专利名称：绝缘栅双极型晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种绝缘栅双极型晶体管，更具体地，涉及一种能够提高沟道迁移率的绝缘栅双极型晶体管。
背景技术：
近年来，为了在半导体器件中实现高反向击穿电压和低损耗，也为了实现在高温环境中利用半导体器件，开始采用碳化硅(SiC)作为半导体器件的材料。碳化硅是宽带隙半导体，其具有比常规广泛用作半导体器件的材料的硅(Si)更大的带隙。因此，采用碳化硅作为半导体器件的材料将在半导体器件中实现高反向击穿电压、减小的导通电阻等。此外，当在高温环境中使用这种利用碳化硅作为其材料形成的半导体器件时，与利用硅作为材料形成的半导体器件相比，这种半导体器件有利的是性能降低很少。例如，据报告所称，当采用SiC作为用于是半导体器件的绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)的材料时，在栅电压为20V的情况下获得了 9kV的反向击穿电压和88mΩ cm2的导通电阻(参见 Qingchun Zhang 等人，“9kV 4H_SiC IGBTs with 88m Ω cm2of Kdiff,。n〃， Materials Science Forum, 2007，Vols. 556-557，p. 771-774 (非专利文献 1))。现有技术文献非专利文献非专利文献1 :Qingchun Zhang 等人，“9kV 4H_SiC IGBTs with 88m Ω cm2of Rdiffj0n" , Materials Science Forum，2007，Vols. 556—557，p. 771—77
发明内容
本发明要解决的问题然而，近年来仍增加了对IGBT的性能的需求。考虑到这些需求，不能认为包括在上述非专利文献1中公开的IGBT在内的常规的IGBT已具有足够高的沟道迁移率。因此， 不能认为IGBT中的导通电阻已被足够地减小。考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种通过提高沟道迁移率来减小导通电阻的 IGBT。解决问题的方式根据本发明的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)包括衬底、击穿电压保持层、阱区、发射区、氧化物膜、和电极。衬底由碳化硅制成，其主表面相对于{0001}面取向具有不小于 50°且不大于65°的偏离角，并且该衬底是第一导电型的。击穿电压保持层由碳化硅制成， 形成在衬底的主表面上，并且具有与第一导电型不同的第二导电型。阱区形成在击穿电压保持层中，以包括击穿电压保持层的第二主表面，第二主表面是与邻近衬底的击穿电压保持层的第一主表面相对的主表面。阱区为第一导电类型。发射区形成在阱区中以包括第二主表面，并且通过包含比击穿电压保持层的浓度更高的浓度的第二导电类型的杂质而具有第二导电类型。氧化物膜由氧化物制成，并且与第二主表面接触形成在击穿电压保持层上。电极形成在氧化物膜上。在包括阱区和氧化物膜之间的界面的区域中，形成高氮浓度区，以具有比阱区和氧化物膜更高的氮浓度。本发明人已经精密地研究了用来提高IGBT的沟道迁移率的方法。结果，本发明人发现如下，并在本发明中实现。具体地，在采用SiC作为材料的IGBT中使用的SiC衬底的主表面通常相对于 {0001}面取向具有大约8°的偏离角。在该主表面上，形成了击穿电压保持层、发射区、氧化物膜、电极等，以获得IGBT。然而，在具有这种结构的IGBT中，由于该衬底相对于{0001} 面取向而具有大约8°的偏离角的主表面，所以利用氧化物膜，在用作沟道的阱区和氧化物膜的界面附近形成了多个界面态。这阻止了电子的移动。因此，降低了沟道迁移率。为了应对这种情况，本发明的IGBT使用相对于{0001}面取向具有不小于50°且不大于65°的偏离角的主表面的SiC衬底，由此减少形成界面态，以提高沟道迁移率。此外，已经发现，形成在包括阱区和氧化物膜之间的界面的区域中的高浓度氮区导致提高了沟道迁移率。从而，在本发明的IGBT中，进一步提高了沟道迁移率。如上所述，根据本发明的IGBT，可以提供一种通过提高沟道迁移率减小导通电阻的 IGBT。这里，基于下面的事实将偏离角的下限设定在50° 作为检验偏离角和沟道迁移率之间的关系的结果，观察到在从偏离角为43. 3°的(01-14)面到偏离角为51. 5° 的(01-13)面的过程中，随着偏离角的增大，载流子迁移率显著增加；并且还观察到在 (01-14)面和(01-13)面之间的偏离角的范围内不存在自然面。此外，基于下面的事实将偏离角的上限设定在65° :观察到在从偏离角为62. 1°的(01-12)面到偏离角为90° 的(01-10)面的过程中，随着偏离角的增大，载流子迁移率显著降低，并且还观察到在 (01-12)面和(01-10)面之间的偏离角的范围内不存在自然面。在上述IGBT中，在距离阱区和氧化物膜之间的界面IOnm或更近的区域中，氮浓度具有不小于IX IO21CnT3的最大值。作为本发明人证明验证的结果，提高沟道迁移率的重点是距离阱区和氧化物膜之间的界面IOnm或更近的区域中氮浓度的最大值。通过将该区域中氮浓度的最大值设定在 1 X IO21CnT3或更大，发现沟道迁移率显著提高。因此，利用上述的配置，可以进一步提高沟道迁移率。在该IGBT中，衬底的主表面可以具有在相对于<11-20>方向的士5°或更小范围内的偏离取向。<11-20>方向是SiC衬底中典型的偏离取向。在由制造衬底步骤中的划片工艺中的变化等造成的偏离取向的变化被设定在士5°，由此容易在SiC衬底上形成外延层等。通过这种方式，可以很容易地制造IGBT。在该IGBT中，衬底的主表面可以具有在相对于<01-10>方向士5°范围内的偏离取向。像上述<11-20>方向的情况一样，<01-10>方向是SiC衬底中典型的偏离取向。由在制造衬底步骤中的划片工艺中的变化等造成的偏离取向的变化被设定在士5°，由此容易在SiC衬底上形成外延层等。通过这种方式，可以很容易地制造IGBT。在该IGBT中，衬底的主表面相对于{03-38}面取向可以具有不小于-3°且不大于+5°的偏离角。通过这种方式，可以进一步提高沟道迁移率。这里，由此将偏离角设定为相对于面取向{03-38}不小于-3°且不大于+5°，因为作为对沟道迁移率和偏离角之间关系进行检查的结果，在该范围内可以获得特别高的沟道迁移率。这里，“偏离角相对于面取向{03-38}不小于-3°且不大于+5° ”的状态指的是这样的状态相对于103-38}面的法线，主表面的法线到由用作偏离取向基准的<01-10>方向和<0001〉方向定义的平面的正交投影形成不小于-3°且不大于+5°的角。正值的符号对应于正交投影接近于与<01-10>方向平行的状态，而负值的符号对应于正交投影接近于与<0001〉方向平行的状态。应当注意，其主表面的面取向更优选的是基本为{03-38}，并且其主表面的面取向进一步优选为{03-38}。这里，“主表面的面取向基本为{03-38}”的表达方式指的是衬底主表面的面取向被包括在其中考虑到处理衬底的精度等而使得衬底的面取向可以被认为是基本为{03-38}的偏离角的范围内。例如，在这种情况下的偏离角的范围是偏离角相对于{03-38}为士2°的范围。通过这种方式，可以进一步提高上述的沟道迁移率。在该IGBT中，衬底的主表面相对于在<01-10>方向上的(0_33_8)面具有不小于-3°且不大于+5°的偏离角。具体地，采用了在其中半导体层和绝缘膜形成在接近(0-33-8)面的表面上的结构，其中(0-33-8)面是接近{03-38}面上的C(碳)面的面。通过这种方式，显著提高了载流子迁移率。这里，在本申请中，将六方晶体的单晶碳化硅的(0001)面定义为硅面，而将 (000-1)面定义为碳面。同时，“相对于在<01-10>方向上的(0-33-8)面的偏离角”指的是 主表面的法线到由用作偏离取向基准的<01-10>方向和<000-1>方向所定义的平面的正交投影和(0-33-8)面的法线形成的角。正值的符号对应于正交投影接近于与<01-10>方向平行的状态，而负值的符号对应于正交投影接近于与<000-1>方向平行的状态。此外，“主表面相对于在<01-10>方向上的(0-33-8)面具有不小于-3°且不大于+5°的偏离角”的表达方式指的是主表面对应于在碳面一侧上的、在碳化硅晶体中满足上述条件的面。应当注意，在本申请中，(0-33-8)面包括在碳面一侧上的、由于用于定义晶面的轴的确定而以不同的方式表示的等效面，但是不包括在硅面一侧的面。发明效果由上面的描述，很显然，根据本发明的IGBT，可以提供一种通过提高沟道迁移率而降低导通电阻的IGBT。
图1是示出IGBT结构的横截面示意图。图2是示意性示出制造IGBT的方法的流程图。图3是用来示出制造IGBT的方法的横截面示意图。图4是用来示出制造IGBT的方法的横截面示意图。图5是用来示出制造IGBT的方法的横截面示意图。图6是用来示出制造IGBT的方法的横截面示意图。
图7是示出TEG-M0SFET的结构的横截面示意图。图8是在试验中用作样品的横向型MOSFET结构的横截面示意图。图9示出了氮峰值浓度和沟道迁移率之间的关系。图10示出了衬底的主表面相对于面取向{0001}的偏离角和沟道迁移率之间的关系。
具体实施例方式下面参考各图描述了本发明的实施例。应该注意，在下面提到的图中，相同或相应的部分赋予相同的附图标记，并且不再重复描述。首先，将描述本发明的一个实施例中的IGBT的结构。参考图1，本实施例中的IGBT 1包括衬底11、缓冲层12、击穿电压保持层13、阱区14、发射区15和接触区16。衬底11由六边形的SiC形成，如4H_SiC，并且衬底11的主表面IlA相对于面取向{0001}具有不小于50°且不大于65°的偏离角，例如，具有面取向(03-38)。另外，衬底11包括η型杂质，由此具有η型(第一导电类型)导电性。此外，例如，衬底11具有大约0. 02 Ω cm的电阻率。缓冲层12是通过外延生长形成在衬底11的主表面IlA上的SiC层。缓冲层12 具有大约0. 5 μ m的厚度。缓冲层12包含浓度大约为5X IO17CnT3的ρ型杂质，并因此具有 P型(第二导电类型)导电性。击穿电压保持层13由SiC形成，并且形成在衬底11的主表面IlA上，缓冲层12 夹在击穿电压保持层13和衬底11之间。击穿电压保持层13包括浓度大约为4Χ IO14CnT3 的P型杂质，并因此具有P型导电性。此外，击穿电压保持层13具有例如大约120 μ m的厚度。阱区4形成在击穿电压保持层13中，以包括与击穿电压保持层13的第一主表面 13A相对的第二主表面13B，第一主表面13A是与衬底11相邻的主表面。每个阱区14都包括η型杂质，并因此具有η型导电性。发射区15形成在阱区14中，以包括第二主表面13Β。每个发射区15包括浓度比击穿电压保持层13中的浓度高的ρ型杂质，并因此具有ρ型导电性。接触区16布置在阱区14中，以包括第二主表面13Β，并邻近发射区15布置。每个接触区16包括浓度比阱区14中的其它区域的浓度高的η型杂质，并因此具有η型导电性。此外，本实施例中的IGBT 1包括栅极氧化物膜17、栅电极19、欧姆接触电极18、发射极21和集电极20。栅极氧化物膜17与第二主表面1 接触形成在击穿电压保持层13上，并由氧化物形成，具体地，例如，由厚度为40nm的二氧化硅(SiO2)形成。此外，栅电极19布置在栅极氧化物膜17上，并与之接触。当从每个发射区15观察时，栅电极19形成为从发射区15 上的每个区域向与每个接触区16相对的一侧延伸，以达到击穿电压保持层13上的没有提供阱区14的区域。例如，栅电极19由导体制成，如Al (铝)或多晶硅。每个欧姆接触电极18布置在第二主表面1 上，以从与对应的发射区15接触的区域向与对应的接触区16接触的区域延伸。此外，欧姆接触电极18由如Ni(镍)的至少部分硅化的导体形成，以确保与发射区15欧姆接触。
发射极21布置在欧姆接触电极18上，并与之欧姆接触，并且由如Al的导体形成。 此外，集电极20形成在与在其上形成击穿电压保持层13的衬底11的主表面相对的衬底11 的主表面上。集电极20由如Ni (镍)的至少部分硅化的导体形成，以确保与衬底11欧姆接触。此外，在包括每个阱区14和栅极氧化物膜17之间的界面的区域中，形成了高浓度氮区域22，该区域具有比阱区14和栅极氧化物膜17中的氮浓度更高的氮浓度。下面描述了本实施例中的IGBT 1的操作。参考图1，当超过阈值的负电压施加到栅电极19上时，就会在阱区14的每个沟道区14A中形成反型层，由此使发射区15和击穿电压保持层13相互电连接。沟道区14A与栅电极19下面的栅极绝缘膜17接触。从而，使空穴从发射区15进入击穿电压保持层13中，由此经由缓冲层12从衬底11向击穿电压保持层13提供电子。这使IGBT 1进入导通状态，在击穿电压保持层13中引起电导率调制。 这允许电流在每个发射极21和集电极20之间电阻减小的情况下流动。同时，当施加到栅电极19上的负电压等于或小于阈值时，在每个沟道区14A中没有形成反型层。从而，在击穿电压保持层13和每个沟道区14之间保持反向偏置状态。这使IGBT 1进入截止状态，并且从而没有电流流动。这里，本实施例中的IGBT 1使用主表面相对于{0001}面取向具有不小于50°且不大于65°的偏离角的衬底11。此外，缓冲层12和击穿电压保持层13(包括提供有阱区 14的区域)，通过外延生长形成在主表面IlA的上面和上方。因此，在与栅极氧化物膜17 的界面附近很少形成界面态，由此提高了沟道迁移率。应该注意，通过将主表面IlA的面取向设定为(0-33-8)，可以使沟道迁移率提高更多。此外，形成在包括每个沟道区14A和栅极氧化物膜17之间的界面的区域中的高氮浓度区22可以进一步提高沟道迁移率。这被认为是由于以下原因实现的。也就是说，在通过热氧化等方式形成栅极氧化物膜17的情况下，在栅极氧化物膜17和由半导体制成的每个沟道区域14A的界面中，形成了大量的界面态。如果不采取任何措施，与理论值相比，每个沟道区14A中的沟道迁移率将急剧减小。针对这种情况，将氮引入到包括如上所述的栅极氧化物膜17和每个沟道区14A之间的界面的区域中，以减小界面态的影响。如上所述，本实施例中的IGBT 1是提高沟道迁移率以减小导通电阻的IGBT。这里，在本实施例的IGBT 1中，期望在距离每个阱区14(沟道区14A)和栅极氧化物膜17之间的界面IOnm或更近的区域中氮浓度的最大值不小于IX 1021cm_3。通过这种方式，可以进一步提高沟道迁移率。应该注意，在本实施例中，可以使用主表面具有在相对于<11-20>方向士5°或更小的范围内的偏离取向的衬底，代替具有(03-38)面取向的主表面的衬底11。这便于在SiC 衬底上形成外延层，由此便于制造IGBT。在本实施例中，衬底11的主表面IlA可具有在相对于<01-10>方向的士5°或更小的范围内的偏离取向。这便于在SiC衬底上形成外延层，由此便于制造IGBT。此外，通过设定衬底11的主表面IlA的面取向，以便偏离角相对于{03-38}的面取向不小于-3°且不大于+5°，可以进一步地提高沟道迁移率。此外，最优选的是，衬底11的主表面1IA的面取向为{03-38}面取向。下面参考图2-6描述制造本实施例中的IGBT 1的方法。参考图2，在本实施例中的制造IGBT 1的方法中，首先执行衬底制备步骤，作为步骤(SlO)。在步骤(SlO)中，参考图3，制备衬底11。例如，由4H-SiC形成衬底11。衬底11的主表面IlA相对于{0001}面取向具有不小于50°且不大于65°的偏离角，例如，其具有(03-38)面取向。衬底11包括 η型杂质，因此具有η型导电性。为了进一步提高要制造的IGBT 1中的沟道迁移率，可以制备其主表面IlA具有(0-33-8)面取向的衬底11。接下来，参考图2，执行外延生长步骤作为步骤(S20)。在该步骤(S20)中，参考图 3，在步骤(SlO)中制备的衬底11的主表面IlA上，通过外延生长的方式，形成缓冲层12和击穿电压保持层13。可以通过使用例如SiH4(硅烷)和C3H8(丙烷)的混合气体作为原料气体，来实现该外延生长。在这种情况下，首先，形成具有以大约5X1017cm_3的浓度引入的 P型杂质的SiC层，以具有大约0. 5 μ m的厚度，由此获得缓冲层12。然后，将ρ型杂质的浓度改变为大约4X 1014cm_3，以形成厚度大约为120 μ m的SiC层，由此获得了击穿电压保持层13。接下来，参考图2，执行离子注入步骤，作为步骤(S30)。在该步骤(S30)中，参考图3和4，在包括已经在步骤(S20)中形成的击穿电压保持层13的第二主表面13B的区域中，即，在包括与邻近衬底11的击穿电压保持层13的第一主表面13A相对的主表面的区域中，通过离子注入的方式，顺序形成阱区14、发射区15和接触区16。具体地，首先，在第二主表面1 上，例如，通过CVD的方式形成由SiO2制成的氧化物膜。然后，将抗蚀剂涂覆到该氧化物膜上，然后将其暴露于光并显影，由此形成了在对应阱区14的期望形状的区域中具有开口的抗蚀剂膜。然后，利用该抗蚀剂膜作为掩模，例如， 通过RIE(反应离子蚀刻)的方式，部分移除该氧化物膜，由此形成由具有对应阱区14的期望形状的开口图案的氧化物膜组成的掩模层。之后，移除该抗蚀剂膜，然后利用该掩模层作为掩模来离子注入η型杂质，由此形成阱区14。之后，用相同的工序，移除该掩模层，然后形成具有对应发射区15的期望形状的开口图案的掩模层，并且然后离子注入P型杂质以形成发射区15。然后，用相同的工序，移除该掩模层，然后形成具有对应接触区16的期望形状的开口图案的掩模层，并且然后离子注入η型杂质，以形成接触区16。然后，参考图2，执行活化退火步骤，作为步骤(S40)。在步骤(S40)中，参考图4， 对已经通过步骤(S30)中的离子注入的击穿电压保持层13进行加热，以进行活化退火，该活化退火是用来活化通过离子注入引入的杂质的热处理。例如，通过在氩气氛中进行热处理，同时保持温度在1700°C持续30分钟，来进行活化退火。接下来，参考图2，执行栅极氧化物膜形成步骤，作为步骤(S50)。在该步骤(S50) 中，参考图4和5，在氧化气氛中，对作为步骤(S10)-(S40)的结果的在其上形成有包括期望的离子注入层的击穿电压保持层13的衬底11，在1200°C下加热持续30分钟，用来干法氧化。通过这种方式，在第二主表面13B上形成用作氧化物膜17(见图1)的热氧化物膜17A。 热氧化物膜17A，例如，具有大约40nm的厚度。 接下来，参考图2，执行高氮浓度区形成步骤，作为步骤(S60)。在该步骤(S60)中， 参考图5，进行热处理，例如，在一氧化氮(NO)气氛中加热，同时保持温度在1200°C持续120 分钟。通过这种方式，在包括热氧化物膜17A和击穿电压保持层13、阱区14、发射区15和接触区16的每个之间的界面的区域中，形成高氮浓度区22，该高氮浓度区22具有比邻近区域高的氮浓度。接下来，参考图2，执行惰性气体退火步骤，作为步骤(S70)。在该步骤(S70)中， 进行热处理，以在如Ar (氩)的惰性气体气氛中加热，同时保持温度在1200°C持续60分钟。然后，作为步骤(S80)，执行欧姆电极形成步骤。在该步骤(S80)中，参考图5和6， 首先，使用光刻方法，以在形成在第二主表面13B上的热氧化物膜17A上，形成具有对应欧姆接触电极18的期望形状的开口的抗蚀剂膜。接下来，使用该抗蚀剂膜作为掩模，移除从开口暴露的热氧化物膜17A，和形成在与在其上形成了击穿电压保持层13的主表面相对的衬底11的主表面上的热氧化物膜17A。此外，例如，通过气相沉积方法的方式，在第二主表面1 和与击穿电压保持层13相对的衬底11的主表面的每个上，形成镍(Ni)膜。然后， 与在抗蚀剂膜上存在的M膜一起，移除该抗蚀剂膜(剥离)，由此在应该形成欧姆接触电极 18和集电极20的每个区域中形成Ni膜。之后，例如，进行热处理，以在Ar气氛中加热，同时保持温度在950°C持续2分钟，这至少导致一部分Ni膜硅化。通过这种方式，完成了欧姆接触电极18和集电极20。应该注意，在这种情况下，保留在第二主表面1 上的热氧化物膜17A将用作栅极氧化物膜17。然后，参考图2，执行电极形成步骤，作为步骤(S90)。在该步骤(S90)中，参考图 6和1，在栅极氧化物膜17上形成由如Al或多晶硅的导体制成的栅电极19，并且在欧姆接触电极18上形成每个都有导体Al制成的发射极21。利用上述的步骤，完成了本实施例中的 IGBT 1。[实例](实例1)下面描述本发明的实例1。进行试验以证明本发明的IGBT中沟道迁移率的提高和导通电阻的减小。以下面的工序进行试验。首先，将描述试验方法。利用上述实施例中描述的制造方法实际制造IGBT，并测量其导通电阻。具体地，参考图1-6，首先，制备由4H-SiC形成的衬底11 (η型；0.02 Ω cm的电阻率)，并且其主表面IlA具有(03-38)面取向。在该衬底上，外延生长缓冲层12 (ρ型；杂质浓度为5 X IO17CnT3 ；厚度为0. 5 μ m)和击穿电压保持层13 (ρ型；杂质浓度为4Χ 1014cm_3 ； 厚度为120 μ m)。之后，通过离子注入形成阱区14、发射区15和接触区16，然后在Ar气氛中进行活化退火，同时保持温度在1700°C持续30分钟。此外，在氧化气氛中进行干法氧化， 同时保持温度在1200°C持续30分钟，由此形成了厚度为40nm的热氧化物膜17A，以用作栅极氧化物膜17。其后，在NO气氛中形成高氮浓度区22，同时保持温度在1200°C持续120分钟。然后，在Ar气氛中进行热处理，同时保持温度在1200°C持续60分钟，并且之后，形成欧姆接触电极18、集电极20、栅电极19和发射电极21，由此完成了 IGBT 1 (实例)。这里，单元节距设定在20 μ m,并且沟道长度设定在2 μ m。单元节距指图1中在沿着主表面IlA的方向上衬底11的宽度。沟道长度指图1中沿着第二表面13B的每个沟道区14A的宽度。同时，为了比较，制备衬底11 (η型；电阻率为0.02 Ω cm)，其由4H_SiC形成，并且其主表面IlA相对于(0001)面取向具有8°的偏离角。在与上述制造方法相同的条件下， 制造另一个IGBT 1(对比实例)。然后，实际操作实例和对比实例的IGBT，并测量各自的导通电阻。
同时，制造它们的TEG (测试元件组)-M0SFET,用来测量沟道迁移率。具体地，参考图7，制备衬底31，该衬底31与实例和对比实例的衬底相同，用来测量导通电阻。在制造上文中的IGBT的同时，用这些衬底，制造了 TEG-M0SFET 3，以具有与上文的IGBT相同的杂质浓度、厚度等。也就是，在每个衬底31上外延生长对应缓冲层12的缓冲层32和对应击穿电压保持层13的ρ型层33 ；然后用相同的方式，形成对应阱区14的η型层34和对应发射区15的源区35Α和漏区35Β。缓冲层32、ρ型层33、η型层34、源区35Α和漏区35Β具有与前文中的IGBT中的对应部分相同的杂质浓度、厚度等。除这些之外形成的是对应栅极氧化物膜17的栅极氧化物膜37、对应欧姆接触电极18的欧姆接触电极38、对应栅电极19的栅电极39、和对应发射极21的源电极4IA和漏电极4IB。这里，参考图7，沟道长度L设定在 100 μ m,并且沟道宽度(在垂直于图7中薄层的面的方向上的沟道宽度)设定为150 μ m。然后，对实例和对比实例的TEG-M0SFET进行操作，以测量每个的沟道迁移率。现在，将描述试验的结果。表1示出了沟道迁移率和导通电阻的测量结果。另外， 测量了实例和对比实例的IGBT的反向击穿电压。已经证实，每个IGBT具有IOkV或更大的足够的反向击穿电压。[表 1]
权利要求
1.一种绝缘栅双极型晶体管(1)，包括第一导电类型的衬底(11)，所述衬底(11)由碳化硅制成，并且所述衬底(11)的主表面 (IlA)相对于{0001}的面取向具有不小于50°且不大于65°的偏离角；与所述第一导电类型不同的第二导电类型的击穿电压保持层(13)，所述击穿电压保持层(1 由碳化硅制成，并且形成在所述衬底(11)的所述主表面(IlA)上；所述第一导电类型的阱区(14)，所述阱区(14)形成在所述击穿电压保持层(13)中以包括所述击穿电压保持层(1 的第二主表面(1 )，所述第二主表面(13B)是相反于所述击穿电压保持层(1 的第一主表面(13A)的主表面，所述第一主表面(13A)邻近所述衬底 (11)；发射区(15)，所述发射区(1 形成在所述阱区(14)中以包括所述第二主表面(1 )， 并且所述发射区(1 包括相比于所述击穿电压保持层(1 具有更高的浓度的所述第二导电类型的杂质；氧化物膜(17)，所述氧化物膜(17)由氧化物制成，并且以与所述第二主表面(13B)相接触的方式形成在所述击穿电压保持层(1 上；以及电极(19)，所述电极(19)形成在所述氧化物膜(17)上，在包括所述阱区(14)和所述氧化物膜(17)之间的界面的区域中，形成有高浓度氮区域0 以使其相比于所述阱区(14)和所述氧化物膜(17)具有更高的氮浓度。
2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管(1)，其中，在距离所述阱区(14)和所述氧化物膜(17)之间的所述界面IOnm或更近的区域中的氮浓度具有不小于1 X IO21CnT3的最大值。
3.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管(1)，其中，所述衬底(11)的所述主表面(IlA)具有落入在相对<11-20>方向士5°或更小的范围内的偏离取向。
4.根据权利要求1所述的绝缘栅双极型晶体管(1)，其中，所述衬底(11)的所述主表面(IlA)具有落入在相对<01-10>方向士5°或更小的范围内的偏离取向。
5.根据权利要求4所述的绝缘栅双极型晶体管(1)，其中，所述衬底(11)的所述主表面(IlA)的面取向相对{03-38}的面取向具有不小于-3° 且不大于+5°的偏离角。
6.根据权利要求4所述的绝缘栅双极型晶体管(1)，其中，所述衬底(11)的所述主表面(IlA)相对于在<01-10>方向上的(0-33-8)面具有不小于-3°且不大于+5°的偏离角。
全文摘要
一种能够通过减小沟道迁移率而减小导通电阻的IGBT，包括n型衬底(11)，所述衬底(11)由SiC制成，并且其主表面(11A)相对于{0001}的面取向具有不小于50°且不大于65°的偏离角p型击穿电压保持层(13)，其由SiC制成，并且形成在衬底(11)的主表面(11A)上n型阱区(14)，其形成为包括击穿电压保持层(13)的第二主表面(13B)发射区(15)，其形成在阱区(14)中，以包括第二主表面(13B)，并且包括比击穿电压保持层(13)的浓度更高的浓度的p型杂质；栅极氧化物膜(17)，其形成在击穿电压保持层(13)上；以及栅电极(19)，其形成在栅极氧化物膜(17)上。在包括阱区(14)和栅极氧化物膜(17)之间的界面的区域中，形成高浓度氮化物区域(22)，以具有比阱区(14)和栅极氧化物膜(17)的氮浓度更高的氮浓度。
文档编号H01L21/336GK102171828SQ201080002822
公开日2011年8月31日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年4月10日
发明者原田真, 和田圭司, 日吉透 申请人:住友电气工业株式会社