[發(fā)明專利]碳化硅半導(dǎo)體裝置及碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法

在審

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• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109841616A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 藤本卓巳
• 申請（專利權(quán)）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H01L27/07
• 分類號: H01L27/07;H01L29/06;H01L21/82
• 代理公司: 北京銘碩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 王穎;金玉蘭

本發(fā)明提供能夠以低成本穩(wěn)定地抑制堆垛層錯的擴展的碳化硅半導(dǎo)體裝置及碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法。碳化硅半導(dǎo)體裝置具備第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板；第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層；第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層；第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)；隔著柵絕緣膜設(shè)置在與被夾在第一半導(dǎo)體區(qū)與第一半導(dǎo)體層之間的第二半導(dǎo)體層的表面上的至少一部分相對的區(qū)域的柵電極；以及設(shè)置在第一半導(dǎo)體區(qū)和第二半導(dǎo)體層的表面的第一電極。濃度為1×10¹³/cm³以上且1×10¹⁵/cm³以下的質(zhì)子被注入到半導(dǎo)體基板的、從第一半導(dǎo)體層側(cè)的表面起算2μm以上的第一區(qū)，以及第一半導(dǎo)體層的、從半導(dǎo)體基板側(cè)的表面起算3μm以上的第二區(qū)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅半導(dǎo)體裝置及碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法。

背景技術(shù)

以往，作為控制高電壓、大電流的功率半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成材料而使用硅(Si)。功率半導(dǎo)體裝置具有雙極晶體管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵型雙極晶體管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：絕緣柵型場效應(yīng)晶體管)等多個種類，將這些種類的半導(dǎo)體裝置結(jié)合用途來區(qū)別使用。

例如，雙極晶體管、IGBT與MOSFET相比電流密度高，能夠進行大電流化，但是不能夠高速地進行開關(guān)。具體地，雙極晶體管以數(shù)kHz程度的開關(guān)頻率為使用極限，IGBT以數(shù)十kHz程度的開關(guān)頻率為使用極限。另一方面，功率MOSFET與雙極晶體管、IGBT相比雖然電流密度低，難以大電流化，但是能夠進行高達數(shù)MHz程度的高速開關(guān)動作。

然而，在市場上，對兼?zhèn)浯箅娏骱透咚傩缘墓β拾雽?dǎo)體裝置的需求強烈，并致力于IGBT、功率MOSFET的改良，當(dāng)前正在進行幾乎接近材料極限的程度的開發(fā)。從功率半導(dǎo)體裝置的觀點出發(fā)正在進行取代硅的半導(dǎo)體材料的研究，碳化硅(SiC)作為能夠制作(制造)在低通態(tài)電壓、高速特性、高溫特性方面優(yōu)異的下一代的功率半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體材料而引人注目。

其背景是因為SiC是化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的材料，帶隙寬達3eV，并且在高溫下也能夠作為半導(dǎo)體而非常穩(wěn)定地使用。另外，最大電場強度也比硅大一個數(shù)量級以上。由于SiC有很大可能超越硅中的材料極限，因此在功率半導(dǎo)體用途，尤其是對MOSFET來說，今后的拓展受到很大期待。尤其是，對其低通態(tài)電阻寄予期望，而能夠期望在維持高耐壓特性不變的狀態(tài)下具有更低的通態(tài)電阻的碳化硅MOSFET。

對于現(xiàn)有的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)，以溝槽結(jié)構(gòu)的縱向型MOSFET為例進行說明。圖30是示出現(xiàn)有的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖30所示，在n⁺型碳化硅半導(dǎo)體基板101的正面堆積有高濃度n型外延層102，在高濃度n型外延層102的表面堆積有n^-型漂移層103。在n^-型漂移層103的表面選擇性地設(shè)有p⁺型基區(qū)104。

在碳化硅半導(dǎo)體裝置的p⁺型基區(qū)104側(cè)，形成有溝槽結(jié)構(gòu)。具體地，溝槽115從p⁺型基區(qū)104的與n⁺型碳化硅半導(dǎo)體基板101側(cè)相反的一側(cè)的表面貫通p⁺型基區(qū)104而到達n^-型漂移層103。沿著溝槽115的內(nèi)壁，在溝槽115的底部和側(cè)壁形成有柵絕緣膜105，在溝槽115內(nèi)的柵絕緣膜105的內(nèi)側(cè)形成有柵電極106。另外，在p⁺型基區(qū)104的表面選擇性地設(shè)有n⁺型源區(qū)108、p⁺型接觸區(qū)107。