(57)【要約】【課題】  エッチング処理を行わなくても、基底面内転位を有する半導体層から結晶成長された半導体層に基底面内転位が伝播することを防止することができる技術を提供する。【解決手段】  本発明の方法は、半導体層２の表面２ａにおける基底面内転位６の位置８を特定する特定工程と、特定工程で特定された位置８において結晶の再配列を行う結晶再配列工程と、結晶再配列工程の後に表面２ａから半導体層を結晶成長させる結晶成長工程とを備えている。本発明によると、結晶成長された半導体層に基底面内転位６が伝播しない。基底面内転位６が結晶成長された半導体層に伝播していないために、リーク電流を抑えることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体層の表面における基底面内転位の位置を特定する特定工程と、
特定工程で特定された前記位置において結晶の再配列を行う結晶再配列工程と、
結晶再配列工程の後に前記表面から第２半導体層を結晶成長させる結晶成長工程と、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基底面内転位を有する第１半導体層を備えており、
第１半導体層の表面における前記基底面内転位に連続する領域は、前記基底面内転位と異なる結晶構造を有している
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
第１半導体層の前記表面から結晶成長された第２半導体層をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置と半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１半導体層の表面から第２半導体層を結晶成長させることによって、複数の半導体層を有する半導体装置を製造する手法が広く採用されている。第１半導体層の内部に基底面内転位（ＢＰＤ：Ｂａｓａｌ  Ｐｌａｎｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）が形成されることがある。このような第１半導体層の表面から第２半導体層を結晶成長させると、第２半導体層にも基底面内転位が伝播する。即ち、第１半導体層の内部から第２半導体層の内部まで基底面内転位が連続して伸びることになる。この第１半導体層と第２半導体層に存在する基底面内転位そのものが、リーク電流を増加させる。
【０００３】
非特許文献１には、基底面内転位が存在する第１半導体層の表面をエッチング処理することで、第１半導体層の上記の表面から結晶成長された第２半導体層に基底面内転位が伝播することを防止する技術が開示されている。
【０００４】
【非特許文献１】ジャン（Ｚ．Ｚｈａｎｇ）他１名、「Ｂａｓａｌ  ｐｌａｎｅ  ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ  ｅｐｉｔａｘｙ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８７，１５１９１３、２００５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来技術では、エッチング液に由来する異物が第２半導体層に混入する可能性がある。これを防ぐためには、第２半導体層を結晶成長させる前に、エッチング処理後の第１半導体層を入念に洗浄する必要があり、手間がかかる。
【０００６】
本明細書では、エッチング処理を行わなくても、基底面内転位を有する第１半導体層から結晶成長された第２半導体層に基底面内転位が伝播することを防止することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、第１半導体層の表面の基底面内転位部分において結晶の再配列を行うと、その表面から結晶成長された第２半導体層に基底面内転位が伝播しないことを見出した。本発明は、このような知見に鑑みて創作されたものであり、以下の構成を備える。即ち、本発明の半導体装置の製造方法は、第１半導体層の表面における基底面内転位の位置を特定する特定工程と、特定工程で特定された上記の位置において結晶の再配列を行う結晶再配列工程と、結晶再配列工程の後に上記の表面から第２半導体層を結晶成長させる結晶成長工程とを備える。この方法では、第１半導体層の表面の基底面内転位部分において結晶の再配列が行なわれる。その後に第１半導体層の表面から第２半導体層を結晶成長させても、第２半導体層には基底面内転位が伝播しない。エッチング処理を行わなくても、基底面内転位を有する第１半導体層から結晶成長された第２半導体層に基底面内転位が伝播することを防止することができる。
【０００８】
なお、上記の方法は、第２半導体層にいずれの種類の転位も存在しなくなることを保証するものではない。例えば、第１半導体層の表面における結晶の再配列が行われた部分から、基底面内転位以外の転位が第２半導体層に伸びていく可能性がある。本発明者らの研究によって、貫通転位（ＴＤ：Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）が第２半導体層に伸びていく可能性があることが確認されている。ただし、基底面内転位と比べると、貫通転位は電流がリークしにくい。仮に、第２半導体層に貫通転位が形成されても、リーク電流の少ない半導体装置を実現することができる。
【０００９】
なお、本発明の技術思想は、次の半導体装置として表現することもできる。即ち、本発明の半導体装置は、基底面内転位を有する第１半導体層を備えている。第１半導体層の表面における上記の基底面内転位に連続する領域は、上記の基底面内転位と異なる結晶構造を有している。この半導体装置を利用すると、第１半導体層の上記の表面から第２半導体層を結晶成長させても、第２半導体層に基底面内転位が伝播しない。基底面内転位が伝播するのを防止するためにエッチング処理を行わなくても、リーク電流の少ない半導体装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、エッチング処理を行わなくても、基底面内転位を有する第１半導体層から結晶成長された第２半導体層に基底面内転位が伝播することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
下記の実施例に記載されている技術の一部を以下に例示する。
（特徴１）上記の特定工程では、フォトルミネッセンスを利用して第１半導体層の前記表面から基底面内転位の位置を特定してもよい。
（特徴２）上記の結晶再配列工程は、特定工程で特定された前記位置にレーザを照射することによって実行されてもよい。
（特徴３）半導体層の材料は、炭化珪素、珪素、窒化ガリウム、砒化ガリウムを使用してもよい。
【実施例】
【００１２】
（第１実施例）
図面を参照して、本実施例の半導体装置の製造方法を説明する。図１〜図４は、本実施例の半導体装置の製造方法の各工程を順に示すものである。まず、半導体層２を用意する工程を実施する。半導体層２は、炭化珪素で形成されている。半導体層２は、高不純物濃度を有するｎ型の半導体層である。高不純物濃度を有するｎ型の半導体層２は、１×１０１８／ｃｍ３程度のｎ型の不純物を含有する。半導体層２は、基底面内転位６（以下ではＢＰＤ６と呼ぶ）を有する。ＢＰＤ６は、半導体層２の内部から半導体層２の表面２ａまで伸びている。
【００１３】
次いで、フォトルミネッセンス・イメージング法により半導体層２の表面２ａでのＢＰＤ６の位置８を特定する工程を実施する。参照番号４は、フォトルミネッセンス測定装置を示す。フォトルミネッセンス測定装置４は、励起光を照射しルミネッセンスを検出する装置を備えている。フォトルミネッセンス測定装置４では、一定の励起光に対して半導体層２が発するルミネッセンスの強度分布を測定する。ＢＰＤ６は結晶構造が乱れているため、そのルミネッセンスは、正常の箇所のルミネッセンスと異なる。そのためルミネッセンスの強度分布は、半導体層２の表面２ａでの転位の分布に依存する。従って、ルミネッセンスの強度分布から半導体層２の表面２ａにおける転位６の位置８を特定することができる。例えば、ＢＰＤ６は、波長３１３ｎｍの励起光によって励起され、波長７５０ｎｍ以上のルミネッセンスを放出する。フォトルミネッセンス装置４で波長３１３ｎｍの励起光を照射し、波長７５０ｎｍ以上のルミネッセンス強度を有する位置を特定することによって、半導体層２の表面２ａでのＢＰＤ６の位置８を特定することができる。
【００１４】
フォトルミネッセンス測定装置４では、一定の励起光に対して半導体層２が発する様々な波長のルミネッセンスを特定波長のみ通過するフィルタを用いて検出する。ＢＰＤ６は結晶構造が乱れているため、そのルミネッセンスは、正常の箇所のルミネッセンスと異なる。そのためルミネッセンスの強度分布は、半導体層２の表面２ａでの転位の分布に依存する。
なお、フォトルミネッセンス測定装置４には、半導体層２の表面２ａにおける転位６の位置８を特定するプログラムが内蔵されていてもよい。一方において、フォトルミネッセンス測定装置４は、上記のプログラムを有していなくてもよい。この場合、フォトルミネッセンス測定装置４で得られた蛍光の強度分布からヒトが転位６の位置８を特定してもよい。
【００１５】
次いで、図２に示されるレーザ照射装置１０を利用して、上記の位置８にレーザ１２を照射する工程を実施する。レーザ照射装置１０は、フォトルミネッセンス・イメージング法によって特定された位置８にレーザ１２を照射する。レーザ１２の照射位置の調整は、レーザ照射装置１０が行ってもよいし、ヒトが行ってもよい。レーザ１２の照射時間は、数秒から１分間である。この結果、半導体層２の位置８の近傍における結晶構造が、ＢＰＤ６の結晶構造とは異なる結晶構造に再配列される。ＢＰＤ６の結晶構造を異なる結晶構造に再配列させることができるレーザとしては、高出力レーザが使用可能である。例えば、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、ＫｒＦレーザ等によって、ＢＰＤ６の結晶構造を異なる結晶構造に再配列させることができる。結晶の再配列の深度はレーザの侵入長で決まるが、半導体層２の位置８においてレーザ１２がわずかに侵入していれば足りる。なお、半導体層２の表面２ａにおけるＢＰＤ６の大きさは、直径数μｍ未満である。半導体層２の表面２ａにおけるレーザ１２のスポット径は、焦点深度を変えることによって変化させることができる。一般的に半導体層２の表面２ａにおけるレーザ１２のスポット径は、半導体層２の表面２ａにおけるＢＰＤ６の大きさより大きく、１０μｍ程度である。即ち、ＢＰＤ６が形成されていない半導体層２の表面２ａにおいても、結晶の再配列が行われる。正常な半導体層２の表面２ａの結晶構造が再配列されたとしても、半導体層２の特性に影響を与えることはない。
【００１６】
次いで、図３に示されるように、半導体層２の表面２ａから半導体層１４を結晶成長される工程を実施する。半導体層１４は、炭化珪素で形成されている。半導体層１４は、低不純物濃度を有するｎ型の半導体層である。参照番号１６は、上記の位置８にレーザ１２が照射されたことによって、半導体層２の表面２ａでのＢＰＤ６の結晶構造が再配列された領域である。半導体層２の表面２ａには、ＢＰＤ６の結晶構造が存在していない。即ち、領域１６は、ＢＰＤ６の結晶構造と異なる結晶構造を有する。結晶成長された半導体層１４には貫通転位１８（以下ではＴＤ１８と呼ぶ）が存在する可能性があるが、ＢＰＤ６が伝播することはない。ＴＤ１８は、ＢＰＤ６に比べ安定した結晶構造である。領域１６において結晶の再配列が行われたために、ＢＰＤ６がより安定な結晶構造であるＴＤ１８に変換されている。半導体基板１５は、半導体層２と結晶成長された半導体層１４により構成される。参照番号２ｂは、半導体層２の結晶成長が行われていない側の表面を示す。参照番号１４ｄは、半導体層１４の表面を示す。
【００１７】
次いで、半導体基板１５に電極を配置する工程を実施する。図４に示されるように、オーミック電極２０が、半導体層２の表面２ｂに配置され、ショットキー電極２２が、半導体層１４の表面１４ｄに配置される。これによって、ショットキーダイオード１７が形成される。
【００１８】
実施例の半導体装置（本実施例ではショットキーダイオード１７）の製造方法を利用すると、半導体層２の上記の領域１６がＢＰＤ６の結晶構造とは異なる結晶構造に再配列されているため、結晶成長された半導体層１４にＢＰＤ６が伝播しない。半導体層１４には、ＴＤ１８が形成される（あるいは完全結晶成長される（即ち転位が存在しない））。本実施例で製造されたショットキーダイオード１７では、ＢＰＤ６が半導体層１４に伝播していないため、リーク電流を抑えることができる。仮に本実施例で製造されたショットキーダイオード１７にＴＤ１８が形成されても、ＢＰＤ６が半導体層１４に伝播するよりはリーク電流を減少させることができる。
【００１９】
（第２実施例）
第２実施例では、ｐｎダイオードを製造する。ｐｎダイオードを製造する際の半導体基板１５を製造する工程は、第１実施例と同様である。半導体基板１５を製造すると、続いて、半導体基板１５にｐ型のイオン２４を注入する工程を実施する。図５に示されるように、半導体基板１５に表面１４ｄ側からｐ型のイオン２４が注入される。ｐ型のイオン２４が注入されることによって、半導体基板２６が形成される。半導体基板２６は、半導体層２と半導体層１４ｂと半導体層１４ａにより構成される。半導体基板２６は、半導体基板１５と同一の転位を有している。半導体層１４ｂは、低不純物濃度を有するｎ型の半導体層である。半導体層１４ａは、高不純物濃度を有するｐ型の半導体層である。半導体層１４ａは、１ｘ１０１９／ｃｍ−３程度のｐ型の不純物を含有する。
【００２０】
次いで、半導体基板２６に電極を配置する工程を実施する。図６に示されるように、一方のオーミック電極２８が半導体層２の表面２ｂに配置され、他方のオーミック電極３０が半導体層１４の表面１４ｄに配置される。これによって、ｐｎダイオード２９が形成される。
【００２１】
本実施例の半導体装置（本実施例ではｐｎダイオード２９）の製造方法を利用すると、半導体層２の領域１６がＢＰＤ６の結晶構造とは異なる結晶構造に再配列されているため、結晶成長された半導体層１４にＢＰＤ６が伝播しない。本実施例で製造されたｐｎダイオード２９では、ＢＰＤ６が半導体層１４に伝播していないため、リーク電流を抑えることができる。
【００２２】
（第３実施例）
第３実施例では、ＭＯＳトランジスタを製造する。ＭＯＳトランジスタを製造する際の半導体基板１５を製造する工程は、第１実施例と同様である。半導体基板１５の表面１４ｄの一部にマスクを配置し、ｐ型のイオンを注入する工程を実施する。これにより、図７に示されるように、半導体基板１５の表面１４ｄにおいて、マスクの存在しない部分はｐ型化される。これにより、半導体層１４は、低不純物濃度を有するｎ型の半導体層１４ｂと、ｐ型化された半導体層１４ｃとを有することになる。半導体層１４ｂは、低不純物濃度を有するｎ型の半導体層である。半導体層１４ｃは、高不純物濃度を有するｐ型の半導体層である。半導体層１４ｃは、１ｘ１０１９／ｃｍ−３程度のｐ型の不純物を含有する。
【００２３】
次いで、マスクを除去し、そのマスクが配置されていた部分にゲート酸化膜３４を被覆する工程を実施する。上記の半導体層１４の表面１４ｄでｐ型化されていない部分が、ゲート酸化膜３４で被覆される。これによって、図７に示される半導体基板３２が形成される。なお、半導体基板３２の製造方法は、上記方法に限られない。例えば、半導体基板１５の表面１４ｄの全域を酸化させてもよい。次いで、ゲート酸化膜３４が形成されるべき領域にマスクを配置し、エッチング処理を実施してもよい。これにより、ゲート酸化膜３４が形成される。次いで、ｐ型のイオンを注入してもよい。この場合、ゲート酸化膜３４がマスクの役割を果たし、ゲート酸化膜３４が配置されていない部分のみがｐ型化される。このようにしても、半導体基板３２を製造することができる。
【００２４】
次いで、半導体基板３２に電極を配置する工程を実施する。図８に示されるように、オーミック電極３６が、半導体基板３２の表面２ｂに配置され、ゲート電極３８がゲート酸化膜３４の表面３４ｄに配置される。これによって、ＭＯＳトランジスタ３５が形成される。
【００２５】
本実施例の半導体装置（本実施例ではＭＯＳトランジスタ３５）の製造方法を利用すると、半導体層２の領域１６がＢＰＤ６の結晶構造とは異なる結晶構造に再配列されているため、結晶成長された半導体層１４にＢＰＤ６が伝播しない。本実施例で製造されたＭＯＳトランジスタ３５では、ＢＰＤ６が半導体層１４に伝播していないため、リーク電流を抑えることができる。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上記の実施例の変形例を以下に列挙する。
【００２７】
（１）上記の各実施例では、ＢＰＤ６の位置を特定する手法として、フォトルミネッセンス・イメージング法を利用しているが、この手法に限られるわけではない。例えば、Ｘ線トポグラフィ、カソードルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス等によって、ＢＰＤ６の位置を特定することができる。Ｘ線トポグラフィは、高感度で大面積検出可能であるが、測定時間が長く、装置が高額である。カソードルミネッセンスは、狭い範囲（例えば、数μｍ角）でしか測定できない。エレクトロルミネッセンスには、透明な電極を取り付ける必要がある。従って、ＢＰＤ６を検出する一番よい手法は、フォトルミネッセンス・イメージング法であると考えられる。
【００２８】
（２）なお、上記の実施例において例示したフォトルミネッセンスの条件は、適宜変更することができる。
【００２９】
（３）上記の各実施例では、ＢＰＤ６の結晶構造を再配列する手法として、レーザ１２を利用しているが、この手法に限られるわけではない。半導体層２の位置８において、局所的に表面温度を上昇させることで、ＢＰＤ６の結晶構造を再配列することができる。一般に、ＳｉＣの昇華温度は２０００℃であるため、表面温度を２０００℃程度に上昇させることができればよい。短時間（パルス）でもその温度に達すれば、結晶構造の再配列が行われる。
【００３０】
（４）上記の実施例では、炭化珪素の半導体層２を利用している。しかしながら、ＢＰＤ６が形成され易い他の種類の半導体層を利用する場合にも、上記の実施例の技術を適用することができる。例えば、六方晶系の材料によって形成される他の半導体層（珪素、窒化ガリウム、砒化ガリウム）を利用する場合にも、上記の実施例の技術を適用することができる。
【００３１】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】半導体層の表面での基底面内転位の位置を特定する工程を示す模式図である。
【図２】半導体層の表面での特定した位置にレーザを照射する工程を示す模式図である。
【図３】半導体基板の模式図である。
【図４】ショットキーダイオードの模式図である。
【図５】第２実施例の半導体基板の模式図である。
【図６】ｐｎダイオードの模式図である。
【図７】第３実施例の半導体基板の模式図である。
【図８】ＭＯＳトランジスタの模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
２  半導体層
２ａ  表面
２ｂ  表面
４  フォトルミネッセンス測定装置
６  基底面内転位
８  位置
１０  レーザ照射装置
１２  レーザ
１４  半導体層
１４ａ  高不純物濃度のｐ型の半導体領域
１４ｂ  低不純物濃度のｎ型の半導体領域
１４ｃ  高不純物濃度のｐ型の半導体領域
１４ｄ  表面
１５  半導体基板
１６  領域
１７  ショットキーダイオード
１８  貫通転位
２０  オーミック電極
２２  ショットキー電極
２４  ｐ型のイオン
２６  半導体基板
２８  オーミック電極
２９  ｐｎダイオード
３０  オーミック電極
３２  半導体基板
３４  ゲート酸化膜
３４ｄ  表面
３５  ＭＯＳトランジスタ
３６  オーミック電極  
３８  ゲート電極
【図１】
2010153464.tif 000003
【図２】
2010153464.tif 000004
【図３】
2010153464.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010153464.tif 000009
【図８】
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