JPH08107223A - 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
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】炭化けい素半導体素子の製造方法において、イ
オン注入時に生じた結晶欠陥を充分回復させ、拡散領域
を形成する。 【構成】 拡散領域形成のための不純物のイオン注入
後、イオン注入した表面上に、例えば窒化けい素膜など
の酸素遮蔽性の膜を形成し、不活性ガス雰囲気下で１３
００℃以上の高温熱処理を行う。イオン注入した部分は
酸化速度が速いが、酸素遮蔽性の膜によって、不活性ガ
ス雰囲気中の微量酸素による酸化が防止されて拡散領域
が形成でき、結晶欠陥も充分回復する。酸素遮蔽性の膜
としては、高周波スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法による窒化けい素膜がよい。
オン注入時に生じた結晶欠陥を充分回復させ、拡散領域
を形成する。 【構成】 拡散領域形成のための不純物のイオン注入
後、イオン注入した表面上に、例えば窒化けい素膜など
の酸素遮蔽性の膜を形成し、不活性ガス雰囲気下で１３
００℃以上の高温熱処理を行う。イオン注入した部分は
酸化速度が速いが、酸素遮蔽性の膜によって、不活性ガ
ス雰囲気中の微量酸素による酸化が防止されて拡散領域
が形成でき、結晶欠陥も充分回復する。酸素遮蔽性の膜
としては、高周波スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法による窒化けい素膜がよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化けい素（以下Ｓｉ
Ｃと記す）からなる半導体素子の製造方法に関する。
Ｃと記す）からなる半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体材料として広く用いられているシ
リコン（Ｓｉ）に対して、その性能限界が考慮され、過
酷な環境下でも使用に耐える半導体材料が模索されてい
る。そして、例えば、３ｅＶ（エレクトロンボルト）の
バンドギャップを持つＳｉＣのようなワイドギャップ半
導体が次世代の半導体材料として有望視されている。Ｓ
ｉＣはＳｉと比較して、熱伝導度が３倍、最大電界強度
が１０倍、電子のドリフト速度が２倍と優れた特性をも
っている。既に、このＳｉＣの特性を生かし、１．１ｋ
Ｖの高耐圧ショットキーダイオードが試作されたことが
報告されている〔ＳｉＣ及び関連ワイドギャップ半導体
研究会第２回講演予稿集、１９頁、１９９３年１１
月〕。
リコン（Ｓｉ）に対して、その性能限界が考慮され、過
酷な環境下でも使用に耐える半導体材料が模索されてい
る。そして、例えば、３ｅＶ（エレクトロンボルト）の
バンドギャップを持つＳｉＣのようなワイドギャップ半
導体が次世代の半導体材料として有望視されている。Ｓ
ｉＣはＳｉと比較して、熱伝導度が３倍、最大電界強度
が１０倍、電子のドリフト速度が２倍と優れた特性をも
っている。既に、このＳｉＣの特性を生かし、１．１ｋ
Ｖの高耐圧ショットキーダイオードが試作されたことが
報告されている〔ＳｉＣ及び関連ワイドギャップ半導体
研究会第２回講演予稿集、１９頁、１９９３年１１
月〕。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述のショットキーダ
イオードは、ＳｉＣ基板上にｎ型ＳｉＣをエピタキシャ
ル成長させた後、ショットキー電極として金（Ａｕ）、
オーミック電極としてニッケル（Ｎｉ）を形成して、作
成された半導体素子である。この製造工程には、イオン
注入による拡散層の形成工程が含まれていなかった。し
かし種々の半導体素子をＳｉＣを適用する場合に、イオ
ン注入およびその後の熱処理による拡散層の形成が必要
となる。ＳｉＣへのイオン注入に関しては、学会等で多
数の研究がなされている〔例えば、ＳｉＣ及び関連ワイ
ドギャップ半導体研究会第２回講演予稿集、２７頁、１
９９３年１１月〕。そして、ＳｉＣへのイオン注入によ
って生じる結晶欠陥は、Ｓｉと同程度の１１００〜１２
００℃の熱処理では回復しきらず、Ｓｉより高い１３０
０〜１４００℃の熱処理が必要となることが知られてい
る。一方、イオン注入層は、未注入層と比較して、非常
に酸化速度が早いからである〔シャパニーズジャーナル
オブアプライドフィジックス、３３巻、Ｌ１１２１頁、
１９９４年〕。一般に結晶欠陥の多い層の酸化速度は速
いことが知られており、イオン注入によって生じた結晶
欠陥の多いためと考えられる。
イオードは、ＳｉＣ基板上にｎ型ＳｉＣをエピタキシャ
ル成長させた後、ショットキー電極として金（Ａｕ）、
オーミック電極としてニッケル（Ｎｉ）を形成して、作
成された半導体素子である。この製造工程には、イオン
注入による拡散層の形成工程が含まれていなかった。し
かし種々の半導体素子をＳｉＣを適用する場合に、イオ
ン注入およびその後の熱処理による拡散層の形成が必要
となる。ＳｉＣへのイオン注入に関しては、学会等で多
数の研究がなされている〔例えば、ＳｉＣ及び関連ワイ
ドギャップ半導体研究会第２回講演予稿集、２７頁、１
９９３年１１月〕。そして、ＳｉＣへのイオン注入によ
って生じる結晶欠陥は、Ｓｉと同程度の１１００〜１２
００℃の熱処理では回復しきらず、Ｓｉより高い１３０
０〜１４００℃の熱処理が必要となることが知られてい
る。一方、イオン注入層は、未注入層と比較して、非常
に酸化速度が早いからである〔シャパニーズジャーナル
オブアプライドフィジックス、３３巻、Ｌ１１２１頁、
１９９４年〕。一般に結晶欠陥の多い層の酸化速度は速
いことが知られており、イオン注入によって生じた結晶
欠陥の多いためと考えられる。
【０００４】通常、イオン注入後の高温熱処理は、不活
性ガス雰囲気下で行われるが、このとき、不活性ガス雰
囲気中に含まれる微量の酸素により、イオン注入領域の
表面層が酸化される心配がある。特に、イオン注入領域
が非常に浅い場合は、注入領域が全部酸化されて、不純
物拡散領域が形成できないことになる。以上の問題に鑑
み、 本発明の目的は、イオン注入後の熱処理時に、不
活性ガス雰囲気中の酸素の影響を受けずに熱処理が行
え、そして、充分に結晶欠陥を回復させることができる
ＳｉＣ半導体素子の製造方法を提供することにある。
性ガス雰囲気下で行われるが、このとき、不活性ガス雰
囲気中に含まれる微量の酸素により、イオン注入領域の
表面層が酸化される心配がある。特に、イオン注入領域
が非常に浅い場合は、注入領域が全部酸化されて、不純
物拡散領域が形成できないことになる。以上の問題に鑑
み、 本発明の目的は、イオン注入後の熱処理時に、不
活性ガス雰囲気中の酸素の影響を受けずに熱処理が行
え、そして、充分に結晶欠陥を回復させることができる
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、炭化け
い素半導体基板にイオン注入後、そのイオン注入した表
面上に酸素遮蔽性の膜、例えば窒化けい素膜を成膜し、
高温熱処理を行うものとし、窒化けい素膜の形成方法
は、高周波スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、またはプ
ラズマＣＶＤ法によるものとする。
めに、本発明のＳｉＣ半導体素子の製造方法は、炭化け
い素半導体基板にイオン注入後、そのイオン注入した表
面上に酸素遮蔽性の膜、例えば窒化けい素膜を成膜し、
高温熱処理を行うものとし、窒化けい素膜の形成方法
は、高周波スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、またはプ
ラズマＣＶＤ法によるものとする。
【０００６】
【作用】上記の手段を講じ、イオン注入後、そのイオン
注入した表面上に酸素遮蔽性の膜、例えば窒化膜を成膜
することによつて、結晶欠陥の回復に充分な高温熱処理
を可能にし、また熱処理雰囲気中の微量酸素による酸化
を防止する。窒化けい素膜の形成方法としては、高周波
スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、またはプラズマＣＶ
Ｄ法のいずれの方法でも、緻密な成膜が可能である。
注入した表面上に酸素遮蔽性の膜、例えば窒化膜を成膜
することによつて、結晶欠陥の回復に充分な高温熱処理
を可能にし、また熱処理雰囲気中の微量酸素による酸化
を防止する。窒化けい素膜の形成方法としては、高周波
スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、またはプラズマＣＶ
Ｄ法のいずれの方法でも、緻密な成膜が可能である。
【０００７】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。図１（ａ）ないし（ｅ）は、本発明の製造方法
にかかるＳｉＣ半導体素子の工程順に示した断面図であ
り、例としてｎｐｎトランジスタを取り上げる。６Ｈ−
ＳｉＣのｎ型サブストレート１上に、ｎ型エピタキシャ
ル層２、ｐ型エピタキシャル層３をエピタキシャル成長
したＳｉＣエピタキシャルウェハ４を使用する〔図１
（ａ）〕。ｎ型エピタキシャル層２は、ノンドープで厚
さ５μｍ、ｐ型エピタキシャル層３は、不純物濃度が
９．０×１０16ｃｍ-3で厚さ１．２μｍのものを用い
た。このＳｉＣエピタキシャルウェハ４に、フォトレジ
スト５を塗布し、露光・現像を行い、イオン注入用の窓
を開け、窒素イオン６を注入する〔同図（ｂ）〕。ここ
では、イオン種として窒素（Ｎ+ ）を用いた。注入条件
は、加速電圧が３５ｋｅＶでドーズ量が１．０×１０15
ｃｍ-2、７０ｋｅＶで１．０×１０ 15ｃｍ-2、１５０ｋ
ｅＶで４．０×１０15ｃｍ-2、１８０ｋｅＶで２．０×
１０ 15ｃｍ-2という多重エネルギイオン注入を行った。
窒素は、ＳｉＣにイオン注入されると、ｎ型領域を形成
するドナー形成型の不純物である。この窒素イオン注入
を行った部分をｎソース領域として利用することができ
る。多重エネルギイオン注入をしたのは、表面から深さ
方向に０．３〜０．４μｍの距離で均一に１０ 19ｃｍ-3
以上の窒素濃度を得るためである。イオン注入後、フォ
トレジスト５は、酸素プラズマにより灰化した後、剥離
液を通して除去する。次に高周波スパッタリング法にて
窒化けい素膜７を成膜する〔同図（ｃ）〕。高周波スパ
ッタリングには、反応焼結法で作成したターゲットを用
いた。ターゲットの組成は、けい素：窒素比が３：４の
ものである。ターゲットを叩くガスは、アルゴン：窒素
＝１：１の混合ガスを用いた。高周波スパッタリング法
で成膜した窒化けい素膜７は、膜中に水素（Ｈ）が含ま
れる割合が少ないので、膜質が緻密である。よって、高
温環境においても表面保護膜として働く。続いて、窒素
雰囲気下で１３００℃、５時間の熱処理を行う〔同図
（ｄ）〕。この時にイオン注入時に生じた結晶欠陥は、
ほぼ完全に回復する。また、前記窒素雰囲気中の微量酸
素により、窒化けい素膜７の一部が酸化されて、窒化け
い素膜７上に３０ｎｍ程度の酸化膜が形成される。ま
た、この熱処理時にイオン注入された窒素がイオン化し
（活性化率数％）、ドナーとなってｎエミッタ領域８が
形成される。この後、フッ化水素酸（ＨＦ）をＨＦ：水
＝１：１の割合で混合した希釈フッ化水素酸溶液を用
い、窒化けい素膜７を除去する〔同図（ｅ）〕。この
後、ｎエミッタ領域８上にエミッタ電極、ｐ型エピタキ
シャル層３の表面上にベース電極、ｎ型サブストレート
１の裏面にコレクタ電極を設ければ、ｎｐｎトランジス
タが完成する。
述べる。図１（ａ）ないし（ｅ）は、本発明の製造方法
にかかるＳｉＣ半導体素子の工程順に示した断面図であ
り、例としてｎｐｎトランジスタを取り上げる。６Ｈ−
ＳｉＣのｎ型サブストレート１上に、ｎ型エピタキシャ
ル層２、ｐ型エピタキシャル層３をエピタキシャル成長
したＳｉＣエピタキシャルウェハ４を使用する〔図１
（ａ）〕。ｎ型エピタキシャル層２は、ノンドープで厚
さ５μｍ、ｐ型エピタキシャル層３は、不純物濃度が
９．０×１０16ｃｍ-3で厚さ１．２μｍのものを用い
た。このＳｉＣエピタキシャルウェハ４に、フォトレジ
スト５を塗布し、露光・現像を行い、イオン注入用の窓
を開け、窒素イオン６を注入する〔同図（ｂ）〕。ここ
では、イオン種として窒素（Ｎ+ ）を用いた。注入条件
は、加速電圧が３５ｋｅＶでドーズ量が１．０×１０15
ｃｍ-2、７０ｋｅＶで１．０×１０ 15ｃｍ-2、１５０ｋ
ｅＶで４．０×１０15ｃｍ-2、１８０ｋｅＶで２．０×
１０ 15ｃｍ-2という多重エネルギイオン注入を行った。
窒素は、ＳｉＣにイオン注入されると、ｎ型領域を形成
するドナー形成型の不純物である。この窒素イオン注入
を行った部分をｎソース領域として利用することができ
る。多重エネルギイオン注入をしたのは、表面から深さ
方向に０．３〜０．４μｍの距離で均一に１０ 19ｃｍ-3
以上の窒素濃度を得るためである。イオン注入後、フォ
トレジスト５は、酸素プラズマにより灰化した後、剥離
液を通して除去する。次に高周波スパッタリング法にて
窒化けい素膜７を成膜する〔同図（ｃ）〕。高周波スパ
ッタリングには、反応焼結法で作成したターゲットを用
いた。ターゲットの組成は、けい素：窒素比が３：４の
ものである。ターゲットを叩くガスは、アルゴン：窒素
＝１：１の混合ガスを用いた。高周波スパッタリング法
で成膜した窒化けい素膜７は、膜中に水素（Ｈ）が含ま
れる割合が少ないので、膜質が緻密である。よって、高
温環境においても表面保護膜として働く。続いて、窒素
雰囲気下で１３００℃、５時間の熱処理を行う〔同図
（ｄ）〕。この時にイオン注入時に生じた結晶欠陥は、
ほぼ完全に回復する。また、前記窒素雰囲気中の微量酸
素により、窒化けい素膜７の一部が酸化されて、窒化け
い素膜７上に３０ｎｍ程度の酸化膜が形成される。ま
た、この熱処理時にイオン注入された窒素がイオン化し
（活性化率数％）、ドナーとなってｎエミッタ領域８が
形成される。この後、フッ化水素酸（ＨＦ）をＨＦ：水
＝１：１の割合で混合した希釈フッ化水素酸溶液を用
い、窒化けい素膜７を除去する〔同図（ｅ）〕。この
後、ｎエミッタ領域８上にエミッタ電極、ｐ型エピタキ
シャル層３の表面上にベース電極、ｎ型サブストレート
１の裏面にコレクタ電極を設ければ、ｎｐｎトランジス
タが完成する。
【０００８】酸素遮蔽性の膜としては、上記の窒化けい
素膜の他に、多結晶シリコン等がある。なお、窒化けい
素膜７は、減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法によっても
形成できる。
素膜の他に、多結晶シリコン等がある。なお、窒化けい
素膜７は、減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法によっても
形成できる。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、ＳｉＣ半導体基板表面
にイオン注入後、高周波スパッタリング法他の方法で、
窒化けい素膜等の酸素遮蔽性の膜を成膜してから高温熱
処理を行う。これにより、不活性ガス中の酸素によるＳ
ｉＣ半導体表面の酸化が抑えられ、なおかつ、イオン注
入時の結晶欠陥を回復させられる充分な高温熱処理を行
うことができて、拡散領域が確実に形成できる。
にイオン注入後、高周波スパッタリング法他の方法で、
窒化けい素膜等の酸素遮蔽性の膜を成膜してから高温熱
処理を行う。これにより、不活性ガス中の酸素によるＳ
ｉＣ半導体表面の酸化が抑えられ、なおかつ、イオン注
入時の結晶欠陥を回復させられる充分な高温熱処理を行
うことができて、拡散領域が確実に形成できる。
【図１】（ａ）ないし（ｅ）は本発明の製造方法にかか
るＳｉＣ半導体素子の工程順に示した断面図
るＳｉＣ半導体素子の工程順に示した断面図
１ ｎ型サブストレート ２ ｎ型エピタキシャル層 ３ ｐ型エピタキシャル層 ４ エピタキシャルウェハ ５ フォトレジスト ６ 窒素イオン ７ 窒化けい素膜 ８ ｎエミッタ領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/314 Ｍ 21/318 Ｍ
Claims (3)
- 【請求項１】炭化けい素半導体基板にイオン注入後、イ
オン注入した表面上に酸素遮蔽性の膜を形成し、高温熱
処理を行う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】酸素遮蔽性の膜が窒化けい素膜であること
を特徴とする請求項１に記載の炭化けい素半導体素子の
製造方法。 - 【請求項３】高周波スパッタリング法、減圧ＣＶＤ法、
またはプラズマＣＶＤ法のいずれかの方法で窒化けい素
膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の炭化け
い素半導体素子の製造方法。
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