JPH0383332A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体装置の製造方法

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JPH0383332A
JPH0383332A JP1221207A JP22120789A JPH0383332A JP H0383332 A JPH0383332 A JP H0383332A JP 1221207 A JP1221207 A JP 1221207A JP 22120789 A JP22120789 A JP 22120789A JP H0383332 A JPH0383332 A JP H0383332A
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ion
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勝紀 古川
Akira Suzuki
彰 鈴木
Yoshihisa Fujii
藤井　良久
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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） 本発明は炭化珪素半導体装置、特にイオン注入により伝
導型が制御された炭化珪素半導体層を有する炭化珪素半
導体装置の製造方法に関する。
（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９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。
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。
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
し得る結晶成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。
従来、研究室規模では２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。
その上に気相成長法（ＣＶＤ法）や液相エピタキシャル
成長性（ＬＰＥ法）で炭化珪素単結晶層をエピタキシャ
ル成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。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。
これらの問題点を解決するために１本発明者らは、安価
で人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成長させる方法を提案し
た（特開昭５９−２０３７９９号）。
該方法において、炭化珪素を気相成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ｉ制御することは可能である。しか
しながら５気相戒長を行う温度が高いため９例えばｐｎ
接合を設けた半導体装置の電気的特性はあまり良好では
ない。従って、上記の方法は、不純物が添加された炭化
珪素半導体層を形成するのに適していない。
珪素を用いた半導体装置、特にプレーナ構造の半導体装
置の作製には、不純物熱拡散法またはイオン注入法が必
要不可欠なプロセス技術として広く用いられている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら１炭化珪素における不純物の拡散定数は小
さく、また１、６００℃以上の拡散温度が必要であるた
め、不純物熱拡散法は炭化珪素半導体のプロセス技術と
して適当ではない。
イオン注入法については、Ｖ族元素イオン（例えば、窒
素（Ｎ）イオンやリン（Ｐ）イオン）の注入が行われて
おり、これらのイオンが注入された炭化珪素は熱アニー
ル処理により電気的に活性化する。しかしながら、Ｖ族
元素イオンの活性化率（すなわち、注入イオン量に対す
るシートキャリア濃度の比率）は、活性化のための熱ア
ニール処理を１　、３００″Ｃ以上の高温で行っても８
０％以下という低い値しか得られない、また、炭化珪素
に■族元素イオン（例えば、ホウ素（Ｂ）イオンやアル
ミニウム（ＡＩ）イオン）を注入した場合には、注入さ
れた不純物イオンが理論通りに炭化珪素中に分布してい
るにもかかわらず、該炭化珪素の電気的活性化は充分に
行われていない。
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、■族元素イオンや■族元素イオン
を注入しても、充分に電気的な活性化が行われた炭化珪
素半導体層を有する半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、　ｐ型伝導層およびｎ型伝導層の少なくとも
一方を有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
炭化珪素半導体層にフッ素イオンと■族元素イオンまた
は■族元素イオンとを注入することにより、それぞれｐ
型伝導層またはｎ型伝導層を形成する工程を包含し、そ
のことにより上記目的が達成される。
炭化珪素半導体に■族元素イオンのみを注入しても活性
化されず、また■族元素イオンの活性化率も珪素半導体
などの場合に比べて低い。他方フッ素（Ｆ）イオンは非
常に活性であり、珪素半導体に対しては、注入された元
素イオンの拡散防止などに用いられている。そこで１本
発明の製造方法においては、炭化珪素半導体層にフッ素
イオンと■族元素イオンまたはＶ族元素イオンとを注入
し、活性なフッ素イオンが存在する状態で■族元素イオ
ンまたはＶ族元素イオンの活性化を行う。
そして、このことにより、炭化珪素半導体層における■
族元素イオンは容易に活性化され、Ｖ族元素イオンの活
性化率は大幅に向上する。
イオン注入を行う際には２例えば、まずフッ素イオンを
注入した後、続いて■族元素イオンまたはＶ族元素イオ
ンを注入する。あるいは、逆に。
■族元素イオンまたは■族元素イオンを注入した後、続
いてフッ素イオンを注入してもよい。また。
フッ素イオンと、■族元素イオンまたは■族元素イオン
とを同時に注入することができる。
イオン注入する■族元素イオンとしては２例えばホウ素
（Ｂ）イオン、アルミニウム（ＡＩ）イオン。
ガリウム（Ｇａ）イオンなどが挙げられる。イオン注入
するＶ族元素イオンとしては２例えば窒素（Ｎ）イオン
、リン（Ｐ）　イオン、ヒ素（Ａｓ）イオンなどが挙げ
られる。
（実施例） 以下に本発明の実施例について述べる。
実旌斑上 本実施例では、　Ｆイオンと、■族元素イオンとしてＡ
Ｉイオンとを注入することにより、　ｐ型圧導層を形成
する場合について説明する。
まず、第１図中）に示すように、気相成長（ＣＶＤ）法
により、Ｓｉ単結晶基板Ｉり上にノンドープＳｉＣ単結
晶層１２を成長させた。そして、ノンドープＳｉＣ単結
晶Ｎ１２上の全面に厚さが約５，０００人の５ｉ０２膜
１３を形成した後、第１図（Ｃ）に示すように、　５ｉ
Ｏ１膜１３の所定領域をエツチングにより開口した。
次いで、イオン注入装置を用いて、ノンドープＳｉＣ単
結晶１ｉｉ１２の開口部分にＦ（”Ｆ”）イオンを注入
することにより、第１図（ｄ）に示すように、　Ｆイオ
ン注入層１４を形成した。注入条件としては、加速電圧
が１００ｋｅＶ、およびＦイオンの注入量が３　ＸＩＯ
”ｅｌｌ　−”であった。引き続いて、　Ｆイオン注入
層１４にＡＩ（”ＡＩ”）イオンを注入することにより
、第１図（ｅ）に示すように、　ＦイオンとＡＩイオン
とが混在する混合イオン注入層１５を形成した。注入条
件としては、加速電圧が１５０ｋｅＶ、およびＡＩイオ
ンの注入量が５　ＸＩＯ”ｃｍ−”であった。
そして、　Ａｒ雰囲気下、　　１，１００°Ｃにて３０
分間のアニール処理を行うことにより、混合イオン注入
層１５を活性化させた。熱探針法およびホール測定法で
調べたところ、第１図（ａ）に示すようなｐ型伝導層１
６が形成されていることがわかった。
最後に、　５ｉｎｔ膜１３の所定領域を開口してアルミ
ニウムを蒸着することによりＡＩ電極１７および１８を
形成し、第１図（ａ）に示すような炭化珪素半導体装置
を得た。このようにして得られた炭化珪素半導体装置の
電流−電圧特性を測定したところ、第２図の実線で表さ
れるように、良好な整流特性を示した。
比較のために、Ｐイオンの注入を行わずに、　ＡＩイオ
ンだけを注入すること以外は上記と同様にして炭化珪素
半導体装置を作製した。このような半導体装置では、ｐ
型伝導ＩＪ１６が充分に活性化しておらず、第２図の点
線で表されるように、整流特性を示さなかった。
夫旌斑童 本実施例では、Ｆイオンと、■元素イオンとしてＰイオ
ンとを注入することにより得られるｎ型伝導層のアニー
ル温度に対する活性化率の変化について考察する。
まず、第３図（ｂ）に示すように、　ＣＶＤ法により。
Ｓｉ単結晶基板２１上にＡｔドープｐ型ＳｔＣ単結晶層
２２を成長させた。
次いで、イオン注入装置を用いて、　Ａｌｌドープ型Ｓ
ｉＣ単結晶層２２上の全面にＦ（”Ｆ”）イオンを注入
することにより、第３図（Ｃ）に示すように、　Ｆイオ
ン注入層２４を形成した。注入条件としては、加速電圧
が７０ｋｅＶ、およびＦイオンの注入量が３×１０”Ｃ
Ｉ−”であった。引き続いて、　Ｐイオン注入層２４に
Ｐ（”Ｐ”）イオンを注入することにより、第３図（ｄ
）に示すように、ＦイオンとＰイオンとが混在する混合
イオン注入層２５を形成した。注入条件としては、加速
電圧が１２０ｋｅＶ、およびＰイオンの注入量が３．９
Ｘ１０Ｉ４ｃｍ−”であった。
そして、　Ａｒ雰囲気下、約１，０００〜約１　、３０
０°Ｃの範囲内の所定温度にて３０分間のアニール処理
を行うことにより、混合イオン注入層２５を活性化させ
た。熱探針法およびホール測定法で調べたところ。
第３図（ａ）に示すようなｎ型伝導Ｎ２Ｇが形成されて
いることがわかった。
アニール温度に対する活性化率の変化を調べるために、
上記範囲内の様々な温度でアニール処理を行って得られ
た各ｎ型伝導層について、それぞれのシートキャリア濃
度を測定し、その注入イオン量に対する比率として活性
化率を求めた。このようにして得られた活性化率−アニ
ール温度特性を第４図の実線で示す。この図から明らか
なように１本発明の製造方法により作製されたｎ型伝導
層では、約１　、０００°Ｃという低い温度でアニール
処理を行っても充分に高い活性化率が得られた。
比較のために、　Ｆイオンの注入を行わずに、　Ｐイオ
ンだけを注入すること以外は上記と同様にしてれ型伝導
層を作製した。このようなｎ型伝導層では、第４図の点
線で表されるように、約１．３００°Ｃという高い温度
でアニール処理を行っても低い活性化率しか示さなかっ
た。
（発明の効果） 本発明の製造方法によれば、このように、　ｐ型不純物
である■族元素イオンまたはｎ型不純物である■族元素
イオンを炭化珪素にイオン注入して高活性化層を得るこ
とが可能となり、イオン注入よって伝導型が制御された
炭化珪素半導体層を有する半導体装置が得られる。該製
造方法は１通常のイオン注入技術を利用しているため、
炭化珪素半導体を用いたトランジスタや集積回路などの
半導体装置を工業的規模で生産することが可能となる。
４　　゛　　の　　　なｉ′口 第１図（ａ）は本発明の一実施例である製造方法により
作製された炭化珪素半導体装置の断面図、第１図（ロ）
〜（ｅ）は該炭化珪素半導体装置の製造途中における断
面図、第２図は該炭化珪素半導体装置の電流−電圧特性
（実線）と、比較例である炭化珪素半導体装置の電流−
電圧特性（点線）とを表す図、第３図（ａ）〜（ｄ）は
アニール温度に対する活性化率の変化を調べることを目
的とした９本発明の他の実施例である製造方法によるｎ
型伝導層の作製を説明するための断面図、第４図は該ｎ
型伝導層の活性化率−アニール温度特性（実線）と、比
較例であるｎ型伝導層の活性化率−アニール温度特性（
点線）とを表す図である。
１１、２１・・・Ｓｉ単結晶基板、　１２・・・ノンド
ープＳｉＣ単結晶層、１３・・・Ｓｉｎ、膜、　１４・
・・Ｓｔイオン注入層、１５゜２５・・・混合イオン注
入層１１６・・・ｐ型伝導層、　１７．１８・・・ＡＩ
電極、２２・・・Ａ１ドープｐ型ＳｉＣ単結晶層、２４
・・・Ｆイオン注入層、２６・・・ｎ型伝導層。
以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ｐ型伝導層およびｎ型伝導層の少なくとも一方を有
    する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、 炭化珪素半導体層にフッ素イオンとIII族元素イオンま
    たはＶ族元素イオンとを注入することにより、それぞれ
    ｐ型伝導層またはｎ型伝導層を形成する工程、 を包含する炭化珪素半導体装置の製造方法。
JP1221207A 1989-08-28 1989-08-28 炭化珪素半導体装置の製造方法 Pending JPH0383332A (ja)

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