[發明專利]碳化硅半導體基底和碳化硅半導體裝置

在審

• 申請號: 201910102205.3
• 申請日: 2019-02-01
• 公開（公告）號: CN110137241A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 上東秀幸
• 申請（專利權）人: 株式會社電裝
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/16;H01L29/78
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳珊

碳化硅半導體基底包括第一導電類型基底(1)，其摻雜有第一導電類型雜質以具有第一導電類型并且具有30mΩcm或更小的電阻率。第一導電類型基底中的少數載流子的壽命設定為100納秒或更少。

技術領域

本公開涉及碳化硅(下文中稱為SiC)半導體基底和SiC半導體裝置。

背景技術

傳統上，已經開發了功率裝置，以例如實現低損耗逆變器，并且已經開發了SiC-MOSFET作為功率裝置的示例。例如，在使用SiC-MOSFET作為逆變器的開關元件的情況下，當SiC-MOSFET接通或斷開時負載電流可能流動并且可能導致元件擊穿。因此，有必要提供一種具有SiC-MOSFET的續流二極管。

在提供續流二極管作為單獨元件的情況下，裝置的數量增加并且成本增加。因此，由于SiC-MOSFET的結構而寄生設置的PN二極管被用作續流二極管。例如，SiC-MOSFET具有其中n^-型漂移層、p型基極區和n⁺型源極區在n⁺型基底上以所述順序形成的結構，并且n^-型漂移層和p型基極區的PN結形成寄生PN二極管。因此，當SiC-MOSFET應用于逆變器時，通過使用寄生PN二極管作為續流二極管，不需要單獨提供續流二極管，并且可以減少部件數量(下文中，寄生PN二極管被稱為寄生FWD)。

當寄生FWD操作為二極管時，使用作從p型基極區擴散到n^-型漂移層中的少數載流子的空穴和n^-型漂移層中的電子復合。由于此時的復合能量，由外延膜制成的n^-型漂移層中的基面位錯(以下稱為BPD)膨脹并變成稱為單個肖克利堆垛層錯的堆垛層錯(以下稱為SF)。由于BPD是線性缺陷，因此SiC半導體裝置的單元區域中的占用面積小，并且對裝置操作的影響很小。然而，當BPD變為SF時，單元區域中的占用面積增加，并且對裝置操作的影響諸如正向電壓(下文中稱為Vf)的劣化增加。

為了減小復合能量對裝置操作的影響，需要設計這樣一種結構，即在驅動寄生FWD時復合電流不會到達基底。例如，T.Tawara等人在MaterialsScience Forum，Vols 897(2016)，p419-422公開了一種結構，其中具有1×10¹⁸/cm³或更高的n型雜質濃度的復合增強層形成在n^-型漂移層和n⁺型基底之間以縮短載流子壽命，其中復合增強層的n型雜質濃度高于n^-型漂移層的n型雜質濃度。

發明內容

通過提供復合增強層，可以容易地復合載流子。然而，通過將n型雜質濃度增加到高于n^-型漂移層并使用諸如釩或鈦的過渡元素作為雜質來形成復合增強層。因此，在裝置制造中存在的問題是，由于外延膜的膜厚度增加而導致成本增加，并且由于難以測量濃度和外延膜的膜厚度而難以保證晶圓。

另一方面，還有報道稱，具有高雜質濃度的n⁺型基底中的BPD是導致對裝置操作產生影響諸如Vf劣化的主要因素。也就是說，存在于n⁺型基底中的BPD傳播到n^-型漂移層并變成SF。由于將存在于n⁺型基底中的BPD轉換為n^-型漂移層中對裝置影響較小的刃型位錯(TED)的技術得到改善，因此傳播到n^-型漂移層的BPD已減少。然而，BPD尚未消除。在目前的n⁺型基底中，BPD以500/cm²至數千/cm²的密度存在。因此，重要的是限制存在于n⁺型基底中的BPD的影響。

本公開的目的是提供一種SiC半導體基底和SiC半導體裝置，其能夠在不提供復合增強層的情況下減小復合能量對裝置操作的影響。