专利名称：碳化硅半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及使用了碳化硅(SiC)的半导体装置及其制造方法。
背景技术：
近年来，提出过如下的场效应晶体管(Field Effect Transistor;FET)，即，在电流流入的源电极与电流流出的漏电极之间设置栅电极，利用施加在栅电极上的电压来控制源/漏之间的电流(漏电流)。在场效应晶体管中，有在栅中具有MOS结构的MOS型(MOSFET)和使用了 pn结或肖特基结的结型。
在将栅电极设为MOS结构的MOSFET中，利用在半导体表面形成由少数的载流子造成的反转层，来控制漏电流所流过的沟道区域的传导率。此外，由于一旦对栅电压赋予变化，电流值就会变化，因此能够作为电信号的放大或电流的通/断开关发挥作用。
对于如上所述在栅中具有MOS结构的半导体装置，有使用了由碳化珪构成的半导体的碳化硅半导体装置(MOSFET )(例如参照专利文献1 )。
专利文献1:日本专利第3307184号公报
发明内容
但是，由于碳化硅(SiC) —般来说载流子的迁移率小，MOS界面特性不够充分，使得MOS晶体管的沟道迁移率小，因此有制成元件后的接通电阻高而电流损耗变大的问题。
本发明是鉴于上述以往的问题而完成的，其目的在于，提供碳化硅半导体装置及其制造方法，该碳化硅半导体装置的沟道形成区域中的载流子的迁移率大，接通电阻低，元件特性优良。
用于解决上述问题的本发明的碳化硅半导体装置是利用栅电压来控制源区域与漏区域之间的载流子的流动的碳化硅半导体装置，至少具
3备碳化硅基板和沟道层，所述沟道层设于所述碳化硅基板上，构成所述
源区域与所述漏区域之间的载流子流路中的至少一部分，含有Sh —xGexC晶体(0^x<l)和Ge浓度高于该晶体的Ge粒状晶体。
本发明的碳化硅半导体装置中，在源区域与漏区域之间的载流子流路中的至少一部分具备含有Sh-xGexC晶体(0^x<l)和Ge浓度高于该晶体的Ge粒状晶体的沟道层。本发明的沟道层由于含有与碳化硅相比迁移率、晶格常数大、禁带宽度小的Ge粒状晶体，因此沟道形成区域中的载流子的迁移率大，接通电阻低，元件特性优良。
本发明的碳化硅半导体装置也可以在所述沟道层上还具备接触层。通过在本发明的碳化硅半导体装置中设置接触层，就可以减小源电极、漏电极的接触电阻。
本发明的碳化硅半导体装置的所述Ge粒状晶体也可以与所述碳化硅基板和所述接触层相接。通过将本发明的碳化硅半导体装置设为此种构成，就可以将碳化硅半导体基板与接触层通过迁移率大的Ge粒状晶体来连接，可以有效地获得Ge浓度高的半导体层。其结果是，可以进一步提高载流子的迁移率。
本发明的碳化硅半导体装置中，所述接触层既可以是形成于所述沟道层表面的Ge粒状晶体，也可以还含有Ge浓度低于该Ge粒状晶体的Si"xGexC晶体(0^x<l)。通过将接触层设为此种构成，就可以进一步减小源电极、漏电极的接触电阻。
本发明的碳化硅半导体装置的制造方法是用于制造上述的本发明的碳化硅半导体装置的方法，具有如下的Ge粒状晶体形成工序，即，在14001C以下，将含有锗原料的混合气体供给至碳化硅基板上或沟道层上，使Ge粒状晶体在所述碳化硅基板表面或所述沟道层表面生长。
如果是高于1400"C的温度，则Ge粒状晶体就会升华，无法在碳化硅基板表面或沟道层表面形成Ge粒状晶体。根据上述的Ge粒状晶体形成工序，可以在碳化硅基板表面或沟道层表面形成Ge粒状晶体。
本发明的碳化硅半导体装置的制造方法可以还具有如下的帽层形成工序，即， 一边从所述Ge粒状晶体形成工序中的Ge粒状晶体生长温度以下加热到1400 ~ 2000匸， 一边将含有硅原料(例如硅烷化合物)、
的混合气体供给于形成了所述Ge粒状晶体的所述碳化硅基板上或所述沟道层上，使覆盖所述Ge粒状晶体的Sh —xGexC晶体(0^x<l)外延生长，在所述碳化硅基板表面或所述沟道层表面形成由该Si^GexC晶体(0^x<l)构成的帽层。
根据上述的帽层形成工序，可以在不使Ge粒状晶体升华的情况下形成由Si^Ge,C晶体(0^x<l)构成的帽层。帽层可以抑制高温加热时的Ge粒状晶体的升华。
在帽层形成工序中，例如既可以一边从Ge粒状晶体生长温度以下到1400 2000X:连续地提高温度一边形成帽层，也可以在Ge粒状晶体生长温度以下的温度下将帽层形成至达到规定的膜厚后， 一边将温度提高到1400 2000X:—边进一步形成帽层。
根据本发明，可以提供沟道形成区域中的栽流子的迁移率大、接通电阻低、元件特性优良的碳化硅半导体装置及其制造方法。
图l是表示发明的碳化硅半导体装置的第一实施方式的剖面图。图2是表示Ge粒状晶体的剖面照片。图3是表示Ge粒状晶体的表面照片。图4是沟道层40的剖面图。
图5是用于说明第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序的
图
图6是用于说明第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序的图。
图7是用于说明第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序的图。图8是用于说明第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序的图。
图9是用于说明第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序的图。
图10是用于说明第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序的图。
图11是用于说明第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序的图。
图12是用于说明第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序的图。
图13是用于说明第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序的图。
图14是表示发明的碳化硅半导体装置的第二实施方式的剖面图。
具体实施例方式图l是表示本发明的碳化硅半导体装置的第一实施方式的剖面图。本实施方式的碳化硅半导体装置是以如下的纵型的MOS型场效应晶体管(MOSFET)构成的装置，即，将栅电极以MOS结构构成，并且载流子在设于碳化硅基板的一面上的源电极和设于与该源电极形成面相反侧的面上的漏电极之间沿纵剖的纵向在元件内移动。本实施方式的MOSFET在单晶碳化珪基板(SiC基板)10 (4H-SiC ( 0001 ) 8。
off toward[ll - 20]载流子浓度(N+: 3 x 1018cm 3)厚350nm)上，依次层叠有厚1 p m的SiC緩沖层20 ( N+: ]\2掺杂，载流子浓度3xl0"cm—3)、厚10pm的SiC飘移层30 (N—: 1\2掺杂，载流子浓度5 x 1015cm—3 )、厚2 p m的沟道层40、以及厚0.5 p m的SiC接触层50(N+: N2掺杂，载流子浓度3xl0"cm —3以上)，其中，沟道层40由设于SiC飘移层30上且SiC基板10的厚度方向的高度为0.5Hm的Ge粒状晶体(P_: Al掺杂，载流子浓度5 x 1015cm3)和覆盖该Ge粒状晶体的厚2jnm的帽层(p-: Al掺杂，载流子浓度5 x 1015cm—3)构成。
SiC基板10的厚度没有特别限定，例如可以在100~500nm的范围中适当地选择。緩冲层20的厚度可以在0.1~2.0|im的范围中适当地选择。飘移层30的厚度可以在5~15nm的范围中适当地选择。沟道层40的厚度可以在0.5 ~ 5.0 n m的范围中适当地选择。接触层50的厚度可以在0.1 ~ 1.0 n m的范围中适当地选择。
在SiC基板10的层叠有緩冲层20等的一侧形成有贯穿接触层50与沟道层40而到达飘移层30的栅槽60。
在栅槽60的表面形成有由Si02构成的栅绝缘膜80。栅绝缘膜80的厚度可以在20 ~ 100nm的范围中适当地选择。栅绝缘膜80被以将接触层50的表面的一部分覆盖的方式形成，作为绝缘层82发挥作用。绝缘层82的厚度可以在20 ~ 100nm的范围中适当地选择。
栅绝缘膜80的表面被栅电极90覆盖。在接触层50的一部分的表面(未设有绝缘层82的表面)形成有源电极100。另外，在SiC基板10的与层叠有緩冲层20等的一侧相反的一侧，形成有漏电极110。另外，在漏电极110上，设有向半导体元件的封装上安装用的背面电极150。
栅电极卯及绝缘层82被由Si02构成的层间绝缘膜120覆盖。层间绝缘膜120的厚度可以在0.1 ~ 2.0 jnm的范围中适当地选捧。
在层间绝缘膜120上，形成有与源电极100及栅电极90相接的配线电极130，并以覆盖配线电极130的形式形成由Si02构成的表面保护层140。表面保护层140的厚度可以在0.1~2.0^m的范围中适当地选择。
对第一实施方式的碳化硅半导体装置的工作原理进行说明。通过对栅电极卯施加电压，沟道层40的导电类型反转而形成沟道区域，在源电极100与漏电极110之间流过载流子。沟道层40作为沟道形成区域发挥作用。沟道层40由于含有载流子的迁移率大的Ge粒状晶体，因此本实施方式的碳化硅半导体装置的接通电阻低，元件特性优良。
下面，使用图2至图13对第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序(本发明的碳化硅半导体装置的制造方法)进行说明。
首先，准备SiC基板10 ( 4H - SiC ( 0001) 8° off toward[ll 一 20载流子浓度(N+: 3xl018cm3)厚350pm)，在SiC基板10的表面，利用CVD法依次使緩冲层20 ( N+: ]\2掺杂，载流子浓度3 x 1018cnT3，厚lnm)和飘移层30 (N_: ]\2掺杂，载流子浓度5 x 10lscm—3，厚10Him)外延生长。
在形成緩沖层20之前，最好在H2气氛下将SiC基板10加热为1400 2000X:而将表面除去。通常来说，半导体基板表面包含在研磨时产生的晶体缺陷。该晶体缺陷成为载流子寿命扼杀剂、漏电流的通路。通过将基板表面加热而除去，就可以除去该晶体缺陷，从而可以提高载流子迁移率。作为除去量，优选为0.05 ~ 2 n m。
緩冲层20及飘移层30是作为硅原料使用硅烷化合物SiH4，作为碳原料使用烃化合物C3H8，作为N型传导用原料使用N2、 AsH3、 PH3等，作为载气使用H2，在1400 2000X:(基板温度)下形成的。而且，作为硅原料，除了 S氾4以外，还可以使用有机珪烷(四乙基珪烷)、SiHxCl4—x(0^x<4)。作为碳原料，除了C3Hs以外，还可以使用CH4、 C2H2、C2H6、 <:2114等。作为载气，除了H2以外，还可以使用Ar。
向飘移层30上供给含有作为有机锗化合物的四乙基锗、作为P型传导用原料的三甲基铝以及作为载气的112和Ar的混合气体，例如在IOOO匸(基板温度)下、利用CVD法外延生长SiC基板10的厚度方向的高度为0.5nm的Ge粒状晶体(p-: Al掺杂，载流子浓度5 x l015cm—3) (Ge粒状晶体形成工序)。图2及3中分别表示形成于飘移层30上的Ge粒状晶体的剖面照片及表面照片。而且，作为锗原料，除了四乙基锗以外，还可以使用四甲基锗、GeF4、 GeH4-xClx (0^x^4)等。
Ge粒状晶体的形成温度须为1400X:以下，优选为1300"C以下，更优选为1200r:以下。根据需要，也可以将Ge粒状晶体设为含有硅、碳 的Si^GexC晶体。该情况下的Si^GexC晶体的x优选为0.00005以上， 更优选为0.0001以上。在使Ge粒状晶体中含有硅、碳时，只要使用适 当地添加了 SiH4、 <:3118等的混合气体即可。
继Ge粒状晶体形成工序之后，向形成了 Ge粒状晶体的飘移层30 上供给含有作为有机锗化合物的四乙基锗、作为硅烷化合物的SiH4、作
为烃化合物的C3H8、作为P型传导用原料的三甲基铝、以及作为载气 的H2和Ar的混合气体。此后，例如在IOOO"C (基板温度)下利用CVD 法使覆盖该Ge粒状晶体的Si^GexC晶体(x=0.1)外延生长，在飘移 层30表面形成由该Si^GexC晶体构成的膜厚0.1 ~ 1 ju m的帽层(P_: Al掺杂，栽流子浓度5xio"cm3)(帽层形成工序)。
帽层的形成温度优选为500 1000X:，为了防止由Ge粒状晶体的升 华所致的消失，更优选为与Ge粒状晶体的形成温度相同或比之低的温 度。构成帽层的Si^GexC晶体中的x优选为0.3以下，更优选为0.2 以下。
在利用帽层形成工序形成了膜厚0.1 ~ 1 ji m的帽层后， 一边加热到 (优选1400~2000匸)， 一边继续供给混合气体而进一步使 xGexC晶体(x-O.OOOl)外延生长，直至层厚达到2jim。也可以在Ge 粒状晶体形成温度(IOOO"C )下使Sh-xGexC晶体(x=0.02 )外延生长， 直至达到2 ji m。
Ge粒状晶体被膜厚0.1 ~ 1 ji m的帽层覆盖，因此即使一边加热到 1600"C (优选为1400 ~ 2000X:) —边使Sh-xGexC晶体(x=0.0001 )夕卜 延生长，也不会有Ge粒状晶体因升华而消失的情况。
这样就可以形成沟道层40。图4表示沟道层40的剖面图。在沟道 层40中，Ge粒状晶体42形成于飘移层30表面，并且被帽层44覆盖。
在上述的帽层形成工序中，虽然为了防止Ge粒状晶体的蒸发，而 在与Ge粒状晶体生长温度(10001C)相同的温度下形成了 0.1~ljum 厚的帽层后， 一边加热到1600"C—边继续使Sh-xGexC晶体外延生长， 然而也可以从比Ge粒状晶体生长温度高的温度开始帽层的形成。
9向沟道层40上供给混合气体，该混合气体含有作为硅原料的属于 硅烷化合物的SiH4、作为烃原料的属于烃化合物的C3H8、作为N型传 导用原料的N2及作为载气的H2,例如在16001C (基板温度)下，利用 CVD法外延生长接触层50 ( N+: 1\2掺杂，载流子浓度3 x 1018cm_3以 上，厚0.5pm)。
如上所述，得到在SiC基板10上依次层叠了緩冲层20、飘移层30、 沟道层40和接触层50的图5所示的单晶碳化硅半导体基板12。
然后，如图6所示，在接触层50上形成设有与栅槽60的形成区域 对应的开口部16的掩模用Si()2层14(厚0.5jJm)。掩模用Si02层可以 使用LPCVD法、等离子体CVD法或溅射法等形成。另外，开口部16 是通过如下操作而形成的，即，利用光刻在掩模用Si02层14上设置将 与开口部16对应的部位开口了的光刻胶，利用使用了 CHF3气体等的 干式蚀刻技术或使用了緩冲氢氟酸等药液的湿式蚀刻技术来蚀刻掩模 用Si02层14的与开口部16对应的部位，直至露出接触层50。在掩模 用SiC)2层14的蚀刻结束后，将光刻胶利用使用了 02等离子体等的抛 光装置或光刻胶剥离液除去。
然后，如图7所示，在利用开口部16而露出的部分上，利用使用 了 SF6气体等的干式蚀刻技术形成贯穿接触层50和沟道层40而到达飘 移层30的与开口部16相同宽度的栅槽60。栅槽60的深度例如设为2.5 ~ 4.0 ji m。掩模用Si02层14利用使用了 CHF3气体等的干式蚀刻技术或 使用了緩冲氢氟酸等药液的湿式蚀刻技术除去。
然后，如图8所示，利用热氧化法形成厚20~100nm的由Si02构 成的氧化膜22、 23。热氧化法是将单晶碳化硅半导体基板12在热氧化 炉中在氧气氛中(氧浓度99.9 %以上)以1000 ~ 1300匸进行加热的方法， 可以将Si氧化而在单晶碳化硅半导体基板12整个面上形成氧化膜。通 过适当地选择氧浓度、加热温度及加热时间，就可以调节由SiCh构成 的氧化膜22、 23的厚度。氧化膜22作为栅绝缘膜80及绝缘层82发挥 作用。
在氧化膜22上，利用光刻设置将与源电极形成区域对应的部位开 口了的光刻胶，利用使用了 CHF3气体等的干式蚀刻技术除去光刻胶开口的部位的氧化膜22,使与源电极形成区域对应的接触层50露出。其 后，利用真空蒸镀装置在光刻胶上形成金属膜。利用剥离(lift-off) 方法，使用光刻胶剥离液将形成于光刻胶上的不需要的金属膜除去，如 图9所示，将源电极100形成为规定的图案状。作为源电极100的厚度， 可以在50 1000nm的范围中任意地设定。作为电极的材料，例如可以 举出Ni、 Ti、 TiW、 W、 Mo等。
在氧化膜23上也与上述相同地设置将与漏电极形成区域对应的部 位开口了的光刻胶，使与漏电极形成区域对应的单晶碳化珪基板10露 出，将漏电极110如图IO所示地形成为规定的图案状。或者，仅将图9 的氧化膜23利用使用了 CHF3气体等的干式蚀刻技术全部除去，在将 单晶碳化硅基板10完全露出后，遍布整个面而形成漏电极110。漏电极 110的厚度及材料可以设为与源电极IOO相同。在形成了源电极100及 漏电极110后，为了获得这些电极的欧姆特性，在Ar或H2气氛下例如 进行1000"C10分钟热处理。
然后，在氧化膜22上设置将与栅电极形成区域对应的部位开口了 的光刻胶，利用真空蒸镀装置在光刻胶上形成金属膜，利用剥离方法， 使用光刻胶剥离液将形成于光刻胶上的不需要的金属膜除去，如图11 所示，将栅电极90形成为规定的图案状。
然后，如图12所示，在单晶碳化硅半导体基板12的形成了栅槽60 的一侧的表面，利用CVD法形成具有将源电极100及栅电极90露出的 开口部的由Si02构成的层间绝缘膜120。该开口部是通过如下操作形成 的，即，利用光刻在层间绝缘膜120上形成将源电极100及栅电极90 的部分开口了的光刻胶，利用使用了 CHF3气体等的干式蚀刻法来蚀刻 层间绝缘膜120，直至源电极100及栅电极卯露出。
然后，利用与源电极100的形成相同的方法，如图13所示，形成 配线电极130。作为配线电极130的材料，例如可以举出层叠了 Ti和 Al的材料、层叠了 Ti和TiN和Al的材料等。作为配线电极130中所 用的Ti的层厚，可以在0.01 ~ 0.5 pm的范围中任意地设定，作为Al 的层厚，可以在0.1~10nm的范围中任意地i殳定，作为TiN可以在 0.01 ~ 0.5 n m的范围中任意地设定。然后，在配线电极130上利用LPCVD法、等离子体CVD法或溅 射法等形成由Si02构成的表面保护层140后，使用光刻技术和干式蚀 刻技术形成将源电极100及栅电极卯上的配线电极130露出的开口部。 作为表面保护层140，除了 Si02以外，还可以使用SiON。另外，在漏 电极110上，利用真空蒸镀法形成由M、 Ti、 Pt、 Au等构成的背面电 极150。经过以上的工序，完成图1所示的碳化硅半导体装置。
第 一 实施方式的碳化硅半导体装置中，也可以使Ge粒状晶体42与 飘移层30与接触层50相接。这样，就可以进一步提高载流子的迁移率。
为了使Ge粒状晶体42与SiC飘移层30和接触层50相接，在本发 明的碳化硅半导体装置的制造方法中，既可以在将形成于飘移层30上 的帽层44利用使用了 SF6气体等的干式蚀刻技术进行蚀刻至Ge粒状晶 体42露出后形成接触层50，也可以在将帽层44在CVD装置内在H2 气氛下以1000 ~ 2000匸进行蚀刻至Ge粒状晶体42露出后形成接触层 50。在CVD装置内蚀刻帽层的情况下，例如可以在1750X:、 40Torr的 条件下，以0.4nm/小时的速度蚀刻帽层44。
利用上述蚀刻可以提高半导体表面的平滑性。由此，可以在形成了 所需膜厚以上的膜厚的帽层44后，通过利用上述蚀刻将帽层44制成所 需膜厚，来提高帽层44 (即沟道层40)的表面平滑性。
在Ge粒状晶体42露出的状态下形成接触层50的情况下，最好从 与使Ge粒状晶体42外延生长的温度相同的温度开始接触层50的外延 生长， 一边慢慢地提高生长温度一边形成接触层50。这样就可以防止由 Ge粒状晶体42的升华所致的消失。
另外，在第一实施方式的碳化硅半导体装置中，接触层50也可以 由Ge粒状晶体构成。构成接触层50的Ge粒状晶体的形成条件、所用 的材料等与Ge粒状晶体42的情况相同。具体来说，向沟道层40上供 给含有作为有机锗化合物的四乙基锗、作为N型传导用原料的N2、以 及作为载气的112或Ar的混合气体。然后，例如通过在IOOO"C (基板 温度)下利用CVD法进行外延生长，可以形成SiC基板10的厚度方向 的高度为O.ljum的Ge粒状晶体(N+:N2掺杂，载流子浓度为1 x l019cm —3) ( Ge粒状晶体形成工序)。通过将接触层50用Ge粒状晶体构成，
12就可以减小源电极100的接触电阻。其结果是，可以提高载流子的迁移率。
接触层50也可以不仅含有上述的Ge粒状晶体，而且还含有覆盖该 Ge粒状晶体且Ge浓度低于该Ge粒状晶体的Sh-xGexC晶体(0^x<l )。 该Sh —xGexC晶体(0^x<l)的形成条件、所用的材料等与帽层44的 情况相同。具体来说，继Ge粒状晶体形成工序之后，向形成了 Ge粒 状晶体的沟道层40上供给含有作为有机锗化合物的四乙基锗、作为硅 烷化合物的SiH4、作为烃化合物的C3Hs、作为N型传导用原料的N2、 以及作为载气的112或Ar的混合气体，例如在lOOOn (基板温度)下 利用CVD法使覆盖该Ge粒状晶体的Sh-xGexC晶体(x=0.02 )外延生 长，在沟道层40表面形成由该晶体构成的膜厚0.01 ~ 0.1 jum的帽层 (N+: &掺杂，载流子浓度为1 x 1019cm_3 X接触层中的帽层形成工序)。
在利用接触层中的帽层形成工序形成了构成膜厚0.01 ~ 0.1 jum的 接触层的帽层后，在1600匸继续使构成接触层的帽层外延生长，直至膜 厚达到0.5jam。通过将构成接触层50的Ge粒状晶体用构成接触层的 帽层覆盖，就可以使接触层50的表面平滑。
第一实施方式中，Ge粒状晶体及帽层也可以含有Al、 N等掺杂剂。
图14是表示本发明的碳化硅半导体装置的第二实施方式的剖面图。 本实施方式的碳化硅半导体装置是以如下的横型的MOS型场效应晶体 管(MOSFET)构成的，即，将栅电极以MOS结构构成，并且载流子 在设于碳化硅基板的一面的源电极与漏电极之间沿碳化硅基板的面方 向在元件内移动。
本实施方式的MOSFET在单晶碳化硅基板(SiC基板)210 ( 4H -SiC ( 0001 ) 8° off toward[ll - 20载流子浓度(P: 1 x I016cm 3)厚 350jnm)上，依次层叠有厚1 u m的SiC緩冲层220 ( P: Al掺杂， 载流子浓度lxl0"cm3)、厚3nm的SiC场层230 (P: Al掺杂，载 流子浓度lxlO"cm—3)、厚2.0 2.2pm的沟道层240、以及厚0.2pm 的SiC接触层250 ( N+: ]\2掺杂，载流子浓度3 x l018Cm_3以上)，其中， 所述沟道层240由设于SiC场层230上且SiC基板210的厚度方向的高 度为0.2nm的Ge粒状晶体(P_: Al掺杂，载流子浓度1 x io17cm—3)
13和覆盖该Ge粒状晶体的厚2.0um的帽层(P—: Al掺杂，载流子浓度 1 x 1017cm—3)构成。
单晶碳化硅基板210的厚度可以在300 ~ 500 jLi m的范围中适当地选 择。緩冲层220的厚度可以在0.1 2.0nm的范围中适当地选择。场层 230的厚度可以在0.5 5ium的范围中适当地选择。沟道层240的厚度 可以在0.2 ~ 5 n m的范围中适当地选择。接触层250的厚度可以在0.1 ~ l.Oum的范围中适当地选择。
在单晶碳化硅基板210的层叠有緩冲层220等的一侧形成有贯穿接 触层250而到达沟道层240的栅槽260。栅槽260的深度例如为0.3 ~ 5.5 |i m。
在栅槽260的表面形成有由Si02构成的栅绝缘膜280。栅绝缘膜280 的厚度可以在30~100nm的范围中适当地选择。栅绝缘膜280以将接 触层250的表面的一部分覆盖的方式形成，作为绝缘层282发挥作用。 绝缘层282的厚度可以在30 ~ 100nm的范围中适当地选择。
栅绝缘膜280的表面被栅电极2卯覆盖。在接触层250的一部分的 表面(未设置绝缘层282的表面)形成有源电极300及漏电极310。
栅电极290及绝缘层282被由Si02构成的层间绝缘膜320覆盖。层 间绝缘膜320的厚度可以在0.1 ~ 2.0 |i m的范围中适当地选择。
在层间绝缘膜320上，形成有与源电极300、漏电极310及栅电极 2卯相接的配线电极330，以覆盖配线电极330的方式形成由Si02构成 的表面保护层340。表面保护层340的厚度可以在0.1 ~ 2.0 ji m的范围 中适当地选择。
对第二实施方式的碳化硅半导体装置的工作原理进行说明。通过对 栅电极2卯施加电压，沟道层240的导电类型反转而形成沟道区域，在 源电极300与漏电极310之间流过载流子。沟道层240作为沟道形成区 域发挥作用。沟道层240由于含有载流子的迁移率大的Ge粒状晶体， 因此本实施方式的碳化硅半导体装置的接通电阻低，元件特性优良。
作为第二实施方式的碳化硅半导体装置的制造工序，可以使用与上述的本发明的碳化硅半导体装置的制造方法相同的方法。
第二实施方式中，Ge粒状晶体及帽层也可以含有Al、 N等掺杂剂。 将曰本申请2006-215999的公开的全部内容经参照引入本说明书中。
对于本说明书中记载的全部文献、专利申请及技术标准而言，各个 文献、专利申请及技术标准参照引入的情况等同于在各个文献、专利申 请及技术标准中记载的内容而引入本说明书中。
1权利要求
1.一种碳化硅半导体装置，是利用栅电压来控制源区域与漏区域之间的载流子流动的碳化硅半导体装置，至少具备碳化硅基板和沟道层，所述沟道层设于所述碳化硅基板上、构成所述源区域与所述漏区域之间的载流子流路的至少一部分、并且含有Si1-xGexC晶体和Ge浓度高于该晶体的Ge粒状晶体，其中式Si1-xGexC中，0≤x＜1。
2. 根据权利要求l所述的碳化硅半导体装置，其中，在所述沟道 层上还具备接触层。
3. 根据权利要求2所述的碳化硅半导体装置，其中，所述Ge粒状 晶体与所述碳化硅基板及所述接触层相接。
4. 根据权利要求2所述的碳化硅半导体装置，其中，所述接触层 由形成于所述沟道层表面上的Ge粒状晶体构成。
5. 根据权利要求4所述的碳化硅半导体装置，其中，所述接触层 还含有Ge浓度低于所述Ge粒状晶体的Si^GexC晶体，其中式Sh-xGexC中，0^x<l。
6. —种碳化硅半导体装置的制造方法，是权利要求l所述的碳化 硅半导体装置的制造方法，具有如下的Ge粒状晶体形成工序，即，在 1400n以下，将含有锗原料的混合气体供给至碳化硅基板上或沟道层 上，使Ge粒状晶体在所述碳化硅基板表面或所述沟道层表面生长。
7. 根据权利要求6所述的碳化硅半导体装置的制造方法，其中， 还具有如下的帽层形成工序，即， 一边从所述Ge粒状晶体形成工序中 的Ge粒状晶体生长温度以下加热到1400 2000X:,—边将含有硅原料、 碳原料及根据需要使用的锗原料的混合气体供给至形成有所述Ge粒状 晶体的所述碳化硅基板上或所述沟道层上，使覆盖所述Ge粒状晶体的 Si^GeX晶体外延生长，在所述碳化硅基板表面或所述沟道层表面形 成由该Sh —xGexC晶体构成的帽层，其中式Sh-xGexC中，0^x<l。
全文摘要
本发明提供一种碳化硅半导体装置，在飘移层(30)上设有构成源电极(100)与漏电极(110)之间的载流子流路的一部分的沟道层(40)。沟道层(40)由形成于飘移层(30)上的Ge粒状晶体与覆盖该Ge粒状晶体的帽层构成。
文档编号H01L29/12GK101496175SQ20078002831
公开日2009年7月29日 申请日期2007年8月7日 优先权日2006年8月8日
发明者关章宪, 柴田典义, 谷由加里 申请人:丰田自动车株式会社;财团法人日本精细陶瓷中心