JP7058337B2 - Al/Be共注入により炭化ケイ素をp型ドーピングする方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭化ケイ素(SiC)層をp型ドーピングする方法に関し、特に、p型領域における自由正孔濃度を高めることが可能な方法、および、p型領域における自由正孔濃度が高いp型ドーピングされた炭化ケイ素層に関する。
炭化ケイ素(SiC)は、ハイパワー電子デバイスの魅力的な半導体材料である。熱拡散によるSiCへのドーパントの導入は、SiCにおける関連ドーパントの拡散係数が比較的低いので、阻害される。そのため、SiCにp/n型領域を生成するための一般的な技術は高エネルギイオン注入である。イオン注入中、ドーパント原子がイオン化され、半導体基板に向けて加速されて導かれる。ここで、ドーパント原子は、基板原子と衝突して徐々にエネルギを失い、最終的には基板内部のある深さで停止する。
本発明は上記先行技術に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、注入されたドーパントの電気的活性化率を高めることによりp型領域の自由正孔濃度を高める炭化ケイ素(SiC)のp型ドーピングの方法を提供すること、および、室温でのp型領域の自由正孔濃度が高められたp型ドーピング炭化ケイ素を提供することである。
本発明に係る方法のある具体例としての実施形態において、第1の注入ステップと第2の注入ステップとの間の期間中、炭化ケイ素層の温度は、1200℃よりも低い温度、典型的には1000℃よりも低い温度、典型的には900℃よりも低い温度、より典型的には700℃よりも低い温度に保たれる。
本発明に係る装置のある具体例としての実施形態において、p型領域におけるアルミニウムの濃度は1×1018cm-3よりも高い(すなわち[Al]>1×1018cm-3)。
本発明に係る装置のある具体例としての実施形態において、以下の不等式、0.1<p/([Al]+[Be])<1、典型的には0.2<p/([Al]+[Be])<1が成立し、[Al]はp型領域におけるアルミニウム原子の濃度であり、[Be]はp型領域におけるベリリウム原子の濃度であり、pはp型領域における自由正孔の濃度である。
以下、本発明の具体例としての実施形態に係る、炭化ケイ素層のp型ドーピングの方法を説明する。図1Aおよび図1Bを参照する。
2 炭化ケイ素基板
3 第1の主面
4 第2の主面
5 イオンビーム遮断層
6 予め選択された領域
6’ p型領域
7Al 第1の注入ステップのイオンビーム
7Be 第2の注入ステップのイオンビーム
8 カソード
9 アノード
10 パッシベーション層
DAl,i i回目のAl注入の注入ドーズ量
EAl,i i回目のAl注入の注入エネルギ
DBe,j j回目のBe注入の注入ドーズ量
EBe,j j回目のBe注入の注入エネルギ
DAl,tot 総Al注入ドーズ量(すべてのAl注入のドーズ量の合計)
DBe,tot 総Be注入ドーズ量(すべてのBe注入のドーズ量の合計)
[Al] 注入されたAl原子の濃度
[Be] 注入されたBe原子の濃度
[N] N原子の濃度
p 自由正孔の濃度
Claims (13)
- 炭化ケイ素層(1)をp型ドーピングする方法であって、前記方法は、
前記炭化ケイ素層(1)を準備するステップと、
前記炭化ケイ素層(1)の予め選択された領域(6)に、アルミニウム(Al)ドーパントをイオン注入(7Al)によって注入する第1の注入ステップと、
前記第1の注入ステップの後に、前記炭化ケイ素層(1)をアニーリングするアニーリングステップと、
前記アニーリングステップの前に、前記予め選択された領域(6)に、ベリリウム(Be)ドーパントをイオン注入(7Be)によって注入する第2の注入ステップとを含み、
前記第1の注入ステップにおける総アルミニウム(Al)ドーズ量(DAl,tot)と前記第2の注入ステップにおける総ベリリウム(Be)ドーズ量(DBe,tot)との比率DAl,tot/DBe,totが、0.1~10の範囲内であり、
前記第1の注入ステップおよび前記第2の注入ステップは、注入された前記アルミニウムドーパントの分布が、注入された前記ベリリウムドーパントの分布に実質的に重なるように実行されることを特徴とする、方法。 - 前記第1の注入ステップと前記第2の注入ステップとの間の期間中、前記炭化ケイ素層(1)の温度は、1200℃よりも低い温度に保たれる、請求項1に記載の方法。
- 前記アニーリングステップにおけるアニーリング温度は、1500℃よりも高い、請求項1または2に記載の方法。
- 前記アニーリングステップにおける前記アニーリング温度は、1800℃よりも低い、請求項3に記載の方法。
- 前記炭化ケイ素層(1)の少なくとも前記予め選択された領域(6)は、窒素原子(N)を、1016cm-3以上の濃度[N]で含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の注入ステップは前記第2の注入ステップよりも前に実行される、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の注入ステップにおける総アルミニウム(Al)注入ドーズ量(DAl,tot)は、5×1013cm-2以上である、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の注入ステップにおける総アルミニウム(Al)注入ドーズ量(DAl,tot)は、5×1015cm-2未満である、請求項7に記載の方法。
- 前記アニーリングステップ後の前記予め選択された領域(6)における自由正孔のシート濃度と、ベリリウムの総ドーズ量(DBe,tot)とアルミニウムの総ドーズ量(DAl、tot)との合計である総ドーズ量との間の比率として計算される、室温での活性化率は、20%よりも高い、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
- p型領域(6’)を含む炭化ケイ素層(1)であって、以下の不等式
0.1<[Al]/[Be]<10
0.1<p/([Al]+[Be])<1
が成立し、[Al]は前記p型領域(6’)におけるアルミニウム(Al)原子の濃度であり、[Be]は前記p型領域(6’)におけるベリリウム(Be)原子の濃度であり、pは前記p型領域(6’)における自由正孔の濃度である、炭化ケイ素層(1)。 - [Al]>1×1018cm-3である、請求項10に記載の炭化ケイ素層(1)。
- 前記p型領域(6’)における窒素原子の濃度[N]は、1×1016cm-3以上である、請求項10または11に記載の炭化ケイ素層(1)。
- 室温において前記p型領域(6’)における自由正孔の濃度pは、1×1018cm-3よりも高い、請求項10~12のいずれか1項に記載の炭化ケイ素層(1)。
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