JP5380036B2

JP5380036B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法

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Publication number: JP5380036B2
Application number: JP2008268087A
Authority: JP
Inventors: 純一大野; 雄介前山; 正章清水; 弘明岩黒
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: JP2010098146A

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。

炭化珪素を半導体材料として用いる半導体装置（以下、炭化珪素半導体装置という。）は、高耐圧、低損失、低リーク電流、高温動作可能、高速動作可能などの優れた特徴を有する。従来、このような炭化珪素半導体装置において、ショットキー接合を有する炭化珪素半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。図５は、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置９００の断面図である。

特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置９００は、図５に示すように、ｎ^＋型炭化珪素単結晶層９１２及びｎ^＋型炭化珪素単結晶層９１２よりも低濃度のｎ型不純物を含有するｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４を有する炭化珪素半導体基板９１０と、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の表面上の一部に形成され、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４との界面でショットキー接合を形成するバリアメタル層９１６と、ｎ^＋型炭化珪素単結晶層９１２の裏面に形成された裏面電極９２０とを備え、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の表面には、バリアメタル層９１６の端部に接するようにｐ型不純物拡散領域９１８が形成された炭化珪素半導体装置である。特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置９００は、ショットキーバリアダイオードである。

特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置９００によれば、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の表面にはバリアメタル層９１６の端部に接するようにｐ型不純物拡散領域９１８が形成されているため、逆バイアス時には、ｐ型不純物拡散領域９１８の内部が空乏化される結果、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の表面におけるバリアメタル層９１６の端部近傍に形成される高電界強度部分の電界強度を低くすることが可能となり、高い逆方向耐圧を得ることができる。

特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置９００は、以下のようにして製造することができる。図６は、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）は各工程図である。

特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法においては、図６（ａ）に示すように、ｎ^＋型炭化珪素単結晶層９１２の上面にｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４が形成された炭化珪素半導体基板９１０を準備する。その後、図６（ｂ）に示すように、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の所定位置にイオン注入法によってｐ型不純物をイオン注入する。なお、図６（ｂ）中、符号９１７は、ｐ型不純物がイオン注入された領域を示す。その後、図６（ｃ）に示すように、１６００℃以上の温度でｐ型不純物を活性化するためのアニールを行い、ｐ型不純物拡散領域９１８を形成する。その後、図６（ｄ）に示すように、ｎ^＋型炭化珪素単結晶層９１２の裏面にオーミック電極（金属又はシリサイド）９２０を形成するとともに、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の表面上に、バリアメタル層９１６の端部がｐ型不純物拡散領域９１８と接するように、バリアメタル層９１６を形成する。

しかしながら、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法においては、１６００℃以上の温度でｐ型不純物を活性化するためのアニールを行う際に、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の表面に変質層が形成されるため、これをこのまま用いたのでは逆方向リーク電流が増加してしまうという問題がある。このため、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法においては、図７に示すような方法によって変質層を除去することとしている。

図７は、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図７（ａ）〜図７（ｆ）は各工程図である。
特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法においては、炭化珪素基板９１０（図７（ａ）参照。）にイオン注入されたｐ型不純物（図７（ｂ）参照。）を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層９１４ａ（図７（ｃ）参照。）を除去するため、熱酸化法によって一旦ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の表面に二酸化珪素層９１５（犠牲酸化膜。膜厚は、例えば、４０ｎｍ以上。）を形成し（図７（ｄ）参照、）、その後、この二酸化珪素層９１５をフッ化水素酸によって除去し（図７（ｅ）参照。）、その後、ｎ^＋型炭化珪素単結晶層９１２の裏面にオーミック電極（金属又はシリサイド）９２０を形成するとともに、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の表面の一部に、バリアメタル層９１６の端部がｐ型不純物拡散領域９１８と接するように、バリアメタル層９１８を形成する（図７（ｆ）参照。）。

このため、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、変質層９１４ａを除去した後バリアメタル層９１６を形成することとしているため、逆方向リーク電流の小さい半導体装置９００を製造することができる。

しかしながら、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法においては、変質層９１４ａの厚さが概ね２０ｎｍよりも厚いため、熱酸化法によってｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層９１４の表面に二酸化珪素層９１５を形成する工程に極めて長い時間（例えば、１０時間以上。）を要し、生産性が低いという問題がある。

なお、従来、上記したような変質層を、「水素及び酸素」又は「Ｆを含むガス」を用いたプラズマエッチング（ＲＩＥ）を行うことにより除去する炭化珪素半導体装置の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献２に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法の場合よりも速い速度で変質層を除去することができるため、生産性を高くすることが可能となる。

しかしながら、特許文献２に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法においては、「水素及び酸素」又は「Ｆを含むガス」に起因する不純物が炭化珪素層に入り込むため、炭化珪素半導体装置の特性の劣化を招くこととなる。

特開２００８−５３４１８号公報特許第３７３３７９２号公報

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、炭化珪素基板にイオン注入された不純物を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層を、高い生産性で、かつ、炭化珪素半導体装置の特性の劣化を招くことなく除去することが可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板にイオン注入された不純物を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層を、不活性ガスを用いた異方性プラズマエッチングによる第１エッチング工程と、不活性ガスを用いた等方性プラズマエッチングによる第２エッチング工程とをこの順序で実施することにより除去する変質層除去工程を含むことを特徴とする。

このため、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、炭化珪素基板にイオン注入された不純物を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層を、炭化珪素基板にダメージを与えることがあるけれどもエッチング速度が速い異方性プラズマエッチングによる第１エッチング工程と、異方性プラズマエッチングよりもエッチング速度が遅いけど炭化珪素基板にダメージを与えることのない等方性プラズマエッチングによる第２エッチング工程とをこの順序で実施することにより除去することとしているため、第１エッチング工程においては、変質層の大部分を速い速度で除去するとともに、第２エッチング工程的においては、第１エッチング工程で除去しきれなかった変質層の部分又は第１エッチング工程で新たに生じた表面荒れやエッチングダメージからなるダメージ層を、新たなダメージを発生させることなく除去することが可能となる。従って、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、炭化珪素基板にイオン注入された不純物を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層を、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法の場合よりも高い生産性で、かつ、特許文献２に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法の場合のように炭化珪素半導体装置の特性の劣化を招くことなく、除去することが可能となる。

（２）本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、前記不活性ガスは、Ａｒガスであることが好ましい。

このような方法とすることにより、炭化珪素基板を汚染することがなくなり、炭化珪素半導体装置の特性の劣化を招くことなくなる。また、異方性プラズマエッチング又は等方性プラズマエッチングのエッチングモードがＲＩＥモードではなくスパッタモードとなるため、炭化珪素基板の表面に与えるダメージを小さくすることができ、このことによっても、炭化珪素半導体装置の特性の劣化を招くことなくなる

（３）本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記第１エッチング工程においては、シース電圧が２０Ｖ〜４０Ｖの条件で異方性プラズマエッチング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。

このような方法とすることにより、炭化珪素基板に与えるダメージを小さい範囲に保ちつつ変質層を速い速度で除去することが可能となる。

（４）本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記第２エッチング工程においては、シース電圧が１５Ｖ以下の条件で等方性プラズマエッチングを行うことが好ましい。

このような方法とすることにより、第１エッチング工程で除去しきれなかった変質層の部分又は第１エッチング工程で新たに生じた表面荒れやエッチングダメージからなるダメージ層を、新たなダメージを発生させることなく除去することが可能となる。

（５）本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記炭化珪素半導体装置は、ショットキーバリアダイオードであることが好ましい。

このような方法とすることにより、上記した変質層を高い生産性で、かつ、ショットキーバリアダイオードの特性の劣化を招くことなく、除去することが可能となる。

以下、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法を、図に示す実施形態に基づいてさらに詳細に説明する。

［実施形態１］
１．実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法
図１及び図２は、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図１（ａ）〜図１（ｆ）は各工程図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は図１（ｃ）〜図１（ｅ）における各工程を、変質層の部分を縦に拡大して示す図である。

実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、図１（ｆ）に示すように、ｎ^＋型炭化珪素単結晶層１１２及びｎ^＋型炭化珪素単結晶層１１２よりも低濃度のｎ型不純物を含有するｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層１１４を有する炭化珪素基板１１０と、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層１１４の表面上の一部に形成され、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層１１４との界面でショットキー接合を形成するバリアメタル層１１６と、ｎ^＋型炭化珪素単結晶層１１２の裏面に形成された裏面電極１２０とを備え、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層１１４の表面には、バリアメタル層１１６の端部に接するようにｐ型不純物拡散領域１１８が形成された炭化珪素半導体装置（ショットキーバリアダイオード）を製造するための炭化珪素半導体装置の製造方法である。以下、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を工程順に説明する。

（１）炭化珪素基板１１０の準備
実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法においては、図１（ａ）に示すように、ｎ^＋型炭化珪素単結晶層１１２（厚さ：４００μｍ、不純物濃度：１×１０^１９ｃｍ^−３）の上面にｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層１１４（厚さ：１０μｍ、不純物濃度：１×１０^１６ｃｍ^−３）が形成された炭化珪素基板１１０を準備する。

（２）ｐ型不純物のイオン注入
まず、炭化珪素基板１１０を清浄化する。その後、炭化珪素基板１１０の表面に、ｐ型不純物拡散領域１１８に対応する部分に開口を有するマスク（図示せず。）を形成し、当該マスクを介して、図１（ｂ）に示すように、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層１１４の所定位置にイオン注入法によってｐ型不純物をイオン注入する。ｐ型不純物としては、例えばＡｌを用いる。なお、この工程においては、マスクの開口に薄いシリコン酸化膜などが存在する条件でｐ型不純物のイオン注入を行ってもよい。また、図１（ｂ）中、符号１１７は、ｐ型不純物がイオン注入された領域を示す。

（３）ｐ型不純物を活性化するためのアニール
まず、マスクを除去する。その後、炭化珪素基板１１０の表面及び裏面に保護レジスト層（図示せず。）を形成した後、当該保護レジスト層を炭化してグラファイトマスク（図示せず。）を形成する。その後、炭化珪素基板１１０を１６００℃以上の温度に加熱してｐ型不純物を活性化するためのアニールを行い、図１（ｃ）に示すように、ｐ型不純物拡散領域１１８（深さ：０．５μｍ、表面不純物濃度：１．０×１０^１７ｃｍ^−３）を形成する。その後、酸素プラズマにより、炭化珪素基板１１０の表面及び裏面からグラファイトマスクを除去する。このとき、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層１１４の表面に変質層１１４ａが形成された状態となる（図２（ａ）参照。）。変質層１１４ａの厚さは２０ｎｍ〜３０ｎｍである。

（４）変質層の除去
その後、変質層１１４ａを、図１（ｄ）に示すように、不活性ガスを用いた異方性プラズマエッチングによる第１エッチング工程と、図１（ｅ）に示すように不活性ガスを用いた等方性プラズマエッチングによる第２エッチング工程とをこの順序で実施することにより除去する。

なお、第１エッチング工程においては、例えば、マグネトロン型の平行平板ＲＩＥ装置を用いて、不活性ガスとしてのＡｒガスを５０ｓｃｃｍ導入し、１Ｐａの圧力下で、ＲＦパワー５００Ｗの条件にて１分間の異方性プラズマエッチングを行う。このときのシース電圧は約３０Ｖとなり、エッチング速度は約２０ｎｍ／分となる。

また、第２エッチング工程においては、例えば、有磁場マイクロ波型装置を用いて、不活性ガスとしてのＡｒガスを１００ｓｃｃｍ導入し、３Ｐａの圧力下で、ＲＦパワー１０００Ｗの条件にて１分間の等方性プラズマエッチングを行う。このときのシース電圧は約１０Ｖとなり、エッチング速度は約２ｎｍ／分となる。

このとき、第１エッチング工程においては、異方性プラズマエッチングを行うことにより、図２（ｂ）に示すように、変質層１１４ａの大部分を除去して、変質層１１４ａの厚さを３ｎｍ以下とする。このとき、変質層１１４ａの表面は、表面荒れを起こし、さらには異方性プラズマエッチングによるエッチングダメージを受け、ダメージ層１１４ｂが形成される。

しかしながら、第２エッチング工程においては、等方性プラズマエッチングを行うことにより、図２（ｃ）に示すように、第１エッチング工程で除去しきれなかった変質層１１４ａのみならず、第２エッチング工程で形成されたダメージ層１１４ｂも完全に除去される。

（５）裏面電極の形成及びバリアメタルの形成
図１（ｆ）に示すように、ｎ^＋型炭化珪素単結晶層１１２の裏面に裏面電極（金属又はシリサイド）１２０を形成するとともに、ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層１１４の表面の一部に、バリアメタル層１１６の端部がｐ型不純物拡散領域１１８と接するように、バリアメタル層１１６を形成する。オーミック電極１２０としては、チタン、ニッケル及び銀が積層された積層膜からなるものを用いる。バリアメタル層１１６としては、例えばＴｉ、Ｎｉなどを用いる。

このようにして、炭化珪素半導体装置１００（ショットキーバリアダイオード）を製造することができる。

２．実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の効果
実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、炭化珪素基板１１０にイオン注入された不純物を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層１１４ａを、炭化珪素基板にダメージを与えることがあるけれどもエッチング速度が速い異方性プラズマエッチングによる第１エッチング工程と、異方性プラズマエッチングよりもエッチング速度が遅いけど炭化珪素基板にダメージを与えることのない等方性プラズマエッチングによる第２エッチング工程とをこの順序で実施することにより除去することとしているため、第１エッチング工程においては、変質層１１４ａの大部分を速い速度で除去するとともに、第２エッチング工程においては、第１エッチング工程で除去しきれなかった変質層１１４ａの部分又は第１エッチング工程で新たに生じた表面荒れやエッチングダメージからなるダメージ層１１４ｂを、新たなダメージを発生させることなく除去することが可能となる。従って、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、炭化珪素基板１１０にイオン注入された不純物を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層１１４ａを、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法の場合よりも高い生産性で、かつ、特許文献２に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法の場合のように炭化珪素半導体装置の特性の劣化を招くことなく、除去することが可能となる。

また、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、不活性ガスがＡｒガスであるため、炭化珪素基板１１０を汚染することがなくなり、炭化珪素半導体装置の特性の劣化を招くことなくなる。また、異方性プラズマエッチング又は等方性プラズマエッチングのエッチングモードがＲＩＥモードではなくスパッタモードとなるため、炭化珪素基板１１０の表面に与えるダメージを小さくすることができ、このことによっても、炭化珪素半導体装置の特性の劣化を招くことがなくなる

また、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、第１エッチング工程においてシース電圧が２０Ｖ〜４０Ｖの条件で異方性プラズマエッチングを行うこととしているため、炭化珪素基板に与えるダメージを小さい範囲に保ちながら変質層を速い速度で除去することが可能となる。

さらにまた、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、第２エッチング工程においてシース電圧が１５Ｖ以下の条件で等方性プラズマエッチングを行うこととしているため、１エッチング工程で除去しきれなかった変質層１１４ａの部分又は第１エッチング工程で新たに生じた表面荒れやエッチングダメージからなるダメージ層１１４ｂを、新たなダメージを発生させることなく除去することが可能となる

［実施形態２］
図３は、実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は図２（ａ）〜図２（ｃ）における各工程に対応する各工程図である。

実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、基本的には、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法と同様の工程を含むが、第１エッチング工程における異方性プラズマエッチングのエッチング時間が実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と異なる。
すなわち、実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法においては、図３（ｂ）に示すように、第１エッチング工程における異方性プラズマエッチングのエッチング時間を長くして変質層１１４ａが完全に除去されるまで第１エッチング工程を行うこととしている。

このように、実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、第１エッチング工程における異方性プラズマエッチングのエッチング時間が実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と異なるが、炭化珪素基板１１０にイオン注入された不純物を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層１１４ａを、炭化珪素基板にダメージを与えることがあるけれどもエッチング速度が速い異方性プラズマエッチングによる第１エッチング工程と、異方性プラズマエッチングよりもエッチング速度が遅いけど炭化珪素基板にダメージを与えることのない等方性プラズマエッチングによる第２エッチング工程とをこの順序で実施することにより除去することとしているため、第１エッチング工程においては、変質層１１４ａの大部分を速い速度で除去するとともに、第２エッチング工程においては、第１エッチング工程で新たに生じた表面荒れやエッチングダメージからなるダメージ層１１４ｂを、新たなダメージを発生させることなく除去することが可能となる。従って、実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と同様に、炭化珪素基板１１０にイオン注入された不純物を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層１１４ａを、特許文献１に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法の場合よりも高い生産性で、かつ、特許文献２に記載された炭化珪素半導体装置の製造方法の場合のように炭化珪素半導体装置の特性の劣化を招くことなく、除去することが可能となる。

（試験例）
以下、試験例により本発明をさらに詳細に説明する。

（１）試験例１〜２
試験例１〜２は、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造される炭化珪素半導体装置が優れた逆方向リーク特性を有することを示す試験例である。

（１−１）試料の調整
基本的には、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法と同様の方法によって試験例１〜２に係る炭化珪素半導体装置を製造した。但し、試験例１に係る炭化珪素半導体装置を製造するにあたっては、第１エッチング工程及び第２エッチング工程を実施した。また、試験例２に係る炭化珪素半導体装置を製造するにあたっては、第１エッチング工程及び第２エッチング工程を省略した。すなわち、試験例１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法に該当するものであり、試験例２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、従来の炭化珪素半導体装置の製造方法に該当するものである。

（１−２）評価方法
試験例１〜２に係る炭化珪素半導体装置の評価は、これらの炭化珪素半導体装置について、逆バイアス電圧（Ｖ）を徐々に高くしながら逆方向リーク電流（Ａ／ｃｍ^２）を測定することにより行った。

（１−３）評価結果
図４は、試験例１〜２に係る炭化珪素半導体装置の逆方向リーク電流を示す図である。
図４からも明らかなように、試験例１に係る炭化珪素半導体装置は、試験例２に係る炭化珪素半導体装置の場合よりも優れた逆方向リーク特性を有することがわかった。

（１）試験例３〜８
試験例３〜８は、第１エッチング工程及び第２エッチング工程の効果を説明するために示す試験例である。

（１−１）試料の調整
基本的には、実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法と同様の方法によって試験例３〜８に係る炭化珪素半導体装置を製造した。但し、試験例３に係る炭化珪素半導体装置を製造するにあたっては、第１エッチング工程及び第２エッチング工程を省略した。また、試験例４に係るに係る炭化珪素半導体装置を製造するにあたっては、第１エッチング工程において異方性プラズマエッチングを３０秒間だけ実施するとともに、第２エッチング工程を省略した。また、試験例５に係るに係る炭化珪素半導体装置を製造するにあたっては、第１エッチング工程において異方性プラズマエッチングを１分間実施するとともに、第２エッチング工程を省略した。また、試験例６に係るに係る炭化珪素半導体装置を製造するにあたっては、第１エッチング工程において異方性プラズマエッチングを２分間実施するとともに、第２エッチング工程を省略した。また、試験例７に係るに係る炭化珪素半導体装置を製造するにあたっては、第１エッチング工程において異方性プラズマエッチングを１分間実施するとともに、第２エッチング工程において等方性プラズマエッチングを１分間実施した。また、試験例８に係るに係る炭化珪素半導体装置を製造するにあたっては、第１エッチング工程を省略するとともに、第２エッチング工程において等方性プラズマエッチングを３０分間実施した。

（１−２）評価方法
試験例３〜８に係る炭化珪素半導体装置の評価は、これらの炭化珪素半導体装置について、逆バイアス電圧（Ｖ）を徐々に高くしながら逆方向リーク電流（Ａ／ｃｍ^２）を測定するとともに、逆バイアス電圧を１０００Ｖにしたときの逆方向リーク電流（Ａ／ｃｍ^２）を各試験例の間で比較することにより行った。

（１−３）評価結果
表１は、試験例３〜８に係る炭化珪素半導体装置における、逆バイアス電圧を１０００Ｖにしたときの逆方向リーク電流（Ａ／ｃｍ^２）を示す表である。

なお、試験例３〜８を評価するにあたっては、逆方向リーク電流が５０ｍＡ／ｃｍ^２以上である場合に「×」と評価し、逆方向リーク電流が５ｍＡ／ｃｍ^２〜５０ｍＡ／ｃｍ^２である場合に「△」と評価し、逆方向リーク電流が５ｍＡ／ｃｍ^２未満である場合に「○」と評価した（表１の評価欄中※１参照。）。但し、逆方向リーク電流の値にかかわらず、生産性が低い場合には「×」と評価した（表１の評価欄中※２参照。）。

その結果、試験例３〜試験例５からもわかるように、第１エッチング工程において異方性プラズマエッチングを実施する時間を０秒、３０秒、１分というように長くするに従って、逆方向リーク電流が減少した。これは、異方性プラズマエッチングを実施することにより変質層が除去されたためであると推察できる。但し、変質層が完全には除去されていないうえ、異方性プラズマエッチングによりダメージ層が生じたため、逆方向リーク電流の値は５ｍＡ／ｃｍ^２にとどまっている。

また、試験例５及び試験例６からもわかるように、第１エッチング工程において異方性プラズマエッチングを実施する時間を１分、２分というように長くすると、逆方向リーク電流が再び増加する傾向が見られた。これは、異方性プラズマエッチングを実施することによりダメージ層がより顕著に生じたためであると推察できる。

また、試験例５及び試験例７からもわかるように、第１エッチング工程において異方性プラズマエッチングを１分間実施するとともに、第２エッチング工程において等方性プラズマエッチングを１分間実施すると、逆方向リーク電流が１ｍＡ／ｃｍ^２にまで減少した。これは、第２エッチング工程的において等方性プラズマエッチングを実施することにより、第１エッチング工程で除去しきれなかった変質層の部分又は第１エッチング工程で新たに形成されたダメージ層が、新たなダメージを発生させることなく除去されたためであると推察できる。

また、試験例７及び試験例８からもわかるように、第２エッチング工程において等方性プラズマエッチングを３０分間実施すると、第１エッチング工程を実施しなくても逆方向リーク電流が１ｍＡ／ｃｍ^２にまで減少した。しかしながら、試験例８の場合、高い生産性で炭化珪素半導体装置を製造することができなくなる。

以上、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、以下のような変形が可能である。

（１）上記各実施形態においては、第１エッチング工程と第２エッチング工程とを、それぞれ方式の異なる別のプラズマエッチング装置（マグネトロン型の平行平板ＲＩＥ装置、有磁場マイクロ波型装置）を用いて実施しているが、本発明はこれに限定されるものではない。第１エッチング工程と第２エッチング工程とを同一のプラズマエッチング装置を用いて実施してもよい。また、上記した各実施形態において用いたプラズマエッチング装置には限られず、別の方式のプラズマエッチング装置（例えば、ＩＣＰ型ＲＩＥ装置など。）を用いて実施することもできる。

（２）上記実施形態２においては、第１エッチング工程における異方性プラズマエッチングのエッチング時間を長くすることによって変質層１１４ａを完全に除去するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１エッチング工程における異方性プラズマエッチングのシース電圧を高くすることによって変質層１１４ａを完全に除去することとしてもよい。

（３）上記各実施形態においては、第１エッチング工程と第２エッチング工程とをこの順序で実施することにより変質層除去工程を行うこととしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１エッチング工程と第２エッチング工程とをこの順序で実施した後、熱酸化法によって一旦ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層１１４の表面に二酸化珪素層（犠牲酸化膜）を形成し、その後、この二酸化珪素層をフッ化水素酸によって除去することにより変質層除去工程を行うこととしてもよい。この場合、第１エッチング工程及び第２エッチング工程により変質層の全部又は概略全部を除去した後に犠牲酸化膜を形成することとなるため、形成する犠牲酸化膜の膜厚を厚くする必要がなく、生産性を過度に低下させることもない。

実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。実施形態１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。実施形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。実施例１に係る炭化珪素半導体装置の逆方向リーク電流を示す図である。炭化珪素半導体装置の構造を説明するために示す図である。炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。従来の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。

符号の説明

１００，９００…炭化珪素半導体装置、１１０，９１０…炭化珪素基板、１１２，９１２…ｎ^＋型炭化珪素単結晶層、１１４，９１４…ｎ⁻型炭化珪素エピタキシャル層、１１４ａ，９１４ａ…変質層、１１４ｂ…ダメージ層、１１６，９１６…バリアメタル層、１１７，９１７…ｐ型不純物イオン注入領域、１１７…ｐ型不純物がイオン注入された領域、１１８，９１８…ｐ型不純物拡散領域、１２０，９２０…裏面電極、９１５…二酸化珪素層

Claims

炭化珪素基板にイオン注入された不純物を活性化するためのアニールを行う際に形成された変質層を除去する変質層除去工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記変質層除去工程においては、
プラズマエッチング装置を用い、かつ、エッチングガスとしてＡｒガスのみを用い、かつ、シース電圧が２０Ｖ〜４０Ｖの条件で異方性プラズマエッチングを行うことにより前記変質層の大部分を除去する第１エッチング工程と、
前記第１エッチング工程で用いたプラズマエッチング装置とは別の方式のプラズマエッチング装置を用い、かつ、エッチングガスとしてＡｒガスのみを用い、かつ、シース電圧が１５Ｖ以下の条件で等方性プラズマエッチングを行うことにより、前記第１エッチング工程で除去しきれなかった変質層の部分又は前記第１エッチング工程で新たに生じた表面荒れやエッチングダメージからなるダメージ層を除去する第２エッチング工程とをこの順序で実施することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記炭化珪素半導体装置は、ショットキーバリアダイオードであることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。