JP2003347235A

JP2003347235A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003347235A
Application number: JP2002153410A
Authority: JP
Inventors: Kunimasa Takahashi; 邦方高橋; Masao Uchida; 正雄内田; Osamu Kusumoto; 修楠本; Masaya Yamashita; 賢哉山下; Makoto Kitahata; 真北畠
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】電気的特性の良好な半導体装置の製造方法を
提供する。【解決手段】ＳｉＣ基板１１に不純物イオンを注入し
て、ＳｉＣ基板１１内に不純物イオンのピークを有する
注入層１２を形成する。次いで、ＳｉＣ基板１１とＳｉ
Ｃ基板１３とを張り合わせた状態でアニール炉内に設置
し、アルゴン雰囲気中で加熱する。これにより、アニー
ルを行うと同時に注入層１２のうち不純物濃度が低く、
損傷の大きい上部注入層１２ｂを除去できるので、Ｓｉ
Ｃ基板１１を用いて優れた電気的性能を有する半導体装
置を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素などから
なる半導体層に不純物のイオン注入を施す工程を含む半
導体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭化珪素（シリコンカーバイド、Ｓｉ
Ｃ）は、珪素（Ｓｉ）に比べてバンドギャップが大きい
ことから高い絶縁耐性を有しており、また、高温におい
ても安定な性質を有する半導体である。このような特性
から、ＳｉＣは、次世代のパワーデバイスや高周波デバ
イス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。

【０００３】ＳｉＣは、立方晶系の３Ｃ−ＳｉＣや六方
晶系の６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、あるいは菱面体系
の１５Ｒ−ＳｉＣ等の多くの結晶構造をとりうることが
知られている。

【０００４】ここで、ＳｉＣを基板とする半導体装置
は、一般的には、ＳｉＣ基板内に素子の種類に応じて必
要な領域を設けることにより形成される。例えば、ダイ
オードであれば、ｐ型ドープ層、ｉ層（イントリンシッ
ク層）、ｎ型ドープ層などを形成することになり、ＦＥ
Ｔの場合には、ソース・ドレイン層、チャネル層などを
設けることになる。そのとき、特に、ＳｉＣ基板中の特
定の領域を所望の導電型にする方法として、ｎ型にする
場合は窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）等のイオンを、ｐ型にす
る場合にはホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等のイ
オンをドーパントとしてＳｉＣ基板中に打ち込む方法
（イオン注入法）が広く採用されている。この方法を採
用する場合には、イオン注入後、イオン注入が施された
ＳｉＣ基板をアニール炉内に設置し、アニール炉内に常
圧のアルゴンガスを流しながら、ＳｉＣ基板を１３００
℃以上の高温に加熱することにより、ＳｉＣ基板中のう
ち不純物イオンが打ち込まれた領域の結晶性の回復と、
打ち込まれたイオンの活性化とを行うのが一般的であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では以下のような不具合があった。

【０００６】図９は、従来の製造方法によって形成され
たＳｉＣ基板の深さ方向における不純物の濃度分布を示
す図である。ここで測定された基板は、アルミニウムイ
オンを１回注入された後、１３００℃以上の活性化アニ
ールを施されたものである。

【０００７】図９に示すように、ＳｉＣ基板に注入され
たイオンは、１３００℃以上の活性化アニールによって
もほとんど拡散しない。そのため、１回のイオン注入に
よって導入された不純物のプロファイルは、活性化アニ
ール後も注入時とはほとんど変わらないガウス関数的な
分布をしている。不純物濃度が低い領域は抵抗値が大き
くなるので、半導体装置を作製する際には、なるべく不
純物濃度が高い領域が広く均一に分布する方が好まし
い。したがって、従来は、注入のためのエネルギーを変
えてイオン注入を複数回行い、不純物濃度ができるだけ
均一な領域を所定の幅をもって形成することが一般的に
行われていた。

【０００８】ところが、このように複数回イオン注入し
ても最上のピーク位置から上方の領域では不純物濃度が
低くなる。つまり、ＳｉＣ基板の深さ方向の所定位置
（図９においては上面からの深さが約１５０ｎｍの位
置）よりも上方には、不純物濃度の制御できない領域が
存在する。その結果、ＳｉＣ基板の上面部の不純物濃度
を所望の濃度に制御することが困難となり、ＳｉＣ基板
の上にオーミックコンタクトする電極（オーミック電
極）やショットキーコンタクトする電極（ショットキー
電極）を形成しようとしても、所望のオーミック特性や
ショットキー特性が得られないという不具合があった。
加えて、イオン注入を行なう際に、イオンが通過する基
板の表層付近は損傷を受けるという不具合もあった。

【０００９】また、ダイオードのような縦型デバイスに
限らず、ＭＥＳＦＥＴなどの横型デバイスにおいても、
イオン注入に伴う結晶構造の欠陥や、不純物濃度の調節
が困難な領域の存在は、その性能に影響を及ぼす。

【００１０】本発明の目的は、上記従来の不具合を解決
することであり、電気的特性の良好な半導体装置の製造
方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、第１の半導体基板の上方から不純物イオンを
注入して第１の不純物ドープ層を形成する工程（ａ）
と、上記第１の半導体基板の上面と、第２の半導体基板
の上面とを対向させた状態で、少なくとも上記第１の半
導体基板を加熱して、上記第１の半導体基板の上面近傍
領域の少なくとも一部を上記第２の半導体基板上に移動
させ、上記第２の半導体基板上にエピタキシャル成長さ
せる工程（ｂ）とを含んでいる。

【００１２】この方法により、上記工程（ｂ）では、第
１の半導体基板の不純物濃度が低くなっている上面近傍
領域の少なくとも一部を第２の半導体基板に移動させて
いるので、例えば第１の半導体基板上にオーミック電極
を作製した場合に、抵抗を減らすことができる。また、
イオン注入によって損傷を受けた領域を除去することに
もなるので、電気的特性の優れた半導体装置を製造する
ことが可能になる。

【００１３】上記工程（ｂ）の後に、上記第１の半導体
基板と上記第２の半導体基板とを分離する工程をさらに
含むことにより、後に第１の半導体基板及び第２の半導
体基板のそれぞれを用いて半導体装置をすることが可能
となる。

【００１４】上記工程（ａ）の後、上記工程（ｂ）の前
に、上記第１の不純物ドープ層に含まれる不純物とは異
なる導電型の不純物イオンを上記第１の不純物ドープ層
の上部に注入し、上記第１の不純物ドープ層の上部に第
２の不純物ドープ層を形成することにより、第１の半導
体基板を利用した半導体装置を作製することができる。

【００１５】上記第１の不純物ドープ層に含まれる不純
物と上記第２の不純物ドープ層に含まれる不純物とは導
電型が相異なることにより、第１の半導体基板を利用し
たＰＮダイオードを作製することができる。

【００１６】上記第１の半導体基板は第１導電型の不純
物を含んでおり、上記工程（ａ）では、上記第１の半導
体基板に第１導電型の不純物が注入されることにより、
第１の半導体基板を利用してダイオード、ＭＩＳＦＥ
Ｔ、ＭＥＳＦＥＴなどの半導体装置を作製することが可
能となる。

【００１７】上記工程（ｂ）の後に、上記第１の半導体
基板上にショットキー電極を形成する工程をさらに含む
ことにより、第１の半導体基板を利用してショットキー
ダイオードを作製することができる。

【００１８】上記第１の半導体基板はアンドープの半導
体領域を有しており、上記第１の不純物ドープ層は上記
アンドープの半導体領域の上に設けられることにより、
第１の半導体基板を利用したＭＥＳＦＥＴを作製するこ
とができる。

【００１９】上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体基
板と上記第２の半導体基板との間にマスクが挟まれてい
ることにより、第１の半導体基板のうち所望の領域のみ
を第２の半導体基板上に移動させることができるので、
これら半導体基板を利用した半導体装置を設計する上で
の自由度を大きくすることができる。

【００２０】上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体基
板の上面の少なくとも一部と上記第２の半導体基板の少
なくとも一部とは接触していることにより、第１の半導
体基板と第２の半導体基板との界面においてマクロステ
ップ等の凹凸の発生を抑制することができるので、より
電気的特性の優れた半導体装置を作製することが可能と
なる。

【００２１】上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体基
板の温度が、上記第１の半導体基板を構成する材料の昇
華温度を５００℃下回る温度以上２００℃上回る温度以
下となるように加熱することが好ましい。この温度範囲
を下回ると第１の半導体基板の昇華速度が遅くなりす
ぎ、この温度範囲を越えると半導体基板自体が昇華によ
り消失するおそれがある。

【００２２】上記第１の半導体基板は炭化珪素により構
成されていることにより、高耐圧で且つ電力損失の少な
い半導体装置を作製することが可能になる。

【００２３】この場合、上記工程（ｂ）では、上記第１
の半導体基板の温度が、１３００℃以上２００℃以下と
なるように加熱することが好ましい。

【００２４】上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体基
板を加熱することにより、上記第１の半導体基板の温度
を上記第２の半導体基板の温度より高くすることによ
り、第１の半導体基板から昇華した半導体材料を第２の
半導体基板の上面上に効率良く吸着させることができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】まず、本願発明者らは、イオン注
入に代わる不純物導入方法を採用するか、イオン注入を
採用してその不具合の発生を防ぐ方法を探索するかの検
討を行った。

【００２６】その結果、イオン注入には、不純物を導入
したい領域に部分的に注入できるなど、in-situドーピ
ングにはない長所を有することから、後者の方法を採る
ことを決めた。

【００２７】次に、イオン注入後のＳｉＣ層の上面近傍
に位置する不純物濃度の低い領域除くための方法を検討
した。ＳｉＣを除去するための方法にはＣＭＰ（Chem³i
³calMe³chan³i³cal Pol³ish³ing)やサンドブラスト法、
ドライエッチングなどがあるが、ＳｉＣはＳｉに比べて
硬いためＣＭＰでは研磨しにくく、サンドブラスト法で
は、ＳｉＣ層の表面が粒子によって傷むおそれがある。
また、ドライエッチングはエッチングの速度が非常に遅
いため、実用化には適していない。

【００２８】このように、種々の方法を検討した結果、
本願発明者らは、熱処理によるＳｉＣの昇華を利用する
ことに想到した。そして、いくつかの実験の後、イオン
注入した後のＳｉＣ基板ともう１枚のＳｉＣ基板（以後
「ダミー用基板」と称する）とを張り合わせた状態で１
３００℃以上２０００℃以下の条件で熱処理をすること
で、不純物濃度の低いＳｉＣ基板の上面近傍のＳｉＣを
効率良く除去できることを見いだした。

【００２９】以下の実施形態では、この方法の具体的な
手順及びこの方法を用いた半導体装置の製造方法につい
て説明する。

【００３０】（第１の実施形態）まず、本発明の第１の
実施形態に係る半導体基板の処理方法について説明す
る。

【００３１】図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る
半導体基板の処理方法において、ＳｉＣ基板を活性化ア
ニールするための基本的な手順を示す断面図である。

【００３２】まず、図１（ａ）に示す工程で、ＳｉＣ基
板１１及びダミー用ＳｉＣ基板１３を準備する。ここ
で、ＳｉＣ基板１１としては、例えば、[１１−２０]
（１１２バー０）方向に８度のオフ角度がついた直径２
５ｍｍのｎ型Ｓｉ面ＳｉＣ基板（４Ｈ−ＳｉＣ基板）を
用いる。また、ダミー用ＳｉＣ基板１３としては、例え
ば、[１１−２０]（１１２バー０）方向に８度のオフ角
度がついた直径２５ｍｍのｎ型Ｓｉ面ＳｉＣ基板（４Ｈ
−ＳｉＣ基板）を用いる。

【００３３】次に、ＳｉＣ基板１１に、イオン注入によ
りアルミニウムを導入する。この際に、アルミニウムイ
オン（Ａｌ⁺）を、注入エネルギーが互いに異なる例え
ば３回のイオン注入工程に分けてＳｉＣ基板１１内に注
入する。

【００３４】ここで、イオン注入条件は、ピークＰ_rp1
に対応するイオン注入の条件が加速電圧４０ｋｅＶ、ド
ーズ量１．２×１０¹⁴atoms・ｃｍ^-2であり、ピークＰ
_rp2に対応するイオン注入の条件が加速電圧８０ｋｅ
Ｖ、ドーズ量２．５×１０¹⁴atoms・ｃｍ^-2であり、ピ
ークＰ_rp3に対応するイオン注入の条件が加速電圧１４
０ｋｅＶ、ドーズ量４．５×１０¹⁴atoms・ｃｍ^-2であ
る。イオン注入の方向は、いずれの場合にもＳｉＣ基板
１１の法線に対して７°傾いた方向であり、いずれも室
温下で行なう。

【００３５】これにより、ＳｉＣ基板１１内にＡｌ原子
が注入されたｐ型ドープ層となる注入層１２が形成され
る。注入層１２内には、図１（ａ）左図に示すように、
注入時の各エネルギー値に対応したＡｌ濃度の３つのピ
ークＰ_rp1、Ｐ_rp2、Ｐ_rp3が形成されている。なお、こ
の例では、注入層１２のうち最上のピークＰ_rp3よりも
下方の領域を下部注入層１２ａとし、最上のピークＰ
_rp3よりも上方の領域を上部注入層１２ｂとしている。
本実施形態においては、後の工程でエッチングにより除
去される部分を上部注入層１２ｂとし、残される部分を
下部注入層１２ａと定義する。なお、上部注入層１２ｂ
と下部注入層１２ａとの境界が最上のピークＰ_rp3に一
致していない場合もある。

【００３６】ここで、上述のイオン注入により形成され
た注入層１２の深さ方向のアルミニウム濃度のプロファ
イルについて二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）を用
いて測定した。

【００３７】図２は、この分析結果を示す図である。同
図に示すように、ＳｉＣ基板１１上には、平均のドーパ
ント濃度が約７×１０¹⁹atoms・ｃｍ^-3で、厚みが約２
５０ｎｍの注入層１２が形成されていることが分かっ
た。そして、下部注入層１２ａの厚みは約１５０ｎｍ
で、上部注入層１２ｂの厚みは約１００ｎｍであった。

【００３８】次に、ＳｉＣ基板１１のイオンが打ち込ま
れた上面とダミー用ＳｉＣ基板１３の主面とを向かい合
わせて張り合わせる。

【００３９】次いで、図１（ｂ）に示す工程で、張り合
わせた状態のＳｉＣ基板１１とダミー用ＳｉＣ基板１３
とをアニール炉で加熱する。具体的な方法について以下
に述べる。

【００４０】図３は、本発明の各実施形態において用い
られるアニール炉の構成を示す断面図である。同図に示
すように、このアニール炉は、石英製のチャンバー２０
と、チャンバー２０内で基板２１を設置するためのカー
ボン製の基板加熱治具２２と、基板加熱治具２２を高周
波電力によって加熱するための誘導加熱用コイル２３
と、ガス供給系２４と、ガス排気系２５とを備えてい
る。また、基板２１は図１（ａ）の工程で張り合わされ
た２枚の基板であり、基板２１の上には重り等により圧
力がかけられる場合もある。このアニール炉を用いて以
下のように基板２１の加熱を行なう。

【００４１】まず、ＳｉＣ基板１１の下面、つまり不純
物イオンが注入されていない方の面を基板加熱治具２２
に接するように基板２１を設置する。これにより、加熱
時には、ＳｉＣ基板１１の温度がダミー用ＳｉＣ基板１
３の温度よりも高くなるような温度勾配ができる。

【００４２】そして、このアニール炉のチャンバー２０
内を１０^-6Ｐａ程度の真空度になるまで減圧した後、ガ
ス供給系２４からアニール用の雰囲気ガス２６を供給す
る。雰囲気ガス２６としてはアルゴンガスを選択し、そ
の流量は２Ｌ／ｍｉｎとする。加熱時のチャンバー２０
内の圧力は常圧（１気圧）で一定とする。その後、誘導
加熱用コイル２３に、２０ｋＨｚ、２０ｋＷの高周波電
力を印加して、基板加熱治具２２と基板２１を加熱す
る。加熱温度としては１５００℃とし、加熱時間は３０
分とする。

【００４３】ここで、本願発明者らの検討の結果、加熱
温度の範囲は、１３００℃以上２０００℃以下であるこ
とが好ましいことが分かっている。２０００℃を越える
とＳｉＣ基板が分解するおそれがあり、１３００℃未満
ではＳｉＣの昇華速度が小さすぎるからである。

【００４４】次に、図１（ｃ）に示す工程で、基板加熱
治具２２への加熱を停止して、基板２１の温度が常温付
近まで下がった後、基板をチャンバーから取り出す。こ
の工程により、厚さ約１００ｎｍの上部注入層１２ｂが
ダミー用ＳｉＣ基板１３上に、厚さ約１５０ｎｍの下部
注入層１２ａがＳｉＣ基板１１の上部にそれぞれ形成さ
れる。

【００４５】上述の方法により基板を張り合わせてアニ
ールされたＳｉＣ基板１１について二次イオン質量分析
（ＳＩＭＳ）を用いて、不純物濃度（Ａｌ濃度）の分布
を測定した。

【００４６】図４は、ＳＩＭＳを用いてＳｉＣ基板１１
の不純物濃度の分布を測定した結果を示す図である。同
図に示すように、本実施形態の方法で処理した後のＳｉ
Ｃ基板１１においては、上面近傍の不純物濃度が約８×
１０¹⁹atoms・ｃｍ^-3と不純物濃度のピークＰ_rp3におけ
る濃度にほぼ等しく、上面近傍の不純物濃度が所望の濃
度に制御されていることが分かる。

【００４７】さらに、張り合わせる相手となったダミー
用ＳｉＣ基板１３についてもＳＩＭＳを用いて、不純物
であるアルミニウム濃度の分布を測定した。

【００４８】図５は、ＳＩＭＳを用いてダミー用ＳｉＣ
基板１３の不純物濃度の分布を測定した結果を示す図で
ある。同図に示すように、ダミー用ＳｉＣ基板１３にお
いては、ＳｉＣ層が形成され、該ＳｉＣ層の上面から２
００ｎｍ以内の領域では、約５×１０¹⁹atoms・ｃｍ^-3
から約５×１０¹⁶atoms・ｃｍ^-3 までの濃度勾配が形成
されている。このＳｉＣ層の濃度プロファイルは、Ｓｉ
Ｃ基板１１で除去された上部注入層１２ｂに対応してい
ることが分かった。

【００４９】これらの結果から、ＳｉＣ基板を張り合わ
せてアニールすることによって、温度が高いＳｉＣ基板
１１から、上部注入層１２ｂの炭素、珪素、及び打ち込
まれたアルミニウムイオンが昇華によって脱離し、加熱
される温度が低いダミー用ＳｉＣ基板１３の上面に吸着
したものと考えられる。

【００５０】このように、本実施形態の方法によると、
ＳｉＣ基板１１に不純物イオン（本実施形態ではアルミ
ニウムイオン）を注入した後、ダミー用ＳｉＣ基板１３
と張り合わせて高温に保持することにより、注入によっ
て生じた損傷を回復させるためのアニールと、損傷の大
きいＳｉＣ基板１１の上部領域の除去とを同時に行うこ
とができる。したがって、本実施形態によって形成され
た注入層（不純物ドープ層）を各種デバイスの活性領域
として用いた場合に、その上面領域における結晶中の欠
陥数を低減することができ、当該デバイスの電気的な特
性の向上を図ることができる。

【００５１】なお、本実施形態により、ＳｉＣ基板の上
面近傍における不純物濃度を制御できることにもなる。

【００５２】次に、本実施形態の方法において、２枚の
ＳｉＣ基板を張り合わせる意味について説明する。

【００５３】ＳｉＣ基板１１の上部領域を除去するだけ
なら、ＳｉＣ基板１１単独で加熱するだけで十分であ
る。しかし、本実施形態の方法のようにＳｉＣ基板１１
の上にダミー用ＳｉＣ基板１３を張り合わせることによ
って、処理後のＳｉＣ基板１１の上面を平坦化し、デバ
イスの形成を容易にすることができるのである。

【００５４】ＳｉＣ層は、多様なポリタイプを有し、良
好な結晶を成長させることが難しい。そのため、通常は
基板面に対していくらかのオフ角度をつけて結晶成長さ
せる。ところが、この方法によると、結晶性の良好なＳ
ｉＣ層を成長させることができる反面、成長面にマクロ
ステップと呼ばれる段差が生じやすくなる。マクロステ
ップが生じるとデバイスを作製する際に、設計通りの性
能が得られないことから、マクロステップの発生を抑え
ることが良好な性能を有するデバイスを作製するための
鍵となっていた。

【００５５】本実施形態の方法によれば、ＳｉＣ基板１
１の上面領域を除去する際にダミー用ＳｉＣ基板１３を
張り合わせるため、熱処理後の下部注入層１２ａの上面
は平坦化されている。しかも、この平坦化の効果は、元
のＳｉＣ基板１１の上面に凹凸があっても見られるの
で、本実施形態の方法により作製された基板を用いれ
ば、より高性能のデバイスが製造可能である。

【００５６】また、本実施形態においては、アルミニウ
ムのイオン打ち込みによってｐ型の不純物ドープ層を形
成したが、ｎ型の不純物ドープ層を形成する場合には窒
素（Ｎ）またはリン（Ｐ）等のイオンを、ｐ型の不純物
ドープ層を形成する場合にはアルミニウム（Ａｌ）に代
えてホウ素（Ｂ）等のイオンを、それぞれＳｉＣ基板中
に打ち込むことができ、その場合にも本発明の方法を用
いることにより、本実施形態と同じ効果を発揮すること
ができる。

【００５７】また、本実施形態の基板の処理方法は昇華
と吸着を用いた方法であるので、ＳｉＣに限らず、他の
半導体基板にも用いることができる。例えば、ＳｉＣ基
板１１に代えてＳｉ、ＳｉＧｅ、ＩｎＰ、ＧａＮなどの
基板が用いられ、そのときの加熱温度は各材料の昇華温
度を５００℃程度下回る温度以上２００℃程度上回る温
度以下の範囲であることが好ましい。なお、ダミー用基
板としては、どのような材料からなる基板であってもよ
いが、イオンが注入される基板と同じ、もしくはより昇
華温度が高い方が好ましい。

【００５８】また、本実施形態においては、相異なる加
速電圧で３回に分けてイオン注入する多段打ち込みを採
用したが、１回のイオン注入によるドープ層を形成した
い場合にも、上面領域の濃度の制御と大きな損傷を受け
た部分の除去とを実現するために、本発明の方法が有効
である。

【００５９】なお、本実施形態においてはＳｉＣ基板と
して六方晶系の４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いたが、６Ｈ−Ｓ
ｉＣなど他の結晶構造を有するＳｉＣ基板を用いても構
わない。

【００６０】また、本実施形態においては張り合わせた
ＳｉＣ基板をアルゴンガス雰囲気中において加熱した
が、アルゴンガス以外のヘリウムガスなどの希ガスの雰
囲気中でも構わない。また、異なる種類の希ガスを混合
したガスを用いても差し支えない。

【００６１】また、本実施形態においては張り合わせた
ＳｉＣ基板を常圧中で加熱したが、アニール炉内の圧力
を減圧にして加熱してもよい。

【００６２】なお、本実施形態の方法において、ＳｉＣ
基板１１の上面上またはダミー用ＳｉＣ基板１３の上面
上にダイアモンド等からなるマスクを設けることによ
り、ＳｉＣ基板１１の上部領域のうちマスクをしない領
域のＳｉＣのみを選択的に除去することもできる。

【００６３】（第２の実施形態）本発明の第２の実施形
態として、第１の実施形態のアニール処理を利用してシ
ョットキーダイオードを製造する方法について説明す
る。

【００６４】図６（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態に
係るショットキーダイオードの製造方法を示す断面図で
ある。

【００６５】まず、図６（ａ）に示す工程で、（０００
１）オフ面を主面とするｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上に厚み
が約５μｍでアンドープのＳｉＣからなるエピタキシャ
ル成長層が形成されたＳｉＣ基板３１を準備する。そし
て、このエピタキシャル成長層内に７回のイオン注入工
程に分けて窒素（Ｎ）イオンを注入して、ｎ型の注入層
３２を形成する。ここで、イオン注入条件は、それぞれ
加速電圧７．０ＭｅＶ、ドーズ量３×１０¹²atoms・ｃ
ｍ^-2、加速電圧５．６ＭｅＶ、ドーズ量３×１０¹²atom
s・ｃｍ^-2、加速電圧４．４ＭｅＶ、ドーズ量７×１０
¹²atoms・ｃｍ^-2、加速電圧３．３ＭｅＶ、ドーズ量７
×１０¹²atoms・ｃｍ^-2、加速電圧２．４ＭｅＶ、ドー
ズ量３×１０¹²atoms・ｃｍ^-2、加速電圧１．６Ｍｅ
Ｖ、ドーズ量３×１０¹²atoms・ｃｍ^-2、加速電圧１．
０ＭｅＶ、ドーズ量３×１０¹²atoms・ｃｍ^-2である。
イオン注入の方向は、いずれの場合にもＳｉＣ基板３１
上面の法線に対して７°傾いた方向であり、いずれも室
温下で行なう。ここで、イオン注入による窒素濃度のピ
ーク部分が、エピタキシャル成長層の下端部、つまり、
ＳｉＣ基板３１の上面近傍になるように調整されてい
る。ここで、注入層３２の厚みは約５μｍで、平均の窒
素濃度は約５×１０¹⁶atoms・ｃｍ^-3である。注入層３
２のうち、下部注入層３２ａの厚みが約４．５μｍで、
上部注入層３２ｂの厚みが約５００ｎｍである。また、
ｎ型のＳｉＣ基板３１中の不純物濃度は約５×１０¹⁸at
oms・ｃｍ^-3である。

【００６６】次に、図６（ｂ）に示す工程で、窒素イオ
ンが打ち込まれたＳｉＣ基板３１と、ダミー用ＳｉＣ基
板３３とを張り合わせて図３に示すような構造を有する
アニール炉で加熱する。具体的な方法について以下に述
べる。

【００６７】窒素イオンが打ち込まれたＳｉＣ基板３１
とダミー用ＳｉＣ基板３３とを張り合わせる。そして、
ＳｉＣ基板３１の下面が基板加熱治具２２と接するよう
に設置する。続いて、このアニール炉を用いて基板加熱
治具２２と張り合わされた基板を加熱する。

【００６８】これにより、加熱時に窒素イオンが打ち込
まれたＳｉＣ基板３１の温度が、ダミー用ＳｉＣ基板３
３の温度よりも高くなるような温度勾配ができる。この
時のアニール条件としては、アルゴンガスの流量を２Ｌ
／ｍｉｎとし、チャンバー内の圧力は常圧（１気圧）で
一定とする。加熱温度は１６００℃とし、加熱時間は６
０分とする。この条件下では、張り合わされた面におい
て加熱される温度が高いＳｉＣ基板３１から、炭素、珪
素、及び打ち込まれた窒素イオンが昇華によって脱離
し、加熱される温度が低いダミー用ＳｉＣ基板３３の上
面に約５００ｎｍの厚みで吸着する。これによって、上
部注入層３２ｂをほぼ完全に除去する。なお、加熱温度
としては、１３００℃〜２０００℃の範囲であればよ
い。

【００６９】次に、図６（ｃ）に示す工程で、ＳｉＣ基
板３１の下面にＥＢ蒸着装置を用いてニッケル（Ｎｉ）
を蒸着した後、１０００℃で加熱することでＮｉからな
るオーミック電極３４を形成する。

【００７０】続いて、下部注入層３２ａの上にシリコン
酸化膜を形成した後、その一部を開口してガードリング
３５を形成する。次いで、ガードリング３５の開口領域
の上に金（Ａｕ）からなるショットキー電極である上部
電極３６を形成する。

【００７１】以上の工程によって、平坦な上面を有する
下部注入層を備えたショットキーダイオードを作製する
ことができる。

【００７２】本実施形態のショットキーダイオードの製
造方法によれば、注入層３２のうち上部注入層３２ｂを
除去することで、上部電極３６と下部注入層３２ａのう
ち不純物濃度のピークを示す領域とを接するようにショ
ットキーダイオードを設計することができる。つまり、
アニール後に残存する下部注入層３２ａの上面領域の不
純物濃度を、ショットキーコンタクトをとるために必要
な所望の濃度に調整することができる。ここで、下部注
入層３２ａの上面領域の不純物濃度は、熱処理の時間な
どによっても調節できる。

【００７３】また、本実施形態の方法においては、イオ
ン注入の際に生じた欠陥の多い領域除去しているので、
上部電極３６の直下の領域における結晶性が良好となっ
ている。したがって、従来のＳｉＣ基板を用いたショッ
トキーダイオードのごとく、上部電極直下の欠陥を通じ
た電流によると思われる耐圧の低下を招くことがなく、
パワーダイオードとして優れた特性を得ることができ
る。

【００７４】さらに、本実施形態の方法によれば、下部
注入層３２ａの上面が平坦化されているので、動作時に
局所的な電界集中を起こすことがない。このことも、シ
ョットキーダイオードの耐圧性が向上する理由の１つで
ある。

【００７５】なお、本実施形態のショットキーダイオー
ドにおいて、ＳｉＣ基板３１及び注入層３２はｎ型不純
物を含んでいたが、Ａｌなどのｐ型不純物を含んでいて
もよい。

【００７６】また、ＳｉＣ基板３１に代えてＳｉ、Ｓｉ
Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＮなどからなる基板を用いてもよ
い。これは、以下の実施形態でも共通である。

【００７７】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態として、第１の実施形態に係る基板の処理方法
を利用してＰＮダイオードを製造する方法について説明
する。

【００７８】図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実
施形態に係るＰＮダイオードの製造方法を示す断面図で
ある。

【００７９】まず、図７（ａ）に示す工程で、（０００
１）オフ面を主面とするｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上に厚み
約１μｍのアンドープＳｉＣからなるエピタキシャル成
長層が設けられたＳｉＣ基板４１を準備する。そして、
このエピタキシャル成長層内に７回のイオン注入工程に
分けて窒素（Ｎ）イオンを注入して、ｎ型ドープ層４２
を形成する。ここで、イオン注入条件は、それぞれ加速
電圧６０ｋｅＶでドーズ量１．２×１０¹²atoms・ｃｍ
^-2、加速電圧１００ｋｅＶでドーズ量２．５×１０¹²at
oms・ｃｍ^-2、加速電圧１６０ｋｅＶでドーズ量４．５
×１０¹²atoms・ｃｍ^-2、加速電圧１７０ｋｅＶでドー
ズ量５．０×１０¹²atoms・ｃｍ^-2、加速電圧１８０ｋ
ｅＶでドーズ量５．５×１０¹²atoms・ｃｍ^-2、加速電
圧２００ｋｅＶでドーズ量６．０×１０¹²atoms・ｃｍ
^-2、加速電圧２２０ｋｅＶでドーズ量６．５×１０¹²at
oms・ｃｍ^-2である。イオン注入の方向は、いずれの場
合にもＳｉＣ基板４１上面の法線に対して７°傾いた方
向であり、いずれも室温下で行っている。ここで、ｎ型
ドープ層４２の厚みは約１μｍで、平均の窒素濃度は約
５×１０¹⁷atoms・ｃｍ^-3である。また、ｎ型のＳｉＣ
基板４１中の不純物濃度は約５×１０¹⁸atoms・ｃｍ^-3
である。

【００８０】続いて、上述のような多段階のアルミニウ
ムイオンの注入を行って、ｎ型ドープ層４２の上部にｐ
型の注入層４４を形成する。この注入層４４の厚みは２
５０ｎｍで、平均のアルミニウム濃度は約７×１０¹⁹at
oms・ｃｍ^-3である。

【００８１】次に、図７（ｂ）に示す工程で、窒素イオ
ンとアルミニウムイオンとが打ち込まれたＳｉＣ基板４
１と、ダミー用ＳｉＣ基板４３とを張り合わせて図３に
示すような構造を有するアニール炉で加熱する。具体的
な方法について以下に述べる。

【００８２】まず、窒素イオンとアルミニウムイオンが
打ち込まれたＳｉＣ基板４１とダミー用ＳｉＣ基板４３
とを張り合わせる。そして、ＳｉＣ基板４１の下面と基
板加熱治具２２とが接するように設置する。次いで、こ
のアニール炉を用いて基板加熱治具２２を加熱すること
で基板を加熱する。

【００８３】これにより、加熱時に、窒素イオンとアル
ミニウムイオンが打ち込まれたＳｉＣ基板４１の温度
が、ダミー用ＳｉＣ基板４３の温度よりも高くなるよう
な温度勾配ができる。この時のアニール条件として、ア
ルゴンガスの流量を２Ｌ／ｍｉｎとし、チャンバー内の
圧力は常圧（１気圧）で一定とする。加熱温度は１５０
０℃とし、加熱時間は３０分とする。この条件下では、
張り合わされた面において、温度が高いＳｉＣ基板４１
から炭素、珪素、及び打ち込まれたＡｌイオンが昇華に
よって脱離し、温度の低いダミー用ＳｉＣ基板４３の上
面に厚さ１００ｎｍの上部注入層４４ｂが吸着する。ま
た、ＳｉＣ基板４１の上部領域におけるアルミニウム濃
度は最上のピークにおける濃度にほぼ等しく、上面付近
の不純物濃度が所望の濃度に制御されていることが分か
った。そして、この加熱工程により、ｎ型ドープ層及び
ｐ型ＳｉＣ層中の不純物が活性化されて、ＰＮ接合が形
成される。

【００８４】次に、図７（ｃ）に示す工程で、ＳｉＣ基
板４１の裏面にＥＢ蒸着装置を用いてニッケル（Ｎｉ）
を蒸着した後、１０００℃で加熱することでＮｉからな
り、オーミック電極である下部電極４５を形成する。

【００８５】続いて、ＳｉＣ薄膜の上にシリコン酸化膜
を形成した後、その一部を開口して、その領域の上にア
ルミニウム（Ａｌ）とニッケルを積層して蒸着した後、
１０００℃で加熱することでＮｉ／Ａｌからなる上部電
極４６を形成する。

【００８６】以上の工程により本実施形態のＰＮダイオ
ードは、ドーパント濃度が５×１０ ¹⁸atoms・ｃｍ^-3の
ＳｉＣ基板４１と、ＳｉＣ基板４１上に形成されたドー
パント濃度が５×１０¹⁷atoms・ｃｍ^-3で厚みが１μｍ
のｎ型ドープ層４２と、ｎ型ドープ層４２上に形成され
たドーパント濃度が７×１０¹⁹atoms・ｃｍ^-3で厚みが
１５０ｎｍのｐ型ＳｉＣ層４４ａと、ｐ型ＳｉＣ層４４
ａの上に形成されたＮｉ／Ａｌからなり、オーミック電
極である上部電極４６と、ＳｉＣ基板４１の下面上に設
けられ、Ｎｉからなるオーミック電極である下部電極４
５とを備えている。

【００８７】本実施形態のＰＮダイオードの製造方法で
は、図７（ｂ）に示す工程においてイオン注入で損傷を
受けたＳｉＣ基板４１の上面近傍の領域を除去している
ので、ｐ型ＳｉＣ層４４ａの結晶性は比較的良好となっ
ている。また、オーミック電極である上部電極４６が不
純物濃度の比較的高い領域と接するため、抵抗も小さく
なっている。このため、本実施形態の方法によれば、パ
ワーダイオードとして優れた特性を有するＰＮダイオー
ドを製造することができる。

【００８８】また、本実施形態の方法によれば、ｐ型Ｓ
ｉＣ層４４ａの上面が平坦化されるため、ｐ型ＳｉＣ層
４４ａと上部電極４６との間により良好なオーミックコ
ンタクトを形成することができる。

【００８９】なお、本実施形態のＰＮダイオードにおい
てはｎ型のＳｉＣ基板を用いたが、これに代えてｐ型Ｓ
ｉＣ基板を用い、ｐ型ＳｉＣ基板上にｐ型ドープ層、ｎ
型ＳｉＣ層を順に設けてもよい。

【００９０】なお、本実施の形態においてはＰＮダイオ
ードを作製したが、本発明の方法はＭＯＳＦＥＴやＭＥ
ＳＦＥＴ等他のＳｉＣ半導体素子を作製するのにも有効
である。

【００９１】（第４の実施形態）本発明の第４の実施形
態として、第１の実施形態に係る基板の処理方法を利用
してＭＥＳＦＥＴを製造する方法について説明する。

【００９２】図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実
施形態に係るＭＥＳＦＥＴの製造方法を示す断面図であ
る。

【００９３】まず、図８（ａ）に示す工程で、（０００
１）オフ面を主面とするｎ型４Ｈ−ＳｉＣ基板上に厚み
約５μｍのアンドープＳｉＣからなるエピタキシャル成
長層５３が設けられたＳｉＣ基板５４を準備する。そし
て、このエピタキシャル成長層内に７回のイオン注入工
程に分けて窒素（Ｎ）イオンを注入して、エピタキシャ
ル成長層５３の上部にｎ型ドープ層５２を形成する。こ
こで、イオン注入条件は、それぞれ加速電圧４０ｋｅＶ
でドーズ量１．２×１０¹²atoms・ｃｍ^-2、加速電圧８
０ｋｅＶでドーズ量２．５×１０¹²atoms・ｃｍ^-2、加
速電圧１４０ｋｅＶでドーズ量４．５×１０¹²atoms・
ｃｍ^-2である。イオン注入の方向は、いずれの場合にも
ＳｉＣ基板５４上面の法線に対して７°傾いた方向であ
り、いずれも室温下で行っている。

【００９４】次に、ＳｉＣ基板５１を用意し、ｎ型ドー
プ層５２の上面側に張り合わせる。

【００９５】次いで、図８（ｂ）に示す工程で、この基
板を図３に示すアニール炉内に設置し、ＳｉＣ基板５４
の下面と基板加熱治具２２とが接した状態で基板を加熱
する。

【００９６】これにより、加熱時に、ＳｉＣ基板５４の
温度がＳｉＣ基板５１の温度よりも高くなるような温度
勾配ができる。この時のアニール条件として、アルゴン
ガスの流量を２Ｌ／ｍｉｎとし、チャンバー内の圧力は
常圧（１気圧）で一定とする。加熱温度は１５００℃と
し、加熱時間は３０分とする。この条件下では、張り合
わされた面において、温度が高いＳｉＣ基板５４上のｎ
型ドープ層５２から炭素、珪素、及び打ち込まれたＡｌ
イオンが昇華によって脱離し、温度の低いＳｉＣ基板５
１の上面に厚さ１００ｎｍのｎ型ＳｉＣ層５５が吸着す
る。

【００９７】この工程により、ｎ型ドープ層５２の最上
部にある不純物濃度が低い領域が除去され、５×１０¹⁷
atoms・ｃｍ^-3の濃度で窒素を含むｎ型ＳｉＣ層５２ａ
がＳｉＣ基板５４上に残る。

【００９８】次に、図８（ｃ）に示す工程で、真空蒸着
装置を用いてｎ型ＳｉＣ層５２ａの上面にＮｉを蒸着す
る。その後、オーミックコンタクトを取るために基板を
１０００℃で３分間加熱し、ｎ型ＳｉＣ層５２ａの上に
ソース電極５７及びドレイン電極５８を形成する。続い
て、ｎ型ＳｉＣ層５２ａの露出している上面にＮｉを蒸
着してショットキーコンタクトをとる。これにより、ｎ
型ＳｉＣ層５２ａの上、ソース電極５７とドレイン電極
５８との間にゲート長が約０．５μｍのゲート電極５６
を形成する。なお、ソース電極５７，ドレイン電極５
８，ゲート電極５６は互いに離して設けられている。以
上のようにして、本実施形態のＭＥＳＦＥＴが製造され
る。

【００９９】本実施形態の方法で製造されたＭＥＳＦＥ
Ｔは、ｎ型ＳｉＣ層５２ａのうちソース電極５７及びド
レイン電極５８の直下領域での不純物濃度が高くなって
いるので、両電極とｎ型ＳｉＣ層５２ａとの接合面にお
ける電気抵抗が小さくなっている。そのため、駆動時に
大きなオン電流を得ることができる。

【０１００】また、本実施形態のＭＥＳＦＥＴでは、ｎ
型ＳｉＣ層５２ａの上面は平坦化されているので、ゲー
ト電極５６に高電圧が印加された場合に電界集中が起こ
りにくくなっており、耐圧性が向上している。

【０１０１】このように、本発明の方法を用いれば、縦
型デバイスに限らず、優れた性能を有する横型デバイス
を製造することができる。

【０１０２】

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、ＳｉＣ等からなる半導体層に不純物イオンを注入し
た後、チャンバー内で、半導体基板と張り合わせて両者
を加熱しながら、半導体層のうち上面から所定の深さま
での領域を除去するようにしたので、半導体層の上面付
近に形成されていた不純物濃度の低い、イオン打ち込み
による欠陥の多い領域を除去することができる。そのた
め、本発明の半導体装置の製造方法によれば、所望の濃
度と良好な結晶性を有する半導体層を活性領域とする半
導体装置を容易に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に
係る半導体基板の処理方法を示す断面図である。

【図２】注入層の深さ方向の不純物濃度プロファイルを
ＳＩＭＳを用いて測定した結果を示す図である。

【図３】本発明に用いられるアニール炉の構成を概略的
に示す断面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態の方法によってアニー
ル処理されたＳｉＣ基板の不純物濃度プロファイルをＳ
ＩＭＳを用いて測定した結果を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施形態の方法によってアニー
ル処理を行った場合の、ダミー用ＳｉＣ基板の不純物濃
度プロファイルをＳＩＭＳを用いて測定した結果を示す
図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に
係るショットキーダイオードの製造方法を示す断面図で
ある。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に
係るＰＮダイオードの製造方法を示す断面図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施形態に
係るＭＥＳＦＥＴの製造方法を示す断面図である。

【図９】従来の方法によって作製されたＳｉＣ基板の深
さ方向の不純物濃度分布を示す図である。

【符号の説明】

１１，３１，４１，４３，５１，５４ＳｉＣ基板１２，３２，４４注入層１２ａ，３２ａ下部注入層１２ｂ，３２ｂ上部注入層１３，３３ダミー用ＳｉＣ基板２０チャンバー２１基板２２基板加熱治具２３誘導加熱用コイル２４雰囲気ガス供給系２５ガス排気系２６雰囲気ガス３４オーミック電極３５ガードリング３６，４６上部電極４２ｎ型ドープ層４４ａｐ型ＳｉＣ層４５下部電極５２ｎ型ドープ層５２ａ，５５ｎ型ＳｉＣ層５３エピタキシャル成長層５６ゲート電極５７ソース電極５８ドレイン電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/812 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｚ 29/861 29/872 (72)発明者楠本修大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者山下賢哉大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者北畠真大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4M104 AA01 AA03 AA04 BB02 BB05 BB09 CC03 DD22 DD26 DD34 DD78 DD91 FF13 GG02 GG03 GG09 GG10 GG12 GG14 HH12 HH15 HH20 5F102 GB01 GC01 GD01 GJ02 GR01 HC01 HC07 HC11 HC21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の半導体基板の上方から不純物イオ
ンを注入して第１の不純物ドープ層を形成する工程
（ａ）と、上記第１の半導体基板の上面と、第２の半導体基板の上
面とを対向させた状態で、少なくとも上記第１の半導体
基板を加熱して、上記第１の半導体基板の上面近傍領域
の少なくとも一部を上記第２の半導体基板上に移動さ
せ、上記第２の半導体基板上にエピタキシャル成長させ
る工程（ｂ）とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の半導体装置の製造方法
において、上記工程（ｂ）の後に、上記第１の半導体基板と上記第
２の半導体基板とを分離する工程をさらに含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の半導体装置の
製造方法において、上記工程（ａ）の後、上記工程（ｂ）の前に、上記第１
の不純物ドープ層に含まれる不純物とは異なる導電型の
不純物イオンを上記第１の不純物ドープ層に注入し、上
記第１の不純物ドープ層の上部に第２の不純物ドープ層
を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】請求項３に記載の半導体装置の製造方法
において、上記第１の不純物ドープ層に含まれる不純物と上記第２
の不純物ドープ層に含まれる不純物とは導電型が相異な
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】請求項１または２に記載の半導体装置の
製造方法において、上記第１の半導体基板は第１導電型の不純物を含んでお
り、上記工程（ａ）では、上記第１の半導体基板に第１導電
型の不純物が注入されることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項６】請求項５に記載の半導体装置の製造方法
において、上記工程（ｂ）の後に、上記第１の半導体基板上にショ
ットキー電極を形成する工程をさらに含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項７】請求項１または２に記載の半導体装置に
おいて、上記第１の半導体基板はアンドープの半導体領域を有し
ており、上記第１の不純物ドープ層は上記アンドープの
半導体領域の上に設けられることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項８】請求項１〜７のうちいずれか１つに記載
の半導体装置の製造方法において、上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体基板と上記第２
の半導体基板との間にマスクが挟まれていることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】請求項１〜８のうちいずれか１つに記載
の半導体装置の製造方法において、上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体基板の上面の少
なくとも一部と上記第２の半導体基板の少なくとも一部
とは接触していることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項１０】請求項１〜９のうちいずれか１つに記
載の半導体装置の製造方法において、上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体基板の温度が、
上記第１の半導体基板を構成する材料の昇華温度を５０
０℃下回る温度以上２００℃上回る温度以下となるよう
に加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】請求項１〜１０のうちいずれか１つに
記載の半導体装置の製造方法において、上記第１の半導体基板は炭化珪素により構成されている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の半導体装置の製造
方法において、上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体基板の温度が、
１３００℃以上２００℃以下となるように加熱すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】請求項１〜１２のうちいずれか１つに
記載の半導体装置の製造方法において、上記工程（ｂ）では、上記第１の半導体基板を加熱する
ことにより、上記第１の半導体基板の温度を上記第２の
半導体基板の温度より高くすることを特徴とする半導体
装置の製造方法。