JP2001345320A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
珪素膜の膜質を向上させることにより、二酸化珪素と半
導体との界面における界面準位密度の低い良好な界面を
形成することを目的としている。 【解決手段】シリコンカーバイドやダイヤモンドなどの
半導体基板上に化学的気相成長方法で酸化珪素膜を形成
し、その酸化珪素膜のついた半導体基板を不活性ガス中
で1100℃〜1400℃の温度範囲で30分間以上にわたり熱
処理した後、その熱処理された半導体基板に電極を形成
することを特徴とする。
Description
あるいはダイヤモンド半導体について、金属−酸化膜−
半導体(MOS)構造、あるいは、MOS電界効果型トランジ
スタを搭載した半導体装置の製造方法に関し、特に、化
学的気相成長方法で形成した酸化珪素膜を高温でアニー
ルすることにより特性の良い金属−酸化膜−半導体(MO
S)構造、あるいは、MOS電界効果型トランジスタを搭載
した半導体装置を製造する方法に関している。
ニールをして膜質を改善する方法については、既にいく
つかの発明が開示されている。
AT.No.US6028012号公報)に、炭化珪素半導体に
化学的気相成長方法で酸化珪素膜を付けることが記載さ
れている。しかし、この公報においては、アニールによ
る効果については記載されていない。
T.No.US3925107号公報)には、ゲート絶縁体中の
固定電荷を減少させるために、ヘリウム、ネオン、アル
ゴン、クリプトン、キセノン中で、900℃以上の温度
で、10分間以上アニールすることが記載されている。
しかし、この公報においては、化学的気相成長方法でつ
けた酸化珪素膜のアニールによる効果については記載さ
れていない。
T.No.US5465249号公報)には、6H−SiCを1
100℃、1200℃、1300℃でウェット酸化し
て、引き続きAr/4%H2中でアニールすることによ
り、高温であるほど酸化膜中の固定電荷が減少すること
が記載されている。しかし、この公報においては、化学
的気相成長方法でつけた酸化珪素膜のアニールによる効
果については記載されていない。
T.No.US5350944号公報)には、ダイヤモンド上に
化学的気相成長方法で酸化珪素膜をつけ、1200℃で
アニールした場合の密着性について記載されている。し
かし、この公報においては、アニールによる界面準位密
度の変化については記載されていない。
する半導体装置においては、ゲート絶縁膜として化学的
気相成長方法で形成された酸化珪素膜を用いると、ゲー
ト絶縁膜と半導体の界面に発生する界面準位密度は高
く、チャネル移動度が低下する原因となる。半導体基板
の組成上、あるいはその物性的な観点から熱酸化膜を用
いることができない場合に、化学的気相成長方法により
ゲート絶縁膜を形成すると、問題となる場合があった。
装置の製造方法において、化学的気相成長方法でゲート
絶縁膜を形成する場合は、絶縁膜を形成後、1100℃
以下の温度でアニールされており、特に、最近の超LS
I用の100Å以下のゲート絶縁膜の一部を化学的気相
成長方法で形成する場合は、1000℃以下でアニール
されており、まだ界面準位密度を低下させうる可能性が
あった。
半導体上に化学的気相成長方法で形成した酸化珪素膜の
膜質を向上させることにより、二酸化珪素と半導体との
界面における界面準位密度の低い良好な界面を形成する
ことを目的としている。
に、請求項1に記載の発明は、半導体装置の製造方法に
関しており、半導体基板上に化学的気相成長方法で酸化
珪素膜を形成する手続きと、その酸化珪素膜のついた半
導体基板を不活性ガス中で1100℃乃至1400℃の
温度範囲で30分間以上にわたり熱処理をする手続き
と、その熱処理された半導体基板に電極を形成する手続
きと、を含むことを特徴としている。
板に関しており、上記した請求項1に記載の発明の製造
方法に加えて、上記の化学的気相成長方法で形成する酸
化珪素膜に最も近い半導体層は、炭化珪素層、あるい
は、ダイヤモンド層であることを特徴としている。
の雰囲気に関しており、上記した請求項1に記載の発明
の製造方法に加えて、上記の不活性ガスは、アルゴン、
窒素、あるいはヘリウムのいずれかを含むことを特徴と
している。
方法に関しており、上記した請求項1に記載の発明の製
造方法に加えて、化学的気相成長方法として、すくなく
とも原料の一部にシランおよび酸素、あるいは、シラン
および亜酸化窒素(N2O)を用いてLPCVD(LowPressure C
hemical Vapor Deposition)法、APCVD(Atmosphere Pres
sure ChemicalVapor Deposition)法、あるいは、 PECVD
(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法で形
成された酸化珪素膜を用いたことを特徴としている。
詳細に説明する。先ず具体的な製造プロセスを説明し、
次に、そのプロセスによるサンプルの測定結果を説明す
る。
持つN型4H-SiC基板上に4H-SiCをエピタキシァル成長さ
せた半導体基板(n型、つまり、ドナー密度(Nd)−ア
クセプタ密度(Na)=1×1016/cm3である)を通常のRCA
洗浄をした後、犠牲酸化膜を形成しフッ酸で除去した。
次いで、シランと酸素を400℃〜800℃で反応させ
て二酸化珪素を炭化珪素基板上に堆積してゲート酸化膜
を形成する。本実施例においては、400℃のLPCVD法
で50nmの酸化珪素膜を形成した。その後、試料を流量1
リットル/分のアルゴンガス中で1000℃〜1250
℃の範囲で30分間熱処理した。最終的にアルミニウム
(Al)をゲート電極と半導体基板とのオーミックコンタ
クトに用いてMOS構造サンプルを作製した。このサンプ
ルは、電磁シールドされた金属の箱の中で、光を遮断し
た状態で容量―電圧(CV)、および電流―電圧(IV)特
性を測定した。図1に、評価に使用したMOS構造サンプ
ルの断面模式図を示す。ここで、ゲート電極としては、
良く知られているように、ドープしたポリシリコンでも
良く、あるいは、高融点金属を用いたポリサイド構造で
あっても良い。
高周波CV特性(測定周波数f=100kHz)と準静的CV特
性(ステップ電圧Vs=50mV,遅延時間td=10秒)を示す。
実線が、高周波CV特性で、破線が準静的CV特性であ
る。この2つCV特性の容量差が大きいほど、界面準位
密度(Dit)が大きいことを示している。熱処理温度
が、1000℃から上昇するにつれて、高周波CV容量
と準静的CV容量の差が小さくなり界面準位密度が減少
しているのがわかる。図3に図2のデータからhigh-low
法により数1を用いて算出された、界面準位密度
(Dit)のSiCのエネルギーバンド内の分布を示す。
は、各々、単位面積あたりの高周波容量、準静的容量、
酸化膜容量である。図3に示された結果から、界面準位
密度は、1050℃までは、ほとんど変化しない。ま
た、Ecを伝導帯エネルギーレベルとし、Eを測定された
エネルギーレベルとするとき、Ec-E=0.2eVで界面準位密
度Dit=1×1013eV-1cm-2と値も高いが、それより高温で
は、界面準位密度Ditでは急激に減少して、約1250
℃で下方に飽和する。したがって、不活性ガス熱処理温
度は、1100℃以上で効果があるので、本発明の有効
な下限温度は、本実施例においては、1100℃に制限
される。また、シリコン酸化膜の融点は1400℃なの
で上限は、本発明の適用限界は1400℃である。
は、MOS型電界効果トランジスタの電荷移動度が増大
し、トランジスタのチャンネル抵抗が減少することが知
られている。従って、本発明の製造方法をMOS型電界効
果トランジスタに適用した場合も有効であることは容易
に理解できる。さらに、本発明は、トレンチあるいは浅
いトレンチ構造の素子分離に用いた化学的気相成長方法
による酸化珪素膜にも容易に適用できる。
り扱ったが、半導体基板としては、ダイヤモンド、シリ
コン、窒化ガリウムなどの半導体では、上記と同様な効
果があることは容易に理解できる。また、不活性ガスと
しては、アルゴンを用いたが窒素、ヘリウムを用いた場
合も同様の効果があることも容易に理解できる。さら
に、化学的気相成長方法で形成された酸化珪素膜として
は、シランと酸素あるいは、シランと亜酸化窒素(N
2O)を原料として、LPCVD(LowPressure Chemical Vapor
Deposition)法、APCVD(Atmosphere Pressure Chemical
Vapor Deposition)法、あるいはPECVD(Plasma Enhanced
Chemical Vapor Deposition)法で形成された酸化珪素
膜すべてにおいて同様な効果があることを想像するのは
容易である。
以下に説明するような効果を奏することができる。
長方法によるゲート酸化膜であっても、酸化膜と半導体
との界面に存在する界面準位密度を減少させることがで
きた。
基板として、1400℃までの温度に耐えられるものを
用いることにしたので、高温の基板に与える影響を少な
くすることができた。
安価な不活性ガスを用いるようにしたので、製造コスト
を低下させることができた。
良く知られた化学的気相成長方法を用いることにしたの
で、製造コストの上昇を避けることができた。
式図である。
特性(実線、測定周波数f=100kHz)と準静的CV特性
(破線、ステップ電圧Vs=50mV、遅延時間td=10秒)に対
するアルゴンアニール温度依存性を示す図である。
it)のSiCのエネルギーバンド内の分布に対するアルゴ
ンアニール温度依存性を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板上に化学的気相成長方法で酸
化珪素膜を形成する手続きと、その酸化珪素膜のついた
半導体基板を不活性ガス中で1100℃乃至1400℃
の温度範囲で30分間以上にわたり熱処理をする手続き
と、その熱処理された半導体基板に電極を形成する手続
きと、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
において、上記の化学的気相成長方法で形成する酸化珪
素膜に最も近い半導体層は、炭化珪素層、あるいは、ダ
イヤモンド層であることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
において、上記の不活性ガスは、アルゴン、窒素、ある
いはヘリウムのいずれかを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
において、化学的気相成長方法として、すくなくとも原
料の一部にシランおよび酸素、あるいは、シランおよび
亜酸化窒素(N2O)を用いてLPCVD(LowPressure Chemica
l Vapor Deposition)法、APCVD(Atmosphere Pressure C
hemicalVapor Deposition)法、あるいは、 PECVD(Plasm
a Enhanced Chemical Vapor Deposition)法で形成され
た酸化珪素膜を用いたことを特徴とする半導体装置の製
造方法。
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- 2000-06-02 JP JP2000166320A patent/JP3372528B2/ja not_active Expired - Lifetime
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