JP3950959B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素領域を含む半導体基板上にMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)キャパシタやMISFET(金属−絶縁膜−半導体電界効果型トランジスタ:Metal-Insulator-Semiconductor
Field-Effect-Transistor)などに使われるキャパシタ絶縁膜あるいはゲート絶縁膜と上記の半導体領域との界面欠陥(界面準位)を低減せしめることのできる工程を摘要することにより、例えば良好な電気特性をもったSiC(炭化珪素)トランジスタを形成することのできる半導体装置の製造方法に関している。
【0002】
【従来の技術】
炭化珪素(SiC)材料は、大きなバンドギャップ、高い熱伝導率、高い飽和電子ドリフト速度、高い絶縁破壊電圧といった優れた特徴を有する半導体材料であり、シリコンパワーデバイスに変わる次世代の低損失パワーデバイス素子材料として注目されている。こういったSiCパワーデバイスを製造するには、その構成要素である基本的素子としての整流素子(ダイオード)やスイッチング素子の開発が必要である。このうち代表的なスイッチング素子が、MISFETであり、特に、絶縁膜がシリコン酸化膜であるものが金属−酸化膜−半導体電界効果型トランジスタ(MOSFET:Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect Transistor)である。MOSFETについては、他の化合物半導体上に作るトランジスタとは異なり、SiC基板上には、シリコン基板の場合と同様に熱酸化によってシリコン酸化膜の形成が可能であることから、シリコンデバイスと同様な製造プロセスによってMOSFETの作製が可能である。
【0003】
一方で、シリコン基板の場合と同様な酸化プロセスを用いて酸化膜/SiC構造を形成した場合、酸化膜/SiC界面特有の界面欠陥が形成されることが報告されている。この界面欠陥により酸化膜/SiC界面の特性は劣悪なものとなり、ドライ酸化やウエット酸化などの通常の熱酸化法で作製したSiC−MOSFETのチャネル移動度は、シリコン基板の場合から、SiCバルクの電子移動度を予想した値よりも極めて低く、トランジスタとしては実用にならない。
【0004】
現状のSiC−MOSFETにおけるチャネル移動度は極めて小さいため、そのオン抵抗値(Ron)がその物性値から理論的に予想される値よりも極めて高い。とりわけ4Hと呼ばれる結晶構造を有する炭化珪素(4H−SiC)では、バルクの電子移動度は900cm2/Vs程度であるにもかかわらず、ドライ酸化などの通常の熱酸化法によってゲート酸化膜を形成したMOSFETのチャネル移動度は5〜10cm2/Vs程度と極めて低い。この原因は、チャンネル部の伝導帯近傍の高い界面準位密度に起因するものと考えられている。
【0005】
また最近の報告では、ゲート酸化膜形成後の水蒸気雰囲気における再酸化処理や、文献1(G. Y. Chung, C. C. Tin, J. R. Williams, K. McDonald, R. K. Chanana, R. A. Weller, S. T. Pantelides, L. C. Feldman, O. W. Holland, M. K. Das and J. W. Palmour, IEEE Electron Device Lett. 22, 176(2001).)に報告された亜酸化窒素(NO)雰囲気における再酸化処理により、チャネル移動度が改善され、30〜50cm2/Vs程度に改善されることが報告されている。しかしながら、これらの値はまだ小さく、バルクの電子移動度からみればまだ改善の余地があることは明らかである。
【0006】
したがって、高チャネル移動度SiC−MOSFETの実現には、酸化膜/SiC界面特有の界面欠陥の発生の少ないゲート酸化膜形成方法の確立や、酸化膜/SiC界面特有の界面欠陥を低減する製造プロセスの確立が極めて重要な課題である。
【0007】
そのようなゲート酸化膜形成方法として、本発明は、原子状酸素による酸化法を提案しているが、これに類する原子状酸素によるSiCの酸化に関しては、すでにいくつかの報告がある。例えば、文献2(M. Satoh et al., Mat. Sci. Forum 389-393, 1105(2002).)に、マイクロ波プラズマ中に酸素とアルゴンの混合ガスを流すことによってプラズマ中で原子状酸素を生成し、6H−SiCの酸化を行う酸化プロセスが報告されている。この酸化条件は、200℃程度の低い温度で、プロセス圧力も0.15Torr(20.0Pa)以下と低いが、この酸化プロセスにより酸化速度の大幅な増加が見られ、得られた酸化膜の耐電圧特性や耐電圧分布も通常のドライ酸化法による高温熱酸化によって得られたものと同程度である。また、プラズマの分光スペクトルから、中性だけでなく電荷を持つ酸化種(イオン種)の存在が確認されている。この報告された酸化プロセスは原子状酸素による酸化であるが、酸化温度、圧力範囲あるいは原子状酸素の生成方法のいずれの点においても本発明とは異なるものである。
【0008】
また、ゲート酸化膜形成後の後処理工程が、例えば文献3(Y. Maeyama et al., Mat. Sci. Forum 389-393, 997(2002).)に、報告されている。これは、ゲート酸化膜形成後の後処理工程として行うものであり、RF(ラジオ波)プラズマによる酸素ラジカル処理を行う製造プロセスである。報告された基板温度は580℃、圧力は1×10-5Torr(1.33×10-3Pa)〜5×10-5Torr(6.65×10-3Pa)である。しかし、上記の文献3には、この酸素ラジカル処理により界面特性が劣化すると報告されている。
【0009】
また、酸素分子への紫外線を照射して発生するオゾンを利用するプロセスが、例えば文献4(V. V. Afanas'ev et al., Appl. Phys. Lett. 76, 36(2000).)に報告されている。このプロセスは、酸素分子への紫外線照射でオゾンを発生させ、これを用いてSiC表面を洗浄するものである。また、オゾン分子を原料ガスとし、この減圧状態において紫外線を照射することにより励起状態の原子状酸素を生成し、SiC表面を洗浄するプロセスが知られている。これらはいずれも、ゲート酸化膜形成前の洗浄工程に関するものであり本発明とは異なる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記した様に、高チャネル移動度SiC−MOSFETの実現には、酸化膜/SiC界面特有の界面欠陥の発生の少ないゲート酸化膜形成方法の確立や、酸化膜/SiC界面特有の界面欠陥を低減する製造プロセスの確立が極めて重要な課題である。
【0011】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたもので、SiC領域を含む半導体基板を用いた半導体装置において、界面準位密度が低減されたMOS(MIS)型の半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における第1の発明は、半導体装置の製造方法に関しており、炭化珪素半導体領域を含む基板に絶縁ゲート型トランジスタのソースあるいはドレイン電極、あるいは金属−絶縁膜−半導体領域構造のキャパシタの半導体領域の電極を形成する工程と、その半導体領域を含む基板を清浄化する工程と、その基板上に上記のトランジスタのゲート絶縁膜あるいは上記のキャパシタのキャパシタ絶縁膜を形成する工程と、そのゲート絶縁膜あるいはそのキャパシタ絶縁膜上に電極を形成する工程と、前記電極の引き出し線を形成する工程とを含む半導体装置の製造において、
ゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を形成する工程を、その基板温度が1200℃に設定され、1mTorr(0.133Pa)から50Torr(6.65kPa)の圧力範囲に保たれた原子状酸素を含む雰囲気で行なうことを特徴としている。
【0013】
また、本発明における第2の発明は、原子状酸素による酸化を用いて界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面を形成するものであり、上記の基板は炭化珪素基板であり、上記のゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を形成する工程で1nm厚以上のゲート絶縁膜を形成し、上記の原子状酸素を含む雰囲気は、10体積%以上のオゾン分子を含む原料ガスの分解により生成することを特徴としている。
【0014】
また、本発明における第3の発明は、高濃度の原子状酸素による酸化を用いて界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面を形成するものであり、上記の第2の発明に加えて、上記の原子状酸素を含む雰囲気を、オゾン分子の紫外線による分解により生成することを特徴とする。
【0015】
また、本発明における第4の発明は、アニ−リングにより界面の安定化を図って界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面を形成するものであり、上記の第1ないし第3のいずれかの発明に加えて、上記のゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を形成する工程の後に、不活性ガスを含む雰囲気中で予め決められた温度、予め決められた圧力で、予め決められた時間保持する熱処理工程を含むことを特徴とする。
【0016】
また、本発明における第5の発明は、ゲート酸化膜を形成後に、界面準位密度を減少させる工程を導入して界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面を形成するものであり、上記の第1ないし第4のいずれかの発明に加えて、上記のゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を形成する工程と上記のトランジスタのゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜上の電極の引き出し線を形成する工程との間に、水素を含む雰囲気で予め決められた温度、予め決められた圧力で、予め決められた時間保持する熱処理工程を含むことを特徴とする。
【0017】
また、本発明における第6の発明は、外気に接触することにより制御性が失われることを防ぐことにより界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面を形成するものであり、上記の第1ないし第5のいずれかの発明に加えて、上記の半導体領域の表面の清浄化工程、上記のゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜の形成工程およびその後の熱処理工程が、外気と遮断された装置内で連続して行われることを特徴とする。
【0018】
また、本発明における第7、第8あるいは第9の発明は、特定の面方位をもった基板を用いることによって効果を顕著にするものであり、上記の第1ないし第6のいずれかの発明に加えて、上記の炭化珪素領域の面方位が(0、0、0、−1)、(0、0、0、1)、あるいは(1、1、−2、0)面であることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の原子状酸素を含んだ雰囲気でのゲート絶縁膜の形成を行う半導体装置の製造方法は、ゲート絶縁膜の形成工程を、絶縁ゲート型トランジスタのソースあるいはドレイン電極、あるいは金属−絶縁膜−半導体領域構造のキャパシタの半導体領域の電極の形成後に行うものである。その特徴は、原子状酸素が含まれていること以外に、最適な基板温度や雰囲気圧力に設定する点にもある。後者に関しては、最適条件となる明確な幅が存在し、この条件から外れたものに関しては界面準位密度の低減はみられない。それらの設定条件は、これまで報告されているSiC基板およびシリコン基板の原子状酸素による酸化条件と大きく異なるものである。以下にこの発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【0020】
【実施例】
炭化珪素基板(SiC)を原子状酸素により酸化する場合の酸化種の寿命は、通常の乾燥酸素や水蒸気による酸化の酸化種の寿命とは大きく異なる。例えば、原子状酸素による酸化においては原料ガスより分解・生成した原子状酸素は結合しやすいため、素早くSiC基板表面に供給する必要がある。このためには、プロセス圧力を減圧にし、上記の原子状酸素を含む酸化種の平均自由行程を長くする事が望ましい。
【0021】
この工程に用いる酸化装置を図1に示す。図1は、縦型の酸化装置1で、乾燥酸素ガス11からオゾン発生器2を用いてオゾンを生成し、これを高温の酸化炉9に供給して半導体基板10を酸化するものである。酸化炉9の内部は、以下に示す様に減圧雰囲気に保たれている。半導体基板10の酸化炉9への出し入れは、遮断扉3を開けて行われるが、プロセス中は、遮断扉3は閉じられる。また、圧力制御バルブ5で圧力が調整され、排気は排気装置4で行なわれる。
【0022】
また、例えば本実施例で示すように、原料ガスがオゾンと乾燥酸素ガスの混合ガスの場合、実際の酸化雰囲気にはオゾン分子から分解、生成した原子状酸素があることが知られている。また、この他に、酸素分子が存在するので、オゾン分子、あるいはそれから分解、生成した原子状酸素による酸化を論ずる場合には、酸素分子による酸化を差し引く必要がある。
【0023】
そこでまず、酸素ガスによる減圧での酸化について調べた結果を示す。図2は、N型4H−SiC(0、0、0、1)およびN型4H−SiC(0、0、0、−1)を、酸素中で酸化したときに得られた酸化膜厚の圧力依存性を示す図である。基板温度は1200℃、酸化時間は約40分間である。酸素中での酸化では、圧力が減少するとともに酸化速度も減少することが分かる。とりわけ(0、0、0、1)面では、50Torr(6.65kPa)程度まで圧力が減少するとほとんど酸化が進行しないことが分かる。
【0024】
また、図3は、オゾンと酸素の混合ガス雰囲気中で4H−SiC(0、0、0、1)および4H−SiC(0、0、0、−1)を酸化したときの、酸化速度の圧力依存性を示す図である。ここで、基板温度は1200℃、オゾンと酸素の混合ガス中のオゾン濃度は10体積%である。オゾンと酸素の混合ガスであるオゾンガスは、オゾン発生器を用いて外部から供給している。図3から、減圧になるほど酸化速度の増大する領域が存在し、2Torr(266Pa)から5Torr(665Pa)付近でピークを持つことが分かる。つまり、上記の酸素ガスのみによる酸化の場合、減圧になるにつれ酸化速度は減少したが、オゾン分子の熱分解により生成した原子状酸素による酸化では、これとは逆の特性をもつ領域がある。図2に示したように、50Torr(6.65kPa)以下の圧力領域においては、酸素による酸化がほとんど起こっていなかったことから、オゾンと酸素ガスの混合ガスによる50Torr以下の酸化においては、原子状酸素が主な酸化種であるといえる。
【0025】
また、50Torr(6.65kPa)より高い圧力領域においては、酸素と原子状酸素の両方が酸化種となる。しかしながら、圧力が高すぎると生成した原子状酸素が表面に到達できない。したがって効果的な原子状酸素による酸化を行うためには、50Torr(6.65kPa)以下の圧力が適当である。
【0026】
また本実施例の酸化条件では、圧力が5Torr以下になると酸化速度は減少し、1Torr(133Pa)での酸化速度は5Torr(0.665kPa)での酸化速度の半分程度となる。これはオゾン分子から分解、生成した原子状酸素の絶対数に依存するものであり、酸化速度はオゾン濃度に依存する。実際に約80%のオゾン濃度で酸化を行った
場合、圧力5Torr(0.665kPa)における酸化速度は約720Å/hとなった。
【0027】
この5Torr(0.665kPa)における酸化速度と、圧力が1/5になると酸化速度が約半分になるという上述の関係を用いて、5Torr(0.665kPa)より低い圧力での酸化速度を見積もった結果を図4に示す。図4は圧力を横軸にとり、オゾン濃度80%の酸化速度を上述の関係から外挿したものである。これより高濃度のオゾンを用いることにより、1mTorr(0.133Pa)付近まで原子状酸素による有効な酸化が可能であることが分かる。以上のことから、原子状酸素によるSiCの酸化は、1mTorr(0.133Pa)から50Torr(6.65kPa)の範囲で効果的な酸化が行えることが確認された。
【0028】
上記の圧力範囲においてSiCを酸化して作製したMOSキャパシタによる測定で得られた図5に示す界面準位密度について説明する。MOSキャパシタから得られる界面準位密度についての結果は、絶縁ゲート型半導体装置の製造において、トランジスタのチャンネル移動度を論ずる指標としてよく使われている。
【0029】
MOS構造の作製は、ゲート酸化膜形成後にアルミニウム電極を酸化膜上とSiC基板裏面に蒸着しておこなった。作製したMOSキャパシタの高周波ッ低周波 容量−電圧(C−V)特性から、界面準位密度(Dit)の評価を行った。SiC基板にはN型の4H−SiC(0、0、0、1)エピタキシャル基板(アクセプタ密度Naとドナー密度Ndの差は、約5×1015cm-3)を使用した。酸化中の基板温度は950℃あるいは1200℃である。圧力は5Torr(0.665kPa)とした。原料ガスには酸素ガスとオゾン発生器からのオゾンとの混合ガスを用い、オゾン濃度は約10体積%であった。またゲート酸化膜形成後の熱処理は、窒素ガス雰囲気中1気圧で、それぞれのゲート酸化膜形成温度(950℃あるいは1200℃)で30分間行った。図5の(a)は、酸化温度が1200℃の場合を示し、図5の(b)は、酸化温度が950℃の場合を示している。また、図5の(c)は、比較用であり、上述のMOSキャパシタの作製において、ゲート酸化膜の形成を酸素ガス中、1気圧、1200℃で行った場合のDit分布である。窒素ガス中の熱処理も同様(1200℃)に行っている。
【0030】
まず、図5の(b)の原子状酸素による酸化の基板温度が950℃の場合、伝導体の下端から0.15eV付近のDitは、図5の(c)とほぼ同一である。一方、図5の(a)の1200℃で酸化した場合には、伝導体下端から0.30eVの範囲においてDitの大幅な減少が確認された。これは同じ圧力でも基板温度が低い場合には、界面特性の向上が見られないことを示すものである。すなわち、950℃以上の温度で酸化することにより、原子状酸素による酸化においてDitの低減が可能となることが分かる。以上の結果から、原子状酸素を含む雰囲気におけるSiCの酸化においては、圧力1mTorr(0.133Pa)から50Torr(6.65kPa)、基板温度950℃以上という条件で、良好なMOS界面を形成できることが確認された。
【0031】
以上の実施例では、原料ガスにオゾンと酸素ガスの混合ガス用い、オゾン分子の熱分解によって原子状酸素を生成した例を示した。オゾンから紫外線などの光分解により原子状酸素を生成した場合には、より大きな界面特性の改善が見られた。これは、原子状酸素の絶対数が増加することに加え、オゾン分子の熱分解では得られない励起状態の原子状酸素が生成されたことによる効果であると思われる。図6は、オゾンから紫外線などの光分解により原子状酸素を生成する酸化装置の断面を示す図である。ここに示す装置では、紫外線ランプを用いた紫外線照射装置6は、不純物の拡散を防ぐために酸化炉9の外部におかれ、炉壁を通して紫外線を照射している。またDitの低減は、4H−SiC(0、0、0、−1)、4H−SiC(1、1、−2、0)表面を用いた場合にも同様に確認された。
【0032】
また、ゲート絶縁膜を形成した後に窒素を80%含む0.1気圧1200℃の雰囲気で、30分の熱処理をすることにより、図には示していないが、20%のDitの低減が見られた。
【0033】
また、同様に、ゲート絶縁膜を形成した後に水素を4%、窒素を96%含む1気圧800℃の雰囲気で、30分の熱処理をすることにより、図には示していないが、30%のDitの低減が見られた。
【0034】
また、上記のSiC半導体領域の表面の清浄化工程、ゲート絶縁膜の形成工程およびその後の熱処理工程が、外気と触れる機会がある事により、制御された半導体領域の表面でなくなるので、これらは遮断された装置内で連続して行われることが望ましいことは、明らかなことである。このような処理は、処理条件を処理に応じて変えることによりひとつの炉のなかで進めることが可能である。また、複数の炉を用いることも可能であり、このための装置を図7に示す。図7は、連続処理装置の模式図で、半導体基板10は、ロードロック室17で脱ガスが行われた後、開放されたロードロックドアを通じて搬送装置16により、清浄化装置7で清浄化が行われ、引き続いて、酸化装置1で酸化が行われ、熱処理装置8で、酸化後の熱処理が行われ、再びロードロック室に戻って、取り出される。この制御は、図には示していないが、コンピュータを用いた制御装置により、各装置の動作や処理条件が制御される。
【0035】
また、以上の実施例では、最も基本的なMOSキャパシタの界面特性について述べたが、本明細書記載の発明は横型のMOS(MIS)FETだけでなく、縦型のMOS(MIS)FET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、MOS(MIS)型サイリスタなどのゲート絶縁膜形成工程を有する全ての半導体装置にも適用可能であることは明らかである。
【0036】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【0037】
本発明により、半導体領域を含む基板に絶縁ゲート型トランジスタのソースあるいはドレイン電極、あるいは金属−絶縁膜−半導体領域構造のキャパシタの半導体領域の電極を形成する工程と、その半導体領域を含む基板を清浄化する工程と、その基板上に上記のトランジスタのゲート絶縁膜あるいは上記のキャパシタのキャパシタ絶縁膜を形成する工程と、そのゲート絶縁膜あるいはそのキャパシタ絶縁膜上に電極を形成する工程と、前記電極の引き出し線を形成する工程とを含む半導体装置の製造において、界面準位密度が低減されたMOS(MIS)型半導体装置を実現することが可能となる。
【0038】
特に、本発明における第1の発明では、ゲート絶縁膜あるいはキャパシタのキャパシタ絶縁膜形成する工程を、その基板温度が1200℃に設定され、1mTorr(0.133Pa)から50Torr(6.65kPa)の圧力範囲に保たれた原子状酸素を含む雰囲気で行うことにより、界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面が形成される。
【0039】
さらに第2、第3の発明では、原子状酸素を含む雰囲気を、濃度10体積%以上のオゾン分子を含む原料ガスの熱分解あるいは紫外線分解により生成することにより、界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面が形成される。
【0040】
また、第4、第5の発明では、上記ゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を形成する
工程の後に、不活性ガスを含む雰囲気中、あるいは水素を含む雰囲気で予め決められた温度、予め決められた圧力で、予め決められた時間保持する熱処理工程を行うことにより、界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面が形成される。
【0041】
また、第6の発明では、上記記載の炭化珪素領域を含む半導体基板上にゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を形成する工程を含む炭化珪素半導体装置の製造において、半導体領域の表面の清浄化工程、ゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜の形成工程およびその後の熱処理工程を、外気と遮断された装置内で連続して行うことにより、界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面が形成される。
【0042】
また、第7、第8あるいは第9の発明では、上記記載の炭化珪素半導体装置の製造において、炭化珪素基板の面方位を(0、0、0、−1)、(0、0、0、1)、あるいは(1、1、−2、0)面とすることにより、界面準位密度が低減されたMOSあるいはMIS界面が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 酸化装置の断面を示す模式図である。
【図2】 N型4H−SiC(0、0、0、1)およびN型4H−SiC(0、0、0、−1)を、酸素中で酸化したときに得られた酸化膜厚の圧力依存性を示す図である。
【図3】 オゾンと酸素の混合ガス雰囲気中で4H−SiC(0、0、0、1)および4H−SiC(0、0、0、−1)を酸化したときの、酸化速度の圧力依存性を示す図である。
【図4】 5Torr(0.665kPa)における酸化速度と、圧力が1/5になると酸化速度が約半分になるという関係を用いて、5Torr(0.665kPa)より低い圧力での酸化速度を見積もった結果を示す図である。
【図5】 SiCを酸化して作製したMOSキャパシタによる測定で得られた界面準位密度を示す図である。
【図6】 オゾンから紫外線などの光分解により原子状酸素を生成する酸化装置の断面を示す図である。
【図7】 連続処理装置の断面を示す模式図である。
【符号の説明】
1 酸化装置
2 オゾン発生器
3 遮断扉
4 排気装置
5 圧力制御バルブ
6 紫外線照射装置
7 清浄化装置
8 熱処理装置
9 酸化炉
10 半導体基板
11 乾燥酸素ガス
12 排気ガス
15 連続処理装置
16 搬送装置
17 ロードロック室
18 ロードロックドア
19 搬送室
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) capacitor or MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor-Semiconductor-Metal-Insulator-Semiconductor) on a semiconductor substrate including a silicon carbide region.
By taking steps that can reduce the interface defects (interface states) between the capacitor insulating film or gate insulating film used in Field-Effect-Transistor) and the above semiconductor region, for example, good electrical characteristics can be obtained. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a SiC (silicon carbide) transistor.
[0002]
[Prior art]
Silicon carbide (SiC) material is a semiconductor material that has excellent characteristics such as a large band gap, high thermal conductivity, high saturation electron drift velocity, and high breakdown voltage. It is attracting attention as an element material. In order to manufacture such a SiC power device, it is necessary to develop a rectifying element (diode) or a switching element as a basic element which is a constituent element thereof. Among them, a typical switching element is a MISFET, and in particular, a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) whose insulating film is a silicon oxide film is a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET). . For MOSFETs, unlike transistors made on other compound semiconductors, silicon oxide films can be formed on SiC substrates by thermal oxidation, just like silicon substrates. A MOSFET can be manufactured by a process.
[0003]
On the other hand, it has been reported that when an oxide film / SiC structure is formed using an oxidation process similar to that for a silicon substrate, interface defects peculiar to the oxide film / SiC interface are formed. Due to this interface defect, the characteristics of the oxide film / SiC interface become inferior, and the channel mobility of the SiC-MOSFET manufactured by the usual thermal oxidation method such as dry oxidation or wet oxidation is not as high as that of the SiC bulk. The electron mobility is extremely lower than the expected value, and it is not practical as a transistor.
[0004]
Since the channel mobility in the current SiC-MOSFET is extremely small, its on-resistance value (R on ) is extremely higher than the value theoretically expected from its physical property values. In particular, in silicon carbide (4H—SiC) having a crystal structure called 4H, a gate oxide film is formed by a normal thermal oxidation method such as dry oxidation, although the bulk electron mobility is about 900 cm 2 / Vs. The channel mobility of the fabricated MOSFET is as extremely low as about 5 to 10 cm 2 / Vs. This is considered to be caused by a high interface state density in the vicinity of the conduction band of the channel portion.
[0005]
Recent reports include re-oxidation treatment in a water vapor atmosphere after the formation of a gate oxide film, reference 1 (GY Chung, CC Tin, JR Williams, K. McDonald, RK Chanana, RA Weller, ST Pantelides, LC Feldman, OW Holland. , MK Das and JW Palmour, IEEE Electron Device Lett. 22, 176 (2001).), The re-oxidation treatment in a nitrous oxide (NO) atmosphere improved the channel mobility, and 30-50 cm 2 / Vs. It has been reported to improve to a certain extent. However, these values are still small, and it is clear that there is still room for improvement in terms of bulk electron mobility.
[0006]
Therefore, in order to realize a high channel mobility SiC-MOSFET, establishment of a gate oxide film forming method with less generation of interface defects peculiar to the oxide film / SiC interface and a manufacturing process for reducing interface defects peculiar to the oxide film / SiC interface Establishing is an extremely important issue.
[0007]
As such a method for forming a gate oxide film, the present invention proposes an oxidation method using atomic oxygen, but several reports have already been made regarding the oxidation of SiC using atomic oxygen. For example, in Reference 2 (M. Satoh et al., Mat. Sci. Forum 389-393, 1105 (2002)), atomic oxygen in a plasma is caused by flowing a mixed gas of oxygen and argon in a microwave plasma. An oxidation process for producing 6H-SiC has been reported. This oxidation condition is a low temperature of about 200 ° C. and the process pressure is as low as 0.15 Torr (20.0 Pa) or less. However, this oxidation process shows a significant increase in the oxidation rate, and the resulting oxide film has a resistance to oxidation. The voltage characteristics and withstand voltage distribution are similar to those obtained by high-temperature thermal oxidation by a normal dry oxidation method. In addition, the presence of oxidized species (ion species) having a charge as well as neutrality has been confirmed from the spectral spectrum of plasma. The reported oxidation process is oxidation with atomic oxygen, which differs from the present invention in any point of oxidation temperature, pressure range or method of generating atomic oxygen.
[0008]
Further, a post-processing step after the formation of the gate oxide film is reported in, for example, Reference 3 (Y. Maeyama et al., Mat. Sci. Forum 389-393, 997 (2002)). This is performed as a post-processing step after the gate oxide film is formed, and is a manufacturing process in which oxygen radical processing is performed by RF (radio wave) plasma. The reported substrate temperature is 580 ° C. and the pressure is 1 × 10 −5 Torr (1.33 × 10 −3 Pa) to 5 × 10 −5 Torr (6.65 × 10 −3 Pa). However, Document 3 reports that the interface characteristics deteriorate due to this oxygen radical treatment.
[0009]
In addition, a process using ozone generated by irradiating ultraviolet rays to oxygen molecules is reported in, for example, Reference 4 (VV Afanas'ev et al., Appl. Phys. Lett. 76, 36 (2000)). Yes. In this process, ozone is generated by irradiating oxygen molecules with ultraviolet rays, and this is used to clean the SiC surface. Further, a process is known in which ozone molecules are used as a raw material gas, and atomic oxygen in an excited state is generated by irradiating ultraviolet rays in this reduced pressure state to clean the SiC surface. These are all related to the cleaning process before forming the gate oxide film, and are different from the present invention.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to realize a high channel mobility SiC-MOSFET, the establishment of a gate oxide film formation method with less generation of interface defects peculiar to the oxide film / SiC interface and reduction of interface defects peculiar to the oxide film / SiC interface are reduced. Establishing a manufacturing process is an extremely important issue.
[0011]
The present invention has been proposed in order to solve the above-described problem, and provides a method for manufacturing a MOS (MIS) type semiconductor device having a reduced interface state density in a semiconductor device using a semiconductor substrate including a SiC region. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first invention of the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and a source or drain electrode of an insulated gate transistor or a metal-insulating film-semiconductor is formed on a substrate including a silicon carbide semiconductor region. Forming an electrode in a semiconductor region of a capacitor having a region structure; cleaning a substrate including the semiconductor region; and forming a gate insulating film of the transistor or a capacitor insulating film of the capacitor on the substrate. In manufacturing a semiconductor device including a step, a step of forming an electrode on the gate insulating film or the capacitor insulating film, and a step of forming a lead line of the electrode,
The step of forming the gate insulating film or the capacitor insulating film is performed in an atmosphere containing atomic oxygen whose substrate temperature is set to 1200 ° C. and which is maintained in a pressure range of 1 mTorr (0.133 Pa) to 50 Torr (6.65 kPa). It is characterized by doing.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, a MOS or MIS interface having a reduced interface state density is formed using oxidation with atomic oxygen, and the substrate is a silicon carbide substrate , A gate insulating film having a thickness of 1 nm or more is formed in the step of forming a gate insulating film or a capacitor insulating film, and the atmosphere containing atomic oxygen is generated by decomposition of a source gas containing 10% by volume or more of ozone molecules. It is characterized by.
[0014]
The third invention in the present invention is to form a MOS or MIS interface with a reduced interface state density by using oxidation with a high concentration of atomic oxygen. In addition to the second invention, The atmosphere containing atomic oxygen is generated by the decomposition of ozone molecules by ultraviolet rays.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, the interface is stabilized by annealing to form a MOS or MIS interface with a reduced interface state density. In addition to the invention, after the step of forming the gate insulating film or the capacitor insulating film, the temperature is maintained at a predetermined temperature and at a predetermined pressure in an atmosphere containing an inert gas for a predetermined time. Including a heat treatment step.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, a MOS or MIS interface having a reduced interface state density is formed by introducing a step of reducing the interface state density after forming the gate oxide film. In addition to any one of the first to fourth inventions, a step of forming the gate insulating film or the capacitor insulating film and a step of forming a lead line for the electrode on the gate insulating film or the capacitor insulating film of the transistor And a heat treatment step of holding at a predetermined temperature and a predetermined pressure in a hydrogen-containing atmosphere for a predetermined time.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, a MOS or MIS interface having a reduced interface state density is formed by preventing loss of controllability due to contact with outside air. In addition to any of the fifth to fifth aspects of the present invention, the above-described surface cleaning process of the semiconductor region, the above-described gate insulating film or capacitor insulating film forming process, and the subsequent heat treatment process are performed in an apparatus that is shut off from the outside air. It is characterized by being performed continuously.
[0018]
The seventh, eighth or ninth invention of the present invention makes the effect remarkable by using a substrate having a specific plane orientation, and any one of the first to sixth inventions described above. In addition, the plane orientation of the silicon carbide region is (0, 0, 0, -1), (0, 0, 0, 1), or (1, 1, -2, 0) plane. Features.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the method of manufacturing a semiconductor device for forming a gate insulating film in an atmosphere containing atomic oxygen according to the present invention, the step of forming the gate insulating film is performed by using the source or drain electrode of the insulated gate transistor or the metal-insulating film- This is performed after the formation of the electrode of the semiconductor region of the capacitor having the semiconductor region structure. The feature is that, besides containing atomic oxygen, an optimum substrate temperature and atmospheric pressure are set. As for the latter, there is a clear range as an optimum condition, and no reduction in interface state density is observed for those outside this condition. These setting conditions are significantly different from the oxidation conditions of SiC substrates and silicon substrates reported so far by atomic oxygen. Embodiments of the present invention will be described below based on examples.
[0020]
【Example】
The lifetime of the oxidized species in the case of oxidizing the silicon carbide substrate (SiC) with atomic oxygen is significantly different from the lifetime of the oxidized species of oxidation by normal dry oxygen or water vapor. For example, in the oxidation with atomic oxygen, the atomic oxygen decomposed and generated from the raw material gas is likely to be combined, and therefore needs to be supplied to the SiC substrate surface quickly. For this purpose, it is desirable to reduce the process pressure and to lengthen the mean free path of the oxidizing species containing atomic oxygen.
[0021]
An oxidation apparatus used in this process is shown in FIG. FIG. 1 shows a vertical oxidizer 1 that generates ozone from a dry oxygen gas 11 using an ozone generator 2 and supplies it to a high-temperature oxidation furnace 9 to oxidize a semiconductor substrate 10. The inside of the oxidation furnace 9 is maintained in a reduced pressure atmosphere as shown below. The semiconductor substrate 10 is taken into and out of the oxidation furnace 9 by opening the shut-off door 3, but the shut-off door 3 is closed during the process. Further, the pressure is adjusted by the pressure control valve 5, and exhaust is performed by the exhaust device 4.
[0022]
For example, as shown in this embodiment, when the source gas is a mixed gas of ozone and dry oxygen gas, it is known that the actual oxidizing atmosphere contains atomic oxygen decomposed and generated from ozone molecules. In addition to this, since oxygen molecules are present, it is necessary to subtract oxidation by oxygen molecules when discussing oxidation by ozone molecules or atomic oxygen decomposed and generated therefrom.
[0023]
Therefore, first, the result of examining the oxidation under reduced pressure by oxygen gas is shown. FIG. 2 shows the oxide film thickness obtained when N-type 4H—SiC (0, 0, 0, 1) and N-type 4H—SiC (0, 0, 0, −1) were oxidized in oxygen. It is a figure which shows pressure dependence. The substrate temperature is 1200 ° C. and the oxidation time is about 40 minutes. It can be seen that oxidation in oxygen reduces the oxidation rate as the pressure decreases. In particular, on the (0, 0, 0, 1) plane, it can be seen that the oxidation hardly proceeds when the pressure is reduced to about 50 Torr ( 6.65 kPa ).
[0024]
FIG. 3 shows the oxidation rate when 4H—SiC (0, 0, 0, 1) and 4H—SiC (0, 0, 0, −1) are oxidized in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen. It is a figure which shows pressure dependence. Here, the substrate temperature is 1200 ° C., and the ozone concentration in the mixed gas of ozone and oxygen is 10% by volume. Ozone gas, which is a mixed gas of ozone and oxygen, is supplied from the outside using an ozone generator. From FIG. 3, it can be seen that there is a region where the oxidation rate increases as the pressure is reduced, and has a peak in the vicinity of 2 Torr ( 266 Pa ) to 5 Torr ( 665 Pa ). That is, in the case of oxidation using only the oxygen gas described above, the oxidation rate decreases as the pressure is reduced. However, in the oxidation using atomic oxygen generated by the thermal decomposition of ozone molecules, there is a region having the opposite characteristics. As shown in FIG. 2, in the pressure region of 50 Torr (6.65 kPa) or less, oxidation by oxygen hardly occurred. Therefore, in the oxidation of 50 Torr or less by the mixed gas of ozone and oxygen gas, the atomic state It can be said that oxygen is the main oxidizing species.
[0025]
In a pressure region higher than 50 Torr ( 6.65 kPa ), both oxygen and atomic oxygen become oxidizing species. However, if the pressure is too high, the generated atomic oxygen cannot reach the surface. Therefore, a pressure of 50 Torr ( 6.65 kPa ) or less is appropriate for effective oxidation with atomic oxygen.
[0026]
Further, under the oxidation conditions of this embodiment, the oxidation rate decreases when the pressure is 5 Torr or less, and the oxidation rate at 1 Torr ( 133 Pa ) is about half of the oxidation rate at 5 Torr ( 0.665 kPa ). This depends on the absolute number of atomic oxygen decomposed and generated from ozone molecules, and the oxidation rate depends on the ozone concentration. When oxidation was actually performed at an ozone concentration of about 80%, the oxidation rate at a pressure of 5 Torr ( 0.665 kPa ) was about 720 K / h.
[0027]
And the oxidation rate in this 5Torr (0.665kPa), using the above relationship that the rate of oxidation pressure is 1/5 to approximately half, estimated rate of oxidation at a pressure lower than 5Torr (0.665kPa) The results are shown in FIG. In FIG. 4, the pressure is plotted on the horizontal axis, and the oxidation rate at an ozone concentration of 80% is extrapolated from the above relationship. It can be seen that effective oxidation with atomic oxygen is possible up to about 1 mTorr ( 0.133 Pa ) by using ozone with a higher concentration than this. From the above, it was confirmed that the oxidation of SiC with atomic oxygen can be effectively performed in the range of 1 mTorr ( 0.133 Pa ) to 50 Torr ( 6.65 kPa ).
[0028]
The interface state density shown in FIG. 5 obtained by measurement using a MOS capacitor manufactured by oxidizing SiC in the above pressure range will be described. The result of the interface state density obtained from the MOS capacitor is often used as an index for discussing the channel mobility of a transistor in manufacturing an insulated gate semiconductor device.
[0029]
The MOS structure was fabricated by depositing an aluminum electrode on the oxide film and on the back surface of the SiC substrate after forming the gate oxide film. The interface state density (Dit) was evaluated from the high-frequency low-frequency capacitance-voltage (C-V) characteristics of the fabricated MOS capacitor. As the SiC substrate, an N-type 4H—SiC (0, 0, 0, 1) epitaxial substrate (the difference between the acceptor density Na and the donor density Nd is about 5 × 10 15 cm −3 ) was used. The substrate temperature during oxidation is 950 ° C. or 1200 ° C. The pressure was 5 Torr ( 0.665 kPa ). A mixed gas of oxygen gas and ozone from an ozone generator was used as the source gas, and the ozone concentration was about 10% by volume. The heat treatment after forming the gate oxide film was performed at 1 atm in a nitrogen gas atmosphere for 30 minutes at the respective gate oxide film formation temperature (950 ° C. or 1200 ° C.). FIG. 5A shows the case where the oxidation temperature is 1200 ° C., and FIG. 5B shows the case where the oxidation temperature is 950 ° C. FIG. 5C is for comparison, and shows the Dit distribution when the formation of the gate oxide film is performed in oxygen gas at 1 atm and 1200 ° C. for the above-described MOS capacitor fabrication. The heat treatment in nitrogen gas is similarly performed (1200 ° C.).
[0030]
First, when the substrate temperature of the oxidation with atomic oxygen in FIG. 5B is 950 ° C., Dit near 0.15 eV from the lower end of the conductor is almost the same as FIG. On the other hand, when oxidation was performed at 1200 ° C. in FIG. 5A, a significant decrease in Dit was confirmed in the range of 0.30 eV from the lower end of the conductor. This indicates that the interface characteristics are not improved when the substrate temperature is low even at the same pressure. That is, it can be seen that by oxidizing at a temperature of 950 ° C. or higher, Dit can be reduced in the oxidation with atomic oxygen. From the above results, in the oxidation of SiC in an atmosphere containing atomic oxygen, a good MOS interface can be formed under the conditions of a pressure of 1 mTorr ( 0.133 Pa ) to 50 Torr ( 6.65 kPa ) and a substrate temperature of 950 ° C. or higher. confirmed.
[0031]
In the above embodiment, an example was shown in which atomic oxygen was generated by thermal decomposition of ozone molecules using a mixed gas of ozone and oxygen gas as the source gas. When atomic oxygen was generated from ozone by photolysis such as ultraviolet rays, a greater improvement in interface characteristics was observed. This seems to be due to the fact that, in addition to the increase in the absolute number of atomic oxygen, excited atomic oxygen is generated that cannot be obtained by thermal decomposition of ozone molecules. FIG. 6 is a diagram showing a cross section of an oxidizer that generates atomic oxygen from ozone by photolysis such as ultraviolet rays. In the apparatus shown here, an ultraviolet irradiation device 6 using an ultraviolet lamp is placed outside the oxidation furnace 9 to irradiate ultraviolet rays through the furnace wall in order to prevent diffusion of impurities. The reduction of Dit was also confirmed when 4H-SiC (0, 0, 0, -1), 4H-SiC (1, 1, -2, 0) surfaces were used.
[0032]
Also, after forming the gate insulating film, heat treatment for 30 minutes in an atmosphere of 0.1 atm and 1200 ° C. containing 80% nitrogen can reduce Dit by 20%, although not shown in the figure. It was.
[0033]
Similarly, after the gate insulating film is formed, heat treatment is performed for 30 minutes in an atmosphere of 1 atm. 800 ° C. containing 4% hydrogen and 96% nitrogen. Dit reduction was seen.
[0034]
In addition, the above-described SiC semiconductor region surface cleaning step, gate insulating film formation step, and subsequent heat treatment step are removed from the surface of the controlled semiconductor region due to the opportunity to come into contact with the outside air, so these are blocked. It is clear that it is desirable to do so continuously in the installed apparatus. Such processing can proceed in one furnace by changing the processing conditions according to the processing. A plurality of furnaces can be used, and an apparatus for this purpose is shown in FIG. FIG. 7 is a schematic view of a continuous processing apparatus. After the semiconductor substrate 10 is degassed in the load lock chamber 17, the semiconductor substrate 10 is cleaned by the cleaning apparatus 7 by the transfer device 16 through the opened load lock door. Then, oxidation is performed in the oxidation apparatus 1, heat treatment after oxidation is performed in the heat treatment apparatus 8, and the process returns to the load lock chamber again and is taken out. Although this control is not shown in the figure, the operation and processing conditions of each device are controlled by a control device using a computer.
[0035]
In the above embodiments, the interface characteristics of the most basic MOS capacitor have been described. However, the invention described in this specification is not limited to a horizontal MOS (MIS) FET, but also a vertical MOS (MIS) FET, an insulation. It is apparent that the present invention can be applied to all semiconductor devices having a gate insulating film forming step such as a gate bipolar transistor (IGBT) and a MOS (MIS) thyristor.
[0036]
【The invention's effect】
Since this invention consists of an above-described structure, there can exist an effect which is demonstrated below.
[0037]
According to the present invention, a step of forming a source or drain electrode of an insulated gate transistor or an electrode of a semiconductor region of a capacitor having a metal-insulating film-semiconductor region structure on a substrate including a semiconductor region, and cleaning the substrate including the semiconductor region Forming a gate insulating film of the transistor or a capacitor insulating film of the capacitor on the substrate, forming an electrode on the gate insulating film or the capacitor insulating film, and the electrode In manufacturing a semiconductor device including a step of forming a lead line, a MOS (MIS) type semiconductor device with a reduced interface state density can be realized.
[0038]
In particular, in the first aspect of the present invention, the step of forming the capacitor insulating film of the gate insulating film or a capacitor, the substrate temperature is set to 1200 ° C., from 1 mTorr (0.133 Pa) 50 Torr of (6.65 kPa) By performing in an atmosphere containing atomic oxygen kept in the pressure range, a MOS or MIS interface with reduced interface state density is formed.
[0039]
Further, in the second and third inventions, the interface state density is reduced by generating an atmosphere containing atomic oxygen by thermal decomposition or ultraviolet decomposition of a source gas containing ozone molecules having a concentration of 10% by volume or more. A MOS or MIS interface is formed.
[0040]
In the fourth and fifth inventions, after the step of forming the gate insulating film or the capacitor insulating film, a predetermined temperature is set in an atmosphere containing an inert gas or an atmosphere containing hydrogen. A MOS or MIS interface with a reduced interface state density is formed by performing a heat treatment process that is held for a predetermined time under pressure.
[0041]
According to a sixth aspect of the invention, in the manufacture of a silicon carbide semiconductor device including the step of forming a gate insulating film or a capacitor insulating film on the semiconductor substrate including the silicon carbide region described above, a step of cleaning the surface of the semiconductor region, By continuously performing the gate insulating film or capacitor insulating film forming process and the subsequent heat treatment process in an apparatus cut off from the outside air, a MOS or MIS interface with a reduced interface state density is formed.
[0042]
In the seventh, eighth or ninth invention, in the manufacture of the silicon carbide semiconductor device described above, the plane orientation of the silicon carbide substrate is (0, 0, 0, −1), (0, 0, 0, By using the 1) or (1, 1, -2, 0) plane, a MOS or MIS interface with a reduced interface state density is formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of an oxidation apparatus.
FIG. 2 shows the oxide film thickness obtained when N-type 4H—SiC (0, 0, 0, 1) and N-type 4H—SiC (0, 0, 0, −1) were oxidized in oxygen. It is a figure which shows pressure dependence.
FIG. 3 shows the pressure dependence of the oxidation rate when 4H—SiC (0, 0, 0, 1) and 4H—SiC (0, 0, 0, −1) are oxidized in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen. It is a figure which shows sex.
Estimated and [4] oxidation rate in 5Torr (0.665kPa), using the relationship that the rate of oxidation pressure is 1/5 to approximately half, the oxidation rate at a lower pressure than 5Torr (0.665kPa) It is a figure which shows the result.
FIG. 5 is a diagram showing an interface state density obtained by measurement using a MOS capacitor manufactured by oxidizing SiC.
FIG. 6 is a diagram showing a cross section of an oxidizer that generates atomic oxygen from ozone by photolysis of ultraviolet rays or the like.
FIG. 7 is a schematic view showing a cross section of a continuous processing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxidizer 2 Ozone generator 3 Shut-off door 4 Exhaust device 5 Pressure control valve 6 Ultraviolet irradiation device 7 Cleaning device 8 Heat treatment device 9 Oxidation furnace 10 Semiconductor substrate 11 Dry oxygen gas 12 Exhaust gas 15 Continuous processing device 16 Conveyance device 17 Load Lock room 18 Load lock door 19 Transfer room

Claims (9)

炭化珪素半導体領域を含む基板に絶縁ゲート型トランジスタのソースあるいはドレイン電極、あるいは金属−絶縁膜−半導体領域構造のキャパシタの半導体領域の電極を形成する工程と、その半導体領域を含む基板を清浄化する工程と、その基板上に上記のトランジスタのゲート絶縁膜あるいは上記のキャパシタのキャパシタ絶縁膜を形成する工程と、そのゲート絶縁膜あるいはそのキャパシタ絶縁膜上に電極を形成する工程と、前記電極の引き出し線を形成する工程とを含む半導体装置の製造において、
ゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を形成する工程を、その基板温度が1200℃に設定され、1Torr(133Pa)から10Torr(1.33kPa)の圧力範囲に保たれた原子状酸素を含む雰囲気で行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a source or drain electrode of an insulated gate transistor or an electrode of a semiconductor region of a capacitor having a metal-insulating film-semiconductor region structure on a substrate including a silicon carbide semiconductor region; and cleaning the substrate including the semiconductor region. Forming a gate insulating film of the transistor or a capacitor insulating film of the capacitor on the substrate; forming an electrode on the gate insulating film or the capacitor insulating film; and extracting the electrode Manufacturing a semiconductor device including a step of forming a line,
The step of forming the gate insulating film or the capacitor insulating film is performed in an atmosphere containing atomic oxygen whose substrate temperature is set to 1200 ° C. and which is maintained in a pressure range of 1 Torr (133 Pa) to 10 Torr (1.33 kPa). A method of manufacturing a semiconductor device.
上記の基板は炭化珪素基板であり、上記のゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を形成する工程で1nm厚以上のゲート絶縁膜を形成し、上記の原子状酸素を含む雰囲気は、10体積%以上のオゾン分子を含む原料ガスの分解により生成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。  The substrate is a silicon carbide substrate, a gate insulating film having a thickness of 1 nm or more is formed in the step of forming the gate insulating film or the capacitor insulating film, and the atmosphere containing atomic oxygen is 10% by volume or more. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is generated by decomposition of a source gas containing ozone molecules. 上記の原子状酸素を含む雰囲気を、オゾン分子の紫外線による分解により生成することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。  3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the atmosphere containing atomic oxygen is generated by decomposition of ozone molecules by ultraviolet rays. 上記のゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を1Torrから10Torrの圧力下での酸化で形成する工程の後に、不活性ガスを含む雰囲気中で予め決められた温度、予め決められた圧力で、予め決められた時間保持する熱処理工程を含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。  After the step of forming the gate insulating film or the capacitor insulating film by oxidation under a pressure of 1 Torr to 10 Torr, a predetermined temperature and a predetermined pressure are set in an atmosphere containing an inert gas. 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a heat treatment step for holding for a long time. 上記のゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜を1Torrから10Torrの圧力下での酸化で形成する工程と上記のトランジスタのゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜上の電極の引き出し線を形成する工程との間に、水素を含む雰囲気で予め決められた温度、予め決められた圧力で、予め決められた時間保持する熱処理工程を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。  Between the step of forming the gate insulating film or the capacitor insulating film by oxidation under a pressure of 1 Torr to 10 Torr and the step of forming the lead line of the electrode on the gate insulating film or the capacitor insulating film of the transistor, 5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a heat treatment step of holding at a predetermined temperature and a predetermined pressure in a hydrogen-containing atmosphere for a predetermined time. Production method. 上記の炭化珪素半導体領域の表面の清浄化工程、上記のゲート絶縁膜あるいはキャパシタ絶縁膜の形成工程およびその後の熱処理工程が、外気と遮断された装置内で連続して行われることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。  The step of cleaning the surface of the silicon carbide semiconductor region, the step of forming the gate insulating film or the capacitor insulating film, and the subsequent heat treatment step are performed continuously in an apparatus shut off from the outside air. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 上記の炭化珪素半導体領域の面方位が(0、0、0、−1)面であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。  The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the plane orientation of the silicon carbide semiconductor region is a (0, 0, 0, −1) plane. 上記の炭化珪素半導体領域の面方位が(0、0、0、1)面であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。  7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the plane orientation of the silicon carbide semiconductor region is a (0, 0, 0, 1) plane. 上記の炭化珪素半導体領域の面方位が(1、1、−2、0)面であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。  The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the plane orientation of the silicon carbide semiconductor region is a (1, 1, −2, 0) plane.
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