[发明专利]碳化硅半导体器件

说明书

技术领域

本公开内容涉及包括沟槽栅极的碳化硅（SiC）半导体器件。

背景技术

常规SiC半导体器件包括具有沟槽栅极结构的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），沟槽栅极结构可以增大沟道密度，使得大电流可以在SiC半导体器件中流动。在由SiC制成的MOSFET中，电气特性随着其上形成沟道的平面的平面方向而大幅改变。特别地，由蚀刻所形成的沟槽的角影响平面方向和电子特性。因此，沟槽的角在具有沟槽栅极结构的MOSFET中相当重要。同样地，优选地是其上形成沟道的沟槽侧壁接近于（11-20）平面或（1-100）平面，即，垂直于（0001）平面或（000-1）平面的、可以增大沟道迁移率的平面（参见对应于美国专利No.5744826的JP-A-H9-199724）。

为了使沟槽侧壁是可以增大沟道迁移率的（11-20）平面或（1-100）平面，进行高精度的垂直蚀刻是必要的。已知通常由使用SF6、Cl2、CF4作为蚀刻气体的反应离子蚀刻（RIE）或感应耦合等离子体（ICP）来对SiC进行干法蚀刻。同样地，优选地是从晶片表面垂直地进行沟槽蚀刻。

然而，因为SiC是化学稳定的物质，所以难以高精度地垂直地蚀刻SiC。如图6A中所示，虽然相同的是沟槽侧壁的角垂直于晶片表面的（0001）平面，但实际上如图6B中所示，沟槽侧壁相对于垂直于（0001）平面的平面倾斜。

因此，沟槽侧壁相对于可以增大沟道迁移率的（11-20）平面或（1-100）平面倾斜，从而不能获得高沟道迁移率。当沟槽侧壁相对于（11-20）平面或（1-100）平面的倾斜角较小时，沟道迁移率的减小较小。然而，当倾斜角大于预定值时，沟道迁移率减小，从而不能获得期望的沟道迁移率。

发明内容

本公开内容的目的是提供一种SiC半导体器件，在该SiC半导体器件中沟槽侧壁接近于（11-20）平面或（1-100）平面，从而可以增大沟道迁移率。

根据本公开内容的一个方面的SiC半导体器件包括：半导体衬底、基区、多个沟槽、第一导电类型区、接触层、栅极绝缘层、栅极电极、第一电极和第二电极。

半导体衬底包括SiC衬底和设置在该SiC衬底上的漂移层。SiC衬底具有第一导电类型和第二导电类型之一。漂移层由碳化硅制成并且具有第一导电类型。半导体衬底是表面具有偏斜（off）角的偏斜衬底。

基区设置在漂移层上。基区由碳化硅制成并且具有第二导电类型。沟槽从基区的表面穿透基区而进入漂移层中。沟槽在一个方向上具有纵向方向并且以条纹图案布置。每个沟槽均具有在纵向方向上延伸的第一侧壁和第二侧壁。第一导电类型区仅与每个沟槽的第一侧壁和第二侧壁中的第一侧壁接触。第一导电类型区的杂质浓度高于漂移层的杂质浓度。接触层设置在第一导电类型区相对于每个沟槽的相对侧上。接触层具有第二导电类型并且接触层的杂质浓度高于基区的杂质浓度。栅极绝缘层设置在每个沟槽中。栅极电极经由栅极绝缘层设置在每个沟槽中。第一电极与第一导电类型区和接触层电耦合。第二电极与碳化硅衬底电耦合。

当向栅极电极施加栅极电压时，电流通路仅形成在每个沟槽的第一侧壁和第二侧壁中的第一侧壁上，并且电流在电流通路中流动。

半导体衬底的表面相对于（0001）平面和（000-1）平面之一具有偏斜角。

半导体衬底具有<11-20>方向上的偏斜方向，并且沟槽的纵向方向是垂直于偏斜方向的<1-100>方向；或者半导体衬底具有<1-100>方向上的偏斜方向，并且沟槽的纵向方向是垂直于偏斜方向的<11-20>方向。

第一侧壁与（11-20）平面和（1-100）平面中的一个平面成第一锐角，第二侧壁与（11-20）平面和（1-100）平面的所述一个平面成第二锐角，并且第一锐角小于所述第二锐角。

在上述SiC半导体器件中，沟道仅形成在第一侧壁上，第一侧壁与（11-20）平面和（1-100）平面中的一个平面所成的锐角小于第二侧壁与（11-20）平面和（1-100）平面的所述一个平面所成的锐角。因此，碳化硅半导体器件可以具有高沟道迁移率。

附图说明

当结合附图理解以下详细描述时，会更加容易地发现本公开内容的另外的目的和优点。在附图中：

图1是根据本公开内容的第一实施例的SiC半导体器件的截面图，该SiC半导体器件包括具有沟槽栅极结构的垂直型MOSFET；

图2是包括图1中所示的SiC半导体器件的晶片的平面图；