JP2009182240A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009182240A JP2009182240A JP2008021455A JP2008021455A JP2009182240A JP 2009182240 A JP2009182240 A JP 2009182240A JP 2008021455 A JP2008021455 A JP 2008021455A JP 2008021455 A JP2008021455 A JP 2008021455A JP 2009182240 A JP2009182240 A JP 2009182240A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- main surface
- sic
- manufacturing
- sic layer
- 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.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/64—Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
- H10D30/66—Vertical DMOS [VDMOS] FETs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/01—Manufacture or treatment
- H10D12/031—Manufacture or treatment of IGBTs
- H10D12/032—Manufacture or treatment of IGBTs of vertical IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/01—Manufacture or treatment
- H10D30/021—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
- H10D30/028—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs
- H10D30/0291—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of double-diffused metal oxide semiconductor [DMOS] FETs of vertical DMOS [VDMOS] FETs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/83—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge
- H10D62/832—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge being Group IV materials comprising two or more elements, e.g. SiGe
- H10D62/8325—Silicon carbide
-
- H10P14/24—
-
- H10P14/2904—
-
- H10P14/2925—
-
- H10P14/2926—
-
- H10P14/3208—
-
- H10P14/3408—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/40—Crystalline structures
- H10D62/405—Orientations of crystalline planes
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
【課題】ステップバンチングにより劣化し得るSiC層の表面状態の改善と残留不純物濃度の抑制とを両立させることにより、特性の向上、特にキャリアの移動度の向上を達成しつつ、十分な信頼性を確保することが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置であるMOSFETの製造方法は、オフ角が4°以下の{0001}面4H−SiC基板を準備する工程(S10)と、SiC基板上に、C/Siが1.2以上となる条件下で、SiC層をエピタキシャル成長させる工程(S30)と、SiC層の主面上にファセットを形成する工程(S40)と、当該主面を含むように、チャネル領域を形成する工程(S50)〜(S60)とを備え、チャネル領域を形成する工程(S50)〜(S60)では、上記ファセットがチャネル領域となるように、チャネル領域が形成される。
【選択図】図3[PROBLEMS] To achieve sufficient reliability while achieving improvement in characteristics, particularly improvement in carrier mobility, by achieving both improvement of the surface state of an SiC layer that can be deteriorated by step bunching and suppression of residual impurity concentration. A semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device that can be secured are provided.
A method of manufacturing a MOSFET as a semiconductor device includes a step (S10) of preparing a {0001} plane 4H-SiC substrate having an off angle of 4 ° or less, and a C / Si ratio of 1.2 on a SiC substrate. Under the conditions described above, the step of epitaxially growing the SiC layer (S30), the step of forming facets on the main surface of the SiC layer (S40), and the step of forming the channel region so as to include the main surface ( In steps (S50) to (S60) of forming the channel region, the channel region is formed so that the facet becomes the channel region.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、より特定的には、六方晶炭化珪素からなり、オフ角が4°以下の{0001}面SiC基板を用いた半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device, and more specifically, a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device using a {0001} plane SiC substrate made of hexagonal silicon carbide and having an off angle of 4 ° or less. About.
近年、トランジスタなどの半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素(SiC)の採用が進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素(Si)に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。 2. Description of the Related Art In recent years, silicon carbide (SiC) is being adopted as a material constituting a semiconductor device in order to enable a semiconductor device such as a transistor to have a high breakdown voltage, low loss, and use in a high temperature environment. Silicon carbide is a wide band gap semiconductor having a larger band gap than silicon (Si) that has been widely used as a material for forming semiconductor devices. Therefore, by adopting silicon carbide as a material constituting the semiconductor device, it is possible to achieve a high breakdown voltage and a low on-resistance of the semiconductor device. In addition, a semiconductor device that employs silicon carbide as a material has an advantage that a decrease in characteristics when used in a high temperature environment is small as compared with a semiconductor device that employs silicon as a material.
そして、上記炭化珪素を材料として採用した半導体装置の製造方法においては、少なくとも一方の主面が炭化珪素からなるSiC基板が準備され、当該SiC基板上に炭化珪素からなるSiC層がエピタキシャル成長により形成されるプロセスが含まれる場合が多い。また、このエピタキシャル成長により高品質なSiC層を形成する目的で、SiC基板の主面は、所定の結晶面に対してわずかに傾斜するように(オフ角を有するように)形成されることがある。具体的には、たとえば六方晶炭化珪素からなる{0001}面SiC基板上に、SiC層がエピタキシャル成長により形成される場合、当該基板の主面は{0001}面に対してオフ角を有するように形成される。このとき、オフ角は、たとえば8°程度とされる場合が多い。 In the method for manufacturing a semiconductor device employing silicon carbide as a material, an SiC substrate having at least one principal surface made of silicon carbide is prepared, and an SiC layer made of silicon carbide is formed on the SiC substrate by epitaxial growth. Process is often included. Further, for the purpose of forming a high-quality SiC layer by this epitaxial growth, the main surface of the SiC substrate may be formed to be slightly inclined (with an off angle) with respect to a predetermined crystal plane. . Specifically, for example, when a SiC layer is formed by epitaxial growth on a {0001} plane SiC substrate made of hexagonal silicon carbide, the main surface of the substrate has an off angle with respect to the {0001} plane. It is formed. At this time, the off-angle is often set to about 8 °, for example.
一方、近年の半導体装置が使用される製品に対する低コスト化の要求に伴い、半導体装置に対しても低コスト化が要求されている。これに対応するため、上記SiC基板のオフ角を小さくすることによりSiC基板の収率を向上させる検討がなされている。この場合、{0001}面SiC基板のオフ角は、たとえば4°とされる(たとえば非特許文献1参照)。
しかしながら、オフ角を4°程度にまで小さくした場合、SiC基板上にエピタキシャル成長により形成されるSiC層の表面において、SiC層を構成するSiC結晶の成長により形成されるステップが統合されて凹凸が激しくなる現象(ステップバンチング)が発生しやすくなるという問題点がある。このステップバンチングが発生すると、SiC層の表面(SiC層上に他の層が形成される場合、当該他の層との界面)におけるエネルギー準位の密度が増加し、たとえば当該表面(界面)におけるキャリアの移動度が低下する。その結果、半導体装置の特性が劣化する。また、オフ角を4°以下にまでさらに低下させると、上記ステップバンチングは一層発生しやすくなる傾向にある。 However, when the off angle is reduced to about 4 °, the steps formed by the growth of the SiC crystal constituting the SiC layer are integrated on the surface of the SiC layer formed by epitaxial growth on the SiC substrate, and the unevenness becomes severe. The phenomenon (step bunching) is likely to occur. When this step bunching occurs, the density of energy levels at the surface of the SiC layer (when another layer is formed on the SiC layer, the interface with the other layer) increases, for example, at the surface (interface). Carrier mobility is reduced. As a result, the characteristics of the semiconductor device deteriorate. Further, when the off angle is further reduced to 4 ° or less, the step bunching tends to occur more easily.
これに対し、SiC層がSi(珪素)を含む原料ガスとC(炭素)を含む原料ガスとを用いた気相成長により形成される場合、供給される原料ガス中のSi原子数に対するC原子数の比(以下、C/Siという)を低減することにより、上記ステップバンチングの発生を抑制することができる。しかし、C/Siを低減した場合、SiC層において、意図的に導入された不純物以外の不純物の濃度(残留不純物濃度)が上昇するという問題が発生する。炭化珪素を素材として採用した半導体装置においては、SiC層内に不純物の導電型およびその濃度を制御した領域を形成することにより、所望の動作を可能としている。したがって、残留不純物濃度が上昇すると、製造される半導体装置の信頼性が低下するおそれがある。特に、半導体装置の耐圧を担う領域の残留不純物濃度が上昇すると、半導体装置の耐圧が低下するおそれがある。つまり、オフ角を4°以下にまで小さくしたSiC基板を採用した場合、ステップバンチングの抑制と残留不純物濃度の抑制とを両立することが困難になるという問題が発生する。 On the other hand, when the SiC layer is formed by vapor phase growth using a source gas containing Si (silicon) and a source gas containing C (carbon), C atoms relative to the number of Si atoms in the supplied source gas By reducing the ratio of numbers (hereinafter referred to as C / Si), the occurrence of step bunching can be suppressed. However, when C / Si is reduced, there arises a problem that the concentration of impurities other than the impurities introduced intentionally (residual impurity concentration) increases in the SiC layer. In a semiconductor device employing silicon carbide as a material, a desired operation is possible by forming a region in which the conductivity type and concentration of impurities are controlled in the SiC layer. Therefore, when the residual impurity concentration increases, the reliability of the manufactured semiconductor device may be reduced. In particular, when the residual impurity concentration in the region responsible for the breakdown voltage of the semiconductor device increases, the breakdown voltage of the semiconductor device may decrease. That is, when a SiC substrate having an off angle reduced to 4 ° or less is employed, there arises a problem that it is difficult to achieve both suppression of step bunching and suppression of residual impurity concentration.
そこで、本発明の目的は、ステップバンチングにより劣化し得るSiC層の表面状態の改善と残留不純物濃度の抑制とを両立させることにより、特性の向上、特にキャリアの移動度の向上を達成しつつ、十分な信頼性を確保することが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to achieve both improvement in the characteristics of the SiC layer, which can be deteriorated by step bunching, and suppression of residual impurity concentration, thereby improving characteristics, in particular, improving carrier mobility. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method of a semiconductor device and a semiconductor device capable of ensuring sufficient reliability.
本発明に従った半導体装置の製造方法は、六方晶炭化珪素からなり、オフ角が4°以下の{0001}面SiC基板を準備する工程と、当該SiC基板上に、C/Siが1.2以上となる条件下で、炭化珪素からなるSiC層をエピタキシャル成長させる工程と、SiC層の、SiC基板側の主面である第1の主面とは反対側の主面である第2の主面に対して珪素を供給しつつ、SiC層を加熱することにより、第2の主面上にファセットを形成する工程と、第2の主面を含むように、チャネル領域を形成する工程とを備えている。そして、チャネル領域を形成する工程では、ファセットがチャネル領域となるように、チャネル領域が形成される。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of preparing a {0001} plane SiC substrate made of hexagonal silicon carbide and having an off angle of 4 ° or less, and C / Si of 1. A step of epitaxially growing a SiC layer made of silicon carbide under a condition of 2 or more, and a second main surface that is a main surface opposite to the first main surface that is the main surface of the SiC layer on the SiC substrate side The step of forming a facet on the second main surface by heating the SiC layer while supplying silicon to the surface, and the step of forming the channel region so as to include the second main surface I have. Then, in the step of forming the channel region, the channel region is formed so that the facet becomes the channel region.
本発明者は、半導体装置の特性の劣化、特にキャリアの移動度の低下を抑制しつつ、半導体装置の十分な信頼性を確保する方策について詳細な検討を行なった。その結果、以下のような知見が得られた。すなわち、C/Siが1.2以上となる条件下でSiC層をエピタキシャル成長させることにより、SiC層内の残留不純物濃度を半導体装置の十分な信頼性確保に必要な範囲、具体的には1×1015cm−3以下、あるいはより好ましい範囲である5×1014cm−3以下にまで抑制することができる。一方、オフ角が4°以下の{0001}面SiC基板上に上述のような条件下でSiC層を形成した場合、当該表面にファセットを形成することにより、ステップバンチングにより劣化し得るSiC層の表面状態を改善することができる。そして、当該ファセットがチャネル領域となるようにチャネル領域を形成することにより、当該チャネル領域において十分なキャリア(電子または正孔)の移動度(チャネル移動度)を確保することができる。 The present inventor has conducted detailed studies on measures for ensuring sufficient reliability of a semiconductor device while suppressing deterioration of the characteristics of the semiconductor device, particularly a decrease in carrier mobility. As a result, the following findings were obtained. That is, by epitaxially growing the SiC layer under the condition that C / Si is 1.2 or more, the residual impurity concentration in the SiC layer is within a range necessary for ensuring sufficient reliability of the semiconductor device, specifically 1 × It can be suppressed to 10 15 cm −3 or less, or to 5 × 10 14 cm −3 or less, which is a more preferable range. On the other hand, when a SiC layer is formed on a {0001} plane SiC substrate with an off angle of 4 ° or less under the above-described conditions, a SiC layer that can be deteriorated by step bunching is formed by forming facets on the surface. The surface condition can be improved. By forming the channel region so that the facet becomes the channel region, sufficient carrier (electron or hole) mobility (channel mobility) can be ensured in the channel region.
本発明の半導体装置の製造方法では、オフ角が4°以下の{0001}面SiC基板上に、C/Siが1.2以上となる条件下でSiC層をエピタキシャル成長させた後、SiC層の第2の主面上にファセットを形成した上で、当該ファセットがチャネル領域となるようにチャネル領域が形成される。そのため、本発明の半導体装置の製造方法によれば、ステップバンチングにより劣化し得るSiC層の表面状態の改善と残留不純物濃度の抑制とを両立することにより、半導体装置の特性の向上、特にチャネル移動度の向上を達成しつつ、十分な信頼性を確保することが可能な半導体装置を製造することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, an SiC layer is epitaxially grown on a {0001} plane SiC substrate having an off angle of 4 ° or less under a condition that C / Si is 1.2 or more, and then the SiC layer is formed. After forming a facet on the second main surface, a channel region is formed so that the facet becomes a channel region. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, by improving both the surface state of the SiC layer that can be deteriorated by step bunching and suppressing the residual impurity concentration, the characteristics of the semiconductor device are improved, particularly the channel movement. It is possible to manufacture a semiconductor device capable of ensuring sufficient reliability while achieving an improvement in degree.
なお、上記SiC層をエピタキシャル成長させる工程において、C/Siが4を超えると、その後にファセットを形成する工程を実施した場合でも、ステップバンチングにより劣化し得るSiC層の表面状態を十分に改善することができないおそれがある。そのため、C/Siは4以下とすることが好ましい。また、「オフ角が4°以下」とは、オフ角が0の場合、つまりオフ角を有さない場合を含んでいる。ただし、ステップバンチングの発生を容易に抑制するためには、オフ角は0.5°以上であることが好ましい。さらに、オフ角が4°以下の{0001}面SiC基板とは、上記SiC層が形成されるべき主面と当該SiC基板を構成する結晶の{0001}面とのなす角が4°以下であるSiC基板をいい、別の観点から説明すると、上記SiC層が形成されるべき主面に垂直な直線(法線)が<0001>方向に対してなす角が4°以下となっているSiC基板をいう。 In addition, in the step of epitaxially growing the SiC layer, if the C / Si exceeds 4, the surface state of the SiC layer that can be deteriorated by step bunching should be sufficiently improved even when the step of forming a facet is performed after that. You may not be able to. Therefore, C / Si is preferably 4 or less. The “off angle is 4 ° or less” includes a case where the off angle is 0, that is, a case where there is no off angle. However, in order to easily suppress the occurrence of step bunching, the off angle is preferably 0.5 ° or more. Further, the {0001} plane SiC substrate having an off angle of 4 ° or less means that the angle formed between the main surface on which the SiC layer is to be formed and the {0001} plane of the crystal constituting the SiC substrate is 4 ° or less. An SiC substrate is referred to and described from another point of view. An SiC formed by a straight line (normal line) perpendicular to the main surface on which the SiC layer is to be formed with respect to the <0001> direction is 4 ° or less. A substrate.
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、SiC層をエピタキシャル成長させる工程よりも後であって、ファセットを形成する工程よりも前に、上記第2の主面に溝部を形成する工程をさらに備えている。 Preferably, the method for manufacturing a semiconductor device further includes a step of forming a groove on the second main surface after the step of epitaxially growing the SiC layer and before the step of forming the facet. .
ファセットを形成する工程では、ファセットは、隣接するファセットとの間で互いに影響を及ぼし合いながら形成される。そのため、小型のファセットが形成されたり、形成されたファセットの大きさや方位がばらついたりする場合がある。これに対し、ファセットを形成する前に溝部を形成しておくことにより、溝部に隣接する位置に形成されるファセットは、当該溝部に面する側において他のファセットの影響を受けることなく成長することができるため、大型のファセットを一様に形成することが可能となる。その結果、半導体装置の特性を一層向上させることが可能となる。 In the step of forming a facet, the facet is formed while affecting each other between adjacent facets. Therefore, a small facet may be formed or the size and orientation of the formed facet may vary. On the other hand, by forming the groove before forming the facet, the facet formed at a position adjacent to the groove grows without being affected by other facets on the side facing the groove. Therefore, a large facet can be formed uniformly. As a result, the characteristics of the semiconductor device can be further improved.
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、SiC基板のオフ方位が<1−100>方向となす角は10°以下である。これにより、方位の揃った大きなファセットを形成することが容易となり、半導体装置の特性を一層向上させることが可能となる。ここで、方位の揃った大きなファセットを容易に形成するためには、上記SiC基板のオフ方位が<1−100>であることが理想的である。しかし、SiC基板のオフ方位が<1−100>方向となす角が10°以下であれば、実用上十分な効果が得られ、当該角が5°以下であればさらに高い効果が得られる。 Preferably, in the method of manufacturing a semiconductor device, an angle formed between the off orientation of the SiC substrate and the <1-100> direction is 10 ° or less. Thereby, it becomes easy to form a large facet with a uniform orientation, and the characteristics of the semiconductor device can be further improved. Here, in order to easily form a large facet with uniform orientation, it is ideal that the off orientation of the SiC substrate is <1-100>. However, if the angle between the off orientation of the SiC substrate and the <1-100> direction is 10 ° or less, a practically sufficient effect is obtained, and if the angle is 5 ° or less, a higher effect is obtained.
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、SiC層をエピタキシャル成長させる工程におけるC/Si比は1.5以上である。これにより、残留不純物濃度を一層抑制することが可能となり、半導体装置の信頼性が一層向上する。 Preferably in the method for manufacturing a semiconductor device, the C / Si ratio in the step of epitaxially growing the SiC layer is 1.5 or more. Thereby, the residual impurity concentration can be further suppressed, and the reliability of the semiconductor device is further improved.
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、SiC層をエピタキシャル成長させる工程におけるC/Si比は2以上である。これにより、残留不純物濃度をさらに抑制することが可能となり、半導体装置の信頼性がより一層向上する。 Preferably in the method for manufacturing a semiconductor device, the C / Si ratio in the step of epitaxially growing the SiC layer is 2 or more. Thereby, the residual impurity concentration can be further suppressed, and the reliability of the semiconductor device is further improved.
本発明に従った半導体装置は、上記本発明の半導体装置の製造方法により製造されている。 The semiconductor device according to the present invention is manufactured by the semiconductor device manufacturing method of the present invention.
上記本発明の半導体装置の製造方法により製造されていることにより、本発明の半導体装置によれば、特性の向上を達成しつつ、十分な信頼性を確保することが可能な半導体装置を提供することができる。 By being manufactured by the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the semiconductor device of the present invention provides a semiconductor device capable of ensuring sufficient reliability while achieving improved characteristics. be able to.
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置によれば、ステップバンチングにより劣化し得るSiC層の表面状態の改善と残留不純物濃度の抑制とを両立させることにより、半導体装置の特性の向上、特にキャリアの移動度の向上を達成しつつ、半導体装置の十分な信頼性を確保することが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することができる。 As is clear from the above description, according to the semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device of the present invention, by improving the surface state of the SiC layer that can be deteriorated by step bunching and suppressing the residual impurity concentration, A semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device capable of ensuring sufficient reliability of a semiconductor device while achieving improvement in characteristics of the semiconductor device, particularly improvement in carrier mobility, can be provided.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態である実施の形態1における半導体装置としてのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor;酸化膜電界効果トランジスタ)の構成を示す概略断面図である。また、図2は、図1の領域α付近を拡大して示す概略部分断面図である。図1および図2を参照して、実施の形態1におけるMOSFETについて説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) as a semiconductor device according to the first embodiment which is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged schematic partial cross-sectional view showing the vicinity of the region α in FIG. With reference to FIGS. 1 and 2, the MOSFET in the first embodiment will be described.
図1を参照して、実施の形態1におけるMOSFET1は、炭化珪素(SiC)からなり、導電型がn型(第1導電型)の基板であるn+SiC基板10と、SiCからなり、導電型がn型(第1導電型)のバッファー層11と、SiCからなり、導電型がn型(第1導電型)の半導体層としてのn−SiC層12と、導電型がp型(第2導電型)の第2導電型領域としての一対のp型ウェル13と、導電型がn型(第1導電型)の高濃度第1導電型領域としてのn+ソース領域14と、導電型がp型(第2導電型)の高濃度第2導電型領域としてのp+領域18とを備えている。n+SiC基板10は、六方晶SiC(4H−SiC)からなり、高濃度のn型不純物(導電型がn型である不純物)を含んでいる。また、n+SiC基板10の一方の主面10Aは、(0001)Si面に対してオフ方位が<1−100>、オフ角が4°となっている。
Referring to FIG. 1, MOSFET 1 in the first embodiment is made of silicon carbide (SiC), and is made of n + SiC substrate 10, which is an n-type (first conductivity type) substrate, SiC, and conductive The n-type (first conductivity type)
バッファー層11は、n+SiC基板10の一方の主面10A上に形成され、n型不純物を含むことにより導電型がn型となっている。バッファー層11に含まれるn型不純物は、たとえばN(窒素)であり、n+SiC基板10に含まれるn型不純物よりも低い濃度で含まれている。n−SiC層12は、バッファー層11のn+SiC基板10側とは反対側の主面上に形成され、n型不純物を含むことにより導電型がn型となっている。n−SiC層12に含まれるn型不純物は、たとえばN(窒素)であり、バッファー層11に含まれるn型不純物よりも低い濃度で含まれている。
一対のp型ウェル13は、n−SiC層12において、n+SiC基板10側の主面である第1の主面12Aとは反対側の主面である第2の主面12Bを含むように互いに分離して形成され、p型不純物(導電型がp型である不純物)を含むことにより、導電型がp型(第2導電型)となっている。p型ウェル13に含まれるp型不純物は、たとえばアルミニウム(Al)、硼素(B)などであり、n+SiC基板10に含まれるn型不純物よりも低い濃度で含まれている。
The pair of p-
n+ソース領域14は、第2の主面12Bを含み、かつp型ウェル13に取り囲まれるように、一対のp型ウェル13のそれぞれの内部に形成されている。n+ソース領域14は、n型不純物、たとえばリン(P)などをn−SiC層12に含まれるn型不純物よりも高い濃度で含んでいる。p+領域18は、一対のp型ウェル13のうち一方のp型ウェル13の内部に形成されたn+ソース領域14から見て、他方のp型ウェル13の内部に形成されたn+ソース領域14とは反対側に、第2の主面12Bを含むように形成されている。p+領域18は、p型不純物、たとえばAl、Bなどをp型ウェル13に含まれるp型不純物よりも高い濃度で含んでいる。
N + source region 14 includes second main surface 12 </ b > B and is formed inside each of the pair of p-
さらに、図1を参照して、MOSFET1は、ゲート絶縁膜としてのゲート酸化膜15と、ゲート電極17と、一対のソースコンタクト電極16と、ソース電極19と、ドレイン電極20とを備えている。
Further, referring to FIG. 1, MOSFET 1 includes a
ゲート酸化膜15は、第2の主面12Bに接触し、一方のn+ソース領域14の上部表面から他方のn+ソース領域14の上部表面にまで延在するようにn−SiC層12の第2の主面12B上に形成され、たとえば二酸化珪素(SiO2)からなっている。
A
ゲート電極17は、一方のn+ソース領域14上から他方のn+ソース領域14上にまで延在するように、ゲート酸化膜15に接触して配置されている。また、ゲート電極17は、ポリシリコン、Alなどの導電体からなっている。
ソースコンタクト電極16は、一対のn+ソース領域14上のそれぞれから、ゲート酸化膜15から離れる向きにp+領域18上にまで延在するとともに、第2の主面12Bに接触して配置されている。また、ソースコンタクト電極16は、たとえばNiSi(ニッケルシリサイド)など、n+ソース領域14とオーミックコンタクト可能な材料からなっている。
ソース電極19は、ソースコンタクト電極16に接触して形成されており、Alなどの導電体からなっている。そして、ソース電極19は、ソースコンタクト電極16を介してn+ソース領域14と電気的に接続されている。
The
ドレイン電極20は、n+SiC基板10においてn−SiC層12が形成される側の主面である一方の主面10Aとは反対側の主面である他方の主面10Bに接触して形成されている。このドレイン電極20は、たとえばNiSiなど、n+SiC基板10とオーミックコンタクト可能な材料からなっており、n+SiC基板10と電気的に接続されている。
The
さらに、図1および図2を参照して、p型ウェル13のゲート酸化膜15と接触する付近であり、後述するMOSFET1の動作の際に反転層が形成されるべき領域であるチャネル領域13Aの表面には、ファセット121が形成されている。ファセット121は、{0001}面である第1面121Aと、第1面121Aに交差する面である第2面121Bとを含んでいる。なお、本実施の形態においては、ファセット121は、第2の主面12Bの全域にわたって形成されている。
Further, referring to FIGS. 1 and 2,
次に、MOSFET1の動作について説明する。図1および図2を参照して、ゲート電極17の電圧が0Vの状態、すなわちオフ状態では、ゲート酸化膜15の直下に位置するp型ウェル13とn−SiC層12との間が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極17に正の電圧を印加していくと、p型ウェル13のゲート酸化膜15と接触する付近であるチャネル領域13Aにおいて、反転層が形成される。その結果、n+ソース領域14とn−SiC層12とが電気的に接続され、ソース電極19とドレイン電極20との間に電流が流れる。
Next, the operation of MOSFET 1 will be described. Referring to FIGS. 1 and 2, when the voltage of
ここで、実施の形態1におけるMOSFET1は、後述する本発明の一実施の形態である実施の形態1における半導体装置の製造方法により製造されている。その結果、特性の向上を達成しつつ、十分な信頼性を確保することが可能な半導体装置(MOSFET)となっている。 Here, MOSFET 1 in the first embodiment is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment, which is one embodiment of the present invention described later. As a result, it is a semiconductor device (MOSFET) capable of ensuring sufficient reliability while achieving improved characteristics.
次に、本発明に従った半導体装置の製造方法の一実施の形態である実施の形態1における半導体装置としてのMOSFETの製造方法について説明する。図3は、実施の形態1におけるMOSFETの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図4〜図10は、実施の形態1におけるMOSFETの製造方法を説明するための概略断面図である。なお、図6および図8は、それぞれ図5の領域β付近および図7の領域γ付近を拡大して示す図である。 Next, a method for manufacturing a MOSFET as a semiconductor device according to the first embodiment, which is an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an outline of a method of manufacturing a MOSFET in the first embodiment. 4 to 10 are schematic cross-sectional views for explaining the MOSFET manufacturing method in the first embodiment. 6 and 8 are enlarged views showing the vicinity of the region β in FIG. 5 and the vicinity of the region γ in FIG.
図3を参照して、実施の形態1におけるMOSFETの製造方法においては、まず、工程(S10)として基板準備工程が実施される。この工程(S10)では、第1導電型のSiC基板が準備される。具体的には、図4を参照して、たとえば六方晶SiCからなり、n型不純物を含むことにより導電型がn型であるn+SiC基板10が準備される。n+SiC基板10の一方の主面10Aは、(0001)Si面に対してオフ方位が<1−100>、オフ角が4°となっている。
Referring to FIG. 3, in the MOSFET manufacturing method in the first embodiment, a substrate preparation step is first performed as a step (S10). In this step (S10), a first conductivity type SiC substrate is prepared. Specifically, referring to FIG. 4, an n + SiC substrate 10 made of, for example, hexagonal SiC and having an n-type conductivity by including an n-type impurity is prepared. One
次に、図3を参照して、工程(S20)としてバッファー層形成工程が実施される。この工程(S20)では、n+SiC基板10上に第1導電型のバッファー層が形成される。具体的には、図4を参照して、エピタキシャル成長によりn+SiC基板10の一方の主面10A上にバッファー層11が形成される。エピタキシャル成長は、たとえば原料ガスとしてSiH4(シラン)とC3H8(プロパン)との混合ガスを採用して実施することができる。このとき、n型不純物として、たとえば窒素を導入する。これにより、n+SiC基板10に含まれるn型不純物よりも低い濃度のn型不純物を含むバッファー層11を形成することができる。
Next, with reference to FIG. 3, a buffer layer formation process is implemented as process (S20). In this step (S < b> 20), a first conductivity type buffer layer is formed on n + SiC substrate 10. Specifically, referring to FIG. 4,
次に、図3を参照して、工程(S30)としてn型層形成工程が実施される。この工程(S30)では、バッファー層11上に第1導電型の半導体層が形成される。具体的には、図4を参照して、エピタキシャル成長によりバッファー層11上にn−SiC層12が形成される。エピタキシャル成長は、上記工程(S20)と同様に実施することができる。これにより、バッファー層11に含まれるn型不純物よりも低い濃度のn型不純物を含むn−SiC層12を形成することができる。ここで、工程(S30)においては、原料ガスとして用いられるSiH4とC3H8とに含まれるSi原子数に対するC原子の比であるC/Siは、1.2以上とされる。これにより、n−SiC層12内の残留不純物濃度をMOSFET1の十分な信頼性確保に必要な範囲、具体的には1×1015cm−3以下、あるいはより好ましい範囲である5×1014cm−3以下にまで抑制することができる。
Next, with reference to FIG. 3, an n-type layer forming step is performed as a step (S30). In this step (S <b> 30), a first conductivity type semiconductor layer is formed on the
次に、図3を参照して、工程(S40)としてファセット形成工程が実施される。この工程(S40)では、n−SiC層12の、n+SiC基板10側の第1の主面12Aとは反対側の主面である第2の主面12Bに対して珪素(Si)を供給しつつ、n−SiC層12を加熱することにより、第2の主面12B上にファセットが形成される。具体的には、図5を参照して、まず、第2の主面12B上にSiからなるSi膜31が形成される。Si膜31の形成は、たとえば蒸着法により実施することができる。次に、Si膜31が形成されたn−SiC層12を所定の温度に加熱する。これにより、Si膜31から第2の主面12Bに対してSiが供給されつつ、n−SiC層12が加熱される。これにより、図6に示すように、第2の主面12Bにファセット121が形成される。ここで、上記加熱の温度は、ファセットの形成を促進する観点から、Siの融点以上の温度である1450℃以上であることが好ましく、1600℃以上とすることがより好ましい。一方、SiCの昇華を抑制する観点から上記加熱の温度は2000℃以下とすることが好ましく、1800℃以下であることがより好ましい。
Next, referring to FIG. 3, a facet forming step is performed as a step (S40). In this step (S40), silicon (Si) is applied to the second
次に、図3を参照して、工程(S50)としてp型ウェル形成工程が実施される。この工程(S50)では、図5および図6を参照して、工程(S40)において形成されたSi膜31が、たとえばウエットエッチングにより除去された上で、図7を参照して、n−SiC層12において、n+SiC基板10側の主面である第1の主面12Aとは反対側の主面である第2の主面12Bを含むように、第2導電型の第2導電型領域が形成される。具体的には、まず、第2の主面12B上に、たとえばCVDによりSiO2からなる酸化膜が形成される。そして、酸化膜の上にレジストが塗布された後、露光および現像が行なわれ、所望の第2導電型領域としてのp型ウェル13の形状に応じた領域に開口を有するレジスト膜が形成される。そして、当該レジスト膜をマスクとして用いて、たとえばRIE(Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング)により酸化膜が部分的に除去されることにより、n−SiC層12上に開口パターンを有する酸化膜からなるマスク層が形成される。その後、上記レジスト膜を除去した上で、このマスク層をマスクとして用いてn−SiC層12にイオン注入を行なうことにより、n−SiC層12にp型ウェル13が形成される。
Next, referring to FIG. 3, a p-type well formation step is performed as a step (S50). In this step (S50), referring to FIG. 5 and FIG. 6, after
次に、図3を参照して、工程(S60)としてn+領域形成工程が実施される。この工程(S60)では、p型ウェル13内の第2の主面12Bを含む領域に、n−SiC層12よりも高濃度の第1導電型の不純物を含む高濃度第1導電型領域が形成される。具体的には、図7を参照して、まず、工程(S50)においてマスクとして使用された上記酸化膜が除去された上で、工程(S50)と同様の手順で、所望のn+ソース領域14の形状に応じた領域に開口を有するマスク層が形成される。そして、このマスク層をマスクとして用いて、リン(P)などのn型不純物がn−SiC層12にイオン注入により導入されることによりn+ソース領域14が形成される。
Next, with reference to FIG. 3, an n + region forming step is performed as a step (S60). In this step (S60), a high-concentration first conductivity type region containing a first conductivity type impurity having a concentration higher than that of the n − SiC layer 12 is formed in a region including the second
ここで、図7および図8を参照して、上記工程(S50)および(S60)においてp型ウェル13およびn+ソース領域14が形成されることにより、ファセット121がチャネル領域13Aとなるように、第2の主面12Bを含むようにチャネル領域13Aが形成される。つまり、チャネル領域13Aは、ファセット121を含むように形成される。これにより、チャネル領域13Aにおいて十分なキャリア(電子または正孔)の移動度(チャネル移動度)を確保することができる。
Here, referring to FIGS. 7 and 8, p-
次に、図3を参照して、工程(S70)としてp+領域形成工程が実施される。この工程(S70)では、図7を参照して、一対のp型ウェル13のうち一方のp型ウェル13の内部に形成されたn+ソース領域14から見て、他方のp型ウェル13の内部に形成されたn+ソース領域14とは反対側に、第2の主面12Bを含むように、高濃度第2導電型領域(p+領域18)が形成される。具体的には、図7を参照して、工程(S50)および(S60)と同様の手順で所望のp+領域18の形状に応じた領域に開口を有するマスク層が形成され、これをマスクとして用いて、Al、Bなどのp型不純物がn−SiC層12にイオン注入により導入されることによりp+領域18が形成される。
Next, referring to FIG. 3, a p + region forming step is performed as a step (S70). In this step (S70), referring to FIG. 7, when viewed from the n + source region 14 formed inside one p-type well 13 of the pair of p-
次に、図3を参照して、工程(S80)として活性化アニール工程が実施される。この工程(S80)では、イオン注入が実施されたn−SiC層12を加熱することにより、上記イオン注入によって導入された不純物を活性化させる熱処理である活性化アニールが実施される。 Next, referring to FIG. 3, an activation annealing step is performed as a step (S80). In this step (S80), activation annealing, which is a heat treatment for activating the impurities introduced by the ion implantation, is performed by heating the n - SiC layer 12 subjected to the ion implantation.
次に、図3を参照して、工程(S90)としてゲート絶縁膜形成工程が実施される。この工程(S90)では、図9を参照して、工程(S10)〜(S80)までが実施されて所望のイオン注入層を含むn−SiC層12が形成されたn+SiC基板10が熱酸化される。これにより、二酸化珪素(SiO2)からなるゲート酸化膜15(図1参照)となるべき熱酸化膜15Aが、第2の主面12B上に形成される。
Next, with reference to FIG. 3, a gate insulating film formation process is implemented as process (S90). In this step (S90), referring to FIG. 9, the steps of steps (S10) to (S80) are performed, and n + SiC substrate 10 on which n − SiC layer 12 including a desired ion implantation layer is formed is heated. Oxidized. Thereby, a
次に、図3を参照して、工程(S100)および(S110)としてドレイン電極形成工程およびオーミック電極形成工程が実施される。工程(S100)では、たとえば蒸着法により形成されたニッケル(Ni)膜が加熱されてシリサイド化される。これにより、図10に示すように、n+SiC基板10とオーミックコンタクト可能なNiSiからなるドレイン電極20が、n+SiC基板10においてn−SiC層12が形成される側とは反対側の主面に接触するように形成される。また、工程(S110)では、工程(S100)と同様に、たとえば蒸着法により形成されたNi膜が加熱されてシリサイド化されることにより、NiSi(ニッケルシリサイド)からなり、n+ソース領域14とオーミックコンタクトする一対のソースコンタクト電極16が、一対のn+ソース領域14上のそれぞれから、ゲート酸化膜15から離れる向きにp+領域18上にまで延在するように、第2の主面12Bに接触して形成される。ここで、工程(S100)および(S110)は、所望の領域にNi膜をたとえば蒸着法により形成し、これを加熱してシリサイド化させることにより、同時に実施することができる。
Next, referring to FIG. 3, a drain electrode formation step and an ohmic electrode formation step are performed as steps (S100) and (S110). In the step (S100), for example, a nickel (Ni) film formed by vapor deposition is heated and silicided. Thus, as shown in FIG. 10, n +
次に、図3を参照して、工程(S120)としてゲート電極形成工程が実施される。この工程(S120)では、たとえば導電体であるAl、ポリシリコンなどからなるゲート電極17(図1参照)が、一方のn+ソース領域14上から他方のn+ソース領域14上にまで延在するとともに、ゲート酸化膜15に接触するように形成される。
Next, with reference to FIG. 3, a gate electrode formation process is implemented as process (S120). In this step (S120), for example, Al is a conductor, a
次に、図3を参照して、工程(S130)としてソース電極形成工程が実施される。この工程(S130)では、たとえば蒸着法により、導電体であるAlからなるソース電極19(図1参照)が、ソースコンタクト電極16の上部表面上に形成される。以上の工程(S10)〜(S130)により、実施の形態1における半導体装置としてのMOSFET1製造方法は完了し、実施の形態1のMOSFET1(図1参照)が完成する。
Next, with reference to FIG. 3, a source electrode formation process is implemented as process (S130). In this step (S130), the source electrode 19 (see FIG. 1) made of Al as a conductor is formed on the upper surface of the
実施の形態1におけるMOSFETの製造方法においては、オフ角が4°以下(本実施の形態では4°)、オフ方位が<1−100>である六方晶n+SiC基板10上に、工程(S30)において、C/Siが1.2以上となる条件下でn−SiC層12をエピタキシャル成長させた後、n−SiC層12の第2の主面12B上にファセット121を形成した上で、当該ファセット121がチャネル領域13Aとなるようにチャネル領域13Aが形成される。そのため、本実施の形態におけるMOSFET1の製造方法によれば、ステップバンチングにより劣化し得るn−SiC層12の表面状態の改善と残留不純物濃度の抑制とを両立させることにより、特性の向上、特にチャネル移動度の向上を達成しつつ、十分な信頼性を確保することが可能なMOSFET1を製造することができる。
In the MOSFET manufacturing method according to the first embodiment, a process (on the hexagonal n + SiC substrate 10 having an off angle of 4 ° or less (4 ° in the present embodiment) and an off orientation of <1-100> ( In S30), after epitaxially growing the n − SiC layer 12 under the condition that C / Si is 1.2 or more, the
(実施の形態2)
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態2における半導体装置の製造方法について説明する。図11は、実施の形態2におけるMOSFETの製造方法を説明するための概略断面図である。なお、図11は、図7の領域γ付近を拡大して示す図に相当する。実施の形態2における半導体装置としてのMOSFETの製造方法は、基本的には実施の形態1の場合と同様に実施される。しかし、図3を参照して、工程(S50)および工程(S60)において、実施の形態2は実施の形態1とは異なっている。
(Embodiment 2)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, which is another embodiment of the present invention, will be described. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the MOSFET in the second embodiment. FIG. 11 corresponds to an enlarged view of the vicinity of the region γ in FIG. The method of manufacturing a MOSFET as a semiconductor device in the second embodiment is basically performed in the same manner as in the first embodiment. However, referring to FIG. 3,
すなわち、実施の形態2におけるMOSFETの製造方法では、工程(S50)および工程(S60)においてp型ウェル13およびn+ソース領域14が形成されることにより、チャネル領域13Aにおける第2の主面12Bが、単一のファセット121内に含まれるように、チャネル領域13Aが形成される。これにより、チャネル領域13Aにおける第2の主面の凹凸が抑制され、チャネル移動度が一層向上する。
That is, in the MOSFET manufacturing method in the second embodiment, the p-
(実施の形態3)
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態3における半導体装置の製造方法について説明する。図12は、実施の形態3におけるMOSFETの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図13〜図15は、実施の形態3におけるMOSFETの製造方法を説明するための概略断面図である。なお、図13、図14および図15は、それぞれ図4の領域δ付近、図5の領域β付近および図7の領域γ付近を拡大して示す図に相当する。実施の形態3における半導体装置としてのMOSFETの製造方法は、基本的には実施の形態1の場合と同様に実施される。しかし、図12および図3を参照して、工程(S30)の後であって工程(S40)の前に、工程(S140)として溝部形成工程が実施される点で、実施の形態3は実施の形態1とは異なっている。
(Embodiment 3)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment which is still another embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a flowchart showing an outline of a MOSFET manufacturing method according to the third embodiment. 13 to 15 are schematic cross-sectional views for explaining the method of manufacturing the MOSFET in the third embodiment. 13, FIG. 14, and FIG. 15 correspond to enlarged views of the vicinity of the region δ in FIG. 4, the vicinity of the region β in FIG. 5, and the vicinity of the region γ in FIG. The method of manufacturing a MOSFET as a semiconductor device in the third embodiment is basically performed in the same manner as in the first embodiment. However, referring to FIG. 12 and FIG. 3,
すなわち、実施の形態3におけるMOSFETの製造方法では、実施の形態1と同様に工程(S10)〜(S30)が実施された後、工程(S140)が実施される。この工程(S140)では、第2の主面12Bを含む領域に溝部が形成される。具体的には、図4および図13を参照して、工程(S10)〜(S30)が実施されて形成されたn−SiC層12の第2の主面12Bを含む領域に、溝部32が形成される。溝部32の形成は、たとえばRIEにより実施することができる。ここで、溝部32は、n+SiC基板10のオフ方位である<1−100>方向に垂直な方向(図13において紙面奥から手前に向かう方向)に複数本、互いに平行に、かつ等間隔に形成される。
That is, in the method for manufacturing a MOSFET in the third embodiment, the steps (S10) to (S30) are performed as in the first embodiment, and then the step (S140) is performed. In this step (S140), a groove is formed in a region including second
次に、図12を参照して、工程(S40)が実施の形態1の場合と同様に実施される。このとき、工程(S140)において溝部32が形成されていることにより、形成されるファセット121は当該溝部32に面する側において他のファセット121の影響を受けることなく成長することができる。そのため、図14に示すように、工程(S40)において大型のファセット121が一様に形成される。そして、工程(S50)および工程(S60)においては、実施の形態2の場合と同様に、p型ウェル13およびn+ソース領域14が形成されることにより、チャネル領域13Aにおける第2の主面12Bが、単一のファセット121内に含まれるように、チャネル領域13Aが形成される(図15参照)。ここで、本実施の形態においては、工程(S40)において大型のファセット121が一様に形成されているため、チャネル領域13Aにおける第2の主面12Bが、単一のファセット121内に含まれるようにチャネル領域13Aを形成することが容易となっている。そして、大型のファセットを用いてチャネル領域13Aが形成されることにより、チャネル移動度が一層向上する。
Next, referring to FIG. 12, step (S40) is performed in the same manner as in the first embodiment. At this time, since the
以下、本発明の実施例1について説明する。本発明の半導体装置の製造方法と同様のプロセスを用いてTEG(Test Element Group)を作製し、MOSチャネル移動度の評価を行なう実験、およびMOSFETを実際に作製しオン抵抗を測定する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 1 of the present invention will be described below. A TEG (Test Element Group) is manufactured using a process similar to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and an experiment for evaluating MOS channel mobility and an experiment for actually manufacturing a MOSFET and measuring on-resistance are performed. It was. The experimental procedure is as follows.
まず、上記実施の形態1と同様のプロセスで工程(S10)〜(S40)を実施した。ここで、工程(S10)においては、(0001)Si面に対してオフ角が4°、オフ方位が<1−100>方向の4H−SiC基板(n+SiC基板10)が準備された。また、工程(S30)では、C/Siが1.2の条件下で、n−SiC層12がエピタキシャル成長により形成された。また、工程(S40)では、Si膜31が形成された後、アルゴンガス雰囲気中で1700℃に30分間保持する熱処理が行なわれることにより、ファセット121が形成された。
First, steps (S10) to (S40) were performed in the same process as in the first embodiment. Here, in step (S10), a 4H—SiC substrate (n + SiC substrate 10) having an off angle of 4 ° and an off orientation of <1-100> with respect to the (0001) Si plane was prepared. In the step (S30), the n − SiC layer 12 was formed by epitaxial growth under the condition of C / Si of 1.2. In the step (S40), after the
次に、上述のようにして作製されたエピタキシャル層付基板(エピ基板)を用いてMOSチャネル移動度評価用のTEGを作製した。また、同様のエピ基板を用いて縦型MOSFET(チャネル長:2μm)を作製した。ここで、n−SiC層12の厚みは10μm、n−SiC層12中のn型不純物の濃度は5×1015cm−3とした(実施例)。
Next, a TEG for evaluating the MOS channel mobility was fabricated using the substrate with an epitaxial layer (epi substrate) fabricated as described above. A vertical MOSFET (channel length: 2 μm) was fabricated using the same epi substrate. Here, n - the thickness of the
一方、比較のため、上記手順のうちファセットを形成する工程である工程(S40)を省略して同様にエピ基板を作製し、これを用いて同様のTEGおよび縦型MOSFETを作製した(比較例)。そして、上記実施例および比較例のTEGおよび縦型MOSFETを用いてMOSチャネル移動度および特性オン抵抗を測定した。 On the other hand, for comparison, the step (S40) which is the step of forming facets in the above procedure is omitted, and an epitaxial substrate is similarly produced, and the same TEG and vertical MOSFET are produced using this (Comparative example) ). Then, the MOS channel mobility and the characteristic on-resistance were measured using the TEGs and vertical MOSFETs of the above examples and comparative examples.
次に、実験の結果を説明する。上記実施例におけるチャネル移動度は100cm2/V・s、特性オン抵抗は5mΩ・cm2であったのに対し、比較例におけるチャネル移動度は20cm2/V・s、特性オン抵抗は15mΩ・cm2であった。このことから、本発明の半導体装置の製造方法によれば、高いチャネル移動度および低いオン抵抗を実現できる半導体装置を製造可能であることが確認された。 Next, the results of the experiment will be described. The channel mobility in the above example was 100 cm 2 / V · s and the characteristic on resistance was 5 mΩ · cm 2 , whereas the channel mobility in the comparative example was 20 cm 2 / V · s and the characteristic on resistance was 15 mΩ · cm 2. cm 2 . From this, it was confirmed that according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a semiconductor device capable of realizing high channel mobility and low on-resistance can be manufactured.
以下、本発明の実施例2について説明する。4H−SiC基板上にSiC層をエピタキシャル成長により形成した場合の、C/Siと当該SiC層における残留不純物濃度との関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
まず、(0001)Si面に対してオフ角が4°、オフ方位が<1−100>方向である4H−SiC基板が準備された。そして、当該基板の主面上に種々のC/Siの下で意図的に不純物を導入することなくSiC層をエピタキシャル成長させ、当該SiC層中の残留不純物濃度を測定した。 First, a 4H—SiC substrate having an off angle of 4 ° and an off orientation of <1-100> with respect to the (0001) Si plane was prepared. Then, the SiC layer was epitaxially grown on the main surface of the substrate under various C / Si without intentionally introducing impurities, and the residual impurity concentration in the SiC layer was measured.
次に、実験の結果について説明する。図16は、実施例2における実験結果を示す図である。図16において、横軸はC/Si、縦軸はn型不純物の濃度からp型不純物の濃度を差し引いた値である残留不純物濃度を示している。また、図中の破線は、半導体装置の信頼性、特に耐圧を考慮した場合の残留不純物濃度の許容範囲の上下限値を示している。 Next, the results of the experiment will be described. FIG. 16 is a diagram showing experimental results in Example 2. In FIG. 16, the horizontal axis indicates C / Si, and the vertical axis indicates the residual impurity concentration that is a value obtained by subtracting the concentration of p-type impurities from the concentration of n-type impurities. The broken lines in the figure indicate the upper and lower limit values of the allowable range of the residual impurity concentration when the reliability of the semiconductor device, particularly the breakdown voltage is taken into consideration.
図16を参照して、C/Siが1.2以上では、残留不純物濃度が大幅に低下し、残留不純物濃度の許容範囲内となる。そして、C/Siが1.5以上では、残留不純物濃度がさらに低下し、C/Siが2.0以上では一層低い値となっている。このことから、半導体装置の信頼性、特に耐圧を考慮した場合、SiC層をエピタキシャル成長させる際のC/Siの値は1.2以上とする必要があり、C/Siが1.5以上とすることが好ましく、2.0以上とすることがより好ましいことが確認された。 Referring to FIG. 16, when C / Si is 1.2 or more, the residual impurity concentration is drastically reduced and falls within the allowable range of the residual impurity concentration. When C / Si is 1.5 or more, the residual impurity concentration is further reduced, and when C / Si is 2.0 or more, it is a lower value. Therefore, in consideration of the reliability of the semiconductor device, particularly the breakdown voltage, the value of C / Si when epitaxially growing the SiC layer needs to be 1.2 or more, and C / Si is 1.5 or more. It was confirmed that it was preferably 2.0 or more.
なお、上記実施の形態および実施例においては、本発明の半導体装置の製造方法を適用可能な半導体装置として、縦型MOSFETを例として挙げたが、本発明の半導体装置の製造方法を適用可能な半導体装置はこれに限られない。本発明の半導体装置の製造方法を適用可能な半導体装置としては、縦型MOSFETのほか、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor;絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor;金属半導体電界効果トランジスタ)などが挙げられる。 In the above-described embodiments and examples, the vertical MOSFET is taken as an example of a semiconductor device to which the semiconductor device manufacturing method of the present invention can be applied. However, the semiconductor device manufacturing method of the present invention can be applied. The semiconductor device is not limited to this. As a semiconductor device to which the semiconductor device manufacturing method of the present invention can be applied, in addition to a vertical MOSFET, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor), a metal semiconductor field effect transistor ) And the like.
また、結晶面および結晶方向を表記する際、マイナスの数値を記載する場合、数値の上にバーを記載する表記が一般的であるが、本願の特許請求の範囲、明細書、要約書、図面においては、便宜上数値の前に「−(マイナス)」を付して表記した。 In addition, when describing a crystal plane and a crystal direction, when describing a negative numerical value, it is common to indicate a bar on the numerical value, but the claims, description, abstract, drawings of the present application In FIG. 4, for convenience, “− (minus)” is added before the numerical value.
今回開示された実施の形態および実施例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 embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being 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.
本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置は、六方晶炭化珪素からなり、オフ角が4°以下の{0001}面SiC基板を用いた半導体装置の製造方法および半導体装置に、特に有利に適用され得る。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The semiconductor device manufacturing method and semiconductor device of the present invention are particularly advantageously applied to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device using a {0001} plane SiC substrate made of hexagonal silicon carbide and having an off angle of 4 ° or less. Can be done.
1 MOSFET、10 n+SiC基板、10A 一方の主面、10B 他方の主面、11 バッファー層、12 n−SiC層、12A 第1の主面、12B 第2の主面、13 p型ウェル、13A チャネル領域、14 n+ソース領域、15 ゲート酸化膜、15A 熱酸化膜、16 ソースコンタクト電極、17 ゲート電極、18 p+領域、19 ソース電極、20 ドレイン電極、31 Si膜、32 溝部、121 ファセット、121A 第1面、121B 第2面。 1 MOSFET, 10 n + SiC substrate, 10A one main surface, 10B the other main surface, 11 buffer layer, 12 n − SiC layer, 12A first main surface, 12B second main surface, 13 p-type well, 13A channel region, 14 n + source region, 15 gate oxide film, 15A thermal oxide film, 16 source contact electrode, 17 gate electrode, 18 p + region, 19 source electrode, 20 drain electrode, 31 Si film, 32 groove, 121 Facet, 121A first side, 121B second side.
Claims (6)
前記SiC基板上に、C/Siが1.2以上となる条件下で、炭化珪素からなるSiC層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記SiC層の、前記SiC基板側の主面である第1の主面とは反対側の主面である第2の主面に対して珪素を供給しつつ、前記SiC層を加熱することにより、前記第2の主面上にファセットを形成する工程と、
前記第2の主面を含むように、チャネル領域を形成する工程とを備え、
前記チャネル領域を形成する工程では、前記ファセットが前記チャネル領域となるように、前記チャネル領域が形成される、半導体装置の製造方法。 A step of preparing a {0001} plane SiC substrate made of hexagonal silicon carbide and having an off angle of 4 ° or less;
Epitaxially growing a SiC layer made of silicon carbide on the SiC substrate under a condition that C / Si is 1.2 or more;
By heating the SiC layer while supplying silicon to the second main surface which is the main surface opposite to the first main surface which is the main surface on the SiC substrate side of the SiC layer. Forming facets on the second main surface;
Forming a channel region so as to include the second main surface,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step of forming the channel region, the channel region is formed so that the facet becomes the channel region.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008021455A JP2009182240A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008021455A JP2009182240A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009182240A true JP2009182240A (en) | 2009-08-13 |
Family
ID=41035948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008021455A Withdrawn JP2009182240A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009182240A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103579341A (en) * | 2012-07-31 | 2014-02-12 | 株式会社东芝 | Transistor and method for manufacturing same |
| JP2014120662A (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Silicon carbide semiconductor device |
| WO2015159949A1 (en) * | 2014-04-18 | 2015-10-22 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Epitaxial silicon carbide wafer and process for producing same |
| CN114375351A (en) * | 2019-08-06 | 2022-04-19 | 学校法人关西学院 | SiC substrate, SiC epitaxial substrate, SiC ingot, and methods for producing these |
| CN114430781A (en) * | 2019-08-06 | 2022-05-03 | 学校法人关西学院 | SiC seed crystal and method for producing same, SiC ingot obtained by growing same, method for producing same, SiC wafer produced from same, SiC wafer having epitaxial film, and method for producing same |
| IT202300010203A1 (en) | 2023-05-19 | 2024-11-19 | Consiglio Nazionale Ricerche | A power transistor for a semiconductor device |
| CN120358780A (en) * | 2025-06-16 | 2025-07-22 | 深圳平湖实验室 | Silicon carbide MOSFET device and electronic equipment |
-
2008
- 2008-01-31 JP JP2008021455A patent/JP2009182240A/en not_active Withdrawn
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014029952A (en) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Toshiba Corp | Transistor and manufacturing method of the same |
| US9018637B2 (en) | 2012-07-31 | 2015-04-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Transistor and method for manufacturing same |
| US9099342B2 (en) | 2012-07-31 | 2015-08-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Transistor and method for manufacturing same |
| CN103579341A (en) * | 2012-07-31 | 2014-02-12 | 株式会社东芝 | Transistor and method for manufacturing same |
| US9647072B2 (en) | 2012-12-18 | 2017-05-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide semiconductor device |
| JP2014120662A (en) * | 2012-12-18 | 2014-06-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Silicon carbide semiconductor device |
| US10329689B2 (en) | 2014-04-18 | 2019-06-25 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Silicon carbide epitaxial wafer and process for producing same |
| JPWO2015159949A1 (en) * | 2014-04-18 | 2017-04-13 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Silicon carbide epitaxial wafer and manufacturing method thereof |
| WO2015159949A1 (en) * | 2014-04-18 | 2015-10-22 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Epitaxial silicon carbide wafer and process for producing same |
| CN114375351A (en) * | 2019-08-06 | 2022-04-19 | 学校法人关西学院 | SiC substrate, SiC epitaxial substrate, SiC ingot, and methods for producing these |
| CN114430781A (en) * | 2019-08-06 | 2022-05-03 | 学校法人关西学院 | SiC seed crystal and method for producing same, SiC ingot obtained by growing same, method for producing same, SiC wafer produced from same, SiC wafer having epitaxial film, and method for producing same |
| CN114375351B (en) * | 2019-08-06 | 2024-04-26 | 学校法人关西学院 | SiC substrate, SiC epitaxial substrate, SiC ingot, and methods for manufacturing the same |
| CN114430781B (en) * | 2019-08-06 | 2024-04-30 | 学校法人关西学院 | SiC seed crystal, SiC ingot, SiC wafer and methods for producing the same |
| US12247319B2 (en) | 2019-08-06 | 2025-03-11 | Kwansei Gakuin Educational Foundation | Method for producing a SiC seed crystal for growth of a SiC ingot by heat-treating in a main container made of a SiC material |
| US12421624B2 (en) | 2019-08-06 | 2025-09-23 | Kwansei Gakuin Educational Foundation | SiC substrate, SiC epitaxial substrate, SiC ingot and production methods thereof |
| IT202300010203A1 (en) | 2023-05-19 | 2024-11-19 | Consiglio Nazionale Ricerche | A power transistor for a semiconductor device |
| WO2024241167A1 (en) | 2023-05-19 | 2024-11-28 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | Power transistor semiconductor device and method therefor |
| CN120358780A (en) * | 2025-06-16 | 2025-07-22 | 深圳平湖实验室 | Silicon carbide MOSFET device and electronic equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6706767B2 (en) | Semiconductor device | |
| US9722017B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| US20120056202A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP5759293B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| KR20100100585A (en) | Method of producing semiconductor device and semiconductor device | |
| JPWO2010116887A1 (en) | Insulated gate field effect transistor | |
| JP2009164571A (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| WO2010116886A9 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
| US9647106B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same | |
| WO2012165008A1 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same | |
| JP2015060859A (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| JP2009182240A (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
| JP2009187966A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP5870672B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP5659882B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP2010034481A (en) | Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device | |
| JP5626037B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP6468112B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
| WO2015076020A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2009194164A (en) | Insulated gate field effect transistor and method of manufacturing the same | |
| JP2011023502A (en) | Silicon carbide semiconductor device, method of manufacturing the same, and method of manufacturing silicon carbide epitaxial substrate | |
| JP2007066959A (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| JP5436046B2 (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| JP2009200335A (en) | Substrate, substrate with epitaxial layer, and semiconductor device | |
| JP2015053372A (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110405 |