用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法和碳化硅半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】形成由碳化硅制成的、具有第一導(dǎo)電類型的第一層(121)。形成設(shè)置在所述第一層(121)上的、具有不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二層(122)和設(shè)置在第二層(122)上的、具有第一導(dǎo)電類型的第三層(123)。形成第二和第三層(122，123)的步驟包括執(zhí)行雜質(zhì)離子注入的步驟和執(zhí)行用于活化通過雜質(zhì)離子注入而注入的雜質(zhì)的熱處理的步驟。在執(zhí)行熱處理的步驟之后，形成具有穿透第三層(123)和第二層(122)的側(cè)壁并且具有達到第一層(121)的底部的溝槽(TR)。形成柵極絕緣膜(201)以覆蓋溝槽(TR)的側(cè)壁。結(jié)果，提供具有低導(dǎo)通電阻的碳化硅半導(dǎo)體器件(500)。
【專利說明】用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法和碳化硅半導(dǎo)體器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法和碳化硅半導(dǎo)體器件。

【背景技術(shù)】
[0002]日本專利特許公開價).2012-38770(專利文獻1)公開了用于制造作為碳化硅半導(dǎo)體器件的溝槽型'(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的方法。根據(jù)這種制造方法的示例，首先，在襯底上形成將用作擊穿電壓保持層的外延層。然后，在外延層中執(zhí)行離子注入，以在擊穿電壓保持層上形成？型主體層和II型源接觸層。然后，通過熱蝕刻形成凹槽(溝槽接下來，通過離子注入在溝槽底部形成電場緩和層。然后，執(zhí)行活化退火(熱處理隨后，形成柵極絕緣膜和柵電極。
[0003]引用列表
[0004]專利文獻
[0005]？10 1:日本專利特許公開吣.2012-38770


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]包括以上示例中的的、目前能得到的具有溝槽型絕緣柵極的碳化娃半導(dǎo)體器件的溝道電阻比理論上預(yù)期的值高得多。因此，導(dǎo)通(0⑷電阻不能夠充分減小。
[0008]本發(fā)明致力于解決如上所述的問題，本發(fā)明的目的是提供具有低導(dǎo)通電阻的碳化娃半導(dǎo)體器件。
[0009]問題的解決方法
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一種用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟。形成由碳化硅制成的第一導(dǎo)電類型的第一層。形成位于第一層上的、不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二層，以及位于第二層上的第一導(dǎo)電類型的第三層。形成第二層和第三層的步驟包括執(zhí)行雜質(zhì)離子注入的步驟和執(zhí)行用于活化通過雜質(zhì)離子注入而注入的雜質(zhì)的熱處理的步驟。在執(zhí)行熱處理的步驟之后，形成具有穿透第三層和第二層的側(cè)壁并且具有達到第一層的底部的溝槽。形成柵極絕緣膜，以覆蓋溝槽的側(cè)壁。在柵極絕緣膜上形成柵電極。
[0011]根據(jù)這種制造方法，在執(zhí)行活化熱處理之后，形成用于形成溝道表面的溝槽。因此，一旦形成，溝道表面就不受活化熱處理的干擾。因此抑制溝道電阻，從而減小導(dǎo)通電阻。
[0012]優(yōu)選地，執(zhí)行雜質(zhì)離子注入的步驟包括以下步驟。注入用于提供具有第二導(dǎo)電類型的第二層的雜質(zhì)。注入用于提供具有第一導(dǎo)電類型的第三層的雜質(zhì)。
[0013]因此，可以通過以上的活化熱處理形成第二層和第三層。
[0014]優(yōu)選地，形成溝槽的步驟包括以下步驟。在第三層上形成具有開口以部分暴露第三層的掩膜層。使用掩膜層執(zhí)行具有物理作用的預(yù)備蝕刻。在執(zhí)行預(yù)備蝕刻的步驟之后執(zhí)行熱蝕刻的步驟。
[0015]因此，進一步抑制溝道電阻，從而進一步減小導(dǎo)通電阻。
[0016]優(yōu)選地，通過氧化溝槽的底部，形成犧牲氧化物膜，然后去除犧牲氧化物膜。
[0017]因此，可以進一步平滑溝槽底部的拐角部分。因此，可以抑制該拐角部分中的電場集中，以增大擊穿電壓。
[0018]優(yōu)選地，在用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中，在不進行向溝槽的底部中的雜質(zhì)離子注入的情況下，形成柵極絕緣膜和柵電極。
[0019]因此，在不進行向溝道底部中的雜質(zhì)注入的情況下，制造碳化硅半導(dǎo)體器件。因此，不意圖在形成溝槽之后執(zhí)行活化退火。因此，一旦形成在溝槽表面上，溝道表面就不受活化熱處理的干擾。因此，抑制溝道電阻，從而減小導(dǎo)通電阻。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種碳化硅半導(dǎo)體器件包括碳化硅襯底、柵極絕緣膜和柵電極。碳化娃襯底包括第一至第三層。第一層是第一導(dǎo)電類型。第二層在第一層上、是不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型。第三層在第二層上、是第一導(dǎo)電類型。碳化硅襯底設(shè)置有溝槽。溝槽具有側(cè)壁和底部。側(cè)壁穿透第三層和第二層。底部達到第一層。第二層在溝槽的側(cè)壁上具有以咖3(均方根)表示不大于2=0的表面粗糙度的表面。柵極絕緣膜覆蓋溝槽的側(cè)壁。柵電極在柵極絕緣膜上。
[0021]根據(jù)這個碳化硅半導(dǎo)體器件，溝槽的側(cè)壁形成具有令人滿意的平坦度的溝道表面。因此，抑制溝道電阻，從而減小導(dǎo)通電阻。
[0022]優(yōu)選地，第二層由具有多型4?的六方晶體結(jié)構(gòu)的碳化硅制成，第二層的表面包括具有{0-33-8}的面取向的第一面。
[0023]因此，溝道表面包括具有{0-33-8}的面取向的第一面。因此，抑制溝道電阻，從而減小導(dǎo)通電阻。
[0024]優(yōu)選地，該表面微觀地包括第一面，并且還微觀地包括具有{0-11-1}的面取向的第二面。
[0025]因此，可以進一步抑制溝道電阻，從而進一步減小導(dǎo)通電阻。
[0026]優(yōu)選地，第一面和第二面形成具有{0-11-2}的面取向的組合面。
[0027]因此，可以進一步抑制溝道電阻，從而進一步減小導(dǎo)通電阻。
[0028]優(yōu)選地,該表面宏觀地相對于{000-1}面具有62?！?0。的偏離角。
[0029]因此，可以進一步抑制溝道電阻，從而進一步減小導(dǎo)通電阻。
[0030]本發(fā)明的有益效果
[0031]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以通過抑制溝道電阻減小導(dǎo)通電阻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是示意性示出本發(fā)明的一個實施例中的碳化硅半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的局部截面圖。
[0033]圖2是示意性示出圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件中包括的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的局部截面圖。
[0034]圖3是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
[0035]圖4是示出圖3的更多細節(jié)的流程圖。
[0036]圖5是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第一步驟的局部截面圖。
[0037]圖6是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第二步驟的局部截面圖。
[0038]圖7是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第三步驟的局部截面圖。
[0039]圖8是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第四步驟的局部截面圖。
[0040]圖9是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第五步驟的局部截面圖。
[0041]圖10是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第六步驟的局部截面圖。
[0042]圖11是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第七步驟的局部截面圖。
[0043]圖12是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第八步驟的局部截面圖。
[0044]圖13是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第九步驟的局部截面圖。
[0045]圖14是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第十步驟的局部截面圖。
[0046]圖15是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第十一步驟的局部截面圖。
[0047]圖16是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第十二步驟的局部截面圖。
[0048]圖17是示意性示出用于制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中的第十三步驟的局部截面圖。
[0049]圖18是示意性示出圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的溝道表面的精細結(jié)構(gòu)示例的局部截面圖。
[0050]圖19示出多型4?的六方晶體中的(000-1)面的晶體結(jié)構(gòu)。
[0051]圖20示出圖19中沿著線的(11-20)面的晶體結(jié)構(gòu)。
[0052]圖21示出圖18的組合面的表面附近的(11-20)面中的晶體結(jié)構(gòu)。
[0053]圖22示出當從(01-10)面觀察時的圖18的組合面。
[0054]圖23是示出在執(zhí)行熱蝕刻的情況和不執(zhí)行熱蝕刻的情況中的每種情況下，當宏觀觀察時，在溝道遷移率與在溝道表面和(000-1)面之間的角度之間的一個示例性關(guān)系的曲線圖。
[0055]圖24是示出溝道遷移率與在溝道方向和〈0-11-2〉方向之間的角度之間的一個示例性關(guān)系的曲線圖。
[0056]圖25示出圖18的變形形式。

【具體實施方式】
[0057]下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。注意的是，在下面的附圖中用相同的參考標號指明相同或?qū)?yīng)的部件，將不再重復(fù)對其的描述。關(guān)于本說明書中的晶體學(xué)描述，單個取向用口標示，群取向用〈? 標示，單個面用0標示，群面用0標示。另外，雖然通常通過在數(shù)字上方附帶“-”(橫條)指示負結(jié)晶指數(shù)，但在本說明書中通過在數(shù)字之前附帶負號指示負結(jié)晶指數(shù)。
[0058]如圖1中所示，本實施例中的垂直型500 (碳化硅半導(dǎo)體器件)包括外延襯底100 (碳化硅襯底)、柵極氧化物膜201 (柵極絕緣膜)、柵電極202、層間絕緣膜203、源電極221、漏電極211、源極布線222和保護電極212。
[0059]外延襯底100由碳化娃制成。該碳化娃優(yōu)選地具有六方晶體結(jié)構(gòu),更優(yōu)選地具有多型祖。單晶襯底110具有一個主表面(圖1中的上表面)，該主表面具有優(yōu)選地基本上對應(yīng)于(000-1)面的面取向。
[0060]外延襯底100具有單晶襯底110和設(shè)置在其上的外延層。單晶襯底110是II型(第一導(dǎo)電類型)。外延層包括11—層121 (第一層)、？型體層122 (第二層)、=區(qū)123 (第三層)和接觸區(qū)124。
[0061]11—層121是II型(第一導(dǎo)電類型丨。11—層121的施主濃度低于單晶襯底110中的施主濃度。11—層121中的施主濃度優(yōu)選地不小于1\1015八1113且不大于5\1016八1113，例如被設(shè)定成8\1015八！113。？型體層122設(shè)置在!1—層121上，并且是？型(第二導(dǎo)電類型？型體層122的受主濃度是例如IX川18/。!:!3。接觸區(qū)124形成在？型體層122的一部分上，以便連接到？型體層122。
[0062]外延襯底100設(shè)置有具有側(cè)壁和底部的溝槽狀。溝槽狀的側(cè)壁穿透II區(qū)123和？型體層122，使得溝槽II？的底部達到11—層121。溝槽II？的側(cè)壁在？型體層122上具有作為溝道表面的表面31。該表面具有以咖3表示不大于211111的粗糙度。優(yōu)選地，表面31具有預(yù)定的晶面(也被稱為“特定面”)。隨后將詳細描述該特定面。
[0063]該外延襯底100具有溝槽II？對應(yīng)于以下事實:如圖2中所示，已經(jīng)在單晶襯底110的上表面中局部去除外延層。在這個實施例中，在單晶襯底110的上表面上形成大量的臺面結(jié)構(gòu)。具體地講，各臺面結(jié)構(gòu)具有均為六方形的上表面和底表面，并且具有相對于單晶襯底110的上表面傾斜的側(cè)壁。
[0064]柵極氧化物膜201覆蓋溝槽狀。具體地講，柵極氧化物膜201設(shè)置在表面31和溝槽狀的底部上。這個柵極氧化物膜201延伸到!1區(qū)123的上表面上。柵電極202設(shè)置在柵極氧化物膜201上，以填充溝槽II？(也就是說，填充彼此直接相鄰的臺面結(jié)構(gòu)之間的間隔)。柵電極202面對？型體層122的表面31，而柵極氧化物膜201插入其間。柵電極202具有與柵極氧化物膜201在II區(qū)123的上表面上的部分的上表面基本上一樣高的上表面。層間絕緣膜203被設(shè)置成覆蓋柵電極202以及柵極氧化物膜201延伸到=區(qū)123的上表面上的那部分。
[0065]源電極221設(shè)置在各臺面結(jié)構(gòu)的頂部上。源電極221與接觸區(qū)124和II區(qū)123中的每一個接觸。源極布線222與源電極221接觸，并且延伸到層間絕緣膜203的上表面上。漏電極211是設(shè)置在單晶襯底110的與其上面設(shè)置有11—層121的主表面相反的背側(cè)表面上的歐姆電極。保護電極212設(shè)置在漏電極211上。
[0066]如圖3中所示，用于制造10--了 500的方法主要包括步驟310至370。此外，如圖4中所示，步驟320包括步驟321和322，步驟330包括步驟331至333，步驟340包括步驟341和342。將詳細描述該制造方法。
[0067]在步驟310(圖3和圖4)中，如圖5中所示，通過在單晶襯底110上外延生長，形成!1—層121。例如，能通過利用硅烷(31?)和丙烷(4?)的混合氣體作為原料氣體并且利用氫氣(?)作為載氣的￠^0(化學(xué)氣相沉積)實現(xiàn)該外延生長。這時，優(yōu)選地引入例如氮(吣或磷⑵作為II型導(dǎo)電性的雜質(zhì)。
[0068]在步驟320 (^3)中，如圖6中所示，如下地形成口型體層122』區(qū)123和接觸區(qū)124。
[0069]首先，在步驟321(圖4)中，在11—層121的上表面中執(zhí)行雜質(zhì)離子注入，以形成將變成？型體層122、??！區(qū)123和接觸區(qū)124的部分。在用于形成？型體層122和接觸區(qū)124的離子注入中，注入用于提供諸如鋁(八1)的？型(即，受主)的雜質(zhì)的離子。在用于形成II區(qū)123的離子注入中，注入用于提供諸如氮(吣或磷(巧的!1型(即，施主)的雜質(zhì)的離子。注意的是，作為離子注入的替代，可以執(zhí)行外延生長。
[0070]然后，在步驟322 (圖4)中，執(zhí)行熱處理，以活化通過雜質(zhì)離子注入而注入的雜質(zhì)。熱處理溫度不低于12001，優(yōu)選地不低于16001。熱處理溫度優(yōu)選地不低于19501。最佳熱處理溫度是例如大致19001。在熱處理期間，優(yōu)選地如圖7中所示在=區(qū)123和接觸區(qū)124上暫時設(shè)置退火帽241。例如，退火帽是碳膜。
[0071]因此形成？型體層122、II區(qū)123和接觸區(qū)124。
[0072]接下來，在步驟330(圖3)中，如下地形成溝槽丁尺。
[0073]首先，在步驟331(圖4)中，如圖8中所示，在11區(qū)123和接觸區(qū)124上形成掩膜層247。掩膜層247在與溝槽IV圖1)的位置對應(yīng)的位置處具有開口以部分暴露11區(qū)123。例如，可以使用諸如氧化硅膜的絕緣膜作為掩膜層247。雖然可以通過諸如等離子體的沉積形成氧化硅膜，但優(yōu)選地通過熱氧化形成氧化硅膜。當形成掩膜層247的開口時，優(yōu)選地在使用掩膜層247相對于外延襯底100具有高蝕刻比的狀況下利用虹以反應(yīng)離子蝕刻
[0074]接下來，在步驟332(圖4)中，如圖9中所示，在隨后將描述的熱蝕刻之前執(zhí)行尺12作為預(yù)備蝕刻。因此，在掩膜247的開口中去除II區(qū)123、1)型體層122和11—層121的一部分。結(jié)果，在將形成溝槽的區(qū)域中，形成凹陷10，凹陷％具有帶有與單晶襯底110的主表面基本上垂直的內(nèi)表面V的側(cè)壁。優(yōu)選地，特別地利用電感耦合等離子體(工⑶)尺12作為812。具體地講，例如，可以使用采用或者和02的混合氣體作為反應(yīng)氣體的 -尺 12。
[0075]可以應(yīng)用任何預(yù)備蝕刻，只要它具有物理作用。除了外，這種蝕刻的示例包括182(離子束蝕刻)。此外，可以將這個預(yù)備蝕刻執(zhí)行為用于形成掩膜層247的開口的過度蝕刻。
[0076]接下來，在步驟333(圖4)中，對凹陷的內(nèi)表面V進行熱蝕刻。因此，如圖10中所示地形成溝槽狀。例如，可以通過在包含具有至少一種或多種類型的鹵素原子的反應(yīng)氣體的氣氛中加熱外延襯底100，執(zhí)行熱蝕刻。該至少一種或多種類型的鹵素原子包括氯
(01)原子和氟⑶原子中的至少一種。該氣氛是例如或％?？梢栽诜磻?yīng)氣體中混合氧氣。熱處理溫度優(yōu)選地不低于7001且低于12001，例如被設(shè)定成9001。
[0077]作為熱蝕刻的結(jié)果，在溝槽狀的側(cè)壁上，形成具有由？型體層122形成的部分的表面31。在表面31中，自發(fā)地形成隨后將描述的特定面。
[0078]注意的是，除了氯氣和氧氣之外，反應(yīng)氣體可以包含載氣。示例性的可用載氣是氮(^)氣、氬氣、氦氣等。通過依據(jù)執(zhí)行熱蝕刻的反應(yīng)容器的體積供應(yīng)足夠量的載氣，可以抑制被蝕刻表面附近的反應(yīng)氣體的積聚和反應(yīng)的不穩(wěn)定性。因此，可以進一步提高通過熱蝕刻形成的表面31的平坦度。
[0079]當如上所述將熱處理溫度設(shè)定成不低于7001且不高于10001時，蝕刻310的速率是例如大致70 11111/小時。此外，在這種情況下，在蝕刻期間，基本上不蝕刻由氧化硅制成并因此相對于31(:具有非常大的選擇比的掩膜層247。接下來，用諸如蝕刻(圖11)的合適方法去除掩膜層247。
[0080]因此形成溝槽狀。作為這個時間點，溝槽II？底部的拐角部分往往會具有尖銳形狀。
[0081〕 接下來，在步驟340 (圖3)中，執(zhí)行犧牲氧化工藝。具體地講，首先，在步驟341中，如圖12中所示，通過氧化溝槽II？底部，形成犧牲氧化物膜249。接下來，在步驟342中，去除犧牲氧化物膜(圖13)。這樣將具有尖銳形狀(圖11)的拐角部分改變成更平滑的拐角部分0(圖13〉。
[0082]接下來，在步驟350(圖3)中，如圖14中所示，柵極氧化物膜201被形成為覆蓋溝槽狀的側(cè)壁和底部。例如，通過熱氧化由碳化硅制成的外延層，得到柵極氧化物膜201。
[0083]接下來，在步驟360(圖3)中，如圖15中所示，柵電極202形成在柵極氧化物膜201上，以填充溝槽II？中的區(qū)域，而柵極氧化物膜201插入其間。例如，可以通過形成導(dǎo)體膜并且執(zhí)行(化學(xué)機械拋光)，執(zhí)行形成柵電極202的方法。
[0084]傳統(tǒng)上已知的是通過在溝槽底部中進行雜質(zhì)注入而形成電場緩和層以力圖提高擊穿電壓的技術(shù)。然而，在這個實施例中，在不進行這種注入的情況下，形成柵極氧化物膜201和柵電極202。也就是說，在這個實施例中，不執(zhí)行向溝槽底部中的雜質(zhì)注入。
[0085]接下來，如圖16中所示，層間絕緣膜203形成在柵電極202和柵極氧化物膜201上，以覆蓋柵電極202被暴露的表面。
[0086]接下來，在步驟70(圖3)中，形成源電極221、漏電極211、源極布線222和保護電極212(圖1)。出于此目的，如圖17中所示，例如，首先執(zhí)行蝕刻，以在層間絕緣膜203和柵極氧化物膜201中形成開口。通過這些開口，暴露臺面結(jié)構(gòu)的上表面中的II區(qū)123和接觸區(qū)124。接下來，在各臺面結(jié)構(gòu)的上表面中，源電極222被形成為與II區(qū)123和接觸區(qū)124接觸。另外，形成漏電極211、源極布線222和保護電極212。
[0087]因此，得到108？21 500 (圖 1)。
[0088]根據(jù)這個實施例，在步驟322(圖4)中的活化熱處理之后，在溝槽II？的側(cè)壁上形成用于形成溝道表面(圖1)的表面31。因此，一旦形成，溝道表面就不受到活化熱處理的干擾。因此抑制溝道電阻，從而減小導(dǎo)通電阻。
[0089]相比于這個實施例，如果采用在形成用于形成溝道表面的溝槽之后執(zhí)行活化熱處理的方法，出于兩個原因，溝道電阻往往會增大。第一，由于活化熱處理的效果，導(dǎo)致溝道表面的平坦度劣化。第二，由于用于進行活化熱處理的加熱，導(dǎo)致在外延襯底100中存在的晶體缺陷移到溝道表面，從而導(dǎo)致溝道表面中的晶體缺陷密度增大。溝道表面中的平坦度劣化和晶體缺陷密度增大都導(dǎo)致溝道電阻增大。
[0090]在這個實施例中，在不向溝槽II？底部中進行雜質(zhì)離子注入的情況下，形成柵極氧化物膜201和柵電極202。因此，在不向溝槽II？底部中進行雜質(zhì)注入的情況下，制造10--丁500。因此，如上所述，不意圖在形成溝槽II？之后執(zhí)行活化退火。
[0091]當如在這個實施例中一樣在具有令人滿意的平坦度的表面31上形成柵極氧化物膜201時，柵極氧化物膜201的質(zhì)量提高，從而降低柵極氧化物膜201擊穿的可能性。因此，500的擊穿電壓可以增大。因此，可以通過向溝槽II？底部中的受主(雜質(zhì))離子注入而形成電場緩和層，確保足夠的擊穿電壓。
[0092]此外，根據(jù)這個實施例，如果執(zhí)行諸如虹2 (圖4:步驟332)的預(yù)備蝕刻，則在熱蝕刻(圖4:步驟333)之前通過預(yù)備蝕刻去除掩膜層247(圖8)的開口中的11區(qū)123上的氧化物。因此，可以防止氧化物在熱蝕刻期間用作精細掩膜。結(jié)果，表面31的平坦度進一步提高。因此，溝道電阻進一步得以抑制，從而進一步減小導(dǎo)通電阻。
[0093]如果執(zhí)行犧牲氧化工藝(圖12和圖13)，則可以進一步平滑溝槽II？底部的拐角部分。因此，可以抑制這個拐角部分中的電場集中，以增大擊穿電壓。此外，犧牲氧化工藝可以提高形成溝道表面的表面31的平坦度。
[0094]如果通過熱氧化形成掩膜層247 (圖8)，則由于掩膜層247和外延襯底100之間的高度粘附，導(dǎo)致可以以穩(wěn)定方式抑制沿著在掩膜層247和外延襯底100之間的界面的側(cè)蝕亥11。如果掩膜層247和外延襯底100之間的粘附低，則側(cè)蝕刻往往會不均勻地出現(xiàn)，從而導(dǎo)致最終得到表面31的平坦度劣化。
[0095]如果使用掩膜層247相對于外延襯底100具有高蝕刻比的條件，通過(反應(yīng)離子蝕刻)形成掩膜層247(圖8)的開口，則可以抑制在掩膜層247的端表面(圖8中的掩膜層247的側(cè)表面)中出現(xiàn)粗糙。因此，可以抑制因條紋狀的上述粗糙轉(zhuǎn)移到溝槽II？的側(cè)壁而造成的在表面31中出現(xiàn)粗糙。
[0096]？型體層122和!1區(qū)123都是通過雜質(zhì)注入形成的。可以通過上述活化熱處理活化因此注入的雜質(zhì)。注意的是，可以在不使用離子注入的情況下，通過伴隨雜質(zhì)摻雜進行外延生長形成？型體層122和!1區(qū)123中的至少一個。例如，可以通過伴隨受主摻雜一起外延生長碳化硅，在11—層121上形成？型體層122。在這種情況下，可以通過向？型體層122中的離子注入，在？型體層122上形成=區(qū)123。
[0097]本發(fā)明的發(fā)明人進行的研究證實，使用上述制造方法可以將具有表面31的溝槽丁尺的側(cè)壁的表面粗糙度減小至以咖3表示的211111，舉例來說得到1.7511111的測量值。通過八?1(原子力顯微鏡)在5平方微米的范圍內(nèi)進行表面粗糙度的測量?？梢愿鶕?jù)溝槽II？的形狀和大小選擇測量表面31的表面粗糙度的方法。除了他1外，可以使用121(透射電子顯微鏡)、321(掃描電子顯微鏡)或光學(xué)顯微鏡。
[0098]雖然這個實施例中的溝槽II？(圖1)具有平坦底部，但溝槽形狀不限于此，底部可以是凹陷。例如，溝槽可以是大體V形的。如果在這種情況下執(zhí)行犧牲氧化工藝，可以平滑V形的下端。
[0099]雖然在這個實施例中第一導(dǎo)電類型是II型并且第二導(dǎo)電類型是？型，但這些導(dǎo)電類型可以顛倒。然而，為了提高溝道遷移率，第一導(dǎo)電類型優(yōu)選地是II型。
[0100]此外，除了外，碳化硅半導(dǎo)體器件可以是(金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管此外，碳化硅半導(dǎo)體器件不限于'，只要它具有溝槽柵極結(jié)構(gòu)。例如，半導(dǎo)體器件可以是溝槽型1681(絕緣柵型雙極性晶體管)。
[0101](具有特定面的表面)
[0102]如上所述，溝槽II？(圖1)的側(cè)壁在？型體層122上具有表面31作為溝道表面。表面31優(yōu)選地具有特定面。現(xiàn)在，詳細描述這個“特定面”。
[0103]如圖18中所示，具有特定面(圖18右上的鋸齒狀表面)的表面31包括面31(第一面面31具有{0-33-8}的面取向，優(yōu)選地具有(0-33-8)的面取向。優(yōu)選地，微觀地，表面31包括面31。優(yōu)選地，微觀地，表面31還包括面32(第二面^面32具有{0-11-1}的面取向，優(yōu)選地具有(0-11-1)的面取向。本文使用的術(shù)語“微觀地”意味著“精密到考慮大約至少與原子間間隔的兩倍一樣大的大小”。例如，可以使用！'￡1(透射電子顯微鏡)作為觀察這種微觀結(jié)構(gòu)的方法。
[0104]優(yōu)選地，表面31包括組合面部。組合面31？由周期性重復(fù)的面31和32形成。例如，通過1剛或他1(原子力顯微鏡)觀察這種周期性結(jié)構(gòu)。組合面部具有{0-11-2}的面取向，優(yōu)選地具有(0-11-2)的面取向。在這種情況下，宏觀地，組合面31？相對于{000-1}面具有62。的偏離角。本文使用的術(shù)語“宏觀地”意味著“忽視大小是大致原子間間隔的精細結(jié)構(gòu)”。為了測量這種宏觀偏離角，例如，可以使用采用通用X射線衍射的方法。優(yōu)選地，在溝道表面中，載流子在進行上述周期性重復(fù)的溝道方向⑶上流動。
[0105]現(xiàn)在，描述組合面31？的詳細結(jié)構(gòu)。
[0106]一般地，關(guān)于31原子(或原子)，當從(000-1)面觀察多型4?的碳化硅單晶時，如圖19中所示地重復(fù)設(shè)置層八(圖中的實線)中的原子、設(shè)置在其下方的層8(圖中的虛線)中的原子、設(shè)置在其下方的層“圖中的點劃線)中的原子、設(shè)置在其下方的層8(未示出)中的原子。換句話講，在四層八8(?被視為一個周期的情況下，設(shè)置諸如八8(?八8(?八8(?…的周期性堆疊結(jié)構(gòu)。
[0107]如圖20中所示，在(11-20)面(圖19中沿著線截取的截面圖)中，構(gòu)成上述一個周期的四個層八8(?中的每個中的原子沒有沿著(0-11-2)面完全對齊。在圖20中，(0-11-2)面被示出為經(jīng)過層8中的原子的位置。在這種情況下，可以看到，層八和中的各原子脫離(0-11-2)面。因此，即使當碳化硅單晶的表面的宏觀面取向，即其原子能級結(jié)構(gòu)被忽視的碳化硅單晶的表面的面取向不限于(0-11-2)時，微觀上，該表面可以具有各種結(jié)構(gòu)。
[0108]如圖21中所示，通過交替地設(shè)置具有(0-33-8)的面取向的面51和連接到面51并且具有與面51的面取向不同的面取向的面32，形成組合面部。面51和52中的每個的長度是31原子(或原子)的原子間間隔的兩倍大。注意的是，面31和面32被求平均的面對應(yīng)于(0-11-2)面(圖20)。
[0109]如圖22中所示，當從(01-10)面觀察組合面31？時，單晶結(jié)構(gòu)具有周期性包括等同于立方結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的部分(面31的部分具體地講，通過交替地設(shè)置具有等同于立方結(jié)構(gòu)的上述結(jié)構(gòu)中的(001)的面取向的面51和連接到面51并且具有與面51的面取向不同的面取向的面32，形成組合面部。另外，在不同于4?的多型中，該表面可以因此由在等同于立方結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)中的具有(001)的面取向的面(圖22中的面31)和連接到以上面并且具有與以上面的面取向不同的面取向的面(圖22中的面32)形成。例如，該多型可以是冊或15尺。
[0110]現(xiàn)在，參照圖23，描述表面31的晶面和溝道表面中的遷移率18之間的關(guān)系。在圖23的曲線圖中，水平軸代表由(000-1)面與具有溝道表面的表面31的宏觀面取向形成的角度01，垂直軸代表遷移率18。點群⑶對應(yīng)于其中通過熱蝕刻將表面31拋光以具有特定面的情況，點群此對應(yīng)于表面31沒有經(jīng)受這種熱蝕刻的情況。
[0111]在點群此中，當溝道表面的表面具有(0-33-8)的宏觀面取向時，遷移率18最大。推測這可能是由于以下原因。也就是說，在不執(zhí)行熱蝕刻的情況下，即，在溝道表面的微觀結(jié)構(gòu)不受特別控制的情況下，其宏觀面取向?qū)?yīng)于(0-33-8)，結(jié)果是在(0-33-8)的微觀面取向，即在考慮到原子級的情況下的(0-33-8)的面取向的比率在統(tǒng)計學(xué)上變高。
[0112]另一方面，當溝道表面的表面的宏觀面取向是(0-11-2)(箭頭2?時，在點群中，遷移率18最大。推測這可能是由于以下原因。也就是說，如圖21和圖22中所示，均具有(0-33-8)的面取向的大量面31密集且規(guī)則地布置，而面32插入其間，由此在溝道表面的表面中，(0-33-8)的微觀面取向的比率變高。
[0113]注意的是，遷移率18對組合面部具有取向依賴性。在圖24中示出的曲線圖中，水平軸代表溝道方向和〈0-11-2〉方向之間的角度02，垂直軸代表溝道表面中的遷移率18 (任何單位為了曲線圖的可視性，在其中補充性地設(shè)置虛線。從這個曲線圖中發(fā)現(xiàn)，為了增大溝道遷移率18，溝道方向圖18)優(yōu)選地具有不小于0°且不大于60。并且更優(yōu)選地基本上為0。的角度02。
[0114]如圖25中所示，除了組合面部之外，表面31還可以包括面33(第三面^在這種情況下，表面31相對于{000-1}面的偏離角偏離組合面31？的理想偏離角，即，62。。這種偏離優(yōu)選地小，優(yōu)選地在±10。的范圍內(nèi)。這種角度范圍內(nèi)包括的表面的示例包括具有{0-33-8}面的宏觀面取向的表面。更優(yōu)選地，表面31相對于(000-1)面的偏離角偏離組合面31？的理想偏離角，即，62。。這種偏離優(yōu)選地小，優(yōu)選地在±10。的范圍內(nèi)。這種角度范圍中包括的表面的不例包括具有(0-33-8)面的宏觀面取向的表面。
[0115]更具體地，表面31可以包括由周期性重復(fù)的面33和組合面31？形成的組合面邠。例如，可以通過I'剛或他1(原子力顯微鏡)觀察這種周期性結(jié)構(gòu)。
[0116]應(yīng)該理解，本文公開的實施例是示例性的并且在任何方面是非限制性的。本發(fā)明的范圍受權(quán)利要求書的條款限定，而非受以上描述限定，并且旨在包括在與權(quán)利要求書的條款等同的范圍和含義內(nèi)的任何修改形式。
[0117]參考符號列表
[0118]100外延襯底(碳化硅襯底)；110單晶襯底；121 11—層(第一層)；122 ？型體層(第二層)；123 =區(qū)(第三層)；124接觸區(qū)；201柵極絕緣膜；202柵電極；203層間絕緣膜；211漏電極；212保護電極；221源電極；222源極布線；247掩膜層；249犧牲氧化物膜；500 碳化硅半導(dǎo)體器件)；⑶溝道方向；31面(第一面)；32面(第二面)；％、3尺組合面表面；狀溝槽。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟: 形成由碳化硅制成的第一導(dǎo)電類型的第一層； 形成位于所述第一層上的不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二層，以及位于所述第二層上的所述第一導(dǎo)電類型的第三層，形成第二和第三層的所述步驟包括執(zhí)行雜質(zhì)離子注入的步驟和執(zhí)行用于活化通過所述雜質(zhì)離子注入而注入的雜質(zhì)的熱處理的步驟； 在執(zhí)行熱處理的所述步驟之后，形成溝槽，所述溝槽具有穿透所述第三層和所述第二層的側(cè)壁并且具有達到所述第一層的底部； 形成柵極絕緣膜，以覆蓋所述溝槽的所述側(cè)壁；以及 在所述柵極絕緣膜上形成柵電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中 執(zhí)行雜質(zhì)離子注入的所述步驟包括注入用于使所述第二層具有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的步驟，和注入用于使所述第三層具有所述第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中 形成溝槽的所述步驟包括在所述第三層上形成具有開口以部分地暴露所述第三層的掩膜層的步驟，使用所述掩膜層執(zhí)行具有物理作用的預(yù)備蝕刻的步驟，和在執(zhí)行預(yù)備蝕刻的所述步驟之后執(zhí)行熱蝕刻的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，進一步包括以下步驟: 通過氧化所述溝槽的所述底部，形成犧牲氧化物膜；以及 去除所述犧牲氧化物膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中 在不向所述溝槽的所述底部中注入雜質(zhì)離子的情況下，形成所述柵極絕緣膜和所述柵電極。
6.—種碳化娃半導(dǎo)體器件,包括: 碳化娃襯底，所述碳化娃襯底包括:第一導(dǎo)電類型的第一層，在所述第一層上的不同于所述第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型的第二層，在所述第二層上的所述第一導(dǎo)電類型的第三層，所述碳化硅襯底設(shè)置有溝槽，所述溝槽具有穿透所述第三層和所述第二層的側(cè)壁并且具有達到所述第一層的底部，所述第二層在所述溝槽的所述側(cè)壁上具有下述表面，所述表面具有以RMS表示的不大于2nm的表面粗糙度； 柵極絕緣膜，所述柵極絕緣膜覆蓋所述溝槽的所述側(cè)壁；以及 柵電極，所述柵電極在所述柵極絕緣膜上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳化硅半導(dǎo)體器件，其中 所述第二層由具有多型4H的六方晶體結(jié)構(gòu)的碳化硅制成，并且所述第二層的所述表面包括具有{0-33-8}的面取向的第一面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化硅半導(dǎo)體器件，其中 所述表面微觀地包括所述第一面，并且還微觀地包括具有{0-11-1}的面取向的第二面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳化硅半導(dǎo)體器件，其中所述第一和第二面形成具有{0-11-2}的面取向的組合面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳化硅半導(dǎo)體器件，其中所述表面相對于{000-1}面宏觀地具有62° ±10°的偏離角。
【文檔編號】H01L21/336GK104321876SQ201380026644
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】齋藤雄, 增田健良, 田中聰, 平塚健二, 島津充, 神原健司 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社