JP5580218B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
Manufacturing method of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5580218B2 JP5580218B2 JP2011003471A JP2011003471A JP5580218B2 JP 5580218 B2 JP5580218 B2 JP 5580218B2 JP 2011003471 A JP2011003471 A JP 2011003471A JP 2011003471 A JP2011003471 A JP 2011003471A JP 5580218 B2 JP5580218 B2 JP 5580218B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon film
- silicon
- oxygen
- manufacturing
- semiconductor layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 59
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 98
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 86
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 56
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 49
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 31
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 29
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 17
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 51
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 15
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 12
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
本発明は、炭化珪素で形成された半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device formed of silicon carbide.
炭化珪素は、シリコンと比較してバンドギャップ幅が約３倍広く、絶縁破壊電界強度が約１０倍大きい半導体材料である。このため、炭化珪素で形成された半導体装置は、耐熱性及び耐電圧性に優れた特性を有することができる。 Silicon carbide is a semiconductor material having a band gap width about three times wider than silicon and a dielectric breakdown electric field strength about ten times larger. For this reason, the semiconductor device formed of silicon carbide can have excellent heat resistance and voltage resistance.
半導体装置を製造するためには、半導体層にドーパントを導入し、そのドーパントを活性化させるためのアニール処理が必要とされる。例えば、炭化珪素の半導体層では、ｐ型ドーパントとしてアルミニウムが導入される。導入されたアルミニウムを活性化させるためには、約１６００℃以上のアニール処理が必要とされる。 In order to manufacture a semiconductor device, a dopant is introduced into the semiconductor layer, and an annealing process for activating the dopant is required. For example, in a silicon carbide semiconductor layer, aluminum is introduced as a p-type dopant. In order to activate the introduced aluminum, an annealing process of about 1600 ° C. or higher is required.
ところが、炭化珪素の半導体層に高温のアニール処理を実施すると、半導体層の表面からシリコンが離脱し、残った炭素が再結晶化することによって表面荒れが増大することが知られている（ステップバンチング）。 However, it is known that when a high-temperature annealing process is performed on a silicon carbide semiconductor layer, the silicon is detached from the surface of the semiconductor layer and the remaining carbon is recrystallized to increase the surface roughness (step bunching). ).
特許文献１は、この表面荒れを改善するために、アニール処理に先立って半導体層の表面にダイヤモンドライクカーボン膜（以下、ＤＬＣ膜という）を形成する技術を開示している。半導体層の表面にＤＬＣ膜が形成されていると、高温のアニール処理を実施したときに、ＤＬＣ膜がグライファイト化することによって高耐熱性を獲得することができる。さらに、半導体層の表面のシリコンとＤＬＣ膜が結合することでシリコンの離脱が抑制されるので、半導体層の表面荒れが抑えられる。 Patent Document 1 discloses a technique for forming a diamond-like carbon film (hereinafter referred to as a DLC film) on the surface of a semiconductor layer prior to annealing treatment in order to improve the surface roughness. If the DLC film is formed on the surface of the semiconductor layer, high heat resistance can be obtained by the crystallization of the DLC film when high-temperature annealing is performed. Further, since the silicon on the surface of the semiconductor layer and the DLC film are bonded together, silicon detachment is suppressed, so that the surface roughness of the semiconductor layer can be suppressed.
ところが、本発明者らの検討の結果、特許文献１の技術で形成されるＤＬＣ膜では、半導体層の表面荒れを十分に抑制することが困難であることが分かってきた。特許文献１では、化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法という）を利用してＤＬＣ膜を形成している。ＣＶＤ法を利用して形成されるＤＬＣ膜の構造はそれほど緻密なものではなく、また、原料ガス由来の水素等の不純物を多く含んでいる。このため、高温のアニール処理を実施したときに、ＤＬＣ膜がグラファイト化する過程において、多量のダングリングボンド及びボイドが形成される。このため、半導体層の表面のシリコンは、それらの欠陥を介して離脱してしまう。特許文献１の技術は、半導体層の緻密性及び不純物の存在まで考慮していない。特許文献１の技術では、半導体層の表面荒れを十分に抑えることができない。 However, as a result of studies by the present inventors, it has been found that it is difficult to sufficiently suppress the surface roughness of the semiconductor layer in the DLC film formed by the technique of Patent Document 1. In Patent Document 1, a DLC film is formed using a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as a CVD method). The structure of the DLC film formed by using the CVD method is not so dense, and contains a lot of impurities such as hydrogen derived from the source gas. For this reason, a large amount of dangling bonds and voids are formed in the process of graphitizing the DLC film when a high temperature annealing process is performed. For this reason, silicon on the surface of the semiconductor layer is detached through those defects. The technique of Patent Document 1 does not consider the denseness of the semiconductor layer and the presence of impurities. The technique of Patent Document 1 cannot sufficiently suppress the surface roughness of the semiconductor layer.
本明細書で開示される技術は、炭化珪素の半導体層の表面荒れを抑えることを目的としている。 The technique disclosed in this specification is intended to suppress surface roughness of a silicon carbide semiconductor layer.
本明細書で開示される技術では、炭化珪素の半導体層の表面に、パルス・レーザ・デポジション法（以下、ＰＬＤ法と省略することがある）、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク法（以下、ＦＣＶＡ法と省略することがある）又は電子サイクトロン共鳴スパッタ法（以下、ＥＣＲスパッタ法と省略することがある）を利用してカーボン膜を形成することを特徴としている。これらＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成されるカーボン膜は、構造が極めて緻密であり（屈折率が高い）、含まれる不純物が少ないことから、ダングリングボンド及びボイドの発生が抑えられる。このため、これらＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成されるカーボン膜は、半導体層の表面からシリコンの離脱を良好に抑制することができるので、半導体層の表面荒れが顕著に抑えられる。 In the technique disclosed in this specification, a pulsed laser deposition method (hereinafter may be abbreviated as a PLD method), a filtered cathodic vacuum arc method ( Hereinafter, the carbon film may be formed by using an FCVA method) or an electron cyclotron resonance sputtering method (hereinafter, sometimes referred to as an ECR sputtering method). The carbon film formed by using these PLD method, FCVA method or ECR sputtering method has a very dense structure (high refractive index) and contains few impurities, so that dangling bonds and voids are generated. It can be suppressed. For this reason, since the carbon film formed by using these PLD method, FCVA method, or ECR sputtering method can satisfactorily suppress the detachment of silicon from the surface of the semiconductor layer, the surface roughness of the semiconductor layer is remarkable. It can be suppressed.
本明細書で開示される半導体装置の製造方法は、ドーパント導入工程とカーボン膜形成工程とアニール処理工程とを備える。ドーパント導入工程では、炭化珪素の半導体層にドーパントを導入する。カーボン膜形成工程では、パルス・レーザ・デポジション法、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク法又は電子サイクロン共鳴スパッタ法を利用して、半導体層の表面にカーボン膜を形成する。アニール処理工程では、カーボン膜が残存した状態で半導体層をアニール処理する。上記製造方法で製造される半導体装置は、半導体層の表面荒れが抑えられている。このため、上記製造方法で製造される半導体装置は、優れた特性を有することができる。 The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification includes a dopant introduction step, a carbon film formation step, and an annealing treatment step. In the dopant introduction step, a dopant is introduced into the silicon carbide semiconductor layer. In the carbon film formation step, a carbon film is formed on the surface of the semiconductor layer by using a pulse laser deposition method, a filtered cathodic vacuum arc method, or an electron cyclone resonance sputtering method. In the annealing process, the semiconductor layer is annealed with the carbon film remaining. In the semiconductor device manufactured by the above manufacturing method, the surface roughness of the semiconductor layer is suppressed. For this reason, the semiconductor device manufactured with the said manufacturing method can have the outstanding characteristic.
本明細書で開示される製造方法では、カーボン膜の密度が２．０g/cm3以上であるのが望ましい。上記密度のカーボン膜は、ＤＬＣ膜（密度が１．０〜１．８g/cm3である）とは明らかに相違しており、また、ＣＶＤ法では決して得られないものである。このような高緻密性のカーボン膜は、半導体層の表面からのシリコンの離脱を良好に抑制することができるので、半導体層の表面荒れを顕著に抑制することができる。 In the manufacturing method disclosed in this specification, the density of the carbon film is desirably 2.0 g / cm 3 or more. The carbon film having the above density is clearly different from the DLC film (having a density of 1.0 to 1.8 g / cm 3 ), and is never obtained by the CVD method. Such a highly dense carbon film can satisfactorily suppress the detachment of silicon from the surface of the semiconductor layer, so that the surface roughness of the semiconductor layer can be remarkably suppressed.
本明細書で開示される製造方法では、カーボン膜の屈折率が２．５以上であるのが望ましい。上記屈折率のカーボン膜は、ＤＬＣ膜（屈折率が２．０以下である）とは明らかに相違しており、また、ＣＶＤ法では決して得られないものである。このような高緻密性のカーボン膜は、半導体層の表面からのシリコンの離脱を良好に抑制することができるので、半導体層の表面荒れを顕著に抑制することができる。 In the manufacturing method disclosed in this specification, the refractive index of the carbon film is desirably 2.5 or more. The carbon film having the refractive index is clearly different from the DLC film (having a refractive index of 2.0 or less), and is never obtained by the CVD method. Such a highly dense carbon film can satisfactorily suppress the detachment of silicon from the surface of the semiconductor layer, so that the surface roughness of the semiconductor layer can be remarkably suppressed.
本明細書で開示される製造方法では、カーボン膜の厚みが５０nm以下であるのが望ましい。上記製造方法によると、極めて緻密なカーボン膜を形成することができるので、シリコンの離脱を抑制するために必要となるカーボン膜の厚みを５０nm以下にすることができる。カーボン膜の厚みが薄いと、アニール処理時にカーボン膜と半導体層の間の熱膨張差に起因する応力が低減され、半導体層の反りが抑制される。 In the manufacturing method disclosed in this specification, the thickness of the carbon film is desirably 50 nm or less. According to the manufacturing method described above, an extremely dense carbon film can be formed, so that the thickness of the carbon film necessary for suppressing silicon detachment can be reduced to 50 nm or less. When the thickness of the carbon film is thin, the stress due to the difference in thermal expansion between the carbon film and the semiconductor layer during annealing is reduced, and the warp of the semiconductor layer is suppressed.
カーボン膜形成工程では、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子が原料に含まれるのが望ましい。例えば、カーボン膜にシリコンが含まれていると、カーボン膜から半導体層の表面にシリコンの補充することができるので、結果として、半導体層の表面のシリコン濃度の減少を抑えることができる。カーボン膜に窒素又は酸素が含まれていると、窒素と炭素の結合又は酸素と炭素の結合によりカーボン膜内の結合が強固となり、ダングリングボンド及びボイドの発生が抑えられる。したがって、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子がカーボン膜に導入されていると、半導体層の表面からのシリコンの離脱を良好に抑制し、半導体層の表面荒れを顕著に抑えることができる。 In the carbon film forming step, it is desirable that at least one kind of atom selected from the group of silicon, nitrogen and oxygen is contained in the raw material. For example, when silicon is contained in the carbon film, silicon can be replenished from the carbon film to the surface of the semiconductor layer, and as a result, a decrease in the silicon concentration on the surface of the semiconductor layer can be suppressed. When nitrogen or oxygen is contained in the carbon film, the bond in the carbon film is strengthened by the bond between nitrogen and carbon or the bond between oxygen and carbon, and the generation of dangling bonds and voids is suppressed. Therefore, when at least one kind of atom selected from the group of silicon, nitrogen and oxygen is introduced into the carbon film, it is possible to satisfactorily suppress the detachment of silicon from the surface of the semiconductor layer, and to reduce the surface roughness of the semiconductor layer. It can be significantly suppressed.
本明細書で開示される技術によると、半導体層の表面からのシリコンの離脱を良好に抑制し、半導体層の表面荒れを顕著に抑制することができる。 According to the technique disclosed in this specification, it is possible to satisfactorily suppress the separation of silicon from the surface of the semiconductor layer and to remarkably suppress the surface roughness of the semiconductor layer.
図１に、縦型ダイオードを製造する工程の概略を示す。図１を参照しながら、図２〜６の要部断面図を用いて各製造工程を順に説明する。なお、以下の例では、ＪＢＳ（Junction Barrier Schottky）型のダイオードを例示するが、以下で説明する技術は、他の種類のダイオードにも適用可能である。また、以下で説明する技術は、ダイオード以外の素子、例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴにも適用可能である。 FIG. 1 shows an outline of a process for manufacturing a vertical diode. Each manufacturing process will be described in order with reference to FIG. In the following example, a JBS (Junction Barrier Schottky) type diode is illustrated, but the technology described below can be applied to other types of diodes. The technique described below can also be applied to elements other than diodes, such as MOSFETs or IGBTs.
まず、図２に示されるように、エピタキシャル成長技術を利用して、ｎ＋型の半導体基板１２の表面に炭化珪素のｎ−型のエピタキシャル層１４を形成する。半導体基板１２に用いられる材料は、エピタキシャル層１４が成長可能なものであればよい。好ましくは、半導体基板１２の材料は、ｎ＋型の炭化珪素基板であるのが望ましい。半導体基板１２とエピタキシャル層１４は、炭化珪素ウェハ１３を構成する。
First, as shown in FIG. 2, an n − type
次に、図３に示されるように、エピタキシャル層１４の表面に、レジスト２２をパターニングする。レジスト２２の開口部は、アノード形成領域に対応している。次に、イオン注入技術を利用して、エピタキシャル層１４の表層部にｐ型のドーパントであるアルミニウムを注入し、ドーパント注入領域１６を形成する。この段階では、ドーパント注入領域１６に含まれる多くのアルミニウムが、エピタキシャル層１４の格子間に浮遊した状態であり、電気的には活性化していない。ｐ型のドーパントとしては、アルミニウムに代えてボロンを用いてもよい。アルミニウムをイオン注入した後に、レジスト２２を除去する。
Next, as shown in FIG. 3, a
次に、図４に示されるように、エピタキシャル層１４の表面にカーボン膜２４を形成する。カーボン膜２４は、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子を含むように形成される。この例では、カーボン膜２４にシリコンが含まれている。このカーボン膜２４は、パルス・レーザ・デポジション法（以下、ＰＬＤ法という）、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク法（以下、ＦＣＶＡ法という）又は電子サイクロン共鳴スパッタ法（以下、ＥＣＲスパッタ法という）を利用して形成される。以下、ＰＬＤ法を利用してカーボン膜２４を形成する場合と、ＦＣＶＡ法を利用してカーボン膜２４を形成する場合と、ＥＣＲスパッタ法を利用してカーボン膜２４を形成する場合のそれぞれを説明する。
Next, as shown in FIG. 4, a
ＰＬＤ法を利用する場合は、ターゲットにシリコンを含有したグラファイトを利用し、レーザ光源にナノ秒又はフェムト秒のパルスレーザを利用する。ターゲットは、グラファイトに代えてグラッシーカーボンでもよい。また、ターゲットに含まれるシリコンは、グライファイトの全体に均一に含まれていてもよく、グラファイトの表面の一部に埋設して含まれていてもよく、グラファイトの表面上に粒状に分散していてもよい。ＰＬＤ法では、チャンバ内を所定圧力以下に真空引きした後に、ターゲットにパルスレーザを照射し、ターゲットから炭素原子とシリコン原子を飛び出させる。飛び出した炭素原子とシリコン原子は、ターゲットの上方に支持されている炭化珪素ウェハ１３の表面に堆積する。また、チャンバ内の圧力が０．１Torr以下の範囲でチャンバ内に窒素及び／又は酸素を導入すると、形成されるカーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を導入することができる。なお、ターゲットに含まれるシリコンに代えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。あるいは、ターゲットに含まれるシリコンに加えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませるためには、窒素ガス及び／又は酸素ガスを用いたプラズマ処理（例えばスパッタ法）を利用して、予めターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませておけばよい。
When the PLD method is used, graphite containing silicon as a target is used, and a nanosecond or femtosecond pulse laser is used as a laser light source. The target may be glassy carbon instead of graphite. The silicon contained in the target may be contained uniformly in the entire griffite, or may be contained by being embedded in a part of the surface of the graphite, and dispersed in a granular form on the surface of the graphite. May be. In the PLD method, after evacuating the chamber to a predetermined pressure or lower, the target is irradiated with a pulse laser, and carbon atoms and silicon atoms are ejected from the target. The protruding carbon atoms and silicon atoms are deposited on the surface of the
ＦＣＶＡ法を利用する場合は、ターゲットにシリコンを含有したグラファイトを利用する。ターゲットは、グラファイトに代えてグラッシーカーボンでもよい。また、ターゲットに含まれるシリコンは、グライファイトの全体に均一に含まれていてもよく、グラファイトの表面の一部に埋設して含まれていてもよく、グラファイトの表面上に粒状に分散していてもよい。ＦＣＶＡ法では、チャンバ内を所定圧力以下に真空引きした後に、バキュームアーク放電によりターゲットから炭素プラズマとシリコンプラズマを作り出す。炭素原子とシリコン原子のみが電磁気的空間フィルターによって選択され、炭化珪素ウェハ１３の表面に堆積される。また、チャンバ内の圧力が０．１Torr以下の範囲でチャンバ内に窒素及び／又は酸素を導入すると、形成されるカーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を導入することができる。なお、ターゲットに含まれるシリコンに代えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。あるいは、ターゲットに含まれるシリコンに加えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませるためには、窒素ガス及び／又は酸素ガスを用いたプラズマ処理（例えばスパッタ法）を利用して、予めターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませておけばよい。
When using the FCVA method, graphite containing silicon is used as a target. The target may be glassy carbon instead of graphite. The silicon contained in the target may be contained uniformly in the entire griffite, or may be contained by being embedded in a part of the surface of the graphite, and dispersed in a granular form on the surface of the graphite. May be. In the FCVA method, after evacuating the chamber to a predetermined pressure or lower, carbon plasma and silicon plasma are generated from the target by vacuum arc discharge. Only carbon and silicon atoms are selected by the electromagnetic spatial filter and deposited on the surface of the
ＥＣＲスパッタ法を利用する場合、ターゲットにシリコンを含有したグラファイトを利用する。ターゲットは、グラファイトに代えてグラッシーカーボンでもよい。また、ターゲットに含まれるシリコンは、グライファイトの全体に均一に含まれていてもよく、グラファイトの表面の一部に埋設して含まれていてもよく、グラファイトの表面上に粒状に分散していてもよい。ＥＣＲスパッタ法では、チャンバ内を所定圧力以下に真空引きした後に、アルゴンガスによりターゲットから炭素原子とシリコン原子を飛び出させる。飛び出した炭素原子とシリコン原子は、ターゲットの上方に支持されている炭化珪素ウェハ１３の表面に堆積する。また、チャンバ内の圧力が０．１２Torr以下の範囲で、アルゴンガスに代えて窒素ガス及び／又は酸素ガスを導入すると、形成されるカーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を導入することができる。あるいは、チャンバ内の圧力が０．１２Torr以下の範囲で、アルゴンガスに加えて窒素ガス及び／又は酸素ガスを導入すると、形成されるカーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を導入することができる。なお、アルゴンガスに加えて窒素ガス及び／又は酸素ガスを導入する場合、窒素ガス及び／又は酸素ガスはアルゴンガスと同一の比率であるのが望ましい。なお、ターゲットに含まれるシリコンに代えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。あるいは、ターゲットに含まれるシリコンに加えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませるためには、窒素ガス及び／又は酸素ガスを用いたプラズマ処理（例えばスパッタ法）を利用して、予めターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませておけばよい。
When using the ECR sputtering method, graphite containing silicon is used as a target. The target may be glassy carbon instead of graphite. The silicon contained in the target may be contained uniformly in the entire griffite, or may be contained by being embedded in a part of the surface of the graphite, and dispersed in a granular form on the surface of the graphite. May be. In the ECR sputtering method, after evacuating the chamber to a predetermined pressure or lower, carbon atoms and silicon atoms are ejected from the target by argon gas. The protruding carbon atoms and silicon atoms are deposited on the surface of the
次に、図５に示されるように、カーボン膜２４が残存した状態で、炭化珪素ウェハ１３をアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス雰囲気でアニール処理する。アニール処理の温度は１６００〜２０００℃である。これにより、注入されたアルミニウムが、置換サイトに移動し、電気的に活性化されてアノード領域１８を形成する。アニール処理の後、カーボン膜２４を、一酸化炭素又は二酸化酸素のプラズマで除去する。なお、カーボン膜２４は、酸素又は水素雰囲気下のアニール処理によっても除去することができる。あるいは、カーボン膜２４は、酸素アッシングによっても除去することができる。
Next, as shown in FIG. 5, with the
次に、図６に示されるように、ＣＶＤ技術を利用して、エピタキシャル層１４の表面にアノード電極２６を形成する。アノード電極２６の材料には、モリブテンとチタンとニッケルのいずれかの金属とアルミニウムの積層電極が用いられている。最後に、図示は省略するものの、半導体基板１２を裏面から炭化珪素ウェハ１３を研磨して所望の厚みとした後に、半導体基板１２の裏面にカソード電極を形成する。これらの工程を経て、縦型ダイオードが完成する。
Next, as shown in FIG. 6, an
上記製造方法は、少なくとも下記の特徴を少なくとも有する。
（１）上記製造方法では、カーボン膜２４がＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成される。これらＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成されるカーボン膜２４は、高エネルギーの炭素原子を用いて形成されるので、構造が極めて緻密である（屈折率が２．５以上であり、密度が２〜３ｇ／ｃｍ-3である）。さらに、原料に水素等の不純物が含まれていないので、形成されるカーボン膜２４は水素フリーである。カーボン膜２４に多量の水素が含まれていると、ダングリングボンド及びボイドが形成され、それらの欠陥を介してエピタキシャル層１４の表面からシリコンが離脱してしまう。ＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成されるカーボン膜２４は、水素フリーであり、ダングリングボンド及びボイドの発生が抑えられる。したがって、このカーボン膜２４は、エピタキシャル層１４の表面からシリコンの離脱を良好に抑制することができるので、エピタキシャル層１４の表面荒れが顕著に抑えられる。なお、ＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成されるカーボン膜２４の結晶構造は、ｔａ−Ｃ（テトラヘドラル アモルファス カーボン）に属する。
The manufacturing method has at least the following characteristics.
(1) In the above manufacturing method, the
（２）上記製造方法では、カーボン膜２４にシリコンが含まれている。カーボン膜２４にシリコンが含まれていると、カーボン膜２４からエピタキシャル層１４の表面にシリコンを補充することができるので、結果として、エピタキシャル層１４の表面のシリコン濃度の減少を抑えることができる。このため、エピタキシャル層１４の表面荒れが抑えられる。シリコンの離脱を抑えるためには、シリコンの含有量が多いほど望ましい。しかしながら、シリコンの含有量が多すぎると、多結晶シリコンになり易いという問題があるので、シリコンの含有量は、原子濃度で５０at.％以下であるのが望ましい。より好ましくは、シリコンの含有量は、原子濃度で１〜２０at.％であるのが望ましい。この範囲の原子濃度であれば、製造時において、シリコンの含有量を高精度に制御することができる。さらに好ましくは、シリコンの含有量は、原子濃度で１〜５at.％であるのが望ましい。この範囲の原子濃度であれば、エピタキシャル層１４の表面からのシリコンの昇華とカーボン膜２４からのシリコンの補充を十分に拮抗させることができるので、エピタキシャル層１４の表面荒れを良好に抑制することができる。
(2) In the above manufacturing method, the
（３）上記製造方法では、カーボン膜２４にシリコンのみが含まれているが、カーボン膜２４に窒素又は酸素が含まれていると、次の特徴を有する。カーボン膜２４に窒素又は酸素が含まれていると、窒素と炭素の結合又は酸素と炭素の結合によりカーボン膜２４内の結合が強固となり、ダングリングボンド及びボイドの発生が抑えられる。さらに、カーボン膜２４に窒素又は酸素が含まれていると、高密度なカーボン膜２４を形成することができる。この結果、カーボン膜２４を薄く形成することができ、アニール処理時にカーボン膜２４とエピタキシャル層１４の間の熱膨張差に起因する応力が低減され、炭化珪素ウェハ１３の反りが抑制される。さらに、カーボン膜２４に窒素又は酸素が含まれていると、カーボン膜２４と炭化珪素ウェハ１３の密着性を改善することができる。
(3) In the manufacturing method described above, the
（４）上記製造方法では、カーボン膜２４の厚みが５０nm以下に調整されている。上記製造方法によると、極めて緻密なカーボン膜２４を形成することができるので、シリコンの離脱を抑制するために必要となるカーボン膜２４の厚みを５０nm以下にすることができる。カーボン膜２４の厚みが薄いと、アニール処理時にカーボン膜２４とエピタキシャル層１４の間の熱膨張差に起因する応力が低減され、炭化珪素ウェハ１３の反りが抑制される。なお、好ましくは、カーボン膜２４の厚みは、３０nm以下であるのが望ましい。この範囲の厚みであれば、製造時において、カーボン膜２４の厚みを高精度に制御することができる。さらに好ましくは、カーボン膜２４の厚みは、１０nm以下であるのが望ましい。この範囲の厚みであれば、アニール処理時にカーボン膜２４とエピタキシャル層１４の間の熱膨張差に起因する応力をほぼ無視できる程度に低減することができ、炭化珪素ウェハ１３の反りを防止することができる。
(4) In the above manufacturing method, the thickness of the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
１２：半導体基板
１３：炭化珪素ウェハ
１４：エピタキシャル層
２４：カーボン膜
12: Semiconductor substrate 13: Silicon carbide wafer 14: Epitaxial layer 24: Carbon film
Claims (4)
パルス・レーザ・デポジション法、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク法、又は電子サイクトロン共鳴スパッタ法を利用して、前記半導体層の表面にカーボン膜を形成するカーボン膜形成工程と、
前記カーボン膜が残存した状態で前記半導体層をアニール処理するアニール処理工程と、を備え、
前記カーボン膜形成工程では、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子がターゲットに含まれる半導体装置の製造方法。 A dopant introduction step of introducing a dopant into the semiconductor layer of silicon carbide;
A carbon film forming step of forming a carbon film on the surface of the semiconductor layer by using a pulse laser deposition method, a filtered cathodic vacuum arc method, or an electron cyclotron resonance sputtering method;
E Bei and a annealing step of annealing said semiconductor layer in a state where the carbon film remained,
In the carbon film forming step, a method for manufacturing a semiconductor device in which at least one type of atoms selected from the group of silicon, nitrogen, and oxygen is included in a target .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011003471A JP5580218B2 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Manufacturing method of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011003471A JP5580218B2 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Manufacturing method of semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012146796A JP2012146796A (en) | 2012-08-02 |
| JP5580218B2 true JP5580218B2 (en) | 2014-08-27 |
Family
ID=46790084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011003471A Active JP5580218B2 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Manufacturing method of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5580218B2 (en) |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3740730B2 (en) * | 1996-02-23 | 2006-02-01 | 住友電気工業株式会社 | Carbon nitride single crystal film |
| JP3730820B2 (en) * | 1999-10-28 | 2006-01-05 | 日立マクセル株式会社 | Substrate with substrate, magnetic recording medium, and magnetic recording apparatus |
| JP2003301257A (en) * | 2002-04-12 | 2003-10-24 | Hitachi Ltd | Method for forming carbonaceous film and method for manufacturing magnetic disc |
| JP2005347680A (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
| JP4666200B2 (en) * | 2004-06-09 | 2011-04-06 | パナソニック株式会社 | Method for manufacturing SiC semiconductor device |
| JP2006032423A (en) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Toshiba Corp | Stamper for imprint processing and manufacturing method thereof |
| JP5483384B2 (en) * | 2007-06-01 | 2014-05-07 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | DLC film and DLC coated mold |
| JP2011146662A (en) * | 2009-04-15 | 2011-07-28 | Mes Afty Corp | METHOD OF MANUFACTURING SiC SEMICONDUCTOR ELEMENT |
| JP5564682B2 (en) * | 2010-04-28 | 2014-07-30 | 学校法人関西学院 | Manufacturing method of semiconductor device |
-
2011
- 2011-01-11 JP JP2011003471A patent/JP5580218B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012146796A (en) | 2012-08-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4880052B2 (en) | Epitaxial silicon carbide single crystal substrate and manufacturing method thereof | |
| JP4964672B2 (en) | Low resistivity silicon carbide single crystal substrate | |
| JP4850960B2 (en) | Epitaxial silicon carbide single crystal substrate manufacturing method | |
| JP6524233B2 (en) | Method of manufacturing epitaxial silicon carbide single crystal wafer | |
| JP5304713B2 (en) | Silicon carbide single crystal substrate, silicon carbide epitaxial wafer, and thin film epitaxial wafer | |
| JP5377212B2 (en) | Method for producing single crystal diamond substrate | |
| JP6742477B2 (en) | Epitaxial silicon carbide single crystal wafer manufacturing method and epitaxial silicon carbide single crystal wafer | |
| EP2383772B1 (en) | Method for producing silicon carbide semiconductor device | |
| JP2009256138A (en) | Epitaxial silicon carbide single crystal substrate and its manufacturing method | |
| US20170179236A1 (en) | Method of producing silicon carbide epitaxial substrate, silicon carbide epitaxial substrate, and silicon carbide semiconductor device | |
| JP2004292305A (en) | Liquid phase epitaxial growth method of single crystal silicon carbide and heat treatment apparatus used for the method | |
| CN103160928A (en) | Seed crystal processing method for growing SiC monocrystal with high quality | |
| JP4641533B2 (en) | Carbon composite material for reducing atmosphere furnace and method for producing the same | |
| JP2013121898A (en) | Method of producing epitaxial silicon carbide wafer | |
| JP5580218B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP5885521B2 (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| JP2012146795A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP4690367B2 (en) | Carbon composite material for reducing atmosphere furnace | |
| JP6052465B2 (en) | Method for manufacturing epitaxial silicon carbide wafer | |
| WO2020059810A1 (en) | Method for manufacturing device fabrication wafer | |
| JP2017084852A (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2012160544A (en) | Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
| US20230066135A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2004352537A (en) | Substrate for growing single crystal diamond thin film, and manufacturing method therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130403 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140401 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140515 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140701 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140710 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5580218 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |