專利名稱：用于通過植入法摻雜的SiC半導(dǎo)體區(qū)的熱自愈方法和SiC基半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過植入法摻雜的由碳化硅組成的半導(dǎo)體區(qū)的熱自愈方法和一種半導(dǎo)體元件。
單晶形式的碳化硅(SiC)是一種具有優(yōu)良物理性能的半導(dǎo)體材料，這些性能使該半導(dǎo)體材料尤其在光電子學(xué)、高溫電子學(xué)和大功率電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)受到重視。雖然SiC發(fā)光二極管也能在市場上買到，但SiC基大功率半導(dǎo)體元件到目前為止還沒有商業(yè)化。這主要是由于SiC基片的制造費用昂貴和與硅(Si)相比制造工藝更困難。
問題之一在于單晶SiC的摻雜。與硅不同，由于要求高于1800℃的高溫，SiC通過擴(kuò)散來摻雜實際上是不可能的。因此，單晶SiC或通過摻雜物在單晶生長期間，尤其在氯化汞單晶長大(PVD)期間或化學(xué)氣相沉積(CVD)期間的加入，或通過摻雜物離子的植入法(離子植入法)來摻雜。
摻雜物離子在預(yù)生長的碳化硅取向附生層內(nèi)的植入法使得具有平面表面(原則上具有高抗擊穿強度)的半導(dǎo)體元件的制造成為可能。不過，通過植入法進(jìn)行摻雜的問題是晶體缺陷(晶格缺陷，晶體不規(guī)則排列)，它是通過以高動能植入的摻雜物原子在取向附生層的SiC晶內(nèi)形成，且它使被植入的半導(dǎo)體區(qū)并因此使整個元件的電子性能變壞，此外，摻雜物原子或原子群在植入后不是最佳地進(jìn)入SiC晶格內(nèi)，并因此只有部分被電子激活。
因此，提出了各種通過熱處理來自愈因植入法產(chǎn)生的晶格缺陷并同時達(dá)到摻雜物原子的高激活度的方法(所謂的熱自愈法或熱退火法)。
在IEEE電子器件文摘1992年第13卷第639至641頁(IEEE ElectronicDevice Letters，Vol.13，1992，Seiten 639 bis 641)公開了一種熱自愈方法，它用于通過在500℃至1000℃之間的高植入溫度下在用鋁(Al)p型摻雜的6H-SiC取向附生層內(nèi)植入氮離子(N2+)而n型摻雜的6H-SiC半導(dǎo)體區(qū)。在該方法中，6H-SiC半導(dǎo)體區(qū)在1100℃至1500℃之間的恒定自愈溫度下處理。
在材料研究學(xué)會會刊1993年第279卷第415至420頁(MaterialsResearch Society Symposium Proceedings Band 279，1993，Seiten 415 bis 420)提出了一種熱自愈p-摻雜的4H-或6H-SiC半導(dǎo)體區(qū)的方法，該半導(dǎo)體區(qū)在室溫至1427℃之間的植入溫度下通過將鋁離子(Al+)植入4H-或6H-SiC取向附生層中而獲得。在該公開的方法中，被植入的SiC半導(dǎo)體區(qū)在氬氣氣氛下，在一秒鐘之內(nèi)被加熱到1127℃至1827℃之間的自愈溫度，并在該自愈溫度下保溫5至500秒。
應(yīng)用物理學(xué)報1995年2月1日第77卷第3冊第1020至1028頁(Journalof Applied Physics，Band 77，Heft 3，1.Feb.1995，Seiten 1020 bis 1028)公開了兩種對在室溫至400℃之間的植入溫度下通過將氮植入硅基片上β-SiC層內(nèi)而n型摻雜的β-SiC(3C-SiC)半導(dǎo)體區(qū)進(jìn)行自愈的處理方法。在該公開的第一種自愈過程中，氮摻雜的β-SiC半導(dǎo)體區(qū)在1000℃至1200℃之間的恒定溫度下被保溫20分鐘時間(爐式退火)。在公開的第二種自愈過程(快速熱退火)中，被植入的β-SiC半導(dǎo)體區(qū)在900℃至1000℃的溫度下被處理10秒鐘。在此，基片以約100℃/s(相當(dāng)于6000℃/min)的加熱速度加熱。在兩種自愈過程中，要自愈的β-SiC半導(dǎo)體區(qū)處在N2氣流中。
在所述現(xiàn)有技術(shù)公開的熱自愈方法中，沒有關(guān)于冷卻SiC半導(dǎo)體區(qū)和所采用的冷卻速度的報告。
本發(fā)明的目的在于提供一種比現(xiàn)有技術(shù)更好的用于通過植入法摻雜的SiC半導(dǎo)體區(qū)的熱自愈方法和一種具有改善的截止能力的p-n結(jié)的SiC基半導(dǎo)體元件。
本發(fā)明目的中涉及熱自愈方法的部分利用權(quán)利要求1所述的特征來達(dá)到，通過植入摻雜物顆粒而摻雜的SiC半導(dǎo)體區(qū)在植入之后進(jìn)行熱自愈，其中，半導(dǎo)體區(qū)從最高為1000℃的預(yù)定初始溫度以最高為100℃/min(每分鐘攝氏100℃，相當(dāng)于每秒1.67開爾文度)的冷卻速度(溫度隨時間減少量)被冷卻。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識，即，通過以最高為100℃/min的冷卻速度的緩慢冷卻，因植入而損壞的SiC半導(dǎo)體晶格被特別好地自愈。因此，至少1000℃的高初始溫度確保了植入法SiC半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的、同樣由緩慢冷卻而獲得的摻雜物原子的高激活度。
因此在本熱自愈方法中，植入的摻雜物原子及因植入而取代正常晶體結(jié)構(gòu)的硅原子和碳原子極好地排列在SiC晶格的相應(yīng)晶格位置上。因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，自愈的SiC半導(dǎo)體區(qū)及一個與該區(qū)和另一相反導(dǎo)通型的區(qū)形成的p-n結(jié)的電性能得到改善。
冷卻速度不必恒定，而可在0℃/min至100℃/min的范圍內(nèi)變化。
本發(fā)明熱自愈方法的有利設(shè)計和改進(jìn)由權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求給出。
據(jù)此，冷卻速度尤其限制在最高為50℃/min，而在有利的實施形式中則限制在最高為30℃/min。
冷卻過程的初始溫度尤其保持在約1100℃至1800℃之間，而優(yōu)選在約1400℃至1750℃之間。
緩慢冷卻過程的最終溫度尤其低于600℃。
在本方法的一個特別改進(jìn)中，在冷卻過程中SiC半導(dǎo)體區(qū)的溫度至少一次在至少接近預(yù)定的中間溫度的溫度下保溫一定時間。在該中間溫度平臺上冷卻速度實際為0℃/min。
在本方法又一個有利的實施形式中，通過植入法摻雜的SiC半導(dǎo)體區(qū)在冷卻到最終溫度之前首先通過輸入熱量而達(dá)到預(yù)定的初始溫度。溫度隨時間的上升(升溫速度)在加熱過程中基本上限制在最高為100℃/min，優(yōu)選最高為30℃/min。這種升溫速度限制進(jìn)一步改善了通過植入法摻雜的并隨后自愈的SiC半導(dǎo)體區(qū)的電性能。
SiC半導(dǎo)體區(qū)在至少接近(高的)初始溫度下優(yōu)選保溫優(yōu)選約2min到約30min之間的時間。該高溫平臺使SiC半導(dǎo)體內(nèi)的至少一種摻雜物的激活度得到進(jìn)一步改善。如果該高溫平臺在時間上直接處在SiC半導(dǎo)體的加熱與冷卻之間，這是尤其有利的。
在SiC半導(dǎo)體區(qū)上的，尤其在所述容器內(nèi)的移動或不移動的氣體介質(zhì)的靜壓力優(yōu)選調(diào)整到小于尤其在約10000Pa到50000Pa之間的氣體介質(zhì)壓力。
在一種特別有利的實施形式中，至少SiC半導(dǎo)體區(qū)的摻雜部分的表面至少在從初始溫度冷卻到最終溫度過程中，優(yōu)選也在冷卻前置于一氣流中。該氣流含有優(yōu)選至少一種惰性氣體和/或氫氣。其組分在自愈期間，尤其在冷卻階段之前可改變，例如從惰性氣體組分變成含氫氣的組分或甚至變成純的氫氣。氣流流速優(yōu)選調(diào)整到約0.5cm/s到約60cm/s之間。已證明，在該氣流中自愈的SiC半導(dǎo)體區(qū)的表面具有比沒有氣流的或在低流速氣流中自愈的更好。
在另一有利的實施形式中，半導(dǎo)體區(qū)設(shè)置在一個容器的內(nèi)部，該容器優(yōu)選設(shè)置成感應(yīng)加熱的導(dǎo)磁物體。該容器優(yōu)選由石墨組成。
用于通過植入法摻雜的SiC半導(dǎo)體區(qū)的摻雜物尤其為受體，且優(yōu)選是硼(B)和/或鋁(Al)。在該摻雜的單晶SiC中，實驗表明，本發(fā)明的自愈方法比已公開的自愈過程可特別強烈地改善晶體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明目的中涉及半導(dǎo)體元件的部分將通過權(quán)利要求23的特征來達(dá)到。該半導(dǎo)體元件包含至少一個p-n結(jié)，該p-n結(jié)在由通過植入至少一種摻雜物而n型導(dǎo)電(電子導(dǎo)電)或p型導(dǎo)電(空穴導(dǎo)電)的碳化硅(SiC)組成的第一半導(dǎo)體區(qū)和至少另一個與第一半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)通型相反的碳化硅(SiC)組成的半導(dǎo)體之間。該第一SiC半導(dǎo)體區(qū)根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的方法進(jìn)行熱自愈，并由此在具有相同植入條件下，證明有比現(xiàn)有技術(shù)排列得更好的晶體結(jié)構(gòu)。這樣制造的p-n結(jié)比公開的帶有通過植入法摻雜的半導(dǎo)電的SiC的p-n結(jié)具有明顯更小的截止電流。因此，可獲得在整流特性方面明顯好的半導(dǎo)體元件。
該半導(dǎo)體元件的有利設(shè)計和改進(jìn)在權(quán)利要求23的從屬權(quán)利要求中給出。
在該半導(dǎo)體元件的一個實施形式中，至少另一個半導(dǎo)體區(qū)通過植入至少一種摻雜物而摻雜，并根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的方法進(jìn)行熱自愈。p-n結(jié)的相反摻雜的半導(dǎo)體區(qū)可分別以適合的自愈步驟或在共同的自愈過程中進(jìn)行自愈。
半導(dǎo)體元件的整流特性的特別大的改善可在一個用權(quán)利要求1至22中任一項所述方法自愈的、在用硼(B)摻雜的第一半導(dǎo)體區(qū)和用氮(N)摻雜的另一半導(dǎo)體區(qū)之間形成的p-n結(jié)中獲得。對這種p-n結(jié)而言，所測得的每個p-n結(jié)的在截止?fàn)顟B(tài)下的截止電流比相同摻雜的、不過用公開的自愈方法自愈的p-n結(jié)小4個數(shù)量級，即小10000倍。
下面參照附圖對本發(fā)明的熱自愈方法和本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的實施例進(jìn)一步說明。
附圖均為示意圖，附圖中

圖1示出設(shè)置在容器內(nèi)的具有在一SiC基片上的SiC層內(nèi)植入的半導(dǎo)體區(qū)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，圖2示出具有被植入的并按本發(fā)明方法自愈的源區(qū)和基區(qū)的SiC-MOSFET。
圖1示出的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有一個單晶SiC基片2和設(shè)在該SiC基片2的表面20上的SiC層3。SiC層3和SiC基片2在圖1的實施例中不局限于例如通過氮(N)摻雜的n導(dǎo)通型(電子導(dǎo)電)。SiC層3的背向SiC基片2的表面30處通過植入獲得至少一個SiC半導(dǎo)體區(qū)4。該SiC半導(dǎo)體區(qū)4在圖1所示的實施形式中與SiC層3導(dǎo)通型相反，即p型導(dǎo)電。由此，SiC半導(dǎo)體區(qū)4和SiC層3之間形成一個p-n結(jié)5，SiC半導(dǎo)體區(qū)4優(yōu)選用硼(B)和/或鋁(Al)p型摻雜。
在一個未描述的實施形式中，SiC半導(dǎo)體區(qū)4也是一個比SiC層3更高摻雜的、具有與SiC層3相同導(dǎo)通型的半導(dǎo)體區(qū)，并優(yōu)選用氮(N)摻雜。
圖1所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可用具有下列各順序執(zhí)行的實施步驟的方法來制造1.SiC基片2的制備2.SiC層3的涂覆3.通過植入SiC層3內(nèi)而制得SiC半導(dǎo)體區(qū)44.被植入的SiC半導(dǎo)體4的自愈作為SiC基片2的制備，優(yōu)選采用氯化汞單晶長大工藝。SiC基片2主要由一種單一SiC多型，尤其由β-SiC(3C-SiC，立方SiC)或α-SiC(六面體或斜六面體SiC)多型中的一種組成。SiC基片2的多型優(yōu)選α-SiC多型4H，6H和15R。
為了將SiC層3沉積在SiC基片2上，采用一種公開的取向附生法，優(yōu)選是通過化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapour Deposition＝CVD)的取向附生法。例如CVD-取向附生方法可按美國專利US-A-5,011,549的技術(shù)說明及專利申請公開內(nèi)容中的那樣來采用。由于取向生長，SiC涂層3和SiC基片2一樣是單晶的，并因此也是半導(dǎo)電的。當(dāng)取向附生的生長條件控制適當(dāng)時，SiC層3也是與SiC基片2的多型相同的單一多型。如果SiC基片2由α-SiC組成，它則通常在SiC層3沉積前例如通過切削和/或拋光制成，以使基片的作為生長面的表面20與(0001)面傾斜1°到2°的角度，優(yōu)選朝向<1120>晶向。通過生長面相對于天然晶面，即代表硅-側(cè)的(0001)晶面或代表碳-側(cè)的(0001)晶面的這種不規(guī)則取向和合適的生長溫度(典型高于15000℃)，使得SiC層3與SiC基片2有相同的α-SiC多型，并且尤其不產(chǎn)生銜接復(fù)生。SiC層3通過加入相應(yīng)的摻雜物化合物而在生長期間按照所希望的導(dǎo)通型摻雜。
一種植入方法被用于SiC半導(dǎo)體區(qū)4的制備和摻雜，在該方法中，一種或多種摻雜物被引入SiC層3。SiC層3為此被放入一個未示出的植入設(shè)備內(nèi)。在該植入設(shè)備內(nèi)，SiC層3的表面30用一種或多種摻雜物的離子(在所示場合下為受體的離子)，根據(jù)所用摻雜物和所希望的侵入深度以典型的10keV至幾百keV之間的能量轟擊。在植入期間，SiC層3在約20℃(室溫)至約1000℃，優(yōu)選約20℃至約600℃之間的溫度范圍內(nèi)的植入溫度下保溫。
通過利用高能量使摻雜物顆粒進(jìn)入SiC層3的SiC晶體中，使SiC半導(dǎo)體區(qū)4內(nèi)的晶格被破壞。為了使由植入產(chǎn)生的晶體缺陷至少部分地修復(fù)和復(fù)原，SiC半導(dǎo)體區(qū)4用熱自愈法自愈。
由SiC基片2、SiC層3和被植入的SiC半導(dǎo)體區(qū)4組成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)放入一自愈設(shè)備(自愈爐、正火爐)的容器6內(nèi)，并放在容器內(nèi)的氣體介質(zhì)8中的基片支架7上。
在容器6外設(shè)有一個未示出的帶有一個或多個感應(yīng)線圈的可控感應(yīng)加熱器，容器6通過它感應(yīng)加熱。SiC半導(dǎo)體區(qū)4在容器6內(nèi)也由此被均勻加熱。不過也可設(shè)置一個電阻加熱器。
容器6內(nèi)的氣體介質(zhì)8通常含有至少一種體積含量最高至100％的惰性氣體，如氬氣(Ar)或氦氣(He)。為避免氮摻雜原子從SiC層3中逸出，氣體介質(zhì)在一定分壓下也可含有氮氣(N2)。氣體介質(zhì)的總靜壓力通常調(diào)整在約5000Pa至100000Pa(標(biāo)準(zhǔn)壓力)之間，而優(yōu)選在約10000Pa至約50000Pa之間。
在一個有利的實施形式中，氣體介質(zhì)至少在SiC半導(dǎo)體區(qū)4的范圍內(nèi)和至少在冷卻期間、不過優(yōu)選在整個熱自愈期間被移動。這樣形成一個朝向SiC半導(dǎo)體區(qū)4和SiC層3的氣流，它附加或僅僅含氫氣(H2)和/或至少一種惰性氣體，如氬氣或氦氣和必要時還有氮氣。氣流的流速調(diào)整在0.5cm/s和約60cm/s之間，優(yōu)選是15cm/s和25cm/s之間。在自愈期間讓氣體流過SiC半導(dǎo)體區(qū)4具有以下優(yōu)點，即SiC層3的表面30與公開的自愈方法不同，盡管高溫而仍有良好的形態(tài)質(zhì)量，且在SiC層3的表面30上沒有形成因SiC取向附生層3的不規(guī)則取向而引起的臺階或特別的表面粗糙度。尤其有利的是，在自愈期間變化氣流的組分，優(yōu)選方式是在一惰性氣流中加熱并在初始溫度TA下保溫，而且在氫氣含量典型最少為50％，尤其是大于80％，優(yōu)選是大于95％的氣流中冷卻。
對被植入SiC半導(dǎo)體區(qū)4內(nèi)的晶格缺陷進(jìn)行自愈的正火可如下進(jìn)行。
SiC半導(dǎo)體區(qū)4按照一預(yù)定的專門的時間-溫度曲線進(jìn)行熱處理，其中，感應(yīng)加熱根據(jù)熱自愈設(shè)備的幾何尺寸和材料性能來相應(yīng)控制。該熱自愈過程的特征是從初始溫度TA緩慢冷卻到結(jié)束時的最終溫度TE，即作為時間t的函數(shù)T(t)，SiC半導(dǎo)體區(qū)4的溫度與時間的關(guān)系曲線的緩慢下降。作為溫度對時間的導(dǎo)數(shù)(溫度曲線的斜率)dT/dt，在非正的對時間的導(dǎo)數(shù)DT/dt≤0℃/min時所確定的冷卻速度|DT/dt|在TA與TE之間的間隔內(nèi)選擇不大于100℃/min，尤其不大于50℃/min，優(yōu)選不大于30℃/min，尤其約25℃/min或15℃/min。溫度T隨時間的變化dT/dt的相應(yīng)區(qū)間為-100℃/min≤dT/dt≤0℃/min或-50℃/min≤dT/dt≤0℃/min或-30℃/min≤dT/dt≤0℃/min已經(jīng)證明，SiC半導(dǎo)體區(qū)4的緩慢冷卻與高速冷卻相比可使SiC半導(dǎo)體區(qū)更好自愈，很明顯，在溫度變化較小情況下，更多的硅原子和碳原子可擴(kuò)散到正常的晶格位。
冷卻過程可從約600的℃最終溫度TE開始可重新快速進(jìn)行，以加快制造過程，因為在低于600℃的溫度下在SiC半導(dǎo)體區(qū)4的晶格內(nèi)不再發(fā)生如此多的重新排列。緩慢冷卻的最終溫度TE也可下降到室溫(約20℃至30℃之間)，在此，SiC半導(dǎo)體區(qū)4被重新從容器6內(nèi)取出。一個最優(yōu)控制的自愈過程從而實現(xiàn)。
冷卻階段的初始溫度TA調(diào)整到至少約1000℃，優(yōu)選最高到約1800℃。初始溫度TA的優(yōu)選溫度范圍為1400℃至1750℃，優(yōu)選在約1700℃。研究表明，初始溫度TA是植入摻雜物原子激活度，即最終電激活的摻雜物原子數(shù)與原始摻雜的原子(離子)數(shù)之比的主要參數(shù)。在所述溫度范圍內(nèi)的初始溫度下，植入硼(B)及鋁(Al)或氮(N2)的情況下，可獲得近似于1的很高摻雜物原子激活度。
在一種有利的實施形式中，SiC半導(dǎo)體區(qū)4的溫度在初始溫度下保溫一定時間，典型為2min至60min，優(yōu)選約15min至30min，以進(jìn)一步改善其激活度。該溫度平臺可看作熱自愈方法的特殊階段，不過，也可看作冷卻階段的一部分，因為，溫度隨時間恒定也符合冷卻階段的定義。
此外，SiC半導(dǎo)體區(qū)4的溫度在冷卻階段期間在一個或甚至多個中間溫度下至少接近恒溫地保溫一定時間，如幾分鐘。在冷卻過程的溫度曲線上也可設(shè)置多處這樣的具有彼此不同的和沿時間順序依次下降的中間溫度的中間溫度平臺。這些中間溫度平臺的優(yōu)選溫度范圍在約1300℃至約1500℃之間。
在冷卻階段之前，SiC半導(dǎo)體區(qū)4在放入容器6內(nèi)之后從一起始溫度TS(通常是室溫)加熱到一預(yù)定的初始溫度TA。在此，該加熱過程優(yōu)選和隨后的冷卻過程一樣緩慢進(jìn)行。升溫速度|DT/dt|在TS和TA之間的時間段內(nèi)選擇不大于100℃/min，尤其不大于50℃/min，優(yōu)選不大于30℃/min，溫度T隨時間的變化dT/dt的相應(yīng)區(qū)間為0℃/min≤dT/dt≤100℃/min或0℃/min≤dT/dt≤50℃/min或0℃/min≤dT/dt≤30℃/min。
該加熱方法的特別優(yōu)點在于，在SiC層3和植入的SiC半導(dǎo)體區(qū)4之間形成p-n結(jié)5的截止能力在按本方法緩慢自愈之后比快速自愈的明顯更高，p-n結(jié)5在截止?fàn)顟B(tài)下的截止電流則明顯更小。對于通過植入硼(B)或鋁而摻雜的SiC半導(dǎo)體區(qū)4，這種截止電流的差別甚至高達(dá)約4個數(shù)量級(10的冪)，即快速自愈p-n結(jié)的截止電流比慢速自愈p-n結(jié)的截止電流約大10000倍。在p-n結(jié)上的截止電壓為1000V，相當(dāng)于2MV/cm的場強下，植入硼時的截止電流達(dá)10-6A/cm2，而植入鋁時的截止電流達(dá)10-7A/cm2。
因此，按本發(fā)明熱自愈方法自愈的p-n結(jié)可有利地用在SiC基半導(dǎo)體元件中，尤其是大功率半導(dǎo)體元件中。配設(shè)一個或多個這樣自愈的p-n結(jié)的半導(dǎo)體元件與用公開方法植入和自愈的半導(dǎo)體元件相比，因具有有規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)而具有更好的截止能力，并因此可用于更高的截止電壓下。例如P-n二極管，雙極晶體管，MOSFET，可控硅，IGBT或MCT就是這樣的具有p-n結(jié)半導(dǎo)體元件，用于在截止?fàn)顟B(tài)下截止。
圖2示出了SiC基功率MOSFET的實施例模型。其中，10代表源區(qū)，11代表基區(qū)，13代表氧化層，14代表柵電極，15代表源電極，16代表漏極電極。每個基區(qū)11作為第一SiC半導(dǎo)體區(qū)被嵌入一個以取向附生方式生長在SiC基片2上的、作為第二半導(dǎo)體區(qū)的SiC層3上，并與SiC層3導(dǎo)通型相反地?fù)诫s。在各基區(qū)11與SiC層3之間形成的p-n結(jié)在MOSFET截止情況下主要承受截止電壓。在每個基區(qū)內(nèi)植入至少一個源區(qū)10，它與基區(qū)11導(dǎo)通型相反地?fù)诫s，并因此以所屬的基區(qū)11構(gòu)成一個p-n結(jié)18。每個源區(qū)10與所屬的基區(qū)11借助一個源極電極15電短路。各基區(qū)11例如用硼(B)摻雜，并可為了更高的閉鎖強度而在源區(qū)10下方并在源電極15的接觸區(qū)內(nèi)通過附加植入鋁(Al)而更強烈地?fù)诫s。源區(qū)10和SiC層3優(yōu)選用氮摻雜。兩個半導(dǎo)體區(qū)的源區(qū)10和基區(qū)11可首先不進(jìn)行中間自愈地被植入，而然后一起用本發(fā)明熱自愈法自愈。在該實施形式中，可以一個單一的自愈步驟對帶有兩個p-n結(jié)17和18的整個植入結(jié)構(gòu)自愈。漏極電極16設(shè)在SiC基片2的背向SiC層3的一側(cè)。尤其可在SiC基片2內(nèi)再設(shè)置一個植入的更高摻雜的漏極區(qū)，它可同樣按本發(fā)明熱自愈法自愈。該MOSFET因此具有垂直結(jié)構(gòu)。
顯然，半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)通型在所有實施例中也可以彼此互換。
此外，植入過程和自愈過程可依次在一個唯一的、為兩個過程設(shè)計的設(shè)備中進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種用于通過植入法摻雜的由碳化硅(SiC)組成的半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)的熱自愈方法，其中，SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)以最高100℃/min的冷卻速度從至少1000℃的預(yù)定初始溫度冷卻到更低的最終溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，冷卻速度最高為50℃/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，冷卻速度最高為30℃/min。
4.按照上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，初始溫度調(diào)整到約1100℃到約1800℃之間。
5.按照上述權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，初始溫度調(diào)整到約1400℃到約1750℃之間。
6.按照上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，最終溫度低于約600℃。
7.按照上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)在從初始溫度冷卻到最終溫度期間至少一次在分別確定的中間溫度下保持一定時間。
8.按照上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)在冷卻到最終溫度之前首先被加熱到預(yù)定的初始溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，將SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)加熱到初始溫度的升溫速度最高為100℃/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，將SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)加熱到初始溫度的升溫速度最高為30℃/min。
11.按照上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，將SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)在至少接近初始溫度的溫度下保溫一段預(yù)定的時間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，預(yù)定的時間選擇在約2min到約60min之間。
13.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)的一個表面(30)至少在從初始溫度冷卻到最終溫速度期間處在一氣流中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，該氣流含有至少一種惰性氣體。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，該氣流含有氫氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項所述的方法，其中，該氣流的流速調(diào)整到約0.5cm/s到約60cm/s之間。
17.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)設(shè)在一由石墨組成的容器(6)內(nèi)部。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，容器(6)被感應(yīng)加熱。
19.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)摻雜有至少一個受體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，作為受體采用的是硼(B)和/或鋁(Al)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其中，作為受體采用的是鋁(Al)。
22.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，與SiC半導(dǎo)體(4)相毗連的氣體介質(zhì)(8)的壓力調(diào)整到10000Pa至50000Pa之間。
23.一種半導(dǎo)體元件，它具有a)至少一個由預(yù)定導(dǎo)通型(n或p)的碳化硅(SiC)組成的第一半導(dǎo)體區(qū)(4，11)，該碳化硅通過植入法摻雜，b)至少另一個由與第一SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、11)導(dǎo)通型相反的碳化硅組成的半導(dǎo)體區(qū)(3、10)，c)在兩個SiC半導(dǎo)體區(qū)之間形成一個p-n結(jié)(5、17、18)，d)第一SiC半導(dǎo)體區(qū)(4、10、11)根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的方法進(jìn)行熱自愈。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體元件，其中，至少另一個半導(dǎo)體區(qū)(10)通過植入法摻雜，并根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的方法進(jìn)行熱自愈。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的半導(dǎo)體元件，其中，至少一個第一半導(dǎo)體區(qū)(4、11)用硼(B)和/或鋁(Al)摻雜，而至少另一個半導(dǎo)體區(qū)(3、10)用氮(N)摻雜。
全文摘要
一種用于通過植入法摻雜的SiC半導(dǎo)體區(qū)的熱自愈方法和一種SiC基半導(dǎo)體元件。該通過植入法摻雜的SiC半導(dǎo)體區(qū)(4)以最高為100℃/min的冷卻速度從至少1000℃的預(yù)定初始溫度冷卻到更低的最終溫度。該半導(dǎo)體元件包含一個用該熱自愈方法自愈的p－n結(jié)(5),并因此具有高的截止能力。
文檔編號H01L21/04GK1267393SQ98808326
公開日2000年9月20日 申請日期1998年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月21日
發(fā)明者卡爾海因茨·霍爾茲萊因, 勒內(nèi)·斯坦 申請人:西門子公司