JP4042336B2 - Silicon carbide semiconductor element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭化珪素を素材とする半導体素子、すなわち炭化珪素半導体素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
炭化珪素は、半導体素子の素材としてシリコンより優れた点が多く、電力用半導体や高周波半導体への利用を目指して実用化のための研究が精力的におこなわれている。
炭化珪素の結晶構造には6H型や4H型、3C型があり、その単結晶は昇華法によって作製される。炭化珪素半導体素子は、単結晶基板にCVD(化学的気相成長法)により所定のキャリア濃度のエピタキシャル成長層を形成したり、局所的に伝導性の制御を行うためにイオン注入を実施して作製される。また、炭化珪素を、たとえば1100〜1200℃の高温の酸化雰囲気中に曝すと、炭化珪素中の炭素は酸化されて二酸化炭素(CO2 )となり、一方炭化珪素中の珪素は酸化されて、表面に二酸化珪素(SiO2 )膜が形成される。その熱酸化膜を半導体素子の絶縁膜として利用することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
昇華法による基板やエピタキシャル成長層は、製造装置内に残留もしくは混入した大気中の窒素ガスを取り込んで、n型の伝導性を示す傾向にある。特にエピタキシャル成長工程は、1500℃以上の高温で、しかも長時間におよぶ工程である。また、ドーパントのイオン注入も活性化率向上のため、1000℃以上の高温でおこなわれることが多い。
【0004】
熱酸化の際に、炭化珪素中の炭素はCO2ガスになって、系外に排出される。その際、取り込まれた窒素もガスとして外部に排出されるが,その一部は炭化珪素中の珪素原子と結合して熱酸化膜との界面近傍の炭化珪素中に極微細な窒化珪素粒子が形成される。例えば整流素子の−種であるショットキダイオードを作製する場合に、熱酸化膜を除去してその表面にショットキー電極を形成しても,その金属/半導体界面に窒化珪素の微粒子が分散した層が存在するため,良好な整流特性が得られないという問題があった。
【0005】
また,熱酸化膜を利用してMOS型の電界効果型トランジスタ(以下MOSFETと記す)を作製する場合には、酸化膜/半導体の境界に近い半導体層に形成されるチヤネル層に窒化珪素の微粒子が存在するため、チヤネル層を移動するキャリアがこの窒化珪素微粒子により散乱を受け、移動度が低くなってしまうという問題があった。
【0006】
これらの問題に鑑み本発明の目的は、窒化珪素微粒子の発生を抑え,特性の良好なショットキーダイオードやMOSFET等の炭化珪素半導体素子を提供することにある.
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のため本発明は、炭化珪素半導体基板上に炭化珪素エピタキシャル層を成長した炭化珪素半導体素子において、炭化珪素エピタキシャル層に含まれる窒素濃度が2 ×10 14 /cm 3 以上1×1015/cm3以下であり、該炭化珪素エピタキシャル層が、窒素以外のV b 属元素、またはVI族元素を含み、窒素以外のV b 属元素、またはVI族元素の濃度が、1×10 15 /cm 3 以上であるものとする。
炭化珪素エピタキシャル層中の窒素濃度を抑制することにより窒化珪素微粒子の生成を抑えることができる。
【0008】
特に、炭化珪素エピタキシャル層がn型の場合には、燐、批素もしくはアンチモン等の窒素以外のVb 属元素、またはVI族元素をドーパントとし、窒素の取り込みを避けることが重要である。炭化珪素エピタキシャル層が、アルミニウムもしくはほう素等のIII元素、またはII族元素を含んでいても、また、それら窒素以外のVb 属元素、またはVI族元素、III元素、II族元素の濃度が、1×1015/cm3以上であっても良いことは勿論である。
【0009】
炭化珪素半導体素子が不純物イオンを注入した領域を有する場合にも、窒素の取り込みを避け、イオン注入領域に含まれる窒素濃度が1×1015/cm3以下であるものとする。
イオン注入領域についても、n型の場合には燐、批素もしくはアンチモン等の窒素以外のVb 属元素、またはVI族元素をドーパントとし、窒素の取り込みを避けることとする。
【0010】
不純物イオンがアルミニウムもしくはほう素等のIII元素、またはII族元素である場合は問題無い。
半導体素子が金属/半導体界面が形成するショットキー障壁により整流特性を有するショットキーダイオードの場合には、窒化珪素微粒子の生成を抑えることにより後述のように良好な界面特性を有するショットキーダイオードが得られる。
【0011】
半導体素子が熱酸化膜を有する場合には、特に熱酸化工程で窒化珪素微粒子を発生しやすいので、熱酸化される部分の窒素濃度を低く抑えて置くことが重要である。
半導体素子がMOSFETの場合には、後述のようにチヤネル層を走行するキャリアが窒化珪素微粒子による散乱を受けないので高移動度を有する炭化珪素MOSFETが得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】
[実施例1]
図2は本発明実施例1の炭化珪素ショットキーダイオード(以下SBDと記す)の断面図である。4H型の炭化珪素基板(以下SiC 基板と記す)11上に、n- タキシャル層12を成長したエタキシャルウェハを使用して製作した、3mm角、電極面積が3.14mm2 のSBDである。13はn- タキシャル層12とショットキ接合を形成するチタン(Ti)のショットキー電極、14はSiC 基板11の裏面に設けられたチタン、ニッケル、金(Ti/Ni/Au)のカソード電極、15は酸化膜、16はほう素イオンの注入と熱処理で形成されたガードリングである。
【0013】
以下に製造方法を詳しく説明する。4H型でシリコン面(以下Si面と記す)を(11-20 )方向に8度傾けた(この角度をオフアングルという)直径2インチのSiC 基板11を使用した。SiC 基板11はn型でキャリア濃度が1×1018/cm3である。ただし、6H型や3C型でもよいし,またC 面や(11-20 )面でも良い。あるいはオフアングルの方向や角度が異なっても本発明の適用には何の影響も及ばさない。
【0014】
最初にSiC 基板11の裏面側に燐イオンのイオン注入により、n+ カソード層17を形成する。加速電圧は50kV、ドーズ量は5×1014/cm2である。ついで、製造装置内に残留もしくは混入した大気中の窒素ガスを避けるため、ロードロック式のエピタキシャル成膜装置を用いて、アルゴンガスによるパージと、800℃ベークとを3回繰り返した後、燐ドープのn- タキシャル層12を成膜する。n- タキシャル層12は、厚さ10μmでn型、キャリア濃度が1×1016/cm3である。原料ガスは、モノシラン(SiH4 )、プロパン(C3 8 )とフォスフィン(PH3 )であり、SiCコートのグラファイトサセプタを用いたRF加熱により、成膜温度は1500℃、時間は5時間である。このエピタキシャル成長中に裏面のn+ カソード層17に注入された燐イオンが熱処理され活性化する。なお、ロードロック式でないエピタキシャル成膜装置の場合は、意図しない窒素のドープがおき、その濃度は1×1016/cm3以上にも達する。
【0015】
ポジタイプのフォトレジストを使ってガードリング16のターニングをする。
続いて、ほう素を30〜180keV の加速電圧でボックス状にイオン注入した後、1600℃で30分間のアニールをおこない、深さ約0.5μm のガードリング16を形成する。
1100℃、5時間のパイロジェニック酸化により、厚さ30nmの酸化膜15を形成してパターニングした後、ショットキー電極13としてTiをスパッタ蒸着し、200℃、5分間の熱処理をし、次いでカソード電極14としてTi/Ni/Auをスパッタ蒸着し、チップ化した。
【0016】
図1(実線−リンドープ)は、このようにして作製したSBD の逆方向電流電圧特性図である。
同図に比較例として、従来の製造方法による窒素ドープのエピタキシャル層をもつSBD (破線−チッ素ドープ)の逆方向電流電圧特性も示した。
従来の製造方法による窒素ドープのSBD では、例えば逆電圧400V でのもれ電流が約30mA/cm2であるのに対し、本実施例1のSBD のもれ電流は1.5mA/cm2であり、1/20になっていることがわかる。
【0017】
すなわち、上のエピタキシャル層12の成膜工程で、ロードロック式のエピタキシャル成膜装置を用いて、十分に製造装置内の窒素ガスを避ける操作をおこない、燐ドープのn- タキシャル層12を成膜したことにより、表面近傍の窒化珪素微粒子が殆ど発生しなかったためと考えられる。SiMS分析法によりエピタキシャル層12の窒素濃度を測定したところ、2×1014/cm3であった。
【0018】
確認のため、エピタキシャル層12の成膜工程で、ロードロック式のエピタキシャル成膜装置でのパージ条件やベーク条件を変えて、窒素濃度の異なるSBD を作製し、その逆方向特性を測定した。窒素濃度と燐濃度との和は、1×1016/cm3とした。
図3は、逆電圧400V でのもれ電流の窒素濃度依存性を示す特性図である。
【0019】
窒素濃度が1×1015/cm3以下であれば、漏れ電流は3mA/cm2以下に抑えられるが、1×1015/cm3を越すともれ電流が急増している。従って、窒素濃度を1×1015cm-3以下に抑えることが重要である。尚、イオン注入種は窒素以外のVb属元素であればどれでもよい。また、p型のエピタキシャルウェハの場合には、アルミニウムを用いても同様の結果が得られる。
【0020】
[実施例2]図4は本発明実施例2のSiC MOSFETの断面図である。実施例1と同種の4H型のSiC 基板21を使用した。SiC 基板21上にトリメチルアルミニウムを使ってアルミニウムをドープしたp- タキシャル層22を成長した。このとき、実施例1と同様に、ロードロツク式のエピタキシャル成膜装置を用いて、アルゴンガスによるパージと、800℃ベークとを3回繰り返した後、p- タキシャル層22を成膜した。
【0021】
ポジタイプのフォトレジストを使ってターニングをした後、燐を30〜180keV の加速電圧でボックス状にイオン注入し、1600℃で30分間のアニールをおこない、深さ約0.5μm のn+ ソース領域27およびn+ ドレイン領域28を形成する。
1100℃、5時間のパイロジェニック酸化により、厚さ30nmのゲート酸化膜25を形成してパターニングした後、Ti/Ni/Auをスパッタ蒸着しパターニングしてソース電極24、ドレイン電極23、ケート電極26、基板電極29を形成して、チップ化した。
【0022】
このようにして作製したMOSFETのチャネルでのキャリア移動度を測定したところ、115cm2/Vsと従来の窒素汚染を避けない方法によりp- タキシャル層を形成したものの移動度5cm2/Vsの約20倍以上の値を示した。
これは、上のp- タキシャル層22の形成工程で、製造装置内に残留もしくは混入した大気中の窒素汚染を避ける方法を取ったことにより、表面近傍の窒化珪素微粒子が殆ど発生しなかったためと考えられる。SIMS分析法によりp- エピタキシャル層22の窒素濃度を測定したところ、2×1014/cm3であった。
【0023】
確認のため、p- エピタキシャル層22の形成工程で、ドープガスの比率を変えて、窒素濃度の異なるMOSFETを作製し、その移動度特性を測定した。窒素濃度と燐濃度との和は、1×1016/cm3とした。
図5は、キャリア移動度の窒素濃度依存性を示す特性図である。窒素濃度が1×1015/cm3以下であれば、キャリア移動度は100cm2/Vs以上であるが、1×1015/cm3を越すと急速に低下している。従って、窒素濃度を1×1015cm-3以下に抑えることが重要である。
【0024】
更にMOS 界面のクーロン散乱によるチャネル移動度を改善する目的で、n+ ソース領域27およびn+ ドレイン領域28との間に、燐イオンの注入によるカウンタードープ領域30を形成した。加速電圧は、30kV、ドーズ量は2×1011/cm2とした。比較のため、窒素イオンの注入によりカウンタードープ領域を形成したものも作製した。両者を比較した結果,窒素のカウンタードープではチャネル移動度が100cm2/Vsであったが燐ドープでは150cm2/Vsと大幅に向上させることができた。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、エピタキシャル層成長工程における窒素混入を避け、炭化珪素エピタキシャル層に含まれる窒素濃度を2×10 14 /cm 3 以上1×1015/cm3以下に抑制することにより、窒化珪素微粒子発生の影響を免れ、ショットキーダイオートやMOSFETの特性を改善することができた。
【0026】
更に、不純物領域形成の際にも、n型ドーパントとして窒素以外の元素を用いることが有効であることを示した。
本発明により、ショットキーダイオートやMOSFET以外にも特性の優れた炭化珪素半導体素子を、再現性良く作製することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明実施例1のSiCSBDおよび比較例の電流−電圧特性図
【図2】 本発明実施例1のSiCSBDの断面図
【図3】 SiCSBDの漏れ電流の窒素濃度依存性を示す特性図
【図4】 本発明実施例2のSiCMOSFET の断面図
【図5】 SiCMOSFET のキャリア移動度の窒素濃度依存性を示す特性図
【符号の説明】
11、21 SiC 基板
12 n- タキシャル層
13 ショットキー電極
14 カソード電極
15二酸化珪素膜
16 ガードリング
22 p- タキシャル層
23 ソース電極
24 ドレイン電極
25 ゲート酸化膜
26 ゲート電極
27 n+ ソース領域
28 n+ ドレイン領域
29 基板電極
30 カウンタードープ領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element made of silicon carbide, that is, a silicon carbide semiconductor element.
[0002]
[Prior art]
Silicon carbide has many advantages over silicon as a material for semiconductor elements, and research for practical application has been vigorously conducted with the aim of using it for power semiconductors and high-frequency semiconductors.
There are 6H type, 4H type, and 3C type crystal structures of silicon carbide, and the single crystal is produced by the sublimation method. A silicon carbide semiconductor element is formed by forming an epitaxial growth layer having a predetermined carrier concentration on a single crystal substrate by CVD (chemical vapor deposition method), or by performing ion implantation for locally controlling conductivity. Produced. Further, when silicon carbide is exposed to a high temperature oxidizing atmosphere of, for example, 1100 to 1200 ° C., carbon in silicon carbide is oxidized to carbon dioxide (CO 2 ), while silicon in silicon carbide is oxidized to form a surface. Then, a silicon dioxide (SiO 2 ) film is formed. The thermal oxide film can be used as an insulating film of a semiconductor element.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Substrates and epitaxial growth layers by the sublimation method tend to exhibit n-type conductivity by taking in atmospheric nitrogen gas remaining or mixed in the manufacturing apparatus. In particular, the epitaxial growth process is a process that takes a long time at a high temperature of 1500 ° C. or higher. Also, dopant ion implantation is often performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher in order to improve the activation rate.
[0004]
During thermal oxidation, carbon in silicon carbide becomes CO 2 gas and is discharged out of the system. At that time, the taken-in nitrogen is also discharged to the outside as a gas, but a part of the nitrogen is bonded to silicon atoms in the silicon carbide to form ultrafine silicon nitride particles in the silicon carbide near the interface with the thermal oxide film. It is formed. For example, when a Schottky diode that is a seed of a rectifying element is manufactured, even if the thermal oxide film is removed and a Schottky electrode is formed on the surface, a layer in which fine particles of silicon nitride are dispersed at the metal / semiconductor interface. Due to the existence, there was a problem that good rectification characteristics could not be obtained.
[0005]
When a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a MOSFET) is manufactured using a thermal oxide film, silicon nitride particles are formed on the channel layer formed in the semiconductor layer close to the oxide film / semiconductor boundary. Therefore, there is a problem that the carriers moving through the channel layer are scattered by the silicon nitride fine particles and the mobility is lowered.
[0006]
In view of these problems, an object of the present invention is to provide silicon carbide semiconductor elements such as Schottky diodes and MOSFETs which suppress generation of silicon nitride fine particles and have good characteristics.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a silicon carbide semiconductor element having a silicon carbide epitaxial layer grown on a silicon carbide semiconductor substrate, wherein the nitrogen concentration contained in the silicon carbide epitaxial layer is 2 × 10 14 / cm 3 or more and 1 × 10 15. / cm 3 or less, the silicon carbide epitaxial layer comprises a V b group element or VI-group element, other than nitrogen, V b group elements other than nitrogen or the concentration of the VI group elements,, 1 × 10 15 / It shall be cm 3 or more .
By suppressing the nitrogen concentration in the silicon carbide epitaxial layer, the generation of silicon nitride fine particles can be suppressed.
[0008]
In particular, when the silicon carbide epitaxial layer is n-type, it is important to avoid incorporation of nitrogen by using a Vb group element other than nitrogen, such as phosphorus, chlorine or antimony, or a group VI element as a dopant. Silicon carbide epitaxial layer, also contain a group III element of the aluminum or boron arsenide or Group II element, and, Vb group elements other than those nitrogen or VI group elements, Group III elements, the concentration of the II-group element Of course, it may be 1 × 10 15 / cm 3 or more.
[0009]
Even when the silicon carbide semiconductor element has a region into which impurity ions are implanted, it is assumed that the nitrogen concentration contained in the ion implantation region is 1 × 10 15 / cm 3 or less, avoiding nitrogen uptake.
As for the ion implantation region, in the case of n-type, the incorporation of nitrogen is avoided by using a Vb group element other than nitrogen, such as phosphorus, chlorine or antimony, or a group VI element as a dopant.
[0010]
There is no problem when the impurity ions are group III elements such as aluminum or boron, or group II elements.
In the case where the semiconductor element is a Schottky diode having a rectifying characteristic due to a Schottky barrier formed by a metal / semiconductor interface, a Schottky diode having good interface characteristics as described later can be obtained by suppressing the formation of silicon nitride fine particles. It is done.
[0011]
When the semiconductor element has a thermal oxide film, particularly a silicon nitride particles tends to occur in the thermal oxidation process, the nitrogen concentration of the portion to be thermally oxidized kept low by and the location wolfberry is important.
In the case where the semiconductor element is a MOSFET, a silicon carbide MOSFET having a high mobility can be obtained because carriers traveling in the channel layer are not scattered by the silicon nitride fine particles as will be described later.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Example 1]
FIG. 2 is a cross-sectional view of a silicon carbide Schottky diode (hereinafter referred to as SBD) of Example 1 of the present invention. (And referred hereinafter SiC substrate) on 11 4H-type silicon carbide substrate, n - and fabricated using et pin Taki interstitial wafer grown et pin Takisharu layer 12, 3 mm square, the electrode area of 3.14 mm 2 SBD It is. 13 the n - d peak Takisharu layer 12 and the Schottky electrode of titanium to form a Schottky junction (Ti), titanium 14 provided on the back surface of the SiC substrate 11, a nickel, a cathode electrode of gold (Ti / Ni / Au) , 15 is an oxide film, and 16 is a guard ring formed by boron ion implantation and heat treatment.
[0013]
The manufacturing method will be described in detail below. A SiC substrate 11 having a diameter of 2 inches and having a silicon surface (hereinafter referred to as Si surface) tilted 8 degrees in the (11-20) direction (this angle is referred to as an off-angle) was used. The SiC substrate 11 is n-type and has a carrier concentration of 1 × 10 18 / cm 3 . However, the 6H type or 3C type may be used, or the C surface or (11-20) surface may be used. Or even if the off-angle direction and angle are different, the application of the present invention is not affected.
[0014]
First, an n + cathode layer 17 is formed on the back side of the SiC substrate 11 by ion implantation of phosphorus ions. The acceleration voltage is 50 kV and the dose is 5 × 10 14 / cm 2 . Next, in order to avoid atmospheric nitrogen gas remaining or mixed in the manufacturing apparatus, a purge with argon gas and baking at 800 ° C. were repeated three times using a load-lock type epitaxial film forming apparatus, the n - deposited et pin Takisharu layer 12. n - d peak Takisharu layer 12, n-type with a thickness of 10 [mu] m, the carrier concentration of 1 × 10 16 / cm 3. The source gases are monosilane (SiH 4 ), propane (C 3 H 8 ) and phosphine (PH 3 ). The film formation temperature is 1500 ° C. and the time is 5 hours by RF heating using a SiC-coated graphite susceptor. is there. During this epitaxial growth, phosphorus ions implanted into the n + cathode layer 17 on the back surface are heat-treated and activated. In the case of an epitaxial film forming apparatus that is not a load lock type, unintended nitrogen doping occurs, and the concentration reaches 1 × 10 16 / cm 3 or more.
[0015]
The patterning of the guard ring 16 using the positive type photoresist.
Subsequently, boron is ion-implanted in a box shape at an acceleration voltage of 30 to 180 keV, and then annealed at 1600 ° C. for 30 minutes to form a guard ring 16 having a depth of about 0.5 μm.
After forming and patterning an oxide film 15 having a thickness of 30 nm by pyrogenic oxidation at 1100 ° C. for 5 hours, Ti is sputter-deposited as a Schottky electrode 13, heat-treated at 200 ° C. for 5 minutes, and then the cathode electrode 14 Ti / Ni / Au was sputter-deposited into chips.
[0016]
FIG. 1 (solid line-phosphorus dope) is a reverse current-voltage characteristic diagram of the SBD produced in this way.
As a comparative example, the reverse current-voltage characteristics of an SBD (broken line-nitrogen doped) having a nitrogen-doped epitaxial layer according to a conventional manufacturing method are also shown in FIG.
In the nitrogen-doped SBD by the conventional manufacturing method, for example, the leakage current at a reverse voltage of 400 V is about 30 mA / cm 2 , whereas the leakage current of the SBD of Example 1 is 1.5 mA / cm 2 . Yes, you can see that it is 1/20.
[0017]
That is, in the step of forming the epitaxial layer 12 above, using an epitaxial deposition apparatus of the load lock, do to avoid nitrogen gas in the well production apparatus, the phosphorous doped the n - d peak Takisharu layer 12 formed This is probably because silicon nitride fine particles in the vicinity of the surface were hardly generated due to the film formation. When the nitrogen concentration of the epitaxial layer 12 was measured by the SiMS analysis method, it was 2 × 10 14 / cm 3 .
[0018]
For confirmation, SBDs with different nitrogen concentrations were produced by changing the purge conditions and baking conditions in the load-lock type epitaxial film forming apparatus in the film forming process of the epitaxial layer 12, and the reverse characteristics were measured. The sum of the nitrogen concentration and the phosphorus concentration was 1 × 10 16 / cm 3 .
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the nitrogen concentration dependence of the leakage current at a reverse voltage of 400V.
[0019]
If the nitrogen concentration is 1 × 10 15 / cm 3 or less, the leakage current can be suppressed to 3 mA / cm 2 or less, but the current rapidly increases beyond 1 × 10 15 / cm 3 . Therefore, it is important to keep the nitrogen concentration below 1 × 10 15 cm −3 . The ion-implanted species may be any Vb group element other than nitrogen. In the case of a p-type epitaxial wafer, the same result can be obtained even if aluminum is used.
[0020]
[Embodiment 2] FIG. 4 is a sectional view of a SiC MOSFET according to Embodiment 2 of the present invention. A 4H type SiC substrate 21 of the same type as in Example 1 was used. Using trimethylaluminum on the SiC substrate 21 doped with aluminum p - the growth of the error peak Takisharu layer 22. At this time, in the same manner as in Example 1, using an epitaxial deposition apparatus Rodorotsuku type, and purge with argon gas, it was repeated three times and 800 ° C. bake, p - was deposited et pin Takisharu layer 22.
[0021]
After the patterning using the positive type photoresist, phosphorus is ion-implanted into a box shape at an acceleration voltage of 30~180KeV, annealing is carried out for 30 minutes at 1600 ° C., a depth of about 0.5 [mu] m n + source region 27 and n + drain region 28 are formed.
After forming and patterning a gate oxide film 25 having a thickness of 30 nm by pyrogenic oxidation at 1100 ° C. for 5 hours, Ti / Ni / Au is sputter-deposited and patterned to form a source electrode 24, a drain electrode 23, and a Kate electrode 26. Then, the substrate electrode 29 was formed into a chip.
[0022]
In this manner was measured carrier mobility in the channel of a MOSFET fabricated by methods that do not avoid the conventional nitrogen pollution and 115cm 2 / Vs p - mobility 5 cm 2 / Vs but to form a et pin Takisharu layer The value was about 20 times or more.
This, p above - with d peak Takisharu layer 22 formation step, by taking the method to avoid nitrogen contamination in the air remaining or mixed in the manufacturing apparatus, hardly occurs silicon nitride particles near the surface This is probably because When the nitrogen concentration of the p epitaxial layer 22 was measured by SIMS analysis, it was 2 × 10 14 / cm 3 .
[0023]
For confirmation, MOSFETs with different nitrogen concentrations were produced in the step of forming the p epitaxial layer 22 by changing the ratio of the dope gas, and the mobility characteristics were measured. The sum of the nitrogen concentration and the phosphorus concentration was 1 × 10 16 / cm 3 .
FIG. 5 is a characteristic diagram showing dependency of carrier mobility on nitrogen concentration. When the nitrogen concentration is 1 × 10 15 / cm 3 or less, the carrier mobility is 100 cm 2 / Vs or more, but when it exceeds 1 × 10 15 / cm 3 , it rapidly decreases. Therefore, it is important to keep the nitrogen concentration below 1 × 10 15 cm −3 .
[0024]
Further, for the purpose of improving channel mobility due to Coulomb scattering at the MOS interface, a counter-doped region 30 is formed by implanting phosphorus ions between the n + source region 27 and the n + drain region 28. The acceleration voltage was 30 kV and the dose was 2 × 10 11 / cm 2 . For comparison, a device in which a counter-doped region was formed by nitrogen ion implantation was also produced. As a result of comparison between the two, the channel mobility was 100 cm 2 / Vs with nitrogen counter-doping, but it was significantly improved to 150 cm 2 / Vs with phosphorous doping.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, nitrogen contamination in the epitaxial layer growth step is avoided, and the nitrogen concentration contained in the silicon carbide epitaxial layer is suppressed to 2 × 10 14 / cm 3 or more and 1 × 10 15 / cm 3 or less. As a result, the influence of generation of silicon nitride fine particles was avoided, and the characteristics of the Schottky die auto and the MOSFET could be improved.
[0026]
Furthermore, it has been shown that it is effective to use an element other than nitrogen as an n-type dopant when forming an impurity region.
According to the present invention, it is possible to manufacture a silicon carbide semiconductor element having excellent characteristics other than Schottky die auto and MOSFET with good reproducibility.
[Brief description of the drawings]
1 is a current-voltage characteristic diagram of SiCSBD of Example 1 of the present invention and a comparative example. FIG. 2 is a cross-sectional view of SiCSBD of Example 1 of the present invention. FIG. 3 is a characteristic showing the nitrogen concentration dependence of leakage current of SiCSBD. [Fig. 4] Cross-sectional view of SiCMOSFET of Example 2 of the present invention [Fig. 5] Characteristic diagram showing nitrogen concentration dependence of carrier mobility of SiCMOSFET [Explanation of symbols]
11, 21 SiC substrate
12 n - d peak Takisharu layer
13 Schottky electrode
14 Cathode electrode
15 Silicon dioxide film
16 Guard ring
22 p - d peak Takisharu layer
23 Source electrode
24 Drain electrode
25 Gate oxide film
26 Gate electrode
27 n + source region
28 n + drain region
29 Substrate electrode
30 Counter-dope region

Claims (5)

炭化珪素半導体基板上に炭化珪素エピタキシャル層を成長した炭化珪素半導体素子において、炭化珪素エピタキシャル層に含まれる窒素濃度が2 ×10 14 /cm 3 以上1×1015/cm3以下であり、該炭化珪素エピタキシャル層が、窒素以外のV b 属元素、またはVI族元素を含み、窒素以外のV b 属元素、またはVI族元素の濃度が、1×10 15 /cm 3 以上であることを特徴とする炭化珪素半導体素子。In the silicon carbide semiconductor device grown silicon carbide epitaxial layer on a silicon carbide semiconductor substrate, the nitrogen concentration in the silicon carbide epitaxial layer has a 1 × 10 15 / cm 3 or less 2 × 10 14 / cm 3 or more, carbon reduction silicon epitaxial layer comprises a V b group element or VI-group element, other than nitrogen, V b group elements other than nitrogen or the concentration of the group VI element, and characterized in that 1 × 10 15 / cm 3 or more A silicon carbide semiconductor element. 炭化珪素半導体基板上に炭化珪素エピタキシャル層を成長した炭化珪素半導体素子において、炭化珪素エピタキシャル層に含まれる窒素濃度が2 ×10 14 /cm 3 以上1×1015/cm3以下であり、該炭化珪素エピタキシャル層が、III族元素、またはII族元素を含み、III族元素、II族元素の濃度が、1×10 15 /cm 3 以上であることを特徴とする炭化珪素半導体素子。In the silicon carbide semiconductor device grown silicon carbide epitaxial layer on a silicon carbide semiconductor substrate, the nitrogen concentration in the silicon carbide epitaxial layer has a 1 × 10 15 / cm 3 or less 2 × 10 14 / cm 3 or more, carbon reduction A silicon carbide semiconductor element, wherein the silicon epitaxial layer contains a group III element or a group II element, and the concentration of the group III element or group II element is 1 × 10 15 / cm 3 or more . 前記炭化珪素エピタキシャル層に窒素以外のV b 属元素、VI族元素、III族元素、またはII族元素の不純物イオンを注入した領域を有し、そのイオン注入領域に含まれる窒素濃度が2 ×10 14 /cm 3 以上1×1015/cm3以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素半導体素子。 The silicon carbide epitaxial layer has a region in which impurity ions of a group Vb element other than nitrogen, a group VI element, a group III element, or a group II element are implanted, and a nitrogen concentration contained in the ion implanted region is 2 × 10 3. The silicon carbide semiconductor element according to claim 1, wherein the silicon carbide semiconductor element is 14 / cm 3 or more and 1 × 10 15 / cm 3 or less. 半導体素子が前記炭化珪素エピタキシャル層と金属とで形成するショットキー障壁により整流特性を有するショットキーバリアダイオードであることを特徴とする請求項に記載の炭化珪素半導体素子。2. The silicon carbide semiconductor element according to claim 1 , wherein the semiconductor element is a Schottky barrier diode having a rectifying characteristic by a Schottky barrier formed by the silicon carbide epitaxial layer and a metal . 金属−熱酸化膜−半導体構造からなるMOS型ゲートを有し、前記イオン注入領域がソース領域およびドレイン領域であることを特徴とする請求項に記載の炭化珪素半導体素子。 4. The silicon carbide semiconductor device according to claim 3 , further comprising a MOS gate having a metal-thermal oxide film-semiconductor structure, wherein the ion implantation region is a source region and a drain region .
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