JP2020155698A - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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Katsuhiro Kuchiki
克博 朽木
恵太 片岡
Keita Kataoka
恵太 片岡
嘉代 近藤
Kayo Kondo
嘉代 近藤
大西 徹
Toru Onishi
徹 大西
瑛二 籠島
Eiji Kagoshima
瑛二 籠島
建策 山本
Kensaku Yamamoto
建策 山本
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Abstract

To provide a silicon carbide semiconductor device in which a charge trap center is reduced at the interface between a silicon carbide substrate and a gate insulating film.SOLUTION: A silicon carbide semiconductor device includes a silicon carbide substrate, a gate insulating film of silicon oxide provided on the silicon carbide substrate, and a gate electrode provided on the gate insulating film. There is interposed, between the silicon carbide substrate and the gate insulating film, a transition region where the composition ratio of at least carbon, silicon and oxygen fluctuates. A first boundary on a silicon carbide substrate side in the transition region is located in a position where the ratio of carbon and silicon is 1:1, nitrogen is distributed between the silicon carbide substrate and the gate insulating film, and the first boundary in the transition region is not located on the silicon carbide substrate side beyond the range where the nitrogen is distributed.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本明細書が開示する技術は、炭化珪素半導体装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to silicon carbide semiconductor devices.

絶縁ゲートを備える炭化珪素半導体装置の開発が進められている。絶縁ゲートは、炭化珪素基板上にゲート絶縁膜を成膜し、そのゲート絶縁膜上にゲート電極を形成することで形成されている。 Development of a silicon carbide semiconductor device equipped with an insulating gate is underway. The insulating gate is formed by forming a gate insulating film on a silicon carbide substrate and forming a gate electrode on the gate insulating film.

このような炭化珪素半導体装置では、炭化珪素基板とゲート絶縁膜の間に遷移領域が介在している。遷移領域は、少なくとも炭素とシリコンと酸素の組成比が変動する領域であり、炭化珪素基板を構成する炭素が拡散するとともにゲート絶縁膜を構成する酸素及び製造工程中に混入した酸素が拡散した領域である。このような遷移領域に含まれる炭素は、電荷トラップ中心となり、可動キャリア密度を減少させてチャネル移動度を低下させることが知られている。このため、チャネル移動度の低下を抑えるために、炭化珪素基板上にゲート絶縁膜を成膜した後に窒化処理を行う技術が開発されており、その一例が特許文献1に開示されている。 In such a silicon carbide semiconductor device, a transition region is interposed between the silicon carbide substrate and the gate insulating film. The transition region is a region in which at least the composition ratio of carbon, silicon, and oxygen fluctuates, and the carbon constituting the silicon carbide substrate is diffused, and the oxygen constituting the gate insulating film and the oxygen mixed in the manufacturing process are diffused. Is. It is known that the carbon contained in such a transition region serves as a charge trap center, reduces the movable carrier density, and lowers the channel mobility. Therefore, in order to suppress the decrease in channel mobility, a technique for performing nitriding treatment after forming a gate insulating film on a silicon carbide substrate has been developed, and an example thereof is disclosed in Patent Document 1.

特許第5608840号公報Japanese Patent No. 5608840

本発明者らの検討によると、遷移領域に含まれる酸素もまた、電荷トラップ中心となり、可動キャリア密度を減少させてチャネル移動度を低下させることが分かってきた。本明細書は、炭化珪素基板とゲート絶縁膜の界面において電荷トラップ中心が低減された炭化珪素半導体装置を提供することを目的とする。 According to the studies by the present inventors, it has been found that the oxygen contained in the transition region also becomes the center of the charge trap and reduces the movable carrier density to reduce the channel mobility. An object of the present specification is to provide a silicon carbide semiconductor device in which the charge trap center is reduced at the interface between the silicon carbide substrate and the gate insulating film.

本明細書が開示する炭化珪素半導体装置の一実施形態は、炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上に設けられている酸化シリコンのゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられているゲート電極と、を備えることができる。本明細書が開示する炭化珪素半導体装置としては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)及びIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が例示される。また、これらゲート絶縁膜とゲート電極を有する絶縁ゲートは、炭化珪素基板の表面に設けられるプレーナー型であってもよく、炭化珪素基板の表層部のトレンチ内に設けられるトレンチ型であってもよい。この炭化珪素半導体装置では、前記炭化珪素基板と前記ゲート絶縁膜の間には、少なくとも炭素とシリコンと酸素の組成比が変動する遷移領域が介在している。前記遷移領域のうちの前記炭化珪素基板側の第1境界は、炭素とシリコンの比が1:1となる位置である。前記炭化珪素基板と前記ゲート絶縁膜の間には窒素が分布している。前記遷移領域の前記第1境界は、前記窒素が分布している範囲を超えて前記炭化珪素基板側に位置していない。この炭化珪素半導体装置の前記遷移領域は、前記炭化珪素基板を構成する炭素が拡散するとともに前記ゲート絶縁膜を構成する酸素及び製造工程中に混入した酸素が拡散した領域である。この炭化珪素半導体装置では、このような前記遷移領域のうちの前記炭化珪素基板側の前記第1境界が、前記窒素が分布している範囲を超えて前記炭化珪素基板側に位置しないように構成されている。即ち、前記ゲート絶縁膜から拡散した酸素及び製造工程中に混入した酸素が、前記窒素が分布している範囲を超えて前記炭化珪素基板内に存在していない。これにより、上記炭化珪素半導体装置では、前記炭化珪素基板と前記ゲート絶縁膜の界面において電荷トラップ中心が低減されている。 One embodiment of the silicon carbide semiconductor device disclosed in the present specification is a silicon carbide substrate, a silicon oxide gate insulating film provided on the silicon carbide substrate, and a gate provided on the gate insulating film. It can be equipped with an electrode. Examples of the silicon carbide semiconductor device disclosed in the present specification include MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor). Further, the insulating gate having the gate insulating film and the gate electrode may be a planar type provided on the surface of the silicon carbide substrate, or may be a trench type provided in the trench of the surface layer portion of the silicon carbide substrate. .. In this silicon carbide semiconductor device, a transition region in which at least the composition ratio of carbon, silicon, and oxygen fluctuates is interposed between the silicon carbide substrate and the gate insulating film. The first boundary of the transition region on the silicon carbide substrate side is a position where the ratio of carbon to silicon is 1: 1. Nitrogen is distributed between the silicon carbide substrate and the gate insulating film. The first boundary of the transition region is not located on the silicon carbide substrate side beyond the range in which the nitrogen is distributed. The transition region of the silicon carbide semiconductor device is a region in which carbon constituting the silicon carbide substrate is diffused, oxygen constituting the gate insulating film, and oxygen mixed during the manufacturing process are diffused. In this silicon carbide semiconductor device, the first boundary of the transition region on the silicon carbide substrate side is configured so as not to be located on the silicon carbide substrate side beyond the range in which the nitrogen is distributed. Has been done. That is, the oxygen diffused from the gate insulating film and the oxygen mixed in during the manufacturing process do not exist in the silicon carbide substrate beyond the range in which the nitrogen is distributed. As a result, in the silicon carbide semiconductor device, the charge trap center is reduced at the interface between the silicon carbide substrate and the gate insulating film.

上記実施形態の炭化珪素半導体装置では、前記遷移領域のうちの前記ゲート絶縁膜側の第2境界が、酸素とシリコンの比が2:1となる位置であってもよい。この場合、前記遷移領域の前記第2境界は、前記窒素が分布している範囲を超えて前記ゲート絶縁膜側に位置していない。即ち、前記炭化珪素基板から拡散した炭素が、前記窒素が分布している範囲を超えて前記ゲート絶縁膜内に存在していない。これにより、上記炭化珪素半導体装置では、前記炭化珪素基板と前記ゲート絶縁膜の界面において電荷トラップ中心が低減されている。 In the silicon carbide semiconductor device of the above embodiment, the second boundary of the transition region on the gate insulating film side may be at a position where the ratio of oxygen to silicon is 2: 1. In this case, the second boundary of the transition region is not located on the gate insulating film side beyond the range in which the nitrogen is distributed. That is, the carbon diffused from the silicon carbide substrate does not exist in the gate insulating film beyond the range in which the nitrogen is distributed. As a result, in the silicon carbide semiconductor device, the charge trap center is reduced at the interface between the silicon carbide substrate and the gate insulating film.

本実施形態の炭化珪素半導体装置の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の炭化珪素半導体装置の炭化珪素基板とゲート絶縁膜の界面近傍の拡大要部断面図を模式的に示す。A cross-sectional view of an enlarged main part near the interface between the silicon carbide substrate and the gate insulating film of the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment is schematically shown. 本実施形態の炭化珪素半導体装置の炭化珪素基板とゲート絶縁膜の間の元素組成比の分布を示す。The distribution of the element composition ratio between the silicon carbide substrate and the gate insulating film of the silicon carbide semiconductor device of this embodiment is shown. 比較例の炭化珪素半導体装置の炭化珪素基板とゲート絶縁膜の間の元素組成比の分布を示す。The distribution of the element composition ratio between the silicon carbide substrate and the gate insulating film of the silicon carbide semiconductor device of the comparative example is shown. 本実施形態と比較例の各々の炭化珪素基板とゲート絶縁膜の界面における表面キャリア密度と実効移動度の関係を示す。The relationship between the surface carrier density and the effective mobility at the interface between the silicon carbide substrate and the gate insulating film of each of the present embodiment and the comparative example is shown. 本実施形態の炭化珪素半導体装置を製造する製造フローを示す。The manufacturing flow for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of this embodiment is shown. 本実施形態の炭化珪素半導体装置の一製造工程中の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part in one manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の炭化珪素半導体装置の一製造工程中の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part in one manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の炭化珪素半導体装置の一製造工程中の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part in one manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this embodiment is schematically shown. 本実施形態の炭化珪素半導体装置の一製造工程中の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part in one manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device of this embodiment is schematically shown.

図1に示されるように、炭化珪素半導体装置1は、MOSFETと称されるパワー半導体素子であり、炭化珪素基板10、炭化珪素基板10の裏面を被覆するドレイン電極22、炭化珪素基板10の表面の一部を被覆するソース電極24、炭化珪素基板10の表面の一部に設けられているプレーナー型の絶縁ゲート30、及び、炭化珪素基板10上に設けられている層間絶縁膜40を備えている。炭化珪素基板10は、n+型のドレイン領域11、n-型のドリフト領域12、p型のボディ領域13及びn+型のソース領域14を有している。 As shown in FIG. 1, the silicon carbide semiconductor device 1 is a power semiconductor element called a MOSFET, and is a silicon carbide substrate 10, a drain electrode 22 that covers the back surface of the silicon carbide substrate 10, and a surface of the silicon carbide substrate 10. A source electrode 24 that covers a part of the silicon carbide substrate 10, a planar type insulating gate 30 provided on a part of the surface of the silicon carbide substrate 10, and an interlayer insulating film 40 provided on the silicon carbide substrate 10 are provided. There is. The silicon carbide substrate 10 has an n + type drain region 11, an n type drift region 12, a p-type body region 13 and an n + type source region 14.

ドレイン領域11は、炭化珪素基板10の裏層部に配置されており、炭化珪素基板10の裏面に露出する位置に設けられている。ドレイン領域11は、後述するドリフト領域12がエピタキシャル成長するための下地基板でもある。ドレイン領域11は、炭化珪素基板10の裏面を被膜するドレイン電極22にオーミック接触している。 The drain region 11 is arranged on the back layer portion of the silicon carbide substrate 10 and is provided at a position exposed on the back surface of the silicon carbide substrate 10. The drain region 11 is also a base substrate for epitaxially growing the drift region 12 described later. The drain region 11 is in ohmic contact with the drain electrode 22 that coats the back surface of the silicon carbide substrate 10.

ドリフト領域12は、ドレイン領域11上に設けられており、絶縁ゲート30の底面の一部に接するJFET部12aを有している。ドリフト領域12は、エピタキシャル成長技術を利用して、ドレイン領域11の表面から結晶成長して形成される。 The drift region 12 is provided on the drain region 11 and has a JFET portion 12a in contact with a part of the bottom surface of the insulating gate 30. The drift region 12 is formed by crystal growth from the surface of the drain region 11 using an epitaxial growth technique.

ボディ領域13は、ドリフト領域12上に形成されており、炭化珪素基板10の表層部に配置されており、炭化珪素基板10の表面に露出する位置に設けられている。ボディ領域13は、ドリフト領域12のJFET部12aを間に置いて配置されている。ボディ領域13は、イオン注入技術を利用して、炭化珪素基板10の表層部にアルミニウムを導入して形成される。ボディ領域13は、炭化珪素基板10の表面を被膜するソース電極24にオーミック接触している。 The body region 13 is formed on the drift region 12, is arranged on the surface layer portion of the silicon carbide substrate 10, and is provided at a position exposed on the surface of the silicon carbide substrate 10. The body region 13 is arranged with the JFET portion 12a of the drift region 12 in between. The body region 13 is formed by introducing aluminum into the surface layer portion of the silicon carbide substrate 10 by utilizing the ion implantation technique. The body region 13 is in ohmic contact with the source electrode 24 that coats the surface of the silicon carbide substrate 10.

ソース領域14は、ボディ領域13上に形成されており、炭化珪素基板10の表層部に配置されており、炭化珪素基板10の表面に露出する位置に設けられている。ソース領域14は、ボディ領域13によってドリフト領域12から隔てられている。ソース領域14は、イオン注入技術を利用して、炭化珪素基板10の表層部に窒素又はリンを導入して形成される。ソース領域14は、炭化珪素基板10の表面を被膜するソース電極24にオーミック接触している。 The source region 14 is formed on the body region 13, is arranged on the surface layer portion of the silicon carbide substrate 10, and is provided at a position exposed on the surface of the silicon carbide substrate 10. The source region 14 is separated from the drift region 12 by the body region 13. The source region 14 is formed by introducing nitrogen or phosphorus into the surface layer portion of the silicon carbide substrate 10 by utilizing an ion implantation technique. The source region 14 is in ohmic contact with the source electrode 24 that coats the surface of the silicon carbide substrate 10.

絶縁ゲート30は、炭化珪素基板10の表面の一部に設けられており、酸化シリコン(SiO2)のゲート絶縁膜32及びポリシリコンのゲート電極34を有している。ゲート絶縁膜32は、炭化珪素基板10の表面上に設けられており、炭化珪素基板10の表面に接触している。ゲート電極34は、ゲート絶縁膜32の表面上に設けられており、ゲート絶縁膜32に接触している。ゲート電極34は、ソース領域14とドリフト領域12のJFET部12aの間のボディ領域13にゲート絶縁膜32を介して対向している。このように、炭化珪素半導体装置1では、ソース領域14とドリフト領域12のJFET部12aの間のボディ領域13がチャネルとなる。 The insulating gate 30 is provided on a part of the surface of the silicon carbide substrate 10, and has a gate insulating film 32 of silicon oxide (SiO 2 ) and a gate electrode 34 of polysilicon. The gate insulating film 32 is provided on the surface of the silicon carbide substrate 10 and is in contact with the surface of the silicon carbide substrate 10. The gate electrode 34 is provided on the surface of the gate insulating film 32 and is in contact with the gate insulating film 32. The gate electrode 34 faces the body region 13 between the source region 14 and the JFET portion 12a of the drift region 12 via the gate insulating film 32. As described above, in the silicon carbide semiconductor device 1, the body region 13 between the source region 14 and the JFET portion 12a of the drift region 12 serves as a channel.

炭化珪素半導体装置1は、ゲート電極34に印加するゲート電圧に基づいてソース領域14とドリフト領域12のJFET部12aの間のボディ領域13に反転層を生成し、ドレイン電極22とソース電極24の間の導通のオン・オフを制御するように動作することができる。 The silicon carbide semiconductor device 1 generates an inversion layer in the body region 13 between the source region 14 and the JFET portion 12a of the drift region 12 based on the gate voltage applied to the gate electrode 34, and the drain electrode 22 and the source electrode 24 It can operate to control the on / off of continuity between.

図2に、炭化珪素基板10とゲート絶縁膜32の界面近傍の拡大要部断面図を模式的に示す。図2に示されるように、炭化珪素基板10とゲート絶縁膜32の間には遷移領域50が介在している。遷移領域50は、炭素(C)とシリコン(Si)と酸素(O)の組成比が変動している領域であり、炭化珪素基板10を構成する炭素が拡散するとともにゲート絶縁膜32を構成する酸素及び製造工程中に混入した酸素が拡散した領域である。 FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of an enlarged main part in the vicinity of the interface between the silicon carbide substrate 10 and the gate insulating film 32. As shown in FIG. 2, a transition region 50 is interposed between the silicon carbide substrate 10 and the gate insulating film 32. The transition region 50 is a region in which the composition ratio of carbon (C), silicon (Si), and oxygen (O) fluctuates, and the carbon constituting the silicon carbide substrate 10 diffuses and constitutes the gate insulating film 32. This is the region where oxygen and oxygen mixed during the manufacturing process are diffused.

図3に、炭化珪素基板10とゲート絶縁膜32の界面近傍の構成元素の組成比を電子エネルギー損失分光法(Electron Energy Loss Spectroscopy: EESL)を用いて分析した結果を示す。ここで、SiCと示される側が炭化珪素基板10が存在する側に対応しており、SiO2と示される側がゲート絶縁膜32が存在する側に対応している。 FIG. 3 shows the results of analysis of the composition ratios of the constituent elements near the interface between the silicon carbide substrate 10 and the gate insulating film 32 using electron energy loss spectroscopy (EESL). Here, the side indicated as SiC corresponds to the side where the silicon carbide substrate 10 exists, and the side indicated as SiO 2 corresponds to the side where the gate insulating film 32 exists.

図3に示されるように、炭化珪素基板10とゲート絶縁膜32の間には、炭素とシリコンと酸素の組成比が変動する遷移領域50が存在している。遷移領域50のうちの炭化珪素基板10側の境界は、炭素とシリコンの比が1:1となる位置として定義される。遷移領域50のうちのゲート絶縁膜32側の境界は、酸素とシリコンの比が2:1となる位置として定義される。 As shown in FIG. 3, a transition region 50 in which the composition ratio of carbon, silicon, and oxygen fluctuates exists between the silicon carbide substrate 10 and the gate insulating film 32. The boundary of the transition region 50 on the silicon carbide substrate 10 side is defined as a position where the ratio of carbon to silicon is 1: 1. The boundary of the transition region 50 on the gate insulating film 32 side is defined as a position where the ratio of oxygen to silicon is 2: 1.

図3に示されるように、炭化珪素基板10とゲート絶縁膜32の間には、窒素が分布して存在している。この窒素は、後述する製造方法で説明するように、ゲート絶縁膜32を成膜した後に実施される窒化処理によって導入されたものである。ここで、窒素の分布範囲は、窒素濃度が原子比として0.01以上の範囲として定義される。あるいは、正規分布を示す窒素の分布範囲は、3σ区間として定義される。また、窒素のピーク位置は、遷移領域50の中間地点に一致している。 As shown in FIG. 3, nitrogen is distributed and exists between the silicon carbide substrate 10 and the gate insulating film 32. This nitrogen is introduced by the nitriding treatment carried out after the gate insulating film 32 is formed, as will be described in the manufacturing method described later. Here, the distribution range of nitrogen is defined as a range in which the nitrogen concentration is 0.01 or more as an atomic ratio. Alternatively, the distribution range of nitrogen showing a normal distribution is defined as a 3σ interval. Further, the peak position of nitrogen coincides with the intermediate point of the transition region 50.

図3に示されるように、本実施形態の炭化珪素半導体装置1では、遷移領域50が、窒素の分布範囲内に収まるように存在している。具体的には、遷移領域50のうちの炭化珪素基板10側の境界が窒素の分布範囲を超えて炭化珪素基板10側に位置しておらず、遷移領域50のうちのゲート絶縁膜32側の境界が窒素の分布範囲を超えてゲート絶縁膜32側に位置していない。 As shown in FIG. 3, in the silicon carbide semiconductor device 1 of the present embodiment, the transition region 50 exists so as to be within the distribution range of nitrogen. Specifically, the boundary on the silicon carbide substrate 10 side of the transition region 50 is not located on the silicon carbide substrate 10 side beyond the distribution range of nitrogen, and is on the gate insulating film 32 side of the transition region 50. The boundary exceeds the distribution range of nitrogen and is not located on the gate insulating film 32 side.

図4に、比較例の構成元素の組成比の結果を示す。本実施形態と比較例では、窒素の分布範囲に相違はない。一方、比較例では、遷移領域の幅が広く、窒素の分布範囲を超えて遷移領域が存在している。 FIG. 4 shows the results of the composition ratios of the constituent elements of the comparative example. There is no difference in the distribution range of nitrogen between this embodiment and the comparative example. On the other hand, in the comparative example, the width of the transition region is wide, and the transition region exists beyond the distribution range of nitrogen.

図5に、本実施形態と比較例の各々の炭化珪素基板とゲート絶縁膜の界面における表面キャリア密度と実効移動度の関係を示す。実効移動度が大きいほどドレイン電流が大きくなり、オン抵抗が小さくなることが分かっている。図5に示されるように、本実施形態は、比較例に比して実効移動度が顕著に増加している。このことから、本実施形態の炭化珪素半導体装置1は、極めて低いオン抵抗を有することができる。 FIG. 5 shows the relationship between the surface carrier density and the effective mobility at the interface between the silicon carbide substrate and the gate insulating film of each of the present embodiment and the comparative example. It is known that the larger the effective mobility, the larger the drain current and the smaller the on-resistance. As shown in FIG. 5, in this embodiment, the effective mobility is remarkably increased as compared with the comparative example. From this, the silicon carbide semiconductor device 1 of the present embodiment can have an extremely low on-resistance.

このような実効移動度の相違は、次のように推察される。比較例では、遷移領域が窒素の分布範囲を超えて存在している。このため、窒素の分布範囲を超えて炭化珪素基板側に酸素が存在し、窒素の分布範囲を超えてゲート絶縁膜側に炭素が存在している。これらの酸素及び炭素が電荷トラップ中心となり、可動キャリア密度が減少して実効移動度が低下していると考えられる。一方、本実施形態では、遷移領域が窒素の分布範囲内に収まって存在している。これにより、電荷トラップ中心が減少し、可動キャリア密度の減少が抑えられ、実効移動度の低下が抑えられていると考えられる。 Such a difference in effective mobility is inferred as follows. In the comparative example, the transition region exists beyond the distribution range of nitrogen. Therefore, oxygen exists on the silicon carbide substrate side beyond the distribution range of nitrogen, and carbon exists on the gate insulating film side beyond the distribution range of nitrogen. It is considered that these oxygen and carbon serve as the center of the charge trap, the movable carrier density decreases, and the effective mobility decreases. On the other hand, in the present embodiment, the transition region exists within the distribution range of nitrogen. It is considered that this reduces the center of the charge trap, suppresses the decrease in the movable carrier density, and suppresses the decrease in the effective mobility.

次に、図6〜10を参照し、炭化珪素半導体装置1の製造方法を説明する。まず、図7に示すように、炭化珪素基板10を準備する(図6のステップS1)。炭化珪素基板10は、エピタキシャル成長技術を利用して、ドレイン領域11の表面からドリフト領域12を結晶成長することで準備される。次に、イオン注入技術を利用して、炭化珪素基板10の表層部にボディ領域13とソース領域14を形成する(図6のステップS2)。 Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device 1 will be described with reference to FIGS. 6 to 10. First, as shown in FIG. 7, the silicon carbide substrate 10 is prepared (step S1 in FIG. 6). The silicon carbide substrate 10 is prepared by crystal growing the drift region 12 from the surface of the drain region 11 by utilizing an epitaxial growth technique. Next, the body region 13 and the source region 14 are formed on the surface layer portion of the silicon carbide substrate 10 by using the ion implantation technique (step S2 in FIG. 6).

次に、図8に示されるように、炭化珪素基板10の表面に犠牲酸化膜60を成膜する(図6のステップS3)。犠牲酸化膜60は、熱酸化技術を利用して、炭化珪素基板10の表面を酸化することで成膜される。なお、この犠牲酸化膜60を成膜するときの条件(温度、時間、雰囲気)を調整することで、炭化珪素基板10の表面に導入される酸化量が調整され、ひいては、遷移領域50の酸素分布が調整される。 Next, as shown in FIG. 8, a sacrificial oxide film 60 is formed on the surface of the silicon carbide substrate 10 (step S3 in FIG. 6). The sacrificial oxide film 60 is formed by oxidizing the surface of the silicon carbide substrate 10 by using a thermal oxidation technique. By adjusting the conditions (temperature, time, atmosphere) when the sacrificial oxide film 60 is formed, the amount of oxidation introduced into the surface of the silicon carbide substrate 10 is adjusted, and by extension, oxygen in the transition region 50 is formed. The distribution is adjusted.

次に、図9に示されるように、エッチング技術を利用して犠牲酸化膜60を除去(図6のステップS4)した後に、堆積技術を利用して炭化珪素基板10の表面にゲート絶縁膜32を成膜する(図6のステップS5)。次に、一酸化窒素の雰囲気下で窒化処理(図6のステップS6)し、炭化珪素基板10とゲート絶縁膜32の間に窒素を導入する。 Next, as shown in FIG. 9, after removing the sacrificial oxide film 60 by using an etching technique (step S4 in FIG. 6), a gate insulating film 32 is applied to the surface of the silicon carbide substrate 10 by using a deposition technique. (Step S5 in FIG. 6). Next, nitriding treatment is performed in an atmosphere of nitric oxide (step S6 in FIG. 6), and nitrogen is introduced between the silicon carbide substrate 10 and the gate insulating film 32.

次に、図10に示されるように、堆積技術を利用して炭化珪素基板10上に層間絶縁膜を形成する(図6のステップS7)。最後に、炭化珪素基板10の裏面にドレイン電極22を形成し、層間絶縁膜40を貫通するソース電極24を形成(図6のステップS8)し、炭化珪素半導体装置1が完成する。 Next, as shown in FIG. 10, an interlayer insulating film is formed on the silicon carbide substrate 10 by using a deposition technique (step S7 in FIG. 6). Finally, the drain electrode 22 is formed on the back surface of the silicon carbide substrate 10 and the source electrode 24 penetrating the interlayer insulating film 40 is formed (step S8 in FIG. 6) to complete the silicon carbide semiconductor device 1.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.

1:炭化珪素半導体装置、 10:炭化珪素基板、 11:ドレイン領域、 12:ドリフト領域、 12a:JFET部、 13:ボディ領域、 14:ソース領域、 22:ドレイン電極、 24:ソース電極、 30:絶縁ゲート、 32:ゲート絶縁膜、 34:ゲート電極、 層間絶縁膜:40、 50:遷移領域 1: Silicon carbide semiconductor device, 10: Silicon carbide substrate, 11: Drain region, 12: Drift region, 12a: JFET section, 13: Body region, 14: Source region, 22: Drain electrode, 24: Source electrode, 30: Insulated gate, 32: Gate insulating film, 34: Gate electrode, interlayer insulating film: 40, 50: Transition region

Claims (2)

炭化珪素半導体装置であって、
炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上に設けられている酸化シリコンのゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられているゲート電極と、を備えており、
前記炭化珪素基板と前記ゲート絶縁膜の間には、少なくとも炭素とシリコンと酸素の組成比が変動する遷移領域が介在しており、
前記遷移領域のうちの前記炭化珪素基板側の第1境界は、炭素とシリコンの比が1:1となる位置であり、
前記炭化珪素基板と前記ゲート絶縁膜の間には窒素が分布しており、
前記遷移領域の前記第1境界は、前記窒素が分布している範囲を超えて前記炭化珪素基板側に位置していない、炭化珪素半導体装置。
Silicon carbide semiconductor device
Silicon carbide substrate and
The silicon oxide gate insulating film provided on the silicon carbide substrate and
It is provided with a gate electrode provided on the gate insulating film.
A transition region in which at least the composition ratio of carbon, silicon, and oxygen fluctuates is interposed between the silicon carbide substrate and the gate insulating film.
The first boundary of the transition region on the silicon carbide substrate side is a position where the ratio of carbon to silicon is 1: 1.
Nitrogen is distributed between the silicon carbide substrate and the gate insulating film.
A silicon carbide semiconductor device in which the first boundary of the transition region is not located on the silicon carbide substrate side beyond the range in which the nitrogen is distributed.
前記遷移領域のうちの前記ゲート絶縁膜側の第2境界は、酸素とシリコンの比が2:1となる位置であり、
前記遷移領域の前記第2境界は、前記窒素が分布している範囲を超えて前記ゲート絶縁膜側に位置していない、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
The second boundary on the gate insulating film side of the transition region is a position where the ratio of oxygen to silicon is 2: 1.
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the second boundary of the transition region is not located on the gate insulating film side beyond the range in which the nitrogen is distributed.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003047000A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and production method therefor
WO2014103186A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 パナソニック株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
JP2016058658A (en) * 2014-09-11 2016-04-21 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Silicon carbide semiconductor device
JP2016201500A (en) * 2015-04-13 2016-12-01 富士電機株式会社 Silicon carbide mos type semiconductor device and method of manufacturing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003047000A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and production method therefor
WO2014103186A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 パナソニック株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
JP2016058658A (en) * 2014-09-11 2016-04-21 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Silicon carbide semiconductor device
JP2016201500A (en) * 2015-04-13 2016-12-01 富士電機株式会社 Silicon carbide mos type semiconductor device and method of manufacturing the same

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