JP4196517B2

JP4196517B2 - Semiconductor device manufacturing method

Info

Publication number: JP4196517B2
Application number: JP2000088756A
Authority: JP
Inventors: 健一大塚; 陽一郎樽井; 昌之今泉; 博司杉本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP2001274157A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子製造方法および装置に関し、特に金属膜と酸化膜とシリコンカーバイド系半導体とから形成されるＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造において、極薄酸化膜を制御性良く、かつ低欠陥で形成する技術を用いた半導体素子製造方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワーデバイスの低損失化に対する要求は省エネルギーの観点から重要であり、現在幅広く使われているシリコンよりも１桁大きな絶縁破壊電界強度を有するシリコンカーバイドの利用が注目されている。シリコンカーバイドを用いることによって、より高耐圧のユニポーラスイッチングデバイスが実現できる。ユニポーラデバイスではバイポーラデバイスに比べて、ターンオフ時のスイッチング損失を大幅に低減することができ、高電圧域での低損失化が期待されている。
【０００３】
ユニポーラデバイスの１つであるＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電界効果トランジスタの酸化膜は、これまでシリコンと同様に熱酸化によって形成されてきた。第２図は、例えば刊行物（重要地域技術研究開発「エネルギー使用合理化燃焼等制御システム技術開発」平成６年度報告書ｐｐ．５１―５４（１９９５））に示された従来の酸化膜製造方法である。図において、１０１は熱処理炉石英管、１０２は基板ホルダ、１１０はシリコンカーバイド基板、１１１はＡｒ導入配管、１１２は酸素導入配管、１１３は水加熱用ヒータ、１１４はウエット酸素製造用バブラー、１１５は熱処理炉ヒータ、１１６は導入ガス出口である。
【０００４】
まず、基板１１０を基板ホルダ１０２にセットして、熱処理炉１０１内へ導入する。不活性ガスのＡｒを配管１１１から導入しながら、酸化させる温度までヒータ１１５を利用して加熱する。所定の温度になったのち、ヒータ１１３により加熱されて炉中に沸点に近い温度の水を保持したバブラー１１４に酸素をバブリングさせて製造したウエット酸素を配管１１２を経て、熱処理炉１０１内へ導入することによって熱酸化を行い、シリコン酸化膜が形成される。しかしながら、シリコンカーバイドはシリコンと同様に酸化によってシリコン酸化膜が形成できるのであるが、その酸化膜と半導体との界面の品質はあまり良くなく、界面準位密度はシリコンを熱酸化した場合よりも２桁くらい多い。その原因の１つが酸化の際に残る炭素が悪影響を及ぼすためと考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような方法により製造された半導体素子では、酸化膜と半導体との界面において、熱酸化の際に残る炭素の影響のために良質の酸化膜／半導体界面を得ることが困難である。
【０００６】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、酸化膜／半導体界面付近に悪影響を及ぼすとされる炭素や炭化物が酸化膜から除去されていて特性や信頼性の高い半導体素子を製造するための半導体素子製造方法および装置を得ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体素子の製造方法および装置においては、酸化膜／半導体界面付近に残る炭素の低減を図るために、極薄の酸化膜を形成する一方、炭素および炭化物の除去を行えるように導入する供給種を選び、あわせて厚い酸化膜の形成においては熱酸化でなく成膜を併用することによって、界面での欠陥を低減した半導体素子を製造する。
【０００８】
本発明のシリコンと炭素とを含む半導体基板表面に酸化物薄膜を形成する工程を含む半導体素子製造方法は、半導体基板を収容支持した成長容器内を真空に保ち、半導体基板を加熱して半導体基板の表面を清浄化する半導体基板表面清浄化工程と、半導体基板表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程とを備え、上記半導体基板表面清浄化工程と、上記酸化膜形成工程と、上記炭化物除去工程とを同一成長容器内で連続して行うことを特徴とするものである。
【０００９】
また、酸化膜形成工程および炭化物除去工程後に、シリコンを含んだ原料と、酸素の中性活性種もしくは酸素原子とを同時もしくは交互に供給してシリコン酸化膜を形成する工程を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、酸素の中性活性種もしくは酸素原子を高周波励起のプラズマを用いて発生させることもできる。
【００１１】
プラズマをヘリコン波プラズマを用いて発生させることもできる。
【００１２】
オゾンを紫外光照射を用いて発生させることもできる。
【００１３】
更に、本発明の半導体装置製造装置は、シリコンと炭素とを含む半導体基板を収容支持する成長容器と、成長容器内に連通して半導体基板表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成させる酸素供給源と、成長容器内に連通して酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去するオゾン供給源とを備え、酸化物薄膜を有する半導体素子を製造するものである。
【００１４】
また、成長容器内にシリコンを含んだ原料を供給して基板にシリコン酸化膜を形成させるシリコン供給源を備えたものとすることができる。
【００１５】
酸素供給源はヘリコン波プラズマ源とすることができる。
【００１６】
オゾン供給源は紫外光照射オゾン発生装置とすることができる。
【００１７】
シリコン供給源はＳｉＨ₄供給装置とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
図１は本発明の半導体素子製造方法を実行する半導体素子製造装置の一実施形態を示した構成概略図である。図１において、半導体素子製造装置は成長容器１を備え、成長容器１内には基板ホルダ２上に保持されたシリコンカーバイドの基板３が収容支持されている。成長容器１に設けられ、内部に連通して基板３の表面に酸素活性種および酸素原子を供給するのは、酸素活性種および酸素原子供給源である酸素供給源４であり、酸素供給源４から成長容器１への酸素供給量を制御するための酸素供給量制御装置５を備えている。成長容器１にはまた、オゾン発生装置６およびシリコン供給源７が連通していて、それぞれ内部の基板にオゾンとシリコンを含んだ原料ガスとを供給できるようにしてある。ここで、酸素供給源４である酸素活性種および酸素原子供給源はヘリコン波プラズマ源であり、オゾン供給源６であるオゾン発生装置は紫外光励起のもの即ち紫外光照射オゾン発生装置である。また、シリコンを含んだ原料を供給するシリコン供給源７は本実施例では水素化物の１つであるＳｉＨ₄供給装置である。シリコン供給源７にはバルブ８およびＳｉＨ₄供給量制御装置９が接続されていて、シリコンの供給を制御できるようにしてある。成長容器１内を真空にするために排気ポンプ１０が設けられている。
【００１９】
図１に示す本発明の半導体素子製造装置を用いて半導体素子を製造するためには、シリコンカーバイドの基板３を基板ホルダ２上に保持して成長容器１内に収容支持し、排気ポンプ１０によって成長容器１内を１０^-6Ｐａ以下の真空に保ち、図示してないヒーターにより基板ホルダ２に装着された基板３を加熱して基板３の表面を清浄化する。その後、酸素供給源４から酸素活性種もしくは酸素原子を基板３に供給して約１〜２ｎｍの厚さの極薄酸化膜（図示してない）を基板３上に形成する。この工程は、基板３の表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程である。
【００２０】
次に、オゾン供給源６からオゾンを基板３へ供給して、酸化膜形成工程で形成された酸化膜中や酸化膜／半導体界面の炭素や炭化物を除去する。オゾンは酸素原子３個からなる分子であって、オゾンによっても酸化は生じるが酸素活性種もしくは酸素原子により形成される場合と異なり、その厚さは室温付近では１ｎｍくらいで飽和してしまうためにそれ以上の酸化膜の成長は生じない。したがって、酸素活性種もしくは酸素原子による酸化とオゾンによる炭素や炭化物の除去によって欠陥の少ない膜および界面を得ることができる。この工程は、酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程である。
【００２１】
このように、本発明の半導体素子製造方法および装置によれば、酸化膜／半導体界面付近に悪影響を及ぼすとされる炭素や炭化物が酸化膜から除去されていて特性や信頼性の高い半導体素子を製造するための半導体素子製造方法および装置が得られる。
【００２２】
上述の実施形態の説明では、基板３の表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程後に、オゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程を実行するとして説明したが、酸化膜形成工程と炭化物除去工程とを併行して実行、即ち酸化させるための酸素活性種もしくは酸素原子と、炭素や炭化物の除去のためのオゾンとを同時に供給しても同様の効果が得られる。
【００２３】
また上の説明では、酸素活性種もしくは酸素原子を供給するための酸素供給源４として、ヘリコン波プラズマ源を用いるとしたが他の酸素供給装置でも同様の効果が期待できる。ヘリコン波プラズマ源を用いると、他のプラズマ源より比較的低い圧力で、かつ酸化膜／半導体構造に悪影響を及ぼす荷電粒子の発生を抑えて酸素活性種もしくは酸素原子を供給することができるという利点がある。
【００２４】
また、オゾン供給源６としては、紫外光励起のものでなく他のオゾン発生装置でも同様の効果が期待できる。紫外光励起のものを用いると、光の照射の有無でオゾンの供給・中断を制御できるため、他の発生装置を用いる場合より制御性において有利である。
【００２５】
また、基板３としてシリコンカーバイドの場合について説明したが、シリコンと炭素とを含む基板上に酸化膜を形成する場合にも同様の効果が得られる。
【００２６】
実施の形態２.
本発明の半導体素子製造方法および装置によれば、酸化膜／半導体界面付近に悪影響を及ぼすとされる炭素や炭化物が酸化膜から除去されていて特性や信頼性の高い半導体素子を製造することができるが、このようにして得られた酸化膜上に更に比較的厚い酸化膜を成長させる必要があることがある。
【００２７】
そのような場合に比較的厚い酸化膜を形成するためにも、図１に示す半導体素子製造装置を用いることができる。即ち、先ず図１に示す半導体素子製造装置を用いて第１の実施形態の酸化膜形成工程および炭化物除去工程をそっくりそのまま実行して、炭化物が除去された酸化膜を形成する。
【００２８】
次に、このようにした得られた極薄酸化膜／半導体構造に、酸素供給源４から酸素活性種もしくは酸素原子を供給し、ＳｉＨ₄供給源であるシリコン供給源７からＳｉＨ₄を供給して酸化膜上に更に比較的厚いシリコン酸化膜の成膜を行う。酸素の供給量は制御装置５により、ＳｉＨ₄の供給量は制御装置９により行われる。ここで、酸素とＳｉＨ₄との供給は連続同時でも、交互に断続的に行っても良い。同時供給の場合、供給される酸素の状態にも依存するが、約２００℃の温度において荷電粒子の影響の少ないときで１分間に０．２０．３ｎｍ程度、荷電粒子の影響の大きいときで１分間に２０３０ｎｍの成膜が可能である。このような比較的低い温度であれば酸化膜の成膜中のあらたな酸化の進行はほとんどないため、酸素活性種もしくは酸素原子による酸化とオゾンによる炭素や炭化物の除去によって最初に得られた欠陥の少ない界面が比較的厚い酸化膜の形成後もそのまま保たれる。
【００２９】
このようにして、酸素活性種もしくは酸素原子による酸化とオゾンによる炭素や炭化物の除去によって欠陥の少ない極薄酸化膜／半導体構造を得た後に、その上に比較的厚いシリコン酸化膜を形成することで、欠陥の少ない酸化膜／半導体構造を得ることができる。
【００３０】
上述の第２の実施形態の説明では、シリコンの原料として、水素化物の１つＳｉＨ₄の場合について説明したが、他の水素化物、たとえばジシランＳｉ₂Ｈ₆でも良く、同様の効果が得られる。また、シリコンの原料として水素化物の１つＳｉＨ₄の場合について、説明したが、他の原料においても同様の効果が期待できる。
【００３１】
上述の実施形態の説明では、基板３の表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程後に、オゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程を実行するとして説明したが、酸化膜形成工程と炭化物除去工程とを併行して実行、即ち酸化させるための酸素活性種もしくは酸素原子と、炭素や炭化物の除去のためのオゾンとを同時に供給しても同様の効果が得られる。
【００３２】
また上の説明では、酸素活性種もしくは酸素原子を供給するための酸素供給源４として、ヘリコン波プラズマ源を用いるとしたが、他の酸素供給装置でも同様の効果が期待できる。ヘリコン波プラズマ源を用いると、他のプラズマ源より比較的低い圧力で、かつ酸化膜／半導体構造に悪影響を及ぼす荷電粒子の発生を抑えて酸素活性種もしくは酸素原子を供給することができるという利点がある。
【００３３】
また、オゾン供給源６としては、紫外光励起のものでなく他のオゾン発生装置でも同様の効果が期待できる。紫外光励起のものを用いると、光の照射の有無でオゾンの供給・中断を制御できるため、他の発生装置を用いる場合より制御性において有利である。
【００３４】
また、基板３としてシリコンカーバイドの場合について説明したが、シリコンと炭素とを含む基板上に酸化膜を形成する場合にも同様の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、酸素活性種もしくは酸素原子による酸化とオゾンによる炭素や炭化物の除去によって欠陥の少ない膜および界面を得ることができて、素子の特性や信頼性の向上が可能となる。
【００３６】
（１）即ち、本発明のシリコンと炭素とを含む半導体基板表面に酸化物薄膜を形成する工程を含む半導体素子製造方法は、半導体基板を収容支持した成長容器内を真空に保ち、半導体基板を加熱して半導体基板の表面を清浄化する半導体基板表面清浄化工程と、半導体基板表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去する炭化物除去工程とを備えているので、活性化酸素もしくは酸素原子の供給によって極薄酸化膜を形成するとともに、オゾンの供給によって炭素の除去を行い、界面に発生する欠陥を低減することができる。
【００３７】
（２）また、酸化膜形成工程および炭化物除去工程後に、シリコンを含んだ原料と、酸素の中性活性種もしくは酸素原子とを同時もしくは交互に供給してシリコン酸化膜を形成する工程を備えているので、酸化物除去工程および炭化物除去工程によって形成された極薄酸化膜／半導体構造の上に、酸化膜を形成して、界面に発生する欠陥の少ない酸化膜／半導体構造を形成することができる。
【００３８】
（３）また、酸素の中性活性種もしくは酸素原子を高周波励起のプラズマを用いて発生させるので、酸素活性種もしくは酸素原子を高効率で制御性良く供給することができる。
【００３９】
（４）プラズマをヘリコン波プラズマを用いて発生させるので、他のプラズマ源より比較的低い圧力で、かつ酸化膜／半導体構造に悪影響を及ぼす荷電粒子の発生を抑えて酸素活性種もしくは酸素原子を供給することができる。
【００４０】
（５）オゾンを紫外光照射を用いて発生させるので、光の照射の有無でオゾンの供給・中断を制御できるため、他の発生装置を用いる場合より制御性において有利である。
【００４１】
（６）更に、本発明の半導体装置製造装置は、シリコンと炭素とを含む半導体基板を収容支持する成長容器と、成長容器内に連通して半導体基板表面に酸素の中性活性種もしくは酸素原子を供給して酸化膜を形成させる酸素供給源と、成長容器内に連通して酸化膜上にオゾンを供給して炭素および炭化物を除去するオゾン供給源とを備え、酸化物薄膜を有する半導体素子を製造するものであるので、活性化酸素もしくは酸素原子の供給によって極薄酸化膜を形成するとともに、オゾンの供給によって炭素の除去を行い、界面に発生する欠陥を低減することができる。
【００４２】
（７）また、成長容器内にシリコンを含んだ原料を供給して基板にシリコン酸化膜を形成させるシリコン供給源を備えたものであるので、酸化膜形成工程および炭化物除去工程によって形成された極薄酸化膜／半導体構造の上に、酸化膜を形成して、界面に発生する欠陥の少ない酸化膜／半導体構造を形成することができる。
【００４３】
（８）酸素供給源はヘリコン波プラズマ源であるので、他のプラズマ源より比較的低い圧力で、かつ酸化膜／半導体構造に悪影響を及ぼす荷電粒子の発生を抑えて酸素活性種もしくは酸素原子を供給することができるという利点がある
【００４４】
（９）オゾン供給源は紫外光照射オゾン発生装置であるので、光の照射の有無でオゾンの供給・中断を制御できるため、他の発生装置を用いる場合より制御性において有利である。
【００４５】
（１０）シリコン供給源はＳｉＨ₄供給装置であるので、容易に安定したシリコン供給ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の半導体素子製造装置を示す構成概略図である。
【図２】従来の半導体素子製造装置を示す構成概略図である。
【符号の説明】
１成長容器、３基板、４酸素供給源（酸素活性種および酸素原子供給源）、５酸素供給量制御装置、６オゾン供給源（オゾン発生装置）、７シリコン供給源（ＳｉＨ₄供給源）、９ＳｉＨ₄供給量制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to form a very thin oxide film with good controllability and low defects in a MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure formed of a metal film, an oxide film, and a silicon carbide semiconductor. The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a semiconductor element using the technology.
[0002]
[Prior art]
The demand for reducing the loss of power devices is important from the viewpoint of energy saving, and the use of silicon carbide having a dielectric breakdown electric field strength that is an order of magnitude larger than that of silicon that is widely used now is attracting attention. By using silicon carbide, a unipolar switching device with higher breakdown voltage can be realized. Unipolar devices can significantly reduce switching loss during turn-off compared to bipolar devices, and are expected to reduce loss in the high voltage range.
[0003]
An oxide film of a MOS (Metal Oxide Semiconductor) field effect transistor, which is one of unipolar devices, has been formed by thermal oxidation like silicon. FIG. 2 shows a conventional oxide film manufacturing method shown in, for example, a publication (Research and development of important regional technologies “Development of control system technology for rationalized combustion of energy use”, 1994 report pp. 51-54 (1995)). is there. In the figure, 101 is a heat treatment furnace quartz tube, 102 is a substrate holder, 110 is a silicon carbide substrate, 111 is an Ar introduction pipe, 112 is an oxygen introduction pipe, 113 is a water heating heater, 114 is a wet oxygen production bubbler, and 115 is A heat treatment furnace heater 116 is an introduction gas outlet.
[0004]
First, the substrate 110 is set on the substrate holder 102 and introduced into the heat treatment furnace 101. While introducing the inert gas Ar from the pipe 111, the heater 115 is used to heat up to a temperature for oxidation. After reaching a predetermined temperature, wet oxygen produced by bubbling oxygen in a bubbler 114 heated by a heater 113 and holding water at a temperature close to the boiling point in the furnace is introduced into the heat treatment furnace 101 through the pipe 112. Thus, thermal oxidation is performed to form a silicon oxide film. However, silicon carbide can form a silicon oxide film by oxidation like silicon, but the quality of the interface between the oxide film and the semiconductor is not so good, and the interface state density is 2 as compared with the case where silicon is thermally oxidized. There are about orders of magnitude. One of the causes is thought to be the adverse effects of carbon remaining during oxidation.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the semiconductor device manufactured by the method as described above, it is difficult to obtain a good oxide film / semiconductor interface at the interface between the oxide film and the semiconductor due to the influence of carbon remaining during thermal oxidation.
[0006]
The present invention has been made in order to solve such problems, and a semiconductor element having high characteristics and reliability in which carbon and carbides that are considered to have an adverse effect near the oxide film / semiconductor interface are removed from the oxide film. An object of the present invention is to obtain a semiconductor device manufacturing method and apparatus for manufacturing a semiconductor device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to reduce carbon remaining in the vicinity of the oxide film / semiconductor interface, a semiconductor element manufacturing method and apparatus according to the present invention is introduced so that an ultrathin oxide film can be formed while carbon and carbide can be removed. A semiconductor element with reduced defects at the interface is manufactured by selecting a supply type to be used and using a film instead of thermal oxidation in forming a thick oxide film.
[0008]
A method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming an oxide thin film on a surface of a semiconductor substrate containing silicon and carbon according to the present invention maintains a vacuum in a growth vessel that accommodates and supports the semiconductor substrate, and heats the semiconductor substrate to heat the semiconductor substrate. A semiconductor substrate surface cleaning process for cleaning the surface of the semiconductor, an oxide film forming process for forming an oxide film by supplying neutral active species or oxygen atoms of oxygen to the semiconductor substrate surface, and supplying ozone on the oxide film. And a carbide removing step for removing carbon and carbide, wherein the semiconductor substrate surface cleaning step, the oxide film forming step, and the carbide removing step are continuously performed in the same growth vessel. Is.
[0009]
In addition, the method includes a step of forming a silicon oxide film by supplying a silicon-containing source and oxygen neutral active species or oxygen atoms simultaneously or alternately after the oxide film forming step and the carbide removing step. It is what.
[0010]
Further, neutral active species of oxygen or oxygen atoms can be generated using plasma excited by high frequency.
[0011]
Plasma can also be generated using helicon wave plasma.
[0012]
Ozone can also be generated using ultraviolet light irradiation.
[0013]
Furthermore, the semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention supplies a neutral active species or oxygen atom of oxygen to the surface of the semiconductor substrate in communication with the growth vessel that accommodates and supports the semiconductor substrate containing silicon and carbon. A semiconductor device having an oxide thin film, comprising: an oxygen supply source for forming an oxide film; and an ozone supply source communicating with the inside of the growth vessel to supply ozone onto the oxide film to remove carbon and carbide. Is.
[0014]
Further, a silicon supply source for supplying a raw material containing silicon into the growth vessel and forming a silicon oxide film on the substrate can be provided.
[0015]
The oxygen source can be a helicon wave plasma source.
[0016]
The ozone supply source may be an ultraviolet light irradiation ozone generator.
[0017]
The silicon supply source can be a SiH ₄ supply device.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a semiconductor device manufacturing apparatus for executing a semiconductor device manufacturing method of the present invention. In FIG. 1, the semiconductor device manufacturing apparatus includes a growth vessel 1 in which a silicon carbide substrate 3 held on a substrate holder 2 is accommodated and supported. An oxygen supply source 4 which is an oxygen active species and an oxygen atom supply source is provided in the growth vessel 1 and communicates with the inside to supply oxygen active species and oxygen atoms to the surface of the substrate 3. Is provided with an oxygen supply amount control device 5 for controlling the oxygen supply amount to the growth vessel 1. Further, an ozone generator 6 and a silicon supply source 7 communicate with the growth vessel 1 so that ozone and silicon-containing source gas can be supplied to the respective internal substrates. Here, the oxygen active species and the oxygen atom supply source which are the oxygen supply source 4 are helicon wave plasma sources, and the ozone generator which is the ozone supply source 6 is an ultraviolet light excitation type, that is, an ultraviolet light irradiation ozone generator. The silicon source 7 for supplying a raw material containing silicon is SiH ₄ supply device, which is one of the hydride in the present embodiment. A valve 8 and a SiH ₄ supply amount control device 9 are connected to the silicon supply source 7 so that the supply of silicon can be controlled. An exhaust pump 10 is provided to evacuate the growth vessel 1.
[0019]
In order to manufacture a semiconductor device using the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention shown in FIG. 1, a silicon carbide substrate 3 is held on a substrate holder 2 and accommodated and supported in a growth vessel 1. The inside of the growth vessel 1 is kept at a vacuum of 10 ⁻⁶ Pa or less, and the substrate 3 mounted on the substrate holder 2 is heated by a heater (not shown) to clean the surface of the substrate 3. Thereafter, oxygen active species or oxygen atoms are supplied from the oxygen supply source 4 to the substrate 3 to form an ultrathin oxide film (not shown) having a thickness of about 1 to 2 nm on the substrate 3. This step is an oxide film forming step in which an oxide film is formed by supplying neutral active species of oxygen or oxygen atoms to the surface of the substrate 3.
[0020]
Next, ozone is supplied from the ozone supply source 6 to the substrate 3 to remove carbon and carbides in the oxide film formed in the oxide film forming step and at the oxide film / semiconductor interface. Ozone is a molecule consisting of three oxygen atoms. Oxidation occurs even with ozone, but unlike the case where it is formed by oxygen active species or oxygen atoms, its thickness is saturated at around 1 nm near room temperature. No further oxide film growth occurs. Therefore, a film and an interface with few defects can be obtained by oxidation with oxygen active species or oxygen atoms and removal of carbon and carbide by ozone. This step is a carbide removing step of removing carbon and carbide by supplying ozone onto the oxide film.
[0021]
As described above, according to the semiconductor element manufacturing method and apparatus of the present invention, a semiconductor element having high characteristics and reliability in which carbon and carbides that are considered to have an adverse effect near the oxide film / semiconductor interface are removed from the oxide film. A semiconductor device manufacturing method and apparatus for manufacturing are obtained.
[0022]
In the description of the above-described embodiment, after removing the oxide film by supplying neutral active species or oxygen atoms of oxygen to the surface of the substrate 3, ozone is removed to remove carbon and carbide. Although described as performing the process, the oxide film forming process and the carbide removing process are performed in parallel, that is, oxygen active species or oxygen atoms for oxidation and ozone for removing carbon and carbide are simultaneously supplied. However, the same effect can be obtained.
[0023]
In the above description, the helicon wave plasma source is used as the oxygen supply source 4 for supplying oxygen active species or oxygen atoms, but the same effect can be expected with other oxygen supply devices. Advantages of using a helicon wave plasma source to supply oxygen active species or oxygen atoms at a relatively lower pressure than other plasma sources and with suppressed generation of charged particles that adversely affect the oxide film / semiconductor structure There is.
[0024]
The ozone supply source 6 can be expected to have the same effect with other ozone generators as well as those excited by ultraviolet light. Use of an ultraviolet light-excited one is advantageous in terms of controllability over the use of other generators because ozone supply / interruption can be controlled by the presence or absence of light irradiation.
[0025]
Further, although the case of silicon carbide as the substrate 3 has been described, the same effect can be obtained when an oxide film is formed on a substrate containing silicon and carbon.
[0026]
Embodiment 2.
According to the semiconductor element manufacturing method and apparatus of the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor element having high characteristics and reliability by removing carbon and carbides, which are considered to have an adverse effect near the oxide film / semiconductor interface, from the oxide film. Although it is possible, it may be necessary to grow a relatively thick oxide film on the oxide film thus obtained.
[0027]
In such a case, the semiconductor element manufacturing apparatus shown in FIG. 1 can also be used to form a relatively thick oxide film. That is, first, using the semiconductor element manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the oxide film formation process and the carbide removal process of the first embodiment are executed as they are to form the oxide film from which the carbide is removed.
[0028]
Next, the thus the obtained ultrathin oxide film / semiconductor structure, supplying oxygen active species or oxygen atoms from an oxygen supply source 4, SiH ₄ were supplied to a silicon supply source 7 is SiH ₄ source A relatively thick silicon oxide film is formed on the oxide film. The supply amount of oxygen is controlled by the control device 5, and the supply amount of SiH ₄ is controlled by the control device 9. Here, the supply of oxygen and SiH ₄ may be performed simultaneously or alternately and intermittently. In the case of simultaneous supply, although depending on the state of supplied oxygen, it is about 0.20.3 nm per minute when the influence of charged particles is small at a temperature of about 200 ° C., and 1 when the influence of charged particles is large. Film formation with a thickness of 2030 nm per minute is possible. At such a relatively low temperature, there is almost no new oxidation progress during the formation of the oxide film, so the defects initially obtained by oxidation with oxygen active species or oxygen atoms and removal of carbon and carbide by ozone The interface with a small amount is kept as it is after the formation of the relatively thick oxide film.
[0029]
In this way, after obtaining an ultrathin oxide film / semiconductor structure with few defects by oxidation with oxygen active species or oxygen atoms and removal of carbon and carbide by ozone, a relatively thick silicon oxide film is formed thereon. Thus, an oxide film / semiconductor structure with few defects can be obtained.
[0030]
In the above description of the second embodiment, the case of SiH ₄ , which is one of the hydrides, has been described as the silicon raw material. However, other hydrides such as disilane Si ₂ H ₆ may be used, and similar effects can be obtained. . Further, the case of SiH ₄ , one of the hydrides, has been described as the silicon raw material, but the same effect can be expected with other raw materials.
[0031]
In the description of the above-described embodiment, after removing the oxide film by supplying neutral active species or oxygen atoms of oxygen to the surface of the substrate 3, ozone is removed to remove carbon and carbide. Although described as performing the process, the oxide film forming process and the carbide removing process are performed in parallel, that is, oxygen active species or oxygen atoms for oxidation and ozone for removing carbon and carbide are simultaneously supplied. However, the same effect can be obtained.
[0032]
In the above description, a helicon wave plasma source is used as the oxygen supply source 4 for supplying oxygen active species or oxygen atoms, but the same effect can be expected with other oxygen supply devices. Advantages of using a helicon wave plasma source to supply oxygen active species or oxygen atoms at a relatively lower pressure than other plasma sources and with suppressed generation of charged particles that adversely affect the oxide film / semiconductor structure There is.
[0033]
The ozone supply source 6 can be expected to have the same effect with other ozone generators as well as those excited by ultraviolet light. Use of an ultraviolet light-excited one is advantageous in terms of controllability over the use of other generators because ozone supply / interruption can be controlled by the presence or absence of light irradiation.
[0034]
Further, although the case of silicon carbide as the substrate 3 has been described, the same effect can be obtained when an oxide film is formed on a substrate containing silicon and carbon.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a film and an interface with few defects can be obtained by oxidation with oxygen active species or oxygen atoms and removal of carbon and carbide by ozone, thereby improving device characteristics and reliability. It becomes possible.
[0036]
(1) That is, in the semiconductor device manufacturing method including the step of forming an oxide thin film on the surface of a semiconductor substrate containing silicon and carbon according to the present invention, the inside of the growth vessel accommodating and supporting the semiconductor substrate is kept in vacuum, A semiconductor substrate surface cleaning step for cleaning the surface of the semiconductor substrate by heating, an oxide film forming step for forming an oxide film by supplying neutral active species or oxygen atoms of oxygen to the surface of the semiconductor substrate , and an oxide film And a carbide removal step of removing carbon and carbide by supplying ozone to the carbon, and forming an ultrathin oxide film by supplying activated oxygen or oxygen atoms, and removing carbon by supplying ozone. Defects generated at the interface can be reduced.
[0037]
(2) Further, after the oxide film forming step and the carbide removing step, a step of forming a silicon oxide film by simultaneously or alternately supplying a raw material containing silicon and neutral active species of oxygen or oxygen atoms is provided. Therefore, it is possible to form an oxide film on the ultrathin oxide film / semiconductor structure formed by the oxide removal process and the carbide removal process to form an oxide film / semiconductor structure with few defects generated at the interface. it can.
[0038]
(3) Further, since the neutral active species or oxygen atoms of oxygen are generated using plasma excited by high frequency, the oxygen active species or oxygen atoms can be supplied with high efficiency and good controllability.
[0039]
(4) Since the plasma is generated using helicon wave plasma, oxygen active species or oxygen atoms are generated at a pressure lower than that of other plasma sources and suppressing generation of charged particles that adversely affect the oxide film / semiconductor structure. Can be supplied.
[0040]
(5) Since ozone is generated using ultraviolet light irradiation, the supply / interruption of ozone can be controlled by the presence or absence of light irradiation, which is advantageous in terms of controllability compared to the case of using other generators.
[0041]
(6) Furthermore, a semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention includes a growth vessel that accommodates and supports a semiconductor substrate containing silicon and carbon, and a neutral active species or oxygen atom of oxygen on the surface of the semiconductor substrate in communication with the growth vessel. Semiconductor device having an oxide thin film, comprising: an oxygen supply source for supplying an oxide film to form an oxide film; and an ozone supply source communicating with the inside of the growth vessel to supply ozone onto the oxide film to remove carbon and carbides Therefore, an ultrathin oxide film can be formed by supplying activated oxygen or oxygen atoms, and carbon can be removed by supplying ozone to reduce defects generated at the interface.
[0042]
(7) Since the silicon supply source for supplying the silicon-containing raw material into the growth vessel and forming the silicon oxide film on the substrate is provided, the electrode formed by the oxide film forming step and the carbide removing step is provided. By forming an oxide film on the thin oxide film / semiconductor structure, an oxide film / semiconductor structure with few defects generated at the interface can be formed.
[0043]
(8) Since the oxygen supply source is a helicon wave plasma source, oxygen active species or oxygen atoms are reduced by suppressing the generation of charged particles that adversely affect the oxide film / semiconductor structure at a relatively lower pressure than other plasma sources. There is an advantage of being able to supply [0044]
(9) Since the ozone supply source is an ultraviolet light irradiation ozone generator, the supply / interruption of ozone can be controlled by the presence or absence of light irradiation, which is advantageous in terms of controllability compared to the case of using other generators.
[0045]
(10) Silicon source because it is SiH ₄ feeder can easily and stably silicon supplied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a conventional semiconductor device manufacturing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 growth vessel, 3 substrate, 4 oxygen supply source (active oxygen species and oxygen atom supply source), 5 oxygen supply amount control device, 6 ozone supply source (ozone generator), 7 silicon supply source (SiH ₄ supply source), 9 SiH ₄ supply control device

Claims

In a semiconductor device manufacturing method including a step of forming an oxide thin film on a surface of a semiconductor substrate containing silicon and carbon,
A semiconductor substrate surface cleaning step of keeping the inside of the growth vessel accommodating and supporting the semiconductor substrate in a vacuum and heating the semiconductor substrate to clean the surface of the semiconductor substrate;
An oxide film forming step of forming an oxide film by supplying neutral active species of oxygen or oxygen atoms to the surface of the semiconductor substrate;
A carbide removal step of removing carbon and carbide by supplying ozone onto the oxide film,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor substrate surface cleaning step, the oxide film forming step, and the carbide removing step are continuously performed in the same growth vessel .

After the oxide film forming step and the carbide removing step, a step of forming a silicon oxide film by supplying a silicon-containing raw material and oxygen neutral active species or oxygen atoms simultaneously or alternately is provided. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:

3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the neutral active species of oxygen or oxygen atoms are generated using plasma excited by high frequency.

4. The semiconductor device manufacturing method according to claim 3, wherein the plasma is generated using helicon wave plasma.