JP2011023508A - 炭化ケイ素半導体装置の製造装置、製造方法、製造に用いるサセプタ - Google Patents

Abstract

【課題】炭化ケイ素（ＳｉＣ）を材料とする原料ウェハのイオン注入後のアニール工程において、原料ウェハの品質にばらつきが生じることを抑制する。
【解決手段】アニール工程において、原料ウェハのイオン注入面と、単結晶炭化ケイ素を材料とするダミーウェハとを離間して対向させ、原料ウェハのイオンが注入されていない面側に設置された加熱手段によって、原料ウェハを加熱し、ダミーウェハの原料ウェハと対向しない面側に設置された加熱手段によって、ダミーウェハを加熱する。原料ウェハの汚染や表面の組成比異常を防ぎ、原料ウェハをより均一に加熱できるため、原料ウェハの表面荒れをより効果的に抑制し、原料ウェハの品質にばらつきが生じることを抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭化ケイ素を用いた半導体装置の製造装置および製造方法に関する。また、その半導体装置の製造に用いるサセプタに関する。

炭化ケイ素（ＳｉＣ）を半導体材料に用いた半導体装置の開発課題の一つとして、ＳｉＣ基板にイオン注入を行った後に行うアニール工程における課題が挙げられる。アニール工程においては、熱処理を行うことで半導体基板に注入したイオンを活性化させる。ＳｉＣ基板を用いる場合には、イオン活性化に必要な熱処理温度は１６００℃以上であり、従来の半導体材料の基板（Ｓｉ基板）を用いる場合と比較して高い。ところが、高温の熱処理を行うと、ＳｉＣ基板の表面荒れ等が発生しやすくなる。この課題に対して、例えば、特許文献１では、ダミーウェハを利用してアニール工程を行う技術が開示されている。この技術では、原料となる単結晶ＳｉＣ基板のイオン注入面に、ダミーウェハとしての多結晶ＳｉＣ基板を密接させる。この原料ウェハとダミーウェハとの組合せを数組積層して密閉容器内に設置し、密閉容器を加熱炉内に設置して熱処理（アニール処理）を行う。これによって、十分にイオン活性化を行うことと、原料ウェハの表面荒れを抑制することとを両立できるとしている。

特開２００６−３３９３９６号公報

特許文献１では、複数の原料ウェハとダミーウェハの組合せを同一の密閉容器内に積層して、加熱炉内で加熱する。このため、密閉容器への設置位置によって、原料ウェハ、ダミーウェハの温度が異なってしまう。このため、それぞれの原料ウェハ、ダミーウェハを適切な温度に加熱することができない。その結果、アニール工程後の原料ウェハの品質にばらつきが生じる。

本願は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、原料ウェハを適切な温度に加熱することを実現することによって、原料ウェハの品質にばらつきが生じることを抑制することにある。

本発明に係る半導体装置を製造する装置では、第１加熱手段と、第１ウェハ設置部と、第２ウェハ設置部と、第２加熱手段とが、この順序で配置されている。第１ウェハ設置部には、表面にイオン注入された単結晶炭化ケイ素の原料ウェハが、そのイオン注入面が第２ウェハ設置部側となるように設置される。第２ウェハ設置部には、炭化ケイ素のダミーウェハが、その一方の面が第１ウェハ設置部に設置される原料ウェハのイオン注入面に対向すると共に離間するように設置される。第１加熱手段は、第１ウェハ設置部に設置される原料ウェハを加熱し、第２加熱手段は、第２ウェハ設置部に設置されるダミーウェハを加熱する。

この製造装置では、第１、第２の加熱手段によって、原料ウェハとダミーウェハとを別々に加熱するため、原料ウェハ、ダミーウェハをそれぞれ適切な温度に加熱することができる。これによって、原料ウェハのそれぞれを適切な温度に加熱することができ、原料ウェハの品質にばらつきが生じることを抑制することができる。

上記の製造装置においては、ダミーウェハの温度が原料ウェハの温度よりも高くなるように、第１加熱手段による加熱量と第２加熱手段による加熱量とが設定されていることが好ましい。Ｓｉが高温のダミーウェハ側から低温の原料ウェハ側に移動し易い状態となるため、原料ウェハにおけるＳｉ離脱をより効果的に抑制することができる。

上記の製造装置の第１設置部は、表面にイオン注入された単結晶炭化ケイ素の原料ウェハが設置されるサセプタを有していてもよい。このサセプタは、その表面に形成された凹形状のウェハポケット部を備えており、ウェハポケット部の底面の一部には、ウェハポケット部の他の底面よりも高い位置でウェハと接するウェハ支持部が設けられており、ウェハの裏面とウェハポケット部の底面とが、ウェハ支持部によって離間されることが好ましい。ウェハの裏面とウェハポケット部の底面とが離間されているため、熱処理によってウェハが反った場合でも、ウェハの面内温度分布が不均一となることを抑制することができる。

ウェハポケット部の底面からウェハ支持部のウェハ支持面までの距離は、周縁部よりも中央部の方が大きくなっていることが好ましい。このような構成によると、ウェハの面内温度分布をより均一化することができる。

なお、上記の製造装置では、ダミーウェハが単結晶の炭化ケイ素（ＳｉＣ）であることが好ましい。特許文献１のように、ダミーウェハとして多結晶ＳｉＣの基板を用いると、原料ウェハの汚染や、原料ウェハ表面の組成比異常が発生し易くなる。すなわち、多結晶ＳｉＣ基板は、不純物が偏析し易い結晶粒界面を有しており、また、その結晶粒界面においては、シリコン（Ｓｉ）や不純物の離脱が発生し易いためである。一方、ダミーウェハとして単結晶ＳｉＣの基板を用いると、多結晶ＳｉＣ基板を用いた場合と比較して、アニール工程における原料ウェハの汚染を抑制することができる。

本発明は、単結晶炭化ケイ素の原料ウェハから半導体装置を製造する方法としても実現できる。この製造方法は、原料ウェハの表面にイオン注入するイオン注入工程と、イオン注入された原料ウェハを加熱するアニール工程と、を有している。アニール工程では、原料ウェハのイオン注入面と、単結晶炭化ケイ素を材料とするダミーウェハの一方の面とを、対向させると共に離間して設置し、ダミーウェハの温度と原料ウェハの温度とを個別に制御しながら、ダミーウェハと原料ウェハを加熱する。

上記の製造方法では、アニール工程では、原料ウェハのイオンが注入されていない面側に設置された第１加熱手段によって原料ウェハを加熱し、ダミーウェハの原料ウェハと対向しない面側に設置された第２加熱手段によってダミーウェハを加熱してもよい。

上記の製造方法では、アニール工程では、ダミーウェハの温度が原料ウェハの温度よりも高くなるようにしてもよい。

本発明によれば、原料ウェハの品質にばらつきが生じることを抑制することができる。

第１実施形態の半導体装置の製造装置に、ウェハおよびサセプタを設置した状態を模式的に示す図。 第１実施形態の半導体装置の製造装置に用いるサセプタの平面図。 図２のサセプタのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。 第１実施形態の半導体装置の製造装置に用いるサセプタの平面図。 図４のサセプタのＶ−Ｖ線断面図。 変形例のサセプタのウェハ支持部を示す平面図。 変形例のサセプタのウェハポケット部の底面形状を示す断面図。 ウェハポケット部の形状について説明する図。 ウェハポケット部の形状について説明する図。 ウェハポケット部の形状について説明する図。 実施例１および比較例によって製造する半導体装置の断面を模式的に示す図。 実施例１に係る原料ウェハを設置するサセプタの断面図。 実施例１に係る製造装置によってアニール処理を行った原料ウェハの表面のＡＦＭ画像。 比較例の半導体装置の製造装置を模式的に示す図。 比較例の製造装置によってアニール処理を行った原料ウェハのＡＦＭ画像。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の製造装置１００を模式的に示す図である。図１では、加熱室１１０内に、サセプタ２００、３００を設置した状態が示されている。加熱室１１０には、ガス供給路１３０、減圧装置１３１が接続されている。尚、図１においては、製造装置１００はサセプタ２００、３００を含んでいないが、製造装置１００にサセプタ２００、３００が備え付けられていてもよい。

製造装置１００の加熱室１１０内においては、下方から上方に向かって順に、第１加熱手段１０１、第１ウェハ設置部１１１、第２ウェハ設置部１１２、第２加熱手段１０２が設けられている。製造装置１００は、さらに、図示しない第１温度検出手段と、第２温度検出手段と、制御装置とを備えている。

図１においては、サセプタ２００には、原料ウェハ２１０が設置されており、サセプタ３００には、ダミーウェハ３１０が設置されている。本実施形態では、原料ウェハ２１０は、単結晶の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を材料とする円盤状のウェハであり、その表面に不純物イオンが注入されている。ダミーウェハ３１０は、単結晶ＳｉＣを材料としており、その直径（ウェハ直径）は原料ウェハ２１０の直径（ウェハ直径）と同一である。ダミーウェハ３１０は、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等のアクセプタとなるＰ型不純物濃度が１×１０^１４ｃｍ^−３以下である高純度の単結晶ＳｉＣである。サセプタ２００、３００の材料としては、タンタルカーバイド（ＴａＣ）、カーボン等を好適に用いることができる。

図２は、本実施形態で用いる原料ウェハ２１０をサセプタ２００に設置した状態の平面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。サセプタ２００は、円盤形状であり、その表面に、複数のウェハポケット部２０１が設けられている。サセプタ２００によれば、複数の原料ウェハ２１０を同一面上に設置することが可能である。ウェハポケット部２０１は、サセプタ２００に形成された略円柱形状の凹部（ザグリ）である。図２、図３に示すように、ウェハポケット部２０１の底面２０３の一部には、ウェハ支持部２０２が設けられている。ウェハ支持部２０２は、ウェハポケット部２０１の周縁部に沿って設けられており、底面２０３よりも上方に突出している。

ウェハポケット部２０１に原料ウェハ２１０を設置すると、図３に示すように、原料ウェハ２１０の裏面２１２は、このウェハ支持部２０２によって支持される。これによって、原料ウェハ２１０の裏面２１２は、ウェハポケット部２０１の底面２０３よりも高い位置で支持される。すなわち、ウェハポケット部２０１の底面２０３と、原料ウェハ２１０の裏面２１２が、ウェハ支持部２０２によって距離ｄ１だけ離間される。本実施形態では、イオン注入面２１１が上面側となるように原料ウェハ２１０が載置される。これによって、サセプタ２００の上面側に、原料ウェハ２１０のイオン注入面２１１が露出する。尚、ウェハ支持部２０２は、図６に示すように、ウェハポケット部２０１の周縁部の一部に設けられており、原料ウェハ２１０の裏面の周縁部の一部を支持するものであってもよい。

図４は、本実施形態で用いるダミーウェハ３１０をサセプタ３００に設置した状態の平面図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。サセプタ３００においては、ウェハポケット部３０１がサセプタ３００を貫通している。図４、図５に示すように、ウェハポケット部３０１の周縁部に沿って、ウェハポケット部の内側に向けて延びるウェハ支持部３０２が設けられている。ウェハポケット部３０１にダミーウェハ３１０を設置すると、図５に示すように、ダミーウェハ３１０の裏面３１２は、このウェハ支持部３０２によって支持される。このため、ダミーウェハ３１０の表面３１１と、ダミーウェハ３１０の裏面３１２のうちウェハ支持部３０２が設けられている箇所を除いた部分とが露出することになる。

本実施形態に係る製造装置１００に、図２、３に示す状態のサセプタ２００を、原料ウェハ２１０のイオン注入面２１１が上側（第１加熱手段１０１が設置されていない側）になるように第１ウェハ設置部１１１に設置し、図４、５に示す状態のサセプタ３００を、ダミーウェハ３１０の表面３１１が上側（第２加熱手段１０２が設置されている側）になるように第２ウェハ設置部１１２に設置する。これによって、図１に示す状態となる。尚、図１では、サセプタ２００と原料ウェハ２１０については、図３に示す断面図を図示しており、サセプタ３００とダミーウェハ３１０については、図５に示す断面図を図示している。

図１に示すように、加熱室１１０内にサセプタ２００，３００が設置された状態では、５つの原料ウェハ２１０のイオン注入面２１１と、５つのダミーウェハ３１０の裏面３１２とが、それぞれ対向する。尚、サセプタ２００とサセプタ３００とが互いに平行になるように、第１ウェハ設置部１１１、第２ウェハ設置部１１２の位置が調整されている。これによって、対向する原料ウェハ２１０のイオン注入面２１１と、ダミーウェハ３１０の裏面３１２も平行になる。５つの原料ウェハ２１０のイオン注入面２１１と、５つのダミーウェハ３１０の裏面３１２との距離は、いずれも等しい（図１のｄ２）。

第１加熱手段１０１は、下方からサセプタ２００を加熱し、サセプタ２００に設置された原料ウェハ２１０を加熱する。第２加熱手段１０２は、上方から、サセプタ３００と、サセプタ３００に設置されたダミーウェハ３１０とを加熱する。第１加熱手段１０１、第２加熱手段１０２としては、抵抗ヒータ、ランプ加熱器、誘導加熱器等を用いることができる。尚、誘導加熱器とは、電磁誘導によってサセプタから発熱させる加熱器であって、加熱器自体は発熱しないものである。

第１加熱手段１０１は、サセプタ２００の面方向（図２に示す平面方向）に出力を変えるように構成されていてもよい。例えば、サセプタ２００の中央部よりもサセプタ２００の周縁部で出力を大きくすることによって、サセプタ２００の面内温度分布をより均一化するように制御することも可能である。第２加熱手段１０２も、同様に、サセプタ３００の面方向（図４に示す平面方向）に出力を変えることによって、サセプタ３００の面内温度分布をより均一化するように制御することも可能である。

第１温度検出手段は、サセプタ２００の代表温度として、その中央部分の温度を検出する。同様に、第２温度検出手段は、サセプタ３００の代表温度として、その中央部分の温度を検出する。第１温度検出手段、第２温度検出手段としては、輻射センサ等を用いることができる。

制御装置は、第１温度検出手段の検出値に基づいて第１加熱手段１０１を制御し、原料ウェハ２１０の温度制御を行う。同様に、制御装置は、第２温度検出手段の検出値に基づいて第２加熱手段１０２を制御し、ダミーウェハ３１０の温度制御を行う。本実施形態では、原料ウェハ２１０を加熱するための第１加熱手段１０１と、ダミーウェハ３１０を加熱するための第２加熱手段１０２とが別々に設置されているため、原料ウェハ２１０の温度と、ダミーウェハ３１０の温度とを、それぞれの適切な温度に制御することができる。

尚、第１温度検出手段は、原料ウェハ２１０の面方向の温度分布を検知するように構成されていてもよい。そして、第１加熱手段１０１は、第１温度検出手段の検出値に基づいて、原料ウェハ２１０の面方向に出力を変え、原料ウェハ２１０の面内温度分布をより均一化するように構成されていてもよい。同様に、第２温度検出手段は、ダミーウェハ３１０の面方向の温度分布を検知するように構成されていてもよい。そして、第２加熱手段１０２は、第２温度検出手段の検出値に基づいて、ダミーウェハ３１０の面方向に出力を変え、ダミーウェハ３１０の面内温度分布をより均一化するように構成されていてもよい。

本実施形態では、アニール工程においては、原料ウェハ２１０の温度よりも、ダミーウェハ３１０の温度の方が高くなるように、第１加熱手段１０１、第２加熱手段１０２が制御されることが好ましい。ダミーウェハ３１０側が高温、原料ウェハ２１０側が低温となる温度勾配によって、Ｓｉ原子を、ダミーウェハ３１０側から原料ウェハ２１０側へと移動させる推進力を得ることができる。原料ウェハ２１０には、ダミーウェハ３１０からＳｉ原子が供給される状態となるため、原料ウェハ２１０からＳｉ原子が離脱することを防ぐことができる。

上記のように、温度勾配によってＳｉ原子の移動の推進力を制御すれば、原料ウェハからのＳｉ原子の離脱を防止することができる。このため、特許文献１のように、原料ウェハのイオン注入面とダミーウェハの面とを接触もしくは密接させることや、密閉容器内にウェハを密閉することが不要となる。特許文献１のように、原料ウェハのイオン注入面とダミーウェハの面とを密接させると、原料ウェハは、ダミーウェハからのパーティクル汚染やスリ傷を受ける場合があるが、本実施形態に係る製造方法によれば、原料ウェハのパーティクル汚染やスリ傷の発生を防止することができる。

アニール工程において、原料ウェハ２１０の温度よりも、ダミーウェハ３１０の温度の方が高くなるように、第１加熱手段１０１、第２加熱手段１０２が制御される場合には、原料ウェハ２１０の温度が、１６００〜２１００℃、好ましくは、１７００〜１９００℃となるように、第１加熱手段１０１が制御される。１６００℃以上の高温でアニール工程の熱処理を行うと、原料ウェハ２１０が反る現象が発生する。アニール工程において、原料ウェハに反りが発生すると、原料ウェハ全体を均一に加熱できなくなる。例えば、図８に示すように、サセプタ４００のウェハポケット部４０１の底面４０３が平面形状で、原料ウェハ４１０の裏面全体がウェハポケット部４０１の底面４０３に接触した状態でアニール工程を開始すると、原料ウェハ４１０に反りが発生した場合には、図９に示すように原料ウェハ４１０が変形し、原料ウェハ４１０の周縁部がウェハポケット部４０１の底面４０３と離間した状態となる。この場合、原料ウェハ４１０の周縁部は、原料ウェハ４１０の中央部と比較して低温となってしまう。すなわち、設定されたアニール温度（例えば１６００℃）に対して、原料ウェハ４１０の周縁部では、アニール温度より低い温度でアニール工程が実施される。このように、原料ウェハ全体を均一に加熱できない状態で原料ウェハのアニール工程を行うと、原料ウェハから製造される各半導体装置の特性がばらつく要因となる。

これに対して、図１０に示すように、サセプタ６００のウェハポケット部６０１の底面６０３をＲ形状とし、原料ウェハ４１０の反りが発生したときにサセプタ６００と原料ウェハ４１０の裏面の全面とが接触するようにできれば、アニール温度において、原料ウェハ４１０の面内温度分布を小さくすることができる。しかしながら、イオン注入の条件によって、原料ウェハ４１０の反り量が変化する。また、イオン注入条件が同一であっても、原料ウェハ４１０の反り量は、ウェハごとに異なる場合がある。このため、原料ウェハ４１０の反り発生時に、サセプタが原料ウェハ４１０の裏面の全面と接触する状態（図１０に示す状態）となるように、ウェハポケット部の底面形状を設計することは、非常に困難である。

本実施形態に係るサセプタ２００では、図３に示す距離ｄ１は、原料ウェハ２１０の反りが発生しても、ウェハポケット部２０１の底面２０３と、原料ウェハ２１０の裏面２１２が接触しない距離に設計されている。このため、サセプタ２００では、アニール工程を通して、ウェハポケット部２０１の底面２０３と、原料ウェハ２１０の裏面２１２が離間された状態が維持され、原料ウェハ２１０の反りによって、アニール工程における原料ウェハ２１０の面内温度分布が影響を受けにくい。その結果、アニール工程後の原料ウェハ２１０の状態がばらつくことを抑制することができる。

なお、１６００℃以上の高温では、輻射による熱伝播が支配的になるため、原料ウェハ２１０の裏面２１２と、ウェハポケット部２０１の底面２０３との距離ｄ１を調整することによって、原料ウェハ２１０の面内温度分布がばらつかないようにすることもできる。輻射熱量は、物体間の距離の二乗に反比例するため、原料ウェハ２１０の裏面２１２と、ウェハポケット部２０１の底面２０３との距離が小さいほど、輻射熱量は大きくなる。

また、原料ウェハ２１０の裏面２１２と、ウェハポケット部２０１の底面２０３との距離を、原料ウェハ２１０の面方向（図２に示す平面方向）に変化させることもできる。例えば、図７に示すように、原料ウェハ２１０の中央部とウェハポケット部２０１の底面２０３の中央部との距離ｄ４を大きく、原料ウェハ２１０の周縁部とウェハポケット部２０１の底面２０３の周縁部との距離ｄ３を小さくすれば（ｄ４＞ｄ３）、原料ウェハ２１０の面内温度分布をより均一化することが可能となる。尚、距離ｄ４は、ウェハポケット２０１の底面２０３の中央部と、ウェハ支持部２０２のウェハ支持面との距離に等しく、距離ｄ３は、ウェハポケット２０１の底面２０３の周縁部と、ウェハ支持部２０２のウェハ支持面との距離に等しい。

次に、上記で説明した、第１実施形態をより具体化した実施例１を挙げ、さらに詳細に説明する。実施例１では、上記に説明した第１実施形態に係る製造装置を用いて、原料ウェハのアニール工程を行う。図１１は、この原料ウェハを用いて製造される半導体装置５００の断面を模式的に示す図である。半導体装置５００は、ＪＢＳ（Junction Barrier Schottky：ジャンクションバリアショットキー）構造を有するダイオードである。Ｎ型の基板５０１の表面に、Ｎ型のエピタキシャル層５０２が積層され、その表面には、Ｐ^＋層５０３が形成されている。Ｐ^＋層５０３は、ストライプ構造であり、不純物濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３、ピッチは５μｍ、幅は２μｍ、深さ１．５μｍである。エピタキシャル層５０２およびＰ^＋層５０３の表面には、ショットキー電極層（Ｍｏ（モリブデン）電極層）５０４、アルミニウム電極層５０５が積層されている。基板層５０１の裏面には、オーミック電極層（Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ電極層）５０６が形成されている。

（原料ウェハの準備）
直径φ＝１００ｍｍ、厚さ：３５０μｍの４Ｈ−ＳｉＣのＮ型のウェハの表面に、Ｎ型のエピタキシャル成長層（不純物濃度：５×１０^１５ｃｍ^−３、層厚さ：１０μｍ）を成膜した。さらに、その表面（エピタキシャル成長層側）に、Ａｌイオン注入を行い、Ｐ^＋型のＪＢＳ構造（ストライプ構造、不純物濃度：１×１０^１９ｃｍ^−３、ピッチ：５μｍ、幅：２μｍ、深さ：１．５μｍ）を形成した（図１１参照）。

上記の方法によって、ウェハ上に、チップサイズが６ｍｍ×６ｍｍで、アクティブサイズが５．５ｍｍ×５．５ｍｍのＪＢＳ構造のダイオードを複数個作製した。この状態のウェハを原料ウェハ７１０として用いた。

（ウェハ設置）
原料ウェハ７１０を、図１２にその断面図を示す、サセプタ７００に５枚設置した。サセプタ７００は、図７に示すサセプタ２００の変形例と同様に、ウェハポケット部７０１の底面７０３が、その中央部ほど低くなっている。この点において、サセプタ７００は、図１〜３に示すサセプタ２００と異なっており、その他の構成については、図１〜３に示すサセプタ２００と同様である。図１２に示すように、サセプタ７００においては、原料ウェハ７１０の裏面中央部とウェハポケット部７０１の底面７０３の中央部との距離が８０μｍであり、ウェハ支持部７０２近傍の原料ウェハ７１０の裏面とウェハポケット部７０１の底面７０３との距離が５０μｍである。すなわち、ウェハ支持部７０２の高さは、底面７０３の周縁部に対して５０μｍとなっている。

ダミーウェハ３１０として、直径φ＝１００ｍｍ、厚さ：４００μｍの単結晶ＳｉＣウェハを、図５、６に示すサセプタ３００に５枚設置した。尚、本実施例においては、２つのサセプタ７００、３００の直径は同一であり、材質は、いずれもタンタルカーバイドであった。

サセプタ７００、３００を、第１実施形態に係る半導体装置の製造装置１００に設置した。サセプタ７００は、図１に示すサセプタ２００に代えて、第１ウェハ設置部１１１に設置した。サセプタ３００は、図１に示すように、第２ウェハ設置部１１２に設置した。第１実施形態において説明したとおり、５枚の原料ウェハ７１０のイオン注入面と、５枚のダミーウェハ３１０の裏面とが、それぞれ対向するように、２つのサセプタ７００、３００を製造装置１００に設置した。

（アニール工程）
減圧装置１３１によって加熱室１１０を減圧後、ガス供給路１３０からＡｒガスを供給することによって、加熱室１１０内をＡｒガスで置換した。このＡｒガス置換を１０回行った後、加熱室１１０の圧力を１×１０^−６Ｔｏｒｒ以下に減圧した。次に、第１加熱手段１０１の設定温度を１７００℃、第２加熱手段１０２の設定温度を１７２５℃に設定し、Ａｒ雰囲気下、８０Ｔｏｒｒの状態で、１０分間アニール処理を行った。尚、本実施例では、第１、第２加熱手段１０１、１０２としては、カーボン製の抵抗ヒータを用いた。

（原料ウェハの表面観察）
アニール工程後の原料ウェハのイオン注入面の状態を、原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope：ＡＦＭ）によって観察した。この結果を図１３に示す。観察面に垂直な方向の１軸は０〜１０ｎｍを示しており、水平方向の２軸は０〜１０μｍを示している。ＡＦＭ観察の結果、原料ウェハの自乗平均面粗さ(ＲＭＳ）は、０．２ｎｍであった。また、ステップバンチングなどの表面荒れも観察されなかった。また、２次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）を用いてＮ型領域表層の純度分析を行ったが、窒素以外の不純物は観察されなかった。

（ダイオード作成）
真空蒸着法により、原料ウェハの表面側（イオン注入面側）に、ショットキー電極層として、Ｍｏ電極層を２００ｎｍの厚さに形成した。次に、スパッタによって、Ａｌ電極層を３μｍの厚さに形成した。原料ウェハの裏面側に、オーミック電極層として、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ層を形成した。さらに、ダイシング等を行って、チップサイズが６ｍｍ×６ｍｍで、アクティブサイズが５．５ｍｍ×５．５ｍｍのＪＢＳ構造のダイオードを製造した。このダイオードを用いて、電流−電圧特性を測定した結果、後述する比較例によって製造したダイオードに比べて、リーク電流が２〜３桁小さくなっていた。また、順方向電圧は、比較例で製造したダイオードよりも、０．２Ｖ低くなっていた。

＜比較例＞
比較例では、実施例１で説明した「原料ウェハの準備」と同様の手順で準備した原料ウェハ７１０を用いた。
（ウェハ設置）
比較例では、図１４に示すように、イオン注入面７１１が下向きの原料ウェハ７１０ａと、イオン注入面７１１が上向きの原料ウェハ７１０ｂが互いに向き合うようにした原料ウェハの組合せ７１を作成し、その組合せ７１を３組（６枚）重ねて、その上下を多結晶ＳｉＣ製の治具９１２によって挟み込んだ。この状態で、密閉容器９１１に収納し、アニール工程を行うための装置９００の加熱室９１０内に設置した。

（アニール工程）
実施例１と同様に、製造装置９００の減圧装置９３１によって加熱室９１０を減圧後、ガス供給路９３０からＡｒガスを供給することによって、Ａｒガス置換を１０回行い、ウェハ設置部の圧力を１×１０^−６Ｔｏｒｒ以下に減圧した。次に、加熱室９１０内に設置された、カーボン製の抵抗ヒータ９０１を用いて、密閉容器９１１を周囲から加熱し、１７００℃（加熱室９１０内の温度であって、密閉容器９１１の外部の温度）、Ａｒ雰囲気下、８０Ｔｏｒｒの状態で、１０分間アニール処理を行った。

（原料ウェハの表面観察）
アニール工程後の原料ウェハのイオン注入面の状態を、ＡＦＭによって観察した。この結果を図１５に示す。図１３と同様に、観察面に垂直な方向の１軸は０〜１０ｎｍを示しており、水平方向の２軸は０〜１０μｍを示している。ＡＦＭ観察の結果、原料ウェハの自乗平均面粗さ(ＲＭＳ）は、０．２〜１．６ｎｍであり、ステップバンチングなどの表面荒れが観察された。また、ＳＩＭＳ分析法を用いてＮ型領域表層の純度分析を行った結果、不純物（Ａｌ）が検出されていなかった比較例の原料ウェハは、Ａｌによって汚染されていた。

（ダイオード作成）
実施例１と同様の方法を用いて、各電極を形成し、チップサイズが６ｍｍ×６ｍｍで、アクティブサイズが５．５ｍｍ×５．５ｍｍのＪＢＳ構造のダイオードを製造した。このダイオードを用いて、電流−電圧特性を測定した結果、既に説明したとおり、実施例１によって製造したダイオードと比較して、半導体特性が劣化していた。

上記のとおり、実施例１では、比較例と比べて、原料ウェハをより均一に加熱することができ、原料ウェハの汚染や表面の組成比異常を防ぐことができる。その結果、図１３、１５から明らかなように、実施例１では、比較例と比べて、原料ウェハの表面荒れを抑制でき、優れた表面平坦性を備えた原料ウェハを作成することができる。実施例１によって製造したダイオードは、比較例によって製造したダイオードよりも、リーク電流が小さく、順方向電圧が低くなっていた。比較例のダイオードで順方向電圧が高かった理由は、ＳＩＭＳ分析法によって検出された、原料ウェハのＡｌの汚染によるものと推察される。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１００ 製造装置
１０１ 第１加熱手段
１０２ 第２加熱手段
１１０ 加熱室
１１１ 第１ウェハ設置部
１１２ 第２ウェハ設置部
１３０ ガス供給路
１３１ 減圧装置
２００、３００、７００ サセプタ
２０１、３０１，７０１ ウェハポケット部
２０２、３０２，７０２ ウェハ支持部
２０３、７０３ ウェハポケット部の底面
２１０、７１０ 原料ウェハ
２１１、７１１ 原料ウェハのイオン注入面
２１２ 原料ウェハの裏面
３１０ ダミーウェハ
３１１ ダミーウェハの表面
３１２ ダミーウェハの裏面
５００ 半導体装置
５０１ 基板層
５０２ エピタキシャル層
５０３ Ｐ^＋層
５０４ ショットキー電極層
５０５ アルミニウム電極層
５０６ オーミック電極層

Claims (8)

1. 第１加熱手段と、第１ウェハ設置部と、第２ウェハ設置部と、第２加熱手段とが、この順序で配置されており、
   第１ウェハ設置部には、表面にイオン注入された単結晶炭化ケイ素の原料ウェハが、そのイオン注入面が第２ウェハ設置部側となるように設置され、
   第２ウェハ設置部には、炭化ケイ素のダミーウェハが、その一方の面が第１ウェハ設置部に設置される原料ウェハのイオン注入面に対向すると共に離間するように設置され、
   第１加熱手段は、第１ウェハ設置部に設置される原料ウェハを加熱し、
   第２加熱手段は、第２ウェハ設置部に設置されるダミーウェハを加熱することを特徴とする半導体装置を製造する装置。
2. ダミーウェハの温度が原料ウェハの温度よりも高くなるように、第１加熱手段による加熱量と第２加熱手段による加熱量とが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置を製造する装置。
3. 第１ウェハ設置部は、原料ウェハが設置されるサセプタを有しており、
   そのサセプタは、その表面に形成された凹形状のウェハポケット部を備えており、
   前記ウェハポケット部の底面の一部には、ウェハポケット部の他の底面よりも高い位置でウェハと接するウェハ支持部が設けられており、
   ウェハの裏面とウェハポケット部の底面とが、前記ウェハ支持部によって離間されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置を製造する装置。
4. 前記ウェハポケット部の底面から前記ウェハ支持部のウェハ支持面までの距離は、周縁部よりも中央部の方が大きくなっていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置を製造する装置。
5. ダミーウェハが単結晶の炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置を製造する装置。
6. 単結晶炭化ケイ素の原料ウェハから半導体装置を製造する方法であって、
   原料ウェハの表面にイオン注入するイオン注入工程と、
   イオン注入された原料ウェハを加熱するアニール工程と、を有しており、
   アニール工程では、
   原料ウェハのイオン注入面と、炭化ケイ素を材料とするダミーウェハの一方の面とを、対向させると共に離間して設置し、
   ダミーウェハの温度と原料ウェハの温度とを個別に制御しながら、ダミーウェハと原料ウェハを加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. アニール工程では、原料ウェハのイオンが注入されていない面側に設置された第１加熱手段によって原料ウェハを加熱し、ダミーウェハの原料ウェハと対向しない面側に設置された第２加熱手段によってダミーウェハを加熱することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. アニール工程では、ダミーウェハの温度が原料ウェハの温度よりも高くなることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。