[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件和用于制造半导体器件的方法，更加具体地，具有碳化硅衬底的半导体器件和用于制造这样的半导体器件的方法。

背景技术

日本专利特开No.2008-288349(专利文献1)公开采用硅衬底的n型IGBT(绝缘栅双极晶体管)。这样的IGBT具有p型集电极层，在硅衬底上形成发射极侧的结构之后，借助于离子注入和热处理形成该p型集电极层。

近年来，替代硅衬底，已经考虑使用作为用于功率半导体器件的衬底的碳化硅衬底。通常在比用于借助于离子注入活化被设置在硅中的杂质的热处理温度高的多的、大约1500℃或者更大的热处理温度下，活化借助于离子注入而被设置在碳化硅(SiC)中的杂质。因此，如果日本专利特开No.2008-288349的技术被应用于使用碳化硅衬底制造IGBT的方法，则发射极侧的结构由于高温加热被损坏。因此，难以应用此技术。

日本国际专利公开No.2010-529646(专利文献2)公开了，当使用碳化硅衬底制造IGBT时，借助于外延生长在n型碳化硅衬底上形成p型集电极层，然后形成发射极侧的结构，并且然后去除n型碳化硅衬底。

引用列表

专利文献

PTL1：日本专利特开No.2008-288349

PTL2：日本国际专利公开No.2010-529646

发明内容

技术问题

根据在日本国际专利公开No.2010-529646中描述的技术，要求p型SiC的外延生长来形成p型集电极层。然而，此技术是非常难的。特别地，非常难以实现在n型碳化硅衬底上的p型SiC的外延生长，n型碳化硅衬底能够被容易地制造以具有比p型碳化硅衬底更高的质量和更大的尺寸。

已经提出本发明以解决前述问题，并且本发明具有提供下述半导体器件的目的，该半导体器件具有碳化硅衬底和p型集电极层，并且能够被容易地制造。其另一目的是提供用于制造半导体器件的方法，从而具有碳化硅衬底和p型集电极层的半导体器件能够被容易地制造。

问题的解决方案

一种半导体器件包括碳化硅衬底、栅极绝缘膜、栅电极、发射极电极、以及p型Si集电极层。碳化硅衬底包括：具有彼此相反的第一和第二表面的n型漂移层；被设置在n型漂移层的第一表面上的p型体区；以及被设置在p型体区上的n型发射极区，该n型发射极区与n型漂移层被p型体区分开。栅极绝缘膜被设置在p型体区上使得n型漂移层和n型发射极区相互连接。栅电极被设置在栅极绝缘膜上。发射极电极与n型发射极区和p型体区中的每一个相接触。p型Si集电极层被直接地设置在碳化硅衬底上以面向n型漂移层的第二表面。

根据如上所述的半导体器件，发射极区、体区、以及漂移区中的每一个是由碳化硅制成，使得获得采用碳化硅的特性的半导体器件。此外，因为Si层被用作集电极层，所以在形成集电极层时没有要求非常困难的p型SiC的外延生长。因此，能够更加容易地制造半导体器件。

在半导体器件中，p型Si集电极层可以由多晶硅制成。以这样的方式，p型Si集电极层能够适合于具有比在p型Si集电极层由非晶硅制成的情况下高的导电性。

在半导体器件中，p型Si集电极层可以由非晶硅制成。因此，能够在比在p型Si集电极层由多晶硅制成的情况下低的温度下形成p型Si集电极层。

在半导体器件中，碳化硅衬底可以包括p型SiC层，该p型SiC层与p型体区被n型漂移层分开并且被直接地设置在p型Si集电极层上。以这样的方式，除了p型Si集电极层之外，p型SiC层能够被用作将正空穴供应到n型漂移层中的来源。因此，更加充足量的正空穴能够被供应到n型漂移层中。

一种用于制造本发明的半导体器件的方法包括下述步骤。通过在n型单晶衬底上外延生长碳化硅的同时向所述碳化硅添加施主型杂质，来形成碳化硅衬底，该碳化硅衬底具有由碳化硅制成的n型单晶衬底和被设置在n型单晶衬底上的n型漂移层。n型漂移层具有彼此相反的第一和第二表面。第二表面面向n型单晶衬底。形成了被设置在n型漂移层的第一表面中的p型体区，和被设置在p型体区上的n型发射极区，该n型发射极区与n型漂移层被p型体区分开。栅极绝缘膜被形成在p型体区上使得n型漂移层和n型发射极区相互连接。栅电极被形成在栅极绝缘膜上。发射极电极被形成与n型发射极区和p型体区中的每一个相接触。通过在碳化硅衬底上沉积硅的同时向所述硅添加受主型杂质，来形成面向n型漂移层的第二表面的p型Si集电极层。