SiC半导体元件的制造方法及SiC金属氧化物半导体场效应晶体管技术

SiC半导体元件的制造方法包括：在富Si气氛下，在1000℃～1350℃的温度范围内用H2气体对SiC衬底(1)的表面进行蚀刻的步骤；利用化学气相沉积法在不使SiC衬底(1)氧化的温度下将SiO2膜(2)沉积在SiC衬底(1)上的步骤；以及在1150℃～1350℃的温度范围内，在NO气体气氛下对已沉积有SiO2膜(2)的SiC衬底(1)进行热处理的步骤。的步骤。的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SiC半导体元件的制造方法及SiC金属氧化物半导体场效应晶体管


[0001]本专利技术涉及一种SiC(碳化硅)半导体元件的制造方法及SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

技术介绍

[0002]就使用了SiC衬底的MOS型晶体管(SiCMOSFET)而言，当通过热氧化将SiO2膜(栅极绝缘膜)形成在SiC衬底的表面上时，存在SiO2膜与SiC衬底的界面的缺陷密度非常高的问题。如果界面缺陷密度高，则不能充分地得到SiCMOSFET的沟道迁移率等特性。
[0003]作为降低界面缺陷密度的方法，在专利文献1中公开了如下方法：将Si薄膜沉积在SiC衬底的表面上，然后使Si薄膜氧化而形成SiO2膜，来代替通过热氧化将SiO2膜直接形成在SiC衬底的表面上。
[0004]此外，在非专利文献1中公开了如下方法：在通过热氧化将SiO2膜形成在SiC衬底的表面上之后，再在NO(一氧化氮)气体气氛中进行热处理，将SiO2膜与SiC衬底的界面氮化(界面氮化)。
[0005]然而，上述方法虽然能够降低SiO2膜与SiC衬底的界面的缺陷密度，但界面缺陷密度依然很高，这大大限制了SiCMOSFET的特性。此外，通过NO热处理将SiO2膜与SiC衬底的界面氮化的方法不仅会将界面氮化，还会将界面氧化，因此有时无法充分地降低界面的缺陷密度。
[0006]作为降低界面缺陷密度的其他方法，在非专利文献2中公开了如下方法：用高温H2气体对SiC衬底的表面进行了蚀刻后，再将SiO2膜形成在SiC衬底上，然后在高温N2气体气氛中对已形成有SiO2膜的SiC衬底进行热处理。此处，SiO2膜是在将Si薄膜沉积在SiC衬底上之后，再在不使SiC衬底氧化的温度下对该Si薄膜进行热氧化而形成的。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本公开专利公报特开平11－067757号公报
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1：G.Y.Chung et al.,IEEE Electron Device Lett.,vol.22,176(2001)
[0012]非专利文献2：T.Kobayashi et al.，Appl.Phys.Express，vol.13，091003(2020)

技术实现思路

[0013]－专利技术要解决的技术问题－
[0014]根据非专利文献2中公开的方法，能够大幅度地降低SiO2膜与SiC衬底的界面的缺陷密度，但在利用该方法将由SiO2膜构成的栅极绝缘膜形成在SiC衬底上而形成SiCMOSFET的情况下，虽然能够得到高沟道迁移率，但容易具有阈值电压为负的常开(normally
‑
on)特
性。
[0015]本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其主要目的在于：提供一种SiC半导体元件的制造方法，通过该方法能够实现具有高沟道迁移率和常关(normally
‑
off)特性的SiCMOSFET。
[0016]－用以解决技术问题的技术方案－
[0017]本专利技术所涉及的SiC半导体元件的制造方法包括：在富Si气氛下，在1000℃～1350℃的温度范围内用H2气体对SiC衬底的表面进行蚀刻的步骤；利用化学气相沉积法(CVD法)在不使SiC衬底氧化的温度下将SiO2膜沉积在SiC衬底上的步骤；以及在1150℃～1350℃的温度范围内，在NO气体气氛下对已沉积有SiO2膜的SiC衬底进行热处理的步骤。
[0018]－专利技术的效果－
[0019]根据本专利技术，能够提供一种SiC半导体元件的制造方法，通过该方法能够实现具有高沟道迁移率和常关特性的SiCMOSFET。
附图说明
[0020]图1(A)～(C)是示出本专利技术的一实施方式中的SiC半导体元件的制造方法的图；
[0021]图2是示出SiO2膜与SiC衬底的界面的缺陷密度的曲线图；
[0022]图3是示出n沟道MOSFET的结构的剖视图；
[0023]图4是示出n沟道MOSFET的漏极电流－栅极电压特性的曲线图；
[0024]图5是示出n沟道MOSFET的沟道迁移率的曲线图；
[0025]图6是示出在SiO2膜中、以及SiO2膜/SiC衬底界面的氮原子密度的曲线图；
[0026]图7是示出SiO2膜中的氮原子密度与SiC衬底/SiO2膜界面的有效固定电荷密度之间的相关关系的曲线图；
[0027]图8是示出沟道迁移率对NO热处理温度的依赖性的曲线图；
[0028]图9是示出沟道迁移率对氢蚀刻温度的依赖性的曲线图；
[0029]图10是示出沟道迁移率对p型外延生长层的受主密度的依赖性的曲线图。
具体实施方式
[0030]以下，基于附图对本专利技术的实施方式详细地进行说明。需要说明的是，本专利技术并不局限于以下实施方式。此外，能够在不脱离产生本专利技术效果的范围内，适当地加以改变。
[0031]图1(A)～(C)是示出本专利技术的一实施方式的SiC半导体元件的制造方法的图。
[0032]如图1(A)所示，在富Si气氛下，用高温H2气体对SiC衬底1的表面进行蚀刻。此时，在SiC衬底1上形成数层(一到三层)的极薄Si膜。添加微量的SiH4气体来进行高温H2气体蚀刻，例如能够在H2流量5000sccm、SiH4流量0.2sccm、温度1300℃、压力13kPa、时间15分钟的条件下进行高温H2气体蚀刻。优选在1000℃～1350℃的温度范围内进行用高温H2气体进行的蚀刻。但是，最佳的气体流量、压力、时间依赖于实施本处理的装置。如果代替SiH4而使用SiH2Cl2、SiH3Cl等含有Si的气体将数层的极薄Si膜形成在SiC衬底上，则能够得到相同的效果。
[0033]作为SiC衬底1，能够使用在SiC衬底1上形成有SiC外延层(未图示)的衬底。需要说明的是，当将MOSFET制作在SiC外延层上时，优选在对SiC外延层的表面进行氧化后去除氧化膜。
[0034]接着，如图1(B)所示，利用等离子体CVD法将SiO2膜2沉积在SiC衬底1上。只要在不使SiC衬底1氧化的温度下进行SiO2膜2的沉积即可，例如能够在TEOS(四乙氧基硅烷)流量0.3sccm、O2流量450sccm、温度400℃、压力43Pa、高频功率100W、时间30分钟的条件下进行。优选在300℃～450℃的温度范围内进行SiO2膜2的沉积。
[0035]需要说明的是，也可以采用热CVD法进行SiO2膜2的沉积。在此情况下，只要在SiH4流量5sccm、N2O流量300sccm、N2流量3000sccm、温度720℃、压力15kPa、时间4分钟的条件下进行SiO2膜2的沉积即可。
[0036]接着，如图1(C)所示，在NO气体气氛中对已沉积有SiO2膜2的SiC衬底1进行热处理。例如在NO流量300sccm、N2流量2700sccm、温度1250本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种SiC半导体元件的制造方法，其特征在于：包括：在富Si气氛下，在1000℃～1350℃的温度范围内用H2气体对SiC衬底的表面进行蚀刻的步骤(A)；利用化学气相沉积法在不使所述SiC衬底氧化的温度下将SiO2膜沉积在所述SiC衬底上的步骤(B)；以及在1150℃～1350℃的温度范围内，在NO气体气氛中对已沉积有所述SiO2膜的所述SiC衬底进行热处理的步骤(C)。2.根据权利要求1所述的SiC半导体元件的制造方法，其特征在于：在所述步骤(A)中，在所述SiC衬底的表面上形成一层到三层的Si层。3.根据权利要求1所述的SiC半导体元件的制造方法，其特征在于：在已向H2气体中添加了SiH4气体的气氛中或在已向H2气体中添加了含有Si原子的气体的气氛中，执行所述步骤(A)。4.根据权利要求1所述的SiC半导体元件的制造方法，其特征在于：该SiC半导体元件的制造方法还包括：在所述步骤(A)之前，在已对所述SiC衬底进行了牺牲氧化之后，再通过蚀刻去除形成在所述SiC衬底的表面上的氧化膜的步骤。5.根据权利要求1所述的SiC半导体元件的制造方法，其特征在于：所述Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：木本恒畅，立木馨大，
申请(专利权)人：国立大学法人京都大学，
类型：发明
国别省市：