JPH0429368A - 電界効果トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
電界効果トランジスタおよびその製造方法Info
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- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
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- H01L29/7839—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with Schottky drain or source contact
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は炭化珪素を用いた電界効果トランジスタおよび
その製造方法に関する。さらに詳しくは。
その製造方法に関する。さらに詳しくは。
本発明は、炭化珪素からなるチャネル形成層とソース領
域およびドレイン領域との間に形成される接合が互いに
異なる特性を示す電界効果トラン:スタおよびその製造
方法に関する。
域およびドレイン領域との間に形成される接合が互いに
異なる特性を示す電界効果トラン:スタおよびその製造
方法に関する。
(従来の技術)
炭化珪素は広い禁制帯幅(2,2〜3.3eV)を有す
一半導体材料である。また、熱的、化学的、およζ機械
的に極めて安定であり、放射線損傷にも強しという優れ
た特徴を持っている。しかも、炭化工素中における電子
の飽和移動速度は、珪素などり他の半導体材料に比べて
大きい。一般に、珪素Oような従来の半導体材料を用い
た半導体素子は。
一半導体材料である。また、熱的、化学的、およζ機械
的に極めて安定であり、放射線損傷にも強しという優れ
た特徴を持っている。しかも、炭化工素中における電子
の飽和移動速度は、珪素などり他の半導体材料に比べて
大きい。一般に、珪素Oような従来の半導体材料を用い
た半導体素子は。
特に高温、高出力駆動、放射線照射、高側波動ヂなどの
苛酷な条件下では使用が困難である。しtがって、炭化
珪素を用いた半導体素子は、このJうな苛酷な条件下で
も使用し得る半導体素子として広範な分野での利用が期
待されている。
苛酷な条件下では使用が困難である。しtがって、炭化
珪素を用いた半導体素子は、このJうな苛酷な条件下で
も使用し得る半導体素子として広範な分野での利用が期
待されている。
このような半導体素子の作製を目的として炭化珪素単結
晶を成長させる方法としては、安価で2手の容易な珪素
単結晶基板上に、大きな面積を苓する良質の炭化珪素単
結晶を、化学的気相成長n(CVD法)により形成する
方法がある(特開昭59−20799号)。また、大き
な面積を有する高純度で高品質の炭化珪素バルク単結晶
を昇華法により得ることが可能である(Yt+、M、T
a1rov and V、F、Tsvetkov。
晶を成長させる方法としては、安価で2手の容易な珪素
単結晶基板上に、大きな面積を苓する良質の炭化珪素単
結晶を、化学的気相成長n(CVD法)により形成する
方法がある(特開昭59−20799号)。また、大き
な面積を有する高純度で高品質の炭化珪素バルク単結晶
を昇華法により得ることが可能である(Yt+、M、T
a1rov and V、F、Tsvetkov。
J、 Crystal Growth 52(1981
)、 p、146)。この炭化珪素バルク単結晶を成長
用基板として用い、 CVD法により、さらに炭化珪
素単結晶層を成長させる方法が開発されている。
)、 p、146)。この炭化珪素バルク単結晶を成長
用基板として用い、 CVD法により、さらに炭化珪
素単結晶層を成長させる方法が開発されている。
上記いずれの方法を用いても、炭化珪素単結晶を気相成
長させる際に適当な不純物を添加すれば。
長させる際に適当な不純物を添加すれば。
得られた炭化珪素単結晶の導電型や不純物濃度を制御す
ることができる。それゆえ、この方法で得られた炭化珪
素単結晶を用いて各種の半導体素子が開発されている。
ることができる。それゆえ、この方法で得られた炭化珪
素単結晶を用いて各種の半導体素子が開発されている。
これらのなかには、チャネル形成層に炭化珪素を用いた
MOS構造の反転型電界効果トランジスタのような半導
体素子も含まれる。
MOS構造の反転型電界効果トランジスタのような半導
体素子も含まれる。
例えば、 MOS反転型電界効果トランジスタにおい
ては、半導体基板またはその上に形成された半導体層に
チャネル形成層を設け、このチャネル形成層に、チャネ
ル形成層とは異なる導電型を有するソース領域およびド
レイン領域を設けなければならない。つまり、 p型の
チャネル形成層を用いたn−チャネル反転型の場合には
、 p型チャネル形成層にn型のソース領域およびドレ
イン領域を形成する必要がある。他方、 n型のチャネ
ル形成層を用いたp−チャネル反転型の場合には、 n
型チャネル形成層にp型のソース領域およびドレイン領
域を形成する必要がある。このような電界効果トランジ
スタでは、チャネル形成層とソース領域およびドレイン
領域との間に形成される各接合の特性がトランジスタ特
性に大きな影響を与えることが知られている。
ては、半導体基板またはその上に形成された半導体層に
チャネル形成層を設け、このチャネル形成層に、チャネ
ル形成層とは異なる導電型を有するソース領域およびド
レイン領域を設けなければならない。つまり、 p型の
チャネル形成層を用いたn−チャネル反転型の場合には
、 p型チャネル形成層にn型のソース領域およびドレ
イン領域を形成する必要がある。他方、 n型のチャネ
ル形成層を用いたp−チャネル反転型の場合には、 n
型チャネル形成層にp型のソース領域およびドレイン領
域を形成する必要がある。このような電界効果トランジ
スタでは、チャネル形成層とソース領域およびドレイン
領域との間に形成される各接合の特性がトランジスタ特
性に大きな影響を与えることが知られている。
一般に、電界効果トランジスタを実用化するのに必要な
特性条件としては、(1)ソース・ドレイン間の耐圧が
高いこと、(2)ドレイン電圧を印加することによる基
板へのリーク電流が充分に小さいこと、および(3)ト
ランジスタのオン抵抗が充分に小さいことなどが挙げら
れる。
特性条件としては、(1)ソース・ドレイン間の耐圧が
高いこと、(2)ドレイン電圧を印加することによる基
板へのリーク電流が充分に小さいこと、および(3)ト
ランジスタのオン抵抗が充分に小さいことなどが挙げら
れる。
(発明が解決しようとする課題)
現在、開発されている炭化珪素を用いた電界効果トラン
ジスタでは、そのソース領域およびドレイン領域は2例
えばイオン注入法により同時に形成されている。したが
って、チャネル形成層とソース領域との間に形成される
pn接合は、チャネル形成層とドレイン領域との間に形
成されるpn接合と同じ特性を示すことになる。
ジスタでは、そのソース領域およびドレイン領域は2例
えばイオン注入法により同時に形成されている。したが
って、チャネル形成層とソース領域との間に形成される
pn接合は、チャネル形成層とドレイン領域との間に形
成されるpn接合と同じ特性を示すことになる。
電界効果トランジスタを実用化するのに必要な上記の特
性条件のうち、(1)および(2)はチャネル形成層と
ドレイン領域との間に形成されるpn接合の特性(特に
、逆方向特性)に依存し、(3)はチャネル形成層とソ
ース領域との間に形成されるpn接合の特性(特に、順
方向特性)、およびソース領域の抵抗に依存する。しか
し、現在のところ、このような条件をすべて満足するよ
うなソース領域およびドレイン領域は得られておらず、
したがって。
性条件のうち、(1)および(2)はチャネル形成層と
ドレイン領域との間に形成されるpn接合の特性(特に
、逆方向特性)に依存し、(3)はチャネル形成層とソ
ース領域との間に形成されるpn接合の特性(特に、順
方向特性)、およびソース領域の抵抗に依存する。しか
し、現在のところ、このような条件をすべて満足するよ
うなソース領域およびドレイン領域は得られておらず、
したがって。
炭化珪素を用いた電界効果トランジスタは実用化される
までには至っていない。
までには至っていない。
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、その
目的とするところは、耐圧が高く、リーク電流が少なく
、そしてオン抵抗が小さいという優れた素子特性を有す
る。炭化珪素を用いた電界効果トランジスタを提供する
ことにある。また。
目的とするところは、耐圧が高く、リーク電流が少なく
、そしてオン抵抗が小さいという優れた素子特性を有す
る。炭化珪素を用いた電界効果トランジスタを提供する
ことにある。また。
本発明の他の目的は、このような優れた素子特性を有す
る。炭化珪素を用いた電界効果トランジスタの製造方法
を提供することにある。
る。炭化珪素を用いた電界効果トランジスタの製造方法
を提供することにある。
(課題を解決するための手段および作用)本発明の電界
効果トランジスタは、炭化珪素からなるチャネル形成層
を有し、このチャネル形成層とソース領域との間に形成
される第1の接合が。
効果トランジスタは、炭化珪素からなるチャネル形成層
を有し、このチャネル形成層とソース領域との間に形成
される第1の接合が。
このチャネル形成層とドレイン領域との間に形成される
第2の接合とは異なる特性を示すことにより、上記目的
が達成される。
第2の接合とは異なる特性を示すことにより、上記目的
が達成される。
このような電界効果トランジスタを製造する本発明の方
法は、チャネル形成層とソース領域との間に第1の接合
を形成する工程と、チャネル形成層とドレイン領域との
間に第2の接合を形成する工程とを包含し、これらの第
1および第2の接合が互いに異なる特性を示すように、
その構造および/または形成プロセスを選択することに
より。
法は、チャネル形成層とソース領域との間に第1の接合
を形成する工程と、チャネル形成層とドレイン領域との
間に第2の接合を形成する工程とを包含し、これらの第
1および第2の接合が互いに異なる特性を示すように、
その構造および/または形成プロセスを選択することに
より。
上記目的が達成される。
一般に、電界効果トランジスタのチャネル形成層とソー
ス領域およびドレイン領域との間に形成される接合の特
性は、その構造および/または形成プロセスに依存する
。したがって、上記の特性条件を満足する接合を得るに
は、その構造および形成プロセスを適切に選択すればよ
い。
ス領域およびドレイン領域との間に形成される接合の特
性は、その構造および/または形成プロセスに依存する
。したがって、上記の特性条件を満足する接合を得るに
は、その構造および形成プロセスを適切に選択すればよ
い。
例えば、イオン注入法によりソース領域およびドレイン
領域を形成し、チャネル形成層との間にpn接合を形成
する場合には、イオン注入後の熱処理条件(例えば、処
理時間)を調節することにより。
領域を形成し、チャネル形成層との間にpn接合を形成
する場合には、イオン注入後の熱処理条件(例えば、処
理時間)を調節することにより。
各接合に良好な特性を与えることができる。
また、イオン注入法は、成長後の半導体層に不純物を注
入する方法であるので、不純物の量および分布を非常に
正確にかつ再現性よく制御し得る。
入する方法であるので、不純物の量および分布を非常に
正確にかつ再現性よく制御し得る。
それゆえ、イオン注入法によれば、半導体層の成長中に
不純物を添加するCVD法に比べて、抵抗率の小さいn
型およびp型の半導体層を容易に形成することができ、
しかも接合面の特性が良好であるので、順方向特性の良
好なpn接合が得られる。
不純物を添加するCVD法に比べて、抵抗率の小さいn
型およびp型の半導体層を容易に形成することができ、
しかも接合面の特性が良好であるので、順方向特性の良
好なpn接合が得られる。
しかし、イオン注入法では、接合面付近に注入損傷に起
因する欠陥が残存するので、得られたpn接合は、
CVD法によるpn接合に比べて、逆方向特性に劣る。
因する欠陥が残存するので、得られたpn接合は、
CVD法によるpn接合に比べて、逆方向特性に劣る。
したがって、チャネル形成層とソース領域との間に、イ
オン注入法によってpn接合を形成すれば、トランジス
タのオン抵抗を低下させることができる。
オン注入法によってpn接合を形成すれば、トランジス
タのオン抵抗を低下させることができる。
電界効果トランジスタのオン抵抗を低下させるためには
、イオン注入法によるpn接合だけでなく。
、イオン注入法によるpn接合だけでなく。
pn接合と同様に整流特性を示すショットキー接合を用
いることができる。ショットキー接合は、炭化珪素単結
晶層の表面に金属薄膜を蒸着することにより形成するか
、あるいはこの金属薄膜をさらに炭化珪素単結晶層と反
応させて、この金属の化合物からなる薄膜を形成するこ
とにより、容易に得られる。この場合、イオン注入法な
どとは異なり、炭化珪素単結晶層自体が変化しないので
、ショットキー接合は、イオン注入法によるpn接合に
比べて良好な整流特性を有する。また、ショットキー接
合を形成するための金属は、一般に、その抵抗率が半導
体に比べてはるかに小さく、シかも配線材料の金属との
接触抵抗が充分に小さい。従って、ショットキー接合を
用いれば、 トランジスタのオン抵抗を充分に低下させ
ることができる。
いることができる。ショットキー接合は、炭化珪素単結
晶層の表面に金属薄膜を蒸着することにより形成するか
、あるいはこの金属薄膜をさらに炭化珪素単結晶層と反
応させて、この金属の化合物からなる薄膜を形成するこ
とにより、容易に得られる。この場合、イオン注入法な
どとは異なり、炭化珪素単結晶層自体が変化しないので
、ショットキー接合は、イオン注入法によるpn接合に
比べて良好な整流特性を有する。また、ショットキー接
合を形成するための金属は、一般に、その抵抗率が半導
体に比べてはるかに小さく、シかも配線材料の金属との
接触抵抗が充分に小さい。従って、ショットキー接合を
用いれば、 トランジスタのオン抵抗を充分に低下させ
ることができる。
ショットキー接合を形成するための金属またはその化合
物は、炭化珪素とショット牛−接合を形成し得るもので
あればよく、アルミニウム(AI)。
物は、炭化珪素とショット牛−接合を形成し得るもので
あればよく、アルミニウム(AI)。
白金(Pt)、 金(Au)などの金属またはその化
合物(例えば、この金属と珪素や炭素とを含む化合物)
が挙げられる。
合物(例えば、この金属と珪素や炭素とを含む化合物)
が挙げられる。
これに対し、 CVD法によるpn接合は、イオン注
入法によるpn接合やショットキー接合より良好な逆方
向特性を有する。したがって、チャネル形成層とドレイ
ン領域との間に、 CVD法によってpn接合を形成
すれば、ソース・ドレイン間の耐圧を高め、かつリーク
電流を低減することができる。
入法によるpn接合やショットキー接合より良好な逆方
向特性を有する。したがって、チャネル形成層とドレイ
ン領域との間に、 CVD法によってpn接合を形成
すれば、ソース・ドレイン間の耐圧を高め、かつリーク
電流を低減することができる。
このように、 CVO法により 得られるpn接合を
。
。
イオン注入法により得られるpn接合またはショットキ
ー接合と組み合わせることにより、各接合に必要とされ
る良好な特性を与えることができる。
ー接合と組み合わせることにより、各接合に必要とされ
る良好な特性を与えることができる。
(実施例)
以下に本発明の実施例について説明する。
実!JLL
本実施例では、珪素(St>単結晶基板上に成長させた
炭化珪素(SiC)単結晶を用いて、n−チャネル反転
型MOS電界効果トランジスタ(MOSFET)を作製
した。このMOSFETのソース領域およびドレイン領
域は、いずれもイオン注入法により形成され、チャネル
形成層との間には+ pn接合が形成されている。こ
れらのpn接合は、イオン注入後の熱処理時間を調節す
ることにより、必要とされる良好な特性が与えられてい
る。
炭化珪素(SiC)単結晶を用いて、n−チャネル反転
型MOS電界効果トランジスタ(MOSFET)を作製
した。このMOSFETのソース領域およびドレイン領
域は、いずれもイオン注入法により形成され、チャネル
形成層との間には+ pn接合が形成されている。こ
れらのpn接合は、イオン注入後の熱処理時間を調節す
ることにより、必要とされる良好な特性が与えられてい
る。
第1図(a)は本実施例のMOSFETの構造を示す断
面図である。このMOSFETは以下のようにして作製
された。
面図である。このMOSFETは以下のようにして作製
された。
まず、第1図(b)に示すように、 CVD法により
。
。
St単単結晶基板l上上、アルミニウム(AI)がドー
プされたβ型のp−S iC単結晶層11(厚さ約10
μm、キャリア密度5 xlo”cm−’)を成長させ
て、チャネル形成層とした。なお、原料ガスとしては、
シラン(SiB6)ガスおよびプロパン(C388)ガ
スを用いた。
プされたβ型のp−S iC単結晶層11(厚さ約10
μm、キャリア密度5 xlo”cm−’)を成長させ
て、チャネル形成層とした。なお、原料ガスとしては、
シラン(SiB6)ガスおよびプロパン(C388)ガ
スを用いた。
また、 ドーピング用の不純物ガスとしては、 トリメ
チルアルミニウム((CH3)3A 1)ガスを用いた
。
チルアルミニウム((CH3)3A 1)ガスを用いた
。
引き続いて、 CVD法またはプラズマCVD法によ
り。
り。
p−SiC単結晶層11上に5i02膜を形成した後、
ホトリソグラフィーを用いて、 5i02膜の素子形
成領域に対応する部分をエツチングにより開口して、第
1図(b)に示すようなフィールド絶縁膜12を形成し
た。なお、エッチャントとしては、フッ化水素()IF
)溶液を用いた。
ホトリソグラフィーを用いて、 5i02膜の素子形
成領域に対応する部分をエツチングにより開口して、第
1図(b)に示すようなフィールド絶縁膜12を形成し
た。なお、エッチャントとしては、フッ化水素()IF
)溶液を用いた。
そして、酸素雰囲気中で約1.100℃にて3時間の熱
酸化を行うことにより、開口部のp−5iC単結晶層1
1上に熱酸化J!ll9(厚さ約50nm)を形成した
後。
酸化を行うことにより、開口部のp−5iC単結晶層1
1上に熱酸化J!ll9(厚さ約50nm)を形成した
後。
さらに、 CVD法により、第1図(C)に示すよう
に。
に。
熱酸化膜19上に、リン(P)をドープした多結晶Si
膜20(厚さ約500nm)を形成した。
膜20(厚さ約500nm)を形成した。
次いで、ホトリソグラフィーを用いて、ゲート形成用の
レジストパターン21(長さ5μm)を形成した後、ソ
ース領域とドレイン領域とに対応する部分の熱酸化a1
9および多結晶Si膜20をエツチングにより除去し、
第1図(d)に示すようなゲート絶縁膜13およびゲー
ト電極14を形成した。
レジストパターン21(長さ5μm)を形成した後、ソ
ース領域とドレイン領域とに対応する部分の熱酸化a1
9および多結晶Si膜20をエツチングにより除去し、
第1図(d)に示すようなゲート絶縁膜13およびゲー
ト電極14を形成した。
そして、レジストパターン2工を除去した後、ホトリソ
グラフィーを用いて、開口部22のp−SiC単結晶層
11のみをレジスト膜で被覆した後、このレジスト膜、
フィールド絶縁膜12.ゲート絶縁膜13゜およびゲー
ト電極14をマスクとして、開口部23のp−S ic
単結晶層11に、リン(P′″)イオンを注入した。
グラフィーを用いて、開口部22のp−SiC単結晶層
11のみをレジスト膜で被覆した後、このレジスト膜、
フィールド絶縁膜12.ゲート絶縁膜13゜およびゲー
ト電極14をマスクとして、開口部23のp−S ic
単結晶層11に、リン(P′″)イオンを注入した。
注入エネルギーは100keVであり、イオン注入量は
3 xlo”am−2であった。次いで、開口部22の
レジスト膜を除去した後、窒素雰囲気中で1.100℃
にて5時間の熱処理を行うことにより、第1図(e)に
示すような ドレイン領域15を形成した。なお。
3 xlo”am−2であった。次いで、開口部22の
レジスト膜を除去した後、窒素雰囲気中で1.100℃
にて5時間の熱処理を行うことにより、第1図(e)に
示すような ドレイン領域15を形成した。なお。
チャネル形成層であるp−SiC単結晶層11とドレイ
ン領域15とは、 pn接合を形成している。
ン領域15とは、 pn接合を形成している。
同様にして、開口部23のp−SiC単結晶層11のみ
をレジスト膜で被覆した後、開口部22のp−SiC単
結晶層11に、リン(P”)イオンを注入した。なお。
をレジスト膜で被覆した後、開口部22のp−SiC単
結晶層11に、リン(P”)イオンを注入した。なお。
イオン注入の条件は上記と同じであった。次いで。
窒素雰囲気中で1,100℃にて30分間の熱処理を行
うことにより、第1図(f)に示すような ソース領域
16を形成した。なお、チャネル形成層であるp−Si
C単結晶層11と ソース領域16とはl pn接合
を形成している。
うことにより、第1図(f)に示すような ソース領域
16を形成した。なお、チャネル形成層であるp−Si
C単結晶層11と ソース領域16とはl pn接合
を形成している。
最後に、配線材料としてアルミニウム(AI)を真空蒸
着した後、パターニングして配線電極17. 18を形
成することにより、第1図(a)に示すようなn−チャ
ネル反転型MOSFETを得た。
着した後、パターニングして配線電極17. 18を形
成することにより、第1図(a)に示すようなn−チャ
ネル反転型MOSFETを得た。
第2図は、 p−SiC単結晶層11と、P+イオン
注入領域との間に形成されるpn接合の特性を示す。実
線は30分間の熱処理を行ったソース領域16のpn接
合特性を示し、破線は5時間の熱処理を行ったドレイン
領域15のpn接合特性を示す。この図から明らかなよ
うに、イオン注入の条件が同じであっても、その後の熱
処理条件(本実施例では、処理時間)の違いにより、接
合特性は著しく変化する。
注入領域との間に形成されるpn接合の特性を示す。実
線は30分間の熱処理を行ったソース領域16のpn接
合特性を示し、破線は5時間の熱処理を行ったドレイン
領域15のpn接合特性を示す。この図から明らかなよ
うに、イオン注入の条件が同じであっても、その後の熱
処理条件(本実施例では、処理時間)の違いにより、接
合特性は著しく変化する。
つまり、熱処理時間が比較的短い(例えば、30分間)
場合には、逆方向特性は劣る(リーク電流が大きい)が
、順方向特性は良好である(直列抵抗および立ち上がり
電圧が小さい)。 熱処理時間が比較的長い(例えば、
5時間)場合には、順方向特性は劣る(直列抵抗および
立ち上がり電圧が大きい)が。
場合には、逆方向特性は劣る(リーク電流が大きい)が
、順方向特性は良好である(直列抵抗および立ち上がり
電圧が小さい)。 熱処理時間が比較的長い(例えば、
5時間)場合には、順方向特性は劣る(直列抵抗および
立ち上がり電圧が大きい)が。
逆方向特性は良好である(リーク電流が小さい)。
したがって1本実施例のMOSFETでは、ソース領域
のpn接合が良好な順方向特性を示すのに対し。
のpn接合が良好な順方向特性を示すのに対し。
ドレイン領域のpn接合は逆方向特性が良好である。
それゆえ2本実施例のMODFETは、ソース領域およ
びドレイン領域を同一のプロセスで形成した従来のMO
SFETに比べて、リーク電流が小さいだけでなく、オ
ン抵抗も小さい。実際9本実施例のMOSFETのリー
ク電流およびオン抵抗を測定したところ。
びドレイン領域を同一のプロセスで形成した従来のMO
SFETに比べて、リーク電流が小さいだけでなく、オ
ン抵抗も小さい。実際9本実施例のMOSFETのリー
ク電流およびオン抵抗を測定したところ。
ドレイン電圧5V(ゲート電圧OV)でのリーク電流は
2μAであり、ゲート電圧印加時のオン抵抗は800Ω
であった。これに対し、従来のMOSFETでは。
2μAであり、ゲート電圧印加時のオン抵抗は800Ω
であった。これに対し、従来のMOSFETでは。
熱処理を30分間行った場合、同じ条件下でのy−り電
流は50μAであり、オン抵抗は800Ωであった。ま
た、熱処理を5時間行った場合には、同じ条件下でのリ
ーク電流は 2μAであり、オン抵抗は2にΩであった
。
流は50μAであり、オン抵抗は800Ωであった。ま
た、熱処理を5時間行った場合には、同じ条件下でのリ
ーク電流は 2μAであり、オン抵抗は2にΩであった
。
実m
本実施例では、炭化珪素(SiC)単結晶基板上に成長
させた炭化珪素(SfC)単結晶を用いて、n−チャネ
ル反転型MOS’l界効果トランジスタ(MOSFET
)を作製した。このMOSFETは、ソース層およびド
レイン層がチャネル層であるSiC単結晶層の厚さ方向
に形成された縦型MOSFETである。なお、ソース層
はアルミニウム(AI)を蒸着することにより形成され
、チャネル形成層と、このソース層との間には、ショッ
トキー接合が形成されている。また。
させた炭化珪素(SfC)単結晶を用いて、n−チャネ
ル反転型MOS’l界効果トランジスタ(MOSFET
)を作製した。このMOSFETは、ソース層およびド
レイン層がチャネル層であるSiC単結晶層の厚さ方向
に形成された縦型MOSFETである。なお、ソース層
はアルミニウム(AI)を蒸着することにより形成され
、チャネル形成層と、このソース層との間には、ショッ
トキー接合が形成されている。また。
チャネル形成層と ドレイン層との間には、 CVO
法によるpn接合が形成されている。
法によるpn接合が形成されている。
第3図(a)は本実施例のMOSFETの構造を示す断
面図である。このMOSFETは以下のようにして作製
された。
面図である。このMOSFETは以下のようにして作製
された。
まず、第3図(b)に示すように、 SH型のn−S
i C単結晶基板30(抵抗率0.05Ω・c+++
)上に、 CVD法により、 6H型のn−SiC
単結晶層31(厚さ約10μ町 キャリア密度は1 x
lO”cm−3)を成長させ、 ドレイン層とした。な
お、原料ガスとしては、シラン(SiHa)ガスおよび
プロパン(C3H11)ガスを用いた。引き続いて、
トリメチルアルミニウム((CH3)3AI)ガスを原
料ガスに添加することにより、 n−SiC単結晶層
3I上に、アルミニウム(A1)がドープされたp−S
i C単結晶層32(厚さ約3μm、キャリア密度1
xlo”cm−3)を成長させ、チャネル形成層とし
た。なお。
i C単結晶基板30(抵抗率0.05Ω・c+++
)上に、 CVD法により、 6H型のn−SiC
単結晶層31(厚さ約10μ町 キャリア密度は1 x
lO”cm−3)を成長させ、 ドレイン層とした。な
お、原料ガスとしては、シラン(SiHa)ガスおよび
プロパン(C3H11)ガスを用いた。引き続いて、
トリメチルアルミニウム((CH3)3AI)ガスを原
料ガスに添加することにより、 n−SiC単結晶層
3I上に、アルミニウム(A1)がドープされたp−S
i C単結晶層32(厚さ約3μm、キャリア密度1
xlo”cm−3)を成長させ、チャネル形成層とし
た。なお。
チャネル形成層であるp−SiC単結晶層32と、 ド
レイン層であるn−SiC単結晶層31とは、 pn
接合を形成している。
レイン層であるn−SiC単結晶層31とは、 pn
接合を形成している。
次いで、アルミニウム(AI)膜37を全面にX 空Z
着した後、ホトリソグラフィーを用いてバターニングし
、これをマスクとして9反応性エツチングにより、
n−SiC単結晶層31およびp−SiC単結晶層32
の所定領域を、第3図(c)に示すように2合わせて約
5μmの深さまで除去した。なお、エツチングガスとし
ては、四フッ化メタン(テトラフルオロメタン、 C
F4)ガス および酸素(02)ガスを用いた。
着した後、ホトリソグラフィーを用いてバターニングし
、これをマスクとして9反応性エツチングにより、
n−SiC単結晶層31およびp−SiC単結晶層32
の所定領域を、第3図(c)に示すように2合わせて約
5μmの深さまで除去した。なお、エツチングガスとし
ては、四フッ化メタン(テトラフルオロメタン、 C
F4)ガス および酸素(02)ガスを用いた。
そして、アルミニウム(AI)膜37を除去した後。
酸素雰囲気中で約1.100°Cにて 3時間の熱酸化
を行うことにより、熱酸化膜38(厚さ約500nm)
を形成し、さらにCVD法により、第3図(d)に示す
ように、熱酸化膜38上に、リン(P)をドープした多
結晶Si膜39(厚さ約500nm)を形成した。
を行うことにより、熱酸化膜38(厚さ約500nm)
を形成し、さらにCVD法により、第3図(d)に示す
ように、熱酸化膜38上に、リン(P)をドープした多
結晶Si膜39(厚さ約500nm)を形成した。
次いで、熱酸化膜38および多結晶5ip39のパタニ
ングを行って、ゲート絶縁膜33およびゲート電極34
を形成した後、 p−SiC単結晶層32上にアルミ
ニウム(Al)を真空蒸着して、バターニンクスルこと
により、第3図(e)に示すような アルミニウム電極
35を形成した。なお、アルミニウム電極35はソース
層として機能し、チャネル形成層であるp−SiC単結
晶層32と、このソース層とは、ショットキー接合を形
成している。
ングを行って、ゲート絶縁膜33およびゲート電極34
を形成した後、 p−SiC単結晶層32上にアルミ
ニウム(Al)を真空蒸着して、バターニンクスルこと
により、第3図(e)に示すような アルミニウム電極
35を形成した。なお、アルミニウム電極35はソース
層として機能し、チャネル形成層であるp−SiC単結
晶層32と、このソース層とは、ショットキー接合を形
成している。
最後に、 n−3iC単結晶基板30の裏面にチタン
を真空蒸着して、オーム性電極36を形成することによ
り、第3図(a)に示すようなn−チャネル反転型MO
SFETを得た。
を真空蒸着して、オーム性電極36を形成することによ
り、第3図(a)に示すようなn−チャネル反転型MO
SFETを得た。
本実施例のMOSFETにおいて、 p−SiC単結
晶層32とn−SiC単結晶層31との間に形成される
pn接合は。
晶層32とn−SiC単結晶層31との間に形成される
pn接合は。
逆耐圧5oov、 −sow印加時のリーク電流3n
Aという良好な逆方向特性を示した。しかし、順方向特
性のn値は2に近く、再結合電流が支配的であり。
Aという良好な逆方向特性を示した。しかし、順方向特
性のn値は2に近く、再結合電流が支配的であり。
直列抵抗は2oΩであった。これに対し、 p−Si
C単結晶層32とアルミニウム層35(ソース層)との
間ニ形成されるショット牛−接合は、上記のpn接合に
比べて逆方向特性に劣り、逆耐圧300V、 −50
V印加時のリーク電流1μAであった。しかし、順方向
特性は良好であり、そのn値は1.05. 直列抵抗
は0.5Ωであった。
C単結晶層32とアルミニウム層35(ソース層)との
間ニ形成されるショット牛−接合は、上記のpn接合に
比べて逆方向特性に劣り、逆耐圧300V、 −50
V印加時のリーク電流1μAであった。しかし、順方向
特性は良好であり、そのn値は1.05. 直列抵抗
は0.5Ωであった。
本実施例のMOSFETは、ソース層が炭化珪素とのシ
ョットキー接合を形成し、 ドレイン層がCVD法によ
るpn接合を形成しているので、ソース・ドレイン間の
耐圧が500vであり、 ドレイン電圧50V(ゲート
電圧Ov)でのリーク電流が3nAであり、そしてゲー
ト電圧5v印加時のオン抵抗が200Ωという良好な素
子特性を示した。
ョットキー接合を形成し、 ドレイン層がCVD法によ
るpn接合を形成しているので、ソース・ドレイン間の
耐圧が500vであり、 ドレイン電圧50V(ゲート
電圧Ov)でのリーク電流が3nAであり、そしてゲー
ト電圧5v印加時のオン抵抗が200Ωという良好な素
子特性を示した。
L1匹立
本実施例では、上記の実施例2と同様、炭化珪素(Si
C)単結晶基板上に成長させた炭化珪素(SiC)単結
晶を用いて、n−チャネル反転型MOS Ii界効果ト
ランジスタ(MOSFET)を作製した。このMOSF
ETは。
C)単結晶基板上に成長させた炭化珪素(SiC)単結
晶を用いて、n−チャネル反転型MOS Ii界効果ト
ランジスタ(MOSFET)を作製した。このMOSF
ETは。
ソース領域およびドレイン層がチャネル層であるSiC
単結晶層の厚さ方向に形成された縦型MOSFETであ
る。なお、このMOSFETのチャネル形成層とソース
領域との間には、イオン注入法によるpn接合が形成さ
れ、チャネル形成層とドレイン層との間には、 CV
D法によるpn接合が形成されている。
単結晶層の厚さ方向に形成された縦型MOSFETであ
る。なお、このMOSFETのチャネル形成層とソース
領域との間には、イオン注入法によるpn接合が形成さ
れ、チャネル形成層とドレイン層との間には、 CV
D法によるpn接合が形成されている。
第4図(a)は本実施例のMOSFETの構造を示す断
面図である。このMOSFETは以下のようにして作製
された。
面図である。このMOSFETは以下のようにして作製
された。
まず、第4図(b)に示すように、 SH型のn−S
iC単結晶基板40(抵抗率0.05Ω・cm)上に、
CVD法により、 6H型のn−SiC単結晶層
41(厚さ約10μm、 キャリア密度は1 xlo
”cm−3)を成長させ、 ドレイン層とした。なお、
原料ガスとしては、シラン(SiHa)ガスおよびプロ
パン(C3H8)ガスを用いた。引き続いて、トリメチ
ルアルミニウム((CH3)3A1)ガスを原料ガスに
添加することにより、 n−SiC単結晶層41上に
、アルミニウム(Al)がドープされたp−SiC単結
晶層42(厚さ約3μm、キャリア密度1 xlo”c
m−3)を成長させ、チャネル形成層とした。なお。
iC単結晶基板40(抵抗率0.05Ω・cm)上に、
CVD法により、 6H型のn−SiC単結晶層
41(厚さ約10μm、 キャリア密度は1 xlo
”cm−3)を成長させ、 ドレイン層とした。なお、
原料ガスとしては、シラン(SiHa)ガスおよびプロ
パン(C3H8)ガスを用いた。引き続いて、トリメチ
ルアルミニウム((CH3)3A1)ガスを原料ガスに
添加することにより、 n−SiC単結晶層41上に
、アルミニウム(Al)がドープされたp−SiC単結
晶層42(厚さ約3μm、キャリア密度1 xlo”c
m−3)を成長させ、チャネル形成層とした。なお。
チャネル形成層であるp−SiC単結晶層42と、ドレ
イン層である n−SiC単結晶層4Iとは、 pn
n接合影形成ている。
イン層である n−SiC単結晶層4Iとは、 pn
n接合影形成ている。
引き続いて、 CVD法またはプラズマCVD法によ
り。
り。
p−S ic単結晶層42上に5i02膜を形成した後
、ホトリソグラフィーを用いて、 SiO2膜の素子
形成領域に対応する部分をエツチングにより開口して、
第4図(C)に示すようなフィールド絶縁膜43を形成
した。なお、エッチャントとしては、フッ化水素(HP
)溶液を用いた。
、ホトリソグラフィーを用いて、 SiO2膜の素子
形成領域に対応する部分をエツチングにより開口して、
第4図(C)に示すようなフィールド絶縁膜43を形成
した。なお、エッチャントとしては、フッ化水素(HP
)溶液を用いた。
そして、フィールド絶縁膜43をマスクとして。
開口部のp−SiC単結晶層42に、窒素(N4)イオ
ンを注入した。注入エネルギーは70keVであり、イ
オン注入量は5 xlo”cm−2であった。次いで、
窒素雰囲気中で1.100°Cにて30時間の熱処理を
行うことにより、第4図(C)に示すイオン注入層50
を活性化した。
ンを注入した。注入エネルギーは70keVであり、イ
オン注入量は5 xlo”cm−2であった。次いで、
窒素雰囲気中で1.100°Cにて30時間の熱処理を
行うことにより、第4図(C)に示すイオン注入層50
を活性化した。
次いで、アルミニウム(AI)膜51を全面に真空蒸着
した後、ホトリソグラフィーを用いてパターニングし、
これをマスクとして2反応性エツチングにより、 n
−SiC単結晶層41およびp−SiC単結晶層42の
所定領域を、第4図(c)に示すように2合わせて約5
μmの深さまで除去した。なお、エツチングガスとして
は、四フッ化メタン(テトラフルオロメタン、 CF
4)ガス および酸素(02)ガスを用いた。
した後、ホトリソグラフィーを用いてパターニングし、
これをマスクとして2反応性エツチングにより、 n
−SiC単結晶層41およびp−SiC単結晶層42の
所定領域を、第4図(c)に示すように2合わせて約5
μmの深さまで除去した。なお、エツチングガスとして
は、四フッ化メタン(テトラフルオロメタン、 CF
4)ガス および酸素(02)ガスを用いた。
このエツチング後に残存するイオン注入層50の部分は
ソース領域46として機能し、チャネル形成層であるp
−SiC単結晶層42と、このソース領域46とは、p
n接合を形成している。
ソース領域46として機能し、チャネル形成層であるp
−SiC単結晶層42と、このソース領域46とは、p
n接合を形成している。
そして、アルミニウム(AI)膜51を除去した後。
酸素雰囲気中で約1.100°Cにて 3時間の熱酸化
を行うことにより、熱酸化膜52(厚さ約500nm)
を形成し、さらにC’/D法により、第4図(e)に示
すように、熱酸化膜52上に、リン(P)をドープした
多結晶Si膜53(厚さ約50Onm)を形成した。次
いで、熱酸化膜52および多結晶Si膜53のパターニ
ングを行うことにより、第4図(a)に示すようなゲー
ト絶縁膜44よびゲート電極45を形成した。
を行うことにより、熱酸化膜52(厚さ約500nm)
を形成し、さらにC’/D法により、第4図(e)に示
すように、熱酸化膜52上に、リン(P)をドープした
多結晶Si膜53(厚さ約50Onm)を形成した。次
いで、熱酸化膜52および多結晶Si膜53のパターニ
ングを行うことにより、第4図(a)に示すようなゲー
ト絶縁膜44よびゲート電極45を形成した。
最後に、配線材料としてニッケル(Ni)を全面および
n−SiC単結晶基板40の裏面に真空蒸着してパター
ニングした後、アルゴン雰囲気中で1.050°Cにて
5分間の熱処理を行ってオーム性電極47. 48およ
び49を形成することにより、第4図(a)に示すよう
なn−チャネル反転型MOS FETを得た。
n−SiC単結晶基板40の裏面に真空蒸着してパター
ニングした後、アルゴン雰囲気中で1.050°Cにて
5分間の熱処理を行ってオーム性電極47. 48およ
び49を形成することにより、第4図(a)に示すよう
なn−チャネル反転型MOS FETを得た。
本実施例のMOSFETは、ソース領域がイオン注入法
によるpn接合を形成し、 ドレイン層がCVD法によ
るpn接合を形成しているので、ソース・ドレイン間の
耐圧が5oovであり、 ドレイン電圧50v(ゲート
電圧O■)でのリーク電流が3nAであり、そしてゲー
ト電圧5v印加時のオン抵抗が300Ωという良好な素
子特性を示した。
によるpn接合を形成し、 ドレイン層がCVD法によ
るpn接合を形成しているので、ソース・ドレイン間の
耐圧が5oovであり、 ドレイン電圧50v(ゲート
電圧O■)でのリーク電流が3nAであり、そしてゲー
ト電圧5v印加時のオン抵抗が300Ωという良好な素
子特性を示した。
(発明の効果)
本発明によれば、ソース領域およびドレイン領域の各々
がチャネル形成層との間に最適の接合を形成しているの
で、耐圧が高く、リーク電流が少なく、そしてオン抵抗
が小さいという優れた素子特性を有する。炭化珪素を用
いた電界効果トランジスタおよびその製造方法が提供さ
れる。このような電界効果トランジスタは、珪素のよう
な他の半導体材料を用いた場合には使用が困難な条件下
(例えば、高温、高出力駆動、高周波動作、放射線照射
など)においても使用可能な半導体素子として有用であ
る。
がチャネル形成層との間に最適の接合を形成しているの
で、耐圧が高く、リーク電流が少なく、そしてオン抵抗
が小さいという優れた素子特性を有する。炭化珪素を用
いた電界効果トランジスタおよびその製造方法が提供さ
れる。このような電界効果トランジスタは、珪素のよう
な他の半導体材料を用いた場合には使用が困難な条件下
(例えば、高温、高出力駆動、高周波動作、放射線照射
など)においても使用可能な半導体素子として有用であ
る。
4、 の な号 日
第1図(a)〜(f)は本発明の一実施例である電界効
果トランジスタの製造工程を説明するための断面図、第
2図はイオン注入法により形成されたソース領域および
ドレイン領域とチャネル形成層との間におけるpn接合
の電流−電圧特性を示すグラフ、第3図(a)〜(e)
は本発明の他の実施例である電界効果トランジスタの製
造工程を説明するための断面図、第4図(a)〜(e)
は本発明のさらに他の実施例である電界効果トランジス
タの製造工程を説明するための断面図である。
果トランジスタの製造工程を説明するための断面図、第
2図はイオン注入法により形成されたソース領域および
ドレイン領域とチャネル形成層との間におけるpn接合
の電流−電圧特性を示すグラフ、第3図(a)〜(e)
は本発明の他の実施例である電界効果トランジスタの製
造工程を説明するための断面図、第4図(a)〜(e)
は本発明のさらに他の実施例である電界効果トランジス
タの製造工程を説明するための断面図である。
10・・・Si単結晶基板、 11.32.42・・
・p−S 1c41結晶層(チャネル形成層)、 1
2.43・・・フィールド絶縁膜。
・p−S 1c41結晶層(チャネル形成層)、 1
2.43・・・フィールド絶縁膜。
19、38.52・・・熱酸化膜、 20.39.5
3・・・多結晶Si膜。
3・・・多結晶Si膜。
13、33.44・・・ゲート絶縁膜、 14.34
.45・・・ゲート電極、15・・・ドレイン領域、
16. 46・・・ソース領域。
.45・・・ゲート電極、15・・・ドレイン領域、
16. 46・・・ソース領域。
30、40− n−SiC単結晶基板、 31.41
− n−SiC単結晶層(ドレイン層)、35・・・ア
ルミニウム電極(ソース層)、50・・・イオン注入層
。
− n−SiC単結晶層(ドレイン層)、35・・・ア
ルミニウム電極(ソース層)、50・・・イオン注入層
。
以上
第1
図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、炭化珪素からなるチャネル形成層を有する電界効果
トランジスタであって、 該チャネル形成層とソース領域との間に形成される第1
の接合が該チャネル形成層とドレイン領域との間に形成
される第2の接合とは異なる特性を示す、電界効果トラ
ンジスタ。 2、炭化珪素からなるチャネル形成層を有する電界効果
トランジスタの製造方法であって、該チャネル形成層と
ソース領域との間に第1の接合を形成する工程と、 該チャネル形成層とドレイン領域との間に第2の接合を
形成する工程と、 を包含し、該第1および第2の接合が互いに異なる特性
を示すように、その構造および/または形成プロセスを
選択する、電界効果トランジスタの製造方法。 3、前記第1および第2の接合がイオン注入法を用いて
得られるpn接合であり、イオン注入後の熱処理条件を
調節することにより、該pn接合が互いに異なる特性を
示す、請求項2に記載の製造方法。 4、前記第1の接合が炭化珪素と金属またはその化合物
とのショットキー接合であり、前記第2の接合が化学的
気相成長法を用いて得られるpn接合である、請求項2
に記載の製造方法。 5、前記第1の接合がイオン注入法を用いて得られるp
n接合であり、前記第2の接合が化学的気相成長法を用
いて得られるpn接合である、請求項2に記載の製造方
法。
Priority Applications (2)
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JP2134780A JP2542448B2 (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
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Family
ID=15136384
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JP2134780A Expired - Fee Related JP2542448B2 (ja) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
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