半绝缘外延的碳化硅及相关的宽带隙晶体管制造技术

一种半绝缘外延层的制造方法，该方法包括向衬底或形成在衬底上的第一外延层注入硼离子，以在该衬底的表面上或在该第一外延层的表面上形成注入硼的区域，以及在该衬底的注入硼的区域上或在该第一外延层的注入硼的区域上生长第二外延层，以形成半绝缘外延层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及半导体器件以及制造方法，具体地说，涉及利用 了碳化硅半绝缘层的半导体器件。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种半绝缘外延层的制造方法。该方法 包括向村底或在所述衬底上形成的第一外延层注入硼离子，以在所 述衬底的表面上或所述第一外延层的表面上形成注入硼的区域；以及 在所述衬底的所述注入硼的区域上或在所述第一外延层的所述注入硼 的区域上生长第二外延层，以形成半绝缘外延层。本专利技术的另 一方面提供了 一种微电子器件。该器件包括村底和在 衬底上形成的半绝缘碳化硅外延层。该半绝缘的碳化硅外延层包括硼 和与硼有关的D-中心缺陷。该微电子器件还包括形成在半绝缘的碳化 硅层上的第一半导体器件。该半绝缘的外延碳化硅层是这样形成的， 通过用硼离子注入所述衬底或注入形成在所述衬底上的第一外延层以 在所述衬底的表面上或所述第一外延层的表面上形成注入硼的区域， 并且通过在所述衬底的所述注入硼的区域上或在所述第一外延层的所 述注入硼的区域上生长第二外延层。附图说明图1为根据本专利技术实施方案的SiC MOSFET器件的示意性剖视图； 图2为依据本专利技术的实施方案在同一个SiC芯片上形成的第一半7导体器件和第二半导体器件的示意性剖视图3A-3C描述了依据本专利技术的实施方案形成半绝缘外延层的各个 步骤，其中衬底被用作为硼源；图4A-4D示出了依据本专利技术另 一个实施方案形成半绝缘外延层的 各个步骤，其中形成在衬底上的外延层被用作为硼源；图5A-5D示出了依据本专利技术可选实施方案形成半绝缘外延层的各 个步骤，其中形成在村底上的外延层被用作为硼源；图6A-6D示出了依据本专利技术另一个实施方案形成半绝缘(SI)外 延层的各个步骤，其中形成在衬底上的外延层被用作为硼源，并且在 外延层的表面上施加掩模材料；以及图7A-7E示出了依据本专利技术又一实施方案形成半绝缘(SI)外延层 的各个步骤，其中形成在村底上的外延层被用作为硼源，并且在注入 硼的区域上施加掩模材料。具体实施例方式图1为根据本专利技术实施方案的SiC MOSFET器件的示意性剖视图。 器件10包括衬底12(例如，n+6H碳化硅)，在其上形成有(例如通过 外延生长)半绝缘的碳化硅外延层13。在半绝缘(SI)碳化硅外延层13 上形成p—碳化硅层14。 p-碳化硅层14包括分级注入区17,例如n型 漂移区。在p-碳化硅层14上形成源极/本体S和漏极D，包括例如n+源极 区的源极/本体S具有接触区域20、 n+源才及井21和p+本体触点22， 包括例如n+漏极区的漏极D具有接触区域15和n+漏极井16。氧化硅 层18与栅极和接触区域19一起也形成在p-碳化硅层14上。在一个实施方案中，MOSFET器件10的所有层都是外延生长的。 在一个实施方案中，SISiC层13通过下面段落内容中所详细描述的多 种方法中的一种形成。图2为依据本专利技术的实施方案在同一个SiC芯片40上形成的第一 半导体器件44和第二半导体器件49的示意性剖视图。如图2所示， SiC芯片40包括衬底41 (例如n+型衬底)和SI层42 (例如外延层)。适当地，提供可选的浅沟槽隔离(STI)43 (例如为了形成器件)，以分 隔开第一半导体器件44和第二半导体器件49(例如，为了电隔离)。在一个实施方案中，第一半导体器件44是竖直双极结晶体管 (BJT),第二半导体器件49是竖直结型场效应晶体管(JFET)。 BJT器件 44包括各种部件，例如n-型集电极45、 n+型子集电极46、 p-型基底 47和n+型发射极48。竖直JFET 49包括各种部件，例如源极层50。 源极层50可以为，例如n+型层。竖直JFET49还包括可以为p+型层 的栅极区51和52以及可以为n+型层的漏极区53。在漏极区53中提 供接触点54。图2中的器件44和49都仅仅是可在SI层42上形成的器件的示 例性器件。利用SI外延，这些竖直功率器件都能够被集成在同一个芯 片上作为侧功率器件或侧控制电路，这形成了 SiC中的复杂、多功能(例 如，功率调节，控制，增益)单片电路的基础，也被称为智能功率IC。 各种器件的详细介绍出现于Casady等人的第7,009,209号美国专利， 其名为Silicon Carbide and Related Wide誦Bandgap Transistors on Semi-Insulating Epitaxy for High Speed, High Power Applications(半绝缘夕卜延 的碳化硅以及相关宽带隙晶体管在高速高功率方面的应用)，其全部 内容在此整体引入作为参考。首先，可实现器件之间的电隔离。通过在质量更高且价格更低的 传导性4H SiC衬底上生长半绝缘外延层，从而改善了技术性能和成 本。第二，利用SiC而不是硅绝缘体(SOI)可更好地实现较高功率密度 的集成电路，这是因为半绝缘SiC外延层的热传导率比SOI中使用的 Si02的热传导率要高得多。因此，能够更有效地除去多余的热量。例 如，基于它们的热传导率的比率，SI SiC緩冲层每单位面积能够传导 的热量是用于SOI中的典型的二氧化硅緩冲层的高达231倍。下面的段落中介绍了生长SI SiC外延膜的各种方法。 一种方法包 括利用与硼相关的D-中心，以在SiC外延层的生长过程中补偿浅氮施 主。在所有已研究的各种类型的SiC中均检测到D-中心，约在SiC的 价带之上约0.7eV。与硼相关的D-中心也被称作点缺陷，其与SiC 晶体中占据了硅取代位置的硼原子相关。9不同类型的碳化硅(例如，6H SiC和4H SiC)在半导体器件中会带 来不同的特性，因而会有不同的应用。例如6HSiC和4HSiC之间的 一个不同之处在于它们的带隙6H SiC的带隙是大约2.9eV,而4H SiC 的带隙大约为3.2eV。它们之间0.3eV的差异造成了它们典型地适于不 同的应用。例如，4HSiC因为具有更大的带隙而常常优选为用于高压 或高功率应用，而对于6HSiC,例如由于其在光发射二极管中的普遍 商业应用而优选为用于一些应用中。现在发现本专利技术在所有的SiC类 型中均比较好地工作。硼的4艮多不同的固体源都可以用于形成包含与硼相关的D -中心 的补偿外延层。除了固体掺杂源之外，硼的固体源还可以位于衬底中、 其他相邻的外延层中或该外延层自身内。在一个实施方案中，通过扩 散将硼传输到补偿外延层内。硼的扩散和随之形成的期望的D-中心缺外延层的过程中发生。一种用于扩散的预处理是将硼注入到衬底的表面和/或第一传导 外延层。注入的材料对晶体结构的破坏促进了硼的不规则快速扩散和 更高效率地形成D-中心。在一个实施方案中，可利用将硼直接注入目标外延层本身的同质 方法。在另一个实施方案中，可利用在相邻的SiC材料中的固体源掺 杂的异质方法。如果首先生长外延层，再将硼注入该层，那么硼将在 随后的热退火步骤中重新分布并形成D-中心。无论是异质的实施方案 还是同质的实施方案，都将使器件包含外延生长的碳化硅半绝缘薄膜。图3A-3C描述了依据本专利技术的实施方案形成半绝缘(SI)外延层的 各个步骤。在该实施方案中，衬底可以用作为硼源。首先，提供如图 3A所示的衬底60。衬底60可包含石友化石圭。该4于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半绝缘外延层的方法，包括：　向衬底或在所述衬底上形成的第一外延层注入硼离子，以在所述衬底的表面上或所述第一外延层的表面上形成注入硼的区域；以及　在所述衬底的所述注入硼的区域上或在所述第一外延层的所述注入硼的区域上生长第二 外延层，以形成半绝缘外延层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-6-19 60/805,139;US 2007-6-18 11/764,5931. 一种制造半绝缘外延层的方法，包括向衬底或在所述衬底上形成的第一外延层注入硼离子，以在所述衬底的表面上或所述第一外延层的表面上形成注入硼的区域；以及在所述衬底的所述注入硼的区域上或在所述第一外延层的所述注入硼的区域上生长第二外延层，以形成半绝缘外延层。2. 根据权利要求l的方法，其中向所述衬底或所述第一外延层注 入硼离子的步骤包括用能量在大约80KeV到大约160KeV之间的硼离 子轰击。3. 根据权利要求l的方法，其中向所述衬底注入硼离子的步骤包 括向p型-友化硅衬底注入。4. 根据权利要求l的方法，其中向所述第一外延层注入硼离子的 步骤包括向n型碳化硅外延层注入。5. 根据权利要求l的方法，其中生长所述第二外延层的步骤包括 在大约1500。C到大约170(TC之间的温度下生长所述第二外延层。6. 根据权利要求1的方法，其中生长所述第二外延层的步骤包括 在大约1小时到大约3小时之间的时间内生长所述第二外延层。7. 根据权利要求l的方法，其中生长所述第二外延层的步骤包括 生长n型第二外延层。8. 根据权利要求l的方法，其中所述注入硼的区域中的硼扩散进 入生长在所述注入硼的区域上的所述第二外延层内，以形成所述半绝 缘外延层。9. 根据权利要求8的方法，其中所述注入硼的区域中的硼扩散进入生长在所述注入硼的区域上的所述第二外延层内，以在所述第二外延层中形成D中心。10. 根据权利要求1的方法，其中所述注入硼的区域中的硼扩散 进入所述第一外延层和所述第二外延层，以形成所述半绝缘外延层。11. 根据权利要求10的方法，其中所述注入硼的区域中的硼扩散 进入所述第一外延层和所述第二外延层，以在所述第一外延层和所述 第二外延层中均形成D中心。12. 根据权利要求1的方法，进一步包括在形成所述半绝缘外延 层之后，除去所述注入硼的区域。13. 根据权利要求12的方法，其中除去所述注入硼的区域的步骤 包括对所述注入硼的区域进行蚀刻。14. 根据权利要求1的方法，进一步包括在所述第一外延层的表 面上施加掩才莫材料。15. 根据权利要求14的方法，进一步包括在所述第一外延层中形 成沟槽。16. 根据权利要求15的方法，其中形成沟槽的步骤包括对所述第 一外延层未被掩盖的区域进行蚀刻。17. 根据权利要求15的方法，其中向所述第一外延层注入硼离子 的步骤包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔S马佐拉，
申请(专利权)人：半南实验室公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]