JP3307647B2 - 高低抗炭化ケイ素の製法 - Google Patents
高低抗炭化ケイ素の製法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、請求項１項記載の上位概念による高抵抗Si
Cの製法に関する。
C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。
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（Strstellen）
以外、あまり知られていない。SiCの重要な特徴は、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4
H−及び6H−SiC及び2.4eVの禁制帯を有する立方晶3C−S
iC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。
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（Strstellen）
以外、あまり知られていない。SiCの重要な特徴は、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4
H−及び6H−SiC及び2.4eVの禁制帯を有する立方晶3C−S
iC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。
刊行物:J.Schneider,H.D.Mller,K.Maier,W.Wilkeni
ng,F.Fuchs,A.Drnen,S.Leibenzeder及びR.Stein,App
l.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.Mai
er.J.Schneider,W.Wilkening,S.Leibenzeder及びr.Stei
n,“Electron spin resonance studies of transition
metal deep level impurities in SiC,Materials Sienc
e and Engineering B11"（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。
ng,F.Fuchs,A.Drnen,S.Leibenzeder及びR.Stein,App
l.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.Mai
er.J.Schneider,W.Wilkening,S.Leibenzeder及びr.Stei
n,“Electron spin resonance studies of transition
metal deep level impurities in SiC,Materials Sienc
e and Engineering B11"（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GaAs−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。
得られるGaAs−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。
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。
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。
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。
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り、僅かに過剰補償する（be
rkompensiert）。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。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。
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り、僅かに過剰補償する（be
rkompensiert）。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。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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−SiC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−Si
C−層を生じる。
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−SiC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−Si
C−層を生じる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト ドイツ連邦共和国 Ｄ―80333 ミュン ヘン ヴィッテルスバッハープラッツ ２ (74)上記１名の代理人 999999999 弁理士 矢野 敏雄 （外１名） (72)発明者 ニーマン，エッケハルト ドイツ連邦共和国 Ｄ―63447 マイン タール ヘッセンリング 23 (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 審査官 三崎 仁 (56)参考文献 特開 平２−253622（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−291123（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503193（ＪＰ，Ａ) ＳＣＨＮＥＩＤＥＲ Ｊ．ｅｔ ａ ｌ．，Ｐｏｉｎｔ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉ ｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ, Ｐｈｙｓｉｃａ Ｂ，Ｖｏｌ．185，ｐ. 199−206 ＳＵＺＵＫＩ Ａ．ｅｔ ａｌ．，Ｌ ｉｑｕｉｄ−ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘ ｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ６Ｈ−Ｓ ｉＣ ｂｙ ｔｈｅ ｄｉｐｐｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｐｒｅｐ ａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌｕｅ− 〜 ｄｉｏｄｅｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖ ｏｌ．47，Ｎｏ．40，1976，ｐ．4546− 4550 ＳＣＨＮＥＩＤＥＲ Ｊ．ｅｔ ａ ｌ．，Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒ ａ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｉ ｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｏｆ ｖａｎ ａｄｉｕｍ ｄｅｅｐ ｌｅｖｅｌ ｉ ｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃ ｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖ ｏｌ．56，Ｎｏ．12，1990，ｐ．1184− 1186 ＲＥＩＮＫＥ Ｊ．ｅｔ ａｌ．，Ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｄ ｉｃｈｒｏｉｓｍ ａｎｄ ｏｐｔｉｃ ａｌｌｙ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ＥＰＲ ｏｆ ａ ｖａｎａｄｉｕｍ ｉｍｐｕ ｒｉｔｙ ｉｎ ６Ｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ ｇｓ ｏｆ ｔｈｅ 17ｔｈ Ｉｎｔｅ ｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ ｃｅ ｏｎ Ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｓ ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｇｍｕｎ ｄｅｎ，Ａｕｓｔｒｉａ，18−23 Ｊｕ ｌｙ 1993，ｐ．75−79 ＤＡＶＩＳ Ｒ．ｅｔ ａｌ．，Ｔｈ ｉｎ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｃ ａｎｄ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏ ｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ ｆａｂｒｉｃａ ｔｉｏｎ ａｎｄ 〜 ｃａｒｂｉｄ ｅ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔ ｈｅ ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．79，Ｎｏ. ５，1991，ｐ．677−701 ＶＯＤＡＫＯＶ Ｙ．Ａ．ｅｔ ａ ｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｒｏｐ ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａ ｐ−ｎ−ｎ＋ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ ｂｙ ｉｍｐｌｅａｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ 〜 ｉｏｎｓ，Ｓｏｖｉｅｔ Ｐ ｈｙｓｉｃｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ ｏｒｓ，1987，ｐ．1017−1020 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (12)
- 【請求項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３価の
ドーピング物質の添加により過剰補償し、その際に、こ
のドーピング物質を、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
その禁制帯の中央にドナー準位を有する遷移金属元素バ
ナジウムを添加し、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SiCの製法。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項４】３価のドーピング物質の濃度を、窒素不純
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３までのいずれか１項記載の
方法。 - 【請求項５】遷移金属元素バナジウムの濃度を、３価及
び５価の不純物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４ま
でのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】３価のドーピング物質及び遷移金属元素バ
ナジウムを、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５までのいずれか１項記載の
方法。 - 【請求項７】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５までのい
ずれか１項記載の方法。 - 【請求項８】僅かな割合の電気的に活性な不純物が多結
晶出発結晶中に存在し、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は不純物
の全量を超える量での遷移金属元素バナジウムの導入の
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７までのいずれか１項記載の方法。 - 【請求項９】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からなる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８記載の方法。 - 【請求項１０】その濃度が５・1016原子/ccmである窒素
からなる電気的に活性な主な不純物を有し、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
有することを特徴とする、請求項１から９までのいずれ
か１項に記載の方法により得られる高抵抗SiCからなるS
iC結晶。 - 【請求項１１】六方晶結晶構造を有することを特徴とす
る、請求項10記載のSiC結晶。 - 【請求項１２】立方晶結晶構造を有することを特徴とす
る、請求項10記載のSiC結晶。
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