JP2615390B2 - 炭化シリコン電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

炭化シリコン電界効果トランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は高温動作が可能な炭化シリコン(SiC)デバ
イス、特に炭化シリコン電界効果トランジスタの製造方
法に関する。
[従来の技術] SiCは高温での動作が可能な半導体である。SiCをシリ
コン(Si)基板上に成長させる技術は近年とみに発展
し、例えば面方位(100)のSi基板上にSiH4とC3H8を用
いて化学気相成長法により、SiCを5〜10μm成長させ
ることが可能になっている。しかしSi基板とSiCとの熱
膨張係数の差および格子定数の差によって、成長したSi
C膜には大きな歪が入る。そのためその後のデバイス製
造工程でSiC膜にクラックが入り、デバイスを作製する
のが難しかった。SiCの電気的特性の評価なども、Si基
板を溶解して得たSiC薄片で行われなけれなばならない
という不便があった。
また絶縁層としてSiC表面を酸化して得られるSiO2
を利用する場合、SiCの酸化速度がSiに比べて非常に遅
く、十分な厚さのSiO2膜が得にくいので、MOSトランジ
スタその他のデバイスが作製し難いという欠点があっ
た。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、このようなSiC上に絶縁膜が形成し難く、
デバイス作製が容易でないという欠点を改善し、絶縁の
ための十分な厚さの絶縁膜を確保し、もってSiCデバイ
スの製造を容易することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] かかる目的を達成するために、本発明は、絶縁膜を形
成可能な材料を炭化シリコン上に被着する工程と、前記
被着した絶縁膜形成可能材料を所望の形状に加工し前記
炭化シリコンの表面の一部を露出させる工程と、前記加
工された絶縁膜形成可能材料の表面および露出された前
記炭化シリコンの表面に絶縁膜を形成する工程と、前記
炭化シリコン上の絶縁膜と前記絶縁膜形成可能材料の表
面に形成された絶縁膜上にまたがって導電層を形成する
工程とを含み、前記炭化シリコン上の絶縁膜は前記絶縁
膜形成可能材料表面の絶縁膜より薄いゲート絶縁膜を構
成し、前記絶縁膜形成可能材料はソース・ドレインを構
成することを特徴とする。
さらに、本発明は、絶縁膜を形成可能な材料を炭化シ
リコン上に被着する工程と、前記被着した絶縁膜形成可
能材料を所望の形状に加工し前記炭化シリコンの表面の
一部を露出させる工程と、前記加工された絶縁膜形成可
能材料の表面および露出された前記炭化シリコンの表面
に絶縁膜を形成する工程と、前記炭化シリコン上の絶縁
膜と前記絶縁膜形成可能材料の表面に形成された絶縁膜
上にまたがって導電層を形成する工程とを含み、前記炭
化シリコン上の絶縁膜は前記絶縁膜形成可能材料表面の
絶縁膜よりは薄いゲート絶縁膜を構成し、前記絶縁膜形
成可能材料はソース・ドレイン引き出し電極を構成する
ことを特徴とする。
さらにまた、本発明は、絶縁膜を形成可能な材料を炭
化シリコン上に被着する工程と、前記被着した絶縁膜形
成可能材料を所望の形状に加工し前記炭化シリコンの表
面の一部を露出させる工程と、前記加工された絶縁膜形
成可能材料および露出された前記炭化シリコンの表面に
絶縁膜を形成する工程と、前記絶電膜形成可能材料の表
面に形成された絶縁膜上に導電層を形成する工程とを含
み、前記炭化シリコン上の絶縁膜の厚さが前記絶縁膜形
成可能材料表面の絶縁膜の厚さより薄いことを利用し
て、前記炭化シリコン上の絶縁膜の厚さ以上かつ前記絶
縁膜形成可能材料表面の厚さ以下の絶縁膜除去を行い、
選択的に前記炭化シリコン上にのみゲート導電層を形成
することを特徴とする。
[作用] 第1図(A)ないし(C)を参照して、本発明の作用
を説明する。
SiC1上にSi,金属シリサイド、Ta,Ti等の酸化膜や窒化
膜などの絶縁膜を形成し易い材料2をCVD,蒸着,スパッ
タその他適宜な方法で被着し、被着された絶縁膜形成可
能材料2をエッチングなどによて所望の形状に加工し、
SiC1の表面の一部を露出する(第1図(A))。これを
高温の酸化性雰囲気にさらして酸化膜を形成するなどの
方法で絶縁膜を形成すると、SiCは化学的に活性なの
で、SiC1上に形成される絶縁膜3Aの厚さは、第1図
(B)に模型的に示すようにSiなど絶縁膜形成可能材料
2上の絶縁膜3Bの厚さの数分の1ないし1/10以下の厚さ
しかない。第1図(C)に示すようにこのような状態の
絶縁膜上にAlなどの導電層4を形成すると、導電層4は
SiC1とは薄い絶縁膜3Aで、絶縁膜形成可能材料2とは厚
い絶縁膜3Bで絶縁される。絶縁膜3A,3Bの厚さは自由に
制御できるので、SiCデバイスの作製を容易にすること
ができる。
なお、導電層4をSiC1と直接接触させたい場合には、
絶縁膜3を3Aの厚さだけエッチングして除去すれば、Si
C1の表面を露出し、絶縁膜形成材料2上には十分な厚さ
の絶縁膜3Bを残すことができるので、その後導電層4を
形成すればよい。
[実施例] 以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。
実施例1 第2図(A)ないし(E)はSi基板上に成長させたSi
Cをn層とするMOSFETを作製した実施例を説明する部分
断面図である。
まずSi基板10上に、例えばSiH4とC3H8を用いた化学気
相成長法によって、SiC層20を0.5μm程度の厚さを成長
させる。次にSiC層上にフォトレジストによるマスクを
設け、フロンおよび酸素によるプラズマエッチングを行
って必要な形状および個数のSiCの島を残してSiC層を除
去する。図には便宜上1個の島のみを示す。次に水蒸気
雰囲気中で1150℃約30分加熱し、熱酸化を行う。この酸
化によって形成されるSiO2膜11の厚さはSiO20上では約
0.05μmであるが、Si10上ではその約10倍の0.55μmに
達する。表面のSiO2層をSiC20の表面が露出するまで、
例えばNH4F+FH)液を用いてエッチングし除去する(第
2図(A))。
露出されたSiC上およびSi基板上のSiO2の上に、例え
ばSiH4の熱分解による化学気相成長法によって、多結晶
Si層30を0.5μm厚程度成長させる(第2図(B))。
この時多結晶Si層30にはSiC20に対してアクセプタとな
る不純物、例えばAlを添加しておく。
次に多結晶Si層30をソースおよびドレイン電極として
用いるため、多結晶Si30のゲート電極に相当する部分を
その他不要部分を除去する(第2図(C))。多結晶Si
の除去は、腐食剤として例えば(HF−HNO3)液を用い、
フォトエッチングを行えばよい。
多結晶Si30の不要部分を除いた後に、例えば1150℃で
約8時間乾燥雰囲気中で熱酸化を行い、SiO2膜31を形成
する(第2図(D))。形成されたSiO2膜31の厚さは多
結晶Si30の上では約0.5μm、SiC20の上では約400Åで
ある。先に多結晶Si30中に添加しておいた不純物はこの
熱酸化中にSiC中に拡散してソースおよびドレイン領域5
1,52が形成される。SiO2膜31のうちSiC20の上の薄い部
分はゲート絶縁膜として、多結晶Si30の上の厚い部分
は、後に形成するゲート金属等の電極に対する絶縁層と
して用いられる。
多結晶Si30,30の上部のSiO2膜31に、CF4を用いたプラ
ズマエッチングあるいは(NH4F+HF)液を用いた湿式エ
ッチングなどによってコンタクトホールを形成し、電極
(配線)金属として例えばAlを0.7μmの歌さに蒸着す
る。腐食液として例えばH3PO4−HNO3系溶液を用い、フ
ォトエッチングによってAl蒸着膜を必要な形状に加工し
てソース電極41(43)、ドレイン電極43(41)、ゲート
電極42として、PチャネルMOSFETが完成する(第2図
(E))。
一方、SiO2膜31を形成する工程(第2図(D))にお
いて1000℃以下の低温で絶縁膜を形成した場合は、多結
晶Si30中に添加しておいた不純物はSiC中へは殆んど拡
散せず、むしろ多結晶Si30はSiCとオーム性接触を示す
ので、上記一連の製造工程によりnチャネルMOSFETを形
成することができる。
実施例2 SiCにMESFETを作製した実施例を第3図(A)ないし
(C)を参照して説明する。
Si基板10上にSiC層を成長させその上に絶縁膜形成可
能材料として多結晶Si30を設け、多結晶Si30を加工し、
酸化させて絶縁膜としてSiO231を形成するまでは実施例
1の第2図(D)までと同様であるので詳しい説明を省
略する。
ただしこの場合SiS層20と領域50,51はオーム性接触を
有する必要がある。このためには多結晶Si30中に添加す
る不純物をSiC層20と同一導電型を示すリンにするか、
多結晶Si30を附着した後の熱処理工程の温度を1000℃程
度又はそれ以下として、領域50,51を作らず多結晶Si30
とSiC層20とをオーム性接触とすればよい。
絶縁膜SiO231をSiC20の上に絶縁膜の厚さだけ例えば
(NH4F+HF)液によってエッチング除去して、第3図
(A)に示すようにSiC20の表面を露出する。多結晶Si3
0の上には十分な厚さのSiO2膜31が残されている。
次に導電層として例えば白金を0.7μm厚に蒸着して
露出したSiC20と直接接触させ、必要な部分を残して他
の部分を例えば硝酸と酸塩の混酸による湿式エッチング
あるいはCF4−O2を用いたプラズマエッチングなどによ
って除去し、ゲート電極61とする(第3図(B))。
次に実施例1と同様にSiO231にコンタクトホールを設
け、ソース(ドレイン)電極62,ドレイン(ソース)電
極63を設けて、SiC上のMESFETが完成する(第3図
(C))。
実施例1,2では絶縁膜として酸化膜を用いた例を説明
したが、必要に応じて窒化膜を用いることもできる。ま
たSiC上に形成するデバイスは、上述の実施例に示した
ものには限られない。
[発明の効果] 以上説明したように、SiCと絶縁膜形成可能な材料と
に同時に絶縁膜を形成し、両者の絶縁膜形成速度の差を
利用して、SiC上には薄い絶縁膜を、絶縁膜形成可能材
料の上には厚い絶縁膜を効率よく形成できるので、炭化
シリコンデバイスの作製を容易にすることができる。特
にたとえばゲートとソース・ドレインとの間が絶縁膜形
成可能な材料上に形成された絶縁膜の厚さで自動的に決
まるいわゆるセルフアライン構成を実施することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)ないし(C)は本発明の作用を説明する部
分断面図、 第2図(A)ないし(E)は本発明の実施例を説明する
部分断面図、 第3図(A)ないし(C)は本発明の他の実施例を説明
する部分断面図である。 1……SiC、 2……絶縁膜形成可能材料、 3……絶縁膜、 4……導電層、 10……Si基板、 11,31……SiO2、 20……SiC、 30……多結晶Si、 41……ソース(ドレイン)電極、 42……ゲート電極、 43……ドレイン(ソース)電極、 51……ソース(ドレイン)、 52……ドレイン(ソース)、 61……ゲート電極、 62……ソース(ドレイン)電極、 63……ドレイン(ソース)電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 徹夫 茨城県新治郡桜村梅園1丁目1番4号 電子技術総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−142568(JP,A) 特開 昭52−65683(JP,A) 特開 昭55−4964(JP,A) 特開 昭55−67166(JP,A) 特開 昭57−149774(JP,A) 特開 昭54−7883(JP,A) 特開 昭57−13769(JP,A) 特開 昭59−155943(JP,A) 特開 昭60−66866(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Si、金属シリサイド、Ta、およびTiからな
    る郡から選ばれ、同一処理によって炭化シリコン上に形
    成される絶縁膜より厚い絶縁膜を形成可能な材料を炭化
    シリコン上に被着する工程と、 前記被着した絶縁膜形成可能材料を所望の形状に加工し
    前記炭化シリコンの表面の一部を露出させる工程と、 前記加工された絶縁膜形成可能材料の表面に厚くかつ露
    出された前記炭化シリコンの表面に薄い絶縁膜を形成す
    るとともにソース・ドレイン領域を形成する工程と、 前記炭化シリコン上の絶縁膜と前記絶縁膜形成可能材料
    の表面に形成された絶縁膜上にまたがって導電層を形成
    する工程とを含み、前記炭化シリコン上の絶縁膜はゲー
    ト絶縁膜を構成することを特徴とする炭化シリコン電界
    効果トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の方法におい
    て、前記絶縁膜形成可能材料から不純物を炭化シリコン
    中に拡散させてソース・ドレイン領域を形成することを
    特徴とする炭化シリコン電界効果トランジスタの製造方
    法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項に記載の方法におい
    て、前記絶縁膜形成可能材料と前記炭化シリコンとをオ
    ーム性接触させてソース・ドレイン領域を形成すること
    を特徴とする炭化シリコン電界効果トランジスタの製造
    方法。
  4. 【請求項4】Si、金属シリサイド、Ta、およびTiからな
    る郡から選ばれ、同一処理によって炭化シリコン上に形
    成される絶縁膜より厚い絶縁膜を形成可能な材料を炭化
    シリコン上に被着する工程と、 前記被着した絶縁膜形成可能材料を所望の形状に加工し
    前記炭化シリコンの表面の一部を露出させる工程と、 前記加工された絶縁膜形成可能材料の表面に厚くかつ露
    出された前記炭化シリコンの表面に薄い絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記炭化シリコン上の絶縁膜の厚さが前記絶縁膜形成可
    能材料表面の絶縁膜の厚さより薄いことを利用して、前
    記絶縁膜形成可能材料表面の絶縁膜を残して前記炭化シ
    リコン上の絶縁膜を除去する工程と、 選択的に前記炭化シリコン上にのみゲート導電層を形成
    する工程と、 前記絶縁膜形成可能材料の表面に形成された絶縁膜上の
    絶縁膜に開口を形成して該開口に導電層を形成する工程
    とを有することを特徴とする炭化シリコン電界効果トラ
    ンジスタの製造方法。
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