JP5990444B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

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（ＳｉＣ）は、半導体材料のうちの１つであり、他の半導体材料である珪素（Ｓｉ）や砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等と比較して、バンドギャップが大きい。
このため、炭化珪素（ＳｉＣ）よりなる基板（以下、「炭化珪素基板」という）を用いて、パワーデバイス、高周波デバイス、及び高温動作デバイス等の炭化珪素デバイスを形成する研究が行なわれている。

上記炭化珪素基板に、半導体素子を形成するためには、炭化珪素基板の表面に半導体素子の活性領域となるエピタキシャル成長層を形成し、エピタキシャル成長層の選択された領域で導電型やキャリア濃度を制御することが必要となる。

そこで、イオン注入法により、エピタキシャル成長層に対して部分的に不純物（不純物ドーパント原子）をドープすることで、ｐ型不純物拡散領域或いはｎ型不純物拡散領域（以下、ｐ型不純物拡散領域またはｎ型不純物拡散領域のことを単に、「不純物拡散領域」という）を形成することが行われている。

ところで、エピタキシャル成長層に、イオン注入された不純物を活性化させるためには、高温（例えば、１６００℃〜２０００℃）の活性化アニール処理を行う必要がある。
このため、上記活性化アニール処理を行うと、エピタキシャル成長層の上面、及び不純物拡散領域の上面の近傍に位置するＳｉ原子が昇華するため、エピタキシャル成長層の上面、及び不純物拡散領域の上面にステップバンチングによる表面荒れが発生してしまう。

このように、表面荒れが発生したエピタキシャル成長層の上面、及び不純物拡散領域の上面に、トランジスタやダイオード等の半導体素子を形成すると、炭化珪素（ＳｉＣ）本来の優れた物性値から期待されるような電気的特性を得ることは困難となる。

上記表面荒れの問題を解決可能な従来技術として、特許文献１，２がある。
特許文献１には、炭化珪素結晶板の表面層に、マスクを用いて不純物を選択的にドープし、マスクを除去した後、表面層上に保護膜（ダイヤモンドライクカーボンまたは有機膜）を堆積させ、次いで、アニール処理（活性化アニール処理）を行い、その後、該保護膜を除去することで、表面層の上面を平滑化させる炭化珪素半導体装置の製造方法が開示されている。

特許文献２には、ＳｉＣ層内に不純物イオンを注入してイオン注入層を形成する工程と、スパッタ法により、イオン注入層を覆うカーボン膜を形成する工程と、カーボン膜によりイオン注入層を覆った状態で、ＳｉＣ層を１６００℃以上の温度でアニール（活性化アニール処理）する工程と、アニール後に、カーボン膜を除去する工程と、を含むことにより、アニールに起因するステップバンチングの発生を抑制するＳｉＣ半導体装置の製造方法が開示されている。

特開２００１−６８４２８号公報 特開２００５−３５３７７１号公報

特許文献１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法、及び特許文献２に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法を用いることで、活性化アニールに起因するエピタキシャル成長層の上面及び不純物拡散領域の上面の荒れ（表面荒れ）を抑制することは可能である。

しかしながら、特許文献１，２では、活性化アニール処理を行う前に、カーボン膜を成膜するため、活性化アニール時にカーボン膜からガスが発生し、該ガスによりアニール装置のチャンバ及び排気系が汚れてしまうため、アニール装置のクリーニングを頻繁に実施する必要があった。
また、カーボン膜の成膜、及びカーボン膜の除去に多くの時間を要するため、生産性を向上できないという問題があった。なお、アニール装置のクリーニングを頻繁に実施することも生産性を低下させる要因の１つであった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、アニール装置のクリーニングの頻度を低減した上で、活性化アニールにより荒れたエピタキシャル成長層の上面及び不純物拡散領域の上面を平滑な面にすることが可能で、かつ生産性を向上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。

すなわち、上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１） イオン注入法により、炭化珪素基板の表面に形成された炭化珪素エピタキシャル層に、不純物をドープする工程と、前記炭化珪素基板を活性化アニール処理により、前記不純物を活性化させることで、前記炭化珪素エピタキシャル層に、活性化された前記不純物よりなる不純物拡散領域を形成する工程と、前記炭化珪素エピタキシャル層の上面、及び前記不純物拡散領域の上面を覆うシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜に対する前記炭化珪素エピタキシャル層の選択比が高い研磨液を用いて、ＣＭＰ法により、第１の研磨レートで前記シリコン酸化膜を除去すると共に、前記炭化珪素エピタキシャル層の上面、及び前記不純物拡散領域の上面を前記第１の研磨レートよりも低い第２の研磨レートで平滑化させる研磨工程と、を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
なお、本発明において、「シリコン酸化膜に対する炭化珪素エピタキシャル層の選択比が高い」とは、シリコン酸化膜の第１の研磨レートが炭化珪素の第２の研磨レートよりも大きいことを言う。
（２） 前記シリコン酸化膜を形成する工程では、ＣＶＤ法により、該シリコン酸化膜を形成することを特徴とする前項（１）記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
（３） 前記シリコン酸化膜を形成する工程では、厚さが１．０μｍ以上となるように、前記シリコン酸化膜を形成することを特徴とする前項（１）または（２）記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
（４） 前記研磨液に含まれる研磨剤が凝集してなる二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以下であることを特徴とする前項（１）ないし（３）のうち、いずれか1項記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
（５） 前記研磨工程では、前記シリコン酸化膜に対する前記炭化珪素エピタキシャル層の選択比が１００以上の研磨液を用いることを特徴とする前項（１）ないし（４）のうち、いずれか１項記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

本発明によれば、炭化珪素エピタキシャル層の上面、及び不純物拡散領域の上面を覆うシリコン酸化膜を形成し、その後、シリコン酸化膜に対する炭化珪素エピタキシャル層の選択比が高い研磨液を用いた、ＣＭＰ法により、第１の研磨レートでシリコン酸化膜を除去すると共に、炭化珪素エピタキシャル層の上面、及び不純物拡散領域の上面を第１の研磨レートよりも低い第２の研磨レートで平滑化させることにより、従来、実施していた活性化アニール処理の前にカーボン膜を形成する工程が不要となるため、活性化アニール時にカーボン膜から発生するガスによりアニール装置のチャンバ及び排気系が汚れることがなくなる。
これにより、アニール装置のクリーニングの頻度を低減した上で、活性化アニールにより、荒れた炭化珪素エピタキシャル層の上面及び不純物拡散領域の上面を平滑な面にすることができる。

また、従来、必要であったカーボン膜を形成する工程、及びカーボン膜を除去する工程が不要になる共に、アニール装置のクリーニングの頻度が低減されることにより、炭化珪素半導体装置の生産性を向上させることができる。

また、炭化珪素エピタキシャル層の上面、及び不純物拡散領域の上面を覆うシリコン酸化膜を形成することにより、シリコン酸化膜を炭化珪素エピタキシャル層及び不純物拡散領域を保護する保護膜として機能させることが可能となる。
これにより、回転する研磨布とシリコン酸化膜とが接触する研磨の初期に、シリコン酸化膜に形成されるスクラッチが炭化珪素エピタキシャル層及び不純物拡散領域に到達することを抑制できる。
言い換えれば、炭化珪素エピタキシャル層及び不純物拡散領域にスクラッチが発生することを抑制できる。

また、シリコン酸化膜に対する炭化珪素エピタキシャル層の選択比が高い研磨液を用いることで、シリコン酸化膜の研磨時間を短くすることが可能となるので、炭化珪素半導体装置の生産性を向上させることができる。

また、シリコン酸化膜を研磨後、研磨が安定した状態（研磨布の回転、炭化珪素基板の回転、炭化珪素基板と研磨布との間への研磨液の供給等が安定し、ハイドロブレーン現象による摩擦減少によりスクラッチが発生しにくい状態）で、シリコン酸化膜の第１の研磨レートより遅い第２の研磨レートで炭化珪素エピタキシャル層及び不純物拡散領域を研磨することで、活性化アニールにより、表面荒れした炭化珪素エピタキシャル層の上面及び不純物拡散領域の上面の微細な凹凸を選択的に研磨することが可能となるので、炭化珪素エピタキシャル層の上面及び不純物拡散領域の上面を良好な平滑面にすることができる。

また、シリコン酸化膜に対する炭化珪素エピタキシャル層の選択比が高い研磨液を用いることで、炭化珪素エピタキシャル層、及び炭化珪素エピタキシャル層に形成された不純物拡散領域が研磨されすぎることを抑制可能となるので、炭化珪素エピタキシャル層の深さ、及び不純物拡散領域の深さが所望の深さから浅くなることを抑制できる。

本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その１）であり、炭化珪素基板の表面に形成された炭化珪素エピタキシャル層に、不純物をドープして不純物注入領域を形成する工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その２）であり、図１に示すレジストマスクを除去する工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その３）であり、活性化アニール処理により、不純物拡散領域を形成する工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その３）であり、図３Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域の上面付近を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その３）であり、図３Ａに示す領域Ｃで囲まれた炭化珪素エピタキシャル層の上面付近を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その４）であり、シリコン酸化膜を形成する工程を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その４）であり、図４Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域とシリコン酸化膜との界面を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その４）であり、図４Ａに示す領域Ｃで囲まれた炭化珪素エピタキシャル層とシリコン酸化膜との界面を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その５）であり、研磨工程の初期段階を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その５）であり、図５Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域、シリコン酸化膜、及び研磨布を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その５）であり、図５Ａに示す領域Ｃで囲まれた不純物拡散領域、シリコン酸化膜、及び研磨布を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その６）であり、研磨工程のうち、炭化珪素エピタキシャル層の上面の一部、及び不純物拡散領域の上面の一部と研磨布とが接触する段階を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その６）であり、図６Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域、シリコン酸化膜、及び研磨布を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その６）であり、図６Ａに示す領域Ｃで囲まれた炭化珪素エピタキシャル層、シリコン酸化膜、及び研磨布を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その７）であり、研磨工程のうち、不純物拡散領域の上面、及び炭化珪素エピタキシャル層の上面を平滑化する段階を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その７）であり、図７Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域と研磨布との界面を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その７）であり、図７Ａに示す領域Ｃで囲まれた炭化珪素エピタキシャル層と研磨布との界面を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図（その８）であり、図７Ａに示す研磨ヘッドから取り外した炭化珪素基板を上下反転させた断面図である。 本発明の実施の形態で使用するＣＭＰ装置の主要部の概略構成を示す側面図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の炭化珪素装置、及びＣＭＰ装置の寸法関係とは異なる場合がある。

（実施の形態）
図１〜図８は、本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図である。具体的には、図１は、炭化珪素基板の表面に形成された炭化珪素エピタキシャル層に、不純物をドープして不純物注入領域を形成する工程を説明するための断面図である。図２は、図１に示すレジストマスクを除去する工程を説明するための断面図である。
図３Ａは、活性化アニール処理により、不純物拡散領域を形成する工程を説明するための断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域の上面付近を拡大した断面図である。図３Ｃは、図３Ａに示す領域Ｃで囲まれた炭化珪素エピタキシャル層の上面付近を拡大した断面図である。

図４Ａは、シリコン酸化膜を形成する工程を説明するための断面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域とシリコン酸化膜との界面を拡大した断面図である。図４Ｃは、図４Ａに示す領域Ｃで囲まれた炭化珪素エピタキシャル層とシリコン酸化膜との界面を拡大した断面図である。
図５Ａは、研磨工程の初期段階を説明するための断面図である。図５Ｂは、図５Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域、シリコン酸化膜、及び研磨布を拡大した断面図である。図５Ｃは、図５Ａに示す領域Ｃで囲まれた不純物拡散領域、シリコン酸化膜、及び研磨布を拡大した断面図である。

図６Ａは、研磨工程のうち、炭化珪素エピタキシャル層の上面の一部、及び不純物拡散領域の上面の一部と研磨布とが接触する段階を説明するための断面図である。図６Ｂは、図６Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域、シリコン酸化膜、及び研磨布を拡大した断面図である。図６Ｃは、図６Ａに示す領域Ｃで囲まれた炭化珪素エピタキシャル層、シリコン酸化膜、及び研磨布を拡大した断面図である。
図７Ａは、研磨工程のうち、不純物拡散領域の上面、及び炭化珪素エピタキシャル層の上面を平滑化する段階を説明するための断面図である。図７Ｂは、図７Ａに示す領域Ｂで囲まれた不純物拡散領域と研磨布との界面を拡大した断面図である。図７Ｃは、図７Ａに示す領域Ｃで囲まれた炭化珪素エピタキシャル層と研磨布との界面を拡大した断面図である。
図８は、図７Ａに示す研磨ヘッドから取り外した炭化珪素基板を上下反転させた断面図である。図９は、本発明の実施の形態で使用するＣＭＰ装置の主要部の概略構成を示す側面図である。

図１〜図９を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１０（図８参照）の製造方法を説明する。
始めに、図１に示す工程では、炭化珪素基板１１（例えば、ｎ^＋型の炭化珪素ウェハ）を準備し、その後、周知の手法により、炭化珪素基板１１の表面１１ａに炭化珪素エピタキシャル層１３（例えば、ｎ型の炭化珪素エピタキシャル成長層）を形成する。
炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａの表面粗さ（Ｒｑ）は、例えば、１ｎｍ以下の平滑な面であることが好ましい。

次に、フォトリソグラフィ技術により、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａに、開口部１４Ａを有する不純物注入用マスク１４を形成する。
このとき、開口部１４Ａは、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａのうち、不純物拡散領域１８（図３Ａ参照）が形成される領域である拡散領域形成用領域Ａを露出するように形成する。

次いで、不純物注入用マスク１４を介したイオン注入法により、拡散領域形成用領域Ａに選択的に不純物をドープすることで、炭化珪素エピタキシャル層１３に不純物注入領域１６を形成する。
具体的には、炭化珪素エピタキシャル層１３がｎ型の炭化珪素エピタキシャル成長層である場合、拡散領域形成用領域Ａにアルミニウムイオンを６種類の加速電圧（例えば、２４０ｋＶ、１５０ｋＶ、９５ｋＶ、５５ｋＶ、２７ｋＶ、１０ｋＶ）を用いて、多段で注入することで、不純物注入領域１６を形成する。
このとき、注入されたＡｌ濃度は、例えば、２×１０^１９ｃｍ^−３とすることができる。
また、不純物注入領域１６の上面は、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａと一致している。

次いで、図２に示す工程では、周知の手法により、図１に示す不純物注入用マスク１４を除去する。これにより、不純物注入用マスク１４で覆われていた炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａが露出される。
この段階では、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物注入領域１６の上面は、平滑な面であり、荒れていない。この段階において、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物注入領域１６の上面の表面粗さ（Ｒｑ）は、例えば、１ｎｍ以下にすることができる。

次いで、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示す工程では、周知の手法により、炭化珪素基板１１を活性化アニール処理することで、不純物を活性化させることで、炭化珪素エピタキシャル層１３に、活性化された不純物よりなる不純物拡散領域１８を形成する。
具体的には、上記活性化アニールは、減圧方式の加熱炉内に図２に示す構造体を収容させ、その後、該加熱炉内の圧力を１×１０^−２Ｐａ以下に減圧した雰囲気で、電子線を加熱することで行う。

このとき、図３Ｂ及び図３Ｃに示す炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａが荒れることで、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａに微細な凹凸が形成される。
この段階における炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａの粗さ（Ｒｑ）は、例えば、１．５〜２ｎｍ程度である。

炭化珪素基板１１の加熱温度は、例えば、１６００〜２０００℃の範囲内で適宜選択することができるが、１７００〜１８５０℃の範囲内が好ましい。
炭化珪素基板１１の加熱温度が１６００℃未満の温度の場合、注入した不純物の活性化が不十分となってしまう。
また、炭化珪素基板１１の加熱温度が２０００℃を超える温度の場合、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａが大きく荒れるため好ましくない。

炭化珪素基板１１の加熱時間は、例えば、１〜１５分の範囲内で適宜選択することが可能であるが、５〜１０分で行うことが好ましい。
炭化珪素基板１１の加熱時間が１分未満であると、不純物の活性化が不十分となるため好ましくない。また、加熱時間が１５分を超えると、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａの荒れ（表面荒れ）が大きくなるため好ましくない。

次いで、図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃに示す工程では、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを覆うシリコン酸化膜２１を形成する。
これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａに形成された微細な凹凸がシリコン酸化膜２１で覆われると共に、構造体２２が形成される。
シリコン酸化膜２１は、後述する研磨工程において、完全に除去される膜である。

具体的には、ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜２１を形成する。このように、ＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜２１を形成することにより、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａに、積まれるようにシリコン酸化膜２１が形成されるため、熱酸化法のように、炭化珪素エピタキシャル層１３及び不純物拡散領域１８が酸化されることがない。
よって、ＣＭＰ法により、シリコン酸化膜２１を除去する際、シリコン酸化膜２１の一部として炭化珪素エピタキシャル層１３及び不純物拡散領域１８が除去されることがない。
つまり、ＣＶＤ法を用いて、シリコン酸化膜２１を形成することで、炭化珪素エピタキシャル層１３の深さ、及び不純物拡散領域１８の深さが浅くなることを抑制できる。

また、シリコン酸化膜２１は、Ｐ−ＣＶＤ法を用いて形成するとよい。この場合の成膜条件としては、例えば、チャンバ内の圧力が１００Ｐａ、成膜温度が４００℃、ＳｉＨ_４の流量が２０ｓｃｃｍ、Ｎ_２Ｏの流量が３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーが１００Ｗの条件を用いることができる。

このように、Ｐ−ＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜２１を形成することにより、シリコン酸化膜２１を短時間で、厚く（上限の厚さは２．０μｍ程度）形成することが可能となる。これにより、炭化珪素半導体装置１０の生産性を向上させることができる。

シリコン酸化膜２１を形成する工程では、シリコン酸化膜２１の厚さを１．０μｍ以上にするとよい。
このように、シリコン酸化膜２１の厚さを１．０μｍ以上とすることにより、回転する研磨布とシリコン酸化膜２１の上面２１ａとが接触して研磨が開始される段階）に発生しやすいスクラッチ３７（図５Ｂ及び図５Ｃ参照）が炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａに到達することを抑制できる。

つまり、シリコン酸化膜２１は、研磨が安定していない研磨の初期段階（図５Ａに示す研磨布２９の回転、炭化珪素基板１１の回転、炭化珪素基板１１と研磨布２９との間への研磨液の供給等が安定していない段階）に発生しやすいスクラッチが炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａに発生することを抑制する保護膜として機能する。

なお、シリコン酸化膜２１に替えて、絶縁膜であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いることも考えられるが、絶縁膜研磨用の研磨液を用いた場合、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の研磨レートは、シリコン酸化膜２１の研磨レートの数分の１であるため、生産性の向上の観点から好ましくない。
また、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）は、厚く成膜すると割れが発生しやすくなる。このように、割れが発生すると炭化珪素基板１１の面内におけるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の研磨レートのばらつきが大きくなるため、好ましくない。

次いで、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示す工程を説明する前に、図９を参照して、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示す工程、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃに示す工程、及び図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃに示す工程において使用するＣＭＰ装置２５の構成について説明する。
なお、図９では、ＣＭＰ装置の一例として、バッチ式のＣＭＰ装置２５を図示する。

ＣＭＰ装置２５は、第１の回転軸２６と、研磨テーブル２８（プラテン）と、研磨布２９（研磨パッド）と、ディスペンサー３１と、第２の回転軸３３と、研磨ヘッド３５（キャリアヘッド）と、を有する。
第１の回転軸２６の上端は、研磨テーブル２８と一体とされている。第１の回転軸２６は、図示していない駆動装置により所定の方向（図９に示す方向）に回転させられた際、研磨テーブル２８を該所定の方向に回転させる。

研磨テーブル２８は、円柱形状とされている。研磨テーブル２８は、研磨布２９が貼り付けられる研磨布貼付面２８ａを有する。
研磨布２９は、円形とされており、研磨布貼付面２８ａに貼り付けられている。研磨布２９としては、例えば、不織布を用いることができる。該不織布としては、例えば、ＮＩＴＴＡ ＨＡＡＳ社製のＳＵＢＡ系パッド（具体的には、ＳＵＢＡ４００、ＳＵＢＡ６００、ＳＵＢＡ８００等）を用いることができる。

ディスペンサー３１は、研磨液供給ライン（図示せず）を介して、研磨液が収容された研磨液供給部（図示せず）と接続されている。ディスペンサー３１は、研磨布２９の中央部に、研磨液３２を供給する。

研磨液３２としては、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が高く、第１の研磨レート（高研磨レート）でシリコン酸化膜２１を除去可能で、かつ炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを第１の研磨レートよりも低い第２の研磨レート（低研磨レート）で平滑化可能な研磨液（スラリー）を用いるとよい。
本実施の形態において、「シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が高い」とは、シリコン酸化膜２１の第１の研磨レートが炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の研磨レートよりも大きいことを言う。

このように、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が高い研磨液３２を用いることで、シリコン酸化膜２１の研磨時間を短くすることが可能となるので、図８に示す炭化珪素半導体装置１０の生産性を向上させることができる。

また、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が高い研磨液３２を用いることで、炭化珪素エピタキシャル層１３、及び炭化珪素エピタキシャル層１３に形成された不純物拡散領域１８が研磨されすぎることを抑制可能となる。
これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３の深さ、及び不純物拡散領域１８の深さが所望の深さから浅くなることを抑制できる。

また、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が高い研磨液３２を用いることで、シリコン酸化膜２１の研磨時におけるトルクと、炭化珪素エピタキシャル層１３の研磨時におけるトルクと、の差を利用して、シリコン酸化膜２１が除去された段階を検知する公知のトルク式終点検知装置を用いることが可能となる。これにより、研磨の終点検知を自動で行うことができる。
また、公知のトルク式終点検知装置に替えて、公知の光学式終点装置を用いた場合においても研磨の終点検知を自動で行うことができる。

研磨液３２としては、例えば、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が１００以上の研磨液を用いるとよい。
このように、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が１００以上の研磨液３２を用いることで、炭化珪素エピタキシャル層１３の研磨量を極力少なくすることが可能となるので、良好な特性を有した素子（例えば、ショットキーダイオード等）を形成することができる。

また、研磨液３２としては、例えば、研磨液３２に含まれる研磨剤が凝集してなる二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以下のものを用いることができる。
このように、厚さが１．０μｍ以上とされたシリコン酸化膜２１を形成し、その後、研磨剤の二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以下とされた研磨液３２を用いてシリコン酸化膜２１の研磨を行うことにより、研磨剤に起因する研磨初期段階（回転する研磨布２９とシリコン酸化膜２１の上面２１ａとが接触して研磨が開始される段階）に発生しやすいスクラッチ３７（図５Ｂ及び図５Ｃ参照）が炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａに到達することを抑制できる。

具体的な研磨液３２としては、例えば、研磨剤として二次粒子の平均粒径が０．３μｍ以下とされたコロイダルシリカ、ＫＯＨ、Ｈ_２Ｏ_２、及び純水等を混合することで、ＰＨがアルカリ性（例えば、ＰＨが１１以下）とされた混合液（研磨液３２）を用いることができる。
なお、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比を高くするためには、ＫＯＨとＨ_２Ｏ_２との配合を調整するとよい。

第２の回転軸３３の下端は、研磨ヘッド３５と一体とされている。第２の回転軸３３は、図示していない駆動部により、上下方向に移動させられると共に、所定の方向（図９に示す方向）に回転させられる。研磨ヘッド３５に吸着された構造体２２（図４Ａ参照）は、第２の回転軸３３が下方に移動させられることで、研磨布２９に押圧される。

研磨ヘッド３５は、研磨布２９と対向する側に、構造体２２を構成する炭化珪素基板１１の裏面１１ｂを吸着する基板吸着面３５ａと、図５Ａに示す吸着孔３６と、を有する。
研磨ヘッド３５は、第２の回転軸３３が回転させられた際、第２の回転軸３３と同じ方向に回転する。

次いで、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示す工程では、図４Ａに示す構造体２２を上下反転させた後、図９に示すＣＭＰ装置２５の研磨ヘッド３５の基板吸着面３５ａにより、構造体２２を構成する炭化珪素基板１１の裏面１１ｂ（表面１１ａの反対側に位置する炭化珪素基板１１の面）を吸着させる。

次いで、研磨テーブル２８を所定の回転数で回転させた状態で、ディスペンサー３１から研磨布２９上に、先に説明した研磨液３２を供給する。次いで、構造体２２を吸着した研磨ヘッド３５を研磨布２９の上方に移動させる。
次いで、研磨ヘッド３５を下方に移動させることで、シリコン酸化膜２１の上面２１ａと研磨布２９とを接触させ、その後、研磨ヘッド３５を所定の回転数で回転させることで、第１の研磨レート（高研磨レート）でシリコン酸化膜２１の研磨を開始する。

このとき、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、回転する研磨布２９に構造体２２を押し付ける動作や研磨ヘッド３５の回転が始まる動作等により、厚さ１．０μｍ以上とされたシリコン酸化膜２１に、研磨液３２に含まれる研磨剤（この場合、例えば、二次粒子の平均粒径が０．３μｍ以下とされたコロイダルシリカ）に起因するスクラッチ３７が形成される。

しかしながら、先に説明したシリコン酸化膜２１を形成する工程において、研磨剤の二次粒子の平均粒子径の値よりもシリコン酸化膜２１の厚さが厚く形成されているため、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａにスクラッチ３７が到達することはない。
つまり、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａに、研磨初期に発生するスクラッチ３７が形成されることを抑制できる。

炭化珪素基板１１の直径が４インチ（１０．１６ｃｍ）の場合、研磨条件としては、例えば、研磨テーブル２８の回転数が６０ｒｐｍ、研磨ヘッド３５の回転数が６０ｒｐｍ、研磨荷重が２００〜３００ｇ／ｃｍ^２を用いることができる。

次いで、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃに示す工程では、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示す工程で説明した研磨条件を用いて、第１の研磨レートで酸化シリコン膜２１の研磨を継続する。
これにより、図５Ｂ及び図５Ｃに示すシリコン酸化膜２１のうち、スクラッチ３７が形成された部分が除去され、研磨布２９の表面２９ａが、微細な凹凸を有した炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａに到達する（図６Ｂ及び図６Ｃに示す状態）。

次いで、図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃに示す工程では、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示す工程で説明した研磨条件により、第１の研磨レートよりも低い第２の研磨レート（低研磨レート）で、図６Ｂ及び図６Ｃに示す微細な凹凸が形成された炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを研磨することで、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを平滑化させる。
なお、本実施の形態の図５〜図７に示す工程が、研磨工程に相当する工程である。

先に説明したように、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａに形成された凹凸は、微細な形状であるため、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が高い研磨液３２（言い換えれば、不純物拡散領域１８を含む炭化珪素エピタキシャル層１３が研磨されにくい研磨液）を用いても比較的短時間で、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを平滑化させることができる。

また、ＣＭＰ装置２５を用いて、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを平滑化させることで、特許文献１，２に開示された方法を用いたとき（この場合の表面粗さＲｑは、０．２〜０．３ｎｍ程度）よりも炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａの粗さを小さく（例えば、表面粗さＲｑが０．１ｎｍ以下）することができる。

このように、活性化アニール処理後に、表面荒れが発生した炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを覆うシリコン酸化膜２１を形成し、その後、ＣＭＰ法により、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３（不純物拡散領域１８も含む）の選択比が高い研磨液３２を用いて、第１の研磨レートでシリコン酸化膜２１を除去すると共に、表面荒れした炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを第１の研磨レートよりも低い第２の研磨レートで研磨して平滑化させることにより、従来、実施していた活性化アニール処理の前にカーボン膜（図示せず）を形成する工程が不要となるため、活性化アニール時にカーボン膜から発生するガスによりアニール装置（図示せず）のチャンバ及び排気系（共に図示せず）が汚れることがなくなる。
これにより、アニール装置のクリーニングの頻度を低減した上で、活性化アニールに起因する炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを平滑化させることができる。

次いで、図８に示す工程では、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａが平滑化された段階で、研磨を停止させる。具体的には、研磨ヘッド３５を研磨布２９の表面２９ａから離間させる。
次いで、図７Ａに示す研磨ヘッド３５を回転させながら、純水を用いて、研磨ヘッド３５、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを洗浄する。

その後、研磨ヘッド３５から炭化珪素基板１１を取り外し、炭化珪素基板１１を上下反転させ、洗浄用薬液を用いて、炭化珪素基板１１の裏面１１ｂ、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを洗浄し、乾燥させる。
これにより、研磨液による汚れが洗浄され、本実施の形態の炭化珪素半導体装置１０が製造される。
なお、実際には、図８に示す炭化珪素半導体装置１０に、周知の手法により、ショットキーダイオード等を形成する。

本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、活性化アニール処理後に、表面荒れが発生した炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを覆うシリコン酸化膜２１を形成し、その後、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３（不純物拡散領域１８も含む）の選択比が高い研磨液３２を用いた、ＣＭＰ法により、第１の研磨レートでシリコン酸化膜２１を除去すると共に、表面荒れした炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを第１の研磨レートよりも低い第２の研磨レートで平滑化させることにより、従来、実施していた活性化アニール処理の前にカーボン膜（図示せず）を形成する工程が不要となるため、活性化アニール時にカーボン膜から発生するガスによりアニール装置（図示せず）のチャンバ及び排気系（共に図示せず）が汚れることがなくなる。
これにより、アニール装置のクリーニングの頻度を低減した上で、活性化アニールに起因する炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを平滑な面にすることができる。

また、従来、必要であったカーボン膜を形成する工程、及びカーボン膜を除去する工程が不要になる共に、アニール装置のクリーニングの頻度が低減されることにより、炭化珪素半導体装置１０の生産性を向上させることができる。

また、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ、及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを覆うシリコン酸化膜２１を形成することにより、シリコン酸化膜２１を炭化珪素エピタキシャル層１３及び不純物拡散領域１８を保護する保護膜として機能させることが可能となる。
これにより、回転する研磨布２９とシリコン酸化膜２１とが接触する研磨の初期に、シリコン酸化膜２１に形成されるスクラッチ３７が炭化珪素エピタキシャル層１３及び不純物拡散領域１８に到達することを抑制できる。言い換えれば、炭化珪素エピタキシャル層１３及び不純物拡散領域１８にスクラッチが発生することを抑制できる。

また、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が高い研磨液を用いることで、シリコン酸化膜２１の研磨時間を短くすることが可能となるので、炭化珪素半導体装置１０の生産性を向上させることができる。

また、シリコン酸化膜２１を研磨後、研磨が安定した状態（研磨布２９の回転、炭化珪素基板１１の回転、炭化珪素基板１１と研磨布２９との間への研磨液３２の供給等が安定し、ハイドロブレーン現象による摩擦減少によりスクラッチが発生しにくい状態）で、シリコン酸化膜２１の第１の研磨レートより遅い第２の研磨レートで炭化珪素エピタキシャル層１３及び不純物拡散領域１８を研磨することで、活性化アニールにより、表面荒れした炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａの微細な凹凸を選択的に研磨することが可能となるので、炭化珪素エピタキシャル層１３の上面１３ａ及び不純物拡散領域１８の上面１８ａを良好な平滑面にすることができる。

また、シリコン酸化膜２１に対する炭化珪素エピタキシャル層１３の選択比が高い研磨液３２を用いることで、炭化珪素エピタキシャル層１３、及び炭化珪素エピタキシャル層１３に形成された不純物拡散領域１８が研磨されすぎることを抑制可能となる。
これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３の深さ、及び不純物拡散領域１８の深さが所望の深さから浅くなることを抑制できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明は、炭化珪素エピタキシャル層に不純物をドープ後、炭化珪素基板を活性化アニール処理することで、炭化珪素エピタキシャル層に、活性化された不純物よりなる不純物拡散領域を形成する工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法に利用可能である。

１０…炭化珪素半導体装置、１１…炭化珪素基板、１１ａ…表面、１１ｂ…裏面、１３ａ，１８ａ…上面、１３…炭化珪素エピタキシャル層、１４…不純物注入用マスク、１４Ａ…開口部、１６…不純物注入領域、１８…不純物拡散領域、２１…シリコン酸化膜、２２…構造体、２５…ＣＭＰ装置、２６…第１の回転軸、２８…研磨テーブル、２８ａ…研磨布貼付面、２９…研磨布、２９ａ…表面、３１…ディスペンサー、３２…研磨液、３３…第２の回転軸、３５…研磨ヘッド、３５ａ…基板吸着面、３６…吸着孔、３７…スクラッチ、Ａ…拡散領域形成用領域、Ｂ，Ｃ…領域

Claims (5)

1. イオン注入法により、炭化珪素基板の表面に形成された炭化珪素エピタキシャル層に、不純物をドープする工程と、
   前記炭化珪素基板を活性化アニール処理により、前記不純物を活性化させることで、
   前記炭化珪素エピタキシャル層に、活性化された前記不純物よりなる不純物拡散領域を形成する工程と、
   前記炭化珪素エピタキシャル層の上面、及び前記不純物拡散領域の上面を覆うシリコン酸化膜を形成する工程と、
   前記シリコン酸化膜に対する前記炭化珪素エピタキシャル層の選択比が高い研磨液を用いて、ＣＭＰ法により、第１の研磨レートで前記シリコン酸化膜を除去すると共に、前記炭化珪素エピタキシャル層の上面、及び前記不純物拡散領域の上面を前記第１の研磨レートよりも低い第２の研磨レートで平滑化させる研磨工程と、
   を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
2. 前記シリコン酸化膜を形成する工程では、ＣＶＤ法により、該シリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求項１記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
3. 前記シリコン酸化膜を形成する工程では、厚さが１．０μｍ以上となるように、前記シリコン酸化膜を形成することを特徴とする請求項１または２記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
4. 前記研磨液に含まれる研磨剤が凝集してなる二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか1項記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
5. 前記研磨工程では、前記シリコン酸化膜に対する前記炭化珪素エピタキシャル層の選択比が１００以上の研磨液を用いることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

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