半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有溝槽柵極構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，專利文獻(xiàn)I的半導(dǎo)體裝置包括:SiC基板；形成在SiC基板上的η型高電阻層；形成在η型高電阻層上的P井層；形成于P井層的表層部的η+發(fā)射極區(qū)域；貫通η +發(fā)射極區(qū)域并到達(dá)P井層的P+接觸區(qū)域；從η +發(fā)射極區(qū)域的表面起貫通P井層并到達(dá)η型高電阻層的溝槽；形成于溝槽的內(nèi)表面的柵極氧化膜；以及埋入于溝槽的多晶硅柵極電極。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。
[0004]專利文獻(xiàn)。
[0005]專利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2008-294210號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]用于解決課題的方案
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置包括:半導(dǎo)體層，具有依次層疊有第一導(dǎo)電型的漏極層、第二導(dǎo)電型的溝道層以及第一導(dǎo)電型的源極層的構(gòu)造，所述源極層在所述半導(dǎo)體層的表面露出；柵極溝槽，從所述半導(dǎo)體層的所述表面起貫通所述源極層和所述溝道層，最深部達(dá)到所述漏極層；柵極絕緣膜，模仿所述柵極溝槽的內(nèi)表面和所述半導(dǎo)體層的所述表面而形成；以及柵極電極，經(jīng)由所述柵極絕緣膜被埋入于所述柵極溝槽，所述柵極絕緣膜的與所述半導(dǎo)體層的所述表面相接的部分與在所述柵極溝槽的側(cè)面與所述溝道層相接的部分相比被形成得厚。
[0007]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在將柵極電極的材料埋入到柵極溝槽之后，即使柵極溝槽外的材料被過(guò)度蝕刻，也能夠使柵極電極確實(shí)地對(duì)于源極層重疊。由此，由于能夠制造能夠良好地進(jìn)行晶體管動(dòng)作的半導(dǎo)體裝置，因此能夠提高成品率。另外，通過(guò)抑制柵極絕緣膜的與溝道層相接的部分的厚膜化，從而能夠抑制在溝道層中的柵極溝槽的側(cè)面附近誘發(fā)的載流子的量的減少。其結(jié)果，由于能夠抑制溝道電阻的增加，因此能夠維持性能的可靠性。
[0008]優(yōu)選的是，所述柵極絕緣膜的與所述柵極溝槽的底面相接的部分相比于與所述溝道層相接的部分被形成得厚。
[0009]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于能夠緩和向柵極溝槽底部的電場(chǎng)集中，因此能夠提高性能的可靠性。
[0010]所述柵極電極還可以具有延伸到所述半導(dǎo)體層的所述表面的上方的延伸部。在這種情況下，所述柵極電極的所述延伸部的上表面還可以位于所述柵極絕緣膜的與所述半導(dǎo)體層的所述表面相接的部分的厚度方向中途。
[0011]另外，在所述柵極溝槽從所述底面直到開(kāi)口端為止以固定的寬度被形成的情況下，也可以為所述柵極絕緣膜的在所述柵極溝槽的所述側(cè)面與所述溝道層和所述源極層相接的部分具有固定的厚度。
[0012]另外，優(yōu)選的是，所述柵極溝槽包括上部邊緣，該上部邊緣形成于所述柵極溝槽的開(kāi)口端，具有與所述半導(dǎo)體層的所述表面相連的傾斜面作為所述側(cè)面的一部分，所述柵極絕緣膜包括在所述上部邊緣向所述柵極溝槽的內(nèi)部伸出的伸出部。
[0013]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于在柵極溝槽的上部邊緣形成有伸出部，因此能夠提高在上部邊緣的柵極絕緣膜的耐壓。因此，即使在柵極導(dǎo)通時(shí)電場(chǎng)集中于上部邊緣，也能夠防止在上部邊緣處的柵極絕緣膜的絕緣擊穿。其結(jié)果，能夠提高對(duì)于柵極導(dǎo)通電壓的可靠性。另外，使在柵極導(dǎo)通時(shí)施加于上部邊緣的電場(chǎng)分散在傾斜面內(nèi)，能夠緩和電場(chǎng)集中。
[0014]優(yōu)選的是，所述柵極溝槽包括上部邊緣，該上部邊緣形成于所述柵極溝槽的開(kāi)口端，具有與所述半導(dǎo)體層的所述表面相連的圓形面作為所述側(cè)面的一部分，所述柵極絕緣膜包括在所述上部邊緣向所述柵極溝槽的內(nèi)部伸出的伸出部。
[0015]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于在柵極溝槽的上部邊緣形成有伸出部，因此能夠提高在上部邊緣處的柵極絕緣膜的耐壓。因此，即使在柵極導(dǎo)通時(shí)電場(chǎng)集中于上部邊緣，也能夠防止在上部邊緣處的柵極絕緣膜的絕緣擊穿。其結(jié)果，能夠提高對(duì)于柵極導(dǎo)通電壓的可靠性。另外，使在柵極導(dǎo)通時(shí)施加于上部邊緣的電場(chǎng)分散在圓形面內(nèi)，能夠緩和電場(chǎng)集中。
[0016]優(yōu)選的是，所述伸出部具有在沿寬度方向橫切所述柵極溝槽的切割面中的截面視圖中向所述柵極溝槽的內(nèi)部膨脹的圓形狀。在這種情況下，所述柵極電極還可以具有在所述截面視圖中沿著所述伸出部選擇性地凹入為圓形狀的縮頸部。
[0017]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠使電場(chǎng)均勻地分散于伸出部的整體。
[0018]所述半導(dǎo)體裝置也可以還包括以覆蓋所述柵極絕緣膜的與所述半導(dǎo)體層的所述表面相接的部分的方式形成在所述半導(dǎo)體層上的層間膜，在所述層間膜形成有使所述源極層選擇性地露出的接觸孔。
[0019]所述源極層也可以具有1μηι~10μηι的厚度。另外，所述半導(dǎo)體層也可以由碳化娃(SiC)構(gòu)成。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性的截面圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性的截面圖。
[0022]圖3是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性的截面圖。
[0023]圖4是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的示意性的截面圖。
[0024]圖5是用于說(shuō)明所述半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。
[0025]圖6是用于說(shuō)明在上部邊緣形成傾斜面的工序的圖。
[0026]圖7是用于說(shuō)明在上部邊緣形成圓形面的工序的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下，參照隨附附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0028]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置I的示意性的截面圖。
[0029]半導(dǎo)體裝置I包括使用SiC (碳化娃)的功率MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)元件(個(gè)體元件)。半導(dǎo)體裝置I具備作為本發(fā)明的半導(dǎo)體層的一個(gè)例子的SiC基板2。
[0030]SiC基板2具有依次層疊有n_型漏極層3、p型溝道層4以及η +型源極層5的構(gòu)造，η+型源極層5在SiC基板2的表面6露出。作為η型摻雜劑，例如能夠使用N(氮)、P(磷)、As(砷)等(以下相同)，作為P型摻雜劑，例如能夠使用B(硼)、A1(鋁)等。
[0031]rf型漏極層3的厚度為I μηι~100 μ m、摻雜劑濃度為IX 10 15cnT3~l X 1017cnT3。p型溝道層4的厚度為0.1μπι~1μm、摻雜劑濃度為I X 1016cm^3~l X 120CnT30 n+型源極層5的厚度為 0.05 μ m~0.5 μ m、慘雜劑濃度為 I X 1018cm 3~1 X 1021cm 3。
[0032]另外，在SiC基板2形成有柵極溝槽7。柵極溝槽7從SiC基板2的表面6起貫通η+型源極層5和P型溝道層4，最深部到達(dá)η -型漏極層3。另外，在該實(shí)施方式中，柵極溝槽7從底面8直到開(kāi)口端為止以固定的寬度被形成。也就是說(shuō)，在柵極溝槽7中彼此相向的側(cè)面9之間的距離在柵極溝槽7的深度方向上的任一位置處都是固定的。
[0033]在柵極溝槽7的內(nèi)表面(底面8和側(cè)面9)以及SiC基板2的表面6配置有柵極絕緣膜10。柵極絕緣膜10例如由氧化硅(S12)等絕緣材料構(gòu)成。在該實(shí)施方式中，柵極絕緣膜10的一個(gè)表面和另一表面以模仿柵極溝槽7的內(nèi)表面(底面8和側(cè)面9)以及SiC基板2的表面6的方式形成。
[0034]柵極絕緣膜10 —體地包括柵極溝槽7的底面8上的底面絕緣膜11、側(cè)面9上的側(cè)面絕緣膜12以及SiC基板2的表面6上的平面絕緣膜13。柵極絕緣膜10在各部位的絕緣膜11~13處厚度互不相同。平面絕緣膜13和底面絕緣膜11與側(cè)面絕緣膜12相比被形成得厚。具體地，相對(duì)于側(cè)面絕緣膜12的厚度1\為0.010 μ m~0.200 μ m，底面絕緣膜11和平面絕緣膜13的厚度T2、T3*別為0.05 μ m~0.5 μ m和0.05 μ m~0.5 μ m。各絕緣膜11~13在上述的范圍內(nèi)對(duì)于各自所相接的面具有固定的厚度。
[0035]而且，在柵極溝槽7經(jīng)由柵極絕緣膜10埋入有柵極電極14。柵極電極14例如由多晶硅等導(dǎo)電材料構(gòu)成。在該實(shí)施方式中，柵極電極14 一體地具有延伸到SiC基板2的表面6的上方的延伸部15。延伸部15以其上表面16位于平面絕緣膜13的厚度方向中途的方式形成。特別是，在延伸部15在柵極溝槽7的側(cè)面9附近的外周部17相比于其內(nèi)部區(qū)域向上方上翹。
[0036]圖2~圖4是本發(fā)明的第二 ~第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置21、31、41的示意性的截面圖。在圖2~圖4中，對(duì)與在各圖之前記述的圖中所示出的各部分對(duì)應(yīng)的部分附加相同的參照標(biāo)記。
[0037]如圖2所示，第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置21還包括在柵極溝槽7的開(kāi)口端具有與SiC基板2的表面6相連的傾斜面22作為側(cè)面9的一部分的上部邊緣23。而且，側(cè)面絕緣膜12包括以在該上部邊緣23處向柵極溝槽7的內(nèi)部突出的方式與該側(cè)面絕緣膜12的其它部分相比選擇性地變厚的伸出部24。
[0038]伸出部24具有在沿寬度方向橫切柵極溝槽7的切割面的截面視圖中向柵極溝槽7的內(nèi)部膨脹的圓形狀。由此，柵極電極14具有在從上表面16在柵極溝槽7的深度方向上從柵極溝槽7的寬度方向兩側(cè)沿著伸出部24選擇性地凹入為圓形狀的縮頸部25。
[0039]在圖3所示的第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置31中，代替具有半導(dǎo)體裝置21的傾斜面22的上部邊緣23，在柵極溝槽7的開(kāi)口端包括具有與SiC基板2的表面6相連的圓形面32作為側(cè)面9的一部分的上部邊緣33。也就是說(shuō)，上部邊緣33并不變得尖銳而通過(guò)圓形面32而帶有圓狀。
[0040]圖4所示的第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置41除了半導(dǎo)體裝置31的結(jié)構(gòu)以外，還包括以覆蓋柵極電極14的上表面16的方式形成在平面絕緣膜13上的層間膜42。層間膜42例如由氧化硅(S12)構(gòu)成。另外，在層間膜42和平面絕緣膜13形成有將它們連續(xù)貫通而使η+型源極層5選擇性地露出的接觸孔43。在該接觸孔43例如埋入有由鋁(Al)等導(dǎo)電材料構(gòu)成的源極電極(未圖示)。
[0041]圖5是用于說(shuō)明半導(dǎo)體裝置I的制造方法的流程圖。
[0042]為了制造半導(dǎo)體裝置1，例如對(duì)SiC基板2的表面6選擇性地注入雜質(zhì)，進(jìn)行退火處理(步驟SI)。由此，形成P型溝道層4、η+型源極層5等雜質(zhì)區(qū)域。另外，SiC基板2的剩余的η—型區(qū)域被形成為η -型漏極層3。
[0043]接著，通過(guò)從表面6起以規(guī)定圖案蝕刻SiC基板2，來(lái)在SiC基板2形成柵極溝槽7 (步驟S2) ο
[0044]接下來(lái)的工序是柵極絕緣膜10的形成。柵極絕緣膜10的形成以與堆積在柵極溝槽7的側(cè)面9的部分相比堆積在SiC基板2的表面6和柵極溝槽7的底面