JP5964829B2 - 表面パッシベーションのための半導体レッジ層を有する電子デバイス構造 - Google Patents
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Description
[0011]本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす、添付図面は、本開示のさまざまな態様を例示しており、また説明と併せて、本開示の原理を説明するのに役立つ。
QLEDGE=q・tLEDGE・NLEDGE
と定義することができ、
ただし式中、qは、1つの電子/正孔の電子電荷の大きさであり、tLEDGEは、半導体レッジ層50の厚さであり、NLEDGEは、半導体レッジ層50のドーピングレベルである。次いで、半導体レッジ層50の厚さ(tLEDGE)および半導体レッジ層50のドーピングレベル(NLEDGE)が、
QLEDGE=q・tLEDGE・NLEDGE≒QINTERFACE,
となるように最適化することができ、
ただし式中、QINTERFACEは、界面電荷である。界面電荷(QINTERFACE)は、例えば、シミュレーションまたは実験などの好適な技術を使用して決定することができる。一実施形態では、半導体レッジ層50のドーピングレベル(NLEDGE)は、1cm3当たりのキャリア数、約5×1015から1×1017個までの範囲内であり、半導体レッジ層50の厚さ(tLEDGE)は、約1000から3000オングストロームまでの範囲内である。対照的に、一実施形態では、N型ベース層38は、1cm3当たりの電子数、約1×1017から1×1018個までの範囲内のドーピングレベル、および約0.5から5マイクロメートルまでの範囲内の厚さを有する。しかし、その厚さに対して、N型ベース層38の厚さは反比例することに留意されたい。例えば、N型ベース層38は、1cm3当たりの電子数1×1017個のドーピングレベルに対して5マイクロメートルの厚さ、または1cm3当たりの電子数1×1018個のドーピングレベルに対して0.5マイクロメートルの厚さを有することができる。
QLEDGE=q・tLEDGE・NLEDGE
と定義することができ、
ただし式中、qは、1つの電子/正孔の電子電荷の大きさであり、tLEDGEは、半導体レッジ層68の厚さであり、NLEDGEは、半導体レッジ層68のドーピングレベルである。次いで、半導体レッジ層68の厚さ(tLEDGE)および半導体レッジ層68のドーピングレベル(NLEDGE)が、
QLEDGE=q・tLEDGE・NLEDGE≒QINTERFACE,
となるように最適化することができ、
ただし式中、QINTERFACEは、界面電荷である。界面電荷(QINTERFACE)は、例えば、シミュレーションまたは実験などの好適な技術を使用して決定することができる。一実施形態では、半導体レッジ層68のドーピングレベル(NLEDGE)は、1cm3当たりのキャリア数、約5×1015から1×1017個までの範囲内であり、半導体レッジ層68の厚さ(tLEDGE)は、約1000から3000オングストロームまでの範囲内である。対照的に、一実施形態では、P型ベース層60は、1cm3当たりの正孔数、約1×1017から1×1018個までの範囲内のドーピングレベル、および約0.5から5マイクロメートルまでの範囲内の厚さを有する。
Claims (31)
- 複数の半導体層を備え、前記複数の半導体層が、
電子デバイスの第1の接触領域を形成する高濃度にドーピングされたウェルを備える第1のドーピング型のベース層、および
電子デバイスの第2の接触領域を形成し、前記第1のドーピング型と反対である第2のドーピング型である、前記ベース層上の1つまたは複数の接触層を備える構造と、
前記ベース層の前記表面における界面電荷を不動態化する前記ベース層及び前記第2の接触領域の直上の半導体レッジ層と
を備え、前記半導体レッジ層は前記ベース層の前記表面上の高濃度にドーピングされた半導体レッジ層であり、前記高濃度にドーピングされた半導体レッジ層は前記第1のドーピング型である電子デバイス。 - 前記高濃度にドーピングされた半導体レッジ層は、1立方センチメートル(cm3)当たりのキャリア数、約1×1018個以上である前記ドーピングレベルを有する請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記ベース層は、1cm3当たりのキャリア数、約1×1017から1×1018個までの範囲内にあるドーピングレベルを有する請求項2に記載の電子デバイス。
- 前記高濃度にドーピングされた半導体レッジ層のドーピングレベルは、前記高濃度にドーピングされた半導体レッジ層から前記ベース層までのドーピング勾配が、前記ベース層内に注入された電荷キャリアを前記ベース層の前記表面における前記界面電荷から遠ざける反発力を生じる電界を発生するように前記ベース層のドーピングレベルより大きい請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記ドーピング勾配は、1cm当たり約1×105から1×108立方セントメートル(cm3)までの範囲内にある請求項4に記載の電子デバイス。
- 前記複数の半導体層は、前記ベース層が形成される1つまたは複数の半導体層をさらに備え、前記1つまたは複数の半導体層の底面は、前記電子デバイスの第3の接触領域を形成する請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記電子デバイスは、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)であり、前記第1の接触領域は、前記GTOのゲートであり、前記第2の接触領域は、前記GTOのアノードであり、前記第3の接触領域は、前記GTOのカソードである請求項6に記載の電子デバイス。
- 前記電子デバイスは、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)であり、前記第1の接触領域は、前記BJTのベースであり、前記第2の接触領域は、前記BJTのエミッタであり、前記第3の接触領域は、前記BJTのコレクタである請求項6に記載の電子デバイス。
- 前記電子デバイスは、MOS制御サイリスタ(MCT)である請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記界面電荷は、前記1つまたは複数の接触層のエッチングを行って前記第2の接触領域を形成する結果生じる前記ベース層の少なくとも前記表面上の結晶損傷によって引き起こされる請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記複数の半導体層および前記半導体レッジ層は、炭化ケイ素(SiC)から形成される請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記複数の半導体層および前記半導体レッジ層は、エピタキシャル成長半導体層である請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記半導体レッジ層は、ほぼ前記1つ又は複数の接触層まで薄くされる、請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記1又は複数の接触層の隣接端における前記半導体レッジ層の厚さは、実質的にゼロである、請求項13に記載の電子デバイス。
- 電子デバイスを作製する方法であって、
複数の半導体層を備える構造を設けるステップであって、前記複数の半導体層は第1のドーピング型のベース層と前記ベース層上の1つまたは複数の接触層とを備え、前記1つまたは複数の接触層は前記第1のドーピング型と反対の第2のドーピング型である、ステップと、
前記1つまたは複数の接触層をエッチングして前記電子デバイスの第1の接触領域を形成するステップと、
前記ベース層内に高濃度にドーピングされたウェルを設けて前記電子デバイスの第2の接触領域を形成するステップと、
前記ベース層及び前記第1の接触領域の表面の直上に半導体レッジ層を設けるステップとを含み、前記半導体レッジ層は前記ベース層の前記表面における界面電荷を不動態化し、前記ベース層の前記表面上の高濃度にドーピングされた半導体レッジ層であり、前記第1のドーピング型である方法。 - 前記高濃度にドーピングされた半導体レッジ層は、1立方センチメートル(cm3)当たりのキャリア数、約1×1018個以上であるドーピングレベルを有する請求項15に記載の方法。
- 前記ベース層は、1cm3当たりのキャリア数、約1×1017から1×1018個までの範囲内にあるドーピングレベルを有する請求項16に記載の方法。
- 前記高濃度にドーピングされた半導体レッジ層のドーピングレベルは、前記高濃度にドーピングされた半導体レッジ層から前記ベース層までのドーピング勾配が、前記ベース層内に注入された電荷キャリアを前記ベース層の前記表面における前記界面電荷から遠ざける反発力を生じる電界を発生するように前記ベース層のドーピングレベルより大きい請求項15に記載の方法。
- 前記ドーピング勾配は、1cm当たり約1×105から1×108立方セントメートル(cm3)までの範囲内にある請求項18に記載の方法。
- 前記複数の半導体層は、前記ベース層の前記表面に隣接する前記1つまたは複数の接触層の側壁表面に対応する平面上の熱酸化率が前記ベース層の前記表面に対応する平面上の熱酸化率に比べて実質的に大きい半導体材料から形成され、前記半導体レッジ層を形成するステップは、
前記1つまたは複数の接触層の前記側壁表面および前記ベース層の前記表面の上に前記第1のドーピング型である前記半導体材料の高濃度にドーピングされた層をエピタキシャル成長させるステップと、
熱酸化プロセスを実行して、酸化物を前記高濃度にドーピングされた層の上に、前記1つまたは複数の接触層の前記側壁表面上にある前記高濃度にドーピングされた層の一部が前記熱酸化プロセスにおいて犠牲にされ、前記熱酸化プロセスの実行後に前記ベース層の前記表面上に残る前記高濃度にドーピングされた層の一部が前記高濃度にドーピングされた半導体レッジ層を形成するように成長させるステップとを含む請求項15に記載の方法。 - 前記熱酸化プロセスを実行するステップは、前記1つまたは複数の接触層の前記側壁表面の上に成長させた前記酸化物の一部が前記熱酸化プロセスを実行する前の前記高濃度にドーピングされた層の厚さの2倍におおよそ等しくなるまで前記熱酸化プロセスを実行し続けるステップを含む請求項20に記載の方法。
- 前記ベース層の前記表面に隣接する前記1つまたは複数の接触層の前記側壁表面に対応する前記平面上の前記熱酸化率は、前記ベース層の前記表面に対応する前記平面上の前記熱酸化率に比べて少なくとも約4倍大きい請求項20に記載の方法。
- 前記半導体材料は、炭化ケイ素(SiC)である請求項20に記載の方法。
- 前記複数の半導体層は、前記ベース層が形成される1つまたは複数の半導体層をさらに備え、前記1つまたは複数の半導体層の底面は、前記電子デバイスの第3の接触領域を形成する請求項15に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)であり、前記第1の接触領域は、前記GTOのアノードであり、前記第2の接触領域は、前記GTOのゲートであり、前記第3の接触領域は、前記GTOのカソードである請求項24に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)であり、前記第1の接触領域は、前記BJTのエミッタであり、前記第2の接触領域は、前記BJTのベースであり、前記第3の接触領域は、前記BJTのコレクタである請求項24に記載の方法。
- 前記電子デバイスは、MOS制御サイリスタ(MCT)である請求項15に記載の方法。
- 前記界面電荷は、前記1つまたは複数の接触層のエッチングを行って前記第1の接触領域を形成する結果生じる前記ベース層の少なくとも前記表面上の結晶損傷によって引き起こされる請求項15に記載の方法。
- 前記複数の半導体層および前記半導体レッジ層は、エピタキシャル成長半導体層である請求項15に記載の方法。
- 前記半導体レッジ層は、ほぼ前記1又は複数の接触層まで薄くされる、請求項15に記載の方法。
- 前記1又は複数の接触層の隣接端における前記半導体レッジ層の厚さは、実質的にゼロである、請求項30に記載の方法。
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