制造半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，并且更具體地涉及能提高溝道迀移率的 半導(dǎo)體器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年，為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件更高的擊穿電壓、更低的損耗等，已經(jīng)日益采用碳化硅 作為形成半導(dǎo)體器件的材料。碳化硅是一種比常規(guī)地廣泛用作形成半導(dǎo)體器件的材料的硅 的帶隙更大的寬帶隙半導(dǎo)體。因此，通過采用碳化硅作為形成半導(dǎo)體器件的材料，可以實(shí)現(xiàn) 半導(dǎo)體器件更高的擊穿電壓、更低的導(dǎo)通電阻等等。
[0003] 采用碳化硅作為材料的半導(dǎo)體器件的實(shí)例包括MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng) 晶體管)等等。MOSFET是一種利用被定義為閾值的規(guī)定電壓來控制溝道區(qū)中是否形成反型 層，從而允許電流導(dǎo)通和截止的半導(dǎo)體器件，并且其通過在形成了有源區(qū)的襯底上形成柵 極氧化物膜、電極等來制造。同時(shí)，MOSFET因?yàn)樵诎艘r底和柵極氧化物膜之間的界面的 區(qū)域中存在的界面態(tài)密度而經(jīng)受溝道迀移率降低的問題。為了解決上述問題，例如，已經(jīng)提 出包括通過在諸如NO(-氧化氮)和隊(duì)0 (-氧化二氮)的氮化處理氣體中加熱襯底，而在上 述這種區(qū)域中引入氮原子的步驟的制造MOSFET的方法(例如參見美國專利No. 7, 709, 403 (PTL1)以及V.V.Afanas'ev等人，"Mechanismresponsibleforimprovementof4H-SiC/ Si02lnterfacepropertiesbynitridation"，APPLIEDPHYSICSLETTERS，（美國）， AmericanInstituteofPhysics(美國物理學(xué)會），2003 年 1 月 27 日，第 82 卷，第 4 期， pp.568-570 (NPL1))。
[0004] 在PTL1和NPL1中提出的方法中，在引入氮原子的步驟中，在諸如勵(lì)或凡0的、 包含氮原子和氧原子的氮化處理氣體中加熱襯底。因此，當(dāng)在高溫下加熱襯底時(shí)，氮化處 理氣體熱分解并產(chǎn)生氧。隨后，在氮原子被引入到包括襯底和柵極氧化物膜之間的界面的 區(qū)域中的同時(shí)，進(jìn)行氧化，并且因此存在于上述區(qū)域中的界面態(tài)密度不能被充分降低，并 且變得難以制造具有所需溝道迀移率的MOSFET。另一方面，已經(jīng)提出了包括例如通過在 包含NO或N20的氮化處理氣體中加熱襯底，并且隨后在諸如NH3 (氨氣）的、不包含氧原子 的氮化處理氣體中進(jìn)一步加熱襯底，以在上述區(qū)域中引入氮原子的步驟的制造MOSFET的 方法(例如，參見美國專利吣.7,022,378 (?112)以及扣11」1361^&1^等人，"〇1&1161^68 ofhigh-performanceandhigh-reliabilityinSiCMOSstructures''，International ConferenceonSiliconCarbideandRelatedMaterialsAbstractBook，（美國），2011 年 9 月 15 日，p.265 (NPL2))。
[0005] 引證文獻(xiàn)列表
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] PTL1:美國專利No. 7, 7〇9, 4〇3
[0008] PTL2:美國專利No. 7, 022, 378
[0009] 非專利文獻(xiàn)
[0010] NPL1:V.V.Afanas'ev等人，"Mechanismresponsibleforimprovement of4H-SiC/Si02Interfacepropertiesbynitridation"，APPLIEDPHYSICSLETTERS，（美 國），AmericanInstituteofPhysics(美國物理學(xué)會)，2003 年 1 月 27 日，第 82 卷，第 4 期，pp. 568-570
[0011] NPL2:JunjiSenzaki等人，"Challengesofhigh-performanceand high-reliabilityinSiCMOSstructures''，InternationalConferenceonSilicon CarbideandRelatedMaterialsAbstractBook，（美國），2011 年 9 月 15 日，p.265

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 技術(shù)問題
[0013] 如上所述，利用在PTL1和2以及NPL1和2中所提出的方法，在包括了襯底和柵極 氧化物膜之間的界面的區(qū)域中引入氮原子的步驟中，在諸如NO或隊(duì)0的、包含氮原子和氧 原子的氮化處理氣體中加熱襯底。因此，當(dāng)在高溫下加熱襯底時(shí)，在包括了襯底和柵極氧化 物膜之間的界面的區(qū)域中進(jìn)行氧化。因此，利用這些方法，當(dāng)在高溫下加熱襯底時(shí)，在上述 區(qū)域中存在的界面態(tài)密度不能被充分降低，并且因此變得難以獲得具有所需溝道迀移率的 M0SFET。因此，從提高M(jìn)0SFET的溝道迀移率的觀點(diǎn)來看，需要通過引入氮原子來有效降低 在包括了襯底和柵極氧化物膜之間的界面的區(qū)域中存在的界面態(tài)密度的同時(shí)，抑制在上述 區(qū)域中的氧化的方法。
[0014] 鑒于上述問題提出本發(fā)明，并且其目的是提供一種能提高溝道迀移率的半導(dǎo)體器 件的制造方法。
[0015] 問題的解決手段
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟：制備由碳化硅構(gòu)成的襯底； 形成與襯底接觸的柵極氧化物膜；以及在包括了襯底和柵極氧化物膜之間的界面的區(qū)域中 引入氮原子。隨后，在引入氮原子的步驟中，通過在將包含氮原子但不包含氧原子的氮化處 理氣體加熱至超過1200°c的溫度而形成的氣氛氣體中加熱上面已經(jīng)形成了柵極氧化物膜 的襯底，來將氮原子引入到包括了襯底和柵極氧化物膜之間的界面的區(qū)域中。
[0017] 這里，利用根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法，氮化處理氣體可以是由包含氮 原子但不包含氧原子的一種氣體或多種氣體以及作為剩余物的雜質(zhì)構(gòu)成的氣體，并且該氣 體可以進(jìn)一步包含：不包含氮原子和氧原子的一種氣體或多種氣體。
[0018] 此外，在根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法中，通過在將基本上不包含氧原子 的氮化處理氣體加熱至超過1200°c的溫度而形成的氣氛氣體中加熱襯底。即，在根據(jù)本發(fā) 明的制造半導(dǎo)體器件的方法中，沒有在基本上包含氧原子的氣氛氣體中將襯底加熱至不低 于1200°C的溫度。這里，基本上不包含氧原子的氮化處理氣體是指非故意引入包含氧原子 的氣體的氣體，并且包括作為雜質(zhì)的、包含氧原子氣體。
[0019] 在根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的方法中，在包括了襯底和柵極氧化物膜之間的 界面的區(qū)域中引入氮原子的步驟中，在通過將包含氮原子但不包含氧原子的氮化處理氣體 加熱至超過1200°c的溫度而形成的氣氛氣體中加熱襯底。因此，即使當(dāng)在超過1200°C的高 溫下加熱襯底時(shí)，也能抑制由于氮化處理氣體的分解而產(chǎn)生氧，并且可以在抑制氧化進(jìn)行 的同時(shí)，在包括了襯底和柵極氧化物膜之間的界面的區(qū)域中引入氮原子。因此，根據(jù)本發(fā)明 中的制造半導(dǎo)體器件的方法，可以提供通過在上述區(qū)域中引入氮原子而降低包括了襯底和 柵極氧化物膜之間的界面的區(qū)域中存在的界面態(tài)密度，從而能提高溝道迀移率的半導(dǎo)體器 件的制造方法。
[0020] 在上述制造半導(dǎo)體器件的方法中，在引入氮原子的步驟中，可以通過在將氮化處 理氣體加熱至不高于1400°c的溫度而形成的氣氛氣體中加熱襯底，來將氮原子引入到包括 了襯底和柵極氧化物膜之間的界面的區(qū)域中。
[0021] 因此，可以將加熱氮化處理氣體的溫度設(shè)定在可以避免由于加熱而造成柵極氧化 物膜損壞的范圍內(nèi)。
[0022] 在上述制造半導(dǎo)體器件的方法中，在引入氮原子的步驟中，可以在通過加熱由包 含氮原子但不包含氧原子的氣體和氮?dú)庖约白鳛槭Ｓ辔锏碾s質(zhì)構(gòu)成的氮化處理氣體而形 成的氣氛氣體中加熱襯底，來將氮原子引入到包括了襯底和柵極氧化物膜之間的界面的區(qū) 域中。
[0023] 因此，由于從上述包含氮原子但不包含氧原子的氣體中產(chǎn)生氮，因此可以抑制在 將氮原子引入到包括了襯底和柵極氧化物膜之間的界面的區(qū)域時(shí)的有效性的降低。因此， 氮原子可以被更有效地引入到包括了襯底和柵極氧化物膜之間的界面的區(qū)域中。
[0024] 在上述制造半導(dǎo)體器件的方法中，在引入氮原子的步驟中，可以在通過加熱含NH3 的氮化處理氣體而形成的氣氛氣體中加熱襯底，來將氮原子引入到包括了襯底和柵極氧化