專利名稱：減少堆垛層錯成核位置的順序光刻方法和具有減少的堆垛層錯成核位置的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制作在電子器件(如功率電子器件)中使用的半導體材料的方法。尤其是，本發(fā)明的某些實施例涉及可減少碳化硅中晶體缺陷的過程以及由此生成的結(jié)構(gòu)和器件。本發(fā)明與在2001年10月26日提出的、現(xiàn)在以號碼2003-0080842 A1公布的、序號為10/046,346的同時待審和一般轉(zhuǎn)讓的申請，以及在2003年9月22日提出的、序號為10/605,312的同時待審和一般轉(zhuǎn)讓的申請中公開并要求權(quán)利的主題有關(guān)；這些申請的公開內(nèi)容通過引用將全部結(jié)合在此，就好像是完全在這里提出的一樣。
碳化硅碳化硅(SiC)在最近二十年是作為可提供大量優(yōu)于硅和砷化鉀的優(yōu)點的適當?shù)暮蜻x半導體材料出現(xiàn)的。尤其是，碳化硅具有寬能帶隙、高擊穿電場、高熱傳導性、高飽和的電子漂移速度，并且在物理上是極端魯棒的。碳化硅具有極端高的熔點并且是世界上已知的最堅硬的材料之一。
然而，因為其物理屬性，碳化硅還可能相對難以生產(chǎn)。因為碳化硅可以多型生長，所以可能很難長成大的單晶體。用來生長碳化硅的高溫還可能使不純度(包括摻雜)的控制相對比較困難，并且同樣可能在薄膜(如外延層)生產(chǎn)中出現(xiàn)困難。由于其硬度，傳統(tǒng)的切削和拋光半導體晶片的步驟對碳化硅還可能更困難。類似地，其對于化學侵蝕的抵抗可能使得難以傳統(tǒng)方式進行蝕刻。
另外，碳化硅可形成超過150種的多型，這些多型中的許多通過相對小的熱力學差異被分離。結(jié)果，在碳化硅中生長單晶襯底和高質(zhì)量外延層(“外延層”)曾經(jīng)是并且可能保持為困難的任務。
然而，基于包括由本發(fā)明的受讓人所進行的該特殊領(lǐng)域中大量的研究和發(fā)現(xiàn)，在碳化硅的生長及其制成有用的器件方面已經(jīng)取得了很大進步。因此，加入碳化硅作為襯底用于其他有用的半導體(如III族的氮化物)以生產(chǎn)藍色和綠色發(fā)光二極管的商用器件現(xiàn)在是可用的。同樣地，基于碳化硅的商用器件可用于微波和射頻(RF)高功率、高電壓應用和/或用于其他應用。
因為碳化硅技術(shù)的成功已經(jīng)增加了某些基于SiC的器件的實用性，這些器件的特殊方面已經(jīng)變得更加明顯。尤其是，已經(jīng)觀察到某些基于碳化硅的雙極性器件(如雙極性功率器件)的正向電壓(Vf)在某些器件的操作期間可顯著地增加。這種增加通常被稱為“Vf漂移”。出于多種原因，半導體器件中這樣的功能性問題可能常常是由制成器件的材料的晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷引起的。下面將討論這些缺陷的實例。
沉積系統(tǒng)和方法通常用來在襯底上形成半導體材料層，如外延膜。例如，化學汽相淀積(CVD)反應器系統(tǒng)和過程可用來在襯底上形成半導體材料(如碳化硅(SiC))層。CVD過程可能對形成具有受控特性、厚度和/或布置的層(如外延層)尤其有效。通常，在沉積系統(tǒng)(如CVD系統(tǒng))中，襯底被置于襯托器內(nèi)的反應室中，并且包括將要在襯底上沉積的試劑或反應物的一種或多種生產(chǎn)氣體被引入與襯底相鄰的反應室內(nèi)?？墒股a(chǎn)氣體流過反應室以便于向襯底提供均勻的或受控制濃度的試劑或反應物。
磁化硅晶體結(jié)構(gòu)沉積系統(tǒng)(如CVD反應器)可用來在具有預定多型(如2H、4H、6H、15R、3C等)的單晶碳化硅襯底上形成碳化硅的外延層。術(shù)語“多型”指晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)原子層的排序和布置。因此，盡管碳化硅的不同多型在化學計量上是相同的，但是它們擁有不同的晶體結(jié)構(gòu)并且因此可具有不同的材料特性，如能帶隙、載流子遷移率和擊穿場強。字母H、R和C指多型的一般晶體結(jié)構(gòu)，即分別指六邊形、菱形和立方體形。多型表示中的數(shù)字指層布置的重復周期。因此，4H晶體具有六邊形晶體結(jié)構(gòu)，其中晶體中原子的布置每隔四個雙層重復。
圖1說明了假設的晶體的六邊形晶胞。晶胞60包括一對相對的六邊形面61A、61B。六邊形面垂直于c-軸，c-軸沿著如由米勒-布拉菲標引系統(tǒng)定義的、用于標明六邊形晶體中方向的<0001>方向延伸。因此，六邊形面有時被稱為c-面，其定義了晶體的c-平面或基面。垂直于c-平面的平面被稱為棱柱面。
碳化硅擁有許多對半導體性能和器件來說潛在有利的物理和電子特征。這些可包括寬能帶隙、高熱傳導性、高飽和的電子漂移速度、高電子遷移率、超高的機械強度和輻射硬度。然而，取決于缺陷的類型、位置和密度，碳化硅膜中結(jié)晶缺陷的存在可能限制了在該膜中制作的電子器件的性能。因此，有意義的研究已經(jīng)集中于減少碳化硅膜中的缺陷。已知某些缺陷(如微管)嚴重地限制并且甚至阻礙了器件性能。其他缺陷(如穿透位錯)不認為是對器件操作單獨有害的，因此它們不會明顯地以通常在外延膜上發(fā)現(xiàn)的密度來影響器件性能。
對于其中期望高電壓阻塞能力的應用(例如功率轉(zhuǎn)換應用)來說，碳化硅膜通?！半x軸”生長。也就是，以稍微傾斜于垂直晶體軸(c-軸)的角度切削襯底晶體。采取比如六邊形多型(如4H或6H)，在圖2所說明的其中一個標準結(jié)晶方向上構(gòu)成切口的傾斜角，所述方向即為<1120>方向(朝向六邊形晶胞的一點)或<1010>方向(朝向六邊形晶胞的平面?zhèn)鹊闹行?、或沿不同的方向。作為離軸切削的結(jié)果，所制備的襯底的面的特征在于平臺和臺階的周期布置。參見比如Kong等人的標題為“Homoepitaxial Growth of alpha-SiC ThinFilms and Semiconductor Devices Fabricated Thereon”、轉(zhuǎn)讓給北卡羅萊納州立大學的美國專利4,912,064，該申請的公開內(nèi)容通過引用將全部結(jié)合在此，就好像是完全在這里提出的一樣。
因此，當外延層在襯底上生長時，沉積的原子結(jié)合到晶體層臺階的曝光邊緣處的原子，這使得臺階以所謂臺階流方式側(cè)向生長。圖3說明了臺階流生長。各層或臺階在其中晶體最初被離軸切割的方向(在圖3所說明的情形中為<1120>方向)上生長。
結(jié)晶缺陷在最基本的層次上，結(jié)構(gòu)結(jié)晶缺陷可分成四類點缺陷、線缺陷、面缺陷和三維缺陷。點缺陷包括空位，線缺陷包括位錯，面缺陷包括堆垛層錯，以及三維缺陷包括多型參雜。
位錯是一種在整個晶體內(nèi)延續(xù)許多晶胞長度的結(jié)構(gòu)不完整性。位錯的更確切的描述可將其分類為螺型位錯和刃型位錯。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公認的，在根據(jù)返回到自身的真實晶體內(nèi)的從原子至原子(或從離子至離子)的對稱路徑被稱為伯格斯回路。如果代表結(jié)構(gòu)的晶格內(nèi)的相同路徑不會返回其自身，以使開始和結(jié)束不在相同的原子上，則伯格斯回路包含一個或多個位錯。在晶格中完成閉合回路的矢量被稱為伯格斯矢量，并且該矢量測量位錯的量級和方向。
如果伯格斯矢量平行于定位位錯的線，則缺陷被稱為螺型位錯。另一方面，如果伯格斯矢量垂直于位錯，則其被稱為刃型位錯。刃型位錯的最簡單形式是在兩個垂直平面之間插入的原子或離子的不完整平面，在某種意義上它有些類似中途插進紙牌的額外的卡片。
螺型位錯不必是不利的并且實際上可能是有利于晶體生長的。例如，在碳化硅晶體的名義上(0001)定向的生長表面處的1C穿透螺型位錯提供了一個或幾個原子高的重新生成的邊緣。在該邊緣處，晶體的連續(xù)生長相對容易。然而，位錯允許塑性流動能夠在晶體內(nèi)相對容易地發(fā)生。位錯可沿著滑移面優(yōu)先移動。位錯移過晶體相對容易，因為滑移面上的移動只涉及結(jié)構(gòu)要素的輕微移動。換句話說，滑移面提供了據(jù)此可重新組織晶體的低能中間狀態(tài)。
碳化硅中的缺陷在碳化硅功率器件中，這樣的相對低能中間狀態(tài)的實用性可促進層錯繼續(xù)生長，因為器件的操作可提供驅(qū)動位錯移動所需要的相對少量的能量。
商用質(zhì)量的SiC晶片和外延層通常包括螺型位錯和刃型位錯。這些位錯還可以通過它們在晶體內(nèi)的排列被進一步分組。沿著c-軸傳播的那些位錯被稱為穿透位錯，而位于c-平面內(nèi)的位錯被稱為基面位錯。通常，在SiC中，借助于下面所描述的機制，基面位錯可優(yōu)先分解成局部位錯，這在能量方面是有利的1/3<1120>→1/3<1010>+1/3<0110> (方程1)上述分解反應描述了基面位錯分解成兩個肖克利局部位錯。在上述分解期間生成的線缺陷將限制堆垛層錯缺陷。實際上，局部位錯將通常約束堆垛層錯的整個周長，除非堆垛層錯到達自由表面。這種堆垛層錯在雙極性器件中將通常是電激活的，并且在正向操作期間，在堆垛層錯附近可減少電子-空穴等離子體的密度。減少的等離子體密度可增加器件的正向電壓。另外潛在的復雜性是通過重組增強的位錯滑移，堆垛位錯在器件的正向操作期間可繼續(xù)擴張。這種行為可引起器件利用的實際障礙，因為其可導致具有可以在操作期間不可預見地改變的功能特性的器件。
換句話說，由于晶體內(nèi)先前存在的缺陷，電流通過碳化硅雙極性器件的應用可能傾向于啟動或傳播(或兩者)晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的變化。正如上面所注意到的，許多SiC多型處于緊密的熱力學鄰近，并且固相轉(zhuǎn)變是非常可能的。在堆垛層錯影響器件的大部分有效面積時，它們趨向于以一種不期望的模式導致正向電壓增加，這可阻止器件如在許多應用中所需要或所期望地那樣精確和/或有效地操作。
在某些慣例中，位錯密度通過材料每立方厘米位錯長度的厘米數(shù)來描述，并且因此報告為每平方厘米(cm-2)的位錯密度單位。在另一個慣例中(以及正如這里所使用的)，用于SiC外延層生長的4H-SiC襯底的離軸取向以及用來檢測位錯的常用蝕刻技術(shù)使得更便于利用蝕刻坑密度(單位也是cm-2)來描述SiC內(nèi)的位錯密度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將因此認識到，對于如以cm/cm3表述的給定的位錯密度，取決于典型的位錯配置和襯底的偏軸角，可以得到以坑數(shù)/cm2表述時的非常不同的位錯坑密度。因此，盡管這兩個數(shù)字將具有相同的凈單位(cm-2)，但是它們不必表示相同的實際位錯密度。為了清楚和一致起見，在本申請中，位錯密度將被描述為在8°離軸(0001)取向的襯底制備的硅表面的蝕刻外表面上描繪的特定坑密度。
根據(jù)這里所使用的慣例，目前商業(yè)可得到的4H-SiC襯底可具有近似每cm2的1E3至1E5(大約103-105)位錯。這包括穿透螺型和刃型位錯以及基面位錯。推測起來，所有類型的位錯可影響器件性能，但是基面位錯作為可導致Vf漂移的堆垛層錯的一般成核位置已經(jīng)被特別包含。
襯底內(nèi)的缺陷又常常在這樣的襯底上生長的外延層中被復制，從而使襯底晶體質(zhì)量相對于由此產(chǎn)生的器件的質(zhì)量和性能而成為極為重要的因素。
傳統(tǒng)的襯底制備和外延層生長實踐可相當有效地使基面位錯的密度從襯底內(nèi)的1E3-1E4cm-2減少到外延層內(nèi)的大約400cm-2。位錯密度的這種減少可借助于襯底制備和外延層生長操作中的變化來完成。
因此，對于基于SiC的雙極性和其他器件的結(jié)構(gòu)和操作內(nèi)的連續(xù)改進，最好是提供基礎襯底及其晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的連續(xù)改進。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的某些實施例，通過在具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的碳化硅襯底的表面上形成多個第一特征可制作外延碳化硅層。所述的多個第一特征包括取向不平行于(即傾斜或垂直于)預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。接著，在其中包括多個第一特征的碳化硅襯底的表面上生長第一外延碳化硅層。然后，在第一外延層的表面上形成多個第二特征。所述的多個第二特征包括取向不平行于預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。然后，在其中包括多個第二特征的第一外延層的表面上生長第二外延碳化硅層。第一和第二特征可以是相同的或者至少部分不相同。
在某些實施例中，通過掩蔽碳化硅表面并且接著蝕刻被曝光的所述表面可形成第一和/或第二特征。在某些實施例中，可通過干法蝕刻進行蝕刻。可利用蝕刻氣體(如NF3和/或SF6)實施干法蝕刻。在某些實施例中使用NF3。在某些實施例中，預定結(jié)晶方向為<1120>方向。
在某些實施例中，多個第一和/或第二特征包括在垂直于預定結(jié)晶方向的方向上伸展的多個溝槽。在其他實施例中，溝槽傾斜于預定結(jié)晶方向伸展。還可設置傾斜的或垂直的溝槽。在其它實施例中，多個第一和/或第二特征包括多個坑，如周期性重復的六邊形坑的圖案。第一和第二特征(如溝槽)可以彼此偏離。
在某些實施例中，在碳化硅襯底的表面上生長第一外延碳化硅層以使第一外延碳化硅層包含比碳化硅襯底更低的基面位錯密度。此外，在本發(fā)明另外的實施例中，第二外延碳化硅層包含比第一外延碳化硅層更低的基面位錯密度。
按照本發(fā)明某些實施例的碳化硅半導體結(jié)構(gòu)包括具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向并且在其表面上包括多個第一特征的碳化硅襯底。所述多個第一特征包括取向不平行于(即傾斜和/或垂直于)預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。第一外延碳化硅層也被設置在其中包括多個第一特征的碳化硅襯底的表面上。第二特征被設置在遠離碳化硅襯底的第一外延層的表面上，并且第二外延碳化硅層被設置在第一外延層的表面上。預定結(jié)晶方向可以是<1120>方向。第一和/或第二特征可包括如上所述的溝槽和/或凹坑，和/或可以是偏離的。還是如上所述，第一外延碳化硅層可包含比碳化硅襯底更低的基面位錯密度，以及第二外延碳化硅層可包含比第一外延碳化硅層更低的基面位錯密度。
本發(fā)明的其它實施例通過從具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的碳化硅襯底表面上的多個第一特征的至少一個側(cè)壁外延生長以形成外延碳化硅層來制作外延碳化硅層，所述至少一個側(cè)壁的取向不平行于預定結(jié)晶方向。在第一外延層的表面上外延生長多個第二特征的至少一個側(cè)壁。所述特征可以是如上所述的溝槽和/或凹坑。
此外，按照本發(fā)明其它實施例的方法和結(jié)構(gòu)可利用除碳化硅以外的單晶襯底來制作其上的兩個或多個外延層。


圖1是六邊形晶胞結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是說明標準結(jié)晶方向的六邊形晶胞的頂視圖；圖3是離軸碳化硅晶體的示意性側(cè)視圖；圖4是外延沉積系統(tǒng)的示意圖；圖5是能夠形成圖4的沉積系統(tǒng)的一部分的襯托器組件的橫截面；圖6是依照本發(fā)明某些實施例的已經(jīng)被處理的SiC晶片的示意圖；圖7A和7B是依照本發(fā)明某些實施例的已經(jīng)被處理的SiC晶片的表面的一部分的放大圖；圖8A是依照本發(fā)明某些實施例的、具有周期性六邊形坑結(jié)構(gòu)的、已經(jīng)被圖案化的碳化硅晶片表面的干涉測量導出的地形表示；
圖8B是沿著圖8A的B-B線所取得的深度分布圖；圖8C是沿著圖8A的C-C線所取得的深度分布圖；圖9A是依照本發(fā)明某些實施例的、具有周期性溝槽結(jié)構(gòu)的、已經(jīng)被圖案化的碳化硅晶片表面的示意平面圖；圖9B是圖9A中所示結(jié)構(gòu)的示意性正視圖；圖9C是圖9A中所示結(jié)構(gòu)的可替換實施例的示意性正視圖；圖10是按照本發(fā)明某些實施例的結(jié)構(gòu)的示意性正視圖；圖11是按照本發(fā)明某些實施例的結(jié)構(gòu)的示意性正視圖；圖12是按照本發(fā)明某些實施例的結(jié)構(gòu)的示意性正視圖；圖13是按照本發(fā)明某些實施例的SiC外延層表面的顯微照片；圖14是按照本發(fā)明另外的實施例的SiC外延層表面的顯微照片；以及圖15是按照本發(fā)明另外的實施例的SiC外延層表面的顯微照片。
具體實施例方式
現(xiàn)在將在下文中參考其中本發(fā)明實施例被示出的附圖對本發(fā)明進行充分的描述。然而，本發(fā)明可體現(xiàn)在許多不同的形式中，并且不應當被解釋為受限于這里所提出的實施例。相反，提供這些實施例以使本公開將是徹底的和完整的，并且將充分地向本領(lǐng)域的技術(shù)人員傳達本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清楚起見，層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸被夸大。將會理解，在元件或?qū)颖环Q為是“在另一個元件或?qū)由稀睍r，它可能是直接在另外的元件或?qū)由匣蛘呖纱嬖谥虚g元件或?qū)印Ｏ喾吹?，在元件被稱為“直接在另一個元件或?qū)由稀睍r，則不存在中間元件或?qū)?。相同的?shù)字指其中相同的元件。正如這里所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)的列示項的任何以及所有組合。
這里所使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定實施例的并且不打算限制本發(fā)明。正如這里所使用的，單數(shù)形式“一個”同樣用來包括復數(shù)形式，除非本說明書清楚地以其他的方式來表示。還將理解，在本說明書中使用時，術(shù)語“包含”指所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除一種或多種其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件、和/或其中組合的存在或添加。因此，例如，可按照本發(fā)明實施例生長三層或更多的外延層，即使在這里描述的是兩層的生長。
將會了解，盡管在這里術(shù)語第一、第二等可用來描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應當受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅僅用來使一個元件、部件、區(qū)域、層或部分同另一個區(qū)域、層或部分區(qū)分開來。因此，下面所討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分，而未背離本發(fā)明的教導。
此外，相對的術(shù)語，如“下部”或“底部”和“上部”或“頂部”，在這里可用來描述如圖中所說明的一個元件對另一個元件的關(guān)系。將會理解，除圖中所描述的取向之外，相對術(shù)語還用來包含器件的不同取向。例如，如果圖中的器件被翻轉(zhuǎn)，被描述為在其他元件的“下部”一側(cè)上的元件則將取向為在其他元件的“上部”一側(cè)上。取決于附圖的特定取向，示范的術(shù)語“下部”可因此包含“下部”和“上部”的取向。同樣地，如果在其中一幅圖中的器件被翻轉(zhuǎn)，被描述為在其他元件的“下方”或“之下”的元件則將取向為在其他元件的“上方”。示范的術(shù)語“下方”或“之下”可因此包含下方和上方的取向。
在這里參考本發(fā)明理想實施例的示意性說明的橫截面圖和/或其他視圖對本發(fā)明的實施例進行描述。同樣地，作為比如制造技術(shù)和/或容限的結(jié)果，可期望圖示的形狀的變化。因此，本發(fā)明實施例不應當被解釋為受限于這里所說明的區(qū)域的特定形狀，但是將包括由比如制造產(chǎn)生的形狀的偏差。例如，作為多邊形來說明的生長或沉積區(qū)域通常將具有圓形或彎曲特征，和/或在具有另一區(qū)域的其邊緣處的濃度梯度，而不是從第一區(qū)域到不同成分的第二區(qū)域的離散變化。因此，圖中所說明的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，并且它們的形狀不是用來說明器件的精確形狀也不是用來限制本發(fā)明的范圍。
按照本發(fā)明的某些實施例，在具有朝向第一結(jié)晶方向的離軸取向的碳化硅襯底上制造外延碳化硅層的方法可包括利用圖案化的蝕刻掩模掩蔽襯底的第一表面、蝕刻襯底的第一表面以形成多個特征、以及在蝕刻的第一表面上生長碳化硅的外延層，其中各特征包括以傾斜或垂直于第一結(jié)晶方向的角度取向的側(cè)壁。襯底具有朝向第一結(jié)晶方向的離軸取向，如<1120>方向。利用干法蝕刻處理(如利用NF3和/或SF6的反應離子蝕刻)可對部分掩蔽的襯底進行蝕刻。
在某些實施例中，多個特征包括在傾斜和/或垂直于第一結(jié)晶方向的方向上伸展的多個溝槽。在其他的實施例中，多個特征包括周期性地重復的六邊形凹坑的圖案。
在某些實施例中，以包括側(cè)壁的多個特征使襯底圖案化，并以第一缺陷密度生長第一外延層。接著，以具有側(cè)壁的多個特征使第一外延層圖案化，并以小于第一缺陷密度的第二缺陷密度生長第二外延層。
按照本發(fā)明某些實施例的半導體結(jié)構(gòu)可包括具有第一表面的離軸碳化硅襯底和在第一表面上形成的碳化硅的外延層。襯底的第一表面包括多個特征，各特征具有傾斜或垂直于離軸結(jié)晶方向的側(cè)壁。與襯底相比，外延層具有減小的基面位錯密度。
本發(fā)明的其他實施例包括具有第一表面和在第一表面上形成的碳化硅的第一外延層的離軸碳化硅襯底。襯底的表面包括多個特征，各特征具有傾斜或垂直于離軸結(jié)晶方向的側(cè)壁。與襯底相比，第一外延層具有減小的基面位錯密度。第一外延層還包括多個特征，各特征具有傾斜或垂直于離軸結(jié)晶方向的側(cè)壁。在第一外延層上生長第二外延層。與第一外延層相比，第二外延層具有減小的基面位錯密度。
本發(fā)明的某些實施例可提供減小堆垛層錯成核位置密度和/或減小基于碳化硅的雙極性器件內(nèi)的正向電壓(Vf)漂移的方法，以及具有可充當堆垛層錯成核位置的減小的基面位錯密度的碳化硅結(jié)構(gòu)。
某些實施例包括在碳化硅襯底的掩蔽表面上進行蝕刻，如干法蝕刻，并且在某些實施例中為利用NF3和/或SF6化學處理的反應離子蝕刻(RIE)，以此形成具有由此可進行外延生長的側(cè)壁的多種結(jié)構(gòu)。在美國專利4,865,685和4,981,551中提出了用于碳化硅的干法蝕刻的示范的、但不是限制性的技術(shù)，其內(nèi)容通過引用將全部結(jié)合在此。用于實施這里所描述的蝕刻的其他技術(shù)和化學處理通常在本領(lǐng)域中是公認的并且除了說明本發(fā)明的實施例之外將不在這里對其進行詳細描述。
這里所使用的術(shù)語“襯底”在某種意義上足夠廣泛地包括了大塊單晶體(通常從梨晶中切割下來的)，以及可包括一層或多層外延層的器件前體結(jié)構(gòu)，如晶片，但是其基本上(盡管不必是專門地)充當了對其上形成的器件的物理和電子支持。
同樣地，術(shù)語“干法蝕刻”和“濕法蝕刻”常常被用來指反應離子蝕刻或等離子體蝕刻(“干法”)或用來指在熔化的鹽或其他溶液中的蝕刻(“濕法”)。
通常，但不是必需，襯底將是n-型的，因為n-型襯底可在基于碳化硅的器件中提供大量的優(yōu)點，并且可具有大約每cm3的1E18-1E19(1×1018-1×1019)載流子的活性載流子濃度。與襯底相比，外延層的載流子濃度可根據(jù)其用途來選擇(或描述)。“導電”層通?？删哂?E18-19cm-3的載流子濃度?！白钃酢睂涌赏ǔ＞哂行∮?E16cm-3的載流子濃度。取決于終端器件的結(jié)構(gòu)或用途，“活性”層可具有這些參數(shù)范圍內(nèi)的載流子濃度。因此，盡管如n、n+和n-這樣的術(shù)語可用來描述襯底和外延層，但是這樣的術(shù)語應當被認為是說明意義的而不是限制意義的。
在其上形成器件的碳化硅襯底可取自大的晶體(或“梨晶”)，通常通過從碳化硅梨晶鋸下碳化硅襯底晶片以及此后在襯底晶片上進行非選擇性蝕刻這些步驟而取得。在大多數(shù)情況下，按照本發(fā)明的實施例，在進行第一圖案化蝕刻之前，鋸下的襯底晶片被研磨、拋光、蝕刻(通常為RIE)和清洗(利用酸或溶劑)。術(shù)語“研磨”以其典型的意義被使用，即用來描述利用反向旋轉(zhuǎn)研磨機和研磨粉漿(如金剛石)使晶片表面變平的步驟。研磨有助于使晶片表面平行并且可減少機械缺陷(如鋸痕)。同樣地，按照慣例，在實施本發(fā)明的步驟之前，可以其他的方式執(zhí)行拋光、蝕刻和清洗步驟。
本發(fā)明的某些實施例可便利地減少外延層內(nèi)基面位錯的密度?；嫖诲e密度的這種減少可以和所識別的測量結(jié)合以此使活性器件區(qū)域同襯底以及在以前結(jié)合的申請No.10/046,346中討論過的表面缺陷隔離，并且基面位錯密度的這種減少可用來提供SiC雙極性器件。
圖4的平面圖示意性示出了其中可實現(xiàn)本發(fā)明某些實施例的沉積系統(tǒng)101。沉積系統(tǒng)101可以是水平、熱壁、流通、CVD系統(tǒng)，如圖所示其包括襯托器組件100、限定直通通道180A的石英管180、電磁頻率(EMF)發(fā)生器182(如包括電源和RF線圈環(huán)繞的管子180)和生產(chǎn)氣體供應160。除了石英管180或者代替石英管180，還可在襯托器組件100附近設置絕緣蓋。沉積系統(tǒng)101可用來在襯底120上形成層或膜(圖5)。雖然圖5只說明了單個襯底120，但是系統(tǒng)101可適合于在多個襯底120上同時形成若干個膜。
襯底120可以是晶片或者是由與要被沉積的層的材料相同或不同的材料形成的其他結(jié)構(gòu)。襯底120可以由比如2H-、4H-、或6H-SiC形成。在其上沉積膜的襯底表面可以是基部襯底或添加在基部襯底上的第一或后來的層。例如，用于接收沉積的膜的襯底120的表面可以是利用沉積系統(tǒng)101或可選用設備在以前沉積的層。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到的，按照本公開內(nèi)容，本發(fā)明的實施例可便利地使用除這里特別提到的材料之外的半導體材料。
通常，如下面所討論的，生產(chǎn)氣體供應160將生產(chǎn)氣體供給襯托器組件100并使之穿過襯托器組件100。EMF發(fā)生器182感應加熱襯托器組件100，以此在其中沉積反應發(fā)生的襯托器組件100內(nèi)提供熱區(qū)。生產(chǎn)氣體繼續(xù)通過襯托器組件100并作為可包括比如生產(chǎn)氣體的剩余成分和反應副產(chǎn)品的廢氣從襯托器組件100中排出。本發(fā)明的實施例可利用除熱壁CVD系統(tǒng)以外類型的沉積系統(tǒng)。在閱讀了這里的說明書時，對本發(fā)明系統(tǒng)和方法的其他修改對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將是顯而易見。
生產(chǎn)氣體可包括一種或多種成分，如試劑、反應物、物種、載體等。在期望于襯底上形成SiC層之處，生產(chǎn)氣體可包括前體氣體(如硅烷(SiH4)和丙烷(C3H8))以及載運氣體(如凈化的氫氣(H2))。生產(chǎn)氣體供應160可根據(jù)需要由具有流量控制和/或計量裝置的一個或多個加壓的氣體容器來提供。
圖5示出了示范的傳統(tǒng)襯托器100。正如圖4所說明的，襯托器100可用于比如流通、熱壁、和/或CVD反應器。襯托器100具有頂部襯托器構(gòu)件100A和底部襯托器構(gòu)件100B。襯托器100還具有將反應室107限定其間的頂部襯墊103和底部襯墊105。例如，襯底120(如半導體晶片)位于反應室107內(nèi)并且可位于(可旋轉(zhuǎn)的)大淺盤154的內(nèi)表面上。在一端處，將生產(chǎn)氣體P引入反應室107并使其流過反應室107、通過襯底120、以及最終在相反的一端處從反應室107中排出。正如這里所使用的，術(shù)語生產(chǎn)氣體指一種或多種氣體。正如圖5所示，由反應室107內(nèi)的箭頭表示的，在生產(chǎn)氣體流過反應室107時，一部分生產(chǎn)氣體如所預定的可與襯底120接觸，并因此在襯底120上沉積試劑或反應物，以此在其上形成層。在某些系統(tǒng)中，反應室107可具有介于大約0.1和1米之間的長度、介于大約0.05和0.5米之間的寬度、以及介于大約1和10cm之間的高度。然而，反應室107不限于這些尺寸。襯托器構(gòu)件可包括高質(zhì)量石墨。包括襯托器設計的CVD沉積系統(tǒng)的實例在標題為“Induction Heating Devices and Methods for Controllably Heating anArticle”、公布號為US 2003/0079689的美國專利和2003年4月16日提出的、標題為“Methods and Apparatus for Controlling Formation ofDeposits in a Deposition System and Deposition Systems and methodsIncluding the Same”、申請?zhí)枮?0/414,787的美國專利中可找到，上述兩個申請通過引用將全部結(jié)合在此。
在某些實施例中，襯托器構(gòu)件100A和100B由這樣一種材料形成，該材料適合于響應由EMF發(fā)生器182在其中生成的渦電流而生成熱量，這樣的材料和感應加熱布置對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的。構(gòu)件可由石墨制成，并且更優(yōu)選地由高純度石墨制成。
大淺盤154等可位于底部構(gòu)件110B和襯底120之間以此支持襯底120。按照某些實施例，大淺盤154可被適當?shù)臋C構(gòu)(圖中未示出)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。例如，系統(tǒng)可包括氣體驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，如在2001年1月8日提出的、標題為“Gas Driven Rotation Apparatus and Methodfor Forming Silicon Carbide Layers”、申請序列號為09/756,548的美國專利中所描述的，和/或如在2002年4月8日提出的、標題為“GasDriven Planetary Rotation Apparatus and Methods for Forming SiliconCarbide Layers”、申請序列號為10/117,858的美國專利中所描述的，這些申請的公開內(nèi)容通過引用將全部結(jié)合在此。另一方面，大淺盤154還可以是靜止的。大淺盤154可能適合于支持一個或多個襯底120。大淺盤154可由任何適當?shù)牟牧现瞥?，如SiC涂敷的石墨、固體SiC和/或固體SiC合金?？墒÷源鬁\盤154以使襯底被留在襯托器構(gòu)件100B、襯墊105或其他適當?shù)闹С治锷稀?br> 在使用過程中，生產(chǎn)氣體供應160通過入口102向反應室107供應生產(chǎn)氣體流P。生產(chǎn)氣體P通常在流動方向R上流動。如圖所示，某部分的生產(chǎn)氣體和試劑在這里與襯底120接觸以此在襯底120的曝光表面上形成所期望的層(如外延層)。
雖然前述的沉積系統(tǒng)101和方法是作為關(guān)于水平、熱壁、CVD、流通沉積過程來描述的，但是本發(fā)明的各個方面可用于其他類型的沉積系統(tǒng)和過程。雖然特定實施例已經(jīng)參考“頂部”、“底部”等來描述，但是依照本發(fā)明可使用其他的取向和配置。例如，沉積系統(tǒng)和過程可以是冷壁和/或非水平流通系統(tǒng)和過程。沉積系統(tǒng)和過程可以是除CVD系統(tǒng)或過程之外的汽相外延(VPE)、液相外延(LPE)、或等離子體增強的CVD(PECVD)沉積系統(tǒng)和過程。
現(xiàn)在參見圖6，其上將生長一層或多層外延層的單晶碳化硅襯底晶片10具有通常圓形的周長。在晶片上研磨一對平臺以此幫助晶片取向。尤其是，晶片10包括主要平臺12和次要平臺14。晶片的表面16通常對應于碳化硅晶體的c-面(除了晶片已經(jīng)以朝向<1120>方向的偏軸角α的角度被切割之外)。在某些實施例中，偏軸角α可以是大約8°。主要平臺12沿<1120>方向延伸，雖然次要平臺14是沿<1010>方向取向的。
在某些實施例中，在外延生長之前，晶片10的表面16被掩蔽并被蝕刻以此在其上形成預定的圖案。可使用包含SiO2、Si3N4、氧化銦錫(ITO)的傳統(tǒng)掩模和/或其他傳統(tǒng)掩蔽材料。利用傳統(tǒng)技術(shù)可制作并圖案化掩模。蝕刻過程可包括如上所述的反應離子蝕刻。在其他實施例中，無掩模蝕刻和/或選擇性生長技術(shù)可用來在襯底上形成多個特征。在另外的實施例中，激光形成圖案可用來在襯底上形成多個特征。圖案包括多個特征，所述多個特征包括以對其中臺階流外延生長將發(fā)生的結(jié)晶方向傾斜或垂直的角度(即不平行)取向的至少一個側(cè)壁。在所說明的實施例中，以朝向<1120>方向離軸切割晶片10；因此，外延生長將在<1120>方向上發(fā)生。因此，在所說明的實施例中，晶片包括多個特征，所述多個特征包括以對<1120>結(jié)晶方向來說傾斜或垂直角度取向的至少一個側(cè)壁。
圖7A說明了示范的蝕刻圖案，其是蝕刻之后的晶片10的表面的一部分25的放大視圖的理想化示意圖。正如這里所說明的，晶片10的表面16包括在這里被蝕刻的多個周期性重復的六邊形坑20。各個坑被六個側(cè)壁22所包圍。在某些實施例中，包括圖7A所說明的實施例，至少一個坑20被定向，以及在某些實施例中，各個坑20被定向，以使其中的兩個側(cè)壁以近似平行于其中外延生長將發(fā)生的結(jié)晶方向(在這種情形下，為<1120>方向)的方向延伸，而其余的四個側(cè)壁傾斜于其中外延生長將發(fā)生的結(jié)晶方向。在其他實施例中，至少一個坑20被定向，以使其中的兩個側(cè)壁以近似垂直于其中外延生長將發(fā)生的結(jié)晶方向的方向延伸，而其余的四個側(cè)壁傾斜于其中外延生長將發(fā)生的結(jié)晶方向。
圖7B詳細說明了六邊形坑20?？?0包括相對的若干對側(cè)壁22a、22b和22c?？?0的特征還在于長軸24和短軸26，所述長軸24在相對的頂點之間穿過六邊形的中心，所述短軸26在相對的側(cè)邊之間穿過六邊形的中心。
在某些實施例中，六邊形坑20可具有大約0.1至大約1μm的深度和大約5至大約30μm的長軸。在特定的實施例中，坑20可具有大約0.5μm的深度和大約10μm的長軸。在某些實施例中，坑20可具有大約20∶1的長軸和深度的比率。側(cè)壁22可具有大約0.25至5μm的寬度。在特定的實施例中，側(cè)壁可具有大約4μm的寬度。
圖8A-8C說明了示范的結(jié)構(gòu)。圖8A是依照本發(fā)明某些實施例的、具有周期性六邊形坑結(jié)構(gòu)的、已經(jīng)被圖案化的碳化硅晶片表面的干涉測量導出的地形表示。圖8B是沿著B-B線所取得的深度分布圖，而圖8C是沿著C-C線所取得的深度分布圖。圖8A-8C所說明的結(jié)構(gòu)具有近似約9.73μm的長軸、大約0.5μm的深度和大約4μm的側(cè)壁寬度。
在沒有背離本發(fā)明范圍的情況下可選擇其他尺寸。例如，上面指定的示范尺寸采用大約8°的偏軸角α，并且是基于本理解和能力來選擇的。如果使用不同的偏軸角，其他尺寸可用來增加或最大化缺陷減少的量值。
除六邊形之外的其他特征形狀可用于本發(fā)明的其他實施例。這些特征可包括比如線條、人字形圖案、或其他多邊形。圖9A說明了其上已經(jīng)形成由臺面條紋34分離的一連串溝槽32的襯底30的一部分。溝槽32包括垂直于其中臺階流外延生長將發(fā)生的結(jié)晶方向(在這種情形下，為<1120>方向)延伸的相對的側(cè)壁32A、32B。在某些實施例中，側(cè)壁的排列傾斜于其中臺階流外延生長將發(fā)生的結(jié)晶方向。
圖9B是按照其他實施例的、示出了溝槽32和臺面34的襯底30的側(cè)視圖。在某些實施例中，溝槽32可具有大約10至大約40μm的寬度。在特定的實施例中，溝槽32可具有大約0.5μm的深度和大約18μm的寬度。在某些實施例中，溝槽32可具有大約36∶1的寬度和深度的比率。臺面34可具有大約0.25至5μm的寬度。在特定的實施例中，臺面34可具有大約3μm的寬度。在圖9B的側(cè)視圖中還說明了掩模36。
正如圖9B所說明的，側(cè)壁32A、32B相對于溝槽32的底32C可以是垂直的，或者如圖9C所說明的，它們相對于溝槽32的底32C可以是呈一定角度的。另外，側(cè)壁32A、32B可以如圖所示是筆直的或者可以包含彎曲部分。同樣地，利用其他特征形狀，如六邊形或其他多邊形，特征的側(cè)壁可以相對于襯底是垂直的或呈一定角度的并且可包括筆直的或彎曲的部分。例如，如圖9C所示，可對結(jié)構(gòu)進行蝕刻，以使側(cè)壁32A、32B相對于溝槽底32C呈一定角度。在這種情形下，臺面34的頂部部分34A比起底部部分更窄。在某些實施例中，取決于光刻和/或其他技術(shù)，臺面可具有介于大約0和大約5μm的寬度。
在晶片已經(jīng)被蝕刻以此在這里形成如上所述的表面特征以及掩模被可選地除去之后，晶片被放置于外延生長反應器(比如，如上所述的反應器100)內(nèi)并且在晶片上生長一層或多層碳化硅外延層。正如上面所討論的，在離軸晶片上的碳化硅外延生長可以臺階流方式在離軸切割的方向上進行。盡管不能完全理解精確的機制，但是目前可以認為，在襯底晶體上傳播的某些基面位錯在表面特征的蝕刻的側(cè)壁處被終止或者被轉(zhuǎn)換成不同類型的位錯，并且被禁止或阻止傳播進作為基面位錯的外延層。因為某些基面位錯被禁止傳播進作為基面位錯的外延層，那些位錯不會受分解成由肖克利局部位錯限制的堆垛層錯的影響，所述由肖克利局部位錯限制的堆垛層錯可形成電激活的堆垛層錯。
圖10說明了圖案化襯底的外延生長。襯底30包括其表面上的多個溝槽32。外延層40以臺階流方式由襯底表面生長出來。依照本發(fā)明的某些實施例，與未成核并由臺面?zhèn)缺谏L出來的區(qū)域44相比，成核并由溝槽32的側(cè)壁32A生長出來的區(qū)域42可具有減小的基面缺陷密度。尤其是，區(qū)域42可表現(xiàn)為將基面缺陷密度減少到原來的1/10。
如圖10所示的，可受益于缺陷減少的外延層40的百分數(shù)可能取決于特征的幾何形狀。尤其是，側(cè)壁高度、寬度和/或間距可影響這個百分數(shù)。為了提供基面缺陷密度的更大減少，最好是在最初的外延層生長之后實施第二特征形成和外延層生長循環(huán)。如圖11所說明的，襯底30包括在這里被蝕刻的溝槽32。第一外延層40在包括具有減少的基面缺陷密度的區(qū)域42的上面形成，所述區(qū)域42與不具有減少的基面缺陷密度的區(qū)域44交替出現(xiàn)。在第一外延層40的生長達到預定厚度之后，襯底被掩蔽并被第二次蝕刻以此形成具有側(cè)壁52A的溝槽52，在某些實施例中，所述側(cè)壁52A可橫跨區(qū)域44。溝槽52可具有與溝槽42相同的尺寸或者至少某些溝槽52可具有與至少某些溝槽42不同的尺寸。外延層50接著在其上生長。層50的基面位錯密度可相對于層40的基面位錯密度被減小。在圖11所說明的實施例中，溝槽52直接在于襯底30上形成的溝槽32的上方形成。如圖12所說明的，在外延層40上形成的溝槽52可能偏離在襯底30上形成的溝槽32。圖13是包括臺面54的碳化硅晶片表面的一部分的照片，所述臺面54偏離下面的臺面34。
圖14是依照本發(fā)明實施例的、在六角蝕刻表面上生長的外延層表面的諾馬爾斯基顯微照片。圖15是依照本發(fā)明實施例的、在線型蝕刻表面上生長的外延層表面的諾馬爾斯基顯微照片。
在形成第一和/或第二外延層之后，可以利用本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的技術(shù)在第一和/或第二外延碳化硅層上制作一個或多個電子器件(如雙極性器件)。電子器件(如雙極性器件)的制作對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的并且在這里不必作進一步的描述。為了清楚起見，這些器件未在圖10-12中進行說明。此外，將會理解，可實施特征-形成和外延-生長步驟的三次或更多次的重復。
單獨來說，這里所涉及的技術(shù)在本領(lǐng)域中通常是公認的和容易理解的，并且在沒有不適當實驗的情況下是可以實現(xiàn)的。在這里可用作起始結(jié)構(gòu)的類型的單晶碳化硅晶片在市場上可以從Cree公司(4600 Silicon Drive，Durham，North Carolina 27706)購得?？衫萌缭诿绹鴮＠?,912,063、4,912,064、5,679,153和6,297,522中提出的技術(shù)實施碳化硅外延層的生長。碳化硅的干法和電解蝕刻在美國專利6,034,001、5,571,374、5,227,034、4,981，551和4,865,685中進行了描述。將熔化的氫氧化鉀用作蝕刻劑以此識別并表征半導體表面是容易理解的，并且包括以ASTM標準(如ASTM F1404.92)表述的形式。襯底晶片的切割、機械拋光和研磨在本領(lǐng)域中也是完全傳統(tǒng)的。
在附圖和說明中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型實施例，并且盡管已經(jīng)使用了特定的術(shù)語，但是只是在一般的以及描述性的意義上并且不是出于限制目的地使用這些特定術(shù)語，本發(fā)明的范圍在下面的權(quán)利要求中被提出。
權(quán)利要求
1.一種制作外延碳化硅層的方法，包含在具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的碳化硅襯底的表面上形成多個第一特征，所述多個第一特征包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁；在其中包括所述多個第一特征的所述碳化硅襯底的表面上生長第一外延碳化硅層；在所述第一外延層的表面上形成多個第二特征，所述多個第二特征包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁；以及在其中包括所述多個第二特征的所述第一外延層的表面上生長第二外延碳化硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成多個第一特征包含掩蔽具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的所述碳化硅襯底的表面；以及蝕刻通過所述掩蔽被曝光的所述碳化硅襯底的表面，以此在被掩蔽的所述碳化硅襯底的表面上形成所述多個第一特征。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中蝕刻包含利用NF3和/或SF6干法蝕刻被掩蔽的所述碳化硅襯底的表面。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預定結(jié)晶方向是<1120>方向。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成多個第一特征包含在具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的所述碳化硅襯底的表面上形成多個溝槽，所述多個溝槽以傾斜和/或垂直于所述預定結(jié)晶方向的方向伸展并包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成多個第一特征包含在具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的所述碳化硅襯底的表面上形成多個凹坑并包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述多個凹坑包含周期性重復的六邊形坑的圖案。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成多個第二特征包含掩蔽所述第一外延層的表面；以及蝕刻通過所述掩蔽曝光的所述第一外延層的表面，以此在被掩蔽的所述第一外延層上形成所述多個第二特征。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中蝕刻包含利用NF3和/或SF6干法蝕刻被掩蔽的所述第一外延層。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成多個第二特征包含在所述第一外延層的表面上形成多個溝槽，所述多個溝槽以傾斜和/或垂直于所述預定結(jié)晶方向的方向伸展并包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成多個第二特征包含在所述第一外延層的表面上形成多個凹坑并包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個凹坑包含周期性重復的六邊形坑的圖案。
13.如權(quán)利要求1所述的方法其中生長所述第一外延碳化硅層包含在其中包括所述多個第一特征的所述碳化硅襯底的表面上生長所述第一外延碳化硅層，以使所述第一外延碳化硅層包含比所述碳化硅襯底更低的基面位錯密度；以及其中生長所述第二外延碳化硅層包含在其中包括所述多個第二特征的所述第一外延碳化硅層的表面上生長所述第二外延碳化硅層，以使所述第二外延碳化硅層包含比所述第一外延碳化硅層更低的基面位錯密度。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二特征是彼此偏離的。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含在所述第二外延碳化硅層上形成雙極性器件。
16.一種碳化硅半導體結(jié)構(gòu)，包含碳化硅襯底，其具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向并包括在其表面上的多個第一特征，所述多個第一特征包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁；第一碳化硅層，位于其中包括所述多個第一特征的所述碳化硅襯底的表面上，所述第一外延層包括在遠離所述碳化硅襯底的其表面上的多個第二特征，所述多個第二特征包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁；以及第二外延碳化硅層，位于其中包括所述多個第二特征的所述第一外延層的表面上。
17.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述預定結(jié)晶方向是<1120>方向。
18.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述多個第一特征包含以傾斜和/或垂直于所述預定結(jié)晶方向的方向伸展的多個溝槽并包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的側(cè)壁。
19.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述多個第一特征包含多個凹坑，其包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
20.如權(quán)利要求19所述的結(jié)構(gòu)，其中所述多個凹坑包含周期性重復的六邊形坑的圖案。
21.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述多個第二特征包含所述第一外延層的表面上的多個溝槽，所述多個溝槽以傾斜和/或垂直于所述預定結(jié)晶方向的方向伸展并包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
22.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述多個第二特征包含所述第一外延層的表面上的多個凹坑，所述多個凹坑包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
23.如權(quán)利要求22所述的結(jié)構(gòu)，其中所述多個凹坑包含周期性重復的六邊形坑的圖案。
24.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述外延碳化硅層包含比所述碳化硅襯底更低的基面位錯密度。
25.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一外延碳化硅層包含比所述碳化硅襯底更低的基面位錯密度，以及其中所述第二外延碳化硅層包含比所述第一外延碳化硅層更低的基面位錯密度。
26.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二特征是彼此偏離的。
27.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，還包含所述第二外延碳化硅層上的雙極性器件。
28.一種制作外延單晶層的方法，包含在具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的單晶襯底的表面上形成多個第一特征，所述多個第一特征包括至少一個側(cè)壁；在其中包括所述多個特征的所述單晶襯底的表面上生長所述第一外延層；在所述第一外延層的表面上形成多個第二特征，所述多個第二特征包括至少一個側(cè)壁；以及在其中包括所述多個第二特征的所述第一外延層的表面上生長第二外延層。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中形成多個第一特征包含掩蔽具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的所述單晶襯底的表面；以及蝕刻被掩蔽的所述單晶襯底的表面，以此在被掩蔽的所述單晶襯底的表面上形成所述多個第一特征。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中形成多個第二特征包含掩蔽所述第一外延層的表面；以及蝕刻被掩蔽的所述第一外延層的表面，以此在被掩蔽的所述第一外延層的表面上形成所述多個第二特征。
31.如權(quán)利要求28所述的方法其中生長所述第一外延層包含在其中包括所述多個第一特征的所述單晶襯底的表面上生長所述第一外延層，以使所述第一外延層包含比所述單晶襯底更低的基面位錯密度；以及其中生長所述第二外延層包含在其中包括所述多個第二特征的所述第一層的表面上生長第二碳化物層，以使所述第二外延層包含比所述第一外延層更低的基面位錯密度。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述單晶襯底包含碳化硅。
33.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述第一和第二特征是彼此偏離的。
34.一種半導體結(jié)構(gòu)，包含單晶襯底，其具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向并包括在其表面上的多個第一特征，所述多個第一特征包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁；第一外延層，位于其中包括所述多個第一特征的所述單晶襯底的表面上；所述第一外延層包括在遠離所述單晶襯底的其表面上的多個第二特征，所述多個第二特征包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁；以及第二外延層，位于其中包括所述多個第二特征的所述第一外延層的表面上。
35.如權(quán)利要求34所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一外延層包含比所述單晶襯底更低的基面位錯密度。
36.如權(quán)利要求34所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一外延層包含比所述單晶襯底更低的基面位錯密度，以及其中所述第二外延層包含比所述第一外延層更低的基面位錯密度。
37.如權(quán)利要求34所述的結(jié)構(gòu)，其中所述單晶襯底包含碳化硅。
38.如權(quán)利要求34所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二特征是彼此偏離的。
39.一種制作外延碳化硅層的方法，包含從具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的碳化硅襯底表面上的多個第一特征的至少一個側(cè)壁外延生長以形成第一外延碳化硅層，所述至少一個側(cè)壁的取向不平行于所述預定結(jié)晶方向；以及外延生長所述第一外延層表面上的多個第二特征的至少一個側(cè)壁以形成第二外延碳化硅層，所述至少一個側(cè)壁的取向不平行于所述預定結(jié)晶方向。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述預定結(jié)晶方向是<1120>方向。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述多個第一特征包含在具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的所述碳化硅襯底的表面上的多個溝槽，所述多個溝槽以垂直于所述預定結(jié)晶方向的方向伸展并包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
42.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述多個第一特征包含在具有朝向預定結(jié)晶方向的離軸取向的所述碳化硅襯底的表面上的多個凹坑，所述多個凹坑包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述多個凹坑包含周期性重復的六邊形坑的圖案。
44.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述多個第二特征包含在所述第一外延層的表面上的多個溝槽，所述多個溝槽以垂直于所述預定結(jié)晶方向的方向伸展并包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
45.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述多個第二特征包含在所述第一外延層的表面上的多個凹坑，所述多個凹坑包括取向不平行于所述預定結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述多個凹坑包含周期性重復的六邊形坑的圖案。
47.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述外延碳化硅層包含比所述碳化硅襯底更低的基面位錯密度。
48.如權(quán)利要求39所述的方法其中所述第一外延碳化硅層包含比所述碳化硅襯底更低的基面位錯密度；以及其中所述第二外延碳化硅層包含比所述第一外延碳化硅層更低的基面位錯密度。
49.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述第一和第二特征是彼此側(cè)向偏離的。
全文摘要
通過在具有朝向結(jié)晶方向的離軸取向的碳化硅襯底的表面上形成第一特征可制作外延碳化硅層。第一特征包括取向不平行于即傾斜或垂直于結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。接著，在其中包括第一特征的碳化硅襯底的表面上生長第一外延碳化硅層。接下來，在第一外延層上形成第二特征。第二特征包括取向不平行于結(jié)晶方向的至少一個側(cè)壁。然后，在其中包括第二特征的第一外延層的表面上生長第二外延碳化硅層。
文檔編號H01L21/20GK1934676SQ200580008606
公開日2007年3月21日 申請日期2005年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者C·哈林, H·倫登曼, J·J·舒馬克里斯 申請人:克里公司