JPH03136278A - 炭化珪素絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法 - 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） 本発明は炭化珪素を主としてなる電界効果トランジスタ
の製造方法に関するものである。

（従来技術および発明が解決しようとする課題）一般に
、電界効果トランジスタは接合型と絶縁ゲート型に大別
され、接合型は更にｐｎ接合型とショットキ接合型に区
分される。従来、これらは珪素（Ｓｉ）を初めとして砒
化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、
リン化インジウム（ＩｎＰ）等の半導体材料により製作
され、特にＳｉやＧａＡｓの電界効果トランジスタは広
く実用化されている。

一方、炭化珪素半導体はこれらの半導体材料に比べて禁
制帯幅が広＜（２，２〜３．３ｅＶ）、また、熱的、化
学的及び機械的に極めて安定で、放射線損傷にも強いと
いう特徴を有している。従って、炭化珪素を用いた電界
効果トランジスタは、他の半導体材料を用いたトランジ
スタでは使用困難な高温、大電力、放射線照射等の苛酷
な条件下で使用することができ、高い信頼性と安定性を
示す素子として広範な分野での応用が期待されている。

このように炭化珪素電界効果トランジスタが広範な応用
分野を期待されながら、未だ実用化を阻まれている原因
は、生産性を考慮した工業的規模での量産に必要となる
高品質でかつ大面積の炭化珪素単結晶を得るための結晶
成長技術の確立が遅れていることにある。従来、研究室
規模で、昇華再結晶法（レーリー法とも称される）等で
成長させた炭化珪素単結晶を用いであるいはこの単結晶
上に気相成長や液相成長でエピタキシャル成長させた炭
化珪素単結晶膜を用いて数例ではあるが、電界効果トラ
ンジスタを製作する試みが文献（１）Ｒ，Ｂ、Ｃａｍｐ
ｂｅＬｌ　ａｎｄ　Ｈ，Ｃ，Ｃｈａｎｇ、”５ｉｌｉｃ
ｏｎ　ＣａｒｂｉｄｅＪｕｎｃｔｉｏｎ　　Ｄｅｖｉｃ
ｅｓ”　、　ｉｎｌ！Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　
ａｎｄＳｅｍｉｍｅｔａｌｓ”、ｅｄｓ、Ｒ，に、Ｗｉ
ｌｌａｒｄｓｏｎ　ａｎｄ　Ａ、Ｃ，Ｂｅｅｒ（Ａｃａ
ｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、　　１
９７１）Ｖｏｌ、７．ＰａｒｔＢ。

Ｃｈａｐ、９．　　ｐｐ６２５−６８３　　及び文献（
ｌ　）　　Ｗ、Ｖ、Ｍｕｅｎｃｈ。

Ｐ、Ｈｏｅｃｋ　ａｎｄ　Ｅ、　Ｐｅｔｔｅｎｐａｕｌ
、”５ｉｌｉｃｏｎ　ＣａｒｂｉｄｅＦｉｅｌｄ−Ｅｆ
ｆｅｃｔ　　ａｎｄ　　Ｂｉｐｏｌａｒ　　Ｔｒａｎｓ
ｉｓｔｏｒｓ”。

Ｐｒｏｃｅｅｔ３ｉｎｑｓ　　ｏｆ　　釦ｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ　　ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ　Ｍｅ
ｅｔｉｎｇ、％ｌ／ａｓｈｉｎｇｔｏｎ　Ｄ、Ｃ，、１
９７７、ＮｅｗＹｏｒｋ、　ＩＥＥＥ、　ｐｐ３３７−
３３９．にて報告されている。

しかしながら、これらの単結晶は小面積のものしか得ら
れず、またその寸法や形状を制御することは困難である
。炭化珪素結晶に存在する結晶多形の制御及び不純物濃
度の制御も容易ではなく、これらの炭化珪素単結晶を用
いて電界効果トランジスタを製造する方法は工業的規模
での実用的製造方法には程遠い。

最近、本発明者は、珪素単結晶基板上に気相成長法（Ｃ
ＶＤ法）で良質の大面積炭化珪素単結晶を成長させる方
法を確立し、特願昭５８−７６８４２号にて出願してい
る。この方法は珪素単結晶基板上に低温ＣＶＤ法で炭化
珪素薄膜を形成した後昇温してＣＶＤ法で炭化珪素薄膜
上に炭化珪素単結晶を成長させる技術であり、安価で入
手の容易な珪素単結晶基板を用いて結晶多形、不純物濃
度、寸法及び形状等を制御することにより大面積で高品
質の炭化珪素単結晶膜を供給することができるとともに
量産形態にも適し、高い生産性を期待することができる
製造方法である。

（課題を解決するための手段） 本発明は、珪素基板上に第１導電型炭化珪素単結晶膜を
成長させた後、該第１導電型炭化珪素単結晶模ｊこ選択
的に第２導電型領域を形成してソース、ドレイン領域を
形成する工程と、 前記炭化珪素単結晶膜上に絶縁膜を形成した後、前記ソ
ース、ドレイン領域上の前記絶縁膜を選択的に除去する
工程と、 前記ソース、ドレイン領域上にソース、ドレイン電極を
形成し、また、残留された前記絶縁膜上にゲート電極を
形成する工程と、からなる炭化珪素絶縁ゲート型電界効
果トランジスタの製造方法を提供するものである。

この時、珪素基板上への第１導電型炭化珪素単結品膜の
成長は上述の特願昭５８−７６８４２号に記載の方法、
即ち、珪素基板を気相成長用の支持基板とし、該珪素基
板面に低温の気相成長法で炭化珪素の多結晶又は非晶質
からなる薄い膜を一様に形成して前記珪素基板面を被覆
した後、再度前記珪素基板を支持基板とし、前記気相成
長法より高温でかつ前記珪素基板の融点以下の温度の気
相成長法で前記薄い膜上に炭化珪素の単結晶層を連続的
に成長形成する炭化珪素単結晶基板の成長方法を用いる
ものである。

（作用） 上述の如く、２段階ＣＶＤ法で成長させた炭化珪素単結
晶膜に、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを製造する
ことにより、生産性を考慮した工業的規模での量産に適
した炭化珪素電界効果トランジスタの製造が可能となる
。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明するが、
本発明がこの実施例に限定されるものではない。

第１図乃至第５図は本発明の一実施例を示す断面図であ
る。まず、原料ガスとしてモノシラン及びプロパンを用
い、キャリアガスとして水素を流し、ｎ型珪素単結晶基
板１１の温度を１０５０℃に昇温しで、この珪素基板１
１上にごく薄い炭化珪素多結晶層を形成する。続いて前
記珪素基板１１の温度を１３５０℃に昇温しで、該炭化
珪素多結晶層上に数μｌ程度の膜厚のｐ型炭化珪素単結
晶膜１２を成長させる（第１図）。

次に、適当なマスクを用い、前記炭化珪素単結晶膜１２
に窒素（Ｎ）イオンをイオン注入して、第２図の如くソ
ース、ドレイン領域１３．１４となるｎ型領域を形成す
る。

次いで、熱酸化により、第３図の如く、炭化珪素単結晶
膜１２表面に絶縁膜１５として１０００Ａ程度の膜厚の
二酸化珪素膜を形成する。

続いて、ソース、ドレイン領域＋３、＋４の表面を露呈
させるため、通常のホトリソグラフィ技法を用いたエツ
チングにより、第４図の如くソース、ドレイン領域１３
．１４上の絶縁膜１５を除去する。

次に、第５図の如く、ソース、ドレイン領域１３、＋４
へのオーム性電極材料としてニッケルを蒸着してソース
、ドレイン電極Ｉ６、＋７を形成し、また、ゲート電極
Ｉ８として絶縁膜＋５上にアルミニウムを蒸着する。

最後に、各電極１６．１７．１８にリード線を接続する
ことにより、絶縁ゲート型電界効果トランジスタが作製
される。

本実施例において、ｎ型珪素基板上にｐ型炭化珪素単結
晶膜を成長させたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、それぞれ逆の導電型であってもよい。この時、
炭化珪素単結晶膜の導電型を決定するｐ型不純物として
Ｂ又はＡＩが用いられ、ｎ型不純物としてはＰ又はＮが
用いられる。これらは気相成長時にキャリアガスとして
反応炉内へ混入され炭化珪素単結晶中へドープされたり
、イオンとして注入される。

また本実施例において、電極材料としてニッケル及びア
ルミニウムを用いたが、他の種類の材料を用いることも
可能である。

（発明の効果） 本発明によれば、珪素単結晶基板上に成長させた炭化珪
素単結晶膜を用いて、生産性を考慮した工業的規模での
量産に適した炭化珪素電界効果トランジスタの製造が可
能となり、珪素などの他の半導体には無い優れた特徴を
もつ炭化珪素半導体の特性を活かして、広範な分野で応
用することが期待され、半導体素子の新たな活用領域を
開拓していくと目される。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例の説明に供する製
造工程図である。 １１・・・珪素単結晶基板、 １２・・・ｐ型炭化珪素単結晶膜、 ＋３．１４・・・ソース、ドレイン領域、１５・・絶縁
膜、 １６．１７・・・ソース、ドレイン電極、１８　ゲート
電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　珪素基板上に第１導電型炭化珪素単結晶膜を成長させ
   た後、該第１導電型炭化珪素単結晶膜に選択的に第２導
   電型領域を形成してソース、ドレイン領域を形成する工
   程と、 前記炭化珪素単結晶膜上に絶縁膜を形成した後、前記ソ
   ース、ドレイン領域上の前記絶縁膜を選択的に除去する
   工程と、 前記ソース、ドレイン領域上にソース、ドレイン電極を
   形成し、また、残留された前記絶縁膜上にゲート電極を
   形成する工程と、からなることを特徴とする炭化珪素絶
   縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法。