IGBT制造技术

一种IGBT，包括：设置在碳化硅半导体层（3）中的沟槽（16），设置在碳化硅半导体层（3）中的第一导电类型的体区（4）；和至少覆盖沟槽（16）的侧壁表面（16a）的绝缘膜（91），沟槽（16）的侧壁表面（16a）是相对于{0001}面具有50°或更大65°或更小的偏离角的表面，沟槽（16）的侧壁表面（16a）包括体区（4）的表面，绝缘膜（91）与至少沟槽（16）的侧壁表面（16a）上的体区（4）的表面接触，并且体区（4）中的第一导电类型杂质浓度为5×1016cm-3或更大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及IGBT，并且更具体地涉及ー种能够实现在设置阈值电压时增加灵活性同时实现抑制沟道迁移率降低的IGBT。
技术介绍
近年来，已经从半导体器件的更高击穿电压、降低损耗和用于高温环境等的观点研究了使用碳化硅作为用于半导体器件的半导体材料。碳化硅是宽带隙半导体，与通常且广泛用作用作半导体器件的半导体材料的硅相比具有更宽的带隙。因此，通过利用碳化硅作为半导体器件的材料，可以实现半导体器件的更高击穿电压、导通电阻降低等。 与包括硅作为半导体材料的半导体器件相比，包括碳化硅作为半导体材料的半导体器件还具有当在高温环境中使用时展现更小的性能降低的优点。在这些包括碳化硅作为半导体材料的半导体器件中，从包括调节阈值电压和提高沟道迁移率的各种角度研究了诸如MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)和IGBT (绝缘栅双极型晶体管)的半导体器件，其中利用规定的阈值电压来控制在沟道区中是否形成反型层作为导通或中断电流的分界(例如，參见非专利文献l(Sei-Hyung Ryu等,“Criticalissues for MOS Based Power Devices in 4H_SiC，，，MaterialsScience Forum,2009,第615-617 卷，第 743-748 页))。引用列表非专利文献NPL I Sei-Hyung Ryu 等，“Critical issues for MOS Based PowerDevices in4H-SiC”，Materials Science Forum，2009，第 615-617 卷，第 743-748 页专利
技术实现思路
技术问题在N沟道IGBT中，例如，形成p导电类型的p体区，在p体区中形成沟道区。通过増加P体区中的P型杂质(例如，B (硼)、A1 (铝))的浓度(掺杂浓度)，阈值电压可以正偏移，并且可以使IGBT接近常关型或将其制成为常关型。在P沟道IGBT中，与N沟道IGBT相反，通过增加n体区中n型杂质的浓度，阈值电压可以负偏移，并且可以使IGBT接近常关型或将其制成常关型。遗憾的是，当通过增加p体区中的p型杂质浓度或通过增加n体区中的n型杂质浓度调节阈值电压时，沟道迁移率显著降低。沟道迁移率显著降低的原因是p型杂质浓度或n型杂质浓度的増加使沟道电子明显散射，诸如由于P型杂质或n型杂质造成的电子散射或在界面中捕获的电子的散射。为此，例如，将p体区中的p型杂质浓度设定为约I X IO16CnT3至4X IO16Cm'因此，在常规IGBT中很难灵活地设定阈值电压同时确保足够的沟道迁移率，尤其很难设定到足够程度以使IGBT接近常关型或使IGBT作为常关型。考虑到上述情况，本专利技术的目的是提供ー种IGBT，其能够实现在设定阈值电压时增加灵活性，同时实现抑制沟道迁移率降低。问题的解决方案本专利技术涉及ー种IGBT，包括第一导电类型的碳化硅衬底；第二导电类型的碳化硅半导体层，其设置在碳化硅衬底主表面上；沟槽，其设置在碳化硅半导体层中；第ー导电类型的体区，其设置在碳化硅半导体层中；和绝缘膜，其覆盖至少沟槽的侧壁表面，沟槽的侧壁表面是相对于{0001}面具有50°或更大且65°或更小的偏离角的表面，沟槽的侧壁表面包括体区的表面，绝缘膜与至少在沟槽的侧壁表面处的体区的表面接触，并且体区中的第一导电类型杂质浓度为5 X IO16cnT3或更大。优选地，本专利技术的IGBT进ー步包括第二导电类型的源极区，其设置在体区中的 与其上形成有碳化硅衬底的ー侧相反的区域中；源电极，其设置在源极区上；栅电极，其设置在绝缘膜上；和漏电极，其与主表面相反地设置在碳化硅衬底上，其中沟槽的侧壁表面达到碳化硅半导体层，沟槽的侧壁表面包括源极区、体区和碳化硅半导体层，并且至少一部分栅电极面对沟槽的侧壁表面处的体区的表面，绝缘膜插在所述至少一部分栅电极和所述体区的表面之间。优选地，在本专利技术的IGBT中，源电极的表面的平面形状是条纹形状或蜂巣形状(honeycomo shape)。优选地，在本专利技术的IGBT中，栅电极由第一导电类型或第二导电类型的多晶硅形成。优选地，在本专利技术的IGBT中，沟槽的侧壁表面在〈01-10〉方向上相对于{03-38}面具有-3°或更大且5°或更小的偏离角。优选地，在本专利技术的IGBT中，形成在〈01-10〉方向和碳化硅衬底的主表面的偏离取向之间的角为5°或更小。优选地，在本专利技术的IGBT中，形成在ぐ2110〉方向和碳化硅衬底的主表面的偏离取向之间的角为5°或更小。优选地，在本专利技术的IGBT中，碳化硅衬底的主表面是在形成碳化硅衬底的碳化硅的碳面侧上的主表面。优选地，在本专利技术的IGBT中，体区中的第一导电类型杂质浓度为I X 102°cm_3或更小。优选地，在本专利技术的IGBT中，体区中的第一导电类型杂质浓度为8X IO16CnT3或更大且3X IO18CnT3或更小。优选地，在本专利技术的IGBT中，绝缘膜的厚度为25nm或更大且70nm或更小。优选地，在本专利技术的IGBT中，第一导电类型是p型，第二导电类型是n型。优选地，本专利技术的IGBT是常关型。优选地，在本专利技术的IGBT中，在27°C或更大且100°C或更小的温度范围内，在与绝缘膜接触的体区的表面中形成反型层的阈值电压2V或更大。优选地，在本专利技术的IGBT中，在100°C下，阈值电压为3V或更大。优选地，在本专利技术的IGBT中，在200°C下，阈值电压为IV或更大。优选地，在本专利技术的IGBT中，阈值电压的温度依赖性为-10mV/°C或更大。优选地，在本专利技术的IGBT中，在25°C下，电子的沟道迁移率为30cm2/Vs或更大。优选地，在本专利技术的IGB T中，在100°C下，电子的沟道迁移率为50cm2/Vs或更大。优选地，在本专利技术的IGBT中，在150°C下，电子的沟道迁移率为40cm2/Vs或更大。优选地，在本专利技术的IGBT中，电子沟道迁移率的温度依赖性为-0. 3cm2/Vs°C或更大。优选地，在本专利技术的IGBT中，在体区和绝缘膜之间的界面处的势垒高度为2. 2eV或更大且2. 6eV或更小。优选地，在本专利技术的IGBT中，在导通状态下，沟道电阻小于漂移电阻，沟道电阻是形成在体区中的沟道区的电阻值，漂移电阻是除了沟道区之外的碳化硅半导体层的电阻值。专利技术的有利效果考虑到上述情况，本专利技术的目的是提供ー种IGBT，其能够实现在设定阈值电压时增加灵活性，同时实现抑制沟道迁移率降低。附图说明图I是第一实施例中的IGBT的示意性横截面图。图2是示出制造第一实施例中的IGBT的方法的实例中的制造步骤的一部分的示意性横截面图。图3是示出制造第一实施例中的IGBT的方法的实例中的制造步骤的另一部分的示意性横截面图。图4是示出制造第一实施例中的IGBT的方法的实例中的制造步骤的另一部分的示意性横截面图。图5是示出制造第一实施例中的IGBT的方法的实例中的制造步骤的另一部分的示意性横截面图。图6是示出制造第一实施例中的IGBT的方法的实例中的制造步骤的另一部分的示意性横截面图。图I是示出制造第一实施例中的IGBT的方法的实例中的制造步骤的另一部分的示意性横截面图。图8是第二实施例中的IGBT的示意性横截面图。图9是第三实施例中的IGBT的示意性横截面图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：和田圭司，增田健良，穗永美纱子，日吉透，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：
国别省市：