本申請(qǐng)是下述申請(qǐng)的分案申請(qǐng)：發(fā)明名稱：用于碳化硅器件的擴(kuò)散結(jié)終端結(jié)構(gòu)及制造并入其的碳化硅器件的方法，申請(qǐng)日：2010年3月9日，申請(qǐng)?zhí)枺?01080032441.x。相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)主張2009年5月12日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)no.61/177,372的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，在此該申請(qǐng)的公開通過(guò)引用整體并入。美國(guó)政府利益的聲明本發(fā)明是以美國(guó)政府根據(jù)由美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室給予的號(hào)為no.w911nf-04-2-0022的合同的支持完成的。政府在本發(fā)明中具有特定權(quán)利。本發(fā)明涉及微電子器件，更具體地，涉及用于碳化硅器件的邊緣終端。
背景技術(shù)：
：：高壓碳化硅(sic)器件可以能夠處理高壓，并可根據(jù)其有源區(qū)的大小，處理高達(dá)大約100安培或更高的電流。高壓sic器件有很多重要的應(yīng)用，特別是在功率調(diào)節(jié)、分配和控制領(lǐng)域。傳統(tǒng)功率器件結(jié)構(gòu)具有n-型sic襯底，在其上形成有作為漂移區(qū)的n-外延層。該器件通常包括n-層上的p-n和/或肖特基結(jié)，其用作在反向偏置方向中阻斷電壓并且在正向偏置方向中提供電流流動(dòng)的主結(jié)。通常通過(guò)離子注入形成的p-型結(jié)終端擴(kuò)展(jte)區(qū)域可在主結(jié)周圍。用于形成jte區(qū)域的注入物可以是鋁、硼或其他任何適合的p-型摻雜物。jte區(qū)域的目的是減少或防止電場(chǎng)在邊緣聚集，以及減少或防止耗盡區(qū)與器件表面相互作用。表面效應(yīng)可能導(dǎo)致耗盡區(qū)不均勻擴(kuò)散，這可能不利地影響器件的擊穿電壓。其他終端技術(shù)包括可能更強(qiáng)烈地受表面效應(yīng)影響的保護(hù)環(huán)和浮動(dòng)場(chǎng)環(huán)。也可以通過(guò)注入諸如鎳或磷的n-型摻雜物來(lái)形成溝道截?cái)鄥^(qū)，以防止/減少耗盡區(qū)到器件邊緣的擴(kuò)展。sic肖特基二極管的其他傳統(tǒng)終端在singh等人的“planarterminationsin4h-sicschottkydiodeswithlowleakageandhighyields”中進(jìn)行了描述，其發(fā)表在ispsd'97,第157-160頁(yè)。用于sic肖特基勢(shì)壘二極管的p-型外延保護(hù)環(huán)終端在ueno等人的“theguard-ringterminationforhigh-voltagesicschottkybarrierdiodes”中進(jìn)行了描述，其發(fā)表在ieeeelectrondeviceletters,vol.16,no.7,1995年7月,第331-332頁(yè)。此外，其他終端技術(shù)在題為“sicsemiconductordevicecomprisingapnjunctionwithavoltageabsorbingedge”的公開的pct申請(qǐng)no.wo97/08754中進(jìn)行了描述。除了結(jié)終端擴(kuò)展(jte)，多浮動(dòng)保護(hù)環(huán)(mfgr)和場(chǎng)板(fr)也是高壓碳化硅器件中被通常使用的終端方案。另一種傳統(tǒng)邊緣終端技術(shù)是臺(tái)面(mesa)邊緣終端。場(chǎng)板終端也是用于器件邊緣終端的傳統(tǒng)技術(shù)，并且節(jié)省成本。在傳統(tǒng)場(chǎng)板器件中，高場(chǎng)是由金屬場(chǎng)板下的氧化層來(lái)支撐的。這種技術(shù)對(duì)于半導(dǎo)體中的最高場(chǎng)相對(duì)低的硅器件來(lái)說(shuō)運(yùn)行得很好。然而，在sic器件中，在阻斷狀態(tài)的電場(chǎng)可能非常高(～2mv/cm)，其是氧化半導(dǎo)體界面處的2.5倍。這就導(dǎo)致了很高的氧化場(chǎng)，并且可能導(dǎo)致長(zhǎng)期的可靠性問(wèn)題。因此，場(chǎng)板終端可能不適于用在sic器件中。除了jte，對(duì)多浮動(dòng)保護(hù)環(huán)的使用已經(jīng)被提議作為降低jte對(duì)注入劑量變化的敏感度的技術(shù)。參見kinoshita等人在tech.digestofispsd'02,第253-256頁(yè)中的“guardringassistedresurf:anewterminationstructureprovidingstableandhighbreakdownvoltageforsicpowerdevices”。kinoshita等人報(bào)導(dǎo)稱這種技術(shù)降低了對(duì)注入劑量變化的敏感度。然而，當(dāng)保持環(huán)既被添加到j(luò)te內(nèi)邊緣又被添加到j(luò)te外部時(shí)，用于終端的區(qū)域增大到單獨(dú)jte區(qū)域的幾乎三倍。傳統(tǒng)的jte-終端pin二極管顯示在圖1中。正如在其中所示的，pin二極管100包括p+層116和n+襯底114之間的n-漂移層112。圖1顯示了一半的pin-結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可包括鏡像部分(未顯示)。陽(yáng)極觸部123在p+層116上，而陰極觸部125在n+襯底114上。包括若干jte區(qū)段120a、120b、120c的結(jié)終端擴(kuò)展(jte)區(qū)域120設(shè)置在靠近p+層116的n-漂移層112中。jte區(qū)段120a、120b、120c為可具有電荷水平的p-型區(qū)域，該電荷水平隨著距p+層116和n-漂移層112之間的pn結(jié)距離以逐步的方式向外減小。雖然顯示了三個(gè)jte區(qū)段120a、120b、120c，但是也可設(shè)置更多或更少的jte區(qū)段。jte區(qū)段120a、120b、120c可通過(guò)將離子連續(xù)注入到n-漂移區(qū)層112來(lái)形成。然而，這種注入可能需要多個(gè)掩模和注入步驟，從而增加了生產(chǎn)的復(fù)雜性和費(fèi)用。當(dāng)jte區(qū)段數(shù)目增加時(shí)，這可能會(huì)加劇。此外，這種方法提供的逐步式摻雜梯度可能無(wú)法提供理想終端。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有些實(shí)施方式提供了形成用于包括主結(jié)區(qū)域的電子器件的結(jié)終端擴(kuò)展的方法。所述方法包括在鄰近所述主結(jié)區(qū)域的半導(dǎo)體層上形成掩模，所述半導(dǎo)體層具有第一傳導(dǎo)類型，而所述掩模包括多個(gè)開口。在所述半導(dǎo)體層的表面提供第二傳導(dǎo)類型的摻雜物的源，并將所述第二傳導(dǎo)類型的摻雜物擴(kuò)散到所述半導(dǎo)體層中以在與所述掩模開口的各個(gè)掩膜開口相對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體層中形成摻雜區(qū)域，當(dāng)使(leaving)摻雜物峰在與掩膜開口的各個(gè)掩模開口相對(duì)應(yīng)的靠近碳化硅層表面的半導(dǎo)體層中時(shí)，這些摻雜區(qū)域進(jìn)行合并。去除包括摻雜物峰的半導(dǎo)體層的近表面區(qū)域。半導(dǎo)體層可包括碳化硅層。掩模開口可具有暴露半導(dǎo)體層表面的區(qū)域并隨著距主結(jié)區(qū)域的橫向距離而變小的相應(yīng)區(qū)域。摻雜區(qū)域可在半導(dǎo)體層中提供擴(kuò)散結(jié)終端區(qū)域，其具有隨著距主結(jié)區(qū)域的距離而減小的橫向摻雜梯度。去除碳化硅層的近表面區(qū)域可包括從包括摻雜物峰的碳化硅層中去除材料。提供第二傳導(dǎo)類型的摻雜物的源可包括將第二傳導(dǎo)類型的摻雜物注入到碳化硅層中。提供第二傳導(dǎo)類型的摻雜物的源可包括在所選的條件下鄰近碳化硅層提供第二傳導(dǎo)類型的摻雜物的汽相擴(kuò)散源，以使汽相擴(kuò)散源中的第二傳導(dǎo)的摻雜物擴(kuò)散到碳化硅層中。擴(kuò)散第二傳導(dǎo)類型的摻雜物可包括在超過(guò)1800℃的溫度對(duì)包含第二傳導(dǎo)類型的摻雜物的碳化硅層進(jìn)行退火。所述方法可進(jìn)一步包括在碳化硅層上形成石墨蓋層，退火碳化硅層可包括退火碳化硅層和石墨蓋層。去除非擴(kuò)散摻雜物峰后，碳化硅層中的第二傳導(dǎo)類型的摻雜物的峰濃度可為大約1018cm-3或更低，且在有些實(shí)施方式中，為大約1017cm-3或更低。結(jié)終端區(qū)域可具有峰摻雜濃度，所述峰摻雜濃度在橫向維度中從最靠近主結(jié)區(qū)域的高摻雜濃度變化到最遠(yuǎn)離主結(jié)區(qū)域的低摻雜濃度。結(jié)終端區(qū)域可具有在橫向維度中平滑減小的峰摻雜物濃度。第二傳導(dǎo)類型的摻雜物的源可在碳化硅層中在對(duì)應(yīng)于多個(gè)開口的位置處提供大約1018cm-3或更高的峰摻雜物濃度。所述多個(gè)開口可具有橫向?qū)挾萳d和相鄰開口之間的間隔lnd，且ld可隨著距主結(jié)區(qū)域的距離而減小和/或lnd可隨著距主結(jié)區(qū)域的寬度而增大。在有些實(shí)施例中，ld可從大約2.5μm變化到大約1μm。此外，lnd可為大約2μm。掩?？砂ǘ鄠€(gè)區(qū)段，該多個(gè)區(qū)段包括最靠近主結(jié)區(qū)域的第一區(qū)段和從所述第一區(qū)段遠(yuǎn)離主結(jié)區(qū)域的第二區(qū)段。在第一區(qū)段中，相鄰開口之間的間隔lnd可隨著距主結(jié)區(qū)域的距離而保持不變而開口的橫向?qū)挾萳d可隨著距主結(jié)區(qū)域的距離而減小。在第二區(qū)段中，相鄰開口之間的間隔lnd隨著距主結(jié)區(qū)域的距離而增大而橫向?qū)挾萳d可隨著距主結(jié)區(qū)域的距離而保持不變。掩?？砂ū鹊诙^(qū)段更遠(yuǎn)離主結(jié)的第三區(qū)段，且在第三區(qū)段中，開口的橫向?qū)挾萳d可隨著距主結(jié)區(qū)域的距離而保持不變，而相鄰開口之間的間隔lnd隨著距主結(jié)區(qū)域的距離而按照漸增的量增加。根據(jù)有些實(shí)施方式的電子器件包括碳化硅層，該碳化硅層具有第一傳導(dǎo)類型且包括鄰近所述碳化硅層表面的主結(jié)，以及在碳化硅層鄰近主結(jié)的表面的結(jié)終端區(qū)域。結(jié)終端區(qū)域中的電荷隨著距主結(jié)的橫向距離而減少，而結(jié)終端區(qū)域中的電荷可少于大約2×1014cm-2。結(jié)終端區(qū)域可具有橫向?qū)挾萳jte。在有些實(shí)施方式中，結(jié)終端區(qū)域中的最大電荷可少于大約1×1014cm-2。結(jié)終端區(qū)域中的最大摻雜濃度可為大約5×1018cm-3。電子器件可進(jìn)一步包括在碳化硅層表面的半導(dǎo)體臺(tái)面，且結(jié)終端區(qū)域可鄰近半導(dǎo)體臺(tái)面。結(jié)終端區(qū)域中靠近碳化硅層表面的電荷可以平滑的方式從靠近主結(jié)的最大電荷橫向減少直到大約5×1012cm-2。根據(jù)其他實(shí)施方式的電子器件包括碳化硅層，該碳化硅層具有第一傳導(dǎo)類型并且包括鄰近碳化硅層表面的主結(jié)。結(jié)終端區(qū)域位于碳化硅層鄰近主結(jié)的表面。結(jié)終端區(qū)域包括第二傳導(dǎo)類型的摻雜物的區(qū)域，該第二傳導(dǎo)類型的摻雜物的區(qū)域在鄰近原始(primary)結(jié)的區(qū)域中具有大約5×1013cm-2或更少的總電荷并且可具有隨著距主結(jié)的距離而以近似線性方式減少的摻雜分布。附圖說(shuō)明圖1示意了具有傳統(tǒng)結(jié)終端擴(kuò)展(jte)終端的sicpin二極管。圖2a和2b示意了根據(jù)有些實(shí)施方式的jte終端的形成。圖3示意了根據(jù)有些實(shí)施方式的包括多個(gè)擴(kuò)散的摻雜區(qū)域的碳化硅層。圖4a和4b示意了由次級(jí)離子質(zhì)譜法(sims)所測(cè)量的4h-sic中的p-型摻雜物的幾種不同摻雜分布。圖5示意了根據(jù)某些實(shí)施方式的jte終端的形成。圖6示意了根據(jù)某些實(shí)施方式的pin二極管。圖7a-7d示意了根據(jù)某些實(shí)施方式的用于形成jte終端的示例性掩模布置。圖8示意了根據(jù)某些實(shí)施方式的掩模設(shè)計(jì)原理。圖9示意了可利用根據(jù)某些實(shí)施方式的掩模圖案產(chǎn)生的模擬準(zhǔn)線性摻雜分布。具體實(shí)施方式現(xiàn)在參照附圖在下文中更加全面地描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以許多不同的形式來(lái)實(shí)施并且不應(yīng)被解釋為限定于在此所論述的實(shí)施例。更確切地說(shuō)，提供這些實(shí)施例將使得本公開全面且完整，并且向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在全文中，相同的標(biāo)記指代相同的元件。將理解到，雖然術(shù)語(yǔ)第一、第二等可在此用于描述不同的元件，但是這些元件將不被這些術(shù)語(yǔ)所限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件和另一個(gè)元件區(qū)分開。例如，第一元件也可稱為第二元件，且類似地，第二元件也可稱為第一元件，而不偏離本發(fā)明的范圍。正如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)所列舉的相關(guān)項(xiàng)的任意和全部組合。這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅僅為了描述特定實(shí)施例，并不意在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。如這里所使用，單數(shù)形式“一個(gè)”和“該”意指也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外明確地指明。將進(jìn)一步理解到，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”用在本文中時(shí)，說(shuō)明存在所指定的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。除非另行定義，這里所使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))都具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通常所理解的含義相同的含義。將進(jìn)一步理解的是，這里使用的術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)解釋為具有符合它們?cè)诒菊f(shuō)明書的上下文及相關(guān)領(lǐng)域中的含義的含義，且不會(huì)以理想化或過(guò)分形式的方式解釋，除非在本文中明確如此限定?？梢岳斫獾氖?，當(dāng)諸如一個(gè)層、區(qū)域或襯底的元件稱作位于另一元件“上”或延伸“到”另一元件“上”時(shí)，其可以直接位于或直接延伸到該其他元件“上”，或者也可存在中間元件。相反，當(dāng)一個(gè)元件稱作“直接”位于或“直接”延伸到另一元件“上”時(shí)，不存在中間元件。同樣將理解到，當(dāng)一個(gè)元件稱為“連接”或“耦合”到另一元件時(shí)，其可以直接連接到或耦合到其它元件，或者可存在中間元件。相反，當(dāng)元件稱為“直接連接”或“直接耦合”到另一元件時(shí)，則不存在中間元件。相關(guān)術(shù)語(yǔ)，例如“下部”、“上部”、“上面”、“下面”、“水平”、“橫向”、“垂直”、“在…之下”、“在…之上”等在這里可以用于描述如附圖中顯示的一個(gè)元件、層或區(qū)域相對(duì)另一元件、層或區(qū)域的關(guān)系。將理解的到，這些術(shù)語(yǔ)意指包含器件除了在附圖中所示的方向之外的不同方向。在這里，參照橫截面示意來(lái)描述本發(fā)明的各實(shí)施方式，這些橫截面示意圖示意性顯示了本發(fā)明的理想實(shí)施方式(及中間結(jié)構(gòu))。在附圖中，為了清楚起見，將層和區(qū)域的厚度放大。此外，例如由于生產(chǎn)工藝和/或公差而與示出的形狀產(chǎn)生不同是可以意料到的。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)被解釋為限于在此示出的特定形狀的區(qū)域，而是包括例如由制造產(chǎn)生的形狀的偏差。例如，被示出為矩形的注入?yún)^(qū)通常將具有圓的或彎曲的特征和/或在其邊緣具有成梯度的注入濃度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)離散變化。同樣地，通過(guò)注入形成的隱埋區(qū)可能導(dǎo)致隱埋區(qū)和通過(guò)其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中的一些注入。因此，在附圖中示出的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的，而且它們的形狀不是意圖示出器件的區(qū)域的真正形狀以及不是意圖限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的某些實(shí)施方式參照半導(dǎo)體層和/或區(qū)域進(jìn)行了描述，這些半導(dǎo)體層和/或區(qū)域被表征為具有諸如n-型或p-型的傳導(dǎo)類型，傳導(dǎo)類型指的是該層和/或區(qū)域中的大多數(shù)載流子濃度。因此，n-型材料具有帶負(fù)電電子的主平衡濃度，而p-型材料具有帶正電的空穴的主平衡濃度。有些材料可用“+”或“-”(例如n+、n-、p+、p-、n++、n--、p++、p--等)來(lái)標(biāo)記，以便表示與另一層或區(qū)域相比多數(shù)載流子相對(duì)更高(“+”)或更低(“-”)的濃度。然而，這種標(biāo)記并不意味著在一個(gè)層或區(qū)域中存在多數(shù)或少數(shù)載流子的特定濃度。如下面更詳細(xì)描述的，本發(fā)明的實(shí)施例可以提供改進(jìn)的半導(dǎo)體器件的邊緣終端，半導(dǎo)體器件例如是p-n，肖特基，pin或其他這樣的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的特定實(shí)施例提供了用于碳化硅(sic)器件的邊緣終端。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可以被用作sic肖特基二極管、結(jié)勢(shì)壘肖特基(jbs)二極管，pin二極管、閘流管、晶體管或其他這樣的sic器件的邊緣終端。根據(jù)有些實(shí)施方式，既在橫向又在垂直方向中具有平滑分級(jí)的摻雜分布的結(jié)終端擴(kuò)展可通過(guò)控制摻雜物擴(kuò)散而在碳化硅器件中提供。正如這里所使用的，平滑分級(jí)的摻雜分布指的是這樣一種摻雜分布：以非逐步方式來(lái)分級(jí)使得它不由具有摻雜濃度的尖銳變化而表征。平滑分級(jí)的摻雜分布可以是，例如以線性、準(zhǔn)線性和/或log-線性方式來(lái)分級(jí)。摻雜物可由通過(guò)掩模中的多個(gè)開口的擴(kuò)散或注入而設(shè)置在碳化硅層中的主結(jié)或原始結(jié)附近，該掩模形成在碳化硅層上。這些開口可被形成從而暴露碳化硅層的具有隨距結(jié)的距離而減小的區(qū)域的多個(gè)部分?？蓪?duì)碳化硅層進(jìn)行退火以使摻雜物被通過(guò)多個(gè)開口引入從而在碳化硅層內(nèi)向外擴(kuò)散并形成單摻雜的jte區(qū)域。換句話說(shuō)，碳化硅層中對(duì)應(yīng)于掩模開口的摻雜區(qū)域通過(guò)受控?cái)U(kuò)散而被擴(kuò)張，使得它們合并以形成單結(jié)終端區(qū)域，該單結(jié)終端區(qū)域具有可平滑分級(jí)的摻雜濃度，并且在某些情況中，在垂直和/或橫向方向中線性或接近線性地分級(jí)。在特定實(shí)施方式中，假設(shè)jte深度為0.5μm，jte可以線性分級(jí)的摻雜分布從主結(jié)區(qū)延伸大約200μm或更大的距離ljte，其中，該線性分級(jí)的摻雜分布隨距主結(jié)的距離而從靠近主結(jié)處的大約5×l013cm-2橫向降低到大約5×l011cm-2。與傳統(tǒng)注入的jte相比，這種器件可具有更出色的結(jié)終端特性，傳統(tǒng)注入的jte可能需要用于注入的多個(gè)掩模，并且可能無(wú)法在橫向方向獲得線性分級(jí)的摻雜分布。圖2a和2b顯示了示例性實(shí)施方式。參照?qǐng)D2a和2b，n-碳化硅漂移層12形成在n+碳化硅襯底14上。襯底14可包括4h、6h、3c和/或15r多型的同軸(on-axis)或離軸(off-axis)碳化硅。包括掩模開口56和54a到54e的石墨掩模52形成在漂移層12的表面上。掩模開口56對(duì)應(yīng)于器件的主結(jié)的位置。例如，在pin器件中，主結(jié)將對(duì)應(yīng)于pn結(jié)，在正向操作狀態(tài)中，大部分傳導(dǎo)通過(guò)pn結(jié)產(chǎn)生。將意識(shí)到，在諸如肖特基二極管的有些器件中，主結(jié)可包括代替或除了p-n結(jié)之外的金屬-半導(dǎo)體結(jié)。掩模開口54a到54e鄰近主結(jié)設(shè)置，并且被形成以暴露漂移層12表面的多個(gè)區(qū)，該表面的多個(gè)區(qū)隨距主結(jié)的橫向距離而減小。即，更靠近主結(jié)的掩模開口54a到54e可比較遠(yuǎn)離主結(jié)的掩膜開口54a到54e更寬和/或彼此間隔得更近，而比較遠(yuǎn)離主結(jié)的掩膜開口54a到54e可更小和/或彼此間隔得更遠(yuǎn)。開口54a到54e中的每一個(gè)具有第一寬度ld，并且與相鄰開口按第二寬度lnd間隔開。如圖2a和2b所示，第一寬度ld可隨距主結(jié)的橫向距離而減小，同時(shí)第二寬度lnd可隨距主結(jié)的橫向距離而增大。參照?qǐng)D2a，在有些實(shí)施方式中，p-型摻雜物50可通過(guò)離子注入而被引入到漂移層12中，以形成分別對(duì)應(yīng)于掩模開口54a到54e的摻雜區(qū)域20a到20e。摻雜區(qū)域20a到20e在垂直方向(垂直于漂移層12的表面)可具有箱式(box)、后退的(retrograde)或埋藏式的摻雜分布。離子可注入到漂移層12中以形成摻雜區(qū)域20a到20e，這些摻雜區(qū)域20a到20e具有被擴(kuò)散以在隨后的熱推阱(drive－in)退火期間在漂移層12中形成期望的jte摻雜分布的足夠的總電荷量。在有些實(shí)施方式中，摻雜區(qū)域20a到20e在推阱退火之前具有超過(guò)1019cm-3的峰摻雜濃度。表1顯示了可被采用以獲得期望的電荷量的示例性注入條件。表1顯示了用于在4h-sic中獲得鋁離子的箱式分布的注入一覽表，其具有大約1×1019cm-3的峰摻雜濃度。表1-示例性離子注入一覽表如圖2b所示，在有些實(shí)施方式中p-型摻雜物可通過(guò)進(jìn)行擴(kuò)散摻雜被引入到漂移層12中。碳化硅的擴(kuò)散摻雜描述在例如y.gao等人的發(fā)表在j.ofappl.phys.,col.90,no.11,pp.5647-5651(2001)的“selectivedopingof4h-sicbycodiffusionofaluminumandboron”中，s.i.soloviev等人的發(fā)表在appl.phys.letters,vol.77,no.4,pp.4004-4006(2000)的"dopingof6h-sicbyselectivediffusionofboron"中，以及y.gao等人的發(fā)表在appl.phys.letters,vol.83,no.5,pp.905-907(2003)的"investigationofborondiffusionin6h-sic"中。sic的擴(kuò)散摻雜與離子注入相比具有某些優(yōu)點(diǎn)。特別地，擴(kuò)散摻雜并不會(huì)對(duì)sic晶格引入輻射損壞。擴(kuò)散摻雜也可適于在sic中形成深而線性分級(jí)的p-n結(jié)。此外，擴(kuò)散的硼能夠補(bǔ)償n-型摻雜，從而形成埋入式本征層。然而，sic的擴(kuò)散摻雜要求極端高的處理溫度，例如，1800℃以上，其可使sic襯底被摻雜而物理降解。此外，期望在坩鍋中建立sic源材料的平衡條件，以在升華加工期間避免或阻止升華或外延生長(zhǎng)。例如，在有些實(shí)施方式中，其上包括碳化硅漂移層12的碳化硅襯底14可以大約1800℃到大約2200℃的溫度在氬氣環(huán)境中以500托壓力暴露給p-型摻雜物的氣相源大約5到30分鐘的時(shí)間。為了保護(hù)漂移層12的表面，掩模52可包括漂移層表面上的石墨薄膜。在有些實(shí)施方式中，擴(kuò)散處理可利用具有水冷壁的誘導(dǎo)加熱的垂直石英腔來(lái)進(jìn)行。硼和/或鋁蒸汽可通過(guò)升華而從固體源產(chǎn)生。例如，硼可由單質(zhì)硼升華，而鋁可由al4c3升華。在特定實(shí)施方式中，硼原子可摻雜到漂移層12中，并且氣相源可包括2.5％的單質(zhì)硼。為了支持處理的平衡條件，可使用具有碳化硅粉末和單質(zhì)硼(作為摻雜原子的源)的混合物的石墨坩鍋，其中氣相和襯底之間具有零溫度梯度。一旦在坩鍋中建立平衡條件，則sic在襯底14上的外延生長(zhǎng)和升華速度可相等，而p-型雜質(zhì)可擴(kuò)散到漂移層12中。雜質(zhì)到漂移層12中的擴(kuò)散被認(rèn)為受到sic層中的硅空穴的輔助。硼在襯底14的與漂移層12相對(duì)的背側(cè)上的無(wú)意擴(kuò)散可通過(guò)將襯底與金剛石膏(diamondpaste)進(jìn)行研磨而被消除。此外，擴(kuò)散之后，石墨掩模52可通過(guò)在氧環(huán)境中燃燒而被消除。在摻雜區(qū)域20a到20e通過(guò)離子注入和/或摻雜物擴(kuò)散形成之后，執(zhí)行推阱退火以便將摻雜物擴(kuò)散到漂移層12中以形成分級(jí)的jte分布25，其在橫向(x)和垂直(y)兩個(gè)方向從高摻雜濃度向低摻雜濃度相對(duì)平滑地分級(jí)，如圖3所示。在有些實(shí)施方式中，摻雜區(qū)域20a到20b可在高于1600℃的溫度退火，而在有些實(shí)施方式中在高于1800℃的溫度退火。摻雜區(qū)域可退火5分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間，而在有些實(shí)施方式中退火30分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。在特定實(shí)施方式中，摻雜區(qū)域20a到20b可在大約1800℃的溫度退火大約30分鐘。退火之前可在漂移層12的表面上形成覆蓋石墨蓋層(blanketgraphitecaplayer)55以保護(hù)漂移層12的表面。在推阱退火處理期間，摻雜區(qū)域16和20a到20e中的摻雜物進(jìn)一步擴(kuò)散到漂移層12中。例如，摻雜區(qū)域16中的摻雜物向外擴(kuò)散以形成摻雜區(qū)域216。類似地，摻雜區(qū)域20a中的摻雜物向外擴(kuò)散以形成摻雜區(qū)域24a，摻雜區(qū)域20b中的摻雜物向外擴(kuò)散以形成摻雜區(qū)域24b等。然而，即使在推阱退火之后，非擴(kuò)散的摻雜物濃度峰22a-22e也保持在漂移層12的近表面區(qū)域中。特別地，當(dāng)摻雜區(qū)域20a到20e形成在碳化硅層中或摻雜物不輕易擴(kuò)散的其他半導(dǎo)體材料中時(shí)，即使在推阱退火之后亦可保持摻雜物濃度峰。擴(kuò)散摻雜區(qū)域24a到24e合并在一起以形成連續(xù)摻雜的jte區(qū)域23，其具有隨著距主結(jié)的橫向距離以及隨著距漂移層12的表面的垂直距離而平滑減小的摻雜濃度。例如，曲線25和26表示在漂移層12中相對(duì)恒定的p-型摻雜濃度曲線。沿曲線26的摻雜濃度小于沿曲線25的摻雜濃度。pn結(jié)沿著jte區(qū)域23的p-型摻雜濃度等于漂移層12的n-型摻雜濃度的輪廓形成。在硼的情況下，sic中的擴(kuò)散系數(shù)在橫向方向中比在垂直(c-軸)方向中高4到5倍。因此，硼的橫向擴(kuò)散可在橫向方向提供擴(kuò)散區(qū)域的良好重疊或橫向合并，從而導(dǎo)致與例如摻雜物的覆蓋擴(kuò)散(blanketdiffusion)相比，形成具有更小平均摻雜的更大區(qū)域。即，在摻雜物的覆蓋擴(kuò)散中(即，只使用了單個(gè)jte開口)，摻雜物可橫向擴(kuò)散一定的距離，但是由于這種橫向擴(kuò)散，平均摻雜可能不會(huì)明顯下降。相反地，當(dāng)使用多個(gè)jte開口時(shí)，由此生成的jte區(qū)域的更多由于摻雜物的橫向擴(kuò)散而被摻雜，從而導(dǎo)致jte區(qū)域中更小的平均摻雜。圖4a中示出了4h-sic中p-型摻雜物的若干不同摻雜分布，其是通過(guò)次級(jí)離子質(zhì)譜法(sims)測(cè)量得到的。特別地，圖4a示意了4h-sic中硼的四種不同摻雜分布。分布的細(xì)節(jié)示出在表2中。表2-示例性摻雜條件參照?qǐng)D4a，在曲線92、94和96的情況中，碳化硅擴(kuò)散中硼的初始電荷由石英感應(yīng)器中的壓力和溫度所確定。在曲線82的情況中，通過(guò)離子注入來(lái)提供初始電荷并進(jìn)行精確控制，并且以1800℃的溫度在氬氣環(huán)境中將摻雜的碳化硅層退火五分鐘，從而重新分配并激活摻雜物。正如從圖4a中可以明顯看出的，對(duì)于更高的擴(kuò)散溫度，摻雜分布延伸地更深。然而，靠近碳化硅層表面的摻雜物的峰濃度在各種情況中都保持相對(duì)高些。這種摻雜物的高濃度在結(jié)終端擴(kuò)展中可能是不期望的，因?yàn)閖te區(qū)域在設(shè)計(jì)阻斷電壓時(shí)可能不會(huì)變得完全耗盡。然而，在靠近表面的峰濃度的區(qū)域上方，各種情況中摻雜物濃度都以常規(guī)的log-線性方式隨深度而降低。圖4b示出了如通過(guò)sims所測(cè)量的4h-sic中p-型摻雜物的若干擴(kuò)散摻雜分布。各曲線表示以500托的壓力用包括2.5％的硼的氣相源對(duì)sic層進(jìn)行5分鐘的擴(kuò)散摻雜的sic層的摻雜分布。各個(gè)樣品的擴(kuò)散溫度是變化的。曲線102表示在1800℃的擴(kuò)散，而曲線104和106表示在1900℃的擴(kuò)散，以及曲線108表示在2000℃的擴(kuò)散。在氬氣環(huán)境中以1800℃的溫度進(jìn)行5分鐘的明顯推阱擴(kuò)散，以重新分配摻雜物。由曲線102表示的碳化硅層中的總電荷為4.776×1013cm-2。由曲線104表示的碳化硅層中的總電荷為6.702×1014cm-2，而由曲線106表示的碳化硅層中的總電荷為7.475×1014cm-2。最后，由曲線108表示的碳化硅層中的總電荷為2.030×1015cm-2。為了減少或避免在設(shè)計(jì)阻斷電壓處小于完全耗盡的問(wèn)題，可例如通過(guò)選擇性蝕刻去除漂移層12的表面部分。參照?qǐng)D5，可以是光刻膠的蝕刻掩模56在器件主結(jié)之上被形成在漂移層12上，并且選擇性蝕刻掉漂移層12的高摻雜表面部分。在有些實(shí)施方式中，可從漂移層12的表面蝕刻掉大約0.2μm的材料。例如，可使用本領(lǐng)域眾所周知的反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)來(lái)進(jìn)行選擇性蝕刻。由此，形成半導(dǎo)體臺(tái)面40以限定包括高摻雜區(qū)域16的器件主結(jié)，同時(shí)限定了具有低得多的p-型摻雜物的峰濃度的分級(jí)jte區(qū)域23，因?yàn)橐呀?jīng)去除了漂移層12的具有較高p-型摻雜物濃度的表面區(qū)域。臺(tái)面40可具有大約0.2μm的高度。分級(jí)jte區(qū)域23可從臺(tái)面橫向延伸距離ljte。jte區(qū)域23中的表面摻雜濃度在靠近器件主結(jié)處最大，并且可從該結(jié)橫向向外減少。在有些實(shí)施方式中，jte區(qū)域23可具有最大的p-型摻雜物濃度，其允許jte區(qū)域23在設(shè)計(jì)阻斷電壓處完全耗盡。在特定實(shí)施方式中，jte區(qū)域23可具有大約1×1014cm-2或更小的最大p-型摻雜物電荷，這取決于去除了多少漂移層。在其他實(shí)施方式中，jte區(qū)域23可具有大約2×1013cm-2或更小的最大p-型摻雜物電荷，且在有些實(shí)施方式中為大約1×1013cm-2或更小。此外，jte區(qū)域23中的p-型摻雜物電荷可以平滑的方式從靠近主結(jié)處的最大電荷橫向減少到距主結(jié)最遠(yuǎn)點(diǎn)處的大約5×1012cm-2。在有些實(shí)施方式中，jte區(qū)域23中的表面摻雜電荷可從靠近主結(jié)處的大約1×1014cm-2減少到j(luò)te區(qū)域23外邊緣處的大約1×1013cm-2。在有些實(shí)施方式中，jte區(qū)域23中的表面摻雜濃度可從靠近主結(jié)處的大約5×1017cm-3減少到j(luò)te區(qū)域23外邊緣處的大約1016cm-3。仍然在另外的實(shí)施方式中，jte區(qū)域23中的表面摻雜濃度可從靠近主結(jié)處的大約1017cm-3減少到j(luò)te區(qū)域23外邊緣處的大約1016cm-3。在有些實(shí)施方式中，jte區(qū)域在靠近主結(jié)處具有大約2×1013cm-2的總電荷，而在有些實(shí)施方式中，靠近主結(jié)處的總電荷為大約5×1012cm-2。因此，可只利用單個(gè)掩模步驟、單個(gè)摻雜步驟和單個(gè)推阱擴(kuò)散步驟來(lái)形成具有峰摻雜濃度以及分級(jí)摻雜分布的jte區(qū)域，該峰摻雜濃度允許jte區(qū)域23在設(shè)計(jì)阻斷電壓處完全耗盡，該分級(jí)摻雜分布隨著距主結(jié)的距離，以相對(duì)平滑的方式既在橫向方向又在垂直方向減少。圖6示意了完整的器件，其包括分別在p-型區(qū)域16和襯底14上的陽(yáng)極觸部20和陰極觸部21。jte區(qū)域23在橫向和垂直方向兩者中的分級(jí)摻雜分布由圖6所示的器件中的陰影來(lái)表示。正如上文所注意到的，為了提供在橫向和垂直方向兩者中具有分級(jí)摻雜濃度的jte區(qū)域23，摻雜區(qū)域20a-20e中的電荷數(shù)量可隨著距主結(jié)的距離而減少。就進(jìn)行離子注入和擴(kuò)散摻雜兩者而言，摻雜到漂移層12中的電荷數(shù)量可通過(guò)改變摻雜區(qū)域20a-20e的大小、形狀、間隔和/或分布來(lái)控制。摻雜區(qū)域20a-20e的大小、形狀、間隔和分布由圖2a所示的掩模開口54a-54e的大小、形狀、間隔和/或分布來(lái)確定?？墒褂镁哂醒谀ｉ_口54a-54e的不同圖案的掩模。例如，圖7a-7d所示的掩模圖案52a-52d包括掩模開口54(亮區(qū)域)，其隨著距主結(jié)的距離而對(duì)下面的漂移層暴露逐漸更小的區(qū)域。如圖7a-7d所示，掩模開口54可以是任意幾何形狀，例如線性、正方形、三角形、曲線等。在各種情況中，掩模開口的密度和/或尺寸可隨著距主結(jié)的距離而減小，以暴露越來(lái)越少量的漂移層12。這樣，漂移層中對(duì)應(yīng)于掩模開口54的摻雜區(qū)域?qū)⒈３衷絹?lái)越少的總電荷量，假設(shè)這些摻雜區(qū)域被從相同的注入和/或氣相源進(jìn)行摻雜。參照?qǐng)D8，在有些實(shí)施方式中，摻雜掩模52可包括通常為線性的掩模開口54。各個(gè)通常為線性的掩模開口54可具有橫向?qū)挾萳d，并且可與相鄰開口54以寬度lnd間隔開。在有些實(shí)施方式中，可以根據(jù)距主結(jié)區(qū)域的距離而將摻雜掩模52組織成多個(gè)區(qū)段，如圖8中所示的區(qū)段1到3。在給定的區(qū)段中，掩模開口54的橫向?qū)挾萳d可隨著距主結(jié)的距離而減小和/或相鄰掩模開口54之間的橫向?qū)挾萳nd可隨著距主結(jié)區(qū)域的距離而增大。例如，在圖8所示的實(shí)施方式中，在圖8中最靠近主結(jié)區(qū)域的區(qū)段1中，掩模開口54的橫向?qū)挾萳d隨著距主結(jié)的距離而減小，而lnd則保持不變。在下一個(gè)區(qū)段，區(qū)段2中，相鄰掩模開口54之間的橫向?qū)挾萳nd隨著距主結(jié)的距離而增大，而掩模開口54的橫向?qū)挾萳d則保持不變。在區(qū)段3中，相鄰掩模開口54之間的橫向?qū)挾萳nd隨著距主結(jié)的距離按照以每一步增加量而增大，而掩模開口54的橫向?qū)挾萳d則保持不變和/或減小。在有些特定實(shí)施方式中，在區(qū)段1中，掩模開口54的橫向?qū)挾萳d可以在靠近結(jié)2.5μm處開始，并且可隨著距主結(jié)距離的增大而以0.05μm的步長(zhǎng)直到1μm的形式減小，而相鄰掩模開口54之間的寬度lnd可保持2μm不變。在區(qū)段2中，掩模開口54的橫向?qū)挾萳d可保持1μm不變，而相鄰掩模開口54之間的橫向?qū)挾萳nd可隨著距主結(jié)距離的增大而增加0.2μm的步長(zhǎng)。在區(qū)段3中，掩模開口54的橫向?qū)挾萳d可保持1μm不變，而相鄰掩模開口54之間的橫向?qū)挾萳nd隨著距主結(jié)的距離而增加△lnd，該△lnd隨著各個(gè)步驟而增大。例如，在區(qū)段3中，在多個(gè)步驟中l(wèi)nd可從3.6μm增加到4.4μm(△lnd＝0.8μm)，然后，從4.4μm增加到5.4μm(△lnd＝1.0μm)，然后從5.4μm增加到6.6μm(△lnd＝1.2μm)等等。可以理解的是，雖然如上所述的一般圖案可被采用以提供在jte區(qū)域中隨著距主結(jié)的距離而減少的電荷水平，但是在該圖案中也可以有某些偏差，同時(shí)仍取得通常線性分級(jí)的jte區(qū)域。在特定的實(shí)施方式中，可將掩模54設(shè)計(jì)成根據(jù)摻雜和/或退火條件在jte區(qū)域中以線性、非線性或接近線性的方式提供隨著距結(jié)的距離而減少的摻雜分布。例如，圖9中顯示了模擬摻雜分布，其以準(zhǔn)線性方式減少并且可利用如上所述的掩模圖案來(lái)產(chǎn)生。圖9所示的模擬摻雜分布是基于在1800℃對(duì)摻雜的碳化硅層進(jìn)行30分鐘的退火?？梢岳斫獾氖?，如上所述的結(jié)終端擴(kuò)展可與許多不同類型的單極性和/或雙極性功率器件結(jié)合使用，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfets)、絕緣柵雙極晶體管(igbts)、柵極可關(guān)斷閘流管(gtos)、雙極結(jié)晶體管(bjts)、mos控制閘流管(mcts)、pin二極管、肖特基二極管、結(jié)勢(shì)壘肖特基(jbs)二極管及其他。此外，如上所述的結(jié)終端擴(kuò)展可與利用其他半導(dǎo)體材料制成的功率器件結(jié)合使用。例如，這里描述的結(jié)終端擴(kuò)展可與利用諸如氮化鎵基材料的寬帶隙半導(dǎo)體材料或諸如硅、鍺、砷化鎵等的其他半導(dǎo)體材料制成的功率器件結(jié)合使用。在附圖和說(shuō)明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型優(yōu)選實(shí)施方式，盡管使用了特定術(shù)語(yǔ)，但是它們僅僅是一般和描述性含義而不是為了限制的目的，本發(fā)明的范圍在以下的權(quán)利要求中論述。當(dāng)前第1頁(yè)12當(dāng)前第1頁(yè)12