JPWO2013145022A1 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Abstract
チャネル移動度を低下させることなく、Vthを高くすることが出来るSiC-MOSFET製造方法を提供するために、ゲート絶縁膜を形成する前に、(a)炭化珪素基板を、プラズマ酸化に代表される低温酸化法で酸化して、シリコン酸化膜を形成する。次いで(b)前記シリコン酸化膜の除去をする。前記(a)及び(b)の工程を一回以上繰り返した後、(c)ゲート絶縁膜を形成する。In order to provide a SiC-MOSFET manufacturing method capable of increasing Vth without reducing channel mobility, (a) a silicon carbide substrate is represented by plasma oxidation before forming a gate insulating film. A silicon oxide film is formed by oxidation by a low temperature oxidation method. Next, (b) the silicon oxide film is removed. After the steps (a) and (b) are repeated one or more times, (c) a gate insulating film is formed.
Description
本発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法で用いる犠牲酸化膜に関するものである。 The present invention relates to a sacrificial oxide film used in a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
このSiC-MOSFETの一般的な製造方法について説明する。まず、SiC基板上にSiCのエピタキシャル層を形成し、ドレイン領域、ベース領域、ソース領域にドーパントとなる不純物をイオン注入する。次にイオン注入した不純物を活性化アニールする。アニール時には、SiC基板のSiが昇華しないようにキャップ材として、例えば耐熱性に優れた炭素膜を堆積させ、1600℃以上の温度で熱処理する。その後、キャップ材の炭素層を酸素プラズマアッシングや酸素雰囲気中でSiC基板が殆ど酸化されない、例えば900℃前後の熱処理により除去する。しかし、キャップ材と基板が反応し、形成される炭素化合物を完全には除去しきれない。この炭素化合物は、ゲート絶縁膜信頼性の劣化要因となる。そのため、ゲート絶縁膜を形成する界面を高温で熱酸化し、シリコン酸化膜(犠牲酸化膜)を形成した後、そのシリコン酸化膜を希釈フッ酸で除去する、いわゆる犠牲酸化を行うことで、反応した炭素化合物を除去する方法が一般に用いられている。その後、ゲート絶縁膜工程、シリサイド電極工程、層間絶縁膜形成工程を経てSiC-MOSFETが完成する。 A general manufacturing method of this SiC-MOSFET will be described. First, an SiC epitaxial layer is formed on a SiC substrate, and an impurity serving as a dopant is ion-implanted into a drain region, a base region, and a source region. Next, activation annealing is performed on the implanted impurities. At the time of annealing, for example, a carbon film having excellent heat resistance is deposited as a cap material so that Si of the SiC substrate does not sublime, and heat treatment is performed at a temperature of 1600 ° C. or higher. Thereafter, the carbon layer of the cap material is removed by oxygen plasma ashing or heat treatment at, for example, about 900 ° C., in which the SiC substrate is hardly oxidized in an oxygen atmosphere. However, the cap material and the substrate react and the formed carbon compound cannot be completely removed. This carbon compound causes deterioration of the reliability of the gate insulating film. Therefore, the interface that forms the gate insulating film is thermally oxidized at a high temperature to form a silicon oxide film (sacrificial oxide film), and then the silicon oxide film is removed with diluted hydrofluoric acid, so-called sacrificial oxidation is performed. A method for removing the carbon compound is generally used. Thereafter, a SiC-MOSFET is completed through a gate insulating film process, a silicide electrode process, and an interlayer insulating film forming process.
このように形成されるSiC-MOSFETの多くはVthが低く、ノーマリーオンとなる。しかし、現状のSi-IGBTの閾値電圧(Vth)は約5〜5.5Vであり、これをSiC-MOSFETで置き換えるためには5V以上の閾値電圧(Vth)が要求される。Vthを高くする手段として、例えば、チャネルが形成されるベース領域のドーパント濃度を濃くする方法がある。Many of the SiC-MOSFETs formed in this way have a low Vth and are normally on. However, the threshold voltage (V th ) of the current Si-IGBT is about 5 to 5.5 V, and a threshold voltage (V th ) of 5 V or more is required to replace this with SiC-MOSFET. As a means for increasing Vth , for example, there is a method of increasing the dopant concentration in the base region where the channel is formed.
一方、低損失なデバイスを実現するためには移動度を向上させて、オン抵抗を低くすることが重要である。しかし、現状のSiC-MOSFETでは、シリコン酸化膜/炭化珪素のいわゆるMOS界面に多数の界面準位が存在するため、チャネル移動度が低くなる。そのため、MOS界面特性を向上させ、チャネル移動度を高くする必要がある。チャネル移動度を高くする手段として、例えば、ゲート酸化膜に堆積酸化膜を適用して、酸窒化処理をする方法がある(非特許文献1)。 On the other hand, in order to realize a low-loss device, it is important to improve mobility and lower on-resistance. However, the current SiC-MOSFET has a low channel mobility because there are many interface states at the so-called MOS interface of silicon oxide film / silicon carbide. Therefore, it is necessary to improve the MOS interface characteristics and increase the channel mobility. As a means for increasing the channel mobility, for example, there is a method in which a deposited oxide film is applied to a gate oxide film to perform an oxynitriding process (Non-Patent Document 1).
しかしながら、上記方法でVthやチャネル移動度を高くした場合には以下に説明する技術課題が存在する。However, when V th and channel mobility are increased by the above method, there are technical problems described below.
Vthを高くするために、チャネルが形成されるベース領域のドーパント濃度を濃くする方法では、Vthは高く出来るが、高い不純物濃度の影響でチャネル移動度が低下してしまう。In the method of increasing the dopant concentration in the base region where the channel is formed in order to increase V th , V th can be increased, but the channel mobility decreases due to the influence of the high impurity concentration.
チャネル移動度を向上させるために、ゲート酸化膜に堆積酸化膜を適用して、酸窒化処理をする方法では、チャネル移動度は向上するが、Vthが低下してしまう。In the method of applying the deposited oxide film to the gate oxide film and performing the oxynitriding treatment in order to improve the channel mobility, the channel mobility is improved, but Vth is lowered.
本発明の目的は、高いチャネル移動度と高いVthを両立したSiC-MOSFETを提供することである。An object of the present invention is to provide a SiC-MOSFET that achieves both high channel mobility and high Vth .
我々はゲート絶縁膜を形成する前の犠牲酸化工程を色々と検討した結果、高温の熱酸化の代わりに、プラズマ酸化を行うことでVthが高くなることを見出した。すなわち、従来の熱酸化による犠牲酸化をプラズマ酸化に置き換えることでSiC-MOSFETのチャネル移動度を低下させることなく、5V以上のVthを得ることが出来る。As a result of various examinations of the sacrificial oxidation process before forming the gate insulating film, we have found that Vth is increased by performing plasma oxidation instead of high-temperature thermal oxidation. That is, by replacing the conventional sacrificial oxidation by thermal oxidation with plasma oxidation, Vth of 5 V or more can be obtained without reducing the channel mobility of the SiC-MOSFET.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、本発明による半導体装置の製造方法は、ゲート絶縁膜を形成する前に、(a)炭化珪素基板を、プラズマ酸化に代表される低温酸化法で酸化して、シリコン酸化膜を形成する。次いで(b)前記シリコン酸化膜の除去をする。前記(a)及び(b)の工程を一回以上繰り返した後、(c)ゲート絶縁膜を形成する。 That is, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, before forming the gate insulating film, (a) a silicon carbide substrate is oxidized by a low-temperature oxidation method typified by plasma oxidation to form a silicon oxide film. Next, (b) the silicon oxide film is removed. After the steps (a) and (b) are repeated one or more times, (c) a gate insulating film is formed.
本発明によれば、高いチャネル移動度と高いVthを両立したSiC-MOSFETを提供することである。According to the present invention, there is provided an SiC-MOSFET that achieves both high channel mobility and high Vth .
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
なお、実施例を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。特に異なる実施例間で機能が対応するものについては、形状、不純物濃度や結晶性等で違いがあっても同じ符号を付すこととする。 In all the drawings for explaining the embodiments, the same reference numerals are given to the same members in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In particular, for functions corresponding to different embodiments, the same reference numerals are given even if there are differences in shape, impurity concentration, crystallinity, and the like.
以下では、ゲート絶縁膜を形成する界面に対して酸化を行ってシリコン酸化膜を形成し、そのシリコン酸化膜を希釈フッ酸で除去し、上記処理を一回以上繰り返す工程を「犠牲酸化」と呼称する。 Hereinafter, the process of forming a silicon oxide film by oxidizing the interface that forms the gate insulating film, removing the silicon oxide film with diluted hydrofluoric acid, and repeating the above process one or more times is referred to as “sacrificial oxidation”. Call it.
実施例1と実施例2では、図1と図6に示すような、いわゆるMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)構造を備えた炭化珪素半導体装置について説明する。 In the first and second embodiments, a silicon carbide semiconductor device having a so-called MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure as shown in FIGS. 1 and 6 will be described.
図1と図6にMOS構造を備えた半導体装置への適用例を示す。図1はソース23とドレイン24を基板表面と平行な方向に配置した(以下、横MOS)構造、図6はソース23とドレイン26を基板表面と垂直な方向に配置した(以下、縦MOS)構造である。
1 and 6 show application examples to a semiconductor device having a MOS structure. FIG. 1 shows a structure in which a
[横MOS構造]
図1において、炭化珪素半導体装置である炭化珪素MOSFETは、炭化珪素基板10と、炭化珪素基板10上に形成された炭化珪素層20と、炭化珪素層20上に形成された絶縁膜32と、絶縁膜32上に形成されたゲート電極42と、炭化珪素層20上に形成されたソース電極51およびドレイン電極52およびベースコンタクト電極53とを有する。[Horizontal MOS structure]
In FIG. 1, a silicon carbide MOSFET which is a silicon carbide semiconductor device includes a
炭化珪素層20は、炭化珪素エピタキシャル層21と、イオン注入領域またはエピタキシャル層であるベース領域22と、イオン注入領域であるソース領域23とドレイン領域24とベースコンタクト領域25から形成される。
ここで、n型としたい領域へ注入する不純物は、例えば窒素(N)イオンを、p型としたい領域へ注入する不純物は、例えばボロン(B)またはアルミニウム(Al)イオンを用いる。図1(a)ではp型のベース領域22の内部に、トランジスタのソース領域23とドレイン領域24となるn+領域とp+型のベースコンタクト領域25が形成されている。Here, for example, nitrogen (N) ions are used as the impurity implanted into the region desired to be n-type, and boron (B) or aluminum (Al) ions are used as the impurity implanted into the region desired to be p-type. In FIG. 1 (a), an n + region and a p + type
炭化珪素層20の表面には、ゲート絶縁膜32とソース電極51とドレイン電極52とベースコンタクト電極53が形成されている。
A
ソース電極51、ドレイン電極52、ベースコンタクト電極53はそれぞれソース領域23、ドレイン領域24、ベースコンタクト領域25と接続されている。
The
炭化珪素層20上のゲート絶縁膜32を介して、ソース領域23およびドレイン領域24の一部を覆うように、ゲート電極42が形成されている。
A
[横MOS構造の製造方法]
次に上記横MOS構造の製造方法について説明する。[Manufacturing method of lateral MOS structure]
Next, a method for manufacturing the lateral MOS structure will be described.
図2(a)から図2(k)は、本実施例1の横MOSトランジスタを製造する際の各工程における断面図である。なお、前記断面図は、煩雑さを避けるため、当該工程における主要部位の構成のみを示すもので、正確な断面図には相当しない。
まず、図2(a)に示すように、n型炭化珪素基板10の上に炭化珪素エピタキシャル層21を積層した。FIG. 2A to FIG. 2K are cross-sectional views at each step when manufacturing the lateral MOS transistor of the first embodiment. In addition, in order to avoid complexity, the cross-sectional view shows only the configuration of the main part in the process, and does not correspond to an accurate cross-sectional view.
First, as shown in FIG. 2A, a silicon
次に、図2(b)に示すように、炭化珪素エピタキシャル層21の表層部に、Alイオンを注入し、p型ベース領域22を形成した。なお、ベースコンタクト領域25に注入するイオンはBイオンでも良く、炭化珪素エピタキシャル層21の上にp型の炭化珪素エピタキシャル層をさらに成膜してp型ベース領域22としてもよい。
Next, as shown in FIG. 2B, Al ions were implanted into the surface layer portion of the silicon
次に、ソース領域23、ドレイン領域24にイオン注入するためにマスクをして、図2(c)に示すように、ソース領域23、ドレイン領域24に、Nイオンを注入した。その後、上記マスクを除去した。
Next, a mask for implanting ions into the
次に、ベースコンタクト領域25にイオン注入するためにマスクをして、図2(d)に示すように、ベースコンタクト領域25に、Alイオンを注入した。なお、ベースコンタクト領域25に注入するイオンはBイオンでも良い。その後、上記マスクを除去した。
Next, a mask was used to implant ions into the
続いて、図2(e)に示すように、炭化珪素基板10および炭化珪素層20の周囲に不純物活性化アニールのキャップ材として炭素膜60を堆積させた。その後、例えば1600から1800℃の温度で不純物活性化アニールを行う。本実施例では不純物活性化アニールを1700℃で60秒間行った。
Subsequently, as shown in FIG. 2E, a
次に、図2(f)に示すように、キャップ材の炭素層を酸素プラズマアッシングにより除去した。この時、キャップ材の炭素と基板が反応して形成された炭素化合物を完全には除去しきれないため、プラズマ酸化による犠牲酸化を行った。具体的には、所定の洗浄を行った後、図2(g)に示すように、炭化珪素層20の表面をプラズマ酸化して、酸化膜31を形成する。そして、その後酸化膜31を希釈フッ酸によって除去する。上記工程、いわゆる犠牲酸化工程を、1回以上繰り返し行う。犠牲酸化工程において炭化珪素層20の除去厚さが、薄いと前記炭素化合物を除去しきれず、厚いとイオン注入領域の不純物濃度に影響が出るため3nm〜30nmが好ましい。従来の熱酸化を用いる犠牲酸化工程では、イオン注入領域であるソース領域23とドレイン領域24とベースコンタクト領域25と炭化珪素エピタキシャル層21ではそれぞれ酸化レートが異なるため、炭化珪素層20とゲート酸化膜32の界面に段差が生じる。この段差はゲート絶縁膜に対する電界集中等のデバイス特性劣化に繋がる。本発明のプラズマ酸化を用いる手法では段差の無い均一な界面を形成することが出来、良好なデバイス特性が得られる。本実施例では、前記酸化膜31の形成に500℃以下の温度でICP(Inductive Coupled Plasma)法によるプラズマ酸化を用いた。本実施例では、上記工程、いわゆる犠牲酸化を繰り返し行い、犠牲酸化によって炭化珪素層20の除去された厚さが、例えば10nmになるようにした。
Next, as shown in FIG. 2 (f), the carbon layer of the cap material was removed by oxygen plasma ashing. At this time, since the carbon compound formed by the reaction between the carbon of the cap material and the substrate could not be completely removed, sacrificial oxidation by plasma oxidation was performed. Specifically, after performing predetermined cleaning, as shown in FIG. 2G, the surface of the
次に、図2(h)に示すように、前記半導体基板上にゲート酸化膜32を形成する。本実施例では厚さ50nmの堆積酸化膜を形成し、酸窒化処理を1300℃で30分間行った。
Next, as shown in FIG. 2H, a
続いて、図2(i)に示すように、厚さ200nmのn型多結晶シリコン膜からなるゲート材料膜41を堆積した。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (i), a
続いて、図2(j)に示すように、レジストをマスクにゲート材料膜41をエッチングし、MOSトランジスタのゲート電極42を形成した。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (j), the
続いて、図2(k)に示すように、ソース領域23、ドレイン領域24、ベースコンタクト領域25の上に位置するゲート材料膜にスルーホールを形成し、ソース領域23、ドレイン領域24、ベースコンタクト領域25へ、それぞれ、ソース電極51、ドレイン電極52、ベースコンタクト電極53のコンタクトを形成する工程(シリサイド化工程も含む)、配線を形成する工程を行い図1の半導体装置が完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (k), through holes are formed in the gate material film located on the
[SiC-MOSFETのデバイス評価]
図3〜5に、犠牲酸化にプラズマ酸化を用いた仕様(以下、プラズマ酸化仕様と略す。)と、参考として犠牲酸化に従来の熱酸化法を用いた仕様(以下、熱酸化仕様と略す。)のSiC-MOSFETのデバイス評価結果を示す。[Device evaluation of SiC-MOSFET]
3 to 5, a specification using plasma oxidation for sacrificial oxidation (hereinafter abbreviated as plasma oxidation specification) and a specification using conventional thermal oxidation method for sacrificial oxidation (hereinafter abbreviated as thermal oxidation specification). ) SiC-MOSFET device evaluation results are shown.
図3に実施例1における炭化珪素半導体装置のドレイン電流のゲート電圧依存性(IdVg特性)を示す。「Thermal Oxidation」が熱酸化膜を用いた場合、「Plasma Oxidation」がプラズマ酸化膜を用いた場合の特性線である。図3に示すように、プラズマ酸化仕様のVthは熱酸化仕様よりも高くなった。具体的に示すと、熱酸化仕様はVth=4.3Vでありプラズマ酸化仕様はVth=6.6Vと、プラズマ酸化仕様の方が約2.3V高くなった。FIG. 3 shows the gate voltage dependency (I d V g characteristic) of the drain current of the silicon carbide semiconductor device in Example 1. When “Thermal Oxidation” uses a thermal oxide film, “Plasma Oxidation” is a characteristic line when a plasma oxide film is used. As shown in FIG. 3, the Vth of the plasma oxidation specification was higher than the thermal oxidation specification. Specifically, the thermal oxidation specification is V th = 4.3 V, and the plasma oxidation specification is V th = 6.6 V, which is about 2.3 V higher than the plasma oxidation specification.
図4に実施例1における炭化珪素半導体装置のチャネル移動度μのゲート電圧依存性を示す。「Thermal Oxidation」が熱酸化膜を用いた場合、「Plasma Oxidation」がプラズマ酸化膜を用いた場合の特性線である。図4の横軸はゲート電圧Vgからゲート閾値電圧Vthを引いた値である。図4に示すように、チャネル移動度の最大値は熱酸化仕様ではμ=21.8 cm2/V・sであり、プラズマ酸化仕様はμ=21.1cm2/V・sと、前記2仕様間での差異は殆ど無い。FIG. 4 shows the gate voltage dependence of the channel mobility μ of the silicon carbide semiconductor device in Example 1. When “Thermal Oxidation” uses a thermal oxide film, “Plasma Oxidation” is a characteristic line when a plasma oxide film is used. The horizontal axis of FIG. 4 is a value obtained by subtracting the gate threshold voltage Vth from the gate voltage Vg. As shown in FIG. 4, the maximum value of channel mobility is μ = 21.8 cm2 / V · s in the thermal oxidation specification, and μ = 21.1 cm2 / V · s in the plasma oxidation specification, which is the difference between the two specifications. There is almost no.
図5にVthとチャネル移動度μの値を纏めた表を示す。「Thermal Oxidation」が熱酸化膜を用いた場合、「Plasma Oxidation」がプラズマ酸化膜を用いた場合のデータである。図5を見て判るように、プラズマ酸化仕様は、熱酸化仕様に比べて、チャネル移動度は殆ど変わらずにVthが約2.3V高くなった。 このように、通常のMOSトランジスタを製造する工程において、従来の熱酸化による犠牲酸化膜を、プラズマ酸化膜に置き換えることで、SiC-MOSFETのチャネル移動度を変動させることなく(熱酸化膜と同程度の移動度を保持)、Vthを高くすることが可能となることがわかる。FIG. 5 shows a table summarizing the values of Vth and channel mobility μ. “Thermal Oxidation” is data when a thermal oxide film is used, and “Plasma Oxidation” is data when a plasma oxide film is used. As can be seen from FIG. 5, in the plasma oxidation specification, the channel mobility is almost the same as in the thermal oxidation specification, and V th is about 2.3 V higher. In this manner, in the process of manufacturing a normal MOS transistor, the conventional sacrificial oxide film by thermal oxidation is replaced with a plasma oxide film without changing the channel mobility of the SiC-MOSFET (same as the thermal oxide film). It can be seen that Vth can be increased by maintaining a certain degree of mobility.
また本実施例1では、n型炭化珪素単結晶の半導体基板を用いたが、p型炭化珪素基板を用いても良い。この場合は、MOS構造を形成するための各領域への不純物イオン打ち込みの極性を逆にすることでMOS構造を形成することができる。 In the first embodiment, an n-type silicon carbide single crystal semiconductor substrate is used, but a p-type silicon carbide substrate may be used. In this case, the MOS structure can be formed by reversing the polarity of impurity ion implantation into each region for forming the MOS structure.
以下は、図6に示した縦MOS構造への適用について述べる。ただし、実施例1に示した部材と同一部材の繰り返しの説明は省略する。 The following describes application to the vertical MOS structure shown in FIG. However, repeated description of the same members as those shown in the first embodiment is omitted.
[縦MOS構造]
図6において、炭化珪素半導体装置である炭化珪素MOSFETは、炭化珪素基板10と、炭化珪素基板10の内部に形成されたイオン注入領域である裏面コンタクト領域26と、裏面コンタクト領域26上に形成されたドレイン電極54と、炭化珪素基板10上に形成されたドレイン電極54及び炭化珪素層20と、炭化珪素層20上に形成された絶縁膜32と、絶縁膜32上に形成されたゲート電極42と、炭化珪素層20上に形成されたソースベースコンタクト共通電極55を有する。炭化珪素層20は、炭化珪素エピタキシャル層21と、イオン注入領域であるベース領域22、ソース領域23から形成される。[Vertical MOS structure]
In FIG. 6, silicon carbide MOSFET which is a silicon carbide semiconductor device is formed on
ここで、n型としたい領域へ注入する不純物は、例えば窒素(N)イオンを、p型としたい領域へ注入する不純物は、例えばボロン(B)または、アルミニウム(Al)イオンを用いる。例えば図では炭化珪素基板10の内部にp+型の裏面コンタクト領域26が形成され、実施例1と同様にn+型のソース領域23が形成されている。
Here, for example, nitrogen (N) ions are used as an impurity to be implanted into a region desired to be n-type, and boron (B) or aluminum (Al) ions are used as an impurity to be implanted into a region desired to be p-type. For example, in the figure, a p + -type back
炭化珪素層20の表面には、ゲート絶縁膜32とソースベースコンタクト共通電極55が形成されている。炭化珪素層20の裏面には、ドレイン電極54が形成されている。
On the surface of
ソースベースコンタクト共通電極55はベース領域22とソース領域23に接続されている。ドレイン電極54は裏面コンタクト領域26と接続されている。
The source base contact
炭化珪素層20上のゲート絶縁膜32を介して、n型ソース領域23の一部を覆うように、ゲート電極40が形成されている。
A gate electrode 40 is formed so as to cover a part of n-
[縦MOS構造の製造方法]
次に上記縦MOS構造の製造方法について説明する。ただし、実施例1に示した製造方法と同一の製造方法の繰り返しの詳細な説明は省略する。図7(a)から図7(j)は、本実施例2の縦MOSトランジスタを製造する際の各工程における断面図である。なお、前記断面図は、煩雑さを避けるため、当該工程における主要部位の構成のみを示すもので、正確な断面図には相当しない。
まず、図7(a)に示すように、炭化珪素エピタキシャル層21を積層した。[Manufacturing method of vertical MOS structure]
Next, a method for manufacturing the vertical MOS structure will be described. However, detailed description of the same manufacturing method as the manufacturing method shown in Example 1 is omitted. FIG. 7A to FIG. 7J are cross-sectional views in each step when manufacturing the vertical MOS transistor of the second embodiment. In addition, in order to avoid complexity, the cross-sectional view shows only the configuration of the main part in the process, and does not correspond to an accurate cross-sectional view.
First, as shown in FIG. 7A, a silicon
次に、図7(b)、図7(c)、図7(d)に示すように、p型ベース領域22とn型ソース領域23と裏面コンタクト領域26にイオンを注入した。また、注入に用いるイオン種は裏面コンタクト領域26では、Alイオンを注入し、p型ベース領域22とn型ソース領域23は実施例1と同様である。なお、裏面コンタクト領域26に注入するイオンはBイオンでも良い。
Next, as shown in FIGS. 7B, 7C, and 7D, ions were implanted into the p-
続いて、図7(e)に示すように、炭化珪素基板10および炭化珪素層20の表面に炭素膜60を堆積させた後、例えば1600から1800℃の温度で不純物活性化用のアニールを行った。
Subsequently, as shown in FIG. 7 (e), after
次に、キャップ材の炭素層を酸素プラズマアッシングにより除去した。この時、キャップ材の炭素と基板が反応して形成された炭素化合物を完全には除去しきれないため、図7(f)に示すように、プラズマ酸化による犠牲酸化を行った。具体的には、所定の洗浄を行った後、炭化珪素層20の表面をプラズマ酸化して、酸化膜31を形成し、酸化膜31を希釈フッ酸によって除去する。また、熱酸化による犠牲酸化を用いると表面が酸化されると同時に裏面も酸化される。そのため、裏面コンタクト領域26にイオン注入する際に犠牲酸化によって除去される厚さを考慮し、イオン注入しなければならなかった。上記プラズマ酸化による犠牲酸化を用いると、裏面の酸化が殆ど無い。従って、裏面コンタクト領域26にイオン注入する際に犠牲酸化による除去を考慮する必要がなく、裏面の最表面付近に電極とコンタクトさせたい濃度でイオン注入すればよい。この効果により、電極と良好なコンタクトを取るのが容易となる。
Next, the carbon layer of the cap material was removed by oxygen plasma ashing. At this time, since the carbon compound formed by the reaction between the carbon of the cap material and the substrate could not be completely removed, sacrificial oxidation by plasma oxidation was performed as shown in FIG. Specifically, after performing predetermined cleaning, the surface of the
次に、図7(g)に示すように、前記半導体基板上にゲート酸化膜32を形成する。本実施例では厚さ50nmの堆積酸化膜を形成し、酸窒化処理を1300℃で30分間行った。
Next, as shown in FIG. 7G, a
続いて、図7(h)(i)に示すように、ゲート材料膜41を堆積し、ゲート材料膜41をエッチングし、MOSトランジスタのゲート電極42を形成した。
Subsequently, as shown in FIGS. 7H and 7I, a
続いて、図7(j)に示すように、ベース領域22とソース領域23の境界にスルーホールを形成し、ベース領域22とソース領域23の境界、裏面コンタクト領域26へ、それぞれ、ソースベースコンタクト共通電極55、ドレイン電極54のコンタクトを形成する工程(シリサイド化工程も含む)、配線を形成する工程を行い図6の半導体装置が完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 7 (j), a through hole is formed at the boundary between the
本実施例2の構成および製造方法によっても、実施例1と同様に、縦MOS構造のMOSトランジスタにおけるゲート絶縁膜下部の形成方法だけを変更することで、移動度を変動させることなく、Vthを上げることが可能である。Also according to the configuration and the manufacturing method of the second embodiment, as in the first embodiment, by changing only the method for forming the lower portion of the gate insulating film in the MOS transistor having the vertical MOS structure, V th can be achieved without changing the mobility. Can be raised.
10…炭化珪素基板、20…炭化珪素層、21…炭化珪素エピタキシャル層、22…ベース領域、23…ソース領域、24…ドレイン領域、25…ベースコンタクト領域、26…裏面コンタクト領域、31…犠牲酸化膜、32…ゲート絶縁膜、41…ゲート材料膜、42…ゲート電極、51…ソース電極、52…ドレイン電極、53…ベースコンタクト電極、54…ドレイン電極、55…ソースベースコンタクト共通電極、60…炭素膜
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記炭化珪素層上にキャップ材を形成した後、アニールをする工程と、
前記キャップ材を除去した後に熱酸化温度よりも低温の酸化法による犠牲酸化膜を形成する工程と、
前記犠牲酸化膜を除去した後に、ゲート酸化膜を形成する工程とを備えた炭化珪素半導体装置の製造方法。In a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device including a gate oxide film on a silicon carbide layer,
Annealing after forming a cap material on the silicon carbide layer;
Forming a sacrificial oxide film by an oxidation method at a temperature lower than the thermal oxidation temperature after removing the cap material;
And a step of forming a gate oxide film after removing the sacrificial oxide film.
前記キャップ材は炭素膜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。In claim 1,
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the cap material is a carbon film.
前記キャップ材を形成する前に、不純物イオンを注入する工程を備え、
前記アニールは、前記不純物イオンを活性する温度以上でなされることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。In claim 2,
A step of implanting impurity ions before forming the cap material;
The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the annealing is performed at a temperature higher than the temperature at which the impurity ions are activated.
前記ソース領域の不純物濃度と前記ベース領域の不純物濃度とが異なるように前記不純物イオンが注入され、
前記犠牲酸化膜の膜厚が3nm以上30nm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。In claim 3,
The impurity ions are implanted so that the impurity concentration of the source region is different from the impurity concentration of the base region,
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the sacrificial oxide film has a thickness of 3 nm to 30 nm.
前記犠牲酸化膜は500度以下で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。In claim 2,
The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the sacrificial oxide film is formed at 500 degrees or less.
前記犠牲酸化膜はプラズマ酸化で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。In claim 5,
The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the sacrificial oxide film is formed by plasma oxidation.
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