JPH0249422A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は炭化珪素半導体装置、特にｐ型伝導層を有する
炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。

（従来の技術） 珪素（Ｓｉ）を初めとして、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）
やリン化ガリウム（ＧａＰ）などの化合物半導体を用い
た半導体装置（例えば、ダイオード、トランジスタ、集
積回路、大規模集積回路２発光ダイオード。

半導体レーザ、および電荷結合素子）がエレクトロニク
スの各分野において広範囲に実用化されている。

炭化珪素（ＳｉＣ）は広い禁制帯幅（２，２〜３．３ｅ
Ｖ）を有する半導体材料であって、熱的、化学的、およ
び機械的に極めて安定であり、放射線損傷にも強いとい
う優れた特徴を持っている。珪素のような従来の半導体
材料を用いた半導体装置は、特に高温、高出力駆動、放
射線照射などの苛酷な条件下では使用が困難である。従
って、炭化珪素を用いた半導体装置は、このような苛酷
な条件下でも使用し得る半導体装置として広範な分野で
の応用が期待されている。

しかしながら、大きな面積を有し、かつ高品質の炭化珪
素単結晶を、生産性を考慮した工業的規模で安定に供給
し得る結晶成長技術は確率されていない、それゆえ、炭
化珪素は、上述のような多くの利点および可能性を有す
る半導体材料であるにもかかわらず、その実用化が阻ま
れている。

従来、研究室規模では１例えば昇華再結晶法（レーリー
法）で炭化珪素単結晶を成長させたり。

該方法で得られた炭化珪素単結晶を基板として。

その上に気相成長法（ＣＶＤ法）や液相エピタキシャル
成長法（ＬＰ！ｉ法）で炭化珪素単結晶層をエピタキシ
ャル成長させることにより、半導体装置の試作が可能な
サイズの炭化珪素単結晶を得ている。しかしながら、こ
れらの方法では、得られた単結晶の面積が小さく、その
寸法や形状を高精度に制御することは困難である。また
、炭化珪素が有する結晶多形および不純物濃度の制御も
容易ではない。

これらの問題点を解決するために１本発明者らは、安価
で入手の容易な珪素単結晶基板上に、大きな面積を有す
る良質の炭化珪素単結晶を気相成長させる方法を提案し
た（特開昭５９−２０３７９９号）。

該方法において、炭化珪素を気相成長させる際に不純物
を添加すれば、得られた炭化珪素単結晶における不純物
濃度および伝導型を制御することは可能である。しかし
ながら、気相成長を行う温度が高いため２例えばｐｎ接
合を設けた半導体装置の電気的特性はあまり良好ではな
い。従って、上記の方法は、不純物が添加された炭化珪
素半導体層を形成するのに適していない。

珪素を用いた半導体装置、特にプレーナ構造の半導体装
置の作製には、不純物熱拡散法またはイオン注入法が必
要不可欠なプロセス技術として広く用いられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、炭化珪素における不純物の拡散定数は小
さく、また１　、　６００℃以上の拡散温度が必要であ
るため、不純物熱拡散法は炭化珪素半導体のプロセス技
術として適当ではない。

イオン注入法については、Ｖ族元素イオン（例えば、窒
素（Ｎ）イオンやリン（Ｐ）イオン）の注入が行われて
おり、これらイオンが注入された炭化珪素は熱アニール
処理により電気的に活性化する。

しかしながら、炭化珪素に■族元素イオンを注入した場
合には、注入された不純物イオンが理論通りに炭化珪素
中に分布しているにもかかわらず該炭化珪素の電気的活
性化は充分に行われない。

実際、基板温度８２３Ｋにおいてアルミニウム（ＡＩ）
を炭化珪素にイオン注入した例（Ｊ、Ａ、Ｅｄｍｏｎｄ
　ｅｔ　ａｌ、。

Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、６３．９２２（１９８８））
が報告されているだけであり、室温付近で■族元素イオ
ンを注入し。

電気的な活性化が認めら、れた例はない。

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、その
目的とするところは、室温付近で■族元素イオンを注入
しても、充分に電気的な活性化が行われる。ｐ型伝導層
を有する炭化珪素半導体装置の製造方法を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、　ｐ型伝導層を有する炭化珪素半導体装置の
製造方法であって、炭化珪素半導体層に珪素イオンと■
族元素イオンとを注入することによりｐ型伝導層を形成
する工程を包含し、そのことにより上記目的が達成され
る。

炭化珪素半導体に■族元素イオンのみを注入しても活性
化されない。これに対し、珪素半導体では、イオン注入
された■族元素イオンが容易に活性化する。そこで１本
発明の製造方法においては。

炭化珪素半導体層に珪素イオンと■族元素イオンとを注
入し、過剰の珪素イオンが存在する状態で■族元素イオ
ンの活性化を行う。そして、このことにより、炭化珪素
半導体層における■族元素イオンは容易に活性化される
。

イオン注入を行う際には、まず珪素イオンを注入した後
、続いて■族元素イオンを注入するか。

あるいは珪素イオンと■族元素イオンとを同時に注入す
ることができる。

イオン注入する■族元素イオンとしては２例えばホウ素
（Ｂ）イオン、アルミニウム（ＡＩ）イオンガリウム（
Ｇａ）イオンなどが挙げられる。

（実施例） 以下に本発明を実施例について述べる。

本実施例では■族元素イオンとしてホウ素イオンを用い
た場合について説明する。

まず、第１図℃）に示すように、気相成長（ＣＶＤ）法
により、Ｓｉ単結晶基板１上にノンドープＳｉＣ単結晶
層２を成長させた。そして、ノンドープＳｉＣ単結晶層
２上の全面に厚さが約ｓ、ｏｏｏ人のＳｉＯ２膜３を形
成した後、第１図（Ｃ）に示すように、　Ｓｉｎ、膜３
の所定領域をエツチングにより開口した。

次いで、イオン注入装置を用いて、ノンドープＳｉＣ単
結晶層２の開口部分にＳｔ　（”・Ｓｔ”　）イオンを
注入することにより、第１図（財）に示すように。

Ｓｉイオン注入層４を形成した。注入条件としては。

加速電圧が１８０ｋｅＶ、およびＳｉイオンの注入量が
５ＸＩＯ１４Ｃ１−”であった、引き続いて、Ｓｉイオ
ン注入層４にＢ（”Ｂ”）イオンを注入することにより
。

第１図（ｅ）に示すように、ＳｉイオンとＢイオンとが
混在する混合イオン注入層５を形成した。注入条件とし
ては、加速電圧が７０ｋｅＶ、およびＢイオンの注入量
がＩ　Ｘｌ０１ＳＣ１−”であった。

そして、　Ａｒ雰囲気下、　　１．１００°Ｃにて３０
分間のアニール処理を行うことにより、混合イオン注入
層５を活性化させた。熱探針法およびホール測定法で調
べたところ、　ｐ型伝導層５°（第１図（ａ））が形成
されていることがわかった。

最後に、　ＳｉＯｘ膜３の所定領域を開口してアルミニ
ウムを蒸着することにより＾ｌ電極６および７を形成し
、第１図（ａ）に示すような炭化珪素半導体装置を得た
。このようにして得られた炭化珪素半導体装置の電流−
電圧特性を測定したところ、第２図の実線で表されるよ
うに、良好な整流特性を示した。

比較のために、Ｓｉイオンの注入を行わずに、　Ｂイオ
ンだけを注入すること以外は同様にして炭化珪素半導体
装置を作製した。このような半導体装置は、第２図の点
線で表されるように１高抵抗にはなっているが整流特性
を示さなかった。

（発明の効果） 本発明の製造方法によれば、このように、ｐ型不純物で
ある■族元素イオンを炭化珪素にイオン注入することが
可能となり、ｐ型伝導層を有する炭化珪素半導体装置が
得られる。該製造方法は。

通常のイオン注入技術を利用しているため、炭化珪素半
導体を用いたトランジスタや集積回路などの半導体装置
を工業的規模で生産することが可能となる。

４　　゛　　の　　　な　　日 第１図（ａ）は本発明の一実施例である製造方法により
作製された炭化珪素半導体装置の断面図、第１図伽）〜
（８）は該炭化珪素半導体装置の製造途中における断面
図、第２図は該炭化珪素半導体装置の電流−電圧特性（
実線）と、比較例である炭化珪素半導体装置の電流−電
圧特性（点線）とを表す図である。

１・・・Ｓｔ単結晶基板、２・・・ノンドープＳｉＣ単
結晶層、３・・・５ｉｆｔ膜、４・・・Ｓｉイオン注入
層、５・・・混合イオン注入層、５゛・・・ｐ型伝導層
、６，７・・・Ａｌｔ橿。

以上 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ｐ型伝導層を有する炭化珪素半導体装置の製造方法
   であって、 炭化珪素半導体層に珪素イオンとIII族元素イオンとを
   注入することによりｐ型伝導層を形成する工程、 を包含する炭化珪素半導体装置の製造方法。