JP2000106371A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
炭化珪素半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭化珪素半導体に注入された不純物の活性化
率を向上させる。 【解決手段】 p型ベース領域3の表層部に窒素
(N+ )をイオン注入する。そしてさらに、水素等の不
純物とならないイオン種をイオン注入し、p型ベース領
域3の表層部をアモルファス化させてアモルファス層4
0を形成する。その後、固相成長により、不純物を取り
込ませつつアモルファス層40を結晶化させて表面チャ
ネル層5を形成する。このように、不純物がドーピング
されたアモルファス層40を結晶化させて表面チャネル
層5を形成すれば、確実に不純物を格子位置に置換させ
ることができるため、不純物の活性化率を向上させるこ
とができる。
率を向上させる。 【解決手段】 p型ベース領域3の表層部に窒素
(N+ )をイオン注入する。そしてさらに、水素等の不
純物とならないイオン種をイオン注入し、p型ベース領
域3の表層部をアモルファス化させてアモルファス層4
0を形成する。その後、固相成長により、不純物を取り
込ませつつアモルファス層40を結晶化させて表面チャ
ネル層5を形成する。このように、不純物がドーピング
されたアモルファス層40を結晶化させて表面チャネル
層5を形成すれば、確実に不純物を格子位置に置換させ
ることができるため、不純物の活性化率を向上させるこ
とができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素半導体に
イオン注入されたイオン種の活性化率を高める炭化珪素
半導体装置の製造方法に関する。
イオン注入されたイオン種の活性化率を高める炭化珪素
半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高温での使用が可能な高耐圧デバイス用
材料として炭化珪素が注目を集めている。炭化珪素デバ
イス作製において、作製方法の自由度を高めると共に、
高濃度領域の作製を可能とする技術として、不純物のイ
オン注入技術がある。
材料として炭化珪素が注目を集めている。炭化珪素デバ
イス作製において、作製方法の自由度を高めると共に、
高濃度領域の作製を可能とする技術として、不純物のイ
オン注入技術がある。
【0003】炭化珪素へのイオン注入において不純物の
高活性化を実現するために、結晶欠陥を抑制するための
高温イオン注入、活性化のための高温熱処理を行ってい
る。
高活性化を実現するために、結晶欠陥を抑制するための
高温イオン注入、活性化のための高温熱処理を行ってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオン
注入原子の格子位置への置換が完全でない、注入条件
(例えば温度)及び熱処理条件(例えば温度や雰囲気)
が最適でない等の理由により、活性化率が低くなるとい
う問題がある。
注入原子の格子位置への置換が完全でない、注入条件
(例えば温度)及び熱処理条件(例えば温度や雰囲気)
が最適でない等の理由により、活性化率が低くなるとい
う問題がある。
【0005】本発明は上記問題に鑑みて成され、炭化珪
素半導体に注入された不純物の活性化率を向上させるこ
とを目的とする。
素半導体に注入された不純物の活性化率を向上させるこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を採用する。
め、以下の技術的手段を採用する。
【0007】請求項1乃至7に記載の発明においては、
半導体層(2)に隣接するように、n型又はp型不純物
がドーピングされた炭化珪素からなるアモルファス層
(40)を形成する工程と、固相成長により、格子位置
に不純物を取り込ませつつアモルファス層を結晶化させ
て不純物層を形成する工程と、を有することを特徴とし
ている。
半導体層(2)に隣接するように、n型又はp型不純物
がドーピングされた炭化珪素からなるアモルファス層
(40)を形成する工程と、固相成長により、格子位置
に不純物を取り込ませつつアモルファス層を結晶化させ
て不純物層を形成する工程と、を有することを特徴とし
ている。
【0008】このように、n型又はp型不純物がドーピ
ングされたアモルファス層を形成したのち、固相成長に
より、不純物を取り込ませつつアモルファス層を結晶化
させて不純物層を形成すれば、確実に不純物を格子位置
に置換させることができるため、不純物の活性化率を向
上させることができる。
ングされたアモルファス層を形成したのち、固相成長に
より、不純物を取り込ませつつアモルファス層を結晶化
させて不純物層を形成すれば、確実に不純物を格子位置
に置換させることができるため、不純物の活性化率を向
上させることができる。
【0009】具体的には、請求項2に示すように、半導
体層にn型又はp型不純物を注入したのち、該注入され
た不純物とは異なるイオン種をイオン注入することによ
り該イオン注入された部分の炭化珪素をアモルファス化
させることができる。
体層にn型又はp型不純物を注入したのち、該注入され
た不純物とは異なるイオン種をイオン注入することによ
り該イオン注入された部分の炭化珪素をアモルファス化
させることができる。
【0010】イオン種としては、例えば、請求項3に示
すように、水素、酸素、アルゴン、若しくは同じ比率か
らなるシリコンと炭素のうちのいずれかを用いることが
できる。また、請求項4に示すように、n型又はp型不
純物のみをイオン注入することによっても、注入される
イオンが多数である場合には、アモルファス層を形成す
ることができる。
すように、水素、酸素、アルゴン、若しくは同じ比率か
らなるシリコンと炭素のうちのいずれかを用いることが
できる。また、請求項4に示すように、n型又はp型不
純物のみをイオン注入することによっても、注入される
イオンが多数である場合には、アモルファス層を形成す
ることができる。
【0011】なお、請求項5に示すように、アモルファ
ス化によりアモルファス化前後におけるラマンスペクト
ルのピーク比が1/10以下となるようにする。
ス化によりアモルファス化前後におけるラマンスペクト
ルのピーク比が1/10以下となるようにする。
【0012】請求項6に記載の発明においては、不純物
層の禁止帯の幅が半導体層の禁止帯の幅よりも狭くなる
ように、該不純物層の結晶形を選択することを特徴とし
ている。
層の禁止帯の幅が半導体層の禁止帯の幅よりも狭くなる
ように、該不純物層の結晶形を選択することを特徴とし
ている。
【0013】このように、不純物層の禁止帯の幅が半導
体層の禁止帯の幅よりも狭くなるように不純物層の結晶
形を選択することにより、不純物層をコンタクト領域と
した場合に、コンタクト抵抗を低減することができる。
体層の禁止帯の幅よりも狭くなるように不純物層の結晶
形を選択することにより、不純物層をコンタクト領域と
した場合に、コンタクト抵抗を低減することができる。
【0014】具体的には、請求項7に示すように、不純
物層と半導体層の結晶形の組み合わせを、それぞれ、6
H(六方晶)と4H(六方晶)、3C(立方晶)と6
H、若しくは3Cと4Hのいずれかにすることができ
る。
物層と半導体層の結晶形の組み合わせを、それぞれ、6
H(六方晶)と4H(六方晶)、3C(立方晶)と6
H、若しくは3Cと4Hのいずれかにすることができ
る。
【0015】請求項8に記載の発明においては、ベース
領域の表層部に不純物をドーピングして不純物注入層
(30)を形成したのち、不純物注入層に前記不純物と
は異なるイオン種をイオン注入することによってアモル
ファス層(40)を形成し、固相成長により、不純物を
取り込ませつつアモルファス層を結晶化させて表面チャ
ネル層(5)を形成することを特徴としている。
領域の表層部に不純物をドーピングして不純物注入層
(30)を形成したのち、不純物注入層に前記不純物と
は異なるイオン種をイオン注入することによってアモル
ファス層(40)を形成し、固相成長により、不純物を
取り込ませつつアモルファス層を結晶化させて表面チャ
ネル層(5)を形成することを特徴としている。
【0016】このように、表面チャネル層の形成におい
て、請求項1と同様の工程を用いることにより、表面チ
ャネル層を高活性化率で形成することができる。
て、請求項1と同様の工程を用いることにより、表面チ
ャネル層を高活性化率で形成することができる。
【0017】また、請求項9に記載の発明においては、
半導体層の表層部の所定領域に第2導電型の不純物をド
ーピングして不純物注入層を形成したのち、不純物注入
層に前記不純物とは異なるイオン種をイオン注入するこ
とによりアモルファス層を形成し、固相成長により、不
純物を取り込ませつつアモルファス層を結晶化させてベ
ース領域(3)を形成することを特徴としている。
半導体層の表層部の所定領域に第2導電型の不純物をド
ーピングして不純物注入層を形成したのち、不純物注入
層に前記不純物とは異なるイオン種をイオン注入するこ
とによりアモルファス層を形成し、固相成長により、不
純物を取り込ませつつアモルファス層を結晶化させてベ
ース領域(3)を形成することを特徴としている。
【0018】このように、ベース領域の形成において、
請求項1と同様の工程を用いることにより、ベース領域
を高活性化率で形成することができる。
請求項1と同様の工程を用いることにより、ベース領域
を高活性化率で形成することができる。
【0019】さらに、この場合、請求項10に示すよう
に、ベース領域の禁止帯の幅が半導体層の禁止帯の幅よ
りも狭くなるように、該ベース領域の結晶形を選択すれ
ば、ベース領域とソース電極(10)とのコンタクト抵
抗を低減することができる。
に、ベース領域の禁止帯の幅が半導体層の禁止帯の幅よ
りも狭くなるように、該ベース領域の結晶形を選択すれ
ば、ベース領域とソース電極(10)とのコンタクト抵
抗を低減することができる。
【0020】また、請求項12に示すように、不純物層
を気相成長法にて形成する際に同時に不純物も取り込む
ように成長させることで、不純物を格子位置に配置させ
ることができ、不純物の活性化率が向上する。そして、
不純物層を結晶化させる際に、4H以外の多型、たとえ
ば請求項14に示すように6Hとすることにより、不純
物層をトランジスタのチャネル層として用いる場合、不
純物層の上に形成する絶縁膜中に生じる欠陥の影響を抑
制することができる。この効果は、請求項14に示した
多型の組合せのみならず、絶縁層と不純物層を形成する
炭化珪素との仕事関数が酸化絶縁膜と4H炭化珪素との
差と異なる形状とすることにより、同様に得ることがで
きる。その例として請求項15や請求項16に示した場
合があり得る。
を気相成長法にて形成する際に同時に不純物も取り込む
ように成長させることで、不純物を格子位置に配置させ
ることができ、不純物の活性化率が向上する。そして、
不純物層を結晶化させる際に、4H以外の多型、たとえ
ば請求項14に示すように6Hとすることにより、不純
物層をトランジスタのチャネル層として用いる場合、不
純物層の上に形成する絶縁膜中に生じる欠陥の影響を抑
制することができる。この効果は、請求項14に示した
多型の組合せのみならず、絶縁層と不純物層を形成する
炭化珪素との仕事関数が酸化絶縁膜と4H炭化珪素との
差と異なる形状とすることにより、同様に得ることがで
きる。その例として請求項15や請求項16に示した場
合があり得る。
【0021】尚、以上説明したような半導体層を4Hと
し、チャネル層となる不純物層を4H以外とすること
は、特に以降に示す実施形態のように、チャネル層が半
導体基板(半導体層)の表面に対して平行な位置に形成
され、電子がそのチャネル層を流れ、さらに半導体基板
の厚さ方向に流れるいわゆる縦型のプレーナタイプの素
子において有効である。すなわち、プレーナタイプにお
いてはチャネル層が半導体基板に対して平行(横方向)
に形成されている場合には4H以外にも電子の移動度を
高くすることができ、かつ電子が縦方向に流れる半導体
基板においては電子の移動度を高くできる4Hを用いる
ことで半導体装置全体として電子の移動度を高くするこ
とができる。
し、チャネル層となる不純物層を4H以外とすること
は、特に以降に示す実施形態のように、チャネル層が半
導体基板(半導体層)の表面に対して平行な位置に形成
され、電子がそのチャネル層を流れ、さらに半導体基板
の厚さ方向に流れるいわゆる縦型のプレーナタイプの素
子において有効である。すなわち、プレーナタイプにお
いてはチャネル層が半導体基板に対して平行(横方向)
に形成されている場合には4H以外にも電子の移動度を
高くすることができ、かつ電子が縦方向に流れる半導体
基板においては電子の移動度を高くできる4Hを用いる
ことで半導体装置全体として電子の移動度を高くするこ
とができる。
【0022】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。
について説明する。
【0024】図1に、本発明の一実施形態を適用して形
成したノーマリオフ型のnチャネルタイププレーナ型の
MOSFET(以下、縦型パワーMOSFETという)
の断面構成を示す。本デバイスは、インバータや車両用
オルタネータのレクチファイヤに適用すると好適なもの
である。以下、図1に基づいて縦型パワーMOSFET
の構造について説明する。
成したノーマリオフ型のnチャネルタイププレーナ型の
MOSFET(以下、縦型パワーMOSFETという)
の断面構成を示す。本デバイスは、インバータや車両用
オルタネータのレクチファイヤに適用すると好適なもの
である。以下、図1に基づいて縦型パワーMOSFET
の構造について説明する。
【0025】炭化珪素からなるn+ 型半導体基板1は上
面を主表面1aとし、主表面の反対面である下面を裏面
1bとしている。このn+ 型半導体基板1の主表面1a
上には、基板1よりも低いドーパント濃度を有する炭化
珪素からなるn- 型エピタキシャル層(以下、n- 型エ
ピ層という)2が積層されている。
面を主表面1aとし、主表面の反対面である下面を裏面
1bとしている。このn+ 型半導体基板1の主表面1a
上には、基板1よりも低いドーパント濃度を有する炭化
珪素からなるn- 型エピタキシャル層(以下、n- 型エ
ピ層という)2が積層されている。
【0026】n- 型エピ層2の表層部における所定領域
には、所定深さを有するp- 型ベース領域3が形成され
ている。このp- 型ベース領域3はBをドーパントとし
て形成されており、略1×1017cm-3以上の濃度とな
っている。
には、所定深さを有するp- 型ベース領域3が形成され
ている。このp- 型ベース領域3はBをドーパントとし
て形成されており、略1×1017cm-3以上の濃度とな
っている。
【0027】また、p- 型ベース領域3の表層部の所定
領域には、該ベース領域3よりも浅いn+ 型ソース領域
4が形成されている。
領域には、該ベース領域3よりも浅いn+ 型ソース領域
4が形成されている。
【0028】さらに、n+ 型ソース領域4とn- 型エピ
層2とを繋ぐように、p- 型ベース領域3の表面部には
n- 型SiC層5が延設されている。このn- 型SiC
層5は、エピタキシャル成長にて形成されたものであ
り、エピタキシャル膜の結晶が4H、6H、3Cのもの
を用いる。尚、このn- 型SiC層5はデバイスの動作
時にチャネル形成層として機能する。以下、n- 型Si
C層5を表面チャネル層という。
層2とを繋ぐように、p- 型ベース領域3の表面部には
n- 型SiC層5が延設されている。このn- 型SiC
層5は、エピタキシャル成長にて形成されたものであ
り、エピタキシャル膜の結晶が4H、6H、3Cのもの
を用いる。尚、このn- 型SiC層5はデバイスの動作
時にチャネル形成層として機能する。以下、n- 型Si
C層5を表面チャネル層という。
【0029】表面チャネル層5はN(窒素)をドーパン
トに用いて形成されており、そのドーパント濃度は、例
えば1×1015cm-3〜1×1017cm-3程度の低濃度
で、かつ、n- 型エピ層2及びp- 型ベース領域3のド
ーパント濃度以下となっている。これにより、低オン抵
抗化が図られている。
トに用いて形成されており、そのドーパント濃度は、例
えば1×1015cm-3〜1×1017cm-3程度の低濃度
で、かつ、n- 型エピ層2及びp- 型ベース領域3のド
ーパント濃度以下となっている。これにより、低オン抵
抗化が図られている。
【0030】表面チャネル層5の上面およびn+ 型ソー
ス領域4の上面には熱酸化にてゲート酸化膜7が形成さ
れている。さらに、ゲート酸化膜7の上にはゲート電極
8が形成されている。ゲート電極8は絶縁膜9にて覆わ
れている。絶縁膜9としてLTO(Low Tempe
rature Oxide)膜が用いられている。その
上にはソース電極10が形成され、ソース電極10はn
+ 型ソース領域4およびp- 型ベース領域3と接してい
る。また、n+ 型半導体基板1の裏面1bには、ドレイ
ン電極層11が形成されている。
ス領域4の上面には熱酸化にてゲート酸化膜7が形成さ
れている。さらに、ゲート酸化膜7の上にはゲート電極
8が形成されている。ゲート電極8は絶縁膜9にて覆わ
れている。絶縁膜9としてLTO(Low Tempe
rature Oxide)膜が用いられている。その
上にはソース電極10が形成され、ソース電極10はn
+ 型ソース領域4およびp- 型ベース領域3と接してい
る。また、n+ 型半導体基板1の裏面1bには、ドレイ
ン電極層11が形成されている。
【0031】次に、図1に示すMOSFETの製造工程
を、図2〜図4に基づいて説明する。
を、図2〜図4に基づいて説明する。
【0032】〔図2(a)に示す工程〕まず、n型4
H、6H、若しくは3C−SiC基板、すなわちn+ 型
半導体基板1を用意する。ここで、n+ 型半導体基板1
はその厚さが400μmであり、主表面1aが(000
1)Si面、又は、(112−0)a面である。この基
板1の主表面1aに厚さ5μmのn- 型エピ層2をエピ
タキシャル成長させる。本例では、n- 型エピ層2は下
地の基板1と同様の結晶が得られ、n型4Hまたは6H
または3C−SiC層となる。
H、6H、若しくは3C−SiC基板、すなわちn+ 型
半導体基板1を用意する。ここで、n+ 型半導体基板1
はその厚さが400μmであり、主表面1aが(000
1)Si面、又は、(112−0)a面である。この基
板1の主表面1aに厚さ5μmのn- 型エピ層2をエピ
タキシャル成長させる。本例では、n- 型エピ層2は下
地の基板1と同様の結晶が得られ、n型4Hまたは6H
または3C−SiC層となる。
【0033】〔図2(b)に示す工程〕n- 型エピ層2
の上の所定領域にLTO(Low Temperatu
reOxidation)膜20を配置し、これをマス
クとしてBのイオン注入を行う。このとき、イオン注入
条件は、温度が700℃、ドーズ量が1×1016cm -2
としている。これにより、n- 型エピ層2の表面から所
定深さの位置に、Bよりなるボックスプロファイルが形
成される。
の上の所定領域にLTO(Low Temperatu
reOxidation)膜20を配置し、これをマス
クとしてBのイオン注入を行う。このとき、イオン注入
条件は、温度が700℃、ドーズ量が1×1016cm -2
としている。これにより、n- 型エピ層2の表面から所
定深さの位置に、Bよりなるボックスプロファイルが形
成される。
【0034】その後、熱処理として、1600℃、30
分間の活性化アニールを施し、Bを活性化させてp型ベ
ース領域3を形成する。
分間の活性化アニールを施し、Bを活性化させてp型ベ
ース領域3を形成する。
【0035】〔図2(c)に示す工程〕p型ベース領域
3を含むn- 型エピ層2にn型不純物を構成する窒素
(N+ )のイオン注入を行う。これにより、p型ベース
領域3及びn- 型エピ層2の表層部に不純物濃度が1×
1016cm-3以下、膜厚が0.3μm以下の窒素イオン
注入層30が形成される。
3を含むn- 型エピ層2にn型不純物を構成する窒素
(N+ )のイオン注入を行う。これにより、p型ベース
領域3及びn- 型エピ層2の表層部に不純物濃度が1×
1016cm-3以下、膜厚が0.3μm以下の窒素イオン
注入層30が形成される。
【0036】〔図3(a)に示す工程〕次に、窒素イオ
ン注入層30に、さらにn型やp型不純物とならない水
素、酸素、アルゴン、若しくは同じ比率のシリコンと炭
素をイオン注入することにより、窒素イオン注入層30
をアモルファス化させ、アモルファス層40を形成す
る。このとき、アモルファス化によりラマンスペクトル
のイオン注入によるアモルファス化前後の強度のピーク
比が1/10程度まで減少した量になるようにする。
ン注入層30に、さらにn型やp型不純物とならない水
素、酸素、アルゴン、若しくは同じ比率のシリコンと炭
素をイオン注入することにより、窒素イオン注入層30
をアモルファス化させ、アモルファス層40を形成す
る。このとき、アモルファス化によりラマンスペクトル
のイオン注入によるアモルファス化前後の強度のピーク
比が1/10程度まで減少した量になるようにする。
【0037】〔図3(b)に示す工程〕そして、150
0℃以下の低温熱処理によってアモルファス層40を3
C−SiCに固相成長させる。
0℃以下の低温熱処理によってアモルファス層40を3
C−SiCに固相成長させる。
【0038】この固相成長の前後の様子をそれぞれ図6
(a)、(b)に示す。固相成長は、固体成長源を用い
たエピタキシャル成長であるため、イオン注入によって
不規則な位置にドーピングされた不純物(図6(a))
を取り込みながら結晶成長が進み、ドーピングされた不
純物が確実に格子位置に置換される(図6(b))。こ
のため、ドーピングされた不純物は高い活性化率で活性
化される。なお、不純物N(窒素)は、格子位置に取り
込まれる際、C(カーボン)サイトに取り込まれる。
(a)、(b)に示す。固相成長は、固体成長源を用い
たエピタキシャル成長であるため、イオン注入によって
不規則な位置にドーピングされた不純物(図6(a))
を取り込みながら結晶成長が進み、ドーピングされた不
純物が確実に格子位置に置換される(図6(b))。こ
のため、ドーピングされた不純物は高い活性化率で活性
化される。なお、不純物N(窒素)は、格子位置に取り
込まれる際、C(カーボン)サイトに取り込まれる。
【0039】このように、窒素注入層30にn型やp型
不純物とならないイオンを注入することによりアモルフ
ァス化させ、さらに固相成長によりアモルファス化され
たアモルファス層40内の不純物を高活性化率で活性化
させることができる。
不純物とならないイオンを注入することによりアモルフ
ァス化させ、さらに固相成長によりアモルファス化され
たアモルファス層40内の不純物を高活性化率で活性化
させることができる。
【0040】さらに、1800℃以上の高温熱処理によ
って、3Cで固相成長されたアモルファス層40を4H
又は6Hに固相変態させる。これにより、3Cよりも高
移動度となる4H又は6Hで構成された表面チャネル層
5が形成される。
って、3Cで固相成長されたアモルファス層40を4H
又は6Hに固相変態させる。これにより、3Cよりも高
移動度となる4H又は6Hで構成された表面チャネル層
5が形成される。
【0041】なお、アモルファス層40を一度3Cを介
して4H又は6Hに変態する理由は、3Cが低温安定で
あり、高温熱処理により一度にアモルファス層から4
H、6Hに変態するよりも安定して4H、6Hを得るこ
とが可能と考えられるからである。もちろん、熱処理条
件によってはアモルファス層から一度に4H、6Hへ変
態させることも可能と考えられる。
して4H又は6Hに変態する理由は、3Cが低温安定で
あり、高温熱処理により一度にアモルファス層から4
H、6Hに変態するよりも安定して4H、6Hを得るこ
とが可能と考えられるからである。もちろん、熱処理条
件によってはアモルファス層から一度に4H、6Hへ変
態させることも可能と考えられる。
【0042】また、このとき、縦型パワーMOSFET
をノーマリオフ型にするために、表面チャネル層5の厚
み(膜厚)を、ゲート電極8に電圧を印加していない時
におけるp型ベース領域3から表面チャネル層5に広が
る空乏層の伸び量と、ゲート酸化膜7から表面チャネル
層5に広がる空乏層の伸び量との和よりも小さくなるよ
うにしている。
をノーマリオフ型にするために、表面チャネル層5の厚
み(膜厚)を、ゲート電極8に電圧を印加していない時
におけるp型ベース領域3から表面チャネル層5に広が
る空乏層の伸び量と、ゲート酸化膜7から表面チャネル
層5に広がる空乏層の伸び量との和よりも小さくなるよ
うにしている。
【0043】具体的には、p型ベース領域3から表面チ
ャネル層5に広がる空乏層の伸び量は、表面チャネル層
5とp型ベース領域3とのPN接合のビルトイン電圧に
よって決定され、ゲート酸化膜7から表面チャネル層5
に広がる空乏層の伸び量は、ゲート酸化膜7の電荷及び
ゲート電極8(金属)と表面チャネル層5(半導体)と
の仕事関数差によって決定されるため、これらに基づい
て表面チャネル層5の膜厚を決定している。
ャネル層5に広がる空乏層の伸び量は、表面チャネル層
5とp型ベース領域3とのPN接合のビルトイン電圧に
よって決定され、ゲート酸化膜7から表面チャネル層5
に広がる空乏層の伸び量は、ゲート酸化膜7の電荷及び
ゲート電極8(金属)と表面チャネル層5(半導体)と
の仕事関数差によって決定されるため、これらに基づい
て表面チャネル層5の膜厚を決定している。
【0044】このようなノーマリオフ型の縦型パワーM
OSFETは、故障などによってゲート電極に電圧が印
加できないような状態となっても、電流が流れないよう
にすることができるため、ノーマリオン型のものと比べ
て安全性を確保することができる。
OSFETは、故障などによってゲート電極に電圧が印
加できないような状態となっても、電流が流れないよう
にすることができるため、ノーマリオン型のものと比べ
て安全性を確保することができる。
【0045】また、図1に示すように、p型ベース領域
3は、ソース電極10と接触していて接地状態となって
いる。このため、表面チャネル層5とp型ベース領域3
とのPN接合のビルトイン電圧を利用して表面チャネル
層5をピンチオフすることができる。例えば、p型ベー
ス領域3が接地されてなくてフローティング状態となっ
ている場合には、ビルトイン電圧を利用してp型ベース
領域3から空乏層を延ばすということができないため、
p型ベース領域3をソース電極10と接触させること
は、表面チャネル層5をピンチオフするのに有効な構造
であるといえる。
3は、ソース電極10と接触していて接地状態となって
いる。このため、表面チャネル層5とp型ベース領域3
とのPN接合のビルトイン電圧を利用して表面チャネル
層5をピンチオフすることができる。例えば、p型ベー
ス領域3が接地されてなくてフローティング状態となっ
ている場合には、ビルトイン電圧を利用してp型ベース
領域3から空乏層を延ばすということができないため、
p型ベース領域3をソース電極10と接触させること
は、表面チャネル層5をピンチオフするのに有効な構造
であるといえる。
【0046】なお、p型ベース領域3の不純物濃度を高
くすることによりビルトイン電圧をより大きく利用する
ことができる。
くすることによりビルトイン電圧をより大きく利用する
ことができる。
【0047】また、本実施形態では炭化珪素によって縦
型パワーMOSFETを製造しているが、これをシリコ
ンを用いて製造しようとすると、p型ベース領域3や表
面チャネル層5等の不純物層を形成する際における熱拡
散の拡散量の制御が困難であるため、上記構成と同様の
ノーマリオフ型のMOSFETを製造することが困難と
なる。このため、本実施形態のようにSiCを用いるこ
とにより、シリコンを用いた場合と比べて精度良く縦型
パワーMOSFETを製造することができる。
型パワーMOSFETを製造しているが、これをシリコ
ンを用いて製造しようとすると、p型ベース領域3や表
面チャネル層5等の不純物層を形成する際における熱拡
散の拡散量の制御が困難であるため、上記構成と同様の
ノーマリオフ型のMOSFETを製造することが困難と
なる。このため、本実施形態のようにSiCを用いるこ
とにより、シリコンを用いた場合と比べて精度良く縦型
パワーMOSFETを製造することができる。
【0048】また、ノーマリオフ型の縦型パワーMOS
FETにするためには、上記条件を満たすように表面チ
ャネル層5の厚みを設定する必要があるが、シリコンを
用いた場合にはビルトイン電圧が低いため、表面チャネ
ル層5の厚みを薄くしたり不純物濃度を薄くして形成し
なければならず、不純物イオンの拡散量の制御が困難な
ことを考慮すると、非常に製造が困難であるといえる。
しかしながら、SiCを用いた場合にはビルトイン電圧
がシリコンの約3倍と高く、表面チャネル層5の厚みを
厚くしたり不純物濃度を濃くして形成できるため、ノー
マリオフ型の蓄積型MOSFETを製造することが容易
であるといえる。
FETにするためには、上記条件を満たすように表面チ
ャネル層5の厚みを設定する必要があるが、シリコンを
用いた場合にはビルトイン電圧が低いため、表面チャネ
ル層5の厚みを薄くしたり不純物濃度を薄くして形成し
なければならず、不純物イオンの拡散量の制御が困難な
ことを考慮すると、非常に製造が困難であるといえる。
しかしながら、SiCを用いた場合にはビルトイン電圧
がシリコンの約3倍と高く、表面チャネル層5の厚みを
厚くしたり不純物濃度を濃くして形成できるため、ノー
マリオフ型の蓄積型MOSFETを製造することが容易
であるといえる。
【0049】〔図3(c)に示す工程〕次に、表面チャ
ネル層5の上の所定領域にLTO膜21を配置し、これ
をマスクとしてN(窒素)等のn型不純物をイオン注入
し、n+ 型ソース領域4を形成する。このときのイオン
注入条件は、700℃、ドーズ量は1×1015cm-2と
している。
ネル層5の上の所定領域にLTO膜21を配置し、これ
をマスクとしてN(窒素)等のn型不純物をイオン注入
し、n+ 型ソース領域4を形成する。このときのイオン
注入条件は、700℃、ドーズ量は1×1015cm-2と
している。
【0050】〔図4(a)に示す工程〕そして、LTO
膜21を除去した後、フォトレジスト法を用いて表面チ
ャネル層5の上の所定領域にLTO膜22を配置し、こ
れをマスクとしてRIEによりp- 型ベース領域3上の
表面チャネル層5を部分的にエッチング除去する。
膜21を除去した後、フォトレジスト法を用いて表面チ
ャネル層5の上の所定領域にLTO膜22を配置し、こ
れをマスクとしてRIEによりp- 型ベース領域3上の
表面チャネル層5を部分的にエッチング除去する。
【0051】〔図4(b)に示す工程〕LTO膜22を
除去した後、基板の上にウェット酸化(H2 +O2 によ
るパイロジェニック法を含む)によりゲート酸化膜7を
形成する。このとき、雰囲気温度は1080℃とする。
除去した後、基板の上にウェット酸化(H2 +O2 によ
るパイロジェニック法を含む)によりゲート酸化膜7を
形成する。このとき、雰囲気温度は1080℃とする。
【0052】その後、ゲート絶縁膜7の上にポリシリコ
ンからなるゲート電極8をLPCVDにより堆積する。
このときの成膜温度は600℃とする。
ンからなるゲート電極8をLPCVDにより堆積する。
このときの成膜温度は600℃とする。
【0053】〔図4(c)に示す工程〕引き続き、ゲー
ト絶縁膜7の不要部分を除去した後、LTOよりなる絶
縁膜9を形成しゲート絶縁膜7を覆う。より詳しくは、
成膜温度は425℃であり、成膜後に1000℃のアニ
ールを行う。
ト絶縁膜7の不要部分を除去した後、LTOよりなる絶
縁膜9を形成しゲート絶縁膜7を覆う。より詳しくは、
成膜温度は425℃であり、成膜後に1000℃のアニ
ールを行う。
【0054】〔図5(a)に示す工程〕そして、室温で
の金属スパッタリングによりソース電極10及びドレイ
ン電極11を配置する。また、成膜後に1000℃のア
ニールを行う。
の金属スパッタリングによりソース電極10及びドレイ
ン電極11を配置する。また、成膜後に1000℃のア
ニールを行う。
【0055】このようにして、図1に示す縦型パワーM
OSFETが完成する。
OSFETが完成する。
【0056】このように完成した縦型パワーMOSFE
Tの作用(動作)を説明する。
Tの作用(動作)を説明する。
【0057】本MOSFETはノーマリオフ型の蓄積モ
ードで動作するものであって、ゲート電極8に電圧を印
加しない場合は、表面チャネル層5においてキャリア
は、p型ベース領域3と表面チャネル層5との間の静電
ポテンシャルの差、及び表面チャネル層5とゲート電極
8との間の仕事関数の差により生じた電位によって全域
空乏化される。そして、ゲート電極8に電圧を印加する
ことにより、表面チャネル層5とゲート電極8との間の
仕事関数の差と外部からの印加電圧の和により生じる電
位差を変化させる。このことにより、チャネルの状態を
制御することができる。
ードで動作するものであって、ゲート電極8に電圧を印
加しない場合は、表面チャネル層5においてキャリア
は、p型ベース領域3と表面チャネル層5との間の静電
ポテンシャルの差、及び表面チャネル層5とゲート電極
8との間の仕事関数の差により生じた電位によって全域
空乏化される。そして、ゲート電極8に電圧を印加する
ことにより、表面チャネル層5とゲート電極8との間の
仕事関数の差と外部からの印加電圧の和により生じる電
位差を変化させる。このことにより、チャネルの状態を
制御することができる。
【0058】つまり、ゲート電極8の仕事関数を第1の
仕事関数とし、p型ベース領域3の仕事関数を第2の仕
事関数とし、表面チャネル層5の仕事関数を第3の仕事
関数としたとき、第1〜第3の仕事関数の差を利用し
て、表面チャネル層5のn型のキャリアを空乏化する様
に第1〜第3の仕事関数と表面チャネル層5の不純物濃
度及び膜厚を設定することができる。
仕事関数とし、p型ベース領域3の仕事関数を第2の仕
事関数とし、表面チャネル層5の仕事関数を第3の仕事
関数としたとき、第1〜第3の仕事関数の差を利用し
て、表面チャネル層5のn型のキャリアを空乏化する様
に第1〜第3の仕事関数と表面チャネル層5の不純物濃
度及び膜厚を設定することができる。
【0059】また、オフ状態において、空乏領域は、p
型ベース領域3及びゲート電極8により作られた電界に
よって、表面チャネル層5内に形成される。この状態か
らゲート電極8に対して正のバイアスを供給すると、ゲ
ート絶縁膜(SiO2 )7と表面チャネル層5との間の
界面においてn+ 型ソース領域4からn- 型ドリフト領
域2方向へ延びるチャネル領域が形成され、オン状態に
スイッチングされる。このとき、電子は、n+ 型ソース
領域4から表面チャネル層5を経由し表面チャネル層5
からn- 型エピ層2に流れる。そして、n- 型エピ層2
(ドリフト領域)に達すると、電子は、n+ 型半導体基
板1(n+ ドレイン)へ垂直に流れる。
型ベース領域3及びゲート電極8により作られた電界に
よって、表面チャネル層5内に形成される。この状態か
らゲート電極8に対して正のバイアスを供給すると、ゲ
ート絶縁膜(SiO2 )7と表面チャネル層5との間の
界面においてn+ 型ソース領域4からn- 型ドリフト領
域2方向へ延びるチャネル領域が形成され、オン状態に
スイッチングされる。このとき、電子は、n+ 型ソース
領域4から表面チャネル層5を経由し表面チャネル層5
からn- 型エピ層2に流れる。そして、n- 型エピ層2
(ドリフト領域)に達すると、電子は、n+ 型半導体基
板1(n+ ドレイン)へ垂直に流れる。
【0060】このようにゲート電極8に正の電圧を印加
することにより、表面チャネル層5に蓄積型チャネルを
誘起させ、ソース電極10とドレイン電極11との間に
キャリアが流れる。
することにより、表面チャネル層5に蓄積型チャネルを
誘起させ、ソース電極10とドレイン電極11との間に
キャリアが流れる。
【0061】なお、本実施形態では、表面チャネル層5
が4H又は6Hとなるようにしたが、半導体基板1と異
なる結晶形であっても、また同じ結晶形であってもよ
く、例えば3C、4H、6H、15R、いずれの結晶形
を選択することも可能である。
が4H又は6Hとなるようにしたが、半導体基板1と異
なる結晶形であっても、また同じ結晶形であってもよ
く、例えば3C、4H、6H、15R、いずれの結晶形
を選択することも可能である。
【0062】SiO2/SiC構造のチャネルを形成し
た場合、SiO2に起因した欠陥によりSiCチャネル
部の移動度が低下する場合がある。欠陥の種類によって
は、4HSiCの伝導帯とほぼ一致したエネルギー帯に
欠陥が生成される場合がある。本実施例を用いれば、基
板を4Hとしたままチャネル部のみ6H(又は3C、1
5R)とすることが可能となり、上記欠陥を回避でき
る。
た場合、SiO2に起因した欠陥によりSiCチャネル
部の移動度が低下する場合がある。欠陥の種類によって
は、4HSiCの伝導帯とほぼ一致したエネルギー帯に
欠陥が生成される場合がある。本実施例を用いれば、基
板を4Hとしたままチャネル部のみ6H(又は3C、1
5R)とすることが可能となり、上記欠陥を回避でき
る。
【0063】この実施形態では、表面チャネル層5を固
相成長のみならず、CVD等を用いたエピタキシャル成
長を用いて形成してもよい。
相成長のみならず、CVD等を用いたエピタキシャル成
長を用いて形成してもよい。
【0064】また、表面チャネル層5を形成するための
アモルファス層40をイオン注入によって形成したが、
エピタキシャル成長装置(例えば、CVD装置やMBE
装置)を用いて、n型不純物をドーピングしつつエピタ
キシャル成長させて形成してもよい。
アモルファス層40をイオン注入によって形成したが、
エピタキシャル成長装置(例えば、CVD装置やMBE
装置)を用いて、n型不純物をドーピングしつつエピタ
キシャル成長させて形成してもよい。
【0065】この場合、エピタキシャル成長装置を比較
的低温に設定してエピタキシャル成長を行えば、アモル
ファス層内に不要なイオン種が注入されたりすることを
防止することもできる。
的低温に設定してエピタキシャル成長を行えば、アモル
ファス層内に不要なイオン種が注入されたりすることを
防止することもできる。
【0066】(第2実施形態)本実施形態では縦型パワ
ーMOSFETのコンタクト抵抗低減に、本発明の一実
施形態を適用した場合を説明する。
ーMOSFETのコンタクト抵抗低減に、本発明の一実
施形態を適用した場合を説明する。
【0067】図7に、p型ベース領域3とソース電極1
0とのコンタクト領域の拡大図を示す。なお、この図は
図1に示した縦型パワーMOSFETのコンタクト領域
のみを変更した図であり、その他の構成については図1
と同様であるため、他の構成についての説明は省略す
る。
0とのコンタクト領域の拡大図を示す。なお、この図は
図1に示した縦型パワーMOSFETのコンタクト領域
のみを変更した図であり、その他の構成については図1
と同様であるため、他の構成についての説明は省略す
る。
【0068】図7に示すように、p型ベース領域3のう
ちのソース電極10とのコンタクト部分3aの結晶形を
4Hとしており、p型ベース領域3の他の部分の結晶形
(6H)と異なるようにしている。
ちのソース電極10とのコンタクト部分3aの結晶形を
4Hとしており、p型ベース領域3の他の部分の結晶形
(6H)と異なるようにしている。
【0069】具体的には、コンタクト部分3aがその他
の部分よりもバンドギャップが大きなSiCで構成され
るようにしている。
の部分よりもバンドギャップが大きなSiCで構成され
るようにしている。
【0070】また、ソース電極10を構成するAl等
は、コンタクト部分3aを超えてp型ベース領域3の他
の部分まで拡散した状態となっている。なお、この状態
はコンタクト部分3aに対して金属をアニール処理によ
ってp型ベース領域3の内部に拡散させ、その後ソース
電極10となる金属配線を形成して得ている。
は、コンタクト部分3aを超えてp型ベース領域3の他
の部分まで拡散した状態となっている。なお、この状態
はコンタクト部分3aに対して金属をアニール処理によ
ってp型ベース領域3の内部に拡散させ、その後ソース
電極10となる金属配線を形成して得ている。
【0071】このような構造においては、バンドギャッ
プの異なる結晶形を有するSiCでp型ベース領域3を
形成しているため、p型ベース領域3のうち4H、6H
によるヘテロ接合界面の6Hで構成された部分の表層部
に高濃度キャリア層が形成され、この高濃度キャリア層
を介してp型ベース領域3とソース電極10とが電気的
に接続されるため、コンタクト抵抗の低減を図ることが
できる。
プの異なる結晶形を有するSiCでp型ベース領域3を
形成しているため、p型ベース領域3のうち4H、6H
によるヘテロ接合界面の6Hで構成された部分の表層部
に高濃度キャリア層が形成され、この高濃度キャリア層
を介してp型ベース領域3とソース電極10とが電気的
に接続されるため、コンタクト抵抗の低減を図ることが
できる。
【0072】このような構造のMOSFETは、6H−
SiCで構成されたp型ベース領域3のうちのソース電
極10とのコンタクト部分3aをイオン注入によってア
モルファス化させると共に、アモルファス化させた部分
を固相成長させて、コンタクト部分3aがp型ベース領
域3の他の部分よりもバンドギャップの大きな4Hとな
るようにすることで形成される。
SiCで構成されたp型ベース領域3のうちのソース電
極10とのコンタクト部分3aをイオン注入によってア
モルファス化させると共に、アモルファス化させた部分
を固相成長させて、コンタクト部分3aがp型ベース領
域3の他の部分よりもバンドギャップの大きな4Hとな
るようにすることで形成される。
【0073】このように、p型ベース領域3にうちソー
ス電極10とのコンタクト部に、本発明の一実施形態を
適用してもよい。
ス電極10とのコンタクト部に、本発明の一実施形態を
適用してもよい。
【0074】(他の実施形態)上記実施形態では、プレ
ーナ型のMOSFETに本発明の一実施形態を適用した
場合を示したが、他の構造の半導体装置、例えばヘテロ
構造を有するHEMTに適用することもできる。
ーナ型のMOSFETに本発明の一実施形態を適用した
場合を示したが、他の構造の半導体装置、例えばヘテロ
構造を有するHEMTに適用することもできる。
【0075】具体的には、イオン注入によってアモルフ
ァス化させると共にアモルファス化させた部分を固相成
長させることによってバンドギャップの異なる炭化珪素
を形成することができるため、固相変態層のバンドギャ
ップを大きくすることにより固相変態層から基板側へキ
ャリアを供給することができ、いわゆるGaAs/Al
GaAsのHEMTと同様の構造が作製できる。
ァス化させると共にアモルファス化させた部分を固相成
長させることによってバンドギャップの異なる炭化珪素
を形成することができるため、固相変態層のバンドギャ
ップを大きくすることにより固相変態層から基板側へキ
ャリアを供給することができ、いわゆるGaAs/Al
GaAsのHEMTと同様の構造が作製できる。
【0076】このような構造においては、不純物ドーピ
ング領域とキャリア伝導領域とが異なり、キャリアは不
純物ドーピングされていない領域を伝導するため、イオ
ン化不純物散乱の影響を最小限にすることができ、高移
動度を実現することができる。
ング領域とキャリア伝導領域とが異なり、キャリアは不
純物ドーピングされていない領域を伝導するため、イオ
ン化不純物散乱の影響を最小限にすることができ、高移
動度を実現することができる。
【0077】図8にHEMT構造を示す。ノンドープの
6H−SiC層12上にn型4H−SiC層13が形成
され、その上にはゲート電極14が形成されている。ゲ
ート電極構造としてはTi等のショットキー電極であっ
てもよいし、n型4H−SiC層13との界面に酸化膜
等の絶縁膜を介したいわゆるMIS構造電極であっても
よい。そして、n型4H−SiC層13表面から6H−
SiC層12まで拡散処理(メタライズ)された金属電
極15、16を備えている。n型4H−SiC層13と
6H−SiC層12との接合界面にキャリアが発生し、
高移動度キャリアの半導体素子を得ることができる。
6H−SiC層12上にn型4H−SiC層13が形成
され、その上にはゲート電極14が形成されている。ゲ
ート電極構造としてはTi等のショットキー電極であっ
てもよいし、n型4H−SiC層13との界面に酸化膜
等の絶縁膜を介したいわゆるMIS構造電極であっても
よい。そして、n型4H−SiC層13表面から6H−
SiC層12まで拡散処理(メタライズ)された金属電
極15、16を備えている。n型4H−SiC層13と
6H−SiC層12との接合界面にキャリアが発生し、
高移動度キャリアの半導体素子を得ることができる。
【0078】上記第2実施形態では、p型ベース領域3
のコンタクト部分3aをバンドギャップの大きなSiC
で構成したが、固相成長によってp型ベース領域3がn
型エピ層2よりも電位障壁の小さい結晶形(例えば、n
型エピ層2が4Hの場合にp型ベース領域3が3C)と
なるようにしても、第2実施形態と同様の原理によりp
型ベース領域3とソース電極10とのコンタクト抵抗低
減を図ることができる。例えば、p型ベース領域3とn
型エピ層2との組み合わせが、それぞれ、6Hと4H、
3Cと6H、若しくは3Cと4Hのいずれかにすること
ができる。
のコンタクト部分3aをバンドギャップの大きなSiC
で構成したが、固相成長によってp型ベース領域3がn
型エピ層2よりも電位障壁の小さい結晶形(例えば、n
型エピ層2が4Hの場合にp型ベース領域3が3C)と
なるようにしても、第2実施形態と同様の原理によりp
型ベース領域3とソース電極10とのコンタクト抵抗低
減を図ることができる。例えば、p型ベース領域3とn
型エピ層2との組み合わせが、それぞれ、6Hと4H、
3Cと6H、若しくは3Cと4Hのいずれかにすること
ができる。
【0079】なお、上記第2実施形態に示したSiCと
金属とのコンタクト方法や上記他の実施形態に示したH
EMT等は次の考えに基づくものである。
金属とのコンタクト方法や上記他の実施形態に示したH
EMT等は次の考えに基づくものである。
【0080】SiCに不純物を添加した場合、他の半導
体(Si、GaAs等)とは異なり、不純物のエネルギ
ー準位がエネルギーバンド(伝導帯、価電子帯)に対し
て深い位置に形成されるため、本発明の実施形態の方法
により固相変態を利用した不純物を格子位置に配置でき
たとしても不純物が電子、正孔といったキャリアを発生
することが容易ではない。
体(Si、GaAs等)とは異なり、不純物のエネルギ
ー準位がエネルギーバンド(伝導帯、価電子帯)に対し
て深い位置に形成されるため、本発明の実施形態の方法
により固相変態を利用した不純物を格子位置に配置でき
たとしても不純物が電子、正孔といったキャリアを発生
することが容易ではない。
【0081】そこで、バンドギャップが異なる複数の結
晶形態を有するSiCによるヘテロ接合(変調ドーピン
グ)を利用することで、格子位置に入った不純物による
キャリアを有効に使うことができるようにするものであ
る。
晶形態を有するSiCによるヘテロ接合(変調ドーピン
グ)を利用することで、格子位置に入った不純物による
キャリアを有効に使うことができるようにするものであ
る。
【0082】例えば、4Hと6Hとの接合で考えると、
4Hの方が6Hよりもバンドギャップが大きいため接合
界面ではヘテロ接合となり、4Hから6Hへのエネルギ
ー準位は急激に小さくなる。このヘテロ接合界面からキ
ャリアが伝導帯、価電子帯を介さずにキャリアを放出す
るものと考えられる。この原理によってより確実に活性
化率を高めることができる。
4Hの方が6Hよりもバンドギャップが大きいため接合
界面ではヘテロ接合となり、4Hから6Hへのエネルギ
ー準位は急激に小さくなる。このヘテロ接合界面からキ
ャリアが伝導帯、価電子帯を介さずにキャリアを放出す
るものと考えられる。この原理によってより確実に活性
化率を高めることができる。
【0083】以上から、本発明はSiCの異なる結晶形
態によるヘテロ接合によって不純物の活性化率を向上さ
せることができる発明とも言える。
態によるヘテロ接合によって不純物の活性化率を向上さ
せることができる発明とも言える。
【0084】つまり、上記第2実施形態や他の実施形態
で示したコンタクト構造、HEMT構造は固相変態を利
用した不純物の活性化率を向上させることができ、ヘテ
ロ接合構造によってさらに活性化率を向上させることが
できる構造と言える。
で示したコンタクト構造、HEMT構造は固相変態を利
用した不純物の活性化率を向上させることができ、ヘテ
ロ接合構造によってさらに活性化率を向上させることが
できる構造と言える。
【0085】また、上記実施形態では、表面チャネル層
5について高活性化率が得られるようにした例を示した
が、この他の部分についても表面チャネル層5と同様
に、イオン注入によってアモルファス化させると共に、
アモルファス化させた部分を固相変態させることによっ
て高活性化率が得られるようにできる。
5について高活性化率が得られるようにした例を示した
が、この他の部分についても表面チャネル層5と同様
に、イオン注入によってアモルファス化させると共に、
アモルファス化させた部分を固相変態させることによっ
て高活性化率が得られるようにできる。
【0086】なお、上記実施形態ではn型やp型不純物
とならない水素等を注入することにより、ラマンのピー
ク比が所定値以上になるようにアモルファス化させた
が、n型やp型不純物のドーズ量が多い場合には、これ
らの不純物の注入のみによって上記条件を満たす可能性
があるため、このような場合には、n型やp型不純物と
ならない水素等を注入する必要はない。
とならない水素等を注入することにより、ラマンのピー
ク比が所定値以上になるようにアモルファス化させた
が、n型やp型不純物のドーズ量が多い場合には、これ
らの不純物の注入のみによって上記条件を満たす可能性
があるため、このような場合には、n型やp型不純物と
ならない水素等を注入する必要はない。
【0087】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を適用して形成したプレー
ナ型MOSFETの断面図である。
ナ型MOSFETの断面図である。
【図2】図1に示すプレーナ型MOSFETの製造工程
を示す図である。
を示す図である。
【図3】図2に続くプレーナ型MOSFETの製造工程
を示す図である。
を示す図である。
【図4】図3に続くプレーナ型MOSFETの製造工程
を示す図である。
を示す図である。
【図5】図4に続くプレーナ型MOSFETの製造工程
を示す図である。
を示す図である。
【図6】アモルファス層40を固相成長させた時の様子
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図7】第2実施形態に示すp型ベース領域3に本発明
の一実施形態を適用した場合を説明するための図であ
る。
の一実施形態を適用した場合を説明するための図であ
る。
【図8】他の実施形態におけるHEMT構造を示す図で
ある。
ある。
1…n+ 型の半導体基板、2…n- 型エピ層、3…p型
ベース領域、3a…コンタクト部分、4…n+ 型ソース
領域、5…表面チャネル層、7…ゲート絶縁膜、8…ゲ
ート電極、9…絶縁膜、10…ソース電極、11…ドレ
イン電極、30…窒素イオン注入層、40…アモルファ
ス層。
ベース領域、3a…コンタクト部分、4…n+ 型ソース
領域、5…表面チャネル層、7…ゲート絶縁膜、8…ゲ
ート電極、9…絶縁膜、10…ソース電極、11…ドレ
イン電極、30…窒素イオン注入層、40…アモルファ
ス層。
Claims (16)
- 【請求項1】 炭化珪素からなる半導体層(2)と、 該半導体層に隣接し、炭化珪素にドーピングされた不純
物を活性化させて形成した不純物層(3)とを有する炭
化珪素半導体装置の製造方法において、 前記半導体層に隣接するように、n型又はp型不純物が
ドーピングされた炭化珪素からなるアモルファス層(4
0)を形成する工程と、 固相成長により、前記不純物を取り込ませつつ前記アモ
ルファス層を結晶化させて前記不純物層を形成する工程
と、を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製
造方法。 - 【請求項2】 前記アモルファス層を形成する工程は、
前記半導体層にn型又はp型不純物を注入したのち、該
注入された不純物とは異なるイオン種をイオン注入する
ことにより該イオン注入された部分の炭化珪素をアモル
ファス化させる工程であることを特徴とする請求項1に
記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記イオン種として、水素、酸素、アル
ゴン、若しくは同じ比率からなるシリコンと炭素のうち
のいずれかを用いることを特徴とする請求項2に記載の
炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記アモルファス層を形成する工程は、
前記半導体層にn型又はp型不純物のみをイオン注入す
ることにより、該イオン注入された部分の炭化珪素をア
モルファス化させる工程であることを特徴とする請求項
1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記アモルファス化は、該アモルファス
化前後におけるラマンスペクトルのピーク比が1/10
以下となるように行うことを特徴とする請求項2乃至4
のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方
法。 - 【請求項6】 前記不純物層の禁止帯の幅が前記半導体
層の禁止帯の幅よりも狭くなるように、該不純物層の結
晶形を選択することを特徴とする請求項1乃至5のいず
れか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記不純物層と前記半導体層の結晶形の
組み合わせを、それぞれ、6Hと4H、3Cと6H、若
しくは3Cと4Hのいずれかにすることを特徴とする請
求項6に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半
導体基板(1)の主表面上に、この半導体基板よりも高
抵抗な炭化珪素よりなる第1導電型の半導体層(2)を
形成する工程と、 前記半導体層の表層部の所定領域に第2導電型のベース
領域(3)を形成する工程と、 前記ベース領域の表層部に第1導電型の不純物をドーピ
ングして不純物注入層(30)を形成する工程と、 前記不純物注入層に前記不純物とは異なるイオン種をイ
オン注入することにより、該所定領域をアモルファス化
させてアモルファス層(40)を形成する工程と、 固相成長により、前記不純物を取り込ませつつ前記アモ
ルファス層を結晶化させて第1導電型の表面チャネル層
(5)を形成する工程と、 前記ベース領域の表層部の所定領域に前記表面チャネル
層に接すると共に、前記ベース領域の深さよりも浅い第
1導電型のソース領域(4)を形成する工程と、 前記表面チャネル層上にゲート絶縁膜(7)を介してゲ
ート電極(8)を形成する工程と、 前記ベース領域及び前記ソース領域に接触するソース電
極(10)を形成する工程と、 前記半導体基板の裏面側にドレイン電極(11)を形成
する工程と、を備えていることを特徴とする炭化珪素半
導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 単結晶炭化珪素よりなる第1導電型の半
導体基板(1)の主表面上に、この半導体基板よりも高
抵抗な炭化珪素よりなる第1導電型の半導体層(2)を
形成する工程と、 前記半導体層の表層部の所定領域に第2導電型の不純物
をドーピングして不純物注入層を形成する工程と、 前記不純物注入層に前記不純物とは異なるイオン種をイ
オン注入することにより、該所定領域をアモルファス化
させてアモルファス層を形成する工程と、 固相成長により、前記不純物を取り込ませつつ前記アモ
ルファス層を結晶化させて第2導電型のベース領域
(3)を形成する工程と、 前記ベース領域の上部に第1導電型の表面チャネル層
(5)を形成する工程と、 前記ベース領域の表層部の所定領域に前記表面チャネル
層に接すると共に、前記ベース領域の深さよりも浅い第
1導電型のソース領域(4)を形成する工程と、 前記表面チャネル層上にゲート絶縁膜(7)を介してゲ
ート電極(8)を形成する工程と、 前記ベース領域及び前記ソース領域に接触するソース電
極(10)を形成する工程と、 前記半導体基板の裏面側にドレイン電極(11)を形成
する工程と、を備えていることを特徴とする炭化珪素半
導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記ベース領域の禁止帯の幅が前記半
導体層の禁止帯の幅よりも狭くなるように、該ベース領
域の結晶形を選択することを特徴とする請求項9に記載
の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記イオン種として、水素、酸素、ア
ルゴン、若しくは同じ比率からなるシリコンと炭素のう
ちのいずれかを用いることを特徴とする請求項8乃至1
0のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方
法。 - 【請求項12】 炭化珪素からなる半導体層(2)と、 該半導体層に隣接し、炭化珪素にドーピングされた不純
物を活性化させて形成した不純物層(3)と、 前記不純物層の表面に形成された絶縁膜(7)と、 前記絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備えた炭化珪
素半導体装置の製造方法において、 前記不純物層を気相成長法によって堆積形成される際
に、前記不純物を格子位置に取り込ませつつ結晶化させ
るとともに、4H以外の多型として堆積形成する工程
と、 前記不純物層を酸化させることで前記絶縁膜を形成工程
とをを有する炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】前記半導体層(2)を4Hとすることを
特徴とする請求項12に記載の炭化珪素半導体装置の製
造方法。 - 【請求項14】 前記半導体層が4Hからなり、前記不
純物層が6Hからなることを特徴とする請求項12記載
の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項15】 前記半導体層が4Hからなり、前記不
純物層が3Cからなることを特徴とする請求項12記載
の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項16】 前記半導体層が4Hからなり、前記不
純物層が15Rからなることを特徴とする請求項12記
載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11217888A JP2000106371A (ja) | 1998-07-31 | 1999-07-30 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21772798 | 1998-07-31 | ||
JP10-217727 | 1998-07-31 | ||
JP11217888A JP2000106371A (ja) | 1998-07-31 | 1999-07-30 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000106371A true JP2000106371A (ja) | 2000-04-11 |
Family
ID=26522180
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11217888A Withdrawn JP2000106371A (ja) | 1998-07-31 | 1999-07-30 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
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---|---|
JP (1) | JP2000106371A (ja) |
Cited By (41)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001257347A (ja) * | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
WO2002029900A3 (en) * | 2000-10-03 | 2002-10-31 | Cree Inc | Silicon carbide power mosfets having a shorting channel and methods of fabrication them |
US6610366B2 (en) | 2000-10-03 | 2003-08-26 | Cree, Inc. | Method of N2O annealing an oxide layer on a silicon carbide layer |
KR100440840B1 (ko) * | 2001-03-22 | 2004-07-21 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치 |
US6767843B2 (en) | 2000-10-03 | 2004-07-27 | Cree, Inc. | Method of N2O growth of an oxide layer on a silicon carbide layer |
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