(57)【要約】【課題】ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の余剰炭素の生成を抑止することができ、生産性を向上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】酸化性ガス雰囲気で炭化珪素基体を熱酸化して、炭化珪素基体の表面に熱酸化膜を形成する。前記熱酸化中に、酸化性ガス雰囲気の酸化剤分圧を、熱酸化初期の酸化剤分圧から、熱酸化初期の酸化剤分圧よりも高い酸化剤分圧に変更する。これによって、熱酸化処理中に継続して、２ＳｉＣ  ＋  ３Ｏ2  ⇔  ２ＳｉＯ2（固相）＋２ＣＯ（気相）の第２状態Ｂを主な酸化反応とする熱酸化条件を維持する。熱酸化中の酸化性ガス雰囲気の酸化剤分圧の変更は、１Ｐａ以上１０5Ｐａ以下の範囲内である。熱酸化中の酸化性ガス雰囲気の酸化剤分圧の初期値ＰIから最高値ＰMAXまでの変更幅は、ＰI≦ＰMAX≦１００ＰIを満たす。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含むガス雰囲気で炭化珪素からなる半導体基体を熱酸化して、前記半導体基体の表面に熱酸化膜を形成する熱酸化工程を含み、
前記熱酸化工程中に、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を、前記熱酸化の初期の第１分圧から、前記第１分圧よりも高い第２分圧に変更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】
前記熱酸化工程では、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を１Ｐａ以上１０5Ｐａ以下の範囲内で変更す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】
前記熱酸化工程では、前記第１分圧をＰIとし、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧の変更後の最高分圧をＰMAXとしたときに、ＰI≦ＰMAX≦１００ＰIを満たす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】
前記熱酸化工程では、前記半導体基体を９００℃以上１５００℃以下の温度に加熱することを特徴とする請求項１〜３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５】
前記熱酸化工程では、前記半導体基体を１２００℃以上１４００℃以下の温度に加熱することを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記熱酸化工程では、前記熱酸化膜の厚さが３ｎｍになるまでに、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を前記第２分圧に変更することを特徴とする請求項１〜５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】
前記熱酸化工程では、前記半導体基体の（０００−１）面に前記熱酸化膜を形成することを特徴とする請求項１〜６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８】
前記熱酸化工程では、前記熱酸化膜の厚さに応じて、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を段階的に変更することを特徴とする請求項１〜７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９】
前記熱酸化工程では、前記半導体基体を配置した加熱炉に導入する酸化性ガスの酸化剤濃度を変更することで、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を前記第２分圧に変更することを特徴とする請求項１〜８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１０】
前記熱酸化工程では、前記半導体基体を配置した加熱炉に酸素濃度の異なる酸化性ガスを導入する複数のガス導入ラインを備えた熱酸化装置を用い、
前記加熱炉に前記酸化性ガスを導入する前記ガス導入ラインを切り替えることで、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を前記第２分圧に変更することを特徴とする請求項１〜８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１１】
前記熱酸化工程では、前記半導体基体を配置した加熱炉に導入する酸化性ガスの酸化剤分圧を固定し、前記酸化性ガスの流量を変更することで、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を前記第２分圧に変更することを特徴とする請求項１〜８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）を用いたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を作製（製造）するにあたって、ゲート絶縁膜である二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜の形成には、シリコン（Ｓｉ）のＭＯＳゲート構造と同様に熱酸化法を用いることができる。これは、シリコンよりもバンドギャップが広い半導体（以下、ワイドバンドギャップ半導体とする）である炭化珪素（ＳｉＣ）の、他材料にない利点の一つである。
【０００３】
しかしながら、熱酸化法で形成した酸化膜（ＳｉＯ2膜）と、炭化珪素からなる半導体基板（以下、炭化珪素基板とする）と、の界面（以下、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面とする）の品質が悪く、チャネル移動度が低いという問題がある。さらに、連続してゲート電極に電圧を印加する、または、繰り返しゲート電極に電圧を印加することによって、ゲート閾値電圧Ｖｔｈが変動するという問題がある。これらの問題は、一般的に、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面に、エネルギー的に炭化珪素のバンドギャップの間に位置する界面準位が多く形成される、すなわちＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度（Ｄit：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）が高いことが原因の一つであると推測されている。
【０００４】
ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度が高い主な原因として、熱酸化中に炭化珪素基板から生じた余剰の炭素（Ｃ）原子（以下、余剰炭素とする）がＳｉＯ2／ＳｉＣ界面に相当量蓄積して存在していることが開示されている（例えば、下記非特許文献１参照。）。実際に、炭化珪素の熱酸化反応により余剰炭素が生成されることが開示されている（例えば、下記非特許文献２参照。）。この余剰炭素の生成を抑止する方法として、下記非特許文献２に開示されている炭化珪素の熱酸化反応の熱力学的相図に相当するデータを用いて、熱酸化時の温度や酸素（Ｏ2）分圧を最適化する方法が提案されている（例えば、下記非特許文献３，４参照。）。
【０００５】
また、余剰炭素の生成を抑止する別の方法として、次の方法によりＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度を低くすることが提案されている。熱酸化炉内に炭化珪素基板を配置し、不活性ガス雰囲気中で炭化珪素基板の酸化温度まで昇温した後、熱酸化炉内を酸化性ガスに置換して酸化性ガス雰囲気中で炭化珪素基板を酸化する。その後、熱酸化炉内を不活性ガスに置換して不活性ガス雰囲気中で降温する。（例えば、下記特許文献１（第００１３，００３３〜００３６，００４０，００４３、第１，３図）参照。）。下記特許文献１では、不活性ガスとして窒素（Ｎ2）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、炭化珪素基板の酸化温度を１１００〜１２００℃としている。
【０００６】
また、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面に生成された余剰炭素を低減する方法として、炭素と二酸化珪素との化学反応による炭化珪素の再結晶化反応が起こる酸化条件下で熱酸化を行うことが提案されている（例えば、下記特許文献２（第０１２２，０１３７，０１４８，０１７６段落、第５図）参照。）。下記特許文献２には、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面に形成される酸化膜の厚さが６ｎｍになると界面準位密度が増加することが開示されている。そこで、酸化膜の厚さを６ｎｍ以下にすることで熱酸化処理後に形成される酸化膜の厚さを薄くするとともに、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面に発生する余剰炭素の量を最小限に抑えている。熱酸化処理は酸素ガス雰囲気において１２５０℃以上１４００℃の温度で行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０３１５７１号公報
【特許文献２】特開２００１−２１０６３７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ケイ・シー・チャン（Ｋ．Ｃ．Ｃｈａｎｇ）、外３名、ハイ−カーボン  コンセントレイションズ  アット  ザ  シリコン  ジオキサイド−シリコン  カーバイド  インターフェイス  アイデンティフィド  バイ  エレクトロン  エナジー  ロス  スペクトロスコピー（Ｈｉｇｈ−ｃａｒｂｏｎ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ  ａｔ  ｔｈｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｅｎｅｒｇｙ  ｌｏｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、アプライド  フィジクス  レターズ（ＡＩＰ：Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、（米国）、アメリカン  インスティテュート  オブ  フィジクス（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、２０００年１０月、第７７巻、第１４号、ｐ．２１８６−２１８８
【非特許文献２】ワイ・ソング（Ｙ．Ｓｏｎｇ）、外１名、エフェクツ  オブ  ロー−プレッシャー  オキシデーション  オン  ザ  サーフェイス  コンポジション  オブ  シングル  クリスタル  シリコン  カーバイド（Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｌｏｗ−Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）、ジャーナル  オブ  ザ  アメリカン  セラミック  ソサエティー（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）、（米国）、ザ  アメリカン  セラミック  ソサエティー（Ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ）、２００５年７月、第８８巻、第７号、ｐ．１８６４−１８６９
【非特許文献３】ケイ・キタ（Ｋ．Ｋｉｔａ）、外２名、４Ｈ−ＳｉＣ表面酸化機構の酸化温度と酸素分圧による違いの理解、第６１回応用物理学会春季学術講演会  講演予稿集、応用物理学会、２０１４年、１８ａ−Ｅ５−１
【非特許文献４】アール・エイチ・キクチ（Ｒ．Ｈ．Ｋｉｋｕｃｈｉ）、外１名、ファブリケーション  オブ  ＳｉＯ２／４Ｈ−ＳｉＣ  （０００１）  インターフェイス  ウィズ  ニアリー  アイディール  キャパシタンス−ボルテージ  キャラクタリスティックス  バイ  サーマル  オキシデーション（Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＳｉＯ２／４Ｈ−ＳｉＣ  （０００１）  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｗｉｔｈ  ｎｅａｒｌｙ  ｉｄｅａｌ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｂｙ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、アプライド  フィジクス  レターズ（ＡＩＰ：Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、（米国）、アメリカン  インスティテュート  オブ  フィジクス（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、２０１４年、第１０５巻、０３２１０６
【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、上記非特許文献４では、上記非特許文献４中で引用されたアール・エイチ・キクチ（Ｒ．Ｈ．Ｋｉｋｕｃｈｉ）らによる「インターフェイス−リアクション−リミテッド  グロウス  オブ  サーマル  オキサイズ  オン  ４Ｈ−ＳｉＣ  （０００１）  イン  ナノメーター−シック  リージョン（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ−ｒｅａｃｔｉｏｎ−ｌｉｍｉｔｅｄ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｏｘｉｄｅｓ  ｏｎ  ４Ｈ−ＳｉＣ  （０００１）  ｉｎ  ｎａｎｏｍｅｔｅｒ−ｔｈｉｃｋ  ｒｅｇｉｏｎ）」（アプライド  フィジクス  レターズ（ＡＩＰ：Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、（米国）、アメリカン  インスティテュート  オブ  フィジクス（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、２０１４年、第１０４巻、０５２１０６）の記載から、熱酸化処理に高速熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置が用いられている。ＲＴＡ装置を用いた熱酸化処理では、６インチといった大型ウエハを用いる場合、急激な加熱・冷却による悪影響で半導体基板（半導体ウエハ）に割れが生じたり、熱応力による悪影響で特性にばらつきが生じる虞がある。
【００１０】
上記特許文献２では、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面に炭化珪素を再結晶化させるため、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面に炭化珪素の単結晶ではなく多結晶が生成される虞がある。チャネル（反転層）近傍に多結晶による結晶粒界が存在する場合、結晶粒界でキャリアが散乱され、キャリア移動度が低下するという問題がある。さらに、上記特許文献２では、１００Ｐａ程度の低酸素分圧下で熱酸化処理を行い、炭化珪素の熱酸化反応と再結晶化反応とを同時に生じさせる。このため、酸化膜の形成速度が遅く、酸化膜を所定の厚さにするために熱酸化処理が長時間化し、生産性が低下することが懸念される。
【００１１】
また、炭化珪素の熱酸化において、熱酸化初期に熱酸化反応に寄与する酸素分圧とはガス雰囲気の酸素分圧である。一方、酸化膜形成後では、酸化膜中に侵入してＳｉＯ2／ＳｉＣ界面に到達した酸素原子により熱酸化反応が起こるため、熱酸化反応に寄与する酸素分圧は酸化膜中の酸素分圧である。酸化膜中の酸素分圧は、酸化膜中の酸素の飽和濃度で規定される。このため、一般的に、熱酸化反応に寄与する酸素分圧は、ガス雰囲気の酸素分圧よりも低い。したがって、上記非特許文献３，４および上記特許文献１，２では、熱酸化処理全体を通して、余剰炭素の生成を抑制またはすでに生成された余剰炭素を低減しながら、酸化膜を形成する条件を維持することが困難である。
【００１２】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の余剰炭素の生成を抑止することができ、生産性を向上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】
【００１３】
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、酸素を含むガス雰囲気で炭化珪素からなる半導体基体を熱酸化して、前記半導体基体の表面に熱酸化膜を形成する熱酸化工程を含む。前記熱酸化工程中に、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を、前記熱酸化の初期の第１分圧から、前記第１分圧よりも高い第２分圧に変更す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、前記熱酸化工程では、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を１Ｐａ以上１０5Ｐａ以下の範囲内で変更す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、前記熱酸化工程では、前記第１分圧をＰIとし、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧の変更後の最高分圧をＰMAXとしたときに、ＰI≦ＰMAX≦１００ＰIを満たすことを特徴とする。
【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、前記熱酸化工程では、前記半導体基体を９００℃以上１５００℃以下の温度に加熱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、前記熱酸化工程では、前記半導体基体を１２００℃以上１４００℃以下の温度に加熱することを特徴とする。
【００１８】
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、前記熱酸化工程では、前記熱酸化膜の厚さが３ｎｍになるまでに、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を前記第２分圧に変更することを特徴とする。
【００１９】
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、前記熱酸化工程では、前記半導体基体の（０００−１）面に前記熱酸化膜を形成することを特徴とする。
【００２０】
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、前記熱酸化工程では、前記熱酸化膜の厚さに応じて、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を段階的に変更することを特徴とする。
【００２１】
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、前記熱酸化工程では、前記半導体基体を配置した加熱炉に導入する酸化性ガスの酸化剤濃度を変更することで、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を前記第２分圧に変更することを特徴とする。
【００２２】
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、前記半導体基体を配置した加熱炉に酸素濃度の異なる酸化性ガスを導入する複数のガス導入ラインを備えた熱酸化装置を用いる。前記熱酸化工程では、前記加熱炉に前記酸化性ガスを導入する前記ガス導入ラインを切り替えることで、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を前記第２分圧に変更することを特徴とする。
【００２３】
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、前記熱酸化工程では、前記半導体基体を配置した加熱炉に導入する酸化性ガスの酸化剤分圧を固定し、前記酸化性ガスの流量を変更することで、前記ガス雰囲気の酸化剤分圧を前記第２分圧に変更することを特徴とする。
【００２４】
上述した発明によれば、熱酸化処理中に継続して、ＳｉＣ酸化面（熱酸化初期は半導体基体の露出面、熱酸化膜が形成された後はＳｉＯ2／ＳｉＣ界面）における酸素反応が２ＳｉＣ  ＋  ３Ｏ2  ⇔  ２ＳｉＯ2（固相）＋２ＣＯ（気相）を主な酸化反応とする熱酸化条件に維持することができる。また、上述した発明によれば、加熱炉内のガス雰囲気の酸化剤分圧を容易に変更することができる。
【発明の効果】
【００２５】
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、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の余剰炭素の生成を抑止することができ、生産性を向上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】
【００２６】
【図１】実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法により製造される半導体装置を示す断面図である。
【図２】炭化珪素と酸素との酸化反応相図を示す特性図である。
【図３】実施例１〜５のＳｉＣ酸化面における酸素分圧を示す特性図である。
【図４】比較例１〜４のＳｉＣ酸化面における酸素分圧を示す特性図である。
【図５】（０００１）面におけるＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度を示す図表である。
【図６】（０００１）面におけるＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の余剰炭素の信号強度を示す図表である。
【図７】（０００−１）面におけるＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および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。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表している。
【００２８】
（実施の形態）
実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図１は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法により製造される半導体装置を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置は、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体基板（炭化珪素基板）１上に炭化珪素層２を堆積した炭化珪素基体１０を用いて作製（製造）される。
【００２９】
実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置が例えば縦型ＭＯＳＦＥＴである場合、炭化珪素基板１はドレイン領域であり、炭化珪素層２はドリフト領域である。炭化珪素基体１０には、炭化珪素層２側の面側に、一般的なＭＯＳゲート構造を構成する各半導体領域（不図示）が設けられている。炭化珪素基板１、炭化珪素層２および炭化珪素層２の内部の各半導体領域は、それぞれ素子構造に応じた導電型（ｎ型、ｐ型）を有する。
【００３０】
炭化珪素基体１０の、炭化珪素層２側の面（炭化珪素層２の表面）には、ゲート絶縁膜となる熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）３が設けられている。熱酸化膜３は、例えば酸素（Ｏ2）ガスや水蒸気（Ｈ2Ｏ）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）ガス等の酸化剤を含む酸化性ガスの雰囲気中での熱酸化により形成される。熱酸化膜３上にはゲート電極４が設けられている。層間絶縁膜や表面電極等は図示省略する。
【００３１】
次に、炭化珪素の熱酸化反応について、酸素ガスを用いた熱酸化（いわゆるドライ酸化）により、炭化珪素基体１０の、炭化珪素層２側の面に熱酸化膜３を形成する場合を例に説明する。図２は、炭化珪素と酸素との酸化反応相図を示す特性図である。図２には、炭化珪素と酸素との主な酸化反応が異なる４つの状態間の境界線１１〜１３を実斜線で区分し、酸素分圧が高い側から順に第１〜４状態とし符号Ａ〜Ｄを付している。
【００３２】
図２は、炭化珪素と酸素ガスとの推測される各酸化反応について、ギブズ（Ｇｉｂｂｓ）の自由エネルギーを算出し、熱酸化温度Ｔおよび酸素分圧のいずれの範囲でエネルギー的に発生しやすいかを数値化したものである。境界線１１〜１３は、異なる酸化反応の自由エネルギー変化が等しくなる点の集合となる近似曲線である。酸素ガスや、酸化反応による生成物である一酸化炭素（ＣＯ）ガス、二酸化炭素（ＣＯ2）ガスの化学ポテンシャルが熱酸化温度Ｔおよび酸素分圧で変化するため、図２には、各酸化反応の熱酸化温度Ｔおよび酸素分圧依存性が示される。
【００３３】
図２に示すように、炭化珪素の熱酸化反応においては、主となる化学反応（酸化反応）が酸素分圧および熱酸化温度Ｔによって変化することが熱理力学的に推定される。ここでは、炭化珪素基体１０の、炭化珪素層２側の面は、例えば（０００１）面、いわゆるＳｉ面とする。熱酸化前の炭化珪素層２の厚さは、例えば０．３μｍ以上０．８μｍ以下であってもよい。
【００３４】
例えば、熱酸化温度Ｔを１０００℃とし、酸素分圧を大気圧（１気圧（１０5Ｐａ））とした熱酸化条件において、炭化珪素基体１０の酸化反応は第１状態Ａにある。第１状態Ａの主な酸化反応は、下記（１）式であらわされる。第１状態Ａの酸化反応での生成物は、主に、二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜および固相（ｓ）の炭素（Ｃ）である。すなわち、炭化珪素基体１０と酸素ガスとの反応により酸化膜が形成されるとともに、炭化珪素基体１０から余剰の炭素原子（余剰炭素）が生じる。
【００３５】
ＳｉＣ  ＋  Ｏ2  ⇔  ＳｉＯ2（固相）＋Ｃ（固相）  ・・・（１）
【００３６】
一方、熱酸化温度Ｔを１０００℃とし、酸素分圧を１０Ｐａとした熱酸化条件において、炭化珪素基体１０の酸化反応は第２状態Ｂにある（ハッチングされた部分）。第２状態Ｂの主な酸化反応は、下記（２）式であらわされる。第２状態Ｂの酸化反応での生成物は、主に、二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜および気相（ｇ）の一酸化炭素（ＣＯ）である。すなわち、炭化珪素基体１０と酸素ガスとの反応により熱酸化膜３が形成される際に、炭化珪素基体１０中の炭素原子が一酸化炭素ガスとなって排出される。
【００３７】
２ＳｉＣ  ＋  ３Ｏ2  ⇔  ２ＳｉＯ2（固相）＋２ＣＯ（気相）  ・・・（２）
【００３８】
そこで、本発明においては、熱酸化初期から熱酸化終了までの間（すなわち熱酸化処理中に継続して）、第２状態Ｂの酸化反応となる熱酸化条件を維持することで、熱酸化膜３と炭化珪素基体１０との界面（ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面）での余剰炭素の生成を抑制する。熱酸化初期とは、熱酸化開始から熱酸化膜３が形成されるまでの期間である。熱酸化終了とは、熱酸化膜３の厚さｔ’が最終的な目標厚さｔになった時点である。
【００３９】
すなわち、熱酸化初期には、酸化面（以下、ＳｉＣ酸化面とする）は炭化珪素基体１０の露出面であるため、熱酸化炉（加熱炉）内のガス雰囲気の酸素分圧および熱酸化温度Ｔが第２状態Ｂの酸化反応となる熱酸化条件に維持される。そして、炭化珪素基体１０の露出面に熱酸化膜３が形成されてから（以下、酸化膜初期後とする）熱酸化終了までは、ＳｉＣ酸化面はＳｉＯ2／ＳｉＣ界面となるため、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面での酸素分圧および熱酸化温度Ｔが第２状態Ｂの酸化反応となる熱酸化条件に維持される。
【００４０】
熱酸化温度Ｔは、酸化レート（酸化速度）の制御性、ゲート絶縁膜となる熱酸化膜３の特性（絶縁特性、長期信頼性）向上の観点から、所定の厚さｔの熱酸化膜３を得るために９００℃以上１５００℃以下程度の範囲内とすることが好ましい。より好ましくは、熱酸化温度Ｔは１２００℃以上１４００℃以下程度の範囲内とすることで、より高い効果が得られる。その理由は、次の通りである。
【００４１】
熱酸化温度Ｔが９００℃未満である場合、第２状態Ｂの酸化反応を実現するための酸素分圧が低く、実用上十分な熱酸化膜３を成膜（形成）するのに必要な酸化レートを確保するのが困難となるからである。かつ、熱酸化膜３の流動性が低下し、熱酸化膜３の成膜中に膜応力（酸化膜の内部応力）が緩和されにくいため、膜応力が大きく、かつ点欠陥の多い熱酸化膜３が形成されやすいからである。
【００４２】
熱酸化温度Ｔが１５００℃を超える場合、酸化レートが速すぎて熱酸化膜３の厚さｔを制御することが難しいからである。かつ、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧を第２状態Ｂの酸化反応の範囲内に維持するために、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を大気圧より高い値、すなわち加圧状態にする必要が生じる場合があるため、熱酸化装置が高価になるなど製造コストがかかるからである。
【００４３】
具体的には、まず、熱酸化温度Ｔを１２００℃程度とし、熱酸化初期における熱酸化炉内の酸化性のガス雰囲気の酸素分圧を１０Ｐａ以上２０Ｐａ以下程度とした熱酸化条件で、炭化珪素基体１０の熱酸化を開始する。この熱酸化条件下で、熱酸化膜３の厚さｔ’の増加に伴って連続的または段階的にガス雰囲気の酸素分圧を上昇させる。このとき、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面における酸素分圧が１０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下の範囲に維持されるように、熱酸化炉内の酸化性のガス雰囲気の酸素分圧を制御する。
【００４４】
例えば、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面における酸素分圧は、気体の状態方程式を用いて、二酸化珪素に溶解可能な酸素分子の最大濃度（酸素飽和溶解濃度）から算出可能である。具体的には、例えば、熱酸化温度を１２００℃とし、酸素分圧を１０5Ｐａ（大気圧）としたときの二酸化珪素の酸素飽和溶解濃度を基準とし、ヘンリーの法則が成り立つと仮定して、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面における酸素分圧を算出する。
【００４５】
二酸化珪素の酸素飽和溶解濃度の上記基準値は、例えば、ケイ・カジハラ（Ｋ．Ｋａｊｉｈａｒａ）らによる「インタースティシャル  オキシジェン  モレキュールズ  イン  アモルファス  ＳｉＯ2．ＩＩＩ．  メジャーメンツ  オブ  ディゾリューション  キネティックス，  ディフュージョン  コエフィシェント，  アンド  ソリュビリティ  バイ  インフラレッド  フォトルミネセンス（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  ｏｘｙｇｅｎ  ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ｉｎ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ＳｉＯ2．ＩＩＩ．  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｋｉｎｅｔｉｃｓ，  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，  ａｎｄ  ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ  ｂｙ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）」（ジャーナル  オブ  アプライド  フィジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、（米国）、アメリカン  インスティテュート  オブ  フィジクス（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、２００５年、第９８巻、０１３５２９）の中に開示されている。
【００４６】
この条件においては、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を２０００Ｐａ以上１０5Ｐａ以下程度とすることで、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面における酸素分圧が１０Ｐａ以上５００Ｐａ程度となり、第２状態Ｂの酸化反応となる範囲の熱酸化条件が実現されることがわかる。
【００４７】
したがって、熱酸化温度Ｔを１２００℃とした場合には、熱酸化初期における熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を１０Ｐａ以上２０００Ｐａ以下程度とした熱酸化条件で、熱酸化処理を開始する。その後熱酸化終了まで、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を連続的または段階的に２０００Ｐａ以上１０5Ｐａ以下程度まで上昇させればよい。
【００４８】
このとき、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は、熱酸化温度Ｔに対応する第２状態Ｂの酸化反応の酸素分圧範囲の上限値寄り（すなわち第１状態Ａ寄り）または下限値寄り（すなわち第３状態Ｃ寄り）の値ではなく、略中間値に設定することが好ましい。その理由は、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧が熱酸化温度Ｔに対応する第２状態Ｂの酸化反応の酸素分圧範囲の上限値・下限値に近いほど、上記（１）式または下記（３）式であらわす酸化反応が起きやすくなるからである。熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を熱酸化温度Ｔに対応する第２状態Ｂの酸化反応の酸素分圧範囲の略中間値にすることで、上記（２）式であらわす酸化反応が主な酸化反応となる。これにより、ＳｉＣ酸化面にさらに余剰炭素が蓄積されにくくなる。
【００４９】
このような条件を維持するには、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は、初期値ＰIから最高値ＰMAXまでの変更幅をＰI≦ＰMAX≦１００ＰIを満たす範囲内に設定することが好ましい。例えば、熱酸化温度Ｔを１２００℃とした場合、熱酸化初期の熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧ＰIを１４０Ｐａ程度とし、その後熱酸化終了までの熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧の最高値ＰMAXを２．８×１０4Ｐａとすればよい。
【００５０】
また、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、ＳｉＣ酸化面に熱酸化膜３が形成されその厚さｔ’が増すにしたがって急激に低下し始める。ＳｉＣ酸化面とは、熱酸化初期は炭化珪素基体１０の露出面であり、その後熱酸化終了まではＳｉＯ2／ＳｉＣ界面である。例えば、上述したように二酸化珪素の酸素飽和溶解濃度の上記基準値を基準として算出すると、熱酸化初期後のＳｉＣ酸化面（ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面）における酸素分圧は、熱酸化温度Ｔが６００℃以上１４００℃以下程度内で４／１０００倍以上６／１０００倍以下程度に低下する。
【００５１】
このようにＳｉＣ酸化面における酸素分圧が低下することで、熱酸化処理の酸化反応が第２状態Ｂから第３状態Ｃへ移行してしまう。第３状態Ｃの主な酸化反応は、下記（３）式であらわされる。第３状態Ｃの酸化反応での生成物は、主に、気相の一酸化珪素および気相の一酸化炭素である。炭化珪素基体１０中の炭素原子が一酸化炭素ガスとなって排出され、ＳｉＣ酸化面に余剰炭素が蓄積されにくいが、一酸化珪素ガスが生じることで、熱酸化膜３にボイドや酸素欠損が生じたり、酸素欠損と炭素原子とが結合され欠陥構造が形成される虞がある。これによって、熱酸化膜３の絶縁特性や長期信頼性が損なわれるため、第３状態Ｃの酸化反応が起きる熱酸化条件は好ましくない。
【００５２】
ＳｉＣ  ＋  Ｏ2  ⇔  ＳｉＯ（気相）＋ＣＯ（気相）  ・・・（３）
【００５３】
したがって、ＳｉＣ酸化面に熱酸化膜３が形成され始めると同時に、低下した熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を素早く高くして、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧を高くすることが重要となる。具体的には、例えば、熱酸化膜３の厚さｔ’が３ｎｍ増加するまでに、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧をほぼ熱酸化初期の数値に戻すことが好ましい。これにより、余剰炭素の生成をより抑制することができ、熱酸化膜３の絶縁特性や長期信頼性が損なわれることを回避することができる。熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を熱酸化初期の数値に戻すには、熱酸化炉に導入するプロセスガス（酸化性ガス）の流量を十分に確保すればよい。
【００５４】
より具体的には、例えば、熱酸化炉として内径（直径）および長さがそれぞれ２０ｃｍおよび５０ｃｍの石英炉を用いる。かつ、例えば、熱酸化温度Ｔを１２００℃とし、熱酸化炉内に導入する酸化性ガスの温度を２３℃とし、その流量を２Ｌ／分とした熱酸化条件で熱酸化処理を行うと仮定する。この場合、熱酸化炉の容積は１５．７Ｌ（リットル）であるため、熱酸化炉内の酸化性ガスがすべて新しい酸化性ガスに置き換わるのに要する時間（以下、ガス置換時間とする）は、酸化性ガスを理想気体と仮定して温度変化による体積変化を考慮すると、単純計算すると１分３５秒となる。
【００５５】
この置換時間内における熱酸化膜３の厚さｔ’の増分が３ｎｍ以下であれば、酸化性ガスの流量２Ｌ／分は十分な流量といえる。一方、ガス置換時間内における熱酸化膜３の厚さｔ’の増分が３ｎｍを超える場合には、酸化性ガスの流量を増加させてガス置換時間を短くする。このように、熱酸化炉の容積と、熱酸化炉に導入する酸化性ガスの温度および流量に基づく酸化レートと、から概算して必要な酸化性ガスの流量を算出し設定すればよい。
【００５６】
また、熱酸化膜３の厚さｔ’をモニター等で確認しながら熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を高くしてもよい。上述したようにガス置換時間を調整するとともに、熱酸化膜３の厚さｔ’をモニター等で確認して熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を変更することで、さらにＳｉＣ酸化面の酸素分圧を精度よく制御することができる。すなわち、熱酸化膜３の厚さｔ’に応じて、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を段階的に変更する。これにより、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧の制限性が向上する。
【００５７】
また、熱酸化膜３の厚さｔ’をモニター等で確認する場合、例えば、偏光解析装置（エリプソメーター：Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）や光干渉式膜厚測定装置等を熱酸化装置に組み込んでもよい。これにより、熱酸化処理による熱酸化膜３の形成と、当該熱酸化膜３の厚さｔ’の測定と、を同時に行うことができるため、熱酸化膜３が形成され始めると同時に、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧の変更を開始することができる。
【００５８】
また、熱酸化装置の記憶部に予め記憶されたプログラムを制御部により実行することで、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧の変更が開始されてもよい。例えば、モニター等で熱酸化膜３の厚さｔ’が０．５ｎｍなど予め設定した厚さであることが確認された時点で、制御部へ信号を発信し、当該信号をトリガーとして熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧の変更を開始するプログラムが熱酸化装置の制御部により実行されてもよい。これにより、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧の制限性が向上する。
【００５９】
熱酸化膜３の厚さｔ’を確認するモニター等が設置されていない場合、例えば、設定した熱酸化温度Ｔと、熱酸化初期の熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧と、を設定した熱酸化条件で、所定厚さｔ１’になるまでの熱酸化膜３の成膜時間を予め計測しておく。このときの熱酸化膜３の厚さｔ１’は、例えば０．５ｎｍ以上１．０ｎｍ以下程度であってもよい。そして、実際に熱酸化処理を行う際に、熱酸化開始から上記予め計測した熱酸化膜３の成膜時間が経過した時点で、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧の変更を開始すればよい。
【００６０】
また、酸化膜初期後の熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を変更する別の方法としては、例えば、次の３つの方法を用いてもよい。
【００６１】
１つ目の方法は、熱酸化炉に導入する酸化性ガス中の酸素流量比を高くする方法である。例えば、酸化性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いる場合、アルゴンガスと酸素ガスとの比率を変更することで、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を変更可能である。この場合、熱酸化装置の記憶部に予め記憶されたプログラムを制御部により実行することで、酸化性ガスの流量比を変更してもよい。
【００６２】
２つ目の方法は、炭化珪素基体１０を配置した熱酸化炉に酸素濃度の異なる酸化性ガスを導入する複数のガス導入ラインを備えた熱酸化装置を用いて、ガス導入ラインを切り替えることで酸素濃度の異なるプロパンガスを段階的に熱酸化炉に導入する方法である。この場合、各ガス導入ラインは、それぞれ熱酸化処理に必要な流量で熱酸化炉に酸化性ガスを導入する。これにより、短時間に熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を変更することができ、より好ましい条件で熱酸化処理を行うことができる。
【００６３】
３つ目の方法は、熱酸化炉内の導入する酸化性ガスの酸素分圧を固定し、酸化性ガスの流量を変更する方法である。具体的には、熱酸化炉内の導入する酸化性ガスの流量比を予め最終酸素分圧Ｐfinに合わせて固定しておき、酸化性ガスの流量を制御して熱酸化炉内を新しい酸化性ガスに置換することで、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を最終的な最終酸素分圧Ｐfinにする。
【００６４】
３つ目の方法においては、熱酸化開始後、熱酸化炉内の酸化性ガスの置換が終了するまでは、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧が第２状態Ｂの酸化反応の酸素分圧範囲から外れて低い酸素分圧となる。このため、熱酸化初期には、第３状態Ｃの酸化反応の熱酸化条件で熱酸化が開始されるが、上述したように一酸化珪素ガスおよび一酸化炭素ガスが生成されてＳｉＣ酸化面をエッチングする熱酸化条件となるため、余剰炭素や酸素欠損がＳｉＯ2／ＳｉＣ界面に蓄積されにくい。したがって、熱酸化初期に熱酸化炉内の導入する酸化性ガスの流量を十分に確保することで、余剰炭素や酸素欠損を生じさせることなく熱酸化処理を進めることができる。
【００６５】
例えば、上記３つ目の方法を用いた場合、次のように熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を変更することができる。熱酸化炉として内径および長さがそれぞれ２０ｃｍおよび５０ｃｍの石英炉を用いる。かつ、熱酸化温度Ｔを１２００℃とし、熱酸化炉内に存在する酸素を理想気体とし、熱酸化炉内に導入する酸化性ガスの温度および圧力をそれぞれ２３℃および大気圧とした熱酸化条件で熱酸化処理を行うと仮定する。熱酸化炉内のガス雰囲気の最終酸素分圧Ｐfinを２．８×１０4Ｐａとし、酸化性ガスとしてアルゴンガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いる。
【００６６】
この場合、酸化性ガスの酸素ガス流量に対するアルゴンガス流量比は、アルゴン（Ａｒ）／酸素（Ｏ2）＝７．２／２．８となる。１５．７Ｌの容積の熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧ＰIを１４０Ｐａとするために熱酸化炉内に導入する酸素ガスの体積は、約４．４ｃｃとなる。酸化性ガスの総流量を０．５Ｌ／分として熱酸化処理を開始する場合、酸化性ガスの酸素ガス流量は０．１４Ｌ／分である（＝０．２８×０．５Ｌ／分）。このため、熱酸化炉内に４．４ｃｃの酸素ガスを導入するのに要する時間は約２秒となり、十分に短い時間で熱酸化初期の熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧ＰIを１４０Ｐａにすることができる。
【００６７】
その後、熱酸化炉内に導入する酸化性ガスの流量を０．１Ｌ／分に減少して３０秒程度保持する。これにより、熱酸化炉内の酸素分圧は約５８０Ｐａに達して、ＳｉＣ酸化面に例えば０．５ｎｍ以上１ｎｍ以下程度の熱酸化膜３が形成される。この段階で熱酸化炉内に導入する酸化性ガスの総流量を２．０Ｌ／分とすると、１分３３秒後に熱酸化炉内はほぼ新しい酸化性ガスに置換され、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は最終酸素分圧Ｐfinである２．８×１０4Ｐａに到達する。この時点で熱酸化膜３の厚さｔ’は、１．５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下程度であり、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面での酸素分圧は約１４０Ｐａとなり、主に上記（２）式であらわした第２状態Ｂの酸化反応が生じる熱酸化条件が維持される。
【００６８】
この第２状態Ｂの酸化反応の範囲内の熱酸化条件を、熱酸化膜３の厚さｔ’が最終的な目標厚さｔに達するまで保持する。熱酸化膜３が最終的な目標厚さｔに達したら、熱酸化炉内に導入するプロセスガスを酸化性ガスから不活性ガス（アルゴンガスまたは窒素ガスなど）に切り替えることで熱酸化炉内を不活性ガスに置換する。このとき、熱酸化炉内を不活性ガスに置換している間に熱酸化が進まないように、炭化珪素基体１０の温度（基体温度）を９００℃以下まで冷却する。この際、熱酸化炉内に導入する不活性ガスの流量は３Ｌ／分以上とし、概ね１分間または１分間以内に熱酸化炉内を不活性ガスに置換することが好ましい。これによって、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧の変更を完了する。
【００６９】
このようにして、ＳｉＣ酸化面に熱酸化膜３を形成した後、さらに一般に知られているようなＰＯＡ（Ｐｏｓｔ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ａｎｎｅａｌ）処理を行ってもよい。ＰＯＡ処理の一例としては、例えば、一酸化窒素（ＮＯ）ガスを含む雰囲気中での加熱処理、亜酸化窒素ガスを含む雰囲気中での加熱処理、水素（Ｈ2）を含む雰囲気中での加熱処理、水蒸気を含む雰囲気中での加熱処理などが挙げられる。
【００７０】
以上、説明したように、実施の形態によれば、熱酸化処理中に、熱酸化炉のガス雰囲気の酸素分圧を、熱酸化初期の酸素分圧よりも高く変更する。これにより、熱酸化処理中に継続して、ＳｉＣ酸化面における酸素反応が上記（２）式を主な酸化反応となる熱酸化条件に維持することができ、余剰炭素の生成を抑制することができる。このため、ＳｉＯ2／ＳｉＣ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したり、ゲート閾値電圧変動を抑制することができる。
【００７１】
また、実施の形態によれば、熱酸化炉に導入する酸化性ガスの酸化剤濃度や流量を変更したり、複数のガス導入ラインを切り替えることで、熱酸化処理中に、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を容易に変更することができる。また、実施の形態によれば、熱酸化膜の厚さに応じて、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧を段階的に変更することで、再現性良く熱酸化処理を行うことができる。これにより、生産性を向上させることができる。
【００７２】
次に、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧について検証した。図３は、実施例１〜５のＳｉＣ酸化面における酸素分圧を示す特性図である。図４は、比較例１〜４のＳｉＣ酸化面における酸素分圧を示す特性図である。図３の符号２１，２２は、第１〜３状態Ａ〜Ｃ間の境界線である。図４の符号３１，３２は、第１〜３状態Ａ〜Ｃ間の境界線である。
【００７３】
まず、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法にしたがい、異なる熱酸化条件で熱酸化膜３を形成した複数の試料を作製した（以下、実施例１〜５とする）。また、比較として、実施例１〜５と異なる熱処理条件で複数の試料を作製した（以下、比較例１〜４とする）。実施例１〜５、比較例１〜４の熱酸化条件は、それぞれ次の通りである。
【００７４】
（実施例１）
炭化珪素基板１として、炭化珪素の四層周期六方晶（４Ｈ−ＳｉＣ）基板を用いた。炭化珪素基板１のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００１）面とした。炭化珪素基板１の比抵抗は、０．０１３Ωｃｍ以上０．０３Ωｃｍ以下程度である。炭化珪素層２のキャリア濃度および厚さは、それぞれ例えば１×１０16／ｃｍ3程度および１０μｍ程度である。炭化珪素基体１０は、ｎ型の炭化珪素基板１のおもて面にｎ-型の炭化珪素層２をエピタキシャル成長させたｎ型エピタキシャルウエハである。
【００７５】
まず、ＲＣＡ洗浄により炭化珪素基体１０を洗浄した。具体的には、炭化珪素基体１０を１２０℃以上１５０℃以下程度の温度の硫酸過水（ＳＰＭ：Ｓｕｌｆｕｒｉｃ  ａｃｉｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐｅｒｏｘｉｄｅ  Ｍｉｘｔｕｒｅ）に１０分間程度浸漬させて、炭化珪素基体１０の表面の有機物や貴金属を除去した。硫酸過水の組成比は、Ｈ2ＳＯ4（硫酸）：Ｈ2Ｏ2（過酸化水素）＝４：１とした。次に、炭化珪素基体１０を０．５％に希釈した室温の希フッ酸水素酸（ＨＦ）に浸漬させて、炭化珪素基体１０の表面の自然酸化膜を除去した。
【００７６】
次に、炭化珪素基体１０を８０℃以上９０℃以下の温度の混合水溶液に浸漬して炭化珪素基体１０の表面をパーティクルごと酸化し、炭化珪素基体１０の表面を若干削って、酸化膜とともにパーティクルを除去した（ＳＣ１：Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎ  １）。この混合水溶液の組成比は、ＮＨ4ＯＨ（アンモニア水）：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ（水）＝０．０５：１：５とした。
【００７７】
次に、炭化珪素基体１０を８０℃以上９０℃以下の温度の塩酸過水に浸漬し、炭化珪素基体１０の表面を若干削って、炭化珪素基体１０の表面に付着した重金属を除去した（ＳＣ２：Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎ  ２）。塩酸過水の組成比は、ＨＣｌ（塩化水素）：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：１：６とした。次に、炭化珪素基体１０を再度希フッ酸水素酸に浸漬させて、ＳＣ１およびＳＣ２中に新たに生じた自然酸化膜を除去する。これら各洗浄工程の間には、純水を用いた洗浄（リンス）を５分間程度行った。
【００７８】
続けて、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内に配置（挿入）し、アルゴン雰囲気中において１０℃／分の速度で７００℃から１２００℃まで昇温して炭化珪素基体１０を加熱した後、５分間保持して熱酸化炉内の温度（基板温度、すなわち熱酸化温度Ｔ）を安定させた。
【００７９】
次に、熱酸化炉内に酸化性ガスを０．２５Ｌ／分の総流量で導入し、４秒後に当該酸化性ガスの流量を０．１Ｌ／分に減少させた後、この流量で３０秒間保持した。酸化性ガスの流量比は、アルゴンガス：酸素ガス＝７．２：２．８とした。
【００８０】
次に、熱酸化炉内に導入する酸化性ガスの流量を２．０Ｌ／分に増加し、この流量で１５０分間保持した。次に、熱酸化炉内に導入するプロセスガスをアルゴンガスのみに切り替えて熱酸化炉内を不活性ガスに置換した後、熱酸化炉内の温度を１０℃／分の速度で９００℃まで降温した。このときのアルゴンガスの流量は３Ｌ／分とした。
【００８１】
熱酸化炉内の温度が９００℃に達してから、その温度およびガス雰囲気で３０分間保持した。さらに、熱酸化炉内の温度を２．５℃／分の速度で基板温度を７００℃まで降温し、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内から取り出した。
【００８２】
このような熱酸化条件において、炭化珪素基体１０のおもて面（炭化珪素層２側の面、すなわち４度程度のオフ角を有する（０００１）面）に形成された熱酸化膜３の厚さは、約４０ｎｍであった。
【００８３】
その後、この炭化珪素基体１０の熱酸化膜３上に、抵抗加熱蒸着によりメタルマスクを介して４００μφの粒径のアルミニウム（Ａｌ）からなるゲート電極４を２００ｎｍの厚さに形成した。炭化珪素基体１０の裏面（炭化珪素基板１の裏面）に形成された熱酸化膜を除去して、アルミニウム電極を２００ｎｍの厚さに形成した。このようにして、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタを完成させた。
【００８４】
実施例１においては、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は、熱酸化初期に約１４０Ｐａであり、その後２．８×１０4Ｐａまで増加させたこととなる。図３に示すように、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、約１４０Ｐａから約５００Ｐａの間であったと推測される。
【００８５】
図３において、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧とは、熱酸化初期は熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧であり、熱酸化初期後はＳｉＯ2／ＳｉＣ界面である。熱酸化初期後のＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、ＳｉＣ酸化面に形成された熱酸化膜３中に固溶する酸素飽和濃度で規定される。熱酸化初期後のＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、気体の状態方程式を用いて、上述したように二酸化珪素の酸素飽和溶解濃度の上記基準値を基準として算出している（実施例２〜５（図３）、比較例１〜４（図４）についても同様）。
【００８６】
（実施例２）
実施例２においては、複数のガス導入ラインを備えた熱酸化装置を用いた。まず、実施例１と同様に、炭化珪素基体１０を用意してＲＣＡ洗浄し、熱酸化炉内に配置した。炭化珪素基体１０の構成は、実施例１と同様である。すなわち、炭化珪素基体１０のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００１）面である。
【００８７】
次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内で炭化珪素基体１０を加熱して昇温し、その状態で保持して熱酸化炉内の温度を安定させた。次に、第１ガス導入ラインから酸化性ガスを４Ｌ／分の総流量で導入し、その流量で５０秒間保持した。第１ガス導入ラインから導入する酸化性ガスの流量比は、酸素ガスを３０ｃｃ／分とし、アルゴンガスを３．９７Ｌ／分とした。
【００８８】
次に、第１ガス導入ラインからの酸化性ガスの導入を停止して、第２ガス導入ラインから酸化性ガスを２Ｌ／分の総流量で導入し、その流量で１分３０秒間保持した。第２ガス導入ラインから導入する酸化性ガスの流量比は、酸素ガスを０．５６Ｌ／分とし、アルゴンガスを１．４４Ｌ／分とした。
【００８９】
さらに、第２ガス導入ラインから導入する酸化性ガスの総流量を全体の半分に減少させ、酸素ガスを０．２８Ｌ／分とし、アルゴンガスを０．７２Ｌ／分とした状態で１５０分間保持した。次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内を不活性ガスに置換する工程以降を順に行い、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内から取り出した。
【００９０】
このような熱酸化条件において、炭化珪素基体１０のおもて面に形成された熱酸化膜３の厚さは、約４０ｎｍであった。その後、実施例１と同様に熱酸化膜３上にゲート電極４を形成することで、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタを完成させた。
【００９１】
実施例２においては、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は、熱酸化初期に約８００Ｐａであり、その後２．８×１０4Ｐａまで増加させたこととなる。図３に示すように、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、約１４０Ｐａから約８００Ｐａの間であったと推測される。
【００９２】
（実施例３）
まず、実施例１と同様に、炭化珪素基体１０を用意してＲＣＡ洗浄し、熱酸化炉内に配置した。炭化珪素基体１０の構成は、実施例１と同様である。すなわち、炭化珪素基体１０のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００１）面である。
【００９３】
次に、熱酸化炉において、アルゴン雰囲気中で１０℃／分の速度で７００℃から１３００℃まで昇温して炭化珪素基体１０を加熱した後、５分間保持して熱酸化炉内の温度を安定させた。
【００９４】
次に、熱酸化炉内に１００％の割合で酸素ガスのみを０．３５Ｌ／分の流量で導入し、この流量で１５秒間保持した。次に、熱酸化炉内に導入する酸素ガスの流量を２．０Ｌ／分に増加し、この流量で１分間保持した。次に、熱酸化炉内に導入する酸素ガスの流量を０．５Ｌ／分に減少させ、この流量で４５分間保持した。
【００９５】
次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内を不活性ガスに置換する工程以降を順に行い、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内から取り出した。
【００９６】
このような熱酸化条件において、炭化珪素基体１０のおもて面に形成された熱酸化膜３の厚さは、約５０ｎｍであった。その後、実施例１と同様に熱酸化膜３上にゲート電極４を形成することで、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタを完成させた。
【００９７】
実施例３においては、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は、熱酸化初期に約１０００Ｐａであり、その後１×１０5Ｐａまで増加させたこととなる。図３に示すように、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、約５００Ｐａから約１０００Ｐａの間であったと推測される。
【００９８】
（実施例４）
まず、実施例１と同様に、炭化珪素基体１０を用意してＲＣＡ洗浄し、熱酸化炉内に配置した。炭化珪素基体１０の構成は、実施例１と同様である。すなわち、炭化珪素基体１０のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００１）面である。
【００９９】
次に、熱酸化炉において、アルゴン雰囲気中で２０℃／分の速度で７００℃から１２００℃まで昇温して炭化珪素基体１０を加熱した。さらに、アルゴン雰囲気中で１０℃／分の速度で１２００℃から１４００℃まで昇温して炭化珪素基体１０を加熱した後、５分間保持して熱酸化炉内の温度を安定させた。
【０１００】
次に、ガス導入ラインから酸化性ガスを４Ｌ／分の総流量で導入し、その流量で１分間保持した。ガス導入ラインから導入する酸化性ガスの流量比は、酸素ガスを１．２Ｌ／分とし、アルゴンガスを２．８Ｌ／分とした。
【０１０１】
次に、アルゴンガスの流量を０Ｌ／分としてアルゴンガスの導入を停止し、酸素ガスの流量を２Ｌ／分まで増加させることで熱酸化炉内に１００％の割合で酸素ガスのみを導入し、この状態で８分間保持した。
【０１０２】
加熱ヒーターを停止し、酸素ガスの導入を停止し、かつガス導入ラインから再度アルゴンガスを４Ｌ／分の流量で導入しながら、炭化珪素基体１０を冷却し、炭化珪素基体１０の加熱温度が９００℃まで下がるように再度加熱ヒーターを可動させた。そして、アルゴンガス雰囲気の熱酸化炉内の温度が９００℃に達した後、その温度およびガス雰囲気で３０分間保持した。
【０１０３】
次に、炭化珪素基体１０の加熱温度を１０℃／分の速度で７００℃まで降温し、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内から取り出した。
【０１０４】
このような熱酸化条件において、炭化珪素基体１０のおもて面に形成された熱酸化膜３の厚さは、約５０ｎｍであった。その後、実施例１と同様に熱酸化膜３上にゲート電極４を形成することで、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタを完成させた。
【０１０５】
実施例４においては、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は、熱酸化初期に約３×１０4Ｐａであり、その後１×１０5Ｐａまで増加させたこととなる。図３に示すように、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、約６００Ｐａから約３×１０4Ｐａの間であったと推測される。
【０１０６】
（実施例５）
実施例５においては、複数のガス導入ラインを備えた熱酸化装置を用いた。まず、炭化珪素基体１０を用意し、実施例１と同様に当該炭化珪素基体１０をＲＣＡ洗浄し、熱酸化炉内に配置した。炭化珪素基板１のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００−１）面、いわゆるＣ面とした。すなわち、炭化珪素基体１０のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００−１）面である。炭化珪素基体１０の面方位以外の構成は、実施例１と同様である。
【０１０７】
次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内で炭化珪素基体１０を加熱して昇温し、その状態で保持して熱酸化炉内の温度を安定させた。次に、第１ガス導入ラインから酸化性ガスを４Ｌ／分の総流量で導入し、その流量で３０秒間保持した。第１ガス導入ラインから導入する酸化性ガスの流量比は、酸素ガスを３０ｃｃ／分とし、アルゴンガスを３．９７Ｌ／分とした。
【０１０８】
次に、第１ガス導入ラインからの酸化性ガスの導入を停止して、第２ガス導入ラインから酸化性ガスを２Ｌ／分の総流量で導入し、その流量で１分３０秒間保持した。第２ガス導入ラインから導入する酸化性ガスの流量比は、酸素ガスを０．５６Ｌ／分とし、アルゴンガスを１．４４Ｌ／分とした。
【０１０９】
さらに、第２ガス導入ラインから導入する酸化性ガスの総流量を全体の半分に減少させ、酸素ガスを０．２８Ｌ／分とし、アルゴンガスを０．７２Ｌ／分とした状態で２５０分間保持した。次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内を不活性ガスに置換する工程以降を順に行い、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内から取り出した。
【０１１０】
このような熱酸化条件において、炭化珪素基体１０のおもて面に形成された熱酸化膜３の厚さは、約５０ｎｍであった。その後、実施例１と同様に熱酸化膜３上にゲート電極４を形成することで、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタを完成させた。
【０１１１】
実施例５においては、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は、熱酸化初期に約８００Ｐａであり、その後２．８×１０4Ｐａまで増加させたこととなる。図３に示すように、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、実施例２と同様に約１４０Ｐａから約８００Ｐａの間であったと推測される。
【０１１２】
（比較例１）
まず、実施例１と同様に、炭化珪素基体を用意してＲＣＡ洗浄し、熱酸化炉内に配置した。炭化珪素基体の構成は、実施例１と同様である。すなわち、炭化珪素基体１０のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００１）面である。
【０１１３】
次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内で炭化珪素基体を加熱して昇温し、その状態で保持して熱酸化炉内の温度を安定させた。次に、熱酸化炉内に１００％の割合で酸素ガスのみを２Ｌ／分の流量で導入し、この流量で１５５分間保持した。次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内を不活性ガスに置換する工程以降を順に行い、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内から取り出した。
【０１１４】
このような熱酸化条件において、炭化珪素基体のおもて面に形成された熱酸化膜の厚さは、約５０ｎｍであった。その後、実施例１と同様に熱酸化膜上にゲート電極を形成することで、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタを完成させた。
【０１１５】
比較例１においては、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は１×１０5Ｐａで一定としたが、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は熱酸化膜が形成される過程で減少する。このため、図４に示すように、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、約５００Ｐａから約１×１０5Ｐａの間であったと推測される。
【０１１６】
（比較例２）
まず、実施例１と同様に、炭化珪素基体１０を用意し、ＲＣＡ洗浄した後、熱酸化炉内に配置した。炭化珪素基体の構成は、実施例１と同様である。すなわち、炭化珪素基体１０のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００１）面である。
【０１１７】
次に、実施例３と同様に、熱酸化炉内で炭化珪素基体１０を加熱して昇温し、その状態で保持して熱酸化炉内の温度を安定させた。次に、熱酸化炉内に１００％の割合で酸素ガスのみを２Ｌ／分の流量で導入し、この流量で４３分間保持した。次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内を不活性ガスに置換する工程以降を順に行い、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内から取り出した。
【０１１８】
このような熱酸化条件において、炭化珪素基体１０のおもて面に形成された熱酸化膜３の厚さは、約５０ｎｍであった。その後、実施例１と同様に熱酸化膜３上にゲート電極４を形成することで、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタを完成させた。
【０１１９】
比較例２においても比較例１と同様に、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は１×１０5Ｐａで一定としたが、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は熱酸化膜が形成される過程で減少する。このため、図４に示すように、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、比較例１と同様に、約５００Ｐａから約１×１０5Ｐａの間であったと推測される。
【０１２０】
（比較例３）
まず、実施例１と同様に、炭化珪素基体１０を用意し、ＲＣＡ洗浄した後、熱酸化炉内に配置した。炭化珪素基体の構成は、実施例１と同様である。すなわち、炭化珪素基体１０のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００１）面である。
【０１２１】
次に、実施例４と同様に、熱酸化炉内で炭化珪素基体１０を加熱して昇温し、その状態で保持して熱酸化炉内の温度を安定させた。次に、熱酸化炉内に１００％の割合で酸素ガスのみを２Ｌ／分の流量で導入し、この流量で９分間保持した。
【０１２２】
次に、熱酸化炉内に導入するプロセスガスをアルゴンガスのみに切り替えて熱酸化炉内を不活性ガスに置換した後、熱酸化炉内の温度を２０℃／分の速度で９００℃まで降温した。このときのアルゴンガスの流量は３Ｌ／分とした。
【０１２３】
熱酸化炉内の温度が９００℃に達してから、その温度およびガス雰囲気で３０分間保持した。さらに、熱酸化炉内の温度を１０℃／分の速度で基板温度を７００℃まで降温し、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内から取り出した。
【０１２４】
このような熱酸化条件において、炭化珪素基体１０のおもて面に形成された熱酸化膜３の厚さは、約５０ｎｍであった。その後、実施例１と同様に熱酸化膜３上にゲート電極４を形成することで、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタを完成させた。
【０１２５】
比較例３においても比較例１と同様に、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は１×１０5Ｐａで一定としたが、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は熱酸化膜が形成される過程で減少する。このため、図４に示すように、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、比較例１と同様に、約５００Ｐａから約１×１０5Ｐａの間であったと推測される。
【０１２６】
（比較例４）
まず、実施例５と同様に、炭化珪素基体１０を用意し、ＲＣＡ洗浄した後、熱酸化炉内に配置した。炭化珪素基体の構成は、実施例５と同様である。すなわち、炭化珪素基体１０のおもて面は、４度程度のオフ角を有する（０００−１）面である。
【０１２７】
次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内で炭化珪素基体１０を加熱して昇温し、その状態で保持して熱酸化炉内の温度を安定させた。次に、熱酸化炉内に１００％の割合で酸素ガスのみを２Ｌ／分の流量で導入し、この流量で２０分間保持した。次に、実施例１と同様に、熱酸化炉内を不活性ガスに置換する工程以降を順に行い、炭化珪素基体１０を熱酸化炉内から取り出した。
【０１２８】
このような熱酸化条件において、炭化珪素基体１０のおもて面に形成された熱酸化膜３の厚さは、約５０ｎｍであった。その後、実施例１と同様に熱酸化膜３上にゲート電極４を形成することで、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタを完成させた。
【０１２９】
比較例４においても比較例１と同様に、熱酸化炉内のガス雰囲気の酸素分圧は１×１０5Ｐａで一定としたが、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は熱酸化膜が形成される過程で減少する。このため、図４に示すように、ＳｉＣ酸化面における酸素分圧は、比較例１と同様に、約５００Ｐａから約１×１０5Ｐａの間であったと推測される。
【０１３０】
次に、（０００１）面におけるＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度について検証した。上記実施例１〜４および比較例１〜３について、ＳｉＣ−ＭＯＳキャパシタの容量−電圧（Ｃ−Ｖ）特性を高周波および低周波で測定した。高周波は１ＭＨｚとし、低周波は２００Ｈｚとした。そして、当該測定データを用いてＨｉｇｈ−Ｌｏｗ法（高周波および低周波におけるＣ−Ｖ特性の比較）にて、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度を解析した結果を図５に示す。
【０１３１】
図５は、（０００１）面におけるＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度を示す図表である。図５には、伝導帯バンド端（伝導帯バンドの最低エネルギー）Ｅcから０．２ｅＶ低いエネルギー位置Ｅにおける界面準位密度Ｄit（Ｅ＝Ｅc−０．２ｅＶ）と、伝導帯バンド端Ｅcから０．６ｅＶ低いエネルギー位置Ｅにおける界面準位密度Ｄit（Ｅ＝Ｅc−０．６ｅＶ）と、を示す（図７においても同様）。
【０１３２】
図５に示す結果より、実施例１〜４においては、比較例１〜３よりも、伝導帯バンド端Ｅcから０．２ｅＶおよび０．６ｅＶ低いエネルギー位置Ｅにおける界面準位密度Ｄitが改善していることが確認された。
【０１３３】
次に、（０００１）面におけるＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の余剰炭素量について検証した。上記実施例１〜４および比較例１〜３について、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）法および電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法を用いて、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面近傍の元素分析を行った。
【０１３４】
ＥＥＬＳによる炭素ｋ殻吸収端スペクトルには、炭化珪素中の炭素による吸収ピークの近傍に、炭化珪素のＳｉ−Ｃ結合による炭素とは異なるエネルギー位置に余剰炭素に起因すると推測されるショルダーが確認された。このショルダー部分に対してスペクトル分離を行い、その強度を測定した結果を図６に示す。図６は、（０００１）面におけるＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の余剰炭素の信号強度を示す図表である。
【０１３５】
図６に示す結果より、実施例１〜４においては、比較例１〜３よりも、余剰炭素に起因すると推測されるショルダーの強度が大幅に小さいことが確認された。これは、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法を適用することで、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の余剰炭素量を減少させることができるからであると推測される。
【０１３６】
また、（０００−１）面におけるＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度について検証した。上記実施例５および比較例４について、実施例１と同様に、ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度を解析した結果を図７に示す。図７は、（０００−１）面におけるＳｉＯ2／ＳｉＣ界面の界面準位密度を示す図表である。
【０１３７】
図７に示すように、一般に、（０００−１）面上に酸素ガスのみのドライ酸化で形成したＭＯＳキャパシタでは、比較例４のように伝導帯近傍（Ｅ＝Ｅc−０．２ｅＶ）での界面準位密度Ｄitは、Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗ法で正確に測定できないほど多い。
【０１３８】
一方、実施例５においては、Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗ法で測定可能な程度に伝導帯近傍での界面準位密度Ｄitが低減していることが確認された。さらに、伝導帯バンド端Ｅcから０．６ｅＶ低いエネルギー位置Ｅにおける界面準位密度Ｄitは、比較例４よりも２桁程度低減していることが確認された。
【０１３９】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、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、熱酸化処理に用いるプロセスガス（酸化性ガス）の酸化剤として酸素ガスを用いる場合を例に説明しているが、酸素ガス以外の酸化剤を用いた場合にも同様の効果を奏する。この場合、熱酸化初期後の熱酸化炉内のガス雰囲気の酸化剤分圧を、熱酸化初期の熱酸化炉内のガス雰囲気の酸化剤分圧よりも高くすればよい。また、例えば、上述した実施の形態では、半導体基体全体を炭化珪素で構成しているが、半導体基体の主面に炭化珪素表面が露出し、熱酸化膜との界面（ＳｉＯ2／ＳｉＣ界面）が形成されていれば本発明を適用可能であり、異なる複数の半導体材料でできた半導体基体を用いてもよい。また、本発明は、導電型（ｎ型、ｐ型）を反転させても同様に成り立つ。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
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、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのＭＯＳ型炭化珪素半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【０１４１】
１  炭化珪素基板
２  炭化珪素層
３  熱酸化膜
４  ゲート電極
１０  炭化珪素基体
１１〜１３，２１，２２，３１，３２  炭化珪素と酸素との酸化反応の各状態の境界線
Ａ〜Ｃ  炭化珪素と酸素との酸化反応の状態
【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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