JP2001077027A - ドープ層を有する半導体薄膜の成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低不純物のアンドープ層上に最適なドーピン
グ効率でしかも境界部分が急峻なプロファイルで形成さ
れたｎ型ドープ層、または最適なドーピング効率で形成
されたｐ型及びｎ型ドープ層からなり不純物濃度が境界
部分で急峻なプロファイルのｐｎ接合を有する半導体薄
膜を成長することを可能にする薄膜成長方法を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 反応炉２の内部に基板３を設置し、高温
に加熱された基板３上にアンドープ層の薄膜を成長さ
せ、引きつづきドーピングガス１２を供給してドープ層
を成長させると同時に流量計１を用いて少なくとも一種
の原料ガス７の流量を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基材上にドープ層
を有する半導体薄膜を成長させるための薄膜成長方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭化珪素（シリコンカーバイド、Ｓｉ
Ｃ）は珪素（Ｓｉ）に比べて高硬度で薬品にも犯されに
くく、バンドギャップが大きい半導体であることから、
次世代のパワーデバイスや高周波デバイス、高温動作デ
バイス等へ応用されることが期待される半導体材料であ
る。炭化珪素は、立方晶系の３Ｃ−ＳｉＣや六方晶系の
６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ等、多くのポリタイプを有
する。

【０００３】従来、炭化珪素の成長方法は、例えば特開
昭６２−３６８１３号公報に記載されたものが知られて
いる。以下に一般的な炭化珪素の結晶成長装置を示す。

【０００４】図５は従来の炭化珪素の縦型結晶成長装置
の概念図を示している。図５において、反応炉５０、カ
ーボン製サセプタ５１、基板５２、コイル５３、反応炉
５０に原料ガス５４、希釈ガス５５または不純物ドーピ
ングガス５６を供給するガス供給系５７、反応炉５０を
排気するガス排気系５８から構成されている。原料ガス
５４、希釈ガス５５及び不純物ドーピングガス５６は反
応炉５０の上部より矢印のようにガス供給系５７から供
給される。原料ガス５４、希釈ガス５５及び不純物ドー
ピングガス５６は矢印５９のようにガス排気系５８によ
り排気される。反応炉５０内の圧力はバルブ６０によっ
て調節される。支持軸６１により支えられたサセプタ５
１は反応炉５０の周りに巻かれたコイル５３を用いた高
周波誘導加熱により加熱される。反応炉５０の周辺部６
２には冷却水を循環している。

【０００５】反応炉５０の上部より炭化水素ガス（例え
ばプロパン）及び水素を導入して、圧力を大気圧または
大気圧以下に調整する。コイル５３に高周波電力を印加
して基板５２を加熱し、基板５２の表面温度を１２００
℃程度にすることによって基板５２の表面に炭化処理を
施し、極薄の炭化珪素を成長させる。その後、炭化水素
ガスの供給量を減らし珪素を含むガス（例えばシラン）
を導入すると、基板５２の表面に立方晶系の炭化珪素が
成長する。基板５２として数度のオフ角度のついた炭化
珪素を用いた場合は温度を１５００℃以上とすることに
より、炭化処理を施すことなく基板５２上に炭化珪素が
成長する。アンドープ層上に不純物ドープ層を形成する
場合には、前記原料ガスの供給量は一定のまま不純物ド
ーピングガス５６（ｎ型ドープ層の場合には例えば窒
素、またｐ型ドープ層の場合には例えばトリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）もしくはジボラン）を反応炉５０の
上部よりガス供給系５７から供給する。結晶成長終了
後、原料ガス５４の供給を止めて、コイル５３への高周
波電力の印加を停止して加熱を終了し、基板５２を冷却
する。

【０００６】また、炭化珪素の結晶成長装置として、反
応炉５０を横置きにした横型の装置もある。基本的には
図５の縦型の結晶成長装置と同様であるが、ガスを側部
より供給する点が異なる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術では、例えば炭化珪素薄膜のアンドープ層上にｎ
型ドープ層を形成する場合、アンドープ層形成の際には
炭素の原子位置を置換する成長雰囲気中の窒素原子の取
り込みを抑制してアンドープ層の窒素原子濃度を低減す
るために、反応炉へ供給する炭素を含む原料ガスと珪素
を含む原料ガスの流量比（Ｃ／Ｓｉ比）を高めに設定す
るが、この流量比で引き続きｎ型ドープ層を形成すると
ドーピングガスとして供給した窒素が薄膜中に取り込ま
れにくくなってドーピング効率が低下したり、アンドー
プ層との境界部分で窒素原子濃度がなだらかな傾斜をも
つ分布になるという問題が存在する。また、炭化珪素薄
膜のｐｎ接合を形成する場合、ｐ型ドープ層を形成する
際にはアクセプタとして供給されたアルミニウムもしく
はホウ素は珪素の原子位置を置換することや窒素の取り
込みを抑制することのためにＣ／Ｓｉ比を高めに設定す
るが、この流量比で引き続きｎ型ドープ層を形成すると
ドナーとして供給された窒素のドーピング効率が低下し
たり、ｐｎ接合の境界部分でアクセプター及びドナーの
濃度がなだらかな傾斜をもつ分布になるという問題が存
在する。

【０００８】本発明の目的は、前記従来の問題点を解決
することであり、低不純物のアンドープ層上に最適なド
ーピング効率でしかも境界部分が急峻なプロファイルで
形成されたｎ型ドープ層、または最適なドーピング効率
で形成されたｐ型ドープ層及びｎ型ドープ層からなり境
界部分が急峻なプロファイルのｐｎ接合を有する半導体
薄膜を成長することを可能にする薄膜成長方法を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の薄膜成長方法は、内部に基材を
設置する空間を有する反応炉と、前記反応炉を排気する
ガス排気系と、前記反応炉内に少なくとも二種類以上か
らなる原料ガス、希釈ガス、ドーピングガス等の不純物
のうちの一種またはこれらの混合ガスを供給するガス供
給系を用い、前記反応炉内部の空間に設置された前記基
材上に薄膜を成長中に、前記ドーピングガス等の不純物
を前記反応炉内に供給すると同時に前記原料ガスの少な
くとも一種の供給量を変化させることを特徴とする。

【００１０】次に本発明の第２番目の薄膜成長方法は、
内部に基材を設置する空間を有する反応炉と、前記反応
炉を排気するガス排気系と、前記反応炉内に少なくとも
二種類以上からなる原料ガス、希釈ガス、ドーピングガ
ス等の不純物のうちの一種またはこれらの混合ガスを供
給するガス供給系を用い、前記反応炉内部の空間に設置
された前記基材上に前記ドーピングガス等の不純物を供
給することによりドープ層を有する薄膜を成長中に、前
記原料ガスの少なくとも一種の供給量を変化させること
によりドープ層中の不純物濃度を変えることを特徴とす
る。

【００１１】次に本発明の第３番目の薄膜成長方法は、
内部に基材を設置する空間を有する反応炉と、前記反応
炉を排気するガス排気系と、前記反応炉内に少なくとも
二種類以上からなる原料ガス、希釈ガス、少なくとも二
種類以上からなるドーピングガス等の不純物のうちの一
種またはこれらの混合ガスを供給するガス供給系を用
い、前記反応炉内部の空間に設置された前記基材上に前
記ドーピングガス等の不純物のうちの一種を供給するこ
とによりドープ層を有する薄膜を成長中に、前記ドーピ
ングガス等の不純物の供給を停止して、他のドーピング
ガス等の不純物を供給すると同時に前記原料ガスの少な
くとも一種の供給量を変化させることを特徴とする。

【００１２】前記第１から３番目の方法においては、前
記原料ガスの少なくとも一種の供給量が変化する時間が
１０ｍｓ以内であることが好ましい。

【００１３】また前記方法においては、前記原料ガスが
少なくとも二種類のガスからなり、少なくとも炭素を含
むガスと少なくとも珪素を含むガスであることが好まし
い。

【００１４】また前記方法においては、前記基材が珪素
であることが好ましい。

【００１５】また前記方法においては、前記基材が炭化
珪素であることが好ましい。

【００１６】また前記方法においては、ドーピングのた
めの不純物として窒素を選択してｎ型のドープ層を形成
する場合、前記反応炉へ供給する前記少なくとも炭素を
含むガスのうち結晶成長に寄与する炭素の量ｇＣと前記
少なくとも珪素を含むガスのうち結晶成長に寄与する珪
素の量ｇＳｉが、０．５≦ｇＣ／ｇＳｉ≦２の関係を満
たすことが好ましい。

【００１７】また前記方法においては、ドーピングのた
めの不純物としてアルミニウムを選択してｐ型のドープ
層を形成する場合には、前記反応炉へ供給する前記少な
くとも炭素を含むガスのうち結晶成長に寄与する炭素の
量ｇＣと前記少なくとも珪素を含むガスのうち結晶成長
に寄与する珪素の量ｇＳｉが、２＜ｇＣ／ｇＳｉ≦５の
関係を満たし、ドーピングのための不純物としてホウ素
を選択してｐ型のドープ層を形成する場合には、３＜ｇ
Ｃ／ｇＳｉ≦５の関係を満たすことが好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の第１番目の薄膜成長方法
は、内部に基材を設置する空間を有する反応炉と、前記
反応炉を排気するガス排気系と、前記反応炉内に少なく
とも二種類以上からなる原料ガス、希釈ガス、ドーピン
グガス等の不純物のうちの一種またはこれらの混合ガス
を供給するガス供給系を用い、前記反応炉内部の空間に
設置された前記基材上に薄膜を成長中に、前記ドーピン
グガス等の不純物を前記反応炉内に供給すると同時に前
記原料ガスの少なくとも一種の供給量を変化させること
を特徴とする。この方法により、例えばアンドープ層上
にドープ層を形成する場合、最適な原料ガス比によって
不純物が低減されたアンドープ層を形成した後、ドーピ
ングガス等の不純物を反応炉内に供給すると同時に原料
ガスの少なくとも一種の供給量を変化させて最適なドー
ピング効率で、しかも境界部分で急峻なプロファイルの
不純物ドープ層を形成させることが可能となる。

【００１９】次に本発明の第２番目の薄膜成長方法は、
内部に基材を設置する空間を有する反応炉と、前記反応
炉を排気するガス排気系と、前記反応炉内に少なくとも
二種類以上からなる原料ガス、希釈ガス、ドーピングガ
ス等の不純物のうちの一種またはこれらの混合ガスを供
給するガス供給系を用い、前記反応炉内部の空間に設置
された前記基材上に前記ドーピングガス等の不純物を供
給することによりドープ層を有する薄膜を成長中に、前
記原料ガスの少なくとも一種の供給量を変化させること
によりドープ層中の不純物濃度を変えることを特徴とす
る。この方法により、例えばドーピングガス等の不純物
の供給量を一定のままで原料ガス比だけを変化させるこ
とにより不純物濃度が異なる層を有するドープ層を得る
ことが可能となる。

【００２０】次に本発明の第３番目の薄膜成長方法は、
内部に基材を設置する空間を有する反応炉と、前記反応
炉を排気するガス排気系と、前記反応炉内に少なくとも
二種類以上からなる原料ガス、希釈ガス、少なくとも二
種類以上からなるドーピングガス等の不純物のうちの一
種またはこれらの混合ガスを供給するガス供給系を用
い、前記反応炉内部の空間に設置された前記基材上に前
記ドーピングガス等の不純物のうちの一種を供給するこ
とによりドープ層を有する薄膜を成長中に、前記ドーピ
ングガス等の不純物の供給を停止して、他のドーピング
ガス等の不純物を供給すると同時に前記原料ガスの少な
くとも一種の供給量を変化させることを特徴とする。こ
の方法により、例えばｐ型ドープ層上にｎ型ドープ層を
形成する場合、原料ガス比の制御によって最適なドーピ
ング効率でｐ型ドープ層を形成した後、ｎ型のドーピン
グガス等の不純物を反応炉内に供給すると同時に原料ガ
スの少なくとも一種の供給量を変化させることによりｎ
型ドープ層についても最適なドーピング効率で形成する
ことができ、しかもｐ型ドープ層とｎ型ドープ層の境界
部分の不純物濃度分布を急峻なプロファイルにすること
が可能となる。

【００２１】前記第１から３番目の方法においては、前
記原料ガスの少なくとも一種の供給量が変化する時間が
１０ｍｓ以内であることが好ましい。何故ならば、この
時間が短いほど他の層との境界部分で急峻な不純物濃度
分布を持つドープ層や急峻に不純物濃度が変化するドー
プ層を形成することが可能となるからである。

【００２２】また前記方法においては、前記原料ガスが
少なくとも二種類のガスからなり、少なくとも炭素を含
むガスと少なくとも珪素を含むガスであることが好まし
い。これにより、基材上に炭化珪素の薄膜が成長され
る。

【００２３】また前記方法においては、前記基材は珪素
であることが好ましい。これにより、低不純物のアンド
ープ層と最適なドーピング効率で形成されるドープ層を
持つ炭化珪素を珪素上に形成することが可能となる。

【００２４】また前記方法においては、前記基材は炭化
珪素であることが好ましい。これにより低不純物のアン
ドープ層と最適なドーピング効率で形成されるドープ層
を持つ炭化珪素を得ることが可能となる。

【００２５】また前記方法においては、ドーピングのた
めの不純物として窒素を選択してｎ型のドープ層を形成
する場合、前記反応炉へ供給する前記少なくとも炭素を
含むガスのうち結晶成長に寄与する炭素の量ｇＣと前記
少なくとも珪素を含むガスのうち結晶成長に寄与する珪
素の量ｇＳｉが、０．５≦ｇＣ／ｇＳｉ≦２の関係を満
たすことが好ましい。何故ならば、ｎ型ドープ層のドナ
ーとなる窒素は炭素の原子位置の置換によって取り込ま
れるため、ｇＣ／ｇＳｉを低くすることによってｎ型ド
ープ層形成の際のドーピング効率を高くすることが可能
となるからである。

【００２６】また前記方法においては、ドーピングのた
めの不純物としてアルミニウムを選択してｐ型のドープ
層を形成する場合には、前記反応炉へ供給する前記少な
くとも炭素を含むガスのうち結晶成長に寄与する炭素の
量ｇＣと前記少なくとも珪素を含むガスのうち結晶成長
に寄与する珪素の量ｇＳｉが、２＜ｇＣ／ｇＳｉ≦５の
関係を満たし、ドーピングのための不純物としてホウ素
を選択してｐ型のドープ層を形成する場合には、３＜ｇ
Ｃ／ｇＳｉ≦５の関係を満たすことが好ましい。何故な
らば、ｐ型ドープ層のアクセプタとなるアルミニウムも
しくはホウ素は珪素の原子位置の置換によって取り込ま
れるため、ｇＣ／ｇＳｉを高くすることによってｐ型ド
ープ層形成の際のドーピング効率を高くすることが可能
となるからである。

【００２７】以下に添付図面を参照し、本発明をさらに
具体的に説明する。

【００２８】図１は、本発明の薄膜成長に使用される内
部に基材を設置する空間を有する反応炉と、前記反応炉
を排気するガス排気系と、前記反応炉内に少なくとも二
種類以上からなる原料ガス、希釈ガス、ドーピングガス
等の不純物のうちの一種またはこれらの混合ガスを供給
するガス供給系を具備し、前記反応炉内部の空間に設置
された前記基材上に薄膜を成長中に、前記ドーピングガ
ス等の不純物を前記反応炉内に供給すると同時に前記原
料ガスの少なくとも一種の供給量を変化させることが可
能なガス供給装置を備えた縦型の炭化珪素結晶成長装置
の概略図である。図１において１は前記原料ガスの少な
くとも一種の供給量を調節する流量計を示している。２
は反応炉で石英製である。反応炉２の周辺部には必要な
らば冷却水を循環してもよい。３は基板である。４はサ
セプタで、カーボン製である。サセプタには高温に加熱
された時に脱ガスが起こらないよう炭化珪素が約１００
μｍコーティングされている。コーティングの厚みは特
に問わない。５はサセプタ４を支持する支持軸である。
６は反応炉２の周りに巻かれたコイルであり、高周波誘
導加熱によりサセプタ４を加熱するために用いられる。
不純物の供給と同時に供給量を調節する原料ガス７及び
前記原料ガス７以外の原料ガス８は反応炉２の上部より
ガス供給系９を用いて供給される。この際、前記原料ガ
ス７及び８は他のガスで希釈されていても構わない。前
記原料ガス８は流量計１０を用いて必要量の流量が得ら
れる。また矢印１１で示したように希釈ガスがガス供給
系９より配管を通って供給できる構成を有している。ま
た、不純物ドーピングガス１２は反応炉２の上部よりガ
ス供給系９を用いて供給される。前記不純物ドーピング
ガス１２とは異なる不純物ドーピングガス１３の供給
は、三方弁１４の切り替えによって行う。前記原料ガス
７及び８、前記希釈ガス１１及び前記不純物ドーピング
ガス１２または１３は矢印１５のように配管を通ってガ
ス排気系１６により排気される。１７は圧力を調整する
ためのバルブで、反応炉２内の圧力を調節することが可
能である。

【００２９】（実施の形態１）第１の実施の形態とし
て、本薄膜成長装置を用い基板としてオフ角度のついた
六方晶炭化珪素（６Ｈ−ＳｉＣ）基板を選択した場合の
ホモエピタキシャル成長による六方晶炭化珪素のアンド
ープ層上にｎ型ドープ層を形成した結果について説明す
る。

【００３０】基板３として[１１−２０]（１１２バー
０）方向に３．５度のオフ角度がついた直径２５ｍｍの
ｎ型Ｓｉ面炭化珪素基板（６Ｈ−ＳｉＣ基板）を用い
た。６Ｈ−ＳｉＣ基板表面には、若干のマイクロパイプ
が観測された。まず、酸素流量５ＳＬＭでバブリングさ
れた水蒸気雰囲気中で、この６Ｈ−ＳｉＣ基板を１１０
０℃で３時間ほど熱酸化し、基板表面に約４００Åの熱
酸化膜を形成した後、バッファード弗酸液（弗酸：フッ
化アンモニウム水溶液＝１：７）に浸すことにより、そ
の熱酸化膜を除去した。サセプタ４に表面の熱酸化膜が
除去された６Ｈ−ＳｉＣ基板を設置し、反応炉２を１０
^-6Ｔｏｒｒ台の真空度にまで真空排気した。

【００３１】次に、ガス供給系９より希釈ガス１１の水
素ガス（流量２ＳＬＭ）を供給して反応炉２内の圧力を
７００Ｔｏｒｒとした。反応炉２内の圧力はバルブ１７
を調節することにより制御された。この流量を維持しな
がら、誘導加熱装置を用いて、コイル６に、２０．０ｋ
Ｈｚ、２０ｋＷの高周波電力を印加して、サセプタ４を
加熱した。６Ｈ−ＳｉＣ基板の温度を１６００℃で一定
となるように制御した。水素ガス１１の流量は一定のま
ま、前記原料ガス７のプロパンガス（流量３ｓｃｃ
ｍ）、前記原料ガス８のシランガス（流量３ｓｃｃｍ）
を反応炉２のガス供給口より供給した。この際の結晶成
長に寄与する炭素の量ｇＣと珪素の量ｇＳｉの比ｇＣ／
ｇＳｉは３である。前記原料ガス７及び８はそれぞれ流
量５０ｓｃｃｍの水素ガスで希釈して供給した。プロパ
ンガスとシランガスを誘導加熱されたサセプタ４上の６
Ｈ−ＳｉＣ基板に供給することにより、基板３上にアン
ドープの６Ｈ−ＳｉＣ単結晶を成長させた。

【００３２】引き続きｎ型不純物ドーピングガス１２と
して窒素を供給することにより、ｎ型ドープ層を前記ア
ンドープ層上に形成した。希釈ガス１１の水素ガス及び
原料ガス８のシランガスの流量は一定のままで、ドーピ
ングガス１２の窒素（流量３０ｓｃｃｍ）を供給すると
同時に原料ガス７のプロパンガスの流量を流量計１を制
御することによって１ｓｃｃｍまで減少させてｎ型ドー
プ層を形成させた。この際の結晶成長に寄与する炭素の
量ｇＣと珪素の量ｇＳｉの比ｇＣ／ｇＳｉは１である。
図２に前記の窒素ガス、シランガス、プロパンガス及び
水素ガスの流量の変化の過程を示す。図２には成長温度
の変化の過程も示してある。

【００３３】前記方法によるｎ型ドープ層形成時の原料
ガス７のプロパンガス流量とｎ型ドープ層のキャリア密
度との関係を図３に示す。ｎ型ドープ層のキャリア密度
はホール測定から求めた。不純物ドーピングガス１１の
窒素ガスの流量は３０ｓｃｃｍで一定にも関わらず、原
料ガス７のプロパンガスの流量を減少させるとキャリア
密度が増加することが分かる。この結果から、炭化珪素
薄膜中の窒素の取り込みを原料ガスのプロパンガスとシ
ランガスの流量比を変えるだけで制御可能であることが
示された。

【００３４】前記方法によってアンドープ層上に形成し
たｎ型ドープ層の深さ方向の不純物濃度分布を二次イオ
ン質量分析装置（ＳＩＭＳ）用いて測定した。図４にＳ
ＩＭＳによって測定された窒素濃度の深さ方向の分布を
示す。前記ｎ型ドープ層は不純物ドーピングガス１１の
窒素ガスの流量を６ｓｃｃｍとし、アンドープ層形成時
に３ｓｃｃｍの原料ガス７のプロパンガスの流量を窒素
ガスを供給すると同時に１ｓｃｃｍまで減少させること
によって形成した。比較のために、不純物ドーピングガ
スの窒素ガスを供給する際にプロパンガスの流量を変化
させない従来の方法で形成したｎ型ドープ層の深さ方向
の窒素濃度分布についてもＳＩＭＳを用いて測定した。
図４から本発明の方法で形成したｎ型ドープ層の窒素の
濃度分布がアンドープ層との境界部分で急峻に変化して
いることが分かる。一方、従来の方法で形成したｎ型ド
ープ層では前記本発明の方法に比べてアンドープ層との
境界部分でなだらかな傾斜をもった窒素濃度の分布であ
った。これは本発明の方法で形成したｎ型ドープ層では
不純物ドーピングガスの窒素ガスの供給と同時にプロパ
ンガスの流量を減少させて窒素のドーピング効率を高く
し、窒素を取り込みやすくしているために境界部での不
純物濃度の分布が急峻になったものと思われる。これら
の結果より、本発明の方法によってアンドープ層との境
界部分で急峻な濃度分布をもつドープ層を形成可能であ
ることが示された。

【００３５】なお、本実施の形態においては窒素を用い
てｎ型の不純物ドープ層を形成したが、ｎ型の伝導性を
示す不純物であれば他のドーピングガスを用いても差し
支えない。

【００３６】また、本実施の形態においては基材上の薄
膜成長方法として誘導加熱を用いた方法について述べた
が、ガスを用いて基材上に薄膜を成長させるのであれば
プラズマ、光照射及び電子照射のいずれかの作用によっ
て前記基材上に薄膜を成長する場合にも本発明の薄膜成
長方法が有効であることはいうまでもない。

【００３７】また、本実施の形態においては炭化珪素の
成長について述べたが、本発明の薄膜成長方法は炭化珪
素以外の化合物半導体薄膜についても最適なドーピング
効率で境界部分でしかも急峻な濃度分布をもつドープ層
の形成にも有効である。

【００３８】（実施の形態２）第２の実施の形態とし
て、第１の実施の形態に記載の薄膜成長方法によって不
純物ドープ層を形成した炭化珪素基板によって形成した
ＭＥＳＦＥＴについて電流電圧特性を調べた結果につい
て説明する。

【００３９】第１の実施の形態に記述したように、ガス
供給系９より水素ガス（流量２ＳＬＭ）を供給して、誘
導加熱によりサセプタ４を１６００℃まで加熱した。そ
の後、プロパンガス（流量３ｓｃｃｍ）、シランガス
（流量３ｓｃｃｍ）を供給して、６Ｈ−ＳｉＣ基板上に
アンドーピングの６Ｈ−ＳｉＣ単結晶を成長した。引き
続き不純物ドーピングガスとして窒素を用いて、ｎ型ド
ープ層をアンドープ層上に形成した。このｎ型ドープ層
はＭＥＳＦＥＴのチャネル層となる。供給する窒素ガス
の流量を制御することによりキャリア密度４×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3のｎ型ドープ層を形成した。ドープ層の厚みは窒素
ガスを供給する時間を調節して約２０００Åとした。

【００４０】前記ｎ型ドープ層が形成された炭化珪素結
晶の表面に真空蒸着装置を用いることによって、ソース
電極、ドレイン電極としてニッケル（Ｎｉ）を蒸着し
た。そして、オーミックコンタクトをとるために１００
０℃で３分間アニールを行った。

【００４１】続いて、ゲート電極として金（Ａｕ）を蒸
着して、ショットキーコンタクトをとった。このように
して形成されたＭＥＳＦＥＴについて、ドレイン電流と
ゲート電圧との関係を調べた。作成したＭＥＳＦＥＴの
チャネル層の厚みは約２０００Å、キャリア密度は４×
１０¹⁷ｃｍ^-3とし、ゲート長は約０．５μｍとした。比
較のために、ドーピングガスの窒素を供給する際にプロ
パンガスの流量を変化させない従来の方法でｎ型ドープ
層をアンドープ層上に形成させた炭化珪素結晶について
も同様のＭＥＳＦＥＴを形成して、電流電圧特性を調べ
た。両者のキャリア密度及びチャネル層の厚みは定常状
態でほぼ同じになるようにした。

【００４２】両者のＭＥＳＦＥＴの性能を比較するため
に、しきい値電圧付近の相互コンダクタンスを測定し
た。その結果、本発明の薄膜成長方法によってチャネル
層を形成したＭＥＳＦＥＴの相互コンダクタンスは前記
従来の方法でチャネル層を形成したＭＥＳＦＥＴのもの
に比べて約２倍近く高くなっていることが分かった。こ
れは、図４に示したように本発明の薄膜成長方法を用い
て形成したＭＥＳＦＥＴのチャネル層のキャリアプロフ
ァイルがアンドープ層との境界部分で急峻となっている
ために、ソース、ドレイン領域間の基板への漏れ電流が
少なくなったことに起因しているものと考えられる。こ
れらの結果から、ドーピングガスを供給すると同時に原
料ガスの少なくとも一種の供給量を変化させて高いドー
ピング効率で、急峻なキャリアプロファイルのｎ型チャ
ネル層を形成することによって、低消費電流、低電圧駆
動、高利得という特長をもったＭＥＳＦＥＴを形成する
ことが可能となることが示された。

【００４３】なお、本実施の形態においてはアンドープ
層上にｎ型チャネル層を形成してＭＥＳＦＥＴを作成し
たが、ｐ型ドープ層上にｎ型チャネル層を形成してＭＥ
ＳＦＥＴを作成するのにも有効である。

【００４４】（実施の形態３）第３の実施の形態とし
て、前記薄膜成長方法を用いて、ｐ型ドープ層を形成し
た後に引きつづきｎ型ドープ層を形成してｐｎ接合を形
成した結果について説明する。

【００４５】ガス供給系９より水素ガス（流量２ＳＬ
Ｍ）を供給して、誘導加熱によりサセプタ４を１６００
℃まで加熱した。その後、プロパンガス（流量３ｓｃｃ
ｍ）、シランガス（流量３ｓｃｃｍ）及びトリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）ガスを供給して、６Ｈ−ＳｉＣ基
板上に６Ｈ−ＳｉＣのｐ型ドープ層を形成した。引き続
き三方弁１４を用いることによってＴＭＡガスの供給を
停止して、不純物ドーピングガスとして窒素ガスを供給
すると同時に、プロパンガスの流量を流量計を１を制御
することで１ｓｃｃｍまで減少させてｎ型ドープ層をｐ
型ドープ層上に形成した。

【００４６】前記方法によって形成したｐｎ接合の深さ
方向のアルミニウム及び窒素の濃度分布をＳＩＭＳを用
いて測定した。比較のために、不純物ドーピングガスを
切り替える際にプロパンガスの流量を変化させない従来
の方法で形成したｐｎ接合ダイオードの深さ方向のアル
ミニウム及び窒素の濃度分布についてもＳＩＭＳを用い
て測定した。本発明の方法で形成したｐ型ドープ層のア
ルミニウム及びｎ型ドープ層の窒素の濃度が境界部分で
急峻に変化していることが分った。一方、従来の方法で
形成したｐｎ接合ダイオードでは本発明の方法に比べて
アルミニウム及び窒素の濃度が境界部分でなだらかな傾
斜をもった分布をしていた。これは、本発明の方法で形
成したｐｎ接合では窒素ガスの供給と同時にプロパンガ
スの流量を減少させて窒素のドーピング効率を高くし
て、窒素を取り込みやすくし、更にはアルミニウムを取
り込みにくくしているためにｐｎ接合の境界部でのアル
ミニウム及び窒素の濃度分布が急峻になったものと思わ
れる。これらの結果より、本発明の方法によって境界部
分で急峻な不純物濃度分布をもつｐｎ接合を形成できる
ことが示された。

【００４７】なお、本実施の形態においてはｐ型ドープ
層上にｎ型ドープ層を形成してｐｎ接合を形成したが、
本発明の薄膜成長方法はｎ型ドープ層上にｐ型ドープ層
を形成する場合にも有効である。

【００４８】また、本実施の形態においては三方弁を用
いてｐ型不純物ドーピングガスとｎ型不純物ドーピング
ガスの切り替えを行ったが、ブロックバルブを用いて前
記不純物ドーピングガスの切り替えを行っても構わな
い。

【００４９】また、本実施の形態においてはｐｎ接合を
作成したが、本発明の薄膜成長方法はｐ型及びｎ型の不
純物ドープ層を形成してＭＯＳＦＥＴを作成するのにも
有効である。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明は、内部に基材を設
置する空間を有する反応炉と、前記反応炉を排気するガ
ス排気系と、前記反応炉に原料ガス、希釈ガス、ドーピ
ングガス等の不純物のうちの一種またはこれらの混合ガ
スを供給するガス供給系を用い、前記反応炉内部の空間
に設置された前記基材上に薄膜成長を行う際に、前記ド
ーピングガス等の不純物を前記反応炉内に供給すると同
時に前記原料ガスの少なくとも一種の供給量を変化させ
ることを特徴とする薄膜成長方法であり、最適なドーピ
ング効率で他の層との境界部分で急峻な不純物濃度分布
のドープ層をもつ薄膜を容易に成長することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドーピングガス等の不純物を反応炉内
に供給すると同時に少なくとも一種の原料ガスの供給量
を変化させるガス供給装置が設置された結晶成長装置の
概略を示す図

【図２】本発明のドーピングガス等の不純物を反応炉内
に供給すると同時に少なくとも一種の原料ガスの供給量
を変化させるガス供給装置が設置された結晶成長装置を
用いてアンドープ層上にｎ型ドープ層を形成する場合の
原料ガス、希釈ガス及びドーピングガスの流量の変化を
示す図

【図３】不純物ドーピングガスの窒素ガスの供給と同時
に減少させた原料ガスのプロパン流量と形成されたｎ型
ドープ層のキャリア密度との関係を示す図

【図４】本発明のドーピングガスを供給すると同時に原
料ガスのプロパンの供給量を変化させる方法で形成した
ｎ型ドープ層について二次イオン質量分析装置（ＳＩＭ
Ｓ）用いて測定された窒素濃度の深さ方向の分布を示す
図

【図５】従来の結晶成長装置の概略を示す図

【符号の説明】

１ 原料ガスの少なくとも一種の供給量を調節する流量
計 ２ 反応炉 ３ 基板 ４ サセプタ ５ 支持軸 ６ コイル ７ ドーピングガスを供給すると同時に流量を調節する
原料ガス ８ 原料ガス ９ ガス供給系 １０ 原料ガス８の流量を調節する流量計 １１ 希釈ガス １２ 不純物ドーピングガス １３ 不純物ドーピングガス１２とは異なる不純物ドー
ピングガス １４ 三方弁 １５ 排気ガス １６ ガス排気系 １７ 圧力調整用バルブ ５０ 反応炉 ５１ サセプタ ５２ 基板 ５３ コイル ５４ 原料ガスの流れ ５５ 希釈ガスの流れ ５６ 不純物ドーピングガスの流れ ５７ ガス供給系 ５８ ガス排気系 ５９ 排気ガスの流れ ６０ 圧力調整用バルブ ６１ 支持軸 ６２ 反応炉の周辺部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 正雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AB06 AC01 AC07 AC08 AD18 AE25 AF02 AF13 BB05 CA06 DP03 EB15 EC07 EE12 EE15 EE17 EK03 HA04

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に基材を設置する空間を有する反応
   炉と、前記反応炉を排気するガス排気系と、前記反応炉
   内に少なくとも二種類以上からなる原料ガス、希釈ガ
   ス、ドーピングガス等の不純物のうちの一種またはこれ
   らの混合ガスを供給するガス供給系を用い、前記反応炉
   内部の空間に設置された前記基材上に薄膜を成長中に、
   前記ドーピングガス等の不純物を前記反応炉内に供給す
   ると同時に前記原料ガスの少なくとも一種の供給量を変
   化させることを特徴とする薄膜成長方法。
2. 【請求項２】 内部に基材を設置する空間を有する反応
   炉と、前記反応炉を排気するガス排気系と、前記反応炉
   内に少なくとも二種類以上からなる原料ガス、希釈ガ
   ス、ドーピングガス等の不純物のうちの一種またはこれ
   らの混合ガスを供給するガス供給系を用い、前記反応炉
   内部の空間に設置された前記基材上に前記ドーピングガ
   ス等の不純物を供給することによりドープ層を有する薄
   膜を成長中に、前記原料ガスの少なくとも一種の供給量
   を変化させることによりドープ層中の不純物濃度を変え
   ることを特徴とする薄膜成長方法。
3. 【請求項３】 内部に基材を設置する空間を有する反応
   炉と、前記反応炉を排気するガス排気系と、前記反応炉
   内に少なくとも二種類以上からなる原料ガス、希釈ガ
   ス、少なくとも二種類以上からなるドーピングガス等の
   不純物のうちの一種またはこれらの混合ガスを供給する
   ガス供給系を用い、前記反応炉内部の空間に設置された
   前記基材上に前記ドーピングガス等の不純物のうちの一
   種を供給することによりドープ層を有する薄膜を成長中
   に、前記ドーピングガス等の不純物の供給を停止して、
   他のドーピングガス等の不純物を供給すると同時に前記
   原料ガスの少なくとも一種の供給量を変化させることを
   特徴とする薄膜成長方法。
4. 【請求項４】 前記原料ガスの少なくとも一種の供給量
   が変化する時間が１０ｍｓ以内であることを特徴とする
   請求項１から３のいずれかに記載の薄膜成長方法。
5. 【請求項５】 前記原料ガスが少なくとも二種類のガス
   からなり、少なくとも炭素を含むガスと少なくとも珪素
   を含むガスであることを特徴とする請求項１から３のい
   ずれかに記載の薄膜成長方法。
6. 【請求項６】 前記基材が珪素であることを特徴とする
   請求項５に記載の薄膜成長方法。
7. 【請求項７】 前記基材が炭化珪素であることを特徴と
   する請求項５に記載の薄膜成長方法。
8. 【請求項８】 ドーピングのための不純物として窒素を
   選択してｎ型のドープ層を形成する場合、前記反応炉へ
   供給する前記少なくとも炭素を含むガスのうち結晶成長
   に寄与する炭素の量ｇＣと前記少なくとも珪素を含むガ
   スのうち結晶成長に寄与する珪素の量ｇＳｉが、０．５
   ≦ｇＣ／ｇＳｉ≦２の関係を満たすことを特徴とする請
   求項６または７に記載の薄膜成長方法。
9. 【請求項９】 ドーピングのための不純物としてアルミ
   ニウムを選択してｐ型のドープ層を形成する場合には、
   前記反応炉へ供給する前記少なくとも炭素を含むガスの
   うち結晶成長に寄与する炭素の量ｇＣと前記少なくとも
   珪素を含むガスのうち結晶成長に寄与する珪素の量ｇＳ
   ｉが、２＜ｇＣ／ｇＳｉ≦５の関係を満たし、ドーピン
   グのための不純物としてホウ素を選択してｐ型のドープ
   層を形成する場合には、３＜ｇＣ／ｇＳｉ≦５の関係を
   満たすことを特徴とする請求項６または７に記載の薄膜
   成長方法。