JP7019995B2 - Semiconductor devices and their manufacturing methods - Google Patents

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Description

本発明は、炭化珪素(SiC)等のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device made of a wide bandgap semiconductor such as silicon carbide (SiC) and a method for manufacturing the same.

一般に、MOSFETの動作時におけるエネルギー損失は、主にドリフト抵抗、チャネル抵抗及びコンタクト抵抗による損失に支配される。このうちコンタクト抵抗はドリフト抵抗やチャネル抵抗に比べて十分に低くする必要がある。SiCからなる半導体装置を製造する場合においても、SiCからなる電極取出領域と金属電極とのオーミックコンタクトの形成は、技術課題の一つとなっている。 In general, the energy loss during operation of a MOSFET is mainly dominated by the loss due to drift resistance, channel resistance and contact resistance. Of these, the contact resistance needs to be sufficiently lower than the drift resistance and channel resistance. Even in the case of manufacturing a semiconductor device made of SiC, the formation of ohmic contact between the electrode extraction region made of SiC and the metal electrode is one of the technical issues.

従来、SiCからなる電極取出領域と金属電極とのオーミックコンタクトの形成方法として、電極取出領域と金属電極との間にグラフェン層を配置した構造が提案されている(特許文献1参照。)。 Conventionally, as a method for forming an ohmic contact between an electrode extraction region made of SiC and a metal electrode, a structure in which a graphene layer is arranged between the electrode extraction region and the metal electrode has been proposed (see Patent Document 1).

特許文献1に記載の構造では、SiCからなる電極取出領域と金属電極のオーミックコンタクトは得られるものの、コンタクト抵抗を更に低減する手法が求められている。 In the structure described in Patent Document 1, although ohmic contact between the electrode extraction region made of SiC and the metal electrode can be obtained, a method for further reducing the contact resistance is required.

国際公開第2016/002386号International Publication No. 2016/002386

上記課題に鑑み、本発明は、ワイドバンドギャップ半導体からなる電極取出領域と金属電極との低抵抗なオーミックコンタクトを形成することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of forming a low resistance ohmic contact between an electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor and a metal electrode, and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様は、(a)活性領域の一部に設けられたワイドバンドギャップ半導体からなる電極取出領域と、(b)電極取出領域の上面に配置されたインターカレーション層と、(c)インターカレーション層の上面に配置されたグラフェン層と、(d)グラフェン層の上面に配置された金属電極とを備え、インターカレーション層が電極取出領域とグラフェン層との間に界面ダイポールを形成することを特徴とする半導体装置を要旨とする。 One aspect of the present invention includes (a) an electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor provided in a part of the active region, (b) an intercalation layer arranged on the upper surface of the electrode extraction region, and (c). ) A graphene layer arranged on the upper surface of the intercalation layer and (d) a metal electrode arranged on the upper surface of the graphene layer, and the intercalation layer provides an interfacial dipole between the electrode extraction region and the graphene layer. The gist is a semiconductor device characterized by forming.

本発明の他の態様は、(a)ワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、(b)半導体層の上部に設けられたワイドバンドギャップ半導体からなる第1導電型の第1電極取出領域と、(c)第1電極取出領域の上面に配置されたインターカレーション層と、(d)インターカレーション層の上面に配置されたグラフェン層と、(e)半導体層の上部に第1電極取出領域に接して設けられたワイドバンドギャップ半導体からなる第2導電型の第2電極取出領域と、(f)グラフェン層及び第2電極取出領域の上面に配置された第1主電極とを備え、インターカレーション層が第1電極取出領域とグラフェン層との間に界面ダイポールを形成することを特徴とする半導体装置を要旨とする。 Another aspect of the present invention includes (a) a semiconductor layer made of a wideband gap semiconductor, and (b) a first conductive type first electrode extraction region made of a wideband gap semiconductor provided above the semiconductor layer. (C) An intercalation layer arranged on the upper surface of the first electrode extraction region, (d) a graphene layer arranged on the upper surface of the intercalation layer, and (e) a first electrode extraction region on the upper part of the semiconductor layer. It is provided with a second conductive type second electrode extraction region made of a wide band gap semiconductor provided in contact with the (f) graphene layer and a first main electrode arranged on the upper surface of the second electrode extraction region. The gist of the present invention is a semiconductor device characterized in that the curation layer forms an interfacial dipole between the first electrode extraction region and the graphene layer.

本発明の他の態様は、(a)活性領域の一部に設けられたワイドバンドギャップ半導体からなる電極取出領域の上面にグラフェン層を形成する工程と、(b)グラフェン層の上面に、インターカレーション層を構成するための原子を堆積する工程と、(c)熱処理を行い、堆積した原子をグラフェン層と電極取出領域との界面に挿入することにより、電極取出領域とグラフェン層との間に界面ダイポールを形成するインターカレーション層を形成する工程と、(d)グラフェン層の上面に金属電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を要旨とする。 Other embodiments of the present invention include (a) a step of forming a graphene layer on the upper surface of an electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor provided in a part of an active region, and (b) an interposition on the upper surface of the graphene layer. By depositing the atoms to form the curation layer and (c) heat treatment and inserting the deposited atoms into the interface between the graphene layer and the graphene extraction region, between the electrode extraction region and the graphene layer. The gist of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of forming an intercalation layer for forming an interfacial dipole and a step of (d) forming a metal electrode on the upper surface of the graphene layer.

本発明によれば、ワイドバンドギャップ半導体からなる電極取出領域と金属電極との低抵抗なオーミックコンタクトを形成することができる半導体装置及びその製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of forming a low resistance ohmic contact between an electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor and a metal electrode, and a method for manufacturing the same.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の一例を示す要部断面図である。It is sectional drawing of the main part which shows an example of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態に係る半導体装置のコンタクト形成の仮説を説明するための概略図である。It is a schematic diagram for demonstrating the hypothesis of the contact formation of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。It is a process sectional view which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図3に引き続く工程断面図である。It is a process cross-sectional view following FIG. 3 which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図4に引き続く工程断面図である。It is a process cross-sectional view following FIG. 4 which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 図6(a)は第1の実施形態の第2の実施例のグラフェン層形成時の低速電子線回折(LEED)の回折像であり、図6(b)は図6(a)に対応する模式的な断面図である。FIG. 6A is a diffraction image of low-energy electron diffraction (LEED) during formation of the graphene layer of the second embodiment of the first embodiment, and FIG. 6B corresponds to FIG. 6A. It is a schematic cross-sectional view. 図7(a)は第1の実施形態の第2の実施例の白金(Pt)を堆積後のLEEDの回折像であり、図7(b)は図7(a)に対応する模式的な断面図である。FIG. 7 (a) is a diffraction image of LEED after depositing platinum (Pt) of the second embodiment of the first embodiment, and FIG. 7 (b) is a schematic corresponding to FIG. 7 (a). It is a sectional view. 図8(a)は第1の実施形態の第2の実施例の1000℃アニール後のLEEDの回折像であり、図8(b)は図8(a)に対応する模式的な断面図である。8 (a) is a diffraction image of LEED after 1000 ° C. annealing of the second embodiment of the first embodiment, and FIG. 8 (b) is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG. 8 (a). be. 図9(a)は第1の実施形態の第2の実施例の1200℃アニール後のLEEDの回折像であり、図9(b)は図9(a)に対応する模式的な断面図である。9 (a) is a diffraction image of LEED after 1200 ° C. annealing of the second embodiment of the first embodiment, and FIG. 9 (b) is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG. 9 (a). be. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。It is a process sectional view which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図11に引き続く工程断面図である。It is a process cross-sectional view following FIG. 11 which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図12に引き続く工程断面図である。It is a process cross-sectional view following FIG. 12 which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図13に引き続く工程断面図である。It is a process cross-sectional view following FIG. 13 which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図14に引き続く工程断面図である。It is a process cross-sectional view following FIG. 14 which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す図15に引き続く工程断面図である。It is a process cross-sectional view following FIG. 15 which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 本発明のその他の実施形態に係る半導体装置の一例を示す要部断面図である。It is sectional drawing of the main part which shows an example of the semiconductor device which concerns on other embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態に係る半導体装置の他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the semiconductor device which concerns on other embodiment of this invention.

以下において、図面を参照して本発明の第1及び第2の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings referred to in the following description, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimensions, the ratio of the thickness of each layer, etc. are different from the actual ones. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following explanation. In addition, it goes without saying that parts having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

本明細書において、「第1主電極領域」とは、電界効果トランジスタ(FET)や静電誘導トランジスタ(SIT)においてソース領域又はドレイン領域のいずれか一方となる半導体領域を意味する。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)においてはエミッタ領域又はコレクタ領域のいずれか一方となる半導体領域を、静電誘導サイリスタ(SIサイリスタ)やゲートターンオフサイリスタ(GTO)においてはアノード領域又はカソード領域のいずれか一方となる半導体領域を意味する。「第2主電極領域」とは、FETやSITにおいては上記第1主電極領域とはならないソース領域又はドレイン領域のいずれか一方となる半導体領域を、IGBTにおいては上記第1主電極領域とはならないエミッタ領域又はコレクタ領域のいずれか一方となる領域を、SIサイリスタやGTOにおいては上記第1主電極領域とはならないアノード領域又はカソード領域のいずれか一方となる領域を意味する。即ち、「第1主電極領域」がソース領域であれば、「第2主電極領域」はドレイン領域を意味する。「第1主電極領域」がエミッタ領域であれば、「第2主電極領域」はコレクタ領域を意味する。「第1主電極領域」がアノード領域であれば、「第2主電極領域」はカソード領域を意味する。 As used herein, the "first main electrode region" means a semiconductor region that is either a source region or a drain region in a field effect transistor (FET) or a static induction transistor (SIT). In an insulated gate bipolar transistor (IGBT), the semiconductor region, which is either the emitter region or the collector region, is the semiconductor region, and in the static induction thyristor (SI thyristor) or the gate turn-off thyristor (GTO), either the anode region or the cathode region. It means a semiconductor region on one side. The "second main electrode region" is a semiconductor region that is either a source region or a drain region that does not become the first main electrode region in FET or SIT, and is the first main electrode region in IGBT. In SI thyristors and GTOs, it means a region that is either an anode region or a cathode region that is not the first main electrode region. That is, if the "first main electrode region" is the source region, the "second main electrode region" means the drain region. When the "first main electrode region" is the emitter region, the "second main electrode region" means the collector region. When the "first main electrode region" is the anode region, the "second main electrode region" means the cathode region.

本明細書では、第1導電型がn型、第2導電型がp型の場合について例示的に説明するが、導電型を逆の関係に選択して、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても構わない。また、本明細書及び添付図面においては、「n」や「p」に上付き文字で付す「+」及び「-」は、「+」及び「-」の付記されていない半導体領域に比してそれぞれ相対的に不純物密度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。更に、本明細書では、「第1導電型」及び「第2導電型」の限定を加えた部材や領域は、特に明示の限定がなくても半導体材料からなる部材や領域を意味していることは、技術的にも論理的にも自明である。また、本明細書では、ミラー指数の表記において、「-」はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に「-」を付けることで負の指数をあらわしている。 In the present specification, the case where the first conductive type is n type and the second conductive type is p type will be described schematically, but the conductive type is selected in the opposite relationship, and the first conductive type is p type and the first. 2 The conductive type may be n type. Further, in the present specification and the attached drawings, "+" and "-" added with superscripts to "n" and "p" are compared with the semiconductor region in which "+" and "-" are not added. This means that the semiconductor regions have relatively high or low impurity densities, respectively. Further, in the present specification, the member or region to which the "first conductive type" and the "second conductive type" are limited means a member or region made of a semiconductor material without any particular limitation. That is technically and logically self-evident. Further, in the present specification, in the notation of the Miller index, "-" means a bar attached to the index immediately after that, and a negative index is represented by adding "-" in front of the index.

以下の説明において「上面」「下面」等の「上」「下」の定義は、図示した断面図上の単なる表現上の問題であって、例えば、半導体装置の方位を90°変えて観察すれば「上」「下」の呼称は、「左」「右」になり、180°変えて観察すれば「上」「下」の呼称の関係は逆になることは勿論である。 In the following description, the definitions of "upper" and "lower" such as "upper surface" and "lower surface" are merely representational problems on the illustrated cross-sectional view, and for example, the orientation of the semiconductor device may be changed by 90 ° for observation. For example, the names of "upper" and "lower" become "left" and "right", and it goes without saying that the relationship between the names of "upper" and "lower" is reversed when observed by changing 180 °.

(第1の実施形態)
<SiCからなる半導体装置の構造>
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置は、図1に示すように、活性領域の一部に設けられたp型のSiCからなる電極取出領域1と、電極取出領域1の上面に配置されたインターカレーション層2と、インターカレーション層2の上面に配置されたグラフェン層3と、グラフェン層3の上面に配置された金属電極4とを備える。
(First Embodiment)
<Structure of semiconductor device made of SiC>
As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention has an electrode extraction region 1 made of p + type SiC provided in a part of the active region and an upper surface of the electrode extraction region 1. It includes an arranged intercalation layer 2, a graphene layer 3 arranged on the upper surface of the intercalation layer 2, and a metal electrode 4 arranged on the upper surface of the graphene layer 3.

電極取出領域1は、例えば、p型やp型のSiCからなる半導体基板(SiCウェハ)そのものであってもよく、SiCウェハ上にエピタキシャル成長したp型やp型のエピタキシャル成長層の少なくとも一部であってもよい。或いは、SiCウェハ又はエピタキシャル成長層の上部にp型不純物を添加することで設けられたp型やp型の半導体領域の少なくとも一部のコンタクト領域等であってもよい。更にSiCウェハ又はエピタキシャル成長層の上部にn型不純物を添加することで設けられたnウェルの上部にp型不純物を添加することで設けられたp型やp型のコンタクト領域等の半導体領域であってもよい。電極取出領域1のキャリア密度は、例えば1×1016/cm程度以上である。 The electrode extraction region 1 may be, for example, a semiconductor substrate (SiC wafer) itself made of p-type or p + -type SiC, or at least a part of a p-type or p + -type epitaxial growth layer epitaxially grown on the SiC wafer. May be. Alternatively, it may be a contact region of at least a part of a p-type or p + -type semiconductor region provided by adding a p-type impurity to the upper part of the SiC wafer or the epitaxial growth layer. Further, in a semiconductor region such as a p-type or p + -type contact region provided by adding a p-type impurity to the upper part of an n-well provided by adding an n-type impurity to the upper part of a SiC wafer or an epitaxial growth layer. There may be. The carrier density of the electrode extraction region 1 is, for example, about 1 × 10 16 / cm 3 or more.

SiCからなる電極取出領域1は、六層周期六方晶(6H-SiC)、四層周期六方晶(4H-SiC)、又は三層周期立方晶(3C-SiC)のいずれに限定されるものでもない。電極取出領域1の表面は、例えば原子レベルの平坦性が得られる程度に表面平坦化処理されている。電極取出領域1のインターカレーション層2に接する表面の結晶面方位は、例えば6H-,4H-SiCの(0001)面(Si面)、(000-1)面(C面)、(11-20)面であってもよい。3C-SiCの(1-10)面と六方晶の(11-20)面とは等価な面となる。 The electrode extraction region 1 made of SiC may be limited to any of six-layer periodic hexagonal crystal (6H-SiC), four-layer periodic hexagonal crystal (4H-SiC), and three-layer periodic cubic crystal (3C-SiC). do not have. The surface of the electrode extraction region 1 is surface-flattened to the extent that, for example, atomic-level flatness can be obtained. The crystal plane orientation of the surface of the electrode extraction region 1 in contact with the intercalation layer 2 is, for example, 6H-, 4H-SiC (0001) plane (Si plane), (000-1) plane (C plane), (11-). 20) It may be a surface. The (1-10) plane of 3C-SiC and the (11-20) plane of hexagonal crystals are equivalent planes.

インターカレーション層2は、電極取出領域1とグラフェン層3との間に界面双極子(界面ダイポール)を形成することで、電極取出領域1と金属電極4との界面に生じる電位差(ショットキー障壁高さ)を低減させることができる。インターカレーション層2の厚さは、インターカレーション層2を構成する1原子層の厚さであってもよく、原子2層以上の厚さであってもよい。或いは、インターカレーション層2は、インターカレーション層2を構成する1原子層に満たない原子数からなる吸着層の厚さで原子が疎らに配置されていてもよい。ただし、電極取出領域1とグラフェン層3との間に容易に界面ダイポールを形成可能なように、インターカレーション層2は、インターカレーション層2を構成する3層以下の原子層レベルであることが好ましい。 The intercalation layer 2 forms an interfacial dipole (interface dipole) between the electrode extraction region 1 and the graphene layer 3, so that the potential difference (Schottky barrier) generated at the interface between the electrode extraction region 1 and the metal electrode 4 is formed. Height) can be reduced. The thickness of the intercalation layer 2 may be the thickness of one atomic layer constituting the intercalation layer 2, or may be the thickness of two or more atomic layers. Alternatively, the intercalation layer 2 may have atoms sparsely arranged with a thickness of an adsorption layer having less than one atomic layer constituting the intercalation layer 2. However, the intercalation layer 2 shall be at the atomic layer level of 3 or less layers constituting the intercalation layer 2 so that an interfacial dipole can be easily formed between the electrode extraction region 1 and the graphene layer 3. Is preferable.

インターカレーション層2を構成する材料としては、第13族(III族)の元素、グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属、及び3価の陽イオンとなる希土類元素のうちの少なくともいずれか1つが採用可能である。第13族の元素は、ホウ素(B)と、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)若しくはタリウム(Tl)のいずれかの土類金属又はこれらの土類金属を1つ以上含む合金からなる群から選ばれる。 The material constituting the intercalation layer 2 is at least one of a group 13 (group III) element, a metal having a larger absolute value of work function than graphene, and a rare earth element that becomes a trivalent cation. One can be adopted. Group 13 elements include boron (B) and any earth metal such as aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) or thallium (Tl) or one or more of these earth metals. Selected from a group of alloys.

グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属は、その仕事関数の絶対値が5.0eV以上であることが好適である。グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属は、白金(Pt)、金(Au)、ルビジウム(Rb)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)又はこれらの金属を1つ以上含む合金からなる群から選ばれる。 For a metal having an absolute value of work function larger than that of graphene, it is preferable that the absolute value of the work function is 5.0 eV or more. Metals with a higher work function absolute value than graphene are platinum (Pt), gold (Au), ruthenium (Rb), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), renium (Re), and iridium ( It is selected from the group consisting of Ir) or an alloy containing one or more of these metals.

希土類元素としては、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタノイド(放射性元素を除く)が挙げられる。ランタノイド(放射性元素を除く)は、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)からなる群から選ばれる。 Examples of rare earth elements include scandium (Sc), yttrium (Y), and lanthanoids (excluding radioactive elements). Lantanoids (excluding radioactive elements) are lanthanum (La), cerium (Ce), placeodim (Pr), neodym (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadrinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium. It is selected from the group consisting of (Dy), holmium (Ho), erybium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu).

グラフェン層3は、バンドギャップを持たない半導体であるグラフェンで構成されている。グラフェンは、炭素(C)原子が六角形の格子状に結合した、C原子1つ分の厚さを有するシート状の物質である。グラフェン層3は、1層のグラフェンの単層構造であってもよく、2層以上のグラフェンの積層構造であってもよい。電極取出領域1とグラフェン層3との間にインターカレーション層2を容易に挿入するために、グラフェン層3は、単層構造又は3層以下のグラフェンの積層構造であることが好ましい。また、単層構造が唯一ギャップが無くフェルミ準位が容易に移動できるため、グラフェン層3は単層構造であることがより好ましい。 The graphene layer 3 is composed of graphene, which is a semiconductor having no band gap. Graphene is a sheet-like substance having a thickness equivalent to one C atom, in which carbon (C) atoms are bonded in a hexagonal lattice pattern. The graphene layer 3 may have a single-layer structure of one layer of graphene or a laminated structure of two or more layers of graphene. In order to easily insert the intercalation layer 2 between the electrode extraction region 1 and the graphene layer 3, the graphene layer 3 is preferably a single-layer structure or a laminated structure of graphene having three or less layers. Further, the graphene layer 3 is more preferably a single-layer structure because the single-layer structure has no gap and the Fermi level can be easily moved.

図1では、単層構造のグラフェン層3を例示する。また、グラフェン層3を構成する複数のC原子をそれぞれ円形状に示し、C原子の共有結合を隣り合う円形状の部分をつなぐ直線状に示す。また、図1では、インターカレーション層2、グラフェン層3及び金属電極4の各接合界面位置を明確にするために、インターカレーション層2、グラフェン層3及び金属電極4を離して模式的に示すが、実際にはインターカレーション層2、グラフェン層3及び金属電極4は互いに接している。 FIG. 1 illustrates a graphene layer 3 having a single-layer structure. Further, the plurality of C atoms constituting the graphene layer 3 are shown in a circular shape, and the covalent bonds of the C atoms are shown in a straight line connecting the adjacent circular portions. Further, in FIG. 1, in order to clarify the positions of the junctions of the intercalation layer 2, the graphene layer 3, and the metal electrode 4, the intercalation layer 2, the graphene layer 3, and the metal electrode 4 are schematically separated from each other. As shown, the intercalation layer 2, the graphene layer 3, and the metal electrode 4 are actually in contact with each other.

金属電極4は、インターカレーション層2及びグラフェン層3を介して電極取出領域1とオーミックコンタクトを形成している。金属電極4は、一般的な素子構造を構成する表面電極であってもよい。金属電極4は、例えば、活性領域を構成しているMOSFETのソース電極又はドレイン電極であってもよく、活性領域を構成しているIGBTのエミッタ電極又はコレクタ電極であってもよい。更に活性領域を構成しているp-nダイオードやp-i-nダイオード等やサイリスタのアノード電極でもよい。 The metal electrode 4 forms ohmic contact with the electrode extraction region 1 via the intercalation layer 2 and the graphene layer 3. The metal electrode 4 may be a surface electrode constituting a general device structure. The metal electrode 4 may be, for example, a source electrode or a drain electrode of a MOSFET constituting an active region, or an emitter electrode or a collector electrode of an IGBT constituting the active region. Further, it may be a pn diode, a p-in diode or the like constituting an active region, or an anode electrode of a thyristor.

金属電極4の電極材料として、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、クロム(Cr)、Al、Pd、又はこれらの金属を1つ以上含む合金を用いてもよい。また、金属電極4は、これらの金属及び合金のいずれか1つからなる金属膜を異なる組み合わせで複数積層してなる積層膜であってもよい。 As the electrode material of the metal electrode 4, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), titanium (Ti), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), and chromium ( Cr), Al, Pd, or an alloy containing one or more of these metals may be used. Further, the metal electrode 4 may be a laminated film formed by laminating a plurality of metal films made of any one of these metals and alloys in different combinations.

図2は、図1に示した構造を90°半時計回りに回転させた構造と、その構造に対応するバンド図を示す。図2に示すように、電極取出領域1を構成するp型の4H-SiCの電子親和力χSiCは3.6eV、グラフェン層3を構成するグラフェンの仕事関数φgraは4.5eV、金属電極4を構成する金属の一例としてのAuの仕事関数φAuは5.1eVである。電極取出領域1と金属電極4の界面にグラフェン層3を挿入することにより、グラフェンのフェルミ準位の移動でショットキー障壁φbは小さくなるが、その高さはグラフェンのフェルミ準位の移動分だけしか起こらない。そのため、p型ではフェルミ準位の移動が小さく、コンタクト抵抗がn型よりも大きくなる傾向にある。そこで、第1の実施形態に係る半導体装置では、電極取出領域1とグラフェン層3との間にインターカレーション層2を配置することにより、電荷のバランスを更に変化させて、ショットキー障壁φbを小さくする。即ち、陽イオンをインターカレーションしてn型と逆の界面ダイポールを形成することでコンタクト抵抗を低減させる。 FIG. 2 shows a structure in which the structure shown in FIG. 1 is rotated 90 ° counterclockwise, and a band diagram corresponding to the structure. As shown in FIG. 2, the electron affinity of p + type 4H- SiC constituting the electrode extraction region 1 is 3.6 eV, the work function of graphene constituting the graphene layer 3 is 4.5 eV, and the metal electrode. The work function φ Au of Au as an example of the metal constituting 4 is 5.1 eV. By inserting the graphene layer 3 at the interface between the electrode extraction region 1 and the metal electrode 4, the Schottky barrier φb becomes smaller due to the movement of the Fermi level of graphene, but the height is only the amount of movement of the Fermi level of graphene. Only happens. Therefore, the movement of the Fermi level is small in the p-type, and the contact resistance tends to be larger than that in the n-type. Therefore, in the semiconductor device according to the first embodiment, by arranging the intercalation layer 2 between the electrode extraction region 1 and the graphene layer 3, the charge balance is further changed to create the Schottky barrier φb. Make it smaller. That is, the contact resistance is reduced by intercalating the cations to form an interface dipole opposite to the n-type.

<SiCからなる半導体装置の製造方法>
次に、図3~図5を参照して、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を、インターカレーション層2、グラフェン層3及び金属電極4に着目して説明する。
<Manufacturing method of semiconductor device made of SiC>
Next, an example of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 5, focusing on the intercalation layer 2, the graphene layer 3, and the metal electrode 4.

まず、化学機械研磨(CMP)により両面鏡面研磨された直径3インチのp型のSiCからなる半導体ウェハ(SiCウェハ)を用意する。SiCウェハの厚さは、例えば430μmであってもよい。SiCウェハの主面は、例えば<11-20>方向に4°~8°程度のオフ角を有する(0001)面であってもよい。 First, a semiconductor wafer (SiC wafer) made of p-type SiC having a diameter of 3 inches, which has been mirror-polished on both sides by chemical mechanical polishing (CMP), is prepared. The thickness of the SiC wafer may be, for example, 430 μm. The main surface of the SiC wafer may be, for example, a (0001) surface having an off angle of about 4 ° to 8 ° in the <11-20> direction.

次に、化学気相成長(CVD)法により、SiCウェハの主面上にp型のエピタキシャル層を成長させる。このエピタキシャル層の不純物密度及び厚さは、例えば、それぞれ1×1019/cm及び10μmであってもよい。これにより、SiCウェハ上にエピタキシャル層を成長してなるエピタキシャルウェハが形成される。次に、一般的な方法によりエピタキシャル層の上部には、活性領域が造り込まれる。しかし、ここでは、活性領域の具体的な製造プロセスの詳細の説明は省略する。即ち、以下の説明では電極取出領域1はエピタキシャルウェハ中に設けられた活性領域の一部であってもよく、半導体装置の構造によっては半導体ウェハの裏面等の場合のように、半導体ウェハそのものが電極取出領域1となり得る。 Next, a p-type epitaxial layer is grown on the main surface of the SiC wafer by a chemical vapor deposition (CVD) method. The impurity density and thickness of this epitaxial layer may be, for example, 1 × 10 19 / cm 3 and 10 μm, respectively. As a result, an epitaxial wafer formed by growing an epitaxial layer on the SiC wafer is formed. Next, an active region is built in the upper part of the epitaxial layer by a general method. However, here, a detailed description of the specific manufacturing process of the active region will be omitted. That is, in the following description, the electrode extraction region 1 may be a part of the active region provided in the epitaxial wafer, and depending on the structure of the semiconductor device, the semiconductor wafer itself may be the same as the case of the back surface of the semiconductor wafer. It can be the electrode extraction region 1.

次に、紫外線(UV)及びオゾン(O)を用いたUVオゾン洗浄による電極取出領域1の上面の洗浄や、有機洗浄処理により電極取出領域1の上面の付着物除去を行う。次に、図4に示すように、熱処理により、電極取出領域1の上面に単層のグラフェン層3を形成する。例えば、電極取出領域1を例えば1200℃以上程度に加熱することで電極取出領域1を構成するSiCからSi原子を脱離させ、残ったC原子からなるグラフェン層3を形成してもよい。また、グラフェン層3を形成する方法として、CVD法や、分子線エピタキシー(MBE)法、分子層エピタキシー(MLE)法、レーザー照射による形成等により、或いは、予め形成したグラフェン層3を電極取出領域1上に転写する方法を用いてもよい。 Next, the upper surface of the electrode extraction region 1 is cleaned by UV ozone cleaning using ultraviolet rays (UV) and ozone ( O3), and the deposits on the upper surface of the electrode extraction region 1 are removed by organic cleaning treatment. Next, as shown in FIG. 4, a single graphene layer 3 is formed on the upper surface of the electrode extraction region 1 by heat treatment. For example, the electrode extraction region 1 may be heated to, for example, about 1200 ° C. or higher to desorb Si atoms from the SiC constituting the electrode extraction region 1 to form a graphene layer 3 composed of the remaining C atoms. Further, as a method for forming the graphene layer 3, a CVD method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, a molecular layer epitaxy (MLE) method, formation by laser irradiation, or the like, or a graphene layer 3 formed in advance is used as an electrode extraction region. 1 The method of transferring onto the top may be used.

例えば、電極取出領域1を加熱してグラフェン層3を形成する方法を用いる場合、赤外線集光式超高温加熱装置の反応炉(チャンバ)内に電極取出領域1が構成された半導体ウェハを挿入する。そして、反応炉内を例えば6.6×10-1Pa程度まで真空引きする。反応炉内に例えばアルゴン(Ar)ガスを大気圧になるまで導入し、所定の流速で流し続けることで電極取出領域1の上面をArガス雰囲気にさらす。そして、反応炉内の温度を例えば20℃/分の昇温速度で室温(例えば25℃程度)から1650℃程度になるまで加熱した後、その温度を5分間程度維持する。これによって、電極取出領域1の上面に単層構造のグラフェン層3が形成される。グラフェン層3を積層構造とする場合には、反応炉内の温度が1650℃程度に到達した後、その温度の維持時間を更に長くすればよい。そして、反応炉内の温度を室温まで降温した後、電極取出領域1が構成された半導体ウェハを反応炉から取り出す。 For example, when the method of heating the electrode extraction region 1 to form the graphene layer 3 is used, the semiconductor wafer having the electrode extraction region 1 is inserted into the reaction furnace (chamber) of the infrared condensing type ultra-high temperature heating device. .. Then, the inside of the reactor is evacuated to, for example, about 6.6 × 10 -1 Pa. For example, argon (Ar) gas is introduced into the reaction furnace until it reaches atmospheric pressure, and the upper surface of the electrode extraction region 1 is exposed to the Ar gas atmosphere by continuing to flow at a predetermined flow rate. Then, the temperature in the reaction furnace is heated from room temperature (for example, about 25 ° C.) to about 1650 ° C. at a heating rate of, for example, 20 ° C./min, and then the temperature is maintained for about 5 minutes. As a result, the graphene layer 3 having a single layer structure is formed on the upper surface of the electrode extraction region 1. When the graphene layer 3 has a laminated structure, after the temperature in the reaction furnace reaches about 1650 ° C., the maintenance time of the temperature may be further extended. Then, after the temperature in the reactor is lowered to room temperature, the semiconductor wafer in which the electrode extraction region 1 is formed is taken out from the reactor.

次に、真空蒸着法又はスパッタリング法等により、インターカレーション層2を構成する第13族の元素(III族の元素)、グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属、又は希土類元素のいずれかである原子をグラフェン層3の上面に堆積する。その後、熱処理することにより、図4に示すように、堆積した原子がグラフェン層3と電極取出領域1の界面に挿入(インターカレーション)されて、インターカレーション層2が形成される。熱処理条件はインターカレーション層2を構成する原子に応じて適宜選択される。例えば、熱処理条件は、インターカレーション層2を構成する原子がBの場合は真空中で1000℃、Ptの場合はArガス雰囲気で1200℃、Alの場合は真空中で600℃とする。インターカレーション層2の厚さは、例えば熱処理条件を調整することにより制御可能である。例えば、加熱温度を高くすることによりインターカレーション層2の厚さを厚くすることができる。 Next, either a group 13 element (group III element) constituting the intercalation layer 2, a metal having a larger absolute value of work function than graphene, or a rare earth element by a vacuum vapor deposition method or a sputtering method. Atoms are deposited on the upper surface of the graphene layer 3. Then, by heat treatment, as shown in FIG. 4, the deposited atoms are inserted (intercalated) into the interface between the graphene layer 3 and the electrode extraction region 1 to form the intercalation layer 2. The heat treatment conditions are appropriately selected according to the atoms constituting the intercalation layer 2. For example, the heat treatment conditions are 1000 ° C. in vacuum when the atom constituting the intercalation layer 2 is B, 1200 ° C. in an Ar gas atmosphere when Pt, and 600 ° C. in vacuum when Al. The thickness of the intercalation layer 2 can be controlled, for example, by adjusting the heat treatment conditions. For example, the thickness of the intercalation layer 2 can be increased by increasing the heating temperature.

次に、真空蒸着法、スパッタリング法又はMBE法等により、図1に示すように、グラフェン層3の上面にAu等からなる金属電極4を成膜する。電極取出領域1がエピタキシャルウェハ中に設けられた活性領域の一部の場合は、フォトリソグラフィ工程によるメタライゼーション工程によって、金属電極4をパターニングする。金属電極4のメタライゼーション工程の終了した半導体ウェハは、その後、例えば10mmのチップサイズ等の所定の大きさのチップ状にダイシングされ、半導体チップが形成され、SiCからなる半導体装置が完成する。 Next, as shown in FIG. 1, a metal electrode 4 made of Au or the like is formed on the upper surface of the graphene layer 3 by a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an MBE method, or the like. When the electrode extraction region 1 is a part of the active region provided in the epitaxial wafer, the metal electrode 4 is patterned by a metallization step by a photolithography step. The semiconductor wafer for which the metallization step of the metal electrode 4 has been completed is then diced into a chip having a predetermined size such as a chip size of 10 mm to form a semiconductor chip, and a semiconductor device made of SiC is completed.

なお、上述したSiCからなる半導体装置の製造方法では、ウェハ状態でメタライゼーション工程まで進め、メタライゼーション工程の終了した後、ダイシングによりチップ状にしているが、斯かる手順に限定されない。製造装置の要請等によっては、各電極取出領域1にグラフェン層3、インターカレーション層2及び金属電極4を形成する前の段階等で特定の大きさに分割して、小型のチャンバを有する製造装置の内部に挿入してもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a semiconductor device made of SiC, the process proceeds to the metallization step in a wafer state, and after the metallization step is completed, the semiconductor device is formed into a chip by dicing, but the procedure is not limited to this. Depending on the request of the manufacturing equipment, etc., the graphene layer 3, the intercalation layer 2, and the metal electrode 4 are divided into specific sizes in the stage before forming the graphene layer 3, the intercalation layer 2, and the metal electrode 4 in each electrode extraction region 1, and a small chamber is manufactured. It may be inserted inside the device.

第1の実施形態に係る半導体装置によれば、電極取出領域1とグラフェン層3との間にインターカレーション層2を配置することにより、電極取出領域1とグラフェン層3との間に界面ダイポールを形成することができ、電極取出領域1と金属電極4との界面に生じる電位差(ショットキー障壁高さ)を低減させることができる。これにより、電極取出領域1と金属電極4との低抵抗なオーミックコンタクトを再現性高く形成することができる。 According to the semiconductor device according to the first embodiment, by arranging the intercalation layer 2 between the electrode extraction region 1 and the graphene layer 3, the interface dipole between the electrode extraction region 1 and the graphene layer 3 is provided. Can be formed, and the potential difference (Schottky barrier height) generated at the interface between the electrode extraction region 1 and the metal electrode 4 can be reduced. As a result, low resistance ohmic contact between the electrode extraction region 1 and the metal electrode 4 can be formed with high reproducibility.

なお、図1では電極取出領域1がp型である場合を例示したが、電極取出領域1がn型であってもよい。電極取出領域1は、n型やn型のSiCからなるSiCウェハそのものであってもよく、SiCウェハ上のn型やn型のエピタキシャル成長層の少なくとも一部であってもよい。或いは、SiCウェハ又はエピタキシャル成長層の上部に設けられたn型やn型の半導体領域の少なくとも一部のコンタクト領域等であってもよい。更にSiCウェハ又はエピタキシャル成長層の上部に設けられたpウェルやpベースの上部に設けられたn型やn型のコンタクト領域等であってもよい。 Although the case where the electrode extraction region 1 is p-type is illustrated in FIG. 1, the electrode extraction region 1 may be n-type. The electrode extraction region 1 may be a SiC wafer itself made of n-type or n + -type SiC, or may be at least a part of an n-type or n + -type epitaxial growth layer on the SiC wafer. Alternatively, it may be a contact region of at least a part of an n-type or n + -type semiconductor region provided on the upper part of the SiC wafer or the epitaxial growth layer. Further, it may be a p-well provided on the upper part of the SiC wafer or the epitaxial growth layer, an n-type or n + type contact region provided on the upper part of the p-base, or the like.

電極取出領域1がn型の場合には、インターカレーション層2を構成する材料として、第5族の遷移金属及び第15族(V族)の元素の少なくとも一方が採用可能である。第5族の遷移金属は、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、又はこれらの金属を1つ以上含む合金からなる群から選ばれる。第15族(V族)の元素は、燐(P)、砒素(As)と、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)又はこれらの金属を1つ以上含む合金とからなる群から選ばれる。インターカレーション層2を構成する材料として第5族の遷移金属又は第15族(V族)の元素を採用することにより、n型の電極取出領域1とグラフェン層3との間にダイポールを形成することができ、電極取出領域1と金属電極4との界面に生じる電位差(ショットキー障壁高さ)を低減させることができる。 When the electrode extraction region 1 is n-type, at least one of a group 5 transition metal and a group 15 (group V) element can be adopted as a material constituting the intercalation layer 2. Group 5 transition metals are selected from the group consisting of tantalum (Ta), niobium (Nb), vanadium (V), or alloys containing one or more of these metals. Group 15 (Group V) elements are selected from the group consisting of phosphorus (P), arsenic (As) and antimony (Sb), bismuth (Bi) or alloys containing one or more of these metals. By adopting a group 5 transition metal or a group 15 (group V) element as a material constituting the intercalation layer 2, a dipole is formed between the n-type electrode extraction region 1 and the graphene layer 3. The potential difference (shotkey barrier height) generated at the interface between the electrode extraction region 1 and the metal electrode 4 can be reduced.

<第1の実施例>
第1の実施形態の第1の実施例として、p型の電極取出領域1、インターカレーション層2、グラフェン層3及び金属電極4の積層構造を作製した。インターカレーション層2を構成する原子をAl、B、Ptで変更して実施例A~Cの3種類の試料を作製した。実施例A~CのいずれもSiCの不純物密度を1×1019/cmとした。比較例として、インターカレーション層2が無い以外は実施例A~Cと同様の試料を作製した。実施例A~C及び比較例のコンタクト抵抗値の測定結果を表1に示す。
<First Example>
As the first embodiment of the first embodiment, a laminated structure of a p-type electrode extraction region 1, an intercalation layer 2, a graphene layer 3 and a metal electrode 4 was produced. The atoms constituting the intercalation layer 2 were changed with Al, B, and Pt to prepare three kinds of samples of Examples A to C. In each of Examples A to C, the impurity density of SiC was set to 1 × 10 19 / cm 3 . As a comparative example, the same samples as in Examples A to C were prepared except that the intercalation layer 2 was not present. Table 1 shows the measurement results of the contact resistance values of Examples A to C and Comparative Examples.

Figure 0007019995000001
Figure 0007019995000001

表1に示すように、実施例A~Cのいずれでも、コンタクト抵抗が実用の要求値である10-4Ω/cm以下となり、コンタクト抵抗が10-2Ω/cm台である比較例と比べて大幅にコンタクト抵抗を低減できたことが確認された。 As shown in Table 1, in any of Examples A to C, the contact resistance is 10 -4 Ω / cm 2 or less, which is a practical requirement, and the contact resistance is 10 -2 Ω / cm 2 units. It was confirmed that the contact resistance could be significantly reduced compared to the above.

<第2の実施例>
第1の実施形態の第2の実施例として、グラフェン層3を形成後、インターカレーション層2を構成する元素としてPtを堆積し、堆積したPtを熱処理によりインターカレーションする過程で、低速電子線回折(LEED)により試料の表面を観察した。グラフェン層3の形成条件は、4°オフのn型SiC基板を用いて、Ar雰囲気下、圧力を101.325kPa(ガス流量を8.45×10-3Pa・m/sec)、加熱温度を1575℃、昇温速度を100℃/分、加熱時間を30分間とした。Ptの堆積条件は、フラックス7nA、堆積時間を30分間とした。Ptのインターカレーション条件は、超高温加熱装置にin-situで搬送して、Ar雰囲気下、圧力を101.325kPa(ガス流量を8.45×10-3Pa・m/sec)、加熱温度を1000℃又は1200℃、昇温速度を20℃/分、加熱時間を60分間とした。
<Second Example>
As a second embodiment of the first embodiment, after forming the graphene layer 3, Pt is deposited as an element constituting the intercalation layer 2, and the deposited Pt is intercalated by heat treatment. The surface of the sample was observed by linear diffraction (LEED). The formation conditions of the graphene layer 3 are as follows: using an n-type SiC substrate with 4 ° off, a pressure of 101.325 kPa (gas flow rate: 8.45 × 10 -3 Pa · m 3 / sec) and a heating temperature under an Ar atmosphere. The temperature was 1575 ° C., the heating rate was 100 ° C./min, and the heating time was 30 minutes. The deposition conditions for Pt were a flux of 7 nA and a deposition time of 30 minutes. The intercalation condition of Pt is that it is transported in-situ to an ultra-high temperature heating device, and heated at 101.325 kPa (gas flow rate: 8.45 × 10 -3 Pa · m 3 / sec) under an Ar atmosphere. The temperature was 1000 ° C. or 1200 ° C., the heating rate was 20 ° C./min, and the heating time was 60 minutes.

図7(a)、図8(a)、図9(a)、図10(a)は、グラフェン形成後、Ptを堆積後、1000℃のアニール後、1200℃のアニール後のLEEDによる回折像をそれぞれ示し、図7(b)、図8(b)、図9(b)、図10(b)は対応する構造の模式図をそれぞれ示す。図7(a)において、SiCを示す点(スポット)を実線の丸で囲み、グラフェンを示す点を破線の丸で囲んでいる。各点の周囲の小さい点は、グラフェン層3のグラフェンと電極取出領域1のSiCが共有結合したバッファ層を示す。 7 (a), 8 (a), 9 (a), and 10 (a) are diffraction images by LEED after graphene formation, Pt deposition, 1000 ° C annealing, and 1200 ° C annealing. 7 (b), FIG. 8 (b), FIG. 9 (b), and FIG. 10 (b) show schematic views of the corresponding structures, respectively. In FIG. 7A, the points (spots) indicating SiC are circled with a solid line, and the points indicating graphene are circled with a broken line. The small dots around each point indicate the buffer layer in which the graphene of the graphene layer 3 and the SiC of the electrode extraction region 1 are covalently bonded.

図7(a)ではバッファ層を示す点が観察され、図7(b)に示すようにグラフェン層3のグラフェンと電極取出領域1のSiCが結合したバッファ層3aが形成されていると考えられる。また、図8(a)及び図9(a)でもバッファ層3aを示す点が観察され、図8(b)及び図9(b)に示すように、Pt原子2aを堆積し、1000℃のアニールした後でもバッファ層3aが維持されていると考えられる。一方、図10(a)ではバッファ層3aを示す点が消失しており、図10(b)に示すように、1200℃のアニールによってPt原子2aがグラフェン層3と電極取出領域1との間に挿入され、バッファ層3aのグラフェンとSiCとの共有結合が切れたと考えられる。 In FIG. 7A, a point indicating the buffer layer is observed, and it is considered that the buffer layer 3a in which the graphene of the graphene layer 3 and the SiC of the electrode extraction region 1 are bonded is formed as shown in FIG. 7B. .. Further, the points showing the buffer layer 3a were also observed in FIGS. 8 (a) and 9 (a), and as shown in FIGS. 8 (b) and 9 (b), Pt atoms 2a were deposited and the temperature was 1000 ° C. It is considered that the buffer layer 3a is maintained even after annealing. On the other hand, in FIG. 10A, the point indicating the buffer layer 3a disappears, and as shown in FIG. 10B, the Pt atom 2a is placed between the graphene layer 3 and the electrode extraction region 1 by annealing at 1200 ° C. It is considered that the covalent bond between graphene in the buffer layer 3a and SiC was broken.

(第2の実施形態)
<SiCからなる半導体装置の構造>
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の一例としてMOSFETを説明する。第2の実施形態に係る半導体装置は、図10に示すように、第1導電型(n型)のSiCからなる半導体層(ドリフト層)10と、ドリフト層10の上部に選択的に埋め込まれた第2導電型(p型)のベース領域11と、ベース領域11の上部に選択的に埋め込まれた第1導電型(n型)の第1主電極領域(ソース領域)13a,13bとを備える。
(Second embodiment)
<Structure of semiconductor device made of SiC>
A MOSFET will be described as an example of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the semiconductor device according to the second embodiment is selectively embedded in the semiconductor layer (drift layer) 10 made of the first conductive type (n type) SiC and the upper part of the drift layer 10. The base region 11 of the second conductive type (p + type) and the first main electrode region (source region) 13a of the first conductive type (n + type) selectively embedded in the upper part of the base region 11 It is provided with 13b.

ベース領域11上からドリフト層10上に亘って、ゲート絶縁膜14を介してドープドポリシリコン等からなるゲート電極15a,15bがそれぞれ配置されている。ゲート電極15a,15bの上面及び側面は層間絶縁膜16で被覆されている。 Gate electrodes 15a and 15b made of doped polysilicon or the like are arranged from above the base region 11 to above the drift layer 10 via the gate insulating film 14, respectively. The upper surface and the side surface of the gate electrodes 15a and 15b are covered with the interlayer insulating film 16.

ベース領域11上には、ソース領域13a,13bに接するように、ベース領域11よりも高不純物密度の第2導電型(p型)のベースコンタクト領域12が埋め込まれている。ソース領域13a,13b及びベースコンタクト領域12上には、層間絶縁膜16を覆うように第1主電極(ソース電極)19が配置されている。ソース領域13a,13b及びベースコンタクト領域12は電極取出領域であり、ソース電極19とオーミックコンタクトを形成する。 A second conductive type (p + type) base contact region 12 having a higher impurity density than the base region 11 is embedded on the base region 11 so as to be in contact with the source regions 13a and 13b. A first main electrode (source electrode) 19 is arranged on the source regions 13a and 13b and the base contact region 12 so as to cover the interlayer insulating film 16. The source regions 13a and 13b and the base contact region 12 are electrode extraction regions and form ohmic contact with the source electrode 19.

型のベースコンタクト領域12とソース電極19との間には、インターカレーション層17及びグラフェン層18が選択的に配置されている。即ち、図10に示したp型のベースコンタクト領域12、インターカレーション層17、グラフェン層18及びソース電極19の構造が、図1に示したSiCからなる半導体装置の電極取出領域1、インターカレーション層2、グラフェン層3及び金属電極4の構造に対応する。インターカレーション層17の材料としては、第13族(III族)の元素、グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属、又は希土類元素が採用可能である。 An intercalation layer 17 and a graphene layer 18 are selectively arranged between the p + type base contact region 12 and the source electrode 19. That is, the structure of the p + type base contact region 12, the intercalation layer 17, the graphene layer 18, and the source electrode 19 shown in FIG. 10 is the electrode extraction region 1 of the semiconductor device made of SiC shown in FIG. 1, the inter. It corresponds to the structure of the carbide layer 2, the graphene layer 3, and the metal electrode 4. As the material of the intercalation layer 17, a Group 13 (Group III) element, a metal having a larger absolute value of work function than graphene, or a rare earth element can be adopted.

一方、図10に示したn型のソース領域13a,13bとソース電極19との間には、インターカレーション層及びグラフェン層が無く、ソース領域13a,13bとソース電極19とが接している。 On the other hand, there is no intercalation layer and graphene layer between the n + type source regions 13a and 13b shown in FIG. 10 and the source electrode 19, and the source regions 13a and 13b and the source electrode 19 are in contact with each other. ..

ドリフト層10の下面には、ドリフト層10よりも高不純物密度の第1導電型(n型)のSiCからなる第2主電極領域(ドレイン領域)20が配置されている。例えば、ドレイン領域20はSiC基板で構成され、ドリフト層10はエピタキシャル成長層で構成される。ドレイン領域20の下面には、第2主電極(ドレイン電極)21が配置されている。n型のドレイン領域20とドレイン電極21との間には、インターカレーション層及びグラフェン層が無く、ドレイン領域20とドレイン電極21とが接している。 On the lower surface of the drift layer 10, a second main electrode region (drain region) 20 made of a first conductive type (n + type) SiC having a higher impurity density than the drift layer 10 is arranged. For example, the drain region 20 is composed of a SiC substrate, and the drift layer 10 is composed of an epitaxial growth layer. A second main electrode (drain electrode) 21 is arranged on the lower surface of the drain region 20. There is no intercalation layer and graphene layer between the n + type drain region 20 and the drain electrode 21, and the drain region 20 and the drain electrode 21 are in contact with each other.

第2の実施形態に係る半導体装置によれば、n型のソース領域13a,13bやn型のドレイン領域20よりも相対的にコンタクト抵抗が高いp型のベースコンタクト領域12のオーミックコンタクト部分において、ベースコンタクト領域12とソース電極19との間に選択的にインターカレーション層17及びグラフェン層18を配置する。これにより、ベースコンタクト領域12とグラフェン層18との間に界面ダイポールが形成され、コンタクト抵抗を低減することができる。 According to the semiconductor device according to the second embodiment, the ohmic contact of the p + type base contact region 12 having a relatively higher contact resistance than the n + type source regions 13a and 13b and the n + type drain region 20. In the portion, the intercalation layer 17 and the graphene layer 18 are selectively arranged between the base contact region 12 and the source electrode 19. As a result, an interfacial dipole is formed between the base contact region 12 and the graphene layer 18, and contact resistance can be reduced.

<SiCからなる半導体装置の製造方法>
次に、図11~図16を参照しながら、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する。なお、以下で説明するSiCからなる半導体装置の製造方法は一例であって、第2の実施形態に係る半導体装置はこれ以外の種々の方法でも製造可能である。
<Manufacturing method of semiconductor device made of SiC>
Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 16. The method for manufacturing a semiconductor device made of SiC described below is an example, and the semiconductor device according to the second embodiment can be manufactured by various other methods.

図11に示すように、n型のSiC基板をドレイン領域20として、ドレイン領域20上に、ドレイン領域20より低不純物密度のn型のドリフト層10をエピタキシャル成長させる。 As shown in FIG. 11, the n + type SiC substrate is used as the drain region 20, and an n type drift layer 10 having a lower impurity density than the drain region 20 is epitaxially grown on the drain region 20.

次に、ドリフト層10上にフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜をパターニングする。パターニングされたフォトレジスト膜をイオン注入用マスクと用いて、AlやB等のp型不純物をドリフト層10の表面に注入飛程が異なるように加速電圧を変えた多段のイオン注入をする。高加速電圧側ではp型のベース領域11を実現する低ドーズ量で多段イオン注入し、低加速電圧側ではp型のベースコンタクト領域12を実現するように高加速電圧側よりも高ドーズ量でイオン注入する。マスクとして用いたフォトレジスト膜を除去する。 Next, a photoresist film is applied onto the drift layer 10, and the photoresist film is patterned using a photolithography technique. Using the patterned photoresist film as an ion implantation mask, p-type impurities such as Al and B are implanted into the surface of the drift layer 10 in multiple stages with different acceleration voltages so that the implantation range is different. On the high acceleration voltage side, multi-stage ion implantation is performed with a low dose amount that realizes the p-type base region 11, and on the low acceleration voltage side, the dose amount is higher than that on the high acceleration voltage side so as to realize the p + type base contact region 12. Ion implant with. Remove the photoresist film used as a mask.

更に、ドリフト層10の上面にフォトレジスト膜を新たに塗布して、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜をパターニングする。パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして用いて、窒素(N)等のn型不純物イオンを選択的に多段に注入する。マスクとして用いたフォトレジスト膜を除去する。その後、熱処理を行って注入されたイオンを活性化させ、図12に示すように、ドリフト層10の上部にp型のベース領域11、p型のベースコンタクト領域12及びn型のソース領域13a,13bを形成する。 Further, a photoresist film is newly applied to the upper surface of the drift layer 10, and the photoresist film is patterned using a photolithography technique. Using the patterned photoresist film as a mask, n-type impurity ions such as nitrogen (N) are selectively injected in multiple stages. Remove the photoresist film used as a mask. After that, heat treatment is performed to activate the injected ions, and as shown in FIG. 12, a p-type base region 11, a p + -type base contact region 12 and an n + -type source region are formed on the upper part of the drift layer 10. Form 13a and 13b.

次に、ドリフト層10の表面を熱酸化し、シリコン酸化膜(SiO膜)からなるゲート絶縁膜14を形成する。そして、CVD法等により、ゲート絶縁膜14上にn型の不純物を添加したポリシリコン層(ドープドポリシリコン層)を堆積する。そして、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング等により、ゲート絶縁膜14及びドープドポリシリコン層の一部を選択的に除去して、図13に示すように、ゲート電極15a,15bを形成する。 Next, the surface of the drift layer 10 is thermally oxidized to form a gate insulating film 14 made of a silicon oxide film (SiO 2 film). Then, a polysilicon layer (doped polysilicon layer) to which an n-type impurity is added is deposited on the gate insulating film 14 by a CVD method or the like. Then, the gate insulating film 14 and a part of the doped polysilicon layer are selectively removed by photolithography technology, dry etching, or the like to form the gate electrodes 15a and 15b as shown in FIG.

次に、CVD法等により、ゲート電極15a,15b、ソース領域13a,13b及びベースコンタクト領域12の上面にリンシリケートグラス(PSG)膜等からなる層間絶縁膜16を堆積する。次に、層間絶縁膜16上にフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜をパターニングする。パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして用いて、ドライエッチングにより層間絶縁膜16の一部を選択的に除去して、ベースコンタクト領域12及びソース領域13a,13bを露出させた後、フォトレジスト膜を除去する。この結果、図14に示すように、ゲート電極15a,15bを覆うように層間絶縁膜16が形成される。 Next, an interlayer insulating film 16 made of a phospholytic glass (PSG) film or the like is deposited on the upper surfaces of the gate electrodes 15a and 15b, the source regions 13a and 13b, and the base contact region 12 by a CVD method or the like. Next, a photoresist film is applied on the interlayer insulating film 16 and the photoresist film is patterned using a photolithography technique. Using the patterned photoresist film as a mask, a part of the interlayer insulating film 16 is selectively removed by dry etching to expose the base contact region 12 and the source regions 13a and 13b, and then the photoresist film is formed. Remove. As a result, as shown in FIG. 14, the interlayer insulating film 16 is formed so as to cover the gate electrodes 15a and 15b.

次に、熱処理等により、ベースコンタクト領域12の上面にグラフェン層18を選択的に形成する。なお、ソース領域13a,13bの上面にもグラフェン層18を形成してもよい。そして、SiO膜等のマスクを用いて、スパッタリング法又は蒸着法等により、グラフェン層18の上面に選択的に、インターカレーション層17を構成する原子を堆積する。その後、熱処理を行うことにより、堆積した原子をグラフェン層18とベースコンタクト領域12の間に挿入(インターカレーション)し、グラフェン層18とベースコンタクト領域12との間にインターカレーション層17を選択的に形成する。 Next, the graphene layer 18 is selectively formed on the upper surface of the base contact region 12 by heat treatment or the like. The graphene layer 18 may also be formed on the upper surfaces of the source regions 13a and 13b. Then, using a mask such as a SiO 2 film, atoms constituting the intercalation layer 17 are selectively deposited on the upper surface of the graphene layer 18 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. Then, by performing heat treatment, the deposited atoms are inserted (intercalated) between the graphene layer 18 and the base contact region 12, and the intercalation layer 17 is selected between the graphene layer 18 and the base contact region 12. Form.

次に、スパッタリング法又は蒸着法等により、グラフェン層18及びソース領域13a,13bにAu等の金属膜を堆積し、フォトレジスト膜を除去することによりソース電極19を形成する。その後、スパッタリング法又は蒸着法等により、図10に示すように、ドレイン領域20の下面にドレイン電極21を形成する。このようにして、第2の実施形態に係る半導体装置が完成する。 Next, a metal film such as Au is deposited on the graphene layer 18 and the source regions 13a and 13b by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like, and the photoresist film is removed to form the source electrode 19. After that, as shown in FIG. 10, the drain electrode 21 is formed on the lower surface of the drain region 20 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. In this way, the semiconductor device according to the second embodiment is completed.

(その他の実施形態)
上記のように、本発明は第1及び第2の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, the invention has been described by the first and second embodiments, but the statements and drawings that form part of this disclosure should not be understood as limiting the invention. This disclosure will reveal to those skilled in the art various alternative embodiments, examples and operational techniques.

例えば、第1及び第2の実施形態においては、SiCからなる電極取出領域1を用いたSiCからなる半導体装置を例示したが、SiC以外の窒化ガリウム(GaN)又はダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体からなる電極取出領域1を用いた半導体装置に適用することも可能である。 For example, in the first and second embodiments, a semiconductor device made of SiC using the electrode extraction region 1 made of SiC is exemplified, but from a wide bandgap semiconductor such as gallium nitride (GaN) or diamond other than SiC. It is also possible to apply it to a semiconductor device using the electrode extraction region 1.

また、第1の実施形態に係る半導体装置において、図17に示すように、グラフェン層3と金属電極4との間に、互いに異なる種類の原子からなる複数のインターカレーション層2A,2Bが配置されていてもよい。図17に示す構造を製造する際には、電極取出領域1の上面にグラフェン層3を形成後、真空蒸着法又はスパッタリング法等により、グラフェン層3の上面に複数のインターカレーション層2A,2Bを構成する原子を順次堆積する。その後、熱処理を行うことにより、堆積した原子が電極取出領域1とグラフェン層3との間に順次挿入されて、複数のインターカレーション層2A,2Bが形成される。なお、図17では互いに異なる2種類のインターカレーション層2A,2Bが配置された構造を例示するが、3種類以上のインターカレーション層が配置されていてもよい。 Further, in the semiconductor device according to the first embodiment, as shown in FIG. 17, a plurality of intercalation layers 2A and 2B made of atoms of different types are arranged between the graphene layer 3 and the metal electrode 4. It may have been done. When manufacturing the structure shown in FIG. 17, after forming the graphene layer 3 on the upper surface of the electrode extraction region 1, a plurality of intercalation layers 2A and 2B are formed on the upper surface of the graphene layer 3 by a vacuum deposition method, a sputtering method or the like. The atoms that make up the graphene are sequentially deposited. After that, by performing heat treatment, the deposited atoms are sequentially inserted between the electrode extraction region 1 and the graphene layer 3, and a plurality of intercalation layers 2A and 2B are formed. Although FIG. 17 illustrates a structure in which two types of intercalation layers 2A and 2B different from each other are arranged, three or more types of intercalation layers may be arranged.

また、第1の実施形態に係る半導体装置において、図1に示すように、グラフェン層3と金属電極4とが接する構造を例示したが、グラフェン層3と金属電極4との間に、絶縁体である六方晶窒化ホウ素(h-BN)の層(h-BN層)が設けられていてもよい。h-BN層は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。h-BN層は、グラフェン層3と金属電極4とが相互に作用して悪影響が及ぶことを防止する機能を有する。グラフェン層3の形成後、金属電極4の形成前に、グラフェン層3の上に例えば単層のh-BN層を形成すればよい。h-BN層は、例えばCVD法、MBE法、及び予め形成したh-BN層をグラフェン層3上に転写する方法によって形成可能である。 Further, in the semiconductor device according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, a structure in which the graphene layer 3 and the metal electrode 4 are in contact with each other is illustrated, but an insulator is provided between the graphene layer 3 and the metal electrode 4. A layer (h-BN layer) of hexagonal boron nitride (h-BN) may be provided. The h-BN layer may have a single-layer structure or a laminated structure. The h-BN layer has a function of preventing the graphene layer 3 and the metal electrode 4 from interacting with each other to have an adverse effect. After the formation of the graphene layer 3 and before the formation of the metal electrode 4, for example, a single h-BN layer may be formed on the graphene layer 3. The h-BN layer can be formed by, for example, a CVD method, an MBE method, and a method of transferring a preformed h-BN layer onto the graphene layer 3.

また、第2の実施形態に係る半導体装置において、図10に示すように、n型のソース領域13a,13bとソース電極19との間には、インターカレーション層及びグラフェン層が無く、ソース領域13a,13bとソース電極19とが接している場合を例示したが、図18に示すように、ソース領域13a,13bとソース電極19との間に、インターカレーション層17a,17b及びグラフェン層18a,18bがそれぞれ配置されていてもよい。即ち、ソース領域13a,13bの上面にインターカレーション層17a,17bが配置され、インターカレーション層17a,17bの上面にグラフェン層18a,18bが配置されていてもよい。この場合、ソース領域13a,13bがn型であるため、インターカレーション層17a,17bを構成する材料として、第5族の遷移金属又は第15族(V族)の元素が採用すれば、インターカレーション層17a,17bが界面ダイポールを形成できる。また、ソース領域13a,13bとソース電極19との間のインターカレーション層17a,17bが1原子層未満の原子数の吸着層で疎に構成されていてもよい。図18に示した構造は、例えば熱処理によりグラフェン層18,18a,18bを一括して形成した後、蒸着等により選択的にグラフェン層18を構成する原子と、グラフェン層18a,18bを構成する原子を順次堆積し、熱処理を一括して行うことで形成できる。 Further, in the semiconductor device according to the second embodiment, as shown in FIG. 10, there is no intercalation layer and graphene layer between the n + type source regions 13a and 13b and the source electrode 19, and the source is An example is shown in which the regions 13a and 13b are in contact with the source electrode 19, but as shown in FIG. 18, between the source regions 13a and 13b and the source electrode 19, the intercalation layers 17a and 17b and the graphene layer are formed. 18a and 18b may be arranged respectively. That is, the intercalation layers 17a and 17b may be arranged on the upper surfaces of the source regions 13a and 13b, and the graphene layers 18a and 18b may be arranged on the upper surfaces of the intercalation layers 17a and 17b. In this case, since the source regions 13a and 13b are n-type, if the transition metal of Group 5 or the element of Group 15 (Group V) is adopted as the material constituting the intercalation layers 17a and 17b, the intercalation layer 17a and 17b are intercalated. The curation layers 17a and 17b can form an intercalation dipole. Further, the intercalation layers 17a and 17b between the source regions 13a and 13b and the source electrode 19 may be sparsely composed of an adsorption layer having an atomic number of less than one atomic layer. In the structure shown in FIG. 18, for example, the graphene layers 18, 18a, 18b are collectively formed by heat treatment, and then the atoms constituting the graphene layer 18 selectively by vapor deposition or the like and the atoms constituting the graphene layers 18a, 18b are formed. Can be formed by sequentially depositing and heat-treating all at once.

また、第2の実施形態に係る半導体装置として、図10にプレナー型且つ縦型のパワーMOSFETの構造を例示したが、図10に示した構造以外の種々の構造にも本発明の半導体装置は適用可能である。更に、酸化膜をゲート絶縁膜とするMOSFETに本発明の半導体装置の適用範囲が限定されるものではなく、酸化膜以外のゲート絶縁膜を用いたMISFETでも構わない。又、本発明のSiCからなる半導体装置はFETに限定されるものでもなく、IGBTやSIT等のワイドバンドギャップ半導体からなる電極取出領域と金属電極とのオーミックコンタクトを形成する半導体装置であれば適用可能である。 Further, as the semiconductor device according to the second embodiment, the structure of the planar type and vertical power MOSFET is illustrated in FIG. 10, but the semiconductor device of the present invention can be used in various structures other than the structure shown in FIG. Applicable. Further, the applicable range of the semiconductor device of the present invention is not limited to the MOSFET in which the oxide film is the gate insulating film, and a MISFET using a gate insulating film other than the oxide film may be used. Further, the semiconductor device made of SiC of the present invention is not limited to FET, and is applicable as long as it is a semiconductor device that forms an ohmic contact between an electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor such as an IGBT or SIT and a metal electrode. It is possible.

例えばIGBTの場合、ドリフト層の下面側のp型のコレクタ領域と、その下面側のコレクタ電極との間にインターカレーション層及びグラフェン層を配置してもよい。即ち、p型のコレクタ領域の下面にインターカレーション層が配置され、インターカレーション層の下面にグラフェン層が配置されていてもよい。インターカレーション層の材料として第13族(III族)の元素、グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属、又は希土類元素を採用することにより、インターカレーション層がコレクタ領域とグラフェン層との間に界面ダイポールを形成できる。 For example, in the case of an IGBT, an intercalation layer and a graphene layer may be arranged between the p + type collector region on the lower surface side of the drift layer and the collector electrode on the lower surface side thereof. That is, the intercalation layer may be arranged on the lower surface of the p + type collector region, and the graphene layer may be arranged on the lower surface of the intercalation layer. By adopting a Group 13 (Group III) element, a metal having a larger absolute value of work function than graphene, or a rare earth element as the material of the intercalation layer, the intercalation layer can be formed between the collector region and the graphene layer. Interfacial dipoles can be formed between them.

1…電極取出領域
2,2A,2B,17,17a,17b…インターカレーション層
3,18,18a,18b…グラフェン層
3a…バッファ層
4…金属電極
10…ドリフト層
11…ベース領域
12…ベースコンタクト領域
13a,13b…ソース領域
14…ゲート絶縁膜
15a,15b…ゲート電極
16…層間絶縁膜
19…ソース電極
20…ドレイン領域
21…ドレイン電極
1 ... Electrode extraction region 2, 2A, 2B, 17, 17a, 17b ... Intercalation layer 3, 18, 18a, 18b ... Graphene layer 3a ... Buffer layer 4 ... Metal electrode 10 ... Drift layer 11 ... Base region 12 ... Base Contact regions 13a, 13b ... Source region 14 ... Gate insulating film 15a, 15b ... Gate electrode 16 ... Interlayer insulating film 19 ... Source electrode 20 ... Drain region 21 ... Drain electrode

Claims (8)

活性領域の一部に設けられたワイドバンドギャップ半導体からなる電極取出領域と、
前記電極取出領域の上面に配置されたインターカレーション層と、
前記インターカレーション層の上面に配置されたグラフェン層と、
前記グラフェン層の上面に配置された金属電極
とを備え、前記インターカレーション層が前記電極取出領域と前記グラフェン層との間に界面ダイポールを形成し、
前記電極取出領域がp型である場合、前記インターカレーション層が、第13族の元素、グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属、及び希土類元素の少なくともいずれかからなり、
前記電極取出領域がn型である場合、前記インターカレーション層が第5族の遷移金属及び第15族の元素の少なくともいずれかからなることを特徴とする半導体装置。
An electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor provided in a part of the active region,
An intercalation layer arranged on the upper surface of the electrode extraction region,
The graphene layer arranged on the upper surface of the intercalation layer and
A metal electrode arranged on the upper surface of the graphene layer is provided, and the intercalation layer forms an interfacial dipole between the electrode extraction region and the graphene layer.
When the electrode extraction region is p-type, the intercalation layer is composed of at least one of a group 13 element, a metal having a higher absolute value of work function than graphene, and a rare earth element.
When the electrode extraction region is n-type, the semiconductor device is characterized in that the intercalation layer is composed of at least one of a Group 5 transition metal and a Group 15 element .
前記インターカレーション層が3層以下の原子層レベルであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the intercalation layer is at the atomic layer level of three or less layers. 前記インターカレーション層が、互いに異なる種類の原子が積層されてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2 , wherein the intercalation layer is formed by laminating atoms of different types from each other. ワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、
前記半導体層の上部に設けられたワイドバンドギャップ半導体からなる第1導電型の第1電極取出領域と、
前記第1電極取出領域の上面に配置された第1インターカレーション層と、
前記第1インターカレーション層の上面に配置された第1グラフェン層と、
前記半導体層の上部に前記第1電極取出領域に接して設けられたワイドバンドギャップ半導体からなる第2導電型の第2電極取出領域と、
前記第1グラフェン層及び前記第2電極取出領域の上面に配置された第1主電極
とを備え、前記第1インターカレーション層が前記第1電極取出領域と前記第1グラフェン層との間に界面ダイポールを形成し、
前記第1電極取出領域がp型である場合、前記第1インターカレーション層が、第13族の元素、グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属、及び希土類元素の少なくともいずれかからなり、
前記第1電極取出領域がn型である場合、前記第1インターカレーション層が第5族の遷移金属及び第15族の元素の少なくともいずれかからなることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor layer made of wide bandgap semiconductors and
A first conductive type first electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor provided on the upper part of the semiconductor layer, and
The first intercalation layer arranged on the upper surface of the first electrode extraction region,
The first graphene layer arranged on the upper surface of the first intercalation layer,
A second conductive type second electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor provided in contact with the first electrode extraction region on the upper part of the semiconductor layer.
The first graphene layer and the first main electrode arranged on the upper surface of the second electrode extraction region are provided, and the first intercalation layer is provided between the first electrode extraction region and the first graphene layer. Forming an interfacial dipole,
When the first electrode extraction region is p-type, the first intercalation layer is composed of at least one of a group 13 element, a metal having a higher absolute value of work function than graphene, and a rare earth element.
When the first electrode extraction region is n-type, the semiconductor device is characterized in that the first intercalation layer is composed of at least one of a Group 5 transition metal and a Group 15 element .
前記第2電極取出領域の上面に配置された第2インターカレーション層と、
前記第2インターカレーション層の上面に配置された第2グラフェン層
とを更に備え、前記第2インターカレーション層が前記第2電極取出領域と前記第2グラフェン層との間に界面ダイポールを形成し、
前記第2電極取出領域がp型である場合、前記第2インターカレーション層が、第13族の元素、グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属、及び希土類元素の少なくともいずれかからなり、
前記第2電極取出領域がn型である場合、前記第2インターカレーション層が第5族の遷移金属及び第15族の元素の少なくともいずれかからなることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。
The second intercalation layer arranged on the upper surface of the second electrode extraction region,
A second graphene layer arranged on the upper surface of the second intercalation layer is further provided, and the second intercalation layer forms an interface dipole between the second electrode extraction region and the second graphene layer. death,
When the second electrode extraction region is p-type, the second intercalation layer is composed of at least one of a group 13 element, a metal having a higher absolute value of work function than graphene, and a rare earth element.
The fourth aspect of claim 4 , wherein when the second electrode extraction region is n-type, the second intercalation layer is composed of at least one of a Group 5 transition metal and a Group 15 element. Semiconductor device.
前記第2インターカレーション層が1原子層未満の原子数で構成されていることを特徴とする請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5 , wherein the second intercalation layer is composed of an atomic layer of less than one atomic layer. 前記半導体層の下部に設けられたワイドバンドギャップ半導体からなる第3電極取出領域と、
前記第3電極取出領域の下面に配置された第3インターカレーション層と、
前記第3インターカレーション層の下面に配置された第3グラフェン層と、
前記第3グラフェン層の下面に配置された第2主電極
とを更に備え、前記第3インターカレーション層が前記第3電極取出領域と前記第3グラフェン層との間に界面ダイポールを形成し、
前記第3電極取出領域がp型である場合、前記第3インターカレーション層が、第13族の元素、グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属、及び希土類元素の少なくともいずれかからなり、
前記第3電極取出領域がn型である場合、前記第3インターカレーション層が第5族の遷移金属及び第15族の元素の少なくともいずれかからなることを特徴とする請求項4~6のいずれか1項に記載の半導体装置。
A third electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor provided in the lower part of the semiconductor layer, and
A third intercalation layer arranged on the lower surface of the third electrode extraction region,
A third graphene layer arranged on the lower surface of the third intercalation layer,
A second main electrode arranged on the lower surface of the third graphene layer is further provided, and the third intercalation layer forms an interfacial dipole between the third electrode extraction region and the third graphene layer.
When the third electrode extraction region is p-type, the third intercalation layer is composed of at least one of a group 13 element, a metal having a higher absolute value of work function than graphene, and a rare earth element.
Claims 4 to 6 , wherein when the third electrode extraction region is n-type, the third intercalation layer is composed of at least one of a group 5 transition metal and a group 15 element. The semiconductor device according to any one item.
活性領域の一部に設けられたワイドバンドギャップ半導体からなる電極取出領域の上面にグラフェン層を形成する工程と、
前記グラフェン層の上面に、インターカレーション層を構成するための原子を堆積する工程と、
熱処理を行い、前記堆積した原子を前記グラフェン層と前記電極取出領域との界面に挿入することにより、前記電極取出領域と前記グラフェン層との間に界面ダイポールを形成する前記インターカレーション層を形成する工程と、
前記グラフェン層の上面に金属電極を形成する工程
とを含み、
前記電極取出領域がp型である場合、前記インターカレーション層が、第13族の元素、グラフェンよりも仕事関数の絶対値が大きい金属、及び希土類元素の少なくともいずれかからなり、
前記電極取出領域がn型である場合、前記インターカレーション層が第5族の遷移金属及び第15族の元素の少なくともいずれかからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a graphene layer on the upper surface of an electrode extraction region made of a wide bandgap semiconductor provided in a part of the active region, and
A step of depositing atoms for forming an intercalation layer on the upper surface of the graphene layer, and
By performing heat treatment and inserting the deposited atoms into the interface between the graphene layer and the electrode extraction region, the intercalation layer forming an interface dipole is formed between the electrode extraction region and the graphene layer. And the process to do
Including the step of forming a metal electrode on the upper surface of the graphene layer.
When the electrode extraction region is p-type, the intercalation layer is composed of at least one of a group 13 element, a metal having a higher absolute value of work function than graphene, and a rare earth element.
A method for manufacturing a semiconductor device , wherein when the electrode extraction region is n-type, the intercalation layer is composed of at least one of a Group 5 transition metal and a Group 15 element .
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