制造半导体器件的方法及所制造出的半导体器件转让专利
申请号 : CN200810110641.7
文献号 : CN101320688B
文献日 : 2011-02-16
发明人 : 山上滋春 , 星正胜 , 林哲也 , 田中秀明
申请人 : 日产自动车株式会社
摘要 :
权利要求 :
1.一种制造半导体器件的方法,所述半导体器件包括半导体衬底和异质半导体区,所述异质半导体区包括带隙不同于所述半导体衬底的带隙、并接触所述半导体衬底的第一表面的一部分的异质半导体材料,所述方法包括:在所述半导体衬底的所述第一表面的暴露部分上和所述异质半导体材料的暴露表面上沉积第一绝缘膜;以及通过在氧化气氛中进行热处理来在所述第一绝缘膜与所述半导体衬底和所述异质半导体区的面向所述第一绝缘膜的表面之间形成第二绝缘膜。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:在沉积所述第一绝缘膜之前,在所述半导体衬底的所述第一表面的所述一部分上形成所述异质半导体区;以及在形成所述第二绝缘膜之后,将杂质引入所述异质半导体区。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述异质半导体区的暴露表面和所述第一绝缘膜之间的所述第二绝缘膜的厚度不大于所述半导体衬底的所述第一表面的暴露部分和所述第一绝缘膜之间的所述第二绝缘膜的厚度的两倍。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,还包括:在所述第一绝缘膜的与所述第二绝缘膜相对的暴露表面上沉积栅电极;
形成与所述异质半导体区电接触的源电极;以及
在所述半导体衬底的与所述第一表面相对的第二表面上形成与所述半导体衬底欧姆连接的漏电极。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,形成所述第二绝缘膜包括进行湿法氧化、干法氧化或热解氧化至少之一。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述异质半导体区的暴露表面和所述第一绝缘膜之间的所述第二绝缘膜的厚度不大于所述半导体衬底的所述第一表面的暴露部分和所述第一绝缘膜之间的所述第二绝缘膜的厚度的两倍。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括:在所述第一绝缘膜的与所述第二绝缘膜相对的暴露表面上沉积栅电极;
形成与所述异质半导体区电接触的源电极;以及
在所述半导体衬底的与所述第一表面相对的第二表面上形成与所述半导体衬底欧姆连接的漏电极。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:在所述第一绝缘膜的与所述第二绝缘膜相对的暴露表面上沉积栅电极;
形成与所述异质半导体区电接触的源电极;以及
在所述半导体衬底的与所述第一表面相对的第二表面上形成与所述半导体衬底欧姆连接的漏电极。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述半导体衬底的半导体材料包括碳化硅、氮化镓或金刚石至少之一。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述异质半导体材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、锗、硅锗或砷化镓至少之一。
11.一种半导体器件,其根据权利要求1的方法制成。
12.根据权利要求11所述的半导体器件,其特征在于,所述异质半导体区的暴露表面和所述第一绝缘膜之间的所述第二绝缘膜的厚度不大于所述半导体衬底的所述第一表面的暴露部分和所述第一绝缘膜之间的所述第二绝缘膜的厚度的两倍。
13.根据权利要求12所述的半导体器件,其特征在于,还包括:所述第一绝缘膜的与所述第二绝缘膜相对的暴露表面上的栅电极;
与所述异质半导体区电接触的源电极;以及
所述半导体衬底的与所述第一表面相对的第二表面上的、与所述半导体衬底欧姆连接的漏电极。
14.根据权利要求11所述的半导体器件,其特征在于,还包括:所述第一绝缘膜的与所述第二绝缘膜相对的暴露表面上的栅电极;
与所述异质半导体区电接触的源电极;以及
所述半导体衬底的与所述第一表面相对的第二表面上的、与所述半导体衬底欧姆连接的漏电极。
15.根据权利要求11所述的半导体器件,其特征在于,所述半导体衬底的半导体材料包括碳化硅、氮化镓或金刚石至少之一。
16.根据权利要求15所述的半导体器件,其特征在于,所述异质半导体材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、锗、硅锗或砷化镓至少之一。
说明书 :
制造半导体器件的方法及所制造出的半导体器件
技术领域
背景技术
半导体衬底中,在N 型碳化硅衬底上形成N 型碳化硅外延区。N 型碳化硅外延区、N 型多+ - +
晶硅区和N 型多晶硅区形成异质结。此外,通过栅极绝缘膜,在与N 型碳化硅外延区和N- +
型多晶硅区的结部分邻接的位置处形成栅电极。将N 型多晶硅区连接至源电极,并在N 型碳化硅衬底的其它表面上形成漏电极。
发明内容
附图说明
具体实施方式
度(N 型)的N 型碳化硅外延层2来形成根据本实施例的半导体衬底。在N 型碳化硅衬-
底1的主表面上形成N 型碳化硅外延层2。尽管存在碳化硅的多个多晶类型,但在本实施例中使用具有代表性的4H多晶型的碳化硅。
3是接触N 型碳化硅外延层2的表面的半导体,其中该表面与N 型碳化硅外延层2接触N型碳化硅衬底1的表面相对。如下面所述,通过采用作为具有不同于碳化硅的带隙的半导体的多晶硅10(参见图2A到2H)作为基体材料,并引入N型杂质20(参见图2A到2H),从+ - +
而创建异质半导体区,来形成N 型多晶硅3。结果,N 型碳化硅外延层2和N 型多晶硅3+ -
形成异质结。然后,在N 型多晶硅3中形成延伸至N 型碳化硅外延层2的凹槽。
多晶硅3的侧表面和异质结部的部分。此外,栅极绝缘膜5接触N 型多晶硅3的表面,即,-
与面向N 型碳化硅外延层2的表面相对的表面的部分。在热氧化膜5的表面上形成沉积-
膜4,该表面与热氧化膜5面向N 型碳化硅外延层2的表面相对。在沉积膜4的表面上形成栅电极6,该表面与沉积膜4面向热氧化膜5的表面相对。因此,栅电极6通过沉积膜4和热氧化膜5来接触异质结部的部分。
8,该表面与N 型碳化硅衬底1面向N 型碳化硅外延层2的表面相对。漏电极8以低电阻+
电欧姆连接至N 型碳化硅衬底1。另外,在场效应晶体管的芯片的最外围部处采用如保护环(guard-ring)等终端结构(未示出),在该芯片中,并行连接利用在此教导的方法所制造的多个半导体器件。由于这种终端结构,当场效应晶体管截止时,其周围的场集中缓和,从而实现高耐压性。由于这种场效应晶体管可以采用功率器件领域中使用的一般终端结构,因此在此省略对终端结构的说明。
N 型碳化硅外延层2的异质结部施加反向偏压,因此在漏电极8和源电极7之间没有电流+ -
流动。然而,当向栅电极6施加预定的正电压时,栅极电场影响N 型多晶硅3和N 型碳化硅外延层2的异质结表面。因此,由于由异质结表面形成的能量势垒的厚度变薄,所以电流在漏电极8和源电极7之间流动。由于异质结部用作用于阻断和导通电流的控制沟道,因此沟道的长度由异质势垒的厚度决定。因此,获得低阻抗导通特性。
在几μm到数十μm之间的N 型碳化硅外延层2。然后,在N 型碳化硅外延层2的暴露表面上沉积多晶硅10。沉积方法可以包括低压CVD工艺。接着,如在图2B中所示,通过将N+
型杂质20引入多晶硅10来制备N 型多晶硅3。根据本实施例,引入N型杂质20的方法可以包括在沉积多晶硅10之后热扩散N型杂质20的方法。
从而接触N 型碳化硅外延层2和N 型多晶硅3(多晶硅10)。对于沉积膜4,可以适当地使用氧化硅膜。此外,沉积方法可以包括热CVD方法、等离子CVD方法或者溅射方法。
5。由于在上述氧化处理中形成热氧化膜5,所以可以降低界面态密度。
膜4保护N 型碳化硅外延层2的暴露部的同时,氧化N 型碳化硅外延层2和沉积膜4的界-
面。如此,当形成热氧化膜5时,N 型碳化硅外延层2的暴露部没有被暴露至外部空间。因此,可以防止来自外部场的杂质污染。因此,可以有效地降低界面态。
地,可以将N 型多晶硅3上的热氧化膜5抑制至少等于或者小于数百 结果,在抑制N 型多晶硅3上的热氧化膜5变得非常厚的同时,在N-型碳化硅外延层2和沉积膜4的界面上形成薄的热氧化膜5。
N 型碳化硅外延层2的表面,形成N 型多晶硅3。N 型多晶硅3具有如下多晶硅10作为基-
底材料,其中,该多晶硅10具有不同于碳化硅的带隙。此外,沉积沉积膜4,从而接触N 型+
碳化硅外延层2和N 型多晶硅3的异质结部的部分。在沉积之后,通过在氧化气氛中进行- +
热处理,并氧化N 型碳化硅外延层2和N 型多晶硅3,来形成绝缘膜。结果,由于可以降低+ +
N 型多晶硅3的氧化速度,因此可以使N 型多晶硅3的氧化速度接近碳化硅的氧化速度。
- + +
也就是说,即使当同时氧化N 型碳化硅外延层2和N 型多晶硅3时,也可以使由N 型多晶-
硅3形成的热氧化膜5的厚度接近由N 型碳化硅外延层2形成的热氧化膜5的厚度。所以,可以使热氧化膜5的厚度相对均匀。此外,由于形成了热氧化膜5,所以与仅形成沉积膜-
4的情况相比,可以降低界面态密度等。因此,可以改善N 型碳化硅外延层2的界面特性。
因此,可以制造具有高可靠性和电流驱动力的半导体器件。
掩模来蚀刻多晶硅10,以暴露N 型碳化硅外延层2。此后,去除抗蚀剂掩模11。该蚀刻方-
法可以包括干法蚀刻。接着,如在图4D中所示,例如,沉积沉积膜4约1000 以与N 型碳化硅外延层2和多晶硅10接触。对于沉积膜4,可以适当地使用氧化硅膜。此外,沉积方法可以包括热CVD方法、等离子CVD方法或者溅射方法。然后,如在图4E中所示,在沉积沉积膜4之后,在氧化气氛中进行热处理。该氧化气氛可以包括湿法氧化、干法氧化和热解氧化等的每个中使用的气氛。热处理的温度可以是例如约1100℃。通过在图4E中示出的处理,在先前沉积的沉积膜4中扩散的氧到达N-型碳化硅外延层2和沉积膜4的界面处,从而氧-
化N 型碳化硅外延层2几 到数十 同时,氧化多晶硅10的顶面和侧表面。因此,如在第一实施例中,形成热氧化膜5。
9,并开启接触孔。最终,形成源电极7和漏电极8,从而制造与在图1中示出的半导体器件具有相同结构的半导体器件。
N 型碳化硅外延层2的表面的方式,形成具有不同于碳化硅的带隙的多晶硅10。并且,沉积-
沉积膜4,以与N 型碳化硅外延层2和多晶硅10的异质结部的部分接触。在该沉积之后,通-
过在氧化气氛中进行热处理,并氧化N 型碳化硅外延层2和多晶硅10,来形成绝缘膜。此+
外,在形成绝缘膜之后,通过将N型杂质20引入多晶硅10来形成N 型多晶硅3。结果,可以获得与在第一实施例中相同的效果。
N 型碳化硅外延层2和N 型多晶硅3的异质结表面提取或排除杂质,因此可以抑制异质结表面中杂质的分布发生变化。
- -
当使用无掺杂型或P 型时,由于在施加栅极电压时,在无掺杂型或P 型多晶硅和热氧化膜
5的界面周围生成反型层,因此该器件变成导通状态。
度和在N 型外延层2上形成的绝缘膜的厚度之间的差为数百 但本发明不限于这种结构。
+ -
换句话说,在N 型多晶硅3上形成的绝缘膜的厚度可以至少等于或小于在N 型外延层2上形成的绝缘膜的厚度的两倍。