JP3801091B2 - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭化珪素エピタキシャル基板に形成する炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化珪素はシリコンと比較してバンドギャップが大きい、飽和ドリフト速度が大きい、熱伝導度が高い、絶縁破壊電界強度が１桁程度大きいなどの特徴を有し、シリコンの限界を超える特性をもつパワーデバイス用材料として期待されている。
【０００３】
しかし、現状の炭化珪素の単結晶基板（ＳｉＣ基板）やこの単結晶基板上に炭化珪素のエピタキシャル膜が形成された炭化珪素のエピタキシャル基板には、マイクロパイプと呼ばれる中空欠陥が基板を貫通して多数個存在し、このエピタキシャル基板を用いて形成するショットキーダイオードなどの炭化珪素半導体装置では、この中空欠陥が耐圧低下やもれ電流増加の要因となっている。この耐圧低下は、ショットキー電極と中空欠陥が直接接触することで、ショットキー電極からエピタキシャル基板への空乏層の伸びが中空欠陥箇所（結晶性が崩れている箇所）で抑えられ、電界強度が高くなるために、引き起こされる。
【０００４】
また、もれ電流の増大は、ショットキー電極と結晶性が崩れている中空欠陥とが接触するために、引き起こされることが知られている。
この耐圧低下を防止するために、これらの中空欠陥を減らす努力がなされており、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２００１，ＴｕＡ２−３において、Ｓｔ．Ｇ．Ｍｕｌｌｅｒらにより直径５０ｍｍの六方晶系炭化珪素単結晶では、中空欠陥密度は１平方センチメートル当たり０．９個まで減らしたことが報告されているが、完全にゼロになるまでには至っていない。
【０００５】
さらに、半導体チップの面積が小さい場合には、８０％台の耐圧良品率が得られているものの、大面積化すると、この耐圧良品率は大幅に低下する。ここで、欠陥はエピタキシャル成長直後のエピタキシャル膜への欠陥の他に、プロセス途中の例えばイオン注入の活性化熱処理等での歪みが考えられる。このため、エピタキシャル膜の形成直後にエッチングして絶縁膜を充填しても、その後のプロセス中の熱処理で歪みが生じてもれ電流が増えることが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この耐圧良品率を向上させる施策として、いくつかの改善案が提案されている。米国特許ＵＳＰ６１００１１１においては、中空欠陥の場所を検知し、その上部に保護層を形成することで、電極と中空欠陥が直接接触することを防止する方法（これは、中空欠陥を保護層で補修する方法である）や、中空欠陥周辺に接合終端耐圧構造を形成しその上部に保護層を形成して、中空欠陥に印加される電界強度を和らげて、且つ、電極と中空欠陥が直接接触しないようにする方法が示されている。
【０００７】
しかしながら、この方法では、中空欠陥検知やその位置情報を保存したり、位置情報を基に個別に保護膜や接合終端耐圧構造を形成する製造装置や製造工程が必要になるなど、製造コストが高くなる。中空欠陥の場所を検知することなく、中空欠陥を補修する方法（中空欠陥内に保護層を形成する方法）としては、特開平９−０２７４８９号公報に開示されており、それは、中空欠陥の内部に、二酸化珪素膜や窒化珪素膜を形成することが示されている。しかし、この方法は中空欠陥の内部には二酸化珪素膜や窒化珪素膜を形成されるが、表面での中空欠陥を被覆する保護膜の領域が狭く、電極と中空欠陥との距離が小さいために、耐圧低下を引き起こす確率が高い。また、非中空欠陥は欠陥の断面積が小さく、非中空欠陥の内部には二酸化珪素膜や窒化珪素膜が形成されない。そのため、これらの非中空欠陥と電極が直接接触して、耐圧低下を引き起こす。
【０００８】
また、特開平１０−１２０４９６号公報において、基板表面にレジストを塗布し、裏面から紫外線を照射することで欠陥以外の部分を露光させ、欠陥部分上を被覆しているレジスト膜を除去し、このレジスト膜をマスクに内部の欠陥部分をエッチングし、エッチングされた箇所に絶縁物を充填する方法が開示されている。
【０００９】
しかし、これら方法は、空洞体積の大きい中空欠陥には有効であるが、レジスト膜の感光可能な最小線幅より小さな欠陥には効果がない。尚、前記の非中空欠陥には、らせん転位、刃状転位、小傾角粒界、積層欠陥などがあり、らせん転位は耐圧を低下させることがＳｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌｕｍｅ４２，Ｎｏ１２，ｐ２１５７などで報告されている。また耐圧低下以外にもリーク電流の増加などの悪影響が考えられる。
【００１０】
いづれの方法にしても、前記の従来の方法では、欠陥を補修する際に、欠陥の場所を検知する工程が必要であったり、また、断面積の大きな中空欠陥にしか有効でない。図８は、従来の炭化珪素半導体装置で、同図（ａ）は要部断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した表面での要部平面図である。この炭化珪素半導体装置はショットキーダイオードであり、前記の改善策が講じられていない場合である。
【００１１】
エピタキシャル基板１００は、ｎ型の炭化珪素の単結晶基板１と炭化珪素のｎ型のエピタキシャル層２で構成され、中空欠陥３と非中空欠陥４が含まれている。このエピタキシャル基板１００の表面と裏面にアノード電極となるショットキー電極１０とカソード電極となるオーミック電極１１がそれぞれ形成されている。
【００１２】
中空欠陥とは穴が開いているものであり、非中空欠陥とは穴が開いていないが原子配列の乱れたものである。中空欠陥は、通常単結晶基板を貫いており、その上にエピタキシャル層を形成すると連続して貫いていることが多い。非中空欠陥は貫いているものもあれば、途中で発生しているものもある。
中空欠陥３や非中空欠陥４とショットキー電極１０がＡ部、Ｂ部で接触しているために、ショットキー電極から伸びる空乏層が、この欠陥部分で伸びなくなり、そのため、Ａ部、Ｂ部での電界強度が高くなり、耐圧良品率が低下する。
【００１３】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、表面に露出した中空欠陥や非中空欠陥を補修し、耐圧良品率を向上できる炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、炭化珪素の単結晶基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記単結晶基板表面に露出する欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填した単結晶基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有する製造方法とする。
【００１５】
また、炭化珪素の単結晶基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記単結晶基板表面に露出した欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、単結晶基板を回転し、該単結晶基板表面に対して斜め方向に所定のイオン種のイオン注入を行う工程と、前記欠陥箇所を絶縁膜で充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填した単結晶基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有する製造方法とする。
【００１６】
また、炭化珪素の単結晶基板と該単結晶基板上に形成した炭化珪素のエピタキシャル層とを有する炭化珪素のエピタキシャル基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記エピタキシャル層表面に露出する欠陥を、ＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填したエピタキシャル基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有する製造方法とする。
【００１７】
また、炭化珪素の単結晶基板と該単結晶基板上に形成した炭化珪素のエピタキシャル層とを有する炭化珪素のエピタキシャル基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記エピタキシャル層表面に露出した欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、エピタキシャル基板を回転し、該エピタキシャル基板表面に対して斜め方向に所定のイオン種のイオン注入を行う工程と、前記欠陥箇所を絶縁膜で充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填したエピタキシャル基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有する製造方法とする。
【００１８】
また、前記所定のイオン種が、不活性化イオンであるとよい。
また、前記不活性化イオンが、アルゴンであるとよい。
また、前記所定のイオン種が、前記エピタキシャル層の導電型とは逆導電型となる不純物であるとよい。
また、前記所定のイオン種が、深い準位を形成するイオンであるとよい。
【００１９】
また、前記深い準位を形成するイオンが、バナジウムであるとよい。
また、前記絶縁膜が、二酸化珪素膜であるとよい。
また、前記二酸化珪素膜が、熱酸化膜と堆積酸化膜の積層膜であるとよい。
また、前記絶縁膜が、窒化珪素膜であるとよい。
また、前記窒化珪素膜が、熱窒化膜と堆積窒化膜の積層膜であるとよい。
【００２０】
また、炭化珪素の単結晶基板と、該単結晶基板内の欠陥が表面に露出した箇所に形成されたエッチピットと、該エッチピットを充填する絶縁膜と、前記単結晶基板の表面と前記絶縁膜の表面に形成されたショットキー電極と、前記単結晶基板の裏面に形成されたオーミック電極とを有する炭化珪素半導体装置とするとよい。
また、炭化珪素の単結晶基板と、該基板上に形成されたエピタキシャル層と、該エピタキシャル層内の欠陥が表面に露出した箇所に形成されたエッチピットと、該エッチピットを充填する絶縁膜と、前記エピタキシャル層の表面と前記絶縁膜の表面に形成されたショットキー電極と、前記単結晶基板の裏面に形成されたオーミック電極とを有する炭化珪素半導体装置とするとよい。
【００２１】
前記のように、欠陥箇所をＫＯＨ溶液でエッチングして、エッチピットを形成し、このエッチピットに、絶縁膜や不活性イオン層（不活性層）や深い準位のイオン層（半絶縁層）を充填することで、中空欠陥（マイクロパイプ）や非中空欠陥の露出部を補修し、電界強度を緩和して、素子の耐圧良品率を向上させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下の説明で、図８と同一部位には同一の符号を記した。
図１は、この発明の第１実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図である。
表面の面方位が（０００１）Ｓｉ面、厚さ３００μｍから４００μｍ、抵抗率０．０２Ωｃｍ程度の六方晶系のｎ型の炭化珪素の単結晶基板１（支持基板となる）の上に、不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3、厚さ１０μｍのｎ型の炭化珪素のエピタキシャル層２（活性領域となる）を形成する。この単結晶基板１上にエピタキシャル層２を形成した基板がエピタキシャル基板１００である。
【００２３】
炭化珪素基板１およびエピタキシャル層２内に存在する中空欠陥や非中空欠陥を、ＫＯＨでエッチングして、中空欠陥３及び非中空欠陥４の上部（表面に露出した箇所）にエッチピット６を形成する。このとき、非中空欠陥４の内部はエッチングされないが、中空欠陥３の内部はエッチングされる。
このエッチピット６や中空欠陥３内に、熱酸化または堆積法で二酸化珪素膜５を充填する。つぎにオーミック電極１１及びショットキー電極１０を形成し、ショットキーダイオードを形成する。
【００２４】
前記のように、エッチピット６や中空欠陥３内部に、二酸化珪素膜５を充填することで、中空欠陥３および非中空欠陥４とショットキー電極１０が、直接接触することを防止し、ショットキー電極１０とエピタキシャル層２の界面での電界強度を緩和して、素子耐圧が確保できるようになる。また、結晶性が崩れている中空欠陥３および非中空欠陥４と接触しないために、もれ電流の増大は防止される。
【００２５】
つまり、エッチピット６に二酸化珪素膜５を充填することで、表面に露出している中空欠陥３や非中空欠陥４が不活性化される領域（中空欠陥の修復領域の大きさをＬ１、非中空欠陥の修復領域の大きさをＬ２とする）を大きくすることができる。この修復領域の大きさＬ１、Ｌ２を大きくすることで、非中空欠陥４とショットキー電極１０が二酸化珪素膜５で隔てられる横方向での距離を大きくできて、耐圧良品率を高くすることができる。
【００２６】
尚、図１の要部断面図で、図示しない外側には、ガードリングなどの耐圧構造部が形成されることは勿論である。
図２は、この発明の第２実施例で、図１の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図である。
同図（ａ）において、図１で説明したｎ型のエピタキシャル基板１００を用意する。このエピタキシャル基板１００には中空欠陥３や非中空欠陥４が存在する。
【００２７】
同図（ｂ）において、エピタキシャル基板１００を約５００℃の溶融ＫＯＨ溶液で数分間エッチングし、中空欠陥３および非中空欠陥４の表面露出部にエッチピット６を形成する。このエッチピット６の大きいものは最大幅で２０μｍ程度である。また、このとき中空欠陥３の内部もエッチングされる。
同図（ｃ）において、１１００℃ ５時間、水素と酸素を流してウェット酸化を行い約３０ｎｍの熱酸化膜を得た。さらに４５０℃でシランと酸素を流して減圧化学的気相堆積（ＬＰＣＶＤ）法により膜厚３μｍの二酸化珪素膜５を中空欠陥３内部およびエッチピット６に充填した。図では、約３０ｎｍの熱酸化膜は省略している。
【００２８】
同図（ｄ）において、エピタキシャル基板１００の表面側、裏面側を被覆する二酸化珪素膜５と図示しない熱酸化膜を研磨で除去し、二酸化珪素膜５が中空欠陥３および非中空欠陥４の上部にのみ残るようにする。
つぎに、図１に示すショットキー電極１０とオーミック電極１１を形成することで、ショットキーダイオードを形成する。
【００２９】
例えば、直径１ｍｍのショットキーダイオードを形成した場合、耐圧１．２ｋＶクラスにおいて、良品率は、従来５０％であったのに対して、本発明の第１実施例のショットキーダイオードでは７５％に向上した。
図３は、この発明の第３実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図である。
図１との違いは、エッチピット６の下に不活性層であるアルゴンイオン注入層２１を形成し、修復距離Ｌ１、Ｌ２を大きくした点である。こうすることで、第１実施例より、さらに電界強度が緩和し、耐圧良品率を向上できる。
【００３０】
図４は、この発明の第４実施例で、図３の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図である。
同図（ａ）において、図１で説明したｎ型のエピタキシャル基板１００を用意する。このエピタキシャル基板１００には中空欠陥３や非中空欠陥４が存在する。その後、このエピタキシャル基板１００を約５００℃の溶融ＫＯＨ溶液で数分間エッチングし、中空欠陥３および非中空欠陥４の表面露出部にエッチピット６を形成する。このエッチピット６の大きいものは最大幅で２０μｍ程度である。また、このとき中空欠陥３の内部もエッチングされる。
【００３１】
同図（ｂ）において、エピタキシャル基板１００を複数回回転させ、このエピタキシャル基板１００に対して、４５°の方向から、３００〜４００ｋｅＶで５×１０12ｃｍ-2の不活性であるアルゴン（Ａｒ）イオンをイオン注入した。エピタキシャル基板１００に対して、斜めにイオン注入２２を行うことで、中空欠陥３の側面およびエッチピット６の側壁にもアルゴンを注入することができる。この場合、エピタキシャル基板を斜めにしても構わない。
【００３２】
同図（ｃ）において、１５００℃で３０分間アルゴン雰囲気で熱処理をすることにより、エッチピット６側面に深さ約０．５μｍのアルゴンイオン注入層２１を形成する。この表面のアルゴンイオン注入層２１の深さは約０．３５μｍである。
同図（ｃ）において、熱酸化により二酸化珪素膜５を形成した。この時、イオン注入されたエッチピット６側面は、アルゴンのイオン注入によるダメージにより、酸化が他の部分より速く進むため、エッチピット６より、広い領域に二酸化珪素膜５が形成される。さらに堆積法により二酸化珪素膜５を中空欠陥３およびエッチピット６に充填する。
【００３３】
同図（ｄ）において、エピタキシャル層２の表面を覆う二酸化珪素膜５とアルゴンイオン注入層２１、およびエピタキシャル基板１００の裏面の二酸化珪素膜５を研磨により除去し、二酸化珪素膜５が中空欠陥３および非中空欠陥４の上部にのみ残るようにする。
つぎに、図３に示すショットキー電極１０とオーミック電極１１を形成することで、ショットキーダイオードを形成する。
【００３４】
第４実施例では第１実施例よりも修復領域Ｌ１、Ｌ２が大きくなるために、欠陥部に印加される電界を第１実施例よりも効果的に低減することが出来る。
例えば、直径１ｍｍのショットキーダイオードを形成した場合、耐圧１．２ｋＶクラスにおいて、良品率は８０％に向上した。尚、前記したアルゴンの代わりに、エピタキシャル層と逆導電型の不純物（ボロンなど）をイオン注入して、このイオン注入箇所をコンペンセーション（補償）し、この箇所の抵抗値を高め、半絶縁化を図ることで、同様の効果が期待できる。
【００３５】
図５は、この発明の第５実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図である。
図１との違いは、エッチピット６の下に半絶縁層であるバナジウムイオン注入層２３を形成し、表面からの修復距離Ｌ３を大きくした点である。こうすることで、第１実施例より、さらに電界強度が緩和し、耐圧良品率を向上できる。
図６は、この発明の第６実施例で、図５の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図である。
【００３６】
同図（ａ）において、図１で説明したｎ型のエピタキシャル基板１００を用意する。このエピタキシャル基板１００には中空欠陥３や非中空欠陥４が存在する。その後、このエピタキシャル基板１００を約５００℃の溶融ＫＯＨ溶液で数分間エッチングし、中空欠陥３および非中空欠陥４の表面露出部にエッチピット６を形成する。このエッチピット６の大きいものは最大幅で２０μｍ程度である。また、このとき中空欠陥３の内部もエッチングされる。
【００３７】
同図（ｂ）において、エピタキシャル基板１００を複数回回転させ、このエピタキシャル基板１００に対して、４５°の方向から、１ＭｅＶで５×１０12ｃｍ-2のバナジウムイオン（深い準位をもつイオン）をイオン注入した。エピタキシャル基板１００に対して、斜めにイオン注入２４を行うことで、中空欠陥３の側面およびエッチピット６の側壁にもバナジウムを注入することができる。
【００３８】
同図（ｃ）において、１５００℃で３０分間アルゴン雰囲気で熱処理をすることにより、炭化珪素中で深い順位が形成され、エッチピット６側面に深さ約１μｍの半絶縁層であるバナジウムイオン注入層２３を形成する。表面のバナジウムイオン注入層２３の深さは約０．７μｍである。
同図（ｃ）において、熱酸化により二酸化珪素膜５を形成した。この時、イオン注入されたエッチピット６側面は、バナジウムのイオン注入によるダメージにより、酸化が他の部分より速く進むため、エッチピット６より、広い領域に二酸化珪素膜５が形成される。さらに堆積法により二酸化珪素膜５を中空欠陥３およびエッチピット６に充填する。
【００３９】
同図（ｄ）において、エピタキシャル層２の表面を覆う二酸化珪素膜５とバナジウムイオン注入層２３、およびエピタキシャル基板１００の裏面の二酸化珪素膜５を研磨により除去し、二酸化珪素膜５が中空欠陥３および非中空欠陥４の上部にのみ残るようにする。
つぎに、図５に示すショットキー電極１０とオーミック電極１１を形成することで、ショットキーダイオードを形成する。
【００４０】
第６実施例では第１実施例よりも修復領域Ｌ１、Ｌ２が大きくなるために、欠陥部に印加される電界を第１実施例よりも効果的に低減することが出来る。
例えば、直径１ｍｍのショットキーダイオードを形成した場合、耐圧１．２ｋＶクラスにおいて、良品率は８０％に向上した。尚、前記した二酸化珪素膜の代わりに窒化珪素膜等（熱窒化膜と堆積窒化膜の２層の窒化珪素膜を含む）を用いても構わない。
【００４１】
図７は、この発明の第７実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図である。図１との違いは、エピタキシャル基板１００の代わりに、炭化珪素の薄い単結晶基板１５を用いた点である。この場合も、前記した効果が期待できる。尚、この薄い単結晶基板１５がエピタキシャル層２と同等の働きをして活性層となる。
また、図１、図３、図５のエピタキシャル基板１００の代わりに単結晶基板１５を用いて、図１、図３、図５に相当する炭化珪素半導体装置を製作した場合も同様の効果が期待できる。
【００４２】
図７の炭化珪素半導体装置の製造方法の一例を説明する。炭化珪素の厚い単結晶基板の中空欠陥３や非中空欠陥４を修復した後で、表面にショットキー電極１０を形成した後、裏面を研磨などで削り、化学的処理をして、数十μｍの所定の厚さとする。この薄くした単結晶基板１５の裏面（研磨した面）に、窒素イオンまたはリンをイオン注入してｎ形の高い不純物濃度のイオン注入層１２を形成し、このイオン注入層１２を介してオーミック電極１１を形成する。
【００４３】
尚、以上の実施例では、単結晶基板あるいはエピタキシャル膜の形成直後に生じた欠陥だけではなく、プロセス途中のイオン注入の活性化熱処理などで生じた歪みによる欠陥に対しても適用できる。このため、ショットキー電極成膜直前に実施するのが最適である。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、炭化珪素のエピタキシャル基板や単結晶基板に存在する中空欠陥および非中空欠陥の上部にエッチピットを形成し、このエッチピットを二酸化珪素膜等の絶縁膜や、アルゴン層などの不活性層や、バナジウム層などの半絶縁層を埋め込む（充填する）ことで修復領域を大きくし、この大きな修復領域により、ショットキー電極と中空欠陥および非中空欠陥が直接接触するのを防止できる。これによって電界強度が緩和され、また、もれ電流の増大が防止されて、素子の耐圧良品率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図
【図２】 この発明の第２実施例で、図１の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図
【図３】 この発明の第３実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図
【図４】 この発明の第４実施例で、図３の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図
【図５】 この発明の第５実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図
【図６】 この発明の第６実施例で、図５の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図
【図７】 この発明の第７実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図
【図８】従来の炭化珪素半導体装置で、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した表面での要部平面図
【符号の説明】
１、１５ 単結晶基板
２ エピタキシャル層
３ 中空欠陥
４ 非中空欠陥
５ 二酸化珪素膜
６ エッチピット
１０ ショットキー電極
１１ オーミック電極
１２ イオン注入層
２１ アルゴンイオン注入層
２２、２４ イオン注入
２３ バナジウムイオン注入層
１００ エピタキシャル基板
Ｌ１ 中空欠陥の修復領域の大きさ
Ｌ２ 非中空欠陥の修復領域の大きさ
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭化珪素エピタキシャル基板に形成する炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化珪素はシリコンと比較してバンドギャップが大きい、飽和ドリフト速度が大きい、熱伝導度が高い、絶縁破壊電界強度が１桁程度大きいなどの特徴を有し、シリコンの限界を超える特性をもつパワーデバイス用材料として期待されている。
【０００３】
しかし、現状の炭化珪素の単結晶基板（ＳｉＣ基板）やこの単結晶基板上に炭化珪素のエピタキシャル膜が形成された炭化珪素のエピタキシャル基板には、マイクロパイプと呼ばれる中空欠陥が基板を貫通して多数個存在し、このエピタキシャル基板を用いて形成するショットキーダイオードなどの炭化珪素半導体装置では、この中空欠陥が耐圧低下やもれ電流増加の要因となっている。この耐圧低下は、ショットキー電極と中空欠陥が直接接触することで、ショットキー電極からエピタキシャル基板への空乏層の伸びが中空欠陥箇所（結晶性が崩れている箇所）で抑えられ、電界強度が高くなるために、引き起こされる。
【０００４】
また、もれ電流の増大は、ショットキー電極と結晶性が崩れている中空欠陥とが接触するために、引き起こされることが知られている。
この耐圧低下を防止するために、これらの中空欠陥を減らす努力がなされており、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２００１，ＴｕＡ２−３において、Ｓｔ．Ｇ．Ｍｕｌｌｅｒらにより直径５０ｍｍの六方晶系炭化珪素単結晶では、中空欠陥密度は１平方センチメートル当たり０．９個まで減らしたことが報告されているが、完全にゼロになるまでには至っていない。
【０００５】
さらに、半導体チップの面積が小さい場合には、８０％台の耐圧良品率が得られているものの、大面積化すると、この耐圧良品率は大幅に低下する。ここで、欠陥はエピタキシャル成長直後のエピタキシャル膜への欠陥の他に、プロセス途中の例えばイオン注入の活性化熱処理等での歪みが考えられる。このため、エピタキシャル膜の形成直後にエッチングして絶縁膜を充填しても、その後のプロセス中の熱処理で歪みが生じてもれ電流が増えることが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この耐圧良品率を向上させる施策として、いくつかの改善案が提案されている。米国特許ＵＳＰ６１００１１１においては、中空欠陥の場所を検知し、その上部に保護層を形成することで、電極と中空欠陥が直接接触することを防止する方法（これは、中空欠陥を保護層で補修する方法である）や、中空欠陥周辺に接合終端耐圧構造を形成しその上部に保護層を形成して、中空欠陥に印加される電界強度を和らげて、且つ、電極と中空欠陥が直接接触しないようにする方法が示されている。
【０００７】
しかしながら、この方法では、中空欠陥検知やその位置情報を保存したり、位置情報を基に個別に保護膜や接合終端耐圧構造を形成する製造装置や製造工程が必要になるなど、製造コストが高くなる。中空欠陥の場所を検知することなく、中空欠陥を補修する方法（中空欠陥内に保護層を形成する方法）としては、特開平９−０２７４８９号公報に開示されており、それは、中空欠陥の内部に、二酸化珪素膜や窒化珪素膜を形成することが示されている。しかし、この方法は中空欠陥の内部には二酸化珪素膜や窒化珪素膜を形成されるが、表面での中空欠陥を被覆する保護膜の領域が狭く、電極と中空欠陥との距離が小さいために、耐圧低下を引き起こす確率が高い。また、非中空欠陥は欠陥の断面積が小さく、非中空欠陥の内部には二酸化珪素膜や窒化珪素膜が形成されない。そのため、これらの非中空欠陥と電極が直接接触して、耐圧低下を引き起こす。
【０００８】
また、特開平１０−１２０４９６号公報において、基板表面にレジストを塗布し、裏面から紫外線を照射することで欠陥以外の部分を露光させ、欠陥部分上を被覆しているレジスト膜を除去し、このレジスト膜をマスクに内部の欠陥部分をエッチングし、エッチングされた箇所に絶縁物を充填する方法が開示されている。
【０００９】
しかし、これら方法は、空洞体積の大きい中空欠陥には有効であるが、レジスト膜の感光可能な最小線幅より小さな欠陥には効果がない。尚、前記の非中空欠陥には、らせん転位、刃状転位、小傾角粒界、積層欠陥などがあり、らせん転位は耐圧を低下させることがＳｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌｕｍｅ４２，Ｎｏ１２，ｐ２１５７などで報告されている。また耐圧低下以外にもリーク電流の増加などの悪影響が考えられる。
【００１０】
いづれの方法にしても、前記の従来の方法では、欠陥を補修する際に、欠陥の場所を検知する工程が必要であったり、また、断面積の大きな中空欠陥にしか有効でない。図８は、従来の炭化珪素半導体装置で、同図（ａ）は要部断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した表面での要部平面図である。この炭化珪素半導体装置はショットキーダイオードであり、前記の改善策が講じられていない場合である。
【００１１】
エピタキシャル基板１００は、ｎ型の炭化珪素の単結晶基板１と炭化珪素のｎ型のエピタキシャル層２で構成され、中空欠陥３と非中空欠陥４が含まれている。このエピタキシャル基板１００の表面と裏面にアノード電極となるショットキー電極１０とカソード電極となるオーミック電極１１がそれぞれ形成されている。
【００１２】
中空欠陥とは穴が開いているものであり、非中空欠陥とは穴が開いていないが原子配列の乱れたものである。中空欠陥は、通常単結晶基板を貫いており、その上にエピタキシャル層を形成すると連続して貫いていることが多い。非中空欠陥は貫いているものもあれば、途中で発生しているものもある。
中空欠陥３や非中空欠陥４とショットキー電極１０がＡ部、Ｂ部で接触しているために、ショットキー電極から伸びる空乏層が、この欠陥部分で伸びなくなり、そのため、Ａ部、Ｂ部での電界強度が高くなり、耐圧良品率が低下する。
【００１３】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、表面に露出した中空欠陥や非中空欠陥を補修し、耐圧良品率を向上できる炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、炭化珪素の単結晶基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記単結晶基板表面に露出する欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填した単結晶基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有する製造方法とする。
【００１５】
また、炭化珪素の単結晶基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記単結晶基板表面に露出した欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、単結晶基板を回転し、該単結晶基板表面に対して斜め方向に所定のイオン種のイオン注入を行う工程と、前記欠陥箇所を絶縁膜で充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填した単結晶基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有する製造方法とする。
【００１６】
また、炭化珪素の単結晶基板と該単結晶基板上に形成した炭化珪素のエピタキシャル層とを有する炭化珪素のエピタキシャル基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記エピタキシャル層表面に露出する欠陥を、ＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填したエピタキシャル基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有する製造方法とする。
【００１７】
また、炭化珪素の単結晶基板と該単結晶基板上に形成した炭化珪素のエピタキシャル層とを有する炭化珪素のエピタキシャル基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記エピタキシャル層表面に露出した欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、エピタキシャル基板を回転し、該エピタキシャル基板表面に対して斜め方向に所定のイオン種のイオン注入を行う工程と、前記欠陥箇所を絶縁膜で充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填したエピタキシャル基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有する製造方法とする。
【００１８】
また、前記所定のイオン種が、不活性化イオンであるとよい。
また、前記不活性化イオンが、アルゴンであるとよい。
また、前記所定のイオン種が、前記エピタキシャル層の導電型とは逆導電型となる不純物であるとよい。
また、前記所定のイオン種が、深い準位を形成するイオンであるとよい。
【００１９】
また、前記深い準位を形成するイオンが、バナジウムであるとよい。
また、前記絶縁膜が、二酸化珪素膜であるとよい。
また、前記二酸化珪素膜が、熱酸化膜と堆積酸化膜の積層膜であるとよい。
また、前記絶縁膜が、窒化珪素膜であるとよい。
また、前記窒化珪素膜が、熱窒化膜と堆積窒化膜の積層膜であるとよい。
【００２０】
また、炭化珪素の単結晶基板と、該単結晶基板内の欠陥が表面に露出した箇所に形成されたエッチピットと、該エッチピットを充填する絶縁膜と、前記単結晶基板の表面と前記絶縁膜の表面に形成されたショットキー電極と、前記単結晶基板の裏面に形成されたオーミック電極とを有する炭化珪素半導体装置とするとよい。
また、炭化珪素の単結晶基板と、該基板上に形成されたエピタキシャル層と、該エピタキシャル層内の欠陥が表面に露出した箇所に形成されたエッチピットと、該エッチピットを充填する絶縁膜と、前記エピタキシャル層の表面と前記絶縁膜の表面に形成されたショットキー電極と、前記単結晶基板の裏面に形成されたオーミック電極とを有する炭化珪素半導体装置とするとよい。
【００２１】
前記のように、欠陥箇所をＫＯＨ溶液でエッチングして、エッチピットを形成し、このエッチピットに、絶縁膜や不活性イオン層（不活性層）や深い準位のイオン層（半絶縁層）を充填することで、中空欠陥（マイクロパイプ）や非中空欠陥の露出部を補修し、電界強度を緩和して、素子の耐圧良品率を向上させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下の説明で、図８と同一部位には同一の符号を記した。
図１は、この発明の第１実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図である。
表面の面方位が（０００１）Ｓｉ面、厚さ３００μｍから４００μｍ、抵抗率０．０２Ωｃｍ程度の六方晶系のｎ型の炭化珪素の単結晶基板１（支持基板となる）の上に、不純物濃度が１×１０16ｃｍ-3、厚さ１０μｍのｎ型の炭化珪素のエピタキシャル層２（活性領域となる）を形成する。この単結晶基板１上にエピタキシャル層２を形成した基板がエピタキシャル基板１００である。
【００２３】
炭化珪素基板１およびエピタキシャル層２内に存在する中空欠陥や非中空欠陥を、ＫＯＨでエッチングして、中空欠陥３及び非中空欠陥４の上部（表面に露出した箇所）にエッチピット６を形成する。このとき、非中空欠陥４の内部はエッチングされないが、中空欠陥３の内部はエッチングされる。
このエッチピット６や中空欠陥３内に、熱酸化または堆積法で二酸化珪素膜５を充填する。つぎにオーミック電極１１及びショットキー電極１０を形成し、ショットキーダイオードを形成する。
【００２４】
前記のように、エッチピット６や中空欠陥３内部に、二酸化珪素膜５を充填することで、中空欠陥３および非中空欠陥４とショットキー電極１０が、直接接触することを防止し、ショットキー電極１０とエピタキシャル層２の界面での電界強度を緩和して、素子耐圧が確保できるようになる。また、結晶性が崩れている中空欠陥３および非中空欠陥４と接触しないために、もれ電流の増大は防止される。
【００２５】
つまり、エッチピット６に二酸化珪素膜５を充填することで、表面に露出している中空欠陥３や非中空欠陥４が不活性化される領域（中空欠陥の修復領域の大きさをＬ１、非中空欠陥の修復領域の大きさをＬ２とする）を大きくすることができる。この修復領域の大きさＬ１、Ｌ２を大きくすることで、非中空欠陥４とショットキー電極１０が二酸化珪素膜５で隔てられる横方向での距離を大きくできて、耐圧良品率を高くすることができる。
【００２６】
尚、図１の要部断面図で、図示しない外側には、ガードリングなどの耐圧構造部が形成されることは勿論である。
図２は、この発明の第２実施例で、図１の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図である。
同図（ａ）において、図１で説明したｎ型のエピタキシャル基板１００を用意する。このエピタキシャル基板１００には中空欠陥３や非中空欠陥４が存在する。
【００２７】
同図（ｂ）において、エピタキシャル基板１００を約５００℃の溶融ＫＯＨ溶液で数分間エッチングし、中空欠陥３および非中空欠陥４の表面露出部にエッチピット６を形成する。このエッチピット６の大きいものは最大幅で２０μｍ程度である。また、このとき中空欠陥３の内部もエッチングされる。
同図（ｃ）において、１１００℃ ５時間、水素と酸素を流してウェット酸化を行い約３０ｎｍの熱酸化膜を得た。さらに４５０℃でシランと酸素を流して減圧化学的気相堆積（ＬＰＣＶＤ）法により膜厚３μｍの二酸化珪素膜５を中空欠陥３内部およびエッチピット６に充填した。図では、約３０ｎｍの熱酸化膜は省略している。
【００２８】
同図（ｄ）において、エピタキシャル基板１００の表面側、裏面側を被覆する二酸化珪素膜５と図示しない熱酸化膜を研磨で除去し、二酸化珪素膜５が中空欠陥３および非中空欠陥４の上部にのみ残るようにする。
つぎに、図１に示すショットキー電極１０とオーミック電極１１を形成することで、ショットキーダイオードを形成する。
【００２９】
例えば、直径１ｍｍのショットキーダイオードを形成した場合、耐圧１．２ｋＶクラスにおいて、良品率は、従来５０％であったのに対して、本発明の第１実施例のショットキーダイオードでは７５％に向上した。
図３は、この発明の第３実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図である。
図１との違いは、エッチピット６の下に不活性層であるアルゴンイオン注入層２１を形成し、修復距離Ｌ１、Ｌ２を大きくした点である。こうすることで、第１実施例より、さらに電界強度が緩和し、耐圧良品率を向上できる。
【００３０】
図４は、この発明の第４実施例で、図３の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図である。
同図（ａ）において、図１で説明したｎ型のエピタキシャル基板１００を用意する。このエピタキシャル基板１００には中空欠陥３や非中空欠陥４が存在する。その後、このエピタキシャル基板１００を約５００℃の溶融ＫＯＨ溶液で数分間エッチングし、中空欠陥３および非中空欠陥４の表面露出部にエッチピット６を形成する。このエッチピット６の大きいものは最大幅で２０μｍ程度である。また、このとき中空欠陥３の内部もエッチングされる。
【００３１】
同図（ｂ）において、エピタキシャル基板１００を複数回回転させ、このエピタキシャル基板１００に対して、４５°の方向から、３００〜４００ｋｅＶで５×１０12ｃｍ-2の不活性であるアルゴン（Ａｒ）イオンをイオン注入した。エピタキシャル基板１００に対して、斜めにイオン注入２２を行うことで、中空欠陥３の側面およびエッチピット６の側壁にもアルゴンを注入することができる。この場合、エピタキシャル基板を斜めにしても構わない。
【００３２】
同図（ｃ）において、１５００℃で３０分間アルゴン雰囲気で熱処理をすることにより、エッチピット６側面に深さ約０．５μｍのアルゴンイオン注入層２１を形成する。この表面のアルゴンイオン注入層２１の深さは約０．３５μｍである。
同図（ｃ）において、熱酸化により二酸化珪素膜５を形成した。この時、イオン注入されたエッチピット６側面は、アルゴンのイオン注入によるダメージにより、酸化が他の部分より速く進むため、エッチピット６より、広い領域に二酸化珪素膜５が形成される。さらに堆積法により二酸化珪素膜５を中空欠陥３およびエッチピット６に充填する。
【００３３】
同図（ｄ）において、エピタキシャル層２の表面を覆う二酸化珪素膜５とアルゴンイオン注入層２１、およびエピタキシャル基板１００の裏面の二酸化珪素膜５を研磨により除去し、二酸化珪素膜５が中空欠陥３および非中空欠陥４の上部にのみ残るようにする。
つぎに、図３に示すショットキー電極１０とオーミック電極１１を形成することで、ショットキーダイオードを形成する。
【００３４】
第４実施例では第１実施例よりも修復領域Ｌ１、Ｌ２が大きくなるために、欠陥部に印加される電界を第１実施例よりも効果的に低減することが出来る。
例えば、直径１ｍｍのショットキーダイオードを形成した場合、耐圧１．２ｋＶクラスにおいて、良品率は８０％に向上した。尚、前記したアルゴンの代わりに、エピタキシャル層と逆導電型の不純物（ボロンなど）をイオン注入して、このイオン注入箇所をコンペンセーション（補償）し、この箇所の抵抗値を高め、半絶縁化を図ることで、同様の効果が期待できる。
【００３５】
図５は、この発明の第５実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図である。
図１との違いは、エッチピット６の下に半絶縁層であるバナジウムイオン注入層２３を形成し、表面からの修復距離Ｌ３を大きくした点である。こうすることで、第１実施例より、さらに電界強度が緩和し、耐圧良品率を向上できる。
図６は、この発明の第６実施例で、図５の半導体装置の製造方法であり、同図（ａ）から同図（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図である。
【００３６】
同図（ａ）において、図１で説明したｎ型のエピタキシャル基板１００を用意する。このエピタキシャル基板１００には中空欠陥３や非中空欠陥４が存在する。その後、このエピタキシャル基板１００を約５００℃の溶融ＫＯＨ溶液で数分間エッチングし、中空欠陥３および非中空欠陥４の表面露出部にエッチピット６を形成する。このエッチピット６の大きいものは最大幅で２０μｍ程度である。また、このとき中空欠陥３の内部もエッチングされる。
【００３７】
同図（ｂ）において、エピタキシャル基板１００を複数回回転させ、このエピタキシャル基板１００に対して、４５°の方向から、１ＭｅＶで５×１０12ｃｍ-2のバナジウムイオン（深い準位をもつイオン）をイオン注入した。エピタキシャル基板１００に対して、斜めにイオン注入２４を行うことで、中空欠陥３の側面およびエッチピット６の側壁にもバナジウムを注入することができる。
【００３８】
同図（ｃ）において、１５００℃で３０分間アルゴン雰囲気で熱処理をすることにより、炭化珪素中で深い順位が形成され、エッチピット６側面に深さ約１μｍの半絶縁層であるバナジウムイオン注入層２３を形成する。表面のバナジウムイオン注入層２３の深さは約０．７μｍである。
同図（ｃ）において、熱酸化により二酸化珪素膜５を形成した。この時、イオン注入されたエッチピット６側面は、バナジウムのイオン注入によるダメージにより、酸化が他の部分より速く進むため、エッチピット６より、広い領域に二酸化珪素膜５が形成される。さらに堆積法により二酸化珪素膜５を中空欠陥３およびエッチピット６に充填する。
【００３９】
同図（ｄ）において、エピタキシャル層２の表面を覆う二酸化珪素膜５とバナジウムイオン注入層２３、およびエピタキシャル基板１００の裏面の二酸化珪素膜５を研磨により除去し、二酸化珪素膜５が中空欠陥３および非中空欠陥４の上部にのみ残るようにする。
つぎに、図５に示すショットキー電極１０とオーミック電極１１を形成することで、ショットキーダイオードを形成する。
【００４０】
第６実施例では第１実施例よりも修復領域Ｌ１、Ｌ２が大きくなるために、欠陥部に印加される電界を第１実施例よりも効果的に低減することが出来る。
例えば、直径１ｍｍのショットキーダイオードを形成した場合、耐圧１．２ｋＶクラスにおいて、良品率は８０％に向上した。尚、前記した二酸化珪素膜の代わりに窒化珪素膜等（熱窒化膜と堆積窒化膜の２層の窒化珪素膜を含む）を用いても構わない。
【００４１】
図７は、この発明の第７実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図である。図１との違いは、エピタキシャル基板１００の代わりに、炭化珪素の薄い単結晶基板１５を用いた点である。この場合も、前記した効果が期待できる。尚、この薄い単結晶基板１５がエピタキシャル層２と同等の働きをして活性層となる。
また、図１、図３、図５のエピタキシャル基板１００の代わりに単結晶基板１５を用いて、図１、図３、図５に相当する炭化珪素半導体装置を製作した場合も同様の効果が期待できる。
【００４２】
図７の炭化珪素半導体装置の製造方法の一例を説明する。炭化珪素の厚い単結晶基板の中空欠陥３や非中空欠陥４を修復した後で、表面にショットキー電極１０を形成した後、裏面を研磨などで削り、化学的処理をして、数十μｍの所定の厚さとする。この薄くした単結晶基板１５の裏面（研磨した面）に、窒素イオンまたはリンをイオン注入してｎ形の高い不純物濃度のイオン注入層１２を形成し、このイオン注入層１２を介してオーミック電極１１を形成する。
【００４３】
尚、以上の実施例では、単結晶基板あるいはエピタキシャル膜の形成直後に生じた欠陥だけではなく、プロセス途中のイオン注入の活性化熱処理などで生じた歪みによる欠陥に対しても適用できる。このため、ショットキー電極成膜直前に実施するのが最適である。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、炭化珪素のエピタキシャル基板や単結晶基板に存在する中空欠陥および非中空欠陥の上部にエッチピットを形成し、このエッチピットを二酸化珪素膜等の絶縁膜や、アルゴン層などの不活性層や、バナジウム層などの半絶縁層を埋め込む（充填する）ことで修復領域を大きくし、この大きな修復領域により、ショットキー電極と中空欠陥および非中空欠陥が直接接触するのを防止できる。これによって電界強度が緩和され、また、もれ電流の増大が防止されて、素子の耐圧良品率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図
【図２】 この発明の第２実施例で、図１の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図
【図３】 この発明の第３実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図
【図４】 この発明の第４実施例で、図３の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図
【図５】 この発明の第５実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図
【図６】 この発明の第６実施例で、図５の半導体装置の製造方法であり、（ａ）から（ｄ）は、工程順に示した要部工程断面図
【図７】 この発明の第７実施例の炭化珪素半導体装置の要部断面図
【図８】従来の炭化珪素半導体装置で、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した表面での要部平面図
【符号の説明】
１、１５ 単結晶基板
２ エピタキシャル層
３ 中空欠陥
４ 非中空欠陥
５ 二酸化珪素膜
６ エッチピット
１０ ショットキー電極
１１ オーミック電極
１２ イオン注入層
２１ アルゴンイオン注入層
２２、２４ イオン注入
２３ バナジウムイオン注入層
１００ エピタキシャル基板
Ｌ１ 中空欠陥の修復領域の大きさ
Ｌ２ 非中空欠陥の修復領域の大きさ
Claims (15)
- 炭化珪素の単結晶基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記単結晶基板表面に露出する欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填した単結晶基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 炭化珪素の単結晶基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記単結晶基板表面に露出した欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、単結晶基板を回転し、該単結晶基板表面に対して斜め方向に所定のイオン種のイオン注入を行う工程と、前記欠陥箇所を絶縁膜で充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填した単結晶基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 炭化珪素の単結晶基板と該単結晶基板上に形成した炭化珪素のエピタキシャル層とを有する炭化珪素のエピタキシャル基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記エピタキシャル層表面に露出する欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填したエピタキシャル基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 炭化珪素の単結晶基板と該単結晶基板上に形成した炭化珪素のエピタキシャル層とを有する炭化珪素のエピタキシャル基板の表面にショットキー電極、裏面にオーミック電極を形成して、半導体装置を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記エピタキシャル層表面に露出した欠陥をＫＯＨ溶液でエッチングしてエッチピットを形成する工程と、エピタキシャル基板を回転し、該エピタキシャル基板表面に対して斜め方向に所定のイオン種のイオン注入を行う工程と、前記欠陥箇所を絶縁膜で充填する工程と、該エッチピットに絶縁膜を充填したエピタキシャル基板表面にショットキー電極を形成する工程とを有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記所定のイオン種が、不活性化イオンであることを特徴とする請求項２または４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記不活性化イオンが、アルゴンであること特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記所定のイオン種が、前記エピタキシャル層の導電型とは逆導電型となる不純物であることを特徴とする請求項２または４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記所定のイオン種が、深い準位を形成するイオンであることを特徴とする請求項２または４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記深い準位を形成するイオンが、バナジウムであることを特徴とする請求項８に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁膜が、二酸化珪素膜であることを特徴とする請求項１〜４のいづれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記二酸化珪素膜が、熱酸化膜と堆積酸化膜の積層膜であることを特徴とする請求項１０に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記絶縁膜が、窒化珪素膜であることを特徴とする請求項１〜４のいづれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記窒化珪素膜が、熱窒化膜と堆積窒化膜の積層膜であることを特徴とする請求項１２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 炭化珪素の単結晶基板と、該単結晶基板内の欠陥が表面に露出した箇所に形成されたエッチピットと、該エッチピットを充填する絶縁膜と、前記単結晶基板の表面と前記絶縁膜の表面に形成されたショットキー電極と、前記単結晶基板の裏面に形成されたオーミック電極とを有することを特徴とする炭化珪素半導体装置。
- 炭化珪素の単結晶基板と、該基板上に形成されたエピタキシャル層と、該エピタキシャル層内の欠陥が表面に露出した箇所に形成されたエッチピットと、該エッチピットを充填する絶縁膜と、前記エピタキシャル層の表面と前記絶縁膜の表面に形成されたショットキー電極と、前記単結晶基板の裏面に形成されたオーミック電極とを有することを特徴とする炭化珪素半導体装置。
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