(57)【要約】【課題】炭化珪素半導体の（０００−１）面または（１１−２０）面とゲート絶縁膜との界面の良好な界面特性がゲート絶縁膜形成後の熱処理により劣化しても、その後の工程において回復させ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。【解決手段】炭化珪素半導体の（０００−１）面または（１１−２０）面の表面層にドレイン領域およびソース領域などを形成する。次に、炭化珪素半導体のソース領域とドレイン領域とに挟まれた部分の表面にゲート絶縁膜を形成する。次に、ゲート電極の形成および低抵抗化のための熱処理、層間絶縁膜の形成および焼締めのための熱処理、またはコンタクトメタルの形成およびコンタクトメタルと炭化珪素との反応層の形成のための熱処理など４００℃以上の熱処理が全て終わった後、少なくとも水素または水蒸気を含んだ雰囲気での最終熱処理を実施する。【選択図】図１０
2013232563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも酸素と水蒸気とを含むガス中で熱酸化を行うことにより、炭化珪素半導体の(０００−１)面または(１１−２０)面上に、前記炭化珪素半導体の(０００−１)面または(１１−２０)面に接するようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を形成した後に、ゲート導電膜の形成および低抵抗化、層間絶縁膜の形成および焼締め、または、コンタクトメタルの形成および前記コンタクトメタルと前記炭化珪素半導体との反応層の形成のための４００℃以上の温度で行う熱処理のうち、少なくとも１つ以上の熱処理を行う熱処理工程と、
を含み、
前記熱処理工程の後に少なくとも水素または水蒸気を含んだ雰囲気での最終熱処理を実施することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記最終熱処理の温度が５００℃〜９００℃である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】
前記最終熱処理の雰囲気は、窒素、ヘリウムおよびアルゴンのいずれかの不活性ガスと水素との混合ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記最終熱処理の雰囲気は、窒素、ヘリウムおよびアルゴンのいずれかの不活性ガスと水蒸気との混合ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記炭化珪素半導体の０度〜８度のオフ角を有する(０００−１)面または(１１−２０)面上に、前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
水蒸気を含まない乾燥酸素雰囲気中で前記炭化珪素半導体の熱酸化を行った後、水蒸気を含むガス中で前記炭化珪素半導体の熱酸化を行うことにより、前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記炭化珪素半導体の(０００−１)面または(１１−２０)面上に前記ゲート絶縁膜となる絶縁膜を堆積させた後、水蒸気を含むガス中で熱酸化を行うことにより、前記絶縁膜との界面における前記炭化珪素半導体を前記ゲート絶縁膜に変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つ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、炭化珪素基板を使用した半導体装置の製造方法に関し、特にゲート絶縁膜形成後の熱処理工程に特徴を有する炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた次世代半導体装置の研究開発が進められている。炭化珪素は、シリコン（Ｓｉ）と同様に熱酸化によって表面に絶縁膜を形成可能という特性がある。また、炭化珪素は、炭化珪素基板の結晶面や酸化方法によってＭＯＳ（金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート）構造を構成する炭化珪素基板とゲート絶縁膜との界面のチャネル移動度が異なるという特性がある。
【０００３】
炭化珪素基板の（０００−１）面または（１１−２０）面は、ウェット雰囲気で酸化した場合、炭化珪素基板の（０００１）面に比べ高いチャネル移動度を示すとされている。チャネル移動度を代替的に評価する指標として、界面準位密度がある。チャネル移動度は、一般的には、炭化珪素基板とゲート絶縁膜との界面の界面準位密度が低い方が大きくなる傾向があることが知られている。なお、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数をあらわしている。
【０００４】
このような炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造方法として、炭化珪素基板とゲート絶縁膜との界面における界面準位密度を低下させるために、炭化珪素基板の（０００−１）面をウェット雰囲気で熱酸化してゲート絶縁膜を形成することにより、高いチャネル移動度を得る方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。下記特許文献１では、ゲート絶縁膜形成後に水素雰囲気中または水蒸気雰囲気中でアニールを行っている。
【０００５】
また、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造工程では、ゲート絶縁膜形成後に、ポリシリコンからなるゲート導電膜の形成および低抵抗化のための熱処理、層間絶縁膜の形成および焼締めのための熱処理、またはコンタクトメタルの形成およびコンタクトメタルと炭化珪素との反応層の形成のための熱処理といった種々の熱処理工程が含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３７４４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、炭化珪素基板の（０００−１）面または（１１−２０）面をウェット雰囲気で酸化することで得られた炭化珪素基板とゲート絶縁膜との界面の界面準位密度は、後工程での熱処理（例えばコンタクトメタルと炭化珪素との反応層を形成し、配線層と炭化珪素基板とのオーミックコンタクトを形成するための８００℃〜１０００℃程度の熱処理）で大きくなり、ＭＯＳ界面特性が劣化することが知られている。
【０００８】
ウェット雰囲気で酸化することによって炭化珪素基板とゲート絶縁膜との界面の界面準位密度が低減されるのは、ウェット雰囲気に含まれる水素または水酸基が炭化珪素基板表面のシリコン原子の未結合手（ダングリングボンド）を終端するためであるといわれている。ゲート絶縁膜形成後の熱処理では、炭化珪素基板表面のシリコン原子の未結合手を終端している水素または水酸基が脱離されることにより、炭化珪素基板とゲート絶縁膜との界面の界面準位密度が大きくなり、ＭＯＳ界面特性が劣化するものと推測されている。
【０００９】
このような熱処理によるＭＯＳ界面特性劣化は、炭化珪素基板の（０００１）面上にＭＯＳ構造を形成する場合には発生しない。このため、炭化珪素基板の（０００−１）面または（１１−２０）面上にＭＯＳ構造を形成する場合には、炭化珪素基板の（０００１）面上にＭＯＳ構造を形成する場合と異なった処理が必要となる。
【００１０】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、炭化珪素半導体の（０００−１）面または（１１−２０）面をウェット雰囲気で酸化することにより得られたＭＯＳ界面特性が後工程の熱処理によって劣化しても、ＭＯＳ界面特性を回復させ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】
【００１１】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。少なくとも酸素と水蒸気とを含むガス中で熱酸化を行うことにより、炭化珪素半導体の(０００−１)面または(１１−２０)面上に、前記炭化珪素半導体の(０００−１)面または(１１−２０)面に接するようにゲート絶縁膜を形成する。次に、前記ゲート絶縁膜を形成した後に、ゲート導電膜の形成および低抵抗化、層間絶縁膜の形成および焼締め、または、コンタクトメタルの形成および前記コンタクトメタルと前記炭化珪素半導体との反応層の形成のための４００℃以上の温度で行う熱処理のうち、少なくとも１つ以上の熱処理を行う熱処理工程の後に、少なくとも水素または水蒸気を含んだ雰囲気での最終熱処理を実施する。
【００１２】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記最終熱処理の温度が５００℃〜９００℃であることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記最終熱処理の雰囲気は、窒素、ヘリウムおよびアルゴンのいずれかの不活性ガスと水素との混合ガスであることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記最終熱処理の雰囲気は、窒素、ヘリウムおよびアルゴンのいずれかの不活性ガスと水蒸気との混合ガスであることを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記炭化珪素半導体の０度〜８度のオフ角を有する(０００−１)面または(１１−２０)面上に、前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、水蒸気を含まない乾燥酸素雰囲気中で前記炭化珪素半導体の熱酸化を行った後、水蒸気を含むガス中で前記炭化珪素半導体の熱酸化を行うことにより、前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記炭化珪素半導体の(０００−１)面または(１１−２０)面上に前記ゲート絶縁膜となる絶縁膜を堆積させた後、水蒸気を含むガス中で熱酸化を行うことにより、前記絶縁膜との界面における前記炭化珪素半導体を前記ゲート絶縁膜に変化させることを特徴とする。
【００１８】
上述した発明によれば、ウェット酸化によって炭化珪素半導体の（０００−１）面または(１１−２０)面上にゲート酸化膜を形成した後にオーミックコンタクトを形成するためのアニールなど４００℃以上の熱処理を行う場合、４００℃以上の熱処理工程が全て終わった後に、水素または水蒸気を含んだ雰囲気での最終熱処理を実施することにより、ゲート酸化膜形成後の熱処理によって水素や水酸基が脱離した炭化珪素半導体表面のシリコン原子の未結合手を水素によって再度終端することができる。これにより、炭化珪素半導体とゲート絶縁膜との界面特性を回復し、高いチャネル移動度を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、後工程で加えられる熱処理により炭化珪素基板と絶縁膜との界面の界面準位密度が増加しＭＯＳ界面特性が劣化した場合であっても、ＭＯＳ界面特性を回復させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状態を示す断面図である。
【図９】図８に続く工程後の本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの構成を示す断面図である。
【図１０】本発明にかかる製造方法で作製されたＭＯＳＦＥＴにおける電界効果チャネル移動度のゲート電圧依存性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２２】
（実施の形態）
図１〜図８は、本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造途中の状態を示す断面図である。図９は、図８に続く工程後の本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの構成を示す断面図である。本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）の素子構造は、例えば、炭化珪素基板の（０００−１）面上に形成される。まず、本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの断面構造について、図９を参照して説明する。
【００２３】
図９に示すように、本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴにおいて、ｐ+型の炭化珪素基板１の（０００−１）面にはｐ型エピタキシャル膜２が堆積されている。炭化珪素基板１は、例えば炭化珪素の四層周期六方晶（４Ｈ−ＳｉＣ）からなる炭化珪素単結晶基板である。具体的には、炭化珪素基板１は、主面が例えば＜１１−２０＞方向に０度〜８度のオフ角を有する（０００−１）Ｃ面である。炭化珪素基板（以下、４Ｈ−ＳｉＣ基板とする）１単体、または４Ｈ−ＳｉＣ基板１とｐ型エピタキシャル膜２とを併せて炭化珪素半導体（４Ｈ−ＳｉＣ半導体）と呼ぶ。
【００２４】
ｐ型エピタキシャル膜２の４Ｈ−ＳｉＣ基板１側に対して反対側の表面層（以下、単に表面層とする）には、ｎ+型のドレイン領域７、ｎ+型のソース領域８、およびｐ+型のグラウンド領域９が選択的に設けられている。ドレイン領域７およびソース領域８は、互いに離れている。グラウンド領域９は、ソース領域８のドレイン領域７側に対して反対側に接する。フィールド酸化膜１０は、アクティブ領域を囲む耐圧構造領域において、ｐ型エピタキシャル膜２の４Ｈ−ＳｉＣ基板１側に対して反対側の表面を覆う。アクティブ領域とは、ＭＯＳＦＥＴのＭＯＳ構造が形成される領域である。耐圧構造領域とは、アクティブ領域の周辺部の電界を緩和し耐圧を保持する領域である。
【００２５】
アクティブ領域において、ｐ型エピタキシャル膜２のドレイン領域７とソース領域８とに挟まれた部分の表面上には、ゲート絶縁膜１２を介してゲート電極（ゲート導電膜）１３が設けられている。また、アクティブ領域には、反応層１５を介してドレイン領域７に接するパッド電極１６と、反応層１５を介してソース領域８およびグラウンド領域９に接するパッド電極１６と、ゲート電極１３に接するパッド電極１６とがそれぞれ設けられている。反応層１５は、ｐ型エピタキシャル膜２とのオーミックコンタクトを形成する。４Ｈ−ＳｉＣ基板１のｐ型エピタキシャル膜２側に対して反対側の表面には、裏面電極１７が設けられている。
【００２６】
次に、本発明の実施形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造方法について、図１〜図９を参照して説明する。まず、図１に示すように、ｐ型の４Ｈ−ＳｉＣ基板１の（０００−１）面上に、例えばアクセプター密度１×１０16ｃｍ-3のｐ型エピタキシャル膜２を成長させる。次に、図２に示すように、例えば減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、ｐ型エピタキシャル膜２の表面に厚さ１μｍのシリコン酸化（ＳｉＯ2）膜を堆積する。
【００２７】
次に、フォトリソグラフィによって、ｐ型エピタキシャル膜２の上に堆積したシリコン酸化膜をパターニングし、ドレイン領域７およびソース領域８の形成領域が露出する開口部を有するマスク３を形成する。次に、マスク３をマスクとして、例えば、リン（Ｐ）イオン４を基板温度５００℃、加速エネルギー４０ｋｅＶ〜２５０ｋｅＶの多段で、注入量２×１０20ｃｍ-3でイオン注入する。これにより、マスク３の開口部に露出されたｐ型エピタキシャル膜２の表面層にｎ+型の不純物注入領域４ａが形成される。そして、マスク３を除去する。
【００２８】
次に、図３に示すように、例えば減圧ＣＶＤ法によって、ｐ型エピタキシャル膜２の表面に厚さ１μｍのＳｉＯ2膜を堆積する。次に、フォトリソグラフィによって、ｐ型エピタキシャル膜２の上に堆積したシリコン酸化膜をパターニングし、グラウンド領域９の形成領域が露出する開口部を有するマスク５を形成する。次に、マスク５をマスクとして、例えば、アルミニウム（Ａｌ）イオン６を基板温度５００℃、加速エネルギー４０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの多段で、注入量２×１０20ｃｍ-3でイオン注入する。これにより、マスク５の開口部に露出されたｐ型エピタキシャル膜２の表面層にｐ+型の不純物注入領域６ａが形成される。そして、マスク５を除去する。
【００２９】
次に、図４に示すように、例えばアルゴン雰囲気中において１６００℃の温度で５分間の活性化アニールを行い、不純物注入領域４ａ，６ａを活性化し、ｐ型エピタキシャル膜２の表面層にドレイン領域７、ソース領域８およびグラウンド領域９を形成する。次に、図５に示すように、例えば減圧ＣＶＤ法によって、ｐ型エピタキシャル膜２の表面に厚さ０．５μｍのフィールド酸化膜１０を堆積する。次に、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングによってフィールド酸化膜１０を選択的に除去し、アクティブ領域１１のｐ型エピタキシャル膜２を露出する。アクティブ領域１１には、ドレイン領域７からソース領域８およびグラウンド領域９にわたって４Ｈ−ＳｉＣ半導体が露出される。
【００３０】
次に、図６に示すように、１０００℃の温度で３０分間のウェット酸化を行い、厚さ５０ｎｍのゲート絶縁膜１２を形成する。ゲート絶縁膜１２は、アクティブ領域１１に露出された４Ｈ−ＳｉＣ半導体を覆うように形成される。次に、例えば減圧ＣＶＤ法によって、ゲート絶縁膜１２上に、多結晶シリコンを０．３μｍの厚さで堆積する。次に、フォトリソグラフィによって、ゲート絶縁膜１２上に堆積した多結晶シリコンをパターニングし、ゲート電極１３を形成する。ゲート電極１３の形成後、必要に応じてゲート電極１３の低抵抗化のための熱処理を、例えば８００℃〜９００℃の温度で１０分間〜３０分間程度行う。
【００３１】
次に、図７に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングによりゲート絶縁膜１２を選択的に除去し、ドレイン領域７、ソース領域８およびグラウンド領域９上にコンタクトホールを形成する。このエッチングは、例えばフッ酸を用いて行ってもよい。次に、コンタクトホール内のドレイン領域７、ソース領域８およびグラウンド領域９上に堆積されるように、厚さ１０ｎｍのアルミニウム膜とさらに厚さ６０ｎｍのニッケル膜とを蒸着する。
【００３２】
次に、例えばリフトオフによって、アルミニウム膜およびニッケル膜からなる堆積膜をパターニングし、ドレイン領域７に接するコンタクトメタル１４と、ソース領域８およびグラウンド領域９に接するコンタクトメタル１４とをそれぞれ形成する。このとき、リフトオフに代えて、層間絶縁膜を形成することによりコンタクトメタル１４とゲート電極１３との絶縁分離を行ってもよい。ゲート電極１３との絶縁分離を行う層間絶縁膜を形成した場合は、層間絶縁膜の平滑化や焼締めのための熱処理を、例えば８００℃〜９００℃の温度で１０分間〜３０分間程度行う。
【００３３】
次に、図８に示すように、オーミックコンタクトのためのアニールとして、例えば８００℃〜１０００℃の温度で２分間〜５分間程度の熱処理を行い、コンタクトメタル１４と４Ｈ−ＳｉＣ半導体との反応層１５を形成する。これにより、ドレイン領域７に接する反応層１５と、ソース領域８およびグラウンド領域９に接する反応層１５とが形成される。
【００３４】
この時点で、これより後の工程に４００℃以上の熱処理は含まれないため、これまでの熱処理で劣化したＭＯＳ界面特性を回復させるために、少なくとも水素（Ｈ）または水蒸気（Ｈ2Ｏ）を含んだ雰囲気で最終熱処理を実施する。最終熱処理の雰囲気は、例えば不活性ガスと水素あるいは水蒸気の混合ガスである。不活性ガスと水素あるいは水蒸気の混合ガスとは、例えば窒素（Ｎ）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）のいずれかと水素あるいは水蒸気の混合ガスである。最終熱処理によって回復させるＭＯＳ界面特性とは、４Ｈ−ＳｉＣ半導体とゲート絶縁膜１２との界面の界面準位密度である。
【００３５】
不活性ガスと水素の混合ガス中の水素濃度は、１％以上４％以下であることが好ましい。特に好ましくは、不活性ガスと水素の混合ガス中の水素濃度は４％であることがよい。最終熱処理の温度は、例えば５００℃〜９００℃が好ましい。その理由は、低濃度の水素あるいは水蒸気中で９００℃より高い温度での熱処理ではＭＯＳ界面特性の更なる悪化を招き、５００℃より低い温度での熱処理では界面に水素あるいは水蒸気を導入することによって得られるＭＯＳ界面特性の効果が低いからである。また、パッド電極１６にアルミニウム等の比較的低融点の金属を用いる場合、パッド電極１６を形成する前に最終熱処理を実施するのが好ましい。
【００３６】
次に、図９に示すように、ゲート電極１３および反応層１５上に堆積されるように、アルミニウム膜を３００ｎｍの厚さで蒸着する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、アルミニウム膜をパターニングし、ゲート電極１３および反応層１５上にパッド電極１６を形成する。このエッチングは、リン酸を用いて行ってもよい。その後、４Ｈ−ＳｉＣ基板１のｐ型エピタキシャル膜２側に対して反対側の表面にアルミニウム膜を１００ｎｍの厚さで蒸着し、裏面電極１７を形成する。これにより、本発明の実施形態にかかるＭＯＳＦＥＴが完成する。
【００３７】
次に、最終熱処理の有無によるＭＯＳ界面特性の違いについて検証した。まず、上述した本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造方法に従い、最終熱処理を実施した炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを作製した（以下、最終熱処理有とする）。また、比較例として、オーミックコンタクトをとるための反応層を形成した後に最終熱処理を実施しない炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを作製した（以下、最終熱処理無とする）。そして、これらの炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのチャネル移動度を測定した。その結果を図１０に示す。図１０は、本発明にかかる製造方法で作製されたＭＯＳＦＥＴにおける電界効果チャネル移動度のゲート電圧依存性を示す特性図である。
【００３８】
図１０（ａ）に示すように、最終熱処理有の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのチャネル移動度は最大で約６５ｃｍ2／Ｖｓと高い値を示すことが確認された。一方、図１０の（ｂ）に示すように、最終熱処理無の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのチャネル移動度は、最大で約５５ｃｍ2／Ｖｓとなり、最終熱処理有の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴよりも低い値であることが確認された。
【００３９】
最終熱処理無の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴにおけるチャネル移動度の低下は、ゲート絶縁膜１２形成後の４００℃以上の熱処理によって、ｐ型エピタキシャル膜２表面のシリコン原子の未結合手を終端していた水素や水酸基が脱離することで起こる。最終熱処理有の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴにおいては、４００℃以上の熱処理を行う工程が全て終了した後に水素または水蒸気を含んだ雰囲気で最終熱処理を実施することにより、水素や水酸基が脱離したｐ型エピタキシャル膜２表面のシリコン原子の未結合手を再度終端することができる。このため、ｐ型エピタキシャル膜２とゲート絶縁膜１２との界面の界面準位密度を低下させることができ、チャネル移動度を高くすることができる。したがって、本発明の実施の形態にかかるＭＯＳＦＥＴの製造方法は、ＭＯＳ界面特性を回復する効果があることがわかる。
【００４０】
以上、説明したように、実施の形態によれば、ウェット酸化によって炭化珪素半導体の（０００−１）面上にゲート絶縁膜を形成した後にオーミックコンタクトを形成するためのアニールなど４００℃以上の熱処理を行う場合、４００℃以上の熱処理工程が全て終わった後に、水素または水蒸気を含んだ雰囲気で最終熱処理を実施することにより、ゲート絶縁膜形成後の熱処理によって水素や水酸基が脱離した炭化珪素半導体表面のシリコン原子の未結合手を水素によって再度終端することができる。これにより、炭化珪素半導体とゲート絶縁膜との界面特性を回復し、高いチャネル移動度を実現することができる。
【００４１】
以上において本発明では、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴとして横型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を例に説明したが、上述した実施の形態に限らず、縦型ＭＯＳＦＥＴなど高耐圧化構造を有する半導体装置にも本発明を適用可能である。また、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、水蒸気を含まない乾燥酸素雰囲気中で熱酸化した後、水蒸気を含むガス中で熱酸化を行うことを組み合わせてゲート絶縁膜を形成してもよいし、炭化珪素半導体上にゲート絶縁膜となる絶縁膜を堆積させた後に、水蒸気を含むガス中で熱酸化を行うことによりを絶縁膜との界面における炭化珪素半導体をゲート絶縁膜に変化させてもよい。
【００４２】
また、ゲート絶縁膜形成後の４００℃以上の熱処理としてオーミックコンタクトを形成するためのアニールを挙げ、当該アニール後に最終熱処理を実施する場合を例に説明したが、上述した実施の形態に限らず、最終熱処理を実施するタイミングは半導体装置の構成に合わせて種々変更可能である。例えば、半導体装置の製造方法において、ゲート絶縁膜形成後の４００℃以上の熱処理が全て終わった後に、水素または水蒸気を含んだ雰囲気で最終熱処理を実施することにより、実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４３】
また、炭化珪素基板として、主面が例えば＜１１−２０＞方向に０度〜８度のオフ角を有する（０００−１）Ｃ面である炭化珪素単結晶基板を例に説明したが、主面が（１１−２０）面の炭化珪素基板を用いた場合であっても、実施の形態と同様の効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、ゲート絶縁膜形成後に熱処理工程を行うさまざまな半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ４Ｈ−ＳｉＣ基板
２  ｐ型エピタキシャル膜
３，５  マスク
４  リンイオン
６  アルミニウムイオン
７  ドレイン領域
８  ソース領域
９  グラウンド領域
１０  フィールド酸化膜
１１  アクティブ領域
１２  ゲート絶縁膜
１３  ゲート電極
１４  コンタクトメタル
１５  反応層
１６  パッド電極
１７  裏面電極
【図１】
2013232563.tif 000003
【図２】
2013232563.tif 000004
【図３】
2013232563.tif 000005
【図４】
2013232563.tif 000006
【図５】
2013232563.tif 000007
【図６】
2013232563.tif 000008
【図７】
2013232563.tif 000009
【図８】
2013232563.tif 000010
【図９】
2013232563.tif 000011
【図１０】
2013232563.tif 000012