JP2014029951A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】SiCを用いた半導体装置の更なる特性の改善を図った半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、炭化珪素領域に設けられた第1トランジスタTr1と、第2トランジスタTr2を備える。炭化珪素領域は、第1結晶面100aと、第1結晶面の面方位とは異なる面方位の第2結晶面100bとを有する。第1トランジスタは、第1導電形の第1領域11、第1導電形の第2領域12及び第1領域と前記第2領域との間に設けられた第2導電形の第3領域13を有する。第2トランジスタは、第2導電形の第4領域21、第2導電形の第5領域22及び第4領域と前記第5領域との間に設けられた第1導電形の第6領域23を有する。第1領域、第2領域及び第3領域は、第1結晶面100aに沿って配置される。第4領域、第5領域及び第6領域は、第2結晶面100bに沿って配置される。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
炭化珪素(SiC)は、シリコン(Si)と比較してバンドギャップが3倍、破壊電界強度が約10倍、熱伝導率が約3倍と優れた物性を有する。このようなSiCの特性を利用して低損失かつ高温動作に優れた半導体装置を実現することができる。
このようなSiCを用いた半導体装置において、導電形の異なるトランジスタを混載した構成(例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor))も考えられている。
SiCを用いた半導体装置では、更なるスイッチング特性の改善が重要である。
R. Kosugi et al. Materials Science Forum Vols. 457-460 (2004), pp. 1397-1400.
本発明の実施形態は、SiCを用いた半導体装置の更なるスイッチング特性の改善を図った半導体装置を提供する。
実施形態に係る半導体装置は、炭化珪素領域に設けられた第1トランジスタと、前記炭化珪素領域に設けられた第2トランジスタと、を備える。
前記炭化珪素領域は、第1結晶面と、前記第1結晶面の面方位とは異なる面方位の第2結晶面と、を有する。
前記第1トランジスタは、第1導電形の第1領域、第1導電形の第2領域及び前記第1領域と前記第2領域との間に設けられた第2導電形の第3領域を有する。
前記第2トランジスタは、第2導電形の第4領域、第2導電形の第5領域及び前記第4領域と前記第5領域との間に設けられた第1導電形の第6領域を有する。
前記第1領域、前記第2領域及び前記第3領域は、前記第1結晶面に沿って配置される。
前記第4領域、前記第5領域及び前記第6領域は、前記第2結晶面に沿って配置される。
(a)及び(b)は、第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。 ゲート電圧とキャリア移動度との関係を例示する図である。 (a)及び(b)は、CMOSインバータについて例示する図である。 (a)〜(c)は、半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 (a)及び(b)は、第3の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。 (a)及び(b)は、第3の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。 (a)〜(c)は、半導体装置の製造方法を例示する模式図である。 第4の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的模式図である。 (a)及び(b)は、第4の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、以下の説明において、導電形であるn形及びp形を示すn及びpの表記に付された+及び−の符号は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。
また、以下の説明において、結晶面について例示する面方位には、その結晶面に対して8度以内の面を含むものとする。
(第1の実施形態)
図1(a)及び(b)は、第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図1(a)には、半導体装置110の模式的斜視図が表され、図1(b)には、トランジスタ領域の配置が模式的に表されている。なお、図1(a)に表された破線は、SiCウェーハ101の表面101aを削除(エッチング等)する前の状態を表している。
図1(a)に表したように、第1の実施形態に係る半導体装置110は、炭化珪素領域100に設けられた第1電界効果トランジスタ(第1トランジスタ)Tr1と、炭化珪素領域100に設けられた第2電界効果トランジスタ(第2トランジスタ)Tr2と、を備える。
炭化珪素領域100は、第1結晶面100aと、第2結晶面100bと、を有する。炭化珪素領域100は、例えばSiCウェーハ(基板)101及びSiCウェーハ101の上に設けられた結晶層102と、を含む。
炭化珪素領域100の結晶多角は、4Hである。すなわち、炭化珪素領域100は、4H−SiCである。本実施形態において、SiCウェーハ101の表面(第1の面)101aは、(000−1)面(C面)である。第1結晶面100aは、炭化珪素領域100である4H−SiCの結晶面のうち1つの結晶面である。第1結晶面100aは、例えばSiCウェーハ101の表面101aである。すなわち、第1結晶面100aは、4H−SiCの例えば(000−1)面である。なお、第1結晶面100aは、SiCウェーハ101の表面101aに結晶成長した層の表面であってもよい。
第2結晶面100bは、第1結晶面100aの面方位とは異なる面方位を有する。本実施形態では、第2結晶面100bは、第1結晶面100aと直交する面である。第2結晶面100bは、例えば(11−20)面(a面)である。本実施形態では、第2結晶面100bは、例えば結晶層102の側面(第2の面)102sである。なお、第2結晶面100bは、(11−20)面(a面)と等価な面でもよい。
図1(b)に表したように、第1電界効果トランジスタTr1は、n形(本実施形態において第1導電形)のソース領域(第1領域)11と、n形のドレイン領域(第2領域)12と、ソース領域11とドレイン領域12との間に設けられたp形(本実施形態において第2導電形)のチャネル領域(第3領域)13と、を有する。ここで、ソース領域11、ドレイン領域12及びチャネル領域13は、第1結晶面100aに沿って配置される。
チャネル領域13の上には第1ゲート絶縁膜(第1絶縁膜)31が設けられ、第1ゲート絶縁膜31の上には第1ゲート電極(第1電極)G1が設けられる。第1電界効果トランジスタTr1は、オン状態においてチャネル領域13にn形のチャネルが形成される。すなわち、第1電界効果トランジスタTr1は、nチャネル型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。なお、第1電界効果トランジスタTr1では、チャネルが第1結晶面100aに沿って形成される。第1電界効果トランジスタTr1は、第1結晶面100aに複数個設けられていてもよい。
第2電界効果トランジスタTr2は、p形のソース領域(第4領域)21と、p形(第2導電形)のドレイン領域(第5領域)22と、ソース領域21とドレイン領域22との間に設けられたn形のチャネル領域(第6領域)23と、を有する。ソース領域21、ドレイン領域22及びチャネル領域23は、第2結晶面100bに沿って配置される。
チャネル領域23の上には第2ゲート絶縁膜(第2絶縁膜)32が設けられ、第2ゲート絶縁膜32の上には第2ゲート電極(第2電極)G2が設けられる。第2電界効果トランジスタTr2は、オン状態においてチャネル領域23にp形のチャネルが形成される。すなわち、第2電界効果トランジスタTr2は、pチャネル型MOSFETである。なお、第2電界効果トランジスタTr2では、チャネルが第2結晶面100bに沿って形成される。第2電界効果トランジスタTr2は、第2結晶面100bに複数個設けられていてもよい。
このように、半導体装置110では、炭化珪素領域100の異なる結晶面(第1結晶面100a及び第2結晶面100b)について、それぞの結晶面に適した導電形のトランジスタが設けられる。半導体装置110では、第1結晶面100aに沿ってチャネルが形成されるnチャネル型MOSFET(第1電界効果トランジスタTr1)を設け、第2結晶面100bに沿ってチャネルが形成されるpチャネル形MOSFET(第2電界効果トランジスタTr2)を設ける。それぞれの結晶面に適した導電形のトランジスタを配置することによって、SiCを用いた半導体装置110におけるそれぞれの導電形のトランジスタの性能が十分に引き出される。
ここで、結晶面とトランジスタの導電形による特性との関係を説明する。
図2は、ゲート電圧Vg[V]とキャリア移動度μFE[cm2/Vs]との関係を例示する図である。
図2では、4H-SiC基板の(0001)面(Si面)に沿って形成したnチャネル型MOSFET(以下、n−FET(Si)と言う。)、(000−1)面(C面)に沿って形成したnチャネル型MOSFET(以下、n−FET(C)と言う。)、(0001)面(Si面)に沿って形成したpチャネル型MOSFET(以下、p−FET(Si)と言う。)及び(000−1)面(C面)に沿って形成したpチャネル型MOSFET(以下、p−FET(C)と言う。)の、それぞれについて、キャリア移動度のゲート電圧依存性を示している。
先ず、nチャネル型MOSFET(以下、n−FETと言う。)の移動度について説明する。図2に表したように、n−FET(C)の移動度は、n−FET(Si)の移動度よりも高いことが分かる。
次に、pチャネル型MOSFET(以下、p−FETと言う。)の移動度について説明する。図2に表したように、n−FET(C)においてはスイッチング動作せず、ゲート電圧によらずオフ状態のままである。したがって、n−FET(C)移動度はゼロである。
一方、p−FET(Si)については、スイッチング動作するものの、その移動度は同じ(0001)面(Si面)に沿って形成したn−FET(Si)の移動度と比較すると小さい。
これらの結果より、4H-SiC基板に導電形の異なるトランジスタによるデバイスを形成する場合、以下の(1)及び(2)の考え方が導き出せる。なお、ここではCMOSデバイスを形成する場合を例とする。
(1)…(000−1)面(C面)に沿ってCMOSデバイスを作成することは不向きである。なぜなら、(000−1)面(C面)に沿ったp−FET(C)は正常動作しないからである。よって、(000−1)(C面)面を表面とするSiC基板上にCMOSを作成するためには、p−FETを(000−1)面(C面)以外の結晶面上に配置する工夫が必要になる。
例えば、(000−1)面(C面)と直交する(11−20)面ではp−FETが動作するとの報告がある(例えば、M.Noborio et al., IEEE trans. Electron Devices, vol. 56, no. 9, pp. 1953-1958, Sep. 2009.)。したがって、この(11−20)面に沿って上にp−FETを設けることは一つの解決手段である。
(2)…(0001)面(Si面)に沿って作成したCMOSデバイスは動作するものの、n−FET(Si)とp−FET(Si)のどちらか一方を他の結晶面上に配置することによって、高性能化及び高集積化の少なくとも1つのメリットが得られる。
例えば、n−FETのキャリアの移動度は、(11−20)面に沿って形成した場合、(0001)面(Si面)に沿って形成した場合よりも高いとの報告がある(例えば、M.Noborio et al., IEEE trans. Electron Devices, vol. 56, no. 9, pp. 1953-1958, Sep. 2009.)。したがって、CMOSとして、n−FETを(11−20)面に沿って設け、p−FETを(0001)面(Si面)に沿って設けることによって、CMOSの動作速度が向上する。
また、n−FETを(000−1)面(C面)に沿って設け、p−FETを(0001)面(Si面)に沿って設けることによっても同様である。
本実施形態に係る半導体装置110においては、上記のようなSiCの結晶面と、n−FET及びp−FETの特性との関係を利用することで、それぞれの導電形のトランジスタの性能を十分に発揮させる。すなわち、半導体装置110では、第1結晶面100aである(000−1)面に沿って第1電界効果トランジスタTr1であるn−FETが設けられ、第2結晶面100bである(11−20)面に沿って第2電界効果トランジスタTr2であるp−FETが設けられる。これにより、SiCを用いて異なる導電形のトランジスタを設けた半導体装置110の特性が向上する。
また、p−FETを(11−20)面に沿って設けることにより、CMOS回路の集積度が向上する。p−FETは、n−FETと比較してキャリア移動度が低い。このため、p−FETのチャネル幅を、n−FETのチャネル幅よりも広くすることが望ましい。本実施形態に係る半導体装置110のように、p−FETをSiCウェーハ101の表面101aと直交する(11−20)面に沿って設けることで、p−FETのチャネル幅の方向が表面101aと直交する方向になる。したがって、p−FETのチャネル幅の方向が表面101aに沿った方向になる場合に比べてCMOS全体の占有面積が縮小される。
図3(a)及び(b)は、CMOSインバータについて例示する図である。
図3(b)にはCMOSインバータの回路図が表され、図3(b)にはCMOSインバータを入出力特性が表されている。
図3(b)では、図3(a)に表した回路のCMOSインバータのn−FET及びp−FETを(0001)面(Si面)に沿って設けた参考例に係るCMOSインバータ190の入出力特性と、n−FETを(000−1)面(C面)に沿って設け、p−FETを(0001)面(Si面)に沿って設けたCMOSインバータ111の入出力特性と、が示されている。
図3(b)に表したように、n−FETとp−FETとを互いに異なる結晶面上に設けたCMOSインバータ111のほうが、n−FETとp−FETとを同じ結晶面上に設けたCMOSインバータ190に比べて良好なインバータ特性を有することが分かる。
次に、半導体装置110の製造方法について説明する。
図4(a)〜(c)は、半導体装置の製造方法を例示する模式図である。
なお、図4(a)〜(c)に表された破線は、SiCウェーハ101の表面101aを削除(エッチング等)する前の状態を表している。
先ず、図4(a)に表したように、SiCウェーハ101を用意する。SiCウェーハ101のSiCの結晶多形は4Hである。SiCウェーハ101の表面101aは(000−1)面である。
次に、フォトリソグラフィ工程及びイオン注入工程によって、SiCウェーハ101の表面101aの一部にp形の不純物を注入する。これにより、SiCウェーハ101にp形領域101Pが形成される。
次に、図4(b)に表したように、SiCウェーハ101の表面101aに、例えばエピタキシャル成長法を用いて、n形の不純物が導入された結晶層102を形成する。その後、フォトリソグラフィ工程に続いてエッチング工程を行うことで、結晶層102の一部を削除し、p形領域101Pの表面101Paを露出させる。表面101Paは第1結晶面100aである。
また、結晶層102の一部の削除によって、結晶層102の側面102sが形成される。側面102sは、第2結晶面100bである。結晶層102の側面102sと、p形領域101Pの表面101Paと、のなす角度は、72度以上98度以下であり、90度に近いことが望ましい。また、結晶層102の側面102sは、(11−20)面と等価な面であることが望ましい。
次に、図4(c)に表したように、フォトリソグラフィ工程及びイオン注入工程により、p形領域101Pの表面101Paの一部にn形の不純物を導入する。これにより、n形のソース領域11及びn形のドレイン領域12が形成される。ソース領域11とドレイン領域12との間は、n形の不純物が導入されないp形のチャネル領域13になる。
また、フォトリソグラフィ工程及びイオン注入工程により、結晶層102の側面102sの一部にp形の不純物を導入する。このp形の不純物は、例えば側面102sに斜めイオン注入によって導入される。これにより、p形のソース領域21及びp形のドレイン領域22が形成される。ソース領域21とドレイン領域22との間は、p形の不純物が導入されないn形のチャネル領域23なる。
n形及びp形の不純物を導入した後は、不純物活性化のための高温アニール工程を行う。続いて、ゲート絶縁膜堆積工程、ゲート電極堆積工程、ゲート電極加工エッチング工程を経て、p形領域101Pの表面101Paにn−FETである第1電界効果トランジスタTr1を形成し、結晶層102の側面102sにp−FETである第2電界効果トランジスタTr2を形成する。これにより半導体装置110が完成する。
なお、半導体装置110は、第1電界効果トランジスタTr1のドレイン領域12と、第2電界効果トランジスタTr2のドレイン領域22と、を導通させることで、CMOSデバイスになる。また、CMOSデバイスを作成したSiCウェーハ101の領域以外の領域に、例えばパワーMOSFETを作成して、パワーデバイスとCMOSデバイスとを同一のSiCウェーハ101上に混載してもよい。CMOSデバイスは、混載されたパワーデバイスを制御するドライバ回路等として利用してもよいし、論理演算回路あるいは高速メモリ回路等を構成してSiCウェーハ101上で機能する集積回路として利用してもよい。
(第2の実施形態)
図5(a)及び(b)は、第3の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図5(a)には、半導体装置120の模式的斜視図が表され、図5(b)には、トランジスタ領域の配置が模式的に表されている。なお、図5(a)に表された破線は、SiCウェーハ101の表面101aを削除(エッチング等)する前の状態を表している。
図5(a)に表したように、第2の実施形態に係る半導体装置120は、第1の実施形態に係る半導体装置110と比べてSiCウェーハ101の表面101aの結晶面の方位が相違する。
すなわち、半導体装置120において、4H−SiCである炭化珪素領域100の第1結晶面100aは、(0001)面である。SiCウェーハ101の表面101aが第1結晶面100aの場合、SiCウェーハ101の表面の結晶面は(0001)面である。なお、第1結晶面100aは、SiCウェーハ101の表面101aに結晶成長した層の表面であってもよい。
半導体装置120における炭化珪素領域100の第2結晶面100bの結晶面は、第1の実施形態に係る半導体装置110と同様に、(11−20)面である。第2結晶面100bは、(11−20)面と等価な面でもよい。
図5(b)に表したように、第1電界効果トランジスタTr1は、n形(本実施形態において第1導電形)のソース領域(第1領域)11と、n形のドレイン領域(第2領域)12と、ソース領域11とドレイン領域12との間に設けられたp形(本実施形態において第2導電形)のチャネル領域(第3領域)13と、を有する。ここで、ソース領域11、ドレイン領域12及びチャネル領域13は、第1結晶面100aに沿って配置される。
チャネル領域13の上には第1ゲート絶縁膜(第1絶縁膜)31が設けられ、第1ゲート絶縁膜31の上には第1ゲート電極(第1電極)G1が設けられる。第1電界効果トランジスタTr1は、オン状態においてチャネル領域13にn形のチャネルが形成される。すなわち、第1電界効果トランジスタTr1は、n−FETである。第1電界効果トランジスタTr1では、チャネルが第1結晶面100aに沿って形成される。
第2電界効果トランジスタTr2は、p形のソース領域(第4領域)21と、p形のドレイン領域(第5領域)22と、ソース領域21とドレイン領域22との間に設けられたn形のチャネル領域(第6領域)23と、を有する。ソース領域21、ドレイン領域22及びチャネル領域23は、第2結晶面100bに沿って配置される。
チャネル領域23の上には第2ゲート絶縁膜(第2絶縁膜)32が設けられ、第2ゲート絶縁膜32の上には第2ゲート電極(第2電極)G2が設けられる。第2電界効果トランジスタTr2は、オン状態においてチャネル領域23にp形のチャネルが形成される。すなわち、第2電界効果トランジスタTr2は、p−FETである。第1電界効果トランジスタTr2では、チャネルが第2結晶面100bに沿って形成される。
このように、半導体装置120では、第1結晶面100aである(0001)面に沿ってn−FET(第1電界効果トランジスタTr1)が設けられ、第2結晶面100bである(11−20)面に沿ってp−FET(第2電界効果トランジスタTr2)が設けられる。それぞれの結晶面に適した導電形のトランジスタを配置することによって、SiCを用いた半導体装置120におけるそれぞれの導電形のトランジスタの性能が十分に引き出される。
半導体装置120の製造方法は、第1の実施形態に係る半導体装置110の製造方法と同様である。半導体装置120の製造方法では、結晶面が(0001)面であるSiCウェーハ101を使用する以外、半導体装置110の製造方法と同様である。
半導体装置120では、第1の実施形態に係る半導体装置110と同様な回路構成を採用してもよい。すなわち、第1電界効果トランジスタTr1のドレイン領域12と、第2電界効果トランジスタTr2のドレイン領域15と、を導通させることで、CMOSデバイスになる。また、CMOSデバイスを作成したSiCウェーハ101の領域以外の領域に、例えばパワーMOSFETを作成して、パワーデバイスとCMOSデバイスとを同一のSiCウェーハ101上に混載してもよい。CMOSデバイスは、混載されたパワーデバイスを制御するドライバ回路等として利用してもよいし、論理演算回路あるいは高速メモリ回路等を構成してSiCウェーハ101上で機能する集積回路として利用してもよい。
このように、半導体装置120では、第1結晶面100aに沿ってチャネルが形成されるnチャネル型MOSFET(第1電界効果トランジスタTr1)を設け、第2結晶面100bに沿ってチャネルが形成されるpチャネル形MOSFET(第2電界効果トランジスタTr2)を設ける。それぞれの結晶面に適した導電形のトランジスタを配置することによって、SiCを用いた半導体装置120におけるそれぞれの導電形のトランジスタの性能が十分に引き出される。
本実施形態に係る半導体装置120においては、第1の実施形態に係る半導体装置110と同様な効果に加え、Si面上のエピタキシャル成長はC面上よりも安定的に実施できるため、安定的な半導体装置の量産が可能という有利な効果が得られる。
(第3の実施形態)
図6(a)及び(b)は、第3の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。
図6(a)には、半導体装置130の模式的斜視図が表され、図6(b)には、トランジスタ領域の配置が模式的に表されている。なお、図6(a)に表された破線は、SiCウェーハ101の表面101aを削除(エッチング等)する前の状態を表している。
図6(a)に表したように、第2の実施形態に係る半導体装置130は、第1の実施形態に係る半導体装置110及び第2の実施形態に係る半導体装置120と比べてSiCウェーハ101の表面101aの結晶面の方位が相違する。
すなわち、半導体装置130において、4H−SiCである炭化珪素領域100の第1結晶面100aは、(0001)面である。SiCウェーハ101の表面101aが第1結晶面100aの場合、SiCウェーハ101の表面の結晶面は(0001)面である。なお、第1結晶面100aは、SiCウェーハ101の表面101aに結晶成長した層の表面であってもよい。
半導体装置130における炭化珪素領域100の第2結晶面100bの結晶面は、第1の実施形態に係る半導体装置110と同様に、(11−20)面である。なお、第2結晶面100aは、SiCウェーハ101の表面101aに結晶成長した層の表面(側面)であってもよい。
図6(b)に表したように、第1電界効果トランジスタTr1は、p形(本実施形態において第1導電形)のソース領域(第1領域)11と、p形のドレイン領域(第2領域)12と、ソース領域11とドレイン領域12との間に設けられたn形(本実施形態において第2導電形)のチャネル領域(第3領域)13と、を有する。ここで、ソース領域11、ドレイン領域12及びチャネル領域13は、第1結晶面100aに沿って配置される。
チャネル領域13の上には第1ゲート絶縁膜(第1絶縁膜)31が設けられ、第1ゲート絶縁膜31の上には第1ゲート電極(第1電極)G1が設けられる。第1電界効果トランジスタTr1は、オン状態においてチャネル領域13にp形のチャネルが形成される。すなわち、第1電界効果トランジスタTr1は、p−FETである。第1電界効果トランジスタTr1では、チャネルが第1結晶面100aに沿って形成される。
第2電界効果トランジスタTr2は、n形のソース領域(第4領域)21と、n形のドレイン領域(第5領域)22と、ソース領域21とドレイン領域22との間に設けられたp形のチャネル領域(第6領域)23と、を有する。ソース領域21、ドレイン領域22及びチャネル領域23は、第2結晶面100bに沿って配置される。
チャネル領域23の上には第2ゲート絶縁膜(第2絶縁膜)32が設けられ、第2ゲート絶縁膜32の上には第2ゲート電極(第2電極)G2が設けられる。第2電界効果トランジスタTr2は、オン状態においてチャネル領域23にn形のチャネルが形成される。すなわち、第2電界効果トランジスタTr2は、n−FETである。第1電界効果トランジスタTr2では、チャネルが第2結晶面100bに沿って形成される。
このように、半導体装置130では、第1結晶面100aである(0001)面に沿ってチャネルが形成されるp−FET(第1電界効果トランジスタTr1)が設けられ、第2結晶面100bである(11−20)面に沿ってチャネルが形成されるn−FET(第2電界効果トランジスタTr2)が設けられる。それぞれの結晶面に適した導電形のトランジスタを配置することによって、SiCを用いた半導体装置130におけるそれぞれの導電形のトランジスタの性能が十分に引き出される。
本実施形態に係る半導体装置130においては、第1の実施形態に係る半導体装置110と同様な効果に加え、Si面上のエピタキシャル成長はC面上よりも安定的に実施できるため、安定的な半導体装置の量産が可能という有利な効果が得られる。
次に、半導体装置130の製造方法について説明する。
図7(a)〜(c)は、半導体装置の製造方法を例示する模式図である。
なお、図7(a)〜(c)に表された破線は、SiCウェーハ101の表面101aを削除(エッチング等)する前の状態を表している。先ず、図7(a)に表したように、SiCウェーハ101を用意する。SiCウェーハ101のSiCの結晶多形は4Hである。SiCウェーハ101の表面101aは(0001)面である。
次に、フォトリソグラフィ工程及びイオン注入工程によって、SiCウェーハ101の表面101aの一部にp形の不純物を注入する。これにより、SiCウェーハ101にp形領域101Pが形成される。
次に、図7(b)に表したように、SiCウェーハ101の表面101aに、例えばエピタキシャル成長法を用いて、p形の不純物が導入されたp形結晶層102Pを形成する。その後、フォトリソグラフィ工程に続いてエッチング工程を行うことで、p形結晶層102Pの一部を削除する。エッチング工程により除去されるp形結晶層102Pの厚さは、p形結晶層102Pの全体の厚さよりも薄いことが望ましい。
このエッチング工程によって露出したp形結晶層102Pの側面102Psは第2結晶面100bである。また、このエッチング工程によって露出したp形結晶層102Pの表面102Paは第1結晶面100aである。p形結晶層102Pの側面102Psと、p形結晶層102Pの表面102Paと、のなす角度は、72度以上98度以下であり、90度に近いことが望ましい。また、p形結晶層102Pの側面102Psは、(11−20)面と等価な面であることが望ましい。
次に、フォトリソグラフィ工程及びイオン注入工程により、側面102Psと隣接するp形結晶層102Pの表面102Paにn形の不純物を導入する。これにより、n形領域102Nが形成される。
次に、図7(c)に表したように、フォトリソグラフィ工程及びイオン注入工程により、n形領域102Nの表面の一部にp形の不純物を導入する。これにより、p形のソース領域11及びp形のドレイン領域12が形成される。ソース領域11とドレイン領域12との間は、p形の不純物が導入されないn形のチャネル領域13になる。
また、フォトリソグラフィ工程及びイオン注入工程により、p形結晶層102Pの側面102Psの一部にn形の不純物を導入する。このn形の不純物は、例えば側面102Psに斜めイオン注入によって導入される。これにより、n形のソース領域14及びn形のドレイン領域15が形成される。ソース領域14とドレイン領域15との間は、n形の不純物が導入されないp形のチャネル領域16になる。
n形及びp形の不純物を導入した後は、不純物活性化のための高温アニール工程を行う。続いて、ゲート絶縁膜堆積工程、ゲート電極堆積工程、ゲート電極加工エッチング工程を経て、n形領域102Nの表面にp−FETである第1電界効果トランジスタTr1を形成し、p形結晶層102Pの側面102Psにn−FETである第2電界効果トランジスタTr2を形成する。これにより半導体装置130が完成する。
半導体装置130では、第1の実施形態に係る半導体装置110及び第2の実施形態に係る半導体装置120と同様な回路構成を採用してもよい。すなわち、第1電界効果トランジスタTr1のドレイン領域12と、第2電界効果トランジスタTr2のドレイン領域15と、を導通させることで、CMOSデバイスになる。また、CMOSデバイスを作成したSiCウェーハ101の領域以外の領域に、例えばパワーMOSFETを作成して、パワーデバイスとCMOSデバイスとを同一のSiCウェーハ101上に混載してもよい。CMOSデバイスは、混載されたパワーデバイスを制御するドライバ回路等として利用してもよいし、論理演算回路あるいは高速メモリ回路等を構成してSiCウェーハ101上で機能する集積回路として利用してもよい。
(第4の実施形態)
図8は、第4の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式的模式図である。
図9(a)及び(b)は、第4の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図9(a)には、図8に示すAA面での断面図が表され、図9(b)には、図8に示すBB面での断面図が表されている。
図8に表したように、第4の実施形態に係る半導体装置140は、第1の実施形態に係る半導体装置110と比べて第1結晶面100aと第2結晶面100bとが互いに平行する点で相違する。
半導体装置140において、4H−SiCである炭化珪素領域100の第1結晶面100aは(000−1)面であり、第2結晶面100bは(0001)面である。なお、第1結晶面100aは、(000−1)面と等価な面であってもよい。また、第2結晶面100bは、(0001)と等価な面であってもよい。
炭化珪素領域100は、例えばSiCウェーハ(基板)101及びSiCウェーハ101の上に設けられた結晶層102と、を含む。SiCウェーハ101の表面(第1の面)101aは、(11−20)面または(1−100)面である。結晶層102は、このSiCウェーハ101の表面101aと直交する複数の側面102sを有する。複数の側面102sのうち1つは第1結晶面100aであり、他の1つは第2結晶面100bである。
図8及び図9(b)に表したように、第1電界効果トランジスタTr1は、n形(本実施形態において第1導電形)のソース領域(第1領域)11と、n形のドレイン領域(第2領域)12と、ソース領域11とドレイン領域12との間に設けられたp形(本実施形態において第2導電形)のチャネル領域(第3領域)13と、を有する。ここで、ソース領域11、ドレイン領域12及びチャネル領域13は、第1結晶面100aに沿って配置される。
チャネル領域13の上には第1ゲート絶縁膜(第1絶縁膜)31が設けられ、第1ゲート絶縁膜31の上には第1ゲート電極(第1電極)G1が設けられる。第1電界効果トランジスタTr1は、オン状態においてチャネル領域13にn形のチャネルが形成される。すなわち、第1電界効果トランジスタTr1は、n−FETである。第1電界効果トランジスタTr1では、チャネルが第1結晶面100aに沿って形成される。
第2電界効果トランジスタTr2は、p形のソース領域(第4領域)21と、p形(第2導電形)のドレイン領域(第5領域)22と、ソース領域21とドレイン領域22との間に設けられたn形のチャネル領域(第6領域)23と、を有する。ソース領域21、ドレイン領域22及びチャネル領域23は、第2結晶面100bに沿って配置される。
チャネル領域23の上には第2ゲート絶縁膜(第2絶縁膜)32が設けられ、第2ゲート絶縁膜32の上には第2ゲート電極(第2電極)G2が設けられる。第2電界効果トランジスタTr2は、オン状態においてチャネル領域23にp形のチャネルが形成される。すなわち、第2電界効果トランジスタTr2は、p−FETである。第1電界効果トランジスタTr2では、チャネルが第2結晶面100bに沿って形成される。
このように、半導体装置140では、第1結晶面100aである(000−1)面に沿ってn−FET(第1電界効果トランジスタTr1)が設けられ、第2結晶面100bである(0001)面に沿ってp−FET(第2電界効果トランジスタTr2)が設けられる。それぞれの結晶面に適した導電形のトランジスタを配置することによって、SiCを用いた半導体装置140におけるそれぞれの導電形のトランジスタの性能が十分に引き出される。
図9(a)に表したように、半導体装置140において、n形のチャネル領域23の、表面101aと平行へ方向の長さ(厚さ)t2は、p形のチャネル領域13の、表面101aと平行な方向の長さ(厚さ)t1よりも大きい。先に説明したように、p−FETは、n−FETと比較してキャリア移動度が低い。したがって、チャネル領域23の長さt2を、チャネル領域13の長さt1よりも大きくすることで、p−FETとn−FETとのキャリア移動度の相違が調整される。
また、第1ゲート電極G1は第2ゲート電極G2と一体的に設けられている。すなわち、ゲート電極Gは、結晶層102の側面102s及び上面102aを覆うように形成されている。このゲート電極Gのうち第1ゲート絶縁膜31を介して第1チャネル領域13と対向する部分が第1ゲート電極G1であり、第2ゲート絶縁膜32を介して第2チャネル領域23と対向する部分が第2ゲート電極G2である。
本実施形態に係る半導体装置140においては、上記のようなSiCの結晶面と、n−FET及びp−FETの特性との関係を利用することで、それぞれの導電形のトランジスタの性能を十分に発揮させる。これにより、SiCを用いて異なる導電形のトランジスタを設けた半導体装置110の特性が向上する。
また、半導体装置140では、n−FET及びp−FETのそれぞれのチャネル幅の方向がSiCウェーハ101の表面101aと直交する方向になっている。したがって、n−FET及びp−FETのそれぞれのチャネル幅の方向にSiCウェーハ101の表面101aに沿って設ける場合に比べてデバイスの占有面積が縮小される。
次に、半導体装置140の製造方法について説明する。
先ず、図8に表したように、SiCウェーハ101を用意する。SiCウェーハ101のSiCの結晶多形は4Hである。SiCウェーハ101の表面101aは(11−20)面または(1−100)面である。SiCウェーハ101にはn形の不純物が導入されている。
次に、フォトリソグラフィ工程及びイオン注入工程によって、SiCウェーハ101の表面101aの一部を削除し、SiCの突起部102tを形成する。突起部102tは、結晶層102と等価である。突起部102tは、表面101aに沿って延びるフィン型に設けられる。なお、突起部102tを形成する代わりに、SiCウェーハ101の表面101aに、例えばエピタキシャル成長法を用いて、n形の不純物が導入された結晶層102を形成してもよい。突起部102tの複数の側面のうち1つは第1結晶面100aであり、他の2つは第2結晶面100bである。
次に、フォトリソグラフィ工程を行った後、入射角度を斜めにしたイオン注入工程により、第1結晶面100aの一部にn形の不純物を導入する。これにより、n形のソース領域11及びn形のドレイン領域12が形成される。ソース領域11とドレイン領域12との間は、n形の不純物が導入されないp形のチャネル領域13になる。
また、入射角度を斜めにしたイオン注入工程により、第1結晶面100aの一部にn形の不純物を導入する。これにより、p形のソース領域21及びp形のドレイン領域22が形成される。ソース領域21とドレイン領域22との間は、p形の不純物が導入されないn形のチャネル領域23になる。
n形及びp形の不純物を導入した後は、不純物活性化のための高温アニール工程を行う。
次に、フィン型の突起部102tの高さよりも厚いSiN層を、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法にSiCウェーハ101の全面に堆積した後に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)工程によってSiN層を研磨することで、フィン型の突起部102tの上部を露出させる。
次に、熱酸化工程によって露出した突起部102tの上部にSiO膜を形成する。その後、SiN層を化学的に選択除去する。これにより、突起部102tの上部にSiOの絶縁膜26が設けられる。絶縁膜26は、第1電界効果トランジスタTr1と、第2電界効果トランジスタTr2と、を素子分離する役目を果たす。
続いて、ゲート絶縁膜堆積工程、ゲート電極堆積工程、ゲート電極加工エッチング工程を経て、ゲート電極Gを形成する。これにより、突起部102tの一方の側面102sである第1結晶面100aにn−FETである第1電界効果トランジスタTr1が形成され、突起部102tの他方の側面102sである第2結晶面100bにp−FETである第2電界効果トランジスタTr2が形成される。これにより半導体装置140が完成する。
半導体装置140は、第1電界効果トランジスタTr1のドレイン領域12と、第2電界効果トランジスタTr2のドレイン領域15と、を導通させることで、CMOSデバイスになる。また、CMOSデバイスを作成したSiCウェーハ101の領域以外の領域に、例えばパワーMOSFETを作成して、パワーデバイスとCMOSデバイスとを同一のSiCウェーハ101上に混載してもよい。CMOSデバイスは、混載されたパワーデバイスを制御するドライバ回路等として利用してもよいし、論理演算回路あるいは高速メモリ回路等を構成してSiCウェーハ101上で機能する集積回路として利用してもよい。
以上説明したように、実施形態に係る半導体装置によれば、SiCを用いた半導体装置のスイッチング特性の改善を図ることができる。
なお、上記に本実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
また、本実施形態では、トランジスタとしてMOSFETを例としたが、バイポーラトランジスタであっても適用可能である。また、トランジスタ以外のダイオードであっても適用可能である。さらに、半導体装置110、120、130及び140では、第1結晶面100a及び第2結晶面100bのそれぞれに適した導電形のトランジスタを設けたが、3つ以上の異なる結晶面のそれぞれに適した導電形のトランジスタを設けるようにしてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11…ソース領域、12…ドレイン領域、13…チャネル領域、14…ソース領域、15…ドレイン領域、16…チャネル領域、21…ソース領域、22…ドレイン領域、23…チャネル領域、31…第1ゲート絶縁膜、32…第2ゲート絶縁膜、100…炭化珪素領域、100a…第1結晶面、100b…第2結晶面、101…SiCウェーハ、102…結晶層、110,120,130,140…半導体装置、G…ゲート電極、G1…第1ゲート電極、G2…第2ゲート電極、Tr1…第1電界効果トランジスタ、Tr2…第2電界効果トランジスタ

Claims (13)

  1. 第1結晶面と、前記第1結晶面の面方位とは異なる面方位の第2結晶面と、を有する炭化珪素領域の前記第1結晶面に沿って配置された第1導電形の第1領域と、前記第1結晶面に沿って配置された第1導電形の第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられ前記第1結晶面に沿って配置された第2導電形の第3領域と、を有する第1トランジスタと、
    前記炭化珪素領域の前記第2結晶面に沿って配置された第2導電形の第4領域と、前記第2結晶面に沿って配置された第2導電形の第5領域と、前記第4領域と前記第5領域との間に設けられ前記第2結晶面に沿って配置された第1導電形の第6領域と、を有する第2トランジスタと、
    を備えた半導体装置。
  2. 前記第1結晶面は、前記第2結晶面と直交する請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記第1結晶面は、(000−1)面である請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記第1導電形は、n形であり、
    前記第2導電形は、p形である請求項3記載の半導体装置。
  5. 前記第1結晶面は、(0001)面である請求項1または2に記載の半導体装置。
  6. 前記第1導電形は、n形であり、
    前記第2導電形は、p形である請求項5記載の半導体装置。
  7. 前記第1導電形は、p形であり、
    前記第2導電形は、n形である請求項5記載の半導体装置。
  8. 前記第2結晶面は、(11−20)面である請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置。
  9. 前記第1結晶面は、前記第2結晶面と平行である請求項1記載の半導体装置。
  10. 前記第1結晶面は、(000−1)面であり、
    前記第2結晶面は、(0001)面であり、
    前記第1導電形は、n形であり、
    前記第2導電形は、p形である請求項9記載の半導体装置。
  11. 前記第1トランジスタは、
    前記第3領域の上に設けられた第1絶縁膜と、
    前記第1絶縁膜の上に設けられた第1電極と、
    を含み、
    前記第2トランジスタは、
    前記第6領域の上に設けられた第2絶縁膜と、
    前記第2絶縁膜の上に設けられた第2電極と、
    を含む請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。
  12. 前記第2領域は、前記第5領域と導通する請求項1〜11のいずれか1つに記載の半導体装置。
  13. 前記炭化珪素領域の結晶多形は、4Hである請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9601580B2 (en) 2014-03-19 2017-03-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
JP2019012780A (ja) * 2017-06-30 2019-01-24 株式会社日立製作所 炭化ケイ素半導体装置およびその製造方法
WO2023210837A1 (ja) * 2022-04-28 2023-11-02 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016179113A1 (en) * 2015-05-07 2016-11-10 Finscale Inc. Super-thin channel transistor structure, fabrication, and applications
US10419197B2 (en) * 2017-04-27 2019-09-17 Qualcomm Incorporated Sharing of long-term evolution (LTE) uplink spectrum
US11028883B2 (en) 2017-11-13 2021-06-08 Arctic Cat Inc. Off-road recreational vehicle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07131016A (ja) * 1993-09-10 1995-05-19 Hitachi Ltd 電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2000319099A (ja) * 1999-05-07 2000-11-21 Hiroyuki Matsunami SiCウエハ、SiC半導体デバイス、および、SiCウエハの製造方法
US20070099361A1 (en) * 2005-10-31 2007-05-03 Voon-Yew Thean Method for forming a semiconductor structure and structure thereof
US20080020515A1 (en) * 2006-07-20 2008-01-24 White Ted R Twisted Dual-Substrate Orientation (DSO) Substrates
JP2009514247A (ja) * 2005-10-31 2009-04-02 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド 半導体構造物の製造方法
EP1677350B1 (en) * 2005-01-04 2011-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having surface regions with different crystal orientation and manufacturing method
WO2011047244A2 (en) * 2009-10-16 2011-04-21 National Semiconductor Corporation Method for improved mobility using hybrid orientation technology (hot) in conjunction with selective epitaxy and related apparatus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7880173B2 (en) * 2002-06-28 2011-02-01 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Semiconductor device and method of manufacturing same
US7319258B2 (en) * 2003-10-31 2008-01-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor-on-insulator chip with<100>-oriented transistors
JP4691989B2 (ja) 2004-01-27 2011-06-01 富士電機システムズ株式会社 炭化けい素半導体素子の製造方法
US7180134B2 (en) * 2004-01-30 2007-02-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods and structures for planar and multiple-gate transistors formed on SOI
US7354814B2 (en) * 2004-09-23 2008-04-08 Freescale Semiconductor, Inc. Semiconductor process with first transistor types oriented in a first plane and second transistor types oriented in a second plane
US8106459B2 (en) * 2008-05-06 2012-01-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. FinFETs having dielectric punch-through stoppers
US8796085B2 (en) * 2012-10-12 2014-08-05 Viktor Koldiaev Vertical super-thin body semiconductor on dielectric wall devices and methods of their fabrication

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07131016A (ja) * 1993-09-10 1995-05-19 Hitachi Ltd 電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP2000319099A (ja) * 1999-05-07 2000-11-21 Hiroyuki Matsunami SiCウエハ、SiC半導体デバイス、および、SiCウエハの製造方法
EP1677350B1 (en) * 2005-01-04 2011-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having surface regions with different crystal orientation and manufacturing method
US20070099361A1 (en) * 2005-10-31 2007-05-03 Voon-Yew Thean Method for forming a semiconductor structure and structure thereof
JP2009514247A (ja) * 2005-10-31 2009-04-02 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド 半導体構造物の製造方法
US20080020515A1 (en) * 2006-07-20 2008-01-24 White Ted R Twisted Dual-Substrate Orientation (DSO) Substrates
WO2011047244A2 (en) * 2009-10-16 2011-04-21 National Semiconductor Corporation Method for improved mobility using hybrid orientation technology (hot) in conjunction with selective epitaxy and related apparatus
US20110089473A1 (en) * 2009-10-16 2011-04-21 National Semiconductor Corporation Method for improved mobility using hybrid orientation technology (HOT) in conjunction with selective epitaxy and related apparatus
JP2013508951A (ja) * 2009-10-16 2013-03-07 ナショナル セミコンダクター コーポレーション HOT(hybridorientationtechnology)を選択的エピタキシーに関連して用いて移動度を改善する方法およびそれに関連する装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9601580B2 (en) 2014-03-19 2017-03-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
JP2019012780A (ja) * 2017-06-30 2019-01-24 株式会社日立製作所 炭化ケイ素半導体装置およびその製造方法
WO2023210837A1 (ja) * 2022-04-28 2023-11-02 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体装置

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