JP2010278216A

JP2010278216A - Method for forming silicon carbide film

Info

Publication number: JP2010278216A
Application number: JP2009129043A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Matsuo; 弘之松尾; Motoi Nakao; 基中尾
Original assignee: Kyushu Institute of Technology NUC; Seiko Epson Corp
Current assignee: Kyushu Institute of Technology NUC; Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-12-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently and inexpensively forming a silicon carbide film which has excellent film quality and is controlled to have a desired conductivity type and conductivity. <P>SOLUTION: The method for forming the silicon carbide film forms the silicon carbide film having an impurity region. The method has a step for applying carbonization treatment to a silicon film 16a of a substrate 11 having the silicon film 16a on a surface layer to form the silicon carbide film 13 containing the carbonized film. Before carbonizing the silicon film of a portion being the impurity region, an impurity is doped into the portion. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、炭化シリコン膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide film.

近年、整流素子やインバータ等の高耐圧パワーデバイスのワイドバンドギャップ半導体材料として、炭化シリコンが注目されている。炭化シリコンは、絶縁破壊電界が高いのでデバイスを高耐圧にすることができる。炭化シリコンは、機械的強度、耐熱性、化学的安定性に優れるという特性を有しており、ＭＥＭＳの構造体材料としても期待されている。 In recent years, silicon carbide has attracted attention as a wide band gap semiconductor material for high voltage power devices such as rectifiers and inverters. Since silicon carbide has a high dielectric breakdown electric field, the device can have a high breakdown voltage. Silicon carbide has properties such as excellent mechanical strength, heat resistance, and chemical stability, and is expected as a structural material for MEMS.

炭化シリコンからなる単結晶基板の製造方法としては、炭化シリコン種結晶を用いた昇華再結晶法により得られるインゴッドをスライスする方法が知られている。この方法では、昇華再結晶法では、１７００℃近辺の超高温処理が必要であるので、単結晶基板を低コストで効率よく製造することや、単結晶基板を大口径にすることが難しい。 As a method for producing a single crystal substrate made of silicon carbide, a method of slicing an ingot obtained by a sublimation recrystallization method using a silicon carbide seed crystal is known. In this method, the sublimation recrystallization method requires an ultra-high temperature treatment around 1700 ° C., so that it is difficult to efficiently manufacture a single crystal substrate at a low cost and to increase the diameter of the single crystal substrate.

炭化シリコン膜の製造方法としては、基板上にＣＶＤ法等により炭化シリコンを結晶成長させる手法が知られている。この手法によれば、昇華再結晶法よりも処理温度を下げることや単結晶基板よりも大面積の炭化シリコン膜を製造することが可能になる。しかしながら、この手法では高真空処理が必要になるので、炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造することが難しい。また、炭化シリコン膜の結晶構造が基板の表面状態に影響されるため、良好な膜質の炭化シリコン膜を製造することが難しい。例えば、シリコン基板の表面に炭化シリコンを結晶成長させると、炭化シリコンがシリコンと結晶整合しないので結晶欠陥を含んだ炭化シリコン膜が形成される。酸化シリコン膜をバッファ層として炭化シリコンを結晶成長させると、疎な膜質の炭化シリコン膜が形成されてしまう。このような炭化シリコン膜を用いてデバイスを製造すると、デバイスが所望の特性にならなくなる。 As a method for manufacturing a silicon carbide film, a method is known in which silicon carbide is crystal-grown on a substrate by a CVD method or the like. According to this method, it is possible to lower the processing temperature than the sublimation recrystallization method and to manufacture a silicon carbide film having a larger area than the single crystal substrate. However, since this method requires high vacuum processing, it is difficult to efficiently produce a silicon carbide film at low cost. In addition, since the crystal structure of the silicon carbide film is affected by the surface state of the substrate, it is difficult to manufacture a silicon carbide film with good film quality. For example, when silicon carbide is crystal-grown on the surface of a silicon substrate, silicon carbide does not crystallize with silicon, so that a silicon carbide film containing crystal defects is formed. When silicon carbide is crystal-grown using a silicon oxide film as a buffer layer, a sparse silicon carbide film is formed. When a device is manufactured using such a silicon carbide film, the device does not have desired characteristics.

このような問題点を解決する技術として、特許文献１〜３に開示されている技術が挙げられる。特許文献１、２では、ＳＯＩ基板表層の単結晶シリコン層を炭化している。特許文献３では、表面に酸化シリコン膜を形成した支持基板上に、単結晶炭化シリコン膜を転写している。特許文献１〜３の技術によれば、酸化シリコン層上に炭化シリコン膜を有する基板を低コストで効率よく製造することができると考えられる。 As a technique for solving such problems, techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 can be cited. In Patent Documents 1 and 2, the single crystal silicon layer on the surface of the SOI substrate is carbonized. In Patent Document 3, a single crystal silicon carbide film is transferred onto a support substrate on which a silicon oxide film is formed. According to the techniques of Patent Documents 1 to 3, it is considered that a substrate having a silicon carbide film on a silicon oxide layer can be efficiently manufactured at low cost.

特開２００２−３６３７５１号公報JP 2002-363551 A 特開２００３−２２４２４８号公報JP 2003-224248 A 特開２００５−５３７６７８号公報JP 2005-537678 A

ところで、実際に炭化シリコン膜を用いて半導体装置を製造したり、半導体装置をＭＥＭＳに混載したりするためには、炭化シリコン膜の導電型や導電性を制御する必要がある。導電型や導電性は、炭化シリコン膜に含まれる不純物の種類や濃度等により制御される。不純物を含んだ半導体膜を形成する方法としては、半導体膜を成膜する過程で原料ガスに不純物を混入する方法や、不純物を含まない半導体膜にイオンを注入する方法が知られている。これらの方法を炭化シリコン膜に適用しても、以下の理由により炭化シリコン膜を良好な半導体膜として機能させることが難しい。 By the way, in order to actually manufacture a semiconductor device using a silicon carbide film or to mount a semiconductor device in a MEMS, it is necessary to control the conductivity type and conductivity of the silicon carbide film. The conductivity type and conductivity are controlled by the type and concentration of impurities contained in the silicon carbide film. As a method of forming a semiconductor film containing impurities, a method of mixing impurities in a source gas in the process of forming a semiconductor film and a method of implanting ions into a semiconductor film containing no impurities are known. Even if these methods are applied to a silicon carbide film, it is difficult to make the silicon carbide film function as a good semiconductor film for the following reasons.

前者の方法は半導体膜をＣＶＤ法等で形成することを前提としており、ＣＶＤ法を用いて炭化シリコン膜を製造することは、前記のようにコスト面や製造効率面で不利である。後者の方法では、イオン注入による結晶構造のダメージを回復させるためや、注入された不純物を活性化するために熱アニールが必要になる。炭化シリコンは結晶化温度が格段に高いため、超高温での熱アニールが必要となりコスト面や製造効率面で不利である。 The former method is based on the premise that a semiconductor film is formed by a CVD method or the like, and manufacturing a silicon carbide film by using the CVD method is disadvantageous in terms of cost and manufacturing efficiency as described above. In the latter method, thermal annealing is required to recover the damage of the crystal structure due to ion implantation and to activate the implanted impurities. Since silicon carbide has a remarkably high crystallization temperature, thermal annealing at an extremely high temperature is required, which is disadvantageous in terms of cost and manufacturing efficiency.

また、後者の方法を特許文献１〜３のような技術に適用すると、シリコンや酸化シリコンからなる部分が超高温で熱アニールされることにより、損傷したり熱応力により歪んだりする。熱アニールにおける処理温度を低く設定すると、ダメージを回復する効果や不純物を活性化する効果が弱くなり、炭化シリコン膜が所望の特性にならなくなる。 In addition, when the latter method is applied to techniques such as Patent Documents 1 to 3, a portion made of silicon or silicon oxide is thermally annealed at an extremely high temperature, thereby being damaged or distorted by thermal stress. If the processing temperature in thermal annealing is set low, the effect of recovering damage and the effect of activating impurities are weakened, and the silicon carbide film does not have the desired characteristics.

本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、良好な膜質であり所望の導電型や導電性に制御された炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造する方法を提供することを目的の１つとする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for efficiently producing a silicon carbide film having good film quality and controlled to have a desired conductivity type and conductivity at low cost. One of them.

本発明の炭化シリコン膜の製造方法は、不純物領域を有する炭化シリコン膜の製造方法であって、表層にシリコン膜を有する基板の前記シリコン膜を炭化処理して、炭化された膜を含んだ炭化シリコン膜を形成する工程を有し、前記不純物領域になる部分の前記シリコン膜を炭化処理する前に、該部分に不純物を注入することを特徴とする。 A method for producing a silicon carbide film of the present invention is a method for producing a silicon carbide film having an impurity region, wherein the silicon film of a substrate having a silicon film as a surface layer is carbonized to include a carbonized film. A step of forming a silicon film, and before carbonizing the silicon film in the portion to be the impurity region, impurities are implanted into the portion.

シリコン膜を炭化処理すると、炭化処理における熱処理によりシリコン膜の結晶性が高くなるとともに、注入された不純物が活性化される。これにより、良好な膜質であり所望の導電型や導電性に制御された炭化シリコン膜を製造することができる。一般に、シリコンを結晶化させる処理温度やシリコンを炭化する処理温度は、炭化シリコンを結晶化させる処理温度よりも低くすることができる。したがって、本発明によれば、炭化シリコン膜に不純物を注入した後に不純物を活性化させる熱処理や結晶性を回復させる熱処理を行う方法と比べて処理温度を低くすることができ、炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造することができる。 When the silicon film is carbonized, the crystallinity of the silicon film is increased by the heat treatment in the carbonization process, and the implanted impurities are activated. Thereby, a silicon carbide film having a good film quality and controlled to have a desired conductivity type and conductivity can be manufactured. Generally, the processing temperature for crystallizing silicon and the processing temperature for carbonizing silicon can be lower than the processing temperature for crystallizing silicon carbide. Therefore, according to the present invention, the processing temperature can be lowered as compared with the method of performing a heat treatment for activating impurities after the impurities are implanted into the silicon carbide film or a heat treatment for recovering crystallinity. It can be manufactured efficiently at a low cost.

また、前記不純物として第１の導電型の不純物を前記シリコン膜の面方向において部分的に注入するとともに、前記シリコン膜の面方向において前記第１の導電型の不純物が注入される領域と異なる領域に前記不純物として第２の導電型の不純物を注入することもできる。 Further, a first conductivity type impurity is partially implanted in the surface direction of the silicon film as the impurity, and a region different from the region in which the first conductivity type impurity is implanted in the surface direction of the silicon film. It is also possible to implant a second conductivity type impurity as the impurity.

第１の導電型の不純物が注入された領域、第２の導電型の不純物が注入された領域は、それぞれ、炭化された膜において第１の導電型の不純物領域、第２の導電型の不純物領域になる。前記のようにすれば、第１の導電型の不純物領域と第２の導電型の不純物領域とが面方向に混載された炭化シリコン膜を製造することができ、このような炭化シリコン膜を用いると、様々な半導体装置を製造することが可能になる。 The region doped with the first conductivity type impurity and the region implanted with the second conductivity type impurity are respectively the first conductivity type impurity region and the second conductivity type impurity in the carbonized film. Become an area. According to the above, it is possible to manufacture a silicon carbide film in which the first conductivity type impurity region and the second conductivity type impurity region are mixedly mounted in the plane direction, and such a silicon carbide film is used. Various semiconductor devices can be manufactured.

また、前記シリコン膜上に第２のシリコン膜を形成する工程を有し、前記第２のシリコン膜を前記シリコン膜と一括して又は独立して炭化処理して、炭化された膜を含んだ炭化シリコン膜を製造することもできる。
このようにすれば、シリコン膜が炭化された膜と、第２のシリコン膜が炭化された膜とを含んだ炭化シリコン膜が得られるので、炭化シリコン膜を厚膜化することができる。 In addition, the method includes a step of forming a second silicon film on the silicon film, and the second silicon film is carbonized together with or independently of the silicon film to include a carbonized film. A silicon carbide film can also be manufactured.
In this way, a silicon carbide film including a film obtained by carbonizing the silicon film and a film obtained by carbonizing the second silicon film can be obtained, so that the silicon carbide film can be thickened.

また、前記シリコン膜は、前記不純物として第１の導電型の不純物が注入される領域を有し、該領域と重なる部分の前記第２のシリコン膜を炭化する前に、該部分に第２の導電型の不純物を注入することもできる。
このようにすれば、第１の導電型の不純物領域上に第２の導電型の不純物領域が配置された炭化シリコン膜が得られる。このような炭化シリコン膜を用いると、ＰＮ接合を有する半導体装置を製造することが可能になる。 The silicon film has a region into which an impurity of the first conductivity type is implanted as the impurity, and before carbonizing the second silicon film in a portion overlapping the region, the silicon film has a second region. Conductive impurities can also be implanted.
In this way, a silicon carbide film in which the second conductivity type impurity region is disposed on the first conductivity type impurity region is obtained. When such a silicon carbide film is used, a semiconductor device having a PN junction can be manufactured.

また、前記第２のシリコン膜上に第３のシリコン膜を形成する工程を有し、前記第３のシリコン膜を前記第２のシリコン膜と一括して又は独立して炭化処理して、炭化された膜を含んだ炭化シリコン膜を製造することもできる。
このようにすれば、シリコン膜が炭化された膜と、第２のシリコン膜が炭化された膜と、第３のシリコン膜が炭化された膜とを含んだ炭化シリコン膜が得られるので、炭化シリコン膜を厚膜化することができる。 A step of forming a third silicon film on the second silicon film, the third silicon film being carbonized together with or independently from the second silicon film, and carbonized; A silicon carbide film including the formed film can also be manufactured.
In this way, a silicon carbide film including a film obtained by carbonizing the silicon film, a film obtained by carbonizing the second silicon film, and a film obtained by carbonizing the third silicon film is obtained. The silicon film can be thickened.

また、前記シリコン膜は、前記不純物として第１の導電型の不純物が注入される領域を有し、該領域と重なる部分の前記第２のシリコン膜に不純物を注入せずに該第２のシリコン膜を炭化し、該領域と重なる部分の前記第３のシリコン膜を炭化する前に、該部分に第２の導電型の不純物を注入することもできる。 The silicon film has a region where an impurity of a first conductivity type is implanted as the impurity, and the second silicon is not implanted into the second silicon film in a portion overlapping with the region. Prior to carbonizing the film and carbonizing the portion of the third silicon film that overlaps the region, an impurity of the second conductivity type may be implanted into the portion.

このようにすれば、シリコン膜が炭化された膜の第１の導電型の不純物領域上において、第２のシリコン膜が真性領域となり、第３のシリコン膜が第２の導電型の不純物領域になる。このような炭化シリコン膜を用いると、ＰＩＮ接合を有する半導体装置を製造することが可能になる。 In this case, the second silicon film becomes an intrinsic region and the third silicon film becomes an impurity region of the second conductivity type on the first conductivity type impurity region of the carbonized film of the silicon film. Become. When such a silicon carbide film is used, a semiconductor device having a PIN junction can be manufactured.

また、前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部が、アモルファスシリコンとポリシリコンとの少なくとも一方を含むことが好ましい。
このようにすれば、アモルファスシリコンやポリシリコンは単結晶シリコンよりも結晶性が低いので、単結晶シリコンからなる膜に比べてシリコン膜中に炭素をいきわたらせることが容易になる。したがって、シリコン膜を良好に炭化することができ、部分的にシリコンが炭化されずに炭化シリコン膜中に残留することが格段に低減される。よって、残留したシリコンと炭化シリコンとが格子整合しないことによる結晶欠陥を生じることや炭化シリコン膜の特性が部分的にばらつくこと、熱膨張係数の違いによる残留応力が生じること等が格段に低減され、良好な特性の炭化シリコン膜が得られるようになる。 Further, it is preferable that at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film includes at least one of amorphous silicon and polysilicon.
In this way, since amorphous silicon and polysilicon have lower crystallinity than single crystal silicon, it is easy to distribute carbon in the silicon film as compared to a film made of single crystal silicon. Therefore, the silicon film can be carbonized well, and the silicon remaining in the silicon carbide film without being partially carbonized is significantly reduced. As a result, crystal defects due to lattice mismatch between the remaining silicon and silicon carbide, partial variations in the characteristics of the silicon carbide film, residual stress due to differences in thermal expansion coefficients, etc. are greatly reduced. As a result, a silicon carbide film having good characteristics can be obtained.

また、前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部をＣＶＤ法を用いて形成することが好ましい。
ＣＶＤ法によれば、成膜温度を低く設定することによりシリコン膜の結晶性を容易に低下させることができる。また、ＣＶＤ法によれば、高精度な膜厚のシリコン膜を形成することができ、炭化された膜の膜厚も高精度になる。 Further, it is preferable that at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film is formed by a CVD method.
According to the CVD method, the crystallinity of the silicon film can be easily lowered by setting the film formation temperature low. In addition, according to the CVD method, a silicon film having a high accuracy can be formed, and the thickness of the carbonized film can also be increased.

また、前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部に対して、該一部を炭化する前にパターニングすることもできる。
一般に、シリコン膜をパターニングすることは炭化シリコン膜をパターニングすることよりも格段に容易である。前記のようにすれば、パターニングされたシリコン膜が炭化されて、パターニングされた炭化シリコン膜が得られる。したがって、炭化シリコン膜をパターニングする必要性が少なくなり、所望のパターンの炭化シリコン膜が容易に得られようになる。 Further, at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film can be patterned before carbonizing the part.
In general, patterning a silicon film is much easier than patterning a silicon carbide film. In this way, the patterned silicon film is carbonized to obtain a patterned silicon carbide film. Therefore, the necessity for patterning the silicon carbide film is reduced, and a silicon carbide film having a desired pattern can be easily obtained.

前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部に対して、該一部を炭化する前に薄厚化することもできる。
このようにすれば、シリコン膜中に炭素を良好に行きわたらせることができ、シリコン膜を良好に炭化することができる。したがって、シリコンが炭化シリコン膜中に残留することが格段に低減され、良好な特性の炭化シリコン膜が得られるようになる。 It is also possible to reduce the thickness of at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film before carbonizing the part.
In this way, carbon can be distributed well in the silicon film, and the silicon film can be carbonized well. Therefore, the silicon remaining in the silicon carbide film is remarkably reduced, and a silicon carbide film having good characteristics can be obtained.

また、前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部を炭化する炭化処理において、炭化する部分の総厚を１００ｎｍ以下にすることが好ましい。
このようにすれば、シリコン膜中にほぼ確実に炭素を行きわたらせることができ、良好な特性の炭化シリコン膜が得られるようになる。 In the carbonization treatment for carbonizing at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film, the total thickness of the carbonized portions is preferably 100 nm or less.
In this way, carbon can be distributed almost surely in the silicon film, and a silicon carbide film having good characteristics can be obtained.

また、前記シリコン膜と前記基板との間に、前記シリコン膜と当接して酸化シリコン膜が配置されているとよい。
このようにすれば、酸化シリコン層をバッファ層として機能させることができ、炭化シリコン膜が基板の結晶構造の影響を受けにくくなる。したがって、炭化シリコン膜が基板と格子整合しないことにより結晶欠陥や残留応力を生じることが低減され、良好な特性の炭化シリコン膜が得られるようになる。また、炭化シリコン膜を用いて製造されるデバイスにおいて酸化シリコン膜を素子分離に用いることもでき、低消費電力のデバイスを製造可能な炭化シリコン膜が得られるようになる。 Further, a silicon oxide film may be disposed between the silicon film and the substrate in contact with the silicon film.
In this way, the silicon oxide layer can function as a buffer layer, and the silicon carbide film is less susceptible to the crystal structure of the substrate. Therefore, the occurrence of crystal defects and residual stress due to the lattice mismatch of the silicon carbide film with the substrate is reduced, and a silicon carbide film having good characteristics can be obtained. Further, in a device manufactured using a silicon carbide film, a silicon oxide film can be used for element isolation, and a silicon carbide film capable of manufacturing a device with low power consumption can be obtained.

また、前記シリコン膜と前記基板との間に、前記シリコン膜と当接して窒化シリコン膜が配置されていてもよい。
このようにすれば、窒化シリコン層をバッファ層として機能させることができ、炭化シリコン膜に結晶欠陥や残留応力を生じることが低減される。また、炭化シリコン膜を用いて製造されるデバイスにおいて窒化シリコン膜を素子分離に用いることもでき、低消費電力のデバイスを製造可能な炭化シリコン膜が得られるようになる。 Further, a silicon nitride film may be disposed between the silicon film and the substrate in contact with the silicon film.
In this way, the silicon nitride layer can function as a buffer layer, and the occurrence of crystal defects and residual stress in the silicon carbide film is reduced. Further, in a device manufactured using a silicon carbide film, a silicon nitride film can be used for element isolation, and a silicon carbide film capable of manufacturing a device with low power consumption can be obtained.

前記基板がシリコンからなり、前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部を炭化する炭化処理は、ランプアニールによる熱処理を用いて行うこともできる。
ランプアニールによれば、短時間で熱処理することができ、また炉アニールに比べて昇温レートを高くすることができる。したがって、基板に対する熱影響を低減しつつ、炭化する部分のシリコン膜を相対的に高温にすることができ、炭化シリコン膜の結晶性を良好に高めることができる。 The carbonization treatment in which the substrate is made of silicon and at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film is carbonized can also be performed using a heat treatment by lamp annealing.
According to lamp annealing, heat treatment can be performed in a short time, and the temperature raising rate can be increased as compared with furnace annealing. Therefore, the silicon film of the carbonized portion can be relatively heated while reducing the thermal influence on the substrate, and the crystallinity of the silicon carbide film can be improved satisfactorily.

前記基板が石英からなり、前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部を炭化する炭化処理は、炉アニールによる熱処理を用いて行うこともできる。
炉アニールによれば、多数の基板を一括して熱処理することができる。したがって、多数の基板上に形成された多数のシリコン膜を一括して炭化処理することが可能になり、製造効率を高めることができる。 The carbonization treatment in which the substrate is made of quartz and at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film is carbonized can also be performed using a heat treatment by furnace annealing.
By furnace annealing, a large number of substrates can be heat-treated at once. Accordingly, it becomes possible to carbonize a large number of silicon films formed on a large number of substrates in a lump, and the manufacturing efficiency can be improved.

また、前記炭化シリコン膜を形成する工程の後に、前記炭化シリコン膜上に化合物半導体膜を形成する工程を有していてもよい。
このようにすれば、炭化シリコン膜に格子整合させて化合物半導体膜を形成することができ、結晶性が良好な化合物半導体膜が得られるようになる。 Moreover, you may have the process of forming a compound semiconductor film on the said silicon carbide film after the process of forming the said silicon carbide film.
In this way, the compound semiconductor film can be formed by lattice matching with the silicon carbide film, and a compound semiconductor film with good crystallinity can be obtained.

（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明に係る半導体基板を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the semiconductor substrate which concerns on this invention, respectively. （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明に係る半導体基板を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the semiconductor substrate which concerns on this invention, respectively. （ａ）〜（ｅ）は、第１実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。(A)-(e) is process drawing which shows schematically the manufacturing method of 1st Embodiment. （ａ）〜（ｅ）は、第２実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。(A)-(e) is process drawing which shows the manufacturing method of 2nd Embodiment schematically. （ａ）〜（ｅ）は、第３実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。(A)-(e) is process drawing which shows the manufacturing method of 3rd Embodiment schematically. （ａ）〜（ｄ）は、図５（ｅ）から続く工程図である。(A)-(d) is process drawing which continues from FIG.5 (e). （ａ）〜（ｅ）は、第４実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。(A)-(e) is process drawing which shows schematically the manufacturing method of 4th Embodiment. （ａ）〜（ｃ）は、第５実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。(A)-(c) is process drawing which shows the manufacturing method of 5th Embodiment schematically. 第６実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of 6th Embodiment schematically. （ａ）〜（ｇ）は第７実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。(A)-(g) is process drawing which shows schematically the manufacturing method of 7th Embodiment.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造と異ならせている場合がある。実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。本発明の実施形態の説明に先立ち、まず、本発明により得られる炭化シリコン膜を有する半導体基板の構成について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings used for explanation, in order to show characteristic portions in an easy-to-understand manner, dimensions and scales of structures in the drawings may be different from actual structures. In the embodiment, the same components are illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof may be omitted. Prior to the description of the embodiments of the present invention, first, the configuration of a semiconductor substrate having a silicon carbide film obtained by the present invention will be described.

図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、炭化シリコン膜を有する半導体基板１Ａ〜１Ｆの概略構成を示す側断面図である。図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ）〜（ｃ）には、半導体基板１Ａ〜１Ｆの要部を拡大して図示している。 FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2C are side sectional views showing schematic configurations of semiconductor substrates 1A to 1F having silicon carbide films, respectively. In FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2C, the main parts of the semiconductor substrates 1A to 1F are enlarged.

図１（ａ）に示すように、半導体基板１Ａは単結晶シリコンからなるシリコン基板（基板）１１を基体にして製造されている。シリコン基板１１上には、酸化シリコン膜１２が形成されている。酸化シリコン膜１２上には、第１の導電型の炭化シリコン膜からなる第１不純物領域１３が設けられている。第１不純物領域１３の導電型としては、Ｐ型、Ｎ型のいずれを採用することもできるが、ここでは説明の便宜上、Ｎ型であるとする。半導体基板１Ａにおいて第１不純物領域１３は、シリコン基板１１のほぼ全域を覆っている。 As shown in FIG. 1A, the semiconductor substrate 1A is manufactured using a silicon substrate (substrate) 11 made of single crystal silicon as a base. A silicon oxide film 12 is formed on the silicon substrate 11. On the silicon oxide film 12, a first impurity region 13 made of a silicon carbide film of the first conductivity type is provided. As the conductivity type of the first impurity region 13, either the P-type or the N-type can be adopted, but here it is assumed to be the N-type for convenience of explanation. In the semiconductor substrate 1 </ b> A, the first impurity region 13 covers almost the entire area of the silicon substrate 11.

図１（ｂ）に示すように、半導体基板１Ｂにおいて酸化シリコン膜１２上には、第１不純物領域１３と、第２の導電型の炭化シリコン膜からなる第２不純物領域１４とが設けられている。第２不純物領域１４の導電型は、第１不純物領域１３と異なっており、ここではＰ型であるとする。本例の第１不純物領域１３、第２不純物領域１４は、いずれも島状の領域であり、第１不純物領域１３が第２不純物領域１４と隣接している。第１不純物領域１３と第２不純物領域１４とにより、ＰＮ接合が構成されている。なお、半導体基板１Ｂ〜１Ｆには、図示されている構造が複数設けられている。 As shown in FIG. 1B, a first impurity region 13 and a second impurity region 14 made of a silicon carbide film of the second conductivity type are provided on the silicon oxide film 12 in the semiconductor substrate 1B. Yes. The conductivity type of the second impurity region 14 is different from that of the first impurity region 13, and is assumed to be P-type here. The first impurity region 13 and the second impurity region 14 in this example are both island-shaped regions, and the first impurity region 13 is adjacent to the second impurity region 14. The first impurity region 13 and the second impurity region 14 constitute a PN junction. The semiconductor substrates 1B to 1F are provided with a plurality of illustrated structures.

図１（ｃ）に示すように、半導体基板１Ｃにおいて酸化シリコン膜１２上には、第１不純物領域１３と、炭化シリコン膜からなる真性領域１５と、第２不純物領域１４とが設けられている。第１不純物領域１３、真性領域１５、第２不純物領域１４はいずれも島状の領域である。本例では、第１不純物領域１３が、シリコン基板１１の面方向において第２不純物領域１４から離れて配置されている。真性領域１５は、第１不純物領域１３と第２不純物領域１４との間に配置されている。真性領域１５は、第１不純物領域１３と連続しており、かつ第２不純物領域１４と連続している。第１不純物領域１３、真性領域１５、第２不純物領域１４により、ＰＩＮ接合が構成されている。 As shown in FIG. 1C, a first impurity region 13, an intrinsic region 15 made of a silicon carbide film, and a second impurity region 14 are provided on the silicon oxide film 12 in the semiconductor substrate 1C. . The first impurity region 13, the intrinsic region 15, and the second impurity region 14 are all island-shaped regions. In this example, the first impurity region 13 is arranged away from the second impurity region 14 in the surface direction of the silicon substrate 11. The intrinsic region 15 is disposed between the first impurity region 13 and the second impurity region 14. The intrinsic region 15 is continuous with the first impurity region 13 and is continuous with the second impurity region 14. The first impurity region 13, the intrinsic region 15, and the second impurity region 14 form a PIN junction.

図２（ａ）に示すように、半導体基板１Ｄにおいて酸化シリコン膜１２上には、島状の第１不純物領域１３が設けられている。第１不純物領域１３上に、第１不純物領域１３と当接して第２不純物領域１４が設けられている。第１不純物領域１３と第２不純物領域１４とにより、ＰＮ接合が構成されている。 As shown in FIG. 2A, an island-shaped first impurity region 13 is provided on the silicon oxide film 12 in the semiconductor substrate 1D. A second impurity region 14 is provided on the first impurity region 13 in contact with the first impurity region 13. The first impurity region 13 and the second impurity region 14 constitute a PN junction.

図２（ｂ）に示すように、半導体基板１Ｅにおいて酸化シリコン膜１２上には、島状の第１不純物領域１３が設けられている。第１不純物領域１３上に、第１不純物領域１３と当接して真性領域１５が設けられている。真性領域１５上に、真性領域１５と当接して第２不純物領域１４が設けられている。第１不純物領域１３、真性領域１５、第２不純物領域１４により、ＰＩＮ接合が構成されている。 As shown in FIG. 2B, island-shaped first impurity regions 13 are provided on the silicon oxide film 12 in the semiconductor substrate 1E. An intrinsic region 15 is provided on the first impurity region 13 in contact with the first impurity region 13. On the intrinsic region 15, the second impurity region 14 is provided in contact with the intrinsic region 15. The first impurity region 13, the intrinsic region 15, and the second impurity region 14 form a PIN junction.

図２（ｃ）に示すように、半導体基板１Ｆにおいて酸化シリコン膜１２上には、島状の２種類の積層体が設けられている。一方の積層体は、酸化シリコン膜１２側から第１不純物領域１３、真性領域１５、第２不純物領域１４がこの順に配置された構造になっている。他方の積層体は、酸化シリコン膜１２側から第２不純物領域１４、真性領域１５、第１不純物領域１３がこの順に配置された構造になっている。２種類の積層体は、いずれもＰＩＮ接合を構成している。
なお、第１不純物領域をＰ型の不純物領域とするとともに第２不純物領域をＮ型の不純物領域にしてもよく、以下の実施形態についても同様である。 As shown in FIG. 2C, two island-shaped stacked bodies are provided on the silicon oxide film 12 in the semiconductor substrate 1F. One stacked body has a structure in which the first impurity region 13, the intrinsic region 15, and the second impurity region 14 are arranged in this order from the silicon oxide film 12 side. The other stacked body has a structure in which the second impurity region 14, the intrinsic region 15, and the first impurity region 13 are arranged in this order from the silicon oxide film 12 side. Both of the two types of laminates constitute a PIN junction.
The first impurity region may be a P-type impurity region and the second impurity region may be an N-type impurity region. The same applies to the following embodiments.

［第１実施形態］
次に、本発明に係る炭化シリコン膜の製造方法の第１実施形態を、半導体基板１Ａの構成に基づいて説明する。 [First Embodiment]
Next, a first embodiment of a method for manufacturing a silicon carbide film according to the present invention will be described based on the configuration of the semiconductor substrate 1A.

図３（ａ）〜（ｅ）は、第１実施形態を示す断面工程図である。
炭化シリコン膜を製造するには、図３（ａ）に示すようにシリコン基板１１を用意する。シリコン基板１１は、例えばシリコンウェハー等である。
次いで、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１１の表層を熱酸化法等により酸化すること等により、酸化シリコン膜１２を形成する。酸化シリコン膜１２の膜厚としては、例えば１００ｎｍ程度にする。 3A to 3E are cross-sectional process diagrams illustrating the first embodiment.
In order to manufacture the silicon carbide film, a silicon substrate 11 is prepared as shown in FIG. The silicon substrate 11 is, for example, a silicon wafer.
Next, as shown in FIG. 3B, the silicon oxide film 12 is formed by oxidizing the surface layer of the silicon substrate 11 by a thermal oxidation method or the like. The film thickness of the silicon oxide film 12 is, for example, about 100 nm.

次いで、図３（ｃ）に示すように、酸化シリコン膜１２上のほぼ全域にわたってシリコン膜１６ａを形成する。本実施形態では、酸化シリコン膜１２上にシリコンをＣＶＤ法により成膜してシリコン膜１６ａを形成する。成膜時の基板温度を低くするほど、シリコン膜１６ａの結晶性を低くすることができる。ここでは、成膜温度を適宜設定することにより、主としてアモルファスシリコンからなるシリコン膜１６ａを形成する。なお、成膜時の基板温度を調整することや、シリコン膜１６ａを熱アニールやレーザーアニール等により結晶化させることにより、ポリシリコンを含んだシリコン膜を形成してもよい。また、スパッタ法等によりシリコン膜を形成してもよい。シリコン膜１６ａの膜厚としては、後述する炭化処理を良好に行う観点から１００ｎｍ以下にするにするとよい。本実施形態では、シリコン膜１６ａの膜厚を３０ｎｍ程度にする。 Next, as shown in FIG. 3C, a silicon film 16 a is formed over almost the entire region on the silicon oxide film 12. In the present embodiment, silicon is formed on the silicon oxide film 12 by the CVD method to form the silicon film 16a. The lower the substrate temperature during film formation, the lower the crystallinity of the silicon film 16a. Here, the silicon film 16a mainly made of amorphous silicon is formed by appropriately setting the film formation temperature. Note that a silicon film containing polysilicon may be formed by adjusting the substrate temperature during film formation or crystallizing the silicon film 16a by thermal annealing, laser annealing, or the like. Further, a silicon film may be formed by sputtering or the like. The film thickness of the silicon film 16a is preferably set to 100 nm or less from the viewpoint of favorably performing a carbonization process described later. In the present embodiment, the thickness of the silicon film 16a is set to about 30 nm.

次いで、図３（ｄ）に示すように、シリコン膜１６ａに不純物を注入して不純物を含有するシリコン膜１７を形成する。本実施形態では、不純物としてＮ型の不純物である窒素を注入する。Ｎ型の不純物としては、周期律表第Ｖ族の元素を用いればよく、具体的には窒素、リン、ヒ素、アンチモン等が挙げられる。なお、導電型がＰ型の不純物領域を形成する場合には、不純物としてＰ型の不純物を注入するとよい。Ｐ型の不純物としては、周期律表第III族の元素を用いればよく、具体的には、ボロン、アルミニウム、ガリウム等が挙げられる。 Next, as shown in FIG. 3D, an impurity is implanted into the silicon film 16a to form a silicon film 17 containing the impurity. In this embodiment, nitrogen, which is an N-type impurity, is implanted as an impurity. As the N-type impurity, an element belonging to Group V of the periodic table may be used. Specific examples include nitrogen, phosphorus, arsenic, and antimony. Note that in the case of forming a P-type impurity region, a P-type impurity may be implanted as an impurity. As the P-type impurity, an element belonging to Group III of the periodic table may be used. Specific examples include boron, aluminum, and gallium.

次いで、図３（ｅ）に示すように、不純物を含有するシリコン膜１７を炭化処理して、炭化シリコン膜１３を形成する。炭化処理は、例えばプロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８）等の炭化水素ガスと水素ガスとからなる混合ガスの雰囲気において、シリコン膜１７を熱処理することにより行うとよい。熱処理としては、赤外線加熱方式のランプアニール装置を用いたランプアニール、抵抗加熱方式の電気炉等のファーネスを用いた炉アニール、レーザー光照射装置を用いたレーザーアニール等が挙げられる。熱処理は、基板温度を８００〜１４００℃程度に設定して行うとよく、本実施形態ではランプアニール装置を用いるとともに、基板裏面から基板温度をモニタリングして、熱処理を基板温度１１６０℃、処理時間６０秒の条件で行う。 Next, as shown in FIG. 3E, the silicon film 17 containing impurities is carbonized to form a silicon carbide film 13. The carbonization treatment may be performed by heat-treating the silicon film 17 in an atmosphere of a mixed gas composed of a hydrocarbon gas such as propane gas (C ₃ H ₈ ) and hydrogen gas, for example. Examples of the heat treatment include lamp annealing using an infrared heating type lamp annealing apparatus, furnace annealing using a furnace such as a resistance heating type electric furnace, and laser annealing using a laser light irradiation apparatus. The heat treatment is preferably performed by setting the substrate temperature to about 800 to 1400 ° C. In this embodiment, a lamp annealing apparatus is used and the substrate temperature is monitored from the back surface of the substrate, and the heat treatment is performed at the substrate temperature of 1160 ° C. and the processing time of 60. It is performed under the condition of seconds.

炭化処理においてシリコン膜１７を加熱すると、シリコン膜１７の表面側から炭素がシリコン膜１７の膜中に拡散する。シリコン膜１７が主としてアモルファスシリコンからなっているので、単結晶からなるシリコン膜に比べて、膜中に炭素を良好に行きわたらせることができる。なお、シリコン膜がポリシリコンを含んだ膜である場合にも、炭素が結晶粒界をつたって膜中に広がるので、膜中に炭素を良好に行きわたらせることができる。 When the silicon film 17 is heated in the carbonization process, carbon diffuses into the silicon film 17 from the surface side of the silicon film 17. Since the silicon film 17 is mainly made of amorphous silicon, carbon can be distributed in the film better than a silicon film made of single crystal. Note that even when the silicon film is a film containing polysilicon, the carbon spreads in the film through the crystal grain boundary, so that the carbon can be well distributed in the film.

本願発明者は、シリコン膜を均一に炭化しうる条件について調査・検討している。その結果、アモルファスシリコンやポリシリコンからなるシリコン膜については、膜厚を１００ｎｍ以下にすれば良好に炭化可能であること、特に膜厚を３０ｎｍ以下にすれば炭化されずにシリコンが残留することがほぼ確実に防止されること、単結晶シリコンからなるシリコン膜については、膜厚を１０ｎｍ以下にすれば良好に炭化可能であり、特に５ｎｍ以下にすればシリコンの残留をほぼ確実に防止できること、を見出している。本実施形態では、シリコン膜１７の膜厚を３０ｎｍ程度にしているので、シリコン膜１７の膜中に炭素を極めて良好にいきわたらせることができる。 The inventor of the present application investigates and examines conditions for uniformly carbonizing the silicon film. As a result, silicon films made of amorphous silicon or polysilicon can be carbonized well if the film thickness is 100 nm or less, and silicon can remain without being carbonized particularly if the film thickness is 30 nm or less. The silicon film made of single crystal silicon can be carbonized satisfactorily when the film thickness is 10 nm or less, and the silicon residue can be almost certainly prevented when the film thickness is 5 nm or less. Heading. In the present embodiment, since the thickness of the silicon film 17 is about 30 nm, carbon can be distributed very well in the silicon film 17.

シリコン膜１７の膜中に拡散した炭素原子や、シリコン膜１７に含まれるシリコン原子、不純物の原子が熱処理により再配列する。これにより、炭化シリコン膜が形成されるとともに不純物が活性化される。以上のようにして、図１（ａ）に示した半導体基板１Ａが得られる。 The carbon atoms diffused in the silicon film 17, silicon atoms contained in the silicon film 17, and impurity atoms are rearranged by heat treatment. Thereby, a silicon carbide film is formed and impurities are activated. As described above, the semiconductor substrate 1A shown in FIG. 1A is obtained.

通常、半導体膜として機能する炭化シリコン膜を製造するには、エピタキシャル結晶成長法等により炭化シリコン膜を成膜するとともに膜中に不純物を混入する方法や、イオン注入法等により炭化シリコン膜に不純物を注入する方法等が用いられる。前者の方法では成膜時に炭化シリコンを配列させる必要があり、後者の方法ではイオン注入後にダメージを回復させるためや不純物を活性化させるために炭化シリコンを再配列させる必要がある。炭化シリコンを配列させるためには、シリコンを配列させる場合と比べて格段に高温での熱処理が必要になり、製造コストが高騰してしまう。熱処理における処理温度を低く設定すると、処理時間が長くなることや所望の特性の炭化シリコン膜が得られなくなること等の不都合を生じてしまう。 Usually, in order to manufacture a silicon carbide film functioning as a semiconductor film, a silicon carbide film is formed by an epitaxial crystal growth method or the like and impurities are mixed into the film, or an impurity is added to the silicon carbide film by an ion implantation method or the like. Or the like is used. In the former method, it is necessary to arrange silicon carbide at the time of film formation, and in the latter method, it is necessary to rearrange silicon carbide in order to recover damage after ion implantation or to activate impurities. In order to arrange silicon carbide, heat treatment at a significantly higher temperature is required compared to the case where silicon is arranged, and the manufacturing cost increases. If the processing temperature in the heat treatment is set low, problems such as an increase in the processing time and the inability to obtain a silicon carbide film having desired characteristics occur.

第１実施形態の製造方法によれば、シリコンが炭化される過程においてシリコンが配列して、活性化された不純物を含んだ良好な結晶構造の炭化シリコン膜が得られる。したがって、炭化シリコンを配列させる場合に比べて格段にプロセス温度を低くすることができ、良好な膜質の炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造することができる。 According to the manufacturing method of the first embodiment, silicon is arranged in the process of carbonizing silicon, and a silicon carbide film having a good crystal structure containing activated impurities can be obtained. Therefore, the process temperature can be remarkably lowered as compared with the case where silicon carbide is arranged, and a silicon carbide film having good film quality can be efficiently manufactured at low cost.

また、アモルファスシリコン等からなり結晶性が低い膜質のシリコン膜を炭化するので、単結晶シリコンからなるシリコン膜を炭化する場合に比べて、膜厚が厚いシリコン膜であっても良好に炭化することができる。したがって、シリコン膜の膜厚を容易に増すことができ、炭化シリコン膜の膜厚を容易に増すことが可能になる。また、シリコン膜の膜厚を増すことにより、膜厚の相対的な誤差を小さくすることができる。例えば、単結晶シリコンからなるシリコン膜を採用するとともに、良好に炭化処理を行う観点でシリコン膜の膜厚を５ｎｍ程度にすると仮定する。膜厚の誤差が仮に１ｎｍ程度であると、膜厚の相対誤差は２０％程度になる。一方、結晶性が低い膜質のシリコン膜を採用すると、膜厚が３０ｎｍ程度であっても良好に炭化処理を行うことができ、しかも膜厚の誤差が仮に１ｎｍ程度であっても相対誤差を３．３％程度まで低くなる。このように、シリコン膜の膜厚を高精度にすることができ、高精度な膜厚の炭化シリコン膜を製造することができる。 In addition, carbonized silicon film with low crystallinity made of amorphous silicon or the like is carbonized, so that even a thick silicon film is carbonized better than carbonized silicon film made of single crystal silicon. Can do. Therefore, the thickness of the silicon film can be easily increased, and the thickness of the silicon carbide film can be easily increased. Moreover, the relative error of the film thickness can be reduced by increasing the film thickness of the silicon film. For example, it is assumed that a silicon film made of single crystal silicon is adopted and the film thickness of the silicon film is about 5 nm from the viewpoint of good carbonization. If the film thickness error is about 1 nm, the film thickness relative error is about 20%. On the other hand, when a silicon film having a low crystallinity is used, the carbonization can be performed satisfactorily even if the film thickness is about 30 nm, and the relative error is 3 even if the film thickness error is about 1 nm. .Lower to about 3%. As described above, the thickness of the silicon film can be made high, and a silicon carbide film having a high accuracy can be manufactured.

［第２実施形態］
次に、本発明に係る炭化シリコン膜の製造方法の第２実施形態を、図１（ｃ）に示した半導体基板１Ｃの構成に基づいて説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、シリコン膜の面方向の異なる領域に導電型が互いに異なる不純物領域を形成する点、島状の炭化シリコン膜を形成する点である。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the method for manufacturing a silicon carbide film according to the present invention will be described based on the configuration of the semiconductor substrate 1C shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that impurity regions having different conductivity types are formed in regions having different plane directions of the silicon film, and an island-shaped silicon carbide film is formed.

図４（ａ）〜（ｅ）は、第２実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。第２実施形態では、第１実施形態と同様にして（図３（ａ）、（ｂ）参照）、図４（ａ）に示すように酸化シリコン膜１２上にシリコン膜１６ａが形成されたシリコン基板１１を用意する。 4A to 4E are process diagrams schematically showing the manufacturing method of the second embodiment. In the second embodiment, as in the first embodiment (see FIGS. 3A and 3B), silicon having a silicon film 16a formed on the silicon oxide film 12 as shown in FIG. 4A. A substrate 11 is prepared.

次いで、図４（ｂ）に示すように、第１不純物領域の形成領域を開口したマスクパターンＭ１をシリコン膜１６ａ上に形成する。そして、マスクパターンＭ１をマスクとしてＮ型の不純物を注入することにより、マスクパターンＭ１の開口と重なる領域にＮ型の不純物を含有するシリコン膜１７を形成する。そして、マスクパターンＭ１を除去する。 Next, as shown in FIG. 4B, a mask pattern M1 having an opening in the formation region of the first impurity region is formed on the silicon film 16a. Then, by implanting N-type impurities using the mask pattern M1 as a mask, a silicon film 17 containing N-type impurities is formed in a region overlapping the opening of the mask pattern M1. Then, the mask pattern M1 is removed.

次いで、図４（ｃ）に示すように、第２不純物領域の形成領域を開口したマスクパターンＭ２をシリコン膜１６ａ上に形成する。ここでは、第２不純物領域として、第１不純物領域の形成領域からシリコン膜１６ａの面方向において離れた領域であって、第１不純物領域の形成領域に近接する領域を選択する。マスクパターンＭ２をマスクとしてＰ型の不純物を注入することにより、マスクパターンＭ２の開口と重なる領域にＰ型の不純物を含有するシリコン膜１８を形成する。そして、マスクパターンＭ２を除去する。 Next, as shown in FIG. 4C, a mask pattern M2 having an opening in the formation region of the second impurity region is formed on the silicon film 16a. Here, as the second impurity region, a region that is separated from the formation region of the first impurity region in the plane direction of the silicon film 16a and is close to the formation region of the first impurity region is selected. By implanting P-type impurities using mask pattern M2 as a mask, silicon film 18 containing P-type impurities is formed in a region overlapping with the opening of mask pattern M2. Then, the mask pattern M2 is removed.

次いで、図４（ｄ）に示すように、シリコン膜１７の一部又は全部と、シリコン膜１８の一部又は全部と、シリコン膜１７、１８間のシリコン膜１６ａとを残して、シリコン膜１６ａ、１７、１８をパターニングする。ここでは通常同様の方法、例えばフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いることにより、シリコン膜１６ａ、１７、１８をパターニングする。酸化シリコン膜１２をエッチングのストッパー膜として機能させることができ、良好にエッチングすることができる。 Next, as shown in FIG. 4D, the silicon film 16a is left leaving part or all of the silicon film 17, part or all of the silicon film 18, and the silicon film 16a between the silicon films 17 and 18. , 17 and 18 are patterned. In this case, the silicon films 16a, 17 and 18 are patterned by using the same method as usual, for example, photolithography and etching. The silicon oxide film 12 can function as an etching stopper film and can be etched satisfactorily.

次いで、図４（ｅ）に示すように、本実施形態では第１実施形態と同様の炭化処理により、シリコン膜１６ａ、１７、１８を一括して炭化する。これにより、シリコン膜１６ａが真性領域（炭化シリコン膜）１５、シリコン膜１７が第１不純物領域１３、シリコン膜（炭化シリコン膜）１８が第２不純物領域１４になる。以上のようにして、図１（ａ）に示した半導体基板１Ｃが得られる。 Next, as shown in FIG. 4E, in the present embodiment, the silicon films 16a, 17, and 18 are carbonized collectively by the same carbonization treatment as in the first embodiment. As a result, the silicon film 16 a becomes the intrinsic region (silicon carbide film) 15, the silicon film 17 becomes the first impurity region 13, and the silicon film (silicon carbide film) 18 becomes the second impurity region 14. As described above, the semiconductor substrate 1C shown in FIG. 1A is obtained.

第２実施形態の製造方法によれば、第１実施形態と同様の理由により、良好な膜質の炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造することができる。第１不純物領域１３、真性領域１５、第２不純物領域１４によりＰＩＮ接合が構成されているので、半導体基板１Ｃを用いると多様なデバイスを効率よく製造することができる。 According to the manufacturing method of the second embodiment, a silicon carbide film with good film quality can be efficiently manufactured at low cost for the same reason as in the first embodiment. Since the first impurity region 13, the intrinsic region 15, and the second impurity region 14 form a PIN junction, various devices can be efficiently manufactured by using the semiconductor substrate 1C.

ところで、炭化シリコン膜は、シリコンよりも化学的に安定でありエッチングすることが格段に難しいことが知られている。炭化シリコン膜をエッチングする方法としては、温度が数百℃程度の溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）をエッチャントに用いたウエットエッチングが挙げられる。この方法では、安全管理のコストが高騰しまい、またハンドリング性が悪いことにより製造効率が低下してしまう。ドライエッチングにより炭化シリコン膜をエッチングすることも考えられるが、この手法によるとウエットエッチングよりも製造効率が低下してしまう。また、ドライエッチングでは、炭化シリコン膜とその下地とで選択比を確保することが難しいので、プロセス耐性が極めて低くなってしまう。 By the way, it is known that a silicon carbide film is chemically more stable than silicon and is extremely difficult to etch. As a method for etching the silicon carbide film, wet etching using molten potassium hydroxide (KOH) having a temperature of about several hundred degrees Celsius as an etchant can be given. In this method, the cost of safety management increases, and the manufacturing efficiency decreases due to poor handling. Although it is conceivable to etch the silicon carbide film by dry etching, this method results in lower production efficiency than wet etching. Also, in dry etching, it is difficult to secure a selection ratio between the silicon carbide film and its underlying layer, so that the process resistance becomes extremely low.

一方、第２実施形態では、シリコン膜１６ａ、１７、１８をパターングした後に炭化しているので、炭化シリコン膜をパターニングする必要が少なくなり、端的には炭化シリコン膜のパターニングを省くことができる。したがって、パターニングされた炭化シリコン膜を容易に形成することができ、炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造することができる。 On the other hand, in the second embodiment, since the silicon films 16a, 17 and 18 are carbonized after patterning, the need for patterning the silicon carbide film is reduced, and the patterning of the silicon carbide film can be omitted. Therefore, a patterned silicon carbide film can be easily formed, and the silicon carbide film can be efficiently manufactured at a low cost.

なお、マスクパターンＭ１、Ｍ２の開口位置を設定することにより、第１不純物領域を第２不純物領域と連続させて形成することができる。これにより、図１（ｂ）に示した半導体基板１Ｂを製造することができ、ＰＮ接合を含んだ炭化シリコン膜を製造することができる。また、同様の手法により、連続する２つの領域に同じ導電型の不純物を注入するとともに、２つの領域で不純物濃度を異ならせることも可能である。これにより、高濃度領域と低濃度領域とが連続した不純物領域を形成することができる。なお、第２実施形態の製造方法では、炭化処理においてシリコン膜１７、１８からシリコン膜１６ａに不純物を拡散させることもでき、第１不純物領域１３と真性領域１５と境界部付近に低濃度不純物領域を形成することも可能である。 The first impurity region can be formed continuously with the second impurity region by setting the opening positions of the mask patterns M1 and M2. Thereby, the semiconductor substrate 1B shown in FIG. 1B can be manufactured, and a silicon carbide film including a PN junction can be manufactured. Further, by the same method, it is possible to inject impurities of the same conductivity type into two continuous regions and to make the impurity concentrations different in the two regions. Thus, an impurity region in which the high concentration region and the low concentration region are continuous can be formed. In the manufacturing method of the second embodiment, impurities can be diffused from the silicon films 17 and 18 into the silicon film 16a in the carbonization process, and the first impurity region 13, the intrinsic region 15, and the low concentration impurity region in the vicinity of the boundary. It is also possible to form

また、第１不純物領域１３、真性領域１５、第２不純物領域１４のうちの１以上を他と別工程で形成してもよい。例えば、図４（ｄ）に示したパターニング工程で、シリコン膜１７、１８間のシリコン膜１６ａを除去してパターニングする。そして、シリコン膜１７、１８を炭化処理した後、第１不純物領域１３と第２不純物領域１４との間に、シリコン膜を埋設する。そして、第１不純物領域１３と第２不純物領域１４との間のシリコン膜を炭化して真性領域を形成する。これにより、図１（ｃ）に示した炭化シリコン膜が得られる。このようにすれば、孤立した島状の領域内で不純物を活性化させるので、不純物が拡散する領域を管理することができ、形成された炭化シリコン膜における不純物濃度分布を高精度に管理することができる。
また、シリコン膜１６ａ、１７、１８をパターニングした後に不純物を注入してもよいし、シリコン膜１６ａ、１７、１８をパターニングせずに炭化してもよい。 One or more of the first impurity region 13, the intrinsic region 15, and the second impurity region 14 may be formed in a separate process from the other. For example, in the patterning process shown in FIG. 4D, the silicon film 16a between the silicon films 17 and 18 is removed and patterned. Then, after the silicon films 17 and 18 are carbonized, a silicon film is embedded between the first impurity region 13 and the second impurity region 14. Then, an intrinsic region is formed by carbonizing the silicon film between the first impurity region 13 and the second impurity region 14. Thereby, the silicon carbide film shown in FIG. 1C is obtained. In this way, since the impurities are activated in the isolated island-shaped region, the region where the impurity is diffused can be managed, and the impurity concentration distribution in the formed silicon carbide film can be managed with high accuracy. Can do.
Further, impurities may be implanted after the silicon films 16a, 17 and 18 are patterned, or the silicon films 16a, 17 and 18 may be carbonized without patterning.

［第３実施形態］
次に、本発明に係る炭化シリコン膜の製造方法の第３実施形態を、図２（ｂ）に示した半導体基板１Ｅの構成に基づいて説明する。第３実施形態が第２実施形態と異なる点は、シリコン膜の厚み方向の異なる領域に導電型が互いに異なる不純物領域を形成する点である。 [Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the method for manufacturing a silicon carbide film according to the present invention will be described based on the configuration of the semiconductor substrate 1E shown in FIG. The third embodiment is different from the second embodiment in that impurity regions having different conductivity types are formed in different regions in the thickness direction of the silicon film.

図５（ａ）〜（ｅ）、図６（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。第３実施形態では、第１実施形態と同様にして（図３（ａ）、（ｂ）参照）、図５（ａ）に示すように酸化シリコン膜１２上にシリコン膜１６ａが形成されたシリコン基板１１を用意する。 FIGS. 5A to 5E and FIGS. 6A to 6D are process diagrams schematically showing the manufacturing method of the third embodiment. In the third embodiment, as in the first embodiment (see FIGS. 3A and 3B), silicon having a silicon film 16a formed on the silicon oxide film 12 as shown in FIG. 5A. A substrate 11 is prepared.

次いで、図５（ｂ）に示すように、第１不純物領域の形成領域を開口したマスクパターンＭ３をシリコン膜１６ａ上に形成する。そして、マスクパターンＭ３をマスクとしてＮ型の不純物を注入することにより、マスクパターンＭ３の開口と重なる領域にＮ型の不純物を含有するシリコン膜１７を形成する。そして、マスクパターンＭ３を除去する。 Next, as shown in FIG. 5B, a mask pattern M3 having an opening in which the first impurity region is formed is formed on the silicon film 16a. Then, by implanting N-type impurities using the mask pattern M3 as a mask, a silicon film 17 containing N-type impurities is formed in a region overlapping the opening of the mask pattern M3. Then, the mask pattern M3 is removed.

次いで、図５（ｃ）に示すように、シリコン膜１７の一部又は全部を残してシリコン膜１６ａ、１７をパターニングする。ここでは、シリコン膜１７のみを残して、シリコン膜１６ａを除去する。
次いで、図５（ｄ）に示すように、第１実施形態と同様の炭化処理によりシリコン膜１７を炭化して、炭化されたシリコン膜１７からなる第１不純物領域１３を形成する。
次いで、図５（ｅ）に示すように、第１不純物領域１３と酸化シリコン膜１２上とにわたってアモルファスシリコンをＣＶＤ法により成膜し、この膜をパターニングすることにより、第１不純物領域１３上にシリコン膜（第２のシリコン膜）１６ｂを積層する。 Next, as shown in FIG. 5C, the silicon films 16a and 17 are patterned leaving part or all of the silicon film 17. Here, the silicon film 16a is removed leaving only the silicon film 17.
Next, as shown in FIG. 5D, the silicon film 17 is carbonized by the same carbonization treatment as in the first embodiment to form the first impurity region 13 made of the carbonized silicon film 17.
Next, as shown in FIG. 5E, an amorphous silicon film is formed over the first impurity region 13 and the silicon oxide film 12 by a CVD method, and this film is patterned to form a film on the first impurity region 13. A silicon film (second silicon film) 16b is stacked.

次いで、図６（ａ）に示すように、シリコン膜１６ｂを炭化することにより、炭化されたシリコン膜１６ｂからなる真性領域１５を形成する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、真性領域１５と酸化シリコン膜１２上とにわたってアモルファスシリコンをＣＶＤ法により成膜し、この膜をパターニングすることにより、真性領域１５上にシリコン膜（第３のシリコン膜）１６ｃを積層する。
次いで、図６（ｃ）に示すように、シリコン膜１６ｃにＰ型の不純物を注入することにより、Ｐ型の不純物を含有するシリコン膜１８を形成する。
次いで、図６（ｄ）に示すように、シリコン膜１８を炭化することにより、炭化されたシリコン膜１８からなる第２不純物領域１４を形成する。
以上のようにして、図２（ｂ）に示した半導体基板１Ｅが得られる。 Next, as shown in FIG. 6A, the intrinsic region 15 made of the carbonized silicon film 16b is formed by carbonizing the silicon film 16b.
Next, as shown in FIG. 6B, an amorphous silicon film is formed over the intrinsic region 15 and the silicon oxide film 12 by the CVD method, and this film is patterned to form a silicon film (first film) on the intrinsic region 15. 3 silicon film) 16c.
Next, as shown in FIG. 6C, a silicon film 18 containing P-type impurities is formed by implanting P-type impurities into the silicon film 16c.
Next, as shown in FIG. 6D, the second impurity region 14 made of the carbonized silicon film 18 is formed by carbonizing the silicon film 18.
As described above, the semiconductor substrate 1E shown in FIG. 2B is obtained.

第３実施形態の製造方法によれば、第１実施形態と同様の理由により、良好な膜質の炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造することができる。第２実施形態と同様に、第１不純物領域１３、真性領域１５、第２不純物領域１４によりＰＩＮ接合が構成されており、半導体基板１Ｅを用いると多様なデバイスを効率よく製造することができる。
また、第１不純物領域１３、真性領域１５、第２不純物領域１４がシリコン基板１１の厚み方向に積層された構造になっているので、第２実施形態に比べてＰＩＮ接合を高集積化することができる。 According to the manufacturing method of the third embodiment, a silicon carbide film with good film quality can be efficiently manufactured at low cost for the same reason as in the first embodiment. Similar to the second embodiment, the first impurity region 13, the intrinsic region 15, and the second impurity region 14 form a PIN junction, and various devices can be efficiently manufactured by using the semiconductor substrate 1E.
In addition, since the first impurity region 13, the intrinsic region 15, and the second impurity region 14 are stacked in the thickness direction of the silicon substrate 11, the PIN junction is highly integrated as compared with the second embodiment. Can do.

また、シリコン膜１６ａ、１６ｂ、１６ｃを膜ごとに炭化して積層しているので、シリコン膜の膜厚を厚くすることが容易になる。したがって、第１実施形態で説明したように炭化シリコン膜の膜厚を増すことが容易になるとともに、炭化シリコン膜の膜厚を高精度にすることができる。 Further, since the silicon films 16a, 16b, and 16c are carbonized and stacked for each film, it is easy to increase the thickness of the silicon film. Therefore, as described in the first embodiment, it is easy to increase the thickness of the silicon carbide film, and it is possible to increase the thickness of the silicon carbide film.

なお、シリコン膜１６ａ、１６ｂ、１６ｃの厚みに応じて、２以上のシリコン膜を一括して炭化することも可能である。例えば、シリコン膜１６ａ、１６ｂの総厚が前記した良好に炭化しうる膜厚以下であれば、シリコン膜１６ａに不純物を注入した後に、シリコン膜１６ａを炭化せずにシリコン膜１６ｂを形成し、次いでシリコン膜１６ａ、１６ｂを一括して炭化してもよい。同様に、シリコン膜１６ａ、１６ｂ、１６ｃを一括して炭化してもよい。 It is possible to carbonize two or more silicon films at once according to the thickness of the silicon films 16a, 16b, and 16c. For example, if the total thickness of the silicon films 16a and 16b is equal to or less than the film thickness that can be well carbonized, an impurity is implanted into the silicon film 16a, and then the silicon film 16b is formed without carbonizing the silicon film 16a. Next, the silicon films 16a and 16b may be carbonized together. Similarly, the silicon films 16a, 16b, and 16c may be carbonized together.

また、第３実施形態と同様の手法により、図３（ｂ）に示した半導体基板１Ｄを製造することも可能である。例えば、シリコン膜１６ｂにＰ型の不純物を注入し、Ｐ型の不純物を含んだシリコン膜１６ｂを炭化することにより、半導体基板１Ｄが得られる。また、シリコン膜１６ｂにＮ型の不純物を注入し、Ｎ型の不純物を含んだシリコン膜１６ｂを炭化することにより、第１不純物領域を厚膜化することもできる。 Moreover, it is also possible to manufacture the semiconductor substrate 1D shown in FIG. 3B by the same method as in the third embodiment. For example, a semiconductor substrate 1D is obtained by implanting a P-type impurity into the silicon film 16b and carbonizing the silicon film 16b containing the P-type impurity. Further, the first impurity region can be thickened by injecting an N-type impurity into the silicon film 16b and carbonizing the silicon film 16b containing the N-type impurity.

また、シリコン膜１６ａ、１６ｂ、１６ｃの面方向の大きさを互いに異ならせてもよい。例えば、シリコン膜１６ａをシリコン膜１６ｂ、１６ｃよりも大面積化してもよい。これにより、第１不純物領域１３が、真性領域１５、第２不純物領域１４よりも面方向に張り出した構造が得られる。これにより、張り出した部分の第１不純物領域１３にコンタクトプラグ等を接続することが容易になり、第１不純物領域１３と電気的な接続をとることが容易になる。 Further, the sizes of the silicon films 16a, 16b, and 16c in the surface direction may be different from each other. For example, the silicon film 16a may have a larger area than the silicon films 16b and 16c. As a result, a structure in which the first impurity region 13 protrudes in the plane direction from the intrinsic region 15 and the second impurity region 14 is obtained. Thereby, it becomes easy to connect a contact plug or the like to the protruding first impurity region 13, and it is easy to make electrical connection with the first impurity region 13.

［第４実施形態］
次に、本発明に係る炭化シリコン膜の製造方法の第４実施形態を説明する。第４実施形態が第１実施形態と異なる点は、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて炭化シリコン膜を製造する点である。 [Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the method for manufacturing a silicon carbide film according to the present invention will be described. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that a silicon carbide film is manufactured using an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

図７（ａ）〜（ｅ）は、第４実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。第４実施形態では、図７（ａ）に示すようなＳＯＩ基板を用意する。ＳＯＩ基板は、ＳＩＭＯＸ法や貼合せ法等により製造されている。ＳＯＩ基板は、単結晶シリコンからなるベース基板（基板）２１上に設けられた酸化シリコン膜２２と、酸化シリコン膜２２上に設けられたシリコン膜２６とを含んでいる。酸化シリコン膜２２は、埋め込み酸化膜等により構成されており、シリコン膜は単結晶シリコン層等により構成されている。 7A to 7E are process diagrams schematically showing the manufacturing method of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, an SOI substrate as shown in FIG. 7A is prepared. The SOI substrate is manufactured by a SIMOX method, a bonding method, or the like. The SOI substrate includes a silicon oxide film 22 provided on a base substrate (substrate) 21 made of single crystal silicon and a silicon film 26 provided on the silicon oxide film 22. The silicon oxide film 22 is composed of a buried oxide film or the like, and the silicon film is composed of a single crystal silicon layer or the like.

次いで、図７（ｂ）に示すように、シリコン膜２６の表層２９を熱酸化法等により酸化する。シリコン膜２６において酸化シリコン膜２２と当接する部分は、酸化せずにシリコン膜２６ａのままに保持しておく。シリコン膜２６ａの厚みとしては、例えば５ｎｍ程度にする。
次いで、図７（ｃ）に示すように、例えばフッ酸をエッチャントに用いたウエットエッチングによりシリコン膜２６ａを残して表層２９を除去する。これにより、シリコン膜２６を薄厚化するこができる。 Next, as shown in FIG. 7B, the surface layer 29 of the silicon film 26 is oxidized by a thermal oxidation method or the like. A portion of the silicon film 26 that is in contact with the silicon oxide film 22 is not oxidized but is held as it is. The thickness of the silicon film 26a is, for example, about 5 nm.
Next, as shown in FIG. 7C, the surface layer 29 is removed leaving the silicon film 26a by wet etching using, for example, hydrofluoric acid as an etchant. Thereby, the silicon film 26 can be thinned.

次いで、図７（ｄ）に示すように、シリコン膜２６ａに不純物を注入して不純物を含有するシリコン膜２７を形成する。
次いで、図７（ｅ）に示すように、第１実施形態と同様の炭化処理によりシリコン膜２７を炭化して、炭化されたシリコン膜２７からなる第１不純物領域１３を形成する。
以上のようにして、炭化シリコン膜を有する半導体基板が得られる。 Next, as shown in FIG. 7D, impurities are implanted into the silicon film 26a to form a silicon film 27 containing the impurities.
Next, as shown in FIG. 7E, the silicon film 27 is carbonized by a carbonization process similar to that of the first embodiment to form the first impurity region 13 made of the carbonized silicon film 27.
As described above, a semiconductor substrate having a silicon carbide film is obtained.

第４実施形態の製造方法によれば、第１実施形態と同様の理由により、良好な膜質の炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造することができる。また、シリコン膜２６を薄厚化しているので、薄厚化されたシリコン膜２７の膜中に炭化処理において炭素を良好にいきわたらせることができ、シリコン膜２７を良好に炭化することができる。 According to the manufacturing method of the fourth embodiment, a silicon carbide film having a good film quality can be efficiently manufactured at a low cost for the same reason as in the first embodiment. Further, since the silicon film 26 is thinned, carbon can be favorably distributed in the carbonization process in the thinned silicon film 27, and the silicon film 27 can be well carbonized.

なお、第２、第３実施形態と同様にシリコン膜をパターニングしてもよい。シリコン膜の面方向に第２不純物領域を設けることも可能であり、第１不純物領域上に真性領域や第２不純物領域を積層することも可能である。 Note that the silicon film may be patterned similarly to the second and third embodiments. The second impurity region can be provided in the surface direction of the silicon film, and an intrinsic region or a second impurity region can be stacked on the first impurity region.

［第５実施形態］
次に、本発明に係る炭化シリコン膜の製造方法の第５実施形態を説明する。第５実施形態が第４実施形態と異なる点は、炭化されたシリコン膜を厚膜化して炭化シリコン膜を製造する点である。 [Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the method for manufacturing a silicon carbide film according to the present invention will be described. The fifth embodiment differs from the fourth embodiment in that a silicon carbide film is manufactured by thickening a carbonized silicon film.

図８（ａ）〜（ｃ）は、第５実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。第５実施形態では、例えば第４実施形態と同様にして、酸化シリコン膜２２上に第１不純物領域１３を有するベース基板２１（図７（ｅ）参照）を用意する。そして、図８（ａ）に示すように、第１不純物領域１３上に、アモルファスシリコンをＣＶＤ法により成膜してシリコン膜（第２のシリコン膜）１６ｂを形成する。 8A to 8C are process diagrams schematically showing the manufacturing method of the fifth embodiment. In the fifth embodiment, for example, similarly to the fourth embodiment, a base substrate 21 (see FIG. 7E) having the first impurity region 13 on the silicon oxide film 22 is prepared. Then, as shown in FIG. 8A, amorphous silicon is deposited on the first impurity region 13 by a CVD method to form a silicon film (second silicon film) 16b.

次いで、図８（ｂ）に示すように、シリコン膜１６ｂにＮ型の不純物を注入して、Ｎ型の不純物を含有するシリコン膜１７を形成する。
次いで、図８（ｃ）に示すように、Ｎ型の不純物を含有するシリコン膜１７を炭化処理することにより、炭化された膜と第１不純物領域１３とが一体となった第１不純物領域１３ｂが得られる。以上のようにして、第４実施形態よりも炭化シリコン膜が厚膜化された半導体基板が得られる。 Next, as shown in FIG. 8B, an N-type impurity is implanted into the silicon film 16b to form a silicon film 17 containing the N-type impurity.
Next, as shown in FIG. 8C, the silicon film 17 containing an N-type impurity is carbonized, so that the carbonized film and the first impurity region 13 are integrated into a first impurity region 13b. Is obtained. As described above, a semiconductor substrate having a silicon carbide film thicker than that of the fourth embodiment is obtained.

第５実施形態の製造方法によれば、第１実施形態と同様の理由により、良好な膜質の炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造することができる。また、炭化シリコン膜を容易に厚膜化することができ、炭化シリコン膜を用いてデバイスを製造する際のプロセス耐性が高められる。パワーデバイス等に用いられるトランジスタとしては、膜厚方向に電流が流れるものが知られている。このようなデバイスの製造に前記の炭化シリコン膜を用いれば、炭化シリコン膜の厚膜化が容易になっているので、格段に高耐圧なデバイスを製造可能になる。なお、第１〜第３実施形態に第５実施形態を適用することも可能であり、炭化シリコン膜を容易に厚膜化することができる。 According to the manufacturing method of the fifth embodiment, a silicon carbide film with good film quality can be efficiently manufactured at low cost for the same reason as in the first embodiment. In addition, the silicon carbide film can be easily thickened, and the process resistance when manufacturing a device using the silicon carbide film is enhanced. As a transistor used for a power device or the like, a transistor in which a current flows in a film thickness direction is known. If the above-described silicon carbide film is used for manufacturing such a device, it is easy to increase the thickness of the silicon carbide film, so that a device with a much higher breakdown voltage can be manufactured. The fifth embodiment can be applied to the first to third embodiments, and the silicon carbide film can be easily thickened.

［第６実施形態］
次に、本発明に係る炭化シリコン膜の製造方法の第６実施形態を説明する。第６実施形態が第４実施形態と異なる点は、炭化されたシリコン膜上に、化合物半導体膜を形成する点である。 [Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the method for manufacturing a silicon carbide film according to the present invention will be described. The sixth embodiment is different from the fourth embodiment in that a compound semiconductor film is formed on a carbonized silicon film.

図９は、第６実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。第６実施形態では、例えば第４実施形態と同様にして、酸化シリコン膜２２上に第１不純物領域１３を有するベース基板２１（図７（ｅ）参照）を用意する。そして、第１不純物領域１３をシード層として、第１不純物領域１３上に化合物半導体膜３０をエピタキシャル成長させる。化合物半導体膜３０の形成材料としては、化合物半導体膜の形成材料としては、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）等の各種化合物半導体材料のうち、炭化シリコン膜と格子整合するものから選択される。化合物半導体材料が炭化シリコン膜と格子整合することにより、良好な膜質の化合物半導体膜３０が得られる。 FIG. 9 is a process chart schematically showing the manufacturing method of the sixth embodiment. In the sixth embodiment, for example, similarly to the fourth embodiment, a base substrate 21 (see FIG. 7E) having the first impurity region 13 on the silicon oxide film 22 is prepared. Then, the compound semiconductor film 30 is epitaxially grown on the first impurity region 13 using the first impurity region 13 as a seed layer. As a material for forming the compound semiconductor film 30, examples of the material for forming the compound semiconductor film include gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), boron nitride (BN), and aluminum gallium nitride (AlGaN). Of various compound semiconductor materials such as those selected from those that lattice-match with the silicon carbide film. When the compound semiconductor material is lattice-matched with the silicon carbide film, the compound semiconductor film 30 with good film quality can be obtained.

［第７実施形態］
次に、本発明に係る炭化シリコン膜の製造方法の第７実施形態を説明する。第７実施形態が第１実施形態と異なる点は、石英からなる基板を用いる点、炉アニールによる熱処理を用いて炭化処理を行う点、パターニングされた炭化シリコン膜を形成する点、酸化シリコン膜をパターニングする点である。 [Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the method for manufacturing a silicon carbide film according to the present invention will be described. The seventh embodiment is different from the first embodiment in that a quartz substrate is used, a carbonization process is performed using a heat treatment by furnace annealing, a patterned silicon carbide film is formed, and a silicon oxide film is used. It is a point to pattern.

図１０（ａ）〜（ｇ）は、第７実施形態の製造方法を概略して示す工程図である。第７実施形態では、図１０（ａ）に示すように、石英基板４１を用意する。
次いで、図１０（ｂ）に示すように、石英基板４１上に酸化シリコン膜４２を形成する。酸化シリコン膜４２の形成方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法等を用いればよい。
次いで、図１０（ｃ）に示すように、酸化シリコン膜４２上にアモルファスシリコンをＣＶＤ法により成膜して、シリコン膜１６ａを形成する。 10A to 10G are process diagrams schematically showing the manufacturing method of the seventh embodiment. In the seventh embodiment, a quartz substrate 41 is prepared as shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 10B, a silicon oxide film 42 is formed on the quartz substrate 41. As a method for forming the silicon oxide film 42, a sputtering method, a CVD method, or the like may be used.
Next, as shown in FIG. 10C, amorphous silicon is deposited on the silicon oxide film 42 by a CVD method to form a silicon film 16a.

次いで、図１０（ｄ）に示すように、シリコン膜１６ａにＮ型の不純物を注入して、Ｎ型の不純物を含有するシリコン膜１７を形成する。
次いで、図１０（ｅ）に示すように、シリコン膜１７をパターニングする。
次いで、図１０（ｆ）に示すように、シリコン膜１７を炭化することにより、第１不純物領域１３を形成する。本実施形態では、シリコン膜１７が形成された石英基板４１を複数用意しておき、炉アニールを用いた熱処理により複数の石英基板４１を一括して炭化処理する。これにより、効率よく炭化処理を行うことができる。
次いで、図１０（ｆ）に示すように、第１不純物領域１３をマスクとして酸化シリコン膜４２をエッチングすることにより、第１不純物領域と重ならない領域の石英基板４１を露出させる。以上のようにして、炭化シリコン膜を有する半導体基板を形成することができる。 Next, as shown in FIG. 10D, an N-type impurity is implanted into the silicon film 16a to form a silicon film 17 containing the N-type impurity.
Next, as shown in FIG. 10E, the silicon film 17 is patterned.
Next, as shown in FIG. 10F, the first impurity region 13 is formed by carbonizing the silicon film 17. In the present embodiment, a plurality of quartz substrates 41 on which the silicon film 17 is formed are prepared, and the plurality of quartz substrates 41 are collectively carbonized by heat treatment using furnace annealing. Thereby, carbonization can be performed efficiently.
Next, as shown in FIG. 10F, the silicon oxide film 42 is etched using the first impurity region 13 as a mask, thereby exposing the quartz substrate 41 in a region that does not overlap the first impurity region. As described above, a semiconductor substrate having a silicon carbide film can be formed.

第７実施形態の製造方法によれば、第１実施形態と同様の理由により、良好な膜質の炭化シリコン膜を低コストで効率よく製造することができる。また、シリコン膜１７が設けられた複数の石英基板４１を一括して炉アニールを用いて一括して熱処理して炭化処理を行っているので、効率よく炭化シリコン膜を製造することができる。また、炭化シリコン膜が形成されていない領域の石英基板４１を露出させており、この領域を光学領域として用いることが可能になっている。また、炭化シリコン膜をマスクにしているので、セルフアライメントを行うことができ、石英基板４１が露出した領域を高精度かつ容易に形成することができる。
なお、酸化シリコン膜４２を設けずに、石英基板４１自体を下地として炭化シリコン膜を製造することも可能である。 According to the manufacturing method of the seventh embodiment, a silicon carbide film with good film quality can be efficiently manufactured at low cost for the same reason as in the first embodiment. In addition, since a plurality of quartz substrates 41 provided with the silicon film 17 are collectively heat-treated using furnace annealing and carbonized, the silicon carbide film can be manufactured efficiently. Further, the quartz substrate 41 in the region where the silicon carbide film is not formed is exposed, and this region can be used as an optical region. Moreover, since the silicon carbide film is used as a mask, self-alignment can be performed, and the region where the quartz substrate 41 is exposed can be formed with high accuracy and ease.
It is also possible to manufacture a silicon carbide film using the quartz substrate 41 itself as a base without providing the silicon oxide film 42.

１Ａ〜１Ｆ・・・半導体基板、１１・・・シリコン基板（基板）、２１・・・ベース基板（基板）、１２、２２、４２・・・酸化シリコン膜、１３・・・第１不純物領域（炭化シリコン膜）、１４・・・第２不純物領域（炭化シリコン膜）、１５・・・真性領域（炭化シリコン膜）、１６ａ、２６、２６ａ・・・シリコン膜、１６ｂ・・・第２のシリコン膜、１６ｃ・・・第３のシリコン膜、３０・・・化合物半導体膜、４１・・・石英基板（基板） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A-1F ... Semiconductor substrate, 11 ... Silicon substrate (substrate), 21 ... Base substrate (substrate), 12, 22, 42 ... Silicon oxide film, 13 ... 1st impurity region ( (Silicon carbide film), 14 ... second impurity region (silicon carbide film), 15 ... intrinsic region (silicon carbide film), 16a, 26, 26a ... silicon film, 16b ... second silicon Film, 16c ... third silicon film, 30 ... compound semiconductor film, 41 ... quartz substrate (substrate)

Claims

不純物領域を有する炭化シリコン膜の製造方法であって、
表層にシリコン膜を有する基板の前記シリコン膜を炭化処理して、炭化された膜を含んだ炭化シリコン膜を形成する工程を有し、
前記不純物領域になる部分の前記シリコン膜を炭化処理する前に、該部分に不純物を注入することを特徴とする炭化シリコン膜の製造方法。 A method for manufacturing a silicon carbide film having an impurity region,
Carbonizing the silicon film of the substrate having a silicon film as a surface layer to form a silicon carbide film including the carbonized film;
A method of manufacturing a silicon carbide film, wherein impurities are implanted into a portion of the silicon film in the impurity region before carbonization treatment.

前記不純物として第１の導電型の不純物を前記シリコン膜の面方向において部分的に注入するとともに、前記シリコン膜の面方向において前記第１の導電型の不純物が注入される領域と異なる領域に前記不純物として第２の導電型の不純物を注入することを特徴とする請求項１に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 A first conductivity type impurity is partially implanted in the surface direction of the silicon film as the impurity, and the region in the surface direction of the silicon film is different from a region where the first conductivity type impurity is implanted. 2. The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein an impurity of a second conductivity type is implanted as the impurity.

前記シリコン膜上に第２のシリコン膜を形成する工程を有し、前記第２のシリコン膜を前記シリコン膜と一括して又は独立して炭化処理して、炭化された膜を含んだ炭化シリコン膜を製造することを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 Forming a second silicon film on the silicon film, and carbonizing the second silicon film together with or independently of the silicon film to include a carbonized film The method for producing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the film is produced.

前記シリコン膜は、前記不純物として第１の導電型の不純物が注入される領域を有し、該領域と重なる部分の前記第２のシリコン膜を炭化する前に、該部分に第２の導電型の不純物を注入することを特徴とする請求項３に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The silicon film has a region where an impurity of the first conductivity type is implanted as the impurity, and before carbonizing the second silicon film in a portion overlapping the region, the silicon film has a second conductivity type. 4. The method of manufacturing a silicon carbide film according to claim 3, wherein the impurity is implanted.

前記第２のシリコン膜上に第３のシリコン膜を形成する工程を有し、前記第３のシリコン膜を前記第２のシリコン膜と一括して又は独立して炭化処理して、炭化された膜を含んだ炭化シリコン膜を製造することを特徴とする請求項３に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 A step of forming a third silicon film on the second silicon film, and the third silicon film is carbonized by being carbonized together with or independently of the second silicon film. The method of manufacturing a silicon carbide film according to claim 3, wherein a silicon carbide film including the film is manufactured.

前記シリコン膜は、前記不純物として第１の導電型の不純物が注入される領域を有し、該領域と重なる部分の前記第２のシリコン膜に不純物を注入せずに該第２のシリコン膜を炭化し、該領域と重なる部分の前記第３のシリコン膜を炭化する前に、該部分に第２の導電型の不純物を注入することを特徴とする請求項５に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The silicon film has a region in which an impurity of a first conductivity type is implanted as the impurity, and the second silicon film is formed without implanting an impurity into the second silicon film in a portion overlapping the region. 6. The silicon carbide film according to claim 5, wherein impurities of a second conductivity type are implanted into the portion before carbonizing and carbonizing the third silicon film in a portion overlapping with the region. Method.

前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部が、アモルファスシリコンとポリシリコンとの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film includes at least one of amorphous silicon and polysilicon.

前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部をＣＶＤ法を用いて形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film is formed by a CVD method.

前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部に対して、該一部を炭化する前にパターニングすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film is patterned before carbonizing the part. .

前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部に対して、該一部を炭化する前に薄厚化することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The silicon carbide film according to any one of claims 1 to 9, wherein at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film is thinned before carbonizing the part. Method.

前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部を炭化する炭化処理において、炭化する部分の総厚を１００ｎｍ以下にすることを特徴とする請求項７に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 8. The method for producing a silicon carbide film according to claim 7, wherein in the carbonization treatment for carbonizing at least a part of the silicon film to be the silicon carbide film, the total thickness of the carbonized parts is 100 nm or less.

前記シリコン膜と前記基板との間に、前記シリコン膜と当接して酸化シリコン膜が配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The method for producing a silicon carbide film according to claim 1, wherein a silicon oxide film is disposed between the silicon film and the substrate so as to contact the silicon film. .

前記シリコン膜と前記基板との間に、前記シリコン膜と当接して窒化シリコン膜が配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The method for producing a silicon carbide film according to claim 1, wherein a silicon nitride film is disposed between the silicon film and the substrate in contact with the silicon film. .

前記基板がシリコンからなり、前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部を炭化する炭化処理は、ランプアニールによる熱処理を用いて行うことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The carbonization process which carbonizes at least one part of the silicon film which the said board | substrate consists of silicon | silicone, and becomes the said silicon carbide film is performed using the heat processing by lamp annealing. The manufacturing method of the silicon carbide film of description.

前記基板が石英からなり、前記炭化シリコン膜になるシリコン膜の少なくとも一部を炭化する炭化処理は、炉アニールによる熱処理を用いて行うことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The carbonization process which carbonizes at least one part of the silicon | silicone film which the said board | substrate consists of quartz and becomes said silicon carbide film is performed using the heat processing by furnace annealing. The manufacturing method of the silicon carbide film of description.

前記炭化シリコン膜を形成する工程の後に、前記炭化シリコン膜上に化合物半導体膜を形成する工程を有すること特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の炭化シリコン膜の製造方法。 The method for producing a silicon carbide film according to claim 1, further comprising a step of forming a compound semiconductor film on the silicon carbide film after the step of forming the silicon carbide film.