CN119480631A 半导体器件及其制造方法 （瑞萨电子株式会社）

本公开的各实施例涉及半导体器件及其制中，通过ALD方法在使用包含卤族元素和金属元2(a)在由宽带隙半导体材料构成的半导体衬底上形成栅极绝缘膜，所述宽带隙半导体在所述步骤(a)中，使用包含卤族元素和金属元素的材料气体通过化学气相沉积方法在所述步骤(a)中，形成温度为25摄氏度或高于25摄氏度且400摄氏度或低于400摄氏所述步骤(b)中的加热温度比所述步骤(a)中所述栅极绝缘膜的形成所述加热温度为500摄氏度或高于500摄氏度且低于900场效应晶体管，具有形成在由宽带隙半导体材料构成的半导体衬底上的栅极绝缘膜，3在平面图中，所述栅极绝缘膜形成在所述外延层的上表面上4[0004]日本专利公开第2017_228679号(专利文献1)描述了一种用于提高包括SiC功率晶元素的材料气体通过化学气相沉积方法形成栅[0011]图2是定性解释在使用三甲基铝的ALD方法中栅极绝缘膜中包含的水分量增加的[0012]图3是定性解释在使用三氯化铝的ALD方法中栅极绝缘膜中包含的水分量减少的[0016]图7是示出栅极绝缘膜的氧化硅等效膜厚度与栅极绝缘膜中存在的陷阱量之间关5[0017]图8是示出栅极绝缘膜的氧化硅等效膜厚度与流经栅极绝缘膜的漏电流密度之间[0018]图9是示出通过使用三甲基铝作为ALD方法的材料形成的氧化铝膜的结构的示例[0019]图10是示出通过使用三氯化铝作为ALD方法的材料形成的氧化铝膜的结构的示例[0023]图14是示出包括沟槽栅极型SiC场效应晶体管的半导体器件的结构的横截面视[0025]已经注意到半导体器件(以下称为宽带隙功率半导体器件)包括形成在主要由带[0026]这是因为较大的带隙意味着它具有较高的介电击穿强度，从而更容易实现高耐[0031]在具有形成在硅衬底上的栅极绝缘膜的场效应晶体管(以下称为Si场效应晶体SiC场效应晶体管)中，栅极绝缘膜例如由不使用气体或N2O气体形成的氮氧化硅膜(SiON)的Si_C键的同时形成氮氧化硅膜。为此，在SiON与SiC之间的界面处形成界面缺陷(悬空6[0034]因此，已经提出了使用化学气相沉积方法(CVD方法)而不是热氧化方法在碳化硅原料的元素作为沉积膜中的杂质以及水分。也就是说，在通过CVD方法形成的栅极绝缘膜[0037](1)栅极绝缘膜中包含的水分可以迁移到界面并且导致氧化反应，导致界面缺陷[0039](3)在CVD方法的材料气体中包含卤族元素的情况下，栅极绝缘膜中包含卤族元[0040]基于上述发现，本发明的发明人发现了一种能够在通过CVD方法形成栅极绝缘膜[0042]本实施例中的基本思想是用包含卤族元素和金属元素的材料气体使用CVD方法在极绝缘膜的膜质量劣化的卤族元素的材料气体被用作CVD方法的材料气体，因此膜质量可[0044]换句话说，在基本思想中，可以通过组合(1)使用可以抑制界面缺陷水平生成的78[0068]曲线图(1)示出了使用三甲基铝(TMA)作为材料气体通过ALD方法形成的氧化铝[0069]如图4中所示，可以看出通过使用AlCl3作为材料气体的ALD方法形成的氧化铝膜中的水分量少于通过使用三甲基铝(TMA)作为材料气体的ALD方法形成的氧化铝膜中的水气体可以减少栅极绝缘膜中的碳的事实导致形成具有高可靠性的栅9[0074]图5是示出通过SIMS分析测量栅极绝缘膜中的碳浓度的结[0075]此外，曲线图(3)图示了使用AlCl3形成的栅极绝缘膜。曲线图(4)图示了在使用AlCl3成膜之后在800摄氏度下经历热处理的栅[0082]图6是示出通过SIMS分析测量栅极绝缘膜中的氯浓度的结[0083]此外，曲线图(3)图示了使用AlCl3形成的栅极绝缘膜。曲线图(4)图示了在使用AlCl3成膜之后在800摄氏度下经历热处理的栅[0089]图7是示出栅极绝缘膜的等效氧化物厚度(EOT)与栅极绝缘膜中存在的陷阱量之是指示通过使用AlCl3形成的氧化铝膜[0091]这意味着通过使用AlCl3形成的氧化铝膜是比通过使用三甲基铝形成的氧化铝膜[0095]这意味着通过使用AlCl3形成的氧化铝膜是比通过使用三甲基铝形成的氧化铝膜[0097]图9是示出通过使用三甲基铝形成的氧化铝膜的结构的示[0099]通过此类机理，可以定性地理解的是在通过使用AlCl3形成的氧化铝膜中可以实现具有小缺陷能级密度和漏电流密度的高质量[0105]图11是示出包括平面型SiC场效应晶体管的半导体器件的配置的横截面视图。在[0112]在如此配置的层间绝缘膜IL中，形成到达源极区域SR和体接触区域PR的接触孔化硅半导体衬底SUB(S101)。接下来，在碳化硅半导体衬底SUB的上表面上形成外延层EPI(S102)。外延层EPI是n型半导体层。通过使用外延生长方法生长碳化硅层来形成外延层[0118]接下来，通过使用光刻技术和离子注入方法在外延层EPI内部形成沟道层CH(S103)。沟道层CH是p型半导体层。通过将诸如铝的p型杂质引入外延层EPI来形成沟道层面高浓度半导体层BNL例如通过将诸如氮的n型杂质引入碳化硅半导体衬底SU形成栅极绝缘膜GOX(S108)。使用AlC半导体衬底SUB不被氧化的温度(低于900摄氏度的温度)下，水分可以从栅极绝缘膜GOX解后通过光刻和蚀刻技术将该多晶硅膜图案化来形孔CNT形成为穿透层间绝缘膜IL以便到达源极区域SR和体[0127]随后，在从接触孔CNT的底部表面暴露的源极区域SR和体接触区域PR的表面上形[0131]接下来，形成接触形成在碳化硅半导体衬底SUB的底部表面上的背面高浓度半导背面高浓度半导体层BNL的镍膜，然后在碳化硅半导体衬底SUB上执行硅化物退火(在1000[0136]图14是示出包括沟槽栅极型SiC场效应晶体管的半导体器件的配置的横截面视CNT的内部并且在层间绝缘膜IL上。因此，源极电极SE电连接到源极区域SR和体接触区域的半导体器件的制造方法与应用示例1中的半导体器件的制造方法几乎相同，因此省略相形成栅极绝缘膜GOX(S108)。使用AlC经添加了诸如氮的n型杂质的多晶硅膜，然后使用光刻和蚀刻技术对该多晶硅膜进行图案AlCl3的ALD方法形成的氧化铝膜。