本發(fā)明涉及碳化硅半導體裝置的制造方法和碳化硅半導體裝置，更具體地說，涉及減少形成在碳化硅基板上的碳化硅外延膜的缺陷數(shù)量的方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的功率半導體裝置形成在硅基板上，但對于硅材料而言，在物理性能方面接近性能極限，基板耐壓高、電力損耗低、能夠進行高溫工作和高頻工作的碳化硅(SiC)半導體裝置正備受矚目。對SiC半導體裝置而言，通常有將低電阻的SiC基板作為基底，在其上形成SiC外延膜，以離子方式注入雜質(zhì)來改善器件結(jié)構(gòu)的方法。

在SiC中，由于Si與C結(jié)合時的周期結(jié)構(gòu)的不同，因此具有存在大量2H、3C、4H、6H、15R等的多型體(多結(jié)晶形)，結(jié)晶生長中易發(fā)生不匹配的問題。因此，在制作SiC單晶時，無法避免不同種類多型體的結(jié)晶混在一起，存在大量因結(jié)晶不匹配而導致的錯位等結(jié)晶缺陷。如果在SiC基板上形成SiC外延膜，則存在直接以貫穿SiC基板表面的螺旋錯位和/或貫穿SiC基板表面的刃狀錯位等的形態(tài)，或者轉(zhuǎn)換為基底面錯位和/或胡蘿卜缺陷，并傳播到外延膜，成為外延膜的缺陷的可能性。

另一方面，在SiC外延膜還存在并非因基底而引起的缺陷。例如，因成膜而產(chǎn)生的臺階聚集(Step bunching)，除此以外還存在稱為塌陷(downfall)的因在外延生長中異物附著在晶片表面而產(chǎn)生的缺陷等。

由于如果在SiC外延膜中存在結(jié)晶缺陷，則在制造出的SiC半導體裝置出現(xiàn)漏電流異常和/或耐壓不良，因此產(chǎn)品的成品率降低。

在下述的專利文獻1～專利文獻5中，公開了在外延膜形成前對SiC基板表面實施的減少缺陷的方法。另外，在專利文獻6中公開了這樣的減少外延膜的缺陷的方法，即，在SiC基板上形成SiC外延膜，加熱至該外延膜的表面粗糙度Ra變?yōu)?nm以上為止，接著進行平坦化處理至Ra變?yōu)樾∮?.5nm為止。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2005-311348號公報

專利文獻2:日本特開2006-32655號公報

專利文獻3:日本特開2008-230944號公報

專利文獻4:日本特開2010-182782號公報

專利文獻5:國際公開2010/090024號

專利文獻6:日本特開2008-222509號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

然而，在記載于專利文獻1～5的方法中，存在無法除去并非因基底而導致的外延膜的缺陷這樣的問題。另一方面，在專利文獻6記載的方法中，存在作為副作用而產(chǎn)生臺階聚集這樣的問題。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供能夠減少在碳化硅基板上形成的碳化硅外延膜的缺陷的碳化硅半導體裝置的制造方法，以及通過該方法獲得的碳化硅半導體裝置。

技術(shù)方案

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的碳化硅半導體裝置的制造方法的特征在于，包括：工序(A)，在碳化硅基板上形成碳化硅的外延膜；工序(B)，以對該外延膜的表面進行化學機械研磨的方式進行平坦化處理直到算數(shù)平均表面粗糙度Ra成為0.3nm以下為止；工序(C)，使上述外延膜的表面熱氧化而形成犧牲氧化膜；工序(D)，除去該犧牲氧化膜；以及工序(E)，利用去離子水對外延膜的經(jīng)除去上述犧牲氧化膜的表面進行清洗。

根據(jù)本發(fā)明，能夠通過化學機械研磨來除去在外延膜的生長中產(chǎn)生的缺陷，并且進一步將因化學機械研磨而引起的加工損傷與犧牲氧化膜一起除去。

在本發(fā)明的碳化硅半導體裝置的制造方法中，優(yōu)選通過化學機械研磨，使上述工序(A)中使用的碳化硅基板平坦化為算數(shù)平均表面粗糙度Ra為1nm以下。

根據(jù)上述形態(tài)，通過在外延膜生長前除去在碳化硅基板的表面露出的缺陷，從而能夠減少外延膜的以碳化硅基板的結(jié)晶缺陷為起點的缺陷數(shù)量。

在本發(fā)明的碳化硅半導體裝置的制造方法中，優(yōu)選上述工序(B)的上述外延膜的研磨量為0.3μm以上且1μm以下。

根據(jù)上述形態(tài)，能夠除去外延膜的缺陷，特別是能夠除去占缺陷大多數(shù)的坑狀缺陷。

在本發(fā)明的碳化硅半導體裝置的制造方法中，優(yōu)選上述工序(C)的上述犧牲氧化膜的厚度為20nm以上且100nm以下。

根據(jù)上述形態(tài)，能夠除去因化學機械研磨導致的加工損傷。

在本發(fā)明的碳化硅半導體裝置的制造方法中，優(yōu)選上述工序(C)的上述犧牲氧化膜的形成溫度為800℃以上且1350℃以下。

根據(jù)上述形態(tài)，能夠準確地控制犧牲氧化膜的膜厚。

在發(fā)明的碳化硅半導體裝置的制造方法中，優(yōu)選利用含有氫氟酸的水溶液來除去上述工序(D)的上述犧牲氧化膜。

根據(jù)上述形態(tài)，能夠相對于碳化硅外延層選擇性地除去犧牲氧化膜，因此能夠維持犧牲氧化前的光滑的表面粗糙度。

本發(fā)明的碳化硅半導體裝置優(yōu)選為通過上述任一方法制造出的碳化硅半導體裝置。

通過減少外延膜的缺陷數(shù)量，從而能夠以高成品率生產(chǎn)可靠性和電特性優(yōu)異的碳化硅半導體裝置。

有益效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠通過化學機械研磨除去在外延膜的生長中產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷，并能夠?qū)⒁蚧瘜W機械研磨而導致的加工損傷與犧牲氧化膜一起除去。通過減少外延膜的缺陷數(shù)量，從而能夠以高成品率生產(chǎn)可靠性和電特性優(yōu)異的碳化硅半導體裝置。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的SiC半導體裝置的制造方法的一個實施方式的工序圖。

圖2是表示實施例的SiC外延膜的缺陷分布的圖。

圖3是表示比較例的SiC外延膜的缺陷分布的圖。

圖4是實施例的SiC外延膜表面的原子力顯微鏡的圖像。

圖5是比較例的SiC外延膜表面的原子力顯微鏡的圖像。

符號說明

1：SiC基板

2：SiC外延膜

3：犧牲氧化膜

4：缺陷

具體實施方式

本發(fā)明的SiC半導體裝置的制造方法的特征在于，由按順序包括以下工序的制造工序構(gòu)成：

(A)形成SiC外延膜的工序；

(B)化學機械研磨(CMP)工序；

(C)形成犧牲氧化膜的工序；

(D)除去犧牲氧化膜的工序；以及

(E)清洗工序。

其中，在上述各工序的前后，也可以插入其他工序。例如，在工序(A)之前插入化學機械研磨工序，能夠提高SiC基板的平坦性。或者，在工序(A)之前插入照射反應(yīng)性等離子體的工序，能夠清潔SiC基板的表面。另外，在工序(B)之后插入磨砂(scrub)清洗，能夠除去附著在SiC外延膜的表面的研磨劑。

在圖1示意性地圖示出了上述工序流程。在工序(A)中，在SiC基板1上形成SiC外延膜2，在工序(B)中，對SiC外延膜2進行化學機械研磨，在工序(C)中，形成犧牲氧化膜3，在工序(D)中，除去犧牲氧化膜3，在工序(E)中，用去離子水(DIW)進行清洗。在工序(A)產(chǎn)生的缺陷4通過工序(B)的化學機械研磨來除去。

[SiC基板]

本發(fā)明所使用的SiC基板沒有特別限定，可使用例如對通過升華法或者化學氣相生長(CVD)法所獲得的塊狀結(jié)晶進行切片而得的基板。

SiC單晶的多型體沒有特別限定，例如可列舉4H-SiC、6H-S iC、3C-SiC等，但在功率半導體裝置中優(yōu)選使用絕緣耐壓和載流子遷移率高的4H-SiC。進行外延生長的基板主面沒有特別限定，例如在4H-SiC基板中，可列舉(0001)Si面、(0001)C面等。

另外，為了防止在外延生長時混入多型體，優(yōu)選為相對于[0001]方向具有1～12°的偏離角的偏離基板，更加優(yōu)選以4°或者8°的偏離角傾斜而切割出的基板。

另外，優(yōu)選使SiC基板的表面平坦化為算數(shù)平均表面粗糙度Ra成為1nm以下。例如，可以在形成SiC外延膜之前，對SiC基板的表面進行化學機械研磨。通過這樣的方式，能夠減少從SiC基板表面?zhèn)鞑サ絊iC外延膜的缺陷數(shù)量。

[形成SiC外延膜的工序]

在SiC基板上形成SiC外延膜的方法沒有特別限定，可以通過例如減壓CVD法或者常壓CVD法形成。

原料氣體之中，可列舉甲硅烷、二氯甲硅烷等作為Si的供給源，可列舉丙烷、甲烷等作為C的供給源。另外，可以適當添加氮、氨水等作為n型摻雜氣體，三甲基鋁等作為p型摻雜氣體。另外，為了稀釋上述氣體，可以使用氫、氬等作為載流氣體。

CVD溫度優(yōu)選為1400℃以上且1800℃以下，更加優(yōu)選為1500℃以上且1750℃以下。如果低于1500℃則生長速度緩慢，如果高于1750℃則產(chǎn)生表面缺陷，因此不優(yōu)選。在利用減壓CVD法的情況下，CVD壓力優(yōu)選為0Pa以上且20Pa以下，更加優(yōu)選為1Pa以上且15Pa以下。

用于形成SiC外延膜的CVD裝置沒有特別限定，例如，可列舉在水冷雙重圓筒管內(nèi)具有由石墨形成的熱壁且利用感應(yīng)線圈進行加熱的方式等。

應(yīng)予說明，可以在形成SiC外延膜時，對SiC基板的表面進行氣體蝕刻來作為前處理。例如，使氯化氫氣體接觸到已加熱至1000℃以上的SiC基板，來對SiC表面進行蝕刻，能夠減少表面缺陷。

[化學機械研磨工序]

在本發(fā)明中，可以通過化學機械研磨進行平坦化，以使SiC外延膜的算數(shù)平均表面粗糙度Ra為0.3nm以下。如果SiC外延膜的Ra大于0.3nm，則形成在SiC外延膜上的柵氧化膜成為針孔和/或界面態(tài)多的膜，可靠性和/或器件性能降低，因此不優(yōu)選。

另外，SiC外延膜的研磨量優(yōu)選為0.3μm以上且1μm以下。如果如此進行研磨，則能夠除去SiC外延膜的缺陷，特別是能夠除去占缺陷大多數(shù)的坑狀的缺陷。

對SiC外延膜的表面進行化學機械研磨的方法沒有特別限定，例如，可以是使用固定磨料的化學機械研磨法、使用軟質(zhì)的研磨墊和研磨劑溶液的化學機械研磨法、或者在使用固定磨粒而進行研磨之后使用軟質(zhì)的研磨墊和研磨劑溶液的化學機械研磨法。研磨墊和研磨劑溶液可以使用市售的產(chǎn)品。

[形成犧牲氧化膜的工序]

在本發(fā)明中，為了除去因化學機械研磨而引入的SiC外延膜的加工損傷，可以使SiC外延膜的表面熱氧化而形成厚度20nm以上且100nm以下的犧牲氧化膜。在此，加工損傷是指，因SiC外延膜的表面與磨料和/或研磨墊摩擦所產(chǎn)生的細小的劃傷、晶格的紊亂以及異物粘著，這些加工損傷伴隨著犧牲氧化膜的生長，被吸收到犧牲氧化膜中而消失，或者被分解而升華，因此可以在犧牲氧化膜下保留結(jié)晶性好的SiC外延膜。

形成犧牲氧化膜的方法沒有特別限定，例如可以使用在800℃以上且1350℃以下，使包含水蒸氣的氧化性氣體流通的濕式氧化法，或者使經(jīng)干燥的包含氧的氧化性氣體流通的干式氧化法。此時，為了積極地除去金屬污染，也可以在上述氧化性氣體中混合包含鹵族元素的氣體(例如氯化氫)。

另外，在熱氧化之前，可以用混合氨水和過氧化氫水而成的水溶液、混合鹽酸和過氧化氫水而成的水溶液、或者含有氫氟酸的水溶液來清洗SiC外延膜。如此，能夠在有機物和/或金屬污染少的狀態(tài)下，氧化SiC外延膜。

[除去犧牲氧化膜的工序]

犧牲氧化膜是吸收SiC外延膜的缺陷的同時生長而成的針孔和/或陷阱能級多的膜，因此不優(yōu)選用作柵絕緣膜或隔離膜。因此，在本發(fā)明中，可以將熱氧化SiC外延膜而形成的犧牲氧化膜浸漬在例如含有氫氟酸的水溶液而選擇性地除去犧牲氧化膜。由于SiC在氫氟酸中不溶解，因此能夠維持犧牲氧化前的光滑的表面粗糙度，并在其上形成高品質(zhì)的柵絕緣膜。

[清洗工序]

在本發(fā)明中，可以在除去犧牲氧化膜后，用去離子水(DIW)進行流水清洗，然后干燥，獲得清潔表面。干燥方法沒有特別限定，例如可以使用旋轉(zhuǎn)干燥、異丙醇蒸氣干燥等。

[SiC半導體裝置的制造]

可以使用具有通過上述工序所獲得的缺陷數(shù)量少的SiC外延膜的SiC基板，來制造SiC半導體裝置。

如此制造出的SiC半導體裝置具有無針孔且界面態(tài)少的柵絕緣膜，其絕緣耐壓高，漏電流小，飽和電流大，可靠性和性能優(yōu)異。

實施例

[實施例]

對SiC基板(多型體4H，4°偏離基板)的表面進行化學機械研磨，通過原子力顯微鏡測定出算數(shù)平均表面粗糙度Ra。接著，在通過減壓CVD法形成膜厚10μm的SiC外延膜后，通過化學機械研磨來研磨除去從表面起算50nm深度的SiC外延膜。然后，通過使用共聚焦顯微鏡的表面缺陷檢查裝置來獲取缺陷分布圖，進一步通過原子力顯微鏡來測定出SiC外延膜的算數(shù)平均表面粗糙度Ra。

[比較例]

對SiC基板(多型體4H，4°偏離基板)的表面進行化學機械研磨，通過原子力顯微鏡測定出算數(shù)平均表面粗糙度Ra。接著，在通過減壓CVD法形成膜厚10μm的SiC外延膜后，通過使用共聚焦顯微鏡的表面缺陷檢查裝置來獲取缺陷圖，進一步通過原子力顯微鏡來測定出SiC外延膜的算數(shù)平均表面粗糙度Ra。

在圖2、圖3示出獲取的缺陷分布圖。SiC外延膜的缺陷用黑點表示。在SiC外延膜形成后，相對于未進行化學機械研磨的比較例(圖3)，在經(jīng)化學機械研磨的實施例(圖2)中，缺陷數(shù)量急劇減少。

在圖4、圖5，示出利用原子力顯微鏡測定出的SiC外延膜的表面凹凸圖像。在SiC外延膜形成后，在未進行化學機械研磨的比較例(圖5)中，Ra為1.0nm，而經(jīng)化學機械研磨的實施例(圖4)中，Ra減小至0.254nm，實現(xiàn)了目標值0.3nm以下。