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公開番号2025042573
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-27
出願番号2024026554
出願日2024-02-26
発明の名称半導体装置の製造方法及び半導体装置
出願人株式会社東芝
代理人個人,個人,個人
主分類H10D 30/01 20250101AFI20250319BHJP()
要約【課題】ゲート絶縁層中の欠陥の量を低減する半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、表面が{0001}面に対し0度以上8度以下傾斜した炭化珪素層にトレンチを形成し、トレンチの内面に、酸素(O)の原子濃度がシリコン(Si)の原子濃度の200%未満である酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコン膜を形成した後に、窒素酸化物ガスを含む雰囲気で第1の熱処理を行い、第1の熱処理の後に、水素(H)、重水素(D)、及びフッ素(F)からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む雰囲気で第2の熱処理を行い、第2の熱処理の後に、酸化シリコン膜の上にゲート電極を形成する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
表面が{０００１｝面に対し０度以上８度以下傾斜した炭化珪素層にトレンチを形成し、
前記トレンチの内面に、酸素（Ｏ）の原子濃度がシリコン（Ｓｉ）の原子濃度の２倍未満である酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜を形成した後に、窒素酸化物ガスを含む雰囲気で第１の熱処理を行い、
前記第１の熱処理の後に、水素（Ｈ）、重水素（Ｄ）、及びフッ素（Ｆ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む雰囲気で第２の熱処理を行い、
前記第２の熱処理の後に、前記酸化シリコン膜の上にゲート電極を形成する、半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
前記酸化シリコン膜の酸素（Ｏ）の原子濃度は、シリコン（Ｓｉ）の原子濃度の１.９９倍以下である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の熱処理の温度は９００℃以上１２５０℃以下である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２の熱処理の温度は４００℃以上９００℃以下である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記酸化シリコン膜は気相成長法により形成される、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記酸化シリコン膜を形成した後、前記第１の熱処理の前に窒素を含む雰囲気での熱処理を行わない、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
炭化珪素層の上に、酸素（Ｏ）の原子濃度がシリコン（Ｓｉ）の原子濃度の２倍未満である酸化シリコン膜を形成し、
前記酸化シリコン膜の上に第１のシリコン膜を形成し、
前記第１のシリコン膜を形成した後に、窒素酸化物ガスを含む雰囲気で第１の熱処理を行い、
前記第１の熱処理の後に、ボロン（Ｂ）を含み、前記第１のシリコン膜の膜厚よりも膜厚の厚い第２のシリコン膜を形成する、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記酸化シリコン膜を形成する前に、前記炭化珪素層にトレンチを形成し、
前記炭化珪素層の表面は、{０００１}面に対し０度以上８度以下傾斜し、
前記トレンチの内面に、前記酸化シリコン膜を形成する、請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記酸化シリコン膜の酸素（Ｏ）の原子濃度は、シリコン（Ｓｉ）の原子濃度の１．９９倍以下である、請求項７又は請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の熱処理の温度は９００℃以上１２５０℃以下である、請求項７又は請求項８記載の半導体装置の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
次世代の半導体デバイス用の材料として炭化珪素（ＳｉＣ）が期待されている。炭化珪素はシリコン（Ｓｉ）と比較して、バンドギャップが３倍、破壊電界強度が約１０倍、熱伝導率が約３倍と優れた物性を有する。これらの物性を活用すれば低損失かつ高温動作可能な半導体デバイスを実現することができる。
【０００３】
例えば、炭化珪素を用いてＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＭＯＳＦＥＴ）を形成する場合、キャリアの移動度の低下や、閾値電圧の変動が生じるという問題がある。キャリアの移動度の低下や閾値電圧の変動が生じる一つの要因は、ゲート絶縁層中に存在する窒素欠陥や炭素欠陥などの欠陥であると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－０４３３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ゲート絶縁層中の欠陥の量を低減する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置の製造方法は、表面が{０００１}面に対し０度以上８度以下傾斜した炭化珪素層にトレンチを形成し、前記トレンチの内面に、酸素（Ｏ）の原子濃度がシリコン（Ｓｉ）の原子濃度の２倍未満である酸化シリコン膜を形成し、前記酸化シリコン膜を形成した後に、窒素酸化物ガスを含む雰囲気で第１の熱処理を行い、前記第１の熱処理の後に、水素（Ｈ）、重水素（Ｄ）、及びフッ素（Ｆ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む雰囲気で第２の熱処理を行い、前記第２の熱処理の後に、前記酸化シリコン膜の上にゲート電極を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
ＳｉＣ半導体の結晶構造を示す図。
第１の実施形態の半導体装置の元素濃度分布の一例を示す図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の工程フロー図。
ゲート絶縁層の中に存在する欠陥の一例の説明図。
第２の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の元素濃度分布の一例を示す図。
第２の実施形態の半導体装置の製造方法の工程フロー図。
第２の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する模式断面図。
第３の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第３の実施形態の半導体装置の元素濃度分布の一例を示す図。
第３の実施形態の半導体装置の製造方法の工程フロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する。
【０００９】
また、以下の説明において、ｎ
＋
、ｎ、ｎ
－
及び、ｐ
＋
、ｐ、ｐ
－
の表記がある場合は、各導電型における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわちｎ
＋
はｎよりもｎ型不純物濃度が相対的に高く、ｎ
－
はｎよりもｎ型不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、ｐ
＋
はｐよりもｐ型不純物濃度が相対的に高く、ｐ
－
はｐよりもｐ型不純物濃度が相対的に低いことを示す。なお、ｎ
＋
型、ｎ
－
型を単にｎ型、ｐ
＋
型、ｐ
－
型を単にｐ型と記載する場合もある。各領域の不純物濃度は、別段の記載がある場合を除き、例えば、各領域の中央部の不純物濃度の値で代表させる。
【００１０】
不純物濃度は、例えば、ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（ＳＩＭＳ）により測定することが可能である。また、不純物濃度の相対的な高低は、例えば、ＳｃａｎｎｉｎｇＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＣＭ）で求められるキャリア濃度の高低から判断することも可能である。また、不純物領域の幅や深さ等の距離は、例えば、ＳＩＭＳで求めることが可能である。また。不純物領域の幅や深さ等の距離は、例えば、ＳＣＭ像から求めることが可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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