JP2009542005A - 半絶縁エピタキシー上の炭化ケイ素および関連ワイドバンドギャップトランジスタ - Google Patents

Abstract

半絶縁エピタキシャル層を製造する方法は、基板の表面上あるいは第１のエピタキシャル層の表面上にホウ素注入領域を形成するために、基板あるいは基板上に形成された第１のエピタキシャル層にホウ素イオンを注入すること、および半絶縁エピタキシャル層を形成するために基板のホウ素注入領域上あるいは第１のエピタキシャル層のホウ素注入領域上に第２のエピタキシャル層を成長させることを含む。

Description

本発明は、全般的には半導体デバイスおよび二次加工方法、およびより具体的には炭化ケイ素半絶縁層を採用する半導体デバイスに関する。

（関連明細書の参照）
本明細書は、その全内容を参照文献として援用する２００６年６月１９日に出願された米国仮特許出願番号第６０／８０５，１３９号に基づき、且つこれに優先して請求する。

本発明の１つの態様は、半絶縁エピタキシャル層を生成する方法を提供することである。方法は、基板の表面上あるいは第１のエピタキシャル層の表面上にホウ素注入領域を形成するためにホウ素イオンを基板あるいは基板上に形成された第１のエピタキシャル層に注入すること、および半絶縁エピタキシャル層を形成するために基板のホウ素注入領域上あるいは第１のエピタキシャル層のホウ素注入領域上に第２のエピタキシャル層を成長させることを含む。

本発明の他の態様はマイクロエレクトロニクスデバイスを提供することである。デバイスは基板、基板上に形成された半絶縁炭化ケイ素エピタキシャル層を含む。半絶縁炭化ケイ素エピタキシャル層はホウ素およびホウ素関連Ｄ−センター欠損を含む。マイクロエレクトロニクスデバイスは、半絶縁炭化ケイ素層上に形成された第１の半導体デバイスも含む。半絶縁エピタキシャル炭化ケイ素層は、基板の表面上あるいは第１のエピタキシャル層の表面上にホウ素注入領域を形成するために基板あるいは基板上に形成された第１のエピタキシャル層にホウ素イオンを注入すること、および基板のホウ素注入領域上あるいは第１のエピタキシャル層のホウ素注入領域上に第２のエピタキシャル層を成長させることにより形成される。

本発明の１つの実施形態による、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴデバイスの断面の模式図である。 本発明の１つの実施形態による、同じＳｉＣチップ上に形成された第１の半導体デバイスおよび第２の半導体デバイスの断面の模式図である。 本発明の１つの実施形態による、基板がホウ素源として利用される半絶縁エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。 本発明の他の実施形態による、基板上に形成されたエピタキシャル層がホウ素源として利用される半絶縁エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。 本発明の代替的実施形態による、基板上に形成されたエピタキシャル層がホウ素源として利用される半絶縁エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。 本発明の他の実施形態による、基板上に形成されたエピタキシャル層がホウ素源として利用され且つマスク材料がエピタキシャル層の表面に適用される半絶縁（ＳＩ）エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。 本発明の他の実施形態による、基板上に形成されたエピタキシャル層がホウ素源として利用され且つマスク材料がホウ素注入領域上に適用される半絶縁（ＳＩ）エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。

図１は、本発明の１つの実施形態による、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴデバイスの断面の模式図である。デバイス１０は、その上にエピタキシャル成長などにより半絶縁炭化ケイ素エピタキシャル層１３を形成する基板１２（例：ｎ^＋６Ｈ炭化ケイ素）を含む。ｐ⁻炭化ケイ素層１４は半絶縁（ＳＩ）炭化ケイ素エピタキシャル層１３上に形成される。ｐ⁻炭化ケイ素層１４は、ｎ型ドリフト領域などの段階的注入領域１７を含む。

たとえばコンタクト領域２０を伴うｎ＋ソース領域、ｎ＋ソースウェル２１およびｐ＋ボディコンタクト２２などを含むソース／ボディＳ、さらにはたとえばコンタクト領域１５を伴うｎ＋ドレイン領域およびｎ＋ドレインウェル１６を含むドレインＤが、ｐ−炭化ケイ素層１４上に形成される。ｐ−炭化ケイ素層１４上には、ゲートおよびコンタクト領域１９に沿って二酸化ケイ素層１８も形成される。

１つの実施形態においては、ＭＯＳＦＥＴデバイス１０の全ての層はエピタキシャル成長する。１つの実施形態においては、以下の段落で詳細に記載する多数の方法のうち１つによってＳＩ ＳｉＣ層１３が形成される。

図２は、本発明の１つの実施形態による、同じＳｉＣチップ４０上に形成された第１の半導体デバイス４４および第２の半導体デバイス４９の断面の模式図である。図２に示すように、ＳｉＣチップ４０はｎ＋基板などの基板４１、エピタキシャル層などのＳＩ層４２を含む。たとえばデバイスの形成、第１の半導体デバイス４４と第２の半導体デバイス４９の分離（例：電気的分離）などのために、必要に応じて任意の浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）４３が提供される。

１つの実施形態においては、第１の半導体デバイス４４は垂直バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であり、且つ第２の半導体デバイス４９は垂直接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）である。ＢＪＴデバイス４４はｎ−コレクター４５，ｎ＋サブコレクター４６，ｐ−ベース４７およびｎ＋エミッタ４８などの多様な形態を含む。垂直ＪＦＥＴ４９はソース層５０などの多様な形態を含む。ソース層５０はたとえばｎ＋層などとすることができる。垂直ＪＦＥＴ４９はｐ＋層とすることのできるゲート領域５１および５２、およびｎ＋層とすることのできるドレイン領域５３も含む。コンタクト５４はドレイン領域５３内に提供される。

図２のデバイス４４および４９はそれぞれ単にＳＩ層４２上に形成することのできるデバイスの例となることを意図している。ＳＩエピタキシーにより、これらの垂直電源デバイスは、「スマートパワーＩＣ」としても知られる、ＳｉＣにおいて複雑な多機能（例：電源調節、制御、増幅）モノリシック回路の基盤を形成する、水平電源デバイスあるいは水平制御サーキットリーと同じチップ上に集積することが可能である。多様なデバイスの詳細な説明は、その内容が本明細書に参照文献として援用される、「高速、高出力用途向けの半絶縁エピタキシー上の炭化ケイ素および関連ワイドバンドギャップトランジスタ」という名称のＣａｓａｄｙらの米国特許第７，００９，２０９号において認めることができる。

第１に、デバイス間の電気的分離を達成することができる。より品質が高く安価な伝導性４Ｈ ＳｉＣ基板上で半絶縁エピタキシャル層を成長させることにより、技術的性能も入手しやすさも高まる。第２に、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ではなくＳｉＣを用いると、半絶縁ＳｉＣエピタキシャル層の熱伝導性がＳＯＩで使用されるＳｉＯ_２の熱伝導性をさらに上回るので、高出力密度集積回路がより良好に達成される。したがって、廃熱除去効率がはるかに高くなる。たとえば、熱伝導性の比率に基づけば、ＳＩ ＳｉＣバッファ層は、ＳＯＩで用いられる典型的な二酸化ケイ素バッファ層と比較して、単位面積あたり２３１倍の熱を伝導することができる。

本明細書の以下の段落には、ＳＩ ＳｉＣエピタキシャルフィルムを成長させる多様な方法を記載する。１つの方法は、ＳｉＣエピタキシャル層の成長時に浅い窒素ドナーを補償するためにホウ素関連Ｄ−センターを用いることを含む。Ｄ−センターはＳｉＣにおいて価電子帯よりも０．７ｅＶ上にあり、研究された全てのＳｉＣポリタイプで検出されている。「点欠損」としても知られるホウ素関連Ｄ−センターは、ＳｉＣ結晶におけるケイ素置換部位を占めるホウ素原子に関連する。

炭化ケイ素の各ポリタイプ（例：６Ｈ ＳｉＣおよび４Ｈ ＳｉＣ）は半導体デバイスにおいて異なる特性をもたらすことができるので、多様な用途に用いることができる。たとえば、６Ｈ ＳｉＣと４Ｈ ＳｉＣの違いの１つはこれらのポリタイプのバンドギャップであり、６Ｈ ＳｉＣのバンドギャップは約２．９ｅＶであるのに対し、４Ｈ ＳｉＣでは約３．２ｅＶである。これらのポリタイプ間の０．３ｅＶの差によって、それぞれが異なる用途に典型的に適する。たとえば、４Ｈ ＳｉＣはより大きなバンドギャップを利用するために高電圧あるいは高出力用途に対して好ましいことが多いのに対し、６Ｈ ＳｉＣは、たとえば発光ダイオードにおいて一般に商業使用されることから、一部の用途に使用されるのに好ましい。本発明は全てのＳｉＣポリタイプにおいて良好に作動することが観察されている。

ホウ素関連Ｄ−センターを含む補償エピタキシャル層を形成するために、多くの異なる固形ホウ素源を用いることができる。固形ホウ素源は、固形ドーピングソース以外にも、基板、もう１つの隣接するエピタキシャル層、あるいはエピタキシャル層それ自体にあってもよい。１つの実施形態においては、ホウ素の補償エピタキシャル層への輸送はその拡散による。ホウ素の拡散およびこれによる所望のＤ−センター欠損の形成は、基板上あるいは基板上で始めに成長する隣接する伝導エピタキシャル層上での補償エピタキシャル層の成長時に発生する可能性がある。

拡散についての必須条件は、基板および／あるいは第１の伝導性エピタキシャル層の表面へのホウ素の注入である。注入した材料の結晶構造における損傷により、変則的に速いホウ素の拡散および高いＤ−センター形成効率を促進する。

１つの実施形態では、標的エピタキシャル層それ自体に直接ホウ素を注入する均一法を用いることもできる。他の実施形態では、隣接するＳｉＣ材料内でドーピングする固形ソースの不均一法を用いることもできる。始めにエピタキシャル層が成長し、その後ホウ素がその層に注入されるのであれば、ホウ素はこれに続く熱アニーリング段階で再分布してＤ−センターを形成するであろう。不均一なあるいは均一な実施形態のいずれかにより、炭化ケイ素のエピタキシャル成長半絶縁薄型フィルムを含むデバイスが生成する。

図３Ａ〜３Ｃは、本発明の１つの実施形態による、半絶縁（ＳＩ）エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。この実施形態においては、基板をホウ素源として利用してもよい。始めに、図３Ａに描出するように基板６０を提供する。基板６０は炭化ケイ素を含んでもよい。基板は、たとえばｐ型ＳｉＣ基板などとすることができる。図３Ｂに描出するように、基板６０の表面がホウ素イオンで衝撃されて基板６０内にホウ素注入領域６１が形成される。ホウ素注入領域６１の形成後、ホウ素注入領域６１上にエピタキシャル層を成長させる。１つの実施形態においては、エピタキシャル層の成長は約１，５００℃〜１，７００℃の温度、たとえば約１，６００℃の温度で約１時間〜３時間の間、たとえば約１時間の間実施する。１つの実施形態においては、エピタキシャル層６２はｎ型エピタキシャル層である。図３Ｃに示すように、エピタキシャル層６２の成長時、ホウ素領域６１内のホウ素がエピタキシャル層６２に拡散して半絶縁エピタキシャル層６２を形成する。ホウ素注入領域６１はホウ素源として働き、またホウ素注入領域６１内のホウ素が、ホウ素注入領域６１上で成長するエピタキシャル層内に拡散する。ホウ素のエピタキシャル層６２への拡散により、浅いドナーを補償するホウ素関連Ｄ−センターが形成される。成長エピタキシャル層６２の表面近くの材料がｎ型であるとき、ホウ素注入基板とのインターフェースにより近いプロフィールより明白なｐ型への転位が判明する。

図４Ａ〜４Ｄは、本発明の他の実施形態による、半絶縁（ＳＩ）エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。この実施形態においては、エピタキシャル層が基板上に形成され、すなわち基板に隣接するエピタキシャル層をホウ素源として使用してもよい。図４Ａに描出するように、基板７０が提供される。基板７０は炭化ケイ素を含んでもよい。基板はあらゆる種類、たとえばｐ型ＳｉＣ基板などとすることができる。図４Ｂに描出するように、第１のエピタキシャル層７１を基板７０上に形成する。１つの実施形態においては、第１のエピタキシャル層７１はｎ型エピタキシャル層である。第１のエピタキシャル層７１の形成後、図４Ｃに描出するように、第１のエピタキシャル層７１の表面はホウ素イオンで衝撃され、第１のエピタキシャル層７１内にホウ素注入領域７２が形成される。ホウ素注入領域７２の形成後、ホウ素注入領域７２上に第２のエピタキシャル層７４を成長させる。１つの実施形態においては、第２のエピタキシャル層７４の成長は約１，５００℃〜１，７００℃の温度、たとえば約１，６００℃の温度で約１時間〜３時間の間、たとえば約１時間の間実施する。１つの実施形態においては、第２のエピタキシャル層７４はｎ型エピタキシャル層である。図４Ｄに示すように、第２のエピタキシャル層７４の成長時、ホウ素領域７２内のホウ素が第１のエピタキシャル層７１に拡散して半絶縁層７３を形成し、また第２のエピタキシャル層７４内に拡散して半絶縁エピタキシャル層７４を形成する。ホウ素注入領域７２はホウ素源として作用し且つ第１および第２のエピタキシャル層内に拡散する。ホウ素の第１および第２のエピタキシャル層７１、７４への拡散により、第１のエピタキシャル層の中にも第２のエピタキシャル層の中にもホウ素関連Ｄ−センターが形成される。その結果は、ホウ素注入領域７２のそれぞれ下および上におけるＳＩ層７３および７４の形成である。

図５Ａ〜５Ｄは、本発明の他の実施形態による、半絶縁（ＳＩ）エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。図５Ａ〜５Ｄは、図３Ａ〜３Ｃおよび４Ａ〜４Ｄに描出した実施形態の均一な代替法である実施形態を例示する。この実施形態においては、図４Ａ〜４Ｄに描出された実施形態と同様に、基板上に形成されたエピタキシャル層、すなわち基板に隣接するエピタキシャル層をホウ素源として使用してもよい。図５Ａに描出するように、基板８０が提供される。基板８０は炭化ケイ素を含んでもよい。基板はあらゆる種類、たとえばｐ型ＳｉＣ基板などとすることができる。図５Ｂに描出するように、エピタキシャル層８１を基板８０上に形成する。１つの実施形態においては、エピタキシャル層８１はｎ型エピタキシャル層である。第１のエピタキシャル層８１の形成後、図５Ｃに描出するように、エピタキシャル層８１の表面はホウ素イオンで衝撃されてエピタキシャル層８１内にホウ素注入領域８２が形成される。１つの実施形態においては、エピタキシャル層の成長は約１，５００〜１，７００℃の温度、たとえば約１，６００℃の温度で約１時間〜３時間の間、たとえば約１時間の間実施する。図５Ｄに示すように、ホウ素領域８２内のホウ素がエピタキシャル層８１に拡散して半絶縁層８３を形成する。ホウ素注入領域８２はホウ素源として作用し且つ基板８０上に形成されたエピタキシャル層８１内に拡散する。ホウ素のエピタキシャル層への拡散は、エピタキシャル層８１内にホウ素関連Ｄ−センターを形成してＳＩ層８３を得る。ＳＩ層８３を形成した後、たとえば技術上既知である何らかのエッチング法を用いるなどして、残ったホウ素注入領域８２を除去することができる。得られたＳＩ層は、下層の基板よりも高度にドーピングされたｐ型でなければならないといわれるｐ型であると規定される。

図６Ａ〜６Ｄは、本発明の他の実施形態による、半絶縁（ＳＩ）エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。図６Ａ〜６Ｄは図５Ａ〜５Ｄに例示される方法の変法である実施形態を例示する。この実施形態においては、図５Ａ〜５Ｄに描出された実施形態と同様に、基板上に形成されたエピタキシャル層、すなわち基板に隣接するエピタキシャル層をホウ素源として使用してもよい。しかし、この実施形態においてはマスク材料をエピタキシャル層の表面に適用する。具体的には、図６Ａに描出するように基板９０が提供される。基板９０は炭化ケイ素を含んでもよい。基板９０はあらゆる種類、たとえばｎ＋型ＳｉＣ基板などとすることができる。図６Ａに描出するように、エピタキシャル層９１を基板９０上に形成する。１つの実施形態においては、エピタキシャル層９１はｎ型エピタキシャル層である。第１のエピタキシャル層９１の形成後、エピタキシャル層９１の表面上にマスク領域および非マスク領域を形成するよう、エピタキシャル層９１の表面にマスク材料９２を適用する。マスク材料９２をエピタキシャル層９１の表面上に適用した後、図６Ｂに描出するように、たとえばエピタキシャル層９１の非マスク（非保護）領域をエッチングすることなどにより、トレンチ９３を形成する。トレンチ９３を形成した後、その上にマスク材料９２が蒸着されたエピタキシャル層９１の表面をホウ素イオンで衝撃する。マスク材料９２は、トレンチ９３を形成するための選択的エッチングのためのマスクであるだけでなく、下層にあるエピタキシャル層９１のマスク領域の注入を防止するためにも選択される。このようにして、マスク材料９２はエピタキシャル層の選択的領域にドーピング材料を注入するための「ドーパントマスク」として用いることもできる。しかし、マスク材料９２がドーパントマスクでない場合、マスク材料９２を除去し、ドーパントマスクとして適した他のマスク材料をエピタキシャル層９１の表面に適用することができる。ホウ素イオンは、トレンチ９３の底面およびトレンチ９３の側面を含むエピタキシャル層９１の非保護領域に衝突する。その結果、図６Ｃに描出するように、エピタキシャル層９１のトレンチ９３内にホウ素注入領域９４が形成される。ホウ素注入領域９４を形成した後、図６Ｄに示すようにマスク領域９４を取り除き、高温アニーリング工程を適用してホウ素をエピタキシャル層９１により深く拡散させる。１つの実施形態においては、アニーリング工程は約１５００℃から約１７００℃の温度で約１時間から約３時間の間実施する。１つの実施例においては、アニーリング工程は約１，６００℃の温度で約１時間の間実施する。一方、ホウ素のエピタキシャル層９１への拡散により、Ｄ−センターが生成されて半絶縁エピタキシャル層９５が作成される。トレンチ９３の側壁におけるホウ素の注入は、トレンチにおける注入に伴う現象であり、トレンチ９３によって形成されるチャンネルへのホウ素の拡散を支援する。上述の方法を用いた実施例は、その全内容を本明細書に参照文献として援用する「選択的エピタキシーあるいは選択的注入の使用による炭化ケイ素における自己配列トランジスタおよびダイオードトポロジー」という名称のＣａｓａｄｙらの米国特許第６，７６７，７８３号中に認めることができる。チャンネルのサイズは、数μｍ単位であるホウ素の予測拡散長およびホウ素関連Ｄ−センターの生成範囲と一致しなければならない。

上述の方法の変法は、Ｄ−センター補償の深度も決定し、したがって形成された半絶縁エピタキシャル層９５の厚さも決定するホウ素の予想拡散深度よりも厚いわずかにｎ型のエピタキシャル層９１を用いることができる。その結果、基板９０と半絶縁エピタキシャル層９５の間に残った半導体は残留ｎ型エピタキシャル層９１によって占められる。

図７Ａ〜７Ｅは、本発明の他の実施形態による、半絶縁（ＳＩ）エピタキシャル層を形成するための各手順を描出する。図７Ａ〜７Ｄは図４Ａ〜４Ｄに例示される方法の変法である実施形態を例示する。この実施形態においては、図４Ａ〜４Ｄに描出された実施形態と同様に、基板上に形成されたエピタキシャル層、すなわち基板に隣接するエピタキシャル層をホウ素源として使用してもよい。しかし、この実施形態においてはマスク材料をホウ素注入領域の表面に適用する。具体的には、図７Ａに描出するように、基板１００が提供される。基板１００は炭化ケイ素を含んでもよい。基板１００はあらゆる種類、たとえばｎ＋型ＳｉＣ基板などとすることができる。図６Ａに描出するように、エピタキシャル層１０１を基板１００上に形成する。１つの実施形態においては、エピタキシャル層１０１はｎ型エピタキシャル層である。エピタキシャル層１０１の形成後、図７Ｂに描出するように、エピタキシャル層１０１の表面がホウ素イオンで衝撃されてホウ素注入領域１０２が形成される。エピタキシャル層１０１の表面上にマスク領域および非マスク領域を区画するよう、エピタキシャル層１０１のホウ素注入領域１０２上にマスク材料１０３を適用する。マスク材料１０３を適用した後、図７Ｃに描出するように、たとえばエピタキシャル層１０１の非マスク（非保護）領域およびホウ素注入領域１０２の非マスク領域をエッチングすることなどにより、トレンチ１０４を形成する。

トレンチ１０４を形成した後、図７Ｄに描出するようにマスク材料１０３を除去し、さらにエピタキシャル層１０１上およびホウ素注入領域１０２上にもう１つのエピタキシャル層１０５を成長させる。これはトレンチ１０４を充填しかつトレンチ１０４上で自己平坦化するプロセスを用いて実施する。図７Ｅに描出するように、エピタキシャル層１０５の成長時、ホウ素領域１０２内のホウ素がエピタキシャル層１０１および１０５に拡散してＤ−センターを生成し、半絶縁エピタキシャル層１０６を形成する。

上述の方法は、その全内容を本明細書に参照文献として援用する、「炭化ケイ素内にエピタキシャル成長ドリフト、埋没ゲートおよびガードリング、自己平坦化チャンネルおよびソース領域を有する垂直トレンチ接合電界効果トランジスタ」という標題の、２００５年８月８日出願のＬｉｎ ＣｈｅｎｇとＭｉｃｈａｅｌ Ｓ．Ｍａｚｚｏｌａによる米国特許明細書第１１／１９８，２９８号内にその実施例を確認できる多様なデバイスの二次加工に使用することができる。チャンネルのサイズは、数μｍ単位であるホウ素の予測拡散長およびホウ素関連Ｄ−センターの生成範囲と一致しなければならない。

上述の方法の変法は、Ｄ−センター補償の深度も決定し、したがって形成された半絶縁エピタキシャル層１０６の厚さも決定するホウ素の予想拡散深度よりも厚いわずかにｎ型のエピタキシャル層１０１を用いることができる。その結果、基板１００と半絶縁エピタキシャル層１０６の間に残った半導体は残留ｎ型エピタキシャル層１０１によって占められる。

１つの実施形態では、基板あるいは隣接するエピタキシャル層内にホウ素を注入するために、基板あるいは隣接するエピタキシャル層を約８０ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶのエネルギーを有するホウ素イオンで衝撃する。１つの実施形態では、合計線量１．２３×１０１５ｃｍ−２を有する３つのエネルギー（８０ｋｅＶ、１１５ｋｅＶおよび１６０ｋｅＶ）のホウ素注入スキームを適用して、ホウ素に富んだ表面近傍層を形成する。

本発明の多様な実施形態を、超短波（ＶＨＦ）からＸバンド（１０ＧＨｚ）の上より操作するコンパクトソリッドステートテレビジョンおよびレーダートランスミッターにおける用途に使用することができる。本発明の多様な実施形態は、たとえば最新型軍用機の空中レーダーシステムなどの軍事用途に対しても用いることができる。商業用途には、テレビ放送局、携帯電話基地局、および電話、音声および画像送信のための衛星通信リンクにおける本発明の実施形態の使用が含まれる。さらに、コンパクトな直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバーターを利用した効率のよい電源切り替えおよびモータードライブ制御サーキットリーも、たとえばハイブリッド電気自動車および蛍光照明バラストなどにおいて本発明の実施形態を利用することができる。

本発明の多様な実施形態が上に記載されているものの、例示の意図で提示されたものであって制限ではないことを理解すべきである。本発明の趣旨および範囲を逸脱することなくその形態および詳細に多様な変更を行えることが、当業者に明らかとなるであろう。実際に、上記の記述を読んだ後で、本発明をどのようにして代替的な実施形態で実行するかが当業者に明らかになるであろう。したがって、本発明は上記の例示的実施形態のいずれによっても制限されるべきではない。

さらに、本発明の方法および機器は、半導体技術において使用される関連機器及び方法と同様、本質的に複雑であり、操作パラメータの適切な数値を経験的に決定することにより、あるいはコンピュータシミュレーションを実施して所与の用途にとって最良のデザインに到達することにより最良に実現されることが多い。したがって、全ての適切な変更、組合せおよび同等物は本発明の趣旨および範囲内にあると見なすべきである。

さらに、図面は例示の目的のみで提示されることを理解すべきである。本発明の方法およびデバイスは十分に柔軟性および適合性があるので、添付の図面に示す方法以外の方法で使用してもよい。

さらに、開示の要約の目的は、一般に米国特許庁および公衆、および特に特許あるいは法律の用語あるいは文体に精通していない科学者、技術者および当技術分野の実践者が、本明細書の技術的開示の性質および本質のおおざっぱな検証から迅速に判断できるようにすることである。開示の要約は、いかなる意味においても本発明の範囲について限定することを意図していない。

Claims (35)

1. 基板の表面あるいは第１のエピタキシャル層の表面にホウ素注入領域を形成するために前記基板あるいは前記基板上に形成された前記第１のエピタキシャル層にホウ素を注入すること、および
   半絶縁エピタキシャル層を形成するために前記基板の前記ホウ素注入領域あるいは前記第１のエピタキシャル層の前記ホウ素注入領域上に第２のエピタキシャル層を成長させることを含む、半絶縁エピタキシャル層を製造する方法。
2. 前記基板あるいは前記エピタキシャル層に注入することが約８０ＫｅＶと約１６０ＫｅＶの間のエネルギーを有するホウ素イオンで衝撃することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記基板に注入することがｐ型炭化ケイ素基板に注入することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のエピタキシャル層に注入することがｎ型炭化ケイ素エピタキシャル基板に注入することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２のエピタキシャル層を成長させることが約１５００℃と約１７００℃の間の温度で前記第２のエピタキシャル層を成長させることを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記第２のエピタキシャル層を成長させることが約１時間と約３時間の間の時間で前記第２のエピタキシャル層を成長させることを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第２のエピタキシャル層を成長させることがｎ型の第２のエピタキシャル層を成長させることを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記半絶縁エピタキシャル層を形成するために前記ホウ素注入領域内のホウ素が前記ホウ素注入領域上に成長した前記第２のエピタキシャル層に拡散する、請求項１に記載の方法。
9. 前記第２のエピタキシャル層内にＤ−センターを形成するために前記ホウ素注入領域内のホウ素が前記ホウ素注入領域上で成長した前記第２のエピタキシャル層に拡散する、請求項８に記載の方法。
10. 前記半絶縁エピタキシャル層を形成するために前記ホウ素注入領域内のホウ素が前記第１のエピタキシャル層にも前記第２のエピタキシャル層にも拡散する、請求項１に記載の方法。
11. 前記第１および第２のエピタキシャル層のいずれにもＤ−センターを形成するために前記ホウ素注入領域内のホウ素が前記第１のエピタキシャル層にも前記第２のエピタキシャル層にも拡散する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記半絶縁エピタキシャル層を形成した後で、前記ホウ素注入領域を取り除くことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記ホウ素注入領域を取り除くことが前記ホウ素注入領域をエッチングすることを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１のエピタキシャル層の表面にマスク材料を適用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記第１のエピタキシャル層にトレンチを形成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. トレンチを形成することが前記第１のエピタキシャル層の非マスク領域をエッチングすることを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１のエピタキシャル層に注入することが前記トレンチ内にホウ素注入領域を形成するために前記第１のエピタキシャル層に前記トレンチを形成した後に前記第１のエピタキシャル層に注入することを含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記マスク材料を除去することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ホウ素が前記第１のエピタキシャル層により深く拡散するよう高温アニーリング工程を適用することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１のエピタキシャル層の表面上にマスク領域および非マスク領域を区画するために前記ホウ素注入領域上にマスク材料を適用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
21. 前記第１のエピタキシャル層の前記非マスク領域および前記ホウ素注入領域の前記非マスク領域にトレンチを形成することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記マスク材料を除去することおよび前記第１のエピタキシャル層上および前記ホウ素注入領域上に前記第２のエピタキシャル層を成長させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第１のエピタキシャル層上および前記ホウ素注入領域上に前記第２のエピタキシャル層を成長させることが前記トレンチを充填することおよび前記トレンチ上で前記第２のエピタキシャル層を平坦化すること含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記半絶縁エピタキシャル層を形成するために前記第１のエピタキシャル層上で前記第２のエピタキシャル層が成長する際に前記ホウ素注入領域内のホウ素が前記第１および前記第２のエピタキシャル層内に拡散する、請求項２２に記載の方法。
25. 基板、
    前記基板上に形成された半絶縁炭化ケイ素エピタキシャル層であって、前記半絶縁炭化ケイ素エピタキシャル層がホウ素およびホウ素関連Ｄ−センター欠損を含む半絶縁炭化ケイ素エピタキシャル層、および
    前記基板の表面上あるいは前記第１のエピタキシャル層の表面上にホウ素注入領域を形成するために前記基板あるいは前記基板上に形成された前記第１のエピタキシャル層にホウ素イオンを注入すること、および前記基板の前記ホウ素注入領域上あるいは前記第１のエピタキシャル層の前記ホウ素注入領域上に第２のエピタキシャル層を成長させることにより前記半絶縁エピタキシャル炭化ケイ素層が形成される、前記半絶縁炭化ケイ素層上に形成された第１の半導体デバイスを含むマイクロエレクトロニクスデバイス。
26. 前記第１の半導体デバイスが高周波数デバイスである、請求項２５に記載のデバイス。
27. 前記基板が伝導体である、請求項２５に記載のデバイス。
28. 前記基板がｐ型基板を含む、請求項２５に記載のデバイス。
29. 前記基板がｎ型基板を含む、請求項２５に記載のデバイス。
30. 前記第１の半導体デバイスが金属酸化膜電界効果トランジスタを含む、請求項２５に記載のデバイス。
31. 前記第１の半導体デバイスがバイポーラ接合トランジスタを含む、請求項２５に記載のデバイス。
32. 前記第１の半導体が接合電界効果トランジスタを含む、請求項２５に記載のデバイス。
33. 前記半絶縁炭化ケイ素層上に形成された第２の半導体デバイスをさらに含む、請求項２５に記載のデバイス。
34. 前記第２の半導体デバイスが前記第１の半導体デバイスと物理的に分離される、請求項３３に記載のデバイス。
35. 前記第２の半導体デバイスが前記第１の半導体デバイスと電気的に分離される、請求項３３に記載のデバイス。

Images