JP6374354B2 - SiC結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
〈1〉Si、C、及びNを含む原料ガスを供給して、SiC基板上に、NでドープされたSiC結晶を気相成長させるSiC結晶の製造方法であって、
前記SiC基板は、La、Ce若しくはTiが表面に堆積されているSiC基板、又はLa、Ce若しくはTiがイオン注入されているSiC基板である、SiC結晶の製造方法。
〈2〉前記SiC基板の表面の一部のみに、La、Ce若しくはTiが堆積、又はLa、Ce若しくはTiがイオン注入されている、〈1〉項に記載の方法。
〈3〉前記La、Ce若しくはTiが、蒸着法、スパッタリング法、又はCVD法で堆積されている、〈1〉項又は〈2〉項に記載の方法。
〈4〉前記気相成長後に、堆積されているLa、Ce若しくはTiを除去することをさらに含む、〈1〉〜〈3〉のいずれか1項に記載の方法。
〈5〉前記イオン注入後、前記原料ガスの供給前に、イオン注入されている前記SiC基板にアニーリング処理をすることをさらに含む、〈1〉項又は〈2〉項に記載の方法。
〈6〉前記気相成長の途中で、前記SiC結晶の表面に、La、Ce若しくはTiを堆積、又はLa、Ce若しくはTiをイオン注入することをさらに含む、〈1〉〜〈5〉項のいずれか1項に記載の方法。
先ず、Laが表面に堆積されているSiC基板を用いる場合について説明する。Laが堆積されたSiC基板を得る方法は、特に限定されない。例えば、SiC基板の表面に、蒸着法、スパッタリング法、又はCVD法でLaを堆積する方法が挙げられる。
次に、Laがイオン注入されているSiC基板を用いる場合について説明する。Laは原子量が大きいため、加速電圧に対して飛程が小さくなる。したがって、加速電圧が170keVでも、飛程は55nm程度に収まる。
NでドープされたSiC結晶の気相成長の途中で、このSiC結晶の表面に、さらにLaを堆積又はイオン注入してもよい。このようにすると、さらにLaを堆積又はイオン注入した後に気相成長させたSiC結晶のNドナー濃度と、さらにLaを堆積又はイオン注入する前に気相成長させたSiC結晶のNドナー濃度とを、異なる濃度とすることができる。
NでドープされたSiC結晶を気相成長させた後、そのSiC結晶の表面には、堆積されたLaが残存している。SiC結晶に電極等を取り付けて素子にする際、この堆積されたLaを除去することにより、NでドープされたSiC結晶が有する本来の特性を充分に発揮することができる。
SiC基板の表面の一部のみにLaが堆積されていると、NでドープされたSiC結晶について、Laの堆積領域のNドナー濃度を、他の部分のNドナー濃度よりも、高くすることができる。
図3におけるLa堆積領域20に相当する部分に、Laをイオン注入して、イオン注入部(図示しない)を形成できる。
これまで、Laが表面に堆積されているSiC基板、又はLaがイオン注入されているSiC基板を用いる場合について説明してきた。WebElements Periodic Table(http://www.webelements.com/)によれば、Si、C、La、Ce、及びTiの共有結合半径は、それぞれ、116pm、75pm、180pm、163pm、及び136pmである。したがって、Ce及びTiの共有結合半径は、Laの共有結合半径より小さいものの、Ce及びTiの共有結合半径は、いずれも、Si及びCの共有結合半径より大きい。
SiC基板の表面全面に、蒸着法でLaを堆積した。堆積厚さは0.5nmであった。Laの堆積量は、単位面積当たりの原子個数で、1.3×1015原子/cm2であった。このLaを堆積したSiC基板を、1.33kPa(10Torr)、1650℃の水素雰囲気で30分処理し、Laの表面を洗浄した。
Laを堆積しないSiC基板を用いたこと以外は、実施例1aと同一の条件で、比較例1aのSiC結晶を作製した。
実施例1a及び比較例1aのSiC結晶について、二次イオン質量分析(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)した。
Nドナー濃度に関しては、実施例1aのSiC結晶においては、1.4×1017〜3.4×1017原子/cm3の範囲で分布していた。一方、比較例1aのSiC結晶においては、いずれの部位も、0.5×1017原子/cm3以下であった。
SiC基板の表面全面に、蒸着法でLaを堆積した。堆積厚さは0.5nmであった。Laの堆積量は、単位面積当たりの原子個数で、1.3×1015原子/cm2であった。このLaを堆積したSiC基板を、1.33kPa(10Torr)、1650℃の水素雰囲気で30分処理し、Laの表面を洗浄した。
Laを堆積しないSiC基板を用いたこと以外は、実施例2aと同一の条件で、比較例2aのSiC結晶を作製した。同様に、実施例2bに対して比較例2b、実施例2cに対して比較例2c、及び実施例2dに対して比較例2dのSiC結晶を作製した。
実施例2a〜2d及び比較例2a〜2dのSiC結晶について、C−V(容量−電圧特性)法でNドナー濃度を測定した。
Nドナー濃度の測定結果を図4に示す。横軸は原料ガスに加えるN2ガス濃度、縦軸はNドナー濃度を示す。黒丸は実施例2a〜2d、白丸は比較例2a〜2dの測定結果を示す。
SiC基板の表面全面に、Laを堆積した。Laは、その表面をX線光電子分光分析したときに、La濃度が0.1原子%になるようにDCスパッタ法(アルゴンガス雰囲気、室温)で形成した。なお、0.1原子%は、単位面積当たりの原子個数で、9.6×1012原子/cm2に相当する。
Laを堆積しないときのNドナー濃度をNd、Laを堆積したときのNドナー濃度をNd’として、Nd’/Ndを考慮するため、Laを堆積しないSiC基板を用いること以外は、実施例3a及び3bと同一の条件で比較例3aのSiC結晶を作製した。
実施例3a及び3bと比較例3のSiC結晶について、C−V(容量−電圧特性)法でNドナー濃度を測定し、Nd’/Ndを求めた。
Nドナー濃度の測定結果を図5及び図6に示す。図5に関し、横軸はSiC基板表面のLa濃度、縦軸はNドナー濃度を示す。図6に関し、横軸はSiC基板表面のLa濃度、縦軸はNd’/Ndを示す。図5及び図6から、La濃度が増加すると、Nドナー濃度を高めることができることを確認できた。
Nd(0)=A[N]
ここで、Aは比例定数、[N]は反応室に供給するガス中のN2ガス濃度である。
Nd([La])=(B[La]+1)Nd(0)
ここで、Bは定数である。
Nd(0.1)=(B×0.1+1)Nd(0) ・・・(a1)
Nd(0.5)=(B×0.5+1)Nd(0) ・・・(b1)
Nd(0.1)×3.3=Nd(0.5) ・・・(c1)
である。
3.3×(B×0.1+1)Nd(0)=(B×0.5+1)Nd(0)
となり、Bについて解くと、
3.3×(B×0.1+1)=(B×0.5+1)
となり、
B=13.5
である。
Nd([La])=(13.5×[La]+1)Nd(0)
SiC基板の表面全面に、Ceのイオン注入量が6.1×1013原子/cm2になるように、加速電圧を15〜170keVの範囲にして、複数回にわたってイオン注入した。このようにイオン注入することで、SiC基板の表面近傍に、比較的均一な濃度分布を有するイオン注入領域、即ち、ボックスプロファイルを得ることができる。これら複数回のイオン注入により、SiC基板の表面から10〜70nmの範囲におけるCe濃度は、1×1019原子/cm3であった。
Ceをイオン注入しないSiC基板を用いたこと以外は、実施例4aと同一の条件で、比較例4aのSiC結晶を作製した。同様に、実施例4bに対して比較例4b、実施例4cに対して比較例4cのSiC結晶を作製した。
実施例4a〜4c及び比較例4a〜4cのSiC結晶について、C−V(容量−電圧特性)法でNドナー濃度を測定した。
Nドナー濃度の測定結果を図7に示す。横軸は原料ガスに加えるN2ガス濃度、縦軸はNドナー濃度を示す。黒四角は実施例4a〜4c、白丸は比較例4a〜4cの測定結果を示す。
SiC基板の表面全面に、Ceを堆積した。Ceは、その表面をX線光電子分光分析したときに、Ce濃度が0.2原子%となるように形成した。なお、0.2原子%は、単位面積当たりの原子個数で、1.9×1013原子/cm2に相当する。
Ceを堆積しないときのNドナー濃度をNd、Ceを堆積したときのNドナー濃度をNd’として、Nd’/Ndを考慮するため、Ceを堆積しないSiC基板を用いたこと以外は、実施例5a〜5cと同一の条件で比較例5aのSiC結晶を作製した。
実施例5a〜5cと比較例5aのSiC結晶について、C−V(容量−電圧特性)法でNドナー濃度を測定し、Nd’/Ndを求めた。
Nドナー濃度の測定結果を図9に示す。横軸はSiC基板表面のCe濃度、縦軸はNd’/Ndを示す。図9から、Ce濃度が増加すると、Nドナー濃度を高めることができることを確認した。
4H−SiC基板の表面全面に、Ceをイオン注入した。イオン注入の条件は、表1のとおりである。表1の条件は、これらの条件を全て行うと、表面から約50nmの深さに、多くのCeが注入されるように決定されたものである。
Ceをイオン注入しないSiC基板を用いたこと以外は、実施例6aと同一の条件で比較例6aのSiC結晶を作製した。
実施例6a及び比較例6aのSiC結晶に、電子ビーム蒸着法で厚さ100nmNi電極を形成し、ショットキーダイオードを作製して、C−V(容量−電圧特性)法でNドナー濃度を測定した。
Nドナー濃度の測定結果を図11に示す。横軸はN/Si比(窒素/珪素比)、縦軸はNドナー濃度を示す。図11から、Ceをイオン注入によって形成し、その後、アニーリング処理することなくSiC結晶を気相成長させた場合であっても、Nドナー濃度を向上させることができることを確認した。
SiC基板の表面全面に、蒸着法でTiを堆積した。Tiの堆積量は、単位面積当たりの原子個数で、2×1011原子/cm2であった。このTiを堆積したSiC基板を、1.33kPa(10Torr)、1650℃の水素雰囲気で30分処理し、Tiの表面を洗浄した。
Tiを堆積しないSiC基板を用いたこと以外は、実施例7aと同一の条件で比較例7aのSiC結晶を作製した。
実施例7a及び比較例7bのSiC結晶について、C−V(容量−電圧特性)法でNドナー濃度を測定した。
実施例7aのNドナー濃度は、2×1017原子/cm3であった。一方、比較例7aのNドナー濃度は、1×1017原子/cm3であった。
20 La堆積領域
30 NでドープしたSiC結晶
30a 高窒素濃度部
30b 低窒素濃度部
40 絶縁膜
50a ソース電極
50b ドレイン電極
50c ベース電極
60 横型MESFETトランジスタ
Claims (8)
- (a)SiC基板の表面に、La、Ce若しくはTiを堆積又はイオン注入すること、及び
(b)Si、C、及びNを含む原料ガスを供給して、前記堆積又は前記イオン注入後のSiC基板上に、NでドープされたSiC結晶をCVD法で気相成長させること、
を含む、SiC結晶の製造方法。 - 前記SiC基板の表面の一部のみに、La、Ce若しくはTiを堆積、又はLa、Ce若しくはTiをイオン注入する、請求項1に記載の方法。
- 前記気相成長の途中で、前記SiC結晶の表面に、La、Ce若しくはTiを堆積、又はLa、Ce若しくはTiをイオン注入することをさらに含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記(a)において、前記SiC基板の表面に、La、Ce若しくはTiを堆積する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記La、Ce若しくはTiを、蒸着法、スパッタリング法、又はCVD法で堆積する、請求項4に記載の方法。
- 前記気相成長後に、堆積されているLa、Ce若しくはTiを除去することをさらに含む、請求項4又は5に記載の方法。
- 前記(a)において、前記SiC基板の表面に、La、Ce若しくはTiをイオン注入する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記イオン注入後、前記原料ガスの供給前に、La、Ce若しくはTiがイオン注入されている前記SiC基板にアニーリング処理をすることをさらに含む、請求項7に記載の方法。
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