專利名稱：碳化硅襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化硅襯底。
背景技術(shù)：
近來，已引入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，使用SiC襯底的半導(dǎo)體器件具有諸如高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻的優(yōu)點，除此之外，在高溫環(huán)境下，其特性不會降低太多。為了能夠有效率地制造半導(dǎo)體器件，襯底必須具有特定尺寸或更大。根據(jù)美國專利No. 7，314，520(專利文獻1)，可以制造具有的尺寸至少為76mm(3英寸)的SiC襯底。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻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SiC單晶襯底的工業(yè)可利用的尺寸最大約為100mnK4英寸)，并因此難以通過使用大的單晶襯底來有效率地制造半導(dǎo)體器件。當(dāng)在六面晶系SiC中將利用不同于(0001)面的面特性時，這造成特別嚴重的問題。以下將對此進行討論。通常通過切割通過不容易發(fā)生堆疊差錯的(0001)面的表面生長所獲得的SiC晶錠來制造具有非常少量缺陷的SiC單晶襯底。因此，其遵循沒有平行于生長表面地切割具有的面取向不同于(0001)面的單晶襯底。結(jié)果，變得難以確保單晶襯底的完整尺寸，或者有效地利用大部分晶錠。因此，尤其難以利用SiC的不同于(0001)面的面以高效率來制造半導(dǎo)體器件。作為涉及到困難的、努力放大SiC單晶襯底尺寸的替代方式，考慮到使用支撐部和在其上接合的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)目使碳化硅襯底變大。然后，如上所述具有彼此接合的支撐部和單晶襯底的碳化硅襯底容易翹曲并且可能破裂，這是因為單晶襯底和支撐部之間存在性質(zhì)差異。根據(jù)以下內(nèi)容制作本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一種不太會發(fā)生翹曲的碳化硅襯底，其具有彼此接合的支撐部和單晶襯底。解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底具有襯底區(qū)域和支撐部。所述襯底區(qū)域具有第一單晶襯底。所述第一單晶襯底具有彼此相對的第一正面和第一背面以及連接所述第一正面和所述第一背面的第一側(cè)面。所述支撐部接合到所述第一背面。所述第一單晶襯底的位錯密度小于所述支撐部的位錯密度。所述襯底區(qū)域和所述支撐部中的至少一個具有空洞。根據(jù)本發(fā)明，由于所述第一單晶襯底的位錯密度小于所述支撐部的位錯密度，因此可以在第一單晶襯底中獲得極高晶體質(zhì)量的碳化硅襯底。另外，由于空洞減輕了碳化硅襯底中的應(yīng)力，因此可以減小碳化硅襯底的翹曲。優(yōu)選地，所述支撐部中每單位體積的空洞數(shù)目大于所述第一單晶襯底中每單位體積的空洞數(shù)目。在使支撐部中的空洞數(shù)目較大的同時使第一單晶襯底中的空洞數(shù)目較小， 使得可以提供用于減輕應(yīng)力的足夠大量的空洞。因此，可以在不降低第一單晶襯底的質(zhì)量的情況下減少碳化硅襯底的翹曲。優(yōu)選地，所述第一單晶襯底具有作為每單位體積的雜質(zhì)濃度的第一濃度，所述支撐部具有作為每單位體積的雜質(zhì)濃度的第二濃度，并且所述第二濃度高于所述第一濃度。 因此，可以使支撐部的電氣電阻較低。優(yōu)選地，所述襯底區(qū)域包括第二單晶襯底。所述第二單晶襯底具有彼此相反的第二正面和第二背面以及連接所述第二正面和所述第二背面的第二側(cè)面。所述第二背面接合到所述支撐部。由于第一正面和第二正面都被提供作為襯底區(qū)域的表面，因此可以增加碳化硅襯底的表面面積。優(yōu)選地，所述襯底區(qū)域包括在彼此面對的所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面之間設(shè)置的空間部。所述空間部具有部分填充所述空間部的填充部。因此，與沒有提供填充部時相比，可以減少外來物質(zhì)在空間部中的沉積。優(yōu)選地，所述第一單晶襯底具有第一孔隙率，并且所述空間部具有第二孔隙率。所述第二孔隙率高于所述第一孔隙率?？臻g部的變形促進應(yīng)力的減輕。因此，可以進一步減小碳化硅襯底的翹曲。優(yōu)選地，所述襯底區(qū)域包括第三單晶襯底。所述第三單晶襯底與所述第一單晶襯底的所述第一正面相結(jié)合。因此，襯底區(qū)域變成具有堆疊結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述支撐部中每單位體積的空洞數(shù)目為至少10cm—3。因此，可以進一步減小碳化硅襯底的翹曲。優(yōu)選地，所述空洞數(shù)目涉及至少為Iym3的體積的空洞。因此，可以更可靠地減小碳化硅襯底的翹曲。優(yōu)選地，第一正面相對于{0001}面具有至少50°且至多65°的偏離角。更優(yōu)選地，所述第一正面的偏離取向與所述第一單晶襯底的<1-100>方向所形成的角度至多為 5°。進一步優(yōu)選地，在所述第一單晶襯底的<1-100>方向上，所述第一正面相對于{03-38} 面的偏離角至少為-3°且至多為5°。因此，與第一正面為{0001}面相比，可以提高所述第一正面的溝道遷移率。優(yōu)選地，所述第一正面相對于{0001}面具有的偏離角至少為50°且至多為65°。 所述第一正面的偏離取向與所述第一單晶襯底的<11-20>方向所形成的角度至多為5°。 因此，與第一正面為{0001}面相比，可以提高所述第一正面的溝道遷移率。優(yōu)選地，通過切片形成所述第一單晶襯底的所述第一背面。具體來講，所述第一背面是通過切片而此后不經(jīng)歷拋光形成的。因此，第一背面具有起伏。當(dāng)通過升華在第一背面上設(shè)置支撐部時，起伏的凹部中的空間可以被用作其中累積升華氣體的間隙。本發(fā)明的效果如從以上描述中明顯的，本發(fā)明提供不太會發(fā)生翹曲的碳化硅襯底，其具有彼此接合的支撐部和單晶襯底。


圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖2是沿著圖1中的II-II線截取的示意性橫截面圖。圖3是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的碳化硅襯底的制造方法的第一步驟的橫截面圖。圖4是圖3的局部放大圖。圖5是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的碳化硅襯底的制造方法的第二步驟處、 通過升華造成的材料移動方向的局部橫截面圖。圖6是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的碳化硅襯底的制造方法的第二步驟處、 通過升華造成的間隙移動方向的局部橫截面圖。圖7是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的碳化硅襯底的制造方法的第二步驟處、 通過升華造成的空洞移動方向的局部橫截面圖。圖8是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例2的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖9是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例3的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖10是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例4的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖11是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例4的變形形式的碳化硅襯底的制造方法中的步驟的橫截面圖。圖12是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例5的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖13是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例6的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖14是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例7的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的局部橫截面圖。圖15是代表根據(jù)本發(fā)明實施例7的半導(dǎo)體器件的制造方法的示意性流程圖。圖16是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例7的半導(dǎo)體器件的制造方法的第一步驟的局部橫截面圖。圖17是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例7的半導(dǎo)體器件的制造方法的第二步驟的局部橫截面圖。圖18是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例7的半導(dǎo)體器件的制造方法的第三步驟的局部橫截面圖。圖19是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例7的半導(dǎo)體器件的制造方法的第四步驟的局部橫截面圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖來描述本發(fā)明的實施例。[實施例1]參照圖1和圖2，根據(jù)本實施例的碳化硅襯底81具有支撐部30和襯底區(qū)域R1。襯底區(qū)域Rl具有單晶襯底11至19以及空間(空間部)GP?？臻g部GP具有填充部20。襯底區(qū)域Rl和支撐部30具有橋接其間界面的空洞VI。具體來講，空洞Vl具有在襯底區(qū)域Rl 中包括的空洞Vla和在支撐部30中包括的空洞Vlb。當(dāng)從二維角度觀察時，空洞Vl位于單晶襯底11至19中的每個單晶襯底之間的邊界處。另外，支撐部30在其內(nèi)具有空洞Vc。
單晶襯底11 (第一單晶襯底)具有彼此相反的第一正面Fl和第一背面Bl以及第一側(cè)面Si，并且第一側(cè)面Sl連接第一正面Fl和第一背面Bi。單晶襯底12 (第二單晶襯底)具有彼此相對的第二正面F2和第二背面B2以及第二側(cè)面S2，第二側(cè)面S2連接第二正面F2和第二背面B2。第一單晶襯底和第二單晶襯底被布置成使得第一側(cè)面Sl和第二側(cè)面 S2彼此面對且其間具有空間GP。第一側(cè)面和第二側(cè)面之間的最短距離優(yōu)選地至多為5mm， 更優(yōu)選地至多為1mm，進一步優(yōu)選地至多為100 μ m，并且最優(yōu)選地至多為10 μ m。單晶襯底11至19中的每個單晶襯底的正面優(yōu)選地具有{03-38}的面取向。然而， 注意的是，可以將10001}、{11-20}或{1-100}作為面取向。另外，還可以使用與以上提及的每個面取向偏離幾度的面。填充部20填充空間GP中的一部分，以連接第一正面Fl和第二正面F2。由于如圖 2所示的空間GP具有相對大的空洞Via，因此與單晶襯底11至19中的每個單晶襯底的孔隙率(第一孔隙率)相比，其具有更高的孔隙率(第二孔隙率)。支撐部30接合到單晶襯底11至19中的每個單晶襯底，例如，接合到第一背面Bl 和第二背面B2中的每個。支撐部30具有例如盤形，其直徑優(yōu)選地至少為50mm，并且更優(yōu)選地至少為150mm。支撐部30中的每單位體積的空洞數(shù)目大于單晶襯底11至19中的每個單晶襯底中的每單位體積的空洞數(shù)目。優(yōu)選地，支撐部30中的每單位體積的空洞數(shù)目為至少10cm_3。 這里，空洞數(shù)目是指具有特定體積或更大體積的空洞的數(shù)目，并且所述體積是例如1 μ m。另外，單晶襯底11至19中的每個單晶襯底的位錯密度小于支撐部30的位錯密度。具體來講，在單晶襯底11至19中的晶體質(zhì)量高于支撐部30中的晶體質(zhì)量。優(yōu)選地，單晶襯底11至19中的每個單晶襯底具有作為每單體體積的雜質(zhì)濃度的第一濃度，并且支撐部30具有作為每單位體積的雜質(zhì)濃度的第二濃度。第二濃度高于第一濃度。接著，將描述制造碳化硅襯底81的方法。為了便于描述，以下，可能僅提及在單晶襯底11至19之中的單晶襯底11和12。然而，注意的是，以與單晶襯底11和12相同的方式處理單晶襯底13至19。參照圖3和圖4，準(zhǔn)備支撐部30、單晶襯底11至19、即單晶襯底組10以及加熱設(shè)備。加熱設(shè)備具有第一加熱體91和第二加熱體92、隔熱容器40、加熱器50和加熱器電源 150。隔熱容器40由隔熱性質(zhì)高的材料形成。例如，加熱器50是電氣電阻型加熱器。第一加熱體91和第二加熱體92從加熱器50吸收輻射熱，以達到對支撐部30和單晶襯底組10 進行加熱的功能。例如，第一加熱體91和第二加熱體92由具有低孔隙率的石墨形成。此后，第一加熱體91、單晶襯底組10、支撐部30和第二加熱體92按此次序堆疊布置。具體來講，首先，單晶襯底11至19在第一加熱體91上布置成矩陣。以舉例的方式， 單晶襯底11和12被布置成使得第一側(cè)面Sl和第二側(cè)面S2彼此面對且其間具有空間GP。 然后，在單晶襯底組10的表面上放置支撐部30。此后，在支撐部30上放置第二加熱體92。 此后，第一加熱體、單晶襯底組10、支撐部30和第二加熱體92接連堆疊地容納在設(shè)置有加熱器50的隔熱容器40內(nèi)。接著，將隔熱容器40中的氣氛設(shè)定成降低的壓力氣氛。將氣氛的壓力設(shè)定成高于 KT1Pa 并低于 IO4Pa0
上述氣氛可以是惰性氣體氣氛。可以使用諸如He或Ar的稀有氣體、氮氣或者稀有氣體和氮氣的混合氣體作為惰性氣體。當(dāng)使用的是混合氣體時，氮氣的比率為例如60%。 隔熱容器40內(nèi)的壓力優(yōu)選地至多為50kPa，并且更優(yōu)選地至多為lOkPa。此后，用加熱器50，通過第一加熱體91和第二加熱體92，將單晶襯底組10和支撐部30加熱至引起升華和再結(jié)晶反應(yīng)的溫度。通過進行加熱以產(chǎn)生溫度差異，使得支撐部30 的溫度變得高于單晶襯底組10的溫度。參照圖5，在以上提及的加熱步驟的開始，簡單地將支撐部30放置在單晶襯底11 和12中的每個上并且不與之接合。因此，在單晶襯底11和12的背面(圖5中的上表面) 中的每個與支撐部30，存在小間隙GQ。另外，如上所述，在單晶襯底11和12之間，形成空間GP。具體來講，如果單晶襯底11和12的背面是通過切片形成的，也就是說，通過切片而不經(jīng)歷拋光形成的，則在背面上存在起伏。因此，通過起伏的凹部中的空間，可以容易地并且可靠地提供合適尺寸的間隙。當(dāng)使支撐部30的溫度高于如上所述的單晶襯底11和12中的每個的溫度時，在間隙GQ中因為升華而出現(xiàn)材料移動，如箭頭Mc所指示的。另外，因為升華而發(fā)生材料從支撐部30移動到空間GP，如箭頭Mb所指示的。另外，因為空間GP中的升華而發(fā)生材料如箭頭 Ma所指示地從單晶襯底11和12中的每個的背面?zhèn)?圖中的上側(cè))移動到正面?zhèn)?圖中的下側(cè))。另外，參照圖6，圖5中由箭頭Ma至Mc指示的材料移動對應(yīng)于圖6中由箭頭Hla 至Hlc指示的空間GP和間隙GQ中腔體的腔體移動。這里，間隙GQ的高度(圖中垂直方向上的尺寸)在面中發(fā)生顯著變化，并且因為存在這個變化，所以與間隙GP相對應(yīng)的腔體移動的速度在面中發(fā)生顯著變化。另外，參照圖7，因為存在這種變化，所以與間隙GQ(圖6)相對應(yīng)的腔體不能在保持其形狀的情況下移動，并且替代地，產(chǎn)生多個空洞Vc (圖7)。另外，通過與箭頭Hla和Hlb指示相對應(yīng)的空間GP (圖6)的腔體移動，填充一部分空間GP的填充部20被形成為連接第一正面Fl和第二正面F2。結(jié)果，產(chǎn)生由空洞Vlb和空洞Vla組成的空洞VI，空洞Vlb位于支撐部30中面對空間GP (圖7)，空洞Vla被設(shè)置在空間GP(圖7)中。隨著加熱繼續(xù)進行，空洞Via、Vlb和Vc分別如箭頭H2a、H2b和H2c所指示地移動。因此，得到圖2所示的碳化硅襯底81。根據(jù)本實施例，由于單晶襯底11至19中的每個單晶襯底的位錯密度小于支撐部 30的位錯密度，因此可以使碳化硅襯底的晶體質(zhì)量特別高于單晶襯底11至19中的每個單晶襯底的晶體質(zhì)量。另外，由于碳化硅襯底中的應(yīng)力由于空洞Vl和Vc而減輕，因此可以減少碳化硅襯底81的翹曲。另外，支撐部30中的每單位體積的空洞數(shù)目大于單晶襯底11至19中的每個單晶襯底中的每單位體積的空洞數(shù)目。因此，可以確保提供足夠大量的空洞以減輕應(yīng)力，這是通過增大支撐部30中的空洞數(shù)目、同時控制單晶襯底11至19中的每個單晶襯底中的空洞數(shù)目來實現(xiàn)的。因此，可以減少碳化硅襯底81的翹曲而不會劣化單晶襯底11至19的質(zhì)量。另外，由于形成了第一正面Fl和第二正面F2 (圖2)，因此，可以使碳化硅襯底81 的表面面積大于當(dāng)只形成了第一正面Fl時的表面面積。
另外，空間GP具有部分填充空間GP的填充部20，以連接第一正面Fl和第二正面 F2。因此，可以防止在空間GP中沉積外來物質(zhì)。另外，由于空間GP的孔隙率(第二孔隙率)高于單晶襯底11的孔隙率(第一孔隙率)，因此填充部20更容易發(fā)生變形。這意味著，可以通過填充部20容易地減小應(yīng)力，并因此可以進一步減小碳化硅襯底81的翹曲。優(yōu)選地，使空間GP的孔隙率高于其他單晶襯底12至19中的每個單晶襯底的孔隙率。優(yōu)選地，單晶襯底11具有作為每單位體積的雜質(zhì)濃度的第一濃度，并且支撐部30 具有作為每單位體積的雜質(zhì)濃度的第二濃度。第二濃度高于第一濃度。因此，可以使支撐部30的電氣電阻變低。優(yōu)選地，支撐部30中的每單位體積的空洞數(shù)目為至少10cm_3。因此，可以進一步減少碳化硅襯底81的翹曲。優(yōu)選地，以上提及的空洞數(shù)目代表具有的體積至少為Iym3的空洞的數(shù)目。因此， 可以進一步減少碳化硅襯底81的翹曲。優(yōu)選地，單晶襯底11至19中的每個單晶襯底具有4H多型的SiC晶體結(jié)構(gòu)。因此， 可以得到適于制造功率半導(dǎo)體的碳化硅襯底81。優(yōu)選地，為了防止碳化硅襯底81出現(xiàn)裂縫，在碳化硅襯底81中，使支撐部30與單晶襯底11至19之間的熱膨脹系數(shù)差異盡可能小。因此，可以進一步減少碳化硅襯底81的翹曲。為此，例如，支撐部30可以適于具有的晶體結(jié)構(gòu)與單晶襯底11至19的晶體結(jié)構(gòu)相同。優(yōu)選地，使熱處理之前準(zhǔn)備的單晶襯底組10中的每個單晶襯底(圖4)和支撐部 30的面內(nèi)厚度變化盡可能小。以舉例的方式，該變化限于最多為10 μ m。在熱處理之前準(zhǔn)備的支撐部30的電氣電阻被設(shè)定成優(yōu)選地低于50πιΩ · cm并且更優(yōu)選地低于IOm Ω .cm。將碳化硅襯底81的支撐部30的雜質(zhì)濃度優(yōu)選地設(shè)定為至少5X 1018cm_3，并且更優(yōu)選為至少lX102°cm_3。當(dāng)使用如此的碳化硅襯底81制造諸如垂直型MOSFET (金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)的垂直型半導(dǎo)體器件時，可以減小垂直型半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通電阻，在所述垂直型半導(dǎo)體器件中，使電流在垂直方向上流動。碳化硅襯底81的平均電氣電阻優(yōu)選地至多為5πιΩ · cm，并且更優(yōu)選地，至多為 Im Ω · cm。優(yōu)選地，碳化硅襯底81的厚度(圖2中的垂直方向上的尺寸)為至少300 μ m。優(yōu)選地，第一正面Fl相對于{0001}面具有的偏離角至少為50°且至多為65°。 因此，與第一正面為{0001}面時相比，可以改進第一正面Fl處的溝道遷移率。更優(yōu)選地， 滿足以下第一條件或第二條件中的任一個。在第一條件下，第一正面Fl的偏離取向與單晶襯底11的<1-100>方向所形成的角度至多為5°。更優(yōu)選地，在單晶襯底11的<1-100>方向上，第一正面Fl相對于{03-38} 面的偏離角至少為-3°且至多為5°。在第二條件下，第一正面Fl的偏離取向和單晶襯底11的<11-20>方向形成的角度至多為5°。雖然以上已描述單晶襯底11的第一正面Fl的優(yōu)選取向，但是對于剩余的單晶襯底12至19中的每個單晶襯底的表面取向，同樣如此。(實施例2)主要參照圖8，根據(jù)本實施例的碳化硅襯底82沒有空洞Vlb (圖2)?？梢酝ㄟ^形成填充部20得到碳化硅襯底82，形成填充部20主要是通過箭頭Ma (圖幻指示的材料移動而基本上沒有箭頭Mb (圖幻指示的材料移動。除了這點外，結(jié)構(gòu)與上述實施例1的結(jié)構(gòu)基本上相同。因此，用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的元件，并且將不再重復(fù)對其的描述。本實施例還獲得與實施例1所獲得的效果相似的效果。(實施例3)主要參照圖9，根據(jù)本實施例的碳化硅襯底83具有襯底區(qū)域R3以替代襯底區(qū)域 Rl (圖2)。襯底區(qū)域R3具有被填充部21充分填充的空間GP。另外，除了空洞Vc外，支撐部30還具有空洞V2?？斩碫2僅位于支撐部30的內(nèi)部。可以通過在空洞Vl進入并且完全位于支撐部30中之前一直繼續(xù)熱處理來得到碳化硅襯底83。填充部21的材料可以包括例如碳化硅(SiC)、硅(Si)、粘合劑、抗蝕劑、樹脂或氧化硅(SiO2)。除了這點外，結(jié)構(gòu)與上述實施例1的結(jié)構(gòu)基本上相同。因此，用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的元件，并且將不再重復(fù)對其的描述。本實施例還獲得與實施例1所獲得的效果相似的效果。(實施例4)參照圖10，根據(jù)本實施例的碳化硅襯底84具有襯底區(qū)域R4以替代襯底區(qū)域 Rl (圖2)。襯底區(qū)域R4具有未填充的空間部GP。在碳化硅襯底84中，可以通過例如由圖中的中心箭頭所指示的、在第一背面Bl和第二背面B2上沉積碳化硅來形成支撐部30。在進行這種沉積時形成空洞Vc。通過沉積形成的支撐部30不是一定會具有單晶結(jié)構(gòu)，并且其可以具有多晶結(jié)構(gòu)。將參照圖11來描述本實施例的變形形式。在本實施例中，預(yù)先準(zhǔn)備具有空洞Vc 的支撐部30?？梢允褂门c實施例1的支撐部相類似的支撐部或者多晶體或燒結(jié)體作為支撐部30。如圖中的箭頭所指示的，支撐部30的表面和單晶襯底11至13中的每個單晶襯底的背面被接合?？梢酝ㄟ^加熱單晶襯底11至13中的每個單晶襯底與支撐部30之間的界面來進行這種接合。除了這點外，結(jié)構(gòu)與上述實施例1的結(jié)構(gòu)基本上相同。因此，用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的元件，并且將不再重復(fù)對其的描述。本實施例還獲得與實施例1所獲得的效果相似的效果。(實施例5)參照圖12，根據(jù)本實施例的碳化硅襯底85具有襯底區(qū)域R5以替代襯底區(qū)域 Rl (圖2)。襯底區(qū)域R5僅具有單晶襯底11，而不是具有單晶襯底11至19 (圖1)。除了這點外，結(jié)構(gòu)與上述實施例1的結(jié)構(gòu)基本上相同。因此，用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的元件，并且將不再重復(fù)對其的描述。本實施例還獲得與實施例1所獲得的效果相似的效果。(實施例6)
參照圖13，根據(jù)本實施例的碳化硅襯底86具有襯底區(qū)域R6以替代襯底區(qū)域 R5 (圖12)。襯底區(qū)域R6除了具有單晶襯底11之外還具有單晶襯底41 (第三單晶襯底)。 第三單晶襯底41接合到單晶襯底11 (第一單晶襯底)的第一正面F1。因此，襯底區(qū)域R6 具有堆疊結(jié)構(gòu)。(第七實施例)參照圖14，根據(jù)本實施例的半導(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)，其具有碳化硅襯底81、緩沖層121、擊穿電壓保持層122、ρ區(qū) 123、n+區(qū)124,p+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，并且如實施例1中所述，其具有支撐部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位于漏電極與單晶襯底U之間。緩沖層121設(shè)置在單晶襯底11上，使得單晶襯底11位于緩沖層與支撐部 30之間。緩沖層121具有η型導(dǎo)電性，并且其厚度為例如0.5 μ m。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，并且其由具有η型導(dǎo)電性的碳化硅形成。擊穿電壓保持層122的厚度為10 μ m，并且η型導(dǎo)電性雜質(zhì)的濃度為5X1015cm_3。在擊穿電壓保持層122的表面上，形成彼此間隔開的具有P型導(dǎo)電性的多個P區(qū) 123。在ρ區(qū)123中，在ρ區(qū)123的表面層處形成η+區(qū)124。在靠近η+區(qū)124的位置處形成P+區(qū)125。形成氧化物膜126，其從一個ρ區(qū)123上的η.區(qū)IM上方延伸到暴露在兩個 P區(qū)123之間的擊穿電壓保持層122、另一個ρ區(qū)123和所述另一個ρ區(qū)123中的上述η+區(qū) 124的上方。在氧化物膜1 上形成柵電極110。另外，在η+區(qū)IM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。在從氧化物膜126與半導(dǎo)體層中的每個、即η+區(qū)124、ρ+區(qū)125、ρ區(qū)123和擊穿電壓保持層122之間的界面開始的IOnm內(nèi)的區(qū)域中，氮原子的最高濃度至少為lX1021cm_3。 因此，可以提高尤其氧化物膜1 下方的溝道區(qū)域(ρ區(qū)123中與位于η+區(qū)IM和擊穿電壓保持層122之間的氧化物膜1 接觸的部分)處的遷移率。接著，將描述制造半導(dǎo)體器件100的方法。雖然圖16至圖19中示出僅在單晶襯底11至19(圖1)之中的單晶襯底11附近進行的處理步驟，但是在單晶襯底12至19中的每個單晶襯底附近執(zhí)行類似的處理步驟。首先，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具有η型導(dǎo)電性。參照圖16，在外延層形成步驟(步驟S120 圖1 中，采用以下方式來形成緩沖層 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的表面上，形成緩沖層121。緩沖層121形成在具有η型導(dǎo)電性的碳化硅上，并且以舉例的方式，其是厚度為0. 5 μ m的外延層。另外， 緩沖層121中的導(dǎo)電雜質(zhì)的濃度為例如5X1017cnT3。接著，在緩沖層121上形成擊穿電壓保持層122。具體來講，通過外延生長來形成由具有η型導(dǎo)電性的碳化硅形成的層。例如，擊穿電壓保持層122的厚度為ΙΟμπι。擊穿電壓保持層122中的η型導(dǎo)電雜質(zhì)的濃度為例如5X1015cnT3。
參照圖17，在注入步驟(步驟S130:圖15)處，采用以下方式來形成ρ區(qū)123、η+ 區(qū)124和η+區(qū)125。首先，將ρ型雜質(zhì)選擇性地引入到擊穿電壓保持層122的一部分，使得形成ρ區(qū) 123。接著，將η型導(dǎo)電雜質(zhì)選擇性地引入到指定區(qū)域，以形成η+區(qū)124，并且將ρ型導(dǎo)電雜質(zhì)選擇性地引入到指定區(qū)域，以形成P+區(qū)125。使用由例如氧化物膜形成的掩模來進行選擇性引入雜質(zhì)。在如此的注入步驟之后，進行激活退火處理。以舉例的方式，在氬氣氣氛中、在 1700°C的加熱溫度處退火30分鐘。參照圖18，執(zhí)行柵絕緣膜形成步驟(步驟S140 圖1 。具體來講，形成氧化物膜 126以覆蓋擊穿電壓保持層122、ρ區(qū)123、η.區(qū)124和ρ+區(qū)125?？梢酝ㄟ^干法氧化(熱氧化)來形成膜。例如，用于進行干法氧化的條件為加熱溫度為1200°C且加熱時間為30 分鐘。此后，進行氮氣退火步驟(步驟S150)。具體來將，在一氧化氮(NO)氣氛中進行退火。例如，用于進行這個工藝的條件為加熱溫度為1100°C且加熱時間為120分鐘。結(jié)果， 在擊穿電壓保持層122、ρ區(qū)123、η+區(qū)IM和ρ+區(qū)125中的每個與氧化物膜1 之間的界面附近引入氮原子。在使用一氧化氮進行退火步驟之后，可以使用氬(Ar)氣作為惰性氣體進行退火。 例如，用于這個工藝的條件是加熱溫度為1100°c且加熱時間為60分鐘。參照圖19，通過電極形成步驟(步驟S160:圖15)，采用以下方式來形成源電極 111和漏電極112。首先，使用光刻法，在氧化物膜1 上形成具有圖案的抗蝕劑膜。使用抗蝕劑膜作為掩模，通過蝕刻來去除氧化物膜1 位于η.區(qū)IM和ρ+區(qū)125上的部分。因此，在氧化物膜126中形成開口。接著，導(dǎo)電膜被形成為接觸開口中的η+區(qū)IM和ρ+區(qū)125中的每個。然后，去除抗蝕劑膜，由此去除(剝離)導(dǎo)電膜的位于抗蝕劑膜上的部分。導(dǎo)電膜可以是金屬膜，并且以舉例的方式，其由鎳(Ni)形成。作為該剝離的結(jié)果，形成源電極111。這里，優(yōu)選地執(zhí)行用于合金的熱處理。通過舉例的方式，在作為惰性氣體的氬(Ar) 氣氣氛中、950°C的加熱溫度處進行熱處理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。在氧化物膜1 上形成柵電極110。通過上述步驟，得到半導(dǎo)體器件 100。注意的是，可以使用與本實施例具有相反導(dǎo)電類型、即ρ型和η型顛倒的結(jié)構(gòu)。另外，用于制造半導(dǎo)體器件100的碳化硅襯底不限于根據(jù)實施例1的碳化硅襯底 81，并且其可以是碳化硅襯底82至86 (實施例2至6)中的任一個。另外，雖然將垂直型DiMOSFET描述為實例，但可以使用根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底制造其他半導(dǎo)體器件。例如，可以制造RESURF-JFET(減小的表面場-結(jié)型場效應(yīng)晶體管) 或肖特基二極管。實例將具有的直徑為100mm、厚度為300 μ m、多型4Η、面取向為(03-38)、η型雜質(zhì)濃度為lX102°cm_3、微管密度為IXlO4cnT2且堆疊差錯密度為IXlO15cnT1的碳化硅晶片準(zhǔn)備作為支撐部30(圖3)。將具有20X20mm的正方形形狀、厚度為300 μ m、多型4H、面取向為 (03-38)、η型雜質(zhì)濃度為1 X 1019cm_3、微管密度為0. 2cm_2且堆疊差錯密度為IcnT1的碳化硅晶片準(zhǔn)備作為單晶襯底組10中的每個單晶襯底，也就是說，單晶襯底11至19(圖1)中的每個單晶襯底。另外，將石墨片準(zhǔn)備作為第一加熱體91和第二加熱體92中的每個。單晶襯底11至19在第一加熱體91上被布置成矩陣。在單晶襯底組10上，放置支撐部30。然后，將第二加熱體92放置在支撐部30上。以此方式，準(zhǔn)備由第一加熱體91、 單晶襯底組10、支撐部30和第二加熱體92組成的堆疊體。上述的堆疊體被容納在加熱設(shè)備的隔熱容器40 (圖幻中。接著，將隔熱容器40 中的氣氛設(shè)定為1 壓力的氮氣氣氛。此后，通過加熱器50將隔熱容器40中的溫度加熱至大約2100°C。這里，通過加熱器50進行加熱，與第一加熱體91相比，加熱器50的位置更靠近第二加熱體92。結(jié)果，使第二加熱體92的溫度高于第一加熱體91。因此，使面對第一加熱體91的單晶襯底組10的溫度低于面對第二加熱體92的支撐部30的溫度。這種狀態(tài)保持M小時，以獲得熱處理。結(jié)果，得到碳化硅襯底81 (圖1、圖2)。碳化硅襯底81的支撐部30的每單位體積的空洞數(shù)目為IOcnT3或更高。另外，支撐襯底30中的雜質(zhì)濃度為5X102°cm_3。具體來講，使熱處理后的支撐部30的雜質(zhì)濃度高于熱處理前的值lX102°cm_3。這是因為考慮到支撐部30吸收上述氣氛中的氮。用SEM(掃描電子顯微鏡)檢測碳化硅襯底81的橫截面，并且發(fā)現(xiàn)在熱處理前已經(jīng)存在于單晶襯底11和支撐部30之間的界面處的間隙GQ(圖5)基本上消失。在本實施中，使單晶襯底11的溫度低于熱處理中的支撐部30的溫度，同時在沒有這種溫度差異的情況下進行熱處理的實驗。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明的實例相比，留下了更多間隙GQ。作為本發(fā)明實例的另外的樣品，通過與上述相同的方法，針對面取向(0001)和 (03-38)中的每個，制造直徑為50mm、75mm、100mm、125mm和150mm的碳化硅襯底。作為對比例，準(zhǔn)備由與以上提及的尺寸相對應(yīng)的單晶形成的襯底。這些襯底中的每個經(jīng)歷離子注入和激活退火。用于激活退火的條件是氣氛是Ar氣氛；壓力為90kPa ；熱增加速率為100°C / min ；溫度為1800°C ；并且保持時間為30分鐘。測量以上述方式得到的每個襯底的翹曲。結(jié)果在表1中示出。[表1]
翅曲(μηι)50 mm75 mm100 mm125 mm150 ram比較例(0001)<40<50<100<200<500(03-38)<30<50<70<140<300本發(fā)明實例(0001)<20<30<40<50<70(03-38)<20<20<30<40<50這些結(jié)果表明，在本發(fā)明的樣品中，襯底的翹曲可以進一步減少。另外，測量每個襯底發(fā)生破裂的可能性。結(jié)果如表2中所示。[表 2]
權(quán)利要求
1.一種碳化硅襯底(81)，其包括襯底區(qū)域(Rl)，所述襯底區(qū)域(Rl)包括第一單晶襯底(11)，所述第一單晶襯底具有彼此相反的第一正面(Fl)和第一背面(Bi)、以及連接所述第一正面和所述第一背面的第一側(cè)面(Si)；以及，支撐部(30)，所述支撐部(30)與所述第一背面相接合；其中，所述第一單晶襯底的位錯密度低于所述支撐部的位錯密度，并且所述襯底區(qū)域和所述支撐部中的至少一個具有空洞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅襯底(81)，其中，所述支撐部中每單位體積的空洞數(shù)目大于所述第一單晶襯底中每單位體積的空洞數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅襯底(81)，其中，所述第一單晶襯底具有作為每單位體積的雜質(zhì)濃度的第一濃度，所述支撐部具有作為每單位體積的雜質(zhì)濃度的第二濃度，并且所述第二濃度高于所述第一濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅襯底(81)，其中，所述襯底區(qū)域包括第二單晶襯底(12)，所述第二單晶襯底(1 具有彼此相反的第二正面(F》和第二背面(B2)、以及連接所述第二正面和所述第二背面的第二側(cè)面(S2)，并且所述第二背面與所述支撐部相接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳化硅襯底，其中，所述襯底區(qū)域包括被定位在彼此面對的所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面之間的空間部 (GP)，并且所述空間部具有部分地填充該空間部的填充部00)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳化硅襯底，其中，所述第一單晶襯底具有第一孔隙率，所述空間部具有第二孔隙率，并且所述第二孔隙率高于所述第一孔隙率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅襯底(86)，其中，所述襯底區(qū)域包括與所述第一單晶襯底的所述第一正面相接合的第三單晶襯底Gl)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅襯底，其中，在所述支撐部中的每單位體積的空洞數(shù)目為至少lOcm—3。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳化硅襯底，其中，所述空洞數(shù)目涉及具有至少為Iym3的體積的空洞。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅襯底，其中，所述第一正面相對于{0001}面具有至少50°且至多65°的偏離角。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的碳化硅襯底，其中，由所述第一正面的偏離取向與所述第一單晶襯底的<1-100>方向所形成的角度至多為5°。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的碳化硅襯底，其中，在所述第一單晶襯底的<1-100>方向上，所述第一正面相對于{03-38}面的偏離角至少為-3°且至多為5°。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的碳化硅襯底，其中，由所述第一正面的偏離取向與所述第一單晶襯底的<11-20>方向所形成的角度至多為5°。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅襯底(81)，其中， 通過切片來形成所述第一單晶襯底的所述第一背面(Bi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種碳化硅襯底(81)，其具有襯底區(qū)域(R1)和支撐部(30)。該襯底區(qū)域(R1)具有第一單晶襯底(11)。支撐部(30)連接到第一單晶(11)的第一背面(B1)。第一單晶襯底(11)的位錯密度小于支撐部(30)的位錯密度。襯底區(qū)域(R1)和支撐部(30)中的至少一個具有空洞。
文檔編號H01L29/12GK102334176SQ20108000965
公開日2012年1月25日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16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