JPH01175767A - 炭化珪素半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は炭化珪素単結晶を用いた半導体素子の構造に関
するものである。

〈従来の技術〉 珪素（Ｓｉ）半導体を初めとして、砒化ガリウム（Ｇａ
Ａｓ）やリン化ガリウム（ＧａＰ）等の化合物半導体材
料を用いたダイオード、トランジスタ、　ＩＣ。

ＬＳ　Ｉ、発光ダイオード、半導体レーザ、ＣＣＤ等の
半導体素子がエレクトロニクスの各種分野で広く実用に
供せられている。一方、炭化珪素半導体はこれらの半導
体材料に比べて禁制帯幅が広く（２，２〜３．３　ｅ　
Ｖ　）また熱的、化学的及び機械的に極めて安定で、放
射線損傷にも強いという特徴をもっている。従って、炭
化珪素を用いた半導体素子は他の半導体材料を用Ａた素
子では使用困難な高温、大電力、放射線照射等の苛酷な
条件で使用するＯとができ、高い信頼性と安定性を呈す
る素子として広範な分野での応用が期待される。

このように炭化珪素半導体素子は広範な応用分野が期待
されながら未だ実用化が阻まれている原因は、生産性を
考慮した工業的規模での量産に必要となる高品質で大面
積の炭化珪素単結晶を得るための結晶成長技術の確立が
遅れていることにある。従来、研究室規模で、昇華再結
晶法（レーリー法とも称される）等により成長させた炭
化珪素単結晶を用いであるいはこの単結晶上に気相成長
法や液相成長法でエピタキシャル成長させた炭化珪素単
結晶膜を用いてダイオードやトランジスタの製作が試み
られているが、この従来技術によって作製された単結晶
は小面積のものしか得られず、また、寸法、形状を制御
することが困難であり、炭化珪素結晶に存在する結晶多
形の制御及び不純物濃度の制御も容易でなく、従ってこ
れらの炭化珪素単結晶を用いて半導体素子を製造する技
術は工業的規模での実用的製造方法にはほど遠い。

一方、本発明者らは、珪素単結晶基板上に気相成長法（
ＣＶＤ法）で良質の大面積炭化珪素単結晶を成長させる
方法をすでに確立し、提案している（特開昭５９−２０
３７９９参照）。この方法は珪素単結晶基板とに低温Ｃ
ＶＤ法で炭化珪素薄膜を形成した後昇温しでＣＶＤ法で
炭化珪素単結晶を成長させる技術であり、安価で入手の
容易な珪素単結晶基板を用いて結晶多形、不純物濃度９
寸法。

形状等が制御された大面積で高品質の炭化珪素単結晶膜
を供給することができるとともに量産形態にも適し、高
い生産性が期待される製造方法である。さらに、上記発
明により可能となった珪素基板上の炭化珪素膜を用いて
ダイオード、トランジスタを初めとする各種半導体素子
を製作する方法についても、すでに提案している（特開
昭６０−１４２５６８、特開昭６０−１４０７５６．特
開昭６Ｏ−１３６２２３）。

またｎ型層の不純物濃度の制御に、窒素を不純物として
添加する方法についても既に提案している。（特開昭５
ｏ−２ｓｓｈｑ７１−炭化珪素単結晶の不純物濃度制御
方法」） 〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら炭化珪素単結晶膜を用いたショットキー障
壁の形成において、ノンドープ炭化珪素単結晶膜を用い
た場合、良好なショットキー特性を示すが、窒素等の不
純物を添加した炭化珪素単結晶膜を用いると逆バイアス
での漏れ電流が大きく、良好なショットキー特性が得ら
れないという問題が５った。また炭化珪素のショットキ
ーゲート型電界効果トランジスタの製作においてチャネ
ル層に窒素等の不純物を添加した炭化珪素単結晶膜を用
いると上記に述べた同様の問題が生じる。

本発明は上記の点に鑑みて創案されたものであり、不純
物を添加した炭化珪素結晶膜北に良質なショットキー障
壁を形成することが可能な構造の炭化珪素半導体素子を
提供することを目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明はシリコン（Ｓｌ）
単結晶基板上に形成した不純物添加炭化珪素単結晶膜上
にショットキー障壁を形成してンヲソトキーＴｉ、極と
なした半導体素子において、上記の／ｇットキー′ＦＬ
ｉと不純物添加炭化珪素単結晶膜の間にノンドープ炭化
珪素単結晶の薄膜を形成してなるように構成している。

即ち、本発明の炭化珪素半導体素子にあっては、不純物
をドーピングした炭化珪素単結晶膜上にショットキー障
壁を形成する際に、ドーピング層とショットキー電極と
の間にノンドープ炭化珪素単結晶膜を形成してなるよう
に構成している。

〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例として、不純物として窒素を
添加した炭化珪素単結晶膜を用いたショア）キーダイオ
ード及びショットキーゲート型電界効果トランジスタの
製作方法を添付図面を参照しながら説明する。

Ｓｉ単結晶基板上に炭化珪素単結晶膜を形成する技術に
ついては〈従来の技術〉の項に掲げられている公開公報
に記載の技術により形成すれば良いためその詳細な説明
について省略する。

ショットキーダイオード ｉｔ図は本発明にしたがって構成された本発明の一実施
例としてのショットキーダイオードの構造を示す図であ
る。

第１図において、１はシリコン（Ｓｉ）単結晶基板であ
り、このＳ１単結晶基板１上に、モノシラン（ＳｉＨ４
）とプロパン（Ｃａ　Ｈａ　）と窒素（Ｎ２）を用いて
ＣＶＤ法で膜厚３１１ｒｒＬの窒素ドープ炭化珪素単結
晶膜２を形成し、更にその上にノンドープ炭化珪素単結
晶膜３を同様の方法で０．２μｍの膜厚で形成する。ま
た上下にショットキーＮ、Ｆ／ｆｉ　４１　オーミック
電極５を形成する。

第２図は窒素ドープ層のみの場合と窒素ドープ層とショ
ットキー電極の間にノンドープ層ヲ形成した場合のシラ
ノドキー障壁の電圧−電流特性を示す図であり、同図に
おｈて■は窒素ドープ層のみの場合の特性曲線、■は窒
素ドープ層上にノンドープ層を形成した場合の特性曲線
を示しており、窒素ド−プ層のみの時に比べてノンドー
プ層を形成した場合、逆方向の漏れ電流が小さくショッ
トキー特性の改善がみられる。

ショットキーゲート型電界効果トランジスタ第３図は本
発明にしたがって構成された本発明の他の実施例として
のショットキーゲート型電界効果トランジスタの構造を
示す図である。

第３図において、１１はシリコン（Ｓｉ）単結晶基板で
あり、このＳ１単結晶基板１１上にＣＶＤ法でホウ素（
Ｂ）　’ｉ添加したボロンドープ層炭化珪素単結晶膜１
６を３μｍの膜厚で形成し、更にその」二に窒素ドープ
層炭化珪素単結晶膜１２．ノンド−プ層炭化珪素単結晶
膜１３を各々、゛うμｍ、０．２μｍの膜厚で形成し、
更にンヨノトキーゲート電極１４とオーミックＴＥ、極
１５，１５（ソース、ドレイン電極）を形成する。この
ように１〜で製作てれたンヨノトキーゲート型電界効果
トランリスタハ良好なＦＥＴ特性を示した。

また１記した各実施例において、不純物としてアルミニ
ウム（ＡＩり、　　リン（Ｉ））あるいはホウ素（Ｂ）
全添加した炭化珪素単結晶膜でも同様の効果が認められ
た。

〈発明の効果〉 以−ヒのように本発明によれば、不純物を添加した炭化
珪素単結晶膜を用いて良好なショットキー障壁が形成で
きるため炭化珪素半導体素子の応用。

実用化に貢献することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのショットキーダイオ
ードの構造を示す断面図、第２図は本発明の詳細な説明
するためのンヨットキー接合の室圧−電流特性を示す図
、第３図は本発明の他の実施例としてのショットキーゲ
ート型電界効果トランジスタの構造を示す断面図である
。 １、．１１・・・珪素単結晶基板、２，１２・・窒素ド
ープ炭化珪素単結晶膜、３，１３・・・ノンドープｎ型
炭化珪素単結晶膜、４，１４・・ショットキー電ｉ、５
１１５・・・オーミック電極、１６・・・ボロンドープ
炭化珪素単結晶膜。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）ｐＡ３　　
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン（Ｓｉ）単結晶基板上に形成した不純物添
   加炭化珪素単結晶膜上にショットキー障壁を形成してシ
   ョットキー電極となした半導体素子において、 上記ショットキー電極と不純物添加炭化珪素単結晶膜の
   間にノンドープ炭化珪素単結晶の薄膜を形成してなるこ
   とを特徴とする炭化珪素半導体素子。 ２、前記不純物添加炭化珪素単結晶膜をチャネル層とな
   してショットキーゲート型電界効果トランジスタ構造を
   構成してなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の炭化珪素半導体素子。 ３、前記不純物添加炭化珪素単結晶膜は不純物として、
   窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）または
   ホウ素（Ｂ）を添加してなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の炭化珪素半導体素子。