(57)【要約】【課題】本発明は、あらゆる面方位に良好な絶縁膜形成が可能な方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る半導体装置は、基板としてＳｉＣを採用するとともに、プラズマ処理によって絶縁膜を形成している。このとき、絶縁膜中に希ガスを含有させる。好ましくは、希ガスとして、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを含有する。特に、酸素ガスとクリプトン（Ｋｒ）の組み合わせが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣからなる半導体基板と；
前記半導体基板上に形成された絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜はプラズマ処理によって形成され、少なくとも一部に希ガスを含有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁膜は、ゲート絶縁膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁膜は、希ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁膜の少なくとも一部が、酸化膜、酸窒化膜、窒化膜の何れかであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体基板を形成するＳｉＣが単結晶であることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁膜は、基板温度が６００℃以下のプラズマ処理によって形成されることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記絶縁膜は、マイクロ波励起によるプラズマの直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化によって形成されることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記絶縁膜は、マイクロ波励起のプラズマＣＶＤによって形成される酸化膜、窒化膜、又は酸窒化膜を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記絶縁膜は、マイクロ波励起によるプラズマの直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化に続いて、マイクロ波励起のプラズマＣＶＤによって形成される酸化膜、窒化膜、又は酸窒化膜を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載の半導体装置。
【請求項１０】
単結晶のＳｉＣからなる半導体基板と；
前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜を含む絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜はプラズマ処理によって形成され、
前記絶縁膜は、希ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを含有し、
前記絶縁膜の少なくとも一部が、酸化膜、酸窒化膜、窒化膜の何れかであり、
前記絶縁膜は、基板温度が６００℃以下の条件下で、マイクロ波励起のプラズマによる直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化によって形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
単結晶のＳｉＣからなる半導体基板と；
前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜を含む絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜はプラズマ処理によって形成され、
前記絶縁膜は、希ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを含有し、
前記絶縁膜の少なくとも一部が、酸化膜、酸窒化膜、窒化膜の何れかであり、
前記絶縁膜は、基板温度が６００℃以下の条件下で、マイクロ波励起のプラズマＣＶＤによる酸化、窒化、又は酸窒化によって形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
単結晶のＳｉＣからなる半導体基板と；
前記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜を含む絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜はプラズマ処理によって形成され、
前記絶縁膜は、希ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを含有し、
前記絶縁膜の少なくとも一部が、酸化膜、酸窒化膜、窒化膜の何れかであり、
前記絶縁膜は、基板温度が６００℃以下の条件下で、マイクロ波励起によるプラズマの直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化に続いて、マイクロ波励起のプラズマＣＶＤによる酸化、窒化、又は酸窒化によって形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
ＳｉＣからなる半導体基板上にプラズマ処理によって絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記絶縁膜は、ゲート絶縁膜を含むことを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記絶縁膜を形成する際に、希ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを使用することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記絶縁膜の少なくとも一部が、酸化膜、酸窒化膜、窒化膜の何れかであることを特徴とする請求項１３，１４又は１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体基板を形成するＳｉＣが単結晶であることを特徴とする請求項１３，１４，１５又は１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
基板温度が６００℃以下のプラズマ処理によって前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１３，１４，１５，１６又は１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記絶縁膜は、マイクロ波励起によるプラズマの直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化によって形成されることを特徴とする請求項１３，１４，１５，１６，１７又は１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記絶縁膜は、マイクロ波励起のプラズマＣＶＤによって形成される酸化膜、窒化膜、又は酸窒化膜であることを特徴とする請求項１３，１４，１５，１６，１７又は１８に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記絶縁膜は、マイクロ波励起によるプラズマの直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化に続いて、マイクロ波励起のプラズマＣＶＤによって形成される酸化膜、窒化膜、又は酸窒化膜であることを特徴とする請求項１３，１４，１５，１６，１７又は１８に記載の製造方法。
【請求項２２】
単結晶のＳｉＣからなる半導体基板上に、プラズマ処理によってゲート絶縁膜を含む絶縁膜を形成する方法であり、
前記絶縁膜を形成する際に、希ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを使用し、
前記絶縁膜の少なくとも一部が、酸化膜、酸窒化膜、窒化膜の何れかであり、
前記絶縁膜は、基板温度が６００℃以下の条件下で、マイクロ波励起のプラズマによる直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化によって形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
単結晶のＳｉＣからなる半導体基板上に、プラズマ処理によってゲート絶縁膜を含む絶縁膜を形成する方法であり、
前記絶縁膜を形成する際に、希ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを使用し、
前記絶縁膜の少なくとも一部が、酸化膜、酸窒化膜、窒化膜の何れかであり、
前記絶縁膜は、基板温度が６００℃以下の条件下で、マイクロ波励起のプラズマＣＶＤによる酸化、窒化、又は酸窒化によって形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
単結晶のＳｉＣからなる半導体基板上に、プラズマ処理によってゲート絶縁膜を含む絶縁膜を形成する方法であり、
前記絶縁膜を形成する際に、希ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを使用し、
前記絶縁膜の少なくとも一部が、酸化膜、酸窒化膜、窒化膜の何れかであり、
前記絶縁膜は、基板温度が６００℃以下の条件下で、マイクロ波励起によるプラズマの直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化に続いて、マイクロ波励起のプラズマＣＶＤによる酸化、窒化、又は酸窒化によって形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に絶縁膜を形成する方法及び製造されたデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスを形成する基板としては、Ｓｉ（シリコン）が用いられる。また、シリコンに比べて約１０倍の耐圧を有するＳｉＣがパワーデバイス等に有効と考えられている。ＷＯ９７／３９４７６には、高パワーデバイス・高温デバイス・耐環境性デバイスなどの半導体素子に応用可能なＳｉＣ素子及びその製造方法について開示されている。
【０００３】
【特許文献】国際公開  ＷＯ９７／３９４７６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳｉＣは六方晶であり、シリコンの（１００）面に相当する面は存在せず、従来の熱処理による方法で絶縁膜を形成した場合、界面準位が著しく増大し、デバイス特性を劣化させてしまう。
【０００５】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、あらゆる面方位に良好な絶縁膜形成が可能な方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係る半導体装置は、ＳｉＣからなる半導体基板と；
前記半導体基板上に形成された絶縁膜とを備える。そして、前記絶縁膜をプラズマ処理によって形成し、少なくとも一部に希ガスを含有させる。
【０００７】
本発明によれば、あらゆる面方位に良好な絶縁膜形成が可能となる。その結果、界面準位の増大を抑制でき、優れたデバイス特性を有する半導体装置の製造が可能となる。本発明の半導体装置は、高い耐圧が要求されるパワーデバイスに特に適しており、デバイスの特性を劣化させることなく、絶縁膜の膜厚を約３０００Åとすることが可能となる。
【０００８】
好ましくは、前記希ガスとして、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを含有する。特に、酸素ガスとクリプトン（Ｋｒ）の組み合わせが好ましい。これは、成膜中の酸素ラジカルとクリプトン（Ｋｒ）が形成された酸化膜中に残り、絶縁膜としての特性（絶縁特性、界面特性）が向上するためである。ちなみに、熱酸化手法による場合には酸化膜中にクリプトン（Ｋｒ）は残らない。
【０００９】
前記絶縁膜の形成は、マイクロ波励起によるプラズマの直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化によって形成することができる。または、マイクロ波励起のプラズマＣＶＤによる酸化、窒化、又は酸窒化によって形成することができる。あるいは、直接酸化（窒化、酸窒化）の後にＣＶＤによる酸化膜（窒化膜、酸窒化膜）形成を行った場合には、絶縁膜としての膜厚を容易に増加させることが出来る。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る半導体装置の製造方法においては、ＳｉＣからなる半導体基板上にプラズマ処理によって絶縁膜を形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に用いられるプラズマ処理装置１０の概略構成の例を示す。プラズマ処理装置１０は、被処理基板としてのＳｉＣウエハＷを保持する基板保持台１２が備えられた処理容器１１を有する。処理容器１１内の気体（ガス）は排気ポート１１Ａおよび１１Ｂから図示されない排気ポンプを介して排気される。なお、基板保持台１２は、ＳｉＣウエハＷを加熱するヒータ機能を有している。基板保持台１２の周囲には、アルミニウムからなるガスバッフル板（仕切り板）２６が配置されている。ガスバッフル板２６の上面には石英カバー２８が設けられている。
【００１２】
処理容器１１の装置上方には、基板保持台１２上のＳｉＣウエハＷに対応して開口部が設けられている。この開口部は、石英やＡｌ２Ｏ３からなる誘電体板１３により塞がれている。誘電体板１３の上部（処理容器１１の外側）には、平面アンテナ１４が配置されている。この平面アンテナ１４には、導波管から供給された電磁波が透過するための複数のスロットが形成されている。平面アンテナ１４の更に上部（外側）には、波長短縮板１５と導波管１８が配置されている。波長短縮板１５の上部を覆うように、冷却プレート１６が処理容器１１の外側に配置されている。冷却プレート１６の内部には、冷媒が流れる冷媒路１６ａが設けられている。
【００１３】
処理容器１１の内部側壁には、プラズマ処理の際にガスを導入するためのガス供給口２２が設けられている。このガス供給口２２は、導入されるガス毎に設けられていても良い。この場合、図示されないフローコントローラが流量調整手段として供給口ごとに設けられている。一方、導入されるガスが予め混合されて送られ、供給口２２は一つのノズルとなっていても良い。この場合も図示されないが、導入されるガスの流量調整は、混合段階に流量調整弁などで為される。また、処理容器１１の内壁の内側には、容器全体を囲むように冷媒流路２４が形成されている。
【００１４】
本発明に用いられるプラズマ基板処理装置１０には、プラズマを励起するための数ギガヘルツの電磁波を発生する図示されない電磁波発生器が備えられている。この電磁波発生器で発生したマイクロ波が、導波管１５を伝播し処理容器１１に導入される。
【００１５】
上記のような構造のプラズマ処理装置１０を用いて、ゲート絶縁膜（酸化膜）をＳｉＣ基板上に形成する際には、まず、ＳｉＣウエハＷを処理容器１１内に導入し、基板保持台１２上にセットする。その後、排気ポート１１Ａ，１１Ｂを介して処理容器１１内部の空気の排気が行われ、処理容器１１の内部が所定の処理圧に設定される。次に、ガス供給口２２から、不活性ガスと酸素ガス及び／又は窒素ガスとが供給される。不活性ガスとしては、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも１つを使用する。
【００１６】
特に、酸素ガスとクリプトン（Ｋｒ）の組み合わせが好ましい。これは、成膜中の酸素ラジカルとクリプトン（Ｋｒ）が形成された酸化膜中に残り、絶縁膜としての特性（絶縁特性、界面特性）が向上するためである。ちなみに、熱酸化手法による場合には酸化膜中にクリプトン（Ｋｒ）は残らない。
【００１７】
一方、電磁波発生器で発生された数ＧＨｚの周波数のマイクロ波は、導波管１５を通って処理容器１１に供給される。平面アンテナ１４、誘電体板１３を介して、このマイクロ波が処理容器１１中に導入される。マイクロ波によりプラズマが励起され、ラジカルが生成される。プラズマ処理時のＳｉＣウエハ温度は６００℃以下である。処理容器１１内でのマイクロ波励起によって生成された高密度プラズマは、ＳｉＣウエハＷ上に酸化膜等の絶縁膜を形成させる。
【００１８】
絶縁膜の種類としては、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜等を使用することができる。上記の例では、ＳｉＣウエハＷ上に絶縁膜をプラズマ（ラジカル）によって直接形成しているが、ＣＶＤ法によって形成することも可能である。あるいは、プラズマの直接酸化、直接窒化、又は直接酸窒化に続いて、プラズマＣＶＤによる酸化膜、窒化膜、又は酸窒化膜形成を行うこともこともできる。これにより、絶縁膜の厚みの調整が容易となる。本発明の半導体装置は、高い耐圧が要求されるパワーデバイスに特に適しており、絶縁膜の膜厚は約３０００Åとすることができる。
【００１９】
上記のように製造された半導体装置は、あらゆる面方位に良好な絶縁膜を備え、界面準位の増大を抑制でき、優れたデバイス特性を有するものとなる。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態例及び実施例について幾つかの例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。
【００２１】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略図（断面図）である。
【符号の説明】
１０    プラズマ処理装置
１１    プラズマ処理容器
１８    導波管
２２    ガス供給口
【図１】
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