JP7550656B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
炭化珪素半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7550656B2 JP7550656B2 JP2021000873A JP2021000873A JP7550656B2 JP 7550656 B2 JP7550656 B2 JP 7550656B2 JP 2021000873 A JP2021000873 A JP 2021000873A JP 2021000873 A JP2021000873 A JP 2021000873A JP 7550656 B2 JP7550656 B2 JP 7550656B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sic substrate
- heat treatment
- sic
- silicon carbide
- temperature
- 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
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 174
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 174
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 87
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 142
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 78
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 38
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 21
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 70
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 34
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 24
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 24
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 22
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 13
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 11
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 6
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Description
本開示は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
炭化珪素半導体装置に関する従来技術として、例えば特許文献１が存在する。特許文献１には、炭化珪素（以下、ＳｉＣとも呼ぶ）半導体装置の製造方法が記載されている。特許文献１では、まずｎ型のＳｉＣ基板の上にｎ型のエピタキシャル層を積層する。次に、イオン注入により当該エピタキシャル層に不純物を注入して、ｐ型のベース領域、ｎ型のソース領域およびｎ型のコンタクト領域を順次に形成する。
そして、カーボン層をエピタキシャル層の上に形成した後に、ベース領域、ソース領域およびコンタクト領域を活性化するためのアニール処理を行う。カーボン層は、アニール処理におけるエピタキシャル層の表面からの珪素（Ｓｉ）の抜けを防止する。アニール処理後には、カーボン層を除去し、その後、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を順次に形成する。これにより、ＳｉＣ半導体装置を製造できる。
イオン注入によってエピタキシャル層には結晶欠陥が生じ、当該結晶欠陥に起因してＳｉＣ基板に反りが生じる。ＳｉＣ基板の反り量が大きい場合には、搬送装置がＳｉＣ基板を保持できなくなり得る。この場合、搬送装置はＳｉＣ基板をイオン注入工程の次の工程用の処理装置に搬送できない。あるいは、ＳｉＣ基板の反り量が大きくなると、処理装置内の保持装置がＳｉＣ基板を適切に保持できなくなり得る。この場合、処理装置はＳｉＣ基板に対して処理を行うことができない。いずれの場合でも、ＳｉＣ基板に対する処理を続行することができない。
そこで、本開示は、ＳｉＣ基板の反り量を低減させることができる技術を提供することを目的とする。
本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板の表面に第１不純物を注入する第１工程と、前記第１工程の後に、熱拡散炉において、前記炭化珪素基板に対して、４５９度超えてかつ１１００度以下の温度で熱処理を行う第２工程と、前記第２工程の後に、前記炭化珪素基板の表面に第２不純物を注入する第３工程と、前記第３工程の後に、前記炭化珪素基板の表面にカーボン保護膜を形成する第４工程と、前記第４工程の後に、前記炭化珪素基板に対して１６００度以上の温度で熱処理を行って、前記第１不純物および前記第２不純物を活性化させる第５工程とを備える。
本開示によれば、炭化珪素基板の反り量を低減させることができる。しかも、第２工程では１１００度以下の低温で熱処理が行われるので、炭化珪素の昇華をほとんど招かない。よって、珪素の抜けを抑制するためのカーボン保護膜を炭化珪素基板に事前に形成することなく、第２工程を行うことができる。したがって、より少ない工程数で炭化珪素基板の反り量を低減させることができる。
まず、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の特徴点について概説する。以下では、炭化珪素半導体装置をＳｉＣデバイスとも呼ぶ。この製造方法には、炭化珪素基板に種々の不純物を注入するイオン注入工程が含まれる。図１は、イオン注入工程におけるＳｉＣ基板１００の構成の一例を概略的に示す図である。図１に示すように、ＳｉＣ基板１００のエピタキシャル層２の上面には、所定のパターンでレジスト１２が形成される。このレジスト１２をマスクとして、ボロン、アルミニウムまたは窒素などの不純物を選択的イオン注入によりエピタキシャル層２に注入する。不純物はドーパントとも呼ばれる。このイオン注入工程によって、ＳｉＣ基板１００のエピタキシャル層２にｐ型またはｎ型の不純物領域１３を形成することができる。
その一方、このイオン注入工程によって、不純物領域１３内において結晶欠陥１４が生じる。結晶欠陥１４は注入欠陥とも呼ばれる。
イオン注入工程の後には、レジスト１２が除去される。図２は、レジスト１２が除去されたＳｉＣ基板１００の構成の一例を概略的に示す図である。図２に示すように、不純物領域１３内の結晶欠陥１４によってＳｉＣ基板１００には、面内方向の引張力Ｆ１が生じる。これにより、ＳｉＣ基板１００には反りが生じる。引張力Ｆ１は結晶欠陥１４の程度が大きいほど大きくなる。なお、結晶欠陥１４の程度とは、例えば、結晶欠陥１４の大きさおよび数によって表され得る。この結晶欠陥１４の程度は、不純物の注入面積、不純物の種類、加速電圧、不純物の注入量などの諸要因によって変動し、レジスト１２の種類にはあまり依存しない。
互いに異なる型の不純物領域１３をＳｉＣ基板１００に形成する場合には、複数回のイオン注入工程が行われる。ＳｉＣ基板１００内の結晶欠陥１４はイオン注入工程の度に増加するので、複数回のイオン注入工程によってＳｉＣ基板１００の反り量は増加する。ＳｉＣ基板１００の反り量が大きい場合、ＳｉＣ基板１００の保持が困難となり得る。例えば、搬送装置がＳｉＣ基板１００を適切に保持できず、ＳｉＣ基板１００を処理装置に搬送できなくなり得る。あるいは、処理装置内の保持装置がＳｉＣ基板１００を適切に保持できなくなり得る。これらの場合には、ＳｉＣ基板１００に対する処理を行うことができずに、ＳｉＣデバイスを製造することができない。
そこで、本実施の形態では、イオン注入工程の後に、ＳｉＣ基板１００に対して８００度以上かつ１１００度以下の温度で熱処理を行う（熱処理工程）。図３は、熱処理が行われた後のＳｉＣ基板１００の構成の一例を概略的に示す図である。この熱処理によって、結晶欠陥１４の一部を修復させることができる。よって、結晶欠陥１４の程度を小さくすることができ、ひいては、ＳｉＣ基板１００の引張力Ｆ１を低減させることができる。そして、この引張力Ｆ１の低減によって、ＳｉＣ基板１００の反り量を低減させることができる。したがって、搬送装置または処理装置内の保持装置がＳｉＣ基板１００を適切に保持することができる。
しかも、この熱処理工程では、８００度以上かつ１１００度以下という比較的低温で熱処理が行われる。よって、この熱処理中において、ＳｉＣ基板１００からのＳｉＣの昇華はほとんど生じない。したがって、Ｓｉの抜けを抑制するための後述のカーボン保護膜を、当該熱処理工程の前に事前に形成する必要がなく、より少ない工程でＳｉＣ基板１００の反り量を低減させることができる。
以下、より具体的なＳｉＣデバイスの製造方法の一例について説明する。図４は、ＳｉＣデバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。ここでは、ＳｉＣデバイスの具体的な一例としてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を採用する。このＳｉＣデバイスは、ＳｉＣ基板１００に対して後述の種々の処理を行うことによって製造される。
図５から図１２は、ＳｉＣデバイスの製造方法における各工程での製造途中の構成の一例を概略的に示す図である。図５の例では、ＳｉＣ基板１００はＳｉＣ基板１とエピタキシャル層２を含んでいる。ＳｉＣ基板１は不純物濃度が比較的に高いｎ＋型のＳｉＣ基板である。ＳｉＣ基板１の一方側主面（以下、上面と呼ぶ）には、不純物濃度が比較的に低いｎ－型のＳｉＣのエピタキシャル層２が積層されている（図２参照）。
ステップＳ１（イオン注入工程：第１工程に相当）にて、エピタキシャル層２にウェル領域３を形成する（図６も参照）。ウェル領域３はｐ型の不純物領域であり、エピタキシャル層２に所定のパターンで形成される。より具体的な形成方法として、まず、エピタキシャル層２の上面に不図示の第１レジストを形成する。この第１レジストは、ウェル領域３を形成する部位を露出させつつ、ウェル領域３を形成する部位以外を覆う。次に、当該第１レジストをマスクとして、ボロン（Ｂ）またはアルミニウム（Ａｌ）などのｐ型不純物のイオンを注入する。次に、当該第１レジストを除去する。これにより、ｐ型のウェル領域３を形成することができる。
このようなレジストの形成、イオン注入およびレジストの除去は、例えば、異なる処理装置によって行われる。この場合、ＳｉＣ基板１００は搬送装置によって処理装置の間で搬送される。以下で述べる種々の処理についても同様である。
イオン注入によって、ウェル領域３を形成できる一方で、ウェル領域３には結晶欠陥１４（図２も参照）が生じる。この結晶欠陥１４に起因して、エピタキシャル層２にはその面内において引張力Ｆ１が生じる。これにより、ＳｉＣ基板１００にはその周縁が中央部よりも下側となる反りが生じる。ここでは、ステップＳ１のイオン注入工程によるＳｉＣ基板１００の反り量は比較的に小さい場合について述べる。つまり、ステップＳ１のイオン注入工程後でも、ＳｉＣ基板１００の保持が可能である。
次に、ステップＳ２（イオン注入工程：第１工程に相当）にて、各ウェル領域３にソース領域４を形成する。ソース領域４はｎ型の不純物領域であり、ウェル領域３の上側に形成される。より具体的には、まず、エピタキシャル層２の上面に不図示の第２レジストを形成する。当該第２レジストはソース領域４を形成する部位の上面を露出させつつ、ソース領域４を形成する部位以外を覆う。次に、当該第２レジストをマスクとして、リン（Ｐ）または窒素（Ｎ）などのｎ型不純物のイオンを注入する。次に、当該第２レジストを除去する。これにより、ｎ型のソース領域４を形成することができる。
不純物のイオン注入によってソース領域４が形成される一方、ソース領域４にも結晶欠陥１４（図２も参照）が生じる。この結晶欠陥１４に起因して、エピタキシャル層２には、さらなる引張力Ｆ１が生じる。これにより、ＳｉＣ基板１００の反り量がさらに大きくなる。つまり、イオン注入工程の度にＳｉＣ基板１００の反り量が大きくなる。
次に、コンタクト領域５を形成するものの、図４の例では、その前にステップＳ３の熱処理工程（第２工程に相当）が行われる。この熱処理は、ＳｉＣ基板１００の反り量を低減させるための処理である。つまりここでは、コンタクト領域５への不純物のイオン注入により、ＳｉＣ基板１００の反り量が許容量を超え得るので、コンタクト領域５の形成前にＳｉＣ基板１００の反り量を低減させておく。
具体的には、ステップＳ３にて、ＳｉＣ基板１００に対して、８００度以上かつ１１００度以下の温度で熱処理を行う。このような熱処理は所定の加熱装置（例えば熱拡散炉）によって行われる。ＳｉＣ基板１００が加熱されることにより、エピタキシャル層２内の結晶欠陥１４の一部が修復される。これにより、結晶欠陥１４に起因した引張力Ｆ１を低減させることができ、ＳｉＣ基板１００の反り量を低減させることができる。
次に、ステップＳ４（イオン注入工程）にて、コンタクト領域５を形成する。コンタクト領域５はｐ型の不純物領域であり、ウェル領域３の上側かつソース領域４と隣接する位置に形成される。具体的には、まず、エピタキシャル層２の上面に不図示の第３レジストを形成する。当該第３レジストはコンタクト領域５を形成する部位の上面を露出させつつ、コンタクト領域５を形成する部位以外を覆う。次に、当該第３レジストをマスクとして、ｐ型不純物のイオンを注入する。なお、コンタクト領域５における不純物濃度がウェル領域３における不純物濃度よりも高くなるように、コンタクト領域５に不純物を注入してもよい。次に、当該第３レジストを除去する。これにより、コンタクト領域５を形成することができる。
ステップＳ４のイオン注入工程によっても、コンタクト領域５に結晶欠陥１４が生じるので、ＳｉＣ基板１００の反り量は増加する。しかるに、ステップＳ４の前のステップＳ３の熱処理工程によって、一旦ＳｉＣ基板１００の反り量を低減させている。よって、ステップＳ４の後のＳｉＣ基板１００の反り量は、ステップＳ３を実行しない場合に比べて小さい。これによれば、ステップＳ４の後でも、ＳｉＣ基板１００の保持が可能となる。
次に、ステップＳ５（カーボン保護膜形成工程：第３工程に相当）にて、カーボン保護膜６を形成する（図７も参照）。カーボン保護膜６はカーボンによって構成された膜であり、例えば、ＳｉＣ基板１００の全体を覆う。なお、カーボン保護膜６はＳｉＣ基板１００のおもて面のみ覆うなど、ＳｉＣ基板１００の表面に部分的に形成してもよい。カーボン保護膜６は、例えば、炭素を含むレジストを乾燥させて炭化させる方法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、および、スパッタリング等の種々の方法のいずれかによって形成される。
次に、ステップＳ６（第４工程に相当）にて、活性化アニール処理を行う。より具体的には、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスの雰囲気において、１６００度以上の温度、好ましくは、１６００度以上かつ１８００度以下の温度で、ＳｉＣ基板１００に対して熱処理を行う。
活性化アニール処理（ステップＳ６）における温度は、熱処理工程（ステップＳ３）における温度よりも高い。この活性化アニール処理により、ウェル領域３、ソース領域４およびコンタクト領域５の活性化を行うことができる。この活性化アニール処理に先立ってカーボン保護膜６が形成されているので、活性化アニール処理においてＳｉＣ基板１００の表面からのＳｉの抜けを抑制することができる。これにより、Ｓｉの抜けによる表面の荒れを抑制できる。
また、活性化アニール処理によって、エピタキシャル層２内の結晶欠陥１４が修復されるので、ＳｉＣ基板１００の反り量も再び低減する。活性化アニール処理では温度が高いので、ＳｉＣ基板１００の反りはほぼ解消する。
次に、ステップＳ７にて、カーボン保護膜６を除去する。例えばプラズマを用いたアッシング処理により、カーボン保護膜６を除去する。
次に、ステップＳ８にて、エピタキシャル層２の上面にゲート絶縁膜７を形成する（図８も参照）。ゲート絶縁膜７は例えば二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜であり、例えば熱酸化法によって形成される。
次に、ステップＳ９にて、ゲート絶縁膜７の上面にゲート電極膜８を形成する（図９も参照）。ゲート電極膜８は例えばポリシリコン膜であり、２つのウェル領域３の間を跨るようにゲート絶縁膜７の上面に形成される。例えば、ゲート絶縁膜７の上面にＣＶＤによってポリシリコン膜を形成し、当該ポリシリコン膜の上面に不図示の第４レジストを形成し、当該第４レジストをマスクとしてポリシリコン膜をドライエッチングまたはウェットエッチングすることにより、ゲート電極膜８を形成する。その後、当該第４レジストを除去する。
次に、ステップＳ１０にて、層間絶縁膜９を形成する（図１０も参照）。層間絶縁膜９は例えば二酸化珪素膜であり、ゲート電極膜８を覆うように形成される。例えば、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈＯｘｙＳｉｌａｎｅ）ガスを用いたＣＶＤによってゲート絶縁膜７の上面に二酸化珪素膜を形成し、当該二酸化珪素膜の上面に不図示の第５レジストを形成する。そして、当該第５レジストをマスクとして二酸化珪素膜をドライエッチングまたはウェットエッチングすることにより、層間絶縁膜９を形成する。このエッチングにより、ゲート絶縁膜７もエッチングされる。ゲート絶縁膜７のエッチングにより、コンタクト領域５の上面の一部およびソース領域４の上面が露出する。
次に、ステップＳ１１にて、層間絶縁膜９および露出したソース領域４ならびにコンタクト領域５の上にソース電極膜１０を形成する（図１１も参照）。ソース電極膜１０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、または、アルミニウムとシリコンとの合金などの導電膜である。例えば、スパッタリングによってソース電極膜１０を形成する。
次に、ステップＳ１２にて、ＳｉＣ基板１の下面にドレイン電極膜１１を形成する（図１２も参照）。ドレイン電極膜１１は、例えばアルミニウム、アルミニウムとシリコンとの合金、チタン（Ｔｉ）またはニッケル（Ｎｉ）などの導電膜である。例えば、スパッタリングによってドレイン電極膜１１を形成する。
以上のようにして、ＭＯＳＦＥＴであるＳｉＣデバイス２００を製造することができる。
しかも、本実施の形態に係る製造方法によれば、イオン注入工程（例えばステップＳ１，Ｓ２）によって生じるＳｉＣ基板１００の反りを、熱処理工程（ステップＳ３）によって緩和している。したがって、熱処理工程の以後における装置間のＳｉＣ基板１００の搬送をより適切に行うことができる。あるいは、熱処理工程よりも後の工程において、各処理装置において保持装置が適切にＳｉＣ基板１００を保持することができる。
しかも、上述の例では、カーボン保護膜６を形成する工程（ステップＳ５）よりも前に熱処理工程（ステップＳ３）が行われる。つまり、熱処理工程は、カーボン保護膜６が形成されていない状態で行われる。これは、熱処理工程が、１１００度以下という活性化アニール処理の温度よりも低い温度で行われるので、ＳｉＣ基板１００の表面でＳｉＣの昇華がほとんど生じずに、カーボン保護膜６を必要としないからである。逆にいえば、熱処理工程では、ＳｉＣの昇華がほとんど生じない温度を採用することにより、カーボン保護膜６を形成しない状態でも、熱処理を行うことができる。
このようにカーボン保護膜６を形成しない状態で熱処理を行う技術は、ＳｉＣ基板１００に特有のＳｉＣの昇華と関連するものである。つまり本実施の形態では、加熱によって昇華し得るＳｉＣ基板１００に対して、その昇華を招かない温度範囲を採用して熱処理を行う。これにより、熱処理工程の前にカーボン保護膜の形成工程を行うことなく、熱処理工程を行うことができる。言い換えれば、より少ない工程でＳｉＣ基板１００の反り量を低減させることができる。よって、生産性を向上させることができる。
以下に熱処理工程の実験結果の一例を説明する。図１３から図１５は、熱処理工程（ステップＳ３）での温度プロファイルの一例を概略的に示すグラフである。ここでは、炉内温度が８００度で待機された熱拡散炉３００にＳｉＣ基板１００を搬入し、窒素（Ｎ２）ガス雰囲気において熱処理工程を行った。
図１６は、熱拡散炉３００の構成の一例を概略的に示す図である。熱拡散炉３００は例えば縦型熱拡散炉であって、石英チューブ３１０と加熱部３２０とを含んでいる。石英チューブ３１０の内部には、複数のＳｉＣ基板１００が搬入される。石英チューブ３１０は複数のＳｉＣ基板１００を上下方向に沿って並んだ状態で収容する。石英チューブ３１０の周囲には加熱部３２０が設けられており、石英チューブ３１０の内部を加熱する。これにより、石英チューブ３１０に収容された複数のＳｉＣ基板１００が加熱されて熱処理が行われる。加熱部３２０は加熱できればよいが、熱電対等の温度センサ付きのヒータ(図１６の左側符号３２０)等でもよいし、温度センサとヒータ等を別々に取り付け(図１６の右側符号３２０)てもよい。なお、温度センサは、ヒータの温度をモニタしてもよい(図１６の左側符号３２０)し、炉内温度をモニタしてもよい(図１６の右側符号３２０)し、両方をモニタしてもよい。
図１６の例では、石英チューブ３１０には、種々のガスを石英チューブ３１０の内部に供給するための供給管３３０と、石英チューブ３１０の内部からガスを排気するための排気管３４０とが接続されている。図１６の例では、熱拡散炉３００は供給管３３０を通じて水素ガス、酸素ガスおよび窒素ガスを石英チューブ３１０に供給可能である。石英チューブ３１０の内部に窒素などの不活性ガスを供給すれば、酸素濃度を低下させることができるので、ＳｉＣ基板１００の酸化を抑制することができる。なお、本実施の形態では、必ずしも水素ガスおよび酸素ガスを石英チューブ３１０内に供給する必要はなく、要するに、ＳｉＣ基板１００を８００度以上かつ１１００度以下の温度で加熱可能な加熱装置が用いられれば良い。
以下では、熱処理工程における温度を設定温度と呼ぶ。図１３は、設定温度が８００度であるときの炉内温度の温度プロファイルを示す。ここでいう炉内温度とは、ＳｉＣ基板１００の周囲空間の温度であって、石英チューブ３１０の内部空間の温度である。図１４は、設定温度が９５０度であるときの温度プロファイルを示す。図１５は、設定温度が１１００度であるときの温度プロファイルを示す。
図１３の例では、熱拡散炉３００はＳｉＣ基板１００が搬入されてから４０分の期間に亘ってＳｉＣ基板１００に対して熱処理を行う。ＳｉＣ基板１００は熱処理の終了後に熱拡散炉３００から搬出される。図１４の例では、熱拡散炉３００はＳｉＣ基板１００が搬入されてから、炉内温度を待機温度から５度／分の昇温レートで９５０度まで上昇させ、９５０度で３０分の期間に亘ってＳｉＣ基板１００に対して熱処理を行う。熱拡散炉３００は熱処理の終了後に、炉内温度を９５０度から２．５度／分の降温レートで待機温度まで下降させる。ＳｉＣ基板１００は炉内温度が待機温度となった以後に搬出される。図１５の例では、熱拡散炉３００はＳｉＣ基板１００が搬入されてから、炉内温度を待機温度から５度／分の昇温レートで１１００度まで上昇させ、１１００度で３０分の期間に亘ってＳｉＣ基板１００に対して熱処理を行う。熱拡散炉３００は熱処理の終了後に、炉内温度を１１００度から２．５度／分の降温レートで待機温度まで下降させる。ＳｉＣ基板１００は炉内温度が待機温度となった以後に搬出される。なお、昇温レートは上げ過ぎると、ＳｉＣ基板１００に結晶欠陥（スリップ）が生じてしまうため、適切な値を使用する必要がある。
８００度での加熱時間が９５０度および１１００度での加熱時間よりも長いのは、次の理由による。即ち、ＳｉＣ基板１００を熱拡散炉３００へ搬入すると、炉内温度が一時的に待機温度から低下し得るからである。つまり、より確実に８００度での熱処理を３０分の期間に亘って行うことができるように、８００度での加熱時間を３０分よりも長くしている。
図１７は、ＳｉＣ基板１００の反り量の一例を示すグラフである。図１７の例では、イオン注入工程の前のＳｉＣ基板１００の反り量（以下、初期反り量と呼ぶ）と、イオン注入工程後のＳｉＣ基板１００の反り量と、熱処理工程後のＳｉＣ基板１００の反り量とが示されている。ここでは、不純物としてアルミニウムをエピタキシャル層２に注入して実験を行った。また、実験では、３枚のＳｉＣ基板１００の機械的物性、例えばヤング率およびポアソン比の差が小さくなるように、同じインゴットから生成された３枚のＳｉＣ基板１００を用いた。
図１７では、８００度で熱処理工程を行ったＳｉＣ基板１００についての反り量を黒丸のプロットで示し、９５０度で熱処理工程を行ったＳｉＣ基板１００についての反り量を黒三角のプロットで示し、１１００度で熱処理を行ったＳｉＣ基板１００についての反り量を黒四角のプロットで示している。
図１７の例では、３枚のＳｉＣ基板１００の初期反り量はいずれも約－２５．０μｍである。図１７から分かるように、イオン注入工程によって、ＳｉＣ基板１００の反り量は初期反り量よりも増加する。図１７の例では、イオン注入工程後の各ＳｉＣ基板１００の反り量は１３０μｍから１５０μｍまでの範囲内でばらついている。
これらのＳｉＣ基板１００に対して熱処理工程を行うことにより、ＳｉＣ基板１００の反り量は初期反り量に近くづくことが分かる。ここでは、８００度の熱処理によって、ＳｉＣ基板１００の反り量を１５０μｍから４６．７μｍに低減させることができた。つまり、イオン注入工程後の反り量と比較して、反り量を約６０％の分だけ低減させることができた。また、９５０度の熱処理によって、ＳｉＣ基板１００の反り量を１３３μｍから６．８６μｍに低減させることができた。つまり、反り量を約８０％の分だけ低減させることができた。また、１１００度の熱処理によって、ＳｉＣ基板１００の反り量を１４０μｍから－１３．２μｍに低減させることができた。つまり、反り量を約９０％の分だけ低減させることができた。なお、説明の便宜上、反り量を低減させることができた割合（例えば、上述した反り量を低減させることができた約６０％、約８０％、約９０％の値）を反り低減度と以下、呼称する。
以上のように、熱処理工程における設定温度が高くなるほど、ＳｉＣ基板１００の反り量は初期反り量に近づく。これは、設定温度が高くなるほど、より多くの結晶欠陥１４が修復されるからと考えられる。熱処理工程における設定温度は、搬送装置および処理装置の保持装置によって保持可能なＳｉＣ基板１００の反り量の最大値を考慮して設定すればよいものの、熱処理工程における高い設定温度は反り量を低減できる点で望ましい。設定温度は、例えば、８５０度よりも大きく１１００度以下が好ましく、９５０度以上かつ１１００度以下がさらに好ましい。特に設定温度が９５０度以上１１００度以下であれば、ＳｉＣ基板１００の反り量をゼロ以下にすることができ、より初期反り量の値に近づけることができる。よって、搬送装置はＳｉＣ基板１００をイオン注入工程の次の工程用の処理装置に容易に搬送できる。図１８は、設定温度と反り低減量との関係を示すグラフである。図１８は、上述した設定温度８００度、９５０度、１１００度の３点での反り低減度をプロットし、反り低減効果の傾向を表すための指数近似曲線（点線）を示している。近似曲線は上記３点を用いて算出され、設定温度＝４５９ｅ０．００９３×反り低減度の式で表現される。これによれば、４５９度以下の設定温度で反り低減効果がなくなることがわかる。反り低減効果がなくなる理由として、ＳｉＣは４つの共有結合からなり、ＳｉＣは２０００℃付近が融点であることから、結晶化が始まる温度は１つの共有結合が始まる５００℃付近になると推測される。そして、結晶化することで欠陥が回復し反りが低減されることから、反り量の低減効果を得るには少なくとも４５９度を超える設定温度が必要であることが実験結果より判明した。
なお、上述の例では、ステップＳ１，Ｓ２のイオン注入工程の後に、ステップＳ３の熱処理工程を行っているものの、必要に応じて、熱処理工程の実行タイミングを変更してもよい。例えば、ステップＳ１，Ｓ２の間でもステップＳ３の熱処理工程を行ってもよい。
また、ＳｉＣデバイスは必ずしもＭＯＳＦＥＴに限らない。本実施の形態は、ＳｉＣ基板１００に不純物を注入するイオン注入工程を含む製造方法によって製造される全てのＳｉＣデバイスに適用可能であり、具体的な例として、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）およびＰＮ接合ダイオードなどの種々のＳｉＣデバイスに適用可能である。
なお、各実施の形態および各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態および各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
１００ ＳｉＣ基板、２００ ＳｉＣデバイス、６ カーボン保護膜、Ｓ１，Ｓ２ 第１工程（ステップ）、Ｓ３ 第２工程（ステップ）、Ｓ５ 第３工程（ステップ）、Ｓ６ 第４工程（ステップ）。
Claims (3)
- 炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
炭化珪素基板の表面に第１不純物を注入する第１工程と、
前記第１工程の後に、熱拡散炉において、前記炭化珪素基板に対して、４５９度超えてかつ１１００度以下の温度で熱処理を行う第２工程と、
前記第２工程の後に、前記炭化珪素基板の表面に第２不純物を注入する第３工程と、
前記第３工程の後に、前記炭化珪素基板の表面にカーボン保護膜を形成する第４工程と、
前記第４工程の後に、前記炭化珪素基板に対して１６００度以上の温度で熱処理を行って、前記第１不純物および前記第２不純物を活性化させる第５工程と
を備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
炭化珪素基板の表面に第１不純物を注入する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記炭化珪素基板に対して、８００度以上かつ１１００度以下の温度で熱処理を行う第２工程と、
前記第２工程の後に、前記炭化珪素基板の表面に第２不純物を注入する第３工程と、
前記第３工程の後に、前記炭化珪素基板の表面にカーボン保護膜を形成する第４工程と、
前記第４工程の後に、前記炭化珪素基板に対して１６００度以上の温度で熱処理を行って、前記第１不純物および前記第２不純物を活性化させる第５工程と
を備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記第２工程は、カーボン保護膜が前記炭化珪素基板に形成されていない状態で行われる、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021000873A JP7550656B2 (ja) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021000873A JP7550656B2 (ja) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022106115A JP2022106115A (ja) | 2022-07-19 |
| JP7550656B2 true JP7550656B2 (ja) | 2024-09-13 |
Family
ID=82449013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021000873A Active JP7550656B2 (ja) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7550656B2 (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000036470A (ja) | 1998-07-21 | 2000-02-02 | Fuji Electric Co Ltd | 炭化けい素半導体装置の製造方法 |
| JP2004022878A (ja) | 2002-06-18 | 2004-01-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2009260115A (ja) | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2015056644A (ja) | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2015095578A (ja) | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2016530712A (ja) | 2013-07-26 | 2016-09-29 | クリー インコーポレイテッドＣｒｅｅ Ｉｎｃ． | 炭化ケイ素への制御されたイオン注入 |
-
2021
- 2021-01-06 JP JP2021000873A patent/JP7550656B2/ja active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000036470A (ja) | 1998-07-21 | 2000-02-02 | Fuji Electric Co Ltd | 炭化けい素半導体装置の製造方法 |
| JP2004022878A (ja) | 2002-06-18 | 2004-01-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2009260115A (ja) | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2016530712A (ja) | 2013-07-26 | 2016-09-29 | クリー インコーポレイテッドＣｒｅｅ Ｉｎｃ． | 炭化ケイ素への制御されたイオン注入 |
| JP2015056644A (ja) | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2015095578A (ja) | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022106115A (ja) | 2022-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7052851B2 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| TW200933742A (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
| WO2011016392A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| JP2009094392A (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| JP4961633B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| US8524585B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
| JP5057903B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| US8765617B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
| WO2015045628A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| JP7550656B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| JP6376729B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| WO2015045627A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| WO2010041740A1 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP5633328B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3959203B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP6853621B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| JP2014027296A (ja) | 炭化珪素ショットキバリアダイオードの製造方法 | |
| JP6597215B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2017108080A (ja) | 窒化物半導体装置の製造方法 | |
| KR19990000805A (ko) | 웨이퍼의 결함 제거방법 | |
| JPH03266434A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR100446954B1 (ko) | 탄화규소 반도체 소자의 제조방법 | |
| JP2006332511A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR20000003939A (ko) | 반도체소자 제조방법 | |
| JPH0714827A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230120 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231019 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231031 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240319 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240513 |
|
| 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: 20240806 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240903 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7550656 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |