[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，更具体地，涉及一种设置有由碳化硅(下面缩写为SiC)制成的膜的半导体器件及该器件的制造方法。

背景技术

SiC具有宽带隙和高于硅(下面缩写为Si)一个数量级的最大绝缘电场，因此可期待被应用于下一代功率半导体元件。SiC通过使用称为4H-SiC或6H-SiC的单晶片而被用于各种电子器件，并且被认为特别适合于高温和高功率半导体元件。上述每一种晶体都是通过层叠闪锌矿型晶体和纤锌矿型晶体形成的α相SiC。此外，还通过使用称为3C-SiC的β相SiC来制造样品半导体。最近，肖特基二极管、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、晶闸管等被试制为功率半导体元件。据证实，与常规Si半导体器件相比，这种样品元件显示出极其优异的性能。

在使用SiC的半导体器件中，特别在SiC衬底表面上形成有沟道的MOSFET中，通过高温退火形成的表面通常被用作沟道。但是，在通过高温退火获得的SiC衬底的表面上存在不规则凹进和凸出。因此，界面态密度增加，由此导致载流子迁移率减小，这导致半导体器件的性能劣化的问题。

在例如日本专利特许公开No.2000-294777(专利文献1)中公开了一种可以在一定程度上解决该问题的技术。在上述专利文献1中，离子注入之后退火时制造的聚束台阶之间的平坦部分(梯层表面)用于场效应晶体管如MOSFET的沟道部分。具体地，在Ar(氩气)气氛中，在1600℃的温度下对SiC衬底退火一个小时。结果，在SiC衬底的表面上形成互相集束的台阶，从而形成聚束台阶，以使平坦部分形成在聚束台阶之间。该平坦部分被用作MOSFET的沟道部分。

专利文献1：日本专利特许公开No.2000-294777。

发明内容

发明要解决的问题

然而，在由专利文献1中公开的方法所获得的SiC衬底的表面上仍然存在大量凹进和凸出，这使之不可能充分地提高半导体器件的性能。这是因为以下原因。

在离子注入之后的退火过程中，Si原子和C(碳)原子的脱附和吸附被重复，从而由于所得晶体的各向异性而形成聚束台阶。因此，仅仅通过退火，不能充分地恢复通过离子注入对SiC衬底表面造成的损伤，由此在该表面上仍然存在凹进和凸出。

此外，通过台阶的重构，形成由退火获得的聚束台阶，由此聚束台阶是数个原子层级的台阶。因此，聚束台阶之间的平坦部分的长度(换句话说，聚束台阶的一个周期的长度)约为10nm且极短。即使当具有这种长度的聚束台阶用于沟道部分时，也不可能提高载流子迁移率。相反，由于载流子散射的影响，存在载流子迁移率被减小的可能性。

由此，本发明的目的是提供一种可以充分地提高其性能的半导体器件以及用于制造该半导体器件的方法。

解决问题的方法

根据本发明的半导体器件包括由碳化硅(SiC)制成的半导体膜。该半导体膜在其表面上具有刻面，并且使用该刻面作为沟道。

根据本发明的半导体器件，由于刻面的平坦部分的长度长于聚束台阶的平坦部分的长度，因此可以减小界面态密度和提高载流子迁移率，结果可以充分地提高半导体器件的性能。

在根据本发明的半导体器件中，刻面中的至少一个优选由{0001}面构成。

在由SiC制成的半导体膜中，{0001}面是其上仅Si和C之一被露出的表面，并且在能量方面是稳定的。因此，通过由该表面构成刻面，可以减小界面态密度，并且进一步减小载流子迁移率。

在根据本发明的半导体器件中，半导体膜优选具有4H-型晶体结构，且刻面中的至少一个由{03-38}面构成。

在半导体膜由具有4H-型晶体结构的SiC制成的情况下，{03-38}面是其上仅露出Si或C之一的表面，并且在能量方面是稳定的。因此，通过由该表面构成刻面，可以减小界面态密度，并且进一步减小载流子迁移率。

在根据本发明的半导体器件中，该半导体膜优选具有6H-型晶体结构，并且刻面中的至少一个由{01-14}面构成。

在半导体膜由具有6H-型晶体结构的SiC制成的情况下，{01-14}面是其上仅露出Si或C之一的表面，并且在能量方面是稳定的。因此，通过由该表面构成刻面，可以减小界面态密度，并且进一步减小载流子迁移率。

在根据本发明的半导体器件中，沟道优选被包括在构成刻面的表面内。

因此，由于在构成刻面的表面内凹进和凸出是非常小的，所以可以极大减小界面态密度，以及提高载流子迁移率。