專利名稱：高電壓碳化硅半導體器件的環(huán)境堅固鈍化結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于碳化硅(SiC)的半導體器件，該器件工
作在高電壓下從而存在或者否則產生或經歷高電場。這種器件典型地 包括，但不一定局限于肖特基(整流)二極管、金屬氧化物半導體場
效應晶體管(MOSFET);絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT ) ; PIN 二極管；雙極結型晶體管(BJT)。例如(但不作為限制)，基于 SiC的功率器件用于(開關)電源、電機控制、功率調節(jié)、混合汽車 技術、安全裝備和蓄電是有利的。
背景技術：
0002對于功率電子器件，碳化硅提供許多物理、化學和電子 的優(yōu)點。在物理方面，材料非常硬并且具有非常高的熔點，給予它堅 固的物理特性。在化學方面，碳化硅高度抗化學侵蝕從而提供化學穩(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、相對寬的帶隙(室溫下對于6H多型體為大約 2.9 eV)、高飽和電子漂移速度，給予它相對于高功率操作、高溫操 作、抗輻射以及在光語的藍色、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。 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)典型地以本領域技術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。非化學計量氮化硅層26位于氧化物層上，用于避免氫的 結合且用于減小寄生電容和最小化捕獲。氮化硅的化學計量層27 (Si3N4)位于非化學計量層26上，用于密封非化學計量層26和氧 化物層防止環(huán)境侵蝕。在圖7中，第一濺射非化學計量層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。第二濺射非化學計量氮化 硅層96位于第一層94上，用于定位隨后的鈍化層進一步遠離襯底 97,但是不完全密封結構93。濺射的化學計量氮化硅層100位于第 二濺射非化學計量層96上，用于初始地密封結構93和用于增強鈍化 層的氫阻擋性質?；瘜W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略微更詳細地，熱氧化層95是在實例實施方案中厚度為 大約100至500埃(A)的化學計量二氧化硅(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比)，但是小于將 引起另外的制造問題的厚度。
[0044如這里另外陳述的，濺射的特性使得它提供基本上無氫 的氮化珪層。因此，層94， 96和100有利地基本上無氫。
[0045首先濺射的兩個層94和96優(yōu)選地富有氮。如先前陳述 的，硅或氮的比例(在非化學計量成分中)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，在實例實施方案中，非化學計量濺射的氮化硅層94和96的每個具有大約1.85至1.95的折射率。
[0047碳化硅襯底經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濺射的一個目的在于避免氫的存在，如這里在別處描述 的，并且相應地避免與氫的存在相關聯(lián)的電子問題。因此，關于圖7 描述的賊射層也可以理解為無氬層。換句話說，濺射是一種產生無氫 鈍化層的技術。但是，本發(fā)明也可以理解為無氫鈍化層，而不論它的 制造方法。
[0049在附圖
和說明書中已經陳述了本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方 案，并且雖然使用了具體的術語，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)明的范圍在權利要求中限定。
權利要求
1.一種用于碳化硅中高電場半導體器件的改進的終止結構，包括用于高電場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計量層，用于避免氫的結合且用于減小寄生電容和最小化捕獲，以及，位于所述非化學計量層上的氮化硅的化學計量層，用于密封所述非化學計量層和所述氧化物層。
2. 根據權利要求1的終止結構，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. —種包括根據權利要求1的終止結構的半導體器件，所述器 件選自下列組中，該組包括肖特基二極管、金屬氧化物半導體場效應 晶體管、絕緣柵極雙極型晶體管、PIN二極管、雙極結型晶體管以及 半導體閘流管。
4. 一種根據權利要求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. 根據權利要求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. —種根據權利要求3的MOSFET，包括各個源極、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 一個相鄰。
7. —種根據權利要求6的p溝道MOSFET。
8. —種根據權利要求6的n溝道MOSFET。
9. 一種根據權利要求3的雙極結型晶體管，包括各個基極、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相鄰。
10. —種根據權利要求9的n-p-n雙極結型晶體管。
11. 一種根據權利要求9的p-n-p雙極結型晶體管。
12. —種根據權利要求3的絕緣柵極雙極型晶體管，包括各個基 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相鄰。
13. 根據權利要求12的絕緣柵極雙極型晶體管，包括n型漂移區(qū)。
14. 根據權利要求12的絕緣柵極雙極型晶體管，包括p型漂移區(qū)。
15. —種根據權利要求3的半導體閘流管，包括各個陽極、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 一個相鄰。
16. —種根據權利要求3的p-i-n 二極管，包括各個陽極和陰極 接觸；并且所述邊緣終止鈍化與所述陽極和陰極接觸中的至少一個相 鄰。
17. 根據權利要求1的終止結構，其中所述氧化物層是熱氧化層。
18. 根據權利要求17的終止結構，其中所述熱氧化層是厚度為 大約100至500埃的二氧化硅。
19. 根據權利要求1的終止結構，其中所述非化學計量氮化硅層 基本上是無氫的。
20. 根據權利要求1的終止結構，其中所述非化學計量氮化硅層 為大約1000至2000埃厚。
21. 根據權利要求1的終止結構，其中所述非化學計量氮化硅層 具有大約1.85至1.95的折射率。
22. 根據權利要求1的終止結構，其中所述化學計量氮化硅層基 本上是無氫的。
23. —種用于碳化硅中高電場半導體器件的改進終止結構，包括..用于高電場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計量氮化硅層，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計量氮化硅層，用于定位隨 后的鈍化層進一步遠離所述襯底而不密封所述結構；位于所述第二濺射層上的濺射化學計量氮化硅層，用于密封所述 結構且用于增強鈍化層的氫阻擋性質；以及化學計量氮化硅的化學汽相淀積環(huán)境阻擋層，用于所述密封層上 的階梯覆蓋和防裂。
24. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述氧化層是熱 氧化層。
25. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述熱氧化層是 厚度為大約100至500埃的二氧化硅。
26. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述第一氮化硅 層基本上是無氫的。
27. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述第一氮化硅 層為大約1000至2000埃厚。
28. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述第一氮化硅 層具有大約1.85至1.95的折射率。
29. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述第二氮化硅 層基本上是無氫的。
30. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述第二氮化硅 層為大約1000至3000埃厚。
31. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述第二氮化硅 層具有大約1.85至1.95的折射率。
32. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述化學計量密 封層為大約1000至3000埃厚。
33. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述密封層基本 上是無氫的。
34. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所迷環(huán)境阻擋層 為大約2000至5000埃。
35. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，其中所述環(huán)境阻擋層 和所述密封層都包含Si3N4。
36. 根據權利要求23的鈍化半導體結構，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半導體器件的改進的終止結構。該終止結構包括用于高電場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合且用于減小寄生電容和最小化捕獲的氮化硅的非化學計量層，以及，位于非化學計量層上用于密封非化學計量層和氧化物層的氮化硅的化學計量層。
文檔編號H01L21/314GK101356649SQ200680050811
公開日2009年1月28日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權日2006年1月10日
發(fā)明者A·沃德三世, J·P·亨寧 申請人:克里公司