JP6141130B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭化珪素基板に酸化膜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関する。
炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた炭化珪素半導体装置の製造工程では、たとえば縦型バッチ式拡散炉を用いて、炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板上に酸化膜が形成される。縦型バッチ式拡散炉では、製品用炭化珪素基板であるＳｉＣ製品ウエハを含む複数の製品ロットがチューブ内に導入され、１つのバッチ内で処理される（たとえば、特許文献１〜４参照）。
製品ロットの上下には、チューブ内の均熱ゾーンを安定して確保するために、ＳｉＣダミーウエハのロット（以下「ダミーウエハロット」という場合がある）が設置される。また、製品ロット間には、各バッチ内の酸化状態に問題がないかどうかを確認するために、モニタ用炭化珪素基板として、複数のＳｉＣモニタウエハが設置される。酸化処理が完了した後に、各ＳｉＣモニタウエハに形成された酸化膜の膜厚が測定され、酸化膜の形成に問題がなかったかどうかが確認される。
縦型バッチ式拡散炉における酸化処理は、たとえば、熱処理雰囲気中において、酸化性ガス、たとえば酸素（Ｏ２）ガスのみをガス導入ラインからチューブ内に導入するドライ酸化によって行われる。
ドライ酸化によって酸化処理が行われる場合、ＳｉＣモニタウエハの直下のＳｉＣ製品ウエハにおいて、形成される酸化膜の膜厚が、他のゾーンのＳｉＣ製品ウエハに比べて厚くなるという問題がある。
本発明の目的は、製品用炭化珪素基板間における酸化膜の膜厚のばらつきを抑えることができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、前記酸化膜形成工程は、前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、前記酸化膜形成工程では、前記モニタ用炭化珪素基板と前記製品用炭化珪素基板との間に、カーボン面が酸化処理された炭化珪素基板を配置して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行うことを特徴とする。
また本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、前記酸化膜形成工程は、前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、前記酸化膜形成工程では、前記モニタ用炭化珪素基板と前記製品用炭化珪素基板との間に、シリコン基板を配置して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行うことを特徴とする。
また本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、前記酸化膜形成工程は、前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、前記モニタ用炭化珪素基板は、カーボン面が酸化処理されていることを特徴とする。
また本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、前記酸化膜形成工程は、前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、前記酸化膜形成工程では、前記モニタ用炭化珪素基板と、前記モニタ用炭化珪素基板に隣接する前記製品用炭化珪素基板との距離が、前記製品用炭化珪素基板同士の間隔よりも広くなるように、前記モニタ用炭化珪素基板および前記製品用炭化珪素基板を配置して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行うことを特徴とする。
また本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、前記酸化膜形成工程は、前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、前記酸化膜形成工程では、前記モニタ用炭化珪素基板のシリコン面と、前記モニタ用炭化珪素基板に隣接する前記製品用炭化珪素基板のシリコン面とが対向するように、前記モニタ用炭化珪素基板および前記製品用炭化珪素基板を配置して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行うことを特徴とする。
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、モニタ用炭化珪素基板から放出される物質による製品用炭化珪素基板の酸化反応を抑制することができる。したがって、製品用炭化珪素基板間における酸化膜の膜厚のばらつきを抑えることができる。
＜前提技術＞
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する前に、本発明の前提技術の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する。
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する前に、本発明の前提技術の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する。
図６は、本発明の前提技術で用いられる縦型バッチ式拡散炉３０の構成を示す図である。前提技術では、図６に示す縦型バッチ式拡散炉３０を用いて、炭化珪素半導体装置となるＳｉＣ製品ウエハ１１上に酸化膜が形成される。
縦型バッチ式拡散炉３０では、ＳｉＣ製品ウエハ１１を含む複数のＳｉＣ製品ロット１０がチューブ２内に設置され、１つのバッチ内で処理される。たとえば、２５枚のＳｉＣ製品ウエハ１１を含むＳｉＣ製品ロット１０が６つ分、すなわち２５枚／ロット×６ロット＝１５０枚のＳｉＣ製品ウエハ１１が、１つのバッチ内で処理される。
チューブ２内には、ガス導入ライン３から酸化性ガス、たとえば酸素（Ｏ２）ガスまたは水蒸気（Ｈ２Ｏ）が導入される。酸化性ガスは、チューブ２内において、予め定める方向、図６では紙面に向かって上から下に向かう方向に流下する。ＳｉＣ製品ウエハ１１は、酸化性ガスの流下方向に沿って、間隔をあけて配列した状態でチューブ２内に収容される。ここで、「上」、「下」とは、それぞれ、縦型バッチ式拡散炉を設置面に設置した状態における鉛直方向の上側、下側をいう。
ＳｉＣ製品ウエハ１１は、カーボン面（Ｃ面）が下側を向き、シリコン面（Ｓｉ面）が上側を向くように配置される。以下の説明では、Ｃ面を裏面といい、Ｓｉ面を表面という場合がある。各ＳｉＣ製品ウエハ１１の裏面であるＣ面には、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）を用いた酸化処理によって形成されたＴＥＯＳ酸化膜が形成されている。
ＳｉＣ製品ロット１０の上下には、チューブ２内の均熱ゾーンを安定して確保するために、ＳｉＣダミーウエハのロット（以下「ダミーウエハロット」という場合がある）８が設置される。また、ＳｉＣ製品ロット１０間には、バッチ内の酸化状態に問題がないかどうかを確認するために、複数のＳｉＣモニタウエハ５，６，７が設置される。酸化処理が完了した後に、各ＳｉＣモニタウエハ５，６，７に形成された酸化膜の膜厚が測定され、酸化膜の形成に問題がなかったかどうかが確認される。
各ＳｉＣモニタウエハ５，６，７は、ＳｉＣ製品ウエハ１１と同様に、裏面であるＣ面が下側を向き、表面であるＳｉ面が上側を向くように配置される。ＳｉＣ製品ウエハ１１とは異なり、ＳｉＣモニタウエハの裏面であるＣ面には、ＴＥＯＳ酸化膜は形成されていない。
縦型バッチ式拡散炉３０における酸化処理の方法としては、ドライ酸化、およびウェット酸化の２種類がある。ドライ酸化では、熱処理雰囲気中において、酸素（Ｏ２）ガスのみをガス導入ライン３からチューブ２内に導入して、酸化処理が行われる。ウェット酸化では、水素と酸素とを燃焼させて水蒸気（Ｈ２Ｏ）を発生させ、発生した水蒸気雰囲気をガス導入ライン３からチューブ３内に流して、酸化処理が行われる。
本発明の発明者が、ドライ酸化によって酸化処理を実施したところ、ＳｉＣ製品ウエハ１１よりも酸化性ガスの流下方向の上流側に配置されるＳｉＣモニタウエハ５，６の直下のＳｉＣ製品ウエハ１１において、形成される酸化膜の膜厚が、他のゾーンのＳｉＣ製品ウエハ１１よりも約５ｎｍ厚くなる現象が発生した。具体的には、ＳｉＣモニタウエハ５，６の直下のＳｉＣ製品ウエハ１１に形成された酸化膜は、他のゾーンのＳｉＣ製品ウエハ１１に形成された酸化膜よりも約１０％厚い状態になった。
この現象の原因を検討した結果、前述のように、ＳｉＣ製品ウエハ１１の裏面であるＣ面にはＴＥＯＳ酸化膜が形成されており、ＳｉＣモニタウエハ５，６，７の裏面であるＣ面にはＴＥＯＳ酸化膜が形成されていないことから、以下のような発生モデルによって前述の現象が発生しているものと推定される。
ＳｉＣ基板におけるドライ酸化での酸化反応は、以下の式（１）に示すようになると推定される。以下に示す各式において、「（↑）」は、気体（ガス）が発生することを意味する。
ＳｉＣ＋２Ｏ２＝ＳｉＯ２＋ＣＯ２（↑） …（１）
式（１）に示すように、二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜の形成とともに二酸化炭素（ＣＯ２）ガスが発生する。発生したＣＯ２ガスが、チューブ２内の高温下において、可逆的に分解して、以下の式（２）に示す反応を起こし、一酸化炭素（ＣＯ）ガスが排出されるとともに、再度、酸素（Ｏ２）ガスが生成されると推定される。
２ＣＯ２＝２ＣＯ（↑）＋Ｏ２（↑） …（２）
図７は、ドライ酸化を行った場合のＳｉＣモニタウエハ５付近の状態を示す断面図である。図８は、ＳｉＣ基板の結晶構造を模式的に示す図である。ＳｉＣ製品ウエハ１１およびＳｉＣモニタウエハ５は、いずれも、ＳｉＣ基板である。
図８において、参照符号「４１」は、珪素（Ｓｉ）原子を表し、参照符号「４２」は、炭素（Ｃ）原子を表す。図８に示すように、ＳｉＣ基板１１の厚み方向一方側の表面は、Ｃ原子４２が露出したカーボン面（Ｃ面）１２となり、ＳｉＣ基板１１の厚み方向他方側の表面は、Ｓｉ原子４１が露出したシリコン面（Ｓｉ面）となる。
図７に示すように、ＳｉＣ基板であるＳｉＣ製品ウエハ１１およびＳｉＣモニタウエハ５に酸素（Ｏ２）ガスを供給して、酸化膜３２，３３を形成するとき、前述の式（１）の反応によって、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスが発生する。
ＳｉＣ製品ウエハ１１のシリコン面（Ｓｉ面）１３とカーボン面（Ｃ面）１２とでは、図８に示すように、Ｃ面１２側の方が、カーボン（Ｃ）原子が表面にあるので、その分、ＣＯ２ガスが多く発生すると考えられる。図７に示すＳｉＣモニタウエハ５も同様であり、Ｃ面５ａ側の方が、Ｓｉ面５ｂ側よりも、ＣＯ２ガスが多く発生すると考えられる。
前述のように、ＳｉＣモニタウエハ５のＣ面５ａには、ＴＥＯＳ酸化膜が形成されていないので、ＣＯ２ガスの発生が抑えられず、前述の式（２）の反応が起こり、ＳｉＣモニタウエハ５のＣ面５ａの直下において、参照符号３１で示すように酸素濃度が増加するものと考えられる。したがって、ＳｉＣモニタウエハ５の直下のＳｉＣ製品ウエハ１１では、Ｓｉ面１３において、不均一な酸化反応が促進され、形成される酸化膜３２が厚くなったものと考えられる。
ＳｉＣ製品ウエハ１１では、Ｃ面１２側にＴＥＯＳ膜が成膜されているので、ＴＥＯＳ膜によってＣＯ２ガスの発生が抑えられ、再度、酸素（Ｏ２）ガスが生成されることにはならないものと考えられる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１の下の他のＳｉＣ製品ウエハ１１における不均一な酸化反応が抑制されるので、ＳｉＣ製品ウエハ１１間において、酸化膜３２の膜厚は変わらないものと考えられる。
また、仮にウェット酸化での酸化反応を考えると、水蒸気雰囲気下では、以下に示す式（３）の反応が起こると推定される。
ＳｉＣ＋２Ｈ２Ｏ＝ＳｉＯ２＋ＣＨ４（↑） …（３）
図９は、ウェット酸化を行った場合のＳｉＣモニタウエハ５付近の状態を示す断面図である。ウェット酸化を行った場合、前述の式（３）に示す反応が起こり、ＳｉＯ２膜３５が形成されるとともに、メタン（ＣＨ４）ガスが発生する。ＣＨ４ガスは、そのまま、ＳｉＣ製品ウエハ１１およびＳｉＣモニタウエハ５上において反応せずに排気されるので、周りのウエハに影響を与えない。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間において、酸化膜３５の膜厚は変わらないものと考えられる。
このようにウェット酸化では、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜３５の膜厚のばらつきは問題とはならないが、形成される酸化膜の信頼性の観点からは、ドライ酸化の方が好ましい。
ドライ酸化では、前述のように、ＳｉＣ製品ウエハ１１間において、酸化膜３２の膜厚にばらつきが生じるという問題がある。そこで本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法では、以下の各実施の形態に示す構成を採用している。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法におけるウエハの配列を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態による炭化珪素半導体装置の製造方法は、酸化膜形成工程を含む。酸化膜形成工程では、炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素（ＳｉＣ）基板、具体的にはＳｉＣ製品ウエハ１１に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する。
図１は、本発明の第１の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法におけるウエハの配列を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態による炭化珪素半導体装置の製造方法は、酸化膜形成工程を含む。酸化膜形成工程では、炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素（ＳｉＣ）基板、具体的にはＳｉＣ製品ウエハ１１に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する。
本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法で製造される炭化珪素半導体装置は、たとえば、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた金属−酸化膜−半導体電界効果トランジスタ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor；略称：ＭＯＳＦＥＴ）であるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴである。
酸化膜形成工程は、たとえば、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのゲート酸化膜を形成するゲート酸化膜形成工程である。酸化膜形成工程は、熱酸化炉を用いて行われる。熱酸化炉としては、縦型バッチ式拡散炉が用いられる。
図２は、本発明の第１の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法で用いられる縦型バッチ式拡散炉１の構成を示す図である。図２では、図１に示すボート４の記載を省略している。縦型バッチ式拡散炉１は、図２に示すボート４によってＳｉＣ製品ウエハ１１を保持した状態で、酸化性ガスによる酸化処理を行う。
前述のように、縦型バッチ式酸化炉における酸化処理の方法としては、ドライ酸化、およびウェット酸化の２種類がある。本実施の形態では、形成される酸化膜の信頼性を向上させるために、ドライ酸化を採用している。ドライ酸化による酸化処理に用いられる酸化性ガスは、たとえば酸素（Ｏ２）ガスである。酸化性ガスは、これに限らず、オゾン（Ｏ３）ガスでもよい。
縦型バッチ式拡散炉１では、前述の図６に示す前提技術における縦型バッチ式拡散炉３０と同様に、複数枚のＳｉＣ製品ウエハ１１を含む複数のＳｉＣ製品ロット１０がチューブ２内に設置され、１つのバッチ内で処理される。たとえば、１つのＳｉＣ製品ロット１０は、２５枚のＳｉＣ製品ウエハ１１を含む。１つのバッチ内では、たとえば６個のＳｉＣ製品ロット１０が処理される。すなわち、２５枚／ロット×６ロット＝１５０枚のＳｉＣ製品ウエハ１１が、１つのバッチ内で処理される。
チューブ２内には、ガス導入ライン３から、Ｏ２ガスなどの酸化性ガスが導入される。チューブ２は、処理室に相当する。酸化性ガスは、チューブ２内において、予め定める方向、たとえば、図６の紙面に向かって上から下に向かう方向に流下する。複数枚のＳｉＣ製品ウエハ１１は、酸化性ガスの流下方向に沿って、すなわちチューブ２の上下方向に沿って、互いに間隔をあけて配列した状態でボート４に保持されて、チューブ２内に収容される。
ＳｉＣ製品ウエハ１１は、裏面であるカーボン面（Ｃ面）が下側を向き、表面であるシリコン面（Ｓｉ面）が上側を向くように配置される。各ＳｉＣ製品ウエハ１１の裏面であるＣ面には、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）を用いた酸化処理によって形成されたＴＥＯＳ酸化膜が形成されている。
ＳｉＣ製品ロット１０の上下には、チューブ２内の均熱ゾーンを安定して確保するために、ダミーウエハロット８が設置される。ダミーウエハロット８は、複数枚のＳｉＣダミーウエハを含む。
また、ボート４には、ＳｉＣ製品ウエハ１１とともに、複数のＳｉＣモニタウエハ５，６，７が配列されて、チューブ２内に収容される。ＳｉＣモニタウエハ５，６，７は、バッチ内の酸化状態に問題がないかどうかを確認するために設置される。酸化処理が完了した後に、各ＳｉＣモニタウエハ５，６，７に形成された酸化膜の膜厚が測定され、酸化膜の形成に問題がなかったかどうかが確認される。ＳｉＣモニタウエハ５，６，７は、モニタ用炭化珪素基板に相当する。
各ＳｉＣモニタウエハ５，６，７は、ＳｉＣ製品ウエハ１１と同様に、裏面であるＣ面が下側を向き、表面であるＳｉ面が上側を向くように配置される。ＳｉＣ製品ウエハ１１とは異なり、ＳｉＣモニタウエハの裏面であるＣ面には、ＴＥＯＳ酸化膜は形成されていない。
本実施の形態では、３つのＳｉＣモニタウエハ５，６，７が配置される。３つのＳｉＣモニタウエハ５，６，７は、具体的には、チューブ２の上部（top）に配置される上部ＳｉＣモニタウエハ（以下「ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ」という場合がある）５、チューブ２の中央部（center）に配置される中央部ＳｉＣモニタウエハ（以下「ＣＮＴ−ＳｉＣモニタウエハ」という場合がある）６、およびチューブ２の底部（bottom）に配置される底部ＳｉＣモニタウエハ（以下「ＢＴＭ−ＳｉＣモニタウエハ」という場合がある）７である。
図１では、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５が設置されるトップ（ＴＯＰ）ゾーンの状態を示している。図１では、ボート４のＴＯＰゾーンの部分を示しているが、ボート４は、実際には、図２に示すチューブ２の上部から底部に向かって延びており、１つのバッチ内で処理される全てのウエハを保持可能に構成されている。
図１に示すように、本実施の形態では、ボート４上のＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５の直下に、裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ２０を設置する。裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ２０は、Ｃ面が酸化処理された炭化珪素基板に相当し、裏面であるＣ面２０ａにテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）を用いた酸化処理によって形成されたＴＥＯＳ酸化膜を有する。この裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ２０よりも下側に、ＳｉＣ製品ウエハ１１を配置する。
図１では図示を省略しているが、ボート４内のＣＮＴ−ＳｉＣモニタウエハ６が設置されるセンターゾーンも、図２に示すように、ＴＯＰゾーンと同じ配列で、ＣＮＴ−ＳｉＣモニタウエハ６、裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ２０、およびＳｉＣ製品ウエハ１１を並べる。
このように配置することによって、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５およびＣＮＴ−ＳｉＣモニタウエハ６のＣ面側から放出される物質（以下「アウトディフューズ」という場合がある）による酸化反応を抑制することができる。これによって、ゾーン間において、膜厚が均一な酸化膜をＳｉＣ製品ウエハ１１上に形成することができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきを抑えることができる。
裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ２０は、Ｃ面２０ａに、ＴＥＯＳ酸化膜を有していればよく、Ｓｉ面２０ｂには、ＴＥＯＳ酸化膜を有していてもよいし、有していなくてもよい。すなわち、ＳｉＣモニタウエハ５，６とＳｉＣ製品ウエハ１１との間には、少なくともＣ面が酸化処理されたＳｉＣウエハを配置すればよい。
このように、ＳｉＣモニタウエハ５，６とＳｉＣ製品ウエハ１１との間に、Ｃ面が酸化処理されたＳｉＣウエハを配置して、酸化性ガスによる酸化処理を行うことによって、ＳｉＣモニタウエハ５，６のＣ面側からのアウトディフューズによる酸化反応を抑制することができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきを抑えることができる。
特に本実施の形態では、ＳｉＣモニタウエハ５，６とＳｉＣ製品ウエハ１１との間には、Ｃ面にＴＥＯＳ酸化膜を有する裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ２０を配置するので、裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ２０のＣ面からのＣＯ２ガスの発生を抑制することができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきをより確実に抑えることができる。
裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ２０に代えて、Ｃ面に、熱酸化によって形成された熱酸化膜を有するＳｉＣウエハを設置してもよい。この場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。この場合、ＳｉＣウエハは、Ｓｉ面に熱酸化膜を有している状態で酸化処理に用いられてもよいし、熱酸化膜を有していない状態で酸化処理に用いられてもよい。
また、裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ２０に代えて、シリコン（Ｓｉ）基板、具体的にはＳｉウエハを設置してもよい。Ｓｉ基板中には炭素（Ｃ）原子が含まれていないので、前述の式（２）に示す発生モデルのようなＣＯ２ガスの発生はない。したがって、Ｓｉ基板を用いることによって、アウトディフューズによる酸化反応をより確実に抑制することができる。これによって、ゾーン間において均一な酸化膜をＳｉＣ製品ウエハ１１上に形成することができるので、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきをより確実に抑えることができる。
＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法におけるウエハの配列を示す断面図である。本実施の形態では、前述の図１および図２に示すＳｉＣモニタウエハ５，６に代えて、図３に示すように、裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１が用いられる。裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１は、裏面であるＣ面２１ａに、ＴＥＯＳ酸化膜を有する。
図３は、本発明の第２の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法におけるウエハの配列を示す断面図である。本実施の形態では、前述の図１および図２に示すＳｉＣモニタウエハ５，６に代えて、図３に示すように、裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１が用いられる。裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１は、裏面であるＣ面２１ａに、ＴＥＯＳ酸化膜を有する。
このように本実施の形態では、第１の実施の形態におけるＳｉＣモニタウエハ５，６に代えて、Ｃ面が酸化処理されたＳｉＣウエハ２１が設置される。これによって、第１の実施の形態と同様に、ＳｉＣモニタウエハ２１の直下のＳｉＣ製品ウエハ１１におけるアウトディフューズによる酸化反応を抑制することができる。センターゾーン領域においても、同じウエハ配列を行うことによって、ゾーン間において均一な酸化膜をＳｉＣ製品ウエハ１１上に形成することができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきを抑えることができる。
特に本実施の形態では、ＳｉＣモニタウエハ５，６に代えて、Ｃ面２１ａにＴＥＯＳ酸化膜を有する裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１を用いるので、裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１のＣ面２１ａからのＣＯ２ガスの発生をより確実に抑制することができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきをより確実に抑えることができる。
裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１は、前述の前提技術および第１の実施の形態におけるＳｉＣモニタウエハ５，６，７と同様に、酸化処理が完了した後に、形成された酸化膜の膜厚を測定して、酸化膜の形成に問題がなかったかどうかを確認するために使用される。したがって、形成された酸化膜の膜厚を正確に測定するために、裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１は、Ｓｉ面２１ｂにＴＥＯＳ酸化膜を有していない状態で酸化処理に用いられる。
本発明の他の実施の形態では、裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１に代えて、Ｃ面に、熱酸化によって形成された熱酸化膜を有するＳｉＣウエハを、モニタウエハとして設置してもよい。この場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。この場合、前述の裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ２１のＳｉ面２１ｂと同様の理由から、ＳｉＣウエハは、Ｓｉ面に熱酸化膜を有していない状態で酸化処理に用いられる。
＜第３の実施の形態＞
図４は、本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法におけるウエハの配列を示す断面図である。本実施の形態では、図４に示すように、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５とＳｉＣ製品ウエハ１１との間のボートスリット４ａを１つ空けて、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５と、その直下のＳｉＣ製品ウエハ１１との距離ｄを広げるようにする。
図４は、本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法におけるウエハの配列を示す断面図である。本実施の形態では、図４に示すように、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５とＳｉＣ製品ウエハ１１との間のボートスリット４ａを１つ空けて、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５と、その直下のＳｉＣ製品ウエハ１１との距離ｄを広げるようにする。
具体的には、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５と、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５に隣接するＳｉＣ製品ウエハ１１との距離ｄが、予め定める値（以下「設定距離」という場合がある）以上となるように、ＴＯＰ−モニタウエハ５およびＳｉＣ製品ウエハ１１を配置して、酸化性ガスによる酸化処理を行う。
さらに具体的には、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５のＣ面５ａと、ＴＯＰ−隣接するＳｉＣ製品ウエハ１１のＳｉＣモニタウエハ５に対向する面であるＳｉ面１３との距離ｄが、設定距離以上になるように、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５およびＳｉＣ製品ウエハ１１を配置して、酸化性ガスによる酸化処理を行う。
ＣＮＴ−ＳｉＣモニタウエハ６についても同様にする。ＢＴＭ−ＳｉＣモニタウエハ７については、Ｃ面がＳｉＣ製品ウエハ１１に対向していないので、ＳｉＣ製品ウエハ１１との距離ｄを設定距離以上にする必要はなく、ＳｉＣ製品ウエハ１１との間のボートスリットを空ける必要はない。
すなわち、Ｃ面がＳｉＣ製品ウエハ１１のＳｉ面に対向するＳｉＣモニタウエハ５，６については、前述のように、隣接するＳｉＣ製品ウエハ１１との距離ｄが設定距離以上になるように、ＳｉＣモニタウエハ５，６およびＳｉＣ製品ウエハ１１を配置して、酸化性ガスによる酸化処理を行う。
このようにすることによって、第１および第２の実施の形態と同様に、ＳｉＣモニタウエハ５の直下のＳｉＣ製品ウエハ１１におけるアウトディフューズによる酸化反応を抑制することができる。これによって、ＳｉＣモニタウエハ５の直下のＳｉＣ製品ウエハ１１の酸化膜の増膜を抑制することができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきを抑えることができる。
ＳｉＣ製品ウエハ１１の直径が４インチである場合、ボート４の収容部であるボートスリット４ａの間隔、すなわちボートピッチ幅は、たとえば４．７６ｍｍである。ボートスリット４ａを１つ空けた場合、４．７６×２＝９．５２ｍｍの距離がウエハ間に生じることになる。したがって、前述の設定距離は、９．５２ｍｍとすればよい。
＜第４の実施の形態＞
図５は、本発明の第４の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法におけるウエハの配列を示す断面図である。図５では、理解を容易にするために、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５およびＳｉＣ製品ウエハ１１のＣ面５ａ，１２側の部分を、ハッチングを付して示している。
図５は、本発明の第４の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法におけるウエハの配列を示す断面図である。図５では、理解を容易にするために、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５およびＳｉＣ製品ウエハ１１のＣ面５ａ，１２側の部分を、ハッチングを付して示している。
本実施の形態では、図５に示すように、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５のＳｉ面５ｂと、ＳｉＣ製品ウエハ１１のＣ面１２とが対向するように、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５のおよびＳｉＣ製品ウエハ１１を配置して、酸化性ガスによる酸化処理を行う。
このようにすることによって、ＳｉＣ製品ウエハ１１のＳｉ面１３上に形成される酸化膜が、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５のＣ面５ａの影響を受けることがなくなるので、第１および第２の実施の形態と同様に、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５の直下のＳｉＣ製品ウエハ１１におけるアウトディフューズによる酸化反応を抑制することができる。これによって、ゾーン間において、均一な膜厚の酸化膜を、各ＳｉＣ製品ウエハ１１上に形成することができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきを抑えることができる。
本実施の形態では、他のＳｉＣモニタウエハ、すなわちＣＮＴ−ＳｉＣモニタウエハ６およびＢＴＭ−ＳｉＣモニタウエハ７についても、ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５と同様に、ＳｉＣモニタウエハ６，７のＳｉ面と、ＳｉＣ製品ウエハ１１のＣ面１２とが対向するように、ＳｉＣモニタウエハ６，７のおよびＳｉＣ製品ウエハ１１を配置して、酸化性ガスによる酸化処理を行う。
これによって、ＣＮＴ−ＳｉＣモニタウエハ６およびＢＴＭ−ＳｉＣモニタウエハ７に隣接するＳｉＣ製品ウエハ１１において、アウトディフューズによる酸化反応を抑制することができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきをより確実に抑えることができる。
また本実施の形態では、複数枚のＳｉＣ製品ウエハ１１は、Ｃ面１２とＳｉ面１３とが交互にＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ５側を向くように配置される。換言すれば、複数のＳｉＣ製品ウエハ１１は、隣接するＳｉＣ製品ウエハ１１間で、Ｓｉ面１３同士が対向し、かつＣ面１２同士が対向するように配置される。
このように配置して、酸化性ガスによる酸化処理を行うことによって、各ＳｉＣ製品ウエハ１１のＳｉ面１３上に形成される酸化膜が、隣接するＳｉＣ製品ウエハ１１のＣ面１２の影響を受けることがなくなる。これによって、ゾーン間において、より均一な膜厚の酸化膜を、各ＳｉＣ製品ウエハ１１上に形成することができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきをより確実に抑えることができる。
以上に述べた各実施の形態では、ＳｉＣ製品ウエハ１１は、Ｃ面１２が酸化処理された状態で、酸化性ガスによる酸化処理が行われる。このように、ＳｉＣ製品ウエハ１１のＣ面１２が酸化処理された状態で、酸化性ガスによる酸化処理を行うことによって、ＳｉＣ製品ウエハ１１のＣ面１２からのＣＯ２ガスの発生を抑えることができるので、ＳｉＣ製品ウエハ１１間における酸化膜の膜厚のばらつきをより確実に抑えることができる。
前述の図５に示すように、複数枚のＳｉＣ製品ウエハ１１が、Ｃ面１２とＳｉ面１３とが交互にＳｉＣモニタウエハ５側を向くように配置される場合には、ＳｉＣ製品ウエハ１１は、Ｃ面１２が酸化処理されていない状態で、酸化性ガスによる酸化処理が行われてもよい。
前述のように、複数枚のＳｉＣ製品ウエハ１１を、Ｃ面１２とＳｉ面１３とが交互にＳｉＣモニタウエハ５側を向くように配置することによって、各ＳｉＣ製品ウエハ１１のＳｉ面１３上に形成される酸化膜に対する、隣接するＳｉＣ製品ウエハ１１のＣ面１２の影響を抑えることができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１に対して、Ｃ面１２が酸化処理されていない状態で、酸化性ガスによる酸化処理を行っても、ＳｉＣ製品ウエハ１１間で、形成される酸化膜の膜厚にばらつきが生じることを防ぐことができる。
このように、ＳｉＣ製品ウエハ１１に対して、Ｃ面１２が酸化処理されていない状態で、酸化性ガスによる酸化処理を行うことによって、製造プロセスの自由度を高めることができる。したがって、ＳｉＣ製品ウエハ１１を用いた炭化珪素半導体装置の製造工程を簡略化することが可能になるので、製造原価を低減することが可能になる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能である。また、各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。
１，３０ 縦型バッチ式拡散炉、２ チューブ、３ ガス導入ライン、４ ボート、５ 上部ＳｉＣモニタウエハ（ＴＯＰ−ＳｉＣモニタウエハ）、５ａ，１２，２０ａ，２１ａ カーボン面（Ｃ面）、５ｂ，１３，２０ｂ，２１ｂ シリコン面（Ｓｉ面）、６ 中央部ＳｉＣモニタウエハ（ＣＮＴ−ＳｉＣモニタウエハ）、７ 底部ＳｉＣモニタウエハ（ＢＴＭ−ＳｉＣモニタウエハ）、８ ダミーウエハロット、１０ ＳｉＣ製品ロット、１１ ＳｉＣ製品ウエハ、２０ 裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣダミーウエハ、２１ 裏面ＴＥＯＳ膜付ＳｉＣモニタウエハ、３２，３３，３５ 酸化膜、４１ 珪素（Ｓｉ）原子、４２ 炭素（Ｃ）原子。
Claims (12)
- 炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記酸化膜形成工程は、
前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、
前記酸化膜形成工程では、
前記モニタ用炭化珪素基板と前記製品用炭化珪素基板との間に、カーボン面が酸化処理された炭化珪素基板を配置して、前記酸化性ガスによる酸化処理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。 - 前記カーボン面が酸化処理された炭化珪素基板は、前記カーボン面に、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）を用いた酸化処理によって形成されたＴＥＯＳ酸化膜を有することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記カーボン面が酸化処理された炭化珪素基板は、前記カーボン面に、熱酸化によって形成された熱酸化膜を有することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記酸化膜形成工程は、
前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、
前記酸化膜形成工程では、
前記モニタ用炭化珪素基板と前記製品用炭化珪素基板との間に、シリコン基板を配置して、前記酸化性ガスによる酸化処理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。 - 炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記酸化膜形成工程は、
前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、
前記モニタ用炭化珪素基板は、カーボン面が酸化処理されていることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 前記モニタ用炭化珪素基板は、前記カーボン面に、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）を用いた酸化処理によって形成されたＴＥＯＳ酸化膜を有することを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記モニタ用炭化珪素基板は、前記カーボン面に、熱酸化によって形成された熱酸化膜を有することを特徴とする請求項６に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記酸化膜形成工程は、
前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、
前記酸化膜形成工程では、
前記モニタ用炭化珪素基板と、前記モニタ用炭化珪素基板に隣接する前記製品用炭化珪素基板との距離が、前記製品用炭化珪素基板同士の間隔よりも広くなるように、前記モニタ用炭化珪素基板および前記製品用炭化珪素基板を配置して、前記酸化性ガスによる酸化処理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。 - 炭化珪素半導体装置となる製品用炭化珪素基板に、酸化性ガスによる酸化処理によって酸化膜を形成する酸化膜形成工程を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記酸化膜形成工程は、
前記酸化性ガスが導入される処理室内に、複数枚の前記製品用炭化珪素基板と、前記製品用炭化珪素基板の状態を確認するためのモニタ用炭化珪素基板とを配列して、前記酸化性ガスによる酸化処理を行う工程であり、
前記酸化膜形成工程では、
前記モニタ用炭化珪素基板のシリコン面と、前記モニタ用炭化珪素基板に隣接する前記製品用炭化珪素基板のシリコン面とが対向するように、前記モニタ用炭化珪素基板および前記製品用炭化珪素基板を配置して、前記酸化性ガスによる酸化処理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。 - 複数枚の前記製品用炭化珪素基板は、カーボン面とシリコン面とが交互に前記モニタ用炭化珪素基板側を向くように配置されることを特徴とする請求項９に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記製品用炭化珪素基板は、カーボン面が酸化処理された状態で、前記酸化性ガスによる酸化処理が行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
- 前記製品用炭化珪素基板は、カーボン面が酸化処理されていない状態で、前記酸化性ガスによる酸化処理が行われることを特徴とする請求項１０に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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