[发明专利]通过Al/Be共注入p型掺杂碳化硅的方法

说明书

提供了一种用于p型掺杂碳化硅层的方法。该方法包括提供碳化硅层(1)的步骤；通过离子注入将铝(Al)掺杂剂注入到碳化硅层(1)的预选区域(6)中的第一注入步骤；在第一注入步骤之后对碳化硅层(1)进行退火的退火步骤，并且该方法的特征在于，在退火步骤之前执行通过离子注入将铍(Be)掺杂剂注入到预选区域(6)中的第二注入步骤。有利地，该方法改善了注入的掺杂剂的电活化，并因此在室温下产生了更高的自由空穴浓度(p)。

技术领域

本发明涉及一种用于p型掺杂碳化硅(SiC)层的方法，尤其涉及一种能够增加p型区域中的自由空穴浓度的方法以及一种p型掺杂的碳化硅层，该p型掺杂的碳化硅层在 p型区域中具有高自由空穴浓度。

背景技术

碳化硅(SiC)是用于大功率电子设备的有吸引力的半导体材料。由于SiC中相关掺杂剂的相对较低的扩散系数削弱了SiC中通过热扩散对掺杂剂的引入掺杂剂，因此高能离子注入是在SiC中形成p/n型区域的常用技术。在离子注入期间，掺杂原子被离子化，加速并指向半导体衬底。在此，掺杂原子与衬底原子碰撞，逐渐失去能量，并且最后在衬底内的某个深度停止运动。

在此过程中，由于掺杂原子与衬底原子碰撞，因此缺陷被引入到衬底的晶格中，特别是在高注入剂量和高注入能量的情况下。因此，需要在高温下进行掺杂剂注入(热注入)和注入后热处理(热退火)以减少由注入引起的损伤。这些处理也将掺杂剂置于晶格内的替代位置上，在该替代位置处预期它们将变为电活性。

为了在SiC中形成p型区域，通常使用铝(Al)离子或硼(B)离子的注入。Al对于 p型掺杂具有吸引力，这是因为与其他受主相比，Al的电离能更小。但是，SiC中Al的电活性相当低。在室温下，取决于掺杂水平，通常只有1％﹣3％的注入Al浓度会产生电作用。这种不良的Al受主活化可能是由多种原因造成，该多种原因包括在Al受主注入与在注入和/或退火过程中形成的C或Si空位之间形成络合物，从而导致中性或施主行为、Al受主注入位于非电活性间隙位置、晶格损坏或存在热稳定的深施主缺陷。例如，据报告SiC中的碳空位具有单一的施主行为。

结果，必须注入大量的Al以获得合适的自由空穴浓度。这需要非常高的注入剂量，从而进一步导致增加的晶格损伤。为了减轻这种晶格损伤，需要通常1800℃以上的相对较高的退火温度，然而这具有进一步的有害作用。此外，由于SiC固有的溶解度极限，因此可以注入SiC中的Al离子的数量也受到自然限制。因此，严重限制了通过Al注入产生具有高自由空穴浓度(低薄层电阻率)的p型SiC区域的能力。

在现有技术中已经研究了几种替代的掺杂方法来克服该限制。

从Ramungul等人的文章“6H-SiC P⁺N Junctions Fabricated by BerylliumImplantation”， IEEE Transactions on Electron Devices，第46卷，第3期，1999年3月中可知铍(Be)作为注入的碳化硅(SiC)p⁺n结的替代p型掺杂剂与硼(B)注入的p⁺n结相比可改善正向特性，同时具有更高的反向泄漏。

从Krieger等人的文章“Beryllium-Related Defect Centers in 4H-SiC”，Materials Science Forum，第353-356(2001)卷，第467-470页中可知将铍(Be)注入掺杂低浓度铝([Al] ＝8.5×10¹⁵cm^-3)的p型4H-SiC外延层中并不适合产生低电阻率的p型SiC衬底，特别是因为其遭受Be原子的显着向外扩散，结果是在4H-SiC中无法形成浅Be相关受主。

从US 5 710 059A中已知一种用于制造半导体器件的方法，该方法包括以下步骤：在根据第二相反导电类型掺杂的半导体层中注入至少两种不同元素的第一导电类型杂质掺杂剂，之后在如此高的温度下对半导体层进行退火，以使所述元素之一缓慢扩散到半导体层中，而另一个元素则迅速扩散到半导体层中。