(57)【要約】【課題】  ｎ型の化合物半導体と金属膜が積層されている積層体において、化合物半導体と金属膜の間に流れるリーク電流を低下させる方法を提供する。【解決方法】  ｎ型の化合物半導体基板６に金属膜２を積層した後に、化合物半導体基板６に正電圧を印加して金属膜２を陽極酸化する。この際に、化合物半導体基板６と金属膜２の間にリーク電流３０が流れる。リーク電流３０は結晶欠陥３２に集中し、結晶欠陥３２の存在箇所に対応する金属膜２の表面２ａに厚い酸化物３４が形成される。酸化物３４が形成されることによって、リーク電流３０が結晶欠陥３２に沿って流れにくくなり、化合物半導体基板６と金属膜２の間に流れるリーク電流３０を低下させることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型の化合物半導体基板とその化合物半導体基板に積層されている金属膜の間を流れるリーク電流を基準値以下に低下させる方法であり、
前記化合物半導体基板に前記金属膜を積層する積層工程と、
前記金属膜が積層された前記化合物半導体基板に正電圧を印加し、対となる他方の電極に負電圧を印加し、前記化合物半導体基板と前記の他方の電極の間を流れる電流を計測しながら、前記金属膜を陽極酸化する陽極酸化工程を備えており、
前記陽極酸化工程で計測される電流が前記基準値以下になった時に、前記陽極酸化工程を終了することを特徴とするリーク電流の低下方法。
【請求項２】
前記積層工程と前記陽極酸化工程のサイクルを複数回繰返すことを特徴とする請求項１に記載のリーク電流の低下方法。
【請求項３】
ｎ型の化合物半導体基板と、
前記化合物半導体基板に積層されている金属膜を備えており、
前記化合物半導体基板中の結晶欠陥密度が高い部位の金属膜に酸化物が形成されていることを特徴とする積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｎ型の化合物半導体基板とその化合物半導体基板に金属膜が積層された積層体と、その積層体のリーク電流を低下させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの化合物半導体を用いた半導体装置が知られている。化合物半導体は、一般にケイ素（Ｓｉ）に比べて大きいバンドギャップを有しており、高い絶縁耐圧を有している。このため、化合物半導体を用いた半導体装置は、例えば自動車の制御装置、家電等の高耐圧が必要とされる分野への応用が期待されている。
【０００３】
化合物半導体を用いた半導体装置を製造する工程では、エピタキシー成長などによって基板上に化合物半導体を結晶成長させ、その表面に金属膜を積層形成する。これによって、化合物半導体と金属膜が積層された積層体が形成される。この積層体を用いて半導体装置が形成される。このような半導体装置の製造方法が特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２７４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
化合物半導体を基板上に結晶成長させる際に、様々な理由で化合物半導体の内部に結晶欠陥が発生する。化合物半導体の内部に結晶欠陥が存在すると、化合物半導体に逆バイアス電圧を印加して半導体装置に電圧を印加した際に、結晶欠陥を通して大きな逆バイアス電流（リーク電流）が流れる。化合物半導体に流れるリーク電流が増大し、半導体の絶縁耐圧が悪化する。
現在の化合物半導体の結晶成長技術では、化合物半導体の内部に結晶欠陥が発生することを完全に防止することができない。高い絶縁耐圧を期待されている化合物半導体を用いた半導体装置にとって、絶縁耐圧の悪化は重要な問題である。化合物半導体の内部に結晶欠陥が存在する場合でも、化合物半導体に流れるリーク電流を低下させ、化合物半導体の高い絶縁耐圧を維持することができる技術が必要とされている。
【０００６】
本発明は上記の課題をｎ型の化合物半導体において解決する。すなわち本発明は、ｎ型の化合物半導体と金属膜の間に流れるリーク電流を低下させることが可能な方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ｎ型の化合物半導体基板とその化合物半導体基板に積層されている金属膜の間を流れるリーク電流を基準値以下に低下させる方法に関する。
本発明の方法は、下記の工程を備えている。
（１）化合物半導体基板に金属膜を積層する積層工程。
（２）金属膜が積層された化合物半導体基板に正電圧を印加し、対となる他方の電極に負電圧を印加し、化合物半導体基板と他方の電極の間を流れる電流を計測しながら、金属膜を陽極酸化する陽極酸化工程。
【０００８】
本発明では、ｎ型の化合物半導体基板に積層形成された金属膜を陽極酸化する。金属膜を陽極酸化する際に、逆バイアス電圧である正電圧を金属膜ではなく化合物半導体基板に印加する。これによって、化合物半導体基板と金属膜の間にリーク電流が流れ、リーク電流が流れた領域の金属膜が酸化される。
本発明では、化合物半導体基板の内部で結晶欠陥が存在する部位に大きなリーク電流が流れることを利用して、結晶欠陥に対応する部位の金属膜の酸化を加速させる。結晶欠陥に対応する部位の金属膜に選択的に厚い酸化物が形成され、この部位の絶縁性が増大する。この結果、結晶欠陥に流れるリーク電流が抑制され、化合物半導体と金属膜の間に流れるリーク電流を低下させることができる。
本発明では、金属電極を酸化する際に流れるリーク電流を計測する。計測されたリーク電流が基準値以下になった時に、陽極酸化を終了する。基準値は、積層体を用いて製造する半導体装置の特性に基づいて決定することができる。計測されたリーク電流が基準値以下となるまで陽極酸化することによって、積層体に流れるリーク電流を確実に基準値以下にまで低下させることができる。
【０００９】
本発明の方法を用いて製造された積層体では、結晶欠陥に対応する部位の金属膜に選択的に厚い酸化物が形成されている。結晶欠陥を通ってリーク電流が流れることがない。結晶欠陥を通ってリーク電流が流れることによって結晶欠陥が拡大し、積層体の電気特性が悪化するがない。電気特性が安定している積層体が製造される。
【００１０】
本発明の方法では、（１）と（２）を１サイクルとし、複数サイクル繰返してもよい。各々のサイクルの終了時に、金属膜の表面を研磨することが好ましい。化合物半導体の結晶欠陥に対応しない部位では、金属膜の表面に形成された薄い絶縁膜が除去され、サイクル毎に積層される金属膜同士が導通する。一方、化合物半導体の結晶欠陥に対応する部位では、金属膜に形成された厚い絶縁膜が除去されずに残存し、この部位の絶縁性が確保される。
複数サイクル繰返されることで、積層体に印加する逆バイアス電圧を引き上げることができる。積層体において必要とされる絶縁耐圧が大きい場合には、サイクルを繰返すことによって、積層体に印加する逆バイアス電圧を徐々に増加させることができ、確実にリーク電流を基準値以下にまで低下させることができる。
【００１１】
本発明は、化合物半導体基板とその化合物半導体基板に積層されている金属膜を備えた積層体に具象化することもできる。
本発明の積層体では、化合物半導体基板中の結晶欠陥密度が高い部位の金属膜に酸化物が形成されている。そのため、積層体の化合物半導体基板に逆バイアス電圧を印加した際に、化合物半導体基板中の結晶欠陥密度が高い部位にリーク電流が流れることがない。積層体に流れるリーク電流を低下させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、積層体において化合物半導体基板と金属膜の間に流れるリーク電流を低下させることができ、積層体を用いて絶縁耐圧の高い半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１）化合物半導体は炭化ケイ素である。
【実施例】
【００１４】
（第１実施例）
図１に、裏面に金属電極８が積層された積層体１０の断面図を示す。積層体１０は、化合物半導体基板６と絶縁膜４と金属膜２を備えている。化合物半導体基板６は、第１半導体層６ａと第２半導体層６ｂを備えている。第１半導体層６ａは低濃度のｎ型不純物を含んでいる。第２半導体層６ｂは高濃度のｎ型不純物を含んでいる。第１半導体層６ａは第２半導体層６ｂの表面に積層されている。
積層体１０を形成する際には、化合物半導体基板６の表面に絶縁膜４を積層形成し、絶縁膜４の表面には金属膜２を積層形成する。これによって、絶縁膜４に形成された貫通孔１２を通して化合物半導体基板６の表面に金属膜２が積層形成される。化合物半導体基板６の裏面には、金属電極８が積層されている。
【００１５】
本実施例では、積層体１０を形成した後に、金属膜２を陽極酸化する。金属膜２を陽極酸化するに先立って、図２に示すように積層体１０と金属電極８の表面に絶縁膜１４を形成する。絶縁膜１４は積層体１０等の表面のうち、金属膜２の表面を除く表面に形成される。絶縁膜１４は陽極酸化に用いられる電解液１６に対して不活性である。電解液１６は例えば酒石酸等であり、水素イオン濃度（ｐｈ）が４〜６と低く設定されている。そのため、電解液１６が金属膜２を溶解することがない。絶縁膜１４を形成した積層体１０等を陽極酸化することによって、金属膜２の表面が酸化される。
【００１６】
図２に陽極酸化の様子を示す。陽極酸化では、容器２０に入った電解液１６の中に積層体１０等と電極１８を浸漬し、可変電源２４によって積層体１０等と電極１８の間に電流を流す。積層体１０等は、配線２２によって電流計２６を介して可変電源２４の正極２４ａに接続される。配線２２は絶縁膜１４を貫通し、金属電極８に接続される。積層体１０等を一方の電極とする。他方の電極とする電極１８は、配線２３によって可変電源２４の負極２４ａに接続される。これによって、可変電源２４、電流計２６、金属電極８、化合物半導体基板６、金属膜２、電解液１６、他方の電極１８の順で接続した直列回路が構成される。金属電極８と電解液１６が短絡することがなく、化合物半導体基板６と電解液１６が短絡することもない。これによって化合物半導体基板６に逆バイアス電圧である正電圧が印加される。
【００１７】
図２の点線部２８の拡大図を図３に示す。可変電源２４によって化合物半導体基板６に正電圧が印加されると、化合物半導体基板６と金属膜２の間にリーク電流３０（３０ａ、３０ｂ）が流れ、リーク電流３０が流れた部位の金属膜２の表面２ａが酸化される。化合物半導体基板６に結晶欠陥３２が存在していると、結晶欠陥３２に沿って大きなリーク電流３０が流れる。この結果、結晶欠陥３２の存在箇所に対応する部位の金属膜２の表面２ａの酸化が加速され、金属膜２の酸化が深部へと進み、結晶欠陥３２の存在箇所に対応する部位の金属膜２に厚い酸化物３４が形成される。これにより、酸化物３４を通って流れるリーク電流が低下し、結晶欠陥３２を通って流れるリーク電流３０ａが減少する。この結果、積層体１０に流れるリーク電流３０が低下する。
【００１８】
本実施例では、図４に示すように、金属膜２のうちの結晶欠陥３２の存在箇所に対応する部位に選択的に厚い酸化物３４が形成される。特殊な方法を用いなければ位置を特定することができない結晶欠陥３２を検出する必要もなければ、特定した位置に対応づけて積層体１０に処理を行う必要がない。化合物半導体基板６の表面に金属膜２を形成し、金属膜２の全面を陽極酸化するという単純な方法を用いて積層体１０に流れるリーク電流３０を確実に低減することができる。
【００１９】
本実施例では、電流計２６に流れるリーク電流３０が基準値よりも低くなった場合に、可変電源２４への電圧の印加を停止し、陽極酸化を終了する。基準値としては、化合物半導体からなるデバイスの定格電圧を逆方向に印加したとき、リーク電流密度が１０〜１００μＡ／ｃｍ２以下とする。この条件では、例えば１２００Ｖ印加された場合でも損失は０．１Ｗ未満となり、無視できるレベルとなる。
本発明では、電流計２６に流れるリーク電流３０に基づいて陽極酸化を終了するので、リーク電流が基準値よりも確実に低下している積層体１０を得ることができる。図５に、積層体１０に逆バイアス電圧を印加したときに流れるリーク電流の対数値を示す。点線は本発明実施前のリーク電流を示し、実線は本発明実施後のリーク電流を示す。本実施例では、必要とされている絶縁耐圧Ｖａを積層体１０に印加し、必要とされているリーク電流の上限値Ｉｂを基準値に設定する。これによって、図４に実線で示すように、絶縁耐圧Ｖａにおいて、リーク電流の上限値Ｉｂよりもリーク電流を低下させることができ、必要とされる絶縁耐圧を持った積層体１０が製造される。
【００２０】
陽極酸化終了後、金属膜２の表面２ａを研磨する。これによって、結晶欠陥３２に対応しない金属膜２の部位では、金属膜２の表面２ａに形成された薄い絶縁膜が完全に除去される。一方、結晶欠陥３２に対応する部位では、研磨後も酸化物３４が残存し、依然として結晶欠陥３２にリーク電流３０が流れることが抑制される。この結果、化合物半導体基板６の結晶欠陥３２が存在する（結晶欠陥３２密度が高い）部位の金属膜２に酸化物３４が形成されている積層体１０が形成される。
【００２１】
（第２実施例）
本実施例では、金属膜を化合物半導体基板に積層する工程と、積層された金属膜を陽極酸化する工程を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰返す。本実施例では２サイクル繰返す。図６〜図９に、金属膜１０２を化合物半導体基板６に積層する工程と、積層された金属膜１０２を陽極酸化する工程のサイクルを２サイクル繰返すプロセスを示す。
本実施例では、図６に示すように、化合物半導体基板６の表面に金属膜１０２ａを形成した後に、第１回目の陽極酸化を行う。第１回目の陽極酸化では、絶縁耐圧Ｖａよりも低い電圧Ｖｃを化合物半導体基板６に印加し、リーク電流の上限値Ｉｂを基準値に設定する。これによって、図７に示すように、絶縁耐圧Ｖｃを持つ積層体１００ａが形成される。
さらに本実施例では、金属膜１０２ａの表面を研磨した後に、図８に示すように、金属膜１０２ａの表面に金属膜１０２ｂを積層する。その後に第２回目の陽極酸化を行う。第２回目の陽極酸化では、Ｖｃよりも高い絶縁耐圧Ｖａを化合物半導体基板６に印加し、リーク電流の上限値Ｉｂを基準値に設定する。これによって、図９に示すように、絶縁耐圧Ｖａを持った積層体１００が形成される。
【００２２】
本実施例では、サイクル毎に化合物半導体基板６に印加する電圧を変更する。積層体１００に必要とされている絶縁耐圧Ｖａが高い場合でも、化合物半導体基板６と金属膜１０２の間に流れるリーク電流を確実にリーク電流の上限値Ｉｂよりも低下させることができる。
【００２３】
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。
例えば、絶縁膜４の表面に別の絶縁膜をパターニングした後に、積層体１０のデバイス活性領域となる部分だけに金属膜２を形成されるようにしてもよい。
また、本実施例ではｎ型の半導体層６ａ、６ｂが２層積層された化合物半導体基板６を用いて説明を行ったが、ｎ型の半導体層は単層でもよく、３層以上が積層されて形成されていてもよい。
また、金属電極８と化合物半導体基板６の間には他の半導体層や他の導体層が形成されていてもよい。陽極酸化をする際にｎ型の化合物半導体基板６に逆バイアス電圧が印加されればよい。
【００２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】積層体１０の断面図を示す。
【図２】陽極酸化工程を示す。
【図３】積層体１０の拡大図を示す。
【図４】積層体１０の表面図を示す。
【図５】積層体１０の電気特性を示す。
【図６】第２実施例の実施工程を示す。
【図７】第２実施例の実施工程を示す。
【図８】第２実施例の実施工程を示す。
【図９】第２実施例の実施工程を示す。
【符号の説明】
【００２６】
２・・・・・金属膜
４・・・・・絶縁膜
６・・・・・化合物半導体
８・・・・・金属電極
１０・・・・積層体
１２・・・・貫通孔
１４・・・・絶縁膜
１６・・・・電解液
１８・・・・電極
２０・・・・容器
２２・・・・配線
２３・・・・配線
２４・・・・可変電源
２６・・・・電流計
２８・・・・点線部
３０・・・・リーク電流
３４・・・・酸化物
【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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