(57)【要約】  炭化ケイ素層をｐ型ドーピングする方法が提供される。この方法は、炭化ケイ素層（１）を準備するステップと、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によって注入する第１の注入ステップと、第１の注入ステップの後に炭化ケイ素層（１）をアニーリングするアニーリングステップとを含み、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によって注入する第２の注入ステップを、アニーリングステップよりも前に実行することを特徴とする。好都合なことに、この方法は、注入されたドーパントの電気的活性化を改善することにより、室温での自由正孔濃度（ｐ）を高める。
2021509230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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または０．３〜３の範囲内、または０．５〜２の範囲内であることを特徴とする、方法。
【請求項２】
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、または１０００℃よりも低い温度、または９００℃よりも低い温度に保たれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
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、または１６００℃よりも高い、または１６５０℃よりも高い、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
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、または１７５０℃よりも低い、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
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以上または１０１８ｃｍ−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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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以上または１×１０１４ｃｍ−２以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
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未満または２×１０１５ｃｍ−２未満である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
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、または３０％よりも高い、または４０％よりも高い、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
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、または
０．３＜［Ａｌ］／［Ｂｅ］＜３、または
０．５＜［Ａｌ］／［Ｂｅ］＜２
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）原子の濃度である、炭化ケイ素層（１）。
【請求項１１】
［Ａｌ］＞１×１０１８ｃｍ−３である、請求項１０に記載の炭化ケイ素層（１）。
【請求項１２】
前記ｐ型領域（６’）における窒素原子の濃度［Ｎ］は、１×１０１６ｃｍ−３以上であり、典型的には１×１０１８ｃｍ−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）。
【請求項１３】
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]は前記ｐ型領域（６’）におけるアルミニウム原子の濃度であり、［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、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の炭化ケイ素層（１）。
【請求項１４】
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、または１×１０１９ｃｍ−３よりも高い、または２×１０１９ｃｍ−３よりも高い、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素層（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
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。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
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。
【０００３】
このプロセス中に、ドーパント原子が基板原子と衝突するので、特に注入ドーズ量が多く注入エネルギが高い場合、基板の結晶格子内に欠陥が導入される。したがって、より高い温度でドーパントを注入し（高温注入）、注入後に熱処理（熱アニーリング）を行うことにより、注入により生じる損傷を減じる必要がある。また、これらの処理は、ドーパントを、ドーパントが電気的に活性化すると予想される場所である、結晶格子内の置換位置に置く。
【０００４】
ＳｉＣにｐ型領域を形成するためには、一般的にアルミニウム（Ａｌ）イオンまたはホウ素（Ｂ）イオンの注入が使用される。Ａｌは、他のアクセプタよりもイオン化エネルギが小さいので、ｐ型ドーピングには魅力的である。しかしながら、ＳｉＣにおけるＡｌの電気的活性化率はかなり低い。典型的には、室温で、ドーピングレベルに応じた、注入されたＡｌの濃度のわずか１〜３％しか電気的に寄与しない。このＡｌアクセプタの活性化率の低さにはいくつかの理由があるであろう。これらの理由は、Ａｌアクセプタ注入と注入中に形成されるＣまたはＳｉの空格子点との間における錯体の形成および／または結果として中性もしくはドナーの挙動を生じさせるアニーリングプロセス、電気的に不活性な格子間部位にあるＡｌアクセプタ注入物、格子損傷、または、熱的に安定した深いドナー欠陥の存在を含む。たとえば、ＳｉＣにおける炭素空格子点は単一ドナー挙動を有すると報告されている。
【０００５】
その結果、しかるべき自由正孔濃度を得るためには大量のＡｌを注入しなければならない。そうするにはドーズ量が非常に多くなければならず、そうすると、格子損傷がさらに増すことになる。このような格子損傷を緩和するためには、典型的には１８００℃を超える比較的高いアニーリング温度が必要であるが、そうするとさらに有害な影響が生じる。また、ＳｉＣに固有の溶解度の限界のため、当然、ＳｉＣに注入できるＡｌイオンの量には限界がある。このため、Ａｌ注入によって高い自由正孔濃度（低いシート抵抗）を有するｐ型ＳｉＣ領域を生成する能力は大きく制限される。
【０００６】
先行技術ではこの限界を克服するためにいくつかの代替のドーピング手法が研究されてきた。
【０００７】
Ramungul et al.の論文「6H-SiC P+N Junctions Fabricated by Beryllium Implantation」IEEE Transactions on Electron Devices, Vol 46, No. 3, March 1999から、注入された炭化ケイ素（ＳｉＣ）のｐ＋ｎ接合のための代替ｐ型ドーパントとしてのベリリウム（Ｂｅ）が、ホウ素（Ｂ）が注入されたｐ＋ｎ接合と比較して、順方向特性の改善をもたらすことができ、その一方で、より高い逆方向リークを示すことがわかる。
【０００８】
Krieger et al.の論文「Beryllium-Related Defect Centers in 4H-SiC」Materials Science Forum, Vols. 353-356 (2001) pp. 467-470から、アルミニウムが低濃度（［Ａｌ］＝８．５×１０１５ｃｍ−３）でドーピングされたｐ型４Ｈ−ＳｉＣエピ層に注入されたベリリウム（Ｂｅ）は、抵抗率が低いｐ型ＳｉＣ基板の生成には適しておらず、特にその理由は、Ｂｅ原子の外部拡散が著しく、結果として４Ｈ−ＳｉＣには浅いＢｅ関連アクセプタを形成できないことであることが、わかる。
【０００９】
ＵＳ５７１００５９Ａから知られている半導体装置の製造方法は、少なくとも２種類の元素の第１導電型不純物ドーパントを、逆の第２導電型にドーピングされた半導体層に注入するステップを含み、その後、この半導体層を、上記元素のうちの一方が低速で半導体層に拡散し他方が高速で半導体層に拡散する高い温度で、アニーリングする。
【００１０】
Mulpuri V. Rao et al.の論文「Al, Al/C and Al/Si Implantations in 6H-SiC」Journal of Electronic Materials, Vol. 25., No. 1, 1996から、ＳｉＣにおけるＡｌ注入物の電気的活性化を炭素（Ｃ）を共注入（co-implantation）することによって改善する試みが知られている。Ａｌは、ＳｉＣ内のＳｉ格子位置を占有するので、Ｃを共注入することによってＳｉ格子位置により多くの空格子点が発生すると考えられ、そこにＡｌ注入物が移動して電気的に活性化することにより、Ａｌ錯体の形成も減じることができる。さらに、Ｓｉの共注入を行うことにより、炭素空格子点でのＡｌの錯体化または炭素空格子点自体が活性化率の低さの原因であるか否かが確認された。この研究は、炭素（Ｃ）の共注入を伴うアルミニウム（Ａｌ）注入も、ケイ素（Ｓｉ）の共注入を伴うアルミニウム（Ａｌ）注入も、ＳｉＣにおけるＡｌ活性化の改善にはつながらず、むしろ、より多くの格子損傷を導入し、結果として抵抗が高い層になったことを示した。
【００１１】
このように、当該技術では、室温で高い自由正孔濃度（低抵抗率）を提供するｐ型ＳｉＣ基板を生成する効果的な方法が、依然として必要とされている。これを実現するためには、注入されたドーパントの電気的活性化率を高める方法が必要である。さらに、より少ない注入ドーズ量およびより低いアニーリング温度でより高い自由正孔濃度を提供する方法が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
発明の概要
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、炭化ケイ素層のｐ型ドーピングの方法によって達成され、この方法は、炭化ケイ素層を準備するステップと、炭化ケイ素層の予め選択された領域に、Ａｌをイオン注入によって注入する第１の注入ステップと、第１の注入ステップの後に炭化ケイ素層をアニーリングするアニーリングステップと、アニーリングステップの前に、予め選択された領域に、Ｂｅをイオン注入によって注入する第２の注入ステップとを含み、ＡｌおよびＢｅが共注入された領域において、第１の注入ステップにおける総Ａｌドーズ量ＤＡｌ，ｔｏｔと第２の注入ステップにおける総Ｂｅドーズ量ＤＢｅ，ｔｏｔとの比率ＤＡｌ，ｔｏｔ／ＤＢｅ，ｔｏｔが、０．１〜１０、典型的には０．３〜３の範囲内、より典型的には０．５〜２の範囲内である。
【００１４】
本発明の発明者らは、アニーリングステップの実行前にＡｌドーパントとＢｅドーパントとの両方を注入することにより、注入されたドーパントの電気的活性化率を、１つの注入ステップの直後にアニーリングステップを実行する先行技術の方法と比較して、高めることができることを見出した。したがって、室温でより高い自由正孔濃度が得られる。この効果は、Ａｌ−Ｃ−Ｂｅ錯体の形成が増加することによる。これらの錯体は、価電子帯端ＥｖでＡｌ錯体（Ｅｖ＋０．２２ｅＶ）またはＢｅ錯体（Ｅｖ＋０．２３ｅＶ）よりも浅く（Ｅｖ＋０．０５ｅＶ）、Ａｌ錯体またはＢｅ錯体の形成は、アニーリングが各注入ステップ後に実行された場合に促進される。また、総ドーズ量の比率がこの範囲内である場合、より優れた結果を得ることが可能であることも見出された。比率が１に近いことが有益であろう。ほぼ同じ量のＡｌおよびＢｅを与えた場合、より多くの有益なＡｌ−Ｃ−Ｂｅ錯体を形成できる。一方、過度のＡｌ（またはＢｅ）が注入されると、より多くのＡｌ錯体（Ｂｅ錯体）が形成される。
【００１５】
本発明のさらに他の発展形は従属請求項に示される。
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。
【００１６】
この範囲の温度は、ＳｉＣにおけるドーパントの電気的活性化に使用される典型的なアニーリング温度よりも大幅に低い。２つの注入ステップの双方が実行されるまで温度をこのような典型的なアニーリング温度よりも大幅に低い温度に保つことにより、有益なＡｌ−Ｃ−Ｂｅ錯体の形成が促進され、それほど有益ではないＡｌ錯体およびＢｅ錯体の形成は減じられる。
【００１７】
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、アニーリングステップにおけるアニーリング温度は、１５００℃よりも高く、典型的には１６００℃よりも高く、より典型的には１６５０℃よりも高い。
【００１８】
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、アニーリングステップにおける上記アニーリング温度は、１８００℃よりも低く、典型的には１７５０℃よりも低い。
【００１９】
この範囲内のアニーリング温度は、注入損傷を修復し注入されたドーパントを電気的に活性化するのに好都合である。
【００２０】
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、炭化ケイ素層の少なくとも予め選択された領域は、窒素原子を、１０１６ｃｍ−３以上、典型的には１０１８ｃｍ−３以上の濃度［Ｎ］で含む。
【００２１】
炭化ケイ素層に窒素原子が存在する場合、さらにＡｌ−Ｎ−Ａｌ錯体（Ｅｖ＋０．１１ｅＶ）、Ｂｅ−Ｎ−Ｂｅ錯体（Ｅｖ＋０．０５ｅＶ）およびＡｌ−Ｎ−Ｂｅ錯体（Ｅｖ＋０．０９）が形成される可能性がある。これらはすべて、Ａｌ錯体（Ｅｖ＋０．２２ｅＶ）またはＢｅ錯体（Ｅｖ＋０．２３ｅＶ）よりも浅いので、室温における自由正孔濃度を高めるのに有益である。窒素濃度が高いほど、より多くの窒素錯体が形成される可能性がある。
【００２２】
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の注入ステップは第２の注入ステップよりも前に実行される。
【００２３】
最初にＡｌイオンを注入すると、ＡｌイオンはＢｅよりも原子質量が大きいので、より多くの空格子点部位が発生する。これらの空格子点部位は、不動で電気的に不活性のクラスタの形成の原因となる格子間原子を吸収できる。これらの格子間原子を少なくすることにより、ドーパントを電気的に活性化し易くすることができる。
【００２４】
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の注入ステップにおける総Ａｌ注入ドーズ量は、５×１０１３ｃｍ−２以上、典型的には１×１０１４ｃｍ−２以上である。
【００２５】
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の注入ステップにおける総Ａｌ注入ドーズ量は、５×１０１５ｃｍ−２未満、典型的には２×１０１５ｃｍ−２未満である。
【００２６】
本発明に係る方法は、ドーパントの電気的活性化を増すことにより、所定の注入ドーズ量に対し、より高い自由正孔濃度をもたらす。したがって、先行技術の方法と同じ自由正孔濃度を得るにはより少ない注入ドーズ量で充分である。好都合なことに、注入ドーズ量が少ないので、結晶格子に発生する注入損傷も少なくなる。
【００２７】
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、アニーリングステップ後の予め選択された領域における自由正孔のシート濃度と、Ｂｅの総ドーズ量とＡｌの総ドーズ量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％よりも高く、典型的には３０％よりも高く、より典型的には４０％よりも高い。
【００２８】
本発明に従うと、この方法は、先行技術よりも高い電気的活性化率をもたらすことを特徴とする。
【００２９】
上記目的は、ｐ型領域を含む炭化ケイ素層によっても達成され、以下の不等式、すなわち、０．１＜［Ａｌ］／［Ｂｅ］＜１０、典型的には０．３＜［Ａｌ］／［Ｂｅ］＜３、より典型的には０．５＜［Ａｌ］／［Ｂｅ］＜２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る。
【００３０】
本発明に係るｐ型ドープの炭化ケイ素層は、ｐ型領域における注入されたＡｌの濃度および注入されたＢｅの濃度が同等の大きさ以内、典型的にはほぼ同じであることを特徴とする。これが実現されると、先行技術と比較して室温での自由正孔濃度は高まる。
【００３１】
本発明のさらに他の発展形は従属請求項に示される。
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）。
【００３２】
Ａｌ濃度が高いほど、より多くのＡｌ−Ｃ−Ｂｅを形成することができ、室温での自由正孔の濃度がより高くなる。高いＡｌ濃度と高いＢｅ濃度との組み合わせは、本発明に係る高濃度でドープされたｐ型領域の特徴である。
【００３３】
本発明に係る装置のある具体的例としての実施形態において、ｐ型領域における窒素原子の濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以上、典型的には１×１０１８ｃｍ−３以上である。
【００３４】
ｐ型領域に窒素が存在することにより、浅い窒素錯体を形成することができる。
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、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。
【００３５】
本発明に係るｐ型ドープの炭化ケイ素層は、より多くの注入ドーパントが室温での自由正孔濃度に寄与することを特徴とする。
【００３６】
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、室温においてｐ型領域における自由正孔の濃度は、１×１０１８ｃｍ−３よりも高く、典型的には１×１０１９ｃｍ−３よりも高く、より典型的には２×１０１９ｃｍ−３よりも高い。
【００３７】
本発明に係るｐ型ドープの炭化ケイ素層は、先行技術よりも高い自由正孔濃度の実現を容易にすることを特徴とする。
【００３８】
以下、本発明の詳細な実施形態を添付の図面および表を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明に係る、ＳｉＣ層のｐ型ドーピングの方法の第１の注入ステップを示す図である。
【図１Ｂ】本発明に係る、ＳｉＣ層のｐ型ドーピングの方法の第２の注入ステップを示す図である。表１は、本方法に係る具体例としてのドーズ量およびエネルギを示す。
【図２】本方法に係る具体例としての注入プロファイルを示す図である。
【図３】本発明に係るｐ型ＳｉＣ層が使用されている半導体装置の具体例としての実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図面で使用されている参照符号およびそれらの意味は、参照符号のリストにまとめた通りである。概して、明細書を通して同様の要素は同様の参照符号を有している。記載される実施形態は例示を意図しており本発明の範囲を限定するものであってはならない。
【００４１】
好ましい実施形態の詳細な説明
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。
【００４２】
第１のステップにおいて、炭化ケイ素（ＳｉＣ）層１を準備する。ＳｉＣ層１は、基板２上に形成されてもよく、第１の主面３と第１の主面３の反対側の第２の主面４とを有する。第１の主面３の一部を露出させるイオンビーム遮断マスク５をＳｉＣ層１上に形成してもよい。ＳｉＣ層１のＳｉＣは、たとえば４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣまたは３Ｃ−ＳｉＣ等の任意のポリタイプのＳｉＣであってもよい。基板２はＳｉＣ基板であってもよい。ある実施形態において、ＳｉＣ層１はｎ型であり窒素（Ｎ）がドーピングされる。
【００４３】
第１の注入ステップ（図１Ａ参照）において、アルミニウム（Ａｌ）ドーパントを、イオン注入によってＳｉＣ層１の予め選択された領域６に注入する。次に、第２の注入ステップ（図１Ｂ参照）において、ベリリウム（Ｂｅ）ドーパントを、イオン注入によってＳｉＣ層１の予め選択された領域６に注入する。
【００４４】
具体的には、第１（第２）の注入ステップにおいて、Ａｌ原子（Ｂｅ原子）がイオン化され、イオンビーム７Ａｌ（７Ｂｅ）の形態で、イオンビーム遮断マスク５によって露出させられたＳｉＣ層１の表面部分に向けて加速されて導かれる。ここで、原子は、ＳｉＣ層１に入り、ＳｉＣ層内の真性原子と衝突して徐々にエネルギを失い、最終的にはＳｉＣ層１内のある深さで停止する。Ａｌドーパント（Ｂｅドーパント）がＳｉＣ層１内で停止する平均深さは、注入エネルギＥＡｌ（ＥＢｅ）に応じて決まる。注入されるＡｌドーパント（Ｂｅドーパント）の量は、注入ドーズ量ＤＡｌ（ＤＢｅ）に応じて決まる。注入エネルギＥＡｌ（ＥＢｅ）および注入ドーズ量ＤＡｌ（ＤＢｅ）を制御することにより、特定のドーパント注入プロファイルを得ることができる。特定のドーパント注入プロファイルを得るために注入ドーズ量ＤＡｌ（ＤＢｅ）および注入エネルギＥＡｌ（ＥＢｅ）を制御する方法は、当該技術では周知であり、異なる注入ドーズ量ＤＡｌ，ｉ（ＤＢｅ，ｊ）および注入エネルギＥＡｌ，ｉ（ＥＢｅ，ｊ）での複数回の注入ｎＡｌ（ｎＢｅ）を含んでいてもよく、ｉ＝１…ｎＡｌ（ｊ＝１…ｎＢｅ）である。
【００４５】
たとえば、図２に示されるＡｌ（Ｂｅ）注入プロファイルは、Ａｌドーパント（Ｂｅドーパント）を表１に示されるエネルギＥＡｌ，ｉ（ＥＢｅ，ｊ）およびドーズ量ＤＡｌ，ｉ（ＤＢｅ，ｊ）で連続して４回（３回）注入することによって得ることができる。
【００４６】
第１の注入ステップおよび第２の注入ステップは、典型的には、注入温度を高めて（高温注入）、典型的には５００℃で実行される。注入温度を高めることにより、室温と比較して、注入損傷を軽減することができる。しかしながら、注入温度は、５００℃に限定される訳ではなく、アニーリング温度よりも十分に低い温度に保たれる限り、より低い温度または高い温度で実施してもよい。たとえば、炭化ケイ素層１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、より典型的には９００℃よりも低い温度に保たれる。
【００４７】
次に、アニーリングステップを実行する。アニーリングステップでは、ＳｉＣ層１を、高温（アニーリング温度）まで加熱し、しばらくの間この高温に保ち、その後冷却する。そうすることにより、注入プロセスによる非晶質化損傷を修復することができる。さらに、格子間ドーパントは、これらが電気的に活性化する場所である空格子点部位および置換部位に移動する。
【００４８】
重要なのは、１回の注入ステップの直後にアニーリングする先行技術とは異なり、本明細書のアニーリングステップは、第１の注入ステップおよび第２の注入ステップの双方が終了して初めて実行されることである。このようにして、より多くのＡｌ−Ｃ−Ｂｅ錯体が形成され、これらは、価電子帯端ＥｖでＡｌ錯体（Ｅｖ＋０．２２ｅＶ）またはＢｅ錯体（Ｅｖ＋０．２３ｅＶ）よりも浅く（Ｅｖ＋０．０５ｅＶ）、したがって、本発明が室温で自由正孔濃度を高めるという意味において好都合である。一方、各注入ステップ後にアニーリングステップを実行すると、Ａｌ錯体およびＢｅ錯体の形成を促すことになるであろう。
【００４９】
たとえば、表１に示されるドーズ量ＤＡｌ，ｉ（ＤＢｅ，ｊ）およびエネルギＥＡｌ，ｉ（ＥＢｅ，ｊ）に従ってＡｌおよびＢｅを５００℃で共注入しそれぞれ１６００℃および１７００℃の温度で３０分間アニーリングした試料に対して実施した、実験によるホール効果測定により、１７００℃のアニーリング温度の後にｐ型伝導が生じシート濃度と総ドーズ量との比率として計算される活性化率が５０％を超えることが明らかになった。当業者であれば、これらのパラメータは一例として与えられたものであって限定を意図したものではないことを理解する。たとえば、アニーリング温度を高めることによってアニーリング時間を短縮することができる。ある実施形態において、アニーリング温度は１５００℃よりも高く、典型的には１６００℃よりも高く、より典型的には１６５０℃よりも高い。別の実施形態において、アニーリング温度は、１８００℃よりも低く、典型的には１７５０℃よりも低い。
【００５０】
本発明のある実施形態に従うと、第１の注入ステップおよび第２の注入ステップは、注入されたＡｌドーパントの分布が、注入されたＢｅドーパントの分布に実質的に重なるように実行される。このようにして、Ａｌ−Ｃ−Ｂｅ錯体の形成条件が改善される。たとえば、ＡｌドーパントおよびＢｅドーパントは、実質的にそれぞれの注入プロファイルが互いに一致するように注入されてもよい（図２参照）。
【００５１】
これを実現するために、第１の注入ステップで実行する個々の注入（ＥＡｌ，ｉ、ＤＡｌ，ｉ、ｉ＝１…ｎＡｌ）および第２の注入ステップで実行する個々の注入（ＥＢｅ，ｊ、ＤＢｅ，ｊ、ｊ＝１…ｎＢｅ）を、予め選択された領域６に対する、第１の注入ステップで注入されるＡｌドーパントの総ドーズ量ＤＡｌ，ｔｏｔと第２の注入ステップで注入されるＢｅドーパントの総ドーズ量ＤＢｅ，ｔｏｔとの比率ＤＡｌ，ｔｏｔ／ＤＢｅ，ｔｏｔが、０．１〜１０の範囲、典型的には０．３〜３の範囲、より典型的には０．５〜２の範囲に含まれるように、実施する。これに合わせて個々の注入エネルギＥＡｌ，ｉ（ＥＢｅ，ｉ）を調整する。たとえば、所定の注入ドーズ量に対し、Ａｌ注入の注入エネルギＥＡｌ，ｉは、Ｂｅ注入の注入エネルギＥＢｅ，ｉの約３倍である。
【００５２】
比率ＤＡｌ，ｔｏｔ／ＤＢｅ，ｔｏｔが１に近いときに最適な結果を得ることができる。本明細書において、総ドーズ量ＤＡｌ，ｔｏｔ（ＤＢｅ，ｔｏｔ）は、予め選択された領域に注入される個々のドーズ量ＤＡｌ，ｉ（ＤＢｅ，ｉ）の合計であると定義する。たとえば、表１に示される値を用いると、総ドーズ量の比率ＤＡｌ，ｔｏｔ／ＤＢｅ，ｔｏｔは１．０３である。
【００５３】
本発明に係るある具体例としての実施形態において、総注入ドーズ量ＤＡｌ，ｔｏｔ（ＤＢｅ，ｔｏｔ）は、５×１０１３ｃｍ−２以上であり、典型的には１×１０１４ｃｍ−２以上である。
【００５４】
本発明に係る方法は、改善された電気的活性化をもたらす。たとえば、ホール効果測定により測定されたアニーリングステップ後の予め選択された領域における自由正孔のシート濃度と、Ｂｅの総ドーズ量とＡｌの総ドーズ量との和である総ドーズ量との比率として計算される、室温における活性化率は、２０％よりも高く、典型的には３０％よりも高く、より典型的には４０％よりも高い。このことは、室温での同じ自由正孔濃度ｐが、先行技術よりも低い注入ドーズ量で得られることを意味している。本発明に係るある具体例としての実施形態において、総注入ドーズ量ＤＡｌ，ｔｏｔ（ＤＢｅ，ｔｏｔ）はしたがって、５×１０１５ｃｍ−２未満であり、典型的には２×１０１５ｃｍ−２未満である。
【００５５】
この方法のある変形例において、ＳｉＣ層１は、窒素（Ｎ）がドーピングされたｎ型ＳｉＣ層１である。この方法は上記ステップに従って実行されるが、Ｎが存在するので、これらも電気的に活性である、Ａｌ−Ｎ−Ａｌ錯体（Ｅｖ＋０．１１ｅＶ）、Ｂｅ−Ｎ−Ｂｅ錯体（Ｅｖ＋０．０５ｅＶ）およびＡｌ−Ｎ−Ｂｅ錯体（Ｅｖ＋０．０９）等のその他の錯体が形成される可能性がある。これらはすべて、先行技術の方法で生成されるＡｌ錯体（Ｅｖ＋０．２２ｅＶ）またはＢｅ錯体（Ｅｖ＋０．２３ｅＶ）よりも浅く、したがって、室温での自由正孔濃度を高めるのに有効である。窒素濃度［Ｎ］が高いほど多くの窒素錯体が形成される可能性がある。たとえば、ＳｉＣ層１は、窒素原子を、１０１６ｃｍ−３以上、典型的には１０１８ｃｍ−３以上の濃度［Ｎ］で含む。
【００５６】
次に、本発明に係るｐ型炭化ケイ素（ＳｉＣ）層を使用する半導体装置の具体例としての実施形態として、接合障壁ショットキー（Junction Barrier Schottky：ＪＢＳ）ダイオードを示す。図３を参照する。
【００５７】
ＪＢＳは、アノード９と、カソード８と、ＳｉＣ基板２と、ＳｉＣ層１と、ｐ型領域６と、パッシベーション層１０とを含む。ＳｉＣ層１は、ＳｉＣ基板２上に形成され、第１の主面３と第１の主面３の反対側の第２の主面４とを有する。ＳｉＣ基板２はカソード８の上に形成される。ＳｉＣ層１およびＳｉＣ基板２は、たとえば４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣまたは３Ｃ−ＳｉＣ等の任意のポリタイプのＳｉＣであってもよい。基板２は、窒素（Ｎ）がドーピングされたｎ＋型ＳｉＣ基板である。ＳｉＣ層１は、ＳｉＣ基板２よりも低い窒素濃度でドーピングされたｎ型ＳｉＣ層１である。ＳｉＣ層１はドリフト層を形成する。ＳｉＣ層の層厚は、このパワー半導体装置の公称阻止電圧に応じて決まる。アノード９はＳｉＣ層１の上に形成され、ＳｉＣ層１とショットキーコンタクトを形成する。パッシベーション層１０は、アノード９によって露出させられたＳｉＣ層１の部分を覆う。
【００５８】
ＳｉＣ層１は少なくとも１つのｐ型領域６’を含む。この少なくとも１つのｐ型領域６’は、ＳｉＣ層１に組み込まれたｐ＋ｎ接合格子を形成することができる。ｐ＋ｎ接合格子は、逆バイアスにおけるピーク電界を、ショットキーコンタクトから離れてｐ型領域６’の底部に移動するように構成されてもよい。
【００５９】
ｐ型領域６’は、ＡｌドーパントとＢｅドーパントとを含む。ｐ型領域６’における窒素原子の濃度［Ｎ］は、典型的には１×１０１６ｃｍ−３以上、典型的には１×１０１８ｃｍ−３以上である。ある具体例としての実施形態において、ｐ型領域（６’）におけるアルミニウムの濃度［Ａｌ］は１×１０１８ｃｍ−３よりも高い。たとえば、ＡｌドーパントおよびＢｅドーパントは、図４に示される注入プロファイルに従って注入される。しかしながら、本発明はこの特定の注入プロファイルに限定される訳ではない。ｐ型領域における、注入されたアルミニウムの濃度［Ａｌ］および注入されたベリリウムの濃度［Ｂｅ］はまた、不等式０．１＜［Ａｌ］／［Ｂｅ］＜１０、典型的には０．３＜［Ａｌ］／［Ｂｅ］＜３、より典型的には０．５＜［Ａｌ］／［Ｂｅ］＜２が成立する濃度であってもよい。このことは、ｐ型領域における、注入されたＡｌの濃度と注入されたＢｅの濃度とが、同じ程度であり、典型的にはほぼ同一であることを意味している。したがって、より多くの上記有益なＡｌ−Ｃ−Ｂｅ錯体を提供することができる。別の具体例としての実施形態において、Ｎ、注入されたＡｌ、および注入されたＢｅの濃度は、ほぼ同じである。
【００６０】
本発明に従いｎ型ＳｉＣ層１に注入されたｐ型領域６’は、室温での自由正孔濃度が先行技術よりも高い。本発明に係る装置の具体例としての実施形態において、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６’におけるアルミニウムドーパントの濃度、［Ｂｅ］はｐ型領域６’におけるベリリウムドーパントの濃度、ｐはｐ型領域６’における自由正孔の濃度である。
【００６１】
注入されたアルミニウムドーパントの濃度［Ａｌ］および注入されたベリリウムドーパントの濃度［Ｂｅ］が高いほど、実現できる自由正孔濃度は高くなる。たとえば、ｐ型領域６’における室温での自由正孔濃度は、１×１０１８ｃｍ−３よりも高く、典型的には１×１０１９ｃｍ−３よりも高く、より典型的には２×１０１９ｃｍ−３よりも高い。したがって、本発明に係るｐ型ＳｉＣ層１は、具体例としての実施形態において示されるＪＢＳダイオードのリーク電流を低減し耐電圧を高めるのに役立ち得る。
【００６２】
当業者は、上記方法および実施形態の変形例が添付の請求項によって定められる本発明の概念から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。
【００６３】
本発明に係るｐ型にドーピングされたＳｉＣ層１は、ｐ型領域６’における自由正孔濃度ｐが先行技術よりも高いことを特徴とする。ｐ型にドーピングされたＳｉＣ層の、ある具体例としての用途は、ＪＢＳダイオードを参照して述べた通りである。しかしながら、本発明に係るｐ型にドーピングされたＳｉＣ層１は、たとえばＪＦＥＴまたはｐｎダイオード等の、高濃度でドーピングされたｐ型領域を必要とするその他いずれのＳｉＣ系装置でも使用することができ、また、耐電圧を高めオン状態特性を改善するのにも役立ち得る。
【００６４】
示されている例において、ｎ型ＳｉＣ層１は、窒素が予めドーピングされたｎ型であり、このドーピングはＳｉＣ基板２よりも低濃度である。また、ＳｉＣ層１は、ＳｉＣ基板とドーピング濃度が同一であってもよく、または、ＳｉＣ基板よりもドーピング濃度が高くてもよい。また、ＳｉＣ層１は窒素が予めドーピングされていなくてもよい。
【００６５】
この具体例としての実施形態において、ＳｉＣ層はＳｉＣ基板上に設けられている。ＳｉＣ層は、基板なしで設けられてもよく、基板であってもよい。
【００６６】
本実施形態の説明では、イオンビーム遮断マスク５が使用されている。注入はイオンビーム遮断マスク５なしで実施することも可能である。
【００６７】
示されている本実施形態では、イオンビーム７Ａｌおよび７ＢｅがＳｉＣ層１の第１の主面３に対して垂直に導かれている。しかしながら、これらのビームは、第１の主面３の法線に対してある角度で傾斜させることもできる。
【００６８】
示されている実施形態において、第１の注入ステップは第２の注入ステップの前に実行される。しかしながら、第１の注入ステップは、第２の注入ステップ後に実施されてもよく、または、ほぼ同時に行われてもよい。
【００６９】
なお、「備える／含む（comprising）」という用語はその他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数を排除するものではないことに注意されたい。また、異なる実施形態に関連して説明した要素を組み合わせてもよい。
【００７０】
参照符号のリスト
【符号の説明】
【００７１】
１  炭化ケイ素層
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
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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