JP2001077030A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
炭化珪素半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳｉＣ基板の水素エッチングにより、基板表
面を平坦化させる。 【解決手段】 ＳｉＣ基板１０を反応炉１に配置し、水
素ガスを導入する。ＳｉＣ基板１０を加熱して水素ガス
を導入する。雰囲気圧力を７６０Ｔｏｒｒ（１気圧）よ
り小さい減圧下で行うことで、エッチングレートを向上
させるとともに基板の研磨傷を除去し、平坦面を得るこ
とができる。
面を平坦化させる。 【解決手段】 ＳｉＣ基板１０を反応炉１に配置し、水
素ガスを導入する。ＳｉＣ基板１０を加熱して水素ガス
を導入する。雰囲気圧力を７６０Ｔｏｒｒ（１気圧）よ
り小さい減圧下で行うことで、エッチングレートを向上
させるとともに基板の研磨傷を除去し、平坦面を得るこ
とができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は炭化珪素（ＳｉＣ）
基板を用いた半導体装置の製造方法、特に基板上への膜
成長の前処理に関する。
基板を用いた半導体装置の製造方法、特に基板上への膜
成長の前処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣ結晶にはいくつかの種類がある
が、シリコン（Ｓｉ）と比較するとバンドギャップが２
〜３倍、絶縁破壊電界が約１０倍、熱伝導率が約３倍、
電子の飽和ドリフト速度が２〜３倍という優れた特性を
有するため、パワー半導体デバイス材料として注目さ
れ、単結晶ＳｉＣ基板の製造、販売も行われている。
が、シリコン（Ｓｉ）と比較するとバンドギャップが２
〜３倍、絶縁破壊電界が約１０倍、熱伝導率が約３倍、
電子の飽和ドリフト速度が２〜３倍という優れた特性を
有するため、パワー半導体デバイス材料として注目さ
れ、単結晶ＳｉＣ基板の製造、販売も行われている。
【０００３】しかしながら、ウェーハスライスや研磨技
術が未だ十分ではないため、ＳｉＣ基板には研磨による
ダメージ層やスクラッチと呼ばれる傷が全面に発生す
る。最終的なデバイス性能の多くはＳｉＣ基板上に成長
させたエピタキシャル膜の膜質に左右され、エピタキシ
ャル膜は下地層の影響を受けるから、高品質のエピタキ
シャル膜を得るためには、エピタキシャル膜の成膜前に
ＳｉＣ基板表面のダメージ層やスクラッチを除去して平
坦かつ清浄な表面を得ることが必要となる。
術が未だ十分ではないため、ＳｉＣ基板には研磨による
ダメージ層やスクラッチと呼ばれる傷が全面に発生す
る。最終的なデバイス性能の多くはＳｉＣ基板上に成長
させたエピタキシャル膜の膜質に左右され、エピタキシ
ャル膜は下地層の影響を受けるから、高品質のエピタキ
シャル膜を得るためには、エピタキシャル膜の成膜前に
ＳｉＣ基板表面のダメージ層やスクラッチを除去して平
坦かつ清浄な表面を得ることが必要となる。
【０００４】そこで、従来より、エピタキシャル成長の
前処理として、ＳｉＣ基板の常圧水素雰囲気によるエッ
チング処理や常圧水素塩化水素混合雰囲気によるエッチ
ング処理などが検討されている。
前処理として、ＳｉＣ基板の常圧水素雰囲気によるエッ
チング処理や常圧水素塩化水素混合雰囲気によるエッチ
ング処理などが検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、常圧水素雰
囲気でＳｉＣ基板表面をエッチングすると、表面に特有
のピット（凹部）が発生し、必ずしも平坦な表面が得ら
れないことが報告されている（C.Hallin他：J.Cryst.Gr
owth,Vol.181(1997)p241)。また、水素と塩化水素の常
圧混合雰囲気を用いたエッチングでは平坦な表面が得ら
れる（S.Karlson他：Material Science Forum Vol.264-
268(1998)p.363）ものの、塩化水素用に排ガス処理部を
手当する必要があり煩雑な処理となる問題がある。
囲気でＳｉＣ基板表面をエッチングすると、表面に特有
のピット（凹部）が発生し、必ずしも平坦な表面が得ら
れないことが報告されている（C.Hallin他：J.Cryst.Gr
owth,Vol.181(1997)p241)。また、水素と塩化水素の常
圧混合雰囲気を用いたエッチングでは平坦な表面が得ら
れる（S.Karlson他：Material Science Forum Vol.264-
268(1998)p.363）ものの、塩化水素用に排ガス処理部を
手当する必要があり煩雑な処理となる問題がある。
【０００６】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、比較的簡易に平坦
かつ清浄なＳｉＣ基板表面を得ることができ、もってエ
ピタキシャル膜の膜質を向上させることができる方法を
提供することにある。
みなされたものであり、その目的は、比較的簡易に平坦
かつ清浄なＳｉＣ基板表面を得ることができ、もってエ
ピタキシャル膜の膜質を向上させることができる方法を
提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、水素雰囲気に曝すことにより炭化珪素基
板表面をエッチングする工程を含む炭化珪素半導体装置
の製造方法であって、前記エッチングする工程を１気圧
より小さい減圧雰囲気で行うことを特徴とする。
に、本発明は、水素雰囲気に曝すことにより炭化珪素基
板表面をエッチングする工程を含む炭化珪素半導体装置
の製造方法であって、前記エッチングする工程を１気圧
より小さい減圧雰囲気で行うことを特徴とする。
【０００８】前記減圧雰囲気の圧力は、２Ｔｏｒｒより
大きく１００Ｔｏｒｒ以下（２Ｔｏｒｒ＜雰囲気圧力≦
１００Ｔｏｒｒ）であることが好適である。
大きく１００Ｔｏｒｒ以下（２Ｔｏｒｒ＜雰囲気圧力≦
１００Ｔｏｒｒ）であることが好適である。
【０００９】ここで、水素雰囲気とは、水素ガスを主成
分とする雰囲気の意であり、水素ガス単体の他、水素ガ
スを含む混合ガスとすることができ、混合ガスとして水
素ガスとアルゴンガスを用いることが好適である。
分とする雰囲気の意であり、水素ガス単体の他、水素ガ
スを含む混合ガスとすることができ、混合ガスとして水
素ガスとアルゴンガスを用いることが好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
形態について説明する。
【００１１】図１には、本実施形態における反応炉１の
概念構成が示されている。ＳｉＣ基板１０としては、ｎ
型４Ｈ−ＳｉＣウェーハ（（０００１）Ｓｉ面研磨、＜
１１−２０＞方向へ８度オフ）を５ｍｍ角に切断したも
のを用いており、切断後に有機洗浄、５％フッ酸処理を
経て反応炉１に導入する。反応炉１は縦型コールドウォ
ールタイプで、高純度グラファイト（コートなし）サセ
プタ１２を備え、ＳｉＣ基板１０をサセプタ１２上に設
置する。反応管の周囲に巻回されたＲＦコイル１４に交
流電流を誘電し、誘導加熱によりＳｉＣ基板１０を１６
００℃から１８５０℃に加熱する。反応管周囲は冷却水
で冷却する。なお、基板上部にもＲＦ加熱部を設け、基
板下部のみならず基板上部からもＳｉＣ基板１０を加熱
することもできる。基板温度はＳｉの融点で較正したパ
イロメータで測定する。
概念構成が示されている。ＳｉＣ基板１０としては、ｎ
型４Ｈ−ＳｉＣウェーハ（（０００１）Ｓｉ面研磨、＜
１１−２０＞方向へ８度オフ）を５ｍｍ角に切断したも
のを用いており、切断後に有機洗浄、５％フッ酸処理を
経て反応炉１に導入する。反応炉１は縦型コールドウォ
ールタイプで、高純度グラファイト（コートなし）サセ
プタ１２を備え、ＳｉＣ基板１０をサセプタ１２上に設
置する。反応管の周囲に巻回されたＲＦコイル１４に交
流電流を誘電し、誘導加熱によりＳｉＣ基板１０を１６
００℃から１８５０℃に加熱する。反応管周囲は冷却水
で冷却する。なお、基板上部にもＲＦ加熱部を設け、基
板下部のみならず基板上部からもＳｉＣ基板１０を加熱
することもできる。基板温度はＳｉの融点で較正したパ
イロメータで測定する。
【００１２】このような反応炉１にパラジウム膜拡散型
純化器を用いて純化した水素ガスを反応管の一方から８
Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、他方からポンプで排気して
反応管内の雰囲気圧力を制御しつつ、ＳｉＣ基板１０の
表面を水素エッチングする。エッチング時間は３０分で
ある。
純化器を用いて純化した水素ガスを反応管の一方から８
Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、他方からポンプで排気して
反応管内の雰囲気圧力を制御しつつ、ＳｉＣ基板１０の
表面を水素エッチングする。エッチング時間は３０分で
ある。
【００１３】図２〜図９には、反応管の雰囲気圧力を種
々変化させてエッチングした後のＳｉＣ基板１０表面の
ノマルスキー微分干渉顕微鏡画像及びその模式的な説明
図が示されている。図２及び図３はエッチング前の状
態、図４及び図５は２Ｔｏｒｒでエッチングした場合、
図６及び図７は２０Ｔｏｒｒでエッチングした場合、図
８及び図９は７６０Ｔｏｒｒ、すなわち常圧でエッチン
グした場合である。
々変化させてエッチングした後のＳｉＣ基板１０表面の
ノマルスキー微分干渉顕微鏡画像及びその模式的な説明
図が示されている。図２及び図３はエッチング前の状
態、図４及び図５は２Ｔｏｒｒでエッチングした場合、
図６及び図７は２０Ｔｏｒｒでエッチングした場合、図
８及び図９は７６０Ｔｏｒｒ、すなわち常圧でエッチン
グした場合である。
【００１４】エッチング前では研磨によるダメージ層の
他、図２の顕微鏡画像及び図３の説明図に示されるよう
にスクラッチ（細長い溝）１００がＳｉＣ基板１０の表
面に存在している。
他、図２の顕微鏡画像及び図３の説明図に示されるよう
にスクラッチ（細長い溝）１００がＳｉＣ基板１０の表
面に存在している。
【００１５】また、上記従来技術のように７６０Ｔｏｒ
ｒ、すなわち常圧でエッチングした場合、図８の顕微鏡
画像及び図９の説明図に示されるように表面に特有の凹
部２００が発生しており、スクラッチはある程度消失し
ているものの平坦な表面は得られていない。
ｒ、すなわち常圧でエッチングした場合、図８の顕微鏡
画像及び図９の説明図に示されるように表面に特有の凹
部２００が発生しており、スクラッチはある程度消失し
ているものの平坦な表面は得られていない。
【００１６】そして、図６の顕微鏡画像及び図７の説明
図に示されるように、２０Ｔｏｒｒでエッチングした場
合には、研磨のダメージ層やスクラッチ、あるいは常圧
時における凹部は見られず、平坦な鏡面が得られてい
る。なお、図示していないが１００Ｔｏｒｒでエッチン
グした場合も２０Ｔｏｒｒと同様の結果が得られてい
る。
図に示されるように、２０Ｔｏｒｒでエッチングした場
合には、研磨のダメージ層やスクラッチ、あるいは常圧
時における凹部は見られず、平坦な鏡面が得られてい
る。なお、図示していないが１００Ｔｏｒｒでエッチン
グした場合も２０Ｔｏｒｒと同様の結果が得られてい
る。
【００１７】なお、図４の顕微鏡画像及び図５の説明図
に示されるように、２Ｔｏｒｒでエッチングした場合、
ダメージ層やスクラッチ、あるいは凹部の発生は見られ
ず、これらを除去することが可能であるが、代わりに微
小な凸部３００の発生が見られる。凸部３００の発生メ
カニズムについては必ずしも明らかではないが、凹部で
はなく凸部であるため、常圧におけるエッチングとは別
のメカニズムが作用していると推測される。
に示されるように、２Ｔｏｒｒでエッチングした場合、
ダメージ層やスクラッチ、あるいは凹部の発生は見られ
ず、これらを除去することが可能であるが、代わりに微
小な凸部３００の発生が見られる。凸部３００の発生メ
カニズムについては必ずしも明らかではないが、凹部で
はなく凸部であるため、常圧におけるエッチングとは別
のメカニズムが作用していると推測される。
【００１８】以上より、７６０Ｔｏｒｒ（１気圧）から
順次１００Ｔｏｒｒ、２０Ｔｏｒｒ、２Ｔｏｒｒと減圧
して水素エッチングすることで、研磨によるダメージ層
やスクラッチ、あるいは凹部を除去して平坦化し、基板
上に成膜されるエピタキシャル膜の膜質を向上させるこ
とができる。なお、減圧の度合いが小さいと、７６０Ｔ
ｏｒｒにおける特有の凹部を除去する効果が小さいと考
えられ、一方減圧の度合いが大きすぎる、具体的には２
Ｔｏｒｒあるいはそれ以下でエッチングを行うと、凹部
ではなく凸部が形成され、表面の平坦性を損なうおそれ
があるため、雰囲気圧力としては好ましくは２Ｔｏｒｒ
より大きく１００Ｔｏｒｒ以下（２Ｔｏｒｒ＜雰囲気圧
力≦１００Ｔｏｒｒ）でエッチングするのがよい。
順次１００Ｔｏｒｒ、２０Ｔｏｒｒ、２Ｔｏｒｒと減圧
して水素エッチングすることで、研磨によるダメージ層
やスクラッチ、あるいは凹部を除去して平坦化し、基板
上に成膜されるエピタキシャル膜の膜質を向上させるこ
とができる。なお、減圧の度合いが小さいと、７６０Ｔ
ｏｒｒにおける特有の凹部を除去する効果が小さいと考
えられ、一方減圧の度合いが大きすぎる、具体的には２
Ｔｏｒｒあるいはそれ以下でエッチングを行うと、凹部
ではなく凸部が形成され、表面の平坦性を損なうおそれ
があるため、雰囲気圧力としては好ましくは２Ｔｏｒｒ
より大きく１００Ｔｏｒｒ以下（２Ｔｏｒｒ＜雰囲気圧
力≦１００Ｔｏｒｒ）でエッチングするのがよい。
【００１９】図１０には、雰囲気圧力をパラメータとし
た、エッチングレートの基板温度依存性が示されてい
る。図において、横軸は基板温度、縦軸は対数エッチン
グレート（μｇ／ｃｍ２／ｓｅｃ）であり、２Ｔｏｒ
ｒ、２０Ｔｏｒｒ、１００Ｔｏｒｒ、７６０Ｔｏｒｒの
各エッチングレートが示されている。この図より、エッ
チングレートは基板温度の逆数に比例し、温度が高いほ
どエッチングレートが増大することが分かる。その傾き
から活性化エネルギを求めると約９４±６ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌｅとなり、活性化エネルギの値は雰囲気圧力に依存
していない。一方、エッチングレートは雰囲気圧力に依
存し、雰囲気圧力が低いほどエッチングレートは増大す
ることが分かる。
た、エッチングレートの基板温度依存性が示されてい
る。図において、横軸は基板温度、縦軸は対数エッチン
グレート（μｇ／ｃｍ２／ｓｅｃ）であり、２Ｔｏｒ
ｒ、２０Ｔｏｒｒ、１００Ｔｏｒｒ、７６０Ｔｏｒｒの
各エッチングレートが示されている。この図より、エッ
チングレートは基板温度の逆数に比例し、温度が高いほ
どエッチングレートが増大することが分かる。その傾き
から活性化エネルギを求めると約９４±６ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌｅとなり、活性化エネルギの値は雰囲気圧力に依存
していない。一方、エッチングレートは雰囲気圧力に依
存し、雰囲気圧力が低いほどエッチングレートは増大す
ることが分かる。
【００２０】したがって、減圧雰囲気下で水素エッチン
グを行うと、研磨によるダメージ層やスクラッチ、凹部
を除去して平坦な表面を得ることができるのみならず、
エッチングレートも向上させて製造工程の効率化を図る
ことも可能となる。表面の平坦性及びエッチングレート
を考慮すると、雰囲気圧力は２０Ｔｏｒｒ近傍が特に好
適となる。
グを行うと、研磨によるダメージ層やスクラッチ、凹部
を除去して平坦な表面を得ることができるのみならず、
エッチングレートも向上させて製造工程の効率化を図る
ことも可能となる。表面の平坦性及びエッチングレート
を考慮すると、雰囲気圧力は２０Ｔｏｒｒ近傍が特に好
適となる。
【００２１】なお、本実施形態においては、水素ガスを
用いてエッチングを行っているが、水素ガスとその他の
ガスの混合ガスを用い、混合ガスの全圧を１気圧より小
さくして減圧エッチングを行うこともできる。混合ガス
の比率は任意に設定できるが水素ガスの分圧を一定値以
上に維持することが好適である。また、水素ガスと混合
するガスは、ＳｉＣと反応してＳｉＣの特性（絶縁破壊
電界や熱伝導率など）を変化させることのないガスであ
ることが好適であり、例えばアルゴンを用いることがで
きる。アルゴンを用いた場合、塩化水素のように排ガス
処理部を設置する必要もなくエッチング後の処理も容易
化される利点がある。
用いてエッチングを行っているが、水素ガスとその他の
ガスの混合ガスを用い、混合ガスの全圧を１気圧より小
さくして減圧エッチングを行うこともできる。混合ガス
の比率は任意に設定できるが水素ガスの分圧を一定値以
上に維持することが好適である。また、水素ガスと混合
するガスは、ＳｉＣと反応してＳｉＣの特性（絶縁破壊
電界や熱伝導率など）を変化させることのないガスであ
ることが好適であり、例えばアルゴンを用いることがで
きる。アルゴンを用いた場合、塩化水素のように排ガス
処理部を設置する必要もなくエッチング後の処理も容易
化される利点がある。
【００２２】また、本実施形態では４Ｈ−ＳｉＣを用い
ているが、ＳｉＣのその他のポリタイプ、例えば３Ｃや
６Ｈなどにも適用することが可能である。
ているが、ＳｉＣのその他のポリタイプ、例えば３Ｃや
６Ｈなどにも適用することが可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＳｉＣ基板の表面モフォロジーを改善することでＳｉＣ
基板上に成膜される膜質を向上させ、半導体装置の特性
を向上させることができる。また、本発明によれば、従
来以上のエッチングレートで表面モフォロジーを改善す
ることができるので、半導体装置の製造工程を効率化す
ることができる。
ＳｉＣ基板の表面モフォロジーを改善することでＳｉＣ
基板上に成膜される膜質を向上させ、半導体装置の特性
を向上させることができる。また、本発明によれば、従
来以上のエッチングレートで表面モフォロジーを改善す
ることができるので、半導体装置の製造工程を効率化す
ることができる。
【図１】 本発明の実施形態の概念構成図である。
【図２】 エッチング前の顕微鏡画像図である。
【図３】 図２の模式的説明図である。
【図４】 雰囲気圧力２Ｔｏｒｒでエッチングした場合
の顕微鏡画像図である。
の顕微鏡画像図である。
【図５】 図４の模式的説明図である。
【図６】 雰囲気圧力２０Ｔｏｒｒでエッチングした場
合の顕微鏡画像図である。
合の顕微鏡画像図である。
【図７】 図６の模式的説明図である。
【図８】 雰囲気圧力７６０Ｔｏｒｒでエッチングした
場合の顕微鏡画像図である。
場合の顕微鏡画像図である。
【図９】 図８の模式的説明図である。
【図１０】 エッチングレートと雰囲気圧力及び基板温
度との関係を示すグラフ図である。
度との関係を示すグラフ図である。
１ 反応炉、１０ ＳｉＣ基板、１２ サセプタ、１４
コイル。
コイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (74)上記１名の代理人 100075258 弁理士 吉田 研二 （外２名） (71)出願人 000003078 株式会社東芝 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 (74)上記１名の代理人 100075258 弁理士 吉田 研二 （外２名） (72)発明者 昌原 鎬 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 大野 俊之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 櫛部 光弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 石田 夕起 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 高橋 徹夫 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 鈴木 誉也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA01 AA11 BA20 BB26 CA04 DA24 DB00 EB08 5F045 AB06 AC16 AD18 AE21 AE23 AE25 AF02 AF12 BB08 BB16 DP03 EK03 HA03 HA06
Claims (4)
- 【請求項１】 水素雰囲気に曝すことにより炭化珪素基
板表面をエッチングする工程を含む炭化珪素半導体装置
の製造方法であって、 前記エッチングする工程を１気圧より小さい減圧雰囲気
で行うことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、 前記減圧雰囲気の圧力は、２Ｔｏｒｒより大きく１００
Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする炭化珪素半導体装
置の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の方法において、 前記水素雰囲気は、水素ガスを含む混合ガスからなるこ
とを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の方法において、 前記混合ガスは前記水素ガスとアルゴンガスからなるこ
とを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24662999A JP2001077030A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24662999A JP2001077030A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001077030A true JP2001077030A (ja) | 2001-03-23 |
Family
ID=17151254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24662999A Pending JP2001077030A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001077030A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003234301A (ja) * | 2001-10-25 | 2003-08-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体基板、半導体素子及びその製造方法 |
| WO2005093796A1 (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | The Kansai Electric Power Co., Inc. | バイポーラ型半導体装置およびその製造方法 |
| JP2005311348A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-11-04 | Kansai Electric Power Co Inc:The | バイポーラ型半導体装置およびその製造方法 |
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-
1999
- 1999-08-31 JP JP24662999A patent/JP2001077030A/ja active Pending
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