JPH10256173A - 炭化ケイ素へのイオン注入方法および炭化ケイ素半導体装置 - Google Patents
炭化ケイ素へのイオン注入方法および炭化ケイ素半導体装置Info
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- JPH10256173A JPH10256173A JP9055223A JP5522397A JPH10256173A JP H10256173 A JPH10256173 A JP H10256173A JP 9055223 A JP9055223 A JP 9055223A JP 5522397 A JP5522397 A JP 5522397A JP H10256173 A JPH10256173 A JP H10256173A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
- H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い注入温度で不純物元素を炭化ケイ素中に
深さ方向に均一にかつ少ない結晶欠陥で注入することが
できるイオン注入方法を提供することである。 【解決手段】 ＳｉＣ基板１１の（０００１）Ｓｉ面上
にＳｉＯ2 からなるマスク１２を形成し、不純物元素と
して窒素をイオン注入する。（０００１）Ｓｉ面に垂直
な方向のイオン注入（チャネリング注入）および（００
０１）Ｓｉ面に垂直な方向から７°傾斜した方向のイオ
ン注入（ランダム注入）を行う。窒素イオンの加速エネ
ルギーを同一にし、基板温度を７００℃とする。
深さ方向に均一にかつ少ない結晶欠陥で注入することが
できるイオン注入方法を提供することである。 【解決手段】 ＳｉＣ基板１１の（０００１）Ｓｉ面上
にＳｉＯ2 からなるマスク１２を形成し、不純物元素と
して窒素をイオン注入する。（０００１）Ｓｉ面に垂直
な方向のイオン注入（チャネリング注入）および（００
０１）Ｓｉ面に垂直な方向から７°傾斜した方向のイオ
ン注入（ランダム注入）を行う。窒素イオンの加速エネ
ルギーを同一にし、基板温度を７００℃とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化ケイ素へのイ
オン注入方法およびイオン注入方法を用いて製造される
半導体装置に関する。
オン注入方法およびイオン注入方法を用いて製造される
半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高温動作デバイス、大電力デバイ
ス、高耐圧デバイス等の電子材料としてＳｉＣ（炭化ケ
イ素）が注目されている。図１４はＳｉＣを用いた従来
のＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効果トランジスタ）の
一例を示す模式的断面図である。
ス、高耐圧デバイス等の電子材料としてＳｉＣ（炭化ケ
イ素）が注目されている。図１４はＳｉＣを用いた従来
のＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効果トランジスタ）の
一例を示す模式的断面図である。
【０００３】図１４において、ｎ型ＳｉＣ基板４１上に
ｐ型分離層４２およびｎ型能動層４３がエピタキシャル
成長法により順に形成されている。ｎ型能動層４３上に
ｎ+コンタクト層がエピタキシャル成長法により形成さ
れ、中央部の領域（ゲート電極形成領域）がエッチング
により除去されている。これにより、ｎ+ コンタクト層
４５ａ，４５ｂが所定間隔を隔てて形成されている。ｎ
型能動層４３上にゲート電極４６が形成され、ｎ+ コン
タクト層４５ａ，４５ｂ上にそれぞれソース電極４７お
よびドレイン電極４８が形成されている。
ｐ型分離層４２およびｎ型能動層４３がエピタキシャル
成長法により順に形成されている。ｎ型能動層４３上に
ｎ+コンタクト層がエピタキシャル成長法により形成さ
れ、中央部の領域（ゲート電極形成領域）がエッチング
により除去されている。これにより、ｎ+ コンタクト層
４５ａ，４５ｂが所定間隔を隔てて形成されている。ｎ
型能動層４３上にゲート電極４６が形成され、ｎ+ コン
タクト層４５ａ，４５ｂ上にそれぞれソース電極４７お
よびドレイン電極４８が形成されている。
【０００４】図１４のＭＥＳＦＥＴでは、ソース電極４
７とドレイン電極４８との間に電圧を印加すると、ｎ+
コンタクト層４５ａ，４５ｂを介してｎ型能動層４３内
に電流が流れる。この場合、ｎ型能動層４３上にｎ+ コ
ンタクト層４５ａ，４５ｂが設けられているので、破線
矢印で示すように、ｎ型能動層４３中で電流は完全に層
に平行に流れることができない。そのため、ＭＥＳＦＥ
Ｔの相互コンダクタンス（ｇｍ）等の性能を向上させる
ことが難しい。
７とドレイン電極４８との間に電圧を印加すると、ｎ+
コンタクト層４５ａ，４５ｂを介してｎ型能動層４３内
に電流が流れる。この場合、ｎ型能動層４３上にｎ+ コ
ンタクト層４５ａ，４５ｂが設けられているので、破線
矢印で示すように、ｎ型能動層４３中で電流は完全に層
に平行に流れることができない。そのため、ＭＥＳＦＥ
Ｔの相互コンダクタンス（ｇｍ）等の性能を向上させる
ことが難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、イオン注入法
を用いてｎ型能動層中にｎ+ コンタクト層を選択的に形
成することが検討されている。図１５はイオン注入法に
より形成されるｎ+ コンタクト層を有するＭＥＳＦＥＴ
の一例を示す模式的断面図である。
を用いてｎ型能動層中にｎ+ コンタクト層を選択的に形
成することが検討されている。図１５はイオン注入法に
より形成されるｎ+ コンタクト層を有するＭＥＳＦＥＴ
の一例を示す模式的断面図である。
【０００６】図１５において、ｎ型ＳｉＣ基板５１上に
ｐ型分離層５２およびｎ型能動層５３がエピタキシャル
成長法により順に形成されている。ｎ型能動層５３中に
は所定間隔を隔ててイオン注入法によりｎ+ コンタクト
層５５ａ，５５ｂが形成されている。ｎ型能動層５３上
にゲート電極５６が形成され、ｎ+ コンタクト層５５
ａ，５５ｂ上にそれぞれソース電極５７およびドレイン
電極５８が形成されている。
ｐ型分離層５２およびｎ型能動層５３がエピタキシャル
成長法により順に形成されている。ｎ型能動層５３中に
は所定間隔を隔ててイオン注入法によりｎ+ コンタクト
層５５ａ，５５ｂが形成されている。ｎ型能動層５３上
にゲート電極５６が形成され、ｎ+ コンタクト層５５
ａ，５５ｂ上にそれぞれソース電極５７およびドレイン
電極５８が形成されている。
【０００７】図１５のＭＥＳＦＥＴにおいては、ソース
電極５７とドレイン電極５８との間に電圧を印加する
と、ｎ+ コンタクト層５５ａ，５５ｂを介してｎ型能動
層５３内に電流が流れる。この場合、ｎ+ コンタクト層
５５ａ，５５ｂがｎ型能動層５３中に設けられているの
で、破線矢印で示すように、電流はｎ型能動層５３中で
層と平行に流れることができる。そのため、ＭＥＳＦＥ
Ｔの相互コンダクタンス（ｇｍ）等の性能を向上させる
ことが可能となる。
電極５７とドレイン電極５８との間に電圧を印加する
と、ｎ+ コンタクト層５５ａ，５５ｂを介してｎ型能動
層５３内に電流が流れる。この場合、ｎ+ コンタクト層
５５ａ，５５ｂがｎ型能動層５３中に設けられているの
で、破線矢印で示すように、電流はｎ型能動層５３中で
層と平行に流れることができる。そのため、ＭＥＳＦＥ
Ｔの相互コンダクタンス（ｇｍ）等の性能を向上させる
ことが可能となる。
【０００８】図１５のＭＥＳＦＥＴにおいて、さらに相
互コンダクタンス等の性能を向上させるためには、ｎ+
コンタクト層５５ａ，５５ｂの不純物濃度（キャリア濃
度）を深さ方向で均一にすることが必要となる。
互コンダクタンス等の性能を向上させるためには、ｎ+
コンタクト層５５ａ，５５ｂの不純物濃度（キャリア濃
度）を深さ方向で均一にすることが必要となる。
【０００９】従来より、結晶材料に深さ方向に均一に不
純物元素を注入する方法として多重イオン注入法が知ら
れている。多重イオン注入法は、加速エネルギーおよび
注入量を変えながら不純物元素をイオン注入する方法で
ある。
純物元素を注入する方法として多重イオン注入法が知ら
れている。多重イオン注入法は、加速エネルギーおよび
注入量を変えながら不純物元素をイオン注入する方法で
ある。
【００１０】図１６はＳｉＣ基板へ多重イオン注入法に
より不純物元素をイオン注入する方法を示す図である。
図１６において、ＳｉＣ基板６１上に厚さ３０００Åの
ＳｉＯ2 からなるマスク６２を形成し、不純物元素とし
て窒素イオン（Ｎ+ ）を例えば３０ｋｅＶの加速エネル
ギーでイオン注入した後、窒素イオンを４０ｋｅＶの加
速エネルギーでイオン注入し、ｎ+ イオン注入層６３を
形成する。
より不純物元素をイオン注入する方法を示す図である。
図１６において、ＳｉＣ基板６１上に厚さ３０００Åの
ＳｉＯ2 からなるマスク６２を形成し、不純物元素とし
て窒素イオン（Ｎ+ ）を例えば３０ｋｅＶの加速エネル
ギーでイオン注入した後、窒素イオンを４０ｋｅＶの加
速エネルギーでイオン注入し、ｎ+ イオン注入層６３を
形成する。
【００１１】図１７は図１６の多重イオン注入法により
ＳｉＣ基板６１にイオン注入された不純物元素の深さ方
向の濃度分布を示す図である。図１７に示すように、加
速エネルギー３０ｋｅＶで注入された不純物元素は浅い
領域に分布し、加速エネルギー４０ｋｅＶで注入された
不純物元素は深い領域に分布する。これにより、全体と
して不純物元素の濃度分布が深さ方向にほぼ平坦にな
る。
ＳｉＣ基板６１にイオン注入された不純物元素の深さ方
向の濃度分布を示す図である。図１７に示すように、加
速エネルギー３０ｋｅＶで注入された不純物元素は浅い
領域に分布し、加速エネルギー４０ｋｅＶで注入された
不純物元素は深い領域に分布する。これにより、全体と
して不純物元素の濃度分布が深さ方向にほぼ平坦にな
る。
【００１２】しかしながら、加速エネルギーが大きくな
ると、注入された不純物元素の濃度分布が深さ方向に広
がる。それにより、注入された不純物元素がマスク６２
を突き抜けてＳｉＣ基板６１内に達するおそれがある。
これを防止するためには、マスク６２の厚さを５０００
Å以上に大きくする必要がある。
ると、注入された不純物元素の濃度分布が深さ方向に広
がる。それにより、注入された不純物元素がマスク６２
を突き抜けてＳｉＣ基板６１内に達するおそれがある。
これを防止するためには、マスク６２の厚さを５０００
Å以上に大きくする必要がある。
【００１３】しかしながら、マスク６２の材料によって
はＳｉＣ基板６１上に厚く形成することが困難な場合が
ある。また、マスク６２を厚く形成すると、マスク６２
とＳｉＣ基板６１との熱膨張係数の違いにより製造工程
中にＳｉＣ基板６１にそりが生じたり、マスク６２が剥
がれることがある。したがって、ＳｉＣ基板６１上に厚
いマスク６２を形成することは困難である。
はＳｉＣ基板６１上に厚く形成することが困難な場合が
ある。また、マスク６２を厚く形成すると、マスク６２
とＳｉＣ基板６１との熱膨張係数の違いにより製造工程
中にＳｉＣ基板６１にそりが生じたり、マスク６２が剥
がれることがある。したがって、ＳｉＣ基板６１上に厚
いマスク６２を形成することは困難である。
【００１４】また、不純物元素の加速エネルギーが大き
くなると、ＳｉＣ基板６１の深い領域まで結晶欠陥が発
生し、全体の結晶欠陥の数が多くなる。そのため、結晶
欠陥を抑制するためにイオン注入温度（基板温度）を高
くするとともに、結晶性の回復のために１５００℃程度
の高温でのアニールが必要となる。その結果、ＦＥＴの
製造のために要するエネルギー量が大きくなり、製造コ
ストが上昇する。
くなると、ＳｉＣ基板６１の深い領域まで結晶欠陥が発
生し、全体の結晶欠陥の数が多くなる。そのため、結晶
欠陥を抑制するためにイオン注入温度（基板温度）を高
くするとともに、結晶性の回復のために１５００℃程度
の高温でのアニールが必要となる。その結果、ＦＥＴの
製造のために要するエネルギー量が大きくなり、製造コ
ストが上昇する。
【００１５】本発明の目的は、低い注入温度で不純物元
素を炭化ケイ素中に深さ方向に均一にかつ少ない結晶欠
陥で注入することができるイオン注入方法を提供するこ
とである。
素を炭化ケイ素中に深さ方向に均一にかつ少ない結晶欠
陥で注入することができるイオン注入方法を提供するこ
とである。
【００１６】本発明の他の目的は、比較的低い温度で作
製可能でかつ欠陥の少ない炭化ケイ素半導体装置を提供
することである。
製可能でかつ欠陥の少ない炭化ケイ素半導体装置を提供
することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る炭化ケイ素へのイオン注入方法は、炭化ケイ
素の構成元素の所定の配列方向と平行な方向に沿って炭
化ケイ素に不純物元素をイオン注入するとともに、整列
方向から所定の角度傾斜した方向に沿って炭化ケイ素に
不純物元素をイオン注入するものである。
発明に係る炭化ケイ素へのイオン注入方法は、炭化ケイ
素の構成元素の所定の配列方向と平行な方向に沿って炭
化ケイ素に不純物元素をイオン注入するとともに、整列
方向から所定の角度傾斜した方向に沿って炭化ケイ素に
不純物元素をイオン注入するものである。
【００１８】本発明に係るイオン注入方法によれば、不
純物元素を炭化ケイ素の構成元素の配列方向から所定の
角度傾斜した方向に沿ってイオン注入すると、不純物元
素が炭化ケイ素の構成元素に衝突する確率が高いので、
不純物元素は炭化ケイ素の浅い領域に注入される。一
方、不純物元素を炭化ケイ素の構成元素の整列方向と平
行な方向に沿ってイオン注入すると、不純物元素が炭化
ケイ素の構成元素と衝突する確率が低くなるので、不純
物元素は炭化ケイ素の比較的深い領域に注入される。こ
の場合、不純物元素は低い加速エネルギーで炭化ケイ素
の構成元素と衝突することなく深い領域に注入されるの
で、不純物元素の注入による結晶欠陥の数が少ない。こ
れらの結果、不純物元素が比較的低温で炭化ケイ素の深
さ方向にほぼ均一にかつ少ない結晶欠陥で注入される。
また、比較的低温で結晶性の回復および注入された不純
物元素の電気的活性化を行うことができる。
純物元素を炭化ケイ素の構成元素の配列方向から所定の
角度傾斜した方向に沿ってイオン注入すると、不純物元
素が炭化ケイ素の構成元素に衝突する確率が高いので、
不純物元素は炭化ケイ素の浅い領域に注入される。一
方、不純物元素を炭化ケイ素の構成元素の整列方向と平
行な方向に沿ってイオン注入すると、不純物元素が炭化
ケイ素の構成元素と衝突する確率が低くなるので、不純
物元素は炭化ケイ素の比較的深い領域に注入される。こ
の場合、不純物元素は低い加速エネルギーで炭化ケイ素
の構成元素と衝突することなく深い領域に注入されるの
で、不純物元素の注入による結晶欠陥の数が少ない。こ
れらの結果、不純物元素が比較的低温で炭化ケイ素の深
さ方向にほぼ均一にかつ少ない結晶欠陥で注入される。
また、比較的低温で結晶性の回復および注入された不純
物元素の電気的活性化を行うことができる。
【００１９】特に、整列方向と平行な方向に沿ったイオ
ン注入および整列方向から所定の角度傾斜した方向に沿
ったイオン注入をほぼ同じ加速エネルギーで行うことが
好ましい。
ン注入および整列方向から所定の角度傾斜した方向に沿
ったイオン注入をほぼ同じ加速エネルギーで行うことが
好ましい。
【００２０】この場合、加速エネルギーを大きくするこ
となく炭化ケイ素中の表面から深い領域まで不純物元素
が注入されるので、結晶欠陥の数が低減される。
となく炭化ケイ素中の表面から深い領域まで不純物元素
が注入されるので、結晶欠陥の数が低減される。
【００２１】また、不純物元素は窒素またはボロンであ
ることが好ましい。この場合、窒素またはボロンは、炭
化ケイ素の構成元素であるケイ素に比べて質量が小さい
ので、低い加速エネルギーで炭化ケイ素中にほぼ均一に
かつ再現性よく不純物元素を注入することができる。
ることが好ましい。この場合、窒素またはボロンは、炭
化ケイ素の構成元素であるケイ素に比べて質量が小さい
ので、低い加速エネルギーで炭化ケイ素中にほぼ均一に
かつ再現性よく不純物元素を注入することができる。
【００２２】整列方向と平行な方向はチャネリング方向
であり、整列方向から所定の角度傾斜した方向はランダ
ム方向である。この場合、チャネリング方向へのイオン
注入時には、不純物元素が炭化ケイ素の構成元素と衝突
する確率が低くなり、不純物元素が比較的深い領域まで
注入され、ランダム方向へのイオン注入時には、不純物
元素が炭化ケイ素の構成元素に衝突する確率が高くな
り、不純物元素が比較的浅い領域に注入される。これに
より、深さ方向にほぼ均一に不純物元素が注入される。
であり、整列方向から所定の角度傾斜した方向はランダ
ム方向である。この場合、チャネリング方向へのイオン
注入時には、不純物元素が炭化ケイ素の構成元素と衝突
する確率が低くなり、不純物元素が比較的深い領域まで
注入され、ランダム方向へのイオン注入時には、不純物
元素が炭化ケイ素の構成元素に衝突する確率が高くな
り、不純物元素が比較的浅い領域に注入される。これに
より、深さ方向にほぼ均一に不純物元素が注入される。
【００２３】炭化ケイ素を５００℃以上８００℃以下の
温度に保持した状態で整列方向と平行な方向に沿ったイ
オン注入および整列方向から所定の角度傾斜した方向に
沿ったイオン注入を行うことが好ましい。この場合、結
晶欠陥の発生が抑制され、イオン注入された炭化ケイ素
の抵抗が低減される。
温度に保持した状態で整列方向と平行な方向に沿ったイ
オン注入および整列方向から所定の角度傾斜した方向に
沿ったイオン注入を行うことが好ましい。この場合、結
晶欠陥の発生が抑制され、イオン注入された炭化ケイ素
の抵抗が低減される。
【００２４】第２の発明に係る半導体装置は、炭化ケイ
素の構成元素の所定の整列方向と平行な方向に沿って不
純物元素が炭化ケイ素にイオン注入されるとともに整列
方向から所定の角度傾斜した方向に沿って炭化ケイ素が
イオン注入されてなるイオン注入層を備えたものであ
る。
素の構成元素の所定の整列方向と平行な方向に沿って不
純物元素が炭化ケイ素にイオン注入されるとともに整列
方向から所定の角度傾斜した方向に沿って炭化ケイ素が
イオン注入されてなるイオン注入層を備えたものであ
る。
【００２５】この場合、イオン注入層は、比較的低い注
入温度でかつ少ない結晶欠陥で形成される。したがっ
て、半導体装置の欠陥が少なくなり、良好な特性が得ら
れる。
入温度でかつ少ない結晶欠陥で形成される。したがっ
て、半導体装置の欠陥が少なくなり、良好な特性が得ら
れる。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例における
イオン注入方法を説明するための模式的断面図である。
イオン注入方法を説明するための模式的断面図である。
【００２７】図１において、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１
の（０００１）Ｓｉ面上に厚さ３０００ÅのＳｉＯ2 か
らなるマスク１２を形成し、不純物元素として窒素
（Ｎ）をイオン注入する。イオン注入条件としては、窒
素イオン（Ｎ+ ）の加速エネルギーを３０ｋｅＶとし、
ドーズ量を３×１０15ｃｍ -2 （最大不純物濃度約９×
２０20ｃｍ -3 ）とし、基板温度（イオン注入温度）を
７００℃とする。この場合、（０００１）Ｓｉ面に垂直
な方向から７°傾斜した方向のイオン注入（以下、ラン
ダム注入と呼ぶ）および（０００１）Ｓｉ面に垂直な方
向のイオン注入（以下、チャネリング注入と呼ぶ）を行
う。
の（０００１）Ｓｉ面上に厚さ３０００ÅのＳｉＯ2 か
らなるマスク１２を形成し、不純物元素として窒素
（Ｎ）をイオン注入する。イオン注入条件としては、窒
素イオン（Ｎ+ ）の加速エネルギーを３０ｋｅＶとし、
ドーズ量を３×１０15ｃｍ -2 （最大不純物濃度約９×
２０20ｃｍ -3 ）とし、基板温度（イオン注入温度）を
７００℃とする。この場合、（０００１）Ｓｉ面に垂直
な方向から７°傾斜した方向のイオン注入（以下、ラン
ダム注入と呼ぶ）および（０００１）Ｓｉ面に垂直な方
向のイオン注入（以下、チャネリング注入と呼ぶ）を行
う。
【００２８】イオン注入後、マスク１２を除去し、１１
５０℃で３分間の熱処理により注入された不純物元素の
電気的活性化および結晶性の回復を行う。これにより、
ｎ+イオン注入層１３が形成される。この場合、ｎ+ イ
オン注入層１３のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3であ
り、シート抵抗は１ｋΩ／□である。
５０℃で３分間の熱処理により注入された不純物元素の
電気的活性化および結晶性の回復を行う。これにより、
ｎ+イオン注入層１３が形成される。この場合、ｎ+ イ
オン注入層１３のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3であ
り、シート抵抗は１ｋΩ／□である。
【００２９】図１のイオン注入方法によりＳｉＣ基板１
１にイオン注入された不純物元素の深さ方向の濃度分布
（プロファイル）をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）に
より測定した。その結果を図２に示す。
１にイオン注入された不純物元素の深さ方向の濃度分布
（プロファイル）をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）に
より測定した。その結果を図２に示す。
【００３０】注入角７°のランダム注入で注入された不
純物元素の濃度分布のピークはＳｉＣ基板１１の表面か
ら深さ０．１μｍの領域にあり、注入角０°のチャネリ
ング注入で注入された不純物元素の濃度分布のピークは
ＳｉＣ基板１１の表面から深さ０．１５μｍの領域にあ
る。このように、ランダム注入およびチャネリング注入
を併用した場合、ランダム注入の場合の約１．５倍の深
さまで不純物元素が注入される。この場合、０°のチャ
ネリング注入による濃度分布の裾は深さ０．３μｍを越
えない。
純物元素の濃度分布のピークはＳｉＣ基板１１の表面か
ら深さ０．１μｍの領域にあり、注入角０°のチャネリ
ング注入で注入された不純物元素の濃度分布のピークは
ＳｉＣ基板１１の表面から深さ０．１５μｍの領域にあ
る。このように、ランダム注入およびチャネリング注入
を併用した場合、ランダム注入の場合の約１．５倍の深
さまで不純物元素が注入される。この場合、０°のチャ
ネリング注入による濃度分布の裾は深さ０．３μｍを越
えない。
【００３１】また、ＳｉＯ2 からなるマスク１２は非晶
質であるので、マスク１２に注入される不純物元素の濃
度分布は７°のランダム注入による濃度分布とほぼ同様
になる。すなわち、マスク１２に注入される不純物元素
の深さは３０００Åよりも十分に浅くなる。したがっ
て、本実施例のイオン注入方法によれば、膜厚３０００
ÅのＳｉＯ2 からなるマスク１２を用いて結晶欠陥の少
ないｎ+ イオン注入層１３を形成することが可能とな
る。
質であるので、マスク１２に注入される不純物元素の濃
度分布は７°のランダム注入による濃度分布とほぼ同様
になる。すなわち、マスク１２に注入される不純物元素
の深さは３０００Åよりも十分に浅くなる。したがっ
て、本実施例のイオン注入方法によれば、膜厚３０００
ÅのＳｉＯ2 からなるマスク１２を用いて結晶欠陥の少
ないｎ+ イオン注入層１３を形成することが可能とな
る。
【００３２】なお、ランダム注入による不純物元素の深
さ方向の濃度分布は次の計算式（ガウス分布）により求
められる。
さ方向の濃度分布は次の計算式（ガウス分布）により求
められる。
【００３３】
【数１】 上式において、Ｎ（ｘ）は深さｘにおける不純物濃度
［個／ｃｍ2 ］を表し、ｄｏｓｅは不純物元素の注入量
［個／ｃｍ2 ］を表し、Ｒｐは濃度分布のピーク位置を
表し、ΔＲｐは濃度分布の広がりを表す（図３参照）。
［個／ｃｍ2 ］を表し、ｄｏｓｅは不純物元素の注入量
［個／ｃｍ2 ］を表し、Ｒｐは濃度分布のピーク位置を
表し、ΔＲｐは濃度分布の広がりを表す（図３参照）。
【００３４】濃度分布のピーク位置Ｒｐおよび濃度分布
の広がりΔＲｐは、イオンの種類および加速エネルギー
から計算で求められる。例えば、加速エネルギー３０ｋ
ｅＶでＮ+ をＳｉＣに注入する場合、Ｒｐ＝５４５
［Å］、ΔＲｐ＝２１４［Å］となり、ＳｉＯ2 に注入
する場合、Ｒｐ＝６５７［Å］、ΔＲｐ＝２５５［Å］
となる。
の広がりΔＲｐは、イオンの種類および加速エネルギー
から計算で求められる。例えば、加速エネルギー３０ｋ
ｅＶでＮ+ をＳｉＣに注入する場合、Ｒｐ＝５４５
［Å］、ΔＲｐ＝２１４［Å］となり、ＳｉＯ2 に注入
する場合、Ｒｐ＝６５７［Å］、ΔＲｐ＝２５５［Å］
となる。
【００３５】次に、本発明のイオン注入法により得られ
たｎ+ イオン注入層の電流−電圧特性を測定した。図４
は電流−電圧特性の測定に用いた評価用試料の構造を示
す模式的断面図である。
たｎ+ イオン注入層の電流−電圧特性を測定した。図４
は電流−電圧特性の測定に用いた評価用試料の構造を示
す模式的断面図である。
【００３６】図４に示すように、キャリア濃度１×１０
18ｃｍ -3 のｐ型ＳｉＣ基板２１上に、キャリア濃度７
×１０15ｃｍ -3 のｐ型エピタキシャル層２２を形成す
る。ｐ型エピタキシャル層２２に上記のランダム注入お
よびチャネリング注入によりＮをイオン注入し、ｎ+ イ
オン注入層２３を形成する。
18ｃｍ -3 のｐ型ＳｉＣ基板２１上に、キャリア濃度７
×１０15ｃｍ -3 のｐ型エピタキシャル層２２を形成す
る。ｐ型エピタキシャル層２２に上記のランダム注入お
よびチャネリング注入によりＮをイオン注入し、ｎ+ イ
オン注入層２３を形成する。
【００３７】イオン注入温度を５００℃、６００℃、７
００℃、８００℃および９００℃と変えて複数の試料を
作製した。その後、Ａｒ雰囲気において１１５０℃で３
分間アニールを行った。ｎ+ イオン注入層２３上に、直
径１１０μｍのＮｉからなる４つの電極２４をピッチ３
００μｍで形成した。
００℃、８００℃および９００℃と変えて複数の試料を
作製した。その後、Ａｒ雰囲気において１１５０℃で３
分間アニールを行った。ｎ+ イオン注入層２３上に、直
径１１０μｍのＮｉからなる４つの電極２４をピッチ３
００μｍで形成した。
【００３８】図５に示すように、上記の方法で作製した
試料の２つの電極２４間に電圧Ｖを印加し、電流Ｉを測
定した。図６に電流−電圧特性の測定結果を示す。イオ
ン注入温度５００℃〜９００℃で作製した試料において
オーミック特性が得られた。なお、図６には、代表的に
イオン注入温度７００℃、８００℃および９００℃で作
製した試料の測定結果を示す。
試料の２つの電極２４間に電圧Ｖを印加し、電流Ｉを測
定した。図６に電流−電圧特性の測定結果を示す。イオ
ン注入温度５００℃〜９００℃で作製した試料において
オーミック特性が得られた。なお、図６には、代表的に
イオン注入温度７００℃、８００℃および９００℃で作
製した試料の測定結果を示す。
【００３９】次に、上記の試料において、ｎ+ イオン注
入層２３のシート抵抗Ｒｓを図５に示した方法で測定
し、コンタクト抵抗Ｒｃを図７に示す方法で測定した。
入層２３のシート抵抗Ｒｓを図５に示した方法で測定
し、コンタクト抵抗Ｒｃを図７に示す方法で測定した。
【００４０】シート抵抗Ｒｓは次式により算出される。
【００４１】
【数２】 また、コンタクト抵抗Ｒｃは次式により算出される。
【００４２】
【数３】 上式において、Ａは電極面積［ｃｍ2 ］、Ｉadは両側の
２つの電極ａ，ｄ間の電流［Ａ］、Ｓは電極のピッチ
［ｃｍ］、φは電極直径［ｃｍ］である。
２つの電極ａ，ｄ間の電流［Ａ］、Ｓは電極のピッチ
［ｃｍ］、φは電極直径［ｃｍ］である。
【００４３】ｎ+ イオン注入層２３のシート抵抗Ｒｓお
よびコンタクト抵抗Ｒｃの測定結果を図８に示す。
よびコンタクト抵抗Ｒｃの測定結果を図８に示す。
【００４４】図８から、シート抵抗Ｒｓの値は、イオン
注入温度５００〜８００℃の範囲ではほぼ等しく、特に
イオン注入温度７００℃で最も低くなっている。また、
コンタクト抵抗Ｒｃの値は、イオン注入温度５００〜８
００℃の範囲でいずれも１．７ｋΩ／□以下と小さい値
が得られている。このように、５００〜８００℃の低い
イオン注入温度で作製したｎ+ イオン注入層２３におい
て、シート抵抗Ｒｓおよびコンタクト抵抗Ｒｃが低くな
っている。
注入温度５００〜８００℃の範囲ではほぼ等しく、特に
イオン注入温度７００℃で最も低くなっている。また、
コンタクト抵抗Ｒｃの値は、イオン注入温度５００〜８
００℃の範囲でいずれも１．７ｋΩ／□以下と小さい値
が得られている。このように、５００〜８００℃の低い
イオン注入温度で作製したｎ+ イオン注入層２３におい
て、シート抵抗Ｒｓおよびコンタクト抵抗Ｒｃが低くな
っている。
【００４５】本発明のイオン注入方法を用いると、従来
の多重イオン注入法を用いた場合に比べて結晶欠陥が約
１０〜２０％低減され、アニール温度の低減化および不
純物元素の電気的活性化率の向上が図られる。
の多重イオン注入法を用いた場合に比べて結晶欠陥が約
１０〜２０％低減され、アニール温度の低減化および不
純物元素の電気的活性化率の向上が図られる。
【００４６】図９〜図１１は本発明のイオン注入方法を
用いたＭＥＳＦＥＴの製造方法を示す模式的断面図であ
る。
用いたＭＥＳＦＥＴの製造方法を示す模式的断面図であ
る。
【００４７】図９において、ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１
は、（０００１）Ｓｉ面から［1 1 -20］方向に３．５
°傾斜した結晶成長面を有する。ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板
１のキャリア濃度は３．９×１０17ｃｍ -3 である。こ
のｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板上１上に、厚さ５μｍのｐ型分
離層２および厚さ０．３μｍのｎ型能動層３をエピタキ
シャル成長法により形成する。ｐ型分離層２のキャリア
濃度は７．０×１０15ｃｍ-3であり、ｎ型能動層３のキ
ャリア濃度は１．７×１０17ｃｍ-3である。
は、（０００１）Ｓｉ面から［1 1 -20］方向に３．５
°傾斜した結晶成長面を有する。ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板
１のキャリア濃度は３．９×１０17ｃｍ -3 である。こ
のｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板上１上に、厚さ５μｍのｐ型分
離層２および厚さ０．３μｍのｎ型能動層３をエピタキ
シャル成長法により形成する。ｐ型分離層２のキャリア
濃度は７．０×１０15ｃｍ-3であり、ｎ型能動層３のキ
ャリア濃度は１．７×１０17ｃｍ-3である。
【００４８】次に、図１０に示すように、ｎ型能動層３
上に厚さ３０００Åおよび長さ１５μｍのＳｉＯ2 から
なるマスク４を形成する。その後、７°のランダム注入
によりｎ型能動層３に不純物元素としてＮをイオン注入
し、ｎ+ コンタクト層５ａ，５ｂを形成する。イオン注
入条件としては、加速エネルギーを３０ｋｅＶとし、ド
ーズ量を５×１０15ｃｍ -2 とする。注入深さは、約
０．１μｍであり、最大不純物濃度は約９×１０20ｃｍ
-3 である。
上に厚さ３０００Åおよび長さ１５μｍのＳｉＯ2 から
なるマスク４を形成する。その後、７°のランダム注入
によりｎ型能動層３に不純物元素としてＮをイオン注入
し、ｎ+ コンタクト層５ａ，５ｂを形成する。イオン注
入条件としては、加速エネルギーを３０ｋｅＶとし、ド
ーズ量を５×１０15ｃｍ -2 とする。注入深さは、約
０．１μｍであり、最大不純物濃度は約９×１０20ｃｍ
-3 である。
【００４９】さらに、図１１に示すように、０°のチャ
ネリング注入によりｎ型能動層３に不純物元素としてＮ
をイオン注入する。イオン注入条件としては、７°のラ
ンダム注入時と同様に、加速エネルギーを３０ｋｅＶと
し、ドーズ量を５×１０15ｃｍ -2 とする。その後、Ａ
ｒ雰囲気中において１１５０℃で３分間のアニールを行
う。この場合のキャリア濃度は１０19ｃｍ -3 程度であ
る。これにより、深さ約０．２μｍのｎ+ コンタクト層
５ａ，５ｂが形成される。
ネリング注入によりｎ型能動層３に不純物元素としてＮ
をイオン注入する。イオン注入条件としては、７°のラ
ンダム注入時と同様に、加速エネルギーを３０ｋｅＶと
し、ドーズ量を５×１０15ｃｍ -2 とする。その後、Ａ
ｒ雰囲気中において１１５０℃で３分間のアニールを行
う。この場合のキャリア濃度は１０19ｃｍ -3 程度であ
る。これにより、深さ約０．２μｍのｎ+ コンタクト層
５ａ，５ｂが形成される。
【００５０】次に、図１２に示すように、ｎ型能動層３
上にそのｎ型能動層３とショットキ接触するＡｕからな
るゲート長２μｍおよびゲート幅３００μｍのゲート電
極６を形成するとともに、ｎ+ コンタクト層５ａ，５ｂ
上にそれらのｎ+ コンタクト層５ａ，５ｂとオーミック
接触するＮｉからなるソース電極７およびドレイン電極
８をそれぞれ形成する。Ｎｉの合金化のために、Ａｒ雰
囲気中において９５０℃で３０秒間の熱処理を行う。
上にそのｎ型能動層３とショットキ接触するＡｕからな
るゲート長２μｍおよびゲート幅３００μｍのゲート電
極６を形成するとともに、ｎ+ コンタクト層５ａ，５ｂ
上にそれらのｎ+ コンタクト層５ａ，５ｂとオーミック
接触するＮｉからなるソース電極７およびドレイン電極
８をそれぞれ形成する。Ｎｉの合金化のために、Ａｒ雰
囲気中において９５０℃で３０秒間の熱処理を行う。
【００５１】そして、素子分離領域のｎ+ コンタクト層
５ａ，５ｂ、ｎ型能動層３およびｐ型分離層２をＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）法等のドライエッチング技
術によりエッチングする。
５ａ，５ｂ、ｎ型能動層３およびｐ型分離層２をＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）法等のドライエッチング技
術によりエッチングする。
【００５２】上記の方法で作製したＭＥＳＦＥＴのドレ
イン電流（Ｉｄ）−ソース・ドレイン間電圧（Ｖｄｓ）
特性を測定した。その測定結果を図１３に示す。ＭＥＳ
ＦＥＴのチャネル深さは約０．３μｍである。このＭＥ
ＳＦＥＴの相互コンダクタンス（ｇｍ）は１０ｍＳ／ｍ
ｍ（計算値１２ｍＳ／ｍｍ）と、従来（約７ｍＳ／ｍ
ｍ）よりも改善された。
イン電流（Ｉｄ）−ソース・ドレイン間電圧（Ｖｄｓ）
特性を測定した。その測定結果を図１３に示す。ＭＥＳ
ＦＥＴのチャネル深さは約０．３μｍである。このＭＥ
ＳＦＥＴの相互コンダクタンス（ｇｍ）は１０ｍＳ／ｍ
ｍ（計算値１２ｍＳ／ｍｍ）と、従来（約７ｍＳ／ｍ
ｍ）よりも改善された。
【００５３】このように本発明のイオン注入方法により
作製されたＭＥＳＦＥＴでは、ｎ型能動層３で電流が表
面に近い領域のみならず深い領域にも均一に流れること
ができるので、相互コンダクタンス等の特性が改善され
る。
作製されたＭＥＳＦＥＴでは、ｎ型能動層３で電流が表
面に近い領域のみならず深い領域にも均一に流れること
ができるので、相互コンダクタンス等の特性が改善され
る。
【００５４】なお、上記実施例では、本発明のイオン注
入方法をＭＥＳＦＥＴのソース電極およびドレイン電極
用のコンタクト層の形成のために用いたが、本発明のイ
オン注入方法はその他の半導体装置の電極用のコンタク
ト層の形成や、その他のイオン注入層の形成にも適用す
ることができる。
入方法をＭＥＳＦＥＴのソース電極およびドレイン電極
用のコンタクト層の形成のために用いたが、本発明のイ
オン注入方法はその他の半導体装置の電極用のコンタク
ト層の形成や、その他のイオン注入層の形成にも適用す
ることができる。
【図１】本発明の一実施例におけるイオン注入方法を示
す模式的断面図である。
す模式的断面図である。
【図２】図１のイオン注入方法によりｎ型ＳｉＣ基板に
イオン注入された不純物元素の深さ方向の濃度分布の測
定結果を示す図である。
イオン注入された不純物元素の深さ方向の濃度分布の測
定結果を示す図である。
【図３】ランダム注入による不純物元素の深さ方向の濃
度分布の計算方法を説明するための図である。
度分布の計算方法を説明するための図である。
【図４】ｎ+ イオン注入層の電流−電圧特性を測定する
ために用いた評価用試料の構造を示す模式的断面図であ
る。
ために用いた評価用試料の構造を示す模式的断面図であ
る。
【図５】ｎ+ イオン注入層の電流−電圧特性の測定方法
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図６】ｎ+ イオン注入層の電流−電圧特性の測定結果
を示す図である。
を示す図である。
【図７】ｎ+ イオン注入層のコンタクト抵抗の計算方法
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図８】ｎ+ イオン注入層のシート抵抗およびコンタク
ト抵抗のイオン注入温度依存性の測定結果を示す図であ
る。
ト抵抗のイオン注入温度依存性の測定結果を示す図であ
る。
【図９】本発明のイオン注入方法を用いたＭＥＳＦＥＴ
の製造方法を示す第１の工程断面図である。
の製造方法を示す第１の工程断面図である。
【図１０】本発明のイオン注入方法を用いたＭＥＳＦＥ
Ｔの製造方法を示す第２の工程断面図である。
Ｔの製造方法を示す第２の工程断面図である。
【図１１】本発明のイオン注入方法を用いたＭＥＳＦＥ
Ｔの製造方法を示す第３の工程断面図である。
Ｔの製造方法を示す第３の工程断面図である。
【図１２】本発明のイオン注入方法を用いたＭＥＳＦＥ
Ｔの製造方法を示す第４の工程断面図である。
Ｔの製造方法を示す第４の工程断面図である。
【図１３】図９〜図１２の方法で作製されたＭＥＳＦＥ
Ｔのドレイン電流−ソース・ドレイン間電圧特性を示す
図である。
Ｔのドレイン電流−ソース・ドレイン間電圧特性を示す
図である。
【図１４】エピタキシャル成長法により形成されるｎ+
コンタクト層を有する従来のＭＥＳＦＥＴの模式的断面
図である。
コンタクト層を有する従来のＭＥＳＦＥＴの模式的断面
図である。
【図１５】イオン注入法により形成されるｎ+ コンタク
ト層を有するＭＥＳＦＥＴの模式的断面図である。
ト層を有するＭＥＳＦＥＴの模式的断面図である。
【図１６】多重イオン注入法を説明するための模式的断
面図である。
面図である。
【図１７】多重イオン注入法によりＳｉＣ基板にイオン
注入された不純物元素の深さ方向の濃度分布を示す図で
ある。
注入された不純物元素の深さ方向の濃度分布を示す図で
ある。
１ ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板 ２ ｐ型分離層 ３ ｎ型能動層 ４ マスク ５ ｎ+ コンタクト層 ６ ゲート電極 ７ ソース電極 ８ ドレイン電極 １１ ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板 １２ マスク １３ ｎ+ イオン注入層 ２１ ｐ型ＳｉＣ基板 ２２ ｐ型エピタキシャル層 ２３ ｎ+ イオン注入層 ２４ 電極
Claims (6)
- 【請求項１】 炭化ケイ素の構成元素の所定の整列方向
と平行な方向に沿って前記炭化ケイ素に不純物元素をイ
オン注入するとともに、前記整列方向から所定の角度傾
斜した方向に沿って前記炭化ケイ素に前記不純物元素を
イオン注入することを特徴とする炭化ケイ素へのイオン
注入方法。 - 【請求項２】 前記整列方向と平行な方向に沿ったイオ
ン注入および前記整列方向から前記所定の角度傾斜した
方向に沿ったイオン注入をほぼ同じ加速エネルギーで行
うことを特徴とする請求項１記載の炭化ケイ素へのイオ
ン注入方法。 - 【請求項３】 前記不純物元素は窒素またはボロンであ
ることを特徴とする請求項１または２記載の炭化ケイ素
へのイオン注入方法。 - 【請求項４】 前記整列方向と平行な方向はチャネリン
グ方向であり、前記整列方向から前記所定の角度傾斜し
た方向はランダム方向であることを特徴とする請求項
１、２または３記載の炭化ケイ素へのイオン注入方法。 - 【請求項５】 前記炭化ケイ素を５００℃以上８００℃
以下の温度に保持した状態で前記整列方向と平行な方向
に沿ったイオン注入および前記整列方向から前記所定の
角度傾斜した方向に沿ったイオン注入を行うことを特徴
とする請求項１〜４のいずれかに記載の炭化ケイ素への
イオン注入方法。 - 【請求項６】 炭化ケイ素層の構成元素の所定の整列方
向と平行な方向に沿って炭化ケイ素層に前記不純物元素
がイオン注入されるとともに前記整列方向から所定の角
度傾斜した方向に沿って前記不純物元素がイオン注入さ
れてなるイオン注入層を備えたことを特徴とする炭化ケ
イ素半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05522397A JP3157122B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 炭化ケイ素へのイオン注入方法および炭化ケイ素半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05522397A JP3157122B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 炭化ケイ素へのイオン注入方法および炭化ケイ素半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10256173A true JPH10256173A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3157122B2 JP3157122B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=12992620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05522397A Expired - Fee Related JP3157122B2 (ja) | 1997-03-10 | 1997-03-10 | 炭化ケイ素へのイオン注入方法および炭化ケイ素半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3157122B2 (ja) |
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| JP2000164525A (ja) * | 1998-11-30 | 2000-06-16 | Denso Corp | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 |
| JP2005171199A (ja) * | 2003-12-15 | 2005-06-30 | Toyota Motor Corp | 微塩基性アルミナ粉体、その製造方法及び樹脂組成物 |
| JP2005171208A (ja) * | 2003-12-15 | 2005-06-30 | Toyota Motor Corp | フィラー及び樹脂組成物 |
| US7364978B2 (en) | 2003-04-25 | 2008-04-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of fabricating semiconductor device |
| JP2010129938A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 電子デバイスの製造方法 |
| US10741686B2 (en) | 2015-09-14 | 2020-08-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device |
| CN115894075A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-04-04 | 山东京韵泰博新材料科技有限公司 | 一种碳化制品及其制备方法和应用 |
-
1997
- 1997-03-10 JP JP05522397A patent/JP3157122B2/ja not_active Expired - Fee Related
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