DE102005017288B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Graben in einem Siliziumcarbid-Halbleitersubstrat - Google Patents

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Abstract

-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausbilden einer Grabenmaske (21, 60) zum Ätzen eines Grabens (6, 47) an einer oberen Oberfläche eines Halbleitersubstrats (20, 45) aus Siliziumcarbid; Ausbilden des Grabens (6, 47) derart, dass das Substrat (20, 45) unter Verwendung der Maske (21, 60) derart geätzt wird, dass der Graben (6, 47) mit einem Längen- oder Streckenverhältnis von gleich oder mehr als 2 und einem Neigungs- oder Böschungswinkel von gleich oder mehr als 80° in dem Substrat (20, 45) ausgebildet wird; und Entfernen eines Schadensbereichs derart, dass der an einer inneren Oberfläche des Grabens (6, 47) während des Schritts des Ausbildens des Grabens (6, 47) entstandene Schadensbereich in Wasserstoffatmosphäre unter Unterdruck bei einer Temperatur von gleich oder mehr als 1600°C geätzt und entfernt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Graben in einem Siliziumcarbid-Halbleitersubstrat.
  • Aus der DE 101 27 231 A1 ist ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat bekannt, bei dem nach einer Grabenausbildung in einem Halbleitersubstrat durch einen Ätzangriff an den Grabenrändern diese erweitert werden. Die Grabeninnenwände werden dann durch eine thermische Behandlung unter einer bestimmten Atmosphäre geglättet. Die so vorbereiteten Gräben werden dann epitaxial gefüllt und die eingebrachte Epitaxialschicht wird poliert.
  • Eine Einbettungs-Technik von Siliziumcarbid-Halbleitern ist beispielsweise in ”Materials Science Forum” S. 131–134, Vols. 264–268, 1998 beschrieben.
  • Gemäß diesem Dokument wurden, wobei verschiedene Proben verwendet wurden, deren Grabenneigungs- oder Böschungswinkel jeweils annähernd 50 Grad betrug und verschiedene Arten von Grabenbreiten vorhanden waren, deren Längen- oder Streckenverhältnis jeweils gleich oder kleiner als 1 war, Untersuchungen durchgeführt. Genauer gesagt, die epitaxialen Aufwachsvorgänge wurden unter Bedingungen durchgeführt, bei denen die Aufwachstemperaturen 1480°C und 1620°C betrugen und die Verhältnisse von C/Si 1,2 und 4,0 betrugen.
  • Obgleich in obigem Dokument die Wachstumsformen der Epitaxialschichten stark von den C/Si-Verhältnissen und nicht von den Aufwachstemperaturen abhängen können, wird in einem Fall, in welchem das C/Si-Verhältnis niedrig wird, der Aufwachsmodus der Epitaxialschicht zu einer Oberflächenreaktionsratensteuerung und wird somit zum Facettenebenenwachstum, in welchem eine Mehrzahl von Facettenflächen erscheint, wohingegen in einem Fall, bei dem das C/Si-Verhältnis hoch ist, der Wachstumsmodus der Epitaxialschicht die Dampfphasendiffusionsratensteuerung wird.
  • Als bekannte Techniken zum Einbetten in innere Abschnitte von Gräben mittels Epitaxialfilmen wurde schon eine große Zahl üblicher Techniken betreffend Siliziumhalbleiter beschrieben. Beispielsweise beschreibt die JP 3424667 A das folgende technische Konzept: raue Flächen und Kristallfehler an inneren Ebenen (genauer gesagt, Seitenebenen und Bodenebenen) eines Grabens, welche bei dem Grabenätzschritt auftreten, werden in einer nicht oxidierenden Atmosphäre thermisch bearbeitet, um die inneren Ebenen oder Flächen des Grabens zu glätten, so dass die Kristallinität der eingebetteten Schicht verbessert werden kann.
  • Weiterhin beschreibt die JP 2003-218036 A den Effekt, mit dem es möglich ist, einen Eckenabschnitt eines Grabenbodenabschnittes abzurunden, wodurch Belastungen im Grabenbodenabschnitt gemindert werden und ein Absinken der Aufwachsrate im Grabenbodenabschnitt verhindert werden kann. Diese bekannte Technik kann auf dem folgenden unterschiedlichen Weg verstanden werden, wenn der Betrachtungspunkt der beschriebenen Tatsache geändert wird: Wenn ein solcher Bereich klein ist, wo das Wachstum bestimmter Ebenen (beispielsweise sowohl Bodenebene als auch Seitenebene) aneinander stößt, wächst eine Belastung an. Da jedoch eine Ecke abgerundet wird (d. h. spezifische Ebenen treten nicht auf), wird ein Bereich, wo das Wachstum der speziellen Ebenen aneinander stößt, groß gemacht, so dass die Belastungen gemindert werden. Mit anderen Worten, die Tatsache, dass der Eckabschnitt der Grabenbodenebene als abgerundete Ecke ausgeformt wird, kann eine notwendige Bedingung bilden, die zur Minderung von Kristallbelastungen während des Aufwachsens notwendig ist, sowie um eine Einbettungsschicht zu bilden, welche eine bessere Kristallinitätscharakteristik hat.
  • Bei dem Fall, dass eine N-Kanalschicht und ein P+-Gatebereich, welche innerhalb des Grabens bei einem Siliziumcarbidgraben-J-FET gemäß der JP 2003-69041 A gebildet werden, tritt ein Problem auf, welches mit den obengenannten herkömmlichen Techniken nicht gelöst werden kann. Genauergesagt, in einem Fall, bei dem das Längen- oder Streckenverhältnis des Grabens gleich oder größer als 2 ist und der Neigungswinkel im Wesentlichen vertikal ist, kann dieses Problem auftreten, welches mit den herkömmlichen Techniken nicht beseitigt werden kann.
  • Genauergesagt, das nachfolgend näher dargelegte Problem ergibt sich bei einem Einbettungsprozess im Graben, bei dem der betreffende Neigungswinkel vertikal und das Längenverhältnis hoch ist. Unter der Bedingung eines hohen C/Si-Verhältnisses wird, da die Zufuhr des Materialgases in den Graben im Vergleich zu dem Nicht-Grabenabschnitt bei der Ausbildung der N-Kanalschicht abnimmt, deren Form in einen überhängenden Zustand gebracht, wobei, wenn der P+-Gatebereich gebildet wird, ein Hohlraum in dem Graben erzeugt wird. Da zusätzlich die Wachstumsrate des inneren Grabenabschnittes notwendigerweise niedriger als diejenige des Nicht-Grabenabschnittes ist, ergibt sich, selbst wenn der P+-Gatebereich ohne das Auftreten eines solchen Hohlraumes eingebettet werden könnte, ein anderes Problem, nämlich dass die Entfernung einer Filmdicke des unnötigen Epitaxialfilms bei dem Rückätzschritt nach dem Einbettschritt mit Sicherheit größer als die Tiefe des Grabens wird.
  • Weiterhin kann das Facettenebenenwachstum die dominante Position bei einem niedrigen C/Si-Verhältnis einnehmen. Die obigen Druckschriften klären jedoch nicht eine Differenz zwischen den Wachstumsraten abhängig von der Flächenausrichtung. Weiterhin beschreiben die obigen Dokumente an keiner Stelle bzw. geben keine klare Anweisung, wie der Anstieg der Wachstumsrate des inneren Grabenabschnitts im Vergleich zu dem Nicht-Grabenabschnitt zu erhöhen ist und auch, wie die Entfernung der Filmdicke des unnötigen Epitaxialfilms im Rückätzschritt nach dem Einbettvorgang verringert werden kann.
  • Weiterhin erfolgt das Glätten einer inneren Fläche eines Grabens in einer Siliziumtechnik durch Verwendung des Merkmals der Si-Kristallfluidität (siehe beispielsweise JP 11-74483 A ) während eines thermischen Bearbeitungsvorgangs, was wirksam Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten und Kristallfehler verringern kann. Weiterhin kann gleichzeitig ein Eckenbereich des Grabens abgerundet werden und während eine Grabenbreite nicht wesentlich geändert wird, kann ein Grabenöffnungsabschnitt vergrößert werden, so dass die Zufuhr von Materialgas in den Graben wirksam erhöht werden kann. Da ein Grabenbodenabschnitt keinen Eckenbereich hat, wird die Kristallität der eingebetteten Schicht sehr gut und weiterhin kann eine elektrischen Feldkonzentration, welche beim Abschalten des Halbleiterelements auftritt, auf Grund der gegebenen Form unterdrückt werden.
  • Da es andererseits keinen flüssigen Phasenzustand bei Siliziumcarbid gibt, gibt es keine Fluidität. Im Ergebnis muss bei Siliziumcarbid, um raue Flächen an den inneren Ebenen des Grabens (Seitenebene und Bodenebene) und den Kristalldefekt zu entfernen, welche bei dem Grabenätzschritt auftreten, der Siliziumcarbidkristallbereich, der die rauen Flächen und den Kristalldefekt enthält, durch den Ätzprozess entfernt werden. Hierbei gibt es jedoch andere Probleme. Was Siliziumcarbid betrifft, so gibt es keinen klaren Hinweis auf ein Nassätzfluid und einen Trockenätzzustand, mit denen es möglich ist, Grabenätzschäden wirksam zu beseitigen. Eine Opferoxidation bringt das Problem mit sich, dass die Oxidationsrate niedrig ist und eine lange Oxidationszeit notwendig ist.
  • Als andere wirksame Ätztechniken gibt es den Wasserstoff-Ätzvorgang und den HCL-Ätzvorgang, welche üblicherweise als Wachstumsvorprozess bei planem Epitaxialwachstum verwendet werden. Üblicherweise wird bei diesen Techniken auch bei Si der Ätzvorgang bei einer Temperatur von annähernd 1000°C durchgeführt und es ist einfach vorstellbar, dass auch bei Siliziumcarbid ein ähnlicher Mechanismus arbeitet. Der Mechanismus bei Si ist jedoch vollständig unterschiedlich zu dem Mechanismus bei Siliziumcarbid.
  • Mit anderen Worten, bei Si wird die Fluidität von Si bei einem thermischen Bearbeitungsprozess bei einer Temperatur von annähernd 100°C beschleunigt, um das Si zu rekristallisieren, so dass die rauen Flächen und die Kristallfehler entfernt werden. Im Ergebnis, wenn eine nichtoxidierende Atmosphäre als Arbeitsatmosphäre verwendet wird, kann ein ausreichend großer Effekt erhalten werden. Andererseits ist Siliziumcarbid aus zwei chemischen Elementen aufgebaut, nämlich Kohlenstoff und Silizium und besitzt keine Fluidität, so dass die entsprechenden chemischen Elemente von einer Substratoberfläche entfernt werden müssen. Normalerweise ist das C-Element als Kohlenstoff mit Hochtemperaturwasserstoff in Reaktion bringbar, um als Kohlenwasserstoff (CxHy) entfernt zu werden, wohingegen das Element Si, also das Silizium, durch einen Verdampfungsvorgang unter Unterdruck entfernt wird. Infolgedessen muss beim Ätzvorgang von Siliziumcarbid notwendigerweise entweder eine Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur gleich oder höher als 1300°C unter Unterdruck oder eine Wasserstoffatmosphäre, der HCl gleich oder höher bei 1300°C unter normalem Druck hinzugefügt wird, verwendet werden. Im Ergebnis, wenn der thermische Prozess in der Wasserstoffatmosphäre durchgeführt wird, welcher HCl unter normalem Druck nicht hinzugefügt wird, werden nur C-Elemente entfernt und die Entfernung von Si-Elementen ist gestört. Als Folge kann das sogenannte ”Si-Droplet”-Phänomen auftreten, d. h Si-Elemente verbleiben in der Substratoberfläche und kondensieren. Dieses ”Si-Droplet”-Phänomen oder ”Tröpfchen-Phänomen” tritt bei der Si-Technik niemals auf.
  • Da der Siliziumcarbidätzvorgang dieses Merkmal zeigt, wurde für den Fall, dass dieser Siliziumcarbidätzvorgang bei einer Grabenform angewendet wird, bislang kein detailliertes Beispiel erläutert. Daher gibt es verschiedene Probleme: eine Differenz in Ätzraten abhängig von der Flächenausrichtung der Ätzebenen ist nicht geklärt; es ist nicht geklärt, wie ein Grabeneckabschnitt auszurunden ist, während eine Oberflächenreaktionsratensteuerung zu verhindern ist, durch welche eine Mehrzahl von Facettenebenen erzeugt wird; schließlich sind die allgemeinen Bedingungen nicht geklärt. Weiterhin gibt es für den Fall, dass der Grabenätzschadenbereich der Grabeninnenebenen (Seitenebene und Bodenebene) entfernt wurde, keinen klaren Hinweis auf Verringerungseffekte zur Verringerung der Oberflächenkonvexitäten/-konkavitäten und der Kristallfehler.
  • Angesichts des oben Gesagten ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Graben in einem Siliziumcarbid-Halbleitersubstrat bereitzustellen.
  • Die Vorrichtung soll ausgezeichnete Kristallinität haben.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass: beim Schritt des Ausbildens einer Grabenmaske die Grabenmaske als eine Maske zum Grabenätzen auf einer oberen Oberfläche eine Halbleitersubstrats aus Siliziumcarbid ausgebildet wird; beim Schritt des Ausbildens eines Grabens das Substrat unter Verwendung der Maske zum Grabenätzen geätzt wird, so dass der Graben mit einem Längen- oder Streckenverhältnis gleich oder größer als 2 und einem Grabenböschungswinkel gleich oder größer als 80 Grad in dem Substrat gebildet wird; und in dem Schritt des Entfernens eines Schadensbereichs der an einer inneren Oberfläche des im Halbleitersubstrats gebildeten Grabens vorhandene Schadensbereich durch einen Grabenätzprozess in einer Wasserstoffatmosphäre unter Unterdruck bei einer Temperatur gleich oder höher als 1600°C geätzt und entfernt wird.
  • Das obige Verfahren schafft eine Vorrichtung mit ausgezeichneter Kristallinität. Insbesondere da der Schadensbereich in Wasserstoffatmosphäre unter Unterdruck bei einer Temperatur gleich oder größer als 1600°C geätzt wird, kann der Schadensbereich in kurzer Zeit auf Grund der Eigenschaften des Hochtemperaturwasserstoffs entfernt werden. Weiterhin besteht keine Oberflächenkonkavität/-konvexität und keine Degenerationsschicht in dem Graben, so dass ein durch die Degenerationsschicht verursachter Energiepegel nicht ausgebildet wird. Weiterhin lässt sich die Oberflächenkonkavität/-konvexität verringern.
  • Im Ergebnis wird im letzteren Schritt der Durchführung des epitaxialen Aufwachsens die Oberflächenkonkavität/-konvexität extrem verringert, so dass ein Energiepegel in der Epitaxialschicht, der durch die Oberflächenkonkavität/-konvexität bewirkt wird, an einer Erzeugung gehindert wird. Somit wird der PN-Übergang zwischen jeder Schicht, welche das Halbleitersubstrat und die Epitaxialschicht bildet, ein Übergang mit einer geringen Menge an Leckstrom. Die Vorrichtung hat eine ausgezeichnete Kristallinität.
  • Bevorzugt wird die Grabenmaske auf dem Substrat mit einer (0001)-Si-Oberfläche ausgebildet.
  • In diesem Fall kann, da der Schadensbereich in Wasserstoffatmosphäre unter Unterdruck bei einer Temperatur gleich oder höher als 1600°C geätzt wird, der Schadensbereich in kurzer Zeit auf Grund der Eigenschaften des Hochtemperaturwasserstoffs entfernt werden. Weiterhin ist die Ätzrate der a-Fläche als Seitenwand des Grabens größer als diejenige der Si-Fläche als Boden des Grabens. Daher wird die Konkavität/Konvexität der Seitenwand, welche größer als die Konkavität/Konvexität des Bodens ist und im Ausbildungsschritt des Grabens erzeugt wird, selektiv geätzt. Somit wird die Konkavität/Konvexität der inneren Oberfläche des Grabens wirksam in kurzer Zeit entfernt.
  • Im Ergebnis wird im letzteren Schritt der Durchführung des epitaxialen Aufwachsens die Oberflächenkonkavität/-Konvexität extrem verringert, so dass ein Energiepegel in der Epitaxialschicht, der durch die Oberflächenkonkavität/-konvexität verursacht wird, an einer Ausbildung gehindert wird. Somit wird der PN-Übergang zwischen jeder Schicht, welche das Halbleitersubstrat und die Epitaxialschicht bildet, ein Übergang mit einer geringen Menge an Leckstrom.
  • Bevorzugt wird die Grabenmaske auf dem Substrat mit einer (000-1)-C-Oberfläche gebildet.
  • In diesem Fall kann, da der Schadensbereich in Wasserstoffatmosphäre und unter Unterdruck bei einer Temperatur gleich oder höher als 1600°C geätzt wird, der Schadensbereich auf Grund der Charakteristiken des Hochtemperaturwasserstoffs in kurzer Zeit entfernt werden. In diesem Fall ist die Ätzrate der C-Fläche als Boden des Grabens größer als diejenige der a-Fläche als Seite des Grabens. Somit kann die Ätzumformungsschicht am Boden, welche in dem Grabenausbildungsprozess gebildet und tiefer als die Seitenwand ist, selektiv entfernt werden. Somit kann die Umänderungsschicht im Graben wirksam beseitigt werden.
  • Im Ergebnis wird im letzteren Schritt der Durchführung des epitaxialen Aufwachsens der Energiepegel an der Schnittstelle zwischen dem Substrat und der Epitaxialschicht an einer Erzeugung gehindert. Obwohl somit der PN-Übergang zwischen jeder Schicht gebildet wird, welche das Halbleitersubstrat und die Epitaxialschicht bildet, kann der PN-Übergang einen Übergang mit einem geringen Leckstrom bilden. Bevorzugt wird der Schritt des Entfernens der Grabenmaske als die Maske zur Grabenätzung vor dem Schritt der Entfernung des Schadensbereiches durchgeführt. Somit wird die Grabenmaske für die Grabenätzung vor dem Schritt des Entfernens des Schadensbereichs durchgeführt, so dass der Einfluss der Verunreinigung in der Grabenmaske im Schritt des epitaxialen Aufwachsens vollständig beseitigt wird. Bevorzugt weist das Verfahren weiterhin den Schritt des Ausbildens einer Selektionsmaske derart auf, dass die Selektionsmaske als eine Maske für ein selektives epitaxiales Aufwachsen auf einem Teil der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats nach dem Schritt des Entfernens der Grabenmaske ausgebildet wird, wobei dieser Teil unterschiedlich zu dem Graben ist.
  • Da in diesem Fall die Selektionsmaske in dem Grabenbereich für eine Ausrichtung ausgebildet wird, wird der Einbettungseffekt beim epitaxialen Wachstumsschritt verhindert. Somit wird die Ausrichtung vor und nach dem epitaxialen Wachstumsschritt sichergestellt. Weiterhin wird nach der Entfernung der Selektionsmaske beim Schritt des Zurückätzens das Zurückätzen zusammen mit einer Messung der Tiefe des Grabens für die Ausrichtung durchgeführt, so dass die bestimmte Ätzgröße gesteuert wird.
  • Bevorzugt wird beim Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich unter Verwendung einer Dampfphasendiffusionsraten-Steuerreaktion entfernt, so dass die Ecke des Grabens abgerundet wird.
  • Da in diesem Fall die Ecke abgerundet wird, wird das Rohmaterialgas wirksam vorwärts bewegt, um über die Öffnung des Grabens beim Schritt des epitaxialen Aufwachsens als nächstem Schritt in den Graben einzudringen. Weiterhin wird der Abstand eines ebenen, keinen Graben bildenden Bereichs zwischen benachbarten Grabenmustern geringer. Somit wird im Falle eines hohen Längen- oder Streckenverhältnisses des Grabens die Ausbildung einer Überhangform verhindert. Weiterhin ist das Wachstum an den ebenen, keinen Graben bildenden Bereichen begrenzt.
  • Selbst wenn somit die Epitaxialschicht im letzteren Schritt ausgebildet wird, ist das Wachstum an den keinen Graben bildenden Bereichen begrenzt und die Epitaxialschicht kann ohne Hohlraum in den Graben eingebettet werden. Andererseits, da die Kristallbelastungen am Boden des Grabens, welche im Schritt des epitaxialen Wachstums erzeugt werden, verteilt und verringert werden, wird ein Epitaxialfilm mit einer hohen Kristallqualität gebildet.
  • Bevorzugt wird im Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich unter Verwendung einer Dampfphasendiffusionsraten-Steuerreaktion entfernt, so dass eine Ecke des Grabens isotropisch geätzt und abgerundet wird.
  • Da in diesem Fall die Ecke abgerundet wird, wird das Rohmaterialgas effektiv bewegt, um durch die Grabenöffnung im Schritt des epitaxialen Wachstums als nächstem Schritt in den Graben einzudringen. Somit wird im Fall eines hohen Längen- oder Streckenverhältnisses des Grabens eine Überhangform an einer Ausbildung gehindert. Selbst wenn im letzten Schritt die Epitaxialschicht ausgebildet wird, kann die Epitaxialschicht ohne Hohlraum in den Graben eingebettet werden. Da andererseits die Kristallbelastung am Boden des Grabens, welche beim Schritt des epitaxialen Wachstums erzeugt wird, verteilt und verringert wird, wird ein Epitaxialfilm mit hoher Kristallqualität gebildet.
  • Besonders bevorzugt wird beim Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich unter einer Bedingung von P × 1,33 × 102 ≥ a/T – b entfernt, wobei P den Atmosphärendruck (in Pa) wiedergibt, T eine Substrattemperatur (in °C) wiedergibt, a 4,16 × 106 wiedergibt und b 2,54 × 104 wiedergibt.
  • Bevorzugt wird beim Schritt des Entfernens des Schadensbereichs dieser bei einer Temperatur gleich oder niedriger als 1700°C durchgeführt. Das heißt, da auf der Substratoberfläche eine Stufenanhäufung auftritt, wenn die Temperatur 1700°C übersteigt, wird die Temperatur auf gleich oder niedriger als 1700°C gesetzt, so dass keine Stufenanhäufung auftritt.
  • Bevorzugt wird im Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich durch eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre entfernt, welche Kohlenwasserstoff enthält. Somit wird Kohlenwasserstoff der Atmosphäre hinzugefügt, so dass die Kohlenstoffatome in dem Siliziumcarbidkristall begrenzt geätzt werden. Damit wird die Gesamtätzrate verringert, so dass sich die Ätzreaktion weiter in Richtung der Dampfphasendiffusionsraten-Steuerseite verschiebt. Wenn daher die Wärmebehandlung in der Wasserstoffatmosphäre mit Kohlenwasserstoff durchgeführt wird, wird die Ecke des Grabens im Vergleich zu einer Atmosphäre, welche nur Wasserstoffgas enthält, einfach abgerundet.
  • Bevorzugt wird im Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich durch eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre entfernt, welche ein Inertgas enthält. Wenn der Atmosphärendruck konstant ist und das Inertgas, beispielsweise Ar-Gas hinzugefügt wird, wird die Konzentration des Wasserstoffgases relativ verringert. Obgleich sich somit der Diffusionseffekt des Reaktionsproduktes nicht ändert, wird die Ätzrate verringert. Somit verschiebt sich die Ätzreaktion zu der Dampfphasendiffusionsraten-Steuerseite ähnlich zu dem Fall, in welchem die Wasserstoffatmosphäre den Kohlenwasserstoff enthält. Wenn somit ein Inertgas wie Ar-Gas hinzugefügt wird, lässt sich die Ecke des Grabens im Vergleich zu einer Atmosphäre leichter abrunden, welche nur das Wasserstoffgas enthält.
  • Bevorzugt wird ein Abstand zwischen den Gräben mit einem bestimmten Muster derart verkürzt, dass eine flache Oberfläche der Si-Oberfläche zwischen den Gräben beim späteren Schritt des Ausbildens einer eingebetteten Schicht nach dem Schritt des Entfernens des Schadensbereichs verschwindet.
  • In diesem Fall wird die Distanz zwischen den Gräben mit einem bestimmten Muster geeignet bestimmt, so dass das Wachstum der Si-Oberfläche mit der größten Wachstumsrate nicht auftritt und die Wachstumsrate eines keinen Graben bildenden Bereichs durch den Einfluss des a-Oberflächen-Ätzeffekts verringert wird, was den keinen Graben bildenden Bereich von einer Seite her beeinflusst. Damit nimmt die Wachstumsrate in der Reihenfolge von Oberseite des Grabens zu Unterseite des Grabens, den keinen Graben bildenden Bereich bis zum Boden des Bereichs zu. Somit tritt der Überhangzustand im Anfangsschritt nicht auf und weiterhin wird der Hohlraum im letzten Schritt nicht erzeugt. Weiterhin wird die Wachstumsrate im Graben im Vergleich zu einem keinen Graben bildenden Bereich größer.
  • Bevorzugt ist die Distanz zwischen den Graben gleich oder kleiner als die Grabenseite.
  • Bevorzugt wird die Epitaxialschicht in dem Graben einer Temperatur gleich oder höher als 1500°C durch ein epitaxiales Aufwachsverfahren nach dem Schritt des Entfernens des Schadenbereichs ausgebildet.
  • Selbst wenn das epitaxiale Wachstum in einem niedrigen Temperaturbereich durchgeführt wird, wird die Zuführmenge von Rohmaterialgas gesteuert, um eine Balance zwischen dem Ätzbetrag und dem Abscheidungsbetrag zu haben, so dass die Wachstumsrate verringert ist. Somit wird ein Kristallwachstum mit einer Wachstumsrate durchgeführt, welche in der Reihenfolge Grabenseitenwand – nicht den Graben bildenden Bereich – Grabenboden größer wird. Gleichzeitig ist weiterhin die Wachstumsrate am unteren Bereich der Seitenwand größer als am oberen Bereich der Seitenwand, so dass ein Überhang an einer Ausbildung begrenzt wird.
  • Wenn die Prozesstemperatur bei der Epitaxialschicht gleich oder höher als 1550°C ist, werden bevorzugt sowohl das Ätzen als auch die Abscheidung aktiviert. Damit wird die Gesamtwachstumsrate erhöht.
  • Wenn weiterhin die Prozesstemperatur bei der Epitaxialschicht gleich oder höher als 1625 Grad ist, wird die eingebettete Schicht ohne Hohlraum in kurzer Zeit ausgebildet, sogar ohne dass die Überhangform gebildet wird, was für einen Fall zutrifft, wenn die Wachstumsrate im Graben auf ungefähr 2,5 μm/Stunde erhöht wird.
  • Bevorzugt werden der Schritt des Entfernens des Schadensbereichs und der Schritt der Ausbildung der Epitaxialschicht aufeinanderfolgend unter Verwendung der gleichen Anlage durchgeführt.
  • Da somit der Schritt der Entfernung des Schadensbereichs und der Schritt der Ausbildung der Epitaxialschicht in der gleichen Anlage oder Vorrichtung durchgeführt werden, wird das Halbleitersubstrat nicht der Umgebungstemperatur ausgesetzt. Damit kann die Verschmutzungsmenge, die an der Substratoberfläche anhaftet verringert werden. Weiterhin ist die Zeit zum Erhöhen und Senken der Temperatur des Substrates nicht notwendig, so dass der Durchsatz der Halbleitervorrichtung verbessert wird.
  • Bevorzugt wird der Schritt der Ausbildung der Epitaxialschicht unter Verwendung einer Dampfphasendiffusionsraten-Steuerreaktion durchgeführt, so dass eine Ecke der Epitaxialschicht abgerundet wird.
  • Somit wird eine Epitaxialschicht mit einer abgerundeten Kante ohne eine Vielzahl von Facettenoberflächen durch die Dampfphasendiffusionsraten-Steuerreaktion ausgebildet. Die Kristallbelastung in dem epitaxialen Wachstumsprozess wird gestreut und verringert, sodass ein Epitaxialfilm mit einer hohen Kristallqualität gebildet wird.
  • Bevorzugt beträgt beim Schritt der Ausbildung der Epitaxialschicht eine Wachstumsrate der Epitaxialschicht gleich oder weniger als 2,5 μm pro Stunde. Da die Wachstumsrate auf den oben beschriebenen Wert gesetzt wird, erfolgt die Epitaxialschichtausbildung durch die Dampfphasendiffusionsraten-Steuerreaktion. Somit werden Mehrfachfacettenoberflächen an einer Ausbildung gehindert.
  • Bevorzugt ist beim Schritt der Ausbildung der Epitaxialschicht eine Wachstumsrate der Epitaxialschicht an der Seitenwand des Grabens gleich oder kleiner als 2,5 μm pro Stunde. Da die Wachstumsrate auf diesen oben beschriebenen Wert gesetzt wird, wird die Epitaxialschicht durch die Dampfphasendiffusionraten-Steuerreaktion ausgebildet. Somit werden Mehrfachfacettenoberflächen an einer Ausbildung gehindert.
  • Bevorzugt wird der Schritt der Ausbildung der Epitaxialschicht bei einer Temperatur gleich oder niedriger als 1700°C durchgeführt.
  • Bevorzugt wird beim Schritt der Ausbildung der Epitaxialschicht das epitaxiale Wachstum unter Verwendung eines Gases einschließlich eines Rohmaterialgases, eines Trägergases und eines Gases mit einem Ätzeffekt durchgeführt.
  • Somit wird Gas mit dem Ätzeffekt eingebracht, so dass der Ätzeffekt und der Abscheidungseffekt geeignet ausbalanciert sind, selbst wenn das epitaxiale Wachstum bei vergleichsweise niedriger Temperatur durchgeführt wird. Damit kann die Ätzrate der a-Oberfläche größer als diejenige der Si-Oberfläche sein. Die Wachstumsrate im Graben kann im Vergleich zu einem Bereich ohne Graben erhöht werden. Wie beispielsweise in Anspruch 19 ausgeführt, ist ein Gas mit einem solchen Ätzeffekt ein Chlorwasserstoffgas.
  • Bevorzugt wird im Schritt der Ausbildung der Epitaxialschicht eine Konzentrationssteuerung derart durchgeführt, dass eine Verunreinigungskonzentration zu Beginn des epitaxialen Wachstums unterschiedlich zu derjenigen am Ende des epitaxialen Wachstums ist. Beispielsweise wird die Verunreinigungskonzentration derart gesteuert, dass die Verunreinigungskonzentration zum Ende des epitaxialen Wachstums hin höher als zu Beginn des epitaxialen Wachstums ist.
  • Die Verunreinigungskonzentrationssteuerung wird geeignet derart durchgeführt, dass ein Kristallbelastung in der anfänglichen Wachstumsschicht zur Bereitstellung der PN-Übergangsgrenze kleiner wird, da die Verunreinigungskonzentration vergleichsweise kleiner ist. Damit wird die Kristallinität höher und ein PN-Übergang mit einem kleinen Leckstrom wird gebildet. Andererseits wird zum Ende des Schrittes hin die Verunreinigungskonzentration höher gesetzt, so dass der Schichtwiderstand der eingebetteten Schicht niedrig wird und der Kontaktwiderstand der Elektrode klein wird. Damit wird die Schaltgeschwindigkeit der Leistungsvorrichtung verbessert.
  • Bevorzugt hat das Halbleitersubstrat eine (0001)-Si-Oberfläche oder eine (000-1)-C-Oberfläche. Wenn das Substrat die obige Oberflächenausrichtung hat, kann beispielsweise, selbst wenn der Böschungswinkel des Grabens nicht gleich 90 Grad ist, das Verhältnis von Kohlenstoffatomen zu Siliziumatomen, welche an dem Oberflächenabschnitt der Seitenwand des Grabens abgeschieden werden, praktisch gleich gemacht werden. Wenn die Wachstumsatmosphäre konstant ist, wird das Rückgewinnungsverhältnis der Verunreinigung durch das Verhältnis zwischen Kohlenstoffatomen und Siliziumatomen entschieden, welche auf der Oberfläche abgeschieden werden. Damit können die Parameter der Halbleitervorrichtung einfach gestimmt werden.
  • Bevorzugt wird der Schritt der Ausbildung des Grabens so durchgeführt, dass ein Oberflächenmuster des Grabens ein Streifenmuster wird, wobei das Muster des Grabens parallel zu einer Offset-Richtung des Halbleitersubstrates ist.
  • Da somit das Grabenmuster parallel zur Offset-Richtung des Substrates derart wird, dass das Grabenmuster die Streifenmusterung hat, wird der Epitaxialfilm, der an beiden Seitenwänden des Grabens ausgebildet wird, hinsichtlich Form und Verunreinigungsprofil vollständig symmetrisch. Damit werden die elektrischen Eigenschaften, beispielsweise eine Schwellenspannung der Halbleitervorrichtung, gleichförmig gemacht. Weiterhin wird die C-Oberflächenfacette an einer Ausbildung von der oberen Kante des Grabens aus gehindert. Damit wird eine Vorrichtung mit einer ausgezeichneten Ein/Aus-Leistung geschaffen.
  • Bevorzugt wird der Schritt des Ausbildens des Grabens derart durchgeführt, dass ein Oberflächenmuster des Grabens ein Hexagonalmuster wird, dessen sämtliche Innenwinkel gleich sind.
  • Wenn das Grabenmuster die obige Musterung hat, hat der Epitaxialfilm, der an der Seitenwand des Grabens ausgebildet wird, eine im Wesentlichen gleichmäßige Form und ein gleichmäßiges Verunreinigungskonzentrationsprofil. Damit wird die Dichte an der Kanalbreite des Transistors maximal. Weiterhin wird eine Vorrichtung mit ausgezeichneter Ein/Aus-Leistung geschaffen, ähnlich zu der Vorrichtung mit dem Streifengrabenmuster.
  • Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
  • Es zeigt:
  • 1 in Schnittdarstellung eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2A bis 2F jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für die Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform von 1;
  • 3 eine graphische Darstellung eines Ätzreaktionszustandes auf der Basis, einer Beziehung zwischen Substrattemperatur und Druck, gemäß einer vorläufigen Studie im Rahmen der vorliegenden Erfindung;
  • 4a bis 4e jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine vergrößerte perspektivische geschnittene Teilansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6A bis 6D jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für die Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform von 5;
  • 7A und 7B schematische Schnittdarstellungen von Wachstumsformen einer Epitaxialschicht gemäß einer vorläufigen Untersuchung im Rahmen der vorliegenden Erfindung;
  • 8A und 8B schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines erwarteten Wachstumsmodus in einem Fall, bei dem eine Substrattemperatur hoch ist, sowie einen Graben mit einer Seitenwand einer A-Oberfläche, der auf einer (0001)-Si-Oberfläche gebildet wurde, gemäß einer vorläufigen Untersuchung im Rahmen der vorläufigen Erfindung;
  • 9 eine Tabelle zur Erläuterung eines Ergebnisses einer eingebetteten Form in einem Fall, in welchem ein Einbettungswachstum derart durchgeführt wird, dass eine Wachstumstemperatur und eine Zufuhrmenge an Rohmaterialgas (d. h. eine erhebliche Wachstumsrate) geändert werden, gemäß einer vorläufigen Untersuchung der vorliegenden Erfindung;
  • 10A bis 10C jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung der Zeitabhängigkeit der Wachstumsform in einem Fall, bei dem die Wachstumstemperatur 1625°C beträgt und die Wachstumsrate ungefähr 2,5 μm beträgt, gemäß einer vorläufigen Untersuchung der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine Schnittdarstellung durch eine Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 12A bis 12F jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für die Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform von 11;
  • 13A bis 13E jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 14 eine vergrößerte perspektivische teilweise geschnittene Darstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 15A bis 15D jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für die Halbleitervorrichtung der achten Ausführungsform von 14;
  • 16 eine graphische Darstellung zur Erläuterung eines Ätzergebnisses in einem Fall, in dem die Substrattemperatur im Bereich zwischen 1500°C und 1650°C liegt, der Druck 2,7 × 104 Pa (d. h. 200 Torr) oder 8,6 × 104 Pa (d. h. 600 Torr) beträgt, gemäß einer vorläufigen Untersuchung im Rahmen der vorliegenden Erfindung;
  • 17A, 17C, 17E und 17G jeweils Schnittdarstellungen von unterschiedlichen epitaxialen Wachstümern im Graben in einem Fall, in dem das epitaxiale Wachstum mit kleinen oder großen Gaszuführmengen bei hohen oder niedrigen Temperaturbereichen, beispielsweise 1550°C oder 1625°C durchgeführt werden und 17B, 17D, 17F und 17H graphische Darstellungen einer Beziehung zwischen dem Wachstumsbetrag und der Tiefe im Graben, gemäß einer vorläufigen Untersuchung im Rahmen der vorliegenden Erfindung;
  • 18 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 19A bis 19F jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für die Halbleitervorrichtung der neunten Ausführungsform von 18;
  • 20A bis 20E jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 21 eine vergrößerte perspektivische Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 22A bis 22D jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für die Halbleitervorrichtung der elften Ausführungsform von 21;
  • 23A und 23B schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines zur erwarteten Wachstumsmodus in einem Fall, in dem ein Graben mit einer Seitenwand einer a-Oberfläche auf einer (000-1)-C-Oberfläche gebildet wird, gemäß einer vorläufigen Untersuchung im Rahmen der vorliegenden Erfindung; und
  • 24 eine Tabelle zur Erläuterung des Ergebnisses einer Einbettungsform in einem Fall, bei dem ein Einbettungswachstum derart durchgeführt wird, dass eine Wachstumstemperatur und eine Zuführmenge an Rohmaterialgas (d. h. eine wesentliche Wachstumsrate) geändert werden, gemäß einer vorläufigen Untersuchung im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
  • Die Erfinder haben an Halbleitervorrichtungen mit einem Graben in einem Siliziumcarbid-Halbleitersubstrat vorläufige oder vorgreifende Studien durchgeführt. Bei einer dieser Vorrichtungen beträgt der Grabenböschungs- oder Grabenneigungswinkel annähernd 50 Grad und die untersuchte Probe besaß verschiedene Arten von Grabenbreiten, deren Längen- oder Streckungsverhältnisse gleich oder kleiner als 1 waren, wobei dann entsprechende Experimente und Untersuchungen durchgeführt wurden. Genauer gesagt, epitaxiale Aufwachsprozesse wurden unter Bedingungen durchgeführt, bei denen die Wachstumstemperaturen 1480°C und 1620°C betrugen und die Verhältnisse von C/Si 1,2 und 4,0 betrugen.
  • 7A und 7B zeigen ein Beispiel von Wachstumsformen hinsichtlich von Epitaxialschichten. Wie ohne Weiteres aus den 7A und 7B erkenntlich ist, wird, obgleich die Wachstumsformen der Epitaxialschichten stark von den C/Si-Verhältnissen und nicht von den Wachstumstemperaturen abhängen können, in einem Fall, in welchem das C/Si-Verhältnis niedrig wird, der Wachstumsmodus der Epitaxialschicht der Oberflächenreaktionsraten-gesteuerte, und somit das Facettenebenenwachstum, in welchem eine Mehrzahl von Facettenflächen auftritt, wohingegen in dem Fall, in dem das C(Si-Verhältnis hoch ist, der Wachstumsmodus der Epitaxialschicht Dampfphasendiffusionsraten-gesteuert wird.
  • Es ergibt sich das nachfolgend noch aufgeführte Problem bei dem Einbettungsprozess des Grabens, bei dem der Neigungs- oder Böschungswinkel vertikal und das Längen- oder Streckenverhältnis hoch ist. Insbesondere unter der Bedingung eines hohen C/Si-Verhältnisses wird, da die Zufuhr von Materialgas in dem Graben im Vergleich zu derjenigen des Abschnittes ohne Graben abnimmt, bei der Ausbildung der N-Kanalschicht deren Form überhängend wie in 7A gezeigt, wohingegen, wenn der P+-Gatebereich gebildet wird, ein Hohlraum in dem Graben gebildet wird. Zusätzlich ergibt sich gemäß 7B, da die Wachstumsrate des inneren Abschnittes des Grabens notwendigerweise niedriger als im Abschnitt ohne Graben ist, selbst dann, wenn der P+-Gatebereich ohne das Auftreten eines solchen Hohlraumes eingebettet werden könnte, das weitere Problem, dass die zu entfernende Filmdicke des unnötigen Epitaxialfilms in dem Rückätzschritt nach dem Einbettungsschritt in der Grabentiefe mit Sicherheit höher wird.
  • Um diesem zu begegnen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung zunächst Probleme für den Fall berücksichtigt, dass das Herstellungsverfahren der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung bei der Grabenform in einem Wasserstoffätzprozess angewendet wird.
  • Wie eingangs erläutert wurde, müssen als Vor-Prozess für das Einbettungswachstum die Ecken- oder Kantenabschnitte des Grabenbodens abgerundet werden. Hierzu ist es nötig, dass die Ätzreaktion auf die Dampfphasendiffusionsratengesteuerte gesetzt wird und die Oberflächenreaktionsratengesteuerte, durch welche die Facettenebenen auftreten, muss unterdrückt werden. Eine Mehrzahl von Facettenebenen tritt abhängig von einer Differenz in der Oberflächenenergie der jeweiligen Kristallflächen in einem Fall auf, dass Reaktionsprodukte, die in einer Ätzreaktion erzeugt werden, ausreichend verteilt (ausgestoßen) werden und weiterhin die Reaktionstemperatur vergleichsweise niedrig ist. Wenn eine solche Bedingung auftritt, unter der diese Facettenflächen erzeugt werden, wird der Ätzreaktionsmodus der Oberflächenreaktionsraten-gesteuerte. Infolgedessen wird, um diesen Ätzreaktionsmodus in den Dampfphasendiffusionsratengesteuerten zu versetzen, die Reaktionstemperatur erhöht, um eine ausreichende Reaktion gleichförmig in jeder Flächenausrichtung zu haben und/oder der Druck wird erhöht, um die Diffusion der Reaktionsprodukte zu unterdrücken.
  • Infolgedessen führten die Erfinder ein Experiment eines Wasserstoffätzprozesses durch, wobei eine Probe verwendet wurde, bei der eine Grabenform in einem (0001)-Si-Flächen-Siliziumcarbidsubstrat gebildet wurde. Die Temperatur des Siliziumcarbidsubstrates wurde auf 1500 bis 1650°C gewählt und ein Druck wurde auf 2,7 × 104 Pa (200 Torrund 8,6 × 104 Pa (600 Torr) gesetzt. Die 3 und 16 sind grafische Darstellungen bzw. eine Tabelle zur Angabe der Ergebnisse des Experiments. In 16 gibt ein Kreis, d. h. ”O” eine Dampfphasendiffusionsraten-Steuerbedingung wieder, ein Dreieck, d. h. ”Δ” gibt eine leichte Oberflächenreaktionsraten-Steuerbedingung wieder und ein Kreuz, d. h. ”X” gibt eine Oberflächenreaktionsraten-Steuerbedingung wieder.
  • Wie aus dieser Zeichnung hervorgeht, könnte bei Temperaturen gleich oder höher als 1625°C der Eckenbereich bei jedem der oben angegebenen Druckwerte abgerundet werden. Andererseits trat bei der Temperatur von 1500°C eine Facettenfläche auch unter jedem der Druckwerte auf. Mit anderen Worten, die Erfinder haben herausgefunden, dass eine Substrattemperatur gleich oder höher als 1625°C als Wasserstoffätzbedingung vor dem Einbettungsprozess in Siliziumcarbid notwendig ist. Weiterhin konnten die Erfinder zeigen, dass keine Facettenfläche auch bei einer Temperatur von 1600°C unter einem Druck von 8,6 × 104 Pa (600 Torr) auftritt.
  • Weiterhin konnten die Erfinder aus einem anderen Experiment ableiten, dass bei der Flächenausrichtungsanisotropie der Ätzraten die Ätzraten bei jeder Bedingung in der Reihenfolge ”Si”-Fläche, ”a”-Fläche und ”C”-Fläche größer werden. Dieser Sachverhalt ergibt sich daraus, dass, wenn ein Verhältnis von Si-Atomen zu C-Atomen auf der Substratoberfläche eine Ätzrate bestimmt, dann eine Entfernungsstufe der Si-Atome einer Ratensteuerungsstufe entspricht.
  • Danach berücksichtigen die Erfinder die beiden Probleme, dass in einem Anfangszustand oder eine Anfangsstufe eine Einbettungsform einen Überhang ergibt und dass bei einer Endstufe ein Hohlraum erzeugt wird und weiterhin, dass ein weiteres Problem ist, dass die Wachstumsrate an einem inneren Abschnitt des Grabens im Vergleich zu einem Abschnitt ohne Graben absinkt.
  • Zunächst wird es in dem Fall, in dem eine Wachstumsreaktion der Oberflächenreaktionsraten-Steuerung entspricht (entspricht dem niedrigen C/Si-Verhältnis in ”Materials Science Forum” S. 131–134, Vols. 264–268, 1988), d. h. in dem Fall, dass die Wachstumsreaktion bei vergleichsweise niedrige Temperatur mit ausreichender Zufuhr von Rohmaterial durchgeführt wird, da die Wachstumsrate durch eine Kristallflächenausrichtung bestimmt wird, dies ein sehr wirksames Mittel, wenn die Wachstumsrate einer Grabenseitenebene größer als einer Grabenbodenebene ist. Wie voranstehend erläutert sei verstanden, dass der Bereich, wo das Wachstum der bestimmten Ebene aneinander stößt, aufgrund der Oberflächenreaktionsraten-Steuerung allmählich abnimmt. Im Ergebnis gibt es bestimmte Möglichkeiten, dass, da eine Belastung erzeugt, wird, eine Einbettungsschicht mit ausgezeichneter Kristallinität letztendlich nicht gebildet werden kann.
  • Für den Fall, dass die Wachstumsreaktion der Dampfphasendiffusionsraten-Steuerung entspricht (entspricht dem hohen C/Si-Verhältnis in ”Materials Science Forum” S. 131–134, Vols. 264–268, 1988), d. h. für den Fall, dass die Wachstumsreaktion bei vergleichsweise hoher Temperatur und ausreichender Rohmaterialgaszufuhr durchgeführt wird, da eine Materialgaszufuhr zu einem inneren Abschnitt eines Grabens, insbesondere zum Grabenbodenabschnitt notwendigerweise niedriger als für den Abschnitt ohne Graben ist, ist ein Problem möglich, nämlich das Auftreten eines Überhangs und eines Hohlraums und die Filmdicke eines Abschnittes ohne Graben wird erhöht.
  • Die Erfinder vertreten zwei Hypothesen zur Lösung des Problems betreffend die Dampfphasendiffusionsraten-Steuerung. Eine ist, eine Balance zwischen Abscheidungsmenge und Ätzmenge herbeizuführen und die andere ist, die Migration von Gas zu aktivieren, was zu dem Wachstum beiträgt.
  • Die Hypothese einer Balance zwischen Abscheidungsmenge und Ätzmenge wird nachfolgend beschrieben.
  • Während das Wachstum eines Epitaxialfilms eine reversible Reaktion ist, wird ein wesentlicher Wachstumsbetrag auf einer Balance zwischen Abscheidung und Ätzung festgelegt. Mit anderen Worten, während ein Wert, der durch Subtraktion einer Ätzmenge einer Abscheidungsmenge erhalten wird, einer wesentlichen Wachstumsmenge entspricht, wird, wenn der subtrahierte Wert Plus wird, ein Wachstumsprozess durchgeführt, wohingegen, wenn der subtrahierte Wert Minus wird, ein Ätzprozess durchgeführt wird. Bei einem allgemeinen Wachstum kann, da eine Ätzmenge im Vergleich zur Abscheidungsmenge vernachlässigbar gering ist, dieser Abscheidungsbetrag direkt als Wachstumsbetrag betrachtet werden. Unter derartigen Umständen haben für den Fall, dass sowohl Abscheidung als auch Ätzung aktiviert worden sind, nämlich durch Erhöhung der Substrattemperatur, die Erfinder das Verhalten dieser Beziehungen untersucht.
  • Die 17A bis 17H sind konzeptuelle Darstellungen zur Wiedergabe einer Beziehung zwischen Abscheidungsmengen und Ätzmengen (oder Abscheidungsbeträgen und Ätzbeträgen) im Fall eines Niedertemperaturbereichs von annähernd 1550°C und für den Fall eines Hochtemperaturbereichs mit Temperaturen gleich oder größer als 1625°C. 17A zeigt epitaxiales Wachstum in dem Graben für den Fall, dass das epitaxiale Wachstum mit einer geringen Menge an Gaszufuhr (Wachstumsrate ungefähr 2,5 μm) im Niedertemperaturbereich (beispielsweise 1550°C durchgeführt wird). 17B zeigt eine Beziehung zwischen Wachstumsmenge und Tiefe im Graben und das epitaxiale Wachstum wird unter der Bedingung gleich wie in 17A durchgeführt. In 17B stellt XVIIA eine Abscheidungsmenge, XVIIB eine Ätzmenge und XVIIC eine tatsächliche oder in der Praxis auftretende Wachstumsmenge dar, welche erhalten wird durch Subtraktion der Ätzmenge von der Abscheidungsmenge. 17C zeigt epitaxiales Wachstum im Graben für den Fall, dass das epitaxiale Wachstum mit einer hohen Menge an Gaszufuhr (Wachstumsrate ungefähr 5 μm) bei einem niedrigen Temperaturbereich von beispielsweise 1550°C durchgeführt wird. 17D zeigt eine Beziehung zwischen der Wachstumsmenge und der Tiefe im Graben und das epitaxiale Wachstum wird unter der gleichen Bedingung wie in 17C durchgeführt. 17E zeigt epitaxiales Wachstum im Graben für den Fall, dass das epitaxiale Wachstum mit einer geringen Menge an Gaszufuhr (Wachstumsrate ungefähr 5 μm) im hohen Temperaturbereich von beispielsweise 1625°C durchgeführt wird. 17F zeigt eine Beziehung zwischen der Wachstumsmenge und der Tiefe im Graben und das epitaxiale Wachstum wird unter der gleichen Bedingung wie in 17E durchgeführt. 17G zeigt epitaxiales Wachstum im Graben für den Fall, dass das epitaxiale Wachstum mit einer großen Menge an Gaszufuhr (Wachstumsrate ungefähr 5 μm) bei einem hohen Temperaturbereich von beispielsweise 1625°C durchgeführt wird. 17H zeigt eine Beziehung zwischen der Wachstumsmenge und der Tiefe im Graben und das epitaxiale Wachstum wird unter der gleichen Bedingung wie in 17G durchgeführt. In diesem Fall zeigt das konzeptionelle Diagramm die jeweiligen Beziehungen zwischen den Abscheidungsmengen oder -beträgen und den Ätzmengen oder -beträgen für den Fall, dass eine Zufuhrmenge an Gas, welche im epitaxialen Wachstum verwendet wird, auf große Gaszufuhrmenge bzw. kleine Gaszufuhrmenge geschaltet ist.
  • Wie 17 dargestellt, wird für den Fall, dass das epitaxiale Wachstum im normalen niedrigen Temperaturbereich durchgeführt wird, da die Ätzmenge erheblich kleiner als die Abscheidungsmenge ist, die sich ergebende Wachstumsmenge im wesentlichen gleich der Abscheidungsmenge, so dass die oben beschriebenen Probleme nicht gelöst werden können. Andererseits für den Fall, dass das epitaxiale Wachstum in dem Hochtemperaturbereich durchführt wird, d. h., wenn die Abscheidungsmenge gleich oder ein Äquivalent zu der Ätzmenge wird, dann unterscheidet sich die Grabentiefenabhängigkeitscharakteristik der Ausscheidungsmenge von der Grabentiefenabhängigkeitscharakteristik des Ätzbetrags. Somit gibt es einige Möglichkeiten, da die sich ergebende Wachstumsmenge des Grabenbodens größer als die des Abschnittes ohne Graben wird. In diesem letzteren Fall ist es denkbar, die oben beschriebenen Probleme zu lösen.
  • Die andere technische Idee betreffend die Aktivierung der Migration der Gaskeime ergibt sich wie folgt: Allgemein gesagt, beim epitaxialen Wachstum wird zunächst ein Gaskeim an einer Oberfläche eines Substrates absorbiert und nachfolgend erfolgt die Migration oder Einwanderung des absorbierten Gaskeims abhängig von der thermischen Energie und dann wächst dieser Gaskeim an einer optimalen Position. Diese Migrationsdistanz hängt von der Temperatur des Substrates, Konkavitäten/Konvexitäten der Substratoberfläche und der Zufuhrmenge an Materialgas ab. Je höher die Substrattemperatur gemacht wird, umso größer wird die Migrationsdistanz. Je kleiner die Konkavitäten/Konvexitäten der Oberfläche werden, umso länger wird die Migrationsdistanz. Je geringer die Zufuhrmenge an Materialgas wird, umso länger wird die Migrationsdistanz.
  • Infolgedessen, wenn eine Schadensbereich-Entfernungsschritt in einer Hochtemperatur-Wasserstoffatmosphäre vor dem epitaxialen Wachstum durchgeführt wird, wird ein Eckenbereich eines Grabenöffnungsbereichs abgerundet, so dass nicht nur ein Eindringen des Materialgases in den Graben wirksam beschleunigt werden kann, sondern auch Konkavitäten/Konvexitäten der Grabenseitenebene und Konkavitäten/Konvexitäten der Eckenabschnittes des Grabenöffnungsabschnittes sich im Atombereich verringern können. Im Ergebnis kann ein Effekt erhalten werden, der in der Lage ist, die Migrationsdistanz während des epitaxialen Wachstums zu verlängern. Mit anderen Worten, ein Stoppen des Gaskeims in dem Grabenöffnungsabschnitt kann unterdrückt werden und weiterhin kann das Wachstum innerhalb des Grabens erhöht werden.
  • Zusätzlich, wenn die Substrattemperatur während des epitaxialen Wachstums erhöht wird, kann die Migrationsdistanz weiter verlängert werden und das Wachstum innerhalb des Grabens kann beschleunigt werden. Weiterhin haben die Erfinder mit Blick auf die Migrationsdistanz erkannt, dass, je kleiner die Zufuhrmenge an Materialgas wird, umso besser die Einbettungscharakteristiken werden. D. h., die Erfinder kamen zu der technischen Idee, dass der Schaden in einer Hochtemperatur-Wasserstoffatmosphäre entfernt wird; das epitaxiale Wachstum bei der hohen Temperatur durchgeführt wird; und darüber hinaus die Zufuhrmenge an Materialgas eingeschränkt wird, so dass die Migrationsdistanz verlängert wird. Das epitaxiale Wachstum in dem Grabenöffnungsabschnitt kann verringert werden. Das Wachstum innerhalb des Grabens kann erhöht werden. Im Ergebnis lassen sich das Auftreten von Überhängen und von Hohlräumen, wie im Stand der Technik, vermeiden.
  • Obgleich weiterhin das Wachstum eines epitaxialen Filmes eine umkehrbare Reaktion ist, wird eine wesentliche Wachstumsmenge basierend auf einer Balance zwischen Abscheidung und Ätzung bestimmt. Mit anderen Worten, da ein solcher Wert erhalten wird durch Subtraktion eines Ätzbetrages oder einer Ätzmenge von einem Abscheidungsbetrag oder einer Abscheidungsmenge und dieser Betrag der sich ergebenden Wachstumsmenge oder dem sich ergebenden Wachstumsbetrag entspricht, wird, wenn der Subtraktionswert Plus wird, ein Wachstumsprozess durchgeführt, wohingegen, wenn der Subtraktionswert Minus wird, ein Ätzprozess durchgeführt wird. Da bei einem allgemeinen Wachstum eine Ätzmenge vergleichsweise klein im Vergleich zur Abscheidungsmenge ist, lässt sich diese Abscheidungsmenge direkt als Wachstumsmenge betrachten. Unter diesen Umständen und für den Fall, dass sowohl eine Abscheidung als auch eine Ätzung aktiviert sind, d. h., bei einer erhöhten Substrattemperatur, wurde von den Erfindern untersucht, wie sich die entsprechenden Beziehungen verhalten.
  • Die 8A und 8B sind konzeptuelle Darstellungen zur Wiedergabe vorhergesagter Wachstumsmoden in einem Fall, dass ein Graben in einer (0001)-Si-Fläche gebildet wird, eine Seitenebene als eine ”a”-Fläche definiert ist und eine Substrattemperatur erhöht ist. XVIIIA gibt einen Bereich wieder, der von Wasserstoff zu ätzen ist, XVIIIB gibt einen Bereich wieder, der durch das Wasserstoffätzen beeinflusst wird und XVIIIC gibt einen Abschnitt epitaxialen Wachstums (d. h. einen schraffierten Bereich) wieder.
  • Zuerst zeigt 8A eine Form, welche durch einen H2-Ätzprozess erhalten wurde, wenn Materialgas (SiH4, C3H8) dem Trägergas (H2) nicht hinzugefügt wird. Aufgrund der Flächenausrichtungsanisotropie des oben genannten H2-Ätzprozesses ist die Ätzrate an der Seitenebene des Grabens 100 höher als die Ätzraten an der Bodenebene des Grabens 100 und des Abschnittes ohne Graben, wobei die sich ergebende Form durch selektives Ätzen der Seitenebene des Grabens 100 erhalten wird. Weiterhin ist der Eckabschnitt des Grabens 100 aufgrund des Effekts der Dampfphasendiffusionsraten-Steuerung abgerundet.
  • Demgegenüber zeigt 8B eine Wachstumsform, die erhalten wird, wenn Materialgas (SiH4, C3H8) dem Trägergas (H2) hinzugefügt wird. In diesem Fall wird das Wachstum stark von der Flächenausrichtungsanisotropie des oben genannten H2-Ätzprozesses beeinflusst, so dass die Wachstumsrate an der ”a”-Fläche niedriger als die an der Si-Fläche wird. Im Ergebnis ist für die Wachstumsraten vorhersagbar, dass die Wachstumsrate in der Reihenfolge von oberer Seitenebene des Grabens 100, unterer Seitenebene des Grabens 100, Abschnitt ohne Graben und Bodenabschnitt des Grabens 100 zunimmt.
  • Wenn diese Wachstumsrate realisiert wird, können die nachfolgend genannten Probleme gelöst werden. Genauer gesagt, das Problem ist, dass in der Anfangsstufe die Einbettungsform ein Überhang wird und in der Endstufe der Hohlraum erzeugt wird. Weiterhin ist es ein Problem, dass die Wachstumsrate des inneren Abschnitts des Grabens kleiner als diejenige des Abschnittes ohne Graben wird. Diese Probleme können erfindungsgemäß gelöst werden. Die Erfinder haben ein Bestätigungsexperiment auf nachfolgende Weise durchgeführt.
  • Von den Erfindern der vorliegenden Erfindung wurde eine Probe verwendet, bei der eine Grabenform in einem Siliziumcarbidsubstrat ausgebildet wurde, wobei sowohl Wachstumstemperatur als auch Materialgaszufuhrmenge (sich ergebende Wachstumsrate) als Wachstumsparameter geändert wurden und ein Einbettungswachstumsprozess wurde durchgeführt. Hierbei wurde ein Wasserstoffätzprozess vor dem Einbettungswachstumsprozess unter einer Bedingung durchgeführt, bei der eine Temperatur von 1650°C und ein Druck von 2,7 × 104 Pa (200 Torr) vorlag.
  • 9 zeigt die Ergebnisse dieses Experiments. In 9 gibt ein Kreis, d. h. ”O” den Zustand wieder, dass kein Hohlraum gebildet wurde und ein Kreuz ”X” gibt den Zustand wieder, dass ein Hohlraum ausgebildet wurde. Im Ergebnis, bei einer Probe, bei der die Wachstumstemperatur gleich oder höher als 1625°C war und die Wachstumsrate annähernd 2,5 μm oder weniger betrug, konnten die oben beschriebenen Probleme gelöst werden. Mit anderen Worten, bei den Proben zeigte sich in der Anfangsstufe keine Neigung zum Überhang und weiterhin traten in der Endstufe die Hohlräume nicht auf. Die 10A, 10B und 10C zeigen zeitliche Änderungen der Wachstumsformen für den Fall, dass die Wachstumstemperatur 1625°C und die Wachstumsrate annähernd 2,5 μm beträgt. 10A zeigt den Zustand nach einer Wachstumsdauer von 10 Minuten, 10B zeigt den Zustand nach einer Wachstumsdauer von 30 Minuten und 10C zeigt den Zustand nach einer Wachstumsdauer von 60 Minuten. XVIII gibt einen epitaxialen Wachstumsabschnitt (d. h. einen schattierten Bereich) wieder. Die Wachstumsrate steigt in der Reihenfolge von oberer Seitenebene des Grabens 100, unterer Seitenebene des Grabens 100, Abschnitt ohne Graben und Bodenabschnitt des Grabens 100 an. Mit anderen Worten, die Wachstumsrate am inneren Abschnitt des Grabens 100 wird im Vergleich zu dem Abschnitt ohne Graben ebenfalls erhöht. Diese Tatsache steht nicht im Widerspruch zu der Schlussfolgerung, die aus der Tatsache getroffen wird, dass die Ätzrate der ”a”-Fläche größer als diejenige der Si-Fläche ist.
  • Die 23A und 23B sind konzeptionelle Diagramme zur Veranschaulichung vorhergesagter Wachstumsmoden für den Fall, dass Gräben 100 in ”(000-1)-C”-Flächen gebildet werden und die Seitenoberflächen als ”a”-Flächen bestimmt sind. XXIIIA gibt einen epitaxialen Wachstumsabschnitt (d. h. schraffierten Bereich) wieder. 23A zeigt die Wachstumsform im Fall einer allgemeinen Materialzufuhrratensteuerung (Dampfphasendiffusionsraten-Steuerung). Normalerweise kann diese Wachstumsform bei einer Wachstumstemperatur von annähernd 1550°C und einer Wachstumsrate von annähern 2,5 μm/h realisiert werden.
  • Wenn nun die Temperatur beim epitaxialen Wachstum weiter erhöht wird (d. h. die Dampfphasendiffusionsraten-Steuerung wird verstärkt), wird die oben beschriebene Flächenazimut-Anisotropie des Wasserstoffätzens stark beeinflusst. Mit anderen Worten, der Zustand, dass die Ätzrate der ”C”-Fläche größer als die Ätzrate der ”a”-Fläche ist, kann Einfluss ausüben, so dass die Wachstumsrate der ”a”-Fläche im Vergleich zur Wachstumsrate der ”C”-Fläche groß wird, so dass die Wachstumsform gemäß 23B realisiert werden kann. In diesem Fall wird das Wachstum der Grabenseitenfläche dasjenige mit der höchsten Geschwindigkeit und somit kann das Auftreten eines Überhangs bei der Anfangsstufe unterdrückt werden und weiterhin kann das Auftreten des Hohlraums in der Endstufe unterdrückt werden. In diesem Fall ergeben sich keine neuen Abflachungseffekte aufgrund des Ätzvorgangs, so dass ein Verschließen der Öffnungsabschnitte der Gräben 100 verhindert werden kann. Weiterhin, wenn der Einbettungsprozess durchgeführt wird, wird die Wachstumsfilmdicke in den Abschnitten ohne Gräbenausbildung gering im Vergleich zur Tiefe des Grabenabschnittes, was von der Flächenazimutanisotropie der Wachstumsrate herrührt. Im Ergebnis kann die entfernte Filmdicke des unnötigen Epitaxialfilms in dem Rückätzschritt nach dem Einbettungsvorgang verringert werden.
  • Während die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Probe verwendeten, bei der eine Grabenform in einem (0001)-C-Flächensiliziumcarbid-Substrat gebildet war und weiterhin Wachstumstemperatur und Materialgaszufuhrmenge (sich ergebende Wachstumsrate) als Wachstumsparameter geändert wurden, wurde der Einbettungsaufwachsprozess durchgeführt. Hierbei wurde vor dem Einbettungsaufwachsprozess ein Wasserstoffätzprozess unter einer Bedingung durchgeführt, bei der die Temperatur 1625°C und der Druck 2,7 × 104 Pa (200 Torr) betrug.
  • 24 zeigt das Ergebnis dieses Experiments. Im Ergebnis konnte mit einer Probe, bei der die Wachstumstemperatur gleich oder höher als 1625°C ist und die Wachstumsrate annähernd 2,5 μm oder weniger beträgt, das oben beschriebene Problem bzw. die oben beschriebenen Probleme gelöst. Mit anderen Worten, bei der Probe zeigt sich kein Überhang bei der Anfangsstufe und weiterhin trat in der Endstufe kein Hohlraum auf. Die Wachstumsrate wird in der Reihenfolge von Abschnitt ohne Graben, Bodenabschnitt des Grabens 100, obere Seitenebene des Grabens 100 und untere Seitenebene des Grabens 100 erhöht. Mit anderen Worten, nachdem der Einbettungsprozess beendet ist, kann die Wachstumsdicke im Abschnitt ohne Graben kleiner als die Tiefe des Grabens gemacht werden.
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 ist eine Schnittdarstellung eines J-FET in einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau des J-FET wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, wird ein N+-Substrat 1 mit einer Siliziumcarbidfläche ”(0001) Si” verwendet und dieses N+-Substrat 1 hat eine hohe Verunreinigungskonzentration gleich oder höher als 1 × 1019 cm–3; auf einer Hauptoberfläche dieses N+-Substrates 1 wird eine N–-Driftschicht 2 ausgebildet und diese N–-Driftschicht 2 hat eine niedrige Verunreinigungskonzentration von beispielsweise 1 × 1013 bis 5 × 1015 cm–3. Epitaxial wird ein erster Gatebereich 3 auf einer P+-Schicht auf die Oberfläche der N–-Schicht 2 aufgewachsen. Dieser erste Gatebereich 3 hat eine hohe Verunreinigungskonzentration von beispielsweise von 5 × 101 bis 5 × 1019 cm–3.
  • Auf die Oberfläche des ersten Gatebereichs 3 wird ein N–-Bereich 4 epitaxial aufgewachsen. Auf der Oberfläche des N–-Bereichs 4 wird weiterhin ein N+-Sourcebereich 5 epitaxial aufgewachsen, wobei der N+-Bereich 5 eine hohe Verunreinigungskonzentration von beispielsweise 1 × 1018 bis 5 × 1019 cm–3 hat. Da der N–-Bereich 4 zwischen dem N+-Sourcebereich 5 und dem P+-Gatebereich 3 eingeschlossen ist, mildert dieser N–-Bereich 4 ein elektrisches Feld zwischen PN-Übergängen hoher Konzentration. Der N–-Bereich 4 wird nachfolgend als ”elektrischer Feldminderungsbereich (erster elektrischer Feldminderungsbereich)” bezeichnet. Eine Dicke dieses elektrischen Feldminderungsbereichs 4 ist kleiner oder gleich beispielsweise 0,5 μm und seine Verunreinigungskonzentration ist niedriger als diejenige des N+-Sourcebereichs 5.
  • Weiterhin wird ein Graben 6 derart ausgebildet, dass dieser Graben 6 von der Oberfläche des N+-Sourcebereichs 5 durch den elektrischen Feldminderungsbereich 4 und den ersten Gatebereich 3 verläuft und dann den N–-Driftbereich 2 erreicht. Eine N–-Kanalschicht 7 mit einer Verunreinigungskonzentration im wesentlichen gleich derjenigen des N–-Driftbereichs 2 ist an der Innenwand dieses Grabens 6 epitaxial aufgewachsen. Ein zweiter P+-Gatebereich 8 mit einer Verunreinigungskonzentration im wesentlichen gleich derjenigen des ersten Gatebereichs 3 ist auf der Oberfläche dieser N–-Kanalschicht 7 derart aufgewachsen, dass der Graben 6 eingebettet oder ausgefüllt ist. Die Oberfläche der N–-Kanalschicht 7 und die Oberfläche des zweiten Gatebereichs 8 bilden die gleiche Ebene wie die Oberfläche des N+-Sourcebereichs 5.
  • Eine zweite Gateelektrode 9 ist elektrisch mit der Oberfläche des zweiten Gatebereichs 8 verbunden und ein isolierender Zwischenfilm 10 ist so ausgebildet, dass dieser isolierende Zwischenfilm 10 die zweite Gatelektrode 9 abdeckt. Weiterhin ist eine Sourceelektrode 11 ausgebildet, welche über eine Kontaktöffnung in dem isolierenden Zwischenfilm 10 elektrisch mit dem N+-Sourcebereich 5 verbunden ist.
  • Wie weiterhin in einem von 1 abweichenden Schnitt sichtbar ist, ist der erste Gatebereich 3 weiterhin elektrisch mit einer ersten Gateelektrode 12 verbunden, wobei eine an den ersten Gatebereich 3 über die erste Gateelektrode 12 angelegte Spannung gesteuert wird. Eine Drainelektrode 13 ist auf Seiten einer rückwärtigen Oberfläche des N+-Substrats 1 ausgebildet, womit der Haltleiteraufbau von 1 vollständig ist.
  • Der J-FET mit dem oben erläuterten Aufbau wird in einem normalerweise abgeschalteten Modus betrieben. Dieser Betrieb kann unterschiedlich voneinander sein, und zwar abhängig von den Anschlussmoden der ersten Gatelektrode 12 und der zweiten Gateelektrode 9 und der Betrieb wird auf folgende Weise durchgeführt.
  • In einem Modus, in welchem Potentiale an der ersten Gateelektrode 12 und der zweiten Gateelektrode 9 gesteuert werden können, wird ein Doppelgatebetrieb durchgeführt, bei welchem ein Ausdehnungsbetrag von Verarmungsschichten gesteuert wird, welche sich von den beiden ersten und zweiten Gatebereichen 3 und 8 zur Seite der N–-Kanalschicht 7 abhängig von den Potentialen von den ersten und zweiten Gatelektroden 12 und 9 erstrecken. Wenn beispielsweise keine Spannung an die ersten und zweiten Elektroden 12 und 9 angelegt wird, ist die N–-Kanalschicht 7 durch Verarmungsschichten abgeklemmt, welche sich von den ersten und zweiten Gatebereichen 3 und 8 aus erstrecken. Infolgedessen wird ein Strom zwischen Source und Drain abgeschaltet. Wenn dann eine Vorwärtsspannung zwischen die ersten und zweiten Gatenbereiche 3 und 8 und die N–-Kanalschicht 7 angelegt wird, wird der Erstreckungsbetrag der Verarmungsschichten, welche sich zur N–-Kanalschicht 7 erstrecken, verringert. Im Ergebnis bildet sich ein Kanal und zwischen Source und Drain fließt ein Strom.
  • In einem Modus, in dem nur das Potential der ersten Gateelektrode 12 unabhängig steuerbar ist und das Potential der zweiten Gateelektrode 9 beispielsweise das Potential der Sourceelektrode 11 ist, wird ein Einzelgatebetrieb durchgeführt, der den Erstreckungsbetrag der Verarmungsschicht steuert. Diese Verarmungsschicht erstreckt sich von der Seite des ersten Gatebereichs 3 zur Seite der N–-Kanalschicht 7 basierend auf dem Potentiel der ersten Gateelektrode 12. Auch in diesem Einzelgatebetrieb kann ein ähnlicher Betrieb durchgeführt werden, der grundsätzlich dem Betrieb im Fall des Doppelgatebetriebs entspricht. Jedoch erfolgt ein Kanalausbildungsvorgang nur durch die Verarmungsschicht, die sich von der Seite des ersten Gatebereichs 3 aus erstreckt.
  • In einem Modus, in dem nur das Potential der zweiten Gateelektrode 9 unabhängig steuerbar ist und das Potential der ersten Gatelektrode 12 beispielsweise das Potential der Sourceelektrode 11 ist, wird ein Einzelgatebetrieb durchgeführt, der den Erstreckungsbetrag der Verarmungsschicht steuert. Diese Verarmungsschicht erstreckt sich von der Seite des zweiten Gatebereichs 9 zur Seite der N–-Kanalschicht 7 basierend auf dem Potential der zweiten Gateelektrode 9. Auch in diesem Einzelgatebetrieb kann ein ähnlicher Vorgang durchgeführt werden wie im Fall des Doppelgatebetriebs. Ein Kanalausbildungsvorgang erfolgt jedoch nur durch die Verarmungsschicht, die sich von der Seite des zweiten Gatebereichs 9 aus erstreckt.
  • Ein Verfahren zur Herstellung der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Herstellungsschritte für die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung beschrieben, welche in den 2A bis 2F gezeigt sind.
  • [Herstellungsschritt von Fig. 2A]
  • Zunächst wird das N+-Substrat 1 mit der Siliziumcarbidfläche ”(0001) Si” bereitet. Wenn das Substrat 1 mit einer solchen Flächenausrichtung verwendet wird, sind, selbst wenn der Böschungswinkel des Grabens 6 nicht gleich 90° ist, die Verhältnisse von Kohlenstoffatomen zu Siliziumatomen, die an den Oberflächen der Seitenebenen des Grabens 6 vorhanden sind, im wesentlichen einander gleich. Als Folge hiervon können Parameter der Haltleitervorrichtung leicht gestaltet werden.
  • Sodann wird ein Halbleitersubstrat 20 aus Siliziumcarbid bereitet, in welchem die N–-Driftschicht 2, der erste P+-Gatebereich 3, der N–-Bereich 4 und der N+-Sourcebereich 5 aufeinanderfolgend auf dem N+-Sbstrat 1 mit dieser Flächenausrichtung gestapelt sind. Die N–-Driftschicht 2, der erste P+-Gatebereich 3, der N–-Bereich 4 und der N+-Sourcebereich 5 sind aus epitaxialen Filmen gemacht. Ein LTO-Film (Oxidfilm) 21, der eine Maske für einen Grabenätzprozess darstellt, wird auf einer oberen Ebene dieses Halbleitersubstrates 20 ausgebildet und danach wird das sich ergebende Halbleitersubstrat 20 mittels Fotolithographie gemustert. Als Musterung wird ein derartiges Streifenmuster gewählt, bei dem eine Längsrichtung des Öffnungsabschnittes parallel zur Offset-Richtung des Substrates 20 liegt; eine Breite (Grabenbreite) des Öffnungsabschnittes wird auf beispielsweise 2 μm gesetzt und ein Abstand zwischen den einzelnen Grabenmustern wird beispielsweise auf 1,5 μm gesetzt.
  • Wenn die Grabenmuster als Streifenmuster gewählt werden, welche parallel zur Offset-Ausrichtung des Halbleitersubstrats 20 liegen, werden die Kristallflächen der beiden Seitenebenen vollständig symmetrisch angesichts der Kristallflächenausrichtung. Wie weiterhin nachfolgend erläutert wird, ist es während des epitaxialen Wachstums möglich, die Ausbildung einer ”C”-Flächenfacette zu vermeiden, welche an einem Eckabschnitt eines oberen Bereichs des Grabens 6 gebildet wird. Im Ergebnis sind sowohl die Formen als auch die Verunreinigungsprofile der Epitaxialfilme, welche auf den beiden Seitenebenen des Grabens 6 ausgebildet werden, vollständig symmetrisch zueinander und somit sind die elektrischen Eigenschaften, wie die Schwellenwertspannungen der Halbleitervorrichtung gleichförmig. Da weiterhin die ”C”-Flächenfacette am oberen Abschnitt des Grabens 6 nicht vorhanden ist, ist es auch möglich, Leckstromfehler in der Haltleitervorrichtung zu vermeiden.
  • [Herstellungsschritt von Fig. 2B]
  • Nachfolgend wird ein Trockenätzvorgang zur Ausbildung des Grabens 6 durchgeführt, während der LTO-Film als Maske verwendet wird, wobei ein Graben 6 gebildet wird, der den ersten Gatebereich 3 durchdringt und die N–-Driftschicht 2 erreicht, wobei der Neigungs- oder Böschungswinkel hiervon größer oder gleich 80° ist; eine Tiefe des Grabens 6 ist tiefer oder gleich als 4 μm und weiterhin ist ein Längen- oder Streckenverhältnis größer oder gleich 2. Zu diesem Zeitpunkt werden aufgrund von Schäden durch den Trockenätzprozess Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten in der Größenordnung von 100 nm an den Seitenebenen des Grabens 6 erzeugt und Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten in der Größenordnung von 10 nm werden an der Bodenebene des Grabens 6 erzeugt. Weiterhin werden Umänderungsschichten mit Tiefen von annähernd 10 nm an den Seitenebenen und der Bodenebene des Grabens 6 gebildet.
  • [Herstellungsschritt von Fig. 2C]
  • Nachfolgend wird ein Schadenentfernungsschritt für den Trockenätzvorgang in einer Hochtemperaturwasserstoffatmosphäre durchgeführt. Genauer gesagt, auf der Grundlage von experimentellen Ergebnissen wird zu diesem Zeitpunkt ein Schadensentfernungsschritt durchgeführt.
  • Es sei nun angenommen, dass eine Temperatur des Substrates 1 als ”T” definiert ist; es wurde eine Untersuchung an einer Beziehung zwischen dem Kehrwert ”(1/T)” dieser Substrattemperatur ”T” und dem Druck ”P” gemacht und das in 3 gezeigte Ergebnis wurde erhalten. In der Darstellung von 3 bezeichnet das Symbol ”O” den Fall, bei dem ein Ätzreaktionsmodus dampfphasendiffusionsraten-gesteuert wird. Das Symbol ”Δ” zeigt einen Fall, bei dem ein Ätzreaktionsmodus im wesentlichen dampfphasendiffusionsratengesteuert ist, jedoch ein geringer Anteil an Oberflächenreaktionsraten-Steuerung vorhanden ist. Symbol ”X” zeigt den Fall, bei dem der Ätzreaktionsmodus oberflächenreaktionsraten-gesteuert wird. Aus diesem Beziehungsdiagramm kann die folgende Tatsache ermittelt werden: Wenn die Beziehung der nachfolgend erwähnten Formel erfüllt werden kann, wird der Ätzreaktionsmodus dampfphasendiffusionsraten-gesteuert. Das heißt, als Grenze zwischen den Substrattemperaturen und den Drücken für den Fall, dass der Ätzreaktionsmodus dampfphasendiffusionsraten-gesteuert wird und für den Fall, dass die Oberflächenreaktionsraten-Steuerung in dem oben beschriebenen Fall enthalten ist, wird eine gerade Linie bezüglich den Maximalwerten der Substrattemperatur und des Druckes für den Fall gezogen, dass der Ätzreaktionsmodus dampfphasendiffusionsraten-gesteuert wird, wobei diese Werte experimentell ermittelt wurden und diese gerade Linie wird dann als lineare Gleichung ausgedrückt: P × 1,33 × 102 ≥ a/T – b. (Formel 1)
  • Es sei festzuhalten, dass ”a” und ”b” Konstanten sind, nämlich a = 4,16 × 106 und b = 2,54 × 104.
  • Infolgedessen wird bei dem Modus der ersten Ausführungsform in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von höher oder gleich 1600°C unter Unterdruck, beispielsweise in einer Hochtemperaturwasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1625°C und bei 2,7 × 104 Pa (200 Torr) die Schadensbeseitigung des Grabenätzvorgangs für annähernd 5 Minuten durchgeführt.
  • Es sei festzuhalten, dass eine obere Grenztemperatur in dem Schadensentfernungsschritt auf 1700°C gesetzt ist. Der Grund hierfür ist wie folgt: Wenn die obere Grenztemperatur 1700°C übersteigt, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass an der Substratoberfläche eine Stufenausstanzung auftritt. Wenn die obere Grenztemperatur niedriger oder gleich 1700°C ist, kann das Auftreten der Stufenausstanzungen vermieden werden.
  • Da wie oben erläutert der Schadensentfernungsschritt annähernd 5 Minuten lang durchgeführt wird, werden annähernd 20 nm der Seitenebenen des Grabens 6 weggeätzt und annähernd 40 nm der Bodenebene hiervon werden weggeätzt, so dass sowohl Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten und Umänderungsschichten vollständig entfernt werden.
  • Weiterhin wird gleichzeitig der LTO-Film 21 der Maske für den Grabenätzprozess vollständig entfernt. Mit anderen Worten, obgleich der LTO-Film 21 als Maske für den Grabenätzvorgang verwendet worden ist, hat ein Oxidfilm eines Halbleiters das Merkmal, dass dieser Oxidfilm leicht weggeätzt wird und weiterhin ist eine Verunreinigung, beispielsweise ein Metall, nicht enthalten. Als Folge hiervon können, wenn dieses Merkmal verwendet wird, sowohl der Schadensentfernungsschritt unter Verwendung von Hochtemperaturwasserstoff und der Grabenmaskenentfernungsschritt gleichzeitig durchgeführt werden. Im Ergebnis kann ein Grabenmaskenentfernungsschritt weggelassen werden, von dem denkbar ist, dass er zwischen dem Grabenausbildungsschritt und dem Schadenentfernungsschritt durch Verwendung des Hochtemperaturwasserstoffs notwendig ist.
  • Zusätzlich werden zu dieser Zeit die Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten der Grabenseitenebenen ebenfalls um annähernd 5 nm abgetragen. Bei den Ätzbedingungen zu diesem Zeitpunkt wird die Ätzreaktion dampfphasendiffusionsratengesteuert. Als Ergebnis erhalten ein Grabeneckabschnitt am Grabenöffnungsabschnitt und am Grabenbodenabschnitt eine abgerundete Form ohne Facettenebene. Bei dem Grabenöffnungsabschnitt kann die abgerundete Form die Eindringung von Materialgas in den Graben 6 wirksam beschleunigen, wenn beim nächsten Herstellungsschritt ein Epitaxialfilm aufgewachsen wird. Im Ergebnis ist es möglich, das Auftreten eines Überhangs in dem Fall zu vermeiden, in dem das Längenverhältnis des Grabens 6 hoch gemacht wird. Infolgedessen kann, selbst wenn die N–-Kanalschicht 7 und der zweite P+-Gatebereich 8 im folgenden Schritt ausgebildet werden, der Graben 6 durch diese Kanalschicht 7 und den zweiten Gatebereich 8 ausgekleidet werden, wobei kein Hohlraum erzeugt wird. Andererseits, da der Grabenbodenabschnitt den Effekt hat, dass er in der Lage ist, Kristallbelastungen zu verteilen, welche während des expitaxialen Wachstums erzeugt werden, um solche Kristallbelastungen abzumildern, wird ein Epitaxialfilm mit besserer Kristallinität gebildet. Zusätzlich wird zu diesem Zeitpunkt die Länge eines ebenen Abschnitts (Si-Ebenenabschnitt) zwischen den Grabenmustern durch den Ätzvorgang von 1,5 μm auf 1,1 μm verringert.
  • [Herstellungsschritt gemäß Fig. 2D]
  • Nachfolgend wird eine N–-Kanalschicht 7 aus einem epitaxialen Dünnfilm durchgehend auf der gleichen Halbleitervorrichtung ausgebildet, wie die Halbleitervorrichtung an der der Schadensentfernungsschritt durchgeführt wurde. Wie oben erläutert, da sowohl der Schadenentfernungsschritt als auch der Ausbildungsschritt des epitaxialen Dünnfilms innerhalb der gleichen Halbleitervorrichtung durchgeführt werden, muss das Halbleitersubstrat nicht der Atmosphäre ausgesetzt werden und Verunreinigungsablagerungen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates lassen sich verringern. Da weiterhin eine Temperaturanhebe/-absenkzeit zum Erhitzen und Abkühlen des Substrates wegfällt, kann der Herstellungsdurchsatz der Halbleitervorrichtung verbessert werden.
  • In diesem epitaxialen Aufwachsschritt wird ein epitaxialer Aufwachsvorgang durch Leiten von SiH4-Gas und C3H8-Gas, welche Materialgas darstellen, in eine Hochtemperaturwasserstoffatmosphäre bei gleich oder mehr als 1625°C durchgeführt. Nachfolgend wird N2-Gas, welches ein Dotiergas ist, geeignet verwendet, um die N-Verunreinigungskonzentration zu steuern. Zu diesem Zeitpunkt ist es bevorzugt, eine obere Grenztemperatur wie beim epitaxialen Wachstum ebenfalls auf 1700°C festzulegen, um das Auftreten von Stufenausstanzungen zu vermeiden.
  • Eine Gasflussrate wird so festgesetzt, dass die Wachstumsrate niedriger oder gleich 2,5 μm/h ist. Wenn die Wachstumsrate auf eine derartige Wachstumsrate festgesetzt wird, schreitet das epitaxiale Wachstum durch die Dampfphasendiffusionsreaktion fort und es ist möglich, zu vermeiden, dass eine Facettenebene nach dem epitaxialen Aufwachsen auftritt.
  • Da, wie vorausstehend erläutert, die epitaxiale Wachstumsreaktion die Dampfphasendiffusionsreaktion wird, kann ein Epitaxialfilm mit einer besseren Kristallinität und weniger Kristallbelastungsverzerrungen auch in dem Grabeneckabschnitt und in dem Grabenbodenabschnitt ausgebildet werden. Da weiterhin sowohl das Ätzen als auch die Abscheidung aktiviert sind und weiterhin der Ätzbetrag mit dem Abscheidungsbetrag ausbalanciert ist, wird der Ätzprozess an der Seitenebene (”a”-Fläche) beschleunigt, so dass Wachstumsmoden realisiert werden, bei denen die Wachstumsraten sequenziell in der Reihenfolge von Grabenseitenebene, Abschnitt ohne Graben und Grabenbodenebene ansteigen. Da gleichzeitig die Wachstumsrate am unteren Abschnitt der Seitenebene größer als die Wachstumsrate am oberen Abschnitt dieser Seitenebene gemacht werden kann, kann das Auftreten einer sogenannten ”Überhangform” verhindert oder unterdrückt werden.
  • Da weiterhin die Grabenmuster den Streifen entsprechen, welche parallel zur Aus-Richtung des Substrates 1 liegen, werden sowohl die Formen als auch die Verunreinigungsprofile der Epitaxialfilme, welche an den beiden Seitenebenen des Grabens 6 ausgebildet werden, vollständig symmetrisch zueinander und somit werden die elektrischen Eigenschaften, beispielsweise die Schwellenwertspannungen der Halbleitervorrichtung gleichförmig. Weiterhin ist es möglich, die Ausbildung der ”C”-Flächenfacettenebene zur Verhindern, welche an dem Eckabschnitt des oberen Grabenabschnittes erzeugt wird. Im Ergebnis kann ein Element mit ausgezeichneter Ein-/Ausleistung realisiert werden.
  • [Herstellungsschritt gemäß Fig. 2E]
  • Nachfolgend wird als Einbettungsschicht ein P+-Typ eines zweiten Gatebereichs 8 unter ähnlicher Epitaxialbedingung wie die N–-Kanalschicht 7 ausgebildet. Wenn der zweite Gatebereich 8 ausgebildet wird, ergeben sich unterschiedliche Punkte zur Ausbildung der N–-Kanalschicht 7 wie folgt: Da der Typ dieses zweiten Gatebereichs einem P-Typ entspricht, wird anstelle von N2 Trimethylaluminium verwendet. Auch in diesem Fall wird der Ätzbetrag mit dem Abscheidungsbetrag ausbalanciert und der Ätzvorgang ist an der Seitenebene (”a”-Fläche) beschleunigt. Insbesondere wird in einem Zustand, bei dem der Einbettungsprozess fortschreitet, der ebene Bereich (Si-Flächenabschnitt) zwischen den Grabenmustern vollständig zum Verschwinden gebracht, so dass das Wachsstum weiter unterdrückt wird. Im Ergebnis steigen die Wachstumsraten sequenziell in der Reihenfolge von Grabenseitenebene, Abschnitt ohne Graben und Grabenbodenebene an. Da weiterhin die Wachstumsrate im unteren Abschnitt des Grabens groß gemacht werden kann im Vergleich zu dem Abschnitt des oberen Grabens, kann in der Grabenseitenebene das Auftreten des Hohlraums vermieden werden. Weiterhin wird der Entfernungsbetrag in einem Rückätzschritt nach der Ausbildung des zweiten Gatebereichs 8 geringer als die Grabentiefe gemacht.
  • Weiterhin wird ein anderer Konzentrationssteuervorgang bevorzugt derart durchgeführt, dass die Verunreinigungskonzentration, nämlich die P-Konzentration an der Anfangsstufe, unterschiedlich zu der Verunreinigungskonzentration an der Endstufe während des epitaxialen Wachstums ist. Genauer gesagt, wenn die Flussrate von Trimethylaluminium derart gesteuert wird, dass die Verunreinigungskonzentration in der Endstufe größer als die Verunreinigungskonzentration in der Anfangsstufe wird, lassen sich die Elementeigenschaften weiter verbessern. Beispielsweise wird in der Anfangsstufe die Verunreinigungskonzentration mit 5 × 108 cm–3 gewählt und die Dicke der Seitenebene wird als 0,2 μm gewählt und danach wird der Graben 6 mit der Verunreinigungskonzentration von 1 × 102 cm–3 eingebettet. Im Ergebnis wird in einer Wachstumsanfangsschicht, wo eine PN-Übergangsgrenzebene gebildet wird, die Verunreinigungskonzentration vergleichsweise gering, so dass ein PN-Übergang mit ausgezeichneter Kristallinität und geringem Leckstrom und auch geringer Kristallverzerrung gebildet wird. Andererseits wird in der Endstufe die Verunreinigungskonzentration auf eine hohe Verunreinigungskonzentration gesetzt, um den Schichtwiderstand der Einbettungsschicht zu verringern und auch um einen Kontaktwiderstand gegenüber einer Elektrode zu verringern. Eine Schaltgeschwindigkeit der Leistungsvorrichtung kann mit der oben erläuterten Vorgehensweise verbessert werden.
  • [Herstellungsschritt gemäß Fig. 2F]
  • Nachfolgend werden nicht benötigte Abschnitte sowohl der N–-Kanalschicht 7 als auch des P+-Typs. des zweiten Gatebereichs 8, welche im Abschnitt ohne Graben ausgebildet wurden, mittels CMP (chemisch/mechanisches Polieren) oder dergleichen zurückgeätzt. Danach wird eine Elektrodenausbildungsschritt etc. durchgeführt, so dass die N–-Kanalschicht 7 und der zweite Gatebereich 8 des P+-Typs des J-FET des Grabentyps gemäß 1 erhalten werden. Da in diesem Fall die epitaxialen Wachstumsraten in der Reihenfolge: Grabenseitenebene, Abschnitt ohne Graben und Grabenbodenebene sequenziell erhöht werden, kann der Ätzbetrag, der für den Rückätzvorgang notwendig ist, kleiner als die Grabentiefe gemacht werden und die Steuereigenschaften des Ätzbetrags werden besser.
  • Wie voranstehend beschrieben, wird im Modus der ersten Ausführungsform ein Graben 6, dessen Längen- oder Streckenverhältnis gleich 2 oder größer ist und dessen Grabenneigungs- oder Grabenböschungswinkel größer oder gleich 80° ist, durch den Trockenätzprozess im Substrat 20 ausgebildet. Danach wird der Schadensbereich an der Grabeninnenebene, der während des Trockenätzprozesses aufgetreten ist, in der Wasserstoffunterdruckatmosphäre bei einer Temperatur von größer oder gleich 1600°C geätzt, um entfernt zu werden.
  • Bei einer herkömmlichen Technik, welche einen Siliziumcarbidkristall verwendet, ist nicht klar, wie mit einem Nassätzfluid und einer Trockenätzbedingung ein sogenannter ”Grabenätzschadensbereich” wirksam entfernt werden kann. Der Grabenätzschadensbereich ist bekannt als Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten, der Umänderungsschicht etc., welche während des Trockenätzprozesses auftreten. Bei einer Opferoxidation ist eine lange Bearbeitungszeit in der herkömmlichen Technik notwendig. Im Gegensatz hierzu kann gemäß dem Modus der ersten Ausführungsform der Schadensbereich innerhalb kurzer Zeit aufgrund der Eigenschaft von Hochtemperaturwasserstoff entfernt werden. Weder Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten noch die Umänderungsschicht verbleiben in dem Graben, aus welchem der Schaden entfernt wurde. Im Ergebnis ist es möglich, dass keine Umänderungsschicht vorhanden ist. Weiterhin lassen sich Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten extrem vermindern.
  • Im Ergebnis, wenn der epitaxiale Wachstumsprozess in dem nachfolgenden Schritt ausgeführt wird, ist es, da die Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten extrem gering sind, möglich, das Auftreten eines Höhenpegels innerhalb der Epitaxialschicht zu vermeiden, der von den Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten verursacht wird. Was somit PN-Übergänge betrifft, welche durch die jeweiligen Schichten gebildet werden, die das Substrat 20 und die N–-Kanalschicht 7 bilden, werden diese PN-Übergänge Übergänge mit sehr kleinen Leckströmen.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Nachfolgend wird ein Halbleiterherstellungsverfahren gemäß eines zweiten Ausführungsmodus der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da dieser zweite Ausführungsmodus im wesentlichen gleich zum ersten Ausführungsmodus ist, werden nachfolgend hauptsächlich die unterschiedlichen Punkte zur ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Die 4A bis 4E sind jeweils Schnittdarstellungen zur schematischen Erläuterung von Herstellungsschritten bei einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Schnittdarstellungen zeigen Schritte zur Herstellung einer N–-Kanalschicht 7 und eines zweiten P+-Gatebereichs 8 eines J-FET des Grabentyps ähnlich zum ersten Ausführungsmodus. Bei diesem zweiten Ausführungsmodus wird eine selektive Maske für Epitaxialzwecke in einem Graben 6 eines Transistorzellenabschnittes nicht ausgebildet, sondern wird nur an einem Graben eines Ausrichtungsschlüsselbereichs verwendet. Im Ergebnis wird eine Ausrichtung oder Fluchtung bei einem epitaxialen Einbettungsschritt und werden Ausrichtungen oder Fluchtungen bei einem Rückätzschritt und darauffolgenden Schritten sichergestellt.
  • Zunächst wird gemäß 4A ein LTO-Film 2, der eine Maske zum Zweck des Grabenätzens bildet und eine Maske zum Zweck des Ausrichtungsschlüssels sowohl auf einem Transistorzellenabschnitt, als auch einem Ausrichtungsschlüsselabschnitt gleichzeitig ausgebildet.
  • Nachfolgend wird gemäß 4B der LTO-Film 2 als Maske verwendet und sowohl ein Graben 6 als auch ein weiterer Graben 31 werden sowohl in dem Transistorzellenabschnitt und im Ausrichtungsschlüsselabschnitt auf eine Weise ähnlich wie im ersten Ausführungsmodus gebildet. Danach wird der LTO-Film 2, der während des Grabenätzprozesses übrig geblieben ist, unter Verwendung von Fluorwasserstoff vollständig entfernt. Wie oben erläutert, da der LTO-Film 2 vor einem Schadenentfernungsschritt entfernt wird, kann ein negativer Einfluss aufgrund von Verunreinigungen in dem Ätzmaskenmaterial während des epitaxialen Aufwachsvorgangs vollständig beseitigt werden.
  • Nachfolgend wird gemäß 4C ein Kohlenstoffilm 32 zumindest auf dem Graben 31 des Ausrichtungsschlüsselabschnittes ausgebildet. Hierbei wird der Kohlenstoffilm 32 nicht im Nahbereich des Grabens 6 des Transistorzellenabschnittes mittels eines Fotoätzprozesses ausgebildet.
  • Eine Ausgestaltung, welche mit dem Kohlenstoffilm 32 gemacht wurde, zeigt eine Anti-Ätzcharakteristik, auch bei einer Hochtemperaturwasserstoffatmosphäre bei gleich oder mehr als 1600°C. Somit wird dieser Kohlenstoffilm 32 durchgehend auch in dem Schadenentfernungsschritt bei der Hochtemperaturwasserstoffatmosphäre als auch bei dem Epitraxialschritt im nachfolgenden Schritt verwendet. Dieser Kohlenstoffilm 32 wird problemlos ausgebildet, wenn ein Photoresist, welches üblicherweise bei einer Halbleiterherstellungsvorgehensweise verwendet wird, in einer nicht oxidierenden Atmosphäre thermisch bearbeitet wird. Für den Fall, daß ein solcher Kohlenstoffilm entfernt werden soll, der nach dem Epitaxialschritt unnötig geworden ist, wird dieser unnötig gewordene Kohlenstoffilm problemlos entfernt, wenn der unnötige Kohlenstoffilm kurzzeitig bei einer Temperatur von annähernd 1000°C thermisch oxidiert wird.
  • Nachfolgend wird gemäß 4D ein Schaden von dem Grabenätzvorgang her entfernt und sowohl eine N–-Kanalschicht 7 als auch ein zweiter P+-Gatebereich 8 werden auf ähnliche Weise wie im ersten Ausbildungsmodus ausgebildet. Da es in diesem Fall keinen Kohlenstoffilm 32 im Nahbereich des Grabens 6 des Transistorzellenabschnitts gibt, wird ein Schadensentfernungsprozess auf ähnliche Weise wie im ersten Ausführungsmodus durchgeführt und weiterhin wird ein Abrundungsvorgang zur Abrundung eines Eckabschnittes des Grabens 6 durchgeführt. Da andererseits der Kohlenstoffilm 32 auf dem Graben 31 des Ausrichtungsschlüsselabschnittes ausgebildet ist, wird hier kein Prozess zur Schadensentfernung, der vom Grabenätzen herrührt, durchgeführt, und weiterhin werden die N–-Kanalschicht 7 und der zweite P+-Gatebereich 8 nicht ausgebildet.
  • Danach werden gemäß 4E unnötige Abschnitte der N–-Kanalschicht 7 und des zweiten P+-Gatebereichs 8, welche auf anderen Abschnitten als dem Graben 6 ausgebildet wurden, unter Verwendung von CMP (chemisch-mechanisches Polieren) oder dergleichen zurückgeätzt. Der Kohlenstoffilm 32 des Ausrichtungsschlüsselabschnitts wird mittels thermischer Oxidation entfernt. Im Ergebnis wird eine Transistorform gemäß 1 in dem Transistorzellenabschnitt ausgebildet, wobei der Graben 31 in dem Ausrichtungsschlüsselabschnitt ausgebildet ist, wobei dieser Graben 31 ein Muster bildet, welches als Ausrichtungsmarke einer Fotomaske notwendig ist.
  • Für den Fall, daß ein Kohlenstoffilm 32, der eine selektive Maske bildet, nicht ausgebildet wird, läßt sich eine Ausbildungsmarkierung, die für eine Musterungsausrichtung verwendet wird, nach dem epitaxialen Wachstum kaum beobachten und die Ausrichtungsmarkierung verschwindet in dem Rückätzschritt, nachdem die Einbettungsschicht ausgebildet worden ist. Infolgedessen, ist es, wenn der Kohlenstoffilm 32, der der selektive Film ist, auf dem Graben 31 ausgebildet wird, der für die Ausrichtzwecke gebildet wurde, möglich, das Einbetten zu vermeiden, wenn der epitaxiale Aufwachsvorgang durchgeführt wird und somit kann eine Ausrichtung vor und nach dem epitaxialen Wachstum sichergestellt werden. Alternativ, nachdem der Kohlenstoffilm 32, der die selektive Maske geworden ist, entfernt worden ist, wird der Ätzbetrag auf einen gewünschten Ätzbetrag eingeregelt, da der Graben 31, der für die Ausrichtzwecke gebildet wurde, zurückgeätzt wird, während die Tiefe des Grabens 31 in dem Rückätzschritt gemessen wird.
  • Bei diesem zweiten Ausführungsmodus wird der thermische Oxidationsschritt zur Entfernung des Kohlenstoffilms nach dem Rückätzschritt durchgeführt. Alternativ, da die Ausrichtmarkierung als letztendliches Muster alleine verbleibt, können diese Schritte auch in einer umgekehrten Reihenfolge durchgeführt werden.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Nachfolgend wird ein Halbleitervorrichtungs-Herstellungsverfahren gemäß eines dritten Ausführungsmodus der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da dieser dritte Ausführungsmodus im wesentlichen gleich dem ersten Ausführungsmodus ist, werden im wesentlichen nur die zum ersten Ausführungsmodus unterschiedlichen Punkte beschrieben.
  • Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch realisiert, daß der erste Ausführungsmodus durchgeführt wird und eine Wachstumsbedingung im Epitaxialschritt geändert wird. Genauer gesagt, durch Mischen eines Ätzgases, wie Chlorwasserstoff mit SiH4 und C3H8 als Materialgas und mit H2 als Trägergas wird ein epitaxialer Wachstumsprozess durchgeführt. Obgleich abhängig von der Substrattemperatur, wird, wenn Chlorwasserstoffgas in annähernd 1 bis 5% Wasserstoffgasflussrate mit dem Materialgas und dem Trägergas gemischt wird, wird ein epitaxialer Wachstumsvorgang durchgeführt.
  • Da ein Gas mit dem Ätzeffekt eingeleitet wird, kann, selbst wenn das epitaxiale Wachstum bei relativ niedriger Temperatur durchgeführt wird, ein Zustand erhalten werden, bei dem der Ätzeffekt mit dem Abscheidungseffekt ausbalanciert ist. Auch in diesem Fall ist das Ätzen der Seitenebene (”a”-Fläche) beschleunigt. Ähnlich zu dem epitaxialen Wachstum bei einer Temperatur gleich oder größer als 1625°C kann, selbst wenn die Substrattemperatur keine 1600°C erreicht, die N–-Kanalschicht 7 ausgebildet werden, um nicht in einen überhängenen Zustand gebracht zu werden und der zweite P+-Gatebereich 8 kann derart ausgebildet werden, daß kein Hohlraum auch bei dem Graben auftritt, dessen Längenverhältnis gleich oder größer als 2 ist.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Nachfolgend wird ein Halbleitervorrichtungs-Herstellungsverfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Was die Halbleitervorrichtung betrifft, so wird ein Ausführungsformmodus der vorliegenden Erfindung verwendet, um eine N–-Kanalschicht eines Graben-MOSFET zu bilden. 5 ist eine perspektivische Schnittdarstellung, in der ein Ausschnitt des Graben-MOSFET gemäß dieses vierten Ausführungsformmodus dargestellt ist.
  • Gemäß 5 sind eine N–-Driftschicht 42 mit hohem Widerstand, eine P+-Basisschicht 43 und eine N+-Sourceschicht aufeinanderfolgend auf einem N+-Substrat 41 mit niedrigem Widerstand aus Hexagonalsystem-Siliziumcarbid gestapelt. Ein Halbleitersubstrat 45 ist gebildet durch das N+-Substrat 41, die N–-Driftschicht 42, die P+-Basisschicht 43 und die N+-Sourceschicht 44, wobei eine obere Ebenen hiervon als ”(0001) Si”-Fläche definiert ist.
  • Eine N+-Sourceschicht 44 ist in einem bestimmten Bereich eines Oberflächenschichtabschnitts innerhalb P+-Basisschicht 43 ausgebildet. Weiterhin ist ein P+-Kontaktbereich 46 mit geringem Widerstand in einem bestimmten Bereich des Oberflächenschichtabschnitts innerhalb der P+-Basisschicht 43 ausgebildet. Ein Graben 47 ist in einem bestimmten Bereich der N+-Sourceschicht 44 ausgebildet und dieser Graben 47 durchtritt sowohl die N+-Sourceschicht 44 als auch die P+-Basisschicht 43 und erreicht die N–-Driftschicht 42. Der Graben 47 hat eine Seitenebene 47a, welche senkrecht zur Oberfläche des Halbleitersubstrats 45 liegt und hat weiterhin eine Bodenebene 47b, welche parallel zur Oberfläche des Halbleitersubstrates 45 liegt. Die Seitenebene 47a des Grabens 47 erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer [11-20]-Richtung. Weiterhin entspricht eine Ebenenform der Seitenebene 47a dieses Grabens 47 einer Hexagonalform, deren jeweilige Innenwinkel im Wesentlichen gleich zueinander sind. Mit anderen Worten, wenn das Halbleitersubstrat 45 gemäß 5 von oben her betrachtet wird, ergibt sich ein Layout in Sechseckform, wobei die sechs Kanten dieser Sechseckform mit S1, S2, S3, S4, S5 und S6 bezeichnet sind. D. h., in diesem Layout beträgt ein Winkel (Innenwinkel), der durch die Kante S1 und die Kante S2 definiert ist, im Wesentlichen 120°; ein Winkel (Innenwinkel), der durch die Kante S2 und die Kante S3 definiert ist, beträgt im Wesentlichen 120°; ein Winkel (Innenwinkel), der durch die Kante S3 und die Kante S4 definiert ist, beträgt im Wesentlichen 120°; ein Winkel (Innenwinkel), der durch die Kante S4 und die Kante S5 definiert ist, beträgt im Wesentlichen 120°; ein Winkel (Innenwinkel), der durch die Kante S5 und die Kante S6 definiert ist, beträgt im Wesentlichen 120°; und ein Winkel (Innenwinkel), der durch die Kante S6 und die Kante S1 definiert ist, beträgt im Wesentlichen 120°.
  • Eine N–-Kanalschicht 48 verläuft langestreckt über die Oberflächen der N+-Sourceschicht 45, der P+-Basisschicht 43 und der N–-Driftschicht 42 in der Seitenebene 47a des Grabens 47. Die Verunreinigungskonzentration dieser N–-Kanalschicht 48 ist geringer als die Verunreinigungskonzentration des N+-Substrats 41 oder der N+-Sourceschicht 44. Die N–-Kanalschicht 48 wird in Form eines Dünnfilms mit einer Dicke von annähernd 1000 bis 5000 Angstrom hergestellt. Ein Kristallinitätsdruck, der N–-Kanalschicht 48 ist gleich demjenigen der P+-Basisschicht 43 und wird beispielsweise 4H-SiC. Obgleich in diesem vierten Ausführungsformmodus 4H-SiC verwendet wird, können auch 6H-SiC, 3C-SiC etc. verwendet werden.
  • Weiterhin ist ein Gateisolationsfilm 49 auf der Oberfläche der N Kanalschicht 48 innerhalb des Grabens 47 und der Bodenebene 47b des Grabens 47 ausgebildet. Eine Gateelektrode 50 ist in das Innere des Gateisolationsfilms 49 innerhalb des Grabens 47 eingefüllt. Die Gateelektrode 50 wird dann mit einem isolierenden Film 51 bedeckt. Als erste Elektrode wird eine Sourceelektrode 52 auf der Oberfläche der N+-Sourceschicht 44 und der Oberfläche des Kontaktbereichs 46 ausgebildet. An einer rückwärtigen Ebene des N+-Substrats 41 wird als zweite Elektrode eine Drainelektrode 53 ausgebildet.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Graben-MOSFET gemäß 5 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das Herstellungsschrittdiagramm der 6A bis 6D beschrieben.
  • [Herstellungsschritt gemäß Fig. 6A]
  • Zunächst wird das Halbleitersubstrat 45 vorbereitet, auf welchem die N–-Driftschicht 42, die P+-Basisschicht 43 und der N+-Sourcebereich 44 aufeinanderfolgend gestapelt sind, wobei das N+-Substrat 41 eine (0001)-Si-Fläche aus Siliziumcarbid hat. Die N–-Driftschicht 42, die Basisschicht 43 und die N+-Sourceschicht 44 sind jeweils Epitaxialfilme. Ähnlich zu dem ersten Ausführungsfahrmodus wird ein LTO-Film 60 eine Maske für einen Grabenätzvorgang und er wird sequentiell auf einer oberen Ebene des Halbleitersubstrats 45 ausgebildet und das sich ergebende Halbleitersubstrat 45 wird dann fotolithographisch gemustert. Gemäß 5 wird als Muster ein Sechseckmuster verwendet, welches parallel zur Richtung <11-20> liegt und die Innenwinkel des Sechsecks sind im Wesentlichen gleich zueinander. Diese Musterung wird in einen derartigen Zustand versetzt, dass eine Grabenbreite gleich beispielsweise 2 μm und ein Abstand zwischen den Grabenmustern beispielsweise ebenfalls 2 μm beträgt.
  • Wenn solch ein Muster ausgebildet wird, sind sowohl die Formen als auch die Verunreinigungskonzentrationsprofile von Epitaxialfilmen, welche an der Seitenebene des Grabens ausgebildet werden, im wesentlichen gleich zueinander. Im Ergebnis kann die Kanalbreitendichte eines Transistors maximiert werden und weiterhin kann eine Halbleitervorrichtung mit einer ausgezeichneten Ein/Aus-Charakteristik ähnlich wie bei einer Streifenmusterung geschaffen werden.
  • [Herstellungsschritt gemäß Fig. 6B]
  • Nachfolgend wird ein Trockenätzvorgang zur Ausbildung des Grabens 47 durchgeführt, wobei der LTO-Film 60 als Maske verwendet wird, so dass der Graben 47 gebildet wird, der die P+-Basisschicht 43 durchdringt und die N–-Driftschicht 42 erreicht, wobei sein Neigungs- oder Böschungswinkel größer oder gleich 80 Grad ist; eine Tiefe des Grabens 47 ist gleich oder größer als 4 μm, d. h. ein Längenverhältnis ist gleich oder größer 2. Zu diesem Zeitpunkt werden aufgrund von Schäden, verursacht durch den Trockenätzprozess, Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten in der Größenordnung von 100 nm an den Seitenebenen des Grabens 47 ausgebildet und Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten in der Größenordnung von 10 nm werden an der Bodenebene des Grabens 47 erzeugt. Weiterhin werden Umänderungsschichten mit Tiefen von annähernd 10 m an den Seitenebenen und der Bodenebene des Grabens 47 gebildet.
  • [Herstellungsschritt gemäß Fig. 6C]
  • Nachfolgend wird ein Schadensentfernungsschritt auf ähnliche Weise wie im ersten Ausführungsmodus durchgeführt. Hierbei werden insbesondere, wenn der Ätzreaktionsmodus in der ersten Hälfte dieses Herstellungsschrittes oberflächenreaktionsraten-gesteuert wird und der Ätzreaktionsmodus in der zweiten Hälfte des Herstellungsschritts dampfphasendiffusionsraten- gesteuert wird, Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten an der Grabenseitenebene bis in den Atombereich verringert, da in der ersten Hälfte des Herstellungsschrittes die Oberflächenreaktionsratensteuerung vorliegt. Weiterhin wird der Eckenabschnitt des Grabenbodenabschnittes abgerundet und hat keine Facettenebene, da in der zweiten Hälfte des Herstellungsschritts die Dampfphasendiffusionsratensteuerung vorliegt.
  • [Herstellungsschritt gemäß Fig. 6D]
  • Dann wird die N–-Kanalschicht 48 aus einem epitaxialen Dünnfilm durchgehend auf der Halbleitervorrichtung ausgebildet, an der der Schadensentfernungsschritt ähnlich wie im ersten Ausführungsmodus durchgeführt wurde. Danach wird ein Oxidfilm oder dergleichen im Inneren des Grabens 47 eingebettet. Nachfolgend wird eine unnötige N–-Kanalschicht 48, welche auf dem Abschnitt ohne Graben ausgebildet wurde, mittels CMP (chemisch/mechanisches Polieren) oder dergleichen zurückgeätzt und der Oxidfilm im Graben 47 wird entfernt. Danach wird eine thermische Oxidation durchgeführt, um den Gateisolationsfilm 49 zu bilden.
  • Danach wird ein Ausbildungsschritt des Kontaktbereichs 46 durchgeführt und die Source-Elektrode 52 und die Drain-Elektrode 53 werden ausgebildet, so dass der Graben-MOSFET von 5 gebildet wird.
  • Bei dem MOSFET, der auf oben beschriebene Weise hergestellt wird, können Konkavitäten/Konvexitäten der Grabenseitenebenen im Atomgrößenbereich verringert werden und weiterhin werden sowohl die N–-Kanalschicht 48 als auch der Gateoxidfilm 49, welche in der Grabenseitenebene ausgebildet wurden, im Kanalbereich flach. Mit anderen Worten, ein Graben-MOSFET kann realisiert werden, bei dem vom Grabenätzprozess herrührende Schäden beseitigt werden, so dass ein Graben-MOSFET geschaffen wird, bei dem die Kanalmobilität und die Lebensdauer des Gateoxidfilms verbessert sind.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Nachfolgend wird ein Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da diese fünfte Ausführungsform im Wesentlichen gleich dem vierten Ausführungsformmodus ist, werden nur zu der vierten Ausführungsform unterschiedliche Punkte näher erläutert.
  • Die Herstellungsschritte des fünften Ausführungsformmodus werden gebildet durch die oben beschriebenen Herstellungsschritte des vierten Ausführungsformmodus, jedoch sind der Schritt des Ausbildens der N–-Kanalschicht 48, der nachfolgende Schritt des Einbettens des Oxidfilms in den Graben 47, der Rückätzschritt und der Schritt zum Entfernen des eingebetteten Oxidfilms weggelassen. Die Herstellungsschritte des fünften Ausführungsformmodus dienen zur Herstellung eines Graben-MOSFET des invertierenden Typs.
  • Für den Fall, dass ein Graben-MOSFET des invertierenden Typs gebildet werden soll, wird, obgleich es im Graben 47 keinen Epitaxialschritt gibt, nachdem der Graben 47 ausgebildet worden ist, ein Schadensentfernungsschritt ähnlich wie beim fünften Ausführungsformmodus durchgeführt. Im Ergebnis werden, wenn der Ätzreaktionsmodus in der ersten Hälfte des Herstellungsschrittes oberflächenreaktionsratengesteuert gemacht wird und der Ätzreaktionsmodus in der zweiten Hälfte dampfphasendiffusionsraten-gesteuert gemacht wird, Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten der Grabenseitenebene bis in den Atomgrößenbereich auf Grund der Oberflächenreaktionsratensteuerung in der ersten Hälfte verringert. Weiterhin wird ein Eckenabschnitt am Grabenbodenabschnitt abgerundet und hat keine Facettenebene, da in der zweiten Hälfte des Herstellungsschritts die Dampfphasendiffusionsratensteuerung vorliegt. Im Ergebnis wird ein Graben-MOSFET mit ausgezeichneter MOS-Eigenschaft mit einfachen Herstellungsschritten hergestellt, wobei dieser Graben-MOSFET eine ausgezeichnete Spannungsfestigkeit hat, wenn der MOSFET abgeschaltet wird.
  • Es sei festzuhalten, dass die Schadensentfernungsschritte in den oben beschriebenen jeweiligen Ausführungsformmoden alternativ durch einen thermischen Prozess in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt werden können, welche Kohlenwasserstoff enthält.
  • Wenn Kohlenwasserstoff hinzugefügt wird, wird ein Anätzen von Kohlenstoffatomen innerhalb des Siliziumcarbidkristalls unterdrückt und somit wird die gesamte Ätzrate abgesenkt und dann die Ätzreaktion weiter in Richtung der Seite der Dampfphasendiffusionsratensteuerung verschoben. Infolgedessen wird, wenn der thermische Prozess in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt wird, welche Kohlenwasserstoff enthält, ein isotroper Ätzprozess im Vergleich zu einer Atmosphäre realisiert, welche nur Wasserstoff enthält. Genauer gesagt, als Kohlenwasserstoff wird bevorzugt C3H8 verwendet. Da das Molekulargewicht von C3H8 relativ hoch ist, wird C3H8 problemlos thermisch aufgelöst und weiterhin beträgt der Dampfdruck hiervon 4,8 atm bei 0°C. Im Ergebnis, wenn C3H8 mit Wasserstoff verdünnt wird, geht C3H8 nicht in ein Fluid über und kann problemlos als Halbleitermaterialgas gehandhabt werden.
  • Weiterhin kann der Schadensentfernungsschritt alternativ durch einen thermischen Prozess in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt werden, welche ein Inertgas enthält, beispielsweise Ar-Gas.
  • Für den Fall, dass der Atmosphärendruck nicht geändert wird, senkt die Hinzufügung eines Inertgases, beispielsweise Ar-Gas, die Konzentration von Wasserstoff relativ ab. Im Ergebnis ergibt sich keine Änderung hinsichtlich des Diffusionseffekts des Reaktionsprodukts. Jedoch wird die Ätzrate abgesenkt und zur Seite der Dampfphasendiffusionsratensteuerung ähnlich wie bei Kohlenwasserstoff verschoben. Infolgedessen wird, selbst wenn das Inertgas, beispielsweise ein Ar-Gas, hinzugefügt wird, das isotrope Ätzen problemlos realisierbar im Vergleich zu einer Atmosphäre, welche nur Wasserstoff enthält.
  • Bei dem oben erläuterten ersten Ausführungsformmodus gemäß 1 wurde der Aufbau des J-FET im Schnitt dargestellt und erläutert. Alternativ kann gemäß 5 des vierten Ausführungsformmodus die Oberflächenmusterung des Grabens 6 sechseckförmig sein mit im Wesentlichen gleich zueinander ausgebildeten Innenwinkeln. Als Folge hiervon wird die Flächenausrichtung der Grabenseitenebenen im Wesentlichen gleich zueinander, so dass der im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsformmodus beschriebene Effekt erreicht werden kann.
  • Weiterhin kann die vorliegende Erfindung bei einer Halbleitervorrichtung angewendet werden, bei der, nachdem ein Graben in einem Halbleitersubstrat aus Siliziumcarbid ausgebildet worden ist, eine Epitaxialschicht innerhalb dieses Grabens ausgebildet wird, also beispielsweise bei einer PN-Diode oder dergleichen.
  • Weiterhin wurde in den jeweiligen Ausführungsformmoden eine Halbleitervorrichtung beschrieben, bei der der erste Leitfähigkeitstyp der N-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der P-Typ ist. Diese Leitfähigkeitstypen stellen jedoch lediglich Beispiele dar. Somit kann die vorliegende Erfindung auch bei einer Halbleitervorrichtung angewendet werden, bei der diese jeweiligen Leitfähigkeitstypen umgekehrt im Vergleich zu den oben beschriebenen Leitfähigkeitstypen sind.
  • Es sei weiterhin festzuhalten, dass, wenn die Ausrichtung eines Kristalls angegeben wird, dann eigentlich ein Bindestrich (–) an der entsprechenden Ziffer angefügt werden sollte. Da es jedoch gewisse Einschränkungen hinsichtlich Ausdrücken bei den japanischen Patentanmeldeverordnungen unter Verwendung von Computern gibt, wird bei der vorliegenden Beschreibung dieser Bindestrich (–) vor der entsprechenden Ziffer gesetzt.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • 11 zeigt im Schnitt den Aufbau eines J-FET in einer Siliziumcarbidhalbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Verfahren zur Herstellung der Siliziumcarbidhalbleitervorrichtung gemäß 11 wird nachfolgend unter Bezug auf die in den 12A bis 12F dargestellten Herstellungsschritte für diese Siliziumcarbidhalbleitervorrichtung beschrieben.
  • In 12A wird das N+-Substrat 1 mit der Siliziumcarbidfläche ”(0001) Si” oder mit der Siliziumcarbidfläche ”(000-1) C” vorbereitet. Wenn ein Substrat 1 mit einer solchen Flächenausrichtung verwendet wird, sind, selbst wenn der Neigungswinkel des Grabens 6 nicht gleich beispielsweise 90 Grad beträgt, Verhältnisse von Kohlenstoffatomen zu Siliziumatomen, die an den Oberflächen der Seitenebenen des Grabens 6 vorhanden sind, im Wesentlichen gleich zueinander. Als Folge hiervon können die Parameter der Halbleitervorrichtung problemlos gestaltet werden.
  • Nachfolgend wird gemäß 12B ein Trockenätzprozess zur Ausbildung des Grabens 6 durchgeführt, wobei der LTO-Film als Maske verwendet wird, wobei der Graben 6 so ausgebildet wird, dass er den ersten Gatebereich durchtritt und die zweite N–-Driftschicht 2 derart erreicht, dass ein Neigungs- oder Böschungswinkel hiervon gleich oder größer als 80 Grad ist; eine Tiefe des Grabens 6 ist gleich oder tiefer als 4 μm und ein Längenverhältnis ist gleich oder größer als 2. Auf Grund von Schäden durch den Trockenätzprozess werden hierbei Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten in der Größenordnung von 0,1 μm an den Seitenebenen des Grabens 6 erzeugt. Weiterhin werden Umänderungsschichten mit einer Tiefe von annähernd 0,1 μm an den Seitenebenen und der Bodenebene des Grabens 6 erzeugt.
  • Im Schritt 12C wird nachfolgend ein Schadenentfernungsschritt für die Schäden vom Grabenätzprozess in einer Hochtemperaturwasserstoffatmosphäre durchgeführt. Genauer gesagt, die Bedingungen des Schadensentfernungsschritts zu diesem Zeitpunkt werden auf der Grundlage von experimentellen Ergebnissen festgelegt.
  • Da der Schadensentfernungsschritt annähernd 5 Minuten lang durchgeführt wird, werden ungefähr 0,2 μm der Seitenebenen des Grabens weggeätzt, so dass die Umänderungsschichten vollständig entfernt werden.
  • Weiterhin wird zu dieser Zeit der LTO-Film 21 der Maske für den Grabenätzprozess ebenfalls vollständig entfernt. Mit anderen Worten, obgleich der LTO-Film 21 als Maske für den Grabenätzprozess verwendet wurde, hat ein Oxidfilm das Merkmal, dass dieser Oxidfilm leicht weggeätzt werden kann und weiterhin sind Verunreinigungen, beispielsweise ein Metall, nicht enthalten. Infolgedessen, wenn dieses Merkmal verwendet wird, können sowohl der Schadensentfernungsschritt unter Verwendung von Hochtemperaturwasserstoff und der Grabenmaskenentfernungsschritt gleichzeitig durchgeführt werden. Somit kann auf einen separaten Grabenmaskenentfernungsschritt, der zwischen dem Grabenausbildungsschritt und dem Schadensentfernungsschritt unter Verwendung des Hochtemperaturwasserstoffs notwendig wäre, weggelassen werden.
  • Gleichzeitig werden hierbei die Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten der Grabenseitenebenen um annähernd 5 nm verringert. Was die Ätzbedingung zu diesem Zeitpunkt betrifft, so ist die Ätzreaktion eine dampfphasendiffusionsraten-gesteuerte, so dass ein isotropes Ätzen unabhängig von der Kristalloberflächenausrichtung durchgeführt wird. Im Ergebnis erhalten der Grabeneckabschnitt am Grabenöffnungsabschnitt und ein Grabenbodenabschnitt eine abgerundete Form ohne Facettenebene. Bei dem Grabenöffnungsabschnitt kann diese abgerundete Form die Eindringung von Materialgas in den Graben 6 bei der Ausbildung eines Epitaxialfilms im nächsten Herstellungsschritt wirksam beschleunigen. Im Ergebnis ist es möglich, dass Auftreten eines Überhangs zu vermeiden, wenn das Längenverhältnis eines Grabens 6 hoch gewählt wird. Infolgedessen, selbst wenn sowohl die N–-Kanalschicht 7 und der zweite P+-Bereich 8 im nachfolgenden Schritt ausgebildet werden, kann der Graben 6 mit dieser Kanalschicht 7 und dem zweiten Gatebereich 8 ausgefüllt werden, wobei kein Hohlraum erzeugt wird. Da weiterhin der Grabenbodenabschnitt den Effekt hat, dass er in der Lage ist, während des epitaxialen Wachstums erzeugte Kristallbelastungen zu verteilen, so dass diese Kristallbelastungen abgemildert werden, kann ein epitaxialer Film mit einer besseren Kristallinität gebildet werden.
  • Nachfolgend wird gemäß 12D die N–-Kanalschicht 7 in Form eines epitaxialen Dünnfilms durchgehend auf der Halbleitervorrichtung ausgebildet, bei der der Schadenentfernungsschritt durchgeführt worden ist.
  • Da die epitaxiale Wachstumsreaktion eine Dampfphasendiffusionsreaktion wird, kann ein Epitaxialfilm mit besserer Kristallinität und geringerer Kristallbelastungsverzerrung gebildet werden, auch in dem Grabeneckabschnitt und dem Grabenbodenabschnitt. Da weiterhin sowohl das Ätzen als auch die Grabenabscheidung aktiviert sind und darüber hinaus der Ätzbetrag mit dem Abscheidungsbetrag ausbalanciert ist, sind Wachstumsmoden realisiert, bei denen die Wachstumsraten sequentiell in der Reihenfolge von Grabenseitenebene, Abschnitt ohne Graben und Grabenbodenebene ansteigen. Gleichzeitig, da die Wachstumsrate am unteren Abschnitt der Seitenebene größer als die Wachstumsrate am oberen Abschnitt dieser Seitenebene gemacht werden kann, lässt sich das Auftreten der sogenannten ”Überhangform” unterdrücken.
  • Danach wird gemäß 12E als Einbettungsschicht der zweite P+-Gatebereich 8 unter einer ähnlichen Epitaxialbedingung wie die N–-Kanalschicht 7 ausgebildet. Wenn der zweite Gatebereich 8 gebildet wird, ergeben sich Unterschiede zur Ausbildung der N–-Kanalschicht 7 wie folgt: Da der Typ des zweiten Gatebereichs dem P-Typ entspricht, wird an Stelle von N2 Trimethylaluminium verwendet. Im Ergebnis steigen die Wachstumsraten sequentiell in der Reihenfolge von Grabenseitenebene, Abschnitt ohne Graben und Grabenbodenebene an. Da weiterhin an der Grabenseitenebene die Wachstumsrate am unteren Abschnitt des Grabens groß gemacht werden kann im Vergleich zum oberen Abschnitt des Grabens, kann das Auftreten eines Hohlraums vermieden werden. Weiterhin ist der Entfernungsbetrag beim Rückwärtsschritt nach der Ausbildung des zweiten Gatebereichs 8 kleiner als die Grabentiefe.
  • Danach werden gemäß 12F unbenötigte Abschnitte der N–-Kanalschicht 7 und des zweiten Gatebereichs 8 des Typs, welche welche auf dem Abschnitt ohne Graben ausgebildet wurden, mittels CMP (chemisch/mechanisches Polieren) oder dergleichen zurückgeätzt und entfernt. Danach werden ein Elektrodenausbildungsschritt etc. durchgeführt, so dass die N–-Kanalschicht 7 und der zweite Gatebereich 8 des P+-Typs bei dem J-FET des Grabentyps gemäß 11 fertiggestellt sind.
  • Bei diesem Ausführungsformmodus kann der Schadensbereich innerhalb kurzer Zeit auf Grund der Eigenschaften von Hochtemperaturwasserstoff entfernt werden. Weder die Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten noch die Umänderungsschicht verbleiben in dem Graben, aus welchem der Schaden entfernt worden ist. Als Ergebnis ist es möglich, dass ein von der Umänderungsschicht erzeugter Höhenpegel oder eine solche Höhenlage nicht vorhanden ist. Weiterhin können Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten extrem verringert werden.
  • Im Ergebnis, wenn im nachfolgenden Schritt der epitaxiale Wachstumsprozess durchgeführt wird, ist es, da die Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten äußerst klein sind, möglich, das Auftreten eines Höhenpegels innerhalb der Epitaxialschicht auf Grund der Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten zu vermeiden. Im Ergebnis, was PN-Übergänge betrifft, welche durch die jeweiligen Schichten gebildet werden, welche das Substrat 20 und die N–-Kanalschicht 7 bilden, so haben diese PN-Übergänge kleine Leckströme.
  • (Siebte Ausführungsform)
  • Die 13A bis 13E sind Darstellungen zur schematischen Veranschaulichung der Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Schnittdarstellungen zeigen Herstellungsschritte für eine N–-Kanalschicht 7 und einen zweiten P+-Gatebereich 8 in einem J-FET des Grabentyps ähnlich zum sechsten Ausführungsformmodus. Bei dem vorliegenden Ausführungsformmodus wird eine selektive Maske für Epitaxialzwecke nicht in einem Graben 6 eines Transistorzellenabschnittes ausgebildet, sondern nur auf einem Graben eines Ausrichtungsschlüsselabschnittes (”key region”). Als Ergebnis ist eine Ausrichtung oder Fluchtung eines einbettenden Epitaxialschrittes oder sind Ausrichtungen oder Fluchtungen bei einem Rückätzschritt und den darauf folgenden Schritten sichergestellt.
  • Zunächst wird gemäß 13A ein LTO-Film 2, der eine Maske zum Zweck des Grabenätzens bildet und eine Maske für Ausrichtungsschlüsselzwecke bildet, sowohl auf einem Transistorzellenabschnitt als auch einem Ausrichtungsschlüsselabschnitt gleichzeitig ausgebildet.
  • Nachfolgend wird gemäß 13B, während der LTO-Film 2 als Maske verwendet wird, ein Graben 6 und ein weiterer Graben 31 in dem Transistorzellenabschnitt bzw. dem Ausrichtungsschlüsselabschnitt auf eine Weise ähnlich zur ersten Ausführungsform ausgebildet. Danach wird der LTO-Film 2, der während des Grabenätzprozesses verblieben ist, unter Verwendung von Fluorwasserstoff vollständig entfernt.
  • Nachfolgend wird gemäß 13C ein Kohlenstofffilm 32 zumindest auf dem Graben 31 des Ausrichtungsschlüsselabschnittes ausgebildet.
  • Wie nachfolgend in 13D gezeigt, wird ein vom Grabenätzprozess herrührender Schaden entfernt und sowohl die N–-Kanalschicht 7 als auch der zweite Gatebereich 8 des Typs werden werden auf ähnliche Weise wie in der sechsten Ausführungsform ausgebildet.
  • Danach werden gemäß 4E unnötige Abschnitte der N–-Kanalschicht 7 und des P+-Gatebereichs 8, welche auf anderen Abschnitten als dem Graben 6 ausgebildet worden sind, unter Verwendung von CMP (chemisch/mechanisches Polieren) oder dergleichen zurückgeätzt. Der Kohlenstofffilm 32, der auf dem Graben 31 des Ausrichtschlüsselabschnittes ausgebildet ist, wird durch eine thermische Oxidation entfernt. Im Ergebnis wird eine Transistorform gemäß 11 in dem Ausrichtungsschlüsselabschnitt ausgebildet, wobei dieser Graben 31 ein Muster bildet, welches als Ausrichtmarke einer Fotomaske notwendig ist.
  • (Achte Ausführungsform)
  • Ein Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nochmals unter Bezug auf 5 beschrieben. Als Halbleitervorrichtung wird ein Ausführungsformmodus der vorliegenden Erfindung zur Ausbildung einer N–-Kanalschicht eines Graben-MOSFET angewendet.
  • Gemäß 5 werden die N–-Driftschicht 42 mit hohem Widerstand, die P+-Basisschicht 43 und die N+-Sourceschicht 44 aufeinanderfolgend auf einem N+-Substrat 41 mit niedrigem Widerstand aus einem Siliziumcarbid des Hexagonal-Systems aufeinandergestapelt. Durch das N+-Substrat 41, die N–-Driftschicht 42, die P+-Basisschicht 43 und die N+-Sourceschicht 44 wird ein Halbleitersubstrat 45 gebildet, dessen obere Ebene als ”(000-1) C”-Fläche definiert ist.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Graben-MOSFET von 14 unter Bezugnahme auf das Herstellungsschrittdiagramm der 15A bis 15D beschrieben.
  • Zuerst wird ein Halbleitersubstrat 45 vorbereitet, bei dem die N–-Driftschicht 42, die P+-Basisschicht 43 und der N+-Sourcebereich 44 aufeinanderfolgend auf einem N+-Substrat 41 aus Siliziumcarbid mit einer (000-1) C-Fläche gestapelt sind. Die N–-Driftschicht 42, die P+-Basisschicht 43 und die N+-Sourceschicht 44 sind aus Epitaxialfilmen. Dann wird ähnlich zur ersten Ausführungsform ein LTO-Film 60 eine Maske für einen Grabenätzprozess und dieser Film wird sequenziell auf einer oberen Ebene des Halbleitersubstrats 45 ausgebildet und das sich so ergebende Halbleitersubstrat 45 wird fotolithographisch gemustert. Wie in 5 gezeigt, wird ein hexagonalförmiges Muster als dieses Muster verwendet, welches parallel zu einer Richtung <11-20> liegt und die Innenwinkel hiervon sind im Wesentlichen gleich zueinander. Dieses Muster wird so gewählt, dass eine Grabenbreite gleich beispielsweise 2 μm ist.
  • Danach erfolgt gemäß 15B ein Trockenätzvorgang zur Ausbildung des Grabens 47, wobei der LTO-Film 60 als Maske verwendet wird, wobei der Graben 47 so ausgebildet wird, dass er die P+-Basisschicht 43 durchtritt und die N–-Driftschicht 42 erreicht, wobei sein Neigungs- oder Böschungswinkel gleich oder größer als 80 Grad ist; eine Tiefe des Grabens 47 ist gleich oder größer als 4 μm und ein Längen- oder Streckenverhältnis ist gleich oder größer 2.
  • Danach wird gemäß 15C auf ähnliche Weise wie im ersten Ausführungsformmodus ein Schadensentfernungsschritt durchgeführt.
  • Danach wird gemäß 15D eine N–-Kanalschicht 48 aus einem epitaxialen Dünnfilm durchgehend auf der Halbleitervorrichtung ähnlich wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet, an der der Schadensentfernungsschritt durchgeführt.
  • Danach wird gemäß 15D eine N–-Kanalschicht 48 aus einem epitaxialen Dünnfilm durchgehend auf der Halbleitervorrichtung ähnlich wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet, an der der Schadensentfernungsschritt durchgeführt wurde. Danach wird ein Oxidfilm oder dergleichen im Inneren des Grabens 47 eingebettet. Nachfolgend wird eine unnötige N–-Kanalschicht 48, welche auf dem Abschnitt ohne Graben ausgebildet wurde, mittels CMP (chemisch/mechanischem Polieren) oder dergleichen zurückgeätzt und der im Graben 47 eingebettete Oxidfilm wird entfernt. Danach wird eine thermische Oxidation durchgeführt, um den Gateisolierfilm 49 zu bilden.
  • Danach wird ein Ausbildungsschritt eines Kontaktbereichs 46 durchgeführt und die Sourceelektrode 52 und die Drainelektrode 53 werden ausgebildet, so dass ein Graben-MOSFET gemäß Fig. hergestellt ist.
  • Bei dem auf oben beschriebene Weise hergestellten MOSFET können die Konkavitäten/Konvexitäten an der Grabenseitenebene im Größenbereich von Atomen verringert werden und weiterhin werden sowohl die N+-Kanalschicht 48 als auch der Gateoxidfilm 49, welche an der Grabenseitenebene ausgebildet wurde, im Kanalbereich flach. Mit anderen Worten, ein Graben-MOSFET kann realisiert werden, bei welchem Schäden aufgrund des Trockätzprozesses beseitigt worden sind, so dass in einem solchen Graben-MOSFET die Kanalmobilität und die Lebensdauer des Gateoxidfilms verbessert sind.
  • In den jeweiligen Ausführungsformmoden wurde ein J-FET, bei dem N–-Kanalschicht im Graben 6 ausgebildet ist, als Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung aufgeführt. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auch bei einer Halbleitervorrichtung angewendet werden, welche einen anderen Aufbau als ein J-FET hat. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch bei einer Halbleitervorrichtung angewendet werden, welche eine MOS-Grenzebene hat, in der ein Graben in einem Halbleitersubstrat aus Siliziumcarbid ausgebildet ist. In dieser MOS-Grenzebene wird innerhalb dieses Grabens über einen Gateisolierfilm eine Gateelektrode ausgebildet.
  • Nachdem der Graben in der Halbleitervorrichtung mit der MOS-Grenzebene ausgebildet worden ist, wird der oben beschriebene Schadenentfernungsschritt durchgeführt. Im Ergebnis kann die Umänderungsschicht in der Grabenoberfläche beseitigt werden und Konkavitäten/Konvexitäten der Grabenoberfläche können verringert werden, so dass die Kanalmobilität und die Lebensdauer des Gateisolationsfilms verbessert werden können.
  • (Neunte Ausführungsform)
  • 18 zeigt einen Schnitt durch ein J-FET in einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 18 gezeigt wird ein N+-Substrat 1 mit einer Siliziumcarbidfläche ”(000-1) C” verwendet und dieses N+-Substrat 1 hat eine hohe Verunreinigungskonzentration gleich oder höher als beispielsweise 1 × 1019 cm–3; auf einer Hauptoberfläche dieses N+-Substrats 1 wird eine N–-Driftschicht 2 ausgebildet und diese N–-Driftschicht 2 hat eine geringe Verunreinigungskonzentration von beispielsweise 1 × 1013 bis 5 × 1015 cm–3. Weiterhin wird ein erster Gatebereich 3 aus einer P+-Schicht epitaxial auf der Oberfläche der N–-Driftschicht 2 aufgewachsen. Dieser erste Gatebereich 3 hat eine hohe Verunreinigungskonzentration von beispielsweise 5 × 1017 bis 5 × 1019 cm–3.
  • Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für die Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung von 18 unter Bezugnahme auf die Herstellungsschritte für diese Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß den 19A bis 19F beschrieben.
  • Zunächst wird gemäß 19A das N+-Substrat 1 mit der Siliziumcarbidfläche ”(000-1) C” vorbereitet.
  • Dann wird ein Halbleitersubstrat 20 aus Siliziumcarbid vorbereitet, wobei auf dem N+-Substrat 1 mit dieser Flächenausrichtung die N–-Driftschicht 2, der erste P+-Gatebereich 3, der N–-Bereich 4 und der N+-Sourcebereich 5 gestapelt werden. Die N–-Driftschicht 2, der erste P+-Gatebereich 3, der N+-Bereich 4 und der N+-Sourcebereich 5 sind aus Epitaxialfilmen. Ein LTO-Film (Oxidfilm) 21, der eine Maske für einen Grabenätzprozess darstellt, wird auf einer oberen Fläche dieses Halbleitersubstrats 20 ausgebildet und danach wird das sich ergebende Halbleitersubstrat 20 fotolithographisch gemustert. Als Musterung wird ein Streifenmuster verwendet, bei dem eine Längsrichtung des Öffnungsabschnittes parallel zur Aus-Richtung des Substrates 20 liegt; eine Breite (Grabenbreite des Öffnungsabschnittes) wird auf beispielsweise 2 μm gesetzt.
  • Danach wird gemäß 19B ein Trockenätzvorgang zur Ausbildung des Grabens 6 durchgeführt, wobei der LTO-Film als Maske verwendet wird, so dass ein Graben 6 gebildet wird, der den ersten Gatebereich 3 durchtritt und die N–-Driftschicht 2 erreicht, wobei sein Neigungs- oder Böschungswinkel gleich oder größer als 80 Grad ist; eine Tiefe des Grabens 6 ist gleich oder größer als 4 μm und ein Längen- oder Streckenverhältnis ist gleich oder größer als 2. Zu diesem Zeitpunkt werden aufgrund des Trockenätzprozesses Schäden, also Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten in der Größenordnung von 100 nm an den Seitenebenen des Grabens 6 erzeugt und Oberflächenkonkavitäten/-konvexitäten in der Größenordnung von 10 nm werden an der Bodenebene des Grabens 6 erzeugt. Weiterhin werden Umänderungsschichten mit Tiefen von annähernd 10 mit an den Seitenebenen erzeugt und Umänderungsschichten mit Tiefen von annähernd 20 nm werden an der Bodenebene des Grabens 6 erzeugt.
  • Nachfolgend werden gemäß 19C ein Schritt zur Entfernung von Schäden aufgrund des Grabenätzprozesses in einer Hochtemperaturwasserstoffatmosphäre durchgeführt.
  • Da der Schadenentfernungsschritt annähernd 2 Minuten lang durchgeführt wird, werden annähernd 80 nm der Seitenebenen des Grabens 6 weggeätzt und annähernd 200 nm der Bodenebene hiervon werden weggeätzt, so dass sowohl die Oberflächenkonvitäten/-konkavitäten als auch die Umänderungsschichten vollständig entfernt werden.
  • Danach wird gemäß 19D eine N–-Kanalschicht 7 aus einem epitaxialen Dünnfilm durchgehend auf der Halbleitervorrichtung ausgebildet, an der der Schadenentfernungsschritt durchgeführt wurde.
  • Danach wird gemäß 19e als Einbettungsschicht ein zweiter P+-Gatebereich 8 unter ähnlichen Epitaxialbedingungen wie die N–-Kanalschicht 7 ausgebildet. Wenn der zweite Gatebereich 8 gebildet wird, ist ein Unterschied zur Ausbildung der N–-Kanalschicht 7 wie folgt: da der Typ des zweiten Gatebereichs dem P-Typ entspricht, wird anstelle von N2 Dimethylaluminium verwendet. Da auch in diesem Fall der Ätzbetrag mit dem Abscheidungsbetrag ausbalanciert ist, ist der Ätzfortschritt an der Bodenebene (”C”-Fläche) beschleunigt. Somit dominiert das Wachstum an der Seitenwand (d. h. der a-Oberfläche). Im Ergebnis nehmen die Wachstumsraten sequenziell in der Reihenfolge von Abschnitt ohne Graben, Grabenbodenebene und Grabenseitenebene zu. Da weiterhin in der Grabenseitenebene die Wachstumsrate des unteren Grabenabschnittes im Vergleich zu dem oberen Grabenabschnitt groß gemacht wird, lässt sich das Auftreten von Hohlräumen vermeiden. Weiterhin ist ein Entfernungsbetrag bei dem Rückätzschritt nach der Ausbildung des zweiten Gatebereichs 8 geringer als die Grabentiefe.
  • Danach werden gemäß 19F unnötige Abschnitte der N–-Kanalschicht 7 und des zweiten P+-Gatebereichs 8, welche in dem Abschnitt ohne Graben ausgebildet wurden, mittels CMP (chemisch/mechanisches Polieren) oder dergleichen zurückgeätzt.
  • Danach werden ein Elektrodenausbildungsschritt etc. durchgeführt, so dass die N+-Kanalschicht 7 und der P+-Gatebereich 8 des J-FET des Grabentyps gemäß 18 fertiggestellt sind.
  • Bei dieser Ausführungsform kann ein Schadensbereich innerhalb kurzer Zeit aufgrund der Eigenschaften von Hochtemperaturwasserstoff entfernt werden. Weder die Oberflächenkonkavitäten-/konvexitäten, noch die Umänderungsschichten verbleiben in dem Graben, aus welchem der Schaden entfernt worden ist. Im Ergebnis ist es möglich, dass ein von der Umänderungsschicht erzeugter Höhenbetrag nicht vorhanden ist. Weiterhin lassen sich Oberflächenkonkavitäten-/konvexitäten extrem verringern.
  • (Zehnte Ausführungsform)
  • Die 20A bis 20E sind Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung von Herstellungsschritten einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Schnittdarstellungen zeigen Herstellungsschritte für eine N–-Kanalschicht 7 und einen zweiten P+-Gatebereich 8 eines J-FET des Grabentyps ähnlich zur ersten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird eine selektive Maske für Epitaxialzwecke im Graben 6 eines Transistorzellenabschnittes nicht ausgebildet, sondern nur an einem Graben für einen Ausrichtungsschlüsselbereich. Im Ergebnis kann eine Ausrichtung bei einem einbettenden Epitaxialschritt und können Ausrichtungen bei einem Rückätzschritt und darauffolgenden Schritten sichergestellt werden.
  • Zunächst wird gemäß 20A ein LTO-Film 21, der eine Maske für Grabenätzzwecke bildet und wird eine Maske für Ausrichtungsschlüsselzwecke gleichzeitig sowohl auf einem Transistorzellenabschnitt als auch einem Ausrichtschlüsselabschnitt ausgebildet.
  • Danach wird gemäß 20B, während der LTO-Film 21 als Maske verwendet wird, ein Graben 6 und ein weiterer Graben 31 in dem Transistorzellenabschnitt und dem Ausrichtungsschlüsselabschnitt auf eine Weise ähnlich zur ersten Ausführungsform gebildet. Danach wird der LTO-Film 21, der während des Grabenätzprozesses verblieben ist, unter Verwendung von Fluorwasserstoff vollständig entfernt.
  • Danach wird gemäß 20C ein Kohlenstofffilm 32 zumindest auf dem Graben 31 des Ausrichtungsschlüsselabschnittes ausgebildet.
  • Danach wird gemäß 20D ein Schaden aufgrund des Grabenätzprozesses entfernt und sowohl die N–-Kanalschicht 7 als auch der zweite P+-Gatebereich 8 werden auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform gebildet.
  • Danach werden gemäß 20E unnötige Abschnitte der N+-Kanalschicht 7 und des P+-Gatebereichs 8, welche an anderen Abschnitten außer dem Graben 6 gebildet worden sind, durch CMP (chemisch-mechanisches Polieren) oder dergleichen zurückgeätzt. Der Kohlenstofffilm 32 auf dem Graben 31 des Ausrichtschlüsselabschnittes wird mittels thermischer Oxidation entfernt.
  • (Elfte Ausführungsform)
  • Nachfolgend wird ein Halbleitervorrichtungs-Herstellungsverfahren gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als Halbleitervorrichtung wird ein Ausführungsformmodus der vorliegenden Erfindung zur Ausbildung einer N–-Kanalschicht in einem Graben-MOSFET angewendet. 21 ist eine perspektivische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Abschnittes des Graben-MOSFET gemäß dieser Ausführungsform.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Graben-MOSFET von 21 wird nun unter Bezugnahme auf die Herstellungsschritte der 22A bis 22D erläutert.
  • Zuerst wird gemäß 22A ein Halbleitersubstrat 45 vorbereitet, bei dem die N–-Driftschicht 42, die Basisschicht 43 und der N+-Sourcebereich 44 sequenziell auf einem N+-Substrat 41 aus Siliziumcarbid mit einer (000-1) C-Fläche gestapelt werden. Die N–-Driftschicht 42, die Basisschicht 43 und die N+-Sourceschicht 44 sind Epitaxialfilme. Dann wird ähnlich zum ersten Ausführungsformmodus ein LTO-Film 60, der eine Maske beim Grabenätzvorgang ist, sequenziell auf einer oberen Ebene dieses Halbleitersubstrates 45 ausgebildet und danach wird das sich ergebende Halbleitersubstrat 45 fotolithographisch gemustert.
  • Dann wird gemäß 22B ein Trockenätzvorgang zur Ausbildung des Grabens 47 durchgeführt, wobei der LTO-Film 60 als Maske verwendet wird, wobei der Graben 47 so ausgebildet wird, dass er die P+-Basisschicht 43 durchdringt und die N–-Driftschicht 42 erreicht, wobei sein Neigungs- oder Böschungswinkel größer oder gleich 80 Grad ist, die Tiefe des Grabens 47 ist gleich oder größer 4 μm und ein Längenverhältnis des Grabens ist gleich oder größer als 2.
  • Danach wird gemäß 22C ein Schadensentfernungsschritt auf ähnliche Weise wie in der zehnten Ausführungsform durchgeführt.
  • Dann wird gemäß 22D eine N+-Kanalschicht 48 aus einem epitaxialen Dünnfilm durchgehend auf der Halbleitervorrichtung ausgebildet, an der der Schadenentfernungsschritt durchgeführt wurde, was auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform erfolgt. Danach wird ein Oxidfilm oder dergleichen im Inneren des Grabens 47 eingebettet. Nachfolgend wird eine unnötige N–-Kanalschicht 48, welche auf einem Abschnitt ohne Graben ausgebildet worden ist, mittels CMP oder dergleichen zurückgeätzt und der im Graben 47 eingebettete Oxidfilm wird entfernt. Danach wird eine thermische Oxidation durchgeführt, um den Gateisolationsfilm 49 zu bilden.
  • Danach wird ein Ausbildungsschritt des P+-Kontaktbereichs 46 durchgeführt und die Sourceelektrode 52 und die Drainelektrode 53 werden gebildet, so dass ein Graben-MOSFET gemäß 21 fertiggestellt ist.
  • Bei dem auf oben beschriebene Weise hergestellten MOSFET können die Konkavitäten/Konvexitäten an der Grabenseitenebene in der Größenordnung von Atomen verringert werden und weiterhin werden sowohl die N–-Kanalschicht 48 als auch der Gateoxidfilm 49, welche an der Grabenseitenebene ausgebildet wurden, im Kanalbereich flach. Mit anderen Worten, ein Graben-MOSFET kann realisiert werden, bei dem Schäden aufgrund des Grabenätzprozesses beseitigt worden sind, so dass bei diesem Graben-MOSFET die Kanalmobilität und die Lebensdauer des Gateoxidfilms verbessert sind.

Claims (28)

  1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausbilden einer Grabenmaske (21, 60) zum Ätzen eines Grabens (6, 47) an einer oberen Oberfläche eines Halbleitersubstrats (20, 45) aus Siliziumcarbid; Ausbilden des Grabens (6, 47) derart, dass das Substrat (20, 45) unter Verwendung der Maske (21, 60) derart geätzt wird, dass der Graben (6, 47) mit einem Längen- oder Streckenverhältnis von gleich oder mehr als 2 und einem Neigungs- oder Böschungswinkel von gleich oder mehr als 80° in dem Substrat (20, 45) ausgebildet wird; und Entfernen eines Schadensbereichs derart, dass der an einer inneren Oberfläche des Grabens (6, 47) während des Schritts des Ausbildens des Grabens (6, 47) entstandene Schadensbereich in Wasserstoffatmosphäre unter Unterdruck bei einer Temperatur von gleich oder mehr als 1600°C geätzt und entfernt wird.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grabenmaske (21, 60) auf dem Substrat (20, 45) mit einer (0001) Si-Oberfläche gebildet wird.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grabenmaske (21, 60) auf dem Substrat (20, 45) mit einer (0001) C-Oberfläche gebildet wird.
  4. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin mit dem Schritt des Entfernens der Grabenmaske (21, 60) vor dem Schritt des Entfernens des Schadensbereichs.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin mit dem Schritt des Ausbildens einer Selektionsmaske (31) derart, dass die Selektionsmaske (31) für selektives epitaxiales Wachstum auf einem Teil der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats (20, 45) nach dem Schritt des Entfernens der Grabenmaske (21, 60) ausgebildet wird, wobei dieser Teil der oberen Oberfläche unterschiedlich zu dem Graben (6, 47) ist.
  6. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich unter Verwendung einer Dampfphasendiffusionsraten-Steuerreaktion derart entfernt wird, dass eine Ecke des Grabens (6, 47) abgerundet wird.
  7. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich unter Verwendung einer Dampfphasendiffusionsraten-Steuerreaktion derart entfernt wird, dass eine Ecke des Grabens (6, 47) isotropisch geätzt und abgerundet wird.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei im Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich unter der Bedingung von P × 1,33 × 102 ≥ A/T – B entfernt wird, wobei P einen Atmosphärendruck in Pa wiedergibt, T eine Temperatur des Substrats (20, 45) in °C wiedergibt, A = 4,16 × 106 und B = 2,54 × 104.
  9. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schritt des Entfernens des Schadensbereichs bei einer Temperatur gleich oder niedriger als 1700°C durchgeführt wird.
  10. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich durch eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre entfernt wird, welche Kohlenwasserstoff enthält.
  11. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei im Schritt des Entfernens des Schadensbereichs der Schadensbereich durch eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre entfernt wird, welche ein Inertgas enthält.
  12. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Graben (6, 47) eine bestimmte Musterung mit einer Mehrzahl von Gräben (6, 47) mit einem Abstand dazwischen aufweist, wobei der Abstand derart bestimmt ist, dass eine flache Oberfläche des Substrats (20, 45) zwischen den Gräben (6, 47) in einem späteren Schritt des Ausbildens einer eingebetteten Schicht (7, 48) in dem Graben (6, 47) verschwindet.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Distanz zwischen den Gräben (6, 47) gleich oder kleiner als eine Grabenbreite ist.
  14. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiterhin mit dem Schritt des Ausbildens einer eingebetteten Schicht (7, 48) derart, dass eine Epitaxialschicht als die eingebettete Schicht (7, 48) in dem Graben (6, 47) bei einer Temperatur gleich oder höher als 1500°C durch ein epitaxiales Aufwachsverfahren nach dem Schritt des Entfernens des Schadensabschnitts gebildet wird.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) bei einer Temperatur gleich oder höher als 1550°C durchgeführt wird.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) bei einer Temperatur gleich oder höher als 1625°C durchgeführt wird.
  17. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Schritt des Entfernens des Schadensbereichs und der Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) nacheinander unter Verwendung der gleichen Anlage durchgeführt werden.
  18. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) unter Verwendung einer Dampfphasendiffusionsraten-Steuerreaktion durchgeführt wird, so dass eine Ecke der eingebetteten Schicht (7, 48) abgerundet wird.
  19. Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) eine Wachstumsrate der eingebetteten Schicht (7, 48) gleich oder kleiner als 2,5 μm pro Stunde hat.
  20. Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) eine Wachstumsrate der eingebetteten Schicht (7, 48) an einer Seitenwand des Grabens (6, 47) gleich oder kleiner als 2,5 μm pro Stunde hat.
  21. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei der Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) bei einer Temperatur gleich oder niedriger als 1700°C durchgeführt wird.
  22. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei beim Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) das Einbettungswachstum unter Verwendung eines Gases durchgeführt wird, welches ein Rohmaterialgas, ein Trägergas und ein Gas mit einem Ätzeffekt aufweist.
  23. Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Gas mit dem Ätzeffekt ein Chlorwasserstoffgas ist.
  24. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei der Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) durch eine Konzentrationssteuerung derart durchgeführt wird, dass eine Verunreinigungskonzentration zu Beginn des Schritts des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) unterschiedlich zu derjenigen am Ende des Schritts des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) ist.
  25. Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei beim Schritt des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) die Konzentration derart gesteuert wird, dass die Verunreinigungskonzentration am Ende des Schritts des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) höher als zu Beginn des Schritts des Ausbildens der eingebetteten Schicht (7, 48) ist.
  26. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei das Halbleitersubstrat (20, 45) eine (0001) Si-Oberfläche oder eine (000-1) C-Oberfläche hat.
  27. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei der Schritt des Ausbildens des Grabens (6) derart durchgeführt wird, dass ein Oberflächenmuster des Grabens (6) ein Streifenmuster wird, wobei das Muster der Grabens (6) parallel zu einer Offsetrichtung des Halbleitersubstrats (20) ist.
  28. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei der Schritt des Ausbildens des Grabens (47) derart durchgeführt wird, dass ein Oberflächenmuster des Grabens (47) ein Sechseckmuster wird, wobei alle Innenwinkel des Sechsecks im Wesentlichen gleich sind.
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