JP2008251576A - ＳｉＣ半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＣ半導体装置の製造における活性化アニール工程後の冷却時間を短縮する。
【解決手段】ＳｉＣ基板を準備する第１の工程と、ＳｉＣ基板に対してイオンを注入する第２の工程と、ＳｉＣ基板をアニール装置の加熱炉において、約１５００℃乃至約２０００℃で加熱する第３の工程と、ＳｉＣ基板を約５００℃／分乃至約２０００℃／分の割合で、常温まで冷却する第４の工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳｉＣ半導体装置の製造方法に関するものである。

ＳｉＣ（炭化珪素、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）は、Ｓｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ）と比較してバンドギャップが大きいことから耐電圧・耐熱性に優れており、特に、高電圧に対応可能な装置に用いられている。
一般に、ＳｉＣ基板に所定の導電型の拡散領域を形成する場合には、Ｓｉ基板の場合と同様に、ＳｉＣ基板に対して不純物としてのイオンを注入する工程と、この不純物を活性化する活性化アニール工程とを行う。そして、活性化アニール工程の後には、炉内でガス流によりＳｉＣ基板を冷却する工程を行う（例えば、特許文献１）。
特開２００２−２６１１０１号公報

ＳｉＣ基板における活性化アニール工程は、加熱温度が少なくとも１５００℃を超えるため、活性化アニール工程後、作業者が触れてもやけどを負わない常温まで冷却するためには少なくとも２時間以上かかるのが通常である（例えば、図２の２００を参照）。
従って、活性化アニール工程後の冷却時間の短縮は、ＳｉＣ半導体装置（デバイス）を製造する上で解決すべき課題となっていた。
そこで、本発明は、上記課題を鑑み、ＳｉＣ半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様に係るＳｉＣ半導体装置の製造方法は、ＳｉＣ基板を準備する第１の工程と、前記ＳｉＣ基板に対してイオンを注入する第２の工程と、前記ＳｉＣ基板をアニール装置の加熱炉において、約１５００℃乃至約２０００℃で加熱する第３の工程と、前記ＳｉＣ基板を約５００℃／分乃至約２０００℃／分の割合で、常温まで冷却する第４の工程とを備える。
本発明の別の一態様に係るＳｉＣ半導体装置の製造方法は、ＳｉＣ基板を準備する第１の工程と、ＳｉＣ基板に対してイオンを注入する第２の工程と、ＳｉＣ基板をアニール装置の加熱炉において、約１５００℃乃至約２０００℃で加熱する第３の工程と、ＳｉＣ基板を炉内で冷却して温度が約３００℃乃至約１０００℃になった後に、ＳｉＣ基板を約５００℃／分乃至約２０００℃／分の割合で、常温まで冷却する第４の工程とを備える。

本発明のＳｉＣ半導体装置の製造方法は、活性化アニール工程後にＳｉＣ基板を純水等で急速に冷却するので、活性化アニール工程後の冷却時間を短縮することが可能になる。
また、アニール装置内部で冷却を行うことが可能になるので、高温のＳｉＣ基板に作業者が触れることが全くなく、作業者の安全を確保することができる、という優れた効果を奏し得る。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための一形態を説明する。
図１は、本発明を実施するＳｉＣ半導体装置を製造する方法の一形態である。
図１は、本発明の一実施例に係る半導体素子製造装置１００である。半導体製造装置１００は、熱処理室（アニール装置の加熱炉）１０１とロードロック室１０２とを備える。熱処理室１０１は、ＳｉＣ基板を加熱処理するために用いられる。ロードロック室１０２は、大気を遮断するために用いられる。断熱材やサセプタ１０５の炭素が大気により酸化され燃えてしまうのを避けるためである。
半導体素子製造装置１００は、更に、熱処理室１０１とロードロック室１０２との間に、ゲートバルブ１０３を設ける。ゲートバルブ１０３を開閉することにより、熱処理室１０１とロードロック室１０２との間を仕切ることができる。
半導体素子製造装置１００は、更に、試料搬送棒１０４のような搬送手段を備える。試料搬送棒１０４は、ＳｉＣ基板 を載せたサセプタ１０５を備え、サセプタ１０５を熱処理室１０１とロードロック室１０２の液体槽（タンク）１０６との間で移動させることができる。

ロードロック室１０２は液体槽１０６を備える。また、図示していないが、純水を液体槽１０６から加熱炉に導入する導入水路と、純水を加熱炉から導出する導出水路とを有している。液体槽１０６には化学的に安定な液体、例えば、純水を入れる。この場合、純水は、ある程度の純度を有する。また、液体槽１０６には、純水の代わりに液体アルゴン（Ａｒ）を入れてもよい。
ロードロック室１０２は、更に、試料交換口１０７を備え、サセプタ１０５上の試料を交換することができる。ロードロック室１０２は、更に、ガス導入口１０８と排気口１０９とを備える。ガスはガス導入口１０８から導入され、排気口１０９へ排出される。
熱処理室１０１は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）コイル１１０と、ガス導入口１１１と、排気口１１２とを備える。ＲＦコイル１１０は、ＳｉＣ基板を加熱するために用いられ、これ以外の加熱手段も適用可能である。
なお、ガス（主に不活性ガス）は、ガス導入口から導入され、排気口へ排出される。ＳｉＣ基板が酸素に触れて、酸化することを避けるためである。

図２は、図１に示した半導体製造装置を実施するための温度プロファイルの一例である。
はじめに、図２の２０１に示すような温度プロファイルを実施するＳｉＣ半導体装置の製造方法について説明する。
イオン注入済みのＳｉＣ基板をサセプタ１０５に取り付け、熱処理室１０１へ移動させる。熱処理室１０１およびロードロック室１０２を真空引きして大気を除去し、続いてアルゴンガスを両チャンバ（熱処理室１０１およびロードロック室１０２）内に大気圧まで導入する。ゲートバルブ１０３を閉じ、活性化アニール工程を行う。本実施例では、ＳｉＣ基板を熱処理室（アニール装置の加熱炉）１０１で、所定の温度に加熱する。好適には、約１５００℃〜約２０００℃に加熱する。これにより、ＳｉＣの基板内の不純物を活性化することができる。

次に、ＳｉＣ基板を所定の割合で常温まで冷却する工程を行う。好適には、約５００℃／分〜約２０００℃／分の割合で、常温まで冷却する。本実施例では、ゲートバルブ１０３を開け、試料搬送棒１０４によりサセプタ１０５を下方向に移動させて、ＳｉＣ基板を載せたサセプタ１０５ごと液体槽１０６の純水中に浸ける。これにより、サセプタ１０５の温度は、図２の２０１に示すように、約１００℃まで急速に下がる。純水の沸点は１００℃なので、沸点以上に水温が上昇することはない。また、本実施例において、ある程度の純度を有する純水を用いる理由のひとつは、水に不純物が含まれる場合に、その不純物がＳｉＣ基板に対して寄与することを排除するためである。
なお、本実施例では、約５００℃／分〜約２０００℃／分の割合で、常温まで冷却する例について示したが、上記よりも緩やかな割合で常温まで冷却するような態様も本発明が適用可能である。

また、別の態様として、液体槽１０６に液体アルゴンが入っている場合に、ＳｉＣ基板を載せたサセプタ１０５ごと液体槽１０６の液体アルゴンの中に浸けると、サセプタ１０６の温度は、−１８３℃まで下がる。その後、液体アルゴンが入っている液体槽１０６からサセプタ１０５を取り出すことにより、サセプタの温度は、ロードロック室内の室温まで上昇する。
また、サセプタ１０５を液体槽１０６の液体アルゴンの中に浸けている工程において、サセプタ１０５の温度が下がっている最中に、例えば、サセプタの温度が所定の温度（例えば、０℃近辺やロードロック室の室温近辺）まで下がったことを検知して、液体槽１０６からサセプタ１０５を取り出すような構成を用いてもよい。
本実施例のＳｉＣ半導体装置の製造方法では、アニール工程後にＳｉＣ基板を純水で急速に冷却するので、活性化アニール工程後の冷却時間を短縮することが可能になる。

本発明の別の実施例として、図１の半導体製造装置を用いて、図２の２０２に示すような温度プロファイルを実施するＳｉＣ半導体装置の製造方法について説明する。
ＳｉＣをサセプタ１０５に取り付け、ＳｉＣ基板を熱処理室（アニール装置の加熱炉）１０１で、所定の温度に加熱する、好適には約１５００℃〜約２０００℃に加熱する。ここまでは、前述の実施例と同様である。
本実施例では、加熱後、炉内のガス流で冷却をおこない、ＳｉＣ基板の温度が所定の温度まで下がるのを待つ。好適には、ＳｉＣ基板の温度が約３００℃乃至約１０００℃にまで下がるのを待つ。本実施例では、図２の２０２に示すように、ガス流によりＳｉＣ基板の温度を約１０００℃まで冷却した場合を示している。この温度は、要求される冷却時間との関係で決められるものであり、約１０００℃より低い（または高い）温度にまで下がるのを待つような温度プロファイルを用いてもよい。その後、ＳｉＣ基板を冷却槽１０６に浸け、ＳｉＣ基板を所定の割合で、好適には約５００℃／分〜約２０００℃／分の割合で、常温まで冷却する。
本実施例では、ＳｉＣ基板の加熱後すぐに急冷するのではなく、ＳｉＣ基板をガス流等により緩やかに冷却して所定の温度まで下げた後に、急冷することにより、ＳｉＣを製造する。急速な冷却工程によるＳｉＣ基板その他に及ぶ影響を考慮する場合に、本実施例が適用できる。
そして、この後の工程は、前述の実施例と同様である。

上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者にとって明らかである。

図１は、本発明の一実施例に係る半導体製造装置の構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施例に係る半導体製造装置の冷却過程において、冷却時間と基板温度との関係を示す図である。

符号の説明

１００ 半導体素子製造装置
１０１ 熱処理室
１０２ ロードロック室
１０３ ゲートバルブ
１０４ 試料搬送棒
１０５ サセプタ
１０６ 液体槽
１０７ 試料交換口
１０８、１１１ ガス導入口
１０９、１１２ 排気口
１１０ ＲＦコイル

Claims (6)

1. ＳｉＣ基板を準備する第１の工程と、
   前記ＳｉＣ基板に対してイオンを注入する第２の工程と、
   前記ＳｉＣ基板をアニール装置の加熱炉において、約１５００℃乃至約２０００℃で加熱する第３の工程と、
   前記ＳｉＣ基板を約５００℃／分乃至約２０００℃／分の割合で、常温まで冷却する第４の工程と、
   を含むことを特徴とするＳｉＣ半導体装置の製造方法。
2. ＳｉＣ基板を準備する第１の工程と、
   前記ＳｉＣ基板に対してイオンを注入する第２の工程と、
   前記ＳｉＣ基板をアニール装置の加熱炉において、約１５００℃乃至約２０００℃で加熱する第３の工程と、
   前記ＳｉＣ基板を炉内で冷却して温度が約３００℃乃至約１０００℃になった後に、前記ＳｉＣ基板を約５００℃／分乃至約２０００℃／分の割合で、常温まで冷却する第４の工程と、
   を含むことを特徴とするＳｉＣ半導体装置の製造方法。
3. 前記第４の工程において、ＳｉＣ基板を純水で冷却することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
4. 前記純水が前記アニール装置に設けたタンクに貯留されていることを特徴とする請求項記載３のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
5. 前記アニール装置が前記ＳｉＣ基板を前記加熱炉から搬出して前記タンクに搬入する搬送手段を有していることを特徴とする請求項４記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
6. 前記アニール装置が前記純水を前記タンクから前記加熱炉に導入する導入水路を有していることを特徴とする請求項４記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。