JP2003086529A

JP2003086529A - 炭化珪素半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2003086529A
Application number: JP2001276707A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nakamura; 広希中村; Kumar Rajesh; クマールラジェシュ; Yoshinori Otsuka; 義則大塚
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: JP4686945B2

Abstract

(57)【要約】【課題】表面濃度の減少を防止しデバイス特性を向上す
ることができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供す
る。【解決手段】るつぼ構造の誘導加熱炉１にＳｉＣ粉末と
不純物ドーパントとなる粉末である炭化アルミニウムと
からなる原料２を入れ、その原料２の上方に原料２側を
不純物領域形成面としてＳｉＣ基板３を取り付ける。Ｓ
ｉＣ基板３はｐ型不純物領域を形成すべき部分をパター
ンニングし、必要な深さだけＨｅ等をイオン注入してア
モルファス化している。原料２を２０００℃に加熱して
不純物ドーパントを昇華させＳｉＣ基板３に当たること
でアモルファス化された領域内に不純物が拡散する。ま
たＳｉＣ基板３も１９００℃となりアモルファス化され
た領域では不純物が拡散しながら再結晶化し単結晶とな
る。熱処理中に継続的に不純物を供給することができる
ため表面付近の不純物濃度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】炭化珪素半導体装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりＳｉ半導体装置においてイオン
注入後に熱処理を行うことで不純物領域を形成する方法
が知られている。この方法を炭化珪素（ＳｉＣ）半導体
装置の不純物領域形成について適用すると、熱処理によ
る不純物の拡散速度が非常に遅く、不純物が拡散しにく
いといった問題がある。

【０００３】そこで、図１（ａ）に示すように、Ａｒ，
Ｃなどの不活性な元素を注入してＳｉＣをアモルファス
化させ、そのアモルファス化させた領域にＢ，Ａｌなど
のドーパントを注入して、熱処理を行うことで、図１
（ｂ）のように不純物を拡散させる方法が知られてい
る。

【０００４】このようにアモルファス化された領域での
不純物の拡散係数は大きく、アモルファス化されていな
い単結晶領域での不純物の拡散係数は小さいため、アモ
ルファス領域と単結晶領域の境界で不純物の拡散が止ま
る。またアモルファス化した領域は、活性化熱処理で単
結晶化し（再結晶化）、欠陥が存在しない不純物領域が
形成される。したがって、このような拡散係数の違いに
よってセルファーラインなどを生成することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにアモルファス化した領域にイオン注入により不純物
層を形成した後、活性化熱処理によって再結晶化させる
と、表面の不純物濃度が減少し、図２に示すような不純
物のプロファイルとなる。すなわち、活性化熱処理によ
って深さ方向への拡散が起こって表面付近の濃度が減少
する。また活性化熱処理により不純物が基板表面から抜
け出てしまう（アウトディフュージョンする）ため、表
面濃度が減少する。このように表面付近の不純物濃度が
減少することにより、表面に電極等を付けた際に、その
電極等とのコンタクト抵抗が増加しデバイス特性に影響
が出るといった問題があった。

【０００６】そこで本発明は、表面濃度の減少を防止
し、電極等とのコンタクト抵抗を低減して、デバイス特
性を向上させることができる炭化珪素半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上述した
問題点を解決するためになされた請求項１に記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法によれば、アモルファス化さ
せた炭化珪素半導体（ＳｉＣ）基板へ継続的に不純物を
供給しながら活性化熱処理を行うことができ、表面の不
純物濃度を高めることができる。したがって、電極等を
形成した場合のコンタクト抵抗が小さくなり、良好なオ
ーミック特性が得られる。活性化熱処理は１８００℃以
上で行われるため、処理時間が長くなるにつれ、ＳｉＣ
基板中のＳｉが昇華するＳｉ抜けによる基板の表面荒れ
が進行する。そのためドーパントとともにＳｉＣ粉末を
封入して加熱する。このようにすることで平衡状態が保
たれＳｉ抜けによる基板の表面荒れを防止することがで
きる。

【０００８】こうした熱処理による不純物領域の深さ
は、請求項２に示すようにアモルファス層の深さで制御
することができ、請求項３に示すようして選択的に行う
ことができる。すなわちアモルファス領域は結晶性が崩
れているため不純物が拡散しやすいが、単結晶領域では
ほとんど拡散しない。したがって、ＳｉＣ基板中で不純
物領域を形成したい位置（部分）について必要な深さだ
けアモルファス化することで、容易に設計通りに不純物
領域を形成することができる。アモルファス層の深さは
例えばアモルファス化するために打ち込むイオンのエネ
ルギーを調節すれば容易に制御することができる。また
アモルファス領域の形成位置は例えばアモルファス化す
るためのイオン打ち込み前にアモルファス化する部分以
外の部分についてパターンニングを行いＬＴＯを形成し
ておくことで容易に制御することができる。

【０００９】こうしたアモルファス化は、請求項４に示
すように、ＳｉＣに対して不活性な元素を注入（打ち込
み）して行うとよい。ＳｉＣに対して不活性な元素とし
ては、例えば請求項５に示すように、Ｈｅ，Ａｒ，Ｓ
ｉ，またはＣを用いることができる。また不活性な元素
のドーズ量は例えば請求項６に示すように１×１０¹⁴ｃ
ｍ^-2〜１×１０¹⁷ｃｍ^-2とすればよい。そして、このよ
うな不活性な元素の注入は、請求項７に示すように常温
で行うとよい。

【００１０】なお請求項４〜７においては、ＳｉＣに対
して不活性な元素を注入することとしたが、請求項８に
示すようにドーパントを注入してアモルファス化しても
よい。例えばドーパントととしてＡｌ等を打ち込むこと
ができる。請求項１〜８において、ドーパントは請求項
９に示すように、粉末あるいはガスを用いるとよい。す
なわち、液体では沸騰する可能性があるため、熱処理温
度において昇華する粉末、あるいは、気体（ガス）のい
ずれかを用いるとよい。粉末は取り扱いが容易である一
方、ガスは制御が容易なので不純物濃度の制御が容易に
できる。

【００１１】こうしたドーパントとしては、請求項１０
に示すように炭化アルミニウム（Ａｌ₄Ｃ₃）や請求項１
１に示すようにホウ素（Ｂ）または炭化ホウ素（Ｂ
₄Ｃ）、請求項１２に示すようにトリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡ）または３フッカボロン（ＢＦ３）を用いる
ことにより、ｐ型不純物領域を形成することができる。
また、ｎ型不純物領域を形成する場合にも同様にｎ型の
ドーパントを使用すればよい。

【００１２】そして、請求項１に示すように気化したド
ーパントをＳｉＣ基板に当てる場合に、効率を高めるた
め、請求項１３のようにするとよい。例えば、気化した
ドーパントの流速方向とＳｉＣ基板の処理面の法線方向
とが対向するように設置することで気化したドーパント
を直接ＳｉＣ基板に当てることができる。このように直
接気化したドーパントを当てることで効率よく不純物領
域を形成することができる。

【００１３】こうした炭化珪素半導体装置を製造する際
のＳｉＣ基板は、例えば請求項１４に示すものを用いる
ことができる。また、加熱は例えば請求項１５に示すも
ので行うことができる。こうした加熱を行う際には、請
求項１６に示すようにドーパントとなる粉末の温度をＳ
ｉＣ基板に比べて１００℃〜１５０℃高くするとよい。
また熱処理時の圧力は請求項１７に示すように４００ｈ
Ｐａ〜８００ｈＰａの低圧状態で行うとよい。このよう
にすることで、アモルファス化されたＳｉＣ基板内にド
ーパントを効率よく取り込ませることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明が適用された実施例
について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の
形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発
明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうること
は言うまでもない。

【００１５】本実施例の炭化珪素半導体の製造方法とし
て、図３に高温気相拡散法による製造方法を示す。本実
施例の高温気相拡散法は図３に示すように、るつぼ構造
の誘導加熱炉１に、ＳｉＣ粉末と不純物ドーパントとな
る粉末とからなる原料２を入れ、その原料２の上方に原
料２側を不純物領域を形成する面としてＳｉＣ基板３を
取り付ける。そして誘導加熱炉１を誘導加熱し、原料２
を２０００℃に加熱する。

【００１６】ＳｉＣ基板３は、図１（ａ）に示すよう
に、ｐ型不純物領域を形成すべき部分にＬＴＯを形成
し、ｐ型領域の形成が必要な深さだけ、予めアモルファ
ス化している。このアモルファス化は、ＳｉＣに対して
不活性な元素であるＨｅ，Ａｒ，ＳｉまたはＣを室温で
イオン注入して行っている。

【００１７】誘導加熱炉１は、原料２を２０００℃に加
熱した際にＳｉＣ基板３の温度が１９００℃になるよう
に構成されている。また不純物ドーパントととしては、
炭化アルミニウム（Ａｌ₄Ｃ₃），ホウ素（Ｂ）または炭
化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）を用いる。

【００１８】誘導加熱炉１を加熱し、原料２を２０００
℃に加熱することで、原料２の不純物ドーパントは昇華
し、昇華ガスとなって図３の矢印の向きに上昇し、Ｓｉ
Ｃ基板３に直接当たる。よってＳｉＣ基板３のアモルフ
ァス化された領域に昇華ガスとなったドーパントが当た
り、この領域内に不純物が拡散する。またＳｉＣ基板３
も１９００℃となるためアモルファス化された領域は、
不純物が拡散されながら再結晶化されて、完全な単結晶
となる。

【００１９】この高温気相拡散法では、熱処理中に継続
的に不純物を供給することができるため、不純物プロフ
ァイルは図４に示すようになり、表面付近の不純物濃度
を高めることができる。よって、電極との接触抵抗を低
減することが可能となりデバイス特性を向上させること
ができる。

【００２０】なお本実施例では不活性なガスをイオン注
入することによってアモルファス化することとしたが、
ドーパントを注入してアモルファス化してもよい。注入
する元素のドーズ量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×１０¹⁷ｃ
ｍ^-2とするとよい。また不純物ドーパントは粉末として
説明したが、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）
または３フッカボロン（ＢＦ₃）のようなガス（気体）
を用いてもよい。そして、熱処理時の圧力は４００〜８
００ｈＰａとするとよい。

【００２１】本実施例では誘導加熱炉１を用いることと
したがヒータ、ランプを用いて加熱する炉としてもよ
い。次に、このような高温気相拡散法を、トレンチ型Ｊ
ＦＥＴのｐ型ゲートプロセスへの適用例を図５及び図６
を参照して説明する。

【００２２】図５（ａ）は、炭化珪素半導体装置として
のトレンチ型ＪＦＥＴの製造工程において、トレンチを
形成し、チャンネルエピ膜を形成した状態を示す図であ
る。図５（ａ）のＳｉＣ基板表面に不純物とならない不
活性な元素（Ａｒ，Ｃ，Ｓｉ，Ｈｅなど）をイオン注入
で打ち込み、表面にアモルファス層を形成する（図５
（ｂ）参照）。注入時の温度は常温（ＲＴ）である。

【００２３】このようにアモルファス層を形成した状態
のＳｉＣ基板を前述した誘導加熱炉１内に、アモルファ
ス化した表面に昇華したドーパントが直接当たるように
セットして高温気相拡散法による熱処理を行う。アモル
ファス化された領域（図５（ｂ）のアモルファス層）
は、不純物ドーパントが拡散しやすいため、容易にｐ型
不純物層が形成される（図６（ｃ）参照）。

【００２４】ｐ型不純物領域の深さはチャネル部の電子
の通り道を確保するため、深さ制御が重要となるが、ア
モルファス化させる領域は深さは不活性元素の加速エネ
ルギーで制御できるため、容易に制御できる。また、高
温気相拡散は１８００℃以上の高温の熱処理であるた
め、アモルファス化された領域は再結晶化され、完全な
単結晶に戻る。したがって、欠陥のない、不純物の高活
性化率を実現した不純物領域を形成できる。

【００２５】高温気相拡散法により、図５（ｃ）の状態
となったＳｉＣ基板に対して、必要な部分のみ残るよう
にＬＴＯデポとパターンニングを行いＳｉＣエッチング
をした後、ＬＴＯを除去することで、図５（ｄ）のよう
なｐ型ゲートとチャネルエピ膜を得ることができる。こ
の状態から、ｐ型不純物領域に電極となる金属を蒸着す
るなど、図示しない通常のＪＦＥＴ製造工程を経て、ト
レンチ型ＪＦＥＴを製造することができる。このように
高温気相拡散法により、ｐ型不純物の高活性化を実現し
た欠陥のないｐ型不純物領域を形成できるため、ｐｎ接
合のビルトインポテンシャルＶｂｉが理想のＶｂｉ＝
２．８Ｖに近づき、チャネル部の電子の通り道が十分に
確保される。また、ｐ型不純物領域の表面の電極との接
触抵抗が小さくなり、デバイスのオン抵抗を低減するこ
とができ、良好なデバイス特性を得ることができる。

【００２６】なお、図５に示したトレンチ型ＪＦＥＴの
ｐ型ゲート形成プロセスでは、図５（ｂ），（ｃ）に示
すようにｐ型不純物領域を基板表面全体に形成した後、
図５（ｄ）に示すようにパターンニングを行うこととし
たが、図６に示すように、ｐ型不純物領域を形成したい
部分のみがアモルファス化されるように、ＬＴＯ等でパ
ターニングを行い（図６（ｂ）参照）、高温気相拡散法
でｐ型不純物領域を形成した後（図６（ｃ）参照）、チ
ャネルエピ膜のパターンニングを行う（図６（ｄ）参
照）プロセスとしてもよい。このようなプロセスを採用
した場合も図５に示して説明したプロセスによる効果と
同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳｉＣにおけるアモルファス化と熱処理による
ｐ型不純物領域の形成方法を説明する説明図である。

【図２】従来の炭化珪素半導体装置の製造方法による不
純物プロファイルを示す図である。

【図３】実施例の炭化珪素半導体装置の製造装置の断面
図である。

【図４】実施例の炭化珪素半導体装置の製造方法による
不純物プロファイルを示す図である。

【図５】実施例の製造方法をトレンチ型ＪＦＥＴのｐ型
ゲート形成プロセスに適用した場合の例を示す図であ
る。

【図６】図５のトレンチ型ＪＦＥＴのｐ型ゲート形成プ
ロセスの別例を示す図である。

【符号の説明】

１…誘導加熱炉２…原料３…ＳｉＣ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚義則愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 5F102 FA03 GB05 GC08 GC09 GD04 GJ02 GL02 HC00 HC05 HC07 HC21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面をアモルファス化させた炭化珪素
半導体（ＳｉＣ）基板とドーパントとＳｉＣ粉末とを一
緒に封入して１８００度以上に加熱する熱処理を行っ
て、気化したドーパントを前記アモルファス化させたＳ
ｉＣ基板に当てることにより当該ドーパントの不純物領
域を前記ＳｉＣ基板に形成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】請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製
造方法において、前記不純物領域の深さは、アモルファス層の深さで制御
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３】請求項１または２に記載の炭化珪素半導体
装置の製造方法において、前記不純物領域の形成位置は、アモルファス領域の形成
位置で制御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４】請求項１〜３のいずれかに記載の炭化珪素
半導体装置の製造方法において、前記アモルファス化は、ＳｉＣに対して不活性な元素を
注入して行う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５】請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製
造方法において、前記不活性な元素として、Ｈｅ，Ａｒ，ＳｉまたはＣを
用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６】請求項４または５に記載の炭化珪素半導体
装置の製造方法において、前記不活性な元素のドーズ量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×
１０¹⁷ｃｍ^-2と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７】請求項４〜６のいずれかに記載の炭化珪素
半導体装置の製造方法において、前記不活性な元素の注入は室温で行うことを特徴とする
炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項８】請求項４〜７のいずれかに記載の炭化珪素
半導体装置の製造方法において、前記不活性な元素に代えてドーパントを用いることを特
徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の炭化珪素
半導体装置の製造方法において、前記ドーパントは粉末またはガスであることを特徴とす
る炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の炭化珪
素半導体装置の製造方法において、前記ドーパントとして炭化アルミニウム（Ａｌ₄Ｃ₃）を
用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１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法において、前記ドーパントとしてホウ素（Ｂ）または炭化ホウ素
（Ｂ₄Ｃ）を用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１２】請求項１〜１１のいずれかに記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法において、前記ドーパントとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）または３フッカボロン（ＢＦ₃）を用いることを特
徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１３】請求項１〜１２のいずれかに記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法において、前記気化したドーパントは前記ＳｉＣ基板に直接当てる
ように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１４】請求項１〜１３のいずれかに記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法において、前記ＳｉＣ基板は、４Ｈ，６Ｈまたは１５Ｒの（０００
１）面（Ｃ面）もしくは（１１−２０）面（ａ面）を使
う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１５】請求項１〜１４のいずれかに記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法において、前記加熱は、ＲＦ、ヒータ、ランプの少なくともいずれ
か１を用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１６】請求項１〜１５のいずれかに記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法において、前記ドーパントとなる粉末の温度は、前記ＳｉＣ基板に
比べ、１００℃〜１５０℃高く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１７】請求項１〜１６のいずれかに記載の炭化
珪素半導体装置の製造方法において、前記熱処理時の圧力は、４００ｈＰａ〜８００ｈＰａと
することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。