(57)【要約】  チャネル移動度を低減することによりオン抵抗を低減することが可能なＩＧＢＴ（１）は、ＳｉＣからなり、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下である主面（１１Ａ）を有するｎ型の基板（１１）と、ＳｉＣからなり、基板（１１）の主面（１１Ａ）上に形成されたｐ型の耐圧保持層（１３）と、耐圧保持層（１３）の第２の主面（１３Ｂ）を含むように形成されたｎ型のウェル領域（１４）と、ウェル領域（１４）内に第２の主面（１３Ｂ）を含むように形成され、耐圧保持層（１３）よりも高濃度のｐ型不純物を含むエミッタ領域（１５）と、耐圧保持層（１３）上に形成されたゲート酸化膜（１７）と、ゲート酸化膜（１７）上に形成されたゲート電極（１９）とを備えている。そして、ウェル領域（１４）とゲート酸化膜（１７）との界面を含む領域には、ウェル領域（１４）およびゲート酸化膜（１７）よりも窒素濃度の高い高窒素濃度領域（２２）が形成されている。
2010116886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素からなり、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下である主面（１１Ａ）を有する第１導電型の基板（１１）と、
炭化珪素からなり、前記基板（１１）の前記主面（１１Ａ）上に形成された前記第１導電型とは導電型の異なる第２導電型の耐圧保持層（１３）と、
前記耐圧保持層（１３）において、前記基板（１１）側の主面である第１の主面（１３Ａ）とは反対側の主面である第２の主面（１３Ｂ）を含むように形成された、前記第１導電型のウェル領域（１４）と、
前記ウェル領域（１４）内に前記第２の主面（１３Ｂ）を含むように形成され、前記耐圧保持層（１３）よりも高濃度の前記第２導電型の不純物を含むエミッタ領域（１５）と、
前記第２の主面（１３Ｂ）に接触するように前記耐圧保持層（１３）上に形成され、酸化物からなる酸化膜（１７）と、
前記酸化膜（１７）上に形成された電極（１９）とを備え、
前記ウェル領域（１４）と前記酸化膜（１７）との界面を含む領域には、前記ウェル領域（１４）および前記酸化膜（１７）よりも窒素濃度の高い高窒素濃度領域（２２）が形成されている、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（１）。
【請求項２】
前記ウェル領域（１４）と前記酸化膜（１７）との界面から１０ｎｍ以内の領域における窒素濃度の最大値が１×１０２１ｃｍ−３以上である、請求の範囲第１項に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（１）。
【請求項３】
前記基板（１１）の前記主面（１１Ａ）のオフ方位が＜１１−２０＞方向±５°以下の範囲である、請求の範囲第１項に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（１）。
【請求項４】
前記基板（１１）の前記主面（１１Ａ）のオフ方位が＜０１−１０＞方向±５°以下の範囲である、請求の範囲第１項に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（１）。
【請求項５】
前記基板（１１）の前記主面（１１Ａ）の面方位は、面方位{０３−３８}に対してオフ角が−３°以上＋５°以下である、請求の範囲第４項に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（１）。
【請求項６】
前記基板（１１）の前記主面（１１Ａ）は、＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下である、請求の範囲第４項に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに関し、より特定的には、チャネル移動度を向上させることが可能な絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素（ＳｉＣ）の採用が進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素（Ｓｉ）に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。【０００３】
たとえば、半導体装置である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）においては、材料としてＳｉＣを採用し、耐圧９ｋＶ、ゲート電圧２０Ｖにおけるオン抵抗８８ｍΩｃｍ２が得られたとの報告がある（Ｑｉｎｇｃｈｕｎ  Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．、“９ｋＶ  ４Ｈ−ＳｉＣ  ＩＧＢＴｓ  ｗｉｔｈ  ８８ｍΩｃｍ２  ｏｆ  Ｒｄｉｆｆ，ｏｎ”、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｆｏｒｕｍ、２００７年、  Ｖｏｌｓ．５５６−５５７、ｐ７７１−７７４（非特許文献１）参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｑｉｎｇｃｈｕｎ  Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．、“９ｋＶ  ４Ｈ−ＳｉＣ  ＩＧＢＴｓ  ｗｉｔｈ  ８８ｍΩｃｍ２  ｏｆ  Ｒｄｉｆｆ，ｏｎ”、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｆｏｒｕｍ、２００７年、  Ｖｏｌｓ．５５６−５５７、ｐ７７１−７７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、ＩＧＢＴの特性に対する要求は益々高くなっている。そして、上記要求を考慮すると、上記非特許文献１に開示のＩＧＢＴを含め、従来のＩＧＢＴはチャネル移動度が十分に高いとはいえず、オン抵抗が十分に低減されているとはいえないという問題があった。【０００６】
そこで、本発明の目的は、チャネル移動度を低減することによりオン抵抗を低減したＩＧＢＴを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）は、基板と、耐圧保持層と、ウェル領域と、エミッタ領域と、酸化膜と、電極とを備えている。基板は、炭化珪素からなり、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下である主面を有し、第１導電型となっている。耐圧保持層は、炭化珪素からなり、基板の主面上に形成され、第１導電型とは導電型の異なる第２導電型となっている。ウェル領域は、耐圧保持層において、基板側の主面である第１の主面とは反対側の主面である第２の主面を含むように形成され、第１導電型となっている。エミッタ領域は、ウェル領域内に第２の主面を含むように形成され、耐圧保持層よりも高濃度の第２導電型の不純物を含むことにより、第２導電型となっている。酸化膜は、第２の主面に接触するように耐圧保持層上に形成され、酸化物からなっている。電極は、酸化膜上に形成されている。そして、上記ウェル領域と酸化膜との界面を含む領域には、ウェル領域および酸化膜よりも窒素濃度の高い高窒素濃度領域が形成されている。【０００８】
本発明者は、ＩＧＢＴのチャネル移動度を低減する方策について検討を行なった。その結果、以下の知見が得られ、本発明に想到した。【０００９】
すなわち、一般的にＳｉＣを材料として採用したＩＧＢＴにおいて用いられるＳｉＣ基板は、面方位｛０００１｝に対するオフ角が８°程度である主面を有している。そして、当該主面上に耐圧保持層、ウェル領域、エミッタ領域、酸化膜、電極などが形成され、ＩＧＢＴが得られる。しかし、このような構造を有するＩＧＢＴにおいては、基板の主面の面方位｛０００１｝に対するオフ角が８°程度であることに起因して、チャネルとして機能するウェル領域の、酸化膜との界面付近において多くの界面準位が形成され、電子の走行の妨げとなる。そのため、チャネル移動度が低下していた。【００１０】
これに対し、本発明のＩＧＢＴにおいては、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下である主面を有するＳｉＣ基板が採用されるため、上記界面準位の形成が低減され、チャネル移動度が向上する。【００１１】
さらに、ウェル領域と酸化膜との界面を含む領域に高窒素濃度領域を形成することにより、チャネル移動度が向上することが明らかとなった。そのため、本発明のＩＧＢＴにおいては、チャネル移動度が一層向上する。【００１２】
以上のように、本発明のＩＧＢＴによれば、チャネル移動度を低減することによりオン抵抗を低減したＩＧＢＴを提供することができる。【００１３】
ここで、オフ角の下限を５０°としたのは、オフ角とチャネル移動度との関係を検討した結果、オフ角が４３．３°の（０１−１４）面からオフ角が５１．５°の（０１−１３）面にかけてオフ角の増大とともにチャネル移動度の顕著な増大が見られたこと、および上記（０１−１４）面から（０１−１３）面の間のオフ角の範囲には自然面が存在しないこと、に基づいている。また、オフ角の上限を６５°としたのは、オフ角が６２．１°の（０１−１２）面からオフ角が９０°の（０１−１０）面にかけてオフ角の増大とともにキャリア移動度の顕著な減少が見られたこと、および上記（０１−１２)面から（０１−１０）面の間のオフ角の範囲には自然面が存在しないこと、に基づいている。【００１４】
上記ＩＧＢＴにおいて好ましくは、上記ウェル領域と酸化膜との界面から１０ｎｍ以内の領域における窒素濃度の最大値が１×１０２１ｃｍ−３以上である。【００１５】
本発明者による検討の結果、チャネル移動度の向上には、ウェル領域と酸化膜との界面から１０ｎｍ以内の領域における窒素濃度の最大値が重要であることが明らかとなった。そして、当該領域における窒素濃度の最大値を１×１０２１ｃｍ−３以上とすることにより、チャネル移動度の顕著な向上が得られることが分かった。したがって、上記構成により、チャネル移動度を一層向上させることができる。【００１６】
上記ＩＧＢＴにおいては、上記基板の主面のオフ方位が＜１１−２０＞方向±５°以下の範囲であってもよい。【００１７】
＜１１−２０＞方向は、ＳｉＣ基板における代表的なオフ方位である。そして、基板の製造工程におけるスライス加工のばらつき等に起因したオフ方位のばらつきを±５°とすることにより、ＳｉＣ基板上へのエピタキシャル層の形成などを容易とし、ＩＧＢＴの製造を容易に実施することができる。【００１８】
上記ＩＧＢＴにおいては、上記基板の主面のオフ方位が＜０１−１０＞方向±５°以下の範囲であってもよい。【００１９】
＜０１−１０＞方向は、上記＜１１−２０＞方向と同様に、ＳｉＣ基板における代表的なオフ方位である。そして、基板の製造工程におけるスライス加工のばらつき等に起因したオフ方位のばらつきを±５°とすることにより、ＳｉＣ基板上へのエピタキシャル層の形成などを容易とし、ＩＧＢＴの製造を容易に実施することができる。【００２０】
上記ＩＧＢＴにおいては、基板の上記主面の面方位は、面方位{０３−３８}に対してオフ角が−３°以上＋５°以下とすることができる。【００２１】
これにより、チャネル移動度をより一層向上させることができる。ここで、面方位{０３−３８}に対するオフ角を−３°以上＋５°以下としたのは、チャネル移動度と当該オフ角との関係を調査した結果、この範囲内で特に高いチャネル移動度が得られたことに基づいている。【００２２】
ここで、「面方位{０３−３８}に対してオフ角が−３°以上＋５°以下である」状態とは、＜０００１＞方向およびオフ方位の基準としての＜０１−１０＞方向の張る平面への上記主面の法線の正射影と、{０３−３８}面の法線とのなす角度が−３°以上＋５°以下である状態を意味し、その符号は、上記正射影が＜０１−１０＞方向に対して平行に近づく場合が正であり、上記正射影が＜０００１＞方向に対して平行に近づく場合が負である。【００２３】
なお、上記主面の面方位は、実質的に{０３−３８}であることがより好ましく、上記主面の面方位は{０３−３８}であることがさらに好ましい。ここで、主面の面方位が実質的に{０３−３８}であるとは、基板の加工精度などを考慮して実質的に面方位が{０３−３８}とみなせるオフ角の範囲に基板の主面の面方位が含まれていることを意味し、この場合のオフ角の範囲としてはたとえば{０３−３８}に対してオフ角が±２°の範囲である。これにより、上述したチャネル移動度をより一層向上させることができる。【００２４】
上記ＩＧＢＴにおいては、基板の上記主面は、＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下であってもよい。【００２５】
｛０３−３８｝面の中でも特にＣ（カーボン）面側の面である（０−３３−８）面に近い面上に半導体層および絶縁膜を形成する構造を採用することにより、キャリア移動度が大幅に向上する。【００２６】
ここで、本願において、六方晶の単結晶炭化珪素の（０００１）面はシリコン面、（０００−１）面はカーボン面と定義される。また、「＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角」とは、＜０００−１＞方向およびオフ方位の基準としての＜０１−１０＞方向の張る平面への上記主面の法線の正射影と、（０−３３−８）面の法線とのなす角度であり、その符号は、上記正射影が＜０１−１０＞方向に対して平行に近づく場合が正であり、上記正射影が＜０００−１＞方向に対して平行に近づく場合が負である。そして、上記＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下である主面とは、当該主面が炭化珪素結晶において上記条件を満たすカーボン面側の面であることを意味する。なお、本願において（０−３３−８）面は、結晶面を規定するための軸の設定により表現が異なる等価なカーボン面側の面を含むとともに、シリコン面側の面を含まない。
【発明の効果】
【００２７】
以上の説明から明らかなように、本発明のＩＧＢＴによれば、チャネル移動度を低減することによりオン抵抗を低減したＩＧＢＴを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ＩＧＢＴの構造を示す概略断面図である。
【図２】ＩＧＢＴの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】ＩＧＢＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図４】ＩＧＢＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】ＩＧＢＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】ＩＧＢＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】ＴＥＧ−ＭＯＳＦＥＴの構造を示す概略断面図である。
【図８】実験の試料として用いた横型ＭＯＳＦＥＴの構造を示す概略断面図である。
【図９】窒素のピーク濃度とチャネル移動度との関係を示す図である。
【図１０】基板主面の面方位｛０００１｝に対するオフ角とチャネル移動度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００３０】
まず、本発明の一実施の形態におけるＩＧＢＴの構造について説明する。図１を参照して、本実施の形態におけるＩＧＢＴ１は、基板１１と、バッファ層１２と、耐圧保持層１３と、ウェル領域１４と、エミッタ領域１５と、コンタクト領域１６とを備えている。
【００３１】
基板１１は、六方晶ＳｉＣ、たとえば４Ｈ−ＳｉＣからなり、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下、たとえば面方位（０３−３８）である主面（主表面）１１Ａを有し、ｎ型不純物を含有することにより、導電型がｎ型（第１導電型）となっている。また、基板１１の抵抗率は、たとえば０．０２Ωｃｍ程度である。
【００３２】
バッファ層１２は、たとえば基板１１の主面１１Ａ上にエピタキシャル成長により形成された厚み０．５μｍ程度のＳｉＣ層であり、ｐ型不純物を５×１０１７ｃｍ−３程度の濃度で含むことにより、導電型がｐ型（第２導電型）となっている。
【００３３】
耐圧保持層１３は、ＳｉＣからなり、基板１１の主面１１Ａ上にバッファ層１２を挟んで形成され、ｐ型不純物を４×１０１４ｃｍ−３程度の濃度で含むことにより導電型がｐ型となっている。また、耐圧保持層１３の厚みは、たとえば１２０μｍ程度である。
【００３４】
ウェル領域１４は、耐圧保持層１３において、基板１１側の主面である第１の主面１３Ａとは反対側の主面である第２の主面１３Ｂを含むように形成され、ｎ型不純物を含むことにより、導電型がｎ型となっている。
【００３５】
エミッタ領域１５は、ウェル領域１４内に第２の主面１３Ｂを含むように形成され、耐圧保持層１３よりも高濃度のｐ型不純物を含むことにより、導電型がｐ型となっている。
【００３６】
コンタクト領域１６は、ウェル領域１４内に、第２の主面１３Ｂを含むとともにエミッタ領域１５に隣接して配置され、ウェル領域１４内の他の領域よりも高濃度のｎ型不純物を含むことにより、導電型がｎ型となっている。
【００３７】
さらに、本実施の形態におけるＩＧＢＴ１は、ゲート酸化膜１７と、ゲート電極１９と、オーミックコンタクト電極１８と、エミッタ電極２１と、コレクタ電極２０とを備えている。
【００３８】
ゲート酸化膜１７は、第２の主面１３Ｂに接触するように耐圧保持層１３上に形成され、たとえば厚み４０ｎｍの酸化物、具体的には二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなっている。また、ゲート電極１９は、ゲート酸化膜１７上に接触して配置され、かつエミッタ領域１５上の領域から、エミッタ領域１５から見てコンタクト領域１６とは反対側に延在するとともにウェル領域１４が形成されていない耐圧保持層１３上の領域に至るように形成され、たとえばＡｌ（アルミニウム）やポリシリコンなどの導電体からなっている。
【００３９】
オーミックコンタクト電極１８は、第２の主面１３Ｂ上においてエミッタ領域１５に接触する領域からコンタクト領域１６に接触する領域にまで延在するように配置されている。また、オーミックコンタクト電極１８は、たとえばＮｉ（ニッケル）など、少なくともその一部がシリサイド化することによりエミッタ領域１５との間でオーミックコンタクトを確保可能な導電体からなっている。
【００４０】
エミッタ電極２１は、オーミックコンタクト電極１８上に接触して配置され、たとえばＡｌなどの導電体からなっている。また、コレクタ電極２０は、基板１１において耐圧保持層１３が形成される側とは反対側の主面上に接触して配置され、たとえばＮｉ（ニッケル）など、少なくともその一部がシリサイド化することにより基板１１との間でオーミックコンタクトを確保可能な導電体からなっている。
【００４１】
そして、ウェル領域１４とゲート酸化膜１７との界面を含む領域には、ウェル領域１４およびゲート酸化膜１７の他の領域よりも窒素濃度の高い高窒素濃度領域２２が形成されている。
【００４２】
次に、本実施の形態におけるＩＧＢＴ１の動作について説明する。図１を参照して、ゲート電極１９に負の電圧を印加し、当該負の電圧が閾値を超えると、ゲート電極１９下のゲート酸化膜１７に接するウェル領域１４のチャネル領域１４Ａに反転層が形成され、エミッタ領域１５と耐圧保持層１３とが電気的に接続される。これにより、エミッタ領域１５から耐圧保持層１３に正孔が注入され、これに対応して基板１１からバッファ層１２を介して電子が耐圧保持層１３に供給される。その結果、ＩＧＢＴ１がオン状態となり、耐圧保持層１３に伝導度変調が生じてエミッタ電極２１−コレクタ電極２０間の抵抗が低下した状態で電流が流れる。一方、ゲート電極１９に印加される上記負の電圧が閾値以下の場合、チャネル領域１４Ａに反転層が形成されないため、耐圧保持層１３とウェル領域１４との間が逆バイアスの状態が維持される。その結果、ＩＧＢＴ１がオフ状態となり、電流は流れない。
【００４３】
ここで、本実施の形態におけるＩＧＢＴ１においては、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下である主面１１Ａを有する基板１１が採用されている。そして、バッファ層１２および耐圧保持層１３（ウェル領域１４が形成された領域を含む）は、当該主面１１Ａ上にエピタキシャル成長により形成されている。そのため、ゲート酸化膜１７との界面付近におけるチャネル領域１４Ａの界面準位の形成が低減され、チャネル移動度が向上している。なお、主面１１Ａの面方位を（０−３３−８）とすることにより、チャネル移動度を一層向上させることができる。
【００４４】
さらに、チャネル領域１４Ａとゲート酸化膜１７との界面を含む領域に高窒素濃度領域２２が形成されていることにより、チャネル移動度が一層向上している。これは以下のような理由によると考えられる。すなわち、ゲート酸化膜１７を熱酸化などによって形成した場合、ゲート酸化膜１７と半導体からなるチャネル領域１４Ａとの界面において、界面準位が多く形成される。そして、そのままではチャネル領域１４Ａにおけるチャネル移動度は、理論値に比べて大幅に低下する。これに対し、上述のようにゲート酸化膜１７とチャネル領域１４Ａとの界面を含む領域に窒素を導入することにより、上述した界面準位の影響が低減される。
【００４５】
以上のように、本実施の形態におけるＩＧＢＴ１は、チャネル移動度を低減することによりオン抵抗を低減したＩＧＢＴとなっている。
【００４６】
ここで、上記本実施の形態におけるＩＧＢＴ１においては、ウェル領域１４（チャネル領域１４Ａ）とゲート酸化膜１７との界面から１０ｎｍ以内の領域における窒素濃度の最大値が１×１０２１ｃｍ−３以上であることが望ましい。これにより、チャネル移動度を一層向上させることができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態においては、主面の面方位が（０３−３８）である基板１１に代えて、主面のオフ方位が＜１１−２０＞方向±５°以下の範囲である基板を採用してもよい。これにより、ＳｉＣ基板上へのエピタキシャル層の形成などを容易とし、ＩＧＢＴの製造を容易に実施することができる。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、基板１１の主面１１Ａのオフ方位が＜０１−１０＞方向±５°以下の範囲であってもよい。これにより、ＳｉＣ基板上へのエピタキシャル層の形成などを容易とし、ＩＧＢＴの製造を容易に実施することができる。そして、基板１１の主面１１Ａの面方位を、面方位{０３−３８}に対してオフ角が−３°以上＋５°以下とすることにより、チャネル移動度をより一層向上させることができる。さらに、基板１１の主面１１Ａの面方位を、面方位{０３−３８}とすることが最も好ましい。
【００４９】
次に、図２〜図６を参照して、本実施の形態におけるＩＧＢＴ１の製造方法について説明する。図２を参照して、本実施の形態におけるＩＧＢＴ１の製造方法においては、まず、工程（Ｓ１０）として基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図３を参照して、たとえば４Ｈ−ＳｉＣからなり、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下、たとえば面方位（０３−３８）である主面１１Ａを有し、ｎ型不純物を含有することにより、導電型がｎ型となっている基板１１が準備される。なお、製造されるＩＧＢＴ１のチャネル移動度を一層向上させる観点から、面方位が（０−３３−８）である主面１１Ａを有する基板１１が準備されてもよい。
【００５０】
次に、図２を参照して、工程（Ｓ２０）としてエピタキシャル成長工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図３を参照して、工程（Ｓ１０）において準備された基板１１の主面１１Ａ上に、エピタキシャル成長によりバッファ層１２および耐圧保持層１３が形成される。エピタキシャル成長は、たとえば原料ガスとしてＳｉＨ４（シラン）とＣ３Ｈ８（プロパン）との混合ガスを採用して実施することができる。このとき、まず、たとえばｐ型不純物を５×１０１７ｃｍ−３程度の濃度で導入したＳｉＣ層を０．５μｍ程度の厚みで形成してバッファ層１２とし、その後導入するｐ型不純物の濃度を４×１０１４ｃｍ−３程度に変更してＳｉＣ層を１２０μｍ程度の厚みで形成して耐圧保持層１３とすることができる。
【００５１】
次に、図２を参照して、工程（Ｓ３０）としてイオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図３および図４を参照して、工程（Ｓ２０）において形成された耐圧保持層１３において、基板１１側の主面である第１の主面１３Ａとは反対側の主面である第２の主面１３Ｂを含む領域に、ウェル領域１４、エミッタ領域１５およびコンタクト領域１６がイオン注入により順次形成される。
【００５２】
具体的には、まず、第２の主面１３Ｂ上に、たとえばＣＶＤによりＳｉＯ２からなる酸化膜が形成される。そして、酸化膜の上にレジストが塗布された後、露光および現像が行なわれ、所望のウェル領域１４の形状に応じた領域に開口を有するレジスト膜が形成される。そして、当該レジスト膜をマスクとして用いて、たとえばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ；反応性イオンエッチング）により酸化膜が部分的に除去されることにより、所望のウェル領域１４の形状に応じた開口パターンを有する酸化膜からなるマスク層が形成される。その後、上記レジスト膜を除去した上で、このマスク層をマスクとして用いてｎ型不純物がイオン注入され、ウェル領域１４が形成される。
【００５３】
その後、当該マスク層が除去された上で、同様の手順により所望のエミッタ領域１５形状に応じた開口パターンを有するマスク層が形成され、ｐ型不純物がイオン注入されることにより、エミッタ領域１５が形成される。さらに、当該マスク層が除去された上で、同様の手順により所望のコンタクト領域１６の形状に応じた開口パターンを有するマスク層が形成され、ｎ型不純物がイオン注入されることにより、コンタクト領域１６が形成される。
【００５４】
次に、図２を参照して、工程（Ｓ４０）として活性化アニール工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図４を参照して、工程（Ｓ３０）においてイオン注入が実施された耐圧保持層１３を加熱することにより、上記イオン注入によって導入された不純物を活性化させる熱処理である活性化アニールが実施される。活性化アニールは、たとえばアルゴンガス雰囲気中において、１７００℃に３０分間保持する熱処理を実施することにより行なうことができる。
【００５５】
次に、図２を参照して、工程（Ｓ５０）としてゲート酸化膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図４および図５を参照して、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ４０）までが実施されて所望のイオン注入層を含む耐圧保持層１３が形成された基板１１が、たとえば酸化雰囲気中で１２００℃に加熱されて３０分間保持されることによりドライ酸化される。これにより、ゲート酸化膜１７（図１参照）となるべき熱酸化膜１７Ａが第２の主面１３Ｂ上に形成される。熱酸化膜１７Ａの厚みは、たとえば４０ｎｍ程度である。
【００５６】
次に、図２を参照して、工程（Ｓ６０）として高窒素濃度領域形成工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図５を参照して、たとえば一酸化窒素（ＮＯ）ガス雰囲気中において１２００℃に加熱し、１２０分間保持する熱処理が実施される。これにより、耐圧保持層１３、ウェル領域１４、エミッタ領域１５およびコンタクト領域１６と熱酸化膜１７Ａとの界面を含む領域に、当該領域に隣接する領域に比べて窒素濃度の高い高窒素濃度領域２２が形成される。
【００５７】
次に、図２を参照して、工程（Ｓ７０）として不活性ガスアニール工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、たとえばＡｒ（アルゴン）などの不活性ガス雰囲気中において１２００℃に加熱し、６０分間保持する熱処理が実施される。
【００５８】
次に、工程（Ｓ８０）として、オーミック電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、図５および図６を参照して、まず、フォトリソグラフィ法により、第２の主面１３Ｂ上に形成された熱酸化膜１７Ａ上に、所望のオーミックコンタクト電極１８の形状に応じた開口を有するレジスト膜を形成する。次に、このレジスト膜をマスクとして用いて、上記開口から露出する熱酸化膜１７Ａおよび基板１１において耐圧保持層１３とは反対側の主面上に形成された熱酸化膜１７Ａが除去される。さらに、たとえば蒸着法によりニッケル（Ｎｉ）膜を第２の主面１３Ｂ上および基板１１において耐圧保持層１３とは反対側の主面上に形成する。そして、レジスト膜を当該レジスト膜上のＮｉ膜とともに除去（リフトオフ）することにより、オーミックコンタクト電極１８およびコレクタ電極２０を形成すべき領域にＮｉ膜が形成される。その後、たとえばＡｒ雰囲気中で９５０℃に加熱し２分間保持する熱処理を実施することにより、Ｎｉ膜の少なくとも一部がシリサイド化され、オーミックコンタクト電極１８およびコレクタ電極２０が完成する。なお、このとき第２の主面１３Ｂ上に残存した熱酸化膜１７Ａが、ゲート酸化膜１７となる。
【００５９】
そして、図２を参照して、工程（Ｓ９０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、図６および図１を参照して、ゲート酸化膜１７上に、たとえば導電体であるＡｌ、ポリシリコンなどからなるゲート電極１９が形成されるとともに、オーミックコンタクト電極１８上に、たとえば導電体であるＡｌからなるエミッタ電極２１が形成される。以上の工程により、本実施の形態におけるＩＧＢＴ１が完成する。
【実施例】
【００６０】
（実施例１）
以下、本発明の実施例１について説明する。本発明のＩＧＢＴにおけるチャネル移動度の向上およびオン抵抗の低減を確認する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。【００６１】
まず、実験方法について説明する。オン抵抗は、上記実施の形態において説明した製造方法を用いてＩＧＢＴを実際に作製し、測定した。具体的には、図１〜図６を参照して、まず、面方位が（０３−３８）である主面１１Ａを有する４Ｈ−ＳｉＣからなる基板１１（ｎ型、抵抗率０．０２Ωｃｍ）を準備し、当該基板上にバッファ層１２（ｐ型、不純物濃度５×１０１７ｃｍ−３、厚み０．５μｍ）および耐圧保持層１３（ｐ型、不純物濃度４×１０１４ｃｍ−３、厚み１２０μｍ）をエピタキシャル成長させた。その後、ウェル領域１４、エミッタ領域１５およびコンタクト領域１６をイオン注入により形成した後、Ａｒ雰囲気中において１７００℃に３０分間保持することにより活性化アニールを実施した。さらに、酸化雰囲気中において１２００℃に３０分間保持するドライ酸化を実施することにより厚み４０ｎｍのゲート酸化膜１７となるべき熱酸化膜１７Ａを形成した後、ＮＯガス雰囲気中において１２００℃に１２０分間保持することにより、高窒素濃度領域２２を形成した。そして、Ａｒガス雰囲気中において１２００℃に６０分間保持する熱処理を行なった後、オーミックコンタクト電極１８、コレクタ電極２０、ゲート電極１９およびエミッタ電極２１を形成することによりＩＧＢＴ１を完成させた（実施例）。ここで、セルピッチ（図１において、主面１１Ａに沿った方向における基板１１の幅）は２０μｍ、チャネル長（図１において、第２の主面１３Ｂに沿ったチャネル領域１４Ａの幅）は２μｍとした。【００６２】
また、比較のため、面方位（０００１）に対するオフ角が８°である主面１１Ａを有する４Ｈ−ＳｉＣからなる基板１１（ｎ型、抵抗率０．０２Ωｃｍ）を準備し、以下上記作製方法と同条件で他のＩＧＢＴ１を作製した（比較例）。【００６３】
そして、上記実施例および比較例のＩＧＢＴを実際に動作させ、オン抵抗の測定を行なった。【００６４】
一方、チャネル移動度は、ＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）−ＭＯＳＦＥＴを作製して測定した。具体的には、図７を参照して、上記オン抵抗測定用の実施例および比較例と同様の基板３１を準備し、上記ＩＧＢＴと同時に不純物濃度、厚み等が上記ＩＧＢＴと同じ実施例および比較例のＴＥＧ−ＭＯＳＦＥＴ３を作製した。つまり、不純物濃度、厚み等が上記ＩＧＢＴと同じであってバッファ層１２対応するバッファ層３２、耐圧保持層１３に対応するｐ型層３３を基板３１上にエピタキシャル成長させた後、ウェル領域１４に対応するｎ型層３４、エミッタ領域１５に対応するソース領域３５Ａおよびドレイン領域３５Ｂを同様に形成した。さらに、ゲート酸化膜１７に対応するゲート酸化膜３７、オーミックコンタクト電極１８に対応するオーミックコンタクト電極３８、ゲート電極１９に対応するゲート電極３９、エミッタ電極２１に対応するソース電極４１Ａおよびドレイン電極４１Ｂを形成した。ここで、図７を参照して、チャンネル長Ｌは１００μｍ、チャネル幅（図７において、紙面に垂直な方向におけるチャネルの幅）は１５０μｍとした。【００６５】
そして、この実施例および比較例のＴＥＧ−ＭＯＳＦＥＴを動作させて、チャネル移動度の測定を行なった。【００６６】
次に、実験結果について説明する。上記チャネル移動度およびオン抵抗の測定結果を表１に示す。なお、実施例および比較例におけるＩＧＢＴの耐圧を測定したところ、いずれも１０ｋＶ以上という十分な耐圧を有していることが確認された。【００６７】
【表１】
2010116886.tif 000003
【００６８】
表１を参照して、本発明の実施例においては、本発明の範囲外である比較例の７倍を超えるチャネル移動度が達成されていることが分かる。そして、実施例のオン抵抗は、比較例に対して３０％程度抑制されている。この結果から、本発明のＩＧＢＴによれば、チャネル移動度を低減することによりオン抵抗を低減したＩＧＢＴを提供できることが確認された。【００６９】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。ウェル領域と酸化膜との界面から１０ｎｍ以内の領域における窒素濃度の最大値（窒素のピーク濃度）とチャネル移動度との関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。【００７０】
まず、試料として図８に示す横型のＭＯＳＦＥＴ７１を作製した。より具体的には、厚みが４００μｍのｎ型炭化珪素基板７２上に、厚みが１０μｍのエピタキシャル層７３を形成し、当該エピタキシャル層７３上に厚みが１μｍのｐ型層７４を形成した。そして、ｐ型層７４にｎ型不純物としてリン（Ｐ）を注入し、ｎ型不純物濃度１×１０２０ｃｍ−３のｎ＋領域７５、７６を形成した。このｎ＋領域７５、７６の間の距離であるゲート長（チャネル長Ｌｇ）は１００μｍとした。また、ゲート幅（チャネル幅）は２００μｍとした。【００７１】
そして、ドライ酸化処理により酸化膜を形成した後、ＮＯガス雰囲気中において加熱することにより窒素アニールを行なった。このとき、加熱時間を変化させることにより、導入される窒素量を変化させた。その後、上記酸化膜をエッチングすることにより当該酸化膜の形状を酸化膜７７，７８に合わせた形状とするとともに、ソース電極８１、ドレイン電極８２およびゲート酸化膜である酸化膜７８上のゲート電極８０を形成した。ソース電極８１およびドレイン電極８２の材料はニッケル（Ｎｉ）であり、その厚みは０．１μｍとした。また、ゲート電極８０の材料としてはアルミニウム（Ａｌ）を用いて、その厚みは１μｍとした。以上の手順により、試料としての横型のＭＯＳＦＥＴ７１を完成させた。また、比較のため、上記手順から窒素アニールを省略した試料も作製した。【００７２】
次に、チャネル移動度の測定方法を説明する。ソース−ドレイン間電圧ＶＤＳ＝０．１Ｖとし、ゲート電圧ＶＧを印加してソース−ドレイン間電流ＩＤＳを測定した（ゲート電圧依存性を測定した）。そして、ｇｍ＝（δＩＤＳ）／（δＶＧ）として、
チャネル移動度μ＝ｇｍ×（Ｌ×ｄ）／（Ｗ×ε×ＶＤＳ）
（ここで、Ｌ：ゲート長、ｄ：酸化膜厚、Ｗ：ゲート幅、ε：酸化膜の誘電率）
という式からチャネル移動度のゲート電圧に対する最大値を求めた。【００７３】
また、上記各試料について、酸化膜７８とｐ型層７４との界面近傍（界面から１０ｎｍ以内の領域）における窒素濃度の深さ方向での分布を測定した。測定は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）により実施した。【００７４】
次に、実験の結果について図９を参照して説明する。図９において、横軸は、各試料において測定された窒素濃度のピーク値（窒素のピーク濃度）を示しており、縦軸は、測定されたチャネル移動度を示している。【００７５】
図９を参照して、酸化膜７８とｐ型層７４との界面から１０ｎｍ以内の領域における窒素のピーク濃度が高くなるに従って、チャネル移動度が高くなっている。【００７６】
ここで、素材として珪素を用いた従来のＩＧＢＴよりもオン抵抗を低減するためには、チャネル移動度を５０ｃｍ２／Ｖｓ以上とすることが好ましい。そのため、図９を参照して、製造プロセスのばらつきなどを考慮すると、窒素のピーク濃度は１×１０２１ｃｍ−３以上とすることが好ましいといえる。なお、本実施例においては、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを用いて実験を行なったが、チャネル移動度は、ｐチャネル型においても上述と同様に窒素のピーク濃度に依存する。そのため、本発明のＩＧＢＴのオン抵抗を十分に低減するためには、チャネルがｎ型かｐ型かに関わらず、ウェル領域と酸化膜との界面から１０ｎｍ以内の領域における窒素濃度の最大値を１×１０２１ｃｍ−３以上とすることが好ましいといえる。【００７７】
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。基板のオフ角とチャネル移動度との関係を調査する実験を行なった。実験の手順は以下の通りである。【００７８】
まず、上述した実施例２において最もチャネル移動度が高かった試料の製造方法と同様の製造方法を用いて、試料を作製した。具体的には、主表面の面方位が異なる基板を用いて、比較例としての試料を４種類、本発明の実施例としての試料を３種類作製した。すなわち、比較例Ａとして、面方位（０００１）に対してオフ角が８°となっている主表面を有する炭化珪素基板（（０００１）の８°オフ基板）を用いたもの、比較例Ｂとして基板の主表面の面方位が（０１−１５）で表わされる基板を用いたもの、比較例Ｃとして基板の主表面の面方位が（０１−１４）で表わされる基板を用いたもの、比較例Ｄとして、面方位（０００１）に対してオフ角が７０°となっている主表面を有する基板を用いたものを準備した。また、本発明の実施例としては、実施例Ａとして基板の主表面の面方位が（０１−１３）で表わされる基板を用いたもの、実施例Ｂとして基板の主表面の面方位が（０３−３８）で表わされる基板を用いたもの、実施例Ｃとして基板の主表面の面方位が（０１−１２）で表わされる基板を用いたものを準備した。【００７９】
そして、上記各試料について、チャネル移動度を測定した。チャネル移動度の測定方法は、上記実施例２におけるチャネル移動度の測定方法と同様の方法を用いた。【００８０】
次に、実験結果について図１０を参照して説明する。ここで、図１０において、横軸は各試料を構成する基板の主表面の、面方位{０００１}に対するオフ角度を示しており、縦軸はチャネル移動度を示している。【００８１】
図１０を参照して、本発明の実施例に対応するオフ角度（５０°以上６５°以下）の範囲の実施例Ａ〜Ｃの試料においては、チャネル移動度の値が比較例に比べて大きく向上していることがわかる。ここで、本実施例においては、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを用いて実験を行なったが、チャネル移動度は、ｐチャネル型においても上述と同様に上記オフ角に依存する。そのため、ＩＧＢＴのオン抵抗を低減するためには、チャネルがｎ型かｐ型かに関わらず、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下である主面（主表面）を有する基板を採用することが有効であるといえる。【００８２】
なお、上記実施例においては、シリコン面側の主面上に半導体層および絶縁膜を形成する構造を採用した実験を行ない、（０３−３８）面に近い主面の採用によりキャリア移動度（チャネル移動度）が向上するとの結果が得られたことについて説明した。一方、発明者はカーボン面側の主面上に半導体層および絶縁膜を形成する構造を採用した実験も行ない、（０−３３−８）面に近い主面の採用によりキャリア移動度（チャネル移動度）が一層向上するとの知見を有している。【００８３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、オン抵抗の低減が求められる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００８５】
１  ＩＧＢＴ、３  ＴＥＧ−ＭＯＳＦＥＴ、１１  基板、１１Ａ  主面、１２  バッファ層、１３  耐圧保持層、１３Ａ  第１の主面、１３Ｂ  第２の主面、１４  ウェル領域、１４Ａ  チャネル領域、１５  エミッタ領域、１６  コンタクト領域、１７  ゲート酸化膜、１７Ａ  熱酸化膜、１８  オーミックコンタクト電極、１９  ゲート電極、２０  コレクタ電極、２１  エミッタ電極、２２  高窒素濃度領域、３１  基板、３２  バッファ層、３３  ｐ型層、３４  ｎ型層、３５Ａ  ソース領域、３５Ｂ  ドレイン領域、３７  ゲート酸化膜、３８  オーミックコンタクト電極、３９  ゲート電極、４１Ａ  ソース電極、４１Ｂ  ドレイン電極、７１  ＭＯＳＦＥＴ、７２  ｎ型炭化珪素基板、７３  エピタキシャル層、７４  ｐ型層、７５，７６  ｎ＋領域、７７，７８  酸化膜、８０  ゲート電極、８１  ソース電極、８２  ドレイン電極。
【図１】
2010116886.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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