Brevet FR2744837A1 — publié le 19970814

La présente invention concerne un dispositif à semi-conducteur en carbure de silicium, tel qu'un transistor à effet de champ du type à grille isolée verticale de haute puissance, et un procédé pour sa fabrication. Ces dernières années, on a conçu des transistors à effet de champ à grille isolée par oxyde métallique (MOSFET) verticaux de puissance, qu'on construit en utilisant des matières monocristallines en carbure de silicium comme transistors de puissance. Les transistors de puissance doivent avoir un faible courant de fuite entre la source et le drain pour les états non-passants de la grille, et une faible résistance entre la source et le drain pour les états passants (résistance à l'état passant), et des transistors de puissance conçus pour profiter effectivement de la caractéristique électronique du carbure de silicium à cristaux hexagonaux pour un courant de fuite réduit et une résistance réduite à l'état passant lors des périodes d'application de hautes tensions ont été proposés sous la forme des MOSFET de puissance du type grille à tranchée représentés dans les figures 1 et 2 (par exemple, publication du brevet japonais non examiné N 7-131016) et du dispositif à semi-conducteur en carbure de silicium représenté en figure 3 qui a pour objet de fournir tant une tension de seuil réduite qu'une tension de rupture accrue entre la grille et le drain et entre la grille et la source (par exemple, demande de brevet japonais N 7-72026 de la demanderesse). On expliquera tout d'abord la publication du brevet japonais non examiné N 7-131016. Le MOSFET de puissance du type à grille à tranchée représenté en figures 1 et 2 est construit de façon que le trajet du courant circulant entre la source et le drain soit parallèle au plan {0001} et le plan 26 de formation de canal est situé dans une direction parallèle au plan {1120}. La raison en est que la masse effective des électrons dans la direction perpendiculaire à [0001], c'est-à-dire dans le plan {0001}, est d'environ 1/5 de celle dans la direction [0001] et la mobilité des électrons dans le plan {0001} est par conséquent environ fois celle des électrons dans la direction [0001]; ainsi, lorsque le trajet du courant est parallèle au plan {0001}, il est possible de rendre minimale la résistance électrique opposée au courant. Une combinaison atomique libre est également présente sur la section formant le canal MOS, mais la densité dépend de l'orientation planaire. On pense qu'une corrélation existe entre cette densité de la combinaison atomique libre et le courant de fuite, et par conséquent le courant de fuite est déterminé sur la base de l'orientation planaire du plan de formation du canal. Dans le brevet japonais N 7-131016, le plan {1120} avec le courant de fuite minimum est utilisé comme plan de formation du canal. La construction concrète représentée en figure 2 comporte le substrat de semi-conducteur 20 avec la surface principale en regard du plan {1100}, dans lequel sont successivement laminées une couche 21 d'une tranche du type n+, une couche de drain 22 de type n- et une couche de puits 23 du type p, avec une couche de source 24 de type n formée sur une partie de la surface de la couche de puits 23 de type p. et une tranchée 25 formée dans la section o est elle-même formée la couche de source 24 du type n. La tranchée 25 court à partir de la couche de source 24 du type n en passant par la couche de puits 23 du type p atteignant la couche de drain 22 du type n- et présente la forme d'un long parallélépipède rectangulaire de faible épaisseur qui découpe perpendiculairement la surface principale. La tranche 25 est formée de façon que le plan 26 de forma- tion de canal soit dans le plan {1120}. Un film isolant 3 2744837 27 est formé pour recouvrir approximativement les parois latérales exposées et le fond de la tranchée 25, et une électrode de grille 28 est située sur le côté supérieur du film isolant 27. De plus, une électrode de drain 29 est formée sur la surface de la couche 21 de la tranche du type n+ et une électrode de source 30 est formée sur la surface de la couche de puits 23 du type p et une partie de la surface de la couche de source 24 du type n- faisant la connexion avec cette surface. On expliquera maintenant la technique de la demande de brevet japonais No 7-72026. La figure 3 représente un MOSFET de puissance du type à grille à tranchée ayant une structure qui fait appel à la dépendance de l'épaisseur du film d'oxydation thermique vis-à-vis de l'orientation du plan. La vitesse d'oxydation du carbure de silicium à cristaux hexagonaux est la plus élevée sur la face de carbone (0001), et est égale à environ 5 fois celle du plan perpendiculaire à cette face. On peut utiliser cette caractéristique en faisant en sorte que la face de carbone (0001) soit la surface principale, et en rendant l'épaisseur du film d'oxydation de la surface et du fond 36b de la tranchée plus grande que celle du film d'oxydation des parois latérales 36a de la tranchée qui est le côté de formation du canal, et ainsi avec une simple étape de formation du film d'oxydation de grille il est possible de produire un MOSFET de puissance du type à grille à tranchée avec une tension plus faible du seuil de la grille et des tensions de rupture plus élevées entre grille et drain et grille et source. La construction concrète de la figure 3 comporte une couche épitaxiale 33 du type n qui est formée sur un substrat de semi-conducteur 32 en carbure de silicium du type n, avec sa surface principale sur la face de carbone (0001), une couche épitaxiale 34 du type p formée sur la couche épitaxiale 33 du type n, et une région de source 35 du type n formée sur une région prescrite de la couche épitaxiale 34 de type p. De plus, une tranchée 36 est formée qui court à travers la région de source 35 du type n et la couche épitaxiale 34 du type p atteignant la couche épitaxiale 33 du type n, avec une électrode de grille 38 formée dans la tranché 36 via un film 37 d'isolation de grille. Un film d'isolation 39 est formé sur le côté supérieur de l'électrode de grille 38 et un film 40 d'électrode de source est formé sur la région de source 35 du type n, incluant la zone située sur le film isolant 39. Lors de la formation des MOSFET représentés en figures 1, 2 et 3, la concentration en impuretés du côté de formation du canal est cependant commune aux zones de semi-conducteur (couche de puits 23 du type p en figure 2 et couche épitaxiale 34 du type p en figure 3) et par conséquent elles ont forcément la même concentration en impuretés. De plus, dans la conception des MOSFET de puissance, la concentration en impuretés et l'épaisseur du film des régions de semi-conducteur 23, 34, sont les paramètres de conception principaux pour la détermination de la tension de rupture source/drain alors que la concentration en impuretés du côté de formation du canal est le principal paramètre de conception pour déterminer la tension de seuil de la grille et la chute de tension dans le canal. Pour des MOSFET de puissance conçus pour une tension de rupture élevée, une faible résistance à l'état passant et une faible tension de seuil, il est important que le dispositif soit conçu de façon à permettre un contrôle indépendant des concentrations des impuretés dans les régions de semi-conducteur 23, 34 et le côté de formation du canal, et par conséquent, l'inaptitude à contrôler indépendamment les concentrations en impuretés des régions de semi-conducteur 23, 34 et du côté de formation du canal par des procédés classiques a soulevé un problème. Des MOSFET de puissance du type à grille à tranchée doivent avoir une diffusion superficielle très 2744837 minimale par des irrégularités sur la surface du côté de la formation du canal de manière à éviter la réduction de la mobilité dans le canal. Pour cette raison, les irrégularités sur les côtés de la tranchée qui forment la section à canal MOS doivent être réduites à une valeur minimale. La gravure par ions réactifs est généralement utilisée comme procédé pour former des tranchées dans les surfaces d'un semi-conducteur monocristallin, mais ce procédé produit aussi des défauts cristallins à proximité de la surface de la tranchée par les impacts des ions pendant la gravure, laissant une surface gravée très irrégulière. Bien que la section à canal MOS soit alors formée par une étape de formation d'un film d'oxydation de grille, les défauts des cristaux dans les sections du côté tranchée et les irrégularités superficielles, qui se produisent pendant l'étape de formation de la tranchée du procédé de gravure par ions réactifs demeurent même après l'étape de formation du film d'oxydation de la grille, débouchant sur des problèmes tels que l'affaiblissement de la caractéristique de la section à canal MOS, la réduction de la mobilité du canal, la réduction de la tension de rupture du film d'oxydation de la grille, le raccourcissement de la durée de vie du film d'oxydation de la grille, et l'augmentation du courant de fuite entre la source et le drain. En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir un dispositif à semi-conducteur en carbure de silicium qui présente une tension de seuil plus faible de la grille, une tension de rupture améliorée entre la grille et la source et entre la grille et le drain et un courant de fuite réduit pendant les états non-passants, ainsi qu'une réduction encore plus grande de la résistance à l'état passant et une fiabilité plus élevée du film d'oxydation de la grille. Pour atteindre l'objet précédent, la présente invention fournit un dispositif à semi- conducteur en carbure de silicium comprenant: un 6 2744837 substrat de semi-conducteur en carbure de silicium monocristallin hexagonal comprenant un empilage d'une première couche de semi- conducteur d'un premier type de conductivité, une seconde couche de semi- conducteur du premier type de conductivité ayant une résistance électrique supérieure à celle de la première couche de semi-conducteur et une troisième couche de semi- conducteur d'un second type de conductivité, dans cet ordre, la troisième couche de semi-conducteur ayant une surface principale d'une face de carbone avec une orientation de la face d'environ (0001); une région de semi-conducteur du premier type de conductivité formée dans une région prédéterminée de la troisième couche de semi-conducteur dans une couche contiguë à la surface principale de la troisième couche de semi-conducteur; une tranchée s'étendant à partir de la surface principale à travers ladite région de semi-conducteur et ladite troisième couche de semi-conducteur et atteignant ladite seconde couche de semi-conducteur, la tranchée ayant des parois latérales qui s'étendent dans la direction [1120]; une quatrième couche de semi-conduc- teur en carbure de silicium s'étendant sur les parois latérales de la région à semi-conducteur, la troisième couche de semi-conducteur et la seconde couche de semi- conducteur dans la tranchée, la quatrième couche de semi-conducteur ayant une surface; un film d'isolation de grille formé au moins sur la surface de la quatrième couche de semi-conducteur; une couche d'électrode de grille formée à l'intérieur du film d'isolation de grille dans la tranchée; une première couche d'électrode formée sur au moins une partie de la région à semi- conducteur; et une seconde couche d'électrode formée sur une surface de la première couche de semi-conducteur. Selon la présente invention, le substrat de semi-conducteur est du carbure de silicium monocristallin hexagonal avec une surface principale d'une face de c.arbone ayant l'orientation faciale d'environ (0001) alors que la tranchée s'étend dans la direction d'environ [1120], et une quatrième couche de semi-conducteur constituée d'un fin film de carbure de silicium est également située sur les côtés de la tranchée. Cette construction est appliquée, en formant une quatrième couche de semi-conducteur constituée d'un fin film de carbure de silicium contrôlé en matière de concentration des impuretés selon une manière épitaxiale sur les côtés de la tranchée formés par gravure, ce qui est suivi par l'oxydation thermique de sa surface afin de former une structure MOS, pour produire un canal dans la quatrième couche de semi- conducteur pour un contrôle indépendant dans la concentration en impuretés du côté de formation du canal et la concentration en impuretés de la troisième couche de semi-conducteur, et ainsi obtenir un dispositif à semi-conducteur en carbure de silicium avec une tension de rupture élevée, une faible résistance à l'état passant et une faible tension de seuil. En particulier, l'abaissement de la concentration en impuretés de la quatrième couche de semi-conducteur constituant le canal se traduit par une moins grande influence de la diffusion des impuretés alors que le porteur circule, d'o une plus grande mobilité du canal. De plus, étant donné que la tension de rupture source/ drain est largement commandée par la concentration en impuretés et l'épaisseur du film de la couche de semi- conducteur à résistance élevée (seconde couche de semi- conducteur) et la troisième couche de semi-conducteur, la concentration en impuretés de la troisième couche de semi-conducteur peut être augmentée alors que l'épaisseur de son film est réduite, la longueur du canal peut être raccourcie tout en maintenant une caractéristique élevée de la tension de rupture, et ainsi la résistance du canal peut être réduite avec la diminution de la résistance à l'état passant entre la source et le drain. En outre, étant donné que les côtés de la tranchée s'étendant approximativement 8 2744837 dans la direction [1120], le côté de formation du canal constitué de la quatrième couche de semi-conducteur comprenant le fin film de carbure de silicium peut être dans la direction [1120], et ainsi les irrégularités dans le côté de formation du canal peuvent être extrêmement réduites. Cela a été confirmé par la demanderesse dans des expériences sur la croissance épitaxiale du carbure de silicium. La croissance épitaxiale du carbure de silicium sur les côtés de la tranchée forme de façon caractéristique une surface extrêmement plate de manière sélective dans la direction [1120], et par conséquent l'interface MOS résultant de l'oxydation thermique de cette surface est également plate, et le côté de formation du canal a une moins grande diffusion superficielle du porteur et la mobilité du canal peut être ainsi extrêmement améliorée. De plus, la quatrième couche de semi- conducteur ne présente aucun défaut cristallin dû à l'impact des ions par le procédé de gravure par ions réactifs, et ainsi une perte de mobilité peut être évitée. L'épaisseur du film d'oxydation de la grille formé sur le côté de formation du canal est également uniforme, avec aucune concentration locale du champ électrique, et par conséquent la tension de rupture du film d'oxydation de la grille est améliorée, fournissant un dispositif à semi-conducteur en carbure de silicium extrêmement fiable ayant une durée de vie plus longue du film d'oxydation de la grille. Selon l'invention, la forme planaire des côtés de la paroi de la tranchée est hexagonale avec des angles intérieurs presque égaux, et par conséquent l'angle constitué par chacun des angles intérieurs de chaque côté de l'hexagone (côtés adjacents) est d'environ 120 . Ainsi, en plus de la fonction et de l'effet indiqués ci-dessus, lorsqu'une tension élevée est appliquée entre la source et le drain pendant les états non-passant:;, aucune rupture par avalanche ne se 9 2744837 produit qui est due à la concentration du champ électrique aux sections de semi-conducteur formées par la tranchée avec les côtés de forme hexagonale. En conséquence, la conception pour la tension de rupture entre la source et le drain peut être considérée comme étant la tension déterminée par la concentration en impuretés et l'épaisseur du film de la couche de semi- conducteur de résistance élevée (seconde couche de semi- conducteur) et de la troisième couche de semi- conducteur, pour permettre une réalisation présentant une tension de rupture élevée. Ainsi, avec la forme de la tranchée qui non seulement utilise la dépendance vis-à-vis de l'angle de la vitesse d'oxydation du carbure de silicium hexagonal cristallin par rapport au plan {OOO1} et la dépendance vis-à-vis de l'angle de la vitesse de croissance épitaxiale par rapport au plan {OOO1}, mais encore combine la dépendance vis-à-vis de l'orientation de la vitesse de la croissance épitaxiale dans le plan {OOO1}, il est possible d'obtenir une réduction de la tension de seuil de la grille, une amélioration de la tension de rupture entre la grille et la source et entre la grille et le drain et une réduction du courant de fuite pendant les états non-passants, ainsi qu'une nouvelle réduction de la résistance à l'état passant et une amélioration de la fiabilité du film d'oxydation de la grille. Selon la présente invention, on fournit aussi un procédé pour fabriquer un dispositif à semi- conducteur en carbure de silicium comprenant les étapes consistant à: faire croître épitaxialement, sur une première couche de semi- conducteur en carbure de silicium monocristallin hexagonal d'un premier type de conductivité, une seconde couche de semi-conducteur du premier type de conductivité ayant une résistance électrique supérieure à celle de la première couche de semi-conducteur, et une troisième couche de semi- conducteur d'un second type de conductivité, dans cet ordre, afin de former un substrat de semi-conducteur en 2744837 carbure de silicium monocristallin hexagonal comprenant les première à troisième couches de semi-conducteur, la troisième couche de semiconducteur ayant une surface principale d'une face de carbone avec une orientation de la face d'environ (0001); former une région de semi-conducteur du premier type de conductivité dans une région prédéterminée de la troisième couche de semi-conducteur dans une couche contiguë à la surface principale de la troisième couche de semi-conducteur; former une tranchée s'étendant à partir de la surface principale à travers la région de semi-conducteur et la troisième couche de semi- conducteur et atteignant la seconde couche de semi- conducteur, la tranchée ayant des parois latérales s'étendant dans la direction [1120]; faire croître une quatrième couche de semi- conducteur en carbure de silicium comprenant entièrement sur une surface intérieure de la tranchée, la quatrième couche de semi- conducteur ayant une épaisseur plus élevée sur les parois latérales de la tranchée que dans les autres régions; oxyder thermiquement la quatrième couche de semi-conducteur de manière à oxyder complètement la quatrième couche de semi-conducteur autre qu'une zone sur les parois latérales de la tranchée, la couche de semi-conducteur oxydée ayant une épaisseur plus élevée sur le fond de la tranchée que sur ses parois latérales, afin de laisser sélectivement la quatrième couche de semi-conducteur sur les parois latérales de la tranchée et former une couche d'isolation de grille sur la quatrième couche de semi- conducteur dans ladite tranchée; former une couche d'électrode de grille à l'intérieur du film d'isolation de la grille dans ladite tranchée; former une première couche d'électrode sur au moins une partie de la région de semi-conducteur; et former une seconde couche d'électrode sur une surface de la première couche de semi-conducteur. l La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints, dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective d'un transistor à effet de champ de la technique antérieure; La figure 2 est une vue en perspective d'un transistor à effet de champ de la technique antérieure; La figure 3 est une vue en coupe d'un transistor à effet de champ de la technique antérieure; La figure 4 est une vue en perspective pour illustrer un mode de réalisation d'un MOSFET de puissance du type à grille à tranchée à canal n; La figure 5 est une vue en coupe d'un substrat; Les figures 6 à 12 sont des vues en coupe pour illustrer un procédé de fabrication d'un MOSFET de puissance du type à grille à tranchée à canal n; Les figures 13 à 18 sont des vues schématiques en coupe pour illustrer des exemples de travail de MOSFET de puissance du type à grille à tranchée à canal n; La figure 19 est une vue en plan d'un substrat pour illustrer un exemple de travail; La figure 20 est un croquis représentant l'orientation de la croissance épitaxiale d'un matériau semi-conducteur en carbure de silicium par rapport à la face de carbone (0001); Les figures 21A et 21B sont des croquis représentant l'orientation de la croissance épitaxiale d'un matériau semi-conducteur en carbure de silicium à l'intérieur du plan (0001), o la figure 21A est un croquis d'une photographie de Nomarski avant la croissance épitaxiale et la figure 21B est un croquis d'une photographie de Nomarski après la croissance épitaxiale. On décrira maintenant la présente invention plus en détail. La demanderesse a découvert que la concentration en impuretés de la section à canal peut être maîtrisée tout en formant une section à canal n'ayant aucun défaut dû à l'impact des ions, en créant un film à croissance épitaxiale sur les parois latérales de la tranchée après l'étape de formation de cette dernière, et en formant alors une section à canal MOS par une étape d'oxydation de la grille. Plus précisément, en formant la couche de semi-conducteur tout en maîtrisant la concentration des impuretés incluses dans cette couche pendant la croissance épitaxiale, il est possible de commander indépendamment les concentrations en impuretés de la troisième couche de semi-conducteur et du côté de formation de formation du canal, et de former une section à canal qui n'est pas affectée par des défauts près des parois latérales de la tranchée qui sont produits par l'étape de formation de la tranchée. Dans le but d'y parvenir, une première région d'impuretés (couche de source 24 du type n en figure 2 et région de source 35 du type n en figure 3) est formée dans la troisième couche de semi-conducteur, ce qui est suivi par la formation d'une tranchée et par la croissance d'une couche épitaxiale sur les parois intérieures de la tranchée, grâce à quoi un film à croissance épitaxiale est formé sur les parois latérales de la tranchée, car le carbure de silicium a un faible coefficient de diffusion thermique des impuretés et donc un faible degré de diffusion à l'intérieur d'une gamme pratique. En d'autres termes, bien que le silicium ne soit pas pratique étant donné qu'il présente un coefficient de diffusion thermique élevé pour les impuretés se traduisant par la diffusion thermique des impuretés pendant la croissance épitaxiale, grâce à quoi la première région d'impuretés est excessivement élargie et les impuretés diffusent hors du substrat, provoquant une quantité considérable de ce qu'on appelle la diffusion vers l'extérieur, avec le carbure de silicium d'autre part, on peut employer un procédé qui tire profit des propriétés physiques du carbure de silicium. Pour que le MOSFET du type à grille à tranchée fonctionne en transistor, il est essentiel que la couche de semi-conducteur à croissance épitaxiale reste seulement sur les parois latérales de la tranchée, et cela peut être obtenu par la combinaison de la dépendance de la vitesse de croissance épitaxiale vis-à- vis de l'orientation du plan et de la dépendance de la vitesse d'oxydation vis-à-vis de la direction du plan. Plus précisément, par rapport à la face de carbone (0001), la vitesse de la croissance épitaxiale dans la direction qui lui est perpendiculaire est supérieure d'environ 10 fois et en faisant en sorte que la face principale soit la face de carbone (0001), il est possible de former une couche de semi-conducteur qui est épaisse sur les parois latérales de la tranchée et fine sur la surface du substrat et le fond de la tranchée. Se référant à des résultats expérimentaux obtenus par la demanderesse, la figure 20 est un croquis d'une image d'un microscope électronique à balayage de surface dans la zone comprenant les parois latérales et le fond de la tranchée, qui confirme que, par rapport à la face de carbone (0001), l'épaisseur du film est approximative- ment 10 fois plus grande dans la direction qui lui est perpendiculaire. Après que la couche de semi-conducteur a été formée de cette manière sur les parois latérales de la tranchée, une étape d'oxydation thermique est utilisée pour former un film d'oxydation thermique qui est fin sur les parois latérales de la tranchée et épais sur la surface du substrat et le fond de la tranchée, et la couche de semi-conducteur formée par croissance épitaxiale sur la surface du substrat et le fond de la tranchée est oxydée thermiquement à ce moment là pour donner un film d'oxyde. Le film d'oxydation thermique est formé de manière a être fin sur les parois latérales de la tranchée et épais sur la surface du substrat et le fond de la tranchée car la vitesse d'oxydation du carbure de silicium à cristaux hexagonaux est la plus rapide sur la face de carbone (0001), étant environ fois celle dans la direction perpendiculaire à la face de carbone (0001). Ainsi, une couche de semi-conducteur peut être laissée seulement sur les parois latérales de la tranchée par oxydation thermique, d'o il résulte que les parties de la couche de semi-conducteur ayant cru épitaxialement, qui sont sur la surface du substrat et le fond de la tranchée, sont complètement transformées en films d'oxyde. Lorsqu'un fin film de monocristal de SiC est formé sur les parois latérales de la tranchée par croissance épitaxiale, il apparaît qu'il y a non seulement une dépendance de l'angle par rapport au plan {0001}, mais aussi une anisotropie de la vitesse de la croissance par rapport au sens dans le plan {0001}. Par exemple, selon T. Kimoto et H. Matsunami: "Two- dimensional nucleation and step dynamics in crystal growth of SiC", Silicon Carbide and Related Materials, Ins. Phys. Conf. Ser. N 137, Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, pages 55- 58 (1993), la vitesse de la croissance épitaxiale est la plus grande dans [1120] et la plus lente dans [1100], et par conséquent la croissance se produit sélectivement dans la direction [1120]. Plus précisément, comme repré- senté en figures 21A et 21B, lorsque la croissance épitaxiale se produit sur un échantillon d'une table ronde du type mésa formée sur la surface d'une tranche, la table ronde du type mésa représentée en figure 21A devient la table du type mésa hexagonale de la figure 21B, à cause de l'anisotropie de la vitesse de la croissance dans le plan {0001}. Ici, les côtés hexagonaux s'étendent dans la direction de [1120]. La 2744837 présente invention est basée sur cette observation, afin de réaliser un MOSFET de puissance du type à grille à tranchée présentant une structure de canal du type tranchée, qui est satisfaisant en termes tant de construction que de caractéristiques électriques. On expliquera maintenant ce mode de réalisation de l'invention en liaison avec les dessins. La figure 4 représente un MOSFET de puissance du type à grille à tranchée à canal n (MOSFET de puissance du type vertical) selon le présent mode de réalisation. Le substrat de semi-conducteur 1 en carbure de silicium du type n+ comme couche de semi-conducteur de faible résistance est constitué de carbure de silicium à cristaux hexagonaux. Ce substrat 1 est laminé, dans l'ordre, avec une couche de semi- conducteur 2 en carbure de silicium du type n- et une couche de semi- conducteur 3 en carbure de silicium du type p comme couches de semi- conducteur de haute résistance. Ainsi, on forme un substrat de semi- conducteur 4 en carbure de silicium monocristallin constitué d'un substrat de semi- conducteur 1 en carbure de silicium du type n+, d'une couche de semiconducteur 2 en carbure de silicium du type n- et d'une couche de semiconducteur 3 en carbure de silicium du type p, dont le côté supérieur est la face de carbone (0001). Dans une zone prescrite de la section superficielle à l'intérieur de la couche de semi- conducteur 3 en carbure de silicium du type p+, une région de source 5 du type n+ est formée comme région à semi-conducteur. De plus, dans une zone prescrite de la section superficielle à l'intérieur de la couche de semi-conducteur 3 une région de carbure de silicium 6 du type p de faible résistance est formée. Une tranchée 7 est formée dans une zone prescrite de la région de source 5 de type n+, et cette tranchée 7 traverse la région de source 5 et la couche de semi- conducteur 3, atteignant la couche de semi-conducteur 2 en carbure de silicium du typo n-. La tranchée 7 a des parois 16 2744837 latérales 7a perpendiculaires à la surface du substrat de semi- conducteur 4 et un fond 7b parallèle à la surface du substrat de semi- conducteur 4. Les parois latérales 7a de la tranchée 7 s'étendent approximative- ment dans la direction de [1120]. La forme planaire des parois latérales 7a de la tranchée 7 est hexagonale, avec des angles intérieurs presque égaux. Plus précisément, comme représenté dans la vue en plan du substrat 4 en figure 5, les six côtés de l'hexagone, indiqués par Sl, S2, S3, S4, S5 et S6, forment des angles d'environ 120 comme l'angle (intérieur) entre les côtés Sl et S2, l'angle (intérieur) entre les côtés S2 et S3, l'angle (intérieur) entre les côtés S3 et S4, l'angle (intérieur) entre les côtés S4 et S5, l'angle (intérieur) entre les côtés S5 et S6, et l'angle (intérieur) entre les côtés S6 et Sl. Sur la surface de la région de source 5 du type n+, la couche de semiconducteur 3 en carbure de silicium du type p et la couche de semiconducteur 2 en carbure de silicium de type n- sur les parois latérales 7a de la tranchée de la figure 4, s'étend une couche 8 d'un film fin de semi-conducteur en carbure de silicium du type n comme seconde couche de semi-conducteur. La couche 8 est un film mince avec un épaisseur d'environ -500 nm, et la structure cristalline (du type Poly) de la couche 8 est la même que la structure cristalline de la couche de semi- conducteur 3 en carbure de silicium du type p. telle que, par exemple 6H- SiC. Elle peut être aussi 4H-SiC ou 3C-SiC. La concentration en impuretés de la couche 8 est de préférence inférieure à celle du substrat de semi-conducteur 1 en carbure de silicium du type n+ et de région de source 5 du type n+. De plus, dans la tranchée, un film d'isolation de grille 9 est formé sur la surface de la couche 8 et le fond 7b de la tranchée. L'intérieur du film 9 dans la tranchée 7 est rempli avec une couche d'électrode de grille 10. La couche d'électrode de grille 10 est recouverte d'un film isolant 11. Une 17 2744837 couche d'électrode de source 12 est formée sur la surface de la région de source 5 du type n+ et la surface de la région 6 de carbure de silicium du type p de faible résistance, comme première couche d'électrode; Sur la surface du substrat de semi-conducteur 1 (côté arrière du substrat de semi-conducteur 4) une couche d'électrode de drain 13 est formée comme seconde couche d'électrode. Ainsi, le MOSFET de puissance du type à grille à tranchée a le côté formant le canal dans la direction [1120]. On expliquera maintenant les étapes de fabrication du MOSFET de puissance du type à grille à tranchée en liaison avec les figures 6 à 12. Tout d'abord, comme représenté en figure 6, un substrat de semiconducteur 1 en carbure de silicium du type n+ est préparé, ayant la surface principale sur approximativement la face de carbone (0001), et sur sa surface on fait croître épitaxialement une couche de semi- conducteur 2 en carbure de silicium du type n-, après quoi, on fait croître épitaxialement une couche de semi-conducteur 3 en carbure de silicium du type p sur la couche de semi-conducteur 2 en carbure de silicium du type n-. Ainsi, un substrat de semi-conducteur 4 est formé qui est constitué d'un substrat de semi-conducteur 1 en carbure de silicium du type n+, d'une couche de semi-conducteur 2 en carbure de silicium du type n- et d'une couche de semi-conducteur 3 en carbure de silicium du type p. Ensuite, comme représenté en figure 7, une région de source 5 du type n+ est formée sur une zone prescrite de la couche superficielle de la couche de semi-conducteur 3 en carbure de silicium du type p, par exemple, par injection d'ions azote. De plus, une région 6 de carbure de silicium du type p de faible résistance est formée sur une autre zone prescrite de la couche superficielle de la couche de semi- conducteur 3 en 18 2744837 carbure de silicium de type p, par exemple, par injection d'ions aluminium. Alors comme représenté en figure 8, un procédé de gravure à sec est utilisé pour former une tranchée 7 à travers tant la région de source 5 du type n+ que la couche de semi-conducteur 3 en carbure de silicium du type p atteignant la couche de semi- conducteur 2 en carbure de silicium du type n-. La tranchée 7 est formée de façon que les parois latérales 7a s'étendent dans la direction [1120]. Par conséquent, la forme planaire des parois latérales 7a de la tranchée 7 est hexagonale, avec des angles intérieurs presque égaux comme représenté en figure 5. Alors, comme représenté en figure 9, une couche 8 d'un fin film de semiconducteur en carbure de silicium du type n est formée par un procédé de croissance épitaxiale sur le dessus du substrat de semi- conducteur 4 comprenant les parois intérieures de la tranchée 7 (les parties latérales 7a et le fond 7b). Plus précisément, la couche 8 est formée qui s'étend à travers la région de source 5 du type n+, la couche de semi-conducteur 3 en carbure de silicium du type p et la couche de semi-conducteur 2 en carbure de silicium du type n sur les parois intérieures de la tranchée 7. Etant donné que la vitesse de la croissance épitaxiale à ce moment là par rapport à la face du carbone (0001) est d'environ 10 fois plus grande dans la direction qui lui est perpendiculaire, la couche 8 du fin film est formée pour être plus épaisse au droit des parois latérales 7a de la tranchée et plus fine au droit du fond 7b de la tranchée. La concentration en impuretés de la couche 8 sur les parois latérales 7a est de préférence établie de manière à être inférieure à la concentration en impuretés du substrat de semi- conducteur 1 en carbure de silicium du type n+ et de la région de source 5 du type n+. Comme procédé plus concret pour la formation de la couche 8 en fin film de semi-conducteur en carbure de silicium du type n, un 19 2744837 procédé de déposition en phase vapeur par procédé chimique est utilisé pour la croissance épitaxiale de la couche 8 d'un fin film de 6H-SiC sur du 6H-SiC. Dans l'étape de formation de la couche 8 du fin film de semi- conducteur en carbure de silicium du type n, la croissance se produit avec la formation sélective dans la direction [1120] qui est caractéristi- que de la croissance épitaxiale du carbure de silicium, c'est-à- dire avec des irrégularités de surface réduites qui sont produites par l'étape de formation de la tranchée. Par conséquent, le côté formation du canal est extrêmement plat et donc la mobilité du canal est très nettement améliorée. De plus, étant donné qu'aucun défaut cristallin dû à l'impact des ions par le procédé de gravure par ions réactifs n'est présent dans la couche 8, la réduction de la mobilité peut être diminuée et la résistance à l'état passant entre la source et le drain peut être également réduite. Ensuite, comme représenté en figure 10, une oxydation thermique est utilisée pour former un film 9 d'isolation de grille (film d'oxydation thermique) sur la surface du substrat de semi-conducteur 4 et la couche 8, et sur le fond 7b de la tranchée. A ce moment là, le film d'oxydation thermique (9) est plus fin au droit des parois latérales 7a de la tranchée et plus épais au droit de la surface du substrat et au fond de la tranchée 7b, et la couche 8 de fin film de semi- conducteur formée par croissance épitaxiale sur la surface du substrat 4 et le fond 7b de la tranchée devient une couche d'oxyde. Cela est dû au fait que la vitesse d'oxydation du carbure de silicium à cristaux hexagonaux est la plus rapide dans la face du carbone (0001), étant environ 5 fois égale à la vitesse dans la direction perpendiculaire à cette face. Ainsi, la couche 8 est laissée seulement sur les parois latérales de la tranchée car la couche 8 du fin film de semi-conducteur qui est la partie de la couche 8 du fin film de semi- conducteur en carbure de silicium du type n ayant cru épitaxialement sur la surface du substrat 4 et le fond 7b de la tranchée est thermiquement oxydée. Etant donné que le côté formation de canal qu'on mentionne ci-dessus est extrêmement plat lors de l'étape de formation du film d'isolation de grille 9, il est possible d'obtenir une épaisseur uniforme du film d'isolation de grille (film d'oxydation de grille) formé sur le côté formant le canal. Comme résultat, le MOSFET terminé ne présente aucune zone locale de concentration du champ électrique lors de l'application de la tension de la grille, et par conséquent aucune concentration locale du champ électrique n'est produite. Cela fournit une meilleure tension de rupture du film d'oxydation de grille. Pour la même raison, la fiabilité du film d'oxydation de la grille est également étendue. De plus, comme représenté en figure 11, l'intérieur du film d'isolation de grille 9 dans la tranchée 7 est rempli d'une couche d'électrode de grille 10. Comme représenté en figure 12, un film isolant 11 est formé sur la couche d'électrode de grille 10. Alors, comme représenté en figure 4, une couche 12 d'électrode de source est formée sur la région de source 5 du type n+ et la région 6 en carbure de silicium du type p de faible résistance comprenant la section recouvrant le film isolant 11. Une couche d'électrode de drain est alors formée sur la surface du substrat de semi- conducteur 1 en carbure de silicium du type n+ pour compléter le MOSFET de puissance du type à grille à tranchée. Ce mode de réalisation a les caractéristiques (A) et (B) suivantes. (A) En utilisant du carbure de silicium à cristaux hexagonaux avec la surface principale sur approximativement la face de carbone (0001) comme substrat de semi-conducteur 4, la fourniture d'une tranchée 7 dont les parois latérales 7a s'étendent approximativement dans la direction [1120], et ayant une couche 8 d'un fin film de semi- conducteur en carbure de silicium du type n avec une concentration contrôlée des impuretés sur les parois latérales 7a de là tranchée 7, il est possible de contrôler indépendamment la concentration en impuretés du côté formation du canal et la concentration en impuretés de la couche 3 de semi- conducteur en carbure de silicium du type p (couche épitaxiale du type p) pour fournir un dispositif à semi- conducteur en carbure de silicium ayant une tension de rupture élevée et une faible résistance à l'état passant et une faible tension de seuil, et en particulier en abaissant la concentration en impuretés de la couche 8 du fin film de semi-conducteur en carbure de silicium du type n formant le canal, il est possible de rendre minimal l'effet de la diffusion des impuretés pendant la circulation du porteur et donc d'augmenter la mobilité du canal. De plus, étant donné que la tension de rupture entre la source et le drain est commandée principalement par la concentration en impuretés et l'épaisseur du film de la couche de semi-conducteur 2 en carbure de silicium du type n+ et la couche de semi- conducteur 3 en carbure de silicium du type p. la concentration en impuretés de la couche 3 peut être augmentée avec une épaisseur plus fine du film de cette couche 3, de sorte que la longueur du canal peut être raccourcie tout en maintenant une caractéristique élevée de la tension de rupture, et ainsi la résistance du canal peut être abaissée et la résistance à l'état passant entre la source et le drain peut être réduite. De plus, étant donné que les parois latérales 7a de la tranchée 7 s'étendent approximative- ment dans la direction [1120], le côté formant le canal constitué de la couche 8 du fin film de semi- conducteur en carbure de silicium du type n peut être orienté dans la direction [1120], et les irrégularités dans le côté formant le canal peuvent être grandement minimisées. Il en résulte qu'il est possible d'obtenir une tension du seuil de la grille plus faible, une meilleure tension de rupture entre grille et source et 22 2744837 entre grille et drain et un courant de fuite réduit à l'état non-passant, ainsi qu'une résistance réduite à l'état passant et une meilleure fiabilité du film d'oxydation de grille. (B) La forme planaire des parois latérales 7a de la tranchée 7 est hexagonale avec des angles intérieurs presque égaux, les côtés de l'hexagone formant des angles intérieurs d'environ 120 , et par conséquent, lorsqu'une haute tension est appliquée entre la source et le drain à l'état non-passant, aucun rupture par avalanche ne se produit qui est due à la concentration du champ électrique au droit des sections de semi-conducteur formées par la tranchée 7 avec les côtés de forme hexagonale; ainsi, dans la réalisation du dispositif la tension de rupture entre la source et le drain peut être considérée comme étant la tension de rupture déterminée par la concentration en impuretés et l'épaisseur du film de la couche de semi-conducteur 2 en carbure de silicium du type n- et la couche de semi- conducteur 3 en carbure de silicium du type p, pour permettre une réalisation avec une tension de rupture élevée. En plus de la construction décrite jusqu'ici, par exemple, la couche 12 de l'électrode de source formée sur la région de source 5 du type n+ et la région 6 de carbure de silicium du type p de faible résistance peuvent être réalisées en matériaux différents. La région 6 peut également être omise, auquel cas, la couche 12 de l'électrode de source est formée en contact avec la région de source 5 du type n+ et la région de semi- conducteur 3 en carbure de silicium du type p. La couche 12 d'électrode de source doit être formée au moins sur la surface de la région de source 5 du type n+. En outre, bien que le mode de réalisation décrit ci-dessus concerne l'application à un MOSFET du type vertical à canal n, on obtient le même effet avec 23 2744837 un MOSFET du type vertical à canal p dans lequel le type n et le type p de la figure 4 sont interchangés. De plus, bien qu'en figure 7, la tranchée 7 comporte des parois latérales 7a orientées approximativement à 90 par rapport à la surface du substrat, l'angle formé entre les parois latérales 7a de la tranchée 7 et la surface du substrat n'a pas besoin d'être voisin de 90 , comme représenté en figure 13. La tranchée 7 peut également avoir la forme d'un V sans fond. En variante, comme représenté en figure 14, les parois latérales 7a de la tranchée 7 ne doivent pas s'étendre linéairement, et peuvent former une courbe régulière. L'angle formé entre les parois latérales 7a de la tranchée 7 et la surface du substrat peut être réalisé pour une plus grande mobilité du canal, pour un effet plus prononcé. De plus, comme représenté en figure 15, la section supérieure de la couche d'électrode de grille 10 peut aussi avoir une forme qui s'étend sur la région de source 5 du type n+. Avec cette construction, il est possible de réduire la résistance de la connexion entre la région 5 et le canal induit dans la couche 8 du film fin de semi-conducteur en carbure de silicium du type n. En outre, comme représenté en figure 16, l'épaisseur du film d'isolation de grille 9 peut être approximativement égale au centre et à l'extrémité inférieure de la couche 8 qui constitue le canal, avec la couche d'électrode de grille 10 atteignant, à partir de l'extrémité inférieure, le fond de la couche 8. Avec cette construction il est possible de réduire la résistance de la connexion entre le canal induit dans la couche 8 et la région du drain. La réalisation représentée en figure 17 peut être également utilisée. Plus précisément, la construction peut être telle que, comme en figure 15, la section supérieure de la couche d'électrode de grille 10 a une forme qui s'étend sur la région de source 5 du 24 2744837 type n+, alors qu'en figure 16, la couche d'électrode de grille 10 s'étend également au-dessous de l'extrémité inférieure de la couche 8. La couche 8 du film fin de semi-conducteur en carbure de silicium du type n et la couche de semi- conducteur 3 en carbure de silicium du type p peuvent avoir des structures cristallines différentes (types poly) et, par exemple, la fourniture d'une couche de semi-conducteur 3 de 6H-SiC et d'une couche 8 de 4H-SiC pour augmenter la mobilité dans la direction de la circulation du porteur se traduira par un MOSFET ayant une faible perte de courant. Dans les modes de réalisation décrits ci- dessus, la couche du fin film ayant cru sur les parois latérales de la tranchée, c'est-à-dire la couche 8 du fin film de semi-conducteur en carbure de silicium du type n, est un type n, mais la couche du fin film ayant cru sur les parois latérales de la tranchée peut être du type p au lieu du type n. Dans le cas du type p. la construction représentée en figure 17 a la préférence, dans laquelle la section supérieure de la couche d'électrode de grille 10 a une forme qui s'étend sur la région de source 5 du type n+ et la couche d'électrode de grille 10 s'étend aussi au-dessous de l'extrémité inférieure de la couche du fin film qui a cru sur les parois latérales de la tranchée. De plus, comme représenté en figure 18, la forme planare des parois latérales de la tranchée 15 (plus spécialement la forme du côté 10 de la couche d'électrode de grille) peut être hexagonale avec des angles intérieurs presque égaux. Plus précisément, dans la vue en plan du substrat 4 de la figure 19, les six côtés de l'hexagone, indiqués par Sll, S12, S13, S14, S15 et S16, forment des angles d'environ 120 comme angle (intérieur) entre les côtés Sll et S12, comme angle (inférieur) entre les côtés S12 et S13, comme angle (intérieur) entre les côtés S13 et S14, comme angle (intérieur) entre les côtés S14 et S15, comme 2744837 angle (intérieur) entre les côtés S15 et S16, comme angle (intérieur) entre les côtés S16 et Sll. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 26 2744837 REVENDICATIONS 1 - Dispositif à semi-conducteur en carbure de silicium comprenant: - un substrat (4) de semi-conducteur en carbure de silicium monocristallin hexagonal comprenant un empilage d'une première couche de semi-conducteur (2) d'un premier type de conductivité, d'une seconde couche de semi-conducteur (3) du premier type de conductivité ayant une résistance électrique supérieure à celle de la première couche de semi-conducteur, et d'une troisième couche de semi-conducteur d'un second type de conductivité, dans cet ordre, la troisième couche de semi-conducteur ayant une surface principale d'une face de carbone avec une orientation de la face d'environ (0001); - une région de semi-conducteur du premier type de conductivité formée dans une région prédéterminée de la troisième couche de semi-conducteur dans une couche contiguë à la surface principale de la troisième couche de semi-conducteur; - une tranchée (7) s'étendant à partir de la surface principale à travers la région de semi- conducteur et la troisième couche de semi-conducteur et atteignant la seconde couche de semi-conducteur, la tranchée ayant des parois latérales qui s'étendent dans la direction [1120]; - une quatrième couche de semi-conducteur en carbure de silicium s'étendant sur les parois latérales de la région de semi-conducteur, la troisième couche de semi-conducteur et la seconde couche de semi- conducteur dans la tranchée, la quatrième couche de semi-conducteur ayant une surface; - un film d'isolation de grille (9) formé au moins sur la surface de la quatrième couche de semi- conducteur; 27 2744837 - une couche d'électrode de grille (1o) formée à l'intérieur du film d'isolation de grille dans la tranchée; - une première couche d'électrode (12) formée sur au moins une partie de la région de semi- conducteur; et une seconde couche d'électrode (13) formée sur une surface de la première couche de semi- conducteur. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tranchée (7) a la forme planare d'un hexagone avec des angles intérieurs presque étaux qui sont formés par ses parois latérales. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quatrième couche de semi- conducteur a une concentration en impuretés inférieure à celle des première et troisième couches de semi- conducteur. 4 - Procédé pour la fabrication d'un dispositif à semiconducteur en carbure de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - faire croître épitaxialement, sur une première couche de semi-conducteur d'un carbure de silicium monocristallin hexagonal d'un premier type de conductivité, une seconde couche de semiconducteur du premier type de conductivité ayant une résistance électrique supérieure à celle de la première couche de semi-conducteur, et une troisième couche de semi- conducteur d'un second type de conductivité, dans cet ordre, afin de former un substrat de semi-conducteur en carbure de silicium monocristallin hexagonal comprenant les première à troisième couches de semi-conducteur, la troisième couche de semi-conducteur ayant une surface principale d'une face de carbone avec une orientation de la face d'environ (OOO1); - former une région de semi- conducteur du premier type de conductivité dans une région 28 2744837 prédéterminée de la troisième couche de semi-conducteur dans une couche contiguë à la surface principale de la troisième couche de semiconducteur; - former une tranchée s'étendant à partir de la surface principale à travers la région de semi- conducteur et la troisième couche de semi-conducteur et atteignant la seconde couche de semi-conducteur, la tranchée ayant des parois latérales qui s'étendent dans la direction de [1120]; - faire croître une quatrième couche de semi-conducteur en carbure de silicium comprenant entièrement sur la surface intérieure de la tranchée, la quatrième couche de semi- conducteur ayant une épaisseur plus grande sur les parois latérales de la tranchée que dans les autres régions; - oxyder thermiquement la quatrième couche de semi-conducteur de manière à oxyder complètement la quatrième couche de semi-conducteur dans une région autre que celle des parois latérales de la tranchée, la couche oxydée de semi-conducteur ayant une épaisseur plus grande sur le fond de la tranchée que sur ses parois latérales, de manière à laisser sélectivement la quatrième couche de semi-conducteur sur les parois latérales de la tranchée et former une couche d'isolation de grille sur la quatrième couche de semi- conducteur dans la tranchée; - former une couche d'électrode de grille à l'intérieur du film d'isolation de grille dans la tranchée; - former une première couche d'électrode sur au moins une partie de la région à semi-conducteur; et - former une seconde couche d'électrode sur la surface de la première couche de semi-conducteur.