(57)【要約】【課題】  本明細書は、ＳｉＣ基板の熱処理の際の保護膜の耐熱性を向上することができる技術を提供する。【解決手段】  本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、ＳｉＣ基板に不純物を導入する不純物導入工程を備える。その製造方法は、不純物を導入されたＳｉＣ基板の表面に、樹脂と繊維状の炭素材料とからなる混合材料層を形成する混合材料層形成工程を備える。その製造方法は、表面に混合材料層を形成されたＳｉＣ基板を熱処理する熱処理工程を備える。その製造方法は、熱処理工程後に、混合材料層を除去する混合材料層除去工程を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ基板に不純物を導入する不純物導入工程と、
不純物を導入されたＳｉＣ基板の表面に、樹脂と繊維状の炭素材料とからなる混合材料層を形成する混合材料層形成工程と、
表面に混合材料層を形成されたＳｉＣ基板を熱処理する熱処理工程と、
熱処理工程後に、混合材料層を除去する混合材料層除去工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
混合材料層形成工程は、
ＳｉＣ基板の表面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
形成された樹脂層の内部に繊維状の炭素材料を導入する繊維状炭素材料導入工程と、
を備える請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
混合材料層形成工程は、
樹脂と繊維状の炭素材料とを混合した混合材料をＳｉＣ基板の表面に塗布して混合材料層を形成する請求項１の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ基板を用いた半導体装置の製造方法では、例えば、ＳｉＣ基板に導入された不純物を活性化すること等の為に熱処理が行われる。この熱処理の際には、ＳｉＣ基板の表面のＳｉ（シリコン）が昇華してＳｉＣ基板の表面の平坦度が悪化することがある。特許文献１に開示される半導体装置の製造方法では、ＳｉＣ基板の熱処理を行う前にＳｉＣ基板の表面にフォトレジスト層を形成する。ＳｉＣ基板を熱処理するとフォトレジスト層が炭化してグラファイト層が形成される。グラファイト層は、熱処理の際に保護膜として機能する。これにより、ＳｉＣ基板の表面のＳｉが昇華することが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０６８４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フォトレジスト層は酸素や硫黄等の炭素以外の成分を含む。グラファイト層は、フォトレジスト層から酸素や硫黄等が失われる一方、炭素が残留することにより形成される。このため、このグラファイト層の内部では、炭素が存在する密度が比較的低い。その結果、このグラファイト層は耐熱性が十分では無い場合ある。
【０００５】
本明細書は上記の課題を解決する技術を開示する。本明細書は、ＳｉＣ基板の熱処理の際の保護膜の耐熱性を向上することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、ＳｉＣ基板に不純物を導入する不純物導入工程を備える。その製造方法は、不純物を導入されたＳｉＣ基板の表面に、樹脂と繊維状の炭素材料とからなる混合材料層を形成する混合材料層形成工程を備える。その製造方法は、表面に混合材料層を形成されたＳｉＣ基板を熱処理する熱処理工程を備える。その製造方法は、熱処理工程後に、混合材料層を除去する混合材料層除去工程を備える。
【０００７】
上記の半導体装置の製造方法では、ＳｉＣ基板の熱処理の際には、繊維状の炭素材料がＳｉＣ基板の表面を保護する。これにより、保護膜の耐熱性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の半導体装置の製造方法を示すフローである。
【図２】実施例１の半導体装置の製造方法を示すフローである。
【図３】実施例１の半導体装置の製造方法によって、ＳｉＣ基板２に不純物領域６ａが形成された状態を示す断面図である。
【図４】実施例１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】実施例１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】実施例１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】実施例１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】実施例２の半導体装置の製造方法を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
【００１０】
（特徴１）
本明細書が開示する半導体装置の製造方法では、混合材料層形成工程は、ＳｉＣ基板の表面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程を備えていてもよい。その混合材料層形成工程は、形成された樹脂層の内部に繊維状の炭素材料を導入する繊維状炭素材料導入工程を備えていてもよい。
【００１１】
上記の半導体装置の製造方法では、ＳｉＣ基板の表面に樹脂層を形成し、その後、その樹脂層に繊維状の炭素材料を導入して混合材料層を形成する。これにより、ＳｉＣ基板の表面に、樹脂と繊維状の炭素材料とからなる混合材料層を形成することができる。
【００１２】
（特徴２）
本明細書が開示する半導体装置の製造方法では、混合材料層形成工程は、樹脂と繊維状の炭素材料とを混合した混合材料をＳｉＣ基板の表面に塗布して混合材料層を形成してもよい。
【００１３】
上記の半導体装置の製造方法では、樹脂と繊維状の炭素材料とを混合した混合材料によって、ＳｉＣ基板の表面に混合材料層を形成する。これによっても、ＳｉＣ基板の表面に樹脂と繊維状の炭素材料とからなる混合材料層を形成することができる。
【実施例１】
【００１４】
本実施例の製造方法は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置を製造する方法である。ただし、半導体装置は、ＩＧＢＴやダイオード等であってもよい。本実施例の製造方法では、ＳｉＣ基板にＭＯＳＦＥＴ等の素子構造を形成するために、ＳｉＣ基板２の表面に不純物領域６ａを形成する（図３）。なお、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置の構成については、公知の構成が用いられるため、ここではその説明を省略する。
【００１５】
以下に、本実施例の製造方法を説明する。まず、工程Ｓ２において、ＳｉＣ基板２に不純物（不純物イオン）６を導入する（図４）。ＳｉＣ基板２への不純物の導入は、イオン注入によって行うことができる。なお、Ｓ２の不純物導入工程は、公知の方法と同様に行うことができるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００１６】
工程Ｓ４は、ＳｉＣ基板２の表面に混合材料層１８を形成する工程である。図２に示すように、本実施例の工程Ｓ４は、工程４０２と工程４０４とを有する。
【００１７】
工程４０２は、ＳｉＣ基板２の表面に液状の樹脂１０を塗布する工程である（図５）。樹脂１０としては、例えばフェノール樹脂が使用できる。また、樹脂１０としては、レジストマスクとして使用される樹脂を使用することができる。樹脂１０を塗布する方法としては、例えばスピンコート法が使用できる。樹脂１０を塗布する温度は、例えば常温とすることができる。
【００１８】
工程４０４は、樹脂１０の内部にカーボンナノチューブ１６を導入する工程である。具体的には、液体状態の樹脂１０内にカーボンナノチューブ１６が散布される（図６）。これにより、樹脂１０の内部にカーボンナノチューブ１６が混入される。樹脂１０の内部にカーボンナノチューブ１６が混入されることにより、混合材料層１８が形成される。以下の説明では、混合材料層１８を保護膜１８と呼ぶことがある。
【００１９】
次に、工程Ｓ６において、ＳｉＣ基板２を熱処理する。まず、ＳｉＣ基板２の温度を、例えば１００℃に上昇させる。これにより、保護膜１８を形成している樹脂１０の体積が減少する（図７）。その結果、保護膜１８の内部でカーボンナノチューブ１６が密集する。これにより、保護膜１８の内部に炭素層１４が形成される。炭素層１４は、ＳｉＣ基板２の表面に接する位置に形成される。
【００２０】
次に、ＳｉＣ基板２を、例えば１８００℃に上昇させる。その結果、炭素層１４を形成しているカーボンナノチューブ１６が分子間力によって互いに結合する。また、ＳｉＣ基板２の温度が上昇することにより、ＳｉＣ基板２に導入された不純物が活性化する。また、導入された不純物は、ＳｉＣ基板２の内部で拡散する。これにより、ＳｉＣ基板２に不純物領域６ａが形成される。ＳｉＣ基板２の表面は、保護膜１８に覆われている。これにより、ＳｉＣ基板２の表面のＳｉ（シリコン）が昇華することが抑制される。
【００２１】
工程Ｓ８は、保護膜１８を除去する工程である（図８）。保護膜１８の除去には、例えば、酸素プラズマアッシングが使用できる。保護膜１８を除去することにより、上述の図３の状態となる。
【００２２】
特許文献１の技術では、ＳｉＣ基板の表面に形成されたフォトレジスト層を炭化することによりグラファイト層を形成する。しかしながら、フォトレジストは、酸素や硫黄等の炭素以外の成分を含む。グラファイト層は、フォトレジスト層から酸素や硫黄等が失われる一方、炭素が残留することにより形成される。このため、このグラファイト層の内部に炭素が存在する密度は比較的低い。その結果、このグラファイト層は耐熱性が十分では無い場合がある。本実施例の製造方法では、ＳｉＣ基板２の表面に、樹脂１０とカーボンナノチューブ１６とからなる保護膜１８を形成する。カーボンナノチューブ１６は、炭素によって形成されている。カーボンナノチューブ１６は互いに結合して炭素層１４を形成する。以上により、ＳｉＣ基板２の熱処理の際の保護膜１８の耐熱性を向上することができる。
【００２３】
特開２００１−０６８４２８には、ＳｉＣ基板の熱処理の際の保護膜としてＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を使用する方法が開示されている。しかしながら、ＤＬＣの形成には、ＥＣＲ−ＣＶＤ装置が必要となる。このため、半導体装置の製造コストが上昇する。 本実施例の製造方法では、保護膜１８を形成する為にＥＣＲ−ＣＶＤ装置を必要としない。このため、本実施例の製造方法では、半導体装置の製造コストの上昇を抑制することができる。
【００２４】
特開２０１１−２３３７８０には、ＳｉＣ基板の表面を炭化してグラフェン層を形成する方法が開示されている。このグラフェン層は、ＳｉＣ基板の熱処理の際の保護膜となる。この方法では、ＳｉＣ基板の炭化によって形成されるグラフェン層の結晶格子の炭素分子配列距離と、そのグラフェン層のすぐ下の層に位置するＳｉＣ基板の結晶格子の炭素分子配列距離とが一致している。このため、グラフェン層とＳｉＣ基板とは比較的強固に結合している。その結果、ＳｉＣ基板の洗浄として従来技術のアッシングを行った場合には、この保護膜１８を十分に除去できない虞がある。
【００２５】
これに対して、本実施例の製造方法では、熱処理の際の保護膜として、樹脂１０とカーボンナノチューブ１６とからなる混合材料層１８を使用する。ＳｉＣ基板２の熱処理の際には、ＳｉＣ基板２の表面に複数のカーボンナノチューブ１６が互いに結合した炭素層１４が形成される。炭素層１４とＳｉＣ基板２との結合は、グラフェン層とＳｉＣ基板２との結合と比較して弱い。このため、本実施例の製造方法では、従来技術のアッシングによって保護膜１８を除去することができる。
【００２６】
本実施例の半導体装置の製造方法では、保護膜１８の形成に樹脂１０を用いる。樹脂１０は、ＳｉＣ基板２の表面の凹凸部（例えばトレンチ等）の内部に浸入し易い。このため、本実施例の半導体装置の製造方法では、ＳｉＣ基板２の表面に凹凸部が存在する場合にも、ボイドが生じることを抑制することができる。
【実施例２】
【００２７】
次に、ＳｉＣ基板２を用いて半導体装置を製造する第２の方法を説明する。まず、実施例１の製造方法と同様に、工程Ｓ２を実施する。工程Ｓ２では、ＳｉＣ基板２に不純物を導入する。
【００２８】
本実施例では、図１における工程Ｓ２の後、工程Ｓ４ではなく工程Ｓ１０４を行う。工程Ｓ１０４は、混合材料層１８を形成する工程である。図８に示すように、工程Ｓ１０４は、工程４１２からなる。工程４１２では、ＳｉＣ基板２の表面に混合材料（１０、１６）を塗布する（図６と同様の状態となる）。この混合材料（１０、１６）は、樹脂１０とカーボンナノチューブ１６とを混合して形成されている。これにより、ＳｉＣ基板２の表面に混合材料層１８（保護膜１８）が形成される。混合材料（１０、１６）を塗布する方法としては、例えばスピンコートが使用できる。
【００２９】
次に、工程Ｓ６において、実施例１と同様に、ＳｉＣ基板２の熱処理を行う。熱処理によって、ＳｉＣ基板２の表面に炭素層１４が形成される（図７と同様の状態となる）。また、熱処理によって、不純物がＳｉＣ基板２の内部で活性化する。さらに、不純物はＳｉＣ基板２の内部で拡散する。これにより、ＳｉＣ基板２の表面に不純物領域６ａが形成される。
【００３０】
上記の半導体装置の製造方法では、樹脂１０とカーボンナノチューブ１６とを混合した混合材料（１０、１６）をＳｉＣ基板２に塗布する。これにより、ＳｉＣ基板２の表面に樹脂１０とカーボンナノチューブ１６とからなる保護膜１８を形成することができる。
【００３１】
上記の半導体装置の製造方法では、保護膜１８を形成する材料として、カーボンナノチューブ１６を使用した。しかし、保護膜１８を形成する材料として、他の繊維状の炭素材料を使用してもよい。繊維状の炭素材料としては、例えば、炭素繊維やカーボンナノファイバーを使用してもよい。
【００３２】
ただし、カーボンナノチューブは、他の繊維状の炭素材料と比較して凝集効果が高い。すなわち、カーボンナノチューブは、樹脂１０の内部に導入された場合に、カーボンナノチューブ同士が集まって互いに吸着し易い。従って、繊維状の炭素材料としてカーボンナノチューブを使用した場合には、繊維状の炭素材料を樹脂１０の内部に導入する濃度を低減しつつ、保護膜を形成することができる。
【００３３】
上記の半導体装置の製造方法では、ＳｉＣ基板２を使用して半導体装置を製造した。しかし、Ｓｉ（シリコン）基板を使用して半導体装置を製造してもよい。
【００３４】
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、出願時の請求項に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の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。
【符号の説明】
【００３５】
２     ＳｉＣ基板
６ａ   不純物領域
１０   樹脂
１４   炭素層
１６   カーボンナノチューブ
１８   混合材料層（保護膜）
【図１】
2014135422.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014135422.tif 000007
【図６】
2014135422.tif 000008
【図７】
2014135422.tif 000009
【図８】
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