(57)【要約】【課題】第１の導電型の炭化ケイ素（ＳｉＣ）コレクタ層、炭化ケイ素コレクタ層上の第２の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素ベース層、およびエピタキシャル炭化ケイ素ベース層上の第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサを含むバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を提供する。【解決手段】本発明に係るバイポーラ接合トランジスタでは、第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素保護層が、炭化ケイ素エミッタメサの外側にあるエピタキシャル炭化ケイ素ベース層の少なくとも一部に設けられる。また、エピタキシャル炭化ケイ素保護層が、０デバイスバイアスで完全空乏状態になるように構成される。【選択図】図３
2007173841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラ接合トランジスタであって、
第１の導電型の炭化ケイ素コレクタ層と、
前記炭化ケイ素コレクタ層上の、前記第１の導電型と異なる、第２の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素ベース層と、
前記炭化ケイ素コレクタ層から離れた位置にある前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層上の前記第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサと、
前記炭化ケイ素エミッタメサの外側にある前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層の少なくとも一部の上の、前記第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素保護層と
を備えることを特徴とするバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項２】
前記第１の導電型の前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記第１の導電型のキャリア濃度を持ち、一定の厚さがあり、前記キャリア濃度および厚さは、ＢＪＴにおいて、バイアス０で、前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層により前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層が完全空乏状態になるように選択されることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項３】
前記第１の導電型の前記炭化ケイ素保護層は、前記第１の導電型のキャリア濃度Ｃを持ち、厚さはＴであり、前記キャリア濃度Ｃと厚さＴは、
【数１】
2007173841.tif 000005
に従って選択され、ｑは電気素量であり、εsは炭化ケイ素の誘電率であることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項４】
前記エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサは、前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層から離れた位置にある上端および前記上端と、前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層との間に広がる側壁を含み、前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記炭化ケイ素エミッタメサの外側にある前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層の少なくとも一部の上に広がり、前記側壁上には広がらないことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項５】
前記エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサは、前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層から離れた位置にある上端および前記上端と、前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層との間に広がる側壁を含み、前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記炭化ケイ素エミッタメサの外側にある前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層の少なくとも一部の上および前記側壁に広がり、前記上端上には広がらないことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項６】
前記エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサは、前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層から離れた位置にある上端および前記上端と、前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層との間に広がる側壁を含み、前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記炭化ケイ素エミッタメサの外側にある前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層の少なくとも一部の上、前記側壁上、および前記上端上に広がることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項７】
前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層は、第１の部分および前記エミッタメサから相隔てて並ぶ前記第１の部分よりもキャリア濃度の高い第２の部分を含み、前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記炭化ケイ素エミッタメサの隣から前記第２の部分の隣までの前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層上に広がることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項８】
前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層は、第１の部分および前記エミッタメサから相隔てて並ぶ前記第１の部分よりもキャリア濃度の高い第２の部分を含み、前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記炭化ケイ素エミッタメサの隣から前記第２の部分までの前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層上に広がることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項９】
前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層は、第１の部分および前記エミッタメサから相隔てて並ぶ前記第１の部分よりもキャリア濃度の高い第２の部分を含み、前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記炭化ケイ素エミッタメサから前記第２の部分の隣までの前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層上に広がることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１０】
前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層は、第１の部分および前記エミッタメサから相隔てて並ぶ前記第１の部分よりもキャリア濃度の高い第２の部分を含み、前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記炭化ケイ素エミッタメサから前記第２の部分までの前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層上に広がることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１１】
前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層は、第１の部分および前記第１の部分内の第１の部分よりもキャリア濃度が高く、前記エミッタメサから相隔てて並ぶ埋め込み部分（implant）を含み、前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記炭化ケイ素エミッタメサの隣から前記埋め込み部分までの前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層上に広がることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１２】
前記エミッタメサから相隔てて並ぶ前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層上のエピタキシャルベースメサをさらに含み、前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記炭化ケイ素エミッタメサの隣から前記ベースメサの隣、ただし相隔てて並ぶところまでの前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層上に広がることを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１３】
前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層から離れた位置にある、前記第２の導電型の前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層上の誘電体保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１４】
前記誘電体保護層は、二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１３に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１５】
前記エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサは、前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層に隣接する第１の部分、および第１の部分の上の、前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層から離れた位置にある第２の部分を含み、前記第２の部分は、前記第１の部分よりもキャリア濃度が高いことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１６】
前記炭化ケイ素コレクタ層上の前記第１の導電型の炭化ケイ素基板と、
前記炭化ケイ素基板上のコレクタ接点と、
前記エピタキシャル炭化ケイ素ベース層上のベース接点と、
前記エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサ上のエミッタ接点と
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項１７】
バイポーラ接合トランジスタを製造する方法であって、
第２の導電型の炭化ケイ素ベース層を前記第２の導電型と異なる、第１の導電型の炭化ケイ素コレクタ層上にエピタキシャル成長させることと、
前記第１の導電型の炭化ケイ素エミッタメサを前記炭化ケイ素ベース層上にエピタキシャル成長させることと、
前記第１の導電型の炭化ケイ素保護層を前記炭化ケイ素エミッタメサの外側にある前記炭化ケイ素ベース層の少なくとも一部の上にエピタキシャル成長させることと
を含むことを特徴とするバイポーラ接合トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記炭化ケイ素保護層をエピタキシャル成長させることは、前記バイポーラ接合トランジスタ上において０バイアスで前記シリコン炭化ケイ素ベース層により前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層を完全空乏状態にするように選択された、前記第１の導電型のキャリア濃度と厚さで前記第１の導電型の前記炭化ケイ素保護層をエピタキシャル成長させることを含むことを特徴とする請求項１７に記載のバイポーラ接合トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
前記炭化ケイ素保護層をエピタキシャル成長させることは、前記第１の導電型のキャリア濃度Ｃと厚さＴの前記第１の導電型の前記炭化ケイ素保護層をエピタキシャル成長させることを含み、前記キャリア濃度Ｃと厚さＴは、
【数２】
2007173841.tif 000006
に従って選択され、ｑは電気素量であり、εsは炭化ケイ素の誘電率であることを特徴とする請求項１７に記載のバイポーラ接合トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
前記炭化ケイ素ベース層内にあり、前記エミッタメサから相隔てて並ぶ、前記炭化ケイ素ベース層よりもキャリア濃度の高い領域を注入することをさらに含み、前記炭化ケイ素保護層をエピタキシャル成長させることは、前記炭化ケイ素エミッタメサの隣から注入される前記領域までの前記炭化ケイ素ベース層上に広がる前記第１の導電型の炭化ケイ素保護層をエピタキシャル成長させることを含むことを特徴とする請求項１７に記載のバイポーラ接合トランジスタの製造方法。
【請求項２１】
前記第２の導電型のベースメサを前記エミッタメサから相隔てて並ぶ前記炭化ケイ素ベース層上にエピタキシャル成長させることをさらに含み、前記炭化ケイ素保護層をエピタキシャル成長させることは、前記炭化ケイ素エミッタメサの隣から前記ベースメサの隣、ただし前記ベースメサから相隔てて並ぶところまでの前記炭化ケイ素ベース層上に広がる前記第１の導電型の前記炭化ケイ素保護層をエピタキシャル成長させることを含むことを特徴とする請求項１７に記載のバイポーラ接合トランジスタの製造方法。
【請求項２２】
誘電体保護層を前記炭化ケイ素ベース領域から離れた位置にある前記炭化ケイ素保護層上に形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のバイポーラ接合トランジスタの製造方法。
【請求項２３】
前記第２の導電型の炭化ケイ素ベース層を前記第２の導電型と異なる第１の導電型の炭化ケイ素コレクタ層上にエピタキシャル成長させることに先立って、前記第１の導電型の前記炭化ケイ素コレクタ層を前記第１の導電型の炭化ケイ素基板上にエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１７に記載のバイポーラ接合トランジスタの製造方法。
【請求項２４】
バイポーラ接合トランジスタであって、
エミッタ、ベース、およびコレクタ領域を含む炭化ケイ素構造と、
前記ベース領域の少なくとも一部の上の、前記ベース領域とは反対の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素保護層と
を含むことを特徴とするバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項２５】
前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、前記バイポーラ接合トランジスタ上において０バイアスで完全空乏状態になるように構成されることを特徴とする請求項２４に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【請求項２６】
前記ベース領域から離れた位置にある前記エピタキシャル炭化ケイ素保護層上の誘電体保護層をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載のバイポーラ接合トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体デバイスおよびパワー半導体デバイスを製造する方法に関し、より具体的には、炭化ケイ素パワーデバイスおよび炭化ケイ素パワーデバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイスは、大電流を流し、および／または高電圧を支えるために広く使用されている。従来のパワーデバイスは、一般に、単結晶シリコン半導体材料から作られる。パワーデバイスの一種に、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）がある。ＢＪＴは、よく知られ、よく使われているパワーデバイスである。ＢＪＴは、典型的には、互いに近接する２つの対向するｐ−ｎ接合を有する半導体材料を含む。したがって、ＢＪＴは、「ｎ−ｐ−ｎ」または「ｐ−ｎ−ｐ」トランジスタと呼ぶこともできる。
【０００３】
動作中、電流キャリアは、エミッタと呼ばれる、ｐ−ｎ接合の一方に隣接する第１の導電型の半導体材料の領域に入る。電流キャリアの大半は、コレクタと呼ばれる、他方のｐ−ｎ接合に隣接する第１の導電型の半導体材料の領域から抜け出る。コレクタおよびエミッタの第１の導電型とは反対の、第２の導電型を持つ、ベースと呼ばれる半導体材料の小さな部分は、コレクタとエミッタとの間に配置される。ＢＪＴの２つのｐ−ｎ接合は、コレクタがベースに会合する場所と、ベースがエミッタに会合する場所に形成される。
【０００４】
ＢＪＴがｎ−ｐ−ｎかｐ−ｎ−ｐかに応じて、電流がベース内に流入するか、またはベースから引き出される場合、エミッタからコレクタに移動することができる電荷キャリア、つまり電子もしくは正孔の流れは、影響を受けることがある。典型的には、ベースに加えられた小電流で、ＢＪＴを通る比例的により大きな電流を制御することができるので、ＢＪＴは電子回路のコンポーネントとして有用なものとなる。ＢＪＴの構造および動作面に関する詳細は、本明細書に全体が述べられているかのように内容が参照により組み込まれる文献において説明されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
デバイスを構成する材料は、デバイスの運用性と有用性に関わる要因でありうる。例えば、従来のＢＪＴは、典型的には、シリコン（Ｓｉ）で形成されるが、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）およびリン化インジウム（ＩｎＰ）を含むこともできる。炭化ケイ素（ＳｉＣ）も、ＢＪＴの材料として使用されてきた。ＳｉＣは、潜在的に有利な半導体特性を有し、例えば、バンドギャップが広く、絶縁破壊強度が高く、熱伝導率が高く、融点が高く、飽和電子ドリフト速度が高い。そのため、ＳｉＣで形成された電子デバイスは、他の半導体材料、例えばＳｉで形成されたデバイスに比べ、より高い温度、高い電力密度、より高い速度、より高い電力レベル、および／または高い放射線密度の下で動作する能力を持ちうる。
【０００６】
ＳｉＣトランジスタは、高い周波数、高い温度、および／または高い電力レベルで機能することができるため、レーダーおよび通信、大電力スイッチング用途、およびジェットエンジン制御などの高温動作用の高周波送信機などの用途で使用するのに非常に望ましいと考えられる。したがって、デバイス品質のＳｉＣ、およびＳｉＣから形成されるデバイスを生産する方法は、数十年間、科学者および技術者にとって関心事である。
【０００７】
ＳｉＣは、１５０を超える異なるポリタイプ、つまり結晶構造で結晶し、そのうち最もありふれているのは、３Ｃ、４Ｈ、および６Ｈと指定されるものであり、「Ｃ」は「立方晶」、「Ｈ」は「六方晶」を表す。ＳｉＣは、一般に、半導体デバイスで使用するのが困難な材料である。特に、ＳｉＣの融点が高いため、ドーパントの合金化および拡散などの技術はさらに難しくなるが、それは、これらの動作を実行するのに必要な多数の他の材料が、ＳｉＣに影響を及ぼすために使用される高温で破壊される傾向があるからである。ＳｉＣは、極めて硬い材料でもあり、実際、ＳｉＣの通常の用途は研磨剤としてのものである。こうした潜在的難題があるにもかかわらず、接合点、ダイオード、トランジスタ、およびその他のデバイスは、ＳｉＣから製造されている。
【０００８】
ＳｉＣ  ＢＪＴは、本明細書に全体が述べられているかのように、開示が参照により組み込まれる文献において説明されている（例えば、Ｐａｌｍｏｕｒらの特許文献１参照）。この文献で説明されているように、ＳｉＣ  ＢＪＴは、高温イオン注入を使用して井戸として形成されたベースおよびエミッタを持つ。さらに、ＳｉＣ  ＢＪＴは、本明細書に全体が述べられているかのように、開示が参照により組み込まれる文献においても説明されている（例えば、Ｓｉｎｇｈらの特許文献２参照）。この文献で説明されているように、ベースおよびエミッタを持つＳｉＣ  ＢＪＴは、エピタキシャル成長および高温イオン注入を使用して形成される。Ｓｉｎｇｈは、さらに、取り外し可能な誘電体スペーサを使用して、ベースおよびエミッタ領域の整合を改善することについて説明している。
【０００９】
ＳｉＣ  ＢＪＴは、さらに、ベースおよび／またはエミッタ用の少なくとも１つの高ドープ率の注入領域を含むこともできる。注入領域の形成は、ＳｉＣ結晶に損傷を引き起こす可能性がある。例えば、デバイスの電流増幅率は、注入で誘起される欠陥のせいで表面再結合電流が発生するため下がることがある。デバイスの電流増幅率は、注入プロセスにより欠陥が形成される結果として生じうるベース領域内の積層欠陥のため、時間の経過とともに減少することがある。さらに、これらのデバイス内に存在する高ドープ率エミッタ領域は、寿命の面で劣るため、さらにデバイスの電流増幅率が下がる可能性がある。
【００１０】
そこで図１を参照し、従来のＳｉＣ  ＢＪＴの断面について説明する。図１に例示されているように、Ｎ-ＳｉＣエピタキシャル（ｅｐｉ）コレクタ層１１６は、高ドープ率Ｎ+ＳｉＣ基板１１４上に設けられる。Ｎ+ＳｉＣ基板１１４およびＮ-ＳｉＣ  ｅｐｉコレクタ層１１６は、デバイスのコレクタ１１０を定義することができる。ｐ型（Ｐ）ＳｉＣ  ｅｐｉベース層１２０は、Ｎ-ＳｉＣ  ｅｐｉコレクタ層１１６上に設けられる。図１にさらに例示されているように、ｎ型ｅｐｉエミッタメサ１３０（Ｎ+）は、ｐ型ＳｉＣベース層１２０上に設けられる。エミッタメサ１３０は、選択エピタキシャル成長および／またはエピタキシャル成長、並びにその後のエッチングにより形成することができる。さらに、高ドープ率（Ｐ+）領域１２４は、注入技術によりベース層１２０内に形成することができる。とりわけ、Ｐ+ベース領域１２４の注入は、約２０ｋｅＶから約３６０ｋｅＶの範囲のエネルギーを有するアルミニウムイオン（Ａｌ+）を使用して、約６５０℃から約１１００℃の温度範囲で実行することができる。上述のように、この注入は、ＳｉＣ結晶に損傷を引き起こす可能性があり、これは、高温（１６００〜１７００℃）の活性化アニールでは完全には取り除けない可能性がある。
【００１１】
とりわけ、注入により持ち込まれる欠陥は、デバイスのベース層に表面再結合電流を生じさせ、積層欠陥を形成することがある。この関係は、
β＝ｉC／ｉB
により表される。ここで、βは電流増幅率を表し、ｉCはコレクタ電流を表し、ｉBはベース電流を表す。ベース電流ｉBは、さらに、
ｉB＝ｉBr＋ｉBi＋ｉBsr
により表すことができる。ここで、ｉBrは再結合電流を表し、ｉBiはエミッタ接合間に注入される多数キャリアを表し、ｉBsrは表面再結合電流を表す。したがって、電流増幅率βは、
β＝ｉC／（ｉBr＋ｉBi＋ｉBsr）
により表すことができる。ベース領域内の表面再結合電流ｉBsrが増大すると、デバイスの電流増幅率が低くなる可能性がある。
【００１２】
図１を再び参照すると、デバイスの表面には、誘電体保護層１４０が設けられている。誘電体保護層１４０は、二酸化ケイ素および／または窒化ケイ素を含むことができる。ＢＪＴは、さらに、ベース（Ｂ）接点１２２、エミッタ（Ｅ）接点１３２、およびコレクタ（Ｃ）接点１１２を含む。Ｎ+１１４、１３０およびＰ+１２４と指定されている高ドープ率領域を用意して、抵抗接点の品質を改善することができる。ベース１２２、エミッタ１３２、およびコレクタ接点１１２は、それぞれ、抵抗を持つ金属を含む、および／または層金属の上に被さる多層構造を含むことができる。また、バイポーラトランジスタのその他の実施形態では、図１に示される層および／または領域のうちの１つまたは複数をなくすことができるか、または追加の領域および／または層を加えることができることも理解されるであろう。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第４，９４５，３９４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２１８，２５４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，０１１，５４９号明細書
【特許文献４】米国特許第４，９１２，０６４号明細書
【特許文献５】米国特許出願第１１／２２９，４７４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，３２３，０２２号明細書
【特許文献７】米国特許第５，４０９，８５９号明細書
【特許文献８】米国特許出願第１１／２２９，４７６号明細書
【非特許文献１】Solid State Electronic Devices by B. Streetman (2nd edition (1980), chapter 7)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし残念なことに、図１に例示されるようなＳｉＣ  ＢＪＴの電流増幅率は、典型的な動作条件の下では、時間の経過とともに低下しうることが判明している。特に、図２Ａ〜２Ｄは、それぞれ、累積応力（cumulative stress）が１０Ａで０分、１５分、３０分、および１６時間について増大する、ＳｉＣ  ＢＪＴの出力特性を例示している。電流増幅率の低下は、動作してから１５分以内に表れ、図２Ａ〜２Ｄにおける後続の出力特性により、低下の継続が示される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態によるバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）は、第１の導電型の炭化ケイ素コレクタ層、炭化ケイ素コレクタ層上の第１の導電型と異なる第２の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素ベース層、および炭化ケイ素コレクタ層から離れた位置にあるエピタキシャル炭化ケイ素ベース層上の第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサを含む。第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素保護層は、炭化ケイ素エミッタメサの外側にあるエピタキシャル炭化ケイ素ベース層の少なくとも一部に設けられる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素保護層は、第１の導電型のキャリア濃度を持ち、また一定の厚さがあり、キャリア濃度および厚さは、バイポーラ接合トランジスタにおいて、バイアス０で、エピタキシャル炭化ケイ素ベース層によりエピタキシャル炭化ケイ素保護層が完全空乏状態になるように選択される。より具体的には、いくつかの実施形態では、第１の導電型の炭化ケイ素保護層は、第１の導電型のキャリア濃度Ｃを持ち、厚さはＴであり、キャリア濃度Ｃと厚さＴは、
【００１７】
【数１】
2007173841.tif 000003
【００１８】
に従って選択される。ここで、ｑは電気素量であり、εsは炭化ケイ素の誘電率である。
【００１９】
本発明のさまざまな実施形態によれば、エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、ベース層上にさまざまな広がりを持ち、エミッタメサ上に広がりうる。例えば、いくつかの実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサは、エピタキシャル炭化ケイ素ベース層から離れた位置にある上端、およびその上端とエピタキシャル炭化ケイ素ベース層との間に伸びる側壁を含む。いくつかの実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、炭化ケイ素メサの外側にあるエピタキシャル炭化ケイ素ベース層の少なくとも一部の上に広がり、側壁には広がらない。他の実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、さらに、側壁上に広がり、上端には広がらない。さらに他の実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、上端にも広がる。
【００２０】
さらに、炭化ケイ素ベース層上の第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素保護層に対し、さまざまな広がりをもたらすことができる。特に、いくつかの実施形態では、炭化ケイ素ベース層は、第１の部分およびエミッタメサから相隔てて並ぶ第１の部分よりも高いキャリア濃度の第２の部分を含む。いくつかの実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、炭化ケイ素メサの隣から第２の部分の隣までのエピタキシャル炭化ケイ素ベース層上に広がる。他の実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、炭化ケイ素エミッタメサの隣から第２の部分まで広がる。さらに他の実施形態では、保護層は、炭化ケイ素エミッタメサから第２の部分の隣まで広がる。さらに他の実施形態では、保護層は、炭化ケイ素エミッタメサから第２の部分まで広がる。ベース層の第２の部分は、エミッタメサから相隔てて並べられている第１の部分において注入により形成することができ、および／またはエミッタメサから相隔てて並べられる第１の部分の上のエピタキシャルベースメサとすることができる。
【００２１】
さらに他の実施形態では、誘電体保護層は、エピタキシャル炭化ケイ素ベース層から離れた位置で、エピタキシャル炭化ケイ素保護層上に設けることができる。誘電体保護層は、二酸化ケイ素を含むことができる。さらに、いくつかの実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサは、エピタキシャル炭化ケイ素ベース層に隣接する第１の部分、および第１の部分の上の、エピタキシャル炭化ケイ素ベース層から離れた位置にある第２の部分を含むことができ、第２の部分は、第１の部分よりもキャリア濃度が高い。さらに他の実施形態では、コレクタ、ベース、およびエミッタ接点は、単層および／または多層構造を使用して設けることができる。
【００２２】
バイポーラ接合トランジスタは、第２の導電型の炭化ケイ素ベース層を第２の導電型と異なる第１の導電型の炭化ケイ素コレクタ層上にエピタキシャル成長させ、第１の導電型の炭化ケイ素エミッタメサを炭化ケイ素ベース層上にエピタキシャル成長させることにより、本発明のさまざまな実施形態に従って加工することができる。第１の導電型の炭化ケイ素保護層は、炭化ケイ素エミッタメサの外側にある炭化ケイ素ベース層の少なくとも一部にエピタキシャル成長させられる。これらのエピタキシャル成長の一部または全部について、ブランケット成長を採用することができ、ブランケット成長の後に選択エッチング、および／または選択エピタキシャル成長を行う。いくつかの実施形態では、炭化ケイ素保護層のキャリア濃度および／または厚さは、上述のように実現することができる。さらに、炭化ケイ素保護層の広がりは、上記の実施形態で説明されているように実現することができる。
【００２３】
本発明のさらに他の実施形態では、炭化ケイ素ベース領域よりも高いキャリア濃度の領域が、炭化ケイ素ベース層内に注入され、エミッタメサから相隔てて並べられ、炭化ケイ素保護層は、炭化ケイ素エミッタメサの隣から注入される領域までの炭化ケイ素ベース層上に広がるようにエピタキシャル成長される。さらに他の実施形態では、第２の導電型のベースメサは、炭化ケイ素ベース領域上でエピタキシャル成長され、エミッタメサから相隔てて並べられ、炭化ケイ素保護層は、炭化ケイ素エミッタメサの隣からベースメサの隣、ただし相隔てて並べられるところまでのエピタキシャル炭化ケイ素ベース層上に広がるようにエピタキシャル成長される。誘電体保護層は、炭化ケイ素保護層上に形成することができる。
【００２４】
したがって、本発明のいくつかの実施形態によるバイポーラ接合トランジスタは、エミッタ、ベース、およびコレクタ領域およびベース領域の少なくとも一部の上のベース領域から反対の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素保護層を含む炭化ケイ素基板を含むことができる。エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、バイポーラ接合トランジスタ上において０バイアスで完全空乏状態になるように構成することができる。誘電体保護層は、ベース領域から離れた位置にある炭化ケイ素保護層上に設けることもできる。炭化ケイ素保護層の広がりは、上述されたとおりでよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下で、本発明の実施形態で示される添付の図面を参照しながら、本発明についてさらに詳しく説明する。本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書で述べられる実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底して完全なものとなるように、また当業者に本発明の範囲が全部伝達されるように用意されている。図面では、層および領域のサイズおよび相対的サイズは、分かりやすくするために誇張されている場合がある。
【００２６】
要素または層が、他の要素または層の「上にある」、「に接続されている」、または「に結合されている」といった場合、要素または層は、直接他の要素または層の上にあるか、接続されるか、または結合されうるか、あるいは介在する要素または層が存在しうることが理解されるであろう。対照的に、要素が、他の要素または層の「上に直接ある」、「に直接接続される」、または「に直接結合される」といった場合、介在する要素または層は存在しない。全体を通して、同じ番号は、同じ要素を指す。本明細書では、「および／または」は、関連し列挙される品目の１つまたは複数のあらゆる組合せを含む。
【００２７】
「第１」、「第２」などの用語は、本明細書では、さまざまな要素、コンポーネント、領域、層、および／またはセクションを記述するために使用することがあるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層、および／またはセクションは、これらの用語により限定されるべきではないことは理解されるであろう。これらの用語は、一方の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションを、他方の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションと区別するためにのみ使用される。そのため、以下で説明される第１の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションは、本発明の教示から逸脱することなく第２の要素、コンポーネント、領域、層、またはセクションと呼ぶことが可能であろう。
【００２８】
さらに、「下側」または「下端」および「上側」または「上端」などの相対語は、本明細書では、図に示されるように一方の要素の他方の要素に対する関係を記述するために使用することができる。相対語は、図に示される向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含することが意図されていることは理解されるであろう。例えば、図中のデバイスがひっくり返された場合、他の要素の「下側」にあると記述された要素は、他の要素の「上側」に向き付けられるであろう。したがって、例示的用語「下側」は、図の特定の向きに応じて、「下側」および「上側」の両方の向きを包含しうる。同様に、図の１つのデバイスがひっくり返された場合、他の要素の「下」または「真下」にあると記述された要素は、他の要素の「上」に向き付けられるであろう。例示的用語「下」または「真下」は、したがって、上と下の両方の向きを包含することができる。
【００２９】
本明細書では、「隣」または「隣接する」は、要素が他方の要素の近くに延びて、他の要素から相隔てられて緊密に並び、接触し、および／または重なることを含む。対照的に、要素が他の要素「に」または「から」延びると記述された場合、これは、要素は、実際に、他の要素に接触するか、または重なり、互いから相隔てられて並ぶ要素を除外することを意味する。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態は、本発明の理想化された実施形態の概略図である断面図を参照しつつ本明細書で説明される。そのようなものとして、例えば製造技術および／または許容誤差の結果として例示の形状からのバラツキが予想される。そのため、本発明のいくつかの実施形態は、本明細書で例示される領域の特定の形状に限定されると解釈すべきではなく、例えば製造から生じる形状の逸脱を含む。例えば、長方形として例示されている注入領域は、典型的には、丸形または湾曲した特徴および／または注入領域から非注入領域までの２値変化ではなく、そのエッジにおける注入濃度の勾配を有する。同様に、注入により形成される埋められた領域は、埋められた領域と注入が行われる表面との間の領域内に何らかの注入が行われる場合がある。そのため、これらの図に例示される領域は、本質的に概略であり、その形状は、デバイスの領域の正確な形状を例示することを意図しておらず、また本発明の範囲を限定することを意図してはいない。
【００３１】
断りのない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術および科学用語を含む）は、本発明が属している技術分野の当業者に通常理解される意味と同じ意味を有する。さらに、よく使われる辞書で定義されるような用語は、関連する技術および本明細書の背景状況における意味と矛盾しない意味を持つものと解釈すべきであり、本明細書で明確に定められていない限り、理想化された、または過度に正式の意味で解釈されないことは理解されるであろう。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態は、さまざまな層／領域に対する特定の極性の導電型を参照しながら説明される。しかし、当業者であれば理解するように、領域／層の極性は、反対の極性のデバイスを実現するために反転することができる。例えば、用語「第１の導電型」と「第２の導電型」は、ｎまたはｐ型などの反対の導電型を指すが、本明細書で説明され例示されるそれぞれの実施形態は、その相補的な実施形態も含む。
【００３３】
特に、ＢＪＴは、能動的な（active）３端子半導体デバイスであり、密接する２つの背中合わせのｐ−ｎ接合を含む。ＢＪＴは、それぞれのベース、コレクタ、およびエミッタの導電型に応じてｎ−ｐ−ｎ、またはｐ−ｎ−ｐと広い意味で特徴付けられる。本明細書ではｎ−ｐ−ｎ型ＢＪＴのみが説明されるが、本発明の実施形態は、この構成に限定されないことは理解されるであろう。例えば、ｐ−ｎ−ｐトランジスタは、本発明の範囲から逸脱することなく、説明される導電型を反転することでも得られる。さらに、本明細書で例示されるＢＪＴ構造を繰り返すことにより、パワーデバイスを形成することができ、本明細書で説明される構造は、パワーデバイス全体またはパワーデバイス用のユニットセルを実現することができる。
【００３４】
当業者に知られているように、炭化ケイ素のドープ領域は、エピタキシャル成長および／または注入を通じて形成することができる。例えば、炭化ケイ素のｐ型領域は、ｐ型ドーパントの存在下でエピタキシャル成長を通じて、または未ドープ、ｐ型、またはｎ型のエピタキシャル層内にｐ型ドーパントを注入することにより形成することができる。エピタキシャル成長の結果得られる構造は、注入の結果得られる構造と異なる。したがって、「エピタキシャル層／領域」および「注入層／領域」という用語は、炭化ケイ素の異なる層／領域を構造に関して区別し、本明細書では、炭化ケイ素の層／領域の構造特性の引用および／または炭化ケイ素の層／領域などを形成する方法の引用として使用することができる。ＳｉＣのエピタキシャル層の形成は、本明細書に全体が述べられているかのように、開示が参照により組み込まれる文献において説明されている（特許文献３および特許文献４参照）。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素（ＳｉＣ）ベース領域および多層エピタキシャルエミッタ領域を持つバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を実現する。本発明のいくつかの実施形態によるＢＪＴ内でエピタキシャルＳｉＣベース領域を使用することにより、ＳｉＣ結晶の損傷を引き起こし、それにより、デバイスの電流増幅率を低下させる可能性のある、注入およびその後の高温アニールが不要になりうる。したがって、本発明のいくつかの実施形態によるＢＪＴでは、従来のデバイスに比べて電流増幅率が改善されている。さらに、多層エピタキシャルＳｉＣエミッタ領域を使用することで、デバイスの電流増幅率をさらに高めることができる。しかし、本発明の他の実施形態では、単層エピタキシャルエミッタ領域および／または注入高導電性ベース領域を使用することができる。
【００３６】
そこで図３を参照し、本発明のいくつかの実施形態によるＢＪＴの断面について説明する。図３に例示されるように、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板３１４が用意される。基板３１４の極性は、例えば、３Ｃ、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、または１５Ｒのポリタイプを持つｎ型またはｐ型のＳｉＣとすることができる。例示のみを目的として、図３に例示される本発明のいくつかの実施形態により説明されるデバイスは、ｎ型ＳｉＣ基板３１４を含む。図３に例示されるように、基板３１４は、高ドープ率ｎ型ＳｉＣ（Ｎ+）である。本明細書では、「Ｐ+」または「Ｎ+」は、同じまたは他の層または基板の隣接する、もしくは他の領域内に存在するものよりも高いキャリア濃度により定義される領域を指す。同様に。「Ｐ-」または「Ｎ-」は、同じまたは他の層の隣接する、もしくは他の領域内に存在するものよりも低いキャリア濃度により定義される領域を指す。基板３１４は、窒素などのｎ型ドーパントでドーピングすることができる。基板は、約１．０×１０18ｃｍ-3から約５．０×１０19ｃｍ-3までの範囲のキャリア濃度および約２００μｍから約５００μｍまでの範囲の厚さを持つことができる。
【００３７】
さらに図３に例示されるように、エピタキシャルコレクタ層３１６は、ＳｉＣ基板３１４上に設けられる。エピタキシャルコレクタ層３１６は、窒素などのｎ型ドーパントでドーピングすることができる。エピタキシャルコレクタ層３１６は、約１．０×１０13ｃｍ-3から約１．０×１０18ｃｍ-3までの範囲のキャリア濃度および約１．０μｍから約２５０μｍまでの範囲の厚さを持つことができる。基板３１４およびエピタキシャルＳｉＣコレクタ層３１６は、ＢＪＴのコレクタ（Ｃ）３１０を実現することができる。しかし、他の実施形態では、非導電性基板を使用することができ、コレクタ層３１６によりコレクタを実現できる。エピタキシャルベース層３２０は、エピタキシャルコレクタ層３１６上に設けられ、アルミニウムまたはホウ素などのｐ型ドーパントによりドーピングすることができる。エピタキシャルベース層３２０は、約１．０×１０15ｃｍ-3から約５．０×１０19ｃｍ-3までの範囲のキャリア濃度および約０．１μｍから約１０μｍまでの範囲の厚さを持つことができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、注入および／またはエピタキシャルＳｉＣベース接点領域３２４は、エピタキシャルベース層３２０内、および／または上に設けられる。図３に例示されるように、ＳｉＣベース接点領域３２４は、炭化ケイ素エピタキシャルベース層３２０内に注入することができる。しかし、他の実施形態では、ＳｉＣベース接点領域３２４は、ＳｉＣエピタキシャルコレクタ層３１６から離れた位置にあるＳｉＣエピタキシャルベース層３２０上にエピタキシャル成長させることができる。いくつかの実施形態では、注入ＳｉＣベース接点領域３２４は、非一様的なキャリア濃度を含むことができる。さらに、他の実施形態では、図３に例示されるような比較的一様な濃度が得られる。
【００３９】
さらに他の実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素ベース接点領域は、以下で詳しく説明するように、炭化ケイ素エピタキシャルベース層３２０上に成長させることができる。いくつかの実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素ベース接点領域は、単層であることができる。さらに、他の実施形態では、エピタキシャルＳｉＣベース接点領域は、エピタキシャルベース層３２０上の第１のｐ型エピタキシャルＳｉＣ領域および第１のｐ型エピタキシャルＳｉＣ領域上の第２のｐ型エピタキシャルＳｉＣ領域を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１のｐ型エピタキシャルＳｉＣ領域は、約１．０×１０18ｃｍ-3から約１．０×１０19ｃｍ-3までの範囲のキャリア濃度、および約０．１μｍから約１０μｍまでの範囲の厚さを持つことができる。第２のｐ型エピタキシャルＳｉＣ領域は、約１．０×１０19ｃｍ-3から約５．０×１０20ｃｍ-3までの範囲のキャリア濃度、および約０．１μｍから約３．０μｍまでの範囲の厚さを持つことができる。エピタキシャルベース層３２０および注入／エピタキシャルＳｉＣベース接点領域は、本発明のいくつかの実施形態によるＢＪＴのベース（Ｂ）領域を実現することができる。さらに、他の実施形態では、ＳｉＣベース接点領域は、単一のｐ型領域とすることができ、さらに他の実施形態では、ベース接点領域は、全く設けられなくてもよい。
【００４０】
さらに図３に例示されるように、エピタキシャルＳｉＣエミッタメサ３３０は、エピタキシャルベース層３２０上に設けられる。例示されるように、エピタキシャルＳｉＣエミッタメサ３３０は、ｎ型導電性を持つ。いくつかの実施形態では、エピタキシャルＳｉＣエミッタメサ３３０は、第１（Ｎ-）の部分および第２（Ｎ+）の部分をそれぞれ持つ。これらの実施形態では、エピタキシャルＳｉＣエミッタメサの第１の部分は、エピタキシャルベース層３２０上に設けることができ、また窒素などのｎ型ドーパントによりドーピングすることができる。エピタキシャルＳｉＣエミッタメサ３３０の第１の部分は、約１．０×１０17ｃｍ-3から約５×１０19ｃｍ-3までの範囲のキャリア濃度、および約０．１μｍから約５．０μｍまでの範囲の厚さを持つことができる。エピタキシャルＳｉＣエミッタメサ３３０の第２の部分は、窒素などのｎ型ドーパントによりドーピングすることができ、第１の部分に比べて高いキャリア濃度を有することができる。特に、エピタキシャルＳｉＣエミッタ領域の第２の部分は、約５×１０18ｃｍ-3から約５×１０20ｃｍ-3までの範囲のキャリア濃度、および約０．１μｍから約３．０μｍまでの範囲の厚さを持つことができる。そのため、本発明のいくつかの実施形態によれば、エピタキシャルＳｉＣエミッタメサ３３０は、改善された注入効率をもたらしうる低ドープ率ｎ型層および改善された接触面をもたらしうる高ドープ率ｎ型層を含む。しかし、他の実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサ３３０は、図３に例示されるように単一領域を含むことができる。エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサ３３０は、ブランケットエピタキシーおよびエッチングにより、および／または選択エピタキシャル成長により、形成することができる。
【００４１】
図３に例示される本発明のいくつかの実施形態は、注入／エピタキシャルＳｉＣベース領域３２４とエピタキシャルＳｉＣエミッタメサ３３０の両方を含むが、本発明のいくつかの実施形態は、この構成に限定されないことは理解されるであろう。例えば、第１（Ｎ-）の部分および第２（Ｎ+）の部分を持つエピタキシャルＳｉＣエミッタ領域は、本発明のいくつかの実施形態によるエピタキシャルＳｉＣベース領域なしで実現することができる。
【００４２】
図３のＳｉＣ  ＢＪＴの他の詳細な設計および製造の態様は、この「発明を実施するための最良の形態」の前のほうで説明したように、本明細書に全体が述べられているかのように、開示が参照により組み込まれる文献において説明されている（特許文献５参照）。
【００４３】
図３をさらに参照すると、Ｎ型エピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０は、炭化ケイ素エミッタメサ３３０の外側にあるエピタキシャル炭化ケイ素ベース層３２０の少なくとも一部に設けられる。エピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０は、炭化ケイ素エミッタメサ３３０の外側にある炭化ケイ素ベース層３２０の外面の少なくとも一部に広がっているとみなすことができる。動作理論による制約を望むことなく、図２Ａ〜２Ｄに示される電流増幅率低下は、図４に示されるように、蒸着／緻密化された二酸化ケイ素層が後に続く熱成長二酸化ケイ素などの誘導体保護層１４０によりすでに不動態化（passivate）されているベース１２０とエミッタ１３０との間の表面再結合の増大のために発生しうる。表面再結合は、炭化ケイ素／二酸化ケイ素界面において界面捕獲がなされるため発生しうる。
【００４４】
著しく対照的に、図３に例示されるように、本発明のいくつかの実施形態は、第２の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素ベース領域の少なくとも一部の上に第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素保護層を設けることができる。いくつかの実施形態では、この保護層３５０内の電荷合計は、炭化ケイ素保護層３５０が、約２．７ボルトの固有電位のため、０デバイスバイアスで完全空乏化するように選択することができる。このエピタキシャル炭化ケイ素表面保護層３５０は、表面結合を低減または抑制するのを助けることができる。図２Ａ〜２Ｄに示される電流増幅率の低下は、したがって、停止できるか、または十分に下げることができる。本発明のいくつかの実施形態では、第１の導電型のエピタキシャル炭化ケイ素保護層は、第１の導電型（ここではｎ型）のキャリア濃度Ｃを持ち、厚さはＴであり、キャリア濃度Ｃと厚さＴは、
【００４５】
【数２】
2007173841.tif 000004
【００４６】
に従って選択される。ここで、ｑは電気素量（１．６×１０-19クーロン）であり、εsは炭化ケイ素の誘電率である。
【００４７】
図３の説明を続けて、誘電体保護層３４０は、炭化ケイ素保護層３５０の上のベース層３２０、および／またはエピタキシャルエミッタメサ３３０の上に設けられる。誘電体保護層３４０は、例えば、熱成長二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、化学気相成長ＳｉＯ2、および／または化学気相成長窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）を含むことができる。ｎ型炭化ケイ素に適している（複数の）抵抗性金属（ohmic metal）は、エミッタメサ３３０の上に載せることができる。抵抗性金属は、後述のように抵抗接点を得るためにアニールすることができる。本発明のいくつかの実施形態は、導電性基板３１４を含む。本発明のこれらの実施形態では、抵抗性金属は、さらに、エピタキシャルコレクタ層３１６から離れた位置にある基板３１４上に載せることができる。当業者であれば、本発明は、半絶縁性炭化ケイ素またはサファイアなどの非導電性基板を使用して実装することができ、この場合、コレクタの抵抗性金属は、ＳｉＣコレクタ層３１６の表面上に載せることができることは理解するであろう。
【００４８】
ｐ型炭化ケイ素に適している抵抗性金属は、ベース層３２０の上に載せることもできる。金属および／または金属複合材は、抵抗接点に適していると思われる。例えば、ニッケルまたはニッケルチタン複合材は、ｎ型炭化ケイ素への適切な抵抗接点であるが、アルミニウムまたはアルミニウムチタン複合材は、ｐ型炭化ケイ素への適切な抵抗接点である。さらに、ケイ化コバルト（ＣｏＳｉ2）も、ｐ型炭化ケイ素への抵抗接点材料として使用することができる。抵抗接点は、本明細書に全体が述べられているかのように、開示が参照により組み込まれる文献において説明されている（特許文献６および７参照）。また、金などのオーバーレイヤ金属を抵抗接点上に蒸着することで、それぞれ、エミッタ３３２、ベース３２２、およびコレクタ接点３１２を備えることができる。誘電体保護層３４０および接点３１２、３２２、および３３２の例示的な設計は、例えば、上で引用した特許文献５で説明されている。
【００４９】
本明細書では、「抵抗接点」は、関連するインピーダンスが実質的に、Ｖを接点間の電圧、Ｉを電流として、実質的にすべての予想される動作周波数（つまり、抵抗接点に関連するインピーダンスがすべての動作周波数において実質的に同じである）と電流においてインピーダンス＝Ｖ／Ｉで与えられる接点を指す。
【００５０】
図３のエピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０の広がりは、本発明のさまざまな実施形態により変わりうる。特に、図３において、エピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０は、エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサ３３０からベース接点３２２までのエピタキシャル炭化ケイ素ベース層３２０上に広がる。対照的に、図５では、エピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０ａは、炭化ケイ素エミッタメサ３３０に隣接して、ただし炭化ケイ素エミッタメサ３３０から相隔てて並んで広がり、またベース接点３２２に隣接して、ただしベース接点３２２から相隔てて並んで広がる。図６では、エピタキシャル炭化ケイ素保護層は、炭化ケイ素エミッタメサ３３０まで広がっているが、ただしベース接点３２２に隣接し、ベース接点３２２から相隔てて並んで広がる。他の実施形態では、図に示されていないが、エピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０ｂは、炭化ケイ素エミッタメサ３３０に隣接しているが、炭化ケイ素エミッタメサ３３０から相隔てて並んで広がり、ベース接点３２２へ広がっている。
【００５１】
さらに、図７の実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０ｃは、炭化ケイ素エミッタメサ３３０の側壁３３０ｓ上に少なくとも部分的に広がり、エミッタメサ３３０の上端３３０ｔ上には広がらない。最後に、図８に例示されるように、エピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０ｄは、メサ側壁３２０ｓに加えて、またはその代わりに、メサ上端３３０ｔ上にも広がることができる。図３および５〜８に示される実施形態の組合せおよび部分組合せ、および／または炭化ケイ素保護層の他の広がりは、本発明のいくつかの実施形態により与えることができることも理解されるであろう。
【００５２】
エピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０および３５０ａ〜３５０ｄは、エピタキシャル蒸着（ブランケットおよび／または選択）を使用して形成することができ、濃度Ｃおよびゼロデバイスバイアスでエピタキシャル炭化ケイ素ベース層３２０によりエピタキシャル炭化ケイ素保護層を完全空乏状態にする厚さＴで、第１の導電型でドープすることができる。ＳｉＣ  ＢＪＴの他の層が上述の濃度として厚さおよびドーピングを有する場合、炭化ケイ素保護層３５０および３５０ａ〜３５０ｄは、厚さ約０．５μｍとすることができ、また最大約１×１０16ｃｍ-3までのｎ型ドーピング濃度を持つことができる。他の実施形態では、約２μｍの厚さおよび最大約８×１０14ｃｍ-3までのｎ型濃度にすることができる。そのため、より薄い層は、より高いドープ率でドープすることができ、またその逆も正しく、上記の式を満たし、および／または炭化ケイ素保護層を完全空乏状態にする。
【００５３】
図９は、本発明のさらに他の実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。図８および９を比較すると、上述のように、多層エピタキシャル炭化ケイ素エミッタメサ３３０ａ、３３０ｂが用意された。さらに、ベース３２２、エミッタ３３２、およびコレクタ３１２接点に対する抵抗接点層３２２ａ、３３２ａ、および３１２ａも、それぞれ上述のように用意された。また図９に示されるように、エピタキシャル炭化ケイ素層３５０ｄは、高導電性注入ベース接点領域３２４に広がるが、ベース抵抗接点領域３２２ａまたはベース接点金属３２２には広がらない。図９の実施形態は、本明細書で説明される他のあらゆる実施形態と組み合わせることができることは理解されるであろう。
【００５４】
図１０は、本発明のさらに他の実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。これらの実施形態では、高導電性（Ｐ+）ベース接点領域は、ベース層３２０上にエピタキシャル成長させられ、エミッタメサ３３０から相隔てて並ぶエピタキシャルベースメサ１０２４が得られる。上述の説明と上述の説明で引用した特許文献５に示されているように、ベースメサ１０２４は、図１０でＰ+として示されている単層を含むことができるか、またはベース層３２０に隣接する比較的導電性の低い（Ｐ）層およびベース領域３２０から離れた位置にある比較的導電性の低い層上の比較的導電性の高い（Ｐ+）層などの複数の層を含むことができる。さらに、図１０では、エピタキシャル炭化ケイ素保護層３５０ｅは、エミッタメサの側壁および上端に広がり、ベースメサ１０２４に隣接するが、ただしベースメサ１０２４から相隔てて並ぶベース層３２０上に広がるように示されている。しかし、他の実施形態では、エピタキシャル炭化ケイ素層３５０ｅは、ベースメサ１０２４から引き戻す必要はない。図１０の実施形態は、本明細書で説明される他のあらゆる実施形態と組み合わせることができることは理解されるであろう。
【００５５】
図１１は、本発明のさまざまな実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴを製造するために実行することができる工程の流れ図である。図１１を参照すると、ブロック１１１０で、炭化ケイ素コレクタ、ベース、およびエミッタ層が、エピタキシャル成長する。例えば、Ｎ-炭化ケイ素エピタキシャルコレクタ層３１６は、Ｎ+炭化ケイ素基板３１４上にエピタキシャル成長させることができ、Ｐ炭化ケイ素エピタキシャルベース層３２０は、上述されているように、Ｎ-炭化ケイ素エピタキシャルコレクタ層３１６上に成長させることができる。エミッタメサおよび／またはベースメサは、エピタキシャル成長させることができる。ブロック１１１０の炭化ケイ素コレクタ、ベース、およびエミッタ層のエピタキシャル成長は、当業者には知られているので、本明細書ではさらに説明する必要はない。
【００５６】
次に、ブロック１１２０を参照すると、炭化ケイ素保護層３５０および３５０ａ〜３５０ｅが、エピタキシャル成長させられる。ブランケットエピタキシーは、いくつかの実施形態で使用することができる。他の実施形態では、エピタキシーが垂直面よりも水平面のほうが有利に進行するように条件を設定することができる。さらに他の実施形態では、選択エピタキシャル蒸着は、例えば、ＴａＣのマスクおよび／または他の知られているマスキング材料を使用してエピタキシャル成長を行わせることが望ましくない領域をマスクすることにより実行することができる。これらの実施形態のいずれかでは、選択エッチングも使用することができる。ＳｉＣ保護層のドーピング濃度および厚さは、上述のように選択することができる。
【００５７】
次いで、ブロック１１３０で、当業者に知られている技術を使用して誘電体保護層３４０を形成することができ、ブロック１１４０で、接点が形成される。また、ブロック１１１０〜１１４０の動作は、図１１に示される順序から外れて実行することもできることは理解されるであろう。例えば、接点（ブロック１１４０）は、誘電体保護層（１１３０）を形成する前に形成することができる。さらに、他の実施形態では、ブロック１１３０および／または１１４０の動作は、ブロック１１２０の動作の前に実行することができる。
【００５８】
したがって、本発明のいくつかの実施形態によるＢＪＴは、エミッタ、ベース、およびコレクタ領域、およびベース領域の少なくとも一部の上のベース領域から反対の導電型の炭化ケイ素保護層を含む炭化ケイ素構造を備えることができる。炭化ケイ素層の表面は、その上に二酸化ケイ素を形成することにより不動態化することができ、これにより、炭化ケイ素の伝導帯の近くのエネルギーレベルを持つ界面状態を下げることができることが知られている。炭化ケイ素層上に酸化物層を形成するある種の技術は、本明細書に全体が述べられているかのように、開示が参照により組み込まれる文献において説明されている（特許文献８参照）。しかし、本発明のいくつかの実施形態により、誘電体炭化ケイ素保護層の代わりに、またはそれに加えて、エピタキシャル炭化ケイ素保護層を用意し、表面再結合をさらに抑制できるようにして、それにより、時間の経過による電流増幅率の望ましくない低下を減らすか、またはなくすことが望ましいということが分かった。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ベースのヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）では、電流増幅率の低下を抑制するためにエミッタレッジを使用してきた。しかし、ＧａＡｓ  ＨＢＴのエミッタレッジ技術は、本発明のいくつかの実施形態による材料、構造、および／または形成の観点からはかなり異なる。
【００５９】
図面および明細書では、本発明のいくつかの実施形態が開示されており、また特定の用語が使用されているが、それらは、汎用的な、記述的な意味に限り、また制限することを目的とせず、請求項で規定されている本発明の範囲内で使用される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】炭化ケイ素（ＳｉＣ）バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）の断面図である。
【図２Ａ】従来のＳｉＣ  ＢＪＴの電流増幅率の時間の経過による減少を例示するグラフである。
【図２Ｂ】従来のＳｉＣ  ＢＪＴの電流増幅率の時間の経過による減少を例示するグラフである。
【図２Ｃ】従来のＳｉＣ  ＢＪＴの電流増幅率の時間の経過による減少を例示するグラフである。
【図２Ｄ】従来のＳｉＣ  ＢＪＴの電流増幅率の時間の経過による減少を例示するグラフである。
【図３】本発明の一実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。
【図４】電流増幅率減少の潜在的な発生源を例示するＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。
【図８】本発明の一実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴの断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるＳｉＣ  ＢＪＴを製造するために実行することができる工程の流れ図である。
【図１】
2007173841.tif 000007
【図２Ａ】
2007173841.tif 000008
【図２Ｂ】
2007173841.tif 000009
【図２Ｃ】
2007173841.tif 000010
【図２Ｄ】
2007173841.tif 000011
【図３】
2007173841.tif 000012
【図４】
2007173841.tif 000013
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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