[發(fā)明專(zhuān)利]碳化硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480083226.0
• 申請(qǐng)日: 2014-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107078158B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷岡壽一;樽井陽(yáng)一郎;古橋壯之
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 三菱電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/78
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/78;H01L21/336;H01L29/12
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 何立波;張?zhí)焓?/td>

碳化硅半導(dǎo)體裝置(200)能夠通過(guò)由柵極電壓的施加來(lái)實(shí)現(xiàn)的溝道區(qū)域的控制而對(duì)導(dǎo)通狀態(tài)及截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行切換。碳化硅半導(dǎo)體裝置(200)具有碳化硅層(20)、柵極絕緣膜(50)和柵極電極(60)。碳化硅層(20)具有溝道區(qū)域(CH)。柵極絕緣膜(50)將溝道區(qū)域(CH)覆蓋。柵極電極(60)隔著柵極絕緣膜(50)而與溝道區(qū)域(CH)相對(duì)。導(dǎo)通狀態(tài)下的溝道區(qū)域(CH)的電阻在大于或等于100℃而小于或等于150℃的溫度具有最小值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別地，涉及能夠通過(guò)由柵極電壓的施加來(lái)實(shí)現(xiàn)的溝道區(qū)域的控制而對(duì)導(dǎo)通狀態(tài)及截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行切換的碳化硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

背景技術(shù)

為了將逆變器進(jìn)一步小型化，對(duì)高功率密度化或者冷卻系統(tǒng)的簡(jiǎn)化等進(jìn)行了研究。因此，預(yù)想到將來(lái)會(huì)要求使逆變器在大于或等于100℃而小于或等于150℃的高溫環(huán)境下常態(tài)且持續(xù)地動(dòng)作。關(guān)于使用碳化硅(SiC)層作為半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體裝置即碳化硅半導(dǎo)體裝置，作為適于高溫動(dòng)作、能夠滿足上述要求的半導(dǎo)體裝置而受到期待。

逆變器通常具有MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)或者IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等開(kāi)關(guān)元件。伴隨開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作，其溫度從室溫起上升。根據(jù)庭山雅彥以及另外3人的“《SiCパワーデバイスの損失減小実証》、パナソニック技報(bào)(Panasonic Technical Journal)、Apr.2011、Vol.57、No.1、pp.9-14”(非特許文獻(xiàn)1)，SiC－MOSFET的導(dǎo)通電阻的溫度依賴性在小于或等于室溫時(shí)為負(fù)值，在大于或等于室溫時(shí)為正值。另外，根據(jù)上述技術(shù)刊物，溫度依賴性是由于與溫度上升相伴的MOS的溝道電阻的減少和漂移電阻的增加而發(fā)生的。

就SiC－MOSFET而言，現(xiàn)狀是導(dǎo)通電阻中的溝道電阻的部分尤其成為問(wèn)題。在使用SiC而不使用Si的情況下溝道電阻尤為變高的原因被認(rèn)為是，由于MOSFET構(gòu)造中的氧化膜和SiC層之間的界面處的界面態(tài)密度高，因此溝道遷移率與塊體中的電子遷移率相比變得極小。因此，像例如在日本特開(kāi)2009－224797號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)中提及的那樣，對(duì)降低界面態(tài)予以重視。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2009－224797號(hào)公報(bào)

非專(zhuān)利文獻(xiàn)1：“パナソニック技報(bào)(Panasonic Technical Journal)，Apr.2011，Vol.57，No.1，pp.9-14”

發(fā)明內(nèi)容

如上述技術(shù)刊物中記載所述，導(dǎo)通電阻在高溫環(huán)境下尤為變高。即使為了對(duì)此進(jìn)行改善，而如上述公報(bào)記載那樣，一邊重視降低界面態(tài)密度這一情況、一邊調(diào)整SiC－MOSFET的制造條件，但根據(jù)本發(fā)明人的研究，依然難以將高溫環(huán)境下的導(dǎo)通電阻大幅地減小。

本發(fā)明就是為了解決以上所述的課題而提出的，其目的在于提供一種特別是在高溫環(huán)境下能夠減小導(dǎo)通電阻的碳化硅半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置能夠通過(guò)由柵極電壓的施加來(lái)實(shí)現(xiàn)的溝道區(qū)域的控制而對(duì)導(dǎo)通狀態(tài)及截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行切換，該碳化硅半導(dǎo)體裝置具有碳化硅層、柵極絕緣膜和柵極電極。碳化硅層具有溝道區(qū)域。柵極絕緣膜將碳化硅層的溝道區(qū)域覆蓋。柵極電極隔著柵極絕緣膜而與碳化硅層的溝道區(qū)域相對(duì)。導(dǎo)通狀態(tài)下的溝道區(qū)域的電阻在大于或等于100℃而小于或等于150℃的溫度具有最小值。