(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコンもしくはシリコンカーバイド基板上に、酸化物層を形成する方法を提供する。【解決手段】トレンチタイプのショットキー装置のトレンチ中に、シリコンもしくはシリコンカーバイド基板のトレンチ中に付着させたポリシリコンの層を酸化することによってゲート酸化物６０を形成する。基板の少量もまた酸化されて、基板と形成される酸化物層との間の優れた界面を作り出す。トレンチの角には、最初の成形及び犠牲酸化物層の除去によって丸みが与えられる。【選択図】図３Ｆ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチタイプのショットキー装置の成形方法であって、
基板の表面に距離を開けてトレンチを形成する工程；
前記トレンチ中及び内側に所定の厚さのポリシリコンの層を付着させる工程；
前記ポリシリコンの層を酸化させて所定の厚さの酸化物の層に変換する工程；
前記トレンチに、前記酸化物の層によって前記基板から絶縁された導電性ポリシリコンの層を充填する工程；及び
前記基板の最上部に、且つ前記トレンチ間のメサの最上部及び前記トレンチ中の前記導電性ポリシリコンと接触させて、ショットキー接合を設ける工程
を含む方法。
【請求項２】
前記ポリシリコンの層の酸化の間に前記基板の薄層を酸化する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリシリコンの層の付着の前に前記トレンチ中の酸化物の薄層を成長させ、その後除去して、前記トレンチの底部の角に丸みをもたせる工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ポリシリコンの層の付着の前に前記トレンチ中の酸化物の薄層を成長させ、その後除去して、前記トレンチの底部の角に丸みをもたせる工程を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記基板が、単結晶シリコンもしくはシリコンカーバイドである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板が、単結晶シリコンもしくはシリコンカーバイドである、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記基板が、単結晶シリコンもしくはシリコンカーバイドである、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記基板が、単結晶シリコンもしくはシリコンカーバイドである、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
トレンチタイプショットキーダイオードの製造方法であって、
前記装置のトレンチの内側の酸化物層が、前記トレンチ中に付着させたポリシリコン層の酸化によって形成される方法。
【請求項１０】
前記トレンチが、シリコンもしくはシリコンカーバイドの基板中に形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ポリシリコンの層の付着の前に前記トレンチ中の酸化物の薄層を成長させ、その後除去して、前記トレンチの底部の角に丸みをもたせる工程を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ポリシリコンの層の付着の前に前記トレンチ中の酸化物の薄層を成長させ、その後除去して、前記トレンチの底部の角に丸みをもたせる工程を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
半導体装置の製造方法であって、
半導体物質を準備する工程；
前記半導体物質中に複数の間隔を空けたトレンチを形成する工程（各トレンチは側壁及び底壁を含む）；
前記トレンチの少なくとも側壁を覆って、絶縁体に変換することのできる変換可能材料の層を成長させる工程；及び
前記変換可能材料を、化学反応において絶縁体に変換する工程；
を含む方法。  
【請求項１４】
前記半導体物質が、シリコンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体物質が、SiCを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記トレンチの前記底部を覆って前記変換可能材料の層を形成する工程を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記トレンチの少なくとも側壁を熱酸化させる工程及び、前記変換可能材料の前記層を形成する前に前記酸化物を除去する工程を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記変換可能材料が、ポリシリコンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記変換可能材料の下にある前記半導体物質の一部を酸化する工程を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記トレンチ中に導電性物質を形成する工程を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記トレンチ中の前記導電性物質と電気的に接触し、且つ半導体物質とショットキー接触したショットキー障壁を形成する工程を更に含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００３年７月１０日に出願された米国仮出願第６０／４８６８７１号及び２００３年８月８日に出願された米国仮出願第６０／４９４２２４号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、ダイオード、サイリスター、モスフェット、IGBTs LEDsなどの半導体装置に関し、とりわけ酸化物の下に位置するシリコンもしくはシリコンカーバイド基板上に、酸化物層を形成するための新規な方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
シリコンジオキサイド層は、半導体装置の処理において一般的には熱的に成長させるが、その際シリコンまたはシリコンカーバイド表面を湿式雰囲気中で加熱してシリコンジオキサイドを成長させる（これ以降、しばしば成長または熱酸化物と呼称する）。
【０００４】
この方法は下に位置する基板の表面厚さを低減するが、これはシリコンジオキサイド（SiO2）に変換されており、これは多くの応用、例えばトレンチタイプのショットキー装置において不利である。したがって、こうした装置においては、シリコン表面に平行なトレンチが形成され、トレンチの側部及び底部は熱処理によって酸化されて各トレンチの中及び内側をコーティングする絶縁性SiO2を形成する。その後各トレンチは、導電性ポリシリコンで満たされる。トレンチ間のシリコンもしくはシリコンカーバイド、または別の基板材料メサは、臨界幅を有しており、トレンチ壁表面の酸化物の成長方法は、必要とされるSiO2の厚さによって、メサ幅を２０００Å乃至４０００Å減少させるであろう。
【０００５】
さらに、とりわけシリコンカーバイド基板上での酸化物の成長は、非常に時間がかかり、SiC上に成長酸化物層をより迅速に生成させることが望ましい。例えば、SiC上に1100Cで36nmの酸化物を成長させるためには、６．５時間かかるであろう。
【０００６】
さらにまた、SiCの酸化は、酸化物／SiC界面に高密度の捕捉電荷及びカーボンクラスターを産生する[K. C. Chang, J. Bentley, L. M. Porter, J. of Ele. Mat. 32, 2003, 464-469;及びY. Hijikata, H. Yaguchi, M. Yoshikawa, S. Yoshida. Appl. Surf. Sci., 184(2001)161-166.を参照のこと]。このように、熱酸化の後には、通常はさらに長時間の酸化後アニーリングが用いられる。したがって、熱酸化方法による酸化物／SiC界面の品質のため、MOS装置においては熱成長酸化物の適用が強いられる。
【非特許文献１】K. C. Chang, J. Bentley, L. M. Porter, J. of Ele. Mat. 32, 2003, 464-469
【非特許文献２】Y. Hijikata, H. Yaguchi, M. Yoshikawa, S. Yoshida. Appl. Surf. Sci., 184(2001)161-166.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
SiO2層を形成するためにシリコン表面を過度に消費することなく、シリコン親基板上にSiO2絶縁層を形成することも非常に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、成長SiO2層または親基板から成長する別のフィルムを受容させようとするシリコンもしくはシリコンカーバイド基板の表面を、まず所定厚さのポリシリコンでコーティングする。ポリシリコンコーティングまたは層を、その後完全にSiO2に変換して層を形成させる。好ましくは、該処理を、親シリコンもしくはシリコンカーバイドまたは別の基板の非常に薄い層もまた変換されて、親シリコンまたは基板に対して変換された酸化物の滑らかな界面が確保されるまで継続する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、従来の平面ショットキーダイオードの小部分の断面図である。
【００１０】
図２は、従来のトレンチショットキーダイオードの小部分の断面図である。
【００１１】
図３Ａは、図２のトレンチショットキーまたは別のトレンチ装置の形成方法の第一工程（トレンチエッチング）を示す図である。
【００１２】
図３Ｂは、従来既知の方法における、トレンチ中での酸化物層の成長後の図３Ａの構造を示す図である。
【００１３】
図３Ｃは、薄い犠牲酸化物がまず成長する、本発明の第一の処理工程を示す図である。
【００１４】
図３Ｄは、犠牲酸化物のエッチングオフ後の図３Ｃの構造を示す図である。
【００１５】
図３Ｅは、ポリシリコンの層の付着後の図３ｄの構造を示す図である。
【００１６】
図３Ｆは、図３Ｄのポリシリコン層がSiO2に変換されている、最終構造を示す図である。
【００１７】
平面装置の形態の従来のショットキーダイオードを、図１に示す。装置の整流性能は、モリブデン等のショットキー金属１０とＮ型エピタキシャル成長層として示され、シリコンカーバイドもしくはシリコンであって良い基板１１との間に形成される接合によって制御される。その後、底部接点が、通常はその上に基板１１を形成して良いＮ＋基板（図示なし）の底部上に形成される。あるいはまた、シリコン１１はフロートゾーンシリコン（エピタキシャルに成長したものでない）であるか、またはシリコンカーバイドなどであって良い。
【００１８】
近年、トレンチショットキーが開発されている。典型的なトレンチショットキー構造を、図２に示す。メサの２０、２１、２２はトレンチ２３、２４によって隔離され、ドープされた多結晶ケイ素塊２５、２６でそれぞれ満たされる。ポリシリコンは親シリコン１１から隔離されるが、これはエピタキシャルに成長したシリコン、フロートゾーンシリコン、またはシリコンカーバイドであって良く、トレンチ２３及び２４内でそれぞれ酸化物３０及び３１の層によって隔離される。装置の陽極と陰極との間に逆バイアスを適用した場合には、トレンチ側壁のMOS型構造によって、メサは容易にピンチオフされ、または空乏して、チャネル２０、２１、２２中の伝導が止まる。従って、図２のトレンチショットキー装置は、図１の平面版よりも優れた整流性能によって特徴付けられる。
【００１９】
通常、トレンチ構造は、シリコン表面をマスキングして、該マスクに窓を開けることによって、またその後ドライエッチングによって、基板層中にトレンチを形成することによって、図３Ａに示されるようにトレンチ２３及び２４を形成して製造される。
【００２０】
ゲート酸化物層２３、２４は、シリコンもしくはSiC基板１１のトレンチ側壁を熱酸化させることによって形成される。中圧シリコン装置（６０V−１００V）のためには、電圧を支えるために比較的に厚いゲート酸化物（２０００Å−４０００Å−４０００）が必要である。然るに、メサ領域２０、２１、２２の幅が、熱酸化処理の間に大量に消費され、最終装置に活性領域の減少及びより高い順電圧降下を引き起こす。
【００２１】
本発明は、この欠点を解消し、従来の方法よりも優れたトレンチ形状を提供する。双方の方法の比較を、シリコン基板について、図３Ｂと図３Ｆとに図式的に示す。より一般的には、しかしながら、本発明は、シリコン、SiC表面またはあらゆる別の半導体基板上での、熱酸化物の製造のための新規な方法を提供する。
【００２２】
図３Ｃにおいて、及び図３Ａ中のトレンチの形成に従って、犠牲酸化処理を行い、露出した基板表面全体を覆って薄い（１６０Å）酸化物層４０を形成する。犠牲酸化物４０をエッチング除去してトレンチ底部の鋭利な角を調整し、図３Ｄに示される酸化物破壊の危険性を軽減する。その後、ポリシリコン５０の薄層を、シリコンもしくはSiC基板１１のトレンチ壁（図３Ｅ）上に付着させるかまたは生成させる。
【００２３】
ポリシロキサン５０の付着の後、熱酸化処理を行い（図３Ｆ）、ポリシリコンの層を、ポリシリコン層５０の厚さによって、あらゆる所望の厚さのSiO2層６０に完全に酸化されるまで変換する。
【００２４】
トレンチ壁への酸化物の接着性を改善するために、シリコンもしくはSiC基板１１の継続した酸化によって、数百オングストロームの酸化物を製造することもまた好ましい。しかしながら、図３Ｂの従来法において形成される４０００Å酸化物に比べて、該方法では成長する酸化物が格段に少ない。従来法は、約２０００乃至３０００Åのシリコン基板を消費する。これに対して、本発明による方法を使用する場合には、失われる基板シリコンの量は僅かである。したがって、図３Ｅ及び３Ｆの新規な方法においては、より多くのメサ領域が維持され、得られる装置の順電圧降下が低減される。
【００２５】
基板消費の低減及びトレンチ底部の鋭利な角の除去とは別に、ポリシリコンを酸化することによってゲート酸化物６０を成長させる別の利点は、とりわけLVCVD方法を利用した場合に生成し付着するポリシリコンの優れた適合性によってより均一な酸化物フィルムが製造されることである。従って、基板のドープレベルが異なることによるゲート酸化物の不均一性もまた回避可能である。更にまた、トレンチ底部の角に酸化物が突起することも避けられる。
【００２６】
図３Ｆの工程の後、メサ表面上の酸化物６０を好適に除去し、図２のようにトレンチに導電性ポリシリコンを充填すると、図２のようにショットキー接合１０が形成される。
【００２７】
ポリシリコンが好ましい材料であるが、酸化などの化学反応において好適な誘電体に変換可能な他のあらゆる材料を、本発明による方法において使用して良いことに留意すべきである。
【００２８】
また、本発明を、シリコンもしくはシリコンカーバイド基板のショットキーダイオードの製造に関連して説明してきたが、該方法が、誘電性フィルムが別の材料の付着層から形成され、また基板材料の消費を伴わないような、他の材料製であってよいいかなる基板の表面にも応用可能であることが理解されるであろう。
【００２９】
本発明を、その特定の実施態様に関連して説明してきたが、他の多くの変形及び調整及び別の使用が、当業者には明かになるであろう。したがって、本発明は、この特定の開示によって限定されないことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、従来の平面ショットキーダイオードの小部分の断面図である。
【図２】図２は、従来のトレンチショットキーダイオードの小部分の断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２のトレンチショットキーまたは別のトレンチ装置の形成方法の第一工程（トレンチエッチング）を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、従来既知の方法における、トレンチ中での酸化物層の成長後の図３Ａの構造を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、薄い犠牲酸化物がまず成長する、本発明の第一の処理工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、犠牲酸化物のエッチングオフ後の図３Ｃの構造を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、ポリシリコンの層の付着後の図３ｄの構造を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、図３Ｄのポリシリコン層がSiO2に変換されている、最終構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
２０…メサ、２１…メサ、２２…メサ、５０…ポリシリコン。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
2005051225.tif 000005
【図３Ｂ】
2005051225.tif 000006
【図３Ｃ】
2005051225.tif 000007
【図３Ｄ】
2005051225.tif 000008
【図３Ｅ】
2005051225.tif 000009
【図３Ｆ】
2005051225.tif 000010
【外国語明細書】
2005051225.tif 000011
2005051225.tif 000012
2005051225.tif 000013
2005051225.tif 000014
2005051225.tif 000015
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