碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使用碳化硅基板的碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法，特别涉及能够降低界面态密度的碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法。
【背景技术】
[0002]使用碳化硅(SiC)基板的新一代半导体设备的研究开发正在推进。与二氧化硅相同，碳化硅能够通过热氧化来形成绝缘膜，但具有结晶面以及通过氧化方法构成MOS栅(由金属-氧化膜-半导体构成的绝缘栅)的栅极绝缘膜与碳化硅基板的接合界面(以下记为MOS界面)附近的沟道迀移率不同的特性。碳化硅的氧化方法有使用干燥氧气(O2)作为氧化物质的干式氧化、使用水蒸气(H2O)作为氧化物质的湿式氧化等。
[0003]如果对碳化硅基板的(000-1)面、(11-20)面进行湿式氧化，则与(0001)面相比，显示更高的沟道迀移率。应予说明，已知有界面态密度来作为代替沟道迀移率来进行评价的指标，通常在MOS界面附近的界面态密度小的一方有在沟道迀移后变大的趋势。
[0004]对于使用这样的碳化硅基板的半导体设备的制造方法，公开了具有碳化硅基板的在氧气或加湿氧气中进行热氧化，接着利用氢气进行退火的工序和利用非活性气体进行退火的工序，降低迟滞和平带移动的碳化硅基板上的SiC的热氧化膜的改善方法(例如，参照下述专利文献I)。
[0005]另外，公开了在H2O气体和氧气，H2O气体、氧气和非活性气体构成的湿式气氛中将碳化硅基板的(000-1)面氧化后，在含有氢(H2)气体的气氛中进行热处理，由此降低界面态密度的方法(例如，参照下述专利文献2)。作为湿式氧化中的水蒸气(H2O)的生成方法，有纯水加热以及利用氧气进行的纯水鼓泡等，但目前通常利用使用O2气体和出气体的燃烧反应的高热方式。在该方法中，对于O2气体与H2气体的流量比而言，如果出气体过多，则有爆炸的危险性，因此通常利用02多的流量比。因此，成为氧化气氛生成的H20与未反应的02的H2O+O2的气氛。
[0006]另外，公开了使用铂催化剂提高氢气与氧气的反应性，在比氢气混合气体的引燃温度更低的温度下反应，在不进行高温燃烧的情况下生成水分的方法(例如，参照下述专利文献3)。在该方法中，由于没有H2气体过多而爆炸的危险性，所以可以使用出多的流量比。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献I:日本特开平9-199497号公报
[0010]专利文献2:日本特许第4374437号公报[0011 ] 专利文献3:日本特开2000-72405号公报
【发明内容】
[0012]技术问题
[0013]可知通过在含有H2O和O2的气体中对碳化硅基板的(000-1)面、(11-20)面进行湿式氧化，作为氢气POA(Post Oxidat1n Annealing:氧化后退火)，在含有H2的气氛中进行热处理，由此降低界面态密度，其原因在于氢基或羟基终止形成界面态的碳化硅基板表面的二氧化硅原子的悬挂键(自由键)。
[0014]仅在干燥氧气的气氛下将碳化硅基板的(000-1)面、(11-20)面干式氧化时的界面态密度非常大，得到差的MOS界面特性。另外，如果在干式氧化后实施氢气POA，则界面态密度降低，但达不到组合了湿式氧化和氢气POA的界面特性。
[0015]因此，在用于在碳化硅基板的(000-1)面、(11-20)面上形成栅极绝缘膜的栅极氧化中，使用O2对于界面态密度的降低无效，使用出0和出有效。
[0016]在此，由于通过栅极氧化和POA导入的氢基或羟基有效地终止形成界面态的碳化硅基板表面的二氧化硅原子的悬挂键，另外，在栅极绝缘膜中存在时，成为电子陷阱的重要因素，因此优选在包括MOS界面的狭窄区域偏析。
[0017]本发明鉴于上述课题，目的在于更有效地降低碳化硅半导体的(000-1)面或(11-20)面的界面态密度。
[0018]技术方案
[0019]为了实现上述目的，本发明的碳化硅半导体装置是在碳化硅半导体的基板上具有一层或多层氧化膜或氮化膜或者氮氧化膜作为栅极绝缘膜的碳化硅半导体装置，其特征是在包括上述基板与上述栅极绝缘膜的界面的区域发生氢基(H)或羟基(OH)偏析，其氢基或羟基偏析的区域的宽度为0.5nm?I Onm。
[0020]另外，其特征是在包括上述基板与上述栅极绝缘膜的界面的氢基或羟基偏析的区域存在I X 1021atoms/cm3?I X 1022atoms/cm3的氢基或轻基。
[0021]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法的特征是在碳化硅半导体的基板上形成一层或多层氧化膜或氮化膜或者氮氧化膜作为栅极绝缘膜，之后进行热处理的碳化硅半导体装置的制造方法，形成上述栅极绝缘膜后的热处理的气氛是不含有干燥氧气(O2)而含有氢(H2)和水蒸气(H2O)的气体气氛。
[0022]另外，其特征是形成上述栅极绝缘膜后的热处理的升温、降温这两方或者一方的气氛是H2气体或稀释的H2气体。
[0023]另外，其特征是在形成上述栅极绝缘膜后的热处理的降温之前用H2气体或稀释的H2气体进行置换，保持预定的时间。
[0024]另外，其特征是在形成上述栅极绝缘膜后的不含有O2而含有HdPH2O的气体气氛中进行热处理，之后在预定的温度下进行H2气体或稀释的出气体的气氛的热处理。
[0025]另外，其特征是在形成上述栅极绝缘膜后的不含有O2而含有HdPH2O的气体气氛中进行热处理，之后在预定的温度下进行氮、氦、氩中的任一种的非活性气体的气氛的热处理。
[0026]另外，其特征是在形成上述栅极绝缘膜的工序中包括在不含有H2O而含有O2的气体中的热氧化。
[0027]另外，其特征是在形成上述栅极绝缘膜的工序中包括在至少含有一氧化二氮或一氧化氮的气体气氛中的热氧氮共渗。
[0028]另外，其特征是在形成上述栅极绝缘膜的工序中包括在至少含有O2和H2O的气体气氛中的热氧化。
[0029]另外，其特征是在形成上述栅极绝缘膜的工序中包括使氧化膜或氮化膜或者氮氧化膜的绝缘膜沉积的工序。
[0030]像上述构成那样，由于形成栅极绝缘膜后的热处理的气氛是不含有O2而含有H2和H2O的气氛，所以在包括碳化硅基板与栅极绝缘膜的界面的有限的区域中能够使氢基或羟基偏析，能够降低界面态密度，能够实现高的沟道迀移率。
[0031]有益效果
[0032]根据本发明，起到能够更有效地降低碳化硅半导体的(000-1)面或(11-20)面的界面态密度的效果。
【附图说明】
[0033]图1是表示本发明的实施方式的碳化硅半导体装置的截面图。
[0034]图2是表示由本发明的MOS电容器和比较例的MOS电容器各自的测定结果得到的界面态密度的图表。(实验例I)
[0035]图3是表示由本发明的MOS电容器和比较例的MOS电容器各自的测定结果得到的界面态密度的图表。(实验例2)
[0036]图4是表示由本发明的MOS电容器和比较例的MOS电容器各自的测定结果得到的界面态密度的图表。(实验例3)
[0037]图5是表示由本发明的MOS电容器和比较例的MOS电容器各自的测定结果得到的界面态密度的图表。(实验例4)
[0038]图6是表示本发明的半导体装置中的Si02/SiC界面附近的通过二次离子质谱分析法得到的氢浓度测定结果的图表。
[0039]图7是对本发明的MOSFET的制造工序进行说明的截面图。
[0040]图8是表示本发明的具有复杂的MOS栅结构的半导体装置的一个例子的图。
[0041 ] 符号说明
[0042]1:碳化硅半导体装置(M0S电容器)
[0043]2a:n 型 4H-SiC(000-l)基板
[0044]2b: η型外延膜
[0045]