專利名稱：絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種絕緣柵雙極型晶體管，更具體地，涉及一種能夠提高溝道遷移率的絕緣柵雙極型晶體管。
背景技術(shù)：
近年來，為了在半導體器件中實現(xiàn)高反向擊穿電壓和低損耗，也為了實現(xiàn)在高溫環(huán)境中利用半導體器件，開始采用碳化硅(SiC)作為半導體器件的材料。碳化硅是寬帶隙半導體，其具有比常規(guī)廣泛用作半導體器件的材料的硅(Si)更大的帶隙。因此，采用碳化硅作為半導體器件的材料將在半導體器件中實現(xiàn)高反向擊穿電壓、減小的導通電阻等。此外，當在高溫環(huán)境中使用這種利用碳化硅作為其材料形成的半導體器件時，與利用硅作為材料形成的半導體器件相比，這種半導體器件有利的是性能降低很少。例如，據(jù)報告所稱，當采用SiC作為用于是半導體器件的絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)的材料時，在柵電壓為20V的情況下獲得了 9kV的反向擊穿電壓和88mΩ cm2的導通電阻(參見 Qingchun Zhang 等人，“9kV 4H_SiC IGBTs with 88m Ω cm2of Kdiff,。n〃， Materials Science Forum, 2007，Vols. 556-557，p. 771-774 (非專利文獻 1))?，F(xiàn)有技術(shù)文獻非專利文獻非專利文獻1 :Qingchun Zhang 等人，“9kV 4H_SiC IGBTs with 88m Ω cm2of Rdiffj0n" , Materials Science Forum，2007，Vols. 556—557，p. 771—77
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題然而，近年來仍增加了對IGBT的性能的需求?？紤]到這些需求，不能認為包括在上述非專利文獻1中公開的IGBT在內(nèi)的常規(guī)的IGBT已具有足夠高的溝道遷移率。因此， 不能認為IGBT中的導通電阻已被足夠地減小。考慮到上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種通過提高溝道遷移率來減小導通電阻的 IGBT。解決問題的方式根據(jù)本發(fā)明的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)包括襯底、擊穿電壓保持層、阱區(qū)、發(fā)射區(qū)、氧化物膜、和電極。襯底由碳化硅制成，其主表面相對于{0001}面取向具有不小于 50°且不大于65°的偏離角，并且該襯底是第一導電型的。擊穿電壓保持層由碳化硅制成， 形成在襯底的主表面上，并且具有與第一導電型不同的第二導電型。阱區(qū)形成在擊穿電壓保持層中，以包括擊穿電壓保持層的第二主表面，第二主表面是與鄰近襯底的擊穿電壓保持層的第一主表面相對的主表面。阱區(qū)為第一導電類型。發(fā)射區(qū)形成在阱區(qū)中以包括第二主表面，并且通過包含比擊穿電壓保持層的濃度更高的濃度的第二導電類型的雜質(zhì)而具有第二導電類型。氧化物膜由氧化物制成，并且與第二主表面接觸形成在擊穿電壓保持層上。電極形成在氧化物膜上。在包括阱區(qū)和氧化物膜之間的界面的區(qū)域中，形成高氮濃度區(qū)，以具有比阱區(qū)和氧化物膜更高的氮濃度。本發(fā)明人已經(jīng)精密地研究了用來提高IGBT的溝道遷移率的方法。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如下，并在本發(fā)明中實現(xiàn)。具體地，在采用SiC作為材料的IGBT中使用的SiC襯底的主表面通常相對于 {0001}面取向具有大約8°的偏離角。在該主表面上，形成了擊穿電壓保持層、發(fā)射區(qū)、氧化物膜、電極等，以獲得IGBT。然而，在具有這種結(jié)構(gòu)的IGBT中，由于該襯底相對于{0001} 面取向而具有大約8°的偏離角的主表面，所以利用氧化物膜，在用作溝道的阱區(qū)和氧化物膜的界面附近形成了多個界面態(tài)。這阻止了電子的移動。因此，降低了溝道遷移率。為了應(yīng)對這種情況，本發(fā)明的IGBT使用相對于{0001}面取向具有不小于50°且不大于65°的偏離角的主表面的SiC襯底，由此減少形成界面態(tài)，以提高溝道遷移率。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，形成在包括阱區(qū)和氧化物膜之間的界面的區(qū)域中的高濃度氮區(qū)導致提高了溝道遷移率。從而，在本發(fā)明的IGBT中，進一步提高了溝道遷移率。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的IGBT，可以提供一種通過提高溝道遷移率減小導通電阻的 IGBT。這里，基于下面的事實將偏離角的下限設(shè)定在50° 作為檢驗偏離角和溝道遷移率之間的關(guān)系的結(jié)果，觀察到在從偏離角為43. 3°的(01-14)面到偏離角為51. 5° 的(01-13)面的過程中，隨著偏離角的增大，載流子遷移率顯著增加；并且還觀察到在 (01-14)面和(01-13)面之間的偏離角的范圍內(nèi)不存在自然面。此外，基于下面的事實將偏離角的上限設(shè)定在65° :觀察到在從偏離角為62. 1°的(01-12)面到偏離角為90° 的(01-10)面的過程中，隨著偏離角的增大，載流子遷移率顯著降低，并且還觀察到在 (01-12)面和(01-10)面之間的偏離角的范圍內(nèi)不存在自然面。在上述IGBT中，在距離阱區(qū)和氧化物膜之間的界面IOnm或更近的區(qū)域中，氮濃度具有不小于IX IO21CnT3的最大值。作為本發(fā)明人證明驗證的結(jié)果，提高溝道遷移率的重點是距離阱區(qū)和氧化物膜之間的界面IOnm或更近的區(qū)域中氮濃度的最大值。通過將該區(qū)域中氮濃度的最大值設(shè)定在 1 X IO21CnT3或更大，發(fā)現(xiàn)溝道遷移率顯著提高。因此，利用上述的配置，可以進一步提高溝道遷移率。在該IGBT中，襯底的主表面可以具有在相對于<11-20>方向的士5°或更小范圍內(nèi)的偏離取向。<11-20>方向是SiC襯底中典型的偏離取向。在由制造襯底步驟中的劃片工藝中的變化等造成的偏離取向的變化被設(shè)定在士5°，由此容易在SiC襯底上形成外延層等。通過這種方式，可以很容易地制造IGBT。在該IGBT中，襯底的主表面可以具有在相對于<01-10>方向士5°范圍內(nèi)的偏離取向。像上述<11-20>方向的情況一樣，<01-10>方向是SiC襯底中典型的偏離取向。由在制造襯底步驟中的劃片工藝中的變化等造成的偏離取向的變化被設(shè)定在士5°，由此容易在SiC襯底上形成外延層等。通過這種方式，可以很容易地制造IGBT。在該IGBT中，襯底的主表面相對于{03-38}面取向可以具有不小于-3°且不大于+5°的偏離角。通過這種方式，可以進一步提高溝道遷移率。這里，由此將偏離角設(shè)定為相對于面取向{03-38}不小于-3°且不大于+5°，因為作為對溝道遷移率和偏離角之間關(guān)系進行檢查的結(jié)果，在該范圍內(nèi)可以獲得特別高的溝道遷移率。這里，“偏離角相對于面取向{03-38}不小于-3°且不大于+5° ”的狀態(tài)指的是這樣的狀態(tài)相對于103-38}面的法線，主表面的法線到由用作偏離取向基準的<01-10>方向和<0001〉方向定義的平面的正交投影形成不小于-3°且不大于+5°的角。正值的符號對應(yīng)于正交投影接近于與<01-10>方向平行的狀態(tài)，而負值的符號對應(yīng)于正交投影接近于與<0001〉方向平行的狀態(tài)。應(yīng)當注意，其主表面的面取向更優(yōu)選的是基本為{03-38}，并且其主表面的面取向進一步優(yōu)選為{03-38}。這里，“主表面的面取向基本為{03-38}”的表達方式指的是襯底主表面的面取向被包括在其中考慮到處理襯底的精度等而使得襯底的面取向可以被認為是基本為{03-38}的偏離角的范圍內(nèi)。例如，在這種情況下的偏離角的范圍是偏離角相對于{03-38}為士2°的范圍。通過這種方式，可以進一步提高上述的溝道遷移率。在該IGBT中，襯底的主表面相對于在<01-10>方向上的(0_33_8)面具有不小于-3°且不大于+5°的偏離角。具體地，采用了在其中半導體層和絕緣膜形成在接近(0-33-8)面的表面上的結(jié)構(gòu)，其中(0-33-8)面是接近{03-38}面上的C(碳)面的面。通過這種方式，顯著提高了載流子遷移率。這里，在本申請中，將六方晶體的單晶碳化硅的(0001)面定義為硅面，而將 (000-1)面定義為碳面。同時，“相對于在<01-10>方向上的(0-33-8)面的偏離角”指的是 主表面的法線到由用作偏離取向基準的<01-10>方向和<000-1>方向所定義的平面的正交投影和(0-33-8)面的法線形成的角。正值的符號對應(yīng)于正交投影接近于與<01-10>方向平行的狀態(tài)，而負值的符號對應(yīng)于正交投影接近于與<000-1>方向平行的狀態(tài)。此外，“主表面相對于在<01-10>方向上的(0-33-8)面具有不小于-3°且不大于+5°的偏離角”的表達方式指的是主表面對應(yīng)于在碳面一側(cè)上的、在碳化硅晶體中滿足上述條件的面。應(yīng)當注意，在本申請中，(0-33-8)面包括在碳面一側(cè)上的、由于用于定義晶面的軸的確定而以不同的方式表示的等效面，但是不包括在硅面一側(cè)的面。發(fā)明效果由上面的描述，很顯然，根據(jù)本發(fā)明的IGBT，可以提供一種通過提高溝道遷移率而降低導通電阻的IGBT。


圖1是示出IGBT結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖2是示意性示出制造IGBT的方法的流程圖。圖3是用來示出制造IGBT的方法的橫截面示意圖。圖4是用來示出制造IGBT的方法的橫截面示意圖。圖5是用來示出制造IGBT的方法的橫截面示意圖。圖6是用來示出制造IGBT的方法的橫截面示意圖。
圖7是示出TEG-M0SFET的結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖8是在試驗中用作樣品的橫向型MOSFET結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。圖9示出了氮峰值濃度和溝道遷移率之間的關(guān)系。圖10示出了襯底的主表面相對于面取向{0001}的偏離角和溝道遷移率之間的關(guān)系。
具體實施例方式下面參考各圖描述了本發(fā)明的實施例。應(yīng)該注意，在下面提到的圖中，相同或相應(yīng)的部分賦予相同的附圖標記，并且不再重復描述。首先，將描述本發(fā)明的一個實施例中的IGBT的結(jié)構(gòu)。參考圖1，本實施例中的IGBT 1包括襯底11、緩沖層12、擊穿電壓保持層13、阱區(qū)14、發(fā)射區(qū)15和接觸區(qū)16。襯底11由六邊形的SiC形成，如4H_SiC，并且襯底11的主表面IlA相對于面取向{0001}具有不小于50°且不大于65°的偏離角，例如，具有面取向(03-38)。另外，襯底11包括η型雜質(zhì)，由此具有η型(第一導電類型)導電性。此外，例如，襯底11具有大約0. 02 Ω cm的電阻率。緩沖層12是通過外延生長形成在襯底11的主表面IlA上的SiC層。緩沖層12 具有大約0. 5 μ m的厚度。緩沖層12包含濃度大約為5X IO17CnT3的ρ型雜質(zhì)，并因此具有 P型(第二導電類型)導電性。擊穿電壓保持層13由SiC形成，并且形成在襯底11的主表面IlA上，緩沖層12 夾在擊穿電壓保持層13和襯底11之間。擊穿電壓保持層13包括濃度大約為4Χ IO14CnT3 的P型雜質(zhì)，并因此具有P型導電性。此外，擊穿電壓保持層13具有例如大約120 μ m的厚度。阱區(qū)4形成在擊穿電壓保持層13中，以包括與擊穿電壓保持層13的第一主表面 13A相對的第二主表面13B，第一主表面13A是與襯底11相鄰的主表面。每個阱區(qū)14都包括η型雜質(zhì)，并因此具有η型導電性。發(fā)射區(qū)15形成在阱區(qū)14中，以包括第二主表面13Β。每個發(fā)射區(qū)15包括濃度比擊穿電壓保持層13中的濃度高的ρ型雜質(zhì)，并因此具有ρ型導電性。接觸區(qū)16布置在阱區(qū)14中，以包括第二主表面13Β，并鄰近發(fā)射區(qū)15布置。每個接觸區(qū)16包括濃度比阱區(qū)14中的其它區(qū)域的濃度高的η型雜質(zhì)，并因此具有η型導電性。此外，本實施例中的IGBT 1包括柵極氧化物膜17、柵電極19、歐姆接觸電極18、發(fā)射極21和集電極20。柵極氧化物膜17與第二主表面1 接觸形成在擊穿電壓保持層13上，并由氧化物形成，具體地，例如，由厚度為40nm的二氧化硅(SiO2)形成。此外，柵電極19布置在柵極氧化物膜17上，并與之接觸。當從每個發(fā)射區(qū)15觀察時，柵電極19形成為從發(fā)射區(qū)15 上的每個區(qū)域向與每個接觸區(qū)16相對的一側(cè)延伸，以達到擊穿電壓保持層13上的沒有提供阱區(qū)14的區(qū)域。例如，柵電極19由導體制成，如Al (鋁)或多晶硅。每個歐姆接觸電極18布置在第二主表面1 上，以從與對應(yīng)的發(fā)射區(qū)15接觸的區(qū)域向與對應(yīng)的接觸區(qū)16接觸的區(qū)域延伸。此外，歐姆接觸電極18由如Ni(鎳)的至少部分硅化的導體形成，以確保與發(fā)射區(qū)15歐姆接觸。
發(fā)射極21布置在歐姆接觸電極18上，并與之歐姆接觸，并且由如Al的導體形成。 此外，集電極20形成在與在其上形成擊穿電壓保持層13的襯底11的主表面相對的襯底11 的主表面上。集電極20由如Ni (鎳)的至少部分硅化的導體形成，以確保與襯底11歐姆接觸。此外，在包括每個阱區(qū)14和柵極氧化物膜17之間的界面的區(qū)域中，形成了高濃度氮區(qū)域22，該區(qū)域具有比阱區(qū)14和柵極氧化物膜17中的氮濃度更高的氮濃度。下面描述了本實施例中的IGBT 1的操作。參考圖1，當超過閾值的負電壓施加到柵電極19上時，就會在阱區(qū)14的每個溝道區(qū)14A中形成反型層，由此使發(fā)射區(qū)15和擊穿電壓保持層13相互電連接。溝道區(qū)14A與柵電極19下面的柵極絕緣膜17接觸。從而，使空穴從發(fā)射區(qū)15進入擊穿電壓保持層13中，由此經(jīng)由緩沖層12從襯底11向擊穿電壓保持層13提供電子。這使IGBT 1進入導通狀態(tài)，在擊穿電壓保持層13中引起電導率調(diào)制。 這允許電流在每個發(fā)射極21和集電極20之間電阻減小的情況下流動。同時，當施加到柵電極19上的負電壓等于或小于閾值時，在每個溝道區(qū)14A中沒有形成反型層。從而，在擊穿電壓保持層13和每個溝道區(qū)14之間保持反向偏置狀態(tài)。這使IGBT 1進入截止狀態(tài)，并且從而沒有電流流動。這里，本實施例中的IGBT 1使用主表面相對于{0001}面取向具有不小于50°且不大于65°的偏離角的襯底11。此外，緩沖層12和擊穿電壓保持層13(包括提供有阱區(qū) 14的區(qū)域)，通過外延生長形成在主表面IlA的上面和上方。因此，在與柵極氧化物膜17 的界面附近很少形成界面態(tài)，由此提高了溝道遷移率。應(yīng)該注意，通過將主表面IlA的面取向設(shè)定為(0-33-8)，可以使溝道遷移率提高更多。此外，形成在包括每個溝道區(qū)14A和柵極氧化物膜17之間的界面的區(qū)域中的高氮濃度區(qū)22可以進一步提高溝道遷移率。這被認為是由于以下原因?qū)崿F(xiàn)的。也就是說，在通過熱氧化等方式形成柵極氧化物膜17的情況下，在柵極氧化物膜17和由半導體制成的每個溝道區(qū)域14A的界面中，形成了大量的界面態(tài)。如果不采取任何措施，與理論值相比，每個溝道區(qū)14A中的溝道遷移率將急劇減小。針對這種情況，將氮引入到包括如上所述的柵極氧化物膜17和每個溝道區(qū)14A之間的界面的區(qū)域中，以減小界面態(tài)的影響。如上所述，本實施例中的IGBT 1是提高溝道遷移率以減小導通電阻的IGBT。這里，在本實施例的IGBT 1中，期望在距離每個阱區(qū)14(溝道區(qū)14A)和柵極氧化物膜17之間的界面IOnm或更近的區(qū)域中氮濃度的最大值不小于IX 1021cm_3。通過這種方式，可以進一步提高溝道遷移率。應(yīng)該注意，在本實施例中，可以使用主表面具有在相對于<11-20>方向士5°或更小的范圍內(nèi)的偏離取向的襯底，代替具有(03-38)面取向的主表面的襯底11。這便于在SiC 襯底上形成外延層，由此便于制造IGBT。在本實施例中，襯底11的主表面IlA可具有在相對于<01-10>方向的士5°或更小的范圍內(nèi)的偏離取向。這便于在SiC襯底上形成外延層，由此便于制造IGBT。此外，通過設(shè)定襯底11的主表面IlA的面取向，以便偏離角相對于{03-38}的面取向不小于-3°且不大于+5°，可以進一步地提高溝道遷移率。此外，最優(yōu)選的是，襯底11的主表面1IA的面取向為{03-38}面取向。下面參考圖2-6描述制造本實施例中的IGBT 1的方法。參考圖2，在本實施例中的制造IGBT 1的方法中，首先執(zhí)行襯底制備步驟，作為步驟(SlO)。在步驟(SlO)中，參考圖3，制備襯底11。例如，由4H-SiC形成襯底11。襯底11的主表面IlA相對于{0001}面取向具有不小于50°且不大于65°的偏離角，例如，其具有(03-38)面取向。襯底11包括 η型雜質(zhì)，因此具有η型導電性。為了進一步提高要制造的IGBT 1中的溝道遷移率，可以制備其主表面IlA具有(0-33-8)面取向的襯底11。接下來，參考圖2，執(zhí)行外延生長步驟作為步驟(S20)。在該步驟(S20)中，參考圖 3，在步驟(SlO)中制備的襯底11的主表面IlA上，通過外延生長的方式，形成緩沖層12和擊穿電壓保持層13?？梢酝ㄟ^使用例如SiH4(硅烷)和C3H8(丙烷)的混合氣體作為原料氣體，來實現(xiàn)該外延生長。在這種情況下，首先，形成具有以大約5X1017cm_3的濃度引入的 P型雜質(zhì)的SiC層，以具有大約0. 5 μ m的厚度，由此獲得緩沖層12。然后，將ρ型雜質(zhì)的濃度改變?yōu)榇蠹s4X 1014cm_3，以形成厚度大約為120 μ m的SiC層，由此獲得了擊穿電壓保持層13。接下來，參考圖2，執(zhí)行離子注入步驟，作為步驟(S30)。在該步驟(S30)中，參考圖3和4，在包括已經(jīng)在步驟(S20)中形成的擊穿電壓保持層13的第二主表面13B的區(qū)域中，即，在包括與鄰近襯底11的擊穿電壓保持層13的第一主表面13A相對的主表面的區(qū)域中，通過離子注入的方式，順序形成阱區(qū)14、發(fā)射區(qū)15和接觸區(qū)16。具體地，首先，在第二主表面1 上，例如，通過CVD的方式形成由SiO2制成的氧化物膜。然后，將抗蝕劑涂覆到該氧化物膜上，然后將其暴露于光并顯影，由此形成了在對應(yīng)阱區(qū)14的期望形狀的區(qū)域中具有開口的抗蝕劑膜。然后，利用該抗蝕劑膜作為掩模，例如， 通過RIE(反應(yīng)離子蝕刻)的方式，部分移除該氧化物膜，由此形成由具有對應(yīng)阱區(qū)14的期望形狀的開口圖案的氧化物膜組成的掩模層。之后，移除該抗蝕劑膜，然后利用該掩模層作為掩模來離子注入η型雜質(zhì)，由此形成阱區(qū)14。之后，用相同的工序，移除該掩模層，然后形成具有對應(yīng)發(fā)射區(qū)15的期望形狀的開口圖案的掩模層，并且然后離子注入P型雜質(zhì)以形成發(fā)射區(qū)15。然后，用相同的工序，移除該掩模層，然后形成具有對應(yīng)接觸區(qū)16的期望形狀的開口圖案的掩模層，并且然后離子注入η型雜質(zhì)，以形成接觸區(qū)16。然后，參考圖2，執(zhí)行活化退火步驟，作為步驟(S40)。在步驟(S40)中，參考圖4， 對已經(jīng)通過步驟(S30)中的離子注入的擊穿電壓保持層13進行加熱，以進行活化退火，該活化退火是用來活化通過離子注入引入的雜質(zhì)的熱處理。例如，通過在氬氣氛中進行熱處理，同時保持溫度在1700°C持續(xù)30分鐘，來進行活化退火。接下來，參考圖2，執(zhí)行柵極氧化物膜形成步驟，作為步驟(S50)。在該步驟(S50) 中，參考圖4和5，在氧化氣氛中，對作為步驟(S10)-(S40)的結(jié)果的在其上形成有包括期望的離子注入層的擊穿電壓保持層13的襯底11，在1200°C下加熱持續(xù)30分鐘，用來干法氧化。通過這種方式，在第二主表面13B上形成用作氧化物膜17(見圖1)的熱氧化物膜17A。 熱氧化物膜17A，例如，具有大約40nm的厚度。 接下來，參考圖2，執(zhí)行高氮濃度區(qū)形成步驟，作為步驟(S60)。在該步驟(S60)中， 參考圖5，進行熱處理，例如，在一氧化氮(NO)氣氛中加熱，同時保持溫度在1200°C持續(xù)120 分鐘。通過這種方式，在包括熱氧化物膜17A和擊穿電壓保持層13、阱區(qū)14、發(fā)射區(qū)15和接觸區(qū)16的每個之間的界面的區(qū)域中，形成高氮濃度區(qū)22，該高氮濃度區(qū)22具有比鄰近區(qū)域高的氮濃度。接下來，參考圖2，執(zhí)行惰性氣體退火步驟，作為步驟(S70)。在該步驟(S70)中， 進行熱處理，以在如Ar (氬)的惰性氣體氣氛中加熱，同時保持溫度在1200°C持續(xù)60分鐘。然后，作為步驟(S80)，執(zhí)行歐姆電極形成步驟。在該步驟(S80)中，參考圖5和6， 首先，使用光刻方法，以在形成在第二主表面13B上的熱氧化物膜17A上，形成具有對應(yīng)歐姆接觸電極18的期望形狀的開口的抗蝕劑膜。接下來，使用該抗蝕劑膜作為掩模，移除從開口暴露的熱氧化物膜17A，和形成在與在其上形成了擊穿電壓保持層13的主表面相對的襯底11的主表面上的熱氧化物膜17A。此外，例如，通過氣相沉積方法的方式，在第二主表面1 和與擊穿電壓保持層13相對的襯底11的主表面的每個上，形成鎳(Ni)膜。然后， 與在抗蝕劑膜上存在的M膜一起，移除該抗蝕劑膜(剝離)，由此在應(yīng)該形成歐姆接觸電極 18和集電極20的每個區(qū)域中形成Ni膜。之后，例如，進行熱處理，以在Ar氣氛中加熱，同時保持溫度在950°C持續(xù)2分鐘，這至少導致一部分Ni膜硅化。通過這種方式，完成了歐姆接觸電極18和集電極20。應(yīng)該注意，在這種情況下，保留在第二主表面1 上的熱氧化物膜17A將用作柵極氧化物膜17。然后，參考圖2，執(zhí)行電極形成步驟，作為步驟(S90)。在該步驟(S90)中，參考圖 6和1，在柵極氧化物膜17上形成由如Al或多晶硅的導體制成的柵電極19，并且在歐姆接觸電極18上形成每個都有導體Al制成的發(fā)射極21。利用上述的步驟，完成了本實施例中的 IGBT 1。[實例](實例1)下面描述本發(fā)明的實例1。進行試驗以證明本發(fā)明的IGBT中溝道遷移率的提高和導通電阻的減小。以下面的工序進行試驗。首先，將描述試驗方法。利用上述實施例中描述的制造方法實際制造IGBT，并測量其導通電阻。具體地，參考圖1-6，首先，制備由4H-SiC形成的襯底11 (η型；0.02 Ω cm的電阻率)，并且其主表面IlA具有(03-38)面取向。在該襯底上，外延生長緩沖層12 (ρ型；雜質(zhì)濃度為5 X IO17CnT3 ；厚度為0. 5 μ m)和擊穿電壓保持層13 (ρ型；雜質(zhì)濃度為4Χ 1014cm_3 ； 厚度為120 μ m)。之后，通過離子注入形成阱區(qū)14、發(fā)射區(qū)15和接觸區(qū)16，然后在Ar氣氛中進行活化退火，同時保持溫度在1700°C持續(xù)30分鐘。此外，在氧化氣氛中進行干法氧化， 同時保持溫度在1200°C持續(xù)30分鐘，由此形成了厚度為40nm的熱氧化物膜17A，以用作柵極氧化物膜17。其后，在NO氣氛中形成高氮濃度區(qū)22，同時保持溫度在1200°C持續(xù)120分鐘。然后，在Ar氣氛中進行熱處理，同時保持溫度在1200°C持續(xù)60分鐘，并且之后，形成歐姆接觸電極18、集電極20、柵電極19和發(fā)射電極21，由此完成了 IGBT 1 (實例)。這里，單元節(jié)距設(shè)定在20 μ m,并且溝道長度設(shè)定在2 μ m。單元節(jié)距指圖1中在沿著主表面IlA的方向上襯底11的寬度。溝道長度指圖1中沿著第二表面13B的每個溝道區(qū)14A的寬度。同時，為了比較，制備襯底11 (η型；電阻率為0.02 Ω cm)，其由4H_SiC形成，并且其主表面IlA相對于(0001)面取向具有8°的偏離角。在與上述制造方法相同的條件下， 制造另一個IGBT 1(對比實例)。然后，實際操作實例和對比實例的IGBT，并測量各自的導通電阻。
同時，制造它們的TEG (測試元件組)-M0SFET,用來測量溝道遷移率。具體地，參考圖7，制備襯底31，該襯底31與實例和對比實例的襯底相同，用來測量導通電阻。在制造上文中的IGBT的同時，用這些襯底，制造了 TEG-M0SFET 3，以具有與上文的IGBT相同的雜質(zhì)濃度、厚度等。也就是，在每個襯底31上外延生長對應(yīng)緩沖層12的緩沖層32和對應(yīng)擊穿電壓保持層13的ρ型層33 ；然后用相同的方式，形成對應(yīng)阱區(qū)14的η型層34和對應(yīng)發(fā)射區(qū)15的源區(qū)35Α和漏區(qū)35Β。緩沖層32、ρ型層33、η型層34、源區(qū)35Α和漏區(qū)35Β具有與前文中的IGBT中的對應(yīng)部分相同的雜質(zhì)濃度、厚度等。除這些之外形成的是對應(yīng)柵極氧化物膜17的柵極氧化物膜37、對應(yīng)歐姆接觸電極18的歐姆接觸電極38、對應(yīng)柵電極19的柵電極39、和對應(yīng)發(fā)射極21的源電極4IA和漏電極4IB。這里，參考圖7，溝道長度L設(shè)定在 100 μ m,并且溝道寬度(在垂直于圖7中薄層的面的方向上的溝道寬度)設(shè)定為150 μ m。然后，對實例和對比實例的TEG-M0SFET進行操作，以測量每個的溝道遷移率?，F(xiàn)在，將描述試驗的結(jié)果。表1示出了溝道遷移率和導通電阻的測量結(jié)果。另外， 測量了實例和對比實例的IGBT的反向擊穿電壓。已經(jīng)證實，每個IGBT具有IOkV或更大的足夠的反向擊穿電壓。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種絕緣柵雙極型晶體管(1)，包括第一導電類型的襯底(11)，所述襯底(11)由碳化硅制成，并且所述襯底(11)的主表面 (IlA)相對于{0001}的面取向具有不小于50°且不大于65°的偏離角；與所述第一導電類型不同的第二導電類型的擊穿電壓保持層(13)，所述擊穿電壓保持層(1 由碳化硅制成，并且形成在所述襯底(11)的所述主表面(IlA)上；所述第一導電類型的阱區(qū)(14)，所述阱區(qū)(14)形成在所述擊穿電壓保持層(13)中以包括所述擊穿電壓保持層(1 的第二主表面(1 )，所述第二主表面(13B)是相反于所述擊穿電壓保持層(1 的第一主表面(13A)的主表面，所述第一主表面(13A)鄰近所述襯底 (11)；發(fā)射區(qū)(15)，所述發(fā)射區(qū)(1 形成在所述阱區(qū)(14)中以包括所述第二主表面(1 )， 并且所述發(fā)射區(qū)(1 包括相比于所述擊穿電壓保持層(1 具有更高的濃度的所述第二導電類型的雜質(zhì)；氧化物膜(17)，所述氧化物膜(17)由氧化物制成，并且以與所述第二主表面(13B)相接觸的方式形成在所述擊穿電壓保持層(1 上；以及電極(19)，所述電極(19)形成在所述氧化物膜(17)上，在包括所述阱區(qū)(14)和所述氧化物膜(17)之間的界面的區(qū)域中，形成有高濃度氮區(qū)域0 以使其相比于所述阱區(qū)(14)和所述氧化物膜(17)具有更高的氮濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管(1)，其中，在距離所述阱區(qū)(14)和所述氧化物膜(17)之間的所述界面IOnm或更近的區(qū)域中的氮濃度具有不小于1 X IO21CnT3的最大值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管(1)，其中，所述襯底(11)的所述主表面(IlA)具有落入在相對<11-20>方向士5°或更小的范圍內(nèi)的偏離取向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵雙極型晶體管(1)，其中，所述襯底(11)的所述主表面(IlA)具有落入在相對<01-10>方向士5°或更小的范圍內(nèi)的偏離取向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣柵雙極型晶體管(1)，其中，所述襯底(11)的所述主表面(IlA)的面取向相對{03-38}的面取向具有不小于-3° 且不大于+5°的偏離角。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣柵雙極型晶體管(1)，其中，所述襯底(11)的所述主表面(IlA)相對于在<01-10>方向上的(0-33-8)面具有不小于-3°且不大于+5°的偏離角。
全文摘要
一種能夠通過減小溝道遷移率而減小導通電阻的IGBT，包括n型襯底(11)，所述襯底(11)由SiC制成，并且其主表面(11A)相對于{0001}的面取向具有不小于50°且不大于65°的偏離角p型擊穿電壓保持層(13)，其由SiC制成，并且形成在襯底(11)的主表面(11A)上n型阱區(qū)(14)，其形成為包括擊穿電壓保持層(13)的第二主表面(13B)發(fā)射區(qū)(15)，其形成在阱區(qū)(14)中，以包括第二主表面(13B)，并且包括比擊穿電壓保持層(13)的濃度更高的濃度的p型雜質(zhì)；柵極氧化物膜(17)，其形成在擊穿電壓保持層(13)上；以及柵電極(19)，其形成在柵極氧化物膜(17)上。在包括阱區(qū)(14)和柵極氧化物膜(17)之間的界面的區(qū)域中，形成高濃度氮化物區(qū)域(22)，以具有比阱區(qū)(14)和柵極氧化物膜(17)的氮濃度更高的氮濃度。
文檔編號H01L21/336GK102171828SQ201080002822
公開日2011年8月31日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者原田真, 和田圭司, 日吉透 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社