專利名稱：半導(dǎo)體元件以及半導(dǎo)體元件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用了有望作為高性能半導(dǎo)體元件用材料的碳化硅的半導(dǎo)體元件及 其制造方法。本發(fā)明尤其涉及在金屬-絕緣膜-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或者金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn) 良好的擊穿電壓、整流性或低功耗性的適合功率用的半導(dǎo)體元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
以往，功率半導(dǎo)體元件是以具有1. IeV禁帶的硅為基板來(lái)制造的。取而代之，通過(guò) 使用具有2. 2eV至3. 2eV禁帶的碳化硅作為基板，同時(shí)得到低功耗和高擊穿電壓。除此之 外，由于碳化硅的本征載流子濃度與硅的本征載流子濃度相比在10個(gè)數(shù)量級(jí)以下，因此， 在更高的溫度下能夠使晶體管或二極管等半導(dǎo)體元件動(dòng)作而不損失效率。作為發(fā)揮碳化硅的優(yōu)勢(shì)的功率半導(dǎo)體元件，制造有采用金屬_半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的肖特 基二極管，或者采用了金屬-柵極絕緣膜-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(M0S結(jié)構(gòu))或金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) (MES結(jié)構(gòu))的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)等。這些半導(dǎo)體元件由于都是單極元件，因此電荷的積 累時(shí)間非常短，可進(jìn)行高速的切換。圖1表示采用了碳化硅的肖特基勢(shì)壘二極管的基本結(jié)構(gòu)。在形成于碳化硅基板 11上的碳化硅外延層12的表面上，設(shè)置有由肖特基金屬構(gòu)成的電極(以下，稱為肖特基電 極)13。通過(guò)形成在該碳化硅外延層12和肖特基電極的界面的肖特基勢(shì)壘來(lái)顯現(xiàn)整流性。 例如，在碳化硅中添加的雜質(zhì)為施主的情況下，肖特基勢(shì)壘通過(guò)阻止電子從肖特基電極13 向碳化硅外延層12擴(kuò)散來(lái)發(fā)現(xiàn)整流性。即，在對(duì)肖特基電極13側(cè)施加正電位，對(duì)碳化硅外 延層12側(cè)施加負(fù)電位的情況下成為導(dǎo)通狀態(tài)，但在對(duì)肖特基電極13側(cè)施加負(fù)電位，對(duì)碳化 硅外延層12側(cè)施加正電位的情況下成為絕緣狀態(tài)。另一方面，基板下部的電極14與肖特基電極13不同，并不顯現(xiàn)整流性，并且，為了 抑制元件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的電壓下降，期望其電阻值非常低。在這樣形成的肖特基勢(shì)壘二 極管中，確定碳化硅外延層12的膜厚度、添加到其中的雜物濃度及肖特基電極的種類，使 得肖特基勢(shì)壘高度、耐壓、導(dǎo)通電阻等二極管特性達(dá)到期望的值。一般，半導(dǎo)體-肖特基電極界面的肖特基勢(shì)壘高度通過(guò)肖特基電極和半導(dǎo)體之間 的靜電電勢(shì)(內(nèi)部功函數(shù))差以及存在于界面的電偶極子之和來(lái)表現(xiàn)。其中，在離子性高 的寬帶隙半導(dǎo)體即碳化硅中，受到存在于界面的電偶極子的影響大，肖特基勢(shì)壘高度很大 程度上依賴于碳化硅的表面狀態(tài)。因此，為了形成特性穩(wěn)定的碳化硅肖特基勢(shì)壘二極管，希 望在單一極性面(例如，六方晶系碳化硅的(OOOl)Si面或(OOO-I)C面)上，采用其表面盡 量平坦，且晶體缺陷密度非常低的表面。但是，在六方晶系碳化硅的極性面內(nèi)，存在很多晶間縮孔缺陷或螺旋位錯(cuò)等缺陷。 已知，這些缺陷從基板內(nèi)直接傳播且分布到外延層而顯著惡化器件特性。為了阻止這些晶 間縮孔缺陷的傳播，例如在日本特開(kāi)2000-44396號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中公開(kāi)了以下技術(shù) 通過(guò)采用設(shè)有從(0001)面偏離3 8度的偏離角(才7角度)的基板，并且使碳化硅的原 料氣體的供給方向與臺(tái)階流動(dòng)(7 f W 7 口一)成長(zhǎng)方向一致，優(yōu)先阻擋晶間縮孔缺陷。但是，該技術(shù)也不能完全阻止晶間縮孔缺陷的傳播，而且還產(chǎn)生以下另一種缺陷密度增加 等問(wèn)題通過(guò)使外延層在具有偏離角的基板上成長(zhǎng)，發(fā)生臺(tái)階在結(jié)晶表面上的集合(群聚 千W))的頻率增高，或者基底面位錯(cuò)容易露出表面等外延層表面的平坦性受損。作為解決上述問(wèn)題的一個(gè)方案，在日本特開(kāi)2003-119097號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中 記載了以下技術(shù)通過(guò)多次重復(fù)向a-軸方向的成長(zhǎng)和接著a-軸方向的成長(zhǎng)進(jìn)行的向C-軸 方向的成長(zhǎng)，在原理上使基板的極性面內(nèi)的缺陷密度成為零。但是，本方法存在工序非常復(fù) 雜，且難以降低制造成本的問(wèn)題。另一方面，在日本特開(kāi)2000-319099號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中，通過(guò)在基板內(nèi)不傳 播晶間縮孔缺陷的六方晶系碳化硅(11-20)面上，沉積針對(duì)晶格失配的緩沖層后進(jìn)行外延 成長(zhǎng)，防止傳播晶間鎖孔缺陷，且可形成具有平坦的晶體表面的碳化硅外延層。接著，利用圖2說(shuō)明MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS-FET)的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作。圖2是采 用了碳化硅的一般的橫型M0S-FET。在該MOS-FET中，碳化硅外延層22沉積在碳化硅基板 21上。在該碳化硅外延層中，以規(guī)定的濃度添加規(guī)定的雜質(zhì)。添加的雜質(zhì)一般為ρ型雜質(zhì) 的鋁、硼等，其濃度根據(jù)元件的耐壓設(shè)計(jì)值，在IX IO14 5X IOlfVcm3之間選擇。碳化硅外 延層22內(nèi)包括被稱為源極區(qū)域23、漏極區(qū)域24的雜質(zhì)添加區(qū)域。在源極區(qū)域和漏極區(qū)域 都添加了表示與碳化硅外延層的雜質(zhì)添加物不同的價(jià)態(tài)的雜質(zhì)，相對(duì)于ρ型的碳化硅外延 層添加表示η型的氮。添加濃度相對(duì)于碳化硅外延層的添加濃度非常高，超過(guò)1 X IO1Vcm3, 其結(jié)果，在碳化硅外延層中形成兩個(gè)獨(dú)立的ρη結(jié)。此外，在源極區(qū)域23和漏極區(qū)域24上， 以表示歐姆接觸(抵抗性接觸)方式分別形成源極電極25和漏極電極26。在橫型MOS-FET中，為了極力減少元件導(dǎo)通時(shí)的電壓降低，源極電極和漏極電極 都形成為具有盡量低的歐姆電阻。在隔開(kāi)源極區(qū)域23和漏極區(qū)域24的區(qū)域的表面，作為 柵極絕緣膜27形成薄的氧化膜。氧化膜的形成采用熱氧化法、硝酸氧化法、化學(xué)氣相沉積 法(CVD法)等，氧化膜的膜厚度根據(jù)元件的設(shè)計(jì)而精密調(diào)整。柵極絕緣膜27上設(shè)置柵極電極28。在上述MOS-FET中，源極區(qū)域23和漏極區(qū)域 24被反接的兩個(gè)ρη結(jié)隔開(kāi)，從而不導(dǎo)通電。但是，若對(duì)柵極電極施加相對(duì)于源極電極某程 度正的電壓(閾值電壓)，則在柵極絕緣膜界面正下方的碳化硅外延層的一部分形成反型 層，形成將η型的源極區(qū)域23和同樣是η型的漏極區(qū)域24電連接的η型區(qū)域(溝道)。這 里，若對(duì)漏極電極施加相對(duì)于源極正的電壓，則電子從源極區(qū)域向漏極區(qū)域漂移，電流從漏 極電極流向源極電極。此時(shí)的MOS-FET的電阻值與移動(dòng)在溝道區(qū)域的電子總數(shù)和其速度的 乘積成正比。此外，移動(dòng)在溝道區(qū)域的電子速度與溝道區(qū)域中的遷移率(溝道遷移率)和 源-漏間的施加電場(chǎng)成正比。即，越是對(duì)柵極施加正電壓，或者溝道遷移率越高，MOS-FET越 成為低電阻(即，低功耗)。溝道遷移率受到柵極絕緣膜_碳化硅界面的平坦度、柵極絕緣膜界面附近的碳化 硅所包含的缺陷密度(界面能級(jí)密度)的影響。柵極絕緣膜-碳化硅的界面越平滑，而且 界面能級(jí)密度越低，溝道遷移率表示高值。為了確保柵極絕緣膜_碳化硅界面的平坦性，也可以通過(guò)CVD法來(lái)形成柵極絕緣 膜，而不是通過(guò)熱氧化來(lái)形成柵極絕緣膜。例如，利用減壓氣相成長(zhǎng)裝置，在750 850°C 溫度、0. 5Torr壓力的條件下，利用反應(yīng)氣體SiH4、N2O,能夠在SiC基板上形成SiO2膜。若 采用等離子CVD法，能夠比LPCVD法在更低的溫度下形成SiO2膜。但是，通過(guò)CVD法形成的SiO2膜，與通過(guò)熱氧化形成的SiO2膜相比，密度低，且包含比熱氧化膜更多的雜質(zhì)，存在 其絕緣破壞電場(chǎng)強(qiáng)度和長(zhǎng)期使用時(shí)的穩(wěn)定性受到破壞的問(wèn)題。在通過(guò)CVD法形成SiO2膜的情況下，在形成SiO2膜時(shí)碳化硅表面暴露于高溫氧 化氣氛中，在界面形成成為電荷俘獲(電荷卜，W )中心的界面能級(jí)。因此，需要在形成 SiO2膜時(shí)盡量防止形成界面能級(jí)，降低界面能級(jí)密度。為了解決該問(wèn)題，在形成SiO2膜之 前對(duì)碳化硅基板進(jìn)行氮化處理，使碳化硅主表面去活化，從而使MOS界面高質(zhì)量化。此外， 如在日本特開(kāi)2006-156478號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)中記載那樣，通過(guò)對(duì)CVD氧化膜進(jìn)行氮化 處理(基于N2O氣體等的Ρ0Α)來(lái)改善柵極絕緣膜的質(zhì)量，達(dá)到高溝道遷移率。這樣的氮化 處理對(duì)柵極絕緣膜-碳化硅界面的溝道遷移率的提高發(fā)揮效果，但另一方面，所導(dǎo)入的氮 局部存在于氧化膜-碳化硅界面，作為正的固定電荷而殘留。該固定電荷使平帶電壓向負(fù) 方向轉(zhuǎn)變，使MOS-FET的柵極閾值電壓不穩(wěn)定。與此同時(shí)，使柵極絕緣膜的耐電荷積累量變 差，可成為損壞作為器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的原因。在MOS型或者M(jìn)ES型場(chǎng)效應(yīng)型晶體管中，溝道區(qū)域中包含的缺陷對(duì)溝道遷移率、漏 電流等帶來(lái)影響。于是，為了極力降低溝道區(qū)域的缺陷密度，進(jìn)行了各種發(fā)明。例如，在六 方晶系碳化硅中，為了降低(0001)表面的缺陷密度，有意地在向<11-20>方向稍微傾斜的 (0001)面上實(shí)施同型外延成長(zhǎng)。但是，在該方法中容易引起結(jié)晶表面中的原子臺(tái)階的集合 合體(臺(tái)階群聚)現(xiàn)象，導(dǎo)致同型外延成長(zhǎng)層的表面粗糙度增大，溝道遷移率降低。為了解 決該問(wèn)題，例如日本特開(kāi)2006-66722號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)5)記載那樣，提出了使六方晶系碳 化硅基板(0001)面向<21-30>方向稍微傾斜0. 5 10°，在其表面形成緩沖層而緩和由雜 質(zhì)密度差引起的晶格失配所引起的變形的方法。根據(jù)該方法，能夠得到平滑的碳化硅表面 以及氧化膜界面。另外，作為提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道遷移率的方法，提出了盡量使形成溝道的碳 化硅表面接近于理想晶體的平滑的清凈表面，同時(shí)進(jìn)行氫終止，從而防止附著污染元素等 的處理方法。例如，根據(jù)日本特開(kāi)2006-351744號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)6)，在碳化硅基板上形成 柵極絕緣膜的工序之前，由1500°C以上的減壓反應(yīng)爐提供氫氣，由此將其表面蝕刻數(shù)納米 至0. 1 μ m左右，從而實(shí)現(xiàn)表面的平坦化以及清凈化。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2000-44396號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2003-119097號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)2000-319099號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4 日本特開(kāi)2006-156478號(hào)公報(bào)或WO 0068474A1專利文獻(xiàn)5 日本特開(kāi)2006-66722號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 日本特開(kāi)2006-351744號(hào)公報(bào)或參照其英語(yǔ)同組的US2007015333A1在這里，將上述專利文獻(xiàn)1 6的全部記載作為公開(kāi)技術(shù)來(lái)引用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上問(wèn)題點(diǎn)而完成，其目在于提供一種以肖特基勢(shì)壘二極管或 MOS-FET等的碳化硅為基板的半導(dǎo)體元件，其在碳化硅外延層的非極性面上，提高電極-碳 化硅界面或氧化膜(絕緣膜)-碳化硅界面的電特性和穩(wěn)定性，而與基板的缺陷密度無(wú)關(guān)。本發(fā)明提供一種在肖特基勢(shì)壘二極管中，大面積實(shí)現(xiàn)均勻、穩(wěn)定的整流特性而不帶來(lái)元件制造工序的復(fù)雜化，在MOS-FET中提高柵極絕緣膜_碳化硅界面的平坦性的同時(shí) 抑制庫(kù)倫散射，實(shí)現(xiàn)提高溝道遷移率的方法。此外，根據(jù)本發(fā)明，由于不需要柵極絕緣膜形 成后的N2O處理或者向CVD膜導(dǎo)入氮，因此元件制造工序變得簡(jiǎn)單，并且不會(huì)在柵極絕緣 膜-碳化硅界面中局部存在氮，從而排除成為損壞元件特性的控制性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的原 因。根據(jù)本發(fā)明的課題解決方法如下。[1] 一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上 的柵極絕緣膜以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性面， 且微觀上由非極性面和極性面構(gòu)成，在所述極性面中Si面和C面中的任意一個(gè)面占優(yōu)勢(shì)。[2] 一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上 的柵極絕緣膜以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于一 個(gè)方向的臺(tái)階端，所述平臺(tái)面是非極性面，所述臺(tái)階端由Si面和C面中的任意一個(gè)極性面構(gòu)成。[3] 一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上 的柵極絕緣膜以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于一 個(gè)方向的臺(tái)階端，所述平臺(tái)面是非極性面，所述平臺(tái)面在臺(tái)階端的取向方向上的寬度和在面內(nèi)與臺(tái)階端的取向方向垂直的 方向上的寬度之比在10以上。[4] 一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上 的柵極絕緣膜以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性面， 且包括取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端，所述臺(tái)階端的振幅在0. 5 IOnm的范圍內(nèi)。[5] 一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板以及形成在所述半導(dǎo)體基 板上的電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述電極結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性面，且微觀 上由非極性面和極性面構(gòu)成，在所述極性面中Si面和C面中的任意一個(gè)占優(yōu)勢(shì)。[6] 一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板以及形成在所述半導(dǎo)體基 板上的電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述電極結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方向 的臺(tái)階端，所述平臺(tái)面是非極性面，所述臺(tái)階端由非極性面及Si面和C面中的任意一個(gè)極性面構(gòu)成。[7] 一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板以及形成在所述半導(dǎo)體基板上的電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述電極結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方向 的臺(tái)階，所述平臺(tái)面是非極性面，所述平臺(tái)面在臺(tái)階方向上的寬度和在面內(nèi)與臺(tái)階方向垂直的方向上的寬度之比 在10以上[8] 一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板以及形成在所述半導(dǎo)體基 板上的電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述電極結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性面，且包括 取向于一個(gè)方向的凹凸，所述凹凸的振幅在0. 5 IOnm的范圍內(nèi)。[9]如在[1]，[2]，[5]，[6]中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，在將所述結(jié)合面中的全部極性面的面積設(shè)為1時(shí)，在所述結(jié)合面中所述一個(gè)極性 面所占的面積的比例在0. 75 1的范圍內(nèi)。[10]如在[2]，[3]，[6]，[7]中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述平臺(tái)面的寬度(在基板面內(nèi)與臺(tái)階端的取向方向垂直的方向上的寬度)為 0 lOOnm。[11]如在[1] [10]中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體基板包括形成在單晶體半導(dǎo)體基板上的碳化硅同型外延膜。[12]如在[1] [11]中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體基板是立方晶系碳化硅，所述非極性面是{001}面或{110}面。[13]如在[1] [11]中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體基板是六方晶系碳化硅，所述非極性面是{11-20}面、{1-100}面、 {03-38}面中的任意一個(gè)。[14]如在[1]，[2]，[5]，[6]，[9]中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述特定的極性面是Si極性面。[15] 一種在[1] [14]中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于， 包括如下工序準(zhǔn)備至少一個(gè)主表面為非極性面的碳化硅半導(dǎo)體基板的工序；在所述半導(dǎo)體基板的非極性面中的至少一部分形成取向于一個(gè)方向的臺(tái)階的工 序；以及將所述臺(tái)階端面的極性統(tǒng)一為特定的極性面的工序。[16]如在[15]所述的制造方法，其中，在形成柵極絕緣膜或電極的工序之前，進(jìn)行形成所述取向于一個(gè)方向的臺(tái)階的工 序以及將臺(tái)階端面的極性統(tǒng)一為特定的極性面的工序。以往可知，在采用了碳化硅基板的半導(dǎo)體元件中，基板表面中與柵極絕緣膜的界 面部分的平坦性以及基板表面中與電極的界面部分的平坦性影響半導(dǎo)體元件的特性，從而 進(jìn)行了以提高該界面的平坦性為目的的改進(jìn)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，基板表面中與柵極絕緣膜的界面部分的平坦性以及基板表面中與電極的界面部分的平坦性影響半導(dǎo)體元件的特性的重要因素，并實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。例如，在專利文獻(xiàn)3中，在基板內(nèi)的不傳播晶間鎖孔缺陷的六方晶系碳化硅 (11-20)面上，沉積了針對(duì)晶格失配的緩沖層后進(jìn)行外延成長(zhǎng)，從而防止晶間鎖孔缺陷的傳 播，且可形成具有平坦的晶體表面的碳化硅外延層。但是，由于它們的面方向是非極性面， 因此露出碳化硅外延層的最外表面的極性并未唯一地(一意的)決定。其結(jié)果，產(chǎn)生電偶 極子分量的控制受損，以耐壓為首的肖特基勢(shì)壘二極管特性的面內(nèi)穩(wěn)定性受損的問(wèn)題。例如，在MOS-FET的情況下，對(duì)于使柵極絕緣膜-碳化硅的界面平坦化來(lái)說(shuō)，將碳 化硅表面的極性面統(tǒng)一也是非常重要的。例如，在通過(guò)熱氧化形成柵極絕緣膜的情況下，在 碳化硅基板21上形成碳化硅外延層22后，在干燥氧氣或水蒸氣氣氛中實(shí)施熱氧化。其中， 作為碳化硅的極性面即C面和Si面在熱氧化過(guò)程中表現(xiàn)不同的氧化速度，特別是C(碳) 面與Si(硅)面相比，以大約3倍的速度被氧化。即，在同時(shí)露出不同的極性面的表面中， 不同的極性面以不同的速度被熱氧化，其結(jié)果，在面內(nèi)熱氧化膜的膜厚變得不均勻。此外， 熱氧化膜的膜厚的不均勻性損壞柵極絕緣膜_碳化硅界面的平坦性。因此，即使對(duì)未統(tǒng)一 極性面的碳化硅實(shí)施熱氧化而形成M0S-FET，溝道遷移率也被抑制為低，碳化硅原來(lái)的低功 耗性能受損。此外，在利用CVD法形成SiO2膜之前對(duì)碳化硅基板進(jìn)行氮化處理，使碳化硅主表 面去活化而使MOS界面高質(zhì)量化后，通過(guò)對(duì)CVD氧化膜進(jìn)行氮化處理(基于N2O氣體等的 Ρ0Α)，改善柵極絕緣膜的質(zhì)量，達(dá)到高溝道遷移率(例如專利文獻(xiàn)4)。這樣的氮化處理對(duì)柵 極絕緣膜-碳化硅界面的溝道遷移率的提高發(fā)揮作用，但另一方面，導(dǎo)入的氮在氧化膜-碳 化硅界面上局部存在，并作為正的固定電荷而殘留。該固定電荷使平帶電壓向負(fù)方向轉(zhuǎn)變， 使MOSFET的柵極閾值電壓不穩(wěn)定。為了抑制柵極閾值電壓變動(dòng)，還可以有意地在柵極絕緣 膜-碳化硅界面添加負(fù)的固定電荷，但與肖特基勢(shì)壘二極管同樣，與柵極絕緣膜接觸的碳 化硅的極性未唯一地確定，其結(jié)果，產(chǎn)生電偶極子分量的控制受損，且因庫(kù)倫散射而溝道遷 移率降低的問(wèn)題。作為提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道遷移率的方法，在碳化硅基板上形成柵極絕緣膜的 工序之前，進(jìn)行使用氫的表面蝕刻，以實(shí)現(xiàn)表面的平坦化以及清凈化(例如專利文獻(xiàn)6)。根 據(jù)該方法，雖然得到平滑的表面，但與如前述所述同樣，在非極性面上碳化硅表面的極性未 唯一地確定，其結(jié)果，電偶極子分量的控制受損，且因庫(kù)倫散射而溝道遷移率降低。根據(jù)本發(fā)明，即使是以非極性面為主表面的碳化硅，由于在其與柵極絕緣膜或金 屬的微觀的界面上有特定的極性面取向，因此不產(chǎn)生在不同的極性面間發(fā)生的不必要的電 場(chǎng)，且不引起因熱氧化速度等不同而引起的界面的平滑性劣化。其結(jié)果，在肖特基勢(shì)壘二極 管中，大面積實(shí)現(xiàn)均勻、穩(wěn)定的整流特性而不帶來(lái)元件制造工序的復(fù)雜化。此外，在MOS-FET 中，由于柵極絕緣膜_碳化硅界面的庫(kù)倫散射被抑制，溝道遷移率被提高，因此導(dǎo)通時(shí)的功 耗降低。此外，根據(jù)本發(fā)明，由于無(wú)需對(duì)柵極絕緣膜添加氮而提高溝道遷移率，因此元件制 造工序變得簡(jiǎn)單，除此之外，不會(huì)受到殘留在界面上的固定電荷的影響。其結(jié)果，得到設(shè)計(jì) 時(shí)的元件特性，并且能夠得到長(zhǎng)期穩(wěn)定性良好的效果。


圖1是肖特基勢(shì)壘二極管的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是橫行MOS-FET的結(jié)構(gòu)圖；圖3表示在基板表面設(shè)置了大致平行于[-110]方向的研磨傷(起伏)的示意圖；圖4的上方圖是具有與[-110]方向平行的臺(tái)階端的階梯狀表面的示意圖，下方圖 是將(-110)面作為截面的臺(tái)階端面的原子模型；圖5是六方晶系碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；圖6表示在實(shí)施例1中得到的具有與[-110]方向平行的臺(tái)階端面的等間隔的階梯 形狀，上方圖是3C-SiC(001)面的AFM像，下方圖是將3C-SiC(-110)面作為截面的剖面圖；圖7表示對(duì)于實(shí)施例5以及參考例5中制造的MOS 二極管陣列，通過(guò)氧化膜容量 測(cè)定來(lái)求出氧化膜厚度，通過(guò)電流-電壓測(cè)定來(lái)測(cè)定的耐壓測(cè)定結(jié)果(下方圖)，上方圖是 將3C-SiC(110)面作為截面的剖面。附圖標(biāo)記說(shuō)明
11碳化硅基板
12碳化硅外延層
13肖特基電極
14基板下部電極
21碳化硅基板
22碳化硅外延層
23源極區(qū)域
24漏極區(qū)域
25源極電極
26漏極電極
27柵極絕緣膜
28柵極電極
具體實(shí)施例方式下面，說(shuō)明在本說(shuō)明書(shū)中使用的晶體的方向以及面的標(biāo)記法。[方向][]作為表示特定方向的標(biāo)記來(lái)使用。相對(duì)于此， 作為統(tǒng)稱等效方向的標(biāo)記來(lái) 使用。即，<111> 方向表示[111]、[-111]、[1-11]、[11-1]、[-1-11]、[1-1-1]、[-11-1]、 [-1-1-1]的集合。[面]同樣，0作為表示特定面的標(biāo)記來(lái)使用，相對(duì)于此，[]作為統(tǒng)稱等效的面的標(biāo)記 來(lái)使用。即使在權(quán)利要求中使用了作為統(tǒng)稱的標(biāo)記的 <> 或□，在說(shuō)明書(shū)中例如實(shí)施例中 使用特定的方向[]或特定的面0。這是因?yàn)樵趯?shí)施例中不能同時(shí)選擇等效的(010)面和 (001)面。在權(quán)利要求中使用的 例如“法線軸大致平行于<001>方向”的標(biāo)記，表示例如 “法線軸大致平行于W01]方向、W10]方向、[100]方向的任意一個(gè)方向”。
10
[半導(dǎo)體元件]本發(fā)明的半導(dǎo)體元件包括以下兩種半導(dǎo)體元件，即具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上的柵極絕緣膜和形成 在所述柵極絕緣膜上的柵極電極的半導(dǎo)體元件(以下，稱為半導(dǎo)體元件1)，以及具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板和形成在所述半導(dǎo)體基板上的電極的半導(dǎo)體元 件(以下，稱為半導(dǎo)體元件2)。以下，簡(jiǎn)單稱為半導(dǎo)體元件時(shí)，表示半導(dǎo)體元件1和半導(dǎo)體元件2的兩者。在本發(fā)明的半導(dǎo)體元件中采用的半導(dǎo)體基板由單晶體碳化硅構(gòu)成，單晶體碳化硅 例如可以是立方晶系碳化硅3C-SiC或六方晶系SiC。這樣，單晶體碳化硅主要有立方晶 系和六方晶系的碳化硅，但在本發(fā)明中可以采用任意的單晶體碳化硅。其中，由于3C-SiC 晶體中的電子遷移率高，因此作為高速、低功耗、高頻的半導(dǎo)體元件材料具有高性能指數(shù) (FOM)，因此優(yōu)選采用立方晶系碳化硅。此外，由單晶體碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板可以是單晶體半導(dǎo)體基板其本身，也可 以包括形成在單晶體半導(dǎo)體基板上的碳化硅外延膜。用于形成半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基板其 雜質(zhì)濃度適合在1015/cm3水平，或者能夠可靠地得到與離子注入?yún)^(qū)域結(jié)合的PN結(jié)二極管結(jié) 構(gòu)程度的雜質(zhì)濃度。從而，當(dāng)半導(dǎo)體基板本身一開(kāi)始就是這樣的雜質(zhì)濃度的情況下，無(wú)需設(shè) 置碳化硅外延膜，能夠直接使用單晶體半導(dǎo)體基板。當(dāng)單晶體半導(dǎo)體基板不具有這樣的雜 質(zhì)濃度的情況下，適合設(shè)置調(diào)整了雜質(zhì)濃度的碳化硅同型外延膜。另外，在實(shí)施例中假想縱型M0SFET，當(dāng)作為縱型來(lái)使用的情況下，在基板背面設(shè)置 漏極電極，但是，由于若在η-層(EPI層)設(shè)置電極，則難以得到歐姆特性，因此在η+層基 板上形成有η-層。作為橫型MOSFET來(lái)制造的情況并不限定于此。半導(dǎo)體元件1是具有至少一部分的電極經(jīng)由絕緣膜與半導(dǎo)體接觸的結(jié)構(gòu)的晶體 管或二極管，半導(dǎo)體2是電極不經(jīng)由絕緣膜與半導(dǎo)體接觸的晶體管或二極管。半導(dǎo)體元件 1的晶體管例如是MOS-FET和IGBT等，半導(dǎo)體1的二極管例如是MOS 二極管等。半導(dǎo)體元件2的二極管例如是ρη 二極管、肖特基二極管等(S卩，MOS 二極管以外)， 半導(dǎo)體元件2的晶體管例如是MES-FET、可控硅、GTO、MES-FET等。半導(dǎo)體元件1中的柵極絕緣膜和柵極電極的材質(zhì)、形狀、配置等以及半導(dǎo)體元件2 中的電極的材質(zhì)、形狀、配置等能夠根據(jù)半導(dǎo)體元件的種類適當(dāng)選擇。柵極絕緣膜例如可以 是Si02、Al2O3等，柵極電極例如可以是Al、Poly-Si等。此外，半導(dǎo)體元件2中的電極例如 可以是Pt、Au、Ni等。以下，首先說(shuō)明半導(dǎo)體元件1，接著說(shuō)明半導(dǎo)體元件2。[半導(dǎo)體元件1]半導(dǎo)體元件1的特征在于，半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面宏觀上 與非極性面平行，且微觀上由非極性面和極性面構(gòu)成，在所述極性面中Si面(硅面)和C 面(碳面)中的任意一個(gè)面占優(yōu)勢(shì)。(方式A)或者，半導(dǎo)體元件1的特征在于，半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面 具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端，平臺(tái)面是非極性面，臺(tái)階端由Si面和C面中的任 意一個(gè)極性面構(gòu)成。(方式B)。或者，半導(dǎo)體元件1的特征在于，半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面
11具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端，平臺(tái)面是非極性面，平臺(tái)面在臺(tái)階端的取向方向 上的寬度和在基板面內(nèi)與臺(tái)階端的取向方向垂直的方向上的寬度之比在10以上。(方式 C)或者，半導(dǎo)體元件1的特征在于，半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面 宏觀上與非極性面平行，且包括取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端，臺(tái)階端的振幅在0. 5 IOnm的 范圍內(nèi)。(方式D)在半導(dǎo)體元件1中，其特征在于，半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面 的結(jié)構(gòu)上。在方式A和D中，成為與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面的由單晶體碳化硅構(gòu)成的基 板表面宏觀上與非極性面平行。此外，在方式B和C中，成為與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面的 由單晶體碳化硅構(gòu)成的基板表面具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端，且平臺(tái)面是非極 性面。單晶體碳化硅是碳元素和硅元素以一比一的比例結(jié)合且周期性地被配置的晶體， 在立方晶系碳化硅中，具有由碳元素-硅元素對(duì)構(gòu)成的密排六方面(六方細(xì)密面)在<111> 方向上以三層周期層疊的結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D4)。此外，在六方晶系碳化硅中，具有由碳元素-硅 元素對(duì)構(gòu)成的密排六方面在<0001〉方向上除了三層周期之外以所謂單調(diào)周期層疊的結(jié) 構(gòu)。若將能夠配置由碳元素和硅元素對(duì)構(gòu)成的密排六方面的三種位置設(shè)為A、B、C，則六方 晶系碳化硅的層疊結(jié)構(gòu)能夠由...ABCABC...來(lái)標(biāo)記。另一方面，在六方晶系碳化硅的層疊 周期中，存在· · · ABABABAB. · · (2H_SiC)、· · · ABACABAC. · · (4H_SiC)、· · · ABCACBABCACB. · · (6 H-SiC)、…ABCABACBABCBA. · · (8H_SiC)等無(wú)限的組合(參照?qǐng)D 5)。立方晶系和六方晶系中任意的碳化硅中，其表面分為非極性面和極性面。就不存 在缺陷等的理想的表面而言，非極性面是指碳元素和硅元素在表面露出的概率相同的面。 另一方面，極性面定義為碳元素或硅元素在表面露出的概率不同的面(例如，在解理的情 況下，游離的Si原子優(yōu)先露出表面的情況稱為Si面)。在實(shí)際的結(jié)晶面中，由于存在缺陷等，因此存在非極性面和極性面兩者。在立方晶系碳化硅3C_SiC中，極性面是[111]面，除[111]面以外的所有的面(無(wú) 限存在)是非極性面。一般，作為實(shí)用性非極性面，舉出作為低階(低次數(shù))的面的
面群、[110]面群。具體來(lái)說(shuō)，例如(001)、(110)是非極性面，(111)、(1-1-1)、(-11-1)、 (-1-11)是 Si 極性面，(-111)、(1-11)、(11-1)、(-1-1-1)是 C 極性面。此外，六方晶系SiC中的極性面是W001]面，除W001]面群以外的所有的面(無(wú) 限存在)都是非極性面。一般，作為實(shí)用性的非極性面，舉出作為低階的面的{11-20}面、 {1-100}面、{03-38}面。在方式A中，半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性 面，且微觀上由非極性面和極性面構(gòu)成，在極性面上占優(yōu)勢(shì)地存在Si面和C面的任意一個(gè) 在本說(shuō)明書(shū)中，“微觀”表示例如原子級(jí)(原子才一夕'一)的尺度，“宏觀”表示超 過(guò)數(shù)十微米的尺度。作為其他標(biāo)記，“微觀”可以解釋為原子水平，“宏觀”可以解釋為將結(jié) 合面整體平均化的水平。因此，在方式A中，在關(guān)注數(shù)十微米尺度的上述結(jié)合面的情況下， 上述結(jié)合面是平行于非極性面的面，在關(guān)注原子級(jí)尺度的上述結(jié)合面的情況下，上述結(jié)合 面由非極性面和極性面構(gòu)成，在極性面上占優(yōu)勢(shì)地存在Si面和C面中的任意一個(gè)面。換言之，按照原子級(jí)而論，在上述結(jié)合面上，除了非極性面之外，必定占優(yōu)勢(shì)地存在Si面和C面 中的任意一個(gè)極性面，但作為結(jié)合面整體來(lái)看，上述結(jié)合面是平行于非極性面的面。作為具 體例子，舉出在表面成為非極性面的碳化硅基板表面上，沿一個(gè)方向制造起伏的情況。此 時(shí)，微觀上占優(yōu)勢(shì)地存在Si面和C面中的任意一個(gè)的極性面(根據(jù)起伏的斜率，還存在非 極性面)，宏觀上成為非極性面。因此，宏觀表面為Si面或C面，是指表面是[111]面(即 極性面)，但具有這樣的結(jié)合面的元件是本發(fā)明的范圍外的元件。如上所述3C_SiCW01]面是非極性面，3C_SiC
面的宏觀表面始終是非極性 面。因此，該宏觀表面與整個(gè)微觀表面的極性不一致。由于在實(shí)際的宏觀表面上存在“粗糙 度”，因此，在沒(méi)有特別控制的情況下，除了非極性面之外，Si面和C面中的任意一個(gè)出現(xiàn)在 表面上。相對(duì)于此，在本發(fā)明中，將微觀極性面控制為在表面僅出現(xiàn)Si面和C面的任意一 個(gè)。以只有Si面和C面中的任意一個(gè)出現(xiàn)在表面的方式進(jìn)行的控制，具體來(lái)說(shuō)，通過(guò) 使粗糙度的凹凸(臺(tái)階)的方向僅設(shè)為特定的方向來(lái)進(jìn)行。露出的極性根據(jù)粗糙度的臺(tái)階 的取向方向是<110>的方向，還是<1-10>方向而不同，在本發(fā)明中控制為，只有Si面和C 面中的任意一個(gè)極性出現(xiàn)在臺(tái)階端。即，若全部臺(tái)階向<110>方向取向，則露出的極性統(tǒng)一 為Si面，若向<-110>方向取向，則統(tǒng)一為C面。發(fā)明人認(rèn)為，理論上可通過(guò)將存在于上述結(jié)合面的極性面設(shè)為任意一個(gè)極性面， 并統(tǒng)一為該極性面，能夠達(dá)到本發(fā)明的目的。但是，到目前為止，沒(méi)有公開(kāi)用于控制結(jié)合 面的極性面的方法，從而也理所當(dāng)然未公開(kāi)用于形成具有這樣統(tǒng)一的極性面的結(jié)合面的方 法。因此，在本發(fā)明中，例如，若是3C-SiC，則利用作為非極性面的{001}面，且將摻雜于該 非極性面的極性面控制為任意一個(gè)極性成為優(yōu)勢(shì)，從而，即使在作為非極性面的{001}面， 也能夠得到像以往那樣將極性面作為表面來(lái)使用時(shí)的平滑的界面。在本發(fā)明中，必定存在微觀表面(部分的極性面)。因此，具有在表面(例如，原子 水平的高度)上沒(méi)有臺(tái)階的碳化硅表面(結(jié)合面)的元件不屬于本發(fā)明。在3C_SiC的情況下，為了使微觀表面成為Si極性，將起伏的斜面取向于[110]方 向和[-1-10]方向。在將微觀表面成為C極性的情況下，將起伏的斜面取向于[-110]方向 和[1-10]方向。此外，在(110)面的情況下，若設(shè)置大致平行的“起伏”，則C面和Si面以 相對(duì)的形態(tài)顯示雙極性，因此，在成為Si極性的情況下，向W01]方向稍微傾斜，在成為C 面的情況下，向W0-1]方向稍微傾斜。在六方晶系SiC的情況下，在(11-20)面中，是向W001]方向(Si極性)、
方向(C極性)、[1-100]方向(Si極性)、[-1100]方向(C極性)中的任一個(gè)方向傾斜的在(1-100)面中，是向W001]方向(Si 極性)、
方向(C 極性)、[11-20] 方向(Si極性)、[-1-120]方向(C極性)中的任一個(gè)方向傾斜的面；在(03-38)面中，是沿W1-10]方向和W-110]方向傾斜(^ 口一 )取向的起 伏(Si極性)、沿[1010]方向和[-10-10]方向(C極性)傾斜取向的起伏。在方式B中，半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面、取向于 一個(gè)方向的臺(tái)階端，平臺(tái)面是非極性面，臺(tái)階端由Si面和C面中的任意一個(gè)極性面構(gòu)成。在 結(jié)合面上有平臺(tái)面和臺(tái)階端，臺(tái)階端取向于一個(gè)方向。由于臺(tái)階端取向于一個(gè)方向，因此，即使臺(tái)階端是極性面，也成為Si面和C面中的任意一個(gè)極性面。極性面和非極性面以及臺(tái) 階端的取向與方式A相同。在方式A和方式B中，在所述結(jié)合面中所述一個(gè)極性面所占的面積的比例，即在 方式A中占優(yōu)勢(shì)地存在的極性面所占的面積比例，例如將結(jié)合面中的全部極性面的面積設(shè) 為1的情況下，可以在0. 75 1的范圍。例如，在上述一個(gè)極性面(占優(yōu)勢(shì)地存在的極性 面)為Si面的情況下，“ (Si面的面積)/(結(jié)合面中的Si面的面積+C面的面積)”可以在 0. 75 1的范圍。該比例優(yōu)選在0. 8 1的范圍，更優(yōu)選在0. 9 1的范圍。在方式C中，半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于 一個(gè)方向的臺(tái)階端，平臺(tái)面是非極性面，平臺(tái)面在臺(tái)階方向(在基板面內(nèi)與臺(tái)階端的取向 方向垂直的方向)上的寬度和在面內(nèi)與臺(tái)階方向垂直的方向(臺(tái)階端的取向方向)上的 寬度之比在10以上。結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端以及平臺(tái)面是非極性 面，這一點(diǎn)與方式B相同，此外，平臺(tái)面在臺(tái)階端的取向方向上的寬度和在面內(nèi)與臺(tái)階端的 取向方向垂直的方向上的寬度之比，即臺(tái)階的密度與平臺(tái)面的寬度之比在10以上，這意味 著相對(duì)于整個(gè)表面積的特定極性面所占有的面積之比變大。在臺(tái)階端的取向方向上的寬度 和在基板面內(nèi)與臺(tái)階端的取向方向垂直的方向上的寬度之比，優(yōu)選在10以上，更優(yōu)選在30 以上。在方式B和C中，所述平臺(tái)面的寬度(在基板面內(nèi)與臺(tái)階端的取向方向垂直的方 向上的寬度)例如可以在0 lOOnm，優(yōu)選在0 20nm的范圍。在方式D中，半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性 面，且包括取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端，所述臺(tái)階端的振幅(基板表面的法線方向的振幅)在 0.5 IOnm的范圍。結(jié)合面在宏觀上平行于非極性面，這一點(diǎn)與方式A相同。結(jié)合面包括 取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端且臺(tái)階端的振幅在0.5 IOnm的范圍，這表示在宏觀非極性面上 存在微細(xì)的取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端。臺(tái)階端的振幅優(yōu)選在0. 5 3nm的范圍。在半導(dǎo)體元件2中，除了半導(dǎo)體元件1中的半導(dǎo)體基板表面中與柵極絕緣膜結(jié)合 的結(jié)合面為半導(dǎo)體基板表面中與電極結(jié)合的結(jié)合面之外，與上述方式A D相同。[半導(dǎo)體元件的制造方法]本發(fā)明的半導(dǎo)體元件采用通過(guò)包括如下工序的半導(dǎo)體基板的制造方法來(lái)制造的 基板，在制造半導(dǎo)體元件1的情況下，在被統(tǒng)一為特定的極性面的部分上設(shè)置柵極絕緣膜 和柵極電極，在制造半導(dǎo)體元件2的情況下，在被統(tǒng)一為特定的極性面的部分上設(shè)置電極。 制造半導(dǎo)體元件1的情況下的柵極絕緣膜和柵極電極的設(shè)置以及制造半導(dǎo)體元件2的情況 下的電極的設(shè)置，能夠采用已知的方法來(lái)進(jìn)行。所述制造方法包括準(zhǔn)備至少一個(gè)主表面為非極性面的碳化硅半導(dǎo)體基板的工序；在所述半導(dǎo)體基板的非極性面中的至少一部分形成取向于一個(gè)方向的臺(tái)階的工 序；以及將所述臺(tái)階端面的極性統(tǒng)一為特定的極性面的工序。以下，以載流子為電子的半導(dǎo)體元件為前提，以在單晶體立方晶系碳化硅基板上 設(shè)有同型外延層的方式為例，說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法。在載流子濃度為1 X IO1Vcm3左右的η型單晶體立方晶系碳化硅基板上，使載流子 濃度為7X1015/cm3左右的立方晶系碳化硅薄膜同型外延成長(zhǎng)。在期望肖特基勢(shì)壘二極管、縱型MOS-FET或者M(jìn)ES-FET的情況下，通過(guò)添加氮或磷，使同型外延成長(zhǎng)層的導(dǎo)電類型成為 η型，在期望橫行MOS-FET的情況下，通過(guò)添加鋁或硼，使同型外延成長(zhǎng)層的導(dǎo)電類型成為ρ 型。同型外延成長(zhǎng)的碳化硅的膜厚以與成長(zhǎng)時(shí)間成正比的方式被調(diào)整，但是，考慮期望的器 件的耐壓，適當(dāng)?shù)卦诶?. 5 50 μ m的范圍內(nèi)選擇膜厚。只要得到本發(fā)明效果，對(duì)于同型 外延成長(zhǎng)條件不做特別限定，但是，可以使用例如表1所示的成長(zhǎng)條件。表1立方晶系碳化硅同型外延成長(zhǎng)條件接著，在立方晶系碳化硅薄膜表面設(shè)置大致平行于<_110>方向的起伏。對(duì)于設(shè)置 起伏的方法不做特別限定，例如可以采用直徑為0. 5 30 μ m的金剛石顆粒(顆粒)，形成 大致平行于<_110>方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷，也可以采用光刻技術(shù)和干式蝕刻技術(shù)，形成平行 于<-110>方向的線和空間形狀。無(wú)論是哪個(gè)方法，通過(guò)上述工序，在圖3所示的相對(duì)的特 定[111]面上具有傾斜，由大致平行于<_110>方向的起伏來(lái)覆蓋立方晶系碳化硅薄膜表 面。其中，假設(shè)該起伏的高低差不超過(guò)lOnm。接著，在通過(guò)RCA洗凈方法，即利用氨_過(guò)氧化氫溶液洗凈后，在稀氟酸溶液中大 致浸泡5分鐘，進(jìn)而在超純水中大致進(jìn)行5分鐘的沖洗處理(洗凈)，從而完全去除氧化膜。 此后，通過(guò)將該立方晶系碳化硅基板浸泡在350 600°C的熔融KOH或熔融NaOH溶液，將起 伏斜面的臺(tái)階端面全部統(tǒng)一為單一極性。除了熔融KOH以外，例如在600°C以下的爐內(nèi)的氫 氣中，將該立方晶系碳化硅基板進(jìn)行1至數(shù)十分鐘的熱處理。此時(shí)，在爐內(nèi)使用常壓下氫濃 度為50% (體積比)以上的惰性氣體中含有氫氣的氣體。被氫處理的表面的原子間力顯微 鏡(AFM)像如圖6所示，出現(xiàn)平行于<-110>方向的階梯狀的形狀。此外，平行于<_110>方 向的臺(tái)階的高度(臺(tái)階端的振幅)成為相當(dāng)于兩層Si-C層的高度的0. 5nm，臺(tái)階端面全部 被統(tǒng)一為單一極性。統(tǒng)一為Si面或C面。將臺(tái)階端面的極性統(tǒng)一為特定的極性面的工序可以是如上所述的氫還原處理工 序。或者，將臺(tái)階端面的極性統(tǒng)一為特定的極性面的工序也可以是堿處理工序?；趬A處 理的方法也表示在實(shí)施例中。通過(guò)在該單一極性化的立方晶系碳化硅表面沉積鎳、白金、金等，并加工成規(guī)定的 電極形狀，形成基于本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管?；蛘撸贛OS-FET制造中，在形成柵極絕 緣膜后，對(duì)源極區(qū)域、漏極區(qū)域添加施主雜質(zhì)(氮、磷等)，接著，在各自的區(qū)域配置鎳、鋁、
15多晶體硅等電極而形成該結(jié)構(gòu)。在柵極絕緣膜的形成中，可以在氧化氣氛中對(duì)碳化硅表面 進(jìn)行熱氧化，也可以通過(guò)CVD法沉積絕緣膜。或者，還可以在硝酸(水溶液)中浸泡碳化硅 基板并加熱而使其沸騰，以便在碳化硅基板上形成均勻的SiO2膜。無(wú)論是哪種制造，根據(jù) 期望的半導(dǎo)體元件的閾值電壓、耐壓，確定柵極絕緣膜的厚度，但是，可以通過(guò)各自的處理 時(shí)間，調(diào)整柵極絕緣膜膜厚，使其達(dá)到10至數(shù)十nm。如上所述，例如經(jīng)過(guò)對(duì)立方晶系碳化硅(001)非極性面賦予極性而形成半導(dǎo)體元 件，從而不僅能夠得到與設(shè)計(jì)時(shí)相同的高耐壓、低功耗的元件特性，還得到長(zhǎng)期穩(wěn)定性良好 的半導(dǎo)體元件。與采用了六方晶系碳化硅的情況相同。實(shí)施例以下，基于實(shí)施例和參考例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明?！磳?shí)施例1>根據(jù)本發(fā)明，制造了 Ni/3C_SiC肖特基勢(shì)壘二極管。首先，在載流子濃度為 3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，利用CVD法，使載流子濃度為 3.0X1015/cm3的η型同型外延層成長(zhǎng)。成長(zhǎng)條件依照表2。成長(zhǎng)膜厚通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。表2在單晶體立方晶系碳化硅基板上的同型外延成長(zhǎng)條件 接著，在同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄膜表面上，采用直徑為Iym的金剛石 顆粒，形成了大致平行于[-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷。通過(guò)該工序，在立方晶系碳化硅薄 膜表面上形成了將(111)面和(-1-11)面作為偏離方向(力7方向)的起伏。在研磨后的 階段中，除了理想的面({100}面、{111}面)之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為 2nm左右，起伏頂之間的平均距離為1 μ m。接著，為了去除通過(guò)研磨傷制造工序在碳化硅表面產(chǎn)生的晶體缺陷層，在1100°C、 干燥氧氣氛中進(jìn)行60分鐘的熱氧化之后，在5% HF中通過(guò)10分鐘的蝕刻去除了該熱氧化 膜。通過(guò)該工序，在保持所述起伏形狀的狀態(tài)下，均勻地去除了碳化硅表面的15nm的區(qū)域。接著，根據(jù)表3的條件，在洗凈基板表面后，在稀氟酸溶液中大致浸泡5分鐘，進(jìn)而 利用超純水進(jìn)行5分鐘的沖洗處理(洗凈)，從而完全去除了自然氧化膜。表3基板表面的洗凈條件
此后，在100%的常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅基板實(shí)施400°C、300分鐘的 熱處理，形成具有平行于[-110]方向的臺(tái)階端面的階梯形狀。如圖6所示，階梯形狀為等 間隔，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層高度的0.5 0.6nm。由于臺(tái)階具有平行于[-110] 方向的階梯形狀，因此臺(tái)階端面全部被統(tǒng)一為Si極性。在平行于[-110]方向的臺(tái)階中，是 其臺(tái)階端面為取向于[111]方向的面，必然成為Si極性面。即，確認(rèn)了存在于研磨后的表 面的秩序混亂的面消失，形成有理想面的臺(tái)階的情況，以及極性被統(tǒng)一的情況。接著，在該被統(tǒng)一為Si極性的同型外延立方晶系碳化硅膜表面，放置不銹鋼制的 具有直徑200μπι的圓形開(kāi)口部的鏤空掩模、卞，y力)))，通過(guò)電子束蒸鍍法沉積 IOOnm厚度的鎳。最后，通過(guò)電子束蒸鍍，在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面?zhèn)日麄€(gè) 面上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而制造了 Ni/3C-SiC肖特基二極管?！磳?shí)施例2>根據(jù)本發(fā)明，制造了 Ni/3C_SiC肖特基二極管。采用與實(shí)施例1相同的基板，在相同的方法和條件下同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳 化硅薄膜表面，使用直徑為Iym的金剛石顆粒，形成了大致平行于[110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研 磨傷。通過(guò)該工序，由將(-111)面和(1-11)面作為偏離方向的起伏來(lái)覆蓋立方晶系碳化 硅薄膜表面。在研磨后的階段中，除了理想的面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差 為2nm，起伏間的平均距離為1 μ m。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。之后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)得到的立方晶系碳化硅基板實(shí)施常壓氫熱處理，形成了具有平行于[110]方向的臺(tái)階端面的階梯形狀。如圖6 所示，階梯形狀為等間隔，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層高度的0.5 0.6nm。由于臺(tái)階 具有平行于[110]方向的階梯形狀，因此臺(tái)階端面全部被統(tǒng)一為C極性。在平行于[110]方 向的臺(tái)階中，其臺(tái)階端面為取向于[1-11]方向的面，必然成為C極性面。S卩，確認(rèn)了存在于 研磨后的表面的秩序混亂的面消失，形成有理想面的臺(tái)階的情況，以及極性被統(tǒng)一的情況。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在該被統(tǒng)一為C極性的同型外延立方晶 系碳化硅膜表面沉積IOOnm厚度的鎳，在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面?zhèn)日麄€(gè)面 上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而制造了 Ni/3C-SiC肖特基二極管?！磪⒖祭?>作為本發(fā)明的參考例，通過(guò)以下工序制造了 Ni/3C_SiC肖特基二極管。采用與實(shí) 施例1相同的基板，在相同的方法和條件下同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄膜表面上， 使用直徑為Iym的金剛石顆粒，形成了大致平行于[100]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷。通過(guò)該工 序，由將(110)面和(-1-10)面作為偏離方向的起伏來(lái)覆蓋立方晶系碳化硅薄膜表面。在 研磨后的階段中，除了理想的面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為2nm，起伏頂之 間的平均距離是1 μ m。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施常壓氫了熱處理。但是，未出現(xiàn)如圖6所示的等間隔的臺(tái)階，而出現(xiàn)了不定形且高 度不均勻的臺(tái)階。由此可以判定，在表面上出現(xiàn)的臺(tái)階中同時(shí)包含Si極性和C極性兩者。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在該表面沉積IOOnm厚度的鎳，進(jìn)一步 在n型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面?zhèn)日麄€(gè)面上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而制造了 Ni/3C-SiC肖特基二極管?！磪⒖祭?>作為本發(fā)明的參考例，通過(guò)以下工序制造了 Ni/3C_SiC肖特基二極管。采用與實(shí) 施例1相同的基板，在相同的方法和條件下成長(zhǎng)了 η型同型外延層。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施常壓氫了熱處理。但是，發(fā)現(xiàn)未出現(xiàn)如圖6所示的臺(tái)階，而是發(fā)現(xiàn)為平滑的表面。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在該表面通過(guò)電子束蒸鍍法來(lái)沉積 IOOnm厚度的鎳，進(jìn)一步在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面?zhèn)日麄€(gè)面上，蒸鍍IOOnm 厚度的鎳，從而制造了 Ni/3C-SiC肖特基二極管。〈參考例3>作為本發(fā)明的參考例，通過(guò)以下工序制造了 Ni/3C_SiC肖特基二極管。采用與實(shí) 施例1相同的基板，在相同的方法和條件下同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄膜表面上， 與實(shí)施例1同樣，形成了大致平行于[-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷，在立方晶系碳化硅薄膜 表面上，形成了將(111)面和(-1-11)面作為偏離方向的起伏。在研磨后的階段中，除了理 想的面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為2nm，起伏間的平均距離為1 μ m。
接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。在該表面未出現(xiàn)如圖6所示的等間隔的臺(tái)階，而是出現(xiàn)了不定形且高度不均勻的 臺(tái)階。由此可以判定，在表面上出現(xiàn)的臺(tái)階中同時(shí)包括Si極性和C極性兩者。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件，在該表面沉積IOOnm厚度的鎳，進(jìn)一步 在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面?zhèn)日麄€(gè)面上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而制造了 Ni/3C-SiC肖特基二極管?！磳?shí)施例3>根據(jù)本發(fā)明，制造了 Pt/3C_SiC肖特基二極管。采用與實(shí)施例1相同的基板，在相 同的方法和條件下同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄膜表面上，與實(shí)施例1同樣，形成了 大致平行于[-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷，在立方晶系碳化硅薄膜表面上，形成了將(111) 面和(-1-11)面作為偏離方向的起伏。在研磨后的階段中，除了理想的面之外，出現(xiàn)了秩序 混亂的面。起伏的高低差為2nm，起伏間的平均距離為1 μ m。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施熱處理，并由具有平行于[-110]方向的臺(tái)階端的階梯形狀來(lái)覆蓋。如圖6所示， 階梯形狀為等間隔，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層高度的0. 5 0. 6nm。此外，與實(shí)施 例1同樣，臺(tái)階端面全部被統(tǒng)一為Si極性。即，確認(rèn)了存在于研磨后的表面的秩序混亂的 面消失，形成有理想面的臺(tái)階的情況，以及極性被統(tǒng)一的情況。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在該被統(tǒng)一為Si極性的同型外延立方 晶系碳化硅膜表面沉積IOOnm厚度的白金，進(jìn)一步在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背 面?zhèn)日麄€(gè)面上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而制造了 Pt/3C-SiC肖特基二極管。〈實(shí)施例4>根據(jù)本發(fā)明，制造了 Pt/3C_SiC肖特基二極管。采用與實(shí)施例1相同的基板，在相 同的方法和條件下同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄膜表面上，與實(shí)施例2同樣，形成了 大致平行于[110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷，形成了將(-111)面和(1-11)面作為偏離方向的 起伏。在研磨后的階段中，除了理想的面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為2nm， 起伏之間的平均距離是1 μ m。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施熱處理，并由具有平行于[110]方向的臺(tái)階端的階梯形狀來(lái)覆蓋。如圖6所示，階 梯形狀為等間隔，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層高度的0. 5 0. 6nm。此外，與實(shí)施例 2同樣，臺(tái)階端面全部被統(tǒng)一為C極性。即，確認(rèn)了存在于研磨后的表面的秩序混亂的面消 失，形成有理想面的臺(tái)階的情況，以及極性被統(tǒng)一的情況。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在該被統(tǒng)一為C極性的同型外延立方晶 系碳化硅膜表面沉積IOOnm厚度的白金，進(jìn)一步在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面 側(cè)整個(gè)面上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而制造了 Pt/3C-SiC肖特基二極管。
<參考例4>作為參考例，通過(guò)以下的工序制造了 Pt/3C_SiC肖特基二極管。采用與實(shí)施例1相 同的基板，在相同的方法和條件下同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄膜表面上，與實(shí)施例2 同樣，形成了大致平行于[100]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷，形成了將(110)面和(-1-10)面作為 偏離方向的起伏。在研磨后的階段中，除了理想的面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高 低差為2nm，起伏之間的平均距離是1 μ m。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施了熱處理，但是未出現(xiàn)如圖6所示的等間隔的臺(tái)階，而出現(xiàn)了不定形且高度不均 勻的臺(tái)階。由此可以判定，在表面出現(xiàn)的臺(tái)階同時(shí)包括Si極性和C極性兩者。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在該表面沉積IOOnm厚度的白金，進(jìn)一 步在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面?zhèn)日麄€(gè)面上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而制造了 Pt/3C-SiC肖特基二極管。對(duì)于通過(guò)上述實(shí)施例1 4和參考例1 4制造的3C_SiC肖特基二極管，將同型 外延立方晶系碳化硅膜表面的肖特基電極設(shè)為陽(yáng)極，將單晶體立方晶系碳化硅基板的背面 側(cè)的鎳電極設(shè)為陰極，測(cè)定了室溫下的電流-電壓特性。根據(jù)各自的正向特性的斜率來(lái)計(jì) 算理想因子n，根據(jù)OV時(shí)的外插值來(lái)計(jì)算肖特基勢(shì)壘高度。此外，根據(jù)反向特性，測(cè)定了耐 壓以及施加100V時(shí)的漏電流密度。表4歸納了各個(gè)特性。表4Ni/3C_SiC肖特基勢(shì)壘二極管的特性比較 根據(jù)以上的結(jié)果，本發(fā)明通過(guò)使肖特基電極的界面的端面中的極性統(tǒng)一，排出了 產(chǎn)生不期望的電場(chǎng)，降低了晶體缺陷密度，并發(fā)現(xiàn)根據(jù)碳化硅的電子親合力和金屬的功函 數(shù)來(lái)確定的穩(wěn)定的肖特基勢(shì)壘，從而能夠制造規(guī)定耐壓的元件。進(jìn)而，確定這樣的情況，即通過(guò)降低由存在于肖特基結(jié)合部中的缺陷引起的熱擴(kuò)散以外的電流分量，例如電偶極子存 在于再結(jié)合中心或者界面所產(chǎn)生的勢(shì)壘高度的不均勻性等而引起的漏電流，得到良好的整 流性。以上的發(fā)現(xiàn)在制造MES-FET時(shí)也符合，從而通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高耐壓和低漏電流是自 然而然的?！磳?shí)施例5>根據(jù)本發(fā)明，制造了 MOS 二極管。采用與實(shí)施例1相同的基板，在相同的方法和 條件下同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄膜表面上，與實(shí)施例1同樣，形成了大致平行于 [-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷，形成了將(111)面和(-1-11)面作為偏離方向的起伏。在研 磨后的階段中，除了理想的面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為2nm，起伏之間的 平均距離是ι μ m。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施熱處理，并由具有平行于[-110]方向的臺(tái)階端的階梯形狀來(lái)覆蓋。如圖6所示， 階梯形狀為等間隔，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層高度的0. 5 0. 6nm。臺(tái)階端面全部 被統(tǒng)一為Si極性。此后，通過(guò)在1000°C、干燥氧氣氛中實(shí)施的600分鐘的熱氧化，在立方晶系碳化硅 表面形成了膜厚為45 55nm的熱氧化膜。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在形成有熱氧化膜的同型外延立方晶 系碳化硅膜表面沉積了 IOOnm厚度的鎳，進(jìn)一步在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面 側(cè)整個(gè)面上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而在20nm □形狀的碳化硅基板上制造了 MOS 二極管 陣列?！磪⒖祭?>作為針對(duì)實(shí)施例5的參考例，通過(guò)以下的工序制造了 MOS 二極管。采用與實(shí)施例1相同的基板，在相同的方法和條件下成長(zhǎng)了 η型同型外延層。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施了熱處理，但是，表面為平滑，并沒(méi)有觀測(cè)到表示特定的極性面的臺(tái)階。此后，通過(guò)在1000°C、干燥氧氣氛中600分鐘的熱氧化，在立方晶系碳化硅表面形 成了膜厚為45 55nm的熱氧化膜。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在形成有熱氧化膜的同型外延立方晶 系碳化硅膜表面沉積了 IOOnm厚度的鎳，進(jìn)一步在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面 側(cè)整個(gè)面上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而在20nm □形狀的碳化硅基板上制造了 MOS 二極管 陣列。對(duì)于通過(guò)實(shí)施例5和參考例5制造的MOS 二極管，從氧化膜容量測(cè)定求出氧化膜 厚度，從電流_電壓測(cè)定求出耐壓。圖7表示測(cè)定的MOS 二極管的耐壓測(cè)定結(jié)果。實(shí)施例、 參考例的氧化膜厚度分別是53nm、47nm，對(duì)于構(gòu)成陣列的全部的二極管測(cè)定電流-電壓，由 此求出氧化膜絕緣破壞電場(chǎng)強(qiáng)度及其標(biāo)準(zhǔn)偏差。表5表示其結(jié)果。
表5M0S 二極管的比較 從表5可知以下幾點(diǎn)。與相同的熱氧化條件無(wú)關(guān)，將表面極性統(tǒng)一為Si面的實(shí)施 例5相對(duì)于參考例5，提高了氧化速度。另一方面，關(guān)于絕緣膜破壞電場(chǎng)強(qiáng)度，相對(duì)于參考例5，將極性統(tǒng)一為Si面的實(shí)施 例5顯示了高電場(chǎng)強(qiáng)度和均勻性(小的標(biāo)準(zhǔn)偏差)。這表示，在氧化膜形成之前，通過(guò)統(tǒng)一 立方晶系碳化硅表面的極性，能夠在寬范圍內(nèi)形成均勻的氧化膜，而不受極性引起的氧化 速度的差異的影響。該發(fā)現(xiàn)在MOSFET的柵極氧化膜中也符合，并且可知，通過(guò)將本發(fā)明應(yīng) 用于MOSFET的柵極氧化膜形成工藝，能夠在寬范圍內(nèi)形成均勻的柵極氧化膜。<實(shí)施例6>根據(jù)本發(fā)明，制造了 η-溝道(channel)的橫行M0S-FET。首先，利用CVD法，在載 流子濃度為3.0X 1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同 型外延層。成長(zhǎng)條件依照表6。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。表6在單晶體立方晶系碳化硅基板上的同型外延成長(zhǎng)條件 接著，使用直徑為1 μ m的金剛石顆粒，形成了同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄 膜表面的大致平行于[-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷。通過(guò)該工序，由將(111)面和(-1-11) 面作為偏離方向的起伏來(lái)覆蓋立方晶系碳化硅薄膜表面。在研磨后的階段中，除了理想的面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為2nm，起伏之間的平均距離是Ιμπι。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施熱處理，并由具有平行于[-110]方向的臺(tái)階端的階梯形狀來(lái)覆蓋。如圖6所示， 階梯形狀為等間隔，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層高度的0. 5nm。臺(tái)階端面全部被統(tǒng)一 為Si極性。此后，利用光刻工序，在應(yīng)成為源極、漏極的規(guī)定區(qū)域離子注入了 N。在注入溫度 500°C下，分200keV、120keV、70keV三個(gè)階段，以總用量7X 1013/Cm2實(shí)施離子注入，作為源 極區(qū)域、漏極區(qū)域，在P區(qū)域中形成了深度為0. 5 μ m、濃度為1 X IO1Vcm3的η區(qū)域。接著， 在1650°C、大氣壓Ar氣氛中實(shí)施10分鐘的熱處理，激活了 N離子注入?yún)^(qū)域。此時(shí)的激活率 是 80%。接著，在室溫下，在濃度為40重量％的硝酸(水溶液)中浸泡上述碳化硅基板的 狀態(tài)下進(jìn)行加熱而使其沸騰，并持續(xù)該沸騰狀態(tài)，從而發(fā)現(xiàn)沸點(diǎn)120. 7°C、硝酸濃度68% (重量比)的共沸狀態(tài)，此后，在該共沸狀態(tài)下持續(xù)5小時(shí)，在碳化硅基板上形成30nm的均 勻的氧化膜，并將其作為柵極絕緣膜。此外，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部作為源極區(qū)域、漏極 區(qū)域，形成了源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚度為IOOnm的TiN電 極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的二極管的漏極電流-漏極電壓特性， 得到了 3.5πιΩ ^m2導(dǎo)通電阻，最大的溝道遷移率達(dá)到了 240cm2/V/sec，此外，柵極的閾值電 壓為+2. 4V，被確認(rèn)為該二極管是常關(guān)閉型晶體管。接著，將周圍溫度從300K變換為500K， 測(cè)定了溝道遷移率的溫度依賴性，其結(jié)果，溝道遷移率表現(xiàn)為相對(duì)于溫度T與Γ215成正比 的傾向，判定為是負(fù)的溫度依賴性。最后，用氟化氫50%溶液去除電極和柵極絕緣膜，測(cè)定了柵極正下方的碳化硅表 面的中心線平均粗糙度，其結(jié)果，明確了平行于[-110]方向的直線的粗糙度Ra為0. 5nm，可 看見(jiàn)原子臺(tái)階，平行于[110]方向的直線的粗糙度Ra是0. Inm左右，看不到原子臺(tái)階。<實(shí)施例7>根據(jù)本發(fā)明，制造了 η-溝道的橫行M0S-FET。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同型外延層。 成長(zhǎng)條件依照表6。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。接著，使用直徑為1 μ m的金剛石顆粒，形成了同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄 膜表面的大致平行于[-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷。通過(guò)該工序，由將(111)面和(-1-11) 面作為偏離方向的起伏來(lái)覆蓋立方晶系碳化硅薄膜表面。在研磨后的階段中，除了理想的 面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為2nm，起伏之間的平均距離是ιμπι。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施熱處理，并由具有平行于[-110]方向的臺(tái)階端的階梯形狀來(lái)覆蓋。如圖6所示，階梯形狀為等間隔，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層高度的0. 5nm。臺(tái)階端面全部被統(tǒng)一 為Si極性。此后，利用光刻工序，在應(yīng)成為源極、漏極的規(guī)定區(qū)域離子注入了 N。在注入溫度 500°C下，分200keV、120keV、70keV三個(gè)階段，以總用量7X 1013/Cm2實(shí)施離子注入，作為源 極區(qū)域、漏極區(qū)域，在P區(qū)域中形成了深度為0. 5 μ m、濃度為1 X IO1Vcm3的η區(qū)域。接著， 在1650°C、大氣壓Ar氣氛中實(shí)施10分鐘的熱處理，激活了 N離子注入?yún)^(qū)域。此時(shí)的激活率 是 80%。接著，在干燥氧氣氛中形成了柵極絕緣膜。此時(shí)，對(duì)于碳化硅的熱氧化依照表7的 條件實(shí)施。熱氧化采用石英反應(yīng)管，以常壓提供氧氣3slm，在1100°C下處理了 60min。通過(guò) SIMS的深度方向分析，確認(rèn)了在處理后的碳化硅表面形成有60nm厚度的氧化膜。表7熱氧化條件 此外，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部作為源極區(qū)域、漏極 區(qū)域，形成源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚度為IOOnm的TiN電 極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的二極管的漏極電流-漏極電壓特性， 其結(jié)果，得到了 5.3πιΩ ^m2導(dǎo)通電阻，最大的溝道遷移率達(dá)到了 145cm2/V/sec，此外，柵極 的閾值電壓為+2. 8V，被確認(rèn)為該二極管是常關(guān)閉型晶體管。接著，將周圍溫度從300K變 換為500K，測(cè)定了溝道遷移率的溫度依賴性，其結(jié)果，溝道遷移率表現(xiàn)為相對(duì)于溫度T與 Τ+1·82成正比的傾向，明確了是負(fù)的溫度依賴性。最后，用氟化氫50%溶液去除電極和柵極絕緣膜，測(cè)定了柵極正下方的碳化硅表 面的中心線平均粗糙度，其結(jié)果，在[-110]方向上看得見(jiàn)原子臺(tái)階，平行于[-110]方向的 直線的粗糙度Ra = 0. 3 0. 4nm，在[110]方向上看不到原子臺(tái)階，平行于[110]方向的直 線的粗糙度Ra = 0. Inm左右。<實(shí)施例8>根據(jù)本發(fā)明，制造了 η-溝道的橫行M0S-FET。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同型外延層。 成長(zhǎng)條件依靠表6。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。接著，使用直徑為1 μ m的金剛石顆粒，形成了同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄 膜表面的大致平行于[110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷。通過(guò)該工序，由將(-111)面和(1-11) 面作為偏離方向的起伏來(lái)覆蓋立方晶系碳化硅薄膜表面。在研磨后的階段中，除了理想的 面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為2nm，起伏之間的平均距離是Ιμπι。
接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施熱處理，并由具有平行于[110]方向的臺(tái)階端的階梯形狀來(lái)覆蓋。如圖6所示，階 梯形狀為等間隔，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層高度的0. 5nm，因此臺(tái)階端面全部被統(tǒng) 一為C極性。此后，在與實(shí)施例7相同的條件下，實(shí)施了 N的離子注入以及熱處理。N離子注入 區(qū)域的激活率是80%。接著，在干燥氧氣氛中實(shí)施60分鐘、1150°C的熱氧化，并在碳化硅基板上形成 45nm的均勻的氧化膜，將其作為柵極絕緣膜。此外，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部作為源極區(qū)域、漏極 區(qū)域，形成了源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚度為IOOnm的TiN電 極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的二極管的漏極電流-漏極電壓特性， 其結(jié)果，得到了 4. ImQ ^m2導(dǎo)通電阻，最大的溝道遷移率達(dá)到了 187cm2/V/sec，此外，柵極 的閾值電壓為+2. 3V，被確認(rèn)為該二極管是常關(guān)閉型晶體管。接著，將周圍溫度從300K變換 為500K，測(cè)定了溝道遷移率的溫度依賴性，其結(jié)果，溝道遷移率表現(xiàn)為相對(duì)于溫度T與T_2_°4 成正比的傾向，明確了是負(fù)的溫度依賴性。最后，用氟化氫50%溶液去除電極和柵極絕緣膜，測(cè)定了柵極正下方的碳化硅表 面的中心線平均粗糙度，其結(jié)果，明確了平行于[110]方向的直線的粗糙度Ra = 0. 3 0. 4nm，可看見(jiàn)原子階段，平行于[-110]方向的直線的粗糙度Ra = 0. Inm左右，看不到原子 階段。<實(shí)施例9>根據(jù)本發(fā)明，制造了 η-溝道的橫行M0S-FET。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同型外延層。 成長(zhǎng)條件依照表6。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。接著，使用直徑為1 μ m的金剛石顆粒，形成了同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄 膜表面的大致平行于[-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷。通過(guò)該工序，由將(111)面和(-1-11) 面作為偏離方向的起伏來(lái)覆蓋立方晶系碳化硅薄膜表面。在研磨后的階段中，除了理想的 面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為2nm，起伏之間的平均距離是ιμπι。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施熱處理，并由具有平行于[-110]方向的臺(tái)階端的階梯形狀來(lái)覆蓋。如圖6所示， 階梯形狀為等間隔，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層的高度的0. 5nm,因此臺(tái)階端面全部 被統(tǒng)一為Si極性。此后，在與實(shí)施例7相同的條件下，實(shí)施了 N的離子注入以及熱處理。N離子注入 區(qū)域的激活率是80%。接著，利用常壓氣相成長(zhǎng)裝置，在溫度650°C下使用反應(yīng)氣體SiH4、O2，形成了柵極絕緣膜(氧化膜)。氣體流量比設(shè)為SiH4/02= 1/10。通過(guò)25分鐘的處理，形成了 60nm厚
度的氧化膜。此外，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部作為源極區(qū)域、漏極 區(qū)域，形成了源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚度為IOOnm的TiN電 極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的二極管的漏極電流-漏極電壓特性， 其結(jié)果，得到了 3. 3mΩ · cm2導(dǎo)通電阻，最大的溝道遷移率達(dá)到了 245cm2/V/sec，此外，柵極 的閾值電壓為+3. 4V，被確認(rèn)為該二極管是常關(guān)閉型晶體管。接著，將周圍溫度從300K變換 為500K，測(cè)定了溝道遷移率的溫度依賴性，其結(jié)果，溝道遷移率表現(xiàn)為相對(duì)于溫度T與T_2_° 成正比的傾向，明確了是負(fù)的溫度依賴性。最后，用氟化氫50%溶液去除電極和柵極絕緣膜，測(cè)定了柵極正下方的碳化硅表 面的中心線平均粗糙度，其結(jié)果，明確了平行于[110]方向的直線的粗糙度Ra = 0. 3 0. 4nm，可看見(jiàn)原子階段，平行于[-110]方向的直線的粗糙度Ra = 0. Inm左右，看不到原子 階段。<參考例6>根據(jù)本發(fā)明，制造了 η-溝道的橫行M0S-FET。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同型外延層。 成長(zhǎng)條件依照表6。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施了熱處理，但是，表面依舊平滑，并未發(fā)現(xiàn)暗示極性面的存在的取向于一個(gè)方向的 臺(tái)階。此后，在與實(shí)施例7相同的條件下，實(shí)施了 N的離子注入以及熱處理。N離子注入 區(qū)域的激活率是80%。接著，在室溫下，在濃度為40重量％的硝酸(水溶液)中浸泡上述碳化硅基板的 狀態(tài)下進(jìn)行加熱而使其沸騰，并持續(xù)該沸騰狀態(tài)，從而發(fā)現(xiàn)沸點(diǎn)120. 7°C、硝酸濃度68% (重量比)的共沸狀態(tài)，此后，在該共沸狀態(tài)下持續(xù)5小時(shí)，從而在碳化硅基板上形成30nm 的均勻的氧化膜，并將其作為柵極絕緣膜。此外，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部作為源極區(qū)域、漏極 區(qū)域，形成了源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚度為IOOnm的TiN電 極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的二極管的漏極電流-漏極電壓特性， 其結(jié)果，得到了 21.4πιΩ ^m2導(dǎo)通電阻，最大的溝道遷移率達(dá)到了 36. 3cm2/V/sec，此外，柵 極的閾值電壓為+1. IV，被確認(rèn)為該二極管是常關(guān)閉型晶體管。接著，將周圍溫度從300K 變換為500K，測(cè)定了溝道遷移率的溫度依賴性，其結(jié)果，溝道遷移率表現(xiàn)為相對(duì)于溫度T與 Τ_°_41成正比的傾向，明確了是負(fù)的溫度依賴性。最后，用氟化氫50%溶液去除電極和柵極絕緣膜，測(cè)定了柵極正下方的碳化硅表 面的中心線平均粗糙度，其結(jié)果，平行于[110]、[-110]方向的直線的粗糙度Ra均為3nm，明確了原子臺(tái)階未被確認(rèn)。<參考例7>根據(jù)本發(fā)明，制造了 η-溝道的橫行M0S-FET。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同型外延層。 成長(zhǎng)條件依照表6。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，在常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅 基板實(shí)施了熱處理，但是，表面依舊平滑，并未發(fā)現(xiàn)暗示極性面的存在的取向于一個(gè)方向的 臺(tái)階。此后，在與實(shí)施例7相同的條件下，實(shí)施了 N的離子注入以及熱處理。N離子注入 區(qū)域的激活率是80%。接著，在干燥氧氣氛中形成了具有60nm的厚度的柵極絕緣膜。此時(shí)，對(duì)碳化硅的 熱氧化在表7的條件下實(shí)施。此外，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部作為源極區(qū)域、漏極 區(qū)域，形成了源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚度為IOOnm的TiN電 極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的二極管的漏極電流-漏極電壓特性， 其結(jié)果，導(dǎo)通電阻表示32. 9πιΩ · cm2，最大的溝道遷移率停留在25.5cm7V/sec，此外，柵極 的閾值電壓為+1. 2V，被確認(rèn)為該二極管是常關(guān)閉型晶體管。接著，將周圍溫度從300K變換 為500K，測(cè)定了溝道遷移率的溫度依賴性，其結(jié)果，溝道遷移率表現(xiàn)為相對(duì)于溫度T與T_128 成正比的傾向，明確了是負(fù)的溫度依賴性。最后，用氟化氫50%溶液去除電極和柵極絕緣膜，測(cè)定了柵極正下方的碳化硅表 面的中心線平均粗糙度，其結(jié)果，平行于[110]、[-110]方向的直線的粗糙度Ra均為2 3nm，明確了原子臺(tái)階未被確認(rèn)。<參考例8>根據(jù)本發(fā)明，制造了 η-溝道的橫行M0S-FET。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同型外延層。 成長(zhǎng)條件依照表6。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。接著，使用直徑為Iym的金剛石顆粒，在同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅薄膜 表面上，形成了大致平行于[-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷。通過(guò)該工序，由將(111)面和 (-1-11)面作為偏離方向的起伏來(lái)覆蓋立方晶系碳化硅薄膜表面。在研磨后的階段中，除 了理想的面之外，出現(xiàn)了秩序混亂的面。起伏的高低差為2nm左右，起伏之間的平均距離是 1 μ m0接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。在該表面中，觀測(cè)到無(wú)規(guī)則的臺(tái)階，未發(fā)現(xiàn)取向了特定的極性面的臺(tái)階。此后，在與實(shí)施例7相同的條件下，實(shí)施了 N的離子注入以及熱處理。N離子注入 區(qū)域的激活率是80%。
接著，在干燥氧氣氛中形成了具有60nm的厚度的柵極絕緣膜。此時(shí)，對(duì)碳化硅的 熱氧化在表7的條件下實(shí)施。此外，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部作為源極區(qū)域、漏極 區(qū)域，形成了源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚度為IOOnm的TiN電 極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的二極管的漏極電流-漏極電壓特性， 其結(jié)果，得到了 74.7πιΩ ^m2導(dǎo)通電阻，最大的溝道遷移率停留在11. 2cm2/V/sec，此外，柵 極的閾值電壓為+1.2V，被確認(rèn)為該二極管是常關(guān)閉型晶體管。接著，將周圍溫度從300K 變換為500K，測(cè)定了溝道遷移率的溫度依賴性，其結(jié)果，溝道遷移率表現(xiàn)為相對(duì)于溫度T與 Γ1·57成正比的傾向，明確了是負(fù)的溫度依賴性。最后，用氟化氫50%溶液去除電極和柵極絕緣膜，測(cè)定了柵極正下方的碳化硅表 面的中心線平均粗糙度，平行于[110]、[-110]方向的直線的粗糙度Ra均為2 3nm，明確 了原子臺(tái)階未被確認(rèn)。<參考例9>根據(jù)本發(fā)明，制造了 η-溝道的橫行M0S-FET。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同型外延層。 成長(zhǎng)條件依照表6。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。接著，在與實(shí)施例1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在100%的常壓氫氣氛中，對(duì)該立方晶系碳化硅基板實(shí)施10分鐘的熱處理， 但是，表面依舊平滑，并未發(fā)現(xiàn)暗示極性面的存在的取向于一個(gè)方向的臺(tái)階。此后，利用光刻工序，在應(yīng)成為源極、漏極的規(guī)定區(qū)域離子注入了 N。在注入溫度 500°C下，分200keV、120keV、70keV三個(gè)階段，以總用量7X 1013/Cm2實(shí)施離子注入，作為源 極區(qū)域、漏極區(qū)域，在P區(qū)域中形成了深度為0. 5 μ m、濃度為1 X IO1Vcm3的η區(qū)域。接著， 在1650°C、大氣壓Ar氣氛中實(shí)施10分鐘的熱處理，激活了 N離子注入?yún)^(qū)域。此時(shí)的激活率 是 80%。接著，在干燥氧氣氛中形成了 60nm厚度的柵極絕緣膜。此時(shí)，對(duì)碳化硅的熱氧化 在表7的條件下實(shí)施。在形成柵極絕緣膜后，在N2O氣氛中實(shí)施了 1150°C的熱處理。通過(guò) 該熱處理，在柵極氧化膜中擴(kuò)散N原子，在柵極絕緣膜-3C-SiC界面局部存在N。通過(guò)SIMS， 求出在界面局部存在的N濃度是2X 1014/cm3。接著，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部作為源極區(qū)域、漏極 區(qū)域，形成了源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚度為IOOnm的TiN電 極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的二極管的漏極電流-漏極電壓特性， 其結(jié)果，導(dǎo)通電阻表示3.0πιΩ · cm2，最大的溝道遷移率停留在234cm7V/sec，此外，柵極的 閾值電壓為-2. IV，表示了常導(dǎo)通型晶體管的特性。接著，將周圍溫度從300K變換為500K， 測(cè)定了溝道遷移率的溫度依賴性，其結(jié)果，溝道遷移率表現(xiàn)為相對(duì)于溫度T與T+133成正比 的傾向，明確了是正的溫度依賴性。最后，用氟化氫50%溶液去除電極和柵極絕緣膜，測(cè)定了柵極正下方的碳化硅表面的中心線平均粗糙度，其結(jié)果，平行于[110]、[-110]方向的直線的粗糙度Ra均為2 3nm，明確了原子臺(tái)階未被確認(rèn)。以下，下表總結(jié)了根據(jù)實(shí)施例6 9、參考例6 9得到的結(jié)果。 通過(guò)表8，可確認(rèn)以下幾點(diǎn)。比較實(shí)施例6 9和參考例6 8，可以知道，在形成 柵極絕緣膜之前，通過(guò)使3C-SiC表面的原子水平的臺(tái)階單一極性化，提高M(jìn)OS界面的平滑 性，實(shí)現(xiàn)高溝道遷移率(低導(dǎo)通電阻)。進(jìn)而，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)階的電一極性化的效果，而與柵極絕 緣膜形成方法的差異無(wú)關(guān)。另一方面，在參考例9中，如日本特開(kāi)2000-156478號(hào)公報(bào)所述，通過(guò)對(duì)柵極絕緣 膜實(shí)施氮化處理，實(shí)現(xiàn)溝道遷移率的提高(導(dǎo)通電阻的降低)，但柵極閾值電壓向負(fù)方向變 動(dòng)，并且溝道遷移率也相對(duì)于溫度表示正的依賴性。柵極閾值電壓為負(fù)，是指只要對(duì)柵極電 極不施加正的施加電壓，MOS-FET處于導(dǎo)通狀態(tài)，作為功率半導(dǎo)體器件達(dá)到不期望的動(dòng)作。 此外，根據(jù)隨著溫度的上升，流過(guò)MOS-FET的電流增加，導(dǎo)致溫度進(jìn)一步上升，知道通過(guò)參 考例9制造的MOS-FET達(dá)到熱的失控(熱的&暴走)。相對(duì)于此，在基于本發(fā)明的實(shí)施例 7，8中，通過(guò)使3C-SiC表面的原子水平的臺(tái)階單一極性化，在無(wú)需實(shí)施MOS界面的氮化的情 況下，不但得到與參考例9同等的溝道遷移率，而且溝道遷移率表示負(fù)的溫度依賴性，柵極 閾值電壓成為正電壓。根據(jù)以上所述可知，本發(fā)明提供比以往更高性能且高穩(wěn)定的MOS-FET的制造方法?！磳?shí)施例10>根據(jù)本發(fā)明，制造了 MOS 二極管。首先，對(duì)于載流子濃度為5. OX IOlfVcm3的η型 單晶體立方晶系碳化硅基板(011)基板，實(shí)施了相對(duì)于[110]方向微傾斜4度的研磨。在 進(jìn)行微傾斜研磨中，在具有4度角度的楔子狀的研磨底座上粘貼了基板，使得[110]方向沿 斜面取向。接著，在以下條件下形成了微傾斜研磨面。表9SiC表面的微傾斜研磨條件 接著，為了去除通過(guò)研磨傷制造工序在碳化硅表面產(chǎn)生的晶體缺陷層，在1100°C 干燥氧氣氛中實(shí)施60分鐘的熱氧化后，在5% HF中通過(guò)10分鐘的蝕刻去除了該熱氧化膜。 通過(guò)該工序，依舊保持所述起伏形狀，且均勻地去除了碳化硅表面的15nm的區(qū)域。接著，在根據(jù)表3的條件洗凈了基板表面后，在稀氟酸溶液中大致浸泡5分鐘，進(jìn) 而使用超純水進(jìn)行5分鐘的沖洗處理(洗凈)，從而完全去除了自然氧化膜。接著，利用CVD法，在洗凈的微傾斜面上，成長(zhǎng)了載流子濃度為3. OX 1015/cm3的η 型同型外延層。成長(zhǎng)條件依照表2。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。在微傾斜面上成長(zhǎng)的同型外延成長(zhǎng)層表面上，出現(xiàn)了取向于[110]方向的等間隔是相當(dāng)于兩層的Si-C層高度的0.5 0. 6nm，因此臺(tái)階端面全部被 統(tǒng)一為Si極性。此后，通過(guò)在1000°C、干燥氧氣氛中的600分鐘的熱氧化，在立方晶系碳化硅表面 上，形成了膜厚度為45 55nm的熱氧化膜?！磳?shí)施例11>根據(jù)本發(fā)明，制造了 MOS 二極管。首先，對(duì)于載流子濃度為5. OX IOlfVcm3的η型 單晶體立方晶系碳化硅基板(4H-SiC) (01-10)基板，實(shí)施了相對(duì)于W001]方向微傾斜4度 的研磨。在進(jìn)行微傾斜研磨中，在具有4度角度的楔子狀研磨底座粘貼基板，使得[110]方 向沿斜面取向。接著，在表9的條件下形成微傾斜研磨面。接著，為了去除通過(guò)研磨傷制造工序在碳化硅表面產(chǎn)生的晶體缺陷層，在1100°C、 干燥氧氣氛中的60分鐘熱氧化后，在5% HF中通過(guò)10分鐘的蝕刻去除了該熱氧化膜。通 過(guò)該工序，依舊保持所述起伏形狀，且均勻地去除了碳化硅表面的15nm的區(qū)域。接著，在根據(jù)表3的條件洗凈了基板表面后，在稀氟酸溶液中大致浸泡5分鐘，進(jìn) 而使用超純水進(jìn)行5分鐘的沖洗處理(洗凈)，從而完全去除自然氧化膜。接著，利用CVD法，在洗凈的微傾斜面上，成長(zhǎng)了載流子濃度為3. OX 1015/cm3的η 型同型外延層。成長(zhǎng)條件依照表10。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。表10對(duì)六方晶系碳化硅的同型外延成長(zhǎng)條件 在微傾斜面上成長(zhǎng)的同型外延成長(zhǎng)層表面上，出現(xiàn)了取向于W001]方向的等間 隔的階梯形狀，該臺(tái)階高度是相當(dāng)于兩層Si-C層高度的0.5 0. 6nm，因此臺(tái)階端面全部被 統(tǒng)一為Si極性。此后，在1200°C、干燥氧氣氛中的600分鐘熱氧化，在立方晶系碳化硅表面上，形 成了膜厚度為45 55nm的熱氧化膜。< 參考例 10>作為參考例，按照如下制造了 MOS 二極管。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 5. OX IOlfVcm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(011)基板面上，成長(zhǎng)了載流子濃度為
313.0X1015/cm3的η型同型外延層。成長(zhǎng)條件依照表10。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)整。成長(zhǎng)的同型外延成長(zhǎng)層表面為光滑，未出現(xiàn)取向于特定方向的臺(tái)階。此后，通過(guò)在1000°C、干燥氧氣氛中的600分鐘熱氧化，在立方晶系碳化硅表面 上，形成了膜厚度為45 55nm的熱氧化膜?！磪⒖祭?1>作為參考例，按照如下制造了 MOS 二極管。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 5. OX IOlfVcm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(4H_SiC) (01-10)基板面上，成長(zhǎng)了載流 子濃度為3.0X1015/cm3的η型的同型外延層。成長(zhǎng)條件依照表10。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng) 時(shí)間來(lái)調(diào)整。在微傾斜面上成長(zhǎng)的同型外延成長(zhǎng)層表面為光滑，未出現(xiàn)取向于特定方向的臺(tái) 階。此后，通過(guò)在1200°C、干燥氧氣氛中的600分鐘熱氧化，在立方晶系碳化硅表面 上，形成了膜厚度為45 55nm的熱氧化膜。對(duì)于上述實(shí)施例10，11以及參考例10，11的四個(gè)樣品，在與實(shí)施例1相同的方法 和條件下，在形成有熱氧化膜的同型外延立方晶系碳化硅膜表面上沉積IOOnm厚度的鎳， 進(jìn)一步在η型單晶體立方晶系碳化硅基板的背面?zhèn)日麄€(gè)面上，蒸鍍IOOnm厚度的鎳，從而在 20nm □形狀的碳化硅基板上制造了 MOS 二極管陣列。接著，對(duì)于上述MOS 二極管陣列，從氧化膜容量測(cè)定求出氧化膜厚度，從電流_電 壓測(cè)定求出了耐壓。根據(jù)這些氧化膜厚度及耐壓，求出了氧化膜的絕緣破壞電場(chǎng)強(qiáng)度及其 標(biāo)準(zhǔn)偏差。最后，對(duì)于結(jié)束了 MOS 二極管的耐壓測(cè)定的實(shí)施例10，11以及參考例10，11，使用 氟化氫50%溶液去除氧化膜，并測(cè)定了露出的碳化硅表面的中心線平均粗糙度。表11歸納 了各樣品的氧化膜絕緣破壞電場(chǎng)強(qiáng)度以及氧化膜去除面上的中心線粗糙度的測(cè)定結(jié)果。在 氧化膜形成之前通過(guò)本發(fā)明統(tǒng)一了表面的原子水平的臺(tái)階極性的樣品中，已形成的氧化膜 表現(xiàn)出高絕緣破壞電場(chǎng)強(qiáng)度、晶片面內(nèi)高均勻性。進(jìn)一步，根據(jù)耐壓測(cè)定后的氧化膜去除面 的面粗糙度測(cè)定結(jié)果，確認(rèn)了在實(shí)施有本發(fā)明的樣品中得到了平滑的氧化膜-碳化硅界面 的情況。這些結(jié)果與實(shí)施例5相同，通過(guò)在宏觀的非極性面的表面上統(tǒng)一微觀的臺(tái)階極性， 表示降低了熱氧化速度的極性依賴性的影響的情況。此外，將這些結(jié)果和通過(guò)實(shí)施例5 9得到的意見(jiàn)結(jié)合可知，本發(fā)明提供不僅對(duì)于3C-SiC，還對(duì)于六方晶系SiC的非極性面得到 良好的元件特性的方法。表11本發(fā)明對(duì)于六方晶系碳化硅(011)以及六方晶系碳化硅(01-10)面的效果比較 以上，表示了有關(guān)在立方晶系碳化硅(001)面、(011)面以及六方晶系碳化硅 (01-10)面上的肖特基二極管、MOS二極管以及MOS-FET形成的實(shí)施例。但是，本發(fā)明的效果 并不限定于在上述實(shí)施例中得到的半導(dǎo)體元件，對(duì)于具有金屬-碳化硅結(jié)構(gòu)或者金屬-絕 緣膜-碳化硅結(jié)構(gòu)的任意的半導(dǎo)體元件，本發(fā)明均發(fā)揮其效果。此外，也并不限定表面極性 的統(tǒng)一方法、絕緣膜的形成方法，只要表面的極性為非極性，在任何面方向上都發(fā)現(xiàn)同樣的 效果。< 實(shí)施例 12>利用CVD法，在載流子濃度為3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板 (001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同型外延層。成長(zhǎng)條件依照表6。成長(zhǎng)膜厚度通過(guò)成長(zhǎng)時(shí)間來(lái)調(diào)效果。接著，使用直徑為0. 1 μ m的金剛石顆粒，形成了同型外延成長(zhǎng)的立方晶系碳化硅 薄膜表面的大致平行于[-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷。通過(guò)該工序，由將(111)面和(-1-11) 面為偏離方向的起伏來(lái)覆蓋了立方晶系碳化硅薄膜表面。起伏的高低差為6nm，起伏之間的 平均距離為5nm，成為非常細(xì)的起伏。接著，在與實(shí)施利1相同的方法和條件下，通過(guò)依次進(jìn)行熱氧化、蝕刻、稀氟酸溶 液浸泡、沖洗處理(洗凈)，完全去除了自然氧化膜。此后，在500°C的溫度下，使立方晶系碳化硅基板在熔融KOH中暴露20分鐘，從而 對(duì)碳化硅表面進(jìn)行各向異性刻蝕處理。其結(jié)果，立方晶系碳化硅基板表面被起伏覆蓋，所述 起伏是相對(duì)于(001)面，傾斜角54.7°C及125.3°C的斜面，S卩(111)面、(_1_11)面的Si面 連續(xù)重復(fù)的鋸齒狀的起伏。起伏高度是3nm左右。此后，在與實(shí)施例7相同的條件下，實(shí)施了 N的離子注入以及熱處理。N離子注入 區(qū)域的激活率是80%。接著，在干燥氧氣氛中形成了柵極絕緣膜。此時(shí)，對(duì)碳化硅的熱氧化在表7的條件下實(shí)施。熱氧化利用石英反應(yīng)管，以常壓提供氧氣3slm，在1100°C下處理了 60min。通過(guò) SIMS的深度方向分析，確認(rèn)了在處理后的碳化硅表面形成有60nm厚度的氧化膜。此外，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部作為源極區(qū)域、漏極 區(qū)域，形成了源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚度為IOOnm的TiN電 極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的MOSFET的漏極電流-漏極電壓特性， 其結(jié)果，得到了 5. 3mΩ · cm2導(dǎo)通電阻，最大的溝道遷移率達(dá)到了 250cm2/V/sec，此外，柵極 的閾值電壓為+2. 8V，被確認(rèn)為該MOSFET是常關(guān)閉型晶體管。接著，將周圍溫度從300K變換 為500K，測(cè)定了溝道遷移率的溫度依賴性，其結(jié)果，溝道遷移率表現(xiàn)為相對(duì)于溫度T與T_182 成正比的傾向，明確了是負(fù)的溫度依賴性。最后，使用氟化氫50%溶液去除電極和柵極絕緣膜，測(cè)定了柵極正下方的碳化硅 表面的中心線平均粗糙度，其結(jié)果，明確了平行于截?cái)噤忼X狀的[110]方向的直線的粗糙 度Ra = 3 4nm，起伏斜面內(nèi)的平行于[-110]方向的直線的粗糙度是0. lnm，此外，平行于 [-110]方向的直線的粗糙度Ra = 0. Inm左右，看不到原子臺(tái)階。< 實(shí)施例 13>檢查了 SiC表面氫處理的溫度依賴性。首先，利用CVD法，在載流子濃度為 3.0X1018/cm3的η型單晶體立方晶系碳化硅基板(001)面上，成長(zhǎng)了 ρ型的同型外延層。 成長(zhǎng)條件依照表6。此外，使用直徑為1 μ m的金剛石顆粒，形成了同型外延成長(zhǎng)的立方晶系 碳化硅基板表面的大致平行于[-110]方向的無(wú)數(shù)個(gè)研磨傷。接著，為了去除通過(guò)所述研磨 傷制造工序在碳化硅表面產(chǎn)生的晶體缺陷層，在1100°C、干燥氧氣氛中實(shí)施了 60分鐘的熱 氧化之后，在5% HF中通過(guò)10分鐘的蝕刻，去除了該熱氧化膜。通過(guò)該工序，依舊保持所述 起伏形狀，并均勻地去除了碳化硅表面的15nm的區(qū)域。接著，在RCA洗凈后，在稀氟酸溶液中浸泡5分鐘，進(jìn)而使用超純水進(jìn)行5分鐘的 沖洗處理(洗凈)，從而完全去除了自然氧化膜。在200°C到800°C的溫度下，對(duì)于該單晶體碳化硅基板實(shí)施了氫處理。在200°C下，碳化硅表面幾乎不被蝕刻，通過(guò)AFM觀察了碳化硅表面，但是未能確 認(rèn)原子臺(tái)階。在300°C到600°C的溫度區(qū)域，在氫處理后的碳化硅表面上，觀測(cè)到了 Si極性 面臺(tái)階高度為0.5nm左右的類似臺(tái)階m巧A >7、的表面。在700°C以上的溫度下， 確認(rèn)了表示雙極性面的方向的臺(tái)階。此外，臺(tái)階高度也增大為2nm以上。在與實(shí)施例7相同的條件下，對(duì)于此后的全部樣品實(shí)施了 N的離子注入以及熱處 理。N離子注入?yún)^(qū)域的激活率是80%。接著，在進(jìn)行硝酸氧化，即在室溫下，在濃度為60重量％的硝酸水溶液中浸泡上 述碳化硅基板的狀態(tài)下進(jìn)行加熱而使其沸騰，并持續(xù)該沸騰狀態(tài)，從而發(fā)現(xiàn)沸點(diǎn)120. 7°C、 硝酸濃度68% (重量比)的共沸狀態(tài)，此后，在該共沸狀態(tài)下持續(xù)數(shù)小時(shí)而形成了 30nm厚 度的柵極氧化膜(絕緣膜)。此外，通過(guò)光刻工序和蝕刻工序，在柵極絕緣膜上設(shè)置開(kāi)口部 作為源極區(qū)域、漏極區(qū)域，形成了源極電極、漏極電極以及柵極電極。作為柵極電極，采用厚 度為IOOnm的TiN電極，設(shè)柵極長(zhǎng)度為2 μ m，柵極寬度為10 μ m。源極電極、漏極電極采用 了 IOOnm厚度的Al。以柵極電壓作為參數(shù)測(cè)定了如上所述形成的MOSFET的漏極電流-漏極電壓特性，并在表X中歸納了導(dǎo)通電阻和溝道遷移率。最后，使用氟化氫50%溶液去除了電極和柵極 絕緣膜，在表12中一并表示了對(duì)柵極正下方的碳化硅表面的中心線平均粗糙度進(jìn)行測(cè)定 的結(jié)果。表12氫處理溫度依賴 在采用制造MOSFET前的碳化硅表面被單一極性面化的碳化硅基板，即氫處 理溫度為300 600°C范圍的碳化硅基板制造的MOSFET樣品中，表現(xiàn)了導(dǎo)通電阻3 5. 3m Ω ·ο 2、溝道遷移率185 245cm2/V/sec的良好值。MOS界面的粗糙度得到Ra = 0. 2nm 以下的值。采用在基板表面得到了 Si面和C面的雙極性面的樣品，即氫處理溫度為700°C、 800°C的碳化硅基板制造的MOSFET的特性為，導(dǎo)通電阻大到20πιΩ · cm2以上，此外溝道遷 移率為145 170cm7V/sec。MOS界面的粗糙度是Ra = 0. 8 1. 2nm，表現(xiàn)了比其他樣品 大的值。采用氫處理時(shí)碳化硅表面未被蝕刻的樣品，即氫處理溫度為200°C的碳化硅基板 制造的MOSFET的特性，表示了導(dǎo)通電阻高，且溝道遷移率為50cm2/V/sec的小值。由此可知，采用在300 600°C下通過(guò)氫處理進(jìn)行了表面處理的單晶體立方晶系 碳化硅基板制造的MOS-FET具有平滑的MOS界面，其結(jié)果，表現(xiàn)溝道部的良好的電流輸送特 性，且在高溫動(dòng)作中具有庫(kù)倫散射、界面能級(jí)的影響少的熱穩(wěn)定性。本申請(qǐng)主張2007年11月12日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2007-293258號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其 全部記載特別作為公開(kāi)技術(shù)而引用。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上的柵極絕緣膜以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性面，且微觀上由非極性面和極性面構(gòu)成，在所述極性面中Si面和C面中的任意一個(gè)面占優(yōu)勢(shì)。
2.一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上的柵 極絕緣膜以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方 向的臺(tái)階端，所述平臺(tái)面是非極性面，所述臺(tái)階端由Si面和C面中的任意一個(gè)極性面構(gòu)成。
3.一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上的柵 極絕緣膜以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方 向的臺(tái)階端，所述平臺(tái)面是非極性面，所述平臺(tái)面在臺(tái)階端的取向方向上的寬度和在基板面內(nèi)與臺(tái)階端的取向方向垂直的 方向上的寬度之比在10以上。
4.一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上的柵 極絕緣膜以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性面，且包 括取向于一個(gè)方向的臺(tái)階端，所述臺(tái)階端的振幅在0. 5 IOnm的范圍內(nèi)。
5.一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板和形成在所述半導(dǎo)體基板上的電 極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述電極結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性面，且微觀上由 非極性面和極性面構(gòu)成，在所述極性面中Si面和C面中的任意一個(gè)面占優(yōu)勢(shì)。
6.一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板和形成在所述半導(dǎo)體基板上的電 極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述電極結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方向的臺(tái) 階端，所述平臺(tái)面是非極性面，所述臺(tái)階端面由非極性面及Si面和C面中的任意一個(gè)極性面構(gòu)成。
7.一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板和形成在所述半導(dǎo)體基板上的電 極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述電極結(jié)合的結(jié)合面具有平臺(tái)面和取向于一個(gè)方向的臺(tái)階，所述平臺(tái)面是非極性面，所述平臺(tái)面在臺(tái)階方向上的寬度和在面內(nèi)與臺(tái)階方向垂直的方向上的寬度之比在10 以上。
8.一種半導(dǎo)體元件，具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板和形成在所述半導(dǎo)體基板上的電 極，該半導(dǎo)體元件的特征在于，所述半導(dǎo)體基板表面中與所述電極結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性面，且包括取向 于一個(gè)方向的凹凸，所述凹凸的振幅在0. 5 IOnm的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1，2，5，6中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，在將所述結(jié)合面中的全部極性面的面積設(shè)為1時(shí)，在所述結(jié)合面中所述一個(gè)極性面所 占的面積的比例在0. 75 1的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求2，3，6，7中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述平臺(tái)面的寬度(在基板面內(nèi)與臺(tái)階端的取向方向垂直的方向上的寬度)為0 IOOnm0
11.如權(quán)利要求1 10中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體基板包括形成在單晶體半導(dǎo)體基板上的碳化硅同型外延膜。
12.如權(quán)利要求1 11中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體基板是立方晶系碳化硅，所述非極性面是1001}面或{110}面。
13.如權(quán)利要求1 11中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體基板是六方晶系碳化硅，所述非極性面是{11-20}面、{1-100}面、{03-38} 面中的任意一個(gè)。
14.如權(quán)利要求1，2，5，6，9中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于， 所述特定的極性面是Si極性面。
15.一種權(quán)利要求1 14中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，包括 如下工序準(zhǔn)備至少一個(gè)主表面為非極性面的碳化硅半導(dǎo)體基板的工序； 在所述半導(dǎo)體基板的非極性面中的至少一部分形成取向于一個(gè)方向的臺(tái)階的工序；以及將所述臺(tái)階端面的極性統(tǒng)一為特定的極性面的工序。
16.如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，在形成柵極絕緣膜或電極的工序之前，進(jìn)行形成所述取向于一個(gè)方向的臺(tái)階的工序以 及將臺(tái)階端面的極性統(tǒng)一為特定的極性面的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件以及半導(dǎo)體元件制造方法，該半導(dǎo)體元件具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板上的柵極絕緣膜以及形成在所述柵極絕緣膜上的柵極電極。所述半導(dǎo)體基板表面中與所述柵極絕緣膜結(jié)合的結(jié)合面在宏觀上平行于非極性面，且微觀上由非極性面和極性面構(gòu)成，在所述極性面中Si面和C面中的任意一個(gè)面占優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的半導(dǎo)體元件具有由碳化硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板和形成在所述半導(dǎo)體基板上的電極。所述半導(dǎo)體基板表面中與所述電極結(jié)合的結(jié)合面宏觀上平行于非極性面，且微觀上由非極性面和極性面構(gòu)成，在所述極性面中Si面和C面中的任意一個(gè)面占優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明是以碳化硅為基板的半導(dǎo)體元件，在碳化硅外延層的非極性面中，能夠提高電極-碳化硅界面，或者氧化膜(絕緣膜)-碳化硅界面的電特性和穩(wěn)定性，而與基板的缺陷密度無(wú)關(guān)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101919032SQ200880116660
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者八田直記, 小林光, 河原孝光, 長(zhǎng)澤弘幸 申請(qǐng)人:Hoya株式會(huì)社;小林光