TW492198B - Silicon carbide metal-semiconductor field effect transistors and methods of fabricating silicon carbide metal-semiconductor field effect transistors - Google Patents
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Description
492198 A7 B7 五、發明説明(1 ) 發明範圍 本發明係關於微電子裝置,特別是關於以碳化矽形成的 金屬半導體場效電晶體(MESFETs)。 發明背景 ~ 近年來,需要高功率處理能力(>20瓦特)並於諸如無線 電頻率(500赫茲)、S頻帶(3十億赫茲)與X頻帶(10十億赫 茲)之高頻操作的電路已變得越來越流行。0爲高功率、 高頻電路的增加,對於能夠以'無線電頻率及高於彼之頻率 可靠地操作而仍然能夠處理高功率負載之電晶體的需求已 經對應地增加。以前,雙極性電晶體與功率金屬氧化物半 導體場效電晶體(MOSFETs)已用於高功率的應用,但此裝 置的功率處理能力可能限制在較高的操作頻率。接面場效 電晶體(JFETs)通常用於高頻應用,但先前習知之接面場效 電晶體的功率處理能力也可能受到限制。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 近來,已發展出用於高頻應用.的金屬半導體場效電晶體 (MESFETs)。金屬半導體場效電晶體的構造對於高頻應用 而言可能較佳,其原因爲只有多數載體載有電流。金屬半 導體場效電晶體設計可能優於電流金屬氧化物半導體場效 電晶體設計,其原因爲減少的閘極電容允許閘極輸入之更 快的切換次數。所以,雖然全部場效電晶體只利用多數載 體以載運電流’但金屬半導體場效電晶體的蕭特基閘極結 構可使金屬半導體場效電晶體更適用於高頻應用。 除了結構的型式·可能更基本地-以外,形成電晶體之半 導體材料的特徵也影響操作參數。於影響電晶體操作參數 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2丨0X297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 492198 A7 B7 五、發明說明(2 ) 的特徵中,飽和的電子漂移速度、電破壞場與熱傳導率對 於電晶體的高頻與高功率特徵可能具有最大的影響。 電子移動率係於電場存在時,測量電子多快可加速至它 的飽和速度。過去,具有高電子移動率的半導體材料係屬 較佳,其原因爲能以較少的電場發展出更多的電流,導致 於施加電場時,響應時間較快。飽和的電子漂移速度係電 子於半導體材料中可以獲得的最大速度。電子漂移速度較 高的材料對於高頻應用而言#較佳,其原因爲高速能以較 短的時間自源極移動至汲極。〃 電破壞場係蕭特基接面之破壞與通過裝置閘極之電流突 然增加的場強度。高電破壞場材料對於高功率、高頻電晶 體而言係較佳,其原因爲較大的電場通常可以由給定尺寸 的材料支撑。較大的電場允許較大的暫態,其原因爲電子 由較大的電場可以比由較小的電場更快地加速。 熱傳導率係半導體材料散熱的能力。於典型操作中,全 部電晶體產生熱。然後^面功率與南頻電晶體通常比小信 號電晶體產生數量更大的熱。當半導體材料的溫度增加 時,接面洩漏電流通常增加,而由於載體移動率隨著溫度 的增加而減少,故通過場效電晶體的電流通常減少。所 以,如果熱自半導體散出,則材料將維持在較低的溫度, 且能以較低的戍漏電流載運較大的電流。 過去,大多數高頻金屬半導體場效電晶體已由諸如砷化 鎵(GaAs)的η型III-V化合物製作,其原因爲它們的高電子 移動率。雖然這些裝置提供增加的操作頻率及適度增加的 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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五、發明說明(3) 功率處理能力,但這些材料之相對低的破壞電壓與較低的 熱傳導率已經限制它們在高功率應用的用途。 多年以來,已知碳化矽(sic)具有優良的物理及電子性 質,比起由矽(Si)或砷也鎵製成的裝置,其理論上可以產 生能夠在高溫、高功率及高頻操作的電子裝置。約4xl06 伏特/公分的高電破壞場、約2·0χ107公分/秒的高飽和電子 漂移速度及約4.9瓦特/公分’Κ的高熱傳導率指示,碳化 矽適用於高頻、高功率應用7不幸,製作的困難已限制碳 化秒在南功率與南頻應用的用途: 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 近來,已在矽基材上製作具有碳化矽通道層的金屬半導 體場效電晶體(見授給鈐木等人的美國專利4,762,806號及 授給Kondoh等人的4,757,028號)。因爲金屬半導體場效電 晶體的半導體層係系晶,故生長每一暴晶層的層影響裝置 的特徵。於是,生長於矽基材上的碳化矽磊晶層之電與熱 特徵通常與生長於不同基材上之碳化矽磊晶層不同。雖然 描述於美國專利4,762,806號與4,757,028號的矽基材裝置上 之破化秒可能展現改進的熱特徵,但矽基材的使用通常限 制此裝置散熱的能力。此外,在;?夕上生長碳化秒通常導致 磊晶層的缺陷,其導致裝置操作時的高戌漏電流。 已發展出使用碳化石夕基材的金屬半導體場效電晶體。 1990年6月19曰申請而今放棄的美國專利申請案〇7/54〇,488 號-其揭示全部附於此供參考·描述一碳化矽金屬半導體場 效電晶體,其具有生長於碳化矽基材上的碳化碎磊晶層。 這些裝置展現優於先前裝置之熱特徵,其原因爲在碳化矽 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21G X 297公髮) --------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 492198 A7 _B7_ 五、發明說明(4 ) 基材上生長的磊晶層之晶體品質改進。然而,爲了獲得高 功率與高頻,可能需要克服碳化矽之低電子移動率的限 類似地,共同讓渡給共同發明人Palmour的美國專利 5,270,554號描述一碳化矽金屬半導體場效電晶體,其具有 形成於碳化矽之n+區域上的源極與汲極接觸件,及一在基 材與形成通道的η型層之間的選擇性輕摻雜磊晶層。授給 Sriram等人的美國專利5,925,ί95也描述一碳化矽金屬半導 體場效電晶體與一結構,該結榛描述爲克服可能降低金屬 半導體場效電晶體之高頻操作性能的「表面效應」。 Sriram寺人也描述碳化秒金屬半導體場效電晶體’其使用 n+源極與汲極接觸區域及一 p型緩衝層。然而,儘管這些 專利中所報導的性能,仍可以進一步改進碳化矽金屬半導 體場效電晶體。 發明概述 本發明的實施例可提供形成於碳化矽之半絕緣基材上的 碳化矽金屬半導體場效電晶體,在該處,碳化矽大致上無 深位準的摻雜物。形成碳化矽金屬半導體場效電晶體於此 半絕緣基材上可藉由減少反閘控效應而改進性能,反閘控 效應可能源自於基材中存在深位準的摻雜物。p型、η型 或未摻雜的碳化矽之缓衝層可用於此半絕緣碳化矽基材, 以形成依據本發明的實施例的金屬半導體場效電晶體。 在本發明的額外實施例中,可以使用二凹部閘極結構, 在該處,η型碳化矽的蓋層形成於η型碳化矽通道層上。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · •線」 A7 --—_gi_____ 五、發明!蝴(5) ' '~"' 一凹郅形成於蓋層,而一第二凹部藉由使第二凹部形成於 1層的凹4中’而形成於n型通道層巾。然後,蕭特基 極接觸件可形成於第二凹部。 土甲 口本發明的其他實施例可由碳化矽金屬半導體場效電晶體 5供,其使用-選擇性摻雜的p型緩衝層,在該處,P型 緩街層具有自約lxl〇16至約1χ1〇17公分·3的載體濃度,較佳 馬自約3至約5χ1〇16公分-3。已經未預期地發現,使用此缓 衝層可比具有傳統ρ型緩衝層-之碳化矽金屬半導體場效電 晶體減少因子爲3的輸出電導,及增加3分貝的功率: 益。 θ 依據本發明之實施例的碳化矽金屬半導體場效電晶體也 可以使用鉻,做爲蕭特基閘極材料。此外,一氧化物-氮 化物氧化物(ΟΝΟ)鈍化層可用於減少碳化矽金屬半導體場 效電晶體的表面效應。而1,源極與没極歐姆接觸件可以 直接形成在η型通道層,於是,不需要製作η+區域,且可 自製作過程除去與此製作有關的步驟。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外,如果使用Ρ型緩衝層,則可形成一接觸件至0型 緩衝層,以允許Ρ型緩衝層接地。接觸件可以形成於ρ型 ’’爰衝層中所形成的Ρ井區域。選擇性地,Ρ型緩衝層可以 由型層形成,其中形成於基材上的第一層具有比形成 在第一Ρ型層上的第二層更高的摻雜位準。 本發明的特殊實施例可以產生高功率、高頻、金屬半導 體場效電晶體,其具有一巨大的單晶碳化石夕基材與一在基 材上之η型導電碳化矽的11型磊晶層。一選擇性摻雜的ρ型 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 χ 297公釐) 492198 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五 A7 _B7_發明說明(6) 導電碳化秒之p型系晶層設於基材與η型系晶層之間。電 晶體也可以包含歐姆接觸件,用於界定源極與汲極及蕭特 基金屬接觸件。 在本發明的其他實施例中,可提供高功率、高頻、金屬 半導體場效電晶體,其具有一在碳化矽基材上之η型導電 破化矽的η型層,及一在基材與η型層之間的ρ型導電碳化 矽的Ρ型層。歐姆接觸件設於η型層部分上且隔離,其個 別界定一源極與一汲極。一鉻區域也設於一 η型層部分, 其在歐姆接觸件之間,因而在源:極與汲極之間,以提供一 蕭特基金屬接觸件,用於當一偏壓施加於蕭特基金屬接觸 件時,形成一主動通道於源極與没極之間的η型層中。 在本發明的其他實施例中,一覆蓋層形成於歐姆接觸件 與蕭特基金屬接觸件上。較佳地,歐姆接觸件由鎳形成, 且覆蓋層包含欽、舶與金層。 此外,依據本發明的電晶體層可形成一台面,其具有自 η型層向下延伸進入ρ型層的側壁,彼界定電晶體的周 緣。選擇性地,台面的側壁可以向下延伸進入基材。一鈍 化層也可設於台面的側壁與η型磊晶層的暴露部分上。較 佳地,純化層係氧化物-氮化物-氧化物純化層。 在本發明的其他實施例中,蕭特基金屬接觸件凹入η型 磊晶層的主動通道部分中。蕭特基金屬接觸件也可以係蘑 蒜形閘極接觸件。蕭特基金屬接觸件也可以包含一覆蓋 層,其具有銘與金層。 金屬化也可以形成在與η型層對立的基材上。較佳地, 請 先 閱 讀 背 © 之 注 意 事 項 再看•裝 本 頁 訂 線 9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 492198 A7 五、發明說明(7 金屬化包含鈦、鉑與金層,其塗覆一 AuGe之共熔合金的 覆蓋層。 基材也可係半絕緣碳化矽。雖然在特殊實施例中,較佳 爲使用一大致上無深位举摻雜物的半絕緣基材,但在其他 見犯例中,半絕緣碳化矽基材可以係内部具備深位準摻雜 物的碳化矽。深位準摻雜物可以係釩。較佳地,半絕緣基 材的電阻大於約10,000歐姆-公分。 在本發明的其他實施例中Γ歐姆接觸件可以形成在n+碳 化石夕的區域上,n+碳化石夕的區域:可以藉由離子植入法形成 在η型蟲晶層中,或替代地,直接形成在型磊晶層中。 本發明的特色也可以提供製作金屬半導體場效電晶體之 万法,其係藉由形成-選擇性掺雜之ρ型導電碳化石夕的ρ 土麻叩層於單叩碳化矽基材上,其中ρ型導電碳化矽具有 自为1x10至約1χ1〇ΐ7公分·3的載體濃度,形成一 〇型導電 碳化矽的η型磊晶層於ρ型磊晶層上,然後形成歐姆接觸 件型磊晶層上,其個別界定一源極與一汲極,及形成 一蕭特基接觸件於η型磊晶層上,其係在歐姆接觸件之 =曰於疋在源椏與汲極之間。可以蝕刻η型磊晶層與ρ型 麻:層’以形成一台面。此外,在一較佳實施例中,形成 二姆接觸件與蕭特基接觸件以前,蚀刻η型暴晶層與ρ 土麻叩層,以形成一台面,及形成一氧化物-氮化物氧化 物純化層於台面的暴露表面上。 在本發明的特殊實施例中,氧化物_氮化物_氧化物鈍化 層(形成係藉由使基材的暴露部分、Ρ型暴晶層與η型暴 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 存4 填蜃 寫 本 頁 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 “氏張尺1_中' -10- X 297公釐) A7 員 工 消 費 社 印 製 五、發明說明(8 晶層:氫氣環境中高溫退火,然後形成二氧化石夕層於基材 、、路P刀P型蓋晶層與η型层晶層上。然後,使二氧 化碎層以氬退火及氧化。然後,—Si3N4層澱積於氧化的 =乳化矽層上及氧化,以提供氧化物_氮化物-氧化物結 在本發明的特殊實施例中,高溫退火係在大於約90(rc 的溫度進行約15分鐘至約2小時的時間。此外,氨退火可 以在約1200 °C的溫度進行約1 時的時間。 二氧化矽層也可以形成爲約5(r至約5〇〇埃的厚度。較佳 地’二氧化矽層在約120(rc的溫度經由乾燥氧化物過程而 形成。而且,二氧化矽層較佳爲在濕環境中,於約95〇 的溫度氧化約180分鐘之時間。 ShN4層可澱積成約2〇〇至約2〇〇〇埃的厚度。較佳地, 層經由諸如PECVD或LpcvD的化學蒸氣澱積而澱 積。叫队層也較佳爲在濕環境中,於約95(rc的溫度氧化 約180分鐘心時間。沁队層可氧化,以提供一氧化層,其 厚度係自約20至約200埃。 在本發明的其他實施例巾,—閉極凹部形成於n型磊晶 層,而蕭特基閘極接觸件形成於閘極凹部中。較佳地,閘 極凹邵 < 形成係藉由蝕刻通過氧化物_氮化物-氧化物鈍化 層,且進入η型磊晶層,以在n型磊晶層中提供一閘極凹 邵,而蕭特基閘極接觸件利用氧化物·氮化物-氧化物鈍化 層作爲罩幕而形成於閘極凹部中。此外,蚀刻通過氧化物 氮化物·氧化物鈍化層的步驟以後,接著可使氧化物_氮 11- 頁 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱 492198 A7 五、發明說明(9 ) 化物_氧化物鈍化層圖案化,以提供_突出物於氧化物-氮 化物-氧化物鈍化層的開口之側壁中,以用於閘極凹部。 然後,一蘑菇形閘極結構可以形成在閘極凹部中及側壁以 及氧化物·氮化物-氧化·、物鈍化層的突出物上。氧化物-氮 化物-氧化物鈍化層的蝕刻可以藉由電子迴旋加速共振或 感應:搞合電裝蚀刻執行。 在本發明之其他實施例中,n+井區域植入η型磊晶層 中,以提供源極與汲極區域及形成在η+井區域上的歐姆接 觸件。 … 在本發明之其他特色中,基材係薄,且一金屬化層形成 在與Ρ型磊晶層對立的基材上。金屬化層之形成可以藉由 形成一欽層於與ρ型磊晶層對立的基材上,然後形成一銷 層於鈦層上;然後形成一金層於鉑層上。一 AuGe的共熔 合金層也可以形成在金層上。 在本發明的另一特色中,提供一種製作用於碳化矽場效 電晶體之閘極結構的方法,其係藉由形成一氧化物-氮化 物氧化物鈍化層於一台面終止的碳化矽場效電晶體之暴 露表面上,形成一閘極窗於氧化物-氮化物_氧化物鈍化層 中’形成一閘極凹部於台面終止的碳化矽電晶體之通道層 中’及形成一閘極接觸件於通道層的閘極凹部中。氧化物 •氮化物·氧化物鈍化層較佳爲如上所述而形成。此外,蘑 姑形閘極結構也可以如上所述而形成。 在本發明的其他實施例中,提供一種製作碳化石夕半導體 裝置之鈍化層的方法,其係藉由形成一氧化物層於碳化矽 Γ清先閱讀背面之注音?事項再填寫本頁> · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
A7 五、發明說明(l〇) j導體裝置上,㈣於—氧化碳環境中將氧化物層退火。 ^化物層可讀生長或澱積。此外,於—氧化氮環境中退 火後,接著可將叫队層澱積於氧化的二氧化梦層上,然 後使Si3N4層氧化。 、 、在特殊實施例中,氧化層的形成可藉由使基材的暴露部 刀、P型蟲晶層與η型蟲晶層於氫環境中高溫退火,然後 =二:切層於基材的暴露部分、ρ型蟲晶層與η型羞 -層,使二氧切層氬退火及-使二氧切層氧化。 在本發明的其他實施例中’雙:凹 效電晶體之製作可藉由形成一料導-场 执上^ 广田巧成η型導電碳化矽的η型磊晶 層於一碳切基材上,形成歐姆接 訂 其個別界定一源極與—没極,来成,土却日日層上, η型羞晶層上,形成—第/成1型碳切的蓋層於 J 形成弟一凹邵於蓋層上,形成一第-凹 :^型,晶層上,其中…晶層中的凹部係在:二 罘一凹邵中,及形成— 曰) 線 係在歐姆接觸件之間,於是在 施加於蕭特基金屬接觸件時,形成」= =的,晶層中,其中蕭特基金屬接觸件係在:: 羞晶層的凹部中。 ’、在n j 在特殊實施例中,—n型羞晶層與—蓋層的 使η型磊晶層與蓋層於單_ 系猎由 此外,在其他實施例中在單步晶生長而提供。 濃度可改變,以生長蓋層 長步驟中的”接雜物 在本發明的额外實施例中,蓋物第—凹部之形成可
• 13- 297 ST 本紙張尺度_中關家鮮(CNS)M mf^lO: A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明(11) 以藉由使盍層圖案化,以形成第一凹部。此外,也可以形 成一台面,其具有延伸通過蓋層與n型磊晶層的側壁。在 此實施例中’蓋層的圖案化以形成第一凹部以後,接著可 =成一氧化物氮化物-氧化物鈍化層於台面的暴露表面與 士 ^形成閘極‘於氧化物·氮化物-氧化物純化層 t ’其中閘極窗係在第一凹部中,形成第二凹部於η型磊 晶層中,及形成一閘極接觸件於第二凹部中。 在其他的實施例中,基材之形成可藉由形Α一半絕緣碳 化矽基材,其大致上無深位準摻舞物。而且,一緩衝層可 以形成在基材細型系晶層之間。緩衝層可以係未摻:的 碳切、η型碳切或?型碳化石夕。於特殊實施例中,如 果”爰衝層係Ρ型碳化秒,則刑蓉、 ^ 利ρ 土初叩層足形成可以藉由形 弟 Ρ型慕晶層於基材上及來成 /Γ/Γ 斤 啊上夂私成一罘二Ρ型磊晶層於 弟一 Ρ型磊晶層上,其中筮—η剂石e Ρ 味 具宁乐一 P』麻叩層的摻雜濃度低於 弟一 P型磊晶層。 在其他實施例中,一歐娘垃艇 ^ k姆接觸件形成至P型磊晶層。此 卜’ P型掺雜物可植入P型系曰爲+ 几 日曰層中,以提供一 p型導電碳 石夕的區域,其載體濃度高於形 雄从、 门、巧风在植入區域上的歐姆接 牛之ρ型惡晶層。歐姆接觸 u 4、± π较觸仵 < 形成可以藉由蝕刻一接 地接觸窗,其通過一區域中 Λ、匕、 飞甲的盍層與η型磊晶層,該區域 铧、於金屬半導體場效電晶體 〕原極£域,及形成歐姆接 觸件於接地接觸窗。 配合附圖考慮本發明的 盥杜α π、 Γ幻砰細况明時,本發明的優點 入特性及芫成本發明的方式 飞欠侍更加明顯,附圖繪示較佳 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項
訂 線 本紙張尺度適iT目賴f^NS)A4規格(21i -14- x 297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --------- -B7 發明説明(12)^ ' '~ 一一^" 與示範性實施例,其中: 圖式簡單説明 圖1係本發日fl 士 β 、 < 一實施例的剖視圖,其具有直接形成於 漂移層的源極與及極區g; 圖2係本發明之第二實施例的剖視圖,其具有一選擇性 摻雜的隔離層與形成於η-型系晶層的n、域; 圖3A係本發明之第三實施例的剖視圖,其具有一凹入 的蘑菇形閘極結構; - Η 係本發明之第四實施例的-剖視圖,其具有雙凹入 的閘極結構; 圖4係依據本發明一較佳·實施例之鈍化層結構的剖視 圖; 圖5係依據本發明之一實施例的金屬化結構剖視圖; 圖6Α至61繪示依據本發明各實施例之金屬半導體場效電 晶體製作的處理步驟; 圖7係用於丨公厘碳化矽金屬半導體場效電晶體之直流 曲線族的曲線追蹤圖,其具有一p型蟲晶I,蟲晶層摻: 至受體不純密度(Na)<5><1〇15公分_3 ; 圖8係用於i公厘碳化矽金屬半導體場效電晶體之直流 曲線族的曲線追縱圖,其具有一 P型羞晶層,磊晶層^ 至NA=9xl016公分·3 ; 雖 圖9係本發明一實施例的剖視圖,其具有—到達缓 的接地接觸件; 圖10緣示以二維蒙地卡羅模擬決定的碳化矽金屬半導㈣ -15- 本紙張尺度適用中國國家標隼(CNS ) Μ規格(210X297公t (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
492198 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(l3) 場效電晶體之電子分佈; 圖11繪不汲極電流,其係碳化矽金屬半導體場效電晶體 中之無線電頻率驅動的函數; 圖12繪示在脈波操作乂其中偏壓電壓的包絡比無線電頻 率信號的包絡長-下之金屬半導體場效電晶體的汲極電 流; 圖13繪示於一摻雜釩的半絕緣基材上製作之〇 25公厘碳 化矽金屬半導體場效電晶體的晶圓功率測量,其於3·5十 億赫茲顯示5.6瓦特/公厘的功率密度;及 圖14繪示於一無釩的半絕緣基材上製作之0.25公厘碳化 石夕至屬半導肖豆%效電晶體的晶圓功率測量,其於3 · 5十偉 赫炫顯示5 · 2瓦特/公厘的功率密度。 詳細説明 現在,將參考圖而説明本發明,圖繪示本發明的各實施 例。如圖所繪示,層或區域的尺寸係誇大以供説明,於是 係用於繪示本發明的一般結構。此外,本發明的各特色係 參考一層而説明,該層形成於一基材或其他層上。專精於 此技藝的人可以了解,參考一形成於另一層或基材上的層 有考慮到其他層可能干涉。參考一層,其形成於基材或其 他層上而無干涉層,於此稱爲係Γ直接」在層或基材上。 相同的號碼標示相同的元件。 圖1繪示本發明之金屬半導體場效電晶體的第一實施 例。Ρ型導電之第一羞晶層12生長於單晶表體碳化矽基材 10,其係Ρ型或η型導電或半絕緣。碳化矽的第一暴晶層 -16- 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項
訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 492198 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_發明說明(14) 12配置於基材10與一 η型磊晶層14之間。一選擇性金屬化 層32可形成在基材之與第一磊晶層12對立之側。金屬化層 32較佳爲以參考圖5而説明於下的方式形成。 第一磊晶層12可以係ρ型導電碳化矽磊晶層、未摻雜的 破化珍系晶層或極低捧雜的η型導電碳化碎系晶層。如果 使用低摻雜的碳化矽磊晶層,則較佳者爲,第一磊晶層12 的摻雜濃度小於約5χ1015公分。如果使用未掺雜的或η型 第一磊晶層12,則基材10較佳爲半絕緣碳化矽基材。如果 使用未摻雜的或η型第一磊晶層12,則可以形成高品質通 道層,而緩衝層對於電晶體沒有任何顯著的電效應。 歐姆接觸件20與22直接形成在第二磊晶層14上且隔 開,以提供一源極接觸件20與一汲極接觸件22。一蕭特基 閘極接觸件24直接形成在源極接觸件20與没極接觸件22 之間的第二磊晶層14上。如所繪示,選擇性的金屬覆蓋層 26、28與30形成在源極與汲極接觸件20與22及蕭特基閘 極接觸件24上。於直接形成歐姆接觸件20與22在第二磊 晶層14上時,較佳者爲,這些歐姆接觸件20與22由鎳形 成,且在約1050 °C退火約2分鐘。然而,也可以使用自約 800至約1150 °C的溫度及自約30秒至約10分鐘的時間。已 經發現,直接形成在η型磊晶層14上的鎳接觸件可以提供 1χ1(Τ6Ω-公分2以下的接觸電阻。此低電阻可能源自於使用 高溫退火。藉由直接形成接觸件20與22於磊晶層14上, 可避免植入步驟的需求。此外,表面粗度-其可能源自於 植入及離子的活化以形成傳統碳化矽金屬半導體場效電晶 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項
頁 訂 線 -17 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) B7 五、發明說明(15) 體的n+區域-可以減少。此處所使用的,,n+”或,,〆"意指區 域,其由比相同或其他磊晶層或基材之相鄰或其他區域的 載體濃度更高的载體濃度界定。 圖1與後續由圖2、3>斤示的電晶體結構較佳爲形成一台 面,其界足裝置的周緣。在一不具有p型磊晶層的裝置 中’基材與η型暴晶層形成一具有側壁的台面,側壁界定 電晶體的周緣。台面的側壁向下延伸通過裝置的η型導電 層。較佳地,台面延伸進入裝置的基材。台面較佳爲延伸 通過裝置的乏區,以限制在裝置:中到達台面的電流,及減 少裝置的電容。如果裝置的乏區延伸於台面的位準之下, 則b可擴展至台面外邵的區域,導致較大的電容。台面較 佳爲由蚀刻上述裝置之反應離子形成,然而,可以使用專 精於此技藝的人習知之其他方法以形成台面。此外,如果 未使用台面,則可以使用其他方法隔離裝置,諸如質子衝 擊、以補償原子反摻雜或專精於此技藝的人習知的其他方 法。 圖2繪示依據本發明之金屬半導體場效電晶體的第二實 施例。如圖2所示,一選擇性摻雜的p型磊晶層12,形成在 基材10上。第二η型磊晶層14形成在選擇性摻雜的p型暴 晶層12f上,而源極與汲極接觸件20、22與蕭特基金屬接 觸件24形成在n型磊晶層14上。亦繪示於圖2的是選擇性 η區域16與18,其形成在裝置的源極與没極區域。如果形 成η+區域16與18,較佳者爲這些區域係由離子植入形 成,離子較佳爲磷(Ρ),不過,也可以使用氮(Ν),接著係 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明(b) 向溫退火。適當的退火溫度可以自約11〇〇至約16〇(rc。 替代地’ n+區域16與18可以如上述而消除,以提供一裝 置’其具有圖1所繪示的源極、汲極與閘極結構。於此狀 況’較佳者爲,歐姆接觸件20與22係如參考圖1説明於上 者而形成。如所繪示,選擇性金屬覆蓋層26、28與3〇形 成在源極與汲極接觸件20與22及蕭特基閘極接觸件24。 亦緣不的是一金屬化層32,其形成在基材1〇上。金屬化層 32較佳爲如參考圖5説明於下-者而形成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3A綠示本發明之金屬半導體場效電晶體的第三實施 例’其中蕭特基閘極接觸件40凹入於主動通道層中。圖 3A亦緣不本發明之實施例,其中蕭特基閘極接觸件40係 磬藉形閘極接觸件。p型導電的第一磊晶層13生長於?型 導電、n型導電或半絕緣的單晶表體碳化矽基材10上。p 型暴晶層13可以係輕摻雜的p型層12,如圖1所繪示,或 選擇性摻雜的p+層12,,如圖2所繪示。一 η型導電的第二 磊晶層14生長於第一磊晶層13上。亦繪示於圖3Α的係選 擇性η區域16與18,其形成在裝置的源極與没極區域,可 如參考圖2所説明者而形成。η+區域μ與18可以如未考圖 2所説明及圖1所繪示者而消除。歐姆接觸件2〇與22形成 在井16與18上,以產生源極接觸件與汲極接觸件。移除一 部分第二磊晶層14,以提供一在源極與汲極之間的凹入 段。一蕭特基閘極接觸件40形成於源極與汲極接觸件之間 的第二暴晶層14之凹入部分中。 蕭特基閘極接觸件40係蘑菇形結構。如此處所使用者, -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)~----- A7 B7 五、發明說明(Π) 磨兹形閘極係-閘極結構,其至少—部分的剖面積增加, 其原因爲與第二羞晶層14之距離増加。較佳地,閑極杜構 相對於η型層㈣凹部而自對準。此外,較佳者爲,凹部 係藉由乾蚀刻形成,更佳爲藉由電子迴旋加速共振(ECR) 或感應輕合電漿㈣蚀刻形成。以此方式形成一自對準 的凹部以形成問極時,對於羞晶層與任何絕緣層造成的損 傷低,且提供高破壞特徵。 形成凹入閘極的另-方法係藉由雙凹部過程,以二步驟 執行蚀刻,如圖3B所緣示。如賢3B所見,蕭特基間極接 觸件40形成通過蓋層15的雙凹部,且進入第二磊晶層 14。可以首先蝕刻通過蓋層.15,然後執行第二蚀刻,以蝕 刻至第二羞晶層14中。第一钱刻之執行可通過蓋層Μ,其 以相同於η型磊晶層14中的位準摻雜,或者,它可以係極 輕的η型摻雜,盍層15的較佳摻雜範圍係叫=約1χΐ〇15公 分3至約5χ1017公分,而此蓋層的較佳厚度係自約%毫微 米至約300毫微米。第一蝕刻之厚度可一直通過蓋層Η, 或者,它可只部分通過蓋層15。第二蝕刻在第二磊晶層Μ 中的較佳深度係自約20亳微米至约12〇毫微米。蓋層15可 :係第二系晶層14的系晶生長過程之一部分,然而Υ摻雜 濃度可以改變,以提供蓋層15的較佳摻雜範圍。於是,蓋 層15可以係分離的層,或可以係第二磊晶層抖的一部分。 一蝕刻方法可具有很多優於單一凹部過程的優點。—優 點係第一蝕刻可於任何金屬化以前在晶圓上執行,允許一 熱氧化物接續於蝕刻之後而生長。熱氧化過程移除可能已 -20- 492198 A7 B7 五、發明說明(l8) 由敍刻過程損傷的碳化矽,且亦將可能已由蝕刻產生在表 面上的粗糙弄平。此允許緊鄰於閘極氧化之前執行的第二 蚀刻變得淺很多,使典型上不能移除的次表面損傷與表面 粗链減至最小。雙凹部過程的另一優點係較淺的第二蝕刻 減少閘極與蚀刻側壁的接觸量。此使得與潛在性損傷材料 接觸的面積減至最小,而所減少的接觸面積也可以減少問 極電容,因而改進電晶體的頻率響應。 如所纟會示,蕭特基蘑為形部極接觸件4〇可選擇性由鉻 (Cr)的第一閘極層42、鉑(Pt)的屏障層44與金或其他高導 電金屬的第三層46形成,第一閘極層42與主動通道層接 觸。較佳地,鉻層42由蒸發澱積形成。 如再繪示者,一選擇性金屬覆蓋層26與28形成在源極與 汲極接觸件上。較佳地,金屬覆蓋層26與28由鈦(Ti)、鉑 (Pt)與金(Au)形成,鈦用於粘合至一鎳接觸件,鉑充當厚 障層,而金充當高導電金屬。 一選擇性金屬氧化層32可形成在基材1〇之與磊晶層13 對JL之側,以提供一導電平面於基材1〇上。金屬化層較佳 爲如參考圖5説明如下者而形成。 圖4繪示圖1至3之鈍化層6〇的較佳實施例。此鈍化層可 以如美國專利5,972,801號所述者而形成,該專利的揭示全 邵附於此供參考。於形成接觸件2〇、22、%與4〇以前, 裝置的上表面〖交佳爲以氧化物-氮化物_氧化物(〇N〇)鈍化 層60鈍化。如圖4所見,結構的上表面之鈍化係藉由生長 二氧化矽之氧化物層60A,接著使用PECVD或LPCVD澱積
請 先 閱 讀 背 © 之 注 意 事 項 再邊 寫裝 本 _ 頁I 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 _ 492198 A7 B7 五、發明説明(1〇
Si3N4層60B,接著係一最後的熱生長二氧化矽層60C。於 生長二氧化矽層以前,晶圓於高溫氫環境退火。可以使用 大於約900 °C的溫度約15分鐘至約2小時以便退火,然 而,約1100 °C的溫度達約30分鐘係較佳。氧化物-氮化物-氧化物鈍化層使裝置具有較佳的功率密度,主要是由於自 表面捕捉者減少之故。氧化物-氮化物-氧化物具亦靠近導 電帶之低界面捕捉密度(Dit)。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 較佳地,鈍化層60之形成係Γ經由乾氧化過程,於約1200 °C,首先形成約200埃的二氧化矽層60A。然後,第一層 60A於約1200 °C氬退火約1小時。接著,在濕的環境中, 使此於約950 °C氧化約180分鐘。然後,約500埃厚度的 Si3N4層60B藉由PECVD或LPCVD澱積。然後,在濕的環境 中,於約950 °C執行最後的氧化約180分鐘,以提供氧化物 的第三層60C。雖然這些製作規格係較佳,但也可以使用 其他適當的條件與規格。例如,.第一層60A可具有自約50 至約500埃的厚度,第二層60B可具有自約200至約2000埃 的厚度,第三層60C可具有自約20至約200埃的厚度。類 似地,處理狀況可以改變,以提供上述厚度。藉由一自對 準的凹入閘極與氧化物-氮化物-氧化物表面鈍化的組合, 無線電頻率功率密度可以增加,且當驅動位準改變時之無 線電頻率性能的漂移量可以大爲減少。 在本發明的其他實施例中,鈍化層60可以係熱生長或澱 積的氧化物。在任一事例,氧化物較佳爲在一氧化氮環境 中,於約1000 °C至約1300 °C退火約30至約300分鐘。此退 •22· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 492198 A7 _______B7___ 五、發明說明(2〇) 火可減少靠近導電帶之界面捕捉密度,以改進裝置的高頻 性能。在本發明之一特殊較佳實施例中,鈍化層6〇係參考 圖4説明如上者而製作,以提供一氧化物-氮化物-氧化物 層。然而’較佳地,於^澱積ShN4層60B以前,熱氧化層 60A在在一氧化氮環境中於約1〇〇〇 °c至約1300 °C退火約30 至約300分鐘。 圖5繪示一較佳實施例,用於圖1至3的金屬化層32。如 圖5所見,金屬化層32澱積於-基材10的後平面。於形成金 屬化層以前,晶圓較佳爲藉由諸如磨削或研磨的機械減薄 過程,而減薄至約100微米或更少的厚度,可能低至5〇微 米或25微米。金屬化層32可包含一 TiptAu層5〇,其塗覆
AuGe之共熔合金的覆蓋層52。此金屬化層32的使用藉由 允許更容易將裝置接合至電路板,可以改進裝置的封裝。 此外’藉由在金屬化以前將晶圓減薄,可以改進裝置的熱 性能。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在上述每一實施例中,基材可由自6H,4H,15r或3C之後 化石夕群組選出的碳化矽形成,而磊晶層可由自6H,4H,i5r 或3C之碳化矽群組選出的碳化矽形成。基材1〇可由單晶 表體碳化矽形成,且可係半絕緣或是p型或η型導電。第 一磊晶層12、12»與13可由6H,4H,15R或3C聚合型之ρ型導 電碳化秒形成。如果第一磊晶層12,係選擇性摻雜,則自 約lxl〇16至約lxl〇17公分的載體濃度適用於第一磊晶層, 仁、3至5x10的載體濃度爲較佳。適當的慘雜物包本 鋁、硼與鎵。第一磊晶層12’較佳爲選擇性摻雜,以提供 ____ _ 23 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21Q χ 297公髮) ~ ------ 492198 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明(21) 大於約lxl〇12公分_2的總電荷密度。較佳地,第一磊晶層 12,的厚度係自約〇·5微米至約2微米。如上述,第一磊晶 層12也可以係未換雜或輕掺雜的η型碳化矽。 第二磊晶層14可由6H,4H,15R或3C聚合型之η型導電碳 化矽形成。自2xl〇i6至約2χ1〇18公分-3wn型磊晶層之N型 載體濃度係適當的。適當的摻雜物包含氮與磷,然而,氮 為較佳。就上述電晶體的選擇性n+區域而言,約5χΐ〇η的 載體濃度係適當的,但2χΐ〇18—或較高的載體濃度係較佳。 歐姆接觸件20與22較佳爲由鎳或其他適當金屬形成。蕭特 基閘極接觸件24可以由絡、銘或石夕化銘、錄或丁趣形 成,然而,可以使用諸如金之其他金屬,係專精於此技藝 的人所習知的,以達成蕭特基效應。然而,較佳地,蕭特 基閘極接觸件24具有相關於蘑菇形閘極4〇而説明的三層結 構。此結構具有優點,其原因爲鉻(Cr)的高黏合性。上述 裝置選擇性具有-覆蓋層,其在上述歐姆接觸件與間極接 觸件、覆蓋層26、28與30之一或更多者之上,但也可以 係金、銀、鋁、鉑與銅。其他適當的高導電金屬也可以用 於覆蓋層。 閘極接觸件下方的電區域厚纟界定裝置之通道區 域的剖面向度,且係根據裝置之所欲的夾斷電壓與載體濃 度而選擇。給足第二暴晶層的載體濃度,則易於使用專精 於此技藝的人習知的方法,就一給定的夾斷電壓,計算層 的深度。因此,所欲者爲,選擇㈣蟲晶層的厚度與載體 濃度,以提供大於-3伏特_較佳爲大於_5伏特-的夾斷^ •24- $氏張尺度適用中蒼家標準(CNS) Α4ίυ^οχ297公釐)-~----—_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 492198 A7 ______B7___ 五、發明説明(22) 壓。夾斷電壓也可以係自-3伏特至-20伏特,但較佳爲約 -5伏特至-15伏特之間。就一使用η型基材的裝置而言,上 述裝置之埋設的ρ型導電層厚度必須足夠厚,以致於閘極 接面的破壞發生在ρ型導電層消耗之前。就一使用ρ型基 材的裝置而言,上述裝置之埋設的Ρ型導電層與基材之厚 度必須足夠厚,以致於閘極接面的破壞發生在Ρ型導電層 與基材消耗之前。 以上的説明敘述本發明的較—佳實施例,然而,可選擇性 消除上述第一磊晶層,以形成一電晶體,其具有形成在半 絕緣基材或Ρ型基材上的η型導電碳化矽之單一磊晶層。 於形成單一系晶層裝置時,裝置的基材較佳爲使用ρ型導 電碳化矽,其具有上述載體濃度,以用於ρ型埋設層或一 半絕緣基材。 於選擇金屬半導體場效電晶體的尺寸時,閘極寬度界定 爲垂直於電流的閘極尺寸。如圖j至3Β的剖面所示,閘極 寬度進出於頁面。閘極的長度係平行於電流之閘極尺寸。 如圖1至3B的剖面所見,閘極的長度係與第二磊晶層14接 觸之閘極尺寸。一第三重要的尺寸係閘極距離,其在圖ι 至3的剖面中顯示爲自源極接觸件2〇或n+區域16 (如果存 在的話)至閘極接觸件24的距離。 A 了使低電子移動率的效應減至最小,源極至閘極的距 離必須儘可能小,而大致上不允許源極至閘極的洩漏電 流。在本發明之-實施例中,自源極至蕭特基閘極接觸件 的距離足夠大,以當偏壓施加至閘極時防止任何實質上的 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 、11 -25- 492198 A7 B7 五、發明說明(23) 洩漏電流,並且足夠小,以使碳化矽的低電子移動率效應 減至最小。此典型上意指,閘極接觸件必須靠近源極接觸 件,而不接觸源極接觸件或n+區域(如果存在的話)。使閘 極儘可能靠近源極區域而安置可以讓電晶體之區域中_電 子在該處加速-的電場強度最大化,藉以減少碳化石夕的低 電子移動率效應。典型上,約1微米或更少之源極至蕭特 基接觸件的距離係所欲者。裝置之閘極至汲極的距離必須 足夠大,以支援裝置之閘極至-汲極的消耗散佈率。這些距 離典型上係自約0.5微米至約5微米。 爲了使低電子移動率的效應進一步減至最小,閘極接觸 件的長度必須儘可能小。典型上,蕭特基閘極長度小於約 1.0微米係所欲者。藉由使閘極長度減至最小,閘極下方 的連%強度增加。電場增加的結果係因爲相同電壓加諸於 更小的區域。電場強度之此增加使閘極區域中之電子的加 速度增加,於是減少碳化矽之低電子移動率的效應。於 是’所欲者爲,使閘極長度減至最小,以使閘極下方的電 場強度最大化。 如果選擇性摻雜第一磊晶層12,,則基材10也可以摻雜 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 深位準的掺雜物-諸如釩,以產生半絕緣基材。雖然用於 形成半絕緣碳化矽的傳統技術可以用於本發明的特殊實施 例,如下述,但較佳地,不以深位準的摻雜物製作半絕緣 基材。 圖6A至61繪示處理步驟,其可用於製作依據本發明各實 施例的場效電晶體。如圖6A所見,一 p型磊晶層13形成於 -26- 492198 A7 --—__B7 -----—- 五、發明說明(24 ) 碳化矽基材10上,如上述。較佳地,基材10係半絕緣碳化 矽基材,而ρ型磊晶層13選擇性摻雜至約1><1〇16至約1χ1〇ΐ7 公分3的載體濃度’更佳地,自約3χ1〇ΐ6至約5χ1〇ΐ6公 分-3。 較佳地’基材10係半絕緣,而無意掺雜深位準的掺雜 物,俾使基材的電阻率不由深位準的摻雜物決定。此基材 可如共同讓渡且共同待審之美國專利申請案〇9/313,8〇2號 所述者而製作’該申請案的名稱係「無釩支配的半絕緣碳 化石夕」’其揭示全邵附於此供參考。此半絕緣基材可藉由 提供碳化矽基材而製作,碳化矽基材具有高位準的點缺陷 及充分匹配位準的ρ型與η型摻雜物,俾使碳化秒基材的 電阻率由點缺陷支配。此支配可藉由在升高的溫度以源極 粉末製作碳化碎基材而完成,源極粉末具有小於約1χ1〇16 公分(較佳爲小於約lxio14公分·3)之重金屬、過渡元素或 其他深位準的捕捉元素的濃度。例如,可使用約2360 °c與 2380 °C之間的溫度,而種子係低約300 °C至約500 X:。於 是,較佳者爲,半絕緣基材大致上無重金屬、過渡元素捧 雜物或其他深位準的捕捉元素,諸如釩,俾使基材的電阻 率不受此重金屬、過渡元素支配。雖然較佳者爲,半絕緣 基材無此重金屬、過渡元素摻雜物或深位準的捕捉元素, 但如果此材料大致上不影響此處所述金屬半導體場效電晶 體的電性,則此元素能以可測量的數量存在,而仍可由本 發明的敎誨得利。因此,如此處所使用者,術語「大致上 無深位準的摻雜物」意指重金屬、過渡元素摻雜物或深位 -27- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} -------—訂·----I---^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 492198 A7 五、發明說明(25 ) 準的捕捉元素的濃度,其大致上不影響依據本發明之實施 例的金屬半導體場效電晶體的電性。例如,一基材,其重 金屬7、深料捕捉元素的過渡元素·諸如之濃度小約 1x10公分,可認爲大致上無深位準的摻雜物。 如圖6Β所見,-η型羞晶層14形成於如參考圖⑴説明 於上之Ρ型暴晶層I·3上。亦如圓μ 一 , τ如圖沾所不,蝕刻基材與磊晶 層’以形成一隔離台面,且曼仆仏在η 芦口 W卫虱化物_氮化物氡化物鈍化層 60形成在台面上,其包含,型、晶層14。較佳地,氧化物 -氮化物-氧化物鈍化層60如參考:圖4説明於上者而形成。 如上过,選擇性地,一盖層15可形成在η型羞晶層Μ 上,或成爲其-部分。於是-,在這些替代實施例中,蓋層 15可於形成氧化物-氮化物_氧化物純化層⑼以前形成。此 外,雙凹部的第-次蚀刻可於形成氧化物-氮化物_氧化物 鈍化層6〇以前執行。氧化物_氮化物氧化物鈍化層的形成 可藉由碳切蓋層15與η型蟲晶相的任何暴露部分之氧 化及濕蚀刻移除氧化物而進行。過程可以如本發明的單— 凹部實施例之以下説明而繼續進行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如圖6C所見,開口可形成於氧化物-氮化物-氧化物片 ㈣植入η型羞晶層14的,+井16與18中且退火,以活化^ 入物然後,鎳可态發以殿積源極與没極接觸件如與22 , 及退火以形成歐姆接觸件。此殿積與退火過程可以利用專 精於此技藝的人習知的傳統技術執行。圖6C也繪示上述 覆f層26與28的形成。亦爲專精於此技藝的人可了解者, 覆蓋可在蕭特基閉極結構形成之前或之後形成。實際上, 492198 A7 五、發明說明(26 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如果使用上述鈦/鉑/金結構,則覆蓋的鉑與金部分可以在 與蕭特基閘極結構的鉑與金部分相同的處理步驟中形成。 因此,雖然覆蓋層26與28繪示成爲在凹部或閘極接觸件形 成以如形成’但不應該認爲本發明限於此順序。 圖6D繪示一凹部的形成,其用於金屬半導體場效電晶 體的閘極結構。可蚀穿氧化物_氮化物·氧化物層6〇且蝕刻 至η型磊晶層14中,以形成用於閘極結構的凹部1〇〇。較 佳地,凹部100藉由上述蝕刻〜過程形成。接著,氧化物_氮 化物-氧化物層可圖案化,以藉由提供凹部側壁的突起部 分102,以提供閘極結構的,,τ”形頂部。然後,一層鉻“可 澱積於凹部中,如上述及圖6Ε所繪示。然後,可藉由澱 和鉑層44與金層46而完成閘極結構,如圖6F所繪示。 圖6G緣7F晶圓上之sisN4層11〇的形成。圖6G也繪示, 基材10可如上述而減薄,以提供減薄的基材1〇,。然後, 金屬化32可形成於減薄的基材1〇,,如圖61所繪示。接觸 孔也可以形成爲通過叫队層11〇,以允許源極、汲極與閘 極接觸件及一金屬化亙聯層(未顯示)之間的接觸。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經由下列例子,可更了解本發明與它的可能優點。金屬 半導體場效電晶體係如下而處理:磊晶層生長於半絕緣 4H-SiC晶圓上,其具有0.5微米厚摻雜的緩衝層與仏“微米 厚且摻雜的η型通道層。源極與汲極n+井係藉由磷的離子 植入而形成,磷係s130(rc退火i小時而活化。然後,蝕 刻台面,接著是氧化物_氮化物_氧化物鈍化,如上述。然 後臥姆接觸件藉由將氧化物-氮化物_氧化物蝕離n+井、 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 χ 297公釐 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 492198 A7
五、發明說明(27) 蒸發鎳及在1050 C退火而形成。0·7微米的閘極係以自對 準的凹邵蝕刻通過氧化物-氮化物_氧化物及進入通道500 埃而形成。第二光石版印刷術步驟用於使一 τ頂部圖案 化,然後,以250埃的銘;、5〇〇埃的鉑與75〇〇埃的金蒸發而 形成蕭特基接觸件。於閘極形成以後,1〇〇〇埃的si3N4藉由 PECVD 在 3 5(TC 澱積。 圖8係上述1公厘碳化矽金屬半導體場效電晶體之直流 曲線族的曲線追縱圖。如圖8—所見,金屬半導體場效電晶 體具有減少的輸出電導,且顯示:2〇〇伏特汲極偏壓之優良 的夾斷輸出。藉由檢視以Na<5x1〇i5公分·3(圖7)與 ΝΑ=9χ1016公分的ρ型緩衝摻雜製作之金屬半導體場效電 晶體的直流Ι-V特徵,則其最清楚繪示緩衝層中之選擇性 掺_的優點。如圖7所示,藉由輕摻雜的ρ_緩衝層設計, 需要額外的6至8伏特閘極偏壓,以當汲極偏壓增加且輸 出電導(△;[!)/△ VD)高時,使通道電流保持夾斷。藉由增加 緩衝的掺雜至NA=9xl〇16公分,可達成較佳的電流限制, 如圖8所示。輸出電導已以因子爲3而減少,且在Vds=2〇〇 伏特時將裝置夾斷所需要的閘極電壓只比Vds=1〇伏特所需 要者多2伏特。於是,金屬半導體場效電晶體的增益與效 率二者皆可以改進。與圖7所示μν曲線的晶圓測量之金屬 半導體%效電晶體相比,圖8所示I-V曲線的晶圓上測量之 金屬半導體場效電晶體於3·5十億赫茲的功率增益係增加3 分貝。 依據本發明實施例的金屬半導體場效電晶體之直流特徵 本紙張尺度適國家標準(CNS)A4規格⑽X 297公«7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
492198 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 玉、發明説明(28) 的進一步改進已藉由形成一接地接觸件29至通道的源極側 上之高摻雜p型層12’而展現,如圖9所繪示。此接地接觸 件29可消除具有一未完全消耗之p型緩衝層的潛在性缺點 之一’该缺點係電洞電荷可累積及儲存在此層中。電洞電 荷之此非所欲的累積可藉由提供一用於電洞的接地路徑而 防止.。因爲製作到達P型碳化矽之高品質歐姆接觸件的困 難’故較佳者爲’ P+接觸井形成於緩衝層中,此係藉由蝕 離η型通道,且以諸如鋁的p亟摻雜物植入緩衝層,及以 約155(TC與約1750 °C之間的溫度活化植入的物件,以在緩 衝層12’中提供一 p+井17。此p型接觸件29必須儘可能靠近 通道’而不干涉η型源極歐姆接觸件2〇。p型歐姆接觸件 29可以在與η型歐姆接觸件相同的步驟形成,以減少處理 步驟。它也可使用一設計成爲使歐姆接觸件對於ρ型材料 的私阻減至最小之過程,而在一獨立步驟中形成。此過程 之一例係以範圍自約500埃至約1500埃的厚度澱積鎳,及 以範園在約550 °C至約900 °C的溫度迅速熱退火,而將接觸 件退火。 P型緩衝層的串聯電阻可藉由增加此層中的摻雜而減 少’但此對於金屬半導體場效電晶體的頻率響應與破壞電 壓可能有不利的影響。獲得重摻雜的p型層之優點而不會 犧牲金屬半導體場效電晶體的性能之一方法係以二層形成 P型緩衝層12’,如圖9所繪示。底層12"可以大於約5χ1〇18 公分的ΝΑ摻雜且厚度係自約〇 5至約2.0微米,以提供一 低電阻區域,接著係一層12,",其ΝΑ在约5χ1016公分至 -31 - 本紙張尺度適财^"^標準(CNS ) Α4規格(21Qx297公爱 ' ^ ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 492198 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明(29) 5xl017公分4之間且厚度係自約〇 75至約2 〇微米,此減少 場效電晶體的輸出電導而仍支援超過2〇〇伏特的汲極電 壓。藉由使植入的p+井17形成於重摻雜的底層12,,,可進 一步改進p型歐姆接觸件的品質。 雖然已參考圖9,説明本發明的實施例,其附設一到達 埋設的ρ型層12’之接觸件,係專精於此技藝的人可了解 者’但p型接觸件也可提供於此處所述其他實施例中的任 何實施例中,其具有一 ρ型磊晶層。於是,不可認爲本發 明限於圖9所緣示的實施例。 二 如以上所簡述,依據本發明較佳實施例的金屬半導體場 效電晶體使用半絕緣碳化矽基材。形成半絕緣基材之一方 法係有意附設一深位準的摻雜物於晶格中,以將費米位準 相對於導電帶而接合於一很深的能量位準。這些深位準的 摻雜物如同用於任何電子的捕捉中心,其於正常的裝置操 作時注入基材中。此捕捉可能對於微波金屬半導體場效電 晶體的性能有實質上的影響,其原因爲與這些捕捉有關的 時間#數运低於裝置操作的頻率,故所捕捉的電荷量隨著 時間而增加且改變晶體的行爲。 圖10顯示於碳化矽金屬半導體場效電晶體之剖面區域的 電荷分佈,其係以二維蒙地卡羅模擬決定。所模擬的結構 由一半絕緣4H-SiC基材、一薄的ρ·緩衝層與一厚度爲〇25 微米而摻雜率ND=3xl〇17公分的n型通道區域組成。模擬 、示,在南;及極偏壓電壓下,有顯著數量的電荷拉入基材 中’其原因爲源極與汲極區域之間的高電場。此電荷可捕 -32- 本’嫌尺^國國家標準(CNS )八4胁(21〇χ 297公楚) 一 - f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂 4^2198 A7 五、發明說明(3〇) 捉土基材中,且當金屬半導體場效電晶體的活性區域下方 之負電荷數量增加的時候,通道的後側變成空乏,使能夠 流動於電晶體中的電流數量減少。 此反閘k效應可能以若干不同的方式影響金屬半導體場 效電晶體的操作。第一係裝置之可用的尖峰無線電頻率功 率典型上低於裝置的直流特徵所預期者,其原因爲無線電 ^率驅動所可用的尖峰電流由於通道下方所捕捉的電荷而 、’第 零件的效率典型上不如所應達到者那樣高, 其原因爲尖峰與平均電流的比由於相同的理由而減少。捕 捉效應也可说改變無線電頻率操作之零件的偏壓狀況,其 原因爲反閘&私荷累積。圖工i緣示已觀察到的這些偏壓轉 和(。在一理想的金屬半導體場效電晶體中,汲極電流 在無線電頻率驅動下單調地增加,然後,當無線電頻率驅 動移除時返回靜態値。在具有深位準的捕捉之碳化石夕金屬 半導體场效電晶體中,當無線電頻率驅動增加的時候,没 極%机起初掉落至靜態値之下,以減少裝置的功率、線性 與效率。-額外的問題係當無線電頻率功率移★時,汲極 電流掉落至甚低於靜態値,且可能花若干分鐘以返回原始 値。因爲此係由深位準的捕捉所引起,故藉由將裝置加熱 或藉由以光照射之,可以減少回復時間。 圖12繪示當金屬半導體場效電晶體以脈波模式操作時, 已觀察到的没極電流之另一問題。於脈波式操作時,裝置 的偏壓移除,而無線電頻率信?虎不存在,以使加熱減至最 小,然後,恰在次一無線電頻率脈波開始以前,回復至裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------^--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -33- 492198 A7 五、發明說明(31 ) 置。在具有高位準之深位準的捧雜物之半絕緣碳化石夕 上製作的金屬半導體場效電晶體中,於無線電頻率脈波之 前由装置抽取的電流係先前脈波中之無線電頻率驅動數量 的函數。此記憶效應意指,電荷儲存在裝置^某處。如= 12所見,波形⑷顯示在—低位準無線電頻率驅動下的波 極電流,在該處,當無線電頻率脈波啓動時,電流增加。 波形(b)顯示在高無線電頻率驅動下的相同金屬半導體場 效電晶體,在該處,無線電頻率包絡外部的電流低於在低 無線電頻率驅動下者,其係所捕:捉之電荷所致的反閘控效 應。波形⑷顯示理想的波形,在該處,所施加之無線電 頻率信號外部的電流與驅動位準無關。這些偏壓轉移現象 皆可藉由在半絕緣晶圓上製作一依據本發明之實施例的金 屬半導體場效電晶體-其具有凹入的閘極,係單或雙凹部_ 而減少或消除,半絕緣晶圓未有意摻雜釩,其係通常用於 形成半絕緣碳化矽之支配性深位準的摻雜物。 額外地,裝置的效率改進,如圖13與圖14之晶圓上的功 率測量比較所示。圖13與圖14所繪示的測量係在3·5十億 赫茲於閘極長度爲0.7微米的〇·25公厘碳化咬金屬半導體場 效電晶體上所做者。於無釩基材上製作的金屬半導體場效 電晶體(圖14 )具有遠爲改進的功率,使效率增加爲63〇/〇, 且維持>5瓦特/公厘之可比較的功率密度,而於摻雜釩的 基材上製作的金屬半導體場效電晶體(圖13 )之效率爲 35%。效率的改進可能源自於以遠爲低之靜態汲極電流偏 壓電晶體而仍獲得相同數量的尖峰功率之能力。 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 請 閱 讀 背 © 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 492198 A7 B7
五、發明說明(32 ) 在圖與説明書中,已描-士# ^ 揭77?本發明之典型的較佳實施例, 雖然使用特定的術語,作令 、 於限制,本發明的範疇揭 非用 心卜列申請專利範圍。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裳--------訂---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一度 尺 張 紙 本 格 規 4 Λ S) Ν (C 準 標
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Claims (1)
- 、申請專利範圍 L 一種金屬半導體場效電晶體,包括·· 一半絕緣碳化矽基材,其大致上無深位準的摻雜 物’· 一在基材上之n型導電碳化矽的11型磊晶層, 在ϋ型羞晶層上的歐姆接觸件,其分別界定一源極 與一没極;及 一在η型磊晶層上的蕭特基金屬接觸件,其係在歐 姆接觸件之間,於是在源極與汲極之間,當一偏壓施 加至該蕭特基金屬接觸件時ι可形成,活化通道於源 極與汲極之間的η型磊晶層中。 電晶體,其 2·如申請專利範圍第1項之金; 之位準,係低於支 中半絕緣基材具有一深位準地 配基材電阻率的位準。 3.如申請專利範圍第1項之電晶體,其 中半絕緣碳化矽基材具有少公分之重金 屬、過渡元素與深位準捕捉元素二 4·如申請專利範圍第i項之電晶體,其 一、二ϋ …,·’ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 中半絕緣碳化秒基材具有少於約1X1 〇公分3之重金 屬、過渡元素與深位準捕捉元素。 5·如申請專利範圍第1項之金兹電晶體,其 中又包括: 一在η型系晶層之η型碳化秒上的莫層’ 一在蓋層中的第一凹部; 一在η型磊晶層中的第二凹部,η裂磊晶層中的凹部 -36 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) 492198 、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 係在蓋層之第一凹部中; 一在η型磊晶層上的蕭特基金屬接觸件,其係在歐 姆接觸件之間,於是在源極與汲極之間,以當一偏壓 施加至蕭特基金屬接觸件時,形成一活化通遒於源極 與汲極之間的η型磊晶層中,蕭特基金屬接觸件係在η 型慕晶層之凹部中。 6·如申請專利範圍第5項之金電晶體,其 中η型磊晶層與蓋層的載體濃反大致上相同。 7·如申請專利範圍第5項之電晶襪,其中^型磊晶層中的 凹部延伸約20毫微米至約120毫微米的深度。 8·如申請專利範圍第5項之電晶體,其中蓋層的摻雜物 位準係約lxl〇15公分至約5xl〇17公分。 9. 如申請專利範圍第5項之電晶體,其中蓋層的厚度係 約50毫微米至約300毫微米。 “ 10. 如申請專利範圍第i項之電晶體,其中歐姆接觸件係 直接在η型磊晶層上。 11·如申請專利範圍第1項之電晶體, 开τ又包括在η型磊 晶層與歐姆接觸件之間的η+碳化矽區域。 12.如申請專利範圍第i項之電晶體,其中歐姆接觸件包 括直接在η型磊晶層上的鎳接觸件。 匕 13·如申請專利範圍第1項之電晶體,其中又包括 姆接觸件與蕭特基接觸件上的覆蓋層。匕一在歐 14·如申請專利範圍第13項之電晶體,其中歐姆接 括鎳,且覆蓋層包括鈇、銷與金層。 I -37- 492198 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 15. 如申請專利範圍第1項之電晶體,其中η型磊晶層形成 一台面,台面具有延伸通過η型磊晶層之側壁,其界 定電晶體的周緣。 16. 如申請專利範圍第15'項之電晶體,其中台面又包括基 材與延伸進入基材的台面側壁。 17. 如申請專利範圍第15項之電晶體,其中又包括一鈍化 層,其在台面側壁與η型磊晶層之暴露部分上。 18. 如申請專利範圍第17項之電晶體,其中鈍化層係氧化 物-氮化物-氧化物純化層。:~ 19. 如申請專利範圍第1項之電晶體,其中又包括形成於 與η型層對立之基材上的金屬化物。 20. 如申請專利範圍第19項之電晶體,其中基材的厚度係 約100微米或更少。 21. 如申請專利範圍第19項之電晶體,其中金屬化物包括 鈥、舶與金層,其塗覆AuGe之共溶合金的覆蓋層。 22. 如申請專利範圍第1項之電晶體,其中蕭特基金屬接 觸件包括鉻之第一閘極層,其係直接在η型磊晶層 上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 23. 如申請專利範圍第22項之電晶體,其中蕭特基金屬接 觸件又包括一在第一閘極層上的覆蓋層,覆蓋層包括 鉑與金層。 24. 如申請專利範圍第23項之電晶體,其中蕭特基金屬接 觸件係蘑菇形閘極。 25. 如申請專利範圍第24項之電晶體,其中又包括一在η -38- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 492198 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 型磊晶層中的凹部,且第一閘極層形成於η型磊晶層 的凹部中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 26. 如申請專利範圍第24項之電晶體,其中蘑菇形閘極相 對於凹部而自對準。 27. 如申請專利範圍第1項之電晶體,其中又包括一未掺 雜的碳化矽緩衝層,其形成於基材與η型磊晶層之 28. 如申請專利範圍第1項之€晶體,其中又包括一 η型導 電碳化秒緩衝層,其形成於基材與ϋ型慕晶層之間。 29. 如申請專利範圍第1項之電晶體,其中又包括一 ρ型導 電碳化矽緩衝層,其形成於基材與η型磊晶層之間。 30. 如申請專利範圍第29項之電晶體,其中又包括一歐姆 接觸件,其形成於Ρ型磊晶層上。 31. 如申請專利範圍第30項之電晶體,其中又包括一 ρ+碳 化矽之井區域,其形成於ρ型磊晶層中,且歐姆接觸 件形成於Ρ+井區域上。 32. 如申請專利範圍第30項之電晶體,其中ρ型磊晶層包 括: 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 一第一ρ型系晶層;及 一第二Ρ型磊晶層,第一 Ρ型磊晶層的掺雜濃度高於 第二Ρ型磊晶層的摻雜濃度。 33. —種金屬半導體場效電晶體,包括: 一碳化碎基材; 一在基材上之η型導電碳化矽的η型磊晶層, -39- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 、申請專利範圍 ΐϋ Μ 姆接觸件,其個別界定一源極 與一没極; 一在η型磊晶層之η型碳化矽上的蓋層; 在蓋層中的第一凹部; 在η型磊晶層中的第二凹部,η型磊晶層中的凹部 係在蓋層之第一凹部中;及 一在η型磊晶層上的蕭特基金屬接觸件,其係在歐 姆接觸件之間,於是在源_没極之間,以當一偏壓 施加至蕭特基金屬接觸件時,:-形成—活化通道於源極 與及極(間的η型羞晶層中,蕭特基金屬接觸件在η型 系晶層之凹部中。 - 34·如申凊專利範圍第33項之電晶體 中n型蟲晶層與蓋層的載體^。 35·如申請專利範圍第33項之電晶體,其中〇型磊晶層中 的凹部延伸約20毫微米至约120毫微米的深度。 36·如申請專利範園第33項之電晶體,其中蓋層=摻雜物 位準係约lxl〇15公分至約5χ1〇ΐ7公分·3。 37.如申請專利範圍第33項之電晶體,其中蓋層的厚度係 約50晕微米至約3〇〇毫微米。 38·如申請專利範圍第33項之電晶體 直接在η型磊晶層上。 39.如申請專利範圍第33項之電晶體 蟲晶層與歐姆接觸件之間的η+碳化矽區域 4〇·如申請專利範圍第33項之電晶體,其中歐姆接觸件包 其 線 其中歐姆接觸件係 其中又包括在η 型 I -崎 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐、申請專利範圍 括直接在η型磊晶層上的鎳接觸件。 41·如申請專利範圍第33項之電晶體,其中又包括 姆接觸件與蕭特基接觸件上的覆蓋層。 ^ 如申睛專利範圍第4i項乏兩 奶固罘斗1貝體,其中歐姆接觸件 括鎳’且覆蓋層包括鈇、鉬與金層。 处如申請專利範圍第33項之電晶體,其中n型碁晶層形 成一台面,台面具有延伸通過η型磊晶層之側壁,其 界定電晶體的周緣。 〜 ^ 44.如申請專利範圍第43項之電晶體,其中台面又包括基 材與延伸進入基材的台面側壁。 仏如申請專利範圍第43項之電晶體,其中又包括—鈍化 層,其在台面側壁與η型磊晶層之暴露部分上。 46.如申請專利範圍第45項之電晶體,其中鈍化層係氧化 物-氮化物-氧化物鈍化層。 47·如申請專利範圍第33項之電晶體 與η型層對立之基材上的金屬化物 48.如申請專利範圍第47項之電晶體: 約100微米或更少。 49·如申請專利範園第47項之電晶體, 鈦、鉑與金層,其塗覆AuGe之共熔合金的覆蓋層。 5〇·如申請專利範圍第33項之電晶體,其中蕭特基金屬接 觸件包括鉻之第一閘極層,其係直接在η型磊晶層 上。 51.如申請專利範圍第50項之電晶體,其中蕭特基金屬接 閱 §資 背 面 之 >主 I 頁 I 訂 其中又包括形成於 其中基材的厚度係 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中金屬化物包括 ,41- 492198 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 觸件又包括一在第一閘極層上的覆蓋層,覆蓋層包括 銘與金層。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 52. 如申請專利範圍第51項之電晶體,其中蕭特基金屬接 觸件係蘑菇形閘極/ 53. 如申請專利範圍第52項之電晶體,其中蘑菇形閘極相 對於凹部而自對準。 54. 如申請專利範圍第33項之電晶體,其中又包括一未摻 雜的碳化秒缓衝層,其形〜成於基材與η型磊晶層之 間0 , 55. 如申請專利範圍第33項之電晶體,其中又包括一 η型 導電碳化矽缓衝層,其形成於基材與η型磊晶層之 間。 56. 如申請專利範圍第33項之電晶體,其中又包括一 pi型 碳化矽緩衝層,其形成於基材與η型磊晶層之間。 57. 如申請專利範圍第56項之電晶體,其中又包括一歐姆 接觸件,其形成於Ρ型磊晶層上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 58. 如申請專利範圍第57項之電晶體,其中又包括一 ρ+ 碳化矽之井區域,其形成於ρ型磊晶層中,且歐姆接 觸件形成於Ρ+井區域上。 59. 如申請專利範圍第57項之電晶體,其中ρ型磊晶層包 括: 一第一ρ型暴晶層;及 一第二Ρ型磊晶層,第一 Ρ型磊晶層的摻雜濃度高於 第二Ρ型磊晶層的摻雜濃度。 -42- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 492198 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 60. —種金屬半導體場效電晶體,包括: 一表體單晶碳化矽基材; (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一在基材上之η型導電碳化矽的η型磊晶層; 一選擇性摻雜之ρ型導電碳化矽的Ρ型磊晶層,在基 材與η型磊晶層之間,ρ型導電碳化矽的載體濃度係自 約lxlO16至約lxlO17公分·3 ; 在η型磊晶層上的歐姆接觸件,其個別界定一源極 與一没極;及 一在η型磊晶層上的蕭特基淦屬接觸件,其係在歐 姆接觸件之間,於是在源極與汲極之間,以當一偏壓 施加至蕭特基金屬接觸件時,形成一活化通道於源極 與没極之間的η型系晶層中。 61. 如申請專利範圍第60項之電晶體,其中ρ型磊晶層的 載體濃度係自約3χ1016至約5χ1016公分。 62. 如申請專利範圍第60項之電晶體,其中歐姆接觸件係 直接在η型磊晶層上。 63. 如申請專利範圍第60項之電晶體,其中又包括在η型 磊晶層與歐姆接觸件之間的η+碳化矽區域。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 64. 如申請專利範圍第60項之電晶體,其中歐姆接觸件包 括直接在η型磊晶層上的鎳接觸件。 65. 如申請專利範圍第60項之電晶體,其中又包括一在歐 姆接觸件與蕭特基金屬接觸件上的覆蓋層。 66. 如申請專利範圍第64項之電晶體,其中歐姆接觸件包 括鎳,且覆蓋層包括鈥、舶與金層。 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) D8 其中又包括形成 其中基材的厚度 其中金屬化物包— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 492198 申請專利範圍 67.如申請專利範圍第6 ”之電晶體 型磊晶層形成一台面,A 八 土初阳層與] An刑石曰a '"面具有自n型磊晶層延伸i| 入P型挪晶層之側壁並、 " 其界疋電晶體的周緣。 级如申請專利範園第67項之電晶體, 材與延伸進人基材的台面側壁。 W包括基 69.如申請專利範圍第67 裔甘士 包叩體,其中又包括一鈍化 層,其在台面側壁與n型慕晶層之暴露部分上。 m如申請專利範圍第69 日口體,其中鈍化層係氧化 物-氮化物_氧化物鈍化層。:〜 71·如申請專利範圍第6〇項之電晶體 與η型層對立之基材上的金屬化物 72·如申請專利範圍第71項之電晶體 約100微米或更少。 73. 如申請專利範圍第71項之電晶體:穴丁贫屬化物 鈦、鉑與金層’其塗覆AuGe之共熔合金的覆蓋層。 74. 如申請專利範圍第6〇項之電晶體,其中蕭特基金屬 觸件包括鉻之第一閘極層,其係直接在n型磊晶 上。 75. 如申請專利範圍第74項之電晶體,其中蕭特基金屬 觸件又包括一在第一閘極層上的覆蓋層,覆蓋層包 舶與金層。 76·如申請專利範圍第75項之電晶體,其中蕭特基金屬 觸件係蘑菇形閘極。 77·如申請專利範圍第76項之電晶體,其中又包括一 4 -44- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)4921 兇 A8 g ________ D8 六、申清專利範圍 $磊晶層中的凹部,且第-閘極層形成於立型磊晶芦 的凹部中。 曰 (請先閱讀背面之注音?事項再填寫本頁) 78·如申請專利範圍第76項之電晶體,其中蘑蒜形閑極相 對於凹部而自對準。… 79. 如申請專利範圍第6〇項之電晶體,其中又包括: 一在η型磊晶層之η型碳化矽上的蓋層; 一在蓋層中的凹部; :在η型磊晶層中的凹部',而η型磊晶層中的凹部係 在蓋層之凹部中;且 二 蕭特基金屬接觸件係在η型磊晶層的凹部中。 80. 如申請專利範圍第79項之電晶體,其中^型磊晶層中 的凹部延伸約20毫微米至約120毫微米的深度。 81. 如申請專利範圍第79項之電晶體,其巾蓋層以和^型 磊晶層相同的位準摻雜。 82·如申請專利範圍第79項之電晶體,其中蓋層的捧雜物 位準係約1χ1〇15公分至約5χ1〇ΐ7公分-3。 83·如申請專利範圍第79項之電晶體,其中蓋層的厚度係 約50毫微米至約300毫微米。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 84·如申請專利範圍第6〇項之電晶體,其中基材包括半絕 緣碳化秒。 85. 如申請專利範圍第84項之電晶體,其中半絕緣碳化矽 大致上無深位準的捧雜物。 86. 如申請專利範圍第6〇項之電晶體,其中又包括一到達 p型系晶層的接觸件。 -45- 本紐尺度適財關家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐1--' -- 六、申請專利範圍 87·如申請專利範圍第%電晶體,其中又包括·· —P+碳化矽之井區域,其形成於p型磊晶層中;且 到達P型磊晶層的接觸件形成於〆井區域上。 饥如申請專利範圍第86项之電晶體,其中p型羞晶層包 括: 一第一p型導電碳化矽層,其形成於基材上·及 一第二P型導電碳化矽層,其形成於基材上,第一p 型導電碳化矽層比第二p〜型導電碳化矽層更加重掺 雜。 … 89·種金屬半導體場效電晶體,包括·· 一在碳化矽基材上之n型導電碳化矽的n型層; 在η型層上且隔離的歐姆接觸件,其個別界定一源 極與一汲極;及 μ 杜η型層上的鉻區域 觸 於是在源極與汲極之間,以提供一蕭特基金屬接 件,以當一偏壓施加至蕭特基金屬接觸件時,形成 活化通道於源極與汲極之間的η型層中。 型 90·如申請專利範圍第89項之電晶體,其中又包括— 導電碳化矽之ρ型層,其在基材與η型層之間。 Ρ 91. 如申請專利範圍第90項之電晶體,其中 又包括一歐姆 接觸件,其形成於ρ型磊晶層上。 碳 92. 如申請專利範圍第91項之電晶體,其中又包括—+ 化石夕之井區域,其形成於Ρ型層中,且歐姆接觸= 成於Ρ+井區域上。 -46- 492198 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 93·如申請專利範圍第91項之電晶體,其中p型層包括: 一第一P型磊晶層;及 第一 P型磊晶層,第一p型磊晶層的摻雜濃度高於 第一 P型磊晶層的摻雜濃度。 94·如申請專利範圍第89項之電晶體,其中又包括在❹型 系晶層與歐姆接觸件之間的η+碳化矽區域。 95·如申請專利範圍第89項之電晶體,其中又包括一在歐 姆接觸件與蕭特基接觸件X的覆蓋層。 96·如申請專利範圍第95項之電晶、體,其中歐姆接觸件包 括鎳’且覆蓋層包括鈥、鉑與金層。 97·如申請專利範圍第9〇項之電晶體,其中^型與ρ型層形 成一台面,台面具有自η型層延伸進入Ρ型層之側壁, 其界定電晶體的周緣。 98·如申請專利範圍第97項之電晶體,其中台面又包括基 材與延伸進入基材的台面側壁。 99·如申請專利範圍第97項之電晶體,其中又包括一鈍化 層’其在台面側壁與η型磊晶層之暴露部分上。 100·如申請專利範圍第99項之電晶體,其中鈍化層係氧化 物-氮化物-氧化物鈍化層。 101.如申請專利範圍第89項之電晶體,其中又包括形成於 與η型層對立之基材上的金屬化物。 102·如申請專利範圍第101項之電晶體,其中基材的厚度 係約100微米或更少。 103.如申請專利範圍第ι〇1項之電晶體,其中金屬化物包 -47- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注咅?事項再填寫本頁} · 線. 492198 A8 B8 C8 D8 >申請專利範圍 括鈥、舶與金層,其塗覆AuGe之共溶合金的覆蓋層。 104. 如申請專利範圍第97項之電晶體,其中蕭特基金屬接 觸件又包括一在鉻區域上的覆蓋層,覆蓋層包括銘與 金層。 105. 如申請專利範圍第89項之電晶體,其中蕭特基金屬接 觸件係蘑菇形閘極。 106. 如申請專利範圍第89項之電晶體,其中又包括一在η 型層中的凹部,且鉻區域榇在η型層的凹部中。 107. 如申請專利範圍第106項之電扁體,其中鉻區域係自 對準。 108. 如申請專利範圍第89項之電晶體,其中歐姆接觸件係 直接在η型蟲晶層上。 109. —種金屬半導體場效電晶體,包括: 一表體單晶碳化矽基材; 一在基材上之η型導電碳化碎的η型暴晶層; 在η型慕晶層上的歐姆接觸件’其個別界定·源極 與一汲極;及 一在η型磊晶層上的蕭特基金屬接觸件,其係在歐 姆接觸件之間,於是在源極與汲極之間,以當一偏壓 施加至蕭特基金屬接觸件時,形成一活化通道於源極 與汲極之間的η型磊晶層中; 其中η型蟲晶層形成一台面,台面具有延伸通過η型 磊晶層之側壁,其界定電晶體的周緣;及 一氧化物-氮化物-氧化物鈍化層,其在台面的側壁 -48- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再, 本 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 492198 88899 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 及η型磊晶層的暴露部分上。 110·如申請專利範圍第1〇9項之電晶體,其中台面又包括 基材與延伸進入基材的台面側壁。 111•如申請專利範圍第1〇9項之電晶體,其中又包括·· Ρ型導電碳化矽的Ρ型磊晶層,在基材與η型磊晶 層之間;且 台面的側壁自η型層延伸進入ρ型層。 112·如申請專利範圍第ιη項乏電晶體,其中又包括一歐 姆接觸件,其形成於ρ型磊晶層上。 113·如申請專利範圍第η2項之電晶體,其中又包括一 碳化矽之井區域,其形成於ρ型層中,且歐姆接觸件 形成於ρ+井區域上。 114·如申請專利範圍第112項之電晶體,其中ρ型磊晶層包 括: 一第一 Ρ型磊晶層·,及 ^ 一第二Ρ型磊晶層,第一ρ型磊晶層的摻雜濃度高於 第一 Ρ型暴晶層的掺雜濃度。 115. 如申請專利範圍第1〇9項之電晶體,其中歐姆接觸件 係直接在η型磊晶層上。 116. 如申請專利範圍第1〇9項之電晶體,其中又包括在η型 蟲晶層與歐姆接觸件之間的η+碳化矽區域。 117. 如申請專利範圍第項之電晶體,其中歐姆接觸件 包括直接在η型磊晶層上的鎳接觸件。 118·如申請專利範圍第1〇9項之電晶體,其中又包括一在 _____ _49_ 本紙張尺度心中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公 ) _______ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - 訂: -丨線. 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 、申請專利範圍 歐姆接觸件與蕭特基金屬接觸件上的覆蓋層。 U9.如申請專利範園第118項之 %卵具中歐姆接觸件 包括鎳,且覆蓋層包括鈦、鉑與金層。 120•如申請專利範圍第109項之電晶體,纟中又包括形成 於與η型層對立之基材上的金屬化物。 ’ ⑵.如申請專利範圍第120項之電晶體,丨中基材的厚产 係約100微米或更少。 人 122. 如申請專利範圍第12〇項乏電晶體,丨中金屬化物包 括鈦、鉑與金層,其塗覆八11(^_之共熔合金的覆蓋層。 123. 如申請專利範圍第1〇9項之電晶體,其中蕭特基= 接觸件係蘑菇形閘極。- " 124•如申請專利範圍第1〇9項之電晶體,其中又包括—在^ 型羞晶層中的凹部,且閘極接觸件形成於η型羞晶層 的凹部中。 曰 125. 如申請專利範圍第124項之電晶體,其中閉極接觸件 係自對準的閘極接觸件。 126. —種金屬半導體場效電晶體,包括: 半絕緣碳化矽基材,其大致上無深位準的摻雜 訂 線 物 碳化矽之緩衝層,其係在半絕緣碳化矽基材 上 一在緩衝層上之η型磊晶層; 一在η型磊晶層上的蓋層; 在η型磊晶層上的歐姆接觸件,其個別界定一源極 與一汲極; -50- 本紙張尺度刺+關家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) 492198 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一在蓋層中而在源極與汲極接觸件之間的第一凹 部; 一在η型磊晶層中而在第一凹部内的第二凹部; 一在η型磊晶層上的蕭特基金屬接觸件,其係在歐 姆接觸件之間,於是在源極與汲極之間,以當一偏壓 施加至蕭特基金屬接觸件時,形成一活化通道於源極 與没極之間的η型磊晶層中,蕭特基金屬接觸件包含 一鉻層,其在η型磊晶層而在第二凹部中; 其特徵爲η型蟲晶層形成一治面,台面具有延伸進 入η型磊晶層之側壁,其界定電晶體的周緣;及 一氧化物-氮化物-氧化物鈍化層,其在台面的侧壁 及η型磊晶層的暴露部分上。 127·如申請專利範圍第126項之電晶體,其中緩衝層包括 一選擇性摻雜之Ρ型導電碳化矽的Ρ型磊晶層,在基材 與η型磊晶層之間,ρ型導電碳化矽的载體濃度係自約 ΙχΙΟ16 至約 lxl〇17 公分-3。 128. 如申請專利範圍第126項之電晶體,其中緩衝層包括 未掺雜之碳化矽。 129. —種製作碳化矽半導體裝置的鈍化層之方法,包括: 形成一氧化層於碳化矽半導體裝置上;然後 於一氧化碳環境中將氧化物層退火。 跳如申請專利範圍第129項之方法,其中形成氧化層的 步驟包括熱生長一氧化層的步驟。 肌如申請專利範圍第129項之方法,其中形成氧化層的 卜紙張尺度^用中國國家f^7CNS)A4規格咖χ 297公爱)- 訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 492198 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -52. 步驟包括澱積一氧化層於碳化碎半導體裝置上的步 驟。 132. 如申請專利範圍第129項之方法,其中鈍化層係氧化 物-氮化物-氧化物鈍化層,且退火步驟之後續步驟 係: 澱積一 S“N4層於氧化的Si〇2層上;然後 使Si3N4層氧化。 133. 如申請專利範圍第132項乏方法,其中形成氧化層之 步驟包括下列步驟: / 使基材的暴露部分、p型磊晶層與n型磊晶層於氫氣 環境中高溫退火;然後- 形成·二氧化矽層於基材的暴露部分、p型磊晶層與^ 型磊晶層上;然後 使二氧化矽層以氬退火;然後 使一氣化秒層氧化。 134. —種製作金屬半導體場效電晶體之方法,包括: 形成一選擇性摻雜之Ρ型導電碳化矽的ρ型磊晶層於 單晶碳化石夕基材上,ρ型導電碳化矽具有自約lxio16至 約lxlO17公分·3的載體濃度;然後 形成一 η型導電碳化矽的η型磊晶層於ρ型磊晶層 上’ η型蟲晶層形成一台面,台面具有延伸進入η型層 疋側壁,其界定電晶體的周緣; 形成歐姆接觸件於η型磊晶層上,其個別界定一源 極與一没極,及 本紙張尺度顧巾 --------訂---------線 up (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 六、申請專利範圍 形成-蕭特基金屬接觸件於n型羞晶層上, 歐姆接觸件之間,於是在源極與❹之間;及 形成氧化物-氮化物-氧化物層於台面的侧壁細型 暴晶層的暴露部分上。 ^ 取如申請專利範圍第134項之方法,其中又包括的步驟 係蝕刻η型磊晶層與p型磊晶層,以形 a 136·如申請專利範圍第134項之方法,其中於形成歐姆接 觸件與形成蕭特基閘極接觸件的步驟以前之步驟係: 蝕刻η型磊晶層與p型磊晶層^以形成一台面,及 形成一氧化物-氮化物.氧化物#也化層於台面的暴露 表面上。 - ⑽申請專利範圍第136項之方法,其中形成氧化物-氮 化物-氧化物層之步驟包括下列步驟: 使基材的暴露部分、ρ型蟲晶層與㈣羞晶層於氣氣 環境中高溫退火,·然後 形成二氧化碎層於基材的暴露部分、㈣羞晶層與η 型蟲晶層上;然後 使二氧化矽層以氬退火;然後 使二氧化矽層氧化;然後 殿積一 S^N4層於氧化的二氧化碎層上,·然後 使Si3N4層氧化。 孤如申請專利範圍第137項之方法,其中高溫退火係在 大於約_ 的溫度進行約15分鐘至約2小時的時間。 139.如申請專利範圍第m項之方法,其中氬退火在約 -53- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) A8 B8 C8 D8、申請專利範圍 1200 C的溫度進行約1小時的時間。 嫩如申請專利範圍第137項之方法,其中形成二氧化石夕層 請 的步驟包括形成約5 〇至約5 0 0埃厚度的二氧化矽層的 步驟。 ⑷,如申請專利範圍第137項之方法’其中形成二氧化矽 層的步驟包括在約1200。(:的溫度,經由乾燥氧化物過 程形成二氧化矽層。 142.如申請專利範圍第137項之方法,其中使二氧化石夕層 氧化的步驟包括的步驟係在約稍。c溫度的濕環境中, 使一氧化石夕層氧化約180分鐘之時間。 143·如申叩專利範圍第137項之方法,其中澱積層的 步驟包括的步驟係將札队層澱積成約2〇〇至約2〇〇〇埃 的厚度。 Μ4.如申請專利範圍第137項之方法,其中澱積沁队層的 步驟包括的步驟係經由化學蒸氣澱積而澱積叫队層。 145.如申請專利範圍第m項之方法,其中氧化私队層的 步驟包括的步驟係在濕環境中於約95〇 I溫度氧化 SisN4層约180分鐘之時間。 146·如申請專利範圍第137項之方法,其中氧化沁队層的 步驟包括的步驟係氧化叫队層,以提供一氧化層,其 厚度係自約20至約200埃。 147.如申請專利範圍第137項之方法,其中澱積沁队層於 氧化的二氧化矽層的步驟之前係於—氧化氮環境中退 火將氣化的二氧化秒層退火之步驟。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -54- 六、申請專利範圍 •/申请專利範圍第134项之方法,其中又包括的步驟 系形成-間極凹部於n型羞晶層中,而形成蕭特基間 極接觸件的步驟包括形成一蕭特基閘極接觸極 凹部中的步驟。 〜 嫩如申請專利範圍第147項之方法,其中又包括下列步 驟: 蝕刻通過氧化物-氮化物_氧化物鈍化層,且進入^^ 型磊晶層,以在n型磊晶層-中提供—閘極凹部;且 形成蕭特基閘極接觸件的步-驟包括的步驟係利用氧 化物-氮化物-氧化物鈍化層作爲罩幕,形成蕭特基閘 極接觸件於閘極凹部中。- 150.如申請專利範圍第148項之方法,其中㈣通過氧化 物-氮化物-氧化物鈍化層的步驟以後,接續的步驟係 使氧化物-氮化物-氧化物鈍化層圖案化,以提供一突 出物於氧化物-氮化物-氧化物遣屯化層的開口之侧壁 中’以用於閘極凹部,·且 物 形成蕭特基閘極接觸件於閘極凹部中的步驟包括的 步驟係形成一蘑菇形閘極結構,其係在閘極凹部中及 在側壁以及氧化物-氮化物_氧化物鈍化層的突出 化 速 151·如申請專利範圍第148項之方法,其中蝕刻通過氧 物-氮化物-氧化物鈍化層的步驟係藉由電子迴旋加 共振或感應耦合電漿蝕刻二者中至少之一執行。 152·如申請專利範圍第147項之方法,其中形成問極凹 -55 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) 492198 六、申請專利範圍 的步驟之前的步驟係·· 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 形成一碳化矽蓋層於η型磊晶層上; 蚀刻通過蓋層,以提供一第一凹部; 形成氧化物-氮化知·氧化物鈍化層的步驟包括^ 一氧化物-氮化物-氧化物層於蓋層上,· 〜 形成 蝕刻通過氧化物_氮化物_氧化物鈍化層,且、、 型磊晶層,以在η型磊晶層中提供一第二凹部進^入 凹部係在第一凹部中;且〜 弟一 形成蕭特基閘極接觸件的步-驟包括的步驟係矛卜 化物-氮化物-氧化物鈍化層作爲罩幕,形二一用氧 閘極接觸件於第二凹部中。 蕭特基 m如申請專利範圍第134項之方法,其中 係將η+井區域植入㈣晶層中,以提供源極= 區域,且形成歐姆接觸件的步驟包括的步 姆接觸件於Π+井區域上。 氐、 154. 如申請專利範圍第134項之方法,其中又包括下列 驟: 使基材減薄;然後 形成一金屬化層於與P型磊晶層對立的基材上。 155. 如申請專利範圍第153項之方法,其中形成金屬化 之步驟包括下列步驟: 形成一鈦層於與p型磊晶層對立的基材上;然後 形成一鉑層於鈦層上;然後 形成一金層於鉑層上。 η 訂 步 _ -56- 本紙張尺度適用中關豕標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) 492198 六、申請專利範圍 1S6·如申請專利範圍第 A ^ 貝又万法,其中又包括形成一 AuGe的共熔合金層於金層上之步驟。 ⑸一種製作料碳切場效μ體之㈣結構 , 包括下列步驟·· 〜 形成a化物-氮化物·氧化㈣化層於—μ終止 的碳化矽場效電晶體之暴露表面上; 、 形成一閘極窗於氧化物·氮化物-氧化物鈍化層中; 形成-閘極凹部於台面②止的碳切電晶體之通道 層中; 形成一閘極接觸件於通道層的閘極凹部中。 说如申請專利範圍第156项之方法,其中形成氧化物-氮 化物-氧化物鈍化層的步驟包括下列步驟: 使基材的暴露邱分、ρ型羞晶層與η型蟲晶層於氫環 境中高溫退火;然後 形成一氧化矽層於基材的暴露部分、ρ型磊晶層與立 型幕晶層上;然後 使二氧化秒層氬退火;然後 使一氣化秒層氧化;然後 擬積一 S^N4層於氧化的二氧化矽層上;然後 使Si3N4層氧化。 消 159·如申請專利範圍第157項之方法,其中澱積一沁队層 於氧化的二氧化矽層上的步驟之前係於一氧化氮環境 中使氧化的二氧化矽層退火的步驟。 160·如申請專利範圍第157項之方法,其中高溫退火係在 -57- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 492198 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ^~一 " 大於約9 0 0。(:的溫度進行約! 5分鐘至約2小時的時間。 161·如申請專利範圍第157項之方法,其中氬退火在約 1200 C的溫度進行約1小時的時間。 162. 如申請專利範園第157項之方法,其中形成二氧化矽 層的步驟包括形成約50至約500埃厚度的二氧化矽層 的步驟。 163. 如申請專利範圍第157項之方法,其中形成二氧化矽 層的步驟包括在約1200»C岛溫度,經由乾燥氧化物過 程形成二氧化碎層。 :〜 164·如申請專利範圍第157項之方法,其中使二氧化矽層 氧化的步驟包括的步驟係在濕環境中,於約95〇。〇的溫 度’使二氧化矽層氧化約丨8〇分鐘之時間。 165·如申請專利範圍第157項之方法,其中澱積sisN4層的 步驟包括的步驟係將沁队層澱積成約2〇〇至約2〇〇〇埃 的厚度。 166.如申請專利範圍第157項之方法,其中澱積叫队層的 步驟包括的步驟係經由化學蒸氣澱積而澱積叫队層。 167·如申請專利範圍第157項之方法,其中澱積沁队層的 步驟包括的步驟係在濕環境中,於約95〇 t的溫度,氧 化S^N4層約18〇分鐘之時間。 168.如申請專利範圍第157項之方法,其中氧化層的 步驟包括的步驟係氧化叫队層,以提供一氧化層,其 厚度係自約20至約200埃。 169·如申請專利範圍第156項之方法,其中形成閘極接觸 ___________-58- I紙張尺度適用中關家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) " -- • 11--— — — — — — — — -1--丨! —訂------— (請先閱讀背面之注咅?事項再填寫本頁}六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 件的步驟包括的步㈣#lj P 化層作爲罩幕,形成—門柘j,、 氮化物·氧化物鈍 170 4α φ ά φ 甲”接觸件於閘極凹部中。 170·如申凊專利範園第168 Τ 係使急π必& 又万法,其中又包括的步驟 突 虱化物鈍化層圖案化,以提供一 大出物於氧化物氮化物_氧 麻 乳化物純化層的開口之侧壁 中,以用於閘極凹部;且 =-閘極接觸件於閘極凹部中的步驟包括的步驟 形成—磨蒜形間核結構',其係在間極凹部中及在侧 壁以及氧化物-氮化物_氧化物鈍化層的突出物上。 171·如申請專利範園第 甘士 ^丄 貝 < 万法,其中形成一閘極窗 Λ形成—閘極凹部的步驟之執行«由電子迴旋加速 共振或感應镇合電漿蚀刻二者中至少之一,触刻通過 乳化物-氮化物氧化物鈍化層及進入通道中。 172.-種形成金屬半導體場效電晶體之方法,包括: 形成一 η型導電碳化碎的η型羞晶層於-碳化碎基材 上; 形成歐姆接觸件於η型磊晶層上,其個別界定一源 極與一没極; 形成一η型碳化矽的蓋層於η型磊晶層上; 形成一第一凹部於蓋層上; 形成一第二凹部於η型磊晶層上,η型磊晶層中的凹 部係在蓋層的第一凹部中;及 形成一蕭特基接觸件於η型磊晶層上,其係在歐姆 接觸件之間’於是在源極與汲極之間,以當偏壓施加 __ -59- 閱 背 Φ 之 注 I 1% 頁i 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規;^〇x297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 於蕭特基金屬接觸件時,形成一主動通道於源極與汲 核之間的η型磊晶層中,蕭特基金屬接觸件係在^型磊 晶層的凹部中。 173 ·如申請專利範圍第17、項之方法,其中形成一 ^型磊晶 層與形成一蓋層的步驟包括的步驟係使η型磊晶層與 袁層於單一生長步驟中磊晶生長。 如申请專利範圍第172項之方法,其中改變在單一生 長步驟中的η型摻雜物濃度-,以生長蓋層。 •如申请專利範圍第171項之方:-法,其中形成一第一凹 部於蓋層中的步驟包括使蓋層圖案化以形成第一凹部 的步驟。 - 176·如申請專利範圍第172項之方法,其中又包括下列步 驟: 形成一台面,其具有延伸通過蓋層與11型磊晶芦 側壁;且 ^ 於蓋層的圖案化以形成第一凹部的步驟以後,接續 的步驟係: 形成氧化物-氮化物-氧化物鈍化層於台面的暴露表 面與第一凹部上; 形成一閘極窗於氧化物-氮化物-氧化物鈍化層中, 閘極窗係在第一凹部中; 形成第二凹部於η型磊晶層中;及 形成一閘極接觸件於第二凹部中。 177.如申請專利範圍第175項之方法,其中形成氧化物·氮 _____-60- t紙張尺度適用國家標準(CNS)A4規格咖χ 297公髮) --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 化物-氧化物層之步驟包括下列步驟: 使基材的暴露部分、 曰 環境中高溫退火;然後 與η型羞晶層於氣顧 形成:氧切層於„的暴露^ν 型磊晶層上;然後 ρ土初印層興H 使二氧化矽層以氬退火;然後 使一氧化矽層氧化;然後 殿積-Si3N4層於氧化的二氧切層上;然後 使Si3N4層氧化。 :_ 請專利範圍第176項之方法,其中搬積s成層於 ,的二乳切層的步驟之前係於一氧化氮環境中將 乳化的一氧化石夕層退火之步驟。 ⑺·如申請專利範園第175項之方法,其中形成閘極接觸 件的步I包括的步驟係利用氧化物_氮化物-氧化物純 化層作爲罩幕,形成一閘極接觸件於第二凹部中。 •如申請專利範圍第178項之方法,其中形成一間極接 觸件於第_凹邵巾的步驟包括的步驟係%成一磬藉形 閘極結構在第二凹部中。 ⑻·如申請專利範圍第175項之方法,其中形成一閘窗及 形成一第二凹邵的步驟之執行係藉由以電子迴旋加速 共振或感應耦合電漿蝕刻二者中至少之一,蝕刻通過 氧化物-氮化物-氧化物鈍化層且進入η型磊晶層。 182·如申請專利範圍第m項之方法,其中形成基材之步 驟包括的步驟係形成一半絕緣碳化矽基材,其大致上 -61 I X 297公釐)A8 B8 C8 D8、申請專利範圍 無深位準摻雜物。 183.如申請專利範圍第m項之方法,其中又包括的步驟 係形成一緩衝層於基材與η型磊晶層之間。 184•如申請專利範園第182項之方法,其中形成缓衝層的 步驟包括形成未摻雜的碳化矽磊晶層之步驟。 185·如申請專利範圍第182項之方法,其中形成缓衝層的 步驟包括形成一 η型碳化矽磊晶層之步驟。 186·如申請專利範圍第182項乏方法,其中形成緩衝層的 步驟包括形成一Ρ型碳化矽磊晶層之步驟。 187·如申請專利範圍第183項之方法,其中形成一 ρ型磊晶 層之步驟包括下列步驟:_ 形成一第一 ρ型磊晶層於基材上;及 形成一第二p型磊晶層於第一 Ρ型磊晶層上,第二Ρ 型磊晶層的摻雜濃度低於第一 Ρ型磊晶層。 188·如申請專利範圍第18S項之方法,其中又包括形成— 歐姆接觸件於Ρ型磊晶層的步驟。 嫩如申請專利範圍第187項之方法,其中又包括的步锻 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 係將Ρ型掺雜物植入Ρ型磊晶層中,以提供—Ρ型導電 碳化矽的區域’其載體濃度高於Ρ型磊晶層;且 形成-歐姆接觸件的步驟包括形成—歐姆接觸件於 植入區域上的步驟。 、 •如申請專利範圍第187項之方法,其中 件之步驟包括下列步驟: 姆接觸 蝕刻一接地接觸窗,其通過一區 \τ的盍層與η型 492198 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 磊晶層,該區域鄰近於金屬半導體場效電晶體的源極 區域;及 形成歐姆接觸件於接地接觸窗。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -63- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
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