制造半导体器件的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制造半导体器件的方法，并且更具体地涉及能提高沟道迀移率的 半导体器件的制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年，为了实现半导体器件更高的击穿电压、更低的损耗等，已经日益采用碳化硅 作为形成半导体器件的材料。碳化硅是一种比常规地广泛用作形成半导体器件的材料的硅 的带隙更大的宽带隙半导体。因此，通过采用碳化硅作为形成半导体器件的材料，可以实现 半导体器件更高的击穿电压、更低的导通电阻等等。
[0003] 采用碳化硅作为材料的半导体器件的实例包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应 晶体管)等等。MOSFET是一种利用被定义为阈值的规定电压来控制沟道区中是否形成反型 层，从而允许电流导通和截止的半导体器件，并且其通过在形成了有源区的衬底上形成栅 极氧化物膜、电极等来制造。同时，MOSFET因为在包括了衬底和栅极氧化物膜之间的界面的 区域中存在的界面态密度而经受沟道迀移率降低的问题。为了解决上述问题，例如，已经提 出包括通过在诸如NO(-氧化氮)和队0 (-氧化二氮)的氮化处理气体中加热衬底，而在上 述这种区域中引入氮原子的步骤的制造MOSFET的方法(例如参见美国专利No. 7, 709, 403 (PTL1)以及V.V.Afanas'ev等人，"Mechanismresponsibleforimprovementof4H-SiC/ Si02lnterfacepropertiesbynitridation"，APPLIEDPHYSICSLETTERS，（美国）， AmericanInstituteofPhysics(美国物理学会），2003 年 1 月 27 日，第 82 卷，第 4 期， pp.568-570 (NPL1))。
[0004] 在PTL1和NPL1中提出的方法中，在引入氮原子的步骤中，在诸如勵或凡0的、 包含氮原子和氧原子的氮化处理气体中加热衬底。因此，当在高温下加热衬底时，氮化处 理气体热分解并产生氧。随后，在氮原子被引入到包括衬底和栅极氧化物膜之间的界面的 区域中的同时，进行氧化，并且因此存在于上述区域中的界面态密度不能被充分降低，并 且变得难以制造具有所需沟道迀移率的MOSFET。另一方面，已经提出了包括例如通过在 包含NO或N20的氮化处理气体中加热衬底，并且随后在诸如NH3 (氨气）的、不包含氧原子 的氮化处理气体中进一步加热衬底，以在上述区域中引入氮原子的步骤的制造MOSFET的 方法(例如，参见美国专利吣.7,022,378 (?112)以及扣11」1361^&1^等人，"〇1&1161^68 ofhigh-performanceandhigh-reliabilityinSiCMOSstructures''，International ConferenceonSiliconCarbideandRelatedMaterialsAbstractBook，（美国），2011 年 9 月 15 日，p.265 (NPL2))。
[0005] 引证文献列表
[0006] 专利文献
[0007] PTL1:美国专利No. 7, 7〇9, 4〇3
[0008] PTL2:美国专利No. 7, 022, 378
[0009] 非专利文献
[0010] NPL1:V.V.Afanas'ev等人，"Mechanismresponsibleforimprovement of4H-SiC/Si02Interfacepropertiesbynitridation"，APPLIEDPHYSICSLETTERS，（美 国），AmericanInstituteofPhysics(美国物理学会)，2003 年 1 月 27 日，第 82 卷，第 4 期，pp. 568-570
[0011] NPL2:JunjiSenzaki等人，"Challengesofhigh-performanceand high-reliabilityinSiCMOSstructures''，InternationalConferenceonSilicon CarbideandRelatedMaterialsAbstractBook，（美国），2011 年 9 月 15 日，p.265
【发明内容】
[0012] 技术问题
[0013] 如上所述，利用在PTL1和2以及NPL1和2中所提出的方法，在包括了衬底和栅极 氧化物膜之间的界面的区域中引入氮原子的步骤中，在诸如NO或队0的、包含氮原子和氧 原子的氮化处理气体中加热衬底。因此，当在高温下加热衬底时，在包括了衬底和栅极氧化 物膜之间的界面的区域中进行氧化。因此，利用这些方法，当在高温下加热衬底时，在上述 区域中存在的界面态密度不能被充分降低，并且因此变得难以获得具有所需沟道迀移率的 M0SFET。因此，从提高M0SFET的沟道迀移率的观点来看，需要通过引入氮原子来有效降低 在包括了衬底和栅极氧化物膜之间的界面的区域中存在的界面态密度的同时，抑制在上述 区域中的氧化的方法。
[0014] 鉴于上述问题提出本发明，并且其目的是提供一种能提高沟道迀移率的半导体器 件的制造方法。
[0015] 问题的解决手段
[0016] 根据本发明的制造半导体器件的方法包括以下步骤：制备由碳化硅构成的衬底； 形成与衬底接触的栅极氧化物膜；以及在包括了衬底和栅极氧化物膜之间的界面的区域中 引入氮原子。随后，在引入氮原子的步骤中，通过在将包含氮原子但不包含氧原子的氮化处 理气体加热至超过1200°c的温度而形成的气氛气体中加热上面已经形成了栅极氧化物膜 的衬底，来将氮原子引入到包括了衬底和栅极氧化物膜之间的界面的区域中。
[0017] 这里，利用根据本发明的制造半导体器件的方法，氮化处理气体可以是由包含氮 原子但不包含氧原子的一种气体或多种气体以及作为剩余物的杂质构成的气体，并且该气 体可以进一步包含：不包含氮原子和氧原子的一种气体或多种气体。
[0018] 此外，在根据本发明的制造半导体器件的方法中，通过在将基本上不包含氧原子 的氮化处理气体加热至超过1200°c的温度而形成的气氛气体中加热衬底。即，在根据本发 明的制造半导体器件的方法中，没有在基本上包含氧原子的气氛气体中将衬底加热至不低 于1200°C的温度。这里，基本上不包含氧原子的氮化处理气体是指非故意引入包含氧原子 的气体的气体，并且包括作为杂质的、包含氧原子气体。
[0019] 在根据本发明的制造半导体器件的方法中，在包括了衬底和栅极氧化物膜之间的 界面的区域中引入氮原子的步骤中，在通过将包含氮原子但不包含氧原子的氮化处理气体 加热至超过1200°c的温度而形成的气氛气体中加热衬底。因此，即使当在超过1200°C的高 温下加热衬底时，也能抑制由于氮化处理气体的分解而产生氧，并且可以在抑制氧化进行 的同时，在包括了衬底和栅极氧化物膜之间的界面的区域中引入氮原子。因此，根据本发明 中的制造半导体器件的方法，可以提供通过在上述区域中引入氮原子而降低包括了衬底和 栅极氧化物膜之间的界面的区域中存在的界面态密度，从而能提高沟道迀移率的半导体器 件的制造方法。
[0020] 在上述制造半导体器件的方法中，在引入氮原子的步骤中，可以通过在将氮化处 理气体加热至不高于1400°c的温度而形成的气氛气体中加热衬底，来将氮原子引入到包括 了衬底和栅极氧化物膜之间的界面的区域中。
[0021] 因此，可以将加热氮化处理气体的温度设定在可以避免由于加热而造成栅极氧化 物膜损坏的范围内。
[0022] 在上述制造半导体器件的方法中，在引入氮原子的步骤中，可以在通过加热由包 含氮原子但不包含氧原子的气体和氮气以及作为剩余物的杂质构成的氮化处理气体而形 成的气氛气体中加热衬底，来将氮原子引入到包括了衬底和栅极氧化物膜之间的界面的区 域中。
[0023] 因此，由于从上述包含氮原子但不包含氧原子的气体中产生氮，因此可以抑制在 将氮原子引入到包括了衬底和栅极氧化物膜之间的界面的区域时的有效性的降低。因此， 氮原子可以被更有效地引入到包括了衬底和栅极氧化物膜之间的界面的区域中。
[0024] 在上述制造半导体器件的方法中，在引入氮原子的步骤中，可以在通过加热含NH3 的氮化处理气体而形成的气氛气体中加热衬底，来将氮原子引入到包括了衬底和栅极氧化