JP6026873B2

JP6026873B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP6026873B2
Application number: JP2012263471A
Authority: JP
Inventors: 理俊辻村; 広和藤原; 友生森野; 成雅副島
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: US9142411B2; US20140162443A1; JP2014110305A

Description

本明細書に開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。

炭化ケイ素を半導体材料に用いた半導体装置を製造する際は、炭化ケイ素ウエハを熱処理することがある。例えば、炭化ケイ素ウエハに導電性不純物を導入した後に、その導入した導電性不純物を活性化するためのアニール処理が行われる。炭化ケイ素ウエハを熱処理すると、炭化ケイ素ウエハ中のＳｉが昇華して表面が荒れたり、ウエハ表面の導電性不純物濃度（以下、単に「不純物濃度」とも称する）が低下したりするといった問題が生じる場合がある。特に、導電性不純物を活性化するためのアニール処理では、炭化ケイ素ウエハを１５００℃〜１９００℃もの高温で熱処理するため、上述した問題が顕著となる。そこで、特許文献１には、炭化ケイ素基板の表面にキャップ層を形成してからアニール処理を実施する技術が開示されている。キャップ層は、アニール処理の温度よりも高い融点を有するとともに、１０００℃以下で酸化する金属炭化物により形成される。また、アニール処理は、脱酸素雰囲気下で実施される。

特開２００９−２６６９６９号公報

特許文献１の技術では、炭化ケイ素基板の表面がキャップ層により保護される。また、アニール処理が脱酸素雰囲気下で実施されるため、キャップ層を形成する金属炭化物の酸化開始温度がアニール処理の温度より低くても、キャップ層が酸化することが防止される。このため、アニール処理によって炭化ケイ素基板の表面が荒れたり、不純物濃度が低下したりするといった問題の発生が抑制できるとされている。また、キャップ層は１０００℃以下で酸化して脆くなるため、アニール処理の終了後に所定の温度で酸化処理を実施することでキャップ層を容易に除去できるとされている。

特許文献１の技術では、半導体装置の製造工程に、キャップ層を形成、除去するための工程が追加される。これにより、半導体装置の生産効率が低下したり、製造コストが上昇したりする可能性がある。また、キャップ層は酸化により脆くなるため容易に除去できるとされているが、除去方法によってはキャップ層の残渣が残る可能性は否めない。炭化ケイ素基板表面にキャップ層の残渣が残ると、半導体装置の性質に影響を与える可能性がある。

本明細書では、半導体装置の熱処理工程において、炭化ケイ素ウエハ（以下、単にウエハとも称する）の表面からＳｉ原子が離脱してウエハの表面が荒れることを抑制するとともに、半導体装置の生産効率を上昇させる技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、配置工程と、熱処理工程を備える。配置工程では、第１面と、第１面の裏面である第２面とを備える複数の炭化ケイ素ウエハを、隣接する炭化ケイ素ウエハ同士の第１面と第２面とが対向するとともに平行に離間するように配置する。熱処理工程では、配置工程で配置された複数の炭化ケイ素ウエハを、各炭化ケイ素ウエハの第１面が第２面よりも高温になり、かつ、隣接する炭化ケイ素ウエハにおいて、一方の炭化ケイ素ウエハの第２面が、その第２面と対向する他方の炭化ケイ素ウエハの第１面よりも高温となるように加熱する。

この半導体装置の製造方法では、配置工程において、複数の炭化ケイ素ウエハを、隣接するウエハ同士の第１面と第２面とが対向するように配置する。即ち、炭化ケイ素ウエハを、その第１面と第２面の向きが、各ウエハにおいて同じとなるように配置する。また、熱処理工程では、各炭化ケイ素ウエハの第１面が第２面よりも高温となり、かつ、隣接する炭化ケイ素ウエハにおいて、一方のウエハの第２面が、他方のウエハの第１面よりも高温となるように加熱する。即ち、複数の炭化ケイ素ウエハの内、一方の端に位置するウエハの第２面から他方の端に位置するウエハの第１面にかけて高温となるようにウエハを加熱する。一般に、炭化ケイ素ウエハのＳｉ原子は、高温であるほどウエハ表面から昇華しやすい。上記の方法によると、隣接する炭化ケイ素ウエハにおいて、一方のウエハの第２面が他方のウエハの第１面よりも高温であるため、一方のウエハの第２面から優先的にＳｉ原子が昇華する。Ｓｉ原子がウエハ表面から離脱すると、隣接する炭化ケイ素ウエハ間の空間のＳｉ原子濃度が高くなり、他方のウエハの第１面からＳｉ原子が昇華することが抑制される。このため、一方のウエハと対向する他方のウエハの第１面からＳｉ原子が離脱してウエハの第１面が荒れることが抑制される。また、この半導体装置の製造方法では、熱処理工程において、複数の炭化ケイ素ウエハを一度に加熱するため、半導体装置の生産効率を上昇させることができる。複数の炭化ケイ素ウエハを、隣接するウエハ同士に温度差が生じるように加熱することにより、ウエハの一方の面の表面荒れを抑制するとともに、半導体装置の生産効率を上昇させることができる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。

実施例１の半導体装置の製造方法を示す。実施例１の半導体装置の製造方法を示す。実施例１の半導体装置の製造方法を示す。サセプタの平面図を示す。炭化ケイ素ウエハを配置したサセプタの断面図を示す。炭化ケイ素ウエハを配置したサセプタが設置された炉内の断面図を示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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。

（特徴１）本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、配置工程に先立って、炭化ケイ素ウエハの第１面に導電性不純物を導入する導入工程を備えていてもよい。また、熱処理工程では、導入工程で導入された導電性不純物を活性化させるアニール処理が実施されてもよい。この方法によると、アニール処理に際して、導電性不純物が導入された炭化ケイ素ウエハの第１面の表面荒れを適切に抑制することができる。

（特徴２）本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、熱処理工程が、予熱ステップと、投入ステップと、取出ステップとを備えていてもよい。予熱ステップでは、炉内を、その高さ方向において、一方の端が高温となり、他方の端にかけて低温となるように温度勾配を設けて予め加熱してもよい。投入ステップでは、加熱された炉内に、配置工程で配置された複数の炭化ケイ素ウエハを、各炭化ケイ素ウエハの第１面が第２面よりも高温となるように投入してもよい。取出ステップでは、炉内で加熱された複数の炭化ケイ素ウエハを炉内から取出してもよい。この方法によると、予熱ステップで炉内を予め加熱しておくため、投入ステップで投入される炭化ケイ素ウエハを、熱処理に必要な温度まで迅速に昇温することができる。また、取出ステップで炭化ケイ素ウエハを炉内から取出すことにより、炭化ケイ素ウエハを迅速に降温することができる。即ち、予熱ステップと取出ステップにより、炭化ケイ素ウエハの加熱冷却時間を短縮することができる。一般に、加熱冷却時間が長くなると、ウエハ表面からＳｉ原子や導電性不純物が離脱し、ウエハ表面が荒れたり、ウエハ表層の不純物濃度が低下したりする場合がある。しかしながら、上記の方法によると、炭化ケイ素ウエハの表面荒れを抑制するとともに、ウエハ表層の不純物濃度の低下を抑制することができる。

（特徴３）本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、配置工程において、複数の炭化ケイ素ウエハの一方の端に導電性不純物が導入されていないダミーウエハが配置され、ダミーウエハと隣接する炭化ケイ素ウエハの第１面は、ダミーウエハと対向してもよい。この方法によると、一方の端、即ち最も高温側に位置しているダミーウエハの方が、ダミーウエハと対向する炭化ケイ素ウエハの第１面よりも高温となるため、ダミーウエハの表面から優先的にＳｉ原子が離脱する。従って、ダミーウエハと対向する炭化ケイ素ウエハの第１面からＳｉ原子が離脱することが抑制され、ウエハの第１面の表面荒れを抑制することができる。

（特徴４）本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、熱処理工程において、隣接する炭化ケイ素ウエハ同士の離間距離は、高温側から低温側にかけて狭くなってもよい。一般に、温度が高い程Ｓｉ原子は炭化ケイ素ウエハ表面から離脱し易いため、高温側に位置するウエハの第２面からの方が、低温側に位置するウエハの第２面からよりも、Ｓｉ原子が離脱し易い。従って、複数の炭化ケイ素ウエハの離間距離が等しい場合は、高温側に位置するウエハの第１面の方が、低温側に位置するウエハの第１面よりも、Ｓｉ原子の離脱が抑制され易い。即ち、表面荒れが抑制され易い。そこで、隣接するウエハ同士の離間距離を、高温側から低温側にかけて狭くすることにより、低温側に位置する隣接するウエハ間の空間のＳｉ原子濃度が、高温側に位置する隣接するウエハ間の空間のＳｉ原子濃度とほぼ等しくなるように調整してもよい。そうすることで、低温側のウエハの第１面と高温側のウエハの第１面とにおける表面荒れの抑制の度合いにばらつきが生じることを抑制することができる。

（特徴５）本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、第１面がＳｉ面であり、第２面がＣ面であってもよい。一般に、Ｃ面におけるＳｉ原子とＣ原子の結合力の方が、Ｓｉ面におけるＳｉ原子とＣ原子の結合力よりも弱い。このため、第２面（即ち、対向するウエハ同士において高温側の面）をＣ面とすることにより、第２面をＳｉ面とする場合に比べて、Ｓｉ原子がウエハの第２面から離脱し易くなる。と同時に、第１面からはＳｉ原子が離脱し難くなる。従って、炭化ケイ素ウエハの第１面の表面荒れをより確実に抑制することができる。

次に、図を参照して半導体装置の製造方法について説明する。炭化ケイ素ウエハに電極や保護膜を形成する方法は従来公知の方法であるため、それらの方法については説明を省略し、本明細書が開示する技術に関わる部分だけ説明する。本実施例では、炭化ケイ素ウエハ１２に対して、エピタキシャル成長層形成工程、導入工程、配置工程、及び熱処理工程を実施することによって、半導体装置を製造する。以下では、初めにサセプタ２２及び炉３０の構造について説明してから、半導体装置の製造方法を説明する。

まず、サセプタ２２の構造について説明する。図４は、サセプタ２２の平面図であり、図５はサセプタ２２に６枚の炭化ケイ素ウエハ１０を配置した状態の縦断面図である。サセプタ２２は有底で蓋の無い円筒状の容器であり、容器の側面の一部は開閉可能に形成されている。本実施例では、支持部２２ａ（後述）から支持部２２ｂまでの２つの円弧の内、支持部２２ｃを含まない側の円弧に沿って形成される側面が開閉可能となっている。図４に示される１組の支持部２２ａ〜２２ｃは、サセプタ２２の最上面に形成されている。
本実施例では支持部２２ａ、２２ｂは、サセプタ２２の軸心に対して周方向に１８０°間隔を空けた位置に配置されており、支持部２２ｃは、支持部２２ａと支持部２２ｂの周方向の中間となる位置に形成されている。

支持部２２ａ〜２２ｃの形状について説明する。支持部２２ａは、サセプタ２２の側面と直交し、サセプタ２２の内側に向かって延びる台座２３ａと、台座２３ａから上方に突出する突出板２４ａから構成される。即ち、図５に示すように、支持部２２ａの縦断面の形状は略Ｔ字状に形成されている。支持部２２ｂ、２２ｃも同様の形状である。炭化ケイ素ウエハ１０を支持部２２ａ〜２２ｃに配置すると、円盤状の炭化ケイ素ウエハ１０の側面の一部と下面１８の一部が、略Ｔ字状の支持部２２ａ〜２２ｃの台座２３ａ〜２３ｃと突出板２４ａ〜２４ｃに当接することにより、炭化ケイ素ウエハ１０が支持部２２ａ〜２２ｃに支持される。このような１組の支持部２２ａ〜２２ｃは、サセプタ２２の側面に、高さ方向に間隔を空けて６組形成されている。各組の支持部２２ａ〜２２ｃの台座２３ａ〜２３ｃは、サセプタ２２の底面と平行に形成されている。高さ方向に隣接する各組の支持部２２ａ〜２２ｃの間隔は、サセプタ２２の上部から下部にかけて狭くなっている。

次に、炉３０の構造について説明する。図６は、炉３０の断面図であり、炭化ケイ素ウエハ１０が配置されたサセプタ２２が炉内に投入された状態を示している。炉３０は、炉体３２と昇降装置４０を備える。炉体３２は下端が開口した筒状に形成されており、その内部に収容空間３２ａが設けられている。収容空間３２ａには、炭化ケイ素ウエハ１０が配置されたサセプタ２２が収容可能となっている。炉体３２の側面には、ヒータ３４が設置されている。ヒータ３４はヒータ３４ａ〜３４ｆから構成されており、各ヒータ３４ａ〜３４ｆは制御装置（図示省略）によって個別に制御可能となっている。

昇降装置４０は、平面台４０ａと、平面台４０ａを昇降する昇降機構（図示省略）を備えている。平面台４０ａが昇降機構によって上端位置（図６の実線で示す位置）まで上昇すると、平面台４０ａの上面が炉体３２の下面と当接し、炉体３２の下端が閉じられる。これにより、収容空間３２ａの下端が閉じられる。平面台４０ａが昇降機構によって下端位置（図６の二点鎖線で示す位置）まで下降すると、炉体３２の下端が開口され、収容空間３２ａの下端が開かれる。なお、平面台４０ａを昇降する昇降機構には、公知の種々の機構を用いることができ、例えば、パンタグラフ式昇降機構を用いることができる。

（エピタキシャル成長層形成工程）
次に、半導体装置の製造方法について説明する。まず、図１に示すように、ｎ型の原料ウエハ１２を準備する。原料ウエハ１２は、単結晶の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を材料とする円盤状のウエハであり、半導体装置の完成時にコンタクト層となるものである。次に、図２に示すように、原料ウエハ１２を結晶成長させ、エピタキシャル成長層１４を形成する。エピタキシャル成長層１４の形成時には、ｎ型の不純物である窒素を所定の濃度で含有させる。エピタキシャル成長層１４は、半導体装置の完成時にドリフト層となるものである。以下では、原料ウエハ１２にエピタキシャル成長層１４を成膜したウエハを炭化ケイ素ウエハ１０と称する。炭化ケイ素ウエハ１０の上面１６（即ち、エピタキシャル成長層１４が形成されている面）は「第１面」の一例に相当し、上面１６の裏面である下面１８は「第２面」の一例に相当する。ここで、炭化ケイ素を材料とするウエハには、炭化ケイ素の結晶構造により、Ｓｉ面とＣ面の２種類が存在する。本実施例では、原料ウエハ１２のＳｉ面にエピタキシャル成長層１４を成膜する。即ち、炭化ケイ素ウエハ１０の下面１８がＣ面であり、上面１６が新たなＳｉ面となる。

（導入工程）
続いて、図３に示すように、炭化ケイ素ウエハ１０の上面１６（即ち、エピタキシャル成長層１４の表面）にｐ型不純物であるアルミニウムを導入し、ｐ型半導体領域２０を形成する。ｐ型不純物の導入は、フォトリソグラフィによりマスクを形成した後、イオン注入によって行うことができる。アルミニウムは「導電性不純物」の一例に相当する。本実施例では、５枚の炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅのそれぞれに導入工程を実施する。

（配置工程）
次に、図５に示すように、ｐ型半導体領域２０が形成された５枚の炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅをサセプタ２２に配置する。まず、サセプタ２２の側面の内、開閉可能に形成された部分を開き、図５のサセプタ２２の上から２段目の１組の支持部２２ａ〜２２ｃに炭化ケイ素ウエハ１０ａを配置する。このとき、炭化ケイ素ウエハ１０ａを、その上面１６ａが上方向（即ち、紙面の上方向）を、その下面１８ａが下方向（即ち、紙面の下方向）を向くように支持部２２ａ〜２２ｃに配置する。続いて、サセプタ２２の上から３段目の１組の支持部２２ａ〜２２ｃに炭化ケイ素ウエハ１０ｂを配置する。炭化ケイ素ウエハ１０ｂの上面１６ｂと下面１８ｂの向きは、炭化ケイ素ウエハ１０ａと同様である。したがって、炭化ケイ素ウエハ１０ａと１０ｂは、炭化ケイ素ウエハ１０ａの下面１８ａと炭化ケイ素ウエハ１０ｂの上面１６ｂとが、距離ｄ２を隔てて平行に対向するように配置される。以下、同様の方法で炭化ケイ素ウエハ１０ｃ〜１０ｅを、サセプタ２２の上から４段目〜６段目の支持部２２ａ〜２２ｃにそれぞれ配置する。炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅをこのように配置すると、隣接する炭化ケイ素ウエハ同士の上面１６ｂ〜１６ｅと下面１８ａ〜１８ｄとが対向するとともに、隣接する炭化ケイ素ウエハ同士が所定の距離を隔てて平行に離間する。具体的には、炭化ケイ素ウエハ１０ｂと１０ｃは距離ｄ３を隔てて下面１８ｂと上面１６ｃとが平行に対向しており、炭化ケイ素ウエハ１０ｃと１０ｄは距離ｄ４を隔てて下面１８ｃと上面１６ｄとが平行に対向しており、炭化ケイ素ウエハ１０ｄと１０ｅは距離ｄ５を隔てて下面１８ｄと上面１６ｅとが平行に対向している。

次に、サセプタ２２の一段目の１組の支持部２２ａ〜２２ｃにダミーウエハ１０ＤＷを配置する。ダミーウエハ１０ＤＷは炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅと同様の工程を経て製造されるが、ｐ型不純物を導入する導入工程を経ない点で炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅと異なる。即ち、ダミーウエハ１０ＤＷには導電性不純物であるアルミニウムが導入されておらず、ｐ型半導体領域２０が形成されていない。本実施例では、炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅとダミーウエハ１０ＤＷをまとめて炭化ケイ素ウエハ１０と総称する。これに伴い、炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅとダミーウエハ１０ＤＷの上面と下面をそれぞれ上面１６、下面１８と総称する。ダミーウエハ１０ＤＷは、炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅと同様に、その上面１６ＤＷが上方向を、その下面１８ＤＷが下方向を向くように配置される。即ち、ダミーウエハ１０ＤＷと炭化ケイ素ウエハ１０ａは、ダミーウエハ１０ＤＷの下面１８ＤＷと炭化ケイ素ウエハ１０ａの上面１６ａとが、距離ｄ１を隔てて平行に対向するように配置される。ここで、隣接する炭化ケイ素ウエハ１０同士の離間距離ｄ１〜ｄ５には、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５の関係が成立する。また、円盤状の各炭化ケイ素ウエハ１０の中心は同軸上に位置している。なお、本実施例では炭化ケイ素ウエハ１０ａを配置した後で炭化ケイ素ウエハ１０ｂ〜１０ｅを配置し、最後にダミーウエハ１０ＤＷを配置したが、炭化ケイ素ウエハ１０を配置する順序はこれに限られない。例えば、ダミーウエハ１０ＤＷ、炭化ケイ素ウエハ１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｅの順に配置してもよいし、６枚の炭化ケイ素ウエハ１０を同時に配置してもよい。

（熱処理工程）
この工程では、まず、炉体３２の収容空間３２ａをヒータ３４で予め加熱する。具体的には、平面台４０ａ上に何も配置しない状態で、昇降機構によって平面台４０ａを上端位置まで上昇させ、収容空間３２ａの下端を閉じる。そして、制御装置によってヒータ３４ａを１７００℃、ヒータ３４ｂを１６８０℃、ヒータ３４ｃを１６６０℃、ヒータ３４ｄを１６４０℃、ヒータ３４ｅを１６２０℃、ヒータ３４ｆを１６００℃に制御する。これにより、収容空間３２ａには、上部から下部にかけて温度が低くなるような温度勾配が設けられる。このステップは、「予熱ステップ」の一例に相当する。また、収容空間３２ａの上部は「一方の端」の一例に相当し、下部は「他方の端」の一例に相当する。なお、ヒータの数や制御温度はこれに限られない。

次に、配置工程にて炭化ケイ素ウエハ１０が配置されたサセプタ２２を炉内に投入する。まず、予熱ステップにより上端位置に位置している平面台４０ａを、昇降機構によって下端位置まで下降させる。次に、平面台４０ａ上にサセプタ２２を載置し、昇降機構によって再度上端位置まで上昇させる。これにより、収容空間３２ａの下端が閉じられ、加熱された収容空間３２ａに炭化ケイ素ウエハ１０が配置されたサセプタ２２が収容される。収容空間３２ａには、予熱ステップによりその上部が高温であり、下部にかけて低温となるような温度勾配が設けられている。このため、各炭化ケイ素ウエハ１０の上面１６は下面１８よりも高温となっている。また、隣接する炭化ケイ素ウエハ１０同士においては、上方に位置する炭化ケイ素ウエハ１０の下面１８の方が、下方に位置する炭化ケイ素ウエハ１０の上面１６よりも高温となっている。前述したように、隣接する炭化ケイ素ウエハ１０同士の離間距離ｄ１〜ｄ５はｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５である。このため、離間距離ｄ１〜ｄ５は、収容空間３２ａの高温側から低温側にかけて狭くなっている。このステップは、「投入ステップ」の一例に相当する。

投入ステップにより投入されたサセプタ２２は、炉３０の内部で加熱され、アニール処理が実施される。これにより、導入工程にて炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅに導入されたアルミニウムを活性化することができる。

アニール処理の終了後、サセプタ２２を炉内から取出す。具体的には、昇降機構によって平面台４０ａを下端位置まで下降させる。そして、サセプタ２２を平面台４０ａから所定の位置に移動する。これにより、サセプタ２２に配置された炭化ケイ素ウエハ１０は常温にさらされる。このステップは、「取出ステップ」の一例に相当する。予熱ステップ、投入ステップ、及び取出ステップにより、熱処理工程が実施される。その後、従来公知の技術により、半導体装置が製造される。なお、炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅの下面１８ａ〜１８ｅは、熱処理工程の終了後、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）などによって研磨される。

実施例１に係る半導体装置の製造方法の利点を説明する。この製造方法では、炉体３２の内部の収容空間３２ａに、上部から下部にかけて低温となるように温度勾配が設けられる。これにより、隣接する炭化ケイ素ウエハ１０において、上方の炭化ケイ素ウエハ１０の下面１８の方が、下方の炭化ケイ素ウエハ１０の上面１６よりも高温となる。一般に、炭化ケイ素ウエハのＳｉ原子は、高温であるほどウエハ表面から昇華しやすい。このため、上方の炭化ケイ素ウエハ１０の下面１８から優先的にＳｉ原子が昇華する。Ｓｉ原子が下面１８から離脱すると、隣接する炭化ケイ素ウエハ１０同士の間の空間のＳｉ原子濃度が高くなり、下方の炭化ケイ素ウエハ１０の上面１６からＳｉ原子が昇華することが抑制される。従って、下方の炭化ケイ素ウエハ１０の上面１６からＳｉ原子が離脱して上面１６が表面荒れすることが抑制される。即ち、炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅの上面１６ａ〜１６ｅの表面荒れが抑制される。特に、アニール処理は高温で実施されるため、炭化ケイ素ウエハの表面からＳｉ原子が離脱し易いが、このような構成を採用することにより、Ｓｉ原子の離脱を抑制し、表面荒れを抑制することができる。また、この製造方法では、収容空間３２ａに温度勾配を設けることにより、隣接する炭化ケイ素ウエハ１０同士に温度差を生じさせることができる。これにより、本実施例では一度に５枚の炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅをアニール処理することが可能となり、半導体装置の生産効率が上昇する。なお、この製造方法によると、各炭化ケイ素ウエハ１０の下面１８からＳｉ原子が離脱するため、下面１８の表面が荒れる。しかしながら、炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅの下面１８ａ〜１８ｅはその後の工程で研磨されるため、熱処理工程で下面１８が荒れても特段の問題はない。

また、炭化ケイ素ウエハ１０の上面１６はＳｉ面であり、下面１８はＣ面である。一般に、Ｃ面におけるＳｉ原子とＣ原子の結合力の方が、Ｓｉ面におけるＳｉ原子とＣ原子の結合力よりも弱い。このため、隣接する炭化ケイ素ウエハ１０の対向する面において、高温側となる下面１８をＣ面とすることにより、下面１８をＳｉ面とする場合に比べて、Ｓｉ原子が下面１８からより離脱し易くなる。一方、低温側となる上面１６をＳｉ面とすることにより、上面１６をＣ面とする場合に比べて、Ｓｉ原子が上面１６からより離脱し難くなる。これにより、炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅの上面１６ａ〜１６ｅ（即ち、不純物が導入された面）の表面荒れをより抑制することができる。

また、この製造方法では、熱処理工程の予熱ステップにて、炉体３２の収容空間３２ａを予め加熱しておく。このため、炭化ケイ素ウエハ１０を投入してから炉体内部の温度を昇温する場合と比較して、炭化ケイ素ウエハ１０をアニール処理に必要な温度まで迅速に昇温することができる。また、取出ステップでは、アニール処理を終了した炭化ケイ素ウエハ１０を炉内からサセプタ２２ごと取出し、常温にさらす。このため、アニール処理の終了後、炉体内部の温度を降温してから炭化ケイ素ウエハ１０を取出す場合と比較して、炭化ケイ素ウエハ１０を迅速に降温することができる。一般に、加熱冷却時間が長くなると、不純物を導入した面から不純物が離脱し、炭化ケイ素ウエハ表層の不純物濃度が低下する。また、Ｓｉ原子も離脱し易くなる。しかしながら、本実施例では、予熱ステップと取出ステップを設けることで、炭化ケイ素ウエハ１０の加熱冷却時間を短縮することができる。これにより、不純物が導入された上面１６から不純物及びＳｉ原子が離脱することを抑制することができる。即ち、炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅの上面１６ａ〜１６ｅの不純物濃度の低下、及び表面荒れを抑制することができる。なお、本実施例では、予熱ステップにて収容空間３２ａを加熱した後、一旦平面台４０ａを下降させてサセプタ２２を収容空間３２ａに収容する。即ち、予熱ステップ後に炉体３２の下端を開口する。これにより、加熱された収容空間３２ａの温度は若干低下する。しかしながら、予熱ステップを経ずに炭化ケイ素ウエハ１０を投入してから昇温を開始する場合と比較して、短時間で収容空間３２ａの温度を熱処理に必要な温度まで上昇させることができる。なお、炉体３２の下端を開口することによる温度低下を考慮して、予熱ステップでは、熱処理に必要な温度よりも高い温度で収容空間３２ａを加熱しておいてもよい。

また、この製造方法では、サセプタ２２の一番上の１組の支持部２２ａ〜２２ｃに、不純物が導入されていないダミーウエハ１０ＤＷを配置する。ダミーウエハ１０ＤＷは最上段に配置されるため、熱処理工程ではその上面１６ＤＷと下面１８ＤＷの両面からＳｉ原子が離脱し、両面とも表面荒れが生じる。このようなダミーウエハ１０ＤＷを最上段に配置することにより、不純物が導入された炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅの内、最も高温側に位置する炭化ケイ素ウエハ１０ａの上面１６ａの表面荒れを抑制することができる。即ち、導入工程を経た全ての炭化ケイ素ウエハ１０ａ〜１０ｅの上面１６ａ〜１６ｅの表面荒れを抑制することができる。

さらに、この製造方法では、隣接する炭化ケイ素ウエハ１０同士の離間距離が、高温側から低温側にかけて狭くなっている。一般に、温度が高い程Ｓｉ原子は炭化ケイ素ウエハ表面から離脱し易いため、ダミーウエハ１０ＤＷの下面１８ＤＷからの方が、炭化ケイ素ウエハ１０ｄの下面１８ｄからよりも、Ｓｉ原子が離脱し易い。従って、本実施例では、隣接するウエハ同士の離間距離を、高温側から低温側にかけて狭くすることにより、低温側に位置する炭化ケイ素ウエハ１０ｄ，１０ｅの間の空間のＳｉ原子濃度が、高温側に位置するダミーウエハ１０ＤＷと炭化ケイ素ウエハ１０ａの間の空間のＳｉ原子濃度とほぼ等しくなるように調整している。そうすることで、低温側の炭化ケイ素ウエハ１０ｅの上面１６ｅと高温側の炭化ケイ素ウエハ１０ａの上面１６ａとで、表面荒れの抑制の度合いにばらつきが生じることを抑制することができる。即ち、この製造方法によると、複数の炭化ケイ素ウエハの上面の表面荒れを略等しい度合いで抑制することができる。

以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、本明細書が開示する半導体装置及び半導体装置の製造方法は、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、本実施例では原料ウエハ１２にエピタキシャル成長層１４を成膜したが、エピタキシャル成長層１４は成膜しなくてもよい。また、熱処理はアニール処理に限られず、例えば炭化ケイ素ウエハの表面に酸化膜を形成するための熱処理（酸化膜形成処理）であってもよい。また、ヒータ３４を、ヒータ３４ａから３４ｆにかけて高温になるように制御してもよい。この場合は、複数の炭化ケイ素ウエハの間隔が上方から下方に向けて徐々に広がるように設定されたサセプタを用いることが好ましい。また、サセプタ２２の形状や支持部２２ａ〜２２ｃの個数や位置は、複数の炭化ケイ素ウエハ１０を間隔を空けて平行に配置できるものであればどのようなものであってもよい。例えば、サセプタ２２が側面を有さず、サセプタ２２の底面に、支持部２２ａ〜２２ｃが取り付けられる支柱のみが形成されている構造であってもよい。また、サセプタ２２に配置する炭化ケイ素ウエハの枚数は、熱処理が適切に実施できると共に、ウエハの上面の表面荒れが適切に抑制されるのであれば、何枚であってもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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するものであり、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。

１０：炭化ケイ素ウエハ
１０ＤＷ：ダミーウエハ
１２：原料ウエハ
１４：エピタキシャル成長層
１６：上面
１８：下面
２０：ｐ型半導体領域
２２：サセプタ
３０：炉
３２：炉体
３２ａ：収容空間
３４：ヒータ
４０：昇降装置
４０ａ：平面台

Claims

第１面と、第１面の裏面である第２面とを備える複数の炭化ケイ素ウエハの第１面に導電性不純物を導入する導入工程と、
隣接する炭化ケイ素ウエハ同士の第１面と第２面とが対向するとともに平行に離間するように複数の炭化ケイ素ウエハを配置する配置工程と、
配置工程で配置された複数の炭化ケイ素ウエハを炉内で加熱することにより、導入工程で導入された導電性不純物を活性化させる熱処理工程と、
を備え、
熱処理工程では、
炉内に配置されている全ての炭化ケイ素ウエハの各々において、第１面が第２面よりも高温になり、かつ、
炉内において隣接する炭化ケイ素ウエハの全てのペアの各々において、一方の炭化ケイ素ウエハの第２面が、その第２面と対向する他方の炭化ケイ素ウエハの第１面よりも高温となる、
半導体装置の製造方法。
熱処理工程は、
炉内を、その高さ方向において、一方の端が高温となり、他方の端にかけて低温となるように温度勾配を設けて予め加熱しておく予熱ステップと、
加熱された炉内に、配置工程で配置された複数の炭化ケイ素ウエハを、各炭化ケイ素ウエハの第１面が第２面よりも高温となるように投入する投入ステップと、
炉内で加熱された複数の炭化ケイ素ウエハを炉内から取出す取出ステップと、を備える請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
配置工程では、複数の炭化ケイ素ウエハの一方の端に導電性不純物が導入されていないダミーウエハが配置され、
ダミーウエハと隣接する炭化ケイ素ウエハの第１面は、ダミーウエハと対向することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
熱処理工程では、隣接する炭化ケイ素ウエハ同士の離間距離は、高温側から低温側にかけて狭くなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
第１面がＳｉ面であり、第２面がＣ面であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。