JP6088804B2 - 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
実施の形態1にかかる半導体装置について、炭化珪素(SiC)からなる半導体基板(SiC基板)を用いてMOSキャパシタを作製(製造)する場合を例に説明する。図1,2は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。実施の形態1にかかる半導体装置の完成後の状態を図2に示す。図2に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置は、デバイスの素子構造が形成される素子構造形成領域10aと、n型SiC基板1上に設けられた複数のデバイス間を電気的に絶縁分離する素子分離領域10bと、を備える。素子分離領域10bは、素子構造形成領域10aを囲む。
次に、実施の形態1にかかるMOSキャパシタのC−V特性について検証した。図3は、実施の形態1にかかる製造方法で製造された半導体装置のC−V特性を示す特性図である。まず、上述した実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法にしたがい、MOSキャパシタを作製した(以下、第1実施例とする)。具体的には、第1実施例においては、熱酸化膜3を形成するための熱酸化処理を、NF3を200ppmの割合で含む乾燥酸素ガス雰囲気において1000℃の温度で行った。熱酸化膜3の厚さを40nmとした。熱酸化膜3を高密度化させるための熱処理は、Arガス雰囲気中で1000℃程度の温度で行った。
実施の形態2にかかる半導体装置について説明する。図4〜6は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。実施の形態2にかかる半導体装置の完成後の状態を図6に示す。実施の形態2にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、CVD法またはPVD法により酸化膜(以下、堆積酸化膜とする)13bを堆積した後、さらに熱酸化により熱酸化膜(以下、追加酸化膜とする)13aを形成することで、追加酸化膜13aと堆積酸化膜13bとからなる積層構造の積層ゲート絶縁膜13を設けている点である。
実施の形態3にかかる半導体装置について、実施の形態2と同様に図4〜6を参照しながら説明する。実施の形態3にかかる半導体装置が実施の形態2にかかる半導体装置と異なる点は、金属酸化物からなる堆積酸化膜(以下、堆積金属酸化膜とする)13bを設けている点である。すなわち、実施の形態3において、積層ゲート絶縁膜13は、追加酸化膜13aと堆積金属酸化膜13bとの積層構造となっている。
実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図7〜9は、実施の形態4にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。実施の形態4にかかる半導体装置の完成後の状態を図9に示す。実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、熱酸化により熱酸化膜23aを形成した後に、CVD法またはPVD法により堆積酸化膜23bを堆積する点である。実施の形態4にかかる半導体装置の構成は、実施の形態2にかかる半導体装置と同様である。
実施の形態5にかかる半導体装置について、プレーナーゲート構造の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFET)を例に説明する。図10〜12は、実施の形態5にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。実施の形態5にかかる半導体装置の完成後の状態を図12に示す。実施の形態5にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、ゲート絶縁膜となる熱酸化膜35の他に、さらに、n-型SiC基板31と素子分離絶縁膜32との界面にも熱酸化膜(以下、追加酸化膜とする)36を設けている点である。
次に、実施の形態5にかかる半導体装置のキャリアの移動度特性について検証した。図13は、実施の形態5にかかる半導体装置のキャリアの移動度特性を示す特性図である。まず、上述した実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法にしたがい、プレーナーゲート構造のMOSFETを作製した(以下、第2実施例とする)。具体的には、第2実施例においては、熱酸化膜35を形成するための熱酸化処理を、NF3を200ppmの割合で含む乾燥酸素ガス雰囲気において1000℃の温度で行った。熱酸化膜35の厚さを40nmとした。熱酸化膜35を高密度化させるための熱処理は、Arガス雰囲気中で1000℃程度の温度で行った。
実施の形態6にかかる半導体装置について説明する。図14〜16は、実施の形態6にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。実施の形態6にかかる半導体装置の完成後の状態を図16に示す。実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法が実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法と異なる点は、追加酸化膜46aと堆積酸化膜46bとからなる2重構造の積層ゲート絶縁膜46を備えるトレンチゲート構造のMOSFETを構成している点である。
2,32,42 素子分離絶縁膜
3,23a,35 熱酸化膜
4,37,47 多結晶シリコン膜
5 電極取出し領域
10a,30a,40a 素子構造形成領域
10b,30b,40b 素子分離領域
13,23,46 積層ゲート絶縁膜
13a,36,46a 追加酸化膜
13b,23b,46b 堆積酸化膜、堆積金属酸化膜
31,41 n-型SiC基板
33,43 pウエル領域
34,44 n+ソース領域
38,48 ソース電極
39,49 ドレイン電極
45 トレンチ
Claims (17)
- ハロゲン原子を含む酸化性ガス雰囲気中で炭化珪素半導体基板を熱酸化し、前記炭化珪素半導体基板の表面に、前記ハロゲン原子を含んだ第1絶縁膜を形成する第1絶縁膜形成工程を含み、
前記ハロゲン原子を含むガスの含有濃度は、前記酸化性ガス雰囲気中の酸化性ガスに対して1%以下であることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記第1絶縁膜形成工程では、前記ハロゲン原子によって前記第1絶縁膜中の珪素原子を終端させることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第1絶縁膜形成工程後、熱処理により、前記第1絶縁膜中の前記ハロゲン原子を所定の割合で除去する除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記ハロゲン原子は、ハロゲン化合物を構成する成分であり、
前記ハロゲン化合物は、ハロゲン窒化物、ハロゲン炭化物、またはハロゲン水素化物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記ハロゲン化合物は、フッ化窒素、塩化炭素または塩化水素であることを特徴とする請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記ハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子または臭素原子であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第1絶縁膜の厚さを10nm以下にすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第1絶縁膜形成工程では、1200℃以下の酸化温度で熱酸化を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第1絶縁膜形成工程では、前記炭化珪素半導体基板に形成されたトレンチの内部に、前記トレンチの内壁に沿って前記第1絶縁膜を形成することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第1絶縁膜形成工程では、前記炭化珪素半導体基板に形成される素子どうしを電気的に分離する前記第1絶縁膜を形成することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第1絶縁膜形成工程前に、前記炭化珪素半導体基板の表面に第2絶縁膜を形成する第2絶縁膜形成工程をさらに含み、
前記第1絶縁膜形成工程では、前記炭化珪素半導体基板と前記第2絶縁膜との界面に前記第1絶縁膜を形成することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記第1絶縁膜形成工程後に、前記第1絶縁膜の表面に第2絶縁膜を形成する第2絶縁膜形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第1絶縁膜の厚さを5nm以下にすることを特徴とする請求項12に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第2絶縁膜形成工程では、ハロゲン原子またはハロゲン化合物以外の成分を含むガス雰囲気中で前記炭化珪素半導体基板を熱酸化し、前記第2絶縁膜を形成することを特徴とする請求項11〜13のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第2絶縁膜形成工程では、化学気相成長法または物理気相成長法により、前記第2絶縁膜を形成することを特徴とする請求項11〜13のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第2絶縁膜形成工程では、金属酸化物からなる前記第2絶縁膜を形成することを特徴とする請求項15に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記第2絶縁膜形成工程では、前記炭化珪素半導体基板に形成される素子どうしを電気的に分離する前記第2絶縁膜を形成することを特徴とする請求項11〜16のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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