[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680051916.3
• 申請(qǐng)日: 2006-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN101336484A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 增田健良;松川真治
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 住友電氣工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L21/20;H01L21/336
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 梁曉廣;陸錦華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體地，涉及一種設(shè)置有由碳化硅(下面縮寫為SiC)制成的膜的半導(dǎo)體器件及該器件的制造方法。

背景技術(shù)

SiC具有寬帶隙和高于硅(下面縮寫為Si)一個(gè)數(shù)量級(jí)的最大絕緣電場，因此可期待被應(yīng)用于下一代功率半導(dǎo)體元件。SiC通過使用稱為4H-SiC或6H-SiC的單晶片而被用于各種電子器件，并且被認(rèn)為特別適合于高溫和高功率半導(dǎo)體元件。上述每一種晶體都是通過層疊閃鋅礦型晶體和纖鋅礦型晶體形成的α相SiC。此外，還通過使用稱為3C-SiC的β相SiC來制造樣品半導(dǎo)體。最近，肖特基二極管、MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、晶閘管等被試制為功率半導(dǎo)體元件。據(jù)證實(shí)，與常規(guī)Si半導(dǎo)體器件相比，這種樣品元件顯示出極其優(yōu)異的性能。

在使用SiC的半導(dǎo)體器件中，特別在SiC襯底表面上形成有溝道的MOSFET中，通過高溫退火形成的表面通常被用作溝道。但是，在通過高溫退火獲得的SiC襯底的表面上存在不規(guī)則凹進(jìn)和凸出。因此，界面態(tài)密度增加，由此導(dǎo)致載流子遷移率減小，這導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的性能劣化的問題。

在例如日本專利特許公開No.2000-294777(專利文獻(xiàn)1)中公開了一種可以在一定程度上解決該問題的技術(shù)。在上述專利文獻(xiàn)1中，離子注入之后退火時(shí)制造的聚束臺(tái)階之間的平坦部分(梯層表面)用于場效應(yīng)晶體管如MOSFET的溝道部分。具體地，在Ar(氬氣)氣氛中，在1600℃的溫度下對(duì)SiC襯底退火一個(gè)小時(shí)。結(jié)果，在SiC襯底的表面上形成互相集束的臺(tái)階，從而形成聚束臺(tái)階，以使平坦部分形成在聚束臺(tái)階之間。該平坦部分被用作MOSFET的溝道部分。

專利文獻(xiàn)1：日本專利特許公開No.2000-294777。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

然而，在由專利文獻(xiàn)1中公開的方法所獲得的SiC襯底的表面上仍然存在大量凹進(jìn)和凸出，這使之不可能充分地提高半導(dǎo)體器件的性能。這是因?yàn)橐韵略颉?/p>

在離子注入之后的退火過程中，Si原子和C(碳)原子的脫附和吸附被重復(fù)，從而由于所得晶體的各向異性而形成聚束臺(tái)階。因此，僅僅通過退火，不能充分地恢復(fù)通過離子注入對(duì)SiC襯底表面造成的損傷，由此在該表面上仍然存在凹進(jìn)和凸出。

此外，通過臺(tái)階的重構(gòu)，形成由退火獲得的聚束臺(tái)階，由此聚束臺(tái)階是數(shù)個(gè)原子層級(jí)的臺(tái)階。因此，聚束臺(tái)階之間的平坦部分的長度(換句話說，聚束臺(tái)階的一個(gè)周期的長度)約為10nm且極短。即使當(dāng)具有這種長度的聚束臺(tái)階用于溝道部分時(shí)，也不可能提高載流子遷移率。相反，由于載流子散射的影響，存在載流子遷移率被減小的可能性。

由此，本發(fā)明的目的是提供一種可以充分地提高其性能的半導(dǎo)體器件以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。

解決問題的方法

根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括由碳化硅(SiC)制成的半導(dǎo)體膜。該半導(dǎo)體膜在其表面上具有刻面，并且使用該刻面作為溝道。

根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，由于刻面的平坦部分的長度長于聚束臺(tái)階的平坦部分的長度，因此可以減小界面態(tài)密度和提高載流子遷移率，結(jié)果可以充分地提高半導(dǎo)體器件的性能。

在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，刻面中的至少一個(gè)優(yōu)選由{0001}面構(gòu)成。

在由SiC制成的半導(dǎo)體膜中，{0001}面是其上僅Si和C之一被露出的表面，并且在能量方面是穩(wěn)定的。因此，通過由該表面構(gòu)成刻面，可以減小界面態(tài)密度，并且進(jìn)一步減小載流子遷移率。

在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體膜優(yōu)選具有4H-型晶體結(jié)構(gòu)，且刻面中的至少一個(gè)由{03-38}面構(gòu)成。

在半導(dǎo)體膜由具有4H-型晶體結(jié)構(gòu)的SiC制成的情況下，{03-38}面是其上僅露出Si或C之一的表面，并且在能量方面是穩(wěn)定的。因此，通過由該表面構(gòu)成刻面，可以減小界面態(tài)密度，并且進(jìn)一步減小載流子遷移率。

在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，該半導(dǎo)體膜優(yōu)選具有6H-型晶體結(jié)構(gòu)，并且刻面中的至少一個(gè)由{01-14}面構(gòu)成。

在半導(dǎo)體膜由具有6H-型晶體結(jié)構(gòu)的SiC制成的情況下，{01-14}面是其上僅露出Si或C之一的表面，并且在能量方面是穩(wěn)定的。因此，通過由該表面構(gòu)成刻面，可以減小界面態(tài)密度，并且進(jìn)一步減小載流子遷移率。

在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，溝道優(yōu)選被包括在構(gòu)成刻面的表面內(nèi)。

因此，由于在構(gòu)成刻面的表面內(nèi)凹進(jìn)和凸出是非常小的，所以可以極大減小界面態(tài)密度，以及提高載流子遷移率。