[發(fā)明專利]碳化硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480055442.4
• 申請(qǐng)日: 2014-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN105637646A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 北村祥司
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L29/872
• 分類號(hào): H01L29/872;H01L21/20;H01L21/265;H01L21/28;H01L21/322;H01L21/329;H01L29/06;H01L29/861;H01L29/868
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星;張晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種降低碳化硅外延層表面的結(jié)晶缺陷密度的碳化 硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

背景技術(shù)

近年來，碳化硅半導(dǎo)體裝置作為能夠超越硅器件的特性限制的器 件備受關(guān)注。尤其是碳化硅半導(dǎo)體裝置與硅半導(dǎo)體裝置相比，具有擊 穿電場(chǎng)強(qiáng)度高(大約高10倍)、熱傳導(dǎo)率高(大約高3倍)等優(yōu)異的 物理特性，從而期待將這些優(yōu)異的物理特性應(yīng)用于功率半導(dǎo)體裝置。

這些優(yōu)異的物理特性依賴于Si與C原子間較大的結(jié)合能量，但 另一方面，由于Si與C結(jié)合時(shí)周期性結(jié)構(gòu)不同，其結(jié)晶中大多存在 2H、3C、4H、6H、15R等多型(結(jié)晶多型)，在結(jié)晶生長中容易發(fā) 生不匹配這樣的問題。因此，實(shí)際情況為，在制作SiC單晶時(shí)，不可 避免地混入不同種類的多型結(jié)晶，容易發(fā)生由多型結(jié)晶的形成所引起 的結(jié)晶不匹配而導(dǎo)致的錯(cuò)位等結(jié)晶缺陷。因此，與幾乎接近于無錯(cuò)位 的Si半導(dǎo)體相比，現(xiàn)有的SiC半導(dǎo)體中大多存在巨大的結(jié)晶缺陷。

然而，作為SiC基板原材料的SiC結(jié)晶晶錠，由于高溫下的熔液 的穩(wěn)定性差，因此如Si這樣難以從熔液中進(jìn)行結(jié)晶生長，通常采用 升華法來制作。將從這種用升華法制作出的晶錠上切出的SiC半導(dǎo)體 晶圓作為襯底基板，在該SiC襯底基板上通過氣相法使SiC層外延生 長，在該SiC外延層(以下稱為SiC外延層)中做出雜質(zhì)擴(kuò)散層及接 合結(jié)構(gòu)，來制造SiC器件。在SiC外延層上形成器件時(shí)，可以適用與 Si器件大致同樣的工藝，但由于在SiC襯底基板及SiC外延層中，摻 雜劑原子幾乎不進(jìn)行熱擴(kuò)散，因此在雜質(zhì)擴(kuò)散層的形成中不能使用熱 擴(kuò)散法這一方面有較大區(qū)別。

因此，在SiC器件中，在形成雜質(zhì)擴(kuò)散層時(shí)，需要根據(jù)擴(kuò)散層的 深度通過離子注入條件不同的多階段(多次)高溫離子注入來形成擴(kuò) 散層，以及為使其活性化而進(jìn)行1600℃以上高溫?zé)崽幚怼?

由于SiC器件是在半導(dǎo)體基板兩主表面間方向上流過電流的縱 型器件，因此若半導(dǎo)體基板的電流通路內(nèi)存在結(jié)晶缺陷，則器件的電 氣特性惡化，產(chǎn)品合格率下降。例如，在SiC-SBD(碳化硅肖特基勢(shì) 壘二極管；SiC-ShottkyBarrierDiode)或SiC-MOSFET(碳化硅金屬 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等器件中，尤其在其SiC外延層表面的 結(jié)晶缺陷直接關(guān)系到特性惡化和可靠性品質(zhì)，因此表面缺陷密度的降 低及表面缺陷密度評(píng)價(jià)方法的確定對(duì)于提高SiC器件合格率及可靠 性將成為重要的研究課題。

SiC外延層表面的缺陷大致分為，引起作為基底的SiC襯底基板 缺陷的貫通螺型錯(cuò)位(TSD)或貫通刃型錯(cuò)位(TED)等向上層的外 延層延伸的錯(cuò)位缺陷、以及外延生長中在外延層內(nèi)形成的缺陷(凹孔 (ダウンホール)等)。

圖2中的(a)中，示意性示出了SiC半導(dǎo)體裝置的截面，該SiC 半導(dǎo)體裝置是通過不導(dǎo)入應(yīng)變層而形成SiC外延層的現(xiàn)有制造方法， 使形成于SiC襯底基板上的TSD，保持TSD不變地?cái)U(kuò)展到外延層表 面，或者使結(jié)晶缺陷類型轉(zhuǎn)換為基底面錯(cuò)位(BasalPlaneDislocation， 以下稱為BPD)或胡蘿卜型(キャロット)缺陷并擴(kuò)展到外延層表 面。

作為SiC襯底基板原有的缺陷，在2000年代，被稱為微管的錯(cuò) 位缺陷已成為較大問題，而現(xiàn)在通過改善結(jié)晶制作方法，微管缺陷已 大幅減少。然而即便是現(xiàn)在，實(shí)際情況是上述稱為TSD、TED的錯(cuò) 位缺陷仍存在大概1000個(gè)/cm²的程度，以這些缺陷為起點(diǎn)，進(jìn)而存 在向外延層中擴(kuò)展延伸缺陷的問題，要求降低SiC襯底基板的缺陷。

此外，對(duì)于外延層形成中發(fā)生的缺陷(凹孔等)，通過改良外延 層形成裝置、形成條件正在逐步降低。實(shí)際情況是：無法充分控制使 上述SiC襯底基板上發(fā)生的TSD或TED等錯(cuò)位缺陷繼續(xù)向外延層延 伸并貫通這樣的缺陷，尤其對(duì)于在表面上形成有凹凸圖案的胡蘿卜型 缺陷幾乎無法控制。該胡蘿卜型缺陷是指與螺旋錯(cuò)位和基底面錯(cuò)位相 關(guān)的缺陷。已知這些缺陷與器件的電氣特性不良，尤其是漏電流不良 有關(guān)，并成為產(chǎn)品合格率低下的主要原因。

接下來，以SiC-SBD為例，對(duì)現(xiàn)有的SiC器件制造工序的概要 進(jìn)行說明。圖5(1)表示SiC-SBD的完成截面，圖5(2)表示其制 造工序。