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前駆体溶液及び炭化シリコンを含有する層、並びに、パワー半導体素子及びパワー半導体素子の製造方法 UPDATE

国内特許コード P160013344
整理番号 S2015-0633-N0
掲載日 2016年10月5日
出願番号 特願2015-030433
公開番号 特開2016-152378
出願日 平成27年2月19日(2015.2.19)
公開日 平成28年8月22日(2016.8.22)
発明者
  • 下田 達也
  • 井上 聡
  • 増田 貴史
  • 村上 達也
  • 岩室 憲幸
  • 矢野 裕司
出願人
  • 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学
  • 国立大学法人 筑波大学
発明の名称 前駆体溶液及び炭化シリコンを含有する層、並びに、パワー半導体素子及びパワー半導体素子の製造方法 UPDATE
発明の概要 【課題】パワー半導体素子におけるコンタクト抵抗を低減する材料を提供するとともに、コンタクト抵抗の低減を実現するパワー半導体素子を実現する。
【解決手段】本発明の1つのパワー半導体素子は、金属配線30が接続するコンタクト層20と、炭化シリコン結晶中に形成されるn型半導体領域又はp型半導体領域からなる不純物領域との間に、n型又はp型のドーパントとともにシリコン(Si)及び炭素(C)を含む炭化シリコンを含有する中間層10を備える。
【選択図】図5
従来技術、競合技術の概要


情報機器分野、電気自動車分野、産業用ロボット分野、及び太陽光・風力発電等の自然エネルギー分野を含む数多くの分野において、低損失、高パワー、高周波、及び高集積を可能にし、省エネルギー化と、持続可能な社会を実現し得る素子として、近年、パワー半導体素子への注目が集まっている。特に、ワイドギャップ半導体の代表例といえる炭化シリコン(SiC,Silicon Carbide)には、産業界の大きな期待が集まっているため、複数の企業及び大学において、炭化シリコンを用いたパワー半導体素子の研究及び開発が行われている。



しかしながら、例えば、将来が有望な炭化シリコンを用いたパワー半導体素子にも、いまだ十分に解決されていない幾つかの技術的問題が存在する。具体的には、炭化シリコンと金属電極との接触面における抵抗値を可能な限り低減することは、重要な技術課題の1つである。従来、n型の炭化シリコンとp型の炭化シリコンの各々に対応するオーミック電極用の金属材料を最適化しようとする方法が開示されている。具体的には、n型の炭化シリコンとp型の炭化シリコンの各々に対して異なる金属層を形成する技術が開示されている。(特許文献1)。また、本願発明者らの一部は、シクロペンタシラン(Cyclopentasilane)とシクロヘキセン(Cyclohexene)とを含む液体材料から、炭化シリコンを含有する層を形成する方法を開示している(非特許文献1)。

産業上の利用分野


本発明は、前駆体溶液、及び炭化シリコンを含有する層、並びに、パワー半導体素子及びパワー半導体素子の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
金属配線が接続するコンタクト層と、炭化シリコン結晶中に形成されるn型半導体領域又はp型半導体領域からなる不純物領域との間に、
n型又はp型のドーパントとともにシリコン(Si)及び炭素(C)を含む炭化シリコンを含有する中間層を備える、
パワー半導体素子。

【請求項2】
前記不純物領域がp型半導体領域であり、かつ
前記中間層の価電子帯上端のエネルギー準位が、前記コンタクト層の仕事関数と、前記p型半導体領域の価電子帯上端のエネルギー準位との間にある、
請求項1に記載のパワー半導体素子。

【請求項3】
前記不純物領域がn型半導体領域であり、かつ
前記中間層の伝導帯下端のエネルギー準位が、前記コンタクト層の仕事関数と、前記n型半導体領域の伝導帯下端のエネルギー準位との間にある、
請求項1に記載のパワー半導体素子。

【請求項4】
前記n型半導体領域又は前記p型半導体領域の不純物濃度が、1×1018cm-3以上である、
請求項1に記載のパワー半導体素子。

【請求項5】
前記中間層において、前記シリコン(Si)を1としたときに、前記炭素(C)の原子数比が0.05以上0.6以下である、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のパワー半導体素子。

【請求項6】
前記コンタクト層がニッケル(Ni)を含み、かつ
前記コンタクト層と前記p型半導体領域との間に、前記中間層を備える、
請求項1又は請求項2に記載のパワー半導体素子。

【請求項7】
前記シリコン(Si)を1としたときに、前記p型のドーパントの原子数比が0.01以上0.1以下である、
請求項1又は請求項2に記載のパワー半導体素子。

【請求項8】
前記ドーパントが、p型のドーパントであり、かつ、ボロン(B)及びアルミニウム(Al)の群から選択される少なくとも1種である、
請求項1又は請求項2に記載のパワー半導体素子。

【請求項9】
前記ドーパントが、n型ドーパントであり、かつ、リン(P)である、
請求項1又は請求項3に記載のパワー半導体素子。

【請求項10】
シリコン源となる第1材料と、不飽和炭化水素化合物から選択される少なくとも1種類の、炭素源となる第2材料と、n型又はp型のドーパント材料とを含む混合溶液を加熱することにより、n型又はp型のドーパントとともにシリコン(Si)及び炭素(C)を含む炭化シリコンを含有する中間層を、
金属配線が接続するコンタクト層と、炭化シリコン結晶中に形成されるn型半導体領域又はp型半導体領域からなる不純物領域との間に形成する中間層形成工程を含む、
パワー半導体素子の製造方法。

【請求項11】
前記中間層において、前記シリコン(Si)を1としたときに、前記炭素(C)の原子数比が0.05以上0.6以下である、
請求項10に記載のパワー半導体素子の製造方法。

【請求項12】
前記第1材料は、シクロペンタシラン(Cyclopentasilane)、シクロヘキサシラン(Cyclohexasilane)、ネオペンタシラン(Neo-pentasilane)、及びポリジヒドロシラン(Polyhydrosilane)の群から選択される少なくとも1種類である、
請求項10又は請求項11に記載のパワー半導体素子の製造方法。

【請求項13】
前記第2材料は、常温常圧において液状であり、かつnが5以上18以下であって一般式C2n-2又はC2n-4の環式炭化水素化合物、及びnが5以上18以下であって一般式C2n又はC2n-2の鎖式炭化水素化合物の群から選択される少なくとも1種類の材料である、
請求項10又は請求項11に記載のパワー半導体素子の製造方法。

【請求項14】
シリコン(Si)の供給源となる第1材料と、不飽和炭化水素化合物から選択される少なくとも1種類の、炭素(C)の供給源となる第2材料とを含む混合溶液からなる、
前駆体材料。

【請求項15】
前記第1材料は、シクロペンタシラン(Cyclopentasilane)、シクロヘキサシラン(Cyclohexasilane)、ネオペンタシラン(Neo-pentasilane)、及びポリジヒドロシラン(Polyhydrosilane)の群から選択される少なくとも1種類である、
請求項14に記載の前駆体材料。

【請求項16】
前記第2材料は、常温常圧において液状であり、かつnが5以上18以下であって一般式C2n-2又はC2n-4の環式炭化水素化合物、及びnが5以上18以下であって一般式C2n又はC2n-2の鎖式炭化水素化合物の群から選択される少なくとも1種類の材料である、
請求項14に記載の前駆体材料。

【請求項17】
前記第2材料は、シクロヘキセン(Cyclohexene)、1-ヘキシン(1-Hexyne)、2-ヘキシン(2-Hexyne)、3-ヘキシン(3-Hexyne)、シクロペンテン(Cyclopenten)、シクロオクテン(Cyclooctene)、1,3-シクロペンタジエン(1,3-Cyclopentadiene)、1,3-シクロヘキサジエン(1,3-Cyclohexadiene)、1,4-シクロヘキサジエン(1,4-Cyclohexadiene)、1-ヘキセン(1-Hexene)、2-ヘキセン(2-Hexene)、3-ヘキセン(3-Hexene)、1,3-ヘキサジエン(1,3-Hexadiene)、1,4-ヘキサジエン(1,4-Hexadiene)、及び1,5-ヘキサジエン(1,5-Hexadiene)の群から選択される少なくとも1種類の材料である、
請求項14に記載の前駆体材料。

【請求項18】
前記混合溶液が、n型又はp型のドーパント材料をさらに含む、
請求項14に記載の前駆体材料。

【請求項19】
前記混合溶液中において、前記シリコン(Si)を1としたときに、前記炭素(C)の原子数比が0.05以上0.6以下である、
請求項14乃至請求項18のいずれか1項に記載の前駆体材料。

【請求項20】
前記ドーパント材料がp型のドーパントであり、かつ、
デカボラン(B1014)、BH-THF錯体、BH-ジメチルスルフィド、アルミナムブトキシド、アルミナムエトキシド、及びジメチルアルミナムクロライドの群から選択される少なくとも1種類である、
請求項18に記載の前駆体材料。

【請求項21】
前記混合溶液中において、前記シリコン(Si)の原子数を1としたときに、前記p型のドーパントの原子数比が0.01以上0.1以下である、
請求項20に記載の前駆体材料。

【請求項22】
前記ドーパント材料がn型ドーパントであり、かつ、
白燐及び黄燐の群から選択される少なくとも1種である、
請求項18に記載の前駆体材料。

【請求項23】
前記混合溶液中において、前記シリコン(Si)の原子数を1としたときに、前記n型ドーパントの原子数比が0.01以上0.1以下である、
請求項22に記載の前駆体材料。

【請求項24】
シリコン(Si)の供給源となる第1材料と、不飽和炭化水素化合物から選択される少なくとも1種類の、炭素(C)の供給源となる第2材料とを含む混合溶液を加熱することによって形成される、
炭化シリコンを含有する層。

【請求項25】
前記第1材料は、シクロペンタシラン(Cyclopentasilane)、シクロヘキサシラン(Cyclohexasilane)、ネオペンタシラン(Neo-pentasilane)、及びポリジヒドロシラン(Polyhydrosilane)の群から選択される少なくとも1種類であり、かつ
前記第2材料は、シクロヘキセン(Cyclohexene)、1-ヘキシン(1-Hexyne)、2-ヘキシン(2-Hexyne)、3-ヘキシン(3-Hexyne)、シクロペンテン(Cyclopenten)、シクロオクテン(Cyclooctene)、1,3-シクロペンタジエン(1,3-Cyclopentadiene)、1,3-シクロヘキサジエン(1,3-Cyclohexadiene)、1,4-シクロヘキサジエン(1,4-Cyclohexadiene)、1-ヘキセン(1-Hexene)、2-ヘキセン(2-Hexene)、3-ヘキセン(3-Hexene)、1,3-ヘキサジエン(1,3-Hexadiene)、1,4-ヘキサジエン(1,4-Hexadiene)、及び1,5-ヘキサジエン(1,5-Hexadiene)の群から選択される少なくとも1種類の材料である、
請求項24に記載の炭化シリコンを含有する層。

【請求項26】
前記シリコン(Si)を1としたときに、前記炭素(C)の原子数比が0.05以上0.6以下である、
請求項24又は請求項25のいずれか1項に記載の炭化シリコンを含有する層。

【請求項27】
前記層が、パワー半導体素子における、金属配線が接続するコンタクト層と、炭化シリコン結晶中に形成されるp型半導体領域からなる不純物領域との間に形成され、かつ
前記層の価電子帯上端のエネルギー準位が、前記コンタクト層の仕事関数と、前記p型半導体領域の価電子帯上端のエネルギー準位との間にある、
請求項24乃至請求項26のいずれか1項に記載の炭化シリコンを含有する層。

【請求項28】
前記層が、パワー半導体素子における、金属配線が接続するコンタクト層と、炭化シリコン結晶中に形成されるn型半導体領域からなる不純物領域との間に形成され、かつ
前記層の伝導帯下端のエネルギー準位が、前記コンタクト層の仕事関数と、前記n型半導体領域の伝導帯下端のエネルギー準位との間にある、
請求項24乃至請求項26のいずれか1項に記載の炭化シリコンを含有する層。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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