半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體器件及其制造方法
[0001]相關(guān)申請交叉引用
[0002]將2014年10月3日提交的日本專利申請N0.2014-205070的公開內(nèi)容整體并入本文作為參考，所述公開內(nèi)容包括說明書、附圖和摘要。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造技術(shù)，并且例如涉及一種具有溝槽型M0S(金屬氧化物半導(dǎo)體)柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件以及有效地適用于制造該半導(dǎo)體器件的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]在日本未審專利申請公布N0.2013-219161(專利文獻(xiàn)1)中，描述了一種半導(dǎo)體器件，其具有形成在阱區(qū)的表面部的第一導(dǎo)電類型源區(qū)、形成在源區(qū)的預(yù)定區(qū)中以便在漂移層至少暴露底表面的溝槽、以及作為阱區(qū)并且沿溝槽的側(cè)表面形成的第一導(dǎo)電類型溝道層。溝道層僅形成在漂移層和源區(qū)之間，并且溝道層中的第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度整體均勻。
[0005]此外，在日本未審專利申請公布N0.2012-099834(專利文獻(xiàn)2)中，描述了一種M0S柵型碳化硅半導(dǎo)體器件，其具有形成在與溝槽的側(cè)壁接觸的柵氧化膜和溝道反型層表面之間的另一導(dǎo)電類型的硅半導(dǎo)體層。公開了一種用非晶硅層、在不與M0S柵型碳化硅半導(dǎo)體器件的溝道電流流動的方向相交的方向上用激光掃描非晶硅層、以及將非晶硅層轉(zhuǎn)化成多晶硅而形成另一導(dǎo)電類型的硅半導(dǎo)體層的技術(shù)。
[0006]此外，在日本未審專利申請公布N0.2008-016747(專利文獻(xiàn)3)中，描述了一種溝槽M0S型碳化硅半導(dǎo)體器件，其具有依次堆疊在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體襯底上的第一導(dǎo)電類型漂移層、第二導(dǎo)電類型基層、以及第一導(dǎo)電類型源極層，條形溝槽從第一導(dǎo)電類型源極層的表面延伸并到達(dá)漂移層，并且第二導(dǎo)電類型層形成在溝槽的底部。形成在溝槽的底部的第二導(dǎo)電類型層以及第二導(dǎo)電類型基層通過在條形溝槽的兩端處的形成在溝槽寬度方向上的側(cè)壁表面的第二導(dǎo)電類型區(qū)導(dǎo)電地連接。
[0007]此外，在日本未審專利申請公布N0.2006-351744(專利文獻(xiàn)4)中，描述了一種制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，該方法通過在碳化硅半導(dǎo)體襯底上形成柵氧化膜的步驟之前，通過在1，500°C或更高的溫度的減壓反應(yīng)爐中提供氫而將半導(dǎo)體襯底表面蝕刻約幾個nm至0.1 μ m，來實施表面加工步驟。
[0008]此外，在日本未審專利申請公布N0.2006-351743(專利文獻(xiàn)5)中，描述了一種M0S柵型碳化硅半導(dǎo)體器件，其具有通過經(jīng)由柵氧化膜插入一種導(dǎo)電類型的區(qū)域而形成在另一導(dǎo)電類型的區(qū)域的表面上的多晶硅柵電極，并且與柵氧化膜接觸的另一導(dǎo)電類型的區(qū)域包括另一導(dǎo)電類型的硅半導(dǎo)體層。
[0009]引用文獻(xiàn)列表
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本未審專利申請公布N0.2013-219161
[0012]專利文獻(xiàn)2:日本未審專利申請公布N0.2012-099834
[0013]專利文獻(xiàn)3:日本未審專利申請公布N0.2008-016747
[0014]專利文獻(xiàn)4:日本未審專利申請公布N0.2006-351744
[0015]專利文獻(xiàn)5:日本未審專利申請公布N0.2006-351743

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]在具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件中，作為溝道區(qū)的p型體層是通過兩次或更多次地注入彼此具有不同的注入能量的離子來形成的。結(jié)果，P型體層的雜質(zhì)濃度沿溝槽的側(cè)表面在深度方向上改變，并且暴露于溝槽的側(cè)表面的P型體層的雜質(zhì)濃度，即溝道表面(溝道反型層表面)，變成不均勻的。為了解決這個問題，在溝槽形成于P型體層中之后，通過對暴露于溝槽的側(cè)表面的P型體層實施P型雜質(zhì)的傾斜離子注入，來均勻化溝道表面處的雜質(zhì)濃度。
[0017]但是在傾斜離子注入中，因為p型雜質(zhì)也引入溝槽的底部處的η型漂移層中，因此產(chǎn)生的問題是溝道長度難以控制并且具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的操作特性會改變。
[0018]從本說明書的說明以及附圖將使其他問題和新穎特征顯而易見。
[0019]根據(jù)實施例，在溝槽形成之后，通過對ρ型體層實施ρ型雜質(zhì)的傾斜離子注入，在溝槽的側(cè)壁部處形成沿溝槽的側(cè)表面在深度方向上具有均勻雜質(zhì)濃度分布的Ρ型溝道層，其中Ρ型體層是通過兩次或更多次地注入具有彼此不同的注入能量的離子來形成的。此夕卜，通過形成具有雜質(zhì)濃度高于Ρ型溝道層、Ρ型體層以及Ρ型體層和η型漂移層之間的η型漂移層的η型層來規(guī)定溝道長度。通過這些手段，抑制操作特性改變。
[0020]根據(jù)實施例，在具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件中，能抑制操作特性改變。
【附圖說明】
[0021]圖1是根據(jù)一個實施例的具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的基本部分的截面圖。
[0022]圖2是示出根據(jù)一個實施例的具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的制造步驟的基本部分的截面圖。
[0023]圖3是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖2的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0024]圖4是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖3的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0025]圖5是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖4的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0026]圖6是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖5的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0027]圖7是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖6的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0028]圖8是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖7的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0029]圖9是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖8的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0030]圖10是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖9的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0031]圖11是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖10的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0032]圖12是示出具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的圖11的后續(xù)制造步驟的基本部分的截面圖。
[0033]圖13是本發(fā)明人進(jìn)行研究的具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的基本部分的截面圖。
【具體實施方式】
[0034]在以下實施例中，出于方便考慮，如果需要，則通過分成多個部分或?qū)嵤├齺斫忉尭鱾€實施例，但是，除非另外說明，否則它們不是彼此無關(guān)且為一個是另一個的一部分或整體的變型實例、細(xì)節(jié)、補充說明等的關(guān)系。
[0035]此外，在以下實施例中，當(dāng)涉及元件的數(shù)等(包括個數(shù)、數(shù)值、量、范圍等)時，除了說明且原理上明顯限于規(guī)定數(shù)目的情況及其他情況之外，則該數(shù)不限于規(guī)定的數(shù)目且可以大于或小于規(guī)定數(shù)目。
[0036]此外，在以下實施例中，不言而喻的是組成部件(包括組成步驟等)不是必要的，除進(jìn)行規(guī)定且明顯在原理上必要等情況及其他情況之外。
[0037]此外，當(dāng)涉及“包含A”，“由A制成”，“具有A”或“包括A”時，不言而喻的是不排除除了 A之外的部件，除非僅指該部件的情況以及其他情況之外。同樣地，在以下實施例中，當(dāng)涉及組成部件等的形狀、位置關(guān)系等，它們基本上包括接近或類似于該形狀等，除非進(jìn)行規(guī)定且明顯在原理上不是如此的情況以及其他情況之外，對于數(shù)值和范圍也適用上述情況。
[0038]此外，在用于解釋以下實施例的所有附圖中，具有相同功能的構(gòu)件原則上由相同的符號表示且不再重復(fù)解釋。參考附圖在下文詳細(xì)解釋實施例。
[0039]同時，本文采用的表述“ + ”或是代表具有η型或ρ型的導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的相對濃度的符號，并且例如η型雜質(zhì)的濃度以“η ”，“η”和“η+”的依次增大，且ρ型雜質(zhì)的濃度以“Ρ”，“Ρ”和“Ρ+”的依次增大。
[0040](問題的詳細(xì)解釋)
[0041]首先，參考圖13在下文解釋本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件中要解決的問題，因為根據(jù)本實施例的具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的構(gòu)造和制造方法似乎通過說明而更能顯而易見。圖13是本發(fā)明人研究的具有溝槽型M0S柵結(jié)構(gòu)的碳化硅半導(dǎo)體器件的基本部分的截面圖。
[0042]通過在顯示η型導(dǎo)電性的襯底SB的主表面上依次形成顯示η型導(dǎo)電性的η型漂移層NEa、顯示ρ型導(dǎo)電性的ρ型體層ΡΒ以及η +型源極層NS來構(gòu)造碳化硅半導(dǎo)體器件。襯底SB用作漏極層，且ρ型體層PB用作溝道區(qū)。襯底SB的雜質(zhì)濃度例如為1 X 10 18cm 3或更大，η型漂移層NEa的雜質(zhì)濃度例如約為8 X 10 15cm 3，ρ型體層ΡΒ的雜質(zhì)濃度例如約為1 X 1016cm 3，且n+型源極層NS的雜質(zhì)濃度例如約為1 X 10 19cm 3或更大。
[0043]此外，形成穿過n+型源極層NS以及ρ型體層ΡΒ并到達(dá)η型漂移層NEa的溝槽TR，沿包括溝槽TR的側(cè)表面和底表面的內(nèi)壁形成柵極絕緣膜GI，以及形成第一柵電極GE1以便填充溝槽TR的內(nèi)部。因此，暴露于插入在n+型源極層NS和η型漂移層NEa之間的P型體層PB的溝槽TR的側(cè)壁部的表面變成溝道表面。
[0044]在近來的碳化硅半導(dǎo)體器件中，作為溝道區(qū)的ρ型體層PB通過離子注入方法以取代之前的外延生長方法來形成，以便提高價格競爭力。但是因為雜質(zhì)不會擴散進(jìn)入碳化硅(SiC)，因此通過在彼此不同的注入條件下(例如注入能量和劑量)多次注入離子來形成P型體層PB。例如，通過兩次或更多次(例如約十次)地注入具有彼此不同的注入能量的離子來形成P型體層PB。結(jié)果，ρ型體層PB具有高雜質(zhì)濃度和低雜質(zhì)濃度沿溝槽TR的側(cè)表面在深度方向上交替重復(fù)的雜質(zhì)濃度分布。
[0045]同時，在碳化硅半導(dǎo)體器件中，溝槽TR形成在ρ型體層PB中且暴露在溝槽TR的側(cè)壁部的P型體層PB的表面變成溝道表面。但是在ρ型體層PB中，雜質(zhì)濃度如前所述沿溝槽TR的側(cè)表面在深度方向上變化且溝道表面處的雜質(zhì)濃度在這種情