JP4929979B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、炭化ケイ素(以下、SiCと記す)よりなる半導体層を備えたショットキーダイオードおよびショットキーダイオードの製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly to a Schottky diode including a semiconductor layer made of silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) and a method for manufacturing the Schottky diode.

SiCは、バンドギャップが広く、また最大絶縁電界がケイ素(以下、Siと記す)と比較して約一桁大きいことから、次世代の電力用半導体素子への応用が期待されている材料である。これまでに、4H−SiCまたは6H−SiCと呼ばれる単結晶ウェハを用いて様々な電子デバイスへ応用されつつあり、特に高温、大電力用素子に適すると考えられている。上記の結晶は閃亜鉛鉱型とウルツ鉱型とを積層した形のアルファ相SiCである。他に3C−SiCと称されるベータ相SiCの結晶でも半導体装置が試作されている。最近では電力用素子としてショットキーダイオード、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、サイリスタなどが試作され、その特性から従来のSi半導体装置と比較して非常に特性が良好なことが確認されている。   SiC is a material that is expected to be applied to next-generation power semiconductor devices because it has a wide band gap and a maximum insulation electric field that is about an order of magnitude larger than that of silicon (hereinafter referred to as Si). . So far, it is being applied to various electronic devices using a single crystal wafer called 4H—SiC or 6H—SiC, and is considered to be particularly suitable for high-temperature, high-power elements. The above crystal is an alpha phase SiC in which zinc blende type and wurtzite type are laminated. In addition, a semiconductor device is also experimentally manufactured using a beta phase SiC crystal called 3C-SiC. Recently, Schottky diodes, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), thyristors, etc. have been prototyped as power elements and their characteristics have been confirmed to be very good compared to conventional Si semiconductor devices. Yes.

SiやSiCよりなる半導体層を有する半導体装置においては、低指数面が基板表面の法線から傾斜するように(オフ角をつけて)半導体層をエピタキシャル成長させている。この方法によれば、基板表面の傷、汚れ、または凹凸などが半導体層の成長に影響を及ぼすことが抑止され、半導体層表面の平坦性をある程度向上することができる。   In a semiconductor device having a semiconductor layer made of Si or SiC, the semiconductor layer is epitaxially grown so that the low index plane is inclined from the normal of the substrate surface (with an off angle). According to this method, scratches, dirt, or irregularities on the substrate surface are prevented from affecting the growth of the semiconductor layer, and the flatness of the semiconductor layer surface can be improved to some extent.

なお、荒井和雄・吉田貞史共編、「SiC素子の基礎と応用」、オーム社発行、167頁〜170頁および200頁〜204頁(非特許文献1)には、オフ角を持つ面を電極面に用いたショットキーダイオードが開示されている。また非特許文献1では、半導体層の面方位ごとの基本特性値が記載されている。
荒井和雄・吉田貞史共編、「SiC素子の基礎と応用」、オーム社発行、167頁〜170頁および200頁〜204頁
In addition, Kazuo Arai and Sadafumi Yoshida, “Basics and Applications of SiC Devices”, published by Ohm, pages 167 to 170 and pages 200 to 204 (Non-Patent Document 1) are electrodes having an off-angle. A Schottky diode used for the surface is disclosed. Non-Patent Document 1 describes basic characteristic values for each plane orientation of a semiconductor layer.
Edited by Kazuo Arai and Sadafumi Yoshida, "Basics and Applications of SiC Devices", published by Ohmsha, pp. 167-170 and 200-204

しかしながら、オフ角をつけてSiC層をエピタキシャル成長させても、バンチングステップが未だ存在しており、十分な平坦性の半導体層表面を得ることはできなかった。このため、ショットキー電極と半導体層との接触が悪くなり、電界集中が起こるという問題が生じていた。電界集中が起こるとリーク電流が増加し、半導体装置の特性の悪化を招く。   However, even if the SiC layer is epitaxially grown at an off angle, a bunching step still exists and a sufficiently flat semiconductor layer surface cannot be obtained. For this reason, the contact between the Schottky electrode and the semiconductor layer is deteriorated, resulting in a problem that electric field concentration occurs. When the electric field concentration occurs, the leakage current increases and the characteristics of the semiconductor device are deteriorated.

したがって、本発明の目的は、電界集中の起こりにくい半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which electric field concentration hardly occurs and a method for manufacturing the semiconductor device.

本発明の半導体装置は、SiCよりなる半導体層と、半導体層の一方の主面に形成されたアノード電極と、半導体層の他方の主面に形成されたカソード電極とを備えている。半導体層は一方の主面にファセットを有しており、ファセットに接触するようにアノード電極が形成されている。また、本発明の半導体装置は、ファセットの両端部に形成され、かつ半導体層とは異なる導電型の不純物領域をさらに備えている。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor layer made of SiC, an anode electrode formed on one main surface of the semiconductor layer, and a cathode electrode formed on the other main surface of the semiconductor layer. The semiconductor layer has a facet on one main surface, and an anode electrode is formed so as to be in contact with the facet. In addition, the semiconductor device of the present invention further includes impurity regions of conductivity type that are formed at both ends of the facet and that are different from the semiconductor layer.

本発明の半導体装置の製造方法は、SiCよりなる半導体層を形成する工程と、半導体層の一方の主面にファセットを形成するファセット工程と、ファセットに接触するようにアノード電極を形成する工程と、半導体層の他方の主面にカソード電極を形成する工程と、ファセットの両端部に配置されるように半導体層とは異なる導電型の不純物領域を形成する工程とを備えている。 The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming a semiconductor layer made of SiC, a facet step of forming a facet on one main surface of the semiconductor layer, and a step of forming an anode electrode so as to contact the facet. And a step of forming a cathode electrode on the other main surface of the semiconductor layer, and a step of forming an impurity region of a conductivity type different from that of the semiconductor layer so as to be disposed at both ends of the facet .

本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、ファセットの平坦部分の長さはバンチングステップの平坦部分の長さよりも長いので、半導体層の平坦性が向上する。その結果、アノード電極と半導体層との接触が良好になり、電界集中を起こりにくくすることができる。また、逆方向電圧印加時(カソード電極の電位がアノード電極の電位より高い状態の時)には、半導体層と不純物領域との境界の空乏層によってアノード電極からカソード電極へ延びる電流経路が遮断されるので、半導体装置の耐圧を向上することができる。 According to the semiconductor device and the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the flatness of the semiconductor layer is improved because the length of the flat portion of the facet is longer than the length of the flat portion of the bunching step. As a result, the contact between the anode electrode and the semiconductor layer is improved, and electric field concentration can be made difficult to occur. In addition, when a reverse voltage is applied (when the potential of the cathode electrode is higher than the potential of the anode electrode), the current path extending from the anode electrode to the cathode electrode is blocked by the depletion layer at the boundary between the semiconductor layer and the impurity region. Therefore, the breakdown voltage of the semiconductor device can be improved.

本発明の半導体装置において好ましくは、ファセットのうち少なくとも一つが{0001}面または{03−38}面で構成されている。   In the semiconductor device of the present invention, at least one of the facets is preferably constituted by a {0001} plane or a {03-38} plane.

SiCよりなる半導体層における{0001}面および{03−38}面は、SiまたはCもいずれか一方のみが表れている面であり、エネルギ的に安定な面である。したがって、これらの面によってファセットを構成することで、界面準位の密度が減少し、キャリアの移動度を一層低下することができる。   The {0001} plane and the {03-38} plane in the semiconductor layer made of SiC are planes in which only one of Si or C appears, and are energetically stable planes. Therefore, by forming facets with these surfaces, the density of interface states can be reduced, and the mobility of carriers can be further reduced.

本発明の半導体装置において好ましくは、半導体層は一方の主面に複数のトレンチをさらに有している。隣り合うトレンチ同士の間にファセットが形成されており、トレンチの各々の底面および側面のうち少なくとも一方の面に不純物領域が形成されている。   Preferably, in the semiconductor device of the present invention, the semiconductor layer further includes a plurality of trenches on one main surface. Facets are formed between adjacent trenches, and an impurity region is formed on at least one of the bottom and side surfaces of each trench.

これにより、トレンチ同士の間の半導体層が電流経路となる。逆方向電圧印加時には、トレンチ同士の間の半導体層が空乏層化されるので、電流経路を容易に遮断することができ、半導体装置の耐圧を向上することができる。   Thereby, the semiconductor layer between the trenches becomes a current path. When a reverse voltage is applied, the semiconductor layer between the trenches is depleted, so that the current path can be easily cut off and the breakdown voltage of the semiconductor device can be improved.

上記製造方法において好ましくは、ファセット工程は、半導体層の表面にSiを供給した状態で半導体層を熱処理する熱処理工程を含んでいる。   Preferably, in the above manufacturing method, the faceting step includes a heat treatment step of heat treating the semiconductor layer in a state where Si is supplied to the surface of the semiconductor layer.

Siを供給した状態でSiCよりなる半導体層を熱処理することにより、SiCよりなる半導体層をエネルギ的に安定な表面状態に再構成させることができる。その結果、一周期が100nm以上のファセットが得られる。   By heat-treating the semiconductor layer made of SiC while Si is supplied, the semiconductor layer made of SiC can be reconfigured into an energetically stable surface state. As a result, a facet having a period of 100 nm or more is obtained.

上記製造方法において好ましくは、熱処理工程は、Siを主な構成元素とする被覆膜を半導体層の一方の主面に形成する工程を含んでいる。   Preferably, in the manufacturing method, the heat treatment step includes a step of forming a coating film containing Si as a main constituent element on one main surface of the semiconductor layer.

これにより、SiCよりなる半導体層の表面にSiを供給した状態を、上記被覆膜によって実現することができる。半導体層における被覆膜が形成された箇所では、テラス面に対して垂直な方向の成長が抑制されるので、テラス面に沿った半導体層の再構成を促進することができる。   Thereby, the state which supplied Si to the surface of the semiconductor layer which consists of SiC can be implement | achieved by the said coating film. Since the growth in the direction perpendicular to the terrace surface is suppressed at the portion of the semiconductor layer where the coating film is formed, the reconfiguration of the semiconductor layer along the terrace surface can be promoted.

なお、本願明細書において「Siを主な構成元素とする」とは、Siを50質量%以上含むことを意味している。   In the present specification, “Si is a main constituent element” means that Si is contained in an amount of 50% by mass or more.

上記製造方法において好ましくは、ファセット工程は、深さ方向に幅が連続的に減少している開口部を有するレジストを半導体層の一方の主面に形成する工程と、レジストをマスクとして半導体層をエッチングする工程とを含んでいる。   Preferably, in the manufacturing method, the faceting step includes a step of forming a resist having an opening whose width continuously decreases in the depth direction on one main surface of the semiconductor layer, and the semiconductor layer is formed using the resist as a mask. Etching.

これにより、半導体層表面がレジストの形状に対応した形状となり、ファセットを容易に形成することができる。   Thereby, the surface of the semiconductor layer has a shape corresponding to the shape of the resist, and the facet can be easily formed.

上記製造方法において好ましくは、熱処理工程の前に、半導体層の表面を平坦化する工程をさらに備えている。   Preferably, the above manufacturing method further includes a step of planarizing the surface of the semiconductor layer before the heat treatment step.

これにより、SiCよりなる半導体層が均一に再構成し、ファセットが広い面積で成長する。   Thereby, the semiconductor layer made of SiC is uniformly reconstructed, and the facet grows in a wide area.

本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、電界集中を起こりにくくすることができる。   According to the semiconductor device and the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, it is possible to make electric field concentration difficult to occur.

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。なお、本明細書中においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. As for the negative index, “−” (bar) is attached on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を示す断面図である。図1を参照して、本実施の形態の半導体装置としてのショットキーダイオード30は、SiCよりなる半導体層としてのn型のSiC基板10およびn型のSiC層11を備えている。SiC基板10を構成するSiC結晶は、たとえば(0001)面が[11−20]方向に8°だけ傾斜する(つまり、8°のオフ角を有する)、または[1−100]方向に8°のオフ角を有するように形成されている。SiC層11は、SiC基板10上にホモエピタキシャル成長した層であり、SiC基板10の結晶構造を引き継いでいる。SiC層11は上部主面にファセット形成層11aを有している。なお、図1においては、説明の便宜のためにSiC層11とファセット形成層11aとの間に境界線を引いているが、実際にこのような境界線は存在せず、ファセットはSiC層11の上部主面に形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, Schottky diode 30 as a semiconductor device of the present embodiment includes an n-type SiC substrate 10 and an n-type SiC layer 11 as semiconductor layers made of SiC. The SiC crystal constituting the SiC substrate 10 has, for example, a (0001) plane inclined by 8 ° in the [11-20] direction (that is, has an off angle of 8 °), or 8 ° in the [1-100] direction. It is formed to have an off angle. The SiC layer 11 is a layer that is homoepitaxially grown on the SiC substrate 10 and inherits the crystal structure of the SiC substrate 10. The SiC layer 11 has a facet forming layer 11a on the upper main surface. In FIG. 1, for convenience of explanation, a boundary line is drawn between the SiC layer 11 and the facet forming layer 11a. However, such a boundary line does not actually exist, and the facet is formed in the SiC layer 11. Formed on the upper main surface.

図2は、図1におけるファセット形成層を拡大して示す斜視図である。図2を参照して、ミクロな視点で見ると、SiC層11の表面は平らではなく凹凸があり、ファセット形成層11aには複数のファセット1が形成されている。ファセット1の各々は結晶面2と結晶面3とにより構成されている。結晶面3は結晶面2よりも長い平坦部分を有している。ファセット1の一周期の長さP1は100nm以上である。ここで、ファセット1の一周期の長さとは、マクロな視点で見た場合のSiC層11の表面に沿った方向(図2中横方向)における、1つのファセット1を構成する結晶面2と結晶面3とを合わせた長さである。SiC層11が4H型の結晶構造を有する場合には、結晶面2はたとえば(0001)面であり、結晶面3はたとえば(11−2n)(nは任意の整数)や、(03−38)面である。つまり、図2中水平方向に対する結晶面3の傾斜角度がSiC層11のオフ角αとなっている。   FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the facet forming layer in FIG. Referring to FIG. 2, when viewed from a microscopic viewpoint, the surface of SiC layer 11 is not flat but uneven, and a plurality of facets 1 are formed on facet forming layer 11a. Each facet 1 is composed of a crystal plane 2 and a crystal plane 3. The crystal plane 3 has a flat portion longer than the crystal plane 2. The length P1 of one cycle of facet 1 is 100 nm or more. Here, the length of one cycle of facet 1 is the crystal plane 2 constituting one facet 1 in the direction along the surface of SiC layer 11 (lateral direction in FIG. 2) when viewed from a macro viewpoint. This is the total length with the crystal plane 3. When SiC layer 11 has a 4H type crystal structure, crystal plane 2 is, for example, a (0001) plane, and crystal plane 3 is, for example, (11-2n) (n is an arbitrary integer) or (03-38). ) Surface. That is, the inclination angle of the crystal plane 3 with respect to the horizontal direction in FIG. 2 is the off angle α of the SiC layer 11.

ここで、4H型のSiC結晶の(0001)面および(03−38)面について説明する。図3は、4H型のSiC結晶の(0001)面の結晶構造を示す図である。   Here, the (0001) plane and the (03-38) plane of the 4H type SiC crystal will be described. FIG. 3 is a diagram showing a crystal structure of the (0001) plane of a 4H type SiC crystal.

図3を参照して、4H型のSiC結晶の(0001)面は六角柱の上面に相当する面であり、“A”で表わされる原子配列を有するA層が最上層となっている。4H型のSiC結晶では、“A”で表わされる原子配列を有するA層と、“B”で表わされる原子配列を有するB層と、“C”で表わされる原子配列を有するC層とが、ABCBCA・・・という積層順序で[0001]方向(紙面に垂直な方向)に積層している。(0001)面内において、正六角形の頂点の位置に配列した6つの原子のうち互いに隣り合っている任意の二つの原子を原子5a,5bとし、これらの原子5a,5bを結ぶ直線を直線6aとする。また、A層と[0001]方向で隣接するB層において、(0001)面から見て原子5aと原子5bとに挟まれる位置の原子を原子5cとし、原子5aと原子5cとを結ぶ直線を直線6bとする。また、原子5bと原子5cとを結ぶ直線を直線6cとする。以上の3つの直線6a〜6cによって構成される三角形を含む平面が(03−38)面である。   Referring to FIG. 3, the (0001) plane of the 4H-type SiC crystal is a plane corresponding to the upper surface of the hexagonal column, and the A layer having the atomic arrangement represented by “A” is the uppermost layer. In the 4H-type SiC crystal, an A layer having an atomic arrangement represented by “A”, a B layer having an atomic arrangement represented by “B”, and a C layer having an atomic arrangement represented by “C”, The layers are stacked in the [0001] direction (a direction perpendicular to the paper surface) in the stacking order ABCCBCA. In the (0001) plane, arbitrary two atoms adjacent to each other among the six atoms arranged at the vertex of the regular hexagon are defined as atoms 5a and 5b, and a straight line connecting these atoms 5a and 5b is a straight line 6a. And Further, in the B layer adjacent to the A layer in the [0001] direction, an atom at a position between the atom 5a and the atom 5b when viewed from the (0001) plane is an atom 5c, and a straight line connecting the atom 5a and the atom 5c is formed. Let it be a straight line 6b. A straight line connecting the atoms 5b and 5c is defined as a straight line 6c. A plane including a triangle formed by the above three straight lines 6a to 6c is a (03-38) plane.

また、SiC層11は6H型の結晶構造を有していてもよい。6H型のSiC結晶では、“A”で表わされる原子配列を有するA層と、“B”で表わされる原子配列を有するB層と、“C”で表わされる原子配列を有するC層とが、ABCACBA・・・という積層順序で[0001]方向に積層している。この場合には、結晶面2はたとえば(0001)面であり、結晶面3はたとえば(01−14)面である。   The SiC layer 11 may have a 6H type crystal structure. In the 6H-type SiC crystal, an A layer having an atomic arrangement represented by “A”, a B layer having an atomic arrangement represented by “B”, and a C layer having an atomic arrangement represented by “C”, Stacked in the [0001] direction in the stacking order ABCACBA. In this case, the crystal plane 2 is, for example, the (0001) plane, and the crystal plane 3 is, for example, the (01-14) plane.

なお、4H型の結晶構造を有するSiC層11を形成する場合、SiC基板10を構成するSiC結晶のオフ角α(SiC基板10の主表面の法線と(0001)面の法線とのなす角)は、0度以上55度以下であることが好ましい。(03−38)面は(0001)面に対して55度傾斜しているので、オフ角αを55度以下とすることにより、(0001)面または(03−38)面をファセットの広い面(図2における結晶面3)として得ることができる。またオフ角αは0度以上1度以下または1度以上10度以下であることがより好ましい。オフ角αを0度以上1度以下とすることによって広いテラスを有するSiC結晶を得ることができる。また1度以上10度以下とすることによってSiC結晶を容易にエピタキシャル成長させることができる。オフ角αが0度以上10度以下である場合には、(0001)面をファセットの広い面として得ることができる。   When the SiC layer 11 having a 4H type crystal structure is formed, the off angle α of the SiC crystal constituting the SiC substrate 10 (the normal of the main surface of the SiC substrate 10 and the normal of the (0001) plane) The angle is preferably 0 degree or more and 55 degrees or less. Since the (03-38) plane is inclined 55 degrees with respect to the (0001) plane, the (0001) plane or the (03-38) plane is a wide faceted plane by setting the off angle α to 55 degrees or less. (Crystal plane 3 in FIG. 2). The off-angle α is more preferably 0 ° or more and 1 ° or less, or 1 ° or more and 10 ° or less. By setting the off angle α to 0 degree or more and 1 degree or less, a SiC crystal having a wide terrace can be obtained. Further, by setting it to 1 degree or more and 10 degrees or less, the SiC crystal can be easily epitaxially grown. When the off angle α is not less than 0 degrees and not more than 10 degrees, the (0001) plane can be obtained as a wide facet plane.

また、6H型の結晶構造を有するSiC層11を形成する場合、SiC基板10を構成するSiC結晶のオフ角αは、0度以上55度以下であることが好ましい。オフ角αを55度以下とすることにより、(01−14)面は(0001)面に対して55度傾斜しているので、(0001)面または(01−14)面をファセットの広い面として得ることができる。またオフ角αは0度以上1度以下または1度以上10度以下であることがより好ましい。オフ角αを0度以上1度以下とすることによって広いテラスを有するSiC結晶を得ることができる。また1度以上10度以下とすることによってSiC結晶を容易にエピタキシャル成長させることができる。オフ角αが0度以上10度以下である場合には、(0001)面をファセットの広い面として得ることができる。   In addition, when forming SiC layer 11 having a 6H-type crystal structure, the off-angle α of the SiC crystal constituting SiC substrate 10 is preferably 0 ° to 55 °. By setting the off angle α to 55 degrees or less, the (01-14) plane is inclined 55 degrees with respect to the (0001) plane, so the (0001) plane or the (01-14) plane is a wide faceted plane. Can be obtained as The off-angle α is more preferably 0 ° or more and 1 ° or less, or 1 ° or more and 10 ° or less. By setting the off angle α to 0 degree or more and 1 degree or less, a SiC crystal having a wide terrace can be obtained. Further, by setting it to 1 degree or more and 10 degrees or less, the SiC crystal can be easily epitaxially grown. When the off angle α is not less than 0 degrees and not more than 10 degrees, the (0001) plane can be obtained as a wide facet plane.

図1および図2を参照して、本実施の形態におけるショットキーダイオード30の詳細な構造について説明する。ショットキーダイオード30は、アノード電極13と、カソード電極12と、p型不純物領域15と、絶縁膜14とをさらに備えている。アノード電極13はSiC層11の上部主面において、ファセット1の結晶面3に接触するように形成されている。アノード電極13とSiC層11とによりショットキー接合が形成されている。p型不純物領域15はSiC層11の上部主面において、ファセット1の両端部に形成されている。絶縁膜14はSiC層11の上部主面において、ファセット1の結晶面2に接触するように形成されている。言い換えれば、絶縁膜14はp型不純物領域15の真上に形成されている。カソード電極12はSiC基板の下部主面に形成されている。カソード電極12とSiC基板10とによりショットキー接合が形成されている。   With reference to FIGS. 1 and 2, the detailed structure of Schottky diode 30 in the present embodiment will be described. The Schottky diode 30 further includes an anode electrode 13, a cathode electrode 12, a p-type impurity region 15, and an insulating film 14. Anode electrode 13 is formed on upper main surface of SiC layer 11 so as to be in contact with crystal surface 3 of facet 1. The anode electrode 13 and the SiC layer 11 form a Schottky junction. The p-type impurity regions 15 are formed at both ends of the facet 1 on the upper main surface of the SiC layer 11. Insulating film 14 is formed on upper main surface of SiC layer 11 so as to be in contact with crystal surface 2 of facet 1. In other words, the insulating film 14 is formed immediately above the p-type impurity region 15. Cathode electrode 12 is formed on the lower main surface of the SiC substrate. The cathode electrode 12 and the SiC substrate 10 form a Schottky junction.

なお、アノード電極13は、たとえばW(タングステン)、Ti(チタン)、Ni(ニッケル)、またはMo(モリブデン)などよりなっており、カソード電極12は、たとえばAl(アルミニウム)などよりなっている。   The anode electrode 13 is made of, for example, W (tungsten), Ti (titanium), Ni (nickel), or Mo (molybdenum), and the cathode electrode 12 is made of, for example, Al (aluminum).

続いて、本実施の形態におけるショットキーダイオード30の動作について説明する。アノード電極13とカソード電極12とが同電位であるか、あるいはカソード電極12の電位がアノード電極13の電位より高い場合(逆方向電圧が印加された場合)には、SiC層11とアノード電極13との境界からn型のSiC層11内へ空乏層が広がる。加えて、SiC層11とp型不純物領域15とからSiC層11内へ空乏層Vが広がる。その結果、アノード電極13とカソード電極12との間の電流経路が遮断される。   Next, the operation of the Schottky diode 30 in the present embodiment will be described. When the anode electrode 13 and the cathode electrode 12 are at the same potential, or when the potential of the cathode electrode 12 is higher than the potential of the anode electrode 13 (when a reverse voltage is applied), the SiC layer 11 and the anode electrode 13 The depletion layer spreads into the n-type SiC layer 11 from the boundary. In addition, depletion layer V extends from SiC layer 11 and p-type impurity region 15 into SiC layer 11. As a result, the current path between the anode electrode 13 and the cathode electrode 12 is interrupted.

一方、アノード電極13の電位がカソード電極12の電位より高い場合(順方向電圧が印加された場合)には、SiC層11とアノード電極13との境界の空乏層が収縮し、SiC層11とp型不純物領域15との境界の空乏層Vが収縮する。その結果、アノード電極13の真下のSiC層11に空乏層化されていない部分ができ、SiC層11およびSiC基板10を電流経路としてアノード電極13とカソード電極12との間に電流が流れる。   On the other hand, when the potential of the anode electrode 13 is higher than the potential of the cathode electrode 12 (when a forward voltage is applied), the depletion layer at the boundary between the SiC layer 11 and the anode electrode 13 contracts, and the SiC layer 11 The depletion layer V at the boundary with the p-type impurity region 15 contracts. As a result, a portion that is not depleted is formed in SiC layer 11 immediately below anode electrode 13, and current flows between anode electrode 13 and cathode electrode 12 using SiC layer 11 and SiC substrate 10 as current paths.

続いて、本実施の形態におけるショットキーダイオード30の製造方法の一例について図4〜図13を用いて説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the Schottky diode 30 in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

始めに図4を参照して、SiC基板10上にSiC層11をエピタキシャル成長させる。これにより、SiCよりなる半導体層が形成される。このとき、SiC層11の表面には不規則な凹凸(ステップ)が数多く存在している。続いて、SiC層11の表面を平坦化する。具体的には、HCl(塩化水素)またはH2(水素)を用いたエッチングや反応性イオンエッチングによってSiC層11の表面全面をエッチングする。また、CMP(Chemical Mechanical Polish)によりSiC層11の表面全面を研磨してもよい。これにより、SiC層11の表面に存在する凹凸やイオン注入によるSiC層11のダメージが除去され、SiC層11の表面が平坦化される。 First, referring to FIG. 4, SiC layer 11 is epitaxially grown on SiC substrate 10. Thereby, a semiconductor layer made of SiC is formed. At this time, many irregular irregularities (steps) exist on the surface of the SiC layer 11. Subsequently, the surface of the SiC layer 11 is planarized. Specifically, the entire surface of SiC layer 11 is etched by etching using HCl (hydrogen chloride) or H 2 (hydrogen) or reactive ion etching. Further, the entire surface of the SiC layer 11 may be polished by CMP (Chemical Mechanical Polish). Thereby, unevenness existing on the surface of SiC layer 11 and damage to SiC layer 11 due to ion implantation are removed, and the surface of SiC layer 11 is flattened.

次に図5を参照して、SiC層11を覆うようにSiを主な構成元素とする被覆膜20を形成する。これによってSiC層11の表面にSiを供給した状態となる。続いて、たとえば約1500℃の温度でSiC層11を熱処理する。これによって、SiC層11の表面が再構成され、SiC層11の表面には後述するファセット形成層11a(図9)が形成される。   Next, referring to FIG. 5, coating film 20 containing Si as a main constituent element is formed so as to cover SiC layer 11. As a result, Si is supplied to the surface of the SiC layer 11. Subsequently, the SiC layer 11 is heat-treated at a temperature of about 1500 ° C., for example. Thereby, the surface of SiC layer 11 is reconfigured, and a facet forming layer 11a (FIG. 9) described later is formed on the surface of SiC layer 11.

なお、上記においては1500℃でSiC層11を熱処理する場合について示したが、SiC層11の熱処理温度は以下の範囲であることが好ましい。SiCが昇華して完全に分解することを抑止するためには、2545℃以下であることが好ましい。またSiC2、Si、またはSi2Cなどの状態でSiCが昇華することをある程度抑止するためには、2000℃以下であることが好ましい。またSiC2、Si、またはSi2Cなどの状態でSiCが昇華することを十分抑止し、SiC層11の表面モフォロジの制御を容易にするためには、1800℃以下であることが好ましい。さらにSiC層11の表面モフォロジを良好にするためには、1600℃以下であることが好ましい。一方、SiCを成長させファセットの形成を促進するためには、1300℃以上であることが好ましい。またSiC層11の表面モフォロジを良好にするためには、1400℃以上であることが好ましい。 In the above description, the SiC layer 11 is heat treated at 1500 ° C., but the heat treatment temperature of the SiC layer 11 is preferably in the following range. In order to prevent SiC from sublimating and completely decomposing, it is preferably 2545 ° C. or lower. Moreover, in order to suppress to some extent that SiC sublimates in the state of SiC 2 , Si, Si 2 C or the like, the temperature is preferably 2000 ° C. or lower. Further, in order to sufficiently suppress the sublimation of SiC in the state of SiC 2 , Si, Si 2 C, or the like, and to easily control the surface morphology of the SiC layer 11, the temperature is preferably 1800 ° C. or lower. Furthermore, in order to improve the surface morphology of the SiC layer 11, the temperature is preferably 1600 ° C. or lower. On the other hand, in order to grow SiC and promote facet formation, the temperature is preferably 1300 ° C. or higher. Moreover, in order to make the surface morphology of the SiC layer 11 favorable, it is preferable that it is 1400 degreeC or more.

また、SiC層11の熱処理時間は0より長い時間であればよく、以下の範囲であることが好ましい。比較的大きいファセットを形成するためには、10分以上であることが好ましい。また一周期の長さが0.5μm以上のファセットを形成するためには、30分以上であることが好ましい。一方、半導体装置の生産性を考慮すると、4時間以下であることが好ましい。また一周期の長さが1.0μm以上のファセットを効率よく形成するためには、2時間以下であることが好ましい。なお、「熱処理時間」とはSiC膜を所定の温度に保持する時間を意味しており、「熱処理時間」に昇温時間および降温時間は含まれない。   Further, the heat treatment time of SiC layer 11 may be longer than 0, and is preferably in the following range. In order to form a relatively large facet, it is preferably 10 minutes or longer. In order to form a facet having a length of one cycle of 0.5 μm or more, it is preferably 30 minutes or more. On the other hand, considering the productivity of the semiconductor device, it is preferably 4 hours or less. In order to efficiently form a facet having a length of one cycle of 1.0 μm or more, it is preferably 2 hours or less. The “heat treatment time” means a time for holding the SiC film at a predetermined temperature, and the “heat treatment time” does not include the temperature raising time and the temperature lowering time.

ここで、SiC層11の表面にファセット形成層11aが形成される様子を、図6〜図8を用いて説明する。なお、図6〜図8は図5のB部を拡大して示した図である。図6を参照して、熱処理前のSiC層11の表面には、多数のバンチングステップ7が存在している。バンチングステップ7の各々は、結晶面2aと結晶面3aとにより構成されている。結晶面3aは結晶面2aよりも長い平坦部分を有しており、バンチングステップ7のテラス面となっている。バンチングステップ7の一周期の長さP2は10nm程度である。SiC層11の表面にSiを供給した状態でSiC層11を熱処理すると、SiC層11は、結晶面3aに垂直な方向へは成長せず、図6中矢印で示すように、結晶面2aを起点として結晶面3aに沿う方向へ成長する。その結果、バンチングステップ7の各々が集束し、図7に示すように、バンチングステップ7の結晶面3aよりも広い結晶面3bを有するファセット1bとなる。ファセット1bは、結晶面2bを起点として結晶面3bに沿う方向へさらに成長する。その結果、ファセット1bの各々が集束し、図8に示すように、ファセット1bの結晶面3bよりも広い結晶面3cを有するファセット1cとなる。ファセット1cは、結晶面2cを起点として結晶面3cに沿う方向へさらに成長する。その結果、ファセット1cの各々が集束し、図9に示すように、ファセット1cの結晶面3cよりも広い結晶面3を有するファセット1となる。このようにして、SiC層11の上部主面にファセット形成層11aが形成される。ファセット形成層11aを形成した後、被覆膜20は除去される。   Here, how the facet forming layer 11a is formed on the surface of the SiC layer 11 will be described with reference to FIGS. 6 to 8 are enlarged views of a portion B in FIG. Referring to FIG. 6, a number of bunching steps 7 exist on the surface of SiC layer 11 before the heat treatment. Each of the bunching steps 7 includes a crystal face 2a and a crystal face 3a. The crystal surface 3 a has a flat portion longer than the crystal surface 2 a and serves as a terrace surface of the bunching step 7. The length P2 of one cycle of the bunching step 7 is about 10 nm. When the SiC layer 11 is heat-treated in a state where Si is supplied to the surface of the SiC layer 11, the SiC layer 11 does not grow in a direction perpendicular to the crystal plane 3a, and the crystal plane 2a is formed as shown by an arrow in FIG. It grows in the direction along the crystal plane 3a as a starting point. As a result, each of the bunching steps 7 is converged to form a facet 1b having a crystal face 3b wider than the crystal face 3a of the bunching step 7 as shown in FIG. The facet 1b further grows in the direction along the crystal plane 3b starting from the crystal plane 2b. As a result, each of the facets 1b converges to form a facet 1c having a crystal face 3c wider than the crystal face 3b of the facet 1b as shown in FIG. The facet 1c further grows in the direction along the crystal plane 3c starting from the crystal plane 2c. As a result, each of the facets 1c is converged to form a facet 1 having a crystal plane 3 wider than the crystal plane 3c of the facet 1c, as shown in FIG. In this way, facet forming layer 11 a is formed on the upper main surface of SiC layer 11. After forming the facet forming layer 11a, the coating film 20 is removed.

なお、本実施の形態では被覆膜20を形成する場合について示したが、被覆膜20を形成する代わりに、Si系のガスをSiC層11の表面に導入することで、SiC層11の表面にSiを供給してもよい。また、Siを含む液体をSiC層11の表面に塗布することで、SiC層11の表面にSiを供給してもよい。   In the present embodiment, the case where the coating film 20 is formed has been described. However, instead of forming the coating film 20, by introducing a Si-based gas into the surface of the SiC layer 11, Si may be supplied to the surface. Further, Si may be supplied to the surface of the SiC layer 11 by applying a liquid containing Si to the surface of the SiC layer 11.

次に図10を参照して、ファセット1の結晶面3上にレジスト31aを形成する。そして、レジスト31aをマスクとしてたとえばAlなどのイオンをSiC層11の上部主面(ファセット1の結晶面2)に注入する。これにより、SiC層11の上部主面にp型不純物領域15が形成される。   Next, referring to FIG. 10, a resist 31 a is formed on crystal face 3 of facet 1. Then, using resist 31a as a mask, ions such as Al are implanted into the upper main surface of SiC layer 11 (crystal surface 2 of facet 1). Thereby, p-type impurity region 15 is formed in the upper main surface of SiC layer 11.

次に図11を参照して、SiC層11を酸化して、SiO2(酸化シリコン)よりなる絶縁膜14をSiC層11の上部主面全面に形成する。続いて、SiC基板10の下部主面にカソード電極12を形成する。 Next, referring to FIG. 11, SiC layer 11 is oxidized to form insulating film 14 made of SiO 2 (silicon oxide) on the entire upper main surface of SiC layer 11. Subsequently, the cathode electrode 12 is formed on the lower main surface of the SiC substrate 10.

次に図12を参照して、ファセット1の結晶面2の真上にある絶縁膜14上にレジスト31bを形成する。そして、レジスト31bをマスクとして絶縁膜14をエッチングする。その結果、ファセット1の結晶面2の真上にのみ絶縁膜14が残る。   Next, referring to FIG. 12, a resist 31 b is formed on insulating film 14 immediately above crystal face 2 of facet 1. Then, the insulating film 14 is etched using the resist 31b as a mask. As a result, the insulating film 14 remains only directly above the crystal face 2 of the facet 1.

次に図13を参照して、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)などの方法を用いて、レジスト31b上およびファセットの結晶面3上に金属膜13aを形成する。   Next, referring to FIG. 13, metal film 13 a is formed on resist 31 b and facet crystal plane 3 using a method such as CVD (Chemical Vapor Deposition).

次に図1を参照して、レジスト31bおよびレジスト31b上の金属膜13aをリフトオフにより除去する。これにより、ファセット1の結晶面3に接触するアノード電極13が形成される。以上の工程により、本実施の形態におけるショットキーダイオード30が完成する。   Next, referring to FIG. 1, resist 31b and metal film 13a on resist 31b are removed by lift-off. Thereby, the anode electrode 13 in contact with the crystal face 3 of the facet 1 is formed. Through the above steps, the Schottky diode 30 according to the present embodiment is completed.

本実施の形態におけるショットキーダイオード30は、SiC層11と、SiC層11の上部主面に形成されたアノード電極13と、SiC基板10の下部主面に形成されたカソード電極12とを備えている。SiC層11は上部主面にファセット1を有しており、ファセット1に接触するようにアノード電極13が形成されている。   Schottky diode 30 in the present embodiment includes SiC layer 11, anode electrode 13 formed on the upper main surface of SiC layer 11, and cathode electrode 12 formed on the lower main surface of SiC substrate 10. Yes. The SiC layer 11 has a facet 1 on the upper main surface, and an anode electrode 13 is formed so as to be in contact with the facet 1.

本実施の形態におけるショットキーダイオード30の製造方法は、SiC層11を形成する工程と、SiC層11の上部主面にファセット1を形成するファセット工程と、ファセット1の結晶面3に接触するようにアノード電極13を形成する工程と、SiC基板10の下部主面にカソード電極12を形成する工程とを備えている。   The manufacturing method of Schottky diode 30 according to the present embodiment includes a step of forming SiC layer 11, a facet step of forming facet 1 on the upper main surface of SiC layer 11, and a contact with crystal plane 3 of facet 1. The step of forming the anode electrode 13 and the step of forming the cathode electrode 12 on the lower main surface of the SiC substrate 10 are provided.

本実施の形態におけるショットキーダイオード30およびその製造方法によれば、ファセット1の平坦部分の長さP1はバンチングステップの平坦部分P2の長さよりも長いので、SiC層11の平坦性が向上する。その結果、アノード電極13とSiC層11との接触が良好になり、電界集中を起こりにくくすることができる。   According to Schottky diode 30 and the manufacturing method thereof in the present embodiment, since the length P1 of the flat portion of facet 1 is longer than the length of flat portion P2 of the bunching step, the flatness of SiC layer 11 is improved. As a result, the contact between the anode electrode 13 and the SiC layer 11 becomes good, and electric field concentration can be made difficult to occur.

本実施の形態におけるショットキーダイオード30は、ファセット1の両端部に形成されたp型不純物領域15をさらに備えている。これにより、逆方向電圧印加時(カソード電極12の電位がアノード電極13の電位より高い状態の時)には、SiC層11とp型不純物領域15との境界の空乏層Vによってアノード電極13からカソード電極12へ延びる電流経路が遮断されるので、ショットキーダイオード30の耐圧を向上することができる。   Schottky diode 30 in the present embodiment further includes p-type impurity regions 15 formed at both ends of facet 1. Thereby, when a reverse voltage is applied (when the potential of the cathode electrode 12 is higher than the potential of the anode electrode 13), the depletion layer V at the boundary between the SiC layer 11 and the p-type impurity region 15 causes the anode electrode 13 to Since the current path extending to the cathode electrode 12 is interrupted, the breakdown voltage of the Schottky diode 30 can be improved.

本実施の形態におけるショットキーダイオード30は、ファセット1が(0001)および(03−38)面で構成されている。SiC層11における(0001)面および(03−38)面は、SiまたはCもいずれか一方のみが表れている面であり、エネルギ的に安定な面である。したがって、これらの面によってファセット1を構成することで、界面準位の密度が減少し、キャリアの移動度を一層低下することができる。   In Schottky diode 30 according to the present embodiment, facet 1 is configured with (0001) and (03-38) planes. The (0001) plane and the (03-38) plane in the SiC layer 11 are planes on which only one of Si or C appears, and are energetically stable planes. Therefore, by constituting the facet 1 with these surfaces, the interface state density can be reduced, and the carrier mobility can be further reduced.

本実施の形態におけるショットキーダイオード30の製造方法において、ファセット工程は、SiC層11の表面にSiを供給した状態でSiC層を熱処理する熱処理工程を含んでいる。これにより、Siを供給した状態でSiC層11を熱処理することにより、SiC層11をエネルギ的に安定な表面状態に再構成させることができる。その結果、一周期が100nm以上のファセット1が得られる。   In the method for manufacturing Schottky diode 30 in the present embodiment, the facet process includes a heat treatment process in which the SiC layer is heat treated with Si supplied to the surface of SiC layer 11. Thereby, the SiC layer 11 can be reconfigured in an energetically stable surface state by heat-treating the SiC layer 11 with Si supplied. As a result, a facet 1 having one period of 100 nm or more is obtained.

本実施の形態におけるショットキーダイオード30の製造方法において、熱処理工程は、Siを主な構成元素とする被覆膜20をSiC層の上部主面に形成する工程を含んでいる。これにより、SiC層11の表面にSiを供給した状態を、被覆膜20によって実現することができる。SiC層11における被覆膜20が形成された箇所では、テラス面に対して垂直な方向の成長が抑制されるので、テラス面に沿ったSiC層11の再構成を促進することができる。   In the method for manufacturing Schottky diode 30 in the present embodiment, the heat treatment step includes a step of forming coating film 20 containing Si as a main constituent element on the upper main surface of the SiC layer. Thereby, the state in which Si is supplied to the surface of the SiC layer 11 can be realized by the coating film 20. Since the growth in the direction perpendicular to the terrace surface is suppressed at the location where the coating film 20 in the SiC layer 11 is formed, the reconstruction of the SiC layer 11 along the terrace surface can be promoted.

本実施の形態におけるショットキーダイオード30の製造方法は、熱処理工程の前に、SiC層11の表面を平坦化する工程をさらに備えている。これにより、SiC層11が均一に再構成し、ファセットが広い面積で成長する。   The method for manufacturing Schottky diode 30 in the present embodiment further includes a step of planarizing the surface of SiC layer 11 before the heat treatment step. Thereby, the SiC layer 11 is uniformly reconfigure | reconstructed and a facet grows in a wide area.

なお、本実施の形態においては、ショットキーダイオード30が絶縁膜14およびp型不純物領域15を備えている場合について示したが、これらの構成は省略されてもよい。また、図1には複数のアノード電極13が示されているが、これらの電極は同電位とされていればよく、たとえば図示しない位置において互いに電気的に接続されていてもよい。   In the present embodiment, the case where the Schottky diode 30 includes the insulating film 14 and the p-type impurity region 15 has been described, but these configurations may be omitted. Further, although a plurality of anode electrodes 13 are shown in FIG. 1, these electrodes are only required to have the same potential, and may be electrically connected to each other at a position not shown, for example.

また、本実施の形態の製造方法においては、SiC層11を成長させることによりファセット1を形成する方法について示したが、ファセット1はたとえば以下の方法で形成されてもよい。図14(a)を参照して、SiC層11上にレジスト31cを形成する。このときレジスト31cは、深さ方向(図14(a)中下方向)に幅(図14(a)中横方向の長さ)が連続的に減少している開口部32を有するようにパターニングされる。続いて図14(b)を参照して、レジスト31cをマスクとしてSiC層11をエッチングする。その結果、SiC層11の上部主面にファセット1が形成される。この方法によれば、SiC層11表面がレジスト31cの形状に対応した形状となり、ファセット1を容易に形成することができる。   In the manufacturing method of the present embodiment, the method of forming facet 1 by growing SiC layer 11 has been described. However, facet 1 may be formed by the following method, for example. Referring to FIG. 14A, a resist 31c is formed on SiC layer 11. At this time, the resist 31c is patterned so as to have an opening 32 whose width (length in the lateral direction in FIG. 14A) continuously decreases in the depth direction (downward in FIG. 14A). Is done. Subsequently, referring to FIG. 14B, SiC layer 11 is etched using resist 31c as a mask. As a result, facet 1 is formed on the upper main surface of SiC layer 11. According to this method, the surface of the SiC layer 11 has a shape corresponding to the shape of the resist 31c, and the facet 1 can be easily formed.

(実施の形態2)
図15は、本発明の実施の形態2における半導体装置の構成を示す断面図である。図15を参照して、本実施の形態におけるショットキーダイオード30においては、SiC層11がその上部主面に複数のトレンチ17を有している。トレンチ17は一定間隔で形成されており、隣り合うトレンチ17同士の間にあるSiC層11の上部表面にファセット形成層11aが形成されている。ファセット17に接触してアノード電極13が形成されている。また、トレンチ17の各々の底面17aにはp型不純物領域15が形成されており、底面17a上には型不純物領域15に接触してアノード電極16が形成されている。アノード電極13および16は、互いに電気的に接続されて同一電位とされていてもよく、互いに電気的に絶縁されて別々の電位が与えられてもよい。
(Embodiment 2)
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15, in Schottky diode 30 in the present embodiment, SiC layer 11 has a plurality of trenches 17 on the upper main surface thereof. The trenches 17 are formed at regular intervals, and a facet forming layer 11 a is formed on the upper surface of the SiC layer 11 between adjacent trenches 17. An anode electrode 13 is formed in contact with the facet 17. A p-type impurity region 15 is formed on each bottom surface 17a of the trench 17, and an anode electrode 16 is formed on the bottom surface 17a in contact with the type impurity region 15. The anode electrodes 13 and 16 may be electrically connected to each other to have the same potential, or may be electrically insulated from each other and given different potentials.

ショットキーダイオード30の具体的寸法はたとえば以下の通りである。トレンチ17の幅Wは2μm、トレンチ17の間隔Dは1μm、トレンチ17の高さHは0.5μmである。   Specific dimensions of the Schottky diode 30 are as follows, for example. The width W of the trench 17 is 2 μm, the distance D between the trenches 17 is 1 μm, and the height H of the trench 17 is 0.5 μm.

なお、これ以外の構成は、実施の形態1に示すショットキーダイオード30とほぼ同様であるため、同一の構成には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。   Since the other configuration is substantially the same as that of Schottky diode 30 shown in the first embodiment, the same reference numeral is given to the same configuration, and the description thereof will not be repeated.

続いて、本実施の形態におけるショットキーダイオード30の製造方法の一例について図16〜図19を用いて説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the Schottky diode 30 in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

始めに図16を参照して、実施の形態1と同様の方法により、SiC基板10上にSiC層11を形成する。続いて、SiC層11の上部主面上に所定の形状のレジスト31dをパターニングする。そして、レジスト31dをマスクとしてSiC層11をエッチングする。これにより、SiC層11にトレンチ17が形成される。   First, referring to FIG. 16, SiC layer 11 is formed on SiC substrate 10 by the same method as in the first embodiment. Subsequently, a resist 31 d having a predetermined shape is patterned on the upper main surface of the SiC layer 11. Then, SiC layer 11 is etched using resist 31d as a mask. Thereby, trench 17 is formed in SiC layer 11.

次に図17を参照して、トレンチ17同士の間のSiC層11の上部表面を覆うようにSiを主な構成元素とする被覆膜20を形成する。続いて、実施の形態1と同様の熱処理を施し、図18に示すようにSiC層11の上部表面にファセット形成層11aを形成する。その後、被覆膜20を除去する。   Next, referring to FIG. 17, coating film 20 containing Si as a main constituent element is formed so as to cover the upper surface of SiC layer 11 between trenches 17. Subsequently, heat treatment similar to that of the first embodiment is performed, and facet forming layer 11a is formed on the upper surface of SiC layer 11 as shown in FIG. Thereafter, the coating film 20 is removed.

続いて図19を参照して、トレンチ17同士の間のSiC層11の上部主面上にレジスト31eを形成し、このレジスト31eをマスクとしてたとえばAlなどのイオンをトレンチ17の底面17aのSiC層11に注入する。これにより、トレンチの底面17aにp型不純物領域15が形成される。その後、レジスト31eを除去する。   Subsequently, referring to FIG. 19, a resist 31 e is formed on the upper main surface of SiC layer 11 between trenches 17. With this resist 31 e as a mask, ions such as Al are applied to the SiC layer on bottom surface 17 a of trench 17. 11 is injected. Thereby, the p-type impurity region 15 is formed on the bottom surface 17a of the trench. Thereafter, the resist 31e is removed.

次に図15を参照して、SiC基板10の下部主面にカソード電極12を形成する。そして、SiC層11の上部主面上にアノード電極13を形成し、トレンチ17の底面17a上にアノード電極13を形成する。その結果、本実施の形態におけるショットキーダイオード30が完成する。   Next, referring to FIG. 15, cathode electrode 12 is formed on the lower main surface of SiC substrate 10. Then, anode electrode 13 is formed on the upper main surface of SiC layer 11, and anode electrode 13 is formed on bottom surface 17 a of trench 17. As a result, the Schottky diode 30 in the present embodiment is completed.

本実施の形態のショットキーダイオード30によれば、実施の形態1のショットキーダイオードと略同様の効果を得ることができるのに加えて、以下の効果を得ることができる。   According to the Schottky diode 30 of the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to substantially the same effects as the Schottky diode of the first embodiment.

本実施の形態におけるショットキーダイオード30は、SiC層11は上部主面に複数のトレンチ17をさらに有している。隣り合うトレンチ17同士の間にファセット1が形成されており、トレンチ17の各々の底面17aにp型不純物領域15が形成されている。これにより、トレンチ17同士の間のSiC層11が電流経路となる。逆方向電圧印加時には、トレンチ17同士の間のSiC層11に空乏層Vが延びるので、電流経路を容易に遮断することができ、半導体装置の耐圧を向上することができる。   In Schottky diode 30 in the present embodiment, SiC layer 11 further includes a plurality of trenches 17 in the upper main surface. Facets 1 are formed between adjacent trenches 17, and p-type impurity regions 15 are formed on the bottom surfaces 17 a of the trenches 17. Thereby, the SiC layer 11 between the trenches 17 becomes a current path. When a reverse voltage is applied, depletion layer V extends in SiC layer 11 between trenches 17, so that the current path can be easily cut off and the breakdown voltage of the semiconductor device can be improved.

なお、本実施の形態においては、トレンチ17の底面17aにp型不純物領域15が形成されている場合について示したが、たとえば図20に示すように、トレンチの底面17aおよび側面17bにp型不純物領域15が形成されていてもよい。また、トレンチ17の側面17bにのみp型不純物領域15が形成されていてもよい。   In the present embodiment, the p-type impurity region 15 is formed on the bottom surface 17a of the trench 17. However, as shown in FIG. 20, for example, the p-type impurity is formed on the bottom surface 17a and the side surface 17b of the trench. Region 15 may be formed. Further, the p-type impurity region 15 may be formed only on the side surface 17 b of the trench 17.

また、上記実施の形態では(0001)面や(03−38)面などの個別面で結晶面を記している場合があるが、(0001)面であれば{0001}面、(03−38)面であれば{03−38}面などのように、これらの個別面と等価な集合面であれば同様の効果が得られる。   In the above embodiment, the crystal plane may be described by individual planes such as the (0001) plane and the (03-38) plane. If the plane is the (0001) plane, the {0001} plane, (03-38) The same effect can be obtained if it is a collective surface equivalent to these individual surfaces, such as {03-38} surface.

さらに、上記実施の形態では、SiC基板10およびSiC層11がn型であり、不純物領域15がp型である場合について示したが、SiC基板10およびSiC層11がp型であり、不純物領域15がn型であってもよい。   Further, in the above embodiment, the case where SiC substrate 10 and SiC layer 11 are n-type and impurity region 15 is p-type has been described, but SiC substrate 10 and SiC layer 11 are p-type and impurity region 15 may be n-type.

本実施例では、図15に示すショットキーダイオードを製造した。具体的には、厚さ400μ、抵抗率0.022Ω・cm、(0001)面のオフ角が8°の4H型SiC基板を準備した。次に、厚さ10μm、濃度は5×1015cm-3のSiC層をSiC基板上に形成した。SiC層はCVDエピタキシャル法を用いて形成された。次に、所定の形状のレジストをパターニングし、このレジストをマスクとしてRIE(Reactive Ion Etching)によりSiC層をドライエッチングした。その結果、幅2μm、深さ0.5μm、間隔1μmのトレンチが形成された。続いて、SiC層の上部表面にSiよりなる被覆膜を成膜し、SiC層を1600℃の温度で熱処理した。その結果、一周期の長さが2μmのファセットが形成された。続いて、イオン注入により、濃度2×1017cm-3、深さ1μmのp型不純物領域をトレンチの底面に形成した。その後、SiC基板の下部主面にAlよりなるカソード電極を形成し、SiC層の上部主面にNiよりなるアノード電極を形成した。また、比較例として、ファセットを形成しない以外は図15の構成とほぼ同様の構成のショットキーダイオード(以下、比較例と記す)を製造した。 In this example, the Schottky diode shown in FIG. 15 was manufactured. Specifically, a 4H type SiC substrate having a thickness of 400 μm, a resistivity of 0.022 Ω · cm, and a (0001) plane off-angle of 8 ° was prepared. Next, an SiC layer having a thickness of 10 μm and a concentration of 5 × 10 15 cm −3 was formed on the SiC substrate. The SiC layer was formed using a CVD epitaxial method. Next, a resist having a predetermined shape was patterned, and the SiC layer was dry etched by RIE (Reactive Ion Etching) using this resist as a mask. As a result, trenches having a width of 2 μm, a depth of 0.5 μm, and an interval of 1 μm were formed. Subsequently, a coating film made of Si was formed on the upper surface of the SiC layer, and the SiC layer was heat-treated at a temperature of 1600 ° C. As a result, a facet having a period length of 2 μm was formed. Subsequently, a p-type impurity region having a concentration of 2 × 10 17 cm −3 and a depth of 1 μm was formed on the bottom surface of the trench by ion implantation. Thereafter, a cathode electrode made of Al was formed on the lower main surface of the SiC substrate, and an anode electrode made of Ni was formed on the upper main surface of the SiC layer. Further, as a comparative example, a Schottky diode (hereinafter referred to as a comparative example) having a configuration substantially similar to the configuration of FIG. 15 except that facets were not formed was manufactured.

次に、製造されたショットキーダイオードの電気的特性を調べた。その結果、本発明のショットキーダイオードは比較例に比べて順方向電圧印加時の電流が増加し、オン抵抗が低減された。逆方向電圧に対する耐圧に関しても、比較例の耐圧が1kVであったのに対して、本発明のショットキーダイオードの耐圧は1.2kVとなり、耐圧が大きく向上した。   Next, the electrical characteristics of the manufactured Schottky diode were examined. As a result, in the Schottky diode of the present invention, the current during forward voltage application was increased and the on-resistance was reduced as compared with the comparative example. Regarding the breakdown voltage against the reverse voltage, the breakdown voltage of the comparative example was 1 kV, whereas the breakdown voltage of the Schottky diode of the present invention was 1.2 kV, which greatly improved the breakdown voltage.

以上に開示された実施の形態および実施例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慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、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修正や変形を含むものと意図される。   The embodiments and examples disclosed above are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and is intended to include all modifications and variations within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. .

本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 図1におけるファセット形成層を拡大して示す斜視図である。It is a perspective view which expands and shows the facet formation layer in FIG. 4H型のSiC結晶の(0001)面の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure of (0001) plane of 4H type SiC crystal. 本発明の実施の形態1におけるショットキーダイオードの製造方法の第1工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるショットキーダイオードの製造方法の第2工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention. ファセット形成層が形成される第1状態を示す図5のB部拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of part B of FIG. 5 showing a first state in which a facet forming layer is formed. ファセット形成層が形成される第2状態を示す図5のB部拡大図である。It is the B section enlarged view of Drawing 5 showing the 2nd state where a facet formation layer is formed. ファセット形成層が形成される第3状態を示す図5のB部拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of part B of FIG. 5 showing a third state in which a facet forming layer is formed. 本発明の実施の形態1におけるショットキーダイオードの製造方法の第3工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるショットキーダイオードの製造方法の第4工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるショットキーダイオードの製造方法の第5工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 5th process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるショットキーダイオードの製造方法の第6工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 6th process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるショットキーダイオードの製造方法の第7工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 7th process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention. (a)は、本発明の実施の形態1におけるショットキーダイオードの製造方法の変形例の第1工程を示す断面図であり、(b)は本発明の実施の形態1におけるショットキーダイオードの製造方法の変形例の第2工程を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the 1st process of the modification of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention, (b) is manufacture of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention. It is sectional drawing which shows the 2nd process of the modification of a method. 本発明の実施の形態2における半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるショットキーダイオードの製造方法の第1工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるショットキーダイオードの製造方法の第2工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるショットキーダイオードの製造方法の第3工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるショットキーダイオードの製造方法の第4工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th process of the manufacturing method of the Schottky diode in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2におけるショットキーダイオードの変形例の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the Schottky diode in Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,1b,1c ファセット、2,2a〜2c,3,3a〜3c 結晶面、5a〜5c 原子、6a〜6c 直線、7 バンチングステップ、10 SiC基板、11 SiC層、11a ファセット形成層、12 カソード電極、13 アノード電極、13a 金属膜、14 絶縁膜、15 p型不純物領域、16 アノード電極、17 トレンチ、17a トレンチ底面、17b トレンチ側面、20 被覆膜、30 ショットキーダイオード、31a〜31e レジスト、32 開口部。   1, 1b, 1c facet, 2, 2a-2c, 3, 3a-3c crystal plane, 5a-5c atoms, 6a-6c straight line, 7 bunching step, 10 SiC substrate, 11 SiC layer, 11a facet forming layer, 12 cathode Electrode, 13 Anode electrode, 13a Metal film, 14 Insulating film, 15 P-type impurity region, 16 Anode electrode, 17 Trench, 17a Trench bottom, 17b Trench side, 20 Cover film, 30 Schottky diode, 31a to 31e Resist, 32 opening.

Claims (7)

炭化ケイ素よりなる半導体層と、
前記半導体層の一方の主面に形成されたアノード電極と、
前記半導体層の他方の主面に形成されたカソード電極とを備え、
前記半導体層は前記一方の主面にファセットを有し、前記ファセットに接触するように前記アノード電極が形成されており、
前記ファセットの両端部に形成され、かつ前記半導体層とは異なる導電型の不純物領域をさらに備える、半導体装置。
A semiconductor layer made of silicon carbide;
An anode electrode formed on one main surface of the semiconductor layer;
A cathode electrode formed on the other main surface of the semiconductor layer,
The semiconductor layer has a facet on the one main surface, and the anode electrode is formed so as to be in contact with the facet ,
A semiconductor device further comprising impurity regions of a conductivity type formed at both ends of the facet and different from the semiconductor layer .
前記ファセットのうち少なくとも一つが{0001}面または{03−38}面で構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the facets is constituted by a {0001} plane or a {03-38} plane. 前記半導体層は前記一方の主面に複数のトレンチをさらに有し、
隣り合う前記トレンチ同士の間に前記ファセットが形成されており、
前記トレンチの各々の底面および側面のうち少なくとも一方の面に前記不純物領域が形成されていることを特徴とする、請求項またはに記載の半導体装置。
The semiconductor layer further includes a plurality of trenches on the one main surface,
The facet is formed between the adjacent trenches,
Wherein the impurity regions on at least one surface of the bottom and side surfaces of each of said trench is formed, the semiconductor device according to claim 1 or 2.
炭化ケイ素よりなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の一方の主面にファセットを形成するファセット工程と、
前記ファセットに接触するようにアノード電極を形成する工程と、
前記半導体層の他方の主面にカソード電極を形成する工程と
前記ファセットの両端部に配置されるように前記半導体層とは異なる導電型の不純物領域を形成する工程とを備える、半導体装置の製造方法。
Forming a semiconductor layer made of silicon carbide;
A faceting step of forming a facet on one main surface of the semiconductor layer;
Forming an anode electrode in contact with the facet;
Forming a cathode electrode on the other main surface of the semiconductor layer ;
Forming an impurity region of a conductivity type different from that of the semiconductor layer so as to be disposed at both ends of the facet .
前記ファセット工程は、前記半導体層の表面にケイ素を供給した状態で前記半導体層を熱処理する熱処理工程を含むことを特徴とする、請求項に記載の半導体装置の製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , wherein the faceting step includes a heat treatment step of heat-treating the semiconductor layer in a state where silicon is supplied to a surface of the semiconductor layer. 前記熱処理工程は、ケイ素を主な構成元素とする被覆膜を前記半導体層の一方の主面に形成する工程を含む、請求項に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device manufacturing method according to claim 5 , wherein the heat treatment step includes a step of forming a coating film containing silicon as a main constituent element on one main surface of the semiconductor layer. 前記ファセット工程は、深さ方向に幅が連続的に減少している開口部を有するレジストを前記半導体層の前記一方の主面に形成する工程と、前記レジストをマスクとして前記半導体層をエッチングする工程とを含むことを特徴とする、請求項4〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The faceting step includes a step of forming a resist having an opening having a width continuously decreasing in the depth direction on the one main surface of the semiconductor layer, and etching the semiconductor layer using the resist as a mask. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4 , further comprising a step.
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