制造半导体器件的方法和半导体器件技术

一种制造半导体器件的方法包括：在SiC衬底上形成SiC外延层；向所述外延层注入离子；形成吸杂层，所述吸杂层具有比所述SiC衬底的缺陷密度高的缺陷密度；以及对所述外延层进行热处理。所述半导体器件包括：SiC衬底；SiC外延层，其形成在所述SiC衬底上；以及吸杂层，其具有比所述SiC衬底的缺陷密度高的缺陷密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造半导体器件的方法和半导体器件
本专利技术涉及制造半导体器件的方法及所述半导体器件，更具体地，涉及用于形成半导体器件的SiC衬底中的杂质的吸除。
技术介绍
为了防止Si等的半导体晶体中由于金属杂质引起的半导体特性的劣化，通过离子注入、激光照射、形成不同材料的膜等产生应变区来提供对于杂质的吸杂中心。作为SiC单晶特有的问题，专利技术人已经发现当在高温下(尤其是在1500°C以上的温度下)对SiC单晶进行热处理时，包含在晶体中或与晶体相邻的诸如金属的杂质扩散通过该晶体。在用作实际材料的SiC半导体单晶中总是存在杂质。更具体地，当通过溶液方法生长SiC单晶时，通常向SiC溶液中添加金属元素以提高生长速率、改善结晶性等。例如，日本专利申请公开N0.2007-261844 (JP-2007-261844A)公开了添加Cr，并且日本专利申请公开N0.2009-126770 (JP-2009-126770A)公开了向SiC生长溶液中添加Ni，并且在一些情况下，这些金属作为杂质保留在生长的SiC单晶中。当用于器件区域的外延层形成在通过溶液方法制造的这种SiC衬底上时，金属杂质从SiC衬底向外延层中的扩散将使器件特性劣化。因此，必须减少并入到晶体中的不利地影响导电和器件特性的杂质元素的量，并且必须将未变得被并入的那些杂质元素包含在器件区域之外。在Si晶体的情况下，考虑诸如Na、K、Li等的碱金属元素和诸如Fe、Cu、Au、Cr的重金属元素。已知的是，碱金属元素不利地影响金属-氧化物-半导体(MOS)特性，并且重金属元素导致载流子寿命缩短以及氧化堆垛层错(oxidation stacking fault,0SF)缺陷。因此,在Si晶体的情况下,通过使用故意形成在晶体的特定部分(在器件区域之外)中的应变层对这些残余杂质元素的吸杂(捕获和固定)已经是可用的。另一方面，在SiC晶体的情况下，并不认为基本上会在通常用于Si晶体的热处理温度(约1200°C的最大值)下发生热扩散，这是因为杂质的扩散系数极小(Yu.A.Vodakov 和 E.N.Mokhov, Si I icon Carbide1973 (Univ.South CarolinaPress, Columbia, 1974，p.508))。因此,几乎不能发现关于SiC晶体中的吸杂技术的报道。然而，利用该新的认识，本专利技术人已经确定当进行对于SiC特定的高温热处理(1500°C以上)时，甚至诸如Cr和Ni的重金属元素将扩散通过SiC晶体，即使这些杂质的扩散系数与Si相比较低。因此，必须考虑这些元素，并且对SiC晶体进行吸杂处理变得必要。日本专利申请公开N0.2007-251172 (JP-2007-251172A)公开了使用He和H离子束在SiC衬底或Si衬底上形成给定深度的富离子层，然后通过在不超过临界温度的温度下进行热处理来进行吸杂以捕获诸如重金属离子的污染物，在所述临界温度下会发生衬底的毁坏。然而，不像Si，在SiC中，污染物的扩散并不容易发生，并且在吸杂之后难以实现衬底的恢复。因此，作为对于SiC特定的问题，有必要关注需要吸杂的衬底上的位置和制造工艺，并且有必要消除不必要的处理步骤。然而，JP-2007-251172A并未公开对SiC进行吸杂的例子，并且其并未包含与该问题相关的任何陈述或暗示。日本专利申请公开N0.2010-098107( JP-2010-098107A)公开了在用作成像设备的半导体装置中，通过从与外延层相对的一侧用激光束照射来制造具有期望深度的吸杂层，所述外延层是用于形成电路层等的结构部件。日本专利申请公开N0.2006-231430 (JP-2006-231430A)公开了在进行重金属的吸杂时将用于形成吸杂层的温度设定为1100°c到1300°C。日本专利申请公开N0.58-147126 (JP-58-147126A)公开了通过在1050°C以上的温度下进行热处理在半导体衬底的下侧上形成吸杂层，从而使过饱和的间隙氧扩散通过该衬底。日本专利申请公开N0.07-201971 (JP-07-201971A)公开了在衬底上制造多个半导体器件部分并且在也用作半导体衬底的器件形成区域的半导体器件的分割部分的相反侧形成吸杂位置。然而，这些相关技术均未假设在SiC半导体衬底中存在于衬底晶体中或者从衬底晶体外部渗入的污染金属元素的扩散，并且它们尚未注意到需要用于此的吸杂层，尤其是在进行1500°C以上的热处理时。
技术实现思路
本专利技术提供了制造半导体器件的方法，该方法包括形成吸杂层以捕获和固定SiC半导体衬底中的杂质元素。本专利技术还提供了半导体器件，该半导体器件包括用以捕获和固定SiC半导体衬底中的杂质元素的吸杂层。本专利技术的第一方面涉及一种制造半导体器件的方法。该制造方法包括:在SiC衬底上形成SiC外延层；向所述外延层注入离子；形成吸杂层，所述吸杂层具有比所述SiC衬底的缺陷密度高的缺陷密度；以及对所述外延层进行热处理。根据本专利技术的第一方面，由于形成了具有比SiC衬底的缺陷密度高的缺陷密度的吸杂层，因此杂质元素被优先捕获和固定在吸杂层中。在该制造方法中，所述热处理可以包括1500°C以上的处理，并且所述吸杂层可以在所述1500°C以上的处理之前形成。在该制造方法中，所述吸杂层可以是通过向所述外延层的离子注入而形成的，并且注入剂量的量可以被控制为使得所述吸杂层的缺陷密度高于要捕获的杂质的密度，并且补偿缺陷密度等于或低于所述半导体器件的载流子密度。在该制造方法中，所述吸杂层可以被形成为深于通过在生长所述外延层之前执行的蚀刻去除的材料的深度。在该制造方法中，所述吸杂层可以被形成在所述SiC衬底上的除了器件形成区域之外的区域中，在所述器件形成区域中所述半导体器件要被形成在所述SiC衬底上。在该制造方法中，可以基于所述半导体器件工作时所述SiC衬底上的电流，确定所述吸杂层的缺陷密度。在该制造方法中，当所述吸杂层在已经生长了所述外延层之后形成在所述外延层中时，所述吸杂层可以形成在所述SiC衬底上的除了器件形成区域之外的区域中。在该制造方法中，所述吸杂层可以是通过从所述SiC衬底的与外延层侧相反的一侧用电子束或中子束辐照而形成的。本专利技术的第二方面涉及一种半导体器件。该半导体器件包括:SiC衬底；SiC外延层，其形成在所述SiC衬底上；以及吸杂层，其具有比所述SiC衬底的缺陷密度高的缺陷密度。【附图说明】下面将参考附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业重要性，在附图中相似的附图标记表示相似的部件，其中:图1示出了根据本专利技术的一个方面的吸杂层的形成；图2A示出了根据本专利技术的另一个方面的吸杂层的形成；图2B示出了根据本专利技术的另一个方面的吸杂层的形成；图3示出了根据本专利技术的又一个方面的吸杂层的形成；图4A示出了其中已经应用了本专利技术的吸杂层的形成的例子；图4B示出了其中已经应用了本专利技术的吸杂层的形成的例子；图4C示出了其中已经应用了本专利技术的吸杂层的形成的例子；图4D示出了其中已经应用了本专利技术的吸杂层的形成的例子；图4E示出了其中已经应用了本专利技术的吸杂层的形成的例子；图4F示出了其中已经应用了本专利技术的吸杂层的形成的例子；图4G示出了其中已经应用了本专利技术的吸杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，该方法包括：在SiC衬底上形成SiC外延层；向所述外延层注入离子；形成吸杂层，所述吸杂层具有比所述SiC衬底的缺陷密度高的缺陷密度；以及对所述外延层进行热处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.16 JP 109766/20111.一种制造半导体器件的方法，该方法包括: 在SiC衬底上形成SiC外延层； 向所述外延层注入离子； 形成吸杂层，所述吸杂层具有比所述SiC衬底的缺陷密度高的缺陷密度；以及 对所述外延层进行热处理。2.根据权利要求1所述的方法，其中 所述热处理包括1500°C以上的处理；并且 所述吸杂层在所述1500°C以上的处理之前形成。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中 所述吸杂层是通过向所述外延层的离子注入而形成的，并且 注入剂量的量被控制为使得所述吸杂层的缺陷密度高于要捕获的杂质的密度，并且补偿缺陷密度等于或低于所述半导体器件的载流子密度。4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中，所述吸杂层被形成为深于通过在生长所述外延层之前执行的蚀刻去...

【专利技术属性】
技术研发人员：旦野克典，斋藤广明，关章宪，木本恒畅，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，国立大学法人京都大学，
类型：
国别省市：