JP4581239B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素(以下、SiCという)からなる半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
SiCにおける不純物層形成は、イオン注入および注入されたイオンの活性化熱処理によって行われる。SiCでは、p型不純物が熱処理によって活性化し難いため、活性化のための熱処理温度を上げることでp型不純物の活性化率を向上させようとしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、温度300〜700℃、ドーズ量1×1019〜1020cm-3として、p型不純物としてのAlのイオン注入を行ったのちに、Ar雰囲気中において1400〜1600℃で活性化熱処理を施すという実験を行った。そして、イオン注入した直後、および熱処理温度が低温(1400℃)である場合と高温(1600℃)である場合それぞれにおいて、基板断面を観察した。その結果、熱処理温度が高温である場合の方が低温である場合よりも欠陥が大きくなっていることが確認され、この欠陥について分析したところ、Al元素の析出が確認された。
このAl元素の析出は、イオン注入直後の断面観察ではAlの析出が確認できていないことから、活性化熱処理によって起こったと考えられる。
【0004】
つまり、注入されたAlのうち、活性化熱処理によって格子位置に置換されるものは、エネルギー的に安定になるため、格子位置に置換されてからは動かないが、格子位置に置換されず格子間に存在するAlはエネルギー的に不安定であるため、活性化熱処理によって動き、上述のように析出すると考えられる。
【0005】
従って、効率よくAlを格子位置に置換できれば、活性化熱処理によるAlの析出がなくなり、イオン注入層における欠陥の低減を図ることが可能になると言える。例えば、イオン注入時に活性化熱処理を同時に行い、イオン注入と同時に不純物が格子位置に置換されるようにすればよい。つまり、上述のように300〜700℃としているイオン注入温度を1500〜2000℃という高温下で行うようにすればよいと考えられる。
【0006】
このような温度下でのイオン注入を行うべく、例えばレーザを用いた手法(レーザ照射によるイオン注入時に不純物の活性化を行う方法)が考えられたが、この手法ではイオン注入される面、つまりSiC表面にレーザが当てられるため、SiC表面が融けて不純物プロファイルが変化してしまったり、表面荒れが発生してしまうという問題が生じる。
【0007】
本発明は上記点に鑑みて、イオン注入と活性化熱処理とを同時に行いつつ、SiCの表面荒れを抑制することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、炭化珪素基板(3)に向けて不純物のイオン注入を行うことにより、炭化珪素基板に不純物層を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、炭化珪素基板のうち、不純物層を形成する表面とは反対側となる裏面を加熱するようにし、該裏面のうち少なくとも不純物のイオン注入を行う場所に対向する位置を加熱した状態で不純物のイオン注入を行い、不純物層を形成することを特徴としている。
【0009】
このように、基板裏面のうち少なくとも不純物のイオン注入を行う場所に対向する位置を加熱した状態で不純物のイオン注入を行えば、直接表面側に光を照射することによって発生しうる表面荒れを抑制しつつ、不純物が注入と同時に効率よく格子位置に置換されるようにできる。これにより、イオン注入と活性化熱処理とを同時に行いつつ、基板の表面荒れを抑制することができる。
【0010】
さらに、請求項1に記載の発明においては、不純物のイオン注入位置をスキャンによって移動させると共に、基板裏面側の加熱位置をスキャンに合わせて移動させ、基板裏面のうち、不純物のイオン注入が成される位置と対向する位置を加熱することを特徴としている。このように、イオン注入位置を移動させる際には、それに合わせて基板裏面側の加熱位置も移動させるようにする。
【0011】
また、請求項2に記載の発明のように、光を照射することで照射対象を加熱するランプ(4)を備えたランプ機構(2)を基板裏面に配置すると共に、該ランプ機構に可動ミラー(6)を備え、可動ミラー(6)を制御することでランプ機構による加熱位置を調整し、不純物のイオン注入位置をスキャンによって移動させる際に、基板裏面側の加熱位置をスキャンに合わせて移動させ、基板裏面のうち、不純物のイオン注入が成される位置と対向する位置を加熱することができる。
【0012】
さらに、請求項3に示すように、ランプ機構に複数の可動ミラー(6)を備え、該複数の可動ミラーによってランプが発した光を集めて基板裏面の加熱を行い、不純物のイオン注入位置をスキャンによって移動させる際に、複数の可動ミラーを制御することによって基板裏面側の加熱位置をスキャンに合わせて移動させ、基板裏面のうち、不純物のイオン注入が成される位置と対向する位置を加熱することもできる。
【0013】
また、請求項4に示すように、複数のランプ(4)が備えられたランプユニット(10)を基板の裏面に対向するように配置し、ランプユニットによって基板裏面の加熱を行うことも可能である。この場合、請求項5に示すように、不純物のイオン注入位置をスキャンによって移動させる際に、ランプユニットに備えられた複数のランプのうち、イオン注入位置に対向する位置のランプを点灯させ、基板裏面のうち、不純物のイオン注入が成される位置と対向する位置を加熱すれば、請求項1と同様の効果を得ることができる。
【0014】
一方、請求項6に示すように、複数のランプすべてを点灯させるようにすることもできるが、この場合には、基板の温度上昇を抑制させられるように、複数のランプをパルス的に点灯させると好ましい。
【0015】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1に、本実施形態におけるSiC半導体製造装置の模式図を示す。以下、図1に基づいてSiC半導体製造装置の構成について説明する。
【0017】
SiC半導体製造装置には、イオン注入機構1とランプ機構2とが備えられている。そして、これらイオン注入機構1およびランプ機構2の間にSiC基板3が配置されるようになっている。イオン注入機構1は、SiC基板3に対して不純物等のイオン注入を行うためのものであり、図中点線で示すようなイオンビームのスキャンによりSiC基板3の一面(以下、表面という)の所望位置に不純物等を注入できるように構成されている。例えば、図1の紙面右側からSiC基板3を見ると、図2のようにX方向、Y方向にスキャンされる。
【0018】
一方、ランプ機構2は、SiC基板3を挟んで、イオン注入機構1の反対側に配置され、SiC基板3のうちイオン注入が成される表面の反対側の面(以下、裏面という)に光を照射し、SiC基板3を加熱できるように構成されている。
【0019】
図3(a)に、図1中のランプ部分の拡大図を示し、ランプ機構2の詳細について説明する。ランプ機構2は、光の照射によりSiC基板3を加熱する光源としてのランプ4と、ランプ4から照射される光を一方向に集めるミラー部5と、ミラー部5によって集められた光を反射してSiC基板3に照射する可動ミラー6(図1参照)とが備えられている。
【0020】
ランプ4には、例えばハロゲンランプ、キセノンランプ、赤外線ランプが用いられている。このランプ4はミラー部5内に収容されている。ミラー部5は、ランプ4を覆うように構成された断面楕円形状の部分(以下、楕円形状部分という)5aと、楕円形状部分5aの一端側に備えられた窓部に配置される円筒形状の部分(以下、円筒形状部分という)5bとを有して構成されている。このミラー部5により、例えばランプ4によって発せられた光が図中点線で示されるように反射し、円筒形状部分5bの内径(例えば10〜20mm)程度に集められるようになっている。このように、光を円筒形状部分5bの内径程度に集めている。
このため、図3(b)に示すようにミラー部5を凹面状にして光を1点に集中させる場合と比べ、光が照射されたときに照射された可動ミラー6が高温になることを抑制することができ、対象物が溶出することを防止することができる。
【0021】
また、可動ミラー6は、角度調整可能に構成され、ミラー部5によって集められた光を様々な方向に反射できるようになっている。このため、可動ミラー6の角度調整を行うことで、SiC基板3の一面側全面に光を照射できるようになっている。
【0022】
次に、このような構成のSiC半導体製造装置を用いたSiC半導体装置の製造方法について説明する。
【0023】
まず、SiC基板3として、n+型基板上にn−型エピ層を成膜したのち、n−型エピ層上にイオン注入用のマスク、例えば高温にも耐え得るAlN膜やカーボン膜からなるマスクが配置されたものを用意する。そして、このSiC基板3をイオン注入機構1とランプ機構2との間に配置する。
【0024】
次に、SiC基板3の所望位置に対してイオンビームのスキャンを合わせると共に、このスキャンに合わせて可動ミラー6の角度調整を行い、SiC基板3のうちイオンビームが照射される位置と対向する位置に可動ミラー6による反射光が照射されるようにする。そして、ランプ機構2によるSiC基板3への光照射を行いつつ、イオン注入機構1による不純物等の注入を行う。この後、所望位置におけるイオン注入が終了したら、イオンビームスキャンによって次にイオン注入したい箇所にイオンビームを走査すると共に、それに合わせて可動ミラー6を調整し、イオン注入がされる位置と対向する位置に可動ミラー6による反射光が照射されるようにする。その後、ランプ機構2によるSiC基板3への光照射を行いつつ、イオン注入機構1による不純物等の注入を行う。以下、これらの動作を繰り返すことで、SiC基板3のうち要望されるすべての領域に不純物等が注入する。
【0025】
このように本実施形態では、ランプ機構2によってSiC基板3の裏面側に光を照射し、SiC基板3の裏面側を加熱している。そして、このような加熱を行った状態でイオン注入機構1による不純物のイオン注入を行っている。
【0026】
ランプ加熱の場合、光が照射される部分において最も温度が上昇するが、SiCの熱伝導が良いことから、裏面側から表面側に容易に熱が伝わる。このため、本実施形態のようにSiC基板3の裏面側からランプ加熱を行うようにすれば、イオン注入によって不純物層が形成されるSiC基板3の表面側に直接光を照射しなくても、その表面側を高温にすることが可能となる。そして、このように高温となる領域に不純物のイオン注入を行うようにしているため、不純物が注入と同時に効率よく格子位置に置換される。
【0027】
従って、直接光を照射することによって発生しうるSiC基板3の表面荒れを抑制しつつ、不純物が注入と同時に効率よく格子位置に置換されるようにできる。つまり、イオン注入と活性化熱処理とを同時に行いつつ、SiC基板3の表面荒れを抑制することができる。
【0028】
また、本実施形態に示すSiC半導体製造装置では、SiC基板3の加熱源としてランプ機構2を採用している。このランプ機構2に使用されるランプ4の波長は1〜3μmとばらついていることから、ランプ4の光は波長のばらついた光の集合体となる。このため、レーザのように光の波長が揃っているものを加熱源とした場合と比べて、加熱部への熱衝撃を小さくすることができる。また、レーザの場合には、照射できるスポットが非常に小さく、スポットを広げることが困難であるが、本実施形態で示すようなランプ機構2の場合には、スポットを広げることが比較的容易(例えば、円筒形状部分5bの内径を大きくすればよい)であるため、大面積領域を熱処理したい場合でも容易に対応できる。
【0029】
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に示すランプ機構2の構成を変更したものであり、他の構成については同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【0030】
図4に本実施形態におけるSiC半導体製造装置の模式図を示す。この図に示すように、本実施形態では、第1実施形態に示したランプ機構2をランプユニット10に変更している。このランプユニット10の正面図及び側面図を図5(a)、(b)に示す。
【0031】
図5(a)、(b)に示すように、本実施形態におけるランプユニット10は、図2に示したランプ4およびミラー部5を複数個、SiC基板3の裏面に対向するように配列させたものである。このように配列されたそれぞれのランプ4及びミラー部5から図5(b)の矢印で示すようにSiC基板3の裏面側に向けて光が照射できるようになっている。
【0032】
このような構成においては、イオンビームのスキャンに合わせて、ランプユニット10のうち対応する位置のランプ4を点灯させることで、第1実施形態のようにランプ機構2を走査しなくても同様の効果を得ることができる。
【0033】
もちろん、ランプユニット10のすべてのランプ4を同時に点灯させ、SiC基板3の全体を加熱してもよいが、その場合はSiC基板3の表面の温度上昇を極力抑えるために、イオン注入時間中常にランプ照射を行うのではなく、パルス的な点灯でSiC基板3全体を加熱するようにした方がSiC基板3の表面荒れは少ない。
【0034】
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に示すランプ機構2の構成を変更したものであり、他の構成については同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【0035】
図6に、本実施形態におけるランプ機構2の断面構成を示す。図6に示すように、ランプ4の周囲には複数の可動ミラー6が配置されている。複数の可動ミラー6はそれぞれランプ4からの光を所望の位置に集めるものである。
【0036】
このような構成により、複数の可動ミラー6それぞれを独立で制御することで、集光先を制御し、SiC基板3の所望位置に光が照射されるようにしてもよい。このようにすれば、集められる前の光を可動ミラー6で反射すれば良くなるため、可動ミラー6が高温にならないような条件とすることができ、可動ミラー6を高温用にしなくてもよくなる。
【0037】
(他の実施形態)
上記各実施形態では、ランプ加熱を行う場合について説明したが、SiC基板3の裏面側から加熱するようにすれば、他の加熱方法を採用しても上記効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態におけるSiC半導体製造装置を模式的に示した図である。
【図2】図1のSiC半導体製造装置に備えられるイオンビームのスキャンの様子を説明するための図である。
【図3】(a)は図1に示すランプ部分の拡大図であり、(b)は他のランプを用いた場合の参考図である。
【図4】本発明の第2実施形態におけるSiC半導体製造装置を模式的に示した図である。
【図5】(a)はランプユニットの正面図、(b)はランプユニットの側面図である。
【図6】本発明の第3実施形態におけるSiC半導体製造装置に用いられるランプ機構を示した図である。
【符号の説明】
1…イオン注入機構、2…ランプ機構、3…SiC基板、4…ランプ、
5…ミラー部、5a…楕円形上部分、5b…円筒形状部分、6…可動ミラー、
10…ランプユニット。
Claims (6)
- 炭化珪素基板(3)に向けて不純物のイオン注入を行うことにより、前記炭化珪素基板に不純物層を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記炭化珪素基板のうち、前記不純物層を形成する表面とは反対側となる裏面を加熱するようにし、該裏面のうち少なくとも前記不純物のイオン注入を行う場所に対向する位置を加熱した状態で前記不純物のイオン注入を行い、前記不純物層を形成する工程を有し、
前記不純物層を形成する工程では、前記不純物のイオン注入位置をスキャンによって移動させると共に、前記基板裏面側の加熱位置を前記スキャンに合わせて移動させ、前記基板裏面のうち、前記不純物のイオン注入が成される位置と対向する位置を加熱することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 炭化珪素基板(3)に向けて不純物のイオン注入を行うことにより、前記炭化珪素基板に不純物層を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記炭化珪素基板のうち、前記不純物層を形成する表面とは反対側となる裏面を加熱するようにし、該裏面のうち少なくとも前記不純物のイオン注入を行う場所に対向する位置を加熱した状態で前記不純物のイオン注入を行い、前記不純物層を形成する工程を有し、
前記不純物層を形成する工程では、光を照射することで照射対象を加熱するランプ(4)を備えたランプ機構(2)を前記基板裏面に配置すると共に、前記ランプ機構に可動ミラー(6)を備え、該可動ミラーを制御することで前記ランプ機構による加熱位置を調整し、前記不純物のイオン注入位置をスキャンによって移動させる際に、前記基板裏面側の加熱位置を前記スキャンに合わせて移動させ、前記基板裏面のうち、前記不純物のイオン注入が成される位置と対向する位置を加熱することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 炭化珪素基板(3)に向けて不純物のイオン注入を行うことにより、前記炭化珪素基板に不純物層を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記炭化珪素基板のうち、前記不純物層を形成する表面とは反対側となる裏面を加熱するようにし、該裏面のうち少なくとも前記不純物のイオン注入を行う場所に対向する位置を加熱した状態で前記不純物のイオン注入を行い、前記不純物層を形成する工程を有し、
前記不純物層を形成する工程では、光を照射することで照射対象を加熱するランプ(4)を備えたランプ機構(2)を前記基板裏面に配置すると共に、前記ランプ機構に複数の可動ミラー(6)を備え、該複数の可動ミラーによって前記ランプが発した光を集めて前記基板裏面の加熱を行い、前記不純物のイオン注入位置をスキャンによって移動させる際に、前記複数の可動ミラーを制御することによって前記基板裏面側の加熱位置を前記スキャンに合わせて移動させ、前記基板裏面のうち、前記不純物のイオン注入が成される位置と対向する位置を加熱することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 炭化珪素基板(3)に向けて不純物のイオン注入を行うことにより、前記炭化珪素基板に不純物層を形成する炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記炭化珪素基板のうち、前記不純物層を形成する表面とは反対側となる裏面を加熱するようにし、該裏面のうち少なくとも前記不純物のイオン注入を行う場所に対向する位置を加熱した状態で前記不純物のイオン注入を行い、前記不純物層を形成する工程を有し、
前記不純物層を形成する工程では、複数のランプ(4)が備えられたランプユニット(10)を前記基板の裏面に対向するように配置し、該ランプユニットによって前記基板裏面の加熱を行うことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記不純物のイオン注入位置をスキャンによって移動させる際に、前記ランプユニットに備えられた複数のランプのうち、前記イオン注入位置に対向する位置のランプを点灯させ、前記基板裏面のうち、前記不純物のイオン注入が成される位置と対向する位置を加熱することを特徴とする請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記不純物のイオン注入を行う際には、前記複数のランプすべてをパルス的に点灯させることを特徴とする請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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