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JP3721588B2 - 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 Download PDF

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heat treatment
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、炭化けい素(以下SiC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。SiC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、1.1kV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、1993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1100〜1200℃の熱処理では回復しきらず、Siより高い1300〜1400℃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。
【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、イオン注入した表面上に酸素遮蔽性の膜を形成し、1300℃以上の高温熱処理を行うこととする。
また、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、1300℃〜1400℃の高温熱処理を行うこととする。
また、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、前記イオン注入時に生じた結晶欠陥を回復するように1300℃以上の高温熱処理を行うこととする。
さらに、酸素遮蔽性の膜として窒化けい素膜を成膜することとする。
【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CVD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1.0×1015cm-2、70keVで1.0×1015cm-2、150keVで4.0×1015cm-2、180keVで2.0×1015cm-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1019cm-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。
【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SiC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。
【図面の簡単な説明】
【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
【符号の説明】
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

Claims (4)

  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、1300℃以上の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。
  2. 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、1300℃〜1400℃の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。
  3. 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、前記イオン注入時に生じた結晶欠陥を回復するように1300℃以上の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。
  4. 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ないし3のいずれか一項に記載の炭化けい素半導体素子の製造方法。
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