[发明专利]MOSFET和制造MOSFET的方法

说明书

技术领域

本发明涉及MOSFET以及制造这种MOSFET的方法。

背景技术

按照惯例，已经得知了利用碳化硅(SiC)的半导体器件(例如，WO01/018872(在下文中，称为专利文献1))。专利文献1描述的是，将具有几乎为{03-38}的平面取向的4H(六边形的)多聚型SiC衬底用来形成金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)。还描述了在该MOSFET中，通过干法氧化(热氧化)的方式形成栅极氧化物膜。专利文献1描述了这种MOSFET实现了大的沟道迁移率(大约为100cm²/Vs)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO 01/018872

发明内容

本发明要解决的问题

然而，作为分析和检查的结果，本发明人发现上述MOSFET中的沟道迁移率偶尔未能足够大。当沟道迁移率不大时，该使用SiC的半导体器件的优良特征就不能稳定地展现。

制作本发明来解决上述问题，本发明的目的是提供一种具有提高的沟道迁移率的MOSFET，和制造这种MOSFET的方法。

解决问题的方式

为了在具有如上所述良好再现性的MOSFET中实现大的沟道迁移率，本发明人努力分析了使得导致沟道迁移率变小的原因。结果，完成了本发明。具体地，本发明人发现：沟道迁移率变小，是由于在栅极氧化物膜和定位在栅极氧化物膜下面的SiC半导体膜之间的界面上存在陷阱(在下文中，还称为“界面态”或“界面态密度”)。这也可以从上述MOSFET具有比它的理论值更高的阈值电压的事实推测出。为了实现减小这种界面态影响的MOSFET，本发明人进行了努力的研究，并从而在本发明实现。

具体地，本发明的MOSFET包括：碳化硅(SiC)衬底，该碳化硅(SiC)衬底的主表面相对{0001}面具有不小于50°且不大于65°的偏离角；半导体层，所述半导体层被形成在该SiC衬底的主表面上；和绝缘膜，所述绝缘膜被形成为与半导体层的表面接触，所述MOSFET具有不大于0.4V/Decade的亚阈值斜率。

用来制造MOSFET的本发明的方法包括以下步骤：制备碳化硅(SiC)衬底，该碳化硅(SiC)衬底的主表面相对{0001}面具有不小于50°且不大于65°的偏离角；在SiC衬底的主表面上形成半导体层；和与半导体层的表面接触地形成绝缘膜，该MOSFET具有不大于0.4V/Decade的亚阈值斜率。

本发明人把注意力集中在与界面态有关的亚阈值斜率上，并且努力研究了亚阈值斜率的范围以提高迁移率。结果，本发明人发现，通过将亚阈值斜率设定为不大于0.4/Decade，可以减小界面态密度，使得在绝缘膜和半导体层之间的界面附近具有良好的再现性。通过这种方式，防止了要用作反型沟道层的大部分载流子被捕获在面对绝缘膜的区域处的半导体层内的界面态中。因此，可以提高沟道迁移率。

将偏离角的下限设定为50°，因为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，载流子迁移率随着偏离角的增大而显著增加，并且还因为在(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，偏离角的上限为65°，因为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，载流子迁移率随着偏离角的增大显著降低，并且还因为在(01-12)面和(01-10)面之间的偏离角的范围内不存在自然面。

该MOSFET优选进一步包括包含氮原子并且夹在半导体层和绝缘膜之间的区域。

在该MOSFET中，在距离半导体层和绝缘膜之间的界面10nm或更小的部分的区域中，氮浓度的最大值优选是1×10²¹cm^-3或更大。

在制造MOSFET的方法中，形成绝缘膜的步骤优选包括以下步骤：通过干法氧化形成绝缘膜；和利用包含氮原子的气体作为气氛气体来热处理绝缘膜。

本发明人发现：通过增加半导体层和绝缘膜之间的界面附近的氮原子浓度，可以减小界面态的影响。这实现了能进一步提高沟道迁移率的MOSFET。

在该MOSDFET中，优选地，该半导体层由SiC形成。具有大带隙的SiC的最大介电击穿电场和热传导性都大于硅(Si)，并且其的载流子迁移率与硅的载流子迁移率一样大。而且，在SiC中，电子饱和漂移速度和阈值电压都比较大。从而，可以实现高效率、高电压和大电容的MOSFET。