JP2015153789A - SiC基板を利用する半導体装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
より少ない工程数で、SiC基板と金属層がオーミック接触する結果を実現する技術が必要とされている。
上記の表面が形成された時点で保護層を除去して加熱すると、SiC基板の表面からSiが昇華していく。その際にはSiC基板の表面にグラフェンの成長核が形成され、その成長核からSiC基板の表面に沿ってグラフェンが成長していく。上記方法では、保護層に密着していた範囲のSiC基板の表面に対して傾斜する傾斜面を形成しておいて加熱処理する。その場合、傾斜面にグラフェンの成長核が形成される。グラフェンは、傾斜面から保護層に密着していた範囲のSiC基板の表面に向けて広がっていく。保護層に密着していた範囲のSiC基板の表面がグラフェンで被覆される。その一方において、前記傾斜面と前記凹所の側面との間には、大きな角度が存在するために、前記凹所の側面と底面にはグラフェンが伸びづらい。SiCの傾斜面をミクロに観察すると、SiC結晶のステップで形成されている。前記した非特許文献1に、ステップでグラフェンの成長核が成長し、そこからグラフェンが広がっていくことが報告されている。熱処理後に金属層を形成すれば、グラフェンが成長した範囲では金属とSiCがオーミック接触する。オーミック接触させたい金属層の形成範囲を保護層で覆っておけば、その金属層とSiC基板をオーミック接触させることができる。グラフェンの生成に要する工程数は、シリサイドの生成に要する工程数よりも少ない。
本明細書でいうグラフェンは、単層のものに限定されない。非特許文献1に開示されているように、熱処理温度によって生成するグラフェンの層数を調整することができる。SiC基板と金属の間にオーミック接触を実現するグラフェンの層数は単層に限定されていない。
SiC基板の表面の全域にCVD法によって酸化層を形成する。次に、ホトレジストを利用して酸化層を残存させたい範囲をレジスト層で被覆する。その状態で、酸化層をエッチングする。するとレジスト層で覆われていなかった酸化層がエッチングされ、SiC基板の表面の一部を被覆する酸化層が形成される。その酸化層を保護層にしてSiC基板をエッチングする。レジスト層ではSiC基板のエッチング範囲を決める保護層とならない場合には、酸化層を保護層にしてエッチングすることができる。
上記方法で製造される半導体装置自体も新規である。その半導体装置は、SiC基板の表面に凹凸が形成されており、凸部を断面視したときの頂点近傍に凸部表面と凹部表面の双方に対して傾斜する傾斜面が形成されており、傾斜面と凸部表面がグラフェンで被覆されており、凹部表面はグラフェンで被覆されておらず、グラフェンの表面が金属層で被覆されているという特徴を備えている。
(第1特徴)p型のSiC領域の表面にグラフェンを成長させ、n型のSiC領域の表面にシリサイドを成長させる。
図2は、ボディコンタクト領域の形成範囲以外の表面をレジスト層30で被覆し、p型不純物を注入してp+型のボディコンタクト領域8を形成した段階を示している。
図3は、レジスト層30(図2参照)を除去し、SiC半導体基板16の上表面にCVD法によって酸化層32を形成し、p+型のボディコンタクト領域8の形成範囲に、レジスト層34を形成した段階を示している。
図4は、レジスト層34を保護層として酸化層32をエッチングした段階を示している。レジスト層34で被覆されていなかった範囲では、酸化層32が除去され、レジスト層34で被覆されている範囲では、酸化層32が残存する。図4では、残存した酸化層を参照番号32aで示している。図4に至るまでの間に、レジスト層34は薄くなる。図4では、薄くなったレジスト層34を参照番号34aで示している。
凹所40の側面40aに、保護層32aと半導体基板16の境界が露出する。境界が露出した後もエッチングを継続すると、その境界から保護層32aとSiC基板16の界面に沿ってエッチングが進行する。露出した境界の近傍では、保護層32aに接していたSiCがエッチングされて、保護層32aとSiC基板16の間に間隙38が形成されていく。その間隔は、前記凹所40の側面40aにおいて最も大きく、側面40aから離れるほど(間隙38に深く侵入するほど)狭くなる。SiC基板16の表面には、保護層32aに密着する面42が形成されている範囲Aと、保護層32aとの間に間隙38が形成されている範囲Bと、凹所40の側面40aが延びている範囲Cと、前記凹所40の底面44が形成されている範囲Dが形成される。保護層32aとの間に間隙38が形成されている範囲BのSiC基板16の表面39は、保護層32aに密着する範囲AのSiC基板16の表面42に対して傾斜している。
図7は、ソース領域22を形成した後に保護層32aを除去し(その段階では、上記の範囲A,B,C,Dがすでに形成されている)、SiC基板16を加熱した段階を示している。SiCからSiが昇華する温度まで加熱すると、SiC基板16の表面からSiが昇華していく。
表面42と44は、SiCが結晶成長していく際の結晶面であり、グラフェンが成長しづらい。側面40aもまた、グラフェンが成長しづらい。それに対して、結晶成長面42,44に対して傾斜する傾斜面39ではグラフェンが成長しやすい。その詳細は、非特許文献1に開示されている。
図12〜14はグラフェン成長過程を模式的に示している。SiCからSiが昇華していくと、残ったCがグラフェン核を形成する。そのグラフェン核は、結晶成長面42でなく、それに対して傾斜する面39上に形成される。図12は、傾斜面39上にグラフェン核6a,6bが形成された段階を模式的に示している。
それに対して、傾斜面39と側面40aは大きな角度で接している。傾斜面39で成長し始めたグラフェンは、側面40aの側には伸びにくい。図14に示すように、表面42の全域がグラフェン6で覆われ、側面40aにはグラフェンが成長しない関係を得ることができる。図7は、上記の段階を示している。
非特許文献1に記載されているように、熱処理温度によって生成するグラフェンの層数が決定される。グラフェンの層数が管理されると、電極とSiC間の接触抵抗が安定化する。熱処理温度を管理することで、接触抵抗が管理された半導体装置を量産することができる。本実施例では、SiC基板16を1350℃に加熱する。その結果、2層グラフェンが安定的に得られる。
図9は、トレンチの両サイドに残ったn型ソース領域22の上面にチタンシリサイド層
20を形成した段階を示す。
図10は、層間絶縁層28を形成し、基板16の裏面から不純物を注入してドレイン領域14を作り、ドレイン領域14の裏面にチタンシリサイド層17を形成した段階を示す。
図11は、表面電極4と裏面電極18を形成した段階を示し、MOS半導体装置2が完成した段階を示す。表面電極4はグラフェン6を介してp型ボディコンタクト領域8にオーミック接触し、チタンシリサイド層20を介してソース領域22にオーミック接触する。裏面電極18はチタンシリサイド層17を介してドレイン領域14にオーミック接触する。
上記の実施例によると、n型のSiCに対してはグラフェン6を利用して金属をオーミック接触させ、p型のSiCに対してはシリサイドを利用して金属をオーミック接触させる。n型のSiCに対してシリサイドを形成しなくてもよいことから、必要工程数が少なくてすむ。少ない工程数で、表面電極4をSiC基板16にオーミック接触させることができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
4:表面電極
6:グラフェン
8:ボディコンタクト領域
10:ボディ領域
12:ドリフト領域
14:ドレイン領域
16:SiC基板
17:チタンシリサイド層
18:裏面電極
20:チタンシリサイド層
22:ソース領域
24:ゲート電極
26:ゲート絶縁層
28:層間絶縁層
30:レジスト層
32:酸化層
34:レジスト層
36:オーバ−エッチングを現わす矢印
38:間隙
39:傾斜面
40:凹所
40a:側面
42:保護層と密着する面
44:底面
46:成長方向
Claims (5)
- SiC基板の表面の一部を保護層で被覆する被覆工程と、
前記保護層で被覆されていない範囲の前記SiC基板の表面近傍をエッチングするエッチング工程と、
前記保護層を除去する除去工程と、
SiCに含まれるSiが昇華する温度に前記SiC基板を加熱する加熱工程を備えており、
前記加熱工程において、前記保護層で被覆されていた範囲の前記SiC基板の表面にグラフェンが成長することを特徴とするグラフェン生成方法。 - 前記SiC基板の表面に形成された酸化層で前記保護層を形成することを特徴とする請求項1のグラフェン生成方法。
- 前記エッチング工程において、前記保護層と前記SiC基板の積層構造の側面から前記保護層と前記SiC基板の界面に沿ってエッチングが進行して前記界面に対して傾斜する傾斜面が形成され、
前記加熱工程において、前記傾斜面でグラフェンが成長し、次いで、前記保護層で被覆されていた範囲の前記SiC基板の表面にグラフェンが成長することを特徴とする請求項1または2のグラフェン生成方法。 - SiC基板の表面の一部を保護層で被覆する被覆工程と、
前記保護層で被覆されていない範囲の前記SiC基板の表面近傍をエッチングするエッチング工程と、
前記保護層を除去する除去工程と、
SiCに含まれるSiが昇華する温度に前記SiC基板を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記SiC基板の表面に金属層を形成する金属層形成工程を備えており、
前記加熱工程において、前記保護層で被覆されていた範囲の前記SiC基板の表面にグラフェンが成長し、
前記金属層形成工程において、前記グラフェンを介して前記SiC基板に対向する電極層が生成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - SiC基板の表面に凹凸が形成されており、
凸部を断面視したときの頂点に、凸部表面と凹部表面の双方に対して傾斜する傾斜面が形成されており、
前記傾斜面と前記凸部表面がグラフェンで被覆されており、
前記凹部表面がグラフェンで被覆されておらず、
前記グラフェンの表面が金属層で被覆されている半導体装置。
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