JPS60142568A - 炭化珪素電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

炭化珪素電界効果トランジスタの製造方法

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JPS60142568A JP24651183A JP24651183A JPS60142568A JP S60142568 A JPS60142568 A JP S60142568A JP 24651183 A JP24651183 A JP 24651183A JP 24651183 A JP24651183 A JP 24651183A JP S60142568 A JPS60142568 A JP S60142568A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発l3rlは炭化珪素を主として成る重畳効果トラン
ジスタの製造方法に関するものである。
〈従来技術〉 一般に、電界効果トラ・ンジスタは接合型と絶縁ゲート
型に大別され、接合型はさらにpn接合型とショットキ
ー接合型に区分される。従来、これらは珪素(Si)’
に初めとして砒化ガリウム(GaAs )、リン化ガリ
ウム(GaP)、リン化インジウム(InP)跡の半導
体材料により製作され、特にSiやGaAsの電界効果
トランジスタは広く笑用されている。
一方、炭化珪素半導体はこれらの半導体材料に比べて禁
制帯幅が広<(2,2〜B、3eV)、また熱的、化学
的及び機械的に極めて安定で、放射線損傷にも強いとい
う特徴を有している。従って、炭化珪素を用いた電界効
果トランジスタは、他の半導体材料を用いたトランジス
タでは使用困難な高温、大電力、放射線照射等の苛酷な
条件下で使用することができ、高い信頼性と安定性を示
す素子として広範な分野での応用が期待される。
このように炭化珪素電昇効果トランジスタは広範な応用
分野が期待されながら、未だ実用化が阻まれている原因
は、生産性を考慮した工業的規模での量産に必要となる
高品質でかつ大面積の炭化珪素単結晶を得るための結晶
成長技術の確立が遅れていることにある。従来、研究室
規模で、昇華再結晶法(レーリー法とも称される)等で
成長させた炭化珪素単結晶を用いであるいけこの単結晶
上に気相成長や液相成長でエピタキシャル成長させた炭
化珪素単結晶膜を用いて数例ではあるが、電界効果トラ
ンジスタ全製作する試みが文献〔■〕R,B、Camp
bell and H,−C,Chang、“5ili
conCarbicle Junction Devi
ces”+ in“Sem1conductors a
nd Souimetals”、eds、R+K。
Willardson and A、C,Beer (
Academic Press+New York、 
I 971 )Vo 17. PartB、 Chop
 9゜pp−625−683,及び文献[JJ) 〜)
’、v、 Muench、 P。
Hoeck and E、 Pettenpaul、 
”5ilicon CarbideField −Ef
fect and Bipolar Fransist
ors”。
Proceedings of Internatio
nal ElectronDevices Meeti
ng、Washington D、C,、1977+N
ew York、 I EEE、 pp、337−33
9゜にて報告されている。しかしながら、これらの単結
晶は小面積のものしか得られずまたその寸法や形状を制
御することは困難である。炭化珪素結晶に存在する結晶
多形の制御及び不純物濃度の制御も容易でなく、これら
の炭化珪素単結晶を用いて電界効果トランジスタを製造
する方法は、工業的規模での実用的製造方法にはほど遠
い。
最近、本発明者は、珪素単結晶基板上に気相成長法(C
VD法)で良質の大面積炭化珪素単結晶を成長させる方
法を確立し、特願昭58−76842号にて出願してい
る。この方法は珪素単結晶基板上に低温CVD法で炭化
珪素薄膜を形成した後昇温してC,V D法で炭化珪素
薄膜上に炭化珪素単結晶を成長させる技術であり、安価
で入手の容易な珪素lJi結晶基板を用いて結晶多形、
不純物濃度、寸法及び形状等を制御することにより大面
積で高品質の炭化珪素単結晶膜を供給することができる
とともに量産形態にも適し、高い生産性を期待すること
ができる製造方法である。
〈発明の目的〉 本発明は、珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶膜を成長
させ、かかる炭化珪素単結晶膜中あるいハ膜上にソース
、ゲート、ドレイン領域を形成することにより、工業的
規模での量産性に優れた炭化珪素を主として成る電界効
果トランジスタを得ることのできる炭化珪素電界効果ト
ランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
〈実施例〉 第1図、第2図、第3図はそれぞれ本発明の1実施例を
示す炭化珪素電界効果トランジスタの製造工程図である
。まず、珪素単結晶基板1上に炭化珪素単結晶膜2を成
長させる。各実施例においてはこの成長を前述した気相
成長法(CVD法)により行なった。即ち、モノンラン
(S iH4)及びプロパン(csHg)y原料ガス、
水素(H2)’tキャリアガスとして流し、30分〜1
時間の1戊長で0.5〜2μmの膜厚の炭化珪素単結晶
膜を成長させる。
この炭化珪素単結晶膜中あるいは膜上にソース、ゲート
、ドレイン領域を形成することにより、電界効果トラン
ジスタk”JA作する。以下、pn接合型、ンヨットキ
ー接合型、絶縁ゲート型のそれぞれについて説IJ]す
る。
pn接合型電界効果トランジスタの製造方法のステップ
を第1図(At(B)(C)に示す。前述した結晶成長
法で、第1図(イ)に示すように、p型珪素単結晶基板
lの上に、1〜27<m程度の膜厚のp型炭化珪素単結
晶膜2.05〜1μm程贋の膜厚のn型炭化珪素単結晶
膜3.1〜2μm程度の膜厚のp型炭化珪素単結晶膜4
を順次積層して成長させる。次にチャネル領域となるn
型炭化珪素単結晶膜3の中央部3′上のp型炭化珪素単
結晶膜4のみ金銭して、通常のフォトリングラフィ技法
を用いたエツチングにより、第1図(13)に示す如く
残りのp型炭化珪素単結晶膜4を除去し、メサ部4′ヲ
形成する。ソース電極5及びドレイン電極6となるオー
ム性電極材料としてニッケル(Ni)k適当なマスクを
用いてn型炭化珪素単結晶膜3の両端に位置するソース
領域3〃及びドレイン領域診上に蒸着し、ゲート電極7
となるオーム性電極材料としてアルミニウムー珪素(A
t−5i)合金fxp型炭化炭化珪素単結晶膜メザ部り
′上に蒸着する。最後に裏面電極8として珪素基板lに
オーム性電極利旧であるニッケル(Ni)’tメッキ法
で形成する。電極5.6.7゜8にリード線′fI:接
続することにより、第1図(C) K示すようなpn接
合型電界効果トランジスタが作製される。尚、p型不純
物としてはBやAtが用いられ、n型不純物としてはP
やNが用いられる。
これらは気相成長時にキャリアガスとして反応炉内へ混
入され、炭化珪素単結晶中へドープされる。
・ンヨットキー接合型電界効果トランジスタンヨツトキ
ー接合型電界効果トランジスタの製造方法のステップを
第2図(イ)(B)(C)に示す。前述した結晶成長法
で、第2図(5)に示すようにp型珪素弔結晶基板比に
数ltm程度の膜厚のp型炭化珪素単結晶膜2.0.5
〜111m程度のn型炭化珪素単結晶膜3を順次積層し
て成長させる。次に11型炭化珪素−中結晶膜3の活性
領域となる1ll(分金銭して通常のフォトリングラフ
ィ技法ヲ用いたエツチングによりメ→)−エツチングを
行ない、第2図(B)に示す如<11型炭化珪素結晶膜
3及びp型炭化珪素単結晶j模2の周辺1114分を取
り除く。ソース電極5及びドレイン電極6となるオーム
性電極材料としてニッケル(Ni)(i:適当なマスク
を用いてn型炭化珪素単結晶膜3上の両端位置に蒸着す
る。また、ショットキーゲート電極7として金(Au 
) ’itソース・ドレイン両電極5,6間に蒸着する
。各電極5゜6.7にリード線を接続することにより、
第2図(C)に示すようなンヨソトキー接合型電界効果
トランジスタが作製される。
絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法のステッ
プを第3図(A)(B)(C)(D)■)に示す。前述
した結晶1戎長法で、第3図(イ)に示すようにn型珪
素単結晶基板11の上に数μm程度の膜厚のp製炭化珪
素単結晶膜12i成長させる。適当なマスクを用い、炭
化珪素単結晶膜12中に窒素(N)イオンをイオン注入
して第31.1(B)に示す如くソース領域13及びド
レイン領域14となるn型領域を形成する。
次に炭化珪素単結晶膜12の表面全熱酸化することによ
り第3図C)に示す如(絶縁膜として100OA程度の
膜厚の二酸化珪素膜(S io 2膜)15を形成する
。ソース領域13及びドレイン領域14の表面を露呈さ
せるため、通常のフォトリソグラフィ技法ヲ用いたエツ
チングにより、ソース及びドレイン領域13.14上の
二酸化珪素膜15に除去して第3図(2)の如くとする
。次に、ソース領域13及びドレイン領域14へのオー
ム性電極材料としてニッケル(Ni )’e蒸着し、ソ
ース電極16及びドレイン電極17を形成する。また、
ゲート電極18として二酸化珪素膜15上にアルミニウ
ム(At)を蒸着する。各電極16.17. +8.に
リード線を接続することにより、第3図但)に示すよう
な絶縁ゲート型電界効果トランジスタが作製される。
以上の実施例においては、珪素単結晶基板上に炭化珪素
単結晶膜を成長させる手段あるいは炭化珪素単結晶膜上
に異なる導電型の炭化珪素単結晶膜を成長させる手段と
して気相成長法(CVD法)を用いたが、他の方法例え
ば液相成長法を利用してもよい。また、各電界効果トラ
ンジスタのソース、ドレイン、ゲート領域の製作に珪素
半導体や砒化ガリウム半導体から成る電界効果トランジ
スタの製作で使用されている既知の工程(例えは不純物
拡散、イオン注入等)を用いてもよく、ソース、ドレイ
ン、ゲート領域への各電極材料も他の種類の材料を用い
ることができる0さらに、絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタのゲート絶縁膜としては二酸化珪素を用いたがこ
れ以外の絶縁膜でもよい。
これら電界効果トランジスタの実施例は基本構造の製作
例であるが、珪素半導体や砒化ガリウム半導体等の電界
効果トランジスタに広〈実施されている改良型、発展型
の構造の電界効果トランジスタ及びこれらを集積化した
IC,LSI、VLSIに用いられる電界効果トランジ
スタの構造に対しても、本発明の炭化珪素電界効果−ト
ランジスタの製造方法全適用することができる。
〈発明の効果〉 不発りJによれば、珪素単結晶基板上に成長させた炭化
珪素単結晶膜を用いて、生産性を考慮した工業的規模で
の量産に適した炭化珪素電界効果トランジスタの製造が
可能となり、珪素などの他の半導体にはない優れた特徴
をもつ炭化珪素半導体の特性をいかして、広範な分野で
応用することが期待され、半導体素子の新たな活用領域
を開拓してい(と目される。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図はそれぞれ本発明のl実施例の
説明に供する製造工程口である二1・・珪素単結晶基板
、2・・p型炭化珪素単結晶膜、3・・n型炭化珪素単
結晶膜、4・・・p型炭化珪累単結晶膜、5・・・リー
ス電極、6・・・ドレイン電極。 7・・・ゲート電極、II・・・珪素単結晶基板、12
・・・−p型炭化珪素単結晶膜、13.14・・・n製
炭化珪素rlt結晶膜、1・51・・・二酸化珪素膜、
16・・・ソース電極、17・・・ドレイン電極、18
・・・ケート電極代理人 弁理士 福 士 愛 彦 (
他2名)第1図 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、珪素基板上に炭化珪素単結晶膜を成長させた後、該
    炭化珪素単結晶膜中にチャネル領域を形成し、ソース電
    極、ドレイン電極及びゲート電極を配設することを特徴
    とする炭化珪素電界効果トランジスタの製造方法。
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