JP7236947B2 - ＳｉＣ半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、ＳｉＣ半導体装置の製造方法に関する。

炭化珪素（ＳｉＣ）半導体装置では、緻密な絶縁膜を得るために、一般的にゲート絶縁膜として熱酸化膜が利用される。特許文献１，２に記載されているように、熱酸化膜を形成するための基板の熱酸化処理では、バッチ式熱処理装置に複数の製品基板が配置される。一般的に、ＳｉＣは比熱がシリコン（Ｓｉ）に比べ小さいため、ＳｉＣ基板はバッチ内の温度分布の影響を受けやすく、同時処理可能な枚数が少ない。そのため、ＳｉＣ半導体装置の安価な製造には、基板の大口径化が効果的である。

特開２０１４－１６５３４８号公報 特開２０１５－２３０４３号公報

一般的に、バッチ式熱処理装置によって複数のＳｉＣ基板を互いに間隔を空けて配置した状態で熱処理する場合、酸化ガス分布と温度分布の影響により、処理基板の面内で熱酸化膜の膜厚に分布が生じるという課題があった。本発明は上記の課題に鑑み、バッチ式熱処理装置に複数のＳｉＣ基板を互いに間隔を空けて配置して熱処理する場合に、ＳｉＣ基板の面内における熱酸化膜の膜厚の分布を抑制することを目的とする。

本発明のＳｉＣ半導体装置の製造方法は、複数のＳｉＣ基板を準備し、複数のＳｉＣ基板の各Ｃ面に、基板中央部において基板端部におけるよりも大きい膜厚を有し、熱酸化処理の温度に耐える、無機膜を形成し、複数のＳｉＣ基板を、各Ｃ面を同じ方向に揃え、間隔を空けてバッチ式拡散炉内に配置し、熱酸化処理を行い、各ＳｉＣ基板のＳｉ面に熱酸化膜を形成する。

本発明のＳｉＣ半導体装置の製造方法によれば、ＳｉＣ基板のＣ面に形成された無機膜により、熱酸化処理工程においてＣ面におけるＯ_２ガスの再生成が抑制される。そのため、ＳｉＣ基板のＳｉ面においてＯ_２ガスの偏りが抑制され、熱酸化膜の膜厚分布が抑制される。

バッチ式拡散炉の構成図である。 ＳｉＣ基板のＳｉ面における熱酸化膜の膜厚分布を示す図である。 ＳｉＣ基板の熱酸化処理時の断面図である。 口径の広いＳｉＣ基板の熱酸化処理時の断面図である。 ＳｉＣ基板の結晶構造を模式的に示す図である。 実施の形態１のＭＯＳＦＥＴの断面図である。 実施の形態１のＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１のＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１のＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１のＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１のＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１のＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１のＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１のＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 ＳｉＣ基板のＣ面に無機膜が形成された状態を示す断面図である。 無機膜の形状を示す断面図である。 無機膜の形状を示す断面図である。 無機膜の形状を示す断面図である。 無機膜の厚さと、酸化膜の膜厚分布との関係を示す図である。 Ｓｉモニター基板における無機膜の測定箇所を示す図である。 端部点ｙにおける無機膜の膜厚に対する中心点ｘにおける無機膜の膜厚の比率を示す図である。 実施の形態２のＳｉＣ半導体装置の製造方法における、ＳｉＣ基板４の配列を示す断面図である。

＜Ａ．前提技術＞
図１は、ＳｉＣ基板４上に酸化膜を形成するためのバッチ式拡散炉１の構成図である。バッチ式拡散炉１は、ガス導入ライン２、チューブ３、およびボート１２を備えている。チューブ３は処理室に相当する。ガス導入ライン２は、チューブ３内に酸化ガスを導入するためのラインである。酸化ガスとは、熱酸化処理に用いられるガスであり、例えば酸素（Ｏ_２）ガスまたはオゾン（Ｏ_３）ガスである。複数のＳｉＣ基板４は、酸化ガスの流下方向、すなわちチューブ３の上下方向に沿って、互いに間隔を空けて配列した状態でボート１２に保持され、チューブ３内に収容される。

ＳｉＣ基板４は、ボート１２に保持された状態で、カーボン（Ｃ）面が下側を向き、シリコン（Ｓｉ）面が上側を向いている。なお、特許文献１では、各ＳｉＣ基板４のＣ面に数ミクロン程度の無機膜を形成する例が示されているが、無機膜の形状については言及されていない。本前提技術では、ＳｉＣ基板４のＣ面には、無機膜が形成されていないか、または０．２μｍ以下の厚みの無機膜が形成されているものとする。

熱処理雰囲気中において、ガス導入ライン２からチューブ３内に酸化ガスが導入され、ＳｉＣ基板４のＳｉ面の酸化処理が行われる。図２は、ＳｉＣ基板４のＳｉ面に形成された熱酸化膜１５の膜厚分布を示している。なお、ＳｉＣ基板４のＣ面には、０．２μｍの無機膜が既に形成されているものとする。図２に示すように、熱酸化膜１５の膜厚は、ＳｉＣ基板４のＳｉ面の中心に近いほど厚くなる分布を有している。具体的には、ＳｉＣ基板４の口径を６インチとし、熱酸化膜１５の、最大膜厚を５０ｎｍ程度とすると、熱酸化膜１５はＳｉ面の中心において端部よりも約１０％厚くなった。

このように、出願人は、ＳｉＣ基板に熱酸化処理を行う場合、熱酸化膜の膜厚が、基板中心で厚くなる分布を有し、また基板の口径が大きいほど分布が大きくなるという課題を見出した。熱酸化膜の膜厚分布は、以下のような発生モデルによって発生しているものと推定される。

ＳｉＣ基板４における熱酸化反応は、Ｏ_２ガスを使用した場合、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＋２Ｏ_２＝ＳｉＯ_２＋ＣＯ_２（↑）…（１）
式（１）に示すように、ＳｉＣ基板４では、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜の形成とともに二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスが発生する。発生したＣＯ_２ガスが、チューブ３内の高温下において可逆的に分解して、以下の式（２）に示す反応を起こすことにより、一酸化炭素（ＣＯ）ガスが排出されるとともに、再度、Ｏ_２ガスが生成されると推定される。

２ＣＯ_２＝２ＣＯ（↑）＋Ｏ_２（↑）…（２）
図３と図４は、熱酸化処理時のＳｉＣ基板４の断面図である。図４は、図３よりもＳｉＣ基板４の口径が大きい場合を示している。

図５は、ＳｉＣ基板４の結晶構造を模式的に示す図である。図５に示すように、ＳｉＣ基板４の結晶構造は、シリコン（Ｓｉ）原子６とカーボン（Ｃ）原子７によって構成されている。ＳｉＣ基板４の厚み方向の一方側は、Ｃ原子７が露出したＣ面２０であり、他方側は、Ｓｉ原子６が露出したＳｉ面２１である。

図３に示すように、ＳｉＣ基板４にＯ_２ガスを供給し、酸化膜を形成するとき、式（１）の反応によってＣＯ_２ガスが発生する。図５に示すように、ＳｉＣ基板４のＣ面２０側の方が、Ｓｉ面２１側よりもＣ原子７が多い。そして、図３および図４に示すように、Ｃ面２０は隣のＳｉＣ基板４のＳｉ面２１に対面している。従って、Ｃ面２０の方がＳｉ面２１よりＣＯ_２ガスを多く発生すると考えられる。

ＳｉＣ基板４のＣ面２０には、無機膜が形成されていないか、またはＳｉ面２１に層間絶縁膜を形成する工程で０．２μｍ以下の薄い無機膜が形成されている。Ｃ面２０に無機膜が形成されている場合でも、熱反応によってＣ面２０から無機膜にカーボンが供給される。そのため、無機膜が薄ければ、無機膜の最表面に存在するカーボンの濃度は高い。そして、Ｏ_２ガスが無機膜の最表面に存在するカーボンと反応することで、ＣＯ_２ガスが多く発生すると考えられる。

図４に示すように、ＳｉＣ基板４の口径が大きいほど、発生したＣＯ_２ガスがＣ面２０の中心部に滞留することで、Ｏ_２ガスが多く再生成される。それにより、酸化膜１０が、ＳｉＣ基板４の中心部において基板端部におけるよりも厚く形成されると考えられる。

＜Ｂ．実施の形態１＞
図６は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１００の断面図である。ＭＯＳＦＥＴ１００は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴである。以下、実施の形態１のＳｉＣ半導体装置の製造方法として、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜形成工程について説明する。しかし、実施の形態１のＳｉＣ半導体装置の製造方法は、ＭＯＳＦＥＴの他、ｐｎダイオード、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｏｄｅ）、ＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ ＦＥＴ）、またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等、他のデバイスにも適用可能であるし、メタル電極の熱処理工程等、バッチ式装置での熱処理を行う他の工程にも適用可能である。

ＭＯＳＦＥＴ１００は、図１に示すＳｉＣ基板４から製造される。図６（ａ）はＭＯＳＦＥＴ１００のセル内部の断面図であり、図６（ｂ）はＭＯＳＦＥＴ１００のセル外周部の断面図である。以下、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として説明するが、逆の導電型であっても良い。

ＭＯＳＦＥＴ１００は、ＳｉＣ基板３１、ＳｉＣドリフト層３２、ベース領域３３、ソース領域３４、ゲート絶縁膜３５、ゲート配線３６、ソース電極３７、層間絶縁膜３９、配線電極４０、および裏面電極４４を備えている。ＳｉＣ基板３１は、第１主面と、第１主面に対向する第２主面とを有し、４Ｈのポリタイプを有するｎ型で低抵抗の基板である。第１主面は、（０００１）面のＳｉ面である。ＳｉＣドリフト層３２は、ＳｉＣ基板１の第１主面上に形成される。ベース領域３３はＳｉＣドリフト層３２の表層に選択的に形成され、ｐ型不純物としてアルミニウム（Ａｌ）を含有する。ソース領域３４はセル内部においてベース領域３３の表層に選択的に形成され、ｎ型不純物として窒素（Ｎ）を含有する。

ゲート絶縁膜３５は、ソース領域３４、ベース領域３３、および近接する二つのソース領域３４に挟まれたＳｉＣドリフト層３２上に亘って形成される。ゲート絶縁膜３５上にはゲート配線３６が形成される。ゲート絶縁膜３５が形成されていないソース領域３４の表面にはソース電極３７が形成される。また、ＳｉＣ基板３１の第２主面、すなわち裏面にはドレイン電極となる裏面電極４４が形成される。ゲート配線３６とソース電極３７は層間絶縁膜３９で分離される。さらに、ソース電極３７よび層間絶縁膜３９を覆って、配線電極４０が形成されている。

図７から図１４は、ＭＯＳＦＥＴ１００の製造工程を示す断面図である。以下、図７から図１４に沿って、ＭＯＳＦＥＴ１００の製造工程を説明する。

まず、図７に示すように、ＳｉＣ基板３１の表面上に、ＣＶＤ法によりＳｉＣドリフト層３２をエピタキシャル成長させる。ＳｉＣ基板３１の厚みは５０μｍ以上１０００μｍ以下、ＳｉＣドリフト層３２のｎ型不純物濃度は１×１０^１５ｃｍ^－３以上１×１０^１７ｃｍ^－３以下、厚みは５μｍ以上５０μｍ以下である。

次に、図８に示すように、ＳｉＣドリフト層３２の表面にマスク４１を形成し、マスク４１を用いてＳｉＣドリフト層３２にｐ型不純物であるＡｌをイオン注入する。このとき、Ａｌのイオン注入の深さは、０．５μｍ以上３μｍ以下程度であり、ＳｉＣドリフト層３２の厚さを超えない。また、イオン注入されたＡｌの不純物濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３以上１×１０^１９ｃｍ^－３以下の範囲で、ＳｉＣドリフト層３２のｎ型不純物濃度より多い。ここで、Ａｌがイオン注入された領域でｐ型になる領域がベース領域３３となる。

次に、図９に示すように、マスク４１を除去した後、ＳｉＣドリフト層３２の表面にマスク４２を形成し、マスク４２を用いてＳｉＣドリフト層３２の表面に、ｎ型不純物であるＮをイオン注入する。Ｎのイオン注入深さは、ベース領域３３の厚さより浅い。また、イオン注入されたＮの不純物濃度は、１×１０^１８ｃｍ^－３以上１×１０^２１ｃｍ^－３以下の範囲で、ベース領域３３のｐ型不純物濃度より高い。Ｎが注入された領域のうちｎ型を示す領域がソース領域３４となる。マスク４２を除去後、熱処理装置によって、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガス雰囲気中で１３００℃以上１９００℃以下、３０秒以上１時間以下のアニールを行い、イオン注入されたＮとＡｌを活性化させる。

次に、図１０に示すように、層間絶縁膜３９をＣＶＤ法により成膜する。図１０（ａ）はＭＯＳＦＥＴ１００のセル内部の形成過程の断面図であり、図１０（ｂ）はＭＯＳＦＥＴ１００のセル外周部の形成過程の断面図である。また、このことは、図１１から図１４においても同様である。層間絶縁膜３９の材料には、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、またはＴＥＯＳ等が用いられる。層間絶縁膜３９は、ＳｉＣ基板３１の表面側と裏面側に成膜される。成膜後、パターニングとドライエッチングにより、ＳｉＣ基板３１の表面側の層間絶縁膜３９を、セル外周部における所望の位置とセル内部から除去する。

次に、図１１に示すように、ＳｉＣ基板３１の層間絶縁膜３９が形成されていない表面側の領域に熱酸化膜であるゲート絶縁膜３５が形成される。以下、このゲート絶縁膜３５の形成工程について説明する。ゲート絶縁膜３５は、図１に示すバッチ式拡散炉１でＳｉＣ基板４を熱処理することにより、形成される。すなわち、図１０に示した、ＳｉＣ基板３１、ＳｉＣドリフト層３２、ベース領域３３、ソース領域３４、および層間絶縁膜３９からなる構成が、ＳｉＣ基板４に相当する。

まず、図１５に示すように、ＳｉＣ基板４の裏面であるＣ面２０に、無機膜１４を形成する。Ｃ面２０は、図１０において、ＳｉＣ基板３１の裏面側の層間絶縁膜３９の上面に相当する。無機膜１４の膜厚は、基板中央部において例えば０．６μｍ以上であり、基板端部におけるよりも大きい。無機膜１４は、熱酸化処理に耐える必要がある。具体的には、無機膜１４は、酸化ガスとの反応性が低く、耐高温性を有する必要がある。従って、無機膜１４には、熱酸化膜、ＣＶＤ酸化膜、金属酸化膜、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、またはＴＥＯＳ等の絶縁膜、もしくは窒化膜が用いられることが望ましい。これにより、デバイスプロセスにおける通常の絶縁膜形成工程を利用して、無機膜１４を形成することができる。特に、層間絶縁膜に広く用いられるＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＴＥＯＳ等を無機膜１４に使用すれば、工期を短縮することができる。

無機膜１４は、Ｃ面２０の中央部における厚みが端部における厚みよりも大きくなるように形成されていればよく、細かな形状には様々な例が想定される。例えば、図１６に示すように、Ｃ面２０の端部から中央部にかけての、無機膜１４の厚みの増加率は、端部において大きく、中央部に向かうにつれて徐々に減少していても良い。無機膜１４が熱酸化膜であれば、成膜時にＳｉＣ基板４のＣ面２０の中央部が高くなるような温度分布を形成することで、図１６に示す形状の無機膜１４を形成することができる。

また、図１７に示すように、無機膜１４の厚みの増加率は、Ｃ面２０の端部から中央部にかけて一定であっても良い。図１７に示す形状の無機膜１４は、無機膜１４を厚く生成した後、ＳｉＣ基板４を少し傾けた状態で回転させながら、化学機械研磨を行うことで形成することができる。

また、図１８に示すように、無機膜１４の厚みは、Ｃ面２０の端部から中央部にかけて段階的に増加しても良い。図１８に示す形状の無機膜１４は、以下の方法で形成される。まず、Ｃ面２０に一様に無機膜１４を形成する。その後、ターニングとドライエッチングにより、ＳｉＣ基板４の外周から数ｍｍ程度の幅の無機膜１４を薄くする。次に、ＳｉＣ基板４の外周から先ほどより２倍程度の幅の無機膜１４を、再度パターニングとドライエッチングにより薄くする。これを繰り返すことによって、図１８に示す形状の無機膜１４が得られる。また、酸化膜の面内分布が判明している場合は、酸化膜と同様の傾向の面内分布を持つ無機膜を生成してもよい。

次に、Ｃ面２０に無機膜１４が形成されたＳｉＣ基板４を、図１に示すようにバッチ式拡散炉１内に配置する。なお、図１において無機膜１４の図示は省略されている。そして、１２００℃以上１３００℃以下で熱酸化して、ＳｉＣ基板４のＳｉ面２１に熱酸化膜を形成する。上記のとおり、ＳｉＣ基板４のＣ面２０には無機膜１４が形成されており、その膜厚は、Ｃ面２０の中央部において端部におけるよりも大きい。無機膜１４が厚い領域ほど、Ｏ_２ガスが無機膜１４に阻まれてＣ面２０に到達しづらくなる。そのため、Ｃ面２０の中央部では端部よりもＣＯ_２ガスの発生が少ない。その結果、隣接するＳｉＣ基板４間において、滞留するＣＯ_２ガスがＣ面２０内で均一化され、Ｏ_２ガスの生成量が均一化される。これにより、熱酸化膜であるゲート絶縁膜３５の膜厚が、Ｓｉ面２１内で均一化される。

ＳｉＣ基板４の口径は、４インチ以上８インチ以下が望ましい。基板口径が８インチより大きいと、図４に示すようにＣＯ_２ガスがＳｉＣ基板４間で滞留し、逃げづらくなる。また、ガス分布に比べて温度分布の影響を受けやすくなるため、無機膜１４による効果が小さくなる。そのため、Ｃ面２０に基板面内中央部が厚い傾向を持つ０．６μｍ以上の無機膜１４を生成していても、熱酸化膜の面内膜厚分布を抑制する効果が小さくなり、十分な効果を得ることができない。また基板口径が４インチ未満だと、Ｃ面２０に無機膜１４を生成しなくても、熱酸化膜の面内膜厚分布が４％以下と小さいため、無機膜１４による十分な効果を得ることができない。

また、バッチ式拡散炉１内において、ＳｉＣ基板４は、互いに４．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の間隔を空けて配置されることが望ましい。基板同士の間隔が４．５ｍｍより狭いと、基板間で滞留するＣＯ_２ガスが逃げづらくなるため、Ｃ面２０に０．６μｍ以上の無機膜１４を生成していても面内膜厚分布を４％程度まで抑制することができず、十分な効果を得ることができない。他方、基板同士の間隔が５．５ｍｍより広いと、基板間でＣＯ_２ガスが滞留しづらいため、無機膜１４による十分な効果を得ることができない。また、基板同士の間隔が広いと、バッチ内に収納できる基板数が少なくなり、ＳｉＣ半導体装置の製造コストが増加してしまう。

図１９は、あるＳｉＣ基板４のＣ面２０における無機膜１４の厚さと、バッチ式拡散炉１において当該ＳｉＣ基板４の直下に配置されたＳｉＣ基板４のＳｉ面２１における酸化膜の膜厚分布との関係を示している。図１９の縦軸は、Ｓｉ面２１の中心部と端部における酸化膜の膜厚差を表している。図１９に示すように、ＳｉＣ基板４のＣ面２０に形成された無機膜１４の膜厚が大きいほど、その直下で加熱処理が行われたＳｉＣ基板４のＳｉ面２１において、熱酸化膜の膜厚分布が小さくなる。このように、熱酸化膜の基板面内膜厚分布が小さくなることによって、ドレイン電流が立上る閾値電圧等の電気的特性がＳｉＣ基板４内で均一になる。

基板口径が６インチのＳｉＣ基板で５０ｎｍ程度の熱酸化膜を作成する場合、無機膜１４の基板中心部における厚さを０．６μｍ以上にすると、基板面内周辺部と中心部における熱酸化膜の膜厚差を、基板中心部における熱酸化膜の厚さの４％程度に抑制することができる。

また、同様の条件で無機膜１４の基板中心部における厚さを０．２μｍ以上０．６μｍ未満にすると、基板面内周辺部と中心部における熱酸化膜の膜厚差を、基板中心部における熱酸化膜の厚さの７％以下に抑制することができる。この場合、無機膜１４の膜厚を０．６μｍ以上とする場合に比べて、膜厚分布を抑制する効果は小さいが、無機膜１４の形成に要する工期を短縮することが可能である。

ここで、熱酸化膜の膜厚は、製造したデバイスの熱酸化膜容量の測定値を膜厚に換算することにより得られる。また無機膜１４の膜厚は、無機膜１４生成時に同じ炉内に配置したＳｉモニター基板における無機膜１４の膜厚を、光干渉式膜厚測定計で測定することにより得られる。図２０は、Ｓｉモニター基板における無機膜１４の測定箇所を示している。測定箇所は、Ｓｉモニター基板の中心点ｘと、４つの端部点ｙである。中心点ｘは、Ｓｉモニター基板の直径をｒとしたときに、Ｓｉモニター基板の端部から０．５ｒの位置である。また、端部点ｙは、Ｓｉモニター基板の端部から０．９ｒの位置である。

図２１は、端部点ｙにおける無機膜１４の膜厚に対する中心点ｘにおける無機膜１４の膜厚の比率を示している。ここで、端部点ｙにおける無機膜１４の膜厚には、図２０に示した４つの端部点ｙにおける測定値の平均値が用いられている。中心点ｘにおける無機膜１４は、端部点ｙにおける無機膜１４より０．５％以上５％以下程度厚い。

こうして、図１１に示すように、ＳｉＣ基板３１の層間絶縁膜３９が形成されていない表面側の領域に熱酸化膜であるゲート絶縁膜３５が形成される。続いて、ＳｉＯ_２とＳｉＣの界面準位を低減するためのポストアニールを、図１と同様の基板配置で実施する。ポストアニールは、ＷＥＴ雰囲気、酸化窒素（ＮＯ，Ｎ_２Ｏ）雰囲気、またはＰＯＣｌ_３雰囲気などの酸化ガス雰囲気、もしくは、Ｈ_２ガスまたはＮＨ_３ガスなどの還元ガス雰囲気で実施する。

その後、ゲート絶縁膜３５の上に、導電性を有する多結晶珪素膜を減圧ＣＶＤ法により形成し、これをパターニングすることによりゲート配線３６を形成する。そして、ＣＶＤ装置で層間絶縁膜３９を形成しゲート配線３６を覆う。その後、図１２に示すように、ＳｉＣ基板３１の裏面に成膜された層間絶縁膜３９または多結晶珪素膜をウェットエッチまたはドライエッチで除去する。

次に、図１３（ａ）に示すように、パターニングおよびドライエッチングにより、ソース電極を形成する領域の層間絶縁膜３９を除去する。また、ソース電極を形成する領域にシリサイド層を形成した後、パターニングおよびドライエッチングにより、図１３（ｂ）に示すように、ゲート配線３６とコンタクトを取る領域の層間絶縁膜３９を除去する。そして、活性領域における、層間絶縁膜３９およびゲート絶縁膜３５が除去されたＳｉＣ基板３１の表面に、図１４（ａ）に示すように、熱処理および薬品処理などにより、ソース電極３７としてのニッケル（Ｎｉ）金属膜を成膜する。ここでは、ソース電極３７の材料としてＮｉを例に挙げて説明したが、低抵抗なソース電極３７を形成できる金属膜であれば、その他の金属でもよい。

次に、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、活性領域においてソース電極３７、ゲート配線３６、および層間絶縁膜３９を覆う配線電極４０を、パターニングにより形成する。配線電極の材料としては、例えば、アルミニウムなどが挙げられる。さらに、図６（ｂ）に示すように終端領域において、ポリイミドなどからなる絶縁膜４３を配線電極４０を覆うように堆積させ、耐圧の維持を図る。次に、ＳｉＣ基板４のＣ面２０上に、１００Å以上３０００Å以下のチタニウム（Ｔｉ）膜を堆積し、レーザーアニールを行うことで、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ）層４４ａを形成する。さらに、ＴｉＳｉ層４４ａ上に、５０００Å以上３００００Å以下のチタニウム（Ｔｉ）層４４ｂ、および５０Å以上５０００Å以下の金（Ａｕ）層４４ｃを順に堆積することで、裏面電極４４を形成する。

また、図６（ａ）に示すように、配線電極４０上にメッキ処理を行い、表面メッキ４５を形成する。メッキは、例えば無電解ニッケル（Ｎｉ－Ｐ）４５ａと金（Ａｕ）４５ｂ等を使用する。以上により、縦型のＭＯＳＦＥＴ１００が完成する。

このように、実施の形態１のＳｉＣ半導体装置の製造方法によれば、複数のＳｉＣ基板４を準備し、複数のＳｉＣ基板４の各Ｃ面２０に、基板中央部において基板端部におけるよりも大きい膜厚を有し熱酸化処理の温度に耐える無機膜１４を形成し、複数のＳｉＣ基板４を、各Ｃ面２０を同じ方向に揃え間隔を空けてバッチ式拡散炉１内に配置し、熱酸化処理を行い、各ＳｉＣ基板４のＳｉ面２１に熱酸化膜を形成する。基板中央部では基板端部よりも無機膜１４が厚いため、熱酸化処理の過程でＯ_２ガスがＣ面２０に届きにくく、ＣＯ_２ガスが発生しにくい。そのため、ＣＯ_２ガスの滞留量とそれに伴うＯ_２ガスの生成量が、Ｃ面２０の面内で均一化される。これにより、ＳｉＣ基板４のＳｉ面２１に均一な膜厚で熱酸化膜を形成することが可能となる。

＜Ｃ．実施の形態２＞
実施の形態１のＳｉＣ半導体装置の製造方法では、図１に示すように、バッチ式拡散炉１内にＳｉＣ基板４のみを配置した。これに対して実施の形態２のＳｉＣ半導体装置の製造方法では、図２２に示すように、バッチ式拡散炉１内にＳｉＣ基板４とダミー基板５を配置する。なお、図２２ではガス導入ライン２とチューブ３の図示を省略している。

図２２では、バッチ式拡散炉１内に配置された複数のＳｉＣ基板４のうち、最上段のＳｉＣ基板４をＳｉＣ基板４ｂとし、残りのＳｉＣ基板４をＳｉＣ基板４ａと示している。ＳｉＣ基板４ａのＳｉ面２１は、隣接する他のＳｉＣ基板４ａのＣ面２０と対向している。それに対して、ＳｉＣ基板４ｂの上部にはＳｉＣ基板４ａがなく、ＳｉＣ基板４ｂのＳｉ面２１は、ＳｉＣ基板４ａのＣ面２０と対向しない。

ＳｉＣ基板４ｂの直上に、ダミー基板５ａまたはモニター基板５ｂが配置される。ダミー基板５ａまたはモニター基板５ｂは、ＳｉＣ基板である。ダミー基板５ａは、スロットの空きをなくしてバッチ全体の熱分布を均一にするための補充基板である。モニター基板５ｂは、プロセスを管理するための基板であり、例えば、熱酸化工程やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）工程では、成膜した膜厚を確認するために用いられる。モニター基板５ｂも製品基板ではないという広い意味ではダミー基板であり、ダミー基板５ａとモニター基板５ｂをまとめてダミー基板５と称する。なお、図２２では、ダミー基板５ａとモニター基板５ｂが配置されているが、少なくともいずれか一方が配置されればよい。ダミー基板５とＳｉＣ基板４ｂとの配置間隔は、ＳｉＣ基板４の配置間隔と同様、４．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下であることが望ましい。

ＳｉＣ基板４ｂのＳｉ面２１と対向するダミー基板５の第１主面には、ＳｉＣ基板４ａのＣ面２０と同様に、図１６から図１８に示したような、基板面内の中央部で厚い傾向を持つ無機膜１４が形成される。

すなわち、実施の形態２のＳｉＣ半導体装置の製造方法は、複数のＳｉＣ基板４とダミー基板５を準備し、複数のＳｉＣ基板４の各Ｃ面２０と、ダミー基板５の第１主面とに、基板中央部において基板端部におけるよりも大きい膜厚を有し、熱酸化処理の温度に耐える無機膜１４を形成し、複数のＳｉＣ基板４を、各Ｃ面２０を同じ方向に揃え、間隔を空けてバッチ式拡散炉１内に配置し、複数のＳｉＣ基板４のうち、他のＳｉＣ基板４のＣ面２０に対向しないＳｉ面２１を有するＳｉＣ基板４ｂのＳｉ面２１に、無機膜１４が形成された第１主面が対向するように、間隔を空けてバッチ式拡散炉１内にダミー基板５を配置し、熱酸化処理を行い、各ＳｉＣ基板４のＳｉ面２１に熱酸化膜を形成する。ダミー基板５の第１主面にもＳｉＣ基板４のＳｉ面２１と同様に無機膜１４が形成されるため、熱酸化工程において、ＣＯ_２ガスの滞留量とそれに伴うＯ_２ガスの生成量が、ダミー基板５の第１主面の面内で均一化される。これにより、バッチ式拡散炉１内にダミー基板５を配置する場合でも、ＳｉＣ基板４ａだけでなく、ＳｉＣ基板４ｂのＳｉ面２１に均一な膜厚で熱酸化膜を形成することが可能となる。

ダミー基板５がＳｉＣからなる基板である場合、それらのＳｉ面は、ＳｉＣ基板４ｂのＳｉ面２１と同じ方向に揃えられる。つまり、ＳｉＣ基板４ｂのＳｉ面２１に対向するダミー基板５の第１主面はＣ面である。これにより、ＳｉＣ基板４ｂとＳｉＣ基板４ａとで、酸化膜厚分布の傾向を揃えることができる。

あるいは、ダミー基板５はＳｉからなる基板であっても良い。この場合、ダミー基板５はＣ原子を含まないため、実施の形態１で式（２）に示した発生モデルにおけるＣＯ_２ガスは発生しない。そのため、ＳｉＣ基板４ｂのＳｉ面２１における熱酸化膜の膜厚分布が抑制される。加えて、Ｓｉ基板はＳｉＣ基板より安価であるため、ＳｉＣ半導体装置の製造コストが抑えられる。

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たり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ バッチ式拡散炉、２ ガス導入ライン、３ チューブ、４，４ａ，４ｂ，３１ ＳｉＣ基板、５，５ａ ダミー基板、５ｂ モニター基板、６ Ｓｉ原子、７ Ｃ原子、１０ 酸化膜、１２ ボート、１４ 無機膜、１５ 熱酸化膜、２０ Ｃ面、２１ Ｓｉ面、３２ ＳｉＣドリフト層、３３ ベース領域、３４ ソース領域、３５ ゲート絶縁膜、３６ ゲート配線、３７ ソース電極、３９ 層間絶縁膜、４０ 配線電極、４１，４２ マスク、４３ 絶縁膜、４４ 裏面電極、４４ａ ＴｉＳｉ層、４４ｂ Ｔｉ層、４４ｃ Ａｕ層、４５ 表面メッキ。

Claims (14)

1. 複数のＳｉＣ基板を準備し、
   複数の前記ＳｉＣ基板の各Ｃ面に、基板中央部において基板端部におけるよりも大きい膜厚を有し、熱酸化処理の温度に耐える、無機膜を形成し、
   複数の前記ＳｉＣ基板を、各前記Ｃ面を同じ方向に揃え、間隔を空けてバッチ式拡散炉内に配置し、
   前記熱酸化処理を行い、各前記ＳｉＣ基板のＳｉ面に熱酸化膜を形成する、
   ＳｉＣ半導体装置の製造方法。
2. 前記無機膜の形成は、基板中央部における膜厚が０．６μｍ以上の前記無機膜を形成することである、
   請求項１に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
3. 前記無機膜の形成は、基板中央部における膜厚が０．２μｍ以上０．６μｍ以下の前記無機膜を形成することである、
   請求項１に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
4. 前記ＳｉＣ基板は、口径が４インチ以上８インチ以下の基板である、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
5. 前記無機膜は、熱酸化膜、ＣＶＤ酸化膜、金属酸化膜、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、または窒化膜である、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
6. 複数の前記ＳｉＣ基板の、前記バッチ式拡散炉内における配置間隔は、４．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下である、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
7. 複数のＳｉＣ基板とダミー基板を準備し、
   複数の前記ＳｉＣ基板の各Ｃ面と、前記ダミー基板の第１主面とに、基板中央部において基板端部におけるよりも大きい膜厚を有し、熱酸化処理の温度に耐える、無機膜を形成し、
   複数の前記ＳｉＣ基板を、各前記Ｃ面を同じ方向に揃え、間隔を空けてバッチ式拡散炉内に配置し、
   複数の前記ＳｉＣ基板のうち、他の前記ＳｉＣ基板の前記Ｃ面に対向しないＳｉ面を有する前記ＳｉＣ基板の前記Ｓｉ面に、前記無機膜が形成された第１主面が対向するように、間隔を空けて前記バッチ式拡散炉内に前記ダミー基板を配置し、
   前記熱酸化処理を行い、各前記ＳｉＣ基板の前記Ｓｉ面に熱酸化膜を形成する、
   ＳｉＣ半導体装置の製造方法。
8. 前記ダミー基板はＳｉＣからなる基板であり、
   前記第１主面はＣ面である、
   請求項７に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
9. 前記ダミー基板はＳｉからなる基板である、
   請求項７に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
10. 前記無機膜の形成は、基板中央部における膜厚が０．６μｍ以上の前記無機膜を形成することである、
    請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
11. 前記無機膜の形成は、基板中央部における膜厚が０．２μｍ以上０．６μｍ以下の前記無機膜を形成することである、
    請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
12. 前記ＳｉＣ基板および前記ダミー基板は、口径が４インチ以上８インチ以下の基板である、
    請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
13. 前記無機膜は、熱酸化膜、ＣＶＤ酸化膜、金属酸化膜、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、または窒化膜である、
    請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。
14. 前記バッチ式拡散炉内における、複数の前記ＳｉＣ基板の配置間隔、および複数の前記ＳｉＣ基板と前記ダミー基板の配置間隔は、４．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下である、
    請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載のＳｉＣ半導体装置の製造方法。

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