碳化硅半导体器件及其制造方法技术

一种SiC半导体器件(1)，其包括：SiC衬底(10)，形成在SiC衬底(10)的表面(10A)上的并由SiO2制成的栅极绝缘膜(20)，和形成在栅极绝缘膜(20)上的栅电极(30)。在从SiC衬底(10)和栅极绝缘膜(20)之间的界面(21)起10nm以内的区域中的氮浓度的最大值大于或等于3×1019cm-3。在从栅极绝缘膜(20)和栅电极(30)之间的界面(22)起10nm以内的区域中的氮浓度的最大值小于或等于1×1020cm-3。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术设及碳化娃半导体器件及其制造方法，更具体地，设及具有改善的沟道迁 移率W及高阔值电压的碳化娃半导体器件及其制造方法。
技术介绍
近年来，为了允许半导体器件的更高击穿电压、更低损耗等，逐渐采用碳化娃作为 组成半导体器件的材料。碳化娃是一种比娃的带隙宽的宽带隙半导体，其中娃已经常规且 广泛用作为组成半导体器件的材料。因此，通过采用碳化娃作为组成半导体器件的材料，能 够获得半导体器件的更高击穿电压、更低导通电阻等。当用在高溫环境时，与由娃制成的半 导体器件相比，由碳化娃制成的半导体器件还具有性能恶化小的优势。 碳化娃作为组成材料的半导体器件的实例包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应 晶体管KMOSFET是一种通过控制是否在被定义为边界的具有指定阔值电压的沟道区中形 成反型层来允许电流是否能通过的半导体器件。例如，日本专利特开No. 2011-82454(在下 文中称为PTD 1)，公开了一种在无时间变化的情况下抑制沟道电阻并使阔值电压稳定的碳 化娃半导体器件。 引用列表 专利文献 PTD 1:日本专利特开No.2011-82454
技术实现思路
技术问题[000引在上述碳化娃半导体器件中，除了抑制沟道电阻和阔值电压变化之外，还需要增 加阔值电压的绝对值。 鉴于上述问题制造了本专利技术，且本专利技术的目的在于提供一种具有改善的沟道迁移 率W及高阔值电压的半导体器件及其制造方法。 问题的解决方案 根据本专利技术的碳化娃半导体器件包括碳化娃衬底，形成在碳化娃衬底的表面上的 并由氧化娃制成的栅极绝缘膜，和形成在栅极绝缘膜上的栅电极。在上述碳化娃半导体器 件中，在从碳化娃衬底和栅极绝缘膜之间的界面起IOnmW内的区域中的氮浓度的最大值大 于或等于3Xl〇i 9cnf3。在上述碳化娃半导体器件中，在从栅极绝缘膜和栅电极之间的界面 起IOnmW内的区域中的氮浓度的最大值小于或等于IX lO^cnf3。 根据本专利技术的制造碳化娃半导体器件的方法包括W下步骤:准备碳化娃衬底，在 碳化娃衬底的表面上形成由氧化娃制成的栅极绝缘膜，在大于或等于ll〇〇°C的溫度下在包 含氮的气氛中加热在上面形成有栅极绝缘膜的碳化娃衬底，W及在加热碳化娃衬底的步骤 之后，在栅极绝缘膜上形成栅电极。在上述制造碳化娃半导体器件的方法中，在形成栅电极 的步骤之后，不在大于或等于900°C的溫度下且包含大于或等于10%的氮的气氛中加热所 述碳化娃衬底。 专利技术的有利效果 根据本专利技术的碳化娃半导体器件，能够提供一种具有改善的沟道迁移率W及高阔 值电压的碳化娃半导体器件。根据本专利技术的制造碳化娃半导体器件的方法，能够制造具有 改善的沟道迁移率W及高阔值电压的碳化娃半导体器件。【附图说明】 图1是示出根据实施例的碳化娃半导体器件的结构的示意截面图。 图2是示意性示出根据实施例的制造碳化娃半导体器件的方法的流程图。 图3是示出根据实施例的制造碳化娃半导体器件的方法中的步骤(Sll)和(S12)的 示意图。 图4是示出根据实施例的制造碳化娃半导体器件的方法中的步骤(S13)和(S14)的 示意图。 图5是示出根据实施例的制造碳化娃半导体器件的方法中的步骤(S20)至(S40)的 示意图。 图6是示出根据实施例的制造碳化娃半导体器件的方法的步骤(S20)至(S40)中的 时间和加热溫度之间的关系的图。 图7是示出根据实施例的制造碳化娃半导体器件的方法中的步骤(S50)的示意图。 图8是示出根据实施例的制造碳化娃半导体器件的方法中的步骤(S60)的示意图。 图9是示出沿SiC-MOSFET的厚度方向的氮浓度分布的图。【具体实施方式】 首先，将列出并描述本专利技术实施例的内容。 (1)根据该实施例的碳化娃半导体器件包括碳化娃衬底，形成在碳化娃衬底的表 面上的并由氧化娃制成的栅极绝缘膜，和形成在栅极绝缘膜上的栅电极。在从碳化娃衬底 和栅极绝缘膜之间的界面起IOnmW内的区域中的氮浓度的最大值大于或等于3Xl〇i 9cnf3。 在从栅极绝缘膜和栅电极之间的界面起IOnmW内的区域中的氮浓度的最大值小于或等于1 Xl〇2〇cm-3。 本专利技术人进行了勤奋地研究，W改善沟道迁移率和增加碳化娃半导体器件的阔值 电压。结果，基于通过控制碳化娃衬底和栅极绝缘膜之间的界面中的W及栅极绝缘膜和栅 电极之间的界面中的氮浓度能增加沟道迁移率和阔值电压的研究结果，构想了本专利技术。根 据本专利技术人的研究，通过引入氮原子改善碳化娃半导体器件的沟道迁移率，使得在从碳化 娃衬底和栅极绝缘膜之间的界面起IOnmW内的区域中的氮浓度的最大值大于或等于3 X l〇i9cnf3。同时，通过将在从栅极绝缘膜和栅电极之间的界面起IOnmW内的区域中的氮浓度 的最大值设置为小于或等于1 X lO^cnf3，能够增加碳化娃半导体器件的阔值电压。在上述碳化娃半导体器件中，在从碳化娃衬底和栅极绝缘膜之间的界面起IOnmW 内的区域中的氮浓度的最大值大于或等于3Xl〇i9cnf3,在从栅极绝缘膜和栅电极之间的界 面起IOnmW内的区域中的氮浓度的最大值小于或等于IX lO^cnf3。因此，根据上述的碳化 娃半导体器件，能够提供一种具有改善的沟道迁移率W及高阔值电压的碳化娃半导体器 件。注意，如下面描述的该实施例的具体实例所述，能够测量从上述界面起IOnmW内的区域 中的氮浓度的最大值。 (2)在上述碳化娃半导体器件中，在厚度方向上，氮浓度大于或等于1 X IOi9Cnf3的 区域可W占大于或等于栅极绝缘膜的80%。 因此，氮原子能够更均匀地分布在栅极绝缘膜内。结果，能够进一步增加碳化娃半 导体器件的阔值电压。 (3)在上述碳化娃半导体器件中，栅电极可包括多晶娃。 如果栅电极包括多晶娃，则多晶娃与组成栅极绝缘膜的氧化娃起反应，结果，在栅 极绝缘膜和栅电极之间的界面处，氮浓度趋向于增加。因此，如果栅电极包括多晶娃，则能 够适当地使用其中抑制了栅极绝缘膜和栅电极之间的界面中的氮浓度的上述碳化娃半导 体器件。 (4)在上述碳化娃半导体器件中，在从碳化娃衬底和栅极绝缘膜之间的界面起 IOnmW内的区域中的氮浓度的最大值可W小于或等于IX IO2Icnf3D 如果氮浓度的最大值超过IX IO2IcnT3,则会显著改善沟道迁移率，而减小阔值电 压。因此，通过将氮浓度的最大值设置为小于或等于1 X IO2Icnf3，能够增加沟道迁移率和阔 值电压。 (5)在上述碳化娃半导体器件中，在从栅极绝缘膜和栅电极之间的界面起IOnmW 内的区域中的氮浓度的最大值小于或等于3Xl〇i9cnf3。因此，能够进一步增加碳化娃半导 体器件的阔值电压。 (6)在上述碳化娃半导体器件中，碳化娃衬底的表面相对于(OOOl)面可具有小于 或等于8°的偏离角。因此，通过控制碳化娃衬底和栅极绝缘膜之间的界面中的氮浓度来改 善沟道迁移率变得更显著。 (7)根据该实施例的制造碳化娃半导体器件的方法包括W下步骤:准备碳化娃衬 底，在碳化娃衬底的表面上形成由氧化娃制成的栅极绝缘膜，在大于或等于1100°c的溫度 下在包含氮气的气氛中加热其上形成有栅极绝缘膜的碳化娃衬底，W及在加热碳化娃衬底 的步骤之后，在栅极绝缘膜上形成栅电极。在上述制造碳化娃半导体器件的方法中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅半导体器件，包括：碳化硅衬底；形成在所述碳化硅衬底的表面上的并且由氧化硅制成的栅极绝缘膜；和形成在所述栅极绝缘膜上的栅电极，在从所述碳化硅衬底和所述栅极绝缘膜之间的界面起10nm以内的区域中的氮浓度的最大值大于或等于3×1019cm‑3，以及在从所述栅极绝缘膜和所述栅电极之间的界面起10nm以内的区域中的氮浓度的最大值小于或等于1×1020cm‑3。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：增田健良，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP