制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，尤其涉及一種制造包括形成柵極絕緣膜的步驟的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，為了實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓、低損耗和在高溫環(huán)境下使用半導(dǎo)體器件，已開始采用碳化硅作為半導(dǎo)體器件的材料。碳化硅是一種帶隙大于硅的寬帶隙半導(dǎo)體，硅通常已被廣泛地用作為半導(dǎo)體器件的材料。因此，通過采用碳化硅作為半導(dǎo)體器件的材料，該半導(dǎo)體器件能具有高擊穿電壓、減少的導(dǎo)通電阻等。而且，與采用硅作為其材料的半導(dǎo)體器件相比，采用碳化硅作為其材料的半導(dǎo)體器件具有甚至在高溫環(huán)境下不惡化的特性。
[0003]使用碳化硅的M0SFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)具有高于使用硅的M0SFET的介電擊穿電阻。因此，在使用碳化硅的M0SFET中，施加到柵極絕緣膜的電壓高于使用硅的M0SFET中的電壓。例如，根據(jù)日本專利特開N0.2010-245389中描述的碳化硅M0SFET，提供了突出到JFET (結(jié)型場效應(yīng)晶體管)區(qū)的阱區(qū)。
[0004]此外，日本專利特開N0.2013-247252中描述的碳化硅M0SFET，具有其中在襯底上密集地布置六邊形單元的結(jié)構(gòu)，并具有耦合部分，該耦合部分用于在η型反向注入?yún)^(qū)下面的位置，將某一單元的Ρ型層的拐角部分和與前述單元相鄰的單元的Ρ型層的拐角部分彼此耦合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)日本專利特開N0.2010-245389中描述的碳化硅M0SFET，在一定程度上緩和了施加到柵極絕緣膜的電場。然而，從重疊多邊形單元的頂點(diǎn)的位置到體區(qū)的距離長于從兩個相鄰頂點(diǎn)的中間的位置到體區(qū)的距離。因此，耗盡層從體區(qū)有效地?cái)U(kuò)散到重疊多邊形單元的頂點(diǎn)的位置需要時間，因此使得難以充分地緩和施加到在重疊多邊形單元的頂點(diǎn)的位置上的柵極絕緣膜的部分的電場。
[0006]而且，根據(jù)日本專利特開N0.2013-247252中描述的碳化硅M0SFET，ρ型基區(qū)通過外延生長法形成。這導(dǎo)致了復(fù)雜的碳化硅M0SFET的制造過程。
[0007]本發(fā)明的一個實(shí)施例的目的在于，提供一種用于通過簡單工藝的方式制造實(shí)現(xiàn)緩和柵極絕緣膜中的電場集中的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟。制備具有主表面的碳化硅襯底。在碳化硅襯底的主表面上形成柵極絕緣膜。當(dāng)在垂直于主表面的方向上看時，碳化硅襯底包括每個都具有多邊形外形并且共享多邊形的一個邊的第一單元區(qū)和第二單元區(qū)。第一單元區(qū)具有第一源極區(qū)、第一體區(qū)和第一漂移區(qū)，第一源極區(qū)具有第一導(dǎo)電類型，第一體區(qū)包圍第一源極區(qū)，第一體區(qū)具有不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型，當(dāng)在垂直于主表面的方向上看時，第一體區(qū)具有多邊形的外形，第一漂移區(qū)具有第一導(dǎo)電類型，第一漂移區(qū)通過第一體區(qū)與第一源極區(qū)分開。第二單元區(qū)具有第二源極區(qū)、第二體區(qū)和第二漂移區(qū)，第二源極區(qū)具有第一導(dǎo)電類型，第二體區(qū)包圍第二源極區(qū)，第二體區(qū)具有第二導(dǎo)電類型，當(dāng)在垂直于主表面的方向上看時，第二體區(qū)具有多邊形的外形，第二漂移區(qū)具有第一導(dǎo)電類型，第二漂移區(qū)通過第二體區(qū)與第二源極區(qū)分開，第二漂移區(qū)在多邊形的該一個邊處被連接到第一漂移區(qū)。當(dāng)在垂直于主表面的方向上看時，碳化硅襯底具有設(shè)置為包括該一個邊的端部、第一體區(qū)的最靠近該端部的頂點(diǎn)和第二體區(qū)的最靠近該端部的頂點(diǎn)的連接區(qū)，連接區(qū)被電連接到第一體區(qū)和第二體區(qū)，連接區(qū)具有第二導(dǎo)電類型。當(dāng)在平行于主表面的方向上看時，第一漂移區(qū)和第二漂移區(qū)被設(shè)置在柵極絕緣膜和連接區(qū)之間。在形成柵極絕緣膜的步驟中，與第一源極區(qū)、第一體區(qū)、第一漂移區(qū)、第二源極區(qū)、第二體區(qū)和第二漂移區(qū)相接觸地在主表面上形成柵極絕緣膜。連接區(qū)、第一體區(qū)和第二體區(qū)通過離子注入形成。
[0009]當(dāng)結(jié)合附圖時，從本發(fā)明的下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面及優(yōu)勢將變得更加明顯。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的示意縱向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖3的折線1-Ι得到的截面圖。
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的示意縱向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖3的線I1-1I得到的截面圖。
[0012]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的碳化硅襯底的第一實(shí)例的示意橫向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖?的線in-1n得到的截面圖。
[0013]圖4是在省略陰影線的情況下示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的碳化硅襯底的第一實(shí)例的示意橫向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖1的線IV-1V得到的截面圖。
[0014]圖5是圖4的區(qū)域V的放大圖。
[0015]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的碳化硅襯底的第一實(shí)例的示意橫向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖1的線IV-1V得到的截面圖。
[0016]圖7是在省略陰影線的情況下示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的碳化硅襯底的第二實(shí)例的示意橫向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖1的線IV-1V得到的截面圖。
[0017]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的碳化硅襯底的第二實(shí)例的示意橫向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖1的線IV-1V得到的截面圖。
[0018]圖9是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
[0019]圖10是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第一步驟的示意縱向截面圖。
[0020]圖11是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第二步驟的示意橫向截面圖。
[0021]圖12是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第二步驟的示意縱向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖11的折線Xlla-XIIa得到的截面圖(a)和沿圖11的線Xllb-XIIb得到的截面圖(b)。
[0022]圖13是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第三步驟的示意橫向截面圖。
[0023]圖14是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第三步驟的示意縱向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖13的折線XlVa-XIVa得到的截面圖(a)和沿圖13的線XlVb-XIVb得到的截面圖(b)。
[0024]圖15是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第四步驟的示意縱向截面圖。
[0025]圖16是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第五步驟的示意縱向截面圖。
[0026]圖17是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第二步驟的變形的示意橫向截面圖。
[0027]圖18是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第二步驟的變形的示意縱向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖17的折線XVIIIa-XVIIIa得到的截面圖(a)和沿圖17的線XVIIIb-XVIIIb得到的截面圖(b)。
[0028]圖19是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第三步驟的變形的示意橫向截面圖。
[0029]圖20是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第三步驟的變形的示意縱向截面圖，并且對應(yīng)于沿圖19的折線XXa-XXa得到的截面圖(a)和沿圖19的線XXb-XXb得到的截面圖(b)。
【具體實(shí)施方式】
[0030][本發(fā)明實(shí)施例的描述]
[0031]接下來，列出并描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0032](1)根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體器件1的方法包括以下步驟。制備具有主表面10a的碳化硅襯底10。在碳化硅襯底10的主表面10a上形成柵極絕緣膜15。當(dāng)在垂直于主表面10a的方向上看時，碳化硅襯底10包括每個都有多邊形的外形并且共享多邊形的一個邊M12的第一單元區(qū)CL1和第二單元區(qū)CL2。第一單元區(qū)CL1具有第一源極區(qū)14a、第一體區(qū)13al和第一漂移區(qū)12al，第一源極區(qū)14a具有第一導(dǎo)電類型，第一體區(qū)13al包圍第一源極區(qū)14a，第一體區(qū)13al具有不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型，當(dāng)在垂直于主表面10a的方向上看時，第一體區(qū)13al具有多邊形的外形，第一漂移區(qū)12al具有第一導(dǎo)電類型，第一漂移區(qū)12al通過第一體區(qū)13al與第一源極區(qū)14a分開。第二單元區(qū)CL2具有第二源極區(qū)14b、第二體區(qū)13bl和第二漂移區(qū)12bl，第二源極區(qū)14b具有第一導(dǎo)電類型，第二體區(qū)13bl包圍第二源極區(qū)14b，第二體區(qū)13bl具有第二導(dǎo)電類型，當(dāng)在垂直于主表面10a的方向上看時，第二體區(qū)13bl具有多邊形的外形，第二漂移區(qū)12bl具有第一導(dǎo)電類型，第二漂移區(qū)12bl通過第二體區(qū)13bl與第二源極區(qū)14b分開，第二漂移區(qū)12bl在多邊形的該一個邊處被連接到第一漂移區(qū)12al。當(dāng)在垂直于主表面10a的方向上看時，碳化硅襯底10具有設(shè)置為包括該一個邊的端部C0、第一體區(qū)13al的最靠近該端部的頂點(diǎn)C1和第二體區(qū)13bl的最靠近該端部的頂點(diǎn)C2的連接區(qū)17，連接區(qū)17被電連接到第一體區(qū)13al和第二體區(qū)13bl，連接區(qū)17具有第二導(dǎo)電類型。當(dāng)在平行于主表面10a的方向上看時，第一漂移區(qū)12al和第二漂移區(qū)12bl設(shè)置在柵極絕緣膜15和連接區(qū)17之間。在形成柵極絕緣膜15的步驟中，與第一源極區(qū)14a、第一體區(qū)13al、第一漂移區(qū)12al、第二源極區(qū)14b、第二體區(qū)13bl和第二漂移區(qū)12bl相接觸地在主表面10a上形成柵極絕緣膜15。連接區(qū)17、第一體區(qū)13al和第二體區(qū)13bl通過離子注入形成。
[0033]根據(jù)(1)的制造碳化硅半導(dǎo)體器件1的方法，當(dāng)在垂直于第一主表面10a的方向上看時，碳化硅襯底10具有設(shè)置為包括一個邊的端部C0、第一體區(qū)13al的最靠近該端部的頂點(diǎn)C1和第二體區(qū)13bl的最靠近該端部的頂點(diǎn)C2的連接區(qū)17，連接區(qū)17被電連接到第一體區(qū)13al和第二體區(qū)13bl兩者，連接區(qū)17具有第二導(dǎo)電類型。這樣，能夠充分緩和施加到連接區(qū)17上方的柵極絕緣膜15的部分的電場。而且，連接區(qū)17、第一體區(qū)13al和第二體區(qū)13bl通過離子注入形成。因此，與用外延生長方法形成連接區(qū)17、第一體區(qū)13al和第二體區(qū)13bl的情況相比，能用更簡單的工藝制造碳化硅半導(dǎo)體器件。此外，在柵極絕緣膜15和連接區(qū)17之間，設(shè)置了第一漂移區(qū)12al和第二漂移區(qū)12bl。因此，與連接區(qū)17與柵極絕緣膜15相接觸的情況相比，能減小導(dǎo)通電阻。
[0034](2)優(yōu)選地，在根據(jù)(1)所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件1的方法中，第一漂移區(qū)12al和第二漂移區(qū)12bl兩者都通過外延生長形成。因此，與通過離子注入形成第一漂移區(qū)12al和第二漂移區(qū)12bl的情況相比，能夠得到更高的迀移率。
[0035](3)優(yōu)選地，在根據(jù)⑴或(2)所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件1的方法中，當(dāng)從連接區(qū)17看時，碳化硅襯底10進(jìn)一步包括被定位成與第一漂移區(qū)12al和第二漂移區(qū)12bl相反并且電連接到第一漂移區(qū)12al和第二漂移區(qū)12bl的下漂移區(qū)12a3、12b3兩者。第一漂移區(qū)12al、第二漂移區(qū)12bl和下漂移區(qū)在同一外延層形成步驟中形成。因此，能用簡單的方法來形成第一漂移區(qū)12al、第二漂移區(qū)12bl和下漂移區(qū)。
[0036](4)優(yōu)選地，在根據(jù)⑴至(3)中的任一項(xiàng)所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件1的方法中，當(dāng)在垂直于主表面的方向上看時，連接區(qū)17具有與多邊形的外形一致的形狀。因此，柵極絕緣膜15和連接區(qū)17的重疊區(qū)域變大，從而有效地抑制高電場施加到柵極絕緣膜15。
[0037](5)優(yōu)選地，在根據(jù)(1)至(4)中的任一項(xiàng)所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件1的方法中，第一漂移區(qū)12al和第二漂移區(qū)12bl中的每一個具有不大于IX 1016cm 3的雜質(zhì)濃度。因此，能夠有效地耗盡第一漂移區(qū)12al和第二漂移區(qū)12bl。結(jié)果，能夠有效地抑制高電場施加到形成在第一漂移區(qū)12al和第二漂移區(qū)12bl上的柵極絕緣膜15。
[0038](6)優(yōu)選地，在根據(jù)