具有再生長柵極的自對準(zhǔn)溝槽場效應(yīng)晶體管和具有再生長基極接觸區(qū)的雙極結(jié)型晶體管及其制造方法
專利匯可以提供具有再生長柵極的自對準(zhǔn)溝槽場效應(yīng)晶體管和具有再生長基極接觸區(qū)的雙極結(jié)型晶體管及其制造方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 描述了具有垂直 溝道 和自對準(zhǔn)再生長柵極的結(jié)型 場效應(yīng)晶體管 以及這些器件的制造方法。該方法采用選擇性生長和/或選擇性去除 半導(dǎo)體 材料的技術(shù)，從而沿著溝道的側(cè)面并在將源極指分隔開的溝槽底部上形成p－n結(jié)柵極。本發(fā)明還描述了具有自對準(zhǔn)再生基極 接觸 區(qū)的 雙極結(jié)型晶體管 的制造方法以及這些器件的制造方法。能夠在 碳 化 硅 中制造這些半導(dǎo)體器件。，下面是具有再生長柵極的自對準(zhǔn)溝槽場效應(yīng)晶體管和具有再生長基極接觸區(qū)的雙極結(jié)型晶體管及其制造方法專利的具體信息內(nèi)容。
1、一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的源極/發(fā)射極層的上表面上設(shè)置 掩模，其中所述源極/發(fā)射極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的 溝道層上或者與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料 的基極層上，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體材料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底層上；
通過所述掩模中的開口，選擇性地蝕刻穿過所述源極/發(fā)射極層并 選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中，從而形成具有底面和 側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
通過所述掩模中的開口，在所述蝕刻出的部位的所述底面和側(cè)壁 上外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，從而形成柵極區(qū)/基極接 觸區(qū)，其中所述掩模阻止了在所述源極/發(fā)射極層的掩蔽的上表面上的 生長；
隨后用平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
蝕刻所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)，直至所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)不再與 所述源極/發(fā)射極層接觸；以及
去除在蝕刻所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)之后殘留的掩模和平坦化材 料。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述掩模包括在再生長掩 模層上設(shè)置的蝕刻掩模層，并且其中所述再生長掩模層位于所述源極/ 發(fā)射極層的上表面上，所述方法進一步包括：在通過所述掩模中的開 口、在所述蝕刻出的部位的所述底面和側(cè)壁上外延生長所述第二導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體材料之前，去除所述蝕刻掩模層，同時保留在所述源極/ 發(fā)射極層的所述上表面上的所述再生長掩模層。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在隨后用平坦化材料填充所述蝕 刻出的部位之前，進一步包括：
在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上和所述蝕刻出的部位的底 面上，各向異性地沉積干法蝕刻掩模材料；
蝕刻所述干法蝕刻掩模材料，從而使在與所述源極/發(fā)射極層的所 述上表面鄰近的、所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上的柵極層/基極接觸 層暴露。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在通過所述掩模中的開口、 在所述蝕刻出的部位的所述底面和側(cè)壁上外延生長所述第二導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體材料包括：外延生長具有第一摻雜濃度的所述第二導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體材料，隨后外延生長具有第二摻雜濃度的所述第二導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體材料。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一摻雜濃度低于所述 第二摻雜濃度。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型是n型， 并且其中所述第二導(dǎo)電類型是p型。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述襯底是n型襯底。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底是半絕緣的。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位于所 述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，并且其中所述溝道層和所 述漂移層是一個單層。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位于所 述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，其中所述溝道層和所述漂 移層是不同的層，并且其中所述溝道層具有比所述漂移層更高的摻雜 濃度。
11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底層以及所 述源極/發(fā)射極層、所述溝道層或基極層、所述漂移層和所述柵極區(qū)/ 基極接觸區(qū)的半導(dǎo)體材料均為SiC半導(dǎo)體材料。
12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體材料的緩沖層位于所述襯底層和所述漂移層之間。
13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述漂移層具有1×1014 至1×1017個原子/cm3的摻雜濃度。
14、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溝道層或基極層具有 1×1015至1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
15、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層具有大 于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
16、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)具 有大于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
17、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述再生長掩模層包括TaC。
18、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述蝕刻掩模層包括鎳。
19、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中設(shè)置掩模包括：在所述源 極/發(fā)射極層的所述上表面上沉積再生長掩模材料層，對在所述再生長 掩模材料層上的所述蝕刻掩模層進行構(gòu)圖，并通過所述蝕刻掩模層中 的開口蝕刻所述再生長掩模材料層。
20、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇性地蝕刻穿過所述源 極/發(fā)射極層并選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中包括：蝕 刻穿過所述溝道層或基極層，以暴露下層的漂移層。
21、根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中選擇性地蝕刻穿過所述源 極/發(fā)射極層并選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中進一步 包括：蝕刻穿過所述溝道層或基極層，并蝕刻到所述下層的漂移層中。
22、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū) 生長為至少50nm的外延厚度。
23、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述平坦化材料是光刻膠。
24、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中用所述平坦化材料填充所 述蝕刻出的部位包括：
在所述器件的所述蝕刻出的表面上旋轉(zhuǎn)涂覆所述光刻膠；
烘焙所述器件上的所述光刻膠；以及
選擇性地蝕刻所述光刻膠。
25、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用平坦化材料填充所述蝕 刻出的部位包括：
在所述器件的所述蝕刻出的表面上涂覆所述平坦化材料；以及
選擇性地蝕刻所涂覆的平坦化材料。
26、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在蝕刻所述柵極區(qū)/基極接 觸區(qū)之后，平坦化材料殘留在所述蝕刻出的部位的所述底面上。
27、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括：在去除再生長掩 模層和平坦化材料之后的某一時刻，在暴露出的源極/發(fā)射極層上形成 接觸，在暴露出的柵極層/基極接觸層上形成接觸，并且在與所述漂移 層相對的所述襯底層上形成接觸。
28、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蝕刻出的部位包括： 多個第一延伸區(qū)，所述多個第一延伸區(qū)在第一方向上取向，并從在第 二方向上取向的第二延伸區(qū)延伸。
29、根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述第二方向大致垂直于 所述第一方向。
30、一種通過權(quán)利要求1所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
31、根據(jù)權(quán)利要求30所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所述 第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層。
32、根據(jù)權(quán)利要求30所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所述 第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的基極層。
33、一種通過權(quán)利要求28所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
34、一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的源極/發(fā)射極層的上表面上設(shè)置 蝕刻掩模，其中所述源極/發(fā)射極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材 料的溝道層上或者與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 材料的基極層上，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體材料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底層上；
通過所述蝕刻掩模中的開口，選擇性地蝕刻穿過所述源極/發(fā)射極 層并選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中，從而形成具有底 面和側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
去除所述蝕刻掩模，從而暴露所述源極/發(fā)射極層的所述上表面；
在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上并在所述蝕刻出的部位的 所述底面和側(cè)壁上，外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的柵極 層/基極接觸層；
隨后用第一平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
蝕刻穿過在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上的所述柵極層/基 極接觸層，從而暴露下層的源極/發(fā)射極層；
去除在蝕刻穿過所述柵極層/基極接觸層之后殘留的第一平坦化 材料；
在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上并在所述蝕刻出的部位的 底面上，各向異性地沉積干法蝕刻掩模材料；
蝕刻所述干法蝕刻掩模材料，從而使在與所述源極/發(fā)射極層的所 述上表面鄰近的、所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上的柵極層/基極接觸 層暴露；
用第二平坦化材料填充所述蝕刻出的部位，從而使與所述蝕刻出 的部位的所述側(cè)壁上的所述源極/發(fā)射極層鄰近的所述柵極層/基極接 觸層暴露；
蝕刻穿過與所述源極/發(fā)射極層鄰近的、所述蝕刻出的部位的所述 側(cè)壁上暴露出的柵極層/基極接觸層，從而暴露下層的源極/發(fā)射極層， 直至在所述蝕刻出的部位中殘留的所述柵極層/基極接觸層不再接觸 所述源極/發(fā)射極層；以及
去除在蝕刻穿過在所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上暴露出的柵極 層/基極接觸層之后殘留的第二平坦化材料。
35、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中外延生長所述第二導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體材料的柵極層/基極接觸層包括：外延生長具有第一摻雜濃 度的所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，隨后外延生長具有第二摻雜濃 度的所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料。
36、根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第一摻雜濃度低于所 述第二摻雜濃度。
37、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型是n型 并且其中所述第二導(dǎo)電類型是p型。
38、根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述襯底是n型襯底。
39、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述襯底是半絕緣的。
40、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位于 所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，并且其中所述溝道層和 所述漂移層是一個單層。
41、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位于 所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，其中所述溝道層和所述 漂移層是不同的層，并且其中所述溝道層具有比所述漂移層更高的摻 雜濃度。
42、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底層以及所 述源極/發(fā)射極層、所述溝道層或基極層、所述漂移層和所述柵極層/ 基極接觸層的半導(dǎo)體材料均為SiC半導(dǎo)體材料。
43、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中各向異性地沉積干法蝕刻 掩模材料包括通過電子束蒸發(fā)沉積所述干法蝕刻掩模材料。
44、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中蝕刻所述干法蝕刻掩模材 料包括采用濕法或干法工藝各向同性地蝕刻所述干法蝕刻掩模材料。
45、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體材料的緩沖層位于位于所述襯底層和所述漂移層之間。
46、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述漂移層具有1×1014 至1×1017個原子/cm3的摻雜濃度。
47、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述溝道層或基極層具有 1×1015至1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
48、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層具有 大于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
49、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述柵極層/基極接觸層 具有大于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
50、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述蝕刻掩模層包括鎳。
51、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中選擇性地蝕刻穿過所述源 極/發(fā)射極層并選擇性地蝕刻到所述下層的溝道層或基極層中包括：蝕 刻穿過所述溝道層或基極層，從而暴露下層的漂移層。
52、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中選擇性地蝕刻穿過所述源 極/發(fā)射極層并蝕刻到所述下層的溝道層或基極層中包括：蝕刻穿過所 述溝道層或基極層，并蝕刻到所述下層的漂移層中。
53、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中將所述柵極層/基極接觸 層生長為至少50nm的外延厚度。
54、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述第一平坦化材料和所 述第二平坦化材料均為光刻膠。
55、根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中用第一平坦化材料填充所 述蝕刻出的部位以及用第二平坦化材料填充所述蝕刻出的部位中的每 一次填充均包括：
在所述器件的所述蝕刻出的表面上旋轉(zhuǎn)涂覆所述光刻膠；
烘焙所述器件上的所述光刻膠；以及
選擇性蝕刻所述光刻膠。
56、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中用平坦化材料填充所述蝕 刻出的部位包括：
在所述器件的所述蝕刻出的表面上涂覆所述平坦化材料；以及
選擇性地蝕刻所涂覆的平坦化材料。
57、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中在蝕刻穿過在所述源極/ 發(fā)射極層的所述上表面上的所述柵極層/基極接觸層之后，第一平坦化 材料殘留在所述蝕刻出的部位的所述底面上。
58、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中對在蝕刻出的部位的所述 側(cè)壁上暴露的柵極層/基極接觸層進行蝕刻之后，第二平坦化材料殘留 在所述蝕刻出的部位的所述底面上。
59、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，進一步包括：在暴露出的源極 /發(fā)射極層上形成源極/發(fā)射極接觸，在蝕刻出的部位的底面上暴露的柵 極層/基極接觸層之上形成柵極/基極接觸，并且在與所述漂移層相對的 所述襯底層上形成接觸。
60、根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述蝕刻出的部位包括： 多個第一延伸區(qū)，所述多個第一延伸區(qū)在第一方向上取向，并從在第 二方向上取向的第二延伸區(qū)延伸。
61、根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中所述第二方向大致垂直于 所述第一方向。
62、一種通過權(quán)利要求34所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
63、根據(jù)權(quán)利要求62所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所述 第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層。
64、根據(jù)權(quán)利要求62所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所述 第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的基極層。
65、一種通過權(quán)利要求60所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
66、一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層的上表面上，或者在與所 述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的基極層上設(shè)置蝕 刻掩模，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材 料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底層上；
通過所述蝕刻掩模中的開口，對所述溝道層或基極層進行選擇性 地蝕刻，從而形成具有底面和側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
去除所述蝕刻掩模，從而暴露所述溝道層或基極層的所述上表面；
在所述溝道層或基極層的所述上表面上并在所述蝕刻出的部位的 所述底面和側(cè)壁上，外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的柵極 層/基極接觸層；
隨后用第一平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
蝕刻穿過在所述溝道層或基極層的所述上表面上的所述柵極層/ 基極接觸層，從而使柵極層/基極接觸層保留在所述蝕刻出的部位的所 述底面和側(cè)壁上；
去除在蝕刻穿過所述柵極層/基極接觸層之后殘留的第一平坦化 材料；
在所述溝道層或基極層的所述上表面上、并在所述蝕刻出的部位 的所述底面和側(cè)壁上的所述柵極層/基極接觸層上，沉積再生長掩模 層；
隨后用第二平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
蝕刻穿過在所述溝道層或基極層的所述上表面上的所述再生長掩 模層，以暴露下層的溝道層或基極層，其中再生長掩模層保留在所述 蝕刻出的部位的所述底面和側(cè)壁上的所述柵極層/基極接觸層上；
去除在蝕刻穿過所述再生長掩模層之后殘留的第二平坦化材料；
在所述溝道層或基極層的所述上表面上外延生長所述第一導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體材料的第一層，其中在所述蝕刻出的部位的所述底面和側(cè) 壁上的所述柵極層/基極接觸層上殘留的所述再生長掩模層阻止了所 述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的所述第一層的生長；
在所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的所述第一層上外延生長所述 第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的第二層，其中在所述蝕刻出的部位的所 述底面和側(cè)壁上的所述柵極層/基極接觸層上殘留的所述再生長掩模 層阻止了所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的所述第二層的生長；以及
去除殘留的再生長掩模層。
67、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中外延生長所述第二導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體材料的柵極層/基極接觸層包括：外延生長具有第一摻雜濃 度的所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，隨后外延生長具有第二摻雜濃 度的所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料。
68、根據(jù)權(quán)利要求67所述的方法，其中所述第一摻雜濃度低于所 述第二摻雜濃度。
69、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型是n型 并且其中所述第二導(dǎo)電類型是p型。
70、根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中所述襯底是n型襯底。
71、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述襯底是半絕緣的。
72、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位于 所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，并且其中所述溝道層和 所述漂移層是一個單層。
73、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位于 所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，其中所述溝道層和所述 漂移層是不同的層，并且其中所述溝道層具有比所述漂移層更高的摻 雜濃度。
74、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底層以及所 述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的所述第一層、所述第一導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體材料的所述第二層、所述溝道層或基極層、所述漂移層和所述柵 極層/基極接觸層中的每一層的半導(dǎo)體材料均為SiC半導(dǎo)體材料。
75、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體材料的緩沖層位于所述襯底層和所述漂移層之間。
76、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述漂移層具有1×1014 至1×1017個原子/cm3的摻雜濃度。
77、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述溝道層或基極層具有 1×1015至1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
78、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體材料的所述第二層具有大于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
79、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體材料的所述第一層具有1×1014至1×1017個原子/cm3的摻雜濃度。
80、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述柵極層/基極接觸層 具有大于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
81、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述再生長掩模層包括 TaC。
82、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述蝕刻掩模包括鎳。
83、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中選擇性地蝕刻所述溝道層 或基極層包括：蝕刻穿過所述溝道層或基極層，從而暴露下層的漂移 層。
84、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中選擇性地蝕刻所述溝道層 或基極層包括：蝕刻穿過所述溝道層或基極層并蝕刻到所述下層的漂 移層中。
85、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中將所述柵極層/基極接觸 層生長為至少50nm的外延厚度。
86、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述第一平坦化材料和所 述第二平坦化材料中的每一種均為光刻膠。
87、根據(jù)權(quán)利要求86所述的方法，其中用第一平坦化材料填充所 述蝕刻出的部位，以及用第二平坦化材料填充所述蝕刻出的部位中的 每一次填充均包括：
在所述器件的所蝕刻出的表面上旋轉(zhuǎn)涂覆所述光刻膠；
烘焙所述器件上的所述光刻膠；以及
選擇性地蝕刻所述光刻膠。
88、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中用第一平坦化材料填充所 述蝕刻出的部位，以及用第二平坦化材料填充所述蝕刻出的部位中的 每一次填充均包括：
在所述器件的所蝕刻出的表面上涂覆所述平坦化材料；以及
選擇性地蝕刻所涂覆的平坦化材料。
89、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中在蝕刻穿過所述柵極層/ 基極接觸層之后，第一平坦化材料殘留在所述蝕刻出的部位的所述底 面上。
90、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中在蝕刻穿過所述再生長掩 模層之后，第二平坦化材料殘留在所述蝕刻出的部位的所述底面上。
91、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，進一步包括：在去除殘留的再 生長掩模層之后的某一時刻，在所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的暴 露出的第二層上形成接觸，在暴露出的柵極層/基極接觸層上形成接 觸，并且在與所述漂移層相對的所述襯底層上形成接觸。
92、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述蝕刻出的部位包括： 多個第一延伸區(qū)，所述多個第一延伸區(qū)在第一方向上取向，并從在第 二方向上取向的第二延伸區(qū)延伸。
93、根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中所述第二方向大致垂直于 所述第一方向。
94、根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體材料的所述第一層和所述第二層突出于所述蝕刻出的部位之上。
95、根據(jù)權(quán)利要求94所述的方法，進一步包括：在蝕刻出的部位 中暴露的柵極層/基極接觸層上沉積接觸材料，其中突出于所述蝕刻出 的部位之上的所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的所述第一層和所述第 二層防止在所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上沉積接觸材料。
96、根據(jù)權(quán)利要求94所述的方法，進一步包括：在暴露出的所述 第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的第二層上沉積接觸。
97、根據(jù)權(quán)利要求96所述的方法，其中在暴露出的所述第一導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體材料的第二層上沉積接觸包括：在所述蝕刻出的部位的 相對側(cè)壁上沉積金屬層，所述金屬層橋接突出于所述蝕刻出的部位的 所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的所述第一層和所述第二層。
98、一種通過權(quán)利要求66所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
99、根據(jù)權(quán)利要求98所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所述 第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層。
100、根據(jù)權(quán)利要求98所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所 述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的基極層。
101、一種通過權(quán)利要求92所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
102、一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的源極/發(fā)射極層的上表面上設(shè)置 蝕刻掩模，其中所述源極/發(fā)射極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材 料的溝道層上或者與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 材料的基極層上，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體材料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底層上；
通過所述蝕刻掩模中的開口，選擇性地蝕刻穿過所述源極/發(fā)射極 層并選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中，從而形成具有底 面和側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
去除所述蝕刻掩模，從而暴露所述源極/發(fā)射極層的所述上表面；
在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上并在所述蝕刻出的部位的 所述底面和側(cè)壁上，外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的柵極 層/基極接觸層；
隨后用平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上并在與所述源極/發(fā)射極層 接觸的所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上，蝕刻穿過所述柵極層/基極接 觸層，直至所述柵極層/基極接觸層不再與所述源極/發(fā)射極層接觸，其 中柵極層/基極接觸層保留在所述蝕刻出的部位的所述底面上，并保留 在與所述溝道層或基極層接觸的所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上；以 及
去除在蝕刻穿過所述柵極層/基極接觸層之后殘留的平坦化材料。
103、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中外延生長所述第二導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體材料的柵極層/基極接觸層包括：外延生長具有第一摻雜 濃度的所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，隨后外延生長具有第二摻雜 濃度的所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料。
104、根據(jù)權(quán)利要求103所述的方法，其中所述第一摻雜濃度低于 所述第二摻雜濃度。
105、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型是n 型并且其中所述第二導(dǎo)電類型是p型。
106、根據(jù)權(quán)利要求105所述的方法，其中所述襯底是n型襯底。
107、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述襯底是半絕緣的。
108、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位 于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，并且其中所述溝道層 和所述漂移層是一個單層。
109、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位 于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，其中所述溝道層和所 述漂移層是不同的層，并且其中所述溝道層具有比所述漂移層更高的 摻雜濃度。
110、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底層以及 所述源極/發(fā)射極層、所述溝道層或基極層、所述漂移層和所述柵極層 /基極接觸層的半導(dǎo)體材料均為SiC半導(dǎo)體材料。
111、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體材料的緩沖層位于所述襯底層和所述漂移層之間。
112、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述漂移層具有1×1014 至1×1017個原子/cm3的摻雜濃度。
113、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述溝道層或基極層具 有1×1015至1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
114、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層具 有大于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
115、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述柵極層/基極接觸 層具有大于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
116、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述蝕刻掩模包括鎳。
117、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中選擇性地蝕刻穿過所述 源極/發(fā)射極層并選擇性地蝕刻到所述下層的溝道層或基極層中包括： 蝕刻穿過所述溝道層或基極層，從而暴露下層的漂移層。
118、根據(jù)權(quán)利要求117所述的方法，其中選擇性地蝕刻穿過所述 源極/發(fā)射極層并選擇性地蝕刻到所述下層的溝道層或基極層中包括： 蝕刻穿過所述溝道層或基極層，并蝕刻到所述下層的漂移層中。
119、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中將所述柵極層/基極接 觸層生長為至少50nm的外延厚度。
120、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述平坦化材料是光刻 膠。
121、根據(jù)權(quán)利要求120所述的方法，其中用平坦化材料填充所述 蝕刻出的部位包括：
在所述器件的所蝕刻出的表面上旋轉(zhuǎn)涂覆所述光刻膠；
烘焙所述器件上的所述光刻膠；以及
選擇性地蝕刻所述光刻膠。
122、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中用所述平坦化材料填充 所述蝕刻出的部位包括：
在所述器件的所蝕刻出的表面上涂覆所述平坦化材料；以及
選擇性地蝕刻所涂覆的平坦化材料。
123、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中在蝕刻穿過所述柵極層 /基極接觸層之后，平坦化材料保留在所述蝕刻出的部位的所述底面 上。
124、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，進一步包括：在去除平坦化 材料之后的某一時刻，在暴露出的源極/發(fā)射極層上形成接觸，在暴露 出的柵極層/基極接觸層上形成接觸，并且在與所述漂移層相對的所述 襯底層上形成接觸。
125、根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其中所述蝕刻出的部位包括： 多個第一延伸區(qū)，所述多個第一延伸區(qū)在第一方向上取向，并從在第 二方向上取向的第二延伸區(qū)延伸。
126、根據(jù)權(quán)利要求125所述的方法，其中所述第二方向大致垂直 于所述第一方向。
127、一種通過權(quán)利要求102所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
128、根據(jù)權(quán)利要求127所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所 述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層。
129、根據(jù)權(quán)利要求127所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所 述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的基極層。
130、一種通過權(quán)利要求125所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
131、一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的源極/發(fā)射極層的上表面上設(shè)置 蝕刻/再生長掩模，其中所述源極/發(fā)射極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體材料的溝道層上或者與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體材料的基極層上，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體材料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底 層上；
通過所述蝕刻/再生長掩模中的開口，選擇性地蝕刻穿過所述源極 /發(fā)射極層并選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中，從而形成 具有底面和側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
通過所述蝕刻/再生長掩模中的開口，在所述蝕刻出的部位的所述 底面和側(cè)壁上外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，從而形成柵 極區(qū)/基極接觸區(qū)，其中所述蝕刻/再生長掩模阻止了所述源極/發(fā)射極 層的掩模上表面的生長；
選擇性地去除所述蝕刻/再生長掩模，從而暴露所述源極/發(fā)射極層 的所述上表面；
在蝕刻出的部位的底面上、并在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面 或所述蝕刻/再生長掩模中的任意一個之上，沉積干法蝕刻掩模材料；
蝕刻所述干法蝕刻掩模材料，從而暴露所述蝕刻出的部位的所述 側(cè)壁上的所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)的頂部部分；
用平坦化材料填充所述蝕刻出的部位，從而使在所述蝕刻出的部 位的所述側(cè)壁上的所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)的所述頂部部分保持暴露 狀態(tài)；
蝕刻穿過與所述源極/發(fā)射極層相鄰的所述蝕刻出的部位的所述 側(cè)壁上暴露的柵極層/基極接觸層，從而暴露下層的源極/發(fā)射極層，直 至在所述蝕刻出的部位中殘留的所述柵極層/基極接觸層不再接觸所 述源極/發(fā)射極層；以及
去除在蝕刻穿過在所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上暴露的柵極層 /基極接觸層之后殘留的蝕刻/再生長掩模和平坦化材料。
132、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述蝕刻/再生長掩模 包括在再生長掩模層上設(shè)置的蝕刻掩模層，并且其中所述再生長掩模 層位于所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上，所述方法進一步包括：在 所述蝕刻出的部位的所述底面和側(cè)壁上外延生長所述第二導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體材料之前，去除所述蝕刻掩模層，同時保留在所述源極/發(fā)射極 層的所述上表面上的所述再生長掩模層。
133、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述蝕刻/再生長掩模 是一個單層。
134、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中在所述蝕刻出的部位的 所述底面和側(cè)壁上外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料包括：外 延生長具有第一摻雜濃度的所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，隨后外 延生長具有第二摻雜濃度的所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料。
135、根據(jù)權(quán)利要求134所述的方法，其中所述第一摻雜濃度低于 所述第二摻雜濃度。
136、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型是n 型并且其中所述第二導(dǎo)電類型是p型。
137、根據(jù)權(quán)利要求136所述的方法，其中所述襯底是n型襯底。
138、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述襯底是半絕緣的底。
139、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位 于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，并且其中所述溝道層 和所述漂移層是一個單層。
140、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層位 于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層上，其中所述溝道層和所 述漂移層是不同的層，并且其中所述溝道層具有比所述漂移層更高的 摻雜濃度。
141、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底層以及 所述源極/發(fā)射極層、所述溝道層或基極層、所述漂移層和所述柵極層 /基極接觸層的半導(dǎo)體材料均為SiC半導(dǎo)體材料。
142、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體材料的緩沖層位于所述襯底層和所述漂移層之間。
143、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述緩沖層是碳化硅。
144、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述漂移層具有1×1014 至1×1017個原子/cm3的摻雜濃度。
145、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述溝道層或基極層具 有1×1015至1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
146、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述源極/發(fā)射極層具 有大于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
147、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述柵極區(qū)/基極接觸 區(qū)具有大于1×1018個原子/cm3的摻雜濃度。
148、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述再生長掩模層包括 TaC。
149、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述蝕刻掩模層包括鎳。
150、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中設(shè)置蝕刻/再生長掩模 包括：在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上沉積再生長掩模材料的 層，在所述再生長掩模材料的層上對蝕刻掩模層進行構(gòu)圖，并且通過 所述蝕刻掩模層中的開口蝕刻所述再生長掩模材料的層。
151、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中選擇性地蝕刻穿過所述 源極/發(fā)射極層并選擇性地蝕刻到所述下層的溝道層或基極層中包括： 蝕刻穿過所述溝道層或基極層，從而暴露下層的漂移層。
152、根據(jù)權(quán)利要求151所述的方法，其中選擇性地蝕刻穿過所述 源極/發(fā)射極層并選擇性地蝕刻到所述下層的溝道層或基極層中進一 步包括：蝕刻穿過所述溝道層或基極層，并蝕刻到所述下層的漂移層 中。
153、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中將所述柵極區(qū)/基極接 觸區(qū)生長為至少50nm的外延厚度。
154、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述平坦化材料是光刻 膠。
155、根據(jù)權(quán)利要求154所述的方法，其中用平坦化材料填充所述 蝕刻出的部位包括：
在所述器件的所蝕刻出的表面上旋轉(zhuǎn)涂覆所述光刻膠；
烘焙所述器件上的所述光刻膠；以及
選擇性地蝕刻所述光刻膠。
156、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中用平坦化材料填充所述 蝕刻出的部位包括：
在所述器件的所蝕刻出的表面上涂覆所述平坦化材料；以及
選擇性地蝕刻所涂覆的平坦化材料。
157、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中在蝕刻所述柵極區(qū)/基 極接觸區(qū)之后，平坦化材料殘留在所述蝕刻出的部位的所述底面上。
158、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，進一步包括：在暴露出的源 極/發(fā)射極層上形成源極/發(fā)射極接觸，在所述蝕刻出的部位的底面上暴 露的柵極層/基極接觸層之上形成柵極/基極接觸，并且在與所述漂移層 相對的所述襯底層上形成接觸。
159、根據(jù)權(quán)利要求158所述的方法，其中在去除蝕刻/再生長掩 模和平坦化材料之后，在某一時刻形成所述接觸。
160、根據(jù)權(quán)利要求158所述的方法，其中在外延生長所述第二導(dǎo) 電類型的半導(dǎo)體材料之后，并在沉積干法蝕刻掩模材料之前，形成所 述柵極/基極接觸，并且其中在所述蝕刻出的部位的底面上的所述柵極 /基極接觸之上沉積干法蝕刻掩模材料。
161、根據(jù)權(quán)利要求131所述的方法，其中所述蝕刻出的部位包括： 多個第一延伸區(qū)，所述多個第一延伸區(qū)在第一方向上取向，并從在第 二方向上取向的第二延伸區(qū)延伸。
162、根據(jù)權(quán)利要求161所述的方法，其中所述第二方向大致垂直 于所述第一方向。
163、一種通過權(quán)利要求131所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
164、根據(jù)權(quán)利要求163所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所 述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層。
165、根據(jù)權(quán)利要求163所述的半導(dǎo)體器件，其中所述器件包括所 述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的基極層。
166、一種通過權(quán)利要求161所述的方法制造的半導(dǎo)體器件。
167、根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中在去除所述第二平坦化 材料之后，在某一時刻形成所述接觸。
168、根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中在外延生長所述第二導(dǎo) 電類型的半導(dǎo)體材料之后，并在沉積干法蝕刻掩模材料之前，形成所 述柵極/基極接觸，并且其中在所述蝕刻出的部位的底面上的所述柵極 /基極接觸之上沉積干法蝕刻掩模材料。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及一種設(shè)計用于高速、大功率應(yīng)用的半導(dǎo)體功率器 件領(lǐng)域，具體地，涉及具有垂直溝道和再生長p-n結(jié)柵極的場效應(yīng)晶體 管(FET)以及具有再生長基極接觸區(qū)的雙極結(jié)型晶體管(BJT)的制 造。
背景技術(shù)
FET的柵極可以是金屬-半導(dǎo)體肖特基勢壘(MESFET)、p-n結(jié) (JFET)、或金屬-氧化物-半導(dǎo)體柵極(MOSFET)。p-n結(jié)FET(JFET) 具有N型半導(dǎo)體(N溝道)或P型半導(dǎo)體(P溝道)材料的溝道和在 該溝道上的相反半導(dǎo)體類型的半導(dǎo)體材料的柵極。金屬-半導(dǎo)體-場效 應(yīng)晶體管(MESFET)具有N型或P型半導(dǎo)體材料的溝道和在該溝道 上的肖特基金屬柵極。
雙極結(jié)型晶體管(BJT)是具有兩個緊接的PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。 BJT具有典型為輕摻雜的薄中央?yún)^(qū)，該中央?yún)^(qū)公知為具有與周圍材料 極性相反的主電荷載流子的基極(B)。器件的兩個外側(cè)區(qū)域公知為發(fā) 射極(E)和集電極(C)。在適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件之下，發(fā)射極將主電荷 載流子注入到基極區(qū)中。因為基極較薄，所以這些電荷載流子的絕大 多數(shù)將最終到達(dá)集電極。發(fā)射極典型為重?fù)诫s，以降低電阻，并且集 電極典型為輕摻雜，以減小集電極-基極結(jié)的結(jié)電容。
典型地采用離子注入技術(shù)來制造諸如FET和BJT的半導(dǎo)體器件。 然而，離子注入需要高溫后注入退火，高溫后注入退火增加了制造器 件所需的時間并且會對器件產(chǎn)生損傷。
因此，仍然需要用于制造諸如FET和BJT的半導(dǎo)體器件的改進方 法。
發(fā)明內(nèi)容
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的源極/發(fā)射極層的上表面上設(shè)置 掩模，其中所述源極/發(fā)射極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的 溝道層上或者與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料 的基極層上，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體材料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底層上；
通過所述掩模中的開口，選擇性地蝕刻穿過所述源極/發(fā)射極層并 選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中，從而形成具有底面和 側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
通過所述掩模中的開口，在所述蝕刻出的部位的所述底面和側(cè)壁 上外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，從而形成柵極區(qū)/基極接 觸區(qū)，其中所述掩模阻止了在所述源極/發(fā)射極層的掩蔽的上表面上的 生長；
隨后用平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
蝕刻所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)，直至所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)不再與 所述源極/發(fā)射極層接觸；以及
去除在蝕刻所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)之后殘留的掩模和平坦化材 料。
根據(jù)第二實施方案，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該制造方 法包括：
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的源極/發(fā)射極層的上表面上設(shè)置 蝕刻掩模，其中所述源極/發(fā)射極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材 料的溝道層上或者與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 材料的基極層上，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體材料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底層上；
通過所述蝕刻掩模中的開口，選擇性地蝕刻穿過所述源極/發(fā)射極 層并選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中，從而形成具有底 面和側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
去除所述蝕刻掩模，從而暴露所述源極/發(fā)射極層的所述上表面；
在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上并在所述蝕刻出的部位的 所述底面和側(cè)壁上，外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的柵極 層/基極接觸層；
隨后用第一平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
蝕刻穿過在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上的所述柵極層/基 極接觸層，從而暴露下層的源極/發(fā)射極層；
去除在蝕刻穿過所述柵極層/基極接觸層之后殘留的第一平坦化 材料；
在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上并在所述蝕刻出的部位的 底面上，各向異性地沉積干法蝕刻掩模材料；
蝕刻所述干法蝕刻掩模材料，從而使在與所述源極/發(fā)射極層的所 述上表面鄰近的、所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上的柵極層/基極接觸 層暴露；
用第二平坦化材料填充所述蝕刻出的部位，從而使與所述蝕刻出 的部位的所述側(cè)壁上的所述源極/發(fā)射極層鄰近的所述柵極層/基極接 觸層暴露；
蝕刻穿過與所述源極/發(fā)射極層鄰近的、所述蝕刻出的部位的所述 側(cè)壁上暴露出的柵極層/基極接觸層，從而暴露下層的源極/發(fā)射極層， 直至在所述蝕刻出的部位中殘留的所述柵極層/基極接觸層不再接觸 所述源極/發(fā)射極層；以及
去除在蝕刻穿過在所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上暴露的柵極層 /基極接觸層之后殘留的干法蝕刻掩模材料和第二平坦化材料。
根據(jù)第三實施方案，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該制造方 法包括：
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的溝道層的上表面上，或者在與所 述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的基極層上設(shè)置蝕 刻掩模，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材 料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底層上；
通過所述蝕刻掩模中的開口，對所述溝道層或基極層進行選擇性 地蝕刻，從而形成具有底面和側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
去除所述蝕刻掩模，從而暴露所述溝道層或基極層的所述上表面；
在所述溝道層或基極層的所述上表面上并在所述蝕刻出的部位的 所述底面和側(cè)壁上，外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的柵極 層/基極接觸層；
隨后用第一平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
蝕刻穿過在所述溝道層或基極層的所述上表面上的所述柵極層/ 基極接觸層，從而使柵極層/基極接觸層保留在所述蝕刻出的部位的所 述底面和側(cè)壁上；
去除在蝕刻穿過所述柵極層/基極接觸層之后殘留的第一平坦化 材料；
在所述溝道層或基極層的所述上表面上、并在所述蝕刻出的部位 的所述底面和側(cè)壁上的所述柵極層/基極接觸層上，沉積再生長掩模 層；
隨后用第二平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
蝕刻穿過在所述溝道層或基極層的所述上表面上的所述再生長掩 模層，以暴露下層的溝道層或基極層，其中再生長掩模層保留在所述 蝕刻出的部位的所述底面和側(cè)壁上的所述柵極層/基極接觸層上；
去除在蝕刻穿過所述再生長掩模層之后殘留的第二平坦化材料；
在所述溝道層或基極層的所述上表面上外延生長所述第一導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體材料的第一層，其中在所述蝕刻出的部位的所述底面和側(cè) 壁上的所述柵極層/基極接觸層上殘留的所述再生長掩模層阻止了所 述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的所述第一層的生長；
在所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的所述第一層上外延生長所述 第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的第二層，其中在所述蝕刻出的部位的所 述底面和側(cè)壁上的所述柵極層/基極接觸層上殘留的所述再生長掩模 層阻止了所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的所述第二層的生長；以及
去除殘留的再生長掩模層。
根據(jù)第四實施方案，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該制造方 法包括：
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的源極/發(fā)射極層的上表面上設(shè)置 蝕刻掩模，其中所述源極/發(fā)射極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材 料的溝道層上或者與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 材料的基極層上，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體材料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底層上；
通過所述蝕刻掩模中的開口，選擇性地蝕刻穿過所述源極/發(fā)射極 層并選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中，從而形成具有底 面和側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
去除所述蝕刻掩模，從而暴露所述源極/發(fā)射極層的所述上表面；
在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上并在所述蝕刻出的部位的 所述底面和側(cè)壁上，外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的柵極 層/基極接觸層；
隨后用平坦化材料填充所述蝕刻出的部位；
在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面上并在與所述源極/發(fā)射極層 接觸的所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上，蝕刻穿過所述柵極層/基極接 觸層，直至所述柵極層/基極接觸層不再與所述源極/發(fā)射極層接觸，其 中柵極層/基極接觸層保留在所述蝕刻出的部位的所述底面上，并保留 在與所述溝道層或基極層接觸的所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上；以 及
去除在蝕刻穿過所述柵極層/基極接觸層之后殘留的平坦化材料。
根據(jù)第五實施方案，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該制造方 法包括：
在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料的源極/發(fā)射極層的上表面上設(shè)置 蝕刻/再生長掩模，其中所述源極/發(fā)射極層位于所述第一導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體材料的溝道層上或者與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型的 半導(dǎo)體材料的基極層上，其中所述溝道層或基極層位于所述第一導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體材料的漂移層上，并且其中所述漂移層位于半導(dǎo)體襯底 層上；
通過所述蝕刻/再生長掩模中的開口，選擇性地蝕刻穿過所述源極 /發(fā)射極層并選擇性地蝕刻到下層的所述溝道層或基極層中，從而形成 具有底面和側(cè)壁的一個或多個蝕刻出的部位；
通過所述蝕刻/再生長掩模中的開口，在所述蝕刻出的部位的所述 底面和側(cè)壁上外延生長所述第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料，從而形成柵 極區(qū)/基極接觸區(qū)，其中所述蝕刻/再生長掩模阻止了所述源極/發(fā)射極 層的掩模上表面的生長；
選擇性地去除所述蝕刻/再生長掩模，從而暴露所述源極/發(fā)射極層 的所述上表面；
在蝕刻出的部位的底面上、并在所述源極/發(fā)射極層的所述上表面 或所述蝕刻/再生長掩模中的任意一個之上，沉積干法蝕刻掩模材料；
蝕刻所述干法蝕刻掩模材料，從而暴露所述蝕刻出的部位的所述 側(cè)壁上的所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)的頂部部分；
用平坦化材料填充所述蝕刻出的部位，從而使在所述蝕刻出的部 位的所述側(cè)壁上的所述柵極區(qū)/基極接觸區(qū)的所述頂部部分保持暴露 狀態(tài)；
蝕刻穿過與所述源極/發(fā)射極層相鄰的所述蝕刻出的部位的所述 側(cè)壁上暴露的柵極層/基極接觸層，從而暴露下層的源極/發(fā)射極層，直 至在所述蝕刻出的部位中殘留的所述柵極層/基極接觸層不再接觸所 述源極/發(fā)射極層；以及
去除在蝕刻穿過在所述蝕刻出的部位的所述側(cè)壁上暴露的柵極層 /基極接觸層之后殘留的蝕刻/再生長掩模和平坦化材料。
附圖說明
圖1A-1D示出了以下兩者的制造：利用還兼作為自對準(zhǔn)干法蝕刻 掩模的自對準(zhǔn)再生長掩模、通過選擇性再生長形成的具有p-n結(jié)柵極 的垂直溝槽FET；或者利用還兼作為自對準(zhǔn)干法蝕刻掩模的自對準(zhǔn)再 生長掩模、通過選擇性再生長形成的具有基極接觸區(qū)的BJT。
圖2A-2K示出了以下兩者的制造：利用自對準(zhǔn)的后再生長蝕刻掩 模敷金屬、通過再生長和深蝕刻形成的具有p-n結(jié)柵極的垂直溝槽 FET；或者利用自對準(zhǔn)的后再生長蝕刻掩模敷金屬、通過再生長和深 蝕刻形成的具有基極接觸區(qū)的BJT。
圖3A-3K示出了以下兩者的制造：通過柵極的再生長、隨后通過 相反導(dǎo)電類型材料的深蝕刻和選擇性再生長以形成源極指的頂部而形 成的具有p-n結(jié)柵極的垂直溝槽FET；或者通過再生長、隨后通過相 反導(dǎo)電類型材料的深蝕刻和選擇性再生長以形成發(fā)射極區(qū)而形成的具 有基極接觸區(qū)的BJT。
圖4A-4E示出了以下兩者的制造：通過再生長形成的的具有p-n 結(jié)柵極的SiC垂直溝槽FET，其中通過源極外延層的頂部和側(cè)面的、 對柵極外延的各向同性離子減薄使得柵極層與源極分隔開；或者通過 再生長形成的具有基極接觸區(qū)的BJT，其中通過發(fā)射極外延層的頂部 和側(cè)面的、對基極接觸外延的各向同性離子減薄使得基極接觸層與發(fā) 射極分隔開。此方法還利用了平坦化掩模材料，以保護在蝕刻部位的 底部和側(cè)面上的柵極或基極接觸外延。
圖5A-5I示出了以下兩者的制造：通過利用自對準(zhǔn)再生長掩模的 選擇性再生長和利用自對準(zhǔn)的后再生長蝕刻掩模敷金屬的深蝕刻而形 成的具有p-n結(jié)柵極的垂直溝槽FET；或者通過利用自對準(zhǔn)再生長掩 模的選擇性再生長和利用自對準(zhǔn)的后再生長蝕刻掩模敷金屬的深蝕刻 而形成的具有基極接觸區(qū)的BJT。
參考標(biāo)號
1、n+襯底(例如，SiC)；
2、n-漂移層(例如，SiC)；
3、n-溝道層(例如，SiC)；
4、n+源極層(例如，SiC)；
5、再生長掩模材料(例如，TaC)；
6、干法蝕刻掩模(例如，Ni)；
7、外延再生長p+層(例如，SiC)；
8、平坦化材料(例如，可流動的光刻膠)；
9、適于干法蝕刻掩模的電子束沉積的金屬(例如，Al)；
10、平坦化材料(例如，可流動的光刻膠)；
11、平坦化材料(例如，可流動的光刻膠)；
12、各向同性或準(zhǔn)各向同性的再生長掩模(例如，TaC)；
13、平坦化材料(例如，可流動的光刻膠)；
14、再生長n-層(例如，SiC)；
15、再生長n+源極接觸層(例如，SiC)；
16、源極歐姆接觸金屬(例如，Ni)；
17、柵極歐姆接觸金屬(例如，Ni)；
18、p基極層；
19、n+發(fā)射極層。
具體實施方式
JFET可形成有垂直或水平溝道的任何一種。垂直溝道器件具有高 溝道填充密度的優(yōu)點(參見，例如，美國專利第4587712號)。高溝道 填充密度體現(xiàn)為大功率密度，特別是在襯底的背面上形成漏極接觸時。 本申請描述了垂直溝道的形成，并且為了便于說明，假設(shè)在晶片的背 面上具有漏極接觸。然而，還提供了具有垂直溝道和頂側(cè)漏極接觸的 器件。
在半導(dǎo)體器件的制造之中需要自對準(zhǔn)工藝，因為此類工藝消減了 精確構(gòu)圖再對準(zhǔn)的成本，并消除了解決構(gòu)圖未對準(zhǔn)所消耗的材料區(qū)域。 最小化額外的區(qū)域還幫助減少器件寄生效應(yīng)。具有注入柵極的垂直溝 槽JFET適當(dāng)?shù)卦试S直接自對準(zhǔn)工藝，因為用于限定源極區(qū)的蝕刻掩 模也可被用于限定在柵極注入期間所采用的離子注入掩模(美國專利 第6767783號[2]、[3])。在SiC中，n型材料具有比具有相同摻雜濃 度的p型材料更低的電阻率，并且n型材料產(chǎn)生具有更低的接觸電阻 的歐姆接觸。因此，N型導(dǎo)電率是用于SiC的JFET的源極區(qū)、溝道 區(qū)、漂移區(qū)和漏極區(qū)的選擇的導(dǎo)電率。對于n型溝道，柵極必須是p 型，反之亦然。用于SiC的示例性的p型摻雜物是鋁和硼，優(yōu)選為鋁。 為了在SiC中產(chǎn)生良好的注入p型區(qū)，可以在升高的溫度下(典型為 高于600℃)進行注入。此外，晶片必須在高溫下進行退火，以激活 注入的摻雜物。用于激活注入的鋁所需的典型溫度為高于1600℃。升 高溫度注入和高溫激活退火會顯著地減慢用于完成器件的周期。此外， 注入的材料還會在注入物之下和側(cè)面導(dǎo)致“碰撞”損傷，這使得半導(dǎo) 體的晶體質(zhì)量劣化。
因此，有利地，采用利用了由再生長p型材料制造的柵極的工藝。 美國專利第6767783號記載了具有外延?xùn)艠O的多種JFET的基本原理。 本申請描述了用于制造具有外延?xùn)艠O的JFET和具有外延再生長基極 接觸區(qū)的BJT的各種技術(shù)。盡管這些技術(shù)被描述為用于制造SiC器件， 但是這些技術(shù)也可用于制造除了SiC之外的半導(dǎo)體材料的JFET。
可在任意定向結(jié)晶的n型、p型或半絕緣的SiC襯底上，形成在 下文中描述的本發(fā)明的各種實施方案。為了說明，將描述在n型襯底 上制備的器件。描述的方法旨在用于具有在晶片的背面上制造的漏極 接觸的器件。然而，可以使用附加步驟制備具有頂側(cè)漏極接觸的器件。 用于形成頂側(cè)漏極接觸的方法是公知的，因此在此將不再進行描述。 用于在SiC中生長不同半導(dǎo)體層的優(yōu)選方法是通過CVD。然而，所描 述的技術(shù)不必排除其它生長技術(shù)的使用，包括，例如升華。在任何其 它工藝(即，構(gòu)圖，蝕刻)之前在晶片上生長的外延層將被稱為“生 長”。在已經(jīng)開始一定量的器件工藝之后生長的外延層將被稱為“再生 長”。
在圖1A-1D中，示出了具有選擇性再生長p-n結(jié)柵極的SiC垂直 溝槽場效應(yīng)晶體管(FET)或具有選擇性再生長基極接觸區(qū)的BJT的 制造方法。如圖所示，初始襯底材料為n+摻雜。需要重?fù)诫s，以確保 襯底本身的低電阻，并且是為了形成良好的背面歐姆接觸。在圖1A 中，在導(dǎo)電n+襯底1上外延生長輕摻雜的n-漂移層2?？梢栽谄茖?的生長之前，在襯底上生長n型緩沖層。對于器件工作的物理特性， 緩沖層不是本質(zhì)的，但緩沖層可用于促進隨后的器件外延層的良好外 延生長。n-漂移層的摻雜和厚度應(yīng)當(dāng)適合于當(dāng)將該層的電阻保持至最 小值時承受最大期望閉鎖電壓(blocking?voltage)。漂移層摻雜濃度典 型為在1×1014個原子/cm3和5×1016個原子/cm3之間。
如圖1所示，在漂移層2上，外延生長n型溝道層3。溝道層3 典型地比漂移層2更高地?fù)诫s?？蓪υ搶舆M行優(yōu)化，以獲得具有最大 溝道導(dǎo)電率的所需的夾斷電壓(pinch?off?voltage)。然而，對于一些應(yīng) 用，溝道層3可以具有與漂移區(qū)2相同的摻雜，由此消除對于附加溝 道外延層3的需求(即，如圖1所示的溝道層和漂移層可以是一個單 層)。合并層2和層3不改變器件的基本功能。對于溝道層3，典型的 摻雜濃度處于1×1015個原子/cm3和1×1018個原子/cm3之間的范圍。 如圖所示，在溝道層3的頂部，生長重?fù)诫s的n+源極層4。該層的重 摻雜提高了源極歐姆接觸質(zhì)量。該層還作為在溝道損耗過程中的場欄。 層4的摻雜濃度應(yīng)當(dāng)為至少1×1018個原子/cm3，但優(yōu)選地大于1×1019 個原子/cm3?？梢愿淖儗?、3和4的厚度，以獲得具有所需特性的器 件。
如圖1B所示，在源極層4的頂部上對再生長掩模5和干法蝕刻掩 模6進行構(gòu)圖，并且再生長掩模5和干法蝕刻掩模6限定出源極指 (source?finger)。再生長掩模可以由適于承受外延生長工藝的溫度和 化學(xué)條件的任意材料制成，該材料將防止在被再生長掩模覆蓋的SiC 區(qū)域上生長，且不易在掩模材料自身的頂部上生長SiC。適當(dāng)?shù)难谀?材料的一個實例是TaC[1]。應(yīng)當(dāng)直接在5的頂部上對干法蝕刻掩模6 進行構(gòu)圖，并且干法蝕刻掩模6可被用作為圖案5的干法蝕刻掩模。 如果需要，干法蝕刻掩模6的厚度應(yīng)當(dāng)足以用于蝕刻穿過除了再生長 掩模5之外的SiC層4，且完全或部分地穿過層3。干法蝕刻掩模還應(yīng) 當(dāng)由可按以下方式去除的材料制成，即足夠的再生長掩模5可進行以 下工藝步驟。示例性的干法蝕刻掩模是鎳金屬。
可選擇地，可采用包括還作為干法蝕刻掩模材料的再生長掩模材 料的單層掩模，以代替圖1B所示的再生長掩模5和干法蝕刻掩模6。
接著，如圖1C所示，穿過n+層4并穿過溝道層3，對未被層5和 6覆蓋的SiC區(qū)域進行干法蝕刻。理想地，SiC干法蝕刻應(yīng)當(dāng)完全地蝕 刻穿過層3，而不蝕刻到漂移層2中。然而，未完全蝕刻穿過3或者 蝕刻到2中，都不會改變所制備器件的基本功能，并且不會對進一步 的處理步驟產(chǎn)生影響。干法蝕刻還應(yīng)當(dāng)基本為各向異性，以使所獲得 的SiC結(jié)構(gòu)的側(cè)壁主要是垂直的?？山邮苄×康膬A斜。
在圖1D所示的SiC干法蝕刻之后，去除干法蝕刻掩模6，并將再 生長掩模5留在源極指的頂部上。在去除干法蝕刻掩模6之后，在未 被再生長掩模材料5覆蓋的SiC區(qū)域之上外延生長p型SiC層7。此p 層7形成晶體管的p-n結(jié)柵極。再生長p層的厚度可以足夠厚，以填 充各源極指之間的區(qū)域，或者僅僅厚到足以覆蓋如圖1D所示的溝槽 的側(cè)面和底部。如果在各源極指之間將沉積一種歐姆接觸金屬，則優(yōu) 選生長更薄的p層。如果需要柵極歐姆金屬，那么柵極外延層的厚度 應(yīng)當(dāng)足夠厚，以使在歐姆接觸形成期間歐姆金屬不會阻擋穿過。大于 100nm的厚度是足夠的，但是層7可以被生長得更厚，以使歐姆接觸 阻擋的風(fēng)險最小。最大的厚度依賴于柵極溝槽的深度和寬度。
接著，用平坦化物質(zhì)8涂覆晶片。此物質(zhì)可以是在源極指的頂部 上的沉積比在源極指之間處且在此區(qū)域中更薄的任何材料。理想地， 平坦化材料的表面應(yīng)當(dāng)越過晶片盡可能接近相同的水平。某些類型的 光刻膠能夠很好地實現(xiàn)此目的，例如Microposit?LOR20B。平坦化工藝 的一個實例是旋涂光刻膠，然后烘焙光刻膠，從而使光刻膠回流，以 留下幾乎平坦的表面。也可以采用平坦化的其它方法。為了便于說明， 所描述的工藝將包括利用旋涂光刻膠的平坦化。在應(yīng)用平坦化層之后， 采用適合的蝕刻方法選擇性深蝕刻平坦化層，從而使包括如圖1E所 示的再生長p層7的頂部的源極指的頂部暴露。用于蝕刻平坦化光刻 膠的適合的蝕刻方法是氧等離子體蝕刻。
如圖1F所示，在對平坦化層8進行深蝕刻之后，向下對層7的暴 露部分進行干法蝕刻，直至沒有任何再生長柵極層7與重?fù)诫sn+層4 接觸。必須少量的過蝕刻，以提高由柵極和溝道層形成的p-n結(jié)的最 大反向電壓。在蝕刻SiC層7期間，還將蝕刻一定量的平坦化層8和 再生長掩模層5。層5和8的去除量將依賴于所采用的材料和所采用 的SiC干法蝕刻參數(shù)。層5的厚度應(yīng)當(dāng)使得在蝕刻厚度足以用于形成 歐姆接觸之后保留有一定量的層4。在蝕刻期間層8也應(yīng)保留一些， 以保護溝槽底部中的柵極外延。如果在SiC蝕刻期間層8的蝕刻速率 太快，就再次沉積并深蝕刻層8。
如圖1G所示，一旦柵極層不再與n+源極層接觸，則通過任何適 合的濕法或干法蝕刻方法，使任何保留的再生長掩模5和平坦化層8 剝離。這樣，就形成了所有的SiC層。用于形成源極、柵極和漏極接 觸以及用于沉積或生長鈍化膜的標(biāo)準(zhǔn)方法是根據(jù)這一點得出的。在層 4上的源極指的頂部制造源極接觸，在層7制造柵極接觸，并在襯底 層1制造漏極接觸。
圖1A-1G還說明了制造BJT的相應(yīng)方法，其中用p型半導(dǎo)體材料 18代替n型溝道層3，其形成器件的基極。在此器件中，n型層19形 成發(fā)射極，且p型再生長層7起到了基極接觸的作用。在發(fā)射區(qū)19 的頂部制造發(fā)射極接觸，在層7制造基極接觸，并在襯底層1制造漏 極接觸。
圖2A-2K示出了制造具有利用自對準(zhǔn)的后外延生長蝕刻掩模敷金 屬通過外延再生長和深蝕刻而形成的p-n結(jié)柵極的SiC垂直溝槽FET。 在此工藝中，如圖2A所示，在導(dǎo)電的n+襯底上外延生長漂移2、溝道 3和源極4。然而，與圖1A-1G中描述的工藝不同，如圖2B所示，對 干法蝕刻掩模6進行構(gòu)圖，以限定出源極區(qū)而不用在下面再生長掩模。 然后，按照與圖1中描述的相同方式，向下蝕刻暴露的SiC，從而限 定出源極區(qū)和溝道區(qū)。圖2C示出了所獲得的結(jié)構(gòu)。
接著，如圖2D所示，剝離蝕刻掩模6，并在整個蝕刻的表面上生 長p型SiC層7。層7的厚度和各源極指之間的間距應(yīng)當(dāng)使得在層7 的再生長過程中，各源極指之間的空間被不完全填充。然后，如圖2E 所示，沉積并深蝕刻平坦化層8，以使僅僅在各源極指的頂部上的SiC 層7暴露。然后，如圖2F所示，采用SiC干法蝕刻，以從n+源極層4 的頂部去除p型SiC層7。然后，去除任何殘留的平坦化層8(未示出)。 這樣，就能夠進行源極、柵極和漏極歐姆接觸的形成，但是這里并未 示出這種選擇，且還可以在此后的工藝流程中形成。
接著，各向異性地沉積干法蝕刻掩模材料9，以使在源極指的側(cè) 面上沉積非常少的掩模材料。如圖2G所示，一個實例是通過電子束 蒸發(fā)沉積的Al金屬。那么，如圖2H所示，通過濕法或干法工藝中的 任何一種工藝，各向同性地蝕刻此掩模層9，直至掩模材料已縮減至 足以沿著源極指的側(cè)面暴露出柵極層7。掩模層9應(yīng)當(dāng)被沉積得足夠 厚，從而在已經(jīng)獲得所需量的水平凹槽之后，使蝕刻掩模材料具有足 夠的垂直厚度，以使蝕刻掩模材料被用作為SiC干法蝕刻掩模。然后， 如圖2I所示，沉積并深蝕刻平坦化層10，以暴露出源極指的頂部，包 括在源極指的側(cè)面上的層7的頂部部分?？梢灶嵉箞D2H和2I中描述 的工藝的順序。
然后，如圖2J所示，對層7的暴露部分向下進行干法蝕刻，直至 沒有任何層7與n+源極層4接觸。可以采用確定量的過蝕刻，以增加 源極至柵極p-n結(jié)的最大反向電壓。如果在沉積層9和10之前，在源 極指的頂部上形成歐姆接觸，那么就必須在進行SiC蝕刻之前首先蝕 刻去掉暴露出的歐姆接觸敷金屬。層9和10應(yīng)當(dāng)足夠厚，從而在SiC 蝕刻期間保護源極指的頂部和柵極溝槽的底面。
然后，剝離平坦化層10和自對準(zhǔn)蝕刻掩模9，并且器件已準(zhǔn)備好 接受歐姆接觸和鈍化。如果在最后的SiC蝕刻之前形成歐姆接觸，則 可以保留自對準(zhǔn)蝕刻掩模9以作為在源極和柵極歐姆接觸的頂部上的 附加敷金屬。
圖2A-2K還說明了制造BJT的相應(yīng)方法，其中用形成器件的基極 的p型半導(dǎo)體材料18的層代替溝道層3。在此器件中，n型層19形成 發(fā)射極，且p型再生長層7起到了基極接觸的作用。
圖3A-3K示出了制造具有p-n結(jié)柵極的SiC垂直溝槽FET，該p-n 結(jié)柵極是通過外延再生長p型材料、隨后對附加溝道外延和n+源極層 進行深蝕刻和再生長而形成的。在此工藝中，最初在襯底1上僅生長 漂移層2和溝道層3。然后，如圖3A所示，在層3的頂部上對干法蝕 刻掩模6進行構(gòu)圖，以限定出源極指的位置。如圖3B所示，對暴露 出的SiC向下進行干法蝕刻，穿過溝道層3。然后，如圖3C所示，剝 離干法蝕刻掩模6，并再生長p型SiC層7。
如圖3D所示，通過首先沉積并深蝕刻平坦化層11，然后對暴露 出的SiC進行干法蝕刻，直至如圖3E所示，在指的頂部上暴露出溝 道層3，從而使p型SiC從指的頂部除去。
如圖3F所示，在已經(jīng)去除殘留層11之后，沉積各向同性或準(zhǔn)各 向同性的再生長掩模12，從而在水平和垂直SiC表面上沉積掩模材料。 如圖3G所示，沉積并深蝕刻第二平坦化層13，以暴露出在源極指的 頂部的層12。然后，利用適合的干法或濕法蝕刻、隨后剝離平坦化的 涂覆層13，蝕刻掉暴露出的再生長掩模12。圖3H中示出了所獲得的 結(jié)構(gòu)。
接著，如圖3I所示，僅在已經(jīng)去除再生長掩模12處的指的頂部 上再生長n型層14，并在層14的頂部上生長附加的n+型SiC層15， 此后將在層14上形成源極歐姆接觸。層14的目的在于，使p型柵極 層7與重?fù)诫sn+層15分隔開。這防止了當(dāng)形成p+-n+結(jié)時導(dǎo)致的柵極 至源極p-n結(jié)的低反向擊穿。因此，層14的厚度和摻雜應(yīng)當(dāng)使得在層 7和14之間形成的結(jié)的反向擊穿高于夾斷器件溝道所需的電壓。如圖 3J所示，在層14和15的再生長之后，可剝離再生長掩模。
由于再生長工藝某種程度的各向同性特征，將在源極指的側(cè)面上 呈現(xiàn)出一定量的突出物。突出物的量依賴于層14和15的厚度。如果 沉積金屬的方法具有某種方向性，則在歐姆敷金屬和敷鍍敷金屬期間， 突出物將防止金屬在指側(cè)壁上沉積。在這種情況下，可同時沉積柵極 和源極金屬，而不需要附加構(gòu)圖，并將顯著地減少從柵極至源極的金 屬短路的風(fēng)險。圖3K中示出了利用再生長突出物的自對準(zhǔn)金屬沉積。 此外，如果以顯著大于突出物之間間距的厚度來沉積敷鍍金屬，則在 突出物之間的縫隙就會完全接近于形成自對準(zhǔn)空氣橋結(jié)構(gòu)。電鍍和濺 射是適合于密閉各源極指之間的縫隙的兩種方法，因為這兩種方法都 具有一定程度的橫向沉積。
圖3A-1K還說明了制造BJT的相應(yīng)方法，其中利用p型半導(dǎo)體材 料18的層代替溝道層3，p型半導(dǎo)體材料18形成了器件的基極。在此 器件中，n型層15形成發(fā)射極，且p型再生長層7起到了基極接觸區(qū) 的作用。可在襯底1的背面形成集電極接觸。
圖4A-4E示出了制造具有p-n結(jié)柵極的SiC垂直溝槽FET，p-n 結(jié)柵極是通過外延再生長柵極層、隨后利用平坦化掩模材料采用各向 同性干法蝕刻從源極外延選擇性地蝕刻柵極外延而形成的。在此工藝 中，在襯底1上生長漂移層2、溝道層3和源極層4。對干法蝕刻掩模 6進行構(gòu)圖，以限定出源極區(qū)。然后，如圖4A所示，對暴露出的SiC 向下進行干法蝕刻，穿過源極層4和溝道層3。然后，如圖4B所示， 剝離干法蝕刻掩模6，并再生長p型SiC層7。
如圖4C所示，沉積平坦化材料8，并選擇性地對平坦化材料8向 下進行干法蝕刻，直至低于源極接觸層4的高度。然后，如圖4D所 示，采用適合的干法蝕刻，干法蝕刻掉暴露出的柵極外延7。干法蝕 刻應(yīng)當(dāng)是足夠各向同性的，從而以大致相同的時間從源極指的側(cè)面和 頂部去除柵極材料。干法蝕刻還應(yīng)當(dāng)在掩模材料8和SiC層7之間具 有適當(dāng)?shù)倪x擇性。如果平坦化掩模的蝕刻速率明顯比SiC蝕刻速率更 快，則可重復(fù)平坦化掩模工藝必需的次數(shù)，以完成蝕刻。用于此工藝 的優(yōu)選的干法蝕刻技術(shù)是在系統(tǒng)中的離子減薄，其中可在蝕刻期間改 變離子轟擊的離子轟擊的入射角，從而蝕刻暴露出的SiC層7的所有 面。用于實現(xiàn)此過程的優(yōu)選方法是在旋轉(zhuǎn)臺上裝配待蝕刻的樣品，旋 轉(zhuǎn)臺的軸與轟擊離子的入射角呈一定角度。
如圖4E所示，在已經(jīng)蝕刻樣品以使柵極層7不與重?fù)诫s的源極層 4接觸之后，通過適合的濕法或干法方法，去除平坦化掩模8。這樣， 器件就準(zhǔn)備好用于適合于之前描述的其它設(shè)計的任何鈍化和接觸敷金 屬。
圖4A-4E還說明了制造BJT的相應(yīng)方法，其中利用p型半導(dǎo)體材 料18的層代替溝道層3，p型半導(dǎo)體材料18形成了器件的基極。在此 器件中，n型層19形成發(fā)射極，且p型再生長層7起到基極接觸的作 用。
上述圖1、2、3和4中說明的制備工藝是用于制造具有場效應(yīng)柵 極的垂直晶體管。如上所述，可以修改這些相同工藝，從而通過用p 型基極層18代替n型溝道層來制備雙極結(jié)型晶體管(BJT)。在這些 器件中，圖1、2和4的源極層4以及圖3的源極接觸層15將作為發(fā) 射極層。那么，將進行限定出源極指的第一蝕刻，直至暴露出p型基 極層之下的n型漂移層。剩余步驟剛好與用于場效應(yīng)器件所說明的那 些工藝相同。
圖5A-5I說明了制造具有p-n結(jié)柵極的SiC垂直溝槽FET，p-n結(jié) 柵極是通過采用再生長掩模材料的選擇性外延生長以及采用自對準(zhǔn)后 外延生長蝕刻掩模敷金屬的深蝕刻而形成的。如圖5A所示，在此工 藝中，在導(dǎo)電的n+襯底1上外延生長漂移層2、溝道層3和源極層4。
如圖5B所示，在源極層4的頂部上對再生長掩模5和干法蝕刻掩 模6進行構(gòu)圖，再生長掩模5和干法蝕刻掩模6限定出源極指?？梢?直接在5的頂部上對干法蝕刻掩模6進行構(gòu)圖，而且干法蝕刻掩模6 可用作為圖案5的干法蝕刻掩模。接著，如圖5C所示，對未被層5 和6覆蓋的SiC區(qū)進行干法蝕刻，穿過n+層4并穿過溝道層3。理想 地，SiC干法蝕刻應(yīng)當(dāng)完全蝕刻穿過層3而不蝕刻進入漂移層2中。 然而，不完全穿過層3蝕刻或蝕刻進入2并不會改變所制備的器件的 基本功能，也不會對進一步的處理步驟產(chǎn)生影響。干法蝕刻還應(yīng)當(dāng)主 要為各向異性蝕刻，以使所獲得的SiC結(jié)構(gòu)的側(cè)壁幾乎垂直。少量的 傾斜是可以接受的。
在如圖5D所示的SiC干法蝕刻之后，去除干法蝕刻掩模6，同時 在源極指的頂部上保留再生長掩模5。在去除了干法蝕刻掩模6之后， 在未被再生長掩模材料5覆蓋的SiC區(qū)之上，外延生長p型SiC層7。 此p層7形成晶體管的p-n結(jié)柵極。
接著，如圖5E所示，各向異性地沉積干法蝕刻掩模材料9，以使 在源極指的側(cè)面上沉積非常少的掩模材料。在沉積干法蝕刻掩模材料 9(未示出)之前，可選地去除再生長掩模5。然而，有利的是，將再 生長掩模5留在適當(dāng)?shù)奈恢?，以在此后的蝕刻步驟過程中提供保護。 然后，如圖5F所示，通過濕法或干法工藝中的任何一種，各向同性地 蝕刻掩模層9，直至掩模材料減少至足以沿著源極指的側(cè)面暴露出柵 極層7。應(yīng)當(dāng)將掩模層9沉積得足夠厚，從而在已經(jīng)獲得所需量的水 平凹槽之后，使蝕刻掩模材料具有足夠的垂直厚度，以用作為SiC干 法蝕刻掩模。然后，如圖5G所示，沉積并深蝕刻平坦化層10，以暴 露出源極指的頂部，包括在源極指的側(cè)面上的層7的頂部部分。可以 顛倒圖5F和5G中說明的工藝的順序。
然后，如圖5H所示，對層7的暴露部分向下進行干法蝕刻，直 至沒有任何層7與n+源極層4接觸?？梢圆捎靡欢康倪^蝕刻，以增 加源極至柵極p-n結(jié)的最大反向電壓。如果在沉積層9和10之前，在 源極指的頂部上形成歐姆接觸，則必須在進行SiC蝕刻之前，首先蝕 刻掉暴露出的歐姆接觸敷金屬。層9和10應(yīng)當(dāng)足夠厚，以在SiC蝕刻 期間保護源極指的頂部和柵極溝槽的底面。
然后，如圖5I所示，剝離平坦化層10、再生長掩模5(如果存在) 和自對準(zhǔn)蝕刻掩模9，并且器件已準(zhǔn)備好接受歐姆接觸和鈍化。如果 在最后的SiC蝕刻之前形成歐姆接觸，則可保留自對準(zhǔn)蝕刻掩模9， 以作為源極和柵極歐姆接觸頂部的附加敷金屬。
圖5A-5I還說明了制造BJT的相應(yīng)方法，其中利用p型半導(dǎo)體材 料18的層代替溝道層3，p型半導(dǎo)體材料18形成了器件的基極。在此 器件中，n型層19形成發(fā)射極，且p型再生長層7起到了基極接觸的 作用。
雖然前面的說明利用用于說明目的的實例教導(dǎo)了本發(fā)明的原理， 本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀本說明書應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì) 范圍就能夠進行形式上和細(xì)節(jié)上的各種變化。
相關(guān)申請的交叉參考
本申請涉及于2004年7月27日授權(quán)的美國專利第6,767,783B2號， 在此引用其全部內(nèi)容作為參考。
關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究的陳述
按照由美國空軍授予的美國政府資助的合同第FA8650-04-C-5437 號而進行本發(fā)明。美國政府享有本發(fā)明的某些權(quán)益。
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