栅极绝缘膜51中的氮浓度的构造。即，实现可靠性高的半导体装置。
[0047]图6是表示阈值电位变动的情形的一例的图。
[0048]图6的横轴表示施加栅极应力电压后的阈值电位(Vth)的移位量(Λ Vth)，图中的条意味着对栅极电极施加了例如一 20V时的阈值电位的变动。图中的(A)为仅在含氮气体(例如，ΝΗ3/Ν2)气氛下进行了加热处理时的结果。图中的⑶为在含氮气体(例如，ΝΗ3/Ν2)气氛下进行加热处理之后，在含氮氧气体(例如，Ν20/Ν2)气氛下进行了加热处理时的结果。
[0049]从图6的结果可知，在含氮气体气氛下进行加热处理之后在含氮氧气体气氛下进行了加热处理的情况⑶下，与仅在含氮气体气氛下进行了加热处理的情况㈧相比，阈值电位的变动变为5分之I左右。
[0050]像这样，在仅使用了含氮气体的情况下，沟道移动度变高，但在对栅极电极施加了负偏压时容易发生其阈值电位的变动。此外，在仅使用了含氮氧气体的情况下，沟道移动度不像仅使用含氮气体那样变高，但不易发生阈值电位的变动。相对于此，在如第I实施方式那样使用了含氮气体和含氮氧气体的情况下，沟道移动度变高，阈值电位的变动也不易发生。
[0051](第2实施方式)
[0052]图7是表示第2实施方式的半导体装置的示意剖视图。
[0053]半导体装置2除了半导体装置I的构造以外，还具备与源极区域40、基极区域30以及漂移区域20相接的含氮层31。栅极电极50隔着含氮层31以及栅极绝缘膜51而与源极区域40、基极区域30以及漂移区域20相接。在此，含氮层31是将氧化物层进行渗氮而得到的层。
[0054]图8(a)?图8(c)是表示第2实施方式的半导体装置的制造方法的示意剖视图。
[0055]图8(a)?图8(c)中表示在基极区域30的表面设置的氧化物层的渗氮，对于源极区域40、漂移区域20省略图示。
[0056]首先，如图8(a)所示，准备具有漂移区域20和基极区域30的层叠体60。接下来，以与基极区域30相接的方式例如通过热氧化CVD形成氧化物层31a。氧化物层31a的厚度例如为0.4nm?1nm,例如为lnm。
[0057]接着，如图8(b)所示，将基极区域30以及氧化物层31a在含氮气体(例如，氨(NH3)、亚氧化氮(N20)、一氧化氮(NO)、氮(N2)等)的气氛下加热。加热温度例如为900°C?1500°C，例如为1100°C?1300°C。加热时间例如为0.5?3小时。由此，含氮气体向氧化物层31a内扩散，氧化物层31a被渗氮而转移至含氮层31。进而，栅极绝缘膜51侧的基极区域30的表面以氮(N)终结。
[0058]接着，如图8(c)所示，以与含氮层31相接的方式例如通过CVD形成栅极绝缘膜51。栅极绝缘膜51的厚度例如为20nm?lOOnm，例如为60nm。第2实施方式中，从基极区域30至栅极绝缘膜51的氮浓度分布如图8(c)的右图。
[0059]第2实施方式中，将与基极区域30相接的氧化物层31a进行渗氮，因此栅极绝缘膜51侧的基极区域30的表面有效地以氮终结。进而，由于在形成含氮层31之后形成栅极绝缘膜51，因此在栅极绝缘膜51中不含有氮，栅极电极50的阈值电位的变动得到抑制。
[0060](第3实施方式)
[0061]上述的含氮层31不限于第2实施方式，还能够通过以下例示的方法形成。
[0062]图9(a)?图9(c)是表示第3实施方式的半导体装置的制造方法的示意剖视图。
[0063]图9(a)?图9(c)中表示在基极区域30的表面设置的氧化物层的渗氮，对于源极区域40、漂移区域20省略图示。
[0064]首先，如图9(a)所示，准备具有漂移区域20和基极区域30的层叠体60。
[0065]接着，如图9(b)所示，使含氮气体(例如，氨(NH3)、亚氧化氮(N2O)、一氧化氮(NO)、氮(N2)等)暴露(对应日语:晒)于基极区域30的表面，并在含氮气体的气氛下加热。加热温度例如为900°C?1500°C，例如为1100°C?1300°C。加热时间例如为0.5?3小时。由此，栅极绝缘膜51侧的基极区域30的表面以氮(N)终结而形成含氮层32。
[0066]另外，也可以在将基极区域30的表面进行渗氮之前，对基极区域30的表面实施酸洗，除去在基极区域30的表面形成的自然氧化膜。
[0067]接着，如图9(c)所示，以与含氮层32相接的方式形成栅极绝缘膜51。第3实施方式中，从基极区域30至栅极绝缘膜51的氮浓度分布如图9(c)的右图。含氮层32的厚度比含氮层31薄。
[0068]第3实施方式中，将基极区域30的表层直接渗氮，因此栅极绝缘膜51侧的基极区域30的表面高效地以氮终结。进而，由于在形成含氮层32之后形成栅极绝缘膜51，因此在栅极绝缘膜51中不含有氮，栅极电极50的阈值电位的变动得到抑制。
[0069]实施方式中示出了平面栅极构造的纵型M0SFET，但即使栅极电极50为沟槽栅极构造也可得到同样的效果。此外，也可以使P+型的集电极区域介于漏极电极10与漏极区域 21 之间，作为 IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor) ?
[0070]实施方式中，作为半导体基板示出了使用4H - SiC的Si面、即密勒指数标记中(0001)面成为最表面的结晶的平面栅极构造的纵型M0SFET，但成为最表面的结晶面也可以从所有结晶面中选择而使用。即使是例如4H — SiC的{0001}、{11 — 20}、{10 — 10}、{03 - 38}等的结晶面、并且使用了这些切断面成为最表面的结晶的MOSFET也可得到同样的效果。
[0071]上述的实施方式中，表现为“部位A设置在部位B之上”的情况的“之上”除了部位A与部位B接触而部位A设置在部位B之上的情况以外，还有以部位A不与部位B接触而部位A设置在部位B的上方的情况的意思使用的情况。此外，“部位A设置在部位B之上”有时还应用于使部位A与部位B翻转而部位A位于部位B之下的情况、部位A与部位B横着排列的情况。这是因为即使将实施方式的半导体装置旋转，旋转前后半导体装置的构造不变。
[0072]以上，参照具体例对实施方式进行了说明。但是，实施方式并不限定于这些具体例。即，对这些具体例由本领域技术人员适当施加设计变更的结构也只要具备实施方式的特征，则包含于实施方式的范围。上述的各具体例所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示的构成，能够进行适当变更。
[0073]此外，上述的各实施方式所具备的各要素只要在技术上可行则能够复合，将这些要素组合的结构也只要包括实施方式的特征则包含于实施方式的范围。此外，应理解为在实施方式的思想的范畴中，只要是本领域技术人员，则能够想到各种变更例以及修正例，这些变更例以及修正例也属于实施方式的范围。
[0074]对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例来提示的，并没有要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他多种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，并且包含于权利要求书中记载的发明及其均等的范围中。
【主权项】
1.一种半导体装置，具备: 第I导电型的第I半导体区域； 第2导电型的第2半导体区域，设置在所述第I半导体区域之上； 第I导电型的第3半导体区域，设置在所述第2半导体区域之上，该第3半导体区域的杂质浓度比所述第I半导体区域高； 栅极绝缘膜，与所述第3半导体区域、所述第2半导体区域以及所述第I半导体区域相接，该栅极绝缘膜含有氮，存在随着远离与所述第3半导体区域、所述第2半导体区域以及所述第I半导体区域的接合部而所述氮的浓度变为低浓度的区域；以及 栅极电极，隔着所述栅极绝缘膜而与所述第3半导体区域、所述第2半导体区域以及所述第I半导体区域相接。2.—种半导体装置，具备: 第I导电型的第I半导体区域； 第2导电型的第2半导体区域，设置在所述第I半导体区域之上； 第I导电型的第3半导体区域，设置在所述第2半导体区域之上，该第3半导体区域的杂质浓度比所述第I半导体区域高； 含氮层，与所述第3半导体区域、所述第2半导体区域以及所述第I半导体区域相接； 栅极绝缘膜，与所述含氮层相接；以及 栅极电极，隔着所述含氮层以及所述栅极绝缘膜而与所述第3半导体区域、所述第2半导体区域以及所述第I半导体区域相接。3.如权利要求2所述的半导体装置， 所述含氮层为将氧化物层进行渗氮而得到的层。4.如权利要求2所述的半导体装置， 所述含氮层为将所述第2半导体区域的表层进行渗氮而得到的层。5.一种半导体装置的制造方法，具备以下工序: 准备第I导电型的第I半导体区域和第2导电型的第2半导体区域的工序，所述第2半导体区域设置在所述第I半导体区域之上； 形成与所述第2半导体区域相接的栅极绝缘膜的工序； 将所述第2半导体区域以及所述栅极绝缘膜在含氮气体的气氛下加热的工序；以及 将所述第2半导体区域以及所述栅极绝缘膜在含氮氧气体的气氛下加热的工序。6.如权利要求5所述的半导体装置的制造方法， 在将具有所述第I半导体区域以及所述第2半导体区域的层叠体以及所述栅极绝缘膜在所述含氮氧气体的气氛下加热之后，对所述氮浓度进行控制，以存在所述栅极绝缘膜中的氮浓度随着远离所述层叠体与所述栅极绝缘膜之间的接合部分而变为低浓度的区域。7.一种半导体装置的制造方法，具备如下工序: 准备第I导电型的第I半导体区域和第2导电型的第2半导体区域的工序，所述第2半导体区域设置在所述第I半导体区域之上； 在所述第2半导体区域之上形成含氮层的工序；以及 形成与所述含氮层相接的栅极绝缘膜的工序。8.如权利要求7所述的半导体装置的制造方法，在所述第2半导体区域之上形成氧化物层，将所述氧化物层渗氮而形成所述含氮层。9.如权利要求7所述的半导体装置的制造方法，使所述第2半导体区域的表面渗氮而形成所述含氮层。
【专利摘要】本发明提供具有高的沟道移动度的半导体装置及其制造方法。实施方式的半导体装置具备：第1导电型的第1半导体区域；第2导电型的第2半导体区域，设置在所述第1半导体区域之上；第1导电型的第3半导体区域，设置在所述第2半导体区域之上，该第3半导体区域的杂质浓度比所述第1半导体区域高；栅极绝缘膜，与所述第3半导体区域、所述第2半导体区域以及所述第1半导体区域相接，该栅极绝缘膜含有氮，存在随着远离与所述第3半导体区域、所述第2半导体区域以及所述第1半导体区域的接合部而所述氮的浓度变为低浓度的区域；以及栅极电极，隔着所述栅极绝缘膜而与所述第3半导体区域、所述第2半导体区域以及所述第1半导体区域相接。
【IPC分类】H01L21/336, H01L29/78, H01L29/06
【公开号】CN104916689
【申请号】CN201410379586
【发明人】铃木拓马
【申请人】株式会社东芝
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2014年8月4日