碳化矽半導體裝置的製造方法與流程

2023-10-05 23:47:24 1

已知一種半導體裝置，其中，碳化矽基板(也稱為SiC基板)的表面被熱氧化膜覆蓋，在該熱氧化膜上形成有開口，在露出於該開口中的SiC基板的表面上形成肖特基電極。在本說明書中，公開一種製造該半導體裝置的方法。

在專利文獻1與專利文獻2中公開了具備上述結構的半導體裝置的製造方法。該製造方法具備以下的工序。

(a)在氧氣氛下對SiC基板進行熱處理，從而在表面上形成犧牲熱氧化膜。

(b)使用蝕刻劑而將熱氧化膜去除。

通過上述的兩個工序，從而將存在於SiC基板的表層上的品質低劣的結晶層去除。

(c)再次在氧氣氛下對SiC基板進行熱處理，從而在表面上形成熱氧化膜。

通過上述的熱氧化膜而形成場絕緣膜。

(d)使用蝕刻劑而將場絕緣膜的一部分去除從而形成開口。SiC基板在該開口中露出。

(e)在露出於開口中的SiC基板的表面上對成為肖特基電極的材料進行制膜。

圖3圖示了專利文獻1所公開的製造方法，並且實施以下步驟。

(1)在n型的SiC原基板30之上結晶生長n型的SiC結晶層31。在下文中，將SiC原基板30和SiC結晶層31統稱為SiC基板。

(2)從SiC基板的表面向保護環形成區域注入p型離子。

(3)形成對在熱處理時C從SiC基板析出的情況進行防止的覆蓋層34。

(4)進行熱處理而使p型離子活化，從而形成p型的保護環33。之後，將覆蓋層34去除。

(A)在SiC基板的表面上形成犧牲熱氧化膜35。

(B)將犧牲熱氧化膜35去除。

伴隨覆蓋層34的去除，SiC基板的表面將受到損傷。在專利文獻1的技術中，在覆蓋層34的去除後對SiC基板的表面進行研磨。由於該研磨，也會使SiC基板的表面受到損傷。通過實施所述(A)和(B)，從而將存在於SiC基板的表面上的品質低劣的結晶層去除。

(5)在SiC基板的表面上形成熱氧化膜37。

(6)在SiC基板的背面上形成背面電極40。之後，通過熱處理，從而使SiC基板與背面電極40歐姆接觸。

(7)將熱氧化膜37的一部分去除從而形成開口37a。SiC基板的表面露出於開口37a中。

(8)向開口37a填充成為肖特基電極的材料，從而形成與SiC基板肖特基接觸的電極38。

通過以上步驟而製造出肖特基二極體。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2007-115875號公報

專利文獻2：日本特開2007-184571號公報

技術實現要素：

發明所要解決的問題

在上述的現有方法中，在SiC基板的表面上形成了肖特基電極的情況下，會流有假定以上的較大的漏洩電流。對該理由進行研究後的結果為，推斷出以下的理由，通過採用應對該情況的技術從而能夠減少漏洩電流。

(i)與Si基板不同，在SiC基板中存在較多的穿透位錯。

(ii)當在氧氣氛下對SiC基板進行熱處理時，氧化將沿著穿透位錯而發展。

(iii)當將熱氧化膜去除時，在氧化沿著穿透位錯而發展得較深的位置處，在基板表面上會形成有凹坑(pit)(納米級的微細的納米凹坑)。

(iV)由於上述納米凹坑而使漏洩電流增大至假定以上。

在Appl.Phys.Lett.100,242102(2012)中報告了存在於基板表面上的納米凹坑成為漏洩源的情況。

在現有的製造方法中，如上述所記載的(a)和(c)或上述所記載的(A)和(5)所示，在SiC基板的表面上兩次形成熱氧化膜。其結果為，在SiC基板的表面上形成納米凹坑的現象將發展，從而使漏電流增大。

在本說明書中，公開了一種應對上述問題並且能夠製造出漏洩電流較小的碳化矽半導體裝置的製造方法。

用於解決問題的方法

在本說明書所公開的製造方法中，具備如下工序：在SiC基板內形成通過區域的組合而形成的半導體結構；在該SiC基板的表面上形成熱氧化膜；對該熱氧化膜的一部分進行蝕刻從而形成到達SiC基板的表面的開口；向該開口填充成為肖特基電極的材料。而且，本說明書所公開的製造方法的特徵在於，在從半導體結構的完成起至熱氧化膜的形成為止的期間內，不經過在SiC基板的表面上形成犧牲熱氧化膜的過程。

根據上述的製造方法，由於不形成犧牲氧化膜，因此抑制了納米凹坑的生成，從而抑制了漏洩源的產生。此外，在開口處將熱氧化膜去除。此時，存在於SiC基板的表面上的品質低劣的結晶層被去除。通過省略製造並去除犧牲氧化膜的工序，從而也不存在半導體裝置的特性降低的情況。

在熱氧化膜的形成時，優選為將SiC基板暴露在1100℃以上的幹氧氣氛或900℃以上的溼氧氣氛中。當在上述條件下進行氧化時，氧化現象易於各向同性地進行，從而能夠對氧化沿著穿透位錯而顯著地發展的現象進行抑制。從而抑制了納米凹坑的生成。

此外，優選為形成5nm以上且20nm以下的膜厚的熱氧化膜。如果是5nm以上的厚度，則能夠利用為場絕緣膜，並且能夠將在露出於開口部中的SiC基板的表面上所存在的品質低劣的結晶層去除。如果是20nm以下的膜厚，則能夠對伴隨熱氧化，氧化沿著穿透位錯而顯著地發展的現象進行抑制。

發明效果

根據本製造方法，能夠排除犧牲熱氧化膜的制膜工序和去除工序，從而使製造程序簡化。另外，抑制了納米凹坑的生成，從而能夠實現漏洩電流較小的碳化矽半導體裝置。

附圖說明

圖1為表示實施例的半導體裝置的製造工序的圖。

圖2為表示反向電壓與漏洩電流的關係的測量結果的圖。

圖3為表示現有的製造方法的圖。

具體實施方式

以下，對本說明書所公開的技術的特徵進行整理。另外，以下所記載的事項分別單獨地具有技術上的有用性。

(特徵1)本製造方法能夠應用於肖特基二極體、肖特基勢壘二極體(SBD:Schottky Barrier Diode)或混合PIN肖特基二極體中。

實施例

圖1圖示了將本製造方法應用於肖特基二極體的製造中的實施例。通過與圖3進行對比可知，省略了圖3(A)和(B)的工序。由此，肖特基二極體的漏洩電流減少。

(1)在n型的SiC原基板30之上結晶生長n型的SiC結晶層31。以下，將SiC原基板30與SiC結晶層31統稱為SiC基板。

(2)從SiC基板的表面向保護環形成區域注入p型離子。

(3)形成對在熱處理時C從SiC基板析出的情況進行防止的覆蓋層34。

(4)進行熱處理而使p型離子活化，從而形成p型的保護環33。之後，去除覆蓋層34。通過上述方法，從而在SiC基板內形成作為肖特基二極體而發揮功能的半導體結構和確保其耐壓的半導體結構。通過n型的區域30、31和p型的區域33的組合，當形成後述的電極38、40時，成為肖特基二極體的半導體結構將完成。

伴隨覆蓋層34的去除，SiC基板的表面會受到損傷。但是，在該方法中，在該階段不實施將品質低劣的結晶層去除的工序。

(5)在SiC基板的表面上形成熱氧化膜37。

(6)在SiC基板的背面上形成背面電極40。之後，通過熱處理，從而使SiC基板和背面電極40歐姆接觸。由於在該熱處理的階段中，在SiC基板的表面上形成有熱氧化膜37，因此不會形成新的熱氧化膜。通過該熱處理而使熱氧化膜37變厚。在熱氧化膜較薄的階段中，氧化沿著穿透位錯而發展的 現象較為顯著，與此相對，當熱氧化膜較厚時，氧化沿著穿透位錯而發展的現象將被抑制。通過使背面電極40歐姆接觸的熱處理，從而不會促進氧化沿著穿透位錯而發展的現象。

(7)將熱氧化膜37的一部分去除從而形成開口37a。SiC基板的表面露出於開口37a中。此時，存在於SiC基板的表面上的品質低劣的結晶層被去除。

(8)向開口37a填充成為肖特基電極的材料，從而形成與SiC基板肖特基接觸的電極38。殘留的熱氧化膜37成為場絕緣膜。

通過以上步驟從而製造出肖特基二極體。在上述方法中，在從於SiC基板內形成半導體結構起至形成作為場絕緣膜的熱氧化膜37為止的期間內，不經過在SiC基板的表面上形成犧牲熱氧化膜的過程。

圖2為圖示了向肖特基二極體施加的反向電壓與漏洩電流的測量結果的圖。各個曲線表示各個二極體的測量結果。(1)表示在圖1的(5)的工序中，將熱氧化膜37的膜厚設為30nm的情況。(2)表示在圖1的(5)的工序中，將熱氧化膜37的膜厚設為10nm的情況。任意一方均重疊表示了共計150個二極體的測量結果。電平C表示漏洩電流的允許值。

如圖2(1)所示，當將熱氧化膜37的膜厚設為30nm時，在相當數量的二極體中，漏洩電流超過了允許值。與此相對，如圖2(2)所示，當將熱氧化膜37的膜厚設為10nm時，不存在漏洩電流超過允許值的情況。通過實驗而明確了在將熱氧化膜37的膜厚設為20nm以下時，漏洩電流不會超過允許值的情況。明確了如下情況，即，雖然通過省略犧牲熱氧化膜的形成工序和去除工序從而抑制了漏洩電流，但優選為還將作為場絕緣膜的熱氧化膜37的厚度設為20nm以下。

在本實施例中，僅將熱氧化膜37作為場絕緣膜。在熱氧化膜37的厚度在20nm以下而不足以作為場絕緣膜的情況下，能夠在熱氧化膜37的表面上堆積氧化膜。從而能夠以熱氧化膜和堆積氧化膜作為場絕緣膜。

熱氧化膜37優選在5nm以上。如果在5nm以上，則能夠在開口37a的形成時，將SiC基板表面的品質低劣層去除，並獲得電極38與SiC基板肖特基接觸的關係。

雖然在本實施例中製造了肖特基二極體，但也能夠應用於肖特基勢壘二極體的製造中，在該肖特基勢壘二極體中，在n型的結晶層31中分散地配置 p型區域，並利用在反向電壓的施加時從p型區域向n型的結晶層31延伸的耗盡層來抑制漏洩電流，從而提高耐壓。此外，也能夠應用於混合PIN肖特基二極體的製造中。可應用的肖特基二極體的種類並不被特別地限制。

雖然以上對本發明的具體例進行了詳細說明，但這些只不過是例示，並不對權利要求書進行限定。在權利要求書所記載的技術中，包括對上文所例示的具體例進行了各種改變、變更的技術。此外，在本說明書或附圖中所說明的技術要素通過單獨或各種組合的方式而發揮技術上的有用性，並不限定於申請時權利要求所記載的組合。此外，本說明書或附圖所例示的技術同時達成多個目的，並且達成其中一個目的本身便具有技術上的有用性。

符號說明

30：SiC原基板；

31：SiC結晶層；

30、31：SiC基板；

33：p型保護環；

30、31、33：半導體結構；

34：覆蓋層；

35：犧牲熱氧化膜；

37：熱氧化膜；

37a：開口；

38：表面電極：肖特基電極；

40：背面電極：歐姆電極。