[发明专利]形成包括外延层和相关结构的半导体器件的方法

说明书

政府权利声明

美国政府具有本发明中的已付许可并且在有限情况下有权要求专利所有人根据如美国Army Research Laboratories（陆军研究实验室）给予的美国陆军合同号No. W911NF-04-2-0021的条款所规定的合理条件许可他人。

技术领域

本发明涉及电子装置，更具体地，涉及制造半导体器件和相关结构的方法。

背景技术

半导体功率器件广泛地用于承载大电流并且维持高电压。现代的半导体功率器件通常由单晶硅半导体材料制成。一种广泛使用的功率器件是功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。在功率MOSFET中，控制信号被提供给栅电极，该栅电极通过居间的绝缘体与半导体表面隔开，该绝缘体可以是，但不限于，二氧化硅。电流传导通过多数载流子的输运进行，不存在双极型晶体管操作中使用的少数载流子注入。功率MOSFET可以提供出色的安全操作区域，并且在单位单元结构中可以是并行的。

如本领域的技术人员公知的，功率MOSFET可以包括横向结构或垂直结构。在横向结构中，漏极、栅极和源极端子位于衬底的同一表面上。相比之下，在垂直结构中，源极和漏极位于衬底的相对的表面上。

功率器件的最近的开发计划还包括对将碳化硅（SiC）器件用于功率器件的研究。较之硅，碳化硅具有宽的带隙、较低的介电常数、高的击穿场强、高的热导率以及高的饱和电子漂移速度。较之传统的硅基功率器件，这些特性可以允许碳化硅功率器件在较高的温度下、较高的功率水平下和/或以较低的比导通电阻进行操作。碳化硅器件相对于硅器件的优越性的理论分析在Bhatnagar等人的题为Comparison of 6H--SiC, 3C--SiC and Si for Power Devices（IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 40, 1993, pp. 645-655）的公开物中找到。在授予Palmour并且转让给本发明的受让人的题为Power MOSFET in Silicon Carbide的美国专利No. 5,506,421中描述了以碳化硅制造的功率MOSFET。

在文献中已描述了许多碳化硅功率MOSFET结构。参见例如，美国专利No. 5,506,421；A. K. Agarwal、J. B. Casady、L. B. Rowland、W. F. Valek、M. H. White和C. D. Brandt的1.1 kV 4H--SiC Power UMOSFET's,（IEEE Electron Device Letters, Vol. 18, No. 12, pp. 586-588, December 1997）；A. K. Agarwal、J. B. Casady、L. B. Rowland、W. F. Valek和C. D. Brandt的1400 V 4H--SiC Power MOSFETs,（Materials Science Forum Vols. 264-268, pp. 989-992, 1998）；J. Tan、J. A. Cooper, Jr.和M. R. Melloch的High-Voltage Accumulation-Layer UMOSFETs in 4H--SiC,（IEEE Electron Device Letters, Vol. 19, No. 12, pp. 487-489, December 1998）；J. N. Shenoy、J. A. Cooper和M. R. Melloch的High-Voltage Double-Implanted Power MOSFET's in 6H--SiC,（IEEE Electron Device Letters, Vol. 18, No. 3, pp. 93-95, March 1997）；J. B. Casady、A. K. Agarwal、L. B. Rowland、W. F. Valek和C. D. Brandt的900 V DMOS and 1100 V UMOS 4H--SiC Power FETs,（IEEE Device Research Conference, Ft. Collins, Colo., June 23-25, 1997）；R. Schorner、P Friedrichs、D. Peters、H. Mitlehner、B. Weis和D. Stephani的Rugged Power MOSFETs in 6H--SiC with Blocking Capability up to 1800 V,（Materials Science Forum Vols. 338-342, pp. 1295-1298, 2000）；V. R. Vathulya和M. H. White的Characterization of Channel Mobility on Implanted SiC to determine Polytype suitability for the Power DIMOS structure,（Electronic Materials Conference, Santa Barbara, Calif., Jun. 30-Jul. 2, 1999）；A. V. Suvorov、L. A. Lipkin、G. M. Johnson、R. Singh和J. W. Palmour的4H--SiC Self-Aligned Implant-Diffused Structure for Power DMOSFETs,（Materials Science Forum Vols. 338-342, pp. 1275-1278, 2000）；P. M. Shenoy和B. J. Baliga的The Planar 6H--SiC ACCUFET: A New High-Voltage Power MOSFET Structure,（IEEE Electron Device Letters, Vol. 18, No. 12, pp. 589-591, December 1997）；Ranbir Singh、Sei-Hyung Ryu和John W. Palmour的High Temperature, High Current, 4H--SiC Accu-DMOSFET,（Materials Science Forum Vols. 338-342, pp. 1271-1274, 2000）；Y. Wang, C. Weitzel和M. Bhatnagar的Accumulation-Mode SiC Power MOSFET Design Issues,（Materials Science Forum Vols. 338-342, pp. 1287-1290, 2000）；A. K. Agarwal、N. S. Saks、S. S. Mani、V. S. Hegde和P. A. Sanger的Investigation of Lateral RESURF, 6H--SiC MOSFETs,（Materials Science Forum Vols. 338-342, pp. 1307-1310, 2000）；以及Shenoy等人的High-Voltage Double-Implanted Power MOSFET's in 6H--SiC,（IEEE Electron Device Letters, Vol. 18, No. 3, March 1997, pp. 93-95）。