(57)【要約】【課題】イオン注入した不純物を電気的に活性化する熱処理のために形成した保護膜を用いたゲート絶縁膜の信頼性を高くすることができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】炭化珪素からなるドリフト層２に不純物をイオン注入する第１の工程と、ドリフト層２上に熱酸化膜６を形成する第２の工程と、第２の工程の後に、熱酸化膜６上に堆積絶縁膜１０を形成する第３の工程と、第３の工程の後に、熱処理して不純物を電気的に活性化する第４の工程と、第４の工程の後に、熱酸化膜又は堆積絶縁膜上に電極７を形成する第５の工程と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素からなるドリフト層に不純物をイオン注入する第１の工程と、
前記ドリフト層上に熱酸化膜を形成する第２の工程と、
前記第２の工程の後に、前記熱酸化膜上に堆積絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記第３の工程の後に、熱処理して前記不純物を電気的に活性化する第４の工程と、
前記第４の工程の後に、前記熱酸化膜又は前記堆積絶縁膜上に電極を形成する第５の工程と、
を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第４の工程の後、かつ前記第５の工程の前に、前記堆積絶縁膜をエッチングして除去する第６の工程を備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第４の工程は、１５００℃以上１９００℃以下の温度で前記熱処理されること
を特徴とする請求項１又は２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程は、ＡｌもしくはＢを前記不純物とすること
を特徴とする請求項１乃至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】
前記第３の工程は、二酸化珪素からなる前記堆積絶縁膜を形成すること
を特徴とする請求項１乃至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】
前記炭化珪素半導体装置はＭＯＳＦＥＴであること
を特徴とする請求項１乃至５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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
珪素であるＳｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いたパワーデバイスの物性限界を打破するために、炭化珪素であるＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）を用いた半導体装置の開発が行われている。その中でも特に、絶縁膜を用いたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ(Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)などが期待されている。
【０００３】
半導体装置を作製する際、ドリフト層中に不純物をイオン注入する工程が必要であるが、炭化珪素半導体装置では、イオン注入を電気的に活性化するために１３００℃以上の高温で熱処理する必要がある。この熱処理の際、ドリフト層の表面に凹凸が発生し、当該表面の凹凸が半導体装置の特性を劣化させるという問題があった。そこで、ドリフト層の表面にカーボン膜を用いた保護膜を形成して熱処理し、熱処理の際に発生するドリフト層の表面に凹凸が発生するのを抑制する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、カーボン膜を用いた保護膜は熱処理後に除去する必要が有るため、カーボン膜の形成及び除去を行うプロセスが増加してしまう。これに対し、熱処理の際の保護膜に二酸化珪素膜を用い、熱処理後に残存する当該二酸化珪素膜をゲート絶縁膜として用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０６５１１２号公報
【特許文献２】特開２００２−３１４０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱処理の際に保護膜として二酸化珪素膜を用いた場合、当該二酸化珪素膜をゲート絶縁膜として用いることができるのでプロセスが短縮できるという効果がある。しかしながら、１３００℃以上の高温雰囲気に晒される熱処理の際に、二酸化珪素膜が昇華して膜厚が減少してしまうため、保護膜として用いる二酸化珪素膜の膜厚は、昇華する分を考慮して厚く形成しておく必要がある。
【０００７】
ＳｉＣ上に厚膜の二酸化珪素膜を形成するためには、堆積法を用いる必要がある。しかしながら、堆積法で形成した二酸化珪素膜は、熱酸化法で形成した熱酸化膜に比べて正の固定電荷密度が多い、という問題があった。ゲート絶縁膜中の正の固定電荷密度が多いと、ゲート絶縁膜のリークが大きくなったり破壊強度が小さくなったりするなど、信頼性が低下してしまう。
【０００８】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、イオン注入した不純物を電気的に活性化する熱処理のために形成した保護膜を用いたゲート絶縁膜の信頼性を高くすることができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素からなるドリフト層に不純物をイオン注入する第１の工程と、ドリフト層上に熱酸化膜を形成する第２の工程と、第２の工程の後に、熱酸化膜上に堆積絶縁膜を形成する第３の工程と、第３の工程の後に、熱処理して不純物を電気的に活性化する第４の工程と、第４の工程の後に、熱酸化膜又は堆積絶縁膜上に電極を形成する第５の工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本実施の形態による炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、ドリフト層上に熱酸化膜を形成する第２の工程と、第２の工程の後に、熱酸化膜上に堆積絶縁膜を形成する第３の工程と、第３の工程の後に、ドリフト層を熱処理して不純物を電気的に活性化する第４の工程と、第４の工程の後に、熱酸化膜上に電極を形成する工程と、を備えるので、第２の工程で形成された熱酸化膜がゲート絶縁膜として機能するため、ゲート絶縁膜中の正の固定電荷密度を低減し、ゲート絶縁膜の信頼性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて作製した炭化珪素半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ドリフト層形成までを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ウェル領域形成までを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ソース領域形成までを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ウェルコンタクト用領域形成までを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、保護膜のうち熱酸化膜形成までを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、熱処理時に用いる保護膜が形成されるまでを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ゲート絶縁膜形成までを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、電極形成までを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ソース電極形成までを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、完成までを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の効果を説明するためのゲート絶縁膜の電流−電界（Ｉ−Ｅ）特性である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて作製したｎチャネルＭＯＳＦＥＴのＩＤ−ＶＧ特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて作製した炭化珪素半導体装置の一例を示す断面図である。ここでは、炭化珪素半導体装置の一例として、ｎチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴについて説明する。
【００１３】
図１において、ｎ型（第１導電型）で低抵抗の炭化珪素基板１の表面上に、ｎ型（第１導電型）の炭化珪素からなるドリフト層２が形成されている。ドリフト層２の表層部には、間隔をあけて複数のｐ型（第２導電型）のウェル領域３が形成されている。ウェル領域３の表層部には、ｎ型（第１導電型）のソース領域４と、ソース領域４に隣接して、ｐ型（第２導電型）のウェルコンタクト用領域５とが、ウェル領域３よりも浅く形成されている。
【００１４】
さらに、ウェル領域３、ソース領域４およびウェルコンタクト用領域５を含むドリフト層２の表面には、ソース領域４の一部およびウェルコンタクト用領域５の表面を除き、絶縁膜であるゲート絶縁膜１２が形成されている。ゲート絶縁膜１２上の、ウェル領域３と、ソース領域４の端部と対向する位置には、電極であるゲート電極７が形成されている。ソース領域４の表面の一部からウェルコンタクト用領域５の表面にまたがるようにソース電極８が形成され、炭化珪素基板１の裏面上にはドレイン電極９が形成されている。
【００１５】
次に、この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図２〜図１１は、それぞれ、この発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための炭化珪素半導体装置の断面図である。
【００１６】
図２は、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ドリフト層２を形成するまでを説明するための断面図である。まず、表面の面方位が（０００１）面であり、４Ｈのポリタイプを有するｎ型（第１導電型）で低抵抗の炭化珪素基板１を準備する。次に、炭化珪素基板１の表面である（０００１）面上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いたエピタキシャル成長により、例えば１〜２００μｍの厚さの炭化珪素からなるｎ型（第１導電型）のドリフト層２を形成する。ドリフト層２のｎ型不純物濃度は、例えば、１×１０１４〜１×１０１８ｃｍ−３であればよい。
【００１７】
図３は、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ウェル領域３形成までを説明するための断面図を示す。ドリフト層２の表面にレジストマスク（図示せず）を形成し、ドリフト層２の表面側から、ｐ型（第２導電型）の不純物をイオン注入する。その後、レジストマスクを除去する。これにより、図３のようにｎ型のドリフト層２の表層部にｐ型（第２導電型）のウェル領域３が形成される。
【００１８】
このとき、イオン注入するｐ型（第２導電型）の不純物は例えばアルミニウムやホウ素、ガリウムであって、イオン注入する不純物濃度は１×１０１５〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲とする。また、ｐ型（第２導電型）の不純物のイオン注入の深さは、ドリフト層２の厚さを超えない０．５〜３μｍ程度とする。
【００１９】
図４は、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ソース領域４の形成までを説明するための断面図である。ドリフト層２の表面にレジストマスク（図示せず）を形成し、ドリフト層２の表面側から、ｎ型（第１導電型）の不純物をイオン注入する。その後、レジストマスクを除去する。これにより、図４のように、ウェル領域３内に、ｎ型（第１導電型）のソース領域４がウェル領域３よりも浅く形成される。
【００２０】
このとき、イオン注入するｎ型（第１導電型）の不純物は例えば窒素やリン、ヒ素であって、イオン注入する不純物濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲とする。また、ｎ型（第１導電型）の不純物のイオン注入の深さは、０．１〜２μｍ程度で、ウェル領域３の厚さより浅いものとする。
【００２１】
図５に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ウェルコンタクト用領域５が形成されるまでを説明するための断面図を示す。ドリフト層２の表面にレジストマスク（図示せず）を形成し、ドリフト層２の表面側から、ｐ型（第２導電型）の不純物をイオン注入する。その後、レジストマスクを除去する。これにより、図５のように、ウェル領域３内に、ソース領域４に隣接して、ｐ型（第２導電型）のウェルコンタクト用領域５が形成される。
【００２２】
このとき、イオン注入するｐ型（第２導電型）の不純物は例えばアルミニウムやホウ素、ガリウムであって、イオン注入する不純物濃度は１×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３の範囲とする。また、ｐ型（第２導電型）の不純物のイオン注入の深さは、０．１〜２．１μｍ程度で、ソース領域４より深いものとする。
【００２３】
図６に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、熱処理時に用いる保護膜のうち熱酸化膜６が形成されるまでを説明するための断面図を示す。図５で得られた構造の、ウェル領域３、ソース領域４、ウェルコンタクト用領域５を含むドリフト層２の表面に、７００〜１４００℃の範囲の温度での熱酸化処理によって熱酸化膜６を形成する。
【００２４】
熱酸化処理の雰囲気はドライＯ２でも、ウェット（水蒸気）Ｏ２でも良いし、ＮＯ、あるいはＮ２Ｏなどの酸窒化ガス雰囲気であっても良い。熱酸化膜６の膜厚は、例えば５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば良い。ここで、熱酸化膜６の膜厚は後述するゲート絶縁膜１２の厚み以上とする。
【００２５】
図７に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、熱処理時に用いる保護膜が形成されるまでを説明するための断面図を示す。図６で得られた構造の熱酸化膜６上に、堆積法によって堆積絶縁膜１０を形成する。
【００２６】
堆積絶縁膜１０としては、二酸化珪素膜であるＳｉＯ２（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）、ＢＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）、Ｓｉ３Ｎ４（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＳｉＯＮ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）、ＡｌＯ２（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、ＡｌＯＮ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）、ＨｆＯ２（Ｈａｆｎｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、ＨｆＳｉＯ（Ｈａｆｎｉｕｍ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）などを用いることが出来る。
【００２７】
堆積絶縁膜１０を形成するための堆積法は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法であっても良いし、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法であっても良い。堆積絶縁膜１０の膜厚は２００〜５０００ｎｍとする。
【００２８】
図７のように、熱酸化膜６上に堆積絶縁膜１０が形成されて、熱酸化膜６と堆積絶縁膜１０からなる保護膜が形成される。
【００２９】
次に、ドリフト層２、ウェル領域３、ソース領域４、ウェルコンタクト用領域５、熱酸化膜６、堆積絶縁膜１０が形成された炭化珪素基板１を、熱処理装置によって、例えばアルゴンなどの雰囲気中で、１３００〜２１００℃の範囲で熱処理（高温アニール）を行う。この熱処理により、イオン注入されたアルミニウムや窒素などの不純物が電気的に活性化される。
【００３０】
熱処理時の雰囲気ガスにはアルゴン、窒素などの不活性ガス雰囲気が好ましいが、水素、酸窒化などのガスであっても良い。
【００３１】
また、熱処理時の温度は、１３００℃以上２１００℃以下であればよいが、好ましくは１５００℃以上１９００℃以下であればよい。１５００℃より低いと、イオン注入された不純物が電気的に十分活性化されず、また、１９００℃より高いと保護膜が昇華しやすくなり、熱処理時に堆積絶縁膜１０だけでなく熱酸化膜６も昇華されてしまう。熱酸化膜６の昇華が進むと、後述する所望の膜厚のゲート絶縁膜１２が形成できなくなってしまう。また、熱酸化膜６が全て消化されてしまうと、熱処理中にＳｉＣの表面荒れが生じて凹凸が発生する場合があるため、熱処理温度は１９００℃以下が望ましい。
【００３２】
図８に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ゲート絶縁膜１２が形成されるまでを説明するための炭化珪素半導体装置の断面図を示す。堆積絶縁膜１０をエッチングで除去することによって、熱酸化膜６の表面を露出させる。
【００３３】
このとき、フォトリソグラフィおよびエッチング技術によって堆積絶縁膜１０を選択的にエッチングすることにより、半導体装置の終端領域に残した堆積絶縁膜１０をフィールド絶縁膜とすることもできる（図示せず）。ここで、終端領域は半導体装置の外周部分であり、外周部分の絶縁破壊を抑制するために、本実施の形態では堆積絶縁膜１０をフィールド絶縁膜として用いることが出来る。言うまでもなく、フィールド絶縁膜が不要である場合、または、別の方法でフィールド絶縁膜を作製する場合には、堆積絶縁膜１０を用いたフィールド絶縁膜を形成しなくても良い。
【００３４】
堆積絶縁膜１０をエッチングする際は、ウェットエッチング処理を行うことができる。このとき、エッチング液として例えばＨＦ（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）溶液やＢＨＦ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）溶液などを用いることが出来る。
【００３５】
熱酸化膜６と堆積絶縁膜１０の材料が異なる場合、熱酸化膜６と堆積絶縁膜１０のエッチングレートが異なる。堆積絶縁膜１０が熱酸化膜６と同じ二酸化珪素であっても、堆積膜は熱酸化膜６に比べて膜密度が低いので、エッチングレートが速い。熱酸化膜６より堆積絶縁膜１０のエッチングレートが速いエッチング条件を用いることで、所望の膜厚の熱酸化膜６を残した上で、堆積絶縁膜１０を容易にエッチング除去することが出来る。
【００３６】
堆積絶縁膜１０をエッチングする際には、熱酸化膜６までオーバーエッチングしてもよい。エッチング後の熱酸化膜６は、後述するようにゲート絶縁膜１２として用いられるが、熱酸化膜６のエッチング後の残膜厚を調整することにより、図８のように、所望の膜厚のゲート絶縁膜１２が形成される。
【００３７】
図９に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、電極が形成されるまでを説明するための断面図を示す。ゲート絶縁膜１２上に、多結晶珪素膜をＣＶＤ法によって形成し、フォトリソグラフィおよびエッチング技術によってパターニングすることにより、表面の電極であるゲート電極７を形成する。図９に示すように、ゲート電極７は、断面視において一対のソース領域４がそれぞれ両端部で対向するような形状にパターニングされる。
【００３８】
図１０に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ソース電極８が形成されるまでを説明するための断面図を示す。図９の構造において、ゲート電極７が形成された部位およびその周囲を残して、ソース領域４の表面の一部からウェルコンタクト用領域５の表面にまたがる部位に形成されているゲート絶縁膜１２を除去する。そして、ゲート絶縁膜１２を除去することによって表面に露出したソース領域４の表面の一部からウェルコンタクト用領域５の表面の一部にまたがる部位に、図１０に示すようにソース電極８を形成する。
【００３９】
図１１は、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において、ドレイン電極９が形成されるまでを説明するための断面図を示す。図１０で得られた構造に、図１１に示すように、炭化珪素基板１の裏面上にドレイン電極９を形成する。
【００４０】
図１０あるいは図１１において、ソース電極８およびドレイン電極９としては、例えばニッケル、チタン、アルミニウム、モリブデン、クロム、白金、タングステン、タンタル、ニオブ、珪素、炭化チタン、これらの窒化物あるいはこれらの合金を用いることができる。
【００４１】
最後に、ソース電極８およびドレイン電極９を、接触している炭化珪素と合金化させるために、例えば９５０〜１０００℃の温度で、２０〜６０秒間の熱処理を行う。以上で、図１に示すこの発明の実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によって作製された炭化珪素半導体装置であるｎチャネルＭＯＳＦＥＴが完成する。
【００４２】
本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造された炭化珪素半導体装置は、ゲート絶縁膜１２として熱酸化法で形成された二酸化珪素膜である熱酸化膜６を用いている。ゲート絶縁膜１２に堆積法で形成された二酸化珪素膜（堆積酸化膜）などの堆積絶縁膜を用いた場合、熱酸化膜に比べて堆積絶縁膜中の不純物や結晶欠陥のために正の固定電荷密度が多くなる。その結果、堆積絶縁膜からなるゲート絶縁膜１２を用いた半導体装置はゲート絶縁膜１２の絶縁破壊強度が小さいなど、信頼性が低下してしまう。
【００４３】
図１２に、ゲート絶縁膜の電流−電界（Ｉ−Ｅ）特性を示す。図１２（ａ）は熱酸化法で形成したゲート絶縁膜のＩ−Ｅ特性であり、図１２（ｂ）は堆積法で形成したゲート絶縁膜のＩ−Ｅ特性である。図１２から分かるように、堆積法で形成したゲート絶縁膜は、熱酸化法で形成したゲート絶縁膜に比べて、点線で囲まれた３〜７ＭＶ／ｃｍにおける電流リークが大きい。また、図１２から分かるように熱酸化法で形成したゲート絶縁膜の絶縁破壊強度は９ＭＶ／ｃｍ以上であるのに対し、堆積法で形成したゲート絶縁膜の絶縁破壊強度は９ＭＶ／ｃｍ以下と小さい。このように、堆積法で形成したゲート絶縁膜は正の固定電荷密度が多いため、信頼性が低い。
【００４４】
本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造された炭化珪素半導体装置は、ゲート絶縁膜１２として熱酸化法で形成された二酸化珪素膜である熱酸化膜６を用いている。そのため、リーク電流が小さく、絶縁破壊強度が大きいゲート絶縁膜１２を形成できるので、信頼性の高い炭化珪素半導体装置を得ることが出来る。
【００４５】
尚、本実施の形態では、堆積絶縁膜１０を除去した熱酸化膜６をゲート絶縁膜１２としたが、堆積絶縁膜１０は除去しなくても、あるいは一部を残して熱酸化膜６と合わせてゲート絶縁膜１２としてもよい。この場合でも、ゲート絶縁膜１２の一部に熱酸化膜６を含むので、同じ膜厚で堆積絶縁膜１０のみで構成されるゲート絶縁膜１２と比べると、ゲート絶縁膜１２中の正の固定電荷は少なく、信頼性を向上することが出来る。
【００４６】
すなわち、ゲート電極７は熱酸化膜６又は堆積絶縁膜１０上に形成される。ゲート電極７が熱酸化膜６上に形成される場合には、熱処理後、堆積絶縁膜１０をエッチングによって全て除去した後、ゲート電極７を形成すれば良い。このとき、上述したように、熱酸化膜６の一部が堆積絶縁膜１０のエッチング時にオーバーエッチングされていても良い。
【００４７】
ゲート電極７が堆積絶縁膜１０上に形成される場合、熱処理前に形成した堆積絶縁膜１０は、熱処理時に一部昇華してしまうので、熱処理後の堆積絶縁膜１０の膜厚は熱処理前よりも薄くなっている。そのため、熱処理後の堆積絶縁膜１０と熱酸化膜６の膜厚の合計が、所望のゲート絶縁膜１２の膜厚と等しくなる場合などに、ゲート電極７を堆積絶縁膜１０上に形成することができる。熱処理後の堆積絶縁膜１０を一部エッチングしてから、堆積絶縁膜１０上にゲート電極７を形成してもよいことは言うまでもない。
【００４８】
堆積絶縁膜１０のみからなるゲート絶縁膜１２を用いたＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴは、ゲート絶縁膜１２中に正の固定電荷が多いので閾値電圧が低くなる。そのため、スイッチング素子特性として要望されるノーマリ・オフ特性が得られにくい。特に、炭化珪素はチャネル移動度と閾値電圧とがトレードオフ関係にあり、オン抵抗を下げるためにチャネル移動度を高くすると閾値電圧が低下してしまい、ノーマリ・オン特性となってしまう問題があった。
【００４９】
本実施の形態では、ゲート絶縁膜１２に熱酸化膜６を用いているので、ゲート絶縁膜１２中の正の固定電荷を低減できるので、閾値電圧を高くすることが出来る。すなわち、チャネル移動度と閾値電圧とのトレードオフ関係を、堆積絶縁膜のみをゲート絶縁膜として用いる場合に比べて改善することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造された炭化珪素半導体装置は、イオン注入された不純物イオンの電気的活性化のための熱処理時に、炭化珪素の表面に熱酸化膜６と堆積絶縁膜１０とからなる保護膜が設けられているので、炭化珪素の表面荒れを抑制することが出来る。そのため、熱処理後の炭化珪素の表面が平坦であり、炭化珪素上に形成されるゲート絶縁膜１２の信頼性を向上することができる。
【００５１】
また、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造された炭化珪素半導体装置は、熱処理時の保護膜に熱酸化膜６と堆積絶縁膜１０とを用いている。不純物を電気的に活性化するための熱処理の際、絶縁膜を材料とする保護膜はある程度昇華されてしまうため、熱処理中に炭化珪素が露出しないように厚膜の保護膜を形成する必要がある。保護膜の膜厚としては、例えば２００ｎｍ以上が望ましい。
【００５２】
しかしながら、炭化珪素上の熱酸化膜６は、熱酸化時にある程度の膜厚が形成されると熱酸化速度が低下するため、熱酸化膜６のみによって例えば２００ｎｍ以上の保護膜を形成するのは困難である。
【００５３】
本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、熱処理時の保護膜として熱酸化膜６と堆積絶縁膜１０を用いているため、堆積絶縁膜１０によって熱処理時にも昇華しないような厚膜の保護膜を短時間で容易に形成することが可能となる。
【００５４】
また、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、熱処理時に熱酸化膜６と堆積絶縁膜１０とを保護膜として用いている。熱処理時には、堆積絶縁膜１０の一部が昇華してしまうが、熱酸化膜６上に厚膜の堆積絶縁膜１０を形成しているので、ゲート絶縁膜１２として用いる熱酸化膜６が昇華することを抑制することが出来る。
【００５５】
本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法では、熱処理時の保護膜ために形成していた熱酸化膜をゲート絶縁膜１２として用いている。従来、炭化珪素の表面の平坦性を得るために、熱処理時の保護膜にはカーボン膜を用いていたが、本実施の形態ではカーボン膜の生成及び除去に係るプロセスを省略することができるので、プロセス短縮化が可能となり、コスト低下につながる。
【００５６】
上記のように、従来、熱処理時の保護膜には、熱処理時に昇華することがほとんどないカーボン膜が用いられているが、熱処理時の保護膜にカーボン膜を用いた場合、炭化珪素の表面にカーボンが残留し、炭化珪素とゲート絶縁膜１２との界面に残留カーボンに起因した界面準位が形成されてチャネル移動度の低下につながる場合がある。
【００５７】
また、熱処理時の保護膜に熱酸化膜とカーボン膜の堆積膜を用い、当該保護膜の一部として用いた熱酸化膜をゲート絶縁膜として用いる場合にも、熱処理時にカーボン膜からカーボンが熱酸化膜と炭化珪素との界面に拡散し、界面準位を形成してチャネル移動度の低下につながってしまう。
【００５８】
本実施の形態では、熱酸化膜６上にＳｉＯ２、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、ＡｌＯ２、ＡｌＯＮ、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯなどの絶縁材料からなる堆積絶縁膜１０を用いているので、熱処理時に保護膜からカーボンが熱酸化膜６と炭化珪素との界面に拡散することがないため、カーボン起因の界面準位の発生を抑制することができ、チャネル移動度の低下を抑制することが可能となる。
【００５９】
尚、堆積絶縁膜１０が熱酸化膜６と同じ二酸化珪素（ＳｉＯ２）の場合、エッチングレート差を利用して、堆積絶縁膜１０をエッチングで除去した上に、熱酸化膜６の表層部分のオーバーエッチングを容易に行うことが出来る。熱処理時に、堆積絶縁膜１０から熱酸化膜６へ正の固定電荷が拡散し、堆積絶縁膜１０と熱酸化膜６の界面近傍における熱酸化膜６中の正の固定電荷が増加しても、当該領域の熱酸化膜６をオーバーエッチングすることにより容易に除去することができる。その結果、ゲート絶縁膜１２には正の固定電荷が少ない熱酸化膜６のみを用いることができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、熱酸化膜６を表面上に設けた炭化珪素を熱処理するが、熱酸化膜６と炭化珪素との界面に存在していたダングリングボンドなどの界面準位が熱処理によって電気的に安定な結合となり、界面準位を低減する効果も得られる。その結果、チャネル移動度を向上することができる。
【００６１】
本実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて作製したＭＯＳＦＥＴのドレイン電極９に正電圧を印加して動作させた場合について説明する。ゲート電極７に負電圧を印加してＭＯＳチャネルをオフさせた状態では、ソース電極８とドレイン電極９との間は、ｐｎ接合の逆バイアスによって拡がった空乏層により電気的に絶縁される。ゲート電極７に正電圧を印加することにより、ＭＯＳチャネルがオン状態になり、ソース電極８とドレイン電極９との間に電流が流れるようになる。
【００６２】
図１３は、本実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を用いて作製されたｎ型ＭＯＳＦＥＴの効果を説明するためのドレイン電流のゲート電圧依存性（ＩＤ−ＶＧ特性）を示す図である。図１２では、本実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によって作製されたＭＯＳＦＥＴの特性は実線で、熱処理時の保護膜を堆積絶縁膜のみとしてゲート絶縁膜にその堆積絶縁膜のみを用いられた場合は点線で、熱処理時の保護膜にはカーボン膜を用いて、ゲート絶縁膜には熱処理後に熱酸化法で形成した二酸化珪素膜を用いた場合は一点鎖線で示されている。
【００６３】
図１３において、一点鎖線に比べて本実施の形態を用いた実線の特性は、ドレイン電流が立ち上がった後の線形領域の傾きが大きいことが分かる。これは、一点鎖線に比べて実線の場合のチャネル移動度が大きいことを示している。このように、本実施の形態を用いた場合、熱処理時にカーボン膜からＭＯＳ界面へのカーボン拡散による界面準位の発生がなく、また、熱処理によってＭＯＳ界面の界面準位が低減された効果によって、チャネル移動度が向上する効果が得られていることが分かる。
【００６４】
図１３において、点線に比べて本実施の形態を用いた実線の特性は、立ち上がり電圧（閾値電圧）が大きいことが分かる。点線の特性は閾値電圧が０．５Ｖであり、実線の特性は閾値電圧が１．５Ｖである。ここで、閾値値電圧は線形領域の接線と、ドレイン電流が０Ａのときの横軸との接点におけるゲート電圧で求められる。ゲート絶縁膜１２に堆積絶縁膜のみを用いた場合の点線では、ゲート絶縁膜１２中に正の固定電荷密度が多く形成されるために閾値電圧が低下する。一方、本実施の形態を用いた実線の場合には点線の場合に比べて閾値電圧を１Ｖ高くすることができている。
【００６５】
また、図１３においてドレイン電流が立ち上がった後の線形領域の傾きは実線と点線で同程度であることからチャネル移動度は同程度である。つまり、本実施の形態を用いた場合、堆積絶縁膜をゲート絶縁膜１２とした場合に比べて、チャネル移動度がほぼ等しくて閾値電圧が高いことから、チャネル移動度と閾値電圧のトレードオフ関係が改善できることが示されている。
【００６６】
本実施の形態ではｎチャネルＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明したが、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型とするｐチャネルＭＯＳＦＥＴとしてもよいし、低抵抗の炭化珪素基板１としてｎ型（第１導電型）に代えてｐ型（第２導電型）としたＩＧＢＴとしてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態ではＭＯＳＦＥＴについて説明したが、ＭＯＳキャパシタなどであっても良い。すなわち、不純物がイオン注入された炭化珪素上にゲート絶縁膜１２が形成されるＭＯＳ構造であれば、本実施の形態の、不純物を活性化するためにキャップとして用いられた正の固定電荷が少ない熱酸化膜６をゲート絶縁膜１２として用いるので、信頼性を向上できることの効果が得られる。
【００６８】
本実施の形態では、炭化珪素基板１の面方位を（０００１）としたが、（０００−１）や（１１−２０）としてもよい。
【００６９】
また、炭化珪素基板１はオフ角を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００７０】
また、本実施の形態ではｎチャネルＭＯＳＦＥＴを作製するためのイオン注入をする際、レジストを注入用のレジストマスクとして用いたが、酸化膜を代替として用いてもよい。
【００７１】
尚、本実施の形態ではイオン注入した後に熱酸化膜６と堆積絶縁膜１０を形成したが、イオン注入は熱酸化膜６や堆積絶縁膜１０の形成後に実施してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  炭化珪素基板、２  ドリフト層、３  ウェル領域、４  ソース領域、５  ウェルコンタクト用領域、６  熱酸化膜、７  ゲート電極、８  ソース電極、９  ドレイン電極、１０  堆積絶縁膜、１２  ゲート絶縁膜。
【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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