TW200828585A - Process for producing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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Kazuhiro Fujikawa
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Sumitomo Electric Industries
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Description

200828585 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種碳化矽半導體裝置之製造方法，尤1 是關於一種可提高碳化矽半導體裝置之通道中之載子移動 率的碳化矽半導體裝置之製造方法。 【先前技術】
作為習知之碳切半導體裝置，例如，提出有導通電阻 低且高耐壓優異之槽閘極型功率M0SFET(Metai
Semiconductor Field Effect Transistor 金屬氧化物半導體 場效應電晶體）（例如，參照專利文獻丨（日本專利特開平9_ 199724號公報）及專利文獻2(日本專利特開平1〇-247732號 公報））。 儿 該習知之槽閘極型功率M〇SFET，例如，如圖Μ所示， 構成包含n+型碳化矽結晶基板丨、於n+型碳化矽結晶基板i 幵/成之η型石反化石夕結晶層2、於n_型碳化石夕結晶層2上形 成之P型碳化矽結晶層3、於p型碳化矽結晶層3之表面上形 成之n+型源極區域5以及p+型區域6的半導體積層基板*。 此處，作為碳化矽結晶，使用有六方晶系碳化矽結晶，半 ‘體積層基板4之上表面（主表面）大致成為（〇〇〇1_)面之碳 面。 又’於該習知之槽閘極型功率MOSFET中，自半導體積 層基板4之表面貫穿n+型源極區域5及p型碳化矽結晶層3， 形成到達η-型碳化矽結晶層2之槽7。該槽7具有與卜型碳化 矽結晶層2表面垂直之側面以以及與卜型碳化矽結晶層2表 123743.doc 200828585 面平行之底面7b。 繼而，於槽7之側面以上，以蟲晶成長而形成由n型碳化 矽結晶構成之薄膜半導體層8，於薄膜半導體層8之表面上 形成閘極絕緣膜9。進而，於閘極絕緣膜9中埋人閘極電極 層1〇。又，於閘極電極層10上形成層間絕緣膜u，於包括 層間 絕緣膜11上之n+型源極區域5上及p型碳化矽結晶層3
C 上形成源極電極層12。又，於n+型碳化矽結晶基板丨之表 面（半導體積層基板4之下表面）上形成汲極電極層13。 此種結構之習知碳化石夕半導體裝置中，藉由對閘極電極 層10施加電壓且對閘極絕緣膜9施加電 體層8上引起積蓄型通道，電流於源極電極層12=電導 極層13之間流動。 專利文獻1 ·曰本專利特開平9-199724號公報 專利文獻2:曰本專利特開平ι〇_247732號公報 【發明内容】 發明所欲解決之問題 於上述專利文獻1及專利文獻2所揭示之習知碳化矽半導 體裝置中，藉由將槽7之側面化形成為與[11-〇〇]方向或 [112-0]方向平行，而獲得導通電阻低及高耐壓之特性。 然而，於專利文獻1及專利文獻2所揭示之方法中，利用 RIE(Reactive Ion Etching，反應性離子蝕刻）來形成槽7， 但進行RIE時，即使於利用有光微影步驟之情形時，亦難 以完全符合上述之特定方向來形成槽7之側面7a。 又，於專利文獻1及專利文獻2所揭示之方法中，因利用 123743.doc 200828585 RIE而形成槽7，故形成槽7時，對槽7之側面π產生損害。 因此，於專利文獻1及專利文獻2所揭示之習知碳化矽半 導體衣置中，對構成槽7之側面7&的結晶面產生偏差或損 "故亦對形成於上述結晶面上之薄膜半導體層8的結晶 面產生偏差或損害。因此，於成為通道之薄膜半導體層8 之表面上產生表面態，且因該表面態而阻礙載子移動，故 而具有通道中之載子移動率不充分，無法成為導通電阻低 專特性優異之碳化石夕半導體裝置的問題。 口此，本發明之目的在於提供一種藉由提高通道中之載 子移動率，而使導通電阻低等特性優異的碳化矽半導體裝 置之製造方法。 解決問題之技術手段 本發明係一種碳化矽半導體裝置之製造方法，其包括以 :步驟：對包含由第！導電型六方晶系碳化矽結晶構成的 第1導電型奴化矽結晶基板、形成於第丨導電型碳化矽結晶 基板上之由第1導電型六方晶系碳化矽結晶構成的第丨導電 型碳化矽結晶層、形成於第i導電型碳化矽結晶層上之由 第2導電型之六方晶系碳化矽結晶構成的第2導電型碳化矽 結晶層及形成於第2導電型碳化矽結晶層之表面上之第i導 電型半導體區域的半導體積層基板，自半導體積層基板之 表面貝牙第1導電型半導體區域及第2導電型碳化矽結晶 層，形成將第1導電型碳化矽結晶層作為底面之槽；於槽 之至少一部分上形成矽膜；將形成有矽膜之半導體積層基 板加熱至矽膜之熔融溫度以上；去除加熱後之矽膜；於去 123743.doc 200828585 2石夕膜後之露出面上形成祕料膜；及”極絕緣膜之 石夕车…里 曰糟由形成上述結構’可提高碳化 夕丰¥體裳置之通道中之載子移動率，製作導通電阻低等 特性優異之碳化矽半導體裝置。 - 此處’於本發明之碳切半導體裝置之製造方法中，槽 較好+的是以槽之側面對於⑴,方向成為平行之方^ 成。藉由形成此種結構，可進一步減少對構成去除加執後 ^膜後之露出面的結晶面造成之偏差或損害，因此存在 可進一步提高碳切半導體裝置之通道中之載子移動率， 可製作導通電阻低等特性優異之碳化料導體裝置的傾 向0 又，於本發明之碳化石夕半導體Μ之製造方法卜槽更 好的疋以於半導體積層基板之表面上形成各内角相等之六 角形之方式形成。藉由形成此種結構，槽之任_側面在結 曰曰工學上均成為等價之面，因此常常可製作具有更多提高 載子移動率之通道，且導通電阻低等特性優異之碳化石夕半 導體裝置。 發明之效果 根據本發明，可提供一種藉由提高通道中之載子移動 率’而導通電阻低等特性優異的碳化矽半導體裝置之製造 方法。 【實施方式】 以下’對本發明之實施形態加以說明。再者，於本發明 之圖式中，同一參照符號表示同一部分或相當部分。 123743.doc 200828585 參照圖1至®ι2 ’來說明作為本發明之碳化石夕半導體裝 置的槽閘極型功率MOSFFT + & ET之較好一例的製造步驟。首 先，如圖1之模式剖而同Μ - 圖所不’於作為由主表面為（〇〇〇1_) …曰曰面之石厌面的n型六方晶系碳化矽結晶構成之第1導電型 碳化石夕結晶基板的η+型碳化石夕結晶基板α表面上，使作 為由"六方晶系碳切結晶構成之第ι導電型碳化石夕結晶 層的η-型碳化石夕結晶層2進行蟲晶成長。此處，於本發明 中。’、所謂（GGG1·)結晶面，意指相對於（綱㈠結晶面，以 8以下之角度傾斜的結晶面（包括㈣於（_卜）結晶面並 不傾斜之結晶面）。又， _ i厌化矽結晶基板1之載子濃度 、交仔同於η-型碳化矽結晶層2之载子濃度。 繼而，如圖2之模式立彳；同私一 、式〇]面圖所不，於η-型碳化矽結晶層2 之表面上，使作為由山 厌化矽結晶構成之第2導 而:曰曰層的Ρ型碳化石夕，结晶層3進行蟲晶成長。繼 二如圖3之模式剖面圖，例如藉由氮之離子植入等，而 於ρ型碳化石夕結晶層3之矣 日日層3之表面之一部分上形成作為第丨導雷 型半導體區域之n+型 電 層3之表面^ 進而’於？型碳化石夕結晶 未形成η+型源極區域5之部分，例如藉 離子植入等，而形成ρ+ 之 美始 糟此，形成+導體積層 : P+型區域6之載子濃度變得高於P型碳化矽 結晶層3之載子濃度。 夕 繼而，如圖4之模式剖面圖所示，使用RIE# i # 法，同時書办^丨、 使用RIE作為乾蝕刻 、牙η里源極區域5及P型碳化矽結晶層3，到達 η-型碳化石夕处曰爲〇 / 句違 、”曰曰’形成將η_型碳化石夕結晶層2之表面作 123743.doc 200828585 為底面7b之槽7。此時，鲂征 好的是以槽之側面以成為與Π1_ ]方向平行之方式而形成。此處，於本發明巾，於以槽 之侧面7a成為與[1卜0〇]方向 、曰 # 十仃之方式而形成之情形時， 右以槽之側面7a成為與<11，>、<10レo>、<0ll_o>、<l_ 成即可。又l，ί)或<ί)、レlί)>6個方向中任一者平行之方式形 α ，於本發明中’所謂與Π1-00]方向平行，以指 相對於上述6個方向中任一者， 曰 述角度包括0。之情形）。 下之角度傾斜（上 7之又产Λ以槽之側面7amu,方向平行之方式來形成槽 月4 ’半導體積層基板4表面之槽7之平面形狀，例 如成為如圖5之模式平面圖所示的各内角相等之六角形。 此處:於本發明中，所謂之各内角相等之六角形，意指内 角之取大角與最小角之差的絕對值為32〇以下之六角形。 、、盧而’如圖6之模式剖面圖所示，於半導體積層基板4之 表面上形成石夕膜14。此時，槽7之側面7a由石夕㈣所包 覆。此處，矽膜14可利用例如濺鍍法而形成。 繼而，將形成有矽膜14之半導體積層基板4加熱至矽膜 之熔嘁度以上。此時，存在構成槽7之側面〜的結晶 面被重組，槽7之侧面7a成為能量穩定之結晶面的傾向。 即，藉由進行將於槽7之側面7a上形成之矽膜14加熱至矽 膜14之熔融溫度以上，使構成槽7之側面7a的結晶面進行 重組的步驟，則即使於槽7之側面7a上產生結晶面之偏差 或損害時’亦可恢復該結晶面之偏差或損害。因此，於本 發明中’可減少通道中由結晶面之偏差或損害引起之表面 123743.doc -10- 200828585 悲，故可提尚通道中之載子移動率。 此處，於本發明中，就提高碳化⑦半導體裝置之通道中 之載子移動率觀點而言，較好的是將於槽7之側面7a上形 成有石夕膜u之半導體積層基板4，於13〇代以上17〇代以 • 了之溫度下進行加熱。又，於本發明中，就提高碳化石夕半 ㈣裝置之通道中之載子移動率觀點而言，較好的是將於 槽7之側面&上形成有石夕膜Η之半導體積層基板4,於 (:13〇〇C以上17〇〇°C以下之温度下加熱20分鐘以上。 進而如圖7之模式剖面圖所去除於半導體積層基 板4表面上形成之上述加熱後之石夕膜14。此處，石夕媒⑷列 如可藉由浸潰於硝氟酸等中而去除。 、、蠤而如圖8之核式剖面圖所示，卩包覆半導體積層基 板4之表面、槽7之侧面7a及槽7之底面几之方式，形成閉 極絕緣膜9。 繼而，如圖9之模式剖面圖所示，於槽7内之間極絕緣膜 Ο 9之内側形成閘極電極層10。繼而，如圖10之模式剖面圖 所示，於含有閘極電極層10之半導體積層基板4之表面上 形成層間絕緣膜1 1。 其後，去除閘極絕緣膜9及層間絕緣膜u之一部分後， 如圖11之模式剖面圖所示，於包括層間絕緣膜u上之^型 原極區域5上及p+型區域6上开）成源極電極層u。繼而，如 圖12之模式剖面圖所示’於半導體積層基板4之背面㈣型 碳化石夕結晶基板1之背面）上形成沒極電極層13。藉此，作 為本發明之碳化梦半導體裝置之一例的槽閘極型功率 123743.doc 200828585 MOSFET製作完成。 於如此獲得之本發明之碳化矽半導體裝置之一例即槽閘 極型功率MQSFET中，可形成綠加熱後之㈣後的露出 面之結晶面的偏差或損害少且表面態少之結晶面，可提高 由此種結晶面構成之通道中之載子移動率。 精此’因可將通道中之表面態密度控制為較低值，故可 製造導通電阻低等特性優異之槽閘極型功率m〇sfet。
再者’於本發明中，閘極電極層1G、源極電極層i2及汲 極電極層13之材質若分別為導電性，則無特別限制。又， 若層間絕緣膜η之材質若為絕緣性，則無特別限制。 又於上述中，形成Ρ+型區域6,但本發明亦可不形成 Ρ +型區域6。 八，π上述中 h /心側HWa形成為與半守腹檟層暴板4 ^表面垂直，但本發明中’槽7之側面7績半導體積層基 板4表面所成之角度未必為垂直。 ^於本發明中，例如圖13之模式剖面圖所示，槽7可 成為不具有底面7biV字型。又， 之捃4、、本毛明中，例如圖14 之杈式相圖所示’槽7之側面乃可為曲面。 又於本發明中，例如圖15之模式A|| & m 極電極Mm <稂式。彳面圖所示，可以閘 層10之上部的至少一部分位於η+ 方的形狀而形成問極電極層10。 邮域5之上 再：:=::，上述η型與。型之導電型可全部調換。 字上附加橫 原本應於所需之數 線朿表不，但於表示方法上有限制，因此於本 123743.doc -12- 200828585 說明書中，於所需數字後添加「_」來表示，代替 之數字上附加橫線之表示方式。 而 可認為此次所揭示之實施形態，係於所有方面之例示， 並無限制。本發明之範圍並非上述說明，而是由申請I利 範圍所揭示，i包括與申請專利範圍同等之含義以：範圍 内之所有變更。 產業上之可利用性
Ο 根據本發明，可提供一種藉由提高通道中載子之移動 率，而使導通電阻低等特性優異之碳化矽半導體裝置 造方法。 、又 【圖式簡單說明】 裝置的槽閘極型 部分的模式剖面 圖1係表示作為本發明之碳化矽半導體 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一 圖0 圖2係表示作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽閘極型 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一部分的模式剖面 圖0 圖3係表示作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽閘極型 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一部分的模式剖面 圖。 圖4係表示作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽閘極型 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一部分的模式剖面 圖。 圖5係本發明中所形成之槽平面形狀之較好一例的模式 123743.doc -13- 200828585 平面圖。 圖6係表示作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽閉極型 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一部分的模式剖 圖。 圖7係表示作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽間極型 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一部分的模式气面 圖。 圖8係表示作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽閘極型 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一部分的模式剖面 圖。 圖9係表示作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽閘極型 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一部分的模式剖面 圖。 圖10係表示作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽閘極型 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一部分的模式剖面 圖。 圖11係表示作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽閘極型 功率MOSFET之較好一例之製造步驟之一部分的模式剖面 圖。 圖12係作為本發明之碳化矽半導體裝置的槽閘極型功率 MOSFET之較好一例的模式剖面圖。 圖13係作為由本發明所獲得之碳化矽半導體裝置的槽閘 極型功率MOSFET之較好之其他一例的模式剖面圖。 圖14係作為由本發明所獲得之碳化矽半導體裝置的槽閘 123743.doc -14- 200828585 極型功率MOSFET之較好之其他一例的模式剖面圖。 圖1 5係作為由本發明所獲得之碳化石夕半導體裝置的槽閘 極型功率MOSFET之較好之其他一例的模式剖面圖。 圖16係習知之槽閘極型功率]^〇817£丁的模式剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 n+型碳化矽結晶基板 2 型碳化矽結晶層 3 Ρ型碳化矽結晶層 4 半導體積層基板 5 η+型源極區域 6 Ρ+型區域 7 槽 7a 側面 7b 底面 8 薄膜半導體層 9 閘極絕緣膜 10 閘極電極層 11 層間絕緣膜 12 源極電極層 13 ✓及極電彳亟層 14 矽膜 123743.doc -15-

Claims (1)

  1. 200828585 十、申請專利範圍： 1· 一種碳化矽半導體裝置之製造方法，其包括以下步驟： 對包含由第1導電型六方晶系碳化矽結晶構成的第i導 私型化矽結晶基板（i)、形成於上述第1導電型碳化石夕 結晶基板（1)上之由第i導電型六方晶系碳化矽結晶構成 的第1導電型碳化矽結晶層（2)、形成於上述第1導電型碳 化矽結晶層（2)上之由第2導電型六方晶系碳化矽結晶構 成的第2導電型碳化矽結晶層（3)及形成於上述第2導電型 石反化矽結晶層（3)之表面上的第1導電型半導體區域（5)之 半導體積層基板（4)，自上述半導體積層基板（4)之表面 貫穿上述第1導電型半導體區域（5)及上述第2導電型碳化 石夕結晶層（3)，形成將上述第1導電型碳化矽結晶層（2)作 為底面（7b)之槽（7); 於上述槽（7)之至少一部分上形成矽膜4); 將形成有上述矽膜（14)之上述半導體積層基板（4)加熱 至上述矽膜（14)之熔融溫度以上； 去除上述加熱後之碎膜（14); 於去除上述石夕膜（14)後之露出面上形成閘極絕緣膜 (9);及 於上述閘極絕緣膜（9)之表面上形成閘極電極層（1〇)。 2. 如請求項1之碳化矽半導體裝置之製造方法，其中上述 槽（7)係以上述槽（7)之側面對於[11-00]方向成為平行之 方式形成。 3. 如請求項1之碳化矽半導體裝置之製造方法，其中上述 123743.doc 200828585 槽（7)係以於上述半導體積層基板（4)之表面上形成各内 角相等之六角形之方式形成。 123743.doc
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