碳化硅半导体器件的制造方法和碳化硅半导体器件技术

碳化硅半导体器件的制造方法可以包括：在碳化硅衬底上形成栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成栅电极。栅极绝缘膜的形成可以包括通过在氮气氛下热氧化碳化硅衬底而在碳化硅衬底上形成氧化物膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅半导体器件的制造方法和碳化硅半导体器件相关申请的交叉引用本申请要求2018年2月16日提交的日本专利申请第2018-026043号的优先权，其内容通过引用结合到本申请中。
本申请公开的技术涉及碳化硅半导体器件的制造方法。此外，本申请公开的技术涉及碳化硅半导体器件。
技术介绍
目前已经开发出碳化硅半导体器件。为了形成绝缘栅，碳化硅半导体器件的制造方法包括在碳化硅衬底上形成栅极绝缘膜，并在栅极绝缘膜上形成栅电极。日本专利第5608840号描述了通过热氧化碳化硅衬底形成由氧化物膜构成的栅极绝缘膜的技术。然而，当通过热氧化碳化硅衬底形成氧化物膜时，碳化硅衬底中的一部分碳不能升华而残留在氧化物膜中。特别地，残留在在距离碳化硅衬底和氧化物膜之间的界面几纳米范围内的氧化物膜中的碳被认为导致电荷陷阱的产生。当向栅电极施加正偏压时，这种电荷陷阱被认为引起阈值电压的波动。日本专利第5608840号描述了一种在通过热氧化碳化硅衬底形成氧化物膜之后进行氮化处理的技术。日本专利第5608840号指出，氮化处理可以减少由残留于碳化硅衬底和氧化物膜之间的界面处的碳所产生的电荷陷阱。然而，在形成氧化物膜之后的氮化处理中，存在的问题是：由于形成的氧化物膜的膜厚度大，碳仍然残留在碳化硅衬底和氧化物膜之间的界面处，并且由于碳化硅衬底被氧化，会重新生成碳。因此，日本专利第5608840号中的技术难以有利地减少绝缘栅的氧化物膜中的电荷陷阱。本专利技术旨在提供一种制造碳化硅半导体器件的技术，其中减少了绝缘栅的氧化物膜中的电荷陷阱。
技术实现思路
本专利技术公开的碳化硅半导体器件的制造方法可以包括：在碳化硅衬底上形成栅极绝缘膜；以及在栅极绝缘膜上形成栅电极。栅极绝缘膜的形成可以包括通过在氮气氛下热氧化碳化硅衬底以在碳化硅衬底上形成氧化物膜。在碳化硅半导体器件的该制造方法中，通过在氮气氛下热氧化碳化硅衬底来形成氧化物膜。因此，碳化硅衬底中的碳与氮结合，变成氮化碳气体并有利地升华，由此抑制碳残留在氧化物膜中，并减少氧化物膜中的电荷陷阱。附图说明[图1]图1示意性示出了根据一个实施例的碳化硅半导体器件的主要部分的截面图。[图2]图2示意性地示出了根据本实施例的碳化硅半导体器件的绝缘栅的沟道附近的主要部分的放大截面图。[图3]图3示出了制造根据本实施例的碳化硅半导体器件的绝缘栅的过程的流程图。[图4]图4示出了根据本实施例的碳化硅半导体器件中绝缘栅的氧化物膜的厚度和CV滞后之间的关系。[图5]图5示出了当在根据本实施例的碳化硅半导体器件和具有传统结构的碳化硅半导体器件中的每一个中的极性平面和非极性平面上形成绝缘栅时的CV滞后。[图6]图6示出了在改变NO直接氧化的条件下，碳化硅衬底和氧化物膜之间的界面的CV滞后和氮浓度之间的关系。[图7]图7示出了在根据本实施例的碳化硅半导体器件和具有传统结构的碳化硅半导体器件中的每一个中，在碳化硅衬底和氧化物膜之间的界面附近的厚度方向上的氮浓度分布。[图8]图8示出了在根据本实施例的碳化硅半导体器件和具有传统结构的碳化硅半导体器件的每一个中，碳化硅衬底和氧化物膜之间的界面的界面态密度。[图9]图9示出了根据本实施例的碳化硅半导体器件和具有传统结构的碳化硅半导体器件中的每一个中的绝缘栅的平带(flatband)电压。[图10]图10示出了在根据本实施例的碳化硅半导体器件和具有传统结构的碳化硅半导体器件中的每一个中，基于施加之前的阈值电压在向栅电极施加正偏压应力之后的阈值电压的波动量。(应当注意，在本专利技术中，“在向栅电极施加偏压之后的阈值电压的波动量”是基于施加之前的阈值电压来计算的，因此下文将省略“基于施加之前的阈值电压”的描述)。[图11]图11示出了在根据本实施例的碳化硅半导体器件中，基于施加之前的阈值电压在向栅电极施加负偏压应力之后的阈值电压的波动量。[图12]图12示出了在根据本实施例的碳化硅半导体器件和具有传统结构的碳化硅半导体器件的每一个中，在碳化硅衬底和氧化物膜之间的界面附近的氧化物膜中的陷阱的面密度。具体实施方式现在将参考附图更详细地描述本专利技术的代表性非限制性示例。本详细的描述只是意图向本
内的技术人员介绍实践本专利技术优选方面的进一步细节，而不是意图限制本专利技术的范围。此外，下面公开的每个附加特征和教导可以单独使用或者与其他特征和教导结合使用，以提供改进的碳化硅半导体器件，以及使用和制造碳化硅半导体器件的方法。此外，在下面的详细描述中公开的特征和步骤的组合对于在最广泛的意义上实践本专利技术可能不是必需的，而是仅仅被教导来具体描述本专利技术的代表性示例。此外，上述和以下描述的代表性示例的各种特征，以及各种独立和从属权利要求，可以以没有具体和明确列举的方式组合，以便提供本教导的附加有用实施例。说明书和/或权利要求中公开的所有特征都旨在为了原始书面公开的目的以及为了限制所要求保护的主题的目的而彼此独立地公开，而独立于实施例和/或权利要求中的特征的组成。此外，出于原始书面公开的目的以及为了限制所要求保护的主题的目的，全部值范围或实体组的标志旨在公开每个可能的中间值或中间实体。如图1所示，碳化硅半导体器件1是被称为MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的功率半导体元件，并且包括碳化硅衬底10、覆盖碳化硅衬底10的后表面的漏电极22、覆盖碳化硅衬底10的前表面的一部分的源电极24、以及设置在碳化硅衬底10的前表面的一部分处的平面型绝缘栅30。碳化硅衬底10包括n+型漏极区11、n-型漂移区12、p型体区13、n+型源极区14和p+型体接触区15。漏极区11设置在碳化硅衬底10的背层部分中，并且设置在碳化硅衬底10的背表面。漏极区11也用作漂移区12的外延生长的基础衬底，这将在后面描述。漏极区11与覆盖碳化硅衬底10背面的漏电极22欧姆接触。漂移区12设置在漏极区11上，并且包括与绝缘栅30的底表面的一部分接触的开口部分12a。漂移区12通过使用外延生长技术在漏极区11的前表面上进行晶体生长而形成。体区(bodyregion)13设置在漂移区12上，并且设置在碳化硅衬底10的前层部分中。体区13之间设置有插入漂移区12的开口部分12a，并且每个体区13与绝缘栅30的底表面的一部分接触。通过使用离子注入技术将铝引入碳化硅衬底10的前层部分来形成体区13。源极区14分别设置在体区13上，设置在碳化硅衬底10的前层部分中，并且暴露在碳化硅衬底10的前表面处。源极区14通过体区13与漂移区12分开。通过使用离子注入技术将氮或磷引入碳化硅衬底10的前层部分来形成源极区14。源极区14与覆盖碳化硅衬底10的前表面的源电极24欧姆接触。体接触区15分别设置在体区13上，设置在碳化硅衬底10的前层部分中，并且暴露在碳化硅衬底10的前表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅半导体器件的制造方法，该制造方法包括：/n在碳化硅衬底上形成栅极绝缘膜；以及/n在所述栅极绝缘膜上形成栅电极，/n其中/n所述栅极绝缘膜的形成包括通过在氮气氛下热氧化述碳化硅衬底而在所述碳化硅衬底上形成氧化物膜。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180216 JP 2018-0260431.一种碳化硅半导体器件的制造方法，该制造方法包括：
在碳化硅衬底上形成栅极绝缘膜；以及
在所述栅极绝缘膜上形成栅电极，
其中
所述栅极绝缘膜的形成包括通过在氮气氛下热氧化述碳化硅衬底而在所述碳化硅衬底上形成氧化物膜。


2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，
所述氧化物膜的厚度等于或大于4nm并且等于或小于45nm。


3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，
所述氧化物膜的形成在包括一氧化氮气体的所述氮气氛下进行。


4.根据权利要求3所述的制造方法，其中，
所述氧化物膜的形成在所述一氧化氮气体的气体浓度等于或大于10％并且热氧化温度等于或大于1300摄氏度的条件下进行。


5.根据权利要求1所述的制造方法，其中，
所述栅极绝缘膜的形成还包括在所述氧化物膜上形成绝缘体的沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：大西徹，朽木克博，山本建策，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本;JP