半導(dǎo)體裝置以及其制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體裝置以及其制造方法
[0001 ] 關(guān)聯(lián)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)享受以日本專利申請(qǐng)2014-027936號(hào)(申請(qǐng)日:2014年2月17日)為基礎(chǔ)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)通過參照該基礎(chǔ)申請(qǐng)而包含基礎(chǔ)申請(qǐng)的全部的內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置以及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]金剛石半導(dǎo)體是具有所謂5.5eV的較大的帶隙能量的大間隙半導(dǎo)體。不僅牢固且具有高熱傳導(dǎo)率(20W/cm.K)，還具有高載流子迀移率(電子4500cm2/V.sec,空穴3800cm2/V.sec)、高破壞電場(chǎng)強(qiáng)度(lOMV/cm)等優(yōu)秀的材料特性。因此，金剛石半導(dǎo)體是作為超高耐壓.超高效率的半導(dǎo)體而具有優(yōu)秀的特性的材料。
[0005]到目前為止，使用了金剛石半導(dǎo)體的、具有肖特基結(jié)的二極管、晶體管等的開發(fā)積極地展開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的問題
[0007]本發(fā)明所要解決的問題是能夠提供超高耐壓的半導(dǎo)體裝置以及其制造方法。
[0008]用于解決問題的手段
[0009]本發(fā)明的一方式的半導(dǎo)體裝置具備:p型的第一金剛石半導(dǎo)體層；p型的第二金剛石半導(dǎo)體層，配置于第一金剛石半導(dǎo)體層上，且P型雜質(zhì)濃度比第一金剛石半導(dǎo)體層的P型雜質(zhì)濃度低，并且該第二金剛石半導(dǎo)體層的表面被氧終端；多個(gè)η型的第三金剛石半導(dǎo)體層，配置于第二金剛石半導(dǎo)體層上，并且該第三金剛石半導(dǎo)體層的表面被氧終端；以及第一電極，配置于第二金剛石半導(dǎo)體層上以及第三金剛石半導(dǎo)體層上，且與第二金剛石半導(dǎo)體層形成第一接合，與第三金剛石半導(dǎo)體層形成第二接合，第一接合與第二接合為肖特基結(jié)。
[0010]本發(fā)明的另一方式的半導(dǎo)體裝置具備:具備Φ型的第一金剛石半導(dǎo)體層；Ρ型的第二金剛石半導(dǎo)體層，配置于上述第一金剛石半導(dǎo)體層上，且該第二金剛石半導(dǎo)體層的P型雜質(zhì)濃度比上述第一金剛石半導(dǎo)體層的P型雜質(zhì)濃度低，并且該第二金剛石半導(dǎo)體層的表面被氧終端；多個(gè)η型的第三金剛石半導(dǎo)體層，配置于上述第二金剛石半導(dǎo)體層上，并且該第三金剛石半導(dǎo)體層的表面被氧終端，η型雜質(zhì)為P (磷)，磷濃度為I X 1015atoms/cm3以上且5X 1018atoms/cm3以下，該第三金剛石半導(dǎo)體層以正向偏壓的施加而被耗盡；以及第一電極，配置于上述第二金剛石半導(dǎo)體層上以及上述第三金剛石半導(dǎo)體層上，該第一電極與上述第二金剛石半導(dǎo)體層形成第一接合，該第一電極與上述第三金剛石半導(dǎo)體層形成第二接合，上述第一接合以及上述第二接合為肖特基結(jié)。
[0011]本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在P型的第一金剛石半導(dǎo)體層上，通過外延生長(zhǎng)形成P型雜質(zhì)濃度比上述第一金剛石半導(dǎo)體層的P型雜質(zhì)濃度低的P型的第二金剛石半導(dǎo)體層，在上述第二金剛石半導(dǎo)體層上形成槽，在上述槽內(nèi)通過外延生長(zhǎng)形成多個(gè)η型的第三金剛石半導(dǎo)體層，形成與上述第一金剛石半導(dǎo)體層電連接的第二電極，氧終端上述第二金剛石半導(dǎo)體層的表面和上述η型的第三金剛石半導(dǎo)體層的表面，在上述第二金剛石半導(dǎo)體層上以及上述第三金剛石半導(dǎo)體層上形成第一電極，該第一電極與上述第二金剛石半導(dǎo)體層形成第一接合，該第一電極與上述第三金剛石半導(dǎo)體層形成第二接合，上述第一接合以及上述第二接合為肖特基結(jié)。
[0012]根據(jù)上述構(gòu)成，能提供超高耐壓的半導(dǎo)體裝置。
【附圖說明】
[0013]圖1A?圖1B是第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0014]圖2Α?圖2F是對(duì)第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行表示的示意圖。
[0015]圖3Α?圖3Β是第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下，使用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0017]在以下的說明中，η+、η、η —以及ρ+、ρ、P —的標(biāo)記表示各導(dǎo)電型中的雜質(zhì)濃度的相對(duì)的高低。即表示η+與η相比η型的雜質(zhì)濃度相對(duì)地高，η —與η相比η型的雜質(zhì)濃度相對(duì)地低。另外，表示P+與P相比P型的雜質(zhì)濃度相對(duì)地高，P—與P相比P型的雜質(zhì)濃度相對(duì)地低。另外，也有將η+型、η —型只記載為η型，將ρ+型、ρ —型只記載為ρ型的情況。
[0018]另外，在以下的說明中，所謂“上”是在說明的目的中所使用的詞語，不是表示永久的相對(duì)位置的詞語。在以下說明的實(shí)施方式能夠以與以下圖示或者說明的朝向不同的朝向來實(shí)施。
[0019](第一實(shí)施方式)
[0020]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備φ型的第一金剛石半導(dǎo)體層；表面被氧終端后的P型的第二金剛石半導(dǎo)體層，配置于第一金剛石半導(dǎo)體層上，且P型雜質(zhì)濃度比第一金剛石半導(dǎo)體層的P型雜質(zhì)濃度低；表面被氧終端后(對(duì)應(yīng)日語:酸素端末S扎)的多個(gè)η型的第三金剛石半導(dǎo)體層，配置于第二金剛石半導(dǎo)體層上；以及第一電極，配置于第二金剛石半導(dǎo)體層上以及第三金剛石半導(dǎo)體層上，且與第二金剛石半導(dǎo)體層形成第一接合，與第三金剛石半導(dǎo)體層形成第二接合，第一接合與第二接合為肖特基結(jié)。
[0021]圖1A?圖1B是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100的示意剖視圖。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100是肖特基二極管。
[0022]第一金剛石半導(dǎo)體層12的導(dǎo)電型為ρ+型。作為ρ型雜質(zhì)，例如優(yōu)選地使用B(硼)。為了向后述的第二金剛石半導(dǎo)體層14注入很多空穴，因此，ρ型的第一金剛石半導(dǎo)體層12中的P型雜質(zhì)濃度例如優(yōu)選為1018atoms/cm3以上。
[0023]第二金剛石半導(dǎo)體層14的導(dǎo)電型為ρ —型。ρ型的第二金剛石半導(dǎo)體層14漂移層。作為P型雜質(zhì)，例如優(yōu)選地使用B(硼)。為了高耐壓化，因此，P型的第二金剛石半導(dǎo)體層14中的ρ型雜質(zhì)濃度優(yōu)選為I X 1015atoms/cm3以上且5X 10 16atoms/cm3以下。
[0024]多個(gè)第三金剛石半導(dǎo)體層16的導(dǎo)電型為η型。作為η型雜質(zhì)，例如優(yōu)選地使用P(磷)。為了高耐壓化，η型的第三金剛石半導(dǎo)體層16中的η型雜質(zhì)濃度優(yōu)選為I X 1015atoms/cm3以上且5Χ 10 18atoms/cm3以下。另外，第三金剛石半導(dǎo)體層16以正向偏壓的施加而被耗盡。
[0025]為了高耐壓化，并從低導(dǎo)通電阻化、高切換速度化的觀點(diǎn)來看，P型的第二金剛石半導(dǎo)體層14的寬度tpjP η型的第三金剛石半導(dǎo)體層16的寬度t η1優(yōu)選在0.5 μ m?10 μπι的范圍，η型的第三金剛石半導(dǎo)體層16的埋入深度優(yōu)選在0.3μηι?Ιμπι的范圍。1^和tnl例如為耐壓5kV級(jí)的二極管時(shí)，分別優(yōu)選為4 μπι以及2 μπι。另外，η型的第三金剛石半導(dǎo)體層16的埋入深度優(yōu)選為0.5 μπι。
[0026]P型的第二金剛石半導(dǎo)體層的表面20優(yōu)選具有從{100}面起±10度以內(nèi)的面取向。另外，η型的第三金剛石半導(dǎo)體層的側(cè)面22優(yōu)選具有從{110}面起±10度以內(nèi)的面取向。
[0027]第一電極18為肖特基二極管的陰極(負(fù)極)。第一電極18與P型的第二金剛石半導(dǎo)體層14的第一接合為肖特基結(jié)。第一電極18與η型的第三金剛石半導(dǎo)體層16的第二接合為肖特基結(jié)。優(yōu)選地，第一電極18具備從由Ni (鎳)、Al (鋁)、Ti (鈦)、Mo (鉬)、Ru(釕)、WC(碳化鎢)、Au(金)、Pd(鈀)、Ir (銥)、Pt (鉑)以及Rh(銠)構(gòu)成的第一組選擇的至少一個(gè)種類的金屬。
[0028]與第一電極18相接的、P型的第二金剛石半導(dǎo)體層的表面20以及η型的第三金剛石半導(dǎo)體層的表面28被氧終端。例如，利用能量分散型X線分光法(EDX)，分析第二金剛石半導(dǎo)體層的表面20以及多個(gè)第三金剛石半導(dǎo)體層的表面28是否被氧終端。
[0029]在此，EDX能夠優(yōu)選地進(jìn)行，例如，通過利用透射型電子顯微鏡(Transmiss1nElectron Microscope，TEM)、掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)等顯微鏡觀察本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100的截面，使用與該TEM、該SEM相關(guān)聯(lián)的EDX裝置來進(jìn)行。
[0030]基于EDX的分析的空間分辨率一般為5nm左右。因此，即使不一定在表面檢測(cè)出氧，但在從P型的第二金剛石半導(dǎo)體層14以及η型的第三金剛石半導(dǎo)體層16與第一電極18相接的界面開始5nm以內(nèi)的范圍，O(氧)被檢測(cè)為EDX裝置的測(cè)量下限值以上時(shí)，p型的第二金剛石半導(dǎo)體層的表面20以及多個(gè)η型的第三金剛石半導(dǎo)體層的表面28為被氧終端的表面。
[0031]本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100還具備與第一金剛石半導(dǎo)體層12電連接的第二電極10。第二電極10是肖特基二極管的陽極(正極)。第二電極10例如，如圖1A?圖1B所示，配置于第一金剛石半導(dǎo)體層12的、與配置了第二金剛石半導(dǎo)體層14的面相反一側(cè)的面。另外，第二電極10的配置不限于此，使用了虛擬縱型構(gòu)造的配置等，能夠優(yōu)選地使用任