提高SiC晶體質(zhì)量的方法和SiC半導體器件的制作方法

文檔序號：7225522閱讀：262來源：國知局

專利名稱：提高SiC晶體質(zhì)量的方法和SiC半導體器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在SiC生長后提高其晶體層質(zhì)量的方法。本發(fā)明還涉
及執(zhí)行該方法制造的半導體器件。
背景技術：

圖19為說明純4H-SiC晶體中的Si和C的原子排列的示意圖。即使在半導體不含任何雜質(zhì)的情況下，半導體的晶格也不夠完美，總是存在若干lt量的空位(Vacancy)和間隙(Interstitial)以保持熱力學平衡。如圖20所示，化合物半導體的點缺陷可如下分類
a) 空位原子從其位置遷移的情況。
b) 間隙原子占據(jù)了一個非正常的位置。在間隙的種類和主晶格的種類相同的情況下，稱之為自填隙(self-interstitial )。否則，稱之為間隙雜質(zhì)。
c) 富蘭克爾對(Frenkelpair):空位的位置接近自填隙的情況。
d) 反位(antisite): —個子晶格的原子位于其它子晶格內(nèi)的情況。
e) 雜質(zhì)外來原子。
另外，經(jīng)?？赡苡猩鲜鋈毕莸慕M合，即雙空位或空位-雜質(zhì)復合
在單晶的周期被雜質(zhì)原子或晶體缺陷擾動的情況下，在帶隙(band gap)中引入離散能量能級。這些能級被分成淺能級(shallow level )和深能級(deep level )。
淺能級中心通常為施主雜質(zhì)或受主雜質(zhì)。另一方面，與淺能級形成對比，深能級缺陷既和傳導帶(conduction band)又和價電子帶 (valence band)相互作用，并可以作為高效的載流子俘獲和再結合中心(recombination center )。在此情況下，這些缺陷4皮稱為電活性并通常稱為"陷阱"。甚至在非常低的密度下它們也可以顯著影響載流子壽命。
盡管當前可以獲得具有極好質(zhì)量的SiC層，它們?nèi)跃哂刑焐逃?的充當載流子陷阱的缺陷而使材料特性降低。特別地，當生長率和生長溫度增加時，固有的缺陷密度增加了。 SiC的高耐熱性使得通常很難或不可能通過熱處理(退火(anneal out))去除這些缺陷。由于增加的生長率對于具有成本效益的正在生長的厚的層來說是需要的，找到一個方法以在這些層中獲得低缺陷密度是重要的。
已經(jīng)公知，缺陷密度是可以降低的，而且處于晶體生長完成狀態(tài) 下的材料(下文稱為長成的(as-grown)材料)的質(zhì)量可以通過高溫熱處理(退火(annealing)) ^提高到一定水平。然而，在SiC單晶的情況下，由于上述的高耐熱性，提高并不充分。另外，一部分由電子、質(zhì) 子或離子的輻射產(chǎn)生的固有的缺陷可以通過退火去除，但另一部分固有的缺陷僅^l是減少了，而且最低的缺陷密度通常由原來長成的材料決定。
Zhang和其它人已經(jīng)研究了長成的SiC層中的電活性缺陷(非專利文獻l):在該文獻中，長成的SiC層中的主要的電子陷阱和空洞陷阱通過4吏用;果能級瞬態(tài)光i普(Deep Level Transient Spectroscopy, DLTS ) 和少數(shù)栽流子瞬態(tài)光語(Minority Carrier Transient Spectroscopy, MCTS)確定。尤其地，與Ti和B雜質(zhì)有關的陷阱，以及與電子陷阱有關的Zl/Z2和EH6/7的固有缺陷可以通過這些方法測量。另外， Zl/Z2和EH6/7陷阱表現(xiàn)出和少數(shù)載流子的壽命逆相關。
Klein和其它人推斷Zl/Z2缺陷具有大的空洞捕獲橫截面，并且在限制n型SiC層內(nèi)的少數(shù)載流子壽命中占支配地位(非專利文獻2 )。
Kimoto和其它人研究了在化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)生長過程中Zl/Z2中心的濃度依賴性與碳硅比率的函數(shù)關系。他們指出在充足的C條件下的生長是獲得較低Z1/Z2中心濃度的關鍵因素(非專利文獻3)。
Storasta和其它人研究了與碳原子的選擇性置換有關的深能級(非專利文獻4)。具有低于硅原子置換閾值的能量的電子的輻射足夠產(chǎn)生 Zl/Z2和EH6/7的固有缺陷。因此，他們作出結論，這些固有缺陷一定和與碳空位或碳間隙有關的缺陷(復合體)有關。
Negoro和其它人研究了通過長成的材料中的Zl/Z2和EH6/7陷阱的退火的減少效果(非專利文獻5 )。通過在1700°C或者更高溫度下退火，Zl/Z2和EH6/7中心的濃度與長成的外延層內(nèi)的Zl/Z2和EH6〃中心的濃度相比減少一個量級，但沒有完全消失。
已公知，鋁、硼和氮等離子注入到表面層并執(zhí)行高溫熱處理，以使得注入的原子在表面層中具有電活性，并在SiC器件形成過程中利用
表面層作為器件結構。另外，建議在例如硼這樣的雜質(zhì)被注入到表面
況下，碳也同時被離子注入。專利文獻1涉及形成作為器件結構使用的硼的p型層的技術。在其公開的技術中，為了選擇性地混合活性硼原子到具有淺能級的硅的位置，硼和碳原子被同時離子注入到表面層，并且電活性硼原子不是被選擇性地導入到碳空位而是被導入到硅空位，這是由于在退火期間在表面層中硼原子與硅間隙和碳間隙竟爭的情況下，表面層中存在多余的碳間隙。
然而，已公知的該技術的目的在于使得已經(jīng)注入到用于形成器件結構的表面層中的雜質(zhì)通過退火在表面層中具有電活性。和下面描述
的本發(fā)明不同，上述技術沒有指出碳間隙被導入到長成的SiC晶體的
淺表面層，通過后續(xù)的退火，碳間隙擴散進入比表面層深的區(qū)域，并且點缺陷消失于該晶片較深的部分內(nèi)。
專,文獻l:美國專利說明書NO.6703294。
非專利文獻1 : Journal of Applied Physics, Vol.93, No.8, pp.4708-4714, 15 April 2003。
非專利文獻2: Applied Physics Letters, 88, 052110, 30 January 2006。
非專利文獻3: Applied Physics Letters, VoL79， No. 17， pp.276卜2763， 22 October 2001。
非專利文獻4 : Applied Physics Letters, Vol.85, Issue 10， pp. 1716腳1718， September 2004 。非專利文獻5 : Journal of Applied Physics, Vol.96, N0.9, pp.4909-4915， 1 November 2004。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種通過高溫退火有效地減少或者消除載流子俘獲中心的方法。
此外，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種具有較少的載流子俘獲中心的SiC半導體器件。
我們提出通過退火減少長成的材料中的缺陷的效果可以通過混合多余的碳間隙來改善。SiC內(nèi)的主要缺陷極其穩(wěn)定，但是它們可以被退火處理或者通過捕獲移動的碳間隙使其失去活性。其后，碳間隙和碳空位一起消失，或者其它非電活性的缺陷形成。我們還提出這些多余的碳間隙本身沒有形成電活性缺陷而且沒有形成帶隙狀態(tài)。
尤其地，本發(fā)明的目的通過包含的附加步驟的方法達到
(a) 離子注入例如碳、硅、氫和氦的原子到位于SiC晶體層的邊緣面的表面層中，以導入碳間隙到表面層中從而形成和SiC晶體層中存在的錸陷有關的多余的碳間隙資源，及
(b) 擴散已經(jīng)導入到表面層中的碳間隙到注入層下的材料中(進入本體層(bulk layer)中)，以及通過退火結合本體層中的空位和碳間隙。
該技術獲得了可用在退火步驟(b)中擴散進入注入層下的材料中的附加的i友間隙。這些多余的碳間隙在退火步驟(b)中填充空位，因
而消除空位或者形成其他不會充當極好的再結合中心的缺陷。這樣，
有可能提高SiC層中的載流子壽命，這對于雙極性器件很重要。
根據(jù)我們應用本發(fā)明的優(yōu)選實施例后的測量，來自Z1 /Z2和EH6/7 的電波(signal)完全消除了，因而陷阱已經(jīng)變?yōu)榉请娀钚?。這還反映在少數(shù)栽流子壽命的測量上。
最優(yōu)選地，為了導入多余的碳間隙并填充SiC晶體層中的空位，利用可以直接導入碳間隙和對SiC晶體表現(xiàn)中性的碳作為注入到表面層中的原子。然而，即使在任何不是碳的離子被注入的情況下，如果注入能量和注入數(shù)量充足，構造SiC晶體的碳原子可以被注入的原子從其位置碰擠出，結果(間接地)，可以在SiC晶體的表面層內(nèi)產(chǎn)生碳間隙。
特別地，由于硅原子、氫原子和氦原子在SiC晶體中和碳原子相似的為中性，可以在碳間隙導入后通過高溫退火阻止p型或n型摻雜進入表面層。因此，這些原子比其他原子更適合。
在注入非碳原子的原子、硅原子、氫原子和氦原子的情況下，這些注入的原子充當p型或n型雜質(zhì)(摻雜)，并且在退火后表面層呈現(xiàn) 較高濃度的p型或n型或者較高阻力。其間，在比表面層深的區(qū)域內(nèi)，通過高溫退火使碳間隙擴散出表面層，因此能夠減少空位。
可選地，在輻射具有90KeV或更高能量的電子束的情況下，碳間隙也可以被導入到表面層。這是因為，在輻射電子束到SiC晶體上并且電子束的能量為大約90KeV或更高的情況下，構造SiC晶體的碳原子被從原來的位置碰出，產(chǎn)生了碳間隙。
另外，通過SiC晶體的表面層在800。C或更高的溫度下在氧氣環(huán) 境中的氧化來導入碳間隙到表面層中也是可能的。這是因為，在SiC 晶體的表面層被氣化的情況下，多余的碳間隙主要圍繞氧化層和SiC 晶體的交界產(chǎn)生。在此情況下，SiC晶體的表面層不能在低于800°C的溫度下以足夠的速度氧化。最合適的氧化溫度在1050。C到1250。C范圍內(nèi)。尤其地，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種通過消除或者極大地減少長成的SiC晶體層中的栽流子俘獲中心來提高SiC晶體質(zhì)量的方法，該方法包括以下步驟(a) 執(zhí)行某些原子的離子注入到SiC晶體層的淺表面層中以補充導入碳間隙到表面層中，及(b) 加熱SiC晶體以使得已經(jīng)被補充導入到表面層中的碳間隙從表面層擴散到較深的部分(本體層)，以及使得碳間隙與點缺陷相結合，從而使得本體層中的電活性點缺陷失去活性。本發(fā)明的一個實施例進一步包括蝕刻或者機械地去除已經(jīng)被注入原子的表面層的步驟(c)。在本發(fā)明的另一個實施例中，在表面層中的n型或p型摻雜尤其不是通過執(zhí)行離子注入選自碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的原子的條件下執(zhí)行步驟(a)。在本發(fā)明的另一個實施例中，同時執(zhí)行步驟(a)和(b)。在本發(fā)明的另一個實施例中，通過輻射具有90KeV或更高能量的電子束執(zhí)行步驟(a)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，通過在800。C或更高溫度下在氧氣環(huán)境中氧化表面層而執(zhí)行步驟(a)。在本發(fā)明的另一個實施例中，步驟(a)進一步包括選擇使導入的碳間隙的濃度超過本體層中的電活性點缺陷的濃度這樣的方式注入的原子的劑量。優(yōu)選地，步驟(a)中的原子的離子注入能量在10KeV到10MeV 范圍內(nèi)。在步驟(a)中，在離子注入過程中SiC村底的溫度優(yōu)選地在10。C 到1700。C范圍內(nèi)。在步驟(b )中，退火溫度優(yōu)選地在1200。C到2200°C范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在1400°C到1900°C范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施例中，擁有外延層的SiC晶片在步驟(a)和 (b)中使用。在本發(fā)明的另一個實施例中，SiC本體晶體(bulk crystal)在步驟 (a)和(b)中使用。在本發(fā)明的另一個實施例中，從SiC本體晶體片切下的晶片在步驟(a)和(b)中使用。在本發(fā)明的另一個實施例中，形成為外延層的SiC單晶晶片在步驟(a)和(b)中使用，該外延層是通過利用從SiC本體晶體片切下的晶片作為襯底而獲得SiC外延層之后，再去除襯底部分的過程形成的。
本發(fā)明的另一個實施例中，具有任何n型和p型外延層的組合的 SiC晶片在步驟(a)和(b)中使用。另外，才艮據(jù)本發(fā)明，提供了一種通過消除或者減少長成的SiC晶體層中的栽流子俘獲中心以提高SiC晶體質(zhì)量的方法包括以下步驟(a)執(zhí)行離子注入碳原子、硅原子、氫原子或氦原子到SiC晶體層的淺表面層中以補充導入碳間隙到表面層中，(b.)使得SiC層從已經(jīng)導入碳間隙的表面層的邊緣面向上生長，碳間隙與點缺陷以使生長層中的電活性點缺陷失去活性。在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(a)進一步包括選擇使附加導入的碳間隙的濃度超過生長層中的電活性點缺陷的濃度這樣的方式注入的原子的劑量。優(yōu)逸地，步驟(a)中的原子的離子注入能量在10KeV到10MeV 范圍內(nèi)。在步驟(a)中，在離子注入過程中SiC襯底的溫度優(yōu)選地在10。C 到1700dC范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在20°C到1000。C范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施例中，具有外延層的SiC晶片在步驟(a)和 (b)中使用。在本發(fā)明的另一個實施例中，SiC本體晶體在步驟(a)和(b)中使用。在本發(fā)明的另一個實施例中，從SiC本體晶體片切下的晶片在步驟(a)和(b)中使用。在本發(fā)明的另一個實施例中，形成為外延層的SiC單晶晶片在步驟(a)和(b)中使用，該外延層是通過利用從SiC本體晶體片切下的晶片作為村底的而獲得SiC外延層之后，再去除襯底部分的過程形成的。本發(fā)明的另一個實施例中，具有任何n型和p型外延層的組合的 SiC晶片在步驟(a)和(b)中使用。在本發(fā)明中，利用離子注入或者步驟(a)導入碳間隙于其中的淺表面層的寬度為，例如，在從表面100 nm到2000 nm范圍內(nèi)。包括通過步驟(b)中的退火擴散出去并且已經(jīng)使得電活性點缺陷失去活性的區(qū)域的寬度為，例如，在從表面(晶片的邊緣面)(從表面10 (im到 300 ) 10000 nm到300000 nm范圍內(nèi)。在本發(fā)明的步驟(a)中，除了碳間隙，碳空位、硅空位和硅間隙通過執(zhí)行離子注入到表面層中同時產(chǎn)生。在步驟(b)中，這些碳空位、硅空位和硅間隙的一部分連同碳間隙從表面層擴散進到本體層中。在本體層中，除了碳空位及其復合缺陷，還存在由碳間隙及其復合缺陷、硅間隙及其復合缺陷、或硅空位及其復合缺陷構成的缺陷。而從表面層擴散的碳空位與碳間隙及其復合缺陷結合，從表面層擴散的硅空位與硅間隙及其復合缺陷結合，從表面層擴散的硅間隙與硅空位及其復合缺陷結合，因此本體層中的點缺陷減少了。在一種情況中，可以根據(jù)碳空位及其復合缺陷的點缺陷濃度控制本體層中的戴流子的壽命，而在另一種情況子中，可以根據(jù)碳間隙及其復合缺陷、硅間隙及其復合缺陷或硅空位及其復合缺陷的點缺陷濃度控制本體層中的栽流子的壽命。在前一種情況中，可以通過在步驟(a)中導入多余的碳間隙提高本體層的質(zhì)量，并且在接下來的步驟(b)中結合從表面層擴散的碳間隙與本體層中的碳空位。同時，在后一種情況中，通過在步驟(a)中導入多余的碳空位、硅空位和硅間隙，并且在接下來的步驟(b)中結合從表面層擴散的碳空位與本體層中的碳間隙及其復合缺陷，從表面層擴散的硅空位與本體層中的硅間隙及其復合缺陷，從表面層擴散的硅間隙與本體層中的硅空位及其復合缺陷達到主要效果。效果程度被認為依賴于原本體層的晶體質(zhì)量。此外，通過在步驟(a)中執(zhí)行離子注入到表面層中將引入大的壓力到SiC單晶中。在該情況下，通過在步驟(b)中執(zhí)行熱處理，在本體層中存在的例如碳間隙、碳空位、硅間隙和硅空位的點缺陷將移動到表面層中以釋放壓力，因而存在于本體層中的碳間隙及其復合缺陷、碳空位及其復合缺陷、硅間隙及其復合缺陷、硅空位及其復合缺陷的濃度降低。更特別地，才艮據(jù)本發(fā)明，提供的一種通過消除或者減少長成的SiC 晶體層中的栽流子俘獲中心來提高SiC晶體質(zhì)量的方法包括以下步驟(a) 執(zhí)行離子注入到SiC晶體層的淺表面層中以導入間隙和空位或者壓力到表面層中，及(b) 加熱SiC晶體以使得已經(jīng)被導入到表面層中的間隙和空位從表面層擴散到本體層中，以及使得間隙或空位與點缺陷相結合，或者
利用已經(jīng)導入到表面層中的壓力使得本體層中的點缺陷向著表面層移動，從而使得本體層中的電活性點缺陷失去活性或者消失。本發(fā)明的一個實施例進一步包括蝕刻或者機械地去除已經(jīng)注入原子的表面層的步驟(C)。在本發(fā)明的另一個實施例中，要被離子注入的原子為在步驟(a) 中對SiC晶體表現(xiàn)為中性的碳原子、硅原子、氫原子或氦原子。在本發(fā)明的另一個實施例中，同時4丸行步驟(a)和(b)。優(yōu)選地，步驟(a)中的原子的離子注入能量在10KeV到10MeV 范圍內(nèi)。在步驟(a)中，在離子注入過程中SiC襯底的溫度優(yōu)選地在10°C 到1700°C范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在20°C到1000°C范圍內(nèi)。在步驟(b )中，退火溫度優(yōu)選地在1200。C到2200。C范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在1400°C到1900°C范圍內(nèi)。更進一步，根據(jù)本發(fā)明，提供的一種通過消除或者減少長成的SiC 晶體層中的載流子俘獲中心來提高SiC晶體質(zhì)量的方法包括以下步驟:(a) 執(zhí)行離子注入碳原子、硅原子、氫原子或氦原子到SiC晶體層的淺表面層中以導入間隙和空位或者壓力到表面層中，及(b) 使SiC層從導入間隙和空位或者壓力的表面層的邊緣面向上生長，以及4吏導入到表面層中的間隙和空位從表面層擴散到生長層中，以及將間隙或空位與點缺陷相結合，或者利用導入到表面層中的壓力
將本體層中的點缺陷向表面層移動，從而使得生長層中的電活性點缺陷失去活性或者消失。優(yōu)選地，步驟(a)中的原子的離于注入能量在10KeV到10MeV 范圍內(nèi)。在步驟(a)中，在離子注入過程中SiC襯底的溫度優(yōu)選地在10。C 到1700°C范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在20°C到畫0。C范圍內(nèi)。在上面的發(fā)明中，SiC晶片等，上面描述的例如具有外延層的SiC 晶片，SiC本體晶體，從SiC本體晶體片切下的晶片，通過利用從SiC 本體晶體片切下的晶片作為襯底而獲得SiC外延層后，再去除襯底部分的過程形成為外延層的SiC單晶晶片，具有任何n型和p型外延層的結合的SiC晶片優(yōu)選地在步驟(a)和(b)中使用。根據(jù)本發(fā)明，提供了利用上述的方法制造的包括二極管、晶體管、絕緣柵極雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor, IGBT )、金屬氧化物半導體場效應晶體管(metal oxide semiconductor field effect transistor, MOSFET)和晶閘管(包括可關斷晶閘管)的所有類型的半導體器件。尤其地，才艮據(jù)本發(fā)明，4是供了如下所述的雙極型SiC半導體器件。在該雙極型SiC半導體器件中，碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層選擇性地形成在該器件中電活性點缺陷的減少有顯著效果的區(qū)域中。這樣的碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層通過在該器件的制作過程中應用上面的方法形成，并通過執(zhí)行離子注入導入的碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的存在而確定。另外，該碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層形成在除了圍繞p-n的交界的區(qū)域和電導
調(diào)制層(conductivity modulation layer)中的區(qū)域以夕卜的區(qū)域，在所述圍繞p-n的交界的區(qū)域中執(zhí)行了少數(shù)載流子的注入(在從p-n的交界 500 nm內(nèi))。此外，該雙極型SiC半導體器件包括電活性點缺陷被減少的區(qū)域，該電活性點缺陷是通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙、硅間隙、碳空位或硅空位擴散到電導調(diào) 制層中，以及通過碳間隙、硅間隙、碳空位或硅空位與電導調(diào)制層中的點缺陷的結合而減少的，該雙極型SiC半導體器件還包括另一電活性點缺陷被減少的區(qū)域，該電活性缺陷是通過利用碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入引入的壓力，將電導調(diào)制層中的點缺陷向退火形成的碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層移動而減少的。在一個優(yōu)選的實施例中，雙極型SiC半導體器件包括電活性點缺陷被減少的區(qū)域，該電活性缺陷是通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙進行擴散，并且使上述碳間隙與電導調(diào)制層中的點缺陷結合(此后稱為碳擴散區(qū)域)而減少的。尤其地，在高耐壓的雙極型半導體器件中，為了限制要注入到電導調(diào)制厚中(基極層)的少數(shù)載流子的數(shù)量，輻射電子束或氫離子(質(zhì) 子)到執(zhí)行注入少數(shù)載流子到基層的、圍繞p-n結的交界的區(qū)域，在某些情況下，還輻射到電導調(diào)制層中的區(qū)域，以有意地增加圍繞p-n結的交界和電導調(diào)制層中的點缺陷的濃度。在此情況下，在p-n結中，離 p-n結的交界大約500 nm以內(nèi)的區(qū)域影響少數(shù)栽流子的注射數(shù)量的程度。
然而，由于本發(fā)明的目的在于減少或者消除圍繞p-n結的交界和電導調(diào)制層中的點缺陷，碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層在因而，根據(jù)本發(fā)明，雙極型半導體器件中碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層形成的位置與傳統(tǒng)的雙極型半導體器件中輻射或者注入電子束或氫原子的位置明顯不同。在本發(fā)明的一個應用例子中，可以設想一個實施例碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層在除了圍繞p-n結的交界的區(qū)域和基于本發(fā)明的電導調(diào)制層中的區(qū)域以外的區(qū)域形成。通過離子注入碳原子、硅原子、氫原子或氦原子而導入的碳間隙的擴散，以及通過碳間隙與點缺陷的結合，電活性點缺陷被減少的區(qū)域形成在電導調(diào)制層中，此后電子束或氬原子被注入到圍繞p-n結的交界的區(qū)域內(nèi)或者電導調(diào)制層中的區(qū)域以精確地控制要注入的少數(shù)載流子的數(shù)量。作為一個例子，存在于碳擴散區(qū)域中的碳和利用退火擴散碳間隙制成的碳在離子注入了碳原子、硅原子、氬原子或氦原子的表面層通過退火擴散的方向上具有指數(shù)減少的曲線圖。在執(zhí)行了離子注入到SiC 襯底上以及外延層開始在SiC襯底上生長以制造器件的情況下，存在外延層的交界到外延層表面的方向上具有指數(shù)減少曲線圖。本領i或的一個普通4支術為適當?shù)剡x擇形成石友注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層的注入劑量，以消除或者減少器件中的電活性點缺陷的影響程度。更特別地，根據(jù)本發(fā)明的雙極型SiC半導體器件包括
n型或p型SiC襯底，以及至少一層n型或p型SiC外延層或者至少一層n型或p型離子注入層。除了圍繞p-n結的交界的區(qū)域和在導電調(diào)制層(基極層)中的區(qū)域，在圍繞SiC村底的表面的區(qū)域、圍繞SiC襯底和SiC外延層的交界的區(qū)域和圍繞SiC外延層表面的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、石圭注入層、氫注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氬原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到電導調(diào)制層中，以及通過上述碳間隙與電導調(diào)制層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。該雙極型SiC半導體器件的優(yōu)選實施例描述如下。(i)包括高摻雜p型層、低摻雜n型基極層和高摻雜n型層的SiC pn 二極管；進一步包括除了圍繞p-n結的交界的區(qū)域和低摻雜n型基極層的區(qū)域，在圍繞高摻雜p型層表面的區(qū)域和高摻雜n型層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、珪注入層、氫注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到低摻雜n型基極層中，以及通過上述碳間隙與低摻雜n型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。(ii )包括高摻雜n型層、低摻雜p型基極層和高摻雜p型層的SiC pn 二極管；進一步包括
除了圍繞p-n結的交界的區(qū)域和低摻雜p型基極層的區(qū)域，在圍繞高摻雜n型層表面的區(qū)域和高摻雜p型層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙的擴散到低摻雜p型基極層中，以及通過碳間隙與低摻雜p型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的點活性點缺陷被減少的區(qū)域。
(iii)包括n型發(fā)射極層、p型基極層和n型集電極層的SiC npn 晶體管^器件；
進一步包括
除了圍繞p-n結的交界的區(qū)域和p型基極層的區(qū)域，在圍繞n型發(fā) 射極層表面的區(qū)域和n型集電極層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、娃注入層、氫注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到p型基極層中，以及通過上述碳間隙與p型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。
包括p型發(fā)射極層、n型基極層和p型集電極層的SiC pnp 晶體管型器件；
進一步包括除了圍繞p-n結的交界的區(qū)域和n型基極層的區(qū)域，在圍繞p型發(fā) 射極層表面的區(qū)域和p型集電極層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、-圭注入層、氬注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到n型基極層中，以及通過上述碳間隙與n型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。(v) 包括p型層、n型基極層、p型基極層和n型層的SiC晶閘管型器件(包括可關斷晶閘管)；進一步包括除了圍繞p-n結的交界的區(qū)域、n型基極層內(nèi)的區(qū)域和p型基極層內(nèi)的區(qū)域，在圍繞p型層表面的區(qū)域和n型層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到n型基極層和p型基極層中，以及通過上述碳間隙與n型基極層和p型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。(vi) 包括n型層、p型基極層、n型基極層和p型層的SiC晶閘管型器件(包括可關斷晶閘管)；進一步包括除了圍繞p-n結的交界的區(qū)域、p型基極層內(nèi)的區(qū)域和n型基極層內(nèi)的區(qū)域，在圍繞n型層表面的區(qū)域和p型層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層；及
通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到p型基極層和n型基極層中，以及通過上述碳間隙與p型基極層和n型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。(vii) 包括p型層、n型基極層、p型基極層和n型集電極層的SiC IGBT型器件；進一步包括除了圍繞p型基極層和n型集電極層的交界的區(qū)域和圍繞在n型基極層一側的p型基極層表面的區(qū)域，在至少一個在n型集電極層中的區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到p型基極層中，以及通過上述碳間隙與p型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。(viii) 包括n型層、p型基極層、n型基極層和p型集電極層的 SiC IGBT型器件；進一步包括圍繞n型基極層和p型集電極層的交界的區(qū)域和圍繞在p型基極層一側上的n型基極層表面的區(qū)域除外，在至少一個在p型集電極層中的區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到低摻雜n型基極層中，以及通過上述碳間隙與n型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。進一步，4艮據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，SiC雙極型半導體器件包括n型或p型SiC襯底，以及至少一個n型或p型SiC外延層，或者至少一個n型或p型離子注入層；圍繞p-n結的交界的區(qū)域和在導電率調(diào)制層(基極層)中的區(qū)域除外，在圍繞SiC襯底的表面的區(qū)域，圍繞SiC襯底和SiC外延層的交界的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙和空位擴散到導電調(diào)制層中，以及通過上述碳間隙或空位與導電調(diào)制層內(nèi)的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū) 域，或者通過利用碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的壓力，將導電調(diào)制層中的點缺陷向退火形成的碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層移動，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。本發(fā)明更多的優(yōu)點和優(yōu)選特征將在下面的說明書和附圖中呈現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，載流子俘獲中心可以通過高溫退火有效地減少或者消除。而且，由于栽流子俘獲中心的濃度在碳間隙導入的區(qū)域和擴散的區(qū)域被消除或減少了，根據(jù)本發(fā)明的SiC半導體器件具有極好的器件特性。附罔說明圖1為利用根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。
圖2為利用4艮據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。圖3為利用才艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。圖4為利用4艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。圖5為利用4艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。圖6為利用4艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。圖7為利用根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，SiCpn二極管的器件結構的橫截面的示意圖。圖9為根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，SiC pn 二極管的器件結構的橫截面的示意圖。圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，SiC叩n晶體管的器件結構的橫截面的示意圖。圖11為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，SiCpnp晶體管的器件結構的橫截面的示意圖。
圖12為4艮據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，SiC晶閘管的器件結構的橫截面的示意圖。圖13為沖艮據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，SiC晶閘管的器件結構的橫截面的示意圖。圖14為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，說明SiC IGBT的器件結構的橫截面的示意圖。圖15為才艮據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，說明SiC IGBT的器件結構的橫截面的示意圖。圖16說明了兩個SiC晶體樣品的DLTS光譜，其中樣品1為根據(jù) 本發(fā)明的優(yōu)選實施例準備的，而樣品2是在和樣品1相同的條件下準備但是省略了步驟(a)。圖17i充明了通過光致發(fā)光衰變(photoluminescence dacy )測量的少數(shù)載流子的壽命的結果，其中樣品1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例準備的，而樣品2是在和樣品1相同的條件下準備但是省略了步驟(a )。圖18說明了在退火溫度不同的情況下通過光致發(fā)光衰變測量的少數(shù)栽流子的壽命的結果,其中樣品1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例準備的，而樣品2在和樣品l相同的條件下準備但是省略了步驟(a)。圖19為說明純4H-SiC晶體中的Si和C的原子結構的示意圖。圖20為說明4H-SiC晶體中的Si和C的原子結構和包含在晶體中的多種點缺陷的示意圖。字母或數(shù)字解釋10 SiCpn二極管11 髙摻雜n型SiC層12 低摻雜n型SiC基極層13 高摻雜p型SiC層4 用于場弛豫(field relaxation)的p型離子注入層15 陽極16 陰極20 SiC pn 二極管21 高摻雜p型SiC層22 低#^雜p型SiC基極層23 高摻雜n型SiC層24 用于場弛豫的n型離子注入層25 陰極26 陽極30 SiC叩n晶體管31 p型SiC基極層32 n型SiC集電極層33 ' n型SiC發(fā)射極層34 高摻雜p型離子注入層35 門電極36 發(fā)射極電極37 集電極電極40 SiCpnp晶體管41 n型SiC基極層42 p型SiC集電極層43 p型SiC發(fā)射極層44 高摻雜n型離子注入層45 門電極46 發(fā)射極電極47 集電才及電相^50 SiC晶閘管51 n型SiC層52 p型SiC基極層53 n型SiC基極層54 p型SiC層55 高摻雜n型離子注入層56 門電極57 .陽極58 陰極60 SiC晶閘管61 p型SiC層62 n型SiC基極層63 p型SiC基極層64 n型SiC層65 .髙摻雜p型離子注入層66 門電才及67 陰極68 陽極70 SiC IGBT71 p型SiC基極層72 n型SiC集電極層73 p型層74 n型基極層75 門電極76 發(fā)射才及電極77 集電極電極78 氧化物膜80 SiC IGBT81 ■ n型SiC基極層82 p型SiC集電極層83 n型層84 p型基極層85 門電衫L86 發(fā)射極電極87 集電極電極88 .氧化物膜 100 碳注入層 200碳擴散區(qū)域 A 表面層B SiC本體晶體C 碳原子E， El， E2外延層 S'襯底具體實施方式
本發(fā)明的優(yōu)選實施例將在下面結合附圖詳細描述。圖1為利用根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心;故減少的SiC層的過程的示意圖。在根據(jù)本發(fā)明的SiC晶體層中，外延層E已經(jīng)從SiC襯底S的表面生長出來。公知的方法，優(yōu)選地，化學氣相沉積(CVD)應用于外延層E的生長。作為步驟(a),碳原子C被離子注入到外延層E的淺表面層A中。通過上面步驟，多余的碳間隙被導入到表面層A中。接著，作為步驟(b),通過加熱SiC晶體層，被導入到表面層A 中的碳間隙從表面層A擴散到外延層E,該外延層E為表面層A之下的本體層。此時，在步驟(b)中，外延層E中的碳間隙和碳空位一同消失，或者形成其他非電活性缺陷。從而，存在于外延層E中的電活性點缺陷被退火處理或者失去活性。注入碳原子C的步驟(a)和用于對SiC晶體層退火的步驟(b) 可以同時扭j亍。而且，注入了碳原子C的表面層A可以被蝕刻或者機械地去除。通過以上步驟，可以提高外延層E的質(zhì)量。同時參照圖2，下面詳細描述上述步驟按順序應用到提供有n型 SiC外延層的襯底情況下的示例。
(l)首先，具有50pm厚度的n型外延層E通過^^知方法，優(yōu)選地通過CVD，生長在SiC晶體村底上。該長成的外延層E包含圖中用空圓圏表示的空位。這里，通常地，外延層的厚度由要獲得的器件的耐壓值決定。(2 )在此之后，通過^f吏用10 KeV到150 KeV范圍的加速能量和 0.25E12cm-2到1.45E12 cm々范圍的劑量，碳原子C被電離并且向被加熱到600。C的外延層E的表面被加速。這里，在表面層部分內(nèi)由離子注入產(chǎn)生的晶體缺陷可以通過在離子注入過程中加熱外延層而減少。這樣，碳原子C被注入到外延層E中以形成表面層A，該表面層 A為厚度為250nm的多碳間隙層。該區(qū)域內(nèi)的注入的碳的濃度為大約 1.5E17cm-3的常量。(3) 此后，在1600°C溫度下對外延層E加熱30分鐘使得注入到那里的碳從表面層A擴散出去。在退火過程中，碳原子(間隙)與表面層A之下的外延層E中的點缺陷附著并結合以使點缺陷失去電活性。由于注入到表面層A中的碳比外延層E中的電活性缺陷多，所有上述缺陷都可以失去活性。這樣，表面層A之下的外延層E中的電活性點缺陷的濃度將減少。(4) 碳原子C注入到其上部邊緣中的表面層A包含與注入損傷有關的缺陷。因此，表面層A被使用CH,和02氣的反應離子刻蝕(reactive ion etching, RIE )去除，以顯示將碳原子注入到表面層A之下的外延層E的創(chuàng)新的影響。RIE去除的厚度在從表面400 nm的范圍內(nèi)。然而，取決于應用，表面層A可以保留或者用其他公知技術去除。(5) 此后，如果需要，為了平滑表面，外延層E的表面可以利用高溫度的氧氣氧化以形成具有大約100 nm厚度的SiO;氧化膜，而且該SiC^氧^:膜可以去除。(6) 通過以上步驟，可以獲得提高了質(zhì)量的SiC樣品。圖3為利用才艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。在本實施例中，SiC本體晶體B 用作SiC晶體。SiC本體晶體B也可以是從長成的SiC本體晶體片切下的晶片。該SiC本體晶體B為通過升華方法、HTCVD方法或其他方法獲得的大塊狀晶體。SiC晶片可以通過片切這樣的本體晶體獲得，例如，在厚度為300到400pm范圍內(nèi)。在晶體或者相似物生長過程中形成的電活性點缺陷包含在其中。作為步驟(a)，碳原子C被離子注入到在SiC本體晶體B的上面一側的淺表面層A中。通過以上步驟，多余的碳間隙被導入到表面層 A中。接著，作為步驟(b)，通過加熱SiC本體晶體B,注入到表面層A 中的碳原子C從表面層A擴散到表面層A之下的SiC本體晶體B中。在退火過程中，碳間隙和SiC本體晶體B中的碳空位一同消失，或者形成其他非電活性缺陷。從而，存在于SiC本體晶體B中的電活性點缺陷被退火處理或者失去活性。注入碳原子C的步驟(a)和對SiC本體晶體B退火的步驟(b) 可以同時執(zhí)行。
而且，注入石友原子C的表面層A可以一皮蝕刻或者枳3戒地去除。通過以上步驟，可以提高SiC本體晶體B的質(zhì)量。圖4為利用才艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。在本實施例中，與圖3相似， SiC本體晶體B用作SiC晶體。然而，該實施例包括可選的外延層存在于圖4所示的SiC本體晶體之上的情況。在圖3所示的實施例中，碳原子C被離子注入到在SiC本體晶體B的上面一側的表面層A中，并且通過退火，碳間隙被擴散進入表面層A之下的SiC本體晶體B中。另一方面，在本實施例中，作為步驟(a),碳原子C被離子注入到在 SiC本體晶體B的下面一側的淺表面層A中，通過以上步驟，多余的碳間隙^皮導入到下面一側的表面層A中。接著，作為步驟(b)，通過加熱SiC本體晶體B,注入到表面層A 中的碳原子C從表面層A擴散到表面層A上的SiC本體晶體B中和其上的外延層中。在退火過程中，碳間隙和SiC本體晶體B中的碳空位一同消失，或者形成其他非電活性缺陷。從而，存在于SiC本體晶體B 和外延層中的電活性點缺陷被退火處理或者失去活性。在本發(fā)明中，碳原子C被離子注入到在SiC本體晶體B的下面一側的表面層A中并擴散到表面層A之上的SiC本體晶體B中和其上的外延層中。從而，尤其地，在從圍繞SiC本體晶體B的下表面和外延層的區(qū)域到其內(nèi)部的區(qū)域內(nèi)，電活性點缺陷可以被顯著地消除或者減少圖5為利用4艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。在本實施例中，與圖3和圖4 相似，SiC本體晶體B被用作SiC晶體。作為步驟(a)，碳原子C被離子注入到在SiC本體晶體B的上面一側和下面一側的淺表面層A中。通過以上步驟，多余的碳間隙被導入到上側和下側的表面層A中。接著，作為步驟(b)，通過加熱SiC本體晶體B,注入到表面層A 中的碳原子C從表面層A擴散到表面層A之內(nèi)的SiC本體晶體B中。在退火過程中，碳間隙和SiC本體晶體B中的碳空位一同消失，或者形成其他非電活性的缺陷。從而，存在于SiC本體晶體B中的電活性點缺陷被退火處理或者失去活性。在本實施例中，碳原子C被離子注入到在SiC本體晶體B的兩側面上的表面層A中并擴散到表面層A內(nèi)的SiC本體晶體B中。從而，尤其地，在從圍繞SiC本體晶體B的兩個面到其內(nèi)的區(qū)域內(nèi)，電活性點缺陷可以:故顯著地消除或者減少。圖6為利用才艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。在本實施例中，作為步驟(a), 碳原子C被離子注入到SiC本體晶體B的淺表面層A中。通過以上步驟，多余的碳間隙被導入到表面層A中。接著，作為步驟(b), SiC層從注入了碳原子C的表面層A的邊緣面向上生長以形成外延層。通過加熱SiC晶體，注入到表面層A中的碳原子C從表面層A擴散到外延層E中。在退火過程中，碳間隙和外延層E中的碳空位一同消失，或者形成其他非電活性缺陷。
同時，注入到表面層A中的碳原子C也從表面層A擴散到與外延層E相對一側的SiC本體晶體B中。通過以上步驟，碳間隙和SiC本體晶體B中的，尤其是圍繞以及在表面層A內(nèi)的區(qū)域內(nèi)的碳空位一同消失，或者形成其他非電活性缺陷。通過以上步驟，存在于外延層E和SiC本體晶體B中的電活性點缺陷被退火處理或者失去活性。在上述步驟(b)中的退火可以和在CVD室加熱過程中在SiC本體晶體B上生長外延層E的步驟同時執(zhí)行。圖7為利用才艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法，制造再結合中心被減少的SiC層的過程的示意圖。在本實施例中，首先，和圖1 相似，準備了外延層E已經(jīng)從SiC襯底S的表面長出的晶片。作為步驟(a),碳原子C被離子注入到外延層E的淺表面層A中。通過以上步驟，多余的碳間隙被導入到表面層A中。接著，作為步驟(b)， SiC外延層El從已經(jīng)注入碳原子C的表面層A的邊緣面向上生長。通過加熱SiC晶體，注入到表面層A中的碳原子C從表面層A擴散到外延層E1中。在退火過程中，碳間隙和外延層E1中的碳空位一同消失，或者形成其他非電活性的缺陷。同時，注入到表面層A中的碳原子C也從表面層A擴散到與外延層El相對一側的外延層E中。在退火過程中，碳間隙和外延層E中的碳空位一同消失，或者形成其他非電活性缺陷。作為步驟(c)，碳原子C被離子注入到在外延層E1的外邊緣面上的淺表面層A中。通過以上步驟，多余的碳間隙被導入到表面層A中。
接著，作為步驟(d)， SiC外延層E2從注入了碳原子C的表面層 A的邊緣面向上生長。通過加熱SiC晶體，注入到表面層A中的碳原子C從表面層A擴散到外延層E2中。在退火過程中，碳間隙和外延層E2中'的碳空位一同消失，或者形成其他非電活性缺陷。同時，注入到表面層A中的碳原子C也從表面層A擴散到與外延層E2相對一側的外延層El中。在退火過程中，碳間隙和外延層E1 中的碳空位一同消失，或者形成其他非電活性缺陷。通過以上步驟，存在于外延層E、 El和E2中的電活性點缺陷，尤其是圍繞外延層E和El的交界，以及圍繞外延層El和E2的交界存在的電活性點缺陷被退火處理或者失去活性。在上述步驟(b)和(d)中的退火可以和在CVD室加熱過程中生長外延層El或外延層E2的步驟同時執(zhí)行。而且，新的外延層也可以通過重復上述操作形成在外延層E2之上。通過執(zhí)行n次重復的操作，n層的外延層進一步形成在外延層E上。從而，獲得了由具有較少的電活性點缺陷的多個層組成的外延層。圖16說明了兩個SiC晶體樣品的DLTS光譜，其中樣品1為根據(jù) 本發(fā)明的優(yōu)選實施例準備的，而樣品2在和樣品1相同的條件下準備但是省略了步驟(a)。根據(jù)樣品1，來自Zl/Z2的信號已經(jīng)完全消失，因此陷阱變得非電活性。另外，來自EH6/7的信號也已經(jīng)完全消失，盡管圖中未示出。圖17說明了通過光激發(fā)光減少測量的少數(shù)載流子的壽命的結果, 其中樣品1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例準備的，而樣品2在和樣品1 相同的條件下準備但是省略了步驟(a)。如圖所示，在樣品1中少數(shù)載流子的壽命明顯增加。圖18說明了在不同退火溫度下通過光致發(fā)光衰退測量的少數(shù)載流子的壽命的結果，其中樣品1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例準備的，而樣品2在和樣品1相同的條件下準備但是省略了步驟(a)。退火時間各自為30分鐘。如圖所示，通過在高于1400°C退火時間為30分鐘的情況下，在樣品1中少數(shù)栽流子的壽命明顯增加。設想通過進一步延長退火時間，退火溫度可以低至大約1200。C。退火溫度的上限大約為等于SiC升華的溫度的2200°C。在上述每一個實施例中描述的提高SiC晶體質(zhì)量的方法被應用于多種SiC半導體器件的制造。尤其地，這些方法優(yōu)選地應用于制造其中電活性點缺陷的減少顯著有效的雙極型SiC半導體器件。這樣的雙極型SiC半導體器件的一個優(yōu)選實施例在下面描述。圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，說明SiC pn二極管的器件結構的橫截面的示意圖。SiCpn二極管10提供有高摻雜p型層、低摻雜n型基極層和高摻雜n型層。器件結構里的SiC晶體的類型、具體厚度的適宜的范圍和每一層的雜質(zhì)濃度，及它們的組合對于本領域技術人員是眾所周知的。
如圖所示，在SiC pn二極管10中，利用外延生長方法低摻雜n 型SiC奉極層12形成在高摻雜n型SiC層11之上，并且利用外延生長方法高摻雜p型SiC層13形成在低摻雜n型SiC基極層12之上。陽極15形成在高摻雜p型SiC層13的表面，并且陰極16形成在高摻雜n型SiC層11的表面。數(shù)字14表示用于釋放電子場濃度以提高耐壓特性的p型離子注入層。在低摻雜n型SiC基極層12中，通過應用任何圖1到7所示的方法，通過擴散碳注入層100中的碳間隙形成碳擴散區(qū)域200，其中碳注入層100通過離子注入碳原子C到圍繞高摻雜p型SiC層13的表面的區(qū)域內(nèi)或者到高摻雜n型SiC層11中，再利用退火進入到低摻雜n型 SiC基極層12中形成。根據(jù)該SiC pn 二極管10 ，碳擴散區(qū)域200形成在電導調(diào)制層中，在電導調(diào)制層中，電活性點缺陷影響器件特性并且其通過碳間隙與點缺陷結合被減少。從而，SiCpn二極管IO具有極好的器件特性。圖9為才艮據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，說明SiC pn 二極管的器件結構的^t截面的示意圖。在SiCpn二極管20中，利用外延生長方法低摻雜p型SiC基極層22形成在高摻雜p型SiC層21之上，并且利用外延生長方法高摻雜n型SiC層23形成在低摻雜p型SiC基極層22 之上。陰才及25形成在高摻雜n型SiC層23的表面，并且陽極26形成在高摻雜p型SiC層21的表面。數(shù)字24表示用于釋放電子場濃度以提高耐壓特性的n型離子注入層。
在低摻雜p型SiC基極層22中，通過應用任何圖1到7所示的方法，通過擴散碳注入層100中的碳間隙形成碳擴散區(qū)域200,其中碳注入層100通過離子注入碳原子C到圍繞高摻雜n型SiC層23的表面的區(qū)域內(nèi)或者高摻雜p型SiC層21中，再利用退火進入到低摻雜p型SiC 基極層22中形成。根據(jù)該SiC pn 二極管20 ，碳擴散區(qū)域200形成在電導調(diào)制層中，在電導調(diào)制層中，電活性點缺陷影響器件特性并且通過碳間隙與點缺陷的結合^L減少。從而，SiCpn二極管20具有極好的器件特性。圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，說明SiC npn晶體管的器件結構的4黃截面的示意圖。SiC npn晶體管30具有n型發(fā)射極層、p 型基極層和n型集電極層。器件結構里的SiC晶體的類型、具體厚度的適宜范圍和每一層的雜質(zhì)濃度，及它們的組合對于本領域技術人員是眾所周知的。如圖所示，在SiC npn晶體管30中，利用外延生長方法p型SiC 基極層31形成在n型SiC集電極層32之上，并且利用外延生長方法n 型SiC發(fā)射極層33形成在p型SiC基極層31之上。高摻雜p型離子注入層34形成在圍繞p型SiC基極層31的表面以及n型SiC發(fā)射極層33的外圍上，并且門電極35形成在p型離子注入層34之上。發(fā)射極電極36形成在n型SiC發(fā)射極層33的表面，并且集電極電極37形成在n型SiC集電極層32的表面。在p型SiC基極層31內(nèi)，通過應用任何圖1到7所示的方法，通過擴散碳注入層100中的碳間隙形成碳擴散區(qū)域200，其中碳注入層100通過離子注入碳原子C到圍繞n型SiC發(fā)射極層33的表面的區(qū)域內(nèi)或者到n型SiC集電極層32中，再利用退火進入到p型SiC基極層 31中形成。根據(jù)該SiC npn晶體管30，碳擴散區(qū)域形成在電導調(diào)制層中，在電導調(diào)制層中，電活性點缺陷影響器件特性并且通過碳間隙與點缺陷的結合被減少。從而，SiCnpn晶體管30具有極好的器件特性。圖11為才艮據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，說明SiC pnp晶體管的器件結構的橫截面的示意圖。在SiC pnp晶體管40中，利用外延生長方法n型SiC基極層41形成在p型SiC集電極層42之上，并且利用外延生長方法p型SiC發(fā)射極層43形成在n型SiC基極層41之上。利用外延生長方法高摻雜n型離子注入層44形成在圍繞n型SiC 基極層41的表面以及p型SiC發(fā)射極層43的外圍上，并且門電極45 形成在n型離子注入層44之上。發(fā)射極電極46形成在p型SiC發(fā)射極層43的表面，并且集電極電極47形成在p型SiC集電極層42的表面。在n型SiC基極層41內(nèi)，通過應用任何圖1到7所示的方法，通過擴散碳注入層100中的碳間隙形成碳擴散區(qū)域200，其中碳注入層 lOO通過離子注入碳原子C到圍繞p型SiC發(fā)射極層43的表面的區(qū)域內(nèi)或者到p型SiC集電極層42中，再利用退火進入到n型SiC基極層 41中形成。根據(jù)該SiC pnp晶體管40,碳擴散區(qū)域200形成在電導調(diào)制層中，在電導調(diào)制層中，電活性點缺陷影響器件特性并且通過破間隙與點缺陷的結合被減少。從而，SiCpnp晶體管^具有極好的器件特性。圖12為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，說明SiC晶閘管的器件結構的橫截面的示意圖。SiC晶閘管50為SiC可關斷晶閘管，其具有p 型層、n.型基極層、p型基極層和n型層。器件結構里的SiC晶體的類型、具體厚度的適宜范圍和每一層的雜質(zhì)濃度，及它們的組合對于本領域技術人員是眾所周知的。如圖所示，在SiC晶閘管50中，利用外延生長方法p型SiC基極層52形成在n型SiC層51之上，并且利用外延生長方法n型SiC基極層53形成在p型SiC基極層52之上，并且p型SiC層54形成在n 型SiC基極層53之上。高摻雜n型離子注入層55形成在圍繞n型SiC基極層53的表面以及p型SiC層54的外圍上，并且門電極56形成于n型離子注入層 55之上。陽極57形成在p型SiC層54的表面，并且陰極58形成在n型SiC 層51的表面。在p型SiC基極層52和n型SiC基極層53內(nèi)，通過應用任何圖1 到7所示的方法，通過擴"^碳注入層100中的碳間隙形成碳擴散區(qū)域 200，其中碳注入層100通過離子注入碳原子C到圍繞p型SiC層54 的表面的區(qū)域內(nèi)或者到n型SiC層51中，再利用退火進入到p型SiC 基極層52和n型SiC基極層53中形成。根據(jù)該SiC晶閘管50，碳擴散區(qū)域200形成在電導調(diào)制層中，在電導調(diào)制層中，電活性點缺陷影響器件特性并且通過碳間隙與點缺陷的結合被減少。從而，SiC晶閘管50具有極好的器件特性。圖13為才艮據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，說明SiC晶閘管的器件結構的橫截面的示意圖。在SiC晶閘管60中，利用外延生長方法n型SiC 基極層62形成在p型SiC層61之上，并且利用外延生長方法p型SiC 基極層63形成在n型SiC基極層62之上，并且n型SiC層64形成在 p型SiC基極層63之上。高摻雜p型離子注入層65形成在圍繞p型SiC基極層63的表面以及n型SiC層64的外圍上，并且門電極66形成于p型離子注入層 65之上。陰極67形成在n型SiC層64的表面，并且陽極68形成在p型SiC 層61的表面。在n型SiC基^L層62和p型SiC基極層63內(nèi)，通過應用任何圖1 到7所示的方法，通過擴散碳注入層100中的碳間隙形成碳擴散區(qū)域 200，其中碳注入層100通過離子注入碳原子C到圍繞n型SiC層64 的表面的區(qū)域內(nèi)或者進入p型SiC層61中，再利用退火進入到n型SiC 基極層62和p型SiC基極層63中形成。根據(jù)該SiC晶閘管60,碳擴散區(qū)域200形成在電導調(diào)制層中，在電導調(diào)制層中，電活性點缺陷影響器件特性并且通過碳間隙與點缺陷的結合被減少。從而，SiC晶閘管60具有極好的器件特性。圖14為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，說明SiC IGBT的器件結構的橫截面的示意圖。SiC IGBT 70具有p型層、n型基極層、p型基極層和n型集電極層。器件結構里的SiC晶體的類型、具體厚度的適宜范圍和每一層的雜質(zhì)濃度，及其組合對于本領域技術人員是眾所周知的。如S所示，在SiCIGBT70中，利用外延生長方法p型SiC基極層 71形成在n型SiC集電極層72之上。通過作為門電極絕緣膜的氧化膜78，門電極75形成在p型SiC基極層71之上。另一方面，n型基極層74形成在p型SiC基極層71上方，并且發(fā)射極電極76形成在n型基極層74之上。n型基極層74形成在從在門電極75之下的氧化物膜78到發(fā)射極電極76的范圍內(nèi)，并且p型層73形成在n型基極層74內(nèi)的從氧化物膜78到發(fā)射極電極76 的范圍內(nèi)。集電極電極77形成在n型SiC集電極層72的表面。在p型SiC基極層71內(nèi)，通過應用任何圖1到7所示的方法，通過擴散碳注入層100中的碳間隙形成碳擴散區(qū)域200，其中碳注入層 100通過離子注入碳原子C到圍繞n型基極層74 —側的p型SiC基極層71的表面的區(qū)域內(nèi)或者到n型SiC集電極層72中，再利用退火進入到p型SiC基極層71中形成。根據(jù)該SiC IGBT 70 ，碳擴散區(qū)域200形成在電導調(diào)制層中，在電導調(diào)制層中，電活性點缺陷影響器件特性并且通過碳間隙與點缺陷的結合被減少。從而，SiCIGBT70具有極好的器件特性。圖15為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，說明SiC IGBT的器件結構的橫截面的示意圖。在SiCIGBT80中，利用外延生長方法n型SiC 基極層81形成在p型SiC集電極層82之上。通過作為門電極絕緣膜的氧化膜88，門電極85形成在n型SiC基極層81之上。另一方面，p型基極層84形成在n型SiC基極層81上方，并且發(fā)射極電極86形成在p型基極層84之上。p型基極層84形成在從在門電極85之下的氧化膜88到發(fā)射極電極86的范圍內(nèi)，并且 n型層83形成在p型基極層84內(nèi)的從氧化膜88到發(fā)射極電極86的范圍內(nèi)。集電極電極87形成在p型SiC集電極層82的表面。在n型SiC基極層81內(nèi)，通過應用任何圖1到7所示的方法，通過擴散碳注入層100中的碳間隙形成碳擴散區(qū)域200，其中碳注入層 100通過離子注入碳原子C到圍繞p型基極層84 —側的n型SiC基極層81的表面的區(qū)域內(nèi)或者到p型SiC集電極層82中，再利用退火進入到n型SiC基極層81中形成。根據(jù)該SiCIGBT80,碳擴散區(qū)域200形成在電導調(diào)制層中，在電導調(diào)制層中，電活性點缺陷影響器件特性并且通過碳間隙與點缺陷的結合被減少。從而，SiCIGBT80具有極好的器件特性。本發(fā)明當然不是以任何方式限定到上述的優(yōu)選實施例，其很多可能的改動和變化對于本領域普通技術人員是顯而易見的?？梢蕴岣哒麄€SiC晶體層或者僅僅其一個區(qū)域的質(zhì)量。這里使用的"層"的定義被廣泛地解釋并包括多種類型的體積擴展和形狀。這里使用的詞語"晶體"意思為在一個較大的區(qū)域內(nèi)在三維方向有極好的晶格周期，即排除典型的多晶結構。
權利要求
1、一種通過消除或者減少長成的SiC晶體層中的載流子俘獲中心來提高SiC晶體質(zhì)量的方法，包括步驟(a)執(zhí)行離子注入到SiC晶體層的淺表面層中以導入碳間隙到表面層中，及(b)加熱SiC晶體使導入到表面層中的碳間隙從表面層擴散到本體層中，并使碳間隙與點缺陷結合，從而使本體層中的電活性點缺陷失去活性。
2、如權利要求l所述的方法，進一步包括蝕刻或者機械地去除注入了原子的表面層的步驟(c)。
3、如權利要求l所述的方法，其中要離子注入的原子為碳原子、硅原子、氫原子或氦原子，這些原子在步驟(a)中對SiC晶體作用為中性。
4、如權利要求l所述的方法，其中步驟(a)和(b)同時執(zhí)行。
5、如權利要求1所述的方法，其中在步驟(a)中，輻射具有90 KeV 或者更高能量的電子束以導入碳間隙到表面層中。
6、如權利要求1所述的方法，其中在步驟(a)中，表面層在800。C 或更高溫度下在氧氣環(huán)境中被氧化以導入碳間隙到表面層中。
7、如權利要求1所述的方法，其中步驟(a)進一步包括選擇使導入的碳間隙的濃度超過本體層中的電活性點缺陷的濃度這樣的方式注入的原子的劑量。
8、如權利要求1所述的方法，其中在步驟(a)中，原子的離子注入能量在10 KeV到10 MeV范圍內(nèi)。
9、如權利要求1所述的方法，其中在步驟(a)中，在離子注入期間SiC晶體的溫度在10。C到1700°C范圍內(nèi)。
10、如權利要求l所述的方法，其中在步驟(b)中，退火溫度在 1200°C到2200°C范圍內(nèi)。
11、如權利要求1所述的方法，其中具有外延層的SiC晶片在步驟(a)和(b)中使用。
12、如權利要求1所述的方法，其中SiC本體晶體在步驟(a)和 (b)中使用。
13、如權利要求1所述的方法，其中從SiC本體晶體上片切的晶片在步驟(a)和(b)中使用。
14、如權利要求1所述的方法，其中通過在利用從SiC本體晶體片切下的作為襯底的晶片獲得SiC外延層之后，襯底部分被去除的過程形成為外延層的SiC單晶晶片在步驟(a)和(b)中使用。
15、如權利要求1所述的方法，其中具有任何n型和p型外延層組合的SiC晶片在步驟(a)和(b)中使用。
16、 ' 一種通過消除或者減少長成的SiC晶體層中的載流子俘獲中心來提高SiC晶體質(zhì)量的方法，包括步驟(a)執(zhí)行碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入到SiC晶體層的淺表面層中以導入碳間隙到表面層中，及 (b)使SiC層從導入了碳間隙的表面層的邊緣面向上生長，以及 I碳間隙從表面層擴散到生長層中并將磁間隙>M點缺陷相結合，從而使生長層中的電活性點缺陷失去活性。
17、如權利要求16所述的方法，其中步驟(a)進一步包括選擇使導入的碳間隙的濃度超過生長層中的電活性點缺陷的濃度這樣的方式注入的原子的劑量。
18、如權利要求16所述的方法，其中在步驟(a)中，原子的離子注入能量在10 KeV到10 MeV的范圍內(nèi)。
19、如權利要求16所述的方法，其中在步驟(a)中，在離子注入期間SiC晶體的溫度在10。C到1700。C的范圍內(nèi)。
20、如權利要求16所述的方法，其中具有外延層的SiC晶片在步驟(a)和(b)中使用。
21、 '如權利要求16所述的方法，其中SiC本體晶體在步驟(a) 和(b)中使用。
22、如權利要求16所述的方法，其中從SiC本體晶體上片切下的晶片在步驟U)和(b)中使用。
23、如權利要求16所述的方法，其中通過利用從SiC本體晶體片切下的作為襯底的晶片獲得SiC外延層之后，襯底部分被去除的過程形成為外延層的SiC單晶晶片在步驟(a)和(b)中使用。
24、如權利要求16所述的方法，其中具有任何n型和p型外延層組合的SiC晶片在步驟(a)和(b)中使用。
25、 ' 一種通過消除或者減少長成的SiC晶體層中的載流子俘獲中心來提高SiC晶體質(zhì)量的方法，包括步驟(a)執(zhí)行離子注入到SiC晶體層的淺表面層中以導入間隙和空位或者壓力到表面層中，及(b )加熱SiC晶體使導入到表面層的間隙和空位從表面層擴散到本體層中，以及使間隙或空位與點缺陷相結合，或者利用導入到表面層的壓力使本體層中的點缺陷向表面層移動，從而使得本體層中的電活性點缺陷失去活性或者消失。
26、如權利要求25所述的方法，進一步包括蝕刻或者機械地去除注入了原子的表面層的步驟(c)。
27、如權利要求25所述的方法，其中要離子注入的原子為碳原子、硅原子、氫原子或氦原子，這些原子在步驟(a)中對SiC晶體作用為中性。
28、如權利要求25所述的方法，其中步驟(a)和(b)同時執(zhí)行。
29、如權利要求25所述的方法，其中在步驟(b)中，退火溫度在1200°C到2200°C范圍內(nèi)。
30、一種通過消除或者減少長成的SiC晶體層中的載流子俘獲中心來提高SiC晶體質(zhì)量的方法，包括步驟(a)執(zhí)行碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入到SiC晶體層的淺表面層中以導入間隙和空位或者壓力到表面層中，及 (b)使SiC層從導入了間隙和空位或者壓力的表面層的邊緣面向上生長，以及將導入到表面層中的間隙和空位從表面層擴散到生長層中并將間隙或空位與點缺陷相結合，或者利用導入到表面層中的壓力使本體層中的點缺陷向著表面層移動，從而使得生長層中的電活性點缺陷失去活性或消失。
31、 '如權利要求25或30所述的方法，其中在步驟(a)中，原子的離子注入能量在10 KeV到10 MeV范圍內(nèi)。
32、如權利要求25或30所述的方法，其中在步驟(a)中，在離子注入期間SiC晶體的溫度在10。C到1700°C范圍內(nèi)。
33、如權利要求25或30所述的方法，其中具有外延層的SiC晶片在步驟(a)和(b)中使用。
34、如權利要求25或30所述的方法，其中SiC本體晶體在步驟 (a)和(b)中使用。
35、 .如權利要求25或30所述的方法，其中從SiC本體晶體上片切下的晶片在步驟(a)和(b)中使用。
36、如權利要求25或30所述的方法，其中通過利用從SiC本體晶體片切下的作為襯底的晶片獲得SiC外延層之后，襯底部分被去除的過程形成為外延層的SiC單晶晶片在步驟(a)和(b)中使用。
37、如權利要求25或30所述的方法，其中具有任何n型和p型外延層組合的SiC晶片在步驟(a)和(b)中使用。
38、一種利用權利要求l、 16、 25和30中任意一項所述的方法制造的包括二極管、晶體管、IGBT、 MOSFET和晶閘管的所有類型的半導體器件。
39、一種SiC雙極型半導體器件，包括n型或p型SiC襯底，以及至少一個n型或p型SiC外延層，或者至少一個n型或p型離子注入層；除圍繞p-n結的交界的區(qū)域和在電導調(diào)制層(基極層)內(nèi)的區(qū)域以外，在圍繞SiC襯底表面的區(qū)域、圍繞SiC襯底和SiC外延層的交界的區(qū)域、'以及圍繞SiC外延層表面的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、珪注入層、氫注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到電導調(diào)制層中，以及通過碳間隙與電導調(diào)制層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。
40、如權利要求39所述的SiC雙極型半導體器件，其中該SiC雙極型半導體器件為SiC pn 二極管，該SiC pn 二極管包括高摻雜p型層、低摻雜n型基極層和高摻雜n型層；進一步包括除了圍繞p-n結的交界的區(qū)域和低摻雜n型基極層的區(qū)域以外，在圍繞高摻雜p型層表面的區(qū)域和高摻雜n型層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的多灰注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到低摻雜n型基極層中，以及通過碳間隙與低摻雜n 型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。
41、如權利要求39所述的SiC雙極型半導體器件，其中該SiC雙極型半導體器件為SiC pn 二極管，該SiC pn 二極管包括高摻雜n型層、低摻雜p型基極層以及高摻雜p型層；進一步包括除圍繞p-n結的交界的區(qū)域和低摻雜p型基極層的區(qū)域以外，在圍繞高摻雜n型層表面的區(qū)域和高摻雜p型層中的區(qū)域中的至少一個區(qū) 域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氳原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到低摻雜p型基極層中，以及通過碳間隙與低摻雜p 型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷被減少的區(qū)域。
42、如權利要求39所述的SiC雙極型半導體器件，其中該SiC雙極型半導體器件為SiCnpn晶體管型器件，該SiCnpn晶體管型器件包括n型發(fā)射極層、p型基極層和n型集電極層；進一步包括除圍繞p-n結的交界的區(qū)域和在p型基極層中的區(qū)域以外，在圍繞 n型發(fā)射極層表面的區(qū)域和n型集電極層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi) 的碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到p型基極層中，以及通過碳間隙與p型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。
43、如權利要求39所述的SiC雙極型半導體器件，其中該SiC雙極型半導體器件為SiCpnp晶體管型器件，該SiCpnp晶體管型器件包括p型發(fā)射極層、n型基極層和p型集電極層；進一步包括除圍繞p-n結的交界的區(qū)域和n型基極層中的區(qū)域以外，在圍繞p 型發(fā)射極層表面的區(qū)域和p型集電極層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi) 的碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到n型基極層中，以及通過碳間隙與n型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。
44、如權利要求39所述的SiC雙極型半導體器件，其中該SiC雙極型半導體器件為SiC晶閘管型器件(包括可關斷類型晶閘管器件)，該SiC晶閘管型器件包括p型層、n型基極層、p型基極層和n型層；進一步包括除圍繞p-n結的交界的區(qū)域、n型基極層中的區(qū)域和p型基極層中的區(qū)域以外，在圍繞p型層表面的區(qū)域和在n型層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到n型基極層和p型基極層中，以及通過碳間隙與n型基極層和p型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。
45、如權利要求39所述的SiC雙極型半導體器件，其中該SiC雙極型半導體器件為SiC晶閘管型器件(包括可關斷類型晶閘管器件)，該SiC晶閘管型器件包括n型層、p型基極層、n型基極層和p型層；進一步包括除圍繞p-n結的交界的區(qū)域、p型基極層中的區(qū)域和n型基極層中的區(qū)域以外，在圍繞n型層表面的區(qū)域和在p型層中的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的-灰注入層、硅注入層、氫注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到p型基極層和n型基極層中，以及通過碳間隙與p 型基極層和n型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)i或。
46、如權利要求39所述的SiC雙極型半導體器件，其中該SiC雙極型半導體器件為SiCIGBT型器件，該SiCIGBT型器件包括p型層、 n型基極層、p型基極層和n型集電極層；進一步包括除閨繞p型基極層和n型集電極層的交界的區(qū)域和圍繞在n型基極層一側的p型基極層的表面的區(qū)域以外，在至少一個n型集電極層中的區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到p型基極層中，以及通過碳間隙與p型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。
47、如權利要求39所述的SiC雙極型半導體器件，其中該SiC雙極型半導體器件為SiCIGBT型器件，該SiC IGBT型器件包括n型層、 p型基極層、n型基極層和p型集電極層；進一步包括除圍繞n型基極層和p型集電極層的交界的區(qū)域和圍繞在p型基極層一側上的n型基極層的表面的區(qū)域以外，在至少一個p型集電極層中的區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氪注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的碳間隙擴散到n型基極層中，以及通過碳間隙與n型基極層中的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。
48、一種SiC雙極型半導體器件，包括n型或p型SiC村底，以及至少一個n型或p型SiC外延層，或者至少一個n型或p型離子注入層；除圍繞p-n結的交界的區(qū)域和在導電調(diào)制層(基極層)中的區(qū)域以外，在圍繞SiC村底的表面、圍繞SiC村底和SiC外延層的交界以及圍繞SiC外延層的區(qū)域中的至少一個區(qū)域內(nèi)的碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層；及通過退火將憑借碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入而導入的間隙和空位擴散到導電調(diào)制層中，以及通過間隙或空位與導電調(diào)制層內(nèi)的點缺陷的結合，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域，或者利用碳原子、硅原子、氫原子或氦原子的離子注入導入的壓力，通過退火使導電調(diào)制層中的點缺陷向著碳注入層、硅注入層、氬注入層或氦注入層移動，使得其中的電活性點缺陷減少的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種通過高溫退火有效地減少或消除載流子俘獲中心來提高SiC層質(zhì)量的方法和通過該方法制造的SiC半導體器件。該通過消除或者減少部分載流子俘獲中心提高SiC層質(zhì)量的方法包括(a)執(zhí)行離子注入碳原子、硅原子、氫原子或氦原子到SiC晶體層(E)內(nèi)的淺表面層(A)中以導入多余的碳間隙到注入的表面層中，及(b)加熱該層使導入到表面層中的碳間隙(C)從注入的表面層(A)擴散到本體層(E)中，以及使本體層中的電活性點缺陷失去活性。經(jīng)過以上步驟后，表面層(A)可以被蝕刻或者機械地去除。根據(jù)本發(fā)明的半導體器件用該方法制造。
文檔編號H01L21/328GK101114593SQ20071000075
公開日2008年1月30日申請日期2007年1月19日優(yōu)先權日2006年7月28日
發(fā)明者土田秀一, 柳特拉斯·斯特拉斯塔申請人:財團法人電力中央研究所

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