碳化硅半導(dǎo)體器件的制造方法
【專利摘要】通過沉積法在碳化硅層上形成掩膜層（17）。圖案化掩膜層（17）。使用圖案化的掩膜層（17）作為掩膜，通過蝕刻移除碳化硅層的一部分，形成具有側(cè)壁（20）的柵溝槽（6）。在柵溝槽（6）的側(cè)壁（20）上形成柵絕緣膜（8）。在該柵絕緣膜上形成柵電極。碳化硅層具有六方和立方晶體類型中的一種，并且在碳化硅層為六方晶型的情況下柵溝槽的側(cè)壁基本包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中的一個(gè)，并且在碳化硅層為立方晶型的情況下柵溝槽的側(cè)壁基本包括{100}面。
【專利說明】碳化硅半導(dǎo)體器件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳化硅半導(dǎo)體器件的制造方法，更具體地，涉及一種具有碳化硅層的碳化娃半導(dǎo)體器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，提出使用碳化硅(SiC)作為半導(dǎo)體器件的材料。例如，提出利用碳化硅形成溝槽柵型MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)(參見日本專利特開N0.2008-235546(專利文獻(xiàn)I))。
[0003]為了提高溝槽柵型MOSFET中柵絕緣膜的擊穿電壓，該公布提出形成其中布置有柵電極和柵絕緣膜的柵溝槽，以具有錐形側(cè)壁。具體地，通過利用具有開口圖案的蝕刻掩膜執(zhí)行各向異性蝕刻，移除由碳化硅制成的半導(dǎo)體層的一部分，其后執(zhí)行各向同性蝕刻，在半導(dǎo)體層中形成柵溝槽，以具有錐形側(cè)壁。
[0004]引用列表
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]PTLl:日本專利特開 N0.2008-235546
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]這里，例如，關(guān)于六方晶型的碳化硅，傳統(tǒng)地已經(jīng)報(bào)導(dǎo):通過利用所謂的半極性面，如具有{0-33-8}面取向的面，作為如MOSFET的半導(dǎo)體器件中的溝道，可以實(shí)現(xiàn)高溝道遷移率。然而，專利文獻(xiàn)I沒有公開形成如上所述的半極性面作為溝槽柵型MOSFET中的溝道(即，形成柵溝槽以具有由半極性面構(gòu)成的側(cè)壁)。僅僅通過各向同性蝕刻處理柵溝槽的側(cè)壁，以具有該公布中公開的錐形形狀，不會(huì)導(dǎo)致形成精確對(duì)應(yīng)于上述半極性面的側(cè)壁。在這種情況下，存在形成的半導(dǎo)體器件的特性(例如，溝道遷移率)沒有充分提高的問題。
[0009]此外，上述公布中沒有公開形成用于柵溝槽的蝕刻掩膜的具體方法。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果形成方法不恰當(dāng)，則在柵溝槽的內(nèi)部會(huì)形成凹部，這會(huì)導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档汀?br> [0010]為了解決上述問題提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于能夠獲得具有穩(wěn)定特性的高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件的碳化硅半導(dǎo)體器件的制造方法。
[0011]問題的解決方案
[0012]根據(jù)本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟:制備具有主表面的碳化硅層；通過沉積法在主表面上形成掩膜層；圖案化掩膜層；利用圖案化的掩膜層作為掩膜，通過蝕刻移除碳化硅層的一部分，形成具有側(cè)壁的柵溝槽；在柵溝槽的側(cè)壁上形成柵絕緣膜；和在柵絕緣膜上形成柵電極。碳化硅層具有六方和立方晶體類型中的一種，并且在碳化硅層為六方晶型的情況下柵溝槽的側(cè)壁基本包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中的一個(gè)，并且在碳化硅層為立方晶型的情況下基本包括{100}面。[0013]這里，表述“側(cè)壁基本上包括{0-33-8}平面和{01-1-4}面中的一個(gè)”指的是構(gòu)成側(cè)壁的晶面是{01-33-8}面與{01-1-4}面中的一個(gè)的情況，和構(gòu)成側(cè)壁的結(jié)晶面是在〈1-100〉方向上相對(duì)于{0-33-8}面或{01-1-4}面具有不小于_3°且不大于3°的偏離角的平面的情況。應(yīng)當(dāng)注意，“在〈1-100〉方向上相對(duì)于{0-33-8}面或{01-1-4}面的偏離角”指的是由上述側(cè)壁到由〈1-100〉方向和〈0001〉方向所定義的平面的法線與{0-33-8}面或{01-1-4}面的法線的正交投影所形成的角度。正值的符號(hào)對(duì)應(yīng)于正交投影接近于與〈1-100〉方向平行的情況，而負(fù)值的符號(hào)對(duì)應(yīng)于正交投影接近于與〈0001〉方向平行的情況。此外，表述“側(cè)壁基本上包括{100}面”指的是構(gòu)成側(cè)壁的晶面是{100}晶面的情況，以及構(gòu)成側(cè)壁的晶面是在任一晶體取向上相對(duì)于{100}面具有不小于-3°且不大于3°的偏離角的晶面。
[0014]根據(jù)該制造方法，柵溝槽的側(cè)壁基本上對(duì)應(yīng)于{0-33-8}面、{01-1-4}面和{100}面中的任一個(gè)，也就是，穩(wěn)定的半極性面。通過利用這樣的側(cè)壁作為溝道，可以制造高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件。
[0015]而且，根據(jù)該制造方法，由于掩膜層是通過沉積法形成的，所以當(dāng)與通過熱氧化形成掩膜層的情況相比，可以防止在柵溝槽的內(nèi)側(cè)形成凹部。由此，能夠避免由于發(fā)生在該凹部中的電場(chǎng)集中所引起的擊穿電壓的降低。
[0016]優(yōu)選地，形成掩膜層的步驟是通過沉積選自氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁和氮化鎵中的一種或多種材料來執(zhí)行的。由于這些材料具有優(yōu)異的耐熱腐蝕性，所以由這些材料制成的掩膜層適合作為掩膜層，用于在高溫下使用腐蝕性氣氛的蝕刻。
[0017]優(yōu)選地，形成柵溝槽的步驟包括:執(zhí)行熱蝕刻的步驟。由此，可以自發(fā)形成具有上述面取向的側(cè)壁。此外，可以防止在側(cè)壁中形成處理損傷層。
[0018]優(yōu)選地，執(zhí)行熱蝕刻的步驟是通過加熱碳化硅層同時(shí)將碳化硅層暴露于含有氧和氯的反應(yīng)氣體中來執(zhí)行的。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過加熱碳化硅層(碳化硅單晶層)，同時(shí)將碳化硅層暴露于含有氧和氯的反應(yīng)氣體，在碳化硅中自發(fā)形成了允許最慢蝕刻速度的晶面。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體的組成(例如，氧和氯間的比率)和加熱溫度，可以自發(fā)地形成上述{0-33-8}面、{01-1-4}面或{100}面。
[0019]優(yōu)選地，形成柵溝槽的步驟包括:在執(zhí)行熱蝕刻之前，執(zhí)行具有濺射效果的蝕刻的步驟。更優(yōu)選地，具有濺射效果的蝕刻是反應(yīng)離子蝕刻。從而，即使殘留物留在掩膜層中的開口圖案中，殘余物也通過具有濺射效果的蝕刻而與碳化硅層的部分一起被移除。因此，當(dāng)此后執(zhí)行熱蝕刻時(shí)，已移除了殘留物。這可以抑制由于殘余物造成的熱蝕刻變化。
[0020]發(fā)明的有利效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明，可以獲得具有穩(wěn)定特性的高質(zhì)量碳化硅半導(dǎo)體器件?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0022]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例的示意性截面圖。
[0023]圖2是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0024]圖3是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0025]圖4是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0026]圖5是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0027]圖6是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0028]圖7是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。[0029]圖8是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0030]圖9是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0031]圖10是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0032]圖11是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0033]圖12是用于示出制造比較示例中的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0034]圖13是圖12中的區(qū)域XIII的放大圖。
[0035]圖14是用于示出制造比較示例中的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0036]圖15是用于示出比較示例中的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
[0037]圖16是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的變形的示意性截面圖。
[0038]圖17是用于示出制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法的變形的示意性截面圖。
[0039]圖18是示出圖1中所示的半導(dǎo)體器件的變形的示意性截面圖。
[0040]圖19是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例的示意性截面圖。
[0041]圖20是用來示出制造圖19中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0042]圖21是用來示出制造圖19中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0043]圖22是用來示出制造圖19中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0044]圖23是用來示出制造圖19中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0045]圖24是用來示出制造圖19中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0046]圖25是用來示出制造圖19中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0047]圖26是用來示出制造圖19中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0048]圖27是用來示出制造圖19中所示的半導(dǎo)體器件的方法的示意性截面圖。
[0049]圖28是示出圖19中所示的半導(dǎo)體器件的變形的示意性截面圖。
[0050]圖29是碳化硅層的側(cè)壁的局部放大的示意性截面圖。
[0051]圖30是示出關(guān)于樣品I的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的掃描電子顯微鏡相片。
[0052]圖31是示出關(guān)于樣品2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的掃描電子顯微鏡相片。
【具體實(shí)施方式】
[0053]下面，參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意，在下面提到的圖中，相同或相應(yīng)的部分被賦予相同的附圖標(biāo)記，并且不重復(fù)描述。另外，在本說明書中的晶體的描述中，單個(gè)取向用[]表示，組取向用〈> 表示，單個(gè)面用()表示，而組面用{}表示。此外，負(fù)指數(shù)應(yīng)該是通過在數(shù)值上放置(短橫)的晶體學(xué)表示，但是在本說明書中通過在數(shù)字前面放置負(fù)號(hào)來表不。
[0054](第一實(shí)施例)
[0055]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是垂直型的M0SFET，它是采用具有傾斜側(cè)壁的柵溝槽的垂直型器件。該半導(dǎo)體器件具有η型導(dǎo)電性的襯底1，和外延形成在襯底I的主表面(圖中的上表面)上的碳化硅層。襯底I是由六方晶型碳化硅或立方晶型碳化硅制成的。因此，外延形成在襯底I上的碳化硅層也是由六方晶型碳化硅或立方晶型碳化硅制成的。碳化硅層具有用作具有η型導(dǎo)電性的外延層的擊穿電壓保持層2、具有ρ型導(dǎo)電性的ρ型體層3、具有η型導(dǎo)電性的η型源接觸層4和具有ρ型導(dǎo)電性的接觸區(qū)5。此外，半導(dǎo)體器件具有柵絕緣膜8、柵電極9、層間絕緣膜10、源電極12、源線電極13、漏電極14和背側(cè)表面保護(hù)電極15。
[0056]擊穿電壓保持層2形成在襯底I的一個(gè)主表面上。每個(gè)P型體層3形成在擊穿電壓保持層2上。在ρ型體層3上，形成了 η型源接觸層4。P型接觸區(qū)5形成為被η型源接觸層4包圍。通過移除部分η型源接觸層4、ρ型體層3和擊穿電壓保持層2，來形成柵溝槽6。每個(gè)柵溝槽6的側(cè)壁相對(duì)于襯底I的主表面(圖中的上表面)是傾斜的。換句話說，柵溝槽6的每個(gè)側(cè)壁相對(duì)于碳化硅層的主表面(圖中的上表面)是傾斜的。在碳化硅層中，傾斜的側(cè)壁包圍突起部分(η型源接觸層4和接觸區(qū)5的上部)。如果襯底I是六方晶型的，則突起部分可以具有，例如，六邊形的平面形狀。此外，如果襯底I是立方晶型的，則突起部分可以具有，例如，四邊形的平面形狀。
[0057]柵絕緣膜8形成在柵溝槽6的側(cè)壁和底壁上。柵絕緣膜8延伸到每個(gè)η型源接觸層4的上表面上。柵電極9形成在柵絕緣膜8上，以填充柵溝槽6的內(nèi)部。柵電極9具有與柵絕緣膜8在每個(gè)η型源接觸層4的上表面上的部分的上表面基本上同高的上表面。
[0058]形成層間絕緣膜10，以覆蓋柵電極9以及柵絕緣膜8延伸到每個(gè)η型源接觸層4的上表面上的部分。通過移除部分層間絕緣膜10和柵絕緣膜8，形成開口 11，以暴露部分η型源接觸層4和ρ型接觸區(qū)5。源電極12形成為與ρ型接觸區(qū)5和部分η型源接觸層4相接觸，以便填充開口 11的內(nèi)部。源線電極13形成為與每個(gè)源極電極12的上表面接觸，以在層間絕緣膜10的上表面上延伸。另外，漏電極14形成在襯底I的背側(cè)表面上，襯底I的背側(cè)表面與在其上面形成了擊穿電壓保持層2的其主表面相對(duì)。該漏電極14是歐姆電極。漏電極14具有表面，該表面與其面對(duì)襯底的表面相對(duì)，并且在該表面上形成了背側(cè)表面保護(hù)電極15。
[0059]在圖1所示的半導(dǎo)體器件中，柵溝槽6的每個(gè)側(cè)壁是傾斜的，并且在構(gòu)成P型體層3等的碳化硅層屬于六方晶型的情況下，基本上對(duì)應(yīng)于{0-33-8}面和{01-1-4}面中的一個(gè)。另外，在構(gòu)成P型體層3等的碳化硅層屬于立方晶型的情況下，柵溝槽6的傾斜側(cè)壁基本上對(duì)應(yīng)于{100}面。如從圖1看到的，如此對(duì)應(yīng)于所謂的半極性面的每個(gè)側(cè)壁可以用作溝道區(qū)，其是半導(dǎo)體器件的有源區(qū)。在這樣的側(cè)壁用于溝道區(qū)的情況下，與其它晶面(如
(0001)面)用于溝道區(qū)的情況相比，因?yàn)槊總€(gè)側(cè)壁都對(duì)應(yīng)于穩(wěn)定的晶面，所以可充分地減小泄漏電流，并且可以獲得高擊穿電壓。
[0060]下面簡(jiǎn)要地描述圖1中所示的半導(dǎo)體器件的操作。參照?qǐng)D1，當(dāng)?shù)扔诨蛐∮陂撝档碾妷菏┘拥綎烹姌O9上時(shí)，即，當(dāng)半導(dǎo)體器件處于OFF狀態(tài)時(shí)，ρ型體層3和η型導(dǎo)電性的擊穿電壓保持層2被反向偏置。因此，它們處在非導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，當(dāng)柵電極9被饋送以正電壓時(shí)，反型層形成在P型體層3與柵絕緣膜8接觸的區(qū)域附近的溝道區(qū)中。因此，η型源接觸層4和擊穿電壓保持層2彼此電連接。其結(jié)果是，電流在源電極12和漏電極14之間流動(dòng)。
[0061]下面參考圖2至圖11，描述根據(jù)本發(fā)明的用于制造圖1中所示的半導(dǎo)體器件的方法。
[0062]首先，參照?qǐng)D2，在由碳化硅制成的襯底I的主表面上，形成具有η型導(dǎo)電性的碳化硅外延層。該外延層包括用作擊穿電壓保持層2的部分。例如，擊穿電壓保持層2是通過采用CVD法外延生長的方式形成的，CVD法利用硅烷(SiH4)和丙烷(C3H8)的混合氣體作為原料氣體并利用氫氣(H2)作為載氣。這樣做時(shí)，例如，優(yōu)選引入氮(N)或磷(P)作為η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)。擊穿電壓保持層2可以包含例如濃度不小于5X IO15CnT3且不大于5X IO16CnT3的η型雜質(zhì)。
[0063]接下來，將離子注入到擊穿電壓保持層2的上表面層中，從而形成ρ型體層3和η型源接觸層4。在用來形成ρ型體層3的離子注入時(shí)，注入了 ρ型導(dǎo)電性的雜質(zhì)離子，例如鋁(Al)。在這樣做時(shí)，通過調(diào)整要注入的離子的加速能量，可以調(diào)節(jié)其中將要形成ρ型體層3的區(qū)域的深度。
[0064]接下來，將η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)離子注入到由此在其中形成的具有ρ型體層3的擊穿電壓保持層2中，由此形成η型源接觸層4。作為示例，可用的η型雜質(zhì)是磷等。以這種方式，獲得了圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0065]接下來，如圖4所示，通過沉積法，在η型源接觸層4上，也就是，在碳化硅層的主表面(圖中的上表面)上，形成掩膜層17。本文所用的沉積法是一種特征為從外部提供用于要形成的膜的所有材料的方法。因此，該沉積法不包括熱氧化法，也就是，利用將要形成膜的區(qū)域中已經(jīng)存在的元素作為原料的一部分的方法。作為沉積法，例如，可以使用CVD (化學(xué)氣相沉積)法、濺射法或電阻加熱蒸發(fā)法。優(yōu)選地，通過沉積選自氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁和氮化鎵中的一種或多種材料，執(zhí)行形成掩膜層17的步驟。
[0066]接下來，如圖5所示，圖案化掩膜層17。掩膜層17的圖案化，例如，可以通過光刻法的方式來執(zhí)行。應(yīng)當(dāng)注意，掩膜層17中的開口圖案，例如，具有不小于0.1 μ m且不大于
2μ m的寬度。
[0067]接下來，通過使用圖案化的掩膜層17作為掩膜蝕刻移除碳化硅層的一部分，形成具有側(cè)壁的柵溝槽6 (圖1)。具體地，執(zhí)行以下步驟。
[0068]首先，如圖6所示，使用掩膜層17作為掩膜，通過具有濺射效果(物理蝕刻效果)的蝕刻的方式，移除部分η型源接觸層4、ρ型體層3和擊穿電壓保持層2。作為這樣的蝕刻方法，例如，可以使用離子研磨或反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，具體地，感應(yīng)耦合等離子體(ICP) RIE。具體地，例如，可以使用ICP-RIE，其采用SF6或SF6和O2的混合氣體作為反應(yīng)氣體。通過這樣的蝕刻，在形成柵溝槽6之前，在要形成圖1所示的柵溝槽6區(qū)域中，形成側(cè)壁基本垂直于襯底I的主表面的垂直溝槽16。
[0069]接下來，如圖7所示，執(zhí)行熱蝕刻。具體地，執(zhí)行在將碳化硅層暴露于反應(yīng)氣體的同時(shí)加熱碳化硅層的處理。由此，在擊穿電壓保持層2、ρ型體層3和η型源接觸層4每個(gè)中都呈現(xiàn)出預(yù)定的晶面。換句話說，通過在圖6所示的垂直溝槽16的側(cè)壁上執(zhí)行熱蝕刻，可以形成如7圖所示的具有相對(duì)襯底I的主表面傾斜的側(cè)壁20的柵溝槽6。
[0070]為了形成預(yù)定的晶面，優(yōu)選使用氧氣和氯氣的混合氣體作為反應(yīng)氣體。在供應(yīng)混合氣體時(shí)，氧氣的流速與氯氣的流速的比率優(yōu)選設(shè)定為不小于0.1且不大于2.0，更優(yōu)選為不大于0.25。應(yīng)當(dāng)注意,除氯氣和氧氣之外,反應(yīng)氣體可以含有載氣。作為示例,可以使用的載氣是氮?dú)?Ν2)、氬氣、氦氣等。
[0071]另外，熱蝕刻時(shí)的熱處理溫度優(yōu)選設(shè)置為不小于700°C且不大于1200°C。通過將熱處理溫度設(shè)定為不低于700°C，可以確保大約70ym/hr的SiC蝕刻速度。下限溫度更優(yōu)選設(shè)定為不低于800°C，且進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為不低于900°C。上限溫度更優(yōu)選設(shè)定為不超過IlOO0C，且進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為不超過1000°C。另外，如果在這種場(chǎng)合下使用氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁或氮化鎵作為掩膜層17的材料，則可以顯著增加SiC相對(duì)于掩膜層17的材料的蝕刻選擇性，因此可抑制蝕刻SiC過程中掩膜層17的消耗。
[0072]應(yīng)當(dāng)注意，在每個(gè)側(cè)壁20上呈現(xiàn)的晶面，例如，對(duì)應(yīng)于{0-33-8}面。S卩，在上述條件下的蝕刻時(shí)，柵溝槽6的側(cè)壁20自發(fā)形成為對(duì)應(yīng)于{0-33-8}面，它是允許最慢蝕刻速度的晶面。結(jié)果，獲得了如圖7所示的結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)注意，構(gòu)成側(cè)壁20的晶面可以是{01-1-4}面。此外，在構(gòu)成擊穿電壓保持層2等的碳化硅層是立方晶型的情況下，構(gòu)成側(cè)壁20的晶面可以是{100}面。優(yōu)選地，(0-33-8)面用作{0-33-8}面，并且(01-1-4)面用作{01-1-4}面。
[0073]應(yīng)當(dāng)注意，如果在垂直溝槽16的側(cè)壁中存在處理破壞層，則通過充分增加熱蝕刻步驟時(shí)間段可以移除該處理破壞層。為了更可靠地移除損壞層，優(yōu)選在垂直溝槽16的側(cè)壁上執(zhí)行熱蝕刻，深度不小于0.1 μ m。
[0074]接下來，通過如蝕刻的任何方法移除掩膜層17。由此形成了柵溝槽6。
[0075]此后，利用光刻法形成具有預(yù)定圖案的抗蝕劑膜(未圖示)，以便從柵溝槽6的內(nèi)側(cè)延伸到每個(gè)η型源接觸層4的上表面。作為抗蝕劑膜，可以使用具有符合柵溝槽6的底部和η型源接觸層4的上表面部分的開口圖案的抗蝕劑膜。通過使用該抗蝕劑膜作為掩膜注入P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)離子，在柵溝槽6的底部形成電場(chǎng)緩和區(qū)7，以及在η型源接觸層4的部分區(qū)域上形成P型導(dǎo)電性的接觸區(qū)5。此后，移除抗蝕劑膜。結(jié)果，獲得了圖8所示的結(jié)構(gòu)。
[0076]然后，執(zhí)行活化退火步驟，以活化通過上述離子注入方式注入的雜質(zhì)。在此活化退火步驟中，在由碳化硅制成的外延層的表面上沒有形成特定帽蓋層的情況下，執(zhí)行退火處理。這里，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在采用上述{0-33-8}面的情況下，即使在沒有在其表面上形成如帽蓋層的保護(hù)膜的情況下執(zhí)行活化退火處理，表面的性質(zhì)也從未惡化，并且可以保持足夠的表面光滑度。因此，省略了傳統(tǒng)上需要的在活化退火處理前形成保護(hù)膜(帽蓋層)的步驟，并且直接執(zhí)行活化退火步驟。應(yīng)當(dāng)注意，執(zhí)行活化退火步驟之前可以形成上述帽蓋層。可選地，例如，在執(zhí)行活化退火處理之前，帽蓋層可以僅提供在η型源接觸層4和ρ型接觸區(qū)5的上表面上。
[0077]接下來，如9圖所示，形成柵絕緣膜8，以從柵溝槽6的內(nèi)側(cè)延伸到η型源接觸層4和P型接觸區(qū)5的上表面上。因此，柵絕緣膜形成在柵溝槽6的側(cè)壁上。作為柵絕緣膜8，例如，可以使用通過熱氧化由碳化硅制成的外延層而獲得的氧化物膜(氧化硅膜)。
[0078]接下來，如圖10所示，在柵絕緣膜8上形成柵電極9，以填充柵溝槽6的內(nèi)側(cè)。作為用于形成柵電極9的方法，例如，可以使用下面的方法。首先，采用濺射法等在絕緣膜8上形成導(dǎo)體膜。導(dǎo)體膜將成為延伸到柵溝槽6的內(nèi)側(cè)和ρ型接觸區(qū)5上的區(qū)域的柵電極。導(dǎo)體膜可以由諸如金屬的任何材料制成，只要該材料具有導(dǎo)電性。然后，用適當(dāng)?shù)姆椒?，如回蝕法或CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)方法，移除形成在除柵溝槽6內(nèi)側(cè)之外的區(qū)域上的導(dǎo)電膜部分。結(jié)果，填充柵溝槽6內(nèi)側(cè)的導(dǎo)體膜保留，以構(gòu)成柵電極9。
[0079]接下來，形成層間絕緣膜10 (參照?qǐng)D11)，以覆蓋柵電極9的上表面和在ρ型接觸區(qū)5上暴露的柵絕緣膜8的上表面。該層間絕緣膜可以由任何材料制成，只要該材料是絕緣的。此外，使用光刻法，在層間絕緣膜10上形成具有圖案的抗蝕劑膜。抗蝕劑膜(未示出)上提供有形成為符合P型接觸區(qū)5上的區(qū)域的開口圖案。
[0080]使用該抗蝕劑膜作為掩膜，通過蝕刻的方式，移除部分層間絕緣膜10和柵絕緣膜8。結(jié)果，形成了開口 11 (參照?qǐng)D11)，延伸通過層間絕緣膜10和柵絕緣膜8。每個(gè)開口 11都有底部，在底部暴露了 P型接觸區(qū)5和部分η型源接觸層4。此后，形成用作源電極12(參照?qǐng)D11)的導(dǎo)體膜，以填充開口 11的內(nèi)側(cè)并覆蓋上述抗蝕劑膜的上表面。此后，用化學(xué)溶液等移除抗蝕劑膜，從而同時(shí)移除了形成在抗蝕劑膜上的導(dǎo)體膜的部分(剝離)。結(jié)果，填充開口 11內(nèi)部的導(dǎo)體膜構(gòu)成源電極12。該源電極12是歐姆電極，與ρ型接觸區(qū)5和η型源接觸層4歐姆接觸。
[0081]另外，在襯底I的背側(cè)表面(襯底I的這個(gè)表面與上面形成了擊穿電壓保持層2的襯底I的主表面相對(duì))上形成漏電極14 (參照?qǐng)D11)。漏電極14可以由任何材料制成，只要該材料允許與襯底I的歐姆接觸。以這種方式，獲得了圖11所示的結(jié)構(gòu)。
[0082]之后，用適當(dāng)?shù)姆椒?，如濺射法，形成源線電極13 (參照?qǐng)D1)和背側(cè)表面保護(hù)電極15(參照?qǐng)D1)。使源線電極13與每個(gè)源電極12的上表面接觸，并在層間絕緣膜10的上表面上延伸。背側(cè)表面保護(hù)電極15形成在漏電極14的表面上。結(jié)果，可以獲得圖1所示的半導(dǎo)體器件。
[0083]以下描述比較示例的制造方法。在比較示例中，通過熱氧化法形成了掩膜層17Ζ(圖12)，而不是通過沉積法形成掩膜層17 (圖4)。在碳化硅層中，可能存在晶體缺陷DF，如穿線位錯(cuò)，在這種情況下，在晶體缺陷DF的位置熱氧化進(jìn)行的更快。結(jié)果，在掩膜層17Ζ中形成了侵蝕碳化硅層的突起Pl (圖13)。當(dāng)通過圖案化掩膜層17Ζ在突起Pl和其周圍的位置在掩膜層17Ζ中形成開口時(shí)，在碳化硅層中形成了凹部Ρ2 (圖14)，以對(duì)應(yīng)突起Ρ1。甚至在蝕刻后，凹部Ρ2保留，結(jié)果，在半導(dǎo)體器件中以柵絕緣膜8覆蓋的柵電極9中形成了突起Ρ3。在使用半導(dǎo)體器件時(shí)，在突起Ρ3的位置，可能產(chǎn)生電場(chǎng)集中，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的擊穿電壓降低。
[0084]與此相反，根據(jù)本實(shí)施例，與上述比較示例不同，由于掩膜層17 (圖4)是由沉積法形成的，在形成掩膜層17的過程中掩膜層17沒有腐蝕碳化硅層。因此，能夠避免在比較示例中可能出現(xiàn)的擊穿電壓的降低。
[0085]下面描述根據(jù)本發(fā)明的圖1中所示的半導(dǎo)體器件制造方法的變形。
[0086]在該變形中，首先執(zhí)行圖2至圖6所示的步驟。此后，移除圖6所示的掩膜層17。接下來，形成由硅制成的Si膜21 (參照?qǐng)D16)，以從垂直溝槽16的內(nèi)部延伸到η型源接觸層4的上表面。在這種狀態(tài)下，執(zhí)行熱處理，使碳化硅在垂直溝槽16的內(nèi)周表面和η型源接觸層4的上表面上與Si膜21接觸的區(qū)域中重構(gòu)。因此，形成了碳化硅的重構(gòu)層22，如圖16所示，使得溝槽的每個(gè)側(cè)壁對(duì)應(yīng)于預(yù)定的晶面({0-33-8}面)。結(jié)果，獲得了如圖16所示的結(jié)構(gòu)。
[0087]此后，移除剩余的Si膜21。例如，可以通過使用HNO3和HF等的混合液體(氣體)的蝕刻的方式移除Si膜21。此后，通過蝕刻的方式進(jìn)一步移除上述重組層22。作為移除重組層22的蝕刻，可以使用ICP-RIE。結(jié)果，可以形成具有如17圖所示的傾斜側(cè)壁的柵溝槽6。
[0088]此后，通過執(zhí)行圖8至圖11中所示的上述步驟，可以得到圖1所示的半導(dǎo)體器件。
[0089]接下來，參照?qǐng)D18，描述圖1所示的半導(dǎo)體器件的變形。圖18所示的半導(dǎo)體器件基本上具有與圖1所示的半導(dǎo)體器件相同的結(jié)構(gòu)，但與其不同的是柵溝槽6的形狀方面。具體地，在圖18所示的半導(dǎo)體器件中，柵溝槽6具有V形的橫截面形狀。此外，從不同的角度考慮，圖18所示的半導(dǎo)體器件的柵溝槽6具有相對(duì)于襯底I的主表面傾斜的側(cè)壁，彼此相對(duì)，并在它們的下部彼此連接。在柵溝槽6的底部部分(相對(duì)側(cè)壁的下部彼此連接的部分)，形成電場(chǎng)緩和區(qū)7。這樣構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，能夠提供與圖1所示的半導(dǎo)體器件相同的效果。此外，在圖18所示的半導(dǎo)體器件中，柵溝槽6不具有如圖1所示的平坦的底表面。因此，圖18所示的柵溝槽6具有比圖1所示的柵溝槽6的寬度更窄的寬度。結(jié)果，與圖1所示的半導(dǎo)體器件相比，圖18所示的半導(dǎo)體器件可以減小尺寸。這在半導(dǎo)體器件中實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的設(shè)計(jì)和更高的集成度方面是有利的。
[0090](第二實(shí)施例)
[0091]參考圖19，下面描述根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例。
[0092]參考圖19，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是IGBT，其是利用具有傾斜側(cè)壁的柵溝槽的垂直型器件。圖19所不的半導(dǎo)體器件具有P型導(dǎo)電性的襯底31和外延形成在襯底31的主表面(圖中的上表面)上的碳化硅層。襯底31是由六方晶型碳化硅或立方晶型碳化硅制成的。因此，外延形成在襯底31上的碳化硅層也是由六方晶型碳化硅或立方晶型碳化硅制成的。該碳化硅層具有用作具有P型導(dǎo)電性的緩沖層的P型外延層36、用作具有η型導(dǎo)電性的擊穿電壓保持層的η型外延層32、對(duì)應(yīng)于具有ρ型導(dǎo)電性的阱區(qū)的ρ型半導(dǎo)體層33、具有η型導(dǎo)電性的η型發(fā)射極接觸層34和具有ρ型導(dǎo)電性的接觸區(qū)35。此外，半導(dǎo)體器件具有柵絕緣膜8、柵電極9、層間絕緣膜10、發(fā)射極電極42、發(fā)射極線電極43、集電極電極44和背側(cè)表面保護(hù)電極15。
[0093]P型外延層36形成在襯底31的一個(gè)主表面上。在ρ型外延層36上，形成了 η型外延層32。在η型外延層32上，形成了每個(gè)ρ型半導(dǎo)體層33。在ρ型半導(dǎo)體層33上，形成了 η型發(fā)射極接觸層34。P型接觸區(qū)35形成為被η型發(fā)射極接觸層34圍繞。通過移除部分的η型發(fā)射極接觸層34、ρ型半導(dǎo)體層33和η型外延層32，形成柵溝槽6。柵溝槽6的每一個(gè)側(cè)壁相對(duì)于襯底31的主表面傾斜。換句話說，柵溝槽6的每個(gè)側(cè)壁相對(duì)碳化硅層的主表面(圖中的上表面)是傾斜的。該傾斜的側(cè)壁圍繞突出部分(具有在上面形成了發(fā)射極電極42的上表面的突出形部分)。如果襯底31屬于六方晶型，那么突出部分可以具有，例如，六方形平面形狀。此外，如果襯底31屬于立方晶型，那么突出部分可以具有，例如，正方形平面形狀。
[0094]柵絕緣膜8形成在柵溝槽6的側(cè)壁和底壁上。柵絕緣膜8延伸到η型發(fā)射極接觸層34的上表面上。柵電極9形成在柵絕緣膜8上，以填充柵溝槽6的內(nèi)部。柵電極9具有與柵絕緣膜8在η型發(fā)射極接觸層34的上表面上的部分的上表面基本同高的上表面。
[0095]形成層間絕緣膜10，以覆蓋柵電極9以及柵絕緣膜8延伸到η型發(fā)射極接觸層34的上表面上的部分。通過移除部分層間絕緣膜10和柵絕緣膜8，形成開口 11，以暴露部分η型發(fā)射極接觸層34和ρ型接觸區(qū)35。發(fā)射極電極42形成為與ρ型接觸區(qū)35和部分η型發(fā)射極接觸層34接觸，以填充開口 11的內(nèi)部。發(fā)射極線電極43形成為與每個(gè)發(fā)射極電極42的上表面接觸，以在層間絕緣膜10的上表面上延伸。
[0096]另外，與圖1中所示的半導(dǎo)體器件一樣，集電極電極44和背側(cè)表面保護(hù)電極15形成在襯底31的、與上面形成了 η型外延層32的其主表面相對(duì)的背側(cè)表面上。
[0097]與圖1中所示的半導(dǎo)體器件一樣，在圖19所示的半導(dǎo)體器件中，柵極溝槽6的每個(gè)側(cè)壁是傾斜的，并且在構(gòu)成P型半導(dǎo)體層33等的碳化硅層屬于六方晶型的情況下，基本上對(duì)應(yīng)于{0-33-8}面和{01-1-4}面中的一個(gè)。另外，在構(gòu)成P型半導(dǎo)體層33等的碳化硅層屬于立方晶型的情況下，柵溝槽6的傾斜側(cè)壁基本上對(duì)應(yīng)于{100}面。在這種情況下，也可以獲得類似于圖1中所示的半導(dǎo)體器件的效果。
[0098]下面簡(jiǎn)要描述圖19中所示的半導(dǎo)體器件的操作。
[0099]當(dāng)負(fù)電壓施加到柵電極9并超過閾值時(shí)，在ρ型半導(dǎo)體層33的末端區(qū)(溝道區(qū))形成反型層，P型半導(dǎo)體層33與橫向布置到柵電極9的柵絕緣膜8接觸并面對(duì)柵極溝槽6。因此，用作擊穿電壓保持層的η型發(fā)射極接觸層34和η型外延層32彼此電連接。由此，電子從η型發(fā)射極接觸層34注入到用作擊穿電壓保持層的η型外延層32。相應(yīng)地，正空穴從襯底31經(jīng)由用作緩沖層的ρ型外延層36供應(yīng)到η型外延層32。結(jié)果，在η型外延層32中產(chǎn)生電導(dǎo)率調(diào)制，顯著減小了發(fā)射極電極42和集電極電極44之間的電阻。也就是，IGBT進(jìn)入ON狀態(tài)。
[0100]另一方面，當(dāng)施加到柵電極9的負(fù)電壓等于或小于閾值時(shí)，在溝道區(qū)中沒有形成反型層。因此，在η型外延層32和ρ型半導(dǎo)體層33之間維持反向偏置狀態(tài)。結(jié)果，IGBT進(jìn)入OFF狀態(tài)，從而其中沒有電流流過。
[0101]參考圖20至圖27，下面描述制造根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法。
[0102]首先，參考圖20，在由碳化硅制成的襯底31的主表面上，形成具有P型導(dǎo)電性的由碳化娃制成的P型外延層36。此外,在P型外延層36上,形成具有η型導(dǎo)電性的η型碳化硅外延層32。η型外延層32用作擊穿電壓保持層。例如，通過采用CVD法的外延生長的方式，形成P型外延層36和η型外延層32，CVD法利用硅烷(SiH4)和丙烷(C3H8)的混合氣體作為原料氣體且利用氫氣(H2)作為載氣。這樣做時(shí)，例如，優(yōu)選引入鋁(Al)作為ρ型導(dǎo)電性的雜質(zhì)，并且例如，引入氮(N)或磷(P)作為η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)。
[0103]接下來，將離子注入到η型外延層32的上表面層中，從而形成P型半導(dǎo)體層33和η型發(fā)射極接觸層34。在用于形成ρ型半導(dǎo)體層33的離子注入時(shí)，注入例如鋁(Al)的ρ型導(dǎo)電性的雜質(zhì)離子。這樣做時(shí)，通過調(diào)整要注入的離子的加速能量，可以調(diào)節(jié)在其中將要形成P型半導(dǎo)體層33的區(qū)域的深度。
[0104]接下來，向由此其中形成有P型半導(dǎo)體層33的η型外延層32中注入η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)離子，從而形成η型發(fā)射極接觸層34。作為示例，可以使用的η型雜質(zhì)是磷等。通過這種方式，獲得了圖21所示的結(jié)構(gòu)。
[0105]接下來，如圖22所示，在η型發(fā)射極接觸層34的上表面上形成掩膜層17。作為掩膜層17，可以使用如氧化硅膜的絕緣膜。作為用于形成掩膜層17的方法，可以使用與如圖6所示的制造掩膜層17的方法相同的方法。結(jié)果，形成了掩膜層17，其具有與將要形成圖22所示的垂直溝槽16的區(qū)域一致的開口圖案。
[0106]然后，使用掩膜層17作為掩膜，通過蝕刻的方式移除部分η型發(fā)射極接觸層34、ρ型半導(dǎo)體層33和η型外延層32。作為用于蝕刻等的方法等，可以利用與圖6所示的步驟相同的方法。以這種方式，獲得了圖22所示的結(jié)構(gòu)。
[0107]接下來，執(zhí)行熱蝕刻步驟，以在η型外延層32、ρ型半導(dǎo)體層33和η型發(fā)射極接觸層34每個(gè)中呈現(xiàn)預(yù)定晶面。該熱蝕刻步驟的條件可以與參考圖7描述的熱蝕刻步驟的條件相同。結(jié)果，可以形成柵溝槽6，其具有如圖23所示的相對(duì)襯底31的主表面傾斜的側(cè)壁
20。應(yīng)當(dāng)注意，在每個(gè)側(cè)壁20上呈現(xiàn)的晶面的平面取向例如是{0-33-8}。以這種方式，獲得了圖23所示的結(jié)構(gòu)。
[0108]接下來，通過如蝕刻的任意方法的方式移除掩膜層17。此后，如圖8所示的步驟一樣，使用光刻法形成具有預(yù)定圖案的抗蝕劑膜(未示出)，使得從柵溝槽6的內(nèi)部延伸到η型發(fā)射極接觸層34的上表面上。作為抗蝕劑膜，可以使用具有與柵溝槽6的底部和η型發(fā)射極接觸層34的上表面的一部分一致的開口圖案的抗蝕劑膜。通過使用該抗蝕劑膜作為掩膜，注入P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)離子，在柵溝槽6的底部形成電場(chǎng)緩和區(qū)7，并且在η型發(fā)射極接觸層34的部分區(qū)域上形成ρ型導(dǎo)電性的接觸區(qū)35。此后，移除抗蝕劑膜。以這種方式，獲得如圖24所示的結(jié)構(gòu)。
[0109]然后，執(zhí)行活化退火步驟，以激活通過上述離子注入的方式注入的雜質(zhì)。在此活化退火步驟中，與本發(fā)明的上述第一實(shí)施例的情況一樣，執(zhí)行退火處理，無需在由碳化硅制成的外延層的表面上(具體地，在柵溝槽6的側(cè)壁20上)形成特定的帽蓋層。應(yīng)當(dāng)注意，在執(zhí)行活化退火步驟之前可以形成上述帽蓋層?？蛇x地，例如，在執(zhí)行活化退火處理之前，帽蓋層可以僅提供在η型發(fā)射極接觸層34和ρ型接觸區(qū)35的上表面上。
[0110]接下來，如圖25所示，柵絕緣膜8形成為從柵溝槽6的內(nèi)部延伸到η型發(fā)射極接觸層34和ρ型接觸區(qū)35的上表面上。柵絕緣膜8是由與圖9所示的柵絕緣膜8相同的材料形成的，并且通過與用來形成圖9所示的柵絕緣膜8的方法相同的方法的方式形成。以這種方式，獲得了圖25所示的結(jié)構(gòu)。
[0111]接下來，如圖26所示，在柵絕緣膜8上形成柵電極9，以填充柵溝槽6的內(nèi)部。柵電極9可以通過與用來形成圖10所示的柵電極9的方法相同的方法的方式來形成。以這種方式，獲得了圖26所示的結(jié)構(gòu)。
[0112]接下來，形成層間絕緣膜10 (參照?qǐng)D27)，以覆蓋柵電極9的上表面和在ρ型接觸區(qū)35上暴露的柵絕緣膜8的上表面。層間絕緣膜10可以使用任何材料制成，只要該材料是絕緣的。另外，與圖11所示的步驟相同，在層間絕緣膜10和柵絕緣膜8中形成開口 11(參照?qǐng)D27)。每個(gè)開口 11都是使用與用來形成圖11中的開口的方法相同的方法形成的。開口 11具有底部，在底部暴露了 P型接觸區(qū)35和部分η型發(fā)射極接觸層34。
[0113]此后，用與圖11中說明的方法同樣的方法，由填充在開口 11內(nèi)部的導(dǎo)電膜形成發(fā)射極電極42。發(fā)射極電極42是歐姆電極，使得與ρ型接觸區(qū)35和η型發(fā)射極接觸層34歐姆接觸。
[0114]另外,在襯底31的背側(cè)表面(與在上面形成了 η型外延層32的其主表面相對(duì)的表面)上形成集電極電極44 (參照?qǐng)D27)。集電極電極44可由任何材料制成，只要該材料可與襯底31歐姆接觸。以這種方式，獲得了圖27所示的結(jié)構(gòu)。
[0115]之后，用如濺射法的適當(dāng)方法，形成發(fā)射極線電極43 (參照?qǐng)D19)和背側(cè)表面保護(hù)電極15 (參照?qǐng)D19)。發(fā)射極線電極43使得與發(fā)射極電極42的上表面接觸，并在層間絕緣膜10的上表面上延伸。背側(cè)表面保護(hù)電極15形成在集電極電極44的表面上。結(jié)果，能夠獲得圖19所示的半導(dǎo)體器件。
[0116]接下來，參考圖28，描述圖19所示的半導(dǎo)體器件的變形。圖28所示的半導(dǎo)體器件基本具有與圖19所示的半導(dǎo)體器件相同的構(gòu)造，它們之間的不同在于柵溝槽6的形狀方面。具體地，在圖28所示的半導(dǎo)體器件中，與圖18所示的半導(dǎo)體器件相同，柵溝槽6具有V形橫截面形狀。在柵溝槽6的底部(相對(duì)側(cè)壁的下部彼此連接的部分)，形成了電場(chǎng)緩和區(qū)7。利用這樣構(gòu)造的半導(dǎo)體器件，能夠提供與圖19所示的半導(dǎo)體器件相同的效果。此外，在圖28所示的半導(dǎo)體器件中，柵溝槽6不具有如圖19所示的平坦的底表面。因此，圖28所示的柵溝槽6具有比圖19所示的柵溝槽6更窄的寬度。結(jié)果，與圖19所示的半導(dǎo)體器件相比，圖28所示的半導(dǎo)體器件可以減小尺寸。這在半導(dǎo)體器件中實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的設(shè)計(jì)和更高的集成度方面是有利的。
[0117]應(yīng)該注意，在上述第一或第二實(shí)施例中，掩膜層中的開口圖案可以具有任何形狀，諸如直線的形狀(例如，條帶)或曲線。例如，作為掩膜層的形狀，每個(gè)都具有正六邊形的平面形狀的多個(gè)島狀圖案可以對(duì)準(zhǔn)和布置(例如，布置形成三角形晶格)，開口圖案夾在它們之間。另外，除了正六邊形之外，島形圖案的平面形狀可以是任何形狀(例如，多邊形、圓形、捕圓形等)。
[0118]此外，利用殘留在碳化硅層的主表面上的掩膜層17，可以執(zhí)行熱蝕刻。在這種情況下，當(dāng)執(zhí)行熱蝕刻時(shí)，掩膜層17覆蓋為碳化硅層的主表面且與垂直溝槽16相鄰的區(qū)域，因此可以防止碳化硅層的主表面被熱蝕刻損壞。
[0119]在本說明書中，柵溝槽6的側(cè)壁20對(duì)應(yīng)于{0-33-8}面、{01-1-4}面和{100}面中任何一個(gè)的情況包括存在組成柵溝槽6的側(cè)壁的多個(gè)晶面的情況，并且多個(gè)晶面包括{0-33-8}面、{01-1-4}面和{100}面中的任意一個(gè)。下面具體地描述柵溝槽6的側(cè)壁對(duì)應(yīng)于{0-33-8}面的示例性情況。
[0120]在本發(fā)明中，{0-33-8}面微觀上還包括通過例如在圖29所示的柵溝槽6的側(cè)壁中通過交替提供面56a (第一面)和面56b (第二面)構(gòu)成的化學(xué)穩(wěn)定面。面56a具有{0-33-8}面取向，而連接到面56a的面56b具有與面56a不同的面取向。這里，術(shù)語“微觀上”指的是“精細(xì)到考慮大小至少約是原子間距兩倍那么大的程度”。優(yōu)選地，面56b具有{0-11-1}面取向。另外，圖29中的面56b例如可以具有Si原子(或C原子)的原子間距兩倍的長度(覽度)。
[0121]另外，下面描述柵溝槽的側(cè)壁對(duì)應(yīng)于{01-1-4}面的示例情況。在本發(fā)明中，微觀上{01-1-4}面還包括如圖29所示的通過交替提供面56a (第一面)和面56b (第二面)構(gòu)成的化學(xué)穩(wěn)定面。面56a具有{01-1-4}面取向，而連接到面56a的面56b具有與面56a不同的面取向。此外，下面描述柵溝槽的側(cè)壁對(duì)應(yīng)于{100}面的示例情況。在本發(fā)明中，微觀上{100}面還包括如圖29所示的通過交替提供面56a (第一面)和面56b (第二面)構(gòu)成的化學(xué)穩(wěn)定面。面56a具有{100}面取向，而連接到面56a的面56b具有與面56a不同的面取向。
[0122]此外，在六方晶型碳化硅中，柵溝槽6的側(cè)壁可以包括至少兩個(gè)具有六重對(duì)稱性的等價(jià)面取向的面。
[0123](示例)
[0124]進(jìn)行如下所述的實(shí)驗(yàn)，以證實(shí)本發(fā)明的效果。
[0125](樣品)
[0126]制備由碳化硅制成的三個(gè)襯底，以形成樣品I至3。每個(gè)襯底具有相對(duì)于(0001)面具有8°的偏離角的主表面。然后，在每個(gè)襯底的主表面上，形成碳化硅的外延層。該外延層的厚度為10 μ m。
[0127]接下來，在外延層的表面上，用CVD法形成由氧化硅膜制成的掩膜層。該掩膜層具有0.05 μ m的厚度。然后，在該掩膜層上，使用光刻法形成具有圖案的抗蝕劑膜。構(gòu)造該抗蝕劑膜的圖案，使得每個(gè)具有正六邊形平面形狀的島狀圖案分別與夾在其間的開口對(duì)齊。正六邊形具有4.Ομ--的邊長。在樣品I中開口的寬度(即，相鄰的島狀圖案之間的距離)設(shè)定為4 μ m，且在樣品2和3中設(shè)定為2 μ m。
[0128](實(shí)驗(yàn)說明)
[0129]實(shí)驗(yàn)1:
[0130]利用掩膜層作為掩膜，對(duì)試樣I和2執(zhí)行熱蝕刻，以移除島狀圖案之間暴露的碳化硅層。具體地，使用氧氣和氯氣的混合氣體作為反應(yīng)氣體，并且將熱處理溫度設(shè)定為900°C。另外，氧氣的流速設(shè)定為1.5slm (每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升)，氯氣的流量設(shè)定為1.5slm。此外，處理時(shí)間設(shè)定為15分鐘。
[0131]實(shí)驗(yàn)2:
[0132]利用掩膜層作為掩膜，對(duì)樣品3執(zhí)行反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，以移除島狀圖案之間暴露的碳化硅，并形成溝槽。作為RIE的處理?xiàng)l件，功率設(shè)定為800W，偏置設(shè)定為10W，并且SF6的流速設(shè)定為20sccm (每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)。
[0133]此外，在RIE之后執(zhí)行熱蝕刻。除了處理時(shí)間，熱蝕刻的條件基本上與上述實(shí)驗(yàn)I相同。具體地，對(duì)樣品3執(zhí)行1 0分鐘的熱蝕刻。
[0134](結(jié)果)
[0135]實(shí)驗(yàn)I的結(jié)果:
[0136]參照?qǐng)D30和圖31說明實(shí)驗(yàn)I的結(jié)果。如圖30中可以看到的，在樣品I中，通過蝕刻移除掩膜層17之間的碳化硅層，并整齊地形成柵溝槽。在樣品I中，作為掩膜層17之間的距離的開口寬度L設(shè)定為4 μ m,通過熱蝕刻移除掩膜層17之間暴露的碳化硅層，并形成具有傾斜側(cè)壁的柵溝槽。
[0137]另一方面，如圖31所示，在其中掩膜層17之間的開口的寬度L設(shè)定為2 μ m的樣品2中，從開口暴露的碳化硅層不能單獨(dú)通過熱蝕刻充分移除，留有其中沒有形成柵溝槽的部分。
[0138]實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果:
[0139]在實(shí)驗(yàn)2中處理的樣品3中，幾乎移除了在掩膜層17之間暴露的碳化硅層，并且柵溝槽被徹底形成在掩膜層17之間，與圖30中所示的樣品I 一樣。因此，即使在掩膜層17之間的開口具有2μπι的相對(duì)窄寬度的條件下，也能夠以可靠的方式形成柵溝槽。
[0140]本文所公開的實(shí)施例和示例是說明性的且在任何方面是非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求項(xiàng)定義，而不是由上面的描述定義，并且意圖包括與權(quán)利要求項(xiàng)等同的范圍和含義內(nèi)的任何修改。
[0141]附圖標(biāo)記說明
[0142]1、31:襯底；2:擊芽電壓保持層；3:ρ型體層；4:η型源接觸層；5、35:接觸區(qū)域；6:柵溝槽；16:垂直溝槽；7:電場(chǎng)緩和區(qū)；8:柵絕緣膜；9:柵電極；10:層間絕緣膜；11:開口 ；12:源電極；13:源線電極；14:漏電極；15:背側(cè)表面保護(hù)電極；17:掩膜層；20:側(cè)壁；21:Si膜；22:SiC重構(gòu)層；32:n型外延層；33:p型半導(dǎo)體層；36:p型外延層；42:發(fā)射極電極；43:發(fā)射極線電極；44:集電極電極。
【權(quán)利要求】
1.一種制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟: 制備具有主表面的碳化娃層； 通過沉積法在所述主表面上形成掩膜層(17)； 圖案化所述的掩膜層； 通過使用所述圖案化的掩膜層作為掩膜的蝕刻，移除所述碳化硅層的一部分，來形成具有側(cè)壁(20)的柵溝槽(6)； 在所述柵溝槽的所述側(cè)壁上形成柵絕緣膜(8);和 在所述柵絕緣膜上形成柵電極(9 )， 其中所述碳化硅層具有六方和立方晶體類型中的一種，并且所述柵溝槽的所述側(cè)壁在所述碳化硅層為六方晶型的情況下基本包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中的一個(gè)，并且在所述碳化硅層為立方晶型的情況下基本包括{100}面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中通過沉積選自氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁和氮化鎵的一種或多種材料，來執(zhí)行形成所述掩膜層的所述步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中形成所述柵溝槽的所述步驟包括執(zhí)行熱蝕刻的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中在將所述碳化硅層暴露于包含氧和氯的反應(yīng)氣體的同時(shí)，通過加熱所述碳化硅層，來進(jìn)行執(zhí)行所述熱蝕刻的所述步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中形成所述柵溝槽的所述步驟包括在執(zhí)行所述熱蝕刻之前執(zhí)行具有濺射效果的蝕刻的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中所述具有濺射效果的蝕刻是反應(yīng)離子蝕刻。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103718299SQ201280037160
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月14日
【發(fā)明者】日吉透, 增田健良, 和田圭司 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社