JP2012146795A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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高志 勝野
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剛 石川
Yukihiko Watanabe
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Hirokazu Fujiwara
広和 藤原
Masaki Konishi
正樹 小西
Jun Morimoto
淳 森本
Tomoo Morino
友生 森野
Takeshi Endo
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a step bunching from occurring on a surface of a silicon carbide semiconductor layer.SOLUTION: A manufacturing method of a semiconductor device comprises: a dopant introduction step of introducing a dopant into a silicon carbide epitaxial layer 14; a carbon film formation step of forming a carbon film 24 on a surface of the epitaxial layer 14; and an annealing step of annealing the epitaxial layer 14 with the carbon film 24 remaining. In the carbon film formation step, a material includes at least one or more kinds of atoms selected from silicon, nitrogen, and oxygen groups.

Description

本発明は、炭化珪素で形成された半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device formed of silicon carbide.

炭化珪素は、シリコンと比較してバンドギャップ幅が約３倍広く、絶縁破壊電界強度が約１０倍大きい半導体材料である。このため、炭化珪素で形成された半導体装置は、耐熱性及び耐電圧性に優れた特性を有することができる。   Silicon carbide is a semiconductor material having a band gap width about three times wider than silicon and a dielectric breakdown electric field strength about ten times larger. For this reason, the semiconductor device formed of silicon carbide can have excellent heat resistance and voltage resistance.

半導体装置を製造するためには、半導体層にドーパントを導入し、そのドーパントを活性化させるためのアニール処理が必要とされる。例えば、炭化珪素の半導体層では、ｐ型ドーパントとしてアルミニウムが導入される。導入されたアルミニウムを活性化させるためには、約１６００℃以上のアニール処理が必要とされる。   In order to manufacture a semiconductor device, a dopant is introduced into the semiconductor layer, and an annealing process for activating the dopant is required. For example, in a silicon carbide semiconductor layer, aluminum is introduced as a p-type dopant. In order to activate the introduced aluminum, an annealing process of about 1600 ° C. or higher is required.

ところが、炭化珪素の半導体層に高温のアニール処理を実施すると、半導体層の表面からシリコンが離脱し、残った炭素が再結晶化することによって表面荒れが増大することが知られている（ステップバンチング）。   However, it is known that when a high-temperature annealing process is performed on a silicon carbide semiconductor layer, the silicon is detached from the surface of the semiconductor layer and the remaining carbon is recrystallized to increase the surface roughness (step bunching). ).

特許文献１は、この表面荒れを改善するために、アニール処理に先立って半導体層の表面にダイヤモンドライクカーボン膜（以下、ＤＬＣ膜という）を形成する技術を開示している。半導体層の表面にＤＬＣ膜が形成されていると、高温のアニール処理を実施したときに、ＤＬＣ膜がグライファイト化することによって高耐熱性を獲得することができる。さらに、半導体層の表面のシリコンとＤＬＣ膜が結合することでシリコンの離脱が抑制されるので、半導体層の表面荒れが抑えられる。   Patent Document 1 discloses a technique for forming a diamond-like carbon film (hereinafter referred to as a DLC film) on the surface of a semiconductor layer prior to annealing treatment in order to improve the surface roughness. If the DLC film is formed on the surface of the semiconductor layer, high heat resistance can be obtained by the crystallization of the DLC film when high-temperature annealing is performed. Further, since the silicon on the surface of the semiconductor layer and the DLC film are bonded together, silicon detachment is suppressed, so that the surface roughness of the semiconductor layer can be suppressed.

特開２００１−６８４２８号公報JP 2001-68428 A

しかしながら、半導体層の表面からのシリコンの離脱をさらに抑制し、半導体層の表面荒れをさらに抑えたいという要求が存在する。本明細書で開示される技術は、炭化珪素の半導体層の表面荒れを抑制することを目的としている。   However, there is a demand for further suppressing silicon detachment from the surface of the semiconductor layer and further suppressing surface roughness of the semiconductor layer. The technique disclosed in this specification is intended to suppress surface roughness of a silicon carbide semiconductor layer.

本明細書で開示される技術では、カーボン膜形成工程において、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子が原料に含まれることを特徴としている。これにより、形成されるカーボン膜には、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子が含まれる。例えば、カーボン膜にシリコンが含まれていると、カーボン膜から半導体層にシリコンを補充することができるので、結果として、半導体層の表面のシリコン濃度の減少を抑制することができる。カーボン膜に窒素又は酸素が含まれていると、窒素と炭素の結合又は酸素と炭素の結合によりカーボン膜内の結合が強固となり、ダングリングボンド及びボイドの発生が抑えられる。これら欠陥の発生が抑えられると、欠陥を介してシリコンが離脱する現象を抑えることができる。したがって、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子がカーボン膜に導入されていると、半導体層の表面からのシリコンの離脱を良好に抑制し、半導体層の表面荒れを顕著に抑制することができる。   The technique disclosed in this specification is characterized in that in the carbon film forming step, at least one kind of atoms selected from the group of silicon, nitrogen, and oxygen is included in the raw material. Thereby, the formed carbon film contains at least one kind of atoms selected from the group of silicon, nitrogen, and oxygen. For example, if silicon is contained in the carbon film, silicon can be replenished from the carbon film to the semiconductor layer, and as a result, a decrease in the silicon concentration on the surface of the semiconductor layer can be suppressed. When nitrogen or oxygen is contained in the carbon film, the bond in the carbon film is strengthened by the bond between nitrogen and carbon or the bond between oxygen and carbon, and the generation of dangling bonds and voids is suppressed. When the occurrence of these defects is suppressed, the phenomenon of silicon separating through the defects can be suppressed. Therefore, when at least one kind of atom selected from the group of silicon, nitrogen and oxygen is introduced into the carbon film, it is possible to satisfactorily suppress the detachment of silicon from the surface of the semiconductor layer, and to reduce the surface roughness of the semiconductor layer. It can be remarkably suppressed.

本明細書で開示される半導体装置の製造方法は、ドーパント導入工程とカーボン膜形成工程とアニール処理工程とを備える。ドーパント導入工程では、炭化珪素の半導体層にドーパントを導入する。カーボン膜形成工程では、半導体層の表面にカーボン膜を形成する。アニール処理工程では、カーボン膜が残存した状態で半導体層をアニール処理する。上記製造方法のカーボン膜形成工程では、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子が原料に含まれる。上記製造方法で製造される半導体装置は、半導体層の表面荒れが抑制されている。このため、上記製造方法で製造される半導体装置は、優れた特性を有することができる。   The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification includes a dopant introduction step, a carbon film formation step, and an annealing treatment step. In the dopant introduction step, a dopant is introduced into the silicon carbide semiconductor layer. In the carbon film forming step, a carbon film is formed on the surface of the semiconductor layer. In the annealing process, the semiconductor layer is annealed with the carbon film remaining. In the carbon film forming step of the above manufacturing method, at least one kind of atom selected from the group of silicon, nitrogen and oxygen is included in the raw material. In the semiconductor device manufactured by the above manufacturing method, the surface roughness of the semiconductor layer is suppressed. For this reason, the semiconductor device manufactured with the said manufacturing method can have the outstanding characteristic.

本明細書で開示される技術によると、半導体層の表面からのシリコンの離脱を良好に抑制し、半導体層の表面荒れを顕著に抑えることができる。   According to the technique disclosed in this specification, it is possible to satisfactorily suppress the separation of silicon from the surface of the semiconductor layer and to remarkably suppress the surface roughness of the semiconductor layer.

図１は、半導体装置の製造工程の概略を示す。FIG. 1 shows an outline of a manufacturing process of a semiconductor device. 図２は、半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す（１）。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device manufacturing process (1). 図３は、半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す（２）。FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device manufacturing process (2). 図４は、半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す（３）。FIG. 4 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device manufacturing process (3). 図５は、半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す（４）。FIG. 5 schematically shows a cross-sectional view of relevant parts in the process of manufacturing a semiconductor device (4). 図６は半導体装置の製造過程の要部断面図を模式的に示す（５）。FIG. 6 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device manufacturing process (5).

図１に、縦型ダイオードを製造する工程の概略を示す。図１を参照しながら、図２〜６の要部断面図を用いて各製造工程を順に説明する。なお、以下の例では、ＪＢＳ（Junction Barrier Schottky）型のダイオードを例示するが、以下で説明する技術は、他の種類のダイオードにも適用可能である。また、以下で説明する技術は、ダイオード以外の素子、例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴにも適用可能である。   FIG. 1 shows an outline of a process for manufacturing a vertical diode. Each manufacturing process will be described in order with reference to FIG. In the following example, a JBS (Junction Barrier Schottky) type diode is illustrated, but the technology described below can be applied to other types of diodes. The technique described below can also be applied to elements other than diodes, such as MOSFETs or IGBTs.

まず、図２に示されるように、エピタキシャル成長技術を利用して、ｎ＋型の半導体基板１２の表面に炭化珪素のｎ−型のエピタキシャル層１４を形成する。半導体基板１２に用いられる材料は、エピタキシャル層１４が成長可能なものであればよい。好ましくは、半導体基板１２の材料は、ｎ＋型の炭化珪素基板であるのが望ましい。半導体基板１２とエピタキシャル層１４は、炭化珪素ウェハ１３を構成する。 First, as shown in FIG. 2, an n − type epitaxial layer 14 of silicon carbide is formed on the surface of an n + type semiconductor substrate 12 by using an epitaxial growth technique. Any material can be used for the semiconductor substrate 12 as long as the epitaxial layer 14 can be grown. Preferably, the material of semiconductor substrate 12 is an n + type silicon carbide substrate. Semiconductor substrate 12 and epitaxial layer 14 constitute silicon carbide wafer 13.

次に、図３に示されるように、エピタキシャル層１４の表面に、レジスト２２をパターニングする。レジスト２２の開口部は、アノード形成領域に対応している。次に、イオン注入技術を利用して、エピタキシャル層１４の表層部にｐ型のドーパントであるアルミニウムを注入し、ドーパント注入領域１６を形成する。この段階では、ドーパント注入領域１６に含まれる多くのアルミニウムが、エピタキシャル層１４の格子間に浮遊した状態であり、電気的には活性化していない。ｐ型のドーパントとしては、アルミニウムに代えてボロンを用いてもよい。アルミニウムをイオン注入した後に、レジスト２２を除去する。   Next, as shown in FIG. 3, a resist 22 is patterned on the surface of the epitaxial layer 14. The opening of the resist 22 corresponds to the anode formation region. Next, using the ion implantation technique, aluminum as a p-type dopant is implanted into the surface layer portion of the epitaxial layer 14 to form the dopant implantation region 16. At this stage, a large amount of aluminum contained in the dopant implantation region 16 is in a floating state between the lattices of the epitaxial layer 14 and is not electrically activated. As the p-type dopant, boron may be used instead of aluminum. After the ion implantation of aluminum, the resist 22 is removed.

次に、図４に示されるように、エピタキシャル層１４の表面にカーボン膜２４を形成する。カーボン膜２４は、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子を含むように形成される。この例では、カーボン膜２４にシリコンが含まれている。このカーボン膜２４は、パルス・レーザ・デポジション法（以下、ＰＬＤ法という）、フィルタード・カソーディック・バキューム・アーク法（以下、ＦＣＶＡ法という）又は電子サイクロン共鳴スパッタ法（以下、ＥＣＲスパッタ法という）を利用して形成される。以下、ＰＬＤ法を利用してカーボン膜２４を形成する場合と、ＦＣＶＡ法を利用してカーボン膜２４を形成する場合と、ＥＣＲスパッタ法を利用してカーボン膜２４を形成する場合のそれぞれを説明する。   Next, as shown in FIG. 4, a carbon film 24 is formed on the surface of the epitaxial layer 14. The carbon film 24 is formed to include at least one kind of atom selected from the group of silicon, nitrogen, and oxygen. In this example, the carbon film 24 contains silicon. The carbon film 24 is formed by a pulse laser deposition method (hereinafter referred to as PLD method), a filtered cathodic vacuum arc method (hereinafter referred to as FCVA method) or an electron cyclone resonance sputtering method (hereinafter referred to as ECR sputtering method). Formed). Hereinafter, a case where the carbon film 24 is formed using the PLD method, a case where the carbon film 24 is formed using the FCVA method, and a case where the carbon film 24 is formed using the ECR sputtering method will be described. To do.

ＰＬＤ法を利用する場合は、ターゲットにシリコンを含有したグラファイトを利用し、レーザ光源にナノ秒又はフェムト秒のパルスレーザを利用する。ターゲットは、グラファイトに代えてグラッシーカーボンでもよい。また、ターゲットに含まれるシリコンは、グライファイトの全体に均一に含まれていてもよく、グラファイトの表面の一部に埋設して含まれていてもよく、グラファイトの表面上に粒状に分散していてもよい。ＰＬＤ法では、チャンバ内を所定圧力以下に真空引きした後に、ターゲットにパルスレーザを照射し、ターゲットから炭素原子とシリコン原子を飛び出させる。飛び出した炭素原子とシリコン原子は、ターゲットの上方に支持されている炭化珪素ウェハ１３の表面に堆積する。また、チャンバ内の圧力が０．１Torr以下の範囲でチャンバ内に窒素及び／又は酸素を導入すると、形成されるカーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を導入することができる。なお、ターゲットに含まれるシリコンに代えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。あるいは、ターゲットに含まれるシリコンに加えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませるためには、窒素ガス及び／又は酸素ガスを用いたプラズマ処理（例えばスパッタ法）を利用して、予めターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませておけばよい。   When the PLD method is used, graphite containing silicon as a target is used, and a nanosecond or femtosecond pulse laser is used as a laser light source. The target may be glassy carbon instead of graphite. The silicon contained in the target may be contained uniformly in the entire griffite, or may be contained by being embedded in a part of the surface of the graphite, and dispersed in a granular form on the surface of the graphite. May be. In the PLD method, after evacuating the chamber to a predetermined pressure or lower, the target is irradiated with a pulse laser, and carbon atoms and silicon atoms are ejected from the target. The protruding carbon atoms and silicon atoms are deposited on the surface of the silicon carbide wafer 13 supported above the target. Further, when nitrogen and / or oxygen is introduced into the chamber within a pressure range of 0.1 Torr or less, nitrogen and / or oxygen can be introduced into the carbon film 24 to be formed. Note that nitrogen and / or oxygen may be included in the target instead of silicon included in the target. Alternatively, in addition to silicon contained in the target, the target may contain nitrogen and / or oxygen. In order for nitrogen and / or oxygen to be included in the target, nitrogen and / or oxygen should be included in advance using a plasma treatment (for example, sputtering) using nitrogen gas and / or oxygen gas. Good.

ＦＣＶＡ法を利用する場合は、ターゲットにシリコンを含有したグラファイトを利用する。ターゲットは、グラファイトに代えてグラッシーカーボンでもよい。また、ターゲットに含まれるシリコンは、グライファイトの全体に均一に含まれていてもよく、グラファイトの表面の一部に埋設して含まれていてもよく、グラファイトの表面上に粒状に分散していてもよい。ＦＣＶＡ法では、チャンバ内を所定圧力以下に真空引きした後に、バキュームアーク放電によりターゲットから炭素プラズマとシリコンプラズマを作り出す。炭素原子とシリコン原子のみが電磁気的空間フィルターによって選択され、炭化珪素ウェハ１３の表面に堆積される。また、チャンバ内の圧力が０．１Torr以下の範囲でチャンバ内に窒素及び／又は酸素を導入すると、形成されるカーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を導入することができる。なお、ターゲットに含まれるシリコンに代えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。あるいは、ターゲットに含まれるシリコンに加えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませるためには、窒素ガス及び／又は酸素ガスを用いたプラズマ処理（例えばスパッタ法）を利用して、予めターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませておけばよい。   When using the FCVA method, graphite containing silicon is used as a target. The target may be glassy carbon instead of graphite. The silicon contained in the target may be contained uniformly in the entire griffite, or may be contained by being embedded in a part of the surface of the graphite, and dispersed in a granular form on the surface of the graphite. May be. In the FCVA method, after evacuating the chamber to a predetermined pressure or lower, carbon plasma and silicon plasma are generated from the target by vacuum arc discharge. Only carbon and silicon atoms are selected by the electromagnetic spatial filter and deposited on the surface of the silicon carbide wafer 13. Further, when nitrogen and / or oxygen is introduced into the chamber within a pressure range of 0.1 Torr or less, nitrogen and / or oxygen can be introduced into the carbon film 24 to be formed. Note that nitrogen and / or oxygen may be included in the target instead of silicon included in the target. Alternatively, in addition to silicon contained in the target, the target may contain nitrogen and / or oxygen. In order for nitrogen and / or oxygen to be included in the target, nitrogen and / or oxygen should be included in advance using a plasma treatment (for example, sputtering) using nitrogen gas and / or oxygen gas. Good.

ＥＣＲスパッタ法を利用する場合、ターゲットにシリコンを含有したグラファイトを利用する。ターゲットは、グラファイトに代えてグラッシーカーボンでもよい。また、ターゲットに含まれるシリコンは、グライファイトの全体に均一に含まれていてもよく、グラファイトの表面の一部に埋設して含まれていてもよく、グラファイトの表面上に粒状に分散していてもよい。ＥＣＲスパッタ法では、チャンバ内を所定圧力以下に真空引きした後に、アルゴンガスによりターゲットから炭素原子とシリコン原子を飛び出させる。飛び出した炭素原子とシリコン原子は、ターゲットの上方に支持されている炭化珪素ウェハ１３の表面に堆積する。また、チャンバ内の圧力が０．１２Torr以下の範囲で、アルゴンガスに代えて窒素ガス及び／又は酸素ガスを導入すると、形成されるカーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を導入することができる。あるいは、チャンバ内の圧力が０．１２Torr以下の範囲で、アルゴンガスに加えて窒素ガス及び／又は酸素ガスを導入すると、形成されるカーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を導入することができる。なお、アルゴンガスに加えて窒素ガス及び／又は酸素ガスを導入する場合、窒素ガス及び／又は酸素ガスはアルゴンガスと同一の比率であるのが望ましい。なお、ターゲットに含まれるシリコンに代えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。あるいは、ターゲットに含まれるシリコンに加えて、ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませてもよい。ターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませるためには、窒素ガス及び／又は酸素ガスを用いたプラズマ処理（例えばスパッタ法）を利用して、予めターゲットに窒素及び／又は酸素を含ませておけばよい。   When using the ECR sputtering method, graphite containing silicon is used as a target. The target may be glassy carbon instead of graphite. The silicon contained in the target may be contained uniformly in the entire griffite, or may be contained by being embedded in a part of the surface of the graphite, and dispersed in a granular form on the surface of the graphite. May be. In the ECR sputtering method, after evacuating the chamber to a predetermined pressure or lower, carbon atoms and silicon atoms are ejected from the target by argon gas. The protruding carbon atoms and silicon atoms are deposited on the surface of the silicon carbide wafer 13 supported above the target. In addition, when nitrogen gas and / or oxygen gas is introduced instead of argon gas in the range where the pressure in the chamber is 0.12 Torr or less, nitrogen and / or oxygen can be introduced into the carbon film 24 to be formed. Alternatively, when nitrogen gas and / or oxygen gas is introduced in addition to argon gas within a pressure range of 0.12 Torr or less in the chamber, nitrogen and / or oxygen can be introduced into the carbon film 24 to be formed. In addition, when introducing nitrogen gas and / or oxygen gas in addition to argon gas, it is desirable that nitrogen gas and / or oxygen gas have the same ratio as argon gas. Note that nitrogen and / or oxygen may be included in the target instead of silicon included in the target. Alternatively, in addition to silicon contained in the target, the target may contain nitrogen and / or oxygen. In order for nitrogen and / or oxygen to be included in the target, nitrogen and / or oxygen should be included in advance using a plasma treatment (for example, sputtering) using nitrogen gas and / or oxygen gas. Good.

次に、図５に示されるように、カーボン膜２４が残存した状態で、炭化珪素ウェハ１３をアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガス雰囲気でアニール処理する。アニール処理の温度は１６００〜２０００℃である。これにより、注入されたアルミニウムが、置換サイトに移動し、電気的に活性化されてアノード領域１８を形成する。アニール処理の後、カーボン膜２４を、一酸化炭素又は二酸化酸素のプラズマで除去する。なお、カーボン膜２４は、酸素又は水素雰囲気下のアニール処理によっても除去することができる。あるいは、カーボン膜２４は、酸素アッシングによっても除去することができる。   Next, as shown in FIG. 5, with the carbon film 24 remaining, the silicon carbide wafer 13 is annealed in an inert gas atmosphere such as argon (Ar). The temperature of annealing treatment is 1600-2000 degreeC. Thereby, the implanted aluminum moves to the substitution site and is electrically activated to form the anode region 18. After the annealing process, the carbon film 24 is removed with a plasma of carbon monoxide or oxygen dioxide. The carbon film 24 can also be removed by annealing treatment in an oxygen or hydrogen atmosphere. Alternatively, the carbon film 24 can be removed by oxygen ashing.

次に、図６に示されるように、ＣＶＤ技術を利用して、エピタキシャル層１４の表面にアノード電極２６を形成する。アノード電極２６の材料には、モリブテンとチタンとニッケルのいずれかの金属とアルミニウムの積層電極が用いられている。最後に、図示は省略するものの、半導体基板１２を裏面から炭化珪素ウェハ１３を研磨して所望の厚みとした後に、半導体基板１２の裏面にカソード電極を形成する。これらの工程を経て、縦型ダイオードが完成する。   Next, as shown in FIG. 6, an anode electrode 26 is formed on the surface of the epitaxial layer 14 using the CVD technique. As a material for the anode electrode 26, a laminated electrode of molybdenum, any one of titanium, nickel, and aluminum is used. Finally, although not shown, after the semiconductor substrate 12 is polished from the back surface to a desired thickness by polishing the silicon carbide wafer 13, a cathode electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate 12. Through these steps, the vertical diode is completed.

上記製造方法は、少なくとも下記の特徴を少なくとも有する。
（１）上記製造方法では、カーボン膜２４にシリコンが含まれている。カーボン膜２４にシリコンが含まれていると、カーボン膜２４からエピタキシャル層１４の表面にシリコンを補充することができるので、結果として、エピタキシャル層１４の表面のシリコン濃度の減少を抑えることができる。このため、エピタキシャル層１４の表面荒れが抑えられる。シリコンの離脱を抑えるためには、シリコンの含有量が多いほど望ましい。しかしながら、シリコンの含有量が多すぎると、多結晶シリコンになり易いという問題があるので、シリコンの含有量は、原子濃度で５０at.％以下であるのが望ましい。より好ましくは、シリコンの含有量は、原子濃度で１〜２０at.％であるのが望ましい。この範囲の原子濃度であれば、製造時において、シリコンの含有量を高精度に制御することができる。さらに好ましくは、シリコンの含有量は、原子濃度で１〜５at.％であるのが望ましい。この範囲の原子濃度であれば、エピタキシャル層１４の表面からのシリコンの昇華とカーボン膜２４からのシリコンの補充を十分に拮抗させることができるので、エピタキシャル層１４の表面荒れを良好に抑制することができる。 The manufacturing method has at least the following characteristics.
(1) In the above manufacturing method, the carbon film 24 contains silicon. If silicon is contained in the carbon film 24, silicon can be replenished from the carbon film 24 to the surface of the epitaxial layer 14. As a result, a decrease in the silicon concentration on the surface of the epitaxial layer 14 can be suppressed. For this reason, the surface roughness of the epitaxial layer 14 is suppressed. In order to suppress the detachment of silicon, the higher the silicon content, the better. However, if there is too much silicon content, there is a problem that it is likely to become polycrystalline silicon. Therefore, the silicon content is desirably 50 at.% Or less in terms of atomic concentration. More preferably, the silicon content is 1 to 20 at.% In terms of atomic concentration. If the atomic concentration is within this range, the silicon content can be controlled with high accuracy during production. More preferably, the silicon content is 1 to 5 at.% In terms of atomic concentration. If the atomic concentration is within this range, the sublimation of silicon from the surface of the epitaxial layer 14 and the replenishment of silicon from the carbon film 24 can be sufficiently antagonized. Can do.

（２）上記製造方法では、カーボン膜２４にシリコンのみが含まれているが、カーボン膜２４に窒素又は酸素が含まれていると、次の特徴を有する。カーボン膜２４に窒素又は酸素が含まれていると、窒素と炭素の結合又は酸素と炭素の結合によりカーボン膜２４内の結合が強固となり、ダングリングボンド及びボイドの発生が抑えられる。さらに、カーボン膜２４に窒素又は酸素が含まれていると、高密度なカーボン膜２４を形成することができる。この結果、カーボン膜２４を薄く形成することができ、アニール処理時にカーボン膜２４とエピタキシャル層１４の間の熱膨張差に起因する応力が低減され、炭化珪素ウェハ１３の反りが抑制される。さらに、カーボン膜２４に窒素又は酸素が含まれていると、カーボン膜２４と炭化珪素ウェハ１３の密着性を改善することができる。 (2) In the above manufacturing method, the carbon film 24 contains only silicon. However, if the carbon film 24 contains nitrogen or oxygen, the carbon film 24 has the following characteristics. When the carbon film 24 contains nitrogen or oxygen, the bond in the carbon film 24 is strengthened by the bond between nitrogen and carbon or the bond between oxygen and carbon, and the generation of dangling bonds and voids is suppressed. Further, when the carbon film 24 contains nitrogen or oxygen, a high-density carbon film 24 can be formed. As a result, the carbon film 24 can be formed thin, stress caused by the thermal expansion difference between the carbon film 24 and the epitaxial layer 14 during the annealing process is reduced, and the warp of the silicon carbide wafer 13 is suppressed. Furthermore, when the carbon film 24 contains nitrogen or oxygen, the adhesion between the carbon film 24 and the silicon carbide wafer 13 can be improved.

（３）上記製造方法では、カーボン膜２４がＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成される。これらＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成されるカーボン膜２４は、高エネルギーの炭素原子を用いて形成されるので、構造が極めて緻密である（屈折率が２．５以上であり、密度が２〜３ｇ／ｃｍ-3である）。さらに、原料に水素等の不純物が含まれていないので、形成されるカーボン膜２４は水素フリーである。カーボン膜２４に多量の水素が含まれていると、ダングリングボンド及びボイドが形成され、それらの欠陥を介してエピタキシャル層１４の表面からシリコンが離脱してしまう。ＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成されるカーボン膜２４は、水素フリーであり、ダングリングボンド及びボイドの発生が抑えられる。したがって、このカーボン膜２４は、エピタキシャル層１４の表面からシリコンの離脱を良好に抑制することができるので、エピタキシャル層１４の表面荒れが顕著に抑えられる。なお、ＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用して形成されるカーボン膜２４の結晶構造は、ｔａ−Ｃ（テトラヘドラル アモルファス カーボン）に属する。 (3) In the above manufacturing method, the carbon film 24 is formed using the PLD method, the FCVA method, or the ECR sputtering method. Since the carbon film 24 formed by using these PLD method, FCVA method, or ECR sputtering method is formed using high-energy carbon atoms, the structure is extremely dense (with a refractive index of 2.5 or more). And the density is 2 to 3 g / cm −3 ). Furthermore, since the raw material does not contain impurities such as hydrogen, the carbon film 24 to be formed is hydrogen-free. If the carbon film 24 contains a large amount of hydrogen, dangling bonds and voids are formed, and silicon is detached from the surface of the epitaxial layer 14 through these defects. The carbon film 24 formed by using the PLD method, the FCVA method, or the ECR sputtering method is free of hydrogen and generation of dangling bonds and voids is suppressed. Therefore, since the carbon film 24 can satisfactorily suppress the detachment of silicon from the surface of the epitaxial layer 14, the surface roughness of the epitaxial layer 14 can be remarkably suppressed. Note that the crystal structure of the carbon film 24 formed using the PLD method, the FCVA method, or the ECR sputtering method belongs to ta-C (tetrahedral amorphous carbon).

（４）上記製造方法では、カーボン膜２４の厚みが５０nm以下に調整されている。上記製造方法によると、極めて緻密なカーボン膜２４を形成することができるので、シリコンの離脱を抑制するために必要となるカーボン膜２４の厚みを５０nm以下にすることができる。カーボン膜２４の厚みが薄いと、アニール処理時にカーボン膜２４とエピタキシャル層１４の間の熱膨張差に起因する応力が低減され、炭化珪素ウェハ１３の反りが抑制される。なお、好ましくは、カーボン膜２４の厚みは、３０nm以下であるのが望ましい。この範囲の厚みであれば、製造時において、カーボン膜２４の厚みを高精度に制御することができる。さらに好ましくは、カーボン膜２４の厚みは、１０nm以下であるのが望ましい。この範囲の厚みであれば、アニール処理時にカーボン膜２４とエピタキシャル層１４の間の熱膨張差に起因する応力をほぼ無視できる程度に低減することができ、炭化珪素ウェハ１３の反りを防止することができる。 (4) In the above manufacturing method, the thickness of the carbon film 24 is adjusted to 50 nm or less. According to the above manufacturing method, the extremely dense carbon film 24 can be formed, so that the thickness of the carbon film 24 necessary for suppressing the separation of silicon can be reduced to 50 nm or less. If the carbon film 24 is thin, the stress due to the difference in thermal expansion between the carbon film 24 and the epitaxial layer 14 during annealing is reduced, and the warp of the silicon carbide wafer 13 is suppressed. Preferably, the carbon film 24 has a thickness of 30 nm or less. If it is the thickness of this range, the thickness of the carbon film 24 can be controlled with high precision at the time of manufacture. More preferably, the thickness of the carbon film 24 is 10 nm or less. If the thickness is within this range, the stress caused by the difference in thermal expansion between the carbon film 24 and the epitaxial layer 14 during the annealing process can be reduced to an almost negligible level, and warpage of the silicon carbide wafer 13 can be prevented. Can do.

（５）上記製造方法では、ＰＬＤ法、ＦＣＶＡ法又はＥＣＲスパッタ法を利用してカーボン膜２４が形成されているが、必要に応じて、スパッタ法、ＣＶＤ法又はレジストを利用してもよい。以下、スパッタ法を利用してカーボン膜２４を形成する場合、ＣＶＤ法を利用してカーボン膜２４を形成する場合、及びレジストを利用してカーボン膜２４を形成する場合を説明する。 (5) In the above manufacturing method, the carbon film 24 is formed using the PLD method, the FCVA method, or the ECR sputtering method, but a sputtering method, a CVD method, or a resist may be used as necessary. Hereinafter, a case where the carbon film 24 is formed using the sputtering method, a case where the carbon film 24 is formed using the CVD method, and a case where the carbon film 24 is formed using the resist will be described.

スパッタ法を利用する場合、ターゲットにシリコンを含有したグラファイトを利用する。ターゲットは、グラファイトに代えてグラッシーカーボンでもよい。また、ターゲットに含まれるシリコンは、グライファイトの全体に均一に含まれていてもよく、グラファイトの表面の一部に埋設して含まれていてもよく、グラファイトの表面上に粒状に分散していてもよい。スパッタ法では、チャンバ内を所定圧力以下に真空引きした後に、アルゴンガスによりターゲットから炭素原子を飛び出させる。飛び出した炭素原子は、ターゲットの上方に支持されている炭化珪素ウェハ１３の表面に堆積する。なお、カーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を含ませるためには、チャンバ内に窒素及び／又は酸素を導入すればよい。   When using the sputtering method, graphite containing silicon is used as a target. The target may be glassy carbon instead of graphite. The silicon contained in the target may be contained uniformly in the entire griffite, or may be contained by being embedded in a part of the surface of the graphite, and dispersed in a granular form on the surface of the graphite. May be. In the sputtering method, after evacuating the chamber to a predetermined pressure or less, carbon atoms are ejected from the target with argon gas. The protruding carbon atoms are deposited on the surface of the silicon carbide wafer 13 supported above the target. In order to contain nitrogen and / or oxygen in the carbon film 24, nitrogen and / or oxygen may be introduced into the chamber.

ＣＶＤ法を利用する場合、メタン、エタン、プロパン、及びアセチレンの群から選択される少なくとも１種類以上のガスを原料に用いる。また、カーボン膜２４にシリコンを含ませるためには、原料ガスにシランを用いる。カーボン膜２４に窒素及び／又は酸素を含ませるためには、チャンバ内に窒素及び／又は酸素を導入すればよい。   When using the CVD method, at least one gas selected from the group of methane, ethane, propane, and acetylene is used as a raw material. In order to include silicon in the carbon film 24, silane is used as a source gas. In order to contain nitrogen and / or oxygen in the carbon film 24, nitrogen and / or oxygen may be introduced into the chamber.

レジストを利用する場合、スピンコート技術を利用して炭化珪素ウェハ１３の表面に材料が有機材料であるレジストを塗布し、熱処理によってカーボン膜２４を形成することができる。カーボン膜２４にシリコン、窒素又は酸素を含ませるためには、イオン注入技術を利用して、熱処理後にカーボン膜２４に導入することができる。また、カーボン膜２４に窒素を含ませるためには、レジストを熱処理する際の不活性ガスとして窒素を用いることで、レジストに窒素を導入することもできる。カーボン膜２４に酸素を含ませるためには、レジストを熱処理する際の不活性ガスとしてアルゴンとともに酸素を用いることで、レジストに酸素を導入することもできる。   When using a resist, the carbon film 24 can be formed by applying a resist whose material is an organic material to the surface of the silicon carbide wafer 13 by using a spin coating technique and performing a heat treatment. In order to contain silicon, nitrogen, or oxygen in the carbon film 24, it can be introduced into the carbon film 24 after the heat treatment using an ion implantation technique. Further, in order to include nitrogen in the carbon film 24, nitrogen can be introduced into the resist by using nitrogen as an inert gas when heat-treating the resist. In order to include oxygen in the carbon film 24, oxygen can be introduced into the resist by using oxygen together with argon as an inert gas when heat-treating the resist.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、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。
また、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。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

１２：半導体基板
１３：炭化珪素ウェハ
１４：エピタキシャル層
２４：カーボン膜 12: Semiconductor substrate 13: Silicon carbide wafer 14: Epitaxial layer 24: Carbon film

Claims (2)

炭化珪素の半導体層にドーパントを導入するドーパント導入工程と、
前記半導体層の表面にカーボン膜を形成するカーボン膜形成工程と、
前記カーボン膜が残存した状態で前記半導体層をアニール処理するアニール処理工程と、を備えており、
前記カーボン膜形成工程では、シリコン、窒素及び酸素の群から選択される少なくとも１種類以上の原子が原料に含まれる半導体装置の製造方法。 A dopant introduction step of introducing a dopant into the semiconductor layer of silicon carbide;
A carbon film forming step of forming a carbon film on the surface of the semiconductor layer;
An annealing treatment step of annealing the semiconductor layer with the carbon film remaining,
In the carbon film forming step, a method for manufacturing a semiconductor device in which at least one kind of atoms selected from the group of silicon, nitrogen, and oxygen is included in a raw material. 前記カーボン膜形成工程では、少なくともシリコンが原料に含まれる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。



The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the carbon film forming step, at least silicon is contained in a raw material.



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