[发明专利]碳化硅半导体器件及其制造方法

权利要求书

1.一种碳化硅半导体器件，包括：

碳化硅衬底，所述碳化硅衬底具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面；

栅极绝缘膜，所述栅极绝缘膜被设置成接触所述碳化硅衬底的所述第一主表面；以及

栅电极，所述栅电极被设置在所述栅极绝缘膜上，使得所述栅极绝缘膜位于所述栅电极和所述碳化硅衬底之间，

在175℃的温度下向所述栅电极施加-5V的栅极电压达100小时的第一应力测试中，第一阈值电压和第二阈值电压之差的绝对值不大于0.5V，所述第一应力测试之前的阈值电压被定义为所述第一阈值电压并且所述第一应力测试之后的阈值电压被定义为所述第二阈值电压，

其中，在所述栅极绝缘膜和所述栅电极之间的界面被定义为第一界面，并且在所述栅极绝缘膜和所述碳化硅衬底之间的界面中的与所述第一界面相反的区域被定义为第二界面，通过将包含在位于第一虚拟表面和第二虚拟表面之间的界面区域中的钠的总数除以所述第一界面的面积而计算出的值不大于5×10¹⁰原子/cm²，所述第一虚拟表面沿着垂直于所述第一界面的方向朝向所述栅电极距离所述第一界面为所述栅极绝缘膜厚度，所述第二虚拟表面沿着垂直于所述第二界面的方向朝向所述碳化硅衬底距离所述第二界面为所述栅极绝缘膜厚度。

2.根据权利要求1所述的碳化硅半导体器件，其中，

在150℃的温度下向所述栅电极施加-10V的栅极电压达100小时的第二应力测试中，第三阈值电压和第四阈值电压之差的绝对值不大于0.1V，所述第二应力测试之前的阈值电压被定义为所述第三阈值电压并且所述第二应力测试之后的阈值电压被定义为所述第四阈值电压。

3.根据权利要求1所述的碳化硅半导体器件，其中，

在距离所述栅极电极的第三主表面10nm的区域中的钠的浓度的最大值大于在所述界面区域中的钠的浓度的最大值，所述第三主表面与所述第二界面相反，以及

在所述界面区域中的钠的浓度的最大值不大于1×10¹⁶原子/cm³。

4.根据权利要求1，2或3所述的碳化硅半导体器件，还包括：

层间绝缘膜，所述层间绝缘膜覆盖与所述第二界面相反的所述栅电极的第三主表面并且被设置为接触所述栅极绝缘膜；以及

源电极，所述源电极接触所述碳化硅衬底的所述第一主表面，其中，

控制在将所述源电极退火的步骤之后对所述栅电极和所述层间绝缘膜执行的热处理的温度和时间段，使得满足条件N₀×L_T/x<1.52×10²⁰，其中，L_T(nm)代表钠的扩散长度，x(nm)代表在沿着垂直于所述第一界面的方向的方向上从与所述第三主表面相反的所述层间绝缘膜的表面到所述第一界面的距离，N₀(cm^-3)代表在所述层间绝缘膜的表面中的钠的浓度。

5.根据权利要求1，2或3所述的碳化硅半导体器件，其中，

在距离所述碳化硅衬底的所述第二主表面10nm内的区域中的钠的浓度的最大值大于在所述界面区域中的钠的浓度的最大值。

6.一种制造碳化硅半导体器件的方法，包括以下步骤：

制备中间衬底，所述中间衬底包括一个主表面和与所述一个主表面相反的另一个主表面；

将钠阻挡部件布置成接触所述中间衬底的所述一个主表面；

在所述钠阻挡部件接触所述一个主表面的同时，将所述中间衬底退火；以及

在将所述中间衬底退火的步骤之后，从所述一个主表面去除所述钠阻挡部件，

所述中间衬底包括碳化硅衬底、栅极绝缘膜和源电极，所述碳化硅衬底具有面对所述一个主表面的第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面，所述第二主表面形成所述中间衬底的所述另一个主表面，所述栅极绝缘膜部分地接触所述碳化硅衬底的所述第一主表面，所述源电极接触通过所述栅极绝缘膜暴露的所述第一主表面，以及

钠在所述钠阻挡部件中的扩散长度不大于钠在碳化硅中的扩散长度。