JP4867333B2 - Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置、及びその製造方法に関するものであり、特に炭化珪素半導体装置、及び炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
炭化珪素(SiC)からなる層を熱酸化すると、二酸化珪素(SiO2)からなる絶縁膜を得ることができる。したがって、従来から、二酸化珪素からなる層をゲート絶縁膜に適応した高耐圧の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFET)が製造されている。 When a layer made of silicon carbide (SiC) is thermally oxidized, an insulating film made of silicon dioxide (SiO 2 ) can be obtained. Therefore, conventionally, a high breakdown voltage insulated gate field effect transistor (MOSFET) in which a layer made of silicon dioxide is adapted to a gate insulating film has been manufactured.
しかし、従来の熱酸化法で形成した炭化珪素半導体装置のMOS界面には多数のトラップ準位が存在する。その結果、チャネル移動度(チャネルコンダクタンス)が小さくなり、オン時の損失、すなわちオン抵抗が大きくなる問題点があった。 However, a large number of trap levels exist at the MOS interface of the silicon carbide semiconductor device formed by the conventional thermal oxidation method. As a result, the channel mobility (channel conductance) is decreased, and there is a problem that the loss at the time of on, that is, the on-resistance is increased.
この問題に対処するため、例えば下記の非特許文献1には、ゲート絶縁膜形成後に一酸化窒素(NO)雰囲気下でウエハをアニール処理してMOS界面の窒化処理を行い、MOS界面の品質を改善した炭化珪素半導体装置について記載されている。
In order to deal with this problem, for example, in Non-Patent
また、非特許文献2には、酸素(O2)雰囲気下での熱処理によるゲート絶縁膜形成後に、N2O雰囲気下において1200度以上でアニール処理し、MOS界面の品質を改善した炭化珪素半導体装置や、N2O雰囲気下において1200度以上で熱処理してゲート絶縁膜を形成し、MOS界面の品質を改善した炭化珪素半導体装置について記載されている。
Non-Patent
ところで、非特許文献1に記載されている方法にて炭化珪素半導体装置を量産する場合、一酸化窒素雰囲気下でのアニール処理がルーチンプロセスとして用いられることとなる。しかし、一酸化窒素は毒性が強い。そのため、一酸化窒素を処理するための装置等、付帯設備の導入が必須となり、製造コストが上昇する。
By the way, when a silicon carbide semiconductor device is mass-produced by the method described in Non-Patent
また、非特許文献2に記載された方法では1200度以上の高温雰囲気が必要となる。したがって、高温時の温度制御性に優れ、かつこのような高温熱処理の繰り返しに耐えうるような仕様の熱処理装置が要求されるので、非特許文献1の処理の場合と同様、製造コストが上昇する。
Further, the method described in Non-Patent
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、製造コストを低減することができる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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device capable of reducing the manufacturing cost and a manufacturing method thereof.
本発明に係わる炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、炭化珪素基板上に形成された第1の窒素含有炭化珪素層と、第1の窒素含有炭化珪素層上に形成された窒素濃度が第1の窒素含有炭化珪素層よりも高く、且つ5×10 19 cm −3 以上、1×10 21 cm −3 以下である第2の窒素含有炭化珪素層を熱酸化して形成された窒素を含む二酸化珪素からなるゲート絶縁膜と、を備えるものである。
A silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes a silicon carbide substrate, a first nitrogen-containing silicon carbide layer formed on the silicon carbide substrate, and a nitrogen concentration formed on the first nitrogen-containing silicon carbide layer. 1. It includes nitrogen formed by thermally oxidizing a second nitrogen-containing silicon carbide layer that is higher than 1 nitrogen-containing silicon carbide layer and that is 5 × 10 19 cm −3 or more and 1 × 10 21 cm −3 or less. And a gate insulating film made of silicon dioxide .
本発明の炭化珪素半導体装置によれば、低コストの炭化珪素半導体装置を得ることができる。 According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, a low-cost silicon carbide semiconductor device can be obtained.
実施の形態1.
本実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置、およびその製造方法の一例として、nチャネル炭化珪素半導体装置とその製造法について説明する。本実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、将来、ゲート酸化膜となるドリフト層に予め高濃度の窒素をドープしておき、ドリフト層形成後に熱酸化処理する点に特徴がある。
As an example of the silicon carbide semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment, an n-channel silicon carbide semiconductor device and a manufacturing method thereof will be described. The method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment is characterized in that, in the future, a drift layer to be a gate oxide film is doped with high-concentration nitrogen in advance, and thermal oxidation is performed after the drift layer is formed. .
まず、図1に、炭化珪素半導体装置の断面構造を示す。図中、1はn型(第1導電型)基板、2はn型(第1導電型)の炭化珪素からなる第1ドリフト層、3はn型(第1導電型)の炭化珪素からなる第2ドリフト層、4はp型(第2導電型)のベース領域、5はn型(第1導電型)のソース領域、6は二酸化珪素からなるゲート絶縁膜、7はゲート電極、8はソース電極、9はドレイン電極、をそれぞれ表す。なお、図中、第2ドリフト層3が図示されていないが、この理由については後述する。
First, FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a silicon carbide semiconductor device. In the figure, 1 is an n-type (first conductivity type) substrate, 2 is a first drift layer made of n-type (first conductivity type) silicon carbide, and 3 is made of n-type (first conductivity type) silicon carbide. The second drift layer, 4 is a p-type (second conductivity type) base region, 5 is an n-type (first conductivity type) source region, 6 is a gate insulating film made of silicon dioxide, 7 is a gate electrode, A source electrode, 9 represents a drain electrode, respectively. In addition, although the
次に、本実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を、図2から9に基づき概説する。先ず、エピタキシャル結晶成長法により、n型(第1導電型)基板1上にn型の炭化珪素からなる第1ドリフト層2、および第2ドリフト層3を形成する(図2)。なお、n型基板1としては、例えば、n型炭化珪素基板が好適である。
Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be outlined based on FIGS. First, a
ここで、本実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置のエピタキシャル結晶成長法による、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置のドリフト層の形成方法を説明する。第1ドリフト層2の形成は、250mbarに減圧した1500度の高温雰囲気の中に、水素ガス50L/分、シランガス9sccm、プロパンガス4.5sccm、および窒素ガス1sccmの流量で導入して行う。その後、約3.5時間、エピタキシャル結晶成長させ第1ドリフト層2を形成した後、窒素ガスの流量を増大させて第2ドリフト層3を形成する。上記のような条件下で形成した第1ドリフト層2の窒素濃度は約1×1016cm−3、膜厚は約12μmとなる。
Here, a method of forming the drift layer of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment by the epitaxial crystal growth method of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described. The
この時、第2ドリフト層3は高濃度に窒素ドープしてなり、その濃度は、第1ドリフト層2よりも高濃度な、5×1019cm−3以上、1×1021cm−3以下が好ましい。この濃度が好ましい理由は以下の通りである。すなわち、炭化珪素を熱酸化して二酸化珪素からなるゲート絶縁膜を形成した場合、生成されるSic−SiO2界面トラップの面密度は、1012cm-2程度である。また、二酸化珪素の一層の厚みは約0.2nmであるから、MOS界面の界面トラップ密度は1012cm−2÷0.2nm=5×1019cm−3となる。したがって、Sic−SiO2界面トラップとすべて反応させるためには、少なくとも5×1019cm−3の窒素濃度が必要となる。
At this time, the
一方、上限値は、第2のドリフト層3にドープできる窒素濃度の限界が約1×1021cm−3であることに由来する。
On the other hand, the upper limit value is derived from the fact that the limit of the nitrogen concentration that can be doped into the
なお、第2ドリフト層3の上に、1つ以上のドリフト層を形成してもよい。また、第1ドリフト層2と第2ドリフト層3の間に1つ以上のドリフト層を形成してもよい。また、第2ドリフト層3を含み、この第2ドリフト層3より上位に積層されたドリフト層の厚みは、50nm以下が好ましい。
One or more drift layers may be formed on the
エピタキシャル結晶成長後、第2ドリフト層3上で所定の間隔に離間した部位に、レジストをマスクとして不純物をイオン注入し、一対のp型(第2導電型)のベース領域4を形成する。この時p型ベース領域4は、少なくとも第2ドリフト層3の下にあるいずれかのドリフト層まで達していなければならない。レジスト除去後の断面構造を図3に示す。p型となる不純物としては、例えばボロン(B)あるいはアルミニウム(Al)が挙げられる。
After the epitaxial crystal growth, a pair of p-type (second conductivity type)
さらに、上記各p型ベース領域4中に、レジストをマスクとして不純物をイオン注入し、n型(第1導電型)のソース領域5を形成する。この時、n型ソース領域5は少なくとも第2ドリフト層3の下にあるいずれかのドリフト層まで達していなければならない。レジスト除去後の断面構造を図4に示す。n型不純物としては、例えばリン(P)あるいは窒素(N)が挙げられる。
Further, impurities are ion-implanted into each of the p-
そして、n型およびp型不純物のイオン注入後、図4のウエハを高温でアニール処理すると、注入イオンが電気的に活性化される。 Then, after ion implantation of n-type and p-type impurities, if the wafer of FIG. 4 is annealed at a high temperature, the implanted ions are electrically activated.
この処理の後に、高濃度に窒素ドープされている第2ドリフト層3を熱酸化法によって酸化する。この熱酸化によって、窒素含有の二酸化珪素からなるゲート絶縁膜6をウエハ全面に形成する。この時、第2ドリフト層3を酸化する範囲は、ウエハ全面(図5)でも、一部(図6)でも良い。すなわち図6は、第2ドリフト層3の一部が酸化され、酸化されなかった一部の第2ドリフト層3が残っている状態を示している。また、図1中、第2ドリフト層3が存在しなかったのは、図5に示すように、ウエハ全面を熱酸化処理したからである。
After this treatment, the
この熱酸化処理により、第2ドリフト層3を含み、この第2ドリフト層3からより上位に積層されたドリフト層から形成されたゲート絶縁膜6の厚みは、熱処理前の約2倍となる。また、第2ドリフト層3にドープする窒素濃度を上述のように設定することにより、ゲート絶縁膜6のMOS界面近傍の窒素含有率が、トラップ準位低減に適切とされる0.2%〜3%になる。
By this thermal oxidation treatment, the thickness of the
ここで、ゲート絶縁膜6の形成を目的とした熱酸化処理における熱処理装置内の温度プロファイルを図7に示す。なお、この熱酸化処理を実施する熱処理装置として、例えば反応炉が挙げられる。以下、反応炉を用いた場合を一例として説明を進める。
Here, a temperature profile in the heat treatment apparatus in the thermal oxidation treatment for the purpose of forming the
まず、700度程度に昇温された反応炉内に、図4に示す、ベース領域4およびソース領域5形成後のウエハを導入し、アルゴン(Ar)雰囲気、あるいは窒素(N2)雰囲気下で熱酸化を実施する温度に到達するまで昇温する。
First, the wafer after the formation of the
次に、熱酸化温度に到達した時点で、反応炉内をアルゴン雰囲気あるいは窒素雰囲気から、水蒸気を含んだ酸素(O2)雰囲気、あるいは酸素のみの雰囲気に切り換え、所定時間この状態を保持し、熱酸化処理を行う。この熱酸化処理の過程で、ウエハ表面の炭化珪素層が酸化されて二酸化珪素からなるゲート絶縁膜6が形成される。
Next, when the thermal oxidation temperature is reached, the reactor is switched from an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere to an oxygen (O 2 ) atmosphere containing water vapor or an atmosphere containing only oxygen, and this state is maintained for a predetermined time. Thermal oxidation treatment is performed. In the course of this thermal oxidation process, the silicon carbide layer on the wafer surface is oxidized to form a
なお、この熱酸化処理は、処理開始後の一定期間は酸素のみの雰囲気で行い、残余の期間を水蒸気を含んだ酸素雰囲気で行っても良いし、あるいはその逆でも良い。この熱酸化処理は、950度以上、1150度以下の温度で実施される。これは、1150度より高温の熱酸化処理では、高温時の温度制御性に優れ、かつ高温下での熱処理の繰り返しに耐えうるような特別な仕様の熱処理装置が不可欠であり、この結果、製造コストが上昇する問題があるからである。一方、950度以下では、熱酸化処理が進行しない。 Note that the thermal oxidation treatment may be performed in an oxygen-only atmosphere for a certain period after the start of the treatment, and the remaining period may be performed in an oxygen atmosphere containing water vapor, or vice versa. This thermal oxidation treatment is performed at a temperature of 950 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower. In thermal oxidation processing at a temperature higher than 1150 ° C., a heat treatment apparatus having a special specification that has excellent temperature controllability at high temperature and can withstand repeated heat treatment at high temperature is indispensable. This is because the cost increases. On the other hand, thermal oxidation does not proceed at 950 degrees or less.
その後、熱酸化処理終了時に、反応炉内を再度アルゴン雰囲気もしくは窒素雰囲気に切り換え、数十分間温度を保持してアニール処理を行った後、700度まで降温してウエハを反応炉外へ取り出す。 Thereafter, at the end of the thermal oxidation process, the inside of the reaction furnace is switched again to an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere, and after annealing for 10 minutes, the temperature is lowered to 700 degrees and the wafer is taken out of the reaction furnace. .
次に、図8に示すように、ゲート絶縁膜6上にゲート電極7を成膜およびパターニングする。なお、ゲート電極7は、一対のベース領域4およびソース領域5が両端部に位置し、ベース領域4間に露出した第1ドリフト層2が中央に位置するような形状にパターニングされる。
Next, as shown in FIG. 8, a gate electrode 7 is formed and patterned on the
さらに、図9に示すように、各ソース領域4上のゲート絶縁膜6は、リソグラフィ技術およびエッチング技術によって除去される。除去後、図10に示すように、ソース領域4が表面に露出した部位に、ソース電極8を成膜およびパターニングする。最後に、基板1の裏面側にドレイン電極9を形成すると、図1に示すような素子構造の主要部が完成する。
Further, as shown in FIG. 9, the
以上説明したように、本実施の形態1では、ゲート絶縁膜6を形成するために、高濃度の窒素をドープした第2ドリフト層3を酸素雰囲気下で熱酸化処理した。これにより、MOS界面の窒素含有量が適切な値となり、MOS界面のトラップ準位が著しく低減される。この結果、MOS界面の品質が改善されるので、製造コストを削減しながら、ゲート特性のよい炭化珪素半導体装置をえることができる。
As described above, in the first embodiment, in order to form the
また、ゲート絶縁膜形成後に一酸化窒素雰囲気下、あるいは二酸化窒素雰囲気下においてアニール処理する従来の製造方法では、アニール処理に用いる反応炉やアニール条件によってはMOS界面での窒素濃度のむらを生じる。この結果、製造された炭化珪素半導体装置ごとにゲート特性にばらつきを生じる可能性がある。 Further, in the conventional manufacturing method in which the annealing process is performed in a nitrogen monoxide atmosphere or a nitrogen dioxide atmosphere after forming the gate insulating film, unevenness in the nitrogen concentration at the MOS interface occurs depending on the reaction furnace and annealing conditions used for the annealing process. As a result, the gate characteristics may vary among manufactured silicon carbide semiconductor devices.
これに対し、本実施の形態1に係る製造方法では、熱酸化処理前に予め第2ドリフト層3に高濃度な窒素をドープしておき、その後熱酸化処理を行う。したがって、従来のような問題点が無く、炭化珪素半導体装置ごとのゲート特性のばらつきは生ぜず、安定したゲート特性の炭化珪素半導体装置を得ることができる。
In contrast, in the manufacturing method according to the first embodiment, the
次に、本実施の形態1に係る製造方法により製造された炭化珪素半導体装置のゲート特性を確認するため、図11に比較結果を示す。図中、一方は、本実施の形態に係る製造方法により製造された炭化珪素半導体装置であり、1×1020cm−3の窒素をドープした第2ドリフト層3を形成し、1100度の酸素雰囲気下で熱酸化処理を行った炭化珪素半導体装置である。他方は、窒素をドープせずに第2ドリフト層3を形成し、熱酸化処理を行った炭化珪素半導体装置である。
Next, in order to confirm the gate characteristics of the silicon carbide semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment, a comparison result is shown in FIG. In the figure, one is a silicon carbide semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment, which forms a
図から明らかなように、本実施の形態1に係る製造方法により製造された炭化珪素半導体装置、すなわち、高濃度の窒素をドープした第2ドリフト層3を形成し、熱酸化処理を行った実施した炭化珪素半導体装置は、窒素をドープしなかった炭化珪素半導体装置に比べて、ドレイン電流値が大きく、かつ傾斜が急になっている。
As is apparent from the figure, the silicon carbide semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment, that is, the
線形領域から求めたチャネル移動度μchは、窒素をドープしなかった炭化珪素半導体装置では2.8cm2/Vsであったのに対して、本実施の形態1に係る製造方法により製造された炭化珪素半導体装置では17cm2/Vsと、約6倍に改善された。これは、窒素をドープした第2ドリフト層3を形成し、この第2ドリフト層3を熱酸化処理するので、MOS界面のトラップ準位の起源が窒化され、電気的に不活性になるためにMOS界面のトラップ準位が低減され、チャネル移動度が高くなったからである。
Channel mobility mu c h determined from the linear region, the nitrogen in the silicon carbide semiconductor device not doped whereas was 2.8 cm 2 / Vs, manufactured by the method according to the first embodiment The silicon carbide semiconductor device was improved by about 6 times to 17 cm 2 / Vs. This is because the
さらに、図12に他の比較例を示す。図11の場合と同様、図中、一方は、本実施の形態に係る製造方法により製造された炭化珪素半導体装置であり、2×1020cm−3の窒素をドープした第2ドリフト層3を形成し、1150度の酸素雰囲気下で熱酸化処理を行った炭化珪素半導体装置である。他方は、窒素をドープせずに第2ドリフト層3を形成し、熱酸化処理を行った炭化珪素半導体装置である。
Furthermore, another comparative example is shown in FIG. As in the case of FIG. 11, in the drawing, one is a silicon carbide semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment, and the
線形領域から求めたチャネル移動度μchは、窒素をドープしなかった炭化珪素半導体装置では2.8cm2/Vsであったのに対して、本実施の形態に係る製造方法により製造された炭化珪素半導体装置では20cm2/Vsと、約7倍に改善された。これは、図11の場合よりも、より多くの窒素を第2ドリフト層3にドープすることにより、MOS界面のトラップ準位の起源の窒化がより進んだためである。つまり、第2ドリフト層3に含まれる窒素濃度は高いほど、チャネル移動度の向上が認められる。
Channel mobility mu c h determined from the linear region, the nitrogen in the silicon carbide semiconductor device not doped whereas was 2.8 cm 2 / Vs, which is manufactured by the manufacturing method according to this embodiment In the silicon carbide semiconductor device, 20 cm 2 / Vs, an improvement of about 7 times. This is because the nitridation originating from the trap level at the MOS interface is further advanced by doping the
なお、チャネル移動度は、熱酸化処理前の第2ドリフト層3にドープした窒素の有無に強く依存している。すなわち、5×1019cm−3以上1×1021cm−3以下の濃度の窒素をドープした第2ドリフト層3を形成した場合、良好なゲート特性が得られた。
The channel mobility strongly depends on the presence or absence of nitrogen doped in the
また、窒素をドープした第2ドリフト層3の酸素雰囲気下における熱酸化処理の効果は、ゲート絶縁膜6の膜厚に依存する。すなわち、ゲート絶縁膜6が、2nm以上100nm以下の場合は、ゲート特性を改善する充分な効果が発現する。しかし、上記範囲外の膜厚の場合では、充分な効果は得られない。これは、ゲート絶縁膜6の膜厚が100nm以上の場合はMOS界面まで熱が十分に届かないため、MOS界面のトラップ準位の窒化が進行しないからである。また、膜厚が2nm未満の場合は、ゲート絶縁膜6の膜厚を均一に維持することが困難となり、実用上無視できないような素子ごとのゲート特性のばらつきが生じるからである。
The effect of the thermal oxidation treatment of the
なお、熱酸化処理の温度を1150度以下としても、処理条件の最適化によってMOS界面の品質を改善することはできる。しかし、950度より低い熱処理温度では、もはやMOS界面の充分な高品質化は困難となる。熱処理温度が低すぎて、効果が得られないからである。 Even when the temperature of the thermal oxidation treatment is set to 1150 ° C. or less, the quality of the MOS interface can be improved by optimizing the treatment conditions. However, at a heat treatment temperature lower than 950 degrees, it is no longer possible to sufficiently improve the quality of the MOS interface. This is because the heat treatment temperature is too low to obtain an effect.
実施の形態2.
本実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置、およびその製造方法の一例として、実施の形態1と同様、nチャネル炭化珪素半導体装置とその製造法について説明する。本実施の形態2では、第1のドリフト層2、ベース領域4、ソース領域5を形成し、アニール処理した後に、窒素をドープするドリフト層を形成し、熱酸化処理を行うことに特徴がある。以下、図13から図16を用いて説明する。
As an example of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment and the method for manufacturing the same, an n-channel silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same will be described as in the first embodiment. The second embodiment is characterized in that after the
エピタキシャル結晶成長法による第1ドリフト層2のみの形成、ベース領域4、及びソース領域5の形成、さらに、熱処理装置による高温でアニール処理までの手順は、実施の形態1と同様である。
The procedures up to the formation of only the
その後、図14に示すように、エピタキシャル結晶成長法により、窒素をドープした第2ドリフト層10を形成する。この第2ドリフト層10は、窒素がドープされている層であれば1層である必要は無く、窒素濃度の異なる2層以上で構成されてもよい。ただし、最下層となる第2のドリフト層10の窒素濃度は、実施の形態1と同様、5×1019cm−3以上、1×1021cm−3以下が好ましい。また、第2ドリフト層10の層厚は、1nm以上50nm以下とする。
Thereafter, as shown in FIG. 14, the
なお、図16に示すように、第2ドリフト層10を形成する前に、n型チャネルエピ層11を形成してもよい。
As shown in FIG. 16, the n-type channel epi layer 11 may be formed before the
この第2ドリフト層10の形成後、ウエハを反応炉に入れ、第2ドリフト層10を熱酸化法により酸化する。その結果、図15に示すように、窒素含有の二酸化珪素からなるゲート絶縁膜6がウエハ全面に形成される。なお、第2ドリフト層10を熱酸化してえられるゲート絶縁膜6の膜厚は、この第2ドリフト層10の約2倍となる。また、第2ドリフト層10にドープする窒素の濃度を上述のように設定することによって、ゲート絶縁膜6のMOS界面近傍の窒素含有率がトラップ準位低減に適切とされる0.2%〜3%になる。
After the formation of the
熱酸化処理後の工程は実施の形態1と同様であり、これらの工程の後、図1に示す構造の炭化珪素半導体装置を得ることができる。 The steps after the thermal oxidation treatment are the same as in the first embodiment, and after these steps, the silicon carbide semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 can be obtained.
その結果、図16に示すような、n型チャネルエピ層11を形成した後に、窒素をドープした第2ドリフト層10を形成し、1100度の酸素雰囲気下で熱酸化処理を実施した炭化珪素半導体装置は、チャネル移動度35cm2/Vsという、極めて優れたゲート特性が得られた。
As a result, after forming n-type channel epitaxial layer 11 as shown in FIG. 16,
これは、高濃度の窒素をドープした第2ドリフト層10を熱酸化処理することにより、MOS界面のトラップ準位を著しく低減することができた上に、チャネル部にn領域を用いたことで、チャネルを通過する電子がMOS界面に存在するトラップ準位から受ける影響が小さくなったためである。
This is because the trap level at the MOS interface can be remarkably reduced by thermally oxidizing the
なお、本実施の形態2にて説明した製造方法は、炭化珪素層上に絶縁膜が形成される構造の炭化珪素半導体装置に適応可能である。このような炭化珪素半導体装置を製造する際に本実施の形態2にて説明した製造方法を用いると、チャネルを通過する電子がMOS界面に存在するトラップ準位から受ける影響が小さくなり、ゲート特性が改善される。 It is noted that the manufacturing method described in the second embodiment can be applied to a silicon carbide semiconductor device having a structure in which an insulating film is formed on a silicon carbide layer. When the manufacturing method described in the second embodiment is used when manufacturing such a silicon carbide semiconductor device, the influence of electrons passing through the channel from the trap level existing at the MOS interface is reduced, and the gate characteristics are reduced. Is improved.
1 基板、 2 第1ドリフト層、 3 第2ドリフト層、 4 ベース領域、 5 ソース領域、 6 ゲート絶縁膜、 7 ゲート電極、 8 ソース電極、 9 ドレイン電極、 10 第2ドリフト層、 11 チャネルエピ層。 1 substrate, 2 first drift layer, 3 second drift layer, 4 base region, 5 source region, 6 gate insulating film, 7 gate electrode, 8 source electrode, 9 drain electrode, 10 second drift layer, 11 channel epi layer .
Claims (8)
前記炭化珪素基板上に形成された第1の窒素含有炭化珪素層と、A first nitrogen-containing silicon carbide layer formed on the silicon carbide substrate;
前記第1の窒素含有炭化珪素層上に形成された窒素濃度が前記第1の窒素含有炭化珪素層よりも高く、且つ5×10The nitrogen concentration formed on the first nitrogen-containing silicon carbide layer is higher than that of the first nitrogen-containing silicon carbide layer, and 5 × 10 1919 cmcm −3-3 以上、1×101 × 10 2121 cmcm −3-3 以下である第2の窒素含有炭化珪素層を熱酸化して形成された窒素を含む二酸化珪素からなるゲート絶縁膜と、A gate insulating film made of silicon dioxide containing nitrogen formed by thermally oxidizing the second nitrogen-containing silicon carbide layer, which is:
を備える炭化珪素半導体装置。A silicon carbide semiconductor device comprising:
前記第1の窒素含有炭化珪素層上に窒素濃度が前記第1の窒素含有炭化珪素層より高く、且つ5×10The nitrogen concentration on the first nitrogen-containing silicon carbide layer is higher than that of the first nitrogen-containing silicon carbide layer, and 5 × 10 5 1919 cmcm −3-3 以上、1×101 × 10 2121 cmcm −3-3 以下の第2の窒素含有炭化珪素層を形成する工程と、Forming the following second nitrogen-containing silicon carbide layer;
前記第2の窒素含有炭化珪素層の少なくとも表面側の一部を熱酸化してゲート絶縁膜を形成する工程と、を備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。And a step of thermally oxidizing at least part of the second nitrogen-containing silicon carbide layer to form a gate insulating film.
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JP2005374203A JP4867333B2 (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
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