JP6267624B2 - 炭化珪素半導体装置 - Google Patents
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Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
まず、本発明の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFET1の構成について説明する。
次に、本発明の実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。実施の形態2に係るMOSFET1は、第3絶縁膜2cが、第2絶縁膜2bの第3の面2b3に接していない点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETとほぼ同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
次に、本発明の実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。実施の形態3に係るMOSFET1は、第3絶縁膜2cが、第2絶縁膜2bの第2の面2b2に接していない点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETとほぼ同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
次に、本発明の実施の形態4に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。実施の形態4に係るMOSFET1は、第2絶縁膜2bは、第3の面2b3において第1の主面10aに接する点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETとほぼ同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
次に、本発明の実施の形態5に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFETの構成について説明する。実施の形態5に係るMOSFET1は、層間絶縁膜2が、第4絶縁膜2dおよび第5絶縁膜2eを有する点において実施の形態1に係るMOSFETと異なっており、他の構成は、実施の形態1に係るMOSFETとほぼ同様である。そのため、同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
2 層間絶縁膜
2a 第1絶縁膜
2a1 第4の面
2a2 第5の面
2a3 第6の面
2b 第2絶縁膜
2b1 第1の面
2b2 第2の面
2b3 第3の面
2c 第3絶縁膜
2d 第4絶縁膜
2e 第5絶縁膜
5 炭化珪素エピタキシャル層
5a,5b エッチングマスク
10 炭化珪素基板
10a 第1の主面(主面)
10b 第2の主面
11 炭化珪素単結晶基板
12 ドリフト領域(炭化珪素エピタキシャル層)
13 ボディ領域
14 ソース領域
15 ゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)
15a 側面
16 ソース電極
17 バリア層
18 コンタクト領域
19 表面保護電極
20 ドレイン電極
23 裏面保護電極
27 ゲート電極
C1 第1の開口
C2 第2の開口
CH チャネル領域
Claims (26)
- 主面を有する炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の前記主面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うように設けられた層間絶縁膜とを備え、
前記層間絶縁膜は、前記ゲート電極と接し、珪素原子を含み、かつリン原子およびホウ素原子のいずれも含まない第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に設けられ、かつ珪素原子と、リン原子およびホウ素原子の少なくとも一方とを含む第2絶縁膜と、
珪素原子を含み、かつリン原子およびホウ素原子のいずれも含まない第3絶縁膜とを含み、
前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜と接する第1の面と、前記第1の面の反対側の第2の面と、前記第1の面と前記第2の面とを繋ぐ第3の面とを有し、
前記第3絶縁膜は、前記第2の面および前記第3の面の少なくとも一方に接しており、
前記層間絶縁膜において前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜とが繰り返して積層されている、炭化珪素半導体装置。 - 前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜と前記第3絶縁膜とにより形成される空間に閉じ込められている、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第3絶縁膜は、前記第2の面に接している、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第1絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜と接する第4の面と、前記第4の面と反対側の第5の面と、前記第4の面と前記第5の面とを繋ぐ第6の面とを有しており、
前記第3絶縁膜は、前記第3の面と、前記第6の面とに接している、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2絶縁膜は、前記第3の面において前記主面に接し、
前記第3絶縁膜は、前記第2の面に接し、かつ前記第2絶縁膜によって前記第1絶縁膜から離間している、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第1絶縁膜は、SiO2、SiNおよびSiONのいずれかを含む、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2絶縁膜は、PSG、BSGおよびBPSGのいずれかを含む、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第3絶縁膜は、SiO2、SiNおよびSiONのいずれかを含む、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記ゲート絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値は、1×1016atoms/cm3以下である、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値は、前記第1絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値よりも高い、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値は、前記ゲート絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値よりも高い、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記炭化珪素基板に接し、かつアルミニウムを含むソース電極と、
前記ソース電極と前記層間絶縁膜との間に設けられたバリア層とをさらに備えた、請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記バリア層は、TiNを含む、請求項12に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記ソース電極は、TiAlSiを含む、請求項12または請求項13に記載の炭化珪素半導体装置。
- 175℃の温度下において、前記ゲート電極に対して−5Vのゲート電圧を100時間印加する第1のストレス試験を行う場合に、前記第1のストレス試験を行う前の閾値電圧を第1の閾値電圧とし、前記第1のストレス試験を行った後の閾値電圧を第2の閾値電圧とした場合、前記第1の閾値電圧と前記第2の閾値電圧との差の絶対値は、0.5V以下である、請求項1〜請求項14のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 主面を有する炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の前記主面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うように設けられた層間絶縁膜とを備え、
前記層間絶縁膜は、前記ゲート電極と接し、珪素原子を含み、かつリン原子およびホウ素原子のいずれも含まない第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に設けられ、かつ珪素原子と、リン原子およびホウ素原子の少なくとも一方とを含む第2絶縁膜と、
珪素原子を含み、かつリン原子およびホウ素原子のいずれも含まない第3絶縁膜とを含み、
前記第2絶縁膜は、前記第1絶縁膜と接する第1の面と、前記第1の面の反対側の第2の面と、前記第1の面と前記第2の面とを繋ぐ第3の面とを有し、
前記第3絶縁膜は、前記第2の面および前記第3の面の少なくとも一方に接しており、
前記第1絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜と接する第4の面と、前記第4の面と反対側の第5の面と、前記第4の面と前記第5の面とを繋ぐ第6の面とを有しており、
前記第3絶縁膜は、前記第3の面と、前記第6の面とに接している、炭化珪素半導体装置。 - 前記第1絶縁膜は、SiO 2 、SiNおよびSiONのいずれかを含む、請求項16に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2絶縁膜は、PSG、BSGおよびBPSGのいずれかを含む、請求項16または請求項17に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第3絶縁膜は、SiO 2 、SiNおよびSiONのいずれかを含む、請求項16〜請求項18のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記ゲート絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値は、1×10 16 atoms/cm 3 以下である、請求項16〜請求項19のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値は、前記第1絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値よりも高い、請求項16〜請求項20のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値は、前記ゲート絶縁膜におけるナトリウム原子の濃度の最大値よりも高い、請求項16〜請求項21のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記炭化珪素基板に接し、かつアルミニウムを含むソース電極と、
前記ソース電極と前記層間絶縁膜との間に設けられたバリア層とをさらに備えた、請求項16〜請求項22のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記バリア層は、TiNを含む、請求項23に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記ソース電極は、TiAlSiを含む、請求項23または請求項24に記載の炭化珪素半導体装置。
- 175℃の温度下において、前記ゲート電極に対して−5Vのゲート電圧を100時間印加する第1のストレス試験を行う場合に、前記第1のストレス試験を行う前の閾値電圧を第1の閾値電圧とし、前記第1のストレス試験を行った後の閾値電圧を第2の閾値電圧とした場合、前記第1の閾値電圧と前記第2の閾値電圧との差の絶対値は、0.5V以下である、請求項16〜請求項25のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
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