[发明专利]碳化硅半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅半导体器件及其制造方法，并且更具体地，涉及表现出优良电特性的碳化硅半导体器件和用于制造该碳化硅半导体器件的方法。

背景技术

现在正对使用碳化硅替代硅作为半导体材料的半导体器件进行积极的研究和开发。在碳化硅半导体器件之中，MOSFET尤为引人关注（参见例如日本专利特开No.2009-158933（下文中称作PTL1））。PTL1公开了在碳化硅衬底的表面上形成由碳化硅制成的外延膜并且此后在外延膜的表面上形成氧化物膜。此后，在含氮气氛中执行退火过程，并且进一步使用氩气作为气氛执行另一个退火过程。根据PTL1，可以执行这类过程以减小外延膜和氧化物膜之间的边界区域中的界面态密度，因而增大外延膜中的载流子迁移率。

引用列表

专利文献

PTL1：日本专利特开No.2009-158933

发明内容

技术问题

然而，关于在使用PTL 1中公开的方法形成的半导体器件中的诸如沟道迁移率的电特性，依据碳化硅的物理特性，电特性可以进一步增强。另外，根据半导体器件性能的增强，期望碳化硅半导体器件的电特性的进一步提高。

本发明致力于解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种具有诸如沟道迁移率的优良电特性的碳化硅半导体器件以及用于制造该碳化硅半导体器件的方法。

解决问题的方法

为了减小由碳化硅制成的半导体膜和氧化物膜之间的界面附近的界面态密度，本发明的发明人已研究了各种过程以完成本发明。具体地，作为减小由碳化硅制成的半导体膜和氧化物膜之间的界面附近的界面态密度的方法，可以如PTL 1公开地执行在含氮气氛中的热处理和随后在惰性气体中的后热处理，以将界面态密度减小到一定程度。本发明人已进一步考虑了执行后热处理的条件，从而新发现了可以将用于后热处理的热处理温度设定成高于在含氮气氛中的热处理温度，从而减小上述界面附近的界面态密度。基于这些发现，根据本发明的制造碳化硅半导体器件的方法包括以下步骤：制备由碳化硅制成的半导体膜；在半导体膜的表面上形成氧化物膜；在包含氮的气氛中，对其上形成有氧化物膜的半导体膜执行热处理；以及在执行热处理的步骤之后，在包含惰性气体的气氛中，对其上形成有氧化物膜的半导体膜执行后热处理。执行后热处理的步骤中的热处理温度高于在执行热处理的步骤中的热处理温度且低于氧化物膜的熔点。

另外，根据本发明的制造碳化硅半导体器件的方法包括以下步骤：制备由碳化硅制成的半导体膜；在半导体膜的表面上形成绝缘膜；在包含氮的气氛中，对其上形成有绝缘膜的半导体膜执行热处理；以及在执行热处理的步骤之后，对其上形成有绝缘膜的半导体膜执行后热处理。执行后热处理的步骤中的热处理温度高于在执行热处理的步骤中的热处理温度且低于绝缘膜的熔点。

另外，根据本发明的制造碳化硅半导体器件的方法包括以下步骤：制备由碳化硅制成的半导体膜；通过沉积法，在半导体膜的表面上形成绝缘膜；以及对其上形成有绝缘膜的半导体膜执行后热处理。执行后热处理的步骤中的热处理温度高于在形成绝缘膜的步骤中的处理温度且低于绝缘膜的熔点。

以此方式，相对于后热处理步骤中的热处理温度等于或低于包含氮的气氛（含氮气氛）中用于热处理的热处理温度的情况，半导体膜和氧化物膜（绝缘膜）之间的界面中的界面态密度可以减小。因此，半导体膜和氧化物膜之间的界面（半导体膜和绝缘膜之间的界面）中的载流子沟道迁移率可以提高，并且因此可以获得具有优良电特性的碳化硅半导体器件。虽然还没有精确阐明为何可以获得本发明这种效果的技术原因，但是认为该效果通过如下机制获得。通过在含氮气氛中的热处理（第一热处理）而在半导体膜和氧化物膜（绝缘膜）之间的界面中引入的氮之中，可以通过后热处理（第二热处理）重新活化具有未终止的悬挂键的氮，以致促进了悬挂键终止。假设在上述界面中存在的碳（C）原子是悬挂键来源之一。另一个可能的机制是第二热处理促进碳原子扩散。