專利名稱：制造碳化硅襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造碳化硅襯底的方法。
背景技術(shù)：
近來，越來越多地采用SiC(碳化硅)襯底作為用于制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底。與更廣泛使用的Si (硅)相比，SiC具有更寬的帶隙。因此，包括SiC襯底的半導(dǎo)體器件有利地具有高擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻以及在高溫環(huán)境下其特性降低較小。為了有效率地制造半導(dǎo)體器件，要求襯底具有的尺寸不小于特定尺寸。根據(jù)美國專利No. 7，314，520(專利文獻(xiàn)1)，可以制造不小于76mm (3英寸)的SiC襯底。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 美國專利No. 7，314，520

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題工業(yè)上，SiC單晶襯底的尺寸仍然限于大致100mnK4英寸)。因此，不利的是，不能使用大單晶襯底來有效率地制造半導(dǎo)體器件。在六面晶系的SiC中利用與(0001)面不同的面的特性的情況下，這種不利性變得尤為嚴(yán)重。下文中，將對此進(jìn)行描述。通常通過以下步驟來制造缺陷小的SiC單晶襯底將不太可能造成堆疊故障的 (0001)面中生長得到的SiC晶錠切片。因此，通過將晶錠不平行于其生長表面進(jìn)行切片，得到具有除了(0001)面之外的面取向的單晶襯底。這樣使得難以充分確保單晶襯底的尺寸， 或者不能有效地利用晶錠中的許多部分。為此，尤其難以采用SiC的除了(0001)面之外的面來有效地制造半導(dǎo)體器件。替代吃力地增大這種SiC單晶襯底的尺寸，考慮到使用在其上連接具有支撐部和多個小單晶襯底的碳化硅襯底。可以根據(jù)需要，通過增加單晶襯底的數(shù)目使碳化硅襯底的尺寸更大。然而，在這種支撐部和單晶襯底連接的情況下，連接強(qiáng)度會不充分。根據(jù)以上問題來做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供可以使單晶襯底和支撐部之間的連接強(qiáng)度增加的制造碳化硅襯底的方法。解決問題的方法用于制造碳化硅襯底的根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟。準(zhǔn)備至少一個單晶襯底和支撐部，每個單晶襯底具有背面并且由碳化硅制成，所述支撐部具有主面并且由碳化硅制成。在準(zhǔn)備步驟中，通過機(jī)械加工來形成所述背面和所述主面中的至少一個。通過這個形成步驟，在所述背面和所述主面中的至少一個上形成具有晶體結(jié)構(gòu)變形的表面層。至少部分地去除表面層。在這個去除步驟之后，將所述背面和所述主面彼此連接。根據(jù)本發(fā)明，可以通過去除具有變形的表面層，來增加背面和主面之間的連接強(qiáng)
優(yōu)選地，通過所述表面層的升華來執(zhí)行至少部分去除表面層的步驟。因此，可以容易地至少部分去除表面層，同時避免晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生額外的變形。更優(yōu)選地，在準(zhǔn)備至少一個單晶襯底和支撐部的步驟中，在背面處形成表面層，并且在至少部分去除表面層的步驟中， 至少部分地去除背面處形成的表面層。因此，可以部分地去除至少一個單晶襯底的背面處形成的表面層。進(jìn)一步優(yōu)選地，在至少部分地去除表面層的步驟中，在表面層的升華之前， 將背面和主面布置成彼此面對。因此，由于在去除表面層時背面和主面已彼此面對，因此有助于隨后這兩者間的連接?？梢酝ㄟ^犧牲氧化來執(zhí)行至少部分地去除表面層的步驟?？梢酝ㄟ^化學(xué)方法來執(zhí)行至少部分地去除表面層的步驟。優(yōu)選地，執(zhí)行至少部分地去除表面層的步驟，使得表面層被完全去除。因此，背面和主面之間的連接強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高。優(yōu)選地，在所述背面和所述主面之間使來自主面的碳化硅升華并且使碳化硅在背面上再結(jié)晶，來執(zhí)行將背面和主面彼此連接的步驟。在通過表面層的升華來執(zhí)行至少部分地去除表面層的步驟的情況下，可以通過升華來執(zhí)行去除步驟和連接步驟這兩者。另外，在至少部分地去除表面層的步驟中，在表面層的升華之前將背面和主面布置成彼此面對的情況下，在表面層升華之后，通過只改變經(jīng)由升華而導(dǎo)致的質(zhì)量轉(zhuǎn)移的方向，可以將背面和主面彼此連接。此外，在表面層不僅存在于背面上而且存在于主面上的情況下，可以通過在將背面和主面彼此連接的步驟中的升華來消除主面上的表面層。優(yōu)選地，至少一個單晶襯底包括多個單晶襯底。因此，可以得到具有大面積的碳化硅襯底?？梢酝ㄟ^蝕刻表面層來執(zhí)行上述的至少部分去除表面層的步驟。例如，這個蝕刻包括濕法蝕刻或氣體蝕刻。在準(zhǔn)備至少一個單晶襯底的步驟中，可以機(jī)械地拋光背面。因此，可以使背面平坦。另外，可以減小背面上形成的表面層的厚度。在準(zhǔn)備至少一個單晶襯底的步驟中，可以通過切片形成背面。換句話講，背面是通過切片形成并且此后不進(jìn)行拋光的表面。因此，在背面上存在一些不規(guī)則體。在通過背面上的升華來設(shè)置支撐部的情況下，不規(guī)則體的凹部中的空間可以用作升華氣體擴(kuò)展的空隙。優(yōu)選地，至少一個單晶襯底包括第一單晶襯底，所述第一單晶襯底具有與所述背面相反的第一表面。所述第一表面相對于{0001}面具有的偏離角大于或等于50°且小于或等于65°。因此，與第一面是{0001}面的情況相比，第一表面處的溝道遷移率可以增大。更優(yōu)選地，第一表面的偏離取向與第一單晶襯底的<1-100>方向之間的角度小于或等于5°。進(jìn)一步優(yōu)選地，在第一單晶襯底的<1-100>方向上，第一表面相對于{03-38} 面的偏離角大于或等于-3°且小于或等于5°。本發(fā)明的效果根據(jù)上述描述而清楚的是，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法，單晶襯底和支撐部之間的連接強(qiáng)度可以增加。


圖1是示意性示出本發(fā)明第一實施例中的碳化硅襯底的構(gòu)造的平面圖。圖2是沿著圖1中的線II-II截取的示意性截面圖。圖3是示意性示出本發(fā)明第一實施例中的碳化硅襯底的制造方法中的第一步驟的截面圖。圖4是圖3的局部放大圖。圖5是示意性示出本發(fā)明第一實施例中的碳化硅襯底的制造方法的第二步驟中經(jīng)由升華導(dǎo)致的質(zhì)量轉(zhuǎn)移方向的局部截面圖。圖6是示意性示出本發(fā)明第一實施例中的碳化硅襯底的制造方法的第三步驟中經(jīng)由升華導(dǎo)致的質(zhì)量轉(zhuǎn)移方向的局部截面圖。圖7是示意性示出本發(fā)明第一實施例中的碳化硅襯底的制造方法的第三步驟中經(jīng)由升華導(dǎo)致的空隙轉(zhuǎn)移方向的局部截面圖。圖8是示意性示出本發(fā)明第一實施例中的碳化硅襯底的制造方法的第二步驟中經(jīng)由升華導(dǎo)致的空隙轉(zhuǎn)移方向的局部截面圖。圖9是示意性示出本發(fā)明第二實施例中的碳化硅襯底的制造方法的第一步驟中的單晶襯底構(gòu)造的截面圖。圖10是示意性示出本發(fā)明第二實施例中的碳化硅襯底的制造方法的第一步驟中的支撐部構(gòu)造的截面圖。圖11是示意性示出本發(fā)明第二實施例中的碳化硅襯底的制造方法中的一個步驟的截面圖。圖12是示意性示出本發(fā)明第三實施例中的碳化硅襯底的構(gòu)造的截面圖。圖13是示意性示出本發(fā)明的第四實施例中的碳化硅襯底的構(gòu)造的截面圖。圖14是示意性示出本發(fā)明的第五實施例中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的局部截面圖。圖15是本發(fā)明的第五實施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的示意性流程圖。圖16是示意性示出本發(fā)明第五實施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法中的第一步驟的局部截面圖。圖17是示意性示出本發(fā)明第五實施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法中的第二步驟的局部截面圖。圖18是示意性示出本發(fā)明第五實施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法中的第三步驟的局部截面圖。圖19是示意性示出本發(fā)明第五實施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法中的第四步驟的局部截面圖。
具體實施例方式下文中，將基于附圖來描述本發(fā)明的實施例。(第一實施例)參照圖1和圖2，本實施例的碳化硅襯底81包括支撐部30以及單晶襯底11_13。 支撐部30是由碳化硅制成的層，并且該層具有主面F0。單晶襯底11-19由碳化硅制成，如圖1中所示布置成矩陣。單晶襯底11-19中的每個的背面和支撐部30的主面FO彼此連接。 例如，單晶襯底11 (第一單晶襯底)包括彼此相反的表面Fl背面)。單晶襯底12具有彼此相反的表面F2 (第二表面)和背面B2 (第二背面)。背面B 1和B2中的每個連接到主面F0。優(yōu)選地，單晶襯底11-19中的每個的表面具有面取向{03-38}?？梢圆捎脅0001}、 {11-20}或{1-100}作為面取向。另外，還可以使用與上述面取向中的每個偏移幾度的面。下文中，將描述制造碳化硅襯底81的方法。雖然在下面的描述中為了簡化而僅提及單晶襯底11-19之中的單晶襯底11和12，但是單晶襯底13-19遵循對單晶襯底11和12 的描述。對于其他實施例中的描述亦如此。參照圖3和圖4，設(shè)置支撐部30、單晶襯底11-19(統(tǒng)稱為“單晶襯底組10”)和加熱裝置。在這個階段，支撐部30不必是單晶形式，并且可以采用多晶或燒結(jié)致密物的形式。加熱裝置包括第一加熱主體91和第二加熱主體92、熱絕緣容器40、加熱器50和加熱器電源150。熱絕緣容器40由耐熱性高的材料制成。例如，加熱器50是電氣電阻加熱器。第一加熱主體91和第二加熱主體92通過將由吸收加熱器50發(fā)出的熱而得到的熱再次輻射，能夠加熱支撐部30和單晶襯底組10。例如，第一加熱主體91和第二加熱主體92 由具有低孔隙率的石墨制成。將第一加熱主體91、單晶襯底組10、支撐部30和第二加熱主體92布置成以引用次序來堆疊。具體來講，將單晶襯底11-19在第一加熱主體91上布置成矩陣。將支撐部30 放置在單晶襯底組10的表面上。然后，將第二加熱主體92放置在支撐部30上。將堆疊的第一加熱主體91、單晶襯底組10、支撐部30和第二加熱主體92容納在其中設(shè)置有加熱器 50的熱絕緣容器40中。通過減小大氣壓力得到熱絕緣容器40中的氣氛。優(yōu)選地，將氣氛的壓力設(shè)定得高于KT1Pa并低于IO4Pa0上述氣氛可以是惰性氣體氣氛。例如，可以使用諸如He或Ar的稀有氣體、氮?dú)饣蛘呦∮袣怏w和氮?dú)獾幕旌蠚怏w作為惰性氣體。在采用的是混合氣體的情況下，氮?dú)獾谋嚷蕿槔?0%。處理室內(nèi)的壓力優(yōu)選地等于或低于50kPa，更優(yōu)選地小于或等于lOkPa。參照圖5，在如上述準(zhǔn)備的單晶襯底組10(圖3)的背面上形成表面層71(圖5)。 例如，表面層71形成在背面Bl和B2中的每個上。在準(zhǔn)備單晶襯底11和12的步驟中，表面層71是通過機(jī)械加工而在背面B 1和B2處形成的、具有晶體結(jié)構(gòu)變形的層。例如，在通過對碳化硅單晶的塊進(jìn)行切片而生產(chǎn)單晶襯底11-19的情況下，通過這個切片來生產(chǎn)表面層。例如，通過切片生產(chǎn)的表面層具有的厚度大致為20μπι。在切片之后對背面Bl和Β2應(yīng)用機(jī)械拋光的情況下，可以去除通過切片造成的相對厚的表面層。然而，將由于這個機(jī)械拋光來產(chǎn)生相對薄的表面層。注意的是，支撐部30僅位于單晶襯底11和12中的每個上，并未連接。因此，在背面Bl和Β2中的每個與支撐部30之間存在微空隙GQ。因此，表面層71面對空隙GQ。通過加熱器50，包括單晶襯底11和12的單晶襯底組10以及支撐部30由第一加熱主體91和第二加熱主體92分別加熱至與發(fā)生升華再結(jié)晶反應(yīng)的水平相對應(yīng)的溫度。首先，執(zhí)行這個加熱步驟以造成溫度差，使得單晶襯底組10的溫度高于支撐部30的溫度。即， 產(chǎn)生溫度梯度，使得在附圖中的向上方向上，溫度變得更低。在單晶襯底組10和支撐部30 之間，這個溫度梯度優(yōu)選地大于或等于1°C /cm且小于或等于100°C /mm，更優(yōu)選地大于或等于10°C /cm且小于或等于50°C /cm。
如上所述，當(dāng)單晶襯底11和12中的每個的溫度被設(shè)定得高于支撐部30的溫度時，在空隙GQ中由升華而發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移，如附圖中的箭頭Ml所指示的。結(jié)果，至少部分地、 優(yōu)選全部地去除表面層71。升華的碳化硅在支撐部30的主面FO上再結(jié)晶，以由此被吸收。參照圖6，支撐部30的溫度被設(shè)定得高于單晶襯底11和12中的每個的溫度。具體來講，產(chǎn)生溫度梯度，使得在附圖中的向下方向上，溫度變得更低。換句話講，溫度梯度的方向顛倒。在單晶襯底組10和支撐部30之間，這個溫度梯度優(yōu)選地大于或等于1°C /cm且小于或等于200°C /mm，更優(yōu)選地大于或等于10°C /cm且小于或等于50°C /cm。通過這樣的溫度梯度，在空隙GQ中由升華而發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移，如附圖中的箭頭M2所指示的。參照圖7，與空隙GQ中存在的空穴相關(guān)聯(lián)地，圖5中的箭頭M2所指示的質(zhì)量轉(zhuǎn)移相反地對應(yīng)于圖7中的箭頭H2所指示的空穴移位?？障禛Q的高度(在附圖中的垂直方向的尺度)存在大的面內(nèi)變化。這個變化促使與空隙GQ相對應(yīng)的空穴移位(附圖中的箭頭 H2)的速率中產(chǎn)生大的面內(nèi)變化。參照圖8，由于上述變化，導(dǎo)致與空隙GQ(圖7)相對應(yīng)的空穴不能在保持其形狀的同時發(fā)生移位，并且替代地其被分解成多個空隙VD (圖7)。結(jié)果，單晶襯底11和12中的每個連接到支撐部30。隨著加熱的進(jìn)行，空隙VD遠(yuǎn)離主面FO移動，如箭頭H3所指示的。因此，連接強(qiáng)度進(jìn)一步增加。此外，支撐部30的晶體結(jié)構(gòu)從較靠近單晶襯底組10的區(qū)域逐漸變化成與單晶襯底組10的晶體結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)。因此，得到碳化硅襯底81。根據(jù)本實施例，不是通過機(jī)械方式而是通過升華，來去除表面層71 (圖幻。通過這個去除步驟，可以去除具有變形的表面層71，同時避免背面B 1和B2處的晶體結(jié)構(gòu)另外發(fā)生變形。因此，可以增加背面B 1和B2中的每個與主面FO之間的連接強(qiáng)度。另外，可以通過熱處理的單個步驟來去除表面層71。此外，可以抑制由于表面層71處的晶體缺陷而造成的電氣電阻在厚度方向(圖2中的垂直方向)上增大。在表面層71的升華之前，背面Bl和B2被布置成面對主面F0，如圖5中所示。因此，可以有助于將背面Bl和B2中的每個連接到主面F0(圖6至圖8)的隨后步驟，這是由于在去除表面層71時這些表面已經(jīng)彼此面對。此外，通過升華來執(zhí)行去除表面層71的步驟和將背面Bl和B2中的每個連接到主面FO的步驟這兩者。具體來講，僅通過將用于升華和再結(jié)晶的溫度梯度顛倒，就可以執(zhí)行這兩個步驟。因此，可以簡化碳化硅襯底81的制造步驟。由于在將背面Bl和B2中的每個連接到主面FO的過程中，來自主面FO的升華發(fā)生，如圖6中所示，因此表面層如果存在于主面FO上，則將被去除。因此，可以避免表面層對連接強(qiáng)度的不利影響。由于設(shè)置了表面Fl和F2(圖2)，因此與僅設(shè)置表面Fl的情況相比，碳化硅襯底 81的表面積能夠增大。優(yōu)選地，單晶襯底11-19中的每個具有4H多型的晶體結(jié)構(gòu)。因此，可以得到適于制造涉及電力用途的半導(dǎo)體的碳化硅襯底81。 優(yōu)選地，為了防止碳化硅襯底81破裂，在碳化硅襯底81中，使支撐部30的熱膨脹系數(shù)與單晶襯底11-19的熱膨脹系數(shù)之差盡可能小。因此，可以抑制碳化硅襯底81發(fā)生翹曲。為此，支撐部30的晶體結(jié)構(gòu)與單晶襯底11-19的晶體結(jié)構(gòu)相同。具體來講，通過經(jīng)由升華和再結(jié)晶造成的足夠的質(zhì)量轉(zhuǎn)移(圖8 箭頭3)，使支撐部30的晶體結(jié)構(gòu)與單晶襯底 11-19的晶體結(jié)構(gòu)匹配。優(yōu)選地，在熱處理之前準(zhǔn)備的支撐部30和單晶襯底組10(圖4)中的每個的厚度的面內(nèi)變化被設(shè)定得盡可能小。例如，這個變化被設(shè)定得小于或等于10 μ m。為了抑制面內(nèi)變化，例如，要執(zhí)行平坦化工藝。優(yōu)選地，在熱處理之前準(zhǔn)備的支撐部30的電氣電阻率被設(shè)定得小于50m Ω ^m,更優(yōu)選地小于IOm Ω · cm。優(yōu)選地，碳化硅襯底81的支撐部30中的雜質(zhì)濃度被設(shè)定得大于或等于 5 X IO18Cm-3,更優(yōu)選地大于或等于1 X 102°cm_3。通過使用這種碳化硅襯底81來制造諸如垂直型MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的傳導(dǎo)垂直流動的電流的垂直型半導(dǎo)體器件，可以減小垂直半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻。優(yōu)選地，碳化硅襯底的電氣電阻率地平均值被設(shè)定得小于或等于5πιΩ · cm，更優(yōu)選地小于或等于Im Ω · cm。優(yōu)選地，碳化硅襯底81的厚度(在圖2中的垂直方向上的尺度)大于或等于 300 μ m0優(yōu)選地，表面Fl相對于{0001}面具有的偏離角大于或等于50°且小于或等于 65°。因此，與表面Fl是{0001}面的情況相比，表面Fl中的溝道遷移率可以增加。更優(yōu)選地，滿足下述的第一或第二條件。在第一條件下，表面Fl的偏離取向和單晶襯底11的<1-100>方向之間的角度小于或等于5°。進(jìn)一步優(yōu)選地，在單晶襯底11的<1-100>方向上，表面Fl相對于{03-38} 面的偏離角大于或等于-3°且小于或等于5°。在第二條件下，表面Fl的偏離取向和單晶襯底11的<11-20>方向之間的角度小于或等于5°。如本文使用的，“表面Fl在<1-100>方向上相對于{03-38}面的偏離角”是指表面 Fl的法線在<1-100>方向和<0001〉方向限定的投影面上的正交投影與{03-38}面的法線之間的角度。當(dāng)上述正交投影接近平行于<ι-ιοο>方向時，符號為正，以及當(dāng)上述正交投影接近平行于<0001〉方向時，符號為負(fù)。盡管以上的描述是基于單晶襯底11的表面Fl的優(yōu)選取向，但是優(yōu)選地對于其他單晶襯底12-19的每個表面的取向，同樣如此。在布置單晶襯底11-19以連接到支撐部30之前，可以預(yù)先機(jī)械地拋光單晶襯底 11-19的背面。由于通過這個拋光使表面層71的厚度減小，因此可以進(jìn)一步有助于隨后通過升華(圖5)去除表面層71。將電氣電阻加熱器當(dāng)作加熱器50的例子，S卩，電阻加熱。然而，可以使用其他加熱方法。例如，可以采用高頻電感加熱或燈退火法。(第二實施例)本實施例中的碳化硅襯底具有的結(jié)構(gòu)與碳化硅襯底81 (圖1和圖2)的結(jié)構(gòu)基本類似。下文中將描述其制造方法。參照圖9和圖10，準(zhǔn)備具有在背面Bl處形成的表面層71的單晶襯底11。另外， 準(zhǔn)備類似的單晶襯底12-19(圖1)。另外，準(zhǔn)備具有在主面FO處形成的表面層73的支撐部30。支撐部30不必一定采用單晶的形式，并且其可以是多晶或燒結(jié)致密物。然后，通過化學(xué)方法部分地去除表面層71和93中的至少一個。具體來講，蝕刻表面層71和93。例如，蝕刻法包括濕法蝕刻、氣體蝕刻、RIE(反應(yīng)離子蝕刻)或者通過犧牲氧化進(jìn)行的蝕刻。參照圖11，將單晶襯底11和12安裝在支撐部30上，使得背面Bl和B2面對主面 F0。然后，對支撐部30以及單晶襯底11和12進(jìn)行加熱，由此背面Bl和B2中的每個連接到主面F0。因此，得到碳化硅襯底81 (圖2)。除了上述之外的構(gòu)造基本類似于上述第一實施例的構(gòu)造。相同或相應(yīng)的元件具有分配的相同附圖標(biāo)記，并且將不再重復(fù)對其進(jìn)行描述。雖然在本實施例中準(zhǔn)備具有表面層73的支撐部30，但是可以替代地準(zhǔn)備沒有表面層73的支撐部30。此外，雖然準(zhǔn)備具有表面層71的單晶襯底11，但是可以替代地準(zhǔn)備沒有表面層71的單晶襯底11。(第三實施例)主要參照圖12，本實施例中的碳化硅襯底85僅包括單晶襯底11，而不是單晶襯底 11-19(圖1)。除了上述之外的構(gòu)造基本類似于上述第一實施例的構(gòu)造。相同或相應(yīng)的元件具有分配的相同附圖標(biāo)記，并且將不再重復(fù)對其進(jìn)行描述。(第四實施例)主要參照圖13，本實施例中的碳化硅襯底86除了單晶襯底11之外還包括單晶襯底41。單晶襯底41連接到單晶襯底11的表面Fl。(第五實施例)參照圖14，本實施例中的半導(dǎo)體器件100是垂直型DiMOSFET (雙注入金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，其包括碳化硅襯底81、緩沖層121、擊穿電壓保持層122、ρ區(qū)123、 n+區(qū)124、ρ+區(qū)125、氧化物膜126、源電極111、上源電極127、柵電極110和漏電極112。在本實施例中，碳化硅襯底81具有η型導(dǎo)電性，并且如第一實施例中所述，其包括支撐部30和單晶襯底11。漏電極112設(shè)置在支撐部30上，使得支撐部30位于漏電極112 和單晶襯底11之間。緩沖層121設(shè)置在單晶襯底11上，使得單晶襯底11位于緩沖層121 和支撐部30之間。緩沖層121具有η型導(dǎo)電性，并且例如具有的厚度為0. 5 μ m。例如，緩沖層121中的η型導(dǎo)電性雜質(zhì)的濃度為例如5 X IO17CnT3。擊穿電壓保持層122形成在緩沖層121上，并且由具有η型導(dǎo)電性的碳化硅制成。 例如，擊穿電壓保持層122具有10 μ m的厚度和5 X IO15CnT3的η型導(dǎo)電性雜質(zhì)濃度。在這個擊穿電壓保持層122的表面處，ρ型導(dǎo)電性的多個ρ區(qū)123被形成為彼此間隔開。在P區(qū)123中，在ρ區(qū)123的表面層處形成η+區(qū)124。在鄰近于該η+區(qū)124的區(qū)域處，形成P+區(qū)125。還有氧化物膜126，所述氧化物膜1 在一個ρ區(qū)123中的η+區(qū)124、p 區(qū)123、擊穿電壓保持層122暴露在兩個ρ區(qū)123之間的區(qū)域以及另一個ρ區(qū)123直至相關(guān)另一個ρ區(qū)123中的η+區(qū)IM處上方延伸。在氧化物膜1 上形成柵電極110。在η+區(qū) 124和ρ+區(qū)125上，形成源電極111。在源電極111上形成上源電極127。在與氧化物膜126與即η.區(qū)124、ρ+區(qū)125、ρ區(qū)123和擊穿電壓保持層122的半導(dǎo)體層之間的界面相距IOnm內(nèi)的區(qū)域處，氮原子濃度的最大值大于或等于IX 1021cm_3。因此，可以提高尤其在氧化物膜126下方的溝道區(qū)(ρ區(qū)123的與氧化物膜1 接觸并且位于 n+區(qū)IM和擊穿電壓保持層122之間的部分)處的遷移率。下文中將描述制造半導(dǎo)體器件100的方法。雖然圖16至圖19將示出單晶襯底 11-19(圖1)之中的單晶襯底11附近的步驟，但是單晶襯底12至單晶襯底19中的每個附近執(zhí)行類似的步驟。在襯底準(zhǔn)備步驟(步驟SllO 圖15)中，準(zhǔn)備碳化硅襯底81 (圖1和圖2)。碳化硅襯底81的導(dǎo)電類型為η型。參照圖16，通過外延層形成步驟(步驟S120 圖15)，如下所述地形成緩沖層121 和擊穿電壓保持層122。首先，在碳化硅襯底81的單晶襯底11上，形成緩沖層121。緩沖層121由具有η 型導(dǎo)電性的碳化硅制成，并且例如，其是厚度為0.5μπι的外延層。另外，緩沖層121中的導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度為例如5Χ 1017cm_3。然后，在緩沖層121上形成擊穿電壓保持層122。具體來講，通過外延生長來生產(chǎn) η型導(dǎo)電性的碳化硅層。例如，擊穿電壓保持層122被設(shè)定為具有IOym的厚度。另外，擊穿電壓保持層122中的η型導(dǎo)電性雜質(zhì)的濃度為例如5Χ 1015cnT3。參照圖17，通過注入步驟(步驟S130 圖15)，如下所述地形成ρ型區(qū)123、η+區(qū) 124 和 ρ+ 區(qū) 125。首先，將ρ型導(dǎo)電性雜質(zhì)選擇性地注入到擊穿電壓保持層122的一部分中，以形成 ρ區(qū)123。然后，將η型導(dǎo)電性雜質(zhì)選擇性地注入預(yù)定區(qū)域中，以形成η+區(qū)124。通過將ρ 型導(dǎo)電性雜質(zhì)選擇性地注入到預(yù)定區(qū)域中，形成P+區(qū)125。例如，使用由氧化物膜構(gòu)成的掩模來進(jìn)行選擇性注入雜質(zhì)的步驟。在注入步驟之后，執(zhí)行激活退火工藝。例如，在氬氣氛中、在1700°C的加熱溫度下執(zhí)行退火30分鐘。參照圖18，執(zhí)行柵絕緣膜形成步驟(步驟S140 圖15)。具體來講，氧化物膜1 被形成為覆蓋擊穿電壓保持層122、p區(qū)123、n+區(qū)IM和ρ+區(qū)125?？梢酝ㄟ^干法氧化(熱氧化)來執(zhí)行這個形成步驟。例如，干法氧化的條件包括1200°C的加熱溫度且30分鐘的加熱持續(xù)時間。然后，執(zhí)行氮退火步驟(步驟S150)。具體來講，在一氧化氮(NO)氣氛中執(zhí)行退火工藝。例如，這個工藝的條件包括1100°c的加熱溫度且120分鐘的加熱持續(xù)時間。結(jié)果， 在氧化物膜126與擊穿電壓保持層122、ρ區(qū)123、η+區(qū)IM和ρ+區(qū)125中的每個之間的界面附近引入氮原子。在采用一氧化氮進(jìn)行這個退火步驟之后，還可以執(zhí)行采用被標(biāo)識為惰性氣體的氬 (Ar)氣的退火工藝。例如，這個工藝的條件包括1100°C的加熱溫度且60分鐘的加熱持續(xù)時間。參照圖19，通過電極形成步驟(步驟S160 圖15)，如下所述地形成源電極111和漏電極112。首先，通過光刻法，在氧化物膜1 上形成具有圖案的抗蝕劑膜。使用這個抗蝕劑膜作為掩模，通過蝕刻來去除氧化物膜126的位于η+區(qū)IM和ρ+區(qū)125上方的部分。因此，在氧化物膜126中形成開口。然后，在這個開口處，導(dǎo)體膜被形成為接觸η+區(qū)IM和ρ+區(qū)125中的每個。通過去除抗蝕劑膜，去除(剝離)上述導(dǎo)體膜的位于抗蝕劑膜上的部分。 這個導(dǎo)體膜可以是金屬膜，例如，由鎳(Ni)制成。作為這個剝離的結(jié)果，形成源電極111。在這個階段，優(yōu)選地執(zhí)行用于合金化的熱處理。例如，在被標(biāo)識為惰性氣體的氬 (Ar)氣的氣氛中、950°C的加熱溫度處執(zhí)行熱處理2分鐘。再次參照圖14，在源電極111上形成上源電極127。另外，在碳化硅襯底81的背面上形成漏電極112。另外，在氧化物膜1 上形成柵電極110。因此，得到半導(dǎo)體器件100?？梢圆捎锰鎿Q本實施例中的導(dǎo)電類型的構(gòu)造，即，替換ρ型和η型的構(gòu)造。用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件100的碳化硅襯底不限于第一實施例的碳化硅襯底81，并且可以采用任何其他實施例中的碳化硅襯底。此外，盡管將垂直型DiMOSFET作為例子，但可以使用本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底制造半導(dǎo)體器件的其他類型。例如，可以制造RESURF-JFET(減小表面場-結(jié)型場效應(yīng)晶體管)或肖特基二極管。實例(實例1)對于支撐部30 (圖3)，準(zhǔn)備如下的碳化硅晶片該晶片具有IOOmm的直徑、300 μ m 的厚度、4H多型、(03-38)的面取向、IX 102°cm_3的η型雜質(zhì)濃度、1 X 104cm_2的微管密度和 IXlO5cnT1的堆疊故障密度。對于每個單晶襯底組10，準(zhǔn)備如下的碳化硅晶片該晶片具有35X35mm的方形形狀、300 μ m的厚度、4H多型、(03-38)的面取向、1 X IO19CnT3的η型雜質(zhì)濃度、0. 2cm-2的微管密度和小于IcnT1的堆疊故障密度。通過對碳化硅單晶的塊進(jìn)行切片來形成這個碳化硅晶片。被切片的面不經(jīng)受拋光。通過進(jìn)行切片，生產(chǎn)具有的厚度大致為20 μ m的表面層71。將單晶襯底組以矩陣形式被安裝在第一加熱主體91上。接著，將支撐部30放置在單晶襯底組10上。然后，將第二加熱主體92安裝在支撐部30上。因此，準(zhǔn)備了構(gòu)成堆疊體的第一加熱主體91、單晶襯底組10、支撐部30和第二加熱主體92。將堆疊體放置在由石墨制成的熱絕緣容器40(圖幻中。然后，將氮?dú)庖?IOOsccm (標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘)的流速弓I入到熱絕緣容器40中，并且控制熱絕緣容器40 中的壓力，以使其保持133Pa。通過加熱器50將熱絕緣容器40中的溫度升至大致2000°C。執(zhí)行該加熱，使得第一加熱主體91的溫度高于第二加熱主體92的溫度。因此，使面對第一加熱主體91的單晶襯底組10的溫度高于面對第二加熱主體92的支撐部30的溫度。因此，從單晶襯底組10 的背面(圖5 背面B1、B》升華碳化硅。為了研究所得到的碳化硅襯底的性質(zhì)和升華厚度之間的關(guān)系，將 0 μ m、2. 5 μ m、5 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μ m、25 μ m 禾口 50 μ m 取作升華厚度。然后，基于熱絕緣容器40中的相同氣氛和大致的溫度，顛倒單晶襯底組10和支撐部30之間的溫度梯度。換句話講，使支撐部30的溫度高于單晶襯底組10的溫度。因此， 單晶襯底組10和支撐部30連接(圖7和圖8)。研究連接強(qiáng)度和連接邊界處的微管密度。結(jié)果在下述的表1中示出。表權(quán)利要求
1.一種制造碳化硅襯底的方法，包括以下步驟準(zhǔn)備至少一個單晶襯底(11)和支撐部(30)，每個所述單晶襯底(11)具有背面(Bi)并且由碳化硅制成，所述支撐部(30)具有主面(FO)并且由碳化硅制成，所述準(zhǔn)備步驟包括通過機(jī)械加工形成所述背面和所述主面中的至少一個的步驟，并且通過所述形成步驟在所述背面和所述主面中的至少一個上形成晶體結(jié)構(gòu)中具有畸變的表面層，所述方法還包括以下步驟至少部分地去除所述表面層；以及在所述的去除步驟之后，將所述背面和所述主面彼此連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 通過所述表面層的升華來執(zhí)行所述的去除步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 在所述的準(zhǔn)備步驟中，在所述背面形成所述表面層，在所述的去除步驟中，至少部分地去除在所述背面形成的所述表面層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述的去除步驟包括以下步驟在所述的升華步驟之前，將所述背面和所述主面布置成彼此面對。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 通過犧牲氧化來執(zhí)行所述的去除步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 通過化學(xué)方法來執(zhí)行所述的去除步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 執(zhí)行所述的去除步驟，以使得所述表面層被完全去除。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，在所述背面和所述主面之間，通過使來自所述主面的碳化硅升華并且在所述背面上使碳化硅再結(jié)晶來執(zhí)行所述的連接步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 所述至少一個單晶襯底包括多個單晶襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 通過蝕刻所述表面層來執(zhí)行所述的去除步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 所述的準(zhǔn)備步驟包括機(jī)械地拋光所述背面的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中， 所述的準(zhǔn)備步驟包括通過切片來形成所述背面的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述至少一個碳化硅襯底包括第一單晶襯底，所述第一單晶襯底具有相對于所述背面相反的第一表面，所述第一表面相對于{0001}面具有大于或等于50°且小于或等于65°的偏離角。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，所述第一表面的偏離取向與所述第一單晶襯底的<ι-ιοο>方向之間的角度小于或等于5°。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造碳化硅襯底的方法，其中，在所述第一單晶襯底的<1-100>方向上，所述第一表面相對于{03-38}面具有大于或等于-3°且小于或等于5°的偏離角。
全文摘要
準(zhǔn)備至少一個單晶襯底(11)和支撐部(30)，每個單晶襯底具有背面(B1)并且由碳化硅制成，所述支撐部具有主面(FO)并且由碳化硅制成。在這個準(zhǔn)備步驟中，通過機(jī)械加工來形成所述背面(B1)和所述主面(FO)中的至少一個。通過這個形成步驟，在所述背面(B1)和所述主面(FO)中的至少一個上形成具有晶體結(jié)構(gòu)變形的表面層。至少部分地去除所述表面層。在這個去除步驟之后，將所述背面(B1)和所述主面(FO)彼此連接。
文檔編號C30B33/06GK102395715SQ20108001684
公開日2012年3月28日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者井上博揮, 佐佐木信, 沖田恭子, 原田真, 并川靖生, 藤原伸介, 西口太郎 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社