ダイヤモンドパワーデバイス実現に向けたイオン注入プロセスに関する研究

实现金刚石功率器件的离子注入工艺研究

基本信息

批准号：
20H02139
负责人：
小倉政彦
金额：
$ 11.23万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

ダイヤモンドは低損失で耐環境な次々世代パワーデバイスの材料として嘱望されているが、デバイスプロセスに不可欠なイオン注入技術の適用が、照射欠陥やグラファイト化に起因する問題が解決できていないために難しいとされてきた。イオン注入プロセスは添加する元素の濃度分布を容易に制御することができ、デザインフレキシビリティの点で非常に有利であるため、ダイヤモンドのデバイスプロセスに適用できれば大きなブレークスルーとなる。本研究ではダイヤモンドのデバイスプロセスにイオン注入プロセスを適用させるために必要な技術を構築する。そのためには、Siなどで行われているように、キャリア活性層たる母体層のリンドープn型層にホウ素をイオン注入することで局所的にp型に転換させ、更にそのp型領域とn型領域による接合がpn接合として機能する必要がある。本年度の大きな成果は先ず、母体のn型層（産総研）とこのイオン注入によるp型への転換層（産総研・法政大学）を用いたpn接合ダイオードに於いて、p型転換層と電極金属の接触抵抗を大きく改善したことである。昨年度は10^4～5 Ωcm^2 であったのに対して、今年度は10^-5 Ωcm^2 程度と、９桁改善した。イオン注入を複数エネルギーで行うことにより高濃度領域の深さ範囲を大きくとったことがプロセス上のキーである。また、イオンの抑止または減速を目的とするマスク材は、前年度までの知見を用いて、本年度はフォトリソグラフィーとリフトオフを用いてTiにて選択的にマスクを施し、微小領域（数10μmの領域、領域間の間隙は最小5μm）に注入することに成功した。即ちダイヤモンドに於いてMOSFETを始めとするデバイスを志向した選択的イオン注入プロセスが利用できることが示された。これまでの成果を第70回応用物理学会春季学術講演会にて口頭発表した。

金刚石有望成为下一代功率器件的低损耗、耐环境材料，但由于辐照缺陷和石墨化引起的问题尚未解决，因此很难应用器件工艺所必需的离子注入技术。据说离子注入工艺可以轻松控制添加元素的浓度分布，在设计灵活性方面非常有利，因此如果能够应用于金刚石器件工艺中，将是一个重大突破。在这项研究中，我们将开发必要的技术，将离子注入工艺应用于金刚石器件工艺。为了实现这一点，与Si等一样，将硼离子注入到作为载流子活性层的基底层的磷掺杂n型层中，以将其局部转换为p型，然后p型区和n型区结必须起到pn结的作用。今年的主要成果首先是开发了p型转换层和p-n结二极管中的电极，该二极管使用基极n型层（AIST）和通过离子注入将p型转换层（AIST/法政大学）），这是金属接触电阻的显着改善。去年是10^4-5 Ωcm^2，今年是10^-5 Ωcm^2左右，提高了9位数。该工艺的关键是通过多种能量进行离子注入来拓宽高浓度区的深度范围。另外，对于以抑制或减缓离子为目的的掩模材料，今年我们将利用去年所获得的知识，通过光刻和剥离选择性地掩模Ti，并用它来掩模小区域（几十微米的区域），区域之间的间隙成功植入，最小为5微米）。换句话说，已经表明选择性离子注入工艺可用于 MOSFET 等器件的金刚石中。迄今为止获得的结果已在第70届日本应用物理学会春季会议上口头发表。