專利名稱：高電壓碳化硅半導(dǎo)體器件的環(huán)境堅(jiān)固鈍化結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于碳化硅(SiC)的半導(dǎo)體器件，該器件工
作在高電壓下從而存在或者否則產(chǎn)生或經(jīng)歷高電場(chǎng)。這種器件典型地 包括，但不一定局限于肖特基(整流)二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)
效應(yīng)晶體管(MOSFET);絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT ) ; PIN 二極管；雙極結(jié)型晶體管(BJT)。例如(但不作為限制)，基于 SiC的功率器件用于(開(kāi)關(guān))電源、電機(jī)控制、功率調(diào)節(jié)、混合汽車 技術(shù)、安全裝備和蓄電是有利的。
背景技術(shù)：
0002對(duì)于功率電子器件，碳化硅提供許多物理、化學(xué)和電子 的優(yōu)點(diǎn)。在物理方面，材料非常硬并且具有非常高的熔點(diǎn)，給予它堅(jiān) 固的物理特性。在化學(xué)方面，碳化硅高度抗化學(xué)侵蝕從而提供化學(xué)穩(wěn) 定性以及熱穩(wěn)定性。但是，或許最重要地，碳化硅具有極好的電子特 性，包括高擊穿電場(chǎng)、相對(duì)寬的帶隙(室溫下對(duì)于6H多型體為大約 2.9 eV)、高飽和電子漂移速度，給予它相對(duì)于高功率操作、高溫操 作、抗輻射以及在光語(yǔ)的藍(lán)色、紫色和紫外線區(qū)中高能量光子的吸收 和發(fā)射的顯著優(yōu)點(diǎn)。 二極管17也包括碳化硅外延層21中的p型終止區(qū)23， 并且這種終止區(qū)典型地以本領(lǐng)域技術(shù)人員充分理解的方式由離子注入 形成。
0026二極管17包括器件有源區(qū)的邊緣終止鈍化部分24。邊緣 終止24位置與肖特基接觸22相鄰，并且包括位于二極管17的碳化 硅部分的至少一些可用部分上用于滿足表面狀態(tài)和降低界面密度的氧 化物層25。非化學(xué)計(jì)量氮化硅層26位于氧化物層上，用于避免氫的 結(jié)合且用于減小寄生電容和最小化捕獲。氮化硅的化學(xué)計(jì)量層27 (Si3N4)位于非化學(xué)計(jì)量層26上，用于密封非化學(xué)計(jì)量層26和氧 化物層防止環(huán)境侵蝕。在圖7中，第一濺射非化學(xué)計(jì)量層94位于熱氧化層95 上，用于減小寄生電容和最小化器件捕獲。第二濺射非化學(xué)計(jì)量氮化 硅層96位于第一層94上，用于定位隨后的鈍化層進(jìn)一步遠(yuǎn)離襯底 97,但是不完全密封結(jié)構(gòu)93。濺射的化學(xué)計(jì)量氮化硅層100位于第 二濺射非化學(xué)計(jì)量層96上，用于初始地密封結(jié)構(gòu)93和用于增強(qiáng)鈍化 層的氫阻擋性質(zhì)。化學(xué)汽相淀積環(huán)境阻擋層101覆蓋器件以提供階梯 覆蓋和防裂。
[0043略微更詳細(xì)地，熱氧化層95是在實(shí)例實(shí)施方案中厚度為 大約100至500埃(A)的化學(xué)計(jì)量二氧化硅(Si02)。這是提供氧 化物的電子益處的足夠厚度(與僅氮化物鈍化相對(duì)比)，但是小于將 引起另外的制造問(wèn)題的厚度。
[0044如這里另外陳述的，濺射的特性使得它提供基本上無(wú)氫 的氮化珪層。因此，層94， 96和100有利地基本上無(wú)氫。
[0045首先濺射的兩個(gè)層94和96優(yōu)選地富有氮。如先前陳述 的，硅或氮的比例(在非化學(xué)計(jì)量成分中)可以由折射率確定，折射 率是形成的氮化硅薄膜的成分的指示。
[00461因此，在實(shí)例實(shí)施方案中，非化學(xué)計(jì)量濺射的氮化硅層94和96的每個(gè)具有大約1.85至1.95的折射率。
[0047碳化硅襯底經(jīng)常是單晶體并且具有選自碳化硅的3C, 4H, 6H和15R多型的多型。
[0048濺射的一個(gè)目的在于避免氫的存在，如這里在別處描述 的，并且相應(yīng)地避免與氫的存在相關(guān)聯(lián)的電子問(wèn)題。因此，關(guān)于圖7 描述的賊射層也可以理解為無(wú)氬層。換句話說(shuō)，濺射是一種產(chǎn)生無(wú)氫 鈍化層的技術(shù)。但是，本發(fā)明也可以理解為無(wú)氫鈍化層，而不論它的 制造方法。
[0049在附圖
和說(shuō)明書(shū)中已經(jīng)陳述了本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方 案，并且雖然使用了具體的術(shù)語(yǔ)，它們只在一般和描述的意義上使用 而不為了限制的目的，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求中限定。
權(quán)利要求
1.一種用于碳化硅中高電場(chǎng)半導(dǎo)體器件的改進(jìn)的終止結(jié)構(gòu)，包括用于高電場(chǎng)工作的基于碳化硅的器件；所述器件中的有源區(qū)；所述有源區(qū)的邊緣終止鈍化，其中所述邊緣終止鈍化包括，位于所述器件的至少一些碳化硅部分上的的氧化物層，用于滿足表面狀態(tài)和降低界面密度，位于所述氧化物層上的氮化硅的非化學(xué)計(jì)量層，用于避免氫的結(jié)合且用于減小寄生電容和最小化捕獲，以及，位于所述非化學(xué)計(jì)量層上的氮化硅的化學(xué)計(jì)量層，用于密封所述非化學(xué)計(jì)量層和所述氧化物層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的終止結(jié)構(gòu)，包括碳化硅部分，其是單晶體 并且具有選自下列組中的多型，該組包括碳化珪的3C， 4H， 6H和 15R多型。
3. —種包括根據(jù)權(quán)利要求1的終止結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，所述器 件選自下列組中，該組包括肖特基二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng) 晶體管、絕緣柵極雙極型晶體管、PIN二極管、雙極結(jié)型晶體管以及 半導(dǎo)體閘流管。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求3的肖特基二極管，其中所述有源區(qū)包括碳化硅外延層上的肖特基金屬；以及 支撐所述外延層的碳化硅襯底。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的肖特基二極管，其中所述碳化硅外延層和 所述碳化硅襯底都是n型；并且所述肖特基金屬選自下列組中，該組包括鎳、鉻、鈦和鉑。
6. —種根據(jù)權(quán)利要求3的MOSFET，包括各個(gè)源極、柵極和漏 極接觸；并且 所述邊緣終止鈍化與所述接觸中的至少 一個(gè)相鄰。
7. —種根據(jù)權(quán)利要求6的p溝道MOSFET。
8. —種根據(jù)權(quán)利要求6的n溝道MOSFET。
9. 一種根據(jù)權(quán)利要求3的雙極結(jié)型晶體管，包括各個(gè)基極、射 極和集電極接觸，并且；所述邊緣終止鈍化與所述接觸中的至少一個(gè)相鄰。
10. —種根據(jù)權(quán)利要求9的n-p-n雙極結(jié)型晶體管。
11. 一種根據(jù)權(quán)利要求9的p-n-p雙極結(jié)型晶體管。
12. —種根據(jù)權(quán)利要求3的絕緣柵極雙極型晶體管，包括各個(gè)基 極、射極和集電極接觸；并且所述邊緣終止鈍化與所述接觸中的至少一個(gè)相鄰。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的絕緣柵極雙極型晶體管，包括n型漂移區(qū)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的絕緣柵極雙極型晶體管，包括p型漂移區(qū)。
15. —種根據(jù)權(quán)利要求3的半導(dǎo)體閘流管，包括各個(gè)陽(yáng)極、陰極 和柵極接觸；并且所述邊緣終止鈍化與所述接觸中的至少 一個(gè)相鄰。
16. —種根據(jù)權(quán)利要求3的p-i-n 二極管，包括各個(gè)陽(yáng)極和陰極 接觸；并且所述邊緣終止鈍化與所述陽(yáng)極和陰極接觸中的至少一個(gè)相 鄰。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的終止結(jié)構(gòu)，其中所述氧化物層是熱氧化層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的終止結(jié)構(gòu)，其中所述熱氧化層是厚度為 大約100至500埃的二氧化硅。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1的終止結(jié)構(gòu)，其中所述非化學(xué)計(jì)量氮化硅層 基本上是無(wú)氫的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1的終止結(jié)構(gòu)，其中所述非化學(xué)計(jì)量氮化硅層 為大約1000至2000埃厚。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1的終止結(jié)構(gòu)，其中所述非化學(xué)計(jì)量氮化硅層 具有大約1.85至1.95的折射率。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1的終止結(jié)構(gòu)，其中所述化學(xué)計(jì)量氮化硅層基 本上是無(wú)氫的。
23. —種用于碳化硅中高電場(chǎng)半導(dǎo)體器件的改進(jìn)終止結(jié)構(gòu)，包括..用于高電場(chǎng)工作的基于碳化硅的器件； 所述器件中的有源區(qū)；所述有源區(qū)的邊緣終止鈍化，其中所述邊緣終止鈍化包括，位于與所述有源區(qū)相鄰的碳化硅部分上的氧化層，用于降低所述 碳化硅部分與所述氧化層之間的界面密度；位于所述氧化層上的第一濺射非化學(xué)計(jì)量氮化硅層，用于減小寄 生電容和最小化器件捕獲；位于所述第一層上的第二濺射非化學(xué)計(jì)量氮化硅層，用于定位隨 后的鈍化層進(jìn)一步遠(yuǎn)離所述襯底而不密封所述結(jié)構(gòu)；位于所述第二濺射層上的濺射化學(xué)計(jì)量氮化硅層，用于密封所述 結(jié)構(gòu)且用于增強(qiáng)鈍化層的氫阻擋性質(zhì)；以及化學(xué)計(jì)量氮化硅的化學(xué)汽相淀積環(huán)境阻擋層，用于所述密封層上 的階梯覆蓋和防裂。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述氧化層是熱 氧化層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述熱氧化層是 厚度為大約100至500埃的二氧化硅。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一氮化硅 層基本上是無(wú)氫的。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一氮化硅 層為大約1000至2000埃厚。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一氮化硅 層具有大約1.85至1.95的折射率。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第二氮化硅 層基本上是無(wú)氫的。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第二氮化硅 層為大約1000至3000埃厚。
31. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第二氮化硅 層具有大約1.85至1.95的折射率。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述化學(xué)計(jì)量密 封層為大約1000至3000埃厚。
33. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述密封層基本 上是無(wú)氫的。
34. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所迷環(huán)境阻擋層 為大約2000至5000埃。
35. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述環(huán)境阻擋層 和所述密封層都包含Si3N4。
36. 根據(jù)權(quán)利要求23的鈍化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述碳化硅襯底 是具有選自下列組中的多型的單晶體，該組包括碳化硅的3C, 4H， 6H和15R多型。
全文摘要
一種用于碳化硅中高電場(chǎng)半導(dǎo)體器件的改進(jìn)的終止結(jié)構(gòu)。該終止結(jié)構(gòu)包括用于高電場(chǎng)工作的基于碳化硅的器件，器件中的有源區(qū)，有源區(qū)的邊緣終止鈍化，其中邊緣終止鈍化包括，位于器件的至少一些碳化硅部分上的用于滿足表面狀態(tài)和降低界面密度的氧化物層，位于氧化物層上用于避免氫的結(jié)合且用于減小寄生電容和最小化捕獲的氮化硅的非化學(xué)計(jì)量層，以及，位于非化學(xué)計(jì)量層上用于密封非化學(xué)計(jì)量層和氧化物層的氮化硅的化學(xué)計(jì)量層。
文檔編號(hào)H01L21/314GK101356649SQ200680050811
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月10日
發(fā)明者A·沃德三世, J·P·亨寧 申請(qǐng)人:克里公司