(57)【要約】【課題】炭化ケイ素の単結晶に注入した不純物イオンを効率よく活性化させる炭化ケイ素基板のイオン活性化方法、および、炭化ケイ素の単結晶に注入された不純物イオンの活性率が十分に高い炭化ケイ素半導体装置を効率よく製造可能な炭化ケイ素半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法は、不純物イオンが注入されている炭化ケイ素単結晶層を備える炭化ケイ素基板を準備する工程と、高速昇温熱処理により、炭化ケイ素基板に対して１０００℃以上１６００℃以下の温度Ｔ１で第１の熱処理を施した後、冷却する工程と、炭化ケイ素基板に対して温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２で第２の熱処理を施し、不純物イオンを活性化させる工程と、を有する。また、第１の熱処理および冷却は、主に不純物イオンの注入によって生じた炭化ケイ素単結晶層中の結晶欠陥を修復し、第２の熱処理は、主に不純物イオンを活性化させる。【選択図】図４
2016213420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物イオンが注入されている炭化ケイ素単結晶層を備える炭化ケイ素基板を準備する工程と、
高速昇温熱処理により、前記炭化ケイ素基板に対して１０００℃以上１６００℃以下の温度Ｔ１で第１の熱処理を施した後、冷却する工程と、
前記炭化ケイ素基板に対して前記温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２で第２の熱処理を施し、前記不純物イオンを活性化させる工程と、
を有することを特徴とする炭化ケイ素基板のイオン活性化方法。
【請求項２】
前記冷却の温度は、５００℃以下であり、
前記温度Ｔ２は、１０００℃以上１３００℃以下である請求項１に記載の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法。
【請求項３】
前記第１の熱処理における前記温度Ｔ１の保持時間ｔ１は、５分以下である請求項１または２に記載の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法。
【請求項４】
前記第２の熱処理における前記温度Ｔ２の保持時間ｔ２は、保持時間ｔ１超９０分以下である請求項３に記載の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法。
【請求項５】
前記第１の熱処理における昇温速度は、１０℃／秒以上１０００℃／秒以下であり、
前記冷却における降温速度は、１０℃／秒以上５００℃／秒以下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法。
【請求項６】
前記高速昇温熱処理は、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）、ＦＬＡ（Flash Lamp Annealing）、ＬＳＡ（Laser Spike Annealing）およびＬＴＰ（Laser Thermal Process）のうちのいずれかにより行われる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法。
【請求項７】
不純物イオンが注入されている炭化ケイ素単結晶層を備える炭化ケイ素基板を準備する工程と、
前記炭化ケイ素基板に対して１０００℃以上１６００℃以下の温度Ｔ１で第１の熱処理を施した後、冷却することにより、前記不純物イオンの注入によって生じた前記炭化ケイ素単結晶層中の結晶欠陥を修復する工程と、
前記炭化ケイ素基板に対して前記温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２で第２の熱処理を施すことにより、前記不純物イオンを活性化させる工程と、
を有することを特徴とする炭化ケイ素基板のイオン活性化方法。
【請求項８】
不純物イオンが注入されている炭化ケイ素単結晶層を備える炭化ケイ素基板を準備する工程と、
高速昇温熱処理により、前記炭化ケイ素基板に対して１０００℃以上１６００℃以下の温度Ｔ１で第１の熱処理を施した後、冷却する工程と、
前記炭化ケイ素基板に対して前記温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２で第２の熱処理を施し、前記不純物イオンを活性化させる工程と、
を有することを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素基板のイオン活性化方法および炭化ケイ素半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、Ｓｉに比べ２倍以上のバンドギャップ（２．３６〜３．２３ｅＶ）を有するワイドバンドギャップ半導体であり、高耐圧デバイス用材料として注目されている。
【０００３】
炭化ケイ素の単結晶（ＳｉＣ単結晶）には様々な結晶多系が存在し、３Ｃ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ等が知られている。
【０００４】
これらのＳｉＣ単結晶には、リン、窒素、ホウ素、アルミニウム等の不純物イオンが注入されることにより、ｐ型領域またはｎ型領域が形成される。これにより、ＳｉＣ単結晶に特定の機能が付与され、半導体装置が形成される。
【０００５】
不純物イオンは、高エネルギーに加速された状態で単結晶ＳｉＣに注入され、その後、イオン活性化処理が施される。
【０００６】
イオン活性化処理では、１０００℃以上の高温で単結晶ＳｉＣを加熱する。
例えば、非特許文献１には、イオン注入後、１７００℃の高温で１分間の熱処理を施すことにより、低い抵抗値を有する領域が形成される旨、記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Materials Science Forum Vols. 389-393 (2002) pp.795-798
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１に記載されているように１７００℃という高温で加熱されると、ＳｉＣ単結晶からＳｉ原子が抜け出てしまい、ＳｉＣ単結晶の表面が荒れる等の問題を生じる。
【０００９】
一方、加熱温度を下げた場合、それに応じて加熱時間を長くする必要がある。しかしながら、加熱温度を下げると注入したイオンの活性化が不十分になる。また、加熱時間が長くなることによって、注入したイオンがＳｉＣ単結晶から抜け出やすくなったり、イオン活性化処理に長時間を要したりする。
【００１０】
本発明の目的の一つは、炭化ケイ素の単結晶に注入した不純物イオンを効率よく活性化させる炭化ケイ素基板のイオン活性化方法、および、炭化ケイ素の単結晶に注入された不純物イオンの活性率が十分に高い炭化ケイ素半導体装置を効率よく製造可能な炭化ケイ素半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法は、不純物イオンが注入されている炭化ケイ素単結晶層を備える炭化ケイ素基板を準備する工程と、
高速昇温熱処理により、前記炭化ケイ素基板に対して１０００℃以上１６００℃以下の温度Ｔ１で第１の熱処理を施した後、冷却する工程と、
前記炭化ケイ素基板に対して前記温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２で第２の熱処理を施し、前記不純物イオンを活性化させる工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、炭化ケイ素の単結晶に注入した不純物イオンを効率よく活性化させることができる。
【００１３】
本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法では、前記冷却の温度は、５００℃以下であり、
前記温度Ｔ２は、１０００℃以上１３００℃以下であることが好ましい。
【００１４】
これにより、冷却の温度幅を十分に確保することができるため、炭化ケイ素単結晶層に多数の結晶欠陥が含まれている場合でも、十分に修復することができる。また、第２の熱処理において、注入されている不純物イオンが外方へ拡散するのを抑制しつつ、不純物イオンを十分に活性化させることができる。
【００１５】
本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法では、前記第１の熱処理における前記温度Ｔ１の保持時間ｔ１は、５分以下であることが好ましい。
【００１６】
これにより、炭化ケイ素単結晶層中の結晶性の低下を十分に回復させることができ、例えば不純物イオンを注入した部位の抵抗値を十分に低下させることができる。
【００１７】
本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法では、前記第２の熱処理における前記温度Ｔ２の保持時間ｔ２は、保持時間ｔ１超９０分以下であることが好ましい。
【００１８】
これにより、注入されている不純物イオンを十分に活性化させるとともに、不純物イオンの外方拡散を十分に抑制することができる。
【００１９】
本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法では、前記第１の熱処理における昇温速度は、１０℃／秒以上１０００℃／秒以下であり、
前記冷却における降温速度は、１０℃／秒以上５００℃／秒以下であることが好ましい。
【００２０】
これにより、温度Ｔ１を高くした場合でも、昇温に要する時間を短縮し、第１の熱処理において炭化ケイ素基板に付加される全体の熱量を抑えることができる。このため、注入した不純物イオンの外方への拡散をより少なくすることができる。
【００２１】
本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法では、前記高速昇温熱処理は、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）、ＦＬＡ（Flash Lamp Annealing）、ＬＳＡ（Laser Spike Annealing）およびＬＴＰ（Laser Thermal Process）のうちのいずれかにより行われることが好ましい。
【００２２】
これにより、第１の熱処理のピーク温度を高くし、かつ、極めて短時間で昇温および降温がなされるため、注入した不純物イオンの外方への拡散を最小限に留めた上で、イオン注入によって生じた結晶性の低下を容易に回復させることができる。
【００２３】
本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法は、不純物イオンが注入されている炭化ケイ素単結晶層を備える炭化ケイ素基板を準備する工程と、
前記炭化ケイ素基板に対して１０００℃以上１６００℃以下の温度Ｔ１で第１の熱処理を施した後、冷却することにより、前記不純物イオンの注入によって生じた前記炭化ケイ素単結晶層中の結晶欠陥を修復する工程と、
前記炭化ケイ素基板に対して前記温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２で第２の熱処理を施すことにより、前記不純物イオンを活性化させる工程と、
を有することを特徴とする。
【００２４】
これにより、炭化ケイ素の単結晶に注入した不純物イオンを効率よく活性化させることができる。
【００２５】
本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、不純物イオンが注入されている炭化ケイ素単結晶層を備える炭化ケイ素基板を準備する工程と、
高速昇温熱処理により、前記炭化ケイ素基板に対して１０００℃以上１６００℃以下の温度Ｔ１で第１の熱処理を施した後、冷却する工程と、
前記炭化ケイ素基板に対して前記温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２で第２の熱処理を施し、前記不純物イオンを活性化させる工程と、
を有することを特徴とする。
【００２６】
これにより、炭化ケイ素の単結晶に注入された不純物イオンの活性率が十分に高い炭化ケイ素半導体装置を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法により製造される炭化ケイ素半導体装置の素子構造の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す炭化ケイ素半導体装置を製造する方法を説明するための図である。
【図３】図１に示す炭化ケイ素半導体装置を製造する方法を説明するための図である。
【図４】本実施形態に係る炭化ケイ素基板のイオン活性化方法を説明するための図であって、横軸に示す処理時間と縦軸に示す処理温度との関係を示す熱処理の温度プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法および炭化ケイ素半導体装置の製造方法を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
＜炭化ケイ素半導体装置＞
まず、本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法により製造される炭化ケイ素半導体装置の一例について説明する。
【００３０】
図１は、本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法により製造される炭化ケイ素半導体装置の素子構造の一例を示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図１の上方を「上」といい、下方を「下」という。また、この例では、ｎチャネル炭化ケイ素ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）を例にしている。
【００３１】
図１に示す炭化ケイ素半導体装置１は、ｎ型で低抵抗の基板１０と、基板１０の上面に設けられたｎ型の炭化ケイ素ドリフト層２０と、を備えている。
【００３２】
また、炭化ケイ素ドリフト層２０の上面側には、互いに離間するように、ｎ型不純物を含む２つのｎ型ソース領域４０が設けられている。そして、２つのｎ型ソース領域４０同士の間は、炭化ケイ素ドリフト層２０によって隔てられている。
【００３３】
さらに、各ｎ型ソース領域４０と炭化ケイ素ドリフト層２０との間は、それぞれｐ型ボディー領域３０によって隔てられている。
【００３４】
また、２つのｎ型ソース領域４０の上面の一部は、２つのｎ型ソース領域４０の上面同士を跨ぐように設けられたゲート絶縁膜５０によって覆われている。また、このゲート絶縁膜５０は、２つのｐ型ボディー領域３０の上面および炭化ケイ素ドリフト層２０の上面も覆っている。
【００３５】
さらに、各ｎ型ソース領域４０の上面のうち、ゲート絶縁膜５０で覆われていない部分には、それぞれソース電極７０が設けられている。
【００３６】
一方、基板１０の下面には、ドレイン電極８０が設けられている。
また、ゲート絶縁膜５０上には、ゲート電極６０が設けられている。
【００３７】
なお、基板１０は、炭化ケイ素の単結晶基板（バルク基板）であってもよいが、他の基板の表面に炭化ケイ素単結晶層を成膜してなる複合基板であってもよい。他の基板としては、例えば、シリコン基板が挙げられる。また、炭化ケイ素単結晶層は、公知のエピタキシャル成長により成膜することができる。
【００３８】
このような炭化ケイ素半導体装置１では、ｐ型ボディー領域３０のうち、ゲート絶縁膜５０を介してゲート電極６０と対向する領域が、チャネル領域となる。
【００３９】
炭化ケイ素半導体装置１は、上述したＭＯＳＦＥＴ以外にも、例えばワイドバンドギャップを特長としたパワーデバイスとして好適に用いられる。かかるパワーデバイスとしては、例えば昇圧コンバーター用のトランジスターやダイオード等が挙げられる。具体的には、絶縁ゲート型バイポーラー・トランジスター（ＩＧＢＴ）、ショットキーバリアーダイオード（ＳＢＤ）等が挙げられる。
【００４０】
なお、上述した炭化ケイ素半導体装置１の素子構造は、一例であり、上記のものに限定されない。
【００４１】
＜炭化ケイ素半導体装置の製造方法＞
次に、図１に示す炭化ケイ素半導体装置１を製造する方法（本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法の実施形態）について説明する。
【００４２】
図２、３は、それぞれ図１に示す炭化ケイ素半導体装置１を製造する方法を説明するための図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図２、３の上方を「上」といい、下方を「下」という。
【００４３】
まず、基板１０と、その上面に積層されたドリフト層形成層２００（炭化ケイ素単結晶層）と、を備える炭化ケイ素基板１００を準備する（図２（ａ）参照）。このドリフト層形成層２００は、基板１０に対して炭化ケイ素をエピタキシャル成長させてなる単結晶層である。ドリフト層形成層２００の結晶系としては、例えば、３Ｃ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ等が挙げられ、特に限定されない。
【００４４】
次に、ドリフト層形成層２００の表面に、図示しないマスクを配置し、図２（ｂ）に示すように、ｐ型の不純物イオンであるＡｌイオンを注入する。このとき、Ａｌイオンの注入深さは、ドリフト層形成層２００の厚さを超えないように制御される。このようなＡｌイオンの注入により、ドリフト層形成層２００の一部が、ボディー領域形成部３００となる。また、ドリフト層形成層２００のうち、ボディー領域形成部３００以外の部分は、炭化ケイ素ドリフト層２０となる。なお、注入されるイオンは、Ａｌイオンに限定されず、ｐ型ボディー領域３０を形成し得るイオンであれば、種類は限定されない。
【００４５】
注入されるｐ型不純物イオンの濃度は、特に限定されないが、一例として１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３以下程度とされる。
【００４６】
次に、ドリフト層形成層２００およびボディー領域形成部３００の表面に、図示しないマスクを配置し、図３（ａ）に示すように、ボディー領域形成部３００の一部に対してｎ型の不純物イオンであるＮイオンを注入する。このとき、Ｎイオンの注入深さは、ボディー領域形成部３００の厚さを超えないように制御される。このようなＮイオンの注入により、ボディー領域形成部３００の一部が、ｎ型ソース領域４０となる。また、ボディー領域形成部３００のうち、ｎ型ソース領域４０以外の部分は、ｐ型ボディー領域３０となる。なお、注入されるイオンは、Ｎイオンに限定されず、ｎ型ソース領域４０を形成し得るイオンであれば、種類は限定されない。
【００４７】
注入されるｎ型不純物イオンの濃度は、特に限定されないが、一例として１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下程度とされる。
【００４８】
マスクを除去後、熱処理装置により、不純物イオンを活性化させる熱処理を施す。これにより、注入されたＡｌイオンおよびＮイオンを電気的に活性化させる。なお、この熱処理（活性化方法）については、後に詳述する。
【００４９】
次に、図３（ｂ）に示すように、ｎ型ソース領域４０の上面の一部、ｐ型ボディー領域３０の上面および炭化ケイ素ドリフト層２０の上面を覆うようにゲート絶縁膜５０を形成する。
【００５０】
次に、図３（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜５０の上面にゲート電極６０を形成する。
【００５１】
その後、ソース電極７０およびドレイン電極８０を形成することにより、図１に示す炭化ケイ素半導体装置１が得られる。
【００５２】
＜炭化ケイ素基板のイオン活性化方法＞
次に、上述した図１に示す炭化ケイ素半導体装置１を製造する方法に含まれているイオン活性化方法（本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法の実施形態）について説明する。
【００５３】
図４は、本実施形態に係る炭化ケイ素基板のイオン活性化方法を説明するための図であって、横軸に示す処理時間と縦軸に示す処理温度との関係を示す熱処理の温度プロファイルを示すグラフである。なお、図４中の破線は、第１の熱処理の温度プロファイルであり、実線は、第２の熱処理の温度プロファイルである。
【００５４】
本実施形態に係る炭化ケイ素基板のイオン活性化方法は、［１］ＡｌイオンおよびＮイオンが注入されたドリフト層形成層２００を備える炭化ケイ素基板１００を準備する工程と、［２］高速昇温熱処理により、炭化ケイ素基板１００に対して１０００℃以上１６００℃以下の温度Ｔ１で第１の熱処理を施した後、冷却する工程と、［３］炭化ケイ素基板１００に対して温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２で第２の熱処理を施し、ＡｌイオンおよびＮイオンを活性化させる工程と、を有する。以下、各工程について順次詳述する。
【００５５】
［１］まず、前述したように、基板１０と、その上面に積層されたドリフト層形成層２００と、を備える炭化ケイ素基板１００を準備する。そして、前述したように、ドリフト層形成層２００に対してＡｌイオンを注入するとともに、それによって形成されたボディー領域形成部３００に対してＮイオンを注入する。これにより、炭化ケイ素ドリフト層２０と、ｐ型ボディー領域３０と、ｎ型ソース領域４０とが形成される。
【００５６】
［２］
［２−１］次に、炭化ケイ素基板１００に対して第１の熱処理を施す。第１の熱処理は、いかなる方法で行われてもよいが、例えば高速昇温熱処理により行われる。
【００５７】
第１の熱処理における温度Ｔ１は、１０００℃以上１６００℃以下とされ、好ましくは１１００℃以上１５００℃以下とされる。
【００５８】
また、炭化ケイ素基板１００に含まれる基板１０が、シリコン基板と炭化ケイ素単結晶層とを備える複合基板である場合には、温度Ｔ１を１０００℃以上１５００℃以下に設定するのが好ましく、１１００℃以上１４５０℃以下に設定するのがより好ましく、１３００℃以上１４５０℃以下に設定するのがさらに好ましい。さらには、温度Ｔ１はシリコンの融点未満であるのが好ましい。
【００５９】
温度Ｔ１をこのような範囲に設定することで、ＡｌイオンやＮイオンの注入によって生じたドリフト層形成層２００中の結晶性の低下を十分に回復させることができる。すなわち、炭化ケイ素の再結晶化によって、結晶欠陥を補修することができる。これにより、最終的に得られる炭化ケイ素半導体装置１において、結晶欠陥に起因する性能の低下を抑えたり、結晶欠陥が存在することによって不純物イオンが外方へ拡散し易くなるのを抑制したりすることができる。
【００６０】
また、低下した結晶性を回復させることにより、一旦注入された不純物イオンが、再び抜け出る（外方に拡散する）ことが抑制される。すなわち、本実施形態のように、不純物イオンの活性化を主目的とする第２の熱処理を施す前に、結晶欠陥を修復することを主目的とする第１の熱処理を施すことによって、その後の第２の熱処理において不純物イオンが外方へ拡散する確率を低下させることができる。このため、より多くの不純物イオンが残留した状態（高濃度の状態）で、炭化ケイ素基板１００を第２の熱処理に供することができる。また、第２の熱処理において単位時間あたりに付与可能な熱量を大きくすることができ、第２の熱処理に要する時間の短縮を図ることができる。
【００６１】
なお、温度Ｔ１が前記下限値を下回ると、ドリフト層形成層２００中の結晶欠陥を十分に修復することが難しい。一方、温度Ｔ１が前記上限値を上回ると、不純物イオンが外方に拡散したり、ドリフト層形成層２００からＳｉ原子が抜け出たりして、ドリフト層形成層２００の表面が荒れるため、炭化ケイ素半導体装置１の特性が低下する等の問題が生じる。
【００６２】
また、第１の熱処理における温度Ｔ１の保持時間ｔ１は、好ましくは５分以下とされ、より好ましくは０．１秒以上１分以下とされる。
【００６３】
温度Ｔ１の保持時間ｔ１をこのような範囲に設定することで、ドリフト層形成層２００中の結晶性の低下を十分に回復させることができ、例えば不純物イオンを注入した部位の抵抗値を十分に低下させることができる。
【００６４】
なお、保持時間ｔ１が前記下限値を下回ると、ドリフト層形成層２００の結晶性の低下を十分に回復させることができず、温度Ｔ１やドリフト層形成層２００の厚さや注入した不純物イオンの量によっては、後述する第２の熱処理において、不純物イオンが再び抜け出易くなるおそれがある。一方、保持時間ｔ１が前記上限値を上回ると、温度Ｔ１やドリフト層形成層２００に付与される熱量が大きくなり過ぎて、ドリフト層形成層２００の厚さによっては、ドリフト層形成層２００からＳｉ原子が抜け出易くなるおそれがある。
【００６５】
また、第１の熱処理における昇温速度は、特に限定されないが、１０℃／秒以上１０００℃／秒以下であるのが好ましく、１００℃／秒以上５００℃／秒以下であるのがより好ましい。昇温速度を前記範囲内に設定することにより、ピーク温度（温度Ｔ１）を高くした場合でも、昇温に要する時間を短縮し、第１の熱処理において炭化ケイ素基板１００に付加される全体の熱量を抑えることができる。このため、注入した不純物イオンの外方への拡散をより少なくすることができる。
【００６６】
なお、昇温速度が前記下限値を下回ると、昇温に要する時間が長くなるおそれがあり、一方、昇温速度が前記上限値を上回ると、温度Ｔ１の制御が難しくなり、温度Ｔ１が前記範囲から外れる可能性が高くなるおそれがある。
【００６７】
このような第１の熱処理は、前述したように高速昇温熱処理により行われる。高速昇温熱処理は、熱処理のピーク温度が高く、かつ、極めて短時間に昇温および降温がなされるため、注入した不純物イオンの外方への拡散を最小限に留めた上で、イオン注入によって生じた結晶性の低下を容易に回復させることができる。
【００６８】
高速昇温熱処理としては、前述した温度Ｔ１で加熱し得るとともに短時間で昇温および降温を行い得る熱処理であれば特に限定されないものの、例えば、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）、ＦＬＡ（Flash Lamp Annealing）、ＬＳＡ（Laser Spike Annealing）、ＬＴＰ（Laser Thermal Process）等が挙げられ、これらのうちのいずれかにより行われる。
【００６９】
これらの熱処理は、昇温速度や降温速度が速いので、ピーク温度を高くした場合でも、昇温や降温に要する時間の短縮が図られ、結果的に全体の熱量を抑えることができる。このため、注入した不純物イオンの外方への拡散をより少なくすることができる。
【００７０】
［２−２］次に、炭化ケイ素基板１００を冷却する。
この冷却によって到達する温度は、５００℃以下であるのが好ましく、５０℃以上４００℃以下であるのがより好ましい。冷却の温度を前記範囲内に設定することにより、冷却の温度幅を十分に確保することができるため、ドリフト層形成層２００に多数の結晶欠陥が含まれている場合でも、十分に修復することができる。
【００７１】
なお、冷却の温度が前記下限値を下回ると、第１の熱処理のピーク温度と冷却の温度との温度差が大きくなり過ぎるため、炭化ケイ素基板１００の厚さ等によっては、熱衝撃による不具合が発生するおそれがある。一方、冷却の温度が前記上限値を上回ると、冷却の温度幅が不十分になり、低下している結晶性を十分に回復させることができないおそれがある。
【００７２】
冷却における降温速度は、特に限定されないが、１０℃／秒以上５００℃／秒以下であるのが好ましく、５０℃／秒以上２００℃／秒以下であるのがより好ましい。降温速度を前記範囲内に設定することにより、ピーク温度を高くした場合でも、降温に要する時間を短縮し、第１の熱処理において炭化ケイ素基板１００に付加される全体の熱量を抑えることができる。このため、注入した不純物イオンの外方への拡散をより少なくすることができる。
【００７３】
なお、降温速度が前記下限値を下回ると、降温に要する時間が長くなるおそれがあり、一方、降温速度が前記上限値を上回ると、冷却によって到達する温度の制御が難しくなり、冷却の温度が前記範囲から外れる可能性が高くなるおそれがある。
【００７４】
また、第１の熱処理および冷却は、いかなる雰囲気中で行われてもよいが、アルゴン、ヘリウムのような不活性ガス雰囲気中で行われるのが好ましい。これにより、被処理物の意図しない変性や汚染等を防止することができる。
【００７５】
また、雰囲気圧力は、常圧（大気圧）であっても、減圧下であっても、加圧下であってもよい。減圧下である場合、処理槽内の圧力は、１×１０−４Ｐａ以上大気圧（１００ｋＰａ）未満であるのが好ましく、１×１０−３Ｐａ以上１０ｋＰａ以下であるのがより好ましい。
【００７６】
［３］次に、炭化ケイ素基板１００に対して第２の熱処理を施す。これにより、ｐ型ボディー領域３０に注入されているＡｌイオンおよびｎ型ソース領域４０に注入されているＮイオンをそれぞれ電気的に活性化させることができる。
【００７７】
第２の熱処理における温度Ｔ２は、温度Ｔ１よりも低い温度であればよいが、好ましくは１０００℃以上１３００℃以下とされ、より好ましくは１１００℃以上１２５０℃以下とされる。
【００７８】
温度Ｔ２をこのような範囲に設定することで、注入されているＡｌイオンやＮイオンを十分に活性化させることができる。すなわち、不純物イオンを炭化ケイ素の格子点に移動させることができる。これにより、例えば不純物イオンを注入した部位の抵抗値を十分に低下させることができる。
【００７９】
また、第２の熱処理より前に第１の熱処理を施しているので、第２の熱処理を施す際には、すでに、ドリフト層形成層２００中の結晶性が十分に回復している。すなわち、ドリフト層形成層２００を構成する炭化ケイ素の単結晶が本来の結晶構造に戻っている。これにより、このような状態の単結晶中に存在している不純物イオンは、結晶性が低い結晶中に存在している不純物イオンに比べて、外方へ拡散し難くなる。このため、第２の熱処理において単位時間あたりに付与可能な熱量を大きくすることができ、第２の熱処理に要する時間の短縮を図ることができる。
【００８０】
なお、温度Ｔ２が前記下限値を下回ると、炭化ケイ素基板１００の厚さ等によっては、不純物イオンを十分に活性化させることができないおそれがある。一方、温度Ｔ２が前記上限値を上回ると、温度Ｔ２の保持時間によっては、注入されている不純物イオンが、外方に拡散するおそれがある。
【００８１】
また、第２の熱処理における温度Ｔ２の保持時間ｔ２は、保持時間ｔ１超９０分以下であるのが好ましく、１０分以上６０分以下であるのがより好ましい。
【００８２】
温度Ｔ２の保持時間ｔ２をこのような範囲に設定することで、注入されている不純物イオンを十分に活性化させるとともに、不純物イオンの外方拡散を十分に抑制することができる。
【００８３】
なお、保持時間ｔ２が前記下限値を下回ると、温度Ｔ２によっては、不純物イオンの活性化率が低下するおそれがある。一方、保持時間ｔ２が前記上限値を上回ると、温度Ｔ２によっては、不純物イオンが外方に拡散してしまい、不純物イオンを注入した目的が果たされないおそれがある。
【００８４】
また、第２の熱処理における昇温速度および降温速度は、それぞれ特に限定されないが、１０℃／分以上１０００℃／分以下であるのが好ましく、２０℃／分以上８００℃／分以下であるのがより好ましい。昇温速度や降温速度を前記範囲内に設定することにより、ピーク温度（温度Ｔ２）を高くした場合でも、昇温や降温に要する時間を短縮し、第２の熱処理において炭化ケイ素基板１００に付加される全体の熱量を抑えることができる。このため、注入した不純物イオンの外方への拡散をより少なくすることができる。
【００８５】
また、温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差は、特に限定されないが、５０℃以上５００℃以下であるのが好ましく、１００℃以上３００℃以下であるのがより好ましい。温度差を前記範囲内に設定することにより、第１の熱処理における結晶性の低下を回復する機能と、第２の熱処理における不純物イオンを活性化させる機能と、の均衡を図り、両立させることができる。すなわち、温度差が前記下限値を下回ると、温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差が非常に小さくなるので、第１の熱処理と第２の熱処理とに分ける意味が薄れる。これにより、双方の熱処理で付与される熱量が大きくなり過ぎて、Ｓｉ原子が抜け出るという問題が生じるおそれがある。一方、温度差が前記上限値を上回ると、温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差が非常に大きくなるので、結晶性の回復と不純物イオンの活性化のうち、いずれかの機能が損なわれるおそれがある。
【００８６】
また、第２の熱処理は、いかなる雰囲気中で行われてもよいが、アルゴン、ヘリウムのような不活性ガス雰囲気中で行われるのが好ましい。これにより、被処理物の意図しない変性や汚染等を防止することができる。
【００８７】
また、雰囲気圧力は、常圧（大気圧）であっても、減圧下であっても、加圧下であってもよい。減圧下である場合、処理槽内の圧力は、１×１０−４Ｐａ以上大気圧（１００ｋＰａ）未満であるのが好ましく、１×１０−３Ｐａ以上１０ｋＰａ以下であるのがより好ましい。
【００８８】
なお、第１の熱処理と第２の熱処理との間の時間（インターバル）は、特に限定されないが、６０分以下であるのが好ましく、０．５分以上３０分以下であるのがより好ましい。これにより、処理槽内の温度分布が均一になり易いため、温度のバラツキによって熱処理が不均一になるのを防止することができる。
【００８９】
また、第１の熱処理と第２の熱処理は、同一の処理槽内で連続して行われるのが好ましい。これにより、切り替えの手間を省いたり、切り替えの際の被処理物の汚染を抑制したりすることができる。
【００９０】
従来方法でｎ型炭化ケイ素基板にｐ型不純物であるＢイオンを注入し活性化処理を行った場合に、ｐ型ボディー部の形成が適切にできず、基板側へのリーク電流を抑えることができなかったが、本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法により、結晶性の回復と、不純物イオンの活性化が適切に行われ、所望なｐ型ボディー部が形成され基板へのリーク電流が十分抑えられることが確認された。
【００９１】
以上、本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法および炭化ケイ素半導体装置の製造方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９２】
例えば、本発明の炭化ケイ素基板のイオン活性化方法および炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、それぞれ、上述した実施形態に任意の工程を追加したものであってもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１        炭化ケイ素半導体装置
１０      基板
２０      炭化ケイ素ドリフト層
３０      ｐ型ボディー領域
４０      ｎ型ソース領域
５０      ゲート絶縁膜
６０      ゲート電極
７０      ソース電極
８０      ドレイン電極
１００    炭化ケイ素基板
２００    ドリフト層形成層
３００    ボディー領域形成部
【図１】
2016213420.tif 000003
【図２】
2016213420.tif 000004
【図３】
2016213420.tif 000005
【図４】
2016213420.tif 000006