JP2012094877A - Semiconductor device and heavy hydrogen processing apparatus for semiconductor substrate - Google Patents

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Sumihisa Senzaki
純寿 先崎
Kenji Fukuda
憲司 福田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which a gate oxide film/a semiconductor interface having an interface level density, and a method for forming the same.SOLUTION: The semiconductor device comprises a metal-insulation film-semiconductor (MIS) structure having a heavy hydrogen concentration equal to or more than 1×10cmin the neighborhood of an interface between a semiconductor substrate and films or layers formed in the semiconductor device such as a gate insulation film, an interlayer insulation layer, and a protective insulation film. The heavy hydrogen termination of a dangling bond present near a gate insulation film/silicon-carbide semiconductor interface at a low temperature not higher than 600°C is intended by using activated heavy hydrogen generated by the heat catalytic action of the gas containing heavy hydrogen at a highly-heated surface of a heat catalyst for a semiconductor device (a field effect transistor (MIS or MOSFET)) having a metal-insulation film (or an oxide film) - semiconductor (MIS or MOS) structure formed on the semiconductor substrate containing the silicon carbide region.

Description

この発明は、半導体基板上に金属-絶縁膜(あるいは酸化膜)-半導体(MISあるいはMOS)構造を有する半導体装置(電界効果型トランジスタ(MISあるいはMOSFET))に対して、高温に加熱された熱触媒体表面での重水素を含んだガスの熱触媒作用によって生成された活性化した重水素を供給し、界面準位密度の低い良好な半導体装置に形成される多種の膜又は層の界面、特にゲート酸化膜/半導体界面が形成された半導体装置及びその作製方法並びにそれを形成する重水素処理装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a metal-insulating film (or oxide film) -semiconductor (MIS or MOS) structure on a semiconductor substrate (field effect transistor (MIS or MOSFET)) heated to a high temperature. An interface of various films or layers formed in a good semiconductor device having a low interface state density by supplying activated deuterium generated by thermal catalysis of gas containing deuterium on the surface of the catalyst body, In particular, the present invention relates to a semiconductor device in which a gate oxide film / semiconductor interface is formed, a manufacturing method thereof, and a deuterium processing apparatus for forming the semiconductor device.

シリコンカーバイドはシリコンと比較して、(1)バンドギャップが広い、(2)絶縁破壊強度が大きい、(3)電子の飽和ドリフト速度が大きいなどの優れた物性を有する。したがって、シリコンカーバイドを半導体基板材料として用いることにより、シリコンの限界を超えた高耐圧で低抵抗の電力用半導体素子が作製できる。また、シリコンカーバイドには、シリコンと同様に、熱酸化法によって絶縁体であるシリコン酸化膜を形成できるという特徴がある。
これらの理由から、シリコンカーバイドを半導体基板材料とした高耐圧で低いオン抵抗のMOSFETが実現できると考えられ、数多くの研究開発が行われている。しかしながら、現状の技術によって作製されるシリコンカーバイド半導体パワーデバイスのオン抵抗は、シリコン半導体の値と比較して小さくなったものの、理論限界値よりはかなり大きく十分にシリコンカーバイドの性能を発揮するには至っていない。
Silicon carbide has excellent physical properties compared to silicon, such as (1) a wide band gap, (2) a high dielectric breakdown strength, and (3) a high saturation drift velocity of electrons. Therefore, by using silicon carbide as a semiconductor substrate material, a power semiconductor element having a high breakdown voltage and a low resistance exceeding the limit of silicon can be manufactured. In addition, silicon carbide has a feature that a silicon oxide film which is an insulator can be formed by a thermal oxidation method, similarly to silicon.
For these reasons, it is considered that a high breakdown voltage and low on-resistance MOSFET using silicon carbide as a semiconductor substrate material can be realized, and many researches and developments have been conducted. However, the on-resistance of silicon carbide semiconductor power devices manufactured by the current technology is smaller than the value of silicon semiconductors, but it is much larger than the theoretical limit value to fully demonstrate the performance of silicon carbide. Not reached.

これはシリコン酸化膜/シリコンカーバイド半導体界面やシリコンカーバイド半導体表面に高密度の欠陥(ダングリングボンド)が存在しているため高い界面準位密度を生じ、その結果、反転層チャネルの電子移動度が極めて小さく(〜10 cm2/Vs)なってしまうことに起因している。
前記に記載したシリコン酸化膜/半導体界面や半導体表面に存在する欠陥(ダングリングボンド)は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程だけではなく、層間絶縁膜を形成する工程、配線層を形成する工程、及び配線層を保護する絶縁膜を形成する工程における半導体基板の受けるダメージによっても生じる。
This results in a high interface state density due to the presence of high-density defects (dangling bonds) at the silicon oxide / silicon carbide semiconductor interface and the silicon carbide semiconductor surface. As a result, the electron mobility of the inversion layer channel is increased. This is due to being extremely small (˜10 cm 2 / Vs).
The defects (dangling bonds) existing at the silicon oxide film / semiconductor interface and the semiconductor surface described above are not only the process of forming the gate insulating film on the semiconductor substrate, but also the process of forming the interlayer insulating film, the wiring layer This also occurs due to damage received by the semiconductor substrate in the forming step and the step of forming the insulating film for protecting the wiring layer.

そのため、シリコン酸化膜と半導体の界面近傍に存在するダングリングボンドに重水素を供給して、ダングリングボンドを重水素終端させ、界面準位密度を低減させることが重要であり、前記界面準位密度を低減させる重水素処理が一般的に行われている。前記のように、シリコン酸化膜/珪素半導体界面に存在するダングリングボンドは、ゲート絶縁膜を形成した後の様々なプロセス工程でも生じるので、前記水素処理はプロセスの最終工程で行われることが望ましい。そのため、アルミニウムを含むゲート電極膜の融点よりも低い温度である600°C以下に重水素処理を低温化することが必要である。   Therefore, it is important to supply deuterium to the dangling bond existing near the interface between the silicon oxide film and the semiconductor to terminate the dangling bond with deuterium and reduce the interface state density. Deuterium treatment for reducing the density is generally performed. As described above, dangling bonds existing at the silicon oxide film / silicon semiconductor interface are also generated in various process steps after the gate insulating film is formed. Therefore, it is preferable that the hydrogen treatment is performed in the final step of the process. . Therefore, it is necessary to lower the deuterium treatment to 600 ° C. or lower, which is a temperature lower than the melting point of the gate electrode film containing aluminum.

これまで、重水素処理を用いたシリコン酸化膜/半導体基板界面の作製方法に関しては、既にいくつかの開示がある。
例えば、900°C、30分での重水素(D)ガス雰囲気でのポストアニールがゲート酸化膜の基板界面との界面準位生成の抑制に対して有効であるという報告がなされているが(例えば、非特許文献1参照)、前記に示したように600°C以上のアニール温度では、金属配線材料であるアルミニウムの融点よりも高いため、半導体装置作製プロセスの最終工程として導入することができないという問題がある。
Up to now, there have already been several disclosures regarding methods for producing a silicon oxide film / semiconductor substrate interface using deuterium treatment.
For example, it has been reported that post-annealing in a deuterium (D 2 ) gas atmosphere at 900 ° C. for 30 minutes is effective in suppressing interface state generation with the substrate interface of the gate oxide film. (For example, see Non-Patent Document 1) As described above, an annealing temperature of 600 ° C. or higher is higher than the melting point of aluminum, which is a metal wiring material, so that it may be introduced as the final step of the semiconductor device manufacturing process. There is a problem that you can not.

また、酸化工程を含む半導体装置の製造方法に関し、酸化膜中に従来よりも多くの重水素結合を取り込むことができることを目的として、重水素を含んだ雰囲気中で半導体層を酸化して酸化膜を形成する方法が記載されている(特許文献1参照)。
この特許文献1では、ゲート絶縁膜を800°Cに加熱し、その表面に重水の蒸気を供給する方法であるため、上記と同様に金属配線材料であるアルミニウムの融点よりも高く、半導体装置作製プロセスの最終工程として導入することができないという問題がある。
The present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor device including an oxidation step, in which an oxide film is formed by oxidizing a semiconductor layer in an atmosphere containing deuterium for the purpose of incorporating more deuterium bonds into the oxide film than before. Is described (see Patent Document 1).
In Patent Document 1, since the gate insulating film is heated to 800 ° C. and vapor of heavy water is supplied to the surface thereof, the melting point of aluminum, which is a metal wiring material, is higher than that described above, and the semiconductor device is manufactured. There is a problem that it cannot be introduced as the final step of the process.

また、電気的な信頼性の高い薄いゲート絶縁膜を実現可能な構造と、その製造方法を提供することを目的として、半導体基板の種表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜とゲート電極との界面の重水と濃度分布が前期ゲート絶縁の膜厚方向の中間領域よりも高くなるように前期ゲート絶縁膜に重水素原子を添加する工程を備えることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法が記載されている(特許文献2参照)。
この特許文献2には、ゲート酸化膜形成後に、900°C、ND雰囲気中で熱アニール処理する方法が記載されているが、上記と同様に900°Cでの熱アニールでは、金属配線材料であるアルミニウムの融点よりも高いため、半導体装置作製プロセスの最終工程として導入することができないという問題がある。
N. S. Saks 外著 [IEEE Trans. Vol. NS-39, pp.2220-2229 (1992)] 特開平10−223628号公報 特開平11−274489号公報
In addition, for the purpose of providing a structure capable of realizing a thin gate insulating film with high electrical reliability and a manufacturing method thereof, a step of forming a gate insulating film on a seed surface of a semiconductor substrate, A step of adding a deuterium atom to the gate insulating film so that the heavy water and concentration distribution at the interface with the gate electrode is higher than the intermediate region in the film thickness direction of the gate insulating film. A manufacturing method is described (see Patent Document 2).
This Patent Document 2 describes a method of performing a thermal annealing treatment at 900 ° C. in an ND 3 atmosphere after forming a gate oxide film. In the thermal annealing at 900 ° C. as described above, a metal wiring material is used. Therefore, there is a problem that it cannot be introduced as the final step of the semiconductor device manufacturing process.
NS Saks et al. [IEEE Trans. Vol. NS-39, pp.2220-2229 (1992)] JP-A-10-223628 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-274489

本発明は、上記の問題に鑑み、シリコンカーバイド領域を含む半導体基板上に形成された金属-絶縁膜(あるいは酸化膜)-半導体(MISあるいはMOS)構造を有する半導体装置(電界効果型トランジスタ(MISあるいはMOSFET))に対して、高温に加熱された熱触媒体表面での重水素を含んだガスの熱触媒作用によって生成する活性化した重水素を用いることにより、600°C以下の低温において、半導体装置に形成される膜又は層の界面、特にゲート絶縁膜/シリコンカーバイド半導体界面近傍に存在するダングリングボンドの重水素終端を図り、界面準位密度の低い良好なゲート酸化膜/半導体界面等が形成された半導体装置及びその作製方法並びにそれを形成するための重水素処理装置を得ることを課題とする。   In view of the above problems, the present invention provides a semiconductor device (field effect transistor (MIS) having a metal-insulating film (or oxide film) -semiconductor (MIS or MOS) structure formed on a semiconductor substrate including a silicon carbide region. Alternatively, for MOSFET)), by using activated deuterium generated by thermal catalysis of a gas containing deuterium on the surface of the thermal catalyst heated to a high temperature, at a low temperature of 600 ° C. or less, Good gate oxide film / semiconductor interface with low interface state density by deuterium termination of dangling bonds existing in the vicinity of the gate insulating film / silicon carbide semiconductor interface, especially the film or layer interface formed in the semiconductor device It is an object of the present invention to obtain a semiconductor device in which is formed, a manufacturing method thereof, and a deuterium treatment apparatus for forming the semiconductor device.

上記課題を解決するため、下記の発明を提供する。
発明1)は、金属−絶縁膜−半導体(MIS)構造を有する半導体装置において、半導体基板とゲート絶縁膜、層間絶縁膜、配線層、保護絶縁膜等の前記半導体装置に形成される膜又は層の界面近傍での重水素元素濃度が1x1019cm-3以上であることを特徴とする。
この場合、重水素元素濃度が1x1019cm-3以上において効果が認められ、多いほど効果があるが、例えば、シリコンカーバイド(Si面またはC面)半導体最表面のシリコン元素または炭素元素の単位面積当たりの原子数は約1.2x1015cm-2であるため、これを単位体積当たりの原子数に換算した場合、単位体積当たりの原子数は約4.2x1022cm-3ということから、その上限は5x1022cm-3程度とするのが望ましい。この範囲であれば、上記の欠陥(ダングリングボンド)を効果的に抑制できる。しかし、重水素元素濃度の上限は特に制限されるべきものではない。
In order to solve the above problems, the following inventions are provided.
Invention 1) is a semiconductor device having a metal-insulating film-semiconductor (MIS) structure, such as a semiconductor substrate, a gate insulating film, an interlayer insulating film, a wiring layer, a protective insulating film, etc. The deuterium element concentration in the vicinity of the interface is 1 × 10 19 cm −3 or more.
In this case, the effect is recognized when the deuterium element concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more, and the effect increases as the deuterium element concentration increases. For example, the unit area of silicon element or carbon element on the silicon carbide (Si surface or C surface) semiconductor Since the number of atoms per unit is about 1.2x10 15 cm -2 , when converted to the number of atoms per unit volume, the number of atoms per unit volume is about 4.2x10 22 cm -3 , so the upper limit is It is desirable to be about 5x10 22 cm- 3 . If it is this range, said defect (dangling bond) can be suppressed effectively. However, the upper limit of the deuterium element concentration is not particularly limited.

発明2)は、上記1)に記載の半導体装置において、半導体基板として、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイド、ガリウム砒素、ガリウムアルミニウム砒素、ガリウム燐、窒化ガリウム、窒化アルミニウム又はダイヤモンドから選択した基板を用いることを特徴とする。   Invention 2) is a substrate selected from silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, aluminum nitride or diamond as the semiconductor substrate in the semiconductor device described in 1) above. It is characterized by using.

発明3)は、上記1)又は2)に記載の半導体装置において、シリコン又はシリコンカーバイトからなる半導体基板を、大気中、酸素雰囲気中又はHO(水)を含んだ水蒸気雰囲気中で加熱することにより形成した酸化膜からなるゲート絶縁膜を備えていることを特徴とする。 Invention 3) is a semiconductor device as described in 1) or 2) above, wherein a semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide is heated in air, in an oxygen atmosphere, or in a water vapor atmosphere containing H 2 O (water). A gate insulating film made of an oxide film formed by doing so is provided.

発明4)は、上記1)〜3)のそれぞれに記載の半導体装置において、ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜から選択した1の膜又は2以上の複合膜であることを特徴とする。   Invention 4) is the semiconductor device described in each of 1) to 3) above, wherein the gate insulating film is one film selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, or two or more composite films. It is characterized by being.

発明5)は、上記1)〜4)に記載の半導体装置において、MIS構造を有する半導体装置が、DMOSFET,Lateral Resurf MOSFET,UMOSFETであることを特徴とする。   The invention 5) is characterized in that, in the semiconductor devices described in 1) to 4) above, the semiconductor device having an MIS structure is a DMOSFET, a lateral resurf MOSFET, or a UMOSFET.

発明6)は、半導体装置の作製方法に関し、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程を含む半導体装置の作製法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成した後に、前記半導体基板の近傍に熱触媒体を配置し、重水素を含むガスを前記熱触媒体の近傍を通過させるようにして、加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により活性化した重水素を生成させ、当該活性化した重水素を前記半導体基板に供給することを特徴とする。   Invention 6) relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, after forming the gate insulating film on the semiconductor substrate, the semiconductor device is formed in the vicinity of the semiconductor substrate. A thermal catalyst is disposed, and a gas containing deuterium is allowed to pass through the vicinity of the thermal catalyst to generate deuterium activated by the thermal catalysis on the surface of the heated thermal catalyst. The hydrogenated deuterium is supplied to the semiconductor substrate.

発明7)は、半導体装置の作製方法に関し、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程を含む半導体装置の作製法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程及びアルミニウムを含む材料によりゲート電極膜を形成する工程の後に、前記半導体基板の近傍に熱触媒体を配置し、重水素を含むガスを前記熱触媒体の近傍を通過させるようにして、加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により活性化した重水素を生成させ、当該活性化した重水素を前記半導体基板に供給することを特徴とする。 Invention 7) relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, the step of forming a gate insulating film on the semiconductor substrate and a gate made of a material containing aluminum. After the step of forming the electrode film, a thermal catalyst is disposed in the vicinity of the semiconductor substrate, and a gas containing deuterium is allowed to pass through the vicinity of the thermal catalyst so that the surface of the heated thermal catalyst is heated. Deuterium activated by thermal catalysis is generated, and the activated deuterium is supplied to the semiconductor substrate.

発明8)は、上記6)又は7)の半導体装置の作製方法において、ゲート絶縁膜と半導体基板の界面近傍での重水素元素濃度が1x1019cm-3以上であることを特徴とする。上限値については、特に制限を設ける必要はないが、シリコンカーバイド(Si面またはC面)半導体最表面のシリコン元素または炭素元素の単位面積当たりの原子数は約1.2x1015cm-2であるため、これを単位体積当たりの原子数に換算した場合、単位体積当たりの原子数は約4.2x1022cm-3ということから、5x1022cm-3程度とするのが望ましいと言える。 Invention 8) is characterized in that, in the method for manufacturing a semiconductor device according to 6) or 7) above, the deuterium element concentration in the vicinity of the interface between the gate insulating film and the semiconductor substrate is 1 × 10 19 cm −3 or more. The upper limit is not particularly limited, but the number of atoms per unit area of silicon element or carbon element on the silicon carbide (Si surface or C surface) semiconductor is about 1.2 × 10 15 cm −2. if this was converted into the number of atoms per unit volume, the number of atoms per unit volume from the fact that about 4.2 x 10 22 cm -3, it can be said that to be about 5x10 22 cm -3 desirable.

発明9)は、上記6)〜8)のいずれかに記載の半導体装置の作製法において、半導体基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイド、ガリウム砒素、ガリウムアルミニウム砒素、ガリウム燐、窒化ガリウム、窒化アルミニウム又はダイヤモンドから選択した基板であることを特徴とする。   Invention 9) is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 6) to 8) above, wherein the semiconductor substrate is silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, gallium phosphide, gallium nitride. A substrate selected from aluminum nitride or diamond.

発明10)は、上記6)〜9)のいずれかに記載の半導体装置の作製法において、シリコン又はシリコンカーバイトからなる半導体基板を、大気中、酸素雰囲気中又はHO(水)を含んだ水蒸気雰囲気中で加熱することにより酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成することを特徴とする。 Invention 10) is a method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 6) to 9) above, wherein the semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide contains air, oxygen atmosphere, or H 2 O (water). A gate insulating film made of an oxide film is formed by heating in a steam atmosphere.

発明11)は、上記6)〜9)のいずれかに記載の半導体装置の作製法において、化学気相法によりシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜から選択した1の膜又は2以上の複合膜からなるゲート絶縁膜を形成することを特徴とする。   Invention 11) is a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 6) to 9) above, wherein one film or two or more films selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film by a chemical vapor deposition method are used. A gate insulating film made of the composite film is formed.

発明12)は、上記6)〜10)のいずれかに記載の半導体装置の作製方法において、ゲート絶縁膜を有する半導体装置が、DMOSFET,Lateral Resurf MOSFET,UMOSFETであることを特徴とする。   Invention 12) is characterized in that, in the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 6) to 10), the semiconductor device having a gate insulating film is a DMOSFET, a Lateral Resurf MOSFET, or a UMOSFET.

発明13)は、上記6)〜12)のいずれかに記載の半導体装置の作製方法において、熱触媒体は、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、バナジウムから選択した1の金属又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする。これらの熱触媒体は、重水素を効果的に発生させることができる。   Invention 13) is the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of 6) to 12) above, wherein the thermal catalyst is one metal selected from tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, and vanadium, or a main component thereof. It is characterized by being an alloy. These thermal catalyst bodies can generate deuterium effectively.

発明14)は、上記6)〜13)のいずれかに記載の半導体装置の作製方法において、半導体基板の温度を600°C以下に維持して行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。600°Cを超えるとアルミニウムなどのゲート電極金属膜が溶けてしまい、配線の断線・短絡、またはゲート絶縁膜の劣化などが生じるため好ましくない。   Invention 14) is a method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 6) to 13) above, wherein the temperature of the semiconductor substrate is maintained at 600 ° C. or lower. If the temperature exceeds 600 ° C., the gate electrode metal film such as aluminum is melted, which leads to disconnection / short circuit of the wiring or deterioration of the gate insulating film.

発明15)は、上記14)に記載の半導体装置の作製方法において、熱触媒体を1000°Cから1800°Cの予め決められた温度に加熱し、熱触媒体表面での熱触媒作用により重水素を含むガスから活性化した重水素を生成させることを特徴とする。1000°Cから1800°Cの温度は重水素を含むガスから活性化した重水素を生成させるために効果的な温度である。
しかし、製造条件によっては、この範囲外でも良い。最適な条件は製造装置の構造又は成膜材料によっても変わり得るので、その設備の状況に応じて換えることができることは当然である。重水素を含むガスとしてはDガス以外にも、NDやSiD等の重水素化合物ガスを挙げることができる。
Invention 15) is a method of manufacturing a semiconductor device as described in 14) above, wherein the thermal catalyst is heated to a predetermined temperature of 1000 ° C. to 1800 ° C. Activated deuterium is generated from a gas containing hydrogen. A temperature of 1000 ° C. to 1800 ° C. is an effective temperature for generating activated deuterium from a gas containing deuterium.
However, depending on manufacturing conditions, it may be outside this range. Since the optimum conditions can vary depending on the structure of the manufacturing apparatus or the film forming material, it is a matter of course that it can be changed according to the situation of the equipment. Examples of the gas containing deuterium include deuterium compound gases such as ND 3 and SiD 4 in addition to D 2 gas.

発明16)は、上記15)に記載の半導体装置の作製方法において、重水素を含むガス圧力が1Pa〜100Paであることを特徴とする。重水素を含むガス圧力を1Pa〜100Paとするのは、重水素をゲート酸化膜/半導体等の界面に効果的に導入するためのガス圧力である。しかし、製造条件によっては、この範囲外でも良い。最適な条件は製造装置の構造又は成膜材料によっても変わり得るので、その設備の状況に応じて換えることができることは当然である。   Invention 16) is characterized in that in the method for manufacturing a semiconductor device described in 15) above, the gas pressure containing deuterium is 1 Pa to 100 Pa. The gas pressure including deuterium is set to 1 Pa to 100 Pa is a gas pressure for effectively introducing deuterium into the gate oxide / semiconductor interface. However, depending on manufacturing conditions, it may be outside this range. Since the optimum conditions can vary depending on the structure of the manufacturing apparatus or the film forming material, it is a matter of course that it can be changed according to the situation of the equipment.

発明17は、上記16)に記載の半導体装置の作製方法において、高温に加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により重水素を含むガスから生成された活性化した重水素を1分間〜3時間の予め決められた時間供給することを特徴とする。
1分間〜3時間は、重水素をゲート酸化膜/半導体等の界面に効果的に導入するためのガス供給時間である。しかし、製造条件によっては、この範囲外でも良い。最適な条件は製造装置の構造又は成膜材料によっても変わり得るので、その設備の状況に応じて換えることができることは当然である。
Invention 17 is a method for producing a semiconductor device as described in 16) above, wherein activated deuterium generated from a gas containing deuterium by thermal catalysis on the surface of a thermal catalyst heated to high temperature is added for 1 minute to A predetermined time of 3 hours is supplied.
One minute to three hours is a gas supply time for effectively introducing deuterium into the gate oxide film / semiconductor interface or the like. However, depending on manufacturing conditions, it may be outside this range. Since the optimum conditions can vary depending on the structure of the manufacturing apparatus or the film forming material, it is a matter of course that it can be changed according to the situation of the equipment.

発明18)は、上記17)に記載の半導体装置の作製方法において、ゲート絶縁膜を有する半導体基板と熱触媒体との間が10mm〜120mmの予め決められた距離に配置されていることを特徴とする。
この距離は、重水素をゲート酸化膜/半導体等の界面に効果的に導入するための最適な距離である。しかし、製造条件によっては、この範囲外でも良い。最適な条件は製造装置の構造又は成膜材料によっても変わり得るので、その設備の状況に応じて換えることができることは当然である。
The invention 18) is characterized in that in the method for manufacturing a semiconductor device according to the above 17), the distance between the semiconductor substrate having the gate insulating film and the thermal catalyst is disposed at a predetermined distance of 10 mm to 120 mm. And
This distance is an optimum distance for effectively introducing deuterium into the gate oxide / semiconductor interface. However, depending on manufacturing conditions, it may be outside this range. Since the optimum conditions can vary depending on the structure of the manufacturing apparatus or the film forming material, it is a matter of course that it can be changed according to the situation of the equipment.

発明19)は、上記6)〜18)に記載の半導体装置の作製方法において、ゲート酸化膜を形成する工程と、熱触媒体により活性化した重水素を半導体基板に供給して重水素処理する工程との間に、酸素雰囲気中で熱処理する工程あるいは不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とする。
この工程は、ゲート絶縁膜の絶縁性の向上及び界面準位密度の低減に有効である。しかし、これは必ず必要であるという工程ではない。すなわち、より好ましい工程であり、推奨される態様であることを理解すべきである。
Invention 19) is a method of manufacturing a semiconductor device as described in 6) to 18) above, wherein a step of forming a gate oxide film and deuterium treatment by supplying deuterium activated by a thermal catalyst to a semiconductor substrate. Between the steps, a heat treatment in an oxygen atmosphere or a heat treatment in an inert gas atmosphere is included.
This step is effective in improving the insulating properties of the gate insulating film and reducing the interface state density. However, this is not a necessary process. That is, it should be understood that this is a more preferred process and a recommended embodiment.

発明20)は、上記19)に記載の半導体装置の作製方法において、酸素雰囲気中あるいは不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程と、熱触媒体により活性化した重水素を半導体基板に供給して重水素処理する工程との間に、HO(水)を含んだ水蒸気雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
この工程は、界面準位密度の低減に有効である。しかし、これは必ず必要であるという工程ではない。すなわち、より好ましい工程であり、推奨される態様であることを理解すべきである。
Invention 20) is a method of manufacturing a semiconductor device as described in 19) above, in which a heat treatment in an oxygen atmosphere or an inert gas atmosphere, and deuterium activated by a thermal catalyst is supplied to the semiconductor substrate and deuterated. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of performing a heat treatment in a water vapor atmosphere containing H 2 O (water) between the step of hydrogen treatment.
This step is effective in reducing the interface state density. However, this is not a necessary process. That is, it should be understood that this is a more preferred process and a recommended embodiment.

発明21)は、上記19)に記載の半導体装置の作製方法において、酸素雰囲気中あるいは不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程と、熱触媒体により活性化した重水素を半導体基板に供給して重水素処理する工程との間に、NO、NO、あるいはNOを含んだ雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とする。この工程は、ゲート絶縁膜の絶縁性の向上及び界面準位密度の低減に有効である。しかし、これは必ず必要であるという工程ではない。すなわち、より好ましい工程であり、推奨される態様であることを理解すべきである。 Invention 21) is a method of manufacturing a semiconductor device as described in 19) above, in which a heat treatment in an oxygen atmosphere or an inert gas atmosphere, and deuterium activated by a thermal catalyst is supplied to the semiconductor substrate and deuterated. Between the step of hydrogen treatment, a step of heat treatment in an atmosphere containing NO, N 2 O, or NO 2 is included. This step is effective in improving the insulating properties of the gate insulating film and reducing the interface state density. However, this is not a necessary process. That is, it should be understood that this is a more preferred process and a recommended embodiment.

発明22)は、上記6)〜20)に記載の半導体装置の作製方法において、半導体基板表面の洗浄工程を含むことを特徴とする。表面の清浄化は、重水素をゲート酸化膜/半導体等の界面に導入するために有効である。   The invention 22) is characterized in that in the method for manufacturing a semiconductor device according to the above 6) to 20), the semiconductor substrate surface is cleaned. Surface cleaning is effective for introducing deuterium into the gate oxide / semiconductor interface.

発明23)は、上記22)に記載の半導体装置の作製方法において、半導体基板表面の洗浄工程に酸化処理を含むことを特徴とする。これは、半導体基板の表面層に存在する不純物の除去及び半導体基板表面の平坦化というために実施するものである。これは必ず必要であるという工程ではない。すなわち、より好ましい工程であり、推奨される態様であることを理解すべきである。   Invention 23) is characterized in that in the method for manufacturing a semiconductor device according to 22) above, the cleaning process of the surface of the semiconductor substrate includes an oxidation treatment. This is performed for the purpose of removing impurities existing in the surface layer of the semiconductor substrate and flattening the surface of the semiconductor substrate. This is not a necessary process. That is, it should be understood that this is a more preferred process and a recommended embodiment.

発明24)は、上記22)又は23)に記載の半導体装置の作製方法において、半導体基板表面の洗浄工程に紫外光の照射を伴うオゾン暴露処理を含むことを特徴とする。これは、半導体基板の表面層に存在する不純物の除去というために実施するものである。これは必ず必要であるという工程ではない。すなわち、より好ましい工程であり、推奨される態様であることを理解すべきである。   The invention 24) is characterized in that in the method for manufacturing a semiconductor device according to the above 22) or 23), the cleaning process of the surface of the semiconductor substrate includes an ozone exposure treatment accompanied by irradiation with ultraviolet light. This is performed for the purpose of removing impurities present in the surface layer of the semiconductor substrate. This is not a necessary process. That is, it should be understood that this is a more preferred process and a recommended embodiment.

発明25)は、上記6)〜24)に記載の半導体装置の作製方法に含まれる工程に加えて、さらに、層間絶縁膜を形成する工程と、配線層を形成する工程と、配線層を保護する絶縁膜を形成する工程を含み、活性化した重水素をこれらの膜又は層の界面に適用することを特徴とする。   The invention 25) includes a step of forming an interlayer insulating film, a step of forming a wiring layer, and a protection of the wiring layer in addition to the steps included in the method for manufacturing a semiconductor device described in 6) to 24) above. And an activated deuterium is applied to an interface between these films or layers.

発明26)は、重水素処理装置に関し、ゲート絶縁膜を有する半導体基板を所定位置に配置することができるチャンバーと、所定の位置に配置された半導体基板を予め決められた温度に調整することができる加熱手段と、所定位置に配置された半導体基板の表面近傍に設けられた熱触媒体と、熱触媒体を所定温度に加熱する加熱手段と、チャンバー内を減圧状態にできる真空排気系と、重水素を含むガスをチャンバー内に導入するガス導入系と、チャンバー内の重水素を含むガスの圧力調整機構を備え、重水素を含むガスを熱触媒体の表面付近を通過させ、加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により生成された活性化した重水素を半導体基板の表面に供給することを特徴とする。   The invention 26) relates to a deuterium treatment apparatus, wherein a chamber in which a semiconductor substrate having a gate insulating film can be arranged at a predetermined position and a semiconductor substrate arranged at the predetermined position can be adjusted to a predetermined temperature. Heating means capable of heating, a thermal catalyst provided near the surface of the semiconductor substrate disposed at a predetermined position, a heating means for heating the thermal catalyst to a predetermined temperature, a vacuum exhaust system capable of reducing the pressure in the chamber, A gas introduction system for introducing a gas containing deuterium into the chamber and a pressure adjusting mechanism for the gas containing deuterium in the chamber were heated by passing the gas containing deuterium near the surface of the thermal catalyst. Activated deuterium generated by thermal catalysis on the surface of the thermal catalyst is supplied to the surface of the semiconductor substrate.

発明27)は、上記26)に記載の重水素処理装置において、半導体基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイド、ガリウム砒素、ガリウムアルミニウム砒素、ガリウム燐、窒化ガリウム、窒化アルミニウム又はダイヤモンドから選択した基板であるであることを特徴とする。   Invention 27) is the deuterium treatment apparatus as described in 26) above, wherein the semiconductor substrate is selected from silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, aluminum nitride or diamond. It is characterized by being a substrate.

発明28)は、上記26)又は27)に記載の重水素処理装置において、熱触媒体は、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、バナジウムから選択した1の金属又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする。   Invention 28) is the deuterium treatment apparatus as described in 26) or 27) above, wherein the thermal catalyst is one metal selected from tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, and vanadium, or an alloy containing these as a main component. It is characterized by that.

発明29)は、上記26)〜28)のいずれかに記載の重水素処理装置において、半導体基板の温度を600°C以下に維持する装置を備えていることを特徴とする。   The invention 29) is characterized in that in the deuterium treatment apparatus according to any one of the above 26) to 28), an apparatus for maintaining the temperature of the semiconductor substrate at 600 ° C. or lower is provided.

発明30)は、上記26)〜29)のいずれかに記載の重水素処理装置において、熱触媒体を1000°Cから1800°Cの予め決められた温度に加熱する装置を備え、重水素を含むガスを熱触媒体表面での熱触媒作用により活性化した重水素を生成することを特徴とする。   Invention 30) comprises the apparatus for heating the thermal catalyst to a predetermined temperature of 1000 ° C. to 1800 ° C. in the deuterium treatment apparatus according to any of the above 26) to 29), Deuterium activated by the thermal catalysis on the surface of the thermal catalyst is generated.

発明31)は、上記26)〜30)のいずれかに記載の重水素処理装置において、重水素を含むガス圧力を1Pa〜100Paに調製する圧力調整機構を備えていることを特徴とする。   Invention 31) is characterized in that in the deuterium treatment apparatus according to any one of the above 26) to 30), a pressure adjusting mechanism for adjusting a gas pressure containing deuterium to 1 Pa to 100 Pa is provided.

発明32)は、上記26)〜31)のいずれかに記載の重水素処理装置において、高温に加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により重水素を含むガスから生成された活性化した重水素を1分間〜3時間の予め決められた時間供給する装置を備えていることを特徴とする。   Invention 32) is the deuterium treatment apparatus according to any one of the above 26) to 31), wherein the deuterium treatment apparatus is activated from a gas containing deuterium by thermal catalysis on the surface of the thermal catalyst heated to a high temperature. A device is provided that supplies deuterium for a predetermined time of 1 minute to 3 hours.

発明33)は、上記26)〜32)のいずれかに記載の重水素処理装置において、ゲート絶縁膜を有する半導体基板と熱触媒体との間が10mm〜120mmの予め決められた距離に配置されていることを特徴とする。   Invention 33) is the deuterium treatment apparatus according to any one of 26) to 32), wherein the distance between the semiconductor substrate having the gate insulating film and the thermal catalyst is 10 mm to 120 mm. It is characterized by.

本発明によれば、特にシリコンカーバイド領域を含む半導体基板上に形成された金属-絶縁膜(あるいは酸化膜)-半導体(MISあるいはMOS)構造を有する半導体装置(電界効果型トランジスタ(MISあるいはMOSFET))に対して、高温に加熱された熱触媒体表面での重水素を含んだガスの熱触媒作用によって生成された活性化した重水素を用いることにより、600°C以下の低温においてゲート絶縁膜/シリコンカーバイド半導体界面近傍に存在するダングリングボンドの重水素終端を図り、界面準位密度の低い良好なゲート酸化膜/半導体界面等を形成することができる。   According to the present invention, a semiconductor device (field effect transistor (MIS or MOSFET)) having a metal-insulating film (or oxide film) -semiconductor (MIS or MOS) structure formed on a semiconductor substrate particularly including a silicon carbide region. On the other hand, by using activated deuterium generated by the thermal catalysis of the gas containing deuterium on the surface of the thermal catalyst heated to a high temperature, the gate insulating film can be formed at a low temperature of 600 ° C. or lower. / Deuterium termination of dangling bonds existing in the vicinity of the silicon carbide semiconductor interface can be achieved, and a favorable gate oxide film / semiconductor interface having a low interface state density can be formed.

すなわち、加熱触媒体表面での熱触媒作用によって生成された活性化した重水素を用いて重水素処理が行われるので、界面準位密度の低減された良好な界面状態が低温で形成できるという優れた効果を有する。また、前記活性化した重水素による重水素処理は基板加熱温度が600°C以下の低温でも効果があるので、アルミニウムを含むゲート電極膜を形成する工程の後で、さらにはシリコンカーバイド半導体装置作製プロセスの最終工程として、前記重水素処理を導入することが可能であるという著しい効果を有する。   That is, since deuterium treatment is performed using activated deuterium generated by thermal catalysis on the surface of the heated catalyst body, an excellent interface state with reduced interface state density can be formed at a low temperature. It has the effect. Further, since the deuterium treatment with the activated deuterium is effective even at a substrate heating temperature of 600 ° C. or lower, after the step of forming the gate electrode film containing aluminum, the silicon carbide semiconductor device is manufactured. As a final step of the process, there is a remarkable effect that the deuterium treatment can be introduced.

本願発明の重水素処理装置の一例を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows an example of the deuterium processing apparatus of this invention. 容量−電圧特性の評価に使用したMOS構造の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a MOS structure used for evaluation of capacitance-voltage characteristics. 酸素雰囲気中でゲート酸化膜を形成した後に、重水素処理を行った試料及び重水素処理を行っていない試料のCV曲線を示す図である。図中、実線は高周波CV曲線、破線は準静的CV曲線を示す。It is a figure which shows the CV curve of the sample which performed the deuterium process after forming the gate oxide film in oxygen atmosphere, and the sample which has not performed the deuterium process. In the figure, a solid line indicates a high-frequency CV curve, and a broken line indicates a quasi-static CV curve. 図3のCV曲線から導出した界面準位密度のエネルギーギャップ内の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution within the energy gap of the interface state density derived | led-out from the CV curve of FIG.

以下、本発明の特徴を、図に沿って具体的に説明する。なお、以下の説明は、本願発明の理解を容易にするためのものであり、これに制限されるものではない。すなわち、本願発明の技術思想に基づく変形、実施態様、他の例は、本願発明に含まれるものである。
図1は本発明に係るシリコンカーバイド領域を含む半導体基板上に金属-絶縁膜(あるいは酸化膜)-半導体(MISあるいはMOS)構造を有する半導体装置(電界効果型トランジスタ(MISあるいはMOSFET))に対して、高温に加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用によって重水素を含んだガスから生成された活性化した重水素を供給して、界面準位密度の低い良好なゲート絶縁膜/シリコンカーバイド半導体界面を形成する重水素処理装置の一実施形態を示す図である。
The features of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. In addition, the following description is for making an understanding of this invention easy, and is not restrict | limited to this. That is, modifications, embodiments, and other examples based on the technical idea of the present invention are included in the present invention.
FIG. 1 shows a semiconductor device (field effect transistor (MIS or MOSFET)) having a metal-insulating film (or oxide film) -semiconductor (MIS or MOS) structure on a semiconductor substrate including a silicon carbide region according to the present invention. A good gate insulating film / silicon having a low interface state density by supplying activated deuterium generated from a gas containing deuterium by thermal catalysis on the surface of the thermal catalyst heated to a high temperature It is a figure which shows one Embodiment of the deuterium processing apparatus which forms a carbide semiconductor interface.

符号1はチャンバー、符号2はチャンバー1内を減圧状態にできる真空排気系、符号3は重水素を含むガスをチャンバー1内に導入するガス導入系、符号4は所定の位置に配置された半導体基板7を加熱する加熱手段、符号5は熱触媒体16を所定温度に加熱する加熱手段、符号6はチャンバー1内に半導体基板7を真空搬送するためのロードロック室である。
チャンバー1は真空排気系2を備えた気密性の高い真空容器である。真空排気系2は、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の複数の真空ポンプを備えた多段式のものであり、チャンバー1内を10−4Pa以下の圧力まで真空排気する。
また、半導体基板7をチャンバー1内に真空搬送するためのロードロック室6も真空排気系2により10−1Pa以下の圧力に真空排気される。
半導体基板7は基板ホルダー8の上面に配置され、ロードロック室6を介してチャンバー1内に真空搬送され、石英基板ホルダー台10の上面に配置される。
Reference numeral 1 is a chamber, reference numeral 2 is an evacuation system capable of depressurizing the chamber 1, reference numeral 3 is a gas introduction system for introducing a gas containing deuterium into the chamber 1, and reference numeral 4 is a semiconductor disposed at a predetermined position. Reference numeral 5 denotes a heating means for heating the substrate 7, reference numeral 5 denotes a heating means for heating the thermal catalyst 16 to a predetermined temperature, and reference numeral 6 denotes a load lock chamber for vacuum-transporting the semiconductor substrate 7 into the chamber 1.
The chamber 1 is a highly airtight vacuum vessel provided with a vacuum exhaust system 2. The evacuation system 2 is a multi-stage type equipped with a plurality of vacuum pumps such as a turbo molecular pump and a dry pump, and evacuates the chamber 1 to a pressure of 10 −4 Pa or less.
In addition, the load lock chamber 6 for vacuum transporting the semiconductor substrate 7 into the chamber 1 is also evacuated to a pressure of 10 −1 Pa or less by the evacuation system 2.
The semiconductor substrate 7 is disposed on the upper surface of the substrate holder 8, is vacuum-transferred into the chamber 1 through the load lock chamber 6, and is disposed on the upper surface of the quartz substrate holder base 10.

半導体基板7は、チャンバー1下部に設置された加熱手段4を用いて行われ、赤外線加熱方式を採用している。熱源となる赤外線ランプ14から放射された赤外線は赤外線集光部12内部のゴールド反射ミラーに当たり反射し、チャンバー1下部に取り付けられた透明石英窓13を通して、チャンバー1内部に配置された基板ホルダー8に照射される。
基板ホルダー8は赤外線を吸収し、減圧重水素雰囲気下で800°Cまで加熱されることが可能である。基板ホルダー8はシリコン半導体ウエハ、シリコンカーバイド焼結体またはグラファイトなどで形成される。
The semiconductor substrate 7 is performed using the heating means 4 installed in the lower part of the chamber 1 and adopts an infrared heating method. Infrared rays radiated from the infrared lamp 14 serving as a heat source are reflected by the gold reflecting mirror inside the infrared condensing unit 12 and reflected through the transparent quartz window 13 attached to the lower part of the chamber 1 to the substrate holder 8 disposed inside the chamber 1. Irradiated.
The substrate holder 8 absorbs infrared rays and can be heated to 800 ° C. under a reduced pressure deuterium atmosphere. The substrate holder 8 is formed of a silicon semiconductor wafer, a silicon carbide sintered body, graphite, or the like.

重水素処理用ガス導入系7は、重水素を含むガスをチャンバー1内に導く配管17と、配管17に設けたバルブ18及び流量調整器19等で形成されている。
また、図1に示すように、基板ホルダー8が上面に配置される石英製基板ホルダー台10の外側面の位置には、リング状のガス導入リング11が配置されている。ガス導入リング11は、内部が中空であり、上面に多数のガス噴出し孔を有する。
The deuterium treatment gas introduction system 7 is formed by a pipe 17 for introducing a gas containing deuterium into the chamber 1, a valve 18 provided in the pipe 17, a flow rate regulator 19, and the like.
Further, as shown in FIG. 1, a ring-shaped gas introduction ring 11 is disposed at the position of the outer surface of the quartz substrate holder base 10 on which the substrate holder 8 is disposed on the upper surface. The gas introduction ring 11 is hollow inside and has a number of gas ejection holes on the upper surface.

重水素を含んだガスを導入する配管17の先端はガス導入リング11に接続され、ガス噴出し孔から重水素を含んだガスを噴出させてチャンバー1内部に導入するようになっている。また、チャンバー1内の圧力は、不図示のミニチュアゲージ及びバラトロンゲージによりモニターされており、コンダクタンスバルブ15により自動調整される。
重水素処理用ガス導入系3によって導入された重水素を含んだガスから、高温に加熱された熱触媒体16の表面での熱触媒作用により、活性化した重水素が生成される。
A distal end of a pipe 17 for introducing a gas containing deuterium is connected to a gas introduction ring 11 so that a gas containing deuterium is ejected from a gas ejection hole and introduced into the chamber 1. The pressure in the chamber 1 is monitored by a miniature gauge and a baratron gauge (not shown) and automatically adjusted by a conductance valve 15.
Activated deuterium is generated from the gas containing deuterium introduced by the deuterium treatment gas introduction system 3 by the thermal catalysis on the surface of the thermal catalyst 16 heated to a high temperature.

前記熱触媒体16は、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、バナジウム又はこれらを主成分とする合金から成る。この熱触媒体16は、90mmの範囲で上下に移動することが可能となっている。また、この熱触媒体16には、加熱手段20が設けられている。
本図で説明する加熱手段20は、一例として熱触媒体16を通電して加熱する通電加熱用電源により構成されている。このような加熱手段20により、熱触媒体16は1000°C〜1800°Cの温度に加熱されるようになっている。加熱手段20は、重水素を含んだガスを分解し、活性化した重水素を放出することができれば、他の構造であっても良い。特に、その構造に制限はない。
The thermal catalyst 16 is made of tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, vanadium or an alloy containing these as a main component. The thermal catalyst 16 can move up and down within a range of 90 mm. The thermal catalyst 16 is provided with a heating means 20.
As an example, the heating means 20 described in the figure is configured by an energization heating power source that energizes and heats the thermal catalyst body 16. By such a heating means 20, the thermal catalyst 16 is heated to a temperature of 1000 ° C to 1800 ° C. The heating means 20 may have another structure as long as it can decompose the gas containing deuterium and release the activated deuterium. In particular, the structure is not limited.

石英円筒9は、チャンバー1内壁を覆うように配置され、高温に加熱された熱触媒体16の表面での熱触媒作用により生成された活性化した重水素が、チャンバー1内壁に衝突して失活することを防ぐためのものである。   The quartz cylinder 9 is disposed so as to cover the inner wall of the chamber 1, and activated deuterium generated by thermal catalysis on the surface of the thermal catalyst 16 heated to a high temperature collides with the inner wall of the chamber 1 and is lost. This is to prevent it from being alive.

次に、半導体装置及びその作製方法に関する発明の実施例を説明する。
図2に示すような断面構造を有するSiC MOSキャパシタを作製するため、まず8°オフ4H−SiCエピタキシャル基板((0001)Si面、n型、N-N=1x1015cm−3)をRCA洗浄した後、50nm厚のゲート酸化膜をシリコンカーバイド基板上に形成し、連続して試料を流量1リットル/分の窒素ガス中で、1200°Cで30分間熱処理した。
Next, embodiments of the invention relating to the semiconductor device and the manufacturing method thereof will be described.
In order to fabricate a SiC MOS capacitor having a cross-sectional structure as shown in FIG. 2, first, an 8 ° off 4H-SiC epitaxial substrate ((0001) Si surface, n-type, N d −N a = 1 × 10 15 cm −3 ) is used. After RCA cleaning, a 50 nm thick gate oxide film was formed on the silicon carbide substrate, and the sample was continuously heat-treated at 1200 ° C. for 30 minutes in nitrogen gas at a flow rate of 1 liter / min.

次いで、試料を重水素処理装置に導入し、高温に加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により生成された活性化した重水素雰囲気中での処理を、基板加熱温度を500°C、処理時間を30分、処理中のチャンバー内圧力を20Pa、熱触媒体の加熱温度を1800°Cの条件の下で行った。
最終的にアルミニウム膜を抵抗線加熱真空蒸着法によりゲート電極とオーミックコンタクト電極として形成した。また、比較として、重水素処理を行わない試料を作製した。
Next, the sample was introduced into the deuterium treatment apparatus, and the treatment in the activated deuterium atmosphere generated by the thermal catalysis on the surface of the thermal catalyst heated to a high temperature was performed. The treatment time was 30 minutes, the pressure in the chamber during treatment was 20 Pa, and the heating temperature of the thermal catalyst was 1800 ° C.
Finally, an aluminum film was formed as a gate electrode and an ohmic contact electrode by resistance wire heating vacuum deposition. For comparison, a sample not subjected to deuterium treatment was prepared.

図3に、酸素雰囲気中でゲート酸化膜を形成した後に、重水素(D-rad)処理を行った試料から測定された高周波CV特性(測定周波数f=100kHz)と準静的CV特性(ステップ電圧V=50mV、遅延時間t=10sec)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つのCV特性の容量差が小さいほど、界面準位密度(Dit)が小さいことを示す。また、比較として、重水素照射を行っていない熱酸化のみの試料(DRY)からの高周波及び準静的CV特性も同図に示す。
図4に、図3のデータから、下記[数1]を用いて算出された界面準位密度(Dit)のシリコンカーバイドのエネルギーバンド内の分布を示す。ここで、Chは高周波容量、Cqは準静的容量、Coxはゲート酸化膜容量、qは電子の電荷素量である。
FIG. 3 shows a high frequency CV characteristic (measurement frequency f = 100 kHz) and a quasi-static CV characteristic (steps) measured from a sample subjected to deuterium (D-rad) treatment after forming a gate oxide film in an oxygen atmosphere. Voltage V s = 50 mV, delay time t d = 10 sec ).
A solid line is a high frequency CV characteristic, and a broken line is a quasi-static CV characteristic. The smaller the capacitance difference between the two CV characteristics, the smaller the interface state density (D it ). For comparison, the high-frequency and quasi-static CV characteristics from a thermal oxidation-only sample (DRY) without deuterium irradiation are also shown in the figure.
FIG. 4 shows the distribution in the energy band of silicon carbide of the interface state density (D it ) calculated from the data of FIG. 3 using the following [Equation 1]. Here, Ch is a high frequency capacity, Cq is a quasi-static capacity, C ox is a gate oxide film capacity, and q is an elementary charge of electrons.

Figure 2012094877
Figure 2012094877

図4に、酸素雰囲気中でゲート酸化膜を形成した後に、重水素処理を行った試料(D-rad)および重水素処理を行っていない試料(DRY)の界面準位密度分布を示す。この結果から、重水素処理によりSiC MOS界面の界面準位密度が減少していることがわかる。   FIG. 4 shows interface state density distributions of a sample (D-rad) subjected to deuterium treatment and a sample not subjected to deuterium treatment (DRY) after forming a gate oxide film in an oxygen atmosphere. This result shows that the interface state density at the SiC MOS interface is decreased by deuterium treatment.

前述した界面準位密度の低下は重水素処理による効果であり、ゲート絶縁膜/シリコンカーバイド半導体界面近傍に存在するダングリングボンドを重水素終端した結果である。そのため、界面近傍に存在する重水素元素濃度が重要となる。表1に、二次イオン質量分析法(SIMS)により測定されたゲート酸化膜/シリコンカーバイド半導体界面に存在する重水素元素濃度を示す。   The above-described decrease in interface state density is an effect of deuterium treatment, and is a result of deuterium termination of dangling bonds existing in the vicinity of the gate insulating film / silicon carbide semiconductor interface. Therefore, the deuterium element concentration existing near the interface is important. Table 1 shows the concentration of deuterium elements present at the gate oxide / silicon carbide semiconductor interface measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

Figure 2012094877
Figure 2012094877

重水素処理を施していない試料(DRY)では、界面の重水素元素濃度が1x1017cm-3であるのに対し、重水素処理を施した試料(D-rad)では2.8x1019cm-3と、280倍の重水素含有濃度を示す。重水素元素濃度が2.8x1019cm-3で界面準位密度が低下しており、この結果からも界面近傍における重水素元素濃度は少なくと1x1019cm-3以上であることが必要であることが分る。 The deuterium-treated sample (DRY) has an interface deuterium element concentration of 1 × 10 17 cm −3 , while the deuterium-treated sample (D-rad) has 2.8 × 10 19 cm −3. And a deuterium content concentration of 280 times. When the deuterium element concentration is 2.8 x 10 19 cm -3 , the interface state density is reduced. From this result, the deuterium element concentration in the vicinity of the interface must be at least 1 x 10 19 cm -3 or more. I understand.

以上、本発明は、加熱触媒体表面での熱触媒作用によって生成された活性化した重水素を用いて重水素処理が行われるので、界面準位密度の低減された良好な界面状態が低温で形成でき、また前記活性化した重水素による重水素処理は基板加熱温度が600°C以下の低温でも効果があるので、アルミニウムを含むゲート電極膜を形成する工程の後で、さらにはシリコンカーバイド半導体装置作製プロセスの最終工程として、前記重水素処理を導入することが可能であり、金属-絶縁膜(あるいは酸化膜)-半導体(MISあるいはMOS)構造を有する半導体装置(電界効果型トランジスタ(MISあるいはMOSFET))等に極めて有用である。   As described above, according to the present invention, since deuterium treatment is performed using activated deuterium generated by thermal catalysis on the surface of the heated catalyst body, a good interface state with a reduced interface state density can be obtained at a low temperature. Since the deuterium treatment with the activated deuterium is effective even at a substrate heating temperature of 600 ° C. or lower, after the step of forming the gate electrode film containing aluminum, the silicon carbide semiconductor is further formed. As a final step of the device manufacturing process, the deuterium treatment can be introduced, and a semiconductor device having a metal-insulating film (or oxide film) -semiconductor (MIS or MOS) structure (field effect transistor (MIS or MOSFET)).

1 チャンバー
2 真空排気系
3 重水素処理用ガス導入系
4 基板加熱手段
5 熱触媒体加熱手段
6 ロードロック室
7 半導体基板
8 基板ホルダー
9 石英円筒
10 石英製基板ホルダー台
11 ガス導入リング
12 赤外線集光部
13 透明石英窓
14 赤外線ランプ
15 コンダクタンスバルブ
16 熱触媒体
17 配管
18 バルブ
19 流量調整器
20 熱触媒体加熱手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Vacuum exhaust system 3 Gas introduction system for deuterium treatment 4 Substrate heating means 5 Thermal catalyst heating means 6 Load lock chamber 7 Semiconductor substrate 8 Substrate holder 9 Quartz cylinder 10 Quartz substrate holder stand 11 Gas introduction ring 12 Infrared collector Optical part 13 Transparent quartz window 14 Infrared lamp 15 Conductance valve 16 Thermal catalyst 17 Piping 18 Valve 19 Flow controller 20 Thermal catalyst heating means

Claims (33)

半導体基板とゲート絶縁膜、層間絶縁膜、配線層、保護絶縁膜等の半導体装置に形成される膜又は層の界面近傍での重水素元素濃度が1x1019cm-3以上であることを特徴とする金属−絶縁膜−半導体(MIS)構造を有する半導体装置。 Deuterium element concentration in the vicinity of the interface between a semiconductor substrate and a film or layer formed on a semiconductor device such as a gate insulating film, an interlayer insulating film, a wiring layer, a protective insulating film, etc. is 1 × 10 19 cm −3 or more A semiconductor device having a metal-insulating film-semiconductor (MIS) structure. 請求項1において、半導体基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイド、ガリウム砒素、ガリウムアルミニウム砒素、ガリウム燐、窒化ガリウム、窒化アルミニウム又はダイヤモンドから選択した基板であることを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a substrate selected from silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, aluminum nitride, or diamond. 請求項1又は2に記載の半導体装置において、シリコン又はシリコンカーバイトからなる半導体基板を、大気中、酸素雰囲気中又はHO(水)を含んだ水蒸気雰囲気中で加熱することにより形成した酸化膜からなるゲート絶縁膜を備えていることを特徴とする半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide is heated by heating in air, in an oxygen atmosphere, or in a water vapor atmosphere containing H 2 O (water). A semiconductor device comprising a gate insulating film made of a film. 請求項1〜3のそれぞれに記載の半導体装置において、ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜から選択した1の膜又は2以上の複合膜であることを特徴とする半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film is one film selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, or two or more composite films. Semiconductor device. 請求項1〜4に記載の半導体装置において、MIS構造を有する半導体装置が、DMOSFET,Lateral Resurf MOSFET,UMOSFETであることを特徴とする半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device having an MIS structure is a DMOSFET, a lateral resurf MOSFET, or a UMOSFET. 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程を含む半導体装置の作製法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成した後に、前記半導体基板の近傍に熱触媒体を配置し、重水素を含むガスを前記熱触媒体の近傍を通過させるようにして、加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により活性化した重水素を生成させ、当該活性化した重水素を前記半導体基板に供給することを特徴とする半導体装置の作製方法。   In a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, after forming the gate insulating film on the semiconductor substrate, a thermal catalyst is disposed in the vicinity of the semiconductor substrate, and a gas containing deuterium To pass through the vicinity of the thermal catalyst body, to generate deuterium activated by the thermal catalytic action on the surface of the heated thermal catalyst body, and to supply the activated deuterium to the semiconductor substrate A method for manufacturing a semiconductor device. 半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程を含む半導体装置の作製法において、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程及びアルミニウムを含む材料によりゲート電極膜を形成する工程の後に、前記半導体基板の近傍に熱触媒体を配置し、重水素を含むガスを前記熱触媒体の近傍を通過させるようにして、加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により活性化した重水素を生成させ、当該活性化した重水素を前記半導体基板に供給することを特徴とする半導体装置の作製方法。   In a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, the semiconductor substrate is formed after the step of forming a gate insulating film on the semiconductor substrate and the step of forming a gate electrode film with a material containing aluminum. A thermal catalyst body is disposed in the vicinity of the thermal catalyst body so that a gas containing deuterium passes through the vicinity of the thermal catalyst body to generate deuterium activated by thermal catalytic action on the surface of the heated thermal catalyst body. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising supplying the activated deuterium to the semiconductor substrate. 請求項6又は7に記載の半導体装置の作製法において、ゲート絶縁膜と半導体基板の界面近傍での重水素元素濃度が1x1019cm-3以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the deuterium element concentration in the vicinity of the interface between the gate insulating film and the semiconductor substrate is 1 × 10 19 cm −3 or more. 請求項6〜8のいずれかに記載の半導体装置の作製法において、半導体基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイド、ガリウム砒素、ガリウムアルミニウム砒素、ガリウム燐、窒化ガリウム、窒化アルミニウム又はダイヤモンドから選択した基板であることを特徴とする半導体装置の作製方法。   9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor substrate is made of silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, aluminum nitride, or diamond. A method for manufacturing a semiconductor device, which is a selected substrate. 請求項6〜9のいずれかに記載の半導体装置の作製法において、シリコン又はシリコンカーバイトからなる半導体基板を、大気中、酸素雰囲気中又はHO(水)を含んだ水蒸気雰囲気中で加熱することにより酸化膜からなるゲート絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide is heated in the air, in an oxygen atmosphere, or in a water vapor atmosphere containing H 2 O (water). And forming a gate insulating film made of an oxide film. 請求項6〜9のいずれかに記載の半導体装置の作製法において、化学気相法によりシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜から選択した1の膜又は2以上の複合膜からなるゲート絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。   10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the gate is formed of one film or two or more composite films selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film by a chemical vapor deposition method. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming an insulating film. 請求項6〜10に記載の半導体装置の作製方法において、ゲート絶縁膜を有する半導体装置が、DMOSFET,Lateral Resurf MOSFET,UMOSFETであることを特徴とする半導体装置の作製方法。   11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor device having a gate insulating film is a DMOSFET, a lateral resurf MOSFET, or a UMOSFET. 請求項6〜12に記載の半導体装置の作製方法において、熱触媒体は、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、バナジウムから選択した1の金属又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする半導体装置の作製方法。   13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the thermal catalyst is one metal selected from tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, and vanadium or an alloy containing these as a main component. A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項6〜13に記載の半導体装置の作製方法において、半導体基板の温度を600°C以下に維持して行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。   14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the temperature of the semiconductor substrate is maintained at 600 [deg.] C. or lower. 請求項14に記載の半導体装置の作製方法において、熱触媒体を1000°Cから1800°Cの予め決められた温度に加熱し、熱触媒体表面での熱触媒作用により重水素を含むガスから活性化した重水素を生成させることを特徴とする半導体装置の作製方法。   15. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the thermal catalyst is heated to a predetermined temperature of 1000 ° C. to 1800 ° C., and deuterium-containing gas is generated by thermal catalytic action on the surface of the thermal catalyst. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that activated deuterium is generated. 請求項15に記載の半導体装置の作製方法において、重水素を含むガス圧力が1Pa〜100Paであることを特徴とする半導体装置の作製方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the gas pressure including deuterium is 1 Pa to 100 Pa. 請求項16に記載の半導体装置の作製方法において、高温に加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により重水素を含むガスから生成された活性化した重水素を1分間〜3時間の予め決められた時間供給することを特徴とする半導体装置の作製方法。   17. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein activated deuterium generated from a gas containing deuterium by thermal catalysis on a surface of a thermal catalyst heated to a high temperature is preliminarily maintained for 1 minute to 3 hours. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is supplied for a predetermined time. 請求項17に記載の半導体装置の作製方法において、ゲート絶縁膜を有する半導体基板と熱触媒体との間が10mm〜120mmの予め決められた距離に配置されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。   18. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the semiconductor substrate having the gate insulating film and the thermal catalyst are disposed at a predetermined distance of 10 mm to 120 mm. Manufacturing method. 請求項6〜18に記載の半導体装置の作製方法において、ゲート酸化膜を形成する工程と、熱触媒体により活性化した重水素を半導体基板に供給して重水素処理する工程との間に、酸素雰囲気中で熱処理する工程あるいは不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 6 to 18, wherein a step of forming a gate oxide film and a step of supplying deuterium activated by a thermal catalyst to a semiconductor substrate to perform deuterium treatment, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of heat-treating in an oxygen atmosphere or a step of heat-treating in an inert gas atmosphere. 請求項19に記載の半導体装置の作製方法において、酸素雰囲気中あるいは不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程と、熱触媒体により活性化した重水素を半導体基板に供給して重水素処理する工程との間に、HO(水)を含んだ水蒸気雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。 20. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein a heat treatment in an oxygen atmosphere or an inert gas atmosphere, a deuterium treatment by supplying deuterium activated by a thermal catalyst to a semiconductor substrate, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of performing a heat treatment in a water vapor atmosphere containing H 2 O (water). 請求項19に記載の半導体装置の作製方法において、酸素雰囲気中あるいは不活性ガス雰囲気中で熱処理する工程と、熱触媒体により活性化した重水素を半導体基板に供給して重水素処理する工程との間に、NO、NO、あるいはNOを含んだ雰囲気中で熱処理する工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。 20. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein a heat treatment in an oxygen atmosphere or an inert gas atmosphere, a deuterium treatment by supplying deuterium activated by a thermal catalyst to a semiconductor substrate, A method for manufacturing a semiconductor device including a step of performing a heat treatment in an atmosphere containing NO, N 2 O, or NO 2 between the steps. 請求項6〜20に記載の半導体装置の作製方法において、半導体基板表面の洗浄工程を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。   21. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising a step of cleaning the surface of the semiconductor substrate. 請求項22に記載の半導体装置の作製方法において、半導体基板表面の洗浄工程に酸化処理を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。   23. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 22, wherein the cleaning process of the surface of the semiconductor substrate includes an oxidation treatment. 請求項22又は23に記載の半導体装置の作製方法において、半導体基板表面の洗浄工程に紫外光の照射を伴うオゾン暴露処理を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。   24. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 22 or 23, wherein the step of cleaning the surface of the semiconductor substrate includes an ozone exposure process involving irradiation with ultraviolet light. 請求項6〜24に記載の半導体装置の作製方法に含まれる工程に加えて、さらに、層間絶縁膜を形成する工程と、配線層を形成する工程と、配線層を保護する絶縁膜を形成する工程を含み、活性化した重水素をこれらの膜又は層の界面に適用することを特徴とする半導体装置の作製方法。   In addition to the steps included in the method for manufacturing a semiconductor device according to claims 6 to 24, a step of forming an interlayer insulating film, a step of forming a wiring layer, and an insulating film for protecting the wiring layer are formed. A method for manufacturing a semiconductor device, which includes a step of applying activated deuterium to an interface between these films or layers. ゲート絶縁膜を有する半導体基板を所定位置に配置することができるチャンバーと、所定の位置に配置された半導体基板を予め決められた温度に調整することができる加熱手段と、所定位置に配置された半導体基板の表面近傍に設けられた熱触媒体と、熱触媒体を所定温度に加熱する加熱手段と、チャンバー内を減圧状態にできる真空排気系と、重水素を含むガスをチャンバー内に導入するガス導入系と、チャンバー内の重水素を含むガスの圧力調整機構を備え、重水素を含むガスを熱触媒体の表面付近を通過させ、加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により生成された活性化した重水素を半導体基板の表面に供給することを特徴とする重水素処理装置。   A chamber in which a semiconductor substrate having a gate insulating film can be disposed at a predetermined position, a heating unit capable of adjusting the semiconductor substrate disposed at the predetermined position to a predetermined temperature, and a semiconductor substrate having the gate insulating film disposed at the predetermined position A thermal catalyst provided near the surface of the semiconductor substrate, a heating means for heating the thermal catalyst to a predetermined temperature, a vacuum exhaust system capable of reducing the pressure in the chamber, and a gas containing deuterium are introduced into the chamber. Equipped with a gas introduction system and a pressure adjustment mechanism for the gas containing deuterium in the chamber, the gas containing deuterium passes through the vicinity of the surface of the thermal catalyst and is generated by thermal catalysis on the surface of the heated thermal catalyst An activated deuterium is supplied to the surface of a semiconductor substrate. 請求項26に記載の重水素処理装置において、半導体基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイド、ガリウム砒素、ガリウムアルミニウム砒素、ガリウム燐、窒化ガリウム、窒化アルミニウム又はダイヤモンドから選択した基板であるであることを特徴とする重水素処理装置。   27. The deuterium treatment apparatus according to claim 26, wherein the semiconductor substrate is a substrate selected from silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, aluminum nitride or diamond. A deuterium treatment apparatus, characterized in that there is. 請求項26又は27に記載の重水素処理装置において、熱触媒体は、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、バナジウムから選択した1の金属又はこれらを主成分とする合金であることを特徴とする重水素処理装置。   28. The deuterium treatment apparatus according to claim 26 or 27, wherein the thermal catalyst is one metal selected from tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, and vanadium, or an alloy containing these as a main component. Hydrogen treatment equipment. 請求項26〜28のいずれかに記載の重水素処理装置において、半導体基板の温度を600°C以下に維持する装置を備えていることを特徴とする重水素処理装置。   29. The deuterium treatment apparatus according to claim 26, further comprising an apparatus for maintaining the temperature of the semiconductor substrate at 600 [deg.] C. or lower. 請求項26〜29のいずれかに記載の重水素処理装置において、熱触媒体を1000°Cから1800°Cの予め決められた温度に加熱する装置を備え、重水素を含むガスを熱触媒体表面での熱触媒作用により活性化した重水素を生成することを特徴とする重水素処理装置。   30. The deuterium treatment apparatus according to claim 26, further comprising an apparatus for heating the thermal catalyst body to a predetermined temperature of 1000 ° C. to 1800 ° C., wherein the gas containing deuterium is converted into the thermal catalyst body. A deuterium treatment apparatus that generates deuterium activated by thermal catalysis on a surface. 請求項26〜30のいずれかに記載の重水素処理装置において、重水素を含むガス圧力を1Pa〜100Paに調製する圧力調整機構を備えていることを特徴とする重水素処理装置。   31. The deuterium treatment apparatus according to claim 26, further comprising a pressure adjusting mechanism for adjusting a gas pressure containing deuterium to 1 Pa to 100 Pa. 請求項26〜31のいずれかに記載の重水素処理装置において、高温に加熱された熱触媒体表面での熱触媒作用により重水素を含むガスから生成された活性化した重水素を1分間〜3時間の予め決められた時間供給する装置を備えていることを特徴とする重水素処理装置。   The deuterium treatment apparatus according to any one of claims 26 to 31, wherein activated deuterium generated from a gas containing deuterium by thermal catalysis on the surface of the thermal catalyst heated to high temperature is used for 1 minute ~ A deuterium treatment apparatus comprising a device for supplying a predetermined time of 3 hours. 請求項26〜32のいずれかに記載の重水素処理装置において、ゲート絶縁膜を有する半導体基板と熱触媒体との間が10mm〜120mmの予め決められた距離に配置されていることを特徴とする重水素処理装置。   33. The deuterium treatment apparatus according to claim 26, wherein the semiconductor substrate having the gate insulating film and the thermal catalyst are disposed at a predetermined distance of 10 mm to 120 mm. Deuterium treatment equipment.
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