專利名稱：絕緣柵雙極晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，更特別地，涉及使得可降低導(dǎo)通電阻并同時(shí)抑制諸如微管、堆疊缺陷和位錯(cuò)的缺陷的IGBT。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓、低損耗以及在高溫環(huán)境下利用半導(dǎo)體器件，已經(jīng)開始采用碳化硅(SiC)作為半導(dǎo)體器件用材料。碳化硅是帶隙比常規(guī)上已經(jīng)廣泛用作半導(dǎo)體器件用材料的硅更大的寬帶隙半導(dǎo)體。因此，通過采用碳化硅作為半導(dǎo)體器件用材料，半導(dǎo)體器件能夠具有高擊穿電壓、下降的導(dǎo)通電阻等。此外，有利地，與采用硅作為其材料的半導(dǎo)體器件相比，即使在高溫環(huán)境下由此采用碳化硅作為其材料的半導(dǎo)體器件也具有較少劣化的特性。為了制造采用碳化硅作為其材料的高性能IGBT，使用準(zhǔn)備由碳化硅制成的襯底 (碳化硅襯底)并在所述碳化硅襯底上形成由SiC制成的外延生長(zhǎng)層的方法是有效的。此外，當(dāng)使用這種碳化硅襯底制造垂直型IGBT時(shí)，通過盡可能地降低襯底在其厚度方向上的電阻率，能夠降低IGBT的導(dǎo)通電阻。為了降低襯底在其厚度方向上的電阻率，例如，能夠使用以高濃度將雜質(zhì)引入到襯底中的方法(例如參見，R. C. GLASS等人，以SiC作為晶種的晶體生長(zhǎng)(〃 SiC Seeded Crystal Growth “)，固體物理(b) (Phys. stat. sol. (b))，1997， 202，第149-162頁(yè)(非專利文獻(xiàn)))。此外，為了利用少量載流子注入而有效地調(diào)制漂移層中的傳導(dǎo)度，需要形成具有更少位錯(cuò)和缺陷的高品質(zhì)外延生長(zhǎng)層。引用列表非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1 :R. C. GLASS等人，以SiC作為晶種的晶體生長(zhǎng)(〃 SiC Seeded Crystal Growth")，固體物理(b) (Phys. stat. sol. (b))，1997，202，第 149-162 頁(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題然而，當(dāng)通過以高濃度向襯底中引入ρ型雜質(zhì)來(lái)降低襯底的電阻率以獲得適用于制造垂直型IGBT的ρ型碳化硅襯底(具有ρ型導(dǎo)電性的碳化硅襯底)時(shí)，其中的缺陷如微管、堆疊缺陷和位錯(cuò)的密度變高。當(dāng)在碳化硅襯底上形成由SiC制成的外延生長(zhǎng)層時(shí)，所述缺陷向外延生長(zhǎng)層傳播。在所述外延生長(zhǎng)層中的缺陷充當(dāng)少量的載流子陷阱而降低載流子的壽命。此外，當(dāng)使用碳化硅襯底制造垂直型IGBT時(shí)，由于高缺陷密度而防止了傳導(dǎo)度的調(diào)節(jié)，這不利地導(dǎo)致IGBT的正向特性下降。鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種使得可降低導(dǎo)通電阻且同時(shí)抑制缺陷產(chǎn)生的垂直型IGBT。解決所述問題的手段根據(jù)本發(fā)明的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)包含碳化硅襯底；由單晶碳化硅制成、布置在所述碳化硅襯底的一個(gè)主面上/上方、并具有η型導(dǎo)電性的漂移層；具有ρ型導(dǎo)電性并以包含與所述碳化硅襯底相反的所述漂移層的第一主面的方式布置的阱區(qū)；具有η型導(dǎo)電性并以包含所述阱區(qū)內(nèi)的所述第一主面的方式布置的發(fā)射區(qū)；以與所述發(fā)射區(qū)接觸的方式布置在所述第一主面上的發(fā)射電極；由絕緣體形成并以與所述阱區(qū)接觸的方式布置在所述第一主面上的絕緣膜；布置在所述絕緣膜上的柵極；以及布置在所述碳化硅襯底的另一個(gè)主面上的集電極。所述碳化硅襯底包含由碳化硅制成并具有P型導(dǎo)電性的基礎(chǔ)層；和由單晶碳化硅制成并布置在所述基礎(chǔ)層上的SiC層。所述基礎(chǔ)層具有超過1 X IO18CnT3的ρ 型雜質(zhì)濃度。對(duì)于用于降低碳化硅襯底在其厚度方向上的電阻率并同時(shí)抑制諸如微管、堆疊缺陷和位錯(cuò)的缺陷的產(chǎn)生的手段，本發(fā)明人進(jìn)行了徹底的研究。結(jié)果，獲得了下列發(fā)現(xiàn)。具體地，以如下方式可以至少在SiC層中抑制堆疊缺陷的產(chǎn)生。即，對(duì)碳化硅襯底的基礎(chǔ)層進(jìn)行調(diào)整以具有超過ι χ IO18CnT3的P型雜質(zhì)濃度(P型雜質(zhì)密度)，從而降低其電阻率，對(duì)所述 SiC層進(jìn)行調(diào)整以在能夠防止諸如微管、堆疊缺陷和位錯(cuò)的缺陷的產(chǎn)生的程度內(nèi)含有雜質(zhì)， 且將所述SiC層設(shè)置在所述基礎(chǔ)層上。此外，通過在這種SiC層上形成由SiC制成的外延生長(zhǎng)層(構(gòu)成有源層的層)以制造IGBT，利用存在的基礎(chǔ)層能夠降低碳化硅襯底的電阻率， 同時(shí)防止能夠在基礎(chǔ)層中產(chǎn)生的諸如微管、堆疊缺陷和位錯(cuò)的缺陷對(duì)IGBT的特性的影響。照這樣，根據(jù)本發(fā)明的IGBT，能夠提供一種使得可降低導(dǎo)通電阻并同時(shí)抑制缺陷產(chǎn)生的垂直型IGBT。此處，術(shù)語(yǔ)“雜質(zhì)”是指為了在碳化硅襯底中產(chǎn)生多數(shù)載流子而引入的雜質(zhì)。此外，基礎(chǔ)層的P型雜質(zhì)濃度能夠等于或小于IX 1021cnT3。同時(shí)，所述基礎(chǔ)層的ρ型雜質(zhì)濃度可等于或大于lX102°cnT3。引入到所述基礎(chǔ)層中的例示性可用雜質(zhì)為Al(鋁)、 B(硼)等。此外，例如將所述基礎(chǔ)層與SiC層相互連接。因此，能夠容易地得到其中布置了 SiC層并同時(shí)防止基礎(chǔ)層中的缺陷向其傳播的碳化硅襯底。在這種情況中，可將所述基礎(chǔ)層和所述SiC層直接相互連接，或者可借助于中間層將其相互連接。在IGBT中，基礎(chǔ)層中所包含的雜質(zhì)可與SiC層中所包含的雜質(zhì)不同。以這種方式， 能夠得到包含根據(jù)預(yù)期使用目的適當(dāng)含有雜質(zhì)的碳化硅襯底的IGBT。在IGBT中，所述基礎(chǔ)層可含有Al (鋁)以作為在其中引入的雜質(zhì)。Al適合作為向 SiC供應(yīng)充當(dāng)多數(shù)載流子的空穴的P型雜質(zhì)。在IGBT中，所述基礎(chǔ)層可由單晶碳化硅制成且所述SiC層的X射線搖擺曲線的半寬度可以小于所述基礎(chǔ)層的X射線搖擺曲線的半寬度。SiC在大氣壓下不會(huì)呈液相。通常，在作為用于生長(zhǎng)體單晶SiC的方法而實(shí)施的升華重結(jié)晶法中，晶體生長(zhǎng)溫度非常高，具體地，等于或大于2000°C，這使得難以控制并穩(wěn)定生長(zhǎng)條件。因此，難以使得由單晶SiC制成的襯底保持其高品質(zhì)并具有大直徑。同時(shí)，對(duì)于在使用碳化硅襯底制造IGBT的方法中的有效制造，要求具有預(yù)定的均一形狀和尺寸的襯底。因此，即使當(dāng)?shù)玫礁咂焚|(zhì)碳化硅單晶(例如具有高結(jié)晶度的碳化硅單晶)時(shí)，也可能不能有效使用通過切割等不能加工成這種預(yù)定形狀等的區(qū)域。為了解決這個(gè)問題，在構(gòu)成本發(fā)明的IGBT的碳化硅襯底中，在加工成預(yù)定形狀和尺寸的基礎(chǔ)層上，能夠布置具有更小X射線搖擺曲線半寬度的SiC層，即，具有比基礎(chǔ)層更高的結(jié)晶度但不形成為期望形狀等的SiC層。這種碳化硅襯底具有預(yù)定的均一形狀和尺
5寸，由此實(shí)現(xiàn)了 IGBT的有效制造。此外，這種碳化硅襯底利用高品質(zhì)SiC層來(lái)制造IGBT，由此有效地利用了高品質(zhì)的單晶碳化硅。結(jié)果，能夠降低IGBT的制造成本。在IGBT中，SiC層可具有ρ型導(dǎo)電性且可具有不超過IX IO18CnT3的雜質(zhì)濃度。這能夠更可靠地抑制在SiC層中的諸如微管、堆疊缺陷和位錯(cuò)的缺陷的產(chǎn)生。在IGBT中，絕緣膜由二氧化硅制成。因此，能夠容易地形成上述絕緣膜。在IGBT的碳化硅襯底中，所述SiC層具有與基礎(chǔ)層相反且相對(duì)于{0001}面的偏離角不小于50°且不大于65°的主面。通過在<0001〉方向上生長(zhǎng)六方晶系的單晶碳化硅，能夠有效地制造高品質(zhì)單晶。 由在<0001〉方向上生長(zhǎng)的這種碳化硅單晶，能夠有效地獲得具有與{0001}面相對(duì)應(yīng)的主面的碳化硅襯底。同時(shí)，通過使用如下碳化硅襯底，可制造具有高性能的IGBT，所述碳化硅襯底具有相對(duì)于{0001}面取向的偏離角不小于50°且不大于65°的主面。具體地，用于制造IGBT的碳化硅襯底通常具有相對(duì)于{0001}的面取向具有約8° 偏離角的主面。在這種主面上形成外延生長(zhǎng)層(有源層)并在這種有源層上形成絕緣膜 (氧化物膜)、電極等，由此得到IGBT。在這種IGBT中，在包含有源層與絕緣膜之間的界面的區(qū)域中形成溝道區(qū)。然而，在具有這種結(jié)構(gòu)的IGBT中，因?yàn)橐r底的主面相對(duì)于{0001}的面取向具有約8°以下的偏離角，所以在有源層與絕緣膜之間的界面周圍即形成溝道區(qū)的位置處形成多重界面狀態(tài)。這阻礙了載流子的移動(dòng)，由此降低了溝道遷移率。為了解決這個(gè)問題，在碳化硅襯底中，對(duì)與基礎(chǔ)層相反的SiC層的主面進(jìn)行調(diào)整以相對(duì)于{0001}面具有不小于50°且不大于65°的偏離角，由此減少界面狀態(tài)的形成。以這種方式，能夠制造使得可降低導(dǎo)通電阻的IGBT。在IGBT的碳化硅襯底中，與基礎(chǔ)層相反的SiC層的主面可具有相對(duì)于<1_100>方向形成不超過5°的角的偏離取向。所述<1-100>方向是碳化硅襯底中的代表性偏離取向。將由制造襯底的方法中切片工藝的變化而造成的偏離取向的變化調(diào)整為5°以下，這使得可容易地在碳化硅襯底上形成外延生長(zhǎng)層(有源層)。在碳化硅襯底中，與基礎(chǔ)層相反的SiC層的主面相對(duì)于<1-100>方向上的{03-38} 面的偏離角不小于-3°且不大于5°。因此，在使用碳化硅襯底制造IGBT的情況中，能夠進(jìn)一步提高溝道遷移率。此處，將相對(duì)于{03-38}面取向的偏離角設(shè)置為不小于-3°且不大于+5°是以如下事實(shí)為基礎(chǔ)的作為檢查溝道遷移率與偏離角之間的關(guān)系的結(jié)果，在該設(shè)置范圍內(nèi)得到特別高的溝道遷移率。此外，“相對(duì)于<1-100>方向上的{03-38}的偏離角”是指由上述主面的法線對(duì)由 <1-100>方向和<0001〉方向限定的平面的正交投影與{03-38}面的法線形成的角。正值符號(hào)對(duì)應(yīng)正交投影與<1-100>平行地接近的情況，而負(fù)值符號(hào)對(duì)應(yīng)正交投影與<0001〉方向平行地解決的情況。應(yīng)注意，主面的面取向更優(yōu)選基本上為{03-38}。此處，表述“主面的面取向基本上為{03-38}”旨在包含在使得考慮到襯底的加工精度可以將面取向基本看作{03-38}的偏離角的范圍內(nèi)包含襯底的主面的面取向的情況。在這種情況下，偏離角的范圍為例如相對(duì)于{03-38}的偏離角為士2°的范圍。因此，能夠進(jìn)一步提高上述溝道遷移率。在IGBT的碳化硅襯底中，與基礎(chǔ)層相反的SiC層的主面可具有相對(duì)于<11-20>方向形成不超過5°的角的偏離取向。<11-20>是碳化硅襯底中的代表性偏離取向，與<1-100>方向一樣。將由制造襯底的方法中的切片工藝的變化所造成的偏離取向的變化調(diào)整為士5°，這使得可容易地在 SiC襯底上形成外延生長(zhǎng)層(有源層)。在IGBT中，基礎(chǔ)層可由單晶碳化硅制成。在這種情況下，所述SiC層優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層更低的缺陷密度。例如，在IGBT中，所述SiC層優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層更小的微管密度。此外，優(yōu)選地，在IGBT中，SiC層具有比基礎(chǔ)層更低的位錯(cuò)密度。此外，優(yōu)選地，在IGBT中，所述SiC層具有比基礎(chǔ)層更小的貫通螺旋(threading screw)位錯(cuò)密度。此外，優(yōu)選地，在IGBT中，SiC層優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層更小的貫通邊緣位錯(cuò)密度。此外，優(yōu)選地，在IGBT中，SiC層具有比基礎(chǔ)層更小的基底面位錯(cuò)密度。此外，優(yōu)選地，在IGBT中，SiC層具有比基礎(chǔ)層更小的復(fù)合位錯(cuò)密度。此外，優(yōu)選地，在IGBT中，SiC層具有比基礎(chǔ)層更小的堆疊缺陷密度。此外，優(yōu)選地，在IGBT中，SiC層具有比基礎(chǔ)層更小的點(diǎn)缺陷密度。與基礎(chǔ)層相比，對(duì)SiC層進(jìn)行調(diào)整以具有下降的缺陷密度如微管密度、貫通螺旋位錯(cuò)密度、貫通邊緣位錯(cuò)密度、基底面位錯(cuò)密度、復(fù)合位錯(cuò)密度、堆疊缺陷密度和點(diǎn)缺陷密度。這種SiC層使得可在SiC層上形成高品質(zhì)有源層。通過例如對(duì)雜質(zhì)的外延生長(zhǎng)和雜質(zhì)的離子注入進(jìn)行組合能夠形成有源層。在IGBT中，可對(duì)多個(gè)SiC層進(jìn)行堆疊。以這種方式，能夠得到包含碳化硅襯底的 IGBT，所述碳化硅襯底包含與預(yù)期功能相對(duì)應(yīng)的多個(gè)SiC層。在IGBT中，碳化硅襯底可還包含布置在所述基礎(chǔ)層與所述SiC層之間并由導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的中間層，所述中間層將基礎(chǔ)層和SiC層相互連接。由此，通過使用其中利用中間層將基礎(chǔ)層和SiC層相互連接的結(jié)構(gòu)，能夠容易地得到其中在P型雜質(zhì)濃度超過1X IO18CnT3的基礎(chǔ)層上設(shè)置SiC層并同時(shí)防止基礎(chǔ)層的缺陷向其傳播的碳化硅襯底。此外，當(dāng)中間層由導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成時(shí)，能夠?qū)⑵湎嗷ミB接而不抑制在其厚度方向上的導(dǎo)電性。在IGBT中，所述中間層可由金屬制成。構(gòu)成該中間層的金屬可具有硅化部分。此外，在IGBT中，所述中間層可由碳制成。此外，所述中間層可由無(wú)定形碳化硅制成。以這種方式，能夠容易地確保在襯底厚度方向上的導(dǎo)電性。在構(gòu)成IGBT的碳化硅襯底中，所述基礎(chǔ)層可包含含有面對(duì)SiC層的主面并由單晶碳化硅制成的單晶層。因此，基礎(chǔ)層與SiC層之間的物理性質(zhì)之差(例如線性膨脹系數(shù)之差)變小，由此抑制了碳化硅襯底的翹曲。單晶層以外的基礎(chǔ)層區(qū)域可由非單晶層如多晶碳化硅、無(wú)定形碳化硅或碳化硅燒結(jié)體形成。因此，半導(dǎo)體器件的制造成本能夠下降。此外，在碳化硅襯底中，SiC層的X射線搖擺曲線的半寬度優(yōu)選小于單晶層的X射線搖擺曲線的半寬度。此外，在碳化硅襯底中，SiC層優(yōu)選具有比單晶層更小的微管密度。 此外，在碳化硅襯底中，SiC層優(yōu)選具有比單晶層更低的位錯(cuò)密度。以這種方式，能夠在SiC 層上形成高品質(zhì)的有源層。通過例如對(duì)外延生長(zhǎng)和雜質(zhì)的離子注入進(jìn)行組合能夠形成有源層。發(fā)明效果
7
由上述說(shuō)明可清楚，根據(jù)本發(fā)明的IGBT，能夠提供使得可降低導(dǎo)通電阻并同時(shí)抑制缺陷產(chǎn)生的垂直型IGBT。


圖1是顯示IGBT結(jié)構(gòu)的示意性橫斷面視圖。圖2是顯示碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的示意性橫斷面視圖。圖3是示意性顯示制造IGBT的方法的流程圖。圖4是用于說(shuō)明制造IGBT的方法的示意性橫斷面視圖。圖5是用于說(shuō)明制造IGBT的方法的示意性橫斷面視圖。圖6是用于說(shuō)明制造IGBT的方法的示意性橫斷面視圖。圖7是示意性顯示制造碳化硅襯底的方法的流程圖。圖8是顯示實(shí)施方案2中IGBT的結(jié)構(gòu)的示意性橫斷面視圖。圖9是示意性顯示制造實(shí)施方案3中的碳化硅襯底的方法的流程圖。圖10是顯示制造實(shí)施方案3中的碳化硅襯底的方法的示意性橫斷面視圖。圖11是用于說(shuō)明制造實(shí)施方案3中的碳化硅襯底的方法的示意性橫斷面視圖。圖12是用于說(shuō)明制造實(shí)施方案3中的碳化硅襯底的方法的示意性橫斷面視圖。圖13是顯示實(shí)施方案4中的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的示意性橫斷面視圖。圖14是顯示實(shí)施方案5中的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的示意性橫斷面視圖。圖15是示意性顯示制造實(shí)施方案5中的碳化硅襯底的方法的流程圖。圖16是顯示實(shí)施方案6中的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的示意性橫斷面視圖。圖17是示意性顯示制造實(shí)施方案6中的碳化硅襯底的方法的流程圖。圖18是顯示實(shí)施方案7中的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的示意性橫斷面視圖。圖19是示意性顯示制造實(shí)施方案7的碳化硅襯底的方法的流程圖。圖20是用于說(shuō)明制造實(shí)施方案7中的碳化硅襯底的方法的示意性橫斷面視圖。圖21顯示了 ρ型4H_SiC中的雜質(zhì)濃度與遷移率之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)注意，在下述圖中，對(duì)相同或相當(dāng)?shù)牟糠痔峁┫嗤母綀D標(biāo)記且不再重復(fù)對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方案1首先，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案即實(shí)施方案1進(jìn)行說(shuō)明。參考圖1，作為本實(shí)施方案中的絕緣柵雙極晶體管的IGBT 100包含具有ρ型導(dǎo)電性的碳化硅襯底1 ；緩沖層2(其可具有η型導(dǎo)電性或ρ型導(dǎo)電性)；由碳化硅制成并具有η型導(dǎo)電性的漂移層3 ；各自具有 P型導(dǎo)電性的阱區(qū)對(duì)4 ；各自具有η型導(dǎo)電性并充當(dāng)發(fā)射區(qū)的η+區(qū)5 ；以及各自具有ρ型導(dǎo)電性并充當(dāng)高濃度P型區(qū)的P+區(qū)6。緩沖層2形成在碳化硅襯底1的一個(gè)主面上且含有比漂移層3中更高濃度的雜質(zhì)。所述漂移層3形成在緩沖層2上并含有η型雜質(zhì)，因此具有η型導(dǎo)電性。以相互分離的方式在漂移層3中形成阱區(qū)對(duì)4，且所述阱區(qū)對(duì)4包含與碳化硅襯底 1側(cè)的主面相反的漂移層3的主面3Α。阱區(qū)4各自含有ρ型雜質(zhì)并因此具有ρ型導(dǎo)電性。在阱區(qū)4中所包含的ρ型雜質(zhì)為例如鋁(Al)、硼(B)等。包含上述主面3A的η+區(qū)5被阱區(qū)4包圍且形成在阱區(qū)對(duì)4內(nèi)。η+區(qū)5各自含有η 型雜質(zhì)如P，所述η型雜質(zhì)的濃度(密度)比漂移層3中所包含的η型雜質(zhì)的濃度(密度) 高。包含主面3Α的ρ+區(qū)6被阱區(qū)4包圍且以與η+區(qū)5相鄰的方式而分別形成在阱區(qū)對(duì) 4內(nèi)。P+區(qū)6各自含有ρ型雜質(zhì)如Al，所述ρ型雜質(zhì)的濃度(密度)比各個(gè)阱區(qū)4中所包含的P型雜質(zhì)的濃度(密度)高。緩沖層2、漂移層3、阱區(qū)4、η+區(qū)5和ρ+區(qū)6構(gòu)成有源層7。參考圖1，IGBT 100還包含充當(dāng)柵絕緣膜的柵氧化物膜91 ；柵極93 ；發(fā)射極接觸電極對(duì)92 ；層間絕緣膜94 ；發(fā)射極導(dǎo)線95 ；和集電極96。在漂移層3的主面3A上并以與其接觸的方式形成柵氧化物膜91，從而從一個(gè)η+ 區(qū)5的上表面上的位置延伸到另一個(gè)η.區(qū)5的上表面上的位置。柵氧化物膜9由例如二氧化硅(SiO2)制成。在柵氧化物膜91上并以與其接觸的方式布置柵極93，從而從一個(gè)η+區(qū)5上方的位置延伸到另一個(gè)η+區(qū)5上方的位置。此外，柵極93由導(dǎo)體如具有向其中添加的雜質(zhì)的多晶硅或Al制成。以與主面3Α接觸的方式布置發(fā)射極接觸電極92，其從η+區(qū)對(duì)5的各個(gè)位置延伸， 并達(dá)到P+區(qū)6上的位置。發(fā)射極接觸電極92各自由能夠與η+區(qū)5和P+區(qū)6兩者歐姆接觸的材料如NiSi (硅化鎳)制成。形成層間絕緣膜94以包圍在漂移層3的主面3Α上方的柵極93，且所述層間絕緣膜94從一個(gè)阱區(qū)4上方的位置延伸到另一個(gè)阱區(qū)4上方的位置。層間絕緣膜94由例如作為絕緣體的二氧化硅(SiO2)制成。發(fā)射極導(dǎo)線95包圍漂移層3的主面3Α上方的層間絕緣膜94，并延伸到發(fā)射極接觸電極92的上表面上。發(fā)射極導(dǎo)線95由導(dǎo)體如Al制成并通過發(fā)射極接觸電極92電連接至η+區(qū)5。以與碳化硅襯底1的主面接觸的方式形成集電極96，所述碳化硅襯底1的主面與形成漂移層3的側(cè)相反。集電極96由能夠與碳化硅襯底1歐姆接觸的材料如MSi制成。 將集電極96電連接至碳化硅襯底1。參考圖2，在本實(shí)施方案中，構(gòu)成IGBT 100的碳化硅襯底1包含由單晶碳化硅制成并具有P型導(dǎo)電性的基礎(chǔ)層10 ；和由單晶碳化硅制成、設(shè)置在基礎(chǔ)層10上并具有P型導(dǎo)電性的SiC層20。基礎(chǔ)層10具有超過IX IO18CnT3的P型雜質(zhì)濃度。因此，本實(shí)施方案中的IGBT 100為使得可降低導(dǎo)通電阻并同時(shí)抑制缺陷產(chǎn)生的垂直型IGBT。應(yīng)注意，在基礎(chǔ)層 10與SiC層20之間存在邊界，且在該邊界處缺陷密度可以是不連續(xù)的。此外，所使用的基礎(chǔ)層10可由例如單晶碳化硅、多晶碳化硅、無(wú)定形碳化硅、碳化硅燒結(jié)體或其組合制成。下面對(duì)IGBT 100的運(yùn)行進(jìn)行說(shuō)明。參考圖1，當(dāng)向柵極93供應(yīng)正電壓且所述正電壓超過閥值時(shí)，在柵極93下方在與柵氧化物膜91接觸的阱區(qū)4的部分處形成反轉(zhuǎn)層，由此將η+區(qū)5和漂移層3相互電連接。因此，將電子從η+區(qū)5注入到漂移層3中。因此，通過緩沖層2將空穴從碳化硅襯底1供應(yīng)至漂移層3。結(jié)果，使IGBT 100進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，由此導(dǎo)致漂移層3中的傳導(dǎo)度調(diào)制而降低發(fā)射極接觸電極92與集電極96之間的電阻。在這種狀態(tài)中，電流流動(dòng)。另一方面，當(dāng)向柵極93施加的正電壓等于或小于閥值時(shí)，不形成反轉(zhuǎn)層。因此，在漂移層3與阱區(qū)4之間保持了反向偏壓狀態(tài)。結(jié)果，使IGBT 100進(jìn)入斷開狀態(tài)，結(jié)果是沒有電流流動(dòng)。在IGBT 100中，基礎(chǔ)層10可由單晶碳化硅制成。此外，SiC層20優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層10更小的微管密度。此外，在IGBT 100中，SiC層20優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層10更小的貫通螺旋位錯(cuò)密度。此外，在IGBT100中，SiC層20優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層10更小的貫通邊緣位錯(cuò)密度。此外，在IGBT 100中，SiC層20優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層10更小的基底面位錯(cuò)密度。此外，在IGBT 100中，SiC層20優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層10更小的復(fù)合位錯(cuò)密度。此外，在IGBT 100中，SiC層20優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層10更小的堆疊缺陷密度。此外，在IGBT 100中，SiC 層20優(yōu)選具有比基礎(chǔ)層10更小的點(diǎn)缺陷密度。由此，與基礎(chǔ)層10相比，SiC層20具有下降的缺陷密度如微管密度、貫通螺旋位錯(cuò)密度、貫通邊緣位錯(cuò)密度、基底面位錯(cuò)密度、復(fù)合位錯(cuò)密度、堆疊缺陷密度和點(diǎn)缺陷密度。 這種SiC層20使得可在SiC層20上形成高品質(zhì)有源層7。此外，在IGBT 100中，SiC層20可具有IXlO18Cnr3以下的ρ型雜質(zhì)濃度。因此， 能夠更可靠地抑制在SiC層20中產(chǎn)生諸如微管、堆疊缺陷和位錯(cuò)的缺陷。此外，在IGBT 100中，基礎(chǔ)層10由單晶碳化硅制成，且SiC層20的X射線搖擺曲線的半寬度可以小于基礎(chǔ)層10的X射線搖擺曲線的半寬度。因此，將具有預(yù)定均一形狀和尺寸并具有比較低的結(jié)晶度的單晶碳化硅用作碳化硅襯底1的基礎(chǔ)層10，同時(shí)將具有高結(jié)晶度且不具有期望形狀等的單晶碳化硅有效地用作 SiC層20。結(jié)果，能夠降低IGBT100的制造成本。此外，在IGBT 100的碳化硅襯底1中，與基礎(chǔ)層10相反的SiC層20的主面20A 相對(duì)于{0001}面的偏離角優(yōu)選不小于50°且不大于65°。在利用外延生長(zhǎng)和雜質(zhì)的離子注入來(lái)形成有源層7的情況中，這抑制了在有源層7與柵氧化物膜91的界面附近形成界面狀態(tài)，由此降低了 IGBT 100的導(dǎo)通電阻。所述界面附近充當(dāng)溝道區(qū)。此外，在IGBT 100的碳化硅襯底1中，與基礎(chǔ)層10相反的SiC層20的主面20A 具有相對(duì)于<1-100>方向形成5°以下的角的偏離取向。所述<1-100>方向是碳化硅襯底中的代表性偏離取向。將由制造襯底的方法中切片工藝的變化而造成的偏離取向的變化調(diào)整為5°以下，這使得可以容易地在碳化硅襯底 1上形成外延生長(zhǎng)層(有源層7)。此外，在IGBT 100的碳化硅襯底1中，與基礎(chǔ)層10相反的SiC層20的主面20A 相對(duì)于<1-100>方向上的{03-38}面的偏離角不小于-3°且不大于5°。因此，在使用碳化硅襯底1制造IGBT 100的情況中，能夠進(jìn)一步提高溝道遷移率。此外，在IGBT 100的碳化硅襯底1中，與基礎(chǔ)層10相反的SiC層20的主面20A 可具有相對(duì)于<11-20>方向形成5°以下的角的偏離取向。<11-20>是碳化硅襯底中的代表性偏離取向，與<1-100>方向一樣。將由制造襯底的方法中的切片工藝的變化所造成的偏離取向的變化調(diào)整為士5°，這使得可容易地在 SiC層20上形成外延生長(zhǎng)層(有源層7)。此處，在構(gòu)成IGBT 100的碳化硅襯底1中，在基礎(chǔ)層10中所包含的雜質(zhì)可與SiC 層20中所包含的雜質(zhì)不同。以這種方式，能夠得到包含根據(jù)預(yù)期使用目的適當(dāng)含有雜質(zhì)的碳化硅襯底1的IGBT 100。
下面參考圖3 圖6，對(duì)用于制造實(shí)施方案1中的IGBT 100的一種例示性方法進(jìn)行描述。參考圖3，在制造本實(shí)施方案中的IGBT 100的方法中，首先實(shí)施準(zhǔn)備碳化硅襯底的步驟以作為步驟(SllO)。在該步驟(SllO)中，參考圖4，準(zhǔn)備了碳化硅襯底1，其包含由單晶碳化硅制成并具有P型導(dǎo)電性的基礎(chǔ)層10 ；和由單晶碳化硅制成、設(shè)置在基礎(chǔ)層10上并具有P型導(dǎo)電性的SiC層20?；A(chǔ)層10具有超過IX IO18CnT3的P型雜質(zhì)濃度。在該步驟(SllO)中準(zhǔn)備的碳化硅襯底1中，可使用下列基礎(chǔ)層10以代替完全由單晶碳化硅形成的基礎(chǔ)層10。即，所使用的基礎(chǔ)層10包含由單晶碳化硅制成并包含面對(duì)SiC層20的主面 IOA的單晶層10B、以及由多晶碳化硅、無(wú)定形碳化硅或碳化硅燒結(jié)體制成的另一個(gè)區(qū)10C。 此外，可使用完全由多晶碳化硅、無(wú)定形碳化硅或碳化硅燒結(jié)體制成的基礎(chǔ)層10來(lái)代替完全由單晶碳化硅制成的基礎(chǔ)層10。下面將對(duì)用于制造碳化硅襯底1的方法進(jìn)行說(shuō)明。然后，作為步驟(S120)，實(shí)施外延生長(zhǎng)步驟。在該步驟(S120)中，參考圖4，利用外延生長(zhǎng)在碳化硅襯底1的一個(gè)主面上/上方依次形成各自由碳化硅制成并具有η型導(dǎo)電性的緩沖層2和漂移層3。然后，作為步驟(S130)，實(shí)施離子注入步驟。在該步驟(S130)中，參考圖4和圖 5，首先實(shí)施離子注入以形成阱區(qū)4。具體地，例如將Al(鋁)離子引入到漂移層3中，由此形成阱區(qū)4。然后，實(shí)施離子注入以形成η+區(qū)5。具體地，例如將P (磷)離子注入到阱區(qū)4 中，由此在阱區(qū)4內(nèi)形成η+區(qū)5。此外，實(shí)施離子注入以形成ρ+區(qū)6。具體地，例如，將Al 離子注入到阱區(qū)4內(nèi)，由此在阱區(qū)4內(nèi)形成ρ+區(qū)6。例如，可以使用在漂移層3的主面上形成、由二氧化硅(SiO2)制成并在用于離子注入的期望位置處具有開口的掩模層來(lái)注入離子。然后，作為步驟(S140)，實(shí)施活化退火步驟。在該步驟(S140)中，例如，通過在惰性氣體氣氛如氬中加熱至1700°C并持續(xù)30分鐘來(lái)實(shí)施熱處理。因此，對(duì)在上述步驟(S130) 中注入的雜質(zhì)進(jìn)行活化。然后，作為步驟(S150)，實(shí)施形成氧化物膜的步驟。在該步驟(S150)中，參考圖5 和圖6，例如，通過在氧氣氛中加熱至1300°C并持續(xù)60分鐘來(lái)實(shí)施熱處理，由此形成氧化物膜91 (柵氧化物膜)。然后，作為步驟(S160)，實(shí)施形成電極的步驟。參考圖1，在該步驟(S160)中，例如將CVD法用于形成由在其中添加雜質(zhì)而使其成為導(dǎo)體的多晶硅制成的柵極93，然后，使用例如CVD法在主面3A上形成由作為絕緣體的SW2制成的層間絕緣膜94以包圍柵極93。 然后，例如，利用蒸發(fā)法形成鎳(Ni)膜并對(duì)其進(jìn)行加熱以使其硅化，由此形成發(fā)射極接觸電極92和集電極96。然后，例如，使用蒸發(fā)法，形成由作為導(dǎo)體的Al制成的發(fā)射極導(dǎo)線95 以包圍主面3A上方的層間絕緣膜94并延伸至η+區(qū)5和發(fā)射極接觸電極92的上方和上面的位置。利用上述程序，完成了本實(shí)施方案中的IGBT 100。在步驟(SllO)中采用基礎(chǔ)層10且所述基礎(chǔ)層10包含由單晶碳化硅制成并包含面對(duì)SiC層20的主面IOA的單晶層IOB且包含由多晶碳化硅、無(wú)定形碳化硅、或碳化硅燒結(jié)體制成的另一個(gè)區(qū)IOC的情況中，可實(shí)施除去另一個(gè)區(qū)IOC的步驟。以這種方式，能夠得到包含由單晶碳化硅制成的基礎(chǔ)層10的IGBT 100(參見圖1)。同時(shí)，可不實(shí)施上述除去區(qū)域IOC的步驟。在這種情況下，在圖1中所示的IGBT 1中在基礎(chǔ)層10的與SiC層20相反的主面(即作為圖1中的基礎(chǔ)層10中的下層)上形成由多晶碳化硅、無(wú)定形碳化硅或碳化硅燒結(jié)體制成的非單晶層(對(duì)應(yīng)于上述區(qū)域10C)。只要其電阻率低，則這種非單晶層不會(huì)對(duì)IGBT100的特性產(chǎn)生巨大影響。因此，當(dāng)使用這種制造工藝時(shí)，可以在不對(duì)其特性產(chǎn)生任何巨大影響的條件下降低IGBT 100的制造成本。在這種情況下，SiC層20的X射線搖擺曲線的半寬度可優(yōu)選小于單晶層IOB的X 射線搖擺曲線的半寬度。照這樣，提供了與基礎(chǔ)層10的單晶層IOB相比，具有這種更小X 射線搖擺曲線的半寬度即具有更高結(jié)晶度的SiC層20，由此使得可在其上形成高品質(zhì)有源層7。此外，SiC層20可優(yōu)選具有比單晶層IOB更小的微管密度。此外，SiC層20可具有比單晶層IOB更小的位錯(cuò)密度。此外，SiC層20可具有比單晶層IOB更小的貫通螺旋位錯(cuò)密度。此外，SiC層20可具有比單晶層IOB更小的貫通邊緣位錯(cuò)密度。此外，SiC層20 可具有比單晶層IOB更小的基礎(chǔ)面位錯(cuò)密度。此外，SiC層20可具有比單晶層IOB更小的復(fù)合位錯(cuò)密度。此外，SiC層20可具有比單晶層IOB更小的堆疊缺陷密度。此外，SiC層 20可具有比單晶層IOB更小的點(diǎn)缺陷密度。由此，與基礎(chǔ)層10的單晶層IOB相比，SiC層20具有下降的缺陷密度如微管密度、貫通螺旋位錯(cuò)密度、貫通邊緣位錯(cuò)密度、基底面位錯(cuò)密度、復(fù)合位錯(cuò)密度、堆疊缺陷密度和點(diǎn)缺陷密度。這使得可得到包含高品質(zhì)有源層7的IGBT 100。下面對(duì)作為上述步驟(SllO)而實(shí)施的準(zhǔn)備碳化硅襯底的步驟進(jìn)行描述。參考圖 7，在制造本實(shí)施方案中的碳化硅襯底中，首先，作為步驟(SlO)，實(shí)施準(zhǔn)備襯底的步驟。在該步驟(SlO)中，參考圖2，準(zhǔn)備各自由單晶碳化硅形成并具有ρ型導(dǎo)電性的基礎(chǔ)襯底10和 SiC襯底20。SiC襯底20具有主面20A，所述主面20A將成為會(huì)通過這種制造方法獲得的碳化硅襯底1的主面。因此，在這種情況下，根據(jù)主面20A的期望面取向而選擇SiC襯底20的主面20A的面取向。此處，例如，準(zhǔn)備具有與{03-38}面對(duì)應(yīng)的主面的SiC襯底20。同時(shí)， 將具有大于例如IX IO18CnT3的ρ型雜質(zhì)濃度的襯底用作基礎(chǔ)襯底10。此外，將具有小于例如1 X IO18CnT3的ρ型雜質(zhì)濃度的襯底用作SiC襯底20。此處，通過對(duì)通過例如在晶體生長(zhǎng)期間供應(yīng)作為雜質(zhì)的Al的固體材料或氣態(tài)材料(TMA ；三甲基鋁)而得到的原料晶體進(jìn)行切片，能夠制造包含P型雜質(zhì)的基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20的每一個(gè)，其中通過以例如改進(jìn)的Lely法為基礎(chǔ)的升華和重結(jié)晶來(lái)實(shí)現(xiàn)所述晶體生長(zhǎng)。然后，實(shí)施使襯底平滑的步驟以作為步驟(S20)。步驟(S20)不是必要步驟，但是當(dāng)在步驟(SlO)中準(zhǔn)備的基礎(chǔ)襯底10和/或SiC襯底20的平坦性不足時(shí)，能夠?qū)嵤┧霾襟E(S20)。具體地，例如，對(duì)基礎(chǔ)襯底10和/或SiC襯底20的主面進(jìn)行研磨。同時(shí)，可省略步驟(S20)，即，可實(shí)施步驟(S30)而不對(duì)將相互接觸的基礎(chǔ)襯底10 和SiC襯底20的主面進(jìn)行研磨。這降低了碳化硅襯底1的制造成本。此外，為了除去在基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20的制造時(shí)通過切片而形成的表面附近的損傷層，通過例如進(jìn)行蝕刻以代替步驟(S20)或者在步驟(S20)之后可實(shí)施除去損傷層的步驟，然后可實(shí)施下述步驟(S30)。然后，實(shí)施堆疊步驟以作為步驟(S30)。在該步驟(S30)中，參考圖2，對(duì)基礎(chǔ)襯底 10和SiC襯底20進(jìn)行相互堆疊以使其主面10A、20B相互接觸，由此制造堆疊襯底。然后，作為步驟(S40)，實(shí)施連接步驟。在該步驟(S40)中，通過對(duì)堆疊的襯底進(jìn)行加熱以落在例如等于或高于碳化硅的升華溫度的溫度范圍內(nèi)，將基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20相互連接。以這種方式，參考圖2，完成了包含基礎(chǔ)層10和SiC層20的碳化硅襯底 1。此外，通過加熱至等于或大于所述升華溫度的溫度，即使在不實(shí)施步驟(S20)且實(shí)施步驟(S30)而不對(duì)將相互接觸的基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20的主面進(jìn)行研磨的情況中，仍能夠?qū)⒒A(chǔ)襯底10和SiC襯底20相互連接。應(yīng)注意，在該步驟(S40)中，可以在通過對(duì)大氣進(jìn)行減壓而獲得的氣氛中對(duì)堆疊的襯底進(jìn)行加熱。這降低了碳化硅襯底1的制造成本。此外，在步驟(S40)中用于堆疊的襯底的加熱溫度優(yōu)選為不小于1800°C且不超過 25000C。如果所述加熱溫度低于1800°C，則對(duì)基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20進(jìn)行連接要花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間，這導(dǎo)致制造碳化硅襯底1的效率下降。另一方面，如果所述加熱溫度超過2500°c，則基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20的表面變得粗糙，這可能導(dǎo)致在要制造的碳化硅襯底1中產(chǎn)生多種晶體缺陷。為了提高制造效率并同時(shí)抑制在碳化硅襯底1中產(chǎn)生缺陷，將在步驟(S40)中用于堆疊的襯底的加熱溫度設(shè)定為不小于1900°C且不大于2100°C。此外，在該步驟(S40) 中，可在高于KT1I^且低于IO4Pa的壓力下對(duì)堆疊的襯底進(jìn)行加熱。這可以使用簡(jiǎn)單的設(shè)備而完成上述連接，并可以提供用于在比較短的時(shí)間內(nèi)完成連接的氣氛，由此實(shí)現(xiàn)碳化硅襯底1的制造成本的下降。此外，在步驟(S40)中在加熱時(shí)的氣氛可以為惰性氣體氣氛。在氣氛為惰性氣體氣氛的情況中，所述惰性氣體氣氛優(yōu)選含有選自氬、氦和氮中的至少一種。此外，在制造本實(shí)施方案中的IGBT 100的方法中，使用由此得到的碳化硅襯底1 制造 IGBT 100。實(shí)施方案2下面對(duì)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案即實(shí)施方案2進(jìn)行說(shuō)明。參考圖8，實(shí)施方案2 中的IGBT 100具有與參考圖1和圖2所述的實(shí)施方案1的IGBT 100基本相同的結(jié)構(gòu)并提供了與其基本相同的效果。然而，實(shí)施方案2的IGBT 100中的碳化硅襯底1與實(shí)施方案1 的不同之處在于，SiC層20含有η型雜質(zhì)并因此具有η型導(dǎo)電性。因此，在本實(shí)施方案的 IGBT 100的運(yùn)行中，基礎(chǔ)層10發(fā)揮了與實(shí)施方案1的碳化硅襯底類似的功能，且SiC層20 發(fā)揮了與實(shí)施方案1的漂移層3的一部分類似的功能。換言之，SiC層20充當(dāng)有源層7的一部分。此外，除了在步驟(SlO)中準(zhǔn)備的SiC襯底20具有η型導(dǎo)電性之外，以與實(shí)施方案1中相同的方式能夠制造IGBT 100。實(shí)施方案3作為實(shí)施方案3，下面參考圖9 圖12對(duì)制造構(gòu)成本發(fā)明IGBT的碳化硅襯底的另一種方法進(jìn)行說(shuō)明。以與實(shí)施方案1中基本相同的方式實(shí)施了制造實(shí)施方案3中的碳化硅襯底的方法。然而，在形成基礎(chǔ)襯底10的工藝方面，制造實(shí)施方案3中的碳化硅襯底的方法與實(shí)施方案1不同。參考圖9，首先實(shí)施準(zhǔn)備襯底的步驟以作為在制造實(shí)施方案3中的碳化硅襯底的方法的步驟(S10)。在步驟(SlO)中，參考圖10，與實(shí)施方案1中同樣地準(zhǔn)備SiC襯底20， 并準(zhǔn)備由碳化硅制成的材料襯底11。材料襯底11可由單晶碳化硅、多晶碳化硅或多孔碳化硅制成，或可以為碳化硅的燒結(jié)體。此外，能夠使用由碳化硅制成的材料粉末來(lái)代替材料襯底11。此處，能夠以下列方式制造由多晶碳化硅制成的材料襯底。首先，在低壓CVD (化學(xué)氣相沉積)法中，供應(yīng)充當(dāng)碳源的烴氣體(甲烷、丙烷、乙炔等)和各自充當(dāng)硅源的硅烷氣體、四氯化硅等以在加熱至約1300°C 1600°C的碳基材料上形成多晶碳化硅。在這種情況下，供應(yīng)作為雜質(zhì)的Al的原料(例如TMA)。根據(jù)由此得到的多晶碳化娃，得到了上述材料襯底。此外，通過對(duì)含有預(yù)定量作為雜質(zhì)的Al的材料粉末進(jìn)行燒結(jié)，能夠制造由碳化硅的燒結(jié)體形成的基礎(chǔ)襯底。然后，作為步驟(S50)，實(shí)施接近設(shè)置(closely arranging)步驟。在該步驟(S50) 中，參考圖10，通過相互面對(duì)面布置的第一加熱器81和第二加熱器82而分別保持SiC襯底 20和材料襯底11。此處，認(rèn)為SiC襯底20與材料襯底11之間間隔的合適值與用于在下述步驟(S60)中進(jìn)行加熱時(shí)得到的升華氣體的平均自由行程相關(guān)。具體地，能夠?qū)iC襯底 20與材料襯底11之間間隔的平均值設(shè)定為小于用于在下述步驟(S60)中進(jìn)行加熱時(shí)得到的升華氣體的平均自由行程。例如，嚴(yán)格地，用于原子和分子的平均自由行程取決于在1 壓力和2000°C溫度下的原子半徑和分子半徑，但是為約幾cm至幾十cm。因此，實(shí)際上，優(yōu)選將所述間隔設(shè)定為幾cm以下。更具體地，以使得其主面11A、20B在其間的間隔不小于1 μ m 且不大于Icm的條件下相互面對(duì)的方式，相互接近地設(shè)置SiC襯底20和材料襯底11。當(dāng)將間隔的平均值設(shè)定為Icm以下時(shí)，在下述步驟(S60)中形成的基礎(chǔ)層10的膜厚度分布能夠進(jìn)一步下降。此外，當(dāng)間隔的平均值為Imm以下時(shí)，生長(zhǎng)層30的膜厚度的分布能夠進(jìn)一步下降。同時(shí)，在間隔的平均值為Iym以上時(shí)，能夠確保用于升華碳化硅的足夠空間。應(yīng)注意， 這種升華氣體是通過對(duì)固體碳化硅進(jìn)行升華而形成的氣體，且包含例如Si、Si2C和SiC2。然后，作為步驟(S60)，實(shí)施升華步驟。在該步驟(S60)中，通過第一加熱器81將 SiC襯底20加熱至預(yù)定襯底溫度。此外，通過第二加熱器82將材料襯底11加熱至預(yù)定材料溫度。在這種情況下，對(duì)材料襯底11進(jìn)行加熱以達(dá)到材料溫度，由此使得SiC從材料襯底11的表面升華。另一方面，將襯底溫度設(shè)定為低于材料溫度。具體地，例如將襯底溫度設(shè)定為比材料溫度低不小于1°C且不大于100°C。所述襯底溫度優(yōu)選為1800°C以上且2500°C 以下。因此，如圖11中所示，以氣體形式從材料襯底11升華的SiC到達(dá)SiC襯底20的表面并因此在其上凝固，由此形成基礎(chǔ)層10。在保持這種狀態(tài)的同時(shí)，如圖12中所示，使得構(gòu)成材料襯底11的所有SiC升華并轉(zhuǎn)移到SiC襯底20的表面上。因此，完成步驟(S60)，由此完成圖2中所示的碳化硅襯底1。實(shí)施方案4下面對(duì)本發(fā)明的還另一個(gè)實(shí)施方案即實(shí)施方案4進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方案4中的IGBT 具有與實(shí)施方案1中基本相同的結(jié)構(gòu)。然而，在制造方法方面，實(shí)施方案4中的IGBT與實(shí)施方案1不同。具體地，在作為用于制造實(shí)施方案4中的IGBT的方法中的步驟(SllO)而實(shí)施的準(zhǔn)備碳化硅襯底的步驟中，準(zhǔn)備了結(jié)構(gòu)與實(shí)施方案1中不同的碳化硅襯底。參考圖13，在實(shí)施方案4中準(zhǔn)備的碳化硅襯底1中，當(dāng)以平面圖觀察時(shí)多個(gè)SiC層20并排設(shè)置。換言之， 沿基礎(chǔ)層10的主面IOA設(shè)置多個(gè)SiC層20。更具體地，以使得相鄰的SiC層20相互接觸的方式，在基礎(chǔ)層10上以矩陣的形式設(shè)置多個(gè)SiC層20。因此，本實(shí)施方案的碳化硅襯底 1能夠作為具有高品質(zhì)SiC層20和大直徑的襯底來(lái)應(yīng)用。利用這種碳化硅襯底1使得可有效地實(shí)施IGBT的制造工藝。此外，參考圖13，相鄰的SiC層20各自具有基本垂直于SiC層 20的主面20A的端面20C。以這種方式，能夠容易地制造本實(shí)施方案的碳化硅襯底1。此處，例如，當(dāng)端面20C與主面20A形成不小于85°且不大于95°的角時(shí)，能夠確定，端面20C 與主面20A基本上相互垂直。應(yīng)注意，以與實(shí)施方案1或?qū)嵤┓桨?中相似的方式按如下能夠制造實(shí)施方案4中的碳化硅襯底1。S卩，在實(shí)施方案1的步驟(S30)中，當(dāng)以平面圖進(jìn)行觀察時(shí)，將各自具有基本垂直于其主面20A的端面20C的多個(gè)SiC襯底20并排設(shè)置(參見圖2)?；蛘?，在實(shí)施方案3的步驟(S50)中，在第一加熱器81上并排設(shè)置并保持各自具有基本垂直于其主面20A的端面20C的多個(gè)SiC襯底20 (參見圖10)。此外，在制造本實(shí)施方案中的IGBT 100的方法中，使用由此得到的碳化硅襯底1 制造IGBT 100。此處，通過在圖13中所示的碳化硅襯底1的SiC層20上形成有源層7等， 制造了在平面圖中觀察時(shí)并排設(shè)置的多個(gè)IGBT 100。在這種情況下，以使得不跨過相鄰的 SiC層20之間的邊界區(qū)域延伸的方式制造了各個(gè)IGBT 100。實(shí)施方案5下面對(duì)本發(fā)明的還另一個(gè)實(shí)施方案即實(shí)施方案5進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方案5中的IGBT 100具有與實(shí)施方案1中的IGBT 100基本相同的結(jié)構(gòu)并提供了與其基本相同的效果。然而，在碳化硅襯底1的結(jié)構(gòu)方面，實(shí)施方案5中的IGBT 100與實(shí)施方案1中不同。S卩，參考圖14，在實(shí)施方案5中的碳化硅襯底1中，將無(wú)定形SiC層40布置在基礎(chǔ)層10與SiC層20之間以作為由無(wú)定形SiC制成的中間層。然后，通過這種無(wú)定形SiC層 40將基礎(chǔ)層10與SiC層20相互連接。由此存在的無(wú)定形SiC層40有助于制造其中布置了 SiC層20并同時(shí)防止基礎(chǔ)層10中的缺陷向其傳播的碳化硅襯底。下面對(duì)制造實(shí)施方案5中的碳化硅襯底1的方法進(jìn)行說(shuō)明。參考圖5，在制造實(shí)施方案5中的碳化硅襯底1的方法中，以與實(shí)施方案1中相同的方式實(shí)施準(zhǔn)備襯底的步驟以作為步驟(SlO)，從而準(zhǔn)備基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20。然后，實(shí)施形成Si層的步驟以作為步驟(S11)。在該步驟(Sll)中，例如在步驟 (SlO)中準(zhǔn)備的基礎(chǔ)襯底10的一個(gè)主面上形成具有約IOOnm厚度的Si層。例如使用濺射法能夠形成這種Si層。然后，實(shí)施堆疊步驟以作為步驟(S30)。在該步驟(S30)中，在步驟(Sll)中形成的Si層上放置在步驟(SlO)中準(zhǔn)備的SiC襯底20。以這種方式，得到了如下堆疊襯底，其中在基礎(chǔ)襯底10上方設(shè)置SiC襯底20，同時(shí)在其間插入Si層。然后，作為步驟(S70)，實(shí)施加熱步驟。在該步驟(S70)中，例如在氫氣和丙烷氣體的混合氣體氣氛中在IXlO3Pa的壓力下于約1500°C下對(duì)步驟(S30)中制造的堆疊襯底加熱3小時(shí)。因此，向Si層供應(yīng)主要從基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20擴(kuò)散的碳，由此形成如圖 14中所示的無(wú)定形SiC層40。以這種方式，能夠制造其中布置SiC層20并同時(shí)防止基礎(chǔ)層10中的缺陷向其傳播的碳化硅襯底1。實(shí)施方案6下面對(duì)本發(fā)明的還另一個(gè)實(shí)施方案即實(shí)施方案6進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方案6中的IGBT 100具有與實(shí)施方案1中的IGBT 100基本相同的結(jié)構(gòu)并提供了與其基本相同的效果。然而，在碳化硅襯底1的結(jié)構(gòu)方面，實(shí)施方案6中的IGBT 100與實(shí)施方案1中不同。具體地，參考圖16，實(shí)施方案6中的碳化硅襯底1與實(shí)施方案1的碳化硅襯底1的不同之處在于，在基礎(chǔ)層10與SiC層20之間形成歐姆接觸層50。歐姆接觸層50充當(dāng)中間層并通過對(duì)金屬層的至少一部分進(jìn)行切片而形成。然后，通過這種歐姆接觸層50將基礎(chǔ)層10和SiC層20相互連接。由此存在的歐姆接觸層50有助于制造其中布置了 SiC層20并同時(shí)防止基礎(chǔ)層10中的缺陷向其傳播的碳化硅襯底1。下面對(duì)制造實(shí)施方案6中的碳化硅襯底1的方法進(jìn)行說(shuō)明。參考圖17，在制造實(shí)施方案6中的碳化硅襯底1的方法中，以與實(shí)施方案1中相同的方式實(shí)施準(zhǔn)備襯底的步驟以作為步驟(SlO)，從而準(zhǔn)備基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20。然后，實(shí)施形成金屬膜的步驟以作為步驟(S12)。在該步驟(S12)中，通過例如在步驟(SlO)中準(zhǔn)備的基礎(chǔ)襯底10的一個(gè)主面上沉積金屬而形成金屬膜。這種金屬膜含有例如通過加熱而形成硅化物的金屬，具體地為鎳、鉬、鈦、鋁和鎢中的至少一種。然后，實(shí)施堆疊步驟以作為步驟(S30)。在該步驟(S30)中，在步驟(S12)中形成的金屬膜上放置在步驟(SlO)中準(zhǔn)備的SiC襯底20。以這種方式，得到了如下堆疊襯底，其中在基礎(chǔ)襯底10的上方設(shè)置SiC襯底20，同時(shí)在其間插入金屬膜。然后，作為步驟(S70)，實(shí)施加熱步驟。在該步驟(S70)中，例如在惰性氣體氣氛如氬中在約1000°C下對(duì)步驟(S30)中制造的堆疊襯底進(jìn)行加熱。以這種方式，對(duì)金屬膜的至少一部分(與基礎(chǔ)襯底10接觸的區(qū)域和與SiC襯底20接觸的區(qū)域)進(jìn)行切片，由此形成歐姆接觸層50，其與基礎(chǔ)層10和SiC層20形成歐姆接觸。因此，能夠容易地制造其中布置 SiC層20并同時(shí)防止基礎(chǔ)層10中的缺陷向其傳播的碳化硅襯底1。實(shí)施方案7下面對(duì)本發(fā)明的還另一個(gè)實(shí)施方案即實(shí)施方案7進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方案7中的IGBT 100具有與實(shí)施方案1中的IGBT 100基本相同的結(jié)構(gòu)并提供了與其基本相同的效果。然而，在碳化硅襯底1的結(jié)構(gòu)方面，實(shí)施方案7中的IGBT 100與實(shí)施方案1中不同。具體地，參考圖18，實(shí)施方案7中的碳化硅襯底1與實(shí)施方案1中的不同之處在于，在基礎(chǔ)層10與SiC層20之間形成碳層60以作為中間層。然后，通過這種碳層60將基礎(chǔ)層10和SiC層20相互連接。由此存在的碳層60有助于制造其中布置了 SiC層20并同時(shí)防止基礎(chǔ)層10中的缺陷向其傳播的碳化硅襯底1。下面對(duì)制造實(shí)施方案7中的碳化硅襯底1的方法進(jìn)行說(shuō)明。參考圖19，以與實(shí)施方案1中相同的方式實(shí)施步驟(SlO)，然后根據(jù)需要以與實(shí)施方案1中相同的方式實(shí)施步驟 (S20)。然后，作為步驟(S25)，實(shí)施施用膠粘劑的步驟。在該步驟(S25)中，參考圖20，例如向基礎(chǔ)襯底10的主面施用碳膠粘劑，由此形成前體層61。所述碳膠粘劑能夠由例如樹脂、石墨粒子和溶劑形成。此處，可使用的例示性樹脂為通過加熱而形成為非石墨化碳的樹脂如酚醛樹脂。可使用的例示性溶劑為苯酚、甲醛、乙醇等。此外，優(yōu)選以不小于lOmg/cm2 且不大于40mg/cm2的量，更優(yōu)選不小于20mg/cm2且不大于30mg/cm2的量施用碳膠粘劑。此外，所施用的碳膠粘劑優(yōu)選具有不超過100 μ m、更優(yōu)選不超過50 μ m的厚度。然后，實(shí)施堆疊步驟以作為步驟(S30)。在該步驟(S30)中，參考圖20，在基礎(chǔ)襯底10的主面上并以與其接觸的方式形成的前體層61上并以與所述前體層61接觸的方式放置SiC襯底20，由此制造堆疊襯底。然后，作為步驟(S80)，實(shí)施預(yù)焙燒步驟。在該步驟(S80)中，對(duì)堆疊襯底進(jìn)行加熱，由此從構(gòu)成前體層61的碳膠粘劑中除去溶劑組分。具體地，例如當(dāng)在其厚度方向上對(duì)堆疊襯底施加負(fù)荷時(shí)，對(duì)堆疊襯底逐漸加熱以落在超過溶劑組分的沸點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在使用夾具等將基礎(chǔ)襯底10和SiC襯底20相互壓靠在一起的條件下實(shí)施這種加熱。 此外，通過盡可能地實(shí)施預(yù)焙燒(加熱)，對(duì)膠粘劑進(jìn)行脫氣以提高膠粘強(qiáng)度。然后，作為步驟(S90)，實(shí)施燒成步驟。在該步驟(S90)中，將具有在步驟(S80)中受熱并因此預(yù)焙燒的前體層61的堆疊襯底加熱至高溫，優(yōu)選不小于900°C且不高于1100°C 的溫度如1000°C并持續(xù)優(yōu)選不小于10分鐘且不超過10小時(shí)如1小時(shí)，由此對(duì)前體層61進(jìn)行燒成。在燒成時(shí)所使用的氣氛能夠?yàn)槎栊詺怏w氣氛如氬。所述氣氛的壓力能夠?yàn)槔绱髿鈮?。以這種方式，將前體層61形成為由碳制成的碳層60。結(jié)果，參考圖18，得到了實(shí)施方案7的碳化硅襯底1，其中通過碳層60將基礎(chǔ)襯底(基礎(chǔ)層10)和SiC襯底(SiC層)20 相互連接。應(yīng)注意，在碳化硅襯底1中，構(gòu)成SiC層20的碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)選為六方晶系， 更優(yōu)選4H-SiC。此外，基礎(chǔ)層10和SiC層20 (以及在設(shè)置多個(gè)SiC層20的情況中的相鄰 SiC層20)優(yōu)選由具有相同晶體結(jié)構(gòu)的碳化硅單晶制成。以這種方式，通過將相同晶體結(jié)構(gòu)的碳化硅單晶用于基礎(chǔ)層10和SiC層20，其間的物理性質(zhì)如熱膨脹系數(shù)變得相同，由此在制造碳化硅襯底1和使用碳化硅襯底1制造IGBT的工藝中防止了碳化硅襯底1的翹曲、基礎(chǔ)層10和SiC層20的分離、或多個(gè)SiC層20的分離。此外，分別構(gòu)成SiC層20和基礎(chǔ)層10 (以及在設(shè)置多個(gè)SiC層20的情況中的相鄰SiC層20)的碳化硅單晶優(yōu)選具有形成小于Γ的角、更優(yōu)選小于0.1°的角的C軸。此外，優(yōu)選的是，其各種碳化硅單晶的c面在所述面中不會(huì)相互旋轉(zhuǎn)。此外，用于制造IGBT的碳化硅襯底1的基礎(chǔ)層(基礎(chǔ)襯底)10優(yōu)選具有2英寸以上、更優(yōu)選6英寸以上的直徑。此外，碳化硅襯底1優(yōu)選具有不小于200 μ m且不大于 1000 μ m、更優(yōu)選不小于300 μ m且不大于700 μ m的厚度。此外，SiC層20優(yōu)選具有50m Ω cm 以下、更優(yōu)選20m Ω cm以下的電阻率。實(shí)施例實(shí)施例1下面對(duì)實(shí)施例1進(jìn)行描述。進(jìn)行計(jì)算以對(duì)降低構(gòu)成本發(fā)明IGBT的各種碳化硅襯底的電阻的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。具體地，計(jì)算如下內(nèi)容與上述實(shí)施方案1對(duì)應(yīng)的碳化硅襯底1的襯底電阻(基礎(chǔ)層10和SiC層20各自電阻的總和)，所述碳化硅襯底1包含具有200 μ m厚度并具有1 X IO20Cm-3的ρ型雜質(zhì)密度的基礎(chǔ)層10和具有200 μ m的厚度并具有1 X 1018cm_3 的P型雜質(zhì)密度的SiC層20(實(shí)施例Α)；和與上述實(shí)施方案2對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)層10的電阻(襯底電阻)，所述基礎(chǔ)層10具有400 μ m的厚度并具有1 X IO20Cm-3的ρ型雜質(zhì)密度(實(shí)施例 B)。為了比較，還計(jì)算了與構(gòu)成常規(guī)IGBT的碳化硅襯底相對(duì)應(yīng)的碳化硅襯底的電阻(襯底電阻)，所述碳化硅襯底具有400 μ m的厚度并具有1 X IO18CnT3的ρ型雜質(zhì)密度(比較例 Α)。以下列方式進(jìn)行了計(jì)算。在ρ型4H_SiC中，在雜質(zhì)濃度(密度)和遷移率之間確立了圖21中所示的關(guān)系。 此外，通過下式能夠確定各襯底的電阻R。將計(jì)算結(jié)果示于表1中。[式1]
W
R =---
q. Ppo. 空穴
表 權(quán)利要求
1.一種絕緣柵雙極晶體管(100)，其包含 碳化硅襯底(1)；由單晶碳化硅制成的、布置在所述碳化硅襯底(1)的一個(gè)主面上并具有η型導(dǎo)電性的漂移層⑶；具有P型導(dǎo)電性并以包含與所述碳化硅襯底(1)相反的所述漂移層(3)的第一主面 (3Α)的方式布置的阱區(qū)⑷；具有η型導(dǎo)電性并以包含所述阱區(qū)內(nèi)的所述第一主面(3Α)的方式布置的發(fā)射區(qū)(5)；以與所述發(fā)射區(qū)( 接觸的方式布置在所述第一主面(3A)上的發(fā)射電極(92)； 由絕緣體形成并以與所述阱區(qū)(4)接觸的方式布置在所述第一主面(3A)上的絕緣膜 (91)；布置在所述絕緣膜(91)上的柵極(9 ；以及布置在所述碳化硅襯底(1)的另一個(gè)主面上的集電極(96)，其中所述碳化硅襯底(1)包含由碳化硅制成并具有P型導(dǎo)電性的基礎(chǔ)層(10)；和由單晶碳化硅制成并布置在所述基礎(chǔ)層(10)上的SiC層00)，所述基礎(chǔ)層(10)具有超過1 X IO18Cm-3的ρ型雜質(zhì)濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中所述基礎(chǔ)層(10)含有鋁作為在其中引入的雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中所述SiC層(20)具有ρ型導(dǎo)電性，并具有不超過ι χ IO18CnT3的雜質(zhì)濃度。
4.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中所述SiC層(20)具有與所述基礎(chǔ)層(10)相反且相對(duì)于{0001}面的偏離角不小于50°且不大于65°的主面QOA)。
5.如權(quán)利要求4所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中與所述基礎(chǔ)層(10)相反的所述 SiC層00)的所述主面(20A)的偏離取向相對(duì)于<1-100>方向形成不大于5°的角。
6.如權(quán)利要求5所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中與所述基礎(chǔ)層(10)相反的所述 SiC層00)的所述主面(20A)相對(duì)于<1-100>方向上的{03-38}面的偏離角不小于_3° 且不大于5°。
7.如權(quán)利要求4所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中與所述基礎(chǔ)層(10)相反的所述 SiC層00)的所述主面(20A)的偏離取向相對(duì)于<11-20>方向形成不大于5°的角。
8.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中所述碳化硅襯底(1)還包含布置在所述基礎(chǔ)層(10)與所述SiC層00)之間并由導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的中間層00、50、60)，以及所述中間層(40,50,60)將所述基礎(chǔ)層(10)與所述SiC層(20)相互連接。
9.如權(quán)利要求8所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中所述中間層(50)由金屬制成。
10.如權(quán)利要求8所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中所述中間層由碳(60)制成。
11.如權(quán)利要求8所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中所述中間層由無(wú)定形碳化硅 (40)制成。
12.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中所述基礎(chǔ)層(10)由單晶碳化硅制成；以及所述SiC層00)的X射線搖擺曲線的半寬度比所述基礎(chǔ)層(10)的X射線搖擺曲線的半寬度小。
13.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中 所述基礎(chǔ)層(10)由單晶碳化硅制成；以及所述SiC層00)的微管密度比所述基礎(chǔ)層(10)的微管密度低。
14.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中 所述基礎(chǔ)層(10)由單晶碳化硅制成；以及所述SiC層00)的位錯(cuò)密度比所述基礎(chǔ)層(10)的位錯(cuò)密度低。
15.如權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極晶體管(100)，其中所述基礎(chǔ)層(10)包含由單晶碳化硅制成并包含面對(duì)所述SiC層00)的主面(IOA)的單晶層(IOB)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種IGBT(100)，其為能降低導(dǎo)通電阻并同時(shí)抑制缺陷產(chǎn)生的垂直型IGBT，且包含碳化硅襯底(1)、漂移層(3)、阱區(qū)(4)、n+區(qū)(5)、發(fā)射極接觸電極(92)、柵氧化物膜(91)、柵極(93)以及集電極(96)。所述碳化硅襯底(1)包含由碳化硅制成并具有p型導(dǎo)電性的基礎(chǔ)層(10)；和由單晶碳化硅制成并布置在所述基礎(chǔ)層(10)上的SiC層(20)。所述基礎(chǔ)層(10)具有超過1×1018cm-3的p型雜質(zhì)濃度。
文檔編號(hào)H01L21/20GK102422425SQ20108002069
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者佐佐木信, 原田真, 和田圭司, 增田健良, 并川靖生, 穗永美紗子, 藤原伸介, 西口太郎 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社