特開 2024-80162 不純物導入方法及び不純物導入装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024080162

(43)【公開日】2024-06-13

(54)【発明の名称】不純物導入方法及び不純物導入装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/22 20060101AFI20240606BHJP

   H01L 21/225 20060101ALI20240606BHJP

   H01L 29/861 20060101ALI20240606BHJP

   H01L 21/329 20060101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

H01L21/22 E

H01L21/225 Q

H01L21/225 R

H01L29/91 F

H01L29/91 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022193107

(22)【出願日】2022-12-01

(71)【出願人】

【識別番号】594158150

【氏名又は名称】学校法人君が淵学園

(74)【代理人】

【識別番号】100187322

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 直輝

(72)【発明者】

【氏名】池田 晃裕

(57)【要約】

【課題】ＳｉＣのように不純物元素の熱拡散係数の非常に小さい半導体素材において、不純物元素を深い位置に導入可能な不純物導入方法及び導入装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ｎ型半導体素材である被導入層の表面に、酸化されたアルミニウムを含む不純物源膜を形成する第１の工程と、第１のパルスレーザ光を前記不純物源膜に向けて照射することにより、前記被導入層の内部に前記アルミニウムを導入してｐ型の不純物導入層を形成する第２の工程と、を含む不純物導入方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ型半導体素材である被導入層の表面に、酸化されたアルミニウムを含む不純物源膜を形成する第１の工程と、
第１のパルスレーザ光を前記不純物源膜に向けて照射することにより、前記被導入層の内部に前記アルミニウムを導入してｐ型の不純物導入層を形成する第２の工程と、
を含む不純物導入方法。

【請求項2】

前記第１のパルスレーザ光の波長は、９．２μｍ～１０．８μｍであることを特徴とする請求項１に記載の不純物導入方法。

【請求項3】

前記第１のパルスレーザ光のエネルギー密度は、５０Ｊ／ｃｍ２以上１２４Ｊ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載の不純物導入方法。

【請求項4】

前記不純物源膜の厚さは、１．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の不純物導入方法。

【請求項5】

前記第１のパルスレーザ光のパルス幅は、励起媒質ガスに含まれる炭酸ガス、窒素、ヘリウムの比率に応じて決定される請求項１に記載の不純物導入方法。

【請求項6】

前記第１のパルスレーザ光のパルス幅は、１００ｎｓ以上５０μｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載の不純物導入方法。

【請求項7】

前記被導入層は、炭化ケイ素半導体であることを特徴とする請求項１に記載の不純物導入方法。

【請求項8】

パルスレーザ光を出力する光源を有し、前記パルスレーザ光をｎ型半導体素材である被導入層に照射する制御部を備える不純物導入装置において、
前記ｎ型半導体素材の表面に、酸化されたアルミニウムを含む不純物源膜を形成し、前記パルスレーザ光を前記不純物源膜に対して照射することで、前記被導入層の内部に前記アルミニウムを導入してｐ型の不純物導入層を形成することを特徴とする不純物導入装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、不純物元素の拡散係数が小さい半導体素材に対して、不純物を導入する方法及び不純物導入装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、Ｓｉ（ケイ素）よりも約１０倍の絶縁破壊電界強度を有するため、ドリフト層の厚さを薄くすることができ、かつドリフト層の不純物濃度を高く設計することができる。このためＳｉＣは、シリコンパワーデバイスに比べて小型化、低消費電力化を実現することが可能となるため、次世代のパワーデバイスとして期待されている。
一方でＳｉＣ中においては、不純物元素の熱拡散係数がＳｉに比べて非常に小さいため、デバイス製造の高コスト化が課題となっている。

【0003】

パワーデバイスにおいては、局所的に不純物を導入してｐｎ接合を形成する必要がある。ＳｉＣパワーデバイスの不純物導入方法の１つであるイオン注入は、1回の導入では所望の不純物導入プロファイルを得ることはできず、導入の加速度やドーズ量を変えて４、５回の導入と、イオン注入後には１７００度程度での導入不純物の活性化熱処理が必要となる。このためＳｉＣパワーデバイスは、不純物導入プロセスが非常に長く不純物導入に要する時間も複数日必要となり、製造にかかるコストの増加を引き起こしている。

【0004】

これに対し、特許文献１、特許文献２に示すようにｎ型のＳｉＣ基板の表面に不純物としてアルミニウムを成膜して、このアルミニウム膜にエキシマレーザを照射することでＳｉＣ内部にｐ型の不純物導入層を形成する方法が提案されている。特許文献２では、ＫｒＦエキシマレーザを用いて短時間でＳｉＣ基板表面から１００ｎｍ程度の深さにアルミニウムを導入できることが記載されている。しかしＳｉＣを用いてパワーデバイスを構成する場合、不純物をより深く導入することが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平８－２６４４６８号公報

【特許文献2】特開２０１６－１５７９１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ＳｉＣのように不純物元素の熱拡散係数の非常に小さい半導体素材において、不純物元素を深い位置に導入可能な不純物導入方法及び導入装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の実施形態に係る不純物導入方法は、ｎ型半導体素材である被導入層の表面に、酸化されたアルミニウムを含む不純物源膜を形成する第１の工程と、
第１のパルスレーザ光を前記不純物源膜に向けて照射することにより、前記被導入層の内部に前記アルミニウムを導入してｐ型の不純物導入層を形成する第２の工程と、
を含む不純物導入方法である。

【発明の効果】

【0008】

ＳｉＣのように不純物元素の熱拡散係数の非常に小さい半導体素材において、不純物元素を深い位置に導入可能な不純物導入方法及び導入装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いた不純物導入装置の全体構成の一例を示す図である。

【図2】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ１における工程断面図の一例を示す図である。

【図3】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ２における工程断面図の一例を示す図である。

【図4】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ３における工程断面図の一例を示す図である。

【図5】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ４における工程断面図の一例を示す図である。

【図6】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ５における工程断面図の一例を示す図である。

【図7】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて不純物を導入した時の導入された不純物濃度の濃度分布と深さの関係を示す概略図である。

【図8】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて不純物の導入試験を行った結果を示す概略図である。

【図9】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて生成した不純物導入層のコンタクト特性を測定した測定系の概略図である。

【図10】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて生成した不純物導入層のコンタクト特性を測定した結果を示す概略図である。

【図11】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて生成した支持層の下面上の生成したオーミックコンタクト電極のコンタクト特性を測定した測定系の概略図である。

【図12】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて生成したオーミックコンタクト電極のコンタクト特性を測定した結果を示す概略図である。

【図13】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて生成したＳｉＣ半導体装置のダイオード特性を測定した測定系の概略図である。

【図14】本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて生成したＳｉＣ半導体装置のダイオード特性を測定した結果を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示に係る不純物導入方法及び不純物導入装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0011】

（本発明の第１の実施形態）
図1は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いた不純物導入装置２１の全体構成の一例を示す図である。

【0012】

不純物導入装置２１は、導入する不純物元素を含む不純物を上面に堆積した状態の半導体素材を被照射物とし、被照射物の上方向からパルスレーザ光６を照射して不純物元素を半導体素材内に導入する装置である。被照射物の半導体素材は、一例としてＳｉＣ半導体素材２０とする。

【0013】

不純物導入装置２１は、パルスレーザ発振器１、ミラー２、集光手段３、ＳｉＣ半導体素材２０を載置するサンプルステージ４、パルスレーザ発振器１及びサンプルステージ４を制御する制御手段５を含む。

【0014】

パルスレーザ発振器１は、炭酸ガス、窒素、ヘリウムを主成分とする励起媒質ガスを励起してパルスレーザ光６を出力する炭酸ガスレーザ（波長＝９．２μｍ～１０．８μｍ）であり、励起媒質ガスの炭酸ガス、窒素、ヘリウムの混合比を変えて使用することが可能である。励起媒質ガスは、ガスボンベ４０から供給される。

【0015】

パルスレーザ発振器１は、混合比を変えることで、出力するパルスレーザ光６のパルス幅を変えることができる。これにより不純物導入装置２１は、被照射物であるＳｉＣ半導体素材２０にパルスレーザ光６を照射する照射時間を変えることができる。

【0016】

パルスレーザ発振器１の動作は、制御手段５からの制御信号により制御される。不純物導入装置２１は、パルスレーザ発振器１を備えているが、パルスレーザ発振器１の代わりに連続波発振が可能で照射時間を調整可能な炭酸ガスレーザの連続波発振器を備え、パルスレーザ光６のパルス幅を変えることに対応して、連続波の照射時間を変えるようにしてもよい。

【0017】

ミラー２は、パルスレーザ発振器１から出力されるパルスレーザ光６の光路に配置され、パルスレーザ光６を高い反射率で反射する。

【0018】

集光手段３は、ミラー２とサンプルステージ４との間に配置され、パルスレーザ発振器１から出力されるパルスレーザ光６を、サンプルステージ４に載置されたＳｉＣ半導体素材２０の上に堆積する不純物源膜９に集光させる集光レンズである。

【0019】

サンプルステージ４は、パルスレーザ光６の被照射物であるＳｉＣ半導体素材２０を支持する。サンプルステージ４は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に駆動可能であり、ＳｉＣ半導体素材２０に導入する不純物を堆積した位置に集光手段３の光軸を合致させるように、制御手段５からの制御信号により位置合わせを行う。

【0020】

なおミラー２、集光手段３は、制御手段５からの制御信号によりＳｉＣ半導体素材２０に導入する不純物を堆積した位置に集光手段３の光軸を合致させるように駆動可能であってもよい。

【0021】

制御手段５は、パルスレーザ発振器１の動作を制御するとともに、パルスレーザ発振器１から出力されるパルスレーザ光６が、サンプルステージ４に載置された被照射物であるＳｉＣ半導体素材２０を適切に照射するようにサンプルステージ４の位置を制御する。

【0022】

次に本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて、ＳｉＣ半導体装置２２を製造する製造工程について説明する。

【0023】

本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法は、図６に示すようなｐｎダイオードのＳｉＣ半導体装置２２を製造するために用いることができる。図６に示すＳｉＣ半導体装置２２は、高濃度のＳｉＣ基板であるｎ型（ｎ＋型）の支持層７、支持層７の上面上に位置する低濃度のｎ型（ｎ‐型）の被導入層８及び被導入層８の上面から一定の深さまで高濃度のｐ型（ｐ＋型）の不純物導入層１１が設けられている。
本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて、図６に示すＳｉＣ半導体装置２２を製造する工程を以下に説明する。

【0024】

（ステップ１）
ステップ１は、ｎ＋型の支持層７とｎ-型の被導入層８とを備えるＳｉＣ半導体素材２０を用意するステップである。
図２は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ１における工程断面図の一例を示す図である。図６に示すＳｉＣ半導体装置２２を製造するために、図２に示すようにｎ＋型の支持層７と、例えばエピキャピタル成長等により支持層７の上面に積層されている被導入層８とから構成されるＳｉＣ半導体素材２０を用意する。

【0025】

（ステップ２）
ステップ２は、支持層７の下面に導電膜（金属膜）を成膜し、オーミックコンタクト電極１２を生成する工程である。
図３は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ２における工程断面図の一例を示す図である。

【0026】

支持層７の下面上に、スパッタリング法によりニッケルからなる導電膜を成膜する。成膜後、支持層７との間でシリサイド化を促進するためにＳｉＣ半導体素材２０に約９００度の真空アニールを６分程度実施することで、支持層７との間でオーミックコンタクトを有するオーミックコンタクト電極１２を形成する。

【0027】

（ステップ３）
ステップ３は、被導入層８の表面上に不純物源膜９を堆積するステップである。
図４は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ３における工程断面図の一例を示す図である。

【0028】

不純物源膜９は、被導入層８に導入する不純物元素を不純物として含む膜であり、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法における不純物元素はアルミニウム（Ａｌ）とする。さらに不純物源膜９は、パルスレーザ光６が照射される面を持つ層が酸化アルミニウムで構成されていることが望ましい。アルミニウムは、炭酸ガスレーザのパルスレーザ光をほぼ反射するのに対して、酸化アルミニウムは炭酸ガスレーザのパルスレーザ光を吸収する。このため不純物源膜９は、パルスレーザ光６のエネルギーを吸収しアブレーションを起こす層として酸化アルミニウムの層を持つ。

【0029】

図４（ａ）は、酸化アルミニウムを含むコロイド水溶液をスピンコート法により被導入層８の表面に成膜し、成膜後に焼結して１．２μｍほどの酸化アルミニウムの厚さに堆積して不純物源膜９を生成した様子の一例を示している。
なお、不純物源膜９は、アルミニウムを被導入層８の表面に堆積したあとに熱酸化処理でその一部あるいは全部を酸化アルミニウムに変化させて生成してもよい。

【0030】

図４（ｂ）は、不純物源膜９が、熱酸化処理によりアルミニウムの不純物源膜９の上面から一定の深さまでが酸化被膜（酸化アルミニウム）９－１に変化し、その下の層が酸化していないアルミニウムの不純物源９－２である例を示す図である。

【0031】

以上のように不純物源膜９は、図４（ａ）の例に示すように酸化アルミニウムだけから構成されていてもよい、あるいは図４（ｂ）の例に示すように２層で構成され、パルスレーザ光６が照射される面を持つ上層が酸化アルミニウムで構成され、被導入層８と接する面を持つ下層がアルミニウムで構成されていてもよい。

【0032】

（ステップ４）
ステップ４は、不純物にパルスレーザ光６を照射して、被導入層８に不純物を導入するステップである。
図５は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ４における工程断面図の一例を示す図である。室温の大気雰囲気中に設置した不純物導入装置２１のサンプルステージ４に不純物源膜９を堆積したＳｉＣ半導体素材２０を載置し、不純物元素であるアルミニウムを導入させる所定領域１０にパルスレーザ光６の光軸が一致するようにサンプルステージ４を所定量移動させ、パルスレーザ光６を所定領域１０の上方向から照射する。

【0033】

図５（ａ）は、パルスレーザ発振器１から出力されたパルスレーザ光６が、不純物源膜９の所定領域１０に対して上方向から照射されている状態を示す図である。

【0034】

パルスレーザ発振器１から出力されたパルスレーザ光６は、不純物源膜９を介して被導入層８の格子振動に十分なエネルギーを与える大きなエネルギー密度であることが望ましい。パルスレーザ発振器１から出力されたパルスレーザ光６のエネルギー密度Ｆは、５０Ｊ／ｃｍ２以上１２４Ｊ／ｃｍ２以下で照射されることが望ましい。

【0035】

またパルスレーザ発振器１から出力されたパルスレーザ光６のパルス幅は、１００ｎｓ以上５０μｓ以下の範囲で設定されることが望ましい。パルス幅が１００ｎｓ未満の場合は、導入に必要な十分なエネルギーが供給されない。またパルス幅が５０μｓを超える場合は、被導入層８の破損の度合いが大きくなる。またパルスレーザ光６の照射回数は、不純物源膜９の厚さｄを考慮して１から数ショットが望ましい。

【0036】

図５（ｂ）は、パルスレーザ光６を所定領域１０に照射した結果、不純物源膜９の所定領域１０にアブレーションによるプルーム９－３が生じている状態を示す図である。不純物源膜９は、パルスレーザ光６が照射された所定領域１０の周辺に酸化アルミニウムが飛散するとともに、照射領域及びその周辺はパルスレーザ光６の高エネルギーにより溶融流動した領域となる。これにより不純物源膜９の不純物元素であるアルミニウム（Ａｌ）は被導入層８に注入されかつ拡散するとともに活性化される。

【0037】

図５（ｃ）は、パルスレーザ光６を所定領域１０に照射した結果、被導入層８に不純物導入層１１が形成された状態を示す図である。被導入層８の不純物源膜９と接する面側にアルミニウム（Ａｌ）が導入されたｐ＋型の不純物導入層１１が形成される。すなわち本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法により、アルミニウム（Ａｌ）を不純物源としてＳｉＣ半導体装置２２への導入が行われた。

【0038】

図５（ｃ）に示すように、パルスレーザ光６が照射された所定領域１０は、不純物源膜９の膜厚が減じられることで、照射領域である所定領域１０と非照射領域との境の近傍領域９－４－１は傾斜を成している。パルスレーザ光６が照射されている領域は局所的なため、パルスレーザ光６の照射による加熱も局所的であり、被導入層８のＳｉＣ半導体素材２０に対して熱によるダメージを少なくすることができる。
（ステップ５）
ステップ５は、不純物源膜９の残渣９－４を被導入層８の表面から除去するステップである。
図６は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法のステップ５における工程断面図の一例を示す図である。

【0039】

被導入層８の表面からの残渣９－４の除去は、例えばアセトンで残渣９－４の表面の有機物を除去し、次にフッ化水素水溶液に接触させて残留している酸化アルミニウムを除去してもよい。被導入層８の表面からの残渣９－４を除去することで、ｐｎダイオードのＳｉＣ半導体装置２２が製造される。

【0040】

以上本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いたステップ１からステップ５の工程により、ＳｉＣ半導体素材２０の被導入層８の上面から深い位置までｐ型不純物を高濃度に導入することが可能となり、ｐ型不純物が高濃度に導入された不純物導入層１１を備えたｐｎダイオードを効率よく製造することができる。

【0041】

ここで本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法によるｐ型不純物の導入状態を検証するため、パルスレーザ光の光源としてＫｒＦエキシマレーザ（波長＝２４８ｎｍ）を用いて不純物としてアルミニウム（Ａｌ）を導入した場合との比較を行う。

【0042】

図７は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法による、ＳｉＣ半導体素材２０の厚み方向における不純物濃度の濃度分布を示す概略図である。一方の縦軸（左側）は、導入されたアルミニウムの濃度（／ｃｍ３）を示し、他方の縦軸（右側）は、Ｓｉ及びＣのイオン強度（intensity）を示している。また横軸は、被導入層８の上面からの深さ（μｍ）を示している。
検証に用いた本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法は、不純物源膜９の酸化アルミニウムの層の厚さｄは、導入効率を考慮して経験則的に最大１．２μｍ、パルス幅は３０μｓ、エネルギー密度Ｆは８２Ｊ／ｃｍ２とした。

【0043】

図中の実線で示されるＡｌ－（１）のグラフは、不純物元素であるアルミニウムを被導入層８に導入する方法として本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いた場合、図中の点線で示されるＡｌ－（２）のグラフは、比較対象としてパルスレーザ光としてＫｒＦエキシマレーザを用い、支持層７、被導入層８、所定領域１０は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法と同一にし、酸化アルミニウムを含まずアルミニウム（Ａｌ）のみから構成されている不純物源膜９にＫｒＦエキシマレーザのパルスレーザ光を照射して不純物導入を行った場合、の各々における被導入層８に導入された不純物元素であるアルミニウムの濃度分布を示している。

【0044】

図７に示すように、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いると、被導入層８の上面から深さ１．８μｍ近傍まで、不純物元素であるアルミニウムを導入することができる。一方パルスレーザ光としてＫｒＦエキシマレーザを用いた場合の不純物導入方法を用いると、被導入層８の上面から深さ２００ｎｍ程度までしか不純物元素であるアルミニウムを導入することができない。

【0045】

以上のように本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いた場合は、パルスレーザ光としてＫｒＦエキシマレーザを用いた場合に比べ、不純物元素であるアルミニウム（Ａｌ）の導入の深さは、格段に深くなっていることが分かる。

【0046】

また図７に示すように、Ｓｉ、Ｃの組成比が、不純物元素であるアルミニウムが導入された深さ１．８μｍ近傍までの領域とそれより深い領域とで変化がない。これは、アルミニウムが高濃度に導入された被導入層８のＳｉＣの結晶に、顕著なダメージがないことを示唆している。このように本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いた場合、パルスレーザ光６を照射による加熱があっても、被導入層８のＳｉＣ半導体素材２０に対するダメージを少なくすることができる。

【0047】

図８は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて不純物の導入試験を行った結果を示す概略図と表である。

【0048】

図８（ａ）は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて不純物元素であるアルミニウム（Ａｌ）の導入試験を行った結果の、残留する不純物源膜９を除去する前の状態を示す画像である。

【0049】

図８（ａ）に示す円形部分が境の近傍領域９－４－１であり、図５（ｃ）に示すように、パルスレーザ光６が照射される照射領域と照射されない非照射領域との境の近傍領域となり、不純物導入層１１の外縁となる。

【0050】

図８（ｂ）は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて不純物元素であるアルミニウム（Ａｌ）の導入試験を行った結果の、エネルギー密度Ｆと不純物の導入結果の関係を示している。

【0051】

所定のエネルギー密度のパルスレーザ光６を照射した結果の各サンプルの画像を確認し、不純物が適切に導入されたエネルギー密度Ｆの範囲を特定した。実験の結果、パルスレーザ発振器１が出力するパルスレーザ光６のエネルギー密度Ｆは、Ｆ＝５０Ｊ／ｃｍ２以上１２４Ｊ／ｃｍ２以下であることが望ましい。

【0052】

以上のように、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を、パルスレーザ光６が照射するエネルギー密度Ｆ＝５０Ｊ／ｃｍ２以上１２４Ｊ／ｃｍ２以下で照射することで、被導入層８の上面から深さ１．８μｍ近傍まで不純物元素であるアルミニウムを導入することができ、また被導入層８に対して顕著なダメージを与えることなく不純物元素であるアルミニウムを導入することができる。

【0053】

不純物導入層１１のコンタクト特性を確認するために、オーミックコンタクト性を持つタングステンプローブ３０を用いて、タングステンプローブ３０のＩ－Ｖ特性を測定した。

【0054】

図９は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法により生成した不純物導入層１１のコンタクト特性を測定した測定系の概略図である。図９に示すように、一対のタングステンプローブ３０を不純物導入層１１に接触させて測定した。

【0055】

図１０は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法により生成した不純物導入層１１のコンタクト特性を測定した結果を示す概略図である。縦軸は、プローブを流れる電流を示し、横軸は電圧を示している。図１０に示すように、Ｉ－Ｖ特性は直線になっており、不純物導入層１１はオーミックコンタクトを構成していることがわかる。

【0056】

またオーミックコンタクト電極１２のコンタクト特性を確認するために、オーミックコンタクト電極１２に電圧を印加した際の流れる電流を測定することで、支持層７とオーミックコンタクト電極１２との間のＩ－Ｖ特性を測定した。

【0057】

図１１は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法により生成した支持層７の下面上に生成した一対のオーミックコンタクト電極１２のコンタクト特性を測定した測定系の概略図である。図１１に示すように、オーミックコンタクト電極１２に電圧を印加して測定した。

【0058】

図１２は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法により生成したオーミックコンタクト電極１２のコンタクト特性を測定した結果を示す概略図である。縦軸は印加回路を流れる電流を示し、横軸は電圧を示している。図１２に示すように、Ｉ－Ｖ特性は直線になっており、オーミックコンタクト電極１２と支持層７とはオーミックコンタクトを構成していることがわかる。

【0059】

またＳｉＣ半導体装置２２のダイオード特性を確認するために、オーミックコンタクト性を持つタングステンプローブ３０を用いてタングステンプローブ３０のＩ－Ｖ特性を測定した。

【0060】

図１３は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて生成したＳｉＣ半導体装置２２のダイオード特性を測定した測定系の概略図である。図１３に示すように、タングステンプローブ３０を不純物導入層１１に接触させて測定した。

【0061】

図１４は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法を用いて生成したＳｉＣ半導体装置２２のダイオード特性を測定した結果を示す概略図である。縦軸はプローブを流れる電流を示し、横軸は電圧を示している。図中の１ｓｈｏｔｓ、３ｓｈｏｔｓは、ステップ４においてパルスレーザ光６を所定領域１０に照射した回数を示している。

【0062】

図１０に示したように不純物導入層１１はオーミックコンタクト特性になっており、また図１２に示したように支持層７とオーミックコンタクト電極１２とはオーミックコンタクトになっている。したがって、図１４に示す整流特性は、本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法により導入したアルミニウムによるｐｎ接合によるものと思われ、ｐｎ接合ダイオードのオンオフ比は、９桁程度の整流特性であり１から数ショットのパルスレーザ光６の照射で十分なｐｎ接合が形成されていることが確認できた。
以上のように本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法によれば、被導入層８の表面から１．８μｍ程度の深さまでアルミニウム（Ａｌ）を１×１０＾１５／ｃｍ３程度以上導入することができ、従来のＫｒＦエキシマレーザを用いた不純物導入方法に比べて不純物を導入できる深さが大幅に上回り、またパルスレーザ光６の照射による被導入層へのダメージを少なくすることができる。
また本開示の第１の実施形態に係る不純物導入方法は、室温の大気雰囲気中で、パルスレーザ光６のエネルギー密度Ｆを高エネルギー状態で照射することにより、パルスレーザ光６が照射される不純物源膜９の領域を一気に活性化させることができるため不純物導入に要する時間が削減でき、従来のイオン注入方法のように高温加熱装置を使用する必要もなく、また注入プロセス長くなく、不純物導入にかかるコストを大幅に低減することができる。

【0063】

本開示のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0064】

１：パルスレーザ発振器
２：ミラー
３：集光手段
４：サンプルステージ
５：制御手段
６：パルスレーザ光
７：支持層
８：被導入層
９：不純物源膜
９－１：酸化被膜
９－２：酸化してない不純物源
９－３：プルーム
９－４：残渣
９－４－１：境の近傍領域
１０：所定領域
１１：不純物導入層
１２：オーミックコンタクト電極

２０：ＳｉＣ半導体素材
２１：不純物導入装置
２２：ＳｉＣ半導体装置

３０：タングステンプローブ
４０：ガスボンベ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】