JP2012015229A - 炭化珪素半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化珪素ウエハの表面の全体に渡って荒れの発生のない炭化珪素半導体デバイスの製造方法を提供とする。
【解決手段】本炭化珪素半導体デバイスの製造方法は、炭化珪素ウエハ１０に不純物３０ｉをイオン注入する工程と、不純物３０ｉがイオン注入された炭化珪素ウエハ１０上にダイヤモンド層４０を形成する工程と、ダイヤモンド層４０が形成された炭化珪素ウエ１０を熱処理することにより、炭化珪素ウエハ１０内に不純物３０ｉが活性化した不純物領域３０を形成する工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素ウエハ内に不純物領域を形成する工程を含む炭化珪素半導体デバイスの製造方法に関する。

半導体デバイス材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）が注目されている。炭化珪素は、バンドギャップが大きく、また最大絶縁破壊電界および熱伝導率は珪素（Ｓｉ）に比べて大きい一方、キャリアの移動度は、珪素と同程度に大きく、電子の飽和ドリフト速度および耐圧も大きい。このため、炭化珪素は、高効率化、高耐圧化、および大容量化を要求される半導体デバイスへの適用が期待されている。

半導体デバイスの作製においては、一般に、ウエハ中の所定領域に不純物を導入することにより、かかる不純物領域の導電型および／またはキャリア濃度が制御される。かかる不純物の導入方法には、一般に熱拡散法とイオン注入法とがある。ここで、炭化珪素は不純物の拡散係数が非常に小さいため、炭化珪素ウエハ中への上記不純物領域の形成には、イオン注入法が用いられる。具体的には、炭化珪素ウエハ内の所定領域に不純物をイオン注入した後、イオン注入した不純物を活性化するための熱処理を行なうことにより、炭化珪素ウエハ内のその所定領域に不純物領域が形成される。

しかし、上記の熱処理は、１３００℃〜１７００℃程度の高温で行なわれるため、炭化珪素ウエハの表面からの珪素（Ｓｉ）原子の脱離により、炭化珪素ウエハの表面が荒れるという問題があった。

上記問題を解決するために、特開２００１−６８４２８号公報（特許文献１）には、炭化珪素結晶板の表面層に不純物のドーピングとその後の熱処理（アニール）により不純物領域を形成する炭化珪素半導体素子の製造方法において、マスクを用いた選択的なドーピングを行ない、マスクを除去した後、表面に保護膜としてダイヤモンドライクカーボン膜または有機膜を堆積して熱処理を行ないその後その保護膜を除去することが提案されている。

特開２００１−６８４２８号公報

しかし、上記の特開２００１−６８４２８号公報（特許文献１）に提案されている炭化珪素半導体素子の製造方法では、保護膜として用いられたダイヤモンドライクカーボン膜または有機膜は、膜が十分に緻密および均質でないため、また、酸化に弱いため、熱処理（アニール）の際の残留酸素ガスによる熱酸化によって保護膜が部分的に劣化することにより、炭化珪素ウエハの表面の一部に保護膜による保護が不十分となり、炭化珪素ウエハの表面の一部に荒れが発生するという問題があった。

本発明は、上記問題を解決して、炭化珪素ウエハの表面の全体に渡って荒れの発生のない炭化珪素半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、炭化珪素ウエハに不純物をイオン注入する工程と、不純物がイオン注入された炭化珪素ウエハ上にダイヤモンド層を形成する工程と、ダイヤモンド層が形成された炭化珪素ウエハを熱処理することにより、炭化珪素ウエハ内に不純物が活性化した不純物領域を形成する工程と、を備える炭化珪素半導体デバイスの製造方法である。

本発明にかかる炭化珪素半導体デバイスの製造方法において、ダイヤモンド層は、その表面における結晶粒子の直径を１００ｎｍ以下とすることができる。また、ダイヤモンド層を形成する方法を、マイクロ波プラズマＣＶＤ法および熱フィラメントＣＶＤ法のいずれかとすることができる。ここで、これらの方法によりダイヤモンド層を形成する際に、炭化珪素ウエハに負の電位を印加することができる。

本発明によれば、炭化珪素ウエハの表面の全体に渡って荒れの発生のない炭化珪素半導体デバイスの製造方法を提供することができる。

本発明にかかる炭化珪素半導体デバイスの製造方法の一例を示す概略断面図である。ここで（Ａ）〜（Ｃ）は不純物のイオン注入工程を示し、（Ｄ）はダイヤモンド層の形成工程を示し、（Ｅ）は熱処理による不純物領域の形成工程を示し、（Ｆ）はダイヤモンド層の除去工程を示す。 本発明にかかる炭化珪素半導体デバイスの製造方法において、ダイヤモンド層の形成方法の一例を示す概略断面図である。 本発明にかかる炭化珪素半導体デバイスの製造方法において、ダイヤモンド層の形成方法の別の例を示す概略断面図である。

図１を参照して、本発明の一実施形態である炭化珪素半導体デバイスの製造方法は、炭化珪素（ＳｉＣ）ウエハ１０に不純物３０ｉをイオン注入する工程（図１（Ａ）〜（Ｃ））と、不純物３０ｉがイオン注入された炭化珪素ウエハ１０上にダイヤモンド層４０を形成する工程（図１（Ｄ））と、ダイヤモンド層４０が形成された炭化珪素ウエハ１０を熱処理することにより、炭化珪素ウエハ１０内に不純物３０ｉが活性化した不純物領域３０を形成する工程（図１（Ｅ））と、を備える。

本実施形態の炭化珪素半導体デバイスの製造方法によれば、炭化珪素ウエハ上に保護膜としてダイヤモンド層が形成される。かかるダイヤモンド層は、緻密で耐高温性が高く、炭化珪素との接着性が高く、機械的強度に優れている。このため、炭化珪素ウエハ上にダイヤモンド層が形成した後に、かかる炭化珪素ウエハを熱処理することにより、炭化珪素ウエハの表面からの珪素（Ｓｉ）原子の脱離を防止できるため、炭化珪素ウエハの表面の荒れを防止できる。

図１〜図３を参照して、本実施形態の炭化珪素半導体デバイスの製造方法について、以下に詳細に説明する。

［炭化珪素ウエハへの不純物のイオン注入工程］
図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、本実施形態の炭化珪素半導体デバイスの製造方法は、炭化珪素（ＳｉＣ）ウエハ１０に不純物３０ｉをイオン注入する工程を備える。炭化珪素は不純物の拡散係数が非常に小さいため、炭化珪素ウエハ１０への不純物の導入は、熱拡散法では困難であるため、イオン注入法が採用される。イオン注入法とは、半導体に不純物を添加する方法の一つで、不純物をイオン化し、電気的に制御しながら目的の半導体に注入する加工方法である。炭化珪素にイオン注入する不純物は、特に制限はなく、ｎ型の導電型の不純物領域を形成するには、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）などが用いられ、ｐ型の導電型の不純物を形成するには、アルミニウム（Ａｌ）、硼素（Ｂ）などが用いられる。

ここで、炭化珪素半導体デバイスを形成するためには、炭化珪素ウエハ内の所定領域に不純物領域を形成する必要があり、そのためには、炭化珪素ウエハ内のその所定領域に不純物をイオン注入する必要がある。

図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、炭化珪素ウエハ１０に不純物３０ｉのイオン注入する工程は、特に制限はないが、炭化珪素ウエハ１０内の所定領域に不純物をイオン注入するために、たとえば、炭化珪素ウエハ１０を準備するサブ工程（図１（Ａ））と、炭化珪素ウエハ１０上に所定のパターン化された開口部２０ｗを有するマスク層２０を形成するサブ工程（図１（Ｂ））と、上記マスク層２０が形成された炭化珪素ウエハ１０に不純物３０ｉをイオン注入するサブ工程（図１（Ｃ））と、を備えることができる。

（炭化珪素ウエハの準備サブ工程）
図１（Ａ）を参照して、炭化珪素ウエハ１０を準備するサブ工程において準備される炭化珪素ウエハ１０は、１層のウエハであってもよく、炭化珪素基板１１上に炭化珪素層１３をエピタキシャル成長させた２層以上のウエハであってもよい。また、炭化珪素層１３は、１層であっても、２層以上であってもよい。ここで、炭化珪素基板１１上に炭化珪素層１３をエピタキシャル成長させる方法は、特に制限はないが、結晶性の高い炭化珪素層１３をエピタキシャル成長させる観点から、通常ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相堆積）法が用いられる。

（マスク層形成サブ工程）
図１（Ｂ）を参照して、炭化珪素ウエハ１０上に所定のパターン化された開口部２０ｗを有するマスク層２０を形成するサブ工程は、特に制限はなく、たとえば一般的なフォトリソグラフィー法により行なうことができる。また、マスク層２０は、不純物のイオン注入を防止できるものであれば特に制限はなく、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ₂）層とすることができる。ここで、炭化珪素ウエハ１０が炭化珪素基板１１およびその上にエピタキシャル成長された炭化珪素層１３で形成されている場合は、上記マスク層２０を炭化珪素層１３上に形成することができる。

（不純物のイオン注入サブ工程）
図１（Ｃ）を参照して、上記マスク層２０が形成された炭化珪素ウエハ１０に不純物３０ｉをイオン注入するサブ工程において、炭化珪素ウエハ１０の上記マスク層２０が形成された主面側に不純物３０ｉをイオン注入することにより、マスク層２０の開口部２０ｗに対応する炭化珪素ウエハ１０内の所定領域に不純物３０ｉが導入される。不純物３０ｉのイオン注入Ｉにおいては、イオンの加速電圧、電荷などを調節することにより、不純物３０ｉのウエハ表面からの注入深さを調節することができる。ここで、炭化珪素ウエハ１０が炭化珪素基板１１およびその上にエピタキシャル成長された炭化珪素層１３で形成されている場合は、上記炭化珪素層１３内の所定領域に不純物３０ｉを導入することができる。

（マスク層の除去サブ工程）
上記のようにして、炭化珪素ウエハ１０に不純物３０ｉをイオン注入した後に、上記マスク層２０は、フッ酸液処理などにより、除去される（図示せず）。

［ダイヤモンド層の形成工程］
図１（Ｄ）を参照して、不純物３０ｉがイオン注入された炭化珪素ウエハ１０上にダイヤモンド層４０を形成する工程において得られるダイヤモンド層４０は、緻密で、均質で、耐高温性が高く、炭化珪素との接着性が高く、機械的強度に優れたダイヤモンドの多結晶で形成されている。かかるダイヤモンド層４０を炭化珪素ウエハ１０上に形成することにより、後工程における熱処理の際に炭化珪素ウエハの表面からの珪素原子の脱離が防止できる。ダイヤモンド層４０が形成されていることは、ラマン分光法により観察される。

ダイヤモンド層４０は、その緻密性および均質性を高くする観点から、その表面における結晶粒子の直径が、１００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましく、２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。また、ダイヤモンド層４０は、安定なダイヤモンド結晶粒子を形成させる観点から、その表面における結晶粒子の直径が、１ｎｍ以上であることが好ましく、３ｎｍ以上がより好ましく、１０ｎｍ以上がさらに好ましい。ここで、ダイヤモンド層４０の表面における結晶粒子の直径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による表面観察により測定される。

さらに、ダイヤモンド層４０は、その厚さが、ダイヤモンド膜形成により生じるＳｉＣ基板の反りを抑制する観点から、３μｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましく、形成したダイヤモンド膜の緻密性を高める観点から、５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。ここで、ダイヤモンド層４０の厚さは、ウエハの重量変化とダイヤモンドの密度から算出される。

図２および図３を参照して、不純物３０ｉがイオン注入された炭化珪素ウエハ１０上にダイヤモンド層４０を形成する方法には、特に制限はなく、マイクロ波プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法（図２）、熱フィラメントＣＶＤ（化学気相堆積）法（図３）などが挙げられる。形成するダイヤモンド膜の品質が極めて高い観点からはマイクロ波プラズマＣＶＤ法が好ましく、大面積の炭化珪素ウエハに高品質のダイヤモンド層を形成させやすい観点からは熱フィラメントＣＶＤ法が好ましい。

（マイクロ波プラズマＣＶＤ法）
図２を参照して、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１００は、容器部１１０と、マイクロ波導入部１２０と、サンプル台部１３０とを備える。容器部１１０は、容器本体１１１と、容器本体１１１の側部にそれぞれ配設されたガス導入管１１３、ガス排出管１１５および覗き窓１１７とを含む。マイクロ波導入部１２０は、容器本体１１１の上部にそれぞれ配設されたマイクロ波導波管１２２、マイクロ波反射板１２４、マイクロ波アンテナ１２６およびマイクロ波透過窓１２８を含む。サンプル台部１３０は、容器本体１１１の下部にそれぞれ配設されたサンプル基礎台１３２、絶縁台１３４およびサンプル支持台１３６を含む。なお、サンプル台部１３０は、サンプル基礎台１３２に対してサンプル支持台１３６に負の電位を印加する直流電源１３８をさらに含むことが好ましい。

図２を参照して、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド層の形成は、たとえば、以下のようにして行なわれる。容器本体１１１の下部に配設されたサンプル支持台１３６上に炭化珪素ウエハ１０を配置する。ガス導入管１１３から容器本体１１１内に原料ガスが導入される。マイクロ波導波管１２２から導入されたマイクロ波がマイクロ波反射板１２４によってマイクロ波アンテナ１２６に集められ、マイクロ波アンテナ１２６から放出されたマイクロ波がマイクロ波透過窓１２８を通って容器本体１１１内に導入される。容器本体１１１内において、導入されたマイクロ波により、導入された原料ガスがプラズマ化する。プラズマ化した原料ガス中の炭素原子が炭化珪素ウエハ１０上に堆積することによりダイヤモンド層が形成される。容器本体１１１内に残ったガスはガス排出管２１５から排出される。

ここで、マイクロ波とは、波長１００μｍ以上１ｍｍ以下程度、周波数３００ＭＨｚ以上３ＴＨｚ以下の電波または電磁波を指し、この範囲には、デシメートル波（ＵＨＦ）、センチメートル波（ＳＨＦ）、ミリメートル波（ＥＨＦ）、サブミリ波などが含まれる。原料ガスとしては、炭素（Ｃ）と水素（Ｈ）とを含むガスであってかつマイクロ波によりプラズマ化するガスが用いられ、具体的には、メタン（ＣＨ₄）ガスと水素（Ｈ₂）ガスとの混合ガスが好適に用いられる。

マイクロ波プラズマＣＶＤ法においては、以下のようにしてダイヤモンド層が形成される。まず、炭化珪素ウエハ１０上にプラズマ化した原料ガス中の炭素原子が付着することによりダイヤモンド核が形成される（ダイヤモンド核の形成段階）。次いで、ダイヤモンド核が形成された炭化珪素ウエハ１０上にプラズマ化した原料ガス中の炭素原子が堆積することにより、ダイヤモンド核が成長してダイヤモンド結晶粒子となって互いに接合してダイヤモンド層が形成される（ダイヤモンド層の形成段階）。

マイクロ波プラズマＣＶＤ法においては、上記のダイヤモンド核の形成を促進させる観点から、直流電源１３８を用いてサンプル基礎台１３２に対してサンプル支持台１３６に負の電位を印加することより、サンプル支持台１３６上に配置された炭化珪素ウエハ１０に負の電位を印加することが好ましい。ここで、炭化珪素ウエハ１０への負の電位の印加は、上記観点から、ダイヤモンド層の形成工程において、少なくとも上記ダイヤモンド核の生成段階に行なわれていれば足りる。もっとも、ダイヤモンド核の形成段階からダイヤモンド層の形成段階を含むダイヤモンド層の形成工程全体に渡って、サンプル支持台１３６上に配置された炭化珪素ウエハ１０に負の電位を印加することもできる。

炭化珪素ウエハ１０に印加する負の電位は、結晶性のよいダイヤモンド核の形成を促進させる観点から、−１００Ｖ〜−１０Ｖが好ましく、−６０Ｖ〜−３０Ｖがより好ましい。

緻密で、均質で、耐高温性が高く、炭化珪素との接着性が高く、機械的強度に優れたダイヤモンド層４０を形成する観点から、マイクロ波プラズマＣＶＤ法においては、原料ガスとしてメタン（ＣＨ₄）ガスと水素（Ｈ₂）ガスとの混合ガスが好適に用いられ、この混合ガス（原料ガス）全体に対するメタンガスの濃度は、０．５モル％〜７モル％が好ましく、１モル％〜３モル％がより好ましい。また、ダイヤモンド層の形成温度（ウエハの温度）は、８００℃〜１０００℃が好ましく、８５０℃〜９５０℃がより好ましい。ダイヤモンド層の形成圧力（容器本体内の圧力）は、１ｋＰａ〜２０ｋＰａが好ましく、３ｋＰａ〜１０ｋＰａがより好ましい。また、高品質のダイヤモンド膜を形成するために、原料となる炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）以外の不純物としては、大気からのリークによる混入が起こりやすい窒素（Ｎ）の濃度を３ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

（熱フィラメントＣＶＤ法）
図３を参照して、熱フィラメントＣＶＤ装置２００は、容器部２１０と、フィラメント２２０と、フィラメント２２０を加熱するための交流電源２８０と、サンプル支持台２３０とを備える。容器部２１０は、容器本体２１１と、容器本体２１１にそれぞれ配設されたガス導入管２１３およびガス排出管２１５とを含む。ガス排出管２１５は、たとえば真空ポンプ２５０に接続されている。

図３を参照して、熱フィラメントＣＶＤ法によるダイヤモンド層の形成は、たとえば、以下のようにして行なわれる。容器本体２１１の下部に配設されたサンプル支持台２３０上に炭化珪素ウエハ１０を配置する。交流電源２８０によりフィラメント２２０が加熱される。ガス導入管２１３から容器本体２１１内に原料ガスが導入される。容器本体２１１内において、導入された原料ガスが加熱されたフィラメントによりラジカル化する。ラジカル化した原料ガス中の炭素原子が炭化珪素ウエハ１０上に堆積することによりダイヤモンド層が形成される。容器本体１１１内に残ったガスはガス排出管２１５から真空ポンプ２５０により排出される。

ここで、フィラメントの温度は、フィラメントが耐えられる温度であって原料ガスをラジカル化させることができる温度である限り特に制限はなく、原料ガスがメタン（ＣＨ₄）ガスと水素（Ｈ₂）ガスとの混合ガスの場合、１６００℃以上２３００℃以下程度が好ましい。また、このような高温に耐えられる観点から、フィラメントは、タングステン（Ｗ）製、レニウム（Ｒｅ）製などが好ましい。

熱フィラメントＣＶＤ法においては、以下のようにしてダイヤモンド層が形成される。まず、炭化珪素ウエハ１０上にラジカル化した原料ガス中の炭素原子が付着することによりダイヤモンド核が形成される（ダイヤモンド核の形成段階）。次いで、ダイヤモンド核が形成された炭化珪素ウエハ１０上にラジカル化した原料ガス中の炭素原子が堆積することにより、ダイヤモンド核が成長してダイヤモンド結晶粒子となって互いに接合してダイヤモンド層が形成される（ダイヤモンド層の形成段階）。

熱フィラメントＣＶＤ法においては、上記のダイヤモンド核の形成を促進させる観点から、直流電源２３８を用いてフィラメント２２０に対してサンプル支持台２３０に負の電位を印加することより、サンプル支持台２３０上に配置された炭化珪素ウエハ１０に負の電位を印加することが好ましい。ここで、炭化珪素ウエハ１０への負の電位の印加は、上記観点から、ダイヤモンド層の形成工程において、少なくとも上記ダイヤモンド核の生成段階に行なわれていれば足りる。もっとも、ダイヤモンド核の形成段階からダイヤモンド層の形成段階を含むダイヤモンド層の形成工程全体に渡って、サンプル支持台２３０上に配置された炭化珪素ウエハ１０に負の電位を印加することもできる。

炭化珪素ウエハ１０に印加する負の電位は、結晶性のよいダイヤモンド核の形成を促進させる観点から、−１００Ｖ〜−１０Ｖが好ましく、−６０Ｖ〜−３０Ｖがより好ましい。

さらに、熱フィラメント法においては、ウエハ全体に均一な電界を形成させるため、サンプル支持台２３０上に配置された炭化珪素ウエハ１０の上方に配設されているフィラメント２２０の上方に電極２４０を配設（すなわち、フィラメント２２０を挟んでサンプル支持台２３０上に配置された炭化珪素ウエハ１０に対向するように電極２４０を配設）し、直流電源２４８によりフィラメント２２０に対して電極２４０に正の電位を印加することが好ましい。ラジカル化された不純物が、正の電位が印加された電極２４０によりプラズマ化されるため、プラズマがウエハ近傍まで広がることにより、ウエハ全体に均一な電界を形成することができる。

緻密で、均質で、耐高温性が高く、炭化珪素との接着性が高く、機械的強度に優れたダイヤモンド層４０を形成する観点から、熱フィラメントＣＶＤ法においては、原料ガスとしてメタン（ＣＨ₄）ガスと水素（Ｈ₂）ガスとの混合ガスが好適に用いられ、この混合ガス（原料ガス）全体に対するメタンガスの濃度は、０．３モル％〜３モル％が好ましく、０．５モル％〜１．５モル％がより好ましい。また、ダイヤモンド層の形成温度（ウエハの温度）は、８００℃〜１０００℃が好ましく、８５０℃〜９５０℃がより好ましい。ダイヤモンド層の形成圧力（容器本体内の圧力）は、１ｋＰａ〜２０ｋＰａが好ましく、３ｋＰａ〜１０ｋＰａがより好ましい。また、フィラメントの表面の炭化反応による原料ガスの消費を防止するため、フィラメント表面はダイヤモンド層の形成前に炭化させておくことが好ましい。

［熱処理による不純物領域の形成工程］
図１（Ｅ）を参照して、本実施形態の炭化珪素半導体デバイスの製造方法は、ダイヤモンド層４０が形成された炭化珪素ウエハ１０を熱処理することにより、炭化珪素ウエハ１０内に不純物３０ｉが活性化した不純物領域３０を形成する工程（図１（Ｅ））を備える。所定領域に不純物がイオン注入された炭化珪素ウエハ１０は、その上にダイヤモンド層４０が形成されているため、熱処理することにより、炭化珪素ウエハの表面からの珪素原子の脱離を防止（すなわち炭化珪素ウエハの表面の荒れを防止）しながら、イオン注入された不純物を活性化させて当該所定領域に不純物領域３０を形成することができる。

ここで、炭化珪素ウエハ１０の熱処理温度は、イオン注入された不純物を活性化させることができる温度であれば特に制限はないが、炭化珪素ウエハの表面の荒れを防止するとともにより効率的に不純物を活性化させる観点から、１６００℃以上２０００℃以下が好ましく、１７００℃以上１８５０℃以下がより好ましい。また、熱処理時間は、安定した熱処理を行ない、表面の荒れを防止する観点から、１分以上１００分以下が好ましく、５分以上３０分以下がより好ましい。また、熱処理する際の雰囲気は、炭化珪素ウエハとダイヤモンド層が酸化により劣化することを防ぐため、アルゴン（Ａｒ）ガスや窒素（Ｎ₂）ガスなどの不活性雰囲気が好ましい。

［ダイヤモンド層の除去工程］
図１（Ｅ）および（Ｆ）を参照して、本実施形態の炭化珪素半導体デバイスの製造方法は、炭化珪素ウエハ１０内の所定領域に不純物領域３０が形成されたダイヤモンド層４０付の炭化珪素ウエハ１０から、ダイヤモンド層４０を除去する工程をさらに備えることができる。こうして、炭化珪素ウエハ１０内の所定領域に不純物領域３０が形成された表面に荒れのない炭化珪素半導体デバイスが得られる。

ここで、ダイヤモンド層を除去する方法は、特に制限はないが、切削、研削などの機械的な除去方法は、炭化珪素ウエハに損傷を与え易いことから好ましくなく、ドライエッチングが好ましい。

（実施例１）
１．不純物のイオン注入
図１（Ａ）を参照して、（０００１）面から４°の傾斜角を有する主面を有しキャリア濃度が１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3の直径４インチ（１０．１６ｃｍ）で厚さ４００μｍμｍの２枚のｎ⁺型の炭化珪素基板１１上に、それぞれキャリア濃度が８×１０¹⁵ｃｍ^-3で厚さが１０μｍのｎ^-型の炭化珪素層１３がＣＶＤ法によりエピタキシャル成長された２枚の炭化珪素ウエハ１０を準備した。

図１（Ｂ）を参照して、上記２枚の炭化珪素ウエハ１０について、フォトリソグラフィーにより、炭化珪素ウエハ１０のｎ^-型の炭化珪素層１３上に所定のパターン化された開口部２０ｗを有するマスク層２０を形成した。

図１（Ｃ）を参照して、所定のパターン化された開口部２０ｗを有するマスク層２０がｎ^-型の炭化珪素層１３上に形成された上記２枚の炭化珪素ウエハ１０のｎ^-型の炭化珪素層１３側に不純物３０ｉとしてリン（Ｐ）をイオン注入した。総ドーズ量は７×１０¹³ｃｍ^-2とし、イオン注入の際の雰囲気温度は５００℃であった。こうして、ｎ^-型の炭化珪素層１３内の所定領域にリン（不純物３０ｉ）が注入された２枚の炭化珪素ウエハ１０が得られた。

２．ダイヤモンド層の形成
図１（Ｄ）および図２を参照して、上記２枚の炭化珪素ウエハ１０のリン（不純物３０ｉ）が所定領域に注入されたｎ^-型の炭化珪素層１３上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、ダイヤモンド層４０を形成した。ここで、原料ガスとしてのメタン（ＣＨ₄）ガスと水素（Ｈ₂）ガスとを混合したメタンガス濃度が２モル％の混合ガスを、２．４５ＧＨｚのマイクロ波によりプラズマ化させた。また、炭化珪素ウエハ１０に−３０Ｖの負の電位を印加して、９３０℃の基板温度（層形成温度）、８ｋＰａ（６０Ｔｏｒｒ）の容器本体内圧力（層形成圧力）で１２分間維持した。こうして、直径４インチ（１０．１６ｃｍ）の炭化珪素ウエハ１０全面上に厚さ０．１５μｍのダイヤモンド層４０が形成された。上記２枚の炭化珪素ウエハ１０に形成されたダイヤモンド層４０は、そのラマンスペクトルにおいて１３３０ｃｍ^-1にピークが確認されたことから、ダイヤモンド結晶が形成されていることがわかった。また、上記２枚の炭化珪素ウエハ１０に形成されたダイヤモンド層４０の表面における結晶粒子の直径は、ＳＥＭにより観察したところ、２０ｎｍ以下であった。

３．熱処理による不純物領域の形成
図１（Ｅ）を参照して、上記２枚の炭化珪素ウエハ１０を熱処理することにより、イオン注入されたリン（不純物）を活性化させて、ｎ^-型の炭化珪素層１３の所定領域にｎ⁺型の不純物領域を形成した。熱処理条件は、１枚の炭化珪素ウエハが１７００℃で１０分間、他の１枚の炭化珪素ウエハが１８００℃で１０分間とした。

４．ダイヤモンド層の除去
図１（Ｆ）を参照して、含有酸素ガスを用いたドライエッチングにより、上記２枚の炭化珪素ウエハ１０のｎ^-型の炭化珪素層１３からダイヤモンド層４０を除去した。１７００℃で熱処理した炭化珪素ウエハおよび１８００℃で熱処理した炭化珪素ウエハのいずれのウエハについても、ＳＥＭで観察したところ、その表面は荒れがなく非常に平坦であった。また、１７００℃で熱処理した炭化珪素ウエハおよび１８００℃で熱処理した炭化珪素ウエハのいずれのウエハも、ホール測定により、イオン注入されたリン（不純物）の内９０モル％以上が活性化していることがわかった。

（比較例１）
ダイヤモンド層の形成に替えて、厚さ０．３μｍのダイヤモンドライクカーボン層の形成を行なったこと以外は、実施例１と同様にして、ｎ^-型の炭化珪素層１３の所定領域にｎ⁺型の不純物領域が形成されている２つの炭化珪素ウエハを得た。ＳＥＭで観察したところ、１７００℃で熱処理した炭化珪素ウエハはその表面は荒れがなく非常に平坦であったが、１８００℃で熱処理した炭化珪素ウエハはその表面が荒れて凹凸が形成されていた。

（実施例２）
１．不純物のイオン注入
（０００１）面から８°の傾斜角を有する主面を有しキャリア濃度が１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3の直径４インチ（１０．１６ｃｍ）で厚さ４００μｍのｎ⁺型の炭化珪素基板上に、キャリア濃度が５×１０¹⁵ｃｍ^-3で厚さが１６μｍのｎ^-型の炭化珪素層がＣＶＤ法によりエピタキシャル成長された炭化珪素ウエハを準備した。

上記の炭化珪素ウエハのｎ^-型の炭化珪素層側全面に不純物としてアルミニウム（Ａｌ）をイオン注入した。総ドーズ量は５×１０¹³ｃｍ^-2とし、イオン注入の際の雰囲気温度は５００℃であった。こうして、ｎ^-型の炭化珪素層の表面層の全面にアルミニウムが注入された炭化珪素ウエハが得られた。

２．ダイヤモンド層の形成
図３を参照して、上記の炭化珪素ウエハ１０のアルミニウムが注入された炭化珪素層上に、熱フィラメントＣＶＤ法により、ダイヤモンド層を形成した。ここで、原料ガスは、メタン（ＣＨ₄）ガスと水素（Ｈ₂）ガスとの混合ガスであり、そのメタンガス濃度は１モル％であった。

あらかじめ炭化処理を行ったフィラメント２２０を２１００℃に加熱し、炭化珪素ウエハ１０に−５０Ｖの負の電位を印加した。また、フィラメント２２０上部に設置した直径６ｃｍの電極２４０に＋２０Ｖの正の電位を印加した。９００℃の基板温度（層形成温度）、８ｋＰａ（６０Ｔｏｒｒ）の容器本体内圧力（層形成圧力）で３０分間維持した。こうして、直径４インチ（１０．１６ｃｍ）の炭化珪素ウエハ１０の全面上に厚さ０．１２μｍのダイヤモンド層が形成された。炭化珪素ウエハ１０上に形成されたダイヤモンド層は、そのラマンスペクトルにおいて１３３０ｃｍ^-1にピークが確認されたことから、ダイヤモンド結晶が形成されていることがわかった。また、上記の炭化珪素ウエハに形成されたダイヤモンド層の表面における結晶粒子の直径は、ＳＥＭにより観察したところ、１０ｎｍ〜２０ｎｍであった。

３．熱処理による不純物領域の形成
上記の炭化珪素ウエハを熱処理することにより、イオン注入されたアルミニウム（不純物）を活性化させて、ｐ⁺型の不純物領域を形成した。熱処理条件は、１７５０℃で５分間とした。

４．ダイヤモンド層の除去
含有酸素ガスを用いたドライエッチングにより、上記の炭化珪素ウエハのｎ^-型の炭化珪素層からダイヤモンド層を除去した後、ＳＥＭで観察したところ、その表面は荒れがなく非常に平坦であった。また、ホール測定により、イオン注入されたアルミニウム（不純物）の内８５モル％以上が活性化していることがわかった。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 炭化珪素ウエハ、１１ 炭化珪素基板、１３ 炭化珪素層、２０ マスク層、２０ｗ 開口部、３０ 不純物領域、３０ｉ 不純物、４０ ダイヤモンド層、１００ マイクロ波プラズマＣＶＤ装置、１１０，２１０ 容器部、１１１，２１１ 容器本体、１１３，２１３ ガス導入管、１１５，２１５ ガス排出管、１１７ 覗き窓、１２０ マイクロ波導入部、１２２ マイクロ波導波管、１２４ マイクロ波反射板、１２６ マイクロ波アンテナ、１２８ マイクロ波透過窓、１３０ サンプル台部、１３２ サンプル基礎台、１３４ 絶縁台、１３６，２３０ サンプル支持台、１３８，２３８，２４８ 直流電源、２００ 熱フィラメントＣＶＤ装置、２２０ フィラメント、２４０ 電極、２５０ 真空ポンプ、２８０ 交流電源。

Claims (4)

1. 炭化珪素ウエハに不純物をイオン注入する工程と、
   前記不純物がイオン注入された前記炭化珪素ウエハ上にダイヤモンド層を形成する工程と、
   前記ダイヤモンド層が形成された前記炭化珪素ウエハを熱処理することにより、前記炭化珪素ウエハ内に前記不純物が活性化した不純物領域を形成する工程と、を備える炭化珪素半導体デバイスの製造方法。
2. 前記ダイヤモンド層は、その表面における結晶粒子の直径が１００ｎｍ以下である請求項１に記載の炭化珪素半導体デバイスの製造方法。
3. 前記ダイヤモンド層を形成する方法は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法および熱フィラメントＣＶＤ法のいずれかである請求項１または請求項２に記載の炭化珪素半導体デバイスの製造方法。
4. 前記ダイヤモンド層を形成する際に、前記炭化珪素ウエハに負の電位を印加する請求項３に記載の炭化珪素半導体デバイスの製造方法。

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