JPH0322526A - Manufacture of silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Manufacture of silicon carbide semiconductor device

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JPH0322526A
JPH0322526A JP15795489A JP15795489A JPH0322526A JP H0322526 A JPH0322526 A JP H0322526A JP 15795489 A JP15795489 A JP 15795489A JP 15795489 A JP15795489 A JP 15795489A JP H0322526 A JPH0322526 A JP H0322526A
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JP
Japan
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layer
type layer
silicon carbide
ion
single crystal
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Application number
JP15795489A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Furukawa
勝紀 古川
Akira Suzuki
彰 鈴木
Yoshihisa Fujii
藤井 良久
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPH0322526A publication Critical patent/JPH0322526A/en
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Abstract

PURPOSE:To manufacture the title silicon carbide semiconductor device having excellent element characteristics by a method wherein a silicon carbide single crystal layer deposited on a semiconductor substrate is implanted with III group element ion; a p type layer is formed by thermoannealing process; the silicon carbide single crystal layer is implanted with V group element ion and thermoannealing processed again to form an n type layer. CONSTITUTION:A B ion implanted layer 3 and a P type ion implanted layer 4 are formed on the surface region of a undoped SiC single crystal layer 2 deposited on an Si single crystal substrate 1 by respectively implanting boron ion and successively P ion. Next, the B ion implanted layer 3 and the P ion implanted layer 4 are activated by thermoannealing process at specific temperature to form a p type layer 5 and an n type layer 6. successively, after vacuum-evaporating aluminum on the n type layer 6, an Al evaporated film 7 is formed on a specific region by photolithography. Next, the surface parts of the n type layer 6 and the p type layer 5 are etched away to form a mesa structure by reactive ion-etching process using the Al evaporated film 7 as a mask and then the Al evaporated film 7 is etched away. Finally, the p type layer 5 and the n type layer 6 with aluminum respectively vacuum-evaporated thereon are patterned using photolithography to form a p side electrode 8 and an n side electrode 9.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は,炭化珪素半導体装置の製造方法に関し.特に
イオン注入法により形威されたpn接合を有する炭化珪
素半導体装置の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device. In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device having a pn junction formed by ion implantation.

(従来の技術) 珪素(Si)を初めとして,ヒ化ガリウム(GaAs 
)やリン化ガリウム(GaP )などの化合物半導体を
用いた半導体装置(例えば,ダイオード,トランジスタ
,集積回路,大規模集積回路,発光ダイオード,半導体
レーザ,および電荷結合素子)がエレクトロニクスの各
分野において広範囲に実用化されている。
(Prior art) In addition to silicon (Si), gallium arsenide (GaAs)
) and gallium phosphide (GaP) (e.g., diodes, transistors, integrated circuits, large-scale integrated circuits, light-emitting diodes, semiconductor lasers, and charge-coupled devices) are widely used in various fields of electronics. It has been put into practical use.

炭化珪素(SiC)は広い禁制帯幅(2.2〜3.3e
V)を有する半導体材料であって,熱的,化学的,およ
び機械的に極めて安定であり,放射線損傷にも強いとい
う優れた特徴を持っている。珪素のような従来の半導体
材料を用いた半導体装置は,特に高温,高出力駆動,放
射線照射などの苛酷な条件下では使用が困難である。従
って,炭化珪素を用いた半導体装置は.このような苛酷
な条件下でも使用し得る半導体装置として広範な分野で
の応用が期待されている。
Silicon carbide (SiC) has a wide forbidden band width (2.2~3.3e
V), and has the excellent characteristics of being extremely stable thermally, chemically, and mechanically, and resistant to radiation damage. Semiconductor devices using conventional semiconductor materials such as silicon are difficult to use, especially under harsh conditions such as high temperatures, high-power driving, and radiation exposure. Therefore, semiconductor devices using silicon carbide. Applications in a wide range of fields are expected as semiconductor devices that can be used even under such harsh conditions.

しかしながら,大きな面積を有し.かつ高品質の炭化珪
素単結晶を,生産性を考慮した工業的規模で安定に供給
し得る結晶戒長技術は確立されていない。それゆえ.炭
化珪素は,上述のような多くの利点および可能性を有す
る半導体材料であるにもかかわらず,その実用化が阻ま
れている。
However, it has a large area. Moreover, no crystal cutting technology has been established that can stably supply high-quality silicon carbide single crystals on an industrial scale with productivity in mind. therefore. Although silicon carbide is a semiconductor material that has many advantages and possibilities as described above, its practical application has been hindered.

従来,研究室規模では,例えば昇華再結晶法(レーリー
法)で炭化珪素単結晶を成長させたり,該方法で得られ
た炭化珪素単結晶を基板として,その上に気相戒長法(
CVD法)や液相エピタキシャル成長法(LPE法)で
炭化珪素単結晶層をエビタキシャル或長させることによ
り,半導体装置の試作が可能なサイズの炭化珪素単結晶
を得ている。
Traditionally, on a laboratory scale, silicon carbide single crystals have been grown using, for example, the sublimation recrystallization method (Rayleigh method), and the silicon carbide single crystals obtained by this method have been used as a substrate and then grown using the vapor phase crystallization method (Raley method).
By elongating a silicon carbide single crystal layer epitaxially using a CVD method (CVD method) or a liquid phase epitaxial growth method (LPE method), a silicon carbide single crystal of a size that allows trial production of semiconductor devices is obtained.

しかしながら.これらの方法では,得られた単結晶の面
積が小さく.その寸法や形状を高精度に制御することは
困難である。また,炭化珪素が有する結晶多形および不
純物濃度の制御も容易ではない。
however. With these methods, the area of the single crystal obtained is small. It is difficult to control its size and shape with high precision. Furthermore, it is not easy to control the crystal polymorphism and impurity concentration of silicon carbide.

これらの問題点を解決するために,本発明者らは,安価
で入手の容易な珪素単結晶基板上に,大きな面積を有す
る良質の炭化珪素単結晶を気相或長させる方法を提案し
た(特開昭59−203799号)。
In order to solve these problems, the present inventors proposed a method of growing a high-quality silicon carbide single crystal with a large area in the vapor phase on an inexpensive and easily available silicon single crystal substrate ( JP-A-59-203799).

該方法において,炭化珪素を気相或長させる際に不純物
を添加すれば.得られた炭化珪素単結晶における不純物
濃度および伝導型を制御することが可能である。そして
.この方法により珪素基板上に形威した炭化珪素単結晶
層を利用して.各種の半導体装置(例えば,ダイオード
やトランジスタ)を製造する方法が開発されている(特
願昭58−246511号,同昭58−249981号
,および同昭58−252157号)。
In this method, impurities are added when silicon carbide is grown in the gas phase. It is possible to control the impurity concentration and conductivity type in the obtained silicon carbide single crystal. and. This method utilizes a silicon carbide single crystal layer formed on a silicon substrate. Methods for manufacturing various semiconductor devices (for example, diodes and transistors) have been developed (Japanese Patent Application Nos. 58-246511, 1982-249981, and 1982-252157).

従来,これらの各種炭化珪素半導体装置においては,素
子形威領域を半導体基板から電気的に分離する方法とし
て+pn接合が用いられてきた。pn接合を形威する方
法としては.例えば上記の気相戒長法において.炭化珪
素単結晶層を戒長させる際に適当な不純物を添加するこ
とにより,p型層およびn型層を形成する方法や.気相
戒長法で得られたp型層(またはn型層)に不純物イオ
ンを注入することにより,その所定領域にn型層(また
はP型層)を形威する方法などがある。
Conventionally, in these various silicon carbide semiconductor devices, a +pn junction has been used as a method of electrically isolating the element shape region from the semiconductor substrate. As a method to form a pn junction. For example, in the above-mentioned gas phase precept method. A method of forming a p-type layer and an n-type layer by adding appropriate impurities when lengthening a silicon carbide single crystal layer. There is a method of forming an n-type layer (or a P-type layer) in a predetermined region by implanting impurity ions into a p-type layer (or an n-type layer) obtained by a vapor phase method.

しかしながら.このような方法では, pn接合を構威
するp型層およびn型層中に多数の結晶欠陥が発生する
。また,p型層およびn型層を階段的に形戒するのが困
難である。それゆえ.これらの方法で形威されたpn接
合を有する半導体装置では該pn接合に逆バイアス電圧
を印加した場合に,リーク電流が発生する。従って,素
子形威領域を半導体基板から電気的に完全に分離するこ
とが困難であり,良好な素子特性が得られなかった。
however. In such a method, many crystal defects occur in the p-type layer and n-type layer that make up the pn junction. Furthermore, it is difficult to define the p-type layer and the n-type layer in a stepped manner. therefore. In a semiconductor device having a pn junction formed by these methods, leakage current occurs when a reverse bias voltage is applied to the pn junction. Therefore, it is difficult to completely electrically isolate the device shape region from the semiconductor substrate, and good device characteristics cannot be obtained.

本発明は上記従来の問題点を解決するものであり,その
目的とするところは,素子形成領域を半導体基板から電
気的に分離するのに充分な整流特性を持ったpn接合を
有する炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することに
ある。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to provide a silicon carbide semiconductor having a pn junction with sufficient rectification characteristics to electrically isolate an element formation region from a semiconductor substrate. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a device.

(課題を解決するための手段) 本発明は,炭化珪素からなるp型層およびn型層で構威
される少なくとも1つのpn接合を有する炭化珪素半導
体装置の製造方法であって,半導体基板の上方に炭化珪
素単結晶層を或長させる工程と,該炭化珪素単結晶層に
■族元素イオンを注入し,熱アニール処理を施すことに
より,該p型層を形成する工程と,該炭化珪素単結晶層
に■族元素イオンを注入し,熱アニール処理を施すこと
により.該n型層を形成する工程とを包含し,そのこと
により上記目的が達威される。
(Means for Solving the Problems) The present invention is a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having at least one pn junction composed of a p-type layer and an n-type layer made of silicon carbide, the method comprising: a step of elongating a silicon carbide single crystal layer above; a step of implanting group Ⅰ element ions into the silicon carbide single crystal layer and performing a thermal annealing treatment to form the p-type layer; By implanting group III element ions into the single crystal layer and performing thermal annealing. and forming the n-type layer, thereby achieving the above object.

本発明の製造方法においては, pn接合を構或するp
型層およびn型層は,いずれもイオン注入法により形威
される。まず,半導体基板の上方に炭化珪素単結晶層を
成長させ,続いて該炭化珪素単結晶層に所定の不純物イ
オンを注入することにより,イオン注入層を形成する。
In the manufacturing method of the present invention, a p-n junction is formed.
Both the type layer and the n-type layer are formed by ion implantation. First, a silicon carbide single crystal layer is grown above a semiconductor substrate, and then predetermined impurity ions are implanted into the silicon carbide single crystal layer to form an ion implantation layer.

この場合,注入条件を適切に調節することにより,所定
の不純物濃および層厚を有するイオン注入層が得られる
。p型層を形成するための注入イオンとしては.ホウ素
(B)イオン.アルごニウム(AI)イオン,ガリウム
(Ga)イオンなどの■族元素イオンが用いられる。n
型層を形戒するための注入イオンとしては,窒素(N)
イオン.リン(P)イオン,ヒ素(As)イオンなどの
■族元素イオンが用いられる。
In this case, by appropriately adjusting the implantation conditions, an ion implantation layer having a predetermined impurity concentration and layer thickness can be obtained. The ions to be implanted to form a p-type layer are: Boron (B) ion. Group II element ions such as argonium (AI) ions and gallium (Ga) ions are used. n
Nitrogen (N) is used as the implanted ion to shape the mold layer.
ion. Group III element ions such as phosphorus (P) ions and arsenic (As) ions are used.

得られたイオン注入層は.次いで熱アニール処理が施さ
れる。熱アニール処理は.不活性ガス(例えば,八rガ
ス)雰囲気下,約1,000 〜1,400゜Cの温度
で行われる。この熱アニール処理により,上記イオン注
入層は活性化されて,p型層またはn型層となる。
The resulting ion-implanted layer is. A thermal annealing treatment is then performed. Thermal annealing treatment. It is carried out at a temperature of about 1,000 to 1,400°C under an inert gas atmosphere (eg, 8R gas). By this thermal annealing treatment, the ion implantation layer is activated and becomes a p-type layer or an n-type layer.

pn接合を構威するp型層およびn型層の形威順序は特
に重要ではない。例えば.半導体基板の上方に形威され
た炭化珪素単結晶層に■族元素イオン(またはV族元素
イオン)を注入し,続いて熱アニール処理を施すことな
く.V族元素イオン(または■族元素イオン)を注入し
.得られた両方のイオン注入層に熱アニール処理を施す
ことにより.p型層およびn型層を一時に形威すること
ができる。あるいは,半導体基板の上方に形威された炭
化珪素単結晶層に■族元素イオン(またはV族元素イオ
ン)を注入し,熱アニール処理を施すことにより,まず
p型層(またはn型層)を形威し,続いてこのP型層(
またはn型層)にV族元素イオン(または■族元素イオ
ン)を注入し,再度熱アニール処理を施すことにより,
n型層(またはp型層)を段階的に形威することができ
る。
The order in which the p-type layer and n-type layer forming the pn junction are formed is not particularly important. for example. Group II element ions (or Group V element ions) are implanted into a silicon carbide single crystal layer formed above a semiconductor substrate, without subsequent thermal annealing treatment. Inject group V element ions (or group ■ element ions). By applying thermal annealing treatment to both of the resulting ion-implanted layers. A p-type layer and an n-type layer can be formed at the same time. Alternatively, by implanting group I element ions (or group V element ions) into a silicon carbide single crystal layer formed above the semiconductor substrate and performing thermal annealing treatment, the p-type layer (or n-type layer) is first formed. Then, this P-type layer (
By implanting group V element ions (or group II element ions) into the layer (or n-type layer) and performing thermal annealing treatment again,
The n-type layer (or p-type layer) can be formed in stages.

(作用) このように炭化珪素単結晶層に所定の不純物イオンを注
入することにより,p型層およびn型層を階段的に形成
することができる。しかも.気相戒長法を用いた場合の
ように接合部分から結晶欠陥が発生することもない。こ
のようなp型層およびn型層から構威されるpn接合は
,良好な整流特性を有しており.素子形成領域を半導体
基板から電気的に充分に分離することができる。従って
,本発明の製造方法により得られる各種の炭化珪素半導
体装置は良好な素子特性を有する。
(Function) By implanting predetermined impurity ions into the silicon carbide single crystal layer in this way, a p-type layer and an n-type layer can be formed in a stepwise manner. Moreover. Crystal defects do not occur at the joints, unlike when using the vapor phase method. A pn junction composed of such a p-type layer and an n-type layer has good rectification characteristics. The element formation region can be electrically isolated sufficiently from the semiconductor substrate. Therefore, various silicon carbide semiconductor devices obtained by the manufacturing method of the present invention have good device characteristics.

(実施例) 以下に本発明の実施例について説明する。(Example) Examples of the present invention will be described below.

夫旌班土 第1図(a)は,本発明の炭化珪素半導体装置の一実施
例であるpn接合ダイオードを示す。このpn接合ダイ
オードは以下のようにして作製された。
Figure 1(a) shows a pn junction diode which is an embodiment of the silicon carbide semiconductor device of the present invention. This pn junction diode was manufactured as follows.

まず,第l図(b)に示すように,気相成長(CVO)
法により,Si単結晶基板l上にノンドープSiC単結
晶層2を1 , 350℃で成長させた。次いで,イオ
ン注入装置を用いて.ノンドープSiC単結晶層2の表
面領域にホウ素イオン(Ilu−)を注入し,続いてリ
ンイオン(:llp“)を注入することにより,第1図
(C)に示すようなBイオン注入層3およびPイオン注
入層4を形威した。なお,注入条件は,加速電圧がそれ
ぞれ200 keVおよび100 keVであり,Bイ
オンおよびPイオンの注入量がそれぞれI XIO”c
m−2および3 XIO”c『2であった。
First, as shown in Figure 1(b), vapor phase growth (CVO)
A non-doped SiC single crystal layer 2 was grown at 1,350° C. on a Si single crystal substrate 1 using the method. Next, use an ion implanter. By implanting boron ions (Ilu-) into the surface region of the non-doped SiC single crystal layer 2, and then implanting phosphorus ions (:llp"), a B ion-implanted layer 3 and a A P ion implantation layer 4 was formed.The implantation conditions were that the acceleration voltage was 200 keV and 100 keV, respectively, and the implantation amount of B ions and P ions was IXIO"c.
m-2 and 3 XIO"c"2.

そして.約1,000〜1 , 300゜Cにて熱アニ
ール処理を行うことにより,Bイオン注入層3およびP
イオン注入層4を活性化させ.第1図(d)に示すよう
なp型層5およびn型層6を形威した。
and. By performing thermal annealing at approximately 1,000 to 1,300°C, the B ion-implanted layer 3 and P
Activate the ion implantation layer 4. A p-type layer 5 and an n-type layer 6 as shown in FIG. 1(d) were formed.

続いて,n型層6上にアルミニウム(AL)を真空蒸着
した後.ホトリソグラフィーを用いて,所定領域に^l
蒸着膜7を形威した。このAI蒸着膜7をマスクとして
反応性イオンエッチング(RIIE )により,n型層
6と,p型層5の表面部分とをエッチングして,第1図
(e)に示すようなメザ構造を形成した。そして, A
I蒸着膜7はエッチングにより除去した。なお,エッチ
ング6こはリン酸(H3PO4)溶液を用いた。最後に
.p型層5およびn型層6上に,それぞれアルミニウム
(AI)を真空蒸着した後,ホトリソグラフィーを用い
てパクーニングを行ない,、p側電極8およびn側電極
9を形成することにより,第1図(a)に示すようなp
n接合ダイオードを得た。
Subsequently, aluminum (AL) is vacuum-deposited on the n-type layer 6. Using photolithography, apply it to a specified area ^l
The vapor deposited film 7 was formed. Using this AI vapor deposited film 7 as a mask, the n-type layer 6 and the surface portion of the p-type layer 5 are etched by reactive ion etching (RIIE) to form a meza structure as shown in FIG. 1(e). did. And, A
The I vapor deposited film 7 was removed by etching. Note that a phosphoric acid (H3PO4) solution was used for the etching step 6. lastly. After vacuum-depositing aluminum (AI) on the p-type layer 5 and the n-type layer 6, respectively, pakuning is performed using photolithography to form the p-side electrode 8 and the n-side electrode 9. p as shown in figure (a)
An n-junction diode was obtained.

比較のために,Bイオン注入層3およびPイオン注入N
4に代えて,それぞれホウ素不純物およびリン不純物を
添加しながら気相戒長させた炭化珪素単結晶層を用いて
pn接合を形威すること以外は上記の実施例と同様にし
て,従来のpn接合ダイオードを作製した。
For comparison, B ion-implanted layer 3 and P ion-implanted N
4, the conventional pn junction was formed in the same manner as in the above embodiment except that a pn junction was formed by using a silicon carbide single crystal layer which was grown in the vapor phase while adding boron impurities and phosphorous impurities, respectively. A junction diode was fabricated.

このようにして得られた本実施例のpn接合ダイオード
および従来のpn接合ダイオードを.電流一電圧特性に
ついて調べた。その結果をそれぞれ第2図および第3図
に示す。なお,実線は室温における電流−電圧特性を示
し,点線は300゜Cにおける電流一電圧特性を示す。
The pn junction diode of this example obtained in this way and the conventional pn junction diode are as follows. The current-voltage characteristics were investigated. The results are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. Note that the solid line indicates the current-voltage characteristic at room temperature, and the dotted line indicates the current-voltage characteristic at 300°C.

これらの図から明らかなように.本実施例のpn接合ダ
イオードでは,Bq l0 イオンを注入したp型層と.Pイオンを注入したn型層
とからpn接合が形成されているので,従来のpn接合
ダイオードに比べてリーク電流が大幅に低減され,特に
高′a領域まで安定な整流特性が得られた。
As is clear from these figures. The pn junction diode of this example has a p-type layer implanted with Bq l0 ions and a p-type layer implanted with Bq l0 ions. Since a pn junction is formed from the n-type layer into which P ions are implanted, leakage current is significantly reduced compared to conventional pn junction diodes, and stable rectification characteristics are obtained, especially up to the high a region.

裏施脳L 第4図(a)は,本発明の炭化珪素半導体装置の他の実
施例である絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOS
FET)を示す。このMOSFETは以下のようにして
作製された。
Figure 4(a) shows an insulated gate field effect transistor (MOS) which is another embodiment of the silicon carbide semiconductor device of the present invention.
FET). This MOSFET was manufactured as follows.

まず.第4図(b)に示すように,気相成長(CVD)
法により,Si単結晶基板ll上にノンドープSiC単
結晶層12を1 , 350゜Cで戒長させた。次いで
,イオン注入装置を用いて,ノンドープSiC単結晶層
12の表面領域にアルミニウムイオン(Z7AI−)を
注入することにより.第4図(C)に示すようなAIイ
オン注入層l3を形威した。なお,注入条件は.加速電
圧が200 keVであり, AIイオンの注入量がそ
れぞれI XIOI5cnr2テあッタ。
first. As shown in Figure 4(b), vapor phase growth (CVD)
A non-doped SiC single crystal layer 12 was grown at 1,350°C on a Si single crystal substrate 11 by a method. Next, aluminum ions (Z7AI-) are implanted into the surface region of the non-doped SiC single crystal layer 12 using an ion implantation device. An AI ion-implanted layer l3 as shown in FIG. 4(C) was formed. The injection conditions are as follows. The accelerating voltage was 200 keV, and the amount of AI ions implanted was IXIOI5cnr2, respectively.

そして, 1,300゜Cにて熱アニール処理を行うこ
?により.旧イオン注入層13を活性化させ,第4図(
d)に示すようなp型層14を形成した。
Then, thermal annealing treatment is performed at 1,300°C. By. The old ion-implanted layer 13 is activated, and as shown in FIG.
A p-type layer 14 as shown in d) was formed.

続いて.CvD法またはプラズマCVD法により,p型
層14上にSiOz膜を形威した。次いで,ホトリソグ
ラフィーを用いて, SiO■膜の所定領域をエッチン
グにより開口して,フィールド絶縁膜15とした(第4
図(e))。なお,エッチングにはフソ化水素(HF)
溶液を用いた。そして.イオン注入装置を用い,フィー
ルド絶縁膜15をマスクとして,p型層14の開口領域
に窒素イオン(”N”)を注入した。注入条件は,加速
電圧が50keVであり,Nイオンの注入量が3X10
”cm〜2であった。次いで,約1 , 000〜1 
, 200゜Cにて熱アニール処理を行うことにより.
Nイオン注入領域を活性化させ 第4図(e)に示すよ
うなn型層からなるソース領域l6およびドレイン領域
l7を形威した。
continue. A SiOz film was formed on the p-type layer 14 by a CvD method or a plasma CVD method. Next, using photolithography, a predetermined region of the SiO film was opened by etching to form a field insulating film 15 (a fourth film).
Figure (e)). Note that hydrogen fluoride (HF) is used for etching.
A solution was used. and. Nitrogen ions ("N") were implanted into the open region of the p-type layer 14 using an ion implantation device and using the field insulating film 15 as a mask. The implantation conditions were an acceleration voltage of 50 keV and an implantation amount of N ions of 3×10
”cm~2. Then, about 1,000~1
, by thermal annealing at 200°C.
The N ion implantation region was activated to form a source region 16 and a drain region 17 made of an n-type layer as shown in FIG. 4(e).

さらに,ゲート領域に対応する部分のフィールド絶縁膜
l5をエッチングにより除去した後,酸素雰囲気下, 
1,100゜Cにて4時間熱酸化を行うことにより.ゲ
ート絶縁膜l8を形威した。最後に.ソ1l l2 ース領域16およびドレイン領域17に対応する開口部
分と,ゲート領域に対応する部分のゲート絶縁膜l8上
とに,それぞれアルくニウム(AI)を真空蒸着した後
.ホトリソグラフィーを用いて,ソース電極19,ドレ
イン電極20,およびゲート電極2lを形成することよ
り,第4図(a)に示すようなMOSFETを得た。
Furthermore, after removing the field insulating film l5 in the portion corresponding to the gate region by etching, under an oxygen atmosphere,
By performing thermal oxidation at 1,100°C for 4 hours. The gate insulating film l8 was formed. lastly. After vacuum-depositing aluminum (AI) on the opening portions corresponding to the source region 16 and drain region 17 and on the gate insulating film 18 on the portion corresponding to the gate region. A MOSFET as shown in FIG. 4(a) was obtained by forming a source electrode 19, a drain electrode 20, and a gate electrode 2l using photolithography.

比較のために, AIイオン注入層l3に代えて,アル
旦ニウム不純物を添加しながら気相成長させた炭化珪素
単結晶層を用いること以外は上記の実施例と同様にして
,従来のMOSFETを作製した。
For comparison, a conventional MOSFET was fabricated in the same manner as in the above example except that a silicon carbide single crystal layer grown in a vapor phase while adding an aluminum impurity was used in place of the AI ion-implanted layer l3. Created.

このようにして得られた本実施例のMOSFETおよび
従来のMOSFETを,トランジスタ特性(ドレイン電
流一ドレイン電圧特性)について調べた。その結果をそ
れぞれ第5図および第6図に示す。これらの図から明ら
かなように,本実施例のMOSFETでは, AIイオ
ンを注入したp型層と,Nイオンを注入したn型層とか
らpn接合が形威されているので,従来のMOSPET
に比べてリーク電流が大幅に低減され,ドレイン電流の
良好な飽和を示すトランジス夕特性が得られた。また,
このような良好なトランジスタ特性は高温領域まで安定
であった。
The transistor characteristics (drain current vs. drain voltage characteristics) of the thus obtained MOSFET of this example and the conventional MOSFET were investigated. The results are shown in FIGS. 5 and 6, respectively. As is clear from these figures, in the MOSFET of this example, a p-n junction is formed from the p-type layer implanted with AI ions and the n-type layer implanted with N ions, so it is different from the conventional MOSPET.
The leakage current was significantly reduced compared to the previous model, and transistor characteristics showing good saturation of the drain current were obtained. Also,
Such good transistor characteristics were stable even in the high temperature range.

(発明の効果) 本発明によれば+ pn接合を構成するp型層およびn
型層をイオン注入法で形威するため.素子形成領域が半
導体基板から電気的に充分に分離され,良好な素子特性
を有する炭化珪素半導体装置が得られる。このような炭
化珪素半導体装置は各種の用途が考えられるが.素子特
性が高温領域まで安定であるので,特に高温動作用の半
導体装置として有用である。また,本発明は,通常のイ
オン注入技術を利用しているため,種々の炭化珪素半導
体装置(例えば, pn接合ダイオードやゲート絶縁型
電界効果トランジスタなど)を工業的規模で生産するこ
とが可能になる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, the p-type layer and n
To shape the mold layer using ion implantation. A silicon carbide semiconductor device in which the element formation region is sufficiently electrically isolated from the semiconductor substrate and has good element characteristics can be obtained. Such silicon carbide semiconductor devices can be used for various purposes. Since the device characteristics are stable up to a high temperature range, it is particularly useful as a semiconductor device for high temperature operation. Furthermore, since the present invention utilizes ordinary ion implantation technology, it is possible to produce various silicon carbide semiconductor devices (for example, pn junction diodes, gate insulated field effect transistors, etc.) on an industrial scale. Become.

4.゛ の  なi゛日 第1図(a)〜(e)は本発明の炭化珪素半導体装置の
一実施例であるpn接合ダイオードの製造工程を説明す
るための断面図,第2図は該pn接合ダイオードの整流
特性を示す図.第3図は従来の方法で製l3 14 造されたpn接合ダイオードの整流特性を示す図第4図
(a)〜(e)は本発明の他の実施例である絶縁ゲート
型電界効果トランジスタの製造工程を説明するための断
面図,第5図は該絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
素子特性を示す図,第6図は従来の方法で製造された絶
縁ゲート型電界効果トランジスタの素子特性を示す図で
ある。
4. Figures 1 (a) to (e) are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of a pn junction diode, which is an embodiment of the silicon carbide semiconductor device of the present invention, and Figure 2 is a cross-sectional view of the pn junction diode, which is an embodiment of the silicon carbide semiconductor device of the present invention. A diagram showing the rectification characteristics of a junction diode. FIG. 3 shows the rectifying characteristics of a pn junction diode manufactured by a conventional method. FIGS. A cross-sectional view for explaining the manufacturing process, FIG. 5 is a diagram showing the device characteristics of the insulated gate field effect transistor, and FIG. 6 is a diagram showing the device characteristics of the insulated gate field effect transistor manufactured by the conventional method. It is a diagram.

1.11・・・Si単結晶基板,2.12・・・ノンド
ープSiC単結晶層,3・・・Bイオン注入層,4・・
・Pイオン注入層,5.14・・・p型層,6・・・n
型層,7・・・AI蒸着膜,8・・・p側電極,9・・
・n側電極,13・・・AIイオン注入層.15・・・
フィールド絶縁膜, 16・・・ソース領域(n型層)
,17・・・ドレイン領域(n型層).18・・・ゲー
ト絶縁膜,19・・・ソース電極, 20・・・ドレイ
ン電極,21・・・ゲート電極。
1.11... Si single crystal substrate, 2.12... Non-doped SiC single crystal layer, 3... B ion implantation layer, 4...
・P ion implantation layer, 5.14...p type layer, 6...n
Mold layer, 7... AI vapor deposited film, 8... p-side electrode, 9...
・N-side electrode, 13...AI ion implantation layer. 15...
Field insulating film, 16...source region (n-type layer)
, 17... drain region (n-type layer). 18... Gate insulating film, 19... Source electrode, 20... Drain electrode, 21... Gate electrode.

以上that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、炭化珪素からなるp型層およびn型層で構成される
少なくとも1つのpn接合を有する炭化珪素半導体装置
の製造方法であって、 半導体基板の上方に炭化珪素単結晶層を成長させる工程
と、 該炭化珪素単結晶層にIII族元素イオンを注入し、熱ア
ニール処理を施すことにより、該p型層を形成する工程
と、 該炭化珪素単結晶層にV族元素イオンを注入し、熱アニ
ール処理を施すことにより、該n型層を形成する工程と
、 を包含する炭化珪素半導体装置の製造方法。
[Claims] 1. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having at least one pn junction composed of a p-type layer and an n-type layer made of silicon carbide, the method comprising: placing a silicon carbide single crystal above a semiconductor substrate; a step of growing a layer, a step of forming the p-type layer by implanting group III element ions into the silicon carbide single crystal layer and performing a thermal annealing treatment; A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: forming the n-type layer by implanting ions and performing thermal annealing.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0620982A (en) * 1991-10-04 1994-01-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Introduction of impurity atom
CN102869816A (en) * 2011-03-22 2013-01-09 住友电气工业株式会社 Silicon carbide substrate

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