專利名稱：P－溝道功率mis場效應晶體管和開關電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種P-溝道功率MIS場效應晶體管，由其能夠在相同大小和相同成本下獲得等于或高于N-溝道功率MIS場效應晶體管的性能，以及涉及一種使用這種P-溝道功率MIS場效應晶體管的開關電路。
背景技術：
為了移動和停止汽車電子部件如雨刷和門鎖，使用開關電路開啟/關閉從電池到諸如電動機的負載的電源電壓。盡管按常規(guī)將繼電器用作這些開關電路，但是為了小型化和節(jié)能需要使用半導體器件。作為半導體器件開關控制對象的負載的實例為上述的雨刷電動機和門鎖電動機，以及鼓風機電動機、自動調(diào)節(jié)座位電動機、諸如前燈和尾燈之類的燈、喇叭、后除霧器和坐位加熱器。激勵電流從幾A到約20A，電池額定電壓為12或36V，并且擊穿電壓為60到100V。最近，也開始需求如HEV和FCV等、用于電動汽車的、適用于大電流高電壓的半導體器件。
圖21是顯示使用半導體器件的傳統(tǒng)開關電路的一個實例的電路圖。圖21中所示的開關電路包括充電泵電路(charge pump circuit)CP101、電阻器R101和R102以及形成在硅襯底(100)平面上的N-溝道功率MOS場效應晶體管Q101。電源電壓BATT(電池額定電壓)為12或36V。微機MC輸出高電平電壓(a high-level voltage)(電池電壓BATT)以開啟該開關電路。在這種狀態(tài)下，晶體管Q101的源極電壓變得比其柵極電壓降低了閾值電壓的數(shù)值，因此如果將微機MC的輸出直接連接到電阻器R101和R102上，則供應到負載LO的電壓減小了晶體管Q101的閾值電壓。所以，通過充電泵電路CP101升高微機MC的輸出而避免這種電壓降。然而，圖21所示的開關電路存在由于充電泵電路CP101的成本而成本增加和充電泵電路CP101產(chǎn)生噪音的問題。
圖22是顯示傳統(tǒng)開關電路的另一實例的電路圖。在圖21所示的布置中，將作為開關元件的N-溝道功率MOS場效應晶體管Q101插在通往負載LO的電源線的高電勢側。另一方面，圖22所示的開關電路采用橋接構造，其中將N-溝道功率MOS場效應晶體管Q111和Q112插入電源線的高電勢側，而將N-溝道功率MOS場效應晶體管Q113和Q114插入電源線的低電勢側(接地)。這種開關電路包括晶體管Q111、Q112、Q113和Q114，電阻器R111、R112、R113和R114，高側驅動電路DR1和低側驅動電路DR2。高側驅動電路DR1包括雙極性晶體管等，其通過放大來自微機MC的輸出電流而驅動晶體管Q111和Q112。類似地，低側驅動電路DR1包括驅動晶體管Q113和Q114的雙極性晶體管等。如在圖21所示的布置中那樣，圖22所示的開關電路也需要充電泵電路CP101以避免負載電壓降，因此有由于充電泵電路CP101的成本而成本增加和充電泵電路CP101產(chǎn)生噪音的問題。
避免負載電壓降的另一種方法是使用P-溝道功率MOS場效應晶體管。由于P-溝道功率MOS場效應晶體管不產(chǎn)生如對N-溝道功率MOS場效應晶體管所解釋的這樣的電壓降，所以可以不使用任何充電泵電路而實現(xiàn)開關電路，從而可以消除和充電泵電路相關的上述問題。
不幸的是，類似N-溝道MOS晶體管，形成在硅(100)平面上的P-溝道MOS場效應晶體管的電流驅動性能，例如遷移率，是N-溝道MOS場效應晶體管的約1/3，故為了使用P-溝道MOS晶體管獲得和N-溝道MOS晶體管相等的電流驅動性能，必須使P-溝道MOS晶體管的大小是N-溝道MOS晶體管大小的約3倍。因此，當在硅(100)平面上形成具有和N-溝道MOS晶體管相等的特性的P-溝道MOS晶體管時，其成本約是N-溝道MOS晶體管的3倍，這造成了雖然充電泵電路不是必需的，但是整個開關電路的成本卻變得高于圖21和22所示電路成本的問題。如果能夠使P-溝道MOS晶體管的大小和形成在硅(100)平面上的N-溝道MOS晶體管相等，則可以提供廉價的開關電路，其中沒有由充電泵電路產(chǎn)生的噪音。因此，必須使P-溝道MOS晶體管的電流驅動性能高于形成在硅(100)平面上的晶體管的電流驅動性能。
例如，專利參考文獻1和2提出在硅的(110)平面上形成P-溝道MOS晶體管以提高晶體管的電流驅動性能。在專利參考文獻1中，將在其(100)平面上形成N-溝道MOS晶體管的硅進行蝕刻，以在側表面的(110)平面上形成P-溝道MOS晶體管。但是，據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，含有柵極絕緣膜的P-溝道MOS晶體管，其中柵極絕緣膜是在用傳統(tǒng)方法蝕刻的硅的(110)表面上通過熱氧化形成的氧化硅膜，僅具有不切實際的特性，不能用作柵極-至-源極擊穿電壓為10V或以上的功率晶體管。專利參考文獻2由于注意到以下事實如圖23(該參考文獻的圖2)所示，當有效垂直電場為約3V時，(110)平面上的空穴遷移率大于(100)平面的電子遷移率，而目的在于在(110)平面上形成P-溝道晶體管。但是，由于作為有效垂直電場，氧化膜的擊穿極限為1V，因此使用高k材料如氧化鉭或氧化鈦作為柵極絕緣膜而不使用任何氧化硅膜形成P-溝道MIS晶體管。即使在這種器件中，如圖23所示，遷移率也次于標準的N-溝道MOS晶體管，因此不能認為獲得了和N-溝道MOS晶體管相等的遷移率。
專利參考文獻1日本專利公開4-372166專利參考文獻2日本專利公開7-231088發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題如上所述，雖然提出了在硅的(110)平面上形成P-溝道功率MIS場效應晶體管，但是還沒有獲得在相同大小下，其電流驅動性能等于或高于N-溝道功率MOS場效應晶體管的電流驅動性能的實際P-溝道功率MIS場效應晶體管。請注意，上述問題不僅出現(xiàn)在MOS晶體管中，而且也出現(xiàn)在含有柵極絕緣膜的普通MIS晶體管中。
為了解決上述問題而作出了本發(fā)明，并且本發(fā)明以實現(xiàn)以下P-溝道功率MIS場效應晶體管和使用這種P-溝道功率MIS場效應晶體管的開關電路為其目的由這種P-溝道功率MIS場效應晶體管，能夠在相同大小下獲得等于或高于N-溝道功率MIS場效應晶體管的性能。
解決問題的手段本發(fā)明提供一種P-溝道功率MIS場效應晶體管，其包含具有硅區(qū)域的襯底，硅區(qū)域的表面基本上是(110)平面，形成在該表面上的柵極絕緣膜，以及形成在柵極絕緣膜上的柵極電極，其中硅區(qū)域至少被用作溝道，該P-溝道功率MIS場效應晶體管的特征在于柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分含有氬、氪或氙，并且P-溝道MIS場效應晶體管的源極-至-柵極擊穿電壓為10V或以上。
在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，在柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分中的氬、氪或氙含量以表面密度計為5×1011cm-2或以下。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，柵極絕緣膜中氬、氪或氙的含量在柵極絕緣膜和柵極電極接觸的界面中為最大值，并且向著柵極絕緣膜和硅區(qū)域表面接觸的界面減小。
此外，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，P-溝道功率MIS場效應晶體管的柵極閾值電壓基本上等于這樣的P-溝道MIS場效應晶體管的柵極閾值電壓，所述P-溝道MIS場效應晶體管具有相同的柵極絕緣膜，只是不含氬、氪和氙，并且其中柵極絕緣膜和柵極電極形成于其表面為(100)平面的硅區(qū)域中。
在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分是由氧化硅膜、氧氮化硅膜或氮化硅膜制成的。
在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分是由氧化硅膜制成的，所述的氧化硅膜是通過使用自由基氧氧化硅區(qū)域的表面而形成的并且厚度為100nm或以下。
柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分還可以是氮化硅膜，所述氮化硅膜是通過使用自由基氮或自由基NH氮化硅區(qū)域表面而形成的并且厚度為100nm或以下。
柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分還可以是氧氮化硅膜，所述氮化硅膜是通過使用自由基氮或自由基NH和自由基氧氧氮化硅區(qū)域表面而形成的并且厚度為100nm或以下。
柵極絕緣膜的厚度優(yōu)選為200到1,500。
柵極絕緣膜除了和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分外的部分也可以含有通過CVD形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜或氮化硅膜。
在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，柵極絕緣膜是通過使用含有稀有氣體和絕緣膜形成氣體的氣體混合物等離子體而形成的，其中稀有氣體用于產(chǎn)生微波激發(fā)。
稀有氣體優(yōu)選為氬、氪和氙中的至少一種，并且絕緣膜形成氣體優(yōu)選含有氧、氮和氨中的至少一種。
并且，本發(fā)明是一種P-溝道功率MIS場效應晶體管，其包含具有硅區(qū)域的襯底，硅區(qū)域的表面基本上是(110)平面，形成在該表面上的柵極絕緣膜，以及形成在柵極絕緣膜上的柵極電極，其中硅區(qū)域至少被用作一個溝道，其中硅表面的表面粗糙度當用中心線平均粗糙度(Ra)表示時為0.15nm或以下，并且源極-至-柵極擊穿電壓為10V或以上。
優(yōu)選柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分含有氬、氪或氙。
并且，在本發(fā)明的P-溝道功率MIS場效應晶體管中，硅表面的表面粗糙度當用中心線平均粗糙度Ra表示時為0.11nm或以下。
并且，在本發(fā)明的P-溝道功率MIS場效應晶體管中，硅表面的表面粗糙度當用中心線平均粗糙度Ra表示時為0.09nm或以下。
并且，在本發(fā)明的P-溝道功率MIS場效應晶體管中，硅表面的表面粗糙度當用中心線平均粗糙度Ra表示時為0.07nm或以下。
所述中心線平均粗糙度Ra優(yōu)選為0.11nm或以下，更優(yōu)選為0.09nm或以下，最優(yōu)選為0.07nm。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，基本上含有(110)平面的硅表面是(110)平面、(551)平面、(311)平面、(221)平面、(553)平面、(335)平面、(112)平面、(113)平面、(115)平面、(117)平面、(331)平面、(221)平面、(332)平面、(111)平面和(320)平面之一。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，基本上含有(110)平面的硅表面是(110)平面或(551)平面。
據(jù)Sato等報道，“Sensors and Actuators 73(1999)”(122-130頁)中插入的文章的圖2顯示了，當用堿蝕刻(110)平面時，表面形狀具有沿<-110>方向延伸的條紋。獲得和(110)平面相同表面形狀的區(qū)域是在<100>方向上偏取向(off-oriented)0°到12°的平面，例如，偏取向了8°的(551)平面。直到在<-110>方向上偏取向1°的平面都獲得類似的表面形狀。因此，顯示和該文章圖2中的(110)平面相同的表面粗糙度行為的平面取向基本上包含在(110)平面的取向中。
Sato等還在“Physical Review Letters，B4，1950(1971)”中報道了獲得類似于(110)平面的載波電子遷移率的平面。根據(jù)該報道，當允許電子在<-110>方向流動時，即使使用在<-110>方向上偏取向0到35°的平面，例如(331)平面、(221)平面、(332)平面或(111)平面時，也能夠獲得類似于(110)平面的電子移動行為。即使使用在<110>方向上偏取向0到12°的平面，例如(320)平面時，也可以獲得類似于(110)平面的行為。因此，上述平面和它們的相鄰平面也基本上包含在(110)平面中。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分也可以是由包括氧化硅膜、氮化硅膜和氧氮化硅膜中至少一種的膜制成的。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，除了接觸部分外的柵極絕緣膜部分還可以包含高k膜，該高k膜含有金屬硅酸鹽、金屬氧化物、金屬氮化物和金屬氧氮化物中的至少一種，所述硅酸鹽含有至少一種選自Hf、Zr、Ta、Ti、La、Co、Y和Al中的元素，金屬氧化物含有至少一種選自Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr和Ba中的元素，金屬氮化物含有至少一種選自Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr和Ba中的元素，金屬氧氮化物含有至少一種選自Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、A1、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr和Ba中的元素。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，柵極絕緣膜除了接觸部分外的部分還可以由包括氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜或高k膜中至少一種的膜制成的。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，在柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分中的氬、氪或氙含量為5×1011cm-2或以下。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分是在含有自由基氧和自由基氮中至少一種的環(huán)境中，通過進行氧化硅表面的氧化步驟和氮化硅表面的氮化步驟，或者同時并行地進行氧化步驟和氮化步驟而形成的。
并且，柵極絕緣膜包括通過使用含有稀有氣體和絕緣膜形成氣體的氣體混合物等離子體而形成的部分，其中稀有氣體用于產(chǎn)生微波激發(fā)。
所述稀有氣體是氪、氙和氬中的至少一種，并且絕緣膜形成氣體包含氨、氮和氧中的至少一種。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，在形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、溝道區(qū)域和柵極絕緣膜之前，還可以在低OH濃度下通過RCA清洗步驟清洗硅表面。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，用于處理硅表面的溶液的pH為7或以下。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，在形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、溝道區(qū)域和柵極絕緣膜之前，還可以用包括抑制OH產(chǎn)生的超聲清洗的清洗步驟清洗硅表面。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，在形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、溝道區(qū)域和柵極絕緣膜之前，還可以用包括如下步驟的清洗步驟清洗硅表面第一步驟，使用含有臭氧的純水進行清洗；第二步驟，使用含有HF、脫氣H2O和表面活性劑的清洗溶液，同時施加頻率為500kHz或以上的振動，進行清洗；第三步驟，使用含有臭氧的H2O進行清洗；第四步驟，使用含有HF、脫氣H2O的清洗溶液進行清洗，以除去在第三步驟中形成的氧化膜；第五步驟，使用加入氫的H2O進行清洗。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，用于第二步驟和第四步驟中的脫氣H2O是通過向脫氣H2O中加入氫而形成的H2O。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，用于第二步驟和第四步驟中的脫氣H2O的溶解氧濃度為100ppb或以下。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，在形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、溝道區(qū)域和柵極絕緣膜之前，還可以用HF和通過向溶解氧濃度為100ppb或以下的H2O中加入氫而制備的清洗溶液，同時施加頻率為500kHz或以上的振動，清洗硅表面。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，還可以在一種儀器中進行處理，其中從硅表面清洗開始到結束，處理液體化學制品和硅表面不暴露在空氣中。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，在清洗步驟后，還可以對硅表面進行表面平面化處理，該處理包括在含有氧自由基的環(huán)境中在硅表面上形成犧牲性氧化膜的步驟，以及除去該犧牲性氧化膜的步驟。
并且，在本發(fā)明P-溝道功率MIS場效應晶體管的一個構造實例中，在清洗步驟后，還可以對硅表面進行表面平面化處理，通過該處理重復進行所需次數(shù)的包括以下步驟的兩個步驟使用潮濕氣體進行氧化形成氧化膜的第一步驟；和將氧化膜深蝕刻到預定的厚度的第二步驟，并且用含有HF的水溶液除去氧化膜。
此外，本發(fā)明提供一種開關電路，其中將電源直接或間接連接到如上所述的P-溝道功率MIS場效應晶體管的源極和漏極中的一個上，將負載連接到源極和漏極中的另一個上，并且將用于施加驅動信號以導通或截止P-溝道功率MIS場效應晶體管的裝置連接到柵極上。
電源的額定電壓優(yōu)選為12V或以上。用于施加驅動信號的裝置優(yōu)選包括雙極性晶體管。
本發(fā)明的效果本發(fā)明中，P-溝道功率MIS場效應晶體管包含具有硅區(qū)域的襯底，硅區(qū)域的表面基本上是(110)平面，形成在該表面上的柵極絕緣膜，以及形成在柵極絕緣膜上的柵極電極，并且其中硅區(qū)域至少被用作一個溝道，在該P-溝道功率MIS場效應晶體管中，柵極絕緣膜的至少和硅區(qū)域表面接觸的接觸部分含有氬、氪或氙。這使得可以獲得在相同的大小下其電流驅動性能等于或高于N-溝道MOS晶體管的電流驅動性能的P-溝道MIS場效應晶體管，而這是用傳統(tǒng)方法通過(100)平面或(110)平面所無法獲得或實現(xiàn)的。
另外，本發(fā)明中，基本上含有(110)平面的硅表面的平坦度從通過傳統(tǒng)的RCA獲得的表面粗糙度(Ra)為約1.0nm被改善到0.15nm或以下。從而，電流驅動性能比使用傳統(tǒng)RCA清洗形成的MIS晶體管改善了約3倍。因此，在相同的大小和相同的成本下，本發(fā)明的P-溝道功率MIS場效應晶體管能夠具有等于或高于N-溝道功率MIS場效應晶體管的電流驅動性能。而且，本發(fā)明中，還可以改善柵極絕緣膜的可靠性，因為硅表面和柵極絕緣膜之間的界面具有原子級平坦度。


圖1是顯示本發(fā)明第一實施方案中其上形成了場效應晶體管的(110)硅襯底的晶體結構的示意圖；圖2是顯示在本發(fā)明第一實施方案中，當在(110)平面中形成場效應晶體管時，晶體管遷移率對形成方向相關性的曲線圖；圖3A和3B是顯示本發(fā)明第一實施方案的場效應晶體管和傳統(tǒng)場效應晶體管的漏極電流-漏極電壓特性的曲線圖；圖4A和4B是顯示本發(fā)明P-溝道MOS晶體管和傳統(tǒng)P-溝道MOS晶體管的互導-柵極電壓特性的曲線圖；圖5A到5H是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的制造P-溝道功率MIS場效應晶體管的方法步驟的截面圖；圖6是顯示本發(fā)明第一實施方案的場效應晶體管制造步驟中使用的微波激發(fā)的等離子體儀器布置輪廓的截面圖；圖7是顯示當改變硅晶體平面取向時，氧化硅膜厚度對形成時間的相關性的曲線圖；圖8是顯示使用本發(fā)明第一實施方案的P-溝道功率MIS場效應晶體管的開關電路布置的電路圖；圖9是顯示使用本發(fā)明第一實施方案的P-溝道功率MIS場效應晶體管的另一開關電路布置的電路圖；圖10是顯示檢驗硅表面中心線平均粗糙度和界面粗糙度譜之間關系的模擬結果的曲線圖；圖11A到11J是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的制造P-溝道功率MIS場效應晶體管的方法步驟的截面圖；
圖12是解釋根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的制造方法的效果，并且顯示氧化方法對硅表面平面化的相關性的圖表；圖13是用于解釋硅表面中心線平均粗糙度和電子遷移率之間關系的曲線圖；圖14A到14J是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實施方案的制造P-溝道功率MIS場效應晶體管的方法步驟的截面圖；圖15是顯示本發(fā)明第五實施方案使用的(551)平面中原子臺階的示意圖；圖16是顯示根據(jù)本發(fā)明第六實施方案制造方法的第二步驟中，氧化硅膜的深蝕刻(etch-back)殘余膜量和中心線平均粗糙度之間關系的圖表；圖17是顯示本發(fā)明第六實施方案中進行的第一步驟和第二步驟的重復次數(shù)和中心線平均粗糙度之間關系的曲線圖；圖18是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實施方案的表面平坦度維持方法的效果的圖表；圖19A到19D是顯示根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的制造方法步驟的截面圖；圖20A和20B是顯示根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的制造方法步驟的截面圖；圖21是顯示一種傳統(tǒng)開關電路的布置的電路圖；圖22是顯示另一傳統(tǒng)開關電路的布置的電路圖；和圖23是顯示傳統(tǒng)P-溝道MOS晶體管特性的曲線圖。
具體實施例方式下面將詳細解釋本發(fā)明的一個實施方案。在這個實施方案中，將要描述一種P-溝道功率MIS場效應晶體管，其中在其表面上含有(110)平面的硅襯底上形成由氧化硅膜制成的柵極絕緣膜。
圖1是顯示這個實施方案場效應晶體管中使用的形成硅襯底的硅晶體從<110>方向觀察時的晶體結構的示意圖。參考圖1，箭頭101和102每個均表示<110>方向，顯示了在形成場效應晶體管的襯底最上層表面上，硅原子103是平行于和柵極絕緣膜的界面而排列的。
另外，在這個實施方案的場效應晶體管中，柵極電極形成在<110>硅襯底的主表面上，例如(110)平面，使柵極電極的縱向在圖1的水平方向延伸，而源極區(qū)域和漏極區(qū)域相對于該紙分別向前和向后形成。在該方向中，場效應晶體管的源極和漏極區(qū)域形成在<110>硅平面上，使得連接源極和漏極區(qū)域的線和<110>取向匹配。如圖2所示，該方向上的MIS晶體管的遷移率最高。
圖2是顯示當在(110)平面上形成P-溝道MIS晶體管時，晶體管遷移率對晶體管形成方向的相關性的曲線圖。即，圖2顯示了當通過改變(110)平面中柵極電極縱向相對于和(111)平面的交線的角度而形成晶體管時，遷移率的變化情況。
參考圖2，當柵極電極縱向形成的角度為135°時，即當形成(100)平面，或者在(100)平面中形成源極和漏極區(qū)域，使連接源極和漏極區(qū)域的方向為<110>方向時，遷移率為最大值。這類似地適用于N-溝道MIS晶體管。形成在該方向上的N-溝道MIS晶體管的遷移率約為形成在(100)平面中的1.4倍，并且形成在該方向上的P-溝道MIS晶體管的遷移率約為形成在(100)平面中的2.5倍。形成在該方向上的MIS晶體管遷移率的增加可能是因為電子和空穴的有效質量和晶格散射概率沿著從源極區(qū)域到漏極區(qū)域的方向減小的原因。
如圖2所示，即使是在遷移率最大值的角度附近的角度，遷移率也沒有突然下降，因此即使在選擇約60°到180°的晶體平面取向時，也可以獲得其遷移率等于(100)N-溝道MOS晶體管的遷移率的場效應晶體管。這個實施方案的場效應晶體管還可以形成在基本上是(110)平面的平面中，或者在等價于(110)平面或具有與(110)平面的平面角接近的平面角的另一平面取向中，例如(551)平面、(331)平面、(221)平面、(321)平面、(531)平面、(231)平面、(351)平面、(320)平面或(230)平面。
圖3A和3B是顯示分別形成在(100)和(110)硅襯底上的P-溝道MIS場效應晶體管的漏極電流-漏極電壓特性的曲線圖。圖3顯示了這個實施方案(110)平面上的MIS場效應晶體管的電流驅動性能是(100)平面上的晶體管的2.5倍。
圖4顯示了本發(fā)明P-溝道MOS晶體管的柵極電壓-互導特性和傳統(tǒng)P-溝道MOS晶體管的柵極電壓-互導特性的比較。每個P-溝道MOS晶體管的柵極長度為100μm，柵極寬度為300μm，并且柵極氧化膜厚度為5nm。本發(fā)明的晶體管是通過用氧自由基的氧化方法(稍后描述)在硅(110)平面上形成由氧化硅膜制成的柵極絕緣膜而獲得的P-溝道晶體管。傳統(tǒng)的晶體管是通過用熱氧化或使用氧自由基的氧化方法在硅(100)平面上形成由氧化硅膜制成的柵極絕緣膜而獲得的P-溝道晶體管，和通過用熱氧化方法在硅(110)平面上形成由氧化硅膜制成的柵極絕緣膜而獲得的P-溝道晶體管。參考圖4A，通過用熱氧化方法在硅(110)平面上形成由氧化硅膜制成的柵極絕緣膜而獲得的傳統(tǒng)P-溝道晶體管的特性曲線41在互導方面優(yōu)于通過熱氧化方法在硅(100)平面上形成柵極氧化膜而獲得的傳統(tǒng)P-溝道晶體管的特性曲線42a。但是，該晶體管的閾值電壓偏離極大，不能獲得預定數(shù)值，因此該晶體管是不實用的。另一方面，參考圖4B，即使在其中柵極電壓絕對值大的區(qū)域，本發(fā)明的P-溝道MOS晶體管的特性曲線40也具有三倍于傳統(tǒng)P-溝道晶體管特性曲線42b(等于通過用熱氧化方法在硅(100)平面上形成柵極氧化膜而獲得的傳統(tǒng)P-溝道晶體管的特性曲線42a)互導的或更高的互導，所述的傳統(tǒng)P-溝道晶體管是通過使用氧自由基的氧化方法在硅(100)平面上形成柵極氧化膜而獲得的。不僅特性曲線40優(yōu)于通過用熱氧化方法在硅(110)平面上形成由氧化硅膜制成的柵極絕緣膜而獲得的傳統(tǒng)P-溝道晶體管的特性曲線41，而且其閾值電壓也等于通過使用氧自由基的氧化方法在硅(100)平面上形成柵極氧化膜而獲得的傳統(tǒng)P-溝道晶體管的閾值電壓，從而等于通過用熱氧化方法在硅(100)平面上形成柵極氧化膜而獲得的傳統(tǒng)P-溝道晶體管的閾值電壓。因此，這種晶體管可以沒有任何問題地在實踐中使用。通常，閾值電壓的偏差用等式(1)表示[等式1]ΔVth=QSSCOX=τOX×QSSϵ...(1)]]>其中Vth是閾值，Cox是柵極絕緣膜電容，Qss是在柵極絕緣膜中的固定電荷，ε是柵極絕緣膜的介電常數(shù)，且τox是柵極絕緣膜的厚度。ΔVth大是因為通過用熱氧化方法形成在硅(110)平面上的柵極氧化膜中存在大量的固定電荷。特別是在柵極-至-源極擊穿電壓為10V或以上的功率器件中，必須增加厚度τox以提高柵極絕緣膜的擊穿電壓，其結果是根據(jù)上述等式，ΔVth進一步加大。因此，在實踐中不可能使用通過用熱氧化方法在硅(110)平面上形成柵極氧化膜而獲得的傳統(tǒng)P-溝道晶體管作為功率器件。相反，本發(fā)明的P-溝道MOS晶體管具有厚的柵極絕緣膜，由此，其柵極-至-源極擊穿電壓為10V或以上，但是其閾值特性曲線等于通過在硅(100)平面形成柵極氧化膜而獲得的傳統(tǒng)P-溝道晶體管。本發(fā)明首次使得可以將具有高互導和高遷移率并且等價于N-溝道MOS晶體管的P-溝道晶體管投入實際使用。
下面將參考圖5解釋制造這個實施方案的P-溝道功率MIS場效應晶體管的方法。注意，圖5所示的實例舉例說明了制造具有LDD(輕摻雜漏極)結構的P-溝道晶體管的步驟。
首先，如圖5A所示，制備在其表面上含有(110)平面的N-型硅晶片襯底201，以及通過STI(淺槽隔離)等方法在表面上進行元件隔離，從而形成包括源極、漏極和溝道區(qū)域的元件區(qū)域202。
然后，在元件區(qū)域202上進行使用NH4OH-H2O2-H2O(SC1)和HCl-H2O2-H2O(SC2)的RCA清洗(圖5B)。在通過該RCA清洗從整個表面上除去有機物、粒子、金屬雜質后，將硅表面氧化形成由氧化硅膜制成的柵極絕緣膜204(圖5C)。
圖6是顯示微波激發(fā)等離子體儀器的一個實例的主要部件的截面圖，該儀器使用徑向線隙縫天線實現(xiàn)這個實施方案的柵極絕緣膜204。該圖省略了包括真空容器的反應氣體排氣裝置的下部。這種微波激發(fā)等離子體儀器的布置基本上等于PCT(WO)10-33362中公開的等離子體儀器。
這個實施方案的柵極絕緣膜204是用如下方法形成的。首先，將真空容器(處理室)401抽空，從噴射板(shower plate)402供應Kr氣和O2氣，以將處理室401內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)到約1托。將其表面上含有(110)平面的N-溝道硅晶片襯底403(圖5中的201)放置在帶有加熱機構的樣品臺404上，并將硅晶片襯底403的溫度設置在約400℃。當該溫度設置的范圍為200℃到550℃時，下面所述的結果基本上是相同的。
隨后，將2.45GHz的微波從共軸波導405通過徑向線隙縫天線406和介電板407供應到處理室401中，從而在處理室401中產(chǎn)生高密度等離子體。當供應的微波頻率處于從900MHz到10GHz范圍時，下面描述的結果是基本上相同的。在這個實施方案中，將噴射板402和襯底403之間的間隔設置為6cm。間隔越窄，膜形成越快。盡管在這個實施方案中使用具有徑向線隙縫天線的等離子體儀器進行膜形成，但是還可以使用另一方法將微波供應到處理室中。
在其中將Kr氣和O2氣混合的微波激發(fā)等離子體中，Kr*和處于中間激發(fā)態(tài)的O2分子相互碰撞，并且這有效地產(chǎn)生原子氧O*。該原子氧氧化襯底表面。傳統(tǒng)的硅表面氧化是用H2O分子和O2分子進行的，并且處理溫度非常高，即800℃或以上。然而在這個實施方案中，原子氧的氧化可以在足夠低的溫度下進行，即550℃或以下進行。
圖7顯示了在使用微波激發(fā)Kr/O2等離子體的硅襯底表面氧化過程中氧化膜厚度和氧化時間之間的關系對平面取向的相關性。硅襯底是(100)和(110)襯底。圖7還顯示了對900℃下的傳統(tǒng)干熱氧化的氧化時間的相關性。在傳統(tǒng)高溫熱氧化技術中，O2分子和H2O分子擴散通過形成在表面上的氧化膜，并且達到硅和氧化硅膜的界面，從而有助于氧化。這依照平面取向改變了氧化膜生長速度。但是，在如本實施方案中的使用微波激發(fā)Kr/O2等離子體的硅襯底表面氧化中，除了圖7所示的那些外，氧化硅膜的生長速度幾乎對任何平面取向都沒有相關性。
而且，氧化硅膜和硅之間的界面能級密度是用低頻C-V測量方法測量的。因此，使用微波激發(fā)等離子體形成的氧化硅膜的界面能級密度低，即在任何包含(100)平面和(110)平面的任何平面取向中是有利的。
如上所述，盡管用微波激發(fā)Kr/O2等離子體形成的氧化硅膜是在400℃的低溫下被氧化的，在包含(100)平面和(110)平面的任何平面取向中都可以獲得等于或好于傳統(tǒng)(100)高溫熱氧化膜的電學特性。
獲得該效果的部分原因在于Kr在膜形成之后立即被包含在氧化硅膜中。據(jù)認為包含在氧化硅膜中的Kr減輕了該膜中或硅和氧化硅膜之間的界面中的應力，減少了膜中的電荷和界面能級密度，并且極大地改善了氧化硅膜的電學特性。特別是當將Kr控制在表面密度為5×1011cm-2或以下時，氧化硅膜的電學特性和可靠特性提高。使用Ar或Xe代替Kr獲得類似結果。對于氧化膜，Kr是特別有利的。
回到圖5的解釋，將硼離子注入到其上形成柵極絕緣膜204的硅晶片襯底201整個表面上，以控制閾值電壓(圖5D)。在硼離子注入后，在硅晶片襯底201的整個表面上沉積多晶硅膜，并且形成圖案，以在元件區(qū)域202中柵極絕緣膜204上形成多晶硅電極(柵極電極)205(圖5E)。
在形成柵極電極205后，將硼以低密度離子注入，形成降低高電場的P-源極和P-漏極區(qū)域206(圖5F)。然后，通過CVD等在整個硅晶片襯底201上沉積氧化硅膜以覆蓋柵極電極205，并且進行各向異性蝕刻以在柵極電極205的側壁上形成側壁絕緣膜207(圖5G)。
此后，將諸如硼的P-型雜質在高濃度下離子注入，形成P+-源極和P+-漏極區(qū)域208(圖5H)。最后，在P+-源極和P+-漏極區(qū)域208上方的絕緣膜204中形成空穴，并且用鋁等形成源極電極和漏極電極(未顯示)，從而完成P-溝道功率MIS場效應晶體管的制造。
在如上所述的實施方案中，可以獲得約為形成在含有(100)平面的硅表面的P-溝道MIS晶體管2.5倍的電流驅動性能，并且獲得在相同大小和相同成本下具有和N-溝道功率MIS場效應晶體管相等的電流驅動性能的P-溝道MIS晶體管，而這是用形成在(110)硅上的傳統(tǒng)P-溝道MIS晶體管所不能獲得的。
圖8是顯示這個實施方案使用P-溝道功率MIS場效應晶體管的開關電路一個實例的電路圖，其中和圖21相同的參考數(shù)字表示相同的部件。如在圖21中的那樣，圖8中顯示的這個開關電路具有這樣的布置其中將作為開關元件的P-溝道功率 MIS場效應晶體管Q1插在連向負載LO的電源線的高電勢側，并且包括晶體管Q1、NPN晶體管Q2以及電阻器R1和R2。電源電壓(電池額定電壓)為12V。
圖9是顯示這個實施方案使用P-溝道功率MIS場效應晶體管的開關電路另一實例的電路圖，其中和圖22相同的參考數(shù)字表示相同的部件。如在圖22中的那樣，圖9中顯示的這個開關電路具有這樣的布置其中將作為開關元件的P-溝道功率MIS場效應晶體管Q11和Q12插在連向負載LO的電源線的高電勢側，N-溝道功率MIS場效應晶體管Q13和Q14插在電源線的低電勢側，并且包括晶體管Q11、Q12、Q13和Q14，電阻器R11、R12、R13和R14，高側驅動電路DR1，以及低側驅動電路DR2。
在圖8和9的每張圖中，不必使用按照常規(guī)是必需的充電泵電路，并且可以使用大小等于N-溝道功率MIS場效應晶體管的P-溝道功率MIS場效應晶體管。這使得可以降低成本。在圖8所示的情況下，一個雙極性NPN晶體管是必需的，但是開關電路的成本卻可以降低，因為雙極性晶體管不如充電泵電路昂貴。
注意在這個實施方案中通過微波激發(fā)等離子體形成的柵極氧化硅膜只需要存在于至少和硅接觸的部分中，并且還可以將由不同材料制成的絕緣膜例如氮化硅膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜、氧化鉿膜或氧化鋯膜堆積在該柵極氧化硅膜上。在這個實施方案中，柵極氧化膜的厚度為40nm，因為形成的是柵極-至-源極擊穿電壓為20V的P-溝道功率MIS場效應晶體管(因為形成的是用于由額定電壓為12V的電池驅動的汽車電子部件的功率晶體管)。但是，當柵極-至-源極擊穿電壓為例如60V時，可以通過微波激發(fā)等離子體形成的柵極氧化硅膜的厚度為約幾十nm。因此，還可以通過使用另一制造方法，例如微波激發(fā)、高密度等離子體CVD，在這種柵極氧化硅膜上形成絕緣膜，從而獲得具有所需厚度(1,200到1,500)的柵極絕緣膜。用于獲得10V的柵極-至-源極擊穿電壓的柵極氧化硅膜的厚度為20nm。
并且，為了實現(xiàn)這個實施方案的柵極氧化硅膜，還可以使用能夠使用等離子體低溫形成氧化膜的另一等離子體處理儀器代替圖6中所示的儀器。例如，還可以用兩級噴射板型等離子體處理儀器形成柵極氧化硅膜，所述儀器具有第一氣體排出裝置，用于排出通過微波激發(fā)等離子體的Kr氣，和第二氣體排出裝置，用于排出氧氣。
在其表面上含有(110)平面的硅晶片既可以是大塊晶體晶片，也可以是具有形成在嵌埋絕緣膜上的硅層的絕緣體上硅(SOI)晶片。硅襯底或金屬層可以存在于SOI晶片的嵌埋絕緣膜的下方。對于高速操作而言，其中在嵌埋絕緣膜下方形成由銅等制成的低電阻金屬層的SOI晶片更加有利。
至于本發(fā)明的第二實施方案，下面將描述這樣一種P-溝道功率MIS場效應晶體管，其中在其表面上含有(110)平面的硅襯底上形成由氧氮化硅膜制成的柵極絕緣膜。
即使在將要形成使用氧氮化硅膜作為柵極絕緣膜的場效應晶體管時，通過圖1所示的布置也得到最高的遷移率，在所述布置中，在<110>硅襯底上，最上層表面的硅原子平行于和柵極絕緣膜的界面排列，形成柵極電極，使柵極電極的縱向為紙的水平方向，而源極區(qū)域和漏極區(qū)域相對于該紙分別朝前和朝后形成。
形成在該方向上的這個實施方案的MIS場效應晶體管的電流驅動性能高于第一實施方案的電流驅動性能，因為氧氮化硅膜的介電常數(shù)比氧化硅膜的介電常數(shù)高。這個實施方案的P-溝道MIS場效應晶體管的電流驅動性能約為其中在<100>硅襯底上形成由氧化硅膜制成的柵極絕緣膜的P-溝道MIS場效應晶體管的2.8倍。這個實施方案MIS場效應晶體管遷移率的增加是因為，如在第一實施方案中，電子和空穴的有效質量和晶格散射概率沿著從源極區(qū)域到漏極區(qū)域的方向減小。
在如上所述的這個實施方案中，可以使P-溝道功率MIS場效應晶體管的電流驅動性能高于第一實施方案的電流驅動性能。
至于這個實施方案的增加遷移率的平面取向，如第一實施方案中的，這個實施方案的場效應晶體管還可以形成在基本上是(110)平面的平面中，或者等價于(110)平面或具有接近于(110)平面的平面角的另一平面取向中，例如(551)平面、(331)平面、(221)平面、(321)平面、(531)平面、(231)平面、(351)平面、(320)平面或(230)平面。
如在第一實施方案中的那樣，這個實施方案P-溝道功率MIS場效應晶體管的柵極氧氮化硅膜是用圖6所示的使用徑向線隙縫天線的微波激發(fā)等離子體儀器獲得的。這個實施方案柵極氧氮化硅膜的形成方法如下首先，將真空容器(處理室)401抽空，從噴射板402供應Kr氣、O2氣和NH3氣，以將處理室401內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)到約1托。將其表面上含有(110)平面的N-溝道硅晶片襯底403(圖5中的201)放置在帶有加熱機構的樣品臺404上，并將硅晶片襯底403的溫度設置在約400℃。
隨后，將5.45GHz的微波從共軸波導405通過徑向線隙縫天線406和介電板407供應到處理室401，從而在處理室401中產(chǎn)生高密度等離子體。將噴射板402和襯底403之間的間隔設置為約6cm。盡管在這個實施方案中使用具有徑向線隙縫天線的等離子體儀器進行膜形成，還可以使用另一方法將微波供應到處理室中。
在其中將Kr氣、O2氣和NH3氣混合的高密度激發(fā)等離子體中，Kr*、處于中間激發(fā)態(tài)的O2分子和NH3分子相互碰撞，從而有效地產(chǎn)生原子氧O*和NH*。該自由基氧氮化硅襯底表面。
在使用微波激發(fā)等離子體的硅表面氧氮化中，氧氮化硅膜的生長速度幾乎對任何平面取向沒有相關性。并且，氧氮化硅膜和硅之間的界面能級密度低，即在包含(100)平面和(110)平面的任何平面取向中是有利的。
在這個實施方案的柵極氧氮化硅膜形成中，氫的存在是重要的因素。由于氫存在于等離子體，在氧氮化硅膜中以及在氧氮化硅膜與硅之間的界面中的懸空鍵(dangling bond)通過形成Si-H鍵和N-H鍵而終止，這樣消除了氧氮化硅膜中和界面中的電子阱。這個實施方案氧氮化硅膜中Si-H鍵和N-H鍵的存在是通過分別測量紅外吸收光譜和X-射線光電子分光光譜而證實的。氫的存在消除了CV特性曲線的滯后，并將硅和氧氮化硅膜之間膜界面的表面密度降低到3×1010cm-2。當使用稀有氣體(Ar、Xe或Kr)、O2和N2/H2的氣體混合物形成氧氮化硅膜時，通過將氫的分壓設置在0.5％或以上，膜中的電子和空穴阱突然減小。
注意在這個實施方案中通過微波激發(fā)等離子體形成的柵極氧氮化硅膜只需要存在于至少和硅接觸的部分中，并且還可以將由不同材料制成的絕緣膜例如氮化硅膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜、氧化鉿膜或氧化鋯膜堆積在該柵極氧氮化硅膜上。特別地，當如這個實施方案形成P-溝道功率MIS場效應晶體管時，可以通過另一制造方法，例如CVD，在柵極氧氮化硅膜上形成絕緣膜而獲得具有所需厚度的柵極絕緣膜。
并且，為了獲得這個實施方案的柵極氧氮化硅膜，還可以使用能夠使用等離子體低溫形成氧化膜的另一等離子體處理儀器代替圖6中所示的儀器。例如，還可以用兩級噴射板型等離子體處理儀器形成柵極氧氮化硅膜，所述儀器具有第一氣體排出裝置，用于排出通過微波激發(fā)等離子體的Ar、Xe或Kr氣，和第二氣體排出裝置，用于排出O2和NH3氣(或N2/H2氣體)。也可以將Ar氣或Xe氣用作Kr氣。使用Xe氣是優(yōu)選的。
至于本發(fā)明的第三實施方案，下面將描述這樣一種P-溝道功率MIS場效應晶體管，其中在其表面上含有(110)平面的硅襯底上形成由氮化硅膜制成的柵極絕緣膜。
即使在將要形成使用氮化硅膜作為柵極絕緣膜的場效應晶體管時，通過圖1所示的布置也得到最高的遷移率，在所述布置中，在<110>硅襯底上，最上層表面的硅原子平行于和柵極絕緣膜的界面排列，形成柵極電極使其縱向為紙的水平方向，而源極區(qū)域和漏極區(qū)域相對于該紙分別朝前和朝后形成。
形成在該方向上的這個實施方案的MIS場效應晶體管的電流驅動性能高于第一實施方案的電流驅動性能，因為氮化硅膜的介電常數(shù)比氧化硅膜的介電常數(shù)高。氮化硅膜的介電常數(shù)是氧化硅膜的介電常數(shù)高約2倍。這個實施方案的P-溝道MIS場效應晶體管的電流驅動性能約為其中在<100>硅襯底上形成由氧化硅膜制成的柵極絕緣膜的P-溝道MIS場效應晶體管的5倍。這個實施方案MIS場效應晶體管遷移率的增加是因為，如在第一實施方案中，電子和空穴的有效質量和晶格散射概率沿著從源極區(qū)域到漏極區(qū)域的方向減小。
在如上所述的這個實施方案中，可以使P-溝道功率MIS場效應晶體管的電流驅動性能高于第二實施方案的電流驅動性能。
至于這個實施方案的增加遷移率的平面取向，如第一實施方案中的，這個實施方案的場效應晶體管還可以形成在基本上是(110)平面的平面中，或者等價于(110)平面或具有接近于(110)平面的平面角的另一平面取向中，例如(551)平面、(331)平面、(221)平面、(321)平面、(531)平面、(231)平面、(351)平面、(320)平面或(230)平面。
如在第一實施方案中，這個實施方案P-溝道功率MIS場效應晶體管的柵極氮化硅膜是用圖6所示的使用徑向線隙縫天線的微波激發(fā)等離子體儀器獲得的。這個實施方案柵極氮化硅膜的形成方法如下首先，將真空容器(處理室)401抽空，從噴射板402供應Kr氣和NH3氣，將處理室401內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)到約1托。將其表面上含有(110)平面的N-溝道硅晶片襯底403(圖5中的201)放置在帶有加熱機構的樣品臺404上，并將硅晶片襯底403的溫度設置在約400℃。
隨后，將2.45GHz的微波從共軸波導405通過徑向線隙縫天線406和介電板407供應到處理室401，從而在處理室401中產(chǎn)生高密度等離子體。將噴射板402和襯底403之間的間隔設置為約6cm。盡管在這個實施方案中使用具有徑向線隙縫天線的等離子體儀器進行膜形成，還可以使用另一方法將微波供應到處理室中。
在其中將Kr氣和NH3氣混合的高密度激發(fā)等離子體中，Kr*和處于中間激發(fā)態(tài)的NH3分子相互碰撞，從而有效地產(chǎn)生NH*。該自由基氮化硅襯底表面。
在使用微波激發(fā)等離子體的硅表面氮化中，氮化硅膜的生長速度幾乎和任何平面取向都沒有相關性。并且，氮化硅膜和硅之間的界面能級密度低，即在包含(100)平面和(110)平面的任何平面取向中是有利的。
在這個實施方案的柵極氮化硅膜形成中，氫的存在是重要的因素。由于氫存在于等離子體、在氮化硅膜中以及在氮化硅膜與硅之間的界面中的懸空鍵通過形成Si-H鍵和N-H鍵而終止，這樣消除了氮化硅膜中和界面中的電子阱。這個實施方案的氮化硅膜中Si-H鍵和N-H鍵的存在是通過分別測量紅外吸收光譜和X-射線光電子分光光譜而證實的。氫的存在消除了CV特性曲線的滯后，并將硅和氮化硅膜之間膜界面的表面密度降低到3×1010cm-2。當使用稀有氣體(Ar、Xe或Kr)和N2/H2的氣體混合物形成氮化硅膜時，通過將氫的分壓設置在0.5％或以上，膜中的電子和空穴阱突然減小。
注意在這個實施方案中通過微波激發(fā)等離子體形成的柵極氮化硅膜只需要存在于至少和硅接觸的部分中，并且還可以將由不同材料制成的絕緣膜例如氮化硅膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜、氧化鉿膜或氧化鋯膜堆積在該柵極氮化硅膜上。特別地，當如這個實施方案形成P-溝道功率MIS場效應晶體管時，可以通過另一制造方法，例如CVD，在柵極氮化硅膜上形成絕緣膜而獲得具有所需厚度的柵極絕緣膜。
并且，為了獲得這個實施方案的柵極氮化硅膜，還可以使用能夠使用等離子體低溫形成氧化膜的另一等離子體處理儀器代替圖6中所示的儀器。例如，還可以用兩級噴射板型等離子體處理儀器形成柵極氮化硅膜，所述儀器含有第一氣體排出裝置，用于排出通過微波激發(fā)等離子體的Ar、Xe或Kr氣(Xe是有利的)，和第二氣體排出裝置，用于排出NH3氣(或N2/H2氣體)。
下面將解釋本發(fā)明的第四實施方案，其中通過降低硅表面粗糙度來改善P-溝道功率MIS場效應晶體管的特性。
本發(fā)明人通過觀測發(fā)現(xiàn)當制造場效應晶體管時，例如，在RCA清洗過程中通過堿處理和純水清洗不可避免地使元件區(qū)域表面粗糙化。
另一方面，場效應晶體管中載流子的遷移率是晶體管電流驅動性能的一個指數(shù)，在P-溝道場效應晶體管中空穴是載流子。通常，為了改善場效應晶體管的電流驅動性能，必須通過降低元件區(qū)域表面的粗糙度來提高載流子的遷移率。
更具體而言，本發(fā)明人證實了，當使用正常的RCA清洗時，元件區(qū)域中硅的表面粗糙度當用中心線平均粗糙度Ra表示時為約0.5到1.5nm，并且在該硅表面上形成柵極絕緣膜。柵極絕緣膜通常是使用干O2形成的氧化硅膜。但是，在使用干O2的氧化中，據(jù)認為氧化物種進入(111)小面平面以優(yōu)先推進氧化。據(jù)證實，因而硅表面和柵極氧化硅膜之間界面的粗糙度進一步增加。
當使用具有由RCA清洗造成的微粗糙度(microroughness)的硅制造場效應晶體管時，不僅場效應晶體管的電流驅動性能下降，而且在凸出部分出現(xiàn)場集中，這容易造成當電壓試劑施加到柵極電極時絕緣擊穿。特別是，當使用在其表面含有(110)平面的硅時，在堿處理過程該粗糙度增加，并且當使用該硅時這降低了遷移率。
這個實施方案通過減小如上所述的硅表面的粗糙度而改善P-溝道功率MIS場效應晶體管的特性。
首先，下面將解釋這個實施方案的原理。決定(110)硅表面上載流子遷移率速度的因子(速度決定因子)通常是(1)雜質散射μco，(2)聲子散射μph，和(3)表面粗糙度散射μsr。還由Matterson定律已知，觀察到的遷移率μ是這三個因子的總和，并且由下面的等式2表示[等式2]μ-1=μco-1+μph-1+μsr-1...(2)]]>據(jù)發(fā)現(xiàn)(110)平面中的載流子受到上述三個速度決定因子中的硅表面粗糙度(即表面粗糙度散射μsr)的極大影響。當在實際中低溫(cryogenically)檢查遷移率和有效電場之間關系時，可以基本上忽視雜質散射μco和聲子散射μph，而只摘取表面粗糙度散射μST的影響。當在77K驗證遷移率和有效電場之間關系時，界面粗糙度對遷移率的影響在(110)平面中要大于在(100)平面中。
圖10顯示了通過模擬中心線平均粗糙度Ra和界面粗糙度譜之間關系而檢查的結果。由于使用傳統(tǒng)方法可實際獲得的中心線平均粗糙度Ra為約0.4nm，圖10中所示的中心線平均粗糙度Ra和界面粗糙度譜之間的關系顯然是在小于傳統(tǒng)方法限度的Ra區(qū)域中獲得的。此處提及的界面粗糙度譜不是通過測量等用物理方法獲得的粗糙度，而是為載流子實際感覺到的粗糙度，并且由等式3定義如下[等式3]<|Δq|2>=πΔ2Λ2e(q2Λ24)...(3)]]>其中Δ是界面粗糙度的中心線平均粗糙度Ra，Λ是界面粗糙度的平均周期，q是載流子相對于界面的入射波數(shù)矢量k和反射波數(shù)矢量k’之間的差值(即，q＝k-k’)。
如圖10所示，在(100)平面中，界面粗糙度譜的變化可以忽略地小于中心線平均粗糙度Ra的變化。相反，在(110)平面中，隨著中心線平均粗糙度Ra下降，界面粗糙度譜也下降，并且載流子遷移率升高。另外，如從圖10可見，可以通過模擬估計，當中心線平均粗糙度Ra減小到0.07nm或以下時，(110)硅中遷移率提高到和(100)硅中電子遷移率相同的水平。
因此，這個實施方案的要點是通過使用能夠將(110)硅表面中心線平均粗糙度Ra平面化至0.04nm或以下作為常規(guī)限度，特別是0.15nm或以下，優(yōu)選0.07nm或以下，并且使用這種平面化的硅獲得P-溝道功率MIS場效應晶體管。
下面將參考圖11描述根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的制造P-溝道功率MIS場效應晶體管的方法。
首先，如圖11A所示，制備在其表面上含有(110)平面的N-型硅晶片襯底301，并且通過STI等在表面上進行元件隔離，從而形成包括源極、漏極和溝道區(qū)域的元件區(qū)域302。
然后，在元件區(qū)域302上進行RCA清洗(圖11B)。據(jù)發(fā)現(xiàn)，在微粗糙度有問題的粗糙區(qū)域，還必需考慮作為RCA清洗步驟之一的SC1清洗過程中粗糙度的增加。實際上，在作為RCA清洗步驟之一的SC1清洗過程中，硅表面根據(jù)OH濃度被蝕刻，并且該蝕刻增加了粗糙度。
考慮到此，在這個實施方案中SC1清洗是在低OH濃度下進行的。典型的傳統(tǒng)SC1處理使用其中NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶1∶5的液體化學制品。然而，在這個實施方案，NH4OH∶H2O2∶H2O＝0.05∶1∶5，即OH濃度低于傳統(tǒng)SC1處理中的OH濃度。
并且，當在硅晶體中例如COP(源自晶體的粒子)的缺陷密度高時，在SC1處理過程中表面粗糙度的增加加速。另外，在SC1處理后由缺陷在表面上形成微坑，這使氧化膜擊穿電壓下降。當使用CZ晶片時，COP密度特別高。
因此，為了抑制SC1清洗過程中的表面粗糙度增加，優(yōu)選使用通過在硅表面上進行例如氫退火或氬退火，將殘余氧的含量減小到約5×1016/cm3而獲得的硅，或者含有其上外延生長了Si的表面的硅晶片。在這個實施方案中，使用的是含有其上外延生長了Si的表面的硅晶片。
當如上所述地使用低OH濃度SC1步驟時，硅表面的中心線平均粗糙度Ra約為0.15nm。當使用具有這種表面粗糙度的硅制造P-溝道晶體管時，能夠獲得具有高于傳統(tǒng)P-溝道晶體管的遷移率的晶體管。但是，也還是如圖10所示，當使用(110)硅時，具有此數(shù)值的中心線平均粗糙度Ra不能獲得和使用(100)硅時相同的遷移率。
因此，在這個實施方案中，為了進一步平面化表面粗糙度，如圖11C所示，作為平面化元件區(qū)域302的硅表面的一個方法，將元件區(qū)域302的表面在含有自由基氧的環(huán)境中氧化，從而形成犧牲性氧化膜303。通過在自由基氧環(huán)境中形成犧牲性氧化膜303，犧牲性氧化膜303的表面比形成犧牲性氧化膜303之前更加平整。
下面詳細解釋圖11C中使用的自由基氧化。這個實施方案的自由基氧化方法使用如圖6所示的微波激發(fā)等離子體儀器。參考圖6，首先將真空容器(處理室)401抽空，并從噴射板402供應Kr氣和O2氣，將處理室401內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)到約1托。將其表面上含有(110)平面的硅晶片襯底403(圖11中的301)放置在帶有加熱機構的樣品臺404上，并將硅晶片襯底403的溫度設置在約400℃。當該溫度設置的范圍為200℃到550℃時，下面所述的結果基本上是相同的。
隨后，將2.45GHz的微波從共軸波導405通過徑向線隙縫天線406和介電板407供應到處理室401，從而在處理室401中產(chǎn)生高密度等離子體。當供應的微波頻率范圍為900MHz到10GHz時，下面描述的結果是基本上相同的。在這個實施方案中，將噴射板402和襯底403之間的間隔設置為6cm。間隔越窄，膜形成越快。盡管在這個實施方案中使用具有徑向線隙縫天線的等離子體儀器進行膜形成，還可以使用另一方法將微波供應到處理室中。
當在含有自由基氧的環(huán)境中氧化硅表面時，氧化物種附著在硅表面突出部分上的概率增加。另外，當自由基和這些突出部分碰撞時，突出部分帶上負電荷并且容易吸引諸如O+和O2+的氧離子。當這些效果合在一起時，突出部分優(yōu)先氧化，并且據(jù)認為在硅表面形成平面化的氧化硅膜。
圖12顯示了當在硅表面上進行干氧化時以及在在含有自由基氧的環(huán)境中進行氧化時表面平坦度變化的方式。參考圖12，“起始”表示在進行上述低OH濃度SC1步驟之后的中心線平均粗糙度Ra。如圖12所示，中心線平均粗糙度Ra處于0.14到0.16nm的范圍。
當通過干氧化在這種硅表面上形成氧化硅膜時，中心線平均粗糙度Ra在0.17到0.19nm之間變化。另一方面，如在這個實施方案中通過自由基氧化形成氧化硅膜時，表面的中心線平均粗糙度Ra小于0.07nm。即，干氧化提高了粗糙度，而自由基氧化改善了平坦度。
圖12所示的氧化后的粗糙度是將氧化膜在HF和HCl的溶液混合物(HF∶HCl的體積比＝1.19)中浸漬1分鐘然后剝離后而獲得的。注意，在氧化膜蝕刻中使用HF和HCl的溶液混合物是為了當使用含有盡可能低的OH離子濃度的液體化學制品剝離氧化膜時抑制硅表面的蝕刻，從而精確檢測硅和柵極絕緣膜之間界面的狀態(tài)。
在測量氧化后的粗糙度之前，將(110)硅在HF和HCl溶液混合物中浸漬10分鐘或以上，檢查浸漬前后中心線平均粗糙度Ra的變化。結果是，浸漬前后在(110)硅上沒有發(fā)現(xiàn)中心線平均粗糙度Ra的變化，即硅沒有被蝕刻。采用這種方式，證實了這種評估方法的適當性。在以下解釋中，絕緣膜下方的硅表面的粗糙度值是在將絕緣膜在HF和HCl溶液混合物中浸漬1分鐘然后剝離后而評估的值。
如上所述，自由基氧化能夠改善硅表面的平坦度。使用這種自由基氧化方法的硅表面平面化是適用于任何半導體元件的技術，無論其應用的硅平面取向或者半導體元件的類型。
在形成上述犧牲性氧化膜303后，如圖11D所示，將犧牲性氧化膜303剝離。在這個實施方案中，使用以HF∶HCl＝1∶19的體積比混和并且pH為1或以下的液體化學制品剝離犧牲性氧化膜303。
然后，如圖11E所示，在含有自由基氧的環(huán)境中氧化元件區(qū)域硅表面，形成由5nm厚的氧化硅膜制成的柵極絕緣膜304。在這種狀態(tài)下，作為一個實驗，將柵極絕緣膜304浸漬在以HF∶HCl＝1∶19的體積比混和并且pH為1或以下的液體化學制品中，并且剝離，從而評估硅表面和柵極絕緣膜之間界面的粗糙度。結果，中心線平均粗糙度Ra為0.06nm。
隨后，將硼離子注入到其上形成柵極絕緣膜304的硅晶片襯底301整個表面上，以控制閾值電壓(圖11F)。在硼離子注入后，在元件區(qū)域302中柵極絕緣膜304上形成多晶硅電極(柵極電極)305(圖11G)。
在形成柵極電極305后，將硼在低密度下離子注入，形成P-源極和P-漏極區(qū)域306(圖11F)，并且在柵極電極305側壁上形成側壁絕緣膜307(圖11I)。此后，將諸如硼的P-型雜質在高濃度下離子注入，形成P+-源極和P+-漏極區(qū)域308(圖11J)。最后，在P+-源極和P+-漏極區(qū)域308上方的絕緣膜304中形成空穴，并且用鋁等形成源極電極和漏極電極(未顯示)，從而完成P-溝道功率MIS場效應晶體管的制造。
研究圖11B所示的RCA清洗后的中心線平均粗糙度Ra和遷移率之間的關系。即，在RCA清洗后，在SC1清洗過程中，通過改變氨濃度，硅表面的中心線平均粗糙度Ra從0.05到0.18nm變化，并且檢查遷移率的粗糙度散射組分的變化。
結果顯示在圖13中。圖13顯示，遷移率隨著中心線平均粗糙度Ra的下降而增加。當使用上述低OH濃度SC1步驟時，中心線平均粗糙度Ra為約0.15nm，因此可以認為這是可以通過清洗獲得的平面化極限。相反，當如在這個實施方案中通過自由基氧化形成犧牲性氧化膜303然后剝離時，可以將中心線平均粗糙度Ra平面化至0.05nm。
如從圖13所示的中心線平均粗糙度Ra和(110)硅遷移率之間的關系還清楚的是，當中心線平均粗糙度Ra為0.15nm或以下時，觀察到電子遷移率改善現(xiàn)象。另外，當中心線平均粗糙度Ra為0.09nm或以下時，遷移率突然增加?？梢哉J為，0.09nm是開始突然的遷移率升高的拐點。此外，可以預測，當將中心線平均粗糙度Ra平面化至0.07nm時，獲得和通過(100)表面獲得的載流子電子遷移率相等的遷移率，并且直至0.05nm或以下遷移率一直提高。
上述的是首次可以獲得的發(fā)現(xiàn)，因為通過在清洗后進行上述的自由基犧牲性氧化，獲得非常平的表面。
在這個實施方案中，還是如圖13所示，可以獲得中心線平均粗糙度＝0.05nm，并且使遷移率3倍于使用傳統(tǒng)RCA清洗形成的P-溝道MIS晶體管的遷移率。
因此，在這個實施方案中，在相同大小和相同成本下，可以獲得和N-溝道功率MIS場效應晶體管相等的電流驅動性能。
因為硅表面和柵極絕緣膜之間的界面比使用傳統(tǒng)RCA清洗形成的MIS晶體管中的相應界面更加平整，還可以改善柵極絕緣膜304的可靠性。
注意，在這個實施方案中柵極絕緣膜304的是用微波激發(fā)等離子體形成的，但是它還可以通過諸如CVD的另一制造方法形成。形成柵極絕緣膜304的氧化硅膜只需要存在于至少和硅接觸的部分中，并且還可以將由不同材料制成的一種或多種絕緣膜堆積在氧化硅膜上，所述的不同材料如使用例如堿土金屬、稀土金屬或過渡金屬的氧化物、氮化物、氧氮化物或硅酸鹽。當柵極-至-源極擊穿電壓為例如60V時，可以通過微波激發(fā)等離子體形成的柵極氧化硅膜的厚度為約幾十nm。因此，還可以通過使用另一制造方法，例如CVD，在這種柵極氧化硅膜上形成絕緣膜，從而形成具有所需厚度的柵極絕緣膜304。
另外，代替這個實施方案中形成的氧化硅膜，還可以形成由使用堿土金屬、稀土金屬或過渡金屬的氧化物、氮化物、氧氮化物或硅酸鹽制成的柵極絕緣膜。而且，還可以形成包含氧化硅膜、氮化硅膜和氧氮化硅膜中至少一種的柵極絕緣膜。
在這個實施方案中形成可用作柵極絕緣膜的高k膜的材料實例是金屬硅酸鹽、金屬氧化物、金屬氮化物和金屬氧氮化物，所述金屬硅酸鹽是選自Hf、Zr、Ta、Ti、La、Co、Y和Al中的一種元素或元素組合的硅酸鹽，金屬氧化物是選自Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr和Ba中的一種元素或元素組合的氧化物，金屬氮化物是選自Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr和Ba中的一種元素或元素組合的氧化物，金屬氧氮化物是選自Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr和Ba中的一種元素或元素組合的氧氮化物。
下面將參考圖14描述根據(jù)本發(fā)明第五實施方案的制造P-溝道功率MIS場效應晶體管的方法。在第四實施方案中，使用的是具有其上外延生長了Si的表面的(110)硅平面。在這個實施方案中，使用通過在<100>方向上偏取向8獲得的硅平面，一個具有其上外延生長了Si的表面的(110)硅平面，還使用柵極氧氮化硅膜。注意，偏取向8的平面換言之是(551)硅平面。
首先，如圖14A所示，制備在其表面上含有(551)平面的N-型硅晶片襯底401，并且通過STI等在表面上進行元件隔離，從而形成包括源極、漏極和溝道區(qū)域的元件區(qū)域402。
然后，在元件區(qū)域402上進行RCA清洗(圖14B)。在這個實施方案中，如第四實施方案中那樣，為了抑制SC1清洗過程中粗糙度的增加，使用其中NH4OH∶H2O2∶H2O＝0.05∶1∶5，即OH濃度低于傳統(tǒng)SC1處理中的OH濃度的液體化學制品。
此后，如圖14C和14D所示，至于平面化元件區(qū)域402的硅表面的方法，通過在300℃到500℃下在含有自由基氧的環(huán)境中氧化元件區(qū)域402的表面形成犧牲性氧化膜403，然后剝離。在這個實施方案中，使用以HF∶HCl＝1∶19的體積比混和并且pH為1或以下的液體化學制品剝離犧牲性氧化膜403。
當觀察剝離犧牲性氧化膜403后的表面狀態(tài)時，如圖15所示，出現(xiàn)包括多個平臺的自排列階梯形狀，每個平臺在其表面上均具有(110)平面，以及沿著<-110>方向的臺階。臺階高度優(yōu)選為約0.17到0.35nm，并且中心線平均粗糙度Ra優(yōu)選為約0.04nm。
然后，如圖14E所示，在含有自由基氧的環(huán)境中氧化元件區(qū)域402的硅表面，形成由氧氮化硅膜制成的柵極絕緣膜404。在這種狀態(tài)下，作為一個實驗，將柵極絕緣膜404浸漬在以HF∶HCl＝1∶19的體積比混和并且pH為1或以下的液體化學制品中，并且剝離，從而評估硅表面和柵極絕緣膜之間界面的粗糙度。結果，中心線平均粗糙度Ra為0.05nm。為了比較，檢查其上沒有進行自由基犧牲性氧化的硅表面的中心線平均粗糙度Ra，發(fā)現(xiàn)為0.15nm。
如第四實施方案中那樣，可以通過使用徑向線隙縫天線的微波激發(fā)等離子體儀器(圖6)，形成這個實施方案的場效應晶體管的柵極氧氮化硅膜。更具體而言，用以下方法形成氧氮化硅膜首先，將真空容器(處理室)401抽空，并從噴射板402供應Kr氣、O2氣和NH3氣，將處理室401內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)到約1托。將其表面上含有(110)平面的硅晶片襯底403(圖14中的401)放置在帶有加熱機構的樣品臺404上，并將硅晶片襯底403的溫度設置在約400℃。當該溫度設置的范圍為200℃到550℃時，下面所述的結果基本上是相同的。
隨后，將5.45GHz的微波從共軸波導405通過徑向線隙縫天線406和介電板407供應到處理室401中，從而在處理室401中產(chǎn)生高密度等離子體。將噴射板402和襯底403之間的間隔設置為約6cm。盡管在這個實施方案中使用具有徑向線隙縫天線的等離子體儀器進行氧氮化，還可以使用另一方法將微波供應到處理室中。
在這個實施方案的柵極氧氮化硅膜形成中，如在第二實施方案中，氫的存在是重要的因素。氫的存在消除了CV特性曲線的滯后，并將硅和氧氮化硅膜之間膜界面的表面密度降低到3×1010cm-2。當使用稀有氣體(Ar或Kr)、O2、N2和H2的氣體混合物形成氧氮化硅膜時，通過將氫的分壓設置在0.5％或以下，膜中的電子和空穴阱突然減小。
在形成柵極絕緣膜404后，將硼離子注入到硅晶片襯底401的整個表面中，以控制閾值電壓(圖14F)，并且在元件區(qū)域402中柵極絕緣膜404上形成多晶硅電極(柵極電極)405(圖14G)。
在形成柵極電極405后，將硼在低密度下離子注入，形成P-源極和P-漏極區(qū)域406(圖14H)，并且在柵極電極405側壁上形成側壁絕緣膜407(圖14I)。此后，將諸如硼的P-型雜質在高濃度下離子注入，形成P+-源極和P+-漏極區(qū)域408(圖14J)。最后，在P+-源極和P+-漏極區(qū)域408上方的絕緣膜404中形成空穴，并且用鋁等形成源極電極和漏極電極(未顯示)，從而完成P-溝道功率MIS場效應晶體管的制造。
在這個實施方案中，可以獲得三倍于使用傳統(tǒng)RCA清洗形成的P-溝道MIS晶體管的遷移率。
另外，可以改善柵極絕緣膜的可靠性，因為硅表面和柵極絕緣膜之間的界面比使用傳統(tǒng)RCA清洗形成的MIS晶體管更平整。
注意，在這個實施方案中，還可以通過將例如Kr氣和NH3氣供應到微波激發(fā)等離子體處理室中形成柵極氮化硅膜。
還注意的是，形成柵極絕緣膜404的氧氮化硅膜或氮化硅膜只需要存在于至少和硅接觸的部分中，并且還可以將由不同材料制成的一種或多種絕緣膜堆積在柵極絕緣膜404上，所述的不同材料如使用例如堿土金屬、稀土金屬或過渡金屬的氧化物、氮化物、氧氮化物或硅酸鹽。在這個實施方案中，柵極絕緣膜的厚度為40nm，因為形成的是柵極-至-源極擊穿電壓為20V的P-溝道功率MIS場效應晶體管(因為形成的是用于由額定電壓為12V的電池驅動的汽車電子部件的功率晶體管)，并且可以通過氮化或氧氮化形成該膜。但是，當柵極-至-源極擊穿電壓為例如60V時，可以通過微波激發(fā)等離子體形成的柵極氧化硅膜的厚度為約幾十nm。因此，還可以通過使用另一制造方法，例如CVD，在該柵極絕緣膜上形成絕緣膜，從而形成具有所需厚度的柵極絕緣膜404。
另外，代替這個實施方案中形成的氧氮化硅膜，還可以形成由例如使用堿土金屬、稀土金屬或過渡金屬的氧化物、氮化物、氧氮化物或硅酸鹽制成的柵極絕緣膜。
在上述的第四和第五實施方案中，硅表面是用自由基犧牲性氧化方法平面化的。但是，還可以通過使用自由基犧牲性氧化方法以外的方法來維持或改善平坦度，并且改善P-溝道功率MIS場效應晶體管的性能。
首先，下面將解釋使用濕氧化法改善平坦度的實施方案作為第六實施方案。制備包含具有相對較大粗糙度的表面的(110)硅，并且在1,000℃、H2＝1slm且O2＝1slm下，通過濕氧化法氧化硅表面，從而形成3,000厚的氧化硅膜(第一步驟)。
然后，將氧化硅膜用含有HF的H2O液體化學制品深蝕刻，直至殘余膜厚度為0到2,500(第二步驟)。此后，將第一步驟和第二步驟重復兩次，并且最后使用以HF∶HCl＝1∶19的體積比混和并且pH為1或以下的液體化學制品將氧化硅膜完全剝離。
結果顯示在圖16中。在圖16中，橫坐標表示第二步驟中氧化硅膜的殘余膜量(厚度)，縱坐標表示中心線平均粗糙度Ra。作為一個參考，圖16還顯示了當形成9,000厚氧化硅膜，然后立即用以HF∶HCl＝1∶19的體積比混和并且pH為1或以下的液體化學制品剝離時獲得的數(shù)據(jù)。
參考圖16，中心線平均粗糙度Ra隨著氧化硅膜的殘余膜厚度在第二步驟深蝕刻過程中降低而降低，并且當殘余膜厚度為1,000時幾乎飽和。當殘余膜厚度為0，即當氧化硅膜被完全剝離時，平面化效果喪失。
這可能是因為當硅表面由液體化學制品處理而暴露時，由液體化學制品在硅表面上造成的諸如攻擊和金屬污染之類的因素和平面化干擾增加。當將第二步驟中殘余膜量設置到合適的數(shù)值，例如100，通過重復第一步驟和第二步驟獲得的平面化效果高于通過形成9,000厚氧化硅膜然后立即將其剝離的效果。
通過氧化和深蝕刻獲得平面化效果的機理尚不清楚。但是，一個可能的原因是當殘余膜通過深蝕刻變薄時，濕氧化的氧化物種容易均勻地到達硅和氧化硅膜之間的界面附近。
此外，還檢查了第一和第二步驟重復次數(shù)和平坦度之間的關系。結果顯示于圖17中。在圖17中，橫坐標表示重復次數(shù)，縱坐標表示中心線平均粗糙度Ra。如從圖17清楚的是，當重復次數(shù)超過3時，中心線平均粗糙度Ra幾乎飽和。這表明第一和第二步驟重復次數(shù)具有合適的數(shù)值。
如上所述，通過使用濕氣體進行氧化(第一步驟)，在不剝離的情況下深蝕刻氧化膜直至膜厚度為10到1,000(第二步驟)，將第一和第二步驟重復所需的次數(shù)，最后用含有HF的水溶液剝離氧化膜，如此可以使硅表面比初始晶片更加平整。
下面將描述在不使用任何液體化學制品處理的情況下維持和改善平坦度的方法作為本發(fā)明的第七實施方案。如上所述，經(jīng)常使用RCA清洗來清洗硅表面。在RCA清洗步驟中的SC1清洗(通過將硅浸漬到加熱到80℃的氨、過氧化氫水溶液和純水中進行的清洗)過程中，弱的Si-Si鍵部分被OH離子攻擊，這使Si表面粗糙化。在SC1處理中，過氧化氫水溶液對硅表面的氧化、OH離子對Si-O的蝕刻以及通過Si-Si蝕刻的深蝕刻是同時進行的。盡管這使RCA清洗具有高效除去粒子和有機污染物的特性，但是RCA清洗有副作用，即Si表面上的粗糙度。為了保持硅表面盡可能不粗糙，要求使用無堿清洗的清洗方法。至于不使用堿清洗并且能夠在等于或高于RCA的水平上除去粒子、有機污染物和金屬污染物的清洗方法，日本專利公開11-057636公開了一種使用五個步驟的清洗方法。
日本專利公開11-057636中公開的這種清洗方法的特征在于包括以下步驟第一步驟，使用含有臭氧的純水進行清洗；第二步驟，使用含有HF、H2O和表面活性劑的清洗溶液同時施加頻率為500kHz或以上的振動進行清洗；第三步驟，使用含有臭氧的純水進行清洗；第四步驟，使用含有HF和H2O的清洗溶液進行清洗，以除去氧化硅膜；第五步驟，使用純水進行清洗。
據(jù)認為日本專利公開11-057636中公開的清洗方法能夠在不使Si表面平坦度變差的情況下進行清洗，因為如上所述，該方法不包括堿處理。日本專利公開11-057636顯示了這樣一個實例，其中在清洗前后表面的中心線平均粗糙度Ra被保持在0.11nm。但是，日本專利公開11-057636沒有指出以下事實當進行RCA清洗時，表面粗糙度(Ra)增加。另外，日本專利公開11-057636描述了在其表面上含有(100)平面的硅上有限地進行的實驗的結果。對于其表面上含有(110)平面的硅，不能獲得0.15nm或以下的初始晶片，并且即使在使用這種方法時，也不能獲得0.15nm或以下的中心線平均粗糙度Ra。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將日本專利公開11-057636公開的第一到第五步驟的第二步驟和第四步驟中使用的H2O脫氣以降低溶解氧量，能夠保持表面平坦度。即，在這個實施方案的第二步驟中，通過除去第一步驟中形成的氧化硅膜而除去粒子。同樣，在第四步驟中，通過除去第三步驟中形成的氧化硅膜而除去金屬污染物。
如果溶解氧存在于第二和第四步驟中的液體化學制品中，在已經(jīng)用HF進行清除的硅表面上，弱的Si-Si部分被再次選擇性氧化并同時被HF除去。結果，表面粗糙度增加。因此，在這個實施方案中，據(jù)發(fā)現(xiàn)通過在第二和第四步驟中將溶解氧量從常規(guī)的ppm級降低到100ppb或以下(優(yōu)選10ppb或以下)，進行液體化學制品處理，可以保持表面粗糙度(Ra)。
更具體而言，將使用含有5ppm臭氧的純水的清洗在其表面上含有(110)平面的硅上進行5分鐘(第一步驟)，并且將使用含有脫氣的0.5％HF水溶液、脫氣的H2O和50ppm表面活性劑的清洗溶液的清洗進行5分鐘，同時施加頻率為950kHz的振動(第二步驟)。然后，進行使用含有5ppm臭氧的純水的清洗5分鐘(第三步驟)，進行使用含有脫氣的0.5％HF和脫氣H2O的清洗溶液的清洗1分鐘，以除去氧化膜(第四步驟)，以及將使用通過加入0.1到50ppmH到脫氣的H2O中而獲得的超純水的清洗進行10分鐘(第五步驟)。
同樣，通過將硅浸漬到清洗溶液中進行清洗。圖18顯示了通過比較用傳統(tǒng)RCA清洗的硅表面的粗糙度而獲得的結果。如圖18所示，當在硅表面上用傳統(tǒng)技術進行RCA清洗時，清洗之前為0.08nm的中心線平均粗糙度Ra增加到0.13nm，但是在這個實施方案中粗糙度的增加減小到0.10nm。
注意，根據(jù)這個實施方案，能夠通過在剝離氧化硅膜時使用含有HF和溶解氧濃度為100ppb或以下的H2O的清洗溶液而減小硅表面粗糙度的技術，還可以在剝離氮化硅膜和氧氮化硅膜時使用。
另外，通過將第二和第四步驟中使用的H2O脫氣，然后加入0.1到50ppm的氫，除了降低溶解氧量的效果外，還嘗試降低OH離子濃度。圖18顯示了和RCA比較的結果。結果，中心線平均粗糙度Ra從初始晶片的0.08nm增加了約0.01nm，但是這種增加小于RCA導致的增加。特別是在第二步驟中，日本專利公開11-057636中公開的清洗方法存在以下問題如果進行處理的同時施加頻率為500khz或以上的振動，H2O分解成H和OH，這增加了OH濃度。
在這個實施方案中，通過使用含有HF、H2O和50ppm表面活性劑的清洗溶液進行清洗，其中將H2O脫氣至溶解氧濃度為100ppb或以下并且隨后加入50ppm H，能夠基本上保持中心線平均粗糙度Ra。這意味著在第二步驟中進行抑制OH產(chǎn)生的超聲清洗。注意，溶解氧量優(yōu)選10ppb或以下。
此外，除了在第二和第四步驟中使用通過將H2O脫氣然后加入0.1到50ppm的氫而制備的液體化學制品外，這五個步驟是在其中清洗液體化學制品和硅表面從清洗開始到結束不暴露在空氣中的儀器中進行的，從而防止氧從空氣中溶解進入液體化學制品。圖18顯示了和傳統(tǒng)RCA比較的結果。如圖18所示，與初始晶片的0.08nm相比，粗糙度沒有增加，即，能夠保持表面粗糙度(Ra)。
還可以只使用pH為7或以下的非堿性溶液進行上述半導體的處理或清洗。在這種情況下，還可以進行超聲處理同時抑制OH產(chǎn)生，或者通過加入H2抑制OH產(chǎn)生。
下面描述將本發(fā)明應用于溝結構垂直P-溝道功率MOS晶體管的一個實施方案。圖19A顯示了這個實施方案中的垂直P-溝道MOSFET襯底，該襯底是用以下方法獲得的在含有(110)平面的硅襯底(未顯示)上，形成具有第一導電類型的重摻雜漏極層503，雜質濃度不同但導電類型和重摻雜漏極層503相同的漏極層504，以及具有和第一導電類型相反的第二導電類型并且其中將要形成P-溝道MOSFET的溝道的主體層(body layer)505。重摻雜漏極層的導電類型、雜質濃度和厚度分別為p-型、1×1020cm-3和0.2μm，漏極層的導電類型、雜質濃度和厚度分別為p-型、2×1017cm-3和0.5μm，而主體層的導電類型、雜質濃度和厚度分別為n-型、5×1018cm-3和0.2μm。在這個實施方案中，重摻雜漏極層503的雜質濃度為約1×1020cm-3或以上，并且厚度為20μm或以下，因此可以減小所形成的元件的串聯(lián)電阻，并且容易形成高速運行的元件。另外，由于層503是由具有(110)平面取向的Si單晶制成的，可以使擴散常數(shù)大于使用傳統(tǒng)的(100)襯底時的擴散常數(shù)，而這增加了運行速度。并且，這種Si層是通過在600℃或以下的低溫外延生長形成的，并且雜質含量被精確控制，因此能夠容易地制造高性能元件。
在根據(jù)這個實施方案的垂直溝結構P-溝道MOSFET中，如圖19B所示，使用圖19A所示的襯底來形成元件區(qū)域，將BF2+離子注入以摻雜用于形成和主體區(qū)域505相反的導電類型的硼，從而形成源極區(qū)域506。雜質濃度為p-型1×1020cm-3。接著，通過CVD沉積0.5μm厚的SiO2507，形成層間介電膜(圖19C)。這使得可以減小柵極電極和柵極區(qū)域的疊加電容。
然后，如圖19D所示，在預期的柵極電極區(qū)域形成溝孔508以形成柵極電極。其做法如下用光致抗蝕劑涂布整個襯底表面并將光致抗蝕劑形成圖案，以在抗蝕劑的溝形成部分形成孔。該孔位于源極區(qū)域。然后通過通常使用的RIE方法形成溝孔。溝孔508的底部到達漏極區(qū)域504，并且在這個實施方案中，其深度、寬度和長度分別為0.8、0.3和20μm。這些數(shù)值可以根據(jù)元件的應用情況而變化。由于硅505表面是(110)平面，和硅表面成90的溝孔508的內(nèi)壁表面也是(110)平面。然后，如圖20A所示，在除去光致抗蝕劑后形成柵極氧化膜511。柵極氧化膜形成是通過在400℃下使用等離子體氧化Kr和O2的氣體混合物，從而在溝孔內(nèi)壁上形成20nm厚的氧化硅膜而完成的。以這種方式，能夠在溝孔508的(110)內(nèi)壁上均勻地形成擊穿電壓為4到5MV/cm的高質量氧化膜511。含有這種柵極氧化膜511的P-溝道MOS晶體管的柵極-至-源極擊穿電壓為10V。
然后，如圖20B所示，形成柵極電極510。通過CVD在400℃下沉積柵極電極材料，例如多晶硅，并且通過濺射形成含有約1％原子組成的Si的Al膜。整個襯底表面用光致抗蝕劑涂布，并且將柵極電極部分形成圖案，以完成柵極電極510。
接著，如圖20B所示，為了形成層間介電膜512，通過CVD在400℃下，將SiO2沉積在整個襯底表面上，從而形成源極電極509。在這種源極電極形成中，首先涂敷光致抗蝕劑，然后形成用于源極電極部分509的孔的圖案。這樣形成源極電極孔的圖案，使在p+-源極層506和n-型主體層505上均形成光致抗蝕劑孔。以這種方式，可以通過源極電極509獲得源極電勢和主體電勢。為了形成孔，通過蝕刻光致抗蝕劑孔部分中的SiO2膜507和512，形成接觸孔，通過濺射形成含有約1％原子組成的Si的Al膜并且通過蝕刻形成圖案，從而形成源極電極509。
通過上述步驟，完成根據(jù)這個實施方案的溝結構垂直P-溝道功率MOS場效應晶體管。由于使重摻雜漏極層503薄到0.2μm并且其電阻也減小了，元件的串聯(lián)電阻低，因此獲得高速晶體管。
注意，通過其中將n+-型硅和p+-型硅交替排列在重摻雜漏極區(qū)域的漏極縮短的元件(drain-shorted element)也能夠獲得相等效果。
工業(yè)適用性本發(fā)明可應用于在例如汽車電子部件中使用的P-溝道功率MIS場效應晶體管。
權利要求
1.一種P-溝道功率MIS場效應晶體管，其包含具有硅區(qū)域的襯底，硅區(qū)域的表面基本上是(110)平面，形成在該表面上的柵極絕緣膜，以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，并且其中所述硅區(qū)域至少被用作溝道，該P-溝道功率MIS場效應晶體管的特征在于所述柵極絕緣膜的至少和所述硅區(qū)域表面接觸的接觸部分含有氬、氪或氙，并且P-溝道MIS場效應晶體管的源極-至-柵極擊穿電壓不小于10V。
2.根據(jù)權利要求1的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的至少和所述硅區(qū)域表面接觸的接觸部分中的氬、氪或氙含量以表面密度計為不超過5×1011cm-2。
3.根據(jù)權利要求1的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜中氬、氪或氙的含量在所述柵極絕緣膜和所述柵極電極接觸的界面中為最大值，并且向著所述柵極絕緣膜和所述硅區(qū)域表面接觸的界面減小。
4.根據(jù)權利要求1的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于P-溝道功率MIS場效應晶體管的柵極閾值電壓基本上等于這樣的P-溝道MIS場效應晶體管的柵極閾值電壓，所述P-溝道MIS場效應晶體管具有不含氬、氪和氙中任何一種的柵極絕緣膜，并且其中所述柵極絕緣膜和柵極電極形成于其表面為(100)平面的硅區(qū)域中。
5.根據(jù)權利要求1的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的至少和所述硅區(qū)域表面接觸的接觸部分是由氧化硅膜、氧氮化硅膜或氮化硅膜制成的。
6.根據(jù)權利要求5的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的至少和所述硅區(qū)域表面接觸的接觸部分是由氧化硅膜制成的，所述的氧化硅膜是通過使用自由基氧氧化所述硅區(qū)域的表面而形成的并且厚度不大于100nm。
7.根據(jù)權利要求5的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的至少和所述硅區(qū)域表面接觸的接觸部分是由氮化硅膜制成的，所述氮化硅膜是通過使用自由基氮或自由基NH氮化所述硅區(qū)域表面而形成的并且厚度不大于100nm。
8.根據(jù)權利要求5的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的至少和所述硅區(qū)域表面接觸的接觸部分是由氧氮化硅膜制成的，所述氧氮化硅膜是通過使用自由基氮或自由基NH和自由基氧氧氮化所述硅區(qū)域表面而形成的并且厚度不大于100nm。
9.根據(jù)權利要求5的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜除了和所述硅區(qū)域表面接觸的接觸部分外的部分含有通過CVD形成的氧化硅膜、氧氮化硅膜和氮化硅膜中的至少一種。
10.根據(jù)權利要求1的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜是通過使用含有稀有氣體和絕緣膜形成氣體的氣體混合物等離子體而形成的，其中稀有氣體用于產(chǎn)生微波激發(fā)。
11.根據(jù)權利要求10的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于稀有氣體是氬、氪和氙中的至少一種，并且絕緣膜形成氣體含有氧、氮和氨中的至少一種。
12.一種P-溝道功率MIS場效應晶體管，其包含具有硅區(qū)域的襯底，硅區(qū)域的表面基本上是(110)平面，形成在該表面上的柵極絕緣膜，以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，并且其中所述硅區(qū)域至少被用作一個溝道，該P-溝道功率MIS場效應晶體管的特征在于硅表面的表面粗糙度當用中心線平均粗糙度(Ra)表示時不大于0.15nm，并且源極-至-柵極擊穿電壓不小于10V。
13.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的至少和所述硅區(qū)域表面接觸的接觸部分含有氬、氪或氙。
14.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于硅表面的表面粗糙度Ra不大于0.11nm。
15.根據(jù)權利要求14的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于硅表面的表面粗糙度Ra不大于0.09nm。
16.根據(jù)權利要求15的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于硅表面的表面粗糙度Ra不大于0.07nm。
17.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述中心線平均粗糙度Ra不小于0.02nm。
18.根據(jù)權利要求1的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于基本上含有(110)平面的硅表面是(110)平面、(551)平面、(311)平面、(221)平面、(553)平面、(335)平面、(112)平面、(113)平面、(115)平面、(117)平面、(331)平面、(221)平面、(332)平面、(111)平面和(320)平面中的一個。
19.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于基本上含有(110)平面的硅表面是(110)平面、(551)平面、(311)平面、(221)平面、(553)平面、(335)平面、(112)平面、(113)平面、(115)平面、(117)平面、(331)平面、(221)平面、(332)平面、(111)平面和(320)平面中的一個。
20.根據(jù)權利要求1的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于基本上含有(110)平面的硅表面是(110)平面或(551)平面。
21.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于基本上含有(110)平面的硅表面是(110)平面或(551)平面。
22.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的至少和硅表面接觸的接觸部分是由包括氧化硅膜、氮化硅膜或氧氮化硅膜中至少一種的膜制成的。
23.根據(jù)權利要求22的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜除了接觸部分外的部分包含高k膜，該高k膜含有以下中的至少一種金屬硅酸鹽，所述的金屬硅酸鹽含有至少一種選自Hf、Zr、Ta、Ti、La、Co、Y和Al中的元素；金屬氧化物，所述的金屬氧化物含有至少一種選自Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr和Ba中的元素；金屬氮化物，所述的金屬氮化物含有至少一種選自Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr和Ba中的元素；和金屬氧氮化物，所述的金屬氧氮化物含有至少一種選自Si、Hf、Zr、Ta、Ti、Y、Nb、Na、Co、Al、Zn、Pb、Mg、Bi、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Sr和Ba中的元素。
24.根據(jù)權利要求23的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于除了接觸部分外的所述柵極絕緣膜部分由包括氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜和高k膜中至少一種的膜制成的。
25.根據(jù)權利要求13的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的至少和硅所述區(qū)域表面接觸的接觸部分中的氬、氪或氙含量不大于5×1011cm-2。
26.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的至少和所述硅區(qū)域表面接觸的接觸部分是在含有自由基氧和自由基氮中至少一種的環(huán)境中，通過進行氧化硅表面的氧化步驟和氮化硅表面的氮化步驟之一，或者同時并行地進行氧化步驟和氮化步驟而形成的。
27.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜包括通過使用含有稀有氣體和絕緣膜形成氣體的氣體混合物等離子體而形成的部分，其中稀有氣體用于產(chǎn)生微波激發(fā)。
28.根據(jù)權利要求27的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述稀有氣體是氪、氙和氬中的至少一種，并且絕緣膜形成氣體包含氨、氮和氧中的至少一種。
29.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于在形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、溝道區(qū)域和柵極絕緣膜之前，在低OH濃度下通過RCA清洗步驟清洗硅表面。
30.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于用于處理硅表面的溶液的pH不大于7。
31.根據(jù)權利要求30的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于在形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、溝道區(qū)域和柵極絕緣膜之前，用包括抑制OH產(chǎn)生的超聲清洗的清洗步驟清洗硅表面。
32.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于在形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、溝道區(qū)域和所述柵極絕緣膜之前，用包括以下步驟的清洗步驟清洗硅表面第一步驟，使用含有臭氧的純水進行清洗；第二步驟，使用含有HF、脫氣H2O和表面活性劑的清洗溶液，同時施加頻率不小于500kHz的振動，進行清洗；第三步驟，使用含有臭氧的H2O進行清洗；第四步驟，使用含有HF、脫氣H2O的清洗溶液進行清洗，以除去在第三步驟中形成的氧化膜；第五步驟，使用加入氫的H2O進行清洗。
33.根據(jù)權利要求32的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于用于第二步驟和第四步驟中的脫氣H2O是通過向脫氣H2O中加入氫而形成的H2O。
34.根據(jù)權利要求32的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于用于第二步驟和第四步驟中的脫氣H2O的溶解氧濃度不大于100ppb。
35.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于在形成源極區(qū)域、漏極區(qū)域、溝道區(qū)域和所述柵極絕緣膜之前，用HF和通過向溶解氧濃度不大于100ppb的H2O中加入氫而制備的清洗溶液，同時施加頻率不小于500kHz的振動，清洗硅表面。
36.根據(jù)權利要求32的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于處理是在一種儀器中進行的，其中從硅表面清洗開始到結束，處理液體化學制品和硅表面不暴露在空氣中。
37.根據(jù)權利要求35的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于處理是在一種儀器中進行的，其中從硅表面清洗開始到結束，處理液體化學制品和硅表面始終不向空氣暴露。
38.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于在清洗步驟后，對硅表面進行表面平面化處理，該處理包括在含有氧自由基的環(huán)境中在硅表面上形成犧牲性氧化膜的步驟，以及除去該犧牲性氧化膜的步驟。
39.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于在清洗步驟后，還可以對硅表面進行表面平面化處理，通過該處理重復進行所需次數(shù)的包括以下步驟的兩個步驟使用潮濕氣體通過氧化形成氧化膜的第一步驟；和將氧化膜深蝕刻到預定的厚度的第二步驟，并且用含有HF的水溶液除去氧化膜。
40.根據(jù)權利要求1的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的厚度為200到1,500。
41.根據(jù)權利要求12的P-溝道功率MIS場效應晶體管，其特征在于所述柵極絕緣膜的厚度為200到1,500。
42.一種開關電路，其中將電源直接或間接連接到權利要求1所述的P-溝道功率MIS場效應晶體管的源極和漏極中的一個上，將負載連接到源極和漏極中的另一個上，并且將用于施加驅動信號以導通或截止P-溝道功率MIS場效應晶體管的裝置連接到柵極上。
43.一種開關電路，其中將電源直接或間接連接到權利要求12所述的P-溝道功率MIS場效應晶體管的源極和漏極中的一個上，將負載連接到源極和漏極中的另一個上，并且將用于施加驅動信號以導通或截止P-溝道功率MIS場效應晶體管的裝置連接到柵極上。
44.根據(jù)權利要求42的開關電路，其特征在于所述電源的額定電壓不低于12V。
45.根據(jù)權利要求43的開關電路，其特征在于所述電源的額定電壓不低于12V。
46.根據(jù)權利要求42的開關電路，其特征在于所述的用于施加驅動信號的裝置包括雙極性晶體管。
47.根據(jù)權利要求43的開關電路，其特征在于所述的用于施加驅動信號的裝置包括雙極性晶體管。
全文摘要
在形成于基本上含有(110)平面的硅表面上的P－溝道功率MIS場效應晶體管中，使用柵極絕緣膜，該柵極絕緣膜提供10V或以上的柵極－至－源極擊穿電壓，并且平面化硅表面，或者含有Kr、Ar或Xe。
文檔編號H01L21/304GK1795547SQ20048001459
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權日2003年5月26日
發(fā)明者大見忠弘, 寺本章伸, 赤堀浩史, 二井啟一, 渡邊高訓 申請人:大見忠弘, 矢崎總業(yè)株式會社