JP7379883B2 - 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

Description

この発明は、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に関する。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）よりも、絶縁破壊電界強度が高い、熱伝導率が高いなどの優れた特長により、特にパワーデバイスへの応用が期待されている。また、炭化珪素は、シリコンと同様に、熱酸化により酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成することができる。このため、炭化珪素を用いた半導体装置（以下、炭化珪素半導体装置とする）では、熱酸化により形成した酸化膜をゲート絶縁膜として用いたＭＯＳゲート（金属－酸化膜－半導体からなる絶縁ゲート）を備えたＭＯＳ型炭化珪素半導体装置の開発が進められている。

例えば、炭化珪素を用いた半導体基板（以下、炭化珪素基板とする）上に、一酸化窒素（ＮＯ）や亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）を含む酸窒化雰囲気での熱酸化によりゲート絶縁膜となる酸化膜を形成することで、特性の向上や安定化を図る方法が公知である。このように熱酸化によりゲート絶縁膜を形成することでチャネル移動度が向上し、バイアス－熱ストレス試験（ＢＴ試験：Ｂｉａｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｓｔｒｅｓｓ ｔｅｓｔ）によるゲート閾値電圧Ｖｔｈの変動ΔＶｔｈが抑制される。

また、シリコン半導体装置のゲート酸化膜の薄膜化に対するリーク電流の対策のため、熱酸窒化によりシリコン酸窒化膜を生成する技術が公知である（例えば、下記非特許文献１参照。）。また、ＳｉＣ基板の最表面のＳｉとＣのいずれか又は両方の元素の一部を窒素（Ｎ）で置換することで、十分に強いＳｉＣ基板表面の終端構造を形成する技術が公知である（例えば、下記特許文献１参照。）。また、炭化珪素半導体装置において、ゲート絶縁膜としての窒化酸化シリコン膜を用いることで、ＶＤＭＯＳＦＥＴのチャネル移動度を向上させる技術が公知である（例えば、下記特許文献２参照。）。

特開２０１４－７８７２７号公報 特開２０１８－５６５７０号公報

土井謙太郎他、「シリコン酸窒化膜の安定性と電子構造に関する理論研究の現状」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．（真空）Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．１１，２００７

炭化珪素半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する際に、界面準位（電子トラップ）密度（Ｄｉｔ：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ）が高くなり、チャネル移動度の低下や、ゲートしきい値電圧Ｖｔｈの変動ΔＶｔｈが起きるという問題がある。上記特許文献１、２のようにゲート絶縁膜と炭化珪素半導体との界面を窒素によって終端することで界面準位密度を低減することができる。しかしながら、界面を窒素によって終端しても界面準位密度を十分低減させることはできなかった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ゲート絶縁膜と炭化珪素半導体との界面の界面準位密度を低減させることができる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を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、次の特徴を有する。炭化珪素半導体装置は、炭化珪素からなる半導体基板と、前記半導体基板に接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に沿って設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体基板と対向するゲート電極と、を備える。前記ゲート電極が除去された前記ゲート絶縁膜の表面を、赤外分光法（ＩＲ）で測定したスペクトルにおいてＣ≡Ｎのピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するＣ＝Ｎ、Ｃ－Ｎそれぞれのピーク強度Ｉ_C=N、Ｉ_C-Nの比がＩ_C=N／Ｉ_C≡_N＜０．１、かつ、Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_N＜０．１である。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記ゲート電極が除去された前記ゲート絶縁膜の表面を、光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した際のＮ１ｓスペクトルのうち、ＣＮに起因するピークの面積がＮ１ｓスペクトル面積全体の１０％未満であることを特徴とする。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記ゲート絶縁膜が接する前記半導体基板の面は、ｍ面であることを特徴とする。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板上に設けられた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜とからなり、前記第１絶縁膜は、酸窒化膜であり、前記第２絶縁膜は、堆積酸化膜であることを特徴とする。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第１絶縁膜は、前記半導体基板上から３ｎｍ以下の厚さであることを特徴とする。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。炭化珪素からなる半導体基板と、前記半導体基板に接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に沿って設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体基板と対向するゲート電極と、を備える炭化珪素半導体装置の製造方法である。前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記半導体基板上に熱酸窒化により第１絶縁膜を形成する第１工程と、前記第１絶縁膜上に堆積により第２絶縁膜を形成する第２工程と、を含む。前記第１工程では、前記第１絶縁膜を、一酸化窒素を１００Ｔｏｒｒ未満の圧力で含む酸窒化雰囲気で熱酸窒化を行って形成する。

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１工程では、前記第１絶縁膜を、前記一酸化窒素を５０Ｔｏｒｒ未満の圧力で形成することを特徴とする。

上述した発明によれば、赤外分光法（ＩＲ）で測定したスペクトルにおいて、ピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C=Nの比Ｉ_C=N／Ｉ_C≡_Nおよびピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C-Nの比Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_Nが０．１未満となっている。炭化珪素のバンドギャップ中に準位を形成するＣ＝Ｎ構造およびＣ－Ｎ構造が少なくなっているため、実施の形態では、ゲート絶縁膜と炭化珪素半導体との界面の界面準位密度を低減させることができる。

本発明にかかる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によれば、ゲート絶縁膜と炭化珪素半導体との界面の界面準位密度を低減させることができるという効果を奏する。

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。 ＮＯ処理時間と酸窒化膜厚さとの関係を示すグラフである。 実施例にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その１）。 実施例にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その２）。 実施例にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その３）。 実施例にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その４）。 実施例にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その５）。 比較例１にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その１）。 比較例１にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その２）。 比較例１にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その３）。 比較例１にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その４）。 比較例２にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その１）。 比較例２にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その２）。 比較例２にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その３）。 比較例２にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その４）。 比較例２にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である（その５）。 光電子分光法によるサンプルのＮ１ｓスペクトルを示すグラフである。 光電子分光法によるサンプルのＳｉ２ｐスペクトルを示すグラフである。 表面からの深さに対するＣＮピーク面積／Ｎ１ｓスペクトル面積を示すグラフである。 ＡＴＲ法によるサンプルのＩＲスペクトルを示すグラフである。 ＡＴＲ法によるＳｉＣ基板のＩＲスペクトルを示すグラフである。 ＡＴＲ法による熱酸化したＳｉＣ基板のＩＲスペクトルを示すグラフである。 サンプルのＣＮのみを抽出したＩＲスペクトルを示すグラフである。 実施例と比較例１、２の測定結果を示す表である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる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の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および－は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本明細書では、ミラー指数の表記において、“－”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“－”を付けることで負の指数をあらわしている。そして、同じまたは同等との記載は製造におけるばらつきを考慮して５％以内まで含むとするのがよい。

（実施の形態）
実施の形態にかかる炭化珪素（ＳｉＣ）半導体装置の構造について、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）７０を例に説明する。図１は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図１には、ＭＯＳＦＥＴの１つの単位セル（素子の構成単位）を示し、当該単位セルに隣り合う他の単位セルを図示省略する。また、図１には、活性領域のみを図示し、活性領域の周囲を囲むエッジ終端領域を図示省略する。

活性領域は、炭化珪素半導体装置がオン状態のときに電流が流れる領域である。エッジ終端領域は、活性領域と炭化珪素基板（炭化珪素からなる半導体基板：半導体チップ）側面との間の領域であり、ドリフト領域の、基板おもて面（炭化珪素基板のおもて面）側の電界を緩和して耐圧を保持する領域である。エッジ終端領域には、例えばガードリングや接合終端（ＪＴＥ：Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）構造を構成するｐ型領域や、フィールドプレート、リサーフ等の耐圧構造が配置される。耐圧とは、半導体装置が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧（耐電圧）である。

図１に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置は、ｎ⁺型炭化珪素基板１の第１主面（おもて面）、例えば（０００１）面（Ｓｉ面）に、ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２が堆積されている。

ｎ⁺型炭化珪素基板１は、炭化珪素単結晶基板である。ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２は、ｎ⁺型炭化珪素基板１よりも低い不純物濃度であり、例えば低濃度ｎ型ドリフト層である。ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２の、ｎ⁺型炭化珪素基板１側に対して反対側の表面には、ｎ型高濃度領域５が設けられていてもよい。ｎ型高濃度領域５は、ｎ⁺型炭化珪素基板１よりも低くｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２よりも高い不純物濃度の高濃度ｎ型ドリフト層である。

ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２の、ｎ⁺型炭化珪素基板１側に対して反対側の表面には、ｐ型ベース層６が設けられている。以下、ｎ⁺型炭化珪素基板１とｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２とｎ型高濃度領域５とｐ型ベース層６とを併せて炭化珪素半導体基体（炭化珪素からなる半導体基板）１８とする。

ｎ⁺型炭化珪素基板１の第２主面（裏面、すなわち炭化珪素半導体基体１８の裏面）には、裏面電極１３となるドレイン電極が設けられている。裏面電極１３の表面には、ドレイン電極パッド（不図示）が設けられている。

炭化珪素半導体基体１８の第１主面側（ｐ型ベース層６側）には、トレンチ構造が形成されている。具体的には、トレンチ１６は、ｐ型ベース層６のｎ⁺型炭化珪素基板１側に対して反対側（炭化珪素半導体基体１８の第１主面側）の表面からｐ型ベース層６を貫通してｎ型高濃度領域５（ｎ型高濃度領域５を設けない場合にはｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２、以下単に（２）と記載する）に達する。トレンチ１６の内壁に沿って、トレンチ１６の底部および側壁にゲート絶縁膜９が形成されており、トレンチ１６内のゲート絶縁膜９の内側にゲート電極１０が形成されている。ゲート絶縁膜９によりゲート電極１０が、ｎ型高濃度領域５（２）およびｐ型ベース層６と絶縁されている。ゲート電極１０の一部は、トレンチ１６の上方（後述するソース電極１２が設けられている側）からソース電極１２側に突出していてもよい。

具体的には、ゲート絶縁膜９は、熱酸窒化により形成された酸窒化膜（第１絶縁膜）とＣＶＤ（化学気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成された堆積酸化膜（第２絶縁膜）との２層から構成される。酸窒化膜は、炭化珪素半導体層（例えば、ｐ型ベース層６）の表面から３ｎｍ以下の厚さであることが好ましい。また、ゲート絶縁膜９は、ｍ面上に形成することが好ましい。例えばトレンチ構造が形成されている場合には、トレンチ１６の側壁がｍ面であることが好ましい。

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置では、ゲート絶縁膜９を形成するための熱酸窒化により、ゲート絶縁膜９と炭化珪素半導体層との接合界面（ＳｉＯ₂／ＳｉＣ界面）は窒素（Ｎ）よって終端される。

本発明の発明者らは、窒素処理を行った炭化珪素表面を光電子分光にて分析すると、Ｎの化学状態はＳｉ₃ＮおよびＣＮがあり、第一原理計算から、ＣＮのうちＣ＝Ｎ構造およびＣ－Ｎ構造が炭化珪素のバンドギャップ中に準位を形成すること、Ｓｉ₃Ｎは移動度を向上させることを明らかにした。このため、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置では、ゲート電極１０を除去した、ゲート絶縁膜９と炭化珪素半導体層との接合界面では、赤外分光法（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定したスペクトルにおいてＣ≡Ｎ（窒素と炭素が三重結合）のピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するＣ＝Ｎ（窒素と炭素が二重結合），Ｃ－Ｎ（窒素と炭素が一重結合）それぞれのピーク強度Ｉ_C=N、Ｉ_C-Nの比がＩ_C=N／Ｉ_C≡_N＜０．１、かつ、Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_N＜０．１としている。これにより、ゲート絶縁膜９と炭化珪素半導体層との接合界面の界面準位密度を低減させている。また、接合界面だけでなく、ゲート絶縁膜９内でもＩ_C=N／Ｉ_C≡_N＜０．１、かつ、Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_N＜０．１であることが好ましい。

赤外分光法は、測定対象の物質に赤外線を照射し、透過（あるいは反射）光を分光することでスペクトルを得て、対象物の特性を知る方法であり、実施の形態では、赤外分光法により、窒素の化学状態の中で炭素と結合した状態ＣＮでの結合次数の比率を測定している。測定方法の詳細は、後述する実施例において説明する。

上述したように、ＣＮのうちＣ＝Ｎ構造およびＣ－Ｎ構造は炭化珪素のバンドギャップ中に準位を形成し、Ｓｉ₃Ｎは移動度を向上させるため、Ｎの化学状態として、ＣＮは少なく、Ｓｉ₃Ｎは多い方が好ましい。このため、ゲート電極１０を除去した、ゲート絶縁膜９と炭化珪素半導体層との接合界面では、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定した際のＮ１ｓスペクトルのうち、ＣＮに起因するピークの面積比がＮ１ｓスペクトル面積全体の１０％未満であることが好ましい。接合界面だけでなく、ゲート絶縁膜９内でも、Ｘ線光電子分光法で測定した際のＮ１ｓスペクトルのうち、ＣＮに起因するピークの面積比がＮ１ｓスペクトル面積全体の１０％未満であることが好ましい。

光電子分光法は、測定対象の物質の表面にＸ線を照射し、生じる光電子のエネルギーを測定することで、測定対象の物質の構成元素とその電子状態を分析する方法である。実施の形態では、光電子分光法により、窒素の化学状態の中で炭素と結合した状態（ＣＮ）の割合を測定している。測定方法の詳細は、後述する実施例において説明する。

ｎ型高濃度領域５（２）のｎ⁺型炭化珪素基板１側に対して反対側（炭化珪素半導体基体１８の第１主面側）の表面層には、トレンチ１６の間に、第１ｐ⁺型ベース領域３が設けられている。また、ｎ型高濃度領域５（２）内に、トレンチ１６の底部と接する第２ｐ⁺型ベース領域４が設けられている。第２ｐ⁺型ベース領域４は、トレンチ１６の底部と深さ方向（ソース電極１２から裏面電極への方向）に対向する位置に設けられる。第２ｐ⁺型ベース領域４の幅は、トレンチ１６の幅と同じかそれよりも広い。トレンチ１６の底部は、第２ｐ⁺型ベース領域４に達してもよいし、ｐ型ベース層６と第２ｐ⁺型ベース領域４に挟まれたｎ型高濃度領域５（２）内に位置していてもよい。

また、ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２内に、トレンチ１６間の第１ｐ⁺型ベース領域３よりも深い位置にｎ型高濃度領域５（２）よりピーク不純物濃度が高いｎ⁺型領域１７が設けられる。なお、深い位置とは、第１ｐ⁺型ベース領域３よりもドレイン電極１３に近い位置のことである。

ｐ型ベース層６の内部には、炭化珪素半導体基体１８の第１主面側にｎ⁺型ソース領域７が選択的に設けられている。また、ｐ⁺型コンタクト領域８が選択的に設けられていてもよい。また、ｎ⁺型ソース領域７およびｐ⁺型コンタクト領域８は互いに接する。

層間絶縁膜１１は、炭化珪素半導体基体１８の第１主面側の全面に、トレンチ１６に埋め込まれたゲート電極１０を覆うように設けられている。ソース電極１２は、層間絶縁膜１１に開口されたコンタクトホールを介して、ｎ⁺型ソース領域７およびｐ型ベース層６に接する。また、ｐ⁺型コンタクト領域８が設けられる場合、ソース電極１２は、ｎ⁺型ソース領域７およびｐ⁺型コンタクト領域８に接する。ソース電極１２は、層間絶縁膜１１によって、ゲート電極１０と電気的に絶縁されている。ソース電極１２上には、ソース電極パッド（不図示）が設けられている。ソース電極１２と層間絶縁膜１１との間に、例えばソース電極１２からゲート電極１０側への金属原子の拡散を防止するバリアメタル１４が設けられていてもよい。

次に、炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図２は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。まず、ｎ型の炭化珪素でできたｎ⁺型炭化珪素基板１を用意する。そして、このｎ⁺型炭化珪素基板１の第１主面上に、ｎ型の不純物、例えば窒素原子（Ｎ）をドーピングしながら炭化珪素でできた第１ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層を、例えば３０μｍ程度の厚さまでエピタキシャル成長させる。

次に、第１ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層の表面上に、フォトリソグラフィ技術によって所望の開口部を有する図示しないマスクを、例えば酸化膜で形成する。そして、この酸化膜をマスクとしてイオン注入法によってｎ型の不純物、例えば窒素原子をイオン注入してもよい。これによって、第１ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層の内部に、ｎ⁺型領域１７が形成される。

次に、ｎ⁺型領域１７を形成するためのイオン注入時に用いたマスクを除去する。次に、第１ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層の表面上に、フォトリソグラフィ技術によって所定の開口部を有するイオン注入用マスクを例えば酸化膜で形成する。そして、アルミニウム等のｐ型の不純物を、酸化膜の開口部に注入し、深さ０．５μｍ程度の下部第１ｐ⁺型ベース領域および第２ｐ⁺型ベース領域４を形成する。ｎ⁺型領域１７を形成した場合の、ｎ⁺型領域１７のｎ⁺型炭化珪素基板１と反対側の表面上に、下部第１ｐ⁺型ベース領域をｎ⁺型領域１７に重なるように形成する。

次に、イオン注入用マスクの一部を除去し、開口部に窒素等のｎ型の不純物をイオン注入し、第１ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層の表面領域の一部に、例えば深さ０．５μｍ程度の下部ｎ型高濃度領域を形成してもよい。下部ｎ型高濃度領域の不純物濃度を例えば１×１０¹⁷／ｃｍ³程度に設定する。

次に、第１ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層の表面上に、窒素等のｎ型の不純物をドーピングした第２ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層を、０．５μｍ程度の厚さで形成する。第２ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層の不純物濃度が３×１０¹⁵／ｃｍ³程度となるように設定する。以降、第１ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層と第２ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層を合わせてｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２となる。

次に、第２ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層の表面上に、フォトリソグラフィによって所定の開口部を有するイオン注入用マスクを例えば酸化膜で形成する。そして、アルミニウム等のｐ型の不純物を、酸化膜の開口部に注入し、深さ０．５μｍ程度の上部第１ｐ⁺型ベース領域を、下部第１ｐ⁺型ベース領域に重なるように形成する。下部第１ｐ⁺型ベース領域と上部第１ｐ⁺型ベース領域は連続した領域を形成し、第１ｐ⁺型ベース領域３となる。上部第１ｐ⁺型ベース領域の不純物濃度を例えば５×１０¹⁸／ｃｍ³程度となるように設定する。

次に、イオン注入用マスクの一部を除去し、開口部に窒素等のｎ型の不純物をイオン注入し、第２炭化珪素エピタキシャル層の表面領域の一部に、例えば深さ０．５μｍ程度の上部ｎ型高濃度領域を形成してもよい。上部ｎ型高濃度領域の不純物濃度を例えば１×１０¹⁷／ｃｍ³程度に設定する。この上部ｎ型高濃度領域と下部ｎ型高濃度領域は少なくとも一部が接するように形成され、ｎ型高濃度領域５を形成する。ただし、このｎ型高濃度領域５が基板全面に形成される場合と、形成されない場合がある。

次に、ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層２の表面上に、エピタキシャル成長によりｐ型ベース層６を１．１μｍ程度の厚さで形成する。ｐ型ベース層６の不純物濃度は４×１０¹⁷／ｃｍ³程度に設定する。ｐ型ベース層６をエピタキシャル成長により形成した後、ｐ型ベース層６にさらにアルミニウム等のｐ型の不純物を、イオン注入してもよい。

次に、炭化珪素半導体基体１８の第１主面層（ｐ型ベース層６の表面層）に、ＭＯＳゲートを構成する所定領域を形成する（ステップＳ１）。具体的には、ｐ型ベース層６の表面上に、フォトリソグラフィによって所定の開口部を有するイオン注入用マスクを例えば酸化膜で形成する。この開口部に窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）等のｎ型の不純物をイオン注入し、ｐ型ベース層６の表面の一部にｎ⁺型ソース領域７を形成する。次に、ｎ⁺型ソース領域７の形成に用いたイオン注入用マスクを除去し、同様の方法で、所定の開口部を有するイオン注入用マスクを形成し、ｐ型ベース層６の表面の一部にリン等のｐ型の不純物をイオン注入し、ｐ⁺型コンタクト領域８を形成してもよい。ｐ⁺型コンタクト領域８の不純物濃度は、ｐ型ベース層６の不純物濃度より高くなるように設定する。

次に、イオン注入で形成した全領域を活性化するための熱処理（活性化アニール）を行う（ステップＳ２）。例えば、１７００℃程度の不活性ガス雰囲気で熱処理（アニール）を行い、第１ｐ⁺型ベース領域３、第２ｐ⁺型ベース領域４、ｎ⁺型ソース領域７、ｐ⁺型コンタクト領域８およびｎ⁺型領域１７の活性化処理を実施する。なお、上述したように１回の熱処理によって各イオン注入領域をまとめて活性化させてもよいし、イオン注入を行うたびに熱処理を行って活性化させてもよい。

次に、ｐ型ベース層６の表面上に、フォトリソグラフィによって所定の開口部を有するトレンチ形成用マスクを例えば酸化膜で形成する。次に、ドライエッチングによってｐ型ベース層６を貫通し、ｎ型高濃度領域５（２）に達するトレンチ１６を形成する。トレンチ１６の底部はｎ型高濃度領域５（２）に形成された第２ｐ⁺型ベース領域４に達してもよい。次に、トレンチ形成用マスクを除去する。次に、炭化珪素半導体基体１８のおもて面を例えばフッ化水素（ＨＦ）で洗浄する（ステップＳ３）

次に、炭化珪素半導体基体１８のおもて面を酸素と窒素を含むガスによって熱酸窒化し、酸窒化膜を形成する（ステップＳ４）。ステップＳ４の熱酸窒化は、酸窒化種として一酸化窒素（ＮＯ）を含む酸窒化雰囲気で行う。この酸窒化雰囲気は、キャリアガスとして例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを含む。

図３は、ＮＯ処理時間と酸窒化膜厚さとの関係を示すグラフである。図３において、縦軸は酸窒化膜厚さを示し、横軸は一酸化窒素による処理時間を示す。図３の破線で囲んだ部分で示すように、酸窒化膜はＮＯ処理の初期で急激に成長している。このため、実施の形態では、低圧で処理することで成長速度を低減させ極薄膜の酸窒化膜を成膜する。具体的には、熱酸窒化は、一酸化窒素を１００Ｔｏｒｒ未満の圧力で処理することが好ましく、５０Ｔｏｒｒ未満の圧力で処理することがより好ましい。

次に、酸窒化膜上にＣＶＤにより、堆積酸化膜を形成する（ステップＳ５）。酸窒化膜と堆積酸化膜によりゲート絶縁膜９が形成される。発明者らは、ＮＯ酸化、ＮＯ－ＰＤＡ（堆積後のアニール：Ｐｏｓｔ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を模擬した反応シミュレーションで生成したＣＮ化合物の内訳を解析した。この結果、同じＮＯ量および温度で比較すると、ＮＯ酸化の方が界面、酸化膜共にＣ＝Ｎ，Ｃ－Ｎの量が少なくなった。このため、ＮＯ処理はアニールとして行うよりも、最初期の絶縁膜の作成に用いることで欠陥が低減させられる。したがって、実施の形態では、炭化珪素半導体上にＮＯで極薄膜（＜３ｎｍ）の酸窒化膜を成膜した後で、堆積酸化膜を形成することで、界面にＣ＝Ｎ，Ｃ－Ｎを作らずに窒素終端を可能としている。

次に、ゲート絶縁膜９上に、例えばリン原子がドーピングされた多結晶シリコン層を設ける。この多結晶シリコン層はトレンチ１６内を埋めるように形成してもよい。この多結晶シリコン層をフォトリソグラフィによりパターニングし、トレンチ１６内部に残すことによって、ゲート電極１０を形成する（ステップＳ６）。

次に、ゲート絶縁膜９およびゲート電極１０を覆うように、例えばリンガラスを１μｍ程度の厚さで成膜し、層間絶縁膜１１を形成する。次に、層間絶縁膜１１を覆うように、チタン（Ｔｉ）または窒化チタン（ＴｉＮ）からなるバリアメタル１４を形成してもよい。層間絶縁膜１１およびゲート絶縁膜９をフォトリソグラフィによりパターニングしｎ⁺型ソース領域７およびｐ⁺型コンタクト領域８を露出させたコンタクトホールを形成する。その後、熱処理（リフロー）を行って層間絶縁膜１１を平坦化する。

次に、層間絶縁膜１１を選択的に除去して炭化珪素半導体基体１８の表面に、ニッケル（Ｎｉ）かＴｉの膜を成膜する。次に、表面を保護してｎ⁺型炭化珪素基板１の裏面側にＮｉかＴｉの膜を成膜する。次に１０００℃程度の熱処理を行い炭化珪素半導体基体１８の表面側とｎ⁺型炭化珪素基板１の裏面の表面側にオーミック電極を形成する。

次に、上記コンタクトホール内に形成したオーミック電極部分に接触するように、および層間絶縁膜１１上にソース電極１２となる導電性の膜を設け、ｎ⁺型ソース領域７およびｐ⁺型コンタクト領域８とソース電極１２とを接触させる。

次いで、ｎ⁺型炭化珪素基板１の第２主面上に、例えばニッケル（Ｎｉ）膜でできた裏面電極１３を形成する。その後、例えば９７０℃程度の温度で熱処理を行って、ｎ⁺型炭化珪素基板１と裏面電極１３とをオーミック接合する。

次に、例えばスパッタ法によって、炭化珪素半導体基体１８のおもて面のソース電極１２上および層間絶縁膜１１の開口部に、ソース電極パッド（不図示）となる電極パッドを堆積する。電極パッドの層間絶縁膜１１上の部分の厚さは、例えば５μｍであってもよい。電極パッドは、例えば、１％の割合でシリコンを含んだアルミニウム（Ａｌ－Ｓｉ）で形成してもよい。次に、ソース電極パッドを選択的に除去する。

次に、裏面電極１３の表面に、ドレイン電極パッド（不図示）として例えばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）をこの順に成膜する。以上のようにして、図１に示す半導体装置が完成する。

次に、実施の形態による実施例と従来技術による比較例のサンプルを作成して、ＸＰＳ分析、ＩＲ分析および界面準位密度を測定した結果を示す。

（実施例）
まず、実施の形態による実施例のサンプルを以下のように作成した。図４Ａ～図４Ｅは、実施例にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、図４Ａに示すように、炭化珪素基板２０を用意した。次に、図４Ｂに示すように、炭化珪素基板２０のｍ面上に、酸素と窒素を含むガスによって熱酸窒化し、酸窒化膜３０を形成した。ここでは、１０Ｔｏｒｒの圧力、一酸化窒素ガス１０％、アルゴンガス９０％の雰囲気で、１２００℃、１０分間熱酸窒化して、厚さｗ１が２ｎｍの酸窒化膜３０を形成した。

次に、図４Ｃに示すように、酸窒化膜３０上にＣＶＤにより、堆積酸化膜４０を形成した。ここでは、キャリアガスに亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）ガスを、成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄）を導入して、８００℃、６０分間堆積して、厚さｗ２が５０ｎｍの堆積酸化膜４０を形成した。

次に、図４Ｄに示すように、欠陥を減少させ、膜質を向上させるため、アニールを行った。ここでは、アルゴンガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度１０００℃ 、加熱時間１０分間アニールを行い、厚さｗ３が５２ｎｍのゲート絶縁膜９を形成した。

次に、図４Ｅに示すように、抵抗加熱蒸着により厚さｗ４が１００ｎｍのＡｌ電極５０を形成した。これにより、実施例のサンプルが作成された。

（比較例１）
次に、従来技術による比較例１のサンプルを以下のように作成した。図５Ａ～図５Ｄは、比較例１にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、図５Ａに示すように、炭化珪素基板２０を用意した。次に、図５Ｂに示すように、炭化珪素基板２０のｍ面上に、ＣＶＤにより、堆積酸化膜４０を形成した。ここでは、キャリアガスに亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）ガスを、成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄）を導入して、８００℃、６０分間堆積して、厚さｓ１が５０ｎｍの堆積酸化膜４０を形成した。

次に、図５Ｃに示すように、一酸化窒素ガス１０％の雰囲気で、１２００℃、６０分間ＮＯ－ＰＤＡを行い、炭化珪素基板２０と堆積酸化膜４０との間に窒素終端層４０を形成し、厚さｓ１が５０ｎｍのゲート絶縁膜９を形成した。

次に、図５Ｄに示すように、抵抗加熱蒸着により厚さｓ２が１００ｎｍのＡｌ電極５０を形成した。これにより、比較例１のサンプルが作成された。

（比較例２）
次に、従来技術による比較例２のサンプルを以下のように作成した。図６Ａ～図６Ｅは、比較例２にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、図６Ａに示すように、炭化珪素基板２０を用意した。次に、図６Ｂに示すように、炭化珪素基板２０のｍ面上に、酸素と窒素を含むガスによって熱酸窒化し、酸窒化膜３０を形成した。ここでは、７６０Ｔｏｒｒの圧力、一酸化窒素ガス３０％の雰囲気で、１２００℃、５分間熱酸窒化して、厚さｔ１が１０ｎｍの酸窒化膜３０を形成した。

次に、図６Ｃに示すように、酸窒化膜上にＣＶＤにより、堆積酸化膜４０を形成した。ここでは、キャリアガスに亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）ガスを、成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄）を導入して、８００℃、４０分間堆積して、厚さｔ２が５０ｎｍの堆積酸化膜４０を形成した。

次に、図６Ｄに示すように、アルゴンガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度１０００℃ 、加熱時間１０分間アニールを行い、厚さｔ３が５２ｎｍのゲート絶縁膜９を形成した。

次に、図６Ｅに示すように、抵抗加熱蒸着により厚さｔ４が１００ｎｍのＡｌ電極５０を形成した。これにより、比較例２のサンプルが作成された。

（ＸＰＳ分析）
次に、実施例、比較例１および比較例２のサンプルのＸＰＳ分析の詳細を説明する。まず、前処理として、サンプルを７０℃に加熱した塩酸に１０分間浸漬させ、Ａｌ電極５０を剥離した。

ＸＰＳ分析では、光源として、ＡｌＫα線（１４８６．６ｅＶ）を用い、サンプルサイズは１０ｍｍ×１０ｍｍ程度にした。ハンドリングのし易さの点からサンプルサイズは５ｍｍ×５ｍｍ以上が好ましく、サンプルホルダーの大きさから１００ｍｍ×１００ｍｍ以下にする必要がある。

また、サンプルは検出器に対して４５°の角度で配置（一般的な光電子分光分析装置の基準の配置）して測定した。線源の種類と検出器の角度からＳｉＣの分析深さは表面から４～５ｎｍとなる。測定するエネルギー領域（横軸）は、Ｎ１ｓのピークが検出される３９５～４０２ｅＶとした。

図７は、光電子分光法によるサンプルのＮ１ｓスペクトルを示すグラフである。図７において、縦軸はスペクトルの強度を示し、単位は１秒あたりの光電子数である。横軸は結合エネルギーを示し、単位はｅＶである。評価方法の説明のために、図７～９では、ＣＮスペクトル成分が大きい比較例１のサンプルを用いて説明している。

図７のＮ１ｓで示すグラフがＮ１ｓスペクトルである。Ｎ１ｓスペクトルを２つのピークでフィッティングし、高エネルギー側のピークをＣＮ（Ｃ≡Ｎ、Ｃ＝Ｎ、Ｃ－Ｎの混合）と帰属する。具体的には、ＣＮスペクトルは、Ｎ１ｓスペクトルのピークより高エネルギー側にのみ存在するため、Ｎ１ｓスペクトルのピークより低エネルギー側を高エネルギー側にフィッティングすることで、Ｓｉ₃Ｎスペクトルのグラフを得ることができる。Ｎ１ｓスペクトルとＳｉ₃Ｎスペクトルとの差分がＣＮスペクトルとなる。このＣＮスペクトルは、Ｃ≡Ｎ、Ｃ＝Ｎ、Ｃ－Ｎの混合スペクトルである。

次に、バックグラウンドの成分を除いた後、求めたＣＮスペクトルとＮ１ｓスペクトルの面積を求め、Ｎ１ｓスペクトルの面積に対するＣＮスペクトルの面積の比（ＣＮスペクトルの面積／Ｎ１ｓスペクトルの面積）を算出した。Ｎ１ｓスペクトルの面積とは、Ｎ１ｓスペクトルとＣ／Ｓ＝０の直線ｌとが囲む部分の面積である。ＣＮスペクトルの面積も同様である。

ここで、算出した比は、サンプルの酸化膜の表面の比であるため、Ａｒイオンでの酸化膜のエッチングと上記測定とを交互に行い、５ｎｍ間隔で深さ方向に順次比を算出する。エッチングと測定は、炭化珪素の表面が露出するまで行った。つまり、サンプルの酸化膜の表面から酸化膜と炭化珪素との界面まで上記比を算出した。炭化珪素の表面に達したかどうかは、以下のように判定した。

図８は、光電子分光法によるサンプルのＳｉ２ｐスペクトルを示すグラフである。図８において、縦軸は規格化したスペクトルの強度を示す。横軸は結合エネルギーを示し、単位はｅＶである。Ｓｉ２ｐスペクトルでは、ＳｉＯ₂のピークとＳｉＣのピークが検出された。

図８で、（１）のグラフは、酸化膜の表面のＳｉ２ｐスペクトルであり、（２）のグラフは、酸化膜の表面を５ｎｍエッチングした後のＳｉ２ｐスペクトルであり、（３）のグラフは、酸化膜の表面をさらに５ｎｍ（計１０ｎｍ）エッチングした後のＳｉ２ｐスペクトルである。これ以降のグラフはさらに５ｎｍエッチングした後のＳｉ２ｐスペクトルである。（１）～（３）で示すように、エッチングを行うにつれて、ＳｉＯ₂のピークが低くなり、ＳｉＣのピークが高くなっている。（４）のグラフになると、ＳｉＯ₂のピークが検出されず、ＳｉＣのピークのみになる。この場合、サンプルの酸化膜がすべてエッチングで除去され炭化珪素の表面が露出したと判定した。

Ｎ１ｓスペクトルの面積に対するＣＮスペクトルの面積の比として、サンプルの酸化膜の表面から酸化膜と炭化珪素との界面までに算出されたＣＮピーク面積／Ｎ１ｓスペクトル面積の平均値を用した。図９は、表面からの深さに対するＣＮピーク面積／Ｎ１ｓスペクトル面積を示すグラフである。図９において、縦軸はＣＮピーク面積／Ｎ１ｓスペクトル面積を示し、横軸は酸化膜の表面からの深さを示し、単位はｎｍである。図９の例では、Ｎ１ｓスペクトルの面積に対するＣＮスペクトルの面積の比として、１～１０までの値の平均値を用いる。

（ＩＲ分析）
次に、実施例、比較例１および比較例２のサンプルのＩＲ分析の詳細を説明する。ＩＲ分析では、Ｃ≡Ｎ、Ｃ＝Ｎ、Ｃ－Ｎの存在比を算出した。Ｃ≡Ｎ、Ｃ＝Ｎ、Ｃ－Ｎのそれぞれの伸縮振動のピークは、２２００ｃｍ^-1付近、１５５０ｃｍ^-1付近、１０００～１１００ｃｍ^-1付近に存在するため、ＩＲ分析からＣ≡Ｎ、Ｃ＝Ｎ、Ｃ－Ｎのそれぞれの伸縮振動のピークを特定して、ピークの大きさから存在比を算出した。

なお、上記のＸＰＳ分析は、破壊検査であるため、１つのサンプルを２つに分割して、１つをＸＰＳ分析に使用して、残りをＩＲ分析に使用した。また、１つのサンプルに対して非破壊検査のＩＲ分析を最初に行い、次にＸＰＳ分析を行うことも可能である。まず、ＩＲ分析でも、前処理として、サンプルを７０℃に加熱した塩酸に１０分間浸漬させ、Ａｌ電極５０を剥離した。ＩＲ分析では、表面に敏感な全反射測定法（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、ＡＴＲ法）を用いて、プリズムはゲルマニウムを使用した。サンプルが数ｃｍ角以下の大きさであればそのまま測定可能でサンプル表面からプリズムを接触させ測定する。

ＡＴＲ法では、分析深さは波数範囲９００～２４００ｃｍ^-1でサブミクロンである。このため、酸化膜、界面、基板である炭化珪素の情報が合わせて分析される。図１０は、ＡＴＲ法によるサンプルのＩＲスペクトルを示すグラフである。図１０において、縦軸はＩＲスペクトルの規格化した強度を示し、横軸は波数を示し、単位はｃｍ^-1である。また、図１０および以下の図１１～図１３は、比較例１のサンプルのＩＲスペクトルを示すグラフである。

図１０に示すように、ＩＲスペクトルにはＳｉＣのピークが４００～９００ｃｍ^-1の範囲に、ＳｉＯ₂のピークが１２００～１３００ｃｍ^-1付近に大きく観測されるため、単独ではＣＮのピークを得ることは困難である。そのため、熱酸化処理で得られた酸化膜のＩＲスペクトルと、ＳｉＣ基板のＩＲスペクトルをそれぞれ測定し、サンプルのＩＲスペクトルから引くことでＣＮのピークを抽出した。熱酸化はｍ面ＳｉＣ基板を大気中１５００℃において処理し約１μｍの熱酸化膜を得ることでＳｉＯ₂のみのＩＲスペクトルを取得した。

図１１は、ＡＴＲ法によるＳｉＣ基板のＩＲスペクトルを示すグラフである。図１２は、ＡＴＲ法による熱酸化したＳｉＣ基板のＩＲスペクトルを示すグラフである。図１３は、サンプルのＣＮのみを抽出したＩＲスペクトルを示すグラフである。図１１～図１３において、縦軸はＩＲスペクトルの規格化した強度を示し、横軸は波数を示し、単位はｃｍ^-1である。

ＳｉＣのピークを除去するため、サンプルのＩＲスペクトルとＳｉＣ基板のＩＲスペクトルとで、３００～５００ｃｍ^-1のピーク強度で規格化して差分を取った。次に、ＳｉＯ₂のピークを除去するため、サンプルのＩＲスペクトルと熱酸化したＳｉＣ基板のＩＲスペクトルとで、１２００～１３００ｃｍ^-1のピーク強度で規格化して差分を取った。図１３は、この差分結果のグラフである。

図１３において、２２００ｃｍ^-1付近のピークがＣ≡ＮのＩＲスペクトルであり、１５５０ｃｍ^-1付近のピークがＣ＝ＮのＩＲスペクトルであり、１０００～１１００ｃｍ^-1の範囲のピークがＣ－ＮのＩＲスペクトルであり、各ピークの強度Ｉ_C≡_N、Ｉ_C=N、Ｉ_C-Nを求め、比率Ｉ_C=N／Ｉ_C≡_N、Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_Nを算出した。

図１４は、実施例と比較例１、２の測定結果を示す表である。図１４において、界面準位密度はＨｉｇｈ－Ｌｏｗ法によるＣＶ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）測定の解析から得た。

図１４に示すように、比較例１では、Ｎ１ｓスペクトル面積に対するＣＮピーク面積比が１０％以上であり、ピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C=Nの比Ｉ_C=N／Ｉ_C≡_Nおよびピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C-Nの比Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_Nが０．１以上となっている。これは、比較例１では、堆積酸化膜と炭化珪素との界面に窒素終端層ができているためであり、界面準位密度は４×１０¹¹ｃｍ^-2ｅＶ^-1と高くなっている。

また、比較例２では、Ｎ１ｓスペクトル面積に対するＣＮピーク面積比が１０％未満であるが、ピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C=Nの比Ｉ_C=N／Ｉ_C≡_Nおよびピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C-Nの比Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_Nが０．１以上となっている。これは、比較例２では、酸窒化膜が厚く形成されているためであり、界面準位密度は４×１０¹¹ｃｍ^-2ｅＶ^-1と高くなっている。

一方、実施例では、Ｎ１ｓスペクトル面積に対するＣＮピーク面積比が１０％未満であり、ピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C=Nの比Ｉ_C=N／Ｉ_C≡_Nおよびピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C-Nの比Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_Nが０．１未満となっている。実施例では、酸窒化膜が薄く形成されているため、Ｉ_C=N／Ｉ_C≡_NおよびＩ_C-N／Ｉ_C≡_Nが０．１未満となり、界面準位密度が１×１０¹¹ｃｍ^-2ｅＶ^-1と低くなっている。

実施例のようにＩ_C=N／Ｉ_C≡_NおよびＩ_C-N／Ｉ_C≡_Nを０．１未満とすることで、界面準位密度を低くすることができる。また、Ｃ＝Ｎ構造およびＣ－Ｎ構造が少ないほどよいため、Ｎ１ｓスペクトル面積に対するＣＮピーク面積比が１０％未満であることが好ましい。実施例、比較例１、２にはないが、Ｉ_C=N／Ｉ_C≡_NおよびＩ_C-N／Ｉ_C≡_Nが０．１未満で、Ｎ１ｓスペクトル面積に対するＣＮピーク面積比が１０％以上の場合でも、Ｃ＝Ｎ構造およびＣ－Ｎ構造が少ないため、界面準位密度は低くなっている。

以上、説明したように、実施の形態によれば、赤外分光法（ＩＲ）で測定したスペクトルにおいて、ピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C=Nの比Ｉ_C=N／Ｉ_C≡_Nおよびピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するピーク強度Ｉ_C-Nの比Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_Nが０．１未満となっている。炭化珪素のバンドギャップ中に準位を形成するＣ＝Ｎ構造およびＣ－Ｎ構造が少なくなっているため、実施の形態では、ゲート絶縁膜と炭化珪素半導体との界面の界面準位密度を低減させることができる。

以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、各実施の形態では第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたが、本発明は第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としても同様に成り立つ。

また、本発明は、炭化珪素基板の主面に設けた熱酸化膜をゲート絶縁膜とするＭＯＳゲートを備えた様々な構造の炭化珪素半導体装置に適用可能である。例えば、本発明は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のＭＯＳ型炭化珪素半導体装置に適用可能であり、その構造は縦型、横型、プレーナゲート構造およびトレンチゲート構造のいずれであってもよい。

以上のように、本発明にかかる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は、ＭＯＳ型炭化珪素半導体装置に有用である。

１ ｎ⁺型炭化珪素基板
２ ｎ^-型炭化珪素エピタキシャル層
３ 第１ｐ⁺型ベース領域
４ 第２ｐ⁺型ベース領域
５ ｎ型高濃度領域
６ ｐ型ベース層
７ ｎ⁺型ソース領域
８ ｐ⁺型コンタクト領域
９ ゲート絶縁膜
１０ ゲート電極
１１ 層間絶縁膜
１２ ソース電極
１３ 裏面電極
１４ バリアメタル
１６ トレンチ
１７ ｎ⁺型領域
１８ 炭化珪素半導体基体
２０ 炭化珪素基板
３０ 酸窒化膜
４０ 堆積酸化膜
５０ Ａｌ電極
６０ 窒素終端層
７０ トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ

Claims (7)

1. 炭化珪素からなる半導体基板と、
   前記半導体基板に接するゲート絶縁膜と、
   前記ゲート絶縁膜に沿って設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体基板と対向するゲート電極と、
   を備え、
   前記ゲート電極が除去された前記ゲート絶縁膜の表面を、赤外分光法（ＩＲ）で測定したスペクトルにおいてＣ≡Ｎのピーク強度Ｉ_C≡_Nに対するＣ＝Ｎ、Ｃ－Ｎそれぞれのピーク強度Ｉ_C=N、Ｉ_C-Nの比がＩ_C=N／Ｉ_C≡_N＜０．１、かつ、Ｉ_C-N／Ｉ_C≡_N＜０．１である
   ことを特徴とする炭化珪素半導体装置。
2. 前記ゲート電極が除去された前記ゲート絶縁膜の表面を、光電子分光法（ＸＰＳ）で測定した際のＮ１ｓスペクトルのうち、ＣＮに起因するピークの面積がＮ１ｓスペクトル面積全体の１０％未満であ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。
3. 前記ゲート絶縁膜が接する前記半導体基板の面は、ｍ面である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。
4. 前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板上に設けられた第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜とからなり、
   前記第１絶縁膜は、酸窒化膜であり、
   前記第２絶縁膜は、堆積酸化膜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。
5. 前記第１絶縁膜は、前記半導体基板上から３ｎｍ以下の厚さ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。
6. 炭化珪素からなる半導体基板と、前記半導体基板に接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に沿って設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体基板と対向するゲート電
   極と、を備える炭化珪素半導体装置の製造方法において、
   前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、
   前記半導体基板上に熱酸窒化により第１絶縁膜を形成する第１工程と、
   前記第１絶縁膜上に堆積により第２絶縁膜を形成する第２工程と、
   を含み、
   前記第１工程では、前記第１絶縁膜を、一酸化窒素を１００Ｔｏｒｒ未満の圧力で含む酸窒化雰囲気で熱酸窒化を行って形成することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
7. 前記第１工程では、前記第１絶縁膜を、前記一酸化窒素を５０Ｔｏｒｒ未満の圧力で形成することを特徴とする請求項６に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

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