(57)【要約】【課題】直径１００ｍｍ以上であり、エピタキシャル層を積層した炭化珪素基板において、エピタキシャル層への不純物注入後に行う活性化熱処理に起因した、界面転位の発生を抑えることを可能とする、炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、直径１００ｍｍ以上の炭化珪素基板２とエピタキシャル層３とで構成されるエピタキシャル基板１を用い、エピタキシャル層３に不純物を注入する工程と、炭化珪素基板の裏面２ｂおよびエピタキシャル層の表面３ａに、カーボン膜７を成膜する工程と、活性化熱処理炉内でサセプタ内に、カーボン膜７が成膜されたエピタキシャル基板１を配置し、１６００℃〜２０００℃の温度範囲で、炭化珪素基板２の両面の温度差が４０℃以下となるように、活性化熱処理する工程と、活性化熱処理後のカーボン膜７を除去する工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性化熱処理炉を用いて、炭化珪素基板上のエピタキシャル層の表面に不純物領域を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
直径１００ｍｍ以上の炭化珪素基板と、そのおもて面に形成されたエピタキシャル層とで構成される炭化珪素エピタキシャル基板を用い、前記エピタキシャル層に、不純物を注入する工程と、
前記炭化珪素基板の裏面および前記エピタキシャル層の表面に、カーボン膜を成膜する工程と、
活性化熱処理炉内に配置したサセプタ内に、前記カーボン膜が成膜された前記炭化珪素エピタキシャル基板を配置し、１６００℃〜２０００℃の温度範囲で、前記炭化珪素基板のおもて面側と裏面側との温度差が４０℃以下となるように、前記炭化珪素エピタキシャル基板に対して活性化熱処理する工程と、
前記活性化熱処理後の前記カーボン膜を除去する工程と、を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記活性化熱処理工程で加熱する際の昇温速度を２００℃／分以下とすることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記炭化珪素の裏面に成膜するカーボン膜の厚さと、前記エピタキシャル層の表面に成膜するカーボン膜の厚さとを同じとすることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記サセプタが、炭化珪素エピタキシャル基板を配置する試料台部と、前記試料台部を覆うサセプタ蓋とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記活性化熱処理を、高周波加熱法、抵抗加熱法、ランプ加熱法、熱電子衝撃法のいずれかを用いて行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記活性化熱処理を、Ａｒ、Ｎ２のうち少なくとも一方を含む不活性雰囲気下で行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記カーボン膜として、スパッタ法またはＣＶＤ法によって成膜されるカーボン膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、または有機膜を炭化させて形成されるカーボン膜のいずれかを用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項８】
フォトルミネッセンスマッピングにより、前記炭化珪素基板と前記エピタキシャル層との界面における界面転位について、評価する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記炭化珪素基板として、オフ角が０〜８°のものを用いることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の炭化珪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、炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、炭化珪素エピタキシャル基板に不純物イオンを注入した後の活性化熱処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで用いられてきたシリコン（Ｓｉ）に比べて、炭化珪素（ＳｉＣ）は絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍広く、熱伝導率が３倍程度高いなどの優れた特性を有することから、次世代のパワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。
【０００３】
炭化珪素を用いた半導体装置を製造するためには、たとえば、炭化珪素基板上に半導体素子の活性領域としてエピタキシャル層を形成し、この層の選択された領域で導電型やキャリア濃度を制御することが求められる。そこで、選択された局所領域に不純物イオンを注入するのだが、実際にp型またはn型のウェル領域として機能させるためには、そのうえで１６００℃〜２０００℃での熱処理が不可欠である。
【０００４】
熱処理によって、不純物ドープにより乱れた結晶性が回復し、不純物イオンの活性化が行われるのだが、このとき、炭化珪素基板とエピタキシャル層の界面に転位（界面転位）が発生することが知られている。［１−１００］方向に伸びた界面転位の両端は、［１１−２０］方向に曲がりベーサルプレーン転位（ＢＰＤ）となり、転位ハーフループを形成する（非特許文献１）。
【０００５】
この両端のＢＰＤは、ｐｎダイオードなどのバイポーラ素子において、通電時に拡張し積層欠陥へと変換される。そして、積層欠陥部分は高抵抗領域となるため、その面積拡張に伴って順方向電圧が増大してしまい、特性不良となってしまう。したがって、ＢＰＤを生じさせる界面転位の低減は不可欠といえる。
【０００６】
非特許文献1では、界面転位はサブエピ界面（炭化珪素基板とエピタキシャル層の界面）とのエピ側に加わる圧縮性（ｃｏｍｍｐｒｅｓｓｉｖｅ）の応力が原因であるとして、ウェハの径方向の温度分布（ｒａｄｉａｌ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、すなわち面内方向の温度勾配を抑えることに効果があることを示している。具体的には、それまでの加熱方法では基板面内の中心の温度が外縁部に対し３０℃高くなっており、この時の界面転位密度は最も高い領域で３２０ｃｍ−２だった。これを、中心の温度が外縁部に対し１０℃低くなるよう改良したところ、界面転位密度が１３０ｃｍ−２に改善されたことを報告している。
【０００７】
一方、高温での熱処理によるウェハ表面の荒れやバンチングの対策として、ウェハ表面をカーボン膜で保護する手法が知られている。しかしながら、片面だけにカーボン膜を施した場合、成膜による応力が基板の両面に非対称に存在するため、これに起因してウェハに反りが生じてしまう。そこで、カーボン膜をウェハの両面に形成し対称に応力が働くようにすることで反りを抑制する方法が知られている。（特許文献１及び特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−３５２５７号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１２０４６９号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｍ. Ｎａｇａｎｏ ｅｔ ａｌ., Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １０８, （２０１０） ０１３５１１.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献１及び特許文献２に開示された発明では、実施例として直径３インチ（７５ｍｍ）の炭化珪素基板が用いられていた。しかしながら、近年の技術開発により、より大きな径を持つ基板が利用可能となっており、１００ｍｍ乃至それ以上の大きさの炭化珪素基板から半導体素子が開発・製造されてきている。それに伴い、大口径化したウェハでは、活性化熱処理時の径方向の温度勾配を抑えても界面転位が発生してしまうことが新たに問題となってきた。
【００１１】
非特許文献１ではこの界面転位の発生を抑制する手段として、炭化珪素基板の径方向の温度分布を１０℃以下になるよう抑えて活性化熱処理を行っていた。しかしながら、非特許文献１で使用された炭化珪素基板は３インチ基板を１／４にカットした小さいものであった。本発明者が、１００ｍｍ以上の基板をカットせずに用いて、実際に非特許文献１に示された径方向の温度分布の範囲で活性化熱処理しても界面転位の発生は抑えられなかった。
【００１２】
本発明は、上記の従来技術の課題を解決するためになされたものであり、径の大きさが１００ｍｍ以上であり、エピタキシャル層を積層した炭化珪素基板において、エピタキシャル層への不純物注入後に行う活性化熱処理に起因した、界面転位の発生を抑えることを可能とする、炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
界面転位の原因であるサブエピ界面に働く熱応力を抑制するために、炭化珪素基板にかかる温度勾配を、基板の面内方向だけでなく、おもて面と裏面の温度差を抑制することが必要であることを見出した。そのために活性化熱処理の際に炭化珪素基板の両面にカーボン膜を形成しおもて面と裏面を同じ物質にすることで、両面の熱放射率を同じにし界面の応力を抑え、かつウェハの反りを抑制する。そのうえで、加熱の際の炉内温度分布を調整し、ウェハのおもて面側の温度と裏面側の温度の差を４０℃以下にすることで、サブエピ界面に働く熱応力を抑制する。さらには、炉の昇温速度を２００℃／分以下に抑えウェハに急激な温度変化を抑制する。
【００１４】
（１）本発明の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、活性化熱処理炉を用いて、炭化珪素基板上のエピタキシャル層の表面に不純物領域を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、直径１００ｍｍ以上の炭化珪素基板と、そのおもて面に形成されたエピタキシャル層とで構成される炭化珪素エピタキシャル基板を用い、前記エピタキシャル層に、不純物を注入する工程と、前記炭化珪素基板の裏面および前記エピタキシャル層の表面に、カーボン膜を成膜する工程と、活性化熱処理炉内に配置したサセプタ内に、前記カーボン膜が成膜された前記炭化珪素エピタキシャル基板を配置し、１６００℃〜２０００℃の温度範囲で、前記炭化珪素基板のおもて面側と裏面側との温度差が４０℃以下となるように、前記炭化珪素エピタキシャル基板に対して活性化熱処理する工程と、前記活性化熱処理後の前記カーボン膜を除去する工程と、を有する。
【００１５】
（２）前記（１）に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記活性化熱処理工程で加熱する際の昇温速度を２００℃／分以下としてもよい。
【００１６】
（３）前記（１）又は（２）のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記炭化珪素の裏面に成膜するカーボン膜の厚さと、前記エピタキシャル層の表面に成膜するカーボン膜の厚さとを同じとしてもよい。
【００１７】
（４）前記（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記サセプタが、炭化珪素エピタキシャル基板を配置する試料台部と、前記試料台部を覆うサセプタ蓋とを備えていてもよい。
【００１８】
（５）前記（１）乃至（４）のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記活性化熱処理を、高周波加熱法、抵抗加熱法、ランプ加熱法、熱電子衝撃法のいずれかを用いて行ってもよい。
【００１９】
（６）前記（１）乃至（５）のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記活性化熱処理を、Ａｒ、Ｎ２のうち少なくとも一方を含む不活性雰囲気下で行ってもよい。
【００２０】
（７）前記（１）乃至（６）のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記カーボン膜として、スパッタ法またはＣＶＤ法によって成膜されるカーボン膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、または有機膜を炭化させて形成されるカーボン膜のいずれかを用いてもよい。
【００２１】
（８）前記（１）乃至（７）のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、フォトルミネッセンスマッピングにより、前記炭化珪素基板と前記エピタキシャル層との界面における界面転位について、評価する工程をさらに有していてもよい。
【００２２】
（９）前記（１）乃至（８）のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記炭化珪素基板として、オフ角が０〜８°のものを用いてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、直径１００ｍｍ以上の大口径の炭化珪素基板に対して活性化熱処理を行う際に、その面内方向だけでなく厚み方向においても均一に加熱することができ、界面転位の発生を抑制することができる。その結果、界面転位の端部のＢＰＤを少なくすることができ、通電時の順方向電圧特性の劣化による素子の信頼性低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明による炭化珪素半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程断面図である。
【図２】活性化熱処理に用いるサセプタの断面図である。
【図３】（ａ）活性化熱処理中のサセプタの上部と下部の実測温度を示すグラフである。（ｂ）基板の面内方向の温度シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図４】（ａ）本発明により製造した炭化珪素基板と、（ｂ）従来の方法により製造した炭化珪素基板の、活性化熱処理の前後でフォトルミネッセンスにより界面転位を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明者は従来の活性化熱処理によって炭化珪素基板に界面転位が導入される原因について検討し、前記基板のおもて面と裏面の温度差、及び活性化熱処理における最高到達温度までの昇温速度が要因となっていることをつきとめた。以下、本発明の一実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について、具体的に説明する。
【００２６】
本実施形態における炭化珪素基板（ウェハ）には、直径が１００ｍｍ以上のものを用いる。なお、この基板は［１１−２０］方向に０〜８°のオフ角度を有していることが好ましく、このオフ角度は、０〜５°であればより好ましく、３．５〜５°であればさらに好ましい。そして、このｎ＋型炭化珪素基板のおもて面上に、図１（ａ）に示すように、たとえば厚さ５μｍの炭化珪素層をＣＶＤ法によってｎ型エピタキシャル層を成長させる。
【００２７】
図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。前記製造方法はそれぞれ、炭化珪素エピタキシャル基板のおもて面側に不純物イオンを注入する工程（不純物ドープ工程）と、炭化珪素エピタキシャル基板の両面に保護膜としてカーボン膜を成膜する工程（カーボン膜形成工程）と、カーボン膜を施した炭化珪素エピタキシャル基板を活性化熱処理する工程（活性化熱処理工程）と、形成したカーボン膜を除去する工程（カーボン膜除去工程）とを包含している。これらの工程を順に実施することで、ｐｎ接合など導電型の異なる領域を備えた炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【００２８】
（不純物ドープ工程）
まず、炭化珪素基板２と、そのおもて面２ａに形成されたエピタキシャル層３とで構成される炭化珪素エピタキシャル基板１を用い、エピタキシャル層３に、不純物イオン６を注入する。具体的には、はじめにエピタキシャル層３の表面上にマスク５を形成する。このマスク５は、不純物を注入しｐ型領域を形成しようとする部分が開口している。このマスク５を施したエピタキシャル基板１に対し、イオン注入装置を用いて不純物イオン６、たとえばアルミニウム（Ａｌ）イオンを注入することにより、エピタキシャル層３に不純物注入領域を形成する。なお、不純物イオン６の注入は、異なる加速電圧で複数回行っても良い。このような不純物ドープ工程により、図１（ａ）に示すように不純物イオン注入層４を形成する。そして、不純物注入が完了した後、エピタキシャル層３上のマスク５を除去する。
【００２９】
（カーボン膜形成工程）
次に、図１（ｂ）に示すように、炭化珪素エピタキシャル基板１のおもて面１ａ（エピタキシャル層の表面３ａ）及び裏面１ｂ（炭化珪素基板の裏面２ｂ）に、カーボン膜７を成膜する。このカーボン膜７は、表面保護膜としての役割を果たし、かつ基板１のおもて面１ａと裏面１ｂの態様を同一にすることで、活性化熱処理時に発熱体からの熱放射率を同じくし、基板１の両面の温度差を抑える効果を有している。カーボン膜７には、スパッタ法またはＣＶＤ法、あるいは高周波プラズマＣＶＤ法などによる結晶性カーボン膜、非晶質のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、またはレジストなどの有機膜を炭化させて形成されるカーボン膜を用いることができる。
【００３０】
カーボン膜７の膜厚は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍ未満であると、珪素の蒸発による表面荒れを抑制するのに充分な厚さとはならない。また、１．０μｍより大きいと成膜時間やコストがかかり、また、保護膜除去工程での除去が困難になるため好ましくない。また、基板１のおもて面１ａに成膜するカーボン膜７ａの厚さと、基板１の裏面１ｂに成膜するカーボン膜７ｂの厚さとは、同程度であることが好ましい。両面に施されたカーボン膜の厚さを同じにすることにより、基板１とカーボン膜７との界面に働く熱応力に差が生じて基板１が反ってしまうことを防ぎ、反ったことによるエピサブ界面の圧縮性の応力による界面転位の発生を抑制することができる。
【００３１】
カーボン膜は、有機膜の炭化であれば、以下のようにして成膜する。エピタキシャル基板１のおもて面側に、有機膜を３μｍ程度の厚さになるよう塗布し、所定の条件にてベークを行った後、裏面側も同様に３μｍ程度の厚さになるよう有機膜を塗布してベークを行う。その後、アルゴン雰囲気下の加熱炉において、８００℃で１０分処理してカーボン膜７を形成する。
【００３２】
カーボン膜をスパッタ法により成膜する場合、はじめエピタキシャル基板のおもて面側をスパッタ源側に向け、裏面側は基板ホルダーに接触するよう設置して、おもて面側にカーボン膜を成膜する。その後、基板を反転して、裏面側をスパッタ源に向け、おもて面側を基板ホルダーに接触するよう設置して、裏面側にカーボン膜を成膜する。
【００３３】
（活性化熱処理工程）
続いて、図１（ｃ）に示すように、エピタキシャル基板１を加熱し、エピタキシャル層中の不純物イオンを活性化して不純物イオン注入層４を活性化させるとともに、注入により生じた結晶欠陥を回復させる。そのための加熱温度は、１６００〜２０００℃の範囲が好ましく、１７００〜１９００℃の範囲がより好ましく、１７００〜１８５０℃の範囲が最も好ましい。この活性化熱処理はアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）のうち少なくとも一方を含む不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
【００３４】
活性化熱処理は、基板の径方向はもとより、おもて面と裏面の温度差を抑えられる形態で行う。
【００３５】
図２は、活性化熱処理を行う際に、基板１４を収容するサセプタ１１の断面図である。活性化熱処理する基板１４は、高温熱処理炉（不図示）内で、サセプタ１１内に収容された状態で加熱される。図２に示すとおり、サセプタ１１は、基板１４を載置する試料台部１２と、試料台部１２を覆うサセプタ蓋１３とで構成される。基板１４は試料台部の一面１２ａ上に水平に配置される。試料台部の一面１２ａ側の周縁部には側壁１２ｂが設けられており、この側壁１２ａにサセプタ蓋１３が支持されている。
【００３６】
活性化熱処理中は、基板のおもて面（エピタキシャル層側）１４ａを下側にし、試料台部の一面１２ａと接触させて配置する。このような配置にすることにより、基板の表面を保護するカーボン膜の厚さを薄くした際に、基板１４の表面荒れを抑制する効果が得られる。
【００３７】
また、サセプタ１１内の基板１４を収容する部分において、試料台部１２とサセプタ蓋１３との離間距離は、基板１４の厚さよりも大きく、かつ、基板の裏面１４ｂ側とサセプタ蓋１３の間の距離が小さいことが好ましい。基板の裏面１４ｂ側とサセプタ蓋の間の距離は、３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
サセプタ１１の材料としては、例えば黒鉛等が好ましい。サセプタ１１は、高温で使用することができ、高純度の材料で構成されていることが好ましい。サセプタの表面はＴａＣ等で被覆されていてもよい。
【００３９】
本実施形態の活性化熱処理工程では、基板のおもて面１４ａと裏面１４ｂの温度差を４０℃以下とする。その為に、サセプタ１１の上側（サセプタ蓋１３の上側）と下側（試料台部１２の下側）との温度差が、４０℃以下になる様に制御する。このとき、基板のおもて面１４ａと裏面１４ｂとの温度差は、サセプタ１１の上面と下面との温度差よりも小さく、４０℃以下となっている。一般に、基板のおもて面と裏面の温度を直接測定したり、計算によって求めることは難しいため、サセプタの温度を測定または計算することによって、基板のおもて面１４ａと裏面１４ｂとの温度差を推定することになる。
【００４０】
サセプタ１１は、高温熱処理炉内に配置して１６００℃〜２０００℃の高温で加熱される。高温熱処理炉を用いた加熱方法としては、真空中で熱電子を照射することによって加熱する熱電子衝撃法、ヒーターを高周波によって加熱する高周波加熱法、ヒーターを直接通電により加熱する抵抗加熱法、ランプにより加熱するランプ加熱法などが挙げられる。
【００４１】
熱電子衝撃法の場合、サセプタの試料台部１２の下面側に電子線を照射することにより加熱する。熱電子衝撃法は、高速で昇降温させることに対しては有利であるが、上下方向の温度分布が生じやすい。本実施形態に適用する場合は、炉内構造やサセプタの構造を調節して上下方向の温度分布を小さくする必要がある。
【００４２】
一方、高周波加熱法や抵抗加熱法は、ヒーターの形状やサセプタとの位置の調整に関して自由度が高いため、上下方向の温度分布を小さくすることができるので好ましい。
【００４３】
高周波加熱法を用いた場合について例示する。黒鉛のサセプタ内に基板を入れて、全体を一様に加熱する様にヒーター内に配置する。このようにすることで、活性化アニールの際の、昇温、維持、降温の一連の変化の中で、サセプタの上部と下部の温度差を４０℃以下に維持することができる。温度差を４０℃以下に維持できることについては、後述の実施例（図３（ａ））で示している。
【００４４】
界面転位を抑制するためには、４０℃以下の温度差で熱処理することが好ましく、例えば、室温でおもて面側に沿ったウェハにおいて、熱処理の際に前記ウェハの裏面の温度がおもて面より４０℃以上高くなると、その反りがより拡大し、エピタキシャル層との界面に圧縮性の熱応力が生じるため、界面転位が発生してしまい、好ましくない。
【００４５】
活性化熱処理における昇温速度は、１２００℃から最高温度までの昇温時に２００℃／分以下であることが好ましく、１００℃／分以下であることがより好ましい。最大昇温速度が２００℃／分より大きい場合、発熱体と基板との間に温度差が生じ、基板の上下方向及び径方向の温度分布を所定の範囲に維持できないことがある。
【００４６】
（カーボン膜除去工程）
図１（ｄ）に示すように、活性化熱処理後にカーボン膜７をエピタキシャル基板のおもて面と裏面から除去する。カーボン膜の除去は、酸素雰囲気での熱酸化によりカーボンを灰化して行う。具体的には、熱酸化炉内に基板を設置し、たとえば、流量３．５Ｌ／分の酸素を供給して１１２５℃で９０分間加熱することで、ｐ型領域８を有するエピタキシャル層上、及びエピタキシャル層と反対側の基板裏面上のカーボン膜７を除去できる。
【００４７】
本実施形態においては、熱酸化を利用してカーボン膜を除去したが、酸素を用いたプラズマ処理やオゾン処理によっても、カーボン膜を除去できる。
【００４８】
（界面転位の評価）
上述のカーボン膜除去工程の後に、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定により、炭化珪素エピタキシャル基板を構成する、炭化珪素基板とエピタキシャル層との界面に生じた界面転位を測定することができる。界面転位はＰＬ測定によって赤外光の発光として検出することができる。ＰＬを画像として測定し（フォトルミネッセンスマッピング）、形状から界面転位を識別することにより、界面転位の数を定量的に測定することができる。
ＰＬ測定を行うことにより、活性化熱処理により界面転位が発生しているか否かを評価することができ、活性化熱処理工程に不具合の有無をチェックすることができる。
【００４９】
以上の方法により、反りがなく界面転位の発生が抑えられた、不純物注入領域を有する炭化珪素半導体基板を製造することができる。そして、前記基板に対して公知の半導体製造工程を施すことにより、ＭＯＳＦＥＴ、ｐｎダイオードなど種々の炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【００５０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。たとえば、本実施形態においては、活性化熱処理工程をアルゴンなどの不活性ガス雰囲気の高周波加熱炉を用いて行ったが、減圧方式の加熱炉を用いてもよい。また、加熱方式は、ランプ加熱や電子線加熱を用いても良いし、基板に対して等方的に電子線を照射することができれば、熱電子衝撃による加熱を用いても良い。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
（実施例１）
直径１００ｍｍで厚さ３５０μｍの４°オフの４Ｈ炭化珪素単結晶基板のＳｉ面上に、高周波誘導加熱方式の横型ＣＶＤ装置を使用して４Ｈ炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた。こうして、厚さ５．５μｍの炭化珪素エピタキシャル層が成膜されたエピタキシャル基板を作製した。ドーピングは窒素を用いて行い、キャリア濃度は１×１０１６ｃｍ−３とした。
【００５３】
次に、このエピタキシャル基板にＡｌイオンの注入を行い、濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ１μｍの不純物注入領域を形成した。このイオン注入は、エピタキシャル層上にフォトレジスト膜を塗布し、選択した領域のみ開口させて行った。
【００５４】
イオン注入条件は、Ａｌイオンを加速電圧４７０ｋｅＶと２８０ｋｅＶの２段階で注入した。イオン注入後にフォトレジスト膜を除去した後、以下の方法で基板の両面にカーボン膜を形成した。保護膜用のフォトレジストをエピタキシャル基板のおもて面に３μｍ程度塗布してプリベーク処理し、次に、基板裏面にもまたレジストを３μｍ程度塗布しプリベーク処理した後、前記基板を、アルゴン雰囲気にて８００℃で１０分処理することによって、基板両面に約０．７５μｍのカーボン膜を形成した。
【００５５】
次に、活性化熱処理工程を行った。前記基板を試料台部とサセプタ蓋から構成される黒鉛性のサセプタ内に入れた後、ヒーター内部に設置した。アルゴン雰囲気にした高周波加熱炉にて、前記サセプタの入ったヒーターを１２００℃以上での最大昇温速度８０℃／分で１８００℃まで昇温し、５分間保持することで不純物イオンの活性化を行った。
【００５６】
活性化熱処理時の昇温中における、基板を水平に設置した黒鉛冶具（サセプタ）の上部（基板のおもて面側）の温度と下部（基板の裏面側）の温度とを測定した。測定の結果を、図３（ａ）のグラフに示す。グラフの横軸は上部温度（℃）を示し、縦軸は下部温度（℃）を示している。このグラフから、上部と下部の温度差は、４０℃以下に抑えられていることが分かる。
【００５７】
また、上記の高周波加熱法を用いた場合の、径方向の温度差を温度シミュレーションによって求めた結果を、図３（ｂ）のグラフに示す。グラフの横軸は基板中心からの距離（ｍ）を示し、縦軸は温度（℃）を示している。このグラフから、１００ｍｍ基板を用いた場合、０．０５ｍが最外縁となるが、このときの基板の最外縁と中心（０ｍ）との温度差は、４℃以下となっていることが分かる。
【００５８】
活性化熱処理の後の基板に対し、酸素雰囲気下で１１２５℃、９０分の熱処理を行い、基板の両面に施したカーボン膜を灰化して除去し、実施例１の炭化珪素半導体装置を製造した。
【００５９】
カーボン膜を除去した基板のおもて面に対し、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定を行い、炭化珪素エピ界面転位を確認した。ＰＬ測定装置としては、フォトンデザイン社製ＰＬＩＳ−１００型を用いた。測定条件として、励起側には３１３ｎｍのバンドパスフィルタ―を、受光側には７５０ｎｍのロングパスフィルターを使用し、露光時間は１秒に設定した。
【００６０】
図４（ａ）に、本発明の実施形態における活性化熱処理（アニール）方法により製造した、炭化珪素エピタキシャル基板のＰＬマッピング画像を示す。その結果、実施例１で製造した炭化珪素エピタキシャル基板では、活性化熱処理により発生した界面転移密度は０個／ｃｍ２であった。
【００６１】
（比較例１）
比較例として、活性化熱処理用の炉として熱電子衝撃型の加熱炉を用いたことを除いて、実施例１と同じ方法で、活性化熱処理を行った基板を作成した。基板は、サセプタ内に配置された状態で、加熱炉の中に設置した。この熱電子衝撃型加熱炉では、サセプタのおもて面側と裏面側の温度差が最大で１００℃となっていた。また、基板の面内方向における最高温度点と最低温度点との差が、１０℃以下であった。
【００６２】
比較例の活性化熱処理後の基板を、実施例と同じ方法でフォトルミネッセンスＰＬの測定を行った。その結果を図４（ｂ）に示す。比較例では、活性化熱処理の前にはなかった［１−１００］方向に伸びる線状の発光・吸収が観察され、界面転移の発生が確認された。また、基板全域にわたって測定を行ったところ、活性化熱処理により発生した界面転位密度は、最も高いところで５１９個／ｃｍ２であった。この結果は、熱電子衝撃法による活性化熱処理では、基板のおもて面と裏面の温度差が大きいことに起因していると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、ＭＯＳＦＥＴ、ＰＮダイオードなどを含む種々の炭化珪素半導体装置に広く適用できる。特に、発生した界面転位の両端に存在するＢＰＤが拡張することによって、電気特性の劣化が生じてしまう少数キャリアが伝導を担う素子（たとえばバイポーラ素子）の製造に利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・炭化珪素エピタキシャル基板
２・・・炭化珪素基板
３・・・エピタキシャル層
４・・・不純物イオン注入層
５・・・マスク
６・・・不純物イオン
７・・・カーボン膜
７ａ・・・おもて面カーボン膜
７ｂ・・・裏面カーボン膜
８・・・ｐ型領域
１１・・・サセプタ
１２・・・試料台部
１３・・・サセプタ蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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