炭化珪素半導体装置及びその製造方法
【課題】チャネル形成領域でのキャリアの移動度が大きく、低オン抵抗で素子特性に優れた炭化珪素半導体装置及びその製造方法の提供。
【解決手段】ドリフト層３０上にはソース電極１００とドレイン電極１１０との間のキャリア流路の一部を構成するチャネル層４０が設けられている。チャネル層４０は、ドリフト層３０上に形成されたＧｅ粒状結晶と該Ｇｅ粒状結晶を覆うキャップ層とで構成される。
【解決手段】ドリフト層３０上にはソース電極１００とドレイン電極１１０との間のキャリア流路の一部を構成するチャネル層４０が設けられている。チャネル層４０は、ドリフト層３０上に形成されたＧｅ粒状結晶と該Ｇｅ粒状結晶を覆うキャップ層とで構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電流の流れ込むソース電極と流れ出るドレイン電極との間にゲート電極を設け、ゲート電極に加える電庄によってソース／ドレイン間の電流（ドレイン電流）を制御する電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；FET）が提案されている。電界効果トランジスタには、ゲートにMOS構造を持つMOS型（MOSFET）とｐｎ接合又はショットキー接合を用いた接合型とがある。
【０００３】
ゲート電極をＭＯＳ構造にして設けたＭＯＳＦＥＴでは、半導体表面に少数のキャリアによる反転層ができることを利用し，ドレイン電流が流れるチャネル領域の伝導度を制御する。そして、ゲート電圧に変化を与えると電流値が変化するため、電気信号の増幅や電流のオン／オフスイッチとして機能し得る。
上記のように、ゲートにＭＯＳ構造を持つ半導体装置については、炭化珪素よりなる半導体を用いた炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）がある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３３０７１８４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、炭化珪素（ＳｉＣ）は一般にキャリアの移動度が小さく、ＭＯＳ界面特性が不十分でＭＯＳトランジスタのチャネル移動度が小さいため、素子としたときのオン抵抗が高く電流損失が大きくなる問題があった。
【０００５】
また、キャリア移動度の向上を目的としてチャネル層としてＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０＜ｘ＜１）を用いる場合、Ｇｅ濃度を高くすると、炭化珪素層との格子定数差が拡大して格子不整合が生じチャネル層中に転位などの格子欠陥が生じやすくなる。この欠陥はキャリア移動度を低下させるばかりでなく耐圧の低下やリーク電流の増加を引き起こし半導体装置としての信頼性を低下させることがある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、チャネル形成領域でのキャリアの移動度が大きく、低オン抵抗で素子特性に優れた炭化珪素半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の炭化珪素半導体装置は、ソース領域とドレイン領域との間のキャリアの流れをゲート電圧によって制御する炭化珪素半導体装置であって、炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上に設けられ、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のキャリア流路の少なくとも一部を構成し、Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）と該混晶よりもＧｅ濃度の高いＧｅ粒状結晶とを含むチャネル層と、を少なくとも備えたものである。
【０００８】
本発明の炭化珪素半導体装置においては、ソース領域とドレイン領域との間のキャリア流路の少なくとも一部にＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）と該混晶よりもＧｅ濃度の高いＧｅ粒状結晶とを含むチャネル層を備える。本発明に係るチャネル層は炭化珪素に比べて移動度、格子定数が大きく禁制帯幅が小さいＧｅ粒状結晶を含むため、チャネル形成領域でのキャリアの移動度が大きく、低オン抵抗で素子特性に優れる。
【０００９】
本発明の炭化珪素半導体装置は、前記チャネル層上にコンタクト層をさらに備えていてもよい。本発明の炭化珪素半導体装置にコンタクト層を設けることにより、ソース電極やドレイン電極の接触抵抗を小さくすることができる。
【００１０】
本発明の炭化珪素半導体装置は、前記Ｇｅ粒状結晶が前記炭化珪素基板と前記コンタクト層とに接していてもよい。本発明の炭化珪素半導体装置をこのような構成とすることにより、炭化珪素半導体基板とコンタクト層とを移動度の大きなＧｅ粒状結晶を通じて接続することができ、実効的にＧｅ濃度の高い半導体層が得られる。その結果としてキャリアの移動度をさらに向上することができる。
【００１１】
本発明の炭化珪素半導体装置においては、前記コンタクト層が前記チャネル層表面に形成されたＧｅ粒状結晶であってもよいし、該Ｇｅ粒状結晶よりもＧｅ濃度の低いＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をさらに含むものであってもよい。コンタクト層をこのような構成とすることにより、ソース電極やドレイン電極の接触抵抗をさらに小さくすることができる。
【００１２】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した本発明の炭化珪素半導体装置を製造するための方法であって、１４００℃以下にて、ゲルマニウム原料を含む混合ガスを炭化珪素基板上又はチャネル層上に供給して前記炭化珪素基板表面又は前記チャネル層表面にＧｅ粒状結晶を成長させるＧｅ粒状結晶形成工程を有するものである。
【００１３】
１４００℃よりも高温であるとＧｅ粒状結晶が昇華してしまいＧｅ粒状結晶を炭化珪素基板表面又はチャネル層表面に形成することができない。上述したＧｅ粒状結晶形成工程によれば、炭化珪素基板表面又はチャネル層表面にＧｅ粒状結晶を形成することができる。
【００１４】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、前記Ｇｅ粒状結晶形成工程におけるＧｅ粒状結晶成長温度以下から１４００〜２０００℃にまで加熱しながらシリコン原料（例えば、シラン化合物）、炭素原料（例えば、炭化水素化合物）及び必要によりゲルマニウム原料（例えば、有機ゲルマニウム化合物）を含む混合ガスを前記Ｇｅ粒状結晶の形成された前記炭化珪素基板上又は前記チャネル層上に供給して前記Ｇｅ粒状結晶を覆うＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をエピタキシャル成長させて該Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）からなるキャップ層を前記炭化珪素基板表面又は前記チャネル層表面に形成するキャップ層形成工程をさらに有していてもよい。
【００１５】
上述したキャップ層形成工程によれば、Ｇｅ粒状結晶が昇華することなくＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）からなるキャップ層を形成することができる。キャップ層は、高温加熱時のＧｅ粒状結晶の昇華を抑制することができる。
【００１６】
キャップ層形成工程においては、例えば、Ｇｅ粒状結晶成長温度以下から１４００〜２０００℃にまで連続的に温度を上げながらキャップ層を形成してもよいし、Ｇｅ粒状結晶成長温度以下の温度で所定の膜厚となるまでキャップ層を形成した後、１４００〜２０００℃にまで温度を上げながらキャップ層をさらに形成してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、チャネル形成領域でのキャリアの移動度が大きく、低オン抵抗で素子特性に優れた炭化珪素半導体装置及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の炭化珪素半導体装置及びその製造方法について説明する。なお、同様の機能を有するものには、全図面を通じて同じ符合を付与し、その説明を省略することがある。
【００１９】
図１は、本発明の炭化珪素半導体装置の第一実施形態を示す断面図である。本実施形態の炭化珪素半導体装置は、ゲート電極をＭＯＳ構造に構成すると共に、炭化珪素基板の一方の面に設けられたソース電極と、該ソース電極形成面とは反対側の面に設けられたドレイン電極との間で素子内を縦断する縦方向にキャリアが移動する縦型のＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に構成したものである。
【００２０】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴは、単結晶炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）１０（４Ｈ−ＳｉＣ （０００１）８°off toward [11-20] キャリア濃度（Ｎ＋：３×１０１８ｃｍ−３）厚み３５０μｍ）上に、厚み１μｍのＳｉＣバッファ層２０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３）と、厚み１０μｍのＳｉＣドリフト層３０（Ｎ−；Ｎ２ドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）と、ＳｉＣドリフト層３０上に設けられＳｉＣ基板１０の厚み方向の高さが０．５μｍのＧｅ粒状結晶（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）と該Ｇｅ粒状結晶を覆う厚み２μｍのキャップ層（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）とからなる厚み２μｍのチャネル層４０と、厚み０．５μｍのＳｉＣコンタクト層５０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３以上）と、がこの順に積層されている。
【００２１】
ＳｉＣ基板１０の厚みは１００〜５００μｍの範囲で適宜選択される。バッファ層２０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択される。ドリフト層３０の厚みは５〜１５μｍの範囲で適宜選択される。チャネル層４０の厚みは０．５〜５．０μｍの範囲で適宜選択される。コンタクト層５０の厚みは０．１〜１．０μｍの範囲で適宜選択される。
【００２２】
ＳｉＣ基板１０のバッファ層２０等が積層された側にはコンタクト層５０とチャネル層４０とを貫通してドリフト層３０に達するゲート溝６０が形成されている。
【００２３】
ゲート溝６０の表面にはＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜８０が形成されている。ゲート絶縁膜８０の厚みは２０〜１００ｎｍの範囲で適宜選択できる。ゲート絶縁膜８０はコンタクト層５０の表面の一部を覆うように形成されており、絶縁層８２として機能する。絶縁層８２の厚みは２０〜１００ｎｍの範囲で適宜選択できる。
【００２４】
ゲート絶縁膜８０の表面はゲート電極９０により覆われている。コンタクト層５０の一部の表面（絶縁層８２の設けられていない表面）にはソース電極１００が形成されている。また、ＳｉＣ基板１０のバッファ層２０等が積層された側とは反対側には、ドレイン電極１１０が形成されている。また、ドレイン電極１１０上には、半導体素子のパッケージへの実装用の裏面電極１５０が設けられている。
【００２５】
ゲート電極９０及び絶縁層８２はＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１２０により覆われている。層間絶縁膜１２０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択できる。
【００２６】
層間絶縁膜１２０上には、ソース電極１００及びゲート電極層９０と接する配線電極１３０が形成されており、配線電極１３０を覆うようにしてＳｉＯ２からなる表面保護層１４０が形成されている。表面保護層１４０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択できる。
【００２７】
第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の動作原理について説明する。ゲート電極層９０に電圧を印加することにより、チャネル層４０の導電型が反転してチャネル領域が形成され、ソース電極１００とドレイン電極１１０との間にキャリアが流れる。チャネル層４０がチャネル形成領域として作用する。チャネル層４０は、キャリアの移動度が大きいＧｅ粒状結晶を含むため、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置は低オン抵抗で素子特性に優れる。
【００２８】
以下に、第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程（本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法）を図２乃至図１３を用いて説明する。
【００２９】
まず、ＳｉＣ基板１０（４Ｈ−ＳｉＣ （０００１）８°off toward [11-20] キャリア濃度（Ｎ＋：３×１０１８ｃｍ−３）厚み３５０μｍ）を準備し、ＳｉＣ基板１０の表面にバッファ層２０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３、厚み１μｍ）と、ドリフト層３０（Ｎ−；Ｎ２ドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３、厚み１０μｍ）と、をこの順にＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３０】
バッファ層２０を形成する前に、Ｈ２雰囲気下でＳｉＣ基板１０を１４００〜２０００℃に加熱して表面を除去することが好ましい。通常、半導体基板表面は研磨時に発生する結晶欠陥を含んでいる。この結晶欠陥はキャリアキラーやリーク電流の通路となる。基板表面を加熱して除去することでこの結晶欠陥を除去することができ、キャリア移動度を向上することができる。除去量としては、０．０５〜２μｍであることが好ましい。
【００３１】
バッファ層２０及びドリフト層３０は、シリコン原料としてシラン化合物であるＳｉＨ４を、炭素原料として炭化水素化合物であるＣ３Ｈ８を、Ｎ型伝導用原料としてＮ２、ＡｓＨ３、ＰＨ３等を、キャリアガスとしてＨ２を用い、１４００〜２０００℃（基板温度）にて形成する。なお、シリコン原料としては、ＳｉＨ４の他に有機シラン（テトラエチルシラン）やＳｉＨｘＣｌ４−ｘ（０≦ｘ＜４）を用いることができる。炭素原料としては、Ｃ３Ｈ８の他にＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ６、Ｃ２Ｈ４等を用いることができる。キャリアガスとしては、Ｈ２の他にＡｒを用いることができる。
【００３２】
ドリフト層３０上に、有機ゲルマニウム化合物であるテトラエチルゲルマニウムとＰ型伝導用原料であるトリメチルアルミニウムとキャリアガスであるＨ２とＡｒとを含む混合ガスを供給して例えば１０００℃（基板温度）にてＳｉＣ基板１０の厚み方向の高さが０．５μｍのＧｅ粒状結晶（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する（Ｇｅ粒状結晶形成工程）。図２及び３に各々ドリフト層３０上に形成されたＧｅ粒状結晶を示す断面写真及び表面写真を示す。なお、ゲルマニウム原料としては、テトラエチルゲルマニウム以外にテトラメチルゲルマニウム、ＧｅＦ４、ＧｅＨ４−ｘＣｌｘ（０≦ｘ≦４）等を用いることができる。
【００３３】
Ｇｅ粒状結晶の形成温度は、１４００℃以下であることが必要であるが、１３００℃以下が好ましく、１２００℃以下がさらに好ましい。Ｇｅ粒状結晶は必要に応じて珪素や炭素を含みＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶とされていてもよい。この場合におけるＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶のｘは０．００００５以上が好ましく、０．０００１以上がさらに好ましい。Ｇｅ粒状結晶中に珪素や炭素を含有させるにはＳｉＨ４やＣ３Ｈ８等が適宜添加された混合ガスを用いればよい。
【００３４】
Ｇｅ粒状結晶形成工程に引き続き、有機ゲルマニウム化合物であるテトラエチルゲルマニウムとシラン化合物であるＳｉＨ４と炭化水素化合物であるＣ３Ｈ８とＰ型伝導用原料であるトリメチルアルミニウムとキャリアガスであるＨ２とＡｒとを含む混合ガスをＧｅ粒状結晶の形成されたドリフト層３０上に供給する。そして、例えば１０００℃（基板温度）にてこのＧｅ粒状結晶を覆うＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．１）をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させて該Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶からなる膜厚０．１〜１μｍのキャップ層（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）をドリフト層３０表面に形成する（キャップ層形成工程）。
【００３５】
キャップ層の形成温度は５００〜１０００℃であることが好ましく、Ｇｅ粒状結晶の昇華による消失を防ぐためにＧｅ粒状結晶の形成温度と同じかそれよりも低い温度であることがさらに好ましい。キャップ層を構成するＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶におけるｘは０．３以下が好ましく、０．２以下がさらに好ましい。
【００３６】
キャップ層形成工程により膜厚０．１〜１μｍのキャップ層を形成した後、１６００℃（好ましくは１４００〜２０００℃）にまで加熱しながら引き続き混合ガスを供給して層厚が２μｍになるまでＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．０００１）をさらにエピタキシャル成長させる。Ｇｅ粒状結晶形成温度（１０００℃）にて２μｍとなるまでＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．０２）をエピタキシャル成長させてもよい。
【００３７】
Ｇｅ粒状結晶は膜厚０．１〜１μｍのキャップ層により覆われているため、１６００℃（好ましくは１４００〜２０００℃）にまで加熱しながらＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．０００１）をエピタキシャル成長させてもＧｅ粒状結晶が昇華により消失することがない。
【００３８】
これにより、チャネル層４０が形成される。図４は、チャネル層４０の断面図を示す。チャネル層４０においては、Ｇｅ粒状結晶４２がドリフト層３０表面に形成されると共にキャップ層４４で被覆されている。
【００３９】
上述したキャップ層形成工程においては、Ｇｅ粒状結晶の蒸発を防ぐためにＧｅ粒状結晶成長温度（１０００℃）と同じ温度で０．１〜１μｍ厚のキャップ層を形成した後に１６００℃まで加熱しながら引き続きＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶をエピタキシャル成長させたが、Ｇｅ粒状結晶成長温度よりも高い温度からキャップ層の形成を開始することもできる。
【００４０】
チャネル層４０上に、シリコン原料としてシラン化合物であるＳｉＨ４、炭素原料として炭化水素化合物であるＣ３Ｈ８、Ｎ型伝導用原料としてＮ２及びキャリアガスとしてＨ２を含む混合ガスを供給して例えば１６００℃（基板温度）にてコンタクト層５０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３以上、厚み０．５μｍ）をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。
【００４１】
以上のようにして、ＳｉＣ基板１０上に、バッファ層２０と、ドリフト層３０と、チャネル層４０と、コンタクト層５０と、がこの順に積層された図５に示す単結晶炭化珪素半導体基板１２を得る。
【００４２】
次に、図６に示すようにコンタクト層５０上にゲート溝６０の形成領域に対応する開口部１６が設けられたマスク用ＳｉＯ２層１４（厚み０．５μｍ）を形成する。マスク用ＳｉＯ２層はＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法等を用いて形成可能である。また、開口部１６はマスク用ＳｉＯ２層１４上にフォトリソグラフィーにより開口部１６に対応する箇所が開口したフォトレジストを設け、ＣＨＦ３ガス等を用いたドライエッチング技術又はバッファードフッ酸等の薬液を用いたウエットエッチング技術によりマスク用ＳｉＯ２層１４の開口部１６に対応する箇所をコンタクト層５０が露出するまでエッチングすることにより形成する。マスク用ＳｉＯ２層１４のエッチング終了後、フォトレジストはＯ２プラズマ等を用いたアッシング装置又はレジスト剥離液を用いて除去される。
【００４３】
次いで、図７に示すように、開口部１６により露出された部分にコンタクト層５０とチャネル層４０とを貫通してドリフト層３０に達する開口部１６と同幅のゲート溝６０を、ＳＦ６ガス等を用いたドライエッチング技術により形成する。ゲート溝６０の深さは、例えば、２．５〜４．０μｍとされる。マスク用ＳｉＯ２層１４は、ＣＨＦ３ガス等を用いたドライエッチング技術又はバッファードフッ酸等の薬液を用いたウエットエッチング技術により除去される。
【００４４】
次に、図８に示すように、熱酸化法により厚み２０〜１００ｎｍのＳｉＯ２からなる酸化膜２２、２３を形成する。熱酸化法は単結晶炭化珪素半導体基板１２を熱酸化炉にて酸素雰囲気中（酸素濃度９９．９％以上）で１０００〜１３００℃で加熱するものであり、Ｓｉを酸化させて単結晶炭化珪素半導体基板１２全面に酸化膜を形成することができる。酸素濃度、加熱温度及び加熱時間を適宜選択することによりＳｉＯ２からなる酸化膜２２、２３の厚みを調節することができる。酸化膜２２が、ゲート絶縁膜８０及び絶縁層８２として機能する。
【００４５】
酸化膜２２上に、フォトリソグラフィーによりソース電極形成領域に対応する箇所が開口したフォトレジストを設け、ＣＨＦ３ガス等を用いたドライエッチング技術によりフォトレジストが開口した箇所の酸化膜２２を除去してソース電極形成領域に対応するコンタクト層５０を露出させる。その後、真空蒸着装置によりフォトレジスト上に金属膜を形成する。リフトオフ手法によりレジスト剥離液を用いてフォトレジスト上に形成された不要な金属膜を除去して図９に示すようにソース電極１００を所定のパターン状に形成する。ソース電極１００の厚みとしては、５０〜１０００ｎｍの範囲で任意に設定できる。電極の材料としては、例えば、Ｎｉ，Ｔｉ，ＴｉＷ，Ｗ，Ｍｏ等が挙げられる。
【００４６】
酸化膜２３上にも上述と同様にしてドレイン電極形成領域に対応する箇所が開口したフォトレジストを設け、ドレイン電極形成領域に対応する単結晶炭化珪素基板１０を露出させ、ドレイン電極１１０を図１０に示すように所定のパターン状に形成する。或いは、図９における酸化膜２３のみをＣＨＦ３などを用いたドライエッチング技術にて全部除去し、単結晶炭化珪素基板１０を完全に露出した後に全面にわたりドレイン電極１１０を形成する。ドレイン電極１１０の厚み及び材料はソース電極１００と同様とすることができる。ソース電極１００及びドレイン電極１１０を形成した後、これら電極のオーミック特性を得るためにＡｒ又はＨ２雰囲気下において例えば、１０００℃１０分間熱処理する。
【００４７】
次に、酸化膜２２上にゲート電極形成領域に対応する箇所が開口したフォトレジストを設け、真空蒸着装置によりフォトレジスト上に金属膜を形成し、リフトオフ手法によりレジスト剥離液を用いてフォトレジスト上に形成された不要な金属膜を除去して図１１に示すようにゲート電極９０を所定のパターン状に形成する。
【００４８】
次に、図１２に示すように単結晶炭化珪素半導体基板１２のゲート溝６０が形成された側の表面に、ソース電極１００及びゲート電極９０を露出する開口部を有するＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１２０をＣＶＤ法により形成する。該開口部はフォトリソグラフィーによりソース電極１００及びゲート電極９０の部分が開口したフォトレジストを層間絶縁膜１２０上に形成し、ＣＨＦ３ガス等を用いたドライエッチング法によりソース電極１００及びゲート電極９０が露出するまでエッチングを行うことにより形成される。
【００４９】
次に、ソース電極１００の形成と同様の方法により、図１３に示すように配線電極１３０を形成する。配線電極１３０の材料としては、例えば、ＴｉとＡｌとを積層したもの，ＴｉとＴｉＮとＡｌとを積層したもの等が挙げられる。配線電極１３０に用いられるＴｉの層厚としては０．０１〜０．５μｍの範囲で、Ａｌの層厚としては０．１〜１０μｍの範囲で、ＴｉＮとしては０．０１〜０．５μｍの範囲で任意に設定できる。
【００５０】
次に、配線電極１３０上にＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法等によりＳｉＯ２からなる表面保護層１４０を形成後、ソース電極１００及びゲート電極９０を露出する開口部をフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて形成する。表面保護層１４０としては、ＳｉＯ２のほかにＳｉＯＮを用いることもできる。また、ドレイン電極１１０上にＮｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等からなる裏面電極１５０を真空蒸着法により形成する。以上の工程を経て図１に示す炭化珪素半導体装置は完成する。
【００５１】
第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置においては、Ｇｅ粒状結晶４２がドリフト層３０とコンタクト層５０とに接するようにしてもよい。これにより、キャリアの移動度をさらに向上することができる。
【００５２】
Ｇｅ粒状結晶４２がＳｉＣドリフト層３０とコンタクト層５０とに接するようにするには、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法において、ドリフト層３０上に形成されたキャップ層４４を、ＳＦ６ガス等を用いたドライエッチング技術によりＧｅ粒状結晶４２が露出するまでエッチングした後にコンタクト層５０を形成するようにしてもよいし、キャップ層４４を、ＣＶＤ装置内でＨ２ガス雰囲気下１０００〜２０００℃にてＧｅ粒状結晶４２が露出するまでエッチングした後にコンタクト層５０を形成するようにしてもよい。ＣＶＤ装置内でキャップ層をエッチングする場合、例えば１７５０℃、４０Ｔｏｒｒの条件にて、０．４μｍ／時間の速度でキャップ層４４をエッチング可能である。
【００５３】
上記エッチングにより半導体表面の平滑性を向上させることができる。そのため、所望の膜厚以上の膜厚のキャップ層４４を形成した後に上記エッチングによりキャップ層４４を所望の膜厚とすることによりキャップ層４４（即ちチャネル層４０）の表面平滑性を向上させることができる。
【００５４】
Ｇｅ粒状結晶４２が露出した状態でコンタクト層５０を形成する場合、Ｇｅ粒状結晶４２をエピタキシャル成長させた温度と同じ温度からコンタクト層５０のエピタキシャル成長を開始し、成長温度を徐々に上げながらコンタクト層５０を形成することが好ましい。これにより、Ｇｅ粒状結晶４２の昇華による消失を防ぐことができる。
【００５５】
また、第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置においては、コンタクト層５０がＧｅ粒状結晶からなるものであってもよい。コンタクト層５０を構成するＧｅ粒状結晶の形成条件、用いられる材料等はＧｅ粒状結晶４２の場合と同様である。具体的には、チャネル層４０上に、有機ゲルマニウム化合物であるテトラエチルゲルマニウムとＮ型伝導用原料であるＮ２とキャリアガスであるＨ２或いはＡｒとを含む混合ガスを供給する。次いで、例えば１０００℃（基板温度）にてＣＶＤ法によりエピタキシャル成長することによりＳｉＣ基板１０の厚み方向の高さが０．１μｍのＧｅ粒状結晶（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）を形成できる（Ｇｅ粒状結晶形成工程）。コンタクト層５０をＧｅ粒状結晶で構成することにより、ソース電極１００の接触抵抗を小さくすることができる。その結果としてキャリアの移動度を向上することができる。
【００５６】
コンタクト層５０は、上述したＧｅ粒状結晶と共に該Ｇｅ粒状結晶を覆い該Ｇｅ粒状結晶よりもＧｅ濃度の低いＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をさらに含んでもよい。該Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）の形成条件、用いられる材料等はキャップ層４４の場合と同様である。具体的には、Ｇｅ粒状結晶形成工程に引き続き、有機ゲルマニウム化合物であるテトラエチルゲルマニウムとシラン化合物であるＳｉＨ４と炭化水素化合物であるＣ３Ｈ８とＮ型伝導用原料であるＮ２とキャリアガスであるＨ２或いはＡｒとを含む混合ガスをＧｅ粒状結晶の形成されたチャネル層４０上に供給して例えば１０００℃（基板温度）にてこのＧｅ粒状結晶を覆うＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．０２）をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させて該混晶からなる膜厚０．０１〜０．１μｍのキャップ層（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）をチャネル層４０表面に形成する（キャップ層形成工程）。
【００５７】
キャップ層形成工程により膜厚０．０１〜０．１μｍのキャップ層を形成した後、１６００℃にて膜厚が２μｍになるまで引き続きキャップ層をエピタキシャル成長させる。コンタクト層５０を構成するＧｅ粒状結晶をキャップ層で覆うことにより、コンタクト層５０の表面を平滑にすることができる。
【００５８】
図１４は、本発明の炭化珪素半導体装置の第二実施形態を示す断面図である。本実施形態の炭化珪素半導体装置は、ゲート電極をＭＯＳ構造に構成すると共に、炭化珪素基板の一方の面に設けられたソース電極とドレイン電極との間で素子内を炭化珪素基板の面方向にキャリアが移動する横型のＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に構成したものである。
【００５９】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴは、単結晶炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）２１０（４Ｈ−ＳｉＣ （０００１）８°off toward [11-20] キャリア濃度（Ｐ：１×１０１６ｃｍ−３）厚み３５０μｍ）上に、厚み１μｍのＳｉＣバッファ層２２０（Ｐ；Ａｌドープ、キャリア濃度１×１０１６ｃｍ−３）と、厚み３μｍのＳｉＣフィールド層２３０（Ｐ；Ａｌドープ、キャリア濃度１×１０１７ｃｍ−３）と、ＳｉＣフィールド層２３０上に設けられＳｉＣ基板２１０の厚み方向の高さが０．２μｍのＧｅ粒状結晶（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度１×１０１７ｃｍ−３）と該Ｇｅ粒状結晶を覆う厚み２．０μｍのキャップ層（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度１×１０１７ｃｍ−３）とからなる厚み２．０〜２．２μｍのチャネル層２４０と、厚み０．２μｍのＳｉＣコンタクト層２５０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３以上）と、がこの順に積層されている。
【００６０】
単結晶炭化珪素基板２１０の厚みは３００〜５００μｍの範囲で適宜選択される。バッファ層２２０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択される。フィールド層２３０の厚みは０．５〜５μｍの範囲で適宜選択される。チャネル層２４０の厚みは０．２〜５μｍの範囲で適宜選択される。コンタクト層２５０の厚みは０．１〜１．０μｍの範囲で適宜選択される。
【００６１】
単結晶炭化珪素基板２１０のバッファ層２２０等が積層された側にはコンタクト層２５０を貫通してチャネル層２４０に達するゲート溝２６０が形成されている。ゲート溝２６０の深さは、例えば０．３〜５．５μｍとされる。
【００６２】
ゲート溝２６０の表面にはＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜２８０が形成されている。ゲート絶縁膜２８０の厚みは３０〜１００ｎｍの範囲で適宜選択できる。ゲート絶縁膜２８０はコンタクト層２５０の表面の一部を覆うように形成されており、絶縁層２８２として機能する。絶縁層２８２の厚みは３０〜１００ｎｍの範囲で適宜選択できる。
【００６３】
ゲート絶縁膜２８０の表面はゲート電極２９０により覆われている。コンタクト層２５０の一部の表面（絶縁層２８２の設けられていない表面）にはソース電極３００及びドレイン電極３１０が形成されている。
【００６４】
ゲート電極２９０及び絶縁層２８２はＳｉＯ２からなる層間絶縁膜３２０により覆われている。層間絶縁膜３２０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択できる。
【００６５】
層間絶縁膜３２０上には、ソース電極３００、ドレイン電極３１０及びゲート電極２９０と接する配線電極３３０が形成されており、配線電極３３０を覆うようにしてＳｉＯ２からなる表面保護層３４０が形成されている。表面保護層３４０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択できる。
【００６６】
第二実施形態に係る炭化珪素半導体装置の動作原理について説明する。ゲート電極２９０に電圧を印加することにより、チャネル層２４０の導電型が反転してチャネル領域が形成され、ソース電極３００とドレイン電極３１０との間にキャリアが流れる。チャネル層２４０がチャネル形成領域として作用する。チャネル層２４０は、キャリアの移動度が大きいＧｅ粒状結晶を含むため、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置は低オン抵抗で素子特性に優れる。
【００６７】
第二実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程としては、上述した本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法と同様の方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】発明の炭化珪素半導体装置の第一実施形態を示す断面図である。
【図２】Ｇｅ粒状結晶を示す断面写真である。
【図３】Ｇｅ粒状結晶を示す表面写真である。
【図４】チャネル層４０の断面図である。
【図５】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図６】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図７】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図８】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図９】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１０】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１１】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１２】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１３】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１４】発明の炭化珪素半導体装置の第二実施形態を示す断面図である
【符号の説明】
【００６９】
１０、２１０ 単結晶炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）
１２ 単結晶炭化珪素半導体基板
２０、２２０ バッファ層
３０ ドリフト層
４０、２４０ チャネル層
５０、２５０ コンタクト層
６０、２６０ ゲート溝
８０、２８０ ゲート絶縁膜
９０、２９０ ゲート電極
１００、３００ソース電極
１１０、３１０ドレイン電極
１２０、３２０層間絶縁膜
１３０、３３０配線電極
１４０、３４０表面保護層
１５０ 裏面電極
１６０ チャネル層
２３０ フィールド層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電流の流れ込むソース電極と流れ出るドレイン電極との間にゲート電極を設け、ゲート電極に加える電庄によってソース／ドレイン間の電流（ドレイン電流）を制御する電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；FET）が提案されている。電界効果トランジスタには、ゲートにMOS構造を持つMOS型（MOSFET）とｐｎ接合又はショットキー接合を用いた接合型とがある。
【０００３】
ゲート電極をＭＯＳ構造にして設けたＭＯＳＦＥＴでは、半導体表面に少数のキャリアによる反転層ができることを利用し，ドレイン電流が流れるチャネル領域の伝導度を制御する。そして、ゲート電圧に変化を与えると電流値が変化するため、電気信号の増幅や電流のオン／オフスイッチとして機能し得る。
上記のように、ゲートにＭＯＳ構造を持つ半導体装置については、炭化珪素よりなる半導体を用いた炭化珪素半導体装置（ＭＯＳＦＥＴ）がある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３３０７１８４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、炭化珪素（ＳｉＣ）は一般にキャリアの移動度が小さく、ＭＯＳ界面特性が不十分でＭＯＳトランジスタのチャネル移動度が小さいため、素子としたときのオン抵抗が高く電流損失が大きくなる問題があった。
【０００５】
また、キャリア移動度の向上を目的としてチャネル層としてＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０＜ｘ＜１）を用いる場合、Ｇｅ濃度を高くすると、炭化珪素層との格子定数差が拡大して格子不整合が生じチャネル層中に転位などの格子欠陥が生じやすくなる。この欠陥はキャリア移動度を低下させるばかりでなく耐圧の低下やリーク電流の増加を引き起こし半導体装置としての信頼性を低下させることがある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、チャネル形成領域でのキャリアの移動度が大きく、低オン抵抗で素子特性に優れた炭化珪素半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の炭化珪素半導体装置は、ソース領域とドレイン領域との間のキャリアの流れをゲート電圧によって制御する炭化珪素半導体装置であって、炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上に設けられ、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のキャリア流路の少なくとも一部を構成し、Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）と該混晶よりもＧｅ濃度の高いＧｅ粒状結晶とを含むチャネル層と、を少なくとも備えたものである。
【０００８】
本発明の炭化珪素半導体装置においては、ソース領域とドレイン領域との間のキャリア流路の少なくとも一部にＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）と該混晶よりもＧｅ濃度の高いＧｅ粒状結晶とを含むチャネル層を備える。本発明に係るチャネル層は炭化珪素に比べて移動度、格子定数が大きく禁制帯幅が小さいＧｅ粒状結晶を含むため、チャネル形成領域でのキャリアの移動度が大きく、低オン抵抗で素子特性に優れる。
【０００９】
本発明の炭化珪素半導体装置は、前記チャネル層上にコンタクト層をさらに備えていてもよい。本発明の炭化珪素半導体装置にコンタクト層を設けることにより、ソース電極やドレイン電極の接触抵抗を小さくすることができる。
【００１０】
本発明の炭化珪素半導体装置は、前記Ｇｅ粒状結晶が前記炭化珪素基板と前記コンタクト層とに接していてもよい。本発明の炭化珪素半導体装置をこのような構成とすることにより、炭化珪素半導体基板とコンタクト層とを移動度の大きなＧｅ粒状結晶を通じて接続することができ、実効的にＧｅ濃度の高い半導体層が得られる。その結果としてキャリアの移動度をさらに向上することができる。
【００１１】
本発明の炭化珪素半導体装置においては、前記コンタクト層が前記チャネル層表面に形成されたＧｅ粒状結晶であってもよいし、該Ｇｅ粒状結晶よりもＧｅ濃度の低いＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をさらに含むものであってもよい。コンタクト層をこのような構成とすることにより、ソース電極やドレイン電極の接触抵抗をさらに小さくすることができる。
【００１２】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した本発明の炭化珪素半導体装置を製造するための方法であって、１４００℃以下にて、ゲルマニウム原料を含む混合ガスを炭化珪素基板上又はチャネル層上に供給して前記炭化珪素基板表面又は前記チャネル層表面にＧｅ粒状結晶を成長させるＧｅ粒状結晶形成工程を有するものである。
【００１３】
１４００℃よりも高温であるとＧｅ粒状結晶が昇華してしまいＧｅ粒状結晶を炭化珪素基板表面又はチャネル層表面に形成することができない。上述したＧｅ粒状結晶形成工程によれば、炭化珪素基板表面又はチャネル層表面にＧｅ粒状結晶を形成することができる。
【００１４】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、前記Ｇｅ粒状結晶形成工程におけるＧｅ粒状結晶成長温度以下から１４００〜２０００℃にまで加熱しながらシリコン原料（例えば、シラン化合物）、炭素原料（例えば、炭化水素化合物）及び必要によりゲルマニウム原料（例えば、有機ゲルマニウム化合物）を含む混合ガスを前記Ｇｅ粒状結晶の形成された前記炭化珪素基板上又は前記チャネル層上に供給して前記Ｇｅ粒状結晶を覆うＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をエピタキシャル成長させて該Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）からなるキャップ層を前記炭化珪素基板表面又は前記チャネル層表面に形成するキャップ層形成工程をさらに有していてもよい。
【００１５】
上述したキャップ層形成工程によれば、Ｇｅ粒状結晶が昇華することなくＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）からなるキャップ層を形成することができる。キャップ層は、高温加熱時のＧｅ粒状結晶の昇華を抑制することができる。
【００１６】
キャップ層形成工程においては、例えば、Ｇｅ粒状結晶成長温度以下から１４００〜２０００℃にまで連続的に温度を上げながらキャップ層を形成してもよいし、Ｇｅ粒状結晶成長温度以下の温度で所定の膜厚となるまでキャップ層を形成した後、１４００〜２０００℃にまで温度を上げながらキャップ層をさらに形成してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、チャネル形成領域でのキャリアの移動度が大きく、低オン抵抗で素子特性に優れた炭化珪素半導体装置及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の炭化珪素半導体装置及びその製造方法について説明する。なお、同様の機能を有するものには、全図面を通じて同じ符合を付与し、その説明を省略することがある。
【００１９】
図１は、本発明の炭化珪素半導体装置の第一実施形態を示す断面図である。本実施形態の炭化珪素半導体装置は、ゲート電極をＭＯＳ構造に構成すると共に、炭化珪素基板の一方の面に設けられたソース電極と、該ソース電極形成面とは反対側の面に設けられたドレイン電極との間で素子内を縦断する縦方向にキャリアが移動する縦型のＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に構成したものである。
【００２０】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴは、単結晶炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）１０（４Ｈ−ＳｉＣ （０００１）８°off toward [11-20] キャリア濃度（Ｎ＋：３×１０１８ｃｍ−３）厚み３５０μｍ）上に、厚み１μｍのＳｉＣバッファ層２０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３）と、厚み１０μｍのＳｉＣドリフト層３０（Ｎ−；Ｎ２ドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）と、ＳｉＣドリフト層３０上に設けられＳｉＣ基板１０の厚み方向の高さが０．５μｍのＧｅ粒状結晶（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）と該Ｇｅ粒状結晶を覆う厚み２μｍのキャップ層（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）とからなる厚み２μｍのチャネル層４０と、厚み０．５μｍのＳｉＣコンタクト層５０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３以上）と、がこの順に積層されている。
【００２１】
ＳｉＣ基板１０の厚みは１００〜５００μｍの範囲で適宜選択される。バッファ層２０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択される。ドリフト層３０の厚みは５〜１５μｍの範囲で適宜選択される。チャネル層４０の厚みは０．５〜５．０μｍの範囲で適宜選択される。コンタクト層５０の厚みは０．１〜１．０μｍの範囲で適宜選択される。
【００２２】
ＳｉＣ基板１０のバッファ層２０等が積層された側にはコンタクト層５０とチャネル層４０とを貫通してドリフト層３０に達するゲート溝６０が形成されている。
【００２３】
ゲート溝６０の表面にはＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜８０が形成されている。ゲート絶縁膜８０の厚みは２０〜１００ｎｍの範囲で適宜選択できる。ゲート絶縁膜８０はコンタクト層５０の表面の一部を覆うように形成されており、絶縁層８２として機能する。絶縁層８２の厚みは２０〜１００ｎｍの範囲で適宜選択できる。
【００２４】
ゲート絶縁膜８０の表面はゲート電極９０により覆われている。コンタクト層５０の一部の表面（絶縁層８２の設けられていない表面）にはソース電極１００が形成されている。また、ＳｉＣ基板１０のバッファ層２０等が積層された側とは反対側には、ドレイン電極１１０が形成されている。また、ドレイン電極１１０上には、半導体素子のパッケージへの実装用の裏面電極１５０が設けられている。
【００２５】
ゲート電極９０及び絶縁層８２はＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１２０により覆われている。層間絶縁膜１２０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択できる。
【００２６】
層間絶縁膜１２０上には、ソース電極１００及びゲート電極層９０と接する配線電極１３０が形成されており、配線電極１３０を覆うようにしてＳｉＯ２からなる表面保護層１４０が形成されている。表面保護層１４０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択できる。
【００２７】
第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の動作原理について説明する。ゲート電極層９０に電圧を印加することにより、チャネル層４０の導電型が反転してチャネル領域が形成され、ソース電極１００とドレイン電極１１０との間にキャリアが流れる。チャネル層４０がチャネル形成領域として作用する。チャネル層４０は、キャリアの移動度が大きいＧｅ粒状結晶を含むため、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置は低オン抵抗で素子特性に優れる。
【００２８】
以下に、第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程（本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法）を図２乃至図１３を用いて説明する。
【００２９】
まず、ＳｉＣ基板１０（４Ｈ−ＳｉＣ （０００１）８°off toward [11-20] キャリア濃度（Ｎ＋：３×１０１８ｃｍ−３）厚み３５０μｍ）を準備し、ＳｉＣ基板１０の表面にバッファ層２０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３、厚み１μｍ）と、ドリフト層３０（Ｎ−；Ｎ２ドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３、厚み１０μｍ）と、をこの順にＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００３０】
バッファ層２０を形成する前に、Ｈ２雰囲気下でＳｉＣ基板１０を１４００〜２０００℃に加熱して表面を除去することが好ましい。通常、半導体基板表面は研磨時に発生する結晶欠陥を含んでいる。この結晶欠陥はキャリアキラーやリーク電流の通路となる。基板表面を加熱して除去することでこの結晶欠陥を除去することができ、キャリア移動度を向上することができる。除去量としては、０．０５〜２μｍであることが好ましい。
【００３１】
バッファ層２０及びドリフト層３０は、シリコン原料としてシラン化合物であるＳｉＨ４を、炭素原料として炭化水素化合物であるＣ３Ｈ８を、Ｎ型伝導用原料としてＮ２、ＡｓＨ３、ＰＨ３等を、キャリアガスとしてＨ２を用い、１４００〜２０００℃（基板温度）にて形成する。なお、シリコン原料としては、ＳｉＨ４の他に有機シラン（テトラエチルシラン）やＳｉＨｘＣｌ４−ｘ（０≦ｘ＜４）を用いることができる。炭素原料としては、Ｃ３Ｈ８の他にＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ６、Ｃ２Ｈ４等を用いることができる。キャリアガスとしては、Ｈ２の他にＡｒを用いることができる。
【００３２】
ドリフト層３０上に、有機ゲルマニウム化合物であるテトラエチルゲルマニウムとＰ型伝導用原料であるトリメチルアルミニウムとキャリアガスであるＨ２とＡｒとを含む混合ガスを供給して例えば１０００℃（基板温度）にてＳｉＣ基板１０の厚み方向の高さが０．５μｍのＧｅ粒状結晶（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する（Ｇｅ粒状結晶形成工程）。図２及び３に各々ドリフト層３０上に形成されたＧｅ粒状結晶を示す断面写真及び表面写真を示す。なお、ゲルマニウム原料としては、テトラエチルゲルマニウム以外にテトラメチルゲルマニウム、ＧｅＦ４、ＧｅＨ４−ｘＣｌｘ（０≦ｘ≦４）等を用いることができる。
【００３３】
Ｇｅ粒状結晶の形成温度は、１４００℃以下であることが必要であるが、１３００℃以下が好ましく、１２００℃以下がさらに好ましい。Ｇｅ粒状結晶は必要に応じて珪素や炭素を含みＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶とされていてもよい。この場合におけるＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶のｘは０．００００５以上が好ましく、０．０００１以上がさらに好ましい。Ｇｅ粒状結晶中に珪素や炭素を含有させるにはＳｉＨ４やＣ３Ｈ８等が適宜添加された混合ガスを用いればよい。
【００３４】
Ｇｅ粒状結晶形成工程に引き続き、有機ゲルマニウム化合物であるテトラエチルゲルマニウムとシラン化合物であるＳｉＨ４と炭化水素化合物であるＣ３Ｈ８とＰ型伝導用原料であるトリメチルアルミニウムとキャリアガスであるＨ２とＡｒとを含む混合ガスをＧｅ粒状結晶の形成されたドリフト層３０上に供給する。そして、例えば１０００℃（基板温度）にてこのＧｅ粒状結晶を覆うＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．１）をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させて該Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶からなる膜厚０．１〜１μｍのキャップ層（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度５×１０１５ｃｍ−３）をドリフト層３０表面に形成する（キャップ層形成工程）。
【００３５】
キャップ層の形成温度は５００〜１０００℃であることが好ましく、Ｇｅ粒状結晶の昇華による消失を防ぐためにＧｅ粒状結晶の形成温度と同じかそれよりも低い温度であることがさらに好ましい。キャップ層を構成するＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶におけるｘは０．３以下が好ましく、０．２以下がさらに好ましい。
【００３６】
キャップ層形成工程により膜厚０．１〜１μｍのキャップ層を形成した後、１６００℃（好ましくは１４００〜２０００℃）にまで加熱しながら引き続き混合ガスを供給して層厚が２μｍになるまでＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．０００１）をさらにエピタキシャル成長させる。Ｇｅ粒状結晶形成温度（１０００℃）にて２μｍとなるまでＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．０２）をエピタキシャル成長させてもよい。
【００３７】
Ｇｅ粒状結晶は膜厚０．１〜１μｍのキャップ層により覆われているため、１６００℃（好ましくは１４００〜２０００℃）にまで加熱しながらＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．０００１）をエピタキシャル成長させてもＧｅ粒状結晶が昇華により消失することがない。
【００３８】
これにより、チャネル層４０が形成される。図４は、チャネル層４０の断面図を示す。チャネル層４０においては、Ｇｅ粒状結晶４２がドリフト層３０表面に形成されると共にキャップ層４４で被覆されている。
【００３９】
上述したキャップ層形成工程においては、Ｇｅ粒状結晶の蒸発を防ぐためにＧｅ粒状結晶成長温度（１０００℃）と同じ温度で０．１〜１μｍ厚のキャップ層を形成した後に１６００℃まで加熱しながら引き続きＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶をエピタキシャル成長させたが、Ｇｅ粒状結晶成長温度よりも高い温度からキャップ層の形成を開始することもできる。
【００４０】
チャネル層４０上に、シリコン原料としてシラン化合物であるＳｉＨ４、炭素原料として炭化水素化合物であるＣ３Ｈ８、Ｎ型伝導用原料としてＮ２及びキャリアガスとしてＨ２を含む混合ガスを供給して例えば１６００℃（基板温度）にてコンタクト層５０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３以上、厚み０．５μｍ）をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。
【００４１】
以上のようにして、ＳｉＣ基板１０上に、バッファ層２０と、ドリフト層３０と、チャネル層４０と、コンタクト層５０と、がこの順に積層された図５に示す単結晶炭化珪素半導体基板１２を得る。
【００４２】
次に、図６に示すようにコンタクト層５０上にゲート溝６０の形成領域に対応する開口部１６が設けられたマスク用ＳｉＯ２層１４（厚み０．５μｍ）を形成する。マスク用ＳｉＯ２層はＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法等を用いて形成可能である。また、開口部１６はマスク用ＳｉＯ２層１４上にフォトリソグラフィーにより開口部１６に対応する箇所が開口したフォトレジストを設け、ＣＨＦ３ガス等を用いたドライエッチング技術又はバッファードフッ酸等の薬液を用いたウエットエッチング技術によりマスク用ＳｉＯ２層１４の開口部１６に対応する箇所をコンタクト層５０が露出するまでエッチングすることにより形成する。マスク用ＳｉＯ２層１４のエッチング終了後、フォトレジストはＯ２プラズマ等を用いたアッシング装置又はレジスト剥離液を用いて除去される。
【００４３】
次いで、図７に示すように、開口部１６により露出された部分にコンタクト層５０とチャネル層４０とを貫通してドリフト層３０に達する開口部１６と同幅のゲート溝６０を、ＳＦ６ガス等を用いたドライエッチング技術により形成する。ゲート溝６０の深さは、例えば、２．５〜４．０μｍとされる。マスク用ＳｉＯ２層１４は、ＣＨＦ３ガス等を用いたドライエッチング技術又はバッファードフッ酸等の薬液を用いたウエットエッチング技術により除去される。
【００４４】
次に、図８に示すように、熱酸化法により厚み２０〜１００ｎｍのＳｉＯ２からなる酸化膜２２、２３を形成する。熱酸化法は単結晶炭化珪素半導体基板１２を熱酸化炉にて酸素雰囲気中（酸素濃度９９．９％以上）で１０００〜１３００℃で加熱するものであり、Ｓｉを酸化させて単結晶炭化珪素半導体基板１２全面に酸化膜を形成することができる。酸素濃度、加熱温度及び加熱時間を適宜選択することによりＳｉＯ２からなる酸化膜２２、２３の厚みを調節することができる。酸化膜２２が、ゲート絶縁膜８０及び絶縁層８２として機能する。
【００４５】
酸化膜２２上に、フォトリソグラフィーによりソース電極形成領域に対応する箇所が開口したフォトレジストを設け、ＣＨＦ３ガス等を用いたドライエッチング技術によりフォトレジストが開口した箇所の酸化膜２２を除去してソース電極形成領域に対応するコンタクト層５０を露出させる。その後、真空蒸着装置によりフォトレジスト上に金属膜を形成する。リフトオフ手法によりレジスト剥離液を用いてフォトレジスト上に形成された不要な金属膜を除去して図９に示すようにソース電極１００を所定のパターン状に形成する。ソース電極１００の厚みとしては、５０〜１０００ｎｍの範囲で任意に設定できる。電極の材料としては、例えば、Ｎｉ，Ｔｉ，ＴｉＷ，Ｗ，Ｍｏ等が挙げられる。
【００４６】
酸化膜２３上にも上述と同様にしてドレイン電極形成領域に対応する箇所が開口したフォトレジストを設け、ドレイン電極形成領域に対応する単結晶炭化珪素基板１０を露出させ、ドレイン電極１１０を図１０に示すように所定のパターン状に形成する。或いは、図９における酸化膜２３のみをＣＨＦ３などを用いたドライエッチング技術にて全部除去し、単結晶炭化珪素基板１０を完全に露出した後に全面にわたりドレイン電極１１０を形成する。ドレイン電極１１０の厚み及び材料はソース電極１００と同様とすることができる。ソース電極１００及びドレイン電極１１０を形成した後、これら電極のオーミック特性を得るためにＡｒ又はＨ２雰囲気下において例えば、１０００℃１０分間熱処理する。
【００４７】
次に、酸化膜２２上にゲート電極形成領域に対応する箇所が開口したフォトレジストを設け、真空蒸着装置によりフォトレジスト上に金属膜を形成し、リフトオフ手法によりレジスト剥離液を用いてフォトレジスト上に形成された不要な金属膜を除去して図１１に示すようにゲート電極９０を所定のパターン状に形成する。
【００４８】
次に、図１２に示すように単結晶炭化珪素半導体基板１２のゲート溝６０が形成された側の表面に、ソース電極１００及びゲート電極９０を露出する開口部を有するＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１２０をＣＶＤ法により形成する。該開口部はフォトリソグラフィーによりソース電極１００及びゲート電極９０の部分が開口したフォトレジストを層間絶縁膜１２０上に形成し、ＣＨＦ３ガス等を用いたドライエッチング法によりソース電極１００及びゲート電極９０が露出するまでエッチングを行うことにより形成される。
【００４９】
次に、ソース電極１００の形成と同様の方法により、図１３に示すように配線電極１３０を形成する。配線電極１３０の材料としては、例えば、ＴｉとＡｌとを積層したもの，ＴｉとＴｉＮとＡｌとを積層したもの等が挙げられる。配線電極１３０に用いられるＴｉの層厚としては０．０１〜０．５μｍの範囲で、Ａｌの層厚としては０．１〜１０μｍの範囲で、ＴｉＮとしては０．０１〜０．５μｍの範囲で任意に設定できる。
【００５０】
次に、配線電極１３０上にＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法等によりＳｉＯ２からなる表面保護層１４０を形成後、ソース電極１００及びゲート電極９０を露出する開口部をフォトリソグラフィー技術とドライエッチング技術を用いて形成する。表面保護層１４０としては、ＳｉＯ２のほかにＳｉＯＮを用いることもできる。また、ドレイン電極１１０上にＮｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等からなる裏面電極１５０を真空蒸着法により形成する。以上の工程を経て図１に示す炭化珪素半導体装置は完成する。
【００５１】
第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置においては、Ｇｅ粒状結晶４２がドリフト層３０とコンタクト層５０とに接するようにしてもよい。これにより、キャリアの移動度をさらに向上することができる。
【００５２】
Ｇｅ粒状結晶４２がＳｉＣドリフト層３０とコンタクト層５０とに接するようにするには、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法において、ドリフト層３０上に形成されたキャップ層４４を、ＳＦ６ガス等を用いたドライエッチング技術によりＧｅ粒状結晶４２が露出するまでエッチングした後にコンタクト層５０を形成するようにしてもよいし、キャップ層４４を、ＣＶＤ装置内でＨ２ガス雰囲気下１０００〜２０００℃にてＧｅ粒状結晶４２が露出するまでエッチングした後にコンタクト層５０を形成するようにしてもよい。ＣＶＤ装置内でキャップ層をエッチングする場合、例えば１７５０℃、４０Ｔｏｒｒの条件にて、０．４μｍ／時間の速度でキャップ層４４をエッチング可能である。
【００５３】
上記エッチングにより半導体表面の平滑性を向上させることができる。そのため、所望の膜厚以上の膜厚のキャップ層４４を形成した後に上記エッチングによりキャップ層４４を所望の膜厚とすることによりキャップ層４４（即ちチャネル層４０）の表面平滑性を向上させることができる。
【００５４】
Ｇｅ粒状結晶４２が露出した状態でコンタクト層５０を形成する場合、Ｇｅ粒状結晶４２をエピタキシャル成長させた温度と同じ温度からコンタクト層５０のエピタキシャル成長を開始し、成長温度を徐々に上げながらコンタクト層５０を形成することが好ましい。これにより、Ｇｅ粒状結晶４２の昇華による消失を防ぐことができる。
【００５５】
また、第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置においては、コンタクト層５０がＧｅ粒状結晶からなるものであってもよい。コンタクト層５０を構成するＧｅ粒状結晶の形成条件、用いられる材料等はＧｅ粒状結晶４２の場合と同様である。具体的には、チャネル層４０上に、有機ゲルマニウム化合物であるテトラエチルゲルマニウムとＮ型伝導用原料であるＮ２とキャリアガスであるＨ２或いはＡｒとを含む混合ガスを供給する。次いで、例えば１０００℃（基板温度）にてＣＶＤ法によりエピタキシャル成長することによりＳｉＣ基板１０の厚み方向の高さが０．１μｍのＧｅ粒状結晶（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）を形成できる（Ｇｅ粒状結晶形成工程）。コンタクト層５０をＧｅ粒状結晶で構成することにより、ソース電極１００の接触抵抗を小さくすることができる。その結果としてキャリアの移動度を向上することができる。
【００５６】
コンタクト層５０は、上述したＧｅ粒状結晶と共に該Ｇｅ粒状結晶を覆い該Ｇｅ粒状結晶よりもＧｅ濃度の低いＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をさらに含んでもよい。該Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）の形成条件、用いられる材料等はキャップ層４４の場合と同様である。具体的には、Ｇｅ粒状結晶形成工程に引き続き、有機ゲルマニウム化合物であるテトラエチルゲルマニウムとシラン化合物であるＳｉＨ４と炭化水素化合物であるＣ３Ｈ８とＮ型伝導用原料であるＮ２とキャリアガスであるＨ２或いはＡｒとを含む混合ガスをＧｅ粒状結晶の形成されたチャネル層４０上に供給して例えば１０００℃（基板温度）にてこのＧｅ粒状結晶を覆うＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（ｘ＝０．０２）をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させて該混晶からなる膜厚０．０１〜０．１μｍのキャップ層（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）をチャネル層４０表面に形成する（キャップ層形成工程）。
【００５７】
キャップ層形成工程により膜厚０．０１〜０．１μｍのキャップ層を形成した後、１６００℃にて膜厚が２μｍになるまで引き続きキャップ層をエピタキシャル成長させる。コンタクト層５０を構成するＧｅ粒状結晶をキャップ層で覆うことにより、コンタクト層５０の表面を平滑にすることができる。
【００５８】
図１４は、本発明の炭化珪素半導体装置の第二実施形態を示す断面図である。本実施形態の炭化珪素半導体装置は、ゲート電極をＭＯＳ構造に構成すると共に、炭化珪素基板の一方の面に設けられたソース電極とドレイン電極との間で素子内を炭化珪素基板の面方向にキャリアが移動する横型のＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に構成したものである。
【００５９】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴは、単結晶炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）２１０（４Ｈ−ＳｉＣ （０００１）８°off toward [11-20] キャリア濃度（Ｐ：１×１０１６ｃｍ−３）厚み３５０μｍ）上に、厚み１μｍのＳｉＣバッファ層２２０（Ｐ；Ａｌドープ、キャリア濃度１×１０１６ｃｍ−３）と、厚み３μｍのＳｉＣフィールド層２３０（Ｐ；Ａｌドープ、キャリア濃度１×１０１７ｃｍ−３）と、ＳｉＣフィールド層２３０上に設けられＳｉＣ基板２１０の厚み方向の高さが０．２μｍのＧｅ粒状結晶（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度１×１０１７ｃｍ−３）と該Ｇｅ粒状結晶を覆う厚み２．０μｍのキャップ層（Ｐ−；Ａｌドープ、キャリア濃度１×１０１７ｃｍ−３）とからなる厚み２．０〜２．２μｍのチャネル層２４０と、厚み０．２μｍのＳｉＣコンタクト層２５０（Ｎ＋；Ｎ２ドープ、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３以上）と、がこの順に積層されている。
【００６０】
単結晶炭化珪素基板２１０の厚みは３００〜５００μｍの範囲で適宜選択される。バッファ層２２０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択される。フィールド層２３０の厚みは０．５〜５μｍの範囲で適宜選択される。チャネル層２４０の厚みは０．２〜５μｍの範囲で適宜選択される。コンタクト層２５０の厚みは０．１〜１．０μｍの範囲で適宜選択される。
【００６１】
単結晶炭化珪素基板２１０のバッファ層２２０等が積層された側にはコンタクト層２５０を貫通してチャネル層２４０に達するゲート溝２６０が形成されている。ゲート溝２６０の深さは、例えば０．３〜５．５μｍとされる。
【００６２】
ゲート溝２６０の表面にはＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜２８０が形成されている。ゲート絶縁膜２８０の厚みは３０〜１００ｎｍの範囲で適宜選択できる。ゲート絶縁膜２８０はコンタクト層２５０の表面の一部を覆うように形成されており、絶縁層２８２として機能する。絶縁層２８２の厚みは３０〜１００ｎｍの範囲で適宜選択できる。
【００６３】
ゲート絶縁膜２８０の表面はゲート電極２９０により覆われている。コンタクト層２５０の一部の表面（絶縁層２８２の設けられていない表面）にはソース電極３００及びドレイン電極３１０が形成されている。
【００６４】
ゲート電極２９０及び絶縁層２８２はＳｉＯ２からなる層間絶縁膜３２０により覆われている。層間絶縁膜３２０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択できる。
【００６５】
層間絶縁膜３２０上には、ソース電極３００、ドレイン電極３１０及びゲート電極２９０と接する配線電極３３０が形成されており、配線電極３３０を覆うようにしてＳｉＯ２からなる表面保護層３４０が形成されている。表面保護層３４０の厚みは０．１〜２．０μｍの範囲で適宜選択できる。
【００６６】
第二実施形態に係る炭化珪素半導体装置の動作原理について説明する。ゲート電極２９０に電圧を印加することにより、チャネル層２４０の導電型が反転してチャネル領域が形成され、ソース電極３００とドレイン電極３１０との間にキャリアが流れる。チャネル層２４０がチャネル形成領域として作用する。チャネル層２４０は、キャリアの移動度が大きいＧｅ粒状結晶を含むため、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置は低オン抵抗で素子特性に優れる。
【００６７】
第二実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程としては、上述した本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法と同様の方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】発明の炭化珪素半導体装置の第一実施形態を示す断面図である。
【図２】Ｇｅ粒状結晶を示す断面写真である。
【図３】Ｇｅ粒状結晶を示す表面写真である。
【図４】チャネル層４０の断面図である。
【図５】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図６】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図７】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図８】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図９】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１０】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１１】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１２】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１３】第一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図１４】発明の炭化珪素半導体装置の第二実施形態を示す断面図である
【符号の説明】
【００６９】
１０、２１０ 単結晶炭化珪素基板（ＳｉＣ基板）
１２ 単結晶炭化珪素半導体基板
２０、２２０ バッファ層
３０ ドリフト層
４０、２４０ チャネル層
５０、２５０ コンタクト層
６０、２６０ ゲート溝
８０、２８０ ゲート絶縁膜
９０、２９０ ゲート電極
１００、３００ソース電極
１１０、３１０ドレイン電極
１２０、３２０層間絶縁膜
１３０、３３０配線電極
１４０、３４０表面保護層
１５０ 裏面電極
１６０ チャネル層
２３０ フィールド層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース領域とドレイン領域との間のキャリアの流れをゲート電圧によって制御する炭化珪素半導体装置であって、
炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上に設けられ、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のキャリア流路の少なくとも一部を構成し、Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）と該混晶よりもＧｅ濃度の高いＧｅ粒状結晶とを含むチャネル層と、
を少なくとも備えた炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
前記チャネル層上にコンタクト層をさらに備えた請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記Ｇｅ粒状結晶が前記炭化珪素基板と前記コンタクト層とに接する請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記コンタクト層が、前記チャネル層表面に形成されたＧｅ粒状結晶からなる請求項２又は３に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記コンタクト層が、前記Ｇｅ粒状結晶よりもＧｅ濃度の低いＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をさらに含む請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
１４００℃以下にて、ゲルマニウム原料を含む混合ガスを炭化珪素基板上又はチャネル層上に供給して前記炭化珪素基板表面又は前記チャネル層表面にＧｅ粒状結晶を成長させるＧｅ粒状結晶形成工程を有する炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記Ｇｅ粒状結晶形成工程におけるＧｅ粒状結晶成長温度以下から１４００〜２０００℃にまで加熱しながらシリコン原料、炭素原料及び必要によりゲルマニウム原料を含む混合ガスを前記Ｇｅ粒状結晶の形成された前記炭化珪素基板上又は前記チャネル層上に供給して前記Ｇｅ粒状結晶を覆うＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をエピタキシャル成長させて該Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）からなるキャップ層を前記炭化珪素基板表面又は前記チャネル層表面に形成するキャップ層形成工程をさらに有する請求項６に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１】
ソース領域とドレイン領域との間のキャリアの流れをゲート電圧によって制御する炭化珪素半導体装置であって、
炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上に設けられ、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間のキャリア流路の少なくとも一部を構成し、Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）と該混晶よりもＧｅ濃度の高いＧｅ粒状結晶とを含むチャネル層と、
を少なくとも備えた炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
前記チャネル層上にコンタクト層をさらに備えた請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記Ｇｅ粒状結晶が前記炭化珪素基板と前記コンタクト層とに接する請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記コンタクト層が、前記チャネル層表面に形成されたＧｅ粒状結晶からなる請求項２又は３に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記コンタクト層が、前記Ｇｅ粒状結晶よりもＧｅ濃度の低いＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をさらに含む請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
１４００℃以下にて、ゲルマニウム原料を含む混合ガスを炭化珪素基板上又はチャネル層上に供給して前記炭化珪素基板表面又は前記チャネル層表面にＧｅ粒状結晶を成長させるＧｅ粒状結晶形成工程を有する炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記Ｇｅ粒状結晶形成工程におけるＧｅ粒状結晶成長温度以下から１４００〜２０００℃にまで加熱しながらシリコン原料、炭素原料及び必要によりゲルマニウム原料を含む混合ガスを前記Ｇｅ粒状結晶の形成された前記炭化珪素基板上又は前記チャネル層上に供給して前記Ｇｅ粒状結晶を覆うＳｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）をエピタキシャル成長させて該Ｓｉ１−ｘＧｅｘＣ混晶（０≦ｘ＜１）からなるキャップ層を前記炭化珪素基板表面又は前記チャネル層表面に形成するキャップ層形成工程をさらに有する請求項６に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−４２０１８（Ｐ２００８−４２０１８Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１５９９９（Ｐ２００６−２１５９９９）
【出願日】平成１８年８月８日（２００６．８．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１７３５２２）財団法人ファインセラミックスセンター (147)
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月８日（２００６．８．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１７３５２２）財団法人ファインセラミックスセンター (147)
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