(57)【要約】  炭化シリコン層上に酸化物層を形成する方法であって、金属不純物を実質的に含まない酸化炉管などの室の中に炭化シリコン層を置くこと、室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、室の中に原子状酸素を導入すること、および炭化シリコン層の表面に原子状酸素を流し、それによって炭化シリコン層上に酸化物層を形成することを含む方法が開示される。いくつかの実施形態では、原子状酸素を導入することが、室の中に源酸化物を提供すること、および源酸化物の上に、窒素ガスと酸素ガスの混合物を流すことを含む。源酸化物は、酸化アルミニウムを含み、または酸化マンガンなどの他の酸化物を含むことができる。いくつかの方法は、炭化シリコン層上に酸化物層を形成すること、および原子状酸素を含む雰囲気で酸化物層をアニールすることを含む。
2009509333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化シリコン層上に酸化物層を形成する方法であって、
金属不純物を実質的に含まない室の中に炭化シリコン層を置くこと、
前記室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、
前記室の中に原子状酸素を導入すること、および、
前記炭化シリコン層の表面に前記原子状酸素を流し、それによって前記炭化シリコン層上に酸化物層を形成すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記原子状酸素を導入することは、
前記室の中に源酸化物を提供すること、および、
前記源酸化物の上に、窒素ガスと酸素ガスの混合物を流すこと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記源酸化物は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記源酸化物は、酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記源酸化物は、金属不純物を実質的に含まないことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記源酸化物は、多孔質サファイアウェハを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
サファイアウェハに非金属不純物を注入して、多孔質サファイアウェハを形成すること、および、
前記室の中に前記多孔質サファイアウェハを置くこと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記原子状酸素を導入することは、触媒を使用して原子状酸素を発生させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記触媒は、白金を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記原子状酸素を導入することは、
オゾンの流れを発生させること、および、
前記オゾンを分解して、原子状酸素を生み出すこと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記原子状酸素を導入することは、
前記室の外で原子状酸素を発生させること、および、
発生した前記原子状酸素を前記室に供給すること
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記室は、酸化炉管を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記室の雰囲気を加熱することは、前記室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
炭化シリコン層上に酸化物層を形成する方法であって、
室の中に炭化シリコン層を置くこと、
前記室の中にアルミナウェハを置くこと、
前記室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、
前記アルミナウェハの上に窒素ガスを流して、前記室の中で原子状酸素を発生させること、および、
前記炭化シリコン層の表面に前記原子状酸素を流し、それによって前記炭化シリコン層上に酸化物層を形成すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記室の雰囲気を加熱することは、前記室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記アルミナウェハの上に酸素ガスを流すことをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記原子状酸素を酸素ガスと反応させて、オゾンを生み出すこと、
前記アルミナウェハの上に前記オゾンを流すこと、および、
前記オゾンを分解して、前記炭化シリコン層の近くに原子状酸素を生み出すこと
をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
炭化シリコン層上に酸化物層を形成する方法であって、
室の中に炭化シリコン層を置くこと、
前記室の中にアルミナウェハを置くこと、
前記室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、
前記アルミナウェハを窒化して、原子状酸素を遊離させること、および、
前記炭化シリコン層の表面に前記原子状酸素を流して、前記炭化シリコン層上に酸化物層を形成すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記室の雰囲気を加熱することは、前記室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記アルミナウェハの上に酸素ガスを流すことをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記原子状酸素を酸素ガスと反応させて、オゾンを生み出すこと、
前記アルミナウェハの上に前記オゾンを流すこと、および、
前記オゾンを分解して、前記炭化シリコン層の近くに原子状酸素を生み出すこと
をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記アルミナウェハの主表面は、前記炭化シリコン層の主表面と平行であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
炭化シリコン層上に酸化物層を形成する方法であって、
炭化シリコン層上に酸化物層を形成すること、
前記酸化物層をその上に有する前記炭化シリコン層を、金属不純物を実質的に含まない室の中に置くこと、
前記室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、
前記室の中に原子状酸素を導入すること、および、
前記炭化シリコン層の表面に前記原子状酸素を流すこと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記原子状酸素を導入することは、
前記室の中に源酸化物を提供すること、および、
前記源酸化物の上に、窒素ガスと酸素ガスの混合物を流すこと
を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記源酸化物は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記源酸化物は、酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記源酸化物は、金属不純物を実質的に含まないことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記源酸化物は、多孔質サファイアウェハを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
サファイアウェハに非金属不純物を注入して、多孔質サファイアウェハを形成すること、および、
前記室の中に前記多孔質サファイアウェハを置くこと
をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記原子状酸素を導入することは、触媒を使用して原子状酸素を発生させることを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記触媒は、白金を含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記原子状酸素を導入することは、
オゾンの流れを発生させること、および、
前記オゾンを分解して、原子状酸素を生み出すこと
を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記原子状酸素を導入することは、
前記室の外で原子状酸素を発生させること、および、
発生した前記原子状酸素を前記室に供給すること
を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記室は、酸化炉管を含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３５】
前記室の雰囲気を加熱することは、前記室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することを含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、半導体デバイスの製造に関し、より具体的には、炭化シリコン（ＳｉＣ）上に酸化物層（oxide layer）を製作することに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化シリコン（ＳｉＣ）は、高温、高電圧、高周波数および高電力電子デバイス用の半導体材料として、炭化シリコンを魅力的なものにする電気特性と物理特性の組合せを有する。これらの特性には、３．０ｅＶのバンドギャップ（bandgap）、４ＭＶ／ｃｍの電界破壊、４．９Ｗ／ｃｍ−Ｋの熱伝導率、および２．０×１０7ｃｍ／ｓの電子ドリフト速度が含まれる。
【０００３】
炭化シリコンは、自然酸化物を形成するという、広バンドギャップ複合半導体材料の中では独特の特性を有する。したがって、ＳｉＣ層上に熱ＳｉＯ2層を形成することができる。ＳｉＣ上に熱酸化物を形成できることは、例えばＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、ＭＯＳキャパシタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＭＯＳ制御サイリスタ（ＭＣＴ）、横型拡散ＭＯＳＦＥＴ（ＬＤＭＯＳＦＥＴ）およびその他の関連デバイスを含む金属−酸化物−半導体（ＭＯＳ）デバイスを、炭化シリコンを使用して形成することに対して扉を開く。ＳｉＣの上記の独特の材料特性を考えると、このようなデバイスは、他の半導体材料を使用して形成されたデバイス、特に、高電力、高電流容量および／または高周波動作を必要とする用途向けのデバイスに比べて、相当に良好な理論動作特性を有することができる。したがって、ＭＯＳデバイスおよびその結果得られる集積回路においてＳｉＣの電子的特性を十分に活用するためには、適切なＳｉＣ酸化技術が必要である。
【０００４】
シリコン基板上に熱成長させたＳｉＯ2の界面品質は優れている。しかし、熱成長させたＳｉＣ／ＳｉＯ2界面の品質は、Ｓｉ／ＳｉＯ2界面のそれと同じレベルを達成していない。したがって、炭化シリコン（ＳｉＣ）上の酸化物の品質は、商業的に成長可能な炭化シリコンＭＯＳデバイスを開発することに対する大きな障害であった。実際に、ＳｉＣ結晶品質の最近の向上により、酸化物の品質はおそらく、商業的に成長可能なＳｉＣ  ＭＯＳパワーデバイスおよび集積回路の実現に対する最大の障害である。
【０００５】
ＳｉＣ上の酸化物が、容認できないほど高い界面状態（interface state）（または界面「トラップ（trap）」）密度および固定酸化物電荷を有することは広く報告されており、これらはともに、ＭＯＳデバイスの性能に対して不利な効果を有する。本明細書で使用される場合、用語「状態」または「トラップ」は、半導体または絶縁体材料のバンドギャップ内の使用可能なエネルギー準位位置を指す。界面トラップまたは状態は、半導体／絶縁体界面に位置し、または半導体／絶縁体界面の近くに位置することができる。界面状態は、材料内のダングリングボンド（dangling bond）、すなわち、末端が切れた（unterminated）原子結合の存在によって生じる。したがって、界面の電子状態密度を、界面における結晶学的無秩序の量の指標とすることができる。
【０００６】
界面トラップは、電荷キャリア（すなわち、電子および／または正孔）を捕獲することができ、このことは、この界面を含むデバイスの望ましくない動作特性を生み出すことがある。具体的には、ＳｉＣ／ＳｉＯ2界面に存在する電子状態は、ＳｉＣ層内の表面電子移動度を低下させうる。ＭＯＳデバイスのゲート酸化物が高密度の界面状態を有する場合、結果として生じるデバイスは、低い反転チャネル移動度、高いしきい電圧、高いオン抵抗および／または他の望ましくない特性を有することがある。
【０００７】
最近、ｐウェル（well）注入を必要としない平面４Ｈ−ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ構造において、一酸化窒素（ＮＯ）環境での熱酸化物のアニールが有望であることが分かった。非特許文献１および２を参照されたい。これらの文献の開示は、その全体が本明細書に記載されているかのように、参照によって本明細書に組み込まれる。このアニールは、非特許文献３に記載されているように、伝導帯端に近い界面状態密度をかなり低減させることが示されている。この文献の開示は、その全体が記載されているかのように、本明細書に組み込まれる。この改良されたＭＯＳ界面のため、表面反転層では高い電子移動度（３５〜９５ｃｍ2／Ｖｓ）が得られる。
【０００８】
残念なことに、ＮＯは、全米防火協会（National Fire Protection Association：ＮＦＰＡ）のヘルスデンジャーレーティング（health danger rating）が３の健康上の危険物であり、酸化後アニールが一般に実行される機器は、クリーンルームの雰囲気に対して開いている。それらはしばしば排気されるが、クリーンルーム内の安全なＮＯ汚染レベルを超える危険性は無視できない。
【０００９】
非特許文献４に記載されているように、Ｎ2Ｏ中で酸化物を成長させることは可能である。この文献の開示は、その全体が本明細書に記載されているかのように、参照によって組み込まれる。非特許文献４は、純粋なＮ2Ｏ環境でＳｉＣを１１００℃、３６０分間酸化し、Ｎ2中で１１００℃、１時間アニールすることを記載している。
【００１０】
また、６Ｈ−ＳｉＣ上の酸化物を、成長後に、１１００℃のＮ2Ｏ中で窒化させることが、非特許文献５によって検討された。この文献の開示は、その全体が本明細書に記載されているかのように、参照によって組み込まれる。しかし、非特許文献５は、このような処理は界面品質を低下させるとし、これは、Ｎ2Ｏ中での窒化によって引き起こされた損傷を修復することができる後続のＯ2中でのウェットまたはドライアニールで改善させることができると結論した。さらに、非特許文献５は、後続のＯ2アニールを実施しても、界面状態密度は、Ｎ2Ｏ中での窒化を実施しない場合と比べてあまり低減しないことを見出した。
【００１１】
ＮＯおよびＮ2Ｏ成長およびアニールに加えて、他の環境での成長後アニール（post growth anneal）についても調査が実施された。例えば、非特許文献６は、水素中での酸化後アニールを検討した。非特許文献６は、アルゴン中と水素中の両方の酸化後アニール（post oxidation annealing）によって、フラットバンド電圧シフトおよび界面状態密度を向上させることができると報告している。この研究では、４Ｈ−ＳｉＣが１２００℃の乾燥０2中で酸化された。次いで、４００、７００、８００および１０００℃のアルゴンまたは水素中で、酸化後アニールが３０分間実施された。しかし、非特許文献７に記載されているように、他の複数の研究者が、水素中での酸化後アニールは、他の気体中での酸化後アニールに比べて大きな利益をもたらさないと報告している。
【非特許文献１】M. K. Das, L. A. Lipkin, J. W. Palmour, G. Y. Chung, J. R. Williams, K. McDonald, and L. C. Feldman, "High Mobility 4H-SiC Inversion Mode MOSFETs Using Thermally Grown, NO Annealed SiO2," IEEE Device Research Conference, Denver, CO, June 19-21, 2000
【非特許文献２】G. Y. Chung, C. C. Tin, J. R. Williams, K. McDonald, R. A. Weller, S. T. Pantelides, L. C. Feldman, M. K. Das, and J. W. Palmour, "Improved Inversion Channel Mobility for 4H-SiC MOSFETs Following High Temperature Anneals in Nitric Oxide," IEEE Electron Device Letters（発表に向けて受諾済み）
【非特許文献３】G. Y. Chung, C. C. Tin, J. R. Williams, K. McDonald, M. Di Ventra, S. T. Pantelides, L. C. Feldman, and R. A. Weller, "Effect of nitric oxide annealing on the interface trap densities near the band edges in the 4H polytype of silicon carbide," Applied Physics Letters, Vol. 76, No. 13, pp. 1713-1715, March 2000
【非特許文献４】J. P. Xu, P. T. Lai, C. L. Chan, B. Li, and Y. C. Cheng, "Improved Performance and Reliability of N20-Grown Oxynitride on 6H-SiC," IEEE Electron Device Letters, Vol. 21, No. 6, pp. 298-300, June 2000
【非特許文献５】P. T. Lai, Supratic Chakraborty, C. L. Chan, and Y. C. Cheng, "Effects of nitridation and annealing on interface properties of thermally oxidized SiO2/SiC metal-oxide-semiconductor system," Applied Physics Letters, Vol. 76, No. 25, pp. 3744-3746, June 2000
【非特許文献６】Suzuki et al., "Effect of Post-oxidation-annealing in Hydrogen on SiO2/4H-SiC Interface," Material Science Forum, Vols. 338-342, pp. 1073-1076, 2000
【非特許文献７】Mrinal Das, "Fundamental Studies of the Silicon Carbide MOS Structure"、博士論文、パーデュー大学（Purdue University）、１９９９年１２月提出
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、原子状酸素を利用して炭化シリコン層上に酸化物層を製作する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の実施形態は、炭化シリコン層上に酸化物層を形成する方法であって、金属不純物を実質的に含まない酸化炉管などの室の中に炭化シリコン層を置くこと、室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、室の中に原子状酸素を導入すること、および炭化シリコン層の表面に原子状酸素を流し、それによって炭化シリコン層上に酸化物層を形成することを含む方法を提供する。いくつかの実施形態では、原子状酸素を導入することが、室の中に源酸化物を提供すること、および源酸化物の上に、窒素ガスと酸素ガスの混合物を流すことを含む。源酸化物は、酸化アルミニウムを含み、または酸化マンガンなどの他の酸化物を含むことができる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、源酸化物が金属不純物を実質的に含まない。例えば、源酸化物は多孔質サファイアウェハを含むことができる。このようなケースでは、本発明に基づくいくつかの実施形態が、サファイアウェハに非金属不純物を注入して、多孔質サファイアウェハを形成すること、および室の中に多孔質サファイアウェハを置くことを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、原子状酸素を導入することが、白金などの触媒を使用して原子状酸素を発生させることを含む。いくつかの実施形態では、原子状酸素を導入することが、オゾンの流れを発生させること、およびオゾンを分解して、原子状酸素を生み出すことを含む。オゾンは、熱および／または電磁エネルギーを使用して分解することができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、室の外で原子状酸素を発生させ、室に供給することができる。
【００１７】
特定の実施形態では、室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することができる。
【００１８】
炭化シリコン層上に酸化物層を形成する本発明のいくつかの実施形態に基づく方法は、酸化室の中に炭化シリコン層を置くこと、室の中にアルミナウェハを置くこと、室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、アルミナウェハの上に窒素ガスを流して、室の中で原子状酸素を発生させること、および炭化シリコン層の表面に原子状酸素を流し、それによって炭化シリコン層上に酸化物層を形成することを含む。特定の実施形態では、室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することができる。さらに、アルミナウェハの上に酸素ガスを流すことができる。このようなケースでは、本発明の実施形態に基づく方法がさらに、原子状酸素を酸素ガスと反応させて、オゾンを生み出すこと、アルミナウェハの上にオゾンを流すこと、およびオゾンを分解して、炭化シリコン層の近くに原子状酸素を生み出すことを含むことができる。
【００１９】
本発明に基づく他の実施形態は、室の中に炭化シリコン層を置くこと、室の中にアルミナウェハを置くこと、室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、アルミナウェハを窒化して、原子状酸素を遊離させること、および炭化シリコン層の表面に原子状酸素を流し、それによって炭化シリコン層上に酸化物層を形成することを含む。特定の他の実施形態では、室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することができる。さらに、アルミナウェハの上に酸素ガスを流すことができる。このようなケースでは、本発明の実施形態に基づく方法がさらに、原子状酸素を酸素ガスと反応させて、オゾンを生み出すこと、アルミナウェハの上にオゾンを流すこと、およびオゾンを分解して、炭化シリコン層の近くに原子状酸素を生み出すこと含むことができる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、源酸化物ウェハとＳｉＣ層の間の距離が実質的に均一になるように、源酸化物ウェハが、炭化シリコン層の向きに平行な垂直方向を向いているため、その結果、酸化物の均一性を向上させることができる。別の言い方をすれば、それぞれの源酸化物ウェハの主表面の向きが、炭化シリコン層に対して平行になり、炭化シリコン層の表面のそれぞれの点（point）が、隣接する源酸化物ウェハの主表面上のそれぞれの点から等距離に位置するように、炭化シリコン層と源酸化物ウェハを配置することができる。
【００２１】
本発明の他の実施形態は、従来の技法によるＳｉＣ層上に酸化物層を形成すること、および形成された酸化物層を、原子状酸素を含む環境でアニールすることを含む。例えば、炭化シリコン層上に酸化層を形成する本発明のいくつかの実施形態に基づく方法は、炭化シリコン層上に酸化物層を形成すること、酸化物層がその上に形成された炭化シリコン層を、金属不純物を実質的に含まない室の中に置くこと、室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、室の中に原子状酸素を導入すること、および酸化物層がその上に形成された炭化シリコン層の表面に原子状酸素を流すことを含む。酸化物層は、熱プロセスおよび／または付着プロセスによって形成することができる。
【００２２】
原子状酸素を導入することは、室の中に源酸化物を提供すること、および源酸化物の上に、窒素ガスと酸素ガスの混合物を流すことを含むことができる。源酸化物は、酸化アルミニウムを含み、または酸化マンガンなどの他の酸化物を含むことができる。いくつかの実施形態では、源酸化物が金属不純物を実質的に含まない。例えば、源酸化物は多孔質サファイアウェハを含むことができる。このようなケースでは、本発明に基づくいくつかの実施形態が、サファイアウェハに非金属不純物を注入して、多孔質サファイアウェハを形成すること、および室の中に多孔質サファイアウェハを置くことを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の好ましい実施形態が示された添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具体化することができ、本発明が、本明細書に記載された実施形態に限定されるものと解釈してはならない。これらの実施形態は、この開示が網羅的かつ完全なものとなり、本発明の範囲が当業者に完全に伝わるように提供される。分かりやすくするために、図面では、層および領域の厚さが誇張されている。全体を通じて同様の符号は同様の要素を指す。
【００２４】
本明細書で使用される場合、用語「および／または」は、記載された関連項目のうちの１つまたは複数の項目の任意のすべての組合せを含む。本明細書では、様々な要素、構成要素、領域、材料、層および／またはセクションを記述するために、第１、第２、第３などの用語が使用されることがあるが、これらの要素、構成要素、領域、層および／またはセクションはこれらの用語によって限定されない。これらの用語は、１つの要素、構成要素、領域、材料またはセクションを他の要素、構成要素、領域、層、材料またはセクションから区別するためだけに使用される。したがって、以下で論じられる第１の要素、構成要素、領域、層、材料またはセクションは、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、材料またはセクションと呼ぶことができる。
【００２５】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的としており、本発明を限定することを意図したものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈がそうではないと明確に指示していない限り、複数形も含むことが意図される。また、本明細書で使用される場合、用語「含む（includes）、」「含む（including）」、「含む（comprised）」および／または「含む（comprising）」は、明示された特徴、完全体、ステップ、動作、要素および／または構成要素の存在を示すが、１つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはこれらのグループの存在または追加を妨げないことを理解されたい。本明細書で使用される場合、ラテン語の成句「exempli gratia」に由来するよく知られた略語「例えば（e.g.）」は、以前に言及された事項の一般的な１つまたは複数の例を導入または列挙するために使用されることがあるが、この略語は、そのような事項の限定を意図したものではない。本明細書で使用される場合、ラテン語の成句「id est」に由来するよく知られた略語「すなわち（i.e.）」は、より一般的な説明から具体的な事項を指定するために使用されることがある。
【００２６】
そうでないと定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の技術者によって共通に理解される同じ意味を有する。さらに、一般的に使用されている辞書に定義された用語などの用語は、本明細書および関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致した意味を有するものと解釈されなければならず、本明細書においてそのように明示されない限り、理想化された意味またはあまりに形式的な意味に解釈されないことを理解されたい。
【００２７】
本発明の実施形態は、改良された界面を有するＳｉＣ層上の酸化物層の形成を可能にすることができる方法を提供する。これらの方法は、ＳｉＣ層上に形成された金属−酸化物−半導体（ＭＯＳ）デバイスの製造において特に有利であることがある。本発明の実施形態を使用すると、ＳｉＣの伝導帯に近いエネルギー準位を有する界面状態を劇的に低減させることができる。このような欠陥の低減が有利な理由は、これらの欠陥が、ＭＯＳデバイスの有効表面チャネル移動度を限定する可能性があるためである。本発明の実施形態を使用するとさらに、ＭＯＳデバイスのフラットバンド（flatband）電圧（すなわち、そのデバイスにおいてバンドベンディング（band bending）が起こらない電圧）を低くすることができる。
【００２８】
熱酸化（thermal oxidation）は、シリコンを含む半導体層上にＳｉＯ2層を成長させることを含む。Ｓｉの熱酸化の場合と同様に、ＳｉＣの熱酸化でも、成長下の酸化物層によって、その下の半導体層の一部が「消費される（consumed）」。酸化物層が成長するにつれて、酸素は、成長下の酸化物層を貫通して拡散し、ＳｉＣ表面のＳｉと反応して、新たなＳｉＯ2分子を形成することができる。したがって、ＳｉＯ2層が成長するにつれ、成長界面はＳｉＣ層の中へ前進する。
【００２９】
ＭＯＳ品質のＳｉ−ＳｉＯ2界面を生み出すための分子状酸素（Ｏ2またはＨ2Ｏ）を使用した従来のＳｉＣ酸化は、遅い酸化速度（すなわち、酸化物層の成長速度）と低い界面品質とによって阻害された。これらの短所はともに、ＳｉＣ−ＳｉＯ2界面におけるＳｉＣから化学量論的ＳｉＯ2への転移による亜酸化物の形成に起因すると考えることができる。酸化速度は、酸化を高温（例えば、１２００℃以上）で実行することによって高めることができる。しかし、高温での酸化はコスト高になる可能性があり、高温での酸化によって、成長下のＳｉＯ2層に不必要な不純物が導入され、その結果、ＳｉＯ2層中に不必要な固定酸化物電荷が存在する可能性もある。前述のとおり、窒素を含む雰囲気（ＮＯ、Ｎ2Ｏおよび／またはＮＨ3）で酸化物をアニールすることによって（いわゆる「窒化」アニール）、分子状酸素を使用した酸化に起因する界面無秩序（interface disorder）の一部を不動態化（passivate）することができる。しかし、このようなアニールは、界面無秩序を完全に不動態化しないことがある。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態は、原子状酸素（atomic oxygen）を使用してＳｉＣ層を酸化する方法を提供する。原子状酸素は、ＳｉＣ表面における高い反応性と、成長下のＳｉＯ2層内での高い移動性の両方を示すことができる。したがって、原子状酸素を使用してＳｉＣ層を酸化することによって、低減された結晶学的無秩序を有する界面を得ることができる。さらに、分子状酸素を使用した酸化に比べて、酸化速度が高まることがある。さらに、原子状酸素を使用した酸化は、分子状酸素を使用した酸化よりも低い温度で実施することができ、その結果、炉環境から酸化物内への不純物の取込みを少なくすることができる。
【００３１】
さらに、原子状酸素を使用したＳｉＣ層の酸化は、その結果得られるＳｉＣ−ＳｉＯ2界面の界面無秩序を低減させることができ、したがって、ＳｉＣ−ＳｉＯ2界面における界面状態密度を低下させることができる。
【００３２】
次に、原子状酸素を利用して炭化シリコン層上に酸化物層を成長させる本発明のいくつかの実施形態に基づく操作を示す流れ図である図１Ａ〜１Ｃを参照して、本発明の実施形態を説明する。図１Ａを参照すると、室（chamber）の中に炭化シリコン層が置かれる（ブロック５２）。室は、５００℃を超える温度に耐えることができる石英管とすることができる。したがって、この室は酸化炉の働きをすることができる。ＳｉＣ層は、ＳｉＣ基板、および／あるいはホモ（homo）またはヘテロ（hetero）エピタキシャル基板上に形成されたＳｉＣエピタキシャル層とすることができる。特定の実施形態では、ＳｉＣ層が、４Ｈ−ＳｉＣおよび／または６Ｈ−ＳｉＣの単結晶層、バルク（bulk）層またはエピタキシャル層である。いくつかの実施形態では、室が、複数のＳｉＣ層を収容するように構成される。例えば、室を、複数のＳｉＣウェハおよび／またはその上にＳｉＣ層が形成された複数のウェハを受け取るように構成することができる。この室を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱することができる（ブロック５４）。いくつかの実施形態では、室内の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱することができる。
【００３３】
次に、室の中に原子状酸素が導入される（ブロック５６）。次いで、この原子状酸素がＳｉＣ層の上に流され（ブロック５８）、その結果、ＳｉＣ層上にＳｉＯ2層が形成される。
【００３４】
図１Ｂに示されているように、室の中に原子状酸素を導入することは、酸化アルミニウムなどの源酸化物（source oxide）を室の中または外に提供すること（ブロック６２）、および酸化アルミニウムを窒化して、原子状酸素を遊離させること（ブロック６４）を含むことができる。源酸化物は、いくつかの異なる形態で提供することができる。例えば、源酸化物は、サファイア（sapphire）ウェハまたは焼結アルミナ（alumina）ウェハを含むことができる。いくつかの実施形態では、源酸化物が、多孔質サファイアウェハを含むことができる。研磨された非多孔質サファイアウェハは、酸化プロセスを維持する十分な量の原子状酸素を生み出さないことが分かっている。完全には解明されてはいないが、研磨された非多孔質サファイアウェハは、窒化することができる表面積を比較的少ししか持たないと現時点では考えられている。多孔質サファイアウェハを提供することによって、窒化される酸化アルミニウムの表面積を増大させることができ、その結果、非多孔質サファイアウェハを使用して得ることができる量よりも多くの酸素を遊離させることができる。
【００３５】
酸化アルミニウムの窒化は、窒素を酸化アルミニウムと反応させ、それによって窒化アルミニウムを形成し、その結果ある量の原子状酸素を遊離させるのに十分な約５００ないし約１３００℃の温度で、酸化アルミニウムの上に窒素ガス（Ｎ2）を流すことによって実行することができる。酸化アルミニウムの表面におけるＡｌＮの形成が原子状酸素の発生プロセスを低下させるため、このプロセスは、自己制限的（self-limiting）であることがある。しかし、この懸念は、酸化アルミニウムの表面積を増大させることによって緩和することができる。
【００３６】
原子状酸素を導入する他の方法を使用することもできる。例えば、原子状酸素を提供するために、室の中または室よりも上流で、分子状酸素を解離させることができる。例えば、室の中または室よりも上流に、オゾン（Ｏ3）を提供することができる。このオゾンを室内の高温によって室の中で解離させて、原子状酸素を提供することができる。あるいは、室よりも上流で分子状酸素を解離させ、結果として生じる原子状酸素を室に導入してもよい。しかし、原子状酸素の平均自由行程では、原子状酸素が室の外で生み出される場合、原子状酸素の少なくも一部が、酸化物層の成長に使用される前に、他の原子状酸素と実質的に反応してしまうと現時点では考えられている。したがって、いくつかの実施形態では、原子状酸素を室の中で発生させることができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、例えば、酸化させるＳｉＣ層から離れた（室の中または外の）位置で分子状酸素を解離させることによって、または酸化アルミニウムを窒化することによって、原子状酸素を生成することができる。例えば、いくつかの実施形態では、室内における原子状酸素の平均自由行程よりも炭化シリコン層から離れた位置で、原子状酸素を発生させることができる。原子状酸素が分子状酸素ガスと反応してオゾンを生み出すことができるように、分子状酸素ガス（Ｏ2）を、約５００℃ないし約１３００℃の温度で提供することができる。その結果生じる、原子状酸素よりも長い平均自由行程を有するオゾンを、オゾンを解離させる（「分解する（crack）」）のに十分な約５００℃ないし約１３００℃のＳｉＣ基板を横切って流し、それによってＳｉＣ層を酸化することができる原子状酸素を生み出すことができる。
【００３８】
図１Ｃは、本発明の他の実施形態に基づく方法を示す。図１Ｃに示されているように、室の中にＳｉＣ層が置かれる（ブロック８０）。室の中のＳｉＣ層の近くにアルミナウェハが置かれる（ブロック８２）。室内の雰囲気が、５００℃ないし１３００℃に加熱される（ブロック８４）。次に、アルミナウェハを窒化して、原子状酸素を発生させることができる（ブロック８６）。例えば、１０００℃ないし１３００℃に加熱された窒素ガスをアルミナウェハの上に流して、アルミナウェハから原子状酸素を遊離させることができる。次いで、ＳｉＣ層上にＳｉＯ2層を生み出すため、この原子状酸素がＳｉＣ層の上に流される（ブロック８８）。いくつかの実施形態では、前述の方法でアルミナウェハの上に酸素ガスを流して、オゾンを形成することができる。このオゾンを、ＳｉＣウェハを横切って流すことができ、このオゾンはそこで分解することができ、それによってＳｉＣ層の近くに、ＳｉＣ層を酸化することができる原子状酸素を生み出す。
【００３９】
図２は、本発明の特定の実施形態で使用するのに適した炉管（furnace tube）を示す図である。図２から分かるとおり、炉管とすることができる室１０は、その上に酸化物層を形成させるＳｉＣ層を含む複数のウェハ１２を有する。ＳｉＣ層は４Ｈ−ＳｉＣであることが好ましい。ウェハ１２は、キャリア（carrier）１４の上に、ウェハが一般に室１０の中の固定された位置を有するように置かれる。キャリア１４は、ウェハが、室１０の入口から距離Ｌ１＋Ｌ２のところにあり、室１０内において距離Ｌ３にわたって広がるように配置される。Ｎ2、Ｏ2、Ｏ3および／または不活性ガスを含むことができるインプット（imput）ガス１６が室１０の中へ通され、インプットガス１６は、距離Ｌ１を移動するにつれ、所定の温度プロファイルに基づいて、加熱されたガス１８を提供するように加熱される。加熱されたガス１８は、所定の温度プロファイルに基づく温度に維持することができ、距離Ｌ２を移動して、最初のウェハ１２に到達することができる。加熱されたガス１８は室１０を通過し続け、最終的に、排気ガス２０として出口から室１０を出る。したがって、加熱されたガス１８は距離Ｌ３を移動する。加熱されたガス１８は、距離Ｌ２およびＬ３の間、実質的に一定の温度に維持されることが好ましいが、本明細書の開示を検討した当業者には理解されるように、様々な温度プロファイルを利用することができる。このようなプロファイルは、時間および／または距離の経過に伴う温度の変動を含むことができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、所定の流量限度内の流量プロファイルでＮ2およびＯ2が供給された室の中で、約５００℃を超える酸化温度を含む所定の温度プロファイルを使用して、ウェハ１２上のＳｉＣ層を酸化することができる。酸化温度は約１０００℃であることが好ましい。Ｎ2およびＯ2の流量限度は、このプロセスが使用される特定の機器に基づいて選択することができる。しかし、特定の実施形態では、Ｎ2およびＯ2の流量限度を、約２ＳＬＭ（Standard Liters per Minute）または約１０ＳＬＭ、あるいはそれ以上とすることができる。他の実施形態では、約５ＳＬＭの流量限度が好ましい。この酸化は、酸化物層の所望の厚さに応じた時間、実施することができる。例えば、数分から数時間、またはそれを超える酸化時間を利用することができる。一般に、原子状酸素を使用した酸化の酸化速度は、分子状酸素を使用した酸化に比べて大きい。
【００４１】
前述のとおり、いくつかの実施形態では、多孔質サファイアウェハを窒化することによって原子状酸素を発生させることができる。単結晶サファイアウェハは通常、複合半導体材料のヘテロエピタキシャル成長用の基板として使用可能である。多孔質サファイアウェハは、イオン注入によって、例えばアルゴンおよび／または窒素などの不活性種をこのウェハに注入することによって形成することができる。アルミナの代わりに原子状酸素源として多孔質サファイアウェハを使用したほうが好ましいことがある。後に論じるとおり、アルミナは、酸化物内に取り込まれる可能性があるいくつかの望ましくない金属不純物を含む可能性がある。このような不純物は、ＭＯＳデバイスの動作に不利な影響を与えうる固定および／または移動酸化物電荷の存在につながる可能性がある。多孔質サファイアウェハを使用する追加の利点は、酸化プロセス後に、ウェハ上に形成された窒化アルミニウム層を除去し、（場合によってはウェハに再注入を実施した後に）後の酸化プロセスの原子状酸素源としてこのウェハを再使用することができることである。
【００４２】
前述の方法の原子状酸素源として、他の酸化物材料を使用することもできる。例えば、酸化アルミニウムの代わりに酸化マンガンを使用することができる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、白金などの触媒を使用して、原子状酸素の発生を助け、かつ／または促進することができる。この触媒は、ＳｉＣ層よりも上流の室の中または室よりも上流で、分子状酸素を解離させて、原子状酸素および／またはオゾンを発生させるために使用することができる。この触媒は、触媒の上を酸素ガスが流れるときに酸素ガスから原子状酸素が遊離するように、ＳｉＣ層と酸素ガス源の間に置かれる。
【００４４】
酸素を解離する他の方法を、本発明の実施形態とともに使用することができる。例えば、光または電気エネルギーを使用した分子状酸素の解離（例えば、ＵＶ光への暴露および／または静電放電）によって、原子状酸素を形成することができる。また、室よりも上流で酸素プラズマを発生させて、続いて室に供給することができる原子状酸素および／またはオゾンを形成することもできる。
【００４５】
図３は、室１０内のＳｉＣウェハと酸化物の特定の構成を示す。図３に示されているように、いくつかの実施形態では、炭化シリコンパドル（paddle）２０上に炭化シリコンボート（boat）２２を置くことができる。ボート２２上に、１つまたは複数の炭化シリコンウェハ２４（先に論じたとおり、バルクＳｉＣウェハおよび／またはその上にＳｉＣ層が形成されたウェハを含むことができる）を垂直に装填することができる。ボート２２上の隣接するＳｉＣウェハ２４間に、アルミナブロックまたはウェハ２６を提供することができる。次いで、パドル２０が石英炉管などの室１０の中に置かれる。アルミナブロック２６およびＳｉＣウェハ２４を横切って、窒素ガス（Ｎ2）および自由選択の酸素ガス（Ｏ2）が、５００℃ないし１３００℃の温度で流される。アルミナブロック２６から遊離した原子状酸素が、ＳｉＣウェハ２４の表面を酸化する。図３には２枚の炭化シリコンウェハ２４が示されているが、図面に示されたウェハの数は任意で決めたものである。本発明の実施形態に従って室１０の中で処理することができるウェハの数は、室１０のサイズ、幾何形状などの因子に依存することを理解されたい。
【００４６】
図４から８に、本発明の実施形態を利用して得ることができる結果を示す。ここに記載する実験結果は、単に例として提供されるのであって、本発明を限定するものと考えてはならない。図３に示された炭化シリコンボート上にバルク４Ｈ−ＳｉＣウェハを置いた。隣接するＳｉＣウェハ間にアルミナウェハを置き、このボートを酸化室の中に入れた。室の雰囲気を１０００℃に加熱した。アルミナ基板およびＳｉＣウェハの上に窒素および酸素ガスを５．５時間にわたって流し、５．５時間後、酸素の流れを遮断し、窒素の流れを４時間継続した。その後、ボートを室から取り出した。ＳｉＣウェハ上に酸化物が成長したことが観察され、アルミナウェハ上に窒化アルミニウム層が形成されたことが観察された。酸化されたＳｉＣウェハ上の様々な位置にＭＯＳキャパシタを形成し、形成されたデバイス上で静電容量−電圧（Ｃ−Ｖ）を測定した。それらのＣ−Ｖ測定値から、界面トラップ密度および酸化物の厚さを計算した。比較のため、従来の分子酸化技法を使用してＭＯＳキャパシタを形成した。
【００４７】
図４Ａは、本発明のいくつかの実施形態に従って原子状酸素を使用して製造されたキャパシタの電圧に対する測定および理論静電容量のグラフである。図４Ａに示されているように、測定静電容量（点３０によって示されている）は、理論上の理想的な曲線３２とほとんど一致した。このように、本発明の実施形態は、低減された界面無秩序によって非常に高い反転層移動度を有するＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴの形成を可能にすることができ、それによって、大幅に低減されたオン抵抗を有するパワーＭＯＳＦＥＴおよび高周波スイッチング能力を有するＬＤＭＯＳＦＥＴを製造することができる。さらに、酸化速度は、従来の分子酸化の２倍であることが観察された。
【００４８】
比較のため、図４Ｂに、従来の分子酸化を使用して形成されたＭＯＳキャパシタのＣ−Ｖ測定値を示す。図４Ｂに示されているように、従来のＭＯＳキャパシタのＣ−Ｖ曲線（点３４によって示されている）は、理想的なＣ−Ｖ曲線３６からのかなりのずれを示す。
【００４９】
同様に、図５は、前述のとおりに形成されたＭＯＳキャパシタおよび従来のいくつかの分子酸化技術を使用して形成されたＭＯＳキャパシタの電圧に対する正規化された（normalized）静電容量（Ｃ／Ｃox）のグラフである。図５に示されたデータでは、ＳｉＣ−ＳｉＯ2界面品質を改良するために、従来のＭＯＳキャパシタがさらに、ＮＯ環境中で２時間、１３００℃でアニールされている。図５に示されているように、原子状酸素を使用して形成されたＳｉＯ2層の測定静電容量値（点４０）は、理想的な曲線（線４２）とほとんど一致し、これは、ＳｉＣ−ＳｉＯ2界面における結晶学的無秩序の量が小さいことを示している可能性がある。分子状酸素を使用して形成されたＮＯアニールＳｉＯ2層の測定静電容量（点４４）は、理想的な曲線（線４６）に比べてかなりのストレッチアウト（stretch-out）を示し、界面トラップが存在することを示している。具体的には、ＮＯアニールされた酸化物は、５０ｃｍ2／Ｖ−ｓのチャネル移動度を有する横型ＭＯＳＦＥＴを生み出し、これは、近伝導帯状態（near conduction band state）によって制限され、フラットバンドのＣ−Ｖ曲線の累積範囲へのストレッチアウトを引き起こす。原子状酸素のＣ−Ｖデータ（点４０）は、この領域に、検出可能なストレッチアウトをほとんど示さない。界面トラッピングを無視できると仮定すると、原子状酸素の存在下で成長させたゲート酸化物を有するように製造された横型ＭＯＳＦＥＴに関して、チャネル移動度は１５０ｃｍ2／Ｖ−ｓまで増大すると予想される。
【００５０】
図６は、分子状酸素および原子状酸素を使用して形成されたＳｉＣ−ＳｉＯ2界面の伝導帯内の位置（Ｅc−Ｅ）に対する界面状態密度（ＤIT）のグラフである。図６に示されているように、原子状酸素を使用して形成されたＳｉＣ−ＳｉＯ2界面の界面状態密度（点４５）は、分子状酸素を使用して形成されたＳｉＣ−ＳｉＯ2界面のそれ（点４７）に比べてかなり低い。
【００５１】
アルミナウェハを原子状酸素源として使用することの１つの問題点は、ウェハ内の不純物の存在である。これらの不純物は、酸化物の中に埋め込まれ、酸化物内に固定または移動電荷が存在する事態を引き起こす可能性があり、このような電荷の存在は、ＭＯＳデバイスの動作に影響を及ぼす可能性がある。例えば、固定および／または移動酸化物電荷は、移動している電荷ならびに／またはトラッピングおよびデトラッピング（de-trapping）している状態のために、デバイスのＣ−Ｖ特性の電圧シフトを引き起こす可能性がある。例えば、図７に示されているように、Ｃ−Ｖ曲線４１では、印加電圧が高電圧から低電圧へ、再び低電圧から高電圧へ循環するときに、ヒステリシス曲線が存在することができる。このようなヒステリシスの存在は、実際のデバイスにおける電圧しきい値の不安定性を示している可能性がある。さらに、アルミナを使用して形成されたＭＯＳ界面は、温度安定性上の懸念を有することがある。図８に示されているように、２００℃のバイアスされた熱処理の後、測定界面トラップ密度ＤITが上方へシフトする傾向があり（線５１）、これは、熱処理の前に測定された測定値（線５３）からの界面トラップの濃度の増大を示す。最後に、図３に関して示した実施形態に従って成長させた酸化物層の酸化物の厚さは、ＳｉＣウェハ２４上の位置によって変化することがある。例えば、室１０内のアルミナウェハに近いウェハ上の位置で測定された酸化物の厚さは４５０Åであり、アルミナウェハから離れるにつれ、ウェハ上で測定された酸化物の厚さは順に、３００Å、２７０Åおよび２００Åであった。
【００５２】
図９は、前述の限界のいくつかを克服することができる室１０内のＳｉＣウェハおよび酸化物の他の構成を示す。図９に示されているように、炭化シリコンパドル２０上に炭化シリコンボート２２を置くことができる。ボート２２上に、１つまたは複数の炭化シリコンウェハ２４を垂直に装填することができる。ボート２２上の隣接するＳｉＣウェハ２４間に、アルミナウェハ２８を垂直に提供することができる。次いで、パドル２０が石英炉管などの室１０の中に置かれる。アルミナウェハ２８およびＳｉＣウェハ２４を横切って、窒素ガス（Ｎ2）および自由選択の酸素ガス（Ｏ2）が、５００℃ないし１３００℃の温度で流される。アルミナウェハ２８から遊離した原子状酸素が、ＳｉＣウェハ２４の表面を酸化する。これらの実施形態では、アルミナウェハ２８とＳｉＣウェハ２４の間の距離が実質的に均一になるように、アルミナウェハ２８が、炭化シリコンウェハの向きに平行な垂直方向を向いているため、その結果、酸化物の均一性を向上させることができる。別の言い方をすれば、それぞれのアルミナウェハ２８の主表面の向きが、炭化シリコンウェハ２６に対して平行になり、炭化シリコンウェハ２６の表面上のそれぞれの点が、隣接するアルミナウェハ２８の主表面上のそれぞれの点から等距離に位置するように、炭化シリコンウェハ２４とアルミナウェハ２８が配置される。
【００５３】
図１０は、前述の限界のいくつかを克服することができる室１０内のＳｉＣウェハと酸化物の他の構成を示す。図１０に示されているように、炭化シリコンパドル２０上に炭化シリコンボート２２を置くことができる。ボート２２上に、１つまたは複数の炭化シリコンウェハ２４を垂直に装填することができる。ボート２２上の隣接するＳｉＣウェハ２４間に、多孔質サファイアウェハ３８を垂直に提供することができる。次いで、パドル２０が石英炉管などの室１０の中に置かれる。多孔質サファイアウェハ３８およびＳｉＣウェハ２４を横切って、窒素ガス（Ｎ2）および自由選択の（optionally）酸素ガス（Ｏ2）が、５００℃ないし１３００℃の温度で流される。多孔質サファイアウェハ３８から遊離した原子状酸素が、ＳｉＣウェハ２４の表面を酸化する。これらの実施形態では、多孔質サファイアウェハが高い純度を有するため、ＳｉＯ2層に取り込まれる可能性がある金属不純物を、室１０が実質的に含まない。本明細書で使用される場合、「金属不純物を実質的に含まない（substantially free of metallic impurities）」とは、結果として生じるＳｉＯ2層が、その中に、ＳｉＣ／ＳｉＯ2界面の界面状態密度ＤITよりもおよそ２桁以上小さい、すなわち、約１０10ｃｍ-2未満の量の金属不純物を有することを意味する。オゾンの解離など、原子状酸素を提供する他の方法も、金属不純物を実質的に含まない酸化室１０を提供することができる。さらに、サファイアウェハ３８とＳｉＣウェハ２４の間の距離が一定になるように、サファイアウェハ３８が垂直方向を向いているため、その結果、酸化物の均一性を向上させることができる。
【００５４】
本発明の他の実施形態は、従来の技法に従ってＳｉＣ層上にＳｉＯ2層を形成すること、および形成されたＳｉＯ2層を、原子状酸素を含む環境でアニールすることを含む。例えば、炭化シリコン層上に酸化物層を形成する本発明のいくつかの実施形態に基づく方法が、図１１に示されている。この図に示されているように、本発明のいくつかの実施形態に基づく方法は、炭化シリコン層上に酸化物層を形成すること（ブロック７２）、酸化物層がその上に形成された炭化シリコン層を、金属不純物を実質的に含まない室の中に置くこと（ブロック７４）、室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること（ブロック７６）、室の中に原子状酸素を導入すること（ブロック７８）、および酸化物層がその上に形成された炭化シリコン層の表面に原子状酸素を流すこと（ブロック７９）を含む。酸化物層は、熱プロセスおよび／または付着プロセスによって形成することができる。
【００５５】
原子状酸素を導入することは、室の中に源酸化物を提供すること、および源酸化物の上に、窒素ガスと酸素ガスの混合物を流すことを含むことができる。源酸化物は、酸化アルミニウムを含み、または酸化マンガンなどの他の酸化物を含むことができる。いくつかの実施形態では、源酸化物が金属不純物を実質的に含まない。例えば、源酸化物は多孔質サファイアウェハを含むことができる。このような場合、本発明に基づくいくつかの実施形態は、サファイアウェハに非金属不純物を注入して、多孔質サファイアウェハを形成すること、および室の中に多孔質サファイアウェハを置くことを含む。
【００５６】
いくつかの実施形態では、原子状酸素を導入することが、白金などの触媒を使用して原子状酸素を発生させることを含む。いくつかの実施形態では、原子状酸素を導入することが、オゾンの流れを発生させること、およびオゾンを分解して、原子状酸素を生み出すことを含む。オゾンは、熱および／または電磁エネルギーを使用して分解することができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、室の外で原子状酸素を発生させ、室に供給することができる。
【００５８】
特定の実施形態では、室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することができる。
【００５９】
図面および明細書には、本発明の一般的な好ましい実施形態が開示されている。特定の用語が使用されるが、それらは、一般的かつ記述的な意味においてのみ使用されており、限定目的では使用されていない。本発明の範囲は特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】炭化シリコン層上に酸化物層を形成する本発明の実施形態に基づく処理ステップを示す流れ図である。
【図１Ｂ】炭化シリコン層上に酸化物層を形成する本発明の実施形態に基づく処理ステップを示す流れ図である。
【図１Ｃ】炭化シリコン層上に酸化物層を形成する本発明の実施形態に基づく処理ステップを示す流れ図である。
【図２】本発明の実施形態で使用するのに適した炉管の概略図である。
【図３】本発明の実施形態で使用するのに適した炉管内の炭化シリコンウェハの一構成の概略図である。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従って形成された酸化物を有するキャパシタの電圧に対する静電容量のグラフである。
【図４Ｂ】従来のいくつかの技法に従って形成された酸化物を有するキャパシタの電圧に対する静電容量のグラフである。
【図５】本発明のいくつかの実施形態に従って形成された酸化物を有するキャパシタおよび従来のいくつかの技法に従って形成された酸化物を有するキャパシタの電圧に対する静電容量のグラフである。
【図６】本発明のいくつかの実施形態に従って形成された酸化物を有するキャパシタおよび従来のいくつかの技法に従って形成された酸化物を有するキャパシタの伝導帯からのエネルギー準位に対するＤITのグラフである。
【図７】本発明のいくつかの実施形態に従って形成された酸化物を有するキャパシタの電圧に対する静電容量のグラフである。
【図８】本発明のいくつかの実施形態に従って形成された酸化物を有するキャパシタの伝導帯からのエネルギー準位に対するＤITのグラフである。
【図９】本発明の他の実施形態で使用するのに適した炉管内の炭化シリコンウェハの一構成の概略図である。
【図１０】本発明の他の実施形態で使用するのに適した炉管内の炭化シリコンウェハの一構成の概略図である。
【図１１】炭化シリコン層上に酸化物層を形成する本発明の実施形態に基づく処理ステップを示す流れ図である。
【図１Ａ】
2009509333.tif 000003
【図１Ｂ】
2009509333.tif 000004
【図１Ｃ】
2009509333.tif 000005
【図２】
2009509333.tif 000006
【図３】
2009509333.tif 000007
【図４Ａ】
2009509333.tif 000008
【図４Ｂ】
2009509333.tif 000009
【図５】
2009509333.tif 000010
【図６】
2009509333.tif 000011
【図７】
2009509333.tif 000012
【図８】
2009509333.tif 000013
【図９】
2009509333.tif 000014
【図１０】
2009509333.tif 000015
【図１１】
2009509333.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月16日(2007.7.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化シリコン層上に酸化物層を形成する方法であって、
金属不純物を実質的に含まない室の中に炭化シリコン層を置くこと、
前記室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、
前記室の中に原子状酸素を導入すること、および、
前記炭化シリコン層の表面に前記原子状酸素を流し、それによって前記炭化シリコン層上に酸化物層を形成することを含み、
前記原子状酸素を導入することは、
前記室の中に実質的に金属不純物のない源酸化物を提供すること、および、
前記源酸化物の上に、窒素ガスと酸素ガスの混合物を流すこと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記源酸化物は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記源酸化物は、酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記源酸化物は、多孔質サファイアウェハを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
サファイアウェハに非金属不純物を注入して、多孔質サファイアウェハを形成すること、および、
前記室の中に前記多孔質サファイアウェハを置くこと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記室は、酸化炉管を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記室の雰囲気を加熱することは、前記室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
炭化シリコン層上に酸化物層を形成する方法であって、
室の中に炭化シリコン層を置くこと、
前記室の中に実質的に金属不純物のないアルミナウェハを置くこと、
前記室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、
前記アルミナウェハの上に窒素ガスを流して、前記室の中で原子状酸素を発生させること、および、
前記炭化シリコン層の表面に前記原子状酸素を流し、それによって前記炭化シリコン層上に酸化物層を形成すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記室の雰囲気を加熱することは、前記室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記アルミナウェハの上に酸素ガスを流すことをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記アルミナウェハの主表面は、前記炭化シリコン層の主表面と平行であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
炭化シリコン層上に酸化物層を形成する方法であって、
炭化シリコン層上に酸化物層を形成すること、
前記酸化物層をその上に有する前記炭化シリコン層を、金属不純物を実質的に含まない室の中に置くこと、
前記室の雰囲気を、約５００℃ないし約１３００℃に加熱すること、
前記室の中に原子状酸素を導入すること、および、
前記炭化シリコン層の表面に前記原子状酸素を流すことを含み、
前記原子状酸素を導入することは、
前記室の中に実質的に金属不純物のない源酸化物を提供すること、および、
前記源酸化物の上に、窒素ガスと酸素ガスの混合物を流すこと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記源酸化物は、酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記源酸化物は、酸化マンガンを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記源酸化物は、多孔質サファイアウェハを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
サファイアウェハに非金属不純物を注入して、多孔質サファイアウェハを形成すること、および、
前記室の中に前記多孔質サファイアウェハを置くこと
をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記室は、酸化炉管を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記室の雰囲気を加熱することは、前記室の雰囲気を、約１０００℃ないし約１１００℃に加熱することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】
2009509333.tif 000017
2009509333.tif 000018
2009509333.tif 000019
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