金剛石半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用金剛石結(jié)晶的選擇性生長(zhǎng)的金剛石半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為有效利用電力，從發(fā)電到耗電進(jìn)行多級(jí)的電力轉(zhuǎn)換(交流.直流轉(zhuǎn)換、頻率轉(zhuǎn)換)，并使用多個(gè)半導(dǎo)體功率器件。使這些半導(dǎo)體功率器件的電力損失降低成為面向節(jié)能化的重要的指標(biāo)。
[0003]金剛石相對(duì)于被廣泛用作半導(dǎo)體材料的硅為寬帶隙，而且融點(diǎn)、熱傳導(dǎo)率、耐絕緣破壞性、載流子速度界限、硬度.彈性常數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性及耐放射線性高，作為電子器件材料、特別是半導(dǎo)體功率器件的形成材料具有極高的潛能。
[0004]但是，金剛石難以通過對(duì)其它半導(dǎo)體材料進(jìn)行的離子注入法等進(jìn)行雜質(zhì)摻雜，在η型雜質(zhì)摻雜區(qū)域的選擇性形成方面存在課題，且存在不能進(jìn)行與目的相對(duì)應(yīng)的器件設(shè)計(jì)的冋題。
[0005]針對(duì)這樣的問題，本發(fā)明者們迄今為止進(jìn)行了通過以控制了結(jié)晶面的金剛石襯底上所形成的臺(tái)階形狀的底角為起點(diǎn)使η型雜質(zhì)摻雜金剛石區(qū)域結(jié)晶生長(zhǎng)而成功選擇性形成摻雜了 η型雜質(zhì)的金剛石，且面向?qū)崿F(xiàn)金剛石半導(dǎo)體裝置的提案(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0006]但是，具體構(gòu)筑由含有半導(dǎo)體功率器件的各種元件結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電子器件的方法被作為課題殘留，從而尋求器件設(shè)計(jì)的自由度更高的金剛石半導(dǎo)體裝置及其制造方法的開發(fā)。特別是如果可以將在目標(biāo)位置摻雜了雜質(zhì)的金剛石區(qū)域和未摻雜雜質(zhì)的金剛石的絕緣區(qū)域選擇性地一體形成而構(gòu)筑可在這些區(qū)域進(jìn)行元件分離的元件構(gòu)造，則例如也可以實(shí)現(xiàn)具有由絕緣區(qū)域分離摻雜區(qū)域周邊，僅將摻雜區(qū)域周邊的元件區(qū)域作為溝道長(zhǎng)度規(guī)定的FET (場(chǎng)效應(yīng)型晶體管)構(gòu)造的金剛石半導(dǎo)體裝置，可以大幅提高器件設(shè)計(jì)的自由度，并且可以有效地制造金剛石半導(dǎo)體裝置。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:國(guó)際公開第2010/001705號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明所要解決的課題
[0011]本發(fā)明以解決現(xiàn)有的所述諸多問題且實(shí)現(xiàn)以下的目的為課題。即，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以大幅提高器件設(shè)計(jì)的自由度，并且可以有效制造的金剛石半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]用于解決所述課題的手段如下。即:
[0014]< I >一種金剛石半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有金剛石襯底、在所述金剛石襯底的具有{001}的結(jié)晶面的襯底面上大致垂直地隆起而配置且由該隆起的上表面及側(cè)面和所述襯底面形成臺(tái)階形狀的金剛石臺(tái)階部、η型的摻磷金剛石區(qū)域以及金剛石絕緣區(qū)域，所述金剛石臺(tái)階部，將側(cè)面具有{110}的結(jié)晶面的第一臺(tái)階部和側(cè)面具有{100}的結(jié)晶面的第二臺(tái)階部形成為一體，所述摻磷金剛石區(qū)域以所述第一臺(tái)階部的所述臺(tái)階形狀的底角為起點(diǎn)且以所述第一臺(tái)階部的側(cè)面及所述金剛石襯底的所述襯底面為生長(zhǎng)基面進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)而形成，所述金剛石絕緣區(qū)域以所述第二臺(tái)階部的側(cè)面及所述金剛石襯底的所述襯底面為生長(zhǎng)基面進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)而形成。
[0015]< 2 >根據(jù)上述< I >所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，第一臺(tái)階部平面觀察形成為細(xì)長(zhǎng)的線狀，第二臺(tái)階部以所述第一臺(tái)階部為主體部一體形成于至少任一個(gè)的端部位置。
[0016]< 3 >根據(jù)上述< 2 >所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，在形成為線狀的第一臺(tái)階部的兩側(cè)面分別形成摻磷金剛石區(qū)域。
[0017]< 4 >根據(jù)上述< 2 >?< 3 >中任一項(xiàng)所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，第二臺(tái)階部至少一部分平面觀察以所述第一臺(tái)階部的線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)位于左右側(cè)的側(cè)面分別具有{100}的結(jié)晶面。
[0018]< 5 >根據(jù)上述< 2 >?< 4 >中任一項(xiàng)所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，形成為線狀的第一臺(tái)階部的線寬W為10nm?1ym0
[0019]< 6 >根據(jù)上述< 2 >?< 5 >中任一項(xiàng)所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，形成為線狀的第一臺(tái)階部的高度H和線寬W之比即H/W為0.001?100。
[0020]< 7 >根據(jù)上述< I >?< 6 >中任一項(xiàng)所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，在金剛石臺(tái)階部形成P型雜質(zhì)摻雜區(qū)域。
[0021]<8 >根據(jù)上述< I >?< 7 >中任一項(xiàng)所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，在摻磷金剛石區(qū)域中的磷的濃度為I X 116CnT3?I X 10 21CnT 3。
[0022]< 9 >根據(jù)上述< 2 >?< 8 >中任一項(xiàng)所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，具有多個(gè)第一臺(tái)階部平面觀察形成為細(xì)長(zhǎng)的線狀，第二臺(tái)階部以所述第一臺(tái)階部為主體部一體形成于至少任一個(gè)的端部位置的金剛石臺(tái)階部，所述金剛石臺(tái)階部彼此在以所述第一臺(tái)階部的線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)的左右位置并排設(shè)置。
[0023]< 10 >根據(jù)上述< 9 >所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，將并排設(shè)置的金剛石臺(tái)階部中的第一臺(tái)階部間的間隔相對(duì)于所述第一臺(tái)階部的高度H設(shè)為0.01倍?2倍。
[0024]< 11 >根據(jù)上述<7 >?< 10 >中任一項(xiàng)所述的金剛石半導(dǎo)體裝置，其中，在分別形成于第一臺(tái)階部的兩側(cè)面的摻磷金剛石區(qū)域分別形成柵電極，在以所述第一臺(tái)階部為主體部分別形成于其兩端部位置的兩個(gè)第二臺(tái)階部中，在一個(gè)所述第二臺(tái)階部形成源電極，在另一個(gè)所述第二臺(tái)階部形成漏電極。
[0025]< 12 >一種金剛石半導(dǎo)體裝置的制造方法，為制造上述< I >?< 11 >中任一項(xiàng)所述的金剛石半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于，包含:以形成第一臺(tái)階部及第二臺(tái)階部的方式對(duì)金剛石襯底進(jìn)行使用掩模的光刻加工，形成金剛石臺(tái)階部的金剛石臺(tái)階部形成工序；通過使用金剛石源及磷源作為原料氣體的CVD，以所述第一臺(tái)階部的臺(tái)階形狀的底角為起點(diǎn)且以所述第一臺(tái)階部的側(cè)面及所述金剛石襯底的襯底面為生長(zhǎng)基面進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)而形成摻磷金剛石區(qū)域，同時(shí)，以所述第二臺(tái)階部的側(cè)面及所述金剛石襯底的所述襯底面為生長(zhǎng)基面進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)而形成金剛石絕緣區(qū)域的摻磷金剛石區(qū)域一金剛石絕緣區(qū)域形成工序。
[0026]發(fā)明效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的所述諸多問題，能夠提供大幅提高器件設(shè)計(jì)的自由度，并且可以有效制造的金剛石半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【附圖說明】
[0028]圖1是表示第一實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的制造工藝的圖(I);
[0029]圖2是表示第一實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的制造工藝的圖(2);
[0030]圖3是表示第一實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的制造工藝的圖(3);
[0031]圖4是表示第一實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的制造工藝的圖(4);
[0032]圖5(a)是表示根據(jù)柵電壓的施加狀況進(jìn)行變化的耗盡層的擴(kuò)展的圖(I);
[0033]圖5(b)是表示根據(jù)柵電壓的施加狀況進(jìn)行變化的耗盡層的擴(kuò)展的圖(2);
[0034]圖5(c)是表示根據(jù)柵電壓的施加狀況進(jìn)行變化的耗盡層的擴(kuò)展的圖(3);
[0035]圖5(d)是表示根據(jù)柵電壓的施加狀況進(jìn)行變化的耗盡層的擴(kuò)展的圖(4);
[0036]圖6是表示第二實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的制造工藝的圖(I);
[0037]圖7是表示第二實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的制造工藝的圖(2);
[0038]圖8是表示第二實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的制造工藝的圖(3);
[0039]圖9是表示第二實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的制造工藝的圖(4);
[0040]圖10(a)是部分地表示第三實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的剖面構(gòu)造的說明圖；
[0041]圖10(b)是圖10(a)的部分平面圖；
[0042]圖11是部分地表示第四實(shí)施方式涉及的金剛石半導(dǎo)體裝置的剖面構(gòu)造的說明圖；
[0043]圖12是表示各種柵極電壓中的漏極電流一漏極電壓的特性的圖；
[0044]圖13是表示漏極電壓為一 1V中的漏極電流一柵極電壓的特性的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045](金剛石半導(dǎo)體裝置及其制造方法)
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