(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンと炭素とを含む半導体基板表面に酸化物薄膜を形成する工程を含む半導体素子製造方法に於いて、
上記半導体基板を収容支持した成長容器内を真空に保ち、上記半導体基板を加熱して上記半導体基板の表面を清浄化する半導体基板表面清浄化工程と、
上記半導体基板表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
上記酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程とを備え、
上記半導体基板表面清浄化工程と、上記酸化膜形成工程と、上記炭化物除去工程とを同一成長容器内で連続して行うことを特徴とする半導体素子製造方法。
【請求項２】
上記酸化膜形成工程および上記炭化物除去工程の後に、シリコンを含んだ原料と、酸素の中性活性種もしくは酸素原子とを同時もしくは交互に供給してシリコン酸化膜を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子製造方法。
【請求項３】
上記酸素の中性活性種もしくは酸素原子を高周波励起のプラズマを用いて発生させることを特徴とする請求項１あるいは２記載の半導体素子製造方法。
【請求項４】
上記プラズマをヘリコン波プラズマを用いて発生させることを特徴とする請求項３記載の半導体素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子製造方法および装置に関し、特に金属膜と酸化膜とシリコンカーバイド系半導体とから形成されるＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造において、極薄酸化膜を制御性良く、かつ低欠陥で形成する技術を用いた半導体素子製造方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワーデバイスの低損失化に対する要求は省エネルギーの観点から重要であり、現在幅広く使われているシリコンよりも１桁大きな絶縁破壊電界強度を有するシリコンカーバイドの利用が注目されている。シリコンカーバイドを用いることによって、より高耐圧のユニポーラスイッチングデバイスが実現できる。ユニポーラデバイスではバイポーラデバイスに比べて、ターンオフ時のスイッチング損失を大幅に低減することができ、高電圧域での低損失化が期待されている。
【０００３】
ユニポーラデバイスの１つであるＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電界効果トランジスタの酸化膜は、これまでシリコンと同様に熱酸化によって形成されてきた。第２図は、例えば刊行物（重要地域技術研究開発「エネルギー使用合理化燃焼等制御システム技術開発」平成６年度報告書ｐｐ．５１―５４（１９９５））に示された従来の酸化膜製造方法である。図において、１０１は熱処理炉石英管、１０２は基板ホルダ、１１０はシリコンカーバイド基板、１１１はＡｒ導入配管、１１２は酸素導入配管、１１３は水加熱用ヒータ、１１４はウエット酸素製造用バブラー、１１５は熱処理炉ヒータ、１１６は導入ガス出口である。
【０００４】
まず、基板１１０を基板ホルダ１０２にセットして、熱処理炉１０１内へ導入する。不活性ガスのＡｒを配管１１１から導入しながら、酸化させる温度までヒータ１１５を利用して加熱する。所定の温度になったのち、ヒータ１１３により加熱されて炉中に沸点に近い温度の水を保持したバブラー１１４に酸素をバブリングさせて製造したウエット酸素を配管１１２を経て、熱処理炉１０１内へ導入することによって熱酸化を行い、シリコン酸化膜が形成される。しかしながら、シリコンカーバイドはシリコンと同様に酸化によってシリコン酸化膜が形成できるのであるが、その酸化膜と半導体との界面の品質はあまり良くなく、界面準位密度はシリコンを熱酸化した場合よりも２桁くらい多い。その原因の１つが酸化の際に残る炭素が悪影響を及ぼすためと考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような方法により製造された半導体素子では、酸化膜と半導体との界面において、熱酸化の際に残る炭素の影響のために良質の酸化膜／半導体界面を得ることが困難である。
【０００６】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、酸化膜／半導体界面付近に悪影響を及ぼすとされる炭素や炭化物が酸化膜から除去されていて特性や信頼性の高い半導体素子を製造するための半導体素子製造方法および装置を得ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体素子の製造方法および装置においては、酸化膜／半導体界面付近に残る炭素の低減を図るために、極薄の酸化膜を形成する一方、炭素および炭化物の除去を行えるように導入する供給種を選び、あわせて厚い酸化膜の形成においては熱酸化でなく成膜を併用することによって、界面での欠陥を低減した半導体素子を製造する。
【０００８】
本発明のシリコンと炭素とを含む半導体基板表面に酸化物薄膜を形成する工程を含む半導体素子製造方法は、半導体基板を収容支持した成長容器内を真空に保ち、半導体基板を加熱して半導体基板の表面を清浄化する半導体基板表面清浄化工程と、半導体基板表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程とを備え、上記半導体基板表面清浄化工程と、上記酸化膜形成工程と、上記炭化物除去工程とを同一成長容器内で連続して行うことを特徴とするものである。
【０００９】
また、酸化膜形成工程および炭化物除去工程後に、シリコンを含んだ原料と、酸素の中性活性種もしくは酸素原子とを同時もしくは交互に供給してシリコン酸化膜を形成する工程を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、酸素の中性活性種もしくは酸素原子を高周波励起のプラズマを用いて発生させることもできる。
【００１１】
プラズマをヘリコン波プラズマを用いて発生させることもできる。
【００１２】
オゾンを紫外光照射を用いて発生させることもできる。
【００１３】
更に、本発明の半導体装置製造装置は、シリコンと炭素とを含む半導体基板を収容支持する成長容器と、成長容器内に連通して半導体基板表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成させる酸素供給源と、成長容器内に連通して酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去するオゾン供給源とを備え、酸化物薄膜を有する半導体素子を製造するものである。
【００１４】
また、成長容器内にシリコンを含んだ原料を供給して基板にシリコン酸化膜を形成させるシリコン供給源を備えたものとすることができる。
【００１５】
酸素供給源はヘリコン波プラズマ源とすることができる。
【００１６】
オゾン供給源は紫外光照射オゾン発生装置とすることができる。
【００１７】
シリコン供給源はＳｉＨ4供給装置とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
図１は本発明の半導体素子製造方法を実行する半導体素子製造装置の一実施形態を示した構成概略図である。図１において、半導体素子製造装置は成長容器１を備え、成長容器１内には基板ホルダ２上に保持されたシリコンカーバイドの基板３が収容支持されている。成長容器１に設けられ、内部に連通して基板３の表面に酸素活性種および酸素原子を供給するのは、酸素活性種および酸素原子供給源である酸素供給源４であり、酸素供給源４から成長容器１への酸素供給量を制御するための酸素供給量制御装置５を備えている。成長容器１にはまた、オゾン発生装置６およびシリコン供給源７が連通していて、それぞれ内部の基板にオゾンとシリコンを含んだ原料ガスとを供給できるようにしてある。ここで、酸素供給源４である酸素活性種および酸素原子供給源はヘリコン波プラズマ源であり、オゾン供給源６であるオゾン発生装置は紫外光励起のもの即ち紫外光照射オゾン発生装置である。また、シリコンを含んだ原料を供給するシリコン供給源７は本実施例では水素化物の１つであるＳｉＨ4供給装置である。シリコン供給源７にはバルブ８およびＳｉＨ4供給量制御装置９が接続されていて、シリコンの供給を制御できるようにしてある。成長容器１内を真空にするために排気ポンプ１０が設けられている。
【００１９】
図１に示す本発明の半導体素子製造装置を用いて半導体素子を製造するためには、シリコンカーバイドの基板３を基板ホルダ２上に保持して成長容器１内に収容支持し、排気ポンプ１０によって成長容器１内を１０-6Ｐａ以下の真空に保ち、図示してないヒーターにより基板ホルダ２に装着された基板３を加熱して基板３の表面を清浄化する。その後、酸素供給源４から酸素活性種もしくは酸素原子を基板３に供給して約１〜２ｎｍの厚さの極薄酸化膜（図示してない）を基板３上に形成する。この工程は、基板３の表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程である。
【００２０】
次に、オゾン供給源６からオゾンを基板３へ供給して、酸化膜形成工程で形成された酸化膜中や酸化膜／半導体界面の炭素や炭化物を除去する。オゾンは酸素原子３個からなる分子であって、オゾンによっても酸化は生じるが酸素活性種もしくは酸素原子により形成される場合と異なり、その厚さは室温付近では１ｎｍくらいで飽和してしまうためにそれ以上の酸化膜の成長は生じない。したがって、酸素活性種もしくは酸素原子による酸化とオゾンによる炭素や炭化物の除去によって欠陥の少ない膜および界面を得ることができる。この工程は、酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程である。
【００２１】
このように、本発明の半導体素子製造方法および装置によれば、酸化膜／半導体界面付近に悪影響を及ぼすとされる炭素や炭化物が酸化膜から除去されていて特性や信頼性の高い半導体素子を製造するための半導体素子製造方法および装置が得られる。
【００２２】
上述の実施形態の説明では、基板３の表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程後に、オゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程を実行するとして説明したが、酸化膜形成工程と炭化物除去工程とを併行して実行、即ち酸化させるための酸素活性種もしくは酸素原子と、炭素や炭化物の除去のためのオゾンとを同時に供給しても同様の効果が得られる。
【００２３】
また上の説明では、酸素活性種もしくは酸素原子を供給するための酸素供給源４として、ヘリコン波プラズマ源を用いるとしたが他の酸素供給装置でも同様の効果が期待できる。ヘリコン波プラズマ源を用いると、他のプラズマ源より比較的低い圧力で、かつ酸化膜／半導体構造に悪影響を及ぼす荷電粒子の発生を抑えて酸素活性種もしくは酸素原子を供給することができるという利点がある。
【００２４】
また、オゾン供給源６としては、紫外光励起のものでなく他のオゾン発生装置でも同様の効果が期待できる。紫外光励起のものを用いると、光の照射の有無でオゾンの供給・中断を制御できるため、他の発生装置を用いる場合より制御性において有利である。
【００２５】
また、基板３としてシリコンカーバイドの場合について説明したが、シリコンと炭素とを含む基板上に酸化膜を形成する場合にも同様の効果が得られる。
【００２６】
実施の形態２.
本発明の半導体素子製造方法および装置によれば、酸化膜／半導体界面付近に悪影響を及ぼすとされる炭素や炭化物が酸化膜から除去されていて特性や信頼性の高い半導体素子を製造することができるが、このようにして得られた酸化膜上に更に比較的厚い酸化膜を成長させる必要があることがある。
【００２７】
そのような場合に比較的厚い酸化膜を形成するためにも、図１に示す半導体素子製造装置を用いることができる。即ち、先ず図１に示す半導体素子製造装置を用いて第１の実施形態の酸化膜形成工程および炭化物除去工程をそっくりそのまま実行して、炭化物が除去された酸化膜を形成する。
【００２８】
次に、このようにした得られた極薄酸化膜／半導体構造に、酸素供給源４から酸素活性種もしくは酸素原子を供給し、ＳｉＨ4供給源であるシリコン供給源７からＳｉＨ4を供給して酸化膜上に更に比較的厚いシリコン酸化膜の成膜を行う。酸素の供給量は制御装置５により、ＳｉＨ4の供給量は制御装置９により行われる。ここで、酸素とＳｉＨ4との供給は連続同時でも、交互に断続的に行っても良い。同時供給の場合、供給される酸素の状態にも依存するが、約２００℃の温度において荷電粒子の影響の少ないときで１分間に０．２０．３ｎｍ程度、荷電粒子の影響の大きいときで１分間に２０３０ｎｍの成膜が可能である。このような比較的低い温度であれば酸化膜の成膜中のあらたな酸化の進行はほとんどないため、酸素活性種もしくは酸素原子による酸化とオゾンによる炭素や炭化物の除去によって最初に得られた欠陥の少ない界面が比較的厚い酸化膜の形成後もそのまま保たれる。
【００２９】
このようにして、酸素活性種もしくは酸素原子による酸化とオゾンによる炭素や炭化物の除去によって欠陥の少ない極薄酸化膜／半導体構造を得た後に、その上に比較的厚いシリコン酸化膜を形成することで、欠陥の少ない酸化膜／半導体構造を得ることができる。
【００３０】
上述の第２の実施形態の説明では、シリコンの原料として、水素化物の１つＳｉＨ4の場合について説明したが、他の水素化物、たとえばジシランＳｉ2Ｈ6でも良く、同様の効果が得られる。また、シリコンの原料として水素化物の１つＳｉＨ4の場合について、説明したが、他の原料においても同様の効果が期待できる。
【００３１】
上述の実施形態の説明では、基板３の表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程後に、オゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程を実行するとして説明したが、酸化膜形成工程と炭化物除去工程とを併行して実行、即ち酸化させるための酸素活性種もしくは酸素原子と、炭素や炭化物の除去のためのオゾンとを同時に供給しても同様の効果が得られる。
【００３２】
また上の説明では、酸素活性種もしくは酸素原子を供給するための酸素供給源４として、ヘリコン波プラズマ源を用いるとしたが、他の酸素供給装置でも同様の効果が期待できる。ヘリコン波プラズマ源を用いると、他のプラズマ源より比較的低い圧力で、かつ酸化膜／半導体構造に悪影響を及ぼす荷電粒子の発生を抑えて酸素活性種もしくは酸素原子を供給することができるという利点がある。
【００３３】
また、オゾン供給源６としては、紫外光励起のものでなく他のオゾン発生装置でも同様の効果が期待できる。紫外光励起のものを用いると、光の照射の有無でオゾンの供給・中断を制御できるため、他の発生装置を用いる場合より制御性において有利である。
【００３４】
また、基板３としてシリコンカーバイドの場合について説明したが、シリコンと炭素とを含む基板上に酸化膜を形成する場合にも同様の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、酸素活性種もしくは酸素原子による酸化とオゾンによる炭素や炭化物の除去によって欠陥の少ない膜および界面を得ることができて、素子の特性や信頼性の向上が可能となる。
【００３６】
（１）即ち、本発明のシリコンと炭素とを含む半導体基板表面に酸化物薄膜を形成する工程を含む半導体素子製造方法は、半導体基板を収容支持した成長容器内を真空に保ち、半導体基板を加熱して半導体基板の表面を清浄化する半導体基板表面清浄化工程と、半導体基板表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程とを備えているので、活性化酸素もしくは酸素原子の供給によって極薄酸化膜を形成するとともに、オゾンの供給によって炭素の除去を行い、界面に発生する欠陥を低減することができる。
【００３７】
（２）また、酸化膜形成工程および炭化物除去工程後に、シリコンを含んだ原料と、酸素の中性活性種もしくは酸素原子とを同時もしくは交互に供給してシリコン酸化膜を形成する工程を備えているので、酸化物除去工程および炭化物除去工程によって形成された極薄酸化膜／半導体構造の上に、酸化膜を形成して、界面に発生する欠陥の少ない酸化膜／半導体構造を形成することができる。
【００３８】
（３）また、酸素の中性活性種もしくは酸素原子を高周波励起のプラズマを用いて発生させるので、酸素活性種もしくは酸素原子を高効率で制御性良く供給することができる。
【００３９】
（４）プラズマをヘリコン波プラズマを用いて発生させるので、他のプラズマ源より比較的低い圧力で、かつ酸化膜／半導体構造に悪影響を及ぼす荷電粒子の発生を抑えて酸素活性種もしくは酸素原子を供給することができる。
【００４０】
（５）オゾンを紫外光照射を用いて発生させるので、光の照射の有無でオゾンの供給・中断を制御できるため、他の発生装置を用いる場合より制御性において有利である。
【００４１】
（６）更に、本発明の半導体装置製造装置は、シリコンと炭素とを含む半導体基板を収容支持する成長容器と、成長容器内に連通して半導体基板表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成させる酸素供給源と、成長容器内に連通して酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去するオゾン供給源とを備え、酸化物薄膜を有する半導体素子を製造するものであるので、活性化酸素もしくは酸素原子の供給によって極薄酸化膜を形成するとともに、オゾンの供給によって炭素の除去を行い、界面に発生する欠陥を低減することができる。
【００４２】
（７）また、成長容器内にシリコンを含んだ原料を供給して基板にシリコン酸化膜を形成させるシリコン供給源を備えたものであるので、酸化膜形成工程および炭化物除去工程によって形成された極薄酸化膜／半導体構造の上に、酸化膜を形成して、界面に発生する欠陥の少ない酸化膜／半導体構造を形成することができる。
【００４３】
（８）酸素供給源はヘリコン波プラズマ源であるので、他のプラズマ源より比較的低い圧力で、かつ酸化膜／半導体構造に悪影響を及ぼす荷電粒子の発生を抑えて酸素活性種もしくは酸素原子を供給することができるという利点がある
【００４４】
（９）オゾン供給源は紫外光照射オゾン発生装置であるので、光の照射の有無でオゾンの供給・中断を制御できるため、他の発生装置を用いる場合より制御性において有利である。
【００４５】
（１０）シリコン供給源はＳｉＨ4供給装置であるので、容易に安定したシリコン供給ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の半導体素子製造装置を示す構成概略図である。
【図２】  従来の半導体素子製造装置を示す構成概略図である。
【符号の説明】
１  成長容器、３  基板、４  酸素供給源（酸素活性種および酸素原子供給源）、５  酸素供給量制御装置、６  オゾン供給源（オゾン発生装置）、７  シリコン供給源（ＳｉＨ4供給源）、９  ＳｉＨ4供給量制御装置
【図１】
0004196517.tif 000002
【図２】
0004196517.tif 000003