JP2002368015A - 電界効果トランジスタ - Google Patents
電界効果トランジスタInfo
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Abstract
性の異方性が回避できるSiC電界効果トランジスタを提
供することを目的とする。 【解決手段】 積層欠陥を有する炭化珪素単結晶基板上
に形成してなるトランジスタであって、前記基板内に存
在する積層欠陥線密度が500ヶ/cm以下であることを特徴
とする電界効果トランジスタ。
Description
結晶基板にエピタキシャル成長あるいはイオン注入によ
って形成された導電層上に作成される電界効果トランジ
スタに関するものである。
度に優れ、物理的、化学的に安定なことから、耐環境性
半導体材料として注目されている。また、近年、高周波
高耐圧電子デバイス等の基板ウェハとして、SiC単結晶
ウェハの需要が高まっている。
高周波デバイスなどを作製する場合には、通常、ウェハ
上に熱CVD法(熱化学蒸着法)と呼ばれる方法を用いてSiC
薄膜をエピタキシャル成長させたり、イオン注入法によ
り直接ドーパントを打ち込むのが一般的である。
常(0001)面あるいは(000-1)面が用いられるが、これら
の面にはマイクロパイプと呼ばれる貫通転位が50〜100
個/cm2程度存在し、イオン注入法においてはもとより、
エピタキシャル成長においてもマイクロパイプはそのま
ま引き継がれる。マイクロパイプの上に作成されたデバ
イスは特性が劣化することが知られており(例えば、T.
Kimoto, et al., IEEE Tran. Electron. Devices 46(3)
pp.471-477, 1999)、マイクロパイプの低減が急務とな
っている。一方、Takahashiらは、<1-100>方向あるいは
<11-20>方向に成長したSiC単結晶には、マイクロパイプ
が存在しないことを示しており(J. Takahashi, et al.,
J. Cryst. Growth 135, 1994)、さらに、Yanoらは、(1
1-20)面を持つウェハに成長したエピタキシャル薄膜を
用いてMOSデバイスを試作し、4H-SiCの場合、従来の(00
01)面を用いた場合に比べ、電子移動度が約20倍になる
ことを示す(H. Yano, et al., Mater. Sci. Forum 338-
342, 2000)など、(11-20)面を持つウェハ上に成長した
エピタキシャル薄膜に対する注目が高まっている。
向に成長したSiC結晶の(1-100)面においては(000-1)面
の約1000倍、<11-20>方向に成長したSiC結晶の(11-20)
面においても約100倍の積層欠陥と呼ばれる欠陥が存在
し、4H-SiCにおいても、6Hの場合の1/10程度にはなる
が、同様に積層欠陥が存在する。このようなウェハ上に
エピタキシャル成長を行っても、積層欠陥は引き継がれ
ると考えられ、これらの面上に形成されたデバイスに悪
影響を及ぼすことが懸念されている。実際に、積層欠陥
線密度が5000ヶ/cm程度であるSiC結晶を基板として用い
た場合、積層欠陥を横切らない(積層欠陥と平行)方向へ
電流を流した場合には正常なデバイス動作を行うが、横
切る(積層欠陥と垂直)方向へ電流を流した場合には、電
流の絶対値が積層欠陥と平行方向の場合の1/100〜1/100
0程度しか得られず、デバイスとして正常な動作をしな
くなることが、実験において確認されている。すなわ
ち、積層欠陥線密度が5000ヶ/cm程度であると、デバイ
ス特性に異方性が生じ、電流方向が積層欠陥方向と垂直
になるデバイスは形成できなくなり、デバイス設計の自
由度が非常に小さくなる。
たSiC単結晶をc軸と平行、いわゆる縦切りして得た(11-
20)面のウェハを用いた結果であり、この場合は、ウェ
ハ内に積層欠陥が存在しないため、その影響を考慮する
必要がない。しかし、縦切りによって大口径の(1-100)
面あるいは(11-20)面をもつウェハを得るためには、そ
の口径と同じ長さ以上c軸方向へSiCを成長させ、かつ太
くする必要があり、技術的に困難である。そこで、(1-1
00)面あるいは(11-20)面が出ているウェハを種結晶とし
て、<1-100>方向あるいは<11-20>方向へ口径拡大成長を
して単結晶を育成し、これからウェハを作成する方が現
実的であるが、この場合には、上述したように、積層欠
陥の問題が不可避である。
である積層欠陥の影響によるデバイス特性の異方性が回
避できるSiC電界効果トランジスタを提供することを目
的とする。
晶から単結晶を成長し、その単結晶から種結晶を切り出
して再び単結晶を成長する、その繰り返し回数が少ない
程、また、同一単結晶からのウェハでも種結晶に近い部
分から切り出す程、その値が小さいことが知られてい
る。そこで、積層欠陥線密度がある値以下になっていれ
ば、上述のようなデバイス特性の異方性が現れない可能
性も考えられ、その可能性を確認することが、(1-100)
面あるいは(11-20)面上のデバイスの実用化に重要とな
ってきた。
に成長したSiCウェハの(1-100)面あるいは(11-20)面、
さらには、それらの面にエピタキシャル成長を行った面
では、マイクロパイプが存在せず、MOSの電子移動度も
向上し、歩留りと素子特性の両方を改善する有効な方法
であるため、積層欠陥の影響によるデバイス特性の異方
性について、鋭意検討を加えた。
層欠陥の方向に対して垂直方向の単位長さ(通常1cm)当
りの欠陥密度のことである。
向に成長したSiC結晶の(1-100)面あるいは(11-20)面、
さらにはそれらの面にエピタキシャル成長を行った面上
にデバイスを形成する際に、基板の積層欠陥密度がある
値以下であれば、上記課題を解決できることを見いだ
し、完成したものである。
炭化珪素単結晶基板上に形成してなるトランジスタで、
基板内に存在する積層欠陥線密度が500ヶ/cm以下である
ことを特徴とする電界効果トランジスタ、(2) 前記炭
化珪素単結晶の面方位が(11-20)面である(1)記載の電界
効果トランジスタ、(3) 前記炭化珪素単結晶の面方位
が(1-100)面である(1)記載の電界効果トランジスタ、で
ある。
欠陥の影響について述べる。SiCウェハ内に存在する積
層欠陥は、線状のトラップになると考えられ、ここに電
子がトラップされると、周囲に空乏層が形成されてポテ
ンシャルが高くなり、電子の流れすなわち電流に対する
障壁になると考えられる。したがって、このようなトラ
ップが存在する基板にデバイスを作成した場合、積層欠
陥を横切る方向への電流は、このポテンシャルの影響で
流れにくくなり、前記のような異方性が生じる。この異
方性は、積層欠陥線密度がゼロであれば現われないはず
であるが、結晶成長上困難であるため、異方性が現われ
ない線欠陥密度の上限値を確認し、結晶成長の段階でそ
の値以下に欠陥密度を抑えておくことが重要となる。そ
こで、電界効果トランジスタを考えた場合、ソース-ド
レイン間に積層欠陥が存在しない程度にまでその密度が
低減できていれば、異方性が回避できると判断した。こ
れは、通常ソース・ドレイン間隔は10μm程度であり、こ
の間に1本の積層欠陥が存在すれば、その線密度は1000
ヶ/cmであることから、この値の1/2、すなわち500ヶ/cm
以下であれば、積層欠陥は、実効的にソース・ドレイン
間には存在しないと考えられる。実際に、積層欠陥密度
が500ヶ/cm程度の単結晶の作成は可能であり、そのよう
な単結晶基板上にデバイスを形成したところ、異方性は
現われず、かつ、通常試作されている(0001)面上のデバ
イスと同等の特性が得られ、このことから積層欠陥が影
響せず良好なデバイス特性が得られていることが確認で
きた。<1-100>方向あるいは<11-20>方向に成長した結晶
の(1-100)面あるいは(11-20)面は、c軸方向に成長した
結晶の縦切りよりも、大口径化が容易であり、したがっ
てウェハのコストを下げることができ、その点でも本発
明による意義は大きい。
成するために、<11-20>方向に成長したSiC単結晶ウェハ
の(11-20)面上にエピタキシャル成長を行った基板の断
面図である。1がSiCウェハ、2がエピタキシャル成長し
たSiCバッファ層で、基板の荒れ、ひずみ等の影響を上
方へ伝えないようにするものである。3がエピタキシャ
ル成長したSiC活性層で、この例では、窒素がドーピン
グしてあり、電流が流れるようになっている。ここで、
SiCウェハ内の積層欠陥線密度は、500ヶ/cm以下であ
る。このようなSiCウェハは、c軸方向に成長したSiC単
結晶をc軸と平行に切断し、それを種結晶として<11-20>
方向に成長したSiC単結晶から切り出すことによって、
得ることができる。このような基板の上に作成した電界
効果トランジスタのドレイン電圧-ドレイン電流特性に
ついて、電流の流れる方向が<1-100>方向(積層欠陥と平
行)の場合を図2(a)に、<0001>方向(積層欠陥と垂直)の
場合を図2(b)に示す。電流の流れる方向による特性の差
はなく、さらに、通常の(0001)面上に形成した電界効果
トランジスタと同様の特性を示しており、ピンチオフ特
性も良好で、積層欠陥による影響は現われていないこと
が分かる。
層欠陥線密度が、約5000ヶ/cmの場合の電界効果トラン
ジスタのドレイン電圧-ドレイン電流特性について、電
流の流れる方向が<1-100>方向の場合を図3(a)に、<0001
>方向の場合を図3(b)に示す。まず、図3(b)では、電流
の絶対値が2桁程度小さいことが分かる。さらに、良好
なピンチオフ特性も示さず、前述の積層欠陥に起因する
異方性の影響が現われていると判断される。
晶の(11-20)面について示したが、<1-100>方向に成長し
たSiC結晶の(1-100)面についても同様であった。また、
本実施例のような金属-半導体電界効果トランジスタ(ME
SFET)のみならず、金属-酸化物-半導体電界効果トラン
ジスタ(MOSFET)や接合トランジスタ(JFET)にも適用でき
ることは明らかである。
ば、<1-100>方向あるいは<11-20>方向に成長したSiC結
晶の(1-100)面あるいは(11-20)面、さらには、それらの
面にエピタキシャル成長を行った面上に、異方性がな
く、電気的特性の優れた電子デバイス等を作製すること
ができる。これらの面は、マイクロパイプが存在しない
ため、製造歩留まりを上げることができる。さらに、<1
-100>方向あるいは<11-20>方向に成長した結晶の(1-10
0)面あるいは(11-20)面は、c軸方向に成長した結晶の縦
切りよりも大口径化が容易であり、ウェハのコスト低減
の効果もある。
の断面図。
圧-ドレイン電流特性。
ン電圧-ドレイン電流特性。
Claims (3)
- 【請求項1】 積層欠陥を有する炭化珪素単結晶基板上
に形成してなるトランジスタであって、前記基板内に存
在する積層欠陥線密度が500ヶ/cm以下であることを特徴
とする電界効果トランジスタ。 - 【請求項2】 前記炭化珪素単結晶の面方位が(11-20)
面である請求項1記載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項3】 前記炭化珪素単結晶の面方位が(1-100)
面である請求項1記載の電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001171489A JP2002368015A (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001171489A JP2002368015A (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002368015A true JP2002368015A (ja) | 2002-12-20 |
Family
ID=19013255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001171489A Pending JP2002368015A (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002368015A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009104299A1 (ja) * | 2008-02-22 | 2009-08-27 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| WO2010038547A1 (ja) * | 2008-10-02 | 2010-04-08 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000319099A (ja) * | 1999-05-07 | 2000-11-21 | Hiroyuki Matsunami | SiCウエハ、SiC半導体デバイス、および、SiCウエハの製造方法 |
-
2001
- 2001-06-06 JP JP2001171489A patent/JP2002368015A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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