[發(fā)明專利]碳化硅半導(dǎo)體器件及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380055289.0
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN104737292A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 日吉透;齋藤雄
• 申請（專利權(quán)）人: 住友電氣工業(yè)株式會社
• 主分類號: H01L29/12
• 分類號: H01L29/12;H01L21/336;H01L29/78
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李蘭;孫志湧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅半導(dǎo)體器件及其制造方法，并且更加特別地，涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的開關(guān)特性的碳化硅半導(dǎo)體器件及其制造方法。

背景技術(shù)

近年來，碳化硅已經(jīng)作為用于諸如MOSFET(金屬氧化硅半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的半導(dǎo)體器件的材料被越來越多地采用，以便于允許半導(dǎo)體器件的更高的擊穿電壓、更低的損耗和在高溫環(huán)境中的使用等等。碳化硅是具有比已經(jīng)被傳統(tǒng)地和廣泛地用作用于半導(dǎo)體器件的材料的硅的帶隙更寬的帶隙的寬帶隙半導(dǎo)體。因此，通過采用碳化硅作為用于半導(dǎo)體器件的材料，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件的更高的擊穿電壓、更低的導(dǎo)通電阻等等。當(dāng)在比由硅制成的半導(dǎo)體器件高的溫度環(huán)境下使用時，由碳化硅制成的半導(dǎo)體器件也具有呈現(xiàn)更少的性能退化的優(yōu)點(diǎn)。

例如，Brett?A.Hull?et?al.，“Performance?of?60A,1200V?4H-SiC?DMOSFETs”，Materials?Science?Forum，Vols.615-617,2009,pp749-752(NPD?1)公開包括被形成在碳化硅襯底上的n型漂移層、一對阱區(qū)和柵極絕緣膜的MOSFET。根據(jù)在本文獻(xiàn)中公開的MOSFET，在從漏極-源極電流是65A的導(dǎo)通狀態(tài)到漏極-源極電壓是750V的截止?fàn)顟B(tài)的切換時切換能量損耗是9mJ。

引用列表

非專利文獻(xiàn)

NPD?1：Brett?A.Hull?et?al.，“Performance?of?60A,1200V?4H-SiC?DMOSFETs”，Materials?Science?Forum，Vols.615-617,2009,pp749-752(NPD?1)

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

為了改進(jìn)開關(guān)特性，需要減小碳化硅半導(dǎo)體器件的電容。該電容與被夾在電極之間的絕緣體的厚度成反比例。因此，通過增加?xùn)艠O絕緣膜的厚度能夠減小電容。然而，增加的柵極絕緣膜的厚度引起流過溝道的漏極電流的減小。

已經(jīng)提出本發(fā)明以解決這樣的問題，并且本發(fā)明的目的是為了提供能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的開關(guān)特性，同時抑制漏電流的減小的碳化硅半導(dǎo)體器件，和制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法。

問題的解決方案

本發(fā)明人基于下述發(fā)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的研究并且得出本發(fā)明。首先，為了改進(jìn)開關(guān)特性，減小器件的電容是有效的。期待的是，減小器件的電容，特別地被夾在一對阱區(qū)之間的JFET(結(jié)場效應(yīng)晶體管)區(qū)與柵電極在柵極絕緣膜被插入其間的情況下相互面對的部分的電容(反向轉(zhuǎn)移電容)。

為了減小在JFET區(qū)和柵電極之間的電容，增加在JFET區(qū)上的柵極絕緣膜的厚度是有效的。然而，被增加的整個柵極絕緣膜的厚度引起流過溝道的漏電流的值的減小。從而期待的是，增加JFET區(qū)上的柵極絕緣膜的厚度，同時保持在阱區(qū)上的柵極絕緣膜的小厚度。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在JFET區(qū)上形成含硅材料并且氧化含硅材料，在JFET區(qū)上的柵極絕緣膜的厚度能夠被增加，同時在阱區(qū)上的柵極絕緣膜的小厚度被保持。諸如多晶硅的含硅材料比碳化硅更加容易地氧化。因此，通過在JFET區(qū)上形成含硅材料并且氧化含硅材料，并且氧化由碳化硅制成的阱區(qū)的表面，能夠使在JFET區(qū)上的柵極絕緣膜的厚度大于在阱區(qū)上的柵極絕緣膜的厚度。

因此，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟。制備碳化硅襯底，該碳化硅襯底包括：第一雜質(zhì)區(qū)，該第一雜質(zhì)區(qū)具有第一導(dǎo)電類型；阱區(qū)，該阱區(qū)與第一雜質(zhì)區(qū)接觸并且具有不同于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型；以及第二雜質(zhì)區(qū)，該第二雜質(zhì)區(qū)通過阱區(qū)與第一雜質(zhì)區(qū)分離并且具有第一導(dǎo)電類型。形成二氧化硅層，該二氧化硅層與第一雜質(zhì)區(qū)和阱區(qū)接觸。在二氧化硅層上形成柵電極。形成二氧化硅層的步驟包括以下步驟。在第一雜質(zhì)區(qū)上形成含硅材料。氧化含硅材料。氧化被夾在第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)之間的阱區(qū)的表面。二氧化硅層包括在第一雜質(zhì)區(qū)上的第一二氧化硅區(qū)，和被夾在第一雜質(zhì)區(qū)和第二雜質(zhì)區(qū)之間的阱區(qū)上的第二二氧化硅區(qū)。假定第一二氧化硅區(qū)的厚度是第一厚度并且第二二氧化硅區(qū)的厚度是第二厚度，則第一厚度大于第二厚度。在本發(fā)明中，在第一雜質(zhì)區(qū)上形成含硅材料包括在諸如二氧化硅層的層被插入其間的情況下在第一雜質(zhì)區(qū)上形成含硅材料。

根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，第一二氧化硅區(qū)的厚度大于第二二氧化硅區(qū)的厚度。因此，能夠減小碳化硅半導(dǎo)體器件的電容，同時漏電流的減小被抑制。結(jié)果，碳化硅半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性能夠被改進(jìn)，同時漏電流中的減小被抑制。