[发明专利]碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

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

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)附近的沟道迁移率不同的特 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。

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，显示更高的沟道迁移率。应予说明，已知有界面态密度来作为代替 沟道迁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 有在沟道迁移后变大的趋势。

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1)。

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H₂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H₂气体过多， 则有爆炸的危险性，因此通常利用O₂多的流量比。因此，成为氧化气氛生成 的H₂O与未反应的O₂的H₂O+O₂的气氛。

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H₂多的流量比。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-199497号公报

专利文献2：日本特许第4374437号公报

专利文献3：日本特开2000-72405号公报

发明内容

技术问题

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(PostOxidationAnnealing：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)。

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。

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H₂O和H₂有效。

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。