JP5322044B2 - 絶縁層埋め込み型半導体炭化珪素基板及びその製造方法 - Google Patents
絶縁層埋め込み型半導体炭化珪素基板及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
(3C−SiC)は、シリコンとプロセス互換性に優れていること、及びシリコンに比してバンドギャップが大きいため、高温(例えば、500℃)動作や高耐圧動作が可能であるので、様々な用途への展開が期待できる。とりわけ絶縁層埋め込み型半導体炭化珪素基板を用いたSiCデバイスは、需要拡大が期待されるカーエレクトロニクス分野における次世代電子デバイスや、MEMS(microelectro mechanical systems)技術との一体化を目指した、信号処理・制御に関する集積回路への可能性も模索でき、適用分野は多岐にわたるものと考えられる。
型不純物層の形成は、一般に5属のリンイオンや窒素イオンを、炭化珪素表面層(SiC膜)にイオン注入し、その後、イオン注入によって不純物層に形成された格子欠陥を消滅させるために熱処理が行われる。炭化珪素は熱的に安定なので、一般に1600〜1700℃の高温で熱処理が行われている。しかし、前記の方法で得られたSiC膜/SiO2膜/Si基板を用いた場合、シリコンの融点が約1400℃であり、これを超える高温、長時間の熱処理では、母材であるシリコンが溶融してしまうという問題があった。また、熱処理温度が1500℃以上になると、これまでのシリコンを中心にした材料に適合するように設計されている集積回路製造設備や材料が流用不可能であり、全く新規な設備や工程を構築しなければならず、炭化珪素半導体を用いる集積回路の製造コストを著しく高騰させるという問題もあった。
特許文献4に記載された発明は、n型不純物層を有する炭化珪素半導体の製造の際、炭化珪素半導体層に1000〜1200℃の温度でシリコンイオンを注入する工程と、このシリコンイオンを注入した炭化珪素半導体層を1000〜1200℃の不活性雰囲気中で熱処理する工程と、前記シリコンイオンにほぼ相当する量の窒素イオンを1000〜1200℃の温度でイオン注入する工程とを有することを特徴とするものである。しかしながら、かかる方法は工程的に複雑になり、且つ、高性能な電子デバイスを構築するために必要である半導体層の結晶性が、著しく低下するという問題点がある。
市販のSOI基板の表面シリコンを薄層化し、その極薄シリコン層を炭化処理により炭化珪素層に変性し、その上に炭化珪素エピタキシャル膜を、CVD(化学気相成長)法により厚膜成長させ、膜厚100nmの3C−SiCを有する絶縁層埋め込み型炭化珪素基板を得た。炭化珪素基板の表面に、窒素イオンを、エネルギー10、20又は30keVにおいて、それぞれドーズ量1.2×、2.0×、又は3.2×1014/cm2注入した(エネルギーを変えて3回に分けてイオン注入を実施した)。その後、真空雰囲気中で100℃/秒の昇温温度で熱処理温度まで昇温し、所定の温度に保持して熱処理を実施した。熱処理温度は1050〜1400℃で変化させ、保持時間1〜60分で変化させた。熱処理後、表面炭化珪素層の抵抗率を測定し、その結果を図1に示した。
図1は、表面炭化珪素層の抵抗率の熱処理温度依存性を示している。図1より、1050℃の熱処理(保持時間5〜10分)では抵抗率が1Ωcm前後であったが、1300℃以上の熱処理では30mΩcm程度に低下していることが分かる。このことは、絶縁層埋め込み型3C−SiC基板において、低抵抗のn型不純物層が形成されたことを示している。1400℃で30〜60分の熱処理では、熱によるSiC膜自体の変質が起こり、良質のものが得られない。従って、熱処理は、1200℃以上1410℃未満の温度範囲で、1分以上10分未満が好ましいことも分かる。
Claims (1)
- n型不純物層を有する絶縁層埋め込み型半導体炭化珪素基板の製造方法であって、先ず、SiC膜/SiO 2 膜/Si基板の3層構造を有する絶縁層埋め込み型半導体炭化珪素基板に、窒素イオン、リンイオン、砒素イオン、アンチモンイオンの群から選ばれた1種又は2種以上の混合物からなるイオンを注入しn型不純物層を形成させ、次いで、昇温速度が10℃/秒以上の急速加熱の条件下で所定の熱処理温度範囲まで昇温し、1200℃以上1410℃未満の温度範囲で、1分以上10分未満の時間熱処理することを特徴とするn型不純物層を有する絶縁層埋め込み型半導体炭化珪素基板の製造方法。
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