JP3647515B2 - ｐ型炭化珪素半導体の製造方法 - Google Patents
ｐ型炭化珪素半導体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3647515B2 JP3647515B2 JP21925595A JP21925595A JP3647515B2 JP 3647515 B2 JP3647515 B2 JP 3647515B2 JP 21925595 A JP21925595 A JP 21925595A JP 21925595 A JP21925595 A JP 21925595A JP 3647515 B2 JP3647515 B2 JP 3647515B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon carbide
- boron
- carbon
- carbide semiconductor
- type silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 151
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 114
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 97
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 12
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 106
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 102
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 92
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 83
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 26
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 17
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 13
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 claims description 8
- 229910001423 beryllium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 66
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 64
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 64
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 32
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 31
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 7
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 carbon ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
- H01L21/0455—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
- H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/931—Silicon carbide semiconductor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホウ素をドーピングしたｐ型炭化珪素半導体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ｐ型炭化珪素半導体を作製するために、アクセプタ不純物としてIII 族元素のホウ素の導入が試みられている。つまり、結晶成長時にホウ素を添加したりイオン注入で結晶表面からホウ素を添加してホウ素をアクセプタとしたｐ型単結晶炭化珪素を形成することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ホウ素をドーピングして高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素は得られていなかった（例えば、Ｍ．Ｖ．Ｒao et al.：Ｊournal of Ａpplied Ｐhysics Ｖolum７７ Ｎｏ．６（１９９５）ｐ．２４７９）。この原因として、炭化珪素中にドーピングされたホウ素のアクセプタレベルは充満帯レベルを基準として７３５ｍｅＶと深いレベルにあること（Ｓ．Ｇ．Ｂishop et al.：Ａmorphous and Ｃrystalline Ｓilicon Ｃarbide edited by Ｇ．Ｌ．Ｈarris et al.，Ｓpringer-Ｖerlag Ｂerlin Ｈeidelberg （１９８９）ｐ．９０）、また、炭化珪素中にドーピングされたホウ素の位置は、ドーピングされない場合には炭素原子が本来その位置を占める、いわゆる炭素サイトであること（Ｊ．Ａ．Ｆreitas et al. ：Ａmorphous and Ｃrystalline Ｓilicon Ｃarbide III edited by Ｇ．Ｌ．Ｈarris et. al. ，Ｓpringer-Ｖerlag Ｂerlin Ｈeidelberg （１９９２）ｐ．１３５）などがその原因の一つとして報告されている。
【０００４】
そして、ホウ素をドーピングしたｐ型炭化珪素中のキャリア濃度の制御やその方法について、未だ明らかにされていなかった。
そこで、この発明の目的は、ホウ素をドーピングした炭化珪素半導体においてキャリア濃度、活性化率を高くするためｐ型炭化珪素半導体の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、アクセプタ不純物としてホウ素を同時ドーピングした単結晶炭化珪素半導体を形成した後に、炭素をイオン注入する炭素原子増量工程を付加したｐ型炭化珪素半導体の製造方法をその要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、単結晶炭化珪素半導体にアクセプタ不純物としてホウ素をイオン注入してｐ型の単結晶炭化珪素半導体を形成する際に、炭素をイオン注入する炭素原子増量工程を付加したｐ型炭化珪素半導体の製造方法をその要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、イオン注入により添加された炭素の原子密度ｄＣと、既にあったか又はイオン注入により添加されたホウ素の原子密度ｄＢとの間に、ｄＣ≧ｄＢの関係を満足させるようにイオン注入を行うｐ型炭化珪素半導体の製造方法をその要旨とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、イオン注入する炭素における深さ方向の原子密度分布と、ホウ素における深さ方向の原子密度分布とが略同じになるようにイオン注入条件を制御するようにしたｐ型炭化珪素半導体の製造方法をその要旨とする。
【００１７】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、ホウ素を同時ドーピングした単結晶炭化珪素半導体を形成した後に、炭素をイオン注入して炭素原子の増量が行われる。
このように炭素原子を増量することにより、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、単結晶炭化珪素半導体にホウ素をイオン注入してｐ型の単結晶炭化珪素半導体を形成する際に、炭素がイオン注入され、炭素原子の増量が行われる。つまり、単結晶炭化珪素半導体に対しホウ素をイオン注入してから炭素をイオン注入するか、あるいは、炭素をイオン注入してからホウ素をイオン注入することにより、炭素原子の増量が行われる。
【００１９】
このように炭素原子を増量することにより、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。
【００２０】
又、気相成長法に比べ所望の領域に選択的にｐ型炭化珪素半導体を形成できる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の作用に加え、イオン注入により添加された炭素の原子密度ｄＣと、既にあったか又はイオン注入により添加されたホウ素の原子密度ｄＢとの間においてｄＣ≧ｄＢの関係を満足させるようにイオン注入が行われ、ｐ型炭化珪素半導体が製造される。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明の作用に加え、イオン注入条件の制御により、イオン注入する炭素の深さ方向の原子密度分布とホウ素の深さ方向における原子密度分布とが略同じになる。よって、深さ方向においてホウ素の原子密度と炭素の原子密度とをコントロールして所望のキャリア密度分布が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明の第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２３】
本形態では、エピタキシャル基板に具体化している。以下、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すように、ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板１を用意する。そして、図２に示すように、ＣＶＤ法にてｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板１の表面にｎ- 型炭化珪素半導体層２をエピタキシャル成長する。さらに、図３に示すように、ＳｉＨ4 ガスとＣ3 Ｈ8 ガスとＢ2 Ｈ6 ガスとを原料ガスとして用いたＣＶＤ法によりｎ- 型炭化珪素半導体層２上にホウ素をドーピングしたｐ型炭化珪素半導体層３をエピタキシャル成長してダブルエピタキシャル単結晶炭化珪素半導体基板を作製する。ここで、供給原料ガス（ＳｉＨ4 ガス、Ｃ3 Ｈ8 ガス）中において結晶成長に寄与する炭素の供給量ＱC と、結晶成長に寄与する珪素の供給量ＱSiとの間に、１＜ＱC ／ＱSi＜５の関係を満たすようにする。即ち、炭素の量ＱC を珪素の量ＱSiより多くするとともに（ＱC ／ＱSi＞１）、炭化珪素が形成可能な範囲内（ＱC ／ＱSi＜５）にする。
【００２４】
尚、供給原料ガスであるＳｉＨ4 ガスの代わりにＳｉ2 Ｈ6 ガスを用いたり、Ｃ3 Ｈ8 ガスの代わりにＣＨ4 ガスやＣ2 Ｈ4 ガスやＣ2 Ｈ2 ガスを用いてもよい。
【００２５】
このように製造されたｐ型炭化珪素半導体層３においては、炭素の原子密度ｄC と珪素の原子密度ｄSiとの間に１＜ｄC ／ｄSi≦３２／３１の関係を満足しており、ホウ素は珪素位置に存在し、珪素リッチである場合に比べ浅いアクセプタレベルをもつ高キャリア濃度、高キャリア活性化率のｐ型炭化珪素となっている。さらに、炭素リッチな状態として、（イ）結晶格子間に炭素が存在する状態、（ロ）珪素が存在すべき結晶格子位置が空孔の状態、（ハ）珪素が存在すべき結晶格子位置に炭素を配置した状態、（ニ）珪素が存在すべき結晶格子位置にホウ素を配置した状態が考えられるが、本構成では、珪素が存在すべき結晶格子位置の一部にホウ素が配置されているか、珪素が存在すべき結晶格子位置の一部が空孔であるか、あるいは、珪素が存在すべき結晶格子位置の一部に炭素が配置されている。さらに、炭素の原子密度ｄC と、珪素の原子密度ｄSiと、ホウ素の原子密度ｄB との間に、（ｄC −ｄSi）≧ｄB の関係が成立している。ここで、ｄC −ｄSi＝ｄB とは、炭素とホウ素とを１００％置換するための最低条件を示している。
【００２６】
以下、その論理的な説明を行う。
炭化珪素半導体にドーピングされたホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルは、結晶内における不純物元素の位置｛珪素サイト（ドーピングされない場合には本来珪素原子が占める位置）または炭素サイト（同じく本来炭素原子が占める位置）｝によって異なると考えられる。
【００２７】
本発明者らは、実験値や経験定数を参照しない第一原理計算（例えば、日本物理学会誌第４８巻第６号（１９９３年）ｐ４２５）を利用した数値解析手法により、６４原子から成る炭化珪素結晶モデルを作り、炭化珪素半導体の珪素サイトまたは炭素サイトにホウ素原子が１個だけ存在する場合のアクセプタレベル、結晶内の電子状態、生成エネルギーを計算した。
【００２８】
最初に、炭化珪素半導体中のアクセプタ不純物としてのホウ素の、エネルギーバンド図における禁止帯中の不純物レベルについて調べた。計算結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１より、ホウ素原子が１個だけ珪素サイトに配置した６４原子結晶モデルの場合、炭素サイトに比べ浅いアクセプタレベルが得られることが分かった。図３０にホウ素原子を１個だけ珪素サイトに配置した場合の（１１０）面上のアクセプタの波動関数の２乗の等高線を示す。この計算モデルの模式図を図３１に示す。波動関数は６４原子結晶モデルの全域に広がっている。図３２にホウ素原子を１個だけ炭素サイトに配置した場合の（１１０）面上のアクセプタの波動関数の２乗の等高線を示す。波動関数は６４原子結晶モデルの全域に広がっているが、ホウ素を珪素サイトに配置した場合の方が炭素サイトに配置した場合より電子の局在性が弱く、浅いレベルのアクセプタを形成することが波動関数の広がりからも分かった。
【００３１】
このようにホウ素を珪素サイトに配置することで浅いアクセプタレベルが得られることが本解析により明らかになったので、次にホウ素が珪素サイトまたは炭素サイトのいずれに安定に存在しうるかについて生成エネルギーを計算して解析した。
【００３２】
解析には、次に述べる二つの手法を用いた。まず、６４原子結晶モデルの珪素サイトにホウ素原子を１個だけ配置した場合、および炭素サイトにホウ素原子を１個だけ配置した場合について、化学ポテンシャルを用いて生成エネルギーを解析した。ここでは珪素サイトあるいは炭素サイトに配置したホウ素以外に欠陥が存在しないものとする。生成エネルギーＥf は、
Ｅf ＝Ｅ（ｎSi，ｎC ，ｎB ）−ｎSiμSi−ｎC μC −ｎB μB ・・・（１）
で表わされる。ここで、Ｅ（ｎSi，ｎC ，ｎB ）は６４原子結晶モデルの全エネルギー、μSi，μC ，μB は、珪素，炭素，ホウ素の化学ポテンシャルである。ｎSi，ｎC ，ｎB は６４原子結晶モデル中の珪素原子，炭素原子，ホウ素原子の数を表わす。
【００３３】
ホウ素原子１個だけを珪素サイトあるいは炭素サイトに配置した場合を考えるため、ホウ素が珪素サイトに存在する場合の生成エネルギーをＥf ( ＢSi）、ホウ素が炭素サイトに存在する場合の生成エネルギーをＥf ( ＢC ）とすると、生成エネルギーの差は
Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ）＝Ｅ（３１Ｓｉ，３２Ｃ，１Ｂ）−Ｅ（３２Ｓｉ，３１Ｃ，１Ｂ）＋μSi−μC ・・・（２）
で表わされる。この値が正ならホウ素は炭素サイトに、負なら珪素サイトに存在する。炭化珪素の完全結晶の化学ポテンシャルをμSiC(bulk) とすると、
μSi＋μC ＝μSiC(bulk) ・・・（３）
さらに、炭化珪素、珪素、炭素（ダイヤモンド）それぞれの完全結晶の化学ポテンシャルμSiC(bulk) 、μSi(bulk)、μC(bulk) と炭化珪素の生成熱ΔＨf との間には、
μSiC(bulk) ＝μSi(bulk)＋μC(bulk) ＋ΔＨf ・・・（４）
なる関係がある。
【００３４】
ここで、炭化珪素ではΔＨf ＝−０．７ｅＶである。
（３）式、（４）式から
μSi＝μSi(bulk)＋Δμ・・・（５）
を定義すると、（２）式は、（３）式、（４）式、（５）式から
Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ）＝１．０＋２Δμ （ｅＶ）・・・（６）
と表わされる。
【００３５】
化学ポテンシャルΔμの取り得る範囲を検討する。
μSiの最大値はμSi(bulk)に等しい条件であり、（５）式から「０」である。又、μSiの最小値はμC とμC(bulk) が等しい場合であり、（３），（４），（５）式から、μSi(bulk)＋ΔＨf に等しく、−０．７ｅＶである。従って、Δμの取り得る範囲は、
−０．７＜Δμ＜０ （ｅＶ）・・・（７）
である。
【００３６】
前述したように、生成エネルギーの差（Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ））が正ならホウ素は炭素サイトに、負ならホウ素は珪素サイトに存在する方が安定である。炭素原子密度が珪素原子密度より大きい場合を炭素リッチ、小さい場合を珪素リッチとして、生成エネルギーの差（Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ））の計算結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】
炭素リッチモデルでは生成エネルギー差（Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ））は負であり、ホウ素は珪素サイトに存在する方が安定であり、一方、珪素リッチモデルでは生成エネルギー差は正であり、炭素サイトに存在する方が安定であることが分かった。
【００３９】
次に、ホウ素のドーピングに際して、６４原子結晶モデルの珪素サイトにホウ素原子を１個だけ配置した場合、炭素サイトにホウ素原子を１個だけ配置した場合について、ホウ素の存在以外の欠陥がある場合について生成エネルギーを解析した。
生成エネルギーは、
Ｅf ＝｛Ｅ（ｎSi，ｎC ，ｎB ）−ｎSiＥSi M −ｎC ＥC M −ｎB ＥB M ｝−｛Ｅｐ（３２，３２，０）−３２ＥSi M −３２ＥC M ｝（ｎSi＋ｎC ＋ｎB ）／６４・・・（８）
ここで、ＥSi M ，ＥC M ，ＥB M は、珪素，炭素，ホウ素の擬ポテンシャルを用いた場合の孤立原子のエネルギーである。
【００４０】
（８）式は欠陥があるモデルの場合と、６４原子完全結晶モデルとの凝集エネルギーの差から生成エネルギーを定義することを意味する。
欠陥に関し（９）式のような反応が起きるとする。
Ｘ＋（ホウ素）→Ｙ−ΔＥ・・・（９）
ΔＥ＝Ｅf ( Ｙ）−Ｅf ( Ｘ）・・・（１０）
（９）式において、ΔＥが小さいほど反応が起こりやすい。
【００４１】
珪素リッチのモデルについて検討する。
珪素リッチのモデルとして、結晶格子間に珪素が存在する場合、炭素サイトが空孔の場合、および珪素を炭素サイトに配置した場合を考えた。それぞれの生成エネルギーを６４原子モデルで計算した結果、ｐ型炭化珪素の場合は炭素サイトの一つが空孔である場合が、ｎ型炭化珪素の場合は１つの珪素原子が炭素サイトに存在する場合が、エネルギー的にみた確率論において最もできやすい（安定している）。最もできやすいモデルについて、ホウ素原子を１個だけ珪素位置または炭素位置に配置した場合の反応式を表３に示す。
【００４２】
【表３】
【００４３】
珪素リッチモデルでは、ｎ型炭化珪素、ｐ型炭化珪素共に、ホウ素を炭素サイトに配置した場合がΔＥが小さく、炭化珪素の導電型によらずホウ素は炭素サイトで安定であることが分かった。又、珪素リッチのｐ型炭化珪素の炭素サイトの１つが空孔であるモデルは、浅いドナーレベルを発生させ、ドーピングされたアクセプタ不純物としてのホウ素の機能が阻害されるため、炭素サイトの空孔は存在させないのがよいことが分かった。
【００４４】
炭素リッチのモデルについて検討する。
炭素リッチのモデルとして、結晶格子間に炭素が存在する場合、珪素サイトが空孔の場合、および炭素を珪素サイトに配置した場合を考えた。それぞれの生成エネルギーを６４原子モデルで計算した結果、炭化珪素の導電型によらず、１つの炭素原子が珪素サイトに存在する場合が最もできやすい。最もできやすいモデルについて、ホウ素原子を１個だけ珪素位置または炭素位置に配置した場合の反応式を表４に示す。
【００４５】
【表４】
【００４６】
炭素リッチモデルでは、ホウ素を珪素サイトに配置した場合がΔＥが小さく、炭化珪素の導電型によらずホウ素は珪素サイトで安定であることが分かった。又、１個の珪素サイトに炭素原子を配置した６４原子モデルにおいては、元素の周規律表でIV族である珪素の代わりに同じIV族の炭素を存在するため、新たなレベルを発生せず、ドーピングされたアクセプタ不純物としてのホウ素の機能が阻害されないことが分かった。
【００４７】
以上述べたとおり、炭素リッチな炭化珪素半導体にドーピングされたホウ素は、珪素サイトに配置したモデルが安定であり、浅いアクセプタ不純物レベルを実現できる。又、珪素リッチのｐ型炭化珪素の炭素サイトの１つが空孔であるモデルは、浅いドナーレベルを発生させ、ドーピングされたアクセプタ不純物としてのホウ素の機能が阻害されるため炭素サイトの空孔が無い方が、ホウ素がアクセプタ不純物として有効に働く。
【００４８】
以上詳述したように本実施の形態では、結晶成長に寄与する炭素を、結晶成長に寄与する珪素よりも多く供給してｐ型の単結晶炭化珪素半導体（３）を気相成長させることにより、成分元素である炭素の原子密度ｄC と珪素の原子密度ｄSiとの間に１＜ｄC ／ｄSi≦３２／３１の関係を満足させるようにしたので、形成された単結晶炭化珪素半導体において炭素原子が増量され、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。
【００４９】
本実施の形態における応用例として、図１〜３では、ｐ／ｎ- ／ｎ+ 構造のエピタキシャル基板の作製を例にとって説明したが、図４，５，６に示すようにｎ／ｐ- ／ｐ+ 構造であってもよい。
【００５０】
つまり、図４に示すように、ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板４を用意し、図５に示すように、その表面にｐ- 型炭化珪素半導体層５をＣＶＤ法にてエピタキシャル成長する。さらに、図６に示すように、ＣＶＤ法によりｐ- 型炭化珪素半導体層５上にｎ型炭化珪素半導体層６をエピタキシャル成長してダブルエピタキシャル単結晶炭化珪素基板を作製する。この場合のｐ- 型炭化珪素半導体層５の形成時に前述したように供給原料ガス（ＳｉＨ4 ガス、Ｃ3 Ｈ8 ガス）中における結晶成長に寄与する炭素の量ＱC と結晶成長に寄与する珪素の量ＱSiとを、１＜ＱC ／ＱSi＜５の条件を満たすようにしてもよい。
【００５１】
又、他の応用例としては、図７に示すように、ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板７を用意し、図８に示すように、その表面にｐ- 型炭化珪素半導体層８をＣＶＤ法にてエピタキシャル成長する場合において、ｐ- 型炭化珪素半導体層８の成長時に、前述したように供給原料ガス（ＳｉＨ4 ガス、Ｃ3 Ｈ8 ガス）中における結晶成長に寄与する炭素の量ＱC と結晶成長に寄与する珪素の量ＱSiとを、１＜ＱC ／ＱSi＜５の条件を満たすようにしてもよい。
（第２の実施の形態）
次に、この発明の第２の実施の形態を図面に従って説明する。
【００５２】
本実施の形態では、ｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴに具体化している。以下、図９〜図１８を用いて説明する。このＭＯＳＦＥＴにおいては、図１８に示すように、低抵抗ｐ型炭化珪素層１５を介してソース電極１９とｐ型炭化珪素半導体層１３とのコンタクトがとられている。
【００５３】
まず、図９に示すように、ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板１１を用意し、その表面にｎ- 型炭化珪素半導体層１２をＣＶＤ法にてエピタキシャル成長し、さらに、ｎ- 型炭化珪素半導体層１２上に、ｐ型炭化珪素半導体層１３をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。その結果、炭化珪素半導体基板２１が形成される。
【００５４】
そして、図１０に示すように、炭化珪素半導体基板２１の表面にマスク材２２を配置し、この状態で基板２１の所定領域に窒素をイオン注入してｎ+ 型ソース領域１４を形成する。そして、図１１に示すように、例えば珪素酸化膜をマスク材２３として用いてｐ型炭化珪素半導体層１３の所定領域に炭素をイオン注入する。続いて、図１２に示すように、同じマスク材２３を用いてホウ素をイオン注入する。この際、図１９に示すように、イオン注入された炭素の原子密度ｄC と、イオン注入されたホウ素の原子密度ｄB との間に、ｄC ≧ｄB の関係があるように炭素とホウ素のイオン注入を行うとよい。又、イオン注入する炭素の深さ方向における原子密度分布は、ホウ素の深さ方向における原子密度分布と略同じにすると更によい。より具体的には、イオン注入の際の加速電圧や注入量を調整することにより原子密度分布をコントロールすることができる。又、炭素とホウ素の注入順序はどちらが先でもよい。
【００５５】
この後、図１３に示すようにマスク材２３を除去するとともに、結晶性の回復とホウ素の活性化を目的とした熱処理を実施する。このようにして、ｎ+ 型ソース領域１４の周囲に低抵抗ｐ型炭化珪素領域１５が形成される。
【００５６】
さらに、図１４に示すように、ソース領域１４及びｐ型炭化珪素半導体層１３を共に貫通してｎ- 型炭化珪素半導体層１２に達する溝１６を形成する。そして、図１５に示すように、溝１６の内部を含む基板上にゲート酸化膜となる酸化膜１７ａを配置し、図１６に示すように、溝１６の内部における酸化膜１７ａの上にゲート電極１８を配置する。さらに、図１７に示すように、ゲート電極１８の上および酸化膜１７ａの上に酸化膜１７ｂを配置する。
【００５７】
その後、図１８に示すように、溝１６の周辺部の酸化膜１７ａ，１７ｂを残して他の酸化膜１７ａ，１７ｂを除去するとともに、基板上にソース電極１９をデポする。その結果、ソース領域１４と低抵抗ｐ型炭化珪素領域１５にはそれぞれソース電極１９が接触する。尚、ソース領域１４と低抵抗ｐ型炭化珪素領域１５の電極は、別々の材料でもよい。又、ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板１１の裏面には、ドレイン電極２０を形成する。
【００５８】
このようにしてｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴが製造される。
このように本実施の形態では、単結晶炭化珪素半導体（１３）にホウ素をイオン注入してｐ型の単結晶炭化珪素半導体（１５）を形成する際に、炭素をイオン注入して炭素原子の増量を行うようにした。即ち、単結晶炭化珪素半導体（１３）に対しホウ素をイオン注入してから炭素をイオン注入するか、あるいは、炭素をイオン注入してからホウ素をイオン注入することにより、炭素原子の増量が行われる。このように炭素原子を増量することにより、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。
【００５９】
又、イオン注入法を用いているので気相成長法に比べ所望の領域に選択的にｐ型炭化珪素半導体を形成できる。
さらに、図１９に示すように、イオン注入により添加された炭素の原子密度ｄC と、既にあったか又はイオン注入により添加されたホウ素の原子密度ｄB との間に、ｄC ≧ｄB の関係を満足させるように炭素とホウ素のイオン注入を行ったので、炭素の原子密度ｄC と珪素の原子密度ｄSiとホウ素の原子密度ｄB との間において（ｄC −ｄSi）≧ｄB を満足させることができる。
【００６０】
さらには、図１９に示すように、イオン注入条件の制御により、イオン注入する炭素の深さ方向の原子密度分布と、ホウ素の深さ方向における原子密度分布とを略同じにした。よって、深さ方向においてホウ素の原子密度と炭素の原子密度とをコントロールして所望のキャリア密度分布を得ることができる。
【００６１】
上述した例では、イオン注入にてホウ素がドーピングされた単結晶炭化珪素半導体（１３）を形成した後に、炭素をイオン注入して炭素原子の増量を行う場合について説明したが、気相成長にてホウ素がドーピングされた単結晶炭化珪素を形成した後に、炭素をイオン注入して炭素原子の増量を行うようにしてもよい。つまり、アクセプタ不純物としてホウ素を同時ドーピングした単結晶炭化珪素半導体を形成した後に、炭素をイオン注入する炭素原子増量工程を付加することにより、炭素原子の増量を行う。このように炭素原子を増量することにより、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。この場合の、ホウ素を同時ドーピングした単結晶炭化珪素半導体を形成するとは、気相成長により単結晶炭化珪素半導体を形成するプロセスの他にも、昇華再結晶法により単結晶炭化珪素半導体を形成するプロセスを含むものである。
【００６２】
この気相成長にて形成された単結晶炭化珪素半導体に対し炭素のイオン注入を行う場合において、イオン注入により添加された炭素の原子密度ｄC と、既にあったホウ素の原子密度ｄB との間に、ｄC ≧ｄB の関係を満足させるように炭素のイオン注入を行うことにより、炭素の原子密度ｄC と、珪素の原子密度ｄSiと、ホウ素の原子密度ｄB との間に、（ｄC −ｄSi）≧ｄB の関係を満足する単結晶炭化珪素半導体を形成することができる。
【００６３】
これまでの説明においてはｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴ製造に適用した場合を示したが、図２０〜２９に示すように、ｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造プロセスにも適用できる。
【００６４】
まず、図２０に示すように、ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板２４の表面にｐ- 型炭化珪素半導体層２５をＣＶＤ法にてエピタキシャル成長し、さらにその上にｎ型炭化珪素半導体層２６をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。そして、図２１に示すように、マスク材２７を用いてｎ型炭化珪素半導体層２６の所定領域に炭素をイオン注入するとともに、図２２に示すように、同じマスク材２７を用いてホウ素をイオン注入する。この際、図１９に示したように、イオン注入された炭素の原子密度ｄC と、イオン注入されたホウ素の原子密度ｄB との間に、ｄC ≧ｄB の関係があり、かつ、両原子の原子密度分布を略同じにする。このようにして、ｐ+ 型ソース領域２８が形成され、この際の炭素とホウ素をイオン注入するプロセスにおいて前述した効果が得られる。
【００６５】
そして、図２３に示すように、マスク材２９を用いてｎ型炭化珪素半導体層２６の所定領域に窒素をイオン注入して、ｐ+ 型ソース領域２８の周囲に低抵抗ｎ+ 型炭化珪素領域３０を形成する。さらに、図２４に示すように、マスク材２９を除去した後、図２５に示すように、ソース領域２８及びｎ型炭化珪素半導体層２６を共に貫通してｐ- 型炭化珪素半導体層２５に達する溝３１を形成する。そして、図２６に示すように、溝３１の内部を含む基板上にゲート酸化膜となる酸化膜３２ａを配置し、図２７に示すように、溝３１の内部における酸化膜３２ａの上にゲート電極３３を配置する。さらに、図２８に示すように、ゲート電極３３の上および酸化膜３２ａの上に酸化膜３２ｂを配置する。
【００６６】
その後、図２９に示すように、溝３１の周辺部の酸化膜３２ａ，３２ｂを残して他の酸化膜３２ａ，３２ｂを除去するとともに、基板上にソース電極３４をデポする。又、ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板２４の裏面にドレイン電極３５を形成して、ｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造が完了する。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、高キャリア濃度、高キャリア活性化率のｐ型炭化珪素半導体を製造することができる。特に、請求項７に記載の発明においては、所望の領域に選択的にｐ型炭化珪素半導体を形成することができる。
【００６９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明の効果に加え、深さ方向においてホウ素の原子密度と炭素の原子密度とをコントロールして所望のキャリア密度分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図２】第１の実施の形態におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図３】第１の実施の形態におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図５】第１の実施の形態の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図６】第１の実施の形態の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図７】第１の実施の形態の他の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図８】第１の実施の形態の他の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図９】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１０】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１１】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１２】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１３】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１４】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１５】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１６】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１７】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１８】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１９】イオン注入された炭素の原子密度の深さ分布とイオン注入されたホウ素の原子密度の深さ分布図。
【図２０】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２１】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２２】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２３】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２４】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２５】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２６】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２７】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２８】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２９】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図３０】ホウ素原子を１個だけ珪素サイトに配置した場合の（１１０）面上のアクセプタの波動関数の２乗の等高線。
【図３１】ホウ素原子を１個だけ珪素サイトに配置した場合の計算モデルの模式図。
【図３２】ホウ素原子を１個だけ炭素サイトに配置した場合の（１１０）面上のアクセプタの波動関数の２乗の等高線。
【符号の説明】
１…ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、２…ｎ- 型炭化珪素半導体層、３…ｐ型炭化珪素半導体層、４…ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、５…ｐ- 型炭化珪素半導体層、６…ｎ型炭化珪素半導体層、７…ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、８…ｐ- 型炭化珪素半導体層、１１…ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、１２…ｎ- 型炭化珪素半導体層、１３…ｐ型炭化珪素半導体層、１４…ｎ+ 型ソース領域、１５…低抵抗ｐ型炭化珪素領域、２４…ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、２５…ｐ- 型炭化珪素半導体層、２６…ｎ型炭化珪素半導体層、２８…ｐ+ 型ソース領域
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホウ素をドーピングしたｐ型炭化珪素半導体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ｐ型炭化珪素半導体を作製するために、アクセプタ不純物としてIII 族元素のホウ素の導入が試みられている。つまり、結晶成長時にホウ素を添加したりイオン注入で結晶表面からホウ素を添加してホウ素をアクセプタとしたｐ型単結晶炭化珪素を形成することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ホウ素をドーピングして高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素は得られていなかった（例えば、Ｍ．Ｖ．Ｒao et al.：Ｊournal of Ａpplied Ｐhysics Ｖolum７７ Ｎｏ．６（１９９５）ｐ．２４７９）。この原因として、炭化珪素中にドーピングされたホウ素のアクセプタレベルは充満帯レベルを基準として７３５ｍｅＶと深いレベルにあること（Ｓ．Ｇ．Ｂishop et al.：Ａmorphous and Ｃrystalline Ｓilicon Ｃarbide edited by Ｇ．Ｌ．Ｈarris et al.，Ｓpringer-Ｖerlag Ｂerlin Ｈeidelberg （１９８９）ｐ．９０）、また、炭化珪素中にドーピングされたホウ素の位置は、ドーピングされない場合には炭素原子が本来その位置を占める、いわゆる炭素サイトであること（Ｊ．Ａ．Ｆreitas et al. ：Ａmorphous and Ｃrystalline Ｓilicon Ｃarbide III edited by Ｇ．Ｌ．Ｈarris et. al. ，Ｓpringer-Ｖerlag Ｂerlin Ｈeidelberg （１９９２）ｐ．１３５）などがその原因の一つとして報告されている。
【０００４】
そして、ホウ素をドーピングしたｐ型炭化珪素中のキャリア濃度の制御やその方法について、未だ明らかにされていなかった。
そこで、この発明の目的は、ホウ素をドーピングした炭化珪素半導体においてキャリア濃度、活性化率を高くするためｐ型炭化珪素半導体の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、アクセプタ不純物としてホウ素を同時ドーピングした単結晶炭化珪素半導体を形成した後に、炭素をイオン注入する炭素原子増量工程を付加したｐ型炭化珪素半導体の製造方法をその要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、単結晶炭化珪素半導体にアクセプタ不純物としてホウ素をイオン注入してｐ型の単結晶炭化珪素半導体を形成する際に、炭素をイオン注入する炭素原子増量工程を付加したｐ型炭化珪素半導体の製造方法をその要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、イオン注入により添加された炭素の原子密度ｄＣと、既にあったか又はイオン注入により添加されたホウ素の原子密度ｄＢとの間に、ｄＣ≧ｄＢの関係を満足させるようにイオン注入を行うｐ型炭化珪素半導体の製造方法をその要旨とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、イオン注入する炭素における深さ方向の原子密度分布と、ホウ素における深さ方向の原子密度分布とが略同じになるようにイオン注入条件を制御するようにしたｐ型炭化珪素半導体の製造方法をその要旨とする。
【００１７】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、ホウ素を同時ドーピングした単結晶炭化珪素半導体を形成した後に、炭素をイオン注入して炭素原子の増量が行われる。
このように炭素原子を増量することにより、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、単結晶炭化珪素半導体にホウ素をイオン注入してｐ型の単結晶炭化珪素半導体を形成する際に、炭素がイオン注入され、炭素原子の増量が行われる。つまり、単結晶炭化珪素半導体に対しホウ素をイオン注入してから炭素をイオン注入するか、あるいは、炭素をイオン注入してからホウ素をイオン注入することにより、炭素原子の増量が行われる。
【００１９】
このように炭素原子を増量することにより、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。
【００２０】
又、気相成長法に比べ所望の領域に選択的にｐ型炭化珪素半導体を形成できる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の作用に加え、イオン注入により添加された炭素の原子密度ｄＣと、既にあったか又はイオン注入により添加されたホウ素の原子密度ｄＢとの間においてｄＣ≧ｄＢの関係を満足させるようにイオン注入が行われ、ｐ型炭化珪素半導体が製造される。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明の作用に加え、イオン注入条件の制御により、イオン注入する炭素の深さ方向の原子密度分布とホウ素の深さ方向における原子密度分布とが略同じになる。よって、深さ方向においてホウ素の原子密度と炭素の原子密度とをコントロールして所望のキャリア密度分布が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明の第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２３】
本形態では、エピタキシャル基板に具体化している。以下、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すように、ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板１を用意する。そして、図２に示すように、ＣＶＤ法にてｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板１の表面にｎ- 型炭化珪素半導体層２をエピタキシャル成長する。さらに、図３に示すように、ＳｉＨ4 ガスとＣ3 Ｈ8 ガスとＢ2 Ｈ6 ガスとを原料ガスとして用いたＣＶＤ法によりｎ- 型炭化珪素半導体層２上にホウ素をドーピングしたｐ型炭化珪素半導体層３をエピタキシャル成長してダブルエピタキシャル単結晶炭化珪素半導体基板を作製する。ここで、供給原料ガス（ＳｉＨ4 ガス、Ｃ3 Ｈ8 ガス）中において結晶成長に寄与する炭素の供給量ＱC と、結晶成長に寄与する珪素の供給量ＱSiとの間に、１＜ＱC ／ＱSi＜５の関係を満たすようにする。即ち、炭素の量ＱC を珪素の量ＱSiより多くするとともに（ＱC ／ＱSi＞１）、炭化珪素が形成可能な範囲内（ＱC ／ＱSi＜５）にする。
【００２４】
尚、供給原料ガスであるＳｉＨ4 ガスの代わりにＳｉ2 Ｈ6 ガスを用いたり、Ｃ3 Ｈ8 ガスの代わりにＣＨ4 ガスやＣ2 Ｈ4 ガスやＣ2 Ｈ2 ガスを用いてもよい。
【００２５】
このように製造されたｐ型炭化珪素半導体層３においては、炭素の原子密度ｄC と珪素の原子密度ｄSiとの間に１＜ｄC ／ｄSi≦３２／３１の関係を満足しており、ホウ素は珪素位置に存在し、珪素リッチである場合に比べ浅いアクセプタレベルをもつ高キャリア濃度、高キャリア活性化率のｐ型炭化珪素となっている。さらに、炭素リッチな状態として、（イ）結晶格子間に炭素が存在する状態、（ロ）珪素が存在すべき結晶格子位置が空孔の状態、（ハ）珪素が存在すべき結晶格子位置に炭素を配置した状態、（ニ）珪素が存在すべき結晶格子位置にホウ素を配置した状態が考えられるが、本構成では、珪素が存在すべき結晶格子位置の一部にホウ素が配置されているか、珪素が存在すべき結晶格子位置の一部が空孔であるか、あるいは、珪素が存在すべき結晶格子位置の一部に炭素が配置されている。さらに、炭素の原子密度ｄC と、珪素の原子密度ｄSiと、ホウ素の原子密度ｄB との間に、（ｄC −ｄSi）≧ｄB の関係が成立している。ここで、ｄC −ｄSi＝ｄB とは、炭素とホウ素とを１００％置換するための最低条件を示している。
【００２６】
以下、その論理的な説明を行う。
炭化珪素半導体にドーピングされたホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルは、結晶内における不純物元素の位置｛珪素サイト（ドーピングされない場合には本来珪素原子が占める位置）または炭素サイト（同じく本来炭素原子が占める位置）｝によって異なると考えられる。
【００２７】
本発明者らは、実験値や経験定数を参照しない第一原理計算（例えば、日本物理学会誌第４８巻第６号（１９９３年）ｐ４２５）を利用した数値解析手法により、６４原子から成る炭化珪素結晶モデルを作り、炭化珪素半導体の珪素サイトまたは炭素サイトにホウ素原子が１個だけ存在する場合のアクセプタレベル、結晶内の電子状態、生成エネルギーを計算した。
【００２８】
最初に、炭化珪素半導体中のアクセプタ不純物としてのホウ素の、エネルギーバンド図における禁止帯中の不純物レベルについて調べた。計算結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
表１より、ホウ素原子が１個だけ珪素サイトに配置した６４原子結晶モデルの場合、炭素サイトに比べ浅いアクセプタレベルが得られることが分かった。図３０にホウ素原子を１個だけ珪素サイトに配置した場合の（１１０）面上のアクセプタの波動関数の２乗の等高線を示す。この計算モデルの模式図を図３１に示す。波動関数は６４原子結晶モデルの全域に広がっている。図３２にホウ素原子を１個だけ炭素サイトに配置した場合の（１１０）面上のアクセプタの波動関数の２乗の等高線を示す。波動関数は６４原子結晶モデルの全域に広がっているが、ホウ素を珪素サイトに配置した場合の方が炭素サイトに配置した場合より電子の局在性が弱く、浅いレベルのアクセプタを形成することが波動関数の広がりからも分かった。
【００３１】
このようにホウ素を珪素サイトに配置することで浅いアクセプタレベルが得られることが本解析により明らかになったので、次にホウ素が珪素サイトまたは炭素サイトのいずれに安定に存在しうるかについて生成エネルギーを計算して解析した。
【００３２】
解析には、次に述べる二つの手法を用いた。まず、６４原子結晶モデルの珪素サイトにホウ素原子を１個だけ配置した場合、および炭素サイトにホウ素原子を１個だけ配置した場合について、化学ポテンシャルを用いて生成エネルギーを解析した。ここでは珪素サイトあるいは炭素サイトに配置したホウ素以外に欠陥が存在しないものとする。生成エネルギーＥf は、
Ｅf ＝Ｅ（ｎSi，ｎC ，ｎB ）−ｎSiμSi−ｎC μC −ｎB μB ・・・（１）
で表わされる。ここで、Ｅ（ｎSi，ｎC ，ｎB ）は６４原子結晶モデルの全エネルギー、μSi，μC ，μB は、珪素，炭素，ホウ素の化学ポテンシャルである。ｎSi，ｎC ，ｎB は６４原子結晶モデル中の珪素原子，炭素原子，ホウ素原子の数を表わす。
【００３３】
ホウ素原子１個だけを珪素サイトあるいは炭素サイトに配置した場合を考えるため、ホウ素が珪素サイトに存在する場合の生成エネルギーをＥf ( ＢSi）、ホウ素が炭素サイトに存在する場合の生成エネルギーをＥf ( ＢC ）とすると、生成エネルギーの差は
Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ）＝Ｅ（３１Ｓｉ，３２Ｃ，１Ｂ）−Ｅ（３２Ｓｉ，３１Ｃ，１Ｂ）＋μSi−μC ・・・（２）
で表わされる。この値が正ならホウ素は炭素サイトに、負なら珪素サイトに存在する。炭化珪素の完全結晶の化学ポテンシャルをμSiC(bulk) とすると、
μSi＋μC ＝μSiC(bulk) ・・・（３）
さらに、炭化珪素、珪素、炭素（ダイヤモンド）それぞれの完全結晶の化学ポテンシャルμSiC(bulk) 、μSi(bulk)、μC(bulk) と炭化珪素の生成熱ΔＨf との間には、
μSiC(bulk) ＝μSi(bulk)＋μC(bulk) ＋ΔＨf ・・・（４）
なる関係がある。
【００３４】
ここで、炭化珪素ではΔＨf ＝−０．７ｅＶである。
（３）式、（４）式から
μSi＝μSi(bulk)＋Δμ・・・（５）
を定義すると、（２）式は、（３）式、（４）式、（５）式から
Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ）＝１．０＋２Δμ （ｅＶ）・・・（６）
と表わされる。
【００３５】
化学ポテンシャルΔμの取り得る範囲を検討する。
μSiの最大値はμSi(bulk)に等しい条件であり、（５）式から「０」である。又、μSiの最小値はμC とμC(bulk) が等しい場合であり、（３），（４），（５）式から、μSi(bulk)＋ΔＨf に等しく、−０．７ｅＶである。従って、Δμの取り得る範囲は、
−０．７＜Δμ＜０ （ｅＶ）・・・（７）
である。
【００３６】
前述したように、生成エネルギーの差（Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ））が正ならホウ素は炭素サイトに、負ならホウ素は珪素サイトに存在する方が安定である。炭素原子密度が珪素原子密度より大きい場合を炭素リッチ、小さい場合を珪素リッチとして、生成エネルギーの差（Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ））の計算結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
炭素リッチモデルでは生成エネルギー差（Ｅf ( ＢSi）−Ｅf ( ＢC ））は負であり、ホウ素は珪素サイトに存在する方が安定であり、一方、珪素リッチモデルでは生成エネルギー差は正であり、炭素サイトに存在する方が安定であることが分かった。
【００３９】
次に、ホウ素のドーピングに際して、６４原子結晶モデルの珪素サイトにホウ素原子を１個だけ配置した場合、炭素サイトにホウ素原子を１個だけ配置した場合について、ホウ素の存在以外の欠陥がある場合について生成エネルギーを解析した。
生成エネルギーは、
Ｅf ＝｛Ｅ（ｎSi，ｎC ，ｎB ）−ｎSiＥSi M −ｎC ＥC M −ｎB ＥB M ｝−｛Ｅｐ（３２，３２，０）−３２ＥSi M −３２ＥC M ｝（ｎSi＋ｎC ＋ｎB ）／６４・・・（８）
ここで、ＥSi M ，ＥC M ，ＥB M は、珪素，炭素，ホウ素の擬ポテンシャルを用いた場合の孤立原子のエネルギーである。
【００４０】
（８）式は欠陥があるモデルの場合と、６４原子完全結晶モデルとの凝集エネルギーの差から生成エネルギーを定義することを意味する。
欠陥に関し（９）式のような反応が起きるとする。
Ｘ＋（ホウ素）→Ｙ−ΔＥ・・・（９）
ΔＥ＝Ｅf ( Ｙ）−Ｅf ( Ｘ）・・・（１０）
（９）式において、ΔＥが小さいほど反応が起こりやすい。
【００４１】
珪素リッチのモデルについて検討する。
珪素リッチのモデルとして、結晶格子間に珪素が存在する場合、炭素サイトが空孔の場合、および珪素を炭素サイトに配置した場合を考えた。それぞれの生成エネルギーを６４原子モデルで計算した結果、ｐ型炭化珪素の場合は炭素サイトの一つが空孔である場合が、ｎ型炭化珪素の場合は１つの珪素原子が炭素サイトに存在する場合が、エネルギー的にみた確率論において最もできやすい（安定している）。最もできやすいモデルについて、ホウ素原子を１個だけ珪素位置または炭素位置に配置した場合の反応式を表３に示す。
【００４２】
【表３】
珪素リッチモデルでは、ｎ型炭化珪素、ｐ型炭化珪素共に、ホウ素を炭素サイトに配置した場合がΔＥが小さく、炭化珪素の導電型によらずホウ素は炭素サイトで安定であることが分かった。又、珪素リッチのｐ型炭化珪素の炭素サイトの１つが空孔であるモデルは、浅いドナーレベルを発生させ、ドーピングされたアクセプタ不純物としてのホウ素の機能が阻害されるため、炭素サイトの空孔は存在させないのがよいことが分かった。
【００４４】
炭素リッチのモデルについて検討する。
炭素リッチのモデルとして、結晶格子間に炭素が存在する場合、珪素サイトが空孔の場合、および炭素を珪素サイトに配置した場合を考えた。それぞれの生成エネルギーを６４原子モデルで計算した結果、炭化珪素の導電型によらず、１つの炭素原子が珪素サイトに存在する場合が最もできやすい。最もできやすいモデルについて、ホウ素原子を１個だけ珪素位置または炭素位置に配置した場合の反応式を表４に示す。
【００４５】
【表４】
炭素リッチモデルでは、ホウ素を珪素サイトに配置した場合がΔＥが小さく、炭化珪素の導電型によらずホウ素は珪素サイトで安定であることが分かった。又、１個の珪素サイトに炭素原子を配置した６４原子モデルにおいては、元素の周規律表でIV族である珪素の代わりに同じIV族の炭素を存在するため、新たなレベルを発生せず、ドーピングされたアクセプタ不純物としてのホウ素の機能が阻害されないことが分かった。
【００４７】
以上述べたとおり、炭素リッチな炭化珪素半導体にドーピングされたホウ素は、珪素サイトに配置したモデルが安定であり、浅いアクセプタ不純物レベルを実現できる。又、珪素リッチのｐ型炭化珪素の炭素サイトの１つが空孔であるモデルは、浅いドナーレベルを発生させ、ドーピングされたアクセプタ不純物としてのホウ素の機能が阻害されるため炭素サイトの空孔が無い方が、ホウ素がアクセプタ不純物として有効に働く。
【００４８】
以上詳述したように本実施の形態では、結晶成長に寄与する炭素を、結晶成長に寄与する珪素よりも多く供給してｐ型の単結晶炭化珪素半導体（３）を気相成長させることにより、成分元素である炭素の原子密度ｄC と珪素の原子密度ｄSiとの間に１＜ｄC ／ｄSi≦３２／３１の関係を満足させるようにしたので、形成された単結晶炭化珪素半導体において炭素原子が増量され、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。
【００４９】
本実施の形態における応用例として、図１〜３では、ｐ／ｎ- ／ｎ+ 構造のエピタキシャル基板の作製を例にとって説明したが、図４，５，６に示すようにｎ／ｐ- ／ｐ+ 構造であってもよい。
【００５０】
つまり、図４に示すように、ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板４を用意し、図５に示すように、その表面にｐ- 型炭化珪素半導体層５をＣＶＤ法にてエピタキシャル成長する。さらに、図６に示すように、ＣＶＤ法によりｐ- 型炭化珪素半導体層５上にｎ型炭化珪素半導体層６をエピタキシャル成長してダブルエピタキシャル単結晶炭化珪素基板を作製する。この場合のｐ- 型炭化珪素半導体層５の形成時に前述したように供給原料ガス（ＳｉＨ4 ガス、Ｃ3 Ｈ8 ガス）中における結晶成長に寄与する炭素の量ＱC と結晶成長に寄与する珪素の量ＱSiとを、１＜ＱC ／ＱSi＜５の条件を満たすようにしてもよい。
【００５１】
又、他の応用例としては、図７に示すように、ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板７を用意し、図８に示すように、その表面にｐ- 型炭化珪素半導体層８をＣＶＤ法にてエピタキシャル成長する場合において、ｐ- 型炭化珪素半導体層８の成長時に、前述したように供給原料ガス（ＳｉＨ4 ガス、Ｃ3 Ｈ8 ガス）中における結晶成長に寄与する炭素の量ＱC と結晶成長に寄与する珪素の量ＱSiとを、１＜ＱC ／ＱSi＜５の条件を満たすようにしてもよい。
（第２の実施の形態）
次に、この発明の第２の実施の形態を図面に従って説明する。
【００５２】
本実施の形態では、ｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴに具体化している。以下、図９〜図１８を用いて説明する。このＭＯＳＦＥＴにおいては、図１８に示すように、低抵抗ｐ型炭化珪素層１５を介してソース電極１９とｐ型炭化珪素半導体層１３とのコンタクトがとられている。
【００５３】
まず、図９に示すように、ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板１１を用意し、その表面にｎ- 型炭化珪素半導体層１２をＣＶＤ法にてエピタキシャル成長し、さらに、ｎ- 型炭化珪素半導体層１２上に、ｐ型炭化珪素半導体層１３をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。その結果、炭化珪素半導体基板２１が形成される。
【００５４】
そして、図１０に示すように、炭化珪素半導体基板２１の表面にマスク材２２を配置し、この状態で基板２１の所定領域に窒素をイオン注入してｎ+ 型ソース領域１４を形成する。そして、図１１に示すように、例えば珪素酸化膜をマスク材２３として用いてｐ型炭化珪素半導体層１３の所定領域に炭素をイオン注入する。続いて、図１２に示すように、同じマスク材２３を用いてホウ素をイオン注入する。この際、図１９に示すように、イオン注入された炭素の原子密度ｄC と、イオン注入されたホウ素の原子密度ｄB との間に、ｄC ≧ｄB の関係があるように炭素とホウ素のイオン注入を行うとよい。又、イオン注入する炭素の深さ方向における原子密度分布は、ホウ素の深さ方向における原子密度分布と略同じにすると更によい。より具体的には、イオン注入の際の加速電圧や注入量を調整することにより原子密度分布をコントロールすることができる。又、炭素とホウ素の注入順序はどちらが先でもよい。
【００５５】
この後、図１３に示すようにマスク材２３を除去するとともに、結晶性の回復とホウ素の活性化を目的とした熱処理を実施する。このようにして、ｎ+ 型ソース領域１４の周囲に低抵抗ｐ型炭化珪素領域１５が形成される。
【００５６】
さらに、図１４に示すように、ソース領域１４及びｐ型炭化珪素半導体層１３を共に貫通してｎ- 型炭化珪素半導体層１２に達する溝１６を形成する。そして、図１５に示すように、溝１６の内部を含む基板上にゲート酸化膜となる酸化膜１７ａを配置し、図１６に示すように、溝１６の内部における酸化膜１７ａの上にゲート電極１８を配置する。さらに、図１７に示すように、ゲート電極１８の上および酸化膜１７ａの上に酸化膜１７ｂを配置する。
【００５７】
その後、図１８に示すように、溝１６の周辺部の酸化膜１７ａ，１７ｂを残して他の酸化膜１７ａ，１７ｂを除去するとともに、基板上にソース電極１９をデポする。その結果、ソース領域１４と低抵抗ｐ型炭化珪素領域１５にはそれぞれソース電極１９が接触する。尚、ソース領域１４と低抵抗ｐ型炭化珪素領域１５の電極は、別々の材料でもよい。又、ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板１１の裏面には、ドレイン電極２０を形成する。
【００５８】
このようにしてｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴが製造される。
このように本実施の形態では、単結晶炭化珪素半導体（１３）にホウ素をイオン注入してｐ型の単結晶炭化珪素半導体（１５）を形成する際に、炭素をイオン注入して炭素原子の増量を行うようにした。即ち、単結晶炭化珪素半導体（１３）に対しホウ素をイオン注入してから炭素をイオン注入するか、あるいは、炭素をイオン注入してからホウ素をイオン注入することにより、炭素原子の増量が行われる。このように炭素原子を増量することにより、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。
【００５９】
又、イオン注入法を用いているので気相成長法に比べ所望の領域に選択的にｐ型炭化珪素半導体を形成できる。
さらに、図１９に示すように、イオン注入により添加された炭素の原子密度ｄC と、既にあったか又はイオン注入により添加されたホウ素の原子密度ｄB との間に、ｄC ≧ｄB の関係を満足させるように炭素とホウ素のイオン注入を行ったので、炭素の原子密度ｄC と珪素の原子密度ｄSiとホウ素の原子密度ｄB との間において（ｄC −ｄSi）≧ｄB を満足させることができる。
【００６０】
さらには、図１９に示すように、イオン注入条件の制御により、イオン注入する炭素の深さ方向の原子密度分布と、ホウ素の深さ方向における原子密度分布とを略同じにした。よって、深さ方向においてホウ素の原子密度と炭素の原子密度とをコントロールして所望のキャリア密度分布を得ることができる。
【００６１】
上述した例では、イオン注入にてホウ素がドーピングされた単結晶炭化珪素半導体（１３）を形成した後に、炭素をイオン注入して炭素原子の増量を行う場合について説明したが、気相成長にてホウ素がドーピングされた単結晶炭化珪素を形成した後に、炭素をイオン注入して炭素原子の増量を行うようにしてもよい。つまり、アクセプタ不純物としてホウ素を同時ドーピングした単結晶炭化珪素半導体を形成した後に、炭素をイオン注入する炭素原子増量工程を付加することにより、炭素原子の増量を行う。このように炭素原子を増量することにより、ホウ素を珪素位置に存在させることができる。よって、ホウ素の活性化率を決定するアクセプタレベルが浅くなる。その結果、高キャリア濃度、高活性化率のｐ型炭化珪素半導体が得られる。この場合の、ホウ素を同時ドーピングした単結晶炭化珪素半導体を形成するとは、気相成長により単結晶炭化珪素半導体を形成するプロセスの他にも、昇華再結晶法により単結晶炭化珪素半導体を形成するプロセスを含むものである。
【００６２】
この気相成長にて形成された単結晶炭化珪素半導体に対し炭素のイオン注入を行う場合において、イオン注入により添加された炭素の原子密度ｄC と、既にあったホウ素の原子密度ｄB との間に、ｄC ≧ｄB の関係を満足させるように炭素のイオン注入を行うことにより、炭素の原子密度ｄC と、珪素の原子密度ｄSiと、ホウ素の原子密度ｄB との間に、（ｄC −ｄSi）≧ｄB の関係を満足する単結晶炭化珪素半導体を形成することができる。
【００６３】
これまでの説明においてはｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴ製造に適用した場合を示したが、図２０〜２９に示すように、ｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造プロセスにも適用できる。
【００６４】
まず、図２０に示すように、ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板２４の表面にｐ- 型炭化珪素半導体層２５をＣＶＤ法にてエピタキシャル成長し、さらにその上にｎ型炭化珪素半導体層２６をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。そして、図２１に示すように、マスク材２７を用いてｎ型炭化珪素半導体層２６の所定領域に炭素をイオン注入するとともに、図２２に示すように、同じマスク材２７を用いてホウ素をイオン注入する。この際、図１９に示したように、イオン注入された炭素の原子密度ｄC と、イオン注入されたホウ素の原子密度ｄB との間に、ｄC ≧ｄB の関係があり、かつ、両原子の原子密度分布を略同じにする。このようにして、ｐ+ 型ソース領域２８が形成され、この際の炭素とホウ素をイオン注入するプロセスにおいて前述した効果が得られる。
【００６５】
そして、図２３に示すように、マスク材２９を用いてｎ型炭化珪素半導体層２６の所定領域に窒素をイオン注入して、ｐ+ 型ソース領域２８の周囲に低抵抗ｎ+ 型炭化珪素領域３０を形成する。さらに、図２４に示すように、マスク材２９を除去した後、図２５に示すように、ソース領域２８及びｎ型炭化珪素半導体層２６を共に貫通してｐ- 型炭化珪素半導体層２５に達する溝３１を形成する。そして、図２６に示すように、溝３１の内部を含む基板上にゲート酸化膜となる酸化膜３２ａを配置し、図２７に示すように、溝３１の内部における酸化膜３２ａの上にゲート電極３３を配置する。さらに、図２８に示すように、ゲート電極３３の上および酸化膜３２ａの上に酸化膜３２ｂを配置する。
【００６６】
その後、図２９に示すように、溝３１の周辺部の酸化膜３２ａ，３２ｂを残して他の酸化膜３２ａ，３２ｂを除去するとともに、基板上にソース電極３４をデポする。又、ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板２４の裏面にドレイン電極３５を形成して、ｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造が完了する。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、高キャリア濃度、高キャリア活性化率のｐ型炭化珪素半導体を製造することができる。特に、請求項７に記載の発明においては、所望の領域に選択的にｐ型炭化珪素半導体を形成することができる。
【００６９】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明の効果に加え、深さ方向においてホウ素の原子密度と炭素の原子密度とをコントロールして所望のキャリア密度分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図２】第１の実施の形態におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図３】第１の実施の形態におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図５】第１の実施の形態の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図６】第１の実施の形態の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図７】第１の実施の形態の他の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図８】第１の実施の形態の他の応用例におけるエピタキシャル基板の製造工程を示す断面図。
【図９】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１０】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１１】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１２】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１３】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１４】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１５】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１６】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１７】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１８】第２の実施の形態におけるｎチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図１９】イオン注入された炭素の原子密度の深さ分布とイオン注入されたホウ素の原子密度の深さ分布図。
【図２０】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２１】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２２】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２３】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２４】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２５】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２６】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２７】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２８】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図２９】第２の実施の形態の応用例におけるｐチャネル縦型ＳｉＣ・ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図。
【図３０】ホウ素原子を１個だけ珪素サイトに配置した場合の（１１０）面上のアクセプタの波動関数の２乗の等高線。
【図３１】ホウ素原子を１個だけ珪素サイトに配置した場合の計算モデルの模式図。
【図３２】ホウ素原子を１個だけ炭素サイトに配置した場合の（１１０）面上のアクセプタの波動関数の２乗の等高線。
【符号の説明】
１…ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、２…ｎ- 型炭化珪素半導体層、３…ｐ型炭化珪素半導体層、４…ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、５…ｐ- 型炭化珪素半導体層、６…ｎ型炭化珪素半導体層、７…ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、８…ｐ- 型炭化珪素半導体層、１１…ｎ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、１２…ｎ- 型炭化珪素半導体層、１３…ｐ型炭化珪素半導体層、１４…ｎ+ 型ソース領域、１５…低抵抗ｐ型炭化珪素領域、２４…ｐ+ 型単結晶炭化珪素半導体基板、２５…ｐ- 型炭化珪素半導体層、２６…ｎ型炭化珪素半導体層、２８…ｐ+ 型ソース領域
Claims (4)
- アクセプタ不純物としてホウ素を同時ドーピングした単結晶炭化珪素半導体を形成した後に、炭素をイオン注入する炭素原子増量工程を付加したことを特徴とするｐ型炭化珪素半導体の製造方法。
- 単結晶炭化珪素半導体にアクセプタ不純物としてホウ素をイオン注入してｐ型の単結晶炭化珪素半導体を形成する際に、炭素をイオン注入する炭素原子増量工程を付加したことを特徴とするｐ型炭化珪素半導体の製造方法。
- イオン注入により添加された炭素の原子密度ｄ Ｃ と、既にあったか又はイオン注入により添加されたホウ素の原子密度ｄ Ｂ との間に、ｄ Ｃ ≧ｄ Ｂ の関係を満足させるようにイオン注入を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のｐ型炭化珪素半導体の製造方法。
- イオン注入する炭素の深さ方向の原子密度分布と、ホウ素の深さ方向における原子密度分布とが略同じになるようにイオン注入条件を制御するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載のｐ型炭化珪素半導体の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21925595A JP3647515B2 (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | ｐ型炭化珪素半導体の製造方法 |
| US08/704,820 US6133120A (en) | 1995-08-28 | 1996-08-28 | Boron-doped p-type single crystal silicon carbide semiconductor and process for preparing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21925595A JP3647515B2 (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | ｐ型炭化珪素半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963968A JPH0963968A (ja) | 1997-03-07 |
| JP3647515B2 true JP3647515B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=16732660
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21925595A Expired - Fee Related JP3647515B2 (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | ｐ型炭化珪素半導体の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6133120A (ja) |
| JP (1) | JP3647515B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4186337B2 (ja) | 1998-09-30 | 2008-11-26 | 株式会社デンソー | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 |
| JP3650727B2 (ja) | 2000-08-10 | 2005-05-25 | Ｈｏｙａ株式会社 | 炭化珪素製造方法 |
| US6498078B2 (en) * | 2000-09-05 | 2002-12-24 | The Regents Of The University Of California | Method for enhancing the solubility of boron and indium in silicon |
| JP4802380B2 (ja) * | 2001-03-19 | 2011-10-26 | 株式会社デンソー | 半導体基板の製造方法 |
| US7238597B2 (en) * | 2002-09-27 | 2007-07-03 | Brontek Delta Corporation | Boron ion delivery system |
| JP4418794B2 (ja) * | 2004-02-06 | 2010-02-24 | パナソニック株式会社 | 炭化珪素半導体素子の製造方法 |
| JP4470690B2 (ja) * | 2004-10-29 | 2010-06-02 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素単結晶、炭化珪素基板および炭化珪素単結晶の製造方法 |
| JP5155536B2 (ja) * | 2006-07-28 | 2013-03-06 | 一般財団法人電力中央研究所 | ＳｉＣ結晶の質を向上させる方法およびＳｉＣ半導体素子の製造方法 |
| CA2759856A1 (en) * | 2009-10-13 | 2011-04-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for manufacturing silicon carbide substrate, silicon carbide substrate, and semiconductor device |
| JP5763514B2 (ja) | 2011-12-13 | 2015-08-12 | トヨタ自動車株式会社 | スイッチング素子の製造方法 |
| JP5579216B2 (ja) * | 2012-03-26 | 2014-08-27 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP5943509B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2016-07-05 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 炭化珪素基板への成膜方法 |
| US10304939B2 (en) * | 2013-11-13 | 2019-05-28 | Mitsubishi Electric Corporation | SiC semiconductor device having pn junction interface and method for manufacturing the SiC semiconductor device |
| JP6289952B2 (ja) | 2014-03-19 | 2018-03-07 | 株式会社東芝 | ＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法、半導体装置の製造方法 |
| JP6115678B1 (ja) | 2016-02-01 | 2017-04-19 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| US9917170B2 (en) * | 2016-04-22 | 2018-03-13 | Infineon Technologies Ag | Carbon based contact structure for silicon carbide device technical field |
| JP2019117871A (ja) * | 2017-12-27 | 2019-07-18 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0249422A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-19 | Sharp Corp | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JPH0770695B2 (ja) * | 1989-03-27 | 1995-07-31 | シャープ株式会社 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| DE4009837A1 (de) * | 1989-03-27 | 1990-10-11 | Sharp Kk | Verfahren zur herstellung einer halbleitereinrichtung |
| JPH05335257A (ja) * | 1992-06-03 | 1993-12-17 | Showa Shell Sekiyu Kk | ｐ型シリコンカーバイドの形成方法 |
| JP3146694B2 (ja) * | 1992-11-12 | 2001-03-19 | 富士電機株式会社 | 炭化けい素ｍｏｓｆｅｔおよび炭化けい素ｍｏｓｆｅｔの製造方法 |
| US5709745A (en) * | 1993-01-25 | 1998-01-20 | Ohio Aerospace Institute | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
| CA2113336C (en) * | 1993-01-25 | 2001-10-23 | David J. Larkin | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
| JPH07106265A (ja) * | 1993-10-06 | 1995-04-21 | Fuji Electric Co Ltd | 炭化けい素半導体素子の製造方法 |
-
1995
- 1995-08-28 JP JP21925595A patent/JP3647515B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-08-28 US US08/704,820 patent/US6133120A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0963968A (ja) | 1997-03-07 |
| US6133120A (en) | 2000-10-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3647515B2 (ja) | ｐ型炭化珪素半導体の製造方法 | |
| JP4117914B2 (ja) | 半導体層中のドーパント拡散制御プロセス及びそれにより形成された半導体層 | |
| JP3650727B2 (ja) | 炭化珪素製造方法 | |
| Lau et al. | Improvement of crystalline quality of epitaxial Si layers by ion‐implantation techniques | |
| CN109478495B (zh) | 半导体基板 | |
| WO2000068474A1 (fr) | Plaquette en sic, dispositif a semiconducteur en sic et procede de fabrication de plaquette en sic | |
| TW200921763A (en) | Diffusion control in heavily doped substrates | |
| WO2001018872A1 (fr) | TRANCHE DE SiC, DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR DE SiC, ET PROCEDE DE PRODUCTION D'UNE TRANCHE DE SiC | |
| US5334283A (en) | Process for selectively etching diamond | |
| CN100492590C (zh) | 生长应变层的方法 | |
| Davis | Epitaxial growth and doping of and device development in monocyrstalline β-SiC semiconductor thin films | |
| JP2004356257A (ja) | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法 | |
| DE102017121693B4 (de) | Dotierungsverfahren | |
| Hirano et al. | Nitrogen implantation in (100)‐β‐SiC layers grown on Si substrate | |
| JP5109912B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、半導体装置 | |
| JP2004343133A (ja) | 炭化珪素製造方法、炭化珪素及び半導体装置 | |
| JP2503628B2 (ja) | バイポ―ラトランジスタの製造方法 | |
| JP4013660B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| Kobayashi et al. | Ion beam induced crystallization in BP | |
| US6987072B2 (en) | Method of producing semiconductor crystal | |
| JP6686419B2 (ja) | シリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法およびシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハ | |
| JP3461819B2 (ja) | 半導体結晶膜の製造方法 | |
| US20130017674A1 (en) | Cryogenic silicon ion-implantation and recrystallization annealing | |
| JPH09232324A (ja) | 半導体基板及びその製造方法 | |
| JP2880785B2 (ja) | シリサイド層の形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041012 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041110 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041202 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20050121 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050208 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050209 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090218 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090218 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100218 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110218 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120218 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130218 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140218 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |