[發明專利]金剛石半導體裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201380042569.8
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN104541364B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 加藤宙光;牧野俊晴;小倉政彥;竹內大輔;山崎聰;波多野睦子;巖崎孝之
• 申請（專利權）人: 獨立行政法人產業技術綜合研究所
• 主分類號: H01L21/337
• 分類號: H01L21/337;H01L21/336;H01L21/338;H01L27/098;H01L29/12;H01L29/78;H01L29/808;H01L29/812
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明涉及利用金剛石結晶的選擇性生長的金剛石半導體裝置及其制造方法。

背景技術

為有效利用電力，從發電到耗電進行多級的電力轉換(交流·直流轉換、頻率轉換)，并使用多個半導體功率器件。使這些半導體功率器件的電力損失降低成為面向節能化的重要的指標。

金剛石相對于被廣泛用作半導體材料的硅為寬帶隙，而且融點、熱傳導率、耐絕緣破壞性、載流子速度界限、硬度·彈性常數、化學穩定性及耐放射線性高，作為電子器件材料、特別是半導體功率器件的形成材料具有極高的潛能。

但是，金剛石難以通過對其它半導體材料進行的離子注入法等進行雜質摻雜，在n型雜質摻雜區域的選擇性形成方面存在課題，且存在不能進行與目的相對應的器件設計的問題。

針對這樣的問題，本發明者們迄今為止進行了通過以控制了結晶面的金剛石襯底上所形成的臺階形狀的底角為起點使n型雜質摻雜金剛石區域結晶生長而成功選擇性形成摻雜了n型雜質的金剛石，且面向實現金剛石半導體裝置的提案(參照專利文獻1)。

但是，具體構筑由含有半導體功率器件的各種元件結構構成的電子器件的方法被作為課題殘留，從而尋求器件設計的自由度更高的金剛石半導體裝置及其制造方法的開發。特別是如果可以將在目標位置摻雜了雜質的金剛石區域和未摻雜雜質的金剛石的絕緣區域選擇性地一體形成而構筑可在這些區域進行元件分離的元件構造，則例如也可以實現具有由絕緣區域分離摻雜區域周邊，僅將摻雜區域周邊的元件區域作為溝道長度規定的FET(場效應型晶體管)構造的金剛石半導體裝置，可以大幅提高器件設計的自由度，并且可以有效地制造金剛石半導體裝置。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2010/001705號公報

發明內容

發明所要解決的課題

本發明以解決現有的所述諸多問題且實現以下的目的為課題。即，本發明的目的在于，提供一種可以大幅提高器件設計的自由度，并且可以有效制造的金剛石半導體裝置及其制造方法。

用于解決課題的手段

用于解決所述課題的手段如下。即：

＜1＞一種金剛石半導體裝置，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面和所述襯底面形成臺階形狀的金剛石臺階部、n型的摻磷金剛石區域以及金剛石絕緣區域，所述金剛石臺階部，將側面具有{110}的結晶面的第一臺階部和側面具有{100}的結晶面的第二臺階部形成為一體，所述摻磷金剛石區域以所述第一臺階部的所述臺階形狀的底角為起點且以所述第一臺階部的側面及所述金剛石襯底的所述襯底面為生長基面進行結晶生長而形成，所述金剛石絕緣區域以所述第二臺階部的側面及所述金剛石襯底的所述襯底面為生長基面進行結晶生長而形成。

＜2＞根據上述＜1＞所述的金剛石半導體裝置，其中，第一臺階部平面觀察形成為細長的線狀，第二臺階部以所述第一臺階部為主體部一體形成于至少任一個的端部位置。

＜3＞根據上述＜2＞所述的金剛石半導體裝置，其中，在形成為線狀的第一臺階部的兩側面分別形成摻磷金剛石區域。

＜4＞根據上述＜2＞～＜3＞中任一項所述的金剛石半導體裝置，其中，第二臺階部至少一部分平面觀察以所述第一臺階部的線方向為基準位于左右側的側面分別具有{100}的結晶面。

＜5＞根據上述＜2＞～＜4＞中任一項所述的金剛石半導體裝置，其中，形成為線狀的第一臺階部的線寬W為100nm～10μm。

＜6＞根據上述＜2＞～＜5＞中任一項所述的金剛石半導體裝置，其中，形成為線狀的第一臺階部的高度H和線寬W之比即H/W為0.001～100。

＜7＞根據上述＜1＞～＜6＞中任一項所述的金剛石半導體裝置，其中，在金剛石臺階部形成p型雜質摻雜區域。

＜8＞根據上述＜1＞～＜7＞中任一項所述的金剛石半導體裝置，其中，在摻磷金剛石區域中的磷的濃度為1×10¹⁶cm^－3～1×10²¹cm^－3。

＜9＞根據上述＜2＞～＜8＞中任一項所述的金剛石半導體裝置，其中，具有多個第一臺階部平面觀察形成為細長的線狀，第二臺階部以所述第一臺階部為主體部一體形成于至少任一個的端部位置的金剛石臺階部，所述金剛石臺階部彼此在以所述第一臺階部的線方向為基準的左右位置并排設置。