半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体装置及其制造方法，尤其涉及使用禁带宽度比硅大的半导体材料的半导体装置及适用于其制造技术的有效技术。
【背景技术】
[0002]在作为功率半导体装置之一的功率金属绝缘膜半导体场效应晶体管(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor:MOSFET)中，以往使用娃基板(Si基板)的功率MOSFET(以下，记载为Si功率M0SFET)是主流。
[0003]但是，使用碳化硅基板(以下，记为SiC基板)的功率M0SFET(以下，记为SiC功率M0SFET)与Si功率MOSFET相比，能高耐压化及低损失化。究其原因，由于碳化硅(SiC)与硅
(Si)相比，禁带宽度大，因此，绝缘破坏耐压大，其结果，即使使漂移层薄，也能确保耐压。即，在SiC功率MOSFET中，即使使漂移层薄，也能确保绝缘破坏耐压，并且，因为漂移层薄，因此，能减小SiC功率MOSFET的接通电阻。因此，在省电或考虑环境型的变换器技术领域中，SiC功率MOSFET备受瞩目。
[0004]SiC功率MOSFET的基本结构与Si功率MOSTET相同。即，在由SiC构成的基板上形成第一导电型的漂移层，在漂移层内的一部分形成第二导电型的焊接区域。另外，在焊接区域内的一部分形成第一导电型的源区域，在从源区域通过焊接区域与漂移层连接的称为信道的区域的基板表面形成栅绝缘膜，在该栅绝缘膜上形成栅电极。作为晶体管进行动作时，通过控制栅电极的电位，通过栅绝缘膜控制信道表面的电位，控制信道电流、即从源区域通过焊接区域向漂移层流动的电流。
[0005]在此，如在专利文献I中所述，一般地，作为SiC功率MOSFET中的栅电极及栅绝缘膜的材料，普遍应用在Si功率MOSFET中已经有实效的多结晶硅(多晶硅)及二氧化硅(氧化硅:S12)ο
[0006]这样，在SiC功率MOSFET中，因为在栅绝缘膜和栅电极中使用在Si功率MOSFET中有实效的材料、即氧化硅和多结晶硅，因此，期望能确保与Si功率MOSFET的情况相同的可靠性。
[0007]然而，例如，如在非专利文献I所述，在形成于SiC基板上的氧化硅中，难以实现与在Si基板上形成氧化硅的情况同等水准的可靠性，以高概率产生在比本来的绝缘耐压低的电压产生绝缘破坏的、所谓的脱落损坏破坏(extrinsic breakdown)。
[0008]在形成于SiC基板上的氧化硅中多次产生脱落损坏的理由在于，SiC基板的缺陷比Si基板多。因此，例如如专利文献2、专利文献3所示，兴盛地研究了在缺陷多的SiC基板上形成可靠性高的氧化硅膜的技术。但是，之前在SiC功率MOSFET中，没有实现了与Si功率MOSFET相同的栅绝缘膜的可靠性的报告。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011 ] 专利文献I:日本特开2009-212366号公报
[0012]专利文献2:日本特开2005-101148号公报
[0013]专利文献3:日本特开2006-156478号公报
[0014]非专利文献
[0015]非专利文献1:J.Senzaki，et al，“Evaluat1n of 4H_SiC Thermal OxideReliability Using Area-Scaling Method,”Japan Journal of Applied PhJ.Senzaki,et al，“Evaluat1n of 4H_SiC Thermal Oxide Reliability Using Area-ScalingMethod,”Japan Journal of Applied Physics，vol.48pp.081404-1?4，(2009)
【发明内容】
[0016]发明所要解决的课题
[0017]功率MOSFET是用于电源系统的控制的开关元件，在用途的性能方面，要求高可靠性，以免在动作中产生故障。栅绝缘膜的绝缘破坏是在MOSFET中担心的故障模式之一。因此，在作为产品出货前，实施对栅电极施加比动作条件高的电压等的试验，进行只输出经得住试验的良品之类的审查。此时，当审查后的成品率低时，由于产品成本高，因此，要求形成在试验中不会掉落的高品质的栅绝缘膜的技术。尤其在SIC功率MOSFET中，难以实现与Si功率MOSFET等同的栅绝缘膜的可靠性，盛行提高栅绝缘膜的可靠性的研究。
[0018]本发明的目的在于提供例如在以SiC功率MOSFET为代表的使用比硅禁带宽度大的半导体材料的半导体装置中，确保与Si功率MOSFET等同的栅绝缘膜的可靠性的技术。
[0019]其他课题与新的特征从本说明书的记述及附图变得明确。
[0020]用于解决课题的方法
[0021]—实施方式的半导体装置具备:(a)第一导电型的基板，其具有第一主面及与上述第一主面相反面的第二主面，由禁带宽度比硅大的半导体材料构成；(b)形成于上述基板的上述第一主面的上述第一导电型的漂移层。并且，具备:(C)上述第二导电型的焊接区域，其距上述漂移层的表面具有第一深度，向上述漂移层内导入与上述第一导电型不同的第二导电型的第一杂质；(d)上述第一导电型的源区域，其距上述漂移层的表面具有第二深度，与上述焊接区域的端部离开地配置于上述焊接区域内，导入上述第一导电型的第二杂质。另夕卜，具备:(e)至少与上述漂移层和上述源区域之间的上述焊接区域接触的栅绝缘膜；(f)与上述栅绝缘膜接触的栅电极；(g)形成于上述基板的上述第二主面侧的上述第一导电型的漏极区域。其中，上述栅电极包括:(f I)损害抑制层，其与上述栅绝缘膜接触，抑制对上述栅绝缘膜的损害；(f2)电阻减小层，其形成于上述损害抑制层，与未设置该电阻减小层的情况相比，有助于减小栅电极电阻。此时，上述损害抑制层由与构成上述漂移层及上述焊接区域的第一材料不同的第二材料构成。
[0022]另外，一实施方式的半导体装置的制造方法具备:(a)准备由禁带宽度比硅大的半导体材料构成的第一导电型的基板的工序；(b)在上述基板的第一主面上形成上述第一导电型的漂移层的工序；(C)在上述基板的与上述第一主面相反侧的第二主面上形成上述第一导电型的漏极区域的工序。接着，具备:(d)通过在上述漂移层导入与上述第一导电型不同的第二导电型的第一杂质，在上述漂移层内形成距上述漂移层的表面具有第一深度的上述第二导电型的焊接区域的工序。接着，具备:(e)上述(d)工序后，通过在上述焊接区域内导入上述第一导电型的第二杂质，形成距上述漂移层的表面具有第二深度，并与上述焊接区域的端部离开的上述第一导电型的源区域的工序。另外，具备:(f)上述(e)工序后，形成至少包括与上述漂移层和上述源区域之间的上述焊接区域接触的部分的栅绝缘膜的工序；
(g)上述(f)工序后，形成与上述栅绝缘膜接触的栅电极的工序。其中，上述(g)工序包括:(gl)形成损害抑制层的工序，该损害抑制层与上述栅绝缘膜接触，且抑制对上述栅绝缘膜的损害；(g2)形成电阻减小层的工序，该电阻减小层形成在上述损害抑制层上，与未设置该电阻减小层的情况相比，有助于减小栅电极电阻。并且，上述损害抑制层由与构成上述漂移层及上述焊接区域的第一材料不同的第二材料构成。
[0023]发明效果
[0024]根据一实施方式，例如能够在以SiC功率MOSFET为代表的使用禁带宽度比硅大的半导体材料的半导体装置中，提高栅绝缘膜的可靠性。
【附图说明】
[0025]图1是表示实施方式一的SiC功率MOSFET的结构的剖视图。
[0026]图2是表示MOS元件的脱落损坏密度和构成栅电极的多结晶硅膜的膜厚的关系的图表。
[0027]图3是表不研究图2的关系时使用的MOS兀件的结构的不意图。
[0028]图4是表示说明研究图2的关系时定义的“脱落损坏”的测定结果的一例的图表。
[0029]图5是表示实施方式一的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0030]图6是表示紧接着图5的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0031 ]图7是表示紧接着图6的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0032]图8是表示紧接着图7的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0033]图9是表示紧接着图8的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0034]图10是表示紧接着图9的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0035 ]图11是表示紧接着图1O的S i C功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0036]图12是表示紧接着图11的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0037]图13是表示紧接着图12的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0038]图14是表示紧接着图13的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0039]图15是表示紧接着图14的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0040]图16是表示实施方式二的SiC功率MOSFET的结构的剖视图。
[0041 ]图17是表示实施方式二的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0042 ]图18是表示紧接着图17的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0043]图19是表示实施方式三的SiC功率MOSFET的结构的剖视图。
[0044]图20是表示实施方式三的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0045]图21是表示紧接着图20的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0046]图22是表示实施方式四的SiC功率MOSFET的结构的剖视图。
[0047]图23是表示实施方式四的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
[0048]图24是表示紧接着图23的SiC功率MOSFET的制造工序的剖视图。
【具体实施方式】
[0049]在以下的实施方式中如果为了方便，则分割为多个部分或实施方式进行说明，但除了特别明示的情况，这些并不是相互之间无关，具有一方为另一方的一部分或全部的变形例、详细、补充说明等关系。
[0050]另外，在以下的实施方式中，在言及要素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明示的情况及理论上明确限定为规定的数量的情况等，并未限于该特定的数量，也可以是特