(57)【要約】【課題】チャネル移動度の低下を抑制しつつ閾値電圧を制御する炭化珪素半導体装置の製造方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、（ｂ）二酸化珪素膜が形成された炭化珪素基板を窒化処理する工程と、（ｃ）窒化処理された炭化珪素基板を水蒸気を含んだ酸素雰囲気で熱処理する工程とを備える。工程（ｃ）は、（ｃ１）窒化処理された炭化珪素基板を投入した熱処理炉の温度を不活性ガス雰囲気中で昇温又は降温する工程を含む。工程（ｃ１）は、窒化処理直後のチャネル移動度をμch、昇温又は降温開始時刻をｔ＝０、熱処理開始時刻をｔ＝ｔ1、熱処理終了時刻をｔ＝ｔ2、熱処理炉からの基板取出時刻をｔ＝ｔ3、ボルツマン定数をｋ、時刻ｔにおける熱処理炉の温度をＴ（Ｋ）とした場合に、式（１）により求められる炭化珪素基板中のチャネル移動度の低下率が１０％以下となるように昇温速度及び／又は降温速度を決定する。【選択図】図１
2013004643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）炭化珪素基板上に二酸化珪素膜を形成する工程と、
（ｂ）前記二酸化珪素膜が形成された炭化珪素基板を窒化処理する工程と、
（ｃ）前記窒化処理された炭化珪素基板を水蒸気を含んだ酸素雰囲気で熱処理する工程とを備え、
前記工程（ｃ）は、
（ｃ１）前記窒化処理された炭化珪素基板を投入した熱処理炉の温度を不活性ガス雰囲気中で昇温又は降温する工程を含み、
前記工程（ｃ１）は、前記窒化処理直後のチャネル移動度をμch、前記工程（ｃ１）の昇温又は降温開始時刻をｔ＝０、前記熱処理開始時刻をｔ＝ｔ1、前記熱処理終了時刻をｔ＝ｔ2、前記熱処理炉からの基板取出時刻をｔ＝ｔ3、ボルツマン定数をｋ、時刻ｔにおける前記熱処理炉の温度をＴ（Ｋ）とした場合に、
【数１】
2013004643.tif 000005
により求められる前記工程（ｃ１）における前記炭化珪素基板中のチャネル移動度の低下率が、１０％以下となるように前記昇温速度及び／又は降温速度を決定する、
炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｃ１）は、前記チャネル移動度の低下率が、５％以下となるように前記昇温速度及び／又は降温速度を決定する、
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】
前記工程（ｃ１）は、チャネル移動度の低下率が、３％以下となるように前記昇温速度及び／又は降温速度を決定する、
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４】
前記工程（ｃ１）は、チャネル移動度の低下率が、１％以下となるように前記昇温速度及び／又は降温速度を決定する、
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５】
前記工程（ｂ）の窒化処理と、前記工程（ｃ）の熱処理は同一炉内で行われる、
請求項１〜４のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｃ）は、大気圧で前記熱処理を行う工程である、
請求項１〜５のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ａ）は、酸素原子を含む雰囲気で前記炭化珪素基板を熱酸化することにより、前記二酸化珪素膜を形成する工程である、
請求項１〜６のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ａ）は、化学的気相成長法により前記二酸化珪素膜を形成する工程である、
請求項１〜６のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記工程（ａ）は、酸素を含む雰囲気又は窒素酸化ガス雰囲気で前記炭化珪素基板の表面を酸化した後、化学的気相成長法により前記二酸化珪素膜を形成する工程である、
請求項８に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記工程（ｂ）は、一酸化窒素ガス、一酸化二窒素ガス、及び二酸化窒素ガスから選択された少なくとも一つを含むガス雰囲気で前記炭化珪素基板を熱処理する工程である、
請求項１〜９のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ｂ）は、アンモニアガス雰囲気で前記炭化珪素基板を熱処理する工程である、
請求項１〜９のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記工程（ｂ）は、窒素元素を含むガスを用いて発生させたプラズマに前記炭化珪素基板を曝露する工程である、
請求項１〜９のいずれか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】
本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り、特に閾値電圧の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素は優れた物性値を持ち、高耐圧で低損失なパワーデバイスの実現を可能にする。しかしながら、熱酸化直後の炭化珪素／二酸化珪素界面には多くの界面準位が存在する。この界面準位により、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のチャネル移動度はバルク中の電子移動度に比べて極めて小さくなり、オン抵抗値が理想的な値よりも高くなってしまう。
【０００３】
この界面準位が発生する原因として、二酸化珪素膜中に炭化珪素中の炭素原子が析出することが考えられる。
【０００４】
そこで、炭化珪素層上に二酸化珪素膜を形成した後、一酸化窒素（ＮＯ）や一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）等の窒素酸化ガス雰囲気やアンモニア（ＮＨ3）ガス雰囲気で熱処理を行うことにより、界面準位の低減が図られており、中でも一酸化窒素ガスによる酸窒化処理が効果的である。一酸化窒素ガス雰囲気で熱処理を行うことにより、炭化珪素層と二酸化珪素膜の界面に発生した界面準位が電気的に不活性化される。
【０００５】
ところで、炭化珪素半導体装置をパワーデバイスとして用いる場合、高耐圧特性の確保が最優先となる。これを実現するため、閾値電圧にはある程度の大きさが必要である。ところが、低抵抗デバイスを実現するために蓄積型ＭＯＳＦＥＴなどの比較的構造の複雑なデバイスに上述の窒化処理を行うと、アクセプタ型の界面準位の減少に伴い、閾値電圧は理論値へと近づいて低下し（非特許文献１参照）、パワーデバイスとして低すぎるか、悪い場合にはノーマリ・オン特性となってしまう。
【０００６】
このような理由から、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの開発においては、チャネル移動度の向上と共に閾値電圧を制御することが急務となっている。特許文献１では、窒化処理後の炭化珪素半導体装置の閾値電圧を上昇させる手段として、窒化処理の後に水蒸気（Ｈ2Ｏ）を含む酸素（Ｏ2）雰囲気において熱処理を行う手法が開示されている。温度範囲は８００℃以上１１００℃未満が特に良いとされており、例えば９５０℃、１時間の熱処理により閾値電圧は＋８Ｖと大幅に増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２２３００３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｇ．  Ｙ．  Ｃｈｕｎｇ他，  “Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｓｔａｔｅ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ａｎｄ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  ４Ｈ−ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴｓ  ｗｉｔｈ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ，”  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １８４，  pp.399-403 , 2001.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、窒化処理後から水蒸気を含む酸素雰囲気での熱処理を行うまでの間に、炭化珪素半導体装置が５００℃以上の不活性ガス雰囲気に曝されると、窒化処理により低減した界面準位が再び活性化し、チャネル移動度が低下するという問題点がある。
【００１０】
本発明は上述の問題点に鑑み、チャネル移動度の低下を抑制しつつ閾値電圧を制御する炭化珪素半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、（ａ）炭化珪素基板上に二酸化珪素膜を形成する工程と、（ｂ）二酸化珪素膜が形成された炭化珪素基板を窒化処理する工程と、（ｃ）窒化処理された炭化珪素基板を水蒸気を含んだ酸素雰囲気で熱処理する工程とを備え、工程（ｃ）は、（ｃ１）窒化処理された炭化珪素基板を投入した熱処理炉の温度を不活性ガス雰囲気中で昇温又は降温する工程を含み、工程（ｃ１）は、前記窒化処理直後のチャネル移動度をμch、前記工程（ｃ１）の昇温又は降温開始時刻をｔ＝０、前記熱処理開始時刻をｔ＝ｔ1、前記熱処理終了時刻をｔ＝ｔ2、前記熱処理炉からの基板取出時刻をｔ＝ｔ3、ボルツマン定数をｋ、時刻ｔにおける前記熱処理炉の温度をＴ（Ｋ）とした場合に、
【００１２】
【数１】
2013004643.tif 000003
【００１３】
により求められる工程（ｃ１）における炭化珪素基板中のチャネル移動度の低下率が、１０％以下となるように昇温速度及び／又は降温速度を決定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、（ｃ）窒化処理された炭化珪素基板を水蒸気を含んだ酸素雰囲気で熱処理する工程とを備え、工程（ｃ）は、（ｃ１）窒化処理された炭化珪素基板を投入した熱処理炉の温度を不活性ガス雰囲気中で昇温又は降温する工程を含み、工程（ｃ１）は、前記窒化処理直後のチャネル移動度をμch、前記工程（ｃ１）の昇温又は降温開始時刻をｔ＝０、前記熱処理開始時刻をｔ＝ｔ1、前記熱処理終了時刻をｔ＝ｔ2、前記熱処理炉からの基板取出時刻をｔ＝ｔ3、ボルツマン定数をｋ、時刻ｔにおける前記熱処理炉の温度をＴ（Ｋ）とした場合に、（１）式により求められる工程（ｃ１）における炭化珪素基板中のチャネル移動度の低下率が、１０％以下となるように昇温速度及び／又は降温速度を決定するので、チャネル移動度の低下を抑制しながら閾値電圧を制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】水蒸気を含んだ酸素雰囲気における熱処理のプロセスシーケンスを示す図である。
【図２】炭化珪素半導体装置を９５０℃の不活性ガス雰囲気に曝したときの曝露時間に対するチャネル移動度の変化を示す図である。
【図３】炭化珪素半導体装置を不活性ガス雰囲気に曝したときの曝露温度に対するチャネル移動度の変化を示す図である。
【図４】ｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴの構造を示す断面図である。
【図５】ｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。
【図６】ｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。
【図７】ｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。
【図８】ｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。
【図９】ｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。
【図１０】ｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（前提技術）
図１に、水蒸気を含んだ酸素雰囲気における熱処理のプロセスシーケンスを示す。二酸化珪素膜を形成した炭化珪素基板に窒化処理を行って界面準位を不活性化した後、水蒸気を含んだ酸素雰囲気における熱処理を行って閾値電圧を上げる。
【００１７】
この熱処理を行う炉に炭化珪素基板を投入して、基板投入温度から熱処理温度まで昇温する。熱処理温度に達すると、不活性ガスから水蒸気を含んだ酸素ガスへと流入ガスを切り換えて熱処理を行う。熱処理が終わると、再び流入ガスを不活性ガスに切り換えて、熱処理温度から基板取出温度まで降温する。
【００１８】
このように、熱処理工程の前後の昇温工程および降温工程（図１の斜線領域）において、炭化珪素基板は高温の不活性ガス雰囲気に曝露されており、この領域の増加に伴いチャネル移動度は低下する。
【００１９】
図２に、炭化珪素基板を９５０℃の不活性ガス雰囲気に曝したときの曝露時間に対するチャネル移動度の変化を示す。温度が一定である場合、チャネル移動度は時間の一次関数で表され、曝露時間が長くなるほどチャネル移動度の低下が促進する。曝露時間に対するチャネル移動度の低下は反応律速となる。
【００２０】
図３に、曝露温度に対するチャネル移動度の変化を、曝露時間３０分と１時間のそれぞれについて示す。暴露時間が長くなるほど、また曝露温度が高くなるほど、チャネル移動度の低下が促進することが分かる。
【００２１】
ここで、チャネル移動度の低下量はアレニウスの式で表される。界面準位の活性化エネルギーは１．０５ｅＶであるので、曝露温度をＴ［Ｋ］とすると、チャネル移動度はｅｘｐ（−１．０５／ｋＴ）［ｃｍ2／Ｖｓ］に比例して低下する。さらに、曝露時間をｔ［ｓ］とすると、チャネル移動度の低下量はｔ×７５０×ｅｘｐ（−１．０５／ｋＴ）［ｃｍ2／Ｖｓ］と表される。図１の斜線で示した昇降温工程において、曝露温度Ｔ［Ｋ］は時間ｔ［ｓ］の関数となるので、チャネル移動度の低下量は∫７５０×ｅｘｐ（−１．０５／ｋＴ）ｄｔ［ｃｍ2／Ｖｓ］と表される。
【００２２】
本発明はこのことを考慮し、閾値電圧制御のための熱処理工程の前後に行われる不活性ガス雰囲気の曝露時間を調整することにより、チャネル移動度が許容量を超えて低下することを防ぐものである。
【００２３】
（実施の形態１）
＜構成＞
図４は、本発明に係る炭化珪素半導体装置の一例として、ｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect Transistor）の構造を示す断面図である。このｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴは、ｎ型の炭化珪素基板１、ｐ型の炭化珪素からなるエピタキシャル層２、ｎ型のドレイン領域３及びソース領域４、ｐ型のウェルコンタクト５を備えている。エピタキシャル層２は炭化珪素基板１の表面に形成される。ドレイン領域３及びソース領域４は、エピタキシャル層２の表面から所定深さまで、互いに離間して形成される。ウェルコンタクト５はソース領域４に隣接してエピタキシャル層２の表面に形成される。
【００２４】
さらにｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴは、ゲート酸化膜６、ゲート電極７、ドレイン電極８、ソース電極９を備える。ゲート酸化膜６は、エピタキシャル層２、ドレイン領域３、及びソース領域４上に形成される。ドレイン電極８はドレイン領域３上に形成され、ソース電極９はソース領域４とウェルコンタクト５上に形成される。ゲート電極７は、ゲート平面視において両端がドレイン領域３およびソース領域４と重複するようにして酸化膜６上に形成される。
【００２５】
＜動作＞
ゲート電極７に電圧が印加されると、ゲート電極７直下のエピタキシャル層２表面に反転チャネル層が形成され、ドレイン領域３とソース領域４の間に電荷の流れる経路が形成される。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴでは電子が多数キャリアであり、ソース領域４からエピタキシャル層２表面へ流れ込む電子は、ドレイン電極８の印加電圧により形成される電界に従い、エピタキシャル層２表面を介してドレイン電極８に到達する。したがって、ゲート電極７に電圧を印加することにより、ドレイン電極８からソース電極９に電流が流れる。
【００２６】
＜製造工程＞
図５〜図８は、図４に示すｎチャネル横型ＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す図である。まず、ｎ型の炭化珪素基板1上に、エピタキシャル結晶成長法を用いてｐ型の炭化珪素からなるエピタキシャル層２を形成する（図５）。エピタキシャル層２の厚さは１〜５０μｍ程度であればよく、不純物濃度は１×１０15〜１×１０18ｃｍ-3程度であればよい。
【００２７】
炭化珪素基板１の面方位としては、（０００１）面、（０００−１）面、（１１−２０）面などを用いることができる。また、炭化珪素基板1には、ポリタイプとして４Ｈ、６Ｈ、又は３Ｃのいずれかを用いることができる。
【００２８】
次に、エピタキシャル層２表面に、ドレイン領域３およびソース領域４を形成する領域が露出するように、写真製版技術を用いてレジスト、二酸化珪素、または窒化珪素などによりマスクを形成する。このマスクを不純物注入阻止膜として不純物をイオン注入し、一対のｎ型のドレイン領域３およびソース領域４を形成する（図６）。図６では、イオン注入用のマスクを除去した後の断面構造を示している。
【００２９】
次いで、ウェルコンタクト５を形成する部分が露出するように、写真製版技術を用いてエピタキシャル層２、ソース領域４、およびドレイン領域５の表面にマスクを形成する。このマスクを不純物注入阻止膜としてｐ型不純物をイオン注入し、ソース領域４に隣接してウェルコンタクト５を形成する（図７）。図７では、ウェルコンタクト５形成用のマスクを除去した後の断面構造を示している。
【００３０】
ドレイン領域３およびソース領域４に導入されるｎ型不純物には、例えばリン（Ｐ）または窒素（Ｎ）などを用いることができ、その不純物濃度は、例えば１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3程度であればよい。ドレイン領域３およびソース領域４は、エピタキシャル層２よりも浅く形成される。また、ウェルコンタクト５に導入されるｐ型不純物には、例えばボロン（Ｂ）またはアルミニウム（Ａｌ）などを用いることができ、その不純物濃度は、例えば１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3程度であればよい。
【００３１】
続いて熱処理装置により、炭化珪素基板１を例えば１３００〜１９００℃の高温条件下で例えば３０秒から１時間程度熱処理を行う。この熱処理により、ドレイン領域３、ソース領域４及びウェルコンタクト５に注入したイオンが電気的に活性化される。なお、以下の説明では、炭化珪素基板１の表面にエピタキシャル層２を形成した状態、さらにはエピタキシャル層２の表面に各種のイオン注入を行った状態、さらにはゲート酸化膜６を形成した状態のものを、文脈に応じて単に炭化珪素基板と称する。
【００３２】
次に、炭化珪素基板上にゲート酸化膜６を形成する（図８）。本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法では、熱酸化によりゲート酸化膜６として二酸化珪素膜を形成した後、窒化処理する工程と、その後さらに、水蒸気を含む酸素雰囲気で熱処理する工程とを備える。なお、以下の説明では、二酸化珪素膜をゲート酸化膜６と同様に二酸化珪素膜６と表記する。
【００３３】
二酸化珪素膜６は、酸素原子を含んだ雰囲気で炭化珪素基板を熱酸化する他、化学的気相成長法によっても形成することが出来る。また、酸素を含む雰囲気又は窒素酸化ガス雰囲気で炭化珪素基板の表面を酸化した後、化学的気相成長法により二酸化珪素膜６を形成しても良い。
【００３４】
二酸化珪素膜６を形成した後、炭化珪素基板を熱処理炉から取り出し、窒化処理炉へ導入する。そして窒化処理炉を昇温し、炉内が処理温度に到達した時点で、流入ガスを一酸化窒素ガスや一酸化二窒素ガス雰囲気に切り替え、この状態で処理温度を所定の時間維持する。このような窒化処理工程を実施することにより、二酸化珪素膜６（ゲート酸化膜６）と炭化珪素のエピタキシャル層２の界面準位が不活性化し、チャネル移動度が上昇する。
【００３５】
なお、窒化処理炉内の流入ガスには、窒素、アルゴン、ヘリウムまたはクリプトンなどの不活性ガスで希釈した一酸化窒素ガスまたは一酸化二窒素ガスが用いられてもよく、また一酸化窒素ガスと一酸化二窒素ガスが混在する雰囲気が用いられてもよい。また、二酸化窒素ガスやアンモニアガスを用いても良く、窒素元素を含むガスを用いて発生させたプラズマに炭化珪素基板を曝露しても良い。
【００３６】
また、窒化処理温度は９００℃〜１４５０℃であるのが望ましい。これは、９００℃以下の低温では窒化速度が非常に遅く、窒素原子による界面準位の不活性化がほとんど進行しないためである。また、１４５０℃以上の高温条件下では一酸化窒素または一酸化二窒素の分解により生じる酸素によって熱酸化が進行し、新たな界面準位が増加するためである。窒化処理時間は、１０分〜１０時間程度が望ましい。窒化処理の後、炉内を基板取出温度まで降温してから炭化珪素基板を取り出す。
【００３７】
二酸化珪素膜６の形成と窒化処理が終了すると、次に水蒸気を含んだ酸素雰囲気での熱処理を行うため、炭化珪素基板を熱処理炉へ移動して、炉内を基板投入温度から熱処理温度まで昇温する。ここで熱処理温度は、炭化珪素基板が熱酸化する温度より十分低いことが重要である。熱処理炉内は窒素ガスなどの不活性ガスで満たされており、熱処理開始直前まで炭化珪素基板は不活性ガス雰囲気に曝される。
【００３８】
炉内温度が熱処理温度に近づいたら、流入ガスを不活性ガスから水蒸気を含んだ酸素ガスへと切り替えて熱処理を行う。
【００３９】
水蒸気を含んだ酸素雰囲気での熱処理終了後、熱処理炉内を基板取出温度まで降温し、炭化珪素基板を炉外へ取り出す。
【００４０】
水蒸気を含んだ酸素雰囲気での熱処理工程の前後の昇降温工程で、炭化珪素基板は不活性ガス雰囲気に曝されることにより、エピタキシャル層２と二酸化珪素膜６の界面準位が活性化し、チャネル移動度が低下する。そのため、炭化珪素基板を不活性ガス雰囲気に長時間曝すことは望ましくない。そこで、熱処理炉の昇温速度及び降温速度を制御することにより、チャネル移動度の低下が許容量を超えないようにする。
【００４１】
すなわち、窒化処理直後のチャネル移動度をμch、熱処理炉への基板投入時刻をｔ＝０［ｓ］、熱処理開始時刻をｔ＝ｔ1［ｓ］、熱処理終了時刻をｔ＝ｔ2［ｓ］、熱処理炉からの基板取り出し時刻をｔ＝ｔ3［ｓ］、ボルツマン定数をｋ、時刻ｔにおける熱処理炉の温度をＴ［Ｋ］とした場合に、アレニウスの式に基づく
【００４２】
【数２】
2013004643.tif 000004
【００４３】
により求められるチャネル移動度の低下率が許容値以下となるように、熱処理炉の昇温速度及び降温速度を決定する。
【００４４】
例えば、昇温速度と降温速度がそれぞれ毎分１０℃と毎分３℃である場合、（１）式より、熱処理温度が８００℃以上になると、チャネル移動度の低下率は１％を超える。
【００４５】
そこで、チャネル移動度の低下許容率を１％とする場合には、炉内温度が８００℃になった時点で、流入ガスを不活性ガスから水蒸気を含んだ酸素ガスに切り替える。
【００４６】
昇降温速度が変化すると、チャネル移動度の低下許容率を満たす熱処理温度も（１）式により変化する。例えば、昇温速度と降温速度が共に毎分１０℃である場合、熱処理温度が８６０℃以上になると、チャネル移動度の低下率は１％を超える。
【００４７】
また、チャネル移動度の低下許容率が変わると、（１）式に従い当該チャネル移動度の低下許容率を満たす熱処理温度の上限も変化する。例えば、昇温速度と降温速度をそれぞれ毎分１０℃と毎分３℃とし、チャネル移動度の低下許容率を３％とすると、熱処理温度の上限は８９０℃となる。同じ昇降温速度条件でチャネル移動度の低下許容率を５％まで緩和すると、熱処理温度の上限は９４０℃まで上昇する。
【００４８】
当然チャネル移動度の低下率は小さい方が良い。しかし、閾値電圧を大きくするためには一定の高い熱処理温度を実現する必要があり、昇降温速度は有限の値であることから、チャネル移動度の低下率には一定の値を許容する必要がある。これらのことを考慮して、実用上の検証を行った結果、チャネル移動度の低下許容率は５％が望ましいことが分かった。なお、チャネル移動度の低下をより抑制する場合には３％、または１％でも良いし、より閾値電圧を大きくする場合には１０％でも良い。
【００４９】
なお、ゲート酸化膜６に関する上記の一連の処理工程においては、二酸化珪素膜６の形成と、窒化処理と、水蒸気を含む酸素雰囲気での熱処理をそれぞれ異なる処理炉で行うものとして説明している。しかし、これらの工程は、同一炉内で連続的に実施されてもよい。同一炉内で処理することにより、プロセス時間を短縮するととともに、装置間移動に伴う基板汚染が低減される。
【００５０】
次に、ゲート酸化膜６上にゲート電極７を成膜し、次いで写真製版技術を用いてゲート電極７をパターニングする（図９）。ゲート電極７は、平面視においてドレイン領域３及びソース領域４がその両端と重複し、ドレイン領域３とソース領域4の間に露出したエピタキシャル層２がその中央に位置するような形状にパターニングされる。
【００５１】
ゲート電極７の素材には、ｎ型またはｐ型の多結晶珪素（ポリシリコン）を用いることが出来る。その他、ｎ型またはｐ型の多結晶炭化珪素であってもよい。さらに、アルミニウム、またはチタン、モリブデン、タンタル、ニオブおよびタングステンなどの低抵抗高融点金属でもよく、高融点低抵抗金属の窒化物を用いてもよい。
【００５２】
ゲート電極７をパターニングした後、ゲート酸化膜６の不要部分を、写真製版技術を用いたパターニングおよびウェットまたはドライエッチングにより除去し、ドレイン領域３、ソース領域４およびウェルコンタクト５の表面を露出する（図１０）。ゲート酸化膜６は、ゲート電極７よりも長く形成され、次工程で形成されるドレイン電極およびソース電極とゲート電極７の間を確実に電気的に分離する。
【００５３】
次いで、ドレイン領域３、ソース領域４、及びウェルコンタクト５の露出部分に、ドレイン電極８およびソース電極９を成膜およびパターニングにより形成する。
【００５４】
ドレイン電極８およびソース電極９の素材には、アルミニウム、ニッケル、チタン、および金などまたはこれらの複合物を用いることができる。また、ドレイン領域３、ソース領域４およびウェルコンタクト５に対するオーミック接触を得るため、ドレイン電極８ならびにソース電極9を形成した後に１０００℃程度の熱処理を行っても良い。
【００５５】
以上の工程を経て、図４に断面構造を示すＭＯＳＦＥＴの主要部が完成する。
【００５６】
以上の説明では、本発明の炭化珪素半導体装置としてＭＯＳＦＥＴを採り上げたが、その他、炭化珪素層上に形成される二酸化珪素膜をゲート絶縁膜として有する絶縁ゲート型トランジスタ素子として、ＩＧＢＴに適用しても良い。また、この絶縁ゲート型トランジスタ素子としては、ソース、ゲートおよびドレイン電極が同一主表面上に形成される横型半導体素子に対しても、ソースおよびゲート電極とドレイン電極が基板を挟んで形成される縦型半導体素子であっても良い。
【００５７】
＜効果＞
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、（ａ）炭化珪素基板上に二酸化珪素膜６を形成する工程と、（ｂ）二酸化珪素膜６が形成された炭化珪素基板を窒化処理する工程と、（ｃ）前記窒化処理された炭化珪素基板を水蒸気を含んだ酸素雰囲気で熱処理する工程とを備え、前記工程（ｃ）は、（ｃ１）前記窒化処理された炭化珪素基板を投入した熱処理炉の温度を不活性ガス雰囲気中で昇温又は降温する工程を含み、前記工程（ｃ１）は、前記窒化処理直後のチャネル移動度をμch、前記工程（ｃ１）の昇温又は降温開始時刻をｔ＝０、前記熱処理開始時刻をｔ＝ｔ1、前記熱処理終了時刻をｔ＝ｔ2、前記熱処理炉からの基板取出時刻をｔ＝ｔ3、ボルツマン定数をｋ、時刻ｔにおける前記熱処理炉の温度をＴ（Ｋ）とした場合に、（１）式により求められる前記工程（ｃ１）における前記炭化珪素基板中のチャネル移動度の低下率が、１０％以下となるように前記昇温速度及び／又は降温速度を決定するので、チャネル移動度の低下を最低限に抑えながら、閾値電圧を大きくすることが出来る。
【００５８】
また、前記工程（ｃ１）では、チャネル移動度の低下率が５％以下となるように前記昇温速度及び／又は降温速度を決定するので、チャネル移動度の低下を最低限に抑えながら、閾値電圧を大きくすることが出来る。
【００５９】
また、前記工程（ｃ１）では、チャネル移動度の低下率が３％以下となるように前記昇温速度及び／又は降温速度を決定するので、チャネル移動度の低下を最低限に抑えながら、閾値電圧を大きくすることが出来る。
【００６０】
また、前記工程（ｃ１）では、チャネル移動度の低下率が１％以下となるように前記昇温速度及び／又は降温速度を決定するので、チャネル移動度の低下を最低限に抑えながら、閾値電圧を大きくすることが出来る。
【００６１】
また、前記工程（ｂ）の窒化処理と、前記工程（ｃ）の熱処理を同一炉内で行うことにより、プロセス時間を短縮するととともに、装置間移動に伴う基板汚染が低減することが出来る。
【００６２】
また、前記工程（ｃ）では、大気圧で熱処理を行うので、チャネル移動度の低下を最低限に抑えながら、閾値電圧を大きくすることが出来る。
【００６３】
また、前記工程（ａ）では、酸素原子を含む雰囲気で炭化珪素基板１を熱酸化することにより、炭化珪素基板上に二酸化珪素膜６を形成することが出来る。
【００６４】
あるいは、前記工程（ａ）では、化学的気相成長法により炭化珪素基板上に二酸化珪素膜６を形成することが出来る。
【００６５】
あるいは、前記工程（ａ）では、酸素を含む雰囲気又は窒素酸化ガス雰囲気で炭化珪素基板１の表面を酸化した後に化学的気相成長法を適用しても、炭化珪素基板上に二酸化珪素膜６を形成することが出来る。
【００６６】
また、前記工程（ｂ）では、一酸化窒素ガス、一酸化二窒素ガス、及び二酸化窒素ガスから選択された少なくとも一つを含むガス雰囲気で炭化珪素基板を熱処理することにより、窒化処理を施す。
【００６７】
あるいは、前記工程（ｂ）では、アンモニアガス雰囲気で炭化珪素基板を熱処理することにより、窒化処理を施す。
【００６８】
あるいは、前記工程（ｂ）では、窒素元素を含むガスを用いて発生させたプラズマに炭化珪素基板を曝露することにより、窒化処理を施す。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
この発明は、炭化珪素基板層上に形成される二酸化珪素膜をゲート絶縁膜として有するＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの絶縁ゲート型トランジスタ素子に適用することができる。この発明によれば、窒化処理後の水蒸気を含んだ酸素雰囲気での熱処理工程において、余分なチャネル移動度の低下を抑えることが可能となる。
【符号の説明】
【００７０】
１  基板、２  エピタキシャル層、３  ドレイン領域、４  ソース領域、５  ウェルコンタクト、６  ゲート酸化膜、７  ゲート電極、８  ドレイン電極、９  ソース電極。
【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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