專利名稱：制造碳化硅襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造碳化硅襯底的方法。
背景技術(shù)：
SiC(碳化硅)襯底近年來(lái)越來(lái)越多地被用作用于制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底。 SiC具有比更普遍使用的Si (硅)寬的帶隙。因此，包含SiC襯底的半導(dǎo)體器件的優(yōu)勢(shì)在于擊穿電壓高、導(dǎo)通電阻低以及高溫環(huán)境中特性降低較少。為了有效率地制造半導(dǎo)體器件，要求襯底具有的尺寸不小于特定尺寸。根據(jù)美國(guó)專利No. 7，314，520(專利文獻(xiàn)1)，可以制造不小于76mm (3英寸)的SiC襯底。引用列表專利文獻(xiàn)PTL 1 美國(guó)專利 No. 7314520

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題工業(yè)上，SiC單晶襯底的尺寸仍然限定于大約100mnK4英寸)。因此，不利地是，不能利用大單晶襯底來(lái)有效率地制造半導(dǎo)體器件。在使用六方晶系的SiC中的除了(0001) 面之外的面的屬性的情況下，這種不利變得尤為嚴(yán)重。在下文中，將描述這一點(diǎn)。通常通過(guò)切片借助于在(0001)面中生長(zhǎng)獲得的SiC晶錠來(lái)制造缺陷小的SiC單晶襯底，這造成層錯(cuò)的可能性較小。因此，通過(guò)不平行于晶錠的生長(zhǎng)表面切片晶錠，來(lái)獲得具有除(0001)面之外的面取向的單晶襯底。這使得難以充分地確保單晶襯底的尺寸，或者晶錠中的許多部分不能有效利用。為此，特別難以有效地制造采用除了 SiC的(0001)面之外的面的半導(dǎo)體器件?？紤]利用具有支撐部并且多個(gè)小單晶襯底在其上連接的碳化硅襯底，來(lái)代替困難地增加這種SiC單晶襯底的尺寸。通過(guò)根據(jù)需求增加單晶襯底的數(shù)目，可以使碳化硅襯底的尺寸制造得更大。然而，在這種支撐部和單晶襯底相連接的情況下，連接的強(qiáng)度會(huì)不足?？紤]到上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種制造碳化硅襯底的方法，該碳化硅襯底可以使單晶襯底和支撐部之間的連接強(qiáng)度增加。解決問(wèn)題本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法包括以下步驟。準(zhǔn)備至少一個(gè)單晶襯底，每個(gè)單晶襯底具有背面且由碳化硅制成。準(zhǔn)備具有主面且由碳化硅制成的支撐部。支撐部的主面的至少一部分具有凹凸起伏。支撐部和至少一個(gè)單晶襯底堆疊，使得每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的背面和形成有凹凸起伏的支撐部的主面彼此接觸。為了連接每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的背面與連接部，加熱支撐部和至少一個(gè)單晶襯底， 使得支撐部的溫度超過(guò)碳化硅的升華溫度，并且每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的溫度低于支撐部的溫度。
由于通過(guò)本發(fā)明中的支撐部的凹凸起伏確保了在支撐部和單晶襯底之間的空腔， 所以單晶襯底的溫度可以可靠地設(shè)定為低于支撐部的溫度。這使得更可靠地發(fā)生與升華再結(jié)晶反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的、從支撐部向單晶襯底的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。因此，可以增加單晶襯底和支撐部之間的連接強(qiáng)度。優(yōu)選，準(zhǔn)備支撐部的步驟包括形成主面以及在主面上形成凹凸起伏的步驟。因此， 可以獨(dú)立地形成主面和形成凹凸起伏。優(yōu)選，形成凹凸起伏的步驟包括研磨表面以便使主面粗糙的步驟。優(yōu)選，研磨主面的步驟包括在一個(gè)線性方向上研磨主面的步驟。優(yōu)選，形成凹凸起伏的步驟包括向主面施加預(yù)定表面特征的步驟。優(yōu)選，表面特征包括沿著第一方向、在主面上延伸的多個(gè)凹進(jìn)部。優(yōu)選，表面特征包括沿著與第一方向交叉的第二方向、在主面上延伸的凹進(jìn)部。優(yōu)選，表面特征包括以圓周方向上、在主面上延伸的凹進(jìn)部。在準(zhǔn)備支撐部的步驟中，可以在主面上形成具有晶體結(jié)構(gòu)畸變的表面層。優(yōu)選，在堆疊支撐部和至少一個(gè)單晶襯底的步驟之前，化學(xué)地去除表面層的至少一部分。優(yōu)選，至少一個(gè)單晶襯底具有六方晶系結(jié)構(gòu)，并且相對(duì)于{0001}面具有大于或等于50°且小于或等于65°的偏離角。優(yōu)選，該凹凸起伏具有隨機(jī)方向。因此，凹凸起伏的各向異性變得更小。優(yōu)選，準(zhǔn)備支撐部的步驟包括通過(guò)切片形成主面的步驟。凹凸起伏通過(guò)切片來(lái)形成。因此，由于不需要進(jìn)行僅用于形成凹凸起伏的獨(dú)立步驟，所以可以簡(jiǎn)化制造碳化硅襯底的步驟。優(yōu)選，每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的背面通過(guò)切片來(lái)形成。優(yōu)選，在具有高于KT1Pa且低于IO4Pa的壓力的氣氛中進(jìn)行加熱步驟。發(fā)明的有利效果如上面所描述的，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法，可以增加單晶襯底和支撐部之間的連接強(qiáng)度。


圖1是示意性示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的碳化硅襯底的構(gòu)造的平面圖。圖2是沿著圖1中的線II-II截取的示意截面圖。圖3是示意性示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的碳化硅襯底制造方法中的第一步驟的截面圖。圖4是示意性示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的碳化硅襯底制造方法中的第二步驟的局部頂視圖。圖5是沿著圖4中的線V-V截取的示意截面圖。圖6是示意性示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的碳化硅襯底制造方法中的第三步驟的截面圖。圖7是示意性示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的碳化硅襯底制造方法中的第四步驟的截面圖。圖8是圖7的局部放大圖。
圖9是示意性示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的碳化硅襯底制造方法的第五步驟中的通過(guò)升華的質(zhì)量轉(zhuǎn)移方向的局部截面圖。圖10是示意性示出與圖9相對(duì)應(yīng)的步驟中通過(guò)升華的空腔轉(zhuǎn)移方向的局部截面圖。圖11是示意性示出本發(fā)明的第一實(shí)施例中的碳化硅襯底制造方法的第六步驟中的、通過(guò)升華的空隙轉(zhuǎn)移方向的局部截面圖。圖12是示意性表示比較例中的制造碳化硅襯底的方法中的一個(gè)步驟的截面圖。圖13是示意性表示本發(fā)明的第二實(shí)施例中的碳化硅襯底的構(gòu)造的平面圖。圖14是示意性示出本發(fā)明的第二實(shí)施例中的碳化硅襯底制造方法中的一個(gè)步驟的平面圖。圖15是沿著圖14中的線XV-XV截取的示意截面圖。圖16是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中的第一改進(jìn)例的碳化硅襯底制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖。圖17是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中的第二改進(jìn)例的碳化硅襯底制造方法中的一個(gè)步驟的截面圖。圖18是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中的第三改進(jìn)例的碳化硅襯底制造方法中的一個(gè)步驟的頂視圖。圖19是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中的第四改進(jìn)例的碳化硅襯底制造方法中的一個(gè)步驟的平面圖。圖20是示意性示出本發(fā)明第三實(shí)施例中的碳化硅襯底制造方法中的一個(gè)步驟的透視圖。圖21是示意性表示本發(fā)明的第五實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的局部截面圖。圖22是示意性表示本發(fā)明的第五實(shí)施例中的制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。圖23是示意性示出本發(fā)明的第五實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件制造方法中的第一步驟的局部截面圖。圖M是示意性示出本發(fā)明的第五實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件制造方法中的第二步驟的局部截面圖。圖25是示意性示出本發(fā)明的第五實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件制造方法中的第三步驟的局部截面圖。圖沈是示意性示出本發(fā)明的第五實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件制造方法中的第四步驟的局部截面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將基于附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。(第一實(shí)施例)參考圖1和2，本實(shí)施例的碳化硅襯底81由SiC制成。碳化硅襯底81優(yōu)選具有至少特定程度的厚度(圖2中垂直方向上的尺寸)，優(yōu)選大于等或于300 μ m，例如，為了方便在利用該襯底制造半導(dǎo)體器件的步驟中操作。例如，平面中的碳化硅襯底的形狀是具有 60mm的一個(gè)邊的正方形。碳化硅襯底81包括支撐部30以及單晶襯底11_19。支撐部30是由SiC制成的層，具有主面F0。單晶襯底11-19由SiC制成，被布置成矩陣，如圖1所示。 單晶襯底11-19中的每個(gè)的背面和支撐部30的主面FO彼此連接。單晶襯底11具有彼此相反的正面Fl和背面Bi。單晶襯底12具有彼此相反的正面F2和背面B2。背面Bl和B2 中的每個(gè)連接到主面F0。剩余的單晶襯底13-19具有相似的構(gòu)造。單晶襯底11-19中的每個(gè)優(yōu)選地具有六方晶系結(jié)構(gòu)，并且更優(yōu)選相對(duì)于{0001}面具有大于或等于50°且小于或等于65°的偏離角，并且進(jìn)一步優(yōu)選具有{03-38}的面取向。作為面取向，也可以使用10001}、{11-20}或{1-100}。此外，也可以使用偏離前文提到的面取向幾度的面。關(guān)于六方晶系的各種多型體，4H多型體是尤其優(yōu)選的。例如，單晶襯底11-19中的每個(gè)具有20X20的平面構(gòu)造、300 μ m的厚度、4H多型體、{03-38}的面取向、 IX IO19CnT3的η型雜質(zhì)濃度、0. 2cm-2的微管密度以及小于IcnT1的堆疊缺陷密度。支撐部30可以具有單晶、多晶和非晶的晶體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選，支撐部30具有與單晶襯底11-19的晶體結(jié)構(gòu)相似的晶體結(jié)構(gòu)。通常，支撐部30中缺陷量可以比單晶襯底11-19 的缺陷量大。因此，支撐部30的雜質(zhì)濃度與單晶襯底11-19的雜質(zhì)濃度相比更容易增加。 例如，支撐部30具有60X60_的平面形狀、300 μ m的厚度、4H多型體、{03-38}的面取向、 1 X IO20Cm-3的η型雜質(zhì)濃度、1 X 104cm_2的微管密度和1 X IO5CnT1的堆疊缺陷密度。優(yōu)選，單晶襯底11-19之間的最短距離(例如，圖2中的單晶襯底11和12之間的水平距離)被設(shè)定為小于或等于5mm，優(yōu)選小于或等于1mm，更優(yōu)選小于或等于100 μ m，且進(jìn)一步優(yōu)選小于或等于10 μ m。在下文中將描述用于制造碳化硅襯底81的方法。雖然在下面的描述中為了簡(jiǎn)化僅提到了單晶襯底11-19之中的單晶襯底11和12，但是單晶襯底11-19也遵循單晶襯底 11和12的描述。參考圖3，準(zhǔn)備由SiC制成且具有主面FO的襯底30b。這種準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)于通過(guò)切片由SiC制成的塊來(lái)獲得SiC襯底，換句話說(shuō)，在該塊上形成主面F0。襯底30b的晶體結(jié)構(gòu)可以是單晶結(jié)構(gòu)、多晶結(jié)構(gòu)和非晶結(jié)構(gòu)中的任意一種。襯底30b的材料可以通過(guò)晶體生長(zhǎng)或通過(guò)燒結(jié)來(lái)沉積。襯底30b具有大約60mmX60mm的正方形主面F0，且具有300 μ m的厚度。然后，在主面FO處形成凹凸起伏。可以通過(guò)研磨主面FO以便使主面FO粗糙到期望程度的步驟來(lái)形成該凹凸起伏?？梢酝ㄟ^(guò)摩擦主面FO來(lái)執(zhí)行該步驟?？梢酝ㄟ^(guò)在充滿包括磨粒的漿料的襯墊和主面FO之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在預(yù)定壓力下彼此按壓，來(lái)進(jìn)行該摩擦。磨粒的尺寸可以根據(jù)要被形成的凹凸起伏的程度來(lái)確定，并且例如為9 μ m。晶粒的物質(zhì)優(yōu)選具有等于或大于SiC的硬度的硬度，并且例如是金剛石。前文中提到的壓力例如為0. 1至 0. ^g/cm2。前文提到的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是沿著一個(gè)線性方向、橫跨大約30cm的長(zhǎng)度、1000次的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。主要參考圖4和5，通過(guò)前文提到的形成凹凸起伏的方法，來(lái)準(zhǔn)備具有包括凹凸起伏的主面FO的支撐部30c。例如，凹凸起伏對(duì)應(yīng)于Ra = 20 μ m的表面粗糙度。該凹凸起伏包括凹進(jìn)部Ri和突出部Rp。凹進(jìn)部Ri是主面FO上比突出部Rp切除更多的區(qū)域。例如， 突出部Rp和凹進(jìn)部Ri之間的高度差為5 μ m。由于形成凹凸起伏的步驟，會(huì)在主面FO上形成具有晶體結(jié)構(gòu)畸變的表面層71。優(yōu)選通過(guò)化學(xué)地去除表面層71的至少一部分，如圖6所示，減小表面層71的量。其具體方法包括例如，蝕刻或者形成和去除氧化物膜。具體地，蝕刻方法包括濕法蝕刻、氣體蝕刻或 RIE (反應(yīng)離子蝕刻)。參考圖7和8，準(zhǔn)備諸如單晶襯底11和12的單晶襯底(通常，也稱為“單晶襯底組10”)和加熱器件。每個(gè)單晶襯底的背面可以是通過(guò)切片形成的表面，即，通過(guò)切片形成后沒(méi)有摩擦的表面。在這種情況下，在該背面上提供了適當(dāng)?shù)陌纪蛊鸱?。加熱器件包括第一和第二加熱體91和92、熱絕緣容器40、加熱器50和熱電源150。熱絕緣容器40由高熱阻材料制成。加熱器50例如是電氣電阻加熱器。第一和第二加熱體91和92能夠通過(guò)經(jīng)由從自加熱器50的發(fā)射出的熱而獲得的熱的再輻射，來(lái)加熱支撐部30c和單晶襯底組10。 第一和第二加熱體91和92由例如具有低孔隙率的石墨制成。第一加熱體91、單晶襯底組10、支撐部30c和第二加熱體92被布置成按該引用次序堆疊。具體地，單晶襯底11-19(圖1)在第一加熱體91上被布置成矩陣。然后，單晶襯底組10和支撐部30c堆疊，使得支撐部30c的主面FO與單晶襯底組10中的每個(gè)單晶襯底的背面形成接觸。第二加熱體92放置在支撐部30c上。堆疊的第一加熱體91、單晶襯底組 10、支撐部30c和第二加熱體92被容納到熱絕緣容器40中，在所述熱絕緣容器40中提供了加熱器50。通過(guò)減小大氣壓力來(lái)獲得熱絕緣容器40中的氣氛。該氣氛壓力優(yōu)選設(shè)定為高于 KT1Pa 且低于 104Pa。前文提到的氣氛可以是惰性氣體氣氛。對(duì)于惰性氣體，例如，可以使用諸如He或 Ar的稀有氣體、氮?dú)饣蛳∮袣怏w和氮?dú)獾幕旌蠚怏w。熱絕緣容器40中的壓力優(yōu)選小于或等于50kPa，更優(yōu)選小于或等于lOkPa。參考圖9，支撐部30c正好放置在單晶襯底11和12中的每個(gè)上，并且在這時(shí)仍然沒(méi)有連接。由于在支撐部30c的主面FO上形成的凹凸起伏的存在，在背面Bl和B2中的每個(gè)與支撐部30c之間提供了小空腔GQ。通過(guò)加熱器50，經(jīng)由第一和第二加熱體91、92，通過(guò)加熱器50，加熱包含單晶襯底11和12的單晶襯底組10和支撐部30c。進(jìn)行這樣加熱， 使得支撐部30c的溫度超過(guò)SiC的升華溫度，并且單晶襯底組10中每個(gè)溫度低于支撐部 30的溫度。換句話說(shuō)，造成了溫度梯度，使得溫度在圖9中的向下方向上變低。在單晶襯底11和12中的每個(gè)和支撐部30之間，該溫度梯度優(yōu)選大于或等于1°C /cm且小于或等于 2000C /cm，更優(yōu)選大于或等于10°C /cm且小于或等于50°C /cm。通過(guò)厚度方向(圖9的垂直方向)上的這種溫度梯度，在單晶襯底11和12中的每個(gè)通過(guò)空腔GQ與支撐部30c分離的區(qū)域中，單晶襯底11和12的溫度變得比支撐部30c的溫度低。結(jié)果，SiC進(jìn)入到空腔GQ 中的升華反應(yīng)，與單晶襯底11和12相比，更容易從支撐部30c產(chǎn)生，并且通過(guò)從空腔GQ提供SiC材料的再結(jié)晶反應(yīng)，與支撐部30c相比，更容易產(chǎn)生在單晶襯底11和12上。結(jié)果， 在空腔GQ中產(chǎn)生由升華造成的質(zhì)量轉(zhuǎn)移，如圖中的箭頭M2所示的。在存在空腔GQ的空間中，圖9中箭頭M2所示的質(zhì)量轉(zhuǎn)移相反地對(duì)應(yīng)于箭頭H2(圖 10中)指示的轉(zhuǎn)移。根據(jù)該轉(zhuǎn)移，支撐部30c連接到單晶襯底11和12的每一個(gè)。由此，根據(jù)該轉(zhuǎn)移，支撐部30c在單晶襯底11和12上從最初準(zhǔn)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成通過(guò)再生長(zhǎng)重整的狀態(tài)。該轉(zhuǎn)換從靠近單晶襯底11和12的區(qū)域逐漸進(jìn)行。通過(guò)前文提到的再生長(zhǎng)，支撐部30c變成包含具有與單晶襯底11和12的晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域的支撐部30 (圖11)。與空腔GQ(圖10)相對(duì)應(yīng)的空間構(gòu)成支撐部30中的空隙VD (圖11)。根據(jù)加熱的延續(xù)，空腔VD遠(yuǎn)離主面FO移動(dòng)，如箭頭H3 (圖 11)所指示的。因此，連接強(qiáng)度進(jìn)一步增加。此外，支撐部30中的晶體結(jié)構(gòu)與單晶襯底11 和12相對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)一步膨脹。由此，獲得了碳化硅襯底81 (圖2)。在下文中，將描述比較例(圖12)的制造碳化硅襯底的方法。在本比較例中，準(zhǔn)備主面FO上沒(méi)有形成凹凸起伏的支撐部30Z，代替上述支撐部30c。因此，當(dāng)支撐部30Z放置在單晶襯底11和12的每個(gè)上時(shí)，與本實(shí)施例不同，沒(méi)有充分地提供空腔GQ(圖9)。結(jié)果， 單晶襯底11和12中的背面Bl和B2中的每個(gè)將與支撐部30Z的主面FO充分緊密接觸。因此，難以將背面Bl和B2中的每個(gè)上的溫度設(shè)定為低于主面FO的溫度。這導(dǎo)致難以造成從主面FO向背面Bl和B2中的每個(gè)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移(例如，由圖9中的箭頭M2所指示的質(zhì)量轉(zhuǎn)移)。受前文提到的質(zhì)量轉(zhuǎn)移的影響，這會(huì)降低支撐部和單晶襯底之間的連接強(qiáng)度。相反，由于支撐部30c (圖9)具有凹凸起伏，依靠支撐部30c和單晶襯底11和12 中的每個(gè)之間的空腔GQ，本實(shí)施例容易允許支撐部30c和單晶襯底11和12中的每個(gè)之間的溫度差。單晶襯底11和12的溫度能夠可靠地設(shè)定為低于支撐部30c的溫度。具體地， 背面Bl和B2處的溫度能夠可靠地設(shè)定為低于主面FO處的溫度。因此，進(jìn)一步確保與升華再結(jié)晶反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生從支撐部30c向單晶襯底11和12的質(zhì)量轉(zhuǎn)移(圖9 箭頭M2)， 允許增加單晶襯底11和12中的每個(gè)與支撐部30c的連接強(qiáng)度。當(dāng)每個(gè)單晶襯底的背面通過(guò)切片形成時(shí)，在該背面上提供適當(dāng)?shù)陌纪蛊鸱?，這也允許空腔的形成，像空腔GQ—樣。因此，可以增強(qiáng)上面闡述的功能效果。根據(jù)本實(shí)施例，化學(xué)地去除表面層71 (圖5)。與機(jī)械去除不同，該化學(xué)去除將不會(huì)重新造成背面Bl和B2處的晶體結(jié)構(gòu)畸變。由此，可以更容易地去除表面層71的至少一部分。這允許背面Bl和B2中的每個(gè)與主面FO之間的連接強(qiáng)度增加。此外，可以抑制由碳化硅襯底81 (圖2)上存在的表面層71造成的厚度方向(圖2中的垂直方向)上電氣電阻增加。優(yōu)選，單晶襯底11-19中的每個(gè)具有4H多型體的晶體結(jié)構(gòu)。由此，可以獲得適合于制造針對(duì)電功率應(yīng)用的半導(dǎo)體的碳化硅襯底81。優(yōu)選，為了防止碳化硅襯底81破裂，碳化硅襯底81中支撐部30的熱膨脹系數(shù)和單晶襯底11-19的熱膨脹系數(shù)之間的差異盡可能小。從而，可以抑制在碳化硅襯底81處出現(xiàn)翹曲。為此，支撐部30的晶體結(jié)構(gòu)與單晶襯底11-19的晶體結(jié)構(gòu)相同。具體地，通過(guò)經(jīng)由升華和再結(jié)晶的充分質(zhì)量轉(zhuǎn)移(圖9 箭頭M2)，使支撐部30的晶體結(jié)構(gòu)與單晶襯底11-19 的晶體結(jié)構(gòu)相匹配。優(yōu)選，支撐部30c (圖6)的電氣電阻率小于50m Ω · cm,更優(yōu)選地小于IOm Ω · cm。碳化硅襯底81的支撐部30的雜質(zhì)濃度大于或等于5X1018cm_3，更優(yōu)選大于或等于lX102°cm_3。通過(guò)采用這種碳化硅襯底81制造電流在垂直方向上傳導(dǎo)的、諸如垂直 MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的垂直型半導(dǎo)體器件，可以減小垂直型半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻。優(yōu)選地，碳化硅襯底81的電氣電阻率的平均值優(yōu)選地小于或等于5m Ω · cm，更優(yōu)選小于或等于Im Ω · cm。優(yōu)選，表面Fl (圖2)相對(duì)于{0001}面具有大于或等于50°且小于或等于65°的偏離角。因此，與其中表面Fl對(duì)應(yīng)于{0001}面的情況相比，能夠增加表面Fl處的溝道遷移率。更優(yōu)選，滿足下面闡述的第一或第二條件。在第一條件下，表面Fl的偏離取向和單晶襯底11的<1-100>方向之間的角度小于或等于5°。進(jìn)一步優(yōu)選，在單晶襯底11的<1-100>方向上、表面Fl相對(duì)于{03-38}面的偏離角大于或等于-3°且小于或等于5°。在第二條件下，表面Fl的偏離取向和單晶襯底11的<11-20>方向之間的角度小于或等于5°。如這里所使用的，“在<1-100>方向上、表面Fl相對(duì)于{03-38}面的偏離角”指在由<1-100>方向和<0001〉方向所限定的投影面上表面Fl的法線的正投影與{03-38}面的法線之間的角度。當(dāng)前文提到的正投影與<1-100>方向接近平行時(shí)，符號(hào)為正；且當(dāng)前文提到的正投影與<0001〉方向接近平行時(shí)，符號(hào)為負(fù)。雖然上面的描述是基于單晶襯底11的表面Fl的優(yōu)選取向，但是優(yōu)選地，它們同樣應(yīng)用于其他單晶襯底12-19(圖1)中的每個(gè)表面的取向。雖然描述了正方形形狀的支撐部30(圖1)，但是支撐部的形狀不限于正方形，并且例如可以是圓形的。在這種情況下，支撐部的直徑優(yōu)選大于或等于5cm，更優(yōu)選大于或等于 15cm0雖然采用了用于加熱器50的利用電氣電阻加熱器的電阻加熱方法作為實(shí)例，但是也可以使用其他加熱方法。例如，可以采用高頻感應(yīng)加熱或燈退火方法。在本實(shí)施例中，為了形成凹凸起伏，在一個(gè)線性方向上、在襯墊和主面FO之間執(zhí)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向可以是隨機(jī)的。因此，凹凸起伏的方向?qū)⑹请S機(jī)的，允許形成具有小各向異性的凹凸起伏。(第二實(shí)施例)參考圖13，與碳化硅襯底81(圖1 第一實(shí)施例)一樣，本實(shí)施例的碳化硅襯底81r 由SiC制成。碳化硅襯底的平面形狀是圓形的，例如，具有IOcm的直徑。碳化硅襯底81r 具有支撐部31，所述支撐部31與支撐部30(圖1 第一實(shí)施例)基本相似。其他元素的構(gòu)造與上面闡述的第一實(shí)施例的基本相似。因此，相同或相應(yīng)的元件具有分配的相同的附圖標(biāo)記，并且將不再重復(fù)它們的描述。在下文中，將描述制造碳化硅襯底81r的方法。首先，準(zhǔn)備與襯底30b (圖3 第一實(shí)施例)基本相似的襯底。參考圖14和15，通過(guò)在前文提到的襯底的主面處形成凹凸起伏，來(lái)提供主面FO上具有凹凸起伏的支撐部31a。進(jìn)行凹凸起伏的形成，以便在主面FO處施加預(yù)定表面特征。 換句話說(shuō)，進(jìn)行凹凸起伏的形成，來(lái)采用與設(shè)計(jì)圖案相對(duì)應(yīng)的表面特征。為此，例如，通過(guò)光亥IJ、按壓加工、激光、超聲波加工等，施加表面特征。當(dāng)采用光刻時(shí)，利用光掩模進(jìn)行蝕刻。該蝕刻可以是濕法蝕刻或干法蝕刻。支撐部31a在主面FO上包括在第一方向(圖14中的垂直方向)上延伸的多個(gè)凹進(jìn)部Ri (圖15)，以及在相同方向上延伸的多個(gè)突出部Rp (圖15)，且在與第一方向正交的方向上(圖14和15中的水平方向上)具有周期Pl的周期性結(jié)構(gòu)。由凹進(jìn)部Ri和突出部 Rp組成的表面特征的橫截面是三角波，如圖15所示。然而，表面特征的橫截面不限于三角波。例如，可以使用具有鋸齒波(圖16)的橫截面的支撐部31b，或具有正弦波(圖17)的截面圖的支撐部31c。
隨后，進(jìn)行與第一實(shí)施例中闡述的步驟相同的步驟，由此獲得碳化硅襯底81r(圖 13)。本實(shí)施例提供了與第一實(shí)施例基本相同的優(yōu)點(diǎn)。由于預(yù)定表面特征應(yīng)用到支撐部 31a_31c上，所以與如第一實(shí)施例中的施加隨機(jī)表面特征的情況相比，可以提供更可控的空腔GQ(圖9)。因此，能夠更可靠地實(shí)現(xiàn)前文提到的優(yōu)點(diǎn)。參考圖18，將描述本實(shí)施例的修改。在本修改中準(zhǔn)備的支撐部31d，除了主面上、 在第一方向(圖18中的垂直方向)上延伸的凹進(jìn)部Ri (圖15)之外，還包括在第二方向 (圖18中的水平方向)上延伸的多個(gè)凹進(jìn)部。關(guān)于支撐部31d處的表面特征的周期性結(jié)構(gòu)，與第一方向正交的方向上的周期Pl不必和與第二方向正交的第二方向上的周期P2相同。優(yōu)選，第一和第二方向彼此正交。根據(jù)本修改，重復(fù)形成空腔GQ(圖9)，不僅在與第一方向正交的方向上(周期Pl 的方向)，而且在與第二方向正交的方向上(周期P2的方向)。因此，在支撐部31d上空腔 GQ可以分布更均勻，允許進(jìn)一步增強(qiáng)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。參考圖19，在下文中將描述本實(shí)施例的另一修改。在本修改中準(zhǔn)備的支撐部31e 包括同心布置的多個(gè)凹進(jìn)部Ri和多個(gè)突出部Rp。換句話說(shuō)，支撐部31d的表面特征包括在圓周方向上延伸的多個(gè)凹進(jìn)部Ri。支撐部31e可以放射狀地具有周期P3的周期性結(jié)構(gòu)。本修改的優(yōu)勢(shì)在于由于表面特征沒(méi)有在具體的線性方向上形成，所以可以避免與具體線性方向相對(duì)應(yīng)的各向異性施加到該碳化硅襯底。(第三實(shí)施例)在參考圖20、根據(jù)本實(shí)施例的制造碳化硅襯底的方法中，準(zhǔn)備由SiC制成的塊 30a。例如，塊30a是SiC單晶的晶錠。如圖中的虛線所指示的，對(duì)塊30a進(jìn)行切片。例如， 通過(guò)利用線鋸進(jìn)行切割，進(jìn)行該切片。通過(guò)切片，直接形成支撐部30c(圖5 第一實(shí)施例)。 也就是，一開(kāi)始就形成了具有凹凸起伏的主面F0，代替執(zhí)行在主面FO上形成凹凸起伏的步驟。通過(guò)切片形成的主面FO的表面粗糙度Ra優(yōu)選小于或等于10 μ m,更優(yōu)選小于或等于 Ium0剩余的步驟與第一或第二實(shí)施例基本相似。因此，將不再重復(fù)它們的描述。在本實(shí)施例中，與主面FO(圖5)的形成相關(guān)聯(lián)，在主面FO上形成凹凸起伏。因此， 由于不要求僅用于形成凹凸起伏的單獨(dú)步驟，所以可以簡(jiǎn)化制造碳化硅襯底81 (圖2)的步馬聚ο(第四實(shí)施例)在本實(shí)施例中，通過(guò)壓緊SiC粉末，來(lái)形成與支撐部30c (圖6 第一實(shí)施例)相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，在支撐部30c的主面FO處形成了具有與粉末的顆粒尺寸相對(duì)應(yīng)的大小的隨機(jī)凹凸起伏。凹凸起伏的方向是隨機(jī)的。例如，準(zhǔn)備該粉末，使得顆粒尺寸基本分布在10 μ m至50 μ m的范圍內(nèi)。支撐部30c的準(zhǔn)備步驟之后的步驟與第一或第二實(shí)施例基本相似。因此，將不再重復(fù)它們的描述。根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)壓緊SiC粉末的非常簡(jiǎn)單的方法，可以準(zhǔn)備支撐部30c。因此， 可以顯著地簡(jiǎn)化制造碳化硅襯底81 (圖2)的步驟。(第五實(shí)施例)參考圖21，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100是垂直型DiMOSFET (雙注入金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，包括碳化硅襯底81、緩沖層121、擊穿電壓保持層122、p區(qū)123、n+區(qū)
11124、p+區(qū)125、氧化物膜126、源電極111、上源電極127、柵電極110和漏電極112。在本實(shí)施例中，碳化硅襯底81具有η型導(dǎo)電性，并且包括支撐部30和單晶襯底 11，與第一實(shí)施例中描述的一樣。漏電極112提供在支撐部30上，使得支撐部30位于單晶襯底11和漏電極112之間。緩沖層121提供在單晶襯底11上，使得單晶襯底11位于支撐部30和緩沖層121之間。緩沖層121，例如具有η型導(dǎo)電性和0.5μπι的厚度。緩沖層121中的η型導(dǎo)電雜質(zhì)的濃度例如是5X1017cm3。擊穿電壓保持層122形成在緩沖層121上，并且由η型導(dǎo)電性的碳化硅制成。例如，擊穿電壓保持層122具有10 μ m的厚度，并且η型導(dǎo)電雜質(zhì)濃度為5 X 1015cm3。在擊穿電壓保持層122的表面處，多個(gè)ρ型導(dǎo)電性的ρ區(qū)123被形成為彼此間隔開(kāi)。在ρ區(qū)123中，η+區(qū)124形成在ρ區(qū)123的表面層上。在與該η+區(qū)IM相鄰的區(qū)域處， 形成ρ+區(qū)125。還形成了氧化物膜126，所述氧化物膜1 從一個(gè)ρ區(qū)123處的η+區(qū)124 上開(kāi)始延伸，在一個(gè)P區(qū)123、兩個(gè)ρ區(qū)123之間暴露的擊穿電壓保持層122的區(qū)域以及另一 P區(qū)123上方，只要相關(guān)聯(lián)的另一 P區(qū)123處的η+區(qū)IM上。柵電極110形成在氧化物膜1 上。源電極111形成在η.區(qū)IM和ρ+區(qū)125上。上源電極127形成在源電極111 上。距離氧化物膜126和半導(dǎo)體層之間的邊界IOnm之內(nèi)的區(qū)域處，S卩，η+區(qū)124、ρ+區(qū)
125,ρ區(qū)123和擊穿電壓保持層122處的氮原子濃度的最大值大于或等于lX1021cnT3。因此，可以提高尤其處于氧化物膜126下方的溝道區(qū)(ρ區(qū)123的與氧化物膜1 接觸并位于 n+區(qū)IM和擊穿電壓保持層122之間的部分)處的遷移率。在下文中，將描述用于制造半導(dǎo)體器件100的方法。雖然在圖23-26中將示出單晶襯底11-19(圖1)之中的單晶襯底11附近的步驟，但是在單晶襯底12-單晶襯底19中的每個(gè)附近進(jìn)行相似的步驟。在襯底準(zhǔn)備步驟中(步驟SllO 圖22)，準(zhǔn)備碳化硅襯底81 (圖1和2)。碳化硅襯底81的導(dǎo)電類型是η型。參考圖23，通過(guò)外延層形成步驟(步驟S120 圖22)，如下所述地形成緩沖層121 和擊穿電壓保持層122。首先，在碳化硅襯底81的單晶襯底11上形成緩沖層121。緩沖層121由η型導(dǎo)電性的碳化硅制成，并且例如是具有0. 5 μ m厚的外延層。此外，例如，緩沖層121中導(dǎo)電性類型雜質(zhì)的濃度是5 X IO17CnT3。然后，在緩沖層121上形成擊穿電壓保持層122。具體地，通過(guò)外延生長(zhǎng)來(lái)生產(chǎn)η 型導(dǎo)電性的碳化硅層。例如，擊穿電壓保持層122被設(shè)定為具有IOym的厚度。此外，例如， 擊穿電壓保持層122中η型導(dǎo)電性雜質(zhì)的濃度是5X1015cnT3。參考圖24，通過(guò)注入步驟(步驟S130 圖22)，如下所述地形成ρ區(qū)123、η+區(qū)124 和ρ+區(qū)125。首先，向擊穿電壓保持層122的一部分選擇性地注入ρ型導(dǎo)電性雜質(zhì)，以形成P區(qū) 123。然后，向預(yù)定區(qū)域選擇性地注入η型導(dǎo)電性雜質(zhì)，以形成η+區(qū)124。通過(guò)向預(yù)定區(qū)域選擇性地注入P型導(dǎo)電性雜質(zhì)，來(lái)形成P+區(qū)125。例如，利用由氧化物膜構(gòu)成的掩模，進(jìn)行雜質(zhì)的選擇性注入。
在注入步驟之后，進(jìn)行活化退火工藝。例如，在氬氣氛中，在1700°C的加熱溫度處進(jìn)行退火30分鐘。參考圖25，執(zhí)行柵極絕緣膜形成步驟(步驟S140 圖22)。具體地，氧化物膜126 被形成為覆蓋擊穿電壓保持層122、p區(qū)123、n+區(qū)IM和ρ+區(qū)125?？梢酝ㄟ^(guò)干法氧化(熱氧化)進(jìn)行該形成步驟。干法氧化的條件包括例如1200°C的加熱溫度以及30分鐘的加熱持續(xù)時(shí)間。然后，進(jìn)行氮退火步驟(步驟S150)。具體地，在一氧化氮(NO)氣氛中進(jìn)行退火。 該工藝的條件包括，例如，1100°c的加熱溫度和120分鐘的加熱持續(xù)時(shí)間。結(jié)果，氮原子被引入到氧化物膜126與擊穿電壓保持層122、p區(qū)123、n+區(qū)124和p+區(qū)125中的每個(gè)之間的邊界附近。在使用一氧化氮的退火步驟之后，可以進(jìn)一步執(zhí)行使用稱為惰性氣體的氬(Ar) 氣的退火工藝。該工藝的條件包括例如1100°c的加熱溫度以及60分鐘的加熱持續(xù)時(shí)間。參考圖沈，通過(guò)電極形成步驟(步驟S160 圖22)，如下所述地形成源電極111和漏電極112。首先，通過(guò)光刻在氧化物膜1 上形成具有圖案的抗蝕膜。利用該抗蝕膜作為掩模，通過(guò)蝕刻來(lái)去除氧化物膜126的位于η+區(qū)IM和ρ+區(qū)125上方的部分。因此，在氧化物膜126中形成開(kāi)口。然后，導(dǎo)電膜被形成為與該開(kāi)口處的η.區(qū)124和ρ+區(qū)125中的每個(gè)接觸。通過(guò)去除該抗蝕膜，去除(剝離)的前文提到的導(dǎo)電膜的位于抗蝕膜上的部分。該導(dǎo)電膜可以是金屬膜，例如由鎳(Ni)制成。作為剝離的結(jié)果，形成源電極111。在此階段，為了合金化，優(yōu)選執(zhí)行熱處理。例如，在被稱為惰性氣體的氬(Ar)氣的氣氛中，在950°C的加熱溫度下進(jìn)行熱處理2分鐘。再參考圖21，在源電極111上形成上源電極127。此外，在碳化硅襯底81的背面上形成漏電極112。此外，在氧化物膜1 上形成柵電極110。由此，獲得半導(dǎo)體器件100?？梢允褂闷渲性诒緦?shí)施例中導(dǎo)電類型互換的構(gòu)造，即ρ型和η型互換的構(gòu)造。用于制造半導(dǎo)體器件100的碳化硅襯底不限于第一實(shí)施例的碳化硅襯底81，并且可以使用任何其他實(shí)施例中的任何一個(gè)實(shí)施例的碳化硅襯底。此外，雖然采用垂直型DiMOSFET作為實(shí)例，但是利用本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底，可以制造其他類型的半導(dǎo)體器件。例如，可以制造RESURF-JFET (減小的表面場(chǎng)-結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或肖特基二極管。(附錄1)通過(guò)如下總結(jié)的制造方法來(lái)制造本發(fā)明的碳化硅襯底。準(zhǔn)備至少一個(gè)單晶襯底，每個(gè)襯底具有背面并且由碳化硅制成。準(zhǔn)備具有主面且由碳化硅制成的支撐部。支撐部的主面的至少一部分具有凹凸起伏。該支撐部和至少一個(gè)單晶襯底堆疊，使得每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的背面以及具有凹凸起伏的支撐部的主面彼此形成接觸。為了將每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的背面連接到支撐部，加熱支撐部和至少一個(gè)單晶襯底，使得支撐部的溫度超過(guò)碳化硅的升華溫度，并且每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的溫度低于支撐部的溫度。(附錄2)利用通過(guò)如下總結(jié)的制造方法而生產(chǎn)的半導(dǎo)體襯底來(lái)制造本發(fā)明的半導(dǎo)體器件。
準(zhǔn)備至少一個(gè)單晶襯底，每個(gè)襯底具有背面并且由碳化硅制成。準(zhǔn)備具有主面且由碳化硅制成的支撐部。支撐部的主面的至少一部分具有凹凸起伏。該支撐部和至少一個(gè)單晶襯底堆疊，使得每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的背面以及具有凹凸起伏的支撐部的主面彼此形成接觸。為了將每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的背面連接到支撐部，加熱支撐部和至少一個(gè)單晶襯底，使得支撐部的溫度超過(guò)碳化硅的升華溫度，并且每個(gè)至少一個(gè)單晶襯底的溫度低于支撐部的溫度。應(yīng)該理解，這里公開(kāi)的實(shí)施例是說(shuō)明性的，并且在各方面中是非限制性的。本發(fā)明的范圍通過(guò)權(quán)利要求的范圍來(lái)限定，而不是由上面闡述的描述來(lái)限定，并且意圖包括該范圍內(nèi)的任何修改以及與權(quán)利要求的項(xiàng)目等效的含義。附圖標(biāo)記列表11-19單晶襯底；30、30c、31、31a-31e支撐部；81、81r碳化硅襯底；91第一加熱體；92第二加熱體；100半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種制造碳化硅襯底的方法，包括以下各步驟準(zhǔn)備至少一個(gè)單晶襯底(11)，每個(gè)單晶襯底具有背面(Bi)且由碳化硅制成； 準(zhǔn)備具有主面(FO)且由碳化硅制成的支撐部(30c)，所述支撐部的所述主面的至少一部分具有凹凸起伏；堆疊所述支撐部和所述至少一個(gè)單晶襯底，使得每個(gè)所述至少一個(gè)單晶襯底的所述背面和具有所述凹凸起伏的所述支撐部的所述主面形成為彼此接觸；以及為使得每個(gè)所述至少一個(gè)單晶襯底的所述背面連接至所述支撐部，加熱所述支撐部和所述至少一個(gè)單晶襯底，以使得所述支撐部的溫度超過(guò)碳化硅的升華溫度，并且每個(gè)所述至少一個(gè)單晶襯底的溫度低于所述支撐部的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述的準(zhǔn)備支撐部的步驟包括形成所述主面的步驟以及在所述主面上形成所述凹凸起伏的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述的形成所述凹凸起伏的步驟包括研磨所述主面以便使所述主面粗糙的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述的研磨所述主面的步驟包括沿一個(gè)線性方向研磨所述主面的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述的形成所述凹凸起伏的步驟包括向所述主面施加預(yù)定表面特征的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述表面特征包括在所述主面上沿著第一方向延伸的多個(gè)凹進(jìn)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述表面特征包括在所述主面上沿著與所述第一方向交叉的第二方向延伸的凹進(jìn)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 所述表面特征包括在所述主面上以圓周方向延伸的凹進(jìn)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，在所述的準(zhǔn)備支撐部的步驟中，在所述主面上形成具有晶體結(jié)構(gòu)畸變的表面層， 在所述的堆疊所述支撐部和至少一個(gè)單晶襯底的步驟之前，進(jìn)一步包括化學(xué)去除所述表面層的至少一部分的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述至少一個(gè)單晶襯底具有六方晶系結(jié)構(gòu)，并且相對(duì)于{0001}面具有大于或等于 50°且小于或等于65°的偏離角。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 所述凹凸起伏具有隨機(jī)方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述的準(zhǔn)備支撐部的步驟包括通過(guò)切片形成所述主面的步驟，所述凹凸起伏通過(guò)所述切片來(lái)形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 通過(guò)切片來(lái)形成每個(gè)所述至少一個(gè)單晶襯底的所述背面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，在具有高于104 且低于IO4Pa的壓力的氣氛中進(jìn)行所述的加熱步驟。
全文摘要
由碳化硅制成的支撐部(30c)在其主面(FO)的至少一部分上具有凹凸起伏。堆疊支撐部(30c)和至少一個(gè)單晶襯底(11)，使得由碳化硅制成的至少一個(gè)單晶襯底(11)中的每個(gè)的背面(B1)和具有形成的凹凸起伏的支撐部(30c)的主面(FO)彼此接觸。為了接合至少一個(gè)單晶襯底(11)中的每個(gè)的背面(B1)與支撐部(30c)，加熱支撐部(30c)和至少一個(gè)單晶襯底(11)，使得支撐部(30c)的溫度超過(guò)碳化硅的升華溫度，并且至少一個(gè)單晶襯底(11)中的每個(gè)的溫度低于上述支撐部(30c)的溫度。
文檔編號(hào)C30B29/36GK102471928SQ201080025658
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者井上博揮, 佐佐木信, 沖田恭子, 原田真, 并川靖生, 西口太郎 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社