JP2012151400A - SiC半導体装置、SiC半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のSiC半導体装置は、SiC基板1と、SiC基板1上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極7とを備えるSiC半導体装置であって、前記ゲート絶縁膜は、SiC基板1上に形成されたリンを添加したSiO2よりなる第1絶縁膜5と、第1絶縁膜5上に形成された、SiO2よりもリン元素の拡散速度が低く、SiCよりも大きなバンドギャップを持つ材質よりなる第2絶縁膜6とを備える。
【選択図】図1
Description
以下の説明において、半導体層の導電型として「第1導電型」と「第2導電型」という語を用いるが、第1導電型がn型であれば第2導電型はp型であり、第1導電型がp型であれば第2導電型はn型である。
図1は、実施の形態1に係るSiC半導体装置であるMOSFETの構造を示す断面図である。
ゲート電極7に電圧が印加されると、ゲート電極7直下のベース領域3a,3b表面に反転チャネル層が形成され、ソース領域4a,4bとドリフト層2との間に電荷の流れる経路が形成される。本実施の形態のMOSFETがnチャネルMOSFETである場合、多数キャリアは電子であり、ソース領域4a,4bからドリフト層2へ流れ込む電子は、ドレイン電極9に印加される電圧により形成される電界に従ってドリフト層2及び基板1を介してドレイン電極9に到達する。したがって、ゲート電極7に電圧を印加することにより、ドレイン電極9からソース電極8a,8bに電流が流れる。
以下、図1に示すSiC−MOSFETの製造工程について、図2〜図9に沿って説明する。
以上のように、本発明に従う炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、酸窒化珪素膜を追加することにより、リン元素がゲート絶縁膜全体に拡散することを防ぎ、ゲート絶縁膜の絶縁破壊強度が著しく低下することはない。また、酸窒化珪素膜が存在することにより、水蒸気がゲート絶縁膜に触れることを防ぎ、ゲート絶縁膜の吸湿による値電圧の変化を抑制することができる。
<構成>
図10は、実施の形態2に係るSiC半導体装置であるMOSFETの構成を示す断面図である。実施の形態1ではゲート絶縁膜を、リンを添加したSiO2膜5とSiON膜6の積層構造としていたが、実施の形態2ではSiON膜6の上にさらにノンドープのSiO2膜10を形成し、この3層でゲート絶縁膜を構成する。これ以外の点は実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
図11〜図14に沿って実施の形態2に係るMOSFETの製造工程を説明する。SiC基体にリンを添加したSiO2膜5上にSiON膜6を形成するまでの工程は、図2〜図5に示す実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
本実施の形態のSiC半導体装置において、ゲート絶縁膜は、第2絶縁膜6上に形成されたSiO2よりなる第3絶縁膜10をさらに備えるので、バンドギャップ幅が小さいSiONからなる第2絶縁膜の膜厚を薄くすることができ、ゲート絶縁膜の絶縁破壊強度をゲート絶縁膜がSiO2膜のみからなる場合に近づけることが出来る。また、第2絶縁膜6と第3絶縁膜10の膜厚比を調整することにより、所望の閾値を得ることができる。
Claims (10)
- SiC基板と、
前記SiC基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備えるSiC半導体装置であって、
前記ゲート絶縁膜は、
前記SiC基板上に形成されたリンを添加したSiO2よりなる第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に形成された、SiO2よりもリン元素の拡散速度が低く、SiCよりも大きなバンドギャップを持つ材質よりなる第2絶縁膜とを備える、
SiC半導体装置。 - 前記第2絶縁膜はSiON膜である、
請求項1に記載のSiC半導体装置。 - 前記ゲート絶縁膜は、前記第2絶縁膜上に形成されたSiO2よりなる第3絶縁膜をさらに備える、
請求項1又は2に記載のSiC半導体装置。 - (a)SiC基板を準備する工程と、
(b)前記SiC基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と
を備え、
前記工程(b)は、
(d)SiC基板上にリンを添加したSiO2よりなる第1絶縁膜を形成する工程と、
(e)前記第1絶縁膜上にSiO2よりもリン元素の拡散速度が低く、SiCに比べて大きなバンドギャップを持つ第2絶縁膜を形成する工程と
を備える、SiC半導体装置の製造方法。 - 前記工程(e)は、前記第2絶縁膜としてSiON膜を形成する工程である、
請求項4に記載のSiC半導体装置の製造方法。 - (f)前記第2絶縁膜上にSiO2よりなる第3絶縁膜を形成する工程をさらに備える、
請求項4又は5に記載のSiC半導体装置の製造方法。 - 前記工程(d)は、
(g)熱酸化またはCVD法により前記SiC基板1上にSiO2膜を形成する工程と、
(h)前記工程(g)の後、前記SiO2膜を塩化ホスホリル(POCl3)含有雰囲気で熱処理する工程と、
を備える、請求項4〜6のいずれかに記載のSiC半導体装置の製造方法。 - 前記工程(d)は、
(i)前記SiC基板上にリン元素をイオン注入する工程と、
(j)前記工程(i)の後、前記SiC基板を熱酸化する工程と
を備える、請求項4〜6のいずれかに記載のSiC半導体装置の製造方法。 - 前記工程(d)は、
(k)熱酸化またはCVD法により前記SiC基板上にSiO2膜を形成する工程と、
(l)前記工程(k)の後、前記SiO2膜にリン元素をイオン注入する工程と、
(m)前記工程(l)の後、前記SiO2膜を熱処理する工程と
を備える、請求項4〜6のいずれかに記載のSiC半導体装置の製造方法。 - 前記工程(d)は、
(n)前記SiC基板1にリン元素をドープしたポリSi膜を堆積する工程と、
(o)前記工程(n)の後、前記ポリSi膜を熱酸化する工程と
を備える、請求項4〜6のいずれかに記載のSiC半導体装置の製造方法。
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