專利名稱：具有碳化硅襯底的復(fù)合襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合襯底，具體地涉及一種具有多個碳化硅襯底的復(fù)合襯底。
背景技術(shù)：
近年來，已采用化合物半導(dǎo)體作為用于制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底。例如，與更為常用的硅的帶隙相比，碳化硅具有更大的帶隙。因而，使用碳化硅襯底的半導(dǎo)體器件具有擊穿電壓高、導(dǎo)通電阻低以及高溫環(huán)境下特性下降可能性較小的優(yōu)點。為了有效率地制造這樣的半導(dǎo)體器件，襯底在尺寸上需要大到某種程度。根據(jù)美國專利No. 7314520(專利文獻(xiàn)1)，可以制造76mm(3英寸)或更大的碳化硅襯底。引用文件列表專利文獻(xiàn)PTL 1 美國專利 No. 7314520

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題工業(yè)上，碳化硅襯底的尺寸仍被限制在大約100mnK4英寸)。所以，不利的是，不能使用大的半導(dǎo)體襯底來有效率地制造半導(dǎo)體器件。在六方晶系碳化硅中利用除了(0001) 面以外的面的特性的情況中，這個不利之處變得尤其嚴(yán)重。下文中，將對此進(jìn)行說明。通常，缺陷少的碳化硅襯底是通過對在(0001)面中生長得到的碳化硅晶錠進(jìn)行切片來制造的，這使層錯的可能性較小。因而，具有除了(0001)面以外的面取向的碳化硅襯底是通過以不平行于晶錠生長表面的方式對晶錠切片而得到的。這使得難以充分確保襯底的尺寸，或者晶錠中很多部分不能被有效地利用。為此，要有效率地制造使用除了碳化硅的(0001)面以外的面的半導(dǎo)體器件尤其困難。代替增大這樣的具有如上所述困難的碳化硅襯底的尺寸，考慮使用具有多個碳化硅襯底和與多個碳化硅襯底中的每個襯底相連接的支撐部的復(fù)合襯底。即使支撐部具有高的晶體缺陷密度，也不太可能出現(xiàn)問題。因而，可以相對較容易地準(zhǔn)備大的支撐部。根據(jù)需要，通過增大設(shè)置在支撐部上的碳化硅襯底的數(shù)目，可以增大復(fù)合襯底的尺寸。盡管在復(fù)合襯底中碳化硅襯底中的每個和支撐部彼此連接，但相鄰碳化硅襯底不會彼此連接或者不會充分地彼此連接。因此，會在相鄰的碳化硅襯底之間形成間隙。如果利用具有這樣的間隙的復(fù)合襯底來制造半導(dǎo)體器件，則在制造工作中可能會有異物殘留在該間隙中。特別地，用于CMP(化學(xué)機械拋光)的拋光劑可能殘留在其中。鑒于上述問題而做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是要提供一種能夠防止異物殘留在復(fù)合襯底中提供的多個碳化硅襯底之間的間隙中的復(fù)合襯底。問題的解決方案本發(fā)明的復(fù)合襯底包括支撐部、第一和第一碳化硅襯底以及封閉部。第一碳化硅襯底具有與支撐部相連接的第一背面、與第一背面相反的第一正面以及將第一背面和第一正面彼此連接的第一側(cè)面。第二碳化硅襯底具有與支撐部相連接的第二背面、與第二背面相反的第二正面以及將第二背面和第二正面彼此連接的第二側(cè)面，并且在第一側(cè)面和第二側(cè)面之間形成有間隙。封閉部封閉間隙。根據(jù)該復(fù)合襯底，可以得到具有與第一和第二碳化硅襯底的面積的總和相對應(yīng)的面積的復(fù)合襯底。以此方式，與單獨使用第一和第二碳化硅襯底中的每個制造半導(dǎo)體器件的情況相比，可以更有效率地制造半導(dǎo)體器件。此外，根據(jù)該復(fù)合襯底，第一和第二碳化硅襯底之間的間隙由封閉部封閉。因此， 在使用復(fù)合襯底制造半導(dǎo)體器件的工藝中，可以防止異物累積在間隙中。應(yīng)該注意的是，雖然以上說明是關(guān)于第一和第二碳化硅襯底做出的，但并非意圖排除還使用另外的碳化硅襯底的情況。優(yōu)選地，所述第一和第二碳化硅襯底中的每個襯底具有單晶結(jié)構(gòu)。通過組合第一和第二碳化硅襯底，其中每個均難以具有大面積的碳化硅襯底所提供的面積實質(zhì)上可以較大。以此方式，可以有效率地制造具有單晶碳化硅的半導(dǎo)體器件。優(yōu)選地，所述封閉部由碳化硅制成。因此，封閉部可以被用作半導(dǎo)體器件中由碳化硅制成的部分。優(yōu)選地，所述封閉部具有在第一和第二碳化硅襯底上外延生長的至少一部分。以此方式，封閉部的晶體結(jié)構(gòu)可以被優(yōu)化為適合于半導(dǎo)體器件。優(yōu)選地，所述支撐部由碳化硅制成。因此，第一和第二碳化硅襯底中的每個襯底與支撐部的物理特性可以彼此相近。優(yōu)選地，所述支撐部具有的微管密度比第一和第二碳化硅襯底中的每個襯底的微管密度高。因此，可以使用具有更多微管缺陷的支撐部，從而進(jìn)一步有利于復(fù)合襯底的制造。優(yōu)選地，所述間隙具有ΙΟΟμπι或更小的寬度。以此方式，間隙可以由封閉部更牢靠地封閉。優(yōu)選地，所述封閉部具有不小于間隙的寬度的1/100的厚度。因此，間隙可以由封閉部更牢靠地封閉。優(yōu)選地，所述封閉部包括位于第一和第二碳化硅襯底上的第一部分以及位于第一部分上的第二部分。第二部分具有的雜質(zhì)濃度比第一部分的雜質(zhì)濃度低。因此，第二部分可以被用作半導(dǎo)體器件中具有較低的雜質(zhì)濃度的層。優(yōu)選地，所述第一正面相對于第一碳化硅襯底的{0001}面具有不小于50°且不大于65°的偏離角，并且所述第二正面相對于第二碳化硅襯底的{0001}面具有不小于50°且不大于65°的偏離角。更優(yōu)選地，第一正面的偏離取向與第一碳化硅襯底的<1-100>方向形成5°或更小的角度，并且第二正面的偏離取向與第二碳化硅襯底的 <1-100>方向形成5°或更小的角度。進(jìn)一步更優(yōu)選地，第一正面在第一碳化硅襯底的 <1-100>方向上相對于{0-33-8}面具有不小于-3°且不大于5°的偏離角，并且第二正面在第二碳化硅襯底的<1-100>方向上相對于{0-33-8}面具有不小于-3°且不大于5°的偏離角。因為這可以增大第一和第二正面中的溝道遷移率，所以使用復(fù)合襯底制造的半導(dǎo)體器件可以具有改進(jìn)的性能。本發(fā)明的有益效果
從以上描述顯而易見，根據(jù)本發(fā)明，能夠防止異物累積在復(fù)合襯底中提供的碳化硅襯底之間的間隙中。


圖1是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的復(fù)合襯底的構(gòu)造的平面圖。圖2是沿圖1中的線II-II截取的示意性橫截面圖。圖3是圖2的局部放大圖。圖4是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的用于制造復(fù)合襯底的方法的流程圖。圖5是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的用于制造復(fù)合襯底的方法的第一步驟的平面圖。圖6是沿圖1中的線VI-VI截取的示意性橫截面圖。圖7是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的用于制造復(fù)合襯底的方法的第二步驟的局部橫截面圖。圖8是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的用于制造復(fù)合襯底的方法的第三步驟的橫截面圖。圖9是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的用于制造復(fù)合襯底的方法的第四步驟的橫截面圖。圖10是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的用于制造復(fù)合襯底的方法的第五步驟的橫截面圖。圖11是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的用于制造復(fù)合襯底的方法的第六步驟的橫截面圖。圖12是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的用于制造復(fù)合襯底的方法的第七步驟的橫截面圖。圖13是示意性示出了本發(fā)明第一實施例中的用于制造復(fù)合襯底的方法的第八步驟的橫截面圖。圖14是示意性示出了本發(fā)明第二實施例中的復(fù)合襯底的構(gòu)造的橫截面圖。圖15是示意性示出了本發(fā)明第三實施例中的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的局部橫截面圖。圖16是示出了本發(fā)明第三實施例中的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的示意性流程圖。圖17是示意性示出了本發(fā)明第三實施例中的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的第一步驟的局部橫截面圖。圖18是示意性示出了本發(fā)明第三實施例中的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的第二步驟的局部橫截面圖。圖19是示意性示出了本發(fā)明第三實施例中的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的第三步驟的局部橫截面圖。圖20是示意性示出了本發(fā)明第三實施例中的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的第四步驟的局部橫截面圖。圖21是示意性示出了本發(fā)明第三實施例中的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的第五步驟的局部橫截面圖。
具體實施例方式下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。(第一實施例)如圖1至圖3所示，本實施例的復(fù)合襯底81具有支撐部30、碳化硅襯底組10和封閉部21。碳化硅襯底組10包括碳化硅襯底11和12 (第一和第二碳化硅襯底)。為了容易說明，下面可以只解釋碳化硅襯底組10的碳化硅襯底11和12。碳化硅襯底組10中的每個襯底均具有彼此相反的正面和背面，并且具有將正面和背面彼此連接的側(cè)面。例如，碳化硅襯底11具有與支撐部30相連接的背面Bl (第一背面)、與背面Bl相反的正面Tl (第一正面)以及將背面Bl和正面Tl彼此連接的側(cè)面Sl (第一側(cè)面)。碳化硅襯底12具有與支撐部30相連接的背面B2 (第二背面)、與背面B2相反的正面T2 (第二正面)以及將背面B2和正面T2彼此連接的側(cè)面S2 (第二側(cè)面)。碳化硅襯底組10中的每一個的背面連接到支撐部30，從而使碳化硅襯底組10的碳化硅襯底彼此固定。碳化硅襯底組10的碳化硅襯底的正面(正面Tl和T2等)被設(shè)置為彼此齊平。復(fù)合襯底81具有比碳化硅襯底組10中的每一個的表面大的表面。因而，在使用復(fù)合襯底81的情況中，與單獨使用碳化硅襯底組10中的每一個的情況相比，能夠更有效率地制造半導(dǎo)體器件。此外，在本實施例中，碳化硅襯底組10中的每一個均為單晶襯底。 這使得可以有效率地制造每個均具有單晶碳化硅的半導(dǎo)體器件。然而，依據(jù)使用復(fù)合襯底的目的，碳化硅襯底組10中的每一個可以不是單晶襯底。此外，在碳化硅襯底組10中的相鄰碳化硅襯底的側(cè)面之間形成有間隙GP。例如， 在碳化硅襯底11的側(cè)面Sl和碳化硅襯底12的側(cè)面S2之間形成有間隙GP。優(yōu)選地，間隙 GP包括具有100 μ m或更小的寬度LG的部分。更優(yōu)選地，間隙GP具有平均100 μ m或更小的寬度。進(jìn)一步更優(yōu)選地，整個間隙GP具有100 μ m或更小的寬度。在碳化硅襯底11和12上設(shè)置有封閉部21。具體來講，如圖3所示，封閉部21被提供在正面Tl、正面T2、側(cè)面Sl的在正面Tl側(cè)的端部以及側(cè)面S2的在正面T2側(cè)的端部上。此外，封閉部21封閉間隙GP。具體來講，封閉部21在支撐部30和封閉部21之間提供殘留空間，并且使該空間與外部空間隔離。優(yōu)選地，封閉部21由碳化硅制成。此外，優(yōu)選地，封閉部21具有在碳化硅襯底11和12上外延生長的至少一部分。此外，優(yōu)選地，封閉部 21具有這樣的部分，即該部分從正面Tl和T2中每個向上延伸并且具有等于或大于間隙GP 的寬度LG的最小值的1/100的厚度LB。更優(yōu)選地，厚度LB等于或大于寬度LG的平均值的 1/100。進(jìn)一步更優(yōu)選地，厚度LB等于或大于寬度LG的最大值的1/100。支撐部30優(yōu)選由碳化硅襯底制成。更優(yōu)選地，支撐部30具有的微管密度比碳化硅襯底組10中的每一個的微管密度高。此外，優(yōu)選地，支撐部30具有這樣的部分，即該部分位于碳化硅襯底組10中的襯底的背面上，并且外延生長到這些背面上。優(yōu)選地，支撐部 30整個外延生長到碳化硅襯底組10上。碳化硅襯底組10和支撐部30中的每一個具有下面的示例性尺寸。即是說，碳化硅襯底組10中的每一個均具有20 X 20mm的正方形的平面形狀并且具有400 μ m的厚度。支撐部30具有400 μ m的厚度。
下面描述用于制造復(fù)合襯底81的方法。如圖4所示，首先執(zhí)行步驟(步驟S51)以連接碳化硅襯底組10。以下將描述其細(xì)節(jié)。如圖5和圖6所示，準(zhǔn)備由碳化硅制成的支撐部30M和碳化硅襯底組10。支撐部 30M可以具有任何晶體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，碳化硅襯底組10中的每一個襯底的背面可以是通過切片而形成的表面，具體來講，可以是通過切片并且在切片之后未經(jīng)拋光而形成的表面 (所謂的切片表面)。在此情況下，背面可以設(shè)置有適度的起伏。接著，將碳化硅襯底組10和支撐部30M設(shè)置成彼此面對面，使得碳化硅襯底組10 中的每一個襯底的背面面對支撐部30M的正面。具體來講，可以將碳化硅襯底組10放置在支撐部30M上，或者可以將支撐部30M放置在碳化硅襯底組10上。接著，通過減小氣氛氣體的壓力來調(diào)整氣氛。氣氛的壓力優(yōu)選為高于KT1I^且低于 IO4Pa0上述氣氛可以是惰性氣體氣氛。可使用的示例性惰性氣體為諸如He或Ar的稀有氣體、氮氣或者稀有氣體和氮氣的混合氣體。此外，氣氛中的壓力優(yōu)選為50kl^或更小，并且更優(yōu)選為IOkPa或更小。如圖7所示，在這個時間點處，碳化硅襯底11和12中的每個襯底和支撐部30M剛好被相互放置和堆疊并且尚未相互連接。背面Bl和B2中的每個襯底和支撐部30M之間， 背面Bl和B2中的輕微起伏或者支撐部30M的正面中的輕微起伏在微觀上提供了空隙GQ。接著，對包括碳化硅襯底11和12的碳化硅襯底組10以及支撐部30M加熱。執(zhí)行此加熱，以使支撐部30M的溫度達(dá)到碳化硅能夠升華的溫度，例如，不低于1800°C且不高于 25000C的溫度，更優(yōu)選地，不低于2000°C且不高于2300°C的溫度。加熱時間被設(shè)定為例如1 至M小時。此外，執(zhí)行該加熱，以使碳化硅襯底組10中的每一個均具有比支撐部30M的溫度低的溫度。即，形成溫度梯度，使得在圖7中溫度由下至上降低。優(yōu)選地，該溫度梯度在支撐部30M和碳化硅襯底11和12中的每個襯底之間不小于1°C /cm且不大于200°C /cm, 更優(yōu)選地，不小于10°C /cm且不大于50°C /cm。當(dāng)在厚度方向(圖7中的縱向方向)上這樣設(shè)置溫度梯度時，在限定空隙GQ的邊界之中，在支撐部30M側(cè)(圖7中的下側(cè))處的邊界具有的溫度比碳化硅襯底11側(cè)和碳化硅襯底12側(cè)(圖7中的上側(cè))處的邊界中的每個邊界的溫度高。結(jié)果，與從碳化硅襯底11和12的升華相比，更可能發(fā)生從支撐部30M到空隙GQ中的碳化硅升華。相反，與支撐部30M上的再結(jié)晶反應(yīng)相比，空隙GQ中的升華氣體更可能在碳化硅襯底11和12，即背面Bl和B2上發(fā)生再結(jié)晶反應(yīng)。結(jié)果，在空隙GQ中，如圖中箭頭AM所指示的，由于升華和再結(jié)晶而發(fā)生碳化硅的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。箭頭AM所指示的質(zhì)量轉(zhuǎn)移的結(jié)果是，空隙GQ中每個均被分成多個空洞VD?？斩?VD然后按照箭頭AV指示轉(zhuǎn)移，箭頭AV指示與箭頭AM的方向相反的方向。此外，作為該質(zhì)量轉(zhuǎn)移的結(jié)果，支撐部30M在碳化硅襯底11和12上再生長。即，支撐部30M由于升華和再結(jié)晶而再形成。上述再形成從靠近背面Bl和B2的區(qū)域逐漸進(jìn)行。即，支撐部30的在碳化硅襯底組10的背面上的部分逐漸外延生長到該背面上。優(yōu)選地，支撐部30M被整體地再形成。參照圖8，作為再形成的結(jié)果，支撐部30M被變成具有與碳化硅襯底11和12的晶體結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)的部分的支撐部30。此外，與空隙GQ相對應(yīng)的空間被變成支撐部30中的空洞VD，并且這些空洞VD中很多都被移動到支撐部30外部(朝向圖7的下側(cè))。 結(jié)果，提供了具有碳化硅襯底組10的連接襯底80，所述碳化硅襯底組10包括具有與支撐部 30相連接的背面的碳化硅襯底。支撐部30和碳化硅襯底組10以與復(fù)合襯底81 (圖1至圖 3)中相同的方式布置在連接襯底80中。如圖9所示，形成填充部40，以填充間隙GP。填充部40可以由諸如硅(Si)的材料制成。在此情況下，填充部40可以通過例如濺射法、沉積法、CVD法或溶液澆鑄來形成?？商孢x地，填充部可以由金屬制成。例如，可以使用的金屬包括鋁(Al)、鈦(Ti)、 釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、釔(Y)、鋯(Zr)、鈮 (Nb)、鉬(Mo)、釕(Ru)、銠(1 )、鈀(Pd)、錫(Sn)、鎢(W)、錸(Re)、鉬(Pt)和金(Au)中的至少一種。應(yīng)該注意的是，鑒于將要使用復(fù)合襯底81制造的半導(dǎo)體器件的可靠性，最好不使用以上列出的金屬中的鋁、鈦和釩。在此情況下，填充部40可以通過例如濺射法、沉積法或者溶液澆鑄來形成?？商孢x地，填充部40可以由樹脂制成?？墒褂玫臉渲氖纠ū┧針渲?、聚氨酯樹脂、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯中的至少一種。在此情況下，填充部40可以通過例如澆鑄來形成。如圖10所示，通過CMP對正面Fl和F2進(jìn)行拋光。具體來講，利用用于CMP的供給有拋光劑41的拋光布42來摩擦正面Fl和F2。此外，參照圖11，作為拋光的結(jié)果，正面Fl和F2被變成更平坦的正面Tl和T2。接著，將連接襯底80運送到腔室90中。參照圖12，在腔室90中，執(zhí)行干法工藝，以去除填充部40。這種干法工藝是與濕法工藝不同的工藝，具體地，是干法蝕刻。應(yīng)該注意的是，這種干法工藝也可以用于清洗正面Tl禾口 T2。如圖13所示，形成封閉部21，以封閉間隙GP。優(yōu)選地，通過在碳化硅襯底組10的正面上外延生長封閉部21來形成封閉部21。除了垂直于正面Tl和T2的生長、即在圖13 中的縱向方向上的生長以外，該外延生長包括在橫向方向上的生長。作為橫向方向上的生長的結(jié)果，封閉部21封閉間隙。為了獲得更牢靠的封閉，優(yōu)選的是，外延生長開始的點包括正面Tl和T2、側(cè)面Sl的在正面Tl側(cè)處的端部以及側(cè)面S2的在正面T2側(cè)處的端部。外延生長所需的加熱溫度為例如不低于1550°C且不高于1600°C。更優(yōu)選地，以與上述的去除填充部40的步驟連續(xù)的方式，在腔室90中進(jìn)行上述形成。這里，術(shù)語“連續(xù)的”意指在步驟之間可以存在或者可以不存在時間間隔的同時，在步驟之間均從未將連接襯底80從腔室 90中取出。以此方式，得到復(fù)合襯底81 (圖2)。應(yīng)該注意的是，當(dāng)封閉部21的正面需要具有平滑度時，可以提供對封閉部21的正面進(jìn)行拋光的附加步驟。以此方式，封閉部21設(shè)置有平滑正面21P(圖2)。應(yīng)該注意的是，在上述的制造方法中，使用腔室90中的干法工藝作為去除填充部 40(圖10)的方法，但可以代替地使用蝕刻槽中的濕法工藝。期望用于濕法工藝的蝕刻劑易于溶解填充部40而不易溶解碳化硅。在填充部40由硅制成的情況下，可以使用氫氟酸-硝酸作為蝕刻劑。在填充部40由金屬制成的情況下，依據(jù)金屬的種類，可以使用鹽酸、硫酸和王水中的一種作為蝕刻劑。在填充部40由樹脂制成的情況下，可以使用溶劑，特別是有機溶劑。根據(jù)本實施例的復(fù)合襯底81 (圖1至圖3)，可以得到具有與碳化硅襯底11和12 的面積的總和相對應(yīng)的面積的復(fù)合襯底81。以此方式，與單獨使用碳化硅襯底11和12中的每個襯底制造半導(dǎo)體器件的情況相比，可以更有效率地制造半導(dǎo)體器件。此外，根據(jù)復(fù)合襯底81，碳化硅襯底11和12之間的間隙GP由封閉部21封閉。因此，在使用復(fù)合襯底81制造半導(dǎo)體器件的工藝中，可以防止異物累積在間隙GP中。優(yōu)選地，碳化硅襯底11和12中的每個均具有單晶結(jié)構(gòu)。通過組合碳化硅襯底11 和12，其中每個均難以具有大面積的碳化硅襯底所提供的面積實質(zhì)上可以較大。以此方式， 可以有效率地制造具有單晶碳化硅的半導(dǎo)體器件。優(yōu)選地，封閉部21由碳化硅制成。因此，封閉部21可以被用作半導(dǎo)體器件中由碳化硅制成的部分。優(yōu)選地，封閉部21具有在碳化硅襯底11和12上外延生長的至少一部分。以此方式，封閉部21的晶體結(jié)構(gòu)可以被優(yōu)化為適合于半導(dǎo)體器件。優(yōu)選地，支撐部30由碳化硅制成。因此，碳化硅襯底11和12中每個與支撐部30 的各種物理特性可以彼此相近。此外，支撐部30可以被用作半導(dǎo)體器件中由碳化硅制成的部分。優(yōu)選地，支撐部30具有的微管密度比碳化硅襯底11和12中的每個襯底的微管密度高。因此，可以使用具有更多微管缺陷的支撐部30，從而進(jìn)一步有利于復(fù)合襯底81的制造。優(yōu)選地，間隙GP具有IOOym或更小的寬度LG(圖3)。以此方式，間隙GP可以由封閉部21更牢靠地封閉。優(yōu)選地，封閉部21具有不小于間隙GP的寬度的1/100的厚度LB (圖3)。因此，間隙GP可以由封閉部21更牢靠地封閉。優(yōu)選地，支撐部30具有的雜質(zhì)濃度比碳化硅襯底組10中的每一個的雜質(zhì)濃度高。 換言之，支撐部30的雜質(zhì)濃度相對高并且碳化硅襯底組10的雜質(zhì)濃度相對低。由于支撐部30的雜質(zhì)濃度這么高，所以支撐部30的電阻率會小，從而支撐部30可以被用作半導(dǎo)體器件中具有低電阻率的部分。同時，由于碳化硅襯底組10的雜質(zhì)濃度這么低，所以可以更容易地減少其晶體缺陷。例如，可以使用氮、磷、硼或鋁，作為雜質(zhì)。根據(jù)本實施例中的用于制造復(fù)合襯底81的方法，通過封閉部21封閉碳化硅襯底 11和12之間的間隙GP(圖13)。以此方式，在使用復(fù)合襯底81制造半導(dǎo)體器件的工藝中， 可以防止異物累積在該間隙GP中。此外，可以防止由存在間隙GP而對光刻法中抗蝕劑涂布的均勻性另外地產(chǎn)生的不利影響，這可以提高光刻的精度。此外，在對正面Fl和F2進(jìn)行拋光期間(圖10)，利用填充部40來填充碳化硅襯底11和12之間的間隙GP。因此，可以防止諸如拋光劑的異物在拋光之后殘留在該間隙GP 中。此外，在拋光期間，可以防止碳化硅襯底11和12的邊緣碎裂。此外，在形成封閉部21 (圖13)時，填充部40已經(jīng)被去除。因此，在形成封閉部21 的步驟或者隨后的步驟中，可以防止由存在填充部40而對步驟另外地產(chǎn)生的不利影響。具體來講，在當(dāng)使用復(fù)合襯底81制造半導(dǎo)體器件時外延生長碳化硅的情況下，一般采用大約1550°C到大約1600°C的高溫。因而，耐熱性低的填充部40的存在可能成為工藝偏差的原因。例如，在填充部40由硅制成的情況下，高溫導(dǎo)致產(chǎn)生硅溶液，這會影響其相鄰部分的組成。優(yōu)選地，通過在碳化硅襯底11和12上外延生長封閉部21來執(zhí)行形成封閉部21 的步驟(圖13)。以此方式，封閉部21的晶體結(jié)構(gòu)可以被優(yōu)化為適合于半導(dǎo)體器件。優(yōu)選地，通過干法工藝來執(zhí)行去除填充部40的步驟(圖12)。以此方式，與通過濕法工藝來執(zhí)行去除填充部40的步驟的情況相比，可以防止異物殘留在去除了填充部40的間隙GP中。具體來講，間隙GP中沒有殘留濕法工藝中的蝕刻劑。優(yōu)選地，使用金屬、樹脂和硅中的至少一種來執(zhí)行形成填充部40的步驟。以此方式，可以容易地執(zhí)行去除填充部40的步驟。優(yōu)選地，在腔室90中以連續(xù)的方式來執(zhí)行去除填充部40的步驟和形成封閉部21 的步驟。因此，可以防止碳化硅襯底11和12在這兩個步驟之間被污染。下面描述包括碳化硅襯底11和12的碳化硅襯底組10的特別優(yōu)選的實施例。碳化硅襯底組10中的每個碳化硅襯底的碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)選地為六方晶系， 并且更優(yōu)選地為4H型或6H型。更優(yōu)選地，碳化硅襯底的正面(諸如正面Fl)相對于碳化硅襯底的(000-1)面具有不小于50°且不大于65°的偏離角。更優(yōu)選地，正面的偏離取向與碳化硅襯底的<1-100>方向形成5°或更小的角度。更優(yōu)選地，碳化硅襯底的正面在碳化硅襯底的<1-100>方向上相對于(0-33-8)面具有不小于-3°且不大于5°的偏離角。 使用這樣的晶體結(jié)構(gòu)在采用復(fù)合襯底81的半導(dǎo)體器件中獲得高的溝道遷移率。應(yīng)該注意的是，“正面在<1-100>方向上相對于(0-33-8)面的偏離角”是指由正面的法線投影到由 <1-100>方向和<0001〉方向限定的投影面上的正交投影與(0-33-8)面的法線形成的角度。 正號值對應(yīng)于其中正交投影與<1-100>方向接近平行的情況，而負(fù)號值對應(yīng)于其中正交投影與<1-100>方向接近平行的情況。此外，就正面的優(yōu)選的偏離取向而言，除了上述那些以外，可以采用下面的偏離取向相對于碳化硅襯底11的<11-20>方向形成5°或更小的偏離取向。具體來講，例如，通過沿著(0-33-8)面切割在六方晶系中(0001)面中生長的 SiC晶錠來準(zhǔn)備碳化硅襯底組10中的每一個。采用(0-33-8)面?zhèn)茸鳛槠湔?，并且采?(03-38)面?zhèn)扔糜谄浔趁妗＿@允許每個正面中特別更高的溝道遷移率。優(yōu)選地，碳化硅襯底組10中的每個側(cè)面(圖3 側(cè)面S 1和S2等)的法線方向?qū)?yīng)于<8-803>和<11_20>之一。這導(dǎo)致封閉部21的面內(nèi)方向(圖3中的橫向方向)上的生長速率增大，從而封閉部21 更快地封閉。為了封閉部21的快速封閉，碳化硅襯底組10中的每一個的正面均具有對應(yīng)于 <0001>的法線方向。優(yōu)選地，碳化硅襯底組10中的每個側(cè)面(圖3 側(cè)面S 1和S2等)的法線方向?qū)?yīng)于<1-100>和<11-20>之一。這導(dǎo)致封閉部21的面內(nèi)方向(圖3中的橫向方向)上的生長速率增大，從而封閉部21更快地封閉。應(yīng)該注意的是，可以省略本實施例中的填充部40的形成(圖9)。在該情況下，優(yōu)選的是在更充分地拋光(圖10)之后執(zhí)行清洗。此外，在連接襯底80的正面Fl和F2(圖 8)具有足夠的平滑度的情況下，可以省略拋光(圖10)。在該情況下，不需要形成填充部 40。
(第二實施例)如圖14所示，本實施例的復(fù)合襯底81V的封閉部21V包括位于碳化硅襯底11和 12上的第一部分21a以及位于第一部分21a上的第二部分21b。第二部分21b具有的雜質(zhì)濃度比第一部分21a的雜質(zhì)濃度低。因此，第二部分21b可以用作半導(dǎo)體器件中具有特別低的雜質(zhì)濃度的擊穿電壓保持層。除了上述構(gòu)造以外，本實施例的構(gòu)造與第一實施例的構(gòu)造基本上相同。因而，相同或相應(yīng)的元件用相同的附圖標(biāo)記來表示，并且不再重復(fù)說明。(第三實施例)在本實施例中，下面說明使用復(fù)合襯底81(圖1和圖2)的半導(dǎo)體器件的制造。為了容易說明，可以只解釋在復(fù)合襯底81中提供的碳化硅襯底組10的碳化硅襯底11，而相同的解釋同樣適用于它的其他碳化硅襯底。參照圖15，本實施例的半導(dǎo)體器件100是垂直型DiMOSFET(雙注入型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，并且具有支撐部30、碳化硅襯底11、封閉部21 (緩沖層)、擊穿電壓保持層22、ρ區(qū)123、η.區(qū)124、ρ+區(qū)125、氧化物膜126、源電極111、上部源電極127、柵電極110和漏電極112。半導(dǎo)體器件100例如具有每條邊的長度均為2mm或更大的矩形或正方形的平面形狀(從圖15中向上觀看時的形狀)。漏電極112被設(shè)置在支撐部30上并且緩沖層21被設(shè)置在碳化硅襯底11上。利用這種配置，載流子的流動由柵電極110控制的區(qū)域被設(shè)置在碳化硅襯底11上而不是支撐部30上。支撐部30、碳化硅襯底11和緩沖層21中的每個具有η型導(dǎo)電性。此外，緩沖層 21中的η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)具有例如5X IO17CnT3的濃度。此外，緩沖層21具有例如0. 5 μ m
的厚度。擊穿電壓保持層22形成在緩沖層21上，并且由η型導(dǎo)電性SiC制成。例如，擊穿電壓保持層22具有10 μ m的厚度，并且包括濃度為5 X IO15CnT3的η型導(dǎo)電雜質(zhì)。擊穿電壓保持層22具有其中P型導(dǎo)電性的多個ρ區(qū)123被形成為其間有間隔的表面。在每個P區(qū)123中，在ρ區(qū)123的表面層處形成η+區(qū)124。此外，在與η+區(qū)IM相鄰的位置處，形成P+區(qū)125。在擊穿電壓保持層22的在多個ρ區(qū)123之間的暴露部上形成有氧化物膜126。具體來講，氧化物膜1 被形成為在一個ρ區(qū)123中的η+區(qū)124、該ρ區(qū) 123、擊穿電壓保持層22的在兩個ρ區(qū)123之間的暴露部、另一個ρ區(qū)123以及該另一個ρ 區(qū)123中的η+區(qū)124上延伸。在氧化物膜126上形成有柵電極110。此外，源電極111被形成在η+區(qū)IM和ρ+區(qū)125上。在源電極111上，形成有上部源電極127。在距氧化物膜1 與均用作半導(dǎo)體層的n+區(qū)124、p+區(qū)125、p區(qū)123和擊穿電壓保持層22之間的界面不超過IOnm內(nèi)的區(qū)域中，氮原子濃度的最大值等于或大于IX 1021cm_3。 這能夠獲得提高了的遷移率，特別是在氧化物膜1 下方的溝道區(qū)(在每個η+區(qū)IM與擊穿電壓保持層22之間的每個ρ區(qū)123的與氧化物膜126的接觸部)中。下面說明用于制造半導(dǎo)體器件100的方法。如圖17所示，首先，準(zhǔn)備復(fù)合襯底81(圖1和圖2)(圖16:步驟S 110)。優(yōu)選地， 對封閉部21(緩沖層)的正面進(jìn)行拋光。此外，緩沖層21由η型導(dǎo)電性的碳化硅制成，并且是具有例如0. 5 μ m的厚度的外延層。緩沖層21具有濃度為例如5X IO17CnT3的導(dǎo)電雜質(zhì)。
接著，在緩沖層21上形成擊穿電壓保持層22 (圖16 步驟S120)。具體來講，使用外延生長法來形成由η型導(dǎo)電性的碳化硅制成的層。擊穿電壓保持層22具有例如10 μ m 的厚度。此外，擊穿電壓保持層22包括濃度為例如5X IO15CnT3的η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)。如圖18所示，執(zhí)行注入步驟(圖16 步驟S130)，以如下地形成ρ區(qū)123、η+區(qū)IM 和ρ+區(qū)125。首先，將ρ型導(dǎo)電性的雜質(zhì)選擇性地注入到部分擊穿電壓保持層22中，從而形成 ρ區(qū)123。然后，將η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)選擇性地注入到預(yù)定區(qū)域中，以形成η+區(qū)124，并且將 P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)選擇性地注入到預(yù)定區(qū)域中，以形成P+區(qū)125。應(yīng)該注意的是，使用由例如氧化物膜形成的掩模來執(zhí)行這樣的雜質(zhì)的選擇性注入。在這樣的注入步驟之后，執(zhí)行激活退火工藝。例如，在1700°C的加熱溫度下，在氬氣氛中執(zhí)行退火30分鐘。如圖19所示，執(zhí)行柵絕緣膜形成步驟(圖16 步驟S140)。具體來講，氧化物膜 126被形成為覆蓋擊穿電壓保持層22、p區(qū)123、n+區(qū)IM和p+區(qū)125。氧化物膜1 可以通過干法氧化(熱氧化)來形成。用于干法氧化的條件例如如下加熱溫度為1200°C且加熱時間為30分鐘。之后，執(zhí)行氮化步驟(圖16 步驟S150)。具體來講，在一氧化氮(NO)氣氛中執(zhí)行退火工藝。用于該工藝的條件例如如下加熱溫度為1100°C且加熱時間為120分鐘。結(jié)果，氮原子被引入到氧化物膜126與擊穿電壓保持層22、ρ區(qū)123、η+區(qū)IM和ρ+區(qū)125中的每個之間的界面附近。應(yīng)該注意的是，在使用一氧化氮的退火步驟之后，可以使用作為惰性氣體的氬 (Ar)氣體來執(zhí)行附加的退火工藝。用于該工藝的條件例如如下加熱溫度為1100°C且加熱時間為60分鐘。接著，執(zhí)行電極形成步驟(圖16 步驟S160)，以按照下面的方式來形成源電極 111和漏電極112。如圖20所示，使用光刻法，在氧化物膜1 上形成具有圖案的抗蝕劑膜。使用該抗蝕劑膜作為掩模，通過蝕刻來去除n+區(qū)IM和ρ+區(qū)125上方的部分。以此方式，在氧化物膜126中形成開口。接著，在每個開口中，導(dǎo)電膜被形成為與η+區(qū)124和ρ+區(qū)125中的每個接觸。然后，去除抗蝕劑膜，從而去除導(dǎo)電膜的位于抗蝕劑膜上的部分(剝離)。該導(dǎo)電膜可以是金屬膜，例如，可以由鎳(Ni)制成。作為剝離的結(jié)果，形成源電極111。應(yīng)該注意的是，在這種情形下，優(yōu)選地執(zhí)行用于合金的熱處理。例如，在950°C的加熱溫度下，在作為惰性氣體的氬(Ar)氣體的氣氛中執(zhí)行熱處理2分鐘。參照圖21，在源電極111上形成上部源電極127。此外，在氧化物膜1 上形成柵電極110。此外，在復(fù)合襯底81的背面上形成漏電極112。接著，在劃片步驟(圖16 步驟S170)中，如由虛線DC所指示地執(zhí)行劃片。因此， 通過切割來獲得多個半導(dǎo)體器件100(圖15)。應(yīng)該注意的是，作為本實施例的變形例，可以使用復(fù)合襯底81V(圖14)來代替復(fù)合襯底81 (圖1和圖幻。在此情況下，半導(dǎo)體器件100的緩沖層21可以由第一部分21a來形成，并且擊穿電壓保持層22可以由第二部分21b來形成。此外，可以采用這樣的構(gòu)造，其中導(dǎo)電類型與本實施例中的相反。即，可以采用其中η型和ρ型相互替換的構(gòu)造。此外，雖然例示的是垂直型DiMOSFET，但是使用本發(fā)明的復(fù)合襯底可以制造另外的半導(dǎo)體器件。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。本文中所公開的實施方式在任何方面都是例示性的并且是非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書的各項而非上述說明書來限定，并且旨在將任何修改包括在與權(quán)利要求書的各項等同的范圍和含意內(nèi)。附圖標(biāo)記列表10 碳化硅襯底組；11 碳化硅襯底(第一碳化硅襯底)；12 碳化硅襯底(第二碳化硅襯底)；21、21V 封閉部(緩沖層)；21a 第一部分；21b 第二部分；22 擊穿電壓保持層；30 支撐部；40 填充部；41 拋光劑；42 拋光布；80 連接襯底；8U81V 復(fù)合襯底；90 腔室；100:半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合襯底(81)，包括: 支撐部(30)；第一碳化硅襯底(11)，所述第一碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第一背面(B 1)、與所述第一背面相反的第一正面(T 1)、以及將所述第一背面和所述第一正面彼此連接的第一側(cè)面(Si)，第二碳化硅襯底(12)，所述第二碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第二背面 (B2)、與所述第二背面相反的第二正面(1 、以及將所述第二背面和所述第二正面彼此連接的第二側(cè)面(S2)，并且在所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面之間形成有間隙(GP)；以及封閉部(21)，所述封閉部用于封閉所述間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，所述第一和第二碳化硅襯底中的每個碳化硅襯底具有單晶結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中， 所述封閉部由碳化硅制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，所述封閉部具有在所述第一和第二碳化硅襯底上外延生長的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中， 所述支撐部由碳化硅制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合襯底，其中，所述支撐部的微管密度比所述第一和第二碳化硅襯底中的每個碳化硅襯底的微管密度尚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中， 所述間隙具有100 μ m或更小的寬度(LG)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，所述封閉部的厚度不小于所述間隙的寬度的1/100。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，所述封閉部(21V)包括位于所述第一和第二碳化硅襯底上的第一部分(21a)以及位于所述第一部分上的第二部分(21b)，并且所述第二部分的雜質(zhì)濃度比所述第一部分的雜質(zhì)濃度低。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合襯底，其中，所述第一正面相對于所述第一碳化硅襯底的{0001}面具有不小于50°且不大于65° 的偏離角，并且所述第二正面相對于所述第二碳化硅襯底的{0001}面具有不小于50°且不大于65°的偏離角。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合襯底，其中，所述第一正面的偏離取向與所述第一碳化硅襯底的<1-100>方向形成5°或更小的角度，并且所述第二正面的偏離取向與所述第二碳化硅襯底的<1-100>方向形成5°或更小的角度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的復(fù)合襯底，其中，所述第一正面在所述第一碳化硅襯底的<1-100>方向上相對于{03-38}面具有不小于-3°且不大于5°的偏離角，并且所述第二正面在所述第二碳化硅襯底的<1-100>方向上相對于{03-38}面具有不小于-3°且不大于5°的偏離角。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合襯底，其中，所述第一正面的偏離取向與所述第一碳化硅襯底的<11-20>方向形成5°或更小的角度，并且所述第二正面的偏離取向與所述第二碳化硅襯底的<11-20>方向形成5°或更小的角度。
全文摘要
第一碳化硅襯底(11)具有與支撐部(30)相連接的第一背面(B 1)、與第一背面(B 1)相反的第一正面(T 1)以及將第一背面(B 1)和第一正面(T 1)彼此連接的第一側(cè)面(S 1)。第二碳化硅襯底(12)具有與支撐部(30)相連接的第二背面(B2)、與第二背面(B2)相反的第二正面(T2)以及將第二背面(B2)和第二正面(T2)彼此連接的第二側(cè)面(S2)，并且在第一側(cè)面(S 1)和第二側(cè)面(S2)之間形成有間隙(GP)。封閉部(21)封閉間隙(GP)。由此，能夠防止異物殘留在復(fù)合襯底中提供的多個碳化硅襯底之間的間隙中。
文檔編號H01L29/12GK102576659SQ201180004270
公開日2012年7月11日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者井上博揮, 伊藤里美, 佐佐木信, 沖田恭子, 原田真, 堀勉, 并川靖生 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社