專利名稱：制造半導(dǎo)體襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體襯底的方法，具體來講，涉及制造下述半導(dǎo)體襯底的方法，所述半導(dǎo)體襯底包括由具有單晶結(jié)構(gòu)的碳化硅(SiC)制成的一部分。
背景技術(shù)：
近年來，已采用SiC襯底作為用于制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底。與更通常使用的Si (硅)相比，SiC具有更大的帶隙。因此，采用SiC襯底的半導(dǎo)體器件有利地具有大反向擊穿電壓、低導(dǎo)通電阻或者在高溫環(huán)境下不太可能降低的特性。為了有效率地制造這樣的半導(dǎo)體器件，襯底需要大到一定程度。根據(jù)美國專利 No. 7314520(專利文獻(xiàn)1)，可以制造76mm(3英寸)或更大的SiC襯底。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 美國專利No. 7314520

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題工業(yè)上，SiC襯底的尺寸仍然限于大致100mnK4英寸)。因此，不利的是，使用大襯底不能有效率地制造半導(dǎo)體器件。在六面晶系的SiC中利用除了(0001)面之外的面的特性的情況下，這種不利性變得尤為嚴(yán)重。下文中，將對此進(jìn)行描述。通常通過以下步驟來制造具有小缺陷的SiC襯底將不太可能發(fā)生堆疊故障的 (0001)面中的生長而獲得的SiC晶錠進(jìn)行切片。因此，通過將晶錠不平行于其生長表面進(jìn)行切片，獲得具有除了(0001)面之外的面取向的SiC襯底。這使得難以充分確保襯底的尺寸，或者不能有效利用晶錠中的許多部分。為此，尤其難以采用SiC的除了(0001)面之外的面來有效制造半導(dǎo)體器件。替代吃力地增大這種SiC襯底的尺寸的手段，考慮到使用具有支撐部和在其上設(shè)置多個小SiC襯底的半導(dǎo)體襯底?？梢愿鶕?jù)需要，通過增加SiC襯底的數(shù)目使這個半導(dǎo)體襯底的尺寸增大。然而，在這個半導(dǎo)體襯底中，在相鄰的SiC襯底之間形成間隙。在間隙中，在使用半導(dǎo)體襯底制造半導(dǎo)體器件的過程期間，外來物有可能積聚。示例性的外來物是在制造半導(dǎo)體器件的過程中使用的清潔液或拋光劑；或者大氣中的灰塵。這種外來物導(dǎo)致制造良率降低，其導(dǎo)致制造半導(dǎo)體器件的效率降低，這樣是不利的。根據(jù)以上問題來作出本發(fā)明，并且其目的在于提供制造大半導(dǎo)體襯底的方法，以允許以高良率來制造半導(dǎo)體器件。解決問題的方法根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體襯底的方法包括以下步驟。提供具有支撐部以及第一和第二碳化硅襯底的組合襯底。所述第一碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第一背面、與所述第一背面相反的第一正面以及連接所述第一背面和所述第一正面的第一側(cè)面。所述第二碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第二背面、與所述第二背面相反的第二正面以及連接所述第二背面和所述第二正面的第二側(cè)面。 所述第二側(cè)面被設(shè)置成使得在所述第一正面和所述第二正面之間具有開口的間隙被形成在所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面之間。通過將來自所述開口的熔融的硅引入到所述間隙， 來形成硅連接部以連接所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面，以便封閉所述開口。通過對所述硅連接部進(jìn)行碳化，來形成碳化硅連接部，以連接所述第一和第二側(cè)面，以便封閉所述開口。根據(jù)本制造方法，第一和第二碳化硅襯底之間的間隙的開口被封閉。因此，在使用半導(dǎo)體襯底來制造半導(dǎo)體器件時，外來物不積聚在間隙中。這防止良率由于外來物而降低， 由此得到允許以高良率制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底。在制造半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選地，形成碳化硅連接部的步驟包括為所述硅連接部供應(yīng)含有碳元素的氣體的步驟。在制造半導(dǎo)體襯底的方法中，在形成碳化硅連接部的步驟之后，暴露所述第一和
第二正面。在制造半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選地，在形成硅連接部的步驟之后且在形成碳化硅連接部的步驟之前，去除所述第一和第二正面上存在的至少一部分物質(zhì)。在制造半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選地，形成硅連接部的步驟包括以下步驟。
提供在所述開口上方用于覆蓋所述間隙的硅層。熔融所述硅層。在制造半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選地，使用化學(xué)氣相沉積法、蒸發(fā)法和濺射法中的任一種來執(zhí)行提供所述硅層的步驟。在制造半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選地，形成硅連接部的步驟包括以下步驟。準(zhǔn)備熔融的硅02)。將所述開口浸入到熔融的所述硅中。在制造半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選地，如同所述第一和第二碳化硅襯底一樣，所述支撐部由碳化硅制成。因此，支撐部能夠被提供有的特性接近于所述第一和第二碳化硅襯底的特性。本發(fā)明的效果根據(jù)以上的描述清楚的是，本發(fā)明可以提供制造大半導(dǎo)體襯底的方法，從而以高良率來制造半導(dǎo)體器件。


圖1是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底構(gòu)造的平面圖。圖2是沿著圖1中的線II-II截取的示意性橫截面圖。圖3是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第一步驟的平面圖。圖4是沿著圖3中的線IV-IV截取的示意性橫截面圖。圖5是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第二步驟的橫截面圖。圖6是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第三步驟的局部橫截面圖。
圖7是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第四步驟的局部橫截面圖。圖8是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第五步驟的局部橫截面圖。圖9是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第六步驟的橫截面圖。圖10是示意性示出本發(fā)明第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第一步驟的橫截面圖。圖11是示意性示出本發(fā)明第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第二步驟的橫截面圖。圖12是示意性示出本發(fā)明第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第三步驟的橫截面圖。圖13是示意性示出本發(fā)明第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第一步驟的橫截面圖。圖14是示意性示出本發(fā)明第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第二步驟的橫截面圖。圖15是示意性示出本發(fā)明第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第三步驟的橫截面圖。圖16是示意性示出本發(fā)明第三實(shí)施例的第一變型中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的一個步驟的橫截面圖。圖17是示意性示出本發(fā)明第三實(shí)施例的第二變型中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的一個步驟的橫截面圖。圖18是示意性示出本發(fā)明第三實(shí)施例的第三變型中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的一個步驟的橫截面圖。圖19是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的構(gòu)造的局部橫截面圖。圖20是示意性示出本發(fā)明第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的示意性流程圖。圖21是示意性示出本發(fā)明第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第一步驟的局部橫截面圖。圖22是示意性示出本發(fā)明第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第二步驟的局部橫截面圖。圖23是示意性示出本發(fā)明第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第三步驟的局部橫截面圖。圖M是示意性示出本發(fā)明第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法的第四步驟的局部橫截面圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)參照圖1和圖2，本實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底80a具有支撐部30和由支撐部30支撐的被支撐部10a。被支撐部IOa具有SiC襯底11_19 (碳化硅襯底)。支撐部30將SiC襯底11-19的背面(與圖1所示的表面相反的表面)相互連接， 由此使SiC襯底11-19相互固定。SiC襯底11-19分別具有在同一面上暴露的正面。例如， SiC襯底11和12分別具有第一正面Fl和第二正面F2 (圖幻。因此，半導(dǎo)體襯底80a具有的表面大于SiC襯底11-19中的每個SiC襯底的表面。因此，在使用半導(dǎo)體襯底80a的情況下，與單獨(dú)使用SiC襯底11-19中的每個SiC襯底的情況相比，可以更有效地制造半導(dǎo)體器件。另外，支撐部30由具有高耐熱性的材料制成，并且優(yōu)選地，由能夠耐受1800°C或更高的材料來制成。這樣材料的可用例子是碳化硅、碳或難熔金屬。示例性的可用難熔金屬是鉬、鉭、鎢、鈮、銥、釕或鋯。當(dāng)在以上作為示例的材料之中采用碳化硅作為支撐部30的材料時，支撐部30具有的特性接近于SiC襯底11-19的特性。在被支撐部IOa中，在SiC襯底11_19之間存在間隙VDa。這些間隙VDa通過碳化硅連接部BDa在其正面?zhèn)?圖2中的上側(cè))靠近。連接部分BDa中的每個連接部分具有位于第一正面Fl和第二正面F2之間的部分，由此第一正面Fl和第二正面F2彼此平滑地連接。接著，將描述制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底80a的方法。為了便于描述，可以僅說明 SiC襯底11-19中的SiC襯底11和12，但是相同的說明也應(yīng)用于SiC襯底13-19。參照圖3和圖4，準(zhǔn)備組合襯底80P。組合襯底80P包括支撐部30和SiC襯底組 10。SiC襯底組10包括SiC襯底11 (第一碳化硅襯底)和SiC襯底12 (第二碳化硅襯底)。SiC襯底11具有與支撐部30相連接的第一背面Bi、與第一背面Bl相反的第一正面 Fl以及連接第一背面Bl和第一正面Fl的第一側(cè)面Sl。SiC襯底12 (第二碳化硅襯底)具有與支撐部30相連接的第二背面B2、與第二背面B2相反的第二正面F2以及連接第二背面 B2和第二正面F2的第二側(cè)面S2。第二側(cè)面S2被設(shè)置成使得在第一正面Fl和第二正面F2 之間具有開口 CR的間隙GP被形成在第一側(cè)面Sl和第二側(cè)面S2之間。參照圖5，在第一正面Fl和第二正面F2上形成硅層70，以便在開口 CR上方覆蓋間隙GP。例如，可以使用化學(xué)氣相沉積法、蒸發(fā)法或?yàn)R射法作為其形成方法。參照圖6，將硅層70加熱至等于或高于其熔點(diǎn)的溫度，并且因此硅層70熔融。因此，將由此熔融的硅經(jīng)由開口 CR引入到間隙GP中。優(yōu)選地，該加熱溫度是2200°C或更低。另外，參照圖7，作為引入熔融的硅的結(jié)果，硅連接部BDp (圖7)被形成以封閉間隙 GP (圖6)的開口 CR，并因此將第一側(cè)面Sl和第二側(cè)面S2彼此連接。然后，將硅連接部BDp加熱至不低于1700°C且不高于2500°C的溫度。因此，至少一部分硅連接部BDp被碳化。參照圖8，作為碳化的結(jié)果，由碳化硅制成的碳化硅連接部Bda被形成為連接第一側(cè)面Sl和第二側(cè)面S2以便封閉開口 CR。SiC襯底11和12中的每個襯底中的碳元素有助于該碳化。另外，在進(jìn)行碳化的同時，至少一部分硅層70被碳化以形成碳化層72。
優(yōu)選地，在這個碳化步驟中，向硅層70和硅連接部BDp(圖7)供應(yīng)含有碳元素的氣體。該碳元素有助于碳化?？捎玫氖纠詺怏w是丙烷或乙炔。參照圖9，去除碳化層72，以暴露第一正面Fl和第二正面F2。例如，可以使用化學(xué)-機(jī)械拋光法作為其去除方法。以此方式，得到半導(dǎo)體襯底80a (圖2)。根據(jù)本實(shí)施例，如圖2中所示，通過連接部分30將SiC襯底11和SiC襯底12組合為一個半導(dǎo)體襯底80a。半導(dǎo)體襯底80a包括SiC襯底的各個第一正面Fl和第二正面 F2作為其上面將形成諸如晶體管的半導(dǎo)體器件的襯底表面。換言之，與單獨(dú)使用SiC襯底 11和SiC襯底12中的任何SiC襯底的情況相比，半導(dǎo)體襯底80a具有更大的襯底表面。因此，半導(dǎo)體襯底80a允許有效率地制造半導(dǎo)體器件。另外，在制造半導(dǎo)體襯底80a的過程中，由碳化硅連接部BDa(圖2、封閉組合襯底 80P (圖4)的第一正面Fl和第二正面F2之間的開口 CR。因此，第一正面Fl和第二正面F2 平滑地彼此連接。如此，在使用半導(dǎo)體襯底80a制造半導(dǎo)體器件的過程中，將造成良率降低的外來物不太可能積聚在第一正面Fl和第二正面F2之間。因此，使用半導(dǎo)體襯底80a，允許以高良率制造半導(dǎo)體器件。另外，碳化硅連接部BDa由碳化硅制成，并且因此具有的耐熱性與SiC襯底11和 SiC襯底12的耐熱性一樣高。因此，碳化硅連接部BDa能夠耐受在使用SiC襯底制造半導(dǎo)體器件的過程中通常施加的溫度。應(yīng)該注意，優(yōu)選地，硅層70 (圖5)具有的厚度大于0. 1 μ m且小于1mm。如果其厚度為0. 1 μ m或更小，則引入到間隙GP中的硅量太少，這會造成硅連接部BDp (圖7)的厚度太小或者造成開口 CR中的硅連接部BDp不連續(xù)。另一方面，如果硅層70的厚度為Imm或更大，則第一正面Fl和第二正面F2有可能由于碳化步驟中與硅層70反應(yīng)而變得粗糙，或者去除碳化層72(圖8)會花費(fèi)太長的時間。另外，在形成硅連接部BDp (圖7)之后，可以去除第一正面Fl和第二正面F2上的至少一部分硅層70，然后可以執(zhí)行碳化步驟。因此，在通過形成足夠厚的硅層70而確定地形成硅連接部BDp的同時，可以防止第一正面Fl和第二正面F2由于在碳化步驟中與硅層 70反應(yīng)而變得粗糙。可以使用蝕刻法或化學(xué)-機(jī)械拋光法作為去除硅層70的方法。另外，在上述制造方法中，去除碳化層72。然而，在碳化層72能夠用于制造半導(dǎo)體器件的情況下，可以保留碳化層72。(第二實(shí)施例)同樣，在本實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底的制造方法中，如第一實(shí)施例一樣，準(zhǔn)備組合襯底80P (圖3、圖4)。為了便于描述，可以只說明組合襯底80P中提供的SiC襯底11-19中的SiC襯底11和12，但是相同的說明也應(yīng)用于SiC襯底13-19。參照圖10，在處理腔室(未示出)中，在坩鍋41中包含由固體Si形成的Si材料 21。另外，坩鍋41被容納在源材料加熱構(gòu)件42中。優(yōu)選地，處理腔室中的氣氛是惰性氣體。另外，可以使用任何加熱構(gòu)件作為源材料加熱構(gòu)件42，只要它能夠加熱目標(biāo)對象即可。例如，加熱構(gòu)件能夠是采用石墨加熱器的電阻加熱型或者是電感加熱型。接著，通過源材料加熱構(gòu)件42來加熱Si材料21，以達(dá)到或超過Si的熔點(diǎn)，由此熔融Si材料21。參照圖11，通過熔融，形成Si熔融物22。如附圖中箭頭所指示的，將組合襯底80P的開口 CR浸沒在Si熔融物22中。主要參照圖12，作為浸入的結(jié)果，熔融物22與組合襯底80P的正面Fl和F2接觸， 并且熔融物22從開口 CR被引入到間隙GP中。因此，形成與硅層70和硅連接部BDp (圖7) 相類似的結(jié)構(gòu)。然后，將組合襯底80P從熔融物22 (圖12)中拉出。此后，優(yōu)選地，去除第一正面Fl和第二正面F2(圖7)上存在的至少一部分硅層 70。更優(yōu)選地，硅層70的厚度適于為100 μ m或更薄。因此，可以防止第一正面Fl和第二正面F2由于在碳化步驟中與硅層70反應(yīng)而變粗糙。例如，可以使用蝕刻法或化學(xué)-機(jī)械拋光法作為去除硅層70的方法。接著，執(zhí)行與第一實(shí)施例中的碳化步驟相類似的碳化步驟，由此得到本實(shí)施例的半導(dǎo)體襯底，其與半導(dǎo)體襯底80a(圖2、相類似。根據(jù)本實(shí)施例，與第一實(shí)施例不同，可以通過熔融生長法來形成硅連接部BDp (圖 7)。(第三實(shí)施例)在本實(shí)施例中，以下充分描述在第一實(shí)施例中使用的組合襯底80P(圖3、圖4) 的制造方法中支撐部30由碳化硅制成的特定情況。為了便于描述，可以只說明SiC襯底 11-19(圖3、圖4)中的SiC襯底11和12，但是相同的說明也應(yīng)用于SiC襯底13-19。參照圖13，準(zhǔn)備均具有單晶結(jié)構(gòu)的SiC襯底11和12。具體來講，例如，通過沿著 (03-38)面切割在六方晶系中的(0001)面生長的SiC晶錠來準(zhǔn)備SiC襯底11和12。優(yōu)選地，背面Bl和B2中的每個具有的粗糙度Ra不超過100 μ m。接著，將SiC襯底11和12放置在處理腔室中的第一加熱構(gòu)件81上，使背面Bl和 B2中的每個在一個方向(圖13中向上)上暴露。S卩，當(dāng)在平面圖上觀察時，SiC襯底11和 12并排布置。優(yōu)選地，通過將背面Bl和B2設(shè)置在同一平坦面上或者通過將第一正面Fl和第二正面F2設(shè)置在同一平坦面上來完成這種布置。另外，SiC襯底11和12之間的最小間隔(圖13中在橫向方向上的最小間隔)優(yōu)選地為5mm或更小，更優(yōu)選地為Imm或更小，并且進(jìn)一步優(yōu)選地為100 μ m或更小，并且特別優(yōu)選地為IOym或更小。具體來講，例如，具有相同矩形形狀的襯底被布置成矩陣的形式， 并且其間間隔為Imm或更小。接著，采用以下方式來形成支撐部30(圖幻以將背面Bl和Β2彼此連接。首先，在一個方向(圖13中向上)上暴露的背面Bl和Β2中的每個和相對于背面 Bl和Β2設(shè)置在一個方向(圖13中向上)上的固體源材料20的表面SS被布置成面對面并且其間設(shè)置間隔D1。優(yōu)選地，間隔Dl具有的平均值不小于1 μ m且不大于1cm。固體源材料20由SiC制成，并且優(yōu)選地為一片碳化硅的固體物，具體來講，例如是 SiC晶片。固體源材料20在SiC的晶體結(jié)構(gòu)中不受具體限制。另外，優(yōu)選地，固體源材料 20的表面SS具有的粗糙度Ra為Imm或更小。為了更確定地設(shè)置間隔Dl (圖13)，可以使用的隔離器83(圖16)，每個隔離器83 具有與間隔Dl相對應(yīng)的高度。當(dāng)間隔Dl的平均值大致為100 μ m時，這種方法尤其有效。接著，通過第一加熱構(gòu)件81，將SiC襯底11和12加熱至預(yù)定的襯底溫度。另一方面，通過第二加熱構(gòu)件82，將固體源材料20加熱至預(yù)定的源材料溫度。當(dāng)由此將固體源材
8料20加熱至源材料溫度時，SiC在固體源材料表面SS處升華以產(chǎn)生升華物，即氣體。將由此產(chǎn)生的氣體在一個方向(圖13中向上)上供應(yīng)到背面Bl和B2之上。優(yōu)選地，將襯底溫度設(shè)定成低于源材料溫度。更優(yōu)選地，將襯底溫度與源材料溫度之間的差設(shè)定為使在SiC襯底11、12和固體源材料20中的每個的厚度方向(圖13中的垂直方向)上的溫度梯度不小于0. rc /mm且不大于100°C /mm。更優(yōu)選地，襯底溫度不低于 1800°C且不高于 2500°C。參照圖14，如上所述供應(yīng)的氣體被固化，并且因此在背面Bl和B2中的每個上再結(jié)晶。以此方式，支撐部30p被形成為將背面Bl和B2彼此連接。另外，固體源材料20(圖 13)被消耗并且其尺寸減小以成為固體源材料20p。主要參照圖15，隨著升華的進(jìn)行，固體源材料20p (圖14)用完。以此方式，支撐部 30被形成為將背面Bl和B2彼此連接。在形成支撐部30時，優(yōu)選地，通過降低大氣壓力來得到在處理腔室中的氣氛。優(yōu)選地，氣氛壓力高于10-1 且低于104Pa。上述的氣氛可以是惰性氣體氣氛?？捎玫氖纠远栊詺怏w是諸如He或Ar的稀有氣體；氮?dú)猓换蛳∮袣怏w和氮?dú)獾幕旌蠚怏w。當(dāng)使用混合氣體時，例如，氮?dú)獾谋壤秊?0%。 另外，處理腔室中的壓力優(yōu)選地為或更低，并且更優(yōu)選地為lOltfa或更低。另外，優(yōu)選地，支撐部30具有單晶結(jié)構(gòu)。更優(yōu)選地，背面Bl上的支撐部30具有的晶面相對于背面Bl的晶面傾斜10°或更小，并且背面B2上的支撐部30的晶面相對于背面B2的晶面傾斜10°。通過在背面Bl和B2上外延生長支撐部30，可以容易地實(shí)現(xiàn)這些角度關(guān)系。SiC襯底11、12中的每個的晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)選地為六方晶系，并且更優(yōu)選地為4H_SiC 或6H-SiC。此外，優(yōu)選地，SiC襯底11、12和支撐部30由具有相同晶體結(jié)構(gòu)的SiC單晶制成。另外，優(yōu)選地，SiC襯底11、12中的每個中的濃度不同于支撐部30的雜質(zhì)濃度。更優(yōu)選地，支撐部30具有的雜質(zhì)濃度高于SiC襯底11、12中的每個的雜質(zhì)濃度。應(yīng)該注意， 例如，SiC襯底11、12中的每個的雜質(zhì)濃度為不小于5X IO16CnT3且不大于5X IO19CnT3。另外，例如，支撐部30的雜質(zhì)濃度不小于5 X IO16CnT3且不大于5X 1021cm_3。例如，可以使用氮或磷作為雜質(zhì)。另外，優(yōu)選地，第一正面Fl相對于SiC襯底11的{0001}面具有的偏離角為50° 或更大且65°或更小，并且第二正面F2相對于SiC襯底的{0001}面具有的偏離角為50° 或更大且65°或更小。更優(yōu)選地，第一正面Fl的偏離取向與SiC襯底11的<1-100>方向形成5°或更小的角度，并且第二正面F2的偏離取向與襯底12的<1-100>方向形成5°或更小的角度。另外，第一正面Fl在SiC襯底11的<1-100>方向上相對于{03-38}面具有的偏離角優(yōu)選地不小于-3°且不大于5°，并且第二正面F2在SiC襯底12的<1-100>方向上相對于{03-38}面具有的偏離角優(yōu)選地不小于-3°且不大于5°。應(yīng)該注意，“第一正面Fl在<1-100>方向上相對于{03-38}面的偏離角”是指第一正面Fl的法線對由<1-100>方向和<0001〉方向限定的投影面的正交投影與{03-38}面的法線所形成的角度。正值的符號對應(yīng)于正交投影接近平行于<ι-ιοο>方向的情況，而負(fù)值
9的符號對應(yīng)于正交投影接近平行于<0001〉方向的情況。對于“第二正面F2在<1-100>方向上相對于103-38}面的偏離角”，這是類似的。另外，第一正面Fl的偏離取向與襯底11的<11-20>形成5°或更小的角度。第二正面F2的偏離取向與襯底12的<11-20>形成5°或更小的角度。根據(jù)本實(shí)施例，由于背面Bl和B2上形成的支撐部30如同SiC襯底11和12—樣也由SiC制成，因此SiC襯底和支撐部30的物理特性相互接近。因此，組合襯底80P (圖3、 圖4)或半導(dǎo)體襯底80a(圖1、圖幻由于其間的物理特性差異導(dǎo)致的翹曲或裂縫可以得到抑制。另外，通過利用升華法，允許以高質(zhì)量來快速形成支撐部30。當(dāng)由此利用的升華法是近間隔升華法(close-spaced sublimation method)時，可以更均勻地形成支撐部30。另外，當(dāng)背面Bl和B2中的每個與固體源材料20的表面之間的間隔Dl (圖13)的平均值為Icm或更小時，可以降低支撐部30的膜厚度分布。只要間隔Dl的平均值為1 μ m 或更大，則可以充分地確保用于SiC升華的空間。同時，在形成支撐部30 (圖7)的步驟中，SiC襯底11和12的溫度被設(shè)定成低于固體源材料20 (圖13)的溫度。這使升華的SiC有效率地固化在SiC襯底11和12上。另外，優(yōu)選地，執(zhí)行放置SiC襯底11和12的步驟，以使SiC襯底11和12之間的最小間隔為Imm或更小。因此，支撐部30能夠被形成為更確定地將SiC襯底11的背面Bl 和SiC襯底12的背面B2彼此連接。另外，優(yōu)選地，支撐部30具有單晶結(jié)構(gòu)。因此，支撐部30具有的物理特性接近于均具有單晶結(jié)構(gòu)的SiC襯底11和12的物理特性。更優(yōu)選地，背面Bl上的支撐部30具有的晶面相對于背面Bl的晶面傾斜10°或更小。另外，背面B2上的支撐部30具有的晶面相對于背面B2的晶面傾斜10°或更小。因此，支撐部30具有的各向異性接近于SiC襯底11和12中的每個的各向異性。另外，優(yōu)選地，SiC襯底11、12中的每個具有的雜質(zhì)濃度不同于支撐部30的雜質(zhì)濃度。因此，所得到的半導(dǎo)體襯底80&(圖幻可以具有雜質(zhì)濃度不同的兩層結(jié)構(gòu)。此外，優(yōu)選地，支撐部30中的雜質(zhì)濃度高于SiC襯底11、12中的每個中的雜質(zhì)濃度。這使支撐部30的電阻率小于SiC襯底11和12的電阻率。因此，所得到的半導(dǎo)體襯底 80a能夠適用于制造其中電流在支撐部30的厚度方向上流動的半導(dǎo)體器件，即，垂直型半導(dǎo)體器件。同時，優(yōu)選地，第一正面Fl相對于SiC襯底11的{0001}面具有的偏離角為不小于50°且不大于65°，并且第二正面F2相對于SiC襯底的{0001}面具有的偏離角為不小于50°且不大于65°。與其中第一正面Fl和第二正面F2中的每個對應(yīng)于{0001}面的情況相比，這實(shí)現(xiàn)了第一正面Fl和第二正面F2中的每個中的溝道遷移率進(jìn)一步提高。更優(yōu)選地，第一正面Fl的偏離取向與SiC襯底11的<1-100>方向形成不大于5° 的角度，并且第二正面F2的偏離取向與襯底12的<1-100>方向形成不大于5°的角度。這實(shí)現(xiàn)了第一正面Fl和第二正面F2中的每個中的溝道遷移率進(jìn)一步提高。另外，第一正面Fl在SiC襯底11的<1-100>方向上相對于{03-38}面具有的偏離角優(yōu)選地不小于-3°且不大于5°，并且第二正面F2在SiC襯底12的<1-100>方向上相對于103-38}面具有的偏離角優(yōu)選地不小于-3°且不大于5°。這實(shí)現(xiàn)了第一正面Fl和第二正面F2中的每個中的溝道遷移率進(jìn)一步提高。另外，優(yōu)選地，第一正面Fl的偏離取向與SiC襯底11的<11-20>方向形成不大于 5°的角度，并且第二正面F2的偏離取向與SiC襯底12的<11-20>方向形成不大于5°的角度。與第一正面Fl和第二正面F2中的每個對應(yīng)于{0001}面的情況相比，這實(shí)現(xiàn)了第一正面Fl和第二正面F2中的每個中的溝道遷移率進(jìn)一步提高。在以上的描述中，以SiC晶片作為固體源材料20的例子，但是固體源材料20不限于此并且例如可以是SiC粉末或SiC燒結(jié)緊致物。另外，可以使用任何加熱構(gòu)件作為第一加熱構(gòu)件81和第二加熱構(gòu)件82，只要它們能夠加熱目標(biāo)對象即可。例如，加熱構(gòu)件可以是采用石墨加熱器的電阻加熱型或者是電感加熱型。同時，在圖13中，在背面Bl和B2中的每個與固體源材料20的表面SS之間設(shè)置整個沿其延伸的間隔。然而，可以在背面Bl和B2中的每個與固體源材料20的表面SS之間設(shè)置間隔，同時背面Bl和B2中的每個與固體源材料20的表面SS部分地彼此接觸。以下描述對應(yīng)于這種情況的兩個變型。參照圖17，在這個變型中，通過將用作固體源材料20的SiC晶片翹曲來確保間隔。 更具體來講，在本變型中，設(shè)置了局部為零但確實(shí)具有的平均值超過零的間隔D2。另外，如同間隔Dl的平均值一樣，優(yōu)選地，間隔D2具有的平均值不小于Iym且不大于1cm。參照圖18，在這個變型中，通過將SiC襯底11-13中的每個翹曲來確保間隔。更具體來講，在本變型中，設(shè)置了局部為零但實(shí)際具有的平均值超過零的間隔D3。另外，如同間隔Dl的平均值一樣，優(yōu)選地，間隔D3具有的平均值不小于1 μ m且不大于1cm。另外，可以通過圖17和圖18中所示的各個方法的組合，即通過將用作固體源材料 20的SiC晶片翹曲以及將SiC襯底11-13中的每個翹曲這兩者，來確保間隔。當(dāng)間隔的平均值不大于100 μ m時，圖17和圖18中所示的上述每個方法或這些方法的組合尤其有效。(第四實(shí)施例)參照圖19，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件100是垂直型DiMOSFET (雙注入金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)，并且具有半導(dǎo)體襯底80a、緩沖層121、反向擊穿電壓保持層122、p區(qū) 123、n+區(qū)124,p+區(qū)125、氧化物膜126、源電極111、上源電極127、柵電極110和漏電極112。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底80a具有η型導(dǎo)電類型，并且如第一實(shí)施例中所述，其具有支撐部30和SiC襯底11。漏電極112設(shè)置在支撐部30上，以將支撐部30插入在漏電極112和SiC襯底11之間。緩沖層121設(shè)置在SiC襯底11上，以將SiC襯底11插入在緩沖層121和支撐部30之間。緩沖層121具有η型導(dǎo)電類型，并且其具有的厚度為例如0. 5 μ m。另外，緩沖層 121中的具有η型導(dǎo)電類型的雜質(zhì)具有的濃度為例如5X1017cnT3。反向擊穿電壓保持層122形成在緩沖層121上，并且其由具有η型導(dǎo)電類型的碳化硅來制成。例如，反向擊穿電壓保持層122具有的厚度為ΙΟμπι，并且其包括濃度為 5 X IO15CnT3的η型導(dǎo)電雜質(zhì)。反向擊穿電壓保持層122具有如下的表面，在所述表面中，形成ρ型導(dǎo)電類型的多個P區(qū)123并且其間具有間隔。在P區(qū)123中的每個中，在P區(qū)123的表面層處形成η+區(qū)124。另外，在與η+區(qū)IM相鄰的位置處，形成ρ+區(qū)125。氧化物膜1 被形成為在一個ρ 區(qū)123中的η+區(qū)124、ρ區(qū)123、反向擊穿電壓保持層122在兩個ρ區(qū)123之間的暴露部分、 另一個ρ區(qū)123和所述另一個ρ區(qū)123中的η+區(qū)IM上延伸。在氧化物膜1 上，形成柵電極110。另外，在n+區(qū)124和ρ+區(qū)125上，形成源電極111。在源電極111上，形成上源電極127。在距離氧化物膜126與用作半導(dǎo)體層的n+區(qū)124、p+區(qū)125、ρ區(qū)123和反向擊穿電壓保持層122中的每個之間的界面不超過IOnm的區(qū)域中，氮原子濃度的最大值為 IX IO21CnT3或更大。這實(shí)現(xiàn)了尤其在氧化物膜1 下方的溝道區(qū)(在η+區(qū)124中的每個和反向擊穿電壓保持層122之間的、每個ρ區(qū)123與氧化物膜126的接觸部分)中的遷移率提尚。以下描述制造半導(dǎo)體器件100的方法。應(yīng)該注意，圖21至圖M只示出在SiC襯底11至19 (圖1)中的Si襯底11附近進(jìn)行的步驟，但是在SiC襯底12至19中的每個附近執(zhí)行相同的步驟。首先，在襯底準(zhǔn)備步驟(步驟SllO 圖20)中，準(zhǔn)備半導(dǎo)體襯底80a(圖1和圖2)。 半導(dǎo)體襯底80a具有η型導(dǎo)電類型。參照圖21，在外延層形成步驟(步驟S120 圖20)中，如下地形成緩沖層121和反向擊穿電壓保持層122。首先，在半導(dǎo)體襯底80a的SiC襯底11上，形成緩沖層121。緩沖層121由具有η 型導(dǎo)電類型的碳化硅制成，并且例如，其是具有的厚度為0. 5μπι的外延層。緩沖層121具有的導(dǎo)電雜質(zhì)的濃度為例如5X1017cm_3。接著，在緩沖層121上形成反向擊穿電壓保持層122。具體來講，使用外延生長法來形成由具有η型導(dǎo)電類型的碳化硅制成的層。例如，反向擊穿電壓保持層122具有的厚度為ΙΟμπι。另外，反向擊穿電壓保持層122包括濃度為例如5 X IO15CnT3的η型導(dǎo)電類型的雜質(zhì)。參照圖22，執(zhí)行注入步驟(步驟S130 圖20)，以如下地形成ρ區(qū)123、η+區(qū)124和 η+區(qū)1邪。首先，將ρ型導(dǎo)電類型的雜質(zhì)選擇性地注入到反向擊穿電壓保持層122的一部分中，由此形成P區(qū)123。然后，將η型導(dǎo)電雜質(zhì)選擇性地注入到預(yù)定區(qū)域中，以形成η+區(qū)124， 并且將ρ型導(dǎo)電雜質(zhì)選擇性地注入到預(yù)定區(qū)域中，以形成P+區(qū)125。應(yīng)該注意，使用由例如氧化物膜形成的掩模來執(zhí)行這種選擇性注入雜質(zhì)的步驟。在這種注入步驟之后，執(zhí)行激活退火工藝。例如，在氬氣氛中、1700°C C的加熱溫度下執(zhí)行退火30分鐘。參照圖23，執(zhí)行柵絕緣膜形成步驟(步驟S140 圖20)。具體來講，氧化物膜1 被形成為覆蓋反向擊穿電壓保持層122、ρ區(qū)123、n+區(qū)124和p+區(qū)125?？梢酝ㄟ^干法氧化(熱氧化)形成氧化物膜126。例如，用于進(jìn)行干法氧化的條件如下加熱溫度為1200°C 且加熱時間為30分鐘。此后，執(zhí)行氮退火步驟(步驟S150)。具體來講，在一氧化氮(NO)氣氛中執(zhí)行退火工藝。例如，用于進(jìn)行這個工藝的條件如下加熱溫度為1100°c且加熱時間為120分鐘。 結(jié)果，在氧化物膜126與反向擊穿電壓保持層122、ρ區(qū)123、n+區(qū)IM和p+區(qū)125中的每個之間的界面附近引入氮原子。應(yīng)該注意，在使用一氧化氮進(jìn)行退火步驟之后，可以使用作為惰性氣體的氬(Ar) 氣體來執(zhí)行附加的退火工藝。例如，用于進(jìn)行這個工藝的條件如下加熱溫度為1100°c且加熱時間為60分鐘。參照圖M，采用以下方式來執(zhí)行電極形成步驟(步驟S160 圖20)，以形成源電極 111和漏電極112。首先，使用光刻法，在氧化物膜1 上形成具有圖案的抗蝕劑膜。使用抗蝕劑膜作為掩模，通過蝕刻來去除氧化物膜126中的位于η+區(qū)IM和ρ+區(qū)125上方的部分。以此方式，在氧化物膜126中形成開口。接著，在開口中的每個中，導(dǎo)電膜被形成為接觸η+區(qū)IM 和P+區(qū)125中的每個。然后，去除抗蝕劑膜，由此去除導(dǎo)電膜的位于抗蝕劑膜上的部分(剝離)。這個導(dǎo)電膜可以是金屬膜，例如，可以由鎳(Ni)制成。作為剝離的結(jié)果，形成源電極 111。應(yīng)該注意，在這種情形下，優(yōu)選地執(zhí)行用于合金化的熱處理。例如，在作為惰性氣體的氬(Ar)氣氛中、在950°C的加熱溫度下執(zhí)行熱處理2分鐘。再次參照圖19，在源電極111上形成上源電極127。另外，在半導(dǎo)體襯底80的背面上形成漏電極112。另外，在氧化物膜1 上形成柵電極110。以此方式，得到半導(dǎo)體器件 100。應(yīng)該注意，可以采用與本實(shí)施例的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的構(gòu)造。即，可以采用其中ρ型和η型相互替代的構(gòu)造。另外，盡管將垂直型DiMOSFET作為例子，但可以使用本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底制造另外的半導(dǎo)體器件。例如，可以制造RESURF-JFET(減小表面場-結(jié)型場效應(yīng)晶體管)或肖特基二極管。(附錄1)用以下的制造方法來制造本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底。提供具有支撐部以及第一和第二碳化硅襯底的組合襯底。所述第一碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第一背面、相對于所述第一背面相反的第一正面以及連接所述第一背面和所述第一正面的第一側(cè)面。所述第二碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第二背面、相對于所述第二背面相反的第二正面以及連接所述第二背面和所述第二正面的第二側(cè)面。所述第二側(cè)面被設(shè)置成使得在所述第一正面和所述第二正面之間具有開口的間隙被形成在所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面之間。硅連接部被形成為連接所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面，以便通過將來自所述開口的熔融的硅引入到所述間隙來封閉所述開口。碳化硅連接部被形成為連接所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面，以便通過對所述硅連接部進(jìn)行碳化來封閉所述開口。(附錄2)使用通過以下制造方法制造的半導(dǎo)體襯底來制造本發(fā)明的半導(dǎo)體器件。提供具有支撐部以及第一和第二碳化硅襯底的組合襯底。所述第一碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第一背面、相對于所述第一背面相反的第一正面以及連接所述第一背面和所述第一正面的第一側(cè)面。所述第二碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第二背面、相對于所述第二背面相反的第二正面以及連接所述第二背面和所述第二正面的第二側(cè)面。所述第二側(cè)面被設(shè)置成使得在所述第一正面和所述第二正面之間具有開口的間隙被形成在所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面之間。通過將來自所述開口的熔融的硅引入到所述間隙，來形成硅連接部，以連接所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面以便封閉所述開口。通過對所述硅連接部進(jìn)行碳化來形成碳化硅連接部，以連接所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面以便封閉所述開口。本文公開的這些實(shí)施例就任何方面而言都是示例性的并非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書的條款而非上述實(shí)施例來限定，并且旨在包括與權(quán)利要求的條款等價的范圍和含義內(nèi)的任何修改。工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明中的制造半導(dǎo)體襯底的方法可尤其有利地應(yīng)用于制造包括由具有單晶結(jié)構(gòu)的碳化硅制成的部分的半導(dǎo)體襯底的方法。附圖標(biāo)記的描述BDa 碳化硅連接部；BDp 硅連接部；10 :SiC襯底組；IOa 被支撐部；11 :SiC襯底 (第一碳化硅襯底)；12:SiC襯底(第二碳化硅襯底)；13-19:SiC襯底；20、20p:固體源材料；21 =Si材料；22 硅熔融物30、30p 支撐部；70 硅層；72 碳化層；80a 半導(dǎo)體襯底； 80P 組合襯底；81 第一加熱構(gòu)件；82 第二加熱構(gòu)件；100 半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1 一種制造半導(dǎo)體襯底的方法，包括以下步驟準(zhǔn)備組合襯底，所述組合襯底具有支撐部(30)以及第一和第二碳化硅襯底(11，12)， 所述第一碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第一背面、相對于所述第一背面相反的第一正面(Fl)、以及連接所述第一背面和所述第一正面的第一側(cè)面(Si)，所述第二碳化硅襯底具有與所述支撐部相連接的第二背面、相對于所述第二背面相反的第二正面(^)、以及連接所述第二背面和所述第二正面的第二側(cè)面(S2)，所述第二側(cè)面被設(shè)置成使得在所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面之間形成間隙，所述間隙具有在所述第一正面和所述第二正面之間的開口 ；通過將熔融的硅從所述開口引入到所述間隙來形成用于連接所述第一和第二側(cè)面以便封閉所述開口的硅連接部(BDp)；以及通過碳化所述硅連接部來形成用于連接所述第一和第二側(cè)面以便封閉所述開口的碳化硅連接部(BDa)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體襯底的方法，其中，形成所述碳化硅連接部的步驟包括為所述硅連接部供應(yīng)含有碳元素的氣體的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體襯底的方法，還包括在形成所述碳化硅連接部的步驟之后露出所述第一和第二正面的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體襯底的方法，還包括在形成所述硅連接部的步驟之后且在形成所述碳化硅連接部的步驟之前，對所述第一和第二正面進(jìn)行拋光的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體襯底的方法，其中，形成所述硅連接部的步驟包括以下步驟在所述開口上方設(shè)置用于覆蓋所述間隙的硅層(70)；以及熔融所述硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造半導(dǎo)體襯底的方法，其中，使用化學(xué)氣相沉積法、蒸發(fā)法和濺射法中的任意一種來進(jìn)行設(shè)置所述硅層的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體襯底的方法，其中，形成所述硅連接部的步驟包括以下步驟準(zhǔn)備熔融的硅02)；以及將所述開口浸入到所述熔融的硅中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體襯底的方法，其中，所述支撐部由碳化硅制成。
全文摘要
在提供的用于制造半導(dǎo)體襯底的方法中，準(zhǔn)備具有支撐部(30)和第一和第二碳化硅襯底(11，12)的組合襯底。所述第一碳化硅襯底(11)具有第一正面和第一側(cè)面(S1)。所述第二碳化硅襯底具有第二正面和第二側(cè)面(S2)。所述第二側(cè)面(S2)被設(shè)置成使得在所述第一和第二正面(F1，F(xiàn)2)之間具有開口的間隙被形成在所述第一和第二側(cè)面(S1，S2)之間。經(jīng)由所述開口將熔融的硅引入到所述間隙，形成硅連接部(BDp)，所述硅連接部(BDp)連接所述第一和第二側(cè)面(S1，S2)以便封閉所述開口。通過對所述硅連接部(BDp)進(jìn)行碳化，形成碳化硅連接部(BDa)。
文檔編號H01L21/02GK102388433SQ20108001589
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者佐佐木信, 沖田恭子, 原田真, 并川靖生, 西口太郎 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社