JP2006253521A - Semiconductor diode and its fabrication process - Google Patents

Semiconductor diode and its fabrication process Download PDF

Info

Publication number
JP2006253521A
JP2006253521A JP2005070318A JP2005070318A JP2006253521A JP 2006253521 A JP2006253521 A JP 2006253521A JP 2005070318 A JP2005070318 A JP 2005070318A JP 2005070318 A JP2005070318 A JP 2005070318A JP 2006253521 A JP2006253521 A JP 2006253521A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
semiconductor
sio
sic
schottky
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
Application number
JP2005070318A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Fuyuki
隆 冬木
Yuji Yano
裕司 矢野
Tomoaki Hatayama
智亮 畑山
Yukiharu Uraoka
行治 浦岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Original Assignee
Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd filed Critical Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Priority to JP2005070318A priority Critical patent/JP2006253521A/en
Publication of JP2006253521A publication Critical patent/JP2006253521A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce reverse leak current of a Shottky diode without adding an intricate step or processing. <P>SOLUTION: After an SiO<SB>2</SB>film is formed on an n-type SiC substrate 10 by plasma CVD, heat treatment is performed in NO gas atmosphere at 1,250°C for one hour and a passivation film 23 is formed by nitriding the SiO<SB>2</SB>film. Carbon remaining on the interface 15 of SiC and SiO<SB>2</SB>is removed and the defect is inactivated by nitriding and thereby interface level density decreases greatly. Consequently, leak current can be reduced upon application of a reverse voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体基板としてシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を使用したショットキーダイオードやｐｎ接合ダイオードなどの半導体ダイオード装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor diode device using silicon carbide (SiC) as a semiconductor substrate, such as a Schottky diode or a pn junction diode, and a manufacturing method thereof.

ＳｉＣは非常に安定なIV-IV族半導体であり、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）等と比較して禁制帯幅が広く、絶縁破壊電界と熱伝導率が大きいという特徴を持つ。そのため、ＳｉＣを利用した半導体デバイスは、高温条件下で動作可能なデバイス、或いは高耐圧・低損失の大電力用デバイス等として注目されている。こうしたデバイスの１つであるＳｉＣを用いたショットキーダイオードは比較的古くから研究されている。現在のところ、ＳｉＣショットキーダイオードはディスクリートデバイスとして使用されているが、将来は高集積回路の基本素子となるものと期待されている。   SiC is a very stable group IV-IV semiconductor, and has characteristics that it has a wider forbidden band, a higher dielectric breakdown electric field, and higher thermal conductivity than silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), and the like. Therefore, a semiconductor device using SiC has been attracting attention as a device that can operate under a high temperature condition or a high-power device with high withstand voltage and low loss. Schottky diodes using SiC, which is one of such devices, have been studied for a long time. At present, SiC Schottky diodes are used as discrete devices, but are expected to become basic elements of highly integrated circuits in the future.

図５は従来の一般的なＳｉＣショットキーダイオード１の概略断面構造を示す図である。このショットキーダイオード１では、ｎ型半導体であるＳｉＣ基板１０の下面に例えばニッケル（Ｎｉ）等から成るオーミック電極層１２が形成されている。一方、ＳｉＣ基板１０の上面（オーミック電極層１２の反対側の面）には例えばチタン（Ｔｉ）又はＮｉ等から成るショットキー電極１１が形成されている。なお、ショットキー電極１１に直接ワイヤをボンディングすることが難しい場合には、ショットキー電極１１の上面に薄くアルミニウム（Ａｌ）等による電極層を形成し、この金属層にワイヤをボンディングするとよい。このショットキー電極１１の周囲には、ＳｉＣ基板１０の上面を被覆するように、例えばＳｉＯ2等であるパッシベーション膜１３が形成されている。このパッシベーション膜１３は、ＳｉＣ基板１０表面の不活性化、保護、或いは絶縁などの機能も持つ。 FIG. 5 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure of a conventional general SiC Schottky diode 1. In this Schottky diode 1, an ohmic electrode layer 12 made of, for example, nickel (Ni) or the like is formed on the lower surface of an SiC substrate 10 that is an n-type semiconductor. On the other hand, a Schottky electrode 11 made of, for example, titanium (Ti) or Ni is formed on the upper surface of the SiC substrate 10 (the surface opposite to the ohmic electrode layer 12). If it is difficult to bond a wire directly to the Schottky electrode 11, a thin electrode layer made of aluminum (Al) or the like may be formed on the upper surface of the Schottky electrode 11, and the wire may be bonded to this metal layer. A passivation film 13 made of, for example, SiO 2 is formed around the Schottky electrode 11 so as to cover the upper surface of the SiC substrate 10. The passivation film 13 also has functions such as inactivation, protection, or insulation of the surface of the SiC substrate 10.

上記構造により、ｎ型半導体であるＳｉＣ基板１０とショットキー電極１１との界面にショットキー接合面が形成され、ショットキー電極１１がアノード電極、オーミック電極層１２がカソード電極となる。オーミック電極層１２とショットキー電極１１との間に順方向バイアス電圧を印加した場合、ショットキー電極１１からショットキー接合を経てＳｉＣ基板１０へと電流が流れる。一方、図５に示すように、オーミック電極層１２を接地しショットキー電極１１に逆方向バイアス電圧Ｖｒを印加し、この逆バイアス電圧Ｖｒを大きくしてゆくと或る電圧までは殆ど電流が流れないが、或る電圧で以て降伏が起こり急に電流が流れ始める。このときの電圧が逆方向耐圧である。   With the above structure, a Schottky junction surface is formed at the interface between the SiC substrate 10 which is an n-type semiconductor and the Schottky electrode 11, and the Schottky electrode 11 serves as an anode electrode and the ohmic electrode layer 12 serves as a cathode electrode. When a forward bias voltage is applied between the ohmic electrode layer 12 and the Schottky electrode 11, a current flows from the Schottky electrode 11 through the Schottky junction to the SiC substrate 10. On the other hand, as shown in FIG. 5, when the ohmic electrode layer 12 is grounded and a reverse bias voltage Vr is applied to the Schottky electrode 11, and the reverse bias voltage Vr is increased, almost a current flows up to a certain voltage. However, breakdown occurs at a certain voltage, and current starts to flow suddenly. The voltage at this time is the reverse breakdown voltage.

上記のように逆方向バイアス電圧を印加した状態では、ショットキー接合面の下方に空乏層１４が形成され、この空乏層１４より逆方向電圧が維持される。図５に示すように空乏層１４の周縁部はショットキー電極１１下方からさらに横方向に広がり、ＳｉＣ基板１０表面に露出している。パッシベーション膜１３であるＳｉＯ2は例えば熱酸化法によりＳｉＣを酸化させることにより形成されるが、ＳｉＯ2とＳｉＣとの界面１５では欠陥（トラップ）等による界面準位密度が比較的高く、空乏層１４の表面において界面準位を介したキャリアが生成され易い。その結果、逆方向バイアス電圧印加時に空乏層１４の表面付近で比較的大きなリーク電流が流れるという問題がある。 In the state where the reverse bias voltage is applied as described above, the depletion layer 14 is formed below the Schottky junction surface, and the reverse voltage is maintained by the depletion layer 14. As shown in FIG. 5, the peripheral portion of the depletion layer 14 extends further laterally from below the Schottky electrode 11 and is exposed on the surface of the SiC substrate 10. SiO 2 that is the passivation film 13 is formed, for example, by oxidizing SiC by a thermal oxidation method, but the interface state density due to defects (traps) or the like is relatively high at the interface 15 between SiO 2 and SiC, and the depletion layer Carriers via interface states are easily generated on the surface of 14. As a result, there is a problem that a relatively large leakage current flows near the surface of the depletion layer 14 when a reverse bias voltage is applied.

上記のような問題を解決するために、非特許文献１に記載のＳｉＣショットキーダイオードでは、イオン注入によりショットキー電極の下方にストライプ状のｐ+層を形成している。そして、逆方向バイアス電圧印加時にこのｐ+層と基板との間のｐｎ接合に形成される空乏層により耐圧を維持し、逆方向耐圧を向上させるとともに逆方向リーク電流を低減させている。 In order to solve the above problem, in the SiC Schottky diode described in Non-Patent Document 1, a striped p + layer is formed below the Schottky electrode by ion implantation. The breakdown voltage is maintained by the depletion layer formed at the pn junction between the p + layer and the substrate when the reverse bias voltage is applied, thereby improving the reverse breakdown voltage and reducing the reverse leakage current.

また非特許文献２に記載のＳｉＣショットキーダイオードでは、ショットキー障壁高さの異なる２種類の、即ち、Ｎｉ及びＴｉをそれぞれ用いたショットキー電極を溝を隔てて並べて配置し、順方向バイアス電圧印加時には障壁高さが低くオン電圧が小さなほうのＴｉショットキー電極を利用する一方、逆方向バイアス電圧印加時には障壁高さが高くリーク電流が小さなほうのＮｉショットキー電極を利用することでリーク電流を低減している。   In the SiC Schottky diode described in Non-Patent Document 2, two types of Schottky electrodes having different Schottky barrier heights, that is, Ni and Ti, respectively, are arranged side by side with a groove therebetween, and a forward bias voltage is arranged. While applying a Ti Schottky electrode with a lower barrier height and a lower on-voltage when applied, a leakage current is obtained by using a Ni Schottky electrode with a higher barrier height and a lower leakage current when applying a reverse bias voltage. Is reduced.

しかしながら、非特許文献１に記載の方法では一般的なショットキーダイオードの製造プロセスにイオン注入工程を追加しなければならず、製造プロセスが複雑になりその分だけコスト上昇要因となる。他方、非特許文献２に記載の方法では、２つのショットキー電極間にエッチング等により溝を形成する必要があり、エッチング処理時の損傷により特性が悪化する可能性がある。また、２つのショットキー電極を並設するために従来のショットキー電極に比べて微細パターンが必要になり、製造プロセスのコスト増加要因となる。また、溝形成のためのエッチング工程等、工程数が増えてコスト上昇要因となる。   However, in the method described in Non-Patent Document 1, an ion implantation step must be added to a general Schottky diode manufacturing process, which complicates the manufacturing process and increases the cost accordingly. On the other hand, in the method described in Non-Patent Document 2, it is necessary to form a groove between two Schottky electrodes by etching or the like, and the characteristics may be deteriorated due to damage during the etching process. Further, since the two Schottky electrodes are arranged side by side, a fine pattern is required as compared with the conventional Schottky electrode, which causes an increase in manufacturing process costs. In addition, the number of processes such as an etching process for forming a groove increases, which causes a cost increase.

ミカエル・オストリング、他２名（Mikael Ostling, et al）、「ジャンクション・バリア・ショットキー・ダイオーズ・イン・６Ｈ・ＳＩＣ(Junction Barrier Schottky Diodes In 6H SIC)」、ソリッド-ステート・エレクトロニクス(Solid-State Electronics), Vol.42, NO.9, 1998, p.1757-1759Mikael Ostling, et al., “Junction Barrier Schottky Diodes In 6H SIC”, Solid-State Electronics (Solid-) State Electronics), Vol.42, NO.9, 1998, p.1757-1759 ショーエン、他４名（K.J.Schoen, et al）、「ア・デュアル-メタル-トレンチ・ショットキー・ピンチ-レクティファイア・イン・４Ｈ-ＳｉＣ(A Dual-Metal-Trench Schottky Pinch-Rectifier in 4H-SiC)」、アイトリプルイー・エレクトロン・デバイス・レターズ(IEEE Electron Device Letters), Vol.19, NO.4, April 1998, p.97-99Schoen and 4 others (KJSchoen, et al), “A Dual-Metal-Trench Schottky Pinch-Rectifier in 4H-SiC '', IEEE Triple Device Letters, Vol.19, NO.4, April 1998, p.97-99

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、イオン注入や溝形成用のエッチングのような面倒な工程の追加を必要とすることなく、単純な製造プロセスで以て逆方向電圧印加時のリーク電流を低減させることができる半導体ダイオード装置、及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main purpose is a simple manufacturing process without the need for troublesome processes such as ion implantation and etching for groove formation. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a semiconductor diode device capable of reducing a leakage current when a reverse voltage is applied, and a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するために成された本発明は、ｎ型又はｐ型半導体であるＳｉＣ基板の表面上又は表面付近の一部に、ショットキー接合面を形成するための金属層又はｐｎ接合面を形成するための半導体層を設けるとともに、前記半導体基板の表面上にパッシベーション膜を形成して成る半導体ダイオード装置において、
前記パッシベーション膜として窒化処理の施されたＳｉＯ2膜を用いることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention provides a metal layer or a pn junction surface for forming a Schottky junction surface on or near a part of the surface of a SiC substrate which is an n-type or p-type semiconductor. In the semiconductor diode device formed by providing a semiconductor layer for forming a passivation film and forming a passivation film on the surface of the semiconductor substrate,
It is characterized in that a nitriding treated SiO 2 film is used as the passivation film.

ここで、この半導体ダイオード装置がショットキーダイオードである場合には、ｎ型又はｐ型半導体基板の表面上の一部に金属層を形成してショットキー接合面を形成する。また、この半導体ダイオード装置がｐｎ接合ダイオードである場合には、ｎ型又はｐ型半導体基板の表面付近の一部に、その半導体とは反対のつまりｐ型又はｎ型半導体層を設けてｐｎ接合面を形成する。   When this semiconductor diode device is a Schottky diode, a metal layer is formed on a part of the surface of the n-type or p-type semiconductor substrate to form a Schottky junction surface. When this semiconductor diode device is a pn junction diode, a p-type or n-type semiconductor layer opposite to the semiconductor, that is, a p-type or n-type semiconductor layer is provided on a part near the surface of the n-type or p-type semiconductor substrate. Form a surface.

なお、上記「半導体基板」はウエハ自体であってもよいが、一般的にはこうしたウエハの上にＣＶＤ法等によりウエハと同一の伝導型（ｐ型又はｎ型）のエピタキシャル単結晶層を形成し、その層の表面にショットキー接合面を形成したりその層の表面近くにｐｎ接合面を形成したりするから、その場合には上記「半導体基板」はエピタキシャル単結晶層を含むものとする。   The above-mentioned “semiconductor substrate” may be a wafer itself, but in general, an epitaxial single crystal layer having the same conductivity type (p-type or n-type) as the wafer is formed on such a wafer by CVD or the like. Then, a Schottky junction surface is formed on the surface of the layer or a pn junction surface is formed near the surface of the layer. In this case, the “semiconductor substrate” includes an epitaxial single crystal layer.

本発明に係る半導体ダイオード装置では、例えば熱酸化法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等によりＳｉＣ基板の表面に酸化膜（ＳｉＯ2膜）が形成される際に界面に炭素が残留して界面準位を増加させるが、窒化処理によってこの炭素が除去される。また、同時に窒素原子により界面準位が不活性化される。主としてこうした作用によってＳｉＣとＳｉＯ2との界面の界面準位密度を下げることができ、界面準位を介したキャリアの生成が抑制されるためにリーク電流を減少させることができる。 In the semiconductor diode device according to the present invention, when an oxide film (SiO 2 film) is formed on the surface of the SiC substrate by, for example, thermal oxidation, thermal CVD, plasma CVD or the like, carbon remains at the interface and the interface state This carbon is removed by nitriding. At the same time, the interface state is inactivated by the nitrogen atom. Mainly by such an action, the interface state density at the interface between SiC and SiO 2 can be lowered, and the generation of carriers through the interface state is suppressed, so that the leakage current can be reduced.

上記窒化処理とは、具体的には窒素原子を含む反応性ガス雰囲気中での加熱処理とすることができる。ここで、窒素原子を含む反応性ガスとは、例えば、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、ＮＯ2、ＮＨ3等を挙げることができる。また、加熱温度としては１０５０℃以上であればよいが、少なくとも１２５０℃までの間であれば、温度が高いほうが効率的に窒素原子が界面に導入されるため、温度は高いほど好ましい。 The nitriding treatment can be specifically a heat treatment in a reactive gas atmosphere containing nitrogen atoms. Here, examples of the reactive gas containing nitrogen atoms include NO, N 2 O, NO 2 , and NH 3 . The heating temperature may be 1050 ° C. or higher, but if it is at least up to 1250 ° C., the higher the temperature, the more efficiently nitrogen atoms are introduced into the interface.

また、ＳｉＯ2膜の形成方法としては上述したように熱酸化法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等が考えられるが、熱酸化法よりもＣＶＤ法のほうがもともと界面に炭素が残りにくいため、界面準位密度が低い傾向にある。そこで、本発明に係る半導体ダイオード装置では、ＳｉＯ2膜は熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法によりＳｉＣ基板の表面に形成されたものとすることが好ましい。これにより、界面準位密度をより低減させて逆方向電圧印加時のリーク電流を一層減少させることができる。 Further, as described above, a thermal oxidation method, a thermal CVD method, a plasma CVD method, etc. can be considered as a method of forming the SiO 2 film. However, since the CVD method originally has less carbon remaining at the interface than the thermal oxidation method, The level density tends to be low. Therefore, in the semiconductor diode device according to the present invention, the SiO 2 film is preferably formed on the surface of the SiC substrate by a thermal CVD method or a plasma CVD method. As a result, the interface state density can be further reduced, and the leakage current when the reverse voltage is applied can be further reduced.

なお、本発明はｐｎ接合ダイオードにも適用し得るが、逆方向電圧印加時のリーク電流はショットキーダイオード、特にショットキー障壁の低い金属を用いたショットキーダイオードで問題になることが多い。そこで、本発明に係る半導体ダイオード装置は、ｎ型半導体であるＳｉＣ基板の表面の一部に金属層を設けたショットキーダイオードである構成に特に有用である。   Although the present invention can be applied to a pn junction diode, a leakage current when a reverse voltage is applied is often a problem in a Schottky diode, particularly a Schottky diode using a metal having a low Schottky barrier. Therefore, the semiconductor diode device according to the present invention is particularly useful for a configuration that is a Schottky diode in which a metal layer is provided on a part of the surface of an SiC substrate that is an n-type semiconductor.

また、本発明に係る半導体ダイオード装置の製造方法は、熱酸化法、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法のいずれかによりＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ2膜を形成し、その後に窒素原子を含む反応性ガス雰囲気中で１０５０℃以上の温度で窒化処理を行うことを特徴としている。 In addition, a method for manufacturing a semiconductor diode device according to the present invention includes forming a SiO 2 film on the surface of a SiC substrate by any one of a thermal oxidation method, a thermal CVD method, and a plasma CVD method, and thereafter a reactive gas containing nitrogen atoms. Nitriding is performed at a temperature of 1050 ° C. or higher in an atmosphere.

この製造方法によれば、イオン注入等や溝のエッチングなどの工程を追加する場合に比べて格段に簡便な処理を追加するだけで、ＳｉＣとＳｉＯ2との界面準位密度を下げることができる。したがって、従来の製造プロセスに対して最小限のコスト増加で以て、逆方向電圧印加時のリーク電流を減少させ、ダイオード特性を改善させることができる。 According to this manufacturing method, the interface state density between SiC and SiO 2 can be lowered only by adding a remarkably simple process as compared with the case of adding processes such as ion implantation and groove etching. . Therefore, with a minimum cost increase compared to the conventional manufacturing process, the leakage current when the reverse voltage is applied can be reduced and the diode characteristics can be improved.

本発明に係る半導体ダイオード装置の一実施例であるＳｉＣショットキーダイオードについて以下に説明する。   An SiC Schottky diode which is an embodiment of the semiconductor diode device according to the present invention will be described below.

本実施例であるＳｉＣショットキーダイオード１の概略断面構造を図１に示す。図１では、既に説明した図５の構造と同一部分については同一符号を付している。図１で明らかなように、本実施例によるＳｉＣショットキーダイオード１の基本構造は図５に示した従来のＳｉＣショットキーダイオードと同じであり、相違するのはパッシベーション膜２３だけである。即ち、従来、パッシベーション膜としては例えば熱酸化法等によりＳｉＣを酸化させることでＳｉＯ2膜を形成するようにしていたが、この実施例では、ＳｉＣ基板１０上に形成したＳｉＯ2膜に対して窒化処理を施した窒化処理済みＳｉＯ2膜をパッシベーション膜２３としている。 FIG. 1 shows a schematic cross-sectional structure of a SiC Schottky diode 1 according to this embodiment. In FIG. 1, the same parts as those in the structure of FIG. As is apparent from FIG. 1, the basic structure of the SiC Schottky diode 1 according to the present embodiment is the same as that of the conventional SiC Schottky diode shown in FIG. 5, and only the passivation film 23 is different. That is, conventionally, as a passivation film, for example, a SiO 2 film is formed by oxidizing SiC by a thermal oxidation method or the like, but in this embodiment, a SiO 2 film formed on a SiC substrate 10 is used. The nitrided SiO 2 film that has been subjected to nitriding is used as the passivation film 23.

本実施例のＳｉＣショットキーダイオードの製造工程について図２により説明する。
まず、ｎ型半導体であるＳｉＣ基板（ウエハ）上にｎ型のＳｉＣエピタキシャル層を成長させてｎ型ＳｉＣ基板１０を作製する（ステップＳ１）。次に、このｎ型ＳｉＣ基板１０の表面を、化学洗浄、具体的にはいわゆるＲＣＡ洗浄することで清浄化し（ステップＳ２）、それからプラズマＣＶＤ法によりｎ型ＳｉＣ基板１０の表面に所定膜厚のＳｉＯ2膜をパッシベーション膜として形成する（ステップＳ３）。その後に、本実施例に特徴的な処理として、ＮＯガス雰囲気中で１２５０℃の温度で１時間アニールすることで窒化処理を行い、ＳｉＯ2膜中に窒素原子を導入してパッシベーション膜２３とする（ステップＳ４）。その後に、ＳｉＣ基板１０の裏面（パッシベーション膜２３が形成されていない面）にニッケル（Ｎｉ）等の金属層を形成してオーミック電極層１２とするとともに、パッシベーション膜２３の一部を除去して露出したＳｉＣ基板１０上にチタン（Ｔｉ）等の金属層を形成してショットキー電極１１とする（ステップＳ５）。 A manufacturing process of the SiC Schottky diode of this example will be described with reference to FIG.
First, an n-type SiC epitaxial layer is grown on an SiC substrate (wafer), which is an n-type semiconductor, to produce an n-type SiC substrate 10 (step S1). Next, the surface of the n-type SiC substrate 10 is cleaned by chemical cleaning, specifically, so-called RCA cleaning (step S2), and then the surface of the n-type SiC substrate 10 has a predetermined thickness by plasma CVD. An SiO 2 film is formed as a passivation film (step S3). Thereafter, as a characteristic process of the present embodiment, nitriding is performed by annealing in a NO gas atmosphere at a temperature of 1250 ° C. for 1 hour, and nitrogen atoms are introduced into the SiO 2 film to form the passivation film 23. (Step S4). After that, a metal layer such as nickel (Ni) is formed on the back surface (the surface on which the passivation film 23 is not formed) of the SiC substrate 10 to form the ohmic electrode layer 12, and a part of the passivation film 23 is removed. A metal layer such as titanium (Ti) is formed on the exposed SiC substrate 10 to form the Schottky electrode 11 (step S5).

これにより、ショットキー電極１１とＳｉＣ基板１０との接触面をショットキー接合面とするショットキーダイオードが形成される。ステップＳ４の窒化処理により、ＳｉＯ2膜とＳｉＣ基板１０との界面１５に残る炭素が除去されるとともに、界面準位が窒素原子で不活性化される。これによってその界面準位密度は窒化処理を行わない場合に比べて大きく下がり、ショットキー電極１１とオーミック電極層１２との間に逆方向電圧を印加したときにも、空乏層１４の表面で界面準位を介したキャリアが発生しにくくなる。それにより、リーク電流も流れにくくなる。 Thereby, a Schottky diode having a contact surface between Schottky electrode 11 and SiC substrate 10 as a Schottky junction surface is formed. By the nitriding treatment in step S4, carbon remaining at the interface 15 between the SiO 2 film and the SiC substrate 10 is removed, and the interface states are inactivated by nitrogen atoms. As a result, the interface state density is greatly reduced as compared with the case where no nitriding treatment is performed. Carriers through levels are less likely to be generated. This makes it difficult for leakage current to flow.

次に、上述したような酸化膜の処理による界面準位密度の低減効果の検証実験について説明する。
まず、窒化処理の有無及び酸化膜の形成方法依存性を検証するために、次のような４種の試料を作製した。
（試料１）ｎ型ＳｉＣエピタキシャル基板をＲＣＡ洗浄法により洗浄した後、１２５０℃で１時間のドライ酸化（熱酸化）することによりＳｉＯ2の熱酸化膜を形成した。その後に窒化処理のなされない不活性なＮ2ガス雰囲気中で１２５０℃の温度で１時間の熱処理を行った（熱酸化＋Ｎ2）。
（試料２）試料１を更にＮＯガス雰囲気中で１２５０℃の温度で１時間の窒化処理を行った（熱酸化＋ＮＯ）。
（試料３）上記試料１及び２とは別に、ＲＣＡ洗浄後のｎ型ＳｉＣエピタキシャル基板に対しプラズマＣＶＤ法でＳｉＯ2膜を形成し、これをＮ2ガス雰囲気中で１２５０℃の温度で１時間、熱処理した（ＣＶＤ＋Ｎ2）。
（試料４）プラズマＣＶＤ法でＳｉＯ2膜を形成した試料をＮＯガス雰囲気中で１２５０℃の温度で１時間、窒化処理した（ＣＶＤ＋ＮＯ）。 Next, a verification experiment of the effect of reducing the interface state density by the oxide film processing as described above will be described.
First, in order to verify the presence / absence of the nitriding treatment and the dependency on the formation method of the oxide film, the following four types of samples were prepared.
(Sample 1) After cleaning the n-type SiC epitaxial substrate by the RCA cleaning method, a SiO 2 thermal oxide film was formed by dry oxidation (thermal oxidation) at 1250 ° C. for 1 hour. Thereafter, heat treatment was performed for 1 hour at a temperature of 1250 ° C. in an inert N 2 gas atmosphere not subjected to nitriding (thermal oxidation + N 2 ).
(Sample 2) Sample 1 was further subjected to nitriding treatment in a NO gas atmosphere at a temperature of 1250 ° C. for 1 hour (thermal oxidation + NO).
(Sample 3) Separately from the above samples 1 and 2, a SiO 2 film was formed by plasma CVD on an n-type SiC epitaxial substrate after RCA cleaning, and this was formed in an N 2 gas atmosphere at a temperature of 1250 ° C. for 1 hour. And heat-treated (CVD + N 2 ).
(Sample 4) A sample on which an SiO 2 film was formed by plasma CVD was nitrided in a NO gas atmosphere at a temperature of 1250 ° C. for 1 hour (CVD + NO).

上記試料１〜４はいずれも、ＳｉＯ2膜の膜厚が４０〜５０ｎｍ程度である。そして、これらの試料について、それぞれアルミニウム（Ａｌ）をゲート電極とするＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）キャパシタを作製し、このＭＩＳキャパシタの界面特性を評価した。評価方法としては、高周波及び低周波の容量−電圧特性を組み合わせたｈi−ｌｏ法を用いた。これから求めた界面準位密度の分布の結果を図３に示す。 In each of the above samples 1 to 4, the thickness of the SiO 2 film is about 40 to 50 nm. For these samples, MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) capacitors each having aluminum (Al) as a gate electrode were produced, and the interface characteristics of the MIS capacitors were evaluated. As an evaluation method, a hi-lo method combining high-frequency and low-frequency capacitance-voltage characteristics was used. The result of the distribution of the interface state density obtained from this is shown in FIG.

図３で分かるように、熱酸化膜、ＣＶＤ酸化膜ともにＮＯガスによる窒化処理を施すことで、界面準位密度が大きく減少している。特にＣＶＤ酸化膜では、熱酸化膜よりもさらに小さな界面準位密度を実現できる。これは熱酸化膜では十分に酸化されずに界面に残留する炭素により界面準位密度が大きくなるのに対し、ＣＶＤ膜ではＳｉＣを消費しないので、界面に炭素が蓄積されないためであると考えられる。また、ＮＯ雰囲気中での熱処理による界面準位密度の低減は、窒化により界面近傍に窒素原子が導入されると同時に欠陥として作用する炭素が除去されるためであると考えられる。なお、ＮＯ雰囲気中での熱処理後のＣＶＤ酸化膜の界面準位密度は、Ｅｃ−Ｅ＝０．２ｅＶにおいて約１×１０11[ｃｍ-2ｅＶ-1]と非常に小さい。 As can be seen in FIG. 3, the interface state density is greatly reduced by performing nitriding treatment with NO gas on both the thermal oxide film and the CVD oxide film. In particular, a CVD oxide film can realize a lower interface state density than a thermal oxide film. This is considered to be because the interface state density is increased by carbon remaining at the interface without being sufficiently oxidized in the thermal oxide film, whereas carbon is not accumulated at the interface because SiC is not consumed in the CVD film. . Further, the reduction of the interface state density by the heat treatment in the NO atmosphere is considered to be because nitrogen atoms are introduced near the interface by nitriding and at the same time, carbon acting as a defect is removed. Note that the interface state density of the CVD oxide film after the heat treatment in the NO atmosphere is as small as about 1 × 10 11 [cm −2 eV −1 ] at Ec−E = 0.2 eV.

上記結果により熱酸化膜よりもＣＶＤ酸化膜のほうが好ましいことが確認できたが、ＣＶＤ酸化膜についてより好ましい界面を形成するための条件を検討するために、ＮＯ雰囲気中での熱処理時のアニール温度依存性を調べた。その結果による界面準位密度の分布を図４に示す。これにより、アニール温度が１０５０℃であっても、界面準位密度の減少について或る程度の効果が得られることが分かる。しかしながら、アニール温度を１１５０℃、１２５０℃と上げることにより、一層高い効果が得られることが分かるから、可能であればアニール温度は高くするほうがよい。   Although the above results confirmed that the CVD oxide film is preferable to the thermal oxide film, in order to examine conditions for forming a more preferable interface for the CVD oxide film, the annealing temperature during the heat treatment in the NO atmosphere Dependency was examined. FIG. 4 shows the interface state density distribution as a result. This shows that even if the annealing temperature is 1050 ° C., a certain degree of effect can be obtained with respect to the reduction of the interface state density. However, it can be seen that a higher effect can be obtained by raising the annealing temperature to 1150 ° C. and 1250 ° C. Therefore, it is better to raise the annealing temperature if possible.

なお、上記説明では、熱酸化法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等によりＳｉＣの表面に酸化膜を形成した後に、窒素原子を含む反応性ガス雰囲気中で熱処理を実行することにより、酸化膜中に窒素原子を導入するようにしていたが、酸化膜を形成する過程で、例えばＮＯガスを混合させたガス雰囲気中で酸化膜を形成することにより、酸化膜中に窒素原子を導入して界面準位密度を減少させることもできる。   In the above description, after an oxide film is formed on the surface of SiC by a thermal oxidation method, a thermal CVD method, a plasma CVD method, etc., a heat treatment is performed in a reactive gas atmosphere containing nitrogen atoms, thereby In the process of forming an oxide film, for example, by forming an oxide film in a gas atmosphere mixed with NO gas, nitrogen atoms are introduced into the oxide film to form an interface. The level density can also be reduced.

本発明の一実施例によるＳｉＣショットキーダイオードの概略断面構造図。1 is a schematic cross-sectional structure diagram of a SiC Schottky diode according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例によるＳｉＣショットキーダイオードの製造手順を示す図。The figure which shows the manufacture procedure of the SiC Schottky diode by the Example of this invention. ＭＩＳキャパシタの界面準位密度の分布を示す図。The figure which shows distribution of the interface state density of a MIS capacitor. 窒化処理時のアニール温度を変化させた場合の界面準位密度の分布を示す図。The figure which shows distribution of an interface state density at the time of changing the annealing temperature at the time of nitriding. 従来の一般的なＳｉＣショットキーダイオードの概略断面構造図。FIG. 6 is a schematic sectional view of a conventional general SiC Schottky diode.

符号の説明Explanation of symbols

１…ショットキーダイオード
１０…ｎ型ＳｉＣ基板
１１…ショットキー電極
１２…オーミック電極層
１４…空乏層
１５…界面
２３…パッシベーション膜（窒化処理済みＳｉＯ2膜）
1 ... Schottky diode 10 ... n-type SiC substrate 11 ... Schottky electrode 12 ... ohmic electrode layer 14 ... depletion 15 ... interface 23 ... passivation film (nitride treated SiO 2 film)

Claims (6)

ｎ型又はｐ型半導体であるＳｉＣ基板の表面上又は表面付近の一部に、ショットキー接合面を形成するための金属層又はｐｎ接合面を形成するための半導体層を設けるとともに、前記半導体基板の表面上にパッシベーション膜を形成して成る半導体ダイオード装置において、
前記パッシベーション膜として窒化処理の施されたＳｉＯ2膜を用いることを特徴とする半導体ダイオード装置。 A metal layer for forming a Schottky junction surface or a semiconductor layer for forming a pn junction surface is provided on or near a part of the surface of the SiC substrate which is an n-type or p-type semiconductor, and the semiconductor substrate In a semiconductor diode device formed by forming a passivation film on the surface of
A semiconductor diode device using a nitrided SiO 2 film as the passivation film. 前記窒化処理は、窒素原子を含む反応性ガス雰囲気中での加熱処理であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ダイオード装置。   2. The semiconductor diode device according to claim 1, wherein the nitriding treatment is a heat treatment in a reactive gas atmosphere containing nitrogen atoms. 前記窒化処理の際の加熱温度は１０５０℃以上であることを特徴とする請求項２に記載の記載の半導体ダイオード装置。   The semiconductor diode device according to claim 2, wherein a heating temperature in the nitriding treatment is 1050 ° C. or higher. 前記ＳｉＯ2膜は熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法によりＳｉＣ基板の表面に形成されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体ダイオード装置。 The semiconductor diode device according to claim 1, wherein the SiO 2 film is formed on the surface of the SiC substrate by a thermal CVD method or a plasma CVD method. ｎ型半導体であるＳｉＣ基板の表面の一部に金属層を設けたショットキーダイオードであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体ダイオード装置。   5. The semiconductor diode device according to claim 1, wherein the semiconductor diode device is a Schottky diode in which a metal layer is provided on a part of a surface of an SiC substrate which is an n-type semiconductor. 請求項１に記載の半導体ダイオード装置の製造方法であって、熱酸化法、熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法のいずれかによりＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ2膜を形成し、その後に窒素原子を含む反応性ガス雰囲気中で１０５０℃以上の温度で窒化処理を行うことを特徴とする半導体ダイオード装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor diode device according to claim 1, a thermal oxidation method, by either thermal CVD or plasma CVD to form a SiO 2 film on the surface of the SiC substrate, including after which nitrogen atom the reaction A method of manufacturing a semiconductor diode device, comprising performing nitriding at a temperature of 1050 ° C. or higher in a reactive gas atmosphere.
JP2005070318A 2005-03-14 2005-03-14 Semiconductor diode and its fabrication process Pending JP2006253521A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005070318A JP2006253521A (en) 2005-03-14 2005-03-14 Semiconductor diode and its fabrication process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005070318A JP2006253521A (en) 2005-03-14 2005-03-14 Semiconductor diode and its fabrication process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006253521A true JP2006253521A (en) 2006-09-21

Family

ID=37093659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005070318A Pending JP2006253521A (en) 2005-03-14 2005-03-14 Semiconductor diode and its fabrication process

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006253521A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013069728A1 (en) 2011-11-09 2013-05-16 株式会社タムラ製作所 Schottky barrier diode
JP2013105868A (en) * 2011-11-14 2013-05-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing schottky barrier diode
WO2013084620A1 (en) * 2011-12-07 2013-06-13 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing semiconductor device
US8684835B2 (en) 2012-03-29 2014-04-01 DeNA Co., Ltd. Non-transitory computer-readable record medium, game system and information processing device
US8980732B2 (en) 2011-11-07 2015-03-17 Hyundai Motor Company Method for manufacturing silicon carbide schottky barrier diode
JP2019169485A (en) * 2018-03-21 2019-10-03 株式会社東芝 Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN110783174A (en) * 2019-10-22 2020-02-11 中国电子科技集团公司第五十五研究所 Method for manufacturing grid oxide layer on silicon carbide material

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8980732B2 (en) 2011-11-07 2015-03-17 Hyundai Motor Company Method for manufacturing silicon carbide schottky barrier diode
US9595586B2 (en) 2011-11-09 2017-03-14 Tamura Corporation Schottky barrier diode
WO2013069728A1 (en) 2011-11-09 2013-05-16 株式会社タムラ製作所 Schottky barrier diode
US9171967B2 (en) 2011-11-09 2015-10-27 Tamura Corporation Schottky barrier diode
US9412882B2 (en) 2011-11-09 2016-08-09 Tamura Corporation Schottky barrier diode
US10600874B2 (en) 2011-11-09 2020-03-24 Tamura Corporation Schottky barrier diode
KR20200011561A (en) 2011-11-09 2020-02-03 가부시키가이샤 다무라 세이사쿠쇼 Schottky barrier diode
KR20140095080A (en) 2011-11-09 2014-07-31 가부시키가이샤 다무라 세이사쿠쇼 Schottky barrier diode
US11264466B2 (en) 2011-11-09 2022-03-01 Tamura Corporation Schottky barrier diode
KR20190094249A (en) 2011-11-09 2019-08-12 가부시키가이샤 다무라 세이사쿠쇼 Schottky barrier diode
JP2013105868A (en) * 2011-11-14 2013-05-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing schottky barrier diode
JP2013120822A (en) * 2011-12-07 2013-06-17 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor device manufacturing method
WO2013084620A1 (en) * 2011-12-07 2013-06-13 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing semiconductor device
CN103918081A (en) * 2011-12-07 2014-07-09 住友电气工业株式会社 Method for manufacturing semiconductor device
US8765523B2 (en) 2011-12-07 2014-07-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for manufacturing semiconductor device including Schottky electrode
EP2790225A4 (en) * 2011-12-07 2015-07-15 Sumitomo Electric Industries Method for manufacturing semiconductor device
US8684835B2 (en) 2012-03-29 2014-04-01 DeNA Co., Ltd. Non-transitory computer-readable record medium, game system and information processing device
JP2019169485A (en) * 2018-03-21 2019-10-03 株式会社東芝 Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN110783174A (en) * 2019-10-22 2020-02-11 中国电子科技集团公司第五十五研究所 Method for manufacturing grid oxide layer on silicon carbide material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5525940B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP3559971B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same
JP5141227B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5021860B2 (en) Multilayer dielectrics in silicon carbide semiconductor structures
US8350353B2 (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
TWI418028B (en) Vertical junction field effect transistor with mesa termination and method of making the same
US20060214268A1 (en) SiC semiconductor device
JPWO2007086196A1 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
US11295951B2 (en) Wide band gap semiconductor device and method for forming a wide band gap semiconductor device
JP6988140B2 (en) Silicon Carbide Semiconductor Device and Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device
JP2006253521A (en) Semiconductor diode and its fabrication process
JP2009158528A (en) Semiconductor device
JP2017212407A (en) Semiconductor substrate, method of adjusting the same, and semiconductor device
WO2010024243A1 (en) Bipolar semiconductor device and method for manufacturing same
Lee et al. Schottky diode formation and characterization of titanium tungsten to n-and p-type 4H silicon carbide
JPH11297712A (en) Formation method for compound film and manufacture of semiconductor element
JP2010034481A (en) Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
US20160276497A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008130699A (en) Wideband gap semiconductor device and manufacturing method therefor
JP5445899B2 (en) Schottky barrier diode
US20150108503A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
JP2009212325A (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
US20100123140A1 (en) SiC SUBSTRATES, SEMICONDUCTOR DEVICES BASED UPON THE SAME AND METHODS FOR THEIR MANUFACTURE
JP2005033030A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017168676A (en) Silicon carbide semiconductor element and silicon carbide semiconductor element manufacturing method