(57)【要約】【課題】高温において安定して動作する半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置であるトランジスタ１は、炭化珪素からなるｎ＋−ＳｉＣ層４０と、ｎ＋−ＳｉＣ層４０との間でヘテロ接合を構成するようにｎ＋−ＳｉＣ層４０上に形成されたダイヤモンドからなるｐ−−ダイヤモンド層５０とを備えている。そして、ｐ−−ダイヤモンド層５０には、ｐ−−ダイヤモンド層５０を構成するダイヤモンドの核発生領域を除去するための開口部９９が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素からなるＳｉＣ層と、
前記ＳｉＣ層との間でヘテロ接合を構成するように前記ＳｉＣ層上に形成されたダイヤモンドからなるダイヤモンド層とを備え、
前記ダイヤモンド層には、前記ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドの核発生領域を除去するための開口部が形成されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
少なくとも一方の主面に炭化珪素からなる層を有する基板と、
前記基板の前記炭化珪素からなる層上に形成された第１導電型の炭化珪素からなる第１ＳｉＣ層と、
前記第１ＳｉＣ層上に形成された、前記第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の炭化珪素からなる第２ＳｉＣ層と、
前記第２ＳｉＣ層との間でヘテロ接合を構成するように前記第２ＳｉＣ層上に形成されたダイヤモンドからなるダイヤモンド層とを備え、
前記ダイヤモンド層には、前記ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドの核発生領域を除去するための開口部が形成されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項３】
前記ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドは、高配向性ダイヤモンドまたは単結晶ダイヤモンドである、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
炭化珪素からなるＳｉＣ層が形成されるＳｉＣ層形成工程と、
前記ＳｉＣ層との間でヘテロ接合を構成するように前記ＳｉＣ層上にダイヤモンドからなるダイヤモンド層が形成されるダイヤモンド層形成工程と、
前記ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドの核発生領域が除去される核発生領域除去工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
少なくとも一方の主面に炭化珪素からなる層を有する基板が準備される基板準備工程と、
前記基板の前記炭化珪素からなる層上に第１導電型の炭化珪素からなる第１ＳｉＣ層が形成される第１ＳｉＣ層形成工程と、
前記第１ＳｉＣ層上に、前記第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の炭化珪素からなる第２ＳｉＣ層が形成される第２ＳｉＣ層形成工程と、
前記第２ＳｉＣ層との間でヘテロ接合を構成するように前記第２ＳｉＣ層上にダイヤモンドからなるダイヤモンド層が形成されるダイヤモンド層形成工程と、
前記ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドの核発生領域が除去される核発生領域除去工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、より特定的には、炭化珪素からなるＳｉＣ層とダイヤモンドからなるダイヤモンド層とのヘテロ接合を含む半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン（Ｓｉ）からなるシリコン半導体に関する技術は、今日に至るまでにすでに大きな進歩を遂げており、様々な回路が集積化され、広く利用されている。しかし、バンドギャップの大きさなどのシリコンの物性に起因して、シリコン半導体を含む素子には動作上の限界がある。そのため、シリコン半導体では対応が困難な高温、高耐圧の環境下で用いられる素子や、高速の動作が必要な素子に用いられる半導体の材料として、バンドギャップの大きい炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）が検討されており、究極的にはダイヤモンドの採用が期待されている。
【０００３】
これに対し、炭化珪素からなるＳｉＣ層上にダイヤモンドを成長させた構造を有する半導体装置が提案されている（たとえば特許文献１および２参照）。これにより、高温環境下において使用可能な半導体装置を提供することができる。
【特許文献１】特開昭６４−５５８６２号公報
【特許文献２】特開平５−２７５４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＳｉＣ層上にダイヤモンドを成長させた構造を有する従来の半導体装置においては、高温環境下で必ずしも安定した動作が得られないという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、高温において安定して動作する半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の局面における半導体装置は、炭化珪素からなるＳｉＣ層と、ＳｉＣ層との間でヘテロ接合を構成するようにＳｉＣ層上に形成されたダイヤモンドからなるダイヤモンド層とを備えている。そして、当該ダイヤモンド層には、ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドの核発生領域を除去するための開口部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明者は、炭化珪素からなるＳｉＣ層上にダイヤモンド層が形成された構造を有する半導体装置の高温での動作の安定性に関して詳細な検討を行なった。その結果、ＳｉＣ層とダイヤモンド層との界面に形成されるダイヤモンドの核発生領域が、当該半導体装置の高温での動作の安定性を阻害していることを見出した。すなわち、ダイヤモンドの核発生領域には、直径０．１μｍ以下の微細な結晶粒が多数存在し、これに対応して結晶粒界が多く存在する。さらに、ダイヤモンドの核発生領域には、核発生の際に生成するグラファイトなどの不純物も存在している。その結果、ＳｉＣ層とダイヤモンド層との間で形成されるヘテロ結合が本来の特性を十分に発揮せず、当該半導体装置の高温での動作の安定性が阻害されていることが明らかとなった。
【０００８】
これに対し、本発明の一の局面における半導体装置においては、ダイヤモンド層に、ダイヤモンドの核発生領域を除去するための開口部が形成されている。この開口部から、半導体装置の高温での動作の安定性を阻害するダイヤモンドの核発生領域が除去されていることにより、本発明の一の局面における半導体装置は、高温において安定して動作することができる。
【０００９】
ここで、ダイヤモンドの核発生領域は、上述のように直径０．１μｍ以下の微細な結晶粒が多数存在する領域であるため、たとえば走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭ）による観察によりその存在を確認することができる。
【００１０】
本発明の他の局面における半導体装置は、基板と、第１ＳｉＣ層と、第２ＳｉＣ層と、ダイヤモンド層とを備えている。基板は、少なくとも一方の主面に炭化珪素からなる層を有する。第１ＳｉＣ層は、基板の炭化珪素からなる層上に形成され、第１導電型の炭化珪素からなる。第２ＳｉＣ層は、第１ＳｉＣ層上に形成され、第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の炭化珪素からなる。ダイヤモンド層は、第２ＳｉＣ層との間でヘテロ接合を構成するように第２ＳｉＣ層上に形成され、ダイヤモンドからなる。そして、ダイヤモンド層には、ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドの核発生領域を除去するための開口部が形成されている。
【００１１】
本発明の他の局面における半導体装置においては、上記本発明の一の局面における半導体装置と同様に、ダイヤモンド層に、ダイヤモンドの核発生領域を除去するための開口部が形成されている。この開口部から、半導体装置の高温での動作の安定性を阻害するダイヤモンドの核発生領域が除去されていることにより、本発明の他の局面における半導体装置は、高温において安定して動作することができる。
【００１２】
上記半導体装置において好ましくは、ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドは、高配向性ダイヤモンドまたは単結晶ダイヤモンドである。ダイヤモンドの結晶の方位が揃っていることにより、本発明の半導体装置は、一層安定して動作することができる。ここで、高配向性ダイヤモンドとは、ダイヤモンド結晶の表面積の９５％以上がダイヤモンドの（１００）結晶面又は９５％以上がダイヤモンドの（１１１）結晶面から構成されており、隣接する（１００）結晶面又は（１１１）結晶面について、その結晶面方位を表すオイラー角｛α，β，γ｝の差｛△α，△β，△γ｝が｜△α｜≦１０°、｜△β｜≦１０°、｜△γ｜≦１０°を同時に満足するものをいう。ここで、オイラー角｛α、β、γ｝は、基準となる結晶面を基準座標のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りに角度α、β、γの回転を順次加えて得られる結晶面の配向を表す。
【００１３】
本発明の一の局面における半導体装置の製造方法は、炭化珪素からなるＳｉＣ層が形成されるＳｉＣ層形成工程と、当該ＳｉＣ層との間でヘテロ接合を構成するようにＳｉＣ層上にダイヤモンドからなるダイヤモンド層が形成されるダイヤモンド層形成工程と、ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドの核発生領域が除去される核発生領域除去工程とを備えている。
【００１４】
本発明の一の局面における半導体装置の製造方法によれば、核発生領域除去工程において、半導体装置の高温での動作の安定性を阻害するダイヤモンドの核発生領域が除去される。その結果、本発明の一の局面における半導体装置の製造方法によれば、高温において安定して動作する半導体装置を製造することができる。ここで、核発生領域除去工程は、たとえば、ダイヤモンド層形成工程において形成されたダイヤモンド層に、ダイヤモンド層を貫通する貫通孔を形成し、ダイヤモンドの核発生領域を除去することで実施することができる。
【００１５】
本発明の他の局面における半導体装置の製造方法は、基板準備工程と、第１ＳｉＣ層形成工程と、第２ＳｉＣ層形成工程と、ダイヤモンド層形成工程と、核発生領域除去工程とを備えている。基板準備工程では、少なくとも一方の主面に炭化珪素からなる層を有する基板が準備される。第１ＳｉＣ層形成工程では、当該基板の炭化珪素からなる層上に第１導電型の炭化珪素からなる第１ＳｉＣ層が形成される。第２ＳｉＣ層形成工程では、第１ＳｉＣ層上に、第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の炭化珪素からなる第２ＳｉＣ層が形成される。ダイヤモンド層形成工程では、第２ＳｉＣ層との間でヘテロ接合を構成するように第２ＳｉＣ層上にダイヤモンドからなるダイヤモンド層が形成される。そして、核発生領域除去工程では、ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドの核発生領域が除去される。
【００１６】
本発明の他の局面における半導体装置の製造方法においては、上記本発明の一の局面における半導体装置の製造方法と同様に、核発生領域除去工程において、半導体装置の高温での動作の安定性を阻害するダイヤモンドの核発生領域が除去される。その結果、本発明の他の局面における半導体装置の製造方法によれば、高温において安定して動作する半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、高温において安定して動作する半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態における半導体装置としてのトランジスタの構成を示す概略断面図である。図１を参照して、本発明の半導体装置であるトランジスタの構成を説明する。
【００２０】
本発明の一実施の形態における半導体装置としてのトランジスタ１は、４Ｈ−ＳｉＣ基板１０と、第１ＳｉＣ層としてのｐ＋−ＳｉＣ層２０およびｐ−ＳｉＣ層３０と、第２ＳｉＣ層としてのｎ＋−ＳｉＣ層４０と、ダイヤモンド層としてのｐ−−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０とを備えている。
【００２１】
４Ｈ−ＳｉＣ基板１０は、不純物元素がドープされていない、すなわちノンドープの六方晶（４Ｈ）炭化珪素（ＳｉＣ）からなっている。ｐ＋−ＳｉＣ層２０およびｐ−ＳｉＣ層３０は、４Ｈ−ＳｉＣ基板１０上に形成され、ホウ素（Ｂ）が不純物としてドープされていることにより導電型がｐ型である炭化珪素（ｐ−ＳｉＣ）からなっている。ｐ＋−ＳｉＣ層２０は、４Ｈ−ＳｉＣ基板１０上に接触して形成され、ｐ−ＳｉＣ層３０は、ｐ＋−ＳｉＣ層２０上に接触してｐ＋−ＳｉＣ層２０よりも厚みが大きくなるように形成されている。そして、ｐ＋−ＳｉＣ層２０における不純物としてのホウ素の濃度は、ｐ−ＳｉＣ層３０におけるホウ素の濃度よりも高くなっている。さらに、ｐ＋−ＳｉＣ層２０は、ｐ−ＳｉＣ層３０が形成されていない表面である露出面２０Ａを有しており、露出面２０Ａ上には、露出面２０Ａに接触するようにＭｏ（モリブデン）／Ａｕ（金）からなるコレクタ電極７１が形成されている。
【００２２】
ｎ＋−ＳｉＣ層４０は、ｐ−ＳｉＣ層３０上に接触し、ｐ−ＳｉＣ層３０よりも厚みが小さくなるように形成されている。さらに、ｎ＋−ＳｉＣ層４０は、不純物としてリン（Ｐ）がドープされていることにより、導電型がｎ型である炭化珪素（ｎ−ＳｉＣ）からなっている。
【００２３】
ｐ−−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０は、ｎ＋−ＳｉＣ層４０上に形成され、ホウ素（Ｂ）が不純物としてドープされていることにより導電型がｐ型であるダイヤモンド（ｐ−ダイヤモンド）からなっている。ｐ−−ダイヤモンド層５０は、ｎ＋−ＳｉＣ層４０との間でヘテロ接合を構成するように、ｎ＋−ＳｉＣ層４０上に接触して形成されている。ｐ＋−ダイヤモンド層６０は、ｐ−−ダイヤモンド層５０上に接触してｐ−−ダイヤモンド層５０よりも厚みが小さくなるように形成されている。そして、ｐ＋−ダイヤモンド層６０における不純物としてのホウ素の濃度は、ｐ−−ダイヤモンド層５０におけるホウ素の濃度よりも高くなっている。
【００２４】
さらに、ｎ＋−ＳｉＣ層４０は、ｐ−−ダイヤモンド層５０が形成されていない表面である露出面４０Ａを有しており、露出面４０Ａ上には、露出面４０Ａに接触するようにＴａＳｉ（タンタル珪化物）からなるベース電極７２が形成されている。また、ｐ＋−ダイヤモンド層６０上には、ｐ＋−ダイヤモンド層６０に接触するようにＡｌＳｉ（アルミニウム珪化物）からなるエミッタ電極７３が形成されている。
【００２５】
そして、ｐ−−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０には、ｐ−−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０を構成するダイヤモンドの核発生領域を除去するための開口部９９が形成されている。より具体的には、開口部９９は、ｐ−−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０を貫通する貫通孔であって、当該貫通孔の形成により、ｎ＋−ＳｉＣ層４０上に形成されたｐ−−ダイヤモンド層５０を構成するダイヤモンドの核発生領域が除去されている。なお、図１に示す断面においては、開口部９９によりｐ−−ダイヤモンド層５０、ｐ＋−ダイヤモンド層６０およびエミッタ電極７３の各々は分断されているが、これらは平面的にはそれぞれ繋がった状態を保持している。すなわち、開口部９９は、平面的にはｐ−−ダイヤモンド層５０、ｐ＋−ダイヤモンド層６０およびエミッタ電極７３の各々に囲まれた領域となっている。
【００２６】
次に、トランジスタ１の動作について説明する。本実施の形態におけるトランジスタ１は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。ベース領域であるｎ＋−ＳｉＣ層４０を中性に保った状態でコレクタ領域であるｐ＋−ＳｉＣ層２０およびｐ−ＳｉＣ層３０側がコレクタ電極７１を介して−（マイナス）、エミッタ領域であるｐ−−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０側がエミッタ電極７３を介して＋（プラス）となるように電圧をかけると、エミッタ領域内のキャリアである正孔がベース領域内に流入しベース領域内のキャリアである電子と結合する。そして、ベース領域内の電子が全て消費されると空乏層が形成され、エミッタ領域とコレクタ領域との間には電流は流れない。これに対し、ベース電極７２を介してベース領域であるｎ＋−ＳｉＣ層４０側がエミッタ領域に対して−（マイナス）になるように電圧をかけると、ベース領域にキャリアである電子が供給されるため、エミッタ領域内の正孔がベース領域に向かって移動する。移動した正孔のうち一部はベース領域内の電子と結合するものの、ベース領域であるｎ＋−ＳｉＣ層４０は薄い層であるため、大部分の正孔はコレクタ領域に引き寄せられてベース領域を通過する。その結果、エミッタ領域とコレクタ領域との間に電流が流れる（スイッチング作用）。また、エミッタ領域とベース領域との間のわずかな電流の変化により、エミッタ領域とコレクタ領域との間の電流を大きく変化させることができる（増幅作用）。
【００２７】
ここで、上述のように、本実施の形態におけるトランジスタ１のエミッタ領域、ベース領域およびコレクタ領域は、従来のＳｉなどの素材に比べてバンドギャップの大きいＳｉＣおよびダイヤモンドにより構成されている。そのため、従来のトランジスタでは対応が困難な高温、高耐圧の環境下で用いることができる。そして、本実施の形態のトランジスタ１においては、ｐ−−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０を貫通するように開口部９９が形成されることによりダイヤモンドの核発生領域が除去されている。その結果、核発生領域がｎ＋−ＳｉＣ層４０とｐ−−ダイヤモンド層５０との界面に残存していないため、本実施の形態のトランジスタ１は、高温において安定して動作することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態のトランジスタ１においては、ｐ−−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０を構成するダイヤモンドは、高配向性ダイヤモンド（多結晶）であることが好ましく、単結晶であることがより好ましい。これにより、トランジスタ１は、より安定して動作することができる。
【００２９】
次に、トランジスタ１の製造方法について説明する。図２は、本実施の形態におけるトランジスタの製造工程の概略を示す流れ図である。また、図３〜図８は、本実施の形態におけるトランジスタの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００３０】
図２を参照して、まず、炭化珪素からなる基板が準備される基板準備工程としてのＳｉＣ基板準備工程が実施された後、当該基板上に導電型がｐ型の炭化珪素からなるｐ型ＳｉＣ層が形成される第１ＳｉＣ層形成工程としてのｐ型ＳｉＣ層形成工程が実施され、さらにｐ型ＳｉＣ層上に導電型がｎ型の炭化珪素からなるｎ型ＳｉＣ層（ｎ＋−ＳｉＣ層４０）が形成される第２ＳｉＣ層形成工程としてのｎ＋−ＳｉＣ層形成工程が実施される。ｐ型ＳｉＣ層形成工程は、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ＋−ＳｉＣ層２０が形成されるｐ＋−ＳｉＣ層形成工程と、ｐ型不純物の濃度がｐ＋−ＳｉＣ層よりも低いｐ−ＳｉＣ層３０が形成されるｐ−ＳｉＣ層形成工程とを含んでいる。
【００３１】
具体的には、図３に示すように、まず、六方晶炭化珪素からなる４Ｈ−ＳｉＣ基板１０が準備されるＳｉＣ基板準備工程が実施される。そして、４Ｈ−ＳｉＣ基板１０上に、減圧ＣＶＤ法により、４Ｈのｐ＋−ＳｉＣ層２０、ｐ−ＳｉＣ層３０およびｎ＋−ＳｉＣ層４０が形成されるｐ＋−ＳｉＣ層形成工程、ｐ−ＳｉＣ層形成工程およびｎ＋−ＳｉＣ層形成工程が順次実施される。このとき、原料ガスにはＣ３Ｈ８ガスとＳｉＨＣｌ２ガスとの混合ガス、キャリアガスにはＨ２を採用することができる。そして、ｐ＋−ＳｉＣ層形成工程およびｐ−ＳｉＣ層形成工程においては、原料ガスにＢ２Ｈ６を混入させることによりＳｉＣにｐ型不純物であるＢをドープすることができる。なお、ｐ＋−ＳｉＣ層２０とｐ−ＳｉＣ層３０とのＢの濃度差は、キャリアガスに混入されるＢ２Ｈ６の濃度により制御することができる。また、ｎ＋−ＳｉＣ層形成工程においては、原料ガスにＰＨ３を混入させることによりＳｉＣにｎ型不純物であるＰをドープすることができる。
【００３２】
次に、図２を参照して、ｎ＋−ＳｉＣ層４０との間でヘテロ接合を構成するようにｎ＋−ＳｉＣ層４０上にダイヤモンドからなるダイヤモンド層としてのｐ−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０が形成されるダイヤモンド層形成工程が実施される。ダイヤモンド層形成工程は、ｎ＋−ＳｉＣ層４０上にダイヤモンドの核発生領域を制御するための核発生領域制御マスクとしてのＡｕ（金）マスクを形成するＡｕマスク形成工程と、Ａｕマスクの開口部にダイヤモンドの核を発生させるダイヤモンド核発生工程と、発生した核からｐ型不純物を含むダイヤモンドを成長させることによりｐ−ダイヤモンド層５０を形成するｐ−ダイヤモンド層形成工程と、ｐ−ダイヤモンド層５０上にｐ−ダイヤモンド層５０よりもｐ型不純物の濃度が高いｐ＋−ダイヤモンド層を形成するｐ＋−ダイヤモンド層形成工程とを含んでいる。
【００３３】
具体的には、図４を参照して、Ａｕマスク形成工程においては、まず、ｎ＋−ＳｉＣ層４０上にＡｕが蒸着されることによりＡｕ膜８０が形成される。次に、Ａｕ膜８０上にレジスト９０が塗布され、フォトリソグラフィーによりレジスト開口部９１が形成される。そして、レジスト開口部９１が形成されたレジスト９０をマスクとして、Ａｕ膜８０がエッチングされ、Ａｕ膜開口部８１が形成される。なお、Ａｕ膜開口部８１は、５μｍ以上５００μｍ以下の間隔、たとえば５０μｍ間隔で、１０μｍ２以上１０００００μｍ２以下の大きさ、たとえば一辺１０μｍの正方形形状に形成することができる。この開口部の形状は正方形、長方形などの矩形であってもよいが、円形或いは楕円形としてもよい。
【００３４】
次に、図５を参照して、ダイヤモンド核発生工程においては、レジスト９０が除去されたうえで、ｎ＋−ＳｉＣ層４０の、Ａｕ膜８０のＡｕ膜開口部８１から露出した領域上に、ダイヤモンドを核発生させることにより核発生領域５１が形成される。核発生は、バイアス処理、傷つけ処理などにより行なうことができる。そして、図６を参照して、ｐ−ダイヤモンド層形成工程においては、王水などを用いてＡｕ膜８０が除去された後、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により核発生領域５１からダイヤモンドをラテラルに成長させることによりｐ型不純物を含むｐ−ダイヤモンド層５０が形成される。このとき、原料ガスには、たとえばＣＨ４ガスとＨ２ガスとの混合ガスを採用し、当該原料ガスにＢ２Ｈ６を混入させることによりダイヤモンドにｐ型不純物であるＢをドープすることができる。
【００３５】
さらに、図７を参照して、ｐ＋−ダイヤモンド層形成工程においては、ｐ−ダイヤモンド層５０上に、ｐ−ダイヤモンド層形成工程と同様の方法によりｐ−ダイヤモンド層よりもｐ型不純物の濃度が高いｐ＋−ダイヤモンド層６０が形成される。ここで、ｐ−ダイヤモンド層５０とｐ＋−ダイヤモンド層６０とのＢの濃度差は、キャリアガスに混入されるＢ２Ｈ６の濃度により制御することができる。
【００３６】
次に、図２を参照して、ダイヤモンド層としてのｐ−ダイヤモンド層５０を構成するダイヤモンドの核発生領域５１が除去される核発生領域除去工程としてのダイヤモンド層エッチング工程が実施される。具体的には、ダイヤモンド層エッチング工程は、たとえば以下のように実施することができる。
【００３７】
図７および図８を参照して、まず、ｐ＋−ダイヤモンド層６０上にレジストが塗布され、フォトリソグラフィーにより核発生領域５１の直上、露出面２０Ａおよび露出面４０Ａを形成すべき領域の直上に開口が形成される。そして、当該開口が形成されたレジストをマスクとして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ；反応性イオンエッチング）によりｐ−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０がエッチングされる。これにより、ｐ−ダイヤモンド層５０およびｐ＋−ダイヤモンド層６０を貫通する貫通孔である開口部９９が形成されて、核発生領域５１が除去される。また、同時に、ｎ＋−ＳｉＣ層４０には、ｐ−−ダイヤモンド層５０が形成されていない表面である露出面４０Ａが形成される。なお、開口部９９は、５μｍ以上５００μｍ以下の間隔、たとえば５０μｍ間隔で、１０μｍ２以上１０００００μｍ２以下の大きさ、たとえば一辺１０μｍの正方形形状に形成することができる。この開口部の形状は正方形、長方形などの矩形であってもよいが、円形、楕円形などの形状としてもよい。
【００３８】
さらに、図２を参照して、ＳｉＣ層エッチング工程が実施される。具体的には、図８を参照して、フォトリソグラフィーによりパターニングされたレジストをマスクとして、ＲＩＥによりｎ＋−ＳｉＣ層４０およびｐ−ＳｉＣ層３０がエッチングされて、ｐ＋−ＳｉＣ層２０に、ｐ−ＳｉＣ層３０が形成されていない表面である露出面２０Ａが形成される。
【００３９】
次に、図２を参照して、エミッタ電極、ベース電極およびコレクタ電極が形成される電極形成工程が実施される。具体的には、図８および図１を参照して、ｐ＋−ダイヤモンド層６０上にＡｌＳｉからなるエミッタ電極７３が、ｎ＋−ＳｉＣ層４０の露出面４０Ａ上にはＴａＳｉからなるベース電極７２が、ｐ＋−ＳｉＣ層２０の露出面２０Ａ上にはＭｏ／Ａｕからなるコレクタ電極７１が、それぞれ蒸着法により形成される。以上の工程により、図２に示す本実施の形態におけるトランジスタの製造方法は完了し、図１に示すトランジスタ１が製造される。
【００４０】
なお、上記実施の形態においては、４Ｈ−ＳｉＣ基板１０、ｐ＋−ＳｉＣ層２０、ｐ−ＳｉＣ層３０およびｎ＋−ＳｉＣ層４０が４Ｈ−ＳｉＣからなる場合について説明したが、本発明の半導体装置はこれに限られず、基板は、少なくとも一方の主面に炭化珪素からなる層を有していればよい。したがって、たとえば、Ｓｉ基板の表面に６Ｈ−ＳｉＣからなる層を形成したものを基板として採用し、ｐ＋−ＳｉＣ層２０、ｐ−ＳｉＣ層３０およびｎ＋−ＳｉＣ層４０もこれに合わせて６Ｈ−ＳｉＣで構成してもよい。また、上記実施の形態においては、半導体装置がバイポーラトランジスタである場合について説明したが、本発明の半導体装置およびその製造方法、特に本発明の一の局面における半導体装置（請求項１および請求項３）はこれに限られず、センサー、発光素子、整流素子などの半導体装置に適用することができる。
【００４１】
また、本発明におけるダイヤモンド層の厚みは、５μｍ未満とすると、隣接する核発生領域から成長したダイヤモンドどうしが十分に結合しない等の不具合が発生するおそれがあるため、５μｍ以上とすることが好ましい。一方、ダイヤモンド層の厚みが１００μｍを超えると生産コストが一般的な許容範囲を超えて上昇するおそれがあるため、１００μｍ以下とすることが好ましい。
【００４２】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法においては、核発生領域の除去には、ＣＦ４などを用いたプラズマエッチングを採用してもよいし、レーザ加工を採用してもよい。
【実施例１】
【００４３】
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であるトランジスタと、本発明の範囲外の半導体装置であるトランジスタとを作製し、高温での動作の安定性を調査する実験を行なった。
【００４４】
まず、上記実施の形態におけるトランジスタ（実施例）と、上記実施の形態のトランジスタにおいて、核発生領域を除去しなかったもの（比較例）とを１０個ずつ作製した。そして、これらをサンプルとして高温での動作の可否（スイッチング作用）を確認した。
【００４５】
その結果、実施例のトランジスタは、３５０℃において１０個全てが問題なく動作したのに対し、比較例のトランジスタは、３００℃において１０個のうち２個のみが動作し、他の８個は動作しなかった。このことから、本発明の半導体装置は、従来の半導体装置に比べて、高温での動作の安定性において優れていることが確認された。
【００４６】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の半導体装置およびその製造方法は、炭化珪素からなるＳｉＣ層とダイヤモンドからなるダイヤモンド層とのヘテロ接合を含む半導体装置およびその製造方法に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体装置としてのトランジスタの構成を示す概略断面図である。
【図２】トランジスタの製造工程の概略を示す流れ図である。
【図３】トランジスタの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図４】トランジスタの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】トランジスタの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】トランジスタの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】トランジスタの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図８】トランジスタの製造方法を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  トランジスタ、１０  ４Ｈ−ＳｉＣ基板、２０  ｐ＋−ＳｉＣ層、２０Ａ  露出面、３０  ｐ−ＳｉＣ層、４０  ｎ＋−ＳｉＣ層、４０Ａ  露出面、５０  ｐ−−ダイヤモンド層、５１  核発生領域、６０  ｐ＋−ダイヤモンド層、７１  コレクタ電極、７２  ベース電極、７３  エミッタ電極、８０  Ａｕ膜、８１  Ａｕ膜開口部、９０  レジスト、９１  レジスト開口部、９９  開口部。
【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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