制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法
制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法
【專利摘要】在制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中，通過向碳化硅層供應(yīng)工藝氣體同時加熱所述碳化硅層來執(zhí)行相對于碳化硅層的熱蝕刻，所述工藝氣體與碳化硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。通過熱蝕刻在碳化硅層上形成碳膜(50)。碳化硅層被熱處理，使得碳從碳膜(50)擴散進(jìn)碳化硅層。
【專利說明】制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，更特別地，涉及一種采用熱處理來制造碳化娃半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]理想地，碳化硅單晶具有其中碳原子和硅原子以完美有序方式排列的晶體結(jié)構(gòu)。實際上，在碳化硅層外延生長中不可避免地形成碳空位。作為一種晶體缺陷類型的碳空位會降低采用碳化硅層的碳化硅半導(dǎo)體器件的性能。因此，需要減少碳空位密度的方法。
[0003]根據(jù)日本專利公布N0.2008-53667 (專利文獻(xiàn)I)，為了相對于SiC晶體層中存在的缺陷形成過量填隙碳原子源，通過將諸如碳原子、硅原子、氫原子和氦原子的原子離子注入表面層中，將填隙碳原子引入位于SiC晶體層的端面中的表面層。隨后，由此引入表面層中的填隙碳原子擴散進(jìn)位于已經(jīng)被引入填隙碳原子的層下方的材料(體層)，并且填隙碳原子耦合至體層中的原子空位。
[0004]根據(jù) Liutauras Storastal 等人，“Reduction of traps and improvement ofcarrier lifetime in4H-SiC epilayers by ion implantation，，，Appl.Phys.Lett.,卷90,062116(2007)(非專利文獻(xiàn)1)，公開了 4H_SiC中的Z172中心。而且，根據(jù)LiutaurasStorastal 等人，“Enhanced annealing of the Z1/2defect in4H-SiC epilayers，，，Appl.Phys.Lett.，卷103，013705 (2008)(非專利文獻(xiàn)2)，其公開了 Z1/2與碳空位有關(guān)。
[0005]引證文獻(xiàn)列表
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]PTLl:日本專利公布 N0.2008-53667
[0008]非專利文獻(xiàn)
[0009]NPLl:Liutauras Storastal 等人，“Reduction of traps and improvement ofcarrier lifetime in4H-SiC epilayers by ion implantation，，，Appl.Phys.Lett.,卷90，062116(2007)
[0010]NPL2:Liutauras Storastal 等人，“Enhanced annealing of the Z1/2 defectin4H_SiC epilayers”，Appl.Phys.Lett.，卷 103, 013705 (2008)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]技術(shù)問題
[0012]如果在減少碳空位的方法中采用離子注入方法，則碳化硅層將被物理損傷。
[0013]已經(jīng)提出本發(fā)明以解決上述問題，并且其目的是通過減少碳化硅層中碳空位密度的同時避免對碳化硅層造成損傷而提供一種制造具有更高質(zhì)量的碳化硅層的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法。
[0014]問題的解決手段
[0015]本發(fā)明中的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟。通過為碳化硅層供應(yīng)能與碳化娃化學(xué)反應(yīng)的工藝氣體，同時加熱碳化娃層，來熱蝕刻碳化娃層。通過這種熱蝕刻在碳化硅層上形成碳膜。向碳化硅層提供熱處理以將碳從碳膜擴散到碳化硅層中。
[0016]根據(jù)這種制造方法，從碳膜擴散進(jìn)碳化硅的碳原子耦合至碳化硅層中的碳空位。因此，可以減小碳化硅層中的碳空位密度。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的碳化硅半導(dǎo)體器件。
[0017]碳化硅半導(dǎo)體器件可以包括雙極型半導(dǎo)體器件。在雙極型半導(dǎo)體器件中，電子和空穴都用作載流子。隨著碳化硅層中的碳空位密度如上所述地減小，能夠較小頻率地發(fā)生由于碳空位而造成的電子與空穴的復(fù)合。因此，可以提高雙極型半導(dǎo)體器件的性能。
[0018]優(yōu)選地，在比熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行對碳化硅層的熱處理。以此方式，能更充分地擴散碳。因此，可以更充分地減少碳空位密度。
[0019]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。這能實現(xiàn)增強的工藝氣體與碳的反應(yīng)性。
[0020]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。因此，可以增強工藝氣體與通過在碳化硅層上的熱蝕刻而形成在碳化硅層表面上的碳膜的反應(yīng)性。
[0021]優(yōu)選地，工藝氣體中的氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中降低。以此方式，使碳膜的蝕刻速率變小，由此更充分地形成碳膜。因此，碳可以被更充分地從碳膜供應(yīng)至碳化硅。
[0022]優(yōu)選地，在熱處理之后，去除剩余碳膜。因此，去除了不需要的碳膜。
[0023]可以執(zhí)行熱蝕刻以在碳化硅層中形成溝槽。因此，通過熱蝕刻，除碳膜之外還形成溝槽。而且，柵電極可以形成在溝槽中。以此方式，可以形成溝槽柵。
[0024]發(fā)明的有益效果
[0025]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可獲得具有更高質(zhì)量碳化硅層的碳化硅半導(dǎo)體器件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是示意性示出本發(fā)明第一實施例中的碳化硅半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的截面圖。
[0027]圖2是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第一步的截面圖。
[0028]圖3是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第二步的截面圖。
[0029]圖4是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第三步的截面圖。
[0030]圖5是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第四步的截面圖。
[0031]圖6是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第五步的截面圖。
[0032]圖7是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第六步的截面圖。
[0033]圖8是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第七步的截面圖。
[0034]圖9是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第八步的截面圖。
[0035]圖10是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第九步的截面圖。
[0036]圖11是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第十步的截面圖。
[0037]圖12是示意性示出圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的變型的截面圖。
[0038]圖13是示意性示出圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件中提供的碳化硅層中設(shè)置的溝槽的一個示例性側(cè)表面的局部截面圖。
[0039]圖14是示意性示出本發(fā)明第二實施例中的碳化硅半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的截面圖。
[0040]圖15是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第一步的截面圖。[0041]圖16是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第二步的截面圖。
[0042]圖17是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第三步的截面圖。
[0043]圖18是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第四步的截面圖。
[0044]圖19是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第五步的截面圖。
[0045]圖20是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第六步的截面圖。
[0046]圖21是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第七步的截面圖。
[0047]圖22是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第八步的截面圖。
[0048]圖23是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第九步的截面圖。
[0049]圖24是示意性示出圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件中設(shè)置的碳化硅層的一個示例性表面的局部截面圖。
【具體實施方式】
[0050]下文參考【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施例。應(yīng)當(dāng)注意在下述附圖中，相同或相應(yīng)的部分由相同的參考標(biāo)記指定并不再贅述。關(guān)于本說明的晶體學(xué)表示來說，單獨的晶面由O表示，并且組晶面由H表示。而且，負(fù)指數(shù)應(yīng)當(dāng)是通過在數(shù)字上放置(橫杠)而被晶體學(xué)表示，但是在本說明書中，通過在數(shù)字前放置負(fù)號來表示。
[0051](第一實施例)
[0052]如圖1中所示，本實施例的碳化硅半導(dǎo)體器件是溝槽柵型IGBT90 (絕緣柵雙極晶體管)，其是雙極型半導(dǎo)體器件的一個類型。IGBT90包括:具有P型導(dǎo)電性的襯底31 ;以及外延形成在襯底31的主表面(附圖中的上表面)上的碳化硅層82。襯底31由具有六方晶形的碳化硅或具有立方晶形的碳化硅制成。相應(yīng)地，外延形成在襯底31上的碳化硅層82也由具有六方晶形的碳化硅或具有立方晶形的碳化硅制成。而且，IGBT90還包括柵極絕緣膜8，柵電極9，層間絕緣膜10，發(fā)射極電極42，發(fā)射極布線層43，集電極電極44以及保護電極15。
[0053]碳化硅層82包括:具有P型導(dǎo)電性的緩沖層36 ;具有η型導(dǎo)電性的漂移層32 ;具有P型導(dǎo)電性的體區(qū)33;具有η型導(dǎo)電性的發(fā)射極區(qū)34;以及具有P型導(dǎo)電性的接觸區(qū)35。緩沖層36設(shè)置在襯底31的一個主表面上。漂移層32設(shè)置在緩沖層36上。體區(qū)33中的每一個都設(shè)置在漂移層32上。發(fā)射極區(qū)34中的每一個都設(shè)置在體區(qū)33上。接觸區(qū)35中的每一個都被發(fā)射極區(qū)34圍繞。
[0054]碳化娃層82具有低于碳化娃的正常外延層的碳空位密度。相應(yīng)地,碳化娃層82具有低Ζ1/2中心密度。具體地，碳化硅層82的Ζ1/2中心密度是IX IO12CnT3或更小。
[0055]碳化硅層82具有溝槽6。溝槽6延伸穿過發(fā)射極區(qū)34和體區(qū)33以到達(dá)漂移層32。溝槽6具有相對于襯底31的主表面傾斜的側(cè)壁20。換言之，側(cè)壁20中的每一個都相對于碳化硅層82的主表面(附圖中的上表面)傾斜。由此傾斜的側(cè)壁圍繞突起部(具有其上形成了發(fā)射極電極42的上表面的突起形部分)。在襯底31具有六方晶形的情況下，突起部例如具有六邊形平面形狀。同時，在襯底31具有立方晶形的情況下，突起部例如可以具有四邊形平面形狀。在碳化硅層82具有六方晶形的情況下，溝槽6的側(cè)壁包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中至少一種。而且，在碳化硅層82具有立方晶形的情況下，側(cè)壁20包括{100}面。[0056]柵極絕緣膜8設(shè)置在側(cè)表面20和溝槽6的底面上。柵極絕緣膜8在發(fā)射極區(qū)34中的每一個的上表面上延伸。設(shè)置柵電極9以填充溝槽6內(nèi)部，并且柵極絕緣膜8插入其間。層間絕緣膜10覆蓋柵電極9以及柵極絕緣膜8在發(fā)射極區(qū)34的上表面上的部分。在層間絕緣膜10和柵極絕緣膜8彼此層疊設(shè)置的部分中，設(shè)置開口以暴露發(fā)射極區(qū)34的一部分以及P型的接觸區(qū)35。設(shè)置發(fā)射極電極42以填充開口內(nèi)部以便與P型的接觸區(qū)35以及發(fā)射極區(qū)34接觸。發(fā)射極布線層43與發(fā)射極電極42的上表面接觸并在層間絕緣膜10上延伸。
[0057]集電極電極44設(shè)置在主表面的與其上設(shè)置緩沖層36相反的主表面上。保護電極15覆蓋集電極電極44。
[0058]下文說明IGBT90的使用的要點。將電壓施加在發(fā)射極布線層43和保護電極15之間，使得保護電極15相對于發(fā)射極布線層43具有正電勢。根據(jù)施加至柵電極9的電勢開關(guān)在發(fā)射極布線層43和保護電極15之間的電傳導(dǎo)。具體地，當(dāng)柵電極9被饋送有超過閾值的負(fù)電勢時，反型層形成在體區(qū)33中的每一個中的、面對柵電極9并以柵極絕緣膜8插入其間的區(qū)域(溝道區(qū))處。因此，發(fā)射極區(qū)34和漂移區(qū)32彼此電連接。因此，電子從各個發(fā)射極區(qū)34注入到漂移層32中。相應(yīng)地，空穴被從襯底31通過緩沖層36供應(yīng)至漂移層32。因此，在漂移層32中發(fā)生電導(dǎo)率調(diào)制，因此顯著降低了在發(fā)射極電極42和集電極電極44之間的電阻。換言之，IGBT90進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。同時，當(dāng)柵電極9沒有被饋送有上述電勢時，在溝道區(qū)中沒有形成反型層，由此維持漂移層32和體區(qū)33之間的反偏置狀態(tài)。因此，IGBT90處于截止?fàn)顟B(tài)。
[0059]下文說明制造IGBT90的方法。
[0060]如圖2中所示，碳化硅層80形成在襯底31上。具體地，P型緩沖層36外延形成在P型的襯底31上。在緩沖層36上，外延形成η型的漂移層32。對于用于形成碳化硅層80的方法來說，例如可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法。對于CVD方法中的原料氣體來說，可以采用硅烷(SiH4)和丙烷(C3H8)的混合氣體。對于原料氣體的載氣來說，例如可以采用氫氣(H2)。對于提供P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)來說，例如可以采用鋁(Al)。對于提供η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)來說，例如可以采用氮(N)或磷(P)。
[0061]如圖3中所示，通過到漂移層32中的離子注入，形成P型的體區(qū)33和η型的發(fā)射區(qū)34。在用于形成體區(qū)33的離子注入中，例如可以注入鋁(Al)等。在用于形成發(fā)射極區(qū)34的離子注入中，例如可以注入磷(P)等。
[0062]參考圖4，在發(fā)射極區(qū)34上形成具有開口的掩膜層17。掩膜層17例如由氧化硅制成。隨后，通過采用掩膜層17的蝕刻，在碳化硅層80中形成垂直溝槽16。對于蝕刻方法來說，例如可以采用離子研磨或反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。對于RIE來說，特別可以采用感應(yīng)耦合等離子體(ICP) RIE。對于RIE中的反應(yīng)氣體來說，例如可以采用SF6或SF6和O2的混合氣體。
[0063]隨后，在碳化硅層80 (圖4)上執(zhí)行熱蝕刻以便擴展垂直溝槽16 (圖4)。通過為碳化娃層80供應(yīng)能與碳化娃化學(xué)反應(yīng)的工藝氣體來執(zhí)行熱蝕刻，同時加熱碳化娃層80。
[0064]工藝氣體優(yōu)選包括包含氯原子的蝕刻氣體、CF4氣體、CHF3氣體以及SF6氣體中的至少一種。更優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。一種示例性可以使用的蝕刻氣體是Cl2氣體。優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。對于氧化氣體來說，例如可以采用O2氣體、CO氣體、NO氣體或N20。優(yōu)選地，采用O2氣體。在O2氣體和Cl2氣體的混合氣體用作工藝氣體的情況下，優(yōu)選的是當(dāng)供應(yīng)混合氣體時，O2的流量與Cl2的流量的比率至少暫時地不小于0.1且不大于2.0o更優(yōu)選地,該比率不小于0.25。
[0065]應(yīng)當(dāng)注意工藝氣體可以包含載氣。示例性可使用的載氣是N2氣、Ar氣或He氣。
[0066]而且，熱蝕刻中的熱處理優(yōu)選在不小于700°C且不大于1200°C的溫度下執(zhí)行。當(dāng)熱處理溫度被設(shè)定為不小于700°C時，可以確保蝕刻SiC的速率約為70ym/hr。溫度的下限更優(yōu)選為800°C或更大，進(jìn)一步優(yōu)選900°C或更大。溫度的上限更優(yōu)選為1100°C或更小，進(jìn)一步優(yōu)選1000°C或更小。而且，當(dāng)掩膜層17在這種情況下由諸如氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁或氮化鎵的材料制成時，可以使得SiC對掩膜層17的材料的蝕刻選擇性非常大，由此抑制SiC蝕刻過程中對掩膜層17的消耗。
[0067]在碳化硅層80的熱蝕刻表面上，形成碳膜。這是因為與硅原子相比，碳原子不太可能被從其熱蝕刻表面去除。碳膜中的碳原子的一部分由于熱蝕刻中的熱處理造成的擴散現(xiàn)象而擴散進(jìn)碳化硅層80。由此擴散進(jìn)碳化硅層80的碳原子中的一部分耦合至碳化硅層80中的碳空位，由此造成碳空位中的一部分消失。以此方式，降低了碳空位密度。
[0068]在工藝氣體中的氧化氣體的濃度低或為零的情況下，碳膜的蝕刻速率將是低的。因此，更可能形成厚碳膜。相反，在氧化氣體的濃度高的情況下，不太可能形成厚碳膜。因此，可以抑制碳化硅的蝕刻速率由于碳膜的覆蓋而降低。在氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中被設(shè)定為降低的情況下，可以在濃度被設(shè)定為降低的時間點之前實現(xiàn)碳化硅的高蝕刻速率，并且在該時間點之后更可能形成碳膜。在氧化氣體的濃度此后被設(shè)定為再次提高的情況下，以高速率蝕刻充分形成的碳膜。這時，碳原子活性地(actively)擴散進(jìn)碳化硅層80中。
[0069]參考圖5，通過上述熱蝕刻，形成具有側(cè)壁20的溝槽6。在碳化硅層80具有六方晶形的情況下，溝槽6的側(cè)壁20中的每一個都包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中的至少一種。另一方面，在碳化硅層80具有立方晶形的情況下，側(cè)壁20包括{100}面。在碳化硅層80具有六方晶形的情況下，側(cè)壁20的面取向例如是{0-33-8}面。即，在上述條件下的蝕刻中，溝槽6的側(cè)壁20自發(fā)地形成為與{0-33-8}面對應(yīng)，該{0-33-8}面是允許最慢蝕刻速率的晶面。應(yīng)當(dāng)注意側(cè)壁20的面取向可以是{01-1-4}面。同時，在碳化硅層80具有立方晶形的情況下，側(cè)壁20的面取向可以是{100}面。優(yōu)選地，對于{0-33-8}面來說，采用(0-33-8)面。對于{0-11-4}面來說，采用(0-11-4)面。
[0070]而且，通過上述碳空位中的一部分消失，碳化硅層80(圖4)被改變成具有比碳化娃層80低的碳空位密度的碳化娃層81。而且，由于上述熱蝕刻,在溝槽6的內(nèi)表面上形成碳膜50。
[0071]在垂直溝槽16的側(cè)壁中存在損傷層的情況下，可以通過上述熱蝕刻去除損傷層。為了更確實地去除損傷層，垂直溝槽16的側(cè)壁優(yōu)選被熱蝕刻至0.1ym或更大的深度。
[0072]隨后，去除掩膜層17。為此，例如執(zhí)行濕蝕刻。
[0073]如圖6中所示，通過離子注入方法，形成接觸區(qū)35。
[0074]隨后，使碳化硅層81經(jīng)受熱處理。通過這種熱處理，碳原子從碳膜50擴散進(jìn)碳化硅層81。由此擴散的碳原子的一部分耦合至碳化硅層81中的碳空位，以致使碳空位中的一部分消失。以此方式，降低了碳空位密度。[0075]優(yōu)選地，在比熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行碳化硅層81的熱處理。碳化硅層81的熱處理優(yōu)選在1300°C或更大的溫度，更優(yōu)選1500°C或更大的溫度下執(zhí)行。而且，熱處理溫度優(yōu)選是1800°C或更小。例如，在約1700°C的溫度下執(zhí)行熱處理。當(dāng)熱處理的溫度充分高時，碳化硅層81中的雜質(zhì)通過這種熱處理而被進(jìn)一步活化。例如執(zhí)行熱處理約30分鐘。熱處理的氣氛優(yōu)選是惰性氣體氣氛，諸如Ar氣氛。
[0076]而且，如圖7中所示，通過上述碳空位的消失，碳化硅層81 (圖6)被改變成具有比碳化娃層81低的碳空位密度的碳化娃層82。
[0077]而且，如圖8中所示，去除上述熱處理之后剩余的碳膜50(圖7)。為此，例如執(zhí)行蝕刻。
[0078]如圖9中所示，柵極絕緣膜8形成為從溝槽6的內(nèi)部延伸至發(fā)射極區(qū)34以及P型接觸區(qū)35的上表面。為此，例如熱氧化碳化硅層82。
[0079]如圖10中所示，在溝槽6中形成柵電極9。例如可以通過在形成導(dǎo)體膜之后執(zhí)行回蝕或CMP (化學(xué)機械拋光)來形成柵電極9。
[0080]參考圖11，層間絕緣膜10形成為覆蓋柵電極9的上表面以及在接觸區(qū)35上暴露的柵極絕緣膜8的上表面。隨后，開口形成為暴露接觸區(qū)35和發(fā)射極區(qū)34的一部分。隨后，在開口中的每一個中，發(fā)射極電極42形成為與發(fā)射極區(qū)34和接觸區(qū)35中的每一個接觸的歐姆電極。
[0081]而且，用作歐姆電極的集電極電極44形成在襯底31的背側(cè)表面上(與形成了緩沖層36和漂移層32的一側(cè)相反的表面)。
[0082]再次參考圖1，發(fā)射極布線層43形成為與發(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，并且保護電極15形成為覆蓋集電極電極44。以此方式，獲得IGBT90。
[0083]下文說明本實施例的功能和效果。
[0084]根據(jù)本實施例中的制造IGBT90的方法，碳膜50 (圖5)在熱蝕刻過程中被形成在碳化硅層80(圖4)的熱蝕刻表面上。而且，通過熱蝕刻中的熱處理，碳原子從碳膜50擴散至碳化硅層80 (圖4)并且耦合至碳化硅層80 (圖4)中的碳空位。因此，碳化硅層80被改變?yōu)榫哂懈吞伎瘴幻芏鹊奶蓟鑼?1(圖5)。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的IGBT90(圖1)。通過這種熱蝕刻，可以同時形成允許在其中設(shè)置柵電極9的溝槽6。
[0085]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。這實現(xiàn)工藝氣體與碳化硅的增強的反應(yīng)性。
[0086]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。因此，可以提高在工藝氣體與通過在碳化娃層80上熱蝕刻而形成在碳化娃層80的表面上的碳膜50的反應(yīng)性。
[0087]優(yōu)選地，工藝氣體中的氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中下降。以此方式，使用于碳膜50的蝕刻速率小，由此能更充分地形成碳膜50。因此，碳可以從碳膜50更充分地供應(yīng)到碳化硅中。更優(yōu)選地，在氧化氣體的濃度下降之后，提高氧化氣體的濃度。因此，以高速率蝕刻被形成為足夠厚的碳膜50。這時，碳原子活性地擴散進(jìn)碳化硅層80。因此，可以進(jìn)一步降低碳化硅層80中的碳空位密度。
[0088]而且，根據(jù)本實施例，通過熱蝕刻之后執(zhí)行的熱處理，使碳原子從碳膜50擴散進(jìn)碳化硅層81 (圖6)并且耦合至碳化硅層81中的碳空位。因此，碳化硅層81被改變?yōu)榫哂懈吞伎瘴幻芏鹊奶蓟鑼?2 (圖7)。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的IGBT90 (圖1)。
[0089]而且，在比熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行熱蝕刻之后的熱處理。因此，與熱蝕刻過程中相比，碳原子更活性地擴散，由此可以更充分地降低碳空位密度。而且，通過熱蝕刻之后的熱處理，可以活化雜質(zhì)。而且，因為碳膜50在用于這種活化的熱處理過程中用作蓋膜，因此可以抑制溝槽6的側(cè)壁20由于熱處理而變得粗糙。
[0090]而且，作為本實施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的IGBT90是雙極型半導(dǎo)體器件。在雙極型半導(dǎo)體器件中，電子和空穴都用作載流子。通過如上所述降低在碳化硅層中的碳空位密度，較小頻率地發(fā)生由于存在碳空位而進(jìn)行的電子和空穴的復(fù)合。因此，可以提高雙極型半導(dǎo)體器件的性能。具體地，通過提高IGBT90中的電子和空穴的密度，可以降低導(dǎo)通電阻。
[0091]而且，根據(jù)本實施例，在熱處理之后去除碳膜50。因此，可以去除不需要的碳膜。例如采用氧化反應(yīng)能容易地去除碳膜50。
[0092]應(yīng)當(dāng)注意可以采用V形溝槽6v(圖12)代替具有平坦底面的溝槽6 (圖1)。在這種情況下，可以使在平面圖中觀察時的溝槽的尺寸更小。因此，可以使IGBT的尺寸更小。
[0093]在本說明書中，表述“溝槽6的側(cè)壁20包括{0-33-8}面”旨在指示包括側(cè)壁基本上對應(yīng)于{0-33-8}面的情況以及存在構(gòu)成側(cè)壁20的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{0-33-8}面的情況兩者的概念。現(xiàn)在，如下說明后一情況。即，如圖13中微觀地所示，側(cè)壁20對應(yīng)于例如通過交替設(shè)置平面56a和平面56b構(gòu)成的化學(xué)穩(wěn)定晶面。平面56a具有{0-33-8}的面取向，但是連接至平面56a的平面56b具有不同于平面56a的面取向。這里，術(shù)語“微觀地”是指“考慮微小到至少尺寸約為原子間距兩倍大的程度”。優(yōu)選地，平面56b具有{0-11-1}的面取向。更優(yōu)選地，宏觀地，將具有{0-33-8}的面取向的平面56a以及具有{0-11-1}的面取向的平面56b組合構(gòu)成{0-11-2}面。這里，術(shù)語“宏觀地”是指“考慮足夠大的尺寸以致可以忽略原子間距的程度”。更優(yōu)選地，在圖13中所示的側(cè)壁20中，平面56a的長度是在平面56a上的原子間距的兩倍大，并且平面56b的長度是平面56b上的原子間距的兩倍大。
[0094]在本說明書中，表述“溝槽6的側(cè)壁20包括{0-11-4}面”旨在指示包括側(cè)壁20基本上對應(yīng)于{0-11-4}面的情況以及存在構(gòu)成側(cè)壁20的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{0-11-4}面的情況兩者的概念。而且，在側(cè)壁20包括{0-33-8}面的情況下，側(cè)壁20更優(yōu)選包括(0-33-8)面。而且，在側(cè)壁20包括{0-11-4}面的情況下，側(cè)壁20更優(yōu)選包括(0-11-4)面。而且，在側(cè)壁20包括{0-11-1}面的情況下，側(cè)壁20更優(yōu)選包括(0-11-1)面。
[0095]在本說明書中，表述“溝槽6的側(cè)壁20包括{100}面”旨在指示包括側(cè)壁20基本上對應(yīng)于{100}面的情況以及存在構(gòu)成側(cè)壁20的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{100}面的情況兩者的概念。
[0096]而且，可以省略本實施例中的垂直溝槽16(圖4)的形成。在這種情況下，溝槽6可以僅通過熱蝕刻形成。
[0097](第二實施例)
[0098]如圖14中所示，本實施例的碳化硅半導(dǎo)體器件是平面型IGBT190，其是雙極型半導(dǎo)體器件的一種類型。IGBT190包括:具有P型導(dǎo)電性的襯底131 ;以及外延形成在襯底131的主表面(附圖中的上表面)上的碳化硅層182。襯底131由具有六方晶形的碳化硅或具有立方晶形的碳化硅制成。相應(yīng)地，外延形成在襯底131上的碳化硅層182也由具有六方晶形的碳化娃或具有立方晶形的碳化娃制成。而且，IGBT190進(jìn)一步包括柵極絕緣膜108,柵電極109，層間絕緣膜110，發(fā)射極電極142，發(fā)射極布線層143，集電極電極144以及保護電極115。
[0099]碳化硅層182包括:具有P型導(dǎo)電性的緩沖層136 ;具有η型導(dǎo)電性的漂移層132 ；具有P型導(dǎo)電性的體區(qū)133 ;具有η型導(dǎo)電性的發(fā)射極區(qū)134;以及具有P型導(dǎo)電性的接觸區(qū)135。緩沖層136被設(shè)置在襯底131的一個主表面上。漂移層132被設(shè)置在緩沖層136上。體區(qū)133中的每一個都被設(shè)置在漂移層132上。發(fā)射極區(qū)134中的每一個都被設(shè)置在體區(qū)133上。接觸區(qū)135中的每一個都由發(fā)射極區(qū)134圍繞。
[0100]碳化硅層182具有比碳化硅的正常外延層低的碳空位密度。相應(yīng)地，碳化硅層182具有低Ζ1/2中心密度。具體地，碳化硅層182的Ζ1/2中心密度是IX IO12CnT3或更小。
[0101]碳化娃層182具有面對柵極絕緣膜108的表面120。在碳化娃層182具有六方晶形的情況下，在碳化硅層182具有六方晶形的情況下，表面120包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中的至少一種。而且，在碳化硅層182具有立方晶形的情況下，表面120包括{100}面。
[0102]柵極絕緣膜108被設(shè)置在碳化硅層182的一部分上并包括被設(shè)置在體區(qū)133上以便連接在發(fā)射極區(qū)134和漂移層132之間的部分。柵電極109被設(shè)置在柵極絕緣膜108上。層間絕緣膜110覆蓋柵電極109以提供在柵電極109和發(fā)射極布線層143之間的絕緣。在層間絕緣膜110和柵極絕緣膜108彼此層疊設(shè)置的部分中，設(shè)置開口以暴露發(fā)射極區(qū)134的一部分以及P型接觸區(qū)135。設(shè)置發(fā)射極電極142以填充開口內(nèi)部，以便與P型接觸區(qū)135以及發(fā)射極區(qū)134接觸。發(fā)射極布線層143與發(fā)射極電極142的上表面接觸并在層間絕緣膜110上延伸。
[0103]集電極電極144被設(shè)置在與其上設(shè)置緩沖層136的主表面相反的主表面上。保護電極115覆蓋集電極電極144。
[0104]下文說明IGBT190的使用的要點。將電壓施加在發(fā)射極布線層143和保護電極115之間，使得保護電極115相對于發(fā)射極布線層143具有正電勢。根據(jù)施加至柵電極109的電勢開關(guān)在發(fā)射極布線層143和保護電極115之間的電傳導(dǎo)。具體地，當(dāng)柵電極109被饋送有超過閾值的負(fù)電勢時，反型層形成在體區(qū)33中的每一個中的、面對柵電極109并以柵極絕緣膜108插入其間的區(qū)域(溝道區(qū))處。因此，發(fā)射極區(qū)134和漂移區(qū)132彼此電連接。因此，電子從發(fā)射極區(qū)134中的每一個注入漂移層132中。相應(yīng)地，空穴被從襯底131通過緩沖層136供應(yīng)至漂移層132。因此，在漂移層132中發(fā)生電導(dǎo)率調(diào)制，因此顯著降低了在發(fā)射極電極142和集電極電極144之間的電阻。換言之，IGBT190進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。同時，當(dāng)柵電極109沒有被饋送有上述電勢時，溝道層中沒有形成反型層，由此維持漂移層132和體區(qū)133之間的反偏置狀態(tài)。因此，IGBT190處于截止?fàn)顟B(tài)。
[0105]下文說明制造IGBT190的方法。
[0106]如圖15中所示，碳化硅層180形成在襯底131上。具體地，ρ型緩沖層136外延形成在P型襯底131上。在緩沖層136上，外延形成η型的漂移層132。對于用于形成碳化硅層180的方法來說，例如可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法。對于CVD方法中的原料氣體來說，可采用硅烷(SiH4)和丙烷(C3H8)的混合氣體。對于原料氣體的載氣來說，例如可以采用氫氣(H2)。對于提供P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)來說，例如可以采用鋁(Al)。對于提供η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)來說，例如可以采用氮(N)或磷(P)。
[0107]如圖16中所示，通過到漂移層132中的離子注入，形成P型的體區(qū)133，η型的發(fā)射區(qū)134以及ρ型的接觸區(qū)135。接觸區(qū)135具有比體區(qū)133高的雜質(zhì)濃度。在用于形成體區(qū)133和接觸區(qū)135的離子注入中，例如可以注入鋁(Al)等。在用于形成發(fā)射極區(qū)134的離子注入中，例如可以注入磷(P)等。
[0108]隨后，熱蝕刻碳化硅層180的表面(圖16中的上表面)。通過為碳化硅層180供應(yīng)能與碳化娃化學(xué)反應(yīng)的工藝氣體來執(zhí)行熱蝕刻，同時加熱碳化娃層180。
[0109]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。一種示例性可使用的蝕刻氣體是氯氣。優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。一種示例性可使用的氧化氣體是氧氣。在氧氣和氯氣的混合氣體被用作工藝氣體的情況下，優(yōu)選的是當(dāng)供應(yīng)混合氣體時，氧的流量對氯的流量的比率優(yōu)選不小于0.1且不大于2.0。更優(yōu)選地，該比率不小于0.25。
[0110]應(yīng)當(dāng)注意工藝氣體可以包含載氣。一種示例性可使用的載氣是氮(N2)氣、氬(Ar)氣或氦(He)氣。
[0111]而且，熱蝕刻中的熱處理優(yōu)選在不小于700°C且不大于1200°C的溫度下執(zhí)行。當(dāng)熱處理溫度被設(shè)定為不小于700°C時，可以確保蝕刻SiC的速率約為70ym/hr。溫度的下限更優(yōu)選為800°C或更大，進(jìn)一步優(yōu)選為900°C或更大。溫度的上限更優(yōu)選為1100°C或更小，進(jìn)一步優(yōu)選為1000°C或更小。
[0112]在碳化硅層180的熱蝕刻表面上，形成碳膜。這是因為與硅原子相比，碳原子不太可能被從其熱蝕刻表面去除。碳膜中的碳原子的一部分由于熱蝕刻中的熱處理造成的擴散現(xiàn)象而擴散進(jìn)碳化硅層180。由此擴散進(jìn)碳化硅層180的碳原子中的一部分耦合至碳化硅層180中的碳空位，由此造成碳空位中的一部分消失。以此方式，降低了碳空位密度。
[0113]在工藝氣體中的氧化氣體的濃度低或為零的情況下，碳膜的蝕刻速率將是低的。因此，更可能形成厚碳膜。相反，在氧化氣體的濃度高的情況下，不太可能形成厚碳膜。因此，可以抑制碳化硅的蝕刻速率由于碳膜的覆蓋而降低。在氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中被設(shè)定為降低的情況下，可以在濃度被設(shè)定為降低的時間點之前實現(xiàn)碳化硅的高蝕刻速率，并且在該時間點之后更可能形成碳膜。在氧化氣體的濃度此后被設(shè)定為再次提高的情況下，以高速率蝕刻充分形成的碳膜。這時，碳原子活性地擴散進(jìn)碳化硅層180中。
[0114]參考圖17，通過上述熱蝕刻，形成具有表面120的碳化硅層181。在碳化硅層180具有六方晶形的情況下，表面120包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中的至少一種。另一方面，在碳化娃層180具有立方晶形的情況下,表面120包括{100}面。在碳化娃層180具有六方晶形的情況下，表面120的面取向例如是{0-33-8}面。即，在上述條件下的蝕刻中，表面120自發(fā)地形成為與{0-33-8}面對應(yīng)，該{0-33-8}面是允許最慢蝕刻速率的晶面。應(yīng)當(dāng)注意表面120的面取向可以是{01-1-4}面。同時，在碳化硅層180具有立方晶形的情況下，表面120的面取向可以是{100}面。優(yōu)選地，對于{0-33-8}面來說，采用(0_33_8)面。對于{0-11-4}面來說，米用(0-11-4)面。
[0115]而且，通過上述碳空位中的一部分消失，碳化硅層180(圖16)被改變成具有比碳化娃層180低的碳空位密度的碳化娃層181。而且，由于上述熱蝕刻,碳膜150形成在表面120 上。[0116]在碳化硅層180的表面中由于機械加工等存在損傷層的情況下，可以通過上述熱蝕刻去除損傷層。為了更確實地去除損傷層，熱蝕刻優(yōu)選被執(zhí)行至0.Ιμπι或更大的深度。
[0117]隨后，使碳化硅層181經(jīng)受熱處理。通過這種熱處理，碳原子從碳膜150擴散進(jìn)碳化硅層181。由此擴散的碳原子的一部分耦合至碳化硅層181中的碳空位，以致使碳空位中的一部分消失。以此方式，降低了碳空位密度。
[0118]優(yōu)選地，在比在熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行碳化硅層181的熱處理。優(yōu)選地，熱處理溫度不小于1500°C，例如約1700°C。當(dāng)熱處理溫度充分高時，碳化硅層181中的雜質(zhì)通過這種熱處理而被活化。例如執(zhí)行熱處理約30分鐘。熱處理的氣氛優(yōu)選是惰性氣體氣氛，例如Ar氣氛。
[0119]如圖18中所示，通過上述碳空位的消失，碳化硅層181 (圖17)被改變成具有比碳化硅層181低的碳空位密度的碳化硅層182。
[0120]而且，如圖19中所示，去除上述熱處理之后剩余的碳膜50(圖18)。為此，例如執(zhí)行蝕刻。
[0121]如圖20中所示，柵極絕緣膜108形成在碳化硅層182上。為此，例如熱氧化碳化娃層182。
[0122]如圖21中所示，柵電極109形成在柵極絕緣膜108上。例如可以通過形成導(dǎo)體膜并圖案化導(dǎo)體膜來形成柵電極109。
[0123]參考圖22，層間絕緣膜110形成為覆蓋柵電極109的上表面以及暴露的柵極絕緣膜108的上表面。隨后，開口形成為暴露接觸區(qū)135和發(fā)射極區(qū)134的一部分。
[0124]如圖23中所示，在開口中的每一個中，發(fā)射極電極142形成為與發(fā)射極區(qū)134和接觸區(qū)135中的每一個接觸的歐姆電極。
[0125]而且，用作歐姆電極的集電極電極144形成在襯底131的背側(cè)表面上(與形成了緩沖層136和漂移層132的一側(cè)相反的表面)。
[0126]再次參考圖14，發(fā)射極布線層143形成為與發(fā)射極電極142的上表面接觸并在層間絕緣膜110的上表面上延伸，并且保護電極115形成為覆蓋集電極電極144。以此方式，獲得 IGBT190。
[0127]下文說明本實施例的功能和效果。
[0128]根據(jù)本實施例中的制造IGBT190的方法，碳膜150 (圖17)在熱蝕刻過程中形成在碳化硅層180(圖16)的熱蝕刻表面上。而且，通過熱蝕刻中的熱處理，碳原子從碳膜150擴散至碳化硅層180 (圖16)并且耦合至碳化硅層180 (圖16)中的碳空位。因此，碳化硅層180被改變?yōu)榫哂懈吞伎瘴幻芏鹊奶蓟鑼?81 (圖17)。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的IGBT190(圖14)。
[0129]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。這實現(xiàn)工藝氣體與碳化硅的增強的反應(yīng)性。
[0130]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。因此，可以提高在工藝氣體與通過在碳化娃層180上熱蝕刻而形成在碳化娃層180的表面上的碳膜150的反應(yīng)性。
[0131]優(yōu)選地，工藝氣體中的氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中下降。以此方式，使用于碳膜150的蝕刻速率小，由此能更充分地形成碳膜150。因此，碳可以從碳膜150更充分地供應(yīng)到碳化硅中。更優(yōu)選地，在氧化氣體的濃度下降之后，提高氧化氣體的濃度。因此，以高速率蝕刻形成為足夠厚的碳膜150。這時，碳原子活性地擴散進(jìn)碳化硅層180。因此，可以進(jìn)一步降低碳化硅層180中的碳空位密度。
[0132]而且，根據(jù)本實施例，通過熱蝕刻之后執(zhí)行的熱處理，碳原子從碳膜150擴散進(jìn)碳化硅層181 (圖17)并且耦合至碳化硅層181中的碳空位。因此，碳化硅層181被改變?yōu)榫哂懈吞伎瘴幻芏鹊奶蓟鑼?82(圖18)。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的IGBT190(圖 14)。
[0133]而且，在比熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行熱蝕刻之后的熱處理。因此，碳原子更活性地擴散，由此可以更充分地降低碳空位密度。同時，通過這種熱處理，可以活化雜質(zhì)。而且，因為碳膜150在用于這種活化的熱處理過程中用于蓋膜，因此可以抑制表面120 (圖17)由于熱處理而變得粗糙。
[0134]而且，作為本實施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的IGBT190是雙極型半導(dǎo)體器件。在雙極型半導(dǎo)體器件中，電子和空穴都用作載流子。通過如上所述降低在碳化硅層中的碳空位密度，較小頻率地發(fā)生由于存在碳空位而進(jìn)行的電子和空穴的復(fù)合。因此，可以提高雙極型半導(dǎo)體器件的性能。具體地，通過提高IGBT190中的電子和空穴的密度，可以降低導(dǎo)通電阻。
[0135]而且，根據(jù)本實施例，在熱處理之后去除碳膜150。因此，可以去除不需要的碳膜。例如采用氧化反應(yīng)能容易地去除碳膜150。
[0136]在本說明書中，表述“表面120包括{0-33-8}面”旨在指示包括表面120基本上對應(yīng)于{0-33-8}面的情況以及存在構(gòu)成表面120的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{0-33-8}面的情況兩者的概念。現(xiàn)在，如下說明后一情況。即，如圖24中微觀地所示，表面120對應(yīng)于例如通過交替設(shè)置平面56a和平面56b構(gòu)成的化學(xué)穩(wěn)定晶面。平面56a具有{0-33-8}的面取向，但是連接至平面56a的平面56b具有不同于平面56a的面取向。這里，術(shù)語“微觀地”是指“考慮微小到至少尺寸約為原子間距兩倍大的程度”。優(yōu)選地，平面56b具有{0-11-1}的面取向。更優(yōu)選地，宏觀地，具有{0-33-8}的面取向的平面56a以及具有{0-11-1}的面取向的平面56b組合構(gòu)成{0-11-2}面。這里，術(shù)語“宏觀地”是指“考慮足夠大的尺寸以致可以忽略原子間距的程度”。更優(yōu)選地，在圖13中所示的表面120中，平面56a的長度是在平面56a上的原子間距的兩倍大，并且平面56b的長度是平面56b上的原子間距的兩倍大。
[0137]在本說明書中，表述“表面120包括{0-11-4}面”旨在指示包括表面120基本上對應(yīng)于{0-11-4}面的情況以及存在構(gòu)成表面120的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{0-11-4}面的情況兩者的概念。而且，在表面120包括{0-33-8}面的情況下，表面120更優(yōu)選包括(0-33-8)面。而且,在表面120包括{0-11-4}面的情況下,表面120更優(yōu)選包括(0-11-4)面。而且，在表面120包括{0-11-1}面的情況下，表面120更優(yōu)選包括(0_11_1)面。
[0138]在本說明書中，表述“表面120包括{100}面”旨在指示包括表面120基本上對應(yīng)于{100}面的情況以及多個晶面構(gòu)成表面120并且該晶面中的一個晶面是{100}面的情況兩者的概念。
[0139]應(yīng)當(dāng)注意IGBT不限于η型，并且可以是ρ型。還應(yīng)當(dāng)注意，IGBT具有襯底31 (圖1)或襯底131 (圖14)，但是襯底可以在制造工藝中去除。而且，可以去除緩沖層36或136。而且，可以不使用緩沖層36或136。
[0140]而且，雙極型半導(dǎo)體器件不限于IGBT，并且例如可以是PIN(正本征負(fù))二極管或GTO(門極關(guān)斷閘流管)。而且，碳化硅半導(dǎo)體器件不限于包括了雙極型半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件，并且例如可以是包括了單極型半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件。一種示例性單極型半導(dǎo)體器件是MIS (金屬絕緣體半導(dǎo)體)晶體管或肖特基勢壘二極管。
[0141]而且，在各個上述實施例中，晶面取向是示例性的，并且可以采用其他面取向。
[0142]本文公開的實施例在任意方面都是說明性且非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求項限定，而不是由上述實施例限定，并且旨在包括處于等同于權(quán)利要求項的范圍和意義內(nèi)的任何變型。
[0143]參考標(biāo)記列表
[0144]6,6v:溝槽；8，108:柵極絕緣膜；9，109:柵電極；10，110:層間絕緣膜；15，115:保護電極；16:垂直溝槽；17:掩膜層；20:側(cè)壁；31，131:襯底；32，132:漂移層；33，133:體區(qū)；34，134:發(fā)射區(qū)；35，135:接觸區(qū)；36，136:緩沖層；42，142:發(fā)射極電極；43，143:發(fā)射極布線層；44, 144:集電極電極;50，150:碳膜；56a, 56b:平面；80, 81，82，180，181，182:碳化娃層；120:表面。
【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: 通過為碳化硅層供應(yīng)能與碳化硅化學(xué)反應(yīng)的工藝氣體，同時加熱所述碳化硅層，來熱蝕刻所述碳化硅層，通過所述熱蝕刻的步驟在所述碳化硅層上形成碳膜；以及 向所述碳化硅層提供熱處理，以使碳從所述碳膜擴散到所述碳化硅層中。
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，所述碳化硅半導(dǎo)體器件包括雙極型半導(dǎo)體器件。
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，在比所述熱蝕刻的步驟中加熱所述碳化硅層的溫度高的溫度下，執(zhí)行向所述碳化硅層提供熱處理的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一項所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。
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，所述熱蝕刻的步驟包括降低所述工藝氣體中的所述氧化氣體的濃度的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任何一項所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)一步包括在所述提供熱處理的步驟之后，去除剩余的所述碳膜的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任何一項所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中，執(zhí)行所述熱蝕刻的步驟以在所述碳化硅層中形成溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)一步包括在所述溝槽中形成柵電極的步驟。
【文檔編號】H01L29/78GK103988310SQ201280061374
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月12日
【發(fā)明者】日吉透, 增田健良, 畑山智亮 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社, 國立大學(xué)法人奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)
【專利摘要】在制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法中，通過向碳化硅層供應(yīng)工藝氣體同時加熱所述碳化硅層來執(zhí)行相對于碳化硅層的熱蝕刻，所述工藝氣體與碳化硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。通過熱蝕刻在碳化硅層上形成碳膜(50)。碳化硅層被熱處理，使得碳從碳膜(50)擴散進(jìn)碳化硅層。
【專利說明】制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，更特別地，涉及一種采用熱處理來制造碳化娃半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]理想地，碳化硅單晶具有其中碳原子和硅原子以完美有序方式排列的晶體結(jié)構(gòu)。實際上，在碳化硅層外延生長中不可避免地形成碳空位。作為一種晶體缺陷類型的碳空位會降低采用碳化硅層的碳化硅半導(dǎo)體器件的性能。因此，需要減少碳空位密度的方法。
[0003]根據(jù)日本專利公布N0.2008-53667 (專利文獻(xiàn)I)，為了相對于SiC晶體層中存在的缺陷形成過量填隙碳原子源，通過將諸如碳原子、硅原子、氫原子和氦原子的原子離子注入表面層中，將填隙碳原子引入位于SiC晶體層的端面中的表面層。隨后，由此引入表面層中的填隙碳原子擴散進(jìn)位于已經(jīng)被引入填隙碳原子的層下方的材料(體層)，并且填隙碳原子耦合至體層中的原子空位。
[0004]根據(jù) Liutauras Storastal 等人，“Reduction of traps and improvement ofcarrier lifetime in4H-SiC epilayers by ion implantation，，，Appl.Phys.Lett.,卷90,062116(2007)(非專利文獻(xiàn)1)，公開了 4H_SiC中的Z172中心。而且，根據(jù)LiutaurasStorastal 等人，“Enhanced annealing of the Z1/2defect in4H-SiC epilayers，，，Appl.Phys.Lett.，卷103，013705 (2008)(非專利文獻(xiàn)2)，其公開了 Z1/2與碳空位有關(guān)。
[0005]引證文獻(xiàn)列表
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]PTLl:日本專利公布 N0.2008-53667
[0008]非專利文獻(xiàn)
[0009]NPLl:Liutauras Storastal 等人，“Reduction of traps and improvement ofcarrier lifetime in4H-SiC epilayers by ion implantation，，，Appl.Phys.Lett.,卷90，062116(2007)
[0010]NPL2:Liutauras Storastal 等人，“Enhanced annealing of the Z1/2 defectin4H_SiC epilayers”，Appl.Phys.Lett.，卷 103, 013705 (2008)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]技術(shù)問題
[0012]如果在減少碳空位的方法中采用離子注入方法，則碳化硅層將被物理損傷。
[0013]已經(jīng)提出本發(fā)明以解決上述問題，并且其目的是通過減少碳化硅層中碳空位密度的同時避免對碳化硅層造成損傷而提供一種制造具有更高質(zhì)量的碳化硅層的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法。
[0014]問題的解決手段
[0015]本發(fā)明中的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟。通過為碳化硅層供應(yīng)能與碳化娃化學(xué)反應(yīng)的工藝氣體，同時加熱碳化娃層，來熱蝕刻碳化娃層。通過這種熱蝕刻在碳化硅層上形成碳膜。向碳化硅層提供熱處理以將碳從碳膜擴散到碳化硅層中。
[0016]根據(jù)這種制造方法，從碳膜擴散進(jìn)碳化硅的碳原子耦合至碳化硅層中的碳空位。因此，可以減小碳化硅層中的碳空位密度。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的碳化硅半導(dǎo)體器件。
[0017]碳化硅半導(dǎo)體器件可以包括雙極型半導(dǎo)體器件。在雙極型半導(dǎo)體器件中，電子和空穴都用作載流子。隨著碳化硅層中的碳空位密度如上所述地減小，能夠較小頻率地發(fā)生由于碳空位而造成的電子與空穴的復(fù)合。因此，可以提高雙極型半導(dǎo)體器件的性能。
[0018]優(yōu)選地，在比熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行對碳化硅層的熱處理。以此方式，能更充分地擴散碳。因此，可以更充分地減少碳空位密度。
[0019]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。這能實現(xiàn)增強的工藝氣體與碳的反應(yīng)性。
[0020]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。因此，可以增強工藝氣體與通過在碳化硅層上的熱蝕刻而形成在碳化硅層表面上的碳膜的反應(yīng)性。
[0021]優(yōu)選地，工藝氣體中的氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中降低。以此方式，使碳膜的蝕刻速率變小，由此更充分地形成碳膜。因此，碳可以被更充分地從碳膜供應(yīng)至碳化硅。
[0022]優(yōu)選地，在熱處理之后，去除剩余碳膜。因此，去除了不需要的碳膜。
[0023]可以執(zhí)行熱蝕刻以在碳化硅層中形成溝槽。因此，通過熱蝕刻，除碳膜之外還形成溝槽。而且，柵電極可以形成在溝槽中。以此方式，可以形成溝槽柵。
[0024]發(fā)明的有益效果
[0025]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可獲得具有更高質(zhì)量碳化硅層的碳化硅半導(dǎo)體器件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是示意性示出本發(fā)明第一實施例中的碳化硅半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的截面圖。
[0027]圖2是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第一步的截面圖。
[0028]圖3是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第二步的截面圖。
[0029]圖4是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第三步的截面圖。
[0030]圖5是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第四步的截面圖。
[0031]圖6是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第五步的截面圖。
[0032]圖7是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第六步的截面圖。
[0033]圖8是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第七步的截面圖。
[0034]圖9是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第八步的截面圖。
[0035]圖10是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第九步的截面圖。
[0036]圖11是示意性示出制造圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第十步的截面圖。
[0037]圖12是示意性示出圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件的變型的截面圖。
[0038]圖13是示意性示出圖1的碳化硅半導(dǎo)體器件中提供的碳化硅層中設(shè)置的溝槽的一個示例性側(cè)表面的局部截面圖。
[0039]圖14是示意性示出本發(fā)明第二實施例中的碳化硅半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的截面圖。
[0040]圖15是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第一步的截面圖。[0041]圖16是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第二步的截面圖。
[0042]圖17是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第三步的截面圖。
[0043]圖18是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第四步的截面圖。
[0044]圖19是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第五步的截面圖。
[0045]圖20是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第六步的截面圖。
[0046]圖21是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第七步的截面圖。
[0047]圖22是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第八步的截面圖。
[0048]圖23是示意性示出制造圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的第九步的截面圖。
[0049]圖24是示意性示出圖14的碳化硅半導(dǎo)體器件中設(shè)置的碳化硅層的一個示例性表面的局部截面圖。
【具體實施方式】
[0050]下文參考【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施例。應(yīng)當(dāng)注意在下述附圖中，相同或相應(yīng)的部分由相同的參考標(biāo)記指定并不再贅述。關(guān)于本說明的晶體學(xué)表示來說，單獨的晶面由O表示，并且組晶面由H表示。而且，負(fù)指數(shù)應(yīng)當(dāng)是通過在數(shù)字上放置(橫杠)而被晶體學(xué)表示，但是在本說明書中，通過在數(shù)字前放置負(fù)號來表示。
[0051](第一實施例)
[0052]如圖1中所示，本實施例的碳化硅半導(dǎo)體器件是溝槽柵型IGBT90 (絕緣柵雙極晶體管)，其是雙極型半導(dǎo)體器件的一個類型。IGBT90包括:具有P型導(dǎo)電性的襯底31 ;以及外延形成在襯底31的主表面(附圖中的上表面)上的碳化硅層82。襯底31由具有六方晶形的碳化硅或具有立方晶形的碳化硅制成。相應(yīng)地，外延形成在襯底31上的碳化硅層82也由具有六方晶形的碳化硅或具有立方晶形的碳化硅制成。而且，IGBT90還包括柵極絕緣膜8，柵電極9，層間絕緣膜10，發(fā)射極電極42，發(fā)射極布線層43，集電極電極44以及保護電極15。
[0053]碳化硅層82包括:具有P型導(dǎo)電性的緩沖層36 ;具有η型導(dǎo)電性的漂移層32 ;具有P型導(dǎo)電性的體區(qū)33;具有η型導(dǎo)電性的發(fā)射極區(qū)34;以及具有P型導(dǎo)電性的接觸區(qū)35。緩沖層36設(shè)置在襯底31的一個主表面上。漂移層32設(shè)置在緩沖層36上。體區(qū)33中的每一個都設(shè)置在漂移層32上。發(fā)射極區(qū)34中的每一個都設(shè)置在體區(qū)33上。接觸區(qū)35中的每一個都被發(fā)射極區(qū)34圍繞。
[0054]碳化娃層82具有低于碳化娃的正常外延層的碳空位密度。相應(yīng)地,碳化娃層82具有低Ζ1/2中心密度。具體地，碳化硅層82的Ζ1/2中心密度是IX IO12CnT3或更小。
[0055]碳化硅層82具有溝槽6。溝槽6延伸穿過發(fā)射極區(qū)34和體區(qū)33以到達(dá)漂移層32。溝槽6具有相對于襯底31的主表面傾斜的側(cè)壁20。換言之，側(cè)壁20中的每一個都相對于碳化硅層82的主表面(附圖中的上表面)傾斜。由此傾斜的側(cè)壁圍繞突起部(具有其上形成了發(fā)射極電極42的上表面的突起形部分)。在襯底31具有六方晶形的情況下，突起部例如具有六邊形平面形狀。同時，在襯底31具有立方晶形的情況下，突起部例如可以具有四邊形平面形狀。在碳化硅層82具有六方晶形的情況下，溝槽6的側(cè)壁包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中至少一種。而且，在碳化硅層82具有立方晶形的情況下，側(cè)壁20包括{100}面。[0056]柵極絕緣膜8設(shè)置在側(cè)表面20和溝槽6的底面上。柵極絕緣膜8在發(fā)射極區(qū)34中的每一個的上表面上延伸。設(shè)置柵電極9以填充溝槽6內(nèi)部，并且柵極絕緣膜8插入其間。層間絕緣膜10覆蓋柵電極9以及柵極絕緣膜8在發(fā)射極區(qū)34的上表面上的部分。在層間絕緣膜10和柵極絕緣膜8彼此層疊設(shè)置的部分中，設(shè)置開口以暴露發(fā)射極區(qū)34的一部分以及P型的接觸區(qū)35。設(shè)置發(fā)射極電極42以填充開口內(nèi)部以便與P型的接觸區(qū)35以及發(fā)射極區(qū)34接觸。發(fā)射極布線層43與發(fā)射極電極42的上表面接觸并在層間絕緣膜10上延伸。
[0057]集電極電極44設(shè)置在主表面的與其上設(shè)置緩沖層36相反的主表面上。保護電極15覆蓋集電極電極44。
[0058]下文說明IGBT90的使用的要點。將電壓施加在發(fā)射極布線層43和保護電極15之間，使得保護電極15相對于發(fā)射極布線層43具有正電勢。根據(jù)施加至柵電極9的電勢開關(guān)在發(fā)射極布線層43和保護電極15之間的電傳導(dǎo)。具體地，當(dāng)柵電極9被饋送有超過閾值的負(fù)電勢時，反型層形成在體區(qū)33中的每一個中的、面對柵電極9并以柵極絕緣膜8插入其間的區(qū)域(溝道區(qū))處。因此，發(fā)射極區(qū)34和漂移區(qū)32彼此電連接。因此，電子從各個發(fā)射極區(qū)34注入到漂移層32中。相應(yīng)地，空穴被從襯底31通過緩沖層36供應(yīng)至漂移層32。因此，在漂移層32中發(fā)生電導(dǎo)率調(diào)制，因此顯著降低了在發(fā)射極電極42和集電極電極44之間的電阻。換言之，IGBT90進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。同時，當(dāng)柵電極9沒有被饋送有上述電勢時，在溝道區(qū)中沒有形成反型層，由此維持漂移層32和體區(qū)33之間的反偏置狀態(tài)。因此，IGBT90處于截止?fàn)顟B(tài)。
[0059]下文說明制造IGBT90的方法。
[0060]如圖2中所示，碳化硅層80形成在襯底31上。具體地，P型緩沖層36外延形成在P型的襯底31上。在緩沖層36上，外延形成η型的漂移層32。對于用于形成碳化硅層80的方法來說，例如可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法。對于CVD方法中的原料氣體來說，可以采用硅烷(SiH4)和丙烷(C3H8)的混合氣體。對于原料氣體的載氣來說，例如可以采用氫氣(H2)。對于提供P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)來說，例如可以采用鋁(Al)。對于提供η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)來說，例如可以采用氮(N)或磷(P)。
[0061]如圖3中所示，通過到漂移層32中的離子注入，形成P型的體區(qū)33和η型的發(fā)射區(qū)34。在用于形成體區(qū)33的離子注入中，例如可以注入鋁(Al)等。在用于形成發(fā)射極區(qū)34的離子注入中，例如可以注入磷(P)等。
[0062]參考圖4，在發(fā)射極區(qū)34上形成具有開口的掩膜層17。掩膜層17例如由氧化硅制成。隨后，通過采用掩膜層17的蝕刻，在碳化硅層80中形成垂直溝槽16。對于蝕刻方法來說，例如可以采用離子研磨或反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。對于RIE來說，特別可以采用感應(yīng)耦合等離子體(ICP) RIE。對于RIE中的反應(yīng)氣體來說，例如可以采用SF6或SF6和O2的混合氣體。
[0063]隨后，在碳化硅層80 (圖4)上執(zhí)行熱蝕刻以便擴展垂直溝槽16 (圖4)。通過為碳化娃層80供應(yīng)能與碳化娃化學(xué)反應(yīng)的工藝氣體來執(zhí)行熱蝕刻，同時加熱碳化娃層80。
[0064]工藝氣體優(yōu)選包括包含氯原子的蝕刻氣體、CF4氣體、CHF3氣體以及SF6氣體中的至少一種。更優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。一種示例性可以使用的蝕刻氣體是Cl2氣體。優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。對于氧化氣體來說，例如可以采用O2氣體、CO氣體、NO氣體或N20。優(yōu)選地，采用O2氣體。在O2氣體和Cl2氣體的混合氣體用作工藝氣體的情況下，優(yōu)選的是當(dāng)供應(yīng)混合氣體時，O2的流量與Cl2的流量的比率至少暫時地不小于0.1且不大于2.0o更優(yōu)選地,該比率不小于0.25。
[0065]應(yīng)當(dāng)注意工藝氣體可以包含載氣。示例性可使用的載氣是N2氣、Ar氣或He氣。
[0066]而且，熱蝕刻中的熱處理優(yōu)選在不小于700°C且不大于1200°C的溫度下執(zhí)行。當(dāng)熱處理溫度被設(shè)定為不小于700°C時，可以確保蝕刻SiC的速率約為70ym/hr。溫度的下限更優(yōu)選為800°C或更大，進(jìn)一步優(yōu)選900°C或更大。溫度的上限更優(yōu)選為1100°C或更小，進(jìn)一步優(yōu)選1000°C或更小。而且，當(dāng)掩膜層17在這種情況下由諸如氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁或氮化鎵的材料制成時，可以使得SiC對掩膜層17的材料的蝕刻選擇性非常大，由此抑制SiC蝕刻過程中對掩膜層17的消耗。
[0067]在碳化硅層80的熱蝕刻表面上，形成碳膜。這是因為與硅原子相比，碳原子不太可能被從其熱蝕刻表面去除。碳膜中的碳原子的一部分由于熱蝕刻中的熱處理造成的擴散現(xiàn)象而擴散進(jìn)碳化硅層80。由此擴散進(jìn)碳化硅層80的碳原子中的一部分耦合至碳化硅層80中的碳空位，由此造成碳空位中的一部分消失。以此方式，降低了碳空位密度。
[0068]在工藝氣體中的氧化氣體的濃度低或為零的情況下，碳膜的蝕刻速率將是低的。因此，更可能形成厚碳膜。相反，在氧化氣體的濃度高的情況下，不太可能形成厚碳膜。因此，可以抑制碳化硅的蝕刻速率由于碳膜的覆蓋而降低。在氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中被設(shè)定為降低的情況下，可以在濃度被設(shè)定為降低的時間點之前實現(xiàn)碳化硅的高蝕刻速率，并且在該時間點之后更可能形成碳膜。在氧化氣體的濃度此后被設(shè)定為再次提高的情況下，以高速率蝕刻充分形成的碳膜。這時，碳原子活性地(actively)擴散進(jìn)碳化硅層80中。
[0069]參考圖5，通過上述熱蝕刻，形成具有側(cè)壁20的溝槽6。在碳化硅層80具有六方晶形的情況下，溝槽6的側(cè)壁20中的每一個都包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中的至少一種。另一方面，在碳化硅層80具有立方晶形的情況下，側(cè)壁20包括{100}面。在碳化硅層80具有六方晶形的情況下，側(cè)壁20的面取向例如是{0-33-8}面。即，在上述條件下的蝕刻中，溝槽6的側(cè)壁20自發(fā)地形成為與{0-33-8}面對應(yīng)，該{0-33-8}面是允許最慢蝕刻速率的晶面。應(yīng)當(dāng)注意側(cè)壁20的面取向可以是{01-1-4}面。同時，在碳化硅層80具有立方晶形的情況下，側(cè)壁20的面取向可以是{100}面。優(yōu)選地，對于{0-33-8}面來說，采用(0-33-8)面。對于{0-11-4}面來說，采用(0-11-4)面。
[0070]而且，通過上述碳空位中的一部分消失，碳化硅層80(圖4)被改變成具有比碳化娃層80低的碳空位密度的碳化娃層81。而且，由于上述熱蝕刻,在溝槽6的內(nèi)表面上形成碳膜50。
[0071]在垂直溝槽16的側(cè)壁中存在損傷層的情況下，可以通過上述熱蝕刻去除損傷層。為了更確實地去除損傷層，垂直溝槽16的側(cè)壁優(yōu)選被熱蝕刻至0.1ym或更大的深度。
[0072]隨后，去除掩膜層17。為此，例如執(zhí)行濕蝕刻。
[0073]如圖6中所示，通過離子注入方法，形成接觸區(qū)35。
[0074]隨后，使碳化硅層81經(jīng)受熱處理。通過這種熱處理，碳原子從碳膜50擴散進(jìn)碳化硅層81。由此擴散的碳原子的一部分耦合至碳化硅層81中的碳空位，以致使碳空位中的一部分消失。以此方式，降低了碳空位密度。[0075]優(yōu)選地，在比熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行碳化硅層81的熱處理。碳化硅層81的熱處理優(yōu)選在1300°C或更大的溫度，更優(yōu)選1500°C或更大的溫度下執(zhí)行。而且，熱處理溫度優(yōu)選是1800°C或更小。例如，在約1700°C的溫度下執(zhí)行熱處理。當(dāng)熱處理的溫度充分高時，碳化硅層81中的雜質(zhì)通過這種熱處理而被進(jìn)一步活化。例如執(zhí)行熱處理約30分鐘。熱處理的氣氛優(yōu)選是惰性氣體氣氛，諸如Ar氣氛。
[0076]而且，如圖7中所示，通過上述碳空位的消失，碳化硅層81 (圖6)被改變成具有比碳化娃層81低的碳空位密度的碳化娃層82。
[0077]而且，如圖8中所示，去除上述熱處理之后剩余的碳膜50(圖7)。為此，例如執(zhí)行蝕刻。
[0078]如圖9中所示，柵極絕緣膜8形成為從溝槽6的內(nèi)部延伸至發(fā)射極區(qū)34以及P型接觸區(qū)35的上表面。為此，例如熱氧化碳化硅層82。
[0079]如圖10中所示，在溝槽6中形成柵電極9。例如可以通過在形成導(dǎo)體膜之后執(zhí)行回蝕或CMP (化學(xué)機械拋光)來形成柵電極9。
[0080]參考圖11，層間絕緣膜10形成為覆蓋柵電極9的上表面以及在接觸區(qū)35上暴露的柵極絕緣膜8的上表面。隨后，開口形成為暴露接觸區(qū)35和發(fā)射極區(qū)34的一部分。隨后，在開口中的每一個中，發(fā)射極電極42形成為與發(fā)射極區(qū)34和接觸區(qū)35中的每一個接觸的歐姆電極。
[0081]而且，用作歐姆電極的集電極電極44形成在襯底31的背側(cè)表面上(與形成了緩沖層36和漂移層32的一側(cè)相反的表面)。
[0082]再次參考圖1，發(fā)射極布線層43形成為與發(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，并且保護電極15形成為覆蓋集電極電極44。以此方式，獲得IGBT90。
[0083]下文說明本實施例的功能和效果。
[0084]根據(jù)本實施例中的制造IGBT90的方法，碳膜50 (圖5)在熱蝕刻過程中被形成在碳化硅層80(圖4)的熱蝕刻表面上。而且，通過熱蝕刻中的熱處理，碳原子從碳膜50擴散至碳化硅層80 (圖4)并且耦合至碳化硅層80 (圖4)中的碳空位。因此，碳化硅層80被改變?yōu)榫哂懈吞伎瘴幻芏鹊奶蓟鑼?1(圖5)。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的IGBT90(圖1)。通過這種熱蝕刻，可以同時形成允許在其中設(shè)置柵電極9的溝槽6。
[0085]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。這實現(xiàn)工藝氣體與碳化硅的增強的反應(yīng)性。
[0086]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。因此，可以提高在工藝氣體與通過在碳化娃層80上熱蝕刻而形成在碳化娃層80的表面上的碳膜50的反應(yīng)性。
[0087]優(yōu)選地，工藝氣體中的氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中下降。以此方式，使用于碳膜50的蝕刻速率小，由此能更充分地形成碳膜50。因此，碳可以從碳膜50更充分地供應(yīng)到碳化硅中。更優(yōu)選地，在氧化氣體的濃度下降之后，提高氧化氣體的濃度。因此，以高速率蝕刻被形成為足夠厚的碳膜50。這時，碳原子活性地擴散進(jìn)碳化硅層80。因此，可以進(jìn)一步降低碳化硅層80中的碳空位密度。
[0088]而且，根據(jù)本實施例，通過熱蝕刻之后執(zhí)行的熱處理，使碳原子從碳膜50擴散進(jìn)碳化硅層81 (圖6)并且耦合至碳化硅層81中的碳空位。因此，碳化硅層81被改變?yōu)榫哂懈吞伎瘴幻芏鹊奶蓟鑼?2 (圖7)。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的IGBT90 (圖1)。
[0089]而且，在比熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行熱蝕刻之后的熱處理。因此，與熱蝕刻過程中相比，碳原子更活性地擴散，由此可以更充分地降低碳空位密度。而且，通過熱蝕刻之后的熱處理，可以活化雜質(zhì)。而且，因為碳膜50在用于這種活化的熱處理過程中用作蓋膜，因此可以抑制溝槽6的側(cè)壁20由于熱處理而變得粗糙。
[0090]而且，作為本實施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的IGBT90是雙極型半導(dǎo)體器件。在雙極型半導(dǎo)體器件中，電子和空穴都用作載流子。通過如上所述降低在碳化硅層中的碳空位密度，較小頻率地發(fā)生由于存在碳空位而進(jìn)行的電子和空穴的復(fù)合。因此，可以提高雙極型半導(dǎo)體器件的性能。具體地，通過提高IGBT90中的電子和空穴的密度，可以降低導(dǎo)通電阻。
[0091]而且，根據(jù)本實施例，在熱處理之后去除碳膜50。因此，可以去除不需要的碳膜。例如采用氧化反應(yīng)能容易地去除碳膜50。
[0092]應(yīng)當(dāng)注意可以采用V形溝槽6v(圖12)代替具有平坦底面的溝槽6 (圖1)。在這種情況下，可以使在平面圖中觀察時的溝槽的尺寸更小。因此，可以使IGBT的尺寸更小。
[0093]在本說明書中，表述“溝槽6的側(cè)壁20包括{0-33-8}面”旨在指示包括側(cè)壁基本上對應(yīng)于{0-33-8}面的情況以及存在構(gòu)成側(cè)壁20的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{0-33-8}面的情況兩者的概念。現(xiàn)在，如下說明后一情況。即，如圖13中微觀地所示，側(cè)壁20對應(yīng)于例如通過交替設(shè)置平面56a和平面56b構(gòu)成的化學(xué)穩(wěn)定晶面。平面56a具有{0-33-8}的面取向，但是連接至平面56a的平面56b具有不同于平面56a的面取向。這里，術(shù)語“微觀地”是指“考慮微小到至少尺寸約為原子間距兩倍大的程度”。優(yōu)選地，平面56b具有{0-11-1}的面取向。更優(yōu)選地，宏觀地，將具有{0-33-8}的面取向的平面56a以及具有{0-11-1}的面取向的平面56b組合構(gòu)成{0-11-2}面。這里，術(shù)語“宏觀地”是指“考慮足夠大的尺寸以致可以忽略原子間距的程度”。更優(yōu)選地，在圖13中所示的側(cè)壁20中，平面56a的長度是在平面56a上的原子間距的兩倍大，并且平面56b的長度是平面56b上的原子間距的兩倍大。
[0094]在本說明書中，表述“溝槽6的側(cè)壁20包括{0-11-4}面”旨在指示包括側(cè)壁20基本上對應(yīng)于{0-11-4}面的情況以及存在構(gòu)成側(cè)壁20的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{0-11-4}面的情況兩者的概念。而且，在側(cè)壁20包括{0-33-8}面的情況下，側(cè)壁20更優(yōu)選包括(0-33-8)面。而且，在側(cè)壁20包括{0-11-4}面的情況下，側(cè)壁20更優(yōu)選包括(0-11-4)面。而且，在側(cè)壁20包括{0-11-1}面的情況下，側(cè)壁20更優(yōu)選包括(0-11-1)面。
[0095]在本說明書中，表述“溝槽6的側(cè)壁20包括{100}面”旨在指示包括側(cè)壁20基本上對應(yīng)于{100}面的情況以及存在構(gòu)成側(cè)壁20的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{100}面的情況兩者的概念。
[0096]而且，可以省略本實施例中的垂直溝槽16(圖4)的形成。在這種情況下，溝槽6可以僅通過熱蝕刻形成。
[0097](第二實施例)
[0098]如圖14中所示，本實施例的碳化硅半導(dǎo)體器件是平面型IGBT190，其是雙極型半導(dǎo)體器件的一種類型。IGBT190包括:具有P型導(dǎo)電性的襯底131 ;以及外延形成在襯底131的主表面(附圖中的上表面)上的碳化硅層182。襯底131由具有六方晶形的碳化硅或具有立方晶形的碳化硅制成。相應(yīng)地，外延形成在襯底131上的碳化硅層182也由具有六方晶形的碳化娃或具有立方晶形的碳化娃制成。而且，IGBT190進(jìn)一步包括柵極絕緣膜108,柵電極109，層間絕緣膜110，發(fā)射極電極142，發(fā)射極布線層143，集電極電極144以及保護電極115。
[0099]碳化硅層182包括:具有P型導(dǎo)電性的緩沖層136 ;具有η型導(dǎo)電性的漂移層132 ；具有P型導(dǎo)電性的體區(qū)133 ;具有η型導(dǎo)電性的發(fā)射極區(qū)134;以及具有P型導(dǎo)電性的接觸區(qū)135。緩沖層136被設(shè)置在襯底131的一個主表面上。漂移層132被設(shè)置在緩沖層136上。體區(qū)133中的每一個都被設(shè)置在漂移層132上。發(fā)射極區(qū)134中的每一個都被設(shè)置在體區(qū)133上。接觸區(qū)135中的每一個都由發(fā)射極區(qū)134圍繞。
[0100]碳化硅層182具有比碳化硅的正常外延層低的碳空位密度。相應(yīng)地，碳化硅層182具有低Ζ1/2中心密度。具體地，碳化硅層182的Ζ1/2中心密度是IX IO12CnT3或更小。
[0101]碳化娃層182具有面對柵極絕緣膜108的表面120。在碳化娃層182具有六方晶形的情況下，在碳化硅層182具有六方晶形的情況下，表面120包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中的至少一種。而且，在碳化硅層182具有立方晶形的情況下，表面120包括{100}面。
[0102]柵極絕緣膜108被設(shè)置在碳化硅層182的一部分上并包括被設(shè)置在體區(qū)133上以便連接在發(fā)射極區(qū)134和漂移層132之間的部分。柵電極109被設(shè)置在柵極絕緣膜108上。層間絕緣膜110覆蓋柵電極109以提供在柵電極109和發(fā)射極布線層143之間的絕緣。在層間絕緣膜110和柵極絕緣膜108彼此層疊設(shè)置的部分中，設(shè)置開口以暴露發(fā)射極區(qū)134的一部分以及P型接觸區(qū)135。設(shè)置發(fā)射極電極142以填充開口內(nèi)部，以便與P型接觸區(qū)135以及發(fā)射極區(qū)134接觸。發(fā)射極布線層143與發(fā)射極電極142的上表面接觸并在層間絕緣膜110上延伸。
[0103]集電極電極144被設(shè)置在與其上設(shè)置緩沖層136的主表面相反的主表面上。保護電極115覆蓋集電極電極144。
[0104]下文說明IGBT190的使用的要點。將電壓施加在發(fā)射極布線層143和保護電極115之間，使得保護電極115相對于發(fā)射極布線層143具有正電勢。根據(jù)施加至柵電極109的電勢開關(guān)在發(fā)射極布線層143和保護電極115之間的電傳導(dǎo)。具體地，當(dāng)柵電極109被饋送有超過閾值的負(fù)電勢時，反型層形成在體區(qū)33中的每一個中的、面對柵電極109并以柵極絕緣膜108插入其間的區(qū)域(溝道區(qū))處。因此，發(fā)射極區(qū)134和漂移區(qū)132彼此電連接。因此，電子從發(fā)射極區(qū)134中的每一個注入漂移層132中。相應(yīng)地，空穴被從襯底131通過緩沖層136供應(yīng)至漂移層132。因此，在漂移層132中發(fā)生電導(dǎo)率調(diào)制，因此顯著降低了在發(fā)射極電極142和集電極電極144之間的電阻。換言之，IGBT190進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。同時，當(dāng)柵電極109沒有被饋送有上述電勢時，溝道層中沒有形成反型層，由此維持漂移層132和體區(qū)133之間的反偏置狀態(tài)。因此，IGBT190處于截止?fàn)顟B(tài)。
[0105]下文說明制造IGBT190的方法。
[0106]如圖15中所示，碳化硅層180形成在襯底131上。具體地，ρ型緩沖層136外延形成在P型襯底131上。在緩沖層136上，外延形成η型的漂移層132。對于用于形成碳化硅層180的方法來說，例如可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法。對于CVD方法中的原料氣體來說，可采用硅烷(SiH4)和丙烷(C3H8)的混合氣體。對于原料氣體的載氣來說，例如可以采用氫氣(H2)。對于提供P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)來說，例如可以采用鋁(Al)。對于提供η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)來說，例如可以采用氮(N)或磷(P)。
[0107]如圖16中所示，通過到漂移層132中的離子注入，形成P型的體區(qū)133，η型的發(fā)射區(qū)134以及ρ型的接觸區(qū)135。接觸區(qū)135具有比體區(qū)133高的雜質(zhì)濃度。在用于形成體區(qū)133和接觸區(qū)135的離子注入中，例如可以注入鋁(Al)等。在用于形成發(fā)射極區(qū)134的離子注入中，例如可以注入磷(P)等。
[0108]隨后，熱蝕刻碳化硅層180的表面(圖16中的上表面)。通過為碳化硅層180供應(yīng)能與碳化娃化學(xué)反應(yīng)的工藝氣體來執(zhí)行熱蝕刻，同時加熱碳化娃層180。
[0109]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。一種示例性可使用的蝕刻氣體是氯氣。優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。一種示例性可使用的氧化氣體是氧氣。在氧氣和氯氣的混合氣體被用作工藝氣體的情況下，優(yōu)選的是當(dāng)供應(yīng)混合氣體時，氧的流量對氯的流量的比率優(yōu)選不小于0.1且不大于2.0。更優(yōu)選地，該比率不小于0.25。
[0110]應(yīng)當(dāng)注意工藝氣體可以包含載氣。一種示例性可使用的載氣是氮(N2)氣、氬(Ar)氣或氦(He)氣。
[0111]而且，熱蝕刻中的熱處理優(yōu)選在不小于700°C且不大于1200°C的溫度下執(zhí)行。當(dāng)熱處理溫度被設(shè)定為不小于700°C時，可以確保蝕刻SiC的速率約為70ym/hr。溫度的下限更優(yōu)選為800°C或更大，進(jìn)一步優(yōu)選為900°C或更大。溫度的上限更優(yōu)選為1100°C或更小，進(jìn)一步優(yōu)選為1000°C或更小。
[0112]在碳化硅層180的熱蝕刻表面上，形成碳膜。這是因為與硅原子相比，碳原子不太可能被從其熱蝕刻表面去除。碳膜中的碳原子的一部分由于熱蝕刻中的熱處理造成的擴散現(xiàn)象而擴散進(jìn)碳化硅層180。由此擴散進(jìn)碳化硅層180的碳原子中的一部分耦合至碳化硅層180中的碳空位，由此造成碳空位中的一部分消失。以此方式，降低了碳空位密度。
[0113]在工藝氣體中的氧化氣體的濃度低或為零的情況下，碳膜的蝕刻速率將是低的。因此，更可能形成厚碳膜。相反，在氧化氣體的濃度高的情況下，不太可能形成厚碳膜。因此，可以抑制碳化硅的蝕刻速率由于碳膜的覆蓋而降低。在氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中被設(shè)定為降低的情況下，可以在濃度被設(shè)定為降低的時間點之前實現(xiàn)碳化硅的高蝕刻速率，并且在該時間點之后更可能形成碳膜。在氧化氣體的濃度此后被設(shè)定為再次提高的情況下，以高速率蝕刻充分形成的碳膜。這時，碳原子活性地擴散進(jìn)碳化硅層180中。
[0114]參考圖17，通過上述熱蝕刻，形成具有表面120的碳化硅層181。在碳化硅層180具有六方晶形的情況下，表面120包括{0-33-8}面和{01-1-4}面中的至少一種。另一方面，在碳化娃層180具有立方晶形的情況下,表面120包括{100}面。在碳化娃層180具有六方晶形的情況下，表面120的面取向例如是{0-33-8}面。即，在上述條件下的蝕刻中，表面120自發(fā)地形成為與{0-33-8}面對應(yīng)，該{0-33-8}面是允許最慢蝕刻速率的晶面。應(yīng)當(dāng)注意表面120的面取向可以是{01-1-4}面。同時，在碳化硅層180具有立方晶形的情況下，表面120的面取向可以是{100}面。優(yōu)選地，對于{0-33-8}面來說，采用(0_33_8)面。對于{0-11-4}面來說，米用(0-11-4)面。
[0115]而且，通過上述碳空位中的一部分消失，碳化硅層180(圖16)被改變成具有比碳化娃層180低的碳空位密度的碳化娃層181。而且，由于上述熱蝕刻,碳膜150形成在表面120 上。[0116]在碳化硅層180的表面中由于機械加工等存在損傷層的情況下，可以通過上述熱蝕刻去除損傷層。為了更確實地去除損傷層，熱蝕刻優(yōu)選被執(zhí)行至0.Ιμπι或更大的深度。
[0117]隨后，使碳化硅層181經(jīng)受熱處理。通過這種熱處理，碳原子從碳膜150擴散進(jìn)碳化硅層181。由此擴散的碳原子的一部分耦合至碳化硅層181中的碳空位，以致使碳空位中的一部分消失。以此方式，降低了碳空位密度。
[0118]優(yōu)選地，在比在熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行碳化硅層181的熱處理。優(yōu)選地，熱處理溫度不小于1500°C，例如約1700°C。當(dāng)熱處理溫度充分高時，碳化硅層181中的雜質(zhì)通過這種熱處理而被活化。例如執(zhí)行熱處理約30分鐘。熱處理的氣氛優(yōu)選是惰性氣體氣氛，例如Ar氣氛。
[0119]如圖18中所示，通過上述碳空位的消失，碳化硅層181 (圖17)被改變成具有比碳化硅層181低的碳空位密度的碳化硅層182。
[0120]而且，如圖19中所示，去除上述熱處理之后剩余的碳膜50(圖18)。為此，例如執(zhí)行蝕刻。
[0121]如圖20中所示，柵極絕緣膜108形成在碳化硅層182上。為此，例如熱氧化碳化娃層182。
[0122]如圖21中所示，柵電極109形成在柵極絕緣膜108上。例如可以通過形成導(dǎo)體膜并圖案化導(dǎo)體膜來形成柵電極109。
[0123]參考圖22，層間絕緣膜110形成為覆蓋柵電極109的上表面以及暴露的柵極絕緣膜108的上表面。隨后，開口形成為暴露接觸區(qū)135和發(fā)射極區(qū)134的一部分。
[0124]如圖23中所示，在開口中的每一個中，發(fā)射極電極142形成為與發(fā)射極區(qū)134和接觸區(qū)135中的每一個接觸的歐姆電極。
[0125]而且，用作歐姆電極的集電極電極144形成在襯底131的背側(cè)表面上(與形成了緩沖層136和漂移層132的一側(cè)相反的表面)。
[0126]再次參考圖14，發(fā)射極布線層143形成為與發(fā)射極電極142的上表面接觸并在層間絕緣膜110的上表面上延伸，并且保護電極115形成為覆蓋集電極電極144。以此方式，獲得 IGBT190。
[0127]下文說明本實施例的功能和效果。
[0128]根據(jù)本實施例中的制造IGBT190的方法，碳膜150 (圖17)在熱蝕刻過程中形成在碳化硅層180(圖16)的熱蝕刻表面上。而且，通過熱蝕刻中的熱處理，碳原子從碳膜150擴散至碳化硅層180 (圖16)并且耦合至碳化硅層180 (圖16)中的碳空位。因此，碳化硅層180被改變?yōu)榫哂懈吞伎瘴幻芏鹊奶蓟鑼?81 (圖17)。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的IGBT190(圖14)。
[0129]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。這實現(xiàn)工藝氣體與碳化硅的增強的反應(yīng)性。
[0130]優(yōu)選地，工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。因此，可以提高在工藝氣體與通過在碳化娃層180上熱蝕刻而形成在碳化娃層180的表面上的碳膜150的反應(yīng)性。
[0131]優(yōu)選地，工藝氣體中的氧化氣體的濃度在熱蝕刻過程中下降。以此方式，使用于碳膜150的蝕刻速率小，由此能更充分地形成碳膜150。因此，碳可以從碳膜150更充分地供應(yīng)到碳化硅中。更優(yōu)選地，在氧化氣體的濃度下降之后，提高氧化氣體的濃度。因此，以高速率蝕刻形成為足夠厚的碳膜150。這時，碳原子活性地擴散進(jìn)碳化硅層180。因此，可以進(jìn)一步降低碳化硅層180中的碳空位密度。
[0132]而且，根據(jù)本實施例，通過熱蝕刻之后執(zhí)行的熱處理，碳原子從碳膜150擴散進(jìn)碳化硅層181 (圖17)并且耦合至碳化硅層181中的碳空位。因此，碳化硅層181被改變?yōu)榫哂懈吞伎瘴幻芏鹊奶蓟鑼?82(圖18)。因此，獲得具有更高質(zhì)量的碳化硅層的IGBT190(圖 14)。
[0133]而且，在比熱蝕刻中加熱碳化硅層的溫度高的溫度下執(zhí)行熱蝕刻之后的熱處理。因此，碳原子更活性地擴散，由此可以更充分地降低碳空位密度。同時，通過這種熱處理，可以活化雜質(zhì)。而且，因為碳膜150在用于這種活化的熱處理過程中用于蓋膜，因此可以抑制表面120 (圖17)由于熱處理而變得粗糙。
[0134]而且，作為本實施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的IGBT190是雙極型半導(dǎo)體器件。在雙極型半導(dǎo)體器件中，電子和空穴都用作載流子。通過如上所述降低在碳化硅層中的碳空位密度，較小頻率地發(fā)生由于存在碳空位而進(jìn)行的電子和空穴的復(fù)合。因此，可以提高雙極型半導(dǎo)體器件的性能。具體地，通過提高IGBT190中的電子和空穴的密度，可以降低導(dǎo)通電阻。
[0135]而且，根據(jù)本實施例，在熱處理之后去除碳膜150。因此，可以去除不需要的碳膜。例如采用氧化反應(yīng)能容易地去除碳膜150。
[0136]在本說明書中，表述“表面120包括{0-33-8}面”旨在指示包括表面120基本上對應(yīng)于{0-33-8}面的情況以及存在構(gòu)成表面120的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{0-33-8}面的情況兩者的概念。現(xiàn)在，如下說明后一情況。即，如圖24中微觀地所示，表面120對應(yīng)于例如通過交替設(shè)置平面56a和平面56b構(gòu)成的化學(xué)穩(wěn)定晶面。平面56a具有{0-33-8}的面取向，但是連接至平面56a的平面56b具有不同于平面56a的面取向。這里，術(shù)語“微觀地”是指“考慮微小到至少尺寸約為原子間距兩倍大的程度”。優(yōu)選地，平面56b具有{0-11-1}的面取向。更優(yōu)選地，宏觀地，具有{0-33-8}的面取向的平面56a以及具有{0-11-1}的面取向的平面56b組合構(gòu)成{0-11-2}面。這里，術(shù)語“宏觀地”是指“考慮足夠大的尺寸以致可以忽略原子間距的程度”。更優(yōu)選地，在圖13中所示的表面120中，平面56a的長度是在平面56a上的原子間距的兩倍大，并且平面56b的長度是平面56b上的原子間距的兩倍大。
[0137]在本說明書中，表述“表面120包括{0-11-4}面”旨在指示包括表面120基本上對應(yīng)于{0-11-4}面的情況以及存在構(gòu)成表面120的多個晶面并且該晶面中的一個晶面是{0-11-4}面的情況兩者的概念。而且，在表面120包括{0-33-8}面的情況下，表面120更優(yōu)選包括(0-33-8)面。而且,在表面120包括{0-11-4}面的情況下,表面120更優(yōu)選包括(0-11-4)面。而且，在表面120包括{0-11-1}面的情況下，表面120更優(yōu)選包括(0_11_1)面。
[0138]在本說明書中，表述“表面120包括{100}面”旨在指示包括表面120基本上對應(yīng)于{100}面的情況以及多個晶面構(gòu)成表面120并且該晶面中的一個晶面是{100}面的情況兩者的概念。
[0139]應(yīng)當(dāng)注意IGBT不限于η型，并且可以是ρ型。還應(yīng)當(dāng)注意，IGBT具有襯底31 (圖1)或襯底131 (圖14)，但是襯底可以在制造工藝中去除。而且，可以去除緩沖層36或136。而且，可以不使用緩沖層36或136。
[0140]而且，雙極型半導(dǎo)體器件不限于IGBT，并且例如可以是PIN(正本征負(fù))二極管或GTO(門極關(guān)斷閘流管)。而且，碳化硅半導(dǎo)體器件不限于包括了雙極型半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件，并且例如可以是包括了單極型半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件。一種示例性單極型半導(dǎo)體器件是MIS (金屬絕緣體半導(dǎo)體)晶體管或肖特基勢壘二極管。
[0141]而且，在各個上述實施例中，晶面取向是示例性的，并且可以采用其他面取向。
[0142]本文公開的實施例在任意方面都是說明性且非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求項限定，而不是由上述實施例限定，并且旨在包括處于等同于權(quán)利要求項的范圍和意義內(nèi)的任何變型。
[0143]參考標(biāo)記列表
[0144]6,6v:溝槽；8，108:柵極絕緣膜；9，109:柵電極；10，110:層間絕緣膜；15，115:保護電極；16:垂直溝槽；17:掩膜層；20:側(cè)壁；31，131:襯底；32，132:漂移層；33，133:體區(qū)；34，134:發(fā)射區(qū)；35，135:接觸區(qū)；36，136:緩沖層；42，142:發(fā)射極電極；43，143:發(fā)射極布線層；44, 144:集電極電極;50，150:碳膜；56a, 56b:平面；80, 81，82，180，181，182:碳化娃層；120:表面。
【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: 通過為碳化硅層供應(yīng)能與碳化硅化學(xué)反應(yīng)的工藝氣體，同時加熱所述碳化硅層，來熱蝕刻所述碳化硅層，通過所述熱蝕刻的步驟在所述碳化硅層上形成碳膜；以及 向所述碳化硅層提供熱處理，以使碳從所述碳膜擴散到所述碳化硅層中。
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，所述碳化硅半導(dǎo)體器件包括雙極型半導(dǎo)體器件。
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，在比所述熱蝕刻的步驟中加熱所述碳化硅層的溫度高的溫度下，執(zhí)行向所述碳化硅層提供熱處理的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述工藝氣體包括包含氯原子的蝕刻氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任何一項所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述工藝氣體包括包含氧原子的氧化氣體。
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，所述熱蝕刻的步驟包括降低所述工藝氣體中的所述氧化氣體的濃度的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任何一項所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)一步包括在所述提供熱處理的步驟之后，去除剩余的所述碳膜的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任何一項所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中，執(zhí)行所述熱蝕刻的步驟以在所述碳化硅層中形成溝槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，進(jìn)一步包括在所述溝槽中形成柵電極的步驟。
【文檔編號】H01L29/78GK103988310SQ201280061374
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月12日
【發(fā)明者】日吉透, 增田健良, 畑山智亮 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社, 國立大學(xué)法人奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)
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