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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine SiC-Halbleitervorrichtung und
ein Verfahren zur Fertigung einer SiC-Halbleitervorrichtung.
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Die
JP 2003-69012 , welche
der
US 6,764,963 entspricht,
offenbart ein Verfahren zur Fertigung einer SiC-Halbleitervorrichtung,
bei dem eine Wärmebehandlung in einer feuchten oder in
einer Wasserstoffatmosphäre angewandt wird, wobei eine Kristallfläche
für einen Kanal verwendet wird, die eine Fläche
mit einer (11-20)-Orientierung aufweist, um so die Grenzflächenzustandsdichte
in einer MOS-Struktur zu verringern und die Kanalbeweglichkeit zu
verbessern. Die Verringerung der Grenzflächenzustandsdichte
wird insbesondere erzielt, indem eine Konzentration oder eine Temperatur
für die Wärmebehandlung in der feuchten oder der
Wasserstoffatmosphäre gewählt wird.
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Die 22A und 22B zeigen
schematische Ansichten von Kristallflächen zur Veranschaulichung
der Verhältnisse zwischen einer hexagonalen SiC-Kristallstruktur
und den Oberflächenorientierungen der Kristallflächen,
d. h. einer (11-20)-Fläche, einer (0001)-Si-Fläche
und einer (000-1)-C-Fläche. Die obere und die untere Oberfläche
des hexagonalen Kristalls entsprechen, wie in 22B gezeigt, der (0001)-Si-Fläche bzw.
der (000-1)-C-Fläche, zu denen die (11-20)-Fläche
senkrecht verläuft.
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Eine
senkrecht zur (0001)-Si-Fläche verlaufende Fläche,
wie beispielsweise die (11-20)-Fläche, weist durch Probleme
bedingt, die mit einem Kristallwachstumsverfahren zusammenhängen,
einen geringeren Waferdurchmesser als die (0001)-Si-Fläche auf.
Folglich wird vorzugsweise ein Wafer mit der (0001)-Si-Fläche
oder der (000-1)-C-Fläche verwendet. Es wird jedoch auch
dann, wenn für fünf Stunden eine Nassoxidation
bei einer hohen Temperatur von 1080°C bezüglich
des Wafers mit der (0001)-Si-Fläche ausgeführt
wird, nur ein Oxidationsfilm mit einer Dicke von ungefähr
40 nm darauf gebildet. Folglich weist der Wafer mit der (0001)-Si-Fläche
die Probleme auf, dass er mit Hilfe einer thermischen Oxidation nicht
dicker ausgebildet werden kann und ein CMP-Polieren zur Verarbeitung
der Substratoberfläche über eine Oxidation zeitaufwendig
ist. Demgegenüber weist der Wafer mit der (000-1)-C-Fläche eine
Oxidationsrate auf, die ungefähr 20 mal höher als
die des Wafers mit der (0001)-Si-Fläche ist. Hierdurch
kann der Film mit Hilfe einer thermischen Oxidation dick ausgebildet
und das CMP-Polieren mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt
werden. Folglich ist der Wafer mit der (000-1)-C-Fläche
für eine Massenfertigung besser als der Wafer mit der (0001)-Si-Fläche
geeignet, so dass ein den Wafers mit der (000-1)-C-Fläche
verwendender MOSFET erwartet wird. Ein MOS-Grenzflächenbildungsverfahren,
mit welchem die Grenzflächenzustandsdichte an der (000-1)-C-Fläche
verringert wird, ist jedoch noch nicht offenbart worden. Die vorstehend
beschriebene
JP 2003-69012 offenbart
lediglich ein Verfahren zur Verringerung der Grenzflächenzustandsdichte
an der (11-20)-Fläche, jedoch kein Verfahren, mit welchem die
Grenzflächenzustanddichte an der (000-1)-C-Fläche
verringert werden kann.
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Es
besteht folglich Bedarf an einer SiC-Halbleitervorrichtung mit einer
verbesserten Kanalbeweglichkeit.
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Es
ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung
mit einer hohen Kanalbeweglichkeit bereitzustellen. Es ist ferner
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fertigung
einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung mit einer hohen Kanalbeweglichkeit bereitzustellen.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung
mit einer MOS-Struktur auf: ein Substrat, das aus Siliciumcarbid
besteht und eine Hauptoberfläche aufweist; einen Kanalbereich,
der aus Siliciumcarbid besteht und im Substrat angeordnet ist, wobei
der Kanalbereich einen Strompfad als einen Kanal bereitstellt; einen
ersten Störstellenbereich, der auf einer Stromaufwärtsseite
des Strompfads angeordnet ist, und einen zweiten Störstellenbereich, der
auf einer Stromabwärtsseite des Strompfads angeordnet ist;
einen Gate-Isolierfilm, der auf einer Oberfläche des Kanalbereichs
angeordnet ist; und ein Gate, das auf dem Gate-Isolierfilm angeordnet
ist. Der Kanal des Kanalbereichs für einen Stromfluss zwischen
dem ersten Störstellenbereich und dem zweiten Störstellenbereich
wird durch eine an das Gate gelegte Spannung gesteuert. Eine Grenzfläche zwischen
dem Kanalbereich und dem Gate-Isolierfilm weist eine Wasserstoffkonzent ration
von größer oder gleich 4.7 × 1020 cm–3 auf,
und die Grenzfläche stellt eine Kanaloberfläche
bereit, die eine Oberfläche mit einer (000-1)-Orientierung
aufweist.
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Wenn
das Substrat mit der (000-1)-C-Fläche als deren Hauptoberfläche
verwendet wird, das Dangling Bond an der Grenzfläche zwischen
dem Kanalbereich und dem Gate-Isolierfilm mit H oder OH abgeschlossen
wird und die Wasserstoffkonzentration an der Grenzfläche
auf einen hohen Wert von größer oder gleich 4.7 × 1020 cm–3 eingestellt
wird, verringert sich die Grenzflächenzustandsdichte und
kann eine Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung mit einer hohen Kanalbeweglichkeit
bereitgestellt werden.
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Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren
zur Fertigung einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung mit einer
MOS-Struktur die Schritte auf: Vorbereiten eines Substrats, das
aus Siliciumcarbid besteht und eine Hauptoberfläche aufweist;
Bilden eines Kanalbereichs aus Siliciumcarbid auf dem Substrat,
wobei der Kanalbereich einen Strompfad als einen Kanal bereitstellt;
Bilden eines ersten Störstellenbereichs auf einer Stromaufwärtsseite
des Strompfads und eines zweiten Störstellenbereichs auf
einer Stromabwärtsseite des Strompfads; Bilden eines Gate-Isolierfilms
auf einer Oberfläche des Kanalbereiches; Bilden eines Gates
auf dem Gate-Isolierfilm; und Ausführen einer Wärmebehandlung.
Der Kanal des Kanalbereichs für einen Stromfluss zwischen
dem ersten Störstellenbereich und dem zweiten Störstellenbereich
wird durch eine an das Gate gelegte Spannung gesteuert. Das Ausführen
der Wärmebehandlung beinhaltet die folgenden Schritte:
Verringern einer Temperatur in einen Bereich zwischen 650 und 850°C;
und Aufrechterhalten einer feuchten oder einer Wasserstoffatmosphäre
fortlaufend bei der Verringerung der Temperatur. Die Grenzfläche
stellt eine Kanaloberfläche bereit, die eine Oberfläche
mit einer (000-1)-Orientierung aufweist.
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Wenn
die feuchte oder die Wasserstoffatmosphäre fortlaufend
bei der Verringerung der Temperatur aufrechterhalten wird, wird
das Dangling Bond an einer Grenzfläche zwischen dem Gate-Isolierfilm
und dem Kanalbereich mit dem H-Atom oder der OH-Gruppe abgeschlossen.
Auf diese Weise wird die Grenzflächenzustandsdichte verringert
und kann eine Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung mit einer hohen
Kanalbeweglichkeit bereitgestellt werden.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht
wurde, näher ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt/zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus eines lateralen MOSFET eines Inversionstyps
gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2A bis 2C Ansichten
der Schritte zur Fertigung des in der 1 gezeigten
lateralen MOSFET eines Inversionstyps;
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3A bis 3C Ansichten
der auf die 2A bis 2C folgenden
Schritte zur Fertigung des in der 1 gezeigten
lateralen MOSFET eines Inversionstyps;
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4 ein
Diagramm zur Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur
bei dem Schritt zum Bilden eines Gate-Oxidfilms;
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5 eine
schematische Darstellung von Dangling Bonds an der Grenzfläche
zwischen einem Gate-Oxidfilm 6 und einer p-leitenden Basisschicht 2, die
einen Kanalbereich bildet, die jeweils mit einem H- oder OH-Element
abgeschlossen sind;
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6 eine
Ansicht des Schritts zur Fertigung eines lateralen MOSFET eines
Inversionstyps gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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7 ein
Diagramm zur Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur
bei einem Oxidationsschritt zum Abrunden einer Gateoberfläche;
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8A und 8B Ansichten
der Schritte zur Fertigung eines lateralen MOSFET eines Inversionstyps
gemäß einer dritten Ausführungsform;
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9 ein
Diagramm zur Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur
bei einem Reflow-Schritt für einen Zwischenschichtisolierfilm;
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10 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus eines lateralen MOSFET eines Anreicherungstyps
gemäß einer vierten Ausführungsform;
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11A bis 11D Ansichten
der Schritte zur Fertigung des in der 10 gezeigten
lateralen MOSFET eines Anreicherungstyps;
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12A bis 12C Ansichten
der auf die 11A bis 11D folgenden
Schritte zur Fertigung des lateralen MOSFET eines Anreicherungstyps;
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13A bis 13C Ansichten
der auf die 12A bis 12C folgenden
Schritte zur Fertigung des lateralen MOSFET eines Anreicherungstyps;
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14 eine
Querschnittsansicht des Aufbaus eines planaren MOSFET gemäß einer
fünften Ausführungsform;
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15A bis 15D Ansichten
der Schritte zur Fertigung des in der 14 gezeigten
planaren MOSFET;
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16A bis 16C Ansichten
der auf die 15A bis 15D folgenden
Schritte zur Fertigung des planaren MOSFET;
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17A bis 17C Ansichten
der auf die 16A bis 16C folgenden
Schritte zur Fertigung des planaren MOSFET;
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18A bis 18C Ansichten
der auf die 17A bis 17C folgenden
Schritte zur Fertigung des planaren MOSFET;
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19A bis 19C Ansichten
der auf die 18A bis 18C folgenden
Schritte zur Fertigung des planaren MOSFET;
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20 ein
Diagramm zur Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur
bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms gemäß einer
weiteren Ausführungsform;
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21 ein
Diagramm zur Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur
bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms gemäß noch
einer weiteren Ausführungsform;
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22A und 22B schematische
Ansichten von Kristallflächen zur Veranschaulichung der
Verhältnisse zwischen einer hexagonalen SiC-Kristallstruktur
und den Oberflächenorientierungen der Kristallflächen,
d. h. einer (11-20)-Fläche, einer (0001)-Si-Fläche
und einer (000-1)-C-Fläche;
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23A eine Querschnittsansicht der MOS-Kondensatoren,
die als Versuchskörper in einem Versuch verwendet wurden,
und 23B ein Diagramm zur Veranschaulichung
des Verhältnisses zwischen einer Atmosphärenwechseltemperatur
und einer Grenzflächenzustandsdichte;
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24A und 24B Ansichten
jeweiliger Wasserstoffkonzentrationen in den Umgebunden der Grenzflächen
zwischen SiC und Gate-Oxidfilmen (SiO2)
in MOS-Kondensatoren, die gefertigt werden, indem die Wechseltemperatur
von einer feuchten Atmosphäre zu einer Stickstoffatmosphäre
während einer Temperaturverringerungsperiode in einem Gate-Oxidationsprozess
auf 1080 und 600°C gesetzt wird;
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25A eine Ansicht des durch eine Thermodesorptionsspektroskopie
erzielten Ergebnisses einer Analyse der Desorptionstemperatur von
Deuterium und 25B eine Ansicht des durch eine
Thermodesorptionsspektroskopie erzielten Ergebnisses einer Analyse
der Desorptionstemperatur eines Deuteriumoxids; und
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26 eine
Ansicht von Wasserstoffkonzentrationen in den Umgebungen der Grenzflächen
zwischen SiC und Gate-Oxidfilmen (SiO2)
in MOS-Kondensatoren, die erhalten werden, indem für zehn
Minuten ein Ar-Wärmebehandlungsschritt bei einer Temperatur
von 1000°C bezüglich der in der 24B gezeigten analysierten Versuchskörper
ausgeführt wird.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben untersucht, ob eine Verringerung
der Grenzflächenzustandsdichte durch ein herkömmliches
Verfahren erzielt werden kann, d. h., wenn bei der Fertigung eines
Halbleiterelements mit einer MOS-Struktur unter Verwendung eines
SiC-Substrats mit der (000-1)-C-Fläche als deren Hauptoberfläche
eine Wärmebehandlung in einer feuchten oder in einer Wasserstoffatmosphäre
ausgeführt wird. Auf diese Weise wurde erkannt, dass die
Grenzflächenzustandsdichte nicht dadurch verringert werden
kann, dass lediglich ein Gate-Oxidfilm bei einer vorbestimmten Konzentration
oder Temperatur in einer feuchten Atmosphäre gebildet oder
lediglich eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre bzw.
ein Glühen unter Wasserstoff (hydrogen annealing) bei einer
vorbestimmten Konzentration oder Temperatur ausgeführt
wird.
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Wenn
die Grenzflächenzustandsdichte verringert werden soll,
kann berücksichtigt werden, dass Dangling Bonds an der
Grenzfläche zwischen SiC und einem Gate-Oxidfilm mit einem
H- oder OH-Element abschließen. Eine Verringerung der Grenzflächenzustandsdichte
kann insbesondere dann erzielt werden, wenn ein Zustand gehalten
wird, bei dem H oder OH einen Fehl- bzw. Fehlerabschnitt im unteren Schichtabschnitt
des Gate-Oxidfilms, der an das SiC grenzt, eingenommen hat.
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Zur
Realisierung einer solchen Struktur haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung bestimmte Untersuchungen vorgenommen und erkannt, dass
eine Temperatur, bei welcher die Dangling Bonds an der Grenzfläche
zwischen dem SiC und dem Gate-Oxidfilm mit H oder OH abgeschlossen
werden, d. h., eine Temperatur, bei der eine Desorption auftritt
(nachstehend als Abschlussdesorptionstemperatur bezeichnet), eine
bestimmte Temperatur ist. Es wurde ferner erkannt, dass das es bei
einer Realisierung der vorstehend beschriebenen Struktur von Bedeutung
ist, ob eine Atmosphäre, bei welcher die Desorption von
H oder OH bei der Abschlussdesorptionstemperatur nicht auftritt,
hergestellt wird oder nicht.
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D.
h., da das Abschließen mit H oder OH oder die Desorption
von H oder OH bei der Abschlussdesorptionstemperatur erfolgt, tritt
die Desorption in einer Situation auf, bei welcher die Desorption
dem Abschließen bei der Temperatur überlegen ist,
und kann die Desorption in einer Situation verhindert werden, bei
welcher das Abschließen der Desorption überlegen
ist.
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Folglich
tritt die Desorption von H oder OH von den Dangling Bonds auch dann
auf, wenn eine Gate-Oxidation in einer feuchten Atmosphäre
ausgeführt wird, wenn die feuchte Atmosphäre bei
Erreichen der Abschlussdesorptionstemperatur nicht mehr feucht ist,
so dass die vorstehend beschriebene Struktur nicht realisiert werden
kann. Die Desorption von H oder OH schreitet auch dann voran, wenn
eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre (hydrogen
annealing) ausgeführt wird, wenn eine Wasserstoffatmosphäre
nicht fortlaufend bei einer über der Abschlussdesorptionstemperatur
liegenden Temperatur aufrechterhalten wird, so dass die vorstehend
beschriebene Struktur letztendlich nicht realisiert werden kann.
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In
Anbetracht der obigen Erkenntnisse haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung anhand des folgenden Verfahrens erkannt, dass es dann, wenn
die Temperatur während einer Temperaturverringerungsperiode
bei dem Schritt zum Bilden eines Gate-Isolierfilms in einer feuchten
Atmosphäre auf einen Pegel verringert wird, der nicht über
der Abschlussdesorptionstemperatur liegt, möglich ist,
die vorstehend beschriebene Struktur zu erzielen und die Grenzflächenzustandsdichte
zu verringern. Insbesondere wurde ein Gate-Oxidfilm mit Hilfe einer Nassoxidation
gebildet, wurde die Temperatur in einem Zustand, in welchem die
feuchte Atmosphäre aufrechterhalten wurde, verringert und
wurde das Verhältnis zwischen der Grenzflächenzustandsdichte und
der Temperatur, bei welcher die Atmosphäre während
der Temperaturverringerungsperiode von der feuchten zur Stickstoffatmosphäre
gewechselt wurde, untersucht.
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23A zeigt eine Querschnittsansicht der MOS Kondensatoren,
die als Versuchskörper bei einem Versuch verwendet wurden. 23B zeigt das Verhältnis zwischen der
Atmosphärenwechseltemperatur und der Grenzflächenzustandsdichte.
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Eine
n-leitende Epitaxialschicht 101 mit einer Störstellenkonzentration
von 1 × 1016 cm–3 wurde,
wie in 23A gezeigt, auf einer n+-leitenden Schicht 100 gebildet,
um ein Substrat bereitzustellen, welches die (000-1)-C-Fläche
als eine Oberfläche aufweist. Bezüglich des Substrats
wurde eine Gate-Oxidation ausgeführt, um einen Gate-Oxidfilm 102 zu
bilden. Hierbei wurde die Gate-Oxidation derart ausgeführt,
dass eine Temperatur in einer Stickstoffatmosphäre auf
1080°C erhöht wurde, die Stickstoffatmosphäre
zu einer feuchten Atmosphäre gewechselt wurde, um für
25 Minuten eine Nassoxidation auszuführen, und die Temperatur
mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min verringert
wurde, während die feuchte Atmosphäre auf rechterhalten
wurde. Die Wechseltemperatur von der feuchten Atmosphäre zur
Stickstoffatmosphäre wurde hierbei zwischen den Werten
1080°C, 950°C, 800°C und 600°C
variiert. Auf ein Aufdampfen von Ni-Filmen 103 und 104 mit einer
Dicke von jeweils 500 nm auf die obere bzw. untere Oberfläche
folgend wurden die Ni-Filme jeweils auf φ 500 μm
gemustert, um die MOS-Kondensatoren zu bilden.
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Durch
eine Auswertung der Grenzflächenzustandsdichte (Dit) jedes MOS-Kondensators, für
welche die Wechsel- bzw. Umschalttemperatur variiert wurde, konnte
erkannt werden, dass die Grenzflächenzustandsdichte, wie
in 23B gezeigt, verringert wurde, wenn die Wechseltemperatur
von der feuchten zur Stickstoffatmosphäre während
der Temperaturverringerungsperiode herabgesetzt wurde. Die Grenzflächenzustandsdichte
in der Nähe eines Leitungsbandes, das einem Energieband
bei einer hohen Grenzflächenzustandsdichte entspricht,
wurde in dem Bereich, in welchem die Wechseltemperatur von der feuchten
zur Stickstoffatmosphäre 950 bis 600°C
betrug, deutlich verringert. Auf diese Weise wurde erkannt, das
der Effekt des Abschließens der Dangling Bonds mit H oder
OH im Wesentlichen in dem Temperaturbereich unter 950°C
erzielt wurde.
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Als
Ergebnis des Versuchs wurde erkannt, dass der Effekt des Abschließens
der Dangling Bonds auch bei der (000-1)-C-Fläche erzielt
werden kann, wenn die feuchte Atmosphäre während
der Temperaturverringerungsperiode bei dem Schritt zum Bilden des
Gate-Oxidfilms bis auf eine niedrige Temperatur (z. B. 600°C)
aufrechterhalten wird.
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Zur
Bestätigung des Effekts des Abschließens der Dangling
Bonds mit H oder OH durch den vorstehend beschriebenen Versuch wurde
mit Hilfe einer SIMS-Analyse ein Vergleich zwischen Wasserstoffkonzentrationen
an der Grenzflächen bei einer Verwendung der (000-1)-C-Fläche
vorgenommen. Die 24A und 24B zeigen
Diagramme der jeweiligen Wasserstoffkonzentrationen in den Umgebungen
der Grenzflächen zwischen dem SiC und den Gate-Oxidfilmen
(SiO2) in MOS Kondensatoren, die gefertigt
wurden, indem die Wechseltemperatur von der feuchten zur Stickstoffatmosphäre
während der Temperaturverringerungsperiode in dem Gate-Oxidationsprozess
auf 1080 und 600°C gesetzt wurde.
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Das
Vergleichsergebnis zwischen den Wasserstoffkonzentrationen an den
Grenzflächen zwischen dem SiC und den Gate-Oxidfilmen zeigt
auf, dass die Wasserstoffkonzentration dann, wenn die Wechseltemperatur
von der feuchten zur Stickstoffatmosphäre während
der Temperaturverringerungsperiode bei 1080°C lag, ungefähr
1,7 × 1020 cm–3 betrug, während
die Wasserstoffkonzentration bei der Wechseltemperatur von 600°C
bei ungefähr 4.7 × 1020 cm–3 lag, was ungefähr dem
dreifachen Wert der Wasserstoffkonzentration entspricht, wenn die
Wechseltemperatur von der feuchten zur Stickstoffatmosphäre während
der Temperaturverringerungsperiode bei 1080°C liegt. D.
h., wenn die feuchte Atmosphäre während der Temperaturverringerungsperiode
aufrechterhalten wird, können die Dangling Bonds mit H oder
OH abgeschlossen werden. Aus diesem Ergebnis wurde ebenso erkannt,
dass eine hohe Wasserstoffkonzentration an der Grenzfläche,
d. h. das Abschließen der Dangling Bonds mit H oder OH,
zu einer Verringerung der Grenzflächenzustandsdichte führt.
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Wenn
der Gate-Oxidfilm auf diese Weise gebildet wird, indem die feuchte
Atmosphäre während der Temperaturverringerungsperiode
herunter bis zu einem Pegel aufrechterhalten wird, der kleiner oder gleich
der Abschlussdesorptionstemperatur ist, können die Dangling
Bonds an der Grenzfläche zwischen dem SiC und dem Gate-Oxidfilm
mit H oder OH abgeschlossen werden.
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Aus
den Ergebnissen wird ferner ersichtlich, dass es ferner möglich
ist, den Gate-Oxidfilm mit Hilfe eines Verfahrens zu bilden, das
sich von der die feuchte Atmosphäre verwendenden Nassoxidation unterscheidet,
die Atmosphäre nur während der Temperaturverringerungsperiode
zur feuchten Atmosphäre zu wechseln und hierdurch die Dangling
Bonds an der Grenzfläche zwischen dem SiC und dem Gate-Oxidfilm
während der Temperaturverringerungsperiode mit H oder OH
abzuschließen.
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Der
Gate-Oxidfilm wird beispielsweise gebildet, indem eine Oxidation
in einer trocknen Atmosphäre, einer N2O-Atmosphäre,
einer NO-Atmosphäre, einer Ozon-Atmosphäre, einer
Atmosphäre mit H2O-Radikalen oder
dergleichen ausgeführt wird, oder indem alternativ LTO,
TEOS, HTO oder dergleichen mit Hilfe eines CVD- Verfahrens oder dergleichen
abgeschieden wird. Da eine Kammer zum Bilden des Gate-Oxidfilms
einen Zustand hoher Innenraumtemperatur aufweist, ist es zweckmäßig,
die Atmosphäre aus dem Zustand zur feuchten Atmosphäre
zu wechseln, indem der Kammer H2O zugeführt und
die Temperatur auf einen Pegel verringert wird, der kleiner oder
gleich der Abschlussdesorptionstemperatur ist.
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Obgleich
vorstehend der Fall beschrieben wurde, bei welchem der Gate-Isolierfilm
aus dem Oxidfilm aufgebaut ist, wenn dieses Verfahren angewandt
wird, ist es ferner möglich, den Gate-Isolierfilm aus einem
Isolierfilm eines anderen Typs zu bilden. Hierfür sind
beispielsweise HfO2, HfSiON, HfAlO, Al2O3, Ta2O5, Si3N4 oder
dergleichen geeignet.
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Es
ist ferner möglich, den gleichen Prozess auf eine verschiedene
Weise auszuführen, nicht durch Abschließen des
Dangling Bonds an der Grenzfläche zwischen dem SiC und
dem Gate-Oxidfilm mit H oder OH während der Temperaturverringerungsperiode
bei dem Bilden des Gate-Oxidfilms (Gate-Isolierfilms), sondern mit
Hilfe eines Wärmebehandlungsschritts (annealing step) auf
den Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms folgend. Es kann leicht
erfasst werden, dass durch eine Ausführung beider Prozess
eine größere Anzahl von Dangling Bonds an der
Grenzfläche zwischen dem SiC und dem Gate-Oxidfilm mit
H oder OH abgeschlossen werden können und die Grenzflächenzustandsdichte weiter
verringert werden kann.
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Für
eine genauere Bestimmung der Abschlussdesorptionstemperatur wurde
eine Analyse mit Hilfe einer Thermodesorptionsspektroskopie ausgeführt.
Insbesondere wurde ein mit einem Gate-Oxidfilm gebildetes Substrat
in einer Vakuumkammer mit Hilfe eines Laserstrahls erhitzt und die aus
der Desorption resultierenden Elemente mit Hilfe eines Massenspektrometers
untersucht. Hierdurch wurde eine genauere Bestimmung eines Desorptionsgases
und einer Desorptionstemperatur ermöglicht.
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Da
in einer Umgebungsatmosphäre jedoch ein hoher Anteil von
Wasserstoff vorhanden ist, ist es schwierig, einen extrem geringen
Anteil von Wasserstoff an der MOS-Grenzfläche von dem Wasserstoff in
der Umgebungsatmosphäre zu unterscheiden. Um diese Schwierigkeit
zu beseitigen, wurde ein Verfahren angewandt, bei dem Deuterium
(D) als in der Umgebungsatmosphäre selten vorhandenes Wasserstoffisotop
als Element zum Abschließen eines Dangling Bonds verwendet
wurde, und das Deuterium anschließend analysiert. Da Wasserstoff
und Deuterium Isotope sind, kann berücksichtigt werden,
dass sie im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften bezüglich des
Abschließens und der Desorption aufweisen.
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Nachstehend
wird ein bestimmtes Verfahren zur Fertigung eines zu untersuchenden
Versuchskörpers beschrieben. Zunächst wurde ein
n-leitendes 4H-SiC-Substrat mit der (000-1)-C-Fläche als
deren Hauptoberfläche als Substrat verwendet. Bezüglich des
Substrats wurde eine Nassoxidation ausgeführt, indem eine
Blasenbildung eines Deuteriumoxids (D2O)
in Übereinstimmung mit einem Blasenbildungsoxidationsverfahren
ausgeführt wurde, um so einen Gate-Oxidfilm zu bilden.
Eine Rezeptur zum Bilden des Gate-Oxidfilms hat H2O
in der 4, die nachstehend noch beschrieben wird, in D2O geändert. Anschließend
wurde die Analyse mit Hilfe der Thermodesorptionsspektroskopie bezüglich
dieses Versuchskörpers ausgeführt. Als zu untersuchende Elemente
wurden D2 und D2O
bestimmt. Die Analyse wurde unter der Annahme, dass sich aus der
Desorption resultierendes D an ein weiteres D bindet, um D2 zu bilden, und dass sich aus der Desorption
resultierendes OD an D bindet, um D2O zu
bilden, bezüglich D2 und D2O in einer feuchten Umgebung in dem Isolierfilm
ausgeführt.
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25A zeigt ein Diagramm des D2 betreffenden
Analyseergebnisses. 25B zeigt ein Diagramm des D2O betreffenden Analyseergebnisses. In beiden
Diagrammen beschreibt die Ordinate die Intensität in dem
Massenspektrometer. Die als Hintergründe in den jeweiligen
Diagrammen gezeigten Kurven beschreiben die Ergebnisse einer Analyse,
wenn kein Versuchskörper vorhanden ist. Werte, die erhalten
werden, indem die Werte der Hintergrundkurven von den entsprechenden
Werten der die Analyseergebnisse von D2 und
D2O beschreibenden Kurven abgezogen werden,
zeigen die unverfälschten Werte von D2 und
D2O, die mit Hilfe der Massenspektrometrie
erhalten werden.
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Die
Desorption von D2 tritt, wie in 25A gezeigt, in dem Bereich zwischen 650 und 850°C
auf. Der Spitzenwert der Desorption liegt insbesondere in dem Bereich
zwischen 750 und 850°C, der mit der Temperatur übereinstimmt,
bei welcher die Grenzflächenzustandsdichte verringert wird.
Auf diese Weise kann bestimmt werden, dass die Temperatur, bei welcher
das Abschließen der Dangling Bonds mit H oder OH oder die
Desorption von H oder OH auftritt, in dem Bereich zwischen 650 und
850°C und insbesondere in dem Bereich zwischen 750 und
850°C liegt. Die Desorption von D2O
tritt dem gegenüber, wie in 25B gezeigt,
in der Nähe von 600°C auf. Folglich kann berücksichtigt
werden, dass ein Element, das ein Dangling Bond abschließt
und zu einer Verringerung der Grenzflächenzustandsdichte
beiträgt, im Wesentlichen Wasserstoff ist. Wenn eine Wärmebehandlung
bei einer Temperatur von 650°C ausgeführt wird,
kann eine Wärmebehandlungsprozess zum Entfernen von Feuchtigkeit
aus dem Gate-Isolierfilm ausgeführt und die Zuverlässigkeit
des Gate-Oxidfilms verbessert werden.
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26 zeigt
das Ergebnis einer Untersuchung der Wasserstoffkonzentration für
einen Fall, bei welchem ein Ar-Wärmebehandlungsschritt
für 10 Minuten bei einer Wärmebehandlungstemperatur von
1000°C bezüglich des in der 24B analysierten Versuchskörpers ausgeführt
wurde. Die Wasserstoffkonzentration an der Grenzfläche
zwischen dem SiC und dem Gate-Oxidfilm hat sich, wie in der Zeichnung
gezeigt, verglichen mit der in der 24B gezeigte
Wasserstoffkonzentration verringert. Dies lässt die Desorption
von H oder OH von den Dangling Bonds an der Grenzfläche
zwischen dem SiC und dem Gate-Oxidfilm erkennen.
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Das
Ergebnis zeigt, dass es zum Ausführen eines Wärmebehandlungsschritts,
bei welchem das Abschließen mit H oder OH der Desorption
von H oder OH überlegen ist, ausreicht, die Wärmebehandlungstemperatur
auf einen Pegel zu setzen, der größer oder gleich
der Abschlussdesorptionstemperatur ist, und eine Atmosphäre
herzustellen, bei welcher die Dangling Bonds mit H oder OH abgeschlossen werden
können, auch wenn die Temperatur nicht unter der Abschlussdesorptionstemperatur
liegt, während die Atmosphäre während
einer Temperaturverringerungsperiode bei dem Wärmebehandlungsschritt
fortlaufend aufrechterhalten wird, bis die Temperatur kleiner oder
gleich der Abschlussdesorptionstemperatur ist.
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Folglich
ist es zweckmäßig, einen Wärmebehandlungsschritt
auszuführen, bei welchem die Atmosphäre, bei welcher
die Dangling Bonds fortlaufend mit H oder OH abgeschlossen werden
können, aufrechterhalten wird, solange die Wärmebehandlungstemperatur
nicht unter 650°C liegt.
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Die
Erläuterungen zur Abschlussdesorptionstemperatur gelten
auch dann, wenn sich die Temperatur bei dem Schritt zum Bilden des
Gate-Oxidfilms verringert. D. h., wenn die feuchte Atmosphäre während
der Temperaturverringerungsperiode fortlaufend aufrechterhalten
wird, während die Temperatur in dem Bereich zwischen 650
und 850°C liegt, kann der Zustand, bei welchem die Dangling
Bonds an der Grenzfläche zwischen dem SiC und dem Gate-Oxidfilm
mit H oder OH abgeschlossen werden, auch auf den Schritt zum Bilden
des Gate-Oxidfilms folgend aufrechterhalten werden.
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(Erste Ausführungsform)
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Unter
Berücksichtigung der obigen Untersuchungen wird ein lateraler
MOSFET eines Inversionstyps gemäß einer ersten
Ausführungsform bereitgestellt. 1 zeigt
eine Querschnittsansicht des lateralen MOSFET eines Inversionstyps.
Die 2A bis 2C und 3A bis 3C zeigen
die Schritte zur Fertigung des in der 1 gezeigten
lateralen MOSFET eines Inversionstyps. Nachstehend werden der Aufbau
und das Fertigungsverfahren des lateralen MOSFET eines Inversionstyps
gemäß der ersten Ausführungsform unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Ein
p+-leitendes Substrat 1 aus SiC
weist, wie in 1 gezeigt, eine Hauptoberfläche
auf seiner einen Seite auf. Eine p-leitende Basisschicht 2 aus SiC
ist durch epitaxiales Wachstum auf der Hauptoberfläche
des p+-leitenden Substrats 1 gebildet,
um ein p/p+-leitendes Substrat zu bilden,
das als Halbleitersubstrat verwendet wird. Als das p+-leitende
Substrat 1 wird ein Substrat aus beispielweise 4H-SiC verwendet,
das als die Hauptoberfläche eine (000-1)-C-Fläche
und eine Störstellenkonzentration von ungefähr
5 × 1018 cm–3 aufweist.
Die p-leitende Basisschicht 2 weist eine Störstellenkonzentration von
beispielsweise ungefähr 5 × 1015 cm–3 auf. Wenn such ein p/p+-leitendes Substrat als das Halbleitersubstrat
verwendet wird, wird der laterale MOSFET eines Inversionstyps gebildet.
-
In
einem Oberflächenbereich der p-leitenden Basisschicht 2 ist
ein p+-leitender Basiskontaktbereich (nachstehend
der Einfachheit halber als Kontaktbereich bezeichnet) 3 gebildet.
Der Kontaktbereich 3 weist eine Störstellenkonzentration,
die über der der p-leitenden Basisschicht 2 liegt,
wie beispielsweise eine Störstellenkonzentration von größer
oder gleich 3 × 1020 cm–3, und eine Tiefe von 0,4 μm
auf. Der Kontaktbereich 3 wird dazu verwendet, das Potential
der p-leitenden Basisschicht 2 zu bestimmen.
-
Im
Oberflächenbereich der p-leitenden Basisschicht 2 sind
ein n+-leitender Source-Bereich 4 und
ein n+-leitender Drain-Bereich 5 derart
gebildet, dass sie getrennt von dem Kontaktbereich 3 angeordnet
sind. Der n+-leitende Source-Bereich 4 und der
n+-leitende Drain-Bereich 5 sind
derart gebildet, dass sie getrennt voneinander angeordnet sind.
Sowohl der n+-leitende Source-Bereich 4 als
auch der n+-leitende Drain-Bereich 5 weist
eine hohe Konzentration von beispielsweise größer
oder gleich 3 × 1020 cm–3 und eine Tiefe von 0.3 μm
auf.
-
Ein
Gate-Oxidfilm 6, der eine Dicke von beispielsweise 110
nm aufweist und den Abschnitt des Oberflächenbereichs der
p-leitenden Basisschicht 2 verwendet, der als Kanalbereich
zwischen dem n+-leitenden Source-Bereich 4 und
dem n+-leitenden Drain-Bereich 5 angeordnet
ist, ist derart gebildet, dass er wenigstens die Oberfläche
des Kanalbereichs abdeckt. Die Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 6 und
der p-leitenden Basisschicht 2, welche den Kanalbereich
bildet, weist eine Struktur auf, bei der Dangling Bonds bzw. hängende
oder baumelnde Bindungen jeweils mit einem H- oder OH-Element abgeschlossen
werden. Die Grenzfläche bildet eine Kanaloberfläche,
die eine Oberfläche mit einer (000-1)-Orientierung aufweist.
-
Auf
der Oberfläche des Gate-Oxidfilms 6 ist ein Gate 7 aus
polykristallinem Silicium, das beispielsweise mit n-leitenden Störstellen
(z. B. P (Phosphor)) dotiert ist, durch eine Musterung gebildet.
-
Zum
Abdecken des Gates 7 und des weiteren Abschnitts des Gate-Oxidfilms 6 ist
ein Zwischenschichtisolierfilm 8 aus beispielsweise LTO
gebildet. Kontaktlöcher 9a bis 9c, die
bis zum Kontaktbereich 3, zum n+-leitenden
Source-Bereich 4 und zum n+-leitenden
Drain-Bereich 5 reichen, sind in sowohl dem Zwischenschichtisolierfilm 8 als
auch dem Gate-Oxidfilm 6 gebildet, während ein
Kontaktloch 9d, das bis zum Gate 7 reicht, im
Zwischenschichtisolierfilm 8 gebildet ist.
-
Über
die jeweiligen Kontaktlöcher 9a bis 9d sind
eine Basis-Elektrode 10 zur Bestimmung eines Potentials,
eine Source-Elektrode 11, eine Drain-Elektrode 12 und
eine Gate-Elektrode 13 elektrisch mit dem Kontaktbereich 3,
dem n+-leitenden Source-Bereich 4,
dem n+-leitenden Drain-Bereich 5 bzw.
dem Gate 7 verbunden, um den lateralen MOSFET eines Inversionstyps
zu bilden.
-
Der
vorstehend beschriebene laterale MOSFET eines Inversionstyps verwendet
den im Oberflächenbereich der p-leitenden Basisschicht 2 gebildeten
Kanalbereich als Strompfad, um einen Strom zwischen dem n+-leitenden Source-Bereich 4 und
dem n+-leitenden Drain-Bereich 5,
die stromaufwärts bzw. stromabwärts des Strompfad
angeordnet sind, fließen lassen zu können. Der
zwischen dem n+-leitenden Source-Bereich 4 und
dem n+-leitenden Drain-Bereich 5 fließende
Strom kann gesteuert werden, indem eine an das Gate 7 gelegte
Spannung und hierdurch der im Kanalbereich fließende Strom gesteuert
werden.
-
Nachstehend
wird das Verfahren zur Fertigung des in der 1 gezeigten
lateralen MOSFET eines Inversionstyps unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C und 3A bis 3C beschrieben.
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Zunächst
wird das Halbleitersubstrat aus dem p/p+-leitenden
Substrat mit dem p+-leitenden Substrat 1 und
der p-leitenden Basisschicht 2, wie in 2A gezeigt,
vorbereitet. Anschließend wird ein LTO-Film 20 beispielsweise,
wie in 2B gezeigt, auf die Oberfläche
des Halbleitersubstrats, insbesondere der p-leitenden Basisschicht 2,
abgeschieden. Anschließend wird der LTO-Film 20 über
dem Bereich, in welchem der Kontaktbereich 3 zu bilden
ist, mittels Photolithographie geöffnet. Anschließend werden
beispielsweise Al-(Aluminium)-Ionen als p-leitende Störstellen
implantiert.
-
Auf
das Entfernen des LTO-Films 20 folgend wird beispielsweise
ein LTO-Film 21, wie in 2C gezeigt,
abgeschieden. Anschließend wird der LTO-Film 21 über den
Bereichen, in welchen der n+-leitende Source-Bereich 4 und
der n+-leitende Drain-Bereich 5 zu
bilden sind, mittels Photolithographie geöffnet. Anschließend
werden beispielsweise P-(Phosphor)-Ionen als n-leitende Störstellen
implantiert.
-
Anschließend
wird der LTO-Film 21 entfernt und für 30 Minuten
eine Aktivierungswärmebehandlung (activation annealing)
bei einer Temperatur von beispielsweise 1600°C ausgeführt,
um so die implantierten p- und n-leitenden Störstellen
zu aktivieren. Auf diese Weise werden der Kontaktbereich 3,
der n+-leitende Source-Bereich 4 und
der n+-leitende Drain-Bereich 5 gebildet.
-
Anschließend
wird der Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms ausgeführt,
um, wie in 3A gezeigt, einen Gate-Oxidfilm 6 zu
bilden. Insbesondere wird der Gate-Oxidfilm 6 durch eine
Gate-Oxidation in Übereinstimmung mit einem pyrogenen Verfahren
unter Verwendung einer feuchten Atmosphäre gebildet. Die
Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur bei dem
Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms erfolgt in Übereinstimmung
mit dem in der 4 gezeigten Diagramm.
-
D.
h., von einer Raumtemperatur bis auf eine Temperatur von 1080°C
wird eine Stickstoff-(N2)-Atmosphäre
aufrechterhalten und eine Temperatur mit einem Temperaturgradienten
von 10°C/min erhöht. Wenn eine Temperatur von
1080°C erreicht wird, wird die Stickstoffatmosphäre
zur feuchten (H2O) Atmosphäre gewechselt
und die Temperatur für 25 Minuten gehalten, wodurch der
Gate-Oxidfilm 6 mit einer Dicke von beispielsweise 110
nm gebildet wird.
-
Anschließend
wird die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
verringert, während die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten
wird. Hierbei wird die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten,
bis sich die Temperatur auf einen Wert von kleiner oder gleich 600°C
verringert hat. Die Temperatur ist nicht auf einen Wert von 600°C
beschränkt, solange sie einen Wert von 650°C und
die Abschlussdesorptionstemperatur nicht überschreitet.
-
Auf
diese Weise wird die feuchte Atmosphäre während
der Temperaturverringerungsperiode bei dem Schritt zum Bilden des
Gate-Oxidfilms aufrechterhalten. Dies führt dazu, dass
die Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 6 und
der p-leitenden Basisschicht 2, welche den Kanalbereich
bildet, eine Struktur aufweist, bei der Dangling Bonds jeweils mit einem
H- oder OH-Element abgeschlossen werden. 5 zeigt
schematisch den Abschluss der Dangling Bonds. Gemäß der
Zeichnung wird ein Zustand hergestellt, bei dem beispielsweise H
oder OH in den auf der Oberfläche der p-leitenden Basisschicht 2 gebildeten
Gate-Oxidfilm 6 eingetreten ist.
-
Anschließend
wird eine polykristalline Siliciumschicht, die mit n-leitenden Störstellen
dotiert ist, wie in 3B gezeigt, bei einer Temperatur
von 600°C auf die Oberfläche des Gate-Oxidfilms 6 abgeschieden
und anschließend unter Verwendung eines nicht gezeigten
Photolacks gemustert, um so das Gate 7 zu bilden.
-
Ferner
wird der Zwischenschichtisolierfilm 8 aus beispielsweise
LTO, wie in 3C gezeigt, bei einer Temperatur
von 420°C abgeschieden und anschließend gemustert.
Dies führt dazu, dass die Kontaktlöcher 9a bis 9c,
die bis zum Kontaktbereich 3, bis zum n+-leitenden
Source-Bereich 4 bzw. bis zum n+-leitenden
Drain-Bereich 5 reichen, in sowohl dem Zwischenschichtisolierfilm 8 als
auch dem Gate-Oxidfilm 6 gebildet werden, während
das Kontaktloch 9d, das bis zum Gate 7 reicht,
im Zwischenschichtisolierfilm 8 gebildet wird.
-
Anschließend
wird ein Ni-(Nickel)-Film abgeschieden, um die Kontaktlöcher 9a bis 9d zu
füllen, und anschließend gemustert, um die verschiedenen Elektroden 10 bis 13 zu
bilden. Hierbei werden auch dann, wenn ein Wärmebehandlungsschritt
oder dergleichen nicht ausgeführt wird, galvanisch leitende Verbindungen
zu den verschiedenen Elektroden 10 bis 13 hergestellt,
da der Kontaktbereich 3, der n+-leitende
Source-Bereich 4 und der n+-leitende Drain-Bereich 5,
wie vorstehend beschrieben, jeweils eine hohe Konzentration aufweisen.
Auf diese Weise wird der in der 1 gezeigte
laterale MOSFET eines Inversionstyps fertig gestellt.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Fertigung des lateralen
MOSFET eines Inversionstyps wird die Temperatur, wie vorstehend
beschrieben, auf einen Wert verringert, der nicht über der
Abschlussdesorptionstemperatur liegt, während die feuchte
Atmosphäre während der Temperaturverringerungsperiode
bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms aufrechterhalten wird.
Hierdurch können die Dangling Bonds an der Grenzfläche
zwischen dem Gate-Oxidfilm 6 und der p- leitenden Basisschicht 2,
welche den Kanalbereich bildet, jeweils mit einem H- oder OH-Element
abgeschlossen werden. Auf diese Weise wird die Grenzflächenzustandsdichte
verringert und kann ein lateraler MOSFET eines Inversionstyps mit
einer hohen Kanalbeweglichkeit bereitgestellt werden.
-
Bei
sowohl dem Schritt zum Bilden des Zwischenschichtisolierfilms 8 als
auch dem Schritt zum Bilden der verschiedenen Elektroden 10 bis 13,
die auf den Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms folgend ausgeführt
werden, wird die Temperatur derart gesteuert, dass sie unter der
H- oder OH-Abschlussdesorptionstemperatur liegt. Folglich kann mit
Hilfe dieser Schritte die Desorption von H oder OH von jedem der
Dangling Bonds an der Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 6 und
der p-leitenden Basisschicht 2, welche den Kanalbereich
bildet, verhindert werden. Ferner kann verhindert werden, dass sich
die Kanalbeweglichkeit durch eine Erhöhung der Grenzflächenzustandsdichte
verringert.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Nachstehend
wird ein lateraler MOSFET eines Inversionstyps gemäß einer
zweiten Ausführungsform beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet
sich dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass das
Verfahren zur Fertigung des lateralen MOSFET eines Inversionstyps
teilweise geändert ist. Der laterale MOSFET eines Inversionstyps der
zweiten Ausführungsform weist die gleiche Struktur wie
der laterale MOSFET eines Inversionstyps der ersten Ausführungsform
auf.
-
Der
laterale MOSFET eines Inversionstyps gemäß der
zweiten Ausführungsform wird gefertigt, indem der in der 6 gezeigte
Fertigungsschritt zu dem in den 2A bis 2C und 3A bis 3C gezeigten
Verfahren zur Fertigung des lateralen MOSFET eines Inversionstyps
gemäß der ersten Ausführungsform hinzugefügt
wird.
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D.
h., auf das Ausführen der einzelnen Schritte der 2A bis 2C und 3A und 3B folgend
wird der in der 6 gezeigte Prozess ausgeführt.
Anschließend wird der laterale MOSFET eines Inversionstyps
mit dem gleichen Aufbau wie der der ersten Ausführungsform
durch Ausführen des in der 3C und
dergleichen gezeigten Prozesses fertig gestellt.
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Insbesondere
wird in dem Schritt der 6 eine Abrundungsoxidation für
die Oberfläche des in dem Schritt der 3B gebildeten
Gates 7 ausgeführt. Es wird beispielsweise für
120 Minuten eine Oxidation (Nassoxidation) bei einer Temperatur
von 850°C in einer feuchten Atmosphäre ausgeführt,
um einen Oxidfilm 7a auf der Oberfläche des Gates 7 zu bilden
und die Oberfläche des Gates 7 abzurunden.
-
Die
Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur für
die Nassoxidation wird hierbei in Übereinstimmung mit dem
in der 7 gezeigten Diagramm ausgeführt.
-
D.
h., von einer Raumtemperatur bis auf 600°C (geringer als
die Abschlussdesorptionstemperatur) wird eine Stickstoff-(N2)-Atmosphäre aufrechterhalten und
eine Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
erhöht. Wenn die Temperatur von 600°C erreicht
wird, wird die Stickstoffatmosphäre zur feuchten (H2O) Atmosphäre gewechselt und die
Temperatur mit dem gleichen Temperaturgradienten von 10°C/min
auf 850°C erhöht. Wenn die Temperatur von 850°C
erreicht wird, wird die Temperatur für 120 Minuten gehalten,
um den Oxidfilm 7a auf der Oberfläche des Gates 7 zu
bilden. Anschließend wird die Temperatur mit 10°C/min
verringert, während die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten,
bis sich die Temperatur auf einen Wert von 600°C verringert
hat, und wird die Atmosphäre dann, wenn die Temperatur
von 600°C erreicht wird, erneut von der feuchte Atmosphäre
zur Stickstoffatmosphäre gewechselt um die Temperatur bis
auf die Raumtemperatur verringert. Die Temperatur, bei welcher das
Aufrechterhalten der feuchten Atmosphäre begonnen und beendet
wird, ist nicht auf einen Wert von 600°C beschränkt.
Jede beliebige Temperatur ist geeignet, solange sie nicht über 650°C
und der Abschlussdesorptionstemperatur liegt.
-
Folglich
wird die feuchte Atmosphäre bei der Abrundungsoxidation
für das Gate 7 aufrechterhalten, solange die Temperatur
nicht unter die Abschlussdesorptionstemperatur fällt. Hierdurch
kann die Desorption eines H- oder OH-Elements von jedem der Dangling
Bonds an der Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 6 und
der p-leitenden Basisschicht 2, welche den Kanalbereich
bildet, verhindert werden.
-
Folglich
kann eine Erhöhung der Grenzflächenzustandsdichte
auch dann, wenn eine Wärmebehandlung, wie bei der vorliegenden
Ausführungsform, auf den Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms folgend
mit einer hohen Temperatur ausgeführt wird, verhindert
werden, indem die feuchte Atmosphäre hergestellt wird,
solange die Temperatur die Abschlussdesorptionstemperatur nicht
unterschreitet.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
Nachstehend
wird ein lateraler MOSFET eines Inversionstyps gemäß einer
dritten Ausführungsform beschrieben. Die dritte Ausführungsform
unterscheidet sich dahingehend von der ersten und der zweiten Ausführungsform,
dass das Verfahren zur Fertigung des lateralen MOSFET eines Inversionstyps
teilweise geändert ist. Der laterale MOSFET eines Inversionstyps
der dritten Ausführungsform weist die gleiche Struktur
wie der laterale MOSFET eines Inversionstyps der ersten und der
zweiten Ausführungsform auf.
-
Der
laterale MOSFET eines Inversionstyps gemäß der
dritten Ausführungsform wird gefertigt, indem der Schritt
der 3C zum Bilden des Zwischenschichtisolierfilms 8 des
vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Fertigung des lateralen
MOSFET eines Inversionstyps in den 2A bis 2C und 3A bis 3C in
den Schritt der 8A und 8B geändert
wird.
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D.
h., wenn die einzelnen Schritte der 2A bis 2C und 3A und 3B (oder ferner
der in der 6 gezeigte Prozess) und anschließend
der in den 8A und 8B gezeigte Prozess
anstelle des in der 3C gezeigten Prozesses ausgeführt
werden, wird der laterale MOSFET eines Inversionstyps der dritten
Ausführungsform mit dem gleichen Aufbau wie der laterale
MOSFET eines Inversionstyps der ersten und der zweiten Ausführungsform
gefertigt.
-
Insbesondere
wird in dem Schritt der 8A der
Zwischenschichtisolierfilm 8 auf die Oberflächen des
Gates 7 und des Gate-Oxidfilms 6, der in dem Schritt
der 3B gebildet wird, abgeschieden (oder auf die Oberflächen
eines Oxidfilms 7a und das Gate-Oxidfilms 6, der
in dem Schritt der 6 gebildet wird, abgeschieden).
An schließend werden die Kontaktlöcher 9a bis 9d,
wie in 8B gezeigt, in dem Zwischenschichtisolierfilm 8 und
dem Gate-Oxidfilm 6 gebildet.
-
Hierbei
wird in dem Schritt der 8A ein BPSG-Film
mit Hilfe von beispielsweise einem Plasma-CVD-Verfahren bei einer
Temperatur von 420°C abgeschieden. Anschließend
wird für 10 Minuten ein Reflow-Prozess bei einer Temperatur
von 950°C in einer feuchten Atmosphäre ausgeführt,
um den Zwischenschichtisolierfilm 8 zu bilden. Hierbei
wird die Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur für
die Nassoxidation in Übereinstimmung mit dem in der 9 gezeigten
Diagramm ausgeführt.
-
D.
h., von eine Raumtemperatur auf eine Temperatur von 600°C
(geringer als die Abschlussdesorptionstemperatur) wird eine Stickstoff-(N2)-Atmosphäre aufrechterhalten und
eine Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
erhöht. Wenn die Temperatur von 600°C erreicht
wird, wird die Stickstoffatmosphäre zur feuchten (H2O) Atmosphäre gewechselt und die
Temperatur mit dem gleichen Temperaturgradienten auf 950°C
erhöht. Wenn die Temperatur von 950°C erreicht
wird, wird der Reflow-Prozess ausgeführt, indem die Temperatur
für 10 Minuten gehalten wird. Anschließend wird
die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
verringert, während die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten
wird. Hierbei wird die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten,
bis sich die Temperatur auf einen Wert von 600°C verringert
hat, und wird die Atmosphäre dann, wenn die Temperatur
von 600°C erreicht wird, erneut von der feuchten zur Stickstoffatmosphäre
gewechselt und die Temperatur bis auf die Raumtemperatur verringert.
Die Temperatur, bei welcher das Aufrechterhalten der feuchten Atmosphäre
begonnen und beendet wird, ist nicht auf eine Temperatur von 600°C
beschränkt. Jede beliebige Temperatur ist geeignet, solange
sie nicht über 650°C und der Abschlussdesorptionstemperatur liegt.
Gemäß einem weiteren Verfahren ist es ferner möglich,
eine Wasserstoffatmosphäre in geeigneter Weise anstelle
der feuchten Atmosphäre herzustellen. In diesem Fall wird
ebenso von der Raumtemperatur bis auf eine Temperatur von 600°C
(geringer als die Abschlussdesorptionstemperatur) die Stickstoff-(N2)-Atmosphäre aufrechterhalten und
die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
erhöht. Wenn die Temperatur von 600°C erreicht
wird, wird die Stickstoffatmosphäre zur Wasserstoffatmosphäre
gewechselt und die Temperatur mit dem gleichen Tem peraturgradienten
bis auf 950°C erhöht. Wenn die Temperatur von
950°C erreicht wird, wird der Reflow-Prozess ausgeführt,
indem die Temperatur für 10 Minuten gehalten wird. Anschließend
wird die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
verringert, während die Wasserstoffatmosphäre
aufrechterhalten wird. Hierbei wird die Wasserstoffatmosphäre
aufrechterhalten, bis sich die Temperatur auf einen Wert von 600°C
verringet hat, und die Atmosphäre dann, wenn die Temperatur
von 600°C erreicht wird, erneut von der Wasserstoffatmosphäre
zur Stickstoffatmosphäre gewechselt und die Temperatur
bis auf die Raumtemperatur verringert. Die Temperatur, bei welcher die
Wasserstoffwärmebehandlung begonnen und beendet wird, ist
nicht auf 600°C beschränkt. Es kann eine beliebige
geeignete Temperatur gewählt werden, die nicht über
650°C oder der Abschlussdesorptionstemperatur liegt.
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Folglich
wird die feuchte oder die Wasserstoffatmosphäre aufrechterhalten,
solange die Temperatur bei dem Reflow-Prozess für den Zwischenschichtisolierfilm 8 nicht
unter die Abschlussdesorptionstemperatur fällt. Hierdurch
kann die Desorption von H oder OH von den Dangling Bonds an der Grenzfläche
zwischen dem Gate-Oxidfilm 6 und der p-leitenden Basisschicht 2,
welche den Kanalbereich bildet, verhindert werden.
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Folglich
kann eine Erhöhung der Grenzflächenzustandsdichte
auch dann, wenn eine Wärmebehandlung, wie bei der vorliegenden
Ausführungsform, auf den Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms folgend
bei einer hohen Temperatur ausgeführt wird, verhindert
werden, indem die feuchte Atmosphäre oder die Wasserstoffatmosphäre
hergestellt wird, solange die Temperatur die Abschlussdesorptionstemperatur
nicht unterschreitet.
-
(Vierte Ausführungsform)
-
Nachstehend
wird ein lateraler MOSFET eines Anreicherungstyps gemäß einer
vierten Ausführungsform beschrieben. 10 zeigt
eine Querschnittsansicht des Aufbaus des lateralen MOSFET eines
Anreichungstyps. Die 11A bis 13C zeigen
die Schritte zur Fertigung des in der 10 gezeigten
lateralen MOSFET eines Anreicherungstyps. Nachstehend werden der
Aufbau und das Fertigungsverfahren des lateralen MOSFET eines Anreicherungstyps
gemäß der vierten Ausführungsform unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen geschrieben.
-
Der
laterale MOSFET eines Anreicherungstyps ist, wie in 10 gezeigt,
auf einem n+-leitenden Substrat 31 aus
SiC gebildet, das eine Hauptoberfläche auf seiner einen
Seite aufweist. Als n+-leitendes Substrat 31 wird
ein Substrat aus beispielsweise 4H-SiC verwendet, das als die Hauptoberfläche
eine (000-1)-C-Fläche und eine Störstellenkonzentration
von ungefähr 5 × 1018 cm–3 aufweist.
-
Auf
der Hauptoberfläche des Substrats 31 ist durch
epitaxiales Wachstum eine n-leitende Driftschicht 32 aus
SiC gebildet. Die n-leitende Driftschicht 32 weist beispielsweise
eine Störstellenkonzentration von ungefähr 1 × 1016 cm–3 und
eine Dicke von 10 μm auf.
-
In
einem Oberflächenbereich der n-leitenden Driftschicht 32 ist
eine p-leitende Basisschicht 33 gebildet. Die p-leitende
Basisschicht 33 weist beispielsweise eine Störstellenkonzentration
von ungefähr 1 × 1019 cm–3 und eine Tiefe von 0.7 μm
auf.
-
Auf
der p-leitenden Basisschicht 33 ist eine n-leitende Kanalschicht
(nachstehend als Kanalepitaxialschicht) 34 zum Bilden eines
durch epitaxiales Wachstum gebildeten Kanalbereichs gebildet. Die Kanalepitaxialschicht 34 weist
beispielsweise eine Konzentration von ungefähr 1 × 1016 cm–3 und
eine Filmdicke (Tiefe) von 0.3 μm auf.
-
Ein
p+-leitender Kontaktbereich 35 ist
derart gebildet, dass er sich durch die Kanalepitaxialschicht 34 erstreckt
und die p-leitende Basisschicht 33 erreicht. Der Kontaktbereich 35 weist
beispielsweise eine hohe Konzentration von größer
oder gleich 3 × 1020 cm–3 und eine Tiefe von 0.4 μm
auf.
-
Die
Kanalepitaxialschicht 34 weist an ihren beiden Seiten einen
n+-leitenden Source-Bereich 36 und
einen n+-leitende Drain-Bereich 37 auf,
die derart gebildet sind, dass sie getrennt von dem Kontaktbereich 35 angeordnet
sind und die Kanalepitaxialschicht 34 zwischen ihnen angeordnet
ist. Der n+-leitende Source-Bereich 36 und
der n+-leitende Drain-Bereich 37 sind
derart gebildet, dass sie getrennt vonein ander angeordnet sind.
Sowohl der n+-leitende Source-Bereich 36 als
auch der n+-leitende Drain-Bereich 37 weist
eine hohe Konzentration von beispielsweise größer
oder gleich 3 × 1020 cm–3 und eine Tiefe von 0.3 μm
auf.
-
Ein
Gate-Oxidfilm 38, der eine Dicke von beispielsweise 38 nm
aufweist und den Abschnitt des Oberflächenbereichs der
Kanalepitaxialschicht 34 verwendet, der als Kanalbereich
zwischen dem n+-leitenden Source-Bereich 36 und
dem n+-leitenden Drain-Bereich 37 angeordnet
ist, ist derart gebildet, dass er wenigstens die Oberfläche
des Kanalbereichs bedeckt. Die Grenzfläche zwischen dem Gatesoxidfilm 38 und
der Kanalepitaxialschicht 34, welche den Kanalbereich bildet,
weist eine Struktur auf, bei der Dangling Bonds jeweils mit einem
H- oder OH-Element abgeschlossen werden.
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Auf
der Oberfläche des Gate-Oxidfilms 38 ist ein Gate 39 aus
polykristallinem Silicium, das beispielsweise mit n-leitenden Störstellen
(z. B. P (Phosphor)) dotiert ist, durch eine Musterung gebildet.
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Zum
Abdecken des Gates 39 und des weiteren Abschnitts des Gate-Oxidfilms 38 ist
ein Zwischenschichtisolierfilm 40 aus beispielsweise LTO gebildet.
Kontaktlöcher 41a bis 41c, die bis zum
Kontaktbereich 35, zum n+-leitenden
Source-Bereich 36 und zum n+-leitenden
Drain-Bereich 37 reichen, sind in sowohl dem Zwischenschichtisolierfilm 40 als
auch dem Gate-Oxidfilm 38 gebildet, während ein
Kontaktloch 41d, das bis zum Gate 39 reicht, in
dem Zwischenschichtisolierfilm 40 gebildet ist.
-
Durch
die jeweiligen Kontaktlöcher 41a bis 41d sind
eine Basis-Elektrode 42 zur Bestimmung eines Potentials,
eine Source-Elektrode 43, eine Drain-Elektrode 44 und
eine Gate-Elektrode 45 elektrisch mit dem Kontaktbereich 35,
dem n+-leitenden Source-Bereich 36,
dem n+-leitenden Drain-Bereich 37 bzw.
dem Gate 39 verbunden, so dass der laterale MOSFET eines
Anreicherungstyps gebildet wird.
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Der
vorstehend beschriebene laterale MOSFET eines Anreicherungstyps
verwendet die Kanalepitaxialschicht 34, d. h. den Kanalbereich
als Strompfad, über den ein Strom zwischen dem n+-leitenden Source-Bereich 36 und
dem n+-leitenden Drain-Bereich 37,
die stromaufwärts bzw. stromabwärts entlang des
Strompfads angeordnet sind, fließen kann. Der zwischen
dem n+-leitenden Source-Bereich 36 und
dem n+-leitenden Drain-Bereich 37 fließende Strom
kann gesteuert werden, indem eine an das Gate 39 gelegte
Spannung gesteuert wird, die Breite einer im Kanalbereich gebildeten
Sperrschicht gesteuert wird und hierdurch der dort hineinfließende Strom
gesteuert wird.
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Nachstehend
wird das Verfahren zur Fertigung des in der 10 gezeigten
lateralen MOSFET eines Anreichungstyps unter Bezugnahme auf die 11a bis 13C beschrieben.
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Zunächst
wird das n+-leitende Substrat 31, wie
in 11a gezeigt, vorbereitet. Anschließend wird
die n-leitende Driftschicht 32, wie in 11B gezeigt, so durch epitaxiales Wachstum auf
der Hauptoberfläche des Substrats 31 gebildet,
dass sie eine Störstellenkonzentration von ungefähr
1 × 1016 cm–3 und
eine Dicke von 10 μm aufweist.
-
Anschließend
werden, wie in 11C gezeigt, Al-Ionen als p-leitende
Störstellen in den Oberflächenbereich der n-leitenden
Driftschicht 32 implantiert und anschließend für
30 Minuten eine Aktivierungswärmebehandlung (activation
annealing) bei einer Temperatur von 1600°C ausgeführt,
um die p-leitende Basisschicht 33 mit einer Störstellenkonzentration
von beispielsweise ungefähr 1 × 1019 cm–3 und einer Tiefe von 0.7 μm
zu bilden. Anschließend wird die Kanalepitaxialschicht 34 mit
einer Störstellenkonzentration von beispielsweise ungefähr
1 × 1016 cm–3 und einer
Filmdicke (Tiefe) von 0.3 μm, wie in 11D gezeigt, durch epitaxiales Wachstum auf der
p-leitenden Basisschicht 33 gebildet.
-
Anschließend
wird, wie in 12A gezeigt, beispielsweise
ein LTO-Film 50 abgeschieden. Anschließend wird
der LTO-Film 50 über dem Bereich, in welchem der
Kontaktbereich 35 zu bilden ist, mittels Photolithographie
geöffnet. Anschließend werden Al-Ionen unter Verwendung
des LTO-Films 50 als Maske implantiert.
-
Anschließend
wird auf eine Entfernung des LTO-Films 50 hin, wie in 12B gezeigt, ein LTO-Film 51 abgeschieden.
Anschließend wird der LTO-Film 51 über den
Bereichen, in welchen der n+-leitende Source-Bereich 36 und
der n+-leitende Drain-Bereich zu bilden
sind, mittels Photolithographie geöffnet. Anschließend
werden P-(Phosphor)-Ionen als n-leitende Störstellen implantiert.
-
Anschleißend
wird der LTO-Film 51 entfernt und eine Wärmebehandlung
zur Aktivierung für 30 Minuten bei einer Temperatur von
beispielsweise 1600°C ausgeführt, um die implantierten
p- und n-leitenden Störstellen zu aktivieren. Auf diese
Weise werden der Kontaktbereich 35, der n+-leitende
Source-Bereich 36 und der n+-leitende
Drain-Bereich 37 gebildet.
-
Anschließend
wird der Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms ausgeführt,
um den Gate-Oxidfilm 38, wie in 12C gezeigt,
zu bilden. Insbesondere wird der Gate-Oxidfilm 38 durch
eine Gate-Oxidation in Übereinstimmung mit einem pyrogenen
Verfahren unter Verwendung einer feuchten Atmosphäre gebildet.
Hierbei wird die Steuerung einer Atmosphären und einer
Temperatur bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms in Übereinstimmung
mit dem in der 4 gezeigten Diagramm der ersten
Ausführungsform ausgeführt.
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D.
h., von einer Raumtemperatur auf eine Temperatur von 1080°C
wird eine Stickstoff-(N2)-Atmosphäre
aufrechterhalten und eine Temperatur mit einem Temperaturgradienten
von 10°C/min erhöht. Wenn die Temperatur von 1080°C
erreicht wird, wird die Stickstoffatmosphäre zur feuchten
(H2O) Atmosphäre gewechselt und
die Temperatur für 60 Minuten gehalten, wodurch der Gate-Oxidfilm 38 mit
einer Dicke von beispielsweise 110 nm gebildet wird. Anschließend
wird die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
verringert, während die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten
wird. Hierbei wird die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten,
bis sich die Temperatur auf einen Wert von kleiner oder gleich 600°C
verringert hat.
-
Auf
diese Weise wird die feuchte Atmosphäre während
der Temperaturverringerungsperiode bei dem Schritt zum bilden des
Gate-Oxidfilms aufrechterhalten. Dies führt dazu, dass
die Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 38 und
der Kanalepitaxialschicht 34, welche den Kanalbereich bildet,
derart strukturiert ist, dass Dangling Bonds jeweils mit einem H-
oder OH-Element abgeschlossen werden.
-
Anschließend
wird eine polykristalline Siliciumschicht, die mit n-leitenden Störstellen
dotiert ist, wie in 13A gezeigt, bei einer Temperatur
von 600°C auf die Oberfläche des Gate-Oxidfilms 38 abgeschieden
und anschließend unter Verwendung eines nicht gezeigten
Photolacks derart strukturiert, dass das Gate 39 gebildet
wird.
-
Ferner
wird, wie in 13B gezeigt, eine Abrundungsoxidation
für die Oberfläche des Gates 39 ausgeführt.
Es wird beispielsweise für 120 Minuten eine Oxidation (Nassoxidation)
bei einer Temperatur von 850°C in einer feuchten Atmosphäre
ausgeführt, um einen Oxidfilm 39a auf der Oberfläche
des Gates 39 zu bilden und die Oberfläche des
Gates 39 abzurunden.
-
Hierbei
wird die Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur
für die Nassoxidation in Übereinstimmung mit dem
in der 7 gezeigten Diagramm der zweiten Ausführungsform
ausgeführt, um die feuchte Atmosphäre aufrechtzuerhalten,
solange die Temperatur nicht unter die Abschlussdesorptionstemperatur
fällt. Folglich kann die Desorption von H oder OH von den
Dangling Bonds an der Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 38 und
der Kanalepitaxialschicht 34 verhindert werden.
-
Anschließend
wird, wie in 13C gezeigt, de Zwischenschichtisolierfilm 40 abgeschieden.
Der Zwischenschichtisolierfilm 40 wird beispielsweise gebildet,
indem ein BPSG-Film mit Hilfe eines Plasma-CVD-Verfahrens bei einer
Temperatur von 420°C abgeschieden und anschließend
für 10 Minuten ein Reflow-Prozess bei einer Temperatur
von 950°C in einer feuchten Atmosphäre ausgeführt
wird. Die Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur für
die Nassoxidation wird hierbei in Übereinstimmung mit dem
in der 9 gezeigten Diagramm der dritten Ausführungsform
ausgeführt, um die feuchte Atmosphäre aufrechtzuerhalten,
solange die Temperatur bei dem Reflow-Prozess für den Zwischenschichtisolierfilm 40 nicht
unter die Abschlussdesorptionstemperatur fällt. Auf diese
Weise kann die Desorption von H oder OH von den Dangling Bonds an der
Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 38 und der
Kanalepitaxialschicht 34 verhindert werden.
-
Anschließend
wird der Zwischenschichtisolierfilm 40 derart gemustert,
dass die Kontaktlöcher 41a bis 41c, die
bis zum Kontaktbereich 35, zum n+-leitenden
Source-Bereich 36 bzw. zum n+-leitenden
Drain-Bereich 37 reichen, in sowohl dem Zwischenschichtisolierfilm 40 als
auch dem Gate-Oxidfilm 38 gebildet werden, während
das Kontaktloch 41d, das bis zum Gate 39 reicht,
in dem Zwischenschichtisolierfilm 40 gebildet wird.
-
Anschließend
wird ein Ni-Film abgeschieden, um die Kontaktlöcher 41a bis 41d zu
füllen. Anschließend wird der Ni-Film derart derart
gemustert, dass die verschiedenen Elektroden 42 bis 45 gebildet werden.
Da der Kontaktbereich 35, der n+-leitende Source-Bereich 36 und
der n+-leitende Drain-Bereich 37 gemäß obiger
Beschreibung eine hohe Konzentration aufweisen, werden auch dann
galvanisch leitende Verbindungen zu den verschiedenen Elektroden 42 bis 45 hergestellt,
wenn ein Wärmebehandlungsschritt oder dergleichen nicht
ausgeführt wird. Auf diese Weise wird der in der 10 gezeigte
laterale MOSFET eines Anreicherungstyps fertig gestellt.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Fertigung des lateralen
MOSFET eines Anreicherungstyps wird die Temperatur während
der Temperaturverringerungsperiode bei dem Schritt zum Bilden des
Gate-Oxidfilms gemäß obiger Beschreibung auf einen
Pegel verringert, der nicht über der Abschlussdesorptionstemperatur
liegt, während die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten
wird. Auf diese Weise können die Dangling Bonds an der
Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 38 und
der Kanalepitaxialschicht 34 jeweils mit einem H- oder
OH-Element abgeschlossen werden. Hierdurch wird die Grenzflächenzustandsdichte
verringert und kann ein lateraler MOSFET eines Anreicherungstyps
mit einer hohen Kanalbeweglichkeit bereitgestellt werden.
-
Ferner
wird die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten, solange die
Temperatur die Abschlussdesorptionstemperatur bei der Abrundungsoxidation
für das Gate 39 nicht unterschreitet. Folglich kann
die Desorption von H oder OH von den Dangling Bonds an der Grenzfläche
zwischen dem Gate-Oxidfilm 38 und der Kanalepitaxialschicht 34 verhindert
werden.
-
Ferner
wird die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten werden, solange
die Temperatur die Abschlussdesorptionstemperatur bei dem Reflow-Prozess
für den Zwischenschichtisolierfilm 40 nicht unterschreitet.
Auf dieses Weise kann die Desorption von H oder OH von den Dangling
Bonds an der Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 38 und der
Kanalepitaxialschicht 34 verhindert werden.
-
Folglich
kann eine Erhöhung der Grenzflächenzustandsdichte
auch dann, wenn eine Wärmebehandlung, wie bei der vorliegenden
Ausführungsform, auf den Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms folgend
bei einer hohen Temperatur ausgeführt wird, verhindert
werden, indem die feuchte Atmosphäre hergestellt wird,
solange die Temperatur die Abschlussdesorptionstemperatur nicht
unterschreitet.
-
(Fünfte Ausführungsform)
-
Die
fünfte Ausführungsform bezieht sich auf einen
planaren MOSFET. 14 zeigt eine Querschnittsansicht
des Aufbaus des planaren MOSFET. Die 15A bis 19C zeigen die Schritte zur Fertigung des in der 14 gezeigten
planaren MOSFET. Nachstehend werden der Aufbau und das Fertigungsverfahren
des planaren MOSFET der fünften Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
-
Der
planare MOSFET ist, wie in 14 gezeigt,
auf einem n+-leitenden Substrat 61 aus
SiC gebildet, das eine Hauptoberfläche auf seiner einen Seite
aufweist. Als n+-leitendes Substrat 61 wird
ein Substrat aus beispielsweise 4H-SiC verwendet, das eine (000-1)-C-Fläche
als die Hauptoberfläche und eine Störstellenkonzentration
von ungefähr 5 × 1018 cm–3 aufweist.
-
Auf
der Hauptoberfläche des Substrats 61 ist durch
epitaxiales Wachstum eine n-leitende Driftschicht 62 aus
SiC gebildet. Die n-leitende Driftschicht 62 weist beispielsweise
eine Störstellenkonzentration von ungefähr 1 × 1016 cm–3 und
eine Dicke von 10 μm auf.
-
In
einem Oberflächenbereich der n-leitenden Driftschicht 62 sind
eine Mehrzahl von p-leitenden Basisbereichen 63 derart
gebildet, dass sie mit bestimmten Abstän den zwischen ihnen
angeordnet sind. Jeder der p-leitenden Basisbereiche 63 weist beispielsweise
eine Konzentration von ungefähr 1 × 1019 cm–3 und
eine Tiefe von 0.7 μm auf.
-
Über
den p-leitenden Basisbereichen 63 ist eine n-leitende Kanalschicht
(nachstehend als Kanalepitaxialschicht) 64 zum Bilden eines
epitaxiale gewachsenen Kanalbereichs gebildet. Die Kanalepitaxialschicht 64 weist
beispielsweise eine Konzentration von 1 × 1016 cm–3 und eine Filmdicke (Tiefe) von 0.3 μm
auf.
-
P+-leitende Kontaktbereiche 65 sind
derart gebildet, dass sie sich durch die Kanalepitaxialschicht 64 erstrecken
und die p-leitenden Basisbereiche 63 erreichen. Jeder der
Kontaktbereiche 65 weist beispielsweise eine hohe Konzentration
von größer oder gleich 3 × 1020 cm–3 und
eine Tiefe von 0.4 μm auf.
-
Auf
der einen Seite der Kanalepitaxialschicht 64 ist ein n+-leitender Source-Bereich 66 und
auf der anderen Seite der Kanalepitaxialschicht 64 ein
n+-leitender Source-Bereich 67 gebildet.
Die n+-leitenden Source-Bereiche 66 und 67 sind
derart innerhalb der Kontaktbereiche 65 gebildet, dass
die Kanalepitaxialschicht 64 zwischen ihnen angeordnet
ist. Die n+-leitenden Source-Bereiche 66 und 67 sind
derart gebildet, dass sie getrennt voneinander angeordnet sind. Jeder
der n+-leitenden Source-Bereiche 66 und 67 weist
eine hohe Konzentration von beispielsweise größer
oder gleich 3 × 1020 cm–3 und eine Tiefe von 0.3 μm
auf.
-
Ein
Gate-Oxidfilm 68, der eine Dicke von beispielsweise 110
nm aufweist und den Abschnitt des Oberflächenbereichs der
Kanalepitaxialschicht 64, die als Kanalbereich über
den p-leitenden Basisbereichen 63 angeordnet ist, als Kanalbereich
verwendet, ist derart gebildet, dass er wenigstens die Oberfläche
des Kanalbereichs abdeckt. Die Grenzfläche zwischen dem
Gate-Oxidfilm 68 und der Kanalepitaxialschicht 64,
welche den Kanalbereich bildet, ist derart strukturiert, dass Dangling
Bonds jeweils mit einem H- oder OH-Element abgeschlossen werden.
-
Auf
der Oberfläche des Gate-Oxidfilms 68 ist ein Gate 69 aus
einem polykristallinen Silicium, das beispielsweise mit n-leitenden
Störstellen (z. B. P (Phosphor)) dotiert ist, durch eine
Musterung gebildet.
-
Ein
Zwischenschichtisolierfilm 70 aus beispielsweise BPSG ist
gebildet, um das Gate 69 und den weiteren Abschnitt des
Gate-Oxidfilms 68 zu bedecken. Ein Kontaktloch 71,
das bis zu den Kontaktbereichen 65 und den n+-leitenden
Source-Bereichen 66 und 67 reicht, und ein Kontaktloch
(nicht gezeigt), das bis zum Gate 69 reicht, sind in sowohl
im Zwischenschichtisolierfilm 70 als auch im Gate-Oxidfilm 68 gebildet.
Ferner ist eine Source-Elektrode 72 gebildet, die aus einem
Kontaktabschnitt 72a, der über das Kontaktloch 71 elektrisch
mit sowohl den Kontaktbereichen 65 als auch den n+-leitenden Source-Bereichen 66 und 67 verbunden
ist, und einer Verdrahtungselektrode 72b aus Al aufgebaut
ist.
-
Demgegenüber
ist auf der Rückseitenoberfläche des Substrats 61 n+-leitender Drain-Kontaktbereich 73 mit
einer Konzentration gebildet, die über der des Substrats 61 liegt.
Auf dem Drain-Kontaktbereich 73 ist Drain-Elektrode 74 gebildet,
die als Rückseitenelektrode dient und beispielsweise aus
Nickel besteht. Mit Hilfe solch einer Struktur wird der planaren
MOSFET gebildet.
-
Der
auf diese Weise gebildete planare MOSFET verwendet die Kanalepitaxialschicht 64,
d. h. den Kanalbereich, als Strompfad, über den ein Strom zwischen
den n+-leitenden Source-Bereichen 66 und 67,
die stromaufwärts und stromabwärts entlang des Strompfads
angeordnet sind, und dem Drain-Kontaktbereich 73 fließen
kann. Der zwischen den n+-leitenden Source-Bereichen 66 und 67 und
dem Drain-Kontaktbereich 73 fließende Strom kann
gesteuert werden, indem eine an das Gate 69 gelegte Spannung
gesteuert wird, die Breite einer im Kanalbereich gebildeten Sperrschicht
gesteuert wird und hierdurch der dort hineinfließende Strom
gesteuert wird.
-
Nachstehend
wird das Verfahren zur Fertigung des in der 14 gezeigten
planaren MOSFET unter Bezugnahme auf die 15A bis 19C beschrieben.
-
Zunächst
wird, wie in 15A gezeigt, das n+-leitende
Substrat 61 vorbereitet. Anschließend wird die
n-leitende Driftschicht 62, wie in 15B gezeigt,
derart durch epitaxiales Wachstum auf der Hauptoberfläche
des Substrats 61 gebildet, das sie eine Störstellenkonzentration
von ungefähr 1 × 1016 cm–3 und eine Dicke von 10 μm
aufweist.
-
Anschließend
wird, wie in 15C gezeigt, beispielsweise
ein LTO-Film 80 abgeschieden. Anschließend wird
der LTO-Film 80 über Bereichen, in denen die p-leitenden
Basisbereiche 63 zu bilden sind, durch mittels Photolithographie
geöffnet. Anschließend werden Al-Ionen unter Verwendung
des LTO-Films 80 als Maske in den Oberflächenbereich der
n-leitenden Driftschicht 62 implantiert. Anschließend
wird der LTO-Film 80, wie in 15D gezeigt, entfernt
und für 30 Minuten eine Wärmebehandlung zur Aktivierung
bei einer Temperatur von 1600°C ausgeführt, um
die p-leitenden Basisbereiche 63 mit beispielsweise einer
Störstellenkonzentration von ungefähr 1 × 1019 cm–3 und
einer Tiefe von 0.7 μm zu bilden.
-
Anschließend
wird die Kanalepitaxialschicht 64 mit einer Konzentration
von beispielsweise ungefähr 1 × 1016 cm–3 und einer Filmdicke (Tiefe) von
0.3 μm, wie in 16A gezeigt,
durch epitaxiales Wachstum über den p-leitenden Basisbereichen 63 gebildet.
-
Anschließend
wird beispielsweise ein LTO-Film 81, wie in 16B gezeigt, abgeschieden und über den
Bereichen, in welchen die Kontaktbereiche 65 zu bilden
sind, mittels Photolithographie geöffnet. Anschließend
werden Al-Ionen unter Verwendung des LTO-Films 81 als Maske
implantiert.
-
Auf
eine Entfernung des LTO-Films 81 folgend wird beispielsweise
ein LTO-Film 82 abgeschieden, um die Substratoberfläche
zu schützen. Anschließend werden P-Ionen, wie
in 16C gezeigt, über die Rückseitenoberfläche
des Substrats 61 implantiert.
-
Auf
eine Entfernung des LTO-Films 82 folgend wird beispielsweise
ein LTO-Film 83 angeschieden und, wie in 17A gezeigt, über den Bereichen, in denen
die n+-leitenden Source-Bereiche 66 und 67 zu
bilden sind, mittels Photolithographie geöffnet geöffnet.
Anschließend werden P-Ionen als n-leitende Störstellen
implantiert.
-
Anschließend
wird der LTO-Film 83, wie in 17B gezeigt,
entfernt und für 30 Minuten eine Wärmebehandlung
zur Aktivierung bei einer Temperatur von beispielsweise von 1600°C
ausgeführt, um so die implantierten p-leitenden und n-leitenden
Störstellen zu aktivieren. Auf diese Weise werden die Kontaktbereiche 65 und
die n+-leitenden Source-Bereiche 66 und 67 gebildet.
-
Anschließend
wird der Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms ausgeführt,
um den Gate-Oxidfilm 68, wie in 17C gezeigt,
zu bilden. Insbesondere wird der Gate-Oxidfilm 68 mittels
einer Gate-Oxidation in Übereinstimmung mit einem pyrogen
Verfahren unter Verwendung einer feuchten Atmosphäre gebildet.
Hierbei wird die Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur
bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms in Übereinstimmung mit
dem in der 4 gezeigten Diagramm der ersten Ausführungsform
ausgeführt.
-
D.
h., von einer Raumtemperatur bis auf eine Temperatur von 1080°C
wird eine Stickstoff-(N2)-Atmosphäre
aufrechterhalten und eine Temperatur mit einem Temperaturgradienten
von 10°C/min erhöht. Wenn die Temperatur von 1080°C
erreicht wird, wird die Stickstoffatmosphäre zur feuchten
(H2O) Atmosphäre gewechselt und
die Temperatur für 25 Minuten gehalten, wodurch der Gate-Oxidfilm 68 mit
einer Dicke von beispielsweise 110 nm gebildet wird. Anschließend
wird die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
verringert, während die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten
wird. Hierbei wird die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten,
bis die Temperatur einen Wert von kleiner oder gleich 600°C erreicht.
-
Auf
diese Weise wird die feuchte Atmosphäre während
der Temperaturverringerungsperiode bei dem Schritt zum Bilden des
Gate-Oxidfilms aufrechterhalten. Dies führt dazu, dass
die Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 68 und
der Kanalepitaxialschicht 64, welche den Kanalbereich bildet,
derart strukturiert ist, dass Dangling Bonds jeweils mit einem H-
oder OH-Element abgeschlossen werden.
-
Anschließend
wird eine polykristalline Siliciumschicht, die mit n-leitenden Störstellen
dotiert ist, wie in 18A gezeigt, bei einer Temperatur
von 600°C auf die Oberfläche des Gate-Oxidfilms 68 abgeschieden
und anschließend unter Verwen dung eines nicht gezeigten
Photolacks derart gemustert, dass das Gate 69 gebildet
wird.
-
Ferner
wird, wie in 18b gezeigt, eine Oxidation
zur Abrundung der Oberfläche des Gates 69 ausgeführt.
Die Oxidation (Nassoxidation) wird beispielsweise für 120
Minuten bei einer Temperatur von 850°C in einer feuchten
Atmosphäre ausgeführt, um einen Oxidfilm 69a auf
der Oberfläche des Gates 69 zu bilden und die
Oberfläche des Gates 69 abzurunden.
-
Hierbei
wird die Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur
für die Nassoxidation in Übereinstimmung mit dem
in der 7 gezeigten Diagramm der zweiten Ausführungsform
ausgeführt, um die feuchte Atmosphäre aufrechtzuerhalten,
solange die Temperatur nicht unter die Abschlussdesorptionstemperatur
fällt. In diesem Fall sind die Wechseltemperatur von der
Stickstoffatmosphäre zur feuchte Atmosphäre während
der Temperaturerhöhungsperiode und die Wechseltemperatur
von der feuchten Atmosphäre zur Stickstoffatmosphäre
während der Temperaturverringerungsperiode jeweils auf
eine Temperatur von 600°C gesetzt. Auf diese Weise kann die
Desorption von H oder OH von den Dangling Bonds an der Grenzfläche
zwischen dem Gate-Oxidfilm 68 und der Kanalepitaxialschicht 64 verhindert werden.
-
Anschließend
wird der Zwischenschichtisolierfilm 70, wie in 18C gezeigt, abgeschieden. Der Zwischenschichtisolierfilm 70 wird
beispielsweise gebildet, indem ein BPSG-Film mit Hilfe eines Plasma-CVD-Verfahrens
bei einer Temperatur von 420°C abgeschieden und anschließend
für 10 Minuten ein Reflow-Prozess bei einer Temperatur
von 950°C in einer feuchten Atmosphäre ausgeführt
wird. Die Steuerung einer Atmosphäre und einer Temperatur
für die Nassoxidation wird hierbei in Übereinstimmung
mit dem in der 9 gezeigten Diagramm der dritten
Ausführungsform ausgeführt, um die feuchte Atmosphäre
aufrechtzuerhalten, solange die Temperatur die Abschlussdesorptionstemperatur
bei dem Reflow-Prozess für den Zwischenschichtisolierfilm 70 nicht
unterschreitet. Auf diese Weise kann die Desorption von H oder OH
von den Dangling Bonds an der Grenzfläche zwischen dem
Gate-Oxidfilm 68 und der Kanalepitaxialschicht 64 verhindert
werden.
-
Anschließend
wird der Zwischenschichtisolierfilm 70, wie in 19A gezeigt, derart gemustert, dass das bis zu
den Kontaktbereichen 65 und den n+-leitenden
Source-Bereichen 66 und 67 reichende Kontaktloch 71 in
sowohl dem Zwischenschichtisolierfilm 70 als auch dem Gate-Oxidfilm 68 gebildet wird.
-
Anschließend
wird, wie in 19B bezeigt, ein Ni-Film abgeschieden,
um die Kontaktlöcher 71 zu füllen, und
anschließend derart gemustert, dass die Kontaktabschnitte 72a der
verschiedenen Source-Elektroden 72 gebildet werden. Anschließend wird
die aus Ni bestehende Drain-Elektrode 74, wie in 19C gezeigt, derart auf der Rückseitenoberfläche
des Substrats 61 gebildet, dass sie an den Drain-Kontaktbereich 73 grenzt.
-
Anschließend
wird ein Wärmebehandlungsprozess bei einer Temperatur von
kleiner oder gleich 650°C in einer Ar-Atmosphäre
ausgeführt, um galvanisch leitende Verbindungen zu den
Kontaktabschnitten 72a und der Drain-Elektrode 74 herzustellen.
Da sowohl die Kontaktbereiche 65 als auch die n+-leitenden Source-Bereiche 66 und 67 gemäß obiger
Beschreibung eine hohe Konzentration aufweisen, können
hierbei auch dann zufriedenstellende galvanisch leitende Verbindungen
zu den verschiedenen Elektroden 72 hergestellt werden,
wenn eine Wärmebehandlung mit einer hohen Temperatur oder
dergleichen nicht ausgeführt wird.
-
Wenn
die Wärmebehandlung jedoch in einer Wasserstoffatmosphäre
ausgeführt wird, kann die Wärmebehandlung bei
einer Temperatur von größer oder gleich 650°C
ausgeführt werden. Wenn die Wasserstoffatmosphäre
auf diese Weise verwendet wird, kann der Wärmebehandlungsprozess
auch bei einer Temperatur von beispielsweise 1000°C ausgeführt
werden. Hierdurch wird die Desorption von H oder OH von den Dangling
Bonds an der Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 68 und
der Kanalepitaxialschicht 64 unterdrückt und kann
der Kontaktwiderstand verringert werden.
-
Durch
Bilden des bis zum Gate 69 reichenden Kontaktlochs (nicht
gezeigt) in dem Zwischenschichtisolierfilm 70 unter Verwendung
eines Photolacks (nicht gezeigt) und anschließender Bildung
der aus Al bestehenden Verdrahtungselektrode 72b werden
die Source-Elektroden 72 gebildet, so dass der in der 14 gezeigte
planare MOSFET fertig gestellt ist.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Fertigung des planaren
MOSFET wird die Temperatur während der Temperaturverringerungsperiode
bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms gemäß obiger
Beschreibung auf einen Pegel verringert, der kleiner oder gleich
der Abschlussdesorptionstemperatur ist, während die feuchte
Atmosphäre aufrechterhalten wird. Hierdurch können
die Dangling Bonds an der Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 68 und
der Kanalepitaxialschicht 64 jeweils mit einem H- oder
OH-Element abgeschlossen werden. Hierdurch kann die Grenzflächenzustandsdichte
verringert und ein planarer MOSFET mit einer hohen Kanalbeweglichkeit
bereitgestellt werden.
-
Ferner
wird die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten, solange die
Temperatur bei der Oxidation zur Abrundung des Gates 69 nicht
unter die Abschlussdesorptionstemperatur fällt. Auf diese
Weise kann die Desorption von H oder OH von den Dangling Bonds an
der Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 68 und
der Kanalepitaxialschicht 64 verhindert werden.
-
Ferner
wird die feuchte Atmosphäre aufrechterhalten, solange die
Temperatur bei dem Reflow-Prozess für den Zwischenschichtisolierfilm 70 nicht
unter die Abschlussdesorptionstemperatur fällt. Auf diese
Weise kann die Desorption von H oder OH von den Dangling Bonds an
der Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 68 und
der Kanalepitaxialschicht 64 verhindert werden.
-
Folglich
kann eine Erhöhung der Grenzflächenzustandsdichte
auch dann, wenn eine Wärmebehandlung, wie bei der vorliegenden
Ausführungsform, auf den Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms folgend
bei einer hohen Temperatur ausgeführt wird, verhindert
werden, indem die feuchte Atmosphäre hergestellt wird,
wenn die Temperatur die Abschlussdesorptionstemperatur nicht unterschreitet.
-
(Weitere Ausführungsformen)
-
- (1) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
wurde ein Beispiel aufgezeigt, bei welchem die Gate-Oxidfilme 6, 38 und 68 mittels Nassoxidation
gebildet werden. Wenn die Dangling Bonds an den Grenzflächen
zwischen den Gate-Oxidfilmen 6, 38 und 68 und
der p-leitenden Basisschicht 2 und der Kanalepitaxialschicht 34 und 64 jeweils
mit einem H- oder OH-Element abgeschlossen werden sollen, reicht
es jedoch aus, wenn die feuchte oder die Wasserstoffatmosphäre
wenigstens während der Temperaturverringerungsperiode bei
dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms aufrechtzuerhalten.
-
Folglich
kann die Gate-Oxidfilme 6, 38 und 68 unter
Anwendung eines von der Nassoxidation verschiedenen Verfahrens gebildet
werden, kann die Atmosphäre nur während der Temperaturverringerungsperiode
zur feuchten Atmosphäre gewechselt werden und können
die Dangling Bonds an den Grenzflächen zwischen dem SiC
und den Gate-Oxidfilmen 6, 38 und 68 während
der Temperaturverringerungsperiode mit H oder OH abgeschlossen werden.
-
Der
Gate-Oxidfilm kann beispielsweise in geeigneter Weise gebildet werden,
indem eine Oxidation in einer trocknen Atmosphäre, einer
N2O-Atmosphäre, einer NO-Atmosphäre,
einer Ozonatmosphäre, einer Atmosphäre mit H2O-Radikalen oder dergleichen gebildet werden,
oder indem LTO, TEOS, HTO oder dergleichen mit Hilfe eines CVD-Verfahrens
oder dergleichen abgeschieden wird, die Atmosphäre während
der anschließenden Temperaturverringerungsperiode zur feuchten
Atmosphäre gewechselt wird, indem H2O
in eine Kammer eingeleitet wird, um den Gate-Oxidfilm zu bilden,
und die Temperatur auf einen Pegel verringert wird, der kleiner oder
gleich der Abschlussdesorptionstemperatur ist. Wenn der Gate-Oxidfilm
auf diese Weise mit Hilfe des mit einer Abscheidung kombinierten
Verfahrens gebildet werden kann, kann der Gate-Oxidfilm auch mit
Hilfe eines Verfahrens dicker ausgebildet werden, das mit einer
Wärmebehandlung bei einer geringen Temperatur in einer
feuchten Atmosphäre bei geringer Oxidationsrate kombiniert
wird. Ferner können dann, wenn die Dicke des thermisch
oxidierten Films verringert wird, eine Verformung bzw. Verzerrung
an der Grenzfläche und ebenso die Grenzflächenzustandsdichte
verringert werden.
-
Obgleich
vorstehend das Beispiel aufgezeigt wurde, bei welchem der Gate-Isolierfilm
aus dem Oxidfilm aufgebaut ist, wenn dieses Verfahren angewandt
wird, kann der Gate-Isolierfilm ebenso aus einem Isolierfilm eines
anderen Typs aufgebaut sein. Der Gate-Isolierfilm kann beispielsweise
aus HfO2, HfSiON, HfAlO, Al2O3, Ta2O5,
Si3N4 oder dergleichen aufgebaut
sein.
- (2) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
wurde ein Beispiel aufgezeigt, bei welchem die feuchte Atmosphäre
bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms während der
Temperaturverringerungsperiode hergestellt wird. Es ist jedoch ferner
möglich, einen Wärmebehandlungsprozess zur Verbesserung
der Eigenschaften unter Verwendung einer feuchten Atmosphäre oder
einer Wasserstoffatmosphäre auf den Schritt zum Bilden
des Gate-Oxidfilms folgend auszuführen.
-
Ein
Wärmebehandlungsprozess kann beispielsweise auf den wie
folgt ausgeführten in der 3A gezeigten
Schritt der ersten Ausführungsform folgend fortlaufend
unter Verwendung einer feuchten Atmosphäre ausgeführt
werden. 20 zeigt ein Diagramm zur Steuerung
einer Atmosphäre und einer Temperatur bei dem Wärmebehandlungsprozess
unter Verwendung der feuchten Atmosphäre.
-
So
wird beispielsweise ein HTO-Film abgeschieden, um den Gate-Oxidfilm 6 zu
bilden, indem beispielsweise ein CVD-System oder dergleichen verwendet
und ein N2O- und SiH4-Gas
bei einer Temperatur von 800°C zugeführt werden.
Anschließend wird der Wärmebehandlungsprozess
unter Verwendung der feuchten Atmosphäre ausgeführt.
-
D.
h., von einer Raumtemperatur bis auf eine Temperatur von 1080°C
wird eine Stickstoff-(N2)-Atmosphäre
aufrechterhalten und die Temperatur mit einem Temperaturgradienten
von 10°C/min erhöht. Wenn die Temperatur von 1080°C
erreicht wird, wird die Stickstoffatomsphäre zur feuchten
(H2O) Atmosphäre gewechselt und
die Temperatur für 10 Minuten gehalten, wodurch der Wärmebehandlungsprozess ausgeführt
wird. Anschließend wird die Temperatur mit einem Temperaturgradienten
von 10°C/min verringert, während die feuchte Atmosphäre
aufrechterhalten wird. Hierbei wird die feuchte Atmosphäre
aufrechterhalten, bis sich die Temperatur auf einen Wert von kleiner
oder gleich 600°C verringert hat.
-
Auf
diese Weise wird der Wärmebehandlungsprozess auf den Schritt
zum Bilden des Gate-Oxidfilms folgend ausgeführt und die
feuchte Atmosphäre während der Temperaturverringerungsperiode
bei dem Wärmebehandlungsprozess aufrechterhalten. Auf diese
Weise können die Dangling Bonds an der Grenzfläche
zwischen dem Gate-Oxidfilm 6 und der p-leitenden Basisschicht 2,
welche den Kanalbereich bildet, jeweils mit einem H- oder OH-Element
abgeschlossen werden.
-
Hierdurch
können die gleichen Effekte wie bei jeder der vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen erzielt werden. Wenn der
Wärmebehandlungsprozess auf diese Weise auf den Schritt zum
Bilden des Gate-Oxidfilms folgend ausgeführt wird, kann
der Gate-Oxidfilm ebenso durch ein von der Nassoxidation verschiedenes
Verfahren oder der Gate-Isolierfilm alternativ aus einem Isolierfilm
eines anderen Typs und keinem Oxidfilm gebildet werden.
-
Solch
ein Wärmebehandlungsprozess ist ebenso wirksam, wenn er
auf das Bilden des Gate-Oxidfilms 6, 38 oder 68 unter
Verwendung der feuchten Atmosphäre folgend ausgeführt
wird, um die Eigenschaften weiter zu verbessern.
- (3)
Obgleich die feuchte Atmosphäre während der Temperaturverringerungsperiode
bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms fortlaufend bis zum
Erreichen der Temperatur von 600°C aufrechterhalten wird,
ist es ausreichend, die feuchte Atmosphäre in einem Temperaturbereich
aufrechtzuerhalten, der wenigstens einen Abschlussdesorptionstemperaturbereich
enthält.
-
Bei
dem in der 3A gezeigten Schritt der ersten
Ausführungsform kann die Steuerung einer Atmosphäre
und einer Temperatur beispielsweise in Übereinstimmung
mit dem in der 21 gezeigten Diagramm ausgeführt
werden.
-
D.
h., von einer Raumtemperatur bis auf eine Temperatur von 1300°C
wird eine Stickstoffatmosphäre aufrechterhalten und die
Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
erhöht. Wenn die Temperatur von 1300°C erreicht
wird, wird die Stickstoffatmosphäre zu einer N2O-Atmosphäre
(mit N2 verdünnt) gewechselt und
für 25 Minuten eine Oxidation ausgeführt, um den
Gate-Oxidfilm 6 zu bilden.
-
Anschließend
wird die Stickstoffatmosphäre wiederhergestellt und die
Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 10°C/min
verringert. Wenn eine Temperatur von 1000°C erreicht wird,
wird die Stickstoffatmosphäre zur feuchten Atmosphäre
gewechselt und die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von
10°C/min verringert, bis sie einen Wert von kleiner oder
gleich 600°C erreicht, während die feuchte Atmosphäre
aufrechterhalten wird. Wenn die Temperatur von 600°C erreicht
wird, wird die Stickstoffatmosphäre wiederhergestellt und
die Temperatur bis auf die Raumtemperatur verringert.
-
Wenn
die feuchte Atmosphäre während der Temperaturverringerungsperiode
bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms in dem Temperaturbereich,
der wenigstens die Abschlussdesorptionstemperatur enthält,
aufrechterhalten wird, können die Dangling Bonds an der
Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm 6 und der
p-leitenden Basisschicht 2, welche den Kanalbereich bildet,
jeweils mit einem H- oder OH-Element abgeschlossen werden.
-
Wenn
die N2O-Atmosphäre auf diese Weise verwendet
wird, können die Dangling Bonds an der Grenzfläche
zwischen dem Gate-Oxidfilm 6 und der p-leitenden Basisschicht 2,
welche den Kanalbereich bildet, ebenso nicht nur mit einem H- oder
OH-Element, sondern auch mit einem N-Element abgeschlossen werden.
Hierdurch kann die Grenzflächenzustandsdichte weiter verringert
und die Kanalbeweglichkeit weiter verbessert werden. Dies gilt nicht nur
für die Gate-Oxidation, die unter Verwendung der N2O-Atmosphäre ausgeführt
wird, sondern ebenso für eine Gate-Oxidation, die unter
Verwendung einer NO-Atmosphäre ausgeführt wird,
wodurch die Grenzflächenzustandsdichte weiter verringert
werden kann.
- (4) Bei jeder der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen wird die feuchte Atmosphäre
mit Hilfe des pyrogenen Verfahrens hergestellt. Es ist jedoch ferner
möglich, die feuchte Atmosphäre mit Hilfe eines
Blasenbildungsverfahrens unter Verwendung von Wasserdampf herzustellen.
- (5) In jeder der zweiten bis fünften Ausführungsform
wurde eine Kombination aus dem Verfahren, bei welchem die feuchte
Atmosphäre während der Temperaturverringerungsperiode
bei dem Schritt zum Bilden des Gate-Oxidfilms hergestellt wird, und
dem Verfahren, bei welchem der Wärmebehandlungsprozess,
der Reflow-Prozess oder dergleichen in der feuchten oder der Wasserstoffatmosphäre
ausgeführt werden, aufgezeigt. Diese Verfahren müssen
jedoch nicht kombiniert werden. Die vorstehend beschriebenen Effekte
sind auch dann, wenn jedes der Verfahren einzeln angewandt wird,
erzielbar.
- (6) Die obigen Ausführungsformen beschreiben den lateralen
MOSFET eines Inversionstyps, den lateralen MOSFET eines Anreicherungstyps
und den planaren MOSFET als Beispiele für die Halbleitervorrichtung
mit einer MOS-Struktur. Diese dienen jedoch nur als Beispiele für
die Halbleitervorrichtung mit der MOS-Struktur. Die vorliegende Erfindung
kann ferner auf beispielsweise einen IGBT mit einer MOS-Struktur
und einen Trench-Gate-MOSFET angewandt werden. Bei dem Trench-Gate-MOSFET
wird eine Rille bzw. Vertiefung mit einer senkrechten Seitenwand
in einer C-Oberfläche mit einer (000-1)-Orientierung eines
Substrats gebildet. Die Seitenwand des Grabens wird derart als Kanaloberfläche
verwendet, dass die Kanaloberfläche der Oberfläche
mit der (000-1)-Orientierung entspricht, die eine hohe Kanalbeweglichkeit
aufweist. Auf diese Weise wird der eine hohe Kanalbeweglichkeit
aufweisende MOSFET erhalten. Die vorliegende Erfindung ist auf jede
Halbleitervorrichtung mit einer MOS Struktur anwendbar, bei der
eine Kanaloberfläche derart einer C-Oberfläche
mit einer (000-1)-Orientierung entspricht, dass die Vorrichtung
eine hohe Kanalbeweglichkeit aufweist.
- (7) Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
ist es nicht erforderlich, dass die feuchte oder die Wasserstoffatmosphäre
bei 100% liegt. Die feuchte oder die Wasserstoffatmosphäre
kann mit einem anderen Gas verdünnt werden.
- (8) Wenn die Orientierung eines Kristalls beschrieben bzw. aufgezeigt
wird, sollte ein Balken eigentlich über einer gewünschten
Zahl angeordnet sein. Aufgrund von Einschränkungen der
Darstellung bei einer elektronischen Einreichung wird bei der vorliegenden
Anmeldung jedoch angenommen, dass ein Balken vor einer gewünschten Zahl
angeordnet ist.
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Vorstehend
wurden die folgenden Ausgestaltungen offenbart.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung
mit einer MOS-Struktur auf: ein Substrat, das aus Siliciumcarbid
besteht und eine Hauptoberfläche aufweist; einen Kanalbereich,
der aus Siliciumcarbid besteht und im Substrat angeordnet ist, wobei
der Kanalbereich einen Strompfad als Kanal bereitstellt; einen ersten
Störstellenbereich, der auf einer Stromaufwärtsseite
des Strompfads angeordnet ist, und einen zweiten Störstellenbereich,
der auf einer Stromabwärtsseite des Strompfads angeordnet ist;
einen Gate-Isolierfilm, der auf einer Oberfläche des Kanalbereichs
angeordnet ist; und ein Gate, das auf dem Gate-Isolierfilm angeordnet
ist. Der Kanal des Kanalbereichs für einen Stromfluss zwischen dem
ersten Störstellenbereich und dem zweiten Störstellenbereich
wird durch eine an das Gate gelegte Spannung gesteuert. Eine Grenzfläche
zwischen dem Kanalbereich und dem Gate-Isolierfilm weist eine Wasserstoffkonzentration
von größer oder gleich 4.7 × 1020 cm–3 auf,
und die Grenzfläche stellt eine Kanaloberfläche
bereit, die eine Oberfläche mit einer (000-1)-Orientierung
aufweist.
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Wenn
das Substrat mit der (000-1)-C-Fläche als deren Hauptoberfläche
verwendet wird, das Dangling Bond an der Grenzfläche zwischen
dem Kanalbereich und dem Gate-Isolierfilm mit H oder OH abgeschlossen
wird und die Wasserstoffkonzentration an der Grenzfläche
auf einen hohen Wert von größer oder gleich 4.7 × 1020 cm–3 eingestellt
wird, verringert sich die Grenzflächenzustandsdichte und
kann eine Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung mit einer hohen Kanalbeweglichkeit
bereitgestellt werden.
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Alternativ
kann die Grenzfläche zwischen dem Kanalbereich und dem
Gate-Isolierfilm ein Dangling Bond aufweisen, das mit einem H-Atom oder
einer OH-Gruppe abgeschlossen ist. Alternativ kann das Dangling
Bond an der Grenzfläche ferner mit einem Stickstoffatom
abgeschlossen sein. Ferner kann die Grenzfläche zwischen
dem Kanalbereich und dem Gate-Isolierfilm ein Dangling Bond aufweist, das
wenigstens entweder mit einem H-Atom, einem H2-Molekül,
einem Deuteriumatom oder einem Deuteriummolekül abgeschlossen
ist, und weist das wenigstens eine der das Dangling Bond abschließenden
Elemente H-Atom, H2-Molekül, Deuteriumatom und
Deuteriummolekül einen Desorptionsbetragshöchstwert
in einem Temperaturbereich zwischen 650 und 850°C auf.
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Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren
zur Fertigung einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung mit einer
MOS-Struktur die Schritte auf: Vorbereiten eines Substrats, das
aus Siliciumcarbid besteht und eine Hauptoberfläche aufweist;
Bilden eines Kanalbereichs aus Siliciumcarbid auf dem Substrat,
wobei der Kanalbereich einen Strompfad als Kanal bereitstellt; Bilden
eines ersten Störstellenbereichs auf einer Stromaufwärtsseite
des Strompfads und eines zweiten Störstellenbereichs auf
einer Stromabwärtsseite des Strompfads; Bilden eines Gate-Isolierfilms auf
einer Oberfläche des Kanalbereiches; Bilden eines Gates
auf dem Gate-Isolierfilm; und Ausführen einer Wärmebehandlung.
Der Kanal des Kanalbereichs für einen Stromfluss zwischen
dem ersten Störstellenbereich und dem zweiten Störstellenbereich
wird durch eine an das Gate gelegte Spannung gesteuert. Das Ausführen
der Wärmebehandlung beinhaltet die folgenden Schritte:
Verringern einer Temperatur in einen Bereich zwischen 650 und 850°C; und
Aufrechterhalten einer feuchten oder einer Wasserstoffatmosphäre
fortlaufend bei der Verringerung der Temperatur. Die Grenzfläche
stellt eine Kanaloberfläche bereit, die eine Oberfläche
mit einer (000-1)-Orientierung aufweist.
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Wenn
die feuchte oder die Wasserstoffatmosphäre fortlaufend
bei der Verringerung der Temperatur aufrechterhalten wird, wird
das Dangling Bond an einer Grenzfläche zwischen dem Gate-Isolierfilm
und dem Kanalbereich mit dem H-Atom oder der OH-Gruppe abgeschlossen.
Auf diese Weise wird die Grenzflächenzustandsdichte verringert
und kann eine Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung mit einer hohen
Kanalbeweglichkeit bereitgestellt werden.
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Alternativ
kann das Ausführen der Wärmebehandlung ein Bilden
des Gate-Isolierfilms beim Bilden des Gate-Isolierfilms ermöglichen
und wird das Aufrechterhalten der feuchten oder der Wasserstoffatmosphäre
bei der Verringerung der Temperatur beim Bilden des Gate-Isolierfilms
ausgeführt. Ferner kann das Aufrechterhalten der feuchten
oder der Wasserstoffatmosphäre ausgeführt werden,
bis die Temperatur beim Bilden des Gate-Isolierfilms einen Wert
von kleiner oder gleich 650°C erreicht. Ferner kann das
Aufrechterhalten der feuchten oder der Wasserstoffatmosphäre
ausgeführt werden, bis die Temperatur beim Bilden des Gate-Isolierfilms
einen Wert von kleiner oder gleich 600°C erreicht. Ferner kann
das Bilden des Gate- Isolierfilms zusätzlich ein Erhöhen
der Temperatur in der feuchten Atmosphäre derart auf einen
Wert von größer oder gleich 850°C beinhalten,
dass durch eine Nassoxidation ein Gate-Oxidfilm als der Gate-Isolierfilm
gebildet wird. Ferner kann die feuchte Atmosphäre beim
Bilden des Gate-Isolierfilms auf die Erhöhung der Temperatur folgend
bei der Verringerung der Temperatur aufrechterhalten werden.
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Alternativ
kann der Gate-Isolierfilm beim Bilden des Gate-Isolierfilms mit
Hilfe eines von der Nassoxidation in der feuchten Atmosphäre
verschiedenen Verfahrens gebildet werden. Ferner kann der Gate-Isolierfilm
derart durch eine Oxidation in einer N2O
Atmosphäre oder einer NO-Atmosphäre gebildet werden,
dass ein Gate-Oxidfilm als der Gate-Isolierfilm gebildet wird.
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Alternativ
kann das Bilden des Gate-Isolierfilms ferner ein Abscheiden eines
LTO-, TEOS- oder HTO-Films als Teil des Gate-Isolierfilms beinhalten.
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Alternativ
kann das Bilden des Gate-Isolierfilms ferner ein Aufrechterhalten
der Temperatur auf einer vorbestimmten Temperatur in einem Bereich zwischen
650 und 850°C für eine vorbestimmte Zeitspanne
bei der Verringerung der Temperatur beinhalten.
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Alternativ
kann das Ausführen der Wärmebehandlung als Wärmebehandlungsprozess
zur Verbesserung der Eigenschaften der Grenzfläche zwischen
dem Gate-Isolierfilm und dem Kanalbereich auf das Bilden des Gate-Isolierfilms
folgend ausgeführt werden. Ferner kann das Aufrechterhalten
der feuchten oder der Wasserstoffatomsphäre bei der Verringerung
der Temperatur des Wärmebehandlungsprozesses in einen Temperaturbereich
zwischen 650 und 850°C ausgeführt werden. Ferner kann
das Aufrechterhalten der feuchten oder der Wasserstoffatmosphäre
bei der Verringerung der Temperatur des Wärmebehandlungsprozesses
ausgeführt werden, bis die Temperatur einen Wert von kleiner
oder gleich 600°C erreicht. Ferner kann das Aufrechterhalten
der feuchten oder der Wasserstoffatomsphäre bei sowohl
einem Temperaturerhöhungsschritt als auch einem Temperaturverringerungsschritt
des Wärmebehandlungsprozesses ausgeführt werden,
wenn die Temperatur größer oder gleich 650°C
ist. Ferner kann der Wärmebehandlungsprozess bei der Verringerung
der Temperatur des Wärmebehandlungsprozesses ferner ein
Aufrechterhalten der Temperatur auf einer vorbestimmten Temperatur
in einem Bereich zwischen 650 und 850°C für eine
vorbestimmte Zeitspanne beinhalten.
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Alternativ
kann das Aufrechterhalten der feuchten oder der Wasserstoffatmosphäre
auf das Bilden des Gate-Isolierfilms folgend ausgeführt
werden, wenn die Temperatur größer oder gleich
650°C ist. Ferner kann das Verfahren wenigstens entweder eine
Abrundungsoxidation, einen Reflow-Prozess oder eine Elektrodenwärmebehandlung
beinhalten. Die Abrundungsoxidation dient dazu, eine Oberfläche
des Gates abzurunden. Der Reflow-Prozess dient dazu, einen Zwischenschichtisolierfilm
wieder aufzuschmelzen. Die Elektrodenwärmebehandlung dient
dazu, eine Elektrode einer Wärmebehandlung zu unterziehen.
Das Aufrecherhalten der feuchten oder der Wasserstoffatmosphäre
wird auf das Bilden des Gate-Isolierfilms folgend ausgeführt,
wenn die Temperatur größer oder gleich 650°C
ist.
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Alternativ
können alle Schritte auf das Bilden des Gate-Isolierfilms
folgend bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 650°C
ausgeführt werden.
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Alternativ
kann das Verfahren ferner aufweisen: eine Wärmebehandlung
bei einer vorbestimmten Temperatur von kleiner oder gleich 650°C
in einer von der feuchten Atmosphäre verschiedenen Atmosphäre
auf die Ausführung der Wärmebehandlung folgend.
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Alternativ
kann die Hauptoberfläche des Substrats eine Fläche
mit einer (000-1)-Orientierung sein.
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Alternativ
kann die Hauptoberfläche des Substrats (1, 31, 61)
eine Fläche sein, die senkrecht zu einer Fläche
mit einer (000-1)-Orientierung verläuft. Das Substrat weist
ferner einen Graben mit einer Seitenwand auf, die durch die Fläche
mit der (000-1)-Orientierung bereitgestellt wird, und der Gate-Isolierfilm
wird derart in dem Graben angeordnet, dass ein Trench-Gate-MOSFET
gebildet wird.
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Alternativ
kann bei dem fortlaufenden Aufrechterhalten der feuchten oder Wasserstoffatmosphäre
ein Dangling Bond an einer Grenzfläche zwischen dem Gate- Isolierfilm
und dem Kanalbereich mit einem H-Atom oder einer OH-Gruppe abgeschlossen
werden.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben
wurde, sollte wahrgenommen werden, dass sie nicht auf diese beschränkt
ist, sondern auf verschiedene Weisen ausgestaltet werden kann, ohne
ihren Schutzumfang zu verlassen, so wie er in den beigefügten
Ansprüchen dargelegt ist.
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Vorstehend
wurden eine SiC-Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zu deren
Fertigung offenbart.
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Eine
SiC-Halbleitervorrichtung mit einer MOS-Struktur weist auf: ein
SiC-Substrat (1, 31, 61); einen Kanalbereich
(2, 34, 64), der einen Strompfad bereitstellt;
einen ersten Störstellenbereich (4, 36, 66, 67),
der auf einer Stromaufwärtsseite des Strompfads angeordnet
ist, und einen zweiten Störstellenbereich (5, 37, 73),
der auf einer Stromabwärtsseite des Strompfads angeordnet
ist; einen Gate-Isolierfilm (3, 38, 68),
der auf einer Oberfläche des Kanalbereichs angeordnet ist;
und ein Gate (7, 35, 65), das über
den Gate-Isolierfilm auf dem Kanalbereich angeordnet ist. Der Kanalbereich
für einen Stromfluss zwischen dem ersten und dem zweiten
Störstellenbereich wird durch eine an das Gate gelegte
Spannung gesteuert. Eine Grenzfläche zwischen dem Kanalbereich
und dem Gate-Isolierfilm weist eine Wasserstoffkonzentration von
größer oder gleich 4.7 × 1020 cm–3 auf. Die Grenzfläche
stellt eine Kanaloberfläche bereit, die eine Oberfläche
mit einer (000-1)-Orientierung aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2003-69012 [0002, 0004]
- - US 6764963 [0002]