(57)【要約】  【課題】アニールによるＳｉＣ半導体基板の表面荒れを防止する。  【解決手段】サセプタ２３に保持（載置）されたＳｉＣ半導体基板１上に、カーボン製のＣ発熱部材３が配置される。そして、石英チューブ２１内に窒素ガスまたはアルゴンガスなどの不活性ガスが導入されるとともに、高周波誘導加熱用コイル２２に高周波電力が供給されて、サセプタ２３およびＣ発熱部材３が高温に発熱することにより、不活性ガス雰囲気下または真空下で複数のＳｉＣ半導体基板１に対するアニールが行われる。【選択図】        図２
2005197464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化シリコン半導体基板の表面に不純物領域を形成して半導体装置を製造する方法であって、
不純物元素が選択的にイオン注入された炭化シリコン半導体の表面にカーボン製の発熱部材を接触させる発熱部材接触工程と、
上記発熱部材が炭化シリコン半導体の表面に接触した状態で、その炭化シリコン半導体を熱処理する熱処理工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
カーボン製のサセプタに炭化シリコン半導体基板をその裏面を接触させた状態で保持させる基板保持工程をさらに含み、
上記発熱部材接触工程は、上記サセプタに保持された炭化シリコン半導体基板の表面に上記発熱部材を接触させる工程であり、
上記熱処理工程は、高周波誘導加熱によって上記サセプタおよび発熱部材を発熱させることによって熱処理を達成する工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
上記発熱部材接触工程は、上記発熱部材としてのカーボン製のサセプタに炭化シリコン半導体基板をその表面を接触させて保持させる工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化シリコン半導体基板を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化シリコン（ＳｉＣ）半導体基板を用いた半導体装置の製造工程では、イオン注入およびこれに引き続いてアニール（熱処理）が行われることにより、ＳｉＣ半導体基板の表面に不純物領域が形成される。
イオン注入後のアニールは、たとえば、石英チューブ内に配置されたグラファイト製のサセプタ上に、イオン注入後のＳｉＣ半導体基板をその表面（デバイス形成面）を上に向けて載置し、この状態で、石英チューブの外表面に巻回されたコイルに高周波電力を供給して、サセプタを高周波誘導加熱（発熱）させることによって達成される。アニール時のサセプタの温度は１６００〜１８００℃であり、この高温のサセプタからの受熱によって、ＳｉＣ半導体基板の表面に注入されたイオン（不純物）が活性化する。
【特許文献１】特開２００１−６８４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上述のようなアニールの手法では、ＳｉＣ半導体基板の表面のＳｉ原子が昇華によって雰囲気中に抜け、また、ＳｉＣ半導体基板の表面でＳｉ原子またはＣ原子のマイグレーションが起こり、その結果、ＳｉＣの結晶構造が変化して、ＳｉＣ半導体基板の表面が荒れてしまうという問題があった。
また、他の先行技術として、サセプタ上に載置されたＳｉＣ半導体基板の表面にＳｉＣ製のキャップを接触させて、そのキャップでＳｉＣ半導体基板の表面を覆った状態で、ＳｉＣ半導体基板のアニールを行う手法があるが、この手法においても、ＳｉＣ半導体基板に表面荒れを生じるおそれがあった。すなわち、ＳｉＣ半導体基板の表面にＳｉＣ製キャップが接触している場合、Ｓｉ原子の昇華は高温側で生じるので、ＳｉＣ半導体基板がＳｉＣ製キャップよりも高温であれば、ＳｉＣ半導体基板の表面のＳｉ原子が昇華して、その表面におけるＳｉＣ結晶構造が変化してしまう。また、高温側から昇華したＳｉ原子は低温側へ移るので、ＳｉＣ製キャップがＳｉＣ半導体基板よりも高温の場合には、ＳｉＣ製キャップからＳｉ原子が昇華し、その昇華したＳｉ原子がＳｉＣ半導体基板の表面に付着してしまう。したがって、ＳｉＣ半導体基板とＳｉＣ製キャップとのどちらが高温であっても、ＳｉＣ半導体基板の表面が荒れるおそれがある。
【０００４】
さらに、上記特許文献１では、ＳｉＣ半導体基板の表面に保護膜を形成して、アニールを行うことにより、そのアニール時におけるＳｉＣ半導体基板の表面荒れやＳｉＣ半導体基板の表面から不純物（ボロン）原子の拡散を防止する提案がなされている。しかしながら、この特許文献１の提案に係る手法では、アニール後にプラズマエッチングなどによって保護膜を除去しなければならず、製造工程数が増加し、製造コストもアップするため、好ましい手法とは言えない。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、製造工程数の増加などを伴うことなく、アニールによるＳｉＣ半導体基板の表面荒れを防止できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、炭化シリコン半導体基板（１）の表面（１ａ）に不純物領域を形成して半導体装置を製造する方法であって、不純物元素が選択的にイオン注入された炭化シリコン半導体の表面にカーボン製の発熱部材（３；２３）を接触させる発熱部材接触工程と、上記発熱部材が炭化シリコン半導体の表面に接触した状態で、その炭化シリコン半導体を熱処理する熱処理工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
請求項１記載の方法によれば、ＳｉＣ半導体基板の表面に発熱部材が接触した状態で熱処理（アニール）が行われる。
この熱処理時において、発熱部材がＳｉＣ半導体基板よりも高温であれば、ＳｉＣ半導体基板の表面から発熱部材へのＳｉ原子の昇華は起こらない。また、発熱部材を構成しているカーボンは３０００℃超まで融けないので、比較的高温（１６００〜１８００℃）のアニールが行われても、発熱部材からカーボンが溶融または昇華することがなく、発熱部材のカーボンがＳｉＣ半導体基板の表面に付着することもない。さらに、熱処理時間を短時間にすれば、ＳｉＣ半導体基板の表面でＳｉ原子またはＣ原子のマイグレーションが起こることも防止できる。よって、上記の方法によれば、製造工程の増加などを伴うことなく、ＳｉＣ半導体基板の表面が荒れるのを防止することができる。
【０００８】
なお、請求項２に記載のように、上記半導体装置の製造方法は、カーボン製のサセプタ（２３）に炭化シリコン半導体基板をその裏面を接触させた状態で保持させる基板保持工程をさらに含み、上記発熱部材接触工程は、上記サセプタに保持された炭化シリコン半導体基板の表面に上記発熱部材（３）を接触させる工程であり、上記熱処理工程は、高周波誘導加熱によって上記サセプタおよび発熱部材を発熱させることによって熱処理を達成する工程であってもよい。
【０００９】
また、請求項３に記載のように、上記発熱部材接触工程は、上記発熱部材としてのサセプタの保持台に炭化シリコン半導体基板をその表面を接触させて保持させる工程であってもよい。この場合、上記サセプタは、高周波誘導加熱によって発熱するものであってもよいし、ヒータなどの発熱体を内蔵したヒータ内蔵サセプタであってもよい。
さらにまた、上記サセプタは、高純度カーボンＣＶＤなどにより表面コーティングされていることが好ましい。この構成によれば、炭化シリコン半導体基板とサセプタとの密着性の向上を図ることができるとともに、不純物による炭化シリコン半導体基板の汚染をより良好に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法に含まれる工程の流れを示すフローチャートである。また、図２は、その製造方法を説明するための概念的な断面図である。
この製造方法は、ＳｉＣ半導体基板１の表面（デバイス形成面）１ａに不純物領域を形成する方法であり、不純物元素がイオン注入されたＳｉＣ半導体基板１をアニール（熱処理）するための高周波誘導加熱炉２を用いて実施される。
【００１１】
高周波誘導加熱炉２は、図２に示すように、円筒状周面を有する石英チューブ２１と、この石英チューブ２１の外周面に巻回された高周波誘導加熱用コイル２２と、グラファイトなどのカーボンで構成された複数のサセプタ２３とを備えている。石英チューブ２１は、その中心軸線がほぼ鉛直な方向に延びるように配置されている。複数のサセプタ２３は、互いに所定間隔を空けて上下に積層した状態でサセプタ支持軸２４に取り付けられており、このサセプタ支持軸２４を石英チューブ２１に対して昇降させることによって、石英チューブ２１内に収容したり、石英チューブ２１外に脱出させたりすることができる。
【００１２】
ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａに不純物元素（たとえば、リンやボロンなど）が選択的にイオン注入された後（ステップＳ１）、そのＳｉＣ半導体基板１が高周波誘導加熱炉２に搬入される（ステップＳ２）。ＳｉＣ半導体基板１の搬入前には、複数のサセプタ２３が石英チューブ２１外に脱出している。高周波誘導加熱炉２に搬入されたＳｉＣ半導体基板１は、その表面を上方に向けた状態でサセプタ２３の上面２３ａに載置される。
【００１３】
この後、サセプタ２３に保持（載置）されたＳｉＣ半導体基板１上に、カーボン製の発熱部材（Ｃ発熱部材）３が配置される（ステップＳ３）。Ｃ発熱部材３は、少なくとも一方面３ａが平面に形成されていて、その平面３ａがＳｉＣ半導体基板１の表面１ａに面接触するように配置される。これにより、ＳｉＣ半導体基板１の裏面がサセプタ２３の上面２３ａに面接触し、Ｃ発熱部材３の平面３ａがＳｉＣ半導体基板１の表面１ａに面接触した状態になる。
【００１４】
こうして、各サセプタ２３にＳｉＣ半導体基板１が保持され、各ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａにＣ発熱部材３が面接触された後、サセプタ支持軸２４が石英チューブ２１に対して上昇されて、複数のサセプタ２３にそれぞれ保持されたＳｉＣ半導体基板１が石英チューブ２１内に収容される。そして、石英チューブ２１内に窒素ガスまたはアルゴンガスなどの不活性ガスが導入されるとともに、高周波誘導加熱用コイル２２に高周波電力が供給されて、不活性ガス雰囲気下で複数のＳｉＣ半導体基板１に対するアニールが行われる（ステップＳ４）。
【００１５】
高周波誘導加熱用コイル２２に高周波電力が供給されると、石英チューブ２１内に磁界が発生し、この磁界によってカーボン製のサセプタ２３およびＣ発熱部材３内に誘導電流（渦電流）が流れて、サセプタ２３およびＣ発熱部材３が発熱する。サセプタ２３およびＣ発熱部材３の発熱温度は１６００〜１８００℃に達し、これにより、ＳｉＣ半導体基板１の高温アニールが達成される（ステップＳ４）。すなわち、ＳｉＣ半導体基板１の表裏面にそれぞれ接触しているサセプタ２３およびＣ発熱部材３が１６００〜１８００℃の高温に高周波誘導加熱され、これらのサセプタ２３およびＣ発熱部材３からの受熱によって、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａに注入された不純物元素が活性化する。
【００１６】
このとき、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａに接触しているＣ発熱部材３がＳｉＣ半導体基板１よりも高温であるから、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａからＣ発熱部材３へのＳｉ原子の昇華は起こらない。また、Ｃ発熱部材３を構成しているカーボンは３０００℃超まで融けないので、１６００〜１８００℃の温度下では、Ｃ発熱部材３からカーボン（Ｃ）が溶融または昇華することがなく、Ｃ発熱部材３のカーボンがＳｉＣ半導体基板１の表面１ａに付着することもない。
【００１７】
ＳｉＣ半導体基板１のアニールは、所定の短時間（たとえば、１秒間〜１０分間）にわたって行われる。アニール後のＳｉＣ半導体基板１は、サセプタ支持軸２４が石英チューブ２１に対して下降されることにより、石英チューブ２１外に脱出されて、その表面上のＣ発熱部材３が離間された後（ステップＳ５）、高周波誘導加熱炉２（サセプタ２３上）から搬出されていく。
【００１８】
以上のように、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａにＣ発熱部材３が接触した状態でアニールが行われることにより、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａからのＳｉ原子の昇華が防止される。また、Ｃ発熱部材３からＳｉＣ半導体基板１の表面１ａへのカーボンの付着もない。さらには、アニール時間が短時間であるから、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａでＳｉ原子またはＣ原子のマイグレーションが起こることもない。よって、この実施形態にかかる方法によれば、製造工程の増加などを伴うことなく、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａが荒れるのを防止することができる。
【００１９】
なお、この実施形態では、不活性ガス雰囲気下でＳｉＣ半導体基板１のアニールが行われるとしたが、アニール時に石英チューブ２１内の雰囲気がバキュームされて、真空下（ほぼ真空の状態下を含む。）でＳｉＣ半導体基板１のアニールが行われてもよい。
また、サセプタ２３は、高純度カーボンＣＶＤなどによって表面コーティングされていることが好ましい。この場合には、ＳｉＣ半導体基板１とサセプタ２３との密着性の向上を図ることができるとともに、不純物によるＳｉＣ半導体基板１の汚染を一層防止することができる。
【００２０】
図３は、この発明の他の実施形態にかかる製造方法を説明するための概念的な断面図である。この実施形態にかかる製造方法では、ＳｉＣ半導体基板１がその表面１ａを下方に向けてサセプタ２３の上面２３ａに載置されて、不活性ガス雰囲気下または真空下でＳｉＣ半導体基板のアニールが行われる。
この実施形態にかかる方法によっても、製造工程の増加などを伴うことなく、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａが荒れるのを抑制することができる。すなわち、アニール時、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａに接触しているサセプタ２３はＳｉＣ半導体基板１よりも高温であるから、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａからサセプタ２３へのＳｉ原子の昇華は起こらない。また、サセプタ２３を構成しているカーボンは３０００℃超まで融けないので、１６００〜１８００℃の温度下では、サセプタ２３からカーボンが溶融または昇華することがなく、サセプタ２３のカーボンがＳｉＣ半導体基板１の表面１ａに付着することもない。さらに、アニール時間を短時間（たとえば、１秒間〜１０分間）にすることで、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａでのＳｉ原子またはＣ原子のマイグレーションも防止できる。よって、この実施形態にかかるアニールの手法によれば、ＳｉＣ半導体基板１の表面１ａが荒れるおそれがない。
【００２１】
さらにまた、サセプタ２３が高純度カーボンＣＶＤなどによって表面コーティングされている場合には、ＳｉＣ半導体基板１とサセプタ２３との密着性の向上を図ることができるとともに、不純物によるＳｉＣ半導体基板１の汚染を一層防止することができる。
以上、この発明の２つの実施形態を説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の各実施形態では、高周波誘導加熱炉２を用いてＳｉＣ半導体基板１のアニールを実施する場合を例にとったが、ＳｉＣ半導体基板１を載置するためのカーボン製のヒータ内蔵サセプタを有するアニール装置が用いられて、そのヒータ内蔵サセプタの載置面にＳｉＣ半導体基板１の表面１ａを接触させた状態で、ヒータ内蔵サセプタに内蔵されたヒータを発熱させることによってアニールが達成されてもよい。また、高周波誘導加熱以外の加熱方法によって加熱されるサセプタを有するアニール装置が用いられて、そのサセプタの保持面にＳｉＣ半導体基板１の表面１ａを接触させた状態で、基板保持台を加熱することによってアニールが達成されてもよい。
【００２２】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法に含まれる工程の流れを示すフローチャートである。
【図２】この発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための概念的な断面図である。
【図３】この発明の他の実施形態にかかる製造方法を説明するための概念的な断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１      ＳｉＣ半導体基板
１ａ    ＳｉＣ半導体基板の表面
３      Ｃ発熱部材
２３    サセプタ
【図１】
2005197464.tif 000003
【図２】
2005197464.tif 000004
【図３】
2005197464.tif 000005