JP4581239B2

JP4581239B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4581239B2
Application number: JP2000377757A
Authority: JP
Inventors: 広希中村; クマールラジェシュ
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: JP2002184713A

Description

【０００１】
【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

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。