図面を参照して説明する。なお、複数の実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。n+基板の板厚方向をZ方向と示す。すなわち、Z方向が特許請求の範囲に記載の板厚方向に相当する。また、Z方向に直交する特定の方向をX方向、Z方向及びX方向に直交する方向をY方向と示す。
(第1実施形態)
先ず、図1及び図2に基づき、半導体装置100の概略構成について説明する。
半導体装置100は、SiC基板を用いて形成されたトレンチゲート型のMOSFETである。図1及び図2に示すMOSFETと同じ構造のMOSFETがX方向及びY方向に隣り合うように設けられている。半導体装置100は、n+型基板10と、n−型層12と、エピ層14と、を備えている。
n+型基板10は、n型のSiC基板である。n+型基板10におけるZ方向側の一面上には、n−型層12が形成されている。n+型基板10は、特許請求の範囲に記載の半導体基板に相当する。n−型層12は、ドリフト層を形成するものである。n−型層12は、不純物濃度がn+型基板10よりも低くされている。n−型層12におけるn+型基板10と反対側の一面12a上には、エピ層14が形成されている。
エピ層14は、エピタキシャル成長により形成されたものである。エピ層14は、n−型層12の一面12a上に形成された第1エピ層14aと、第1エピ層14aに対してn−型層12と反対側に形成された第2エピ層14bと、を有している。第1エピ層14aは、チャネルを形成するものである。第1エピ層14aは、p型とされている。
第2エピ層14bにおいてXY平面の所定箇所には、ソース領域16が形成されている。よって、第2エピ層14bは、ソース領域16と、ソース領域16が形成されていないボディ領域18と、を有している。ソース領域16は、第2エピ層14bにおいてZ方向の全体に形成されている。図1では、便宜上、第1エピ層14a及び第2エピ層14bの境界を破線で示している。ソース領域16は、n型とされており、n−型層12よりも不純物の濃度が高くされている。ボディ領域18は、p型とされている。
半導体装置100には、トレンチ20が形成されている。トレンチ20は、エピ層14をZ方向に貫通している。詳しく言うと、トレンチ20は、第1エピ層14a、及び、第2エピ層14bのソース領域16を貫通している。また、トレンチ20は、n−型層12の一面12aにも、Z方向に所定深さを有して形成されている。
半導体装置100は、ゲート絶縁膜22と、ゲート電極24と、層間絶縁膜26と、ソース電極28と、ゲート配線30と、ドレイン電極32と、をさらに備えている。ゲート絶縁膜22は、トレンチ20の内壁面を覆っている。またゲート絶縁膜22は、ソース領域16における第2エピ層14bと反対側の面上において、トレンチ20の開口の周縁部にも形成されている。
ゲート電極24は、トレンチ20が囲む空間内において、ゲート絶縁膜22の内側に配置されている。層間絶縁膜26は、ゲート電極24とソース電極28とを絶縁するものである。層間絶縁膜26は、ゲート電極24に対してn−型層12と反対側であって、ゲート電極24及びソース電極28の間に形成されている。層間絶縁膜26には、ソース電極28がソース領域16及びボディ領域18と接触するためのコンタクトホール26aが形成されている。
ソース電極28は、コンタクトホール26aが形成された箇所において、第2エピ層14bのソース領域16及びボディ領域18に対して、第1エピ層14aと反対側に形成されている。ソース電極28には、ソース端子が電気的に接続されている。
また、図2に示すように、層間絶縁膜26には、コンタクトホール26aとは別に、ゲート配線30がゲート電極24と接触するためのコンタクトホール26bが形成されている。ゲート配線30は、コンタクトホール26bが形成された箇所において、ゲート電極24に対してn−型層12と反対側に配置され、ゲート電極24と接触している。ゲート配線30は、ゲート端子と電気的に接続され、ゲート端子とゲート電極24とを電気的に中継している。ドレイン電極32は、n+型基板10に対してn−型層12と反対側の面に形成されている。ドレイン電極32には、ドレイン端子が電気的に接続されている。
半導体装置100において、ゲート電極24にゲート電圧を印加すると、第1エピ層14aにおけるゲート絶縁膜22と接する部分がn型に反転してチャネルとなる。これにより、ソース電極28とドレイン電極32との間に電流を流すことができる。半導体装置100における閾値電圧は、第1エピ層14aの不純物濃度に応じて変化する。
次に、図3〜図8に基づき、半導体装置100の製造方法について説明する。
先ず、図3に示すように、n+型基板10にn−型層12が形成されたウエハWを準備する準備工程を実施する。n−型層12は、例えば、エピタキシャル成長によって形成される。
準備工程の実施後、図4に示すように、n−型層12の一面12a上にエピ層14をエピタキシャル成長させるエピ工程を実施する。詳しく言うと、エピ工程は、第1エピ層14aをエピタキシャル成長させる第1エピ工程と、第2エピ層14bをエピタキシャル成長させる第2エピ工程と、を有している。
第1エピ工程では、一面12a上に第1エピ層14aをエピタキシャル成長させる。第2エピ工程では、第1エピ層14aにおけるn−型層12と反対側の面上に第2エピ層14bをエピタキシャル成長させる。エピ工程については、下記で詳細に説明する。
エピ工程の実施後、図5に示すように、第2エピ層14bに不純物をドープしてソース領域16を形成するドープ工程を実施する。ドープ工程では、先ず、第2エピ層14bにおける第1エピ層14aと反対側の一面14c上にマスクを形成する。次に、ソース領域16を形成予定の領域に対してマスクが開口するようにフォトリソグラフィ工程を行う。フォトリソグラフィ工程の実施後、マスク上からn型不純物のイオン注入及び活性化を行うことで、ソース領域16を形成する。そして、第2エピ層14bに形成されたマスクを除去する。
ドープ工程の実施後、図6及び図7に示すように、トレンチ20を形成するとともに、形成したトレンチ20にゲート電極24を形成するトレンチ工程を実施する。トレンチ工程では、先ず、ソース領域16及びボディ領域18の一面14c上にマスクを形成する。そして、トレンチ20を形成予定の領域に対してマスクが開口するようにフォトリソグラフィ工程を行う。
フォトリソグラフィ工程の実施後、異方性エッチングを行うことでトレンチ20を形成する。このとき、トレンチ20が、エピ層14を貫通するとともにn−型層12へ達するように、エッチングを行う。すなわち、トレンチ20におけるZ方向の深さがエピ層14の膜厚よりも深くなるように、エッチングを行う。そして、ソース領域16及びボディ領域18に形成されたマスクを除去する。以上により、図6に示すトレンチ20を形成することができる。
次に、トレンチ20の内壁面上、及び、一面14c上にゲート絶縁膜22を成膜するとともに、ゲート絶縁膜22上にポリシリコン層を成膜する。そして、マスクを用いて、ポリシリコン層及びゲート絶縁膜22をパターニングする。このパターニングでは、トレンチ20が囲む空間内に、ゲート電極24をなすポリシリコン層、及び、ゲート電極24を残す。また、このパターニングでは、一面14c上におけるトレンチ20の開口の周縁部にゲート絶縁膜22を残す。
次に、一面14c上に層間絶縁膜26を成膜する。そして、層間絶縁膜26をパターニングすることで、コンタクトホール26a及びコンタクトホール26bを形成する。以上により、図7及び図8に示す層間絶縁膜26を形成することができる。
次に、コンタクトホール26a及びコンタクトホール26b内を埋めるように電極材料を成膜し、成膜した電極材料をパターニングする。これにより、ソース電極28、及び、ゲート配線30を形成する。そして、n+型基板10に対してn−型層12と反対側の面にドレイン電極32を形成する。以上により、図1に示した半導体装置100を製造することができる。
次に、図9及び図10に基づき、エピ工程において用いるエピタキシャル成長装置200について説明する。
エピ工程では、図9に示すエピタキシャル成長装置200を用いてエピ層14を形成する。エピタキシャル成長装置200は、チャンバ202と、サセプタ204と、加熱用ランプ206と、を有している。
チャンバ202は、サセプタ204が設けられた内部空間208を形成している。サセプタ204は、ウエハWを搭載するものである。サセプタ204は、ウエハWを搭載する搭載面204aを有している。以下、搭載面204aと直交する方向をA方向と示す。図10に示すように、搭載面204aの平面形状は、略真円形状をなしている。サセプタ204は、回転可能に構成されている。サセプタ204の回転軸は、搭載面204aの中心Oを通り、A方向に沿った方向である。すなわち、搭載面204aの中心Oは、サセプタ204の回転中心である。
チャンバ202には、ガスを内部空間208に導入するための導入口202aが設けられている。導入口202aは、ガスを供給するボンベと接続されている。このボンベには、ガスの流量を調整するフローメータが設けられている。また、チャンバ202には、内部空間208からガスを排気するための排気口202bが設けられている。排気口202bは、内部空間208のガスを吸引するためのポンプと接続されている。例えば、ポンプ及びフローメータにより、内部空間208の圧力を制御することができる。
導入口202a及び排気口202bは、A方向と直交する一方向であるB方向に並んで設けられている。チャンバ202において、B方向の一端に導入口202aが設けられ、B方向の他端に排気口202bが設けられている。これにより、導入口202aから導入されたガスは、内部空間208においてB方向に流れる。よって、ガスは、サセプタ204の搭載面204aに沿ってB方向に流れる。図10の白抜き矢印は、ガスが流れる方向を示している。
内部空間208に導入するガスは、シリコンソースガス、ドーパントガス、及び、キャリアガスである。シリコンソースガス及びドーパントガスは、ウエハWをエピタキシャル成長させるためのガスである。シリコンソースガスとしては、例えば、シランやプロパンを採用することができる。ドーパントガスとしては、例えば、TMA(トリメチルアルミニウム)を採用することができる。キャリアガスとしては、例えば、水素を採用することができる。
加熱用ランプ206は、内部空間208、サセプタ204、及び、ウエハWを加熱するためのものである。複数の加熱用ランプ206が、チャンバ202におけるA方向の両側に配置されている。加熱用ランプ206を制御することで、チャンバ202の内部空間、サセプタ204、及び、ウエハWの温度を制御する。加熱用ランプ206としては、例えば、ハロゲンランプを採用することができる。なおウエハWの加熱方法としては、高周波を用いた誘導加熱を採用することもできる。
次に、図9及び図10に基づき、エピタキシャル成長装置200を用いたエピ工程の詳細について説明する。
エピ工程の第1エピ工程では、先ず、ポンプにより内部空間208を所定の減圧雰囲気とする。この状態で、トランスファチャンバ準備室からウエハWを内部空間208に搬送し、搭載面204aにウエハWを配置する。このとき、一面12aが内部空間208にさらされるように、ウエハWを配置する。すなわち、A方向において、サセプタ204、n+型基板10、n−型層12の順に並ぶように、ウエハWを配置する。この配置により、ガスは、一面12aに沿ってB方向に流れる。
本実施形態では、図10に示すように、3枚のウエハWを搭載面204aの周方向に等間隔に並べて配置する。すなわち本実施形態のエピ工程では、複数枚のウエハWを同時に処理するバッチ処理を行う。なお、エピ工程において同時に処理するウエハWの枚数は、3枚に限定されない。エピ工程において同時に処理するウエハWの枚数を、2枚としてもよく、4枚以上としてもよい。
本実施形態では、ウエハWにおいてオリフラが他の部分に較べてサセプタ204の中心Oから最も遠くなるように、ウエハWを配置する。以下、ウエハWにおけるオリフラが形成された部分をBottom、ウエハWの中心をCenter、ウエハWにおけるBottomと反対側の端部をTop、と示す。すなわち、ウエハWにおけるサセプタ204の中心Oに最も近い部分がTop、中心Oから最も離れた部分がBottomとなる。
ウエハWを搭載面204aに配置した後、サセプタ204を回転させる。次に、ボンベのフローメータを調整し、内部空間208にガスを導入する。そして、加熱用ランプ206により、チャンバ202を加熱し、内部空間208の温度を例えば1600℃から1700℃にする。
第1エピ工程では、例えば、内部空間208の圧力を、8.0kPa以上、且つ、11.0kPa以下の値とする。本実施形態では、内部空間208の圧力を、8.0kPaより大きく、且つ、10.3kPa以下の値とする。この圧力で、第1エピ層14aが0.5〜3.0μm程度の膜厚となるようにウエハWにエピタキシャル成長させる。第1エピ層14aを所定の膜厚にした後、第1エピ工程を終了する。
第1エピ層14aを形成した後、ウエハWを内部空間208から取り出すことなく第2エピ工程を実施する。すなわち、第1エピ工程の実施後に連続して第2エピ工程を実施する。第2エピ工程では、第1エピ工程に較べて内部空間208の圧力を低くする。例えば、内部空間208の圧力を、4.5kPa以上、且つ、8.0kPa未満の値とする。本実施形態では、内部空間208の圧力を、5.0kPa以上、且つ、8.0kPa未満の値とする。この圧力で、第2エピ層14bが0.2〜1.0μm程度の膜厚となるようにウエハWにエピタキシャル成長させる。第2エピ層14bを所定の膜厚にした後、第2エピ工程を終了する。
次に、図11〜図13に基づき、エピ工程を実施した場合におけるエピ層14の膜厚について説明する。
図11では、搭載面204aにおけるB方向の位置として位置B1、位置B2、位置B3、位置B4、位置B5、及び、位置B6を示している。なお図11では、ウエハWが導入口202aに最も近づいた場合の配置、及び、ウエハWが導入口202aから最も遠ざかった場合における配置を破線で示している。
位置B1は、B方向において、ウエハWが導入口202aに最も近づいた場合におけるBottomの位置である。位置B2は、B方向において、ウエハWが導入口202aに最も近づいた場合におけるCenterの位置である。位置B3は、B方向において、ウエハWが導入口202aに最も近づいた場合におけるTopの位置である。位置B4は、B方向において、ウエハWが導入口202aから最も遠ざかった場合におけるTopの位置である。位置B5は、B方向において、ウエハWが導入口202aから最も遠ざかった場合におけるCenterの位置である。位置B6は、B方向において、ウエハWが導入口202aから最も遠ざかった場合におけるBottomの位置である。
ソースガス及びドーパントガスは、内部空間208に導入されると昇温する。ソースガス及びドーパントガスは、昇温により分解して析出する。ソースガス及びドーパントガスの分解成分がウエハWと反応し、エピ層14がエピタキシャル成長する。ソースガスは、ドーパントガスに較べて分解し易い。よって、ソースガスは、内部空間208に導入されると、導入口202a付近で分解する。エピ層14の膜厚は、主にソースガスの分解量に応じて決定される。すなわち、ドーパントガスは、エピ層14の膜厚を厚くするのに寄与し難い。
内部空間208の圧力に応じて、ソースガスの流速が変化する。ソースガスの流速に応じて、内部空間208におけるソースガスの分解量の分布が変化する。ソースガスの分解量の分布に応じて、エピ層14の膜厚分布が変化する。以上によれば、内部空間208の圧力に応じて、エピ層14の膜厚分布が変化する。
図12において、黒三角は内部空間208の圧力を5.0kPaとした場合の実験結果、黒丸は圧力を8.0kPaとした場合の実験結果、黒四角は圧力を10.3kPaとした場合の実験結果である。これら複数の実験結果は、圧力以外の条件であるガスの流量、温度、及び、時間等を互いに等しくした場合の実験結果である。
内部空間208の圧力が高いと、ソースガスは、流れが遅くなる。これによれば、ソースガスの分解成分は、内部空間208において導入口202a付近に留まり易い。10.3kPaの実験結果では、ウエハWにおいてBottomからTopに向かうほど膜厚が薄くなっている。これによれば、位置B1から位置B3へ向かうほどソースガスの分解量が少なくなっていることが想定される。また、位置B4及び位置B5におけるソースガスの分解量は、エピ層14の膜厚に影響しないほど少ないことが想定される。
圧力を低くすることにより、ソースガスの流れは速くなる。これにより、排気口202b側におけるソースガスの分解量が多くなる。8.0kPaの実験結果では、10.3kPaの実験結果に較べて、ウエハWの各箇所においてエピ層14の膜厚が平坦となっている。この実験結果から、位置B1から位置B3までのソースガスの分解量がほぼ均一になっていることが想定される。この実験結果においても、位置B4及び位置B5におけるソースガスの分解量は、エピ層14の膜厚に影響しないほど少ないことが想定される。
5.0kPaの実験結果では、ウエハWにおけるTop側の膜厚が、Center及びBottomに較べて厚くなっている。この実験結果は、8.0kPaの実験結果に較べて排気口202b側におけるソースガスの分解量が多くなっていることを示している。
5.0kPaの実験結果では、8.0kPaの実験結果に較べて位置B4から位置B5までの範囲におけるソースガスの分解量が多くなっていることが想定される。また、位置B5から位置B6までの範囲におけるソースガスの分解量は、位置B4から位置B5までの範囲におけるソースガスの分解量に較べて少ないことが想定される。これにより、ウエハWにおいて、TopからCenterまでの範囲では、CenterからBottomまでの範囲に較べてエピ層14の膜厚が厚くなっている。
図13は、エピ工程において内部空間208の圧力を5.0kPaから10.3kPaまで変化させた場合におけるエピ層14の膜厚のばらつきを示す実験結果である。詳しく言うと、図12では、エピ層14の膜厚のばらつきとして、標準偏差を3倍した3σを平均値で除算した値を示している。
図13に示すように、内部空間208の圧力が8.0kPaの実験結果では、ばらつきが最小となる。8.0kPaから圧力を上げると、エピ層14の膜厚のばらつきが大きくなる。8.0kPaよりも圧力が高い場合には、Bottom側に対するTop側の膜厚が薄くなり易く、エピ層14の膜厚のばらつきが大きくなる。これに対し、8.0kPaから圧力を下げた場合には、Bottom側に対するTop側の膜厚が厚くなり易く、エピ層14の膜厚のばらつきが大きくなる。以上によれば、内部空間208の圧力が低いほど、サセプタ204の中心Oから遠い部分に対して近い部分のエピ層14の膜厚が厚くなり易い。
第1エピ工程では、内部空間208の圧力を8.0kPaよりも高くすることで、第1エピ層14aにおいてTop側の膜厚を薄くするとともにBottom側の膜厚を厚くする。そして、第2エピ工程では、内部空間208の圧力を8.0kPaよりも低くすることで、第2エピ層14bにおいてTop側の膜厚を厚くするとともにBottom側の膜厚を薄くする。
次に、図14及び図15に基づき、エピ工程を実施した場合におけるエピ層14の不純物濃度について説明する。
ドーパントガスは、ソースガスに較べて分解し難いため、ソースガスに較べて分解するのに時間が掛かる。内部空間208の圧力が低い場合、ドーパントガスの流れは相対的に速くなる。これによれば、ドーパントガスが内部空間208に導入されてから分解するまでに進む距離は長くなる。そのため内部空間208の圧力が低い場合、ドーパントガスは、内部空間208に導入されても、導入口202a付近で分解し難い。よって、ドーパントガスの一部は、位置B1に到達した後に分解する。これによれば、ソースガスの分解量に対するドーパントガスの分解量の割合は、ウエハWの各箇所で異なることとなる。したがって、内部空間208の圧力が低い場合、ウエハWの各箇所でエピ層14の不純物濃度がばらつき易い。
これに対し、内部空間208の圧力が高い場合、ドーパントガスの流れは相対的に遅くなる。これによれば、ドーパントガスが内部空間208に導入されてから分解するまでに進む距離は短くなる。そのため、ドーパントガスは、内部空間208に導入されると、導入口202a付近で分解し易い。すなわち、ドーパントガスの大部分は、ソースガスと同様に、導入口202a付近で分解する。言い換えると、ドーパントガスは、内部空間208においてソースガスと同じ領域で分解し易い。そのため、内部空間208の圧力が高い場合、ソースガスの分解量に対するドーパントガスの分解量の割合は、ウエハWの各箇所で均一になり易い。したがって、内部空間208の圧力が高い場合、ウエハWの各箇所でエピ層14の不純物濃度が均一になり易い。
また、エピ層14の不純物濃度は、オリフラの位置や、ウエハWの粗密によっても変化する。ウエハWの粗密とは、ウエハWの各箇所において周囲にウエハWが存在しているか否かである。ウエハWが密にされている範囲ほど、ドーパントガスの分解成分が分散し易く、エピ層14の不純物濃度が低くなり易い。サセプタ204の中心Oに近い部分では、3つのウエハWが近づくように配置されており、ウエハWが密にされている。よって、ウエハWにおけるTopからCenterまでの範囲では、エピ層14の不純物濃度が低くなり易い。一方、ウエハWにおけるCenterからBottomまでの範囲は、周囲にウエハWがなく、且つ、Bottomにオリフラが形成されているため、ウエハWが粗にされている。よって、ウエハWにおけるCenterからBottomまでの範囲では、エピ層14の不純物濃度が高くなり易い。
図14において、黒三角は内部空間208の圧力を5.0kPaとした場合の実験結果、黒丸は圧力を8.0kPaとした場合の実験結果、黒四角は圧力を10.3kPaとした場合の実験結果である。図14の実験結果は、ボンベから導入口202aに流すガスの流量をほぼ一定とした場合の実験結果である。なお図14では、縦軸である不純物濃度の値について、特定の値を基準にした比によって示している。
図14に示すように、10.3kPaの実験結果では、ウエハWの各箇所におけるエピ層14の不純物濃度が高くされている。10.3kPaの実験結果において、ドーパントガスの大部分は、ソースガスと同様に、導入口202a付近で分解していると想定される。
8.0kPaの実験結果では、10.3kPaの実験結果に較べて、エピ層14の不純物濃度が全ての箇所で低くなっている。これは、内部空間208の圧力が10.3kPaから8.0kPaに下がることで、ドーパントガスが分解するのに時間が掛かり、導入口202aから位置B6までに分解するドーパントガスの量が少なくなっているからである。
また、8.0kPaの実験結果では、ウエハWにおけるBottomからCenterまでの範囲において、Centerに近づくほど不純物濃度が上がっている。これは、ドーパントガスにおける分解量がBottomからCenterへ向かうほど多くなっていることを示している。なお8.0kPaの実験結果において、ウエハWにおけるTopからCenterまでの範囲では、CenterからBottomまでの範囲に較べて不純物濃度が低くなっている。これは、ウエハWにおけるTopからCenterまでの範囲では、ウエハWが密になっているからであると想定される。
5.0kPaの実験結果では、8.0kPaの実験結果に較べて、エピ層14の不純物濃度が全ての箇所で低くなっている。これは、内部空間208の圧力が8.0kPaから5.0kPaに下がることで、ドーパントガスが分解するのに時間が掛かり、導入口202aから位置B6までに分解するドーパントガスの量が少なくなっているからである。また、5.0kPaの実験結果においても、ウエハWにおけるBottomからCenterの範囲において、Centerに近づくほど不純物濃度が上がっている。さらに、5.0kPaの実験結果においても、ウエハWにおけるTopからCenterまでの範囲では、CenterからBottomまでの範囲に較べて不純物濃度が低くなっている。
図15は、エピ工程において内部空間208の圧力を5.0kPaから10.3kPaまで変化させた場合におけるエピ層14の不純物濃度のばらつきを示す実験結果である。詳しく言うと、図15では、エピ層14の不純物濃度のばらつきとして、標準偏差を3倍した3σを平均値で除算した値を示している。図15に示すように、内部空間208の圧力を高くするほど、エピ層14の不純物濃度のばらつきは、小さくなっている。
このような実験結果を踏まえ、第1エピ工程では、第2エピ工程に較べて内部空間208の圧力を高くすることで、第2エピ層14bに較べて第1エピ層14aにおける不純物濃度のばらつきを小さくする。
ところで、図12及び図13に基づき、エピ工程において、内部空間208の圧力を変化させることなく8.0kPa程度でほぼ一定として、エピ層14を形成する方法が考えられる。この方法では、エピ層14の膜厚がばらつくのを抑制することができる。しかしながら、内部空間208の圧力を8.0kPa程度でほぼ一定とする方法では、圧力を8.0kPaより高くする場合に較べ、エピ層14の不純物濃度がばらつく虞がある。本実施形態では、第1エピ工程において内部空間208の圧力を8.0kPaよりも高くしているため、圧力を8.0kPaで一定とする方法に較べて、チャネルを形成する部分の不純物濃度のばらつきを小さくすることができる。
次に、上記した半導体装置100の製造方法の効果について説明する。
本実施形態において第1エピ工程では、第2エピ工程に較べて内部空間208の圧力を高くしている。そのため、ウエハWの各箇所で第1エピ層14aの不純物濃度がばらつくのを抑制することができる。よって、エピ層14においてチャネルを形成する部分の不純物濃度がばらつくのを抑制することができる。
また第1エピ工程では、内部空間208の圧力を高くしているため、ウエハWにおいて中心Oに近い部分における第1エピ層14aの膜厚が薄くなり易く、且つ、中心Oから遠い部分における第1エピ層14aの膜厚が厚くなり易い。これに対し、第2エピ工程では、第1エピ工程に較べて内部空間208の圧力を低くしている。そのため、ウエハWにおいて、中心Oに近い部分における第2エピ層14bの膜厚が厚くなり易く、且つ、中心Oから遠い部分における第2エピ層14bの膜厚が薄くなり易い。
よって、第2エピ工程では、第1エピ層14aが薄くなり易い部分に対し、厚い第2エピ層14bを形成することができる。また、第2エピ工程では、第1エピ層14aが厚くなり易い部分に対し、薄い第2エピ層14bを形成することができる。すなわち、第2エピ工程では、エピ層14の膜厚を均一化するように、第2エピ層14bを形成している。したがって、エピ層14の膜厚がばらつくのを抑制することができる。
エピ層14の膜厚がばらつくのを抑制することで、トレンチ工程において、n−型層12に対するトレンチ20の深さを制御し易く、且つ、エピ層14に対してトレンチ20を貫通させ易い。すなわち、トレンチ工程においてトレンチ20の深さを制御し易い。
また、本実施形態では、エピ工程において複数枚のウエハWをサセプタ204の搭載面204aに配置して、複数枚のウエハWにエピ層14を形成している。これによれば、1枚のウエハWを搭載面204aに配置してエピ層14を形成する方法に較べて、複数枚のウエハWを処理するための時間を短縮することができる。
また、本実施形態では、第1エピ工程の実施後に第2エピ工程を連続して実施している。これによれば、第1エピ工程の実施後に内部空間208からウエハWを取り出す場合に較べて、エピ工程の処理時間を短縮することができる。
なお、本実施形態では、ウエハWにおいてオリフラが他の部分に較べてサセプタ204の中心Oから最も遠くなるように、ウエハWを配置する例を示した。しかしながら、搭載面204aにおけるオリフラの位置は、これに限定するものではない。
(第2実施形態)
本実施形態において、第1実施形態に示した半導体装置100の製造方法と共通する部分についての説明は割愛する。
本実施形態の準備工程では、1枚のウエハWを準備する。そして、エピ工程では、図16に示すように、1枚のウエハWをサセプタ204の搭載面204a上に配置する。すなわち、本実施形態のエピ工程では、1枚のみのウエハWを処理する枚葉処理を行う。本実施形態のエピ工程においても、第1実施形態と同様に、第1エピ層14aを形成する第1エピ工程を実施した後、内部空間208の圧力を低くして、第2エピ層14bを形成する第2エピ工程を実施する。
エピ工程では、A方向の投影視において、ウエハWの中心と、サセプタ204の中心Oと、が一致するように、ウエハWを搭載面204aに配置する。これにより、A方向の投影視において、ウエハWの中心を、サセプタ204の回転中心と一致させる。
図17は、内部空間208の圧力を10.3kPaとした場合における実験結果を示している。図17の実験結果では、ウエハWにおいて、Centerにおけるエピ層14の膜厚が最も薄くされている。ウエハWにおいてCenterからBottomへ向かうほど、エピ層14の膜厚が厚くなっている。同様に、ウエハWにおいてCenterからTopへ向かうほど、エピ層14の膜厚が厚くなっている。
ウエハWにおいてTop及びBottomは、サセプタ204の中心Oからの距離が互いにほぼ等しい。そのため、ウエハWにおいてTop及びBottomにおけるエピ層14の膜厚は、互いにほぼ等しくなっている。
この実験結果では、内部空間208の圧力が高く、導入口202a側にソースガスの分解成分が留まっていることが想定される。すなわち、サセプタ204の中心O付近では、中心Oよりも導入口202a側の範囲に較べて、ソースガスの分解量は少ない。そのため、ウエハWにおいて、Centerにおけるエピ層14の膜厚は、Top及びBottomにおけるエピ層14の膜厚に較べて薄くなっている。
本実施形態におけるウエハWのTopからCenterまでの範囲、及び、BottomからCenterまでの範囲の夫々は、第1実施形態におけるウエハWのBottomからTopまでの範囲に対応している。よって、10.3kPaの実験結果において、第1実施形態でBottomからTopへ向かうほどエピ層14の膜厚が薄くなるのに対応し、本実施形態ではBottomからCenterへ向かうほどエピ層14の膜厚が薄くなる。同様に、第1実施形態でBottomからTopへ向かうほどエピ層14の膜厚が薄くなるのに対応し、本実施形態ではTopからCenterへ向かうほどエピ層14の膜厚が薄くなる。
内部空間208の圧力を10.3kPaから下げると、第1実施形態でBottomに対してTopにおけるエピ層14の膜厚が厚くなるのに対応し、本実施形態ではBottom及びTopに対してCenterにおけるエピ層14の膜厚が厚くなる。なお本実施形態では、第1実施形態と同様に、内部空間208の圧力を低くするほど、エピ層14の不純物濃度のばらつきが小さくなる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
上記実施形態では、第1エピ工程の実施後に、連続して第2エピ工程を実施する例を示したが、これに限定するものではない。第1エピ工程の実施後に、第1エピ層14aを検査する検査工程を実施してもよい。検査工程では、内部空間208からウエハWを取り出し、第1エピ層14aの膜厚や不純物濃度を検査する。そして、検査工程の実施後に、ウエハWを内部空間208に再度搬送して、第2エピ工程を実施する。
上記実施形態においてSiC基板であるn+型基板10を用いて半導体装置100を形成する例を示したが、これに限定するものではない。Si基板を用いて半導体装置100を形成する例を採用することもできる。また上記実施形態では、エピ層14のドーパントをp型としたが、これに限定するものではない。エピ層14のドーパントをn型としてもよい。
上記実施形態では、第1エピ工程において内部空間208の圧力を8.0kPa以上としたが、これに限定するものではない。第1エピ工程における内部空間208の圧力は、第2エピ工程における内部空間208の圧力よりも高ければよい。例えば、第1エピ工程における内部空間208の圧力を7.5kPa以上、且つ、11.0kPa以下とする例を採用することもできる。
上記実施形態では、第2エピ工程において内部空間208の圧力を8.0kPa未満としたが、これに限定するものではない。第2エピ工程における内部空間208の圧力は、第1エピ工程における内部空間208の圧力よりも低ければよい。例えば、第2エピ工程における内部空間208の圧力を4.5kPa以上、且つ、8.5kPa以下とする例を採用することもできる。