JPH07240409A - 炭化珪素半導体素子の製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体素子の製造方法

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JPH07240409A
JPH07240409A JP2862494A JP2862494A JPH07240409A JP H07240409 A JPH07240409 A JP H07240409A JP 2862494 A JP2862494 A JP 2862494A JP 2862494 A JP2862494 A JP 2862494A JP H07240409 A JPH07240409 A JP H07240409A
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oxidation
oxide film
silicon
ion implantation
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Abstract

(57)【要約】 【目的】炭化珪素結晶表面を熱酸化する場合に、酸化速
度を増大し、選択酸化を可能にする。 【構成】炭化珪素結晶表面に、燐、窒素、アルゴン、砒
素、ネオン、フッ素、アルミニウムのいずれかのイオン
を注入した後熱酸化する。酸化膜厚をイオン注入無しの
場合に比べ2〜3倍にできる。選択的にイオン注入すれ
ば、その部分だけに厚い酸化膜ができて選択酸化が可能
になる。加速電圧を50keV以上にし、ドーズ量を5
×1014以上にすれば、より有効である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、材料として炭化珪素を
用いて半導体素子を効率よく製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】炭化珪素はバンドギャップが2.3〜3
eVとシリコンの1.2eVと比較して大きいために高
温用半導体材料として、また最大電界強度が非常に大き
いために電力用半導体材料として有望視されている。炭
化珪素を半導体素子として応用するためには、幾つかの
重要な加工技術が必要となるが、その中の一つの酸化膜
形成技術として、シリコンと同じように熱酸化によって
酸化膜を形成することができる点は極めて大きい長所で
ある。そのためMOSFETを始めとする種々の半導体
素子への適用の可能性が大きく広がる。図5は、120
0℃における6H炭化珪素の酸化速度を示した図であ
る。6H炭化珪素は、炭化珪素結晶の多形の一つで、も
っともよく現れる結晶形である。6H炭化珪素結晶表面
には、炭素原子が顕れている炭素面と珪素原子が顕れて
いる珪素面がある。図5に見るように、酸化速度は面依
存性が大きく、水蒸気酸化の場合、炭素面と珪素面では
約10倍違い、炭素面のほうが速い。図には示していな
いが、乾燥酸素による酸化もできる。乾燥酸素による酸
化は、水蒸気酸化よりかなり酸化速度が遅く、厚い酸化
膜を目的とするプロセスとしては適さない。
【0003】酸化技術の一つの応用として、選択酸化に
よる接合分離がある。炭化珪素は、イオン注入などによ
る局部的なpn接合形成が困難であることから、エピタ
キシャル成長法で形成したpn接合を、選択酸化によっ
て分離しようとするものである。図6にその方法を示
す。n型炭化珪素サブストレート2の上にエピタキシャ
ル成長によりp型エピタキシャル層3を積層して、pn
接合を形成した基板1の上に酸化のマスクとなる材料、
例えば窒化珪素膜4を成膜する[図6(a)]。次にフ
ォトエツチング技術により窒化珪素膜4を局部的に除去
して開口部5を設ける[同図(b)]。この炭化珪素基
板1を熱酸化し、開口部5の下のp型エピタキシャル層
3を酸化して厚い酸化膜6を形成する[同図(c)]。
このとき、開口部5の周囲の窒化珪素膜4の下にもやや
厚い酸化膜が形成されるので、開口部5の周囲の窒化珪
素膜4は少し持ち上げられた形になる。その後残った窒
化珪素膜4を除去すれば、p型炭化珪素層3が分離され
たことになる[同図(d)]。この際、図6(c)から
わかるように、接合分離には、厚い酸化膜を形成するこ
とが必要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、炭化珪
素結晶の炭素面は、酸化速度が速く、厚い酸化膜を形成
しやすいが、一方p型のエピタキシャル成長が困難で、
しかも1016cm-3以上の高濃度化が出来ないことが、
鈴木等によって報告されている[J.Cryst.Growth,115,
(1991)623]。従って、炭化珪素の半導体素子の作製に
は、炭素面はあまり適さず、珪素面を使うことが多い。
しかし、珪素面には酸化速度が遅いという問題がある。
【0005】また、上記のような選択酸化を行う場合、
厚い酸化膜を得るためには長時間の酸化が必要となる。
更に、窒化珪素膜はシリコン半導体の場合は酸化のマス
クとして非常に有効であったが、炭化珪素においては珪
素面より窒化珪素膜の酸化速度が速いので酸化のマスク
としては余り有効でない。しかしいまの処、窒化珪素に
かわる良い酸化マスクは無い。従ってp型炭化珪素層が
厚い場合は、窒化珪素膜の成膜およびフォトエツチン
グ、酸化を繰り返すしかないことになる。
【0006】この様に、選択酸化による分離工程は、非
常に長時間を要する困難な工程であり、またスループッ
トの低下をもたらす工程であった。以上の問題に鑑み、
本発明の目的は炭化珪素結晶表面、特に珪素面の酸化速
度を高めるとともに、選択的な酸化を容易にする酸化方
法を得、よって炭化珪素半導体素子の効率の良い製造を
促進する製造方法を提供することにある。
【0007】
【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、本発明による炭化珪素半導体素子の製造方法にお
いては、炭化珪素結晶の表面に、イオン注入を行った
後、熱酸化して酸化膜形成をする方法を含むものとす
る。イオン注入は炭化珪素結晶表面の一部に、選択的に
行ってもよい。また炭化珪素結晶は炭素面より珪素面の
酸化速度が遅いので、珪素面にイオン注入を行うこと
が、半導体素子への応用という観点からその酸化速度を
高めて製造の効率を良くするために重要である。
【0008】イオン注入する元素としては、窒素
(N)、フッ素(F)、ネオン(Ne)、アルミニウム
(Al)、燐(P)、アルゴン(Ar)および砒素(A
s)が有効であり、イオン注入時の加速電圧が、50k
V以上であること、またドーズ量が、5×1014cm-2
以上であることが望ましい。
【0009】
【作用】以上のような本発明の炭化珪素半導体素子の製
造方法は、要するに炭化珪素結晶表面にイオン注入をす
るとその表面がダメージを受けて、結晶欠陥が増え、そ
の結果酸化速度が増大することに着目してなされたもの
である。また、酸化膜形成工程に先立って、その形成予
定部分にイオン注入を局部的に行えば、注入された部分
に選択的に厚い酸化膜をも形成することができるという
ものである。
【0010】イオンの種類や加速電圧、ドーズ量によっ
て酸化速度の増大する程度が異なるが、その理由は生ず
る結晶欠陥の種類或いは量に依ると思われる。
【0011】
【実施例】以下、図を引用して本発明にかかる製造方法
の一実施例について説明する。図1(a)および(b)
は、本発明の製造方法による選択酸化の方法を示した図
である。炭化珪素基板11の珪素面にフォトレジストの
マスク12をつけて不純物イオン13を注入する[図1
(a)]。マスク12を除去した後この炭化珪素基板1
1を酸化すると、イオン注入しなかった部分にも薄い酸
化膜が形成されるが、イオン注入部14に厚い酸化膜1
5が形成される[同図(b)]。イオン注入時のマスク
12として酸化膜や窒化珪素膜を使用すれば、酸化の前
に必ずしも除去する必要がない。なお、イオン注入部1
4に注入された不純物は、1200℃程度の熱処理では
殆ど拡散しないので酸化工程で除去されると考えてよ
い。
【0012】イオン注入を炭化珪素基板11の表面全面
に行えば、全面に厚い酸化膜が形成できることは勿論で
ある。図2は,種々の元素のイオンを炭化珪素の珪素面
に注入し、1200℃で3時間の水蒸気酸化を行った場
合の酸化膜厚を示す。イオン注入条件としては、加速電
圧:100keV、ドーズ量:5×1015cm-2であ
る。図中に点線でイオン注入しない試料の酸化膜厚を示
した。ホウ素(B)では僅かであるが窒素、フッ素、ネ
オン、燐、アルゴンおよび砒素のどの元素のイオンにお
いても、酸化膜厚が厚くなっていることがわかる。中で
も燐やフッ素、ネオンにおいては特に厚く、イオン注入
していないものに比べて三倍以上の厚さの酸化膜が形成
されている。この図には示していないが、他にアルミニ
ウムでも酸化速度を増す効果が見られた。
【0013】図3は、酸化膜厚のイオン注入時の加速電
圧依存性を調べた結果である。注入したイオンは燐イオ
ンであり、ドース量は5×1015cm-2である。酸化条
件は図2のものと同じである。加速電圧50keV以上
で影響が見られ、加速電圧が高いほど厚い酸化膜が得ら
れている。逆に所望の酸化膜厚に合わせて、加速電圧を
制御することもできる。
【0014】図4は、酸化膜厚のドーズ量依存性を示し
ている。注入したイオンは燐イオンであり、加速電圧は
100keVである。酸化条件は図2のものと同じであ
る。ドーズ量が5×1014cm-2以上で増速酸化が見ら
れるが、ドーズ量の非常に多い領域では飽和する傾向が
見られる。上記の例は、炭化珪素結晶の珪素面の例を示
したが、この方法は炭素面にも適用でき、やはり酸化速
度を増大させる効果を有する。
【0015】その後の工程としては、よく知られた半導
体素子の形成工程を施すことにより、非常に効率良く炭
化珪素半導体素子を製造することができる。
【0016】
【発明の効果】炭化珪素結晶の表面に、窒素、フッ素、
ネオン、燐等のイオン注入を行った後酸化することによ
って、酸化膜厚を同じ時間で従来の2〜3倍厚くできる
ことが明らかになった。また、この方法を利用して、選
択的にイオン注入することによって、選択酸化が容易に
できるので、その後は良く知られた半導体素子の形成工
程を施すことにより、従来非常に効率の悪かった炭化珪
素半導体素子の製造を非常に効率的に行うことができる
ようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)および(b)は本発明の方法による炭化
珪素の選択酸化の工程を順に示す図
【図2】本発明の方法による炭化珪素酸化時の酸化膜厚
におよぼす各元素イオンの影響を示す図
【図3】本発明の方法による炭化珪素酸化時の酸化膜厚
の加速電圧依存性を示す図
【図4】本発明の方法による炭化珪素酸化時の酸化膜厚
のドーズ量依存性を示す図
【図5】炭化珪素結晶の酸化速度を示す図
【図6】従来の選択酸化の方法を示す図
【符号の説明】
1 炭化珪素基板 2 n型サブストレート 3 p型エピタキシャル層 4 窒化珪素膜 5 開口部 6 酸化膜 11 炭化珪素基板 12 マスク 13 不純物イオン 14 イオン注入部 15 酸化膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭化珪素結晶の結晶表面に元素のイオン注
    入を行った後熱酸化することを特徴とする炭化珪素半導
    体素子の製造方法。
  2. 【請求項2】イオン注入が炭化珪素結晶の結晶表面の一
    部分に行われることを特徴とする請求項1に記載の炭化
    珪素半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項3】イオン注入が炭化珪素結晶表面の珪素面に
    行われることを特徴とする請求項1または2に記載の炭
    化珪素半導体素子の製造方法。
  4. 【請求項4】イオン注入する元素が、窒素、フッ素、ネ
    オン、アルミニウム、燐、アルゴンおよび砒素のうち、
    少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする請求項1
    ないし3のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造
    方法。
  5. 【請求項5】イオン注入時の加速電圧が、50kV以上
    であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに
    記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
  6. 【請求項6】イオン注入時のドーズ量が、5×1014
    -2以上であることを特徴とする請求項1ないし5のい
    ずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
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