JP3491050B2 - 炭化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法 - Google Patents
炭化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法Info
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/048—Making electrodes
- H01L21/049—Conductor-insulator-semiconductor electrodes, e.g. MIS contacts
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、炭化けい素を用
い、ＭＯＳ（金属−酸化膜−半導体）構造を有する炭化
けい素半導体装置の製造方法に関する。
い、ＭＯＳ（金属−酸化膜−半導体）構造を有する炭化
けい素半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化けい素（以下ＳｉＣと記す）は、バ
ンドギャップが広く、また最大絶縁電界がシリコンと比
較して一桁も大きいことから、次世代の電力用半導体素
子への応用が期待されている材料である。そして、６Ｈ
−ＳｉＣや４Ｈ−ＳｉＣなどの単結晶が、かなり高品質
で製造できるようになってきている。これらは、閃亜鉛
鉱型とウルツ鉱型とが積層された形のアルファ相ＳｉＣ
である。これまでに、ショットキーダイオード、縦形Ｍ
ＯＳＦＥＴ、サイリスタなどの試作が実現し、その特性
から従来のシリコンと比較して非常に特性が良好なこと
が確認されている。
ンドギャップが広く、また最大絶縁電界がシリコンと比
較して一桁も大きいことから、次世代の電力用半導体素
子への応用が期待されている材料である。そして、６Ｈ
−ＳｉＣや４Ｈ−ＳｉＣなどの単結晶が、かなり高品質
で製造できるようになってきている。これらは、閃亜鉛
鉱型とウルツ鉱型とが積層された形のアルファ相ＳｉＣ
である。これまでに、ショットキーダイオード、縦形Ｍ
ＯＳＦＥＴ、サイリスタなどの試作が実現し、その特性
から従来のシリコンと比較して非常に特性が良好なこと
が確認されている。
【０００３】最近のシリコンＬＳＩは、ＭＯＳ構造を利
用したＭＯＳ型半導体装置が主流となっているが、その
際、シリコン基板を高温で、例えば酸素或いは水蒸気を
含む酸化性雰囲気に曝す、いわゆる熱酸化により、基板
表面に酸化けい素膜（以下ＳｉＯ2 膜と記す）が生じ、
そのＳｉＯ2 膜を絶縁膜として利用している。ＳｉＣは
シリコンと同様に、熱酸化によって表面に、良好な半導
体−絶縁膜界面をもつＳｉＯ2 膜が得られ、そのＳｉＯ
2 膜をゲート絶縁膜や安定化膜として利用することがで
きることから、同様にＭＯＳ型半導体装置への適用が可
能である。
用したＭＯＳ型半導体装置が主流となっているが、その
際、シリコン基板を高温で、例えば酸素或いは水蒸気を
含む酸化性雰囲気に曝す、いわゆる熱酸化により、基板
表面に酸化けい素膜（以下ＳｉＯ2 膜と記す）が生じ、
そのＳｉＯ2 膜を絶縁膜として利用している。ＳｉＣは
シリコンと同様に、熱酸化によって表面に、良好な半導
体−絶縁膜界面をもつＳｉＯ2 膜が得られ、そのＳｉＯ
2 膜をゲート絶縁膜や安定化膜として利用することがで
きることから、同様にＭＯＳ型半導体装置への適用が可
能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＳｉＣでは、シリコン
と同様に熱酸化により表面にＳｉＯ2 膜が成長する。こ
のＳｉＯ2 膜とＳｉＣとの界面は清浄で、成長したＳｉ
Ｏ2 膜は表面の保護膜やＭＯＳ型半導体装置のゲート絶
縁膜として利用可能であることは上に述べた。但しこれ
までのところ、ＳｉＣにおいては、熱酸化によってＳｉ
Ｏ2 膜を形成した場合、ＳｉＯ2 膜とＳｉＣとの間に発
生する界面凖位密度がシリコン基板の場合と比較して非
常に多いという報告が、多数なされている。［例えば、
Shenoy,J.N. 他: J. of Electron Materials,Vol.24,(1
995) p.303］ 界面凖位密度が多いことは、極く表面に
近い部分のキャリアを制御するＭＯＳ型半導体装置にと
って、致命的である。このため、界面凖位密度を減少さ
せる試みが、幾つかなされている。ここで、以下の説明
を容易にするため、酸化工程について説明する。
と同様に熱酸化により表面にＳｉＯ2 膜が成長する。こ
のＳｉＯ2 膜とＳｉＣとの界面は清浄で、成長したＳｉ
Ｏ2 膜は表面の保護膜やＭＯＳ型半導体装置のゲート絶
縁膜として利用可能であることは上に述べた。但しこれ
までのところ、ＳｉＣにおいては、熱酸化によってＳｉ
Ｏ2 膜を形成した場合、ＳｉＯ2 膜とＳｉＣとの間に発
生する界面凖位密度がシリコン基板の場合と比較して非
常に多いという報告が、多数なされている。［例えば、
Shenoy,J.N. 他: J. of Electron Materials,Vol.24,(1
995) p.303］ 界面凖位密度が多いことは、極く表面に
近い部分のキャリアを制御するＭＯＳ型半導体装置にと
って、致命的である。このため、界面凖位密度を減少さ
せる試みが、幾つかなされている。ここで、以下の説明
を容易にするため、酸化工程について説明する。
【０００５】図４は、典型的な酸化工程の、温度変化を
表すフローチャートである。すなわち、横軸は時間、縦
軸は温度を表している。酸化する温度よりも低い温度Ｔ
1 においてウェハを酸化炉に導入し、その後、炉の温度
を酸化温度Ｔ2 まで上昇させる時間ｔu の工程が、Ａの
プロセスである。その後、温度Ｔ2 でｔ1 の時間だけ酸
化をおこなう。この際、酸化炉内には、酸化性雰囲気と
してスチームや、水蒸気を含ませた酸素であるウェット
酸素、或いは水蒸気を含まないドライ酸素などが流され
る。この工程Ｂが、酸化工程となる。そのあと、酸化と
同一温度、またはそれ以外の温度において、例えば適当
なガス中でのアニール工程Ｃを経て、炉は冷却される
（工程Ｄ、時間ｔd ）。最後に温度Ｔ3 でウェハが炉か
ら取り出される。一般にシリコン半導体装置の製造工程
においては、界面凖位密度の低減等のため、窒素やアル
ゴン等の不活性ガス中でのアニールが必要とされてい
る。図では、アニール時間をｔ2 として示した。又、ア
ニール温度を酸化温度と同一としたが、変えても良い。
表すフローチャートである。すなわち、横軸は時間、縦
軸は温度を表している。酸化する温度よりも低い温度Ｔ
1 においてウェハを酸化炉に導入し、その後、炉の温度
を酸化温度Ｔ2 まで上昇させる時間ｔu の工程が、Ａの
プロセスである。その後、温度Ｔ2 でｔ1 の時間だけ酸
化をおこなう。この際、酸化炉内には、酸化性雰囲気と
してスチームや、水蒸気を含ませた酸素であるウェット
酸素、或いは水蒸気を含まないドライ酸素などが流され
る。この工程Ｂが、酸化工程となる。そのあと、酸化と
同一温度、またはそれ以外の温度において、例えば適当
なガス中でのアニール工程Ｃを経て、炉は冷却される
（工程Ｄ、時間ｔd ）。最後に温度Ｔ3 でウェハが炉か
ら取り出される。一般にシリコン半導体装置の製造工程
においては、界面凖位密度の低減等のため、窒素やアル
ゴン等の不活性ガス中でのアニールが必要とされてい
る。図では、アニール時間をｔ2 として示した。又、ア
ニール温度を酸化温度と同一としたが、変えても良い。
【０００６】これまでの報告では、酸化前処理として紫
外線照射やプラズマ処理が良いとの報告がある。また、
界面凖位密度を減少させる試みはいくつかなされてい
る。例えば、von Kamienski E. S. 他等は、Materials
Sci. and Eng. B29,(1995) p.131 において、ウェット
酸化が、ドライ酸化より良好なことおよび酸化後のアル
ゴン、またはフォーミングガス中でのアニールが、界面
凖位密度を減少させることを示した。またShenoy,J.N.
等は、J. Electr. Mat. 24,(1995) p.303 において、酸
化前の前処理や、挿入温度等が重要であることを記し
た。更に、Lipkin L. A.等は、Proc. 26th IEEE Semico
nd. Interface Specialist Conf.(1995) p.131 におい
て、酸化温度より低い温度で、追加のウェット酸化をお
こなうことが界面凖位の低減に良いとしている。
外線照射やプラズマ処理が良いとの報告がある。また、
界面凖位密度を減少させる試みはいくつかなされてい
る。例えば、von Kamienski E. S. 他等は、Materials
Sci. and Eng. B29,(1995) p.131 において、ウェット
酸化が、ドライ酸化より良好なことおよび酸化後のアル
ゴン、またはフォーミングガス中でのアニールが、界面
凖位密度を減少させることを示した。またShenoy,J.N.
等は、J. Electr. Mat. 24,(1995) p.303 において、酸
化前の前処理や、挿入温度等が重要であることを記し
た。更に、Lipkin L. A.等は、Proc. 26th IEEE Semico
nd. Interface Specialist Conf.(1995) p.131 におい
て、酸化温度より低い温度で、追加のウェット酸化をお
こなうことが界面凖位の低減に良いとしている。
【０００７】このような試みがあるものの、ＳｉＣでは
界面凖位は依然として高い水準にあり、安定して良好な
界面準位を得ることは、非常に困難であり、その改善が
要望されている。従来純水を加熱し、そこに酸素をバブ
リングする所謂ウェット酸化の方法が取られていたが、
その方法では水と酸素の分圧比のコントロールが困難な
こと、およびバブル時に水滴が巻き込まれて汚染が発生
し易いという問題がある。
界面凖位は依然として高い水準にあり、安定して良好な
界面準位を得ることは、非常に困難であり、その改善が
要望されている。従来純水を加熱し、そこに酸素をバブ
リングする所謂ウェット酸化の方法が取られていたが、
その方法では水と酸素の分圧比のコントロールが困難な
こと、およびバブル時に水滴が巻き込まれて汚染が発生
し易いという問題がある。
【０００８】以上の問題に鑑み本発明の目的は、組成制
御が容易で、界面凖位を低減できる炭化ケイ素半導体装
置の熱酸化膜形成方法を提供することにある。
御が容易で、界面凖位を低減できる炭化ケイ素半導体装
置の熱酸化膜形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題解決のため本発
明は、パイロジェニック酸化によることとした。すなわ
ち、加熱された炭化けい素表面上に、水素と酸素を導入
して熱酸化するパイロジェニック酸化によって酸化けい
素膜を成長させる熱酸化膜形成方法において、水素と酸
素の流量比が１：１よりも水素の流量が多い流量比とな
るようにするものとする。
明は、パイロジェニック酸化によることとした。すなわ
ち、加熱された炭化けい素表面上に、水素と酸素を導入
して熱酸化するパイロジェニック酸化によって酸化けい
素膜を成長させる熱酸化膜形成方法において、水素と酸
素の流量比が１：１よりも水素の流量が多い流量比とな
るようにするものとする。
【００１０】パイロジェニック酸化時の水素と酸素の流
量比の影響を説明するメカニズムの詳細は不明である
が、後述の実験結果が示すように、水素と酸素の流量比
を１：１以上とすると、界面凖位密度が急減する。そし
て、熱酸化により酸化膜を形成した後、酸化後の冷却過
程が水素原子を含む雰囲気でおこなわれ、その冷却速度
が０．３〜３℃／ｍｉｎの範囲にあることがよい。
量比の影響を説明するメカニズムの詳細は不明である
が、後述の実験結果が示すように、水素と酸素の流量比
を１：１以上とすると、界面凖位密度が急減する。そし
て、熱酸化により酸化膜を形成した後、酸化後の冷却過
程が水素原子を含む雰囲気でおこなわれ、その冷却速度
が０．３〜３℃／ｍｉｎの範囲にあることがよい。
【００１１】そのようにすれば、後述の実験結果が示す
ように、界面凖位密度が約２０％減少する。但し、余り
冷却速度が遅いと、時間がかかるので下限としては、
０．３℃／ｍｉｎ以上が望ましい。熱酸化膜後の冷却過
程において、少なくとも９００℃以下の範囲を０．３〜
３℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却するものとする。
ように、界面凖位密度が約２０％減少する。但し、余り
冷却速度が遅いと、時間がかかるので下限としては、
０．３℃／ｍｉｎ以上が望ましい。熱酸化膜後の冷却過
程において、少なくとも９００℃以下の範囲を０．３〜
３℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却するものとする。
【００１２】後述の実験結果が示すように、特に低温範
囲の冷却速度を徐冷すれば、高温から徐冷したと同じ効
果が得られる。更に、酸化後の冷却過程が水素原子を含
む雰囲気でおこなわれ、炉からの炭化けい素の取り出し
温度が９００℃以下、更に望ましくは８００℃以下であ
ることが良い。
囲の冷却速度を徐冷すれば、高温から徐冷したと同じ効
果が得られる。更に、酸化後の冷却過程が水素原子を含
む雰囲気でおこなわれ、炉からの炭化けい素の取り出し
温度が９００℃以下、更に望ましくは８００℃以下であ
ることが良い。
【００１３】そのようにすれば、後述の実験結果が示す
ように、界面凖位密度が大幅に減少する。メカニズムの
詳細は不明である。これらの手段を重ねると更に、重複
した効果が得られる。
ように、界面凖位密度が大幅に減少する。メカニズムの
詳細は不明である。これらの手段を重ねると更に、重複
した効果が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明の炭化けい素半導体装
置の熱酸化膜形成方法を、パイロジェニック酸化を実施
例として記す。この方法は気体の水素と酸素を導入し、
反応させて水を生成し、これによってウェット雰囲気を
得るものである。熱酸化時のプロセス条件を吟味するこ
とによって、ＭＯＳ型半導体装置の重要な特性である界
面凖位密度を低減する方法を得た。
置の熱酸化膜形成方法を、パイロジェニック酸化を実施
例として記す。この方法は気体の水素と酸素を導入し、
反応させて水を生成し、これによってウェット雰囲気を
得るものである。熱酸化時のプロセス条件を吟味するこ
とによって、ＭＯＳ型半導体装置の重要な特性である界
面凖位密度を低減する方法を得た。
【００１５】以下図を参照しながら、実験結果を説明
し、界面凖位密度を低減する方法の詳細を述べる。 ［実験１］１×１０16ｃｍ-3のキャリア濃度のＡｌドー
プ、面方位（０００１）シリコン面のｐ型ＳｉＣを用い
た。
し、界面凖位密度を低減する方法の詳細を述べる。 ［実験１］１×１０16ｃｍ-3のキャリア濃度のＡｌドー
プ、面方位（０００１）シリコン面のｐ型ＳｉＣを用い
た。
【００１６】炉の昇温時には、ドライ酸素を流している
が、これは、ウェット雰囲気でも不活性雰囲気でも構わ
ない。昇温後、種々の流量比の酸素と水素とを流して、
１１００℃、５時間、パイロジェニック酸化をおこない
比較した。アニールは１１００℃で３０分間、冷却速度
は、毎分３℃とし、７００℃で炉から取り出した。アニ
ール、および冷却中の雰囲気は、窒素である。成長した
酸化膜の厚さは約３０〜４０ｎｍである。
が、これは、ウェット雰囲気でも不活性雰囲気でも構わ
ない。昇温後、種々の流量比の酸素と水素とを流して、
１１００℃、５時間、パイロジェニック酸化をおこない
比較した。アニールは１１００℃で３０分間、冷却速度
は、毎分３℃とし、７００℃で炉から取り出した。アニ
ール、および冷却中の雰囲気は、窒素である。成長した
酸化膜の厚さは約３０〜４０ｎｍである。
【００１７】得られた試料の界面凖位密度を図１に示
す。横軸は水素と酸素の流量比を、縦軸に得られた界面
凖位密度を示したものである。図から明らかにわかるよ
うに、水素：酸素の流量比が１：１よりも水素の多いと
ころで、急激に界面準位が改善されて、それ以上では飽
和している。水素：酸素の流量比が０の点は、ドライ酸
素中での酸化を意味しており、それに比べ、水素：酸素
の流量比を１．２５以上とした所では、界面凖位密度が
約１／３になっている。すなわち、水素：酸素の流量比
を１：１以上、更に望ましくは１．３以上にすることが
重要であることがわかる。
す。横軸は水素と酸素の流量比を、縦軸に得られた界面
凖位密度を示したものである。図から明らかにわかるよ
うに、水素：酸素の流量比が１：１よりも水素の多いと
ころで、急激に界面準位が改善されて、それ以上では飽
和している。水素：酸素の流量比が０の点は、ドライ酸
素中での酸化を意味しており、それに比べ、水素：酸素
の流量比を１．２５以上とした所では、界面凖位密度が
約１／３になっている。すなわち、水素：酸素の流量比
を１：１以上、更に望ましくは１．３以上にすることが
重要であることがわかる。
【００１８】パイロジェニック酸化では、前に記したよ
うな汚染の問題がなく、導入が容易にできることから、
シリコン半導体のプロセスではしばしば用いられてき
た。しかし、シリコン半導体のプロセスではガス流量比
については、余り検討されていない。本発明は、パイロ
ジェニック酸化をＳｉＣに適用し、しかも流量比の制御
が容易であることを利用して実験をおこなった結果、Ｓ
ｉＣの界面凖位密度がガス流量比に依存することを見い
だし、最適な組成を明らかにしたものである。
うな汚染の問題がなく、導入が容易にできることから、
シリコン半導体のプロセスではしばしば用いられてき
た。しかし、シリコン半導体のプロセスではガス流量比
については、余り検討されていない。本発明は、パイロ
ジェニック酸化をＳｉＣに適用し、しかも流量比の制御
が容易であることを利用して実験をおこなった結果、Ｓ
ｉＣの界面凖位密度がガス流量比に依存することを見い
だし、最適な組成を明らかにしたものである。
【００１９】発明者は、先の出願、特願平８−２１１７
９６において、アニール時間を短くすることと、冷却時
の雰囲気として水素、または水を含有する雰囲気が界面
凖位密度の低減に有効であることを明らかにした。上記
の実験では、窒素中で冷却したので、その条件を満足し
ていないので、もしそのようにすれば、更に低減するこ
とができると考えられる。
９６において、アニール時間を短くすることと、冷却時
の雰囲気として水素、または水を含有する雰囲気が界面
凖位密度の低減に有効であることを明らかにした。上記
の実験では、窒素中で冷却したので、その条件を満足し
ていないので、もしそのようにすれば、更に低減するこ
とができると考えられる。
【００２０】［実験２］次に、実験１と同じ基板を用い
て酸化後の冷却速度について実験した。ここでは酸化
は、水素が８リットル／ｍｉｎ、酸素が４．５リットル
／ｍｉｎの雰囲気で酸化した。酸化温度、時間は実験１
と同じとした。ただしアニールはおこなわず、後の冷却
は、酸化時と同じ雰囲気とし、取り出し温度は８００℃
とした。
て酸化後の冷却速度について実験した。ここでは酸化
は、水素が８リットル／ｍｉｎ、酸素が４．５リットル
／ｍｉｎの雰囲気で酸化した。酸化温度、時間は実験１
と同じとした。ただしアニールはおこなわず、後の冷却
は、酸化時と同じ雰囲気とし、取り出し温度は８００℃
とした。
【００２１】図２はその実験結果を示しており、界面凖
位密度の酸化後の冷却速度依存性の特性図である。横軸
は冷却速度、縦軸は界面準位密度である。図から冷却速
度は界面準位密度に大きな影響を与え、３℃／ｍｉｎ以
下の速度であれば、良好な界面特性密度が得られること
がわかる。３℃／ｍｉｎの実験値が、実験１のデータと
比較してやや大きい値になっているが、これは次の実験
３で明らかになるように、取り出し温度が高いためであ
る。
位密度の酸化後の冷却速度依存性の特性図である。横軸
は冷却速度、縦軸は界面準位密度である。図から冷却速
度は界面準位密度に大きな影響を与え、３℃／ｍｉｎ以
下の速度であれば、良好な界面特性密度が得られること
がわかる。３℃／ｍｉｎの実験値が、実験１のデータと
比較してやや大きい値になっているが、これは次の実験
３で明らかになるように、取り出し温度が高いためであ
る。
【００２２】前出のＳｈｅｎｏｙ，Ｊ．Ｎ．等の文献
に、ｓｌｏｗ ｐｕｌｌとして、約４℃／ｍｉｎに冷却
速度を遅くした例はあるが、ｆａｓｔ ｐｕｌｌ（急
冷）に対しておこなったもので、本発明のように３℃／
ｍｉｎ以下の領域まで冷却速度依存性の実験をおこなっ
てはおらず、またアルゴン雰囲気のアニールが不可欠と
しており、取り出し温度も９００℃と高い。
に、ｓｌｏｗ ｐｕｌｌとして、約４℃／ｍｉｎに冷却
速度を遅くした例はあるが、ｆａｓｔ ｐｕｌｌ（急
冷）に対しておこなったもので、本発明のように３℃／
ｍｉｎ以下の領域まで冷却速度依存性の実験をおこなっ
てはおらず、またアルゴン雰囲気のアニールが不可欠と
しており、取り出し温度も９００℃と高い。
【００２３】一般にはプロセスの時間短縮のために、冷
却速度を大きくすることが考えられるが、界面準位密度
の低減のためには、冷却速度は遅い方が良い。但し、余
り遅くては、プロセスの時間が延びるので、実際上の下
限としては、０．３℃／ｍｉｎ程度であろう。前出の発
明者の先の出願に記したように冷却時の雰囲気として、
適するのは水素原子を含むガスであるので、本発明の要
件としても、必ずしも本実験２の通りの水素と酸素の混
合ガスでなければならない訳では無い。
却速度を大きくすることが考えられるが、界面準位密度
の低減のためには、冷却速度は遅い方が良い。但し、余
り遅くては、プロセスの時間が延びるので、実際上の下
限としては、０．３℃／ｍｉｎ程度であろう。前出の発
明者の先の出願に記したように冷却時の雰囲気として、
適するのは水素原子を含むガスであるので、本発明の要
件としても、必ずしも本実験２の通りの水素と酸素の混
合ガスでなければならない訳では無い。
【００２４】尚ウェット酸化の例についても同様の傾向
が見られた。 ［実験３］実験２の補足として、実験１と同じ基板を用
いて、酸化後徐冷が必要な温度範囲について実験した。
この実験でも酸化は、水素が８リットル／ｍｉｎ、酸素
が４．５リットル／ｍｉｎの雰囲気で酸化し、酸化温
度、時間は実験１と同じとした。
が見られた。 ［実験３］実験２の補足として、実験１と同じ基板を用
いて、酸化後徐冷が必要な温度範囲について実験した。
この実験でも酸化は、水素が８リットル／ｍｉｎ、酸素
が４．５リットル／ｍｉｎの雰囲気で酸化し、酸化温
度、時間は実験１と同じとした。
【００２５】実験３ａは、１１００〜９００℃の範囲を
３℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却し、９００〜８００℃の
範囲を１．５℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却した。実験３
ｂは、１１００〜９００℃の範囲を１．５℃／ｍｉｎの
冷却速度で冷却し、９００〜８００℃の範囲を３℃／ｍ
ｉｎの冷却速度で冷却した。いずれも取り出し温度は８
００℃とした。
３℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却し、９００〜８００℃の
範囲を１．５℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却した。実験３
ｂは、１１００〜９００℃の範囲を１．５℃／ｍｉｎの
冷却速度で冷却し、９００〜８００℃の範囲を３℃／ｍ
ｉｎの冷却速度で冷却した。いずれも取り出し温度は８
００℃とした。
【００２６】図２に、その実験結果をも示した。実験３
ａは、実験２において１１００〜８００℃の全範囲を
１．５℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却したものと、同じ界
面準位密度であった。これから、徐冷が必要な温度範囲
としては、特に９００℃以下の範囲が重要であることが
わかる。
ａは、実験２において１１００〜８００℃の全範囲を
１．５℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却したものと、同じ界
面準位密度であった。これから、徐冷が必要な温度範囲
としては、特に９００℃以下の範囲が重要であることが
わかる。
【００２７】［実験４］実験１と同じ基板を用いて酸化
後の取り出し温度について実験した。この実験でも酸化
は、水素が８リットル／ｍｉｎ、酸素が４．５リットル
／ｍｉｎの雰囲気で酸化し、酸化温度、時間は実験１と
同じとした。ただしアニールはおこなわず、後の冷却
は、酸化時と同じ雰囲気とし、冷却速度は３℃／ｍｉｎ
とした。
後の取り出し温度について実験した。この実験でも酸化
は、水素が８リットル／ｍｉｎ、酸素が４．５リットル
／ｍｉｎの雰囲気で酸化し、酸化温度、時間は実験１と
同じとした。ただしアニールはおこなわず、後の冷却
は、酸化時と同じ雰囲気とし、冷却速度は３℃／ｍｉｎ
とした。
【００２８】図３は、その実験結果を示しており、界面
凖位密度の酸化後の取り出し温度依存性の特性図であ
る。横軸は取り出し温度、縦軸は界面準位密度である。
図から取り出し温度は、界面準位密度に大きな影響を与
え、９００℃以下での取り出しにより、低い界面準位密
度が得られることがわかる。取り出し温度の影響は非常
に大きく、９００℃と８００℃、８００℃と７００℃で
は、それぞれ倍以上の差が見られる。実験２の３℃／ｍ
ｉｎでの測定値が、大きかったのは取り出し温度が高か
ったためである。
凖位密度の酸化後の取り出し温度依存性の特性図であ
る。横軸は取り出し温度、縦軸は界面準位密度である。
図から取り出し温度は、界面準位密度に大きな影響を与
え、９００℃以下での取り出しにより、低い界面準位密
度が得られることがわかる。取り出し温度の影響は非常
に大きく、９００℃と８００℃、８００℃と７００℃で
は、それぞれ倍以上の差が見られる。実験２の３℃／ｍ
ｉｎでの測定値が、大きかったのは取り出し温度が高か
ったためである。
【００２９】前出のＬｉｐｋｉｎ，Ｌ．Ａ．等の文献
に、８００℃で追加のウェット酸化を行った例が記載さ
れているが、８００℃の結果はむしろ９５０℃より悪く
なっていて、本発明のように取り出し温度が低いほうが
良いことを示唆するものではない。一般には、酸化後プ
ロセス時間短縮のため、なるべく早くとりだそうと考え
られがちであるが、界面準位はその取り出し温度に大き
く依存しており、冷却後の取り出し温度を低くすること
によって、界面準位密度が改善できることがわかる。
に、８００℃で追加のウェット酸化を行った例が記載さ
れているが、８００℃の結果はむしろ９５０℃より悪く
なっていて、本発明のように取り出し温度が低いほうが
良いことを示唆するものではない。一般には、酸化後プ
ロセス時間短縮のため、なるべく早くとりだそうと考え
られがちであるが、界面準位はその取り出し温度に大き
く依存しており、冷却後の取り出し温度を低くすること
によって、界面準位密度が改善できることがわかる。
【００３０】この場合も、冷却時の雰囲気としては、水
素原子を含むガスであればよい。
素原子を含むガスであればよい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、炭
化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法においては、パ
イロジェニック酸化時の水素：酸素流量比、酸化後冷却
速度、酸化後ウェハ取り出し温度等を吟味することによ
って、界面凖位密度を低減することができる。
化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法においては、パ
イロジェニック酸化時の水素：酸素流量比、酸化後冷却
速度、酸化後ウェハ取り出し温度等を吟味することによ
って、界面凖位密度を低減することができる。
【００３２】界面凖位密度はＭＯＳ型半導体装置の重要
な特性であり、本発明によりその密度を低減すること
は、炭化けい素のＭＯＳ型半導体装置の実用化に資する
ところ大である。
な特性であり、本発明によりその密度を低減すること
は、炭化けい素のＭＯＳ型半導体装置の実用化に資する
ところ大である。
【図１】界面凖位密度の水素：酸素流量比依存性を示す
特性図
特性図
【図２】界面凖位密度の酸化後冷却速度依存性を示す特
性図
性図
【図３】界面凖位密度の酸化後ウェハ取り出し温度依存
性を示す特性図
性を示す特性図
【図４】熱酸化工程の温度フローチャート
Ａ 昇温工程
Ｂ 酸化工程
Ｃ アニール工程
Ｄ 冷却工程
ｔ1 酸化時間
ｔ2 アニール時間
ｔu 昇温時間
ｔd 冷却時間
Ｔ1 挿入温度
Ｔ2 酸化温度
Ｔ3 取り出し温度
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/312
H01L 21/314
H01L 21/316
H01L 21/318
H01L 29/78
Claims (8)
- 【請求項１】加熱された炭化けい素表面上に、熱酸化に
よって酸化けい素膜を成長させる熱酸化膜形成方法にお
いて、酸化後の冷却過程が水素原子を含む雰囲気でおこ
なわれ、その冷却速度が０．３〜３℃／ｍｉｎの範囲に
あることを特徴とする炭化けい素半導体装置の熱酸化膜
形成方法。 - 【請求項２】少なくとも９００℃以下の範囲を０．３〜
３℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却することを特徴とする請
求項１記載の炭化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方
法。 - 【請求項３】加熱された炭化けい素表面上に、熱酸化に
よって酸化けい素膜を成長させる熱酸化膜形成方法にお
いて、酸化後の冷却過程が水素原子を含む雰囲気でおこ
なわれ、炉からの炭化けい素の取り出し温度が９００℃
以下であることを特徴とする炭化けい素半導体装置の熱
酸化膜形成方法。 - 【請求項４】加熱された炭化けい素表面上に、熱酸化に
よって酸化けい素膜を成長させる熱酸化膜形成方法にお
いて、酸化後の冷却過程が水素原子を含む雰囲気でおこ
なわれ、炉からの炭化けい素の取り出し温度が８００℃
以下であることを特徴とする炭化けい素半導体装置の熱
酸化膜形成方法。 - 【請求項５】加熱された炭化けい素表面上に、水素と酸
素を導入して熱酸化するパイロジェニック酸化によって
酸化けい素膜を成長させる熱酸化膜形成方法において、
水素と酸素の流量比を１：１よりも水素の流量が多い流
量比とし、酸化後の冷却過程が水素原子を含む雰囲気で
おこなわれ、その冷却速度が０．３〜３℃／ｍｉｎの範
囲にあることを特徴とする炭化けい素半導体装置の熱酸
化膜形成方法。 - 【請求項６】加熱された炭化けい素表面上に、水素と酸
素を導入して熱酸化するパイロジェニック酸化によって
酸化けい素膜を成長させる熱酸化膜形成方法において、
水素と酸素の流量比を１：１よりも水素の流量が多い流
量比とし、酸化後の冷却過程が水素原子を含む雰囲気で
おこなわれ、少なくとも９００℃以下の範囲を０．３〜
３℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却することを特徴とする炭
化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法。 - 【請求項７】炉からの炭化けい素の取り出し温度が９０
０℃以下であることを特徴とする請求項１、２、５また
は６のいずれかに記載の炭化けい素半導体装置の熱酸化
膜形成方法。 - 【請求項８】炉からの炭化けい素の取り出し温度が８０
０℃以下であることを特徴とする請求項１、２、５また
は６のいずれかに記載の炭化けい素半導体装置の熱酸化
膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18995497A JP3491050B2 (ja) | 1997-05-14 | 1997-07-15 | 炭化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12361997 | 1997-05-14 | ||
| JP9-123619 | 1997-05-14 | ||
| JP18995497A JP3491050B2 (ja) | 1997-05-14 | 1997-07-15 | 炭化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1131691A JPH1131691A (ja) | 1999-02-02 |
| JP3491050B2 true JP3491050B2 (ja) | 2004-01-26 |
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ID=26460499
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18995497A Expired - Fee Related JP3491050B2 (ja) | 1997-05-14 | 1997-07-15 | 炭化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3491050B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2001196579A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Japan Atom Energy Res Inst | ゲート酸化膜の水素処理による炭化ケイ素半導体素子を用いた炭化ケイ素半導体の金属−酸化膜−半導体電界効果トランジスタの作製方法 |
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| DE112014003518T5 (de) * | 2013-07-31 | 2016-04-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben |
| JP6596197B2 (ja) * | 2014-09-11 | 2019-10-23 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2016111050A (ja) * | 2014-12-02 | 2016-06-20 | フェニテックセミコンダクター株式会社 | 炭化珪素半導体装置の製造方法、炭化珪素半導体装置及び酸化拡散装置 |
| CN108447770B (zh) * | 2018-03-08 | 2020-07-28 | 清华大学 | 二氧化硅薄膜的制备方法 |
| CN111785612B (zh) * | 2020-08-21 | 2022-05-17 | 中电晶华(天津)半导体材料有限公司 | 一种vdmos功率器件用二氧化硅层的制备方法 |
-
1997
- 1997-07-15 JP JP18995497A patent/JP3491050B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1965430A2 (en) | 2007-02-28 | 2008-09-03 | Denso Corporation | Sic semiconductor device and method for manufacturing the same |
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| JPH1131691A (ja) | 1999-02-02 |
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