半導体装置および半導体装置の製造方法
【課題】ＳｉＣ基板上に、通常のシリコン酸化膜形成技術によってゲート絶縁膜を形成した場合、良好な電気的な特性を持つゲート酸化膜が得られない。
【解決手段】ＳｉＣ基板上におけるゲート絶縁膜中の炭素含有量を減少させることによって、ヒステリシスが小さく、高耐圧の膜を得ることができた。このため、プラズマ処理装置を用いて、ＳｉＣ基板上にシリコン酸化膜を形成した後、窒素原子を含むラジカルに、形成されたシリコン酸化膜を曝して改質を行うことにより、電気的特性の優れたゲート絶縁膜を得ることができた。
【解決手段】ＳｉＣ基板上におけるゲート絶縁膜中の炭素含有量を減少させることによって、ヒステリシスが小さく、高耐圧の膜を得ることができた。このため、プラズマ処理装置を用いて、ＳｉＣ基板上にシリコン酸化膜を形成した後、窒素原子を含むラジカルに、形成されたシリコン酸化膜を曝して改質を行うことにより、電気的特性の優れたゲート絶縁膜を得ることができた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特にＳｉＣを主成分とする半導体領域上にゲート絶縁膜を有する半導体装置およびかかる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスとして現在広く使われているのは、Ｓｉ（シリコン）を用いたＭＯＳデバイスであるが、パワーデバイスとして用いるには、耐圧が低いという欠点がある。耐圧を増加させるにはドリフト領域を長くしかつその濃度を下げる手段がとられるが、それにも上げられる耐圧には限度があるし、またそれによってＯＮ抵抗が高くなるという問題がある。そのためシリコンを用いたＩＧＢＴが商用化されているが、スイッチング速度が遅いという問題がある。そのため、シリコンに比べて約１０倍の耐圧を有するＳｉＣが注目されている。オン抵抗も、同一耐圧で比較すればＳｉデバイスの１００〜５００分の一であり、また熱伝導率もＳｉＣはＳｉの約３．３倍であるから高温動作デバイスとしても優れている。特許文献１（ＷＯ９７／３９４７６）には、高パワーデバイス・高温デバイス・耐環境性デバイスなどの半導体素子に応用可能なＳｉＣ素子及びその製造方法について開示されている。
【０００３】
ＳｉＣを用いてＭＯＳ（金属／絶縁膜／ＳｉＣ）構造のトランジスタを実現する場合に、そのゲート絶縁膜には、低リーク電流特性、低界面準位密度、高耐圧性など、様々な高性能電気特性および高信頼性特性が要求される。
【０００４】
これらの要求を満たすゲート絶縁膜形成技術を確立しようと、従来は、酸素分子や水分子を使用した約１２００℃程度以上の熱酸化、ウェット酸化技術が用いられてきた。
【０００５】
従来、このような熱酸化、ウェット酸化技術を使用してＳｉＣ表面にシリコン酸化膜を形成した場合、シリコン表面のシリコン酸化膜に比べて界面準位密度が著しく高いことからチャネル抵抗が大きくなってしまい、高移動度の高性能ＳｉＣ ＭＯＳトランジスタの実現が阻害されていた。すなわち、ＳｉＣは六方晶であり、シリコンの（１００）面に相当する面は存在せず、従来の熱処理による方法で絶縁膜を形成した場合、界面準位が著しく大きいものしか得られない。
【０００６】
こうした、従来の熱酸化工程における課題を解決しようとして様々なプロセスが試みられている。なかでも、特許文献２（特開２００４−３１９９０７）記載の技術では、プラズマ中に不活性ガスと酸素気体分子を導入して、大きな準安定準位を有する不活性ガスに酸素分子の原子状化を効率的に行わせることで、原子状酸素Ｏラジカルによるシリコン表面の酸化を行っている。この技術はシリコンにおいては、不活性ガスのクリプトン（Ｋｒ）と酸素（Ｏ）混合ガスにマイクロ波を照射し、ＫｒとＯ２混合プラズマを発生させ原子状酸素Ｏラジカルを大量に生成して４００℃程度の温度でシリコンの酸化を行い、従来の熱酸化に匹敵する低リーク電流特性、低界面準位密度、高耐圧を実現している。また、この酸化技術によれば（１００）面以外のほかの面方位を有するシリコン表面にも高品質な酸化膜が得られる。
【０００７】
【特許文献１】国際公開 ＷＯ９７／３９４７６
【特許文献２】特開 ２００４−３１９９０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、こうしたマイクロ波励起プラズマによるＳｉＣ表面のシリコン酸化膜形成技術では、従来の熱酸化、ウェット酸化技術で形成したシリコン酸化膜と比べて良好な電気的特性を得ることができなかった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、ＳｉＣを主成分とする半導体領域上に低界面準位密度のゲート絶縁膜を有する半導体装置を提供することにある。
【００１０】
本発明者等は、マイクロ波励起プラズマによるＳｉＣ表面のシリコン酸化膜形成技術では、良好な電気的特性を得ることができない理由を解明し、その結果、本発明を達成するに至った。以下にまず、当該理由について説明する。
【００１１】
図１は、ＳｉＣ表面を直接ラジカル酸化したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの高周波ＣＶ特性を示す。ゲート絶縁膜の形成条件は、後に説明するプラズマ処理装置を用い、３１０．５／１６．３ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２混合ガスを導入し、基板の温度を４００℃、処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定したまま、マイクロ波を供給し、ＳｉＣ表面を酸素（Ｏ）ラジカルにより直接酸化して厚さ９ｎｍのシリコン酸化膜界面を形成した。その後、2段シャワープレート型マイクロ波励起高密度プラズマ装置でＣＶＤ酸化膜を堆積した。これは、膜をＣ−Ｖ特性測定に耐える厚さにするためである。
【００１２】
成膜条件はＫｒ／Ｏ２混合ガスを４００／８０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガスを０．２ｓｃｃｍ導入する。処理室内の温度は４００℃、圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）で行った。膜厚は２５．６ｎｍである。図１を参照するに、ＣＶ特性は正の方向に大きくシフトしており、しかもヒステリシスが存在する。このことは、ゲート絶縁膜中に１０１２／ｃｍ以上という非常に大量の界面固定電荷密度、界面準位密度が存在していることを示している。
【００１３】
図２はＳｉＣ表面を上記のように直接ラジカル酸化した絶縁膜中に存在する炭素の深さ方向分布をＳＩＭＳ分析により測定した結果を示す。測定条件は、Ｃｓイオン、加速電圧０．７５ｋＶで測定した。図２を参照するに、多量の炭素が絶縁膜中に残留していることが分かる。この残留炭素が負の電荷として働くことにより、ＣＶ特性の劣化に影響を及ぼしていると考えられる。
【００１４】
そこで、本発明者等は、ＳｉＣ表面を直接酸窒化して酸窒化膜を形成し、さらにその膜をアニールすることでゲート絶縁膜の特性が改善されるかどうか実験を行った。図３は、その結果を示すもので、ＳｉＣ表面を直接酸窒化してアニールしたゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの高周波ＣＶ特性である、ゲート絶縁膜の形成条件は、後に説明するプラズマ処理装置を用い、１０００／３０／０.００１ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを導入し、基板の温度を６００℃、処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定したままマイクロ波を供給し、ＳｉＣ表面を酸素（Ｏ）ラジカルおよびＮＯラジカルにより直接酸窒化して厚さ３ｎｍのシリコン酸窒化膜を形成した。その後、膜をＣ−Ｖ特性測定に耐える厚さにするため、2段シャワープレート型マイクロ波励起高密度プラズマ装置でＣＶＤ酸化膜を堆積した。成膜条件はＫｒ／Ｏ２混合ガスを４００／８０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガスを０．２ｓｃｃｍ導入する。処理室内の温度は室温、圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）で行った。膜厚はＥＯＴで、図３のグラフ（ａ）で示すものが１４．５ｎｍ、グラフ（ｂ）で示すものが３０．４ｎｍ、グラフ（ｃ）で示すものが３０．０ｎｍ、である。図３のグラフ（ａ）で示すものは、上記のようにして得た膜をＡｒ雰囲気中１０００℃でアニールしたもの、グラフ（ｂ）で示すものは、Ａｒ雰囲気中１１００℃でアニールしたもの、グラフ（ｃ）で示すものは、Ａｒ／Ｏ２雰囲気中１１００℃でアニールしたものである。
【００１５】
図３を参照するに、ＣＶ特性のＶｆｂシフトは改善されたものの、ヒステリシスについては改善がみられない。図４には、上記の各絶縁膜中に存在する炭素の深さ方向濃度を測定した結果を示す。図４（ａ）が図３のグラフ（ａ）で示す膜であり、炭素を５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含有している。図４（ｂ）が図３のグラフ（ｂ）で示す膜であり、炭素量は減少しているものの、依然１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含有している。図４（ｃ）が図３のグラフ（ｃ）で示す膜であり、炭素量はさらに減少しているものの、依然１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を越える量が残留している。結局、上記の方法でも、ＣＶ特性の劣化が改善されないことが判明した。
【００１６】
また、ＳｉＣ表面に単にＣＶＤ膜を形成するだけでは、形成温度等によってＣＶＤ膜に１×１０２0ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を越える炭素が含まれてしまうことも判明した。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による、ＳｉＣを主成分とする半導体領域上にゲート絶縁膜を有する半導体装置は、ゲート絶縁膜の炭素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする。特に前記ゲート絶縁膜の界面固定電荷が１×１０１１ｃｍ−２以下、界面準位密度が１×１０１１ｃｍ−２以下であることを特徴とする。本発明によれば、ＳｉＣを主成分とする半導体領域上にゲート絶縁膜を有する半導体装置において、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルで改質された膜を含むようにしたことを特徴とする半導体装置が得られる。前記ゲート絶縁膜は、珪素、酸素および窒素を含むことが好ましい。
【００１８】
本発明によるゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質した膜であることも特徴とする。
【００１９】
前記窒素原子を含むラジカルは、窒素ラジカル、ＮＯラジカルおよびＮＨ３ラジカルの少なくとも一つを含む。
【００２０】
前記ゲート絶縁膜の厚さは５〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００２１】
前記ゲート絶縁膜上には、好ましくはゲート電極を有し、半導体領域には好ましくはソース領域およびドレイン領域を有する。
【００２２】
また、本発明によれば、ＳｉＣを主成分とする半導体領域表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記ＳｉＣを主成分とする半導体領域表面にシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の少なくとも一方からなる第１の膜を堆積する第１の工程と、前記第１の膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルに曝して前記第１の膜に窒素原子を導入する第２の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２３】
前記第２の工程は、前記第１の膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２４】
前記第１の膜はシリコン酸化物膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２５】
前記第１の膜はシリコン酸窒化物膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２６】
前記窒素原子を含むラジカルは、窒素ラジカル、ＮＯラジカルおよびＮＨ３ラジカルの少なくとも一つであることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２７】
前記第１の膜の厚さを５〜５０ｎｍとしたことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２８】
前記第２の工程は少なくとも窒素を含むガスからマイクロ波励起のプラズマで前記窒素原子を含むラジカルを形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２９】
前記第１の工程は、マイクロ波励起のプラズマを発生させる工程と、該プラズマに成膜用のガスを導入する工程と、それによってシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の少なくとも一方をＣＶＤで成膜する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００３０】
前記マイクロ波励起のプラズマは、下記の（ａ）乃至（ｄ）を有するプラズマ処理装置を用いて下記の処理室内に発生させることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００３１】
（ａ）前記ＳｉＣを主成分とする半導体領域を有する実質的に平らな被処理基板を保持する保持台。
【００３２】
（ｂ）前記保持台に対向するように設けられ、プラズマ励起ガスを処理室内に放出する複数のガス放出口を有する、前記被処理基板よりも面積の大きいシャワープレートであって、前記ガス放出口は該シャワープレートの、前記被処理基板よりも大きい面積の部分全体にわたって前記プラズマ励起ガスが処理室内の空間に前記面積にわたって実質的に均一に放出されるように設けられている、シャワープレート。
【００３３】
（ｃ）前記シャワープレートの保持台と反対側に設けられた誘電体板。
【００３４】
（ｄ）前記誘電体板の外側に設けられたアンテナ板であって、面積が前記シャワープレートの前記面積以上であって、マイクロ波を前記誘電体板と前記シャワープレートとを透過して、前記シャワープレートの前記面積の部分の処理室内の側の空間に前記面積にわたって実質的に均一に放射し、それによって、前記シャワープレートの前記面積の部分の処理室内の側の空間において、そこに放出された前記プラズマ励起ガスが前記マイクロ波を照射されて、前記面積にわたって実質的に均一にプラズマが発生するようにされている、アンテナ板。
【００３５】
前記アンテナ板は、好ましくは、同心円状に線形のスロットを配置したアンテナ板である。また前記窒素を含むガスは、好ましくは、窒素ガス、ＮＯガス、ＮＨ４ガス、ＮＦ３ガスの少なくとも一つである。また、前記窒素を含むガスは、好ましくは、窒素ガス、ＮＯガス、ＮＨ４ガス、ＮＦ３ガスの少なくとも一つである。
【００３６】
前記第２の工程は、好ましくは、前記窒素を含むガスおよび希ガスの少なくとも一方から前記マイクロ波励起のプラズマを発生する工程または、前記窒素を含むガス、希ガスおよび酸素ガスから前記マイクロ波励起のプラズマを発生する工程をさらに含む。
【００３７】
前記半導体領域にソース領域およびドレイン領域を形成する工程をさらに含むことも好ましい。
【００３８】
好ましくは、前記希ガスとして、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを含有する。例えば、酸素ガスとクリプトン（Ｋｒ）の組み合わせでは、成膜中の酸素ラジカルとクリプトン（Ｋｒ）が形成された酸化膜中に残り、絶縁膜としての特性（絶縁特性、界面特性）が向上する。
【００３９】
前記改変された絶縁膜中には窒素を含有する。窒素濃度が絶縁膜表面、絶縁膜とＳｉＣ界面において、絶縁膜中央部よりも増大するような濃度分布を含むことによって絶縁膜としての特性（絶縁特性、界面特性）が向上する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、界面準位密度の小さいゲート絶縁膜が得られ、トランジスタの高性能化、高信頼性が実現できる。また本発明によれば、あらゆる面方位に良好な絶縁膜形成が可能となる。その結果、界面準位の増大を抑制でき、優れたデバイス特性を有する半導体装置の製造が可能となる。本発明の半導体装置は、高い耐圧が要求されるパワーデバイスに特に適しており、デバイスの特性を劣化させることなく、絶縁膜の膜厚を約３０ｎｍや５０ｎｍの厚さにすることが可能となる。これは、プラズマＣＶＤによる膜堆積を行うので、絶縁膜としての膜厚を容易に増加させることが出来るためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を適用した好適な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４２】
まず図５を参照して、本発明に用いられるプラズマ処理装置１００の構成例を説明する。プラズマ処理装置１００は、被処理基板としてのＳｉＣ基板１１４を保持する基板保持台１１５が備えられた減圧容器１０１を有する。処理容器１０１内の気体（ガス）は排気ポート１１６から図示されない排気ポンプを介して排気される。なお、基板保持台１１５は、ＳｉＣ基板１１４を加熱するヒータ機能を有している。基板保持台１１５の周囲に排気を効率化する空間１０１Ａが設けられている。
【００４３】
容器１０１の上方には、基板保持台１１５上のＳｉＣ基板１１４に対応して開口部が設けられている。この開口部は、石英やＡｌ２Ｏ３からなる誘電体板１０２により塞がれている。誘電体板１０２の上部（処理容器１０１の外側）には、平面アンテナ１１０Ｃが配置されている。この平面アンテナ１１０Ｃには、導波管１１０Ａから供給されたマイクロ波を均一に放射するための複数の線状スロット１１０ａおよび１１０ｂが同心円上に形成されている（同図（ｂ）参照）。平面アンテナ１１０Ｃの更に上部（外側）には、波長短縮板１１０Ｂと導波管１１０Ａが配置されている。波長短縮板１１０Ｂの上部に図示しない冷却手段が配置されている。処理容器１０１内部のプラズマ処理室は、この図の例（２段シャワープレート構造）ではプラズマ発生空間１０１Ｂとプラズマ処理空間１０１Ｃとを含んでいる。なお、１段シャワープレート構造（図の構造から下段シャワープレート１１１およびその付帯部分を取り去ったもの）では、ＳｉＣ基板１１４の上はプラズマ空間兼プラズマ処理空間となる。
【００４４】
処理容器１０１の内部には、ＳｉＣ基板１１４に対向するように、保持台１１５と誘電体板１０２との間に、マイクロ波を透過するセラミック等の材料から成り多数のガス放出口１０７を備える上段シャワープレート１０３が配置されている。プラズマガス供給ポート１０５から導入されるプラズマ励起用ガスは、ガス供給通路１０６を介して誘電体板１０２と上段シャワープレート１０３との間の隙間へ導入され、そこから上段シャワープレート１０３のガス放出口１０７を経て、上段シャワープレート１０３下部のプラズマ発生空間１０１Ｂに均一に放出される。なお、図示しないガスフローコントローラが流量調整手段としてプラズマガス供給ポート１０５に接続されている。一方、プラズマを励起するための数ギガヘルツのマイクロ波は、図示されない電磁波発生器で発生され、この電磁波発生器で発生したマイクロ波が、導波管１１０Ａ、遅波板１１０Ｄを通って、平面アンテナ１１０Ｃにて均一に放射され、誘電体板１０２および上段シャワープレート１０３を透過して、プラズマ発生空間１０１Ｂに均一に照射され、そこに導入されているプラズマ励起ガスを励起する。この結果、プラズマ発生空間１０１Ｂに低電子温度の高密度プラズマが均一に発生する。１段シャワープレート構造では、このプラズマでＳｉＣ基板１１４表面が処理される。
【００４５】
図示の２段シャワープレート構造では、下段シャワープレート１１１がプラズマ発生空間１０１ＢとＳｉＣ基板１１４との間に設置されていて、そのメッシュ状のパイプ１１３（パイプ以外の構造でも良い）の間の開口部を経て、プラズマ発生空間１０１Ｂのプラズマがプラズマ処理空間１０１Ｃへ拡散し、そこでウエハ１１４表面へのプラズマ処理が行われる。下段シャワープレート１１１には、処理ガス供給ポート１１２から処理用のガスがパイプ１１３へ導入され、パイプ１１３に設けた多数の小孔（図示せず）から、プラズマ処理用ガスがプラズマ処理空間１０１Ｃへ放出される。
【００４６】
（第１の実施形態）
図６乃至図１０を参照して、本発明の第1の実施形態により、プラズマを用いた低温での酸化膜形成工程および酸化膜改質工程によってゲート絶縁膜を形成した半導体装置を説明する。本実施例においては、酸化膜形成工程に図５に示すラジアルラインスロットアンテナを用いた2段シャワープレート型プラズマ処理装置を使用する。
【００４７】
本実施形態においては、まず、図６に示すＳｉＣ基板１１４表面の未結合手を終端している水素を除去する。より具体的に説明すると、本実施形態では、次の酸化膜形成工程でプラズマ励起ガスとして使われるＫｒを使用し、図５の同一処理室内で連続して表面終端水素除去処理と酸化膜形成処理とを行う。
【００４８】
まず、図５のプラズマ処理装置１００において減圧容器１０１内を排気し、次に上段シャワープレート１０３から最初にＡｒガスを導入し、それをＫｒガスに切り替える。さらに、前記減圧容器１０１内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定する。
【００４９】
次に、図６に示されたＳｉＣ基板１１４を保持台１１５上に置く。ＳｉＣ基板１１４は、直前の前処理工程において希フッ酸洗浄が施され、その結果、表面のＳｉＣ未結合手が水素で終端されている。ＳｉＣ基板１１４としては表面がどの結晶構造、面方位のものを用いても構わない。
【００５０】
続いて、先に述べた方法でラジアルラインスロットアンテナ１１０ｃからマイクロ波を処理室１０１内のプラズマ発生空間１０１Ｂに導入する。導入されたマイクロ波はプラズマ発生空間１０１Ｂにシャワープレート１０３から導入されたＫｒガスを励起し、その結果、シャワープレート直下のプラズマ発生空間１０１Ｂに高密度のＫｒプラズマが均一に形成される。供給するマイクロ波の周波数が９００ＭＨｚ程度以上約１０ＧＨｚ程度以下の範囲にあれば、結果はほとんど同様のものとなる。
【００５１】
本実施形態では、ラジアルラインスロットアンテナ１１０Ｃを用いたプラズマ装置を用いて成膜した例を示しているが、他の方法を用いてマイクロ波を処理室内に導入してプラズマを励起してもよい。Ｋｒガスで励起されたプラズマはプラズマ処理空間１０１Ｃに拡散で移動し、保持台１１５上のＳｉＣ基板１１４は該プラズマに曝されて、その表面は低エネルギのＫｒイオン照射を受け、その表面終端水素が除去される。
【００５２】
次に、図５の上段シャワープレート１０３から４００／８０ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２混合ガスを導入する。同時に、下段シャワープレート１１１からＳｉＨ４ガスを０．２ｓｃｃｍ導入する。この際、処理室内の圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に維持しておく。温度は室温のままでよい。ＫｒガスとＯ２ガスが混合された高密度励起プラズマ中では、中間励起状態にあるＫｒラジカルとＯ２分子が衝突し、原子状酸素Ｏラジカルを効率よく大量に発生できる。
【００５３】
本実施例では、この原子状酸素ＯラジカルとＳｉＨ４ガスを用いたＣＶＤ反応により、前記ＳｉＣ基板１１４の表面上に図７に示すように約３０ｎｍ厚のシリコン酸化膜７１が堆積形成される。従来のＳｉＣ表面の熱酸化法では、Ｏ２分子やＨ２Ｏ分子により酸化が行われ、１，２００℃以上の極めて高い処理温度が必要であったが、本発明の原子状酸素Ｏラジカルによる酸化処理では、室温という非常に低い温度で酸化膜形成が可能である。
【００５４】
所望の膜厚のシリコン酸化膜７１が形成されたところでマイクロ波パワーの導入を一時停止しプラズマ励起を終了し、Ｏ２ガスとＳｉＨ４ガスの導入を停止する。さらに、処理室１０１内をＫｒでパージした後、上段シャワープレート１０３から１０００／３０／０．００１ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを導入し、処理室１０１内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に、ＳｉＣ基板１１４温度を６００℃に設定したまま、再びマイクロ波を供給し、処理室１０１内に高密度のプラズマを生成して、図８に示すようにシリコン酸化膜７１の膜質を改質し、結果として、図９に示すように酸窒化膜（ＳｉＯＮ）から成る絶縁膜８１とする。酸化膜の改質工程の処理時間は3分間とし、絶縁膜８１の膜厚はＥＯＴで約３０ｎｍとなった。
【００５５】
次に、改質された絶縁膜８１が形成されたところでマイクロ波パワーの導入を停止してプラズマ励起を終了し、さらにＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスをＡｒガスに置換して酸化膜改質工程を終了する。本工程の前後にＡｒガスを使用するのはＫｒより安価なガスをパージガスに使用するためである。本工程に使用されたＫｒガスは回収再利用する。その後、熱処理炉によりＡｒガス雰囲気において１，１００℃、3時間の熱処理を行う。
【００５６】
上記のゲート絶縁膜形成工程に続いて図１０に示すように、以上の工程で得られた酸窒化膜からなる絶縁膜８１をゲート絶縁膜とし、その上にゲート電極９１として多結晶シリコンを堆積し、さらにパターニング工程、イオン注入工程、保護膜形成工程、配線層形成工程、水素シンタ処理工程等を施すことにより、トランジスタやキャパシタを含む半導体集積回路を形成することができる。
【００５７】
なお、上記の説明では、プロセス簡略化のために、絶縁膜改質工程を絶縁膜形成工程と同じ図５の2段シャワープレート型プラズマ処理装置を用いたが、先に説明した１段シャワープレート型プラズマ処理装置を用いて絶縁膜改質工程を行ってよいのは勿論である。
【００５８】
図１１は上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの高周波ＣＶ特性を示す。比較としてＮＯガスを用いた表面処理を行っていないＣＶＤ酸化膜を有するＭＯＳキャパシタの特性を示す。
【００５９】
図１１を参照するに、本発明による絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタのＣＶ特性はほとんどシフトしておらず、ヒステリシス幅も小さく理想値に近い特性を示している。ＮＯガスを用いた表面処理を行っていないＣＶＤ酸化膜と比べてもＣＶ特性のシフト、ヒステリシス幅が小さくなっていることから絶縁膜改質工程によってゲート絶縁膜／ＳｉＣ界面特性が改善されていることが分かる。
【００６０】
図１２は上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタのＪＥ特性を示す。比較としてＮＯガスを用いた表面処理を行っていないＣＶＤ酸化膜を有するＭＯＳキャパシタとＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを用いてＳｉＣ表面を直接ラジカル酸窒化し、Ａｒガス雰囲気における１，１００℃で熱処理を行い、その後、ＣＶＤ酸化膜を堆積したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの特性を示す。
【００６１】
図１２を参照するに、ＳｉＣ表面を直接ラジカル酸窒化した絶縁膜の絶縁破壊電界は８ＭＶ／ｃｍに満たない。一方、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜では１２ＭＶ／ｃｍ以上まで改善された。
【００６２】
図１３は、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜−ＳｉＣ基板の炭素含有量を示す。図１３を参照するに、絶縁膜の炭素含有量は１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３よりも小さく、６×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の検出限界以下となっていることがわかる。またゲート絶縁膜のＳｉＣ界面近傍の部分においても、図２や図４の場合よりも遥かにシャープに炭素含有量が減少していることが確認された。
【００６３】
図１２および図１３から、ＳｉＣ表面を直接反応させ形成した絶縁膜よりも絶縁膜中に炭素の存在しないゲート絶縁膜のほうが、絶縁破壊電界においてより高耐圧となることが分かるが、図１４〜図１６を参照すると、本発明の絶縁膜の優位性が明確になる。
【００６４】
図１４は、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜の界面固定電荷(Oxide fixed charge)および界面準位密度(Interface trap density)を示す。比較としてＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを用いてＳｉＣ表面を直接ラジカル酸窒化し、Ａｒガス雰囲気における１，１００℃で熱処理を行い、その後ＣＶＤ酸化膜を堆積したゲート絶縁膜の特性と、ＮＯガスを用いた表面処理を行っていないＣＶＤ酸化膜の特性を示す。
【００６５】
図１４を参照すると、本発明によれば、界面固定電荷が２．２３×１０９ｃｍ−２、界面準位密度が３．３４×１０１０ｃｍ−２と劇的に低い数値となっており、それぞれ約１桁から２桁改善されていることがわかる。このように、本発明によって初めて、炭素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３で、界面固定電荷が１×１０１１ｃｍ−２以下、界面準位密度も１×１０１１ｃｍ−２以下のゲート絶縁膜を有するＳｉＣデバイスが実現可能になった。炭素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、界面固定電荷を１×１０１１ｃｍ−２以下、界面準位密度も１×１０１１ｃｍ−２以下とすることは困難である。また、界面固定電荷が１×１０１１ｃｍ−２、界面準位密度が１×１０１１ｃｍ−２を超えると、ヒステリシスのほとんどない、高耐圧のＳｉＣデバイスを得ることは不可能であることが判明した。
【００６６】
図１５および図１６は、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜のストレス耐性を示す。比較として、図１４の場合と同じ２つの絶縁膜の特性を示した。図１５および図１６から、本発明のゲート絶縁膜の耐圧のストレス耐性も優れていることが分かる。
【００６７】
図１７は、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜（酸窒化膜）の窒素分布プロファイルを概略的に示す。図１７を参照するに、窒素は前記酸窒化膜の表面と、前記酸窒化膜と下地のＳｉＣ基板との界面に濃集する。その結果、前記酸窒化膜は全体としては酸窒化膜の組成を有していても、膜厚方向上の中心部は酸化膜に近い組成を有し、一方表面および、前記酸窒化膜とＳｉＣ基板との界面は窒化膜に近い組成を有することになる。
【００６８】
なお、上記の実施例では不活性ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）を用いたが、アルゴン（Ａｒ）またはキセノン（Ｘｅ）、またはそれらとの混合でもよい。特に、酸素ガスとクリプトン（Ｋｒ）の組み合わせが好ましい。これは、成膜中の酸素ラジカルとクリプトン（Ｋｒ）が形成された酸化膜中に残り、絶縁膜としての特性（絶縁特性、界面特性）が向上するためである。
【００６９】
また、上記の実施例では、ＳｉＯ２をＰＥＣＶＤで形成し、それをＫｒと酸素とＮＯとの混合ガスのプラズマで改質してＳｉＯＮ膜を得ているが、ＮＯガスの代わりにアンモニアガスまたは窒素ガス、あるいはそれらの混合ガスを用いても良い。また、ＰＥＣＶＤで形成したＳｉＯ２を、不活性ガスと窒素ガスまたはアンモニアガスとの混合ガスのプラズマで改質してもよいし、不活性ガスと窒素ガスと水素ガスとの混合ガスのプラズマで改質してもよい。ＮＨ３ラジカルで改質すればＳｉＯＮ膜を得ることが出来、Ｎラジカルで改質すれば表面がＳｉＯＮ膜に変換したＳｉＯ２膜が得られる。不活性ガスを用いずに窒素ガスでプラズマを発生させてもよい。また、ＰＥＣＶＤでＳｉＯＮ膜を形成し、それを不活性ガスと窒素原子を含むガスとの混合ガスのプラズマで改質してもよい。いずれにしても、得られたＳｉＯＮ膜は、炭素含有量の少ない、ヒステリシスが小さくＶｂｆシフトの少ない高耐圧の膜を得ることができる。
【００７０】
（第２の実施形態）
次に、上述したプラズマを用いた低温での酸窒化膜の形成技術を使用した本発明の第２の実施形態による半導体素子について図１８〜図２０に示す概略断面構造図を用いて説明する。
【００７１】
図２０を参照するに、前記半導体素子はＳｉＣ基板２００上に形成されており、ＳｉＣ基板２００はどの結晶構造、面方位を用いても構わない。本例ではキャリア濃度が約１０１６ｃｍ−３の厚さ１５μｍのｎ型領域２０２をドリフト領域としてＳｉＣ基体２０１にエピタキシャル成長させたものをＳｉＣ基板２００として用いた。
【００７２】
前記ＳｉＣ基板２００上に形成されたゲート絶縁膜２０３と、チャンネル領域およびドリフト領域上に前記ゲート絶縁膜２０３を介して形成されたゲート電極２０４と、ゲート電極２０４を覆うように設けられた絶縁層２０５と、ｐ領域２０６、n＋ソース領域２０７、n−ドリフト領域２０２、n＋ドレイン領域２０１、ソース電極２０８、ドレイン電極２０９とから構成されている。前記ゲート絶縁膜２０３は第1の実施形態で説明したシリコン酸窒化膜形成方法により形成する。
【００７３】
図１８、１９は本実施形態の半導体素子の製造方法を段階的に説明するための概略断面図である。
【００７４】
図１８の工程において、前記ｐ領域２０６、前記n＋ソース領域２０７を形成する。ｐ領域２０６はＡｌ、n＋ソース領域２０７はＮを前記ＳｉＣ基板２００にイオン注入して形成する。本例ではＡｌはキャリア濃度が約１０１８ｃｍ−３、厚さが１μｍ、Ｎはキャリア濃度が約１０１９ｃｍ−３、厚さが０．３μｍとなるようにイオン注入する。シート抵抗低減のためイオン注入の際の基板の温度は５００℃以上に設定する。その後、Ａｒガスを導入し、１５００℃、６０分間活性化アニールを行う。
【００７５】
本実施形態においては、表面終端水素除去、酸窒化膜形成のためにＫｒをプラズマ励起ガスとして使用する。酸窒化膜形成装置は図５と同じである。
【００７６】
次に、図１９の工程において、前記ＳｉＣ基板２００表面を犠牲酸化した後、その犠牲酸化膜を除去し、希フッ酸洗浄によりＳｉＣ表面を水素終端する。さらに先の実施の形態１と同様にして、ゲート絶縁膜２０３を形成する。本例ではチャネル長を２μｍとする。
【００７７】
すなわち、先の実施形態１と同様に、真空容器（処理室）内を真空にし、前記上段シャワープレートから最初にＡｒガスを導入し、それをＫｒガスに切り替える。さらに、前記処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定する。
【００７８】
次に、ＳｉＣ基板２００を基板保持台に置く。同軸導波管からラジアルラインスロットアンテナにマイクロ波を供給し、前記マイクロ波を前記ラジアルラインスロットアンテナから誘電体板、上段シャワープレートを通して、前記処理室内に導入する。前記ＳｉＣ基板２００をＫｒガスで励起されたプラズマに曝すことにより、前記ＳｉＣ基板２００の表面は低エネルギのＫｒイオン照射を受け、その表面終端水素が除去される。
【００７９】
次に、前記上段シャワープレート〜から４００／８０ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２混合ガスを導入する。また、前記下段シャワープレートからＳｉＨ４ガスを０．２ｓｃｃｍ導入する。この際、処理室内の圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に維持しておく。所望の膜厚のシリコン酸化膜が形成されたところでマイクロ波パワーの導入を一時停止しプラズマ励起を終了し、Ｏ２ガスとＳｉＨ４ガスの導入を停止する。さらに処理室内をＫｒでパージした後、上段シャワープレートから１０００／３０／０．００１ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを導入し、処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定したまま、再びマイクロ波を供給し、前記処理室内に高密度のプラズマを生成して、前記シリコン酸化膜の膜質を改質し結果として酸窒化膜２０３とする。酸化膜の改質工程の処理時間は3分間とし、絶縁膜の膜厚は約３０ｎｍとする。次に、所望の膜質の絶縁膜が形成されたところでマイクロ波パワーの導入を停止してプラズマ励起を終了し、さらにＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスをＡｒガスに置換して酸化膜改質工程を終了する。その後、熱処理炉によりＡｒガス雰囲気において１，１００℃、3時間の熱処理を行う。
【００８０】
次に、図２０に示すように、多結晶シリコン層２０４を前記ゲート絶縁膜２０３の上に堆積する。膜厚は５００ｎｍとする。その後標準的な半導体工程に準拠して、多結晶シリコン層２０４を絶縁層２０５で覆うように形成すると共に、n＋ソース領域２０７上、n＋ドレイン領域２０１上にＡｌの蒸着により１μｍの厚さの電極２０８、２０９の形成などを行って素子を完成させる。
【００８１】
以上、本発明の実施の形態例及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
上記のように製造された半導体装置は、あらゆる面方位に良好な絶縁膜を備え、界面準位の増大を抑制でき、優れたデバイス特性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】ＳｉＣ表面を直接ラジカル酸化したゲート絶縁膜を有するＭＯＳトランジスタの高周波ＣＶ特性を示す図である。
【図２】ＳｉＣ表面を直接ラジカル酸化したゲート絶縁膜中に存在する炭素の深さ方向分布を示す図である。
【図３】ＳｉＣ表面を直接酸窒化した酸窒化膜をアニールすることによって得られたゲート酸化膜を有するＭＯＳトランジスタの高周波ＣＶ特性を示すグラフである。
【図４（ａ）】図３に示されたゲート酸化膜を有するＭＯＳトランジスタにおける炭素の深さ方向濃度を測定した結果を示すグラフである。
【図４（ｂ）】図３に示された他のゲート酸化膜を有するＭＯＳトランジスタにおける炭素の深さ方向濃度を測定した結果を示すグラフである。
【図４（ｃ）】図３に示された別のゲート酸化膜を有するＭＯＳトランジスタにおける炭素の深さ方向濃度を測定した結果を示すグラフである。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装置の製造に用いるプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図及びそれに使用された平面アンテナを示す平面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る酸化膜形成工程のＳｉＣ基板の準備工程を説明する図である。
【図７】ＳｉＣ基板にシリコン酸化膜を形成する工程を説明する図である。
【図８】シリコン酸化膜の膜質を改質する工程を説明する図である。
【図９】改質された絶縁膜を説明する図である。
【図１０】絶縁膜改質後に行われるゲート電極の形成工程を示す図である。
【図１１】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの特性を他の工程で得られたＭＯＳキャパシタの特性と比較して説明するグラフである。
【図１２】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタのＪＥ特性を他のＭＯＳキャパシタのＪＥ特性と比較して説明するグラフである。
【図１３】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜−ＳｉＣ基板の炭素含有量を示す図である。
【図１４】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜の界面固定電荷および界面準位密度を示す図である。
【図１５】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜のストレス耐圧を説明する図である。
【図１６】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜のブレークダウン特性を説明する図である。
【図１７】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜の窒素分布を説明する図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。
【図１９】図１８の工程の後に行われる工程を示す図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態によって得られた半導体素子の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ プラズマ処理装置
１０１ 減圧容器
１１４ ＳｉＣ基板
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ 空間
１０２ 誘電体板
１０３ 上段シャワープレート
１０５ プラズマガス供給ポート
１０６ ガス供給通路
１０７ ガス放出口
１１０Ｃ 平面アンテナ
１１０Ａ 導波管
１１０ａ、１１０ｃ 線状スロット
１１０Ｂ 波長短縮板
１１０Ｄ 遅波板
１１１ 下段シャワープレート
１１３ パイプ
１１５ 基板保持台
１１６ 排気ポート
７１ シリコン酸化膜
８１ 酸窒化膜
９１ ゲート電極
２００ ＳｉＣ基板
２０１ ＳｉＣ基体（ｎ＋ドレイン領域）
２０２ ｎ型領域
２０３ ゲート絶縁膜
２０４ ゲート電極
２０５ 絶縁層
２０６ ｐ型領域
２０７ ｎ＋ソース領域
２０８ ソース電極
２０９ ドレイン電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特にＳｉＣを主成分とする半導体領域上にゲート絶縁膜を有する半導体装置およびかかる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスとして現在広く使われているのは、Ｓｉ（シリコン）を用いたＭＯＳデバイスであるが、パワーデバイスとして用いるには、耐圧が低いという欠点がある。耐圧を増加させるにはドリフト領域を長くしかつその濃度を下げる手段がとられるが、それにも上げられる耐圧には限度があるし、またそれによってＯＮ抵抗が高くなるという問題がある。そのためシリコンを用いたＩＧＢＴが商用化されているが、スイッチング速度が遅いという問題がある。そのため、シリコンに比べて約１０倍の耐圧を有するＳｉＣが注目されている。オン抵抗も、同一耐圧で比較すればＳｉデバイスの１００〜５００分の一であり、また熱伝導率もＳｉＣはＳｉの約３．３倍であるから高温動作デバイスとしても優れている。特許文献１（ＷＯ９７／３９４７６）には、高パワーデバイス・高温デバイス・耐環境性デバイスなどの半導体素子に応用可能なＳｉＣ素子及びその製造方法について開示されている。
【０００３】
ＳｉＣを用いてＭＯＳ（金属／絶縁膜／ＳｉＣ）構造のトランジスタを実現する場合に、そのゲート絶縁膜には、低リーク電流特性、低界面準位密度、高耐圧性など、様々な高性能電気特性および高信頼性特性が要求される。
【０００４】
これらの要求を満たすゲート絶縁膜形成技術を確立しようと、従来は、酸素分子や水分子を使用した約１２００℃程度以上の熱酸化、ウェット酸化技術が用いられてきた。
【０００５】
従来、このような熱酸化、ウェット酸化技術を使用してＳｉＣ表面にシリコン酸化膜を形成した場合、シリコン表面のシリコン酸化膜に比べて界面準位密度が著しく高いことからチャネル抵抗が大きくなってしまい、高移動度の高性能ＳｉＣ ＭＯＳトランジスタの実現が阻害されていた。すなわち、ＳｉＣは六方晶であり、シリコンの（１００）面に相当する面は存在せず、従来の熱処理による方法で絶縁膜を形成した場合、界面準位が著しく大きいものしか得られない。
【０００６】
こうした、従来の熱酸化工程における課題を解決しようとして様々なプロセスが試みられている。なかでも、特許文献２（特開２００４−３１９９０７）記載の技術では、プラズマ中に不活性ガスと酸素気体分子を導入して、大きな準安定準位を有する不活性ガスに酸素分子の原子状化を効率的に行わせることで、原子状酸素Ｏラジカルによるシリコン表面の酸化を行っている。この技術はシリコンにおいては、不活性ガスのクリプトン（Ｋｒ）と酸素（Ｏ）混合ガスにマイクロ波を照射し、ＫｒとＯ２混合プラズマを発生させ原子状酸素Ｏラジカルを大量に生成して４００℃程度の温度でシリコンの酸化を行い、従来の熱酸化に匹敵する低リーク電流特性、低界面準位密度、高耐圧を実現している。また、この酸化技術によれば（１００）面以外のほかの面方位を有するシリコン表面にも高品質な酸化膜が得られる。
【０００７】
【特許文献１】国際公開 ＷＯ９７／３９４７６
【特許文献２】特開 ２００４−３１９９０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、こうしたマイクロ波励起プラズマによるＳｉＣ表面のシリコン酸化膜形成技術では、従来の熱酸化、ウェット酸化技術で形成したシリコン酸化膜と比べて良好な電気的特性を得ることができなかった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、ＳｉＣを主成分とする半導体領域上に低界面準位密度のゲート絶縁膜を有する半導体装置を提供することにある。
【００１０】
本発明者等は、マイクロ波励起プラズマによるＳｉＣ表面のシリコン酸化膜形成技術では、良好な電気的特性を得ることができない理由を解明し、その結果、本発明を達成するに至った。以下にまず、当該理由について説明する。
【００１１】
図１は、ＳｉＣ表面を直接ラジカル酸化したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの高周波ＣＶ特性を示す。ゲート絶縁膜の形成条件は、後に説明するプラズマ処理装置を用い、３１０．５／１６．３ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２混合ガスを導入し、基板の温度を４００℃、処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定したまま、マイクロ波を供給し、ＳｉＣ表面を酸素（Ｏ）ラジカルにより直接酸化して厚さ９ｎｍのシリコン酸化膜界面を形成した。その後、2段シャワープレート型マイクロ波励起高密度プラズマ装置でＣＶＤ酸化膜を堆積した。これは、膜をＣ−Ｖ特性測定に耐える厚さにするためである。
【００１２】
成膜条件はＫｒ／Ｏ２混合ガスを４００／８０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガスを０．２ｓｃｃｍ導入する。処理室内の温度は４００℃、圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）で行った。膜厚は２５．６ｎｍである。図１を参照するに、ＣＶ特性は正の方向に大きくシフトしており、しかもヒステリシスが存在する。このことは、ゲート絶縁膜中に１０１２／ｃｍ以上という非常に大量の界面固定電荷密度、界面準位密度が存在していることを示している。
【００１３】
図２はＳｉＣ表面を上記のように直接ラジカル酸化した絶縁膜中に存在する炭素の深さ方向分布をＳＩＭＳ分析により測定した結果を示す。測定条件は、Ｃｓイオン、加速電圧０．７５ｋＶで測定した。図２を参照するに、多量の炭素が絶縁膜中に残留していることが分かる。この残留炭素が負の電荷として働くことにより、ＣＶ特性の劣化に影響を及ぼしていると考えられる。
【００１４】
そこで、本発明者等は、ＳｉＣ表面を直接酸窒化して酸窒化膜を形成し、さらにその膜をアニールすることでゲート絶縁膜の特性が改善されるかどうか実験を行った。図３は、その結果を示すもので、ＳｉＣ表面を直接酸窒化してアニールしたゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの高周波ＣＶ特性である、ゲート絶縁膜の形成条件は、後に説明するプラズマ処理装置を用い、１０００／３０／０.００１ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを導入し、基板の温度を６００℃、処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定したままマイクロ波を供給し、ＳｉＣ表面を酸素（Ｏ）ラジカルおよびＮＯラジカルにより直接酸窒化して厚さ３ｎｍのシリコン酸窒化膜を形成した。その後、膜をＣ−Ｖ特性測定に耐える厚さにするため、2段シャワープレート型マイクロ波励起高密度プラズマ装置でＣＶＤ酸化膜を堆積した。成膜条件はＫｒ／Ｏ２混合ガスを４００／８０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガスを０．２ｓｃｃｍ導入する。処理室内の温度は室温、圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）で行った。膜厚はＥＯＴで、図３のグラフ（ａ）で示すものが１４．５ｎｍ、グラフ（ｂ）で示すものが３０．４ｎｍ、グラフ（ｃ）で示すものが３０．０ｎｍ、である。図３のグラフ（ａ）で示すものは、上記のようにして得た膜をＡｒ雰囲気中１０００℃でアニールしたもの、グラフ（ｂ）で示すものは、Ａｒ雰囲気中１１００℃でアニールしたもの、グラフ（ｃ）で示すものは、Ａｒ／Ｏ２雰囲気中１１００℃でアニールしたものである。
【００１５】
図３を参照するに、ＣＶ特性のＶｆｂシフトは改善されたものの、ヒステリシスについては改善がみられない。図４には、上記の各絶縁膜中に存在する炭素の深さ方向濃度を測定した結果を示す。図４（ａ）が図３のグラフ（ａ）で示す膜であり、炭素を５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含有している。図４（ｂ）が図３のグラフ（ｂ）で示す膜であり、炭素量は減少しているものの、依然１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含有している。図４（ｃ）が図３のグラフ（ｃ）で示す膜であり、炭素量はさらに減少しているものの、依然１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を越える量が残留している。結局、上記の方法でも、ＣＶ特性の劣化が改善されないことが判明した。
【００１６】
また、ＳｉＣ表面に単にＣＶＤ膜を形成するだけでは、形成温度等によってＣＶＤ膜に１×１０２0ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を越える炭素が含まれてしまうことも判明した。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による、ＳｉＣを主成分とする半導体領域上にゲート絶縁膜を有する半導体装置は、ゲート絶縁膜の炭素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする。特に前記ゲート絶縁膜の界面固定電荷が１×１０１１ｃｍ−２以下、界面準位密度が１×１０１１ｃｍ−２以下であることを特徴とする。本発明によれば、ＳｉＣを主成分とする半導体領域上にゲート絶縁膜を有する半導体装置において、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルで改質された膜を含むようにしたことを特徴とする半導体装置が得られる。前記ゲート絶縁膜は、珪素、酸素および窒素を含むことが好ましい。
【００１８】
本発明によるゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質した膜であることも特徴とする。
【００１９】
前記窒素原子を含むラジカルは、窒素ラジカル、ＮＯラジカルおよびＮＨ３ラジカルの少なくとも一つを含む。
【００２０】
前記ゲート絶縁膜の厚さは５〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００２１】
前記ゲート絶縁膜上には、好ましくはゲート電極を有し、半導体領域には好ましくはソース領域およびドレイン領域を有する。
【００２２】
また、本発明によれば、ＳｉＣを主成分とする半導体領域表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記ＳｉＣを主成分とする半導体領域表面にシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の少なくとも一方からなる第１の膜を堆積する第１の工程と、前記第１の膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルに曝して前記第１の膜に窒素原子を導入する第２の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２３】
前記第２の工程は、前記第１の膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２４】
前記第１の膜はシリコン酸化物膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２５】
前記第１の膜はシリコン酸窒化物膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２６】
前記窒素原子を含むラジカルは、窒素ラジカル、ＮＯラジカルおよびＮＨ３ラジカルの少なくとも一つであることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２７】
前記第１の膜の厚さを５〜５０ｎｍとしたことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２８】
前記第２の工程は少なくとも窒素を含むガスからマイクロ波励起のプラズマで前記窒素原子を含むラジカルを形成する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００２９】
前記第１の工程は、マイクロ波励起のプラズマを発生させる工程と、該プラズマに成膜用のガスを導入する工程と、それによってシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の少なくとも一方をＣＶＤで成膜する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００３０】
前記マイクロ波励起のプラズマは、下記の（ａ）乃至（ｄ）を有するプラズマ処理装置を用いて下記の処理室内に発生させることを特徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００３１】
（ａ）前記ＳｉＣを主成分とする半導体領域を有する実質的に平らな被処理基板を保持する保持台。
【００３２】
（ｂ）前記保持台に対向するように設けられ、プラズマ励起ガスを処理室内に放出する複数のガス放出口を有する、前記被処理基板よりも面積の大きいシャワープレートであって、前記ガス放出口は該シャワープレートの、前記被処理基板よりも大きい面積の部分全体にわたって前記プラズマ励起ガスが処理室内の空間に前記面積にわたって実質的に均一に放出されるように設けられている、シャワープレート。
【００３３】
（ｃ）前記シャワープレートの保持台と反対側に設けられた誘電体板。
【００３４】
（ｄ）前記誘電体板の外側に設けられたアンテナ板であって、面積が前記シャワープレートの前記面積以上であって、マイクロ波を前記誘電体板と前記シャワープレートとを透過して、前記シャワープレートの前記面積の部分の処理室内の側の空間に前記面積にわたって実質的に均一に放射し、それによって、前記シャワープレートの前記面積の部分の処理室内の側の空間において、そこに放出された前記プラズマ励起ガスが前記マイクロ波を照射されて、前記面積にわたって実質的に均一にプラズマが発生するようにされている、アンテナ板。
【００３５】
前記アンテナ板は、好ましくは、同心円状に線形のスロットを配置したアンテナ板である。また前記窒素を含むガスは、好ましくは、窒素ガス、ＮＯガス、ＮＨ４ガス、ＮＦ３ガスの少なくとも一つである。また、前記窒素を含むガスは、好ましくは、窒素ガス、ＮＯガス、ＮＨ４ガス、ＮＦ３ガスの少なくとも一つである。
【００３６】
前記第２の工程は、好ましくは、前記窒素を含むガスおよび希ガスの少なくとも一方から前記マイクロ波励起のプラズマを発生する工程または、前記窒素を含むガス、希ガスおよび酸素ガスから前記マイクロ波励起のプラズマを発生する工程をさらに含む。
【００３７】
前記半導体領域にソース領域およびドレイン領域を形成する工程をさらに含むことも好ましい。
【００３８】
好ましくは、前記希ガスとして、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）の少なくとも何れか１つを含有する。例えば、酸素ガスとクリプトン（Ｋｒ）の組み合わせでは、成膜中の酸素ラジカルとクリプトン（Ｋｒ）が形成された酸化膜中に残り、絶縁膜としての特性（絶縁特性、界面特性）が向上する。
【００３９】
前記改変された絶縁膜中には窒素を含有する。窒素濃度が絶縁膜表面、絶縁膜とＳｉＣ界面において、絶縁膜中央部よりも増大するような濃度分布を含むことによって絶縁膜としての特性（絶縁特性、界面特性）が向上する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、界面準位密度の小さいゲート絶縁膜が得られ、トランジスタの高性能化、高信頼性が実現できる。また本発明によれば、あらゆる面方位に良好な絶縁膜形成が可能となる。その結果、界面準位の増大を抑制でき、優れたデバイス特性を有する半導体装置の製造が可能となる。本発明の半導体装置は、高い耐圧が要求されるパワーデバイスに特に適しており、デバイスの特性を劣化させることなく、絶縁膜の膜厚を約３０ｎｍや５０ｎｍの厚さにすることが可能となる。これは、プラズマＣＶＤによる膜堆積を行うので、絶縁膜としての膜厚を容易に増加させることが出来るためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を適用した好適な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４２】
まず図５を参照して、本発明に用いられるプラズマ処理装置１００の構成例を説明する。プラズマ処理装置１００は、被処理基板としてのＳｉＣ基板１１４を保持する基板保持台１１５が備えられた減圧容器１０１を有する。処理容器１０１内の気体（ガス）は排気ポート１１６から図示されない排気ポンプを介して排気される。なお、基板保持台１１５は、ＳｉＣ基板１１４を加熱するヒータ機能を有している。基板保持台１１５の周囲に排気を効率化する空間１０１Ａが設けられている。
【００４３】
容器１０１の上方には、基板保持台１１５上のＳｉＣ基板１１４に対応して開口部が設けられている。この開口部は、石英やＡｌ２Ｏ３からなる誘電体板１０２により塞がれている。誘電体板１０２の上部（処理容器１０１の外側）には、平面アンテナ１１０Ｃが配置されている。この平面アンテナ１１０Ｃには、導波管１１０Ａから供給されたマイクロ波を均一に放射するための複数の線状スロット１１０ａおよび１１０ｂが同心円上に形成されている（同図（ｂ）参照）。平面アンテナ１１０Ｃの更に上部（外側）には、波長短縮板１１０Ｂと導波管１１０Ａが配置されている。波長短縮板１１０Ｂの上部に図示しない冷却手段が配置されている。処理容器１０１内部のプラズマ処理室は、この図の例（２段シャワープレート構造）ではプラズマ発生空間１０１Ｂとプラズマ処理空間１０１Ｃとを含んでいる。なお、１段シャワープレート構造（図の構造から下段シャワープレート１１１およびその付帯部分を取り去ったもの）では、ＳｉＣ基板１１４の上はプラズマ空間兼プラズマ処理空間となる。
【００４４】
処理容器１０１の内部には、ＳｉＣ基板１１４に対向するように、保持台１１５と誘電体板１０２との間に、マイクロ波を透過するセラミック等の材料から成り多数のガス放出口１０７を備える上段シャワープレート１０３が配置されている。プラズマガス供給ポート１０５から導入されるプラズマ励起用ガスは、ガス供給通路１０６を介して誘電体板１０２と上段シャワープレート１０３との間の隙間へ導入され、そこから上段シャワープレート１０３のガス放出口１０７を経て、上段シャワープレート１０３下部のプラズマ発生空間１０１Ｂに均一に放出される。なお、図示しないガスフローコントローラが流量調整手段としてプラズマガス供給ポート１０５に接続されている。一方、プラズマを励起するための数ギガヘルツのマイクロ波は、図示されない電磁波発生器で発生され、この電磁波発生器で発生したマイクロ波が、導波管１１０Ａ、遅波板１１０Ｄを通って、平面アンテナ１１０Ｃにて均一に放射され、誘電体板１０２および上段シャワープレート１０３を透過して、プラズマ発生空間１０１Ｂに均一に照射され、そこに導入されているプラズマ励起ガスを励起する。この結果、プラズマ発生空間１０１Ｂに低電子温度の高密度プラズマが均一に発生する。１段シャワープレート構造では、このプラズマでＳｉＣ基板１１４表面が処理される。
【００４５】
図示の２段シャワープレート構造では、下段シャワープレート１１１がプラズマ発生空間１０１ＢとＳｉＣ基板１１４との間に設置されていて、そのメッシュ状のパイプ１１３（パイプ以外の構造でも良い）の間の開口部を経て、プラズマ発生空間１０１Ｂのプラズマがプラズマ処理空間１０１Ｃへ拡散し、そこでウエハ１１４表面へのプラズマ処理が行われる。下段シャワープレート１１１には、処理ガス供給ポート１１２から処理用のガスがパイプ１１３へ導入され、パイプ１１３に設けた多数の小孔（図示せず）から、プラズマ処理用ガスがプラズマ処理空間１０１Ｃへ放出される。
【００４６】
（第１の実施形態）
図６乃至図１０を参照して、本発明の第1の実施形態により、プラズマを用いた低温での酸化膜形成工程および酸化膜改質工程によってゲート絶縁膜を形成した半導体装置を説明する。本実施例においては、酸化膜形成工程に図５に示すラジアルラインスロットアンテナを用いた2段シャワープレート型プラズマ処理装置を使用する。
【００４７】
本実施形態においては、まず、図６に示すＳｉＣ基板１１４表面の未結合手を終端している水素を除去する。より具体的に説明すると、本実施形態では、次の酸化膜形成工程でプラズマ励起ガスとして使われるＫｒを使用し、図５の同一処理室内で連続して表面終端水素除去処理と酸化膜形成処理とを行う。
【００４８】
まず、図５のプラズマ処理装置１００において減圧容器１０１内を排気し、次に上段シャワープレート１０３から最初にＡｒガスを導入し、それをＫｒガスに切り替える。さらに、前記減圧容器１０１内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定する。
【００４９】
次に、図６に示されたＳｉＣ基板１１４を保持台１１５上に置く。ＳｉＣ基板１１４は、直前の前処理工程において希フッ酸洗浄が施され、その結果、表面のＳｉＣ未結合手が水素で終端されている。ＳｉＣ基板１１４としては表面がどの結晶構造、面方位のものを用いても構わない。
【００５０】
続いて、先に述べた方法でラジアルラインスロットアンテナ１１０ｃからマイクロ波を処理室１０１内のプラズマ発生空間１０１Ｂに導入する。導入されたマイクロ波はプラズマ発生空間１０１Ｂにシャワープレート１０３から導入されたＫｒガスを励起し、その結果、シャワープレート直下のプラズマ発生空間１０１Ｂに高密度のＫｒプラズマが均一に形成される。供給するマイクロ波の周波数が９００ＭＨｚ程度以上約１０ＧＨｚ程度以下の範囲にあれば、結果はほとんど同様のものとなる。
【００５１】
本実施形態では、ラジアルラインスロットアンテナ１１０Ｃを用いたプラズマ装置を用いて成膜した例を示しているが、他の方法を用いてマイクロ波を処理室内に導入してプラズマを励起してもよい。Ｋｒガスで励起されたプラズマはプラズマ処理空間１０１Ｃに拡散で移動し、保持台１１５上のＳｉＣ基板１１４は該プラズマに曝されて、その表面は低エネルギのＫｒイオン照射を受け、その表面終端水素が除去される。
【００５２】
次に、図５の上段シャワープレート１０３から４００／８０ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２混合ガスを導入する。同時に、下段シャワープレート１１１からＳｉＨ４ガスを０．２ｓｃｃｍ導入する。この際、処理室内の圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に維持しておく。温度は室温のままでよい。ＫｒガスとＯ２ガスが混合された高密度励起プラズマ中では、中間励起状態にあるＫｒラジカルとＯ２分子が衝突し、原子状酸素Ｏラジカルを効率よく大量に発生できる。
【００５３】
本実施例では、この原子状酸素ＯラジカルとＳｉＨ４ガスを用いたＣＶＤ反応により、前記ＳｉＣ基板１１４の表面上に図７に示すように約３０ｎｍ厚のシリコン酸化膜７１が堆積形成される。従来のＳｉＣ表面の熱酸化法では、Ｏ２分子やＨ２Ｏ分子により酸化が行われ、１，２００℃以上の極めて高い処理温度が必要であったが、本発明の原子状酸素Ｏラジカルによる酸化処理では、室温という非常に低い温度で酸化膜形成が可能である。
【００５４】
所望の膜厚のシリコン酸化膜７１が形成されたところでマイクロ波パワーの導入を一時停止しプラズマ励起を終了し、Ｏ２ガスとＳｉＨ４ガスの導入を停止する。さらに、処理室１０１内をＫｒでパージした後、上段シャワープレート１０３から１０００／３０／０．００１ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを導入し、処理室１０１内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に、ＳｉＣ基板１１４温度を６００℃に設定したまま、再びマイクロ波を供給し、処理室１０１内に高密度のプラズマを生成して、図８に示すようにシリコン酸化膜７１の膜質を改質し、結果として、図９に示すように酸窒化膜（ＳｉＯＮ）から成る絶縁膜８１とする。酸化膜の改質工程の処理時間は3分間とし、絶縁膜８１の膜厚はＥＯＴで約３０ｎｍとなった。
【００５５】
次に、改質された絶縁膜８１が形成されたところでマイクロ波パワーの導入を停止してプラズマ励起を終了し、さらにＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスをＡｒガスに置換して酸化膜改質工程を終了する。本工程の前後にＡｒガスを使用するのはＫｒより安価なガスをパージガスに使用するためである。本工程に使用されたＫｒガスは回収再利用する。その後、熱処理炉によりＡｒガス雰囲気において１，１００℃、3時間の熱処理を行う。
【００５６】
上記のゲート絶縁膜形成工程に続いて図１０に示すように、以上の工程で得られた酸窒化膜からなる絶縁膜８１をゲート絶縁膜とし、その上にゲート電極９１として多結晶シリコンを堆積し、さらにパターニング工程、イオン注入工程、保護膜形成工程、配線層形成工程、水素シンタ処理工程等を施すことにより、トランジスタやキャパシタを含む半導体集積回路を形成することができる。
【００５７】
なお、上記の説明では、プロセス簡略化のために、絶縁膜改質工程を絶縁膜形成工程と同じ図５の2段シャワープレート型プラズマ処理装置を用いたが、先に説明した１段シャワープレート型プラズマ処理装置を用いて絶縁膜改質工程を行ってよいのは勿論である。
【００５８】
図１１は上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの高周波ＣＶ特性を示す。比較としてＮＯガスを用いた表面処理を行っていないＣＶＤ酸化膜を有するＭＯＳキャパシタの特性を示す。
【００５９】
図１１を参照するに、本発明による絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタのＣＶ特性はほとんどシフトしておらず、ヒステリシス幅も小さく理想値に近い特性を示している。ＮＯガスを用いた表面処理を行っていないＣＶＤ酸化膜と比べてもＣＶ特性のシフト、ヒステリシス幅が小さくなっていることから絶縁膜改質工程によってゲート絶縁膜／ＳｉＣ界面特性が改善されていることが分かる。
【００６０】
図１２は上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタのＪＥ特性を示す。比較としてＮＯガスを用いた表面処理を行っていないＣＶＤ酸化膜を有するＭＯＳキャパシタとＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを用いてＳｉＣ表面を直接ラジカル酸窒化し、Ａｒガス雰囲気における１，１００℃で熱処理を行い、その後、ＣＶＤ酸化膜を堆積したゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの特性を示す。
【００６１】
図１２を参照するに、ＳｉＣ表面を直接ラジカル酸窒化した絶縁膜の絶縁破壊電界は８ＭＶ／ｃｍに満たない。一方、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜では１２ＭＶ／ｃｍ以上まで改善された。
【００６２】
図１３は、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜−ＳｉＣ基板の炭素含有量を示す。図１３を参照するに、絶縁膜の炭素含有量は１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３よりも小さく、６×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の検出限界以下となっていることがわかる。またゲート絶縁膜のＳｉＣ界面近傍の部分においても、図２や図４の場合よりも遥かにシャープに炭素含有量が減少していることが確認された。
【００６３】
図１２および図１３から、ＳｉＣ表面を直接反応させ形成した絶縁膜よりも絶縁膜中に炭素の存在しないゲート絶縁膜のほうが、絶縁破壊電界においてより高耐圧となることが分かるが、図１４〜図１６を参照すると、本発明の絶縁膜の優位性が明確になる。
【００６４】
図１４は、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜の界面固定電荷(Oxide fixed charge)および界面準位密度(Interface trap density)を示す。比較としてＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを用いてＳｉＣ表面を直接ラジカル酸窒化し、Ａｒガス雰囲気における１，１００℃で熱処理を行い、その後ＣＶＤ酸化膜を堆積したゲート絶縁膜の特性と、ＮＯガスを用いた表面処理を行っていないＣＶＤ酸化膜の特性を示す。
【００６５】
図１４を参照すると、本発明によれば、界面固定電荷が２．２３×１０９ｃｍ−２、界面準位密度が３．３４×１０１０ｃｍ−２と劇的に低い数値となっており、それぞれ約１桁から２桁改善されていることがわかる。このように、本発明によって初めて、炭素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３で、界面固定電荷が１×１０１１ｃｍ−２以下、界面準位密度も１×１０１１ｃｍ−２以下のゲート絶縁膜を有するＳｉＣデバイスが実現可能になった。炭素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、界面固定電荷を１×１０１１ｃｍ−２以下、界面準位密度も１×１０１１ｃｍ−２以下とすることは困難である。また、界面固定電荷が１×１０１１ｃｍ−２、界面準位密度が１×１０１１ｃｍ−２を超えると、ヒステリシスのほとんどない、高耐圧のＳｉＣデバイスを得ることは不可能であることが判明した。
【００６６】
図１５および図１６は、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜のストレス耐性を示す。比較として、図１４の場合と同じ２つの絶縁膜の特性を示した。図１５および図１６から、本発明のゲート絶縁膜の耐圧のストレス耐性も優れていることが分かる。
【００６７】
図１７は、上記の絶縁膜形成方法で形成したゲート絶縁膜（酸窒化膜）の窒素分布プロファイルを概略的に示す。図１７を参照するに、窒素は前記酸窒化膜の表面と、前記酸窒化膜と下地のＳｉＣ基板との界面に濃集する。その結果、前記酸窒化膜は全体としては酸窒化膜の組成を有していても、膜厚方向上の中心部は酸化膜に近い組成を有し、一方表面および、前記酸窒化膜とＳｉＣ基板との界面は窒化膜に近い組成を有することになる。
【００６８】
なお、上記の実施例では不活性ガスとしてクリプトン（Ｋｒ）を用いたが、アルゴン（Ａｒ）またはキセノン（Ｘｅ）、またはそれらとの混合でもよい。特に、酸素ガスとクリプトン（Ｋｒ）の組み合わせが好ましい。これは、成膜中の酸素ラジカルとクリプトン（Ｋｒ）が形成された酸化膜中に残り、絶縁膜としての特性（絶縁特性、界面特性）が向上するためである。
【００６９】
また、上記の実施例では、ＳｉＯ２をＰＥＣＶＤで形成し、それをＫｒと酸素とＮＯとの混合ガスのプラズマで改質してＳｉＯＮ膜を得ているが、ＮＯガスの代わりにアンモニアガスまたは窒素ガス、あるいはそれらの混合ガスを用いても良い。また、ＰＥＣＶＤで形成したＳｉＯ２を、不活性ガスと窒素ガスまたはアンモニアガスとの混合ガスのプラズマで改質してもよいし、不活性ガスと窒素ガスと水素ガスとの混合ガスのプラズマで改質してもよい。ＮＨ３ラジカルで改質すればＳｉＯＮ膜を得ることが出来、Ｎラジカルで改質すれば表面がＳｉＯＮ膜に変換したＳｉＯ２膜が得られる。不活性ガスを用いずに窒素ガスでプラズマを発生させてもよい。また、ＰＥＣＶＤでＳｉＯＮ膜を形成し、それを不活性ガスと窒素原子を含むガスとの混合ガスのプラズマで改質してもよい。いずれにしても、得られたＳｉＯＮ膜は、炭素含有量の少ない、ヒステリシスが小さくＶｂｆシフトの少ない高耐圧の膜を得ることができる。
【００７０】
（第２の実施形態）
次に、上述したプラズマを用いた低温での酸窒化膜の形成技術を使用した本発明の第２の実施形態による半導体素子について図１８〜図２０に示す概略断面構造図を用いて説明する。
【００７１】
図２０を参照するに、前記半導体素子はＳｉＣ基板２００上に形成されており、ＳｉＣ基板２００はどの結晶構造、面方位を用いても構わない。本例ではキャリア濃度が約１０１６ｃｍ−３の厚さ１５μｍのｎ型領域２０２をドリフト領域としてＳｉＣ基体２０１にエピタキシャル成長させたものをＳｉＣ基板２００として用いた。
【００７２】
前記ＳｉＣ基板２００上に形成されたゲート絶縁膜２０３と、チャンネル領域およびドリフト領域上に前記ゲート絶縁膜２０３を介して形成されたゲート電極２０４と、ゲート電極２０４を覆うように設けられた絶縁層２０５と、ｐ領域２０６、n＋ソース領域２０７、n−ドリフト領域２０２、n＋ドレイン領域２０１、ソース電極２０８、ドレイン電極２０９とから構成されている。前記ゲート絶縁膜２０３は第1の実施形態で説明したシリコン酸窒化膜形成方法により形成する。
【００７３】
図１８、１９は本実施形態の半導体素子の製造方法を段階的に説明するための概略断面図である。
【００７４】
図１８の工程において、前記ｐ領域２０６、前記n＋ソース領域２０７を形成する。ｐ領域２０６はＡｌ、n＋ソース領域２０７はＮを前記ＳｉＣ基板２００にイオン注入して形成する。本例ではＡｌはキャリア濃度が約１０１８ｃｍ−３、厚さが１μｍ、Ｎはキャリア濃度が約１０１９ｃｍ−３、厚さが０．３μｍとなるようにイオン注入する。シート抵抗低減のためイオン注入の際の基板の温度は５００℃以上に設定する。その後、Ａｒガスを導入し、１５００℃、６０分間活性化アニールを行う。
【００７５】
本実施形態においては、表面終端水素除去、酸窒化膜形成のためにＫｒをプラズマ励起ガスとして使用する。酸窒化膜形成装置は図５と同じである。
【００７６】
次に、図１９の工程において、前記ＳｉＣ基板２００表面を犠牲酸化した後、その犠牲酸化膜を除去し、希フッ酸洗浄によりＳｉＣ表面を水素終端する。さらに先の実施の形態１と同様にして、ゲート絶縁膜２０３を形成する。本例ではチャネル長を２μｍとする。
【００７７】
すなわち、先の実施形態１と同様に、真空容器（処理室）内を真空にし、前記上段シャワープレートから最初にＡｒガスを導入し、それをＫｒガスに切り替える。さらに、前記処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定する。
【００７８】
次に、ＳｉＣ基板２００を基板保持台に置く。同軸導波管からラジアルラインスロットアンテナにマイクロ波を供給し、前記マイクロ波を前記ラジアルラインスロットアンテナから誘電体板、上段シャワープレートを通して、前記処理室内に導入する。前記ＳｉＣ基板２００をＫｒガスで励起されたプラズマに曝すことにより、前記ＳｉＣ基板２００の表面は低エネルギのＫｒイオン照射を受け、その表面終端水素が除去される。
【００７９】
次に、前記上段シャワープレート〜から４００／８０ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２混合ガスを導入する。また、前記下段シャワープレートからＳｉＨ４ガスを０．２ｓｃｃｍ導入する。この際、処理室内の圧力は１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に維持しておく。所望の膜厚のシリコン酸化膜が形成されたところでマイクロ波パワーの導入を一時停止しプラズマ励起を終了し、Ｏ２ガスとＳｉＨ４ガスの導入を停止する。さらに処理室内をＫｒでパージした後、上段シャワープレートから１０００／３０／０．００１ｓｃｃｍのＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスを導入し、処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）程度に設定したまま、再びマイクロ波を供給し、前記処理室内に高密度のプラズマを生成して、前記シリコン酸化膜の膜質を改質し結果として酸窒化膜２０３とする。酸化膜の改質工程の処理時間は3分間とし、絶縁膜の膜厚は約３０ｎｍとする。次に、所望の膜質の絶縁膜が形成されたところでマイクロ波パワーの導入を停止してプラズマ励起を終了し、さらにＫｒ／Ｏ２／ＮＯ混合ガスをＡｒガスに置換して酸化膜改質工程を終了する。その後、熱処理炉によりＡｒガス雰囲気において１，１００℃、3時間の熱処理を行う。
【００８０】
次に、図２０に示すように、多結晶シリコン層２０４を前記ゲート絶縁膜２０３の上に堆積する。膜厚は５００ｎｍとする。その後標準的な半導体工程に準拠して、多結晶シリコン層２０４を絶縁層２０５で覆うように形成すると共に、n＋ソース領域２０７上、n＋ドレイン領域２０１上にＡｌの蒸着により１μｍの厚さの電極２０８、２０９の形成などを行って素子を完成させる。
【００８１】
以上、本発明の実施の形態例及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
上記のように製造された半導体装置は、あらゆる面方位に良好な絶縁膜を備え、界面準位の増大を抑制でき、優れたデバイス特性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】ＳｉＣ表面を直接ラジカル酸化したゲート絶縁膜を有するＭＯＳトランジスタの高周波ＣＶ特性を示す図である。
【図２】ＳｉＣ表面を直接ラジカル酸化したゲート絶縁膜中に存在する炭素の深さ方向分布を示す図である。
【図３】ＳｉＣ表面を直接酸窒化した酸窒化膜をアニールすることによって得られたゲート酸化膜を有するＭＯＳトランジスタの高周波ＣＶ特性を示すグラフである。
【図４（ａ）】図３に示されたゲート酸化膜を有するＭＯＳトランジスタにおける炭素の深さ方向濃度を測定した結果を示すグラフである。
【図４（ｂ）】図３に示された他のゲート酸化膜を有するＭＯＳトランジスタにおける炭素の深さ方向濃度を測定した結果を示すグラフである。
【図４（ｃ）】図３に示された別のゲート酸化膜を有するＭＯＳトランジスタにおける炭素の深さ方向濃度を測定した結果を示すグラフである。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装置の製造に用いるプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図及びそれに使用された平面アンテナを示す平面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る酸化膜形成工程のＳｉＣ基板の準備工程を説明する図である。
【図７】ＳｉＣ基板にシリコン酸化膜を形成する工程を説明する図である。
【図８】シリコン酸化膜の膜質を改質する工程を説明する図である。
【図９】改質された絶縁膜を説明する図である。
【図１０】絶縁膜改質後に行われるゲート電極の形成工程を示す図である。
【図１１】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタの特性を他の工程で得られたＭＯＳキャパシタの特性と比較して説明するグラフである。
【図１２】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜を有するＭＯＳキャパシタのＪＥ特性を他のＭＯＳキャパシタのＪＥ特性と比較して説明するグラフである。
【図１３】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜−ＳｉＣ基板の炭素含有量を示す図である。
【図１４】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜の界面固定電荷および界面準位密度を示す図である。
【図１５】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜のストレス耐圧を説明する図である。
【図１６】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜のブレークダウン特性を説明する図である。
【図１７】上記した絶縁膜形成工程によって得られたゲート絶縁膜の窒素分布を説明する図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。
【図１９】図１８の工程の後に行われる工程を示す図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態によって得られた半導体素子の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００ プラズマ処理装置
１０１ 減圧容器
１１４ ＳｉＣ基板
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ 空間
１０２ 誘電体板
１０３ 上段シャワープレート
１０５ プラズマガス供給ポート
１０６ ガス供給通路
１０７ ガス放出口
１１０Ｃ 平面アンテナ
１１０Ａ 導波管
１１０ａ、１１０ｃ 線状スロット
１１０Ｂ 波長短縮板
１１０Ｄ 遅波板
１１１ 下段シャワープレート
１１３ パイプ
１１５ 基板保持台
１１６ 排気ポート
７１ シリコン酸化膜
８１ 酸窒化膜
９１ ゲート電極
２００ ＳｉＣ基板
２０１ ＳｉＣ基体（ｎ＋ドレイン領域）
２０２ ｎ型領域
２０３ ゲート絶縁膜
２０４ ゲート電極
２０５ 絶縁層
２０６ ｐ型領域
２０７ ｎ＋ソース領域
２０８ ソース電極
２０９ ドレイン電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣを主成分とする半導体領域上にゲート絶縁膜を有する半導体装置において、前記ゲート絶縁膜の炭素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ゲート絶縁膜の界面固定電荷が１×１０１１ｃｍ−２以下、界面準位密度が１×１０１１ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルで改質された膜を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜は、珪素、酸素および窒素を含むことを特徴とする請求項１乃至３の一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質した膜であることを特徴とする請求項１乃至４の一つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルで改質した膜を含むことを特徴とする請求項１乃至４の一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質した膜を含むことを特徴とする請求項１乃至４の一つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記窒素原子を含むラジカルは、窒素ラジカル、ＮＯラジカルおよびＮＨ３ラジカルの少なくとも一つであることを特徴とする請求項３乃至７の一つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ゲート絶縁膜の厚さは５〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至８の一つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を有することを特徴とする請求項１乃至９の一つに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体領域にソース領域およびドレイン領域を有することを特徴とする請求項１乃至１０の一つに記載の半導体装置。
【請求項１２】
ＳｉＣを主成分とする半導体領域表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記ＳｉＣを主成分とする半導体領域表面にシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の少なくとも一方からなる第１の膜を堆積する第１の工程と、前記第１の膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルに曝して前記第１の膜に窒素原子を導入する第２の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の工程は、前記第１の膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質する工程であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の膜はシリコン酸化物膜であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の膜はシリコン酸窒化物膜であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記窒素原子を含むラジカルは、窒素ラジカル、ＮＯラジカルおよびＮＨ３ラジカルの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１２乃至１５の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の膜の厚さを５〜５０ｎｍとしたことを特徴とする請求項１２乃至１６の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２の工程は少なくとも窒素を含むガスからマイクロ波励起のプラズマで前記窒素原子を含むラジカルを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２乃至1７の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の工程は、マイクロ波励起のプラズマを発生させる工程と、該プラズマに成膜用のガスを導入する工程と、それによってシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の少なくとも一方をＣＶＤで成膜する工程とを有することを特徴とする請求項１２乃至1８の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記マイクロ波励起のプラズマは、下記の（ａ）乃至（ｄ）を有するプラズマ処理装置を用いて下記の処理室内に発生させることを特徴とする請求項１８または１９に記載の半導体装置の製造方法。
（ａ）前記ＳｉＣを主成分とする半導体領域を有する実質的に平らな被処理基板を保持する保持台。
（ｂ）前記保持台に対向するように設けられ、プラズマ励起ガスを処理室内に放出する複数のガス放出口を有する、前記被処理基板よりも面積の大きいシャワープレートであって、前記ガス放出口は該シャワープレートの、前記被処理基板よりも大きい面積の部分全体にわたって前記プラズマ励起ガスが処理室内の空間に前記面積にわたって実質的に均一に放出されるように設けられている、シャワープレート。
（ｃ）前記シャワープレートの保持台と反対側に設けられた誘電体板。
（ｄ）前記誘電体板の外側に設けられたアンテナ板であって、面積が前記シャワープレートの前記面積以上であって、マイクロ波を前記誘電体板と前記シャワープレートとを透過して、前記シャワープレートの前記面積の部分の処理室内の側の空間に前記面積にわたって実質的に均一に放射し、それによって、前記シャワープレートの前記面積の部分の処理室内の側の空間において、そこに放出された前記プラズマ励起ガスが前記マイクロ波を照射されて、前記面積にわたって実質的に均一にプラズマが発生するようにされている、アンテナ板。
【請求項２１】
前記アンテナ板は、同心円状に線形のスロットを配置したアンテナ板であることを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記窒素を含むガスは、窒素ガス、ＮＯガス、ＮＨ４ガス、ＮＦ３ガスの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１８乃至２１の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記第２の工程は、前記窒素を含むガスおよび希ガスの少なくとも一方から前記マイクロ波励起のプラズマを発生する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８乃至２２の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第２の工程は、前記窒素を含むガス、希ガスおよび酸素ガスから前記マイクロ波励起のプラズマを発生する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８乃至２２の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記半導体領域にソース領域およびドレイン領域を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２乃至２４の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
ＳｉＣを主成分とする半導体領域上にゲート絶縁膜を有する半導体装置において、前記ゲート絶縁膜の炭素含有量が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ゲート絶縁膜の界面固定電荷が１×１０１１ｃｍ−２以下、界面準位密度が１×１０１１ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルで改質された膜を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜は、珪素、酸素および窒素を含むことを特徴とする請求項１乃至３の一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質した膜であることを特徴とする請求項１乃至４の一つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルで改質した膜を含むことを特徴とする請求項１乃至４の一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜は、前記半導体領域表面に堆積されたシリコン酸化物膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質した膜を含むことを特徴とする請求項１乃至４の一つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記窒素原子を含むラジカルは、窒素ラジカル、ＮＯラジカルおよびＮＨ３ラジカルの少なくとも一つであることを特徴とする請求項３乃至７の一つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ゲート絶縁膜の厚さは５〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至８の一つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を有することを特徴とする請求項１乃至９の一つに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体領域にソース領域およびドレイン領域を有することを特徴とする請求項１乃至１０の一つに記載の半導体装置。
【請求項１２】
ＳｉＣを主成分とする半導体領域表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記ＳｉＣを主成分とする半導体領域表面にシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の少なくとも一方からなる第１の膜を堆積する第１の工程と、前記第１の膜を少なくとも窒素原子を含むラジカルに曝して前記第１の膜に窒素原子を導入する第２の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の工程は、前記第１の膜を酸素ラジカルおよび窒素原子を含むラジカルで改質する工程であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の膜はシリコン酸化物膜であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の膜はシリコン酸窒化物膜であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記窒素原子を含むラジカルは、窒素ラジカル、ＮＯラジカルおよびＮＨ３ラジカルの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１２乃至１５の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の膜の厚さを５〜５０ｎｍとしたことを特徴とする請求項１２乃至１６の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２の工程は少なくとも窒素を含むガスからマイクロ波励起のプラズマで前記窒素原子を含むラジカルを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２乃至1７の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の工程は、マイクロ波励起のプラズマを発生させる工程と、該プラズマに成膜用のガスを導入する工程と、それによってシリコン酸化物またはシリコン酸窒化物の少なくとも一方をＣＶＤで成膜する工程とを有することを特徴とする請求項１２乃至1８の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記マイクロ波励起のプラズマは、下記の（ａ）乃至（ｄ）を有するプラズマ処理装置を用いて下記の処理室内に発生させることを特徴とする請求項１８または１９に記載の半導体装置の製造方法。
（ａ）前記ＳｉＣを主成分とする半導体領域を有する実質的に平らな被処理基板を保持する保持台。
（ｂ）前記保持台に対向するように設けられ、プラズマ励起ガスを処理室内に放出する複数のガス放出口を有する、前記被処理基板よりも面積の大きいシャワープレートであって、前記ガス放出口は該シャワープレートの、前記被処理基板よりも大きい面積の部分全体にわたって前記プラズマ励起ガスが処理室内の空間に前記面積にわたって実質的に均一に放出されるように設けられている、シャワープレート。
（ｃ）前記シャワープレートの保持台と反対側に設けられた誘電体板。
（ｄ）前記誘電体板の外側に設けられたアンテナ板であって、面積が前記シャワープレートの前記面積以上であって、マイクロ波を前記誘電体板と前記シャワープレートとを透過して、前記シャワープレートの前記面積の部分の処理室内の側の空間に前記面積にわたって実質的に均一に放射し、それによって、前記シャワープレートの前記面積の部分の処理室内の側の空間において、そこに放出された前記プラズマ励起ガスが前記マイクロ波を照射されて、前記面積にわたって実質的に均一にプラズマが発生するようにされている、アンテナ板。
【請求項２１】
前記アンテナ板は、同心円状に線形のスロットを配置したアンテナ板であることを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記窒素を含むガスは、窒素ガス、ＮＯガス、ＮＨ４ガス、ＮＦ３ガスの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１８乃至２１の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記第２の工程は、前記窒素を含むガスおよび希ガスの少なくとも一方から前記マイクロ波励起のプラズマを発生する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８乃至２２の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第２の工程は、前記窒素を含むガス、希ガスおよび酸素ガスから前記マイクロ波励起のプラズマを発生する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８乃至２２の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記半導体領域にソース領域およびドレイン領域を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２乃至２４の一つに記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００８−１４７３６５（Ｐ２００８−１４７３６５Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３２００３（Ｐ２００６−３３２００３）
【出願日】平成１８年１２月８日（２００６．１２．８）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００１７３６５８）財団法人国際科学振興財団 (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月８日（２００６．１２．８）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（０００１７３６５８）財団法人国際科学振興財団 (31)
【Ｆターム（参考）】
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