JPH08264468A - Impurity doping method to silicon carbide and electrode formation method - Google Patents

Impurity doping method to silicon carbide and electrode formation method

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JPH08264468A
JPH08264468A JP6217085A JP21708594A JPH08264468A JP H08264468 A JPH08264468 A JP H08264468A JP 6217085 A JP6217085 A JP 6217085A JP 21708594 A JP21708594 A JP 21708594A JP H08264468 A JPH08264468 A JP H08264468A
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Japan
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sic
silicon carbide
doped
impurity element
impurity
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JP6217085A
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Japanese (ja)
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Masanori Watanabe
正則 渡辺
Toshitake Nakada
俊武 中田
Kenjiro Nakajima
堅志郎 中嶋
Osamu Etatsu
修 江龍
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ION KOGAKU KENKYUSHO KK
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ION KOGAKU KENKYUSHO KK
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Abstract

PURPOSE: To dope an impurity element into SiC at low temperature and hence form an electrode on the SiC by irradiating silicon carbide placed in a gas atmosphere containing the impurity element with a laser beam. CONSTITUTION: An (n) or (p) type SiC substrate 1 is placed in the atmosphere of gas 2 containing a (p) or (n) type impurity element, and the surface of the SiC substrate 1 is irradiated with excimer laser in a pulsed manner at room temperature. As a reuslt, the impurity element in the reaction gas 2 is doped into the SiC substrate 1, and an impurity doped layer 4 is formed from the surface of the SiC substrate 1 up to a predetermined depth. When aluminum is doped as the p-type impurity, trimethyl aluminum is used as the reaction gas 2, while when boron is doped as the p-type impurity gas, diborane is used as the reaction gas 2. Further, when nitrogen is doped as the n-type impurity, H2 is used as the reaction gas 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、炭化ケイ素への不純物
ドーピング方法および電極形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for doping impurities into silicon carbide and a method for forming an electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】SiC(炭化ケイ素)はp型およびn型
の価電子制御が容易であり、Si(シリコン)やGaA
s(ガリウムひ素)にない数々の優れた物性を有するの
で、種々の環境で使用可能な半導体デバイスの材料とし
て注目されている。
2. Description of the Related Art SiC (silicon carbide) is easy to control p-type and n-type valence electrons, and SiC (silicon) or GaA
Since it has many excellent physical properties not found in s (gallium arsenide), it has been attracting attention as a material for semiconductor devices that can be used in various environments.

【0003】SiCは、SiやGaAsに比べて大きな
バンドギャップを有するので、高い温度までp型または
n型を維持することができる。したがって、SiCを用
いると、高温動作デバイスが実現される。また、電子の
飽和ドリフト速度が大きいので、高周波動作が可能とな
り、かつ大電流を流すことができる。したがって、高周
波デバイスおよび大電力デバイスが実現可能である。さ
らに、高い絶縁破壊電界を有するので、高耐圧デバイス
が実現可能である。
Since SiC has a larger bandgap than Si and GaAs, p-type or n-type can be maintained up to a high temperature. Therefore, with SiC, high temperature operating devices are realized. Also, since the saturation drift velocity of electrons is high, high frequency operation is possible and a large current can be passed. Therefore, a high frequency device and a high power device can be realized. Furthermore, since it has a high dielectric breakdown electric field, a high breakdown voltage device can be realized.

【0004】また、SiCは耐熱性および耐放射線性に
富んでいるので、原子炉、宇宙、海洋、大深度地下など
の過酷な環境で使用できる耐環境デバイスの材料として
期待されている。さらに、SiCは不純物のドーピング
によりp型およびn型を容易に作製できるので、青色あ
るいは紫色の光を発光する可視短波長発光デバイスや、
紫外線のような短波長光を検知するセンサの材料として
最も有望視されている。
Since SiC has excellent heat resistance and radiation resistance, it is expected as a material for an environment resistant device which can be used in a harsh environment such as a nuclear reactor, space, ocean, and deep underground. Furthermore, since p-type and n-type SiC can be easily produced by doping impurities, a visible short-wavelength light emitting device that emits blue or violet light,
It is most promising as a material for sensors that detect short-wavelength light such as ultraviolet rays.

【0005】一般に、半導体にp型またはn型の不純物
元素をドーピングするためには、熱拡散プロセスが用い
られている。しかしながら、SiC中の不純物元素の拡
散係数は小さいため、SiC中に不純物元素をドーピン
グするためには1800℃以上の高温が必要となる。こ
のような高温下では、拡散マスクを使用できない等の問
題がある。そのため、熱拡散プロセスを用いてSiCに
p型またはn型の不純物元素をドーピングすることは困
難である。
Generally, a thermal diffusion process is used for doping a semiconductor with a p-type or n-type impurity element. However, since the diffusion coefficient of the impurity element in SiC is small, a high temperature of 1800 ° C. or higher is required to dope the impurity element into SiC. At such a high temperature, there is a problem that the diffusion mask cannot be used. Therefore, it is difficult to dope a p-type or n-type impurity element into SiC using a thermal diffusion process.

【0006】そこで、SiCにp型またはn型の不純物
元素をドーピングするために、イオン注入・アニール法
が研究されてきた。イオン注入・アニール法では、室温
でSiCに不純物元素をイオン注入した後、1600℃
以上の高熱処理を施すことにより、SiC中に不純物元
素をドーピングする。
Therefore, an ion implantation / annealing method has been studied in order to dope p-type or n-type impurity elements into SiC. In the ion implantation / annealing method, the impurity element is ion-implanted into SiC at room temperature and then 1600 ° C.
By performing the above high heat treatment, the impurity element is doped into SiC.

【0007】一方、SiCは広いバンドギャップおよび
化学的安定性を有するので、オーミックコンタクトを形
成するためには、比較的高温の熱処理が必要である。S
iCにオーミック電極を形成する場合には、SiC上に
Ni(ニッケル)等の電極材料を堆積させ、1000℃
以上の高熱処理を施すことによりシリサイドを形成す
る。
On the other hand, since SiC has a wide band gap and chemical stability, a relatively high temperature heat treatment is required to form an ohmic contact. S
When forming an ohmic electrode on iC, an electrode material such as Ni (nickel) is deposited on SiC, and the temperature is set to 1000 ° C.
By performing the above high heat treatment, silicide is formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、イオン
注入・アニール法を用いてSiCにp型またはn型の不
純物元素をドーピングする場合には、室温でSiCに不
純物元素をイオン注入した後、1600℃以上の高熱処
理を施す必要がある。また、イオン注入により層内に多
くの欠陥が生じるという欠点もある。
As described above, when the p-type or n-type impurity element is doped into SiC by using the ion implantation / annealing method, after the impurity element is ion-implanted into SiC at room temperature. It is necessary to perform high heat treatment at 1600 ° C. or higher. Further, there is a defect that many defects are generated in the layer by the ion implantation.

【0009】一方、従来の方法でSiCにオーミック電
極を形成する場合には、上記のように、SiC上に電極
材料を堆積させた後、1000℃以上の高熱処理を施す
必要がある。
On the other hand, when the ohmic electrode is formed on SiC by the conventional method, it is necessary to deposit the electrode material on the SiC and then perform high heat treatment at 1000 ° C. or higher as described above.

【0010】従来より、低温でSiCに不純物元素をド
ーピングする方法および低温でSiCに電極を形成する
方法を開発することが望まれてきた。それゆえに、本発
明の目的は、低温でSiCに不純物元素をドーピングす
る方法および低温でSiCに電極を形成する方法を提供
することである。
Conventionally, it has been desired to develop a method for doping SiC with an impurity element at a low temperature and a method for forming an electrode on SiC at a low temperature. Therefore, it is an object of the present invention to provide a method for doping SiC with an impurity element at low temperature and a method for forming an electrode on SiC at low temperature.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1の発明に係る炭化ケ
イ素への不純物ドーピング方法は、不純物元素を含むガ
ス雰囲気中に炭化ケイ素を配置し、炭化ケイ素にレーザ
光を照射することにより炭化ケイ素に不純物元素をドー
ピングするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of doping impurities into silicon carbide, which comprises arranging silicon carbide in a gas atmosphere containing an impurity element and irradiating the silicon carbide with laser light. Is doped with an impurity element.

【0012】特に、レーザ光としてエキシマレーザ光を
用いることが高出力および波長の点から好ましい。ま
た、レーザ光をパルス状に照射することが好ましい。炭
化ケイ素は、単結晶炭化ケイ素、非晶質炭化ケイ素、多
結晶炭化ケイ素または微結晶炭化ケイ素であってもよ
い。レーザ光の照射回数またはエネルギー密度を制御す
ることにより不純物ドーピング深さを制御することがで
きる。
In particular, it is preferable to use excimer laser light as the laser light from the viewpoint of high output and wavelength. Further, it is preferable to irradiate the laser light in pulses. The silicon carbide may be single crystal silicon carbide, amorphous silicon carbide, polycrystalline silicon carbide or microcrystalline silicon carbide. The impurity doping depth can be controlled by controlling the number of laser light irradiations or the energy density.

【0013】第2の発明に係る炭化ケイ素への不純物ド
ーピング方法は、炭化ケイ素上に不純物元素を含む不純
物元素層を形成し、不純物元素層にレーザ光を照射する
ことにより炭化ケイ素に不純物元素をドーピングするも
のである。
In the method for doping impurities into silicon carbide according to the second aspect of the invention, an impurity element layer containing an impurity element is formed on silicon carbide, and the impurity element layer is irradiated with a laser beam to expose the silicon carbide to the impurity element. Doping.

【0014】特に、レーザ光としてエキシマレーザ光を
用いることが高出力および波長の点から好ましい。ま
た、レーザ光をパルス状に照射することが好ましい。炭
化ケイ素は、単結晶炭化ケイ素、非晶質炭化ケイ素、多
結晶炭化ケイ素または微結晶炭化ケイ素であってもよ
い。レーザ光の照射回数またはエネルギー密度を制御す
ることにより不純物ドーピング深さを制御することがで
きる。
Particularly, it is preferable to use excimer laser light as the laser light from the viewpoint of high output and wavelength. Further, it is preferable to irradiate the laser light in pulses. The silicon carbide may be single crystal silicon carbide, amorphous silicon carbide, polycrystalline silicon carbide or microcrystalline silicon carbide. The impurity doping depth can be controlled by controlling the number of laser light irradiations or the energy density.

【0015】第3の発明に係る炭化ケイ素への電極形成
方法は、炭化ケイ素上に電極材料層を形成し、電極材料
層にレーザ光を照射することにより炭化ケイ素上に金属
またはシリサイドのオーミック電極またはショットキー
電極を形成するものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electrode forming method on silicon carbide, which comprises forming an electrode material layer on silicon carbide and irradiating the electrode material layer with a laser beam to form an ohmic electrode of metal or silicide on the silicon carbide. Alternatively, a Schottky electrode is formed.

【0016】特に、レーザ光としてエキシマレーザ光を
用いることが高出力および波長の点から好ましい。ま
た、レーザ光をパルス状に照射することが好ましい。炭
化ケイ素は、単結晶炭化ケイ素、非晶質炭化ケイ素、多
結晶炭化ケイ素または微結晶炭化ケイ素であってもよ
い。
In particular, it is preferable to use excimer laser light as the laser light from the viewpoint of high output and wavelength. Further, it is preferable to irradiate the laser light in pulses. The silicon carbide may be single crystal silicon carbide, amorphous silicon carbide, polycrystalline silicon carbide or microcrystalline silicon carbide.

【0017】[0017]

【作用】第1の発明に係る炭化ケイ素への不純物ドーピ
ング方法によれば、不純物元素を含むガス雰囲気中の炭
化ケイ素にレーザ光を照射することにより光反応が起こ
り、室温下においてガス雰囲気中の不純物元素が炭化ケ
イ素にドープされる。特に、エキシマレーザ光を用いる
ことにより高出力の光エネルギーを容易に取り出すこと
ができる。また、レーザ光をパルス状に照射することに
より光反応を効果的に起こすことができる。
According to the method for doping impurities into silicon carbide according to the first aspect of the present invention, photoreaction occurs by irradiating silicon carbide in a gas atmosphere containing an impurity element with a laser beam, and a photoreaction occurs at room temperature in a gas atmosphere. Impurity elements are doped into silicon carbide. Particularly, by using the excimer laser light, high output light energy can be easily extracted. In addition, the photoreaction can be effectively caused by irradiating the laser light in a pulse shape.

【0018】第2の発明に係る炭化ケイ素への不純物ド
ーピング方法によれば、炭化ケイ素上の不純物元素層に
レーザ光を照射することにより光反応が起こり、室温下
において不純物元素層の不純物元素が炭化ケイ素にドー
プされる。特に、エキシマレーザ光を用いることにより
高出力の光エネルギーを容易に取り出すことができる。
また、レーザ光をパルス状に照射することにより光反応
を効果的に起こすことができる。
According to the impurity doping method for silicon carbide according to the second aspect of the present invention, a photoreaction occurs by irradiating the impurity element layer on silicon carbide with laser light, so that the impurity element in the impurity element layer is removed at room temperature. Doped in silicon carbide. Particularly, by using the excimer laser light, high output light energy can be easily extracted.
In addition, the photoreaction can be effectively caused by irradiating the laser light in a pulse shape.

【0019】第3の発明に係る炭化ケイ素への電極形成
方法によれば、炭化ケイ素上の電極材料層にレーザ光を
照射することにより光反応が起こり、室温下において電
極材料層の電極材料が炭化ケイ素の表面層にシンターし
(電極材料が合金を作らずに炭化ケイ素中に入り)、あ
るいは電極材料が炭化ケイ素のケイ素と反応してシリサ
イドが形成される。特に、エキシマレーザ光を用いるこ
とにより高出力の光エネルギーを容易に取り出すことが
できる。また、レーザ光をパルス状に照射することによ
り光反応を効果的に起こすことができる。
According to the method for forming an electrode on silicon carbide according to the third aspect of the invention, a photoreaction occurs by irradiating the electrode material layer on silicon carbide with laser light, so that the electrode material of the electrode material layer is formed at room temperature. Sintering to the surface layer of silicon carbide (the electrode material goes into the silicon carbide without alloying) or the electrode material reacts with the silicon of the silicon carbide to form a silicide. Particularly, by using the excimer laser light, high output light energy can be easily extracted. In addition, the photoreaction can be effectively caused by irradiating the laser light in a pulse shape.

【0020】[0020]

【実施例】【Example】

(1) 第1の実施例 図1は本発明の第1の実施例による不純物ドーピング方
法を示す図である。図1の(a)に示すように、p型ま
たはn型の不純物元素を含む反応ガス2の雰囲気中にn
型またはp型のSiC基板1を配置し、室温でSiC基
板1の表面にエキシマレーザ光3をパルス状に照射す
る。
(1) First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing an impurity doping method according to a first embodiment of the present invention. As shown in (a) of FIG. 1, n is added in the atmosphere of the reaction gas 2 containing a p-type or n-type impurity element.
The p-type or p-type SiC substrate 1 is arranged, and the surface of the SiC substrate 1 is irradiated with the excimer laser light 3 in a pulse shape at room temperature.

【0021】その結果、図1の(b)に示すように、反
応ガス2中の不純物元素がSiC基板1にドープされ、
SiC基板1の表面から所定の深さまで不純物ドープ層
4が形成される。
As a result, as shown in FIG. 1B, the impurity element in the reaction gas 2 is doped into the SiC substrate 1,
Impurity doped layer 4 is formed from the surface of SiC substrate 1 to a predetermined depth.

【0022】SiC基板1としては、6H−SiC、3
C−SiC等の各種ポリタイプの単結晶SiC基板を用
いることができる。なお、表面に非晶質SiC層、多結
晶SiC層または微結晶SiC層が形成された基板を用
いてもよい。
As the SiC substrate 1, 6H-SiC, 3
Various polytype single crystal SiC substrates such as C-SiC can be used. Note that a substrate having an amorphous SiC layer, a polycrystalline SiC layer, or a microcrystalline SiC layer formed on its surface may be used.

【0023】p型不純物としてAl(アルミニウム)を
ドーピングする場合には、反応ガス2として(CH3
3 Al(トリメチルアルミニウム)を用い、p型不純物
としてB(ボロン)をドーピングする場合には、反応ガ
ス2としてB2 6 (ジボラン)を用いる。また、n型
不純物としてN(窒素)をドーピングする場合には、反
応ガス2としてN2 を用い、n型不純物としてP(リ
ン)をドーピングする場合には、反応ガス2としてPH
3 (フォスフィン)を用いる。
When Al (aluminum) is doped as the p-type impurity, (CH 3 ) is used as the reaction gas 2.
When 3 Al (trimethylaluminum) is used and B (boron) is doped as the p-type impurity, B 2 H 6 (diborane) is used as the reaction gas 2. Further, when N (nitrogen) is doped as the n-type impurity, N 2 is used as the reaction gas 2, and when P (phosphorus) is doped as the n-type impurity, the reaction gas 2 is PH.
Use 3 (phosphine).

【0024】図2は本実施例で試料の作製に用いた実験
装置の概略図である。反応室10の所定箇所に石英ガラ
ス窓11が設けられ、反応室10内の石英ガラス窓11
の後方にSiC基板1が基板ホルダ(図示せず)を用い
て設置される。反応室10内にはガス導入口12を通じ
て反応ガス2が導入される。反応室10内の反応ガス2
はターボ分子ポンプ13により所定の圧力に保たれる。
エキシマレーザ14から出射されたエキシマレーザ光3
はレンズ15により石英ガラス窓11を通して反応室1
0内のSiC基板1の表面に集光される。
FIG. 2 is a schematic view of an experimental apparatus used for preparing a sample in this example. A quartz glass window 11 is provided at a predetermined position in the reaction chamber 10, and the quartz glass window 11 in the reaction chamber 10 is provided.
The SiC substrate 1 is installed behind the substrate using a substrate holder (not shown). The reaction gas 2 is introduced into the reaction chamber 10 through the gas introduction port 12. Reaction gas 2 in the reaction chamber 10
Is kept at a predetermined pressure by the turbo molecular pump 13.
Excimer laser light 3 emitted from the excimer laser 14
Through the quartz glass window 11 by the lens 15 and the reaction chamber 1
The light is focused on the surface of the SiC substrate 1 within 0.

【0025】表1に本実施例における試料の作製条件を
示す。
Table 1 shows the sample preparation conditions in this example.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】表1に示すように、SiC基板1としてn
型の6H−SiC単結晶(Nドープ:1×1018
-3,(0001)基底面)を用い、反応ガス2として
2 および(CH3 3 Alの混合ガスを用いた。H2
と(CH3 3 Alの体積比は99.8:0.2とし、
反応室10内の圧力を100Torrに保った。エキシ
マレーザ14として波長248nmのKrFエキシマレ
ーザを用い、エキシマレーザ光3をSiC基板1の約2
×4mm2 の領域に集光した。SiC基板1上でのレー
ザ照射のエネルギー密度は1.5J/cm2 であった。
エキシマレーザ光3の照射は、1Hzで1000発(シ
ョット)行った。各パルスの照射時間は20nsとし、
パルス半値幅を10nsとした。エキシマレーザ光3の
照射中、SiC基板1は室温に保った。
As shown in Table 1, as the SiC substrate 1,
Type 6H-SiC single crystal (N-doped: 1 × 10 18 c
m −3 , (0001) basal plane) was used, and a mixed gas of H 2 and (CH 3 ) 3 Al was used as the reaction gas 2. H 2
And (CH 3 ) 3 Al in a volume ratio of 99.8: 0.2,
The pressure inside the reaction chamber 10 was maintained at 100 Torr. A KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm is used as the excimer laser 14, and the excimer laser light 3 is supplied to the SiC substrate 1 by about 2 times.
The light was collected in an area of × 4 mm 2 . The energy density of laser irradiation on the SiC substrate 1 was 1.5 J / cm 2 .
The irradiation of the excimer laser light 3 was performed 1000 times (shots) at 1 Hz. The irradiation time of each pulse is 20 ns,
The pulse half width was set to 10 ns. The SiC substrate 1 was kept at room temperature during the irradiation of the excimer laser light 3.

【0028】このようにしてAlがドープされたSiC
基板1を用いてSiCダイオード試料を作製した。図3
の(a)はAlがドープされたSiC基板1の平面図で
あり、図3の(b)はSiCダイオード試料の構造を模
式的に示す断面図である。
SiC doped with Al in this way
A SiC diode sample was prepared using the substrate 1. FIG.
3A is a plan view of the Al-doped SiC substrate 1, and FIG. 3B is a sectional view schematically showing the structure of the SiC diode sample.

【0029】図3の(a)に示すように、SiC基板1
のAlドープ領域4aを、破線で示すように、1×1.
5mm2 の寸法および0.3mmの厚さを有する平面ダ
イオードにカットした。そして、図3の(b)に示すよ
うに、SiC基板1の裏面に電気スポット溶接プロセス
を用いて細いニッケル線21を溶接することによりn型
コンタクト部22を形成し、Alがドープされた不純物
ドープ層4の表面に銀塗料を塗布して細いニッケル線2
3を接続することによりp型コンタクト部24を形成し
た。
As shown in FIG. 3A, the SiC substrate 1
Al-doped region 4a of 1 × 1.
It was cut into a planar diode with dimensions of 5 mm 2 and a thickness of 0.3 mm. Then, as shown in FIG. 3B, an n-type contact portion 22 is formed by welding a thin nickel wire 21 to the back surface of the SiC substrate 1 using an electric spot welding process, and Al-doped impurities are formed. Applying a silver paint to the surface of the dope layer 4 and thin nickel wire 2
By connecting 3 to each other, a p-type contact portion 24 was formed.

【0030】このようにして作製されたSiCダイオー
ド試料の電流−電圧特性を測定した。図4は図3のSi
Cダイオード試料の室温での電流−電圧特性を示す図で
ある。
The current-voltage characteristics of the SiC diode sample thus manufactured were measured. FIG. 4 shows Si of FIG.
It is a figure which shows the current-voltage characteristic at room temperature of a C diode sample.

【0031】図4の電流−電圧特性は、比較的低い漏れ
電流を有するダイオードの整流特性を示している。漏れ
電流は、5Vの逆バイアスで5μAであり、10Vの逆
バイアスで10μAであった。この結果は、室温でSi
C基板1にドープされたAl原子が熱処理なしに電気的
に活性化されていることを明白に示している。この整流
特性は1000℃で5分のアニーリングを行っても変化
しなかった。
The current-voltage characteristic of FIG. 4 shows the rectification characteristic of a diode having a relatively low leakage current. The leakage current was 5 μA with a reverse bias of 5 V and 10 μA with a reverse bias of 10 V. This result shows that at room temperature Si
It clearly shows that the Al atoms doped in the C substrate 1 are electrically activated without heat treatment. This rectifying property did not change even after annealing at 1000 ° C. for 5 minutes.

【0032】図5は本実施例においてAlドープされた
SiC基板1の深さ方向の分布の測定結果を示す図であ
る。この深さ方向の分布はSIMS(二次イオン質量分
析)により測定し、Alの濃度は標準試料により更正し
たものである。
FIG. 5 is a diagram showing the measurement result of the distribution in the depth direction of the Al-doped SiC substrate 1 in this embodiment. The distribution in the depth direction is measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry), and the Al concentration is corrected by a standard sample.

【0033】図5から、Al原子は表面から約0.05
μmの深さまでドープされ、1×1022cm-3の最大濃
度で矩形形状の分布となっていることがわかる。1×1
22cm-3の濃度はSIMSの検出限界であるので、実
際には、1×1022cm-3以上の濃度のAl原子がドー
プされているものと推測される。
From FIG. 5, Al atoms are about 0.05 from the surface.
It can be seen that it is doped to a depth of μm and has a rectangular distribution with a maximum concentration of 1 × 10 22 cm −3 . 1 x 1
Since the concentration of 0 22 cm −3 is the detection limit of SIMS, it is presumed that Al atoms are actually doped at a concentration of 1 × 10 22 cm −3 or more.

【0034】本実施例の不純物ドーピング方法において
は、反応ガス2の圧力、エキシマレーザ光3のパルス
数、エキシマレーザ光3の照射エネルギー密度またはエ
キシマレーザ光3の波長を変化させることにより、Si
C基板1中の不純物元素のドープ量を制御することがで
きる。
In the impurity doping method of this embodiment, the pressure of the reaction gas 2, the number of pulses of the excimer laser light 3, the irradiation energy density of the excimer laser light 3, or the wavelength of the excimer laser light 3 is changed to change the Si
The doping amount of the impurity element in the C substrate 1 can be controlled.

【0035】以上のように、上記実施例のドーピング方
法によれば、室温でSiC基板1にp−n接合を形成す
ることができ、p−n接合の電流−電圧特性は低い漏れ
電流で整流特性を示す。また、SiC基板1の表面に高
濃度のAlがドープされるので、オーミックコンタクト
を容易にとることができる。したがって、上記実施例の
ドーピング方法を用いることにより種々のSiCデバイ
スを室温で容易に作製することが可能になる。
As described above, according to the doping method of the above embodiment, the pn junction can be formed on the SiC substrate 1 at room temperature, and the current-voltage characteristic of the pn junction is rectified with a low leakage current. Show the characteristics. Further, since the surface of the SiC substrate 1 is doped with high concentration of Al, ohmic contact can be easily made. Therefore, various SiC devices can be easily manufactured at room temperature by using the doping method of the above embodiment.

【0036】(2) 第2の実施例 図6は本発明の第2の実施例による不純物ドーピング方
法を示す図である。図6の(a)に示すように、n型ま
たはp型のSiC基板1上にp型またはn型の不純物元
素を含む不純物元素層5を堆積させた後、室温でSiC
基板1上の不純物元素層5の表面にエキシマレーザ光3
をパルス状に照射する。
(2) Second Embodiment FIG. 6 is a diagram showing an impurity doping method according to a second embodiment of the present invention. As shown in (a) of FIG. 6, after depositing an impurity element layer 5 containing a p-type or n-type impurity element on an n-type or p-type SiC substrate 1, SiC is formed at room temperature.
Excimer laser light 3 is formed on the surface of the impurity element layer 5 on the substrate 1.
Is pulsed.

【0037】その結果、図6の(b)に示すように、不
純物元素層5内の不純物元素がSiC基板1にドープさ
れ、不純物元素層5下のSiC基板1に不純物ドープ層
6が形成される。
As a result, as shown in FIG. 6B, the impurity element in the impurity element layer 5 is doped into the SiC substrate 1, and the impurity doped layer 6 is formed in the SiC substrate 1 below the impurity element layer 5. It

【0038】SiC基板1としては、第1の実施例と同
様に、6H−SiC、3C−SiC等の各種ポリタイプ
の単結晶SiC基板を用いることができる。また、表面
に非晶質SiC層、多結晶SiC層または微結晶SiC
層が形成された基板を用いてもよい。
As the SiC substrate 1, various polytype single crystal SiC substrates such as 6H-SiC and 3C-SiC can be used as in the first embodiment. In addition, an amorphous SiC layer, a polycrystalline SiC layer, or a microcrystalline SiC layer is formed on the surface.
A substrate on which a layer is formed may be used.

【0039】例えば、p型不純物としてAlをドーピン
グする場合には、不純物元素層5としてAlをSiC基
板1上に蒸着する。また、p型不純物としてBをドーピ
ングする場合には、不純物元素層5としてB2 3 をS
iC基板1上に蒸着する。
For example, when Al is doped as the p-type impurity, Al is deposited as the impurity element layer 5 on the SiC substrate 1. When B is doped as the p-type impurity, B 2 O 3 is added as S in the impurity element layer 5.
Deposition is performed on the iC substrate 1.

【0040】本実施例では、第1の実施例と同様に、図
2の実験装置を用いて試料を作製した。表2に本実施例
における試料の作製条件を示す。
In this example, similarly to the first example, a sample was prepared using the experimental apparatus shown in FIG. Table 2 shows the preparation conditions of the sample in this example.

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】表2に示すように、SiC基板1としてn
型の6H−SiC単結晶(Nドープ:1×1018
-3,(0001)基底面)を用い、反応室10内のS
iC基板1の表面に蒸着により膜厚2000ÅのAlか
らなる不純物元素層5を形成した。蒸着時の反応室10
内の真空度は1.5×10-6Torrであった。第1の
実施例と同様に、エキシマレーザ14として波長248
nmのKrFエキシマレーザを用い、反応室10内のS
iC基板1上の不純物元素層5の表面にエネルギー密度
1J/cm2 でエキシマレーザ光3を照射した。エキシ
マレーザ光3の照射は4発(ショット)行った。各パル
スの照射時間は20nsとし、パルス半値幅を10ns
とした。エキシマレーザ光3の照射中、SiC基板1は
室温に保ち、反応室10内の真空度は5×10-7Tor
rに保った。その後、SiC基板1を王水で1分および
HF(フッ化水素)の10%溶液で1分洗浄して表面の
不純物元素層5を除去した。
As shown in Table 2, as the SiC substrate 1,
Type 6H-SiC single crystal (N-doped: 1 × 10 18 c
m -3 , (0001) basal plane) and S in the reaction chamber 10
An impurity element layer 5 made of Al and having a film thickness of 2000 Å was formed on the surface of the iC substrate 1 by vapor deposition. Reaction chamber 10 during vapor deposition
The degree of vacuum inside was 1.5 × 10 −6 Torr. Similar to the first embodiment, the excimer laser 14 has a wavelength of 248.
nm of KrF excimer laser, and S in reaction chamber 10
The surface of the impurity element layer 5 on the iC substrate 1 was irradiated with excimer laser light 3 at an energy density of 1 J / cm 2 . Irradiation with the excimer laser beam 3 was performed four times (shot). The irradiation time of each pulse is 20 ns, and the pulse half width is 10 ns.
And During irradiation of the excimer laser light 3, the SiC substrate 1 is kept at room temperature, and the degree of vacuum in the reaction chamber 10 is 5 × 10 −7 Tor.
kept at r. Then, SiC substrate 1 was washed with aqua regia for 1 minute and with a 10% solution of HF (hydrogen fluoride) for 1 minute to remove impurity element layer 5 on the surface.

【0043】このようにしてAlがドープされたSiC
基板1の深さ方向のAlの分布をSIMSにより測定し
た。図7は深さ方向のAlの分布の測定結果を示す図で
ある。図7から、Al原子は表面に近いほど高濃度でド
ープされていることがわかる。
SiC doped with Al in this way
The Al distribution in the depth direction of the substrate 1 was measured by SIMS. FIG. 7 is a diagram showing the measurement results of Al distribution in the depth direction. It can be seen from FIG. 7 that Al atoms are more highly doped as they are closer to the surface.

【0044】本実施例の不純物ドーピング方法において
は、SiC基板1上に堆積させる不純物元素層3の膜厚
と照射回数を変化させ、エネルギー密度を制御すること
により、SiC基板1中の不純物元素のドープ量を制御
することができる。
In the impurity doping method of this embodiment, the film thickness of the impurity element layer 3 deposited on the SiC substrate 1 and the number of times of irradiation are changed to control the energy density, so that the impurity element in the SiC substrate 1 is doped. The doping amount can be controlled.

【0045】以上のように、本実施例のドーピング方法
によれば、室温でSiC基板1にp−n接合を形成する
ことができ、SiC基板1の表面に近いほど高濃度のA
lがドープされるので、オーミックコンタクトを容易に
とることができる。したがって、上記実施例のドーピン
グ方法を用いることにより種々のSiCデバイスを室温
で容易に作製することが可能になる。
As described above, according to the doping method of this embodiment, it is possible to form a pn junction on the SiC substrate 1 at room temperature, and the closer the surface of the SiC substrate 1 is to the higher the concentration of A.
Since l is doped, ohmic contact can be easily made. Therefore, various SiC devices can be easily manufactured at room temperature by using the doping method of the above embodiment.

【0046】(3) 第3の実施例 図8は本発明の第3の実施例による電極形成方法を示す
図である。図8の(a)に示すように、n型またはp型
のSiC基板1上に電極材料層7を堆積させた後、室温
でSiC基板1上の電極材料層7の表面にエキシマレー
ザ光3をパルス状に照射する。その結果、図8の(b)
に示すように、電極材料層7下のSiC基板1にシンタ
ー層またはシリサイド層8が形成される。このようにし
て形成されたシンターまたはシリサイド電極においては
オーミック特性が得られる。また、電極材料としてAu
を用いることにより、ショットキー電極が得られる。
(3) Third Embodiment FIG. 8 is a diagram showing an electrode forming method according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8A, after the electrode material layer 7 is deposited on the n-type or p-type SiC substrate 1, the excimer laser light 3 is applied to the surface of the electrode material layer 7 on the SiC substrate 1 at room temperature. Is pulsed. As a result, FIG. 8 (b)
As shown in, a sinter layer or a silicide layer 8 is formed on the SiC substrate 1 below the electrode material layer 7. Ohmic characteristics can be obtained in the sinter or silicide electrode thus formed. Further, as an electrode material, Au
A Schottky electrode can be obtained by using.

【0047】SiC基板1としては、第1および第2の
実施例と同様に、6H−SiC、3C−SiC等の各種
ポリタイプの単結晶SiC基板を用いることができる。
また、表面に非晶質SiC層、多結晶SiC層または微
結晶SiC層が形成された基板を用いてもよい。
As the SiC substrate 1, various polytype single crystal SiC substrates such as 6H—SiC and 3C—SiC can be used as in the first and second embodiments.
Alternatively, a substrate having an amorphous SiC layer, a polycrystalline SiC layer, or a microcrystalline SiC layer formed on its surface may be used.

【0048】例えば、n型電極を形成する場合には、電
極材料層7としてSiC基板1上にNi、Ti、W、T
a等の金属の単一層、これらのいずれかと他の材料との
合金層(例えば、AuTa)、あるいはこれらのいずれ
かと他の材料との積層膜を形成する。また、p型電極を
形成する場合には、電極材料層7としてSiC基板1上
にAl等の金属の単一層、Al等の金属と他の材料との
合金層(例えば、AlTi,AlSi)、あるいはAl
等の金属と他の材料との積層膜を形成する。電極材料層
7の形成方法としては、電子ビーム蒸着法、金属ペース
トの塗布等を用いる。また、ガス中に放置することによ
りSiC基板1上に電極材料層7を形成することも可能
である。例えば、真空容器中にSiC基板1を設置し、
真空容器内を10-7Torr台の真空状態にした後、真
空容器内を500Torr程度の(CH3 3 Al雰囲
気に保持する。
For example, when forming an n-type electrode, Ni, Ti, W, T is formed on the SiC substrate 1 as the electrode material layer 7.
A single layer of a metal such as a, an alloy layer of any of these with other materials (for example, AuTa), or a laminated film of any of these with other materials is formed. When forming a p-type electrode, a single layer of a metal such as Al or an alloy layer of a metal such as Al and another material (for example, AlTi, AlSi) is formed on the SiC substrate 1 as the electrode material layer 7. Or Al
A laminated film of a metal such as the above and another material is formed. As a method of forming the electrode material layer 7, an electron beam vapor deposition method, application of a metal paste or the like is used. It is also possible to form electrode material layer 7 on SiC substrate 1 by leaving it in gas. For example, placing the SiC substrate 1 in a vacuum container,
After the inside of the vacuum container is evacuated to the order of 10 −7 Torr, the inside of the vacuum container is maintained in a (CH 3 ) 3 Al atmosphere at about 500 Torr.

【0049】本実施例においても、図2の実験装置を用
いて試料を作製した。図9は本実施例において作製され
た試料の構造を模式的に示す断面図である。また、表3
に本実施例における試料の作製条件を示す。
Also in this example, a sample was prepared using the experimental apparatus shown in FIG. FIG. 9 is a sectional view schematically showing the structure of the sample manufactured in this example. Also, Table 3
The manufacturing conditions of the sample in this example are shown in FIG.

【0050】[0050]

【表3】 [Table 3]

【0051】表3に示すように、第1および第2の実施
例と同様に、SiC基板1としてn型の6H−SiC単
結晶(Nドープ:1×1018cm-3,(0001)基底
面)およびp型の6H−SiC単結晶(Pドープ:2×
1018cm-3,(0001)基底面)を用い、電子ビー
ム蒸着法により、図9の(a)に示すようにSiC基板
1上に2つの電極材料層7a,7bを形成した。
As shown in Table 3, as in the first and second embodiments, an n-type 6H-SiC single crystal (N-doped: 1 × 10 18 cm -3 , (0001) base) was used as the SiC substrate 1. Plane) and p-type 6H—SiC single crystal (P-doped: 2 ×
Two electrode material layers 7a and 7b were formed on the SiC substrate 1 by electron beam evaporation using 10 18 cm −3 ((0001) basal plane), as shown in FIG. 9A.

【0052】n型電極を形成する場合には、SiC基板
1としてn型のSiC単結晶基板を用い、電極材料層7
としてNi、Ti、WおよびAuTaを用いた。p型電
極を形成する場合には、SiC基板1としてp型のSi
C単結晶基板を用い、電極材料層7a,7bとしてA
l,AlTa,AlSiを用いた。電極材料層7a,7
bの膜厚は500Å以下とした。
When forming the n-type electrode, an n-type SiC single crystal substrate is used as the SiC substrate 1, and the electrode material layer 7 is used.
Ni, Ti, W, and AuTa were used as. When forming a p-type electrode, p-type Si is used as the SiC substrate 1.
C single crystal substrate is used, and A is used as the electrode material layers 7a and 7b.
1, AlTa, and AlSi were used. Electrode material layers 7a, 7
The film thickness of b was set to 500 Å or less.

【0053】第1および第2の実施例と同様に、エキシ
マレーザ14として波長248nmのKrFエキシマレ
ーザを用い、反応室10内のSiC基板1上の電極材料
層7a,7bにエネルギー密度2J/cm2 でエキシマ
レーザ光3を照射した。エキシマレーザ光3の照射は1
〜10発(ショット)行った。各パルスの照射時間は2
0nsとし、パルス半値幅を10nsとした。反応室1
0内は、約500Torr以下のAr(アルゴン)雰囲
気あるいは真空に保った。エキシマレーザ光3の照射
中、SiC基板1は室温に保った。
As in the first and second embodiments, a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm is used as the excimer laser 14, and the energy density of 2 J / cm is applied to the electrode material layers 7a and 7b on the SiC substrate 1 in the reaction chamber 10. The excimer laser beam 3 was irradiated at 2 . Irradiation of excimer laser light 3 is 1
10 shots were taken. The irradiation time of each pulse is 2
The pulse half width was 10 ns. Reaction chamber 1
The inside of 0 was maintained in an Ar (argon) atmosphere of about 500 Torr or less or a vacuum. The SiC substrate 1 was kept at room temperature during the irradiation of the excimer laser light 3.

【0054】このようにして作製された試料の電極材料
層7a,7b間に、図9の(b)に示すように電圧を印
加してテスターにより電流−電圧特性を測定した。その
結果、電極材料層7a,7b下のSiC基板1にそれぞ
れ形成されたシリサイド層8a,8bによりオーミック
コンタクトが得られていることを確認した。
A voltage was applied between the electrode material layers 7a and 7b of the sample thus produced, as shown in FIG. 9B, and the current-voltage characteristics were measured by a tester. As a result, it was confirmed that ohmic contact was obtained by the silicide layers 8a and 8b formed on the SiC substrate 1 under the electrode material layers 7a and 7b, respectively.

【0055】以上のように、上記実施例の電極形成方法
によれば、室温でSiC基板1にシリサイド電極を形成
することができ、オーミックコンタクトを容易にとるこ
とができる。また、微小領域でも広い領域でも容易にオ
ーミック電極を形成することができる。したがって、上
記実施例の電極形成方法を用いることにより種々のSi
Cデバイスを室温で容易に作製することが可能となる。
As described above, according to the electrode forming method of the above embodiment, the silicide electrode can be formed on the SiC substrate 1 at room temperature, and ohmic contact can be easily obtained. Further, the ohmic electrode can be easily formed in a minute area or a wide area. Therefore, various Si can be obtained by using the electrode forming method of the above embodiment.
It becomes possible to easily manufacture the C device at room temperature.

【0056】[0056]

【発明の効果】第1の発明によれば、低温で炭化ケイ素
に不純物元素をドーピングすることができる。したがっ
て、種々の環境で使用可能な半導体デバイスの製造が容
易になる。
According to the first aspect of the present invention, silicon carbide can be doped with an impurity element at a low temperature. Therefore, it becomes easy to manufacture a semiconductor device that can be used in various environments.

【0057】第2の発明によれば、低温で炭化ケイ素に
不純物をドーピングすることができる。したがって、種
々の環境で使用可能な半導体デバイスの製造が容易にな
る。第3の発明によれば、低温で炭化ケイ素に金属また
はシリサイドのオーミック電極またはショットキー電極
を形成することができる。したがって、種々の環境で使
用可能な半導体デバイスの製造が容易になる。
According to the second invention, it is possible to dope impurities into silicon carbide at a low temperature. Therefore, it becomes easy to manufacture a semiconductor device that can be used in various environments. According to the third invention, it is possible to form a metal or silicide ohmic electrode or Schottky electrode on silicon carbide at a low temperature. Therefore, it becomes easy to manufacture a semiconductor device that can be used in various environments.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例による不純物ドーピング
方法を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an impurity doping method according to a first embodiment of the present invention.

【図2】試料の作製に用いた実験装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an experimental apparatus used for producing a sample.

【図3】AlがドープされたSiC基板の平面図、およ
びSiCダイオード試料の構造を模式的に示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a plan view of an Al-doped SiC substrate and a cross-sectional view schematically showing the structure of a SiC diode sample.

【図4】図3のSiCダイオード試料の室温での電流−
電圧特性を示す図である。
4 is a current at room temperature of the SiC diode sample of FIG.
It is a figure which shows a voltage characteristic.

【図5】第1の実施例においてAlドープされたSiC
基板の深さ方向の分布の測定結果を示す図である。
FIG. 5: Al-doped SiC in the first embodiment
It is a figure which shows the measurement result of the distribution of the depth direction of a board | substrate.

【図6】本発明の第2の実施例による不純物ドーピング
方法を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an impurity doping method according to a second embodiment of the present invention.

【図7】第2の実施例においてAlドープされたSiC
基板の深さ方向のAlの分布の測定結果を示す図であ
る。
FIG. 7: Al-doped SiC in the second embodiment
It is a figure which shows the measurement result of Al distribution in the depth direction of a board | substrate.

【図8】本発明の第3の実施例による電極形成方法を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an electrode forming method according to a third embodiment of the present invention.

【図9】第3の実施例において作製された試料の構造を
模式的に示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a sample manufactured in a third example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 SiC基板 2 反応ガス 3 エキシマレーザ光 4 不純物ドープ層 5 不純物元素層 6 不純物ドープ層 7,7a,7b 電極材料層 8,8a,8b シリサイド層 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 1 SiC Substrate 2 Reaction Gas 3 Excimer Laser Light 4 Impurity Doped Layer 5 Impurity Element Layer 6 Impurity Doped Layer 7, 7a, 7b Electrode Material Layer 8, 8a, 8b Silicide Layer In addition, the same reference numerals in each drawing indicate the same or corresponding portions. Show.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年9月13日[Submission date] September 13, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図2[Name of item to be corrected] Figure 2

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図2】 [Fig. 2]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 正則 大阪府枚方市大字津田4547−15 株式会社 イオン工学研究所内 (72)発明者 中田 俊武 大阪府枚方市大字津田4547−15 株式会社 イオン工学研究所内 (72)発明者 中嶋 堅志郎 愛知県名古屋市名東区猪高町高針原10−22 (72)発明者 江龍 修 愛知県名古屋市昭和区狭間町27 狭間住宅 1−25 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Masanori Watanabe 4547-15 Tsuda, Hirakata, Osaka Prefecture, Ion Engineering Laboratory Co., Ltd. (72) Toshitake Nakata Toshitake Nakata 4547-15, Tsuda, Hirakata, Osaka Prefecture Ion Engineering Research Co., Ltd. In-house (72) Kenshiro Nakajima 10-22 Takairihara, Inaka-cho, Meito-ku, Nagoya-shi, Aichi (72) Inventor Osamu Kouryu 27 Hazama-cho, Showa-ku, Nagoya, Aichi Prefecture 1-25 House

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不純物元素を含むガス雰囲気中に炭化ケ
イ素を配置し、前記炭化ケイ素にレーザ光を照射するこ
とにより前記炭化ケイ素に前記不純物元素をドーピング
することを特徴とする炭化ケイ素への不純物ドーピング
方法。
1. Impurity to silicon carbide, wherein silicon carbide is arranged in a gas atmosphere containing an impurity element, and the silicon carbide is doped with the impurity element by irradiating the silicon carbide with a laser beam. Doping method.
【請求項2】 炭化ケイ素上に不純物元素を含む不純物
元素層を形成し、前記不純物元素層にレーザ光を照射す
ることにより前記炭化ケイ素に前記不純物元素をドーピ
ングすることを特徴とする炭化ケイ素への不純物ドーピ
ング方法。
2. A silicon carbide comprising: forming an impurity element layer containing an impurity element on silicon carbide; and irradiating the impurity element layer with laser light to dope the silicon carbide with the impurity element. Impurity doping method.
【請求項3】 レーザ光の照射回数またはエネルギー密
度を制御することにより不純物ドーピング深さを制御す
ることを特徴とする請求項1または2記載の炭素ケイ素
への不純物ドーピング方法。
3. The method for doping impurities into carbon silicon according to claim 1, wherein the impurity doping depth is controlled by controlling the number of times of laser light irradiation or the energy density.
【請求項4】 炭化ケイ素上に電極材料層を形成し、前
記電極材料層にレーザ光を照射することにより前記炭化
ケイ素上に金属またはシリサイドのオーミック電極また
はショットキー電極を形成することを特徴とする炭化ケ
イ素への電極形成方法。
4. An electrode material layer is formed on silicon carbide, and a metal or silicide ohmic electrode or Schottky electrode is formed on the silicon carbide by irradiating the electrode material layer with laser light. For forming an electrode on silicon carbide.
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