半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，半導(dǎo)體裝置包括第一半導(dǎo)體區(qū)域、第二半導(dǎo)體區(qū)域、第三半導(dǎo)體區(qū)域、第一電極、第二電極、控制電極和絕緣膜。第一半導(dǎo)體區(qū)域是第一導(dǎo)電型的并且包含SiC。第二半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在第一半導(dǎo)體區(qū)域上并且具有第一表面。第二半導(dǎo)體區(qū)域是第二導(dǎo)電型的并且包含SiC。第三半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在第二半導(dǎo)體區(qū)域上、是第一導(dǎo)電型的并且包含SiC。第一電極電連接到第一半導(dǎo)體區(qū)域。第二電極電連接到第三半導(dǎo)體區(qū)域。控制電極設(shè)置在第二半導(dǎo)體區(qū)域上。絕緣膜設(shè)置在第二半導(dǎo)體區(qū)域與控制電極之間。絕緣膜接觸第一表面以及控制電極并且包含氮。氮的濃度分布的峰值的位置遠(yuǎn)離第一表面至少2nm但小于10nm，峰值的半峰寬為至少10nm但小于20nm。
【專利說明】
半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式通常涉及半導(dǎo)體裝置以及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與硅(Si)相比，碳化硅(SiC)具有例如帶隙為3倍、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為約10倍并且熱傳導(dǎo)率為約3倍的優(yōu)異性能。通過將SiC應(yīng)用于例如MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等的半導(dǎo)體裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)低損失且高場(chǎng)效應(yīng)迀移率(溝道迀移率)的設(shè)備。期望進(jìn)一步提高半導(dǎo)體裝置的場(chǎng)效應(yīng)迀移率。
[0003]引用文獻(xiàn)列表
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)I:日本特開2006 — 210818號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種能夠提高場(chǎng)效應(yīng)迀移率的半導(dǎo)體裝置以及其制造方法。
[0008]解決問題的技術(shù)方案
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體裝置包括第一半導(dǎo)體區(qū)域、第二半導(dǎo)體區(qū)域、第三半導(dǎo)體區(qū)域、第一電極、第二電極、控制電極和絕緣膜。第一半導(dǎo)體區(qū)域是第一導(dǎo)電型的。第一半導(dǎo)體區(qū)域含有SiC。第二半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域上并具有第一表面。第二半導(dǎo)體區(qū)域是第二導(dǎo)電型的。第二半導(dǎo)體區(qū)域含有SiC。第三半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域上。第三半導(dǎo)體區(qū)域是第一導(dǎo)電型的。第三半導(dǎo)體區(qū)域含有SiC。第一電極電連接到所述第一半導(dǎo)體區(qū)域。第二電極電連接到所述第三半導(dǎo)體區(qū)域。控制電極設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域上。絕緣膜設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域與所述控制電極之間。所述絕緣膜接觸所述第一表面和所述控制電極并且含有氮。所述氮的濃度的峰值位置距離所述第一表面不小于2納米(nm)但是小于10納米。在峰值處半峰寬不小于10納米但是小于20納米。
【附圖說明】
[0010]圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的示意橫截面圖；
[0011]圖2圖示了絕緣膜中的N的濃度分布；
[0012]圖3圖示了界面狀態(tài)；
[0013]圖4圖示了場(chǎng)效應(yīng)迀移率；
[0014]圖5示出了絕緣膜中的N的濃度分布的另一示例；
[0015]圖6是示出半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖；
[0016]圖7是示出半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意橫截面圖；
[0017]圖8是示出半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意橫截面圖；
[0018]圖9是示出半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意橫截面圖；
[0019]圖10是示出半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意橫截面圖；和
[0020]圖11是圖示根據(jù)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的示意橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]現(xiàn)在基于【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。在以下的說明中，對(duì)相同的部件標(biāo)記相同的參考數(shù)字;并且對(duì)于一旦說明過的部件適當(dāng)省略其說明。
[0022]在以下的說明中，η+、η、η—、ρ+、ρ和P一的標(biāo)記表示導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度的相對(duì)水平。換句話說，η+與η相比，η型的雜質(zhì)濃度相對(duì)較高;并且η一與η相比，η型的雜質(zhì)濃度相對(duì)較低。P+與P相比，ρ型的雜質(zhì)濃度相對(duì)較高;并且P一與P相比，ρ型的雜質(zhì)濃度相對(duì)較低。
[0023]在以下的說明中，作為特定示例，第一導(dǎo)電型為η型;并且第二導(dǎo)電型為P型。
[0024]第一實(shí)施方式
[0025]圖1是圖示根據(jù)第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的示意橫截面圖。
[0026]如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置110包括:第一半導(dǎo)體區(qū)域10、第二半導(dǎo)體區(qū)域20、第三半導(dǎo)體區(qū)域30、第一電極81、第二電極82、控制電極80和絕緣膜50。
[0027]在半導(dǎo)體裝置110中，第一半導(dǎo)體區(qū)域10、第二半導(dǎo)體區(qū)域20以及第三半導(dǎo)體區(qū)域30包含SiC。半導(dǎo)體裝置110是例如包含SiC的M0SFET。
[0028]第一半導(dǎo)體區(qū)域10的導(dǎo)電型是第一導(dǎo)電型。在本實(shí)施方式中，第一半導(dǎo)體區(qū)域10的導(dǎo)電型是η—型。第一半導(dǎo)體區(qū)域10可以設(shè)置在基板11上?；?1的導(dǎo)電型是第一導(dǎo)電型。在本實(shí)施方式中，基板11是η+型的SiC基板。在本實(shí)施方式中，連接基板11和第一半導(dǎo)體區(qū)域10的方向看作Z方向；與Z方向正交的一個(gè)方向看作X方向；并且與Z方向和X方向正交的方向看作Y方向。
[0029]基板11包括例如六方晶4H_SiC?；?1具有第一主表面11a。第一主表面Ila是例如4H-SiC的(000-1)面。第一主表面Ila可以是4H-SiC的(0001)面。在基板11中含有的雜質(zhì)例如是磷(P)或者氮(N)中的至少一種?；?1的雜質(zhì)濃度例如是不小于約5 X 118Cnf3且不大于約 I X 1019cm—3。
[0030]第一半導(dǎo)體區(qū)域10形成在基板11的第一主表面IIa上。第一半導(dǎo)體區(qū)域10是MOSFET的崩潰電壓支撐層。包含在第一半導(dǎo)體區(qū)域10中的雜質(zhì)例如是N。第一半導(dǎo)體區(qū)域10的雜質(zhì)濃度例如是不小于5 X 115Cnf3且不大于2 X 116Cnf3。第一半導(dǎo)體區(qū)域10的厚度(Z方向的厚度)例如是不小于約5微米(μπι)且不大于約ΙΟμπι。
[0031]第二半導(dǎo)體區(qū)域20設(shè)置在第一半導(dǎo)體區(qū)域10上。在本實(shí)施方式中，第二半導(dǎo)體區(qū)域20設(shè)置在第一半導(dǎo)體區(qū)域10的一部分上。第二半導(dǎo)體區(qū)域20是MOSFET的基底區(qū)域。第二半導(dǎo)體區(qū)域20具有第一表面20a。
[0032]第二半導(dǎo)體區(qū)域20的導(dǎo)電型是第二導(dǎo)電型。在本實(shí)施方式中，第二半導(dǎo)體區(qū)域20的導(dǎo)電型是P型。第二半導(dǎo)體區(qū)域20中包含的雜質(zhì)例如是鋁(Al)。第二半導(dǎo)體區(qū)域20的雜質(zhì)濃度例如是不小于約I X 116Cnf3且不大于約5 X 1017cm—3。在常截止的MOSFET中，理想的是第二半導(dǎo)體區(qū)域20的雜質(zhì)濃度為例如不小于約5 X 117Cnf3且不大于約I X 119Cnf3。第二半導(dǎo)體區(qū)域20的厚度例如是約0.6μπι。
[0033]第三半導(dǎo)體區(qū)域30設(shè)置在第二半導(dǎo)體區(qū)域20上。在本實(shí)施方式中，第三半導(dǎo)體區(qū)域30設(shè)置在第二半導(dǎo)體區(qū)域20的一部分上。第三半導(dǎo)體區(qū)域30例如是MOSFET的源極區(qū)域。 在半導(dǎo)體裝置110中，例如，在X方向上在第一半導(dǎo)體區(qū)域10與第三半導(dǎo)體區(qū)域30之間設(shè)有第二半導(dǎo)體區(qū)域20。[〇〇34]第三半導(dǎo)體區(qū)域30的導(dǎo)電型是第一導(dǎo)電型。在本實(shí)施方式中，第三半導(dǎo)體區(qū)域30 的導(dǎo)電型是n+型。第三半導(dǎo)體區(qū)域30中包含的雜質(zhì)例如是N。第三半導(dǎo)體區(qū)域30的雜質(zhì)濃度比第一半導(dǎo)體區(qū)域10的雜質(zhì)濃度高。第三半導(dǎo)體區(qū)域30的雜質(zhì)濃度例如是約1 X 102<3Cnf3。 第三半導(dǎo)體區(qū)域30的厚度比第二半導(dǎo)體區(qū)域20的厚度薄。第三半導(dǎo)體區(qū)域30的厚度例如是約0?3ym〇[〇〇35]第一半導(dǎo)體區(qū)域10、第二半導(dǎo)體區(qū)域20以及第三半導(dǎo)體區(qū)域30沿著第一表面20a 設(shè)置在半導(dǎo)體裝置110中。
[0036]在半導(dǎo)體裝置110中，可以設(shè)置與第三半導(dǎo)體區(qū)域30鄰接的第四半導(dǎo)體區(qū)域40。第四半導(dǎo)體區(qū)域40是MOSFET的接觸區(qū)域。第四半導(dǎo)體區(qū)域40的導(dǎo)電型是第二導(dǎo)電型。在本實(shí)施方式中，第四半導(dǎo)體區(qū)域40的導(dǎo)電型是p+型。第四半導(dǎo)體區(qū)域40中包含的雜質(zhì)例如是A1。 第四半導(dǎo)體區(qū)域40的雜質(zhì)濃度例如是不小于約1 X 1019cnf3且不大于約1 X 102()cm 3。第四半導(dǎo)體區(qū)域40的厚度比第二半導(dǎo)體區(qū)域20的厚度薄。第四半導(dǎo)體區(qū)域40的厚度例如是約0.3y m〇[〇〇37]第一電極81與第一半導(dǎo)體區(qū)域10電連接。第一電極81例如是MOSFET的漏電極。例如，第一電極81接觸基板11的第二主表面lib。第一電極81與基板11歐姆接觸。[〇〇38]第二電極82與第三半導(dǎo)體區(qū)域30電連接。第二電極82例如是MOSFET的源極電極。第二電極82與第三半導(dǎo)體區(qū)域30接觸。在設(shè)有第四半導(dǎo)體區(qū)域40的情況下，第二電極82接觸第三半導(dǎo)體區(qū)域30與第四半導(dǎo)體區(qū)域40兩者。該情況下，第二電極82是MOSFET的共用電極。[〇〇39]控制電極80設(shè)置在第二半導(dǎo)體區(qū)域20上?？刂齐姌O80是MOSFET的柵電極。在本實(shí)施方式中，控制電極80設(shè)置在在X方向上配置的第一半導(dǎo)體區(qū)域10、第二半導(dǎo)體區(qū)域20以及第三半導(dǎo)體區(qū)域30上。在控制電極80與第二電極82之間設(shè)有層間絕緣膜90。
[0040]絕緣膜50設(shè)置在第二半導(dǎo)體區(qū)域20與控制電極80之間。絕緣膜50與第一表面20a和控制電極80接觸。絕緣膜50是MOSFET的柵絕緣膜。在本實(shí)施方式中，絕緣膜50設(shè)置在在X 方向上配置的第一半導(dǎo)體區(qū)域10、第二半導(dǎo)體區(qū)域20以及第三半導(dǎo)體區(qū)域30上。[〇〇411理想的是，絕緣膜50的厚度(Z方向上的厚度)是例如不小于約30nm且不大于約 100nm。在絕緣膜50的厚度小于30nm的情況下，可能招致作為柵極絕緣膜的初期崩潰電壓和可靠性下降。在絕緣膜50的厚度超過100nm的情況下，則有可能招致MOSFET的驅(qū)動(dòng)能力下降。[〇〇42]絕緣膜50包含N。在本實(shí)施方式中，絕緣膜50的主成分是S1、氧(0)以及N。包含在絕緣膜50中的N的濃度分布(沿著平行于圖1所示的Z方向的a-a線的濃度分布)的峰值的位置在Z方向上距離第一表面20a不小于2nm但是小于10nm。包含在絕緣膜50中的N的濃度分布的峰值中的半峰寬是不小于1 Onm但小于20nm。[〇〇43]現(xiàn)在將說明半導(dǎo)體裝置110的動(dòng)作。[〇〇44]當(dāng)在第一電極81上被施加了相對(duì)于第二電極82為正的電壓的狀態(tài)下，控制電極80 被施加不小于閾值的電壓時(shí)，在第二半導(dǎo)體區(qū)域20中在與絕緣膜50的界面附近形成反型層(溝道)。由此，半導(dǎo)體裝置110切換到導(dǎo)通狀態(tài);并且從第一電極81向第二電極82流過電流。
[0045]另一方面，當(dāng)被施加到控制電極80的電壓小于閾值時(shí)，溝道消失。由此，半導(dǎo)體裝置110切換到關(guān)閉狀態(tài);并且從第一電極81向第二電極82流過的電流被切斷。
[0046]通過使得半導(dǎo)體裝置110具備包括上述那樣的N的濃度分布的絕緣膜50能夠提高場(chǎng)效應(yīng)迀移率。[〇〇47]現(xiàn)在將說明包含在絕緣膜50中的N的濃度分布。[〇〇48]圖2圖示了絕緣膜中的N的濃度分布。
[0049]圖2中示出濃度分布C1、C2以及C3。濃度分布C1是根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置 110的絕緣膜50中的N的濃度分布。濃度分布C2是根據(jù)第一參考例的半導(dǎo)體裝置的絕緣膜 501中的N的濃度分布。濃度分布C3是根據(jù)第二參考例的半導(dǎo)體裝置的絕緣膜502中的N的濃度分布。
[0050]在圖2中，橫軸表示以絕緣膜50、501以及502的表面為參考的深度(nm);縱軸表示N 的濃度(cnf3)。圖2示出使用SIMS(二次離子質(zhì)譜法)的N的濃度的分析結(jié)果的示例。在圖2表示出的示例中，絕緣膜50、501以及502的厚度為約40nm。從而，第二半導(dǎo)體區(qū)域20與絕緣膜 50、501以及502的界面(第一表面20a)距離絕緣膜50、501以及502的表面約40nm的深度。
[0051]如圖2的濃度分布C1所表示的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置110的絕緣膜50 中含有的N的濃度在深度方向上從絕緣膜50的表面開始逐漸增加。在絕緣膜50與第二半導(dǎo)體區(qū)域20之間的界面(第一表面20a)的附近處，N的濃度達(dá)到峰值Pk。N的濃度從峰值Pk的位置到界面(第一表面20a)逐漸減少。[〇〇52] 在濃度分布C1中，N的濃度的峰值Pk的位置距離界面(第一表面20a)約8MUN的濃度的半峰寬為約15nm。半峰寬是N的濃度的濃度峰值Pk的1/2處的分布的寬度。在圖2表示出的示例中，僅示出了表示半峰寬的分布的一半(箭頭W)。[〇〇53]如濃度分布C2所表示的那樣，根據(jù)第一參考例的半導(dǎo)體裝置的絕緣膜501中包含的N的濃度在深度方向上從絕緣膜501的表面逐漸增加。在濃度分布C2中，N的濃度在絕緣膜 501與第二半導(dǎo)體區(qū)域20之間的界面(第一表面20a)處達(dá)到峰值。[〇〇54]如濃度分布C3所表示的那樣，根據(jù)第二參考例的半導(dǎo)體裝置的絕緣膜502中包含的N的濃度分布從絕緣膜502的表面到絕緣膜502與第二半導(dǎo)體區(qū)域20之間的界面(第一表面20a)基本不變。
[0055]本申請(qǐng)
【發(fā)明人】們發(fā)現(xiàn)絕緣膜50的N的濃度分布影響場(chǎng)效應(yīng)迀移率這樣的新問題。 換句話說，確認(rèn):與根據(jù)第一參考例以及第二參考例的半導(dǎo)體裝置相比，通過在半導(dǎo)體裝置 11 〇中的這樣的絕緣膜50的N的濃度分布，能夠提高場(chǎng)效應(yīng)迀移率。[〇〇56]首先，說明本申請(qǐng)
【發(fā)明人】們對(duì)當(dāng)使用絕緣膜50、501以及502時(shí)的界面狀態(tài)進(jìn)行的一個(gè)研究。[〇〇57]圖3圖示了界面狀態(tài)。[〇〇58]圖3中表示出界面狀態(tài)D1、D2以及D3。界面狀態(tài)D1示出用于通過本實(shí)施方式中包含的絕緣膜50制作的M0S電容器的界面狀態(tài)的檢驗(yàn)結(jié)果。界面狀態(tài)D2示出對(duì)于通過第一參考例中包含的絕緣膜501制作的M0S電容器進(jìn)行界面狀態(tài)校驗(yàn)的結(jié)果。界面狀態(tài)D3示出對(duì)于通過第二參考例中包含的絕緣膜502制作的M0S電容器進(jìn)行界面狀態(tài)校驗(yàn)的結(jié)果。
[0059]在圖3中，橫軸表示能量級(jí)(eV)，并且縱軸表示界面狀態(tài)密度(cnf2，1)。如圖3所示，可知界面狀態(tài)D1比界面狀態(tài)D2以及D3減少很多。界面狀態(tài)D1、D2以及D3之間的這種差影響場(chǎng)效應(yīng)迀移率。
[0060]現(xiàn)在說明本申請(qǐng)
【發(fā)明人】們對(duì)場(chǎng)效應(yīng)迀移率進(jìn)行的另一項(xiàng)研究。圖4圖示了場(chǎng)效應(yīng)迀移率。[0061 ] 圖4示出場(chǎng)效應(yīng)迀移率Ml、M2以及M3。場(chǎng)效應(yīng)迀移率Ml示出了當(dāng)使用本實(shí)施方式中包含的絕緣膜50制作M0SFET并測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)迀移率時(shí)的結(jié)果。場(chǎng)效應(yīng)迀移率M2示出當(dāng)使用第一參考例中包含的絕緣膜501制作M0SFET并測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)迀移率時(shí)的結(jié)果。場(chǎng)效應(yīng)迀移率M3 示出當(dāng)使用通過第二參考例中包含的絕緣膜502制作M0SFET并測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)迀移率時(shí)的結(jié)果。[〇〇62] 在圖4中，橫軸表示柵極電壓(V);并且縱軸表示場(chǎng)效應(yīng)迀移率(cm2/Vs)。如圖4所示，可以看出場(chǎng)效應(yīng)迀移率Ml比場(chǎng)效應(yīng)迀移率M2以及M3增加很多。[〇〇63]因此，使用絕緣膜50的情況下的界面狀態(tài)D1比使用絕緣膜501以及502的情況下的界面狀態(tài)D2以及D3低。由此，在根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置110中，與根據(jù)第一參考例以及第二參考例的半導(dǎo)體裝置相比，場(chǎng)效應(yīng)迀移率提高很多。[〇〇64]特別地，理想的是，包含在絕緣膜50中的N的濃度分布的峰值位置處的N的濃度不小于5 X 102<3Cnf3且不大于1 X 1022cnf3。理想的是，包含在絕緣膜50中的N的濃度分布的峰值位置的第一表面20a側(cè)上的N的濃度不小于5 X 1019cnf3但是小于5 X 1021cnf3。[〇〇65]本申請(qǐng)
【發(fā)明人】們還發(fā)現(xiàn)，在絕緣膜50側(cè)上距離絕緣膜50與第二半導(dǎo)體區(qū)域20之間的界面(第一表面20a)約5nm的區(qū)域中，N的濃度分布是重要的。換句話說，如圖2中的圓R1所示，理想的是，N的濃度從第一表面20a起到絕緣膜50側(cè)上的至少約5nm處增加。[〇〇66]場(chǎng)效應(yīng)迀移率受到絕緣膜50與第二半導(dǎo)體區(qū)域20之間的界面附近處的第二半導(dǎo)體區(qū)域20的缺陷和結(jié)合狀態(tài)的影響。具體來說，對(duì)于N的濃度分布來說，重要的是在區(qū)域R1 中從界面(第一表面20a)到絕緣膜50側(cè)上的約5nm具有增加趨勢(shì)。[〇〇67] S卩，即使包含在絕緣膜50中的N的濃度分布在距離第一表面20a不小于2nm但是小于10nm處沒有峰值，也可以認(rèn)為:如果N的濃度從第一表面20a到至少5nm增加，就能夠得到與有峰值的情況相同的效果。
[0068]圖5示出了絕緣膜中的N的濃度分布的另一示例。[〇〇69]在圖5中，橫軸表示以絕緣膜50的表面為參考的深度(nm);并且縱軸表示N的濃度 (cm—3) 〇
[0070]如圖5所示，濃度分布C11在深度方向上從絕緣膜50的表面逐漸增加。濃度分布C11 從第一表面20a到至少5nm具有增加趨勢(shì)。濃度分布Cl 1中不存在主峰值。換句話說，N的濃度從第一表面20a到至少5nm具有增加趨勢(shì)，并且進(jìn)一步遠(yuǎn)離第一表面20a離開不具有減少趨勢(shì)。即使在使用了具有這種濃度分布C11的絕緣膜50的情況下，也可以認(rèn)為，與根據(jù)第一參考例以及第二參考例的半導(dǎo)體裝置相比，場(chǎng)效應(yīng)迀移率提高很多。[〇〇71]另一方面，在包含在絕緣膜50中的N的濃度從第一表面20a到至少5nm增加后，N的濃度在某一位置處可具有峰值。在N的濃度分布具有峰值的情況下，理想的是，峰值中的半峰寬不小于1 〇nm但是小于20nm。并且，理想的是，在峰值的位置處的N的濃度不小于5 X 102()Cnf3且不大于lX 1022cm3。理想的是，包含在絕緣膜50中的N的濃度分布的峰值位置的第一表面20a側(cè)上的N的濃度不小于5X1019cnf3但是小于5X1021cnf3。由此，半導(dǎo)體裝置110的場(chǎng)效應(yīng)遷移率提尚。
[0072]第二實(shí)施方式[〇〇73]現(xiàn)在說明根據(jù)第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0074]圖6是圖示半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程。
[0075]如圖6所示，用于制造根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的方法包括:形成半導(dǎo)體區(qū)域 (步驟S101)、形成Si氮氧化膜(步驟S102)以及進(jìn)行氮氧化(步驟S103)。[〇〇76]在步驟S101的半導(dǎo)體區(qū)域的形成中，進(jìn)行處理以形成包含SiC并且具有第一表面的半導(dǎo)體區(qū)域。在步驟S102的Si氮氧化膜的形成中，進(jìn)行處理以形成Si氮氧化膜，其接觸在步驟S101中形成的半導(dǎo)體區(qū)域的第一表面。在步驟S103的氮氧化中，進(jìn)行處理以對(duì)在步驟 S102中形成的Si氮氧化膜的第一表面的附近進(jìn)行氮氧化處理。[〇〇77]通過步驟S103的氮氧化，可以將Si氮氧化膜的N的濃度分布的峰值的位置設(shè)在遠(yuǎn)離第一表面不小于2nm但小于10nm的位置處。[〇〇78]通過步驟S103的氮氧化，將Si氮氧化膜的N的濃度分布的峰值中的半峰寬設(shè)為不小于10nm但小于20nm。[〇〇79]通過步驟S103的氮氧化，可以將Si氮氧化膜的N的濃度分布的峰值的位置處的N的濃度設(shè)為不小于5 X 102()cm 3且不大于1 X 1022cnf3。
[0080]通過步驟S103的氮氧化，可以將Si氮氧化膜的峰值位置的第一表面?zhèn)壬系腘的濃度設(shè)為不小于5 X 1019cnf3但小于5 X 1021cnf3。
[0081]通過步驟S103的氮氧化，可以使Si氮氧化膜中的N的濃度從第一表面到至少5nm增加。
[0082]現(xiàn)在將說明制造方法的具體示例。[〇〇83]圖7至圖10是示出半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意橫截面圖。
[0084]首先，如圖7所示，制備基板11?；?1包含4H_SiC?；?1包括作為n型雜質(zhì)的N或者P的至少一種?；?1的雜質(zhì)濃度例如是不小于約5X1018cm3且不大于約lX1019cnf3?；?1的厚度是約300M1?；?1的第一主表面11a是例如(000-1)面。第一主表面11a可以是 (0001)面。
[0085]然后，在基板11的第一主表面11a上形成第一半導(dǎo)體區(qū)域10。例如，第一半導(dǎo)體區(qū)域10通過外延生長(zhǎng)法形成在第一主表面11a上。例如，第一半導(dǎo)體區(qū)域10包含作為n型雜質(zhì)的N。第一半導(dǎo)體區(qū)域10的雜質(zhì)濃度例如是不小于約5X1015cm3且不大于約2X1016cnf3。第一半導(dǎo)體區(qū)域10的厚度例如是約10M1。[〇〇86]接下來，在第一半導(dǎo)體區(qū)域10上形成第二半導(dǎo)體區(qū)域20。換句話說，在第一半導(dǎo)體區(qū)域10上形成未示出的掩膜材料;并且，例如，通過掩膜材料的開口將A1作為P型雜質(zhì)進(jìn)行離子注入。[〇〇87]然后，在第二半導(dǎo)體區(qū)域20上形成第三半導(dǎo)體區(qū)域30。換句話說，在第二半導(dǎo)體區(qū)域20上形成未示出的掩膜材料;并且，例如，通過掩膜材料的開口將作為n型雜質(zhì)的P進(jìn)行離子注入。[〇〇88]接下來，根據(jù)需要，在第二半導(dǎo)體區(qū)域20上與第三半導(dǎo)體區(qū)域30鄰接的區(qū)域中，形成第四半導(dǎo)體區(qū)域40。換句話說，在第二半導(dǎo)體區(qū)域20上形成未示出的掩膜材料;并且通過掩膜材料的開口將P型雜質(zhì)(例如A1)進(jìn)行離子注入。
[0089]例如，在對(duì)第二半導(dǎo)體區(qū)域20、第三半導(dǎo)體區(qū)域30以及第四半導(dǎo)體區(qū)域40進(jìn)行了離子注入后，在約1700°C的溫度下進(jìn)行熱處理。由此，雜質(zhì)被活性化。
[0090]然后，在第一半導(dǎo)體區(qū)域10、第二半導(dǎo)體區(qū)域20、第三半導(dǎo)體區(qū)域30以及第四半導(dǎo)體區(qū)域40上形成Si氧化膜50a。例如，Si氧化膜50a通過濕氧化法、干氧化法、化學(xué)氣相沉積法(CVD法)或者原子層沉積法(ALD)中的至少一種形成。Si氧化膜50a的厚度例如是約50nm。 [〇〇91]繼續(xù)，如圖8所示，例如，在包含氨(NH3)的氣氛下，在1200°C下進(jìn)行熱處理。由此， 通過將N添加到Si氧化膜50a中，形成Si氮氧化膜50b氮氧化膜50b中的N的濃度為例如約5X1021cm—3〇[〇〇92]Si氮氧化膜50b可以在第一半導(dǎo)體區(qū)域10、第二半導(dǎo)體區(qū)域20、第三半導(dǎo)體區(qū)域30以及第四半導(dǎo)體區(qū)域40上通過CVD或ALD直接形成。換句話說，Si氮氧化膜50b可以在形成了 Si氧化膜50a后在含有NH3的氣氛中通過熱處理形成;或者可以形成Si氮氧化膜50b，不需形成Si氧化膜50a。[〇〇93] 然后，如圖9所示，在包含例如一氧化二氮(N20)或者一氧化氮(NO)中的至少一種的氣氛中，在例如1200°C下，進(jìn)行Si氮氧化膜50b的熱處理(氮氧化)。由此，形成絕緣膜50， 其中進(jìn)行了 Si氮氧化膜50b與第二半導(dǎo)體區(qū)域20之間的界面的氮氧化。換句話說，通過該氮氧化，將Si氮氧化膜50b的N的濃度分布的峰值位置設(shè)為遠(yuǎn)離第一表面20a不小于2nm但小于 10nm的位置處。[〇〇94]通過該氮氧化，可以使Si氮氧化膜50b的N的濃度分布的峰值中的半峰寬設(shè)為不小于1 Onm但小于20nm。通過該氮氧化，可以使S i氮氧化膜的N的濃度分布的峰值的位置處的N 的濃度設(shè)為不小于5 X 102()cm 3且不大于1 X 1022cm 3。通過該氮氧化，可以使Si氮氧化膜的峰值位置的第一表面?zhèn)壬系腘的濃度設(shè)為不小于5 X 1019cnf3但小于5 X 1021cnf3。通過該氮氧化，可以使Si氮氧化膜中的N的濃度設(shè)為從第一表面到至少5nm都增加。[〇〇95]然后，如圖10所示，例如，在絕緣膜50上沉積多晶硅;并且使用未示出的掩膜材料對(duì)多晶硅進(jìn)行圖案化。由此，形成控制電極80。之后，形成覆蓋控制電極80的層間絕緣膜90; 并且在層間絕緣膜90上形成第二電極82。并且，在基板11的第二主表面lib上形成第一電極 81。由此，完成了半導(dǎo)體裝置110。[〇〇96]圖2所示的濃度分布C1、圖3所示的界面狀態(tài)D1以及圖4所示的場(chǎng)效應(yīng)迀移率Ml示出了包括例如上述的絕緣膜50的半導(dǎo)體裝置110的特性。絕緣膜50是在形成了圖8所示的Si 氮氧化膜50b后進(jìn)行圖9所示的使用N20等的氮氧化形成的膜。通過在形成了 Si氮氧化膜50b 后進(jìn)行使用N20等的氮氧化，能夠調(diào)整Si氮氧化膜50b的N的濃度分布。由此，形成絕緣膜50。 [〇〇97] 這里，圖2所表示的濃度分布C2、圖3所表示的界面狀態(tài)D2以及圖4所表示的場(chǎng)效應(yīng)迀移率M2示出了包含絕緣膜501的根據(jù)第一參考例的半導(dǎo)體裝置的特性。絕緣膜501是在形成了圖7所示的Si氧化膜50a后進(jìn)行圖9所示的使用N20等的氮氧化形成的膜。換句話說，絕緣膜501是不進(jìn)行圖8所示的使用NH3的熱處理而形成的膜。[〇〇98]圖2所示的濃度分布C3、圖3所示的界面狀態(tài)D3以及圖4所示的場(chǎng)效應(yīng)迀移率M3示出包含絕緣膜502的根據(jù)第二參考例的半導(dǎo)體裝置的特性。絕緣膜502是在形成了圖7所示的Si氧化膜50a后進(jìn)行圖8所示的使用NH3的熱處理而形成的膜。換句話說，絕緣膜502是不進(jìn)行圖9所示的使用N20等的氮氧化而形成的膜。[〇〇99]如在根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法中，通過在形成了Si氮氧化膜50b后進(jìn)行使用N20等的氮氧化，使絕緣膜50的N的濃度分布的峰值的位置設(shè)置為遠(yuǎn)離在絕緣膜50與第二半導(dǎo)體區(qū)域20之間的界面(第一表面20a)不小于2nm但小于10nm。由此，排除了在絕緣膜50的第一表面20a附近處的過剩的N;并且，形成具有缺陷少的良好的結(jié)合狀態(tài)的界面。由此，半導(dǎo)體裝置110的場(chǎng)效應(yīng)迀移率比根據(jù)第一參考例以及第二參考例的半導(dǎo)體裝置的場(chǎng)效應(yīng)迀移率高。
[0100]第三實(shí)施方式
[0101]現(xiàn)在將說明根據(jù)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置。
[0102]圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的示意橫截面圖。
[0103]在圖11所示的半導(dǎo)體裝置120中，控制電極85的構(gòu)造與圖1所示的半導(dǎo)體裝置110 的控制電極80的構(gòu)造不同。這以外的構(gòu)成與半導(dǎo)體裝置110相同。[〇1〇4] 半導(dǎo)體裝置120的控制電極85的構(gòu)造是溝槽柵構(gòu)造?？刂齐姌O85在Z方向上延伸。 控制電極85的一端85a的位置與第三半導(dǎo)體區(qū)域30的一端30a大致相同。控制電極85的另一端85b的位置在第二半導(dǎo)體區(qū)域20和第一半導(dǎo)體區(qū)域10之間的邊界的基板11側(cè)上。在半導(dǎo)體裝置120中，第二半導(dǎo)體區(qū)域20的第一表面20a為與4H-SiC的(0001)面或(000-1)面正交的面(例如(11-20)面)。[〇1〇5]在控制電極85與第二半導(dǎo)體區(qū)域20的第一表面20a之間設(shè)有絕緣膜50。包含在絕緣膜50中的N的濃度分布(沿著與圖11所示的X方向平行的b-b線的濃度分布)的峰值的位置在X方向上遠(yuǎn)離第一表面20a不小于2nm但小于10nm。此外，包含在絕緣膜50中的N的濃度分布的峰值中的半峰寬為不小于1 〇nm但小于20nm。包含在絕緣膜50中的N的濃度與半導(dǎo)體裝置110的相同。
[0106]在半導(dǎo)體裝置120中，絕緣膜50的厚度是X方向的厚度。在半導(dǎo)體裝置120中，第二半導(dǎo)體區(qū)域20的深度(在Z方向上距離第三半導(dǎo)體區(qū)域30的一端30a的深度)是例如約lwii。 [〇1〇7]沿著從第三半導(dǎo)體區(qū)域30的一端30a的位置起在Z方向上通過第一半導(dǎo)體區(qū)域10 的中途的溝槽T的內(nèi)壁形成絕緣膜50?？刂齐姌O85在插入絕緣膜50的情況下被填充進(jìn)溝槽T〇
[0108]在具有這樣的溝槽柵構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置120中，場(chǎng)效應(yīng)迀移率也與半導(dǎo)體裝置110 同樣地提高。具有溝槽柵構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置120與具有平坦構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置110相比的優(yōu)勢(shì)在于，溝道具有更高的密度。在平坦構(gòu)造中在第二半導(dǎo)體區(qū)域20之間所存在的在第一半導(dǎo)體區(qū)域10中產(chǎn)生的JFET電阻在溝槽柵型中不存在。因此，半導(dǎo)體裝置120的優(yōu)勢(shì)在于具有較低的導(dǎo)通電阻。在具有溝槽柵構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置120中，在(0001)面或(000-1)面用作基板11的情況下，例如，在(11-20)面中形成溝槽。從而，與在(0001)面或(000-1)面中形成溝槽的情況相比，期望甚至更高的場(chǎng)效應(yīng)迀移率。[〇1〇9]如上所述，根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法，能提高場(chǎng)效應(yīng)迀移率。
[0110]雖然上述說明了實(shí)施方式，但本發(fā)明不限定于這些示例。例如，對(duì)于上述的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行的實(shí)施方式的特征部件的追加、刪除或者設(shè)計(jì)變更，或者合適的組合均落入本發(fā)明的主旨包含的本發(fā)明的范圍中。
[0111]例如，雖然在上述的各實(shí)施方式中，第一導(dǎo)電型被描述為n型、第二導(dǎo)電型被描述為P型，但當(dāng)設(shè)第一導(dǎo)電型為P型并且第二導(dǎo)電型為n型時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。
[0112]雖然已經(jīng)說明了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，但這些實(shí)施方式是作為例子提出的，并不是要限定發(fā)明的范圍。實(shí)際上，本文中說明的這些新穎的實(shí)施方式能夠以其他各種形態(tài)實(shí)施;此外，在不脫離發(fā)明的精神的情況下，能夠在本文說明的實(shí)施例的形式上進(jìn)行各種省略、替換和變更。所附的權(quán)利要求書及其等同物的目的是覆蓋會(huì)落入本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的那些形式或者變更。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 含有SiC的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域； 設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域含有SiC并且具有第一表面； 設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域上的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)域，所述第三半導(dǎo)體區(qū)域含有SiC; 電連接到所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的第一電極； 電連接到所述第三半導(dǎo)體區(qū)域的第二電極； 設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域上的控制電極；以及 設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域與所述控制電極之間的絕緣膜，所述絕緣膜接觸所述第一表面和所述控制電極并且含有氮，所述氮的濃度的峰值位置距離所述第一表面不小于2納米但是小于10納米，在峰值處的半峰寬不小于10納米但是小于20納米。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述峰值處的所述氮的濃度不小于5 X lO'm—3并且不大于I X lO'nf3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述絕緣膜中比所述峰值位置更靠近所述第一表面的一側(cè)的所述氮的濃度不小于5X 119Cnf3但是小于5 X 1021cm—3。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第一表面是SiC的(0001)面、(000-1)面或者(11-20)面中的至少一種。5.—種半導(dǎo)體裝置，包括: 含有SiC的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域； 設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域上的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，所述第二半導(dǎo)體區(qū)域含有SiC并且具有第一表面； 設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域上的第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體區(qū)域，所述第三半導(dǎo)體區(qū)域含有SiC; 電連接到所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的第一電極； 電連接到所述第三半導(dǎo)體區(qū)域的第二電極； 設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域上的控制電極；以及 設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體區(qū)域與所述控制電極之間的絕緣膜，所述絕緣膜接觸所述第一表面和所述控制電極并且含有氮，所述氮的濃度增加到距離所述第一表面至少5納米的位置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在距離所述第一表面不小于5納米的位置處的所述氮的濃度不小于5 X 102()Cm—3并且不大于I X 122Cm-3O7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在所述絕緣膜中比所述峰值位置更靠近所述第一表面的一側(cè)的所述氮的濃度不小于5X 119Cnf3但是小于5 X 1021cm—3。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述第一表面是SiC的(0001)面、(000-1)面或者(11-20)面中的至少一種。9.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括: 形成含有SiC并且具有第一表面的半導(dǎo)體區(qū)域； 形成接觸所述半導(dǎo)體區(qū)域的所述第一表面的Si氮氧化膜；以及 使所述Si氮氧化膜的第一表面的附近氮氧化。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于， 形成所述Si氮氧化膜包括: 形成Si氧化膜；以及 在包含NH3的氣氛中進(jìn)行所述Si氧化膜的第一熱處理。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于， 形成所述Si氧化膜包括:通過濕氧化法、干氧化法、化學(xué)氣相沉積法或者原子層沉積法中的至少一種形成所述Si氧化膜。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于， 所述第一熱處理的條件包括:不小于1150°C并且不大于1350°C的溫度以及不少于10分鐘并且不多于120分鐘的時(shí)間。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于， 第一表面的附近的氮氧化包括:在包含N2O和NO中的至少一種的氣氛中進(jìn)行所述Si氮氧化膜的第二熱處理。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其特征在于， 所述第二熱處理的條件包括:不小于1150°C并且不大于1350°C的溫度以及不少于10分鐘并且不多于120分鐘的時(shí)間。
【文檔編號(hào)】H01L29/12GK105981176SQ201480057180
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2014年9月16日
【發(fā)明人】有吉惠子, 清水達(dá)雄, 四戶孝, 先崎純壽, 原田信介, 小島貴仁
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社東芝, 獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所, 富士電機(jī)株式會(huì)社