專利名稱：碳化硅襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化硅襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體地，涉及一種碳化硅襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法，使得能夠?qū)崿F(xiàn)包括碳化硅襯底的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定特性。
背景技術(shù)：
近年來，為了實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓、低損耗，以及在高溫環(huán)境下利用半導(dǎo)體器件，已經(jīng)開始采用碳化硅作為用于半導(dǎo)體器件的材料。碳化硅是寬帶隙半導(dǎo)體，與通常廣泛用作半導(dǎo)體器件材料的硅相比，其具有更大的帶隙。因此，通過采用碳化硅作為用于半導(dǎo)體器件材 料，半導(dǎo)體器件可以具有高擊穿電壓、降低的導(dǎo)通電阻等。此外，有利地，與采用硅作為其材料的半導(dǎo)體器件相比，即使在高溫環(huán)境下，由此采用碳化硅作為其材料的半導(dǎo)體器件的特性劣化也很小。在這種情況下，已經(jīng)考慮了各種在制造半導(dǎo)體器件時使用的碳化硅晶體和用于制造碳化硅襯底的方法，并且已經(jīng)提出了各種想法(例如，參見日本專利特開No. 2002-280531(PTL I))。引用列表專利文獻(xiàn)PTL I:日本專利特開 No. 2002-28053
發(fā)明內(nèi)容
然而，已經(jīng)要求半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)其特性的進(jìn)一步提高，諸如提高溝道遷移率。除了提高上述特性之外，在半導(dǎo)體器件中，實(shí)現(xiàn)特性的小變化也是很重要的?？紤]到這一點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種碳化硅襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法，以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的溝道遷移率提高和穩(wěn)定特性。問題的解決方案根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底是由碳化硅制成的，并且碳化硅襯底的至少一個主表面的法線和{03-38}面的法線，在到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中，形成O. 5°或更小的角度。為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的溝道遷移率提高和其穩(wěn)定特性，本發(fā)明人進(jìn)行了詳細(xì)的研究。結(jié)果，本發(fā)明人獲得了如下發(fā)現(xiàn)，并得出本發(fā)明。這將如下具體描述。也就是，在使用碳化硅襯底制作半導(dǎo)體器件的情況下，在碳化硅襯底上形成外延生長層。然后，在外延生長層上形成電極。當(dāng)制造MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)或IGBT (絕緣柵雙極晶體管)時，在外延生長層上形成諸如氧化物膜的絕緣膜。在該絕緣膜上，形成柵電極。在外延生長層中，與設(shè)置在柵電極正下方的絕緣膜接觸的區(qū)域用作溝道區(qū)。這里，當(dāng)使碳化硅襯底的至少一個主表面對應(yīng)于接近構(gòu)成碳化硅襯底的碳化硅的{03-38}面的面，并且將外延生長層形成在該主表面上，以制作諸如MOSFET或IGBT的半導(dǎo)體器件時，該溝道區(qū)形成為包括接近{03-38}面的面。通過這種方式，可以提高半導(dǎo)體器件的溝道遷移率。而且，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在使用具有接近{03-38}面的主表面的碳化硅襯底制作半導(dǎo)體器件的情況下，半導(dǎo)體器件的特性傾向于變化很大；并且發(fā)現(xiàn)，這種變化是由主表面與{03-38}面的偏離造成的。更具體地，在制造半導(dǎo)體器件時，引入雜質(zhì)以在外延生長層中產(chǎn)生載流子。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)即使在正常引入雜質(zhì)的情況下，只有當(dāng)主表面的面取向在特定面中，具體地，在包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面中，略微偏離{03-38}面時，產(chǎn)生載流子的密度變化很大。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使主表面的法線和{03-38}面的法線在到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中形成O. 5°或更小的角度時，可以充分抑制載流子濃度的變化，并且可以抑制半導(dǎo)體器件的特性變化。因此，在本發(fā)明的碳化硅襯底中，至少一個主表面的法線和{03-38}面的法線，在·到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中，形成O. 5°或更小的角度，由此提高了使用這種碳化硅襯底制造的半導(dǎo)體器件的溝道遷移率，并由此充分抑制了載流子濃度的變化。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底，可以提供一種能夠提高半導(dǎo)體器件的溝道遷移率和穩(wěn)定特性兩者的碳化硅襯底。在該碳化硅襯底中，該一個主表面的法線和{03-38}面的法線，在到包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中，形成10°或更小的角度。雖然影響比在包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面中偏離的影響小，但是由于在包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面中的偏離，產(chǎn)生的載流子密度變化。當(dāng)在包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面中的偏離被設(shè)定為10°或更小時，可以進(jìn)一步抑制載流子濃度的變化。該碳化娃襯底可具有50. 8mm或更大的直徑。因此,在使用碳化娃襯底制造半導(dǎo)體器件時，提高了效率。該碳化硅襯底可以包括基礎(chǔ)層；和形成在基礎(chǔ)層上的單晶碳化硅層，其中該一個主表面是單晶碳化硅層的與基礎(chǔ)層相反的表面。通過這種方式，例如，制備廉價的基礎(chǔ)襯底作為基礎(chǔ)層。具體地，制備具有高缺陷密度的由單晶碳化硅制成的襯底或多晶碳化硅襯底，或者由金屬制成的基礎(chǔ)襯底。在這種基礎(chǔ)層上，布置由質(zhì)量優(yōu)良的碳化硅單晶制成的襯底，由此形成了相對低成本的碳化硅襯底。具體地，很難使碳化硅襯底具有大直徑。因此，例如，當(dāng)在平面圖中看時，多個質(zhì)量優(yōu)良但是具有小尺寸的單晶碳化硅襯底并排布置在基礎(chǔ)襯底上。通過這種方式，通過制作多個單晶碳化硅層沿著基礎(chǔ)層的主表面在基礎(chǔ)層上并排布置的碳化硅襯底，可以獲得具有大直徑的廉價碳化娃襯底。該碳化硅襯底可以進(jìn)一步包括形成在該一個主表面上的外延生長層。這有利于使用該碳化硅襯底制造半導(dǎo)體器件。應(yīng)該注意，在半導(dǎo)體器件中，上述外延生長層可以用作緩沖層、擊穿電壓保持層(漂移層)等。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括包括上述外延生長層的碳化硅襯底；和形成在該外延生長層上的電極。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，因?yàn)榘吮景l(fā)明的碳化硅襯底，所以可以提供實(shí)現(xiàn)了溝道遷移率提高和穩(wěn)定特性兩者的半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明的用于制造碳化硅襯底的方法包括以下步驟制備由碳化硅制成的錠；由該錠獲得襯底；和檢查獲得的襯底的至少一個主表面的法線和{03-38}面的法線在到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中是否形成O. 5°或更小的角度。通過這種方式，可以可靠地制造本發(fā)明的上述碳化硅襯底。應(yīng)該注意，例如，可以通過切割錠，由錠獲得該襯底，以便該襯底的至少一個主表面對應(yīng)于接近{03-38}面的面。此外，例如，可以使用X射線衍射方法檢查由獲得的襯底的至少一個主表面的法線和{03-38}面的法線形成的角度。用于制造碳化硅襯底的方法可以進(jìn)一步包括檢查獲得的襯底的該一個主表面的法線和{03-38}面的法線在到包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中是否形成10°或更小的角度的步驟。通過這種方式，能夠更可靠地制造能夠抑制半導(dǎo)體器件中的載流子濃度變化的碳化硅襯底。應(yīng)該注意，可以分開或同時執(zhí)行檢查由上述一個主表面的法線和{03-38}面的法線在到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中形成的·角度是否是O. 5°或更小的步驟和檢查在到包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中的角度是否為10°或更小的步驟。在用于制造碳化硅襯底的方法中，該襯底可具有50. 8mm或更大的直徑。通過這種方式，可以制造能夠在使用該碳化娃襯底制造半導(dǎo)體器件時提高效率的碳化娃襯底。用于制造該碳化硅襯底的方法可以進(jìn)一步包括以下步驟在分開制備的基礎(chǔ)襯底上布置獲得的襯底；和將基礎(chǔ)襯底和該襯底彼此連接。因此，可以制造包括基礎(chǔ)層和形成在基礎(chǔ)層上的單晶碳化硅層的上述碳化硅襯底，其中上述一個主表面是單晶碳化硅層的與基礎(chǔ)層相反的表面。制造碳化硅襯底的方法可進(jìn)一步包括在這一個主表面上形成外延生長層的步驟。通過這種方式，可以制造有利于使用這種碳化硅襯底制造半導(dǎo)體器件的碳化硅襯底。根據(jù)本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟使用本發(fā)明的包括形成外延生長層的步驟的用于制造碳化硅襯底的上述方法，制備碳化硅襯底；并且在該外延生長層上形成電極。通過這種方式，可以制造本發(fā)明的具有穩(wěn)定特性的半導(dǎo)體器件。應(yīng)該注意，在制造半導(dǎo)體器件時，通常不使用在距碳化硅襯底的外周2mm內(nèi)的區(qū)域。因此，在除了距外周2mm內(nèi)區(qū)域之外的區(qū)域中，可以實(shí)現(xiàn)對于由該一個主表面的法線和{03-38}面的法線形成的角度的上述條件。發(fā)明的有利效果從以上描述顯然地，根據(jù)本發(fā)明中的碳化硅襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法，可以提供一種實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的溝道遷移率提高和穩(wěn)定特性兩者的碳化硅襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法。


圖I是示出碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。圖2是示出碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。圖3是示意性示出用于制造碳化硅襯底的方法的流程圖。圖4是示出垂直型MOSFET的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。
圖5是示意性示出用于制造垂直型MOSFET的方法的流程圖。圖6是用于示出用于制造垂直型MOSFET的方法的示意性橫截面圖。圖7是用于示出用于制造垂直型MOSFET的方法的示意性橫截面圖。圖8是用于示出用于制造垂直型MOSFET的方法的示意性橫截面圖。圖9是用于示出用于制造垂直型MOSFET的方法的示意性橫截面圖。圖10是示出第三實(shí)施例中的碳化硅襯底的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。圖11是示意性示出第三實(shí)施例中的用于制造碳化硅襯底的方法的流程圖。圖12示出了與{03-38}面的偏離角和載流子濃度偏離之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該注意，在下面提到的附圖中，對相同或相應(yīng)的部分給出相同的附圖標(biāo)記，并且不再重復(fù)描述。此外，在本說明書中，單個取向由[]表示，集合取向(group orientation)由〈> 表示，并且單個面由O表示，并且集合面(groupplane)由{}表示。另外，負(fù)指數(shù)應(yīng)當(dāng)是結(jié)晶學(xué)地通過在數(shù)字上放置(橫杠)來表示，但是在本說明書中是在數(shù)字前面放置負(fù)號來表示。(第一實(shí)施例)首先，將描述本發(fā)明的第一實(shí)施例，其是本發(fā)明的一個實(shí)施例。參考圖I，本實(shí)施例中的碳化硅襯底I是由碳化硅制成的。在碳化硅襯底I中，碳化硅襯底I的一個主表面IA的法線和{03-38}面的法線在到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中形成0.5°或更小的角度。因此，當(dāng)使碳化硅襯底I的主表面IA適合于對應(yīng)接近構(gòu)成該碳化硅襯底的碳化硅的{03-38}面的面，并且在主表面IA上形成外延生長層，以制作諸如MOSFET或IGBT的半導(dǎo)體器件時，其溝道區(qū)形成為包括接近{03-38}面的面。結(jié)果，可以提高半導(dǎo)體器件的溝道遷移率。此外，當(dāng)主表面IA的法線和{03-38}面的法線，在到包括〈01_10>方向和〈0001〉方向的面的正交投影中，形成O. 5°或更小的角度時，可以充分抑制使用這種碳化硅襯底制造的半導(dǎo)體器件中的載流子濃度變化。結(jié)果，本實(shí)施例的碳化硅襯底I是能夠提高溝道遷移率和穩(wěn)定特性兩者的碳化硅襯底。此外，在本實(shí)施例的碳化硅襯底I中，主表面IA的法線和{03-38}面的法線，在到包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中，優(yōu)選形成10°或更小的角度。如上所述，在包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面中的偏離對載流子濃度的變化(偏離)有非常大的影響。雖然比上述這種情況的影響小，但是由于在垂直于上述面并且包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面中的偏離，產(chǎn)生的載流子密度也是變化的。當(dāng)在包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面中的偏離設(shè)定為10°或更小時，可以進(jìn)一步抑制載流子濃度的變化。此外，本實(shí)施例的碳化硅襯底I優(yōu)選地具有50. 8mm或更大的直徑。通過使用具有這種大直徑的碳化硅襯底1，可以提高制造半導(dǎo)體器件時的效率。此外，參考圖2，在本實(shí)施例中，可以采用包括形成在主表面IA上的外延生長層20的碳化硅襯底2。在這種情況下，在外延生長層20的主表面2A中，在到上述預(yù)定面的正交投影中，主表面2A的法線和{03-38}面的法線也形成落在滿足上述條件的范圍內(nèi)的角度。結(jié)果，當(dāng)使用該碳化硅襯底2制作半導(dǎo)體器件時，在半導(dǎo)體器件中也能夠抑制載流子濃度的變化(偏離)。下面描述用于制造本實(shí)施例中的碳化硅襯底的方法。參考圖3，首先，作為步驟(S10)，執(zhí)行錠制備步驟。在該步驟(SlO)中，制備由碳化硅制成的錠。具體地，例如，制備主表面對應(yīng)于(0001)面的籽晶襯底。然后,在該主表面上,在
方向上生長碳化娃單晶，由此制作了由碳化硅制成的錠。接下來，作為步驟(S20)，執(zhí)行切割步驟。在該步驟(S20)中，切割在步驟(SlO)中制備的錠，以獲得襯底。具體地，例如，在如上所述地制備主表面對應(yīng)于(0001)面的籽晶襯底并使其在
方向上生長以制備錠的情況下，通過沿著相對于錠的{0001}面以預(yù)定·角度傾斜的面切割錠，獲得了具有接近{03-38}面的主表面的襯底。在這種情況下，通過使獲得的襯底具有50. 8mm或更大的直徑，在使用由本實(shí)施例中的用于制造碳化硅襯底的方法獲得的碳化硅襯底制造半導(dǎo)體器件時，可以提高效率。接下來，作為步驟(S30)，執(zhí)行拋光步驟。在該步驟(S30)中，將在步驟(S20)中獲得的襯底的主表面拋光并平滑。接下來，作為步驟(S40)，執(zhí)行面取向檢查步驟。在該步驟(S40)中，檢查獲得的襯底的至少一個主表面的法線和{03-38}面的法線在到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中是否形成O. 5°或更小的角度(偏離角)。具體地，因?yàn)樘蓟鑶尉У膡03-38}面是具有禁帶中的能級的面，所以例如可以通過使用(1-102)面作為衍射面的X射線衍射方法檢查襯底主表面的面取向。這里，在使用以Cu (銅)作為靶的X射線衍射裝置的情況下，(1-102)面和{03-38}面形成7. 4°的角?？紤]到這一點(diǎn)，可以計算上述偏離角。另外，在步驟(S40)中，優(yōu)選的是檢查獲得的襯底的主表面的法線和{03-38}面的法線在到包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中是否形成10°或更小的角度。對由襯底主表面的法線和{03-38}面的法線形成的角度的檢查可以分開或同時進(jìn)行。由于步驟(S40)，如果角度條件不 兩足，該襯底被師選出。如果 兩足條件，該襯底被視為產(chǎn)品。通過上述過程，完成了用于制造本實(shí)施例中碳化硅襯底的方法，由此獲得了本實(shí)施例的碳化硅襯底I。另外，作為步驟(S50)，可以執(zhí)行外延生長步驟。在該步驟(S50)中，在步驟(S40)中獲得的碳化硅襯底I的一個主表面IA上形成外延生長層20 (見圖I和圖2)。通過這種方式，獲得了本實(shí)施例中包括外延生長層20的碳化硅襯底2。(第二實(shí)施例)作為第二實(shí)施例，下面描述使用本發(fā)明的上述碳化硅襯底制作的一個示例性的半導(dǎo)體器件。參考圖4，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件101是垂直型DiM0SFET(雙注入MOSFET)，并且具有襯底102、緩沖層121、擊穿電壓保持層122、p區(qū)123、n+區(qū)124、p+區(qū)125、氧化物膜126、源電極111、上部源電極127、柵電極110和形成在襯底102背表面上的漏電極112。具體地，由碳化硅制成的緩沖層121形成在由η型導(dǎo)電性的碳化硅制成的襯底102的表面上。制備本發(fā)明的碳化硅襯底，包括在第一實(shí)施例中描述的碳化硅襯底1，作為襯底102。在采用第一實(shí)施例中的碳化硅襯底I的情況下，緩沖層121形成在碳化硅襯底I的主表面IA上。緩沖層121具有η型導(dǎo)電性，并且例如具有O. 5μπι的厚度。此外，緩沖層121中的η型導(dǎo)電性雜質(zhì)例如具有5Χ IO17CnT3的濃度。擊穿電壓保持層122形成在緩沖層121上。擊穿電壓保持層122是由η型導(dǎo)電性的碳化硅制成的，并且例如具有10 μ m的厚度。此外，擊穿電壓保持層122包含例如濃度為5 X IO15CnT3的η型導(dǎo)電性雜質(zhì)。擊穿電壓保持層122具有其中以間隔形成P型導(dǎo)電性的P區(qū)123的表面。在每個P區(qū)123中，η+區(qū)124形成在ρ區(qū)123的表層上。此外，在鄰近η+區(qū)124的位置上，形成ρ+區(qū)125。氧化物膜126形成為在一個ρ區(qū)123中的η+區(qū)124、ρ區(qū)123、兩個ρ區(qū)123之間的擊穿電壓保持層122的暴露部分、另一個ρ區(qū)123和該另一個ρ區(qū)123中的η+區(qū)124上延伸。在氧化物膜126上，形成柵電極110。此外，源電極111形成在η+區(qū)124和ρ+區(qū)125上。在源電極111上，形成了上部源電極127。而且，漏電極112形成在襯底102的背表面上，即，形成在與上面形成緩沖層121的表面相反的表面上。本實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件101米用本發(fā)明的碳化娃襯底,包括第一實(shí)施例中描述的碳化硅襯底1，作為襯底102。也就是，半導(dǎo)體器件101包括用作碳化硅襯底的襯底102 ；緩沖層121和擊穿電壓保持層122，兩者都用作形成在襯底102上和襯底102上方的外延生 長層；和形成在擊穿電壓保持層122上的源電極111和柵電極110。襯底102是本發(fā)明的碳化娃襯底。這里，如上所述，本發(fā)明的碳化硅襯底是能夠提高半導(dǎo)體器件的溝道遷移率和穩(wěn)定特性兩者的碳化硅襯底。因此，半導(dǎo)體器件101是具有高溝道遷移率和穩(wěn)定特性的半導(dǎo)體器件。更具體地，因?yàn)橐r底102的主表面對應(yīng)接近{03-38}面的面，所以作為外延生長層的擊穿電壓保持層122的主表面122Α也對應(yīng)于接近{03-38}面的面。結(jié)果，溝道區(qū)(與設(shè)置在每個P區(qū)123中的柵電極110正下方的氧化物膜126接觸的區(qū)域)中的遷移率高。此夕卜，因?yàn)檫m當(dāng)抑制了襯底102的主表面中與{03-38}面的偏離，所以在緩沖層121、擊穿電壓保持層122、ρ區(qū)123、η+區(qū)124、ρ+區(qū)125等中充分抑制了載流子濃度的變化(偏離)。結(jié)果，半導(dǎo)體器件101是具有穩(wěn)定的諸如閾值電壓和擊穿電壓的特性的M0SFET。參考圖5至圖9，下面描述用于制造圖4中示出的半導(dǎo)體器件101的方法。參考圖5，首先，執(zhí)行碳化硅襯底制備步驟(S110)。這里，制備由碳化硅制成的襯底102 (見圖6)。制備本發(fā)明的碳化硅襯底，包括在第一實(shí)施例中描述的碳化硅襯底1，作為襯底102。例如，可以采用具有η型導(dǎo)電性并且具有O. 02 Ω cm襯底阻抗的襯底，作為襯底102(見圖6)。接下來，如圖5所示，執(zhí)行外延層形成步驟(S120)。具體地，在襯底102的表面上形成緩沖層121。緩沖層121形成在用作襯底102的碳化硅襯底I的主表面IA上(見圖I)。形成例如由η型導(dǎo)電性的碳化硅制成且具有O. 5 μ m的厚度的外延層作為緩沖層121。緩沖層121包含例如密度為5X IO17CnT3的導(dǎo)電雜質(zhì)。然后，在緩沖層121上，形成擊穿電壓保持層122，如圖6所示。作使用外延生長方法形成由η型導(dǎo)電性的碳化硅制成的層為擊穿電壓保持層122。例如，擊穿電壓保持層122可以具有ΙΟμπι的厚度。此外，擊穿電壓保持層122包含例如密度為5X IO15CnT3的η型導(dǎo)電性的雜質(zhì)。接下來，如圖5所示，執(zhí)行注入步驟(S130)。具體地，使用通過光刻和蝕刻形成的氧化物膜作為掩膜，將P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)注入到擊穿電壓保持層122中，由此形成了 P區(qū)123，如圖7所示。此外，在移除如此使用的氧化物膜之后，通過光刻和蝕刻形成具有新圖案的氧化物膜。利用該氧化物膜作為掩膜，向預(yù)定區(qū)域中注入η型導(dǎo)電性的導(dǎo)電雜質(zhì)，以形成η+區(qū)124。用相同的方式，注入ρ型導(dǎo)電性的導(dǎo)電雜質(zhì)，以形成ρ+區(qū)125。結(jié)果，獲得了圖7中示出的結(jié)構(gòu)。在上述注入步驟之后，執(zhí)行活化退火工藝。例如，可以在采用氬氣作為氣氛氣體，加熱溫度設(shè)定為1700°C，加熱時間設(shè)定為30分鐘的條件下進(jìn)行活化退火工藝。這里，因?yàn)檫m當(dāng)抑制了襯底102的主表面中與{03-38}面的偏離，所以可以充分實(shí)現(xiàn)活化，由此獲得了接近目標(biāo)值的載流子濃度。接下來，執(zhí)行柵極絕緣膜形成步驟(S140)，如圖5所示。具體地，如圖8所示，形成氧化物膜126，以覆蓋擊穿電壓保持層122、ρ區(qū)123、n+區(qū)124和p+區(qū)125。例如，可以執(zhí)行干法氧化(熱氧化)作為用于形成氧化物膜126的條件。該干法氧化可以在加熱溫度設(shè)定為1200°C且加熱時間設(shè)定為30分鐘的條件下執(zhí)行。其后，執(zhí)行氮退火步驟(S150)，如圖5所示。具體地，在一氧化氮(NO)的氣氛氣體中執(zhí)行退火工藝。例如，該退火工藝的溫度條件如下加熱溫度是1100°c，并且加熱時間 是120分鐘。結(jié)果，氮原子被引入到布置在氧化物膜126下方的擊穿電壓保持層122、ρ區(qū)123、η+區(qū)124和ρ+區(qū)125中的每一個之間與氧化物膜126的界面附近。此外，在使用一氧化氮的氣氛氣體的退火步驟之后，可以使用作為惰性氣體的氬(Ar)氣執(zhí)行另外的退火。具體地，使用氬氣的氣氛氣體，可以在加熱溫度設(shè)定為1100°C且加熱時間設(shè)為60分鐘的條件下執(zhí)行另外的退火。接下來，如圖5所示，執(zhí)行電極形成步驟(S160)。具體地，借助光刻的方式，在氧化物膜126上形成具有圖案的抗蝕劑膜。使用該抗蝕劑膜作為掩膜，通過蝕刻移除在n+區(qū)124和ρ+區(qū)125上的氧化物膜的一部分。之后，在該抗蝕劑膜上形成諸如金屬的導(dǎo)電膜，并形成為在氧化物膜126的開口中與n+區(qū)124和p+區(qū)125接觸。之后，移除該抗蝕劑膜，由此移除(剝離)了位于抗蝕劑膜上的導(dǎo)電膜部分。這里，例如可以使用鎳(Ni)作為導(dǎo)體。結(jié)果，如圖9所示，可以獲得源電極111。應(yīng)該注意，在這種情況下，優(yōu)選執(zhí)行用于合金化的熱處理。具體地，使用作為惰性氣體的氬(Ar)氣的氣氛氣體，例如，在加熱溫度設(shè)定為950°C且加熱時間設(shè)定為2分鐘的情況下，執(zhí)行熱處理(合金化處理)。之后，在源電極111上，形成上部源電極127 (見圖4)。此外，在氧化物膜126上形成柵電極110 (見圖4)。此外，形成漏電極112 (見圖4)。通過這種方式，可以獲得圖4中示出的半導(dǎo)體器件101。應(yīng)該注意，在第二實(shí)施例中，示出了垂直型M0SFET，作為可以使用本發(fā)明的碳化硅襯底制作的一個示例性半導(dǎo)體器件，但是可以制作的半導(dǎo)體器件不限于此。例如，使用本發(fā)明的碳化硅襯底，可以制作其它半導(dǎo)體器件，諸如IGBT (絕緣柵雙極晶體管)。還應(yīng)該注意，{03-38}面優(yōu)選地是(0-33-8)面。從而，在使用碳化硅襯底制作MOSFET等的情況下，可以進(jìn)一步提聞溝道遷移率。這里，TK方晶的單晶碳化娃的(0001)面定義為娃面，而(000-1)面定義為碳面。換句話說，{03-38}面優(yōu)選地是碳面?zhèn)鹊拿?。?yīng)該注意，考慮到對功率器件的應(yīng)用，構(gòu)成碳化硅襯底的碳化硅優(yōu)選地具有4H多型。(第三實(shí)施例)下面描述第三實(shí)施例，其是根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底的另一個實(shí)例。第三實(shí)施例中的碳化娃襯底具有與第一實(shí)施例的碳化娃襯底基本相同的結(jié)構(gòu)，并且提供基本相同的效果。然而，參考圖10和圖1，第三實(shí)施例的碳化硅襯底與第一實(shí)施例的碳化硅襯底的不同在于第三實(shí)施例的碳化硅襯底包括基礎(chǔ)層11和單晶碳化硅層12。具體地，參考圖10，第三實(shí)施例中的碳化硅襯底I包括基礎(chǔ)層11和形成在基礎(chǔ)層11上的單晶碳化硅層12。單晶碳化硅層12中的每一個具有與基礎(chǔ)層11側(cè)相反的并且對應(yīng)于第一實(shí)施例中的主表面IA的主表面12A。在本實(shí)施例的碳化硅襯底I中，采用廉價的基礎(chǔ)襯底作為基礎(chǔ)層11，諸如具有高缺陷密度的由單晶碳化硅制成的襯底或多晶碳化硅襯底，或由金屬制成的基礎(chǔ)襯底。在這種基礎(chǔ)層11上，布置由質(zhì)量優(yōu)良的碳化硅單晶制成的襯底，以形成單晶碳化硅層12。從而，本實(shí)施例的碳化娃襯底I是降低了制造成本獲得的碳化娃襯底。此外， 構(gòu)造本實(shí)施例的碳化硅襯底1，以便在平面圖中看時，多個單晶碳化硅層12并排布置在具有大直徑的基礎(chǔ)層11上。結(jié)果，本實(shí)施例的碳化硅襯底I可以以降低的制造成本獲得，并且具有大直徑。下面描述用于制造本實(shí)施例的碳化硅襯底的方法。參考圖11，在用于制造本實(shí)施例的碳化硅襯底的方法中，首先，如第一實(shí)施例，執(zhí)行步驟(SlO )和(S20 )。之后，作為步驟(S21)，執(zhí)行單晶襯底成形步驟。在該步驟(S21)中，將由步驟(S10 )和(S20 )獲得的襯底成形成適合形成圖10所示的單晶碳化硅層12的形狀。具體地，例如，通過將由步驟(SlO)和(S20)獲得的襯底成形，制備多個四邊形的襯底。接下來，作為步驟(S22)，執(zhí)行粘合步驟。在該步驟(S22)中，當(dāng)在平面圖中看時，將在步驟(S21)中制作的多個襯底例如以矩陣的形式并排布置在分開制備的基礎(chǔ)襯底上。之后，通過執(zhí)行預(yù)定溫度的熱處理，在步驟(S21)中制作的襯底與基礎(chǔ)襯底連接并結(jié)合，由此獲得了如圖10所示的從平面圖上看時多個單晶碳化硅層12并排布置在基礎(chǔ)層11上的結(jié)構(gòu)。之后，通過與上述實(shí)施例相同的方式執(zhí)行步驟(S30)和(S40)，完成了圖10所示的第三實(shí)施例的碳化硅襯底I。此外，如第一實(shí)施例，通過執(zhí)行步驟(S50)，可以在單晶碳化硅層12上形成外延生長層。在第三實(shí)施例中，說明了基礎(chǔ)層11和單晶碳化硅層12借助加熱的方式直接彼此連接，但是它們可以經(jīng)由諸如粘合劑的中間層彼此連接。(實(shí)例I)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)碳化硅襯底的主表面相對于{03-38}面的偏離角與形成在碳化硅襯底上的外延生長層中載流子濃度的偏離之間的關(guān)系。首先，制備多個碳化硅襯底，其具有由各自主表面的法線和{03-38}面的法線在到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中形成的不同角度。之后，在主表面中的每一個上，形成外延生長層，以具有以IXlO16Cnr3的載流子濃度引入其中的雜質(zhì)，由此獲得了樣品。之后，測量每個樣品的外延生長層中的載流子濃度，以計算與上述目標(biāo)值(IX IO16CnT3)的偏離。在圖12中示出了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在圖12中，水平軸代表由主表面的法線和{03-38}面的法線在到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中形成的角度(偏離角)。垂直軸代表載流子濃度與目標(biāo)值(I X 1016cm_3)的偏離的比率(載流子濃度的偏離)。參考圖12，隨著偏離角變小，載流子濃度的偏離突然減小?？梢源_定，通過將偏離角設(shè)定為O. 5°或更小，可以充分抑制載流子濃度的偏離。
這里公開的實(shí)施例和實(shí)例在任何方面都是說明性的而非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求項(xiàng)來限定，而不是由上述實(shí)施例限定，并且意圖包括在與權(quán)利要求項(xiàng)等效的范圍和含義內(nèi)的任何修改。工業(yè)適用性本發(fā)明中的碳化硅襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法，可以特別有利地適用于實(shí)現(xiàn)包括碳化硅襯底的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定特性所需的碳化硅襯底、半導(dǎo)體器件及其制造方法。附圖標(biāo)記1，2 :碳化硅襯底；1A，2A :主表面；11 :基礎(chǔ)層；12 :單晶碳化硅層；12A :主表面；20 :外延生長層；101 :半導(dǎo)體器件；102 :襯底；110 :柵電極；111 :源電極；112 :漏電極；121 :緩沖層；122 :擊穿電壓保持層；123 p區(qū)；124 n+區(qū)；125 p+區(qū)；126 :氧化物膜；127 上部源電極?！?br> 權(quán)利要求
1.一種碳化硅襯底(1)，其中所述碳化硅襯底(I)是由碳化硅制成的，并且所述碳化硅襯底(I)的至少一個主表面(IA)的法線和{03-38}面的法線在到包括〈01-10〉方向和<0001>方向的面的正交投影中形成O. 5°或更小的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳化硅襯底(1)，其中所述一個主表面(IA)的法線和{03-38}面的法線在到包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中形成10°或更小的角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳化硅襯底(1)，其中所述碳化硅襯底(I)具有50.8mm或更大的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳化硅襯底(I)，包括 基礎(chǔ)層(11);以及 單晶碳化硅層(12)，所述單晶碳化硅層(12)形成在所述基礎(chǔ)層(11)上，其中所述一個主表面(IA)是所述單晶碳化硅層(12)的與所述基礎(chǔ)層(11)相反的表面(12A)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳化硅襯底(2)，進(jìn)一步包括形成在所述一個主表面(IA)上的外延生長層(20)。
6.一種半導(dǎo)體器件(101)，包括: 權(quán)利要求5中所述的碳化硅襯底(102、121、122);以及 電極(111)，所述電極(111)形成在所述外延生長層(121、122 )上。
7.一種用于制造碳化硅襯底(I)的方法，包括以下步驟 制備由碳化娃制成的徒; 由所述錠獲得襯底(I);并且 檢查獲得的所述襯底(I)的至少一個主表面(IA)的法線和{03-38}面的法線在到包括〈01-10〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中是否形成O. 5°或更小的角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造碳化硅襯底(I)的方法，進(jìn)一步包括檢查獲得的所述襯底(I)的所述一個主表面(IA)的法線和{03-38}面的法線在到包括〈-2110〉方向和〈0001〉方向的面的正交投影中是否形成10°或更小的角度的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造碳化硅襯底(I)的方法，其中所述襯底(I)具有50. 8mm或更大的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造碳化硅襯底(I)的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 在分開制備的基礎(chǔ)襯底(11)上，布置獲得的所述襯底(12);并且 將所述基礎(chǔ)襯底(11)和所述襯底(12)彼此連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造碳化硅襯底(I)的方法，進(jìn)一步包括在所述一個主表面(IA)上形成外延生長層(20)的步驟。
12.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法(1)，包括以下步驟 使用如權(quán)利要求11中所述的用于制造碳化硅襯底(2)的方法，制備碳化硅襯底(I);并且 在所述外延生長層(2 )上形成電極(125 )。
全文摘要
公開的碳化硅襯底(1)包括碳化硅。并且在一個主表面(1A)的法線和{03-38}面的法線到包含<01-10>方向和<0001>方向的面的正交投影之間的角度為0.5°或更小。因此，該碳化硅襯底(1)展示出提高的半導(dǎo)體器件溝道遷移率和穩(wěn)定特性。
文檔編號H01L29/78GK102959709SQ201180030749
公開日2013年3月6日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者佐佐木信, 原田真, 伊藤里美, 沖田恭子 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社