JPWO2016047534A1 - Semiconductor device provided with SiC layer - Google Patents
Semiconductor device provided with SiC layer Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2016047534A1 JPWO2016047534A1 JP2016550139A JP2016550139A JPWO2016047534A1 JP WO2016047534 A1 JPWO2016047534 A1 JP WO2016047534A1 JP 2016550139 A JP2016550139 A JP 2016550139A JP 2016550139 A JP2016550139 A JP 2016550139A JP WO2016047534 A1 JPWO2016047534 A1 JP WO2016047534A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- sic
- semiconductor device
- substrate
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 102
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 91
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 54
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 23
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 25
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 40
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 27
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 3
- 229910018575 Al—Ti Inorganic materials 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- -1 silicate compound Chemical class 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02447—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/0245—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02488—Insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
半導体装置の品質を確保しつつ、半導体装置の縦方向の耐圧を高める。半導体装置は、Si(シリコン)基板と、Si基板の表面に形成されたSiO2(酸化シリコン)層と、SiO2層の表面に形成されたSi層と、Si層の表面上に形成されたSiC(炭化シリコン)層とを備えている。SiO2層の厚さは、1μm以上20μm以下である。The vertical breakdown voltage of the semiconductor device is increased while ensuring the quality of the semiconductor device. The semiconductor device includes a Si (silicon) substrate, a SiO2 (silicon oxide) layer formed on the surface of the Si substrate, a Si layer formed on the surface of the SiO2 layer, and a SiC ( Silicon carbide) layer. The thickness of the SiO2 layer is 1 μm or more and 20 μm or less.
Description
本発明は、SiC(炭化シリコン)層を備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device provided with a SiC (silicon carbide) layer.
SiCは、Si(シリコン)に比べてバンドギャップが大きく、高い絶縁破壊電界強度を有している。このため、SiCは、高耐圧を有する半導体装置の材料として期待されている。また、3C−SiC(3C型の結晶構造を有するSiC)は、GaN(窒化ガリウム)との格子定数が近いことから、GaNを成長させるための下地基板として使用することができる。GaNの絶縁破壊電界強度は3C−SiCの絶縁破壊電界よりも大きいため、3C−SiCをバッファ層とすることで、より高耐圧なGaNの半導体装置を実現することができる。 SiC has a larger band gap than Si (silicon), and has a high breakdown electric field strength. For this reason, SiC is expected as a material for a semiconductor device having a high breakdown voltage. 3C-SiC (SiC having a 3C type crystal structure) has a lattice constant close to that of GaN (gallium nitride), and thus can be used as a base substrate for growing GaN. Since the breakdown electric field strength of GaN is larger than the breakdown electric field of 3C-SiC, a GaN semiconductor device with higher breakdown voltage can be realized by using 3C-SiC as a buffer layer.
3C−SiC層を成長させるための下地基板としては、Si基板またはバルクのSiC基板が広く用いられている。このうちバルクのSiC基板は、現在のところ4インチ程度のものしか存在しておらず、大口径化が困難であるという問題を有している。安価で大口径のワイドギャップ半導体を得るためには、Si基板を用いることが好ましい。 As a base substrate for growing a 3C—SiC layer, a Si substrate or a bulk SiC substrate is widely used. Among these, only about 4 inches of bulk SiC substrates are present at present, and there is a problem that it is difficult to increase the diameter. In order to obtain an inexpensive and large-diameter wide gap semiconductor, it is preferable to use a Si substrate.
下記特許文献1〜3には、SiCを始めとするワイドギャップ半導体を用いた半導体装置に関する技術が開示されている。下記特許文献1には、立方晶{001}面を表面とする単結晶基板上に、エピタキシャル成長により2種類の元素A、Bからなる化合物単結晶(SiCやGaNなど)を成長させる方法が開示されている。この方法では、反位相領域境界面ならびに元素AおよびBに起因する積層欠陥を、表面に平行な<110>方向にそれぞれ等価に生じさせながら化合物単結晶を成長させる工程(I)と、工程(I)において生じた元素Aに起因する積層欠陥を、反位相領域境界面と会合消滅させる工程(II)と、工程(I)において生じた元素Bに起因する積層欠陥を、自己消滅させる工程(III)と、反位相領域境界を完全に会合消滅させる工程(IV)とを備えている。工程(IV)は、工程(II)および(III)と並行して、または工程(II)および(III)の後に行われる。
The following
下記特許文献2には、所定厚さの表面Si層と埋め込み絶縁層とを有するSi基板を準備し、上記Si基板を炭素系ガス雰囲気中で加熱して表面Si層を単結晶SiC層に変成させる単結晶SiC基板の製造方法が開示されている。この製造方法では、表面Si層を単結晶SiC層に変成させる際に、埋め込み絶縁層との界面近傍のSi層が、残存Si層として残される。埋め込み絶縁層は、1〜200nmの厚さを有するSiO2(酸化シリコン)よりなっており、SiC層は、100nm程度の厚さを有している。In
下記特許文献3には、SOI(Silicon On Insulator)基板と、SOI基板上に形成されたバッファ層としてのAlN(窒化アルミニウム)層と、AlN層上に形成されたチャネル層としてGaN層と、GaN層上に形成されたバリア層としてのAlGaN(窒化アルミニウムガリウム)層と、AlGaN層上に形成されたソース電極、ドレイン電極、およびゲート電極とを備えた半導体装置が開示されている。
In
SiCは、Siに比べて非常に高い絶縁破壊電界強度を有している。具体的には、Siの絶縁破壊電界強度は0.3MV/cmであり、3C−SiCの絶縁破壊電界強度は1.2MV/cmである。したがって、Si基板を下地基板としてSiC層を形成した構造を有する半導体装置において、縦方向(Si基板の主面の法線方向)の耐圧を向上するためには、SiC層の厚さを大きくすればよい。 SiC has a very high breakdown field strength compared to Si. Specifically, the breakdown field strength of Si is 0.3 MV / cm, and the breakdown field strength of 3C—SiC is 1.2 MV / cm. Therefore, in a semiconductor device having a structure in which a SiC layer is formed using a Si substrate as a base substrate, the thickness of the SiC layer should be increased in order to improve the breakdown voltage in the vertical direction (normal direction of the main surface of the Si substrate). That's fine.
しかし、Si基板を下地基板としてSiC層を形成した半導体装置では、格子定数や熱膨張係数が互いに異なるSiとSiCがヘテロ界面を構成しているため、SiC層の厚さのみを大きくした場合には、基板の変形やSiC層へのクラックの発生が起こりやすくなる。その結果、SiC層を厚くすることにより半導体装置の縦方向の耐圧を向上することには限界があった。 However, in a semiconductor device in which a SiC layer is formed using a Si substrate as a base substrate, Si and SiC having different lattice constants and thermal expansion coefficients constitute a heterointerface, so that only the thickness of the SiC layer is increased. Is liable to cause deformation of the substrate and occurrence of cracks in the SiC layer. As a result, there is a limit in improving the vertical breakdown voltage of the semiconductor device by increasing the thickness of the SiC layer.
なお、上記特許文献1の技術を用いてSiC層を形成した場合には、クラックの発生を抑止しつつ比較的厚いSiC層を形成することが可能であるが、工程が複雑化するのなどの問題があった。
In addition, when the SiC layer is formed using the technique disclosed in
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、半導体装置の品質を確保しつつ、半導体装置の縦方向の耐圧を高めることである。 The present invention is to solve the above-described problems, and an object thereof is to increase the vertical breakdown voltage of the semiconductor device while ensuring the quality of the semiconductor device.
本発明の一の局面に従う半導体装置は、Si基板と、Si基板の表面に形成されたSiO2層と、SiO2層の表面に形成されたSi層と、Si層の表面上に形成されたSiC層とを備え、SiO2層の厚さは、1μm以上20μm以下である。A semiconductor device according to one aspect of the present invention is formed on a surface of a Si substrate, a SiO 2 layer formed on the surface of the Si substrate, a Si layer formed on the surface of the SiO 2 layer, and a surface of the Si layer. A thickness of the SiO 2 layer is not less than 1 μm and not more than 20 μm.
上記半導体装置において好ましくは、SiC層は、3C−SiCであり、SiC層の厚さは、0.1μm以上3μm以下である。 In the semiconductor device, the SiC layer is preferably 3C—SiC, and the thickness of the SiC layer is not less than 0.1 μm and not more than 3 μm.
上記半導体装置において好ましくは、Si層の厚さは、5nm以上10nm以下である。 In the semiconductor device, the thickness of the Si layer is preferably 5 nm or more and 10 nm or less.
上記半導体装置において好ましくは、SiC層に形成された半導体素子をさらに備える。 Preferably, the semiconductor device further includes a semiconductor element formed in the SiC layer.
上記半導体装置において好ましくは、SiC層の表面上に形成された窒化物半導体層と、窒化物半導体層に形成された半導体素子とをさらに備える。 Preferably, the semiconductor device further includes a nitride semiconductor layer formed on the surface of the SiC layer, and a semiconductor element formed in the nitride semiconductor layer.
本発明によれば、半導体装置の品質を確保しつつ、半導体装置の縦方向の耐圧を高めることができる。 According to the present invention, it is possible to increase the vertical breakdown voltage of a semiconductor device while ensuring the quality of the semiconductor device.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態) (First embodiment)
図1は、本発明の第1の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
図1を参照して、本実施の形態における半導体装置は、GaN−HEMT(High Electron Mobility Transistor)を含んでいる。半導体装置は、Si基板1と、SiO2層(埋め込みガラス層)2と、Si層3と、SiC層4と、GaN層5と、AlGaN層6と、ソース電極11およびドレイン電極12と、ゲート電極13とを備えている。GaN層5およびAlGaN層6は窒化物半導体層7を構成している。窒化物半導体層7にはHEMT(半導体素子の一例)が形成されている。Referring to FIG. 1, the semiconductor device in the present embodiment includes a GaN-HEMT (High Electron Mobility Transistor). The semiconductor device includes a
Si基板1はp型またはn型の導電型を有していてもよい。
The
SiO2層2は、Si基板1の表面に形成されている。SiO2層2の厚さは、1μm以上20μm以下である。SiO2層2の厚さは、1.2μm以上であることが好ましい。SiO2層2の厚さは、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。The SiO 2 layer 2 is formed on the surface of the
Si層3は、SiO2層2の表面に形成されている。Si層3の厚さは、5nm以上10nm以下であることが好ましい。なお、Si層3は、たとえばSi層3を構成するSiを酸化することでSiO2を形成し、このSiO2をエッチングすることにより、上記の範囲まで薄膜化されてもよい。The
Si基板1、SiO2層2、およびSi層3はSOI(Silicon On Insulator)基板を構成する。SiO2層2およびSi層3は、たとえば貼合せ法やSIMOX(Separation by IMplanted OXygen)法などを用いて形成される。The
SiC層4は、Si層3の表面に形成されている。SiC層4は、たとえば3C−SiC、4H−SiC、または6H−SiCなどよりなっている。特に、SiC層4がSi基板1上にエピタキシャル成長されたものである場合、一般的に、SiC層4は3C−SiCよりなっている。この場合、SiC層4の厚さは、0.1μm以上であることが好ましく、0.5μm以上であることがより好ましい。またSiC層4の厚さは3μm以下であることが好ましく、2μm以下であることがより好ましい。
The
SiC層4は、Si層3の表面を炭化することで得られたSiCよりなる下地層上に、MBE(分子線エピタキシー)法、CVD(化学蒸着)法、またはLPE(液相エピタキシー)法などを用いて、SiCをホモエピタキシャル成長させることによって形成されてもよい。SiC層4は、Si層3の表面を炭化することのみによって形成されてもよい。さらに、SiC層4は、バッファ層を挟んでSi層3の表面上にSiCをヘテロエピタキシャル成長させることによって形成されてもよい。
The
GaN層5は、SiC層4の表面に形成されている。GaN層5には不純物が導入されておらず、GaN層5はHEMTの電子走行層となる。
The
AlGaN層6は、GaN層5の表面に形成されている。AlGaN層6はn型の導電型を有しており、HEMTの障壁層となる。AlGaN層6は、たとえばHVPE(水素化物気相エピタキシー)法、またはMOCVD(有機金属気相成長)法などにより形成される。
The AlGaN layer 6 is formed on the surface of the
SiCとGaNとは格子定数が近似している。このためSiC層4は、GaN層5のバッファ層(下地層)としての役割を果たす。なお、GaN層5およびAlGaN層6は、SiC層4表面上に形成されればよく、SiC層4とGaN層5との間に、たとえばAlNよりなるバッファ層が形成されていてもよい。HEMTが形成される場合の窒化物半導体層は、第1の窒化物半導体層と、第1の窒化物半導体層の表面に形成され、第1の窒化物半導体層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する第2の窒化物半導体層とを含んでいるものであればよく、GaNとAlGaNとの組合せ以外の窒化物半導体材料の組合せにより構成されていてもよい。
SiC and GaN have approximate lattice constants. For this reason, the
ソース電極11およびドレイン電極12の各々は、窒化物半導体層7の表面に互いに間隔を空けて形成されている。ゲート電極13は、窒化物半導体層7の表面において、ソース電極11とドレイン電極12との間に形成されている。ソース電極11およびドレイン電極12の各々は、窒化物半導体層7にオーミック接触している。ゲート電極13は、窒化物半導体層7にショットキー接触している。ソース電極11およびドレイン電極12の各々は、たとえば、窒化物半導体層7側から順にTi(チタン)層およびAl(アルミニウム)層を積層した構造を有している。ゲート電極13は、たとえば、窒化物半導体層7側から順にNi(ニッケル)層およびAu(金)層を積層した構造を有している。ソース電極11、ドレイン電極12、およびゲート電極13の各々は、たとえば蒸着法、MOCVD法、またはスパッタ法などにより形成される。
Each of the
なお、Si基板1の裏面の電位を固定するために、Si基板1の裏面1aと、ソース電極11またはドレイン電極12とが電気的に接続されてもよい。
In order to fix the potential of the back surface of the
半導体装置を構成する各層の厚さは、分光エリプソメーターを用いて測定される。分光エリプソメーターは、偏光である入射光を測定対象に照射し、測定対象からの反射光を受光する。S偏光とP偏光とでは位相のズレや反射率の違いがあるため、反射光の偏光状態は、入射光の偏光状態とは異なるものになっている。この偏光状態の変化は、入射光の波長、入射角度、膜の光学定数、および膜厚などに依存する。分光エリプソメーターは、得られた反射光から、入射光の波長や入射角に基づいて膜の光学定数や膜厚を算出する。 The thickness of each layer constituting the semiconductor device is measured using a spectroscopic ellipsometer. The spectroscopic ellipsometer irradiates a measurement target with incident light that is polarized light, and receives reflected light from the measurement target. Since there is a phase shift or reflectance difference between S-polarized light and P-polarized light, the polarization state of the reflected light is different from the polarization state of the incident light. The change in the polarization state depends on the wavelength of incident light, the incident angle, the optical constant of the film, the film thickness, and the like. The spectroscopic ellipsometer calculates the optical constant and film thickness of the film from the obtained reflected light based on the wavelength and incident angle of the incident light.
本実施の形態の半導体装置の動作は次の通りである。ソース電極11は常に接地電位(基準となる電位)に保たれる。ゲート電極13に電圧が印加されていない状態では、GaN層5とAlGaN層6とのバンドギャップの差に起因して、AlGaN層6で発生した電子は、GaN層5におけるAlGaN層6とのヘテロ接合界面に集まり、二次元電子ガスを形成する。二次元電子ガスの形成に伴い、AlGaN層6内は、GaN層5とのヘテロ接合界面から図1中上方向に延びる空乏層と、ゲート電極13との接合界面から図1中下方向に延びる空乏層とで完全に空乏層化される。一方、ゲート電極13に正の電圧が印加されると、電界効果により二次元電子ガスの濃度が高くなる。その結果、ドレイン電極12に正の電圧が印加された場合には、ドレイン電極12からソース電極11へ電流が流れる。
The operation of the semiconductor device of this embodiment is as follows. The
本実施の形態によれば、SiO2層2の厚さが1μm以上であることにより、SiC層4の厚みをクラックが発生しない程度の厚みとすることができると同時に、窒化物半導体層7にHEMTが形成された半導体装置の縦方向の耐圧を高めることができる。また、SiO2層2の厚さが20μm以下であることにより、Si基板1の反りを抑止することができる。その結果、HEMTを含む半導体装置の品質を確保しつつ、HEMTを含む半導体装置の縦方向の耐圧を高めることができる。これについて以下に詳細に説明する。According to the present embodiment, the thickness of the SiO 2 layer 2 is 1 μm or more, so that the thickness of the
理論上、SiO2の絶縁破壊電界強度は2〜8MV/cmである。つまり、SiO2層の厚さが1μm増加するに従って、半導体装置の縦方向の耐圧は200〜800Vだけ増加する。また、理論上、3C型のSiCの絶縁破壊電界強度は1.2MV/cmである。つまり、SiC層の厚さが1μm増加するに従って、半導体装置の縦方向の耐圧は120Vだけ増加する。Theoretically, the dielectric breakdown electric field strength of SiO 2 is 2 to 8 MV / cm. That is, as the thickness of the SiO 2 layer increases by 1 μm, the vertical breakdown voltage of the semiconductor device increases by 200 to 800V. Theoretically, the dielectric breakdown electric field strength of 3C type SiC is 1.2 MV / cm. That is, the vertical breakdown voltage of the semiconductor device increases by 120V as the thickness of the SiC layer increases by 1 μm.
一般的に、パワーデバイスとしての半導体装置においては、半導体装置におけるSi基板を除く部分で、560V程度の縦方向の耐圧が要求されている。しかし、SiC層の厚みを大きくしすぎると、SiC層にクラックが発生しやすくなる。 Generally, in a semiconductor device as a power device, a vertical breakdown voltage of about 560 V is required in a portion excluding the Si substrate in the semiconductor device. However, if the thickness of the SiC layer is too large, cracks are likely to occur in the SiC layer.
本願発明者らは、SiC層の厚さと、クラックの発生の有無およびSiC層の結晶性との関係について調べた。図2は、SiC層の厚さと、クラックの発生の有無およびSiC層の結晶性との関係を示す表である。 The inventors of the present application investigated the relationship between the thickness of the SiC layer, the presence or absence of cracks, and the crystallinity of the SiC layer. FIG. 2 is a table showing the relationship between the thickness of the SiC layer, the presence / absence of cracks, and the crystallinity of the SiC layer.
図2を参照して、SiC層の厚さを3μm以下、好ましくは2μm以下とすることで、クラックの発生を抑止することができる。一方、SiC層4の厚さを0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上とすることで、SiC層4の結晶性を確保することができる。
Referring to FIG. 2, the occurrence of cracks can be suppressed by setting the thickness of the SiC layer to 3 μm or less, preferably 2 μm or less. On the other hand, the crystallinity of the
SiC層の厚さを3μm以下にした場合、SiC層の縦方向の耐圧は理論上、360V以下となる。SiO2の絶縁破壊電界強度を考慮すると、SiO2層の厚さを1μm以上、好ましくは1.2μm以上とすることで、パワーデバイスとしての半導体装置に要求される縦方向の耐圧を確保することができる。When the thickness of the SiC layer is 3 μm or less, the longitudinal breakdown voltage of the SiC layer is theoretically 360 V or less. In view of the breakdown field strength of SiO 2, the thickness of the SiO 2 layer 1μm or more, preferably by a 1.2μm or more, to ensure the vertical breakdown voltage required for a semiconductor device as a power device Can do.
また本願発明者らは、Si基板のサイズおよびSiO2層の厚さと、Si基板の反り量との関係について調べた。図3は、Si基板のサイズおよびSiO2層の厚さと、Si基板の反り量Wtとの関係を示す表である。The inventors of the present application also examined the relationship between the Si substrate size and SiO 2 layer thickness and the amount of warpage of the Si substrate. FIG. 3 is a table showing the relationship between the size of the Si substrate and the thickness of the SiO 2 layer, and the warpage amount Wt of the Si substrate.
図3を参照して、直径8インチ、厚さ725μmの基板(試料1)、直径8インチ、厚さ1500μmの基板(試料2)、および直径6インチ、厚さ1500μmの基板(試料3)という3種類のSi基板を準備した。試料1〜3の各々に対して、0.5μmより大きく5μm以下の厚さのSiO2層、5μmより大きく10μm以下の厚さのSiO2層、10μmより大きく20μm以下の厚さのSiO2層、および20μmより大きい厚さのSiO2層をそれぞれ形成した。SiO2層形成後のSi基板の反り量Wtを測定した。Referring to FIG. 3, a substrate having a diameter of 8 inches and a thickness of 725 μm (sample 1), a substrate having a diameter of 8 inches and a thickness of 1500 μm (sample 2), and a substrate having a diameter of 6 inches and a thickness of 1500 μm (sample 3). Three types of Si substrates were prepared. For each of the
その結果、20μmより大きい厚さのSiO2層を形成した場合には、試料1〜3のいずれにおいても反り量の影響が大きかった。10μmより大きく20μm以下の厚さのSiO2層を形成した場合には、試料1および2では反り量の影響が大きかった一方、試料3では反り量の影響がほとんど無かった。5μmより大きく10μm以下の厚さのSiO2層を形成した場合には、試料1では反り量の影響が大きかった一方、試料2および3では反り量の影響がほとんど無かった。0.5μmより大きく5μm以下の厚さのSiO2層を形成した場合には、試料1〜3のいずれにおいても反り量の影響がほとんど無かった。As a result, when the SiO 2 layer having a thickness larger than 20 μm was formed, the influence of the warpage amount was great in any of
以上の結果から、SiO2層の厚さを20μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下とすることで、基板の反りを抑止することができる。From the above results, the warp of the substrate can be suppressed by setting the thickness of the SiO 2 layer to 20 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less.
加えて本実施の形態によれば、SiC層4が窒化物半導体層7のバッファ層としての役割を果たすので、高品質な窒化物半導体層7を形成することができる。
In addition, according to the present embodiment, since
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
図4は、本発明の第2の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
図4を参照して、本実施の形態における半導体装置は、SBD(Schottky Barrier Diode)を含んでいる。半導体装置は、Si基板1と、SiO2層2と、Si層3と、SiC層4と、オーミック電極14およびショットキー電極15とを備えている。SiC層4にはSBD(半導体素子の一例)が形成されている。SiO2層2、Si層3、およびSiC層4の各々の厚みは、第1の実施の形態と場合と同様である。半導体装置は窒化物半導体層を備えていない。Referring to FIG. 4, the semiconductor device according to the present embodiment includes an SBD (Schottky Barrier Diode). The semiconductor device includes a
SiC層4はn型の導電型を有している。SiC層4をn型化する不純物としては、たとえばN(窒素)、P(リン)、およびAs(砒素)のうち少なくとも1種類のものを用いることができる。
オーミック電極14およびショットキー電極15の各々は、SiC層4の表面に互いに間隔を空けて形成されている。SiC層4がn型の導電型を有する場合、オーミック電極14は、たとえばNiまたはAlなどよりなっている。ショットキー電極15は、たとえばAu、Pt(白金)、またはAl−Ti合金などよりなっている。オーミック電極14およびショットキー電極15は、たとえば蒸着法、MOCVD法、またはスパッタ法などにより形成される。
Each of
なお、Si基板1の裏面の電位を固定するために、Si基板1の裏面1aと、オーミック電極14またはショットキー電極15とが電気的に接続されてもよい。
In order to fix the potential of the back surface of the
上述以外の半導体装置の構成は、図1に示す第1の実施の形態の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。 Since the configuration of the semiconductor device other than the above is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
本実施の形態の半導体装置の動作は次の通りである。オーミック電極14は常に接地電位(基準となる電位)に保たれる。ショットキー電極15に電圧が印加されていない状態、またはショットキー電極15に負の電圧が印加されている状態では、逆方向バイアスとなり、SBDに電流は流れない。一方、ショットキー電極15に正の電圧が印加されている状態では、順方向バイアスとなり、ショットキー電極15からオーミック電極14に電流が流れる。
The operation of the semiconductor device of this embodiment is as follows. The
本実施の形態によれば、SBDを含む半導体装置の品質を確保しつつ、SBDを含む半導体装置の縦方向の耐圧を高めることができる。 According to the present embodiment, the vertical breakdown voltage of the semiconductor device including the SBD can be increased while ensuring the quality of the semiconductor device including the SBD.
なお、SiC層4はp型の導電型を有していてもよい。SiC層4をp型化する不純物としては、たとえばB(ホウ素)、Al、Ga(ガリウム)、およびIn(インジウム)のうち少なくとも1種類のものを用いることができる。SiC層4がp型の導電型を有する場合、オーミック電極14は、たとえばAu、Pt、またはAl−Ti合金などで形成される。ショットキー電極15は、たとえばNiまたはAlなどで形成される。
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図5は、本発明の第3の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
図5を参照して、本実施の形態における半導体装置は、n型MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)を含んでいる。半導体装置は、Si基板1と、SiO2層2と、Si層3と、SiC層4と、不純物領域8aおよび8bと、ソース電極11およびドレイン電極12と、ゲート電極13とを備えている。SiC層4にはn型MOSFET(半導体素子の一例)が形成されている。SiO2層2、Si層3、およびSiC層4の各々の厚みは、第1の実施の形態と場合と同様である。半導体装置は窒化物半導体層を備えていない。Referring to FIG. 5, the semiconductor device in the present embodiment includes an n-type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). The semiconductor device includes a
SiC層4はn型の導電型を有している。不純物領域8aおよび8bの各々は、p型の導電型を有しており、SiC層4の表面に互いに間隔を開けて形成されている。不純物領域8aおよび8bはイオン注入法や熱拡散法などによって形成される。不純物領域8aおよび8bをp型化するための不純物としては、たとえばB、Al、Ga、およびInのうち少なくとも1種類のものを用いることができる。
ソース電極11およびドレイン電極12の各々は、不純物領域8aおよび8bの各々の表面に形成されている。ゲート電極13は、不純物領域8aと不純物領域8bとの間のSiC層4の表面に、ゲート絶縁層16を挟んで形成されている。ゲート電極13およびゲート絶縁層16は、ソース電極11とドレイン電極12との間に形成されている。ソース電極11、ドレイン電極12、およびゲート電極13の各々は、AlまたはCu(銅)などよりなっている。ゲート絶縁層16は、たとえばSiO2よりなっている。ゲート絶縁層16は、Hf(ハフニウム)、Zr(ジルコニウム)、Al、またはTiなどの各酸化物や、これらのシリケイト化合物よりなっていてもよい。ソース電極11、ドレイン電極12、およびゲート電極13の各々は、たとえば蒸着法、MOCVD法、またはスパッタ法などにより形成される。ゲート絶縁層16は、たとえばプラズマCVD法などにより形成される。Each of
なお、Si基板1の裏面の電位を固定するために、Si基板1の裏面1aと、ソース電極11またはドレイン電極12とが電気的に接続されてもよい。
In order to fix the potential of the back surface of the
上述以外の半導体装置の構成は、図1に示す第1の実施の形態の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。 Since the configuration of the semiconductor device other than the above is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, the same members are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
本実施の形態の半導体装置の動作は次の通りである。ソース電極11は常に接地電位(基準となる電位)に保たれる。ゲート電極13に電圧が印加されていない状態、またはゲート電極13に負の電圧が印加されている状態では、ソース電極11とドレイン電極12との間には電流は流れない。一方、ゲート電極13に正の電圧が印加されると、SiC層4内に存在する電子が、ゲート絶縁層16との界面を構成するSiC層4の表面に引き寄せられ、不純物領域8aと不純物領域8aとの間にn型の反転層を形成する。その結果、ドレイン電極12に正の電圧が印加された場合には、ドレイン電極12からソース電極11へ電流が流れる。
The operation of the semiconductor device of this embodiment is as follows. The
本実施の形態によれば、MOSFETを含む半導体装置の品質を確保しつつ、MOSFETを含む半導体装置の縦方向の耐圧を高めることができる。 According to the present embodiment, the vertical breakdown voltage of the semiconductor device including the MOSFET can be increased while ensuring the quality of the semiconductor device including the MOSFET.
なお、半導体装置はp型MOSFETを含んでいてもよい。この場合、SiC層4はp型の導電型とされ、不純物領域8aおよび8bはn型の導電型とされる。不純物領域8aおよび8bをn型化するための不純物としては、たとえばN、P、およびAsのうち少なくとも1種類のものを用いることができる。
Note that the semiconductor device may include a p-type MOSFET. In this case,
[その他] [Others]
半導体装置に形成される半導体素子は任意のものであればよく、たとえばダイオード、トランジスタ、サイリスタ、または半導体レーザーなどであってもよい。半導体素子は横型のもの(SiO2層の表面上に形成された層での電気伝導により動作するもの)であることが好ましい。Any semiconductor element may be formed in the semiconductor device, for example, a diode, a transistor, a thyristor, or a semiconductor laser. The semiconductor element is preferably of a lateral type (operated by electrical conduction in a layer formed on the surface of the SiO 2 layer).
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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変更が含まれることが意図される。 The above-described embodiment is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 Si(シリコン)基板
1a Si基板の裏面
2 SiO2(酸化シリコン)層
3 Si層
4 SiC(炭化シリコン)層
5 GaN(窒化ガリウム)層
6 AlGaN(窒化アルミニウムガリウム)層
7 窒化物半導体層
8a,8b 不純物領域
11 ソース電極
12 ドレイン電極
13 ゲート電極
14 オーミック電極
15 ショットキー電極
16 ゲート絶縁層1 Si (silicon)
Claims (5)
前記シリコン基板の表面に形成された酸化シリコン層と、
前記酸化シリコン層の表面に形成されたシリコン層と、
前記シリコン層の表面上に形成された炭化シリコン層とを備え、
前記酸化シリコン層の厚さは、1μm以上20μm以下である、半導体装置。A silicon substrate;
A silicon oxide layer formed on the surface of the silicon substrate;
A silicon layer formed on the surface of the silicon oxide layer;
A silicon carbide layer formed on the surface of the silicon layer,
The semiconductor device, wherein the silicon oxide layer has a thickness of 1 μm to 20 μm.
前記炭化シリコン層の厚さは、0.1μm以上3μm以下である、請求項1に記載の半導体装置。The silicon carbide layer is 3C-SiC;
The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the silicon carbide layer is not less than 0.1 μm and not more than 3 μm.
前記窒化物半導体層に形成された半導体素子とをさらに備えた、請求項1に記載の半導体装置。A nitride semiconductor layer formed on a surface of the silicon carbide layer;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a semiconductor element formed in the nitride semiconductor layer.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014193781 | 2014-09-24 | ||
JP2014193781 | 2014-09-24 | ||
PCT/JP2015/076364 WO2016047534A1 (en) | 2014-09-24 | 2015-09-16 | SEMICONDUCTOR DEVICE EQUIPPED WITH SiC LAYER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2016047534A1 true JPWO2016047534A1 (en) | 2017-07-27 |
Family
ID=55581061
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016550139A Pending JPWO2016047534A1 (en) | 2014-09-24 | 2015-09-16 | Semiconductor device provided with SiC layer |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2016047534A1 (en) |
TW (1) | TWI680504B (en) |
WO (1) | WO2016047534A1 (en) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5563428A (en) * | 1995-01-30 | 1996-10-08 | Ek; Bruce A. | Layered structure of a substrate, a dielectric layer and a single crystal layer |
US5759908A (en) * | 1995-05-16 | 1998-06-02 | University Of Cincinnati | Method for forming SiC-SOI structures |
JP3920103B2 (en) * | 2002-01-31 | 2007-05-30 | 大阪府 | Insulating layer embedded type semiconductor silicon carbide substrate manufacturing method and manufacturing apparatus thereof |
JP4802624B2 (en) * | 2005-09-07 | 2011-10-26 | 信越半導体株式会社 | Manufacturing method of bonded SOI wafer |
EP2296169B1 (en) * | 2008-06-10 | 2017-08-09 | Air Water Inc. | Method for manufacturing nitrogen compound semiconductor substrate, nitrogen compound semiconductor substrate, method for manufacturing single crystal sic substrate, and single crystal sic substrate |
JP2011029594A (en) * | 2009-06-22 | 2011-02-10 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method of manufacturing soi wafer, and soi wafer |
-
2015
- 2015-09-16 JP JP2016550139A patent/JPWO2016047534A1/en active Pending
- 2015-09-16 WO PCT/JP2015/076364 patent/WO2016047534A1/en active Application Filing
- 2015-09-21 TW TW104131147A patent/TWI680504B/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201628070A (en) | 2016-08-01 |
WO2016047534A1 (en) | 2016-03-31 |
TWI680504B (en) | 2019-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10566450B2 (en) | Normally-off HEMT transistor with selective generation of 2DEG channel, and manufacturing method thereof | |
US8415690B2 (en) | Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, and method for producing epitaxial substrate for semiconductor element | |
JP4525894B2 (en) | Semiconductor device forming plate-like substrate, manufacturing method thereof, and semiconductor device using the same | |
TWI712075B (en) | Compound semiconductor substrate | |
JP2011166067A (en) | Nitride semiconductor device | |
US20150349064A1 (en) | Nucleation and buffer layers for group iii-nitride based semiconductor devices | |
JP6649208B2 (en) | Semiconductor device | |
CN104126223A (en) | Semiconductor element and method for manufacturing semiconductor element | |
TWI641133B (en) | Semiconductor cell | |
JP2009206163A (en) | Heterojunction-type field effect transistor | |
US8405067B2 (en) | Nitride semiconductor element | |
US10332975B2 (en) | Epitaxial substrate for semiconductor device and method for manufacturing same | |
TWI569439B (en) | Semiconductor cell | |
US10158012B1 (en) | Semiconductor device | |
JP2007250727A (en) | Field effect transistor | |
US10381471B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method | |
KR101027138B1 (en) | Nitride based semiconductor device employing dlc passivation and method for fabricating the same | |
JP6553336B2 (en) | Semiconductor device | |
CN114496788A (en) | P-type channel gallium nitride transistor and preparation method thereof | |
WO2016047534A1 (en) | SEMICONDUCTOR DEVICE EQUIPPED WITH SiC LAYER | |
KR20210082523A (en) | Compound semiconductor device, compound semiconductor substrate, and method for manufacturing compound semiconductor device | |
US20230015133A1 (en) | Semi-conductor structure and manufacturing method thereof | |
TWI850275B (en) | Compound semiconductor device, compound semiconductor substrate, and method for manufacturing compound semiconductor device | |
JP7231826B2 (en) | Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and electronic device | |
JP6781293B2 (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AA64 | Notification of invalidation of claim of internal priority (with term) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764 Effective date: 20170530 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170602 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180809 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191008 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191121 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200114 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200310 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200324 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200622 |
|
C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20200622 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20200630 |
|
C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20200707 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20200717 |
|
C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211 Effective date: 20200721 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20201117 |
|
C23 | Notice of termination of proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23 Effective date: 20210316 |
|
C03 | Trial/appeal decision taken |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03 Effective date: 20210427 |
|
C30A | Notification sent |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012 Effective date: 20210427 |