JPH07106265A - 炭化けい素半導体素子の製造方法 - Google Patents
炭化けい素半導体素子の製造方法Info
- Publication number
- JPH07106265A JPH07106265A JP25058693A JP25058693A JPH07106265A JP H07106265 A JPH07106265 A JP H07106265A JP 25058693 A JP25058693 A JP 25058693A JP 25058693 A JP25058693 A JP 25058693A JP H07106265 A JPH07106265 A JP H07106265A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- impurities
- substrate
- silicon carbide
- carbide semiconductor
- heat treatment
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】SiＣ半導体基体にプラズマドーピングを適用し
て所定の不純物濃度、深さ、導電形を有する領域を形成
する方法を確立する。 【構成】対向電極を備えた真空容器内にSiＣ半導体基体
を収容し、不純物を含むふん囲気中にグロー放電を発生
させて基体に不純物を導入したのち、表面をSiの窒化膜
あるいは酸化膜で覆って外方拡散を防止しながら高温熱
処理により不純物の活性化と拡散を行わせる。
て所定の不純物濃度、深さ、導電形を有する領域を形成
する方法を確立する。 【構成】対向電極を備えた真空容器内にSiＣ半導体基体
を収容し、不純物を含むふん囲気中にグロー放電を発生
させて基体に不純物を導入したのち、表面をSiの窒化膜
あるいは酸化膜で覆って外方拡散を防止しながら高温熱
処理により不純物の活性化と拡散を行わせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化けい素 (以下SiＣ
と記す) を半導体として用いたSiＣ半導体素子の製造方
法に関する。
と記す) を半導体として用いたSiＣ半導体素子の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】SiＣは、多くの多形を有し、バンドギャ
ップが２〜３eVの半導体である。バンドギャップがシリ
コンと比較して大きいことから、青色発光ＬＥＤ、高温
デバイス、耐放射線性デバイスへと応用が期待されてい
る。さらに、最大電界強度がシリコンより大きいため、
パワーデバイスも応用がまたれている。これらのような
半導体素子への適用を行うための基本的な技術の一つ
に、ｐ−ｎ制御または接合形成技術がある。これらは、
シリコンでは主にイオン注入によって実施されてきた。
イオン注入によれば必要な場所に必要な量の不純物を導
入することができ、これを1000〜1200℃で熱処理するこ
とによって接合形成することが可能である。一方、SiＣ
においても同様にイオン注入によって不純物を導入する
方法が検討されている。SiＣは、シリコンと比較すると
化学的安定性が非常に高く、そのために様々な加工が困
難である。イオン注入による不純物導入においても、導
入した不純物のほとんどは、1800℃以上の熱処理でもあ
まりドナー化、アクセプタ化していないことが知られて
いる。特にアクセプタ化が困難で、これはイオン注入の
際多くの欠陥が発生し、それに伴いドナーレベルが形成
されることがアクセプタの活性化が困難な原因の一つと
考えられる。これに対し、例えばEdmondらはＪ.Appl. P
his. Vol.63(1988)p.922にアルミニウムイオンを550
℃、Ghe.. らはAppl. Phys. Lett. Vol.63(1993)p.1206
にほう素イオンを1000℃の高温でそれぞれ注入する方法
を提案し、比較的良好な接合が得られることを報告して
いる。
ップが２〜３eVの半導体である。バンドギャップがシリ
コンと比較して大きいことから、青色発光ＬＥＤ、高温
デバイス、耐放射線性デバイスへと応用が期待されてい
る。さらに、最大電界強度がシリコンより大きいため、
パワーデバイスも応用がまたれている。これらのような
半導体素子への適用を行うための基本的な技術の一つ
に、ｐ−ｎ制御または接合形成技術がある。これらは、
シリコンでは主にイオン注入によって実施されてきた。
イオン注入によれば必要な場所に必要な量の不純物を導
入することができ、これを1000〜1200℃で熱処理するこ
とによって接合形成することが可能である。一方、SiＣ
においても同様にイオン注入によって不純物を導入する
方法が検討されている。SiＣは、シリコンと比較すると
化学的安定性が非常に高く、そのために様々な加工が困
難である。イオン注入による不純物導入においても、導
入した不純物のほとんどは、1800℃以上の熱処理でもあ
まりドナー化、アクセプタ化していないことが知られて
いる。特にアクセプタ化が困難で、これはイオン注入の
際多くの欠陥が発生し、それに伴いドナーレベルが形成
されることがアクセプタの活性化が困難な原因の一つと
考えられる。これに対し、例えばEdmondらはＪ.Appl. P
his. Vol.63(1988)p.922にアルミニウムイオンを550
℃、Ghe.. らはAppl. Phys. Lett. Vol.63(1993)p.1206
にほう素イオンを1000℃の高温でそれぞれ注入する方法
を提案し、比較的良好な接合が得られることを報告して
いる。
【０００３】イオン注入は、正確な量の不純物を入れる
ことができるが、高濃度に入れるためには長い時間を要
する。特公昭63−55856 号公報あるいは特公平４−3645
4 号公報で公知のプラズマドーピング法は、不純物を含
むふん囲気内でプラズマ放電を発生させて半導体基体へ
不純物を導入する方法で基体中に所定の導電形の領域を
再現よく形成することができる。
ことができるが、高濃度に入れるためには長い時間を要
する。特公昭63−55856 号公報あるいは特公平４−3645
4 号公報で公知のプラズマドーピング法は、不純物を含
むふん囲気内でプラズマ放電を発生させて半導体基体へ
不純物を導入する方法で基体中に所定の導電形の領域を
再現よく形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のプラズ
マドーピング法は、半導体がSiである場合についてのみ
知られており、半導体がSiＣである場合についてはまだ
知られていない。本発明の目的は、プラズマドーピング
法をSiＣ基体に対し適用し、所定の導電形で所定の不純
物濃度の領域を形成することによるSiＣ半導体素子の製
造方法を提供することにある。
マドーピング法は、半導体がSiである場合についてのみ
知られており、半導体がSiＣである場合についてはまだ
知られていない。本発明の目的は、プラズマドーピング
法をSiＣ基体に対し適用し、所定の導電形で所定の不純
物濃度の領域を形成することによるSiＣ半導体素子の製
造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のSiＣ半導体素子の製造方法は、内部に対
向する電極を備えた真空容器内にSiＣ半導体基体を収容
し、前記電極間に電圧を印加することにより、真空容器
内の不純物をふん囲気中にグロー放電を発生させ、基体
に不純物を導入したのち、その不純物導入部分を耐熱性
被膜で被覆し、熱処理により不純物の電気的活性化と拡
散を行い、基体に所定の不純物濃度で所定の深さをもつ
所定の導電形領域を形成するものとする。耐熱性被膜が
シリコン窒化膜であってもシリコン酸化膜であっても良
い。真空容器内ふん囲気に不純物化合物として、Ｂ2 Ｈ
6 、Al( ＣＨ3 ) 3 、Ｎ2 、ＮＨ3 、ＰＨ3 、AsＨ3 の
いずれかを含むことが有効である。
めに、本発明のSiＣ半導体素子の製造方法は、内部に対
向する電極を備えた真空容器内にSiＣ半導体基体を収容
し、前記電極間に電圧を印加することにより、真空容器
内の不純物をふん囲気中にグロー放電を発生させ、基体
に不純物を導入したのち、その不純物導入部分を耐熱性
被膜で被覆し、熱処理により不純物の電気的活性化と拡
散を行い、基体に所定の不純物濃度で所定の深さをもつ
所定の導電形領域を形成するものとする。耐熱性被膜が
シリコン窒化膜であってもシリコン酸化膜であっても良
い。真空容器内ふん囲気に不純物化合物として、Ｂ2 Ｈ
6 、Al( ＣＨ3 ) 3 、Ｎ2 、ＮＨ3 、ＰＨ3 、AsＨ3 の
いずれかを含むことが有効である。
【０００６】
【作用】グロー放電により発生するプラズマ中で励起さ
れたイオン化した不純物は、SiＣ半導体基体へ低エネル
ギーで照射され、基体へ導入される。その時のエネルギ
ーは、印加した電圧以下のきわめて低いエネルギーであ
るため、半導体への照射ダメージが少ないとともに、短
時間で高濃度導入が可能となる。しかし、SiＣ基体へ導
入した不純物は、電気的活性化および内部への拡散のた
めに加熱すると、基体表面から外への外方拡散がなくな
ってしまう。これを防止するために、プラズマドーピン
グで不純物を導入後、シリコン窒化膜あるいはシリコン
酸化膜のような耐熱性被膜で被覆する。
れたイオン化した不純物は、SiＣ半導体基体へ低エネル
ギーで照射され、基体へ導入される。その時のエネルギ
ーは、印加した電圧以下のきわめて低いエネルギーであ
るため、半導体への照射ダメージが少ないとともに、短
時間で高濃度導入が可能となる。しかし、SiＣ基体へ導
入した不純物は、電気的活性化および内部への拡散のた
めに加熱すると、基体表面から外への外方拡散がなくな
ってしまう。これを防止するために、プラズマドーピン
グで不純物を導入後、シリコン窒化膜あるいはシリコン
酸化膜のような耐熱性被膜で被覆する。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の一実施例に用いたほう素のプ
ラズマドーピング装置の概要図で、真空容器１の中に電
極21、22が上下で対向しており、電源３に接続されてい
る。真空容器１には真空ポンプ４のバルブ41を介して接
続され、またＢ2 Ｈ6 ボンベ51のキャリアガスのＨ2 ボ
ンベ52が、ガス流量制御バルブ53を介して接続されてい
る。さらに、真空容器１には真空計６が接続されてい
る。SiＣ基板７は電極22の上に載せ、電極22に内蔵さ
れ、電源81に接続されたヒータ８によって加熱できる。
まず真空ポンプ４により真空容器１内を排気し、約１×
10-7Torrの真空にしたのち、真空バルブ41を絞り、排気
速度を下げると同時に、ボンベ51からのＢ 2 Ｈ6 とボン
ベ52からのＨ2 の混合ガスをコントロールバルブ53を通
して真空容器１内に送り、圧力0.５Torrの状態で電極2
1、22間に電源３により900 Ｖの電圧を印加し、グロー
放電を発生させる。これによりSiＣ基板７にＢが侵入す
る。図２は、グロー放電を６分間発生させたのちのSiＣ
基板７のＢの深さ方向の濃度分布を二次イオン質量分析
法により測定した結果である。図からわかるように、10
20cm-3以上の高濃度でＢがドープされている。次いでＢ
の電気的活性化と拡散のために1200℃程度の高温でアニ
ールを行うが、このような高温で熱処理を行うと、Ｂが
表面から外方拡散し、10時間程度の熱処理によりほとん
どＢがなくなってしまう。そこでＣＶＤ法で基板表面上
をシリコン窒化膜で覆い、1200℃、10時間の熱処理を行
った。図３はその熱処理後のＢの濃度分布ならびにSi、
およびＣの任意目盛でのイオン強度分布を示す。シリコ
ン窒化膜で被覆することにより、高温熱処理後でもこの
ように高濃度のＢが存在する。なおキャリアガスとして
は、SiＣ半導体にとってドナーアクセプタにならないも
のがよく、Ｈ2 のほかにHeを用いることができる。
ラズマドーピング装置の概要図で、真空容器１の中に電
極21、22が上下で対向しており、電源３に接続されてい
る。真空容器１には真空ポンプ４のバルブ41を介して接
続され、またＢ2 Ｈ6 ボンベ51のキャリアガスのＨ2 ボ
ンベ52が、ガス流量制御バルブ53を介して接続されてい
る。さらに、真空容器１には真空計６が接続されてい
る。SiＣ基板７は電極22の上に載せ、電極22に内蔵さ
れ、電源81に接続されたヒータ８によって加熱できる。
まず真空ポンプ４により真空容器１内を排気し、約１×
10-7Torrの真空にしたのち、真空バルブ41を絞り、排気
速度を下げると同時に、ボンベ51からのＢ 2 Ｈ6 とボン
ベ52からのＨ2 の混合ガスをコントロールバルブ53を通
して真空容器１内に送り、圧力0.５Torrの状態で電極2
1、22間に電源３により900 Ｖの電圧を印加し、グロー
放電を発生させる。これによりSiＣ基板７にＢが侵入す
る。図２は、グロー放電を６分間発生させたのちのSiＣ
基板７のＢの深さ方向の濃度分布を二次イオン質量分析
法により測定した結果である。図からわかるように、10
20cm-3以上の高濃度でＢがドープされている。次いでＢ
の電気的活性化と拡散のために1200℃程度の高温でアニ
ールを行うが、このような高温で熱処理を行うと、Ｂが
表面から外方拡散し、10時間程度の熱処理によりほとん
どＢがなくなってしまう。そこでＣＶＤ法で基板表面上
をシリコン窒化膜で覆い、1200℃、10時間の熱処理を行
った。図３はその熱処理後のＢの濃度分布ならびにSi、
およびＣの任意目盛でのイオン強度分布を示す。シリコ
ン窒化膜で被覆することにより、高温熱処理後でもこの
ように高濃度のＢが存在する。なおキャリアガスとして
は、SiＣ半導体にとってドナーアクセプタにならないも
のがよく、Ｈ2 のほかにHeを用いることができる。
【０００８】SiＣにとってｐ形領域形成のためのアクセ
プタとなる元素としてはＢ以外にAlがある。Al化合物と
してはAl (ＣＨ3 ) 3 を用い、HeやＨ2 でバブルしたガ
スを真空容器に導入する。ｎ形領域形成のためのドナー
となる元素としてはＮ、Ｐ、Asなどがあり、それぞれＮ
2 あるいはＮＨ3 、ＰＨ3 、AsＨ3 などのガスを使用す
る。いずれの場合も、印加する電圧としては400 〜1000
Ｖ、真空度としては0.１〜10Torr程度でプラズマが発生
し、ドーピングが可能となる。また、高温熱処理時の被
膜としては、シリコン窒化膜のほかにシリコン酸化膜を
用いても外方拡散を防止できる。
プタとなる元素としてはＢ以外にAlがある。Al化合物と
してはAl (ＣＨ3 ) 3 を用い、HeやＨ2 でバブルしたガ
スを真空容器に導入する。ｎ形領域形成のためのドナー
となる元素としてはＮ、Ｐ、Asなどがあり、それぞれＮ
2 あるいはＮＨ3 、ＰＨ3 、AsＨ3 などのガスを使用す
る。いずれの場合も、印加する電圧としては400 〜1000
Ｖ、真空度としては0.１〜10Torr程度でプラズマが発生
し、ドーピングが可能となる。また、高温熱処理時の被
膜としては、シリコン窒化膜のほかにシリコン酸化膜を
用いても外方拡散を防止できる。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマドーピングで
不純物を導入し、耐熱性被膜で外方拡散を防止して熱処
理を行うことにより、低ダメージで高濃度の不純物をSi
Ｃ基体中に短時間で導入、拡散させて所定の導電形の領
域を形成することができるため、SiＣ半導体素子の製造
が容易になった。
不純物を導入し、耐熱性被膜で外方拡散を防止して熱処
理を行うことにより、低ダメージで高濃度の不純物をSi
Ｃ基体中に短時間で導入、拡散させて所定の導電形の領
域を形成することができるため、SiＣ半導体素子の製造
が容易になった。
【図１】本発明の一実施例に用いたプラズマドーピング
装置の断面図
装置の断面図
【図２】本発明の一実施例におけるプラズマドーピング
後のSiＣ基板のＢ濃度分布図
後のSiＣ基板のＢ濃度分布図
【図３】図２のSiＣ基板の熱処理後のＢ濃度分布ならび
にＣおよびSiの質量分析におけるイオン強度分布を示す
線図
にＣおよびSiの質量分析におけるイオン強度分布を示す
線図
１ 真空容器 21、22 電極 ４ 真空ポンプ 51 Ｂ2 Ｈ6 ボンベ 52 Ｈ2 ボンベ ７ SiＣ基板
Claims (4)
- 【請求項１】内部に対向する電極を備えた真空容器内に
炭化けい素半導体基体を収容し、前記電極間に電圧を印
加することにより、真空容器内の不純物を含むふん囲気
中にグロー放電を発生させ、基体に不純物を導入したの
ちその不純物導入部分を耐熱性被膜で被覆し、熱処理に
より不純物の電気的活性化を行い、基体に所定の不純物
濃度で所定の深さをもつ所定の導電形領域を形成するこ
とを特徴とする炭化けい素半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】耐熱性被膜がシリコン窒化膜である請求項
１記載の炭化けい素半導体素子の製造方法。 - 【請求項３】耐熱性被膜がシリコン酸化膜である請求項
１記載の炭化けい素半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】真空容器内ふん囲気に不純物化合物とし
て、Ｂ2 Ｈ6 、Al( ＣＨ3 ) 3 、Ｎ2 、ＮＨ3 、Ｐ
Ｈ3 、AsＨ3 のいずれかを含む請求項１ないし３のいず
れかに記載の炭化けい素半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25058693A JPH07106265A (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 炭化けい素半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25058693A JPH07106265A (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 炭化けい素半導体素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106265A true JPH07106265A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17210096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25058693A Pending JPH07106265A (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 炭化けい素半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07106265A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6133120A (en) * | 1995-08-28 | 2000-10-17 | Nippondenso Co., Ltd. | Boron-doped p-type single crystal silicon carbide semiconductor and process for preparing same |
| KR100844957B1 (ko) * | 2006-05-11 | 2008-07-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플라즈마 도핑 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 |
| US7888245B2 (en) | 2006-05-11 | 2011-02-15 | Hynix Semiconductor Inc. | Plasma doping method and method for fabricating semiconductor device using the same |
-
1993
- 1993-10-06 JP JP25058693A patent/JPH07106265A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6133120A (en) * | 1995-08-28 | 2000-10-17 | Nippondenso Co., Ltd. | Boron-doped p-type single crystal silicon carbide semiconductor and process for preparing same |
| KR100844957B1 (ko) * | 2006-05-11 | 2008-07-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플라즈마 도핑 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 |
| US7888245B2 (en) | 2006-05-11 | 2011-02-15 | Hynix Semiconductor Inc. | Plasma doping method and method for fabricating semiconductor device using the same |
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