專利名稱：半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高耐壓的、使用了碳化硅的絕緣柵電極型半導(dǎo)體元件，特別涉及實(shí)現(xiàn)大電流的開關(guān)元件的MOSFET。
背景技術(shù)：
碳化硅(SiC)，與硅(Si)相比，是高硬度、具有寬帶隙的半導(dǎo)體，被應(yīng)用于功率元件和耐環(huán)境元件、高溫動(dòng)作元件、高頻元件等。
作為使用了SiC的開關(guān)元件的代表元件，例如，下述專利文獻(xiàn)1所示的MOSFET被廣為人知。

圖14(a)、圖14(b)為示出了使用了SiC的一般縱向積累型MOSFET的圖。另外，在一般縱向MOSFET中，晶胞(unitcell)是指以源電極為中心的電極布置，而在圖14(a)、圖14(b)中，示出了以柵電極為中心的電極布置。也就是說，在圖14(a)、圖14(b)中，示出了兩個(gè)晶胞的結(jié)合部。這里，圖14(a)為從上方觀察MOSFET的電極的一部分的平面圖，圖14(b)為圖14(a)所示的XI-XI線的剖面圖。
如圖14(a)、圖14(b)所示，在以往的縱向積累型MOSFET中，包括由n+型4H-SiC構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底101；設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上，由n型4H-SiC構(gòu)成的n型碳化硅層102；在n型碳化硅層102上部的位于兩個(gè)晶胞結(jié)合部?jī)蓚?cè)的區(qū)域中設(shè)置的、注入了例如鋁的P型阱區(qū)域103；從n型碳化硅層102中的被兩個(gè)P型阱區(qū)域103夾著的區(qū)域之上，延伸到該兩個(gè)P型阱區(qū)域103上的、由例如n型4H-SiC構(gòu)成的溝道層104；設(shè)置在P型阱區(qū)域103上部，與溝道層104的外側(cè)接觸的、注入了例如氮的源極區(qū)域105；從溝道層104上設(shè)置到一部分源極區(qū)域105上的柵極絕緣膜106；設(shè)置在柵極絕緣膜106上的柵電極107；從源極區(qū)域105上設(shè)置到n型碳化硅層102中的位于源極區(qū)域105外側(cè)的部分之上的源電極108；以及設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101的下表面上的漏電極109。
源電極108，具有兼?zhèn)渥鳛榕cP型阱區(qū)域103電連接的基電極的作用的結(jié)構(gòu)。
為了使MOSFET為“ON”狀態(tài)，向漏電極109施加正電壓，將源電極108接地，向柵電極107施加正電壓。這樣一來，MOSFET的開關(guān)動(dòng)作就成為可能。
這里，在MOSFET成為“ON”狀態(tài)后，是載流子的電子，首先，流向與襯底面平行的方向，如圖14(a)、圖14(b)所示。然后，電子流向與襯底面垂直的方向，如圖14(b)所示。另外，圖14(a)、圖14(b)所示的箭頭表示載流子即電子的前進(jìn)方向，電流流向與該箭頭相反的方向。這里，應(yīng)注意的是圖14(a)所示的電子前進(jìn)方向。源電極108和柵電極107，被設(shè)置成使載流子在與襯底的切割(off-cut)方向A垂直的方向上移動(dòng)。另外，當(dāng)從結(jié)晶面有數(shù)度傾斜的切(off-cut)面時(shí)，「切割方向」是切面內(nèi)的方向，是指從相對(duì)于結(jié)晶面的法線向量朝著相對(duì)于切面的法線向量的方向。以下，參照?qǐng)D15對(duì)電極布置的理由加以說明。圖15為示出了碳化硅襯底的表面及剖面的概要的立體圖。
圖15所示的碳化硅襯底，具有與(0001)面僅切割了(off-cut)規(guī)定角度的襯底面。在圖15中，水平地示出了襯底面，也就是切面。一般，在使用碳化硅襯底形成元件時(shí)利用(0001)面的切割襯底。其理由在于當(dāng)用外延生長(zhǎng)形成相對(duì)于(0001)面的規(guī)定切面時(shí)，很容易進(jìn)行多晶型控制。另外，作為切面，例如，形成對(duì)于4H-SiC(0001)，朝著[11-20]方向(這里，是指112上線(bar)0的意思)切割大約8度的面。
但是，若對(duì)在襯底面具有切面的襯底，適用外延生長(zhǎng)和用于使雜質(zhì)活性化的熱處理等高溫處理的話，有時(shí)會(huì)在襯底面，與切割方向垂直的方向上形成臺(tái)階族(step bunching)。例如，當(dāng)切割方向是[11-20]方向時(shí)，臺(tái)階族形成在為與[11-20]方向垂直的方向的[1-100]方向上。臺(tái)階族成為50～100nm左右的凹凸，有時(shí)會(huì)因此而產(chǎn)生電特性的各向異性。以往，在切割方向(橫切臺(tái)階族的方向)、和與切割方向垂直的方向(與臺(tái)階族平行的方向)上，電子遷移率有例如1位或者多于1位的不同。
根據(jù)上述理由，為了制造大電流量的半導(dǎo)體裝置，必須要將電極的方向設(shè)計(jì)為使電流在與切割方向垂直的方向上流動(dòng)。在溝道層104中，當(dāng)電流在多個(gè)方向上流動(dòng)時(shí)，必須要使那些方向中的電流量最多的方向?yàn)榕c切割方向垂直的方向，來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
專利文獻(xiàn)1特開2001-144288號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)1PCT/JP98/01185如上所述，以往，是在這樣的前提下來決定元件的布置的，該前提是由于形成臺(tái)階族，因此與臺(tái)階族平行的方向的電子遷移率變大，與臺(tái)階族垂直的方向的電子遷移率變小。并且，即使在表面沒有形成臺(tái)階族時(shí)，也有在碳化硅內(nèi)部存在疊層缺陷等結(jié)晶缺陷，與切割方向平行的方向的電子遷移率，小于與切割方向垂直的方向的電子遷移率的時(shí)候。但是，有時(shí)電流方向的各向異性反轉(zhuǎn)，此時(shí)，有元件的電特性更低的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過研究解決上述課題的手段，提供一種電特性更加優(yōu)良的碳化硅半導(dǎo)體元件。
本發(fā)明的第1半導(dǎo)體元件，包括半導(dǎo)體襯底；設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底上、具有從結(jié)晶面朝著切割方向傾斜10度或低于10度的上表面的碳化硅層；設(shè)置在上述碳化硅層上的柵極絕緣膜、和設(shè)置在上述柵極絕緣膜上的柵電極；設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的源電極；設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底下方的漏電極，以及在上述碳化硅層的、至少位于上述源電極下面的區(qū)域中設(shè)置的源極區(qū)域。從平面來看，上述源極區(qū)域中最長(zhǎng)的邊，沿著與上述切割方向垂直的方向。
象這樣，通過將源極區(qū)域設(shè)置成使電流流向沿切割方向的方向，能夠更進(jìn)一步地提高電特性。并且，電流方向的各向異性反轉(zhuǎn)的可能性也會(huì)變得沒有。這些是根據(jù)下述理由的。以往，在高溫?zé)崽幚頃r(shí)，在與碳化硅層的切割方向垂直的方向上形成有臺(tái)階族，與臺(tái)階族平行的方向的電子遷移率較大。針對(duì)此問題，由于本發(fā)明的半導(dǎo)體元件是經(jīng)過使用含V族元素的化合物進(jìn)行熱處理的工序來形成的，因此即使在碳化硅層的上面形成有臺(tái)階族，在形成溝道層的柵極絕緣膜和碳化硅層的界面上，界面能級(jí)密度降低，也能提高沿切割方向的方向的電子遷移率。所以，沿切割方向的方向的電子遷移率，比較容易變得高于與切割方向垂直的方向的電子遷移率。
可以還包括設(shè)置在上述碳化硅層中的上述源極區(qū)域的側(cè)向及下方的第2導(dǎo)電型阱區(qū)域，以及與上述阱區(qū)域電連接的基電極。
由于沿上述切割方向垂直的方向，是從與上述切割方向垂直的方向傾斜5度以內(nèi)的方向，因此能夠獲得較高的電子遷移率。
可以在上述碳化硅層中的、位于上述柵極絕緣膜下的區(qū)域設(shè)置溝道層。
可以在上述溝道區(qū)域中，設(shè)置具有至少一層第1碳化硅層、和第1導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度高于第1碳化硅層且膜厚薄于第1碳化硅層的至少一層第2碳化硅層的疊層結(jié)構(gòu)。此時(shí)，能夠獲得更高的電子遷移率。
當(dāng)在上述碳化硅層中，與上述結(jié)晶面垂直的方向上的電子遷移率大于結(jié)晶面的面內(nèi)方向上的電子遷移率時(shí)，本發(fā)明有效。
上述碳化硅層，可以是4H-SiC。
上述碳化硅層的上表面，可以是從(0001)面朝[11-20]方向傾斜的面。
上述碳化硅層的上表面，可以是從(0001)面朝[1-100]方向傾斜的面。
當(dāng)上述柵極絕緣膜，是通過將上述碳化硅層的上部熱氧化后，再在包括含V族元素的化合物的環(huán)境下進(jìn)行熱處理形成時(shí)，能夠使上述界面能級(jí)密度降低，其結(jié)果使切割方向的電子遷移率變高。
當(dāng)含有上述V族元素的化合物，是氧化氮(NxOy(x、y＝1、2、…))時(shí)，能夠獲得更好的效果。
最好在上述碳化硅層和上述柵極絕緣膜的界面中，在上述溝道層和上述柵極絕緣膜的界面中，氮濃度最大值大于等于1×1020cm-3小于等于1×1022cm-3。此時(shí)，由于在各帶端附近的電位(potential)范圍中能夠充分地使界面密度較低，因此無(wú)論在碳化硅層的上表面部分和柵極氧化膜之間是否產(chǎn)生臺(tái)階族，均可形成較好的界面。
這里，即使上述柵極絕緣膜是通過在包括含V族元素的化合物的環(huán)境下將上述碳化硅層的上部進(jìn)行熱氧化形成時(shí)，也能夠獲得較好的柵極絕緣膜和碳化硅層的界面，特別是在含上述氧化氮的環(huán)境下進(jìn)行熱氧化而形成的柵極絕緣膜對(duì)本發(fā)明也發(fā)揮有效的作用。
上述碳化硅層含有第1導(dǎo)電型雜質(zhì)，當(dāng)還包括設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的源電極；設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底下方的漏電極；在上述碳化硅層中的至少位于上述源電極下的區(qū)域設(shè)置的、與上述溝道層連接的第1導(dǎo)電型源極區(qū)域；上述碳化硅層中的包圍上述源極區(qū)域側(cè)向及下方的第2導(dǎo)電型阱區(qū)域；以及與上述阱區(qū)域電連接的基電極時(shí)，能夠在縱向MOSFET中，獲得較高的電子遷移率。
上述源電極，可以與上述基電極設(shè)置在同一膜中。
當(dāng)上述柵電極，從平面上來看，是以被挖了孔的多角形形狀設(shè)置時(shí)，此時(shí)，最好上述多角形中的被挖去部分的邊中的最長(zhǎng)邊，沿上述切割方向垂直的方向。
此時(shí)，從平面上來看，上述源電極可以用多角形形狀布置，上述柵電極被設(shè)置成與上述源電極分離開，且圍繞上述源電極側(cè)向的形狀。
并且，也有上述柵電極，從平面上來看，以多角形形狀設(shè)置的時(shí)候，此時(shí)，最好上述多角形邊中最長(zhǎng)的邊，沿上述切割方向垂直的方向。
此時(shí)，從平面上來看，上述源電極可以設(shè)置成具有條狀排列的多個(gè)第1矩形部、和連接上述多個(gè)第1矩形部的端部的第1連接部的梳形，上述柵電極設(shè)置成具有與上述多個(gè)第1矩形部的每個(gè)交替設(shè)置的條狀多個(gè)第2矩形部、和連接上述多個(gè)第2矩形部的端部的第2連接部的梳形。
另外，在本說明書中，「多角形」和「梳形」的形狀，包含角部彎曲的形狀、和邊為曲線的形狀。并且，當(dāng)源極區(qū)域例如是橢圓形時(shí)，「源極區(qū)域中的最長(zhǎng)邊，沿與上述切割方向垂直的方向」的意思是指，橢圓形的長(zhǎng)軸在與切割方向垂直的方向上延伸。
本發(fā)明的第2半導(dǎo)體元件，包括半導(dǎo)體襯底；設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底上、具有從結(jié)晶面朝著切割方向傾斜10度或低于10度的上表面的碳化硅層；設(shè)置在上述碳化硅層上的柵極絕緣膜、和設(shè)置在上述柵極絕緣膜上的柵電極；設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的源電極；設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的漏電極；以及在上述碳化硅層的、至少位于上述源電極及上述漏電極之下的區(qū)域中相互分開設(shè)置的源極/漏極區(qū)域。從平面來看，上述源極/漏極區(qū)域的邊中對(duì)著的邊，沿著與上述切割方向垂直的方向。
象這樣，通過將源極/漏極區(qū)域設(shè)置成使電流流向沿切割方向的方向，能夠使電特性更進(jìn)一步地提高。這是依據(jù)下述理由的。以往，在高溫?zé)崽幚頃r(shí)，在與碳化硅層的切割方向垂直的方向上形成有臺(tái)階族，與臺(tái)階族平行的方向的電子遷移率較大。針對(duì)此問題，由于本發(fā)明的半導(dǎo)體元件是經(jīng)過使用含V族元素的化合物進(jìn)行熱處理的工序形成的，因此即使在碳化硅層的上表面形成有臺(tái)階族，在形成溝道層的柵極絕緣膜和碳化硅層的界面上，界面能級(jí)密度降低，也能使沿切割方向的方向的電子遷移率提高。所以，沿切割方向的方向的電子遷移率，比較容易變得高于與切割方向垂直的方向的電子遷移率。
可以還包括設(shè)置在上述碳化硅層內(nèi)的、含有第1導(dǎo)電型雜質(zhì)的基極區(qū)域，以及與上述基極區(qū)域電連接的基電極。
上述柵電極也有以多角形形狀設(shè)置的時(shí)候，此時(shí)，最好上述多角形的邊中最長(zhǎng)的邊，沿著與上述切割方向垂直的方向。
由于沿垂直于上述切割方向的方向的方向，是從垂直于上述切割方向的方向傾斜5度以內(nèi)的方向，因此能夠獲得較高的電子遷移率。
可以在上述碳化硅層的、位于上述柵極絕緣膜下的區(qū)域中設(shè)置溝道層。
可以在上述溝道區(qū)域中，設(shè)置具有至少一層第1碳化硅層、和第1導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度高于第1碳化硅層且膜厚薄于第1碳化硅層的至少一層第2碳化硅層的疊層結(jié)構(gòu)。此時(shí)，能夠獲得更高的電子遷移率。
當(dāng)在上述碳化硅層中，與上述結(jié)晶面垂直的方向上的電子遷移率大于結(jié)晶面的面內(nèi)方向上的電子遷移率時(shí)，本發(fā)明有效。
上述碳化硅層，可以是4H-SiC。
上述碳化硅層的上表面，可以是從(0001)面朝[11-20]方向傾斜的面。
上述碳化硅層的上表面，可以是從(0001)面朝[1-100]方向傾斜的面。
當(dāng)上述柵極絕緣膜，是通過將上述碳化硅層的上部熱氧化后，再在包括含V族元素的化合物的環(huán)境下進(jìn)行熱處理形成時(shí)，能夠使上述界面能級(jí)密度降低，其結(jié)果，使切割方向的電子遷移率變高。
當(dāng)含有上述V族元素的化合物，是氧化氮(NxOy(x、y＝1、2、…))時(shí)，能夠獲得更好的效果。
最好在上述碳化硅層和上述柵極絕緣膜的界面中，氮濃度最大值大于等于1×1020cm-3小于等于1×1022cm-3。此時(shí)，由于在各帶端附近的電位(potential)范圍中能夠充分地使界面密度降低，因此無(wú)論在碳化硅層的上表面部分和柵極氧化膜之間是否產(chǎn)生臺(tái)階族，均可形成較好的界面。
上述源電極，可以與上述基電極設(shè)置在同一膜中。
(發(fā)明的效果)在本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，當(dāng)因臺(tái)階族和其它不良界面狀態(tài)而降低的碳化硅層的電子遷移率被改善時(shí)，與以往的結(jié)構(gòu)相比，能夠獲得優(yōu)良的電特性。
附圖的簡(jiǎn)單說明圖1(a)、圖1(b)為示出了第1實(shí)施例中的使用了碳化硅層的一般縱向積累型MOSFET的兩個(gè)晶胞結(jié)合部的剖面圖。
圖2(a)～圖2(c)為示出了形成SiC-氧化物疊層體的順序的剖面圖。
圖3為示出了利用SIMS實(shí)際測(cè)量通過本實(shí)施例的制造方法形成的含有V族元素的氧化物層22的厚度方向的氮濃度分布結(jié)果的圖表。
圖4(a)、圖4(b)為示出了根據(jù)圖3所示的數(shù)據(jù)，用High-Low法計(jì)算的界面能級(jí)密度的圖。
圖5為示出了在圖1所示的半導(dǎo)體裝置中，載流子的移動(dòng)方向和元件設(shè)置之間的關(guān)系的平面圖。
圖6(a)為在以(0001)面作為上面的碳化硅襯底中，將電子移動(dòng)方向和大小作為向量示出的圖，圖6(b)為在以與(0001)面僅傾斜角度θ的面作為上面的碳化硅襯底中，將電子移動(dòng)方向和大小作為向量示出的圖。
圖7(a)、圖7(b)為示出了以梳形形狀設(shè)置柵電極及源電極時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。
圖8(a)、圖8(b)為示出了設(shè)置四角形晶胞時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。
圖9(a)、圖9(b)為示出了設(shè)置六角形晶胞時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。
圖10為示出了縱向反轉(zhuǎn)型MOSFET的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖11(a)、圖11(b)為示出了在第2實(shí)施例中，使用了碳化硅層的一般橫向積累型MOSFET的剖面圖。
圖12為示出了在圖11(b)所示的半導(dǎo)體裝置中，載流子的移動(dòng)方向和元件設(shè)置之間的關(guān)系的平面圖。
圖13為示出了橫向反轉(zhuǎn)型MOSFET的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖14(a)、圖14(b)為示出了使用了SiC的一般縱向積累型MOSFET的兩個(gè)晶胞結(jié)合部的圖。
圖15為示出了碳化硅襯底的表面及剖面的概要的立體圖。
(符號(hào)的說明)1A-層間絕緣膜；1B-上部布線電極；7C-基電極；10-縱向積累型MOSFET；11-半導(dǎo)體襯底；12-n型碳化硅層；13-p型阱區(qū)域；14-溝道層；15-n型源極區(qū)域；16-柵極絕緣膜；17-柵電極；18-源電極；19-漏電極；20-SiC襯底；21-氧化物層；30-腔；31-真空泵；60-縱向反轉(zhuǎn)型MOSFET；70-橫向積累型MOSFET；71-半導(dǎo)體襯底；72-p型碳化硅層；74-溝道層；75d-漏極區(qū)域；75s-源極區(qū)域；76-柵極絕緣膜；77-柵電極；78-源電極；79-漏電極；90-橫向反轉(zhuǎn)型MOSFET；101-半導(dǎo)體襯底；102-n型碳化硅層；103-p型阱區(qū)域；104-溝道層；105-源極區(qū)域；106-柵極絕緣膜；107-柵電極；108-源電極；109-漏電極。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說明。
(第1實(shí)施例)圖1(a)、圖1(b)為示出了第1實(shí)施例中的使用了碳化硅層的一般縱向積累型MOSFET的兩個(gè)晶胞結(jié)合部的剖面圖。這里，圖1(a)是從上方觀察MOSFET的電極的一部分的平面圖，圖1(b)是圖1(a)的I-I線的剖面圖。
如圖1(a)、圖1(b)所示，本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，具有n+型4H-SiC(0001)半導(dǎo)體襯底11。半導(dǎo)體襯底11，具有朝著[11-20]方向傾斜大約8度的表面，該電阻率大約是0.02Ωcm2。在半導(dǎo)體襯底11上，設(shè)置有4H-SiC(0001)n型碳化硅層12。其厚度大約是15μm，摻有濃度為3×1015cm-3的氮。n型碳化硅層12，是通過外延生長(zhǎng)形成在半導(dǎo)體襯底11上的，n型碳化硅層12的上表面，受到半導(dǎo)體襯底11的影響，也具有朝著[11-20]方向傾斜的角度。
在n型碳化硅層12上部的位于兩個(gè)晶胞結(jié)合部的兩側(cè)的區(qū)域中，設(shè)置有P型阱區(qū)域13。P型阱區(qū)域13，是通過注入例如濃度大約為2×1018cm-3、深度僅為0.8μm左右的鋁后，再在大約1700度高溫下進(jìn)行退火形成的。
形成有從n型碳化硅層12中的被兩個(gè)p型阱區(qū)域夾著的區(qū)域上，延伸到該兩個(gè)p型阱區(qū)域上的由n型4H-SiC構(gòu)成的溝道層14。這里，溝道層14，是將未摻雜層、和含大約5×1017cm-3的n型雜質(zhì)的摻雜層交替疊層的δ摻雜層。溝道層14的厚度大約為0.2μm。
在P型阱區(qū)域13的上部形成有源極區(qū)域15。源極區(qū)域15被設(shè)置成與溝道層14的外側(cè)接觸的樣子。源極區(qū)域15，是通過注入例如濃度大約為1×1019cm-3、深度僅為0.3μm左右的氮后，再在大約1700度高溫下進(jìn)行退火形成的。
基本上，源極區(qū)域15是通過向p型阱區(qū)域的一部分注入n型雜質(zhì)形成的，MOSFET10是所謂的兩重注入型MOSFET(DIMOSFET)。并且，在圖1中，源極區(qū)域?yàn)閵A著溝道層的結(jié)構(gòu)，通過從形成了P型阱區(qū)域之上沉積溝道層，且從溝道層上進(jìn)行n型雜質(zhì)注入，來形成源極區(qū)域，但是也可以是例如在形成了p型阱區(qū)域和源極區(qū)域后，再形成溝道層那樣的半導(dǎo)體元件。
從溝道層14上到源極區(qū)域15的一部分上，設(shè)置有厚度約60nm的柵極絕緣膜16。柵極絕緣膜16，是通過將源極區(qū)域15及溝道層14的上部熱氧化后，再在含V族元素的環(huán)境下進(jìn)行熱處理形成的。以后，再對(duì)此熱處理方法加以說明。
在柵極絕緣膜16上，設(shè)置有由鋁構(gòu)成的柵電極17。
將由鎳構(gòu)成的源電極18從源極區(qū)域15上設(shè)置到n型碳化硅層12中的位于源極區(qū)域15外側(cè)的部分上。源電極18，是通過在形成鎳膜后，再在約1000度的溫度下進(jìn)行熱處理形成的。由于此熱處理，源電極18和源極區(qū)域15歐姆接觸。源電極18，具有兼?zhèn)渥鳛榕cp型阱區(qū)域13電連接的基電極的作用的結(jié)構(gòu)。這里，為了降低源電極18和p型阱區(qū)域13之間的電阻，可以向p型阱區(qū)域13中的位于界面的部分，用離子注入來注入比其它區(qū)域濃度高的鋁，形成p+形離子注入?yún)^(qū)域。
在半導(dǎo)體襯底11的背面上，設(shè)置有由鎳構(gòu)成的漏電極19。漏電極19，是通過在形成鎳膜后，再在約1000度的溫度下進(jìn)行熱處理形成的。由于此熱處理，漏電極19和半導(dǎo)體襯底11歐姆接觸。
柵電極17上被層間絕緣膜1A覆蓋，層間絕緣膜1A及源電極18上被上部布線電極1B覆蓋。
為了使本實(shí)施例的MOSFET10為“ON”狀態(tài)，向漏電極19施加正電壓，將源電極18接地，向柵電極17施加正電壓。這樣一來，MOSFET10的開關(guān)動(dòng)作就成為可能。
在MOSFET10為“ON”狀態(tài)后，是載流子的電子，如圖1(a)、圖1(b)所示，首先，流向與襯底面平行的方向。這里，在本實(shí)施例中，與以往的不同之處在于電子流向與切割方向A平行的方向。然后，電子流向與襯底面垂直的方向，如圖1(b)所示。另外，圖1(a)、圖1(b)所示的箭頭，示出了為載流子的電子的前進(jìn)方向，電流流向與該箭頭相反的方向。
這里，參照附圖對(duì)形成柵極絕緣膜16后進(jìn)行熱處理的方法加以詳細(xì)說明。另外，此方法，為本案申請(qǐng)人的記載在在先申請(qǐng)專利申請(qǐng)2003-350244及專利申請(qǐng)2004-271321中的發(fā)明，在本說明書中，引用上述申請(qǐng)內(nèi)容。
圖2(a)～圖2(c)為示出了形成SiC-氧化物疊層體的順序的剖面圖。在本實(shí)施例中，使用氮作為V族元素，也可以使用磷(P)、砷(As)等其它V族元素。
首先，在圖2(a)所示的工序中，準(zhǔn)備好為4H-SiC(0001)襯底的SiC襯底20。SiC襯底20的上部(在同圖所示的虛線上方的部分)，為通過外延生長(zhǎng)形成的4H-SiC(0001)層。而且，SiC襯底20(被外延生長(zhǎng)的SiC層)的主面，通過MCP(機(jī)械化學(xué)拋光法)被平滑成凹凸(最大表面粗躁度Rmax)小于等于10nm的樣子。不過，此平滑化處理未必一定需要。
其次，在圖2(b)所示的工序中，通過在腔30內(nèi)設(shè)置SiC襯底20，在氧化性環(huán)境下將SiC襯底20加熱，來在SiC襯底20上形成平均厚度約為60nm的氧化物層21(主要含SiO2的層)。此時(shí)，氧化溫度大于等于1000℃，最好為1050℃～1300℃。為了產(chǎn)生氧化性環(huán)境，只要向腔30內(nèi)流入含氧、水蒸氣中的至少一種的氣體就行。然后，在惰性氣體(Ar、N2、He、Ne等)環(huán)境中，用大于等于1000℃的溫度(例如，1000℃～1150℃)進(jìn)行退火處理。因這個(gè)退火處理，氧化物層21被事先細(xì)密化。
其次，在圖2(c)所示的工序中，使SiC襯底20移動(dòng)到附設(shè)了除害裝置(圖中沒有示出)及為減壓裝置的真空泵31的腔30內(nèi)，通過真空泵31將腔30內(nèi)減壓到大約150Torr(2.0×104Pa)，同時(shí)，向腔30內(nèi)流入流量500(ml/min)的NO氣體(或者，含磷(P)等的氮以外的V族元素的氣體))，將腔30內(nèi)加熱到使氮(N)(或者氮以外的V族元素)擴(kuò)散到氧化物層11中所需的足夠高溫(約1150℃)。此時(shí)，通過在減壓下，將氧化物層21暴露在含氮等V族元素的氣體中，使氮等V族元素在氧化物層21內(nèi)擴(kuò)散，形成相對(duì)介電系數(shù)較大，更細(xì)密的含V族元素的氧化物層22。暴露，是用形成細(xì)密的含V族元素的氧化物層22所需的充分時(shí)間，且含V族元素的氧化物層22的特性被改良所需的充分時(shí)間(例如，1Hr)來進(jìn)行的。通過上述工序，結(jié)束熱處理。
圖3為示出了利用SIMS實(shí)際測(cè)量通過本實(shí)施例的制造方法形成的含有V族元素的氧化物層22的厚度方向的硅濃度分布結(jié)果的圖表。另外，在圖3中，選出氮濃度峰值部分(SiO2-SiC界面附近的區(qū)域)的濃度分布表示了出來。同圖所示的數(shù)據(jù)，是用CsN147將SiO2-SiC界面的氮定量而得到的。如同圖所示，此峰值部分的一半的值的寬度為3nm，可以得知氮被高濃度且集中導(dǎo)入到非常狹窄的區(qū)域。
圖4(a)、圖4(b)為示出了根據(jù)圖3所示的數(shù)據(jù)，用High-Low法計(jì)算的界面能級(jí)密度的圖。在圖4(a)、圖4(b)中，橫軸表示與價(jià)電子帶Ev的電位差(E-Ev(eV))，縱軸表示界面能級(jí)密度Dit(cm-2eV-1)。當(dāng)MOSFET中的載流子為電子時(shí)，作為陷阱(trap)作用的界面能級(jí)是傳導(dǎo)帶端附近的電位范圍(E-Ev＝2.95eV～3.05eV)的界面能級(jí)，當(dāng)載流子為電洞時(shí)，作為電洞陷阱作用的界面能級(jí)是價(jià)電子帶端附近的電位范圍(E-Ev＝0.3eV～0.4eV)的界面能級(jí)，如圖4(a)、圖4(b)所示，在本實(shí)施例中，能夠在各帶端附近的電位范圍中獲得小于等于1×1012cm-2·eV-1的界面能級(jí)密度。并且，整個(gè)含V族元素的氧化物層22中的氮平均濃度是8.3×1019cm-3。
象這樣，通過在含V族元素的氧化物層22中含有氮等V族元素，能夠降低成為載流子的陷阱的界面能級(jí)密度，能夠謀求提高載流子遷移率。
特別是，通過使在含V族元素的氧化物層22的下部的氮濃度最大值，大于等于1×1020cm-3小于等于1×1022cm-3，能夠明顯地獲得提高相對(duì)介電常數(shù)的作用、和降低界面能級(jí)密度的作用。
其次，邊與以往對(duì)比，邊對(duì)本實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的設(shè)置加以說明。
以往，如圖14所示，在襯底的上面形成有臺(tái)階族。此臺(tái)階族，是由為了使通過離子注入法注入到層內(nèi)的雜質(zhì)活性化而進(jìn)行的高溫?zé)崽幚淼挠绊懏a(chǎn)生的。由于臺(tái)階族形成在與切割方向垂直的方向，因此以往以使更多的載流子流向與切割方向垂直的方向的目的，來決定電極等的設(shè)置。
而在本實(shí)施例中，以使更多的載流子流向與切割方向幾乎平行的方向的目的，來設(shè)置元件。圖5示出了在圖1所示的半導(dǎo)體裝置中，載流子的移動(dòng)方向和元件設(shè)置之間的關(guān)系的平面圖。在圖5中，省略了柵電極17及源電極18等的圖示，僅示出了n型碳化硅層12、p型阱區(qū)域13及n型源極區(qū)域15。省略了溝道層14的圖示，溝道層14位于p型阱區(qū)域13中的標(biāo)有斜線的區(qū)域上。如圖5所示，在縱向MOSFET中，載流子從源極區(qū)域15朝著n型碳化硅層12的方向流動(dòng)。將元件設(shè)置成此方向幾乎與切割方向A平行的樣子。
-在切割方向中電子遷移率變大的原理-以往的半導(dǎo)體元件，具有與切割方向垂直的方向的電子遷移率大于平行方向的電子遷移率的各向異性。而在本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，此各向異性反轉(zhuǎn)。這是因?yàn)樵诒緦?shí)施例中由于進(jìn)行使用了含氮和氧的氣體的熱處理，碳化硅層和柵極絕緣膜的界面中的界面能級(jí)密度下降，沿切割方向的方向的電子遷移率上升的緣故。以下，對(duì)碳化硅襯底的電子遷移率在切割方向較大的理由加以研究。
圖6(a)為在以(0001)面作為上面的碳化硅襯底中，使電子移動(dòng)方向和大小為向量示出的圖，在圖6(b)中，使與(0001)面(被指定的結(jié)晶面S)及紙面平行的向量為a向量，使與(0001)面平行、與紙面垂直的向量為b向量，使與(0001)面垂直的向量為c向量。
這里，在以(0001)面作為上面的碳化硅層中，與襯底面垂直的方向上的電子遷移率大于襯底面內(nèi)方向的電子遷移率。也就是說，圖6(a)所示的c向量，大于a向量及b向量。并且，a向量和b向量一樣大。
其次，研究碳化硅襯底是切割襯底的情況。圖6(b)為在以與(0001)面僅傾斜角度θ的面作為上面的碳化硅襯底中，使電子移動(dòng)方向和大小為向量示出的圖。
在圖6(b)中，將a向量及c向量分解為切割方向和與切割方向垂直的方向，分別示為a1、a2、c1、c2。此時(shí)，若使表示切割方向的電子遷移率的向量為d向量的話，則d向量用a1向量和c1向量的和表示。
這里，由于c向量比a向量大，因此d向量大于a向量。另一方面，由于b向量與切割方向垂直，因此碳化硅層的上面無(wú)論是(0001)面，還是切面，該方向的電子遷移率大小都不變。由于a向量和b向量大小相同，因此若將d向量和b向量的大小進(jìn)行比較的話，很明顯，d向量更大。
因此，在切割襯底中，切割方向的電子遷移率(向量d)，大于與切割方向垂直的方向的電子遷移率(向量b)。
不用說，在切割襯底面內(nèi)，即使考慮到b向量和d向量以外的方向的向量，很明顯，在切割襯底面內(nèi)，切割方向的電子遷移率也是最大的。
通過上述向量效果、以及因進(jìn)行使用了含氮和氧的氣體的熱處理而使碳化硅層和柵極絕緣膜界面的界面能級(jí)密度下降的效果的相乘效果，來使沿切割方向的方向的電子遷移率提高。
-電極的設(shè)置例-示出了在圖1所示的兩個(gè)晶胞的結(jié)合部，使電流僅流到與切割方向A平行的方向的例子。但是，實(shí)際上，在縱向半導(dǎo)體元件中，使電流流到多個(gè)方向的情況較多。此時(shí)，將元件設(shè)置成使多個(gè)方向中的電流量最多的方向與切割方向平行的樣子。以下，對(duì)此結(jié)構(gòu)加以說明。
(第1設(shè)置例)在縱向MOSFET中，有時(shí)將源電極18及柵電極17設(shè)置成條狀(或者，梳形)。參照?qǐng)D7(a)、圖7(b)對(duì)這種情況加以說明。
圖7(a)、圖7(b)為示出了以梳形形狀設(shè)置柵電極及源電極時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。圖7(a)示出了柵電極17及源電極18的設(shè)置，圖7(b)示出了n型碳化硅層12、p型阱區(qū)域13及n型源極區(qū)域15的設(shè)置。如圖7(a)所示，在源電極17中，將多個(gè)矩形部設(shè)置成條狀，矩形部中的一端通過接觸到在與矩形部延伸的方向垂直的方向上延伸的連接部而彼此電連接。并且，在柵電極17中，將多個(gè)矩形部與源電極17中的矩形部交替設(shè)置成條狀，矩形部中的一端通過接觸到在與矩形部延伸的方向垂直的方向上延伸的連接部而彼此電連接。溝道區(qū)域，被設(shè)置在用圖7(b)所示的斜線表示的區(qū)域。此時(shí)，載流子的移動(dòng)方向?yàn)榉较駻和方向B兩個(gè)方向。并且，溝道區(qū)域，主要在與方向A垂直的方向上延伸。也就是說，將元件構(gòu)成為在溝道區(qū)域中，使沿方向A的電流流動(dòng)的溝道區(qū)域的寬度W1大于等于其它方向的溝道區(qū)域的寬度W2。并且，n型源極區(qū)域15的最長(zhǎng)邊也被設(shè)置在與切割方向A垂直的方向上。
(第2設(shè)置例)縱向MOSFET，以多角形晶胞為單位設(shè)置，在各晶胞中，有時(shí)源電極的側(cè)向被柵電極圍繞。參照?qǐng)D8(a)、圖8(b)對(duì)此情況加以說明。
圖8(a)、圖8(b)為示出了設(shè)置四角形晶胞時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。圖8(a)示出了柵電極17及源電極18的設(shè)置，圖8(b)示出了n型碳化硅層12、p型阱區(qū)域13及n型源極區(qū)域15的設(shè)置。溝道區(qū)域，被設(shè)置在用圖8(b)的斜線所示的區(qū)域中。
此時(shí)，載流子的移動(dòng)方向主要為方向A和方向B兩個(gè)方向。并且，若將晶胞的長(zhǎng)方向設(shè)置成與方向A垂直的話，則在與方向A垂直的方向上延伸的溝道區(qū)域長(zhǎng)于在平行方向上延伸的溝道區(qū)域。也就是說，如圖8(b)所示，將元件構(gòu)成為在溝道區(qū)域中，使沿方向A的電流流動(dòng)的溝道區(qū)域的寬度W1大于等于其它方向的溝道區(qū)域的寬度W2。并且，將n型源極區(qū)域15的最長(zhǎng)邊也設(shè)置在與切割方向A垂直的方向上。
另外，這里，對(duì)晶胞為長(zhǎng)方形的情況加以了說明，晶胞也可以是平行四邊形和菱形等其它多角形。圖9(a)、圖9(b)為示出了設(shè)置六角形晶胞時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。圖9(a)示出了柵電極17及源電極18的設(shè)置，圖9(b)示出了n型碳化硅層12、p型阱區(qū)域13及n型源極區(qū)域15的設(shè)置。溝道區(qū)域，被設(shè)置在用圖9(b)的斜線所示的區(qū)域中。
此時(shí)，載流子的移動(dòng)方向主要為方向A、方向B和方向C三個(gè)方向。并且，若將六角形晶胞的邊中最長(zhǎng)邊設(shè)置成與方向A垂直的話，則在與方向A垂直的方向上延伸的溝道區(qū)域長(zhǎng)于在與方向C和方向D垂直的方向上延伸的溝道層。也就是說，如圖9(b)所示，將元件構(gòu)成為在溝道區(qū)域中，使沿方向A的電流流動(dòng)的溝道區(qū)域的寬度W1大于等于其它方向的溝道區(qū)域的寬度W2。并且，將n型源極區(qū)域15的最長(zhǎng)邊也設(shè)置在與切割方向A垂直的方向上。
另外，本實(shí)施例所述的方法，不僅適用于具有δ摻雜層作為溝道層的情況，也能夠適用于溝道層為一般的n型雜質(zhì)層的情況。
并且，本實(shí)施例所述的方法也能夠適用于縱向反轉(zhuǎn)型MOSFET60。圖10為示出了縱向反轉(zhuǎn)型MOSFET的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖10中的與圖1的不同之處在于沒有形成溝道層14(圖1所示)。因其它結(jié)構(gòu)與圖1一樣，因此不作說明。
(第2實(shí)施例)圖11(a)、圖11(b)為示出了第2實(shí)施例中的使用了碳化硅層的一般橫向積累型MOSFET的剖面圖。這里，圖11(a)是從上方觀察MOSFET的電極的一部分的平面圖，圖11(b)是圖11(a)的VII-VII線的剖面圖。
如圖11(a)、圖11(b)所示，本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，具有半絕緣性的4H-SiC(0001)半導(dǎo)體襯底71。半導(dǎo)體襯底71，具有朝[11-20]方向切割大約8度的表面。在半導(dǎo)體襯底71上，設(shè)置有4H-SiC(0001)p型碳化硅層72。其厚度大約是5μm，摻有濃度為5×1015cm-3的鋁。
在p型碳化硅層72上部中的中央部，設(shè)置有n型溝道層74。這里，溝道層74，是將未摻雜層、和含大約5×1017cm-3的n型雜質(zhì)的摻雜層交替疊層的δ摻雜層。溝道層74的厚度大約為0.2μm。
在P型碳化硅層72中的位于溝道層74的兩側(cè)的區(qū)域中，設(shè)置有源極區(qū)域75s及漏極區(qū)域75d。源極區(qū)域75s及漏極區(qū)域75d，是例如通過注入濃度大約為1×1019cm-3、深度僅為0.3μm左右的氮后，再在大約1700度高溫下進(jìn)行退火形成的。
基本上，源極區(qū)域75s及漏極區(qū)域75d是通過向p型阱區(qū)域的一部分注入n型雜質(zhì)形成的，MOSFET70是所謂的兩重注入型MOSFET(DIMOSFET)。
并且，在圖11(a)、圖11(b)中，源極區(qū)域和漏極區(qū)域構(gòu)成為夾著溝道層，通過從形成了P型阱區(qū)域的上面沉積溝道層，且從溝道層上進(jìn)行n型雜質(zhì)注入，來形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域，但是也可以是例如在形成了p型阱區(qū)域和源極區(qū)域以及漏極區(qū)域后，再形成溝道層那樣的半導(dǎo)體元件。
將厚度約60nm的柵極絕緣膜76從溝道層74上設(shè)置到源極區(qū)域75s及漏極區(qū)域75d中的端部之上。柵極絕緣膜76，是通過將溝道層74、源極區(qū)域75s及漏極區(qū)域75d的上部熱氧化后，再在含V族元素的環(huán)境下進(jìn)行熱處理形成的。
在柵極絕緣膜76上，設(shè)置有由鋁構(gòu)成的柵電極77。在源極區(qū)域75s上設(shè)置有由鎳構(gòu)成的源電極78，在漏極區(qū)域75d上設(shè)置有由鎳構(gòu)成的漏電極79。源電極78及漏電極79，是通過在形成鎳膜后，再在大約1000度的溫度下進(jìn)行熱處理形成的。由于此熱處理，源極區(qū)域75s和源電極78、以及漏極區(qū)域75d和漏電極79分別歐姆接觸。
在P型碳化硅層72中的位于源極區(qū)域75s的外側(cè)的區(qū)域上，設(shè)置有基電極7C?；姌O7C是為了使P型碳化硅層72與外部電連接而設(shè)置的。為了降低基電極7C和P型碳化硅層72之間的電阻，可以向P型碳化硅層72中的位于界面的部分，用離子注入來注入比其它區(qū)域濃度高的鋁，形成p+型離子注入?yún)^(qū)域。并且，源電極78和基電極7C，可以用電接合，也可以由同一導(dǎo)體膜構(gòu)成。
為了使本實(shí)施例的MOSFET70為“ON”狀態(tài)，向漏電極79施加正電壓，將源電極78及基電極7C接地，向柵電極77施加正電壓。這樣一來，MOSFET70的開關(guān)動(dòng)作就成為可能。
在MOSFET70為“ON”狀態(tài)后，是載流子的電子，與襯底面幾乎平行地從源極區(qū)域75s流向漏極區(qū)域75d，如圖11(a)、圖11(b)所示，。這里，在本實(shí)施例中，與以往的不同之處在于電子在與切割方向A平行的方向流動(dòng)。以下，參照?qǐng)D12對(duì)本實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的設(shè)置加以說明。圖12為示出了在圖11(b)所示的半導(dǎo)體裝置中，載流子的移動(dòng)方向和元件設(shè)置之間的關(guān)系的平面圖。在圖12中，省略了柵電極77、源電極78及漏電極79等的圖示，僅示出了p型碳化硅層72、n型源極區(qū)域75s及n型漏極區(qū)域75d。省略了溝道層74的圖示，溝道層74位于p型碳化硅層72中的標(biāo)有斜線的區(qū)域上。如圖12所示，在橫向MOSFET中，載流子從源極區(qū)域75s流向漏極區(qū)域75d。將元件設(shè)置成此方向與切割方向A幾乎平行的樣子。
在橫向元件中，流動(dòng)的電流方向是一個(gè)方向的時(shí)候較多。但在橫向元件中，也有電流方向不僅是一個(gè)方向的時(shí)候，此時(shí)，將元件設(shè)置成以在與襯底的切割方向A平行的方向上流動(dòng)的電流為主的樣子。也就是說，將元件設(shè)置成溝道層74的寬度中的、沿方向A的電流流動(dòng)的溝道區(qū)域的寬度W1大于等于溝道層74的寬度中的其它方向的寬度。換句話說，將元件設(shè)置成使源極區(qū)域75s和漏極區(qū)域75d的邊中的相互對(duì)著的邊(與溝道層74接觸的邊)與切割方向A垂直的樣子。
另外，本實(shí)施例所述的方法，不僅適用于具有以δ摻雜層作為溝道層的情況，也能夠適用于溝道層為一般的n型雜質(zhì)層的情況。
并且，本實(shí)施例所述的方法也能夠適用于橫向反轉(zhuǎn)型MOSFET。圖13為示出了橫向反轉(zhuǎn)型MOSFET的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖13中的與圖11(b)的不同之處在于沒有形成溝道層74(圖11(b)所示)。因其它結(jié)構(gòu)與圖11(b)一樣，因此不作說明。
(其它實(shí)施例)另外，在上述實(shí)施例中，使用了具有從4H-SiC切割約8度的表面的襯底作為半導(dǎo)體襯底。但是，在本發(fā)明中，若是具備從規(guī)定的結(jié)晶面S朝規(guī)定的方向A僅傾斜小于等于10度角度的表面的襯底的話，也可以用其它襯底。
并且，在本發(fā)明中，例如，可以使用在被切割的Si襯底上外延生長(zhǎng)的碳化硅層。
并且，在上述實(shí)施例中，使用了4H-SiC碳化硅層。但是，在本發(fā)明中，可以使用具有與結(jié)晶面垂直的方向的電子遷移率大于結(jié)晶面面內(nèi)方向的電子遷移率這種性質(zhì)的其它多晶型的碳化硅層。
這里，即使是具有與結(jié)晶面垂直的方向的電子遷移率小于結(jié)晶面面內(nèi)方向的電子遷移率這種性質(zhì)的多晶型，只要在該多晶型的切割襯底中，切割方向的電子遷移率大于與切割方向垂直的方向的電子遷移率，也可以使用這樣的切割襯底。
并且，在上述實(shí)施例中，使用了將4H-SiC(0001)襯底朝著[11-20]方向切割的半導(dǎo)體襯底。但是，在本發(fā)明中，可以使用朝著[11-20]方向、或者朝著[1-100]方向切割的襯底作為半導(dǎo)體襯底。此時(shí)，若使碳化硅層在半導(dǎo)體襯底上外延生長(zhǎng)的話，則碳化硅層的上面成為從(0001)面朝著[11-20]方向、或者[1-100]方向切割的面。不過，只要在碳化硅層的上面出現(xiàn)所希望的面的話，對(duì)于位于碳化硅層下的半導(dǎo)體襯底的面的方位和切割方向并不作特別地限定。也就是說，只要具有源極區(qū)域中的最長(zhǎng)邊沿著與切割方向垂直的方向的結(jié)構(gòu)的話，可以是上述以外的任何切割方向。
并且，碳化硅(0001)面，一般意味著硅面。但是，在本發(fā)明中，使用標(biāo)為(000-1)面的碳面來代替(0001)面，也沒有關(guān)系。
并且，在碳化硅中，切割方向的電子遷移率大于其它方向的電子遷移率的狀態(tài)，能夠在下述時(shí)候?qū)崿F(xiàn)在MOSFET的溝道區(qū)域和柵極絕緣膜的界面中，比碳化硅的傳導(dǎo)體的能級(jí)小0.1eV的能級(jí)中的界面能級(jí)密度小于等于5×1012cm-2·eV-1時(shí)。更理想的是，上述界面中的界面能級(jí)密度小于等于1×1012cm-2·eV-1。相反，當(dāng)界面能級(jí)密度大于5×1012cm-2·eV-1時(shí)，受到在上述界面產(chǎn)生的臺(tái)階族的影響，如以往的碳化硅半導(dǎo)體元件那樣，切割方向(與臺(tái)階族垂直的方向)的電子遷移率小于與臺(tái)階族平行的方向的電子遷移率。
并且，在上述實(shí)施例中，為了降低在碳化硅層和柵極絕緣膜之間的界面中的界面能級(jí)密度，在形成了柵極絕緣膜后，再在含氧化氮(NO)的環(huán)境下進(jìn)行了熱處理。但是，在本發(fā)明中，不僅是氧化氮(NO)，通過在含V族元素的環(huán)境下進(jìn)行熱處理，能夠獲得同樣的效果。并且，只要能夠降低界面能級(jí)密度的話，可以在其它環(huán)境下進(jìn)行熱處理，也可以進(jìn)行其它處理方法。
并且，在上述實(shí)施例中，使用了鎳和鋁作為電極材料，在本發(fā)明中，電極材料并不限于那些材料，也可以使電極為疊層結(jié)構(gòu)。
并且，在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體元件的制造方法中，不用說也可以是實(shí)施例所示的制造方法以外的方法，只要不作特別指定的話，對(duì)說明中所用的工序條件和氣體種類并沒有限制，當(dāng)然也可以是其它條件。
不用說，在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體元件中，只要發(fā)明范圍內(nèi)的基本結(jié)構(gòu)沒有不同的話，能夠是各種變形。
(實(shí)用性)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，由于改善了因臺(tái)階族和其它不良界面狀態(tài)而降低的碳化硅層的電子遷移率，因此能夠獲得優(yōu)良的電特征，在這點(diǎn)上實(shí)用性很強(qiáng)。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1、(補(bǔ)正后)一種半導(dǎo)體元件，其特征在于包括半導(dǎo)體襯底，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底上、具有從結(jié)晶面朝著切割方向傾斜10度或低于10度的上表面的碳化硅層，設(shè)置在上述碳化硅層上的柵極絕緣膜、和設(shè)置在上述柵極絕緣膜上的柵電極，設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的源電極，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底下方的漏電極，以及設(shè)置在上述碳化硅層的、至少位于上述源電極下面的區(qū)域中的源極區(qū)域；從平面來看，上述源極區(qū)域中最長(zhǎng)的邊，沿著與上述切割方向垂直的方向；在上述碳化硅層和上述柵極絕緣膜的界面中，含有V族元素。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于還包括設(shè)置在上述碳化硅層中的上述源極區(qū)域側(cè)向及下方的第2導(dǎo)電型阱區(qū)域，以及與上述阱區(qū)域電連接的基電極。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于沿著與上述切割方向垂直的方向的方向，是從與上述切割方向垂直的方向傾斜5度以內(nèi)的方向。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層的位于上述柵極絕緣膜下面的區(qū)域中設(shè)置有溝道層。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述溝道區(qū)域中，設(shè)置有具有至少一層第1碳化硅層、和第1導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度高于第1碳化硅層且膜厚薄于第1碳化硅層的至少一層第2碳化硅層的疊層結(jié)構(gòu)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于
在上述碳化硅層中，與上述結(jié)晶面垂直的方向上的電子遷移率大于結(jié)晶面的面內(nèi)方向上的電子遷移率。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層，是4H-SiC。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層的上表面，是從(0001)面朝[11-20]方向傾斜的面。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層的上表面，是從(0001)面朝[1-100]方向傾斜的面。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵極絕緣膜，是通過將上述碳化硅層的上部熱氧化后，再在包括含V族元素的化合物的環(huán)境下進(jìn)行熱處理形成的。
11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于含有上述V族元素的化合物，是氧化氮。
12、根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層和上述柵極絕緣膜的界面中，氮濃度最大值大于等于1×1020cm-3小于等于1×1022cm-3。
13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述源電極，與上述基電極是在同一膜中設(shè)置的。
14、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵電極，從平面上來看，是以被挖了孔的多角形形狀設(shè)置的。
上述多角形中被挖去部分的邊中最長(zhǎng)的邊，沿著與上述切割方向垂直的方向。
15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于從平面上來看，上述源電極以多角形形狀設(shè)置，上述柵電極以與上述源電極分離，且包圍上述源電極側(cè)向的形狀設(shè)置。
16、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵電極，從平面上來看，以多角形形狀設(shè)置，上述多角形邊中的最長(zhǎng)邊，沿著與上述切割方向垂直的方向。
17、根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于從平面上來看，上述源電極設(shè)置成具有條狀排列的多個(gè)第1矩形部、和連接上述多個(gè)第1矩形部的端部的第1連接部的梳形，上述柵電極設(shè)置成具有與上述多個(gè)第1矩形部的每個(gè)交替設(shè)置的條狀多個(gè)第2矩形部、和連接上述第2矩形部的端部的第2連接部的梳形。
18(補(bǔ)正后)、一種半導(dǎo)體元件，其特征在于包括半導(dǎo)體襯底，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底上、具有從結(jié)晶面朝著切割方向傾斜10度或低于10度的上表面的碳化硅層，設(shè)置在上述碳化硅層上的柵極絕緣膜、和設(shè)置在上述柵極絕緣膜上的柵電極，設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的源電極，設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的漏電極，以及在上述碳化硅層的、至少位于上述源電極及上述漏電極之下的區(qū)域中相互分開設(shè)置的源極/漏極區(qū)域；從平面來看，上述源極/漏極區(qū)域的邊中對(duì)著的邊，沿著與上述切割方向垂直的方向；在上述碳化硅層和上述柵極絕緣膜的界面中，含有V族元素。
19、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于還包括設(shè)置在上述碳化硅層內(nèi)的、含有第1導(dǎo)電型雜質(zhì)的基極區(qū)域，以及與上述基極區(qū)域電連接的基電極。
20、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵電極以多角形形狀設(shè)置，上述多角形邊中最長(zhǎng)的邊、沿著與上述切割方向垂直的方向。
21、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于沿著與上述切割方向垂直的方向的方向，是從與上述切割方向垂直的方向傾斜5度以內(nèi)的方向。
22、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層的位于上述柵極絕緣膜下面的區(qū)域中設(shè)置有溝道層。
23、根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述溝道區(qū)域中，設(shè)置有具有至少一層第1碳化硅層、和第1導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度高于第1碳化硅層且膜厚薄于第1碳化硅層的至少一層第2碳化硅層的疊層結(jié)構(gòu)。
24、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層中，與上述結(jié)晶面垂直的方向上的電子遷移率大于結(jié)晶面的面內(nèi)方向上的電子遷移率。
25、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層，是4H-SiC。
26、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層的上表面，是從(0001)面朝〔11-20〕方向傾斜的面。
27、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層的上表面，是從(0001)面朝〔1-100〕方向傾斜的面。
28、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵極絕緣膜，是通過將上述碳化硅層的上部熱氧化后，再在包括含V族元素的化合物的環(huán)境下進(jìn)行熱處理形成的。
29、根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于含有上述V族元素的化合物，是氧化氮。
30、根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層和上述柵極絕緣膜的界面中，氮濃度最大值大于等于1×1020cm-3小于等于1×1022cm-3。
31、根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述源電極，與上述基電極是在同一膜中設(shè)置的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件，其特征在于包括半導(dǎo)體襯底，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底上、具有從結(jié)晶面朝著切割方向傾斜10度或低于10度的上表面的碳化硅層，設(shè)置在上述碳化硅層上的柵極絕緣膜、和設(shè)置在上述柵極絕緣膜上的柵電極，設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的源電極，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底下方的漏電極，以及設(shè)置在上述碳化硅層的、至少位于上述源電極下的區(qū)域中的源極區(qū)域；從平面來看，上述源極區(qū)域中最長(zhǎng)的邊，沿著與上述切割方向垂直的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于還包括設(shè)置在上述碳化硅層中的上述源極區(qū)域側(cè)向及下方的第2導(dǎo)電型阱區(qū)域，以及與上述阱區(qū)域電連接的基電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于沿著與上述切割方向垂直的方向的方向，是從與上述切割方向垂直的方向傾斜5度以內(nèi)的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層的位于上述柵極絕緣膜下的區(qū)域中設(shè)置有溝道層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述溝道區(qū)域中，設(shè)置有具有至少一層第1碳化硅層、和第1導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度高于第1碳化硅層且膜厚薄于第1碳化硅層的至少一層第2碳化硅層的疊層結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層中，與上述結(jié)晶面垂直的方向上的電子遷移率大于結(jié)晶面的面內(nèi)方向上的電子遷移率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層，是4H-SiC。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層的上表面，是從(0001)面朝[11-20]方向傾斜的面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層的上表面，是從(0001)面朝[1-100]方向傾斜的面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵極絕緣膜，是通過將上述碳化硅層的上部熱氧化后，再在包括含V族元素的化合物的環(huán)境下進(jìn)行熱處理形成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于含有上述V族元素的化合物，是氧化氮。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層和上述柵極絕緣膜的界面中，氮濃度最大值大于等于1×1020cm-3小于等于1×1022cm-3。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述源電極，與上述基電極是在同一膜中設(shè)置的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵電極，從平面上來看，是以被挖了孔的多角形形狀設(shè)置的。上述多角形中被挖去部分的邊中最長(zhǎng)的邊，沿著與上述切割方向垂直的方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于從平面上來看，上述源電極以多角形形狀設(shè)置，上述柵電極以與上述源電極分離，且包圍上述源電極側(cè)向的形狀設(shè)置。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵電極，從平面上來看，以多角形形狀設(shè)置，上述多角形邊中的最長(zhǎng)邊，沿著與上述切割方向垂直的方向。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于從平面上來看，上述源電極設(shè)置成具有條狀排列的多個(gè)第1矩形部、和連接上述多個(gè)第1矩形部的端部的第1連接部的梳形，上述柵電極設(shè)置成具有與上述多個(gè)第1矩形部的每個(gè)交替設(shè)置的條狀多個(gè)第2矩形部、和連接上述第2矩形部的端部的第2連接部的梳形。
18.一種半導(dǎo)體元件，其特征在于包括半導(dǎo)體襯底，設(shè)置在上述半導(dǎo)體襯底上、具有從結(jié)晶面朝著切割方向傾斜10度或低于10度的上表面的碳化硅層，設(shè)置在上述碳化硅層上的柵極絕緣膜、和設(shè)置在上述柵極絕緣膜上的柵電極，設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的源電極，設(shè)置在上述碳化硅層上的上述柵電極側(cè)向的漏電極，以及在上述碳化硅層的、至少位于上述源電極及上述漏電極之下的區(qū)域中相互分開設(shè)置的源極/漏極區(qū)域；從平面來看，上述源極/漏極區(qū)域的邊中對(duì)著的邊，沿著與上述切割方向垂直的方向。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于還包括設(shè)置在上述碳化硅層內(nèi)的、含有第1導(dǎo)電型雜質(zhì)的基極區(qū)域，以及與上述基極區(qū)域電連接的基電極。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵電極以多角形形狀設(shè)置，上述多角形邊中最長(zhǎng)的邊、沿著與上述切割方向垂直的方向。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于沿著與上述切割方向垂直的方向的方向，是從與上述切割方向垂直的方向傾斜5度以內(nèi)的方向。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層的、位于上述柵極絕緣膜下的區(qū)域中設(shè)置有溝道層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述溝道區(qū)域中，設(shè)置有具有至少一層第1碳化硅層、和第1導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度高于第1碳化硅層且膜厚薄于第1碳化硅層的至少一層第2碳化硅層的疊層結(jié)構(gòu)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層中，與上述結(jié)晶面垂直的方向上的電子遷移率大于結(jié)晶面的面內(nèi)方向上的電子遷移率。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層，是4H-SiC。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層的上表面，是從(0001)面朝〔11-20〕方向傾斜的面。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述碳化硅層的上表面，是從(0001)面朝〔1-100〕方向傾斜的面。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述柵極絕緣膜，是通過將上述碳化硅層的上部熱氧化后，再在包括含V族元素的化合物的環(huán)境下進(jìn)行熱處理形成的。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于含有上述V族元素的化合物，是氧化氮。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于在上述碳化硅層和上述柵極絕緣膜的界面中，氮濃度最大值大于等于1×1020cm-3小于等于1×1022cm-3。
31.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于上述源電極，與上述基電極是在同一膜中設(shè)置的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體元件。在本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中，設(shè)置在碳化硅基板上的n型碳化硅層，具有從(0001)面朝著〔11－20〕方向切割(offcut)的上面。并且，在溝道區(qū)域中，將柵電極和源電極設(shè)置成以沿切割(offcut)方向流動(dòng)的電流為主的樣子。在本發(fā)明中，在形成柵絕緣膜后，再在含V族元素的環(huán)境下進(jìn)行熱處理。這樣一來，由于在碳化硅層和柵絕緣膜的界面上，界面能級(jí)密度降低，因此切割方向A的電子遷移率比與切割方向A垂直的方向的電子遷移率高。
文檔編號(hào)H01L29/04GK1802752SQ20048001584
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者內(nèi)田正雄, 北畠真, 楠本修, 山下賢哉, 高橋邦方, 宮永良子 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社