JP2011091186A - Method of fabricating silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Method of fabricating silicon carbide semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2011091186A
JP2011091186A JP2009243034A JP2009243034A JP2011091186A JP 2011091186 A JP2011091186 A JP 2011091186A JP 2009243034 A JP2009243034 A JP 2009243034A JP 2009243034 A JP2009243034 A JP 2009243034A JP 2011091186 A JP2011091186 A JP 2011091186A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
oxide film
gate insulating
insulating film
heat treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009243034A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akiyuki Furuhashi
壮之 古橋
Hisakazu Tanioka
寿一 谷岡
Keiko Sakai
景子 酒井
Narihisa Miura
成久 三浦
Tomokatsu Watanabe
友勝 渡辺
Masayuki Imaizumi
昌之 今泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2009243034A priority Critical patent/JP2011091186A/en
Publication of JP2011091186A publication Critical patent/JP2011091186A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Element Separation (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of fabricating a silicon carbide semiconductor device, which achieves high reliability and insulation strength of an SiO<SB>2</SB>film formed on an SiC layer and can control the threshold voltage of the device. <P>SOLUTION: The method of fabricating a silicon carbide semiconductor device having an SiO<SB>2</SB>film formed on the surface of an SiC layer uses a CVD (Chemical Vapor Deposition) oxide film deposited as the SiO<SB>2</SB>film by a CVD method. After the CVD oxide film is deposited on the surface of the SiC layer, the CVD oxide film and the SiC layer are subjected to a nitriding treatment and a heat treatment under the oxygen atmosphere containing water vapor. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関し、特に、炭化珪素層上に形成された二酸化珪素膜を備える炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device including a silicon dioxide film formed on a silicon carbide layer.

炭化珪素(SiC)は優れた物性値を有し、高耐圧で低損失なパワーデバイスの実現を可能にする材料として注目されている。SiCは珪素(Si)と同様に、表面を熱酸化することで二酸化珪素(SiO2)膜を形成することができる。しかし、熱酸化直後のSiC/SiO2界面には、多くの界面準位が存在する。例えば、SiC層を熱酸化して形成したSiO2膜(以下「熱酸化膜」と称す)をゲート絶縁膜として有するMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)では、この伝導帯に近い界面準位により、チャネル移動度がバルク中の電子移動度に比べて極めて小さくなり、オン抵抗値が理想的な値よりも高くなる。 Silicon carbide (SiC) has attracted attention as a material that has an excellent physical property value and enables the realization of a power device with high breakdown voltage and low loss. Similar to silicon (Si), SiC can form a silicon dioxide (SiO 2 ) film by thermally oxidizing the surface. However, many interface states exist at the SiC / SiO 2 interface immediately after thermal oxidation. For example, in a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) having a SiO 2 film (hereinafter referred to as “thermal oxide film”) formed by thermally oxidizing a SiC layer as a gate insulating film, the interface state close to this conduction band The channel mobility becomes extremely smaller than the electron mobility in the bulk, and the on-resistance value becomes higher than the ideal value.

SiC層と熱酸化膜との界面に多くの界面準位が生じるのは、熱酸化膜中に炭素原子が析出することが原因の1つと考えられている。また熱酸化膜の形成過程で、SiC層に含まれる転位欠陥がSiO2の均一な成長を妨げるため、SiC層に形成した熱酸化膜は、Si層上に形成した熱酸化膜よりも信頼性に乏しいことが報告されている(非特許文献1)。 It is considered that the generation of many interface states at the interface between the SiC layer and the thermal oxide film is caused by the deposition of carbon atoms in the thermal oxide film. In addition, since the dislocation defects contained in the SiC layer prevent uniform growth of SiO 2 during the formation process of the thermal oxide film, the thermal oxide film formed on the SiC layer is more reliable than the thermal oxide film formed on the Si layer. Have been reported to be poor (Non-Patent Document 1).

SiC/SiO2界面での界面準位密度を低減させるためには、一酸化窒素(NO)や一酸化二窒素(N2O)などの窒素酸化ガス雰囲気中、あるいはアンモニア(NH3)ガス雰囲気中で熱処理(窒化処理)を行い、SiC/SiO2界面を窒化させるとよい。中でもNOガスによる酸窒化処理が効果的である。この窒化処理は、SiC層上にSiO2膜を形成した後に、SiC層とSiO2膜との界面に発生した界面準位を電気的に不活性化するというものである。但し、この手法では、界面準位の減少に伴ってSiO2膜中に多くのホールトラップが形成されるため、絶縁強度の低下を伴う。 In order to reduce the interface state density at the SiC / SiO 2 interface, in a nitrogen oxidizing gas atmosphere such as nitrogen monoxide (NO) or dinitrogen monoxide (N 2 O), or in an ammonia (NH 3) gas atmosphere It is preferable to perform a heat treatment (nitriding treatment) to nitride the SiC / SiO 2 interface. Of these, oxynitriding with NO gas is effective. In this nitriding treatment, after an SiO 2 film is formed on the SiC layer, an interface state generated at the interface between the SiC layer and the SiO 2 film is electrically inactivated. However, this method involves a decrease in insulation strength because many hole traps are formed in the SiO 2 film as the interface state decreases.

例えばMOSFETのゲート絶縁膜である熱酸化膜に対して窒化処理を行うと、オン抵抗を低くすることができる。また窒化処理によってアクセプタ型の界面準位が減少するのに伴い、当該MOSFETの閾値電圧が低下して理論値へと近づくことも報告されている(非特許文献2)。   For example, when nitriding is performed on a thermal oxide film that is a gate insulating film of a MOSFET, the on-resistance can be lowered. It has also been reported that the threshold voltage of the MOSFET decreases and approaches the theoretical value as the acceptor-type interface state decreases due to nitriding (Non-Patent Document 2).

SiC半導体装置をパワーデバイスとして用いる場合、高耐圧特性の確保が最優先である。これを実現するためには、閾値電圧がある程度大きいことが必要である。蓄積型チャネルMOSFETなどの比較的複雑な構造のデバイスに上記の窒化処理を行うと、オン抵抗の低減は図れるものの、閾値電圧が低くなりすぎて、パワーデバイスとして致命的な結果を招く。悪い場合には、ノーマリ・オン特性となる。   When using a SiC semiconductor device as a power device, securing high breakdown voltage characteristics is a top priority. In order to realize this, the threshold voltage needs to be large to some extent. When the above nitriding treatment is performed on a device having a relatively complicated structure such as a storage channel MOSFET, the on-resistance can be reduced, but the threshold voltage becomes too low, resulting in a fatal result as a power device. When it is bad, it becomes normally-on characteristics.

このような背景から、SiCにより構成されるMOSFET(SiC−MOSFET)の開発において、チャネル移動度の向上、ゲート絶縁膜の信頼性の向上と共に、閾値電圧を適切に制御できる技術の確立が急務となっている。   Against this background, in the development of MOSFETs composed of SiC (SiC-MOSFETs), it is urgent to establish a technology that can appropriately control the threshold voltage as well as improving the channel mobility and the reliability of the gate insulating film. It has become.

下記の特許文献1には、熱酸化膜のゲート絶縁膜に対して窒化処理を行った後にSiC−MOSFETの閾値電圧を上昇させる方法として、水蒸気(H2O)を含む酸素(O2)雰囲気で熱処理を行う手法が開示されている。これによれば、800℃以上1100℃未満の温度範囲が特に効果的とされており、例えば950℃、1時間の熱処理によって閾値電圧は+8Vと大幅に増加する。 Patent Document 1 below discloses an oxygen (O 2 ) atmosphere containing water vapor (H 2 O) as a method for increasing the threshold voltage of a SiC-MOSFET after nitriding the gate insulating film of a thermal oxide film. Discloses a method of performing a heat treatment. According to this, a temperature range of 800 ° C. or higher and lower than 1100 ° C. is particularly effective. For example, the threshold voltage is significantly increased to +8 V by heat treatment at 950 ° C. for 1 hour.

特開2005−223003号公報JP 2005-223003 A

K. Fujihira, N. Miura, K. Shiozawa, M. Imaizumi, K. Ohtsuka, and T. Takami, “Successful Enhancement of Lifetime for SiO2 on 4H-SiC by N2O Anneal," Electron Device Lett., 25, 734-736 (2004).K. Fujihira, N. Miura, K. Shiozawa, M. Imaizumi, K. Ohtsuka, and T. Takami, “Successful Enhancement of Lifetime for SiO2 on 4H-SiC by N2O Anneal,” Electron Device Lett., 25, 734- 736 (2004). G. Y. Chung, J. R. Williams, C. C. Tin, K. McDonald, D. Farmer, R. K. Chanana, S. T. Pantelides, O. W. Holland, L. C. Feldman, “Interface state density and channel mobility for 4H-SiC MOSFETs with nitrogen passivation," Applied Surface Science 184, 399-403 (2001).GY Chung, JR Williams, CC Tin, K. McDonald, D. Farmer, RK Chanana, ST Pantelides, OW Holland, LC Feldman, “Interface state density and channel mobility for 4H-SiC MOSFETs with nitrogen passivation,” Applied Surface Science 184 , 399-403 (2001).

上記したように、SiC層を熱酸化して形成するSiO2膜(熱酸化膜)は、転位欠陥の影響などにより信頼性に乏しい。またSiC/SiO2界面には界面準位が多く存在し、それがSiCの本来有する物性値から期待される素子特性、特に低いチャネル移動度を実現する妨げとなっている。界面準位を減少させる手法の1つとして窒化処理があるが、界面準位の減少に伴いSiO2膜中に多くのホールトラップが形成されるため、絶縁強度の低下を伴う。またパワーデバイスとして用いられるSiC−MOSFETに対して行うと、閾値電圧が低下するため高耐圧特性を維持できなくなる場合がある。 As described above, the SiO 2 film (thermal oxide film) formed by thermally oxidizing the SiC layer has poor reliability due to the influence of dislocation defects. In addition, there are many interface states at the SiC / SiO 2 interface, which hinders realization of device characteristics expected from the inherent physical properties of SiC, in particular, low channel mobility. One method for reducing the interface state is nitriding, but as the interface state is reduced, many hole traps are formed in the SiO 2 film, resulting in a decrease in insulation strength. In addition, if it is performed on a SiC-MOSFET used as a power device, the threshold voltage is lowered, so that high breakdown voltage characteristics may not be maintained.

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、炭化珪素層上に形成された二酸化珪素膜において高い信頼性および高い絶縁強度を実現でき、デバイスの閾値電圧を制御可能にした炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can realize high reliability and high insulation strength in a silicon dioxide film formed on a silicon carbide layer, and control the threshold voltage of the device. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.

本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、(a)SiC層の表面にCVD法によりSiO2膜を堆積する工程と、(b)前記SiO2膜および前記SiC層に対し、窒化処理を行う工程と、(c)前記SiO2膜および前記SiC層に対し、水蒸気を含んだ酸素雰囲気での熱処理を行う工程とを含むものである。 A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of depositing a SiO 2 film on the surface of a SiC layer by a CVD method; and (b) nitriding the SiO 2 film and the SiC layer. And (c) performing a heat treatment in an oxygen atmosphere containing water vapor on the SiO 2 film and the SiC layer.

CVD酸化膜を用いることで熱酸化膜よりも高い信頼性が得られる。また窒化処理によりキャリア移動度を向上させることができる。窒化処理を行うとCVD膜の絶縁強度が低下するが、水蒸気を含んだ酸素雰囲気での熱処理によって、その低下した絶縁強度を改善させることができる。また窒化処理は、デバイスの閾値電圧を下げるように作用するが、水蒸気を含んだ酸素雰囲気での熱処理は、閾値電圧を上げる働きもあり、その音頭および時間を調整することで閾値電圧の制御も可能である。   By using the CVD oxide film, higher reliability than the thermal oxide film can be obtained. Further, carrier mobility can be improved by nitriding treatment. When the nitriding treatment is performed, the insulation strength of the CVD film is lowered, but the lowered insulation strength can be improved by heat treatment in an oxygen atmosphere containing water vapor. Nitriding works to lower the threshold voltage of the device, but heat treatment in an oxygen atmosphere containing water vapor also works to raise the threshold voltage, and the threshold voltage can be controlled by adjusting the pitch and time. Is possible.

実施の形態1に係るMOSFETの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a MOSFET according to a first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法の工程図である。FIG. 6 is a process diagram of the method for manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法の工程図である。FIG. 6 is a process diagram of the method for manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法の工程図である。FIG. 6 is a process diagram of the method for manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法の工程図である。FIG. 6 is a process diagram of the method for manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法におけるゲート絶縁膜の形成工程を示すフロー図である。FIG. 6 is a flowchart showing a step of forming a gate insulating film in the MOSFET manufacturing method according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法の工程図である。FIG. 6 is a process diagram of the method for manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法の工程図である。FIG. 6 is a process diagram of the method for manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETのゲート絶縁膜への窒化処理が閾値電圧およびチャネル移動度に与える影響を示す図である。It is a figure which shows the influence which the nitridation process to the gate insulating film of MOSFET which concerns on Embodiment 1 has on a threshold voltage and channel mobility. 実施の形態1に係るMOSFETのゲート絶縁膜への窒化処理が当該ゲート絶縁膜の絶縁強度に与える影響を示す図である。It is a figure which shows the influence which the nitridation process to the gate insulating film of MOSFET which concerns on Embodiment 1 has on the insulation strength of the said gate insulating film. 実施の形態1に係るMOSFETのゲート絶縁膜の熱処理温度と閾値電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heat processing temperature of the gate insulating film of MOSFET which concerns on Embodiment 1, and a threshold voltage. 実施の形態1に係るMOSFETのゲート絶縁膜の熱処理温度とチャネル移動度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heat processing temperature of the gate insulating film of MOSFET which concerns on Embodiment 1, and channel mobility. 実施の形態1に係るMOSFETのゲート絶縁膜の熱処理時間と閾値電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heat processing time of the gate insulating film of MOSFET which concerns on Embodiment 1, and a threshold voltage. 実施の形態1に係るMOSFETのゲート絶縁膜の熱処理時間とチャネル移動度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heat processing time of the gate insulating film of MOSFET which concerns on Embodiment 1, and channel mobility. 実施の形態1に係るMOSFETのゲート絶縁膜の絶縁強度を示す図である。It is a figure which shows the insulation strength of the gate insulating film of MOSFET which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る縦型MOSFETの終端部の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a termination portion of a vertical MOSFET according to a second embodiment. FIG. 実施の形態2に係るpnダイオードおよび素子分離領域の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a pn diode and an element isolation region according to a second embodiment. FIG.

本発明においては、SiC層上に設けるSiO2膜として、熱酸化膜の代わりに化学的気相成長(CVD)法により堆積させたSiO2膜(以下「CVD酸化膜」と称す)を使用する。CVD酸化膜は、熱酸化膜に比べてSiC層との界面における界面準位密度が低い。そのため例えばSiC−MOSFETのゲート絶縁膜にCVD酸化膜を用いれば、チャネル移動度を向上させることができる。またCVD酸化膜は、SiC層に含まれる転位欠陥等の影響を受けないため熱酸化膜よりも高い信頼性が期待できる。 In the present invention, an SiO 2 film (hereinafter referred to as “CVD oxide film”) deposited by a chemical vapor deposition (CVD) method is used as the SiO 2 film provided on the SiC layer instead of the thermal oxide film. . The CVD oxide film has a lower interface state density at the interface with the SiC layer than the thermal oxide film. Therefore, for example, if a CVD oxide film is used as the gate insulating film of the SiC-MOSFET, the channel mobility can be improved. In addition, since the CVD oxide film is not affected by dislocation defects included in the SiC layer, higher reliability than the thermal oxide film can be expected.

しかし、SiC−MOSFETのゲート絶縁膜にCVD酸化膜を用いた場合でもチャネル移動度は理想的な値になるとまでは言えず、またCVD酸化膜は多孔質であるため、耐圧(絶縁強度)に関しては熱酸化膜よりも劣るといった課題が残る。   However, even when a CVD oxide film is used as the gate insulating film of the SiC-MOSFET, the channel mobility cannot be said to be an ideal value, and since the CVD oxide film is porous, the breakdown voltage (insulation strength) is related. Remains a problem that is inferior to thermal oxide films.

そこで本発明では、SiC層上に形成したCVD酸化膜に対し、窒化処理、並びに水蒸気(H2O)を含む酸素(O2)雰囲気での熱処理を行うことにより、CVD酸化膜の電気的特性および信頼性の向上を図り、それによりSiC半導体装置の性能向上を図る。 Therefore, in the present invention, the CVD oxide film formed on the SiC layer is subjected to nitriding treatment and heat treatment in an oxygen (O 2 ) atmosphere containing water vapor (H 2 O), whereby the electrical characteristics of the CVD oxide film are obtained. In addition, the reliability is improved, thereby improving the performance of the SiC semiconductor device.

<実施の形態1>
図1は、実施の形態1に係るSiC半導体装置であるSiC−MOSFETの概略断面図である。ここではMOSFETの一例として、横型のnチャネル型MOSFETを示す。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a SiC-MOSFET which is a SiC semiconductor device according to the first embodiment. Here, a lateral n-channel MOSFET is shown as an example of the MOSFET.

当該MOSFETは、n型のSiC基板1上に成長させたp型のSiCエピタキシャル層2に形成される。エピタキシャル層2の上部には、n型のドレイン領域3とソース領域4が間隔をあけて形成されている。またソース領域4に隣接する部分にp型のウェルコンタクト領域5が形成されている。   The MOSFET is formed in a p-type SiC epitaxial layer 2 grown on an n-type SiC substrate 1. On the epitaxial layer 2, an n-type drain region 3 and a source region 4 are formed at an interval. A p-type well contact region 5 is formed in a portion adjacent to the source region 4.

エピタキシャル層2の上面には、ゲート絶縁膜6が形成されており、ゲート絶縁膜6の上には、ドレイン領域3、ソース領域4およびその間のエピタキシャル層2(チャネル領域)を跨ぐようにゲート電極7が形成されている。またゲート絶縁膜6において、ドレイン領域3上の領域と、ソース領域4およびウェルコンタクト領域5上の領域には開口が設けられている。ドレイン領域3の上の開口には、当該ドレイン領域3に電気的に接続するドレイン電極8が形成され、ソース領域4およびウェルコンタクト領域5の上の開口には、それらソース領域4およびウェルコンタクト領域5に電気的に接続するソース電極9が形成されている。   A gate insulating film 6 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 2, and a gate electrode is formed on the gate insulating film 6 so as to straddle the drain region 3, the source region 4, and the epitaxial layer 2 (channel region) therebetween. 7 is formed. In the gate insulating film 6, openings are provided in a region on the drain region 3 and a region on the source region 4 and the well contact region 5. A drain electrode 8 electrically connected to the drain region 3 is formed in the opening above the drain region 3, and the source region 4 and the well contact region are formed in the opening above the source region 4 and the well contact region 5. A source electrode 9 electrically connected to 5 is formed.

図1のMOSFETは、ゲート電極7に閾値電圧以上の電圧が印加されるとオン状態(導通状態)となる。このときゲート電極7の下方のエピタキシャル層2(チャネル領域)の表面部分に、ドレイン領域3とソース領域4との間の電流経路となる反転チャネル層が形成され、ドレイン領域3とソース領域4との間が導通する。nチャネル型MOSFETの場合、多数キャリアは電子であり、ソース領域4からエピタキシャル成長層2の表面部(上記の反転チャネル層)へ流れ込む電子は、ドレイン電極8とソース電極9の間の電圧によって生じる電界に従って、ドレイン領域3に到達する。これにより、ドレイン電極8とソース電極9との間に電流が流れる。   1 is turned on (conductive state) when a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 7. At this time, an inversion channel layer serving as a current path between the drain region 3 and the source region 4 is formed on the surface portion of the epitaxial layer 2 (channel region) below the gate electrode 7. Conducts between. In the case of an n-channel MOSFET, the majority carriers are electrons, and the electrons flowing from the source region 4 to the surface portion of the epitaxial growth layer 2 (the inversion channel layer) are generated by an electric field generated by the voltage between the drain electrode 8 and the source electrode 9. Accordingly, the drain region 3 is reached. Thereby, a current flows between the drain electrode 8 and the source electrode 9.

また、ゲート電極7の電圧が閾値電圧よりも低いときは、反転チャネル層が形成されないため、MOSFETはオフ状態(非導通状態)となり、ドレイン電極8とソース電極9との間に電流は流れない。   When the voltage of the gate electrode 7 is lower than the threshold voltage, the inversion channel layer is not formed, so that the MOSFET is turned off (non-conducting state), and no current flows between the drain electrode 8 and the source electrode 9. .

図2〜図8は、図1のMOSFETの製造方法を説明するための図である。これらの図を参照しつつ、図1のMOSFETの製造方法について説明する。   2 to 8 are views for explaining a method of manufacturing the MOSFET of FIG. A method for manufacturing the MOSFET of FIG. 1 will be described with reference to these drawings.

まずn型のSiC基板1の上に、エピタキシャル結晶成長法を用いてp型のSiCから成るエピタキシャル層2を形成する(図2)。エピタキシャル層2の厚さは1〜50μm程度、不純物濃度は1×1015〜1×1018cm-3程度であればよい。なお、SiC基板1は、例えば4H、6H、3C等のポリタイプを有し、面方位が例えば(0001)、(000−1)、(11−20)等のものを用いることができる。 First, an epitaxial layer 2 made of p-type SiC is formed on an n-type SiC substrate 1 using an epitaxial crystal growth method (FIG. 2). The thickness of the epitaxial layer 2 may be about 1 to 50 μm and the impurity concentration may be about 1 × 10 15 to 1 × 10 18 cm −3 . The SiC substrate 1 has a polytype such as 4H, 6H, or 3C, for example, and a surface orientation such as (0001), (000-1), or (11-20) can be used.

次に、写真製版技術を用いて、ドレイン領域3およびソース領域4の形成領域上を開口したマスク(不図示)をエピタキシャル層2上に形成する。当該マスクを注入阻止膜にしてn型不純物をイオン注入することで、エピタキシャル層2にドレイン領域3およびソース領域4を形成し、マスクを除去する(図3)。   Next, a mask (not shown) having an opening on the formation region of the drain region 3 and the source region 4 is formed on the epitaxial layer 2 using photolithography. By using the mask as an implantation blocking film and ion-implanting n-type impurities, the drain region 3 and the source region 4 are formed in the epitaxial layer 2, and the mask is removed (FIG. 3).

ドレイン領域3およびソース領域4は、エピタキシャル層2の厚さより浅く形成する。ドレイン領域3およびソース領域4の形成に用いるn型不純物としては、例えばリン(P)、窒素(N)などが挙げられ、その注入濃度は例えば1×1018〜1×1021cm-3程度でよい。 The drain region 3 and the source region 4 are formed shallower than the thickness of the epitaxial layer 2. Examples of the n-type impurity used for forming the drain region 3 and the source region 4 include phosphorus (P), nitrogen (N), and the like, and the implantation concentration is, for example, about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3. It's okay.

再び写真製版技術を用いて、今度はウェルコンタクト領域5の形成領域上を開口したマスク(不図示)をエピタキシャル層2上に形成する。当該マスクを注入阻止膜にしてp型不純物をイオン注入することでウェルコンタクト領域5を形成し、マスクを除去する(図4)。   A mask (not shown) having an opening on the formation region of the well contact region 5 is formed on the epitaxial layer 2 this time using photolithography again. The well contact region 5 is formed by ion implantation of p-type impurities using the mask as an implantation blocking film, and the mask is removed (FIG. 4).

ウェルコンタクト領域5の形成に用いるp型不純物としては、例えばボロン(B)、アルミニウム(Al)などが挙げられ、その注入濃度は、例えば1×1018〜1×1021cm-3程度でよい。なお、上記の各マスクは、例えばレジスト、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。 Examples of the p-type impurity used for forming the well contact region 5 include boron (B), aluminum (Al), and the like, and the implantation concentration thereof may be, for example, about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3. . For example, resist, silicon dioxide, silicon nitride, or the like can be used for each of the masks.

ここで熱処理装置を用い、SiC基板1に対して例えば1300〜1900℃の高温条件下で、例えば30秒〜1時間程度の熱処理を行う。これにより、ドレイン領域3、ソース領域4およびウェルコンタクト領域5の形成のために注入した不純物イオンが、電気的に活性化される。   Here, using a heat treatment apparatus, the SiC substrate 1 is heat-treated at a high temperature of, for example, 1300 to 1900 ° C., for example, for about 30 seconds to 1 hour. Thereby, the impurity ions implanted for forming the drain region 3, the source region 4 and the well contact region 5 are electrically activated.

続いて図5の如く、エピタキシャル層2上にゲート絶縁膜6を形成するが、この工程では図6のフロー図に示す処理が行われる手順で行われる。まず、SiC基板1をCVD炉内に移動させ、CVD法により、SiO2膜(CVD酸化膜)であるゲート絶縁膜6を50nm程度の膜厚でエピタキシャル層2上に形成する(ステップS1)。 Subsequently, as shown in FIG. 5, a gate insulating film 6 is formed on the epitaxial layer 2. In this step, the process shown in the flowchart of FIG. 6 is performed. First, the SiC substrate 1 is moved into a CVD furnace, and a gate insulating film 6 that is a SiO 2 film (CVD oxide film) is formed on the epitaxial layer 2 with a film thickness of about 50 nm by a CVD method (step S1).

本実施の形態では、ゲート絶縁膜6として、800℃〜900℃程度の減圧(LP)CVD炉内にてモノシラン(SiH4)とN2O、あるいはジクロルシラン(SiH2Cl2)とN2Oを用い、真空度0.5〜5Torrの条件下にて堆積される「HTO(High Temperature Oxide)膜」と称されるSiO2膜を用いた。 In this embodiment, monosilane (SiH 4 ) and N 2 O or dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and N 2 O are used as the gate insulating film 6 in a low pressure (LP) CVD furnace at about 800 ° C. to 900 ° C. And a SiO 2 film called “HTO (High Temperature Oxide) film” deposited under a vacuum degree of 0.5 to 5 Torr.

このゲート絶縁膜6の形成工程では、ゲート絶縁膜6となるCVD酸化膜を堆積させる前に、酸素を含む雰囲気または窒素酸化ガス雰囲気でエピタキシャル層2(SiC層)の表面を予め酸化させる前処理を行ってもよい。   In the step of forming the gate insulating film 6, before the CVD oxide film to be the gate insulating film 6 is deposited, a pretreatment for pre-oxidizing the surface of the epitaxial layer 2 (SiC layer) in an atmosphere containing oxygen or a nitrogen oxidizing gas atmosphere May be performed.

続いて、SiC基板1をCVD炉から取り出すために一旦温度を下げ、その後、窒化処理炉へ導入させる。そしてSiC基板1に対し、一酸化窒素(NO)や一酸化二窒素(N2O)、二酸化窒素(NO2)などの窒素酸化ガス雰囲気中、あるいはアンモニア(NH3)ガス雰囲気中での熱処理を行うことで、ゲート絶縁膜6の窒化処理を行う(ステップS2)。 Subsequently, in order to take out the SiC substrate 1 from the CVD furnace, the temperature is once lowered and then introduced into the nitriding furnace. Then, the SiC substrate 1 is subjected to heat treatment in a nitrogen oxidizing gas atmosphere such as nitrogen monoxide (NO), dinitrogen monoxide (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), or in an ammonia (NH 3) gas atmosphere. By performing, the nitriding process of the gate insulating film 6 is performed (step S2).

本実施の形態においては、窒化処理炉内を昇温させ、所定の処理温度に到達した時点で炉内の雰囲気を窒素酸化ガス雰囲気に切り替え、この窒素酸化ガス雰囲気および処理温度を所定時間維持することによって、ゲート絶縁膜6の窒化処理を行った。なお、窒素酸化ガス雰囲気については、NOガス、N2OガスまたはNO2ガスのみの雰囲気に限られず、それらの2以上が混在する雰囲気であってもよいし、窒素酸化ガスを不活性ガス(窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトン等)で希釈した雰囲気であってもよい。 In the present embodiment, the temperature in the nitriding furnace is raised, and when the predetermined processing temperature is reached, the atmosphere in the furnace is switched to a nitrogen oxidizing gas atmosphere, and the nitrogen oxidizing gas atmosphere and the processing temperature are maintained for a predetermined time. Thus, nitriding treatment of the gate insulating film 6 was performed. The nitrogen oxidizing gas atmosphere is not limited to an atmosphere of only NO gas, N 2 O gas, or NO 2 gas, and may be an atmosphere in which two or more of them are mixed, or nitrogen oxidizing gas may be an inert gas ( Nitrogen, argon, helium, krypton, etc.) may be used.

窒化処理工程における処理温度としては、900℃〜1450℃であるのが望ましい。900℃以下の低温では窒化速度が非常に遅く、窒素原子による界面準位の不活性化が殆ど進行せず、1450℃以上の高温ではNO、N2O、N2Oが分解して生じた酸素によるSiC層の熱酸化が進行し、新たな界面準位を生み出す結果となるためである。また窒化処理の時間は、10分〜10時間程度が望ましい。 The treatment temperature in the nitriding treatment step is desirably 900 ° C. to 1450 ° C. At low temperatures below 900 ° C., the nitriding rate is very slow, and inactivation of interface states by nitrogen atoms hardly progresses, and at high temperatures above 1450 ° C., NO, N 2 O, and N 2 O are decomposed. This is because thermal oxidation of the SiC layer with oxygen proceeds, and a new interface state is generated. The nitriding time is preferably about 10 minutes to 10 hours.

この窒化処理により、エピタキシャル層2(SiC層)とゲート絶縁膜6(CVD酸化膜)との界面が窒化され、当該界面における界面準位が電気的に不活性化される。但しこの段階では、界面準位の減少に伴ってSiO2膜中に多くのホールトラップが形成されるため、ゲート絶縁膜6の絶縁強度が低下する。 By this nitriding treatment, the interface between the epitaxial layer 2 (SiC layer) and the gate insulating film 6 (CVD oxide film) is nitrided, and the interface state at the interface is electrically inactivated. However, at this stage, since many hole traps are formed in the SiO 2 film as the interface state decreases, the insulation strength of the gate insulating film 6 decreases.

窒化処理を行った後は、窒化処理炉内を不活性ガス雰囲気に切り替えつつ、所定時間、窒化処理の温度を保持する。そして窒化処理炉内の温度を下げ、SiC基板1の温度が所定温度まで下がったら、SiC基板1を窒化処理炉から取り出す。   After performing the nitriding process, the temperature of the nitriding process is maintained for a predetermined time while switching the inside of the nitriding furnace to an inert gas atmosphere. Then, when the temperature in the nitriding furnace is lowered and the temperature of the SiC substrate 1 is lowered to a predetermined temperature, the SiC substrate 1 is taken out from the nitriding furnace.

続いてSiC基板1を酸化炉へ移動させ、水蒸気(H2O)を含む酸素(O2)雰囲気での熱処理を行う(ステップS3)。この熱処理の温度は、SiC基板1の表面が熱酸化する温度よりも充分に低いことが重要であり、好ましくは500℃以上1050℃以下である。 Subsequently, the SiC substrate 1 is moved to an oxidation furnace, and heat treatment is performed in an oxygen (O 2 ) atmosphere containing water vapor (H 2 O) (step S3). It is important that the temperature of this heat treatment is sufficiently lower than the temperature at which the surface of SiC substrate 1 is thermally oxidized, and is preferably 500 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower.

2Oを含むO2雰囲気での熱処理により、CVD酸化膜(ゲート絶縁膜6)に多量のOH基が取り込まれ、窒化処理によって生じたホールトラップが中和される。また同熱処理によって、多孔質であったCVD酸化膜の密度が高くなる。その結果、窒化処理工程で低下したゲート絶縁膜6の絶縁強度が改善される。 By heat treatment in an O 2 atmosphere containing H 2 O, a large amount of OH groups are taken into the CVD oxide film (gate insulating film 6), and hole traps generated by the nitriding treatment are neutralized. Also, the heat treatment increases the density of the porous CVD oxide film. As a result, the insulation strength of the gate insulating film 6 which has been lowered in the nitriding process is improved.

ゲート絶縁膜6に対する各処理が行われた後、ゲート絶縁膜6上にゲート電極7の材料である導電性膜を形成し、写真製版技術を用いてパターニングすることにより、ゲート電極7を形成する(図7)。ゲート電極7は、両端部がドレイン領域3およびソース領域4の情報に上に位置し、ドレイン領域3、ソース領域4およびその間のエピタキシャル層2上に跨るパターンとなる。   After each process is performed on the gate insulating film 6, a conductive film that is a material of the gate electrode 7 is formed on the gate insulating film 6, and the gate electrode 7 is formed by patterning using a photoengraving technique. (FIG. 7). The gate electrode 7 has a pattern in which both ends are located above the information of the drain region 3 and the source region 4 and straddle the drain region 3, the source region 4 and the epitaxial layer 2 therebetween.

ゲート電極7の材料としては、n型またはp型の多結晶Si(ポリシリコン)、n型またはp型の多結晶SiC、あるいはアルミニウム、チタン、モリブデン、タンタル、ニオブ、タングステン等の低抵抗高融点金属およびその窒化物などが挙げられる。   The material of the gate electrode 7 is n-type or p-type polycrystalline Si (polysilicon), n-type or p-type polycrystalline SiC, or low resistance and high melting point such as aluminum, titanium, molybdenum, tantalum, niobium, tungsten, etc. Examples thereof include metals and nitrides thereof.

ゲート電極7を形成した後、写真製版技術を用いてゲート絶縁膜6をパターニングし、ドレイン領域3、ソース領域4およびウェルコンタクト領域5の上面を露出させる(図8)。このときゲート電極7の下のゲート絶縁膜6は、ゲート電極7より長い形状にパターニングされる。これにより、ゲート電極7とこの後形成するドレイン電極8およびソース電極9との間が確実に分離される。   After the gate electrode 7 is formed, the gate insulating film 6 is patterned using a photoengraving technique to expose the upper surfaces of the drain region 3, the source region 4 and the well contact region 5 (FIG. 8). At this time, the gate insulating film 6 under the gate electrode 7 is patterned into a longer shape than the gate electrode 7. This reliably separates the gate electrode 7 from the drain electrode 8 and the source electrode 9 to be formed later.

そして、ドレイン電極8およびソース電極9の材料である導電性膜を成膜し、写真製版技術を用いてパターニングすることによって、露出したドレイン領域3上にドレイン電極8を形成すると共に、露出したソース領域4およびウェルコンタクト領域5上にソース電極9を形成する。以上により、図1に示したMOSFETの構成が完成する。   Then, a conductive film which is a material of the drain electrode 8 and the source electrode 9 is formed and patterned by using a photoengraving technique, thereby forming the drain electrode 8 on the exposed drain region 3 and exposing the exposed source. Source electrode 9 is formed on region 4 and well contact region 5. Thus, the configuration of the MOSFET shown in FIG. 1 is completed.

ドレイン電極8およびソース電極9の材料としては、アルミニウム、ニッケル、チタン、金およびこれらの複合物を用いることができる。また、ドレイン領域3、ソース領域4およびウェルコンタクト領域5とのオーミック接触を得るために、ドレイン電極8およびソース電極9を形成した後に、1000℃程度の熱処理を行ってもよい。   As the material for the drain electrode 8 and the source electrode 9, aluminum, nickel, titanium, gold, and a composite thereof can be used. In addition, in order to obtain ohmic contact with the drain region 3, the source region 4, and the well contact region 5, a heat treatment at about 1000 ° C. may be performed after the drain electrode 8 and the source electrode 9 are formed.

上の説明では、ゲート絶縁膜6の形成工程において、CVD法によるゲート絶縁膜6の形成工程(図6のステップS1)と、窒化処理工程(ステップS2)と、H2Oを含むO2雰囲気での熱処理工程(ステップS3)とが、それぞれ個別の装置によって行われると仮定したが、それらの工程は、単一の装置内で連続的または同時に行われてもよい。この場合、SiC基板1を他の装置に移動させる必要が無いため、SiC基板1の温度を一旦下げる必要が無くなりプロセス時間を短縮されると共に、その移動の際にSiC基板1が汚染されることも防止できる。 In the above description, in the process of forming the gate insulating film 6, the process of forming the gate insulating film 6 by CVD (step S1 in FIG. 6), the nitriding process (step S2), and the O 2 atmosphere containing H 2 O. It is assumed that the heat treatment process (step S3) is performed by individual apparatuses, but these processes may be performed continuously or simultaneously in a single apparatus. In this case, since it is not necessary to move the SiC substrate 1 to another apparatus, it is not necessary to lower the temperature of the SiC substrate 1 once, the process time is shortened, and the SiC substrate 1 is contaminated during the movement. Can also be prevented.

本実施の形態によれば、ゲート絶縁膜6としてCVD酸化膜を用いるため、ゲート絶縁膜6の信頼性は高い。またゲート絶縁膜6の窒化処理により、エピタキシャル層2(SiC層)とゲート絶縁膜6(CVD酸化膜)との界面における界面準位が電気的に不活性化されるため、チャネル移動度が向上して、MOSFETのオン抵抗を低くすることができる。   According to the present embodiment, since the CVD oxide film is used as the gate insulating film 6, the reliability of the gate insulating film 6 is high. In addition, since the interface state at the interface between the epitaxial layer 2 (SiC layer) and the gate insulating film 6 (CVD oxide film) is electrically inactivated by the nitriding treatment of the gate insulating film 6, the channel mobility is improved. Thus, the on-resistance of the MOSFET can be lowered.

但し、窒化処理では、CVD酸化膜に多くのホールトラップが形成されるため、熱酸化膜よりも絶縁強度が低いCVD酸化膜の絶縁強度がさらに低下する。またMOSFETの閾値電圧を低下させる傾向があり、MOSFETの耐圧特性が劣化するといった問題が残る。   However, since many hole traps are formed in the CVD oxide film in the nitriding treatment, the insulation strength of the CVD oxide film having a lower insulation strength than the thermal oxide film is further reduced. In addition, the threshold voltage of the MOSFET tends to be lowered, and there remains a problem that the breakdown voltage characteristics of the MOSFET are deteriorated.

そこで本発明では、窒化処理が施されたCVD酸化膜(ゲート絶縁膜6)に対して、H2Oを含むO2雰囲気での熱処理を行う。これにより、CVD酸化膜に多量のOH基が取り込まれ、窒化処理によって生じたホールトラップが中和されると共に、多孔質であったCVD酸化膜の密度が高くなる。よって、窒化処理工程で低下したゲート絶縁膜6の絶縁強度が改善される。また、当該熱処理は、MOSFETの閾値電圧を高める作用があり、窒化処理によりMOSFETの耐圧特性が劣化する問題も解決できる。なお、MOSFETの閾値電圧は、この熱処理の温度や時間を調整することにより制御することができる。 Therefore, in the present invention, the CVD oxide film (gate insulating film 6) subjected to nitriding is subjected to heat treatment in an O 2 atmosphere containing H 2 O. As a result, a large amount of OH groups are taken into the CVD oxide film, the hole traps generated by the nitriding treatment are neutralized, and the density of the porous CVD oxide film is increased. Therefore, the insulation strength of the gate insulating film 6 that has been lowered in the nitriding process is improved. In addition, the heat treatment has an effect of increasing the threshold voltage of the MOSFET, and the problem that the breakdown voltage characteristics of the MOSFET deteriorate due to the nitriding treatment can be solved. Note that the threshold voltage of the MOSFET can be controlled by adjusting the temperature and time of this heat treatment.

本発明者は、本発明の効果を裏付けるべく各種の実験を行った。以下、その実験結果を示す。   The inventor conducted various experiments to support the effects of the present invention. The experimental results are shown below.

図9は、ゲート絶縁膜への窒化処理が閾値電圧およびチャネル移動度に与える影響を示す図である。この実験では、ゲート絶縁膜に対してH2Oを含むO2雰囲気での熱処理は行っていない。CVD酸化膜のゲート絶縁膜に対して窒化処理を行うと、MOSFETのチャネル移動度は約4倍に向上したことが確認できた。しかし、閾値電圧は11V程度低下した。 FIG. 9 is a diagram illustrating the influence of the nitriding treatment on the gate insulating film on the threshold voltage and the channel mobility. In this experiment, the gate insulating film was not heat-treated in an O 2 atmosphere containing H 2 O. When nitriding was performed on the gate insulating film of the CVD oxide film, it was confirmed that the channel mobility of the MOSFET was improved about 4 times. However, the threshold voltage decreased by about 11V.

図10は、ゲート絶縁膜への窒化処理が当該ゲート絶縁膜の絶縁強度に与える影響を示す図である。この実験でも、ゲート絶縁膜に対してH2Oを含むO2雰囲気での熱処理は行っていない。CVD酸化膜のゲート絶縁膜に窒化処理を行うと、窒化処理前(CVD酸化膜の堆積直後)に比べ、ゲート絶縁膜の絶縁強度が低下することが分かる。 FIG. 10 is a diagram showing the influence of the nitriding treatment on the gate insulating film on the insulating strength of the gate insulating film. Also in this experiment, heat treatment in an O 2 atmosphere containing H 2 O is not performed on the gate insulating film. It can be seen that when the nitriding treatment is performed on the gate insulating film of the CVD oxide film, the insulating strength of the gate insulating film is lower than before the nitriding treatment (immediately after the deposition of the CVD oxide film).

図11および図12は、ゲート絶縁膜に対するH2Oを含むO2雰囲気での熱処理の温度と、閾値電圧およびチャネル移動度との関係を示す図である。この実験では、熱処理の時間は30分間とした。熱処理温度を高くするほど閾値電圧を高くすることができる(図11)。しかし、熱処理温度が高くなるとチャネル移動度は低下することに留意すべきである(図12)。例えば650℃の熱処理を行うと、熱処理を行わない場合(破線)に比べ、閾値電圧を2.3V程度上昇させることができた。このときチャネル移動度は約4cm2/Vs低下したが、これは窒化処理による上昇分(図9参照)に比べて小さいため、CVD酸化膜の堆積直後の状態よりも高いチャネル移動度は確保されている。 11 and 12 are diagrams showing the relationship between the temperature of the heat treatment in the O 2 atmosphere containing H 2 O for the gate insulating film, the threshold voltage, and the channel mobility. In this experiment, the heat treatment time was 30 minutes. The threshold voltage can be increased as the heat treatment temperature is increased (FIG. 11). However, it should be noted that the channel mobility decreases as the heat treatment temperature increases (FIG. 12). For example, when heat treatment at 650 ° C. was performed, the threshold voltage could be increased by about 2.3 V compared to the case where heat treatment was not performed (broken line). At this time, the channel mobility decreased by about 4 cm 2 / Vs, but this is smaller than the increase due to the nitriding treatment (see FIG. 9), so that a higher channel mobility than the state immediately after the deposition of the CVD oxide film is secured. ing.

図13および図14は、ゲート絶縁膜に対するH2Oを含むO2雰囲気での熱処理の時間と、閾値電圧およびチャネル移動度との関係を示す図である。この実験では、熱処理の温度は750℃とした。熱処理時間を長くするほど閾値電圧を高くすることができる(図13)。しかし、熱処理時間が長くなるとチャネル移動度は低下する(図14)。例えば10分間の熱処理を行うと、熱処理を行わない場合に比べ、閾値電圧を2.6V程度上昇させることができた。このときチャネル移動度は約5cm2/Vs低下したが、これも窒化処理による上昇分(図9参照)に比べて小さいため、CVD酸化膜の堆積直後の状態よりも高いチャネル移動度は確保されている。 FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams showing the relationship between the heat treatment time in the O 2 atmosphere containing H 2 O for the gate insulating film, the threshold voltage, and the channel mobility. In this experiment, the temperature of the heat treatment was 750 ° C. The threshold voltage can be increased as the heat treatment time is increased (FIG. 13). However, the channel mobility decreases as the heat treatment time increases (FIG. 14). For example, when the heat treatment is performed for 10 minutes, the threshold voltage can be increased by about 2.6 V compared to the case where the heat treatment is not performed. At this time, the channel mobility decreased by about 5 cm 2 / Vs, but this is also smaller than the increase due to the nitriding treatment (see FIG. 9), so that a higher channel mobility than the state immediately after the deposition of the CVD oxide film is secured. ing.

図15は、本実施の形態に係るMOSFETのゲート絶縁膜の絶縁強度を示す図である同図には比較のため、熱酸化膜のゲート絶縁膜に窒化処理を施した場合と、CVD酸化膜のゲート電極に窒化処理のみを施した場合の実験結果も示している。本実施の形態のゲート電極(CVD酸化膜に窒化処理とH2Oを含むO2雰囲気での熱処理の両方を施したもの)は、絶縁強度が最も優れていることが確認できた。つまり、窒化処理により低下した絶縁強度がH2Oを含むO2雰囲気での熱処理によって改善されたことが確認できた。 FIG. 15 is a diagram showing the insulation strength of the gate insulating film of the MOSFET according to the present embodiment. For comparison, FIG. 15 shows a case where the gate insulating film of the thermal oxide film is subjected to nitriding treatment and a CVD oxide film. Also shown is an experimental result when only the nitriding treatment is applied to the gate electrode. It was confirmed that the gate electrode of this embodiment (a CVD oxide film subjected to both nitriding treatment and heat treatment in an O 2 atmosphere containing H 2 O) has the highest insulation strength. That is, it was confirmed that the insulation strength decreased by the nitriding treatment was improved by the heat treatment in the O 2 atmosphere containing H 2 O.

以上のように、本実施の形態に係るMOSFETの製造方法によれば、高い信頼性および高い絶縁強度のゲート絶縁膜を実現でき、デバイスの閾値電圧を適切に制御可能なSiC−MOSFETが得られる。   As described above, according to the method for manufacturing a MOSFET according to the present embodiment, a SiC-MOSFET that can realize a gate insulating film with high reliability and high insulation strength and can appropriately control the threshold voltage of the device is obtained. .

<実施の形態2>
実施の形態1では、SiC半導体装置の例としてMOSFETを示したが、本発明は、SiC層上に形成されたSiO2膜を有する構造の半導体装置に広く適用可能である。例えばIGBTなどの絶縁ゲート型トランジスタ素子のゲート電極はもちろん、各種半導体素子の終端構造および素子分離構造に対しても適用可能である。以下、それ幾つかの例を示す。
<Embodiment 2>
Although the MOSFET is shown as an example of the SiC semiconductor device in the first embodiment, the present invention is widely applicable to semiconductor devices having a structure having an SiO 2 film formed on the SiC layer. For example, the present invention can be applied not only to a gate electrode of an insulated gate transistor element such as an IGBT but also to termination structures and element isolation structures of various semiconductor elements. Some examples are shown below.

図16は、縦型MOSFETの終端部の概略断面図である。図16においては、図1に示したものと同一の機能を有する要素については、同一符号を付している。縦型MOSFETでは、ドレイン電極8がSiC基板1の裏面に配設される。この構造のMOSFETにおいても、ゲート絶縁膜6としてCVD酸化膜を用い、そのゲート絶縁膜6に対して窒化処理とH2Oを含むO2雰囲気での熱処理を施すことにより、実施の形態1と同様の効果が得られる。 FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the termination portion of the vertical MOSFET. In FIG. 16, elements having the same functions as those shown in FIG. In the vertical MOSFET, the drain electrode 8 is disposed on the back surface of the SiC substrate 1. Also in the MOSFET having this structure, a CVD oxide film is used as the gate insulating film 6, and the gate insulating film 6 is subjected to nitriding treatment and heat treatment in an O 2 atmosphere containing H 2 O to obtain the same structure as in the first embodiment. Similar effects can be obtained.

ここで、図16に示すMOSFETの終端部では、SiC基板1の上部にp型の不純物領域である終端領域11が形成され、SiC基板1の上に熱酸化膜であるフィールド酸化膜12が形成されている。窒化処理とH2Oを含むO2雰囲気での熱処理は、熱酸化膜に対しても有効であるため、それらの処理をゲート絶縁膜6と共にフィールド酸化膜12にも施してもよい。それにより、ゲート絶縁膜6とSiC基板1の界面における界面準位密度の低減、およびゲート絶縁膜6の絶縁強度の向上も図ることができる。 Here, in the termination portion of the MOSFET shown in FIG. 16, termination region 11 which is a p-type impurity region is formed on SiC substrate 1, and field oxide film 12 which is a thermal oxide film is formed on SiC substrate 1. Has been. Since the nitriding treatment and the heat treatment in the O 2 atmosphere containing H 2 O are effective for the thermal oxide film, these treatments may be performed on the field oxide film 12 together with the gate insulating film 6. Thereby, it is possible to reduce the interface state density at the interface between the gate insulating film 6 and the SiC substrate 1 and to improve the insulating strength of the gate insulating film 6.

図17は、pnダイオードおよび素子分離領域の概略断面図である。当該pnダイオードは、SiC基板1の上部に形成されたp型領域21およびそれに接続するアノード電極23と、p型領域21の上部に形成されたn型領域22およびそれに接続するカソード電極24とから構成される。   FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a pn diode and an element isolation region. The pn diode includes a p-type region 21 formed on the top of the SiC substrate 1 and an anode electrode 23 connected thereto, and an n-type region 22 formed on the p-type region 21 and a cathode electrode 24 connected thereto. Composed.

ここで、図17に示すpnダイオードは、シャロートレンチ分離(STI)法の素子分離構造により規定される領域に形成されている。この素子分離構造は、SiC基板1の上部に形成されたトレンチ内にCVD酸化膜である分離酸化膜25が埋め込まれて成っている。本発明は、分離酸化膜25に対しても適用できる。つまり、分離酸化膜25に対して窒化処理とH2Oを含むO2雰囲気での熱処理を施すことにより、分離酸化膜25とSiC基板1の界面における界面準位密度の低減、および分離酸化膜25の絶縁強度の向上を図ることができる。 Here, the pn diode shown in FIG. 17 is formed in a region defined by a shallow trench isolation (STI) element isolation structure. This element isolation structure is formed by isolating an isolation oxide film 25 which is a CVD oxide film in a trench formed in the upper part of the SiC substrate 1. The present invention can also be applied to the isolation oxide film 25. That is, by performing nitriding treatment and heat treatment in an O 2 atmosphere containing H 2 O on the isolation oxide film 25, the interface state density at the interface between the isolation oxide film 25 and the SiC substrate 1 is reduced, and the isolation oxide film The insulation strength of 25 can be improved.

また、窒化処理とH2Oを含むO2雰囲気での熱処理を施した本発明に係るCVD酸化膜は、絶縁強度が高いため、パワーデバイスの表面保護膜として利用することも可能である。 In addition, the CVD oxide film according to the present invention that has been subjected to nitriding treatment and heat treatment in an O 2 atmosphere containing H 2 O can be used as a surface protective film of a power device because of its high insulation strength.

1 SiC基板、2 エピタキシャル層、3 ドレイン領域、4 ソース領域、5 ウェルコンタクト領域、6 ゲート絶縁膜、7 ゲート電極、8 ドレイン電極、9 ソース電極、11 終端領域、12 フィールド酸化膜、21 p型領域、22 n型領域、23 アノード電極、24 カソード電極、25 分離酸化膜。   1 SiC substrate, 2 epitaxial layer, 3 drain region, 4 source region, 5 well contact region, 6 gate insulating film, 7 gate electrode, 8 drain electrode, 9 source electrode, 11 termination region, 12 field oxide film, 21 p-type Region, 22 n-type region, 23 anode electrode, 24 cathode electrode, 25 separation oxide film.

Claims (7)

(a)SiC層の表面にCVD法によりSiO2膜を堆積する工程と、
(b)前記SiO2膜および前記SiC層に対し、窒化処理を行う工程と、
(c)前記SiO2膜および前記SiC層に対し、水蒸気を含んだ酸素雰囲気での熱処理を行う工程と
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
(A) depositing a SiO 2 film on the surface of the SiC layer by a CVD method;
(B) nitriding the SiO 2 film and the SiC layer;
(C) A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: performing a heat treatment in an oxygen atmosphere containing water vapor on the SiO 2 film and the SiC layer.
前記工程(c)は、
前記熱処理の温度および時間の少なくとも片方を調整することにより炭化珪素半導体装置の閾値電圧を制御する工程を含む
請求項1記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step (c)
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of controlling a threshold voltage of the silicon carbide semiconductor device by adjusting at least one of the temperature and time of the heat treatment.
前記工程(a)は、
前記SiO2膜を堆積する前に、酸素を含む雰囲気または窒素酸化ガス雰囲気で前記SiC層の表面を予め酸化させる工程を含む
請求項1または請求項2記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The step (a)
3. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of previously oxidizing the surface of the SiC layer in an atmosphere containing oxygen or a nitrogen oxidizing gas atmosphere before depositing the SiO 2 film.
前記窒化処理は、窒素酸化ガス雰囲気での熱処理である
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the nitriding treatment is a heat treatment in a nitrogen oxidizing gas atmosphere.
前記窒素酸化ガスは、NOガス、N2OガスおよびNO2ガスの1種以上を含む
請求項4記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 4, wherein the nitrogen oxidizing gas includes one or more of NO gas, N 2 O gas, and NO 2 gas.
前記窒化処理は、アンモニアガス雰囲気での熱処理である
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the nitriding treatment is a heat treatment in an ammonia gas atmosphere.
工程(c)における熱処理の温度は、500℃から1050℃の間である
請求項1から請求項6のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein a temperature of the heat treatment in the step (c) is between 500C and 1050C.
JP2009243034A 2009-10-22 2009-10-22 Method of fabricating silicon carbide semiconductor device Pending JP2011091186A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009243034A JP2011091186A (en) 2009-10-22 2009-10-22 Method of fabricating silicon carbide semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009243034A JP2011091186A (en) 2009-10-22 2009-10-22 Method of fabricating silicon carbide semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011091186A true JP2011091186A (en) 2011-05-06

Family

ID=44109183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009243034A Pending JP2011091186A (en) 2009-10-22 2009-10-22 Method of fabricating silicon carbide semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011091186A (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013004643A (en) * 2011-06-15 2013-01-07 Mitsubishi Electric Corp Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device
JP2013125837A (en) * 2011-12-14 2013-06-24 Mitsubishi Electric Corp Heat treatment method in semiconductor device manufacturing
WO2013145023A1 (en) 2012-03-30 2013-10-03 株式会社日立製作所 Field effect silicon carbide transistor
JP2015023054A (en) * 2013-07-16 2015-02-02 ソニー株式会社 Radiation imaging apparatus and radiation imaging display system
WO2015015629A1 (en) * 2013-08-02 2015-02-05 株式会社日立製作所 Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method for silicon carbide semiconductor device
WO2015015672A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 三菱電機株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
US9318558B2 (en) 2012-07-09 2016-04-19 Hitachi, Ltd. MOS field effect transistor
WO2016071990A1 (en) * 2014-11-06 2016-05-12 三菱電機株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
JP2017204524A (en) * 2016-05-10 2017-11-16 国立大学法人広島大学 Silicon carbide semiconductor device
CN108878276A (en) * 2017-05-12 2018-11-23 株式会社东芝 The manufacturing method of semiconductor device
JP2020061475A (en) * 2018-10-11 2020-04-16 株式会社豊田中央研究所 Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2021005663A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 富士電機株式会社 Silicon Carbide Semiconductor Device and Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11505073A (en) * 1995-11-08 1999-05-11 クリー リサーチ インコーポレイテッド Method for reducing defects in an oxide layer on silicon carbide
JP2003209251A (en) * 2002-01-10 2003-07-25 Japan Atom Energy Res Inst Silicon carbide semiconductor element and method for forming its insulation film
JP2005223003A (en) * 2004-02-03 2005-08-18 Mitsubishi Electric Corp Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2005537677A (en) * 2002-08-30 2005-12-08 クリー インコーポレイテッド Method for treating nitrided oxide layer formed on silicon carbide layer
JP2006216918A (en) * 2005-02-07 2006-08-17 Kyoto Univ Manufacturing method of semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11505073A (en) * 1995-11-08 1999-05-11 クリー リサーチ インコーポレイテッド Method for reducing defects in an oxide layer on silicon carbide
JP2003209251A (en) * 2002-01-10 2003-07-25 Japan Atom Energy Res Inst Silicon carbide semiconductor element and method for forming its insulation film
JP2005537677A (en) * 2002-08-30 2005-12-08 クリー インコーポレイテッド Method for treating nitrided oxide layer formed on silicon carbide layer
JP2005223003A (en) * 2004-02-03 2005-08-18 Mitsubishi Electric Corp Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2006216918A (en) * 2005-02-07 2006-08-17 Kyoto Univ Manufacturing method of semiconductor device

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013004643A (en) * 2011-06-15 2013-01-07 Mitsubishi Electric Corp Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device
JP2013125837A (en) * 2011-12-14 2013-06-24 Mitsubishi Electric Corp Heat treatment method in semiconductor device manufacturing
WO2013145023A1 (en) 2012-03-30 2013-10-03 株式会社日立製作所 Field effect silicon carbide transistor
US9214516B2 (en) 2012-03-30 2015-12-15 Hitachi, Ltd. Field effect silicon carbide transistor
US9318558B2 (en) 2012-07-09 2016-04-19 Hitachi, Ltd. MOS field effect transistor
JP2015023054A (en) * 2013-07-16 2015-02-02 ソニー株式会社 Radiation imaging apparatus and radiation imaging display system
WO2015015672A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 三菱電機株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
JP5800107B2 (en) * 2013-07-31 2015-10-28 三菱電機株式会社 Silicon carbide semiconductor device
US10002931B2 (en) 2013-07-31 2018-06-19 Mitsubishi Electric Corporation Silicon carbide semiconductor device
WO2015015629A1 (en) * 2013-08-02 2015-02-05 株式会社日立製作所 Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method for silicon carbide semiconductor device
JPWO2016071990A1 (en) * 2014-11-06 2017-04-27 三菱電機株式会社 Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
CN107078158A (en) * 2014-11-06 2017-08-18 三菱电机株式会社 Manufacturing silicon carbide semiconductor device and its manufacture method
US9935170B2 (en) 2014-11-06 2018-04-03 Mitsubishi Electric Corporation Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
WO2016071990A1 (en) * 2014-11-06 2016-05-12 三菱電機株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
JP2017204524A (en) * 2016-05-10 2017-11-16 国立大学法人広島大学 Silicon carbide semiconductor device
CN108878276A (en) * 2017-05-12 2018-11-23 株式会社东芝 The manufacturing method of semiconductor device
JP2018195623A (en) * 2017-05-12 2018-12-06 株式会社東芝 Method of manufacturing semiconductor device
CN108878276B (en) * 2017-05-12 2023-08-22 株式会社东芝 Method for manufacturing semiconductor device
JP2020061475A (en) * 2018-10-11 2020-04-16 株式会社豊田中央研究所 Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP7082558B2 (en) 2018-10-11 2022-06-08 株式会社豊田中央研究所 Silicon carbide semiconductor device and its manufacturing method
JP2021005663A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 富士電機株式会社 Silicon Carbide Semiconductor Device and Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device
JP7379883B2 (en) 2019-06-27 2023-11-15 富士電機株式会社 Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011091186A (en) Method of fabricating silicon carbide semiconductor device
JP5306193B2 (en) Silicon carbide switching device including p-type channel and method of forming the same
EP1981076B1 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP5541224B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
TWI311814B (en) Silicon carbide semiconductor device and method for producing the same
US7811874B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device, and silicon carbide semiconductor device
JP6032831B2 (en) SiC semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6052911B2 (en) Formation of SiC MOSFET with high channel mobility by treating oxide interface with cesium ions
JP5119806B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
US8877656B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2002329670A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2008117878A (en) Manufacturing method for semiconductor device
JP2010056285A (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2005166930A (en) Sic-misfet and its manufacturing method
JP4549167B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
KR20090048572A (en) Silicon carbide semiconductor device and method for fabricating the same
WO2018012241A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
JP2012038919A (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP5197474B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2012151400A (en) SiC SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SiC SEMICONDUCTOR DEVICE
JP2005005578A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP3941641B2 (en) Silicon carbide semiconductor device manufacturing method and silicon carbide semiconductor device manufactured by the manufacturing method
JP2013247141A (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP5687220B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP4016928B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20111028

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130128

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20130205

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Effective date: 20130611

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02