[发明专利]碳化硅半导体元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用碳化硅的半导体元件的制造方法。

背景技术

碳化硅(Silicon Carbide，SiC)具备比硅(Si)大的能带隙及高的绝缘击穿电场强度，是有望应用于下一代低损耗功率器件等的半导体材料。碳化硅存在立方晶系的3C—SiC或六方晶系的6H—SiC、4H—SiC等多种类型(polytype)。其中，为了制作实用的碳化硅半导体元件而通常使用的是4H—SiC。通常广泛使用相对c轴晶轴垂直的(0001)面大致一致的面为主面的基板。

为了制作碳化硅半导体元件(SiC半导体元件)，必须在碳化硅基板(SiC基板)上形成成为半导体元件的有源区的外延生长层，用该层的选择区域控制导电型或载流子浓度。为了在选择的局部区域形成杂质掺杂区域，在外延生长层中离子注入杂质掺杂物是必不可少的。

对于以往的杂质掺杂区域的形成方法而言，以下边参照图6(a)～(d)，边以专利文献1中公开的形成MOSFET中的p型井(well)区域的方法为例进行说明。

首先，如图6(a)所示，在SiC基板40形成发挥n型漂移(drift)层的功能的碳化硅层41。作为SiC基板40，可以使用具有从(0001)面倾斜数度(off角)，增大阶跃(step)密度的表面(阶跃结构表面)的SiC基板。在该SiC基板40的表面，利用阶跃的横方向生长引起的阶跃流(stepflow)，使碳化硅层41外延生长。接着，在碳化硅层41的表面形成离子注入掩模42。在形成有碳化硅层41中的p型井(well)区域46(图6(d))的区域以外的区域上设置注入掩模42。

接着，如图6(b)所示，从注入掩模42的上方向碳化硅层41注入杂质离子(Al离子)44。之后，如图6(c)所示，除去注入掩模42，只在形成有杂质离子注入区域43的碳化硅层41的表面形成由类金刚石碳膜或有机膜构成的帽层45。

然后，如图6(d)所示，为了离子注入引起的在结晶上产生的损伤的恢复和杂质离子的活化，进行活化退火处理。活化退火处理通过将碳化硅基板40加热至1700℃以上的温度来进行。利用活化退火处理，在碳化硅层41的一部分形成作为杂质掺杂区域的p型井(well)区域46。碳化硅层41中没有形成p型井(well)区域46的区域成为n型漂移区域47。

专利文献1：专利第3760688号公报

过去，碳化硅半导体元件使用边长为数厘米左右的剪切基板制作。这是因为，难以得到大的碳化硅单晶以及碳化硅半导体元件处于研究开发阶段。

但是，近年来，制造大的碳化硅单晶的技术也被确立，可以利用2英寸以上的碳化硅晶片。另外，碳化硅半导体元件的开发也在进展，处于试制商业产品或者制造的阶段。所以，开发使用2英寸或其以上大小的碳化硅基板制造碳化硅半导体元件的技术正在成为课题。

本发明人使用过去的制造技术在2英寸以上的碳化硅晶片制作碳化硅半导体元件，结果发现出现在形成所述的杂质掺杂区域之后，碳化硅晶片极大地翘曲的问题。如果碳化硅晶片翘曲，则不仅在光刻法工序中难以形成正确的图案，而且难以在各种半导体制造装置中准确地操作碳化硅晶片，变得不能全部进行用于制作碳化硅半导体元件的各种制造工序。

如果为硅晶片或砷化镓晶片，即使在晶片上发生翘曲，也可以通过进行真空卡盘，强制地使翘曲的晶片平坦化，从而保持晶片。所以，无论在硅晶片或砷化镓晶片上发生多少翘曲，过去也不太会成为问题。

但是，由于碳化硅的硬度非常高，所以对于碳化硅晶片而言，不能利用真空卡盘使翘曲松弛，非常难以强制地使翘曲的碳化硅晶片平坦化从而保持。另外，还有在真空卡盘的强度的作用下，碳化硅晶片发生割裂的可能性。这样，在碳化硅晶片上产生的翘曲是过去的硅晶片或砷化镓晶片所没有的课题。另外，如果利用过去技术，通过只在注入面形成帽层进而进行活化退火，碳化硅基板的里面选择性地发生硅升华。所以，基板的里面成为碳过剩(carbon rich)的组成。图7表示利用以往技术形成的纵型功率MOSFET300的结构。该功率MOSFET300具备碳化硅基板301和在碳化硅基板301上形成的漂移层302。在漂移层302内形成井(well)区域305，在井(well)区域305内形成有源区域308。进而，在源区域308内，设置到达井(well)区域305的接触区域309。存储通道(tunnel)层307形成为与源区域308、井(well)区域305及漂移层302接触，在存储通道层307上借助栅绝缘膜311设置栅电极313。将源电极312设置成与源区域308及接触区域309接触。