JP2006332495A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 炭化珪素半導体装置の製造方法が、炭化珪素基板を準備する工程と、炭化珪素基板に不純物イオンを注入する工程と、炭化珪素基板を熱処理する熱処理工程とを含む。熱処理工程は、水素ガスとアルキル系炭化水素ガスとの混合ガス雰囲気で行われる。アルキル系炭化水素ガスは、例えばプロパンガスからなる。
【選択図】図1
Description
しかし、アルゴン雰囲気において、p型不純物を十分に活性化するための温度である1500℃程度の高温でアニールすると、炭化珪素エピタキシャル層の表面に荒れが発生した。かかる表面の荒れは、炭化珪素エピタキシャル層にショットキ電極を設けて作製したショットキダイオードの順方向特性を不安定にしたり、逆リーク特性を悪化させる原因となっていた。
これに対して、アニール工程で荒れた炭化珪素エピタキシャル層の表面を、水素を含む雰囲気中でエッチングあるいは研磨し、除去する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
次に、表面1の上に、不純物濃度が5×1015/cm3程度の低濃度のn型エピタキシャル層2を成長させた後に、表面を犠牲酸化する。
次に、耐圧を高めるための終端構造を作製するために、n型エピタキシャル層2の表面上に、所望のパターンのフォトレジストからなるマスク7を形成する。続いて、マスク7の上からp型ドーパントであるアルミニウムイオン8を注入し、p型終端構造となるイオン注入層3aを形成する。
図2に示すように、アニール工程では、まず、流量が50slmの水素を供給しながら、基板1を昇温する。基板1の温度がT1(約1300℃)になった時点で流量が4.5sccmのプロパンガスを供給して、混合ガス雰囲気とする。続いて、基板1の温度がT2(約1400℃)になった時点で、基板1の温度を約1400℃で一定に保持する。保持時間は約10分間である。約10分間経過後に、基板1の温度を降温し、基板1の温度が再びT1(約1300℃)になった時点で、プロパンガスの供給を停止し、水素ガスのみ供給する。この時、水素ガスの流量を約40slmとすることにより、水素ガスの節約が可能となる。基板1の温度を上昇させて約1300℃になったにもかかわらずプロパンガスを供給しない場合、炭素原子の昇華により基板1の組成が不均一になるので注意を要する。
以上の製造工程で、表面の荒れがないエピタキシャル層2上にショットキ電極5を設けた炭化珪素ショットキダイオード(SiC−SBD)100が完成する。
ここでは、成長材料ガスのうち、シランガスの供給を停止することにより、プロパンガスが炭素原子の昇華を抑制することに着目して、アニール雰囲気を決定した。
ただし、活性化アニール条件は、p型ドーパントであるアルミニウムイオンを、終端構造として十分な濃度まで活性化できるとともに、リーク電流増大や耐圧低下の原因となるバンチングステップ等の表面荒れを抑制できる条件であれば、他の条件でも良い。
アニール工程は、試料No.1〜8に対応する8つの条件で行った。活性化アニール後の表面平坦性は、原子間力顕微鏡「nanopics(商標名)」を用いて評価した。
このように、アルゴンガス雰囲気では、十分な活性化率の確保と表面荒れの抑制を同時に満たすことは困難である。
ただし、アニール温度が高すぎたり、アニール時間が長すぎる等の場合には、水素ガスによるエッチングのモードが支配的となり、試料表面がエッチングされ、設計値よりも膜厚、濃度ともに薄くなることが判明した。
試料No.5(H2&C3H8、1500℃、10分):
エッチング量総膜厚の約40%、活性化率100%
試料No.6(H2&C3H8、1500℃、5分):
エッチング量総膜厚の約25%、活性化率100%
試料No.7(H2&C3H8、1400℃、10分):
エッチング量総膜厚の約5%、活性化率100%
ただし、アニール装置、試料の特徴等に応じて、例えば試料No.5、6等のような他のアニール条件を採用してもかまわない。
ただし、注入時に敢えて少し高濃度の注入条件(例えば、GRの場合は8×1017/cm3、JTEの場合は3.2×1017/cm3)を用いることにより、表1の試料No.7のアニール条件に加えて、試料No.5、6に示すアニール条件を採用することも可能である。
Claims (5)
- 炭化珪素基板を準備する工程と、
該炭化珪素基板に不純物イオンを注入する工程と、
該炭化珪素基板を熱処理する熱処理工程とを含み、
該熱処理工程が、水素ガスとアルキル系炭化水素ガスとの混合ガス雰囲気で行うことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 上記熱処理工程が、
水素ガスのみを供給する水素ガス雰囲気中で、上記炭化珪素基板の温度を上昇させる行程と、
該温度が温度T1に達した時に、アルキル系炭化水素ガスを供給する工程と、
該温度を温度T2(T2>T1)に維持する工程と、
該温度を降下させて、該温度が再び温度T1に達した時にアルキル系炭化水素ガスの供給を停止する工程とを含むことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 - 上記温度T1が略1300℃であり、上記温度T2が略1400℃であることを特徴とする請求項2に記載の製造方法。
- 上記アルキル系炭化水素ガスが、プロパンガスであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
- 上記プロパンガスと上記水素ガスの比率(プロパンガス/水素ガス)が、10ppm以上、1000ppm以下の範囲内にあることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。
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