碳化硅半導體裝置及碳化硅半導體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及使用碳化硅基板的碳化硅半導體裝置及碳化硅半導體裝置的制造方法，特別涉及能夠降低界面態(tài)密度的碳化硅半導體裝置及碳化硅半導體裝置的制造方法。
【背景技術】
[0002]使用碳化硅(SiC)基板的新一代半導體設備的研究開發(fā)正在推進。與二氧化硅相同，碳化硅能夠通過熱氧化來形成絕緣膜，但具有結(jié)晶面以及通過氧化方法構成MOS柵(由金屬-氧化膜-半導體構成的絕緣柵)的柵極絕緣膜與碳化硅基板的接合界面(以下記為MOS界面)附近的溝道迀移率不同的特性。碳化硅的氧化方法有使用干燥氧氣(O2)作為氧化物質(zhì)的干式氧化、使用水蒸氣(H2O)作為氧化物質(zhì)的濕式氧化等。
[0003]如果對碳化硅基板的(000-1)面、(11-20)面進行濕式氧化，則與(0001)面相比，顯示更高的溝道迀移率。應予說明，已知有界面態(tài)密度來作為代替溝道迀移率來進行評價的指標，通常在MOS界面附近的界面態(tài)密度小的一方有在溝道迀移后變大的趨勢。
[0004]對于使用這樣的碳化硅基板的半導體設備的制造方法，公開了具有碳化硅基板的在氧氣或加濕氧氣中進行熱氧化，接著利用氫氣進行退火的工序和利用非活性氣體進行退火的工序，降低遲滯和平帶移動的碳化硅基板上的SiC的熱氧化膜的改善方法(例如，參照下述專利文獻I)。
[0005]另外，公開了在H2O氣體和氧氣，H2O氣體、氧氣和非活性氣體構成的濕式氣氛中將碳化硅基板的(000-1)面氧化后，在含有氫(H2)氣體的氣氛中進行熱處理，由此降低界面態(tài)密度的方法(例如，參照下述專利文獻2)。作為濕式氧化中的水蒸氣(H2O)的生成方法，有純水加熱以及利用氧氣進行的純水鼓泡等，但目前通常利用使用O2氣體和出氣體的燃燒反應的高熱方式。在該方法中，對于O2氣體與H2氣體的流量比而言，如果出氣體過多，則有爆炸的危險性，因此通常利用02多的流量比。因此，成為氧化氣氛生成的H20與未反應的02的H2O+O2的氣氛。
[0006]另外，公開了使用鉑催化劑提高氫氣與氧氣的反應性，在比氫氣混合氣體的引燃溫度更低的溫度下反應，在不進行高溫燃燒的情況下生成水分的方法(例如，參照下述專利文獻3)。在該方法中，由于沒有H2氣體過多而爆炸的危險性，所以可以使用出多的流量比。
[0007]現(xiàn)有技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻I:日本特開平9-199497號公報
[0010]專利文獻2:日本特許第4374437號公報[0011 ] 專利文獻3:日本特開2000-72405號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]技術問題
[0013]可知通過在含有H2O和O2的氣體中對碳化硅基板的(000-1)面、(11-20)面進行濕式氧化，作為氫氣POA(Post Oxidat1n Annealing:氧化后退火)，在含有H2的氣氛中進行熱處理，由此降低界面態(tài)密度，其原因在于氫基或羥基終止形成界面態(tài)的碳化硅基板表面的二氧化硅原子的懸掛鍵(自由鍵)。
[0014]僅在干燥氧氣的氣氛下將碳化硅基板的(000-1)面、(11-20)面干式氧化時的界面態(tài)密度非常大，得到差的MOS界面特性。另外，如果在干式氧化后實施氫氣POA，則界面態(tài)密度降低，但達不到組合了濕式氧化和氫氣POA的界面特性。
[0015]因此，在用于在碳化硅基板的(000-1)面、(11-20)面上形成柵極絕緣膜的柵極氧化中，使用O2對于界面態(tài)密度的降低無效，使用出0和出有效。
[0016]在此，由于通過柵極氧化和POA導入的氫基或羥基有效地終止形成界面態(tài)的碳化硅基板表面的二氧化硅原子的懸掛鍵，另外，在柵極絕緣膜中存在時，成為電子陷阱的重要因素，因此優(yōu)選在包括MOS界面的狹窄區(qū)域偏析。
[0017]本發(fā)明鑒于上述課題，目的在于更有效地降低碳化硅半導體的(000-1)面或(11-20)面的界面態(tài)密度。
[0018]技術方案
[0019]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的碳化硅半導體裝置是在碳化硅半導體的基板上具有一層或多層氧化膜或氮化膜或者氮氧化膜作為柵極絕緣膜的碳化硅半導體裝置，其特征是在包括上述基板與上述柵極絕緣膜的界面的區(qū)域發(fā)生氫基(H)或羥基(OH)偏析，其氫基或羥基偏析的區(qū)域的寬度為0.5nm?I Onm。
[0020]另外，其特征是在包括上述基板與上述柵極絕緣膜的界面的氫基或羥基偏析的區(qū)域存在I X 1021atoms/cm3?I X 1022atoms/cm3的氫基或輕基。
[0021]另外，本發(fā)明的碳化硅半導體裝置的制造方法的特征是在碳化硅半導體的基板上形成一層或多層氧化膜或氮化膜或者氮氧化膜作為柵極絕緣膜，之后進行熱處理的碳化硅半導體裝置的制造方法，形成上述柵極絕緣膜后的熱處理的氣氛是不含有干燥氧氣(O2)而含有氫(H2)和水蒸氣(H2O)的氣體氣氛。
[0022]另外，其特征是形成上述柵極絕緣膜后的熱處理的升溫、降溫這兩方或者一方的氣氛是H2氣體或稀釋的H2氣體。
[0023]另外，其特征是在形成上述柵極絕緣膜后的熱處理的降溫之前用H2氣體或稀釋的H2氣體進行置換，保持預定的時間。
[0024]另外，其特征是在形成上述柵極絕緣膜后的不含有O2而含有HdPH2O的氣體氣氛中進行熱處理，之后在預定的溫度下進行H2氣體或稀釋的出氣體的氣氛的熱處理。
[0025]另外，其特征是在形成上述柵極絕緣膜后的不含有O2而含有HdPH2O的氣體氣氛中進行熱處理，之后在預定的溫度下進行氮、氦、氬中的任一種的非活性氣體的氣氛的熱處理。
[0026]另外，其特征是在形成上述柵極絕緣膜的工序中包括在不含有H2O而含有O2的氣體中的熱氧化。
[0027]另外，其特征是在形成上述柵極絕緣膜的工序中包括在至少含有一氧化二氮或一氧化氮的氣體氣氛中的熱氧氮共滲。
[0028]另外，其特征是在形成上述柵極絕緣膜的工序中包括在至少含有O2和H2O的氣體氣氛中的熱氧化。
[0029]另外，其特征是在形成上述柵極絕緣膜的工序中包括使氧化膜或氮化膜或者氮氧化膜的絕緣膜沉積的工序。
[0030]像上述構成那樣，由于形成柵極絕緣膜后的熱處理的氣氛是不含有O2而含有H2和H2O的氣氛，所以在包括碳化硅基板與柵極絕緣膜的界面的有限的區(qū)域中能夠使氫基或羥基偏析，能夠降低界面態(tài)密度，能夠?qū)崿F(xiàn)高的溝道迀移率。
[0031]有益效果
[0032]根據(jù)本發(fā)明，起到能夠更有效地降低碳化硅半導體的(000-1)面或(11-20)面的界面態(tài)密度的效果。
【附圖說明】
[0033]圖1是表示本發(fā)明的實施方式的碳化硅半導體裝置的截面圖。
[0034]圖2是表示由本發(fā)明的MOS電容器和比較例的MOS電容器各自的測定結(jié)果得到的界面態(tài)密度的圖表。(實驗例I)
[0035]圖3是表示由本發(fā)明的MOS電容器和比較例的MOS電容器各自的測定結(jié)果得到的界面態(tài)密度的圖表。(實驗例2)
[0036]圖4是表示由本發(fā)明的MOS電容器和比較例的MOS電容器各自的測定結(jié)果得到的界面態(tài)密度的圖表。(實驗例3)
[0037]圖5是表示由本發(fā)明的MOS電容器和比較例的MOS電容器各自的測定結(jié)果得到的界面態(tài)密度的圖表。(實驗例4)
[0038]圖6是表示本發(fā)明的半導體裝置中的Si02/SiC界面附近的通過二次離子質(zhì)譜分析法得到的氫濃度測定結(jié)果的圖表。
[0039]圖7是對本發(fā)明的MOSFET的制造工序進行說明的截面圖。
[0040]圖8是表示本發(fā)明的具有復雜的MOS柵結(jié)構的半導體裝置的一個例子的圖。
[0041 ] 符號說明
[0042]1:碳化硅半導體裝置(M0S電容器)
[0043]2a:n 型 4H-SiC(000-l)基板
[0044]2b: η型外延膜
[0045]