での界面準位密度をより低減できる。このため、図4および図5に示したような構造の場合より、当該界面近傍でのキャリア移動度を向上させることができる。
Further, a 4H—SiC substrate having a (0001) plane as a main surface may be used as the
上述のような(0001)面を主表面とする4H−SiC基板を基板2として用いた半導体装置の製造方法は、基本的には図11に示した半導体装置の製造方法と同様の方法を用いることができる。ただし、バッファ層形成工程(S20)およびエピタキシャル層形成工程(S30)において、本発明の実施の形態1において示した(0001)面上にエピタキシャル成長層を形成するプロセス条件を適用する。
The semiconductor device manufacturing method using the 4H—SiC substrate having the (0001) plane as the main surface as the
なお、図1や図11に示した半導体装置は、たとえば図17に示すようなエピタキシャル層付基板20を用いて製造してもよい。図17は、本発明に従ったエピタキシャル層付基板を示す斜視模式図である。
The semiconductor device shown in FIGS. 1 and 11 may be manufactured using an epitaxial layer-attached
図17に示すように、本発明に従ったエピタキシャル層付基板20は、(0001)面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板(4H−SiC基板)、あるいは(0001)面を主表面とする六方晶系SiC基板(4H−SiC基板)である基板2と、当該基板2の主表面上に形成されたSiCエピタキシャル成長層としてのSiCからなるエピタキシャル層3と、当該エピタキシャル層3上に形成された絶縁膜としての酸化膜7とを備える。なお、エピタキシャル層3と基板2との間に、図1や図11に示したようなバッファ層21を形成してもよい。このようなエピタキシャル層付基板20に対して、不純物の注入工程、酸化膜7に開口部を形成するためのエッチング工程、電極を形成するための成膜工程およびエッチング工程など、従来公知の工程を実施することで、図1および図11に示すような半導体装置を製造してもよい。
As shown in FIG. 17, the substrate with an
また、図6に示した製造方法における工程(S10)〜工程(S50)を実施することで、つまり半導体装置において必要な不純物領域を注入工程により形成してから酸化膜7を形成してエピタキシャル層付基板20を得てもよい。
Further, by performing steps (S10) to (S50) in the manufacturing method shown in FIG. 6, that is, an impurity region necessary for the semiconductor device is formed by an implantation step, and then
(実施の形態3)
図18は、本発明による半導体装置の実施の形態3を示す断面模式図である。図18を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態1を説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention. With reference to FIG. 18, a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described.
図18に示す半導体装置1は、横型のMOSFETであって、基本的には図11に示した半導体装置1と同様の構成を備えるが、基板2に直接p型層4、n+領域5、6、p+領域25が形成されている点が異なる。つまり、半導体装置1は、{0001}面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板である基板2と、基板2の表面に形成された絶縁膜としての酸化膜8と、酸化膜8の下の領域(基板2に形成されたp型層4において酸化膜8下に位置する領域)と酸化膜8との界面に流れる電子を供給するため、当該領域と隣接する位置に形成された導電領域としてのn+領域5、6とを備える。図18に示すように、酸化膜8はSiCからなる基板2に注入により形成されたp型層4およびn+領域5、6と接触する。そして、酸化膜8とp型層4との接触界面では、p型層4の表面に図2および図3に示したような(0001)面を上面とする階段状のテラスが形成されている。このようなテラスは、例えば基板表面をH2もしくはHCl雰囲気において1500℃以上の高温でエッチングする、もしくは基板表面にSi層を形成し1400℃以上で熱処理することにより形成される。図18に示した半導体装置1によっても、図11に示した半導体装置1と同様の効果を得ることができる。
The semiconductor device 1 shown in FIG. 18 is a lateral MOSFET and basically has the same configuration as the semiconductor device 1 shown in FIG. 11, but directly on the
図19は、図18に示した半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。図19を参照して、本発明による半導体装置の実施の形態3の製造方法を説明する。
FIG. 19 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. With reference to FIG. 19, the manufacturing method of
図19に示すように、まず基板準備工程(S10)を実施する。ここでは、図6に示した半導体装置の製造方法と同様に、(0001)面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板(4H−SiC基板)を基板2(図18参照)として準備する。 As shown in FIG. 19, a substrate preparation step (S10) is first performed. Here, similarly to the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 6, a hexagonal SiC substrate (4H-SiC substrate) in which the off angle θ in the <1-100> direction of the (0001) plane is greater than 0 ° and equal to or less than 8 °. ) Is prepared as a substrate 2 (see FIG. 18).
次に、注入工程(S40)を実施する。具体的には、まず基板2にp型の導電性を示す導電性不純物(たとえばアルミニウム(Al))を注入することにより、図18に示すようにp型層4を形成する。p型層4における導電性不純物濃度は1×1013/cm3以上1×1018/cm3以下とすることができる。次にn型の導電型を示す不純物を注入することにより、図18に示すn+領域5、6を形成する。次に、p型を示す導電性不純物を注入することにより、図18に示すようにp+領域25を形成する。
Next, an injection step (S40) is performed. Specifically, first, a p-
このn+領域5、6およびp+領域25を形成する場合、図11に示した半導体装置の製造方法と同様に、従来周知の任意の方法を利用することができる。たとえば、基板2の主表面を覆うように酸化膜を形成した後、フォトリソグラフィおよびエッチングによってn+領域5、6が形成されるべき領域の平面形状パターンと同じ平面形状パターンを有する開口部を当該酸化膜に形成する。さらに、このパターンが形成された酸化膜をマスクとして導電性不純物を基板2に注入する。このようにして、上述したn+領域5、6を形成することができる。また、同様の手法を用いて、導電型がp型の導電性不純物を基板2に注入することにより、p+領域25を形成することができる。
When forming the n + regions 5 and 6 and the p + region 25, any conventionally known method can be used as in the method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. For example, after an oxide film is formed so as to cover the main surface of the
この後、注入した不純物を活性化するための活性化アニール処理を行なう。この活性化アニール処理の条件としては、たとえば図6に示した半導体装置の製造方法における活性化アニール処理と同様の条件を用いることができる。 Thereafter, an activation annealing process for activating the implanted impurities is performed. As conditions for this activation annealing treatment, for example, the same conditions as the activation annealing treatment in the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 6 can be used.
次に、ゲート絶縁膜形成工程(S50)を実施する。具体的には、p型層4、n+領域5、6およびp+領域25の上部表面を犠牲酸化処理した後、ゲート絶縁膜としての酸化膜を形成する。
Next, a gate insulating film formation step (S50) is performed. Specifically, after sacrificial oxidation treatment is performed on the upper surfaces of the p-
次に、電極形成工程(S60)を実施する。この電極形成工程(S60)では、図11に示した半導体装置の製造方法における電極形成工程と同様の工程を用いることができる。この結果、図18に示すようにソース電極11、ドレイン電極12およびゲート電極10を形成することができる。
Next, an electrode forming step (S60) is performed. In this electrode formation step (S60), the same step as the electrode formation step in the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 11 can be used. As a result, the
また、基板2として、(0001)面を主表面とする4H−SiC基板を用いてもよい。つまり、図18に示した半導体装置1は、{0001}面を主表面とする六方晶系SiC基板としての(0001)面を主表面とする4H−SiC基板である基板2と、基板2の表面に形成された絶縁膜としての酸化膜8と、酸化膜8の下の領域(p型層4において酸化膜8下に位置する領域)と酸化膜8との界面に流れる電子を供給するため、上記領域と隣接する位置に形成された導電領域としてのn+領域5、6とを備える。このような基板2は、たとえば(0001)面を主表面とするインゴットから基板を切出すといった手法により得ることができる。また、このような(0001)面を主表面とするSiC基板を用いることで、p型層4と酸化膜8との界面においてテラスの段差がほとんど無い状態とすることができるため、当該界面での界面準位密度をより低減できる。このため、図4および図5に示したような構造の場合より、当該界面近傍でのキャリア移動度を向上させることができる。
Further, a 4H—SiC substrate having a (0001) plane as a main surface may be used as the
上述のような(0001)面を主表面とする4H−SiC基板を基板2として用いた半導体装置の製造方法は、基本的には図19に示した半導体装置の製造方法と同様の方法を用いることができる。
The semiconductor device manufacturing method using the 4H—SiC substrate having the (0001) plane as the main surface as the
なお、図18に示した半導体装置は、たとえば図20に示すような基板30を用いて製造してもよい。図20は、本発明に従った基板を示す斜視模式図である。
The semiconductor device shown in FIG. 18 may be manufactured using, for example, a
図20に示すように、本発明に従った基板30は、(0001)面の<1−100>方向におけるオフ角度θが0°超え8°以下の六方晶系SiC基板(4H−SiC基板)、あるいは(0001)面を主表面とする4H−SiC基板である基板2と、当該基板2の主表面に形成された絶縁膜としての酸化膜7とを備える。このような基板30に対して、不純物の注入工程、酸化膜7に開口部を形成するためのエッチング工程、電極を形成するための成膜工程およびエッチング工程など、従来公知の工程を実施することで、図18に示すような半導体装置を製造してもよい。
As shown in FIG. 20, the
また、図19に示した製造方法における工程(S10)〜工程(S50)を実施することで、つまり半導体装置において必要な不純物領域を注入工程により形成してから酸化膜7を形成して基板30を得てもよい。
Further, by performing steps (S10) to (S50) in the manufacturing method shown in FIG. 19, that is, an impurity region necessary for the semiconductor device is formed by an implantation step, and then
また、図17に示したエピタキシャル層付基板20では、エピタキシャル層3において酸化膜7下に位置する領域の導電性不純物濃度が1×1013/cm3以上1×1018/cm3以下であってもよい。この場合、たとえばMOSFETなどの半導体装置の製造に適したエピタキシャル層付基板20を得ることができる。なお、上記導電性不純物濃度は、好ましくは1×1014/cm3以上5×1017/cm3以下、より好ましくは1×1015/cm3以上5×1016/cm3以下である。
In the
上記エピタキシャル層付基板20では、エピタキシャル層3の厚みが0.5μm以上100μm以下であってもよい。この場合、半導体装置の製造に適したエピタキシャル層付基板20を得ることができる。
In the
また、図20に示した基板30では、基板2において酸化膜7下に位置する領域の導電性不純物濃度が1×1013/cm3以上1×1018/cm3以下であってもよい。この場合、MOSFETなどの製造に適した基板30を得ることができる。
In the
なお、上記基板30、上記エピタキシャル層付基板20および上記半導体装置1において、基板2のオフ角θの値を0°越えとしたのは、1つのテラスの上部表面の面積を大きくするにはオフ角θを極力小さくしたほうが有利なためである。また、オフ角θの上限を8°としたのは、オフ角θが8°程度までであれば、MOSFETを形成したときのMOS界面の特性(キャリア移動度)として十分なものが得られるためである。
In the
上記基板30、上記エピタキシャル層付基板20および上記半導体装置1において、オフ角θは0.5°以上6°以下であってもよい。ここで、オフ角θを0.5°以上としたのは、オフ角θを0.5°以上であれば基板2の反りや凹凸の影響を比較的受けにくく、平坦な表面の基板2を準備することが比較的容易だからである。また、オフ角θの上限を6°としたのは、オフ角θが6°を越えるとMOS界面の特性の向上(キャリア移動度の向上)の程度が、オフ角θが6°以下の場合よりテラスの大きさが小さくなり、界面準位密度の値が大きくなるためである。
In the
上記基板30、上記エピタキシャル層付基板20および上記半導体装置1において、基板2のオフ角θは1°以上であってもよい。ここで、オフ角θを1°以上としたのは、オフ角θを1°以上とすれば均一かつ平坦な基板2を比較的容易に得ることができるためである。
In the
上記基板30、上記エピタキシャル層付基板20および上記半導体装置1において、基板2のオフ角θは2°以上であってもよい。このようにオフ角θを2°以上とすれば、均一かつ平坦な基板2を容易に得ることができるためである。
In the
上記基板30、上記エピタキシャル層付基板20および上記半導体装置1において、基板2のオフ角θは3°以上5°以下であってもよい。このようにオフ角θの範囲を限定すれば、基板2の表面上に安定してSiCからなるエピタキシャル層3や酸化膜7、26を形成することができる。
In the
なお、上記基板30または上記エピタキシャル層付基板20または半導体装置1において、{0001}面のオフ角方向が<1−100>方向であるとは、{0001}面の傾く方向がSiC基板の<1−100>方向±7.5°の範囲(<1−100>方向を中心として15°の範囲)内、より好ましくはSiC基板の<1−100>方向±5°の範囲(<1−100>方向を中心として10°の範囲)内、さらに好ましくはSiC基板の<1−100>方向±2.5°の範囲(<1−100>方向を中心として5°の範囲)内に入っていることを意味する。
In the
また、結晶面および結晶方向を表記する際、マイナスの数値を記載する場合、数値の上にバーを記載する表記が一般的であるが、本願の特許請求の範囲、明細書、要約書、図面においては、便宜上数値の前に「−(マイナス)」を付して表記した。 In addition, when describing a crystal plane and a crystal direction, when describing a negative numerical value, it is common to indicate a bar on the numerical value, but the claims, description, abstract, drawings of the present application In FIG. 4, for convenience, “− (minus)” is added before the numerical value.
なお、本発明による半導体装置としては、上述のようにMOSFETを例として説明したが、本発明は他の構成の半導体装置、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やGTO(Gate Turn Off サイリスタ)などに適用することができる。 The semiconductor device according to the present invention has been described by taking the MOSFET as an example as described above. However, the present invention may be applied to semiconductor devices having other configurations, such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a GTO (Gate Turn Off Thyristor). Can be applied.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、特に半導体層上に絶縁膜が形成され、当該半導体層と絶縁膜との界面を電子などのキャリアが移動する半導体装置に有利に適用される。 The present invention is particularly advantageously applied to a semiconductor device in which an insulating film is formed on a semiconductor layer and carriers such as electrons move on the interface between the semiconductor layer and the insulating film.
1 半導体装置、2,30 基板、3 エピタキシャル層、4 p型層、5,6,24 n+領域、7,8,26 酸化膜、10 ゲート電極、11 ソース電極、12 ドレイン電極、13 境界、15 開口部、16 上段側、17 下段側、18,19 矢印、20 エピタキシャル層付基板、21 バッファ層、22 耐圧保持層、23 p領域、25 p+領域、27 上部ソース電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device, 2, 30 board | substrate, 3 epitaxial layer, 4 p-type layer, 5, 6, 24 n + area | region, 7, 8, 26 oxide film, 10 gate electrode, 11 source electrode, 12 drain electrode, 13 boundary, 15 opening, 16 upper side, 17 lower side, 18, 19 arrow, 20 substrate with epitaxial layer, 21 buffer layer, 22 breakdown voltage holding layer, 23 p region, 25 p + region, 27 upper source electrode.
Claims (17)
前記SiC基板の表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層と、
前記SiCエピタキシャル成長層の表面に形成された絶縁膜とを備える、エピタキシャル層付基板。 A hexagonal SiC substrate having an off angle θ in the <1-100> direction of the {0001} plane of 0 ° to 8 °,
A SiC epitaxial growth layer formed on the surface of the SiC substrate;
A substrate with an epitaxial layer, comprising: an insulating film formed on a surface of the SiC epitaxial growth layer.
前記SiC基板の主表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層と、
前記SiCエピタキシャル成長層の表面に形成された絶縁膜とを備える、エピタキシャル層付基板。 A hexagonal SiC substrate having a {0001} plane as a main surface;
A SiC epitaxial growth layer formed on the main surface of the SiC substrate;
A substrate with an epitaxial layer, comprising: an insulating film formed on a surface of the SiC epitaxial growth layer.
前記SiC基板の表面に形成された絶縁膜とを備える、基板。 A hexagonal SiC substrate having an off angle θ in the <1-100> direction of the {0001} plane of 0 ° to 8 °,
A substrate comprising an insulating film formed on a surface of the SiC substrate.
前記SiC基板の主表面に形成された絶縁膜とを備える、基板。 A hexagonal SiC substrate having a {0001} plane as a main surface;
A substrate comprising an insulating film formed on a main surface of the SiC substrate.
前記SiC基板の表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層と、
前記SiCエピタキシャル成長層の表面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の下の領域と前記絶縁膜との界面に流れる電子を供給するため、前記領域と隣接する位置に形成された導電領域とを備える、半導体装置。 A hexagonal SiC substrate having an off angle θ in the <1-100> direction of the {0001} plane of 0 ° to 8 °,
A SiC epitaxial growth layer formed on the surface of the SiC substrate;
An insulating film formed on the surface of the SiC epitaxial growth layer;
A semiconductor device comprising: a conductive region formed at a position adjacent to the region for supplying electrons flowing to an interface between the region under the insulating film and the insulating film.
前記SiC基板の表面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の下の領域と前記絶縁膜との界面に流れる電子を供給するため、前記領域と隣接する位置に形成された導電領域とを備える、半導体装置。 A hexagonal SiC substrate having an off angle θ in the <1-100> direction of the {0001} plane of 0 ° to 8 °,
An insulating film formed on the surface of the SiC substrate;
A semiconductor device comprising: a conductive region formed at a position adjacent to the region for supplying electrons flowing to an interface between the region under the insulating film and the insulating film.
前記SiC基板の主表面に形成されたSiCエピタキシャル成長層と、
前記SiCエピタキシャル成長層の表面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の下の領域と前記絶縁膜との界面に流れる電子を供給するため、前記領域と隣接する位置に形成された導電領域とを備える、半導体装置。 A hexagonal SiC substrate having a {0001} plane as a main surface;
A SiC epitaxial growth layer formed on the main surface of the SiC substrate;
An insulating film formed on the surface of the SiC epitaxial growth layer;
A semiconductor device comprising: a conductive region formed at a position adjacent to the region for supplying electrons flowing to an interface between the region under the insulating film and the insulating film.
前記SiC基板の主表面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の下の領域と前記絶縁膜との界面に流れる電子を供給するため、前記領域と隣接する位置に形成された導電領域とを備える、半導体装置。 A hexagonal SiC substrate having a {0001} plane as a main surface;
An insulating film formed on the main surface of the SiC substrate;
A semiconductor device comprising: a conductive region formed at a position adjacent to the region for supplying electrons flowing to an interface between the region under the insulating film and the insulating film.
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