JP2002175997A - Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device

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JP2002175997A
JP2002175997A JP2000371122A JP2000371122A JP2002175997A JP 2002175997 A JP2002175997 A JP 2002175997A JP 2000371122 A JP2000371122 A JP 2000371122A JP 2000371122 A JP2000371122 A JP 2000371122A JP 2002175997 A JP2002175997 A JP 2002175997A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form an impurity diffusion region in an SiC substrate at a low cost, without generating damages on the surface of the substrate. SOLUTION: After introducing nitrogen ions 4 into the surface of a p-type SiC substrate 1, the nitrogen atoms present in an impurity-doped layer 6 are made to diffuse toward the rear surface of the SiC substrate 1, by increasing the number of the interstitial silicon atoms of the SiC substrate 1 by its thermal oxidation, so as to form an n-type impurity diffusion layer 7.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素(以下、
SiCと記す)半導体基板(以下、SiC基板と記す)
を用いたSiC半導体装置の製造方法に係り、特に、S
iC基板に不純物拡散層を形成する技術に関する。
The present invention relates to a silicon carbide (hereinafter referred to as "silicon carbide").
A semiconductor substrate (hereinafter referred to as SiC substrate)
The present invention relates to a method for manufacturing a SiC semiconductor device using
The present invention relates to a technique for forming an impurity diffusion layer on an iC substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、SiC半導体装置におけるSiC
基板への不純物の局所的ドーピング技術としては、例え
ば特開平8−316164号公報に記載された技術が知
られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, SiC in a SiC semiconductor device has been developed.
As a technique for locally doping impurities into a substrate, for example, a technique described in JP-A-8-316164 is known.

【0003】上記従来技術は、SiC基板の表面に不純
物をドーピングした層を形成した後に、SiC基板を5
00℃〜1500℃に加熱しながら、基板表面側から水
素イオンまたはγ線を照射して不純物を拡散させるもの
である。
[0003] In the above-mentioned prior art, after a layer doped with impurities is formed on the surface of a SiC substrate, the SiC substrate is removed from the surface by 5%.
The substrate is irradiated with hydrogen ions or γ-rays from the substrate surface side while heating to 00 ° C. to 1500 ° C. to diffuse impurities.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述の如く、上記従来
のSiC基板へ不純物を拡散させる方法においては、S
iC基板を所定の高温に加熱しながら、水素イオンまた
はγ線を照射することによって不純物を拡散させるよう
にしていた。
As described above, in the above-described conventional method of diffusing impurities into a SiC substrate, the following method is used.
The impurity is diffused by irradiating hydrogen ions or γ-rays while heating the iC substrate to a predetermined high temperature.

【0005】したがって、水素イオン照射を行なった場
合には、イオン照射によって基板表面にダメージが生じ
てしまう。また、γ線を照射する場合には、γ線の照射
機が必要となるが、このγ線の照射機は広く普及してい
るものではなく、高価なので、コストが高くなってしま
う。
Therefore, when hydrogen ion irradiation is performed, the substrate surface is damaged by the ion irradiation. When irradiating with γ-rays, a γ-ray irradiator is required. However, this γ-ray irradiator is not widely used and is expensive, so that the cost increases.

【0006】本発明の目的は、基板表面にダメージを生
じることなく、低コストでSiC基板に不純物拡散領域
を形成することのできるSiC半導体装置の製造方法を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a SiC semiconductor device capable of forming an impurity diffusion region on a SiC substrate at low cost without damaging the substrate surface.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、不純物を導入
したSiC基板の格子間シリコン原子の数を増加させる
ことにより、不純物の拡散定数を増大させ、上記課題を
解決して、不純物拡散層を形成するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, an impurity diffusion constant is increased by increasing the number of interstitial silicon atoms of an SiC substrate into which an impurity is introduced. Is formed.

【0008】すなわち、本発明の請求項1のSiC半導
体装置の製造方法は、炭化珪素半導体基板の表面に不純
物を導入する工程と、前記半導体基板の格子間シリコン
原子の数を増加させることにより、前記不純物を前記半
導体基板の裏面に向かって拡散させて、不純物拡散層を
形成する工程とを備えたことを特徴とする。
That is, in the method of manufacturing a SiC semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the step of introducing an impurity into the surface of a silicon carbide semiconductor substrate and the number of interstitial silicon atoms of the semiconductor substrate are increased. Forming an impurity diffusion layer by diffusing the impurity toward the back surface of the semiconductor substrate.

【0009】また、本発明の請求項2では、第1導電型
の炭化珪素半導体基板の表面に第2導電型の不純物を導
入する工程と、前記半導体基板の格子間シリコン原子の
数を増加させることにより、前記不純物を前記半導体基
板の裏面に向かって拡散させて、第2導電型の不純物拡
散層を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, a step of introducing a second conductivity type impurity into the surface of a first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate, and increasing the number of interstitial silicon atoms of the semiconductor substrate. Forming a second conductivity type impurity diffusion layer by diffusing the impurities toward the back surface of the semiconductor substrate.

【0010】また、本発明の請求項3では、前記半導体
基板を酸化雰囲気中で熱酸化させることにより、前記格
子間シリコン原子の数を増加させることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, the number of the interstitial silicon atoms is increased by thermally oxidizing the semiconductor substrate in an oxidizing atmosphere.

【0011】また、本発明の請求項4では、前記熱酸化
は、水蒸気雰囲気中で行なうことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the thermal oxidation is performed in a steam atmosphere.

【0012】また、本発明の請求項5では、前記熱酸化
は、酸化雰囲気の全圧を1としたときの水蒸気分圧が
0.2以上の水蒸気雰囲気中で行なうことを特徴とす
る。
According to a fifth aspect of the present invention, the thermal oxidation is performed in a steam atmosphere having a partial pressure of steam of 0.2 or more when the total pressure of the oxidizing atmosphere is set to 1.

【0013】また、本発明の請求項6では、前記不純物
は、窒素またはほう素であることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, the impurity is nitrogen or boron.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明の請求項1のSiC半導体装置の
製造方法によれば、SiC基板の格子間シリコン原子の
数を増加させることにより、不純物の拡散定数を増大さ
せ、深い不純物拡散層を形成することができる。したが
って、従来のように水素イオン照射によるSiC基板表
面にダメージを生じることなく、また、γ線照射を行う
必要もないため、高価なγ線の照射機が不要なので、低
コストでSiC基板に不純物拡散領域を形成することが
できる。
According to the method for manufacturing a SiC semiconductor device of the first aspect of the present invention, by increasing the number of interstitial silicon atoms of the SiC substrate, the diffusion constant of the impurity is increased, and the deep impurity diffusion layer is formed. Can be formed. Therefore, unlike the conventional method, the surface of the SiC substrate is not damaged by hydrogen ion irradiation, and there is no need to perform γ-ray irradiation. A diffusion region can be formed.

【0015】また、本発明の請求項2では、第1導電型
のSiC基板表面に第2導電型の不純物拡散層を、Si
C基板表面にダメージを生じることなく、低コストで形
成することができる。
According to a second aspect of the present invention, an impurity diffusion layer of the second conductivity type is formed on the surface of the first conductivity type SiC substrate.
It can be formed at low cost without damaging the surface of the C substrate.

【0016】また、本発明の請求項3では、SiC基板
を酸化雰囲気中で熱酸化させることにより、SiC基板
表面にダメージを生じることなく、低コストで不純物拡
散領域を形成することができる。
According to the third aspect of the present invention, by thermally oxidizing the SiC substrate in an oxidizing atmosphere, the impurity diffusion region can be formed at low cost without damaging the surface of the SiC substrate.

【0017】また、本発明の請求項4では、熱酸化を水
蒸気雰囲気中で行なうことにより、不純物の拡散定数が
著しく増大し、SiC基板表面にダメージを生じること
なく、低コストで不純物拡散領域を形成することができ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, the thermal oxidation is performed in a water vapor atmosphere, whereby the diffusion constant of the impurity is significantly increased, and the impurity diffusion region can be formed at low cost without damaging the surface of the SiC substrate. Can be formed.

【0018】また、本発明の請求項5では、熱酸化は酸
化雰囲気の全圧を1としたときの水蒸気分圧が0.2以
上の水蒸気雰囲気中で行なうことにより、不純物の拡散
定数が著しく増大し、SiC基板表面にダメージを生じ
ることなく、低コストで不純物拡散領域を形成すること
ができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the thermal oxidation is performed in a steam atmosphere having a partial pressure of steam of 0.2 or more when the total pressure of the oxidizing atmosphere is set to 1, so that the diffusion constant of impurities is remarkably increased. The impurity diffusion region can be formed at low cost without increasing the size and causing damage to the surface of the SiC substrate.

【0019】また、本発明の請求項6では、不純物は、
窒素またはほう素を用いることにより、両元素の共有結
合半径がSiCの共有結合半径0.97よりも小さいた
め、不純物の拡散定数を効果的に増大させることができ
る。
Further, according to claim 6 of the present invention, the impurities are:
By using nitrogen or boron, the covalent radius of both elements is smaller than the covalent radius of SiC of 0.97, so that the diffusion constant of the impurity can be effectively increased.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0021】図1(A)〜(D)は、本発明のSiC半
導体装置の製造方法の実施の形態を示す工程断面図であ
る。本実施の形態では、SiC基板の格子間シリコン原
子数の増加方法として、熱酸化を利用し、pn接合を形
成するプレーナ型pn接合ダイオードの例を用いて説明
する。
FIGS. 1A to 1D are process sectional views showing an embodiment of a method for manufacturing a SiC semiconductor device according to the present invention. In this embodiment, a method of increasing the number of interstitial silicon atoms in a SiC substrate will be described using an example of a planar pn junction diode that forms a pn junction by utilizing thermal oxidation.

【0022】まず、図1(A)に示すように、キャリア
濃度1×1018cm−3のp型SiC単結晶基板1上
に、キャリア濃度2×1016cm−3のp型SiCエ
ピタキシャル成長膜2を熱CVD法により形成した後、
低温CVD法によりシリコン酸化膜(SiO膜)から
なるイオン注入マスク3を形成する。次いで、SiC基
板1を800℃に加熱しながら、それぞれ加速電圧3
0、60、100、150keV、ドーズ量8×10
14、1.4×1015、2.8×1015、3.4×
1015cm−2、総ドーズ量8.4×1015cm
−2の条件で窒素イオン4を、マスク3を通して局所的
に注入する。5は注入した窒素イオンである。
First, as shown in FIG. 1A, a p-type SiC epitaxial growth film having a carrier concentration of 2 × 10 16 cm -3 is formed on a p-type SiC single crystal substrate 1 having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3. 2 is formed by a thermal CVD method,
An ion implantation mask 3 made of a silicon oxide film (SiO 2 film) is formed by a low-temperature CVD method. Next, while heating the SiC substrate 1 to 800 ° C.,
0, 60, 100, 150 keV, dose 8 × 10
14 , 1.4 × 10 15 , 2.8 × 10 15 , 3.4 ×
10 15 cm −2 , total dose 8.4 × 10 15 cm
Under the condition of −2 , nitrogen ions 4 are locally implanted through the mask 3. Reference numeral 5 denotes the implanted nitrogen ions.

【0023】次に、バッファード弗酸水溶液によりマス
ク3を除去した後、Ar雰囲気中にて1700℃、1分
間の熱処理を行い、注入した窒素5を活性化させ、図1
(B)に示すように、不純物ドーピング層6を形成す
る。
Next, after removing the mask 3 with a buffered hydrofluoric acid aqueous solution, a heat treatment is performed at 1700 ° C. for 1 minute in an Ar atmosphere to activate the implanted nitrogen 5.
As shown in (B), an impurity doping layer 6 is formed.

【0024】その後、水蒸気を含む酸化雰囲気中にて、
1100℃、420分間熱酸化を行い、不純物ドーピン
グ層6の窒素を拡散させ、図1(C)に示すように、n
型不純物拡散層7を形成する。8はこの熱酸化により形
成される熱酸化膜である。なお、このときの雰囲気は、
酸化雰囲気の全圧を1としたとき、水蒸気分圧を0.2
以上とした。
Then, in an oxidizing atmosphere containing water vapor,
Thermal oxidation is performed at 1100 ° C. for 420 minutes to diffuse nitrogen in the impurity-doped layer 6 and, as shown in FIG.
Form impurity diffusion layer 7 is formed. Reference numeral 8 denotes a thermal oxide film formed by the thermal oxidation. The atmosphere at this time is
When the total pressure of the oxidizing atmosphere is 1, the partial pressure of water vapor is 0.2
It was above.

【0025】図2にSIMS(Secondary Ion Mass Spe
ctroscopy:2次イオン質量分析法)により分析した窒
素原子の深さ方向分布を示す。図1(A)における窒素
イオン注入直後、および図1(B)の1700℃、1分
間の熱処理後における窒素原子の分布は、図2のAに示
すように、該熱処理前後で変化せず、接合深さは約0.
5μmである。これに対して、図1(C)における11
00℃、420分間の水蒸気雰囲気中での熱酸化後の接
合深さは、図2のBに示すように、接合深さは約1.1
μmになっている。この拡散長から求めた拡散定数は、
約2.0×10 −13cm/sであった。この値は、従
来報告されているSiC中の窒素の拡散定数より約2桁
大きい値である(Sov. Tech. Phys. Lett., Vol.8(198
2) pp.120)。
FIG. 2 shows a SIMS (Secondary Ion Mass Spe
ctroscopy: secondary ion mass spectrometry)
The depth distribution of elementary atoms is shown. Nitrogen in FIG. 1 (A)
Immediately after ion implantation and at 1700 ° C. for 1 minute in FIG.
The distribution of nitrogen atoms after heat treatment during
As described above, there is no change before and after the heat treatment, and the junction depth is about 0.1 mm.
5 μm. On the other hand, 11 in FIG.
Contact after thermal oxidation in a steam atmosphere at 00 ° C for 420 minutes
As shown in FIG. 2B, the joint depth is about 1.1.
μm. The diffusion constant obtained from this diffusion length is
About 2.0 × 10 -13cm / s. This value is
Approximately two orders of magnitude higher than the reported nitrogen diffusion coefficient in SiC
It is a large value (Sov. Tech. Phys. Lett., Vol. 8 (198
2) pp.120).

【0026】次に、熱酸化膜8上にフォトレジスト膜
(図示省略)を形成し、該フォトレジスト膜にアノード
電極形成用のパターニングを行った後、バッファード弗
酸水溶液による熱酸化膜8のウェットエッチングによ
り、図1(D)に示すように、熱酸化膜8にコンタクト
開口部9を形成し、n型不純物拡散層7側にNiからな
るアノード電極10、p型SiC基板1側にAlからな
るカソード電極11を形成し、Ar雰囲気中にて100
0℃、2分間の熱処理を行って、プレーナ型pn接合ダ
イオードを完成させた。ここで、AlはSiC基板1の
表面と反応することで合金層が形成され、オーミックコ
ンタクトが得られる。
Next, after forming a photoresist film (not shown) on the thermal oxide film 8 and patterning the photoresist film for forming an anode electrode, the thermal oxide film 8 is formed with a buffered hydrofluoric acid aqueous solution. As shown in FIG. 1D, a contact opening 9 is formed in the thermal oxide film 8 by wet etching, an anode electrode 10 made of Ni is formed on the n-type impurity diffusion layer 7 side, and an Al electrode is formed on the p-type SiC substrate 1 side. A cathode electrode 11 made of
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 2 minutes to complete a planar pn junction diode. Here, Al reacts with the surface of the SiC substrate 1 to form an alloy layer, and an ohmic contact is obtained.

【0027】このように、本実施の形態では、SiC基
板1の表面に不純物(窒素イオン4)を導入する工程
(図1(A))と、表面に不純物(注入窒素イオン5)
を導入したSiC基板1の格子間シリコン原子の数を増
加させることにより、不純物ドーピング層6(図1
(B))の不純物をSiC基板1の裏面に向かって拡散
させて、不純物拡散層7を形成する工程(図1(C))
とを備えたものである。
As described above, in the present embodiment, the step of introducing impurities (nitrogen ions 4) into the surface of SiC substrate 1 (FIG. 1A) and the step of introducing impurities (implanted nitrogen ions 5) into the surface
By increasing the number of interstitial silicon atoms of the SiC substrate 1 into which impurities are introduced, the impurity doping layer 6 (FIG.
Step (B) of diffusing the impurities toward the back surface of SiC substrate 1 to form impurity diffusion layer 7 (FIG. 1 (C))
It is provided with.

【0028】上記実施の形態に示したように、本発明に
よれば、SiC基板に形成した不純物ドーピング層に対
し、例えば酸化雰囲気中で熱酸化すると、SiC基板の
格子間シリコン原子の数が増加する。これにより不純物
の拡散定数が増大し、深い不純物拡散層を形成すること
ができる。酸化雰囲気中で熱酸化を行った場合に、不純
物の拡散定数が増大する理由は、以下に述べるとおりで
ある。
As described in the above embodiment, according to the present invention, when the impurity-doped layer formed on the SiC substrate is thermally oxidized, for example, in an oxidizing atmosphere, the number of interstitial silicon atoms in the SiC substrate increases. I do. Thereby, the diffusion constant of the impurity increases, and a deep impurity diffusion layer can be formed. The reason why the diffusion constant of impurities increases when thermal oxidation is performed in an oxidizing atmosphere is as described below.

【0029】図3は、本発明において酸化雰囲気中で熱
酸化を行った場合に、不純物の拡散定数が増大する理由
を説明するための図である。
FIG. 3 is a view for explaining the reason why the diffusion constant of impurities increases when thermal oxidation is performed in an oxidizing atmosphere in the present invention.

【0030】図3において、12はSi原子、13はC
原子、14は自己格子間原子、15は空孔、16はドー
パント・自己格子間原子対、17はドーパント・空孔対
である。
In FIG. 3, 12 is a Si atom and 13 is C
An atom, 14 is a self-interstitial atom, 15 is a vacancy, 16 is a dopant / self-interstitial atom pair, and 17 is a dopant / vacancy pair.

【0031】結晶中に存在する点欠陥(ここでは、図3
の自己格子間原子14、空孔15)は、その周辺に歪み
場を形成したり、電子を捕らえてクーロン場を生じるこ
とが知られている(ReV. Mod. Phys., Vol.61(1989) p
p.289)。
A point defect existing in the crystal (here, FIG. 3
It is known that the self-interstitial atoms 14 and vacancies 15) form a strain field in the vicinity thereof and generate a Coulomb field by capturing electrons (ReV. Mod. Phys., Vol. 61 (1989)). ) p
p.289).

【0032】このため、点欠陥は、ドーパント(不純
物)と対になり、歪み場を緩和したり、クーロン場を遮
蔽することにより、系全体のエネルギーを下げようとす
る。すなわち、図3に示すように、共有結合半径がSi
Cの共有結合半径より小さいドーパントは、系のエネル
ギーを低下するために、自己格子間原子14を引き寄せ
てドーパント・自己格子間原子対16を形成する。一
方、共有結合半径がSiCの共有結合半径より大きいド
ーパントは、機械的な歪みエネルギーを低下するため
に、空孔15を引き寄せてドーパント・空孔対17を形
成する。
For this reason, the point defect is paired with the dopant (impurity), and attempts to lower the energy of the entire system by relaxing the strain field or shielding the Coulomb field. That is, as shown in FIG.
A dopant smaller than the covalent radius of C attracts self-interstitial atoms 14 to form dopant-self-interstitial atom pairs 16 in order to lower the energy of the system. On the other hand, a dopant having a covalent radius larger than the covalent radius of SiC attracts vacancies 15 to form dopant / vacancy pairs 17 in order to reduce mechanical strain energy.

【0033】通常、格子位置に置換されたドーパント
は、隣接する原子(SiCの場合、Si原子、もしくは
C原子)と、強固に共有結合しているため、他の格子位
置に移動することはできない。しかし、ドーパント周辺
に点欠陥が存在する場合、点欠陥はドーパント・点欠陥
対、つまり、ドーパント・自己格子間原子対16、ドー
パント・空孔対17を形成しようとし、その結果、ドー
パントと点欠陥が入れ替わり、ドーパントは元の格子位
置を外れることになる。すなわち、ドーパントは、結晶
中での拡散が可能な状態になる。このため、ドーパント
の拡散定数Dは、定性的に次式(1)で与えられる。
Usually, the dopant substituted at the lattice position cannot move to another lattice position because it is strongly covalently bonded to an adjacent atom (Si atom or C atom in the case of SiC). . However, when a point defect exists around the dopant, the point defect tries to form a dopant-point defect pair, that is, a dopant-self-interstitial atom pair 16 and a dopant-vacancy pair 17, so that the dopant and the point defect Are replaced, and the dopant goes out of the original lattice position. That is, the dopant is in a state where it can be diffused in the crystal. Therefore, the diffusion constant D of the dopant is qualitatively given by the following equation (1).

【0034】 D/Deq=f(C/Cieq)+(1−f)(C/Cveq)…(1) 前式(1)中のfは、ドーパントの種類によって決ま
る定数で、ドーパント・自己格子間原子対16もしくは
ドーパント・空孔対17を形成し、ドーパントが拡散す
る割合を示している。すなわち、自己格子間原子14と
対を形成するドーパントの場合は、fの値はほぼ1に
近くなり、空孔15と対を形成するドーパントの場合
は、fの値はほぼ零に近くなる。また、Cは自己格
子間原子密度、Cは空孔密度、Deqは熱平衡状態に
おける拡散定数、Cieqは熱平衡状態における自己格
子間原子密度、Cveqは熱平衡状態における空孔密度
である。
D / D eq = f i (C i / C ieq ) + (1−f i ) (C v / C veq ) (1) In the above formula (1), f i depends on the kind of the dopant. With the determined constant, the dopant / self-interstitial atom pairs 16 or the dopant / vacancy pairs 17 are formed, and the ratio at which the dopant is diffused is shown. That is, in the case of a dopant forming a pair with the self-interstitials 14, the value of f i is almost close to 1, and in the case of a dopant forming a pair with the vacancy 15, the value of f i is almost close to zero. Become. C i is the self-interstitial atomic density, C v is the vacancy density, D eq is the diffusion constant in the thermal equilibrium state, C ieq is the self-interstitial atomic density in the thermal equilibrium state, and C veq is the vacancy density in the thermal equilibrium state. .

【0035】前式(1)から明らかなように、用いるド
ーパントと自己格子間原子密度C、空孔密度Cが決
まれば、一意的に拡散定数Dが決まる。
[0035] As apparent from Equation (1), using dopant and self-interstitial density C i, once the vacancy density C v, uniquely diffusion constant D is determined.

【0036】SiCの場合、SiとCの結合が強固であ
るため、Siの熱拡散に用いられる温度領域においても
自己格子間原子密度C、空孔密度Cが小さく、その
ため、ドーパントの拡散定数Dが小さい。SiC基板表
面に形成した不純物ドーピング層に対し、熱酸化を行う
と、SiCが酸化される際の体積膨張に伴って酸化膜/
SiC基板界面において格子間Si原子が生じ、SiC
基板中へと基板裏面に向かって拡散する。その結果、前
式(1)中の自己格子間原子密度Cが増大し、ドーパ
ントの拡散定数Dが増大する。したがって、酸化によっ
て効率よくドーパントの拡散速度を増大させるために
は、酸化時間中の単位時間におけるドーパントの拡散定
数Dをいかに増大させるか、すなわち、単位時間当たり
に酸化膜/SiC基板界面において発生する格子間Si
原子の量をいかに増大するかが重要になる(以上、請求
項1、2に関して)。
In the case of SiC, since the bond between Si and C is strong, even in a temperature region used for thermal diffusion of Si, the self-interstitial atom density C i and the vacancy density C v are small, so that the dopant diffusion Constant D is small. When thermal oxidation is performed on the impurity-doped layer formed on the surface of the SiC substrate, the oxide film /
Interstitial Si atoms are generated at the SiC substrate interface, and SiC
It diffuses into the substrate toward the back surface of the substrate. As a result, Equation (1) self-interstitial density C i is increased in the diffusion constant D of the dopant is increased. Therefore, in order to efficiently increase the diffusion rate of the dopant by oxidation, it is necessary to increase the diffusion constant D of the dopant per unit time during the oxidation time, that is, it is generated at the oxide film / SiC substrate interface per unit time. Interstitial Si
It is important how to increase the amount of atoms (the above claims 1 and 2).

【0037】乾燥酸素雰囲気中での通常の熱酸化による
酸化方法の場合、SiCの酸化膜成長速度が小さいた
め、単位時間当たりに酸化膜/SiC基板界面において
発生する格子間Si原子の量は少なく、ドーパントの拡
散速度を効率よく増大させることは困難である。
In the case of an ordinary oxidation method by thermal oxidation in a dry oxygen atmosphere, the amount of interstitial Si atoms generated at the oxide film / SiC substrate interface per unit time is small because the growth rate of the oxide film of SiC is low. It is difficult to efficiently increase the diffusion rate of the dopant.

【0038】本発明者は、特に、水蒸気を含む酸化雰囲
気の全圧を1としたとき、水蒸気分圧0.2以上の酸化
雰囲気中で熱酸化を行うと、酸化反応が著しく促進さ
れ、酸化膜/SiC基板界面において多量の格子間Si
原子が発生するため、SiC基板中の格子間Si原子の
数が急激に増加し、ドーパントの拡散定数Dが上記通常
の熱酸化を行った場合と比較して著しく増大し、Siの
拡散速度を効率よく増大させることが可能であることを
見出した(以上、請求項3、4、5に関して)。
The inventor of the present invention has found that, when the total pressure of the oxidizing atmosphere containing water vapor is set to 1, if the thermal oxidation is performed in an oxidizing atmosphere having a water vapor partial pressure of 0.2 or more, the oxidation reaction is remarkably accelerated, A large amount of interstitial Si at the film / SiC substrate interface
Since atoms are generated, the number of interstitial Si atoms in the SiC substrate rapidly increases, the diffusion constant D of the dopant increases remarkably as compared with the case where the above-mentioned normal thermal oxidation is performed, and the diffusion rate of Si decreases. It has been found that it is possible to increase the efficiency efficiently (above, regarding claims 3, 4 and 5).

【0039】また、本発明において、ドーパントとして
例えば窒素あるいはほう素を用いた場合、両元素の共有
結合半径がSiCの共有結合半径0.97よりも小さい
ため、前式(1)中における定数fの値はほぼ1にな
り、したがって、前式(1)の右辺は第1項のみにな
る。すなわち、自己格子間原子密度Cのみがドーパン
トの拡散定数Dに影響することになり、ドーパントの拡
散速度をより効果的に増大させることが可能である(以
上、請求項6に関して)。
In the present invention, when nitrogen or boron is used as the dopant, for example, the covalent radius of both elements is smaller than the covalent radius of SiC of 0.97. The value of i is almost 1, and therefore the right side of the above equation (1) is only the first term. That is, only the self-interstitial atomic density C i affects the diffusion constant D of the dopant, and it is possible to more effectively increase the diffusion rate of the dopant (above, regarding claim 6).

【0040】また、本発明によると、SiC基板表面に
形成した不純物ドーピング層においては、不純物は酸化
を行った箇所のみが拡散するので、不純物ドーピング層
形成後、拡散を行いたくない箇所を例えばシリコン窒化
膜などによって保護して、酸化を行うことにより、選択
的に深い不純物拡散層を形成することが可能である。
Further, according to the present invention, in the impurity doping layer formed on the surface of the SiC substrate, the impurity is diffused only in the oxidized portion. By performing oxidation with protection by a nitride film or the like, a deep impurity diffusion layer can be selectively formed.

【0041】また、ドーパントの拡散長は酸化時間によ
って制御することが可能であるため、従来の高い加速電
圧によるイオン注入は不要であり、150keV程度の
低い加速電圧で1μm前後のpn接合を形成することが
可能である。
Further, since the diffusion length of the dopant can be controlled by the oxidation time, the conventional ion implantation at a high acceleration voltage is unnecessary, and a pn junction of about 1 μm is formed at a low acceleration voltage of about 150 keV. It is possible.

【0042】さらに、酸化反応のみを利用して拡散定数
Dを増大するので、不純物ドーピング層に対して水素イ
オン照射やγ線照射を行う必要もないから、SiC基板
表面にダメージを生じることなく、また、高価なγ線の
照射機が不要なので、低コストでSiC基板に不純物拡
散領域を形成することができる。
Further, since the diffusion constant D is increased by utilizing only the oxidation reaction, there is no need to perform hydrogen ion irradiation or γ-ray irradiation on the impurity-doped layer. Further, since an expensive γ-ray irradiator is not required, an impurity diffusion region can be formed on the SiC substrate at low cost.

【0043】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。例えば、上記実施の形
態では、半導体基板の格子間シリコン原子の数を増加さ
せるのに、熱酸化を利用したが、外部からシリコンを導
入し、半導体基板の格子間シリコン原子の数を増加させ
ることも可能である。
Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It is. For example, in the above embodiment, thermal oxidation was used to increase the number of interstitial silicon atoms of the semiconductor substrate, but silicon was introduced from the outside to increase the number of interstitial silicon atoms of the semiconductor substrate. Is also possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)〜(D)は、本発明のSiC半導体装置
の製造方法の実施の形態を示す工程断面図である。
FIGS. 1A to 1D are process cross-sectional views illustrating an embodiment of a method for manufacturing a SiC semiconductor device of the present invention.

【図2】SIMSにより分析した窒素原子の深さ方向分
布を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a distribution of nitrogen atoms in a depth direction analyzed by SIMS.

【図3】本発明において不純物の拡散定数が増大する理
由を説明するためのドーパント・点欠陥対を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a dopant / point defect pair for explaining the reason why the diffusion constant of an impurity increases in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…p型SiC単結晶基板、2…p型SiCエピタキシ
ャル成長膜、3…イオン注入マスク、4…窒素イオン、
5…注入窒素イオン、6…不純物ドーピング層、7…n
型不純物拡散層、8…熱酸化膜、9…コンタクト開口
部、10…Niアノード電極、11…Alカソード電
極、12…Si原子、13…C原子、14…自己格子間
原子、15…空孔、16…ドーパント・自己格子間原子
対、17…ドーパント・空孔対。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... p-type SiC single crystal substrate, 2 ... p-type SiC epitaxial growth film, 3 ... ion implantation mask, 4 ... nitrogen ion,
5 ... implanted nitrogen ions, 6 ... impurity doping layer, 7 ... n
Type impurity diffusion layer, 8: thermal oxide film, 9: contact opening, 10: Ni anode electrode, 11: Al cathode electrode, 12: Si atom, 13: C atom, 14: self-interstitials, 15: vacancy , 16: dopant / self-interstitial atom pair, 17: dopant / vacancy pair.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭化珪素半導体基板の表面に不純物を導入
する工程と、 前記半導体基板の格子間シリコン原子の数を増加させる
ことにより、前記不純物を前記半導体基板の裏面に向か
って拡散させて、不純物拡散層を形成する工程とを備え
たことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A step of introducing an impurity into the surface of the silicon carbide semiconductor substrate; and increasing the number of interstitial silicon atoms of the semiconductor substrate to diffuse the impurity toward the back surface of the semiconductor substrate. Forming an impurity diffusion layer.
【請求項2】第1導電型の炭化珪素半導体基板の表面に
第2導電型の不純物を導入する工程と、 前記半導体基板の格子間シリコン原子の数を増加させる
ことにより、前記不純物を前記半導体基板の裏面に向か
って拡散させて、第2導電型の不純物拡散層を形成する
工程とを備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置の
製造方法。
A step of introducing an impurity of a second conductivity type into the surface of a silicon carbide semiconductor substrate of a first conductivity type; and increasing the number of interstitial silicon atoms of the semiconductor substrate to reduce the impurities to the semiconductor. Forming an impurity diffusion layer of the second conductivity type by diffusing toward the back surface of the substrate.
【請求項3】前記半導体基板を酸化雰囲気中で熱酸化さ
せることにより、前記格子間シリコン原子の数を増加さ
せることを特徴とする請求項1または2記載の炭化珪素
半導体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the number of said interstitial silicon atoms is increased by thermally oxidizing said semiconductor substrate in an oxidizing atmosphere.
【請求項4】前記熱酸化は、水蒸気雰囲気中で行なうこ
とを特徴とする請求項3記載の炭化珪素半導体装置の製
造方法。
4. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 3, wherein said thermal oxidation is performed in a steam atmosphere.
【請求項5】前記熱酸化は、酸化雰囲気の全圧を1とし
たときの水蒸気分圧が0.2以上の水蒸気雰囲気中で行
なうことを特徴とする請求項4記載の炭化珪素半導体装
置の製造方法。
5. The silicon carbide semiconductor device according to claim 4, wherein said thermal oxidation is performed in a steam atmosphere having a steam partial pressure of 0.2 or more when the total pressure of said oxidizing atmosphere is 1. Production method.
【請求項6】前記不純物は、窒素またはほう素であるこ
とを特徴とする請求項1、2、3、4、または5記載の
炭化珪素半導体装置の製造方法。
6. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein said impurity is nitrogen or boron.
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