[发明专利]具有碳化硅基板的半导体器件的退火方法和半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及用于激活包括具有其中形成离子注入层的碳化 硅(SiC)基板的器件中离子注入区域的退火方法，和半导体器 件。

背景技术

当制造半导体器件如MOSFET(MOS场效应晶体管)时，半 导体基板的杂质控制是必要的。对于在使用碳化硅(SiC)基板中 的杂质控制，因为杂质的扩散率很小，通常使用离子注入和激 活退火工艺的组合(Phys.Stat.Sol.(a)Vol.162(1997)，p， 263，T.Kimoto，N.Inoue和H.Matsunami)。对于碳化硅 (SiC)半导体器件的杂质控制，将提供杂质的离子通过离子注入 系统注入碳化硅(SiC)基板的所需部分。接着，使用高温退火设 备如高频感应加热设备将碳化硅(SiC)基板退火以激活杂质(参 见日本专利申请特开2004-311696)。

发明内容

然而，当进行退火以激活碳化硅(SiC)基板中的杂质时，产 生具有表面平坦度约6.0nm(RMS值)的表面不规则度，并且观察 到栅绝缘膜的可靠性和沟道迁移率在此类半导体器件中降低。 因此，本发明旨在解决上述问题，并提供将包括碳化硅(SiC) 基板的器件退火从而控制表面平坦度(RMS值)不大于6.0nm的 退火方法，并进一步提供其中能实现高度的电激活，同时通过 使用该退火方法维持表面平坦度(RMS值)不大于2nm，优选不大 于1nm的半导体器件。

根据本发明的用于将包括碳化硅(SiC)基板的器件退火的 退火方法包括以下步骤：在碳化硅(SiC)基板中形成杂质掺杂区 域的步骤，将碳化硅(SiC)基板中的杂质掺杂区域退火的步骤， 规定退火步骤中退火气氛中的H₂O分压不大于10^-2帕。

在一个实施方案中，碳化硅(SiC)基板具有外延碳化硅(SiC) 结晶层作为表面层，在碳化硅(SiC)结晶层中形成杂质掺杂区 域。

更优选地，用于退火步骤的气氛具有不大于10^-3帕的H₂O分 压。在退火步骤中，注入杂质的碳化硅(SiC)基板优选通过护罩 覆盖退火。

退火步骤在能够排出空气的真空容器中进行，在一个实施 方案中，使真空容器排出空气从而真空容器中的压强不大于 10^-4帕。提供包括碳化硅(SiC)基板和该基板中杂质掺杂区域的 半导体器件，其中碳化硅(SiC)基板的表面平坦度的RMS值不大 于2nm，更优选不大于1nm，在一个实施方案中，该半导体器件 为MOS场效应晶体管。

用于激活包括根据本发明的碳化硅(SiC)基板的器件的退 火方法设定真空容器中残留H₂O的分压不大于10^-2帕并退火，由 此提供以下优点：可控制碳化硅(SiC)基板的表面平坦度为2nm 以下(RMS值)。此外，通过设定真空容器中残留H₂O的分压不大 于10^-3帕并退火，提供以下优点：可提供其中能容易地实现高 度电激活，同时维持表面平坦度为1nm以下(RMS值)的半导体器 件。

附图说明

图1A示出具有外延SiC层的碳化硅(SiC)基板；

图1B示出杂质注入图1A中所示的碳化硅(SiC)基板；

图1C示出图1B中注入杂质的碳化硅(SiC)基板的退火；

图1D示出使用护罩的退火加热设备；

图1E示出其中添加保护层的退火；

图1F示出使用SiH₄添加和碳化硅容器的退火加热设备；

图2示意性示出离子注入系统；

图3是用于退火的加热设备的截面图；

图4示出由退火产生的碳化硅(SiC)基板上的表面不规则 度；

图5是说明残留H₂O的分压与碳化硅(SiC)基板的表面不规 则度之间关系的图表；

图6是使用用于退火的具有通孔的护罩的加热设备的截面 图；

图7A示出具有通孔的护罩的第一实例；

图7B示出具有通孔的护罩的第二实例；

图7C示出具有通孔的护罩的第三实例；

图7D示出具有通孔的护罩的第四实例；