碳化硅半导体器件及其制造方法_3

文档序号:8367597阅读:来源:国知局
,例如,优选引入氮(N)或磷(P)作为杂质,用于为碳化硅提供η型导电性。
[0066]接着,在顶表面Pl上形成掩膜层71。优选地,掩膜层71是形成在外延衬底10的顶表面Pl上的热氧化膜。接着,具有图案的光刻胶层72形成在掩膜层71上。借助利用光刻胶层72的蚀刻,将该图案转移到掩膜层71 (图6)。
[0067]如图7中所示,在顶表面Pl上,利用掩膜层71执行热蚀刻。因此,侧壁表面ST和底表面BT形成在外延衬底10的顶表面Pl处。通过采用热蚀刻,特定面自发地形成在侧壁表面ST中。以下将说明热蚀刻的细节。接着,去除掩膜层71 (图8)。
[0068]如图9中所示,JBS区12、JTE区14、保护环区15以及场停止区16通过导电杂质的离子注入形成。接着,执行活化热处理以活化杂质。例如,在氩气(Ar)气氛下在约1700°C的温度下执行加热30分钟。
[0069]如图10中所示,通过外延衬底10的顶表面Pl的热氧化,绝缘膜21形成为覆盖顶表面Pl。例如在空气或氧气下在约1200°C的温度下通过加热外延衬底10约30分钟来执行热氧化。
[0070]接着,执行氮退火。因此,调整氮浓度以使距离外延衬底10和绝缘膜21之间的界面1nm内的区域中具有约lX1021/cm3或更大的最大值。例如,在包含氮的气体,诸如一氧化氮气体的气氛下,在约1100°C的温度下执行加热约120分钟。在该氮退火处理之后,可以另外在惰性气体气氛下执行退火处理。例如,在氩气气氛下,在约1100°C的温度下执行加热约60分钟。
[0071]如图11中所示,对电极42形成在外延衬底10的背表面P2上。对电极42构成通过热处理进行硅化而形成的欧姆电极。
[0072]如图12中所示,开口形成在绝缘膜21中以暴露顶表面Pl的平坦表面FT的一部分。
[0073]接着,再次参考图2,在顶表面Pl的平坦表面FT上,肖特基电极31形成为接触η层11和JBS区12。因此获得二极管101。
[0074](热蚀刻)
[0075]热蚀刻是通过使将被蚀刻的目标在高温下经受蚀刻气体来执行的,并且基本上不具有物理蚀刻功能。用于热蚀刻的工艺气体包含卤素。更优选地,卤素是氯或氟。具体地,一种示例,可采用的工艺气体是包含C12、BC13、CF4W& SF 6中至少一种的工艺气体,并且能够特别适用地采用Cl2。
[0076]而且,工艺气体优选还包含氧气。此外,工艺气体可包含载气。载气的实例包括氮气、氩气或氦气。
[0077]优选地,热蚀刻的热处理温度不小于700°C且不大于1200°C。该温度的下限更优选800°C,进一步优选900°C。因此,蚀刻速率能够实现充分实用的值。此外,该温度的上限更优选1100°C,进一步优选1000°C。当热处理温度设定在不小于700°C且不大于1000°C时,蚀刻SiC的速率例如约为70 μ m/hr。
[0078](功能和效果)
[0079]根据本实施例的二极管101,布置在终端部TM中的侧壁表面ST相对于{000-1}面倾斜不小于50°且不大于80°。以此方式,侧壁表面ST的面取向能够变得适于抑制侧壁表面ST和绝缘膜21之间的界面态。因此,在终端部TM中,能够使外延衬底10的侧壁表面ST和绝缘膜21之间的界面中的界面态密度降低。这抑制了界面态的存在而导致的电流的产生。因此,能够抑制二极管101的泄漏电流。而且,侧壁表面ST能够容易地被设置有“特定面”,并且在这种情况下更加抑制泄漏电流。当宏观地观察时,基本上相同的情况应用至具有{0-33-8},{0-11-2},{0-11-4}以及{0-11-1}的面取向中的一种面取向的侧壁表面ST0
[0080]JBS区12嵌入在外延衬底10的顶表面Pl的平坦表面FT处。因此,能够增大二极管101的击穿电压。
[0081]JTE区14设置在外延衬底10的顶表面Pl的侧壁表面ST处。在顶表面Pl上,JTE区14包括侧壁表面ST和平坦表面FT之间的边界。因此,缓解了电场集中,由此增大了二极管101的击穿电压。在本实施例中,JTE区14接触肖特基电极31。因此,稳定了 JTE区14的电位。
[0082]而且,顶表面Pl设置有底表面BT,其相对于平坦表面FT的倾斜小于侧壁表面相对于平坦表面FT的倾斜。因此,底表面BT能够容易地设置有用于缓解电场集中的结构。具体地,保护环区15设置在底表面BT处。因此,缓解了电场集中,由此增大了二极管101的击穿电压。
[0083]而且,通过热蚀刻形成侧壁表面ST。通过采用热蚀刻,侧壁表面ST的面取向能够变得适于抑制侧壁表面ST和绝缘膜21之间的界面态。具体地,特定面能够形成在侧壁表面ST中。这抑制了界面态的存在而导致的电流的产生。因此,能够抑制二极管101的泄漏电流。
[0084](变型)
[0085]如图13中所示,在本变型的二极管102中,JTE区14连接到JBS区12。以此方式,即使在JTE区14不接触肖特基电极31时,JTE区14通过JBS12电连接到肖特基电极31。因此,稳定了 JTE区14的电位。
[0086](特定面)
[0087]顶表面Pl的侧壁表面ST优选具有特定面。如图14中所示,这种侧壁表面ST包括具有{0-33-8}的面取向的面Sl(第一面)。面SI优选具有(0-33-8)的面取向。更优选地,侧壁表面ST微观地包括面SI,并且侧壁表面ST微观地还包括具有{0-11-1}的面取向的面S2 (第二面)。这里,术语“微观地”是指“微小到考虑至少约为原子间距两倍的尺寸的程度”。作为观察这种微观结构的方法,例如,能够采用TEM(透射电子显微镜)。面S2优选具有(0-11-1)的面取向。
[0088]优选地,侧壁表面ST的面SI和面S2形成具有{0-11-2}的面取向的组合面SR。换言之,组合面SR由周期地重复的面SI和S2形成。这种周期结构例如能够通过TEM或AFT (原子力显微镜)观察。在这种情况下,组合面SR宏观地相对于{000-1}面具有62°的偏离角。这里,术语“宏观地”是指“忽视具有约原子间距的尺寸的微小结构”。对于这种宏观偏离角的测量,例如能够利用采用常规X射线衍射的方法。
[0089]优选地,组合面SR具有(0-11-2)的面取向。在这种情况下,组合面SR宏观地相对于(000-1)面具有62°的偏离角。优选地,泄漏电流流动的方向CD沿进行上述周期重复的方向。方向CD对应于外延衬底10的厚度方向(图2中的纵向)向侧壁表面ST突出的方向。
[0090]接着,将说明组合面SR的详细结构。
[0091]通常,对于Si原子(或C原子),当从(000-1)面观察多型4H的碳化硅晶体时,层A中的原子(附图中的实线)、布置在之下的层B中的原子(附图中的虚线)、以及布置在之下的层C中的原子(附图中的点划线),以及布置在之下的层B中的原子(附图中未示出)如图15中所示被重复设置。换言之,以四层ABCB看作一个周期,则设置了诸如ABCBABCBABCB...的周期层叠结构。
[0092]如图16中所示,在(11-20)面(沿图15的线XV1-XVI截取的截面)中,构成上述一个周期的四层ABCD中的每一层中的原子都没有完全沿(0-11-2)面对齐。在图16中,(0-11-2)面示出为穿过层B中的原子的位置。在这种情况下,应当理解层A和C中的每个原子都从(0-11-2)面偏离。因此,即使在碳化硅单晶体的表面的宏观面取向,即忽略了其原子级结构的其面取向被限于(0-11-2),该表面也能够具有各种微观结构。
[0093]如图17中所示,通过交替设置具有(0-33-8)的面取向的面SI以及连接到面SI并且具有不同于每个面SI的面取向的面S2来构造组合面SR。每个面SI和S2都具有两倍于Si原子(或C原子)的原子间距的长度。应当注意具有被平均的面SI和面S2的面对应于(0-11-2)面(图 16)。
[0094]如图18中所示,当从(01-10)面观察组合面SR时,单晶结构具有周期地包括等效于立方结构的结构(面Si部分)的部分。具体地,通过交替设置等效于立方结构的上述结构中的具有(0
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