JP2001501162A - ＳｉＣ層中にボロンをドープされた領域を生成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ボロン原子をドープされた少なくとも１つの領域を有するＳｉＣの結晶層を生成する方法であり、該方法は、結晶性ＳｉＣの層１へボロンをイオン注入する段階ａ）およびＳｉＣ中に注入されたボロンを電気的に活性化させるため、ＳｉＣ層を焼鈍のため加熱する段階ｂ）を有する。更に、この方法は段階ｂ）を実行する前にＳｉＣ中に存在する炭素の空孔に関して過剰に炭素の割込みを形成するため、前記層１に炭素原子を注入する段階ｃ）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 ＳｉＣ層中にボロンをドープされた領域を生成する方法 本発明の技術分野と先行技術 本発明はボロン原子をドープされた少なくとも１つの領域を有するＳｉＣの結 晶層を生成する方法に関し、該方法は、ボロンを結晶性ＳｉＣ層へイオン注入す る即ちイオン・インプランテーションをおこなう段階ａ）と、ＳｉＣ中に注入さ れたボロンを電気的に活性化させるためにＳｉＣ層を焼鈍のため加熱する段階ｂ ）とを有し、且つ本発明は更にこのような方法を実行することにより生成される 半導体デバイスに関する。 ＳｉＣは、高い破壊電圧と高い熱伝導率と高い熱安定性の諸特性およびそれに より高い温度、即ち１０００度Ｋまでの温度で作動する能力のほかに、使用しや すい処理温度においてはＳｉＣ中のドープ剤の極端に遅い拡散速度しか許容しな い性質を有し、この結果、この拡散技術を利用する可能性とこの技術の利点は、 ＳｉＣ中にドープされた領域を得るためＳｉに関しては非常に減じられる。 この結果、ドープ剤のイオン注入がＳｉＣ層中のドープされた領域を得るため 魅力的な選択となる。更に、ボロンはｐ型層またはＳｉＣの領域のドープ剤とし て最適の元素であることが分かった。 従って、上記方法は既に提案されているが、この方法はいくつかの欠点を有し 、これはＳｉＣが化合物材料であり、ドープ原子がＣ格子の位置と同様にＳｉ格 子の位置に入れられる可能性があるという事実およびＳｉＣ結晶中のＳｉとＣの 位置でことなる挙動をするボロンの固有特性に由来する。ボロンはＳｉの位置で 約３２０ｍｅＶの電離エネルギーをもつアクセプタを形成し、一方Ｃの位置のボ ロンはいわゆるＤセンター即ち約６５０ｍｅＶの電離エネルギーをもつディープ センター（deep center）を形成する。 Ｄセンターの性質はまだ明らかにされでおらず、その結果Ｄセンターがそこで アクセプタとして働くかまたはドナーとして働くかは明確でない。いずれにして も、浅い準位（約３２０ｍｅＶの電離エネルギー）を形成する活性ドーピング原 子により与えられる活性ドーピング濃度は、従って前記Ｄセンターを形成する原 子により減じられる。この効果は２つの準位が異なる性質、即ちアクセプタとド ナーである場合、更に高められ、これにより補償現象が生じる。 従って、上に記載されたタイプの既知の方法を実行することにより、ボロン原 子の形のドープ剤から派生する正孔の形で、電荷キャリアの適切に定められた濃 度を所定の温度において有する領域を得ることは不可能であり、また接触層とし てできるだけ適したようにされた前記領域の低い抵抗を得るために要求されるよ うな電荷キャリアのこの高い濃度を得ることも不可能である。例として、このド ーピング濃度の非常に正確な制御がＪＴＥに必要とされると言われる。 本発明の概要 本発明の目的は、上に記載されたタイプの方法を提供する事であり、これはＳ ｉＣ層の領域において得られるドーピング濃度の非常に正確な制御を可能にする 。この目的は、ボロン原子をドープされた少なくとも１つの領域を有するＳｉＣ の結晶層を作る方法であって、結晶性ＳｉＣの層（１）中へボロンを注入する段 階ａ）、およびＳｉＣ層中に注入されたボロンを電気的に活性化させるためにＳ ｉＣ層を焼鈍するための加熱をおこなう段階ｂ）を有する方法に於いて、段階ｂ ）を実行する前にＳｉＣ層中に存在する炭素の空孔に関して過剰な炭素の割込み を形成するため、前記層に炭素原子を注入する付加の段階ｃ）を有し、前記段階 ｃ）は段階ａ）の前か、あるいは段階ａ）の後か、あるいは段階ａ）と同時に実 行される方法を提供することにより達成される。 この技術は共インプランテーション（co-implantation）と呼んでもよく、こ れは段階ａ）におけるボロンのイオン注入中にＳｉＣ層のボンバードにより既に 作り出されたもののほかに追加の炭素の割込みを生じる。この後、ＳｉＣ層が焼 鈍されると位置の奪い合い（site competition）が生じ、ＳｉＣ層中のＣの過剰 の結果として、注入されたボロン原子の混入（incorporation）は、ボロン原子 がＤセンターを形成するＣの位置よりＳｉの位置でボロンのドープ剤の多くなる 方向に影響される。このように注入されたボロン原子の混入は段階ｃ）において ＳｉＣ層中に注入される炭素原子の量を調節することにより、制御された方法で 影響をうける。このようにボロン原子がＳｉＣ層中で位置すべき所に正確に位置 するようにボロン原子に影響を与えることが可能であり、その結果この層の挙動 が非常によく定められて、これはまたこの層の低いドーピング濃度が要求される 場合、非常に重要である。従って、本発明は条件に合ったドーピング曲線を生成 するため必要なＳｉＣ中のドーピング濃度にわたって正確な制御への更なる段階 を構成する。 ＳｉＣ結晶中のＳｉとＣの位置でのボロンの異なる挙動の存在が研究されてお り、且つフィジカ テクニカ ポルプロヴォドニコフ(Fizika i Tekhnika Polup rovodnokov)、第２９巻、Ｎｏ．２，３７０〜３７７頁においてバランドヴィチ （Ballandovich）により開示されている。２つの異なるセンターが、拡散により ＳｉＣのエピタキシー膜内で結合されるボロンにより形成されることがそこに記 載されている。 更に、２３００度Ｃを越える温度での焼鈍がＤセンターの濃度を減少させると 言われている。しかしながら、このような高い温度における焼鈍は、使用される 装置の品質に関し非常に高い要求を課し、装置を非常に高価にさせる。 キモト、等は雑誌、応用物理、１９９５、第６７巻、Ｎｏ．１６，２３８５〜 ２３８７頁ににおいて、アルミニウムとボロンのドーピング効率がＳｉＣのエピ タキシー中にＣに富んだ条件下でどのように増加するかを記載している。しかし ながら、ドープ剤はここではＣ／Ｓｉ比の制御下でエピタキシー中に入れられる 。これが働く事は、物理評論Ｂ(Physical Review B)，第５３巻、Ｎｏ．８，１ ９９６においても福本により提案されており、ここでＣに富む条件下でＳｉＣの エピタキシーに関してなされた模擬実験が紹介されている。 更に、マルプリ（Mulpuri）等は、雑誌、電子材料、第２５巻、Ｎｏ１，１９ ９６ ７５〜８０頁において、前期層をドーピングするためアルミニウムをＳｉ Ｃ層中に注入する場合、位置の奪い合い（site competition）の概念を使用する 試みを開示している。しかしながら、この位置の奪い合いは全く機能しないこと が分かり、そしてキモト、等はＣに富む条件下でＳｉＣのエピタキシー中、この 事がアルミニウムの混入によりアルミニウムについて得られることを推測したけ れども、結論は、ＣまたはＳｉの共インプランテーションはＳｉＣ中のアクセプ タ活性化の問題を改善しないことであった。 本発明の別の好ましい実施例によれば、段階ｃ）において注入される炭素の量 は、段階ｂ）の焼鈍中にＳｉＣ層の前記領域におけるシリコン原子にあてられた 位置に、段階ａ）において注入されるボロンの大半を向けるように選択される。 このように前記の量を選択することにより、ボロンがＳｉＣ中でＤセンターを形 成するかもしれないという事実は、このように生成されるＳｉＣ層中の前記領域 のドープ剤の挙動について、ほとんど影響を及ぼさない。従って、ＳｉＣ層の前 記領域におけるボロン原子から生じる電荷キァリアの濃度は、ＳｉＣ中に入れら れるボロン原子のドーピング濃度とＳｉ位置の浅いエネルギー準位の電離エネル ギーとに、温度、電圧、等のような他のパラメータを関数として、依存するだけ であると高い確度で言える。これはある条件下でのこのような電荷キァリアの濃 度は、イオン注入する段階ａ）中にＳｉＣ層へ注入されるボロンの適切な量を選 択することにより、正確に制御されることを意味する。 本発明の別の好ましい実施例によれば、注入されるボロン量はＳｉＣ層の前記 領域における前記シリコンの位置に位置ずるボロンの決められた濃度を得るため 段階ａ）中に制御される。ボロンの前記量のこのような制御の利点は上記の記載 から明らかである。 最初に述べた本発明の好ましい実施例の更なる発展である本発明の他の実施例 によれば、ボロンは、前記領域の低い抵抗を得るため、ＳｉＣ中へのボロンの固 溶限度に近い量だけ段階ａ）において注入される。このようにＳｉ位置における ボロン原子の最も高い可能な濃度を可能とし、これにより所定の温度における前 記領域の非常に低い抵抗は、この領域、即ちＳｉＣ層を接触層即ち接点層として 適するものにさせる。 本発明はまたデバイスの請求の範囲による半導体デバイスを含み、且つこのよ うなデバイスの利点は本発明による方法の異なる実施例の上記議論から明白とな る。 更に、本発明の利点と好ましい特徴は次の記述から明らかとなる。 図面の簡単な説明 添付の図面を参照して、以下に例として引用した本発明の好ましい実施例の詳 細な記述が続く。 図面において、 第１図はＳｉＣの整流ダイオードの形での半導体パワー・デバイスを図式的に 示し、これは本発明の好ましい実施例による方法を利用して生産されている。 本発明の好ましい実施例の詳細な説明 図１は本発明が適用されるデバイスの非制限的な例として、ＳｉＣの３つの半 導体の層を有する半導体ダイオード、即ち第一の高度にドープしたｐ型の層１， 第２の軽くドープしたｎ型の層２および第３の高度にドープしたｎ型の層３を例 示する。この３つの層は、記載された順序に重なっている。このデバイスはまた 前記第一の層の頂部に配備され、ダイオードの陽極を形成する抵抗性の金属接点 ４および前記第３の半導体層と接触して配備され、ダイオードの陰極を形成する 第２の抵抗性の金属接点５を有する。不働熊化層は本発明とは関係ないので、省 略される。このタイプのデバイスは既知の成長およびエッチング技術により生産 されてもよい。 しかしながら、この場合第一のｐ型層は本発明の好ましい実施例による方法を 実行することにより作られている。まず第一に、これらの異なる層は既知の方法 、好ましくは化学気相成長法（ＣＶＤ）によりエピタキシー成長される。この後 ボロン原子はイオン化され、ＳｉＣの頂部表面をおおうマスクに対応して型作り 、即ちパターン化（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）により作り出されるＳｉＣ結晶の表 面に向かって３０ｋｅＶを越える加速エネルギーを使って加速される。注入され るボロン量は１・１０¹⁴ｃｍ^-2の範囲内である。それから炭素原子もまた層１中 へ注入され、その結果炭素侵入型が、層１において存在する炭素の空孔に関して 過剰に形成される。この後、ＳｉＣ結晶はこの中に注入されたボロン原子を電気 的に活性化するための、層１の焼鈍のため加熱され、それからボロン原子は異な るＳｉとＣの空孔についてＳｉ割込みおよびＣ割込みと競り合う。前記炭素の過 剰のため、活性化されたボロン原子の大部分は焼鈍段階の後Ｓｉの位置に見られ 、即ちこれらが浅いエネルギー準位を形成し、その結果層１内にこうして得られ るドーピング濃度は或る温度をこえて顕著に活性となる。この様に非常によく定 められたドーピング濃度が前記第１の層内に形成され、そしてこの場合このドー ピング濃度はＳｉＣ中のボロンの固溶限度に非常に近くなり、接点層即ち接触層 と して適切とされる前記層１の低い抵抗を生じる。 勿論、本発明は前述の好ましい実施例にいずれにしても限定されないが、多く のこの修正の可能性は当技術において普通の技術をもつ者にとって明白となる。 本発明による方法がダイオードを生産するプロセスの一部としてどのように使 われるかを示したが、本発明による方法はＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ，サイリスタ 、等のようなあらゆる種類の半導体デバイスの生産に使用してもよい。 本発明による方法は、既に生産された結晶性ＳｉＣの層から始まるボロン原子 でドープされた少なくとも１つの領域を有するＳｉＣの結晶層を生産することに のみ使用されることが指摘される。勿論、結晶性ＳｉＣのこの層は幾らかの避け られないドープ剤と不純物を有するが、これは請求の範囲には記載されていない 。 全体のＳｉＣ層をまたはその一部の領域のみをボロン原子でドープすることは 可能である。 このデバイスの生産のため本発明による方法が使用されるすべての半導体層は 、ＳｉＣから作られる必要はないが、例えばこのデバイスはいわゆるヘテロ接合 （hetero‐junction）を有するデバイスであってもよい。 この定められた層は広く解釈されるべきであり、あらゆるタイプの容積部と形 状を含む。 結晶性という語は広い領域にわたる３次元の格子の十分な規則制を意味し、即 ち典型的には多結晶組織は除外される。 ボロン原子と炭素原子の注入の段階は任意の順番に、且つこれを可能にするど んな装置も利用できれば、同時にさえも実行してもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ボロン原子をドープされた少なくとも１つの領域を有するＳｉＣの結晶層 を作る方法であって、結晶性ＳｉＣの層（１）中へボロンを注入する段階ａ）、 およびＳｉＣ層中に注入されたボロンを電気的に活性化させるためにＳｉＣ層を 焼鈍するための加熱をおこなう段階ｂ）を有する方法に於いて、 段階ｂ）を実行する前にＳｉＣ層中に存在する炭素の空孔に関して過剰に炭素 割込みを形成するため、該層（１）に炭素原子を注入する段階ｃ）を有し、該段 階ｃ）は、段階ａ）の前に実行される、あるいは段階ａ）の後に実行される、あ るいは段階ａ）と同時に実行されることを特徴とする上記方法。 ２．請求項１による方法に於いて、段階ｃ）において注入される炭素の量は、 段階ｂ）の焼鈍中に、ＳｉＣ層の領域におけるシリコン原子のための位置へ段階 ａ）において注入されるボロンの大部分を向けるように選択されることを特徴と する上記方法。 ３．請求項２による方法に於いて、注入されるボロンの量は、ＳｉＣ層の領域 における該シリコンの位置に位置するボロンの所定の濃度を得るため、段階ａ） 中に制御されることを特徴とする上記方法。 ４．請求項２または請求項３による方法に於いて、ボロンは、ＳｉＣ領域の低 い抵抗を得るためＳｉＣ中のボロンの固溶限度に近い量において、段階ａ）中に 注入されることを特徴とする上記方法。 ５．ＳｉＣの少なくとも１つの層を有する半導体デバイスに於いて、該層が請 求項１から４のいずれかによる方法を実行する間に作られることを特徴とする上 記方法。