(57)【要約】【課題】低コストで加工でき、半導体デバイスに用いることができ、比較的低い欠陥密度を有する炭化ケイ素基板を提供すること。【解決手段】炭化ケイ素エピタキシャル層を有する複合構造（１６）が提供される。このエピタキシャル層は、垂直に配列され、それぞれの境界面を画定する領域を少なくとも４つ含み、各領域はそれぞれの不純物濃度により特徴付けられ、これらの不純物濃度が各境界面を超えて変化し、全ての領域内で、少なくとも１つの不純物について、各不純物濃度が１ｘ１０１７ｃｍ−３を上回る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に配列されそれぞれの境界面を画定する領域を少なくとも４つ有する炭化ケイ素エピタキシャル層を含む複合構造（１６）であって、
前記各領域は、それぞれの不純物濃度によって特徴付けられ、
前記不純物濃度は、前記各境界面を超えて変化し、
前記全ての領域内で、少なくとも１つの不純物について、前記各不純物濃度が１ｘ１０１７ｃｍ−３を上回る、複合構造（１６）。
【請求項２】
前記各不純物濃度が、不純物イオンの濃度と一致し、前記不純物イオンが、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、リン、酸素、窒素、バナジウム、チタン、ゲルマニウム又はそれらの組合せを含む、請求項１記載の複合構造（１６）。
【請求項３】
前記炭化ケイ素エピタキシャル層が、窒素、リン、又はその両方を使用して、少なくとも約１ｘ１０１７ｃｍ−３の原子濃度でｎ型ドープされ、前記炭化ケイ素エピタキシャル層が少なくとも約０．１μｍの厚さを有する、請求項２記載の複合構造（１６）。
【請求項４】
前記炭化ケイ素エピタキシャル層が、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、又はそれらの組合せを使用して、少なくとも約１ｘ１０１７ｃｍ−３の原子濃度でｐ型ドープされ、前記炭化ケイ素エピタキシャル層が少なくとも約０．１μｍの厚さを有する、請求項２記載の複合構造（１６）。
【請求項５】
前記領域が、第１及び第２の不純物濃度によりそれぞれ特徴付けられ、交互に配列された、第１の複数の領域及び第２の複数の領域を含む、請求項１記載の複合構造（１６）。
【請求項６】
基板（１８）をさらに含み、前記炭化ケイ素エピタキシャル層が、前記基板（１８）上に配設され、バッファ層を形成する、請求項１記載の複合構造（１６）。
【請求項７】
前記バッファ層上に配設された半導体デバイス（１２、１４）をさらに含む、請求項６記載の複合構造（１６）。
【請求項８】
複合構造（１６）の製作方法であって、
炭化ケイ素基板（１８）上に炭化ケイ素エピタキシャル層を成長させるステップを含み、前記成長させるステップが、交互に垂直に配列された第１の複数の領域及び第２の複数の領域を成長させるステップを含み、前記第１の複数の領域が第１の１組の成長条件下で成長され、前記第２の複数の領域が第２の１組の成長条件下で成長され、前記第１の１組の成長条件が、前記第２の１組の成長条件とは異なる、方法。
【請求項９】
前記第１の１組の成長条件が、第１のドーパント濃度を含み、前記第２の１組の成長条件が第２のドーパント濃度を含み、前記第２のドーパント濃度が、前記第１のドーパント濃度と異なる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
垂直に配列された複数の領域を有する炭化ケイ素エピタキシャル層を含む複合構造（１６）であって、前記各領域が、前記領域の前記エピタキシャル成長中に、支配的な欠陥タイプが低減されることを特徴とし、前記支配的な欠陥タイプが、隣接する領域で異なる、複合構造（１６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、信頼性が改善された半導体デバイスに関する。より詳細には、本発明は、バイポーラ半導体デバイスに用いられる半導体材料中の欠陥の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素はしばしば、バイポーラデバイスを含めた電子デバイスなど、様々な半導体用途に用いられる。炭化ケイ素は、広いバンドギャップ、高い破壊電界、高い熱伝導率、及び大きな飽和電子ドリフト速度を有し、そのため、半導体デバイスで使用する望ましい候補となっている。さらに、様々な電子用途で使用するために、炭化ケイ素の大きな結晶を成長させることが、技術的に実現可能である。また炭化ケイ素は、高い融点を有する、物理的に堅牢な材料である。
【０００３】
しかしながら、その物理的特性のため、炭化ケイ素を製造するのは比較的難しくもある。例えば、炭化ケイ素は、ポリタイプとしても知られる、様々な結晶構造で存在する。理解されるとおり、炭化ケイ素には１５０ものポリタイプがある。これらのポリタイプは、結晶構造中で炭化ケイ素層が異なる順序で積層されることによって形成され、比較的小さな熱力学的差異によって分離される。従ってこれらのポリタイプは、製造プロセス中のわずかな温度変動によって形成される可能性がある。従って、炭化ケイ素で単結晶基板及び高品質なエピタキシャル層を成長させることは、これまでも困難な作業であったし、今も依然としてそうである。
【０００４】
さらに、炭化ケイ素デバイスの性能は、長期間の使用で劣化する傾向にあることが観測されてきた。具体的には、バイポーラ接合デバイスにおいて、順バイアス下での順電圧が、時間と共に増大する傾向にある。この作用は、バイポーラ劣化（ｂｉｐｏｌａｒ  ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）としても知られる。理解されるとおり、「バイポーラ」という用語は、デバイスのある領域での伝導が、キャリアとして電子及び正孔の両方を同時に使用して行われるように、少なくとも部分的には少数キャリア注入によって動作が実現されるデバイス、又は順伝導中に、順バイアスされるｐ−ｎ接合が少なくとも１つあるデバイスをいう。バイポーラデバイス中での順電圧の増大は一般に、刃状転位によって拘束される積層欠陥などの結晶欠陥に帰せられている。順バイアス下では、積層欠陥が進行する傾向にあり、その過程で順電圧が増大する。
【０００５】
さらに、らせん転位によって生じる漏れ電流も、バイポーラデバイスの性能劣化を増大させる。らせん転位は、漏れ電流を大きくする主要な原因である。理解されるとおり、大きな漏れ電流は、信号対雑音比を低下させ、そのため炭化ケイ素デバイスの使用が制限される。
【特許文献１】米国特許出願２００５／００６４７２３公報
【特許文献２】米国特許第６，８４９，８７４号公報
【特許文献３】米国特許第６，５１５，３１３号公報
【特許文献４】米国特許第６，４８８，７７１号公報
【特許文献５】欧州特許出願公開第１４２７０２１号公報
【特許文献６】国際公開ＷＯ  ０３／０２７３６３号公報
【非特許文献１】Ｈ．Ｌｅｎｄｅｎｍａｎｎ，Ｆ．Ｄａｈｌｑｕｉｓｔ，Ｎ．Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ，Ｒ．Ｓｏ  ｄｅｒｈｏｌｍ，Ｐ．Ａ．Ｎｉｌｓｓｏｎ，Ｊ．Ｐ．Ｂｅｒｇｍａｎ，ａｎｄ  Ｐ．Ｓｋｙｔｔ，“Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ４．５ｋＶ  ＰｉＮ  ａｎｄ  ２．５ｋＶ  ＪＢＳ  Ｄｉｏｄｅｓ”，Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｆｏｒｕｍ  ３５３−３５６，ｐｐ．７２７−７３０（２００１）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
炭化ケイ素の成長及びデバイスでのその使用に多くの進歩があったが、商用製品の実施可能な選択肢にするには、炭化ケイ素中の欠陥をこれまでよりも最小限に抑えることが望ましい。従って、低コストで加工でき、半導体デバイスに用いることができ、比較的低い欠陥密度を有する炭化ケイ素基板が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の一態様によれば、炭化ケイ素エピタキシャル層を有する複合構造が提供される。このエピタキシャル層は、垂直に配列され、それぞれの境界面を画定する領域を少なくとも４つ含み、各領域はそれぞれの不純物濃度により特徴付けられる。これらの不純物濃度は各境界面を超えると変化し、全ての領域内で、少なくとも１つの不純物について、各不純物濃度が１ｘ１０１７ｃｍ−３を上回る。
【０００８】
本技術の別の態様によれば、複合構造を製作する方法が提供される。この方法は、炭化ケイ素基板上に炭化ケイ素エピタキシャル層を成長させるステップを含み、この成長させるステップは、垂直に交互に配列された第１の複数の領域及び第２の複数の領域を成長させるステップを含む。第１の複数の領域は、第１の１組の成長条件下で成長させ、第２の複数の領域は、第２の１組の成長条件下で成長させ、ただし第１の１組の成長条件は、第２の１組の成長条件とは異なる。
【０００９】
本技術の別の態様によれば、炭化ケイ素エピタキシャル層を有する複合構造が提供される。このエピタキシャル層は、垂直に配列された複数の領域を含み、各領域は、その領域のエピタキシャル成長中に支配的な欠陥タイプが低減されることを特徴とし、この支配的な欠陥タイプが、隣接する領域で異なっている。
【００１０】
本発明の上記及びその他の諸特徴、諸態様、並びに諸利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読めば、より良く理解されるであろう。全ての図面を通して同様の符号が同様の部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
炭化ケイ素などの半導体材料は、様々な電子デバイスとして実施されている。有利には、炭化ケイ素は、広いバンドギャップ、高い破壊電界、高い熱伝導率、及び大きな飽和電子ドリフト速度を有し、そのため、半導体デバイスで使用する望ましい候補となっている。また炭化ケイ素は、高い融点を有する、物理的に堅牢な材料である。
【００１２】
しかしながら、炭化ケイ素基板は、マイクロパイプや転位など、いくつかの固有の構造的欠陥をもつことがある。理解されるとおり、結晶構造中の線欠陥は一般に「転位」と呼ばれる。さらに、理解されるとおり、バーガース回路は、結晶中の原子から原子へとたどり、その出発点に戻る、対称的な経路である。しかしながら、構造の格子内の同じ経路が出発点に戻らない場合、そうした経路を閉じるベクトルは「バーガースベクトル」と呼ばれる。従って、バーガースベクトルは、転位線を特徴付け、転位の大きさと方向を表す。バーガースベクトルが、転位を示す線に平行である場合、欠陥は「らせん転位」と呼ばれる。一方、バーガースベクトルが転位に垂直である場合、欠陥は「刃状転位」と呼ばれる。炭化ケイ素基板は通常、らせん転位と刃状転位のいずれも含む。これらの転位は、結晶中の転位の向きによって、さらにグループ化することができる。炭化ケイ素の、六方晶又は菱面体晶のポリタイプの場合、（０００１）面に沿って伝播する転位は「底面転位」（basal plane dislocation）と呼ばれ、（０００１）面に垂直な転位は「貫通転位」と呼ばれる。これらの転位はそれぞれ、デバイスの性能に悪影響を及ぼすことがあるが、一般にバイポーラ劣化に最も関連するのは、底面転位である。
【００１３】
バイポーラ劣化は主に、バイポーラデバイス中に順電流を印加中に、積層欠陥などの面欠陥が成長することに帰せられている。換言すれば、炭化ケイ素バイポーラデバイス中を電流が通ると、結晶構造の変化を起す又は容易にする傾向がある。積層欠陥があまりにも広範囲に進行すると、順電流を望ましくない形で増大させ、それによりデバイスの信頼できる動作を妨げる傾向がある。転位を有する炭化ケイ素基板上に成長させた半導体デバイスでは、基板内の欠陥がデバイス上に伝わる、又はデバイス上で繰り返される。次いでこれらの欠陥が、逆漏れ電流を増大させ、またデバイスの早期の又は破局的な破壊を生じることもある。
【００１４】
以下に詳細に示すように、いくつかの実施形態では、基板中にある転位が、エピタキシャル層の隣接する領域内に延びるのを回避するために、基板上でエピタキシャル層のそれぞれの領域を成長させながら、転位のバーガースベクトルを変更することができる。例えば、刃状転位のバーガースベクトルを変更することにより、隣接するエピタキシャル層に積層欠陥が伝わるのを回避することができる。これらの実施形態では、前の層よりも、隣接する層の方が転位密度が小さい。
【００１５】
図１を参照すると、半導体デバイス層１２及び１４を用いた、半導体構造１０の一例の側断面図が示してある。いくつかの実施形態では、デバイス層１２及び１４は、ショットキーダイオード、バイポーラダイオード、バイポーラ接合トランジスタ、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、金属半導体電界効果トランジスタ、接合電界トランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ（gate turn off thyristor）、ホトダイオード、アバランシホトダイオード、静電誘導トランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、又はＩＭＰＡＴＴダイオード、あるいはそれらの組合せを含むことができる。図示の実施形態では、複合構造１６上にデバイス層１２及び１４が配設される。複合構造１６は、「バッファ層」と呼ばれることもある。いくつかの実施形態では、複合構造１６は、エピタキシャル層１７などの炭化ケイ素エピタキシャル層を含む。さらに、いくつかの実施形態では、エピタキシャル層１７は、領域３０、３２、３８、４２、４３、４４など、垂直に配列され、それぞれの境界面２８、３６、３７、４５及び４７を画定する領域を、少なくとも４つ含む。あるいは、いくつかの実施形態では、炭化ケイ素エピタキシャル層１７は垂直に配列された複数の領域を含み、各領域は、その領域のエピタキシャル成長中に支配的な欠陥タイプが低減されることを特徴とし、この支配的な欠陥タイプが、隣接する領域で異なっている。
【００１６】
図示の実施形態では、複数の領域を有するエピタキシャル層１７を、基板１８上に配設又は成長させる。代表線で図示されるように、基板１８は、マイクロパイプ２０（太線で表示）及び転位２２（細線で表示）など、様々な構造的欠陥を含むことができる。理解されるとおり、複合構造１６のエピタキシャル層１７は、図１の実施形態に示されるよりも少数の、又は多数の領域を有していてもよい。
【００１７】
以下に詳細に説明するように、いくつかの実施形態では、転位２２、２４、３４などの転位が、支配的な欠陥タイプであってよい。換言すれば、エピタキシャル層１７内の転位密度は、マイクロパイプなど他の欠陥の密度よりも大幅に高くてよい。これらの実施形態では、これらの領域の堆積条件の変化により、転位２２は、どの２つの領域の境界面でも曲がり、又は終端し、それにより、後続の領域の欠陥密度を低減させることができる。図１の実施形態に示すように、転位２４などの転位は、領域３０と３２との間に形成された接合面２８で曲がり２６を生じることができる。従って、いくつかの実施形態では、後続の領域がより低い欠陥密度を有するように堆積条件／パラメータを変えながら、領域３０、３２、３８、４２、４３、４４など、１つ又は複数の領域を、基板１８上に堆積させることができる。換言すれば、エピタキシャル層１７の各領域は、領域のエピタキシャル成長中に、１つ又は複数の支配的な欠陥タイプが低減されることを特徴とする。これらの実施形態では、基板１８からデバイス層１２又は１４へと、これらの領域内の転位密度又は欠陥密度は減少し続ける。従って、複合構造１６の上部領域内で線の数が少なく示してあるように、デバイス層を利用する領域は最小の転位密度を有する。
【００１８】
以下に詳細に説明するように、いくつかの実施形態では、転位を曲げるのではなく、転位の周囲の応力場を変更することによって、転位をある領域に閉じ込めてもよい。このようにすると、ある領域に閉じ込められたこれらの転位及び欠陥が、逆漏れ電流又はバイポーラ劣化のいずれかを生じる電界を受けないことになる。例えば、転位３４などの転位が、堆積条件の変化により、領域３２と３８との間に形成された境界面３６で終端するようになる。
【００１９】
一例示的実施形態では、複合構造１６は、第１の欠陥密度を有する第１の領域３０と、第１の領域３０上に配設され、第２の欠陥密度を有する第２の領域３２とを含むことができる。これらの実施形態では、第２の欠陥密度の方が、第１の欠陥密度よりも低い。さらに、いくつかの実施形態では、領域３８など第３の領域を、第２の領域３２上に配設してもよい。これらの実施形態では、第３の領域３８は第３の欠陥密度を有し、第３の欠陥密度の方が第２の欠陥密度よりも低い。すでに説明したように、いくつかの実施形態では、第１の領域３０を第１の１組の成長条件下で成長させ、第２の領域３２を第１のものとは異なる第２の１組の成長条件下で成長させて、後続の各領域で欠陥密度を低減することができるようにする。
【００２０】
図１に示した実施形態では、上部領域４４、すなわちデバイス層１４を利用する領域は、複合構造１６のその他の領域に比べて、比較的低い欠陥密度を有する。図１に示すように、上部領域４４だけが、単一の欠陥（すなわち転位４６）を有する。理解されるとおり、この実施形態では、複合構造１６の各領域の欠陥密度は、基板１８からデバイス層１２及び１４への方向で減少している。例えば、図示の実施形態では、領域３８は領域３２に比べてより低い欠陥密度を有し、領域３２は層３０に比べてより低い欠陥密度を有する。いくつかの実施形態では、領域４４、すなわちデバイス層１４を利用する領域の欠陥密度の低減は、約２分の１〜約１００分の１に及ぶことができる。別の実施形態では、領域４４の欠陥密度の低減は、約１０分の１〜約１００分の１に及ぶことができる。換言すれば、エピタキシャル層１７の欠陥密度は、半導体デバイス層１２及び１４に近い領域の方が、基板１８に近い領域よりも低い。
【００２１】
しかしながら、図示のように、一部の転位が、堆積条件を変更しても影響を受けないままであることがある。例えば、バーガースベクトルの変更により、転位４０は接合面２８で曲がり４１を生じているが、転位４０は、領域３２と３８との間で行われた、また領域３８と４２との間でも行われた変更の影響を受けないままである。同様に転位４６も、複合構造の成長中になされた成長条件又は組成の変更の影響を受けないままであり、従って領域３０、３２、３８、４２、４３、及び４４のそれぞれを通って延びている。
【００２２】
図２は、半導体基板上に複合構造を形成するためのプロセス５０を示す。ブロック５２で、炭化ケイ素基板１８などの基板が提供される。ブロック５４で、第１の１組の成長条件下で、基板上に第１の領域を成長させる。ブロック５６で、第１の領域上に第２の領域を成長させる。これらの実施形態では、第１の１組の成長条件とは異なる第２の１組の成長条件下で第２の領域を成長させる。理解されるとおり、異なる成長条件下で、異なる類の転位が成長する。従って、いくつかの実施形態では、貫通転位や底面転位など、いくつかの種類の転位の成長は、これらの領域の堆積中に、これらの成長条件を体系的に変えることによって抑制することができる。例えば、いくつかの実施形態では、組成、ドーピング濃度、温度、圧力、又はそれらの組合せなどの堆積パラメータを変えることによって、転位の成長速度を変更することができる。これらの実施形態では、垂直成長を促進するものから沿面成長を促進するものへ、各領域の成長条件を体系的に変更することで、転位を成長軸に垂直な平面に沿ってしか伝播させず、それにより各領域を貫いて転位が成長するのを抑制することができる。
【００２３】
例えば、一実施形態では、第１の１組の成長条件には第１のドーパント濃度が含まれ、第２の１組の成長条件には、第１のドーパント濃度とは異なる、第２のドーパント濃度が含まれる。別の実施形態では、垂直成長を促進するように、第１及び第２の１組の成長条件の一方を選択し、沿面成長を促進するように、第１及び第２の１組の成長条件の他方を選択する。いくつかの実施形態では、成長条件は、炭素とケイ素の比、ドーパント濃度、不純物濃度などの組成条件、及び温度や圧力など、様々な堆積パラメータを含むことができる。理解されるとおり、炭化ケイ素基板を得るための炭素含有ガスなど、前駆体ガスの濃度や組成などの堆積パラメータを変えることによって、沿面成長要素を変更することができる。従って、これらの実施形態では、複合構造１６の異なる領域は、組成が変わり得る。
【００２４】
同様に、いくつかの実施形態では、複合構造１６は、第１の材料を有する第１の領域３０と、第１の領域上に配設され、第２の材料を有する第２の領域３２とを含むことができる。これらの実施形態では、第１の材料は、比較的高流量の炭素含有前駆体のもとで成長させた材料を含むことができ、第２の材料は、比較的低流量の炭素含有前駆体のもとで成長させた材料を含むことができる。同様に、いくつかの実施形態では、複合構造１６は、第１の元素濃度を有する第１の複数の領域（例えば領域３０、３８、及び４３）と、第１の元素濃度と異なる第２の元素濃度を有する第２の複数の領域（例えば３２、４２、及び４４）とを、第２の複数の領域が第１の複数の領域の間に交互に配列されるように、含むことができる。
【００２５】
あるいは、いくつかの実施形態では、第１の１組の成長条件には第１の温度が含まれ、第２の１組の成長条件には、第１の温度とは異なる、第２の温度が含まれる。同様に、他の諸実施形態では、第１の１組の成長条件には第１の圧力が含まれ、第２の１組の成長条件には、第１の圧力とは異なる、第２の圧力が含まれる。さらに、いくつかの実施形態では、第１の１組の成長条件には、約１ｘ１０１７ｃｍ−３〜約５ｘ１０１８ｃｍ−３の第１のドーパント濃度が含まれ、第２の１組の成長条件には、約８ｘ１０１８ｃｍ−３〜約５ｘ１０２０ｃｍ−３の範囲の、第２のドーパント濃度が含まれる。
【００２６】
図３は、ドープ炭化ケイ素基板上に複合構造１６（図１を参照）を形成するためのプロセス５８を示す。図示の実施形態では、基板１８（図１）などのドープ炭化ケイ素基板が提供される（ブロック６０）。ブロック６２で、基板１８上に、第１の炭化ケイ素の同様にドープした領域を成長させる。本明細書で使用する、「同様にドープした」という用語は、同じドーピングタイプのことをいい、ドーピング濃度のレベルを示すものではない。例えば、一実施形態では、ｎドープ基板１８上にｎドープ領域を成長させる。あるいは、別の実施形態では、ｐドープ基板１８上にｐドープ領域を成長させる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、複合構造１６の各領域は、同じドーピングタイプを有することができる。さらに、これらの実施形態の一部では、複合構造１６の各領域のドーピングタイプが、複合構造１６を用いる基板１８の、また複合構造１６上に配設されるデバイス層１４のドーピングタイプと同じでよい。有利には、同じドーピングタイプにすることによって、複合構造内、又は複合構造１６と基板１８との間、又は複合構造１６とデバイス層１４との間で、ｐ−ｎ接合の形成が妨げられる。
【００２８】
さらに、ブロック６４で、ドーパントの、不純物濃度とも呼ばれるドーピング濃度が前駆体材料中で制御される。次にブロック６６で、第１の領域及び基板と同様にドープされるように、第１の領域上に第２の炭化ケイ素領域を成長させる。ただし、第１及び第２の領域のドーピング濃度は異なる。一実施形態では、第２の領域のドーピング濃度の方が、第１の領域よりも高い。理解されるとおり、ドーピング濃度をｉｎ−ｓｉｔｕで制御しながら、第１又は第２の領域を成長させることもできる。さらに、第２の領域の堆積に続いて、第１及び第２の領域と同様の、より多くの領域を成長させてもよい。
【００２９】
さらに、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの不純物について、各不純物濃度が１ｘ１０１７ｃｍ−３を上回る。これらの実施形態では、不純物濃度が、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、リン、酸素、窒素、バナジウム、チタン、ゲルマニウム又はそれらの組合せなど、不純物イオンの濃度に一致する。不純物イオンとして窒素を用いる一例示的実施形態では、エピタキシャル層１７の全ての領域で、窒素濃度が１ｘ１０１７ｃｍ−３を上回る。さらに、いくつかの実施形態では、炭化ケイ素エピタキシャル層１７がｎドープされ、すなわちエピタキシャル層１７の各領域がｎドープされる。これらの実施形態の一部では、不純物イオンは、窒素、リン、又はその両方を含むことができる。さらに、これらの実施形態では、エピタキシャル層１７は少なくとも約０．１μｍの厚さを有する。一代替実施形態では、炭化ケイ素エピタキシャル層１７がｐドープされ、換言すれば、エピタキシャル層１７の各領域がｐドープされる。これらの実施形態の一部では、不純物イオンは、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、又はそれらの組合せを含むことができる。さらに、これらの実施形態では、エピタキシャル層１７は少なくとも約０．１μｍの厚さを有する。
【００３０】
一例示的実施形態では、複合構造の複数の領域の一部を、デルタドープすることができる。理解されるとおり、デルタドーピングは、複数の領域のうちの少なくとも１つの領域に、高ドーピング濃度でドーパントを導入することを含む類のドーピングである。領域内のそうした突然な変化は、転位の成長を抑制する応力場を形成する。一例示的実施形態を用いた実験では、一連のドーピングスパイク（doping spike）の形でドーピング濃度を変更しながら、複合構造１６のいくつかの領域を成長させた。いくつかの実施形態では、ドーピングスパイク中のドーピング濃度は、約１０１８ｃｍ−３〜約１０２０ｃｍ−３に及ぶことができる。別の諸実施形態では、ドーピングスパイク中のドーピング濃度は、約１０１９ｃｍ−３〜約１０２０ｃｍ−３に及ぶことができる。これらの実施形態では、これらのドーピングスパイクのそれぞれによって生じる応力場が、デバイス中でバイポーラ劣化及び逆漏れ電流を引き起こす恐れのある転位を除去する働きをする。
【００３１】
いくつかの実施形態では、共通の第３の領域によって分離された、少なくとも２つの領域の不純物濃度の差は、２倍未満である。例えば、一実施形態では、共通の第３の領域３２によって分離された領域３０及び３８の不純物濃度がそれぞれ、約１．１ｘ１０１８ｃｍ−３及び約７ｘ１０１７ｃｍ−３でよい。あるいは、いくつかの実施形態では、エピタキシャル層１７は、交互に配列された、第１の不純物濃度により特徴付けられる第１の複数の領域及び第２の不純物濃度により特徴付けられる第２の複数の領域を含むことができる。一例示的実施形態では、エピタキシャル層１７は、垂直に配列されそれぞれの境界面を画定する、５つ以上の領域を有する。別の例示的実施形態では、炭化ケイ素エピタキシャル層１７は、ｎ型又はｐ型ドープの一方である。この実施形態では、第２の複数の領域に属する各領域は、第１の複数の領域に属する各領域の、少なくとも５倍のドーパント濃度を有する。一例示的実施形態では、第２の複数の領域のある領域のドーピング濃度の方が、第１の複数の領域のうちの、そこに隣接する領域のドーピング濃度よりも約１０倍高い。さらに、第２の複数の領域に属する各領域の方が、第１の複数の領域に属する各領域よりも薄い。一例示的実施形態では、第２の複数の領域に属する各領域は、約０．０２μｍ未満の厚さを有するが、第１の複数の領域に属する各領域は、少なくとも約０．０５μｍの厚さを有する。
【００３２】
一代替実施形態では、デルタドープされた領域の厚さは、約０．２〜約５μｍに及ぶことができる。一例示的実施形態では、デルタドープされた領域の厚さが、約１μｍである。この実施形態では、領域の厚さに沿って、１ｎｍ間隔で１０個のドーピングスパイクが形成される。デルタドーピングによって発生する応力により、バイポーラ劣化及び逆漏れ電流を引き起こす転位の除去が容易になる。理解されるとおり、デルタドーピングは、ｎ型かｐ型のどちらでもよい。
【００３３】
図４を参照すると、炭化ケイ素基板上に複合構造を形成するためのプロセス６８が示してある。この実施形態では、炭化ケイ素基板上に複数の炭化ケイ素の領域を堆積させる。これらの実施形態では、前駆体材料の組成を繰り返し変更して、ケイ素に富んだ領域及び炭素に富んだ領域を交互に堆積させる。理解されるとおり、前駆体材料濃度をこのように繰り返し変えることによって、特定の組成下で優勢な転位が、異なる成長条件下で成長させる次層に伝わらなくなる。
【００３４】
ブロック７０で、基板１８（図１を参照）などの炭化ケイ素基板が提供される。ブロック７２で、前駆体混合気中で比較的低流量の炭素含有前駆体のもと（ブロック７４）で、第１の複数の領域、すなわち領域３０、３８、４３（図１を参照）など、奇数番目の領域のうちの、第１の領域を成長させる。従って、第１の複数の領域がケイ素に富んだ条件下で形成される。ブロック７６で、第１の複数の領域のうちの第１の領域上に、第２の複数の領域、すなわち領域３２、４２、４４（図１を参照）など、偶数番目の領域のうちの、第１の領域を成長させる。ブロック７８で、炭素に富んだ条件下で、炭素の流量を増大させながら、第２の複数の領域を成長させる。これらの実施形態では、どの１対の領域の間でも、沿面成長構成要素が変更されて、転位が曲げられる、又は最も有害な転位が除去される。
【００３５】
炭素含有前駆体及びケイ素含有前駆体の濃度と同様に、成長条件を変更するために、各領域を成長させながら、温度や圧力などの堆積パラメータもまた変えることができる。ステップ７２、７４、７６及び７８を繰り返して、第２の複数の領域（３２、４２及び４４）の間に、第１の複数の領域（３０、３８及び４３）を交互に成長させて、特性が交互に異なる積層領域を有する複合構造１６を形成させる。
【００３６】
次に、ブロック８０で、デバイス層１２や１４（図１を参照）などの半導体デバイスを、複合構造１６（図１を参照）の上部領域上に配設する。一例示的実施形態では、デバイス層１２及び１４は、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、１５Ｒ、２Ｈ、８Ｈ、２１Ｒ−ＳｉＣなど、異なる炭化ケイ素ポリタイプを含むことができる。
【００３７】
以上、本明細書では、本発明のいくつかの特徴だけを図示し説明してきたが、当分野の技術者には、多くの修正形態及び変更形態が想到されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨に含まれる、かかる全ての修正形態及び変更形態を網羅するものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本技術のいくつかの実施形態による、垂直に配列され、それぞれの境界面を画定する領域を少なくとも４つ有する、炭化ケイ素エピタキシャル層を含む複合構造を示す、側断面図である。
【図２】本技術のいくつかの実施形態による、半導体基板上に複合構造を製作するプロセスの例を示す、流れ図である。
【図３】本技術のいくつかの実施形態による、炭化ケイ素基板上に複合構造を製作するプロセスの別の例を示す、流れ図である。
【図４】本技術のいくつかの実施形態による、炭化ケイ素基板上に複合構造を製作するプロセスの別の例を示す、流れ図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  半導体構造
１２  半導体デバイス、半導体デバイス層、デバイス層
１４  半導体デバイス、半導体デバイス層、デバイス層
１６  複合構造
１７  エピタキシャル層、炭化ケイ素エピタキシャル層
１８  基板、炭化ケイ素基板、ｎドープ基板、ｐドープ基板
５０  プロセス
５８  プロセス
６８  プロセス
【図１】
2007013154.tif 000003
【図２】
2007013154.tif 000004
【図３】
2007013154.tif 000005
【図４】
2007013154.tif 000006
【外国語明細書】
2007013154000001.pdf