(57)【要約】【課題】簡略化された製造工程で製造可能なショットキーバリアダイオードを内蔵させた炭化珪素を半導体材料とする半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体装置１の製造方法は、炭化珪素層２０の一方の主面の第１範囲１Ａにオーミック電極１４を形成する工程、オーミック電極１４をシリサイド化する工程、及びオーミック電極１４間に露出する炭化珪素層２０の一方の主面の第２範囲２Ａにショットキー電極１６をセルフアラインで形成する工程を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素層の一方の主面の第１範囲にオーミック電極を形成する工程と、
前記オーミック電極をシリサイド化する工程と、
前記オーミック電極間に露出する前記炭化珪素層の前記一方の主面の第２範囲にショットキー電極をセルフアラインで形成する工程と、を備えている半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記炭化珪素層は、
前記炭化珪素層の前記一方の主面の前記第２範囲に露出する露出部分を有する第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域上に設けられており、前記ドリフト領域の前記露出部分を間に置いて配置されており、前記炭化珪素層の前記一方の主面の前記第１範囲に露出する第２導電型の複数のベース領域と、
前記ベース領域に囲まれており、前記炭化珪素層の前記一方の主面の前記第１範囲に露出する第１導電型のソース領域と、を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体装置であって、
炭化珪素層と、
前記炭化珪素層の一方の主面の第１範囲にオーミック接触するオーミック電極と、
前記炭化珪素層の前記一方の主面の第２範囲にショットキー接触しており、前記オーミック電極上を被覆するショットキー電極と、を備えており、
前記炭化珪素層は、
前記炭化珪素層の前記一方の主面の前記第２範囲に露出する露出部分を有する第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域上に設けられており、前記ドリフト領域の前記露出部分を間に置いて配置されており、前記炭化珪素層の前記一方の主面の前記第１範囲に露出する第２導電型の複数のベース領域と、
前記ベース領域に囲まれており、前記炭化珪素層の前記一方の主面の前記第１範囲に露出する第１導電型のソース領域と、を有する半導体装置。
【請求項４】
前記ドリフト領域と前記ソース領域を隔てている前記ベース領域に対向するゲート部をさらに備える請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ゲート部は、前記炭化珪素層の前記一方の主面から前記ベース領域を貫通するトレンチ内に充填されているトレンチゲート電極を含む請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記トレンチゲート電極上を被覆する絶縁体のバリア層をさらに備えており、
前記ショットキー電極は、前記バリア層上を被覆する請求項５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、炭化珪素を半導体材料とする半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素は、低損失及び高温下での安定動作が可能な半導体装置を実現する半導体材料として知られている。炭化珪素を半導体材料とする半導体装置では、部品点数を削減するために、電界効果トランジスタにショットキーバリアダイオード（SBD：Schottky Barrier Diode）を内蔵させた構造が提案されており、その一例が特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１では、ｐ型のベース領域を貫通してｎ型のドリフト領域に達するトレンチ内にショットキー電極を充填させ、ショットキー電極とドリフト領域をショットキー接触させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２０４１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で提案されている半導体装置を製造するためには、ｐ型のベース領域を貫通するトレンチを形成する必要がある。このため、半導体装置の製造に必要なマスク数が増加し、製造コストが増加する。簡略化された製造工程で製造可能なショットキーバリアダイオードを内蔵させた炭化珪素を半導体材料とする半導体装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示される半導体装置の１つの製造方法は、炭化珪素層の一方の主面の第１範囲にオーミック電極を形成する工程、オーミック電極をシリサイド化する工程、及びオーミック電極間に露出する炭化珪素層の一方の主面の第２範囲にショットキー電極をセルフアラインで形成する工程を備えている。
【０００７】
上記製造方法では、オーミック電極を予め形成しておくことで、ショットキー電極をセルフアラインで形成することができる。このため、上記製造方法によれば、ショットキーバリアダイオードを内蔵させた炭化珪素を半導体材料とする半導体装置を簡略化された製造工程で製造することができる。
【０００８】
本明細書で開示される１つの半導体装置は、炭化珪素層、炭化珪素層の一方の主面の第１範囲にオーミック接触するオーミック電極、及び炭化珪素層の一方の主面の第２範囲にショットキー接触するとともにオーミック電極上を被覆するショットキー電極を備える。炭化珪素層は、第１導電型のドリフト領域、第２導電型の複数のベース領域、及び第１導電型のソース領域を有する。ドリフト領域は、炭化珪素層の一方の主面の第２範囲に露出する露出部分を有する。複数のベース領域は、ドリフト領域上に設けられており、ドリフト領域の露出部分を間に置いて配置されており、炭化珪素層の一方の主面の第１範囲に露出する。ソース領域は、ベース領域に囲まれており、炭化珪素層の一方の主面の第１範囲に露出する。
【０００９】
上記半導体装置では、複数のベース領域の間に存在するドリフト領域の露出部分が、炭化珪素層の一方の主面の第２範囲に露出している。ショットキー電極は、このドリフト領域の露出部分にショットキー接触している。さらに、上記半導体装置では、ベース領域とソース領域が、炭化珪素層の一方の主面の第１範囲に露出している。オーミック電極は、これらのベース領域及びソース領域にオーミック接触している。ここで、ショットキー電極は、オーミック電極を被覆している。即ち、ショットキー電極は、オーミック電極によってセルフアラインで作成可能な構造である。上記半導体装置は、簡略化された製造工程で製造可能な構造を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図２】半導体装置を製造する一工程中の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図３】半導体装置を製造する一工程中の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図４】半導体装置を製造する一工程中の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図５】半導体装置を製造する一工程中の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図６】半導体装置を製造する一工程中の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図７】半導体装置を製造する一工程中の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図８】半導体装置を製造する一工程中の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図９】半導体装置を製造する一工程中の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図１０】半導体装置を製造する一工程中の半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【００１２】
本明細書で開示される１つの製造方法は、ショットキーバリアダイオードを内蔵させた炭化珪素を半導体材料とする半導体装置を製造する際に用いられる。ここで、半導体装置には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。この製造方法は、炭化珪素層の一方の主面の第１範囲にオーミック電極を形成する工程、オーミック電極をシリサイド化する工程、オーミック電極間に露出する炭化珪素層の一方の主面の第２範囲にショットキー電極をセルフアラインで形成する工程を備えている。ここで、オーミック電極の材料には、例えば、ニッケル、チタン、又はアルミニウムが用いられてもよい。ショットキー電極の材料には、例えば、モリブデン、ニッケル、金、チタン、又はアルミニウムが用いられてもよい。
【００１３】
本明細書で開示される半導体装置の一実施形態は、炭化珪素層、炭化珪素層の一方の主面の第１範囲にオーミック接触するオーミック電極、及び炭化珪素層の一方の主面の第２範囲にショットキー接触するとともにオーミック電極上を被覆するショットキー電極を備える。炭化珪素層は、第１導電型のドリフト領域、第２導電型の複数のベース領域、及び第１導電型のソース領域を有する。ドリフト領域は、炭化珪素層の一方の主面の第２範囲に露出する露出部分を有する。複数のベース領域は、ドリフト領域上に設けられており、ドリフト領域の露出部分を間に置いて配置されており、炭化珪素層の一方の主面の第１範囲に露出する。ソース領域は、ベース領域に囲まれており、炭化珪素層の一方の主面の第１範囲に露出する。上記半導体装置では、ドリフト領域の露出部分とショットキー電極がショットキー接触することによって、ショットキーバリアダイオードが内蔵されている。
【００１４】
上記半導体装置は、ドリフト領域とソース領域を隔てているベース領域に対向するゲート部をさらに備えていてもよい。この半導体装置は、電界効果トランジスタにショットキーバリアダイオードが内蔵した構造を有している。
【００１５】
上記ゲート部は、炭化珪素層の一方の主面からベース領域を貫通するトレンチ内に充填されているトレンチゲート電極を含んでいてもよい。この半導体装置は、トレンチ型の絶縁ゲート部を有する電界効果トランジスタを有する。
【００１６】
上記ゲート部がトレンチゲート電極を含む場合、上記半導体装置は、トレンチゲート電極上を被覆する絶縁体のバリア層をさらに備えていてもよい。この場合、ショットキー電極は、バリア層上を被覆していてもよい。
【実施例１】
【００１７】
図１に示されるように、半導体装置１は、ドレイン電極１２、炭化珪素層２０、オーミック電極１４、ショットキー電極１６、ソース電極１８、絶縁ゲート部３２、及びバリア層３４を備える。
【００１８】
ドレイン電極１２は、炭化珪素層２０の裏面２０ａの全体を被膜するように形成されており、炭化珪素層２０の裏面２０ａにオーミック接触している、ドレイン電極１２の材料には、例えば、ニッケル、チタン、金、又はそれらの積層電極が用いられる。
【００１９】
炭化珪素層２０は、ｎ型の基板２２、ｎ型のドリフト領域２４、ｐ型のベース領域２６、及びｎ型のソース領域２８を有している。ｎ型の基板２２は、面方位が［０００１］面の炭化珪素基板である。ドリフト領域２４は、エピタキシャル成長技術を利用して、基板２２から結晶成長して形成されている。ドリフト領域２４は、凸状の露出部分２４ａを上部に有している。露出部分２４ａの上面は、炭化珪素層２０の表面２０ｂの第２範囲２Ａに露出している。
【００２０】
ベース領域２６は、飛程距離を変えた複数回のイオン注入技術を利用して、炭化珪素層２０の表面２０ｂからｐ型不純物（一例では、アルミニウム）を導入することで形成されている。ベース領域２６は、ドリフト領域２４の露出部分２４ａを間に置いて配置されている。換言すれば、ベース領域２６の間にドリフト領域２４の露出部分２４ａが形成されている。ベース領域２６は、コンタクト部分２６ａを上部に有している。コンタクト部分２６ａは、炭化珪素層２０の表面２０ｂの第１範囲１Ａの一部に露出しており、不純物濃度が相対的に濃い部分である。
【００２１】
ソース領域２８は、イオン注入技術を利用して、炭化珪素層２０の表面２０ｂからｎ型不純物（一例では、リン）を導入することで形成されている。ソース領域２８は、ベース領域２６によって囲まれており、ベース領域２６によってドリフト領域２４から隔てられている。ソース領域２８は、炭化珪素層２０の表面２０ｂの第１範囲１Ａの一部に露出している。なお、一例では、炭化珪素層２０の表面２０ｂを観察したときに、ドリフト領域２４の露出部分２４ａとベース領域２６のコンタクト部分２６ａとソース領域２８は、ストライプ状のレイアウトを有している。
【００２２】
オーミック電極１４は、炭化珪素層２０の表面２０ｂの一部にパターニングして形成されており、炭化珪素層２０の表面２０ｂの第１範囲１Ａに露出しているベース領域２６のコンタクト部分２６ａ及びソース領域２８にオーミック接触している。オーミック電極１４の材料には、例えばシリサイド化したニッケルが用いられている。
【００２３】
ショットキー電極１６は、炭化珪素層２０の表面側２０ｂの全体を被覆するように形成されており、炭化珪素層２０の表面２０ｂの一部、オーミック電極１４、及びバリア層３４を被覆している。ショットキー電極１６は、炭化珪素層２０の表面２０ｂの第２範囲２Ａに露出しているドリフト領域２４の露出部分２４ａにショットキー接触している。ショットキー電極１６の材料には、モリブデンが用いられている。
【００２４】
ソース電極１８は、ショットキー電極１６の表面全体を被覆している。ソース電極１８の材料には、例えば、チタン、アルミニウム、又はそれらの積層電極が用いられる。
【００２５】
絶縁ゲート部３２は、ドリフト領域２４とソース領域２８を隔てるベース領域２６に対向しており、ドリフト領域２４とソース領域２８の間のベース領域２６にチャネルを形成する。絶縁ゲート部３２は、炭化珪素層２０の表面からベース領域２６を貫通するトレンチ内に設けられているゲート絶縁膜３２ａ及びトレンチゲート電極３２ｂを含む。ゲート絶縁膜３２ａは、熱酸化又はＣＶＤ技術を利用して、トレンチの内壁を被膜して形成されている。トレンチゲート電極３２ｂは、ＣＶＤ技術を利用して、ゲート絶縁膜３２ａで被膜されたトレンチ内に充填して形成される。バリア層３４は、トレンチゲート電極３２ｂ上を被覆しており、トレンチゲート電極３２ｂをオーミック電極１４、ショットキー電極１６、及びソース電極１８から絶縁させている。
【００２６】
半導体装置１は、例えば、交流モータに交流電力を供給するインバータ装置に用いられるものであり、トレンチ型の絶縁ゲート部３２を備えたＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）にショットキーバリアダイオードが内蔵した構造である。ショットキーバリアダイオードは、ドリフト領域２４の露出部分２４ａにショットキー電極１６がショットキー接触することで内蔵されており、フリーホイールダイオードとして動作する。即ち、ショットキーバリアダイオードは、ＭＯＳＦＥＴがオフ状態において、交流モータに電流を流す役割を担う。
【００２７】
次に、半導体装置１の製造方法を説明する。まず、図２に示されるように、エピタキシャル成長技術及びイオン注入技術を利用して、基板２２上にドリフト領域２４、ベース領域２６、及びソース領域２８を形成する。次に、エッチング技術及びＣＶＤ技術を利用して、絶縁ゲート部３２のゲート絶縁膜３２ａ及びトレンチゲート電極３２ｂを形成する。なお、ここまでの製造方法は、既知の製造方法を適用することができる。
【００２８】
次に、図３及び図４に示されるように、ＣＶＤ技術及びエッチング技術を利用して、絶縁ゲート部３２上にバリア層３４をパターニングする。バリア層３４の材料は、耐フッ酸の性質を有するものが用いられ、一例では窒化シリコン膜が用いられる。
【００２９】
次に、図５及び図６に示されるように、ＣＶＤ技術及びエッチング技術を利用して、バリア層３４及びドリフト領域２４の露出部分２４ａ上にマスク層４２をパターニングする。マスク層４２の材料は、フッ酸で溶解する性質を有するものが用いられ、一例では酸化シリコン膜が用いられる。
【００３０】
次に、図７に示されるように、ＰＶＤ技術（スパッタ法又は蒸着法）を利用して、オーミック電極１４を形成する。その後、炭化珪素層２０に対して約１０００℃、約１０分のアニール処理を実施する。これにより、オーミック電極１４のうちの炭化珪素層２０と接触する界面部分がシリサイド化され、オーミック特性が得られる。
【００３１】
次に、図８に示されるように、金属を溶解する性質を有する溶液を利用して、シリサイド化されていないオーミック電極１４を選択的に除去する。これにより、炭化珪素層２０の表面２０ｂの第１範囲１Ａに対応してオーミック電極１４がパターニングされる。
【００３２】
次に、図９に示されるように、フッ酸を利用して、マスク層４２を選択的に除去する。
【００３３】
次に、図１０に示されるように、ＰＶＤ技術（スパッタ法又は蒸着法）を利用して、ショットキー電極１６を形成する。ショットキー電極１６は、炭化珪素層２０の表面側２０ｂの全体に形成される。このとき、ショットキー電極１６は、オーミック電極１４の間に存在するドリフト領域２４の露出部分２４ａに接触するようにセルアラインで形成される。その後、ＣＶＤ技術を利用して、ソース電極１８をショットキー電極１６上に形成し、図１に示される半導体装置１が完成する。
【００３４】
このように、半導体装置１の製造方法では、ベース領域２８のコンタクト部分２８ａとソース領域２８を被覆するオーミック電極１４を予め形成し、そのオーミック電極１４の間に窓部を形成する。さらに、半導体装置１では、その窓部に対応して、ドリフト領域２４の露出部分２４ａが炭化珪素層２０の表面２０ｂに露出する構造が採用されている。このため、ショットキー電極１６をセルフアラインで作成することができる。半導体装置１は、簡略化された製造工程によって製造することが可能である。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。また、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合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合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目的を同時に達成し得るものであり、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。
【符号の説明】
【００３６】
１：半導体装置
１Ａ：第１範囲
２Ａ：第２範囲
１４：オーミック電極
１６：ショットキー電極
１８：ソース電極
２０：炭化珪素層
２４：ドリフト領域
２４ａ：露出部分
２６：ベース領域
２６ａ：コンタクト部分
２８：ソース領域
３２：絶縁ゲート部
３２ａ：ゲート絶縁膜
３２ｂ：トレンチゲート電極
３４：バリア層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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