(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素層と、
層中の炭素間の一重結合が、層中の炭素間の二重結合よりも多い酸化シリコン層と、
前記炭化珪素層と前記酸化シリコン層との間に位置し、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む領域と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
炭化珪素層と、
層中の炭素間の一重結合が、層中の炭素間の二重結合よりも多い酸化シリコン層と、
前記炭化珪素層と前記酸化シリコン層との間に位置し、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む領域と、
を備え、
前記酸化シリコン層の炭素濃度が２×１０１６ｃｍ−３以上２×１０２２ｃｍ−３以下である半導体装置。
【請求項３】
炭化珪素層と、
層中の炭素間の一重結合が、層中の炭素間の二重結合よりも多い酸化シリコン層と、
前記炭化珪素層と前記酸化シリコン層との間に位置し、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む領域と、
を備え、
前記少なくとも一つの元素の濃度分布のピークが、４×１０１６ｃｍ−３以上４×１０２０ｃｍ−３以下である半導体装置。
【請求項４】
炭化珪素層と、
層中の炭素間の一重結合が、層中の炭素間の二重結合よりも多い酸化シリコン層と、
前記炭化珪素層と前記酸化シリコン層との間に位置し、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む領域と、
を備え、
前記少なくとも一つの元素の濃度分布の半値全幅が１ｎｍ以下である半導体装置。
【請求項５】
前記酸化シリコン層中に炭素と酸素の結合を有する請求項１乃至請求項４いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記酸化シリコン層中に、一重結合する２つの炭素のそれぞれに２つのシリコンが結合する構造を有する請求項１乃至請求項４いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項７】
前記酸化シリコン層中に、一重結合する２つの炭素に同一の酸素が結合する構造を有する請求項１乃至請求項４いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項８】
前記酸化シリコン層中に、一重結合する２つの炭素のそれぞれに一つの水素、重水素、フッ素、又は、水酸基が結合する構造を有する請求項１乃至請求項４いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項９】
前記領域との間に前記酸化シリコン層が位置するゲート電極を、更に備える請求項１乃至請求項８いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９いずれか一項記載の半導体装置を備えるインバータ回路。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９いずれか一項記載の半導体装置を備える駆動装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項９いずれか一項記載の半導体装置を備える車両。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項９いずれか一項記載の半導体装置を備える昇降機。
【請求項１４】
炭化珪素層の上に酸化シリコン層を形成し、
前記酸化シリコン層に紫外線を照射しながら、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）、及び、水（Ｈ２Ｏ）の少なくとも一つの物質を含み、且つ、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む雰囲気中で熱処理を行う半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記酸化シリコン層の厚さが１０ｎｍ以下である請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記酸化シリコン層は、前記炭化珪素層の熱酸化により形成される請求項１４又は請求項１５記載の製造方法。
【請求項１７】
前記熱酸化の温度は８００℃以上１０００℃以下である請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記紫外線のエネルギーが３．０ｅＶ以上４．５ｅＶ以下である請求項１４乃至請求項１７いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記熱処理の温度は３００℃以上９００℃以下である請求項１４乃至請求項１８いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
炭化珪素層の上に酸化シリコン層を形成し、
前記酸化シリコン層に紫外線を照射しながら、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む雰囲気中で熱処理を行う半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置、半導体装置の製造方法、インバータ回路、駆動装置、車両、及び、昇降機に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の半導体デバイス用の材料として炭化珪素（ＳｉＣ）が期待されている。炭化珪素はシリコン（Ｓｉ）と比較して、バンドギャップが３倍、破壊電界強度が約１０倍、熱伝導率が約３倍と優れた物性を有する。この特性を活用すれば低損失かつ高温動作可能な半導体デバイスを実現することができる。
【０００３】
しかし、例えば、炭化珪素を用いてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅａｔｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を形成する場合、キャリアの移動度が劣化するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−６１０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、キャリアの移動度の向上が可能な半導体装置、半導体装置の製造方法、インバータ回路、駆動装置、車両、及び、昇降機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置は、炭化珪素層と、層中の炭素間の一重結合が、層中の炭素間の二重結合よりも多い酸化シリコン層と、前記炭化珪素層と前記酸化シリコン層との間に位置し、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む領域と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の半導体装置を示す模式断面図。
【図２】第１の実施形態の終端元素の濃度分布を示す図である。
【図３】第１の実施形態の酸化シリコン層の説明図。
【図４】第１の実施形態の半導体装置の製造方法の工程フロー図。
【図５】第１の実施形態の製造方法で用いられる半導体製造装置の模式断面図。
【図６】第１の実施形態の作用及び効果の説明図。
【図７】第１の実施形態の作用及び効果の説明図。
【図８】第１の実施形態の作用及び効果の説明図。
【図９】第１の実施形態の作用及び効果の説明図。
【図１０】第６の実施形態の半導体装置を示す模式断面図。
【図１１】第７の実施形態の駆動装置の模式図。
【図１２】第８の実施形態の車両の模式図。
【図１３】第９の実施形態の車両の模式図。
【図１４】第１０の実施形態の昇降機の模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。
【０００９】
また、以下の説明において、ｎ＋、ｎ、ｎ−及び、ｐ＋、ｐ、ｐ−の表記は、各導電型における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわちｎ＋はｎよりもｎ型の不純物濃度が相対的に高く、ｎ−はｎよりもｎ型の不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、ｐ＋はｐよりもｐ型の不純物濃度が相対的に高く、ｐ−はｐよりもｐ型の不純物濃度が相対的に低いことを示す。なお、ｎ＋型、ｎ−型を単にｎ型、ｐ＋型、ｐ−型を単にｐ型と記載する場合もある。
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、炭化珪素層と、層中の炭素間の一重結合が、層中の炭素間の二重結合よりも多い酸化シリコン層と、炭化珪素層と酸化シリコン層との間に位置し、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む領域と、を備える。
【００１１】
図１は、本実施形態の半導体装置であるＭＯＳＦＥＴを示す模式断面図である。ＭＯＳＦＥＴ１００は、ｐウェルとソース領域をイオン注入で形成する、Ｄｏｕｂｌｅ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  ＭＯＳＦＥＴ（ＤＩＭＯＳＦＥＴ）である。また、ＭＯＳＦＥＴ１００は、電子をキャリアとするｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。
【００１２】
このＭＯＳＦＥＴ１００は、炭化珪素基板１２、ドリフト層（炭化珪素層）１４、ｐウェル領域（炭化珪素層）１６、ソース領域１８、ｐウェルコンタクト領域２０、界面領域（領域）４０、酸化シリコン層２８、絶縁層２９、ゲート電極３０、層間絶縁膜３２、ソース電極３４、及び、ドレイン電極３６を備える。
【００１３】
炭化珪素基板１２は、例えば、ｎ＋型の４Ｈ−ＳｉＣの基板である。炭化珪素基板１２は、例えば、窒素（Ｎ）をｎ型不純物として含む。炭化珪素基板１２のｎ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下である。
【００１４】
炭化珪素基板１２の表面は、例えば、（０００１）面に対し０度以上８度以下傾斜した面である。（０００１）面は、シリコン面と称される。炭化珪素基板１２の裏面は、例えば、（０００−１）面に対し０度以上８度以下傾斜した面である。（０００−１）面は、カーボン面と称される。
【００１５】
ドリフト層１４は、炭化珪素基板１２の表面上に設けられる。ドリフト層１４は、ｎ−型の炭化珪素層である。ドリフト層１４は、例えば、窒素をｎ型不純物として含む。
【００１６】
ドリフト層１４のｎ型不純物の不純物濃度は、例えば、５×１０１５ｃｍ−３以上２×１０１６ｃｍ−３以下である。ドリフト層１４は、例えば、炭化珪素基板１２上にエピタキシャル成長により形成されたＳｉＣのエピタキシャル成長層である。
【００１７】
ドリフト層１４の表面も、シリコン面に対し０度以上８度以下傾斜した面である。ドリフト層１４の厚さは、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下である。
【００１８】
ｐウェル領域１６は、ドリフト層１４の一部表面に設けられる。ｐウェル領域１６は、ｐ型の炭化珪素領域である。ｐウェル領域１６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）をｐ型不純物として含む。ｐウェル領域１６のｐ型不純物の不純物濃度は、例えば、５×１０１５ｃｍ−３以上１×１０１７ｃｍ−３以下である。
【００１９】
ｐウェル領域１６の深さは、例えば、０．４μｍ以上０．８μｍ以下である。ｐウェル領域１６は、ＭＯＳＦＥＴ１００のチャネル領域として機能する。
【００２０】
ｐウェル領域１６の表面も、シリコン面に対し０度以上８度以下傾斜した面である。
【００２１】
ソース領域１８は、ｐウェル領域１６の一部表面に設けられる。ソース領域１８は、ｎ＋型の炭化珪素層である。ソース領域１８は、例えば、リン（Ｐ）をｎ型不純物として含む。ソース領域１８のｎ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３ｃｍ以下である。
【００２２】
ソース領域１８の深さは、ｐウェル領域１６の深さよりも浅い。ソース領域１８の深さは、例えば、０．２μｍ以上０．４μｍ以下である。
【００２３】
ウェルコンタクト領域２０は、ｐウェル領域１６の一部表面に設けられる。ウェルコンタクト領域２０は、ソース領域１８の側方に設けられる。ウェルコンタクト領域２０は、ｐ＋型の炭化珪素領域である。
【００２４】
ウェルコンタクト領域２０は、例えば、アルミニウムをｐ型不純物として含む。ウェルコンタクト領域２０のｐ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２２ｃｍ−３以下である。
【００２５】
ｐウェルコンタクト領域２０の深さは、ｐウェル領域１６の深さよりも浅い。ｐウェルコンタクト領域２０の深さは、例えば、０．２μｍ以上０．４μｍ以下である。
【００２６】
界面領域４０は、ドリフト層１４及びｐウェル領域１６と、酸化シリコン層２８との間に位置する。界面領域４０は、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素（終端元素）を含む。
【００２７】
図２は、本実施形態の終端元素の濃度分布を示す図である。
【００２８】
終端元素は、ドリフト層１４及びｐウェル領域（炭化珪素層）１６と、酸化シリコン層２８との間の界面に偏析している。終端元素の濃度分布のピークが、界面領域４０内にある。
【００２９】
終端元素の濃度分布のピークに対する半値全幅は、例えば、１ｎｍ以下である。また、濃度分布のピークに対する半値全幅は、例えば、０．２５ｎｍ以下であることが望ましく、０．２ｎｍ未満であることがより望ましい。
【００３０】
終端元素は、ドリフト層１４及びｐウェル領域１６の最上層のシリコン原子又は炭素原子を置換している。最上層の原子を置換しているため、終端元素は炭化珪素層と３配位していることになる。言い換えれば、終端元素は、炭化珪素の結晶格子のシリコン原子又は炭素原子の位置にある。つまり、終端元素は、炭化珪素層の炭素原子と３配位、又は、炭化珪素層のシリコン原子と３配位していることになる。
【００３１】
界面領域４０における終端元素の濃度分布のピークは、例えば、４×１０１６ｃｍ−３以上４×１０２０ｃｍ−３以下である。また、終端元素の濃度分布のピークは、例えば、４×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１９ｃｍ−３以下であることが望ましく、４×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下であることがより望ましい。
【００３２】
界面領域４０中の終端元素の濃度及び分布は、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＩＭＳ）により測定することが可能である。また、終端元素の濃度及び分布は、例えば、ＸＰＳ、ＴＥＭ−ＥＤＸ、Ａｔｏｍ  Ｐｒｏｂｅ、ＨＲ−ＲＢＳなどにより電子状態とその空間分布の特定が可能となる。また、赤外分光法（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、ラマン分光法によっても、炭化珪素層に３配位する構造に基づく振動モードが観測される。
【００３３】
酸化シリコン層２８及び炭化珪素層における終端元素の濃度は、例えば、ＳＩＭＳの測定限界以下である。ＳＩＭＳの測定限界は、例えば、２×１０１６ｃｍ−３である。
【００３４】
酸化シリコン層２８は、ｐウェル領域１６とゲート電極３０との間に設けられる。酸化シリコン層２８は、ドリフト層１４及びｐウェル領域１６の表面に、連続的に形成される。
【００３５】
酸化シリコン層２８の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。酸化シリコン層２８は、ＭＯＳＦＥＴ１００のゲート絶縁層として機能する。
【００３６】
酸化シリコン層２８中には、炭素が含まれる。酸化シリコン層２８中の炭素濃度は、例えば、２×１０１６ｃｍ−３以上２×１０２２ｃｍ−３以下である。
【００３７】
酸化シリコン層２８中には、炭素（Ｃ）と炭素（Ｃ）の結合が存在する。そして、酸化シリコン層２８中の炭素間の一重結合が、層中の炭素間の二重結合よりも多い。
【００３８】
酸化シリコン層２８中の炭素間の一重結合と炭素間の二重結合の多少は、例えば、Ｘ線電子分光（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）により、炭素間の一重結合に起因する光電子のカウント数と、炭素間の二重結合に起因する光電子のカウント数とを比較することにより判断できる。
【００３９】
なお、酸化シリコン層２８中の炭素間の一重結合と炭素間の二重結合の多少は、例えば、赤外分光法（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、ラマン分光法によっても判断することが可能である。
【００４０】
また、酸化シリコン層２８中に、例えば、炭素と酸素（Ｏ）の結合が存在する。また、酸化シリコン層２８中に、例えば、炭素と水素（Ｈ）の結合が存在する。また、酸化シリコン層２８中に、例えば、炭素と重水素（Ｄ）の結合が存在する。また、酸化シリコン層２８中に、例えば、炭素とフッ素（Ｆ）の結合が存在する。また、酸化シリコン層２８中に、例えば、炭素と水酸基（ＯＨ）の結合が存在する。
【００４１】
炭素と酸素（Ｏ）の結合の存在、炭素と水素（Ｈ）の結合の存在、炭素と重水素（Ｄ）の結合の存在、炭素とフッ素（Ｆ）の結合の存在、炭素と水酸基（ＯＨ）の結合の存在は、例えば、Ｘ線電子分光により確認することが可能である。なお、炭素と酸素（Ｏ）の結合の存在、炭素と水素（Ｈ）の結合の存在、炭素と重水素（Ｄ）の結合の存在、炭素とフッ素（Ｆ）の結合の存在、炭素と水酸基（ＯＨ）の結合の存在は、例えば、赤外分光法（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、ラマン分光法によっても判断することが可能である。
【００４２】
酸化シリコン層２８中の厚さ方向の炭素の分布は、一重結合を有する炭素間に跨る酸素、一重結合を有する二つの炭素それぞれに結合した水素、一重結合を有する二つの炭素それぞれに結合した重水素、一重結合を有する二つの炭素それぞれに結合したフッ素、及び、一重結合を有する二つの炭素それぞれに結合した水酸基の分布と一致する。酸化シリコン層２８中の上記の結合状態を有する炭素、酸素、水素、重水素、フッ素の厚さ方向の濃度及び分布は、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＩＭＳ）により測定することが可能である。また、酸化シリコン層２８中の炭素、酸素、水素、重水素、フッ素の濃度及び分布は、例えば、ＴＥＭ−ＥＤＸ、Ａｔｏｍ  Ｐｒｏｂｅ、ＨＲ−ＲＢＳなどにより電子状態とその空間分布の特定が可能となる。
【００４３】
図３は、本実施形態の酸化シリコン層の説明図である。図３は、酸化シリコン層２８中の炭素の結合状態を示す図である。
【００４４】
図３（ａ）は、炭素間の二重結合を示す図である。図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、炭素間の一重結合を示す図である。
【００４５】
図３（ｂ）は、一重結合する炭素が酸素と結合する場合である。二つの炭素と一つの酸素で、Ｃ−Ｃ−Ｏの環状構造を作っている。言い換えれば、一重結合する２つの炭素に同一の酸素が結合する構造である。
【００４６】
図３（ｃ）は、一重結合する炭素が水素と結合する場合である。一重結合する２つの炭素のそれぞれに一つの水素が結合する構造である。重水素でも同様である。
【００４７】
図３（ｄ）は、一重結合する炭素がフッ素と結合する場合である。一重結合する２つの炭素のそれぞれに一つのフッ素が結合する構造である。
【００４８】
図３（ｅ）は、一重結合する炭素が水酸基と結合する場合である。一重結合する２つの炭素のそれぞれに一つの水酸基が結合する構造である。
【００４９】
なお、図３では、一重結合又は二重結合するする２つの炭素のそれぞれに２つのシリコンが結合する構造を例示しているが、シリコンに代えて酸素が結合する構造もあり得る。
【００５０】
絶縁層２９は、酸化シリコン層２８とゲート電極３０との間に設けられる。酸化シリコン層２８と絶縁層２９が、ＭＯＳＦＥＴ１００のゲート絶縁層として機能する。
【００５１】
絶縁層２９は、例えば、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）、物理蒸着法（Ｐｈｉｓｙｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）等により形成された堆積膜である。絶縁層２９は、例えば、酸化シリコン膜である。
【００５２】
絶縁層２９が酸化シリコン膜の場合、絶縁層２９中に、炭素（Ｃ）と炭素（Ｃ）の結合が存在する場合がある。例えば、絶縁層２９がＴＥＯＳをプリカーサにしたＣＶＤ膜の場合である。そして、酸化シリコン膜中の炭素間の一重結合が、層中の炭素間の二重結合よりも多い。
【００５３】
また、絶縁層２９が酸化シリコン膜の場合、酸化シリコン膜中に、例えば、炭素と酸素（Ｏ）の結合が存在する。また、酸化シリコン膜中に、例えば、炭素と重水素（Ｄ）の結合が存在する。また、酸化シリコン膜中に、例えば、炭素と水素（Ｈ）の結合が存在する。また、酸化シリコン膜中に、例えば、炭素とフッ素（Ｆ）の結合が存在する。また、酸化シリコン膜中に、例えば、炭素と水酸基（ＯＨ）の結合が存在する。
【００５４】
絶縁層２９として、酸化シリコン層２８よりも誘電率の高い絶縁膜を用いることも可能である。絶縁層２９は、例えば、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ２）、酸窒化ハフニウム膜（ＨｆＯＮ）、酸化ハフニウムシリケート膜（ＨｆＳｉＯ）、酸窒化ハフニウムシリケート膜（ＨｆＳｉＯＮ）、酸化ジルコニウム膜（ＺｒＯ２）、酸窒化ジルコニウム膜（ＺｒＯＮ）、酸化ジルコニウムシリケート膜（ＺｒＳｉＯ）、酸窒化ジルコニウムシリケート膜（ＺｒＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム膜（ＡｌＯ）、酸窒化アルミニウム膜（ＡｌＯＮ）である。これらの膜の積層膜でも良い。例えば、ＳｉＯＮ膜/ＨｆＳｉＯＮ膜、ＺｒＯ２膜/Ａｌ２Ｏ３膜/ＺｒＯ２膜/Ａｌ２Ｏ３膜などが有効である。
【００５５】
絶縁層２９の厚さは、例えば、２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
【００５６】
ゲート電極３０は、絶縁層２９上に設けられる。ゲート電極３０と界面領域４０との間に、酸化シリコン層２８及び絶縁層２９が設けられる。
【００５７】
ゲート電極３０には、例えば、ｎ型不純物又はｐ型不純物を含む多結晶シリコンが適用可能である。
【００５８】
層間絶縁膜３２は、ゲート電極３０上に形成される。層間絶縁膜３２は、例えば、酸化シリコン膜である。
【００５９】
ソース電極３４は、ソース領域１８とｐウェルコンタクト領域２０とに電気的に接続される。ソース電極３４は、ｐウェル領域１６に電位を与えるｐウェル電極としても機能する。
【００６０】
ソース電極３４は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）のバリアメタル層と、バリアメタル層上のアルミニウムのメタル層との積層で構成される。ニッケルのバリアメタル層と炭化珪素層は、反応してニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ、Ｎｉ２Ｓｉ等）を形成しても構わない。ニッケルのバリアメタル層とアルミニウムのメタル層とは、反応により合金を形成していてもよい。
【００６１】
ドレイン電極３６は、炭化珪素基板１２のドリフト層１４と反対側、すなわち、裏面側に設けられる。ドレイン電極３６は、例えば、ニッケルである。ニッケルは、炭化珪素基板１２と反応して、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ、Ｎｉ２Ｓｉ等）を形成しても構わない。
【００６２】
なお、本実施形態において、ｎ型不純物は、例えば、窒素やリンである。ｎ型不純物としてヒ素（Ａｓ）又はアンチモン（Ｓｂ）を適用することも可能である。
【００６３】
また、本実施形態において、ｐ型不純物は、例えば、アルミニウムである。ｐ型不純物として、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）を適用することも可能である。
【００６４】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００６５】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、炭化珪素層の上に酸化シリコン層を形成し、酸化シリコン層に紫外線を照射しながら、酸素、水素、重水素、フッ素、及び、水の少なくともいずれか一つの物質を含み、且つ、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む雰囲気中で熱処理を行う。
【００６６】
図４は、本実施形態の半導体装置の製造方法の工程フロー図である。
【００６７】
図４に示すように、半導体装置の製造方法は、ドリフト層形成（ステップＳ１００）、ｐ型不純物イオン注入（ステップＳ１０２）、ｎ型不純物イオン注入（ステップＳ１０４）、ｐ型不純物イオン注入（ステップＳ１０６）、第１のアニール（ステップＳ１０８）、酸化シリコン層形成（ステップＳ１１０）、第１の紫外線照射熱処理（ステップＳ１１１）、絶縁層形成（ステップＳ１１２）、第２の紫外線照射熱処理（ステップＳ１１３）、ゲート電極形成（ステップＳ１１４）、層間絶縁膜形成（ステップＳ１１６）、第１の電極形成（ステップＳ１１８）、第２の電極形成（ステップＳ１２０）及び第２のアニール（ステップＳ１２２）を備える。
【００６８】
まず、ｎ＋型の炭化珪素基板１２を準備する。炭化珪素基板１２は、例えば、４Ｈ−ＳｉＣである。炭化珪素基板１２は、例えば、炭化珪素ウェハＷである。
【００６９】
炭化珪素基板１２は、ｎ型不純物として窒素を含む。炭化珪素基板１２のｎ型不純物の不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下である。炭化珪素基板１２の厚さは、例えば、３５０μｍである。炭化珪素基板１２は、裏面のドレイン電極を形成する前に、９０μｍ程度に薄膜化してもよい。
【００７０】
ステップＳ１００では、炭化珪素基板１２のシリコン面上にエピタキシャル成長法により、ドリフト層１４を形成する。ドリフト層１４は、４Ｈ−ＳｉＣである。
【００７１】
ドリフト層１４は、ｎ型不純物として、窒素を含む。ドリフト層１４のｎ型不純物の不純物濃度は、例えば、５×１０１５ｃｍ−３以上２×１０１６ｃｍ−３以下である。ドリフト層１４の厚さは、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下である。
【００７２】
ステップＳ１０２では、まず、フォトリソグラフィーとエッチングによるパターニングにより、第１のマスク材を形成する。そして、第１のマスク材をイオン注入マスクとして用いて、ｐ型不純物であるアルミニウムをドリフト層１４にイオン注入する。イオン注入によりｐウェル領域１６が形成される。
【００７３】
ステップＳ１０４では、まず、フォトリソグラフィーとエッチングによるパターニングにより、第２のマスク材を形成する。そして、第２のマスク材をイオン注入マスクとして用いて、ｎ型不純物である窒素をドリフト層１４にイオン注入し、ソース領域１８を形成する。
【００７４】
ステップＳ１０６では、フォトリソグラフィーとエッチングによるパターニングにより、第３のマスク材を形成する。第３のマスク材をイオン注入マスクとして用いて、ｐ型不純物であるアルミニウムをドリフト層１４にイオン注入し、ｐウェルコンタクト領域２０を形成する。
【００７５】
ステップＳ１０８では、ｐ型不純物とｎ型不純物の活性化のための第１のアニールを行う。このアニールは、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度１７５０℃、加熱時間３０分といった条件が用いられる。
【００７６】
ステップＳ１１０では、ドリフト層１４及びｐウェル領域（炭化珪素層）１６を熱酸化し、ドリフト層１４及びｐウェル領域１６上に酸化シリコン層２８を形成する。酸化シリコン層２８は、ゲート絶縁層として機能する。
【００７７】
熱酸化は、例えば、ドライ酸素雰囲気で行われる。熱酸化の温度は、例えば、８００℃以上１０００℃以下である。酸化シリコン層２８の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００７８】
酸化シリコン層２８の厚さの制御性を向上させる観点から、熱酸化の温度は、８００℃以上１０００℃以下であることが望ましい。
【００７９】
酸化シリコン層２８を８００℃以上１０００℃以下の温度の熱酸化で形成する場合、酸化シリコン層２８中の炭素濃度は、例えば、２×１０１９ｃｍ−３以上２×１０２２ｃｍ−３以下である。また、例えば、２×１０２０ｃｍ−３以上２×１０２１ｃｍ−３以下である。
【００８０】
酸化シリコン層２８には、ドリフト層１４及びｐウェル領域１６の熱酸化により生じた余剰の炭素が取り込まれる。そして、酸化シリコン層２８に取り込まれた炭素は、酸化シリコン層２８中で二重結合を形成して安定化する。
【００８１】
ステップＳ１１１では、酸化シリコン層２８に紫外線を照射しながら、熱処理を行う。熱処理は、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）、及び、水（Ｈ２Ｏ）の少なくともいずれか一つの物質を含み、且つ、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素（終端元素）を含む雰囲気中で行われる。
【００８２】
熱処理の温度は、例えば、３００℃以上９００℃以下である。但し、炭化珪素層の酸化が進まないように、Ｃ面では８００℃以下、ａ面、ｍ面、（０−３３−８）面では８５０℃以下、Ｓｉ面では９００℃以下である。７００℃が典型的な温度であり、どの面方位にも適用できる温度である。紫外線のエネルギーは、例えば、３．０ｅＶ以上４．５ｅＶ以下である。
【００８３】
紫外線の照射により、ドリフト層１４及びｐウェル領域１６の最上層の、ダングリングボンドを有するシリコン原子、又は、ダングリングボンドを有する炭素原子が励起状態となる。また、紫外線の照射により、雰囲気中に存在する終端元素が活性化する。励起されたダングリングボンドを有する最表面シリコン原子、又は、励起されたダングリングボンドを有する最表面炭素原子は、活性化した終端元素と置換される。
【００８４】
また、紫外線の照射により、酸化シリコン層２８中の炭素間の二重結合が、炭素間の一重結合に変換される。一重結合する炭素は、例えば、酸素と結合することにより、酸化シリコン層２８中で安定化する。
【００８５】
図５は、ステップＳ１１１の第１の紫外線照射熱処理に用いられる半導体製造装置の模式断面図である。半導体製造装置は、赤外線ランプ加熱装置２００である。
【００８６】
赤外線ランプ加熱装置２００は、処理室５０、サセプタ（保持部）５２、赤外線ランプ５４、紫外線ランプ５６、ガス供給口５８、ガス排出口５９を備える。
【００８７】
サセプタ５２は、処理室５０内に設けられる。サセプタ５２上には、炭化珪素ウェハＷが載置可能となっている。
【００８８】
赤外線ランプ５４は、処理室５０内に設けられる。赤外線ランプ５４から照射される赤外線により、炭化珪素ウェハＷが加熱される。
【００８９】
紫外線ランプ５６は、処理室５０内に設けられる。紫外線ランプ５６から炭化珪素ウェハＷに紫外線が照射される。
【００９０】
ガス供給口５８からは、処理室５０内の雰囲気を制御するガスが、処理室５０内に供給される。
【００９１】
ガス排出口５９から、処理室５０内のガスが排出される。
【００９２】
ステップＳ１１１の第１の紫外線照射熱処理の際には、酸化シリコン層２８が形成された炭化珪素ウェハＷがサセプタ５２上に載置される。そして、処理室５０内にガス供給口５８から、ガスが供給される。
【００９３】
ガスの供給中に、紫外線ランプ５６で炭化珪素ウェハＷに紫外線を照射しながら、赤外線ランプ５４により炭化珪素ウェハＷを加熱する。
【００９４】
ステップＳ１１１で供給されるガスには、例えば、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）、及び、水（Ｈ２Ｏ）の少なくとも一つの物質を含む。また、供給されるガスには、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの終端元素が含まれる。
【００９５】
供給されるガスには、例えば、窒素酸化物、窒素水素化物、 窒素重水素化物、窒素フッ化物、燐酸化物、燐水素化物、燐重水素化物、燐フッ化物、ヒ素酸化物、ヒ素水素化物、 ヒ素重水素化物、ヒ素フッ化物、ビスマス酸化物、ビスマス水素化物、ビスマス重水素化物、ビスマスフッ化物、スカンジウム酸化物、スカンジウム水素化物、 スカンジウム重水素化物、スカンジウムフッ化物、イットリウム酸化物、イットリウム水素化物、 イットリウム重水素化物、イットリウムフッ化物、ランノイド酸化物、ランタノイド水素化物、 ランタノイド重水素化物、及び、ランタノイドフッ化物の少なくとも一つの物質を含む。その他、酸化水素化物、酸化塩化物、酸化フッ化物などのように、終端元素と酸素が同時に含まれるガスも有効である。
【００９６】
供給されるガスは、例えば、下記の化学式で示されるガスを含む。ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＮＨ３、ＮＤ３、ＮＦ３、ＮＨ２、ＮＤ２、ＮＦ２、ＮＯＨ３、ＮＯＣｌ３、ＮＯＦ３、ＰＯ、Ｐ２Ｏ、ＰＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＰＨ３、ＰＤ３、ＰＦ３、ＰＨ２、ＰＤ２、ＰＦ２、ＰＯＨ３、ＰＯＣｌ３、ＰＯＦ３、ＡｓＯ、Ａｓ２Ｏ、ＡｓＯ２、Ａｓ２Ｏ５，ＡｓＨ３、ＡｓＤ３、ＡｓＦ３、ＡｓＨ２、ＡｓＤ２、ＡｓＦ２、ＡｓＯＨ３、ＡｓＯＣｌ３、ＡｓＯＦ３、ＳｂＯ、Ｓｂ２Ｏ、ＳｂＯ２、Ｓｂ２Ｏ５，ＳｂＨ３、ＳｂＤ３、ＳｂＦ３、ＳｂＨ２、ＳｂＤ２、ＳｂＦ２、ＳｂＯＨ３、ＳｂＯＣｌ３、ＳｂＯＦ３、ＢｉＯ、Ｂｉ２Ｏ、ＢｉＯ２、Ｂｉ２Ｏ５，ＢｉＨ３、ＢｉＤ３、ＢｉＦ３、ＢｉＨ２、ＢｉＤ２、ＢｉＦ２、ＢｉＯＨ３、ＢｉＯＣｌ３、ＢｉＯＦ３、ＳｃＯ、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｃＨ３、ＳｃＤ３、ＳｃＦ３、ＳｃＨ２、ＳｃＤ２、ＳｃＦ２、ＳｃＯＨ３、ＳｃＯＣｌ３、ＳｃＯＦ３、ＹＯ、Ｙ２Ｏ３、ＹＨ２、ＹＨ３、ＹＤ２、ＹＤ３、ＹＦ２、ＹＦ３、ＹＯＨ３、ＹＯＣｌ３、ＹＯＦ３、ＬｎＯ、Ｌｎ２Ｏ３、ＬｎＨ２、ＬｎＨ３、ＬｎＤ２、ＬｎＤ３、ＬｎＦ２、ＬｎＦ３、ＬｎＯＨ３、ＬｎＯＣｌ３、ＬｎＯＦ３（Ｌｎ＝ランタノイド）。上記例示列挙されたガスを混合して用いることも可能である。
【００９７】
また、供給されるガス中には、例えば、キャリアガス又は希釈ガスとして、不活性ガスや水（Ｈ２Ｏ）が含まれても構わない。不活性ガスは、例えば、窒素ガス（Ｎ２）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）、クリプトンガス（Ｋｒ）、キセノンガス（Ｘｅ）である。
【００９８】
ステップＳ１１２では、酸化シリコン層２８の上に絶縁層２９を形成する。絶縁層２９は、例えば、ＣＶＤ法、又は、ＰＶＤ法により形成される。絶縁層２９の厚さは、例えば、２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
【００９９】
絶縁層２９は、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）をソースガスとしてＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜である。
【０１００】
ＴＥＯＳをソースガスとして形成される酸化シリコン膜は、膜中に炭素を含有する。このため、炭素間の二重結合が膜中に含まれ得る。ＴＥＯＳをソースガスとして形成される酸化シリコン膜の炭素濃度は、例えば、２×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下である。典型的には５×１０１７ｃｍ−３である。よって、低温熱酸化にて形成した酸化シリコン層２８よりも、３桁近く炭素濃度が低くなる。
【０１０１】
ステップＳ１１３の第２の紫外線照射熱処理では、絶縁層２９に紫外線を照射しながら、熱処理を行う。熱処理は、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）、及び、水（Ｈ２Ｏ）の少なくともいずれか一つの物質を含む雰囲気中で行われる。
【０１０２】
熱処理の温度は、例えば、３００℃以上９００℃以下である。紫外線のエネルギーは、Ｓ１１１の第１の紫外線照射処理よりも高い。紫外線のエネルギーは、例えば、５ｅＶ以上６ｅＶ以下である。
【０１０３】
紫外線の照射により、絶縁層２９中の二重結合の一部が切断され、炭素間の一重結合が形成される。一重結合する炭素は、例えば、酸素と結合することにより、絶縁層２９で安定化する。
【０１０４】
ステップＳ１１３の第２の紫外線照射熱処理においても、図５に示す赤外線ランプ加熱装置２００が用いられる。
【０１０５】
なお、絶縁層２９中に酸化シリコン膜が含まれない場合は、例えば、第２の紫外線照射熱処理に代えて、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気等でのデンシファイアニールが行われても構わない。また、絶縁層２９中に酸化シリコン膜が含まれる場合であっても、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気等でのデンシファイアニールが追加して行われても構わない。
【０１０６】
デンシファイアニールにより、絶縁層２９が緻密な膜となる。デンシファイアニールの温度は、例えば、９００℃以上１３００℃以下である。
【０１０７】
ステップＳ１１４では、絶縁層２９上に、ゲート電極３０を形成する。ゲート電極３０は、例えば、ｎ型不純物又はｐ型不純物を含む多結晶シリコンである。
【０１０８】
ステップＳ１１６では、ゲート電極３０上に、層間絶縁膜３２が形成される。層間絶縁膜３２は、例えば、酸化シリコン膜である。
【０１０９】
ステップＳ１１８で、ソース電極３４が形成される。ソース電極３４は、ソース領域１８、及び、ｐウェルコンタクト領域２０上に形成される。ソース電極３４は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）とアルミニウム（Ａｌ）のスパッタにより形成される。
【０１１０】
ステップＳ１２０では、ドレイン電極３６が形成される。ドレイン電極３６は、炭化珪素基板１２の裏面側に形成される。ドレイン電極３６は、例えば、ニッケルのスパッタにより形成される。
【０１１１】
ステップＳ１２２では、ソース電極３４とドレイン電極３６のコンタクト抵抗を低減するために、第２のアニールが行われる。第２のアニールは、例えば、アルゴンガス雰囲気で、４００℃以上１０００℃以下で行われる。
【０１１２】
以上の製造方法により、図１に示すＭＯＳＦＥＴ１００が形成される。
【０１１３】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【０１１４】
炭化珪素を用いてＭＯＳＦＥＴを形成する場合、キャリアの移動度が劣化するという問題がある。炭化珪素層とゲート絶縁層との間の界面準位（ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｔａｔｅ）やゲート絶縁層中の準位（ｓｔａｔｅ）がキャリアの移動度の劣化を引き起こすと考えられる。
【０１１５】
また、炭化珪素を用いてＭＯＳＦＥＴを形成する場合、閾値電圧の変動が生ずるという問題がある。特に、ゲート絶縁層に酸化シリコンを用いる場合、酸化シリコンのバンドギャップ中に存在する準位が、閾値電圧の変動を引き起こすことが考えられる。
【０１１６】
最初に、炭化珪素層とゲート絶縁層との間の界面準位について、考察する。例えば、炭化珪素層とゲート絶縁層との間の界面準位に、チャネルを走行する電子がトラップされることで、ＭＯＳＦＥＴのキャリアの移動度が劣化すると考えられる。
【０１１７】
炭化珪素層とゲート絶縁層との間の界面準位は、炭化珪素層の最上層のシリコン原子又は炭素原子のダングリングボンドにより生じると考えられる。
【０１１８】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００では、ドリフト層１４及びｐウェル領域１６の最上層の、ダングリングボンドを有するシリコン原子、又は、ダングリングボンドを有する炭素原子が、終端元素により置換される。したがって、ダングリングボンドが減少する。よって、ＭＯＳＦＥＴ１００のキャリアの移動度の劣化が抑制される。
【０１１９】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法では、紫外線を照射しながら、終端元素を含む雰囲気中で熱処理を行う。紫外線の照射により、ドリフト層１４及びｐウェル領域１６の最上層の、ダングリングボンドを有するシリコン原子、又は、ダングリングボンドを有する炭素原子が励起状態となる。励起されたダングリングボンドを有するシリコン原子、又は、ダングリングボンドを有する炭素原子は、終端元素と置換される。
【０１２０】
紫外線の照射により、シリコン原子、又は、炭素原子を励起することで、シリコン原子、又は、炭素原子と、終端元素との置換が促進される。したがって、効果的にダングリングボンドが減少する。よって、炭化珪素層とゲート絶縁層との間の界面準位が減少する。
【０１２１】
ＵＶ光を使わない場合、界面を終端元素で終端させるために、酸素雰囲気での高温処理が必要である。このため、炭化珪素層の酸化が進行してしまい、ダングリングボンドが生成される。したがって、界面の終端の効率が低下する。
【０１２２】
しかし、本実施形態では、ピンポイントで最表面にあるダングリングボンドを有する元素を励起して、終端元素で置換することが可能となる。これにより、酸素雰囲気での高温熱処理を不要となる。
【０１２３】
酸素雰囲気での高温熱処理を不要とすることで、炭化珪素層の酸化が進行することがなくなる。したがって、ダングリングボンドが増えることなく、界面終端の効率が向上する。
【０１２４】
本実施形態では、酸化膜と炭化珪素層との界面が形成された後に、終端プロセスを行う。したがって、終端元素は、界面に存在しているダングリングボンドを選択的に消滅させることになる。
【０１２５】
ＵＶ光を使わない場合は、界面の終端には、高温であること、酸素があることが必要条件となる。発明者は、適切にＵＶ光を使うことで、高い温度や酸素に頼らずとも選択的に界面の終端ができることを見出した。
【０１２６】
本実施形態では、他の部分に影響がなく、励起したダングリングボンドを持つ最表面元素だけに狙いを定めて、炭化珪素層への３配位結合ができる。したがって、界面トラップを形成する、界面のダングリングボンドを、効率的に、消滅させることができる。
【０１２７】
なお、緻密な膜を形成する観点から、酸化シリコン層２８は、熱酸化により形成されることが望ましい。
【０１２８】
また、酸化シリコン層２８の厚さが１０ｎｍ以下であることが望ましい。酸化シリコン層２８の厚さが１０ｎｍより厚いと、紫外線の照射により活性化した終端元素が、酸化シリコン層２８を通過する間に不活性となり、界面終端の効率が低下する恐れがある。
【０１２９】
酸化シリコン層２８を形成する熱酸化の温度は８００℃以上１０００℃以下であることが望ましい。上記範囲を下回ると熱酸化膜の形成が困難となる恐れがある。一方、上記範囲を上回ると、膜厚の制御が困難となる恐れがある。
【０１３０】
第１の紫外線照射熱処理の紫外線のエネルギーは、３．０ｅＶ以上４．５ｅＶ以下であることが望ましい。上記範囲を下回ると、ダングリングボンドを有するシリコン原子、又は、ダングリングボンドを有する炭素原子の励起ができず、界面終端の効率が低下する恐れがある。また、上記範囲を上回ると、酸化シリコン層２８の下のドリフト層１４内やｐウェル領域１６内の炭化珪素の結合が切れる恐れがある。
【０１３１】
また、熱酸化膜形成温度を８００℃以上、１０００℃以下と低温に抑えた結果、炭化珪素層の酸化中に発生する炭化珪素層中の炭素欠陥量を抑制できる。その結果、閾値を高くすることができる。具体的には３〜７Ｖの閾値を得ることが可能となる。特に低温では、５〜７Ｖの閾値が実現できる。
【０１３２】
例えば、１２００℃以上での高温酸化では、一桁以上多い炭素欠陥が炭化珪素層中に発生する。その結果、終端元素が炭化珪素層中に拡散して、ｎ型ドーパントとして作用するようになり、閾値が低下する。それに対し、低温では終端元素の炭化珪素層中への拡散が抑制できるので、閾値低下がなくなり、高い閾値が実現する。
【０１３３】
図６は、本実施形態の作用及び効果の説明図である。図６（ａ）、図６（ｂ）は、酸化シリコン膜中に炭素間の二重結合がある場合のバンド図である。図６（ｃ）は、酸化シリコン膜中に炭素間の一重結合がある場合のバンド図である。図６は、発明者の第一原理計算に基づいている。
【０１３４】
酸化シリコン膜中に炭素間の二重結合がある場合、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜に電子が入っていない準位（図６中の白丸）と、電子で埋まった準位（図６中の黒丸）が生じる。電子が入っていない準位は、４Ｈ−ＳｉＣの伝導帯の下端近傍の位置にある。言い換えれば、酸化シリコン膜のバンドギャップ中に、電子のトラップとなる準位が存在する。
【０１３５】
例えば、電子が入っていない準位に、チャネルを走行する電子がトラップされることで、ＭＯＳＦＥＴのキャリアの移動度が劣化すると考えられる。
【０１３６】
また、電子で埋まった準位は、４Ｈ−ＳｉＣの価電子帯の上端近傍にある。
【０１３７】
図６（ｂ）に示すように、酸化シリコンのバンドギャップ中の電子で埋まった準位が、４Ｈ−ＳｉＣの価電子帯の上端よりも上の位置に存在する場合、電子が４Ｈ−ＳｉＣ側に流れることがある。その際、炭化珪素と酸化シリコンの界面に、固定ダイポールが形成される場合がある。この場合、固定ダイポールにより、炭化珪素（ＳｉＣ）と酸化シリコン（ＳｉＯ２）の伝導帯下端のエネルギー差（以下、バンドオフセット（ΔＥｃ）とも記載）が、小さくなる。
【０１３８】
バンドオフセットが小さくなると、酸化シリコン膜を流れるリーク電流が増大する。したがって、バンドギャップ中の準位への電子のトラップが促進される。よって、閾値変動が大きくなる。
【０１３９】
酸化シリコン膜中に炭素間の一重結合がある場合、図６（ｃ）に示すように、酸化シリコン膜には、電子で埋まった準位のみがある。電子が入っていない準位は、酸化シリコン膜の伝導帯の下端より浅くなる。言い換えれば、酸化シリコン膜のバンドギャップ中には、電子をトラップする準位がない。
【０１４０】
電子で埋まった準位は、４Ｈ−ＳｉＣの価電子帯の上端より深い位置にある。電子で埋まった準位は、酸化シリコン膜の価電子帯の上端近傍にある。
【０１４１】
したがって、酸化シリコン膜の炭素間の結合が一重結合である場合、酸化シリコン膜の準位に、ＭＯＳＦＥＴのチャネルを走行する電子がトラップされることはない。よって、ＭＯＳＦＥＴのキャリアの移動度の劣化が抑制される。
【０１４２】
また、電子が埋まった準位は４Ｈ−ＳｉＣの価電子帯の上端より深い位置にある。このため、炭化珪素と酸化シリコンの界面に、固定ダイポールが形成されない。したがって、バンドオフセットが小さくなることがなくなる。このため、酸化シリコン膜を流れるリーク電流が抑制される。よって、ＭＯＳＦＥＴ１００の閾値変動が抑制される。
【０１４３】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００は、酸化シリコン層２８中の炭素間の一重結合が、酸化シリコン層２８中の炭素間の二重結合よりも多い。したがって、ＭＯＳＦＥＴ１００のキャリアの移動度の劣化が抑制される。また、ＭＯＳＦＥＴ１００の閾値変動が抑制される。よって、特性の向上したＭＯＳＦＥＴ１００が実現される。
【０１４４】
本実施形態の製造方法により、殆ど全ての炭素間の二重結合を炭素間の一重結合に変換できる。したがって、バンドギャップ中の準位を無くすことができ、移動度が向上する。更に、電子が埋まった準位も４Ｈ−ＳｉＣの価電子帯よりも深い位置に移動するので、バンドオフセットが低下することもない。よって閾値変動も抑制できる。
【０１４５】
なお、Ｘ線電子分光による炭素間の一重結合に起因する光電子のカウント数は、炭素間の二重結合に起因する光電子のカウント数の１０倍以上であることが、ＭＯＳＦＥＴ１００の特性を向上する観点から望ましい。本実施形態の製造方法により、ＸＰＳのＣ１ｓのピーク測定において、炭素間の一重結合のピークが増大し、炭素間の二重結合のピークが殆ど見えなくなる状態まですることが可能である。十分な処理を行えば、炭素間の一重結合のみの状態まで構造変化を推進することが可能である。
【０１４６】
炭素間の二重結合を低減させる観点から、ＸＰＳのＣ１ｓのピーク測定において、炭素間の二重結合のピーク値は、炭素間の一重結合のピーク値の１０％以下であることが望ましく、２％以下であることがより望ましく、１％以下であることが更に望ましい。
【０１４７】
また、一重結合する炭素は、酸素、水素、重水素、フッ素により安定化するが、特に、酸素と結合していることが望ましい。すなわち、図３（ｂ）の結合状態であることが望ましい。一重結合する炭素が酸素と結合することにより、炭素間の一重結合の安定性が向上する。
【０１４８】
次に、ゲート絶縁層がＣＶＤ法やＰＶＤ法で形成される堆積膜の酸化シリコン膜である場合を考える。例えば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）をソースガスとしてＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜の場合、膜中に炭素を含有する。このため、炭素間の二重結合が膜中に含まれ得る。
【０１４９】
ＴＥＯＳをソースガスとして形成される酸化シリコン膜の炭素濃度は、例えば、２×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下である。典型的には５×１０１７ｃｍ−３である。よって、低温熱酸化にて形成した酸化シリコン層２８よりも、３桁近く炭素濃度が低くなる。
【０１５０】
二重結合が膜中に含まれると、熱酸化膜の場合と同様、ＭＯＳＦＥＴのキャリアの移動度の劣化やＭＯＳＦＥＴの閾値変動の要因となる。
【０１５１】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００は、絶縁層２９中の炭素間の一重結合が、絶縁層２９中の炭素間の二重結合よりも多い。したがって、ＭＯＳＦＥＴ１００のキャリアの移動度の劣化が抑制される。また、ＭＯＳＦＥＴ１００の閾値変動が抑制される。よって、特性の向上したＭＯＳＦＥＴ１００が実現される。本実施形態の製造方法により、炭素間の二重結合のほぼ全てを炭素間の一重結合への変換できる。
【０１５２】
酸化シリコン膜中の炭素は、熱酸化で形成した熱酸化膜の場合も、ＣＶＤ法やＰＶＤ法で形成される堆積膜の場合も、酸化シリコン膜中で二重結合を形成して安定化する。
【０１５３】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法では、酸化シリコン膜に紫外線を照射しながら、熱処理を行うことで、炭素間の二重結合を炭素間の一重結合に変換して無害化する。紫外線を照射しながら、熱処理を行うことで、一重結合への変換が促進される要因は、次の２つが考えられる。
【０１５４】
第１の要因は、紫外線の照射により、酸化シリコン膜中で安定化している二重結合の一部が切断されることである。第２の要因は、紫外線の照射により、熱処理の雰囲気中の酸素、水素、フッ素、重水素、水等の物質が活性化され、酸化シリコン膜中の炭素と結合しやすくなることである。
【０１５５】
第１の要因を作用させるためには、第２の要因を作用させるよりも、比較的高い紫外線のエネルギーが必要と考えられる。例えば、第１の要因を作用させるためには、５．０ｅＶ以上のエネルギーであることが望ましい。一方、第２の要因を作用させるためには、３．０ｅＶ以上のエネルギーがあれば十分と考えられる。なお、紫外線のエネルギーは、紫外線の波長に依存する。
【０１５６】
本実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法では、熱酸化で酸化シリコン層２８を形成した後、酸化シリコン層２８に紫外線を照射しながら、熱処理（第１の紫外線照射熱処理）を行う。第１の紫外線照射熱処理では、ダングリングボンドを有するシリコン原子、又は、ダングリングボンドを有する炭素原子を、活性化した終端元素で置換する。
【０１５７】
上述のように、第１の紫外線照射熱処理では、シリコン原子や炭素原子を終端元素で置換する観点から、３．０ｅＶ以上４．５ｅＶ以下であることが望ましい。処理温度は例えば、３００℃以上９００℃以下である。７００℃程度が典型的な温度である。したがって、第１の紫外線照射熱処理では、主に、上記第２の要因の作用により、酸化シリコン層２８中の炭素間の二重結合が炭素間の一重結合に変換されて無害化する。
【０１５８】
また、本実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法では、酸化シリコン膜の絶縁層２９に紫外線を照射しながら、熱処理（第２の紫外線照射熱処理）を行う。第２の紫外線照射熱処理の場合は、上記第１の要因及び第２の要因の作用により、酸化シリコン膜中の炭素間の二重結合が炭素間の一重結合に変換されて無害化する。
【０１５９】
第２の紫外線照射熱処理において、紫外線のエネルギーは、例えば、５．０ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることが望ましい。紫外線のエネルギーが５．０ｅＶを下回ると、二重結合の切断が困難である。また、紫外線のエネルギーが６．０ｅＶを上回ると、酸化シリコン層２８の下のドリフト層１４中の結合が切れる恐れがある。
【０１６０】
第１の紫外線照射熱処理の場合も、第２の紫外線照射熱処理の場合も、一重結合する炭素は、例えば、熱処理の雰囲気中から供給される酸素と結合することにより、酸化シリコン中で安定化する。
【０１６１】
図７及び図８は、本実施形態の作用及び効果の説明図である。図７は、紫外線照射を行いながら熱処理を行う場合、図８は紫外線照射を行わない場合である。
【０１６２】
図７に示すように、本実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法では、酸化シリコンに紫外線を照射しながら、熱処理を行う。高いエネルギーを有する紫外線の照射により、酸化シリコンで安定化している二重結合の一部が切断され炭素のダングリングボンドが形成される。また、供給された熱処理の雰囲気中の酸素が活性化する。
【０１６３】
そして、炭素間の二重結合は、炭素間の一重結合に変換される。一重結合する炭素は、活性化された酸素と結合することにより、酸化シリコン中で安定化する。
【０１６４】
一方、図８に示すように、紫外線照射を行わない酸素拡散では、酸化シリコン内に炭素間の二重結合はそのまま残り、炭素間の結合が一重結合になることはない。
【０１６５】
また、例えば、酸素を含む雰囲気中での熱処理を行わないで、紫外線の照射のみを行った場合、炭素のダングリングボンドが残存する。この場合、残存した炭素のダングリングボンドが電荷トラップとして働き、ＭＯＳＦＥＴの特性劣化が生じる恐れがある。
【０１６６】
本実施形態の製造方法により処理をする前は、炭素間は二重結合を作り安定化している。そして、本実施形態の製造方法により、炭素間の二重結合を炭素間の一重結合に変換することが可能である。本実施形態の製造方法により、炭素間の二重結合のほぼ全てを炭素間の一重結合に変換することが、より望ましい。
【０１６７】
酸化シリコン層２８又は絶縁層２９中の炭素間の二重結合の密度は、例えば、２×１０１６ｃｍ−３以下であることが望ましい。炭素間の二重結合の密度は、例えば、ＳＩＭＳによる炭素濃度の測定と、Ｘ線電子分光を用いた測定による一重結合と二重結合との量比から演算により求めることが可能である。
【０１６８】
なお、熱処理の雰囲気を変えることにより、一重結合する炭素を水素、重水素、フッ素、又は、水酸基と結合させることも可能である。
【０１６９】
また、第１の紫外線照射熱処理の場合も、第２の紫外線照射熱処理の場合も、熱処理の温度は、３００℃以上９００℃以下であることが望ましい。熱処理の温度が上記範囲を下回ると、熱処理の雰囲気中の物質、例えば、酸素の酸化シリコン中の拡散が不十分となる。このため、一重結合する炭素と酸素の結合が形成されない恐れがある。また、熱処理の温度が上記範囲を上回ると、例えば、酸化シリコン層２８の下のドリフト層１４の酸化が進行する恐れがある。
【０１７０】
絶縁層２９の厚さは、２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが望ましい。上記範囲を下回ると、紫外線照射の際、酸化シリコン層２８の下のドリフト層１４中の結合が切れる恐れがある。また、上記範囲を上回ると、一重結合する炭素と酸素の結合が形成されない領域が生ずる恐れがある。絶縁層２９の厚さは、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることがより望ましい。
【０１７１】
なお、第１の紫外線照射熱処理の際に用いるガスは、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２等の酸化窒素ガスであることが望ましい。終端元素となる酸化窒素ガス中の窒素は、炭化珪素とゲート絶縁層との界面を効率良く終端できるからである。また、一重結合する炭素と酸化窒素ガス中の酸素が結合することにより、安定した炭素間の一重結合が形成されるからである。
【０１７２】
その他の終端元素の酸化物のＵＶ照射処理も同様に有効である。例えば、ＰＯ、Ｐ２Ｏ、ＰＯ２、Ｐ２Ｏ５のＵＶ処理などが有効である。界面終端が効率良くできると同時に、一重結合する炭素とガス中の酸素が結合することにより、安定した炭素間の一重結合が形成されるからである。
【０１７３】
図９は、本実施形態の作用及び効果の説明図である。本実施形態の製造方法では、炭化珪素層上の酸化シリコン層に紫外線（ＵＶ）を照射しながら、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、重水素（Ｄ）、フッ素（Ｆ）、及び、水（Ｈ２Ｏ）の少なくとも一つの物質を含み、且つ、終端元素を含む雰囲気中で熱処理を行う。図９では、物質が酸素、終端元素が窒素の場合を例示する。
【０１７４】
紫外線を照射により、炭素間の二重結合から一重結合への変換と、ダングリングボンドを有する界面のシリコン原子の窒素原子への置換を同時に行う。
【０１７５】
以上、本実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴ１００のキャリアの移動度の劣化が抑制される。また、ＭＯＳＦＥＴ１００の閾値変動が抑制される。よって、特性の向上したＭＯＳＦＥＴ１００が実現される。
【０１７６】
（第２の実施形態）
本実施形態の半導体装置の製造方法は、酸化シリコン層が熱酸化で形成される熱酸化膜ではなく、堆積膜である点で、第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
【０１７７】
本実施形態の製造方法では、図４に示すステップＳ１１０で、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等により酸化シリコン層２８を形成する。酸化シリコン層２８は堆積膜である。酸化シリコン層２８の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【０１７８】
酸化シリコン層２８は、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）をソースガスとしてＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜である。また、酸化シリコン層２８は、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）をソースガスとしてＣＶＤ法により形成される高温酸化膜（ＨＴＯ膜）である。
【０１７９】
熱酸化膜と比較すると低濃度であるが、堆積膜中にも炭素が含有される。したがって、酸化シリコン膜中に炭素間の二重結合が存在し得る。
【０１８０】
酸化シリコン層２８中の炭素濃度は、例えば、２×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下である。また、例えば、２×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３以下である。典型的には５×１０１７ｃｍ−３程度である。
【０１８１】
本実施形態の製造方法においても、第１の実施形態と同様、酸化シリコン膜中の炭素間の二重結合が炭素間の一重結合に変換されて無害化される。
【０１８２】
以上、本実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴのキャリアの移動度の劣化が抑制される。また、ＭＯＳＦＥＴの閾値変動が抑制される。よって、特性の向上したＭＯＳＦＥＴが実現される。
【０１８３】
（第３の実施形態）
本実施形態の半導体装置の製造方法は、炭化珪素層の上に酸化シリコン層を形成し、酸化シリコン層に紫外線を照射しながら、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む雰囲気中で熱処理を行う。
【０１８４】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、紫外線を照射する際の雰囲気中に、必ずしも、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、フッ素（Ｆ）、重水素（Ｄ）、及び、水（Ｈ２Ｏ）の少なくともいずれか一つの物質を含まなくても良い点で、第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
【０１８５】
本実施形態の製造方法では、図４に示すステップＳ１１１の第１の紫外線照射熱処理において、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（Ｌａ，Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の群の少なくとも一つの元素を含む雰囲気中で熱処理を行う。
【０１８６】
例えば、窒素ガス（Ｎ２）雰囲気中で熱処理を行う。
【０１８７】
本実施形態の紫外線の照射により、ドリフト層１４及びｐウェル領域１６の最上層の、ダングリングボンドを有するシリコン原子、又は、ダングリングボンドを有する炭素原子が励起状態となる。また、紫外線の照射により、雰囲気中に存在する窒素原子が活性化する。励起されたダングリングボンドを有するシリコン原子、又は、ダングリングボンドを有する炭素原子は、活性化した窒素原子と置換される。
【０１８８】
熱処理の温度は、例えば、３００℃以上９００℃以下である。例えば、７００℃である。但し、酸素を含まないガスに限っては、９００℃を超えた高温、例えば、９００℃より高く１４００℃以下にすることも可能である。
【０１８９】
紫外線の照射により、最表面元素である、シリコン原子、又は、炭素原子を励起することで、シリコン原子、又は、炭素原子と、窒素原子との置換が促進される。したがって、効果的にダングリングボンドが減少する。よって、炭化珪素層とゲート絶縁層との間の界面準位が減少する。
【０１９０】
以上、本実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴのキャリアの移動度の劣化が抑制される。よって、特性の向上したＭＯＳＦＥＴが実現される。
【０１９１】
Ｎ２ガス中でのＵＶ照射熱処理について記述したが、例えば、絶縁膜中にＰを拡散させておいて、ＵＶ照射熱処理を行うことも考えられる。具体的にはＳｉＯ２中にＰ２Ｏ５を拡散させ、４ｅＶのＵＶ照射を行いながら、７００℃にてＮ２中もしくは、Ａｒ中で処理を行うと、界面のダングリングボンドを持って励起状態になった最表面元素（Ｓｉ或いはＣ）がＰにて置換され、効率的に界面終端ができる。
【０１９２】
この際、ダングリングボンドを持っていない、すなわち、絶縁膜とボンドを既に組んでいる元素は、置換されない。つまり、界面準位を形成しているダングリングボンドだけをピンポイントで消滅させることができる。  
【０１９３】
（第４の実施形態）
本実施形態の半導体装置の製造方法は、酸化シリコン層が熱酸化で形成される熱酸化膜ではなく、堆積膜である点で、第３の実施形態と異なっている。以下、第３の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
【０１９４】
本実施形態の製造方法では、図４に示すステップＳ１１０で、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等により酸化シリコン層２８を形成する。酸化シリコン層２８は堆積膜となる。酸化シリコン層２８の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【０１９５】
酸化シリコン層２８は、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）をソースガスとしてＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜である。また、酸化シリコン層２８は、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）と亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）をソースガスとしてＣＶＤ法により形成される高温酸化膜（ＨＴＯ膜）である。
【０１９６】
本実施形態の製造方法においても、第３の実施形態と同様、炭化珪素層とゲート絶縁層との間の界面準位が減少する。
【０１９７】
以上、本実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴのキャリアの移動度の劣化が抑制される。よって、特性の向上したＭＯＳＦＥＴが実現される。
【０１９８】
（第５の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、絶縁層２９のゲート電極側の炭素の濃度が高い点以外は、第１の実施形態と同様である。また、本実施形態の半導体装置は、絶縁層２９の形成後、第２の紫外線照射熱処理の前に、炭素のイオン注入を行う点以外は第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
【０１９９】
本実施形態では、絶縁層２９は、例えば、酸化シリコン膜である。
【０２００】
本実施形態の半導体装置は、図１の絶縁層２９のゲート電極３０側の炭素の濃度が、絶縁層２９の酸化シリコン層２８側の炭素の濃度よりも高い。絶縁層２９のゲート電極３０に接する領域の炭素の濃度が、他の領域の炭素の濃度よりも高い。絶縁層２９のゲート電極３０に接する部分に高炭素濃度領域が設けられる。
【０２０１】
本実施形態の製造方法では、図４に示すステップＳ１１２の絶縁層２９形成後、絶縁層２９に炭素のイオン注入を行う。その後、ステップＳ１１３の第２の紫外線照射熱処理を行う。
【０２０２】
例えば、ＭＯＳＦＥＴの製造中、又は、ＭＯＳＦＥＴの使用中にゲート電極３０中の不純物が、ゲート電極３０外に拡散する場合がある。不純物は、例えば、ボロン（Ｂ）である。不純物がゲート電極３０外に拡散すると、ＭＯＳＦＥＴの特性変動を引き起こす場合がある。
【０２０３】
本実施形態によれば、絶縁層２９の高炭素濃度領域がゲート電極３０中の不純物の拡散を防止する。したがって、ＭＯＳＦＥＴの特性変動が抑制される。
【０２０４】
絶縁層２９中の炭素が二重結合している場合、絶縁層２９に形成される準位がＭＯＳＦＥＴの特性を劣化させる。本実施形態では、絶縁層２９中の炭素間の二重結合が一重結合に変換され無害化されている。よって、高炭素濃度領域がＭＯＳＦＥＴの特性を劣化させることが抑制される。
【０２０５】
以上、本実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴのキャリアの移動度の劣化が抑制される。また、ＭＯＳＦＥＴの特性変動が抑制される。よって、特性の向上したＭＯＳＦＥＴが実現される。
【０２０６】
（第６の実施形態）
本実施形態の半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴの終端領域に界面領域が設けられる点で第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【０２０７】
図１０は、本実施形態の半導体装置であるＭＯＳＦＥＴの構成を示す模式断面図である。ＭＯＳＦＥＴ２５０は、素子領域と、素子領域の周囲に設けられる終端領域を備えている。終端領域は、ＭＯＳＦＥＴ２５０の耐圧を向上させる機能を備える。
【０２０８】
素子領域には、例えば、第１の実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００がユニットセルとして配置される。
【０２０９】
終端領域は、ｐ型のリサーフ領域（炭化珪素層）６０、ｐ＋型のコンタクト領域６２、ｐ型のガードリング領域（炭化珪素層）６４、界面領域４０、酸化シリコン層２８、絶縁層２９、フィールド酸化膜３３を備える。界面領域４０は、ｐ型のリサーフ領域６０及びｐ型のガードリング領域６４の表面と、フィールド酸化膜３３との間に設けられる。
【０２１０】
界面領域４０、酸化シリコン層２８、絶縁層２９の構成は、第１の実施形態と同様である。
【０２１１】
絶縁層２９は、例えば、酸化シリコン膜である。フィールド酸化膜３３は、例えば、酸化シリコン膜である。
【０２１２】
ＭＯＳＦＥＴ２５０のオフ時に、リサーフ領域６０、ガードリング領域６４、及び、ガードリング領域６４の間のドリフト層（炭化珪素層）１４に空乏層が形成されることで、ＭＯＳＦＥＴ２５０の耐圧が向上する。
【０２１３】
しかし、リサーフ領域６０及びガードリング領域６４と、フィールド酸化膜３３との間の界面、又は、酸化シリコン層２８、絶縁層２９中に界面準位が存在すると、電荷が界面準位にトラップされる。トラップされた電荷の電界により、所望の空乏層が形成されなくなる恐れがある。この場合、ＭＯＳＦＥＴ２５０の耐圧が劣化する。
【０２１４】
本実施形態によれば、界面領域４０を設けることで界面準位が終端されている。また、酸化シリコン層２８、絶縁層２９中の炭素間の二重結合が無害化されている。したがって、所望の空乏層が形成され耐圧の安定したＭＯＳＦＥＴ２５０が実現される。
【０２１５】
（第７の実施形態）
本実施形態のインバータ回路及び駆動装置は、第１の実施形態の半導体装置を備える駆動装置である。
【０２１６】
図１１は、本実施形態の駆動装置の模式図である。駆動装置３００は、モーター１４０と、インバータ回路１５０を備える。
【０２１７】
インバータ回路１５０は、第１の実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００をスイッチング素子とする３個の半導体モジュール１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃで構成される。３個の半導体モジュール１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃを並列に接続することで、３個の交流電圧の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを備える三相のインバータ回路１５０が実現される。インバータ回路１５０から出力される交流電圧により、モーター１４０が駆動する。
【０２１８】
本実施形態によれば、特性の向上したＭＯＳＦＥＴ１００を備えることで、インバータ回路１５０及び駆動装置３００の特性が向上する。
【０２１９】
（第８の実施形態）
本実施形態の車両は、第１の実施形態の半導体装置を備える車両である。
【０２２０】
図１２は、本実施形態の車両の模式図である。本実施形態の車両４００は、鉄道車両である。車両４００は、モーター１４０と、インバータ回路１５０を備える。
【０２２１】
インバータ回路１５０は、第１の実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００をスイッチング素子とする３個の半導体モジュールで構成される。３個の半導体モジュールを並列に接続することで、３個の交流電圧の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを備える三相のインバータ回路１５０が実現される。インバータ回路１５０から出力される交流電圧により、モーター１４０が駆動する。モーター１４０により車両４００の車輪９０が回転する。
【０２２２】
本実施形態によれば、特性の向上したＭＯＳＦＥＴ１００を備えることで、車両４００の特性が向上する。
【０２２３】
（第９の実施形態）
本実施形態の車両は、第１の実施形態の半導体装置を備える車両である。
【０２２４】
図１３は、本実施形態の車両の模式図である。本実施形態の車両５００は、自動車である。車両５００は、モーター１４０と、インバータ回路１５０を備える。
【０２２５】
インバータ回路１５０は、第１の実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００をスイッチング素子とする３個の半導体モジュールで構成される。３個の半導体モジュールを並列に接続することで、３個の交流電圧の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを備える三相のインバータ回路１５０が実現される。
【０２２６】
インバータ回路１５０から出力される交流電圧により、モーター１４０が駆動する。モーター１４０により車両５００の車輪９０が回転する。
【０２２７】
本実施形態によれば、特性の向上したＭＯＳＦＥＴ１００を備えることで、車両５００の特性が向上する。
【０２２８】
（第１０の実施形態）
本実施形態の昇降機は、第１の実施形態の半導体装置を備える昇降機である。
【０２２９】
図１４は、本実施形態の昇降機（エレベータ）の模式図である。本実施形態の昇降機６００は、かご６１０、カウンターウエイト６１２、ワイヤロープ６１４、巻上機６１６、モーター１４０と、インバータ回路１５０を備える。
【０２３０】
インバータ回路１５０は、第１の実施形態のＭＯＳＦＥＴ１００をスイッチング素子とする３個の半導体モジュールで構成される。３個の半導体モジュールを並列に接続することで、３個の交流電圧の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを備える三相のインバータ回路１５０が実現される。
【０２３１】
インバータ回路１５０から出力される交流電圧により、モーター１４０が駆動する。モーター１４０により巻上機６１６が回転し、かご６１０が昇降する。
【０２３２】
本実施形態によれば、特性の向上したＭＯＳＦＥＴ１００を備えることで、昇降機６００の特性が向上する。
【０２３３】
以上、第１の実施形態では、炭化珪素の結晶構造として４Ｈ−ＳｉＣの場合を例に説明したが、本発明は６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣ等、その他の結晶構造の炭化珪素に適用することも可能である。
【０２３４】
また、第１の実施形態では、炭化珪素のシリコン面に酸化シリコン層２８を設ける場合を例に説明したが、炭化珪素のその他の面、例えば、カーボン面、ａ面、ｍ面、（０−３３−８）面等に酸化シリコン層２８を設ける場合にも本発明を適用することは可能である。
【０２３５】
また、第１の実施形態では、ｎチャネル型のプレーナ型のＭＯＳＦＥＴを例に説明したが、ｎチャネル型のトレンチ型のＭＯＳＦＥＴにも本発明を適用することは可能である。トレンチ側面はａ面、ｍ面、（０−３３−８）面などが代表的な方位である。ａ面，ｍ面はＳｉ面やＣ面に対し、垂直な面である。（０−３３−８）面は（０００１）面に対して、＜１−１００＞  方向に５４．７°傾けた面である。この結晶面方位はＳｉの結晶におけるＳｉ（００１）に対応した結晶面である。
【０２３６】
また、ｎチャネル型のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）にも本発明を適用することは可能である。
【０２３７】
また、ｎチャネル型に限らず、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴにも本発明を適用することは可能である。
【０２３８】
また、第８乃至第１０の実施形態において、本発明の半導体装置を車両やエレベータに適用する場合を例に説明したが、本発明の半導体装置を例えば、太陽光発電システムのパワーコンディショナー等に適用することも可能である。
【０２３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０２４０】
１４      ドリフト層（炭化珪素層）
１６      ｐウェル領域（炭化珪素層）
２８      酸化シリコン層
３０      ゲート電極
１００    ＭＯＳＦＥＴ（半導体装置）
１５０    インバータ回路
３００    駆動装置
４００    車両
５００    車両
６００    昇降機
【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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