JP2002280381A - 炭化けい素半導体素子の製造方法 - Google Patents
炭化けい素半導体素子の製造方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/048—Making electrodes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】炭化けい素半導体基板の熱酸化時にＭＯＳ界面
に生じ、例えば炭化けい素ＭＯＳＦＥＴの移動度を低下
させるカーボンクラスタを除去し、良好な特性のＳｉＣ
半導体素子を作製する方法を提供する。 【解決手段】熱酸化による薄い酸化膜の形成と、その後
のＮ2 、Ｈ2 、ＮＨ 3 、Ａｒなどのガス中でのアニール
とを繰り返し、所定の酸化膜厚とする。熱酸化による薄
い酸化膜の形成とその後のＮ2 、Ｈ2 、ＮＨ3 、Ａｒな
どのガス中でのアニールとをおこなった後、堆積法にて
酸化膜を形成し所定の酸化膜厚としても良い。
に生じ、例えば炭化けい素ＭＯＳＦＥＴの移動度を低下
させるカーボンクラスタを除去し、良好な特性のＳｉＣ
半導体素子を作製する方法を提供する。 【解決手段】熱酸化による薄い酸化膜の形成と、その後
のＮ2 、Ｈ2 、ＮＨ 3 、Ａｒなどのガス中でのアニール
とを繰り返し、所定の酸化膜厚とする。熱酸化による薄
い酸化膜の形成とその後のＮ2 、Ｈ2 、ＮＨ3 、Ａｒな
どのガス中でのアニールとをおこなった後、堆積法にて
酸化膜を形成し所定の酸化膜厚としても良い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は炭化珪素（以下Ｓｉ
Ｃと記す）を材料とする半導体素子の製造方法、特に酸
化膜形成方法に関する。
Ｃと記す）を材料とする半導体素子の製造方法、特に酸
化膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンに代わる次世代半導体材料の一
つとしてＳｉＣが注目されている。ＳｉＣはシリコンと
比較してバンドギャップが大きい、飽和ドリフト速度が
大きい、熱伝導度が高い、絶縁破壊電界強度が１桁程度
大きいなど、物性面で優れた材料である。これらの特長
を生かして炭化けい素は、高温センサー、高周波デバイ
ス、パワーデバイスなどとして期待されている。実際に
シリコンの特性を越えるデバイスも次々と試作されてい
る。
つとしてＳｉＣが注目されている。ＳｉＣはシリコンと
比較してバンドギャップが大きい、飽和ドリフト速度が
大きい、熱伝導度が高い、絶縁破壊電界強度が１桁程度
大きいなど、物性面で優れた材料である。これらの特長
を生かして炭化けい素は、高温センサー、高周波デバイ
ス、パワーデバイスなどとして期待されている。実際に
シリコンの特性を越えるデバイスも次々と試作されてい
る。
【０００３】パワーデバイスに関しては、オン抵抗は次
の式によって決定される。
の式によって決定される。
【０００４】
【数１】R ON＝4BV PP 2/εs μE C 3 ここで、RONはオン抵抗、BVPPは絶縁耐圧、εs はＳｉ
Ｃの誘電率、μは移動度、E C はＳｉＣの臨界電界強度
である。
Ｃの誘電率、μは移動度、E C はＳｉＣの臨界電界強度
である。
【０００５】ＳｉＣと従来半導体材料として使用されて
いるシリコンとを比較すると、ＳｉＣの移動度は９００
cm2/Vsとシリコンの移動度１３５０cm2/Vsより小さい
が、臨界電界強度がシリコンの２×１０5V/cm 対して３
×１０6V/cm と一桁以上大きい。比誘電率はシリコン１
１．９に対してＳｉＣが９．７とほとんど変わらない。
このためＳｉＣを用いた半導体素子はシリコン半導体素
子と比較してオン抵抗として３桁程度の低減が可能とな
る。さらに、バンドギャップが大きく、熱伝導度も高い
ため、熱暴走しにくく、冷却装置も小型化できるという
メリットも生まれる。このようなことが、主に次世代の
パワーデバイスとしての研究が盛んな理由である。
いるシリコンとを比較すると、ＳｉＣの移動度は９００
cm2/Vsとシリコンの移動度１３５０cm2/Vsより小さい
が、臨界電界強度がシリコンの２×１０5V/cm 対して３
×１０6V/cm と一桁以上大きい。比誘電率はシリコン１
１．９に対してＳｉＣが９．７とほとんど変わらない。
このためＳｉＣを用いた半導体素子はシリコン半導体素
子と比較してオン抵抗として３桁程度の低減が可能とな
る。さらに、バンドギャップが大きく、熱伝導度も高い
ため、熱暴走しにくく、冷却装置も小型化できるという
メリットも生まれる。このようなことが、主に次世代の
パワーデバイスとしての研究が盛んな理由である。
【０００６】パワーデバイスの中の一つに金属−酸化物
−半導体のゲート構造を持つ電界効果型トランジスタ
（以下ＭＯＳＦＥＴと記す）がある。ＭＯＳＦＥＴは、
電子のみが流れるユニポーラ素子であり、ゲート信号を
電圧で制御するためスイッチング速度が速いという特長
がある。しかし反面、少数キャリアの注入による伝導度
変調を利用する、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
（以下ＩＧＢＴと記す）などのようなパイポーラトラン
ジスタと比べ、オン抵抗が高くなってしまうのが難点で
ある。従って、シリコンを用いた場合ではパワーデバイ
スとしてはＩＧＢＴが主に採用されている。
−半導体のゲート構造を持つ電界効果型トランジスタ
（以下ＭＯＳＦＥＴと記す）がある。ＭＯＳＦＥＴは、
電子のみが流れるユニポーラ素子であり、ゲート信号を
電圧で制御するためスイッチング速度が速いという特長
がある。しかし反面、少数キャリアの注入による伝導度
変調を利用する、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
（以下ＩＧＢＴと記す）などのようなパイポーラトラン
ジスタと比べ、オン抵抗が高くなってしまうのが難点で
ある。従って、シリコンを用いた場合ではパワーデバイ
スとしてはＩＧＢＴが主に採用されている。
【０００７】しかしながら、ＳｉＣを用いるとＭＯＳＦ
ＥＴでもシリコンＩＧＢＴよりオン抵抗を低減させるこ
とができる。またＳｉＣにおいてはシリコンの場合と同
じプロセス手法で酸化することができるため、シリコン
の技術の蓄積を生かすことができるという利点がある。
このため、ＳｉＣを用いたＭＯＳＦＥＴは現在盛んに研
究が行われている。
ＥＴでもシリコンＩＧＢＴよりオン抵抗を低減させるこ
とができる。またＳｉＣにおいてはシリコンの場合と同
じプロセス手法で酸化することができるため、シリコン
の技術の蓄積を生かすことができるという利点がある。
このため、ＳｉＣを用いたＭＯＳＦＥＴは現在盛んに研
究が行われている。
【０００８】ＳｉＣを用いると上記の理由から同様の構
造のシリコン素子と比べるとオン抵抗を下げることがで
きるが、まだまだ十分なレベルにはない。このオン抵抗
は基板抵抗、金属のオーミツク接触部の接触抵抗、エピ
タキシャル層のドリフト抵抗、チャネル抵抗の直列抵抗
として表される。これらのうちオン抵抗の大部分はチャ
ネル抵抗によって占められている。
造のシリコン素子と比べるとオン抵抗を下げることがで
きるが、まだまだ十分なレベルにはない。このオン抵抗
は基板抵抗、金属のオーミツク接触部の接触抵抗、エピ
タキシャル層のドリフト抵抗、チャネル抵抗の直列抵抗
として表される。これらのうちオン抵抗の大部分はチャ
ネル抵抗によって占められている。
【０００９】このチヤネル抵抗を低減させるためには、
チヤネル部を流れるキャリアの移動度を向上させなけれ
ばならない。シリコンを用いたＩＧＢＴに対して特性面
で有意差を出すためには１００〜２００cm2/Vsの値が求
められている。
チヤネル部を流れるキャリアの移動度を向上させなけれ
ばならない。シリコンを用いたＩＧＢＴに対して特性面
で有意差を出すためには１００〜２００cm2/Vsの値が求
められている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら現在移動
度としてシリコンと同様なプロセスを用いただけでは、
4H-SiCにおいて数１０cm2/Vsの移動度しか得られていな
い。この値は4H-SiCの結晶中の移動度が９００cm2/Vsで
あることから考えると１桁以上小さな値である。ＳｉＣ
のバンドギャップ中の界面準位密度を測定すると伝導帯
端に近づくに従い急激に増加することが知られている
［M. K. Das, B. S. Um, and J. A. Cooper, Jr., Inte
rnational Conference on Silicon Carbide and Relate
d Materials, Raleigh, NC, October pp.11-15, （199
9） 参照］。これらの準位は電子を捕獲してしまうた
め伝導に寄与する電子が減少し、そのために見かけ上の
移動度が大きく低下してしまうと考えられている。ま
た、負に帯電した準位による伝導電子のクーロン散乱も
移動度の低下を引き起こしているものと考えられてい
る。
度としてシリコンと同様なプロセスを用いただけでは、
4H-SiCにおいて数１０cm2/Vsの移動度しか得られていな
い。この値は4H-SiCの結晶中の移動度が９００cm2/Vsで
あることから考えると１桁以上小さな値である。ＳｉＣ
のバンドギャップ中の界面準位密度を測定すると伝導帯
端に近づくに従い急激に増加することが知られている
［M. K. Das, B. S. Um, and J. A. Cooper, Jr., Inte
rnational Conference on Silicon Carbide and Relate
d Materials, Raleigh, NC, October pp.11-15, （199
9） 参照］。これらの準位は電子を捕獲してしまうた
め伝導に寄与する電子が減少し、そのために見かけ上の
移動度が大きく低下してしまうと考えられている。ま
た、負に帯電した準位による伝導電子のクーロン散乱も
移動度の低下を引き起こしているものと考えられてい
る。
【００１１】この界面準位の原因として、酸化時に残留
したＳｉＣのカーボンクラスタが考えられている［V.
V. Afanas'ev, A. Stesmans and C. I. Harris, Intern
ationalConference on Silicon Carbide and Related M
aterials, Stockholm, Sweden， September pp.857 −8
60,（1997） 参照］。通常酸化時にＳｉＣの構成元素
であるカーボンは酸素原子によりＣＯ、ＣＯ2などの形
態で膜中から除去されると考えられる。しかしながら、
一部のカーボン原子は残留してしまい、それらは大きな
応力を発生しているために拡散速度が大きくなる酸化膜
／半導体界面に徐々に集まってくると考えられる。その
結果、酸化膜／半導体界面にはカーボンが密集してクラ
スター状になると考えられ、実際に酸化膜／半導体界面
でカーボンクラスターが検出されている［B. Hornetz,
H-J. Michel and J. Halbritter, Joumal of Materials
Reserch, Vol.9, No.12,Dec. （1994） pp.3088−309
3 参照］。
したＳｉＣのカーボンクラスタが考えられている［V.
V. Afanas'ev, A. Stesmans and C. I. Harris, Intern
ationalConference on Silicon Carbide and Related M
aterials, Stockholm, Sweden， September pp.857 −8
60,（1997） 参照］。通常酸化時にＳｉＣの構成元素
であるカーボンは酸素原子によりＣＯ、ＣＯ2などの形
態で膜中から除去されると考えられる。しかしながら、
一部のカーボン原子は残留してしまい、それらは大きな
応力を発生しているために拡散速度が大きくなる酸化膜
／半導体界面に徐々に集まってくると考えられる。その
結果、酸化膜／半導体界面にはカーボンが密集してクラ
スター状になると考えられ、実際に酸化膜／半導体界面
でカーボンクラスターが検出されている［B. Hornetz,
H-J. Michel and J. Halbritter, Joumal of Materials
Reserch, Vol.9, No.12,Dec. （1994） pp.3088−309
3 参照］。
【００１２】また、このカーボンクラスタは２．７７eV
付近に深い準位を作ることがPenslらのグループにより
報告されている。これらのことから伝導帯付近の高密度
の界面準位は、カーボンクラスタによるものと考えられ
ている。カーボンクラスタを除去するために様々な対策
が立てられている。その中の一つとして酸化後に常圧の
水素あるいはアルゴン雰囲気中において再び１０００℃
程度のアニールをおこなうという手法がある［S. Suzuk
i et. al., Materials Science Forum, Vols. 338-342,
pp. 1073 〜1076，(1999) 参照] 。
付近に深い準位を作ることがPenslらのグループにより
報告されている。これらのことから伝導帯付近の高密度
の界面準位は、カーボンクラスタによるものと考えられ
ている。カーボンクラスタを除去するために様々な対策
が立てられている。その中の一つとして酸化後に常圧の
水素あるいはアルゴン雰囲気中において再び１０００℃
程度のアニールをおこなうという手法がある［S. Suzuk
i et. al., Materials Science Forum, Vols. 338-342,
pp. 1073 〜1076，(1999) 参照] 。
【００１３】この方法によりミッドギャップ付近の界面
準位密度は低下するということが確認された。これはア
ニールにより残留カーボンが除去されたことと、水素ア
ニールの場合にはカーボンクラスタのダングリングボン
ドを水素原子により終端したことによるものと考えられ
る。しかしながら、移動度に関してはミツドギャップ付
近の界面準位密度が減少した場合においても向上が見ら
れなかったとしている[ 鈴木誠二、原田信介、先崎純
寿、小杉亮治、福田憲司、田中知行、新井和雄、;SiC
及び関連ワイドギャップ半導体研究会第9回講演会予稿
集、pp. 86,(2000)］。
準位密度は低下するということが確認された。これはア
ニールにより残留カーボンが除去されたことと、水素ア
ニールの場合にはカーボンクラスタのダングリングボン
ドを水素原子により終端したことによるものと考えられ
る。しかしながら、移動度に関してはミツドギャップ付
近の界面準位密度が減少した場合においても向上が見ら
れなかったとしている[ 鈴木誠二、原田信介、先崎純
寿、小杉亮治、福田憲司、田中知行、新井和雄、;SiC
及び関連ワイドギャップ半導体研究会第9回講演会予稿
集、pp. 86,(2000)］。
【００１４】酸化後の再アニールにより、界面準位密度
は低下しているがまだまだ十分ではなく、移動度を向上
させるためにはさらにカーボンクラスタを減少させ、ま
た残留カーボンのダングリングボンドをより多く終端す
る必要があると考えられる。このような問題に鑑み本発
明の目的は、ＳｉＣ表面近傍のカーボンクラスタの影響
を免れ、良好な特性のＳｉＣデバイスが得られる酸化膜
形成方法を提供することにある。
は低下しているがまだまだ十分ではなく、移動度を向上
させるためにはさらにカーボンクラスタを減少させ、ま
た残留カーボンのダングリングボンドをより多く終端す
る必要があると考えられる。このような問題に鑑み本発
明の目的は、ＳｉＣ表面近傍のカーボンクラスタの影響
を免れ、良好な特性のＳｉＣデバイスが得られる酸化膜
形成方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明は、熱酸化による薄い酸化膜の形成工程と、酸
化膜の形成工程とは異なるガス雰囲気中におけるアニー
ル工程とを繰り返して、所期の厚さの酸化膜を形成する
ものとする。または、熱酸化による薄い酸化膜の形成工
程と、酸化工程とは異なるガス雰囲気中におけるアニー
ル工程とをおこなった後、堆積法により酸化膜を形成
し、所期の厚さの酸化膜としてもよい。
め本発明は、熱酸化による薄い酸化膜の形成工程と、酸
化膜の形成工程とは異なるガス雰囲気中におけるアニー
ル工程とを繰り返して、所期の厚さの酸化膜を形成する
ものとする。または、熱酸化による薄い酸化膜の形成工
程と、酸化工程とは異なるガス雰囲気中におけるアニー
ル工程とをおこなった後、堆積法により酸化膜を形成
し、所期の厚さの酸化膜としてもよい。
【００１６】いずれの方法によっても、酸化膜が薄い段
階における残留カーボン量は、設定膜厚まで酸化を行っ
た場合に比べて、カーボンクラスタが大きく成長してお
らず、少ない。そして酸化膜厚が小さい分だけ、カーボ
ンを分解除去するガスが、界面へ到達する確率が大きく
なる。従って、酸化膜厚が小さい段階におけるアニール
を繰り返せば、界面に存在する残留カ一ボンクラスタは
除去され易く、より短時間、より低温でカーボンクラス
タを除去することができる。これは、残留カーボンが同
量であっても、少数の大きなクラスタの場合よりも多数
の小さなクラスタの場合の方が体積に対する表面積の割
合が大きいため、分解反応が進みやすいためと理解する
ことができる。
階における残留カーボン量は、設定膜厚まで酸化を行っ
た場合に比べて、カーボンクラスタが大きく成長してお
らず、少ない。そして酸化膜厚が小さい分だけ、カーボ
ンを分解除去するガスが、界面へ到達する確率が大きく
なる。従って、酸化膜厚が小さい段階におけるアニール
を繰り返せば、界面に存在する残留カ一ボンクラスタは
除去され易く、より短時間、より低温でカーボンクラス
タを除去することができる。これは、残留カーボンが同
量であっても、少数の大きなクラスタの場合よりも多数
の小さなクラスタの場合の方が体積に対する表面積の割
合が大きいため、分解反応が進みやすいためと理解する
ことができる。
【００１７】或いは、酸化膜を形成する工程として堆積
法により酸化膜を形成する。そうすれば、酸化膜／半導
体界面は残留カーボンを含まないままの状態で設定膜厚
の酸化膜を形成することができる。熱酸化により一回に
形成する薄い酸化膜の厚さを、１５nm以下とする。カ一
ボンクラスタの除去過程が拡散律速とすると、一回に形
成する薄い酸化膜の厚さが薄いほど、短時間の熱処理で
済むことになる。後述のゲート酸化膜に必要な膜厚３０
nmのとき、一回に形成する薄い酸化膜の厚さを、１５nm
以下とすれば、除去に要する時間がほぼ１／４以下にで
きる。
法により酸化膜を形成する。そうすれば、酸化膜／半導
体界面は残留カーボンを含まないままの状態で設定膜厚
の酸化膜を形成することができる。熱酸化により一回に
形成する薄い酸化膜の厚さを、１５nm以下とする。カ一
ボンクラスタの除去過程が拡散律速とすると、一回に形
成する薄い酸化膜の厚さが薄いほど、短時間の熱処理で
済むことになる。後述のゲート酸化膜に必要な膜厚３０
nmのとき、一回に形成する薄い酸化膜の厚さを、１５nm
以下とすれば、除去に要する時間がほぼ１／４以下にで
きる。
【００１８】アニール工程のガスを水素、アンモニア、
酸化窒素のいずれかを含むものとする。そのようなガス
は炭素と反応するので、速やかにカ一ボンクラスタの除
去ができる。
酸化窒素のいずれかを含むものとする。そのようなガス
は炭素と反応するので、速やかにカ一ボンクラスタの除
去ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下実施例に基づき、本発明の実
施の形態を説明する。 ［実施例１］酸化を行う基板としては、ｐ型４Ｈ−Ｓｉ
Ｃサブストレート1 の（０００１）Ｓｉ面から８°オフ
した面上にｐ型エピタキシャル層2 を成長したエピタキ
シャルウェハを用いた。サブストレート1 のキャリア濃
度は１×１０18/cm3であり、ｐ型エピタキシャル層2 の
キャリア濃度は１×１０16/cm 3 、厚さ１０μm であ
る。
施の形態を説明する。 ［実施例１］酸化を行う基板としては、ｐ型４Ｈ−Ｓｉ
Ｃサブストレート1 の（０００１）Ｓｉ面から８°オフ
した面上にｐ型エピタキシャル層2 を成長したエピタキ
シャルウェハを用いた。サブストレート1 のキャリア濃
度は１×１０18/cm3であり、ｐ型エピタキシャル層2 の
キャリア濃度は１×１０16/cm 3 、厚さ１０μm であ
る。
【００２０】この基板のＲＣＡ洗浄を以下の手順でおこ
なった。まず、有機物、貴金属の除去のために硫酸過水
（Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 = ４:１、１２０〜１５０℃）
により１０分処理した後、自然酸化膜の除去のために希
ＨＦ（０．５%、ＲＴ）処理をおこなう。その後、自然
酸化膜中に存在するパーティクルを除去するために水酸
化アンモニウム（ＮＨＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝０．０
５：１：５、８０〜９０℃）処理をおこなう。その後、
自然酸化膜中に存在していた金属を除去するために塩酸
過水（ＨＣｌ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１: ６、８０〜
９０℃）処理をおこなう。最後に、これらのプロセス中
で新たに生じた自然酸化膜を除去するために再度希ＨＦ
処理をおこなう。これらの処理の間には純水により５分
程度のリンスをおこなう。
なった。まず、有機物、貴金属の除去のために硫酸過水
（Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 = ４:１、１２０〜１５０℃）
により１０分処理した後、自然酸化膜の除去のために希
ＨＦ（０．５%、ＲＴ）処理をおこなう。その後、自然
酸化膜中に存在するパーティクルを除去するために水酸
化アンモニウム（ＮＨＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝０．０
５：１：５、８０〜９０℃）処理をおこなう。その後、
自然酸化膜中に存在していた金属を除去するために塩酸
過水（ＨＣｌ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：１: ６、８０〜
９０℃）処理をおこなう。最後に、これらのプロセス中
で新たに生じた自然酸化膜を除去するために再度希ＨＦ
処理をおこなう。これらの処理の間には純水により５分
程度のリンスをおこなう。
【００２１】次に、常圧水素雰囲気中で１０００℃の３
０分間アニールを行った。その後この清浄表面をウェッ
ト酸化した。まず、窒素雰囲気中において７００℃から
１０℃/minのレートで１１００℃まで昇温した。その
後、１１００℃において酸素と水素の流量比を1：1に保
って１時間の酸化を行い酸化膜3を形成した。
０分間アニールを行った。その後この清浄表面をウェッ
ト酸化した。まず、窒素雰囲気中において７００℃から
１０℃/minのレートで１１００℃まで昇温した。その
後、１１００℃において酸素と水素の流量比を1：1に保
って１時間の酸化を行い酸化膜3を形成した。
【００２２】その後、カーボンクラスタの除去のため、
アルゴンと水素が１対１の雰囲気に切り換え３０分間の
アニールをおこなった。この操作を計５回おこなって３
０nmの膜厚の酸化膜3〜7を形成した。３０nm程度まで
は、ほぼ反応律速であり、毎回約５nmの酸化膜が成長す
る。なお、３０nmの酸化膜は、ＭＯＳＦＥＴのゲート酸
化膜として適当な厚さである。
アルゴンと水素が１対１の雰囲気に切り換え３０分間の
アニールをおこなった。この操作を計５回おこなって３
０nmの膜厚の酸化膜3〜7を形成した。３０nm程度まで
は、ほぼ反応律速であり、毎回約５nmの酸化膜が成長す
る。なお、３０nmの酸化膜は、ＭＯＳＦＥＴのゲート酸
化膜として適当な厚さである。
【００２３】この後、窒素の雰囲気中で７００℃まで３
℃/minのレートで降温した。このような酸化処理を行っ
た酸化膜／半導体界面の残留カ一ボンが除去されている
かどうか調べるために、特別な処理をしない比較例とと
もに種々の観察をおこなった。まず、希ふっ酸により酸
化膜をエッチングして炭化けい索半導体表面を露出させ
た後、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察をおこなった。
℃/minのレートで降温した。このような酸化処理を行っ
た酸化膜／半導体界面の残留カ一ボンが除去されている
かどうか調べるために、特別な処理をしない比較例とと
もに種々の観察をおこなった。まず、希ふっ酸により酸
化膜をエッチングして炭化けい索半導体表面を露出させ
た後、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察をおこなった。
【００２４】比較例においては、直径８０nm、高さ５nm
程度の突起が数１０個 /μm2の密度で観察されるが、本
発明の方法を実施した場合の炭化けい素表面にはそのよ
うな突起物は見られなかった。次に、二次イオン質量ス
ペクトロメータ（ＳＩＭＳ）分析により酸化膜の表面か
らカーボン原子の深さ方向分布を測定した。比較例に比
べて、本発明の方法を実施した場合では、酸化膜／炭化
けい素半導体界面近傍におけるカーボン原子の分布の傾
きが急峻になっていた。これは、カーボンクラスタの消
滅を示唆している。
程度の突起が数１０個 /μm2の密度で観察されるが、本
発明の方法を実施した場合の炭化けい素表面にはそのよ
うな突起物は見られなかった。次に、二次イオン質量ス
ペクトロメータ（ＳＩＭＳ）分析により酸化膜の表面か
らカーボン原子の深さ方向分布を測定した。比較例に比
べて、本発明の方法を実施した場合では、酸化膜／炭化
けい素半導体界面近傍におけるカーボン原子の分布の傾
きが急峻になっていた。これは、カーボンクラスタの消
滅を示唆している。
【００２５】更に、酸化膜／半導体界面近傍を透過電子
顕微鏡（ＴＥＭ）で直接観察した。比較例ではカーボン
クラスタが見られたが、本発明の方法を実施した場合に
は、界面にカーボンクラスタが見られなかった。また、
このウェハを用いてＭＯＳＦＥＴを作製したところ、キ
ャリア移動度が１５０cm2/Vsであり、本発明の処理をす
ることによって、従来の５０cm2/Vsから大幅に改善され
た。
顕微鏡（ＴＥＭ）で直接観察した。比較例ではカーボン
クラスタが見られたが、本発明の方法を実施した場合に
は、界面にカーボンクラスタが見られなかった。また、
このウェハを用いてＭＯＳＦＥＴを作製したところ、キ
ャリア移動度が１５０cm2/Vsであり、本発明の処理をす
ることによって、従来の５０cm2/Vsから大幅に改善され
た。
【００２６】すなわち、本発明の方法では、カーボンク
ラスタの除去が十分におこなわれたことがわかる。先に
挙げた鈴木らの報告では、水素アニールをしても移動度
の改善効果がみられなかったとあったが、その場合との
大きな違いは、酸化膜厚にある。鈴木らの場合は酸化膜
の厚さが４８nmであり、その厚さに対しては水素アニー
ルが不十分であり、カーボンダングリングボンドを水素
で終端しただけで終わっていたと考えられる。また、酸
化膜を厚く成長させたため、カーボンクラスタが成長し
てクラスタの体積に対して表面積の割合が減ってしま
い、水素による除去が有効におこなわれなかったと考え
られる。
ラスタの除去が十分におこなわれたことがわかる。先に
挙げた鈴木らの報告では、水素アニールをしても移動度
の改善効果がみられなかったとあったが、その場合との
大きな違いは、酸化膜厚にある。鈴木らの場合は酸化膜
の厚さが４８nmであり、その厚さに対しては水素アニー
ルが不十分であり、カーボンダングリングボンドを水素
で終端しただけで終わっていたと考えられる。また、酸
化膜を厚く成長させたため、カーボンクラスタが成長し
てクラスタの体積に対して表面積の割合が減ってしま
い、水素による除去が有効におこなわれなかったと考え
られる。
【００２７】それに対し本発明の方法では、酸化膜が薄
い段階で水素アニールをおこなうので、酸化膜界面での
カーボンクラスタの核がまだ小さく、体積に対する表面
積の割合も大きいので、容易に水素との反応が進み、Ｃ
Ｈx という形で除去されるのである。アニール用のガス
としては、上記の水素以外に、窒素、アンモニア、アル
ゴン、亜酸化窒素、酸化窒素等を用いても効果がある。
い段階で水素アニールをおこなうので、酸化膜界面での
カーボンクラスタの核がまだ小さく、体積に対する表面
積の割合も大きいので、容易に水素との反応が進み、Ｃ
Ｈx という形で除去されるのである。アニール用のガス
としては、上記の水素以外に、窒素、アンモニア、アル
ゴン、亜酸化窒素、酸化窒素等を用いても効果がある。
【００２８】［実施例２］使用した基板、エピタキシャ
ル層、表面処理方法、１回目の酸化の昇温、保持、カー
ボンクラスタ除去のためのアニール、冷却までは実施例
１と同様にした。この時点での酸化膜8の膜厚は６nmで
ある。この酸化膜8の上に減圧ＣＶＤ法により、厚さ２
４nmのＣＶＤ酸化膜9 を堆積した。成膜条件は次のよう
にした。ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4 ）および酸素
（Ｏ2 ）を使用し、その流量比をＳｉＨ4 ：Ｏ2 ＝１：
５とした。圧力は１Pa、成膜温度は３００℃とし、時間
は１分間である。
ル層、表面処理方法、１回目の酸化の昇温、保持、カー
ボンクラスタ除去のためのアニール、冷却までは実施例
１と同様にした。この時点での酸化膜8の膜厚は６nmで
ある。この酸化膜8の上に減圧ＣＶＤ法により、厚さ２
４nmのＣＶＤ酸化膜9 を堆積した。成膜条件は次のよう
にした。ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4 ）および酸素
（Ｏ2 ）を使用し、その流量比をＳｉＨ4 ：Ｏ2 ＝１：
５とした。圧力は１Pa、成膜温度は３００℃とし、時間
は１分間である。
【００２９】この例についても、酸化膜／半導体界面近
傍を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で直接観察したが、界面
にカーボンクラスタが見られなかった。すなわち、本発
明の方法では、カーボンクラスタの除去が十分におこな
われたと考えられる。なお、炭化けい素基板のエピタキ
シャル膜2 上に最初からＣＶＤ酸化膜9 形成せず、薄い
熱酸化膜8 を形成した後にＣＶＤ酸化膜9 形成したの
は、炭化けい素基板表面の汚染がＭＯＳ界面に取り込ま
れて、界面準位が生じるのを避けるためである。
傍を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で直接観察したが、界面
にカーボンクラスタが見られなかった。すなわち、本発
明の方法では、カーボンクラスタの除去が十分におこな
われたと考えられる。なお、炭化けい素基板のエピタキ
シャル膜2 上に最初からＣＶＤ酸化膜9 形成せず、薄い
熱酸化膜8 を形成した後にＣＶＤ酸化膜9 形成したの
は、炭化けい素基板表面の汚染がＭＯＳ界面に取り込ま
れて、界面準位が生じるのを避けるためである。
【００３０】ＣＶＤ酸化膜9 の堆積方法としては、ＬＰ
ＣＶＤ法以外に、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法を用い
ても良い。
ＣＶＤ法以外に、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法を用い
ても良い。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
熱酸化による薄い酸化膜の形成工程と、酸化膜の形成工
程とは異なるガス雰囲気中におけるアニール工程とを繰
り返し、或いはアニール工程をおこなった後、堆積法に
より酸化膜を形成し、所期の厚さの酸化膜とすることに
よって、酸化膜／炭化けい素近傍のカーボンクラスタの
分解除去が確実におこなわれ、従来見られた界面準位の
発生や、キャリア移動度の低下を防止し、良好な特性の
ＳｉＣ半導体デバイスを作製することができることを示
した。
熱酸化による薄い酸化膜の形成工程と、酸化膜の形成工
程とは異なるガス雰囲気中におけるアニール工程とを繰
り返し、或いはアニール工程をおこなった後、堆積法に
より酸化膜を形成し、所期の厚さの酸化膜とすることに
よって、酸化膜／炭化けい素近傍のカーボンクラスタの
分解除去が確実におこなわれ、従来見られた界面準位の
発生や、キャリア移動度の低下を防止し、良好な特性の
ＳｉＣ半導体デバイスを作製することができることを示
した。
【００３２】従って本発明は、炭化珪素半導体素子の普
及、発展に大きな貢献をなすものである。
及、発展に大きな貢献をなすものである。
【図１】本発明第一の実施例の方法によるSiC半導体素
子の断面図
子の断面図
【図２】本発明第二の実施例の方法によるSiC半導体素
子の断面図
子の断面図
1・・・ｐ型サブストレート 2・・・ｐ型エビタキシヤル層 3・・・第１回目の熱酸化による酸化膜 4・・・第２回目の熱酸化による酸化膜 S・・・第３回目の熱酸化による酸化膜 6・・・第４回目の熱酸化による酸化膜 7・・・第５回目の熱酸化による酸化膜 8・・・第１回目の熱酸化による酸化膜 9・・・CVD酸化膜
Claims (4)
- 【請求項１】熱酸化による薄い酸化膜の形成工程と、酸
化膜の形成工程とは異なるガス雰囲気中におけるアニー
ル工程とを繰り返して、所期の厚さの酸化膜を形成する
ことを特徴とする炭化けい素半導体素子の製造方法 - 【請求項２】熱酸化による薄い酸化膜の形成工程と、熱
酸化工程とは異なるガス雰囲気中におけるアニール工程
とをおこなった後、堆積法により酸化膜を形成し、所期
の厚さの酸化膜とすることを特徴とする炭化けい素半導
体素子の製造方法。 - 【請求項３】熱酸化により一回に形成する薄い酸化膜の
厚さを、１５nm以下とすることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の炭化けい素半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】アニール工程のガスを水素、アンモニア、
酸化窒素、亜酸化窒素、窒素、アルゴンのいずれかを含
むものとすることを特徴とする請求項３に記載の炭化け
い素半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001082087A JP4247459B2 (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 炭化けい素半導体基板の酸化膜形成方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001082087A JP4247459B2 (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 炭化けい素半導体基板の酸化膜形成方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002280381A true JP2002280381A (ja) | 2002-09-27 |
| JP4247459B2 JP4247459B2 (ja) | 2009-04-02 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005053034A1 (ja) * | 2003-11-25 | 2005-06-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 半導体素子 |
| WO2007086196A1 (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2007201343A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 炭化珪素半導体素子の製造方法 |
| WO2011027831A1 (ja) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | ローム株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2020061475A (ja) * | 2018-10-11 | 2020-04-16 | 株式会社豊田中央研究所 | 炭化珪素半導体装置とその製造方法 |
-
2001
- 2001-03-22 JP JP2001082087A patent/JP4247459B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US7214984B2 (en) | 2003-11-25 | 2007-05-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High-breakdown-voltage insulated gate semiconductor device |
| US7381993B2 (en) | 2003-11-25 | 2008-06-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High-breakdown-voltage insulated gate semiconductor device |
| WO2007086196A1 (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2007201343A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 炭化珪素半導体素子の製造方法 |
| US9257521B2 (en) | 2009-09-07 | 2016-02-09 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US10546954B2 (en) | 2009-09-07 | 2020-01-28 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US8653533B2 (en) | 2009-09-07 | 2014-02-18 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| US8969877B2 (en) | 2009-09-07 | 2015-03-03 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| JP5823294B2 (ja) * | 2009-09-07 | 2015-11-25 | ローム株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| WO2011027831A1 (ja) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | ローム株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US9496393B2 (en) | 2009-09-07 | 2016-11-15 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US9893180B2 (en) | 2009-09-07 | 2018-02-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US10319853B2 (en) | 2009-09-07 | 2019-06-11 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| CN102484069A (zh) * | 2009-09-07 | 2012-05-30 | 罗姆股份有限公司 | 半导体装置及其制造方法 |
| US11777030B2 (en) | 2009-09-07 | 2023-10-03 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US10804392B2 (en) | 2009-09-07 | 2020-10-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US11043589B2 (en) | 2009-09-07 | 2021-06-22 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US11296223B2 (en) | 2009-09-07 | 2022-04-05 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US11610992B2 (en) | 2009-09-07 | 2023-03-21 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device |
| JP7082558B2 (ja) | 2018-10-11 | 2022-06-08 | 株式会社豊田中央研究所 | 炭化珪素半導体装置とその製造方法 |
| JP2020061475A (ja) * | 2018-10-11 | 2020-04-16 | 株式会社豊田中央研究所 | 炭化珪素半導体装置とその製造方法 |
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