專利名稱：短溝道碳化硅功率mosfets及其制造方法
涉及的申請本申請要求下列申請的優(yōu)先權(quán)，在2000年10月3日提交的標(biāo)題為“改善碳化硅層和氧化層間界面的方法”的美國臨時申請序列號No.60/237,822和標(biāo)題為“SiC功率MOSFET及制造方法”的美國臨時申請序列號No.60/237,426，在2001年5月30日提交的標(biāo)題為“在碳化硅層上氧化層的N2O生長方法”的美國臨時申請序列號No.60/294,307，在2001年4月12日提交的標(biāo)題為“在碳化硅層上的氧化層的N2O退火方法”的美國專利申請序列號No.09/834,283，它們的公開內(nèi)容在此引入作為參考，如同在此處完全陳述。
許多碳化硅功率MOSFET結(jié)構(gòu)在文獻(xiàn)里已經(jīng)描述。例如可見，美國專利No.5,506,421；A.K.Agarwal，J.B.Casady，L.B.Rowland，W.F.Valek，M.H.White，和C.D.Brandt，“1.1kV 4H-SiC功率UMOSFET’s (1.1kV 4H-SiC Power UMOSFET’s)”，IEEE ElectronDevice Letters，第18卷，第12期，586頁-588頁，1997年12月；A.K.Agarwal，J.B.Casady，L.B.Rowland，W.F.Valek和C.D.Brandt，“1400V 4H-SiC功率MOSFETs(1400V 4H-SiC PowerMOSFETs)”，Materials Science Forum第264-268卷，989頁-992頁，1998年；J.Tan，J.A.Cooper，Jr.，和M.R.Melloch，“4H-SiC中的高壓積累層UMOSFET(High-Voltage Accumulation-LayerUMOSFETs in 4H-SiC)”，IEEE Electron Device Letters，第19卷，第12期，487頁-489頁，1998年12月；J.N.Shenoy，J.A.Cooper和M.R.Melloch，“6H-SiC中的高壓雙注入功率MOSFET’s(High-Voltage Double-Implanted Power MOSFET′s in 6H-SiC)”，IEEEElectron Device Letters，第18卷，第3期，93頁-95頁，1997年3月；J.B.Casady，A.K.Agarwal，L.B.Rowland，W.F.Valek，和C.D.Brandt，“900V DMOS和1100V UMOS 4H-SiC功率FET(900V DMOS和1100V UMOS 4H-SiC Power FET’s)”，IEEE Device ResearchConference，F(xiàn)t.Collins，CO，1997年6月23日-25日；R.Schorner，P.Friedrichs，D.Peters，H.Mitlehner，B.Weis和D.Stephani，“阻擋能力到1800V的堅固的6H-SiC功率MOSFET(Rugged PowerMOSFETs in 6H-SiC with Blocking Capability up to 1800V)”，Materials Science Forum第338-342卷，1295頁-1298頁，2000年；V.R.Vathulya和M.H.White，“離子注入SiC的溝道遷移率特性以確定功率DIMOS結(jié)構(gòu)的多型適用性(Characterization of ChannelMobility on Implanted SiC to determine Polytype Suitabilityfor the Power DIMOS structure)”，Electronic MaterialsConference，Santa Barbara，CA，1999年6月30日-7月2日；A.V.Suvorov，L.A.Lipkin，G.M.Johnson，R.Singh和J.W.Palmour，“用于功率DMOSFET的4H-SiC自對準(zhǔn)注入擴(kuò)散結(jié)構(gòu)(4H-SiC Self-Aligned Implant-Diffused Structure for Power DMOSFETs)”，Materials Science Forum第338-342卷，1275頁-1278頁，2000年；P.M.Shenoy和B.J.Baliga，“平面型6H-SiC ACCUFET一種新的高壓功率MOSFET結(jié)構(gòu)(The Planar 6H-SiC ACCUFETA New High-Voltage Power MOSFET Structure)”，IEEE Electron DeviceLetters，第18卷，第12期，589頁-591頁，1997年12月；RanbirSingh，Sei-Hyung Ryu和John W.Palmour，“高溫大電流4H-SiC積累型-DMOSFET(High Temperature，High Current，4H-SiC Accu-DMOSFET)”，Materials Science Forum第338-342卷，1271頁-1274頁，2000年；Y.Wang，C.Weitzel和M.Bhatnagar，“積累模式SiC功率MOSFET設(shè)計問題(Accumulation-Mode SiC Power MOSFET DesignIssues)”，Materials Science Forum第338-342卷，1287頁-1290頁，2000年；A.K.Agarwa l，N.S.Saks，S.S.Mani，V.S.Hegde和P.A.Sanger，“橫向RESURF，6H-SiC MOSFET的研究(Investigationof Lateral RESURF，6H-SiC MOSFETs)”，Materials Science Forum第338-342卷，1307頁-1310頁，2000年。
現(xiàn)有的SiC結(jié)構(gòu)可以分成三類(1)槽形或UMOSFET，(2)垂直雙注入MOSFET(DIMOSFET)，和(3)橫向擴(kuò)散MOSFET(LDMOSFET)。

圖1A，1B，1C和1D示出了這些結(jié)構(gòu)。圖1A說明槽形MOSFET，然而，它難以獲得高擊穿電壓和沿槽的側(cè)壁的可再現(xiàn)的高反型層遷移率。結(jié)果，導(dǎo)通電阻可變得很高，使這個結(jié)構(gòu)成為不實用。橫向DMOSFET在圖1C和1D中說明，它與一給定擊穿電壓的垂直DIMOSFET相比，柵氧化層可以承受高電場和更高的導(dǎo)通電阻。
垂直DIMOSFET結(jié)構(gòu)在圖1B中說明，它是在硅工藝中采用的擴(kuò)散(DMOSFET)結(jié)構(gòu)的變種。典型地，p阱用鋁或硼注入，源區(qū)(n+)用氮或磷注入，P+區(qū)通常用鋁注入。注入在1400℃-1700℃之間的溫度下激活。對n+層的接觸是用鎳(Ni)形成并退火，對p+的接觸用Ni、Ti或Ti/Al形成。兩種接觸均在高溫下退火。典型地，柵介質(zhì)或者被熱生長(熱SiO2)或者用低壓化學(xué)氣相淀積技術(shù)(LPCVD)被淀積，然后在各種氣氛下退火。淀積的介質(zhì)可以是SiO2或氧化物/氮化物/氧化物(ONO)疊層。DIMOSFET結(jié)構(gòu)的一個困難是反型層電子的低遷移率，這導(dǎo)致非常高的導(dǎo)通電阻。這個問題的起因，是圖2示出的在導(dǎo)帶邊緣附近的高密度界面態(tài)。見R.Schorner，P.Friedrichs，D.Peters，和D.Stephani，“采用15R-SiC多型的碳化硅明顯改善的MOSFET的性能(Significantly Improved Performance of MOSFETs on SiliconCarbide using the 15R-SiC polytype)”，IEEE Electron DeviceLetters，第20卷，第5期，241頁-244頁，1999年5月。
在導(dǎo)帶邊緣附近的界面態(tài)，傾向俘獲來自反型層中的另外的自由電子，在反型層中留下相對少量的自由電子。被俘獲的電子也可以在界面產(chǎn)生荷負(fù)電的狀態(tài)，它們對自由電子產(chǎn)生庫侖散射。減少的自由電子數(shù)目和增加的散射可以減小從源到漏的電流傳導(dǎo)，這可能導(dǎo)致低有效電子遷移率和高導(dǎo)通電阻。有幾個因素對導(dǎo)帶邊緣附近的高密度態(tài)起作用(1)碳或硅的懸掛鍵，(2)碳簇，和(3)在界面產(chǎn)生薄無定形硅層的Si-Si鍵。見S.T.Pantelides，“碳化硅介質(zhì)界面的原子尺度工程(Atomic Scale Engineering of SiC Dielectric Interfaces)”，DARPA/MTO High Power and ONR Power Switching MURI Reviews，Rosslyn，VA，8月10-12日，1999 and V.V.Afanas′ev，M.Bassler，G.Pensl，和M.Schulz，“本征SiC/SiO2界面態(tài)(Intrinsic SiC/SiO2Interface States)”，Phys.Stat.Sol.(a)，第162卷，321頁-337頁，1997年。
除了高密度界面態(tài)外，還有幾種機(jī)理對反型層電子的低遷移率起作用(1)出自鋁摻雜的p型SiC的鋁分凝，和(2)注入雜質(zhì)的高溫激活產(chǎn)生的表面粗糙。見S.Sridevan，P.K.McLarty和B.J.Baliga，“在6H-SiC上熱生長氧化物中鋁的存在(On the Presence of Aluminum inThermally Grown Oxides on 6H-Silicon Carbide)”，IEEE ElectronDevice Letters，第17卷，第3期，136頁-138頁，1996年3月和M.A.Capano，S.Ryu，J.A.Cooper，Jr.，M.R.Melloch，K.Rottner，S.Karlsson，N.Nordell，A.Powell，和D.E.Walker，Jr.，“離子注入的4H-碳化硅的表面粗糙(Surface Roughening in IonImplanted 4H-Slicon Carbide)”，Journal of ElectronicMaterials，第28卷，第3期，214頁-218頁，1999年3月。PurdueUniversity的研究人員得到結(jié)論，在反型層電子遷移率和注入激活溫度之間存在直接相關(guān)性。這項研究也得到結(jié)論，比較低的注入激活溫度(1200℃)導(dǎo)致比較高的電子遷移率，而比較高的激活溫度(1400℃)導(dǎo)致低電子遷移率。見M.K.Das，J.A.Cooper，Jr.，M.R.Melloch，和M.A.Capano，“在4H-和6H-SiC MOSFET中的反型溝道遷移率(Inversion Channel Mobility in 4H-and 6H-SiC MOSFETs)”，IEEESemiconductor Interface Specialists Conference，San Diego，CA，1998年12月3日-5日。這些結(jié)果已在平面MOSFET(圖3)得到，它沒有采用p阱注入。p阱注入雜質(zhì)(鋁或硼)典型地要求至少1500℃的激活溫度。
圖4示出所謂的“ACCUFET”結(jié)構(gòu)。由于穿過積累層而不是反型層的導(dǎo)通導(dǎo)致高遷移率。在這種結(jié)構(gòu)中，p阱是用Al注入，以便留下一個薄的未注入的n型表面層。由于pn結(jié)的內(nèi)建電壓，這個n型層完全耗盡。然而，注入激活溫度典型地限于1400℃，以避免前面指明的表面粗糙。剩余n層的摻雜和生長的n型層的摻雜相同。這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)示出在6H-SiC中有高電子遷移率，但是在4H-SiC中有非常低的電子遷移率。
Sridevan和Alok已經(jīng)報道，在p型外延層(p-epi)上的平面型MOSFET中4H-SiC中的高電子遷移率。S.Sridevan和B.Jayant Baliga，“橫向N溝道反型模式4H-SiC MOSFET(Lateral N-ChannelInversion Mode 4H-SiC MOSFET′s)”，IEEE Electron DeviceLetters，第19卷，第7期，228頁-230頁，1998年7月；D.Alok，E.Arnold，和R.Egloff，“4H-SiC器件中反型層遷移率的工藝相關(guān)性(Process Dependence of Inversion Layer Mobility in 4H-SiCDevices)”，Materials Science Form第338-342卷，1077頁-1080頁，2000年。然而，這不是高壓功率MOSFET結(jié)構(gòu)。使用p-epi，可以潛在地避免與p阱激活相關(guān)和由此產(chǎn)生的表面粗糙的問題。使用淀積的氧化物并且對源區(qū)和漏區(qū)氮注入的激活溫度保持最低(1250℃)以避免表面粗糙度。為保護(hù)柵氧化物/SiC界面，對源區(qū)和漏區(qū)的接觸沒有退火。高電子遷移率已經(jīng)歸因于淀積SiO2層的特別的濕退火。這是在1100℃在通過98℃的去離子(DI)水鼓泡的N2中退火400min，然后在1100℃原地Ar氣退火60min，再后在950℃濕N2退火60min。實行這種退火使淀積的氧化物致密并減少界面態(tài)密度。不幸，這個方法具有重復(fù)性問題。幾個研究組，包括Purdue University的RensealarPolytechnic Institute(RPI)，和Cree Inc.，企圖重復(fù)這個結(jié)果，都沒有成功。
已經(jīng)報道有希望的另一個方法是反摻雜法。K.Ueno和TadaakiOikawa，“反摻雜的4H-SiC MOSFET(Counter-Doped MOSFET′s of4H-SiC)”，IEEE Electron Device Letters，第20卷，第12期，624頁-626頁，1999年12月。同樣，這個技術(shù)在沒有p阱注入的情況下在平面型MOSFET上已經(jīng)實現(xiàn)。這不是高壓功率MOSFET結(jié)構(gòu)。使用p-epi，可以避免與p阱激活相關(guān)和由此產(chǎn)生的表面粗糙度的問題。用反摻雜法，n型雜質(zhì)的薄層例如氮是注入在源區(qū)和漏區(qū)之間。注入在低溫(1300℃)激活以避免表面粗糙。n型區(qū)的摻雜濃度可以通過控制n型注入的劑量和能量來加以控制。通過采用這種注入削弱表面電場，比較高的溝道遷移率已被報道。
最近，在不需要p阱注入的平面型4H-SiC MOSFET結(jié)構(gòu)中，熱氧化物在氧化氮(NO)氣氛下退火已經(jīng)指出是有希望的。見，M.K.Das，A.Lipkin，J.W.Palmour，G.Y.Chung，J.R.Williams，K.McDonald，和L.C.Feldman，“采用熱生長、NO退火的SiO2的高遷移率4H-SiC反型模式的MOSFET(High Mobility 4H-SiC Inversion Mode MOSFETsUsing Thermally Grown，NO Annealed SiO2)”，IEEE DeviceResearch Conference，Denver，CO，2000年6月19日-21日以及G.Y.Chung，C.C.Tin，J.R.Williams，K.McDonald，R.A.Weller，S.T.Pantelides，L.C.Feldman，M.K.Das，和J.W.Palmour，“在氧化氮中高溫退火后4H-SiC MOSFET改善的反型溝道遷移率(Improved Inversion Channel Mobility for 4H-SiC MOSFETsFollowing High Temperature Anneals in Nitric Oxide)”，IEEEElectron Device Letters已接受待發(fā)表，它們的公開內(nèi)容在此引入作為參考，看作在此處完全陳述。已經(jīng)指出，這種退火明顯減小導(dǎo)帶邊緣附近的界面態(tài)密度。C.Y.Chung，C.C.Tin，J.R.Williams，K.McDonald，M.Di Ventra，S.T.Pantelides，L.C.Feldman，和R.A.Weller，“氧化氮退火對4H多型碳化硅能帶邊緣附近界面陷阱密度的影響(Effect of nitric oxide annealing on the interfacetrap densities near the band edges in the 4H polytype of siliconcarbide)”，Applied Physics Letters，第76卷，第13期，1713頁-1715頁，2000年3月，它們的公開內(nèi)容在此引入，看作在此處完全陳述。由于改善的MOS界面，在表面反型層中得到高電子遷移率(35-95cm2/Vs)。
不幸，NO對健康有害，國家防火協(xié)會(NFPA)的健康危險等級為3，典型地其中實現(xiàn)氧化后退火的設(shè)備，是開放到超凈間的大氣中。雖然經(jīng)常排氣，但是超過在房間內(nèi)的NO沾污安全等級的危險是不可以忽略的。
在N2O中生長氧化物是可能的。J.P.Xu，P.T.Lai，C.L.Chan，B.Li，和Y.C.Cheng，“在6H-SiC上N2O生長氮氧化物的改進(jìn)的性能和可靠性(Improved Performance and Reliability of N2O-GrownOxynotride on 6H-SiC)”，IEEE Electron Device Letters，第21卷，第6期，298頁-300頁，2000年6月，它們的公開內(nèi)容在此引入作為參考，看作在此處完全陳述。在6H-SiC上的氧化物在N2O氣氛下1100℃生長后氮化，也由Lai等人研究過。P.T.Lai，SupraticChakraborty，C.L.Chan，和Y.C.Cheng，“氮化和退火對熱氧化SiO2/SiC金屬-氧化物-半導(dǎo)體系統(tǒng)的界面性質(zhì)的影響(Effect ofnitridation and annealing on interface properties ofthermally oxidized SiO2/SiC metal-oxide-semiconductorsystem)”，Applied Physics Letters，第76卷，第25期，3744頁-3746頁，2000年6月，它們的公開內(nèi)容在此引入作為參考，看作在此處完全陳述。然而，Lai等人得到結(jié)論，這樣的處理使界面質(zhì)量惡化，它可以用隨后的在O2中濕或干退火而改善，退火可以修復(fù)N2O中的氮化引起的損傷。此外，即使使用隨后的O2退火，與沒有在N2O中氮化的情況相比，Lai等人沒有看到界面態(tài)密度的任何明顯減小。然而，這個工作使用6H-SiC，不清楚是否應(yīng)該用4H-SiC，因為對6H-SiCMOSFET的許多改善以前沒有導(dǎo)致對4H-SiC MOSFET的任何明顯改善。
在本發(fā)明的具體實施例中，p型碳化硅區(qū)是其中注入鋁的相互有一定間隔的碳化硅區(qū)域。在本發(fā)明的另一個實施例中，n型短溝道對于相應(yīng)的p型碳化硅源區(qū)是自對準(zhǔn)的。
在本發(fā)明的可供選擇的實施例中，碳化硅外延層提供在n型短溝道之間的n型碳化硅漂移層上。在一些實施例中，碳化硅外延層是在n型碳化硅漂移層和p型碳化硅源區(qū)上。在本發(fā)明的這樣的實施例中，n型短溝道可以延伸進(jìn)入和/或通過碳化硅外延層。
在本發(fā)明的另一個實施例中，柵接觸提供在氧化層上。在本發(fā)明的具體實施例中，柵接觸是p型多晶硅。
在本發(fā)明的再一個實施例中，n型短溝道是摻雜的，以致施加零伏柵偏壓時，n型溝道是自耗盡區(qū)。在本發(fā)明的具體實施例中，短溝道的薄層電荷小于約1013cm-2。例如，n型短溝道可以有與厚度為約3500的和載流子濃度為約2×1016cm-3的碳化硅外延層的薄層電荷相對應(yīng)的薄層電荷。此外，在本發(fā)明4H多型碳化硅的實施例中，在氧化層和n型漂移層之間的界面，對在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量約0.3和約0.4eV之間的能級，優(yōu)選地，界面態(tài)密度小于約1012eV-1cm-2。
在本發(fā)明的另一個實施例中，碳化硅器件有n型碳化硅漂移層和在漂移層內(nèi)的第一p型碳化硅區(qū)。第一p型碳化硅區(qū)相互有一定間隔，并具有確定了其間的漂移層區(qū)的外圍邊緣。第一n型碳化硅區(qū)，其載流子濃度大于漂移層的載流子濃度，提供在第一p型碳化硅區(qū)內(nèi)并距第一p型碳化硅區(qū)外圍邊緣有一定間距。第二n型碳化硅區(qū)，其載流子濃度小于第一n型碳化硅區(qū)的載流子濃度，從第一n型碳化硅區(qū)延伸到第一p型碳化硅區(qū)的外圍邊緣。氧化層提供在漂移層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)上。
在本發(fā)明的具體實施例中，第二n型碳化硅區(qū)的薄層電荷小于約1013cm-2。例如，第二碳化硅區(qū)可以有與具有厚度為約3500和載流子濃度為約2×1016cm-3的碳化硅外延層的薄層電荷相對應(yīng)的薄層電荷。此外，第二n型碳化硅區(qū)深度從約0.05μm到約1μm。第二n型碳化硅區(qū)可以從第一n型碳化硅區(qū)到第一p型碳化硅區(qū)的外圍延伸約0.5μm到約5μm的距離。
在本發(fā)明使用4H多型碳化硅的另一個實施例中，在氧化層和漂移層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)之間的界面的界面態(tài)密度在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量約0.3和約0.4eV之間小于約1012eV-1cm-2。
在本發(fā)明的另外的實施例中，提供安排在相應(yīng)第一p型碳化硅區(qū)內(nèi)的第二p型碳化硅區(qū)。第二p型碳化硅區(qū)載流子濃度大于第一碳化硅區(qū)的載流子濃度。第二碳化硅區(qū)也與第一n型碳化硅區(qū)相鄰并與第二n型碳化硅區(qū)相對。
在本發(fā)明的具體實施例中，第一p型碳化硅區(qū)以從約1μm到約10μm的間距隔開。第一p型碳化硅區(qū)可以有載流子濃度從約1×1016cm-3到約2×1016cm-3。
此外，也可以提供第一p型碳化硅區(qū)和第一n型碳化硅區(qū)上的源接觸。也可以提供一層n型碳化硅層，其載流子濃度大于漂移層的載流子濃度并安排與漂移層相鄰與氧化層相對。在這樣的實施例中，漏接觸可以提供在n型碳化硅層上。
在本發(fā)明的再一個實施例中，碳化硅外延層提供在第一p型區(qū)和n型碳化硅的漂移層上。第二n型碳化硅區(qū)延伸進(jìn)入外延層，第一n型碳化硅區(qū)延伸通過外延層，氧化層在外延層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)上。外延層可以是未摻雜的碳化硅。外延層也可以是具有薄層電荷小于約1013cm-2的n型碳化硅。碳化硅外延層也可以是具有厚度從約0.05μm到約1μm的碳化硅外延層。優(yōu)選地，碳化硅外延層有厚度從約1000到約5000。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供布置在相應(yīng)第一p型碳化硅區(qū)內(nèi)的第二p型碳化硅區(qū)。第二p型碳化硅區(qū)有大于第一碳化硅區(qū)的載流子濃度的載流子濃度，并與第一n型碳化硅區(qū)相鄰與第二n型碳化硅區(qū)相對。外延層內(nèi)的窗口可以被定位以曝露第二p型碳化硅區(qū)，并在第二p型碳化硅區(qū)上的窗口內(nèi)提供第一源接觸。第二源接觸也可以提供在第一源接觸和第一n型碳化硅區(qū)上。
在本發(fā)明的各個實施例中，制造碳化硅器件的方法包括在n型碳化硅層內(nèi)注入p型雜質(zhì)以便提供第一p型碳化硅區(qū)，第一p型碳化硅區(qū)相互有一定間隔，并具有確定其間的一n型碳化硅層區(qū)的外圍邊緣。n型雜質(zhì)也注入到第一p型碳化硅區(qū)里以提供第一n型碳化硅區(qū)，其載流子濃度大于碳化硅層的載流子濃度，第一n型碳化硅區(qū)距第一p型碳化硅區(qū)的外圍邊緣有一定間隔。n型雜質(zhì)注入到第一p型碳化硅區(qū)里以提供第二n型碳化硅區(qū)，其載流子濃度小于第一n型碳化硅區(qū)的載流子濃度，并且它從第一n型碳化硅區(qū)延伸到第一p型碳化硅區(qū)的外圍邊緣。在漂移層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)上形成氧化層圖案，以便提供一柵氧化。
在具體的實施例中，注入p型雜質(zhì)、為提供第一n型碳化硅區(qū)注入n型雜質(zhì)和為提供第二n型碳化硅區(qū)注入n型雜質(zhì)，是這樣被提供的在n型碳化硅層上制作第一掩模圖案，該第一掩模有開口部分與第一p型碳化硅區(qū)相對應(yīng)，以便使n型碳化硅層部分曝露，然后利用第一掩模注入p型雜質(zhì)到n型碳化硅層里，利用第一掩模注入n型雜質(zhì)到第一p型碳化硅區(qū)里。在n型碳化硅層上制作第二掩模圖案，第二掩模有開口部分與第一n型碳化硅區(qū)相對應(yīng)，以便使具有其中注入p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的n型碳化硅層部分曝露。利用第二掩模，n型雜質(zhì)注入到n型碳化硅層里。
在本發(fā)明的一些實施例中，利用第一掩模注入n型雜質(zhì)到n型碳化硅層里，接著通過在至少約1500℃的溫度下退火激活注入的雜質(zhì)。優(yōu)選地，p型雜質(zhì)是鋁。
此外，可以制作第二掩模圖案，以便第二n型碳化硅區(qū)擴(kuò)展從第一n型碳化硅區(qū)延伸到第一p型碳化硅區(qū)的外圍約0.5μm到約5μm的距離。同樣，可以注入雜質(zhì)，以便第二n型碳化硅區(qū)的薄層電荷小于約1013cm-2。可以使用注入能量注入n型雜質(zhì)，以便提供第二n型碳化硅區(qū)，其深度從約0.05μm到約1μm。
在本發(fā)明的具體的實施例中，氧化層是熱生長的。氧化層也可以通過形成氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層提供。優(yōu)選地，ONO結(jié)構(gòu)的第一氧化層是熱生長的。無論如何，氧化層可以在NO環(huán)境或N2O環(huán)境中退火。優(yōu)選的是，在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量約0.3和0.4eV之間退火提供在氧化層和漂移層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)之間的界面的界面態(tài)密度小于約1012eV-1cm-2。這樣的界面態(tài)密度可以如下述描述來確定，Sze，Physics of Semiconductor Devices(半導(dǎo)體器件物理)，第二版，John Wiley & Sons，1981，pp.383-390。
在本發(fā)明的再一個實施例中，p型雜質(zhì)注入到n型碳化硅層里，以便提供安排在相應(yīng)的第一p型碳化硅區(qū)內(nèi)的第二p型碳化硅區(qū)。第二p型碳化硅區(qū)的載流子濃度大于第一碳化硅區(qū)的載流子濃度。第二碳化硅區(qū)與第一n型碳化硅區(qū)相鄰并與第二n型碳化硅區(qū)相對。
在本發(fā)明的一些實施例中，第一掩模有相互間距從約1μm到約10μm的開口部分。同樣，n型雜質(zhì)可以注入到n型碳化硅層與氧化層相對的面上，以便提供具有載流子濃度大于n型碳化硅層的載流子濃度的第二n型碳化硅層。漏接觸可以形成在第二n型碳化硅層上。此外，n型碳化硅層可以是碳化硅襯底。
在本發(fā)明的再一個實施例中，注入的p型雜質(zhì)、為提供第一n型碳化硅區(qū)注入n型雜質(zhì)和為提供第二n型碳化硅區(qū)注入n型雜質(zhì)是被這樣提供的在n型碳化硅層上制作第一掩模圖案，該第一掩模有與第一p型碳化硅區(qū)相對應(yīng)的開口，以便使n型碳化硅層部分曝露。然后利用第一掩模，注入p型雜質(zhì)(優(yōu)選鋁)到n型碳化硅層里，n型碳化硅層和第一p型碳化硅區(qū)在至少約1500℃的溫度下退火。然后，碳化硅外延層生長在n型碳化硅層和第一p型碳化硅區(qū)上。在n型碳化硅層上制作第二掩模圖案。第二掩模有與第二n型碳化硅區(qū)相對應(yīng)的開口，以便使第一p型碳化硅區(qū)部分曝露。利用第二掩模注入n型雜質(zhì)到n型碳化硅外延層里。在n型碳化硅層上制作第三掩模圖案。第三掩模有與第一n型碳化硅區(qū)相對應(yīng)的開口，以便使第一p型碳化硅區(qū)部分曝露。利用第三掩模注入n型雜質(zhì)到第一p型碳化硅區(qū)里和碳化硅外延層里。在外延層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)上制作氧化層圖案，以提供柵氧化物。
在本發(fā)明的再一個實施例中，通過生長未摻雜的碳化硅外延層提供生長碳化硅外延層的步驟。在本發(fā)明的再一個實施例中，生長碳化硅外延層的步驟是由生長具有薄層電荷小于約1013cm-2的碳化硅外延層提供的。此外，碳化硅外延層可以生長到從約0.05μm到約1μm的厚度。優(yōu)選地，碳化硅外延層生長到約1000到5000的厚度。
在本發(fā)明的另外的實施例中，退火步驟之前是制作第四掩模圖案，第四掩模是在n型碳化硅層和第一p型碳化硅區(qū)上，其中的開口部分與安排在相應(yīng)的第一p型碳化硅區(qū)內(nèi)的第二p型碳化硅區(qū)相對應(yīng)，第二碳化硅區(qū)與第一n型碳化硅區(qū)相鄰與第二n型碳化硅區(qū)相對。P型雜質(zhì)利用第四掩模被注入，以便第二p型碳化硅區(qū)的載流子濃度大于第一碳化硅區(qū)的載流子濃度。此外，在外延層內(nèi)可以形成窗口定位曝露第二p型碳化硅區(qū)。第一源接觸也可以形成在第二p型碳化硅區(qū)上面的窗口內(nèi)。第二源接觸也可以形成在第一源接觸和第一n型碳化硅區(qū)上面。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的SiC MOSFET的示意圖；圖8A至8H說明根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的制作MOSFET的工藝步驟；圖9A至9J說明根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的制作MOSFET的工藝步驟；圖10A至10C說明根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的短溝道的工作；圖11是適于本發(fā)明的實施例中使用的示例性摻雜分布曲線；圖12是在氧化后經(jīng)NO和N2O退火情況下界面陷阱密度(Dit)和導(dǎo)帶(Ec-E)的能級的關(guān)系曲線；圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施例的器件的正向I-V特性曲線；圖14是根據(jù)本發(fā)明的實施例的器件的溝道遷移率與柵電壓的關(guān)系曲線。
發(fā)明詳述下面參考附圖更加詳細(xì)說明本發(fā)明，其中給出本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以以很多不同形式實施，不應(yīng)該解釋為局限于此處給出的實施例；相反，提供這些實施例，為的是使內(nèi)容公開得徹底和完整，將把發(fā)明的范圍完全傳達(dá)到本領(lǐng)域的技術(shù)人員。如各圖說明的那樣，出于說明目的，各層或各區(qū)域的尺寸被放大，由此提供說明本發(fā)明的一般結(jié)構(gòu)。同樣的數(shù)字始終指示同樣的元件?？梢岳斫猓?dāng)一個元件，例如一層，或一個區(qū)域或襯底，表明是在另一個元件“上”，它可以是直接在另一個元件上，或者也可以是有一個插入元件存在。與此不同，當(dāng)一個元件表明是“直接在”另一個元件上，則沒有插入元件存在。
本發(fā)明的實施例提供碳化硅MOSFET和/或它們的制作方法，由于SiC和MOSFET的氧化物之間的界面，這個制作方法可以減小器件的性能退化。前面的討論很清楚，使用常規(guī)制作技術(shù)的常規(guī)器件，SiC和SiO2之間的界面沒有足夠的質(zhì)量來提供4H-SiC中電子的高表面遷移率。發(fā)明者不希望被任何工作理論束縛，已經(jīng)提出，減小的電子遷移率可以是由于高的界面陷阱密度或由于產(chǎn)生表面勢起伏的粗糙界面或由于這兩者。在圖5中示意地示出這種粗糙界面。高粗糙度可以導(dǎo)致電子反型層不連續(xù)，因而導(dǎo)致低的有效遷移率。在注入的p阱經(jīng)1500℃以上的溫度退火時，這是尤其真實的。
圖6說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的MOSFET。正如圖6看到的那樣，在本發(fā)明的具體實施例中，碳化硅的輕摻雜n-漂移層12在碳化硅n+層10上。n-漂移層12可以是襯底或碳化硅外延層，優(yōu)選是4H多型碳化硅。優(yōu)選地，n-漂移層12有載流子濃度從約1014到約1017cm-2。此外，n+層10可以是注入層或注入?yún)^(qū)或外延層。優(yōu)選地，n+層有載流子濃度從約1018到約1021cm-3。
正如圖6還看到的那樣，相互有一定間隔的p型碳化硅區(qū)在n-漂移層12內(nèi)提供p阱20。優(yōu)選地，p阱20是用Al注入，并在至少約1500℃溫度下退火。p阱20有載流子濃度從約1×1016到約2×1019cm-3，可延伸進(jìn)入n-漂移層12從約0.1μm到約3μm。雖然可以使用各種p型摻雜劑，鋁優(yōu)選于硼作為p阱20的摻雜劑，因為在超過1500℃的溫度下退火時硼往往是要擴(kuò)散超過幾微米。因此，難以控制p阱20之間的精確縫隙(這個區(qū)域可以稱為JFET區(qū)域21)。如果這縫隙太大，當(dāng)器件處于阻塞狀態(tài)時，柵氧化物中的電場可能變得太高。然而，如果縫隙太窄，JFET區(qū)21的電阻可以變得很高。相應(yīng)地，優(yōu)選的縫隙是從約1μm到約10μm。對給定器件的具體使用的縫隙，可以根據(jù)要求的器件阻塞電壓和導(dǎo)通態(tài)電阻而定。
n+碳化硅區(qū)24和任選的的p+層碳化硅區(qū)22是安排在p阱20內(nèi)。優(yōu)選地，n+碳化硅區(qū)24距離與JFET區(qū)21相鄰的p阱20的邊緣的間距從約0.5μm到約5μm。優(yōu)選地，任選的p+碳化硅區(qū)22與n+碳化硅區(qū)24相鄰、與p阱20的邊緣相對。薄層n型碳化硅，例如是用n型雜質(zhì)如氮或磷以預(yù)先選定的劑量摻雜的層，從n+碳化硅區(qū)24延伸到與柵氧化物28相鄰的n-漂移層12的JFET區(qū)域以提供短溝道26。短溝道26可以在p阱內(nèi)被注入，并在至少約1500℃的溫度下與p阱一起激活。優(yōu)選地，短溝道26延伸進(jìn)入p阱20有從約0.05μm到約1μm的深度。短溝道26的摻雜可取決于層的深度，柵接觸材料32的功函數(shù)和p阱20的摻雜如下面參考圖10A至10C的描述。然而，一般來說，短溝道26可以有小于1013cm-2的薄層電荷。在對p阱20注入Al后，對短溝道26優(yōu)選使用同一掩模注入n型雜質(zhì)，以避免不得不再次對準(zhǔn)掩模，這樣使短溝道26與p阱20是自對準(zhǔn)的。如上所述，優(yōu)選短溝道不延伸進(jìn)入JFET區(qū)，因為延伸這些層進(jìn)入JFET區(qū)可以在器件處于阻塞狀態(tài)時增加氧化物中的電場。
柵氧化物28至少在n+碳化硅區(qū)24之間延伸，優(yōu)選是用NO或N2O退火的熱生長氧化物，或者是氧化物/氮化物/氧化物(ONO)，其中第一氧化物是熱氧化物，跟著NO或N2O退火。柵接觸材料可以是任何適用的接觸材料，然而，p型多晶硅是優(yōu)選的，因為它的高功函數(shù)。柵氧化物28的厚度可取決于柵接觸32的材料的功函數(shù)。然而，一般來說，優(yōu)選厚度從約100到約5000。
也提供一個或多個源接觸30和漏接觸34。優(yōu)選地，源接觸30用鎳(Ni)形成，在從約600℃到約1000℃之間的溫度下，例如825℃下退火，以便提供對p+區(qū)22和n+區(qū)24的歐姆接觸。漏接觸34也可以是Ni或其它合適的材料，用于形成對n型碳化硅的歐姆接觸。
圖7說明使用再生長外延層的本發(fā)明的另一個實施例。正如圖7看到的那樣，碳化硅薄層27在p阱注入和退火后再生長在p阱20上，并延伸穿過JFET區(qū)的n-漂移層12。短溝道26′由再生長外延層形成，或者優(yōu)選地，它們可以通過注入進(jìn)入和/或穿過再生長碳化硅層27形成。類似地，n+碳化硅區(qū)24也可以穿過再生長碳化硅層27形成。再生長碳化硅層27可以有厚度從約0.05μm到約1μm，然而，優(yōu)選地是從約1000到約5000的厚度。優(yōu)選地，再生長碳化硅層27是未摻雜的、非有意摻雜的或輕摻雜的。然而，如果再生長碳化硅層27形成短溝道26′，再生長碳化硅層27應(yīng)該是n型碳化硅。因此，如果再生長碳化硅層27提供短溝道，優(yōu)選地，再生長碳化硅層27有薄層電荷小于約1013cm-2。例如，具有載流子濃度為2×1016的、3500厚的碳化硅層27可以特別適于提供一個在零柵偏壓常關(guān)的器件。這樣的再生長可以減小由注入激活退火產(chǎn)生的表面粗糙。此外，再生長把溝道區(qū)放在外延層上，可以減小損傷，使能有更高的溝道遷移率。
還如圖7看到的那樣，因為再生長碳化硅層27，通過碳化硅層27提供一個接觸窗，提供對任選的p+區(qū)22或如果p+區(qū)22不存在則對p阱20的接觸30′。接觸30′可以用任何合適的材料制造，用于形成對p型碳化硅的歐姆接觸，然而，鎳是優(yōu)選的。
雖然圖6和圖7說明本發(fā)明的實施例為分立器件，它將被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，圖6和圖7可以看做具有多個單元的器件的一個單位單元。因此，例如，其它的單位單元可以合并入圖6和圖7中說明的器件，沿著它的中心軸劃分器件(在圖6和圖7中表示為垂直軸)，并且已劃分的器件繞圖6和圖7中說明的器件的邊界軸(在圖6和圖7中說明的器件的垂直邊緣)旋轉(zhuǎn)。相應(yīng)地，本發(fā)明的實施例包括例如圖6和圖7說明的那些器件，以及有多個合并圖6和圖7說明的短溝道的單位單元的器件。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的器件制作現(xiàn)在可以參照圖8A到8H，圖9A到9J描述。如圖8A所示，在n型層12上形成掩模100并制作圖案，雜質(zhì)注入到n型層12里，以提供p阱20。優(yōu)選地，雜質(zhì)是注入到上述深度的Al，激活時提供所要求的載流子濃度。在形成p阱20后，利用掩模100執(zhí)行n型注入102，見圖8B。合適的注入n型層的雜質(zhì)包括氮和磷。注入這樣的雜質(zhì)以提供這里所述的短溝道深度和載流子濃度。一個合適的p阱20和n型注入102的合成摻雜分布的實例見圖11。在注入p阱和n型層102兩者后，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)被加熱到溫度至少約1500℃，并保持在該溫度約30秒到約60分鐘的時間，以激活注入的雜質(zhì)。或者，這樣的退火可以在注入n+區(qū)24、p+區(qū)22和背側(cè)(backside)注入之后進(jìn)行，如圖8E所示。
如圖8C所示，去掉掩模100，形成掩模104并制作圖案，n型雜質(zhì)利用掩模104被注入，以提供n+區(qū)24。形成掩模104用于提供在p阱20的外圍和n+區(qū)24之間所要求的間隔，其確定短溝道26的溝道長度。合適的n型雜質(zhì)包括氮和磷。此外，雜質(zhì)可以注入，用于提供這里所述的n+區(qū)24的維度和載流子濃度。
圖8D說明任選的p+區(qū)的形成。去掉掩模104，形成掩模106并制作圖案，利用掩模106注入p型雜質(zhì)，用于提供p+區(qū)22?？勺⑷雙型雜質(zhì)用于提供這里所述的p+區(qū)22的維度和載流子濃度。優(yōu)選地，p型雜質(zhì)是鋁，然而，其它合適的p型雜質(zhì)也是可以使用的。
圖8E說明去除掩模106以及建立n+層10，n+層10可以由n型雜質(zhì)背側(cè)注入到襯底內(nèi)形成，或可以是外延層，可以在圖8A之前形成。任選地，上述結(jié)構(gòu)的退火可以激活注入的p型和n型雜質(zhì)。做為選擇，在實施例中，柵氧化物是在形成之后退火以改善SiC/SiO2界面，這些雜質(zhì)的激活可以由這樣的退火實現(xiàn)。
圖8F說明柵氧化物28的形成和圖案制作。優(yōu)選地，柵氧化物是熱氧化生長并且氮化的氧化物。氮化的氧化物可以是任何合適的柵氧化物，然而，SiO2、氮氧化物或ONO可以是優(yōu)選的。優(yōu)選的是，形成柵氧化物或ONO柵介質(zhì)的初始氧化物之后跟著是N2O或NO中的退火，以便減少SiC/氧化物界面的缺陷密度。在具體的實施例中，柵氧化物或者是由熱生長或者是由淀積形成，然后在N2O環(huán)境中在大于約1100℃的溫度和從約2到約8SLM的流速中退火，該流速可提供N2O的初始滯留時間從約11到約45秒。在碳化硅上的氧化層的這樣的形成和退火通常由美國專利申請序列號No.09/834,283、標(biāo)題為“N2O退火碳化硅層上氧化層的方法(Method of N2O Annealing an Oxide Layer ona Silicon Carbide Layer)”(代理人文檔No.5308-156)，或者美國臨時申請序列號No.___、2001年5月30日提交的標(biāo)題為“碳化硅層上氧化層的N2O生長方法(Method of N2O growth of an Oxide Layeron a Silicon Carbide Layer)”描述，它們的內(nèi)容在此引入作為參考，看作在此處完全陳述。另外，也可以使用N2O生長氧化物，如下列文獻(xiàn)描述J.P.Xu，P.T.Lai，C.L.Chan，B.Li，和Y.C.Cheng，“在6H-SiC上N2O生長氮氧化物的改善的性能和可靠性(ImprovedPerformance and Reliability of N2O-Grown Oxynitrde on 6H-SiC)”，IEEE Electron Device Letters，第21卷，第6期，298頁-300頁，2000年6月。也如下列文獻(xiàn)描述的技術(shù)L.A.Lipkin andJ.W.Palmour，“在p型SiC上的低界面態(tài)密度氧化物(Low interfacestate density oxides on p-type SiC)”，Materials Science Forum第264-268卷，853頁-856頁，1998年。另一方面，對熱生長氧化物，熱生長SiO2層的后續(xù)NO退火可以被提供以減小界面陷阱密度，如下列文獻(xiàn)描述M.K.Das，L.A.Lipkin，J.W.Palmour，G.Y.Chung，J.R.Williams，K.McDonald和L.C.Feldman，“使用熱生長、NO退火的SiO2的高遷移率4H-SiC反型模式MOSFET(High Mobility 4H-SiCInversion Mode MOSFETs Using Thermally Grown，NO AnnealedSiO2)”，IEEE Device Research Conference，Denver，CO，6月19-21，2000；G.Y.Pantelides，L.C.Feldman，M.K.Das和J.W.Palmour，“氧化氮高溫退火的4H-SiC MOSFET改善的反型溝道遷移率(Improved Inversion Channel Mobility for 4H-SiC MOSFETsFollowing High Temperature Aneals in Nitric Oxide)”，IEEEElectron Device Letters已接受待發(fā)表；G.Y.Chung，C.C.Tin，J.R.Williams，K.McDonald，M.Di Ventra，S.T.Pantelides，L.C.Feldman和R.A.Weller，“氧化氮退火對4H多型碳化硅的帶邊緣附近界面陷阱密度的影響(Effect of nitric oxide annealing onthe interface trap densities near the band edges in the 4Hpolytype of silicon carbide)”，Applied Physics Letters，第76卷，第13期，1713頁-1715頁，2000年3月。也可以提供氮氧化物，如美國專利申請序列號No.______、2001年6月11日提交的標(biāo)題為“高壓高溫電容器結(jié)構(gòu)和制作方法(High Voltage，HighTemperature Capacitor Structure and Methods ofFabrication)”中描述，它的內(nèi)容在此引入作為參考，看作在此處完全陳述。
作為一個形成氮化的氧化物層的實施例，通過在N2O環(huán)境中至少約1200℃溫度下氧化碳化硅層，氧化物層可以被提供在碳化硅層上。在氧化期間，提供預(yù)定的溫度曲線和預(yù)定的N2O流速曲線。預(yù)定的溫度曲線和/或預(yù)定的流速曲線可以是恒定的或可變化的，可以包括斜坡至穩(wěn)定狀態(tài)的條件。預(yù)定的溫度曲線和預(yù)定的流速曲線可以被選擇以便減小具有SiC導(dǎo)帶附近能量的氧化物/碳化硅界面的界面態(tài)。預(yù)定的溫度曲線可以導(dǎo)致大于約1200℃的氧化溫度。優(yōu)選地，氧化溫度是約1300℃。氧化時間隨所要求的氧化層的厚度而改變。因此，氧化可以在約15分鐘至約3小時或更長的時間里實現(xiàn)。
另外，預(yù)定的流速曲線可以包括一個或多個流速，從約2每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升(SLM)到約6SLM。優(yōu)選地，流速從約3.5到約4每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升。此外，形成得到的氧化層，隨后氧化層在Ar或N2中退火。這樣的Ar或N2中的退火操作可以進(jìn)行例如約一個小時。
優(yōu)選地，預(yù)定的流速曲線提供從約0.37cm/s到約1.11cm/s的N2O的一種速度或多種速度。特別是，預(yù)定的流速曲線優(yōu)選提供從約0.65cm/s到約0.74cm/s的N2O的一種速度或多種速度。另外，可以執(zhí)行氧化層的濕再氧化，和/或N2O氧化也可以在部分蒸汽或蒸汽分壓環(huán)境中進(jìn)行。
另外，通過在N2O環(huán)境中在包括大于約1200℃的氧化溫度的預(yù)定溫度曲線和預(yù)定的N2O流速曲線下在碳化硅層上形成氧化層的方法，可以在碳化硅上形成氧化層。預(yù)定的流速曲線可以被選擇以提供N2O的初始滯留時間至少是11秒。優(yōu)選地，初始滯留時間為從約11秒到約33秒。更優(yōu)選地，初始滯留時間為從約19秒到約22秒。另外，N2O總滯留時間可以為從約28秒到約84秒。優(yōu)選地，總滯留時間為從約48秒到約56秒。
界面態(tài)密度與來自導(dǎo)帶的能級的關(guān)系曲線圖由圖12說明。線200表示未退火的氧化物。線202表示在NO環(huán)境中干退火的氧化物。線204表示在N2O環(huán)境中干退火的氧化物和線206表示在NO環(huán)境中濕退火的氧化物。
圖8G說明柵接觸32的形成。如上所述，柵接觸32可以是p型多晶硅，或者也可以是其它合適的接觸材料，使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的技術(shù)，可以形成柵接觸和制作其圖案。另一方面，圖8F的氧化物28和柵接觸32也可以一起形成和制作圖案。最后，圖8H說明源接觸30和漏接觸34的形成，它們可以由蒸發(fā)，淀積，濺射或本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。優(yōu)選地，源接觸30和漏接觸34是鎳，在形成后在約825℃溫度下退火，以便改善歐姆接觸的質(zhì)量。
圖9A至9J說明根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例使用再生長外延層制作器件的操作。如圖9A所示，在n型層12上形成掩模120并制作圖案，雜質(zhì)注入進(jìn)入n型層12，提供p阱20。優(yōu)選地，雜質(zhì)是注入到上述深度的Al，激活時提供所要求的載流子濃度。在形成p阱20后，去除掩模120，形成掩模122并形成與任選的p+區(qū)22相對應(yīng)的圖案。利用掩模122進(jìn)行p型注入，見圖9B。優(yōu)選地，p型注入注入劑鋁作為p型雜質(zhì)。注入這樣的雜質(zhì)以提供此處描述的p+區(qū)22的維度和載流子濃度。在注入p阱20和p+區(qū)22后，得到的結(jié)構(gòu)被加熱到至少約1500℃的溫度，保持在該溫度的時間從約30秒到約60分，以激活注入雜質(zhì)。
如圖9C所示，去除掩模122，使用生長碳化硅外延層的常規(guī)技術(shù)，在p+區(qū)22、p阱20和n型碳化硅層12上形成SiC外延層124。如上所述，再生長外延層124優(yōu)選是未摻雜碳化硅，但也可以是輕摻雜碳化硅。
圖9D說明提供短溝道26′的任選的n型雜質(zhì)注入。如圖9D所示，形成掩模126并制作圖案，利用掩模126注入n型雜質(zhì)以提供短溝道26′。形成掩模126以提供所要求的短溝道26′的位置，優(yōu)選地，這樣短溝道基本上沒有擴(kuò)展進(jìn)入器件的JFET區(qū)。合適的n型雜質(zhì)包括氮和磷。優(yōu)選地，注入雜質(zhì)以提供此處描述的短溝道26′的維度和載流子濃度。
圖9E說明n+區(qū)24的形成。如圖9E所示，去除掩模126，形成掩模128并制作圖案以提供與n+區(qū)24相對應(yīng)的開口。掩模128用于注入n型雜質(zhì)，以便提供此處描述的n+區(qū)24的維度和載流子濃度。
圖9F說明去除掩模128以及產(chǎn)生n+層10，其可以通過在襯底中背面注入n型雜質(zhì)來形成，或可以是外延層，或可在圖9A之前形成。任選地，結(jié)構(gòu)的退火優(yōu)選是在低于1500℃的溫度下可以被執(zhí)行以激活注入的p型和n型雜質(zhì)?；蛘?，在柵氧化物形成后退火以改善SiC/SiO2界面的實施例中，這樣雜質(zhì)的激活可以是由這樣的退火來提供。
圖9G說明柵氧化物28的形成和圖案制作。柵氧化物28優(yōu)選地是熱生長形成，并且優(yōu)選地是氮化的氧化物。氮化的氧化物可以是任何合適的柵氧化物，然而，SiO2、氮氧化物或ONO可以是優(yōu)選的。柵氧化物的形成可以參照圖8F的如上所述來執(zhí)行。
圖9H說明源接觸30′的形成。如圖9H所示，在再生長層124中相對應(yīng)于p+區(qū)22的位置開窗口。接觸30′在窗口中形成。圖9I說明柵接觸32和源接觸30′的形成?；蛘?，圖9G中的氧化物28和柵接觸32可以一起形成并制作圖案。如上所述，柵接觸32可以是p型多晶硅，或者可以是其它合適的接觸材料并且可以用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的技術(shù)來形成和制作圖案。源接觸30′可以用蒸發(fā)淀積、濺射或本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。最后，圖9J說明漏接觸34的形成，它可以用蒸發(fā)淀積、濺射或本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它技術(shù)形成。優(yōu)選地，源接觸30′和漏接觸34是鎳，它是在形成之后在從約600℃到約1000℃的溫度下例如約825℃退火的，用來改善歐姆接觸的質(zhì)量。
如上所述，本發(fā)明的實施例在器件的JFET區(qū)之間提供通過p阱20直到n+區(qū)24的短溝道26和26′。在形成短溝道26和26′時，優(yōu)選控制n型雜質(zhì)的劑量和能量，以便使器件在零柵偏壓下正常關(guān)閉。這是可以做到的，因為pn結(jié)的內(nèi)建電壓、柵金屬和SiC的功函數(shù)差以及氧化物中和界面態(tài)中的凈電荷，產(chǎn)生淺n型層的自耗盡。然而，應(yīng)該注意，通過隱埋pn結(jié)n型層不是完全耗盡的。這保證在薄積累層下存在體溝道。該體溝道的寬度隨正柵偏壓增加，直到在MOS界面上形成積累層，如圖10A至圖10C所示。由于表面粗糙和表面勢的起伏這個積累層可以是不連續(xù)的。
圖10A說明沒有加?xùn)牌珘簳r的短溝道26和26′。如圖10B所示，由正柵偏壓產(chǎn)生的體溝道連接不連續(xù)的表面積累層區(qū)，產(chǎn)生從MOSFET的源到漏的平坦的電流路徑。如圖10C所示，當(dāng)加更大的柵偏壓時，體溝道最后延伸到積累層。
如上簡述，為了獲得更有效的短溝道，可以使用有高功函數(shù)的柵金屬(例如p+多晶硅)和比較薄的柵介質(zhì)。在MOS柵在零柵偏壓時，高功函數(shù)的柵金屬和比較薄的柵介質(zhì)可以耗更多的電荷，它們進(jìn)入在正柵偏壓下有更多自由載流子的體溝道(見圖10A)。然而，單獨(dú)提供短溝道可能不足以獲得非常高的有效溝道遷移率，因為體溝道中的自由載流子數(shù)目是很有限的。然而，優(yōu)選，在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量約0.4eV內(nèi)的表面態(tài)密度減小到小于約1012eV-1cm-2，短溝道與其結(jié)合以減少載流子的表面散射，這可提供非常高的有效溝道遷移率。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，器件的開態(tài)I-V特性在圖13中示出。器件是3.3mm×3.3mm的4H-SiC功率MOSFET。如圖13所示，10A電流是在4.4V正向壓降下得到的。這個器件在VG＝0V時，由于在p阱中氮注入劑量相對高，處于常通態(tài)。然而，器件也可以通過減小這個劑量，做成常閉態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，100μm×100μm的MOSFET的電子遷移率與柵電壓的關(guān)系在圖14中示出。在低電場區(qū)，由于溝道的隱埋特性，得到了極高的遷移率(接近體遷移率的)值。在更高的柵偏壓，由于溝道限定在表面，遷移率減小。即使這樣，也可以獲得～50cm2/Vs的高場遷移率。
本發(fā)明的實施例已經(jīng)參照具體的操作順序描述，這將被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，受益于本發(fā)明的教授，順序內(nèi)的某些操作也可以重排順序。例如，在本發(fā)明的具體實施例中，形成n+區(qū)24和p+區(qū)22可被顛倒。相應(yīng)地，本發(fā)明應(yīng)該不被解釋為局限于此處描述的確切的操作順序。
在附圖和說明書中，已經(jīng)公開本發(fā)明的典型的優(yōu)選實施例，雖然使用了特別術(shù)語，但它們僅是使用于一般的描述意義，而不是用于限制目的，本發(fā)明的范圍在下列權(quán)利要求中提出。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其包括雙注入碳化硅MOSFET，有n型碳化硅漂移層、在n型碳化硅漂移層內(nèi)包含有一定間隔并且其中包含n型碳化硅區(qū)的p型碳化硅區(qū)，和在n型碳化硅漂移層上的氮化的氧化層；和n型短溝道，從相應(yīng)的n型碳化硅區(qū)穿過p型碳化硅區(qū)并延伸到n型碳化硅漂移層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中p型碳化硅區(qū)包含有一定間隔的其中有鋁注入的碳化硅區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中n型短溝道延伸到但并沒有進(jìn)入n型碳化硅漂移層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，還包括在n型短溝道之間的n型碳化硅漂移層上的碳化硅外延層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，還包括在氧化層上的柵接觸，柵接觸包含p型多晶硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中摻雜n型短溝道使得n型溝道在施加零伏柵偏壓時是自耗盡的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物場效應(yīng)晶體管，還包括在n型碳化硅漂移層和p型碳化硅區(qū)上的碳化硅外延層，其中n型短溝道延伸進(jìn)入和/或穿過碳化硅外延層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物場效應(yīng)晶體管，其中短溝道的薄層電荷小于約1013cm-2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物場效應(yīng)晶體管，其中短溝道具有與厚度約3500和載流子濃度約2×1016cm-3的碳化硅外延層相對應(yīng)的薄層電荷。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物場效應(yīng)晶體管，其中碳化硅包括4H多型碳化硅，并且其中在氧化層和n型漂移層之間的界面對于在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量約0.3和約0.4eV之間的能級上有小于1012eV-1cm-2的界面態(tài)密度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的碳化硅金屬-氧化物場效應(yīng)晶體管，其中氮化氧化物包括氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)和氮氧化物中的至少一種。
12.一種碳化硅器件，其包括n型碳化硅漂移層；在漂移層內(nèi)的第一p型碳化硅區(qū)，該第一p型碳化硅區(qū)以一定距離間隔，并具有確定其間的漂移層區(qū)的外圍邊緣；第一n型碳化硅區(qū)，其具有大于第一p型碳化硅區(qū)內(nèi)的漂移層的載流子濃度的載流子濃度，并距離第一p型碳化硅區(qū)外圍邊緣一定間隔；第二n型碳化硅區(qū)，其具有小于第一n型碳化硅區(qū)的載流子濃度的載流子濃度，并從第一n型碳化硅區(qū)延伸到第一p型碳化硅區(qū)的外圍邊緣；以及在漂移層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)上的氮化的氧化層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅器件，其中第二n型碳化硅區(qū)具有小于約1013cm-2的薄層電荷。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的碳化硅器件，其中第二n型碳化硅區(qū)的深度為從約0.05μm到約1μm。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的碳化硅器件，其中第二n型碳化硅區(qū)從第一n型碳化硅區(qū)延伸到第一p型碳化硅區(qū)的外圍約0.5μm到約5μm的距離。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅器件，其中第二n型碳化硅區(qū)具有與厚度約3500和載流子濃度約2×1016cm-3的碳化硅外延層相對應(yīng)的薄層電荷。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅器件，其中在氧化層和漂移層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)之間的界面的界面態(tài)密度在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量約0.3和約0.4eV之間小于約1012eV-1cm-2。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅器件，還包括被安排在相應(yīng)的第一p型碳化硅區(qū)里的第二p型碳化硅區(qū)，其中該第二p型碳化硅區(qū)的載流子濃度大于第一碳化硅區(qū)的載流子濃度，第二碳化硅區(qū)與第一n型碳化硅區(qū)相鄰，并與第二n型碳化硅區(qū)相對。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅器件，還包括在氧化層上的柵接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的碳化硅器件，其中柵接觸是p型多晶硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅器件，其中第一p型碳化硅區(qū)相互間隔為從約1μm到約10μm的距離。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的碳化硅器件，其中第一p型碳化硅區(qū)有載流子濃度從約1×1016cm-3到約2×1019cm-3。
23.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅器件，還包括第一p型碳化硅區(qū)和第一n型碳化硅區(qū)上的接觸。
24.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅器件，還包括一層n型碳化硅層，其載流子濃度大于漂移層的載流子濃度，并被安排與漂移層相鄰與氧化層相對；和在該層n型碳化硅上的漏接觸。
25.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅器件，還包括在第一p型區(qū)和n型碳化硅漂移層上的碳化硅外延層，其中第二n型碳化硅區(qū)延伸進(jìn)入外延層，第一n型碳化硅區(qū)延伸通過外延層，并且氧化層是在外延層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)上。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的碳化硅器件，其中外延層包括未摻雜的碳化硅。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的碳化硅器件，其中碳化硅外延層包括具有厚度從約0.05μm到約1μm的碳化硅外延層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的碳化硅器件，其中碳化硅外延層包括具有厚度從約1000到約5000的碳化硅外延層。
29.根據(jù)權(quán)利要求25的碳化硅器件，其中外延層包括具有薄層電荷小于約1013cm-2的n型碳化硅。
30.根據(jù)權(quán)利要求25的碳化硅器件，其中第二n型碳化硅區(qū)有薄層電荷小于約1013cm-2。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的碳化硅器件，其中第二n型碳化硅區(qū)有深度從約0.05μm到約1μm。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的碳化硅器件，其中第二n型碳化硅區(qū)從第一n型碳化硅區(qū)到第一p型碳化硅區(qū)外圍延伸約0.5μm到約5μm的距離。
33.根據(jù)權(quán)利要求25的碳化硅器件，其中在氧化層和外延層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)之間的界面的界面態(tài)密度在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量約0.3和約0.4eV之間小于約1012eV-1cm-2。
34.根據(jù)權(quán)利要求25的碳化硅器件，還包括被安排在相應(yīng)的第一p型碳化硅區(qū)里的第二p型碳化硅區(qū)，其中第二p型碳化硅區(qū)的載流子濃度大于第一碳化硅區(qū)的載流子濃度，第二碳化硅區(qū)與第一n型碳化硅區(qū)相鄰與第二n型碳化硅區(qū)相對。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的碳化硅器件，還包括定位在外延層內(nèi)用來曝露第二p型碳化硅區(qū)的窗口；和在第二p型碳化硅區(qū)上和第一n型碳化硅區(qū)上的窗口內(nèi)的第一源接觸。
36.根據(jù)權(quán)利要求25的碳化硅器件，還包括在氧化層上的柵接觸。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的碳化硅器件，其中柵接觸是p型多晶硅。
38.根據(jù)權(quán)利要求25的碳化硅器件，其中第一p型碳化硅區(qū)相互間隔為從約1μm到約10μm的距離。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的碳化硅器件，其中第一p型碳化硅區(qū)具有載流子濃度從約1×1016到約2×1019cm-3。
40.根據(jù)權(quán)利要求25的碳化硅器件，還包括一層n型碳化硅層，其載流子濃度大于漂移層的載流子濃度，并被安排與漂移層相鄰與氧化層相對；和在該層n型碳化硅上的漏接觸。
41.根據(jù)權(quán)利要求12的碳化硅金屬-氧化物場效應(yīng)晶體管，其中氮化氧化層包括氧化物-氮化物-氧化物結(jié)構(gòu)和氮氧化物層中的至少一種。
42.一種制作碳化硅器件的方法，該方法包括在n型碳化硅層內(nèi)注入p型雜質(zhì)，以便提供第一p型碳化硅區(qū)，第一p型碳化硅區(qū)有一定間隔，并具有限定其間的n型碳化硅層的區(qū)域的外圍邊緣；注入n型雜質(zhì)進(jìn)入第一p型碳化硅區(qū)，以提供載流子濃度大于碳化硅層的載流子濃度的第一n型碳化硅區(qū)，第一n型碳化硅區(qū)距離第一p型碳化硅區(qū)的外圍邊緣有一定間隔；注入n型雜質(zhì)進(jìn)入第一p型碳化硅區(qū)，以提供載流子濃度小于第一n型碳化硅區(qū)的載流子濃度的第二n型碳化硅區(qū)，其從第一n型碳化硅區(qū)延伸到第一p型碳化硅區(qū)的外圍邊緣；和在漂移層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)上制作氧化層的圖案，以便提供柵氧化物。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中注入p型雜質(zhì)、為提供第一n型碳化硅區(qū)而注入n型雜質(zhì)和為提供第二n型碳化硅區(qū)而注入n型雜質(zhì)的步驟包括在n型碳化硅層上制作第一掩模圖案，該第一掩模有與第一p型碳化硅區(qū)相對應(yīng)的開口以便曝露部分n型碳化硅層；然后利用第一掩模注入p型雜質(zhì)進(jìn)入n型碳化硅層內(nèi)；然后利用第一掩模注入n型雜質(zhì)進(jìn)入第一p型碳化硅區(qū)內(nèi)；然后在n型碳化硅層上制作第二掩模圖案，該第二掩模有與第一n型碳化硅區(qū)相對應(yīng)的開口，以便曝露其中注入p型和n型雜質(zhì)的部分n型碳化硅層；然后利用第二掩模注入n型雜質(zhì)進(jìn)入n型碳化硅層內(nèi)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中利用第一掩模注入n型雜質(zhì)進(jìn)入n型碳化硅層內(nèi)的步驟后面跟隨的是在至少約1500℃溫度下退火以激活注入的雜質(zhì)的步驟。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中p型雜質(zhì)包括鋁。
46.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中制作第二掩模圖案，使得第二n型碳化硅區(qū)從第一n型碳化硅區(qū)到第一p型碳化硅區(qū)的外圍延伸約0.5μm到約5μm的距離。
47.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中為提供第二n型碳化硅區(qū)而注入n型雜質(zhì)的步驟包括注入雜質(zhì)，使第二n型碳化硅區(qū)的薄層電荷為小于約1013cm-2。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其中為提供第二n型碳化硅區(qū)而注入n型雜質(zhì)的步驟還包括使用注入能量注入n型雜質(zhì)，以便提供第二n型碳化硅區(qū)的深度從約0.05μm到約1μm。
49.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中制作氧化層圖案的步驟包括熱生長氧化層的步驟。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，其中熱生長氧化層的步驟包括在NO或N2O環(huán)境中熱生長氧化層的步驟。
51.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，其中熱生長氧化層的步驟包括熱生長氮氧化物層的步驟。
52.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中制作氧化層圖案的步驟包括形成氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層的步驟。
53.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，還包括在NO環(huán)境或N2O環(huán)境中的至少一個環(huán)境中對所述氧化層退火的步驟。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中退火步驟提供在氧化層和漂移層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)之間的界面的界面態(tài)密度在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量約0.4eV內(nèi)小于約1012eV-1cm-2。
55.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，還包括注入p型雜質(zhì)進(jìn)入n型碳化硅層內(nèi)，以便提供安排在相應(yīng)的第一p型碳化硅區(qū)內(nèi)的第二p型碳化硅區(qū)，其中第二p型碳化硅區(qū)的載流子濃度大于第一碳化硅區(qū)的載流子濃度，第二碳化硅區(qū)與第一n型碳化硅區(qū)相鄰并與第二n型碳化硅區(qū)相對。
56.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，還包括在柵氧化層上形成柵接觸。
57.根據(jù)權(quán)利要求56的方法，其中形成柵接觸的步驟包括制作p型多晶硅圖案以便在柵氧化層上提供柵接觸的步驟。
58.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中第一掩模有開口，它們之間的間隔從約1μm到約10μm的距離。
59.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，還包括注入n型雜質(zhì)進(jìn)入到n型碳化硅層與氧化層相對的一個面內(nèi)，以便提供載流子濃度大于n型碳化硅層的載流子濃度的第二n型碳化硅層；和在第二n型碳化硅層上形成漏接觸。
60.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中n型碳化硅層包括碳化硅襯底。
61.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中其中注入p型雜質(zhì)、為提供第一n型碳化硅區(qū)而注入n型雜質(zhì)和為提供第二n型碳化硅區(qū)而注入n型雜質(zhì)的步驟包括在n型碳化硅層上制作第一掩模圖案，該第一掩模有與第一p型碳化硅區(qū)相對應(yīng)的開口，以便曝露部分n型碳化硅層；然后利用第一掩模注入p型雜質(zhì)進(jìn)入n型碳化硅層內(nèi)；然后在至少約1500℃溫度下對n型碳化硅層和第一p型碳化硅區(qū)進(jìn)行退火；然后在n型碳化硅層和第一p型碳化硅區(qū)上生長碳化硅外延層；然后在n型碳化硅層上制作第二掩模圖案，第二掩模有與第二n型碳化硅區(qū)相對應(yīng)的開口，以便曝露部分第一p型碳化硅區(qū)；利用第二掩模注入n型雜質(zhì)進(jìn)入n型碳化硅外延層內(nèi)；然后在n型碳化硅層上制作第三掩模圖案，第三掩模有與第一n型碳化硅區(qū)相對應(yīng)的開口，以便曝露部分第一p型碳化硅區(qū)；利用第三掩模注入n型雜質(zhì)進(jìn)入第一p型碳化硅區(qū)和碳化硅外延層內(nèi)；并且其中制作氧化層圖案的步驟包括在外延層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)上制作氧化層圖案以提供柵氧化物。
62.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中生長碳化硅外延層的步驟包括生長未摻雜的碳化硅外延層。
63.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中生長碳化硅外延層的步驟包括生長具有薄層電荷小于約1013cm-2的碳化硅外延層。
64.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中生長碳化硅外延層的步驟包括生長具有厚度從約0.05μm到約1μm的碳化硅外延層。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的方法，其中生長碳化硅外延層的步驟包括生長具有厚度從約1000到約5000的碳化硅外延層。
66.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中p型雜質(zhì)包括鋁。
67.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中制作第三掩模圖案，使得第二n型碳化硅區(qū)從第一n型碳化硅區(qū)到第一p型碳化硅區(qū)外圍延伸約0.5μm到約5μm的距離。
68.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中為提供第二n型碳化硅區(qū)而注入n型雜質(zhì)步驟包括注入雜質(zhì)，使第二n型碳化硅區(qū)具有薄層電荷小于約1013cm-2。
69.根據(jù)權(quán)利要求68的方法，其中為提供第二n型碳化硅區(qū)而注入n型雜質(zhì)的步驟還包括使用注入能量注入n型雜質(zhì)，以便提供具有深度從約0.05μm到約1μm的第二n型碳化硅區(qū)。
70.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中制作氧化層圖案的步驟包括熱生長氧化層的步驟。
71.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中熱生長氧化層的步驟包括在NO或N2O環(huán)境中熱生長氧化層。
72.根據(jù)權(quán)利要求70的方法，其中熱生長氧化層的步驟包括熱生長氮氧化物層的步驟。
73.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中制作氧化層圖案的步驟包括形成氧化物-氮化物-氧化物(ONO)層的步驟。
74.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，還包括在NO環(huán)境或N2O環(huán)境中的至少一個中對所述氧化層通火的步驟。
75.根據(jù)權(quán)利要求74的方法，其中退火步驟提供在氧化層和漂移層、第一n型碳化硅區(qū)和第二n型碳化硅區(qū)之間的界面的界面態(tài)密度，在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量從約0.3eV到約0.4eV內(nèi)小于約1012eV-1cm-2。
76.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中在退火步驟之前有下列步驟制作第四掩模圖案，第四掩模是在n型碳化硅層和第一p型碳化硅區(qū)上，第四掩模中有與安排在相應(yīng)的第一p型碳化硅區(qū)內(nèi)的第二p型碳化硅區(qū)相對應(yīng)的開口，第二碳化硅區(qū)與第一n型碳化硅區(qū)相鄰并與第二n型碳化硅區(qū)相對；和利用第四掩模注入p型雜質(zhì)，使第二p型碳化硅區(qū)的載流子濃度大于第一碳化硅區(qū)的載流子濃度。
77.根據(jù)權(quán)利要求76的方法，還包括形成定位在外延層內(nèi)的窗口以曝露第二p型碳化硅區(qū)；和在第二p型碳化硅區(qū)和第一n型碳化硅區(qū)上的窗口內(nèi)形成接觸。
78.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，還包括在柵氧化層上面形成柵接觸。
79.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其中形成柵接觸的步驟包括制作p型多晶硅圖案以便在柵氧化層上提供柵接觸的步驟。
80.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中第一掩模有開口，它們之間的間隔從約1μm到約10μm的距離。
81.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，還包括注入n型雜質(zhì)進(jìn)入n型碳化硅層與氧化層相對的一個面內(nèi)，以便提供具有載流子濃度大于n型碳化硅層的載流子濃度的第二n型碳化硅層；和在第二n型碳化硅層上形成漏接觸。
82.根據(jù)權(quán)利要求61的方法，其中n型碳化硅層包括碳化硅襯底。
83.一種碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，包括一碳化硅MOSFET，有n型碳化硅漂移層，在n型碳化硅漂移層內(nèi)有一定間隔的、其中包含n型碳化硅區(qū)的p型碳化硅區(qū)，和在n型碳化硅漂移層上的氮化的氧化層；和在n型碳化硅區(qū)和漂移層之間的一個區(qū)域，與氮化的氧化層相鄰，配置成在施加零柵偏壓時自耗盡。
84.根據(jù)權(quán)利要求83的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中p型碳化硅區(qū)包括有一定間隔的、其中注入鋁的碳化硅區(qū)域。
85.根據(jù)權(quán)利要求83的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中配置為自耗盡的所述區(qū)域延伸到但并不進(jìn)入n型碳化硅漂移層。
86.根據(jù)權(quán)利要求83的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，還包括在p型區(qū)之間的n型碳化硅漂移層上的碳化硅外延層。
87.根據(jù)權(quán)利要求83的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中配置為自耗盡的所述區(qū)域包括碳化硅區(qū)，其具有與具有厚度約3500和載流子濃度約2×1016cm-3的碳化硅外延層的薄層電荷相對應(yīng)的薄層電荷。
88.根據(jù)權(quán)利要求83的碳化硅金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，還包括在氧化層上的柵接觸，該柵接觸包括p型多晶硅。
89.根據(jù)權(quán)利要求83的碳化硅金屬-氧化物場效應(yīng)晶體管，其中碳化硅包括4H多型碳化硅，并且其中在氧化層和n型漂移層之間的界面具有對于在4H多型碳化硅的導(dǎo)帶能量在約0.3eV和約0.4eV之間的能級的小于1012eV-1cm-2的界面態(tài)密度。
全文摘要
提供碳化硅金屬－氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)及其制造方法。碳化硅MOSFET有n型碳化硅漂移層，在n型漂移層內(nèi)包含有一定間隔的、其中又包含n型碳化硅區(qū)的p型碳化硅區(qū)，和氮化的氧化層。MOSFET還有n型短溝道，從相應(yīng)的n型碳化硅區(qū)穿過p型碳化硅區(qū)延伸到n型碳化硅漂移層。在另一個實施例中，提供碳化硅MOSFET及其制造方法，MOSFET包括施加零柵偏壓時為配置為自耗盡源區(qū)的一個區(qū)域，其處在n型碳化硅區(qū)和漂移層之間，與氧化層相鄰。
文檔編號H01L21/336GK1478302SQ01820007
公開日2004年2月25日 申請日期2001年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月3日
發(fā)明者柳世衡, A·阿加瓦爾, M·K·達(dá)斯, L·A·利普金, J·W·帕爾穆爾, R·辛, 利普金, 帕爾穆爾, 油叨, 達(dá)斯 申請人:克里公司