炭化珪素半導体へのイオン注入方法
【課題】 ＳｉＣ半導体素子を製作する際に、アクセプター原子に加えてＣ原子を付加的にイオン注入することで良質なｐ型ＳｉＣ半導体素子を形成する。
【構成】 炭化珪素半導体（ＳｉＣ）に、アルミニウム（Ａｌ）及びホウ素（Ｂ）等のアクセプター原子をイオン注入により導入する時、これらの原子に加えて炭素（Ｃ）原子を付加的にイオン注入することで、ＳｉＣに注入したアクセプター原子の電気的活性化率を向上するとともに熱処理による拡散を抑制することからなる、良質なｐ型ＳｉＣ半導体を製作する方法。
【構成】 炭化珪素半導体（ＳｉＣ）に、アルミニウム（Ａｌ）及びホウ素（Ｂ）等のアクセプター原子をイオン注入により導入する時、これらの原子に加えて炭素（Ｃ）原子を付加的にイオン注入することで、ＳｉＣに注入したアクセプター原子の電気的活性化率を向上するとともに熱処理による拡散を抑制することからなる、良質なｐ型ＳｉＣ半導体を製作する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＳｉＣ半導体素子を製作する際行われるアクセプター原子の導入に関するものであり、アクセプター原子に加えてＣ原子を付加的にイオン注入することで良質なｐ型ＳｉＣを局所的に形成し、ＳｉＣ集積回路の作製に役立てようというものである。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣにＡｌやＢなどのアクセプター不純物をイオン注入することでｐ型の電気伝導特性が得られることは知られているが、この従来法では導入したアクセプター原子の電気的活性化率が低く、注入後の熱処理によりアクセプター原子の外方拡散が起こる問題が有り、素子製造に適する良好なｐ型ＳｉＣの製作技術は確立されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＳｉＣに導入したアクセプター原子の電気的活性化率を高めるとともにアクセプター原子の熱拡散を抑制し、素子製作に適する良質なｐ型ＳｉＣを製作するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭化珪素半導体（ＳｉＣ）に、アルミニウム（Ａｌ）及びホウ素（Ｂ）等のアクセプター原子をイオン注入により導入する時、これらの原子に加えて炭素（Ｃ）原子を付加的にイオン注入することで、ＳｉＣに注入したアクセプター原子の電気的活性化率を向上するとともに熱処理による拡散を抑制することからなる、良質なｐ型ＳｉＣ半導体を製作する方法である。
【０００５】ＳｉＣに導入したＡｌやＢなどのアクセプター原子はＳｉＣのＳｉ原子位置に配置して電気的に活性化する。このため、本発明のＣ原子の付加的導入によりＳｉ原子の空孔を増加させ、アクセプター原子がＳｉ位置に配置するのを促進させることで、キャリアを発生できる有効なアクセプターの濃度を増加させることができる。
【０００６】さらに、Ｓｉ原子位置に配置したアクセプター原子の拡散速度は格子間位置にある場合と比べて遅いので、付加的Ｃ注入により熱処理時に起こるアクセプター原子の拡散が抑制できる。従って、付加的Ｃ注入により局所的に良好なｐ型ＳｉＣが作製できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明により、Ｃ原子の付加的導入によりＳｉＣに注入したアクセプター原子の電気的活性化率が向上し、電気伝導を支配する正孔濃度が増大し、且つアクセプター原子の再分布が抑えられ、良質なｐ型ＳｉＣが形成される。以下、本発明を具体的な実施例にしたがって説明する。
【０００８】
【実施例１】（付加的Ｃ原子の注入によるアクセプター原子の電気的活性化率の向上）ｎ型六方晶ＳｉＣ単結晶にＡｌあるいはＢ原子をイオン注入した後１６３０℃で３０分間熱処理した半導体素子（Ａｌ、Ｂ注入量５×１０18／ｃｍ3）とこれらのアクセプター原子に加えＣ原子を付加的に注入した後同様な熱処理を行った半導体素子（Ｃ注入量５×１０18／ｃｍ3）を製作し、これらの素子の室温での正孔濃度を比較した。
【０００９】図１（即ち、Ａｌ、Ｂ、Ｃ原子の注入量は５×１０18／ｃｍ3であり、Ｃ原子は室温あるいは８００℃で注入し、Ａｌ、Ｂ原子は室温で注入し、注入後の熱処理は１６３０℃で３０分間実施した。）に示されるとおり、Ｃ原子を付加的に注入することにより正孔濃度が増加し、アクセプター原子の電気的活性化率を向上させることができた。さらに、この付加的Ｃイオン注入は高温で行うとその効果が増大する。実際、８００℃の高温でＣ原子の付加的注入を行うと、室温注入と比べてさらに正孔濃度が増加し、Ａｌの場合では約２倍、Ｂの場合では約１０倍正孔濃度を増加させることできた。
【００１０】
【実施例２】（付加的Ｃ注入によるアクセプター原子の拡散の抑制）ｎ型六方晶ＳｉＣ単結晶にＢ原子をイオン注入した後１７００℃で３０分間熱処理した半導体素子（Ｂ注入量５×１０18／ｃｍ3）とＣ原子を付加的に注入した後同様な熱処理を行った半導体素子（Ｃ注入量５×１０18／ｃｍ3）を製作し、素子中のＢ原子の深さ方向濃度分布を調べた。
【００１１】図２（Ｂ及びＣ原子は室温で注入し、注入量は５×１０18／ｃｍ3であり、注入後の熱処理は１７００℃で３０分間実施した。）に示されるとおり、付加的Ｃイオン注入を行わない場合は、熱処理後、注入したＢ原子の約３０％しか素子内に留まらないが、付加的Ｃ注入を行うとＢの拡散が抑制され、注入したＢ原子総量の約９０％を素子内に残留させることができた。
【００１２】
【発明の効果】本発明により、アクセプター原子に加えＣ原子を付加的に注入することにより良質なｐ型ＳｉＣが作製でき、ＳｉＣ半導体素子の品質が向上するとともに、アクセプター原子の拡散が抑制されるため、イオン注入後の熱処理によるアクセプター原子の消失濃度を考慮する必要がなくなり、素子設計が容易になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ｎ型六方晶ＳｉＣ単結晶にＢ、Ａｌ原子をイオン注入した半導体素子の室温での正孔濃度に対する付加的Ｃ注入の効果を示す図である。
【図２】 ｎ型六方晶ＳｉＣ単結晶にイオン注入したＢ原子の深さ方向濃度分布の熱処理による変化に対する付加的Ｃ注入効果を示す図である。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＳｉＣ半導体素子を製作する際行われるアクセプター原子の導入に関するものであり、アクセプター原子に加えてＣ原子を付加的にイオン注入することで良質なｐ型ＳｉＣを局所的に形成し、ＳｉＣ集積回路の作製に役立てようというものである。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣにＡｌやＢなどのアクセプター不純物をイオン注入することでｐ型の電気伝導特性が得られることは知られているが、この従来法では導入したアクセプター原子の電気的活性化率が低く、注入後の熱処理によりアクセプター原子の外方拡散が起こる問題が有り、素子製造に適する良好なｐ型ＳｉＣの製作技術は確立されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＳｉＣに導入したアクセプター原子の電気的活性化率を高めるとともにアクセプター原子の熱拡散を抑制し、素子製作に適する良質なｐ型ＳｉＣを製作するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭化珪素半導体（ＳｉＣ）に、アルミニウム（Ａｌ）及びホウ素（Ｂ）等のアクセプター原子をイオン注入により導入する時、これらの原子に加えて炭素（Ｃ）原子を付加的にイオン注入することで、ＳｉＣに注入したアクセプター原子の電気的活性化率を向上するとともに熱処理による拡散を抑制することからなる、良質なｐ型ＳｉＣ半導体を製作する方法である。
【０００５】ＳｉＣに導入したＡｌやＢなどのアクセプター原子はＳｉＣのＳｉ原子位置に配置して電気的に活性化する。このため、本発明のＣ原子の付加的導入によりＳｉ原子の空孔を増加させ、アクセプター原子がＳｉ位置に配置するのを促進させることで、キャリアを発生できる有効なアクセプターの濃度を増加させることができる。
【０００６】さらに、Ｓｉ原子位置に配置したアクセプター原子の拡散速度は格子間位置にある場合と比べて遅いので、付加的Ｃ注入により熱処理時に起こるアクセプター原子の拡散が抑制できる。従って、付加的Ｃ注入により局所的に良好なｐ型ＳｉＣが作製できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明により、Ｃ原子の付加的導入によりＳｉＣに注入したアクセプター原子の電気的活性化率が向上し、電気伝導を支配する正孔濃度が増大し、且つアクセプター原子の再分布が抑えられ、良質なｐ型ＳｉＣが形成される。以下、本発明を具体的な実施例にしたがって説明する。
【０００８】
【実施例１】（付加的Ｃ原子の注入によるアクセプター原子の電気的活性化率の向上）ｎ型六方晶ＳｉＣ単結晶にＡｌあるいはＢ原子をイオン注入した後１６３０℃で３０分間熱処理した半導体素子（Ａｌ、Ｂ注入量５×１０18／ｃｍ3）とこれらのアクセプター原子に加えＣ原子を付加的に注入した後同様な熱処理を行った半導体素子（Ｃ注入量５×１０18／ｃｍ3）を製作し、これらの素子の室温での正孔濃度を比較した。
【０００９】図１（即ち、Ａｌ、Ｂ、Ｃ原子の注入量は５×１０18／ｃｍ3であり、Ｃ原子は室温あるいは８００℃で注入し、Ａｌ、Ｂ原子は室温で注入し、注入後の熱処理は１６３０℃で３０分間実施した。）に示されるとおり、Ｃ原子を付加的に注入することにより正孔濃度が増加し、アクセプター原子の電気的活性化率を向上させることができた。さらに、この付加的Ｃイオン注入は高温で行うとその効果が増大する。実際、８００℃の高温でＣ原子の付加的注入を行うと、室温注入と比べてさらに正孔濃度が増加し、Ａｌの場合では約２倍、Ｂの場合では約１０倍正孔濃度を増加させることできた。
【００１０】
【実施例２】（付加的Ｃ注入によるアクセプター原子の拡散の抑制）ｎ型六方晶ＳｉＣ単結晶にＢ原子をイオン注入した後１７００℃で３０分間熱処理した半導体素子（Ｂ注入量５×１０18／ｃｍ3）とＣ原子を付加的に注入した後同様な熱処理を行った半導体素子（Ｃ注入量５×１０18／ｃｍ3）を製作し、素子中のＢ原子の深さ方向濃度分布を調べた。
【００１１】図２（Ｂ及びＣ原子は室温で注入し、注入量は５×１０18／ｃｍ3であり、注入後の熱処理は１７００℃で３０分間実施した。）に示されるとおり、付加的Ｃイオン注入を行わない場合は、熱処理後、注入したＢ原子の約３０％しか素子内に留まらないが、付加的Ｃ注入を行うとＢの拡散が抑制され、注入したＢ原子総量の約９０％を素子内に残留させることができた。
【００１２】
【発明の効果】本発明により、アクセプター原子に加えＣ原子を付加的に注入することにより良質なｐ型ＳｉＣが作製でき、ＳｉＣ半導体素子の品質が向上するとともに、アクセプター原子の拡散が抑制されるため、イオン注入後の熱処理によるアクセプター原子の消失濃度を考慮する必要がなくなり、素子設計が容易になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ｎ型六方晶ＳｉＣ単結晶にＢ、Ａｌ原子をイオン注入した半導体素子の室温での正孔濃度に対する付加的Ｃ注入の効果を示す図である。
【図２】 ｎ型六方晶ＳｉＣ単結晶にイオン注入したＢ原子の深さ方向濃度分布の熱処理による変化に対する付加的Ｃ注入効果を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 炭化珪素半導体（ＳｉＣ）にイオン注入によりアクセプター原子を導入する時、これらの原子に加えて炭素（Ｃ）原子を付加的にイオン注入することで良質なｐ型ＳｉＣを製作する方法。
【請求項２】 ＳｉＣに注入したアクセプター原子の熱処理による拡散を、Ｃ原子の付加的イオン注入により抑制する方法。
【請求項３】 アクセプター原子がアルミニウム（Ａｌ）及びホウ素（Ｂ）である特許請求範囲第１項及び第２項記載の方法。
【請求項４】 特許請求範囲第１項及び第２項におけるＣイオン注入を８００℃以上で行う方法。
【請求項５】 特許請求範囲第１項及び第２項において、付加的Ｃイオン注入後に１６３０℃以上で熱処理して、アクセプター原子の活性化率を向上する方法。
【請求項１】 炭化珪素半導体（ＳｉＣ）にイオン注入によりアクセプター原子を導入する時、これらの原子に加えて炭素（Ｃ）原子を付加的にイオン注入することで良質なｐ型ＳｉＣを製作する方法。
【請求項２】 ＳｉＣに注入したアクセプター原子の熱処理による拡散を、Ｃ原子の付加的イオン注入により抑制する方法。
【請求項３】 アクセプター原子がアルミニウム（Ａｌ）及びホウ素（Ｂ）である特許請求範囲第１項及び第２項記載の方法。
【請求項４】 特許請求範囲第１項及び第２項におけるＣイオン注入を８００℃以上で行う方法。
【請求項５】 特許請求範囲第１項及び第２項において、付加的Ｃイオン注入後に１６３０℃以上で熱処理して、アクセプター原子の活性化率を向上する方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０００−６８２２５（Ｐ２０００−６８２２５Ａ）
【公開日】平成１２年３月３日（２０００．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−２４００２１
【出願日】平成１０年８月２６日（１９９８．８．２６）
【出願人】（０００００４０９７）日本原子力研究所 (55)
【公開日】平成１２年３月３日（２０００．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年８月２６日（１９９８．８．２６）
【出願人】（０００００４０９７）日本原子力研究所 (55)
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