DE102016112877B4 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung und für das Verfahren verwendete Halbleiterherstellungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das Folgendes umfasst:thermisches Oxidieren einer Oberfläche einer zu verarbeitenden Basis (200) aus Siliziumcarbid als Körpermaterial, um einen Siliziumdioxidfilm zu bilden, durch Zuführen von Gas, das ein Oxidationsmittel enthält, zu der Oberfläche der zu verarbeitenden Basis (200); undnach dem Bilden des Siliziumdioxidfilms, Absenken einer Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200), wobei der Siliziumdioxidfilm auf eine Größe von 0,1 nm oder weniger gezüchtet wird, während die Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200) abgesenkt wird, wobei das Absenken der Temperatur das Abwerfen der zu verarbeitenden Basis (200) in ein Flüssigkeitsbad umfasst, in das Flüssigkeit gegossen wird, um die Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200) zu senken.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen, wobei die Verfahren Prozesse zum thermischen Oxidieren von Oberflächen von Halbleitersubstraten aus Siliziumcarbid (SiC) als Körpermaterial oder einer Halbleiterschicht aus SiC als Körpermaterial enthalten, die dafür konfiguriert sind, einen Siliziumdioxidfilm (SiO2-Film) zu bilden, sowie eine Halbleiterherstellungsvorrichtung, die für das Verfahren verwendet werden kann.
  • Im Stand der Technik kennt man zum Beispiel als eine SiC-Halbleitervorrichtung einen MOSFET oder einen MOS-Kondensator, der ein Halbleitersubstrat aus SiC als Körpermaterial (im Weiteren als „SiC-Substrat“ bezeichnet) oder eine Halbleiterschicht aus SiC als Körpermaterial (im Weiteren als „SiC-Schicht“ bezeichnet) verwendet. Als ein Gatterisolierfilm für einen MOSFET oder einen Isolierfilm für einen MOS-Kondensator wurde ein SiO2-Film verwendet. Der SiO2-Film besitzt ein hohes Isoliervermögen dank des Verhaltens, dass der SiO2-Film einen breiten Bandabstand aufweist und der SiO2-Film eine große Energiesperrenhöhe an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und dem metallischen Film bildet. Darum sind verschiedene Anwendungen, die den SiO2-Film verwenden, im Zusammenhang mit der SiC-Halbleitervorrichtung erwartet worden.
  • Verfahren zum Bilden eines SiO2-Films auf einer Oberfläche eines SiC-Substrats oder einer SiC-Schicht enthalten zum Beispiel ein thermisches Oxidationsverfahren, bei dem eine Oberfläche des SiC-Substrats oder die SiC-Schicht, die auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, einer oxidierenden Umgebung ausgesetzt wird, ein chemisches Aufdampf (Chemical Vapor Deposition, CVD)-Verfahren durch Aufströmen und Pyrolysieren von Rohstoffgas, wie zum Beispiel organischem Gas auf Silanbasis, auf die Oberfläche des SiC-Substrats, oder ein physikalisches Aufdampf (PVD)-Verfahren, wie zum Beispiel ein Sputterverfahren. Unter diesen Verfahren zum Bilden des SiO2-Films ist das thermische Oxidationsverfahren vom Standpunkt des Isoliervermögens, wie zum Beispiel Leckströme auf der Grenzflächenebene, vorteilhaft.
  • Jedoch ist beim Ausbilden eines SiO2-Films auf der Oberfläche eines SiC-Substrats oder einer SiC-Schicht auf der Basis des thermischen Oxidationsverfahrens berichtet worden, dass Grenzflächendefekte, die nur an der Grenzfläche zwischen SiO2 und SiC vorkommen, entstehen. Diese Grenzflächendefekte sind dafür verantwortlich, dass die Grenzfläche zwischen SiO2 und SiC sehr schlechte Eigenschaften besitzt. Darum verbietet sich im Fall eines SiC-MOSFET, bei dem ein Gatterisolierfilm aus SiO2 durch das thermische Oxidationsverfahren auf dem SiC-Substrat oder der SiC-Schicht ausgebildet wird, die praktische Verwendung eines thermischen Oxidfilms in einem Transistor, weil die Kanalmobilität viel geringer ist als der spekulative Wert auf der Basis der Volumenmobilität des SiC. Weil nun der SiC-MOSFET eine sehr geringe Kanalmobilität besitzt, ist der Widerstandswert im Ein-Zustand (Ron) viel höher als ein Wert, der theoretisch auf der Basis des Wertes der physikalischen Eigenschaften geschätzt wird.
  • Speziell im Fall von heaxogonalem Siliziumcarbid mit vierfacher Periodizität (4H-SiC) hat der MOSFET, bei dem durch ein allgemeines thermischem Oxidationsverfahren, wie zum Beispiel trockene Oxidation, ein Gatteroxidationsfilm ausgebildet wird, eine sehr geringe Kanalmobilität von etwa 0 bis 5 cm2/Vs - ungeachtet der Tatsache, dass die Volumenelektronenmobilität etwa 900 cm2/Vs beträgt. Dies wird mutmaßlich durch die hohe Dichte auf Grenzflächenebene in der Nähe des Leitungsbandes der Kanalregion verursacht.
  • Allgemeine Verfahren zum Verbessern der Grenzflächencharakteristik zwischen SiO2 und SiC enthalten ein bekanntes Verfahren, gemäß dem eine Oberfläche eines SiC-Substrats oder einer SiC-Schicht in einer Atmosphäre oxidiert wird, die Sauerstoff (O2) enthält, um anschließend Gas, das Distickstoffmonoxid (N2O) oder Stickoxid (NO) enthält, als POA (Post Oxidation Annealing = Ausheilen nach der Oxidation) zuzuführen (siehe JP2004-511101A1 ). In diesem Fall wird in Betracht gezogen, dass Oxidation und Nitridierung gleichzeitig stattfinden, damit Stickstoff zur Terminierung der nicht abgesättigten Bindung der Grenzfläche während des Oxidationsprozesses beitragen kann, wodurch die Effektivität einer verringerten Grenzflächen-Niveaudichte erreicht wird.
  • Es ist ein weiteres Verfahren vorgeschlagen worden, um einen thermischen Oxidationsfilm auf der Oberfläche eines SiC-Substrats oder einer SiC-Schicht in einer O2- oder Wasserdampfatmosphäre bei einer Temperatur von 1100 °C bis 1200 °C auszubilden und dann die Temperatur des Inertgases im Ofen zu verringern, um die Grenzflächen-Niveaudichte zu minimieren (siehe JP 2003 - 31 571 A1
  • Jedoch gibt es im Fall des Verfahrens gemäß JP 2004 - 51 1101 A1, bei dem Umgebungsgas, das N2O oder NO enthält, verwendet wird, Bedenken, dass das aus Stickstoff abgeleitete Ladungsfangzentrum in einem Oxidationsfilm gebildet wird und der Oxidationsfilm beispielsweise wegen der elektrischen Belastungen des Oxidationsfilms eine langfristig verschlechterte Zuverlässigkeit aufweist. Im Fall des Verfahrens gemäß JP 2003 - 31 571 A1 zum Verringern der Grenzflächen-Niveaudichte durch Absenken der Temperatur des Inertgases hingegen ist die Effektivität beim Verringern der Grenzflächen-Niveaudichte unzureichend.
  • Angesichts der oben erwähnten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, gemäß dem die Grenzflächen-Niveaudichte zwischen SiO2 und SiC verringert werden kann, wenn die Oberfläche eines SiC-Substrats oder einer SiC-Schicht thermisch oxidiert wird, um einen SiO2-Film auszubilden, und eine Halbleiterherstellungsvorrichtung bereitzustellen, die für das Herstellungsverfahren verwendet werden kann.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das Folgendes enthält: (a) thermisches Oxidieren einer Oberfläche einer zu verarbeitenden Basis aus Siliziumcarbid als Körpermaterial, um einen Siliziumdioxidfilm zu bilden, durch Zuführen von Gas, das ein Oxidationsmittel enthält, zu der Oberfläche der zu verarbeitenden Basis; und nach dem Ausbilden des Siliziumdioxidfilms, Absenken einer Temperatur der zu verarbeitenden Basis.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in einer Halbleiterherstellungsvorrichtung, die Folgendes enthält: (a) ein Reaktionsrohr, das dafür konfiguriert ist, eine zu verarbeitende Basis zu speichern, die aus SiC als Körpermaterial besteht; und ein Gaszuleitungsrohr, das dafür konfiguriert ist, Gas, das ein Oxidationsmittel enthält, in ein Reaktionsrohr einzuleiten, wobei das Gas zugeführt wird, um die Oberfläche der zu verarbeitenden Basis thermisch zu oxidieren, um einen Siliziumdioxidfilm zu bilden, und nach dem Ausbilden des Siliziumdioxidfilms die Temperatur der zu verarbeitenden Basis gesenkt wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Halbleiterherstellungsvorrichtung (Oxidationsofen) gemäß einem ersten Beispiel veranschaulicht;
    • 2 ist ein Flussdiagramm, das einen Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß dem ersten Beispiel veranschaulicht;
    • 3A bis 3C sind jeweils Zeitdiagramme, die eine Temperaturänderung des Oxidationsfilmbildungsprozesses gemäß dem ersten Beispiel veranschaulichen;
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines MOS-Kondensators gemäß dem ersten Beispiel veranschaulicht;
    • 5A bis 5D sind Querschnittsprozessansichten eines Herstellungsverfahrens für den MOS-Kondensator gemäß dem ersten Beispiel;
    • 6 ist ein Kurvendiagramm, das den Vergleich von Messwerten der Dichten der Grenzflächenebenen des ersten Beispiels bis zu den Vergleichsbeispielen A und B veranschaulicht;
    • 7 ist ein Kurvendiagramm, das die Messwerte der Dichten der Grenzflächenebenen der zweiten Beispiele A bis F veranschaulicht;
    • 8 ist ein Flussdiagramm, das einen Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß einer ersten Modifizierung des ersten Beispiels veranschaulicht;
    • 9A bis 9C sind Zeitdiagramme, die jeweils die Temperaturveränderungen des Oxidationsfilmbildungsprozesses gemäß der ersten Modifizierung des ersten Beispiels veranschaulichen;
    • 10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Struktur eines MOSFET gemäß einer zweiten Modifizierung des Beispiels veranschaulicht;
    • 11a bis 11C sind Querschnittsprozessansichten des Herstellungsverfahrens für den MOSFET gemäß der zweiten Modifizierung des ersten Beispiels;
    • 12A bis 12C sind Querschnittsprozessansichten im Anschluss an 11C des Herstellungsverfahrens für den MOSFET gemäß der zweiten Modifizierung des ersten Beispiels
    • 13A bis 13C sind Querschnittsprozessansichten im Anschluss an 12C des Herstellungsverfahrens für den MOSFET gemäß der zweiten Modifizierung des ersten Beispiels;
    • 14A und 14B sind Querschnittsprozessansichten im Anschluss an 13C des Herstellungsverfahrens für den MOSFET gemäß der zweiten Modifizierung des ersten Beispiels;
    • 15 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Struktur des MOSFET gemäß einer dritten Modifizierung des ersten Beispiels;
    • 16A bis 16D sind Querschnittsprozessansichten des Herstellungsverfahrens für den MOSFET gemäß der dritten Modifizierung des ersten Beispiels;
    • 17A bis 17B sind Querschnittsprozessansichten im Anschluss an 16D des Herstellungsverfahrens für den MOSFET gemäß der dritten Modifizierung des ersten Beispiels;
    • 18A und 18B sind Querschnittsprozessansichten im Anschluss an 17B des Herstellungsverfahrens für den MOSFET gemäß der dritten Modifizierung des ersten Beispiels;
    • 19 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Halbleiterherstellungsvorrichtung (Oxidationsofen) gemäß einem zweiten Beispiel veranschaulicht;
    • 20 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Halbleiterherstellungsvorrichtung (Oxidationsofen) gemäß dem zweiten Beispiel veranschaulicht;
    • 21 ist ein Flussdiagramm, das den Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß dem zweiten Beispiel veranschaulicht;
    • 22 ist ein Zeitdiagramm, das die Temperaturveränderungen des Oxidationsfilmbildungsprozesses gemäß dem zweiten Beispiel veranschaulicht;
    • 23 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines MOS-Kondensators veranschaulicht, der einen Oxidationsfilm enthält;
    • 24 ist ein Kurvendiagramm, das die Messwerte der Dichten der Grenzflächenebenen des Oxidationsfilms eines Beispiels und des Oxidationsfilms eines Vergleichsbeispiels veranschaulicht;
    • 25 ist ein Kurvendiagramm, das die Messwerte der Dichten der Grenzflächenebenen bei verschiedenen Oxidationsfilmbildungstemperaturen veranschaulicht;
    • 26 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Halbleiterherstellungsvorrichtung (Oxidationsofen) gemäß einer ersten Modifizierung des zweiten Beispiels veranschaulicht;
    • 27 ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Halbleiterherstellungsvorrichtung (Oxidationsofen) gemäß der ersten Modifizierung des zweiten Beispiels veranschaulicht; und
    • 28 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Halbleiterherstellungsvorrichtung (Oxidationsofen) gemäß der zweiten Modifizierung des zweiten Beispiels veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen werden im Folgenden ein erstes und ein zweites Beispiel im Detail erläutert. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden gleichen oder ähnlichen Abschnitten die gleichen oder ähnliche Bezugszahlen zugewiesen. Die Zeichnungen sind schematisch, und es ist anzumerken, dass die Beziehung zwischen Dicke und planaren Abmessungen, der Dickenproportion jeder Schicht und dergleichen von den tatsächlichen Werten verschieden sind. Dementsprechend sind die konkreten Dicken oder Abmessungen unter Bezug auf die folgende Beschreibung zu bestimmen. Darüber hinaus sind in einigen Zeichnungen Abschnitte mit unterschiedlichen Abmessungsbeziehungen und Proportionen veranschaulicht.
  • Darüber hinaus demonstrieren die unten gezeigten erstes und zweites Beispiel beispielhaft eine Halbleiterherstellungsvorrichtung und eine Halbleitervorrichtung zum Verkörpern der technischen Ideen der vorliegenden Erfindung. Die technischen Ideen der vorliegenden Erfindung spezifizieren nicht die Materialien der einzelnen Komponenten, und ihre Form, Struktur und Anordnung können sich von den unten beschriebenen unterscheiden. Die technische Idee der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedene Weise abgeändert werden, ohne von dem durch die Ansprüche vorgeschriebenen technischen Schutzumfang abzuweichen.
  • Des Weiteren ist der Leitfähigkeitstyp der in dieser Spezifikation beschriebenen Halbleitervorrichtung nur ein Beispiel und braucht nicht auf die Auswahl des Leitfähigkeitstyps beschränkt zu sein, der in der folgenden Beschreibung verwendet wird. In der Spezifikation und den begleitenden Zeichnungen sind die Majoritätsträger Elektronen oder Löcher in mit „n“ bzw. „p“ bezeichneten Schichten oder Regionen. Ein hochgestelltes + oder -, das dem „n“ oder „p“ angehängt ist, bedeutet, dass die Störatomkonzentration verglichen mit der einer Halbleiterregion ohne angehängtes + und - relativ hoch ist. Wenn „n“ oder „p“ eine ähnliche Bezeichnung mit einem + oder - haben, so meint die Bezeichnung eine ähnliche Konzentration, aber die Konzentration ist nicht immer die gleiche. In der Spezifikation meint ein mit „-“ dargestellter Millerscher Index einen Balken, gefolgt von dem Index, und die Bezeichnung „-“ vor dem Index bedeutet, dass der Index ein negativer Index ist.
  • In der Spezifikation sind Definitionen von „oberer“ und „unterer“ einer „Oberseite“, einer „Unterseite“ und dergleichen lediglich eine Art des Ausdrucks im Zusammenhang mit einer veranschaulichten Querschnittsansicht. Wenn zum Beispiel die Ausrichtung der Halbleitervorrichtung um 90 Grad geändert wird, so entsprechen die Bezüge „oberer“ und „unterer“ links und rechts, und wenn die Ausrichtung der Halbleitervorrichtung um 180 Grad geändert wird, so wird die Beziehung zwischen „oberer“ und „unterer“ umgekehrt.
  • <HALBLEITERHERSTELLUNGSVORRICHTUNG>
  • Wie in 1 veranschaulicht, ist eine Halbleiterherstellungsvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel ein Oxidationsofen, der enthält: ein Reaktionsrohr 101 aus im Wesentlichen zylindrischem Quarz zum Speichern einer zu verarbeitenden Basis 100 aus SiC, eine Heizeinheit 102, die am Umfangsrand des Reaktionsrohres 101 angeordnet ist, und einen Suszeptor 103, der in dem Reaktionsrohr 101 angeordnet wird und der mehrere der zu verarbeitenden Basen 100 halten kann. Die zu verarbeitende Basis 100 aus SiC hat eine Einschichtstruktur eines SiC-Substrats oder eine Mehrschichtstruktur, bei der die oberste Fläche eine SiC-Schicht aufweist. Der Suszeptor 103 besteht bevorzugt aus einem Material, das SiC enthält. Die Heizeinheit 102 kann zum Beispiel eine Infrarotlampe sein.
  • Die stromaufwärtige Seite des Reaktionsrohres 101 ist mit einem Ende von mehreren Gaszuleitungsrohren 105 bzw. 106 verbunden. Das andere Ende des Gaszuleitungsrohres 105 ist mit einer Inertgaszufuhrquelle 113 verbunden. Das andere Ende des Gaszuleitungsrohres 106 ist mit einer Oxidationsmittelzufuhrquelle 114 verbunden. In der Mitte des Pfades der Gaszuleitungsrohre 105 und 106 sind Gasventile 107 und 108 angeordnet, die eine Gasströmungsrate justieren können. Die Inertgaszufuhrquelle 113 liefert Inertgas, wie zum Beispiel Argon (Ar), Helium (He), Stickstoff (N2) oder ein Mischgas aus diesen Gasen zu dem Reaktionsrohr 101 über das Gaszuleitungsrohr 105. Die Oxidationsmittelzufuhrquelle 114 liefert Umgebungsgas, das ein Oxidationsmittel (Oxidationsgas) enthält, wie zum Beispiel O2, Wasserdampf, NO, N2O oder ein Mischgas aus diesen Gasen, über das Gaszuleitungsrohr 106 zu dem Reaktionsrohr 101. In einem POA-Prozess, der später noch beschrieben wird, liefert die Oxidationsmittelzufuhrquelle 114 Umgebungsgas, wie zum Beispiel O2, Wasserdampf, NO, NO2, Ammoniak (NH3)-Gas oder ein Mischgas aus diesen Gasen, über das Gaszuleitungsrohr 106 zu dem Reaktionsrohr 101.
  • Das stromabwärtige Ende des Reaktionsrohres 101 ist über ein Evakuierungsrohr 109 mit einer Vakuumpumpe 110 verbunden. Die Vakuumpumpe 110 kann zum Beispiel eine Turbomolekularpumpe, eine Kryopumpe oder eine Rotationspumpe sein. Das Innere des Reaktionsrohres 101 enthält eine Temperaturmesseinheit 112, die die Temperaturen des Inneren des Reaktionsrohres 101 und der zu verarbeitenden Basis 100 misst. Die Temperaturmesseinheit 112 kann zum Beispiel ein Thermopaar vom Typ B sein (Rhodium 30 % Platin-Rhodium-Legierung-Rhodium 6 % Platin-Rhodium-Legierung). Das Innere des Reaktionsrohres 101 enthält ein Oxidationsmittelkonzentrationsmessgerät 111, das den Partialdruck der Konzentration des Oxidationsmittels in dem Gas in dem Reaktionsrohr 101 messen kann.
  • Die Temperaturmesseinheit 112, das Oxidationsmittelkonzentrationsmessgerät 111, die Heizeinheit 102, die Gasventile 107 und 108 und die Vakuumpumpe 110 sind elektrisch mit einer Steuereinheit 120 verbunden. Die Steuereinheit 120 steuert die Heiztemperatur der Heizeinheit 102, die Inertgasströmungsrate, die Oxidationsmittelströmungsrate oder die Austragsmenge der Vakuumpumpe 110 zum Beispiel auf der Basis der durch die Temperaturmesseinheit 112 gemessenen Temperaturen des Inneren des Reaktionsrohres 101 und der zu verarbeitenden Basis 100 und der durch das Oxidationsmittelkonzentrationsmessgerät 111 gemessenen Oxidationsmittelkonzentration. Die Steuereinheit 120 wird zum Beispiel durch einen Mikroprozessor oder einen Speicher, der die Funktion einer zentralen Verarbeitenseinheit (CPU) aufweist, implementiert.
  • <VERFAHREN ZUM BILDEN DES OXIDATIONSFILMS>
  • Als Nächstes wird anhand von 1 bis 3 ein Beispiel eines Oxidationsfilmbildungsprozesses erläutert, der die in 1 veranschaulichte Halbleiterherstellungsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel verwendet. Der Oxidationsfilmbildungsprozess enthält, wie in dem Flussdiagramm von 2 veranschaulicht, einen Prozess bei erhöhter Temperatur von Schritt S10, einen Oxidationsprozess von Schritt S11, einen Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S12 und einen Prozess mit geringerer Temperatur von Schritt S13.
  • Wie in 1 veranschaulicht, wird die zu verarbeitende Basis 100 aus SiC als Körpermaterial im Voraus an dem Suszeptor 103 in dem Reaktionsrohr 101 befestigt. Dieses Beispiel ist die diskontinuierliche Arbeitsweise, bei der mehrere der zu verarbeitenden Basen 100 an dem Suszeptor 103 angeordnet werden. Jedoch kann der Suszeptor 103 auch vom Bahntyp 1 sein, an dem eine einzelne zu verarbeitende Basis 100 angeordnet wird. Im Fall des Bahntyps 1 kann das Reaktionsrohr 101 eine geringere Kapazität haben, und die Atmosphärenersetzung kann effizienter ausgeführt werden.
  • Als Erstes wird der Prozess bei erhöhter Temperatur von Schritt S10 von 2 ausgeführt. Wie in 3A veranschaulicht, wird in dem Prozess bei erhöhter Temperatur bei den Zeitpunkten t10 bis t11 die Heizeinheit 102 dafür verwendet, die zu verarbeitende Basis 100 zu erwärmen, um die Temperatur des Inneren des Reaktionsrohres 101 und der zu verarbeitenden Basis 100 zu erhöhen, bis eine vorgegebene Temperatur T1 erreicht ist, bei der SiC thermisch oxidiert werden kann.
  • Als Nächstes wird der Oxidationsprozess von Schritt S11 von 2 ausgeführt. In dem Oxidationsprozess wird, wie in 3A veranschaulicht, die Heizeinheit 102 dafür verwendet, das Erwärmen an den Zeitpunkten t11 bis t12 fortzusetzen. Die durch die Temperaturmesseinheit 112 gemessene Temperatur T1 der zu verarbeitenden Basis 100 wird innerhalb eines Temperaturbereichs von etwa mindestens 1250 °C bis etwa maximal 1600 °C, innerhalb dem SiC thermisch oxidiert werden kann, gehalten. Die Oxidationsmittelzufuhrquelle 114 liefert Umgebungsgas, das ein Oxidationsmittel enthält, wie zum Beispiel O2, Wasserdampf, NO, N2O oder ein Mischgas aus diesen Gasen, in das Reaktionsrohr 101, um eine trockene Sauerstoffatmosphäre in dem Inneren des Reaktionsrohres 101 bereitzustellen. Dadurch ist es folglich möglich, die Oberfläche der zu verarbeitenden Basis 100 in der trockenen Sauerstoffatmosphäre, die einen atmosphärischen Druck aufweist, thermisch zu oxidieren, um einen SiO2-Film auszubilden, der zum Beispiel eine Dicke von etwa 30 nm aufweist.
  • Als Nächstes wird der Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S12 von 2 ausgeführt. In dem Atmosphärenersetzungsprozess, wie in 3A veranschaulicht, wird an den Zeitpunkten t12 bis t13 die Vakuumpumpe 110 bei der Temperatur T1 von zum Beispiel mindestens 1250 °C verwendet, um das Innere des Reaktionsrohres 101 zu evakuieren, um dadurch das oxidationsmittelhaltige Umgebungsgas, das in dem Reaktionsrohr 101 verblieben ist, zu entfernen. Dadurch ist es folglich möglich, den durch das Oxidationsmittelkonzentrationsmessgerät 111 gemessenen Partialdruck des Oxidationsmittels auf 10 Pa oder weniger zu senken.
  • Als Nächstes lässt man an den Zeitpunkten t13 bis t14 von der Inertgaszufuhrquelle 113 bei der Temperatur T1 von mindestens 1250 °C Inertgas, wie zum Beispiel Ar, He, N2 oder ein Mischgas aus diesen Gasen, in das Reaktionsrohr 101 strömen, um dadurch den Druck in dem Reaktionsrohr 101 auf den atmosphärischen Druck zu erhöhen, wodurch das Innere des Reaktionsrohres 101 durch eine Inertgasatmosphäre ersetzt wird. Es ist zu beachten, dass der Atmosphärenersetzungsprozess bei der gleichen Temperatur wie der Oxidationsprozess ausgeführt werden kann oder bei einer Temperatur ausgeführt werden kann, die sich von der des Oxidationsprozesses unterscheidet (eine Temperatur, die höher oder niedriger ist als die des Oxidationsprozesses).
  • Als Nächstes wird der Prozess mit geringerer Temperatur von Schritt S13 von 2 ausgeführt. In dem Prozess mit geringerer Temperatur, wie in 3A veranschaulicht, wird an den Zeitpunkten t14 bis t15 das Erwärmen durch die Heizeinheit 102 gestoppt, um das Innere des Reaktionsrohres 101 und die zu verarbeitende Basis 100 in der Ar-Atmosphäre abzukühlen, bis 800 °C oder weniger erreicht sind, wodurch die Temperatur gesenkt wird. Danach wird die zu verarbeitende Basis 100, auf der ein SiO2-Film ausgebildet ist, aus dem Reaktionsrohr 101 herausgenommen, womit der Oxidationsfilmbildungsprozess abgeschlossen ist.
  • Es ist zu beachten, dass in dem Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S12 die Evakuierung unter Verwendung der Vakuumpumpe 110, wie in 3A veranschaulicht, dadurch ersetzt werden kann, indem man an den Zeitpunkten t12 bis t14, wie in 3B veranschaulicht, Inertgas, wie zum Beispiel Ar, in das Reaktionsrohr 101 einleitet, um das in dem Reaktionsrohr 101 verbliebene Oxidationsmittel zu verdünnen, um dadurch den Partialdruck des Oxidationsmittels in dem Reaktionsrohr 101 aus 10 Pa oder weniger zu verringern und die Atmosphäre zu ersetzen.
  • In dem Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S12, wie in 3C veranschaulicht, braucht nur die Evakuierung unter Verwendung der Vakuumpumpe 110 an den Zeitpunkten t12 bis t14 ausgeführt zu werden, um den durch das Oxidationsmittelkonzentrationsmessgerät 111 gemessenen Partialdruck des Oxidationsmittels auf 10 Pa oder weniger zu senken, und es ist keine anschließende Verarbeitung erforderlich, um Inertgas einzuleiten, wie in 3A veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass die Kühleffektivität durch das Inertgas verloren geht, wodurch sich die Zeit verlängert, die für den anschließenden Prozess mit geringerer Temperatur erforderlich ist.
  • <HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR DIE HALBLEITERVORRICHTUNG>
  • Als Nächstes wird ein Fall erläutert, wo der in 4 veranschaulichte MOS-Kondensator als ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für eine SiC-Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Beispiel hergestellt wird. Der in 4 veranschaulichte MOS-Kondensator enthält ein SiC-Substrat vom n+-Typ 1, eine SiC-Schicht vom n-Typ 2, die auf dem SiC-Substrat 1 angeordnet ist, einen Kondensatorisolierfilm (SiO2-Film) 3, der auf der SiC-Schicht 2 angeordnet ist, eine Elektrode 4, die auf dem Kondensatorisolierfilm 3 angeordnet ist, und eine Elektrode 5, die an der Unterseite des SiC-Substrats 1 angeordnet ist. Das SiC-Substrat 1 und die SiC-Schicht 2 bilden die zu verarbeitende Basis (1, 2) gemäß dem ersten Beispiel Die SiC-Schicht 2, der Kondensatorisolierfilm (SiO2-Film) 3 und die Elektrode 4 bilden einen Kondensator.
  • Als Nächstes wird anhand von 5A bis 5D ein Beispiel des Herstellungsverfahrens für den in 4 veranschaulichten MOS-Kondensator erläutert, das den Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß dem ersten Beispiel enthält.
  • Als Erstes wird das SiC-Substrat vom n+-Typ 1 hergestellt, das eine Störatomkonzentration von etwa 7×1017 bis 5×1018 cm-3 aufweist. Das SiC-Substrat 1 kann zum Beispiel ein 4H-SiC (0001)-Substrat (ein Substrat, das 0 bis 8 Grad von der (0001)-Ebene abweicht) sein. Wie in 5A veranschaulicht, wird die SiC-Schicht vom n-Typ (Epitaxialschicht) 2, die eine Störatomkonzentration von etwa 5×1016 cm-3 von etwa 5 µm aufweist, auf dem SiC-Substrat 1 gezüchtet, wodurch die zu verarbeitende Basis (1, 2) entsteht, die das SiC-Substrat 1 und die SiC-Schicht 2 aufweist. Die zu verarbeitende Basis (1, 2) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat bevorzugt eine flache Oberfläche, die eine spezielle Oberfläche mit einfacher Ausrichtung definiert. Die zu verarbeitende Basis (1, 2) hat nach dem epitaxialen Züchten ebenfalls eine flache Oberfläche, die 0 bis 8 Grad von der (0001)-Ebene abweicht, als eine spezielle Oberfläche mit einfacher Ausrichtung.
  • Als Nächstes wird die zu verarbeitende Basis (1, 2), nachdem sie gewaschen wurde, in dem in 1 veranschaulichten Oxidationsofen gespeichert, um den oben beschriebenen Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß dem ersten Beispiel auszuführen. Infolge dessen, wie in 5B veranschaulicht, entsteht der Kondensatorisolierfilm 3 aus einen SiO2-Film, der eine Dicke von etwa 30 nm aufweist, auf der gesamten Oberseite der SiC-Schicht 2, und außerdem entsteht ein SiO2-Film 3x auf der gesamten Unterseite des SiC-Substrats 1.
  • Als Nächstes wird zum Beispiel ein Verdampfungsverfahren bei Raumtemperatur oder ein Sputterverfahren verwendet, um, wie in 5C veranschaulicht, einen metallischen Film 4, wie zum Beispiel Aluminium (A1), auf der gesamten Oberseite des Kondensatorisolierfilms 3 abzuscheiden. Danach wird ein Photoresistfilm auf den metallischen Film 4 aufbeschichtet, und eine Fotolithografietechnik wird dafür verwendet, einen Photoresistfilm zu strukturieren. Der abgegrenzte Photoresistfilm wird als eine Maske verwendet, und es wird zum Beispiel ein Trockenätzen verwendet, um selektiv einen Teil des metallischen Films 4 zu entfernen, wodurch die punktartige Elektrode 4 entsteht, wie in 5D veranschaulicht.
  • Als Nächstes wird zum Beispiel Schleifen oder Nassätzen dafür verwendet, den SiO2-Film 3x der Unterseite des SiC-Substrats 1 zu entfernen. Danach wird zum Beispiel ein Verdampfungsverfahren oder ein Sputterverfahren verwendet, um zum Beispiel, wie in 4 veranschaulicht, die Elektrode 5 aus A1 auf der gesamten Unterseite des SiC-Substrats 1 zu bilden, um dadurch einen MOS-Kondensator zu vollenden.
  • Gemäß dem ersten Beispiel wird, wenn der Kondensatorisolierfilm 3 aus dem SiO2-Film des MOS-Kondensators gebildet wird, der Partialdruck des Oxidationsmittels in dem Reaktionsrohr 101 in dem Atmosphärenersetzungsprozess gesenkt bis 10 Pa oder weniger erreicht sind, wodurch es ermöglicht wird, dass der Partialdruck des Oxidationsmittels am Beginn des Prozesses mit geringerer Temperatur 10 Pa oder weniger erreicht. Dadurch kann folglich die Grenzflächen-Niveaudichte zwischen SiC und SiO2 verringert werden. Somit kann ein hochwertiger Oxidationsfilm 3 auf der SiC-Schicht 2 gebildet werden.
  • <ERSTES BEISPIEL>
  • Als das erste Beispiel wurde der in 4 veranschaulichte MOS-Kondensator hergestellt. In dem Prozess des Bildens eines Kondensatorisolierfilms eines MOS-Kondensators wurde der in 2 und 3A veranschaulichte Oxidationsfilmbildungsprozess ausgeführt. In dem Oxidationsprozess von Schritt S11 wird die zu verarbeitende Basis (1, 2), die durch das SiC-Substrat 1 und die SiC-Schicht 2, ähnlich jener von 5A, implementiert wird, bei 1400 °C in der trockenen Sauerstoffatmosphäre, die einen atmosphärischen Druck aufweist, oxidiert, um den Kondensatoroxidationsfilm 3 mit einer Dicke von 30 nm auf der Oberfläche der SiC-Schicht 2 zu bilden. In dem Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S12 wird die Vakuumpumpe 110 bei 1400 °C verwendet, um das Oxidationsmittel in dem Reaktionsrohr 101 zu entfernen, damit der Partialdruck des Oxidationsmittels (Sauerstoff) 10 Pa oder weniger betragen kann. Danach wird Ar in das Reaktionsrohr 101 hineingeleitet, und der Druck in dem Reaktionsrohr 101 wird auf den atmosphärischen Druck eingestellt. In dem Prozess mit geringerer Temperatur von Schritt S13 wird die Temperatur der zu verarbeitenden Basis (1, 2), auf der der Kondensatoroxidationsfilm 3 ausgebildet ist, in der Ar-Atmosphäre gesenkt, bis 800 °C oder weniger erreicht sind, woraufhin die zu verarbeitende Basis (1, 2) auf der der Kondensatoroxidationsfilm 3 ausgebildet wurde, aus dem Reaktionsrohr 101 genommen wird.
  • Das Vergleichsbeispiel A unterscheidet sich von dem ersten Beispiel dadurch, dass nach dem Oxidationsprozess kein Atmosphärenersetzungsprozess ausgeführt wird und statt dessen der Prozess mit geringerer Temperatur unmittelbar in der Sauerstoffatmosphäre bei atmosphärischem Druck gestartet wird. Ein Verfahren, das in den anderen Punkten ähnlich ist, wird verwendet, um einen MOS-Kondensator herzustellen. Das Vergleichsbeispiel B unterscheidet sich dadurch, dass die Vakuumpumpe 110 in dem Atmosphärenersetzungsprozess dafür verwendet wird, den Partialdruck des Oxidationsmittels auf 100 Pa zu senken, woraufhin der Prozess mit geringerer Temperatur gestartet wird, um Ar einzuleiten (d. h. es wird veranlasst, dass das Oxidationsmittel einen anderen Partialdruck hat). Ein Verfahren, das in den anderen Punkten ähnlich ist, wird verwendet, um einen MOS-Kondensator herzustellen.
  • Die MOS-Kondensatoren gemäß dem ersten Beispiel und den Vergleichsbeispielen A und B werden durch ein C-V-Messgerät gemessen, um die Differenz der Grenzflächen-Niveaudichte Dit auf der Basis der High-Low-Technik zu untersuchen, die eine 1 MHz-C-V-Kennlinie und eine quasi-statische C-V-Kennlinie verwendet. 6 veranschaulicht die Grenzflächen-Niveaudichten Dit, die aus dem Messergebnis des MOS-Kondensators gemäß dem ersten Beispiel zusammen mit den Vergleichsbeispielen A und B erhalten wurden. In 6 repräsentiert die horizontale Achse die Energie der Grenzflächenebene in dem Bandabstand (Ec repräsentiert ein Leitungsbandenergie-Ende), während die vertikale Achse die Grenzflächen-Niveaudichte Dit repräsentiert.
  • Wie in 6 veranschaulicht, wenn das Vergleichsbeispiel A mit dem Vergleichsbeispiel B hinsichtlich der Atmosphäre während des Prozesses mit geringerer Temperatur verglichen wird, zeigt das Vergleichsbeispiel B eine höhere Effektivität als das Vergleichsbeispiel A beim Verringern der Grenzflächen-Niveaudichte Dit mit einer tiefen Energie (oder hohem Ec-E), während das Vergleichsbeispiel B eine geringere Effektivität beim Verringern der Dichte der Grenzflächenebene Dit mit einer flachen Energie zeigt. Andererseits zeigt das erste Beispiel eine Effektivität beim Verringern der Grenzflächen-Niveaudichte Dit sowohl im Fall der Grenzflächenebene mit einer tiefen Energie als auch der Grenzflächenebene mit einer flachen Energie.
  • Wie oben beschrieben, konnte gemäß dem ersten Beispiel, durch Absenken des Partialdrucks des Oxidationsmittels in dem Reaktionsrohr 101 während des Prozesses mit geringerer Temperatur auf 10 Pa oder weniger, die sich aus dem Kohlenstoff herleitende Defektebenendichte, die sich an der Grenzfläche zwischen SiC und SiO2 abtrennt, auf 2×1012 cm-2 oder weniger verringert werden, wodurch die Grenzflächen-Niveaudichte Dit verringert wurde.
  • <Zweites Beispiel>
  • Als Nächstes werden, als das zweite Beispiel, mehrere MOS-Kondensatoren wie in dem ersten Beispiel bei einer anderen Temperatur in dem Oxidationsprozess hergestellt. In dem Oxidationsprozess wird die Oxidation in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre, die bei 1150 °C, 1200 °C, 1250 °C, 1300 °C, 1450 °C und 1600 °C einen atmosphärischen Druck aufweist, ausgeführt, um Kondensatoroxidationsfilme mit einer Dicke von 30 nm auf einer SiC-Schicht zu bilden. Die jeweiligen MOS-Kondensatoren werden als die zweiten Beispiele A bis F angenommen.
  • Die MOS-Kondensatoren gemäß den zweiten Beispielen A bis F werden durch das C-V-Messgerät gemessen, um die Differenz der Grenzflächen-Niveaudichte Dit auf der Basis der High-Low-Technik zu untersuchen, welche des 1 MHz-C-V-Kennlinie und die quasi-statische C-V-Kennlinie verwendet. 7 veranschaulicht die Grenzflächen-Niveaudichte Dit, die aus den Messergebnissen der zweiten Beispiele A bis F erhalten wurden. Wie in 7 veranschaulicht, zeigen die Beispiele A, B und C, die eine Oxidationstemperatur von maximal 1250 °C haben, die Abnahme der Grenzflächen-Niveau dichte Dit gemäß dem Ansteigen der Oxidationstemperatur. Andererseits zeigen die Beispiele D, E und F, die eine Oxidationstemperatur von mindestens 1300 °C haben, keine signifikante Differenz bei der Grenzflächen-Niveaudichte.
  • Das zweite Beispiel zeigt, dass der Oxidationsprozess, der bei maximal 1250 °C ausgeführt wird, für eine Erhöhung der Grenzflächen-Niveaudichte Dit sorgt. Wenn also der Oxidationsprozess bei maximal 1250 °C ausgeführt wird, so ist es besonders effektiv, dass der Prozess mit geringerer Temperatur mit einem Partialdruck des Oxidationsmittels von 10 Pa oder weniger ausgeführt wird, um dadurch die Grenzflächen-Niveaudichte Dit zu verringern.
  • <ERSTE MODIFIZIERUNG>
  • Ein modifiziertes Beispiel des Oxidationsfilmbildungsprozesses als eine erste Modifizierung des ersten Beispiels wird erläutert. Der Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß der ersten Modifizierung des ersten Beispiels enthält, wie in 8 veranschaulicht, den Prozess bei erhöhter Temperatur von Schritt S20, den Oxidationsprozess von Schritt S21, den POA-Prozess von Schritt S22, den Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S23 und den Prozess mit geringerer Temperatur von Schritt S24. Insbesondere unterscheidet sich die erste Modifizierung von dem Verfahren des Oxidationsfilmbildungsprozesses gemäß dem ersten Beispiel die in 2 veranschaulicht ist, dadurch, dass der POA-Prozess von Schritt S22 zwischen dem Oxidationsprozess von Schritt S21 und dem Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S23 hinzugefügt wird.
  • Der Prozess bei erhöhter Temperatur wird in Schritt S20 von 8 ausgeführt. In dem Prozess bei erhöhter Temperatur, wie in 9A veranschaulicht, wird an den Zeitpunkten t20 bis t21 die Temperatur auf die vorgegebene Temperatur T1 durch Erwärmen mit der Heizeinheit 102 angehoben. Als Nächstes wird in Schritt S21 von 8 der Oxidationsprozess ausgeführt. In dem Oxidationsprozess wird, wie in 9A veranschaulicht, an den Zeitpunkten t21 bis t22, wie in dem Oxidationsprozess von Schritt S11, die Oberfläche der zu verarbeitenden Basis 100 thermisch durch Zuführen von Gas, das ein Oxidationsmittel enthält, oxidiert, während die Oberfläche auf die vorgegebene Temperatur T1 (etwa 1250 °C bis etwa 1600 °C) erwärmt wird, wodurch ein SiO2-Film entsteht.
  • Als Nächstes wird der POA-Prozess in Schritt S22 von 8 ausgeführt. Ein Absenken der Temperatur in der Sauerstoffatmosphäre vor dem POA-Prozess verursacht schlechte Grenzflächeneigenschaften. Darum wird, wie in 9A veranschaulicht, der POA-Prozess bei der gleichen Temperatur T1 ausgeführt, ohne dass ein Absenken der Temperatur des Oxidationsprozesses herbeigeführt wird. Bei den Zeitpunkten t23 bis t24 wird eine Wärmebehandlung (Ausheilen) ausgeführt, während man die Oxidationsmittelzufuhrquelle 114 Umgebungsgas, das zum Beispiel O2, Wasserdampf, NO, NO2, NH3 oder ein Mischgas aus diesen Gasen enthält, in das Reaktionsrohr 101 einleiten lässt.
  • Das Einleiten des Umgebungsgases, das zum Beispiel O2, Wasserdampf, NO, NO2, NH3 oder ein Mischgas aus diesen Gasen enthält, in das Reaktionsrohr 101 kann auch unmittelbar nach den Zeitpunkten t22 gestartet werden, ohne dass ein Intervall zwischen den Zeiten t22 bis t23 vorhanden ist. Insbesondere kann an den Zeitpunkten t22 bis t24 die Wärmebehandlung (Ausheilen) auch ausgeführt werden, während das Umgebungsgas in das Reaktionsrohr 101 eingeleitet wird. Wenn der Oxidationsprozess von Schritt S21 zu dem POA-Prozess von Schritt S22 von den Zeitpunkten t22 bis t23 verschoben wird, und wenn die Temperatur auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur des Oxidationsprozesses gesenkt wird (zum Beispiel etwa 1000 °C bis etwa 1100 °C), so wird des Weiteren bevorzugt der Atmosphärenersetzungsprozess auch vor dem Absenken der Temperatur hinzugefügt.
  • Als Nächstes wird der Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S23 von 8 ausgeführt. In dem Atmosphärenersetzungsprozess, wie in 9A veranschaulicht, wird an den Zeitpunkten t24 bis t25 die Vakuumpumpe 110 bei der vorgegebenen Temperatur T1 verwendet, um das Innere des Reaktionsrohres 101 zu evakuieren, um dadurch das Umgebungsgas, das in dem POA-Prozess verwendet wird und in dem Reaktionsrohr 101 verblieben ist, zu entfernen, wodurch der Partialdruck des Oxidationsmittels in dem Reaktionsrohr 101 auf 10 Pa oder weniger verringert wird.
  • Als Nächstes wird an den Zeitpunkten t25 bis t26 das Inertgas von der Inertgaszufuhrquelle 113 in das Reaktionsrohr 101 eingeleitet, um die Ersetzung durch eine Inertgasatmosphäre auszuführen. Der Atmosphärenersetzungsprozess kann die gleiche Temperatur haben wie der POA-Prozess, oder kann eine andere Temperatur haben als der Oxidationsprozess (eine Temperatur höher oder niedriger als die des Oxidationsprozesses).
  • Als Nächstes wird in Schritt S24 von 8 der Prozess mit geringerer Temperatur ausgeführt. In dem Prozess mit geringerer Temperatur, wie in 9A veranschaulicht, wird an den Zeitpunkten t26 bis t27 die Heizeinheit 102 gestoppt, um die Temperatur auf eine vorgegebene Temperatur (zum Beispiel 800 °C oder weniger) in der Inertgasatmosphäre zu senken.
  • Gemäß der ersten Modifizierung kann selbst dann, wenn der POA-Prozess nach dem Oxidationsprozess ausgeführt wird, in dem Atmosphärenersetzungsprozess nach dem POA-Prozess der Partialdruck des Oxidationsmittels in dem Reaktionsrohr 101 auf 10 Pa oder weniger verringert werden, damit der Partialdruck des Oxidationsmittels am Beginn des Prozesses mit geringerer Temperatur 10 Pa oder weniger beträgt, wodurch die Dichte der Grenzflächenebene zwischen SiC und SiO2 verringert wird. Dadurch kann ein hochwertiger SiO2-Film auf der Oberfläche der zu verarbeitenden Basis 100 ausgebildet werden.
  • Es ist zu beachten, dass in dem Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S23 von 8, ohne Ausführen der Evakuierung unter Verwendung der Vakuumpumpe 110, wie in 9A veranschaulicht, das Inertgas, wie zum Beispiel Ar, an den Zeitpunkten t24 bis t26 in das Reaktionsrohr 101 eingeleitet werden kann, wie in 9B veranschaulicht, um das Oxidationsmittel zu verdünnen, um den Partialdruck des Oxidationsmittels in dem Reaktionsrohr 101 auf 10 Pa oder weniger zu senken, wodurch die Atmosphäre ersetzt wird.
  • In dem Atmosphärenersetzungsprozess von Schritt S23 von 8, wie in 9C veranschaulicht, kann die Evakuierung unter Verwendung der Vakuumpumpe 110 an den Zeitpunkten t24 bis t26 ausgeführt werden, um nur eine Verarbeitung auszuführen, bei der der durch das Oxidationsmittelkonzentrationsmessgerät 111 gemessene Partialdruck des Oxidationsmittels gesenkt wird, wodurch die Notwendigkeit eines anschließenden Einleitens von Inertgas, wie in 9A veranschaulicht, beseitigt wird. Es ist zu beachten, dass, da die Kühleffektivität durch das Inertgas verloren geht, die erforderliche Zeit für den anschließenden Prozess mit geringerer Temperatur länger ist.
  • <ZWEITE MODIFIZIERUNG>
  • Es wird ein Verfahren zum Herstellen des in 10 veranschaulichten horizontalen MOSFET als ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Modifizierung des ersten Beispiels erläutert. Wie in 10 veranschaulicht, enthält die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Modifizierung des ersten Beispiels ein SiC-Substrat vom p+-Typ 6 und eine Epitaxialschicht vom p-Typ 7, die auf dem SiC-Substrat 6 angeordnet ist. Auf dem oberen Teil der Epitaxialschicht 7 werden eine Drain-Region 12, eine Source-Region 13 und einen Ground-Region (Kontaktregion) 14 ausgebildet. Reaktionsschichten 20a und 20b aus SiC und Metall werden auf der Drain-Region 12, der Source-Region 13 und der Ground-Region 14 angeordnet. Elektroden 21a und 21b werden auf den Reaktionsschichten 20a und 20b angeordnet. Die Elektrode 22 wird auf der Unterseite des SiC-Substrats 6 angeordnet. Eine Gatterelektrode 18 wird auf der Epitaxialschicht 7 über einen Gatterisolierfilm 17 aus einem SiO2-Film angeordnet. Eine Elektrode 21c wird auf der Gatterelektrode 18 angeordnet.
  • Als Nächstes wird anhand von 11a bis 13C ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Modifizierung gemäß des ersten Beispiels erläutert.
  • Als Erstes wird das 4H-SiC-Substrat, das eine Störatomkonzentration von etwa 5×1017 bis 3×1018 cm-3 aufweist ((000-1)-Ebene mit 0 bis 8 Grad Abweichung vom Substrat, bevorzugt 0 bis 4 Grad Abweichung vom Substrat), als das SiC-Substrat vom p+-Typ 6 hergestellt. Dann wird, wie in 11A veranschaulicht, die Epitaxialschicht vom p-Typ 7, die eine Störatomkonzentration von etwa 1×1016 cm-3 aufweist, auf dem SiC-Substrat 6 gezüchtet, wodurch die zu verarbeitende Basis (6, 7) entsteht, die das SiC-Substrat 6 und die Epitaxialschicht 7 aufweist.
  • Als Nächstes wird der SiO2-Film, der eine Dicke von 1 µm aufweist, zum Beispiel durch eine Niederdruck (Low Pressure, LP)-CVD-Technik auf der Oberfläche der Epitaxialschicht 7 abgeschieden. Dann wird eine Fotolithografietechnik verwendet, um einen Teil des SiO2-Films selektiv zu entfernen, wodurch eine Struktur einer Maske 8 aus einem SiO2-Film gebildet wird, wie in 11B veranschaulicht. Danach wird die Maske 8 dafür verwendet, eine selektive Ionenimplantierung beispielsweise unter Verwendung von Phosphorionen 9 in Verbindung mit einer Substrattemperatur von 500 °C, einer Mehrstufenbeschleunigungsenergie von 40 keV bis 250 keV und einer Dosismenge von 2×1015 bis 1×1016 cm-2 bei jede Stufe, dergestalt auszuführen, dass eine abschließende Implantierungsmenge von 1×1020 bis 1×1021 cm-3 erreicht wird. Danach wird die Maske 8 beispielsweise durch Trockenätzen entfernt.
  • Als Nächstes wird der SiO2-Film, der eine Dicke von 1 µm aufweist, auf der Oberfläche der Epitaxialschicht 7 durch ein LPCVD-Verfahren abgeschieden. Mittels einer Fotolithografietechnik wird ein Teil des SiO2-Films selektiv entfernt, um dadurch, wie in 11C veranschaulicht, die Struktur der Maske 10 aus dem SiO2-Film zu bilden. Danach wird die Maske 10 verwendet, um eine selektive Ionenimplantierung der Aluminiumionen 11 beispielsweise mit einer Substrattemperatur von 500 °C, einer Mehrstufenbeschleunigungsenergie von 40 keV bis 200 keV und einer Dosismenge auf jeder Stufe von 5×1015 bis 2×1016 cm-2 dergestalt auszuführen, dass eine abschließende Implantierungsmenge von 1×102 0 bis 1×1021 cm-3 erreicht wird. Danach wird die Maske 10 beispielsweise durch Trockenätzen entfernt. Als Nächstes wird 5 Minuten lang ein aktiviertes Ausheilen in der Ar-Atmosphäre bei 1600 °C ausgeführt, um dadurch selektiv, wie in 12A veranschaulicht, die Drain-Region 12, die Source-Region 13 und die Ground-Region 14 in dem oberen Abschnitt der Epitaxialschicht 7 zu bilden.
  • Als Nächstes wird ein LPCVD-Verfahren zum Abscheiden eines Feldoxidationsfilms 15 mit einer Dicke von 0,5 µm verwendet. Ein Photoresistfilm wird auf den Feldoxidationsfilm 15 aufbeschichtet, und eine Fotolithografietechnik wird dafür verwendet, den Photoresistfilm abzugrenzen. Ein Teil des Feldoxidationsfilms 15 wird durch Nassätzen unter Verwendung des abgegrenzten Photoresistfilms als eine Maske entfernt, um ein rechteckiges Fenster zu bilden, das einen aktiven Bereich 16 definiert, wie in 12B veranschaulicht.
  • Als Nächstes wird, nachdem die zu verarbeitende Basis (6, 7), die die Epitaxialschicht 7 aufweist, die den aktiven Bereich 16 definiert, gewaschen wurde, der oben beschriebene Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß dem ersten Beispiel ausgeführt. Zum Beispiel wird die zu verarbeitende Basis (6, 7) auf dem Suszeptor 103 angeordnet, der durch Material implementiert wird, das SiC enthält. Dann wird die Heizeinheit 102 dafür verwendet, die zu verarbeitende Basis (6, 7) zu erwärmen, während die Temperatur unter Verwendung der Temperaturmesseinheit 112 überwacht wird, um dadurch den Oxidationsprozess in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre von 1300 °C ausführen. Infolge dessen wird, wie in 12C veranschaulicht, der Gatterisolierfilm 17 aus einem SiO2-Film, der eine Dicke von 50 nm aufweist, auf der Oberfläche der Epitaxialschicht 7 innerhalb des aktiven Bereichs 16 gebildet. Danach wird die Vakuumpumpe 110 verwendet, um die Evakuierung auszuführen, bis der Partialdruck des Oxidationsmittels einen Druck von 10 Pa oder weniger hat. Danach wird Ar-Gas eingeleitet, um die Ersetzung durch die Inertgasatmosphäre auszuführen. Danach wird die Temperatur der Halbleiterbasis in dem Prozess mit geringerer Temperatur gesenkt, bis 800 °C oder weniger erreicht sind.
  • Als Nächstes wird ein polykristalliner Siliziumfilm, der eine Dicke von 0,3 µm aufweist, auf dem Gatterisolierfilm 17 durch ein LPCVD-Verfahren abgeschieden. Eine Fotolithografietechnik wird dafür verwendet, den polykristallinen Siliziumfilm einer Strukturierungsverarbeitung zu unterziehen, um die Gatterelektrode 18 auf dem Gatterisolierfilm 17 zu bilden, wie in 13A veranschaulicht. Eine Fotolithografietechnik wird dafür verwendet, die Ätzmaske des Photoresistfilms 71 zu bilden. Diese Ätzmaske wird dafür verwendet, den Gatterisolierfilm 17 zum Beispiel mittels Fluorwasserstoffsäure zu ätzen, wodurch selektiv Kontaktlöcher in einem Teil des Gatterisolierfilms 17, wie in 13B veranschaulicht, auf der Drain-Region 12, der Source-Region 13 und der Ground-Region 14 geöffnet werden. A1 mit einer Dicke von 10 nm und Nickel (Ni) mit einer Dicke von 60 nm werden auf dem Photoresistfilm 71, der als eine Ätzmaske zum Abscheiden einer mehrschichtigen Metallschicht verwendet wird, vakuumverdampft. Nach der Vakuumverdampfung wird zum Beispiel eine Nassverarbeitung dafür verwendet, den Photoresistfilm 71 zu entfernen. Ein Abhebeverfahren wird dafür verwendet, den mehrschichtigen metallischen Film einer Strukturierungsverarbeitung zu unterziehen, um selektiv Kontaktmetalle 19a und 19b in dem Inneren der Kontaktlöcher zurückzulassen, wie in 13C veranschaulicht.
  • Die Wärmebehandlung wird als eine ohmische Kontaktausheilung in einer Atmosphäre aus Inertgas, wie zum Beispiel N2, He oder Ar, 2 Minuten lang bei 950 °C ausgeführt, um die Reaktionsschichten 20a und 20b zu bilden, in denen die Kontaktmetalle 19a und 19b mit SiC reagieren, wie in 14A veranschaulicht. Ein metallischer Film aus A1 wird auf eine Dicke von 300 nm auf die Oberfläche aufgedampft. Eine Fotolithografietechnik und das Ätzen unter Verwendung einer Phosphorsäure werden dafür verwendet, Kontaktinselelektroden 21a bis 21c auf der Gatterelektrode 18 und den Reaktionsschichten 20a und 20b zu bilden, wie in 14B veranschaulicht. Des Weiteren wird zum Beispiel das Verdampfungsverfahren dafür verwendet, die Elektrode 22 aus A1 mit einer Dicke von etwa 100 nm auf der Unterseite zu bilden, wodurch die in 10 veranschaulichte Halbleitervorrichtung vollendet wird.
  • Gemäß der zweiten Modifizierung kann, wenn der Gatterisolierfilm 17 des MOSFET gebildet wird, der Partialdruck des Oxidationsmittels in dem Reaktionsrohr 101 auf 10 Pa oder weniger in dem Atmosphärenersetzungsprozess verringert werden, um den Partialdruck des Oxidationsmittels von 10 Pa oder weniger am Beginn des Prozesses mit geringerer Temperatur bereitzustellen, wodurch die Grenzflächen-Niveaudichte zwischen SiC und SiO2 verringert wird. Dadurch kann der Gatterisolierfilm 17 aus einem hochwertigen SiO2-Film auf der Epitaxialschicht 7 gebildet werden. In der zweiten Modifizierung wird ein Fall beschrieben, bei dem der Oxidationsfilmbildungsprozess, der keinen POA-Prozess, wie in 2 veranschaulicht, enthält, ausgeführt wird. Jedoch kann auch der Oxidationsfilmbildungsprozess, der den in 8 veranschaulichten POA-Prozess enthält, ausgeführt werden.
  • <DRITTE MODIFIZIERUNG>
  • Als eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Modifizierung des ersten Beispiels wird - im EIN-Status - ein vertikaler MOSFET, der einen Kanal in der Nähe der Oberfläche des epitaxialen SiC-Substrats bildet, erläutert. Die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Modifizierung des ersten Beispiels enthält, wie in 15 veranschaulicht, ein SiC-Substrat vom n+-Typ 23 und eine Epitaxialschicht vom n-Typ 24, die eine geringere Störatomkonzentration aufweist als das SiC-Substrat 23 und auf dem SiC-Substrat 23 angeordnet ist.
  • Mehrere Regionen vom p-Typ 25a und 25b werden selektiv auf oberen Abschnitten der Epitaxialschicht 24 ausgebildet. Die Regionen vom p-Typ 25a und 25b liegen an der Oberfläche der Epitaxialschicht 24 frei. Eine SiC-Schicht vom p-Typ 26 mit einer geringeren Störatomkonzentration als in den Regionen vom p-Typ 25a und 25b wird auf der Oberfläche der Regionen vom p-Typ 25a und 25b ausgebildet. Eine Region vom n-Typ 27, die die gleiche Dicke wie die SiC-Schicht 26 aufweist, wird in der SiC-Schicht 26 auf der Epitaxialschicht 24, aus der keine Regionen vom p-Typ 25a und 25b bestehen, ausgebildet. Insbesondere durchdringt die Region vom n-Typ 27 die SiC-Schicht 26 in der Tiefenrichtung und ist so zwischen zwei SiC-Schichten 26 angeordnet, dass die Epitaxialschicht 24 erreicht wird. Die Epitaxialschicht vom n-Typ 24 und die Region vom n-Typ 27 sind Driftregionen vom n-Typ. Die Region vom n-Typ 27 hat zweckmäßigerweise eine höhere Störatomkonzentration als die Epitaxialschicht vom n-Typ 24.
  • Source-Regionen vom n+-Typ 28a und 28b und Kontaktregionen vom p+-Typ 29a und 29b werden auf oberen Abschnitten der SiC-Schicht 26 dergestalt ausgebildet, dass sie miteinander in Kontakt stehen. Die Source-Regionen 28a und 28b werden so ausgebildet, dass sie über die SiC-Schichten 26 hinweg, welche die Region vom n-Typ 27 zwischen sich aufnehmen, einander gegenüberliegen. Die Kontaktregionen 29a und 29b sind auf der Seite positioniert, die der Seite der Region vom n-Typ 27 der Source-Regionen 28a und 28b gegenüber liegt. Die Kontaktregionen 29a und 29b haben höhere Störatomkonzentrationen als die SiC-Schicht 26. Ein Teil der SiC-Schicht 26 - mit Ausnahme der Source-Regionen 28a und 28b, der Kontaktregionen 29a und 29b und der Region vom n-Typ 27 - dient zusammen mit den Regionen vom p-Typ 25a und 25b als eine Basisregion vom p-Typ.
  • Source-Elektroden 30a und 30b werden auf den Oberflächen der Source-Regionen 28a und 28b und der Kontaktregionen 29a und 29b angeordnet. Auf den Oberflächen der SiC-Schicht vom p-Typ 26 und der Region vom n-Typ 27 zwischen den nebeneinander liegenden Source-Regionen 28a und 28b ist eine Gatterelektrode 32 über einen Gatterisolierfilm 31 hinweg angeordnet. Die Gatterelektrode 32 ist elektrisch von den Source-Elektroden 30a und 30b durch einen nicht-veranschaulichten Zwischenschicht-Isolierfilm isoliert (siehe die Bezugszahl 72 von 18B). Eine Drain-Elektrode 33 ist auf der Unterseite des SiC-Substrats 23 dergestalt angeordnet, dass sie mit dem SiC-Substrat 23 in Kontakt steht.
  • Als Nächstes erläutert die folgende Sektion anhand von 16A bis 17B ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Modifizierung des ersten Beispiels, die den Oxidationsfilmbildungsprozess des ersten Beispiels enthält.
  • Als Erstes wird, wie in 16A veranschaulicht, die Epitaxialschicht vom n-Typ 24 auf dem SiC-Substrat vom n+-Typ 23 gezüchtet, um eine Vorbereitungsbasis (23, 24) vorzubereiten, die das SiC-Substrat 23 und die Epitaxialschicht vom n-Typ 24 aufweist. Als Nächstes werden zum Beispiel eine Fotolithografietechnik, die Ionenimplantierung und die Wärmebehandlung dafür verwendet, selektiv, wie in 16B veranschaulicht, mehrere der Regionen vom p-Typ 25a und 25b auf oberen Abschnitten der Epitaxialschicht 24 zu bilden. Danach wird, wie in 16C veranschaulicht, die SiC-Schicht vom p-Typ 26 mit einer geringeren Störatomkonzentration als in den Regionen vom p-Typ 25a und 25b auf den Oberflächen der Epitaxialschicht 24 und den Regionen vom p-Typ 25a und 25b gezüchtet. Indem man die SiC-Schicht 26 wachsen lässt, wird die Vorbereitungsbasis (23, 24) zu der zu verarbeitenden Basis (23, 24, 26) gemacht.
  • Als Nächstes werden zum Beispiel eine Fotolithografietechnik, die Ionenimplantierung und die Wärmebehandlung dafür verwendet, die Region vom n-Typ 27 in einem Teil der SiC-Schicht 26 zu bilden. Die Region vom n-Typ 27 wird auf der Epitaxialschicht 24 gebildet, auf der keine Regionen vom p-Typ 25a und 25b auf einer Ebenenstruktur ausgebildet sind. Die Regionen vom p-Typ 25a und 25b durchdringen die SiC-Schicht 26 in der Tiefenrichtung und erreichen die Epitaxialschicht 24. Die Epitaxialschicht 24 und die Region vom n-Typ 27 sind Driftregionen. Die Region vom n-Typ 27 hat zweckmäßigerweise eine höhere Störatomkonzentration als die Epitaxialschicht 24.
  • Des Weiteren werden zum Beispiel, wie in 16D veranschaulicht, eine Fotolithografietechnik, die Ionenimplantierung und die Wärmebehandlung dafür verwendet, die Kontaktregionen vom p+-Typ 29a und 29b in der SiC-Schicht 26 zu bilden. Die Kontaktregionen 29a und 29b haben höhere Störatomkonzentrationen als die SiC-Schicht 26. Eine Fotolithografietechnik, die Ionenimplantierung und die Wärmebehandlung werden zum Beispiel dafür verwendet, die Source-Regionen vom n+-Typ 28a und 28b in der SiC-Schicht 26 durch Störatomionen vom n+-Typ, wie zum Beispiel Phosphorionen, zu bilden.
  • Als Nächstes wird die zu verarbeitende Basis (23, 24, 26), die das SiC-Substrat 23 und die Epitaxialschicht vom n-Typ 24 aufweist, in die in 1 veranschaulichte Halbleiterherstellungsvorrichtung eingebracht. Der Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß dem ersten Beispiel wird dafür verwendet, die Oberfläche der SiC-Schicht 26 thermisch zu oxidieren, wie in 17A veranschaulicht, um dadurch den Gatterisolierfilm 31 auf der gesamten Oberfläche zu bilden. Des Weiteren wird eine Polysiliziumschicht 32 auf der gesamten Oberfläche des Gatterisolierfilms 31 abgeschieden. Eine Fotolithografietechnik wird zum Beispiel dafür verwendet, selektiv einen Teil des Gatterisolierfilms 31 und der Polysiliziumschicht 32 zu entfernen, um, wie in 17B veranschaulicht, die Gatterelektrode 32 über den Gatterisolierfilm 31 hinweg zu bilden, dergestalt, dass ein Teil der SiC-Schicht 26 an den Oberflächen der SiC-Schicht 26 und der Region vom n-Typ 27 zwischen den Kontaktregionen 29a und 29b, die einander gegenüberliegen, frei gelegt wird.
  • Wie in 18A veranschaulicht, wird zum Beispiel das LPCVD-Verfahren zum Abscheiden des Zwischenschicht-Isolierfilms 72 auf der gesamten Oberfläche verwendet. Danach wird eine Fotolithografietechnik dafür verwendet, selektiv den Zwischenschicht-Isolierfilm 72 zu ätzen, wie in 18B veranschaulicht, um die Gatterelektrode 32 mit dem Zwischenschicht-Isolierfilm 72 zu bedecken. Obgleich nicht veranschaulicht, wird während dieses selektiven Ätzens außerdem ein Gatterkontaktloch geöffnet.
  • Wie in 18B veranschaulicht, wird das Verdampfungsverfahren oder das Sputterverfahren zum Beispiel dafür verwendet, die Source-Elektroden 30a und 30b auf den Oberflächen der Source-Regionen 28a und 28b und der Kontaktregionen 29a und 29b zu bilden. Eine Gatterverdrahtung wird so ausgebildet, dass sie durch das Gatterkontaktloch einen Kontakt mit der Gatterelektrode 32 herstellt. Das Verdampfungsverfahren oder das Sputterverfahren wird zum Beispiel dafür verwendet, wie in 15 veranschaulicht, die Drain-Elektrode 33 auf der Unterseite des SiC-Substrats 23 zu bilden, um dadurch die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Modifizierung der des ersten Beispiels zu vollenden.
  • (ZWEITES BEISPIEL)
  • Eine Halbleiterherstellungsvorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel ist ein Oxidationsofen, der, wie in 19 veranschaulicht, Folgendes enthält: ein Reaktionsrohr 201, um eine zu verarbeitende Basis aus SiC als Körpermaterial (Halbleiterbasis) 200 zu speichern, eine Heizeinheit 202, die am Umfangsrand des Reaktionsrohres 201 angeordnet ist, und einen Suszeptor 203, der in dem Reaktionsrohr 201 angeordnet ist. In 19 repräsentiert die Achse z die Erdbeschleunigungsrichtung, die Unterseite repräsentiert die positive Richtung der Achse z, und die obere Seite repräsentiert die negative Richtung der Achse z.
  • Die zu verarbeitende Basis 200 aus SiC als Körpermaterial hat eine Einschichtstruktur eines SiC-Substrats oder eine Mehrschichtstruktur, bei der die oberste Fläche eine SiC-Schicht ist. Das Reaktionsrohr 201 wird zum Beispiel durch im Wesentlichen zylindrischen Quarz abgegrenzt. Die Heizeinheit 202 erwärmt die zu verarbeitende Basis 200. Die Heizeinheit 202 kann zum Beispiel eine Infrarotlampe oder eine Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung sein. Der Suszeptor 203 besteht bevorzugt aus einem Material, das SiC oder Aluminiumoxid (Al2O3) enthält.
  • In dem Reaktionsrohr 201 ist ein Draht 204 angeordnet, der so mit der zu verarbeitenden Basis 200 verbunden wird, dass er die zu verarbeitende Basis 200 hält. Ein Halter 205 ist in der Nähe eines Abschnitts angeordnet, an dem der Draht 204 mit der zu verarbeitenden Basis 200 verbunden ist. An der Unterseite des Reaktionsrohres 201 ist ein Flüssigkeitsbad 212 angeordnet, in das Flüssigkeit L gegossen wird.
  • Der Halter 205 hat die Funktion, die zu verarbeitende Basis 200 gemäß einem Steuerungssignal von einer Steuereinheit 211 zu halten oder zu lösen. Indem man den Halter 205 die zu verarbeitende Basis 200 lösen lässt, fällt die zu verarbeitende Basis 200 nach unten, wie in 20 veranschaulicht, und fällt in die Flüssigkeit L des Flüssigkeitsbades 212. Für Anordnung und Position des Halters 205 gibt es keine speziellen Einschränkungen, solange die zu verarbeitende Basis 200 in dem Reaktionsrohr 201 gehalten werden kann. Obgleich in 20 ein Fall veranschaulicht ist, bei dem der von der zu verarbeitenden Basis 200 gelöste Halter 205 in dem Reaktionsrohr 201 verbleiben kann, kann auch eine andere Konfiguration verwendet werden, bei der der von dem Reaktionsrohr 201 gelöste Halter 205 zusammen mit der zu verarbeitenden Basis 200 hinabfallen kann.
  • Der Draht 204 ist zum Beispiel ein Ummantelungs-Thermopaar und kann die Temperaturen des Inneren des Reaktionsrohres 201 und der zu verarbeitenden Basis 200 messen. Ein Ummantelungs-Thermopaar, das den Draht 204 bildet, hat zum Beispiel bevorzugt eine Länge, die mindestens bequem in das Flüssigkeitsbad 212 hineinreichen kann. Wenn der Halter 205 von der zu verarbeitenden Basis 200 gelöst wird und die zu verarbeitende Basis 200 in das Flüssigkeitsbad 212 fällt, so kann ein Status beibehalten werden, in dem das Ummantelungs-Thermopaar, das den Draht 204 bildet, mit der zu verarbeitenden Basis 200 verbunden ist. Dadurch kann selbst dann, nachdem die zu verarbeitende Basis 200 in das Flüssigkeitsbad 212 gefallen ist, die Temperatur der zu verarbeitenden Basis 200 gemessen werden, wodurch die Detektion der Temperatur der zu verarbeitenden Basis 200 ermöglicht wird, bis eine Temperatur erreicht ist, bei der die Oxidation stoppt. Es kann auch eine weitere Konfiguration verwendet werden, bei der der Halter 205 von der zu verarbeitenden Basis 200 gelöst wird, während der Draht 204 von der zu verarbeitenden Basis 200 getrennt wird.
  • Ein Öffnungsdeckel 210 ist an der Unterseite des Reaktionsrohres 201 angeordnet. Der Öffnungsdeckel 210 kann zum Beispiel unter Verwendung einer einzelnen Tür oder eines Schiebers geöffnet werden. Der Öffnungsdeckel 210 wird gemäß dem Steuerungssignal der Steuereinheit 211 geöffnet oder geschlossen. Wenn der Öffnungsdeckel 210 geschlossen wird, so wird das Reaktionsrohr 201 abgedichtet, um zu verhindern, dass das Oxidationsgas das Reaktionsrohr 201 verlässt und ins Freie strömt. Andererseits, wie in 20 veranschaulicht, kann der Öffnungsdeckel 210 geöffnet werden, damit die zu verarbeitende Basis 200 aus dem Reaktionsrohr 201 herausgenommen und ins Freie bewegt werden kann.
  • In das Flüssigkeitsbad 212 wird eine Flüssigkeit L gegossen, die die zu verarbeitende Basis 200, die aus dem Inneren des Reaktionsrohres 201 herabgefallen ist, rasch abkühlen kann. Die Temperatur der Flüssigkeit L wird so eingestellt, dass sie niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, um die zu verarbeitende Basis 200 abzukühlen. Der Begriff „rasch abkühlen“ meint, dass das Abkühlen auf die vorgegebene Temperatur innerhalb von 2 Sekunden ab Beendigung des Ausbildens des Oxidationsfilms bewerkstelligt wird. Der Begriff „vorgegebene Temperatur“ meint eine Temperatur von 800 °C, bei der die Oxidation der Oberfläche der zu verarbeitenden Basis 200 zum Beispiel in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre gestoppt wird. Die Abkühlen auf die vorgegebene Temperatur innerhalb von 2 Sekunden ab der Vollendung des Ausbildens des Oxidationsfilms erlaubt es, den Oxidationsfilm auf eine Größe von 0,1 nm oder weniger während des Abkühlens wachsen zu lassen.
  • Die in das Flüssigkeitsbad 212 gegossene Flüssigkeit L kann zum Beispiel Wasser sein, ist aber nicht darauf beschränkt, solange die Flüssigkeit L die ins Innere des Reaktionsrohres 201 gefallene zu verarbeitende Basis 200 rasch abkühlen kann. Zum Beispiel kann die Flüssigkeit L eine andere Flüssigkeit mit einer Wärmeleitfähigkeit ähnlich der von Wasser sein. Da Wasser bei 100 °C verdampft und zu Gas wird, kann, wenn ein Abkühlen innerhalb eines Bereichs von 100 °C bis 800 Grad ausgeführt werden soll, flüssiges Metall, das im Bereich von 100 °C bis 800 °C in flüssiger Form vorliegt, wie zum Beispiel Quecksilber (Hg), Gallium (Ga), Indium (In) oder Zinn (Sn), verwendet werden. Es ist zu beachten, dass, da Hg eine Verdampfungstemperatur von 480 °C hat, eine Temperatur, bei der Hg als Flüssigkeit zum Kühlen verwendet werden kann, niedriger als 800 °C ist.
  • Wie in 19 veranschaulicht, ist die obere Seite (stromaufwärtige Seite) des Reaktionsrohres 201 mit einem Ende eines Gaszuleitungsrohres 206 verbunden. Das andere Ende des Gaszuleitungsrohres 206 ist mit einer Oxidationsmittelzufuhrquelle 208 verbunden. In der Mitte des Pfades des Gaszuleitungsrohres 206 ist ein Gasventil 207 angeordnet, das die Gasströmungsrate justieren kann. Die Oxidationsmittelzufuhrquelle 208 liefert Gas (Oxidationsgas), das O2, Wasserdampf (H2O), NO, N2O oder ein Mischgas aus diesen Gasen enthält, über das Gaszuleitungsrohr 206 zu dem Reaktionsrohr 201. Eine nicht veranschaulichte Vakuumpumpe kann ebenfalls mit der stromabwärtigen Seite des Reaktionsrohres 201 verbunden sein.
  • Die Steuereinheit 211 ist elektrisch mit der Heizeinheit 202, dem Halter 205, dem Gasventil 207, der Oxidationsmittelzufuhrquelle 208, dem Draht 204 und dem Öffnungsdeckel 210 verbunden. Die Steuereinheit 211 steuert die Heiztemperatur durch die Heizeinheit 202, die Oxidationsmittelströmungsrate, das Verbinden und das Lösen des Halters 205 und der zu verarbeitenden Basis 200, und das Öffnen und Schließen des Öffnungsdeckels 210 zum Beispiel auf der Basis der Temperaturen des Inneren des Reaktionsrohres 201 und der zu verarbeitenden Basis 200, die durch den Draht 204 gemessen werden, oder der Zeit, die durch eine (nicht veranschaulichte) Uhr angezeigt wird, die mit der Steuereinheit 211 zusammenwirkt. Die Steuereinheit 211 wird zum Beispiel durch einen Mikroprozessor und einen Speicher, der die Funktion einer CPU aufweist, implementiert.
  • <VERFAHREN ZUM AUSBILDEN DES OXIDIERTEN FILMS>
  • Als Nächstes wird anhand von 19 bis 22 ein Beispiel des Oxidationsfilmbildungsprozesses unter Verwendung der Halbleiterherstellungsvorrichtung gemäß dem in 19 veranschaulichten zweiten Beispiel erläutert. 21 ist ein Flussdiagramm, das den Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß dem zweiten Beispiel veranschaulicht. 22 ist ein Zeitdiagramm, das die Temperaturveränderungen des Oxidationsfilmbildungsprozesses gemäß dem zweiten Beispiel veranschaulicht. Wie in dem Flussdiagramm von 21 veranschaulicht, enthält der Oxidationsfilmbildungsprozess den Prozess bei erhöhter Temperatur von Schritt S31, den Oxidationsprozess von Schritt S32 und den Abkühlungsprozess von Schritt S33.
  • Wie in 19 veranschaulicht, wird die zu verarbeitende Basis 200 aus SiC als Körpermaterial in dem Suszeptor 203 des Reaktionsrohres 201 angeordnet. Die zu verarbeitende Basis 200 wird mit einem Ende des Drahtes 204 verbunden. Die zu verarbeitende Basis 200 wird durch den Halter 205 dergestalt gehalten, dass die zu verarbeitende Basis 200 frei fallen kann, wenn sie von dem Halter 205 gelöst wird. Die zu verarbeitende Basis 200 kann an dem Draht 204 aufgehängt werden, ohne in dem Suszeptor 203 angeordnet zu werden, oder braucht auch nur durch den Halter 205 gehalten zu werden.
  • Als Erstes wird der Prozess bei erhöhter Temperatur von Schritt S31 von 21 ausgeführt. In dem Prozess bei erhöhter Temperatur wird, wie in 22 veranschaulicht, die zu verarbeitende Basis 200 an den Zeitpunkten t30 bis t31 durch die Heizeinheit 202 erwärmt, um die Temperaturen des Reaktionsrohres 201 und der zu verarbeitenden Basis 200 anzuheben, bis die vorgegebene Temperatur T2 erreicht ist. Die vorgegebene Temperatur T2 ist mindestens so hoch wie die Temperatur, bei der SiC thermisch oxidiert werden kann. Die vorgegebene Temperatur T2 beträgt bevorzugt mindestens 1250 °C und maximal 1600 °C. Wie später noch beschrieben wird, neigt eine Temperatur von weniger als 1250 °C dazu, leicht Grenzflächendefekte in dem Oxidationsfilm zu verursachen. Der Grund dafür ist, dass ein bei dieser Temperatur entstandener Oxidationsfilm eine Erhöhung der Grenzflächen-Niveaudichte Dit bewirkt. Der Zeitraum von den Zeitpunkten t30 bis t31 beträgt zum Beispiel etwa 10 Minuten.
  • Als Nächstes wird der Oxidationsprozess von Schritt S32 von 21 ausgeführt. In dem Oxidationsprozess, wie in 22 veranschaulicht, wird das Erwärmen an den Zeitpunkten t31 bis t32 durch die Heizeinheit 202 fortgesetzt, um die durch den Draht 204 gemessene Temperatur der zu verarbeitenden Basis 200 bei einer Temperatur ähnlich der vorgegebenen Temperatur T2 zu halten. Die Oxidationsmittelzufuhrquelle 208 liefert Gas (Oxidationsgas), das O2, Wasserdampf (H2O), NO, N2O oder ein Mischgas aus diesen Gasen enthält, über das Gaszuleitungsrohr 206 zu dem Reaktionsrohr 201, wodurch eine trockene Sauerstoffatmosphäre in dem Reaktionsrohr 201 gebildet wird. Infolge dessen wird die Oberfläche der zu verarbeitenden Basis 200 thermisch in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre oxidiert, die einen atmosphärischen Druck aufweist, so dass ein SiO2-Film entsteht, der zum Beispiel eine Dicke von etwa 40 nm aufweist. Der Zeitraum von den Zeitpunkten t31 bis t32 beträgt zum Beispiel etwa 5 Minuten.
  • Als Nächstes wird der Abkühlungsprozess von Schritt S33 von 21 ausgeführt. In dem Abkühlungsprozess, wie in 22 veranschaulicht, wird bei Zeitpunkt t32 das Erwärmen durch die Heizeinheit 202 gestoppt, und die zu verarbeitende Basis 200 wird von dem Halter 205 gelöst, und der Öffnungsdeckel 210 wird geöffnet. Der Zeitpunkt, an dem der Halter 205 von der zu verarbeitenden Basis 200 gelöst wird, liegt bevorzugt vor dem Öffnen des Öffnungsdeckels 210, wenn die zu verarbeitende Basis 200 nicht den geschlossenen Öffnungsdeckel 210 berührt. Jedoch kann dieser Zeitpunkt auch unmittelbar nach dem Schließen des Öffnungsdeckels 210 liegen.
  • Der Zeitpunkt, an dem das Erwärmen durch die Heizeinheit 202 gestoppt wird, kann vor dem Ablösen des Halters 205 von der zu verarbeitenden Basis 200, nach dem Ablösen des Halters 205 von der zu verarbeitenden Basis 200 oder gleichzeitig mit dem Ablösen des Halters 205 von der zu verarbeitenden Basis 200 liegen. Der Zeitpunkt, an dem das Erwärmen durch die Heizeinheit 202 gestoppt wird, kann vor dem Öffnen des Öffnungsdeckels 210, nach dem Öffnen des Öffnensdeckels 210 oder gleichzeitig mit dem Öffnen des Öffnensdeckels 210 liegen.
  • Wie in 20 veranschaulicht, fällt die zu verarbeitende Basis 200, wenn der Halter 205 von der zu verarbeitenden Basis 200 gelöst wird. Da der Öffnensdeckel 210 geöffnet wird, wird die zu verarbeitende Basis 200 aus dem Reaktionsrohr 201 freigegeben und wird in das Flüssigkeitsbad 212 abgeworfen. Um die zu verarbeitende Basis 200 rasch abzukühlen, wird die Flüssigkeit L mit einer Temperatur von 800 °C oder weniger in das Flüssigkeitsbad 212 gegossen. Die Flüssigkeit L hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Gas, so dass die zu verarbeitende Basis 200 rasch gekühlt wird.
  • Wie in 22 veranschaulicht, ist das Abkühlen der zu verarbeitenden Basis 200 am Zeitpunkt t33 vollendet. Der Zeitraum von den Zeitpunkten t32 bis t33 liegt zum Beispiel innerhalb 2 Sekunden.
  • Auf diese Weise werden eine Reihe von Prozessen in dem Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vollendet. Durch Ausführen des Oxidationsfilmbildungsprozesses gemäß dem zweiten Beispiel wird ein Oxidationsfilm auf der zu verarbeitenden Basis 200 gebildet. Die Eigenschaften des Oxidationsfilms, der durch den Oxidationsfilmbildungsprozess gemäß dem zweiten Beispiel gebildet wird, werden unten erläutert.
  • 23 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur des MOS-Kondensators veranschaulicht, der einen Oxidationsfilm enthält. Wie in 23 veranschaulicht, ist der MOS-Kondensator so konfiguriert, dass eine Epitaxialschicht 42 aus SiC vom n-Typ auf der ersten Hauptebene (Oberseite) des SiC-Substrats vom n+-Typ 41 (zum Beispiel (0001)-Ebene (Si Ebene)) abgeschieden wird. Die Basis (41, 42), die sowohl das SiC-Substrat 41 als auch die Epitaxialschicht 42 aufweist, entspricht der in 19 und 20 veranschaulichten zu verarbeitenden Basis 200.
  • Ein Kondensatorisolierfilm 43 wird an der Oberfläche der SiC-Epitaxialschicht 42 auf der gegenüberliegenden Seite des SiC-Substrats 41 angeordnet. Ein Kondensatorisolierfilm 43 entspricht dem oben beschriebenen Oxidationsfilm. Eine Elektrode 44 wird auf einem Teil der Oberfläche des Kondensatorisolierfilms 43 auf der gegenüberliegenden Seite des SiC-Substrats 41 angeordnet. Eine Elektrode 45 wird auf der zweiten Hauptebene (Rückseite) des SiC-Substrats 41 angeordnet.
  • <BEISPIEL>
  • Um die Grenzflächen-Niveaudichte des Oxidationsfilms gemäß dem zweiten Beispiel zu messen, wird - als ein Beispiel - der Kondensatorisolierfilm 43 des in 23 veranschaulichten MOS-Kondensators zur Veranschaulichung gemäß dem in 21 veranschaulichten Flussdiagramm verarbeitet, um dadurch einen Oxidationsfilm auf der zu verarbeitenden Basis 200 zu bilden.
  • Als Vergleichsbeispiele, die mit dem Beispiel verglichen werden sollen, wird ein Vergleichsbeispiel A hergestellt, bei dem, nachdem der Prozess bei erhöhter Temperatur von Schritt S31 des in 21 veranschaulichten Flussdiagramms und der Oxidationsprozess von Schritt S32 ausgeführt wurden, der MOS-Kondensator etwa 5 Minuten lang gekühlt wird, bis die Temperatur 800 °C oder weniger beträgt. Ein Vergleichsbeispiel B wird hergestellt, bei dem, nachdem der Prozess bei erhöhter Temperatur von Schritt S31 des in 21 veranschaulichten Flussdiagramms und der Oxidationsprozess von Schritt S32 ausgeführt wurden, der MOS-Kondensator etwa 30 Sekunden lang gekühlt wird, bis die Temperatur 800 °C oder weniger beträgt. Zum Beispiel wird der MOS-Kondensator gemäß dem Vergleichsbeispiel A gekühlt, indem man den MOS-Kondensator auf einen Suszeptor aus Aluminiumoxid legt. Gemäß dem Vergleichsbeispiel B wird der MOS-Kondensator gekühlt, indem man den MOS-Kondensator auf einen Suszeptor aus SiC legt.
  • Die MOS-Kondensatoren des Beispiels, des Vergleichsbeispiels A und des Vergleichsbeispiels B wurden durch ein C-V-Messgerät gemessen, um eine Differenz der Grenzflächen-Niveaudichte Dit auf der Basis der High-Low-Technik unter Verwendung der C-V-Kennlinie von 1 MHz und der quasi-statischen C-V-Kennlinie zu untersuchen. 24 ist ein Kurvendiagramm, das die Messwerte der Grenzflächen-Niveaudichten Dit des Oxidationsfilms des Beispiels und der Oxidationsfilme der Vergleichsbeispiele A und B veranschaulicht. In 24 repräsentiert die horizontale Achse die Energie der Grenzflächenebene in dem Bandabstand (Ec repräsentiert das Leitungsbandenergie-Ende), und die vertikale Achse repräsentiert die Grenzflächen-Niveaudichte Dit.
  • Wie in 24 veranschaulicht, ist zu sehen, dass das Beispiel eine geringere Grenzflächen-Niveaudichte Dit als die des Vergleichsbeispiels A und des Vergleichsbeispiels B bei allen Energien bereitstellt. Es ist zu erkennen, dass die Grenzflächen-Niveaudichte Dit mit tiefer Energie (oder hohem Ec-E) sehr effektiv verringert werden kann. Wenn das Vergleichsbeispiel B mit dem Vergleichsbeispiel A verglichen wird, so erkennt man zwar eine Verringerungseffektivität bei der Grenzflächen-Niveaudichte Dit mit der tiefen Energie, doch diese Verringerungseffektivität ist gering. Man sieht also, dass die Effektivität beim Verringern der Grenzflächen-Niveaudichte Dit niedrig ist, wenn das Abkühlen auf 800 °C oder weniger innerhalb von 30 Sekunden ausgeführt wird. Der Grund dafür ist, dass ein weiterer Oxidationsfilm gebildet wird, wenn der MOS-Kondensator eine Temperatur von 1250 °C bis 800 °C hat, was zu einer Tendenz der Entstehung von Grenzflächendefekten führt, und dieser Oxidationsfilm bewirkt eine Erhöhung der Grenzflächen-Niveaudichte Dit.
  • Als Nächstes beschreibt die folgende Sektion, dass die Grenzflächendefekte auf dem Oxidationsfilm im Allgemeinen dann entstehen, wenn die anzuhebende Temperatur T2 in dem Prozess bei erhöhter Temperatur von Schritt S31 von 21, wie oben beschrieben, niedriger ist als 1250 °C. Die Vergleichsbeispiele a bis f werden hergestellt, um die Beziehung zwischen der Oxidationsfilmbildungstemperatur und der Grenzflächen-Niveaudichte zu untersuchen. Das Vergleichsbeispiel a wird hergestellt, indem die
  • Oxidations film bildungs temperatur auf 1150 °C eingestellt wird und der Prozess bei erhöhter Temperatur von Schritt S31 des in 21 veranschaulichten Flussdiagramms und der Oxidationsprozess von Schritt S32 ausgeführt werden, um anschließend den MOS-Kondensator über eine Dauer von 30 Sekunden oder mehr abzukühlen, bis 800 °C oder weniger erreicht sind. Die Vergleichsbeispiele b bis f sind Beispiele, bei denen die Oxidationsfilmbildungstemperatur auf 1200 °C, 1250 °C, 1300 °C, 1450 °C bzw. 1600 °C eingestellt ist.
  • 25 ist ein Kurvendiagramm, das die Messwerte der Grenzflächen-Niveaudichten bei verschiedenen Oxidationsfilmbildungstemperaturen veranschaulicht. Wie in 25 veranschaulicht, ist zu erkennen, dass das Vergleichsbeispiel b eine niedrigere Grenzflächen-Niveaudichte Dit zeigt als das Vergleichsbeispiel a, und das Vergleichsbeispiel c zeigt eine niedrigere Grenzflächen-Niveaudichte Dit als das Vergleichsbeispiel b. Andererseits zeigen die Vergleichsbeispiele c bis f keinen signifikanten Unterschied bei der Verringerung der Grenzflächen-Niveaudichte Dit. Man erkennt also, dass die Oxidationsfilmbildungstemperatur von 1250 °C bis 1600 °C verhindert, dass Grenzflächendefekte entstehen, während eine Oxidationsfilmbildungstemperatur von 1250 °C bis 1600 °C die Grenzflächen-Niveaudichte Dit verringern kann.
  • Im Gegensatz dazu ist zu erkennen, dass eine Oxidationsfilmbildungstemperatur von weniger als 1250 °C dazu neigt, die Entstehung von Grenzflächendefekten zu verursachen, und eine Oxidationsfilmbildungstemperatur von weniger als 1250 °C erlaubt es, dass die Grenzflächen-Niveaudichte Dit höher ist.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Zeitraum, während dem im Allgemeinen Grenzflächendefekte entstehen, verkürzt werden, indem man die Temperatur des SiC-Substrats auf eine Temperatur senkt, bei der die Oxidation der Oberfläche innerhalb von 2 Sekunden ab der Vollendung des Ausbildens des Oxidationsfilms gestoppt wird, So kann folglich der Zeitraum verkürzt werden, während dem ein Oxidationsfilm auf der Oberfläche des SiC-Substrats gebildet wird und während dem im Allgemeinen Grenzflächendefekte entstehen, wodurch die Grenzflächendefekte verringert werden, die auf der Oberfläche des SiC-Substrats entstehen. Somit kann die Grenzflächen-Niveaudichte auf der Oberfläche des SiC-Substrats verringert werden.
  • <ERSTE MODIFIZIERUNG>
  • Wie in 26 veranschaulicht, unterscheidet sich ein Oxidationsofen gemäß der ersten Modifizierung des zweiten Beispiels vom Aufbau des Oxidationsofens gemäß dem in 19 veranschaulichten zweiten Beispiel dadurch, dass die Unterseite des Drahtes 204 mehrere Halter 205a und 205b aufweist und mehrere zu verarbeitende Basen 200a und 200b speichert. 26 veranschaulicht einen Fall, wo die zwei Halter 205a und 205b sowie die zwei zu verarbeitenden Basen 200a und 200b jeweils in einer Anzahl von zwei vorhanden sind. Jedoch bestehen für die Anzahl der Halter und der zu verarbeitenden Basen keine besonderen Beschränkungen.
  • Die zu verarbeitende Basis 200a wird in dem Suszeptor 203a angeordnet, und die zu verarbeitende Basis 200b wird in dem Suszeptor 203b angeordnet. In dem Abkühlungsprozess nach der Vollendung der Oxidationsfilmbildung der mehreren zu verarbeitende Basen 200a und 200b, wenn die mehreren Halter 205a und 205b von den mehreren zu verarbeitenden Basen 200a und 200b gelöst werden, werden die mehreren zu verarbeitenden Basen 200a und 200b abgeworfen und fallen in das Flüssigkeitsbad 212, wodurch sie rasch abgekühlt werden. Infolge dessen können hochwertige Oxidationsfilme gemeinsam an den mehreren zu verarbeitenden Basen 200a und 200b gebildet werden.
  • Wie in 27 veranschaulicht, kann auch eine andere Struktur verwendet werden, die die mehreren Drähte 204a und 204b aufweist und die die mehreren zu verarbeitenden Basen 200a und 200b speichert, die jeweils mit den mehreren Drähten 204a und 204b verbunden sind. Indem mehrere Drähte 204a und 204b vorhanden sind, können die Temperaturen der mehreren zu verarbeitenden Basen 200a und 200b auch einzeln detektiert werden.
  • <ZWEITE MODIFIZIERUNG>
  • Das zweite Beispiel veranschaulicht ein Verfahren zum raschen Abkühlen der zu verarbeitenden Basis 200 durch Abwerfen der zu verarbeitenden Basis 200 in das Flüssigkeitsbad 212. Jedoch ist das Verfahren zum raschen Abkühlen der zu verarbeitenden Basis 200 nicht darauf beschränkt. Genauer gesagt, kann jedes beliebige Verfahren verwendet werden, solange das Verfahren die zu verarbeitende Basis 200 rasch abkühlen kann, dergestalt, dass ein Oxidationsfilm während des Zeitraums ab der Vollendung der Oxidationsfilmbildung bis zum Absenken der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Oxidation der Oberfläche gestoppt wird, auf eine Größe von 0,1 nm oder weniger gezüchtet werden kann.
  • Zum Beispiel, wie in 28 veranschaulicht, unterscheidet sich der Oxidationsofen gemäß einer zweiten Modifizierung des zweiten Beispiels vom Aufbau des Oxidationsofens gemäß dem in 19 veranschaulichten zweiten Beispiel dadurch, dass ein Kühlgaszuleitungsrohr 213, das zum Beispiel aus einem Quarzrohr besteht, von dem ein Ende in der Nähe der zu verarbeitenden Basis 200 angeordnet ist, in dem Reaktionsrohr 201 angeordnet ist. Das andere Ende des Kühlgaszuleitungsrohres 213 ist mit einer Kühlgaszufuhrquelle 214 verbunden.
  • In dem Oxidationsfilmbildungsprozess unter Verwendung des Oxidationsofens gemäß der zweiten Modifizierung des zweiten Beispiels kann nach der Vollendung der Oxidationsfilmbildung der zu verarbeitenden Basis 200 eine große Menge eines Niedrigtemperaturgases von der Kühlgaszufuhrquelle 214 über das Kühlgaszuleitungsrohr 213 zu der zu verarbeitenden Basis 200 geblasen werden, wodurch die zu verarbeitende Basis 200 rasch abgekühlt wird. Wenn nicht-oxidierendes Gas als das Niedrigtemperaturgas verwendet wird, so kann der Oxidationsfilm mit einer Größe von 0,1 nm oder weniger selbst dann gezüchtet werden, wenn das Absenken der Temperatur 2 Sekunden oder mehr erfordert.
  • (ANDERE BEISPIELE)
  • Wie oben beschrieben, wurde die vorliegende Erfindung anhand der ersten und der zweiten Beispiele beschrieben. Es darf jedoch nicht so verstanden werden, als würden die Beschreibung und die Zeichnungen, die einen Teil dieser Offenbarung bilden, die vorliegende Erfindung einschränken. Dem Fachmann erschließen sich aus dieser Offenbarung verschiedene Ersetzungen, Ausführungsformen und Techniken.
  • Zum Beispiel wurde in dem ersten Beispiel ein Herstellungsverfahren für einen horizontalen MOSFET, der ein SiC-Substrat verwendet, als ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Ein anderer MOSFET, wie zum Beispiel ein vertikaler MOSFET, der ein SiC-Substrat verwendet, kann ebenfalls verwendet werden. Die Erfindung kann auch auf eine Halbleitervorrichtung angewendet werden, die verschiedene Hochspannungsstrukturen aufweist, wie zum Beispiel ein MOS-Static-Induction-Transistor (SIT), ein IGBT oder ein Static-Induction-Thyristor, der eine MOS-Gatterstruktur aufweist, um eine ähnliche Effektivität zu erreichen. Die MOS-Gatterstruktur ist ebenfalls nicht auf eine Ebenengatterstruktur beschränkt und kann auch ein Grabengatter oder eine andere komplizierte MOS-Gatterstruktur sein.
  • Obgleich das zweite Beispiel einen MOS-Kondensator veranschaulicht hat, der SiC als eine Halbleitervorrichtung verwendet, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann auch auf einen horizontalen MOSFET angewendet werden, der das in dem ersten Beispiel veranschaulichte SiC-Substrat verwendet. Die Erfindung kann auch auf eine Halbleitervorrichtung angewendet werden, die eine Hochspannungsstruktur aufweist, wie zum Beispiel einen MOSFET, einen MOSSIT, einen IGBT oder einen Static-Induction-Thyristor, der eine MOS-Gatterstruktur aufweist, um eine ähnliche Effektivität zu erreichen. Die MOS-Gatterstruktur ist ebenfalls nicht auf eine Ebenengatterstruktur beschränkt und kann auch ein Grabengatter oder eine andere komplizierte MOS-Gatterstruktur sein.
  • In dem ersten Beispiel wurde eine horizontale Halbleiterherstellungsvorrichtung in 1 beschrieben. Jedoch kann auch eine vertikale Halbleiterherstellungsvorrichtung verwendet werden. Die Halbleiterherstellungsvorrichtung der ersten und der zweiten Beispiele braucht kein einzelner Oxidationsofen zu sein und kann auch ein Allzweckofen sein, der eine Funktion als Diffusionsofen oder Ausheilofen hat.
  • In dem ersten und zweiten Beispiel sind die zu verarbeitende Basis (1, 2), die das SiC-Substrat 1 und die SiC-Schicht 2 aufweist, die zu verarbeitende Basis (6, 7), die das SiC-Substrat 6 und die Epitaxialschicht 7 aufweist, die zu verarbeitende Basis (23, 24, 26), die das SiC-Substrat 23, die Epitaxialschicht 24 und die SiC-Schicht 26 aufweist, und die zu verarbeitende Basis (41, 42), die das SiC-Substrat 41 und die Epitaxialschicht 42 aufweist, zur Veranschaulichung beschrieben worden. Jedoch ist die „zu verarbeitende Basis“ der vorliegenden Erfindung nicht auf eine Mehrschichtstruktur, wie veranschaulicht, beschränkt, und kann auch ein einzelnes Halbleitersubstrat sein. Alternativ kann der Teil der Epitaxialschicht 24 durch ein SiC-Substrat ersetzt werden, und der Teil des SiC-Substrats 23 kann zum Beispiel durch eine epitaxiale Wachstumsschicht oder eine Störatom-Einleitungsschicht in 15 ersetzt werden.
  • Die Halbleiterherstellungsvorrichtung und das Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten und der zweiten Beispiele können auch zweckmäßig kombiniert werden. Zum Beispiel kann die Halbleiterherstellungsvorrichtung gemäß dem in 1 veranschaulichten ersten Beispiel auch die vertikale sein, und der Draht 204, der Halter 205, der Öffnensdeckel 210 und das Flüssigkeitsbad 212, die zum Beispiel zu der Halbleiterherstellungsvorrichtung gemäß dem in 19 veranschaulichten zweiten Beispiel gehören, können ebenfalls vorhanden sein. In dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Beispiel kann, wenn der Prozess mit geringerer Temperatur von Schritt S13 von 2 ausgeführt wird, die zu verarbeitende Basis 100 in das Wasser in dem Flüssigkeitsbad 212 fallen gelassen werden, um die zu verarbeitende Basis 100 rasch abzukühlen. Insbesondere kann die Abkühlzeit der zu verarbeitenden Basis 100 an den in 3A bis 3C veranschaulichten Zeitpunkten t14 bis t15 2 Sekunden oder weniger betragen. Der Oxidationsfilm kann auch von den Zeitpunkten t14 bis t15 auf eine Größe von 0,1 nm oder weniger gezüchtet werden. Gleichermaßen kann, wenn der Prozess mit geringerer Temperatur von Schritt S24 von 8 ausgeführt wird, der in 9A bis 9C veranschaulichte Zeitraum von den Zeitpunkten t26 bis t27 2 Sekunden oder weniger betragen, und der Oxidationsfilm kann von den Zeitpunkten t26 bis t27 auf eine Größe von 0,1 nm oder weniger gezüchtet werden.
  • Wie oben beschrieben, kann die Erfindung auf verschiedene Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung und eine dafür verwendete Halbleiterherstellungsvorrichtung innerhalb eines Bereichs angewendet werden, der nicht von der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen offenbart ist, abweicht.
  • [INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT]
  • Ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung und eine dafür verwendete Halbleiterherstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel auch effektiv für eine Stromquellenvorrichtung verschiedener industrieller Maschinen und eine Hochspannungshalbleitervorrichtung, die für eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung verwendet wird, sowie Hochspannungshalbleitervorrichtungen, die für andere elektrische Leistungsübertragungen verwendet werden, eingesetzt werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das Folgendes umfasst: thermisches Oxidieren einer Oberfläche einer zu verarbeitenden Basis (200) aus Siliziumcarbid als Körpermaterial, um einen Siliziumdioxidfilm zu bilden, durch Zuführen von Gas, das ein Oxidationsmittel enthält, zu der Oberfläche der zu verarbeitenden Basis (200); und nach dem Bilden des Siliziumdioxidfilms, Absenken einer Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200), wobei der Siliziumdioxidfilm auf eine Größe von 0,1 nm oder weniger gezüchtet wird, während die Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200) abgesenkt wird, wobei das Absenken der Temperatur das Abwerfen der zu verarbeitenden Basis (200) in ein Flüssigkeitsbad umfasst, in das Flüssigkeit gegossen wird, um die Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200) zu senken.
  2. Halbleiterherstellungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Reaktionsrohr (201), das dafür konfiguriert ist, eine zu verarbeitende Basis (200) aufzunehmen, die aus SiC als Körpermaterial besteht; und ein Gaszuleitungsrohr (206), das dafür konfiguriert ist, Gas, das ein Oxidationsmittel enthält, in ein Reaktionsrohr (201) einzuleiten, wobei das Gas zugeführt wird, um die Oberfläche der zu verarbeitenden Basis (200) thermisch zu oxidieren, um einen Siliziumdioxidfilm zu bilden, und nach dem Bilden des Siliziumdioxidfilms die Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200) gesenkt wird, wobei der Siliziumdioxidfilm auf eine Größe von 0,1 nm oder weniger gezüchtet wird, während die Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200) abgesenkt wird, ein Flüssigkeitsbad, in das Flüssigkeit gegossen wird, wobei das Flüssigkeitsbad außerhalb des Reaktionsrohres (201) angeordnet ist, wobei die zu verarbeitende Basis (200) in das Flüssigkeitsbad abgeworfen wird, um die Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200) zu senken.
  3. Halbleiterherstellungsvorrichtung nach Anspruch 2, die des Weiteren Folgendes umfasst: einen Draht (204), der innerhalb des Reaktionsrohres (201) dergestalt angeordnet ist, dass er mit der zu verarbeitenden Basis (200) verbunden ist, und dafür konfiguriert ist, die Temperatur der zu verarbeitenden Basis (200) zu messen, und einen Halter (205), der innerhalb des Reaktionsrohres (201) angeordnet ist und dafür konfiguriert ist, die zu verarbeitende Basis (200) während der thermischen Oxidation zu halten, um einen Siliziumdioxidfilm zu bilden, und dafür konfiguriert ist, sich während des Absenkens der Temperatur von der zu verarbeitenden Basis (200) zu lösen.
  4. Halbleiterherstellungsvorrichtung nach Anspruch 2, die des Weiteren Folgendes umfasst: ein Kühlgaszuleitungsrohr (213), das innerhalb des Reaktionsrohres (201) angeordnet und dafür konfiguriert ist, während des Absenkens der Temperatur Kühlgas zu der Oberfläche der zu verarbeitenden Basis (200) zu blasen.
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