JP5126240B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関し、特に、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を低減するための製造方法に関する。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、珪素（Ｓｉ）に比べて、バンドギャップが広く、また絶縁破壊電界強度、飽和電子速度および熱伝導度などの物性値が優れており、半導体パワーデバイス材料として優れた性質を有する。炭化珪素を用いたパワーデバイスとして実現を期待されているのが、高耐圧・低損失の高出力絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。炭化珪素は熱酸化法により良質の二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる絶縁膜の形成が可能であるという優れた特徴があるため、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜として、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）膜を用いることができる。炭化珪素上のＳｉＯ₂膜は、熱酸化法あるいは化学気相堆積（ＣＶＤ）法等の方法によって形成できる。

炭化珪素は上述のように優れた物性値を有するものの、従来の製造方法で炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを作製しても、チャネル層（反転層）の移動度が小さく、物性値から期待される性能はいまだ実現されていない。これは、従来の熱酸化法で形成した二酸化珪素（ＳｉＯ₂）／炭化珪素（ＳｉＣ）のいわゆるＭＯＳ界面には多数の界面準位（トラップ）が発生するため、チャネル層内で十分に移動可能な多数キャリアを存在させることが困難であり、チャネルコンダクタンス（チャネル移動度μｃｈ）が非常に低くなるからである。この結果、素子のオン抵抗（導通時のソース／ドレイン間抵抗）が大きくなり、オン動作時の損失が増大するという不具合が生じた。

かかるＭＯＳ界面に存在する界面準位を低減するために、種々の方法が研究・報告されている。例えば、特許文献１に開示された減圧雰囲気下で窒化処理する方法、特許文献２に開示された不活性ガスで窒素酸化ガスを希釈して窒化処理する方法、特許文献３に開示されたコールドウォール炉を用いて窒化処理する方法等が報告されている。また、特許文献４に開示された、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ_３）、水素（Ｈ_２）の単体ガスまたは混合ガス雰囲気で紫外線照射しながら熱処理する方法も報告されている。

特開２００５−１３６３８６ 特開２００６−２１０８１８ 特開２００５−１０９３９６ 特開２０００−２８６２５８

上述のように、熱酸化法による絶縁膜形成後のＮＯガスまたはＮ_２Ｏガス雰囲気中での高温熱処理(窒化処理)は、チャネル移動度を向上させる手段として有望である。しかしながら、かかる窒化処理においてＮＯガスもしくはＮ_２Ｏガスを高温の反応炉内に導入すると、これらのガスが熱分解し、この熱分解時に発生する酸素による再酸化によって新たな界面準位が発生するため、低減できる界面準位密度が抑制されるといった問題があった。

上述の特許文献１,２,３記載の発明は、窒化処理雰囲気の酸素分圧を小さくすることによって酸化速度を遅くして、ゲート絶縁膜／炭化珪素界面の再酸化を防止する技術であるが、ＮＯガスやＮ_２Ｏガスの分解自体の防止は極めて困難なため、微量の酸素が発生してしまう不具合が生じた。同様に、紫外線を照射しながら高温熱処理する方法においても、ＮＯガスもしくはＮ_２Ｏガス雰囲気では酸化力の高いラジカル酸素（-Ｏ-）による再酸化が、ＮＯガスもしくはＮ_２ＯガスとＮＨ_３ガスもしくはＨ_２ガスの混合雰囲気では両者の反応により生じるＨ_２Ｏによる再酸化がそれぞれ生じて新たな界面準位を発生させるため、窒化処理による界面準位密度低減の効果が抑制されてしまう問題があった。本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものである。

本発明者らは、窒化処理に有効な１１００℃以上の高温の処理温度領域では、かかる酸素量(分圧)でもゲート絶縁膜／炭化珪素界面が再酸化されて、窒化処理による界面準位低減効果が抑制されることを初めて見出し、以下に詳述する半導体装置の製造方法を発明するに至った。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、表面が炭化珪素層から成るウエハ上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜形成後のウエハを１１００℃以上１３００℃以下の処理温度で、酸化窒素系ガスに対する一酸化炭素ガスの分圧比が０．１以上１以下となるように一酸化炭素ガスを混合した、酸化窒素系ガス雰囲気中で熱処理することにより炭化珪素層と絶縁膜との界面を窒化する窒化処理工程と、を備える。

本発明に係る半導体装置の製造方法によると、再酸化による界面準位の生成を抑制できるため、窒化処理により低減される界面準位量が増大して、チャネル移動度が向上する効果をもたらす。この結果、オン抵抗の小さい低損失の半導体装置が製造可能となる。

この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の断面構造を概略的に示す図である。 この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程断面図である。 この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程断面図である。 この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程断面図である。 この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程断面図である。 この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造に使用する反応炉の模式図である。 この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造におけるゲート絶縁膜作製に関連する処理工程時系列および各工程における温度プロファイルを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法に用いられる反応炉における反応炉内での各ガスの流れと生じる反応を模式的に示した図である。 この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程断面図である。 この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の工程断面図である。 この発明の実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造におけるゲート絶縁膜作製に関連する処理工程時系列および各工程における温度プロファイルを示す図である。 この発明の実施の形態３に係る炭化珪素半導体装置の断面構造を概略的に示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造される炭化珪素半導体装置の断面模式図を示したものである。炭化珪素半導体装置の一例として、ｎチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの断面構造を示す。

図１において、炭化珪素半導体装置は、低抵抗のｎ型炭化珪素基板１０の第一の主面上に形成されたｎ型の炭化珪素ドリフト層２０と、炭化珪素ドリフト層２０の表面側で所定の幅だけ離間した部位に形成され、第１不純物であるアルミニウム（Ａｌ）をｐ型不純物として含有するｐ型のベース領域３０と、ベース領域３０のそれぞれの断面方向に対して内部側の表層部位に、ベース領域３０より浅く形成され、第２不純物である窒素（Ｎ）をｎ型不純物として含有するｎ型のソース領域４０と、ベース領域３０およびソース領域４０を含む炭化珪素ドリフト層２０の表面側に形成され、ソース領域４０の表面側の一部を除き、二酸化珪素から成るゲート絶縁膜５０と、ゲート絶縁膜５０上の一対のソース領域４０間の領域を含む部位に対向する位置に設けられたゲート電極６０と、ゲート絶縁膜５０が形成されていないソース領域４０の表面に設けられたソース電極７０と、炭化珪素基板１０の第一の主面と反対側の第二の主面、すなわち、裏面側に設けられたドレイン電極８０とで構成されている。

なお、図１において、ベース領域３０中でゲート絶縁膜５０を介してゲート電極６０と対向し、オン動作時にチャネル層が形成される領域をチャネル領域と称する。また、炭化珪素ドリフト層２０の表層部位でイオン注入されていない領域とソース領域４０との間でチャネル領域を挟む距離をチャネル長と称する。

まず、図１に示す炭化珪素半導体装置の動作の概要を説明する。図１の炭化珪素半導体装置では、ゲート電極６０に電圧が印加されると、このゲート電極直下のベース領域３０表面にチャネル層が形成され、ソース領域４０と炭化珪素ドリフト層２０との間に電荷の流れる経路が形成される。炭化珪素ＭＯＳＦＥＴがｎチャネルＭＯＳＦＥＴの場合、多数キャリアは電子であり、ソース領域４０から炭化珪素ドリフト層２０へ流れ込む電子は、ドレイン電極８０への印加電圧によって生じる電界に沿って炭化珪素ドリフト層２０およびｎ型炭化珪素基板１０を経てドレイン電極８０に到達する。したがって、ゲート電極６０に電圧を印加することにより、ドレイン電極８０からソース電極７０に電流が流れる。

一方、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴがｐチャネルＭＯＳＦＥＴであり、多数キャリアが正孔の場合には、ドレイン電極８０から注入される正孔が炭化珪素ドリフト層２０を介して流れてベース領域３０に到達し、次いで、ベース領域３０表面に形成されたチャネル層を介してソース電極７０の電位に従ってソース領域４０に流れ込む。これにより、正孔がドレイン電極８０からソース電極７０に流れる。

実施の形態１の炭化珪素半導体装置であるｎチャネルＭＯＳＦＥＴの製造方法について、図２〜１０を用いて説明する。図２〜５および図９、図１０は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴの各製造工程における断面模式図をそれぞれ示したものである。

図２に示すように、まず、第一の主面の面方位が（０００１）面であり、４Ｈのポリタイプを有する低抵抗のｎ型炭化珪素基板１０の表面上に、例えば、化学気相堆積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）により、１×１０¹⁵ｃｍ^-3〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型の不純物濃度、５〜５０μｍの層厚の炭化珪素ドリフト層２０をエピタキシャル成長する。かかる条件で炭化珪素ドリフト層２０を形成することにより、数１００Ｖ〜３ｋＶ以上の耐圧を具備する縦型の高耐圧ＭＯＳＦＥＴが実現できる。

次に、図３に示すように、炭化珪素ドリフト層２０の表面に第１注入マスク１００を形成し、当該第１注入マスク１００をマスクとして、ｐ型の第１不純物であるＡｌを炭化珪素ドリフト層２０中にイオン注入する。このとき、Ａｌのイオン注入の深さは炭化珪素ドリフト層２０の層厚を超えない程度、すなわち０．５〜３μｍ程度に設定する。また、イオン注入されたＡｌの不純物濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3の範囲内で、かつ、炭化珪素ドリフト層２０のｎ型不純物濃度より高くなるように予め設定する。炭化珪素ドリフト層２０中でＡｌがイオン注入されてｐ型の導電型となる領域が、ベース領域３０として機能する。

第１注入マスク１００を除去後、図４に示すように、炭化珪素ドリフト層２０の表面に第１注入マスク１００よりチャネル長方向において幅の広い第２注入マスク１１０を形成する。第２注入マスク１１０が形成された炭化珪素ドリフト層２０の表面に、ｎ型の第２不純物である窒素（Ｎ）をイオン注入する。Ｎのイオン注入深さはベース領域３０の厚さより浅くなるように設定する。また、イオン注入したＮの不純物濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１０²¹ｃｍ^-3の範囲内でベース領域３０のｐ型不純物濃度を超えるように予め設定する。炭化珪素ドリフト層２０内のＮが注入された領域のうちｎ型となる領域がソース領域４０として機能する。第２注入マスク１１０を除去後、熱処理装置内で、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガス雰囲気中で１３００〜１９００℃の処理温度で、３０秒〜１時間のアニールを行う。かかるアニール処理により、イオン注入されたＮ、Ａｌを電気的に活性化させる。

続いて、図５に示すように、ソース領域４０、ベース領域３０を含む炭化珪素ドリフト層２０の表面を熱酸化して、１００ｎｍ以下の厚さで所望の膜厚のＳｉＯ_２から成るゲート絶縁膜５０を形成する。
次に、実施の形態１の炭化珪素半導体装置の製造方法における特徴的な製造工程、すなわち窒化処理工程について、以下に詳述する。

図６に示す反応炉２００を用いて、図７のシーケンスに従って窒化処理を実施する。なお、図７では、縦軸は各処理工程における温度を、横軸は時間をそれぞれ表し、ＮＯガスまたはＮ_２Ｏガス雰囲気下での窒化処理工程が、時系列的に温度プロファイルとともに示される。

図６の反応炉２００の動作を以下に説明する。先ず、反応炉２００内のボート２０１にそれぞれ半導体製造装置が多数形成されたウエハを設置する。ボート２０１を用いることにより、同時に複数枚のウエハ処理が可能となり、製造コストを低減できる効果がある。ボート２０１で空いた部分は、ダミー基板２０４を設置して、成膜中に空いた部分が汚れないようにする。反応炉２００内にウエハを設置後、ガス導入口２０３から処理用の各ガスを導入、反応炉２００の周辺部に取り付けられたヒーター２０２によって反応炉２００内を加熱する。ヒーター２０２の出力を電子制御することにより、所望の処理温度を高精度に制御できる。

続いて、窒化処理工程について説明する。反応炉２００内にウエハ３００を導入した後、反応炉２００内およびガス配管の圧力が１．３Ｐａ以下に到達するまで真空排気する。かかる真空排気は、反応炉２００内の酸化性ガスの除去を目的として実施する。目標圧力に到達後、ガス導入口２０３から反応炉２００内に不活性ガスを流入させて大気圧に戻してから、同雰囲気を保持しながら昇温する。所望の熱処理温度に到達後、ＮＯガスもしくはＮ_２Ｏガスと酸素に対して反応性が高いＣＯガスとをガス導入口２０３から反応炉２００内に導入する。ＣＯガスは、ＮＯガスもしくはＮ_２Ｏガスを、例えばＣＯ_２ガスのような酸化力の低い気体へと変化させる性質を有する。ちなみに、ＣＯガスは炭化珪素層表面を窒化処理するような高温の熱処理領域でも極めて安定で、熱分解しない特徴を有する。

図８は、反応炉２００内での各ガスの流れと生じる反応を模式的に示した図である。窒化処理時にＮＯガスやＮ_２Ｏガスで代表されるような酸化窒素系ガスの熱分解で発生した酸素（Ｏ_２）はＣＯガスと反応して、酸化力の低い安定なガスであるＣＯ_２（ＣＯ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２）ガスとなる。上述の混合ガスに加えてＮ_２やＡrなどの不活性ガスで希釈した雰囲気や減圧雰囲気で窒化処理しても同様の効果を奏する。

上述の方法による窒化処理によって、ゲート絶縁膜／炭化珪素界面を再酸化して界面準位を生ぜしめるおそれのある酸素（Ｏ_２）の発生が防止されるので、効果的に窒化処理が実施できる。また、窒化処理時間に制限は無くなり、ゲート絶縁膜材料や膜厚に応じた最適な時間を選択することが可能となる。窒化処理時の処理温度は、窒化の効果が高い１１００℃以上１３００℃以下の範囲が好適である。降温時の雰囲気は上述の不活性ガスあるいは混合ガス雰囲気等が好適である。
なお、ＣＯガスはニッケル（Ｎｉ）や鉄（Ｆｅ）を含有する材料を腐食する性質があるため、ガス配管、排気配管をＳＵＳ配管とする点に注意を要する。

ＣＯガスの最適な混合比率について、以下に考察する。一例として、ＮＯガスとＣＯガスの最適な混合比率（体積比）について説明する。
ＮＯガスとＣＯガスを混合した場合、以下の３つの反応が生じる。
２ＮＯ→Ｎ_２＋Ｏ_２ （１）
２ＣＯ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２ （２）
２ＮＯ＋２ＣＯ→２ＣＯ_２＋Ｎ_２ （３）
反応（１）はＮＯガスの熱分解によって酸素が生成される反応である。反応式（２）は反応（１）で発生したＯ_２ガスをＣＯガスにより、ＣＯ_２ガスへ変化させる反応である。反応（３）は界面準位を低減させる役割を担うＮＯガスがＣＯガスによって消費される反応である。

反応（１）、（２）によって生成されたＯ_２ガスを全てＣＯ_２ガスに変化せしめるには、ＣＯガス流量をＯ_２ガス発生量の２倍以上にする必要がある。しかし、反応（３）から、ＮＯガスがＣＯガスと反応して消費される点も考慮しなければならない。よって、ＣＯガス流量はＮＯガス流量よりも少なくする必要がある。つまり、最適な条件は、ＮＯガスとＣＯガスの混合比率[ＣＯ]／[ＮＯ]（以下、体積比を表す）が１以下で、かつ、生成されるＯ_２ガス発生量の２倍以上となる。反応式（１）〜（３）に従い生成されるＯ_２ガス発生量の算出は、表１に示すＮＯガス反応方程式を利用して、表２の計算方法により可能である。すなわち、表２に、熱処理温度、反応炉に流すＮＯガス流量を代入することによって、ｔ秒後のＯ_２ガス発生量を求めることができる。ｔ秒を、ガスがウエハに到達する時間と一致するようになるまで計算すれば算出できる。

上述の表中で、Ｅa, E-aは矢印方向（⇔）の活性化エネルギーを表し、ka、k-aは矢印方向（⇔）の反応測定定数を表す。Ｅb, E-b, kb、k-b以下も同様である。また、Ｒは気体定数を、Ｔは温度、ｔは時間をそれぞれ表す。

例えば、熱処理温度を１２５０℃、反応炉２００内でウエハに到達するまでにガスが滞留する時間を３０秒とした場合、Ｏ_２ガス発生量は、０．１×ＮＯガス流量発生する。つまり、ＮＯガス流量の１０％に相当するＯ_２ガスが発生する。この場合のＮＯガス流量とＣＯガス流量の最適な混合比率[ＣＯ]／[ＮＯ]は、ＣＯガス流量がＯ_２ガス発生量より多いという観点から０．１より大きく、ＣＯガス流量がＮＯガス流量より少ないという観点から１より小さい範囲内となる。

ＡｒやＮ_２など不活性ガスを混合した場合においても同様の計算方法によりＯ_２ガス発生量は算出可能であるので、最適な混合比率[ＣＯ]／[ＮＯ]の範囲を見積もることができる。

以上の計算に従って最適化された混合比率[ＣＯ]／[ＮＯ]を有する混合ガスを用いることにより、炭化珪素／ゲート絶縁膜界面の再酸化が生じるおそれのない窒化処理を施すことが可能となる。

次に、図９に示すように、ゲート絶縁膜５０上に、導電性を有する多結晶珪素膜を減圧ＣＶＤ法により成膜して、所定の形状にパターニングすることによりゲート電極６０を形成する。このとき、ゲート電極６０は、ゲート絶縁膜５０を介して、一対のソース領域４０と例えば１０ｎｍ〜５μｍの範囲でオーバーラップしていることが望ましい。

その後、図１０に示すように、ゲート電極６０に覆われた部分およびその近傍を除くゲート絶縁膜５０を除去する。最後に、ソース領域４０に電気的に接続されるソース電極７０を、炭化珪素基板１０の裏面側にドレイン電極８０をそれぞれ形成して、図１に示すｎチャネルＭＯＳＦＥＴが完成する。ここで、ソース電極７０およびドレイン電極８０を構成する材料として、Ａｌ合金などが挙げられる。

上述の工程で製造した炭化珪素半導体装置の一種である炭化珪素ＭＯＳＦＥＴは、窒化処理時にＣＯガスを添加することにより、炭化珪素表面を再酸化するおそれのある酸素（Ｏ_２）の発生を効果的に防止するので、窒化処理により低減される界面準位量が増大する。この結果、チャネル層内で高いチャネル移動度が得られるので、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗が小さくなり、オン動作時の損失を低減できる効果を奏する。

なお、本実施の形態において、ゲート絶縁膜５０は炭化珪素を熱酸化して形成した酸化珪素膜である例を示したが、ゲート絶縁膜５０はＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、イオンクラスタービーム法、分子線エピタキシー法などで形成した堆積膜であっても良い。また、ゲート絶縁膜材料も酸化珪素に限らず、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜などであっても良い。さらに、ゲート絶縁膜は、例えば、窒化珪素と二酸化珪素を組み合わせた積層構造などであっても良い。

また、炭化珪素基板１０として、第一の主面の面方位が（０００１）面であり、４Ｈのポリタイプを有する低抵抗のｎ型炭化珪素基板１０を一例として示したが、炭化珪素基板１０は４Ｈに限定されるものではなく、第一の主面の方位が（０００−１）面、（１１−２０）面などであっても良く、これらの面方位からいずれかの方向に傾斜しているものであっても良い。さらに、炭化珪素基板１０のポリタイプとしては、６Ｈや３Ｃであっても良い。

なお、ゲート電極８０の材料は低抵抗多結晶珪素の例を示したが、導電型としてはｎ型、ｐ型のいずれでも良い。また、ｎ型またはｐ型の低抵抗多結晶炭化珪素であっても良い。さらに、ゲート電極８０の材料はＡｌやチタニウム（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）あるいはそれらの金属の窒化物でも良い。ソース電極９０とドレイン電極１００の材料についても、ゲート電極８０と同様の金属で構成されても良い。また、各電極形成後、１０００℃程度でアニールしても良い。

実施の形態２．
実施の形態１で説明した炭化珪素半導体装置の製造方法はゲート絶縁膜形成後に窒化処理する工程に関するものであったが、実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、実施の形態１の工程に加えて、炭化珪素表面にゲート絶縁膜を形成する前に実施する窒化処理する工程に関する。

図１１は、ゲート絶縁膜形成前の炭化珪素基体表面の窒化処理工程、化学的気相成長法による二酸化珪素膜の形成工程およびその後の窒化処理工程に至る各工程における反応炉内の温度プロファイルを表わす図である。

図１１では、縦軸に各処理工程における温度、横軸に時間をそれぞれ示し、ＮＯガスまたはＮ_２Ｏガス雰囲気下での窒化処理工程、化学的気相成長法による酸化膜形成工程、およびその後のＮＯガスまたはＮ_２Ｏガス雰囲気下での窒化処理工程を含むゲート絶縁膜形成工程が、時系列的に各対応の温度プロファイルとともに示される。

まず、アルゴン（Ａｒ）または窒素（Ｎ_２）などの不活性ガス雰囲気下での窒化処理用反応炉内にベース領域３０およびソース領域４０形成後のウエハを導入する。

窒化処理用反応炉内の温度が所望の処理温度に到達した時点で、ＮＯガスもしくはＮ_２Ｏガスと酸素に対して反応性が高いＣＯガスとを反応炉２００内に導入する。窒化処理時に酸化窒素系ガスの熱分解で発生した酸素（Ｏ_２）はＣＯガスと反応して、酸化力の低い安定なガスであるＣＯ_２（ＣＯ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２）ガスとなる。上述の混合ガスに加えてＮ_２やＡrなどの不活性ガスで希釈した雰囲気や減圧雰囲気で窒化処理しても同様の効果を奏する。このような窒化処理工程を実施することにより、炭化珪素表面を酸素によって再酸化されることなしに窒素原子（Ｎ）がパッシベートするので、次工程で堆積される二酸化珪素膜との界面が良好となる。

窒化処理温度としては、１１００℃〜１３００℃が好適である。この窒化処理時間としては、３０分〜６時間程度が好適である。
窒化処理工程後、ウエハ取出し温度まで降温する。降温時の雰囲気は上述の不活性ガスあるいは混合ガス雰囲気等が好適である。これにより、ゲート絶縁膜形成前の窒化処理工程が終了する。ゲート絶縁膜形成後の窒化処理は実施の形態１とほぼ同様なので、省略する。

実施の形態１の場合と同様、上述の処理によって、炭化珪素表面を再酸化して界面準位を発生させるおそれのある酸素（Ｏ_２）の発生を防止しつつ、効果的に窒化処理が実施できる。また、窒化処理時間に制限は無くなり、ゲート絶縁膜材料や膜厚に応じた最適な処理時間を選択することが可能となる。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３における炭化珪素半導体装置である炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの断面模式図である。図１２において、炭化珪素基板１０の第一の主面上にｎ型の炭化珪素ドリフト層２０、ｐ型のウェル領域３０、ｎ型のソース領域４０が、順に積層して形成されている。ｎ型の炭化珪素ドリフト層２０、ｐ型のウェル領域３０、ｎ型のソース領域４０には、ウェル領域３０、ソース領域４０を貫通して炭化珪素ドリフト層２０に達するトレンチが設けられている。

トレンチの表面およびソース領域４０の表面には、ソース領域４０の表面側の一部を除き酸化珪素から成るゲート絶縁膜５０が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜５０上で、炭化珪素ドリフト層２０、ウェル領域３０、ソース領域４０に対向する位置にはゲート電極６０が形成されている。また、ゲート絶縁膜５０が形成されていないソース領域４０の表面にはソース電極７０が、また、炭化珪素基板１０の第一の主面と反対側の第二の主面、すなわち、裏面側にはドレイン電極８０がそれぞれ形成されている。本実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴは、構造がトレンチ構造であることの他は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。

本実施の形態のトレンチ構造の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴにおいても、実施の形態１に示した炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを製造する場合と同様、ゲート絶縁膜５０形成後に酸化窒素系ガスと酸素との反応性が高く、かつ、反応後は酸化力の低い気体へと変化せしめるようなＣＯガスとの混合ガスを用いて窒化処理を行なうことにより、炭化珪素層とゲート絶縁膜５０との界面に形成される界面準位が低減でき、この結果、チャネル移動度を高めることが可能となる。

また、炭化珪素ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）においても、本実施の形態の場合と同じく、ゲート絶縁膜５０形成後に、ＣＯガスと酸化窒素系ガスの混合ガスを用いて窒化処理を行なうことにより、同様の効果を奏する。

なお、上記実施の形態１〜３において、電子をキャリアとするｎチャネルＭＯＳＦＥＴの例を示したが、正孔をキャリアとするｐチャネルＭＯＳＦＥＴでも同様の効果を奏することは言うまでもない。

１０ 炭化珪素基板、２０ ドリフト層、３０ ウェル領域、４０ ソース領域、５０ ゲート絶縁膜、６０ ゲート電極、７０ ソース電極、８０ ドレイン電極、２００ 炉、２０１ ボート、２０２ ヒーター、２０３ ガス導入口、２０４ ダミー基板、３００ 基板。

Claims (8)

1. 表面が炭化珪素から成るウエハ上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜形成後のウエハを１１００℃以上１３００℃以下の処理温度で、酸化窒素系ガスに対する一酸化炭素ガスの分圧比が０．１より大きく、かつ１より小さくなるように一酸化炭素ガスを混合した酸化窒素系ガス雰囲気中で熱処理することにより、前記炭化珪素層と前記絶縁膜との界面を窒化する窒化処理工程と、
   を備える炭化珪素半導体装置の製造方法。
2. 前記酸化窒素系ガスは一酸化窒素ガスあるいは二酸化窒素ガスのいずれか一方あるいは両方であることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
3. 前記窒化処理工程は、不活性ガスと酸化窒素系ガスと一酸化炭素ガスとの混合雰囲気でなされることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
4. 前記絶縁膜は、二酸化珪素膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
5. 前記窒化処理工程は、減圧雰囲気下で窒化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
6. 前記絶縁膜形成前のウエハを、一酸化炭素ガスが添加された酸化窒素系ガス雰囲気中で所定の処理温度で熱処理することにより前記炭化珪素層表面を窒化する窒化処理工程を、さらに備える請求項１ないし４のいずれか１項記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
7. 酸化窒素系ガス流量に対する一酸化炭素ガス流量の体積比が１以下で、かつ、生成される酸素ガス流量の２倍以上であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
8. 前記炭化珪素半導体装置が、トレンチ構造の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

Images