JP2002299642A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体素子及びその製造方法Info
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Abstract
基板が得られないので量産化が困難である。一方、立方
晶系の3H−SiCは良好なショットキー素子が得られ
ない。 【解決手段】 量産に向く3C−SiC結晶を用いた良
好なショットキー素子の構造を提案する。3C−SiC
層3とショットキー金属層4の間に金属層4からの電流
注入を妨げないシリコン酸化膜3aが挿入されること
で、良好なショットキー特性を持つ素子が作製可能であ
る。3aとしては3C−SiC層3に不純物をイオン注
入して生成する層、3C−SiC層3を溶液にてエッチ
ングして生成する層、3C−SiC層3上に気相成長に
よって生成させる層、大気中に5日以上放置して3C−
SiC3上に生成する層が有効である。
Description
の製造方法に係わり、特に立方晶系3C型SiCからな
るショットキー素子及びその製造方法に関する。
aAsの約10倍、電子の飽和ドリフト速度が約2倍、熱
伝導率がSiの約3倍、p、n伝導型制御が可能、安定
した熱酸化膜形成が可能という優れた特長があり、Si
に代わる将来のパワー素子用材料として期待されてい
る。
基板結晶を作製するためには、高温成長法の改良レーリ
ー法を用いる必要があり、現時点では最大直径2インチ
の基板が市販されるに留まっている。その上、基板中に
はマイクロパイプと呼ばれる大きな構造欠陥が多数あ
り、ウェーハ内で使用できる部分が限定される。そのた
め、4H、6H−SiC結晶を用いたパワー素子を量産
化し、それを安定して供給することは困難であった。
Si上にエピタキシャル成長できるので、基板の大型化
が可能であり、量産化には向いている。ところが3C−
SiCには以下の問題点がある。
は、SiCのそれぞれの面にカソード及びアノード電極
を形成する必要がある。したがって、Si基板を除去す
ることが必要であり、素子の機械的強度を増すため、厚
いSiCエピタキシャル層を成長しなければならない。
成長層を厚くしても成長する時間を増加させないために
成長速度を増加する必要がある。成長速度を増加するこ
とはSiC結晶を平衡状態からかなり乖離した状態で成
長することを意味する。
タキシャル成長させる時に観察される反位相境界(AP
B)、あるいは双晶を多数生成させることになり、本来
得られるべきショトキー特性が得られず、オーミック特
性となることが本発明者らにより見出された。さらに、
APBと双晶が含まれない3C−SiC結晶であって
も、その上にショットキー金属を通常の前処理後に形成
しても良好なショットキー特性が得られず、オーミック
特性となることも本発明者らにより見出された。
6H−SiC結晶には、大口径で良質の基板を作製でき
ないという問題点があり、3C−SiC結晶には、良好
なショットキー素子が得られないという問題点があっ
た。
であり、良好なショットキー特性を有する3C−SiC
結晶を備えた半導体素子及びその製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。
するために、本発明の第1は、表面に3C型結晶構造の
SiC領域が形成された基板と、前記SiC領域とショ
ットキー接合を形成する金属層と、前記SiC領域と前
記金属層との間に介在し、当該金属層からの電流注入を
可能とする、Siを構成元素とする絶縁薄膜とを備えた
ことを特徴とする半導体素子を提供する。
SiO2からなることが好ましい。また、かかる薄膜の
厚みが1nm以上5nm以下であることが好ましい。1
nm未満の場合には本発明の効果を達成しにくくなり、
また5nmを越える場合には電流が流れにくくなるから
である。
構造のSiC領域が形成された基板と、前記SiC領域
とショットキー接合を形成する金属層と、前記SiC領
域と前記金属層との間に介在し、当該金属層からの電流
注入を可能とする、Siを構成元素とする絶縁薄膜とを
備えた半導体素子を製造する方法であって、3C型結晶
構造のSiC領域に不純物をイオン注入することにより
当該領域上に前記絶縁薄膜を生成することを特徴とする
半導体素子の製造方法を提供する。
構造のSiC領域が形成された基板と、前記SiC領域
とショットキー接合を形成する金属層と、前記SiC領
域と前記金属層との間に介在し、当該金属層からの電流
注入を可能とする、Siを構成元素とする絶縁薄膜とを
備えた半導体素子を製造する方法であって、3C型結晶
構造のSiC領域を溶液にてエッチングすることにより
当該領域上に前記絶縁薄膜を生成することを特徴とする
半導体素子の製造方法を提供する。
構造のSiC領域が形成された基板と、前記SiC領域
とショットキー接合を形成する金属層と、前記SiC領
域と前記金属層との間に介在し、当該金属層からの電流
注入を可能とする、Siを構成元素とする絶縁薄膜とを
備えた半導体素子を製造する方法であって、3C型結晶
構造のSiC領域上に気相成長法により前記絶縁薄膜を
生成することを特徴とする半導体素子の製造方法を提供
する。
構造のSiC領域が形成された基板と、前記SiC領域
とショットキー接合を形成する金属層と、前記SiC領
域と前記金属層との間に介在し、当該金属層からの電流
注入を可能とする、Siを構成元素とする絶縁薄膜とを
備えた半導体素子を製造する方法であって、3C型結晶
構造のSiC領域を大気中に5日以上放置することによ
り当該領域上に前記絶縁薄膜を生成することを特徴とす
る半導体素子の製造方法を提供する。
記薄膜としてSiO2からなる薄膜を形成することが好
ましい。
C結晶を用いた良好なショットキー素子の構造を提案す
る。APBと双晶が存在する場合、本来得られるべきシ
ョトキー特性が得られず、オーミック特性になる理由
は、3C−SiC結晶特有の金属的準位が存在するため
であることを本発明者らは見出した。たとえそれらが存
在しなくても、通常の前処理を行ってショットキー素子
を作製した場合、本来得られるべきショトキー特性が得
られず、オーミック特性になる理由も3C−SiC結晶
特有の金属的準位が表面準位として存在するためであ
る。
接合を形成する金属層との間に、当該金属層からの電流
注入を可能とする、Siを構成元素とする絶縁薄膜を介
在させたところ、良好なショットキー特性を持つ素子を
作製することができた。
が膜の構成材料として用いられるものであるが、膜自体
の厚みが非常に薄いため前記金属層からの電流注入を可
能とするものである。かかる絶縁薄膜として各種の材料
を試したところ、以下のものが適当であることが分かっ
た。種々の方法で作製するSiO2膜、3C−SiCに
不純物、例えばAr等をイオン注入することで生成され
る層、3C−SiCを溶液、例えば炭酸カリウム溶液等
にてエッチングすることによって生成される層、3C−
SiC上に気相成長によって生成させる層、例えばSi
N等である。気相成長によって生成させる場合には、例
えばモノシランとアンモニア等を原料ガスとして用いる
ことが可能である。また、3C−SiC表面を大気中に
5日以上放置することによって当該3C−SiC表面に
生成する層も有効であることを本発明者らは確認した。
トキー接合を形成する金属層との間に、当該金属層から
の電流注入を可能とする、Siを構成元素とする絶縁薄
膜が介在することにより、良好なショットキー特性を持
つ素子を作製することができた。
図面を参照しつつ詳細に説明する。
Si基板(1)の(100)面上にシラン(SiH4)
とプロパン(C3H8)を原料ガスとして電子濃度3x1
019cm-3のSiC層(2)を300μmエピタキシャ
ル成長した。成長速度は50μm/hであった。その時
に結晶が島状に成長せず、ステップフローで成長するよ
うに条件を調整した。具体的には基板上での横方向拡散
が大きくなるよう、温度を1050℃と高くし、気相中
でのガス反応を抑えるため減圧エピタキシャル成長を用
いた。その結果、高電子濃度SiC層(2)にはAPB
と双晶は存在しなかった。ウェーハを一度取り出し、高
電子濃度SiC層(2)の表面を研磨し鏡面とした。
C層(3)を15μmエピタキシャル成長した。その時
の成長速度は2μm/hであった。この際にも結晶が島
状に成長せず、ステップフローで成長するように条件を
調整した。この場合も高電子濃度SiC層(2)の成長
条件とほぼ同じであるが、ガス供給量を1/3とした。
その結果、低電子濃度SiC層(3)にもAPBと双晶
は存在しなかった。ここまでの状況を図1に示す。
ェーハを1050℃で6分ドライ酸化したところ3nm
のシリコン酸化膜(3a)が形成された。ドライ酸化の
雰囲気は100%酸素である。高電子濃度層(SiC層
(2))側の酸化膜のみ除去し、低電子濃度層(SiC
層(3))に酸化膜(3a)を介してショットキー電極
(4)を形成するとともに、高電子濃度層(2)にオー
ミック電極(5)を形成し、ショットキー素子を作製し
た(図2)。逆方向耐圧が850Vの良好なショットキ
ー特性が得られた。図5のa(一点鎖線)にI−V特性
を示す。
の実施形態と同様に行った。ここまでの状況を図3に示
す。(101)はSi基板、(102)は高電子濃度S
iC層、(103)は低電子濃度SiC層である。その
後、通常の前処理プロセスを行った後、低電子濃度層
(103)にショットキー電極(104)、高電子濃度
層(102)にオーミック電極(105)を形成し、シ
ョットキー素子を作製した(図4)。素子特性を測定し
たところショットキー特性ではなくオーミック特性であ
った。図5のb(破線)にI−V特性を示す。
では第1の実施形態と同様に行った。その後、低電子濃
度層に10keVの加速電圧、ドーズ量5x1012cm
-2でAlをインプラし、表面極薄層を絶縁層とした(図
2を援用すると3aに相当。)。この絶縁層の組成はA
lを多量に含むアモルファスSiCであり、膜厚は3n
mであった。その上にショットキー電極(4)、高電子
濃度層(2)にオーミック電極(5)を形成し、ショッ
トキー素子を作製した。逆方向耐圧が800Vの良好な
ショットキー特性が得られた。図5のa(一点鎖線)に
I−V特性を示す。
では第1の実施形態と同様に行った。その後、表面が安
定する溶液、例えば炭酸カリウム溶液によって低電子濃
度3C−SiC(図2を援用すると3に相当。)をエッ
チングした。低電子濃度層(3)の表面には表面極薄層
として絶縁層が形成された(図2を援用すると3aに相
当。)。この絶縁層の組成はSiO2であり、膜厚は1
nmであった。さらに低電子濃度層(3)にショットキ
ー電極(4)、高電子濃度層(2)にオーミック電極
(5)を形成し、ショットキー素子を作製した。逆方向
耐圧が820Vの良好なショットキー特性が得られた。
図5のa(一点鎖線)にI−V特性を示す。
では第1の実施形態と同様に行った。その後、気相成長
によって低電子濃度層(図2を援用すると3に相当。)
表面に薄い絶縁層(図2を援用すると3aに相当。)を
形成した。原料ガスとしてはモノシランとアンモニアを
用い、成膜条件は減圧とした。この絶縁層の組成はSi
Nであり、膜厚は2nmであった。さらに低電子濃度層
(3)にショットキー電極(4)、高電子濃度層(2)
にオーミック電極(5)を形成し、ショットキー素子を
作製した。逆方向耐圧が860Vの良好なショットキー
特性が得られた。図5のa(一点鎖線)にI−V特性を
示す。
では第1の実施形態と同様に行った。その後、試料を大
気中に10日間放置することにより、低電子濃度層(図
2を援用すると3に相当。)表面に薄い絶縁層(図2を
援用すると3aに相当。)を形成した。この絶縁層の組
成はNを含むSiO2であり、膜厚は1nmであった。
ここで、大気の雰囲気は湿度50%であった。さらに低
電子濃度層(3)にショットキー電極(4)、高電子濃
度層(2)にオーミック電極(5)を形成し、ショット
キー素子を作製した。逆方向耐圧が840Vの良好なシ
ョットキー特性が得られた。図5のa(一点鎖線)にI
−V特性を示す。
ものではない。例えば、意図しないで3C−SiC上に
薄い絶縁層が形成された場合も本発明に含まれる。
種々変形して実施することが可能である。
ョットキー特性を有する3C−SiC結晶を備えた半導
体素子及びその製造方法を提供することが可能である。
ショットキー素子の製造方法を示す工程断面図。
方法を示す工程断面図。
ー素子の電流−電圧特性を示す特性図。
Claims (8)
- 【請求項1】 表面に3C型結晶構造のSiC領域が形
成された基板と、前記SiC領域とショットキー接合を
形成する金属層と、前記SiC領域と前記金属層との間
に介在し、当該金属層からの電流注入を可能とする、S
iを構成元素とする絶縁薄膜とを備えたことを特徴とす
る半導体素子。 - 【請求項2】 前記薄膜がSiO2からなることを特徴
とする請求項1記載の半導体素子。 - 【請求項3】 前記薄膜の厚みが1nm以上5nm以下
であることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。 - 【請求項4】 表面に3C型結晶構造のSiC領域が形
成された基板と、前記SiC領域とショットキー接合を
形成する金属層と、前記SiC領域と前記金属層との間
に介在し、当該金属層からの電流注入を可能とする、S
iを構成元素とする絶縁薄膜とを備えた半導体素子を製
造する方法であって、3C型結晶構造のSiC領域に不
純物をイオン注入することにより当該領域上に前記絶縁
薄膜を生成することを特徴とする半導体素子の製造方
法。 - 【請求項5】 表面に3C型結晶構造のSiC領域が形
成された基板と、前記SiC領域とショットキー接合を
形成する金属層と、前記SiC領域と前記金属層との間
に介在し、当該金属層からの電流注入を可能とする、S
iを構成元素とする絶縁薄膜とを備えた半導体素子を製
造する方法であって、3C型結晶構造のSiC領域を溶
液にてエッチングすることにより当該領域上に前記絶縁
薄膜を生成することを特徴とする半導体素子の製造方
法。 - 【請求項6】 表面に3C型結晶構造のSiC領域が形
成された基板と、前記SiC領域とショットキー接合を
形成する金属層と、前記SiC領域と前記金属層との間
に介在し、当該金属層からの電流注入を可能とする、S
iを構成元素とする絶縁薄膜とを備えた半導体素子を製
造する方法であって、3C型結晶構造のSiC領域上に
気相成長法により前記絶縁薄膜を生成することを特徴と
する半導体素子の製造方法。 - 【請求項7】 表面に3C型結晶構造のSiC領域が形
成された基板と、前記SiC領域とショットキー接合を
形成する金属層と、前記SiC領域と前記金属層との間
に介在し、当該金属層からの電流注入を可能とする、S
iを構成元素とする絶縁薄膜とを備えた半導体素子を製
造する方法であって、3C型結晶構造のSiC領域を大
気中に5日以上放置することにより当該領域上に前記絶
縁薄膜を生成することを特徴とする半導体素子の製造方
法。 - 【請求項8】 前記薄膜としてSiO2からなる薄膜を
形成することを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに
記載の半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001095023A JP3651666B2 (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 半導体素子及びその製造方法 |
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JP3651666B2 JP3651666B2 (ja) | 2005-05-25 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007242797A (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2009054814A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | National Institute For Materials Science | 電子素子 |
JP2009081392A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
JP2009231438A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Sumco Corp | 炭化珪素ウェーハ |
JP2017126604A (ja) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 株式会社東芝 | 半導体装置、半導体装置の製造方法、インバータ回路、駆動装置、車両、及び昇降機 |
US10763339B2 (en) | 2015-02-11 | 2020-09-01 | Infineon Technologies Austria Ag | Method for manufacturing a semiconductor device having a Schottky contact |
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2001
- 2001-03-29 JP JP2001095023A patent/JP3651666B2/ja not_active Expired - Fee Related
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