JP2011035257A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板のおもて面に不純物ドープ領域を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法であって、炭化珪素基板のおもて面に不純物イオンを注入する工程と、前記炭化珪素基板のおもて面及び裏面にカーボン膜を成膜する工程と、前記カーボン膜を保護膜として前記炭化珪素基板を活性化熱処理する工程と、前記活性化熱処理する工程の後に、前記おもて面及び裏面のカーボン膜を除去する工程と、を順に実施することを特徴とする。
【選択図】図2
Description
また、特許文献3には、活性領域上にスパッタによるカーボン膜を形成し保護膜として用い、このカーボン膜の純度を規定することにより、活性化アニールによる面荒れの発生を防止する高温アニール処理方法が開示されている。
さらに、炭化珪素基板の裏面電極等のように裏面も素子機能として利用する場合は、炭化珪素基板の裏面側の表面荒れも抑制する必要がある。
図1において、符号1は保護膜を備えた炭化珪素基板、符号2はサセプタ、符号2Aはサセプタ本体、符号2Bはサセプタ蓋、符号2aは試料台である。
アニール炉内で炭化珪素基板1が熱処理される際、その片面だけに保護膜が形成されている場合、保護膜を有する面(おもて面)では、サセプタ2からの輻射熱はまず保護膜に吸収されて保護膜が加熱され、この加熱された保護膜からの熱伝導によりおもて面が加熱される。これに対して、保護膜を有さない面(裏面)では炭化珪素基板1が半透明であるため、輻射熱は裏面を透過してしまう。そのため、裏面の加熱は、おもて面から基板内を経て伝導する熱によってなされることになる。このように炭化珪素基板1の保護膜を有する面と有しない面とでは加熱される態様が異なり、これに起因して両面に温度差が生じることになる。この温度差に応じてそれぞれの面側の熱膨張に差が生じることになるので上述の通り、高温アニール時に基板の反りの起因となる。
他方、炭化珪素基板1の両面に保護膜を有する場合は、面による加熱の態様に差はないので、基板の均一加熱が可能となる。
(1)炭化珪素基板のおもて面に不純物ドープ領域を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法であって、炭化珪素基板のおもて面に不純物イオンを注入する工程と、前記炭化珪素基板のおもて面及び裏面にカーボン膜を成膜する工程と、前記カーボン膜を保護膜として前記炭化珪素基板を活性化熱処理する工程と、前記活性化熱処理する工程の後に、前記おもて面及び裏面のカーボン膜を除去する工程と、を順に実施することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
(2)前記カーボン膜がスパッタ法またはCVD法によって成膜されたカーボン膜、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜、または有機膜を炭化させて形成したカーボン膜のいずれかであることを特徴する前項(1)に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
(3)前記活性化熱処理は、加熱温度が1600〜2000℃で行うことを特徴とする前項(1)又は(2)のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
(4)前記活性化熱処理は、高周波加熱法、ランプ加熱法、真空熱電子衝撃法のいずれ
かによる加熱であることを特徴とする前項(1)乃至(3)のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
(5)前記活性化熱処理を、アルゴン雰囲気又は1×10−2Pa以下の減圧雰囲気で行うこと特徴とする前項(1)乃至(4)のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
先ず、不純物注入工程において、炭化珪素基板のおもて面に不純物を注入する。具体的には、先ず、図2(a)に示すように炭化珪素基板としてn+型炭化珪素基板3上にn型エピタキシャル層2を成長させたエピタキシャル基板1を用いる。このエピタキシャル基板1は、例えばRa<1nm以下の表面粗さの小さい平滑な表面であることが好ましい。
次に、図2(b)に示すように、保護膜形成工程において、エピタキシャル基板(炭化珪素基板)のおもて面及び裏面にカーボン膜4、5を成膜する。具体的には、先ず、不純物イオン注入に用いたマスクを除去する。続いて、保護膜としてのカーボン膜を、エピタキシャル基板のおもて面及び裏面の両面に形成する。
スパッタ法によるカーボン膜を成膜する場合は、最初にエピタキシャル基板1のおもて面側をスパッタ源側に向け、裏面側を基板載置側に接するように設置して、おもて面側にカーボン膜を成膜する。その後、基板を反転して、裏面側をスパッタ源側に向け、おもて面側を基板載置側に接するように設置し、裏面側に成膜する。
CVD法によるカーボン膜を成膜する場合は、最初にエピタキシャル基板1のおもて面側を気相反応雰囲気側(プラズマ雰囲気側)に向け、裏面側を基板載置側に接するように設置して、おもて面側にカーボン膜を成膜する。その後、基板を反転して、裏面側を気相反応雰囲気側(プラズマ雰囲気側)に向け、おもて面側を基板載置側に接するように設置し、裏面側に成膜する。
また、レジスト等の有機膜を炭化させたカーボン膜の場合は、エピタキシャル基板1のおもて面側と裏面側の両面に有機膜を3μm程度に塗布し、所定の条件にてベークを行い、その後、アルゴン雰囲気の加熱炉において所定の加熱条件にてカーボン膜形成を行う。
次に、図2(c)に示すように、カーボン膜4、5を両面の保護膜としてエピタキシャル基板1を活性化熱処理して不純物ドープ領域を形成する。活性化熱処理は、1×10―2Pa未満の真空アニール方式によって行う。
加熱温度は、1600〜2000℃の範囲が好ましく、1700〜1900℃の範囲がより好ましく、1700〜1850℃の範囲がもっとも好ましい。加熱温度が1600℃未満であると、注入した不純物の活性化が不十分となり好ましくない。また、2000℃を超えると保護膜があってもエピタキシャル基板1の表面が炭化して表面が荒れる可能性があるため好ましくない。
次に、図2(d)に示すように、保護膜として用いたカーボン膜を除去する。カーボン膜の除去は、酸素雰囲気の熱酸化によりカーボン膜を灰化して除去する。具体的には、熱酸化炉内に基板を設置し、例えば、流量3.5L/minの酸素を供給して1125℃で90分間加熱する条件を用いることによって、エピタキシャル層2及び不純物イオン注入層7の上のカーボン膜4及びエピタキシャル基板裏面のカーボン膜5を除去することができる。
なお、エピタキシャル基板1は酸化炉内の基板載置上(石英ボート等)に基板両面が酸素雰囲気に十分晒されるように設置され、基板両面のカーボン膜を同時に灰化して除去することができる。
なお、本実施形態では、アルミニウムの活性化率は約80%であり、十分な活性化が行なわれる。このような保護膜除去工程により、図1に示すような高い活性化率の不純物ドープ領域8を有すると共に表面が平滑な炭化珪素半導体基板(ウェハー)を製造することができる。そして、このような表面を含む炭化珪素半導体基板に、例えばショットキーダイオードを形成することにより、炭化珪素半導体装置を製造することができる。
具体的には、SiC単結晶ウェハをサセプタ上に水平に配置し、200mbarの水素ガス減圧雰囲気において、1620℃まで昇温し、厚さ8μmのSiCエピタキシャル膜を成膜した。キャリアガスとしては水素を使用し、原料ガスとしてはSiH4とC3H8との混合ガスを用いた。
こうして、直径3インチで厚さ380μmのSiC単結晶基板に、厚さ8μmのエピタキシャル膜が成膜されたエピタキシャル基板を作製した。
Alイオンの注入後、レジスト塗布膜を炭化させたカーボン膜によって上記SiC基板のおもて面及び裏面の両面にカーボン膜を成膜した。上記条件としては、最初にSiC基板のおもて面にレジスト膜を3μm程度塗布後にベーク処理し、次にSiC基板の裏面にレジスト膜を3μm程度塗布後にベーク処理した。
その後、炭化処理を以下の条件で行った。
炭化処理の条件はアルゴン雰囲気にて、温度を室温から800℃まで1時間で昇温させ、次に800℃で10分間保持し、その後、約7時間で室温まで降温させた。
上記実施例1の3インチ炭化珪素半導体装置(本発明)と、実施例1と製造条件が同じで片面だけにカーボン膜を有する3インチ炭化珪素基板(従来例)とについて、基板平坦度測定器(メーカー名:コーニングトロペル社、装置名:ウルトラソート)により、「反り」及び「WARP」を測定した。図3に、実施例1の結果を示す。
従来例ではアニール前の「反り」及び「WARP」がそれぞれ、26.215μm、27.215μmであるのに対して、アニール後ではそれぞれ、76.293μm、76.377μmであり、アニール前後で基板の反りが認められる。
他方、本実施例の場合は、アニール前の「反り」及び「WARP」がそれぞれ、15.593μm、14.408μmであり、アニール後では16.498μm、14.001μmであり、アニール前後で基板の反りが抑制されていることが確認できた。
上記実施例1の3インチ炭化珪素半導体装置のおもて面と裏面の原子間力顕微鏡(AFM)観察による表面モルフォルジー(Rms)の結果を図4に示す。図4の走査面積は2μmx2μmである。また、高さのスケールは、図中に記載した。基板のおもて面及び裏面のRmsはいずれも0.3nm以下であり、裏面についてもおもて面と同程度の面荒れ抑制効果が確認できた。
2 エピタキシャル層
3 炭化珪素基板
4 おもて面のカーボン膜
5 裏面のカーボン膜
6 不純物イオン
7 不純物イオン注入層
8 不純物ドープ層
Claims (5)
- 炭化珪素基板のおもて面に不純物ドープ領域を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
炭化珪素基板のおもて面に不純物イオンを注入する工程と、
前記炭化珪素基板のおもて面及び裏面にカーボン膜を成膜する工程と、
前記カーボン膜を保護膜として前記炭化珪素基板を活性化熱処理する工程と、
前記活性化熱処理する工程の後に、前記おもて面及び裏面のカーボン膜を除去する工程と、を順に実施することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記カーボン膜がスパッタ法またはCVD法によって成膜されたカーボン膜、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜、または有機膜を炭化させて形成したカーボン膜のいずれかであることを特徴する請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記活性化熱処理は、加熱温度が1600〜2000℃で行うことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記活性化熱処理は、高周波加熱法、ランプ加熱法、真空熱電子衝撃法のいずれかによる加熱であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記活性化熱処理を、アルゴン雰囲気又は1×10−2Pa以下の減圧雰囲気で行うこと特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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