JPH039534A - 炭化珪素を用いた電界効果トランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、炭化珪素を用いた電界効果トランジスタに関
し、さらに詳しくはソース領域および／またはドレイン
領域として炭化珪素と金属またはその化合物とのショッ
トキー接合を存する電界効果トランジスタに関する。

（従来の技術） 炭化珪素（ＳｉＣ）は広い禁制帯幅（２，２〜３．３ｅ
Ｖ）を有する半導体材料であって、熱的、化学的、おお
よび機械的に極めて安定であり、放射線）■傷にも強い
という優れた特徴を持っている。また、炭化珪素中にお
ける電子の飽和移動速度は、珪素（Ｓｉ）などの他の半
導体材料に比べて大きい。一般に、珪素のような従来の
半導体材料を用いた半導体装置は、特に高温、高出力駆
動、放射線照射。

高周波動作などの苛酷な条件下では使用が困難である。

従って、炭化珪素を用いた半導体装置は。

このような苛酷な条件下でも使用し得る半導体装置とし
て広範な分野での利用が期待されている。

しかしながら、大きな面積を有し、かつ高品質の炭化珪
素単結晶を、生産性を考慮した工業的規模で安定に供給
し得る結晶成長技術は確立されていない。それゆえ、炭
化珪素は、上述のような多くの利点および可能性を有す
る半導体材料であるにもかかわらず、それを用いた半導
体装置の実用化が阻まれている。

この問題点を解決するために、安価で入手の容易な珪素
単結晶基板上に、大きな面積を有する良質の炭化珪素単
結晶を、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）で形成する方法
が提案されている（特開昭５９−２０３７９９号）。こ
の方法では、炭化珪素単結晶を気相成長させる際に適当
な不純物を添加すれば、得られた炭化珪素単結晶の伝導
型や不純物濃度を制御することができる。それゆえ、こ
の方法で得られた炭化珪素単結晶を用いて各種の半導体
装置が開発されている。これらのなかには、炭化珪素半
導体をチャネル形成層に用いた間Ｓ構造の反転型電界効
果トランジスタのような半導体装置も含まれている。

一般に、　ＭＯ５反転型電界効果トランジスタにおいて
は、半導体基板またはその上に形成された半ス領域およ
びドレイン領域を設けなければならない。つまり、Ｐ型
のチャネル形成層を用いたｎチャネル反転型の場合には
、該ｐ型チャネル形成層にｎ型のソース領域およびドレ
イン領域を形成する必要があり、逆にｎ型のチャネル形
成層を用いたｐ−チャネル反転型の場合には、該ｎ型チ
ャネル形成層にｐ型のソース領域およびドレイン領域を
形成する必要がある。このような電界効果トランジスタ
が良好な素子特性を示すためには、そのソース領域およ
びドレイン領域が２次のような２つの条件を満足する必
要がある。第１に、リーク電流を低減させるために、ソ
ース領域およびドレイン領域とチャネル形成層とのｐｎ
接合が良好な特性を有さなければならない。第２に、ト
ランジスタのオン抵抗を低下させるために、ソース領域
およびドレイン領域自体の抵抗、ならびにこれらの領域
と配線用金属との間の接触抵抗が充分に小さくなければ
ならない。

（発明が解決しようとする課題） 通常、チャネル形成層にソース領域およびドレイン領域
を形成するには、不純物熱拡散法またはイオン注入法が
用いられている。チャネル形成層が珪素からなる半導体
装置の場合、これらの方法は、いずれも有用であり、す
でにデバイスプロセス技術として確立されている。これ
に対し、チャネル形成層が炭化珪素からなる半導体装置
の場合には、以下の理由から、これらの方法は適当では
ない。まず、不純物熱拡散法では、炭化珪素中における
不純物の拡散係数が小さいので、　１，６００″Ｃ以上
の高い拡散温度が必要である。従って、不純物濃度を制
御することが困難であり、しかも用いた半導体基板やチ
ャネル形成層が劣化するおそれがある。他方、イ・オン
注入法の場合には、炭化珪素中に注入された不純物は、
比較的安定に存在しており、そのイオン化の割合が小さ
い。従って。

チャネル形成層に設けたソース領域およびドレイン領域
の抵抗が充分に低下しない。また、イオン注入法では、
充分良好な特性を有するｐｎ接合が得られない。それゆ
え、現在開発されている炭化珪素を用いたＭＯ５型電界
効果トランジスタは、リーク電流が大きいことやオン抵
抗が大きいことが問題となり実用化されるまでには至っ
ていない。

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、その
目的とするところは、リーク電流およびオン抵抗が大幅
に低減され、良好な素子特性を有する炭化珪素を用いた
電界効果トランジスタを提供することにある。

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、炭
化珪素からなるチャネル形成層に形成されたソース領域
およびドレイン領域を有する電界効果トランジスタであ
って、該ソース領域およびドレイン領域の少なくとも一
方が、該チャネル形成層を構成する炭化珪素と、金属ま
たはその化合物とのショットキー接合で形成されており
そのことにより上記目的が達成される。

電界効果トランジスタのリーク電流を低減するためには
、ｐｎ接合だけでなく、ｐｎ接合と同様に整流特性を示
すショットキー接合を用いることができる。ショットキ
ー接合は、炭化珪素半導体の成長層表面に金属薄膜を蒸
着法などにより形成するか、あるいは該金Ｂ薄膜をさら
に該炭化珪素半導体層と反応させて該金属の化合物から
なる薄膜を形成することにより、容易に得られる。この
場合、イオン注入法などとは異なり、炭化珪素半導体層
自体が変化しないので、上記のショットキ−接合は、イ
オン注入によるｐｎ接合に比べて良好な整流特性を有す
る。また、ショットキー接合を形成するための金属は、
一般に、その抵抗率が半導体に比べてはるかに小さく、
シかも配線材料の金属との接触抵抗が充分に小さい。従
って、ショットキー接合を用いれば、トランジスタのオ
ン抵抗を充分に低下させることができる。

ショットキー接合を形成するための金属またはその化合
物は、炭化珪素とショットキー接合を形成し得るもので
あればよく、白金（ｐｔ）や金（Ａｕ）などの金属また
はその化合物（例えば、該金属と珪素や炭素とを含む化
合物）が挙げられる。

（実施例） 以下に２本発明の実施例について説明する。

第１図（ａ）は９本発明の炭化珪素半導体装置の一例で
あるｐ−チャネル反転型のＭＯＳ電界効果トランジスタ
（ＭＯＳＦＥＴ）を示す。このＭＯＳＦＥＴは以下のよ
うにして作製された。

まず、第１図（ｂ）に示すように、　ＣＶＤ法により。

Ｓｉ単結晶基板１上にβ−５ｉＣ単結晶層２（層厚約１
０μｍ）を成長させて、チャネル形成層とした。

原料ガスとしては、シラン（ＳｉＨｍ）ガスとプロパン
（Ｃ：ＩＨｌｌ）ガスとを用いた。気相成長の間に不純
物のドープは行わなかったが、得られたβ−５ｉＣ単結
晶Ｎ２のキャリア濃度は２　ＸＩＯｌｂｃｍ−３であり
。

伝導型はｎ型であった。

続いて、　ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法によりβ−
５ｉＣ単結晶層２上にＳｉＯ□膜を形成した。次いで、
ホトリソグラフィーを用いて、　５ｉＯｚ膜の素子形成
領域に対応する部分をエツチングにより開口し、フィー
ルド絶縁膜３とした（第１図（Ｃ））。なお、エツチン
グにはフッ化水素（ＩＩＦ）溶液を用いた。そして、酸
素雰囲気下、約１，１００°Ｃにて３時間の熱酸化を行
うことにより、β−５ｉＣ単結晶層２上に熱酸化膜１１
（膜厚的５０μｍ）を形成した後。

さらにＣＶＤ法により、熱酸化膜１１上に、リン（Ｐ）
をドープした多結晶Ｓｉ膜１２　（膜厚的５００　ｎｍ
）を形成した。

次いで、第１図（ｄ）に示すように、ホトリソグラフィ
ーを用いて、ゲート形成用レジストパターン１３（長さ
５μｍ）を形成した後、ソース領域とドレイン領域とに
対応する部分の熱酸化膜１１および多結晶Ｓｉ膜１２を
エツチングにより開口してゲート絶縁膜４およびゲート
電極５を形成した。さらに。

反応性イオンエツチングを用いて、露出したβＳｉＣ単
結晶層２の表面部分を２００　ｎｍだけエツチングした
後１表面全体に白金（ｐｔ）を電子ビーム蒸着すること
により、Ｐｔ薄膜１４（膜厚１１００ｎ　）を形成した
（第１図（ｄ））。そして、窒素雰囲気中、約２００°
Ｃにて２０分間の熱アニール処理を行うことにより、　
ＳｉＣとｐｔとを反応させて、シリサイド膜６および７
を形成した（第１図（ｅ））。これらのシリサイド膜６
および７は、β−５ｉＣ単結晶層２を構成するｎ型Ｓｉ
Ｃとショットキー接合を形成し、それぞれソース領域８
およびドレイン領域９を与える。

次いで、ゲート電極５の上方に形成されたＰｔ薄膜１２
はレジストパターン１３と共に除去し、フィールド絶縁
膜３およびゲート絶縁膜４の表面上に形成されたＰｔ薄
膜１２はエツチングにより除去した。

なお、エツチングには王水を用いた。最後に、配線材料
としてアルミニウム（ＡＩ）を真空蒸着した後、ホトリ
ソグラフィーを用いて、配線電極ＩＯを形成することに
より、第１図（ａ）に示すようなｐチャネル反転型ＭＯ
ＳＦＥＴを得た。

比較のために、　Ｓｉ単結晶基板上にｎ型β−３ｉＣ単
結晶層を成長させてチャネル形成層とし、該チャネル形
成層に例えばホウ素（Ｂ）をイオン注入することに・よ
り、ｎ型のソース領域およびトレイン領域を設けた従来
のｐ−チャネル反転型ＭＯ５ＦＩＥＴを作製した。

このようにして得られた本実施例のＭＯ５Ｉ’［ＥＴお
よび従来のＭＯＳＦＥＴを、トランジスタ特性（ドレイ
ン電流−ドレイン電圧特性）について調べた。その結果
をそれぞれ第２図および第３図に示す。この図から明ら
かなように９本実施例のＭＯＳＦＥＴでは。

ソース領域およびドレイン領域が、チャネル形成層を構
成する炭化珪素と、白金のシリサイドとのショットキー
接合で形成されているので、従来のＭＯＳＦＥＴに比べ
てリーク電流が大幅に低減され、ドレイン電流の良好な
飽和を示すトランジスタ特性が得られた。例えば、オフ
時（ゲート電圧がＯＶ）におけるリーク電流を比較する
と、ドレイン電圧が一５■の場合、従来のＭＯＳＦＥＴ
では２０μ八であったのに対し１本実施例のＭＯＳＦＥ
Ｔでは０．１μ八であった。また、オン時（ゲート電圧
が一５Ｖ）におけるＭＯＳＦＥＴの内部抵抗、すなわち
オン抵抗を比較すると、従来のＭＯＳＦＥＴでは２にΩ
であったのに対し１本実施例のＭＯＳＦＥＴでは４００
Ωであり、オン抵抗が大幅に低下していることがわかっ
た。

なお１本実施例では、ｎ型ＳｉＣを用いたｐ−チャネル
反転型ＭＯＳＦＥＴの作製を例示したが１本発明はｐ型
ＳｉＣおよびそれとショットキー接合を形成する金属ま
たはその化合物を用いたｎ−チャネル反転型ＭＯＳＦＥ
Ｔにも適用することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、ソース領域および／またはドレイン領
域として、チャネル形成層を構成する炭化珪素と金属ま
たはその化合物とのショットキー接合を用いているため
、リーク電流およびオン抵抗が大幅に低減され、良好な
素子特性を有する炭化珪素を用いた電界効果トランジス
タが得られる。

このような電界効果トランジスタは、珪素のような他の
半導体材料を用いた電界効果トランジスタは、珪素のよ
うな他の半導体材料を用いた電界効果トランジスタでは
使用が困難な条件下（例えば。

高温、高出力駆動、高周波動作、放射線照射など）にお
いても使用が可能な電界効果トランジスタとして有用で
ある。

−（−図ＩＬＩ旧創燻悦班 第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例であるｐ−チ
ャネル反転型ＭＯＳ電界効果トランジスタの製造工程を
説明するための断面図、第２図は該電界効果トランジス
タのドレイン電流−ドレイン電圧特性を示すグラフ、第
３図はイオン注入法を用いて作製された従来のｐ−チャ
ネル反転型ＭＯＳ電界効果トランジスタのドレイン電流
−ドレイン電圧特性を示すグラフである。

■・・・Ｓｉ単結晶基板、２・・・β−３ｉＣ単結晶層
、３・・・フィールド絶縁膜、４・・・ゲート絶縁膜、
５・・・ゲート電極、６，７・・・シリサイド膜、８・
・・ソース領域、９・・・ドレイン領域、１０・・・配
線電極、　１１・・・熱酸化膜、１２・・・多結晶Ｓｉ
膜、　１３・・・レジストパターン。

１４・・・ＰＬ薄膜。

以 上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化珪素からなるチャネル形成層に形成されたソー
   ス領域およびドレイン領域を有する電界効果トランジス
   タであって、 該ソース領域およびドレイン領域の少なくとも一方が、
   該チャネル形成層を構成する炭化珪素と、金属またはそ
   の化合物とのショットキー接合で形成される、電界効果
   トランジスタ。