JPH09500861A - 高低抗炭化ケイ素の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の目的は、低抵抗出発材料から高抵抗ＳｉＣを製造する方法である。これは、有力な窒素−不純物の浅いドナー準位を３価の元素の添加により過剰補償し、その際に、このドーピングを、伝導タイプをｎ−伝導からｐ−伝導に変える濃度でＳｉＣ中に組み込み、かつ更に、ＳｉＣ中のその禁制帯のほぼ中央にドナー準位を有する遷移金属元素を添加し、それによって、過剰のアクセプタ準位が再び補償されるので、より高い比抵抗が得られることよりなる。

Description

【発明の詳細な説明】 高抵抗炭化ケイ素の製法 本発明は、請求項１項記載の上位概念による高抵抗ＳＩＣの製法に関する。 結晶形のＳｉＣは、半導体材料の特性を有し、かつ種々異なる半導体構成成分 において、ますます使用されてきている。多くの使用のために、基板、すなわち 出発結晶が、高抵抗材料からなるディスクであることが望ましい。従って、この 単結晶ディスクを、その全てが電気的に絶縁されている多数の個々の構成成分の ための共通の基板として使用することができる。例えば純粋なＳｉを用いて実施 された多くの方法、すなわち、詳細には、熱い酸化物(thermischen Oxid)を用い るマスキング技術、イオン注入、構造のドライエッチング、エピタキシャル成長 及び接触(Kontaktieren)は、ＳｉＣに転用することができる。 ＳｉＣの禁制帯における深い準位(tiefen Niveaus)を有する欠陥を理解するこ とは、未だに非常に不完全である。例えば、ＳｉＣ中の遷移金属に関して、その 欠陥構造についても（置換的又は介在的）、その推測される電気的活性について も、エネルギー的に伝導帯のかなり下方に位置している状態を有する欠陥箇所（ S 重要な特徴は、その多種性、すなわち多くの変態でのその存在である。電子的に 使用するために、３．０ｅＶの禁制帯を有する六方晶４Ｈ−及び６Ｈ−ＳｉＣ及 び２．４ｅＶの禁制帯を有する立方晶３Ｃ−ＳｉＣは重要である。るつぼから得 られたＳｉＣにおいて実質的に避けられないチタン−不純物の準位状態に関して は、殊に非常に僅かしか知られていない。しかし、深いエネルギー準位を有する 不純物の認識及び制御は、ＳｉＣを基礎とする光電子工学的及び電子工学的構成 成分の品質を保証するために絶対に必要である。 Appl.Phys.Lett.,56(1990)1184頁からは、ＳｉＣ−結晶中のバナジウム不純物が 、エネルギー的に深い準位を有する両性不純物として生じうることが知られてい る。このことは、バナジウムの少なくとも３つの異なる電荷状態がＳｉＣ中に生 じることを意味している。バナジウムによって、２つの新たな準位が禁制帯中に 生じる。このことに基づいて、ＳｉＣ中のバナジウムが少数キャリアのライフタ イムを減少させうると予想された。後の刊行物：K.Maier，J.Schneider，W.Wilk ening, S.Leibenzeder及びR.Stein，“Electron spin resonance studies of tr ansition metal deep level impurities in SiC,Materials Sience and Enginee ring Bll”(1992)27〜30頁でも、これらの準位を試験 している。この刊行物も、これを電気的に補償する(kompensieren)ために、かつ 高抵抗ＳｉＣを製造するために、不純物を、目的に合致して、ｐ−ドーピングさ れた４Ｈ−及び６Ｈ−ＳｉＣ中に入れることができるというような指示を与えて いない。 米国特許（ＵＳ）第３３４４０７１号明細書からは、溶融から得られるＧａＡ ｓ−結晶から、クロムでの目的に合ったドーピングにより、高抵抗材料を製造で きることが知られている。ｎ形ＧａＡｓにおいて、付加的に、アクセプタとして 作用する物質を添加すべきである。 ＳｉＣの場合において、浅い(flacher)欠陥箇所の作用を相殺し、かつ高抵抗 材料を得ることができることは、従来公知ではなかった。 本発明は、高い抵抗性を有するＳｉＣを製造するという課題を基礎とし、その 際、不純物の影響を補償すべきである。 この課題は、請求項１記載の特徴部に記載された特徴を用いて解決される。 請求項１の目的物は、高温のために使用することができる材料、例えばＳｉＣ も、十分に高い抵抗で製造することができるという利点を有する。それを用いて 、ＳｉＣからなるラテラル構成成分を、絶縁ＳｉＣ上に製造することができる。 次いで、これらの構成成分を、より高い周囲温度でも使用することができる。 ＳＩＣを有する高抵抗材料を入手するための難点は、レリー（Lely）による慣 例の昇華法で、非常に多量の窒素が不純物として六方晶格子中へ組み込まれるこ とにある。この窒素は、材料の伝導性を伝導帯中への電子放出により非常に著し く高める、浅いドナー準位を有する。ＳｉＣ中のバナジウムは、同様に、ドナー 準位を有するので、これを浅いトラップの補償のために使用することはできない 。この理由から、ここでは、バナジウムの深いトラップを十分に利用することが 提案される。それというのも、これらは、六方晶ＳｉＣの禁制帯のほぼ中央にあ るからである。従って、先ず、窒素のドナー準位をアルミニウムドーピングによ ドーピング物質の濃度を、５価の不純物の濃度よりも２〜３０％高くなるように 選択する。次いで、アルミニウムの電気的に活性な浅いアクセプタ準位は、最終 的に、バナジウムの深いドナー準位により完全に補償されうる。このために、遷 移金属元素の濃度を、３価及び５価の不純物(Fremdatome)の濃度の差よりも特に 少なくとも２倍高くなるように選択する。伝導性のために、バナジウムの過剰補 償は、再び役に立たない。それというのも、その準位は、熱的に活性化し得ない ほど深くにあるからである。 本発明の有利な実施態様において、５・１０¹⁶／ｃｃｍの窒素での残留バック グラウンドドーピングを有 する単結晶６Ｈ−ＳｉＣからなるディスクを使用する。ｐ−ドーピングを、１・ １０¹⁷／ｃｃｍの濃度を有するアルミニウムを用いて実施する。バナジウムドー ピングは、２・１０¹⁷/ｃｃｍである。本発明によるドーピングの方法とは無関 係に、比抵抗は、３００°Ｋで少なくとも１０⁸オーム・ｃｍである。 本発明により、もちろん、僅かな割合の電気的に活性な不純物が存在するよう に調節し、その際、ドーピング特性を有する不純物が有力である(vorherrschen) 。遷移金属元素の導入の際に、全ての電気的に活性な不純物の全量を超えるドー ピング量を用いて操作する。 本発明のもう一つの実施態様において、ドーピングを、単結晶の製造の前に実 施する。このために、単結晶ＳｉＣをレリーの昇華法により製造する。使用され た多結晶出発結晶は、特に、金属性バナジウム及びアルミニウムを含有する。す なわち、３価のドーピング物質及び遷移金属元素を、製造工程の最初に、一緒に 添加する。方法の一変法において、金属性バナジウム及びアルミニウムを別々に 蒸発させる。これは、ドーピング物質を順次に添加することを容易に思い起こさ せ、その際、最後のドーピング物質の添加の前に、電荷担体濃度の測定を実施す ることは有利である。この際にも、単結晶の製造は、僅かな完全結晶の昇華によ り行われ、その際、同時に、ドーピング物質が気相中 で得られ、かつＳｉＣ単結晶の基板上に沈積し、かつこの電気的に活性なドーピ ング物質は昇華工程により導入された不純物よりも高い濃度を有する。 本発明のためのもう一つの重要な方法において、ＳｉＣ基板上に、エピタキシ ーにより、もう一つの単結晶ＳｉＣ層（３Ｃ−ＳｉＣ）を析出させる。バナジウ ムを、塩化バナジウム又は金属有機化合物を用いて、ＣＶＤ法によって施与する 。バナジウムでのドーピングは、最初の例と同様に、２・１０¹⁷／ｃｃｍである 。 これによって、ＳｉＣの薄い高抵抗層が生じる。更に有利な方法で、薄層は、 バナジウム及びアルミニウムのイオン注入によっても、高い抵抗性にされる。 ＳｉＣ構成成分のカプセルとしても、高抵抗材料は適当である。基板ディスク は、そのままで、構成成分のいわゆるパッケージング(Packaging)のための基礎 板として適当である。同じことが、接触のためにも当てはまり、その際、基板デ ィスクは、機械的に安定な接触担体である。 方法は、立方晶３Ｃ−ＳｉＣにも転用できる。この構造は、エピタキシャル成 長においても有利である。層の成長における不純物としての窒素は、ここでも、 Ｐ−伝導をもたらすが、これは、この方法を用いて有効に抑制される。６Ｈ−Ｓ ｉＣのバナジウムのドナー準位を基礎とし、かつ禁制帯の比較を考慮する場合に 、３Ｃ−ＳｉＣにおけるバナジウム原子のドナー準位がＥｖ＝１．７ｅＶである と評価することができる。この値は、理想的な帯中央を０．５ｅＶだけ上回る。 従って、バナジウムでのドーピングは、この場合にも、高い比抵抗を有するエピ タキシャル３Ｃ−ＳｉＣ−層を生じる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュナイダー，ユールゲン ドイツ連邦共和国 Ｄ―79199 キルヒツ ァールテン ノイホイザーシュトラーセ 62 (72)発明者 ミュラー，ハラルト ドイツ連邦共和国 Ｄ―79856 ヒンター ツァールテン ヴィンター―ハルデンヴェ ーク 68 (72)発明者 マイアー，カーリン ドイツ連邦共和国 Ｄ―79102 フライブ ルク ビュルガーヴェールシュトラーセ 17

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．低抵抗出発材料からの高抵抗ＳｉＣの製法において、有力な窒素−不純物 の浅いドナー準位を浅いアクセプタ準位を有する３価の元素の添加により過剰補 償し、その際に、このドーピングを、伝導タイプをｎ−伝導からｐ−伝導に変え る濃度でＳｉＣ中に組み込み、かつ更に、ＳｉＣ中のその禁制帯のほぼ中央にド ナー準位を有する遷移金属元素を添加し、それによって、過剰のアクセプタ準位 が再び補償されるので、より高い比抵抗が得られることを特徴とする、高抵抗Ｓ ｉＣの製法。 ２．浅いアクセプタ準位を有するドーピング物質として第３主族からの元素を 使用することを特徴とする、請求項１記載の方法。 ３．浅いアクセプタ準位を有するドーピング物質として、アルミニウム（Ａｌ ）元素を使用することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。 ４．遷移金属元素としてバナジウム（Ｖ）を使用することを特徴とする、請求 項１から３までのいずれか１項記載の方法。 ５．３価のドーピング物質の濃度を、５価の不純物の濃度よりも２〜３０％高 くなるように選択することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記 載の方法。 ６．遷移金属元素の濃度を、３価及び５価のドーピング物質の濃度の差よりも 少なくとも２倍高くなるように選択することを特徴とする、請求項１から５まで のいずれか１項記載の方法。 ７．３価のドーピング物質及び遷移金属元素を、製造工程の最初に、一緒に添 加することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。 ８．ドーピング物質を順次に添加し、その際、最後のドーピング物質の添加の 前に電荷担体濃度の測定を実施することを特徴とする、請求項１から６までのい ずれか１項記載の方法。 ９．僅かな割合の電気的に活性な不純物が存在し、その際に、ドーピング特性 を有する不純物が有力であり、全ての電気的に活性な不純物の全量を超える量で の遷移金属元素の導入の工程を、単結晶の製造の前に実施することを特徴とする 、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。 １０．単結晶の製造を僅かな完全結晶の昇華により行い、その際、同時に、ド ーピング物質が気相中で得られ、かつＳｉＣ単結晶の基板上に沈積し、かつこの 電気的に活性なドーピング物質が昇華工程により導入された不純物よりも高い濃 度を有することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。 １１．その濃度が約５・１０¹⁶原子／ｃｃｍである窒素から主になる電気的に 活性な不純物を有し、その 際、この材料が３００°Ｋで少なくとも１０⁸オーム・ｃｍの比抵抗を有する、 請求項１記載のＳｉＣ結晶において、浅いアクセプタ準位を有する３価の元素の 添加によって、有力な窒素−不純物の浅いドナー準位を過剰補償し、その際に、 このドーピングを、伝導タイプをｎ−伝導からｐ−伝導に変える濃度で、ＳｉＣ 中に組み込み、かつＳｉＣのその禁制帯のほぼ中央にドナー準位を有する遷移金 属元素が存在していて、それによって、過剰のアクセプタ準位が再び補償される ので、より高い比抵抗が得られることを特徴とする、請求項１記載のＳｉＣ結晶 。 １２．六方晶結晶構造を有することを特徴とする、請求項１から１１までのい ずれか１項記載のＳｉＣ結晶 １３．立方晶結晶構造を有することを特徴とする、請求項１から１１までのい ずれか１項記載のＳｉＣ結晶