(57)【要約】【課題】金属汚染を抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を有している。主面１０ａを有する炭化珪素基板１０が準備される。炭化珪素基板１０をプラズマエッチングすることにより主面１０ａに凹部ＴＱが形成される。ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物を含む気体を炉１５内に供給しながら、炉１５内において炭化珪素基板１０の凹部ＴＱの壁面Ａが熱エッチングされることによりトレンチＴＲが形成される。トレンチＴＲを形成する工程の後、トレンチＴＲの壁面ＳＷに接してゲート絶縁膜９１が形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する炭化珪素基板を準備する工程と、
前記炭化珪素基板をプラズマエッチングすることにより前記主面に凹部を形成する工程と、
ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物を含む気体を炉内に供給しながら、前記炉内において前記炭化珪素基板の前記凹部の壁面を熱エッチングすることによりトレンチを形成する工程と、
前記トレンチを形成する工程の後、前記トレンチの壁面に接してゲート絶縁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。
【請求項２】
前記炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択された元素は炭素または珪素である、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ハロゲン元素は塩素である、請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記化合物は、トランス−１，２−ジクロロエチレンである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記トレンチを形成する工程は、前記炭化珪素基板が８００℃以上に加熱されることにより行われる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記トレンチを形成する工程は、前記炭化珪素基板が１３００℃以上に加熱されることにより行われる、請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記気体は酸素を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法であって、特に、熱エッチング工程を有する炭化珪素半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。
【０００３】
たとえば特開２００６−３５１７４４号公報（特許文献１）には炭化珪素を用いたトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造方法が開示されている。特開２００６−３５１７４４号公報に記載の方法によれば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｚｍａ）エッチングを用いて基板に凹部を形成する。その後、反応炉内に配置された基板の温度を１８００℃とし、水素および塩化水素（ＨＣｌ）を用いて基板をエッチングすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３５１７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、炭化珪素基板を水素および塩化水素を用いてエッチングすると、炭化珪素基板に金属汚染が発生する場合があった。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、金属汚染を抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は炭化珪素基板に金属汚染が発生する原因について鋭意研究の結果、以下の知見を得て本発明を想到した。まず、炭化珪素基板に形成された凹部の内壁をエッチングするとき、炭化珪素基板が配置された加熱炉に塩化水素が導入される。塩化水素の導入は、加熱炉と接続されている配管を通して行われる。塩化水素は金属との反応性が高いため、たとえばステンレス鋼からなる配管と反応する。配管を構成する金属などが炭化珪素基板に付着することで金属汚染が発生していると考えられる。
【０００８】
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を有している。主面を有する炭化珪素基板が準備される。炭化珪素基板をプラズマエッチングすることにより主面に凹部が形成される。ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物を含む気体を炉内に供給しながら、炉内において炭化珪素基板の凹部の壁面が熱エッチングされることによりトレンチが形成される。トレンチを形成する工程の後、トレンチの壁面に接してゲート絶縁膜が形成される。
【０００９】
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物を含む気体を炉内に供給しながら、炉内において炭化珪素基板の凹部の壁面が熱エッチングされることによりトレンチが形成される。ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物は、塩化水素よりも金属との反応性が小さい。それゆえ、炭化珪素基板が金属汚染されることを抑制することができる。
【００１０】
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素とは炭素または珪素である。炭素および珪素は炭化珪素を構成する元素である。それゆえ、炭素および珪素は炭化珪素基板の再構成を促進するため、炭化珪素基板を熱処理する場合における主面の荒れを抑制することができる。
【００１１】
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、ハロゲン元素は塩素である。これにより、炭化珪素基板の凹部の壁面を効果的に熱エッチングすることができる。
【００１２】
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、化合物は、トランス−１，２−ジクロロエチレンである。これにより、効果的に炭化珪素基板が金属汚染されることを抑制し、かつ炭化珪素基板が熱エッチングされるときに炭化珪素基板の主面が荒れることを抑制することができる。
【００１３】
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、トレンチを形成する工程は、炭化珪素基板が８００℃以上に加熱されることにより行われる。これにより、凹部の壁面のダメージが効率的に除去される。
【００１４】
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、トレンチを形成する工程は、炭化珪素基板が１３００℃以上に加熱されることにより行われる。これにより、凹部の壁面を後述する特殊面とすることにより、移動度を大きくすることができる。
【００１５】
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、気体は酸素を含む。これにより、凹部の壁面の熱エッチングを促進することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、金属汚染を抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置が有する炭化珪素基板の形状を概略的に示す斜視模式図である。
【図３】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。
【図４】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図５】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図６】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図７】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第４の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図８】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第５の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図９】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第６の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第７の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第８の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１２】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第９の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１３】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１０の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１４】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第６の工程の変形例を概略的に示す断面模式図である。
【図１５】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第７の工程の変形例を概略的に示す断面模式図である。
【図１６】炭化珪素半導体装置が有する炭化珪素層の表面の微細構造を概略的に示す部分断面図である。
【図１７】ポリタイプ４Ｈの六方晶における（０００−１）面の結晶構造を示す図である。
【図１８】図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿う（１１−２０）面の結晶構造を示す図である。
【図１９】図１６の複合面の表面近傍における結晶構造を（１１−２０）面内において示す図である。
【図２０】図１６の複合面を（０１−１０）面から見た図である。
【図２１】巨視的に見たチャネル面および（０００−１）面の間の角度と、チャネル移動度との関係の一例を、熱エッチングが行われた場合と行われなかった場合との各々について示すグラフ図である。
【図２２】チャネル方向および＜０−１１−２＞方向の間の角度と、チャネル移動度との関係の一例を示すグラフ図である。
【図２３】図１６の変形例を示す図である。
【図２４】本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法のトレンチ形式工程に用いられる装置の概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”−”（バー）を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
【００１９】
図１および図２に示すように、本実施の形態のＭＯＳＦＥＴ１（炭化珪素半導体装置）は、炭化珪素基板１０と、ゲート絶縁膜９１（ゲート酸化膜）と、ゲート電極９２と、層間絶縁膜９３と、ソース電極９４と、ソース配線層９５と、ドレイン電極９８とを主に有する。炭化珪素基板１０は炭化珪素からなり、好ましくはポリタイプ４Ｈを有する。炭化珪素基板１０は具体的には単結晶基板８０と、ｎ型ドリフト領域８１（エピタキシャル層）と、ｐ型ベース領域８２と、ｎ型領域８３と、ｐ型コンタクト領域８４とを有する。
【００２０】
単結晶基板８０は、単結晶炭化珪素からなりｎ型（第１の導電型）を有する。ｎ型ドリフト領域８１は単結晶基板８０上に形成されたエピタキシャル層である。ｎ型ドリフト領域８１はｎ型を有する。ｎ型ドリフト領域８１の不純物濃度は、単結晶基板８０の不純物濃度よりも低いことが好ましい。ｎ型ドリフト領域８１のドナー濃度は、好ましくは１×１０15ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下であり、たとえば８×１０15ｃｍ-3である。
【００２１】
ｐ型ベース領域８２はｐ型（第２導電型）を有する。ｐ型ベース領域８２はｎ型ドリフト領域８１上に設けられている。ｐ型ベース領域８２の不純物濃度は、たとえば１×１０18ｃｍ-3である。ｎ型領域８３はｎ型を有する。ｎ型領域８３は、ｐ型ベース領域８２によってｎ型ドリフト領域８１から隔てられるようにｐ型ベース領域８２上に設けられている。ｐ型コンタクト領域８４はｐ型を有する。ｐ型コンタクト領域８４はソース電極９４およびｐ型ベース領域８２につながっている。
【００２２】
炭化珪素基板１０の主面１０ａにはトレンチＴＲが設けられている。トレンチＴＲは壁面ＳＷおよび底部ＢＴを有する。壁面ＳＷはｎ型領域８３およびｐ型ベース領域８２を貫通してｎ型ドリフト領域８１に至っている。壁面ＳＷはｐ型ベース領域８２上において、ＭＯＳＦＥＴ１のチャネル面を含む。
【００２３】
壁面ＳＷは炭化珪素基板１０の主面１０ａに対して傾斜しており、トレンチＴＲは開口に向かってテーパ状に拡がっている。壁面ＳＷの面方位は、（０００−１）面に対して５０°以上６５°以下傾斜していることが好ましい。好ましくは壁面ＳＷは、特にｐ型ベース領域８２上の部分において、所定の結晶面（特殊面とも称する）を有する。特殊面の詳細については後述する。底部ＢＴはｎ型ドリフト領域８１上に位置している。本実施の形態において、底部ＢＴは炭化珪素基板１０の主面１０ａとほぼ平行な面である。
【００２４】
ゲート絶縁膜９１は、トレンチＴＲの壁面ＳＷおよび底部ＢＴの各々を覆っている。ゲート電極９２はゲート絶縁膜９１上に設けられている。ソース電極９４は、ｎ型領域８３およびｐ型コンタクト領域８４の各々に接している。ソース配線層９５はソース電極９４に接している。ソース配線層９５は、たとえばアルミニウム層である。層間絶縁膜９３はゲート電極９２とソース配線層９５との間を絶縁している。ドレイン電極９８は単結晶基板８０に接して配置されている。
【００２５】
次に、本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法について説明する。
まず基板準備工程（Ｓ１０：図３）が実施される。具体的には、図４を参照して、炭化珪素からなる単結晶基板８０の主面上に、炭化珪素からなるｎ型ドリフト領域８１が形成される。ｎ型ドリフト領域８１はたとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により行われ得る。ｎ型ドリフト領域８１には不純物としてたとえば窒素（Ｎ）やリン（Ｐ）が導入される。ｎ型ドリフト領域８１上にｐ型ベース領域８２およびｎ型領域８３が形成される。これらの形成は、たとえばｎ型ドリフト領域８１の全面上へのイオン注入により行い得る。ｐ型ベース領域８２を形成するためのイオン注入においては、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などの、ｐ型を付与するための不純物がイオン注入される。またｎ型領域８３を形成するためのイオン注入においては、たとえばリン（Ｐ）などの、ｎ型を付与するための不純物がイオン注入される。なおイオン注入の代わりに、不純物の添加をともなうエピタキシャル成長が用いられてもよい。以上により、主面１０ａを有する炭化珪素基板１０が準備される。なお、主面１０ａはたとえば（０００−１）面から８度以内のオフ角を有する面である。
【００２６】
図５を参照して、炭化珪素基板１０のｎ型領域８３上にレジスト膜６０が形成される。次にレジスト膜６０に対して露光および現像が行われる。これにより、ｐ型コンタクト領域８４が形成されることになる位置に対応した開口を有するマスク層６１（図６）が形成される。次にマスク層６１を用いたイオン注入により、ｐ型コンタクト領域８４が形成される。次にマスク層６１が除去される（図７）。このように、フォトリソグラフィ法によって炭化珪素基板１０の主面１０ａとｐ型ベース領域８２とを繋ぐｐ型コンタクト領域８４が形成される。
【００２７】
次に、不純物を活性化するための熱処理が行われる。この熱処理の温度は、好ましくは１５００℃以上１９００℃以下であり、たとえば１７００℃程度である。熱処理の時間は、たとえば３０分程度である。熱処理の雰囲気は、好ましくは不活性ガス雰囲気であり、たとえばＡｒ雰囲気である。
【００２８】
図８を参照して、ｎ型領域８３およびｐ型コンタクト領域８４からなる面上に、開口部を有するマスク層４０がフォトリソグラフィ法によって形成される。マスク層４０として、たとえばシリコン酸化膜などを用いることができる。開口部はトレンチＴＲ（図１）が形成される位置に対応して形成される。
【００２９】
次に凹部形成工程（Ｓ２０：図３）が実施される。具体的には、図９を参照して、マスク層４０が形成された炭化珪素基板１０をプラズマエッチングすることにより、炭化珪素基板１０の主面１０ａに凹部ＴＱが形成される。マスク層４０の開口部を通じて、炭化珪素基板１０のｎ型領域８３と、ｐ型ベース領域８２と、ｎ型ドリフト領域８１の一部とがエッチングにより除去されることにより当該凹部ＴＱが形成される。エッチングの方法としては、たとえばドライエッチングであり、より具体的には誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）を用いることができる。たとえば反応ガスとしてＳＦ6またはＳＦ6とＯ2との混合ガスを用いて炭化珪素基板１０の主面１０ａに対してＩＣＰ−ＲＩＥが行われることにより、トレンチＴＲ（図１）が形成されるべき領域に、炭化珪素基板１０の厚さ方向（図中の縦方向）にほぼ沿った壁面Ａおよび底部Ｂを有する凹部ＴＱが形成される。
【００３０】
次に熱エッチング工程（Ｓ３０：図３）が実施される。具体的には、炭化珪素基板１０に形成された凹部ＴＱに対して熱エッチングが行われる。熱エッチング工程（Ｓ３０）では、ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物を含む気体Ｇ１を炉１５内に供給しながら、炉１５内において炭化珪素基板１０の凹部ＴＱの壁面Ａが熱エッチングされる。好ましくは、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素は炭素または珪素である。当該化合物は、たとえば炭素とハロゲン元素との結合を有する化合物や珪素とハロゲン元素との結合を有する化合物などである。ハロゲン元素は、たとえば塩素であり、フッ素、臭素などであっても構わない。当該化合物は、たとえば、クロロエチレン、トリクロロエチレンまたはテトラクロロエチレンであり、より好ましくはジクロロエチレンであり、さらに好ましくはトランス−１，２−ジクロロエチレンである。当該化合物は、シス−１，１−ジクロロエチレンまたはシス−１，２−ジクロロエチレンであっても構わない。
【００３１】
より具体的には、図２４を参照して、まず炉１５の内部に炭化珪素基板１０が配置される。炉１５はたとえば石英からなる。炉１５の一端には給気部１４が設けられ、他端には排気部１６が設けられており、上記化合物を含む気体Ｇ１は給気部１４から排気部１６の方向Ｘに流される。給気部１４および排気部１６は金属から構成されており、当該金属はたとえばステンレス鋼やニッケルなどである。給気部１４は上記化合物が配置される収容部１２と接続されている。収容部１２には化合物１３が配置されている。化合物１３はたとえば室温で液体であり、具体的にはたとえばトランス−１，２−ジクロロエチレンである。当該液体である化合物１３に不活性ガス供給部１１からたとえばアルゴンなどが液体の内部に供給されることにより、当該液体である化合物の気化が促進される。当該液体である化合物の一部は気化して気体Ｇ１になり給気部１４を通過して炉１５内に供給される。
【００３２】
給気部１４を通過する気体Ｇ１は、ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物を含む気体Ｇ１であり、たとえばトランス−１，２−ジクロロエチレンである。好ましくは、当該気体Ｇ１は酸素ガスを含んでいる。当該気体Ｇ１は炉１５に供給され、炉１５において加熱されることにより分解されて塩素が発生しても構わない。炉１５はたとえば石英により構成されているため、塩素が金属と反応することにより炭化珪素基板１０が金属で汚染されることを抑制可能である。また排気部１６により排気される気体Ｇ３はたとえばＣＣｌ4やＣＨＣｌ3などを含んでいても構わない。
【００３３】
上記気体Ｇ１は、上述したトランス−１，２−ジクロロエチレンに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素（Ｎ2）ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。また、熱エッチング工程（Ｓ３０）における炉１５内の圧力は、たとえば２．６７ｋＰａ（２０Ｔｏｒｒ）以上１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）以下程度である。
【００３４】
炉１５内に上述した気体Ｇ１が供給されながら、炉１５内に配置された炭化珪素基板１０が熱処理され、炭化珪素基板１０の凹部ＴＱの壁面Ａがエッチングされる。炭化珪素基板１０は炉１５内においてたとえば１０００℃以上１８００℃以下で２０分程度加熱されることにより、炭化珪素基板１０の凹部ＴＱの壁面Ａがエッチングされる。好ましくは、炭化珪素基板１０の熱エッチングの温度は８００℃以上であり、より好ましくは１３００℃以上であり、さらに好ましくは１５００℃以上である。なお、二酸化珪素から作られたマスク層４０は、炭化珪素に対する選択比が極めて大きいので、炭化珪素の熱エッチング中に実質的にエッチングされない。
【００３５】
図１０に示すように、上記の熱エッチング工程（Ｓ３０)を実施することにより、凹部ＴＱの壁面Ａおよび底部Ｂがたとえば２ｎｍ以上０．１μｍ程度エッチングされることにより、炭化珪素基板１０上に壁面ＳＷおよび底部ＢＴから形成されるトレンチＴＲが形成される。好ましくは、トレンチＴＲの形成時、壁面ＳＷ上、特にｐ型ベース領域８２上において、特殊面が自己形成される。次にマスク層４０がエッチングなど任意の方法により除去される。トレンチＴＲは、側面である壁面ＳＷと壁面ＳＷに連接する底部ＢＴとにより形成されている。底部ＢＴは面であっても構わないし、線であっても構わない。底部ＢＴが線である場合、トレンチＴＲの形状は断面視においてＶ型となる。
【００３６】
次にゲート絶縁膜形成工程（Ｓ４０：図３）が実施される。具体的には、図１１を参照して、上述した凹部ＴＱの壁面Ａを熱エッチングすることによりトレンチＴＲを形成した後、トレンチＴＲの壁面ＳＷに接してゲート絶縁膜９１が形成される。よりトレンチＴＲの壁面ＳＷおよび底部ＢＴの各々を覆い、ｎ型ドリフト領域８１、ｐ型ベース領域８２、ｎ型領域８３およびｐ型コンタクト領域８４と接するゲート絶縁膜９１が形成される。ゲート絶縁膜９１は二酸化珪素からなり、たとえば熱酸化により形成され得る。
【００３７】
ゲート絶縁膜９１の形成後に、雰囲気ガスとして一酸化窒素（ＮＯ）ガスを用いるＮＯアニールが行われてもよい。具体的には、たとえば、ゲート絶縁膜９１が形成された炭化珪素基板１０が、一酸化窒素雰囲気中において温度１１００℃以上１３００℃以下で１時間程度保持される。これにより、ゲート絶縁膜９１とｐ型ベース領域８２との界面領域に窒素原子が導入される。その結果、界面領域における界面準位の形成が抑制されることで、チャネル移動度を向上させることができる。なお、このような窒素原子の導入が可能であれば、ＮＯガス以外のガスが雰囲気ガスとして用いられてもよい。
【００３８】
このＮＯアニールの後にさらに、雰囲気ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いるＡｒアニールが行われてもよい。Ａｒアニールの加熱温度は、上記ＮＯアニールの加熱温度よりも高く、ゲート絶縁膜９１の融点よりも低いことが好ましい。この加熱温度が保持される時間は、たとえば１時間程度である。これにより、ゲート絶縁膜９１とｐ型ベース領域８２との界面領域における界面準位の形成がさらに抑制される。なお、雰囲気ガスとして、Ａｒガスに代えて窒素ガスなどの他の不活性ガスが用いられてもよい。
【００３９】
次にゲート電極形成工程（Ｓ５０：図３）が実施される。具体的には、図１２を参照して、ゲート絶縁膜９１上にゲート電極９２が形成される。具体的には、トレンチＴＲの内部の領域をゲート絶縁膜９１を介して埋めるように、ゲート絶縁膜９１上にゲート電極９２が形成される。ゲート電極９２の形成方法は、たとえば、導体またはドープトポリシリコンの成膜とＣＭＰとによって行い得る。
【００４０】
次にオーミック電極形成工程（Ｓ６０：図３）が実施される。具体的には、図１３を参照して、ゲート電極９２の露出面を覆うように、ゲート電極９２およびゲート絶縁膜９１上に層間絶縁膜９３が形成される。層間絶縁膜９３およびゲート絶縁膜９１に開口部が形成されるようにエッチングが行われる。この開口部により主面１０ａ上においてｎ型領域８３およびｐ型コンタクト領域８４の各々が露出される。次に主面１０ａ上においてｎ型領域８３およびｐ型コンタクト領域８４の各々に接するソース電極９４が形成される。ｎ型ドリフト領域８１上に、単結晶基板８０を介して、ドレイン電極９８が形成される。再び図１を参照して、ソース配線層９５が形成される。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１（図１）が得られる。
【００４１】
なお、上記凹部形成工程（Ｓ２０：図３）において、図１４に示すように、凹部ＴＱの底部Ｂにｐ型ベース領域８２が露出し、凹部ＴＱの壁面Ａにｎ型領域８３およびｐ型ベース領域８２が露出するように、凹部ＴＱが形成されても構わない。また、凹部ＴＱの壁面Ａおよび底部Ｂにｎ型領域８３が露出するように凹部ＴＱが形成されても構わない。この場合、熱エッチング工程（Ｓ３０：図３）において、炭化珪素基板１０をたとえば１３００℃以上で加熱することにより、壁面ＳＷが後述する特殊面となるトレンチＴＲ（図１０）を形成することができる。
【００４２】
また、上記凹部形成工程（Ｓ２０：図３）において、図９に示すような凹部ＴＱを形成した後に、熱エッチング工程（Ｓ３０：図３）において、凹部ＴＱの壁面Ａおよび底部Ｂをたとえば３ｎｍ程度エッチングすることにより、凹部ＴＱの壁面Ａのダメージが除去されても構わない。これにより、図１５を参照して、炭化珪素基板１０の主面１０ａの法線方向（図１５の上下方向）にほぼ沿って形成された壁面ＳＷおよび主面１０ａとほぼ平行な面である底部ＢＴにより形成されるトレンチＴＲが形成される。その後、ゲート絶縁膜形成工程（Ｓ４０：図３）において、壁面ＳＷおよび底部ＢＴと接するゲート絶縁膜９１が形成される。その後、ゲート電極形成工程（Ｓ５０：図３）において、ゲート絶縁膜９１に接し、かつトレンチＴＲを埋めるようにゲート電極９２が形成される。断面視においてゲート電極９２の形状は長方形であっても構わない。
【００４３】
（特殊面）
ここで特殊面について説明する。なお、本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物を含む気体を供給しながら熱処理を実施することにより、ハロゲン元素単体あるいはハロゲン化水素を用いて熱処理する場合よりも金属汚染が少ない炭化珪素面を提供することができる。当該熱処理を実施することにより、後述する特殊面が壁面ＳＷに露出したトレンチＴＲが形成されてもよいし、特殊面とは異なる面が露出したトレンチＴＲが形成されてもよい。つまり当該熱処理によって特殊面が露出しなくても構わない。またトレンチＴＲの壁面ＳＷは、主面に対して傾斜している面であってもよく、主面に対して垂直な面であってもよい。
【００４４】
上述した壁面ＳＷは、特にｐ型ベース領域８２上の部分において、特殊面を有することが好ましい。特殊面を有する壁面ＳＷは、図１６に示すように、面方位（０−３３−８）を有する面Ｓ１（第１の面）を含む。言い換えれば、トレンチＴＲの壁面ＳＷ上においてｐ型ベース領域８２には、面Ｓ１を含む表面が設けられている。
【００４５】
より好ましくは、壁面ＳＷは面Ｓ１を微視的に含み、壁面ＳＷはさらに、面方位（０−１１−１）を有する面Ｓ２（第２の面）を微視的に含む。ここで「微視的」とは、原子間隔の２倍程度の寸法を少なくとも考慮する程度に詳細に、ということを意味する。このように微視的な構造の観察方法としては、たとえばＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いることができる。
【００４６】
好ましくは、壁面ＳＷの面Ｓ１および面Ｓ２は、面方位（０−１１−２）を有する複合面ＳＲを構成している。すなわち複合面ＳＲは、面Ｓ１およびＳ２が周期的に繰り返されることによって構成されている。このような周期的構造は、たとえば、ＴＥＭまたはＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）により観察し得る。この場合、複合面ＳＲは（０００−１）面に対して巨視的に６２°のオフ角を有する。ここで「巨視的」とは、原子間隔程度の寸法を有する微細構造を無視することを意味する。このように巨視的なオフ角の測定としては、たとえば、一般的なＸ線回折を用いた方法を用い得る。
【００４７】
好ましくは、チャネル面上においてキャリアが流れる方向（すなわちＭＯＳＦＥＴの厚さ方向（図１などにおける縦方向））であるチャネル方向ＣＤは、上述した周期的繰り返しが行われる方向に沿っている。
【００４８】
次に複合面ＳＲの詳細な構造について説明する。
一般に、ポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶を（０００−１）面から見ると、図１７に示すように、Ｓｉ原子（またはＣ原子）は、Ａ層の原子（図中の実線）と、この下に位置するＢ層の原子（図中の破線）と、この下に位置するＣ層の原子（図中の一点鎖線）と、この下に位置するＢ層の原子（図示せず）とが繰り返し設けられている。つまり４つの層ＡＢＣＢを１周期としてＡＢＣＢＡＢＣＢＡＢＣＢ・・・のような周期的な積層構造が設けられている。
【００４９】
図１８に示すように、（１１−２０）面（図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩの断面）において、上述した１周期を構成する４つの層ＡＢＣＢの各層の原子は、（０−１１−２）面に完全に沿うようには配列されていない。図１８においてはＢ層の原子の位置を通るように（０−１１−２）面が示されており、この場合、Ａ層およびＣ層の各々の原子は（０−１１−２）面からずれていることがわかる。このため、炭化珪素単結晶の表面の巨視的な面方位、すなわち原子レベルの構造を無視した場合の面方位が（０−１１−２）に限定されたとしても、この表面は、微視的には様々な構造をとり得る。
【００５０】
図１９に示すように、複合面ＳＲは、面方位（０−３３−８）を有する面Ｓ１と、面Ｓ１につながりかつ面Ｓ１の面方位と異なる面方位を有する面Ｓ２とが交互に設けられることによって構成されている。面Ｓ１および面Ｓ２の各々の長さは、Ｓｉ原子（またはＣ原子）の原子間隔の２倍である。なお面Ｓ１および面Ｓ２が平均化された面は、（０−１１−２）面（図１８）に対応する。
【００５１】
図２０に示すように、複合面ＳＲを（０１−１０）面から見て単結晶構造は、部分的に見て立方晶と等価な構造（面Ｓ１の部分）を周期的に含んでいる。具体的には複合面ＳＲは、上述した立方晶と等価な構造における面方位（００１）を有する面Ｓ１と、面Ｓ１につながりかつ面Ｓ１の面方位と異なる面方位を有する面Ｓ２とが交互に設けられることによって構成されている。このように、立方晶と等価な構造における面方位（００１）を有する面（図１７においては面Ｓ１）と、この面につながりかつこの面方位と異なる面方位を有する面（図１７においては面Ｓ２）とによって表面を構成することは４Ｈ以外のポリタイプにおいても可能である。
【００５２】
次に図２１を参照して、壁面ＳＷの結晶面と、チャネル面の移動度ＭＢとの関係について説明する。図２１のグラフにおいて、横軸は、チャネル面を有する壁面ＳＷの巨視的な面方位と（０００−１）面とのなす角度Ｄ１を示し、縦軸は移動度ＭＢを示す。プロット群ＣＭは壁面ＳＷが熱エッチングによる特殊面として仕上げられた場合に対応し、プロット群ＭＣはそのような熱エッチングがなされない場合に対応する。
【００５３】
プロット群ＭＣにおける移動度ＭＢは、チャネル面の表面の巨視的な面方位が（０−３３−８）のときに最大となった。この理由は、熱エッチングが行われない場合、すなわち、チャネル表面の微視的な構造が特に制御されない場合においては、巨視的な面方位が（０−３３−８）とされることによって、微視的な面方位（０−３３−８）、つまり原子レベルまで考慮した場合の面方位（０−３３−８）が形成される割合が確率的に高くなったためと考えられる。
【００５４】
一方、プロット群ＣＭにおける移動度ＭＢは、チャネル面の表面の巨視的な面方位が（０−１１−２）のとき（矢印ＥＸ）に最大となった。この理由は、図１９および図２０に示すように、面方位（０−３３−８）を有する多数の面Ｓ１が面Ｓ２を介して規則正しく稠密に配置されることで、チャネル面の表面において微視的な面方位（０−３３−８）が占める割合が高くなったためと考えられる。
【００５５】
なお移動度ＭＢは複合面ＳＲ上において方位依存性を有する。図２２に示すグラフにおいて、横軸はチャネル方向と＜０−１１−２＞方向との間の角度Ｄ２を示し、縦軸はチャネル面の移動度ＭＢ（任意単位）を示す。破線はグラフを見やすくするために補助的に付してある。このグラフから、チャネル移動度ＭＢを大きくするには、チャネル方向ＣＤ（図１６）が有する角度Ｄ２は、０°以上６０°以下であることが好ましく、ほぼ０°であることがより好ましいことがわかった。
【００５６】
図２３に示すように、壁面ＳＷは複合面ＳＲに加えてさらに面Ｓ３（第３の面）を含んでもよい。より具体的には、面Ｓ３および複合面ＳＲが周期的に繰り返されることによって構成された複合面ＳＱを壁面ＳＷが含んでもよい。この場合、壁面ＳＷの（０００−１）面に対するオフ角は、理想的な複合面ＳＲのオフ角である６２°からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±１０°の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が（０−３３−８）面となる表面がある。このような周期的構造は、たとえば、ＴＥＭまたはＡＦＭにより観察し得る。
【００５７】
なお、上記実施の形態において、第１導電型をｎ型とし、かつ第２導電型をｐ型として説明したが、第１導電型がｐ型であってかつ第２導電型がｎ型であっても構わない。また、図１を参照して、断面視におけるゲート電極９２の形状は長方形や逆三角形であっても構わない。
【００５８】
次に、本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法の作用効果について説明する。
本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物を含む気体Ｇ１を炉１５内に供給しながら、炉１５内において炭化珪素基板１０の凹部ＴＱの壁面Ａが熱エッチングされることによりトレンチＴＲが形成される。ハロゲン元素と、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素との結合を有する化合物は、塩化水素よりも金属との反応性が小さい。それゆえ、炭化珪素基板１０が金属汚染されることを抑制することができる。
【００５９】
また本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、炭素、珪素およびゲルマニウムからなる群から選択される元素とは炭素または珪素である。炭素および珪素は炭化珪素を構成する元素である。それゆえ、炭素および珪素は炭化珪素基板１０の再構成を促進するため、炭化珪素基板１０を熱処理する場合における主面１０ａの荒れを抑制することができる。
【００６０】
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、ハロゲン元素は塩素である。これにより、炭化珪素基板１０の凹部ＴＱの壁面Ａを効果的に熱エッチングすることができる。
【００６１】
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、化合物は、トランス−１，２−ジクロロエチレンである。これにより、効果的に炭化珪素基板１０が金属汚染されることを抑制し、かつ炭化珪素基板１０が熱エッチングされるときに炭化珪素基板１０の主面１０ａが荒れることを抑制することができる。
【００６２】
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、トレンチＴＲを形成する工程は、炭化珪素基板１０が８００℃以上に加熱されることにより行われる。これにより、原子レベルのエッチングによって凹部ＴＱの壁面Ａのダメージが効率的に除去される。
【００６３】
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、トレンチＴＲを形成する工程は、炭化珪素基板が１３００℃以上に加熱されることにより行われる。これにより、トレンチＴＲの壁面ＳＷを特殊面とすることにより、移動度を大きくすることができる。
【００６４】
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１の製造方法によれば、気体は酸素を含む。これにより、凹部ＴＱの壁面Ａの熱エッチングを促進することができる。
【００６５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６６】
１  ＭＯＳＦＥＴ、１０  炭化珪素基板、１０ａ  主面、１１  不活性ガス供給部、１２  収容部、１３  化合物、１４  供給部、１５  炉、１６  排気部、４０，６１  マスク層、６０  レジスト膜、８０  単結晶基板、８１  ｎ型ドリフト層、８２  ｐ型ベース領域、８３  ｎ型領域、８４  ｐ型コンタクト領域、９１  ゲート絶縁膜、９２  ゲート電極、９３  層間絶縁膜、９４  ソース電極、９５  ソース配線層、９８  ドレイン電極、Ｂ，ＢＴ  底部、Ａ，ＳＷ  壁面、ＴＱ  凹部、ＴＲ  トレンチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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