JP2009049198A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】炭化珪素基板上にオーミック電極を形成する際に、金属と炭化珪素との合金化熱処理を不要にする。
【解決手段】六方晶単結晶の炭化珪素基板11の(0001)面にリン(P)をイオン注入することで、その部分をアモルファス層12にする。次に、熱処理することで、アモルファス層12を立方晶単結晶のn型炭化珪素13に再結晶化させる。次に、そのn型炭化珪素13の上面にニッケル(Ni)を蒸着することで、電極14を形成する。炭化珪素13と電極14との間に形成されるショットキー障壁の高さが低くなり、合金化熱処理を用いることなく、電極14と炭化珪素13との間にオーミックコンタクトが実現される。
【選択図】図1When forming an ohmic electrode on a silicon carbide substrate, an alloying heat treatment between a metal and silicon carbide is made unnecessary.
Phosphorus (P) is ion-implanted into a (0001) plane of a hexagonal single crystal silicon carbide substrate to form an amorphous layer. Next, the amorphous layer 12 is recrystallized into cubic single crystal n-type silicon carbide 13 by heat treatment. Next, the electrode 14 is formed by vapor-depositing nickel (Ni) on the upper surface of the n-type silicon carbide 13. The height of the Schottky barrier formed between the silicon carbide 13 and the electrode 14 is reduced, and an ohmic contact is realized between the electrode 14 and the silicon carbide 13 without using an alloying heat treatment.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、炭化珪素を使用した半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device using silicon carbide and a method for manufacturing the same.
炭化珪素(SiC:シリコンカーバイド)は、シリコンに比べて、絶縁破壊電界が約10倍、熱伝導率が約3倍、電子の飽和速度も約2倍と大きいことから、大電力用スイッチングデバイスや高周波デバイスの半導体材料として注目を集めている。この炭化珪素には、立方晶、六方晶、斜方晶など多くの結晶構造が存在することが知られており、結晶構造により物性が異なる。現在、半導体基板としては、一般的には六方晶単結晶の炭化珪素基板が用いられ、多くの構造のデバイスが開発されている。 Silicon carbide (SiC: silicon carbide) has a dielectric breakdown electric field of about 10 times, thermal conductivity of about 3 times, and electron saturation speed of about 2 times that of silicon. It is attracting attention as a semiconductor material for high-frequency devices. This silicon carbide is known to have many crystal structures such as cubic, hexagonal and orthorhombic, and the physical properties differ depending on the crystal structure. Currently, a hexagonal single crystal silicon carbide substrate is generally used as a semiconductor substrate, and devices having many structures have been developed.
しかし、この六方晶単結晶の炭化珪素の中でも、積層周期が4の4H−SiCと呼ばれる材料は、バンドギャップが3.26eVとシリコンに比べて約3倍大きく、デバイス作製においては、電極金属の間にオーミックコンタクトを実現することが困難であり、以下に述べる問題が生じることが知られている。 However, among the hexagonal single crystal silicon carbide, a material called 4H-SiC having a stacking period of 4 has a band gap of 3.26 eV, which is about three times larger than that of silicon. It is known that it is difficult to realize ohmic contact between them, and the following problems are known to occur.
半導体と金属を接触させた場合、互いの仕事関数に差があると、接触面において接触電位差(電位障壁)が生じる。特に金属側の仕事関数が半導体側の仕事関数に比べて大きい場合には、この電位差が、電子が金属から半導体へ流れ込むときの障壁(電位障壁)となる。バンドギャップが大きな半導体ほど、仕事関数が小さくなることが知られており、実際、六方晶単結晶のn型炭化珪素基板にニッケル(Ni)を接触させると、電位障壁が大きくなってオーミックコンタクトは得られず、整流特性を現す。半導体装置においては、オーミックコンタクトは電力損失を低減し、高速動作を実現するために必要不可欠な金属/半導体接合特性である。 When a semiconductor and a metal are brought into contact with each other, if there is a difference between the work functions of each other, a contact potential difference (potential barrier) is generated on the contact surface. In particular, when the work function on the metal side is larger than the work function on the semiconductor side, this potential difference becomes a barrier (potential barrier) when electrons flow from the metal to the semiconductor. It is known that a semiconductor having a larger band gap has a lower work function. In fact, when nickel (Ni) is brought into contact with a hexagonal single crystal n-type silicon carbide substrate, the potential barrier becomes larger and the ohmic contact becomes smaller. It cannot be obtained and exhibits rectification characteristics. In a semiconductor device, ohmic contact is a metal / semiconductor junction characteristic that is indispensable for reducing power loss and realizing high-speed operation.
炭化珪素デバイスの電極形成では、この電位障壁を低減するために、熱処理による合金化処理が広く用いられてきたが、炭化珪素は熱的に安定であるため、金属と合金化させるためには、1000℃近くの高温の熱処理が必要となる(例えば、非特許文献1参照)。このように、炭化珪素に電極を形成する際に、オーミックコンタクトを実現するためには、高温の合金化熱処理が必要なため、半導体装置を作成するために様々な問題が生じている。 In the formation of electrodes of silicon carbide devices, alloying treatment by heat treatment has been widely used to reduce this potential barrier, but since silicon carbide is thermally stable, in order to alloy with metal, Heat treatment at a high temperature close to 1000 ° C. is required (for example, see Non-Patent Document 1). As described above, when an electrode is formed on silicon carbide, a high temperature alloying heat treatment is required to realize ohmic contact, and various problems have arisen for manufacturing a semiconductor device.
まず、ショットキーダイオードを製造する場合には、裏面のオーミック電極を表面のショットキー電極を形成する以前の工程で形成しなければならず、ショットキー電極形成前に、清浄な炭化珪素表面を得るためのフッ酸処理を行う必要があるが、このフッ酸処理の前に、裏面に形成したオーミック電極を保護するために、そこにレジストを塗布しなければならなかった。このように、通常のシリコンによるショットキーダイオードの製作では不要であるレジスト塗布およびその除去工程が増大するという問題が生じていた。 First, when manufacturing a Schottky diode, the ohmic electrode on the back surface must be formed in a process before forming the Schottky electrode on the front surface, and a clean silicon carbide surface is obtained before the Schottky electrode is formed. In order to protect the ohmic electrode formed on the back surface, a resist had to be applied to the surface before the hydrofluoric acid treatment. As described above, there has been a problem in that the resist coating and removal steps that are unnecessary in the production of a normal Schottky diode using silicon increase.
次に、金属・半導体接合FET(MESFET)を製作する場合には、オーミック電極を形成するために合金化熱処理を行うと、そのオーミック電極がアライメントパターンから大きく崩れるために、次工程のマスク合わせ精度が劣化するという問題が生じていた。特に、高周波で動作させるショットキー接合のMESFETの作製工程では、デバイスのソース抵抗を極力小さくするために、ソース電極とゲート電極を近づけることから、オーミック電極をマスク合わせ用のマークに用いてゲート電極の描画を行うと、アライメントの精度が悪いために、時にはゲート電極がソース電極の領域に掛かってしまい、ゲート電極によりドレーン電流が制御できなくなる問題が起きていた。 Next, when manufacturing a metal / semiconductor junction FET (MESFET), if an alloying heat treatment is performed to form an ohmic electrode, the ohmic electrode is greatly collapsed from the alignment pattern. There has been a problem of deterioration. In particular, in the manufacturing process of a Schottky junction MESFET operated at a high frequency, the source electrode and the gate electrode are brought close to each other in order to reduce the source resistance of the device as much as possible. Therefore, the ohmic electrode is used as a mask alignment mark. However, since the alignment accuracy is poor, sometimes the gate electrode is applied to the source electrode region, and the drain current cannot be controlled by the gate electrode.
次に、DMOS(Double−diffused−MOS)FETの作製工程では、オーミック電極の形成工程がゲート酸化膜形成後となるため、このオーミック電極形成の熱処理によりゲート酸化膜の膜質が劣化し、絶縁耐圧が低下する問題があった。例えば、S.Hinoの発表した絶縁膜に酸化ハフニウム(HfO2 )を用いた炭化珪素MISFETの作製(非特許文献2参照)では、裏面のオーミック電極形成には850℃の熱処理を施しているが、上部のソース電極形成には、絶縁膜の特性変化を防ぐために合金加熱処理は施されていない。そのため、このデバイスでは、電子のチャネル移動度は大きな値が得られているが、オン抵抗を十分に低減できないという課題が残っている。 Next, in the manufacturing process of a DMOS (Double-diffused-MOS) FET, the ohmic electrode forming process is performed after the gate oxide film is formed. Therefore, the film quality of the gate oxide film is deteriorated by the heat treatment for forming the ohmic electrode, and the withstand voltage is increased. There was a problem that decreased. For example, S.M. In the manufacture of a silicon carbide MISFET using hafnium oxide (HfO 2 ) as an insulating film announced by Hino (see Non-Patent Document 2), a heat treatment at 850 ° C. is applied to form an ohmic electrode on the back surface. In the electrode formation, alloy heat treatment is not performed in order to prevent changes in characteristics of the insulating film. Therefore, in this device, a large value of the electron channel mobility is obtained, but the problem remains that the on-resistance cannot be sufficiently reduced.
さらに、熱処理によりオーミック電極を形成した場合には、炭化珪素基板と金属が合金化反応した際に、余剰となった炭素がシリサイド化された電極の内部とその表面に析出する。表面へ析出した炭素は、さらにその上部に形成される引出電極との密着性を低下させ、また、シリサイド中の炭素はデバイスの使用中にその分布を変え、特性に影響を与える恐れがあることが示唆されている(非特許文献3参照)。 Furthermore, when the ohmic electrode is formed by heat treatment, when the silicon carbide substrate and the metal undergo an alloying reaction, surplus carbon is deposited inside and on the surface of the silicided electrode. The carbon deposited on the surface further reduces the adhesion to the extraction electrode formed on the surface, and the carbon in the silicide may change its distribution during device use and affect the characteristics. Has been suggested (see Non-Patent Document 3).
上記のように、炭化珪素半導体装置の製造に、合金化を必要とするオーミック電極形成工程を用いると、製造工程を制限したり、これを回避するために工数が増大したり、熱処理によりデバイスの歩留まりが低下するなどの問題があった。また、合金化反応を用いた場合には、余剰カーボンの析出により上部電極との密着性が低下する等の問題があった。 As described above, when an ohmic electrode forming process that requires alloying is used in the manufacture of a silicon carbide semiconductor device, the manufacturing process is limited, man-hours are increased to avoid this, or heat treatment of the device is performed. There were problems such as a decrease in yield. Further, when the alloying reaction is used, there is a problem that adhesion with the upper electrode is lowered due to precipitation of excess carbon.
本発明の目的は、炭化珪素基板上に電極を形成する際に、金属と炭化珪素との合金化熱処理が必要ないようにすることで、上記した各問題を解消した半導体装置およびその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that eliminates the above-mentioned problems by eliminating the need for alloying heat treatment between a metal and silicon carbide when forming an electrode on a silicon carbide substrate. Is to provide.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明の半導体装置は、六方晶単結晶であって、表面が(0001)面又は(000−1)面の炭化珪素基板と、該炭化珪素基板の表面の一部に前記六方晶単結晶が再結晶して形成されたn型又はp型の立方晶単結晶の炭化珪素領域と、該立方晶単結晶の炭化珪素領域の表面に堆積形成された電極とを備えることを特徴とする。
請求項2にかかる発明の半導体装置の製造方法は、六方晶単結晶であって、表面が(0001)面又は(000−1)面の炭化珪素基板の表面に、室温において、n型又はp型の不純物イオンを注入して、前記六方晶単結晶の少なくとも一部をアモルファス層に変化させる工程と、該アモルファス層を熱処理してn型又はp型の立方晶単結晶の炭化珪素領域に再結晶化させる工程と、該立方晶単結晶の炭化珪素領域の表面に電極を堆積させる工程と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to a first aspect of the present invention is a hexagonal single crystal whose surface is a (0001) plane or a (000-1) plane silicon carbide substrate, and the silicon carbide substrate. An n-type or p-type cubic single crystal silicon carbide region formed by recrystallizing the hexagonal single crystal on a part of the surface of the substrate, and deposited on the surface of the silicon single crystal region of the cubic single crystal. And an electrode.
A method for manufacturing a semiconductor device according to a second aspect of the present invention is a hexagonal single crystal, the surface of which is a (0001) plane or a (000-1) plane silicon carbide substrate, and is n-type or p-type at room temperature. Implanting impurity ions of a type to change at least a part of the hexagonal single crystal into an amorphous layer, and heat-treating the amorphous layer to form a silicon carbide region of an n-type or p-type cubic single crystal. And a step of depositing an electrode on the surface of the silicon carbide region of the cubic single crystal.
本発明の半導体装置によれば、六方晶単結晶の炭化珪素基板に形成されたn型又はp型の立方晶単結晶の炭化珪素領域の表面に電極を堆積したので、その炭化珪素領域と電極との間のショットキー障壁高さが低くなり、電極材料の適宜選定により、そのままでオーミックコンタクトが実現される。 According to the semiconductor device of the present invention, the electrode is deposited on the surface of the silicon carbide region of the n-type or p-type cubic single crystal formed on the hexagonal single crystal silicon carbide substrate. The height of the Schottky barrier between the first and second electrodes becomes low, and ohmic contact can be realized as it is by appropriately selecting the electrode material.
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、電極形成のための合金化熱処理が不要となり、製造工程が簡素化され、熱処理によるデバイスの歩留まり低下を防止でき、合金化熱処理時の余剰カーボンの析出により、電極密着性が劣化する等の問題を回避できる。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, an alloying heat treatment for electrode formation is not required, the manufacturing process is simplified, a decrease in device yield due to the heat treatment can be prevented, and surplus carbon during the alloying heat treatment can be prevented. Due to the deposition, it is possible to avoid problems such as deterioration of electrode adhesion.
このため、本発明によるMESFETおよびその製造では、オーミック電極のパターンがマスクパターンを転写したとおりに精度高く形成でき、次工程のフォトリソ工程でアライメント精度が向上し、デバイス特性の劣化や歩留まりを改善しながら、オン抵抗を低減することが可能になる利点がある。さらに、DMOSFETおよびその製造では、熱処理による絶縁膜の絶縁耐圧劣化がなく、またオン抵抗を効果的に低減することが可能になる利点がある。 For this reason, in the MESFET and its manufacture according to the present invention, the pattern of the ohmic electrode can be formed with high accuracy as the mask pattern is transferred, the alignment accuracy is improved in the next photolithography process, and the deterioration of device characteristics and yield are improved. However, there is an advantage that the on-resistance can be reduced. Furthermore, the DMOSFET and its manufacture have the advantages that there is no deterioration of the withstand voltage of the insulating film due to heat treatment, and that the on-resistance can be effectively reduced.
<実施例1>
図1は本発明を適用した実施例の炭化珪素ダイオード10の製造工程を示す図である。まず、六方晶単結晶の炭化珪素基板(ここでは、4H−SiC)11の(0001)面に、n型不純物をイオン注入する(図1(a))。ここでは、n型不純物として、リン(P)をイオン種に用いて、総ドーズ量1.4×1016/cm2で、厚さ150nmのBOX様のプロファイルとなるよう、室温において多段注入を行う。これにより、炭化珪素基板11の上面にアモルファス層12が形成される(図1(b))。このとき、必ずアモルファス層が形成されるよう、ドーズ量は1×1015/cm2以上で行う。ドーズ量がこれより小さいと、アモルファス層12が形成されず、本発明の効果が期待できない。
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of a
次に、このアモルファス層12を再結晶化するため、および不純物を活性化するため、アルゴン(Ar)雰囲気中で熱処理を1700℃で10分間実施する。この熱処理の過程で、アモルファス層12は結晶構造を変えて、立方晶のn型炭化珪素層(n−3C−SiC)13となる(図1(c))。このとき、熱処理温度は、700℃以下では、再結晶化としては温度が低すぎて処理時間が長くなり、実用的でない。また、1900℃以上では、炭化珪素基板11の表面からのシリコンの蒸発が激しくなり、表面荒れが生じるため、適さない。
Next, in order to recrystallize the
次に、このようにして形成した立方晶のn型炭化珪素層13の上面に、ニッケル(Ni)を蒸着によって形成すると、コンタクト抵抗の小さなオーミック電極14を形成することができる(図1(d))。
Next, when nickel (Ni) is formed on the upper surface of the cubic n-type
図2に、上記のようにして立方晶のn型炭化珪素層13の上面に作成したオーミック電極14をTLM法(Transmission Line Methode)で評価した結果を特性Aで示す。合わせて、リン(P)をイオン注入するときに、六方晶単結晶の炭化珪素基板11を500℃に加熱しながら同じ条件でイオン注入を行った結果を特性Bで示す。500℃でイオン注入した際には、注入領域はアモルファスにならず、そのため再結晶プロセスは生じず、結晶構造をそのまま保持している。
FIG. 2 shows a characteristic A as a result of evaluating the
この図2より、室温でイオン注入してアモルファス化し、その後に熱処理することで結晶構造を六方晶から立方晶に変化させた領域に作成したコンタクトは、合金加熱処理を施さなくとも、オーミック特性を示すことが分かる。一方、500℃でイオン注入したサンプルでは、そのままの場合(合金加熱処理を行わない場合)には、オーミック特性を得ることができないことは、一目繚然である。 As shown in FIG. 2, the contact made in the region where the crystal structure is changed from hexagonal to cubic by ion implantation at room temperature and then heat-treated can exhibit ohmic characteristics without being subjected to alloy heat treatment. You can see that On the other hand, in the sample implanted at 500 ° C., it is obvious that ohmic characteristics cannot be obtained as it is (when the alloy heat treatment is not performed).
六方晶単結晶の炭化珪素の(0001)面にイオン注入すると、その部分がアモルファス化し、これに熱処理を加えることで六方晶が立方晶に変化することは、論文(M.Satoh,et.al.,"Characterization of Implanted Layer in(1-100) Oriented 4H- and 6H-SiC",Materials Science Forum Vols.338-342,(2000) pp.905-908)に記載がある。
When ion implantation is performed on the (0001) plane of hexagonal single crystal silicon carbide, the part becomes amorphous, and the heat treatment is applied to this part to change the hexagonal crystal into a cubic crystal (M. Satoh, et.al. , "Characterization of Implanted Layer in (1-100)
また、ニッケル(Ni)の電極がオーミック電極14になることは、立方晶単結晶のn型炭化珪素層13とニッケル(Ni)とで形成されるショットキー障壁の高さが小さくなるためであるが、この点については、論文(M.Satoh,et.al.,"Evalution of Schottky Barrier Hight of Al,Ti,Au,and Ni Contacts to 3C-SiC",Materials Science Forum Vols.527-529,(2006) pp.923-926)に記載がある。
The nickel (Ni) electrode becomes the
なお、六方晶単結晶の炭化珪素の(0001)面にイオン注入する不純物としては、n型の場合はリン(P)以外に窒素(N)その他が使用でき、またp型の場合はボロン(B)、アルミニウム(Al)その他が使用できる。これらのイオン種を使用する場合、ドーズ量は、通常のイオン注入によりアモルファス化する範囲であり、1×1015/cm2〜2×1016/cm2程度である。また、電極金属としては、ニッケル(Ni)に限られるものではなく、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、金(Au)、銅(Cu)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)等のように仕事関数が4.2eV〜5.0eV程度の金属であれば、ショットキー障壁の高さが小さくなり、実施可能である。 As an impurity to be ion-implanted into the (0001) plane of hexagonal single crystal silicon carbide, nitrogen (N) or the like can be used in addition to phosphorus (P) in the case of n type, and boron ( B), aluminum (Al) and others can be used. When these ionic species are used, the dose is in a range where it becomes amorphous by normal ion implantation, and is about 1 × 10 15 / cm 2 to 2 × 10 16 / cm 2 . Further, the electrode metal is not limited to nickel (Ni), but aluminum (Al), titanium (Ti), gold (Au), copper (Cu), niobium (Nb), molybdenum (Mo), ruthenium ( If the work function is a metal having a work function of about 4.2 eV to 5.0 eV, such as (Ru), the height of the Schottky barrier is reduced, which can be implemented.
<実施例2>
図3は本発明を適用した実施例の炭化珪素ショットキーダイオード20の断面構造を示す図である。まず、六方晶単結晶のn型炭化珪素基板(ここでは、n−4H−SiC)21の上面(0001)に、不純物濃度が1×1015/cm3で厚みが10μmのエピタキシャル層22をCVD法により形成する。このエピタキシャル層12は、六方晶単結晶である。
<Example 2>
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of a silicon
次に、この炭化珪素基板21の裏面(000−1)に、実施例1のn型炭化珪素層13の作成と同じ製法により、立方晶を結晶構造とする高濃度のn型炭化珪素層(n−3C−SiC)23を形成する。
Next, a high-concentration n-type silicon carbide layer having a cubic crystal structure is formed on the back surface (000-1) of the
次に、エピタキシャル層22の上部に、ショットキー電極24として、チタン(Ti)やニッケル(Ni)をパターニングして形成する。そして、最後に裏面にニッケル(Ni)を蒸着することでオーミック電極25を形成し、炭化珪素ショットキーダイオード20は完成する。
Next, titanium (Ti) or nickel (Ni) is formed as a
従来では、裏面のオーミック電極25を形成するために、合金化熱処理が必要であったために、ショットキー電極24を形成する以前の工程で、裏面のオーミック電極25を形成しなければならなかった。そのため、ショットキー電極24の形成前に、清浄な炭化珪素表面を得るために、フッ酸処理を行う必要があったが、これを行うためには、裏面に形成したオーミック電極25を保護するために、レジストを塗布しなければならなかった。
Conventionally, in order to form the
これに対し、本実施例では、オーミック電極25を形成するための合金化熱処理が不要となるため、そのオーミック電極25をショットキー電極24の形成後に形成することができ、そのオーミック電極25を保護するためのレジスト塗布やそれを除去するための工程が不要となる。
In contrast, in this embodiment, since the alloying heat treatment for forming the
<実施例3>
図4は本発明を適用した実施例のMESFET30の断面構造を示す図である。まず、六方晶単結晶の炭化珪素基板(ここでは、4H−SiC)31の(0001)面にn型チャネル層32をイオン注入で形成する。このとき、不純物イオンを窒素(N)とし、加速電圧75keV、ドーズ量7.2×1012/cm2で注入を行うと、最大不純物濃度8×1017/cm3、厚み0.2μmのn型チャネル層32が形成できる。このイオン注入では、炭化珪素基板31は結晶性を維持される。すなわち、六方晶単結晶である。
<Example 3>
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of the
次に、実施例1と同様のアモルファス化および再結晶化手法を用いて、立方晶単結晶の高濃度n型炭化珪素領域(n−3C−SiC)33をソース領域、ドレイン領域として形成し、その上面に、実施例1と同様にニッケル(Ni)を蒸着することでオーミックコンタクトのソース電極34Sとドレイン電極34Dを形成する。このオーミック電極34S,34Dを形成するときに、ゲート電極を形成するときのマスク合わせ(アライメント)用のマーク34Aも同時に形成する。
Next, using the same amorphization and recrystallization techniques as in Example 1, a cubic single crystal high-concentration n-type silicon carbide region (n-3C-SiC) 33 is formed as a source region and a drain region, On the upper surface, the
次に、そのマーク34Aに合わせて、電子ビーム描画によりゲート電極をパターニングして、続いてショットキーゲート電極35の材料としてチタン(Ti)/白金(Pt)/金(Au)を蒸着、リフトオフして、そのショットキーゲート電極35を形成することで、MESFET30は完成する。
Next, in accordance with the
ショットキーゲート電極35のパターンを形成するときに、マーク34Aを用いるのは、特に高周波用MESFETの作成では、ゲート電極35とソース電極34Sの間の距離を精密に、再現性良く形成するためである。この合わせ精度が低下すると、ゲート電極35の一部がソース電極34Sの領域に重なり、ゲート電圧によるドレイン電流の変調ができなくなったり、逆にゲート電極35とソース電極34Sの間隔が広がり、寄生ソース抵抗が大きくなり、高周波特性の電力利得を減少させる恐れがある。
The
従来の合金化熱処理を用いたオーミック電極の形成方法では、その熱処理工程によりマスク合わせ用のマーク34Aの電極形状が崩れてしまい、アライメント精度が低下する問題が生じていたのに対し、本実施例では、このマーク34Aの形状崩れがなくなるため、アライメント精度の高いゲート電極の形成が可能になり、MESFETの特性向上や歩留まりが向上する。
In the conventional method of forming an ohmic electrode using alloying heat treatment, the electrode shape of the
<実施例4>
図5は本発明を適用した実施例のDMOSFET40の断面構造を示す図である。まず、六方晶単結晶のn型炭化珪素基板(n−4H−SiC)41にp型領域42を形成する。このp型領域42の形成には、不純物としてアルミニウム(Al)を、その不純物濃度が1×1017/cm3となるようにイオン注入で行う。このイオン注入で、p型領域42はアモルファス構造とはならず、結晶性が維持される。すなわち、六方晶単結晶である。
<Example 4>
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of a DMOSFET 40 according to an embodiment to which the present invention is applied. First, a p-
次に、ソース領域43を形成するために、リン(P)または窒素(N)を不純物濃度が1×1020/cm3程度になるように注入する。このときソース領域43の結晶は、アモルファス構造となる。さらに、DMOSFETのオン抵抗を最小にするために、n型炭化珪素基板41の裏面にも同様のドレイン領域44を形成するために同様のイオン注入を行い、その部分をアモルファス構造にする。
Next, in order to form the
次に、活性化加熱処理を1500℃で30分間行う。これにより、P型領域42の不純物は活性化され、結晶構造も元もまま六方晶を維持する。一方、アモルファス構造となっていたソース領域43とドレイン領域44は、この熱処理により立方晶単結晶のn型炭化珪素に結晶構造を変える。
Next, an activation heat treatment is performed at 1500 ° C. for 30 minutes. As a result, the impurities in the P-
次に、炭化珪素基板41の上面にゲート酸化を行う。ウェット酸化で1150℃で2時間の酸化により、20nmのゲート酸化膜45が形成される。次に、ゲート電極46を形成し、最後に、n型のソース領域43の酸化膜を除去してその部分を開口する。そして、ニッケル(Ni)を、上面と裏面に蒸着して、オーミック電極としてのソース電極47とドレイン電極48を形成することで、MOSFETは完成する。49はチャネル領域である。
Next, gate oxidation is performed on the upper surface of
オーミック電極の形成に合金化熱処理を用いた従来の方法では、ゲート酸化膜45を形成した後に合金化のための1000℃程度の熱処理を行わなければならず、この処理がゲート絶縁膜45にダメージを与え、絶縁耐圧を低下させる問題があった。また、電極の合金化処理をゲート酸化膜45の形成前に行うと、ゲート酸化膜を形成するときに、酸化炉にその電極を着けたまま炭化珪素基板を入れなれければならず、ゲート酸化膜45が金属イオンにより汚染される問題があった。
In the conventional method using alloying heat treatment for forming the ohmic electrode, heat treatment at about 1000 ° C. for alloying must be performed after the
これに対し、本実施例では、オーミック電極としてのソース電極47とドレイン電極48の形成に合金化熱処理が不要なため、絶縁膜の特性変化や汚染といった問題を回避できる。
On the other hand, in this embodiment, since the alloying heat treatment is not required for forming the
10:ダイオード、11:六方晶単結晶の炭化珪素基板、12:n型アモルファス層、13:立方晶単結晶のn型炭化珪素層、14:オーミック電極
20:ショットキーダイオード、21:六方晶単結晶のn型炭化珪素基板、22:エピタキシャル層、23:立方晶単結晶のn型炭化珪素層、24:ショットキー電極、25:オーミック電極
30:MISFET、31:六方晶単結晶の炭化珪素基板、32:n型チャネル層、33:立方晶単結晶のn型炭化珪素層、34S:ソース電極、34D:ドレイン電極、34A:マーク、35:ゲート電極
40:DMOSFET、41:六方晶単結晶のn型炭化珪素基板、42:p型領域、43:立方晶単結晶のn型ソース領域、44:立方晶単結晶のn型ドレイン領域、45:ゲート酸化膜、46:ゲート電極、47:ソース電極、48:ドレイン電極、49:チャネル領域
10: diode, 11: hexagonal single crystal silicon carbide substrate, 12: n-type amorphous layer, 13: cubic single crystal n-type silicon carbide layer, 14: ohmic electrode, 20: Schottky diode, 21: hexagonal single crystal Crystalline n-type silicon carbide substrate, 22: epitaxial layer, 23: cubic single crystal n-type silicon carbide layer, 24: Schottky electrode, 25: ohmic electrode, 30: MISFET, 31: hexagonal single crystal silicon carbide substrate 32: n-type channel layer, 33: n-type silicon carbide layer of cubic single crystal, 34S: source electrode, 34D: drain electrode, 34A: mark, 35: gate electrode 40: DMOSFET, 41: hexagonal single crystal n-type silicon carbide substrate, 42: p-type region, 43: n-type source region of cubic single crystal, 44: n-type drain region of cubic single crystal, 45: gate oxide film, 4 : Gate electrode, 47: source electrode, 48: drain electrode, 49: channel region
Claims (2)
該アモルファス層を熱処理してn型又はp型の立方晶単結晶の炭化珪素領域に再結晶化させる工程と、
該立方晶単結晶の炭化珪素領域の表面に電極を堆積させる工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 An n-type or p-type impurity ion is implanted into a surface of a silicon carbide substrate having a (0001) plane or a (000-1) plane at room temperature to form the hexagonal single crystal. Changing at least a part of the film into an amorphous layer;
Heat treating the amorphous layer to recrystallize into an n-type or p-type cubic single crystal silicon carbide region;
Depositing an electrode on the surface of the silicon carbide region of the cubic single crystal;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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