JP2012054505A - Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、炭化珪素半導体装置とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same.
珪素を用いたパワーデバイスの物性限界を打破するために、炭化珪素を用いたパワーデバイスの開発が行われている。しかしながら、炭化珪素を用いてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を製造する場合、炭化珪素層上に二酸化珪素からなるゲート絶縁膜を形成すると、炭化珪素/二酸化珪素界面に多くの界面準位が形成される。このような界面準位の存在によって、MOSFETのチャネル移動度はバルク中の移動度に比べて著しく小さくなり、オン抵抗値が高くなるため、デバイスの低損失化の障害となる。 In order to overcome the physical property limits of power devices using silicon, power devices using silicon carbide have been developed. However, in the case of manufacturing a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) using silicon carbide, when a gate insulating film made of silicon dioxide is formed on the silicon carbide layer, many interface states exist at the silicon carbide / silicon dioxide interface. It is formed. Due to the presence of such an interface state, the channel mobility of the MOSFET is significantly smaller than the mobility in the bulk, and the on-resistance value is increased, which hinders the reduction of the device loss.
従来の炭化珪素半導体装置の製造方法では、炭化珪素層の表面を熱酸化してゲート絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜をNOガスやPH3ガスなどのV族元素含有ガス中でアニールしてゲート絶縁膜中に窒素やリンを導入することによりチャネル移動度を向上させていた。(例えば、特許文献1参照) In the conventional method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, the surface of the silicon carbide layer is thermally oxidized to form a gate insulating film, and this gate insulating film is annealed in a V group element-containing gas such as NO gas or PH 3 gas. Thus, the channel mobility is improved by introducing nitrogen or phosphorus into the gate insulating film. (For example, see Patent Document 1)
また、他の従来の炭化珪素半導体装置の製造方法では、炭化珪素層の表面に面内方向にわたって概略均一な濃度プロファイルのリンをドープした犠牲層を形成し、犠牲層を含む表面層を熱酸化してゲート絶縁膜を形成することによって、チャネル表面の段差を低減してチャネル移動度を向上させていた。(例えば、特許文献2参照) In another conventional silicon carbide semiconductor device manufacturing method, a sacrificial layer doped with phosphorus having a substantially uniform concentration profile is formed on the surface of the silicon carbide layer in the in-plane direction, and the surface layer including the sacrificial layer is thermally oxidized. Thus, by forming the gate insulating film, the step on the channel surface is reduced and the channel mobility is improved. (For example, see Patent Document 2)
上記の特許文献1に記載の従来の炭化珪素半導体装置の製造方法にあっては、V族元素含有ガス中でのアニールによってチャネル移動度は向上するものの同時に閾値電圧が低下してしまう。炭化珪素半導体装置をパワーデバイスとして用いる場合、高耐圧特性の確保が必要であり、これを実現するためにはある程度の大きさの閾値電圧が必要である。上記のV族元素含有ガス中でのアニールを行う方法では、チャネル移動度と閾値電圧とがトレードオフの関係にあるという問題点があった。
In the conventional method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device described in
また、上記の特許文献2に記載の他の従来の炭化珪素半導体装置の製造方法にあっては、炭化珪素層を高温で熱酸化してゲート絶縁膜を形成するため、この熱酸化の工程において炭化珪素/二酸化珪素界面における界面準位の増加を避けることはできず、チャネル移動度を向上させる効果は不充分であるという問題があった。また、この方法においてもチャネル移動度と閾値電圧とがトレードオフの関係にあるという問題点があった。
In another conventional method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device described in
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、チャネル移動度を向上させ、かつ、閾値電圧の低下を抑えた炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device that improves channel mobility and suppresses a decrease in threshold voltage and a method for manufacturing the same. To do.
この発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素層を有する基板の炭化珪素層上に、リンをドープした珪素膜を形成する工程と、珪素膜を熱酸化してゲート絶縁膜を形成する工程と、を備えたものである。 A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a silicon film doped with phosphorus on a silicon carbide layer of a substrate having a silicon carbide layer, and forming a gate insulating film by thermally oxidizing the silicon film And a step of performing.
また、この発明に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素層を有する基板と、炭化珪素層上に形成され、リンがドープされた二酸化珪素で形成されたゲート絶縁膜と、を備えた炭化珪素半導体装置において、ゲート絶縁膜中の深さ方向に対するリン濃度の分布は、炭化珪素層との界面近傍にピーク値を有し、ピーク値は、ゲート絶縁膜のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位と炭化珪素層とゲート絶縁膜との界面との中間近傍のバルク中のリン濃度の2〜10倍であるものである。 A silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes a substrate having a silicon carbide layer, and a gate insulating film formed on the silicon carbide layer and formed of silicon dioxide doped with phosphorus. In the device, the phosphorus concentration distribution in the depth direction in the gate insulating film has a peak value near the interface with the silicon carbide layer, and the peak value is the depth of the portion of the gate insulating film doped with phosphorus. Is 2 to 10 times the phosphorus concentration in the bulk near the middle of the shallowest part and the interface between the silicon carbide layer and the gate insulating film.
この発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、チャネル移動度を向上させつつ、閾値電圧の低下を抑制することができる。 According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device of the present invention, it is possible to suppress a decrease in threshold voltage while improving channel mobility.
また、この発明に係る炭化珪素半導体装置によれば、チャネル移動度を向上させつつ、閾値電圧の低下を抑制することができる。 Moreover, according to the silicon carbide semiconductor device which concerns on this invention, the fall of a threshold voltage can be suppressed, improving a channel mobility.
実施の形態1.
まず、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置1aの構成を説明する。図1は、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置1aを示す断面図である。ここでは、炭化珪素半導体装置1aの一例として、nチャネル炭化珪素MOSFETについて説明する。
First, the structure of silicon carbide semiconductor device 1a in the first embodiment of the present invention will be described. 1 is a cross sectional view showing a silicon carbide semiconductor device 1a according to the first embodiment of the present invention. Here, an n-channel silicon carbide MOSFET will be described as an example of silicon carbide semiconductor device 1a.
図1において、n型(第1導電型)で低抵抗の炭化珪素基板2の一方の面3上に、n型(第1導電型)の炭化珪素エピタキシャル層6が形成されている。炭化珪素エピタキシャル層6の表面側には、p型(第2導電型)のベース領域7が形成されている。さらに、ベース領域7の表面側には、一対のn型(第1導電型)のソース領域8が、互いに所定間隔だけ離れてそれぞれベース領域7よりも浅く形成されている。そして、一方のソース領域8に隣接して、p型(第2導電型)のベースコンタクト用領域11が形成されている。
In FIG. 1, an n-type (first conductivity type) silicon carbide
また、ベース領域7、ソース領域8およびベースコンタクト用領域11を含む炭化珪素エピタキシャル層6の表面には、ソース領域8の一部およびベースコンタクト用領域11の一部を除き、ゲート絶縁膜12が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜12上で、一対のソース領域8同士の間の領域およびソース領域8の一部と対向する部位には、ゲート電極13が形成されている。そして、一方のソース領域8の表面の一部からベースコンタクト用領域11の表面の一部にまたがるようにソース電極16が形成され、他方のソース領域8の表面の一部にはドレイン電極17が形成されている。
On the surface of silicon carbide
次に、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置1aの製造方法について説明する。図2〜図7は、それぞれ、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置1aの製造方法の一部を示す断面図である。 Next, a method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1a in the first embodiment of the present invention will be described. 2 to 7 are cross sectional views showing a part of a method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1a in the first embodiment of the present invention.
まず、一方の面3の面方位が(0001)面であり、4Hのポリタイプを有するn型(第1導電型)で低抵抗の炭化珪素基板2を準備する。そして、図2に示すように、炭化珪素基板2の一方の面3上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、1〜100μmの厚さのn型(第1導電型)の炭化珪素エピタキシャル層6を形成する。
First, an n-type (first conductivity type) low resistance
次に、炭化珪素エピタキシャル層6の表面にレジストによってマスクを形成し、炭化珪素エピタキシャル層6の表面側から、p型(第2導電型)の不純物をイオン注入する。これにより、炭化珪素エピタキシャル層6にp型(第2導電型)のベース領域7が形成される。レジストを除去した後の断面図を図3に示す。
Next, a mask is formed with a resist on the surface of silicon carbide
このとき、イオン注入するp型(第2導電型)の不純物は例えばアルミニウムやホウ素、ガリウムであって、イオン注入する不純物濃度は1×1015〜1×1019cm−3の範囲とする。また、p型(第2導電型)の不純物のイオン注入の深さは、炭化珪素エピタキシャル層6の厚さを超えない0.5〜3μm程度とする。
At this time, the p-type (second conductivity type) impurity to be ion-implanted is, for example, aluminum, boron, or gallium, and the impurity concentration to be ion-implanted is in the range of 1 × 10 15 to 1 × 10 19 cm −3 . The depth of ion implantation of the p-type (second conductivity type) impurity is about 0.5 to 3 μm that does not exceed the thickness of the silicon
次に、炭化珪素エピタキシャル層6の表面にレジストによってマスクを形成し、炭化珪素エピタキシャル層6の表面側から、n型(第1導電型)の不純物をイオン注入する。これにより、ベース領域7の表面側に、一対のn型(第1導電型)のソース領域8が、互いに所定間隔だけ離れてそれぞれベース領域7よりも浅く形成される。その後、レジストを除去する。
Next, a mask is formed with a resist on the surface of silicon
このとき、イオン注入するn型(第1導電型)の不純物は例えば窒素やリン、ヒ素であって、イオン注入する不純物濃度は1×1018〜1×1020cm−3の範囲とする。また、n型(第1導電型)の不純物のイオン注入の深さは、0.1〜2μm程度で、ベース領域7の厚さより浅いものとする。
At this time, the n-type (first conductivity type) impurity to be ion-implanted is, for example, nitrogen, phosphorus, or arsenic, and the impurity concentration to be ion-implanted is in the range of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 cm −3 . The depth of ion implantation of n-type (first conductivity type) impurities is about 0.1 to 2 μm, which is shallower than the thickness of the
次に、炭化珪素エピタキシャル層6の表面にレジストによってマスクを形成し、炭化珪素エピタキシャル層6の表面側から、p型(第2導電型)の不純物をイオン注入する。これにより、ベース領域7の表面側に、一方のソース領域8に隣接して、p型(第2導電型)のベースコンタクト用領域11が形成される。レジストを除去した後の断面図を図4に示す。
Next, a mask is formed with a resist on the surface of silicon
このとき、イオン注入するp型(第2導電型)の不純物は例えばアルミニウムやホウ素、ガリウムであって、イオン注入する不純物濃度は1×1019〜1×1021cm−3の範囲とする。また、p型(第2導電型)の不純物のイオン注入の深さは、0.1〜2μm程度で、ベース領域7の厚さより浅いものとする。
At this time, the p-type (second conductivity type) impurity to be ion-implanted is, for example, aluminum, boron, or gallium, and the impurity concentration to be ion-implanted is in the range of 1 × 10 19 to 1 × 10 21 cm −3 . The depth of ion implantation of the p-type (second conductivity type) impurity is about 0.1 to 2 μm and is shallower than the thickness of the
次に、炭化珪素エピタキシャル層6、ベース領域7、ソース領域8およびベースコンタクト用領域11が形成された炭化珪素基板2を、熱処理装置によって、例えばアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で、1300〜2100℃の範囲で高温アニールを行う。この高温アニールにより、イオン注入されたアルミニウムや窒素などが電気的に活性化される。
Next, the
次に、図5に示すように、ベース領域7、ソース領域8およびベースコンタクト用領域11を含む炭化珪素エピタキシャル層6の表面に、リンをドープした多結晶珪素膜18を形成する。リンをドープした多結晶珪素膜18の膜厚は、1nm以上であることが好ましく、20nm程度とするのがより好ましい。
Next, as shown in FIG. 5, phosphorus-doped
後述するゲート絶縁膜12を形成する工程において炭化珪素/二酸化珪素界面に生じる界面準位の密度が1×1010〜1×1015cm−2eV−1程度であり、炭化珪素/二酸化珪素界面の遷移領域の厚さが1〜10nm程度であることから、界面準位を効果的にリンでパッシベーションするために、多結晶珪素膜18にドープするリンの濃度は、多結晶珪素膜18の面内方向および深さ方向においてほぼ一定であり、1×1016〜1×1022cm−3の範囲とすることが好ましい。
The density of interface states generated at the silicon carbide / silicon dioxide interface in the step of forming the
リンをドープした多結晶珪素膜18は、原料ガスとしてSiH4とPH3を用いたCVD法によって形成されるが、この方法に限ることはなく、先にノンドープの多結晶珪素膜18をCVD法によって形成し、その後、イオン注入によってリンをドープする方法で形成してもよい。
The
次に、リンをドープした多結晶珪素膜18が形成された炭化珪素基板2を700〜1400℃の範囲の温度で加熱し、多結晶珪素膜18を全て熱酸化することにより、二酸化珪素からなるゲート絶縁膜12を形成する。例えば多結晶珪素膜18の膜厚が20nm程度である場合、熱酸化によりゲート絶縁膜12の膜厚は50nm程度となる。この工程により、リンが炭化珪素/二酸化珪素界面近傍へ拡散し、炭化珪素/二酸化珪素界面に生じる界面準位がリンによってパッシベーションされる。ゲート絶縁膜12を形成した後の断面図を図6に示す。
Next, the
次に、ゲート絶縁膜12上に、多結晶珪素膜をCVD法によって形成し、フォトリソグラフィおよびエッチング技術によってパターニングすることによりゲート電極13を形成する。図7に示すように、ゲート電極12は、一対のソース領域8がそれぞれ両端部に位置し、一対のソース領域8間のベース領域7が中央に位置するような形状にパターニングされる。
Next, a polycrystalline silicon film is formed on the
次に、ゲート電極12が形成された部位およびその周囲を残して、一方のソース領域8の表面の一部からベースコンタクト用領域11の表面の一部にまたがる部位と、他方のソース領域8の表面の一部に形成されているゲート絶縁膜12を除去する。そして、ゲート絶縁膜12を除去することによって表面に露出した、一方のソース領域8の表面の一部からベースコンタクト用領域11の表面の一部にまたがる部位にソース電極16を形成し、同じく表面に露出した他方のソース領域8の表面の一部にドレイン電極17を形成する。これにより、図1に示す状態となる。ソース電極16およびドレイン電極17としては、例えばニッケル、チタン、アルミニウム、モリブデン、クロム、白金、タングステン、タンタル、ニオブ、珪素、炭化チタン、これらの窒化物あるいはこれらの合金が用いられる。
Next, leaving the part where the
最後に、ソース電極16およびドレイン電極17を、接触している炭化珪素と合金化させるために、温度:950〜1000℃、処理時間:20〜60秒、昇温速度:10〜25℃/秒で熱処理を行う。以上で、図1に示すこの発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置1aであるnチャネルMOSFETが完成する。
Finally, in order to alloy the
次に、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置1aのゲート絶縁膜12および炭化珪素エピタキシャル層6中のリン濃度の分布について説明する。図8は、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置1aと、従来の炭化珪素半導体装置の、断面深さ方向におけるリン濃度の分布を示す模式図である。図8において、縦軸はゲート絶縁膜12の表面からの深さを、横軸はリン濃度を示す。
Next, the distribution of phosphorus concentration in
ここでは、従来例として、前述の特許文献1に記載された、炭化珪素エピタキシャル層の表面を熱酸化してゲート絶縁膜を形成し、その後PH3ガス中でアニールすることによりゲート絶縁膜中にリンを導入する方法と、前述の特許文献2に記載された、炭化珪素エピタキシャル層の表面に面内方向にわたって概略均一な濃度プロファイルのリンをドープした犠牲層を形成し、犠牲層を含む表面層を熱酸化してゲート絶縁膜を形成する方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置の例を挙げて説明する。尚、特許文献1に記載された製造方法と特許文献2に記載された製造方法では、ゲート絶縁膜および炭化珪素エピタキシャル層中のリン濃度の分布はほぼ同様となるため、図8では上記の2つの製造方法を用いた場合をまとめて従来例として破線で示している。また、図8において、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を用いた場合のリン濃度の分布は、実線で示している。
Here, as a conventional example, the surface of the silicon carbide epitaxial layer described in the above-mentioned
図8に示すように、従来の炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置の場合は、二酸化珪素で形成されたゲート絶縁膜の表面近傍に少量のリンが存在するもののバルク中にはほとんどリンは存在せず、炭化珪素/二酸化珪素界面近傍にリンが集中するようになる。 As shown in FIG. 8, in the case of a silicon carbide semiconductor device manufactured using a conventional method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, a small amount of phosphorus exists in the vicinity of the surface of the gate insulating film formed of silicon dioxide. There is almost no phosphorus in the bulk, and phosphorus is concentrated near the silicon carbide / silicon dioxide interface.
これに対して、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置1aの場合は、二酸化珪素で形成されたゲート絶縁膜12の表面近傍からバルク中にかけては、ほぼ一定のリン濃度Aであり、炭化珪素/二酸化珪素界面近傍にリン濃度のピークが存在するようになる。そして、炭化珪素/二酸化珪素界面近傍のリン濃度のピーク値は、ゲート絶縁膜12の表面近傍からバルク中にかけてのリン濃度Aの2倍から10倍程度となる。尚、ゲート絶縁膜12の表面近傍からバルク中にかけてのリン濃度Aは、多結晶珪素膜18を熱酸化することによる体積膨張によって多結晶珪素膜18にドープしたリン濃度よりは若干低くなるが大幅には変化しない。従って、多結晶珪素膜18のリン濃度を1×1016〜1×1022cm−3の範囲とすると、ゲート絶縁膜12の表面近傍からバルク中にかけてのリン濃度Aも1×1016〜1×1022cm−3の範囲となる。
In contrast, in the case of silicon carbide semiconductor device 1a manufactured using the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, a bulk is formed from the vicinity of the surface of
次に、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置1aであるnチャネルMOSFETと、従来の製造方法を用いて製造された炭化珪素半導体装置であるnチャネルMOSFETとで、実効チャネル移動度μeffと閾値電圧Vthとの関係を調べた実験結果について説明する。図9は、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置1aと、従来の炭化珪素半導体装置との実効チャネル移動度と閾値電圧との関係をプロットしたグラフである。図9において、縦軸は実効チャネル移動度μeffを、横軸は閾値電圧Vthを示す。 Next, an n-channel MOSFET which is silicon carbide semiconductor device 1a manufactured using the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device in the first embodiment of the present invention, and a silicon carbide semiconductor device manufactured using a conventional manufacturing method An experimental result obtained by examining the relationship between the effective channel mobility μ eff and the threshold voltage V th with the n-channel MOSFET will be described. FIG. 9 is a graph plotting the relationship between the effective channel mobility and the threshold voltage between silicon carbide semiconductor device 1a in the first embodiment of the present invention and a conventional silicon carbide semiconductor device. In FIG. 9, the vertical axis represents the effective channel mobility μ eff , and the horizontal axis represents the threshold voltage Vth .
ここでは、従来例として、炭化珪素を熱酸化してゲート絶縁膜を形成したのみでチャネル移動度を向上させるためのパッシベーション処理を何も施していない場合と、炭化珪素を熱酸化してゲート絶縁膜を形成した後にNOガス中で1100〜1300℃でアニールすることにより窒化処理した場合を挙げて、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置1aの製造方法による場合と比較している。尚、図9において、パッシベーション処理を何も施していない場合を■で示し、窒化処理した場合を●で示し、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法による場合を▲で示している。
Here, as a conventional example, silicon carbide is thermally oxidized to form a gate insulating film and no passivation treatment is performed to improve channel mobility, and silicon carbide is thermally oxidized to perform gate insulation. A case where nitriding is performed by annealing at 1100 to 1300 ° C. in NO gas after forming the film is compared with the case of the method of manufacturing silicon carbide semiconductor device 1a in the first embodiment of the present invention. In FIG. 9, the case where no passivation treatment is performed is indicated by ■, the case where nitriding is performed is indicated by ●, and the case according to the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device in
図9から分かるように、パッシベーション処理なしの場合は、実効チャネル移動度μeffと閾値電圧Vthは共に低くなっており、窒化処理を行った場合は、実効チャネル移動度μeffと閾値電圧Vthとがトレードオフの関係になっている。これに対して、この発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置の製造方法による場合は、上記の2つの方法と比較して実効チャネル移動度μeffと閾値電圧Vthが共に高くなっており、トレードオフの関係になっていないことが分かる。 As can be seen from FIG. 9, for no passivated, effective channel mobility mu eff and the threshold voltage V th has become both low, the case of performing the nitriding treatment, the effective channel mobility mu eff and the threshold voltage V th is in a trade-off relationship. In contrast, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, both effective channel mobility μ eff and threshold voltage V th are higher than those in the above two methods. It turns out that there is no trade-off relationship.
これは、炭化珪素/二酸化珪素界面の界面準位がリンでパッシベーションされることによって実効チャネル移動度μeffが向上し、かつ、ゲート絶縁膜12の表面からバルク中にかけて高い濃度でリンが残留していることによって、このゲート絶縁膜12中に残留したリンが固定電荷として作用して閾値電圧が高いまま維持されるからである。
This is because the channel state at the silicon carbide / silicon dioxide interface is passivated with phosphorus, so that the effective channel mobility μ eff is improved, and phosphorus remains at a high concentration from the surface of the
この発明の実施の形態1では、以上のようにしたことにより、チャネル移動度を向上させつつ、閾値電圧の低下を抑制することができるという効果がある。 In the first embodiment of the present invention, the above configuration has the effect of suppressing the decrease in threshold voltage while improving the channel mobility.
炭化珪素と比べて珪素の方が低い温度で熱酸化が可能であり、また、炭化珪素と比べて珪素の方が熱酸化が進む速度が速いため、多結晶珪素膜18を熱酸化してゲート絶縁膜12を形成することにより、炭化珪素層を熱酸化してゲート絶縁膜12を形成する場合と比べて、低い温度でよく、ゲート絶縁膜12の形成に要する時間も短縮できる。
Silicon can be thermally oxidized at a lower temperature than silicon carbide, and silicon is faster in thermal oxidation than silicon carbide. Therefore, the
さらに、上記の通り、炭化珪素よりも珪素の方が低い温度で熱酸化が可能であるため、炭化珪素の熱酸化が進みにくい比較的低い温度で熱酸化を行えば、多結晶珪素膜18を全て酸化した後に炭化珪素エピタキシャル層6まで酸化してしまうことを抑制することができる。これにより、炭化珪素エピタキシャル層6が酸化されることによる界面準位の増加を抑制することができる。
Further, as described above, since silicon can be thermally oxidized at a lower temperature than silicon carbide, if thermal oxidation is performed at a relatively low temperature at which the thermal oxidation of silicon carbide is difficult to proceed,
また、珪素よりも炭化珪素の方が熱酸化が進む速度が遅いため、比較的高い温度で熱酸化を行ったとしても、多結晶珪素膜18を全て酸化した後に炭化珪素エピタキシャル層6まで酸化してしまうことを抑制することができる。これにより、炭化珪素エピタキシャル層6が酸化されることによる界面準位の増加を抑制することができる。
Further, since the speed of thermal oxidation of silicon carbide is slower than that of silicon, even if thermal oxidation is performed at a relatively high temperature, the
ゲート絶縁膜12中の深さ方向に対するリン濃度の分布が、炭化珪素エピタキシャル層6との界面近傍にピーク値を有し、このピーク値がゲート絶縁膜12の表面近傍からバルク中にかけてのリン濃度Aの2〜10倍となるようにしたことにより、炭化珪素/二酸化珪素界面に生じる界面準位をリンでパッシベーションしてチャネル移動度を向上させることができ、かつ閾値電圧も高いまま維持することができる。
The phosphorus concentration distribution in the depth direction in
多結晶珪素膜18にリンを1×1016〜1×1022cm−3の濃度でドープしたことにより、炭化珪素/二酸化珪素界面に生じる界面準位を効果的にパッシベーションすることができ、チャネル移動度を向上させることができる。さらに、これにより、ゲート絶縁膜12の表面からバルク中にかけてのリン濃度も1×1016〜1×1022cm−3とすることができ、効果的に閾値電圧を高いまま維持することができる。
By doping the
多結晶珪素膜18中の深さ方向に対するリン濃度の分布が、多結晶珪素膜18の表面近傍(多結晶珪素膜18のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位に相当)から炭化珪素エピタキシャル層6との界面近傍までほぼ一定になるようにリンをドープしたことにより、効果的に閾値電圧を高いまま維持することができる。
The phosphorus concentration distribution in the depth direction in the
尚、この発明の実施の形態1では、多結晶珪素膜18を形成した。しかし、多結晶珪素膜18の代わりに単結晶珪素膜やアモルファス珪素膜を形成してもよい。ただし、ゲート絶縁膜12の絶縁性確保という観点からは、アモルファス珪素膜より密な膜が形成できる多結晶珪素膜18や単結晶珪素膜を形成することが好ましい。
In the first embodiment of the present invention, the
また、この発明の実施の形態1では、炭化珪素エピタキシャル層6上に形成した多結晶珪素膜18を全て酸化した。しかし、必ずしも全て酸化する必要はなく、炭化珪素エピタキシャル層6との界面近傍が酸化されており、ゲート電極13が形成される部位が酸化されていればよい。例えばデバイスの動作にあまり影響がない部位に酸化されていない多結晶珪素膜18が残っていてもよい。
In the first embodiment of the present invention,
この発明の実施の形態1では、多結晶珪素膜18中の深さ方向に対するリン濃度の分布がほぼ一定となるようにリンをドープした。しかし、深さ方向に対するリン濃度の分布は必ずしも一定である必要はなく、表面近傍から炭化珪素エピタキシャル層6との界面にかけてリン濃度が高くなっていくように、あるいは低くなっていくようにしてもよい。また、リン濃度が深さ方向に対して単調に変化する必要もなく、増減があってもよい。
In the first embodiment of the present invention, phosphorus is doped so that the distribution of phosphorus concentration in the
例えば、多結晶珪素膜18の表面近傍(多結晶珪素膜18のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位に相当)のリン濃度よりも炭化珪素エピタキシャル層6との界面近傍のリン濃度が高くなるように多結晶珪素膜18を形成すると、炭化珪素/二酸化珪素界面に生じる界面準位を効果的にリンでパッシベーションすることができる。
For example, the phosphorus concentration in the vicinity of the interface with the silicon
このように多結晶珪素膜18の深さ方向に対するリン濃度の分布に変化を付けた場合、その後形成されるゲート絶縁膜12中の深さ方向に対するリン濃度のピーク値が、ゲート絶縁膜12の表面(ゲート絶縁膜12のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位に相当)と炭化珪素エピタキシャル層6との界面との中間近傍のバルク中のリン濃度の2〜10倍となるようにするのがよい。
In this way, when the phosphorus concentration distribution in the depth direction of the
また、多結晶珪素膜18全体にリンをドープせずに、多結晶珪素膜18のうち、炭化珪素エピタキシャル層6との界面に近い部位のみにリンをドープしてもよい。この場合、多結晶珪素膜18のリンがドープされた部位の厚さは、炭化珪素エピタキシャル層6との界面から1nm以上であることが好ましく、20nm程度とするのがより好ましい。
Alternatively, phosphorus may be doped only in a portion of the
この場合、その後形成されるゲート絶縁膜12中の深さ方向に対するリン濃度分布のピーク値が、ゲート絶縁膜12のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位と炭化珪素エピタキシャル層6とゲート絶縁膜12との界面との中間近傍のバルク中のリン濃度の2〜10倍となるようにするのがよい。
In this case, the peak value of the phosphorus concentration distribution with respect to the depth direction in the
また、ゲート絶縁膜12と炭化珪素エピタキシャル層6との界面近傍にはリンをドープせずにゲート絶縁膜12のバルク中のみにリンをドープしても一定の効果は得られる。この場合は、ゲート絶縁膜12中の深さ方向に対するリン濃度分布のピーク値が、ゲート絶縁膜12のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位と深さが最も深い部位との中間近傍のバルク中のリン濃度の2〜10倍となるようにするのがよい。
Even if phosphorus is not doped in the vicinity of the interface between the
尚、この発明の実施の形態1では、炭化珪素エピタキシャル層6にp型(第2導電型)の不純物をイオン注入することにより、炭化珪素エピタキシャル層6にp型(第2導電型)のベース領域7を形成した。しかし、炭化珪素エピタキシャル層6上に、p型(第2導電型)の炭化珪素エピタキシャル層をさらに形成してベース領域7としてもよい。
In the first embodiment of the present invention, a p-type (second conductivity type) base is implanted into silicon
この発明の実施の形態1では、ゲート電極13を多結晶珪素で形成したが、この多結晶珪素の導電型はn型でもp型でもよく、n型またはp型の多結晶炭化珪素でもよい。さらには、ニッケル、チタン、アルミニウム、モリブデン、クロム、白金、タングステン、タンタル、ニオブ、珪素、炭化チタン、これらの窒化物あるいはこれらの合金でもよい。
In
また、この発明の実施の形態1では、炭化珪素基板2として、一方の面3の面方位が(0001)面であり、4Hのポリタイプを有するものを用いた。しかし、面方位は(000−1)面や(11−20)面などでもよく、これらの面方位から傾斜しているものでであってもよい。さらに、ポリタイプとしては6Hや3Cであってもよい。
In
尚、この発明の実施の形態1では、炭化珪素半導体装置1aの一例として、n型を第1導電型、p型を第2導電型としてnチャネル炭化珪素MOSFETについて説明した。しかし、p型を第1導電型、n型を第2導電型としたpチャネル炭化珪素MOSFETについても同様である。 In the first embodiment of the present invention, as an example of silicon carbide semiconductor device 1a, an n-channel silicon carbide MOSFET has been described in which n-type is the first conductivity type and p-type is the second conductivity type. However, the same applies to a p-channel silicon carbide MOSFET in which the p-type is the first conductivity type and the n-type is the second conductivity type.
実施の形態2.
図10は、この発明の実施の形態2における炭化珪素半導体装置1aの製造方法の一部を示す断面図である。図10において、図1と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。この発明の実施の形態1とは、リンをドープした多結晶珪素膜18を形成する工程と、多結晶珪素膜18を熱酸化することにより二酸化珪素からなるゲート絶縁膜12を形成する工程とを行う代わりに、ゲート絶縁膜となるリンをドープした二酸化珪素膜19を形成する工程と、リンをドープした二酸化珪素膜19が形成された炭化珪素基板2を熱処理する工程とを行う点が相違している。
FIG. 10 is a cross sectional view showing a part of the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1a in the second embodiment of the present invention. 10, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted. The first embodiment of the present invention includes a step of forming a
この発明の実施の形態2における炭化珪素半導体装置1aの製造方法について詳述する。尚、ここでは、この発明の実施の形態1と同様の部分については説明を省略する。
A method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1a in the second embodiment of the present invention will be described in detail. In addition, description is abbreviate | omitted here about the part similar to
まず、図4に示す、ベース領域7の表面側に、一対のn型(第1導電型)のソース領域8を形成し、さらに、一方のソース領域8に隣接して、p型(第2導電型)のベースコンタクト用領域11を形成する工程を行い、その後、高温アニールを行う工程を行うまでは、この発明の実施の形態1と同様である。
First, a pair of n-type (first conductivity type)
次に、図10に示すように、ベース領域7、ソース領域8およびベースコンタクト用領域11を含む炭化珪素エピタキシャル層6の表面に、ゲート絶縁膜となるリンをドープした二酸化珪素膜19を形成する。リンをドープした二酸化珪素膜19の膜厚は、1nm以上であることが好ましく、50nm程度とするのがより好ましい。
Next, as shown in FIG. 10, phosphorus-doped
後述する炭化珪素基板2を熱処理する工程において、炭化珪素/二酸化珪素界面の界面準位を効果的にリンでパッシベーションするために、二酸化珪素膜19にドープするリンの濃度は、この発明の実施の形態1の場合と同様で、二酸化珪素膜19の面内方向および深さ方向においてほぼ一定であり、1×1016〜1×1022cm−3の範囲とすることが好ましい。
In the step of heat-treating the
リンをドープした二酸化珪素膜19は、原料ガスとしてO2、CO2あるいはNO2などと、SiH4およびPH3を用いたCVD法によって形成されるが、この方法に限ることはなく、先にノンドープの二酸化珪素膜19をCVD法によって形成し、その後、イオン注入によってリンをドープする方法で形成してもよい。
The
次に、リンをドープした二酸化珪素膜19が形成された炭化珪素基板2を300〜1400℃の範囲の温度で熱処理する。この工程により、リンが炭化珪素/二酸化珪素界面近傍へ拡散し、炭化珪素/二酸化珪素界面の界面準位がリンによってパッシベーションされる。尚、イオン注入によって二酸化珪素膜19にリンをドープする方法を用いる場合は、注入イオンを活性化するために、ここでの熱処理の温度を1000℃以上とすることが好ましい。
Next, the
次に、図7に示す、ゲート絶縁膜となるリンをドープした二酸化珪素膜19上に、多結晶珪素からなるゲート電極13を形成する工程を行い、その後は、この発明の実施の形態1と同様の工程を行い、図1に示す炭化珪素半導体装置1aが完成する。炭化珪素半導体装置1aの完成後、ゲート絶縁膜となるリンをドープした二酸化珪素膜19中の深さ方向に対するリン濃度の分布は図8に示すようになる。
Next, the step of forming a
この発明の実施の形態2では、以上のようにしたことにより、この発明の実施の形態1と同様に、チャネル移動度を向上させつつ、閾値電圧の低下を抑制することができるという効果がある。さらに、珪素や炭化珪素の熱酸化によってゲート絶縁膜を形成するわけではなく、ゲート絶縁膜となる二酸化珪素膜19を直接形成するため、ゲート絶縁膜の膜厚の制御性が高い。
In the second embodiment of the present invention, as described above, as in the first embodiment of the present invention, it is possible to improve the channel mobility and suppress the decrease in the threshold voltage. . In addition, the gate insulating film is not formed by thermal oxidation of silicon or silicon carbide, but the
二酸化珪素膜19にリンを1×1016〜1×1022cm−3の濃度でドープしたことにより、炭化珪素/二酸化珪素界面の界面準位を効果的にパッシベーションすることができ、チャネル移動度を向上させることができる。さらに、これにより、効果的に閾値電圧を高いまま維持することができる。
By doping the
二酸化珪素膜19中の深さ方向に対するリン濃度の分布が、二酸化珪素膜19の表面近傍(二酸化珪素膜19のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位に相当)から炭化珪素エピタキシャル層6との界面近傍までほぼ一定になるようにリンをドープしたことにより、効果的に閾値電圧を高いまま維持することができる。
The distribution of phosphorus concentration in the depth direction in the
尚、この発明の実施の形態2では、二酸化珪素膜19中の深さ方向に対するリン濃度の分布がほぼ一定となるようにリンをドープした。しかし、深さ方向に対するリン濃度の分布は必ずしも一定である必要はなく、表面近傍から炭化珪素エピタキシャル層6との界面にかけてリン濃度が高くなっていくように、あるいは低くなっていくようにしてもよい。また、リン濃度が深さ方向に対して単調に変化する必要もなく、増減があってもよい。
In the second embodiment of the present invention, phosphorus is doped so that the phosphorus concentration distribution in the depth direction in the
例えば、二酸化珪素膜19の表面近傍(二酸化珪素膜19のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位に相当)のリン濃度よりも炭化珪素エピタキシャル層6との界面近傍のリン濃度が高くなるように二酸化珪素膜19を形成すると、炭化珪素/二酸化珪素界面に生じる界面準位を効果的にリンでパッシベーションすることができる。
For example, the phosphorus concentration in the vicinity of the interface with the silicon
このように二酸化珪素膜19の深さ方向に対するリン濃度の分布に変化を付けた場合、リン濃度のピーク値が、二酸化珪素膜19の表面(二酸化珪素膜19のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位に相当)と炭化珪素エピタキシャル層6との界面との中間近傍のバルク中のリン濃度の2〜10倍となるようにするのがよい。
When the phosphorus concentration distribution in the depth direction of the
また、二酸化珪素膜19全体にリンをドープせずに、二酸化珪素膜19のうち、炭化珪素エピタキシャル層6との界面に近い部位のみにリンをドープしてもよい。この場合、二酸化珪素膜19中の深さ方向に対するリン濃度のピーク値が、二酸化珪素膜19のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位と炭化珪素エピタキシャル層6と二酸化珪素膜19との界面との中間近傍のバルク中のリン濃度の2〜10倍となるようにするのがよい。
Alternatively, phosphorus may be doped only in a portion of the
また、炭化珪素エピタキシャル層6との界面近傍にはドープせずバルク中のみにリンをドープしても一定の効果は得られる。この場合は、二酸化珪素膜19中の深さ方向に対するリン濃度分布のピーク値が、二酸化珪素膜19のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位と深さが最も深い部位との中間近傍のバルク中のリン濃度の2〜10倍となるようにするのがよい。
Even if the vicinity of the interface with silicon
尚、この発明の実施の形態2では、この発明の実施の形態1と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略した。 In the second embodiment of the present invention, portions different from the first embodiment of the present invention are described, and descriptions of the same or corresponding portions are omitted.
実施の形態3.
図11は、この発明の実施の形態3における炭化珪素半導体装置1bを示す断面図である。図11において、図1と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。
FIG. 11 is a cross sectional view showing a silicon carbide semiconductor device 1b according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding components, and the description thereof is omitted.
図11において、n型(第1導電型)で低抵抗の炭化珪素基板2の一方の面3上に、n型(第1導電型)の炭化珪素エピタキシャル層6が形成されている。炭化珪素エピタキシャル層6の表面側には、一対のp型(第2導電型)のベース領域7が、互いに所定間隔だけ離れてそれぞれ形成されている。さらに、それぞれのベース領域7の表面側には、n型(第1導電型)のソース領域8が、それぞれベース領域7よりも浅く形成されている。そして、それぞれのソース領域8に隣接して、p型(第2導電型)のベースコンタクト用領域11が形成されている。
In FIG. 11, n-type (first conductivity type) silicon
また、ベース領域7およびソース領域8の一部を含む炭化珪素エピタキシャル層6の表面には、チャネル用炭化珪素エピタキシャル追成長層21が形成され、このチャネル用炭化珪素エピタキシャル追成長層21上およびソース領域8の表面の一部にゲート絶縁膜12が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜12上で、一対のベース領域7同士の間の領域およびソース領域8の一部と対向する部位には、ゲート電極13が形成されている。そして、ソース領域8の表面の一部からベースコンタクト用領域11の表面にかけてソース電極16が形成され、炭化珪素基板2の他方の面22にはドレイン電極17が形成されている。ゲート絶縁膜12の一部およびゲート電極13上には、層間絶縁膜23が形成されている。
Further, a silicon carbide epitaxial additional layer for
次に、この発明の実施の形態3における炭化珪素半導体装置1bの製造方法について説明する。尚、ここでは、この発明の実施の形態1と同様の部分については説明を省略する。図12〜図20は、それぞれ、この発明の実施の形態2における炭化珪素半導体装置1bの製造方法の一部を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 1b in the third embodiment of the present invention will be described. In addition, description is abbreviate | omitted here about the part similar to
まず、n型(第1導電型)で低抵抗の炭化珪素基板2を準備する。そして、図12に示すように、炭化珪素基板2の一方の面3上に、n型(第1導電型)の炭化珪素エピタキシャル層6を形成する。
First, an n-type (first conductivity type) and low-resistance
次に、炭化珪素エピタキシャル層6の表面にレジストによってマスクを形成し、炭化珪素エピタキシャル層6の表面側から、p型(第2導電型)の不純物をイオン注入する。これにより、炭化珪素エピタキシャル層6に互いに所定距離だけ離れた一対のp型(第2導電型)のベース領域7がそれぞれ形成される。レジストを除去した後の断面図を図13に示す。
Next, a mask is formed with a resist on the surface of silicon
次に、炭化珪素エピタキシャル層6の表面にレジストによってマスクを形成し、炭化珪素エピタキシャル層6の表面側から、n型(第1導電型)の不純物をイオン注入する。これにより、ベース領域7の表面側に、n型(第1導電型)のソース領域8がそれぞれベース領域7よりも浅く形成される。その後、レジストを除去する。
Next, a mask is formed with a resist on the surface of silicon
次に、炭化珪素エピタキシャル層6の表面にレジストによってマスクを形成し、炭化珪素エピタキシャル層6の表面側から、p型(第2導電型)の不純物をイオン注入する。これにより、ベース領域7の表面側に、ソース領域8に隣接したp型(第2導電型)のベースコンタクト用領域11がそれぞれ形成される。レジストを除去した後の断面図を図14に示す。
Next, a mask is formed with a resist on the surface of silicon
次に、炭化珪素エピタキシャル層6、ベース領域7、ソース領域8およびベースコンタクト用領域11が形成された炭化珪素基板2を、熱処理装置によって高温アニールを行い、イオン注入されたアルミニウムや窒素などを電気的に活性化する。
Next, the
次に、ベース領域7、ソース領域8およびベースコンタクト用領域11を含む炭化珪素エピタキシャル層6上に、チャネル用炭化珪素エピタキシャル追成長層21を形成する。そして、図15に示すように、フォトリソグラフィおよびRIE(Relative Ion Etching)技術により、チャネル用炭化珪素エピタキシャル追成長層21を、一対のベース領域7の間に露出した炭化珪素エピタキシャル層6が中央に位置し、それぞれのソース領域8の一部が両端に位置するような形状にパターニングする。
Next, channel silicon carbide epitaxial
次に、800〜1400℃で、ベース領域7、ソース領域8およびベースコンタクト用領域11を含む炭化珪素エピタキシャル層6の表面およびチャネル用炭化珪素エピタキシャル追成長層21の表面を熱酸化し、フッ化水素酸により熱酸化膜を除去する。
Next, at 800 to 1400 ° C., the surface of silicon
次に、図16に示すように、チャネル用炭化珪素エピタキシャル追成長層21上、ソース領域8の表面の一部およびベースコンタクト用領域11の表面にリンをドープした多結晶珪素膜18を形成する。
Next, as shown in FIG. 16, phosphorus-doped
後述するゲート絶縁膜12を形成する工程において炭化珪素/二酸化珪素界面に生じる界面準位の密度が1×1010〜1×1015cm−2eV−1程度であり、炭化珪素/二酸化珪素界面の遷移領域の厚さが1〜10nm程度であることから、界面準位を効果的にリンでパッシベーションするために、多結晶珪素膜18にドープするリンの濃度は、多結晶珪素膜18の面内方向および深さ方向においてほぼ一定であり、1×1016〜1×1022cm−3の範囲とすることが好ましい。
The density of interface states generated at the silicon carbide / silicon dioxide interface in the step of forming the
リンをドープした多結晶珪素膜18は、原料ガスとしてSiH4とPH3を用いたCVD法によって形成されるが、この方法に限ることはなく、先にノンドープの多結晶珪素膜18をCVD法によって形成し、その後、イオン注入によってリンをドープする方法で形成してもよい。
The
次に、リンをドープした多結晶珪素膜18が形成された炭化珪素基板2を700〜1400℃の範囲の温度で加熱し、多結晶珪素膜18を全て熱酸化することにより、二酸化珪素からなるゲート絶縁膜12を形成する。この工程により、リンが炭化珪素/二酸化珪素界面近傍へ拡散し、炭化珪素/二酸化珪素界面に生じる界面準位がリンによってパッシベーションされる。ゲート絶縁膜12を形成した後の断面図を図17に示す。
Next, the
次に、ゲート絶縁膜12上に、多結晶珪素膜をCVD法によって形成し、フォトリソグラフィおよびエッチング技術によってパターニングすることによりゲート電極13を形成する。図18に示すように、ゲート電極13は、一対のソース領域8がそれぞれ両端部に位置し、ソース領域8間の炭化珪素エピタキシャル層6が中央に位置するような形状にパターニングされる。
Next, a polycrystalline silicon film is formed on the
次に、図19に示すように、ゲート電極13上およびゲート絶縁膜12上に、ソースとゲートとを電気的に絶縁するための層間絶縁膜23を形成する。
Next, as shown in FIG. 19, an
次に、ゲート絶縁膜12および層間絶縁膜23のうち、ソース領域8の表面の一部からベースコンタクト用領域11の表面にかけての部位を除去する。そして、図20に示すように、ゲート絶縁膜12を除去することによって表面に露出した、ソース領域8の表面の一部からベースコンタクト用領域11の表面にかけての部位にソース電極16をそれぞれ形成する。
Next, portions of the
次に、炭化珪素基板2の他方の面22にドレイン電極17を形成する。これにより、図11に示す状態となる。
Next,
最後に、ソース電極16およびドレイン電極17を、接触している炭化珪素と合金化させるために熱処理を行う。以上で、図11に示すこの発明の実施の形態1における炭化珪素半導体装置1bであるnチャネルMOSFETが完成する。
Finally, heat treatment is performed to alloy the
この発明の実施の形態3では、以上のようにしたことにより、この発明の実施の形態1と同様の効果が得られる。 In the third embodiment of the present invention, the effects similar to those of the first embodiment of the present invention can be obtained as described above.
尚、この発明の実施の形態3では、チャネル用炭化珪素エピタキシャル追成長層21を形成して炭化珪素半導体装置1bを製造した。しかし、チャネル用炭化珪素エピタキシャル追成長層21を形成せずに炭化珪素半導体装置1bを製造してもよい。
In the third embodiment of the present invention, silicon carbide semiconductor device 1b is manufactured by forming channel silicon carbide epitaxial
尚、この発明の実施の形態3では、この発明の実施の形態1と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略した。 In the third embodiment of the present invention, portions different from the first embodiment of the present invention are described, and descriptions of the same or corresponding portions are omitted.
以上、この発明の実施の形態1〜3について説明した。これらの、この発明の実施の形態1〜3で説明した構成は互いに組合せることができる。 The first to third embodiments of the present invention have been described above. These configurations described in the first to third embodiments of the present invention can be combined with each other.
1a、1b 炭化珪素半導体装置
2 炭化珪素基板
6 炭化珪素エピタキシャル層
7 ベース領域
8 ソース領域
11 ベースコンタクト用領域
12 ゲート絶縁膜
18 リンをドープした多結晶珪素膜
19 リンをドープした二酸化珪素膜
1a, 1b Silicon
Claims (14)
前記珪素膜を熱酸化してゲート絶縁膜を形成する工程と、
を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法。 Forming a silicon film doped with phosphorus on the silicon carbide layer of the substrate having the silicon carbide layer;
Forming a gate insulating film by thermally oxidizing the silicon film;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device comprising:
前記二酸化珪素膜が形成された前記基板を熱処理する工程と、
を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法。 Forming a phosphorus-doped silicon dioxide film to be a gate insulating film on the silicon carbide layer of the substrate having the silicon carbide layer;
Heat-treating the substrate on which the silicon dioxide film is formed;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device comprising:
前記炭化珪素層上に形成され、リンがドープされた二酸化珪素で形成されたゲート絶縁膜と、を備えた炭化珪素半導体装置において、
前記ゲート絶縁膜中の深さ方向に対するリン濃度の分布は、前記炭化珪素層との界面近傍にピーク値を有し、
前記ピーク値は、前記ゲート絶縁膜のリンがドープされた部位のうち深さが最も浅い部位と前記界面との中間近傍のバルク中のリン濃度の2〜10倍であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 A substrate having a silicon carbide layer;
A silicon carbide semiconductor device comprising: a gate insulating film formed of silicon dioxide doped with phosphorus formed on the silicon carbide layer;
The phosphorus concentration distribution in the depth direction in the gate insulating film has a peak value in the vicinity of the interface with the silicon carbide layer,
The peak value is 2 to 10 times the phosphorus concentration in the bulk in the vicinity of the intermediate portion between the shallowest portion of the portion of the gate insulating film doped with phosphorus and the interface. Silicon semiconductor device.
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