JP2014170891A - 炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法で炭化珪素エピタキシャル層の汚染を防止可能な、炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素基板１００の製造方法は以下の工程を有している。炭化珪素単結晶基板１１が準備される。炭化珪素単結晶基板１１に接して炭化珪素エピタキシャル層１３が形成される。炭化珪素エピタキシャル層１３の炭化珪素単結晶基板１１と接している第１の面１３ｂとは反対の第２の面１３ａに接して珪素層２が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものであり、特に炭化珪素エピタキシャル層の汚染を防止可能な炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。

近年、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などの半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。

珪素基板の表面に付着したパーティクルを除去する方法として、基板の最表面の珪素を酸化した後に、珪素の酸化膜ごとパーティクルを除去することが行われている。しかしながら、炭化珪素は珪素よりも酸化しづらいため、珪素基板の洗浄方法を単純に炭化珪素基板に適用することはできない。たとえば特開２０１２−４２７０号公報（特許文献１）には、炭化珪素基板の洗浄方法として、酸素元素を含むドライ雰囲気で酸化膜を形成し、酸化膜を除去する方法が記載されている。

特開２０１２−４２７０号公報

しかしながら、特開２０１２−４２７０号公報（特許文献１）に記載の洗浄方法では、炭化珪素基板を７００℃以上に加熱して酸化膜を形成する必要がある。そのため、炭化珪素基板を洗浄してエピタキシャル層の汚染を防止するために、別途炭化珪素基板を加熱する工程が必要であり、その結果、炭化珪素基板の洗浄工程が複雑になっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な方法で炭化珪素エピタキシャル層の汚染を防止可能な、炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明に係る炭化珪素基板の製造方法は、以下の工程を備えている。炭化珪素単結晶基板が準備される。炭化珪素単結晶基板に接して炭化珪素エピタキシャル層が形成される。炭化珪素エピタキシャル層の炭化珪素単結晶基板と接している第１の面とは反対の第２の面に接して珪素層が形成される。

本発明に係る炭化珪素基板は、炭化珪素単結晶基板と、炭化珪素エピタキシャル層と、珪素層とを備えている。炭化珪素エピタキシャル層は、炭化珪素単結晶基板に接して設けられている。珪素層は、炭化珪素エピタキシャル層の炭化珪素単結晶基板と接している第１の面と反対の第２の面に接して設けられている。

本発明によれば、簡易な方法で炭化珪素エピタキシャル層の汚染を防止可能な、炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る炭化珪素基板の構造を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造方法を概略的に示すフロー図である。 本発明の実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。 エピタキシャル層形成工程および珪素層形成工程における温度と時間との関係を示す図である。 エピタキシャル層形成工程および珪素層形成工程におけるキャリアガス流量と時間との関係を示す図である。 エピタキシャル層形成工程および珪素層形成工程における炭化珪素原料ガス流量と時間との関係を示す図である。 エピタキシャル層形成工程および珪素層形成工程における珪素原料ガス流量と時間との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。 本発明の実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

はじめに、実施の形態の概要について以下の（i）〜(xii）に記す。
（i）本実施の形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法は、以下の工程を有している。炭化珪素単結晶基板１１が準備される。炭化珪素単結晶基板１１に接して炭化珪素エピタキシャル層１３が形成される。炭化珪素エピタキシャル層１３の炭化珪素単結晶基板１１と接している第１の面１３ｂとは反対の第２の面１３ａに接して珪素層２が形成される。

本実施の形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに接して珪素層２が形成される。これにより、炭化珪素基板１００を大気中で長期間保管する場合であっても、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに、ナトリウムやカリウムなどの軽金属不純物や有機系不純物などが付着することを防止することができる。それゆえ、炭化珪素エピタキシャル層１３の汚染を防止することができる。

(ii）本実施の形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法において好ましくは、珪素層２の厚みは０．５μｍ以下である。これにより、珪素層２を簡単に取り除くことができる。また炭化珪素基板１００の生産性を向上させることができる。

（iii）本実施の形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法において好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層１３を形成する工程および珪素層２を形成する工程は、同じチャンバ内で行われる。これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３が汚染されることを効果的に防止することができる。

（iv）本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法は、以下の工程を有している。上記（i）〜（iii）のいずれかに記載の製造方法で製造された炭化珪素基板１００が準備される。珪素層２が除去される。

本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに接して珪素層２が形成される。これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３が汚染されることを防止することができる。そのため、炭化珪素半導体装置１の特性劣化を抑制することができる。

（v）本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法において好ましくは、珪素層２を除去する工程は、フッ硝酸により珪素層２をウェットエッチングされることにより行われる。これにより、珪素層２を効率的に除去することができる。

（vi）本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法において好ましくは珪素層を除去する工程の後、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに電極４が形成される。これにより、汚染が防止された炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに電極４が形成されるため、電極４の特性劣化を防止することができる。なお、電極４は炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに接して形成されてもよいし、他の層を介して炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに形成されていてもよい。

（vii）本実施の形態に係る炭化珪素基板１００は、炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素エピタキシャル層１３と、珪素層２とを備えている。炭化珪素エピタキシャル層１３は、炭化珪素単結晶基板１１に接して設けられている。珪素層２は、炭化珪素エピタキシャル層１３の炭化珪素単結晶基板１１と接している第１の面１３ｂと反対の第２の面１３ａに接して設けられている。これにより、炭化珪素基板１００を大気中で長期間保管する場合であっても、炭化珪素エピタキシャル層の第２の面１３ａに、ナトリウムやカリウムなどの軽金属不純物や有機系不純物などが付着することを防止することができる。それゆえ、炭化珪素エピタキシャル層１３の汚染を防止することができる。

（viii）本実施の形態に係る炭化珪素基板１００において好ましくは、珪素層２の厚みは０．５μｍ以下である。これにより、珪素層２を簡単に取り除くことができる。また炭化珪素基板１００の生産性を向上させることができる。

（ix）本実施の形態に係る炭化珪素基板１００において好ましくは、珪素層２は、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａ全体を覆っている。これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａ全体を保護することが可能となるので、より効率的に炭化珪素エピタキシャル層１３の汚染を防止することができる。

（x）本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法は、以下の工程を備えている。上記（vii）〜（ix）のいずれかに記載の炭化珪素基板１００が準備される。珪素層２が除去される。

本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに接して珪素層２が形成される。これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３が汚染されることを防止することができる。そのため、炭化珪素半導体装置１の特性劣化を抑制することができる。

（xi）本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法において好ましくは、珪素層２を除去する工程は、フッ硝酸により珪素層２をウェットエッチングされることにより行われる。これにより、珪素層２を効率的に除去することができる。

（xii）本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置１の製造方法において好ましくは、珪素層２を除去する工程の後、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに電極４が形成される。これにより、汚染が防止された炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに電極４が形成されるため、電極４の特性劣化を防止することができる。なお、電極４は炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに接して形成されてもよいし、他の層を介して炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに形成されていてもよい。

次に、本発明の実施の形態についてより詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素基板１００の構成について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素基板１００は、炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素エピタキシャル層１３と、珪素層２とを主に有している。炭化珪素単結晶基板１１は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなる。炭化珪素単結晶基板１１は、たとば窒素などの不純物元素を含んでおり、炭化珪素単結晶基板１１の導電型はｎ型である。炭化珪素単結晶基板１１に含まれる窒素などの不純物の濃度は、たとえば１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度以下である。炭化珪素単結晶基板１１は、第１の主面１１ｂと、第１の主面１１ｂと反対側の第２の主面１１ａとを有している。

炭化珪素エピタキシャル層１３は、炭化珪素単結晶基板１１の第２の主面１１ａに接して設けられている。炭化珪素エピタキシャル層１３の厚みは、たとえば５μｍ以上４０μｍ以下程度である。炭化珪素エピタキシャル層１３は、たとえば窒素などの不純物元素を含んでおり、炭化珪素エピタキシャル層１３の導電型はｎ型である。炭化珪素エピタキシャル層１３の不純物濃度は、炭化珪素単結晶基板１１の不純物濃度よりも低くてもよい。炭化珪素エピタキシャル層１３の不純物濃度は、たとえば１×１０¹⁵ｃｍ^-3程度以上１×１０¹⁶ｃｍ^-3程度以下である。また炭化珪素エピタキシャル層１３の転位密度は、炭化珪素単結晶基板１１の転位密度よりも低くてもよい。炭化珪素エピタキシャル層１３は、第１の面１３ｂと、第１の面１３ｂと反対側の第２の面１３ａとを有している。炭化珪素エピタキシャル層１３の第１の面１３ｂは、炭化珪素単結晶基板１１の第２の主面１１ａに接して設けられている。

珪素層２は、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａ上に接して設けられている。珪素層２は珪素からなる。珪素層２の厚みは、たとえば０．０５μｍ以上０．１μｍ以下であり、好ましくは、０．５μｍ以下である。珪素層２は、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａの全体を覆っていることが好ましい。なお、本実施の形態に係る炭化珪素基板１００は、たとえばイオン注入などにより炭化珪素エピタキシャル層１３の導電型と異なる不純物領域が形成されたり、電極が形成されたりする前の状態の基板である。

図２〜図８を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法について説明する。まず、単結晶基板準備工程（Ｓ１０：図２）が実施される。具体的には、図３を参照して、たとえばポリタイプが４Ｈである単結晶炭化珪素からなるインゴット（図示しない）をスライスすることにより、導電型がｎ型の炭化珪素単結晶基板１１が準備される。炭化珪素単結晶基板１１は、第１の主面１１ｂと、第１の主面１１ｂと反対側の第２の主面１１ａとを有する。炭化珪素単結晶基板１１には、たとえば窒素などの不純物が含まれている。炭化珪素単結晶基板１１に含まれる不純物濃度は、たとえば１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度以下である。

次に、エピタキシャル層形成工程（Ｓ２０：図２）が実施される。具体的には、図４を参照して、たとえば、炭化珪素エピタキシャル層１３は、炭化珪素単結晶基板１１の第２の主面１１ａに接して形成される。炭化珪素エピタキシャル層１３は、第１の面１３ｂと、第１の面１３ｂと反対側の第２の面１３ａとを有している。炭化珪素エピタキシャル層１３の第１の面１３ｂは、炭化珪素単結晶基板１１の第２の主面１１ａに接して形成される。

より具体的には、まず炭化珪素単結晶基板１１がチャンバ内に配置される（時間Ｔ０）。図５および図６を参照して、チャンバ内にキャリアガスの流量を導入し、キャリアガスの流量を増加させながら、炭化珪素単結晶基板１１の温度を上昇させる。チャンバ内に導入するキャリアガスはたとえば水素ガスである。水素ガスの流量は、たとえば、１５０ｓｌｍ程度である。キャリアガスの流量は時間Ｔ０から時間Ｔ１まで増加し、時間Ｔ１以降はほぼ一定の流量Ｂ１が保持される。また炭化珪素単結晶基板１１の温度は、時間Ｔ０から時間Ｔ２まで上昇し、時間Ｔ２以降時間Ｔ３までほぼ一定の温度に保持される。キャリアガスの流量が一定になるまでの時間Ｔ１は、炭化珪素単結晶基板１１の温度が一定になるまでの時間Ｔ２よりも短くてもよい。なお、時間Ｔ２における炭化珪素単結晶基板１１の温度はたとえば１５００℃以上１７００℃以下である。

次に、図７を参照して、時間Ｔ２から時間Ｔ３においてほぼ一定の流量Ｃ１で炭化珪素原料ガスがチャンバ内に導入される。炭化珪素原料ガスは、たとえばシラン（ＳｉＨ₄）を含むガスであり、より具体的には、シランと、プロパンと、窒素と、アンモニアとを含むガスである。シランの流量はたとえば３０〜１００ｓｃｃｍ程度であり、プロパンの流量はたとえば１０〜１００ｓｃｃｍ程度であり、窒素の流量はたとえば５〜５００ｓｃｃｍ程度であり、アンモニアの流量はたとえば５〜５００ｓｃｃｍ程度である。炭化珪素原料ガスをチャンバ内に導入することにより、炭化珪素単結晶基板１１の第２の主面１１ａに接して炭化珪素エピタキシャル層１３が形成される。炭化珪素エピタキシャル層１３は、たとえば窒素などの不純物元素を含んでおり、炭化珪素エピタキシャル層１３の導電型はｎ型である。炭化珪素エピタキシャル層１３の不純物濃度が炭化珪素単結晶基板１１の不純物濃度よりも低くなるように、炭化珪素エピタキシャル層１３が形成されてもよい。炭化珪素エピタキシャル層１３の不純物濃度は、たとえば１×１０¹⁵ｃｍ^-3程度以上１×１０¹⁶ｃｍ^-3程度以下である。また炭化珪素エピタキシャル層１３の転位密度は、炭化珪素単結晶基板１１の転位密度よりも低くなるように、炭化珪素エピタキシャル層１３が形成されてもよい。

次に、珪素層形成工程（Ｓ３０：図２）が実施される。具体的には、図１を参照して、珪素層２は、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａ上に接して設けられている。珪素層２の厚みは、たとえば０．０５μｍ以上０．１μｍ以下であり、好ましくは、０．５μｍ以下である。珪素層２は、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａの全体を覆っていることが好ましい。

より具体的には、図５を参照して、炭化珪素エピタキシャル層１３が形成された炭化珪素単結晶基板１１の温度を温度Ａ１（時間Ｔ３）から温度Ａ２（時間Ｔ４）まで低下させる。炭化珪素エピタキシャル層１３が形成された炭化珪素単結晶基板１１の温度Ａ２はたとえば１１００℃以上１３００℃以下である。図６および図７を参照して、時間Ｔ３から時間Ｔ４まで、チャンバ内にキャリアガスが流されるが、炭化珪素原料ガスは導入されない。炭化珪素エピタキシャル層１３が形成された炭化珪素単結晶基板１１は、時間Ｔ４から時間Ｔ５までほぼ一定の温度Ａ２に保持される。

次に、図８を参照して、炭化珪素エピタキシャル層１３が形成された炭化珪素単結晶基板１１の温度が温度Ａ２の状態で、チャンバ内に珪素原料ガスが導入される。珪素原料ガスはたとえばシランである。珪素原料ガスは、時間Ｔ４から時間Ｔ５までほぼ一定の流量Ｄ１でチャンバに導入される。シランの流量Ｄ１はたとえば５０ｓｃｃｍ程度である。これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａ上に珪素層２が形成される。好ましくは、珪素原料ガスは、炭化珪素原料ガスに含まれるガスである。本実施の形態の場合、珪素原料ガスはシランであり、炭化珪素原料ガスは、シランとプロパンと窒素とアンモニアとを含むガスである。つまり珪素原料ガスは炭化珪素原料ガスに含まれるガスである。なお、珪素層２の形成は、炭化珪素エピタキシャル層１３の形成後、炭化珪素エピタキシャル層１３の温度を室温に戻すことなく連続的に行われることが好ましい。

好ましくは、炭化珪素単結晶基板１１上に炭化珪素エピタキシャル層１３を形成する工程と、炭化珪素エピタキシャル層１３上に珪素層２を形成する工程とは、同じチャンバ内で行われる。つまり、炭化珪素エピタキシャル層１３を形成する工程の後、炭化珪素エピタキシャル層１３が形成された炭化珪素単結晶基板１１をチャンバ外に取り出すことなく、珪素層２が形成される。なお、炭化珪素エピタキシャル層１３を形成するチャンバと、珪素層２を形成するチャンバとは異なるチャンバであってもよい。この場合、たとえば第１のチャンバで炭化珪素単結晶基板１１上に炭化珪素エピタキシャル層１３を形成する。その後、たとえば炭化珪素エピタキシャル層１３を大気に暴露することなく、炭化珪素エピタキシャル層１３が形成された炭化珪素単結晶基板１１を第１のチャンバから第２のチャンバに搬送する。その後、第２のチャンバで炭化珪素エピタキシャル層１３上に珪素層２が形成されてもよい。

次に、時間Ｔ５において、チャンバに対する珪素原料ガスの導入が停止される。その後、珪素層２が形成された炭化珪素単結晶基板１１の温度が温度Ａ２（時間Ｔ５）から室温（時間Ｔ６）に低減される。以上により、炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素単結晶基板１１上に接して設けられた炭化珪素エピタキシャル層１３と、炭化珪素エピタキシャル層１３上に接して設けられた珪素層２とを有する炭化珪素基板１００の形成が完了する。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素基板およびその製造方法の作用効果について説明する。

本実施の形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに接して珪素層２が形成される。これにより、炭化珪素基板１００を大気中で長期間保管する場合であっても、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに、ナトリウムやカリウムなどの軽金属不純物や有機系不純物などが付着することを防止することができる。それゆえ、炭化珪素エピタキシャル層１３の汚染を防止することができる。

また本実施の形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、珪素層２の厚みは０．５μｍ以下である。これにより、珪素層２を簡単に取り除くことができる。また炭化珪素基板１００の生産性を向上させることができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法において好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層１３を形成する工程および珪素層２を形成する工程は、同じチャンバ内で行われる。これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３が汚染されることを効果的に防止することができる。

本実施の形態に係る炭化珪素基板１００によれば、珪素層２は、炭化珪素エピタキシャル層１３の炭化珪素単結晶基板１１と接している第１の面１３ｂと反対の第２の面１３ａに接して設けられている。これにより、炭化珪素基板１００を大気中で長期間保管する場合であっても、炭化珪素エピタキシャル層の第２の面１３ａに、ナトリウムやカリウムなどの軽金属不純物や有機系不純物などが付着することを防止することができる。それゆえ、炭化珪素エピタキシャル層１３の汚染を防止することができる。

また本実施の形態に係る炭化珪素基板１００によれば、珪素層２の厚みは０．５μｍ以下である。これにより、珪素層２を簡単に取り除くことができる。また炭化珪素基板１００の生産性を向上させることができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素基板１００によれば、珪素層２は、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａ全体を覆っている。これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａ全体を保護することが可能となるので、より効率的に炭化珪素エピタキシャル層１３の汚染を防止することができる。
（実施の形態２）
図９を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１の構造について説明する。図９に示すように本実施の形態のショットキーバリアダイオード１は、炭化珪素基板１０と、ショットキー電極４と、オーミック電極３０と、パッド電極４０，６０と、保護膜７０とを主に有している。炭化珪素基板１０は、六方晶炭化珪素からなり、かつｎ型（第１導電型）を有している。

炭化珪素基板１０は、炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素エピタキシャル層１３とを有している。炭化珪素エピタキシャル層１３は、たとえば電界停止層１２と、ｎ型領域１４と、ＪＴＥ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）領域１６とを有している。炭化珪素単結晶基板１１と、電界停止層１２とｎ型領域１４は、たとえば窒素などの不純物を含んでおり、ｎ型を有している。炭化珪素単結晶基板１１に含まれる窒素などの不純物の濃度は、たとえば１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度以下である。電界停止層１２に含まれる窒素などの不純物の濃度はたとえば５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度以上１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度以下である。ｎ型領域１４に含まれる窒素などの不純物の濃度はたとえば１×１０¹⁵ｃｍ^-3程度以上１×１０¹⁶ｃｍ^-3程度以下である。

ＪＴＥ領域１６は、たとえばアルミニウム（Ａｌ)やホウ素（Ｂ）などの不純物がイオン注入されたｐ型領域である。当該ｐ型領域の不純物濃度は、たとえば２×１０¹⁷ｃｍ^-3程度である。ＪＴＥ領域１６は、ショットキー電極４の端部と接触するｐ型領域１６ａと、当該ｐ型領域１６ａの外周側に配置され、ショットキー電極４と接触しないｐ型領域１６ｂとを含んでいる。また炭化珪素基板１０は、ＪＴＥ領域１６を取り囲むようにフィールドストップ領域（図示せず）を有していても構わない。フィールドストップ領域は、たとえばリン（Ｐ）などがイオン注入されたｎ⁺型領域である。

ショットキー電極４は、炭化珪素基板１０の第２の面１３ａ上に設けられており、たとえばチタン（Ｔｉ）からなる。ショットキー電極４として、チタン以外にもたとえばニッケル（Ｎｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ)およびタングステン（Ｗ）などを用いても構わない。ショットキー電極４に接してパッド電極６０が形成されている。パッド電極６０はたとえばアルミニウムからなる。パッド電極６０、ショットキー電極４および炭化珪素基板１０の第２の面１３ａに接して保護膜７０が形成されている。また、炭化珪素単結晶基板１１の第２の面１３ａと反対側の第１の主面１１ｂに接してオーミック電極３０が配置されている。オーミック電極３０はたとえばニッケルからなる。オーミック電極３０に接してたとえばチタン、ニッケル、銀やそれらからなる合金からなるパッド電極４０が配置されている。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置であるショットキーバリアダイオードの製造方法について、図１および図１０〜図１３を参照して説明する。

まず、図１を参照して、炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素単結晶基板１１の第２の主面１１ａに接して設けられた炭化珪素エピタキシャル層１３と、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに接して設けられた珪素層２とを有する炭化珪素基板１００が準備される。実施の形態１で説明した炭化珪素基板１００の製造方法に従って、単結晶基板準備工程（Ｓ１０：図２および図１０）、エピタキシャル層形成工程（Ｓ２０：図２および図１０）および珪素層形成工程（Ｓ３０：図２および図１０）が行われることで、当該炭化珪素基板１００が準備されてもよい。炭化珪素エピタキシャル層１３は、炭化珪素単結晶基板１１と接する電界停止層１２と、電界停止層１２上に形成されたｎ型領域１４とを含んでいてもよい。また当該炭化珪素基板１００は、実施の形態１で説明した方法と別の方法で製造されたものであってもよい。

次に、珪素層除去工程（Ｓ４０：図１０）が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａ上に形成されていた珪素層２が除去される。珪素層２の除去は、たとえばフッ硝酸により珪素層がウェットエッチングされることにより実施される。フッ硝酸はたとえばフッ酸と硝酸とを体積比３対１の割合で混合して形成される。これにより、図１１に示すように、珪素層２が炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａから除去され、第２の面１３ａが露出する。

次に、イオン注入工程（Ｓ５０：図１０）が実施される。具体的には、たとえばＪＴＥ領域１６が形成される領域に開口を有する二酸化珪素からなるマスクが炭化珪素基板１０の第２の面１３ａ上に形成される。その後、図１２を参照して、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンが、ｎ型領域１４内に注入されることにより、導電型がｐ型（第２導電型）のＪＴＥ領域１６が形成される。ＪＴＥ領域１６の不純物濃度は、たとえば２×１０¹⁷ｃｍ^-3程度である。

次に、活性化アニール工程（Ｓ６０：図１０）が実施される。具体的には、たとえばアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中、１８００℃程度の温度で炭化珪素基板１０が加熱されることにより、ＪＴＥ領域１６がアニールされ、上記イオン注入工程によって導入された不純物が活性化される。これにより、不純物が導入された領域において所望のキャリアが生成する。

次に、電極形成工程（Ｓ７０：図１０）が実施される。具体的には、ショットキー電極４が炭化珪素基板１０の第２の面１３ａに接して形成される。ショットキー電極４は、たとえばチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などの金属膜である。より具体的には、図１３を参照して、ショットキー電極４は、炭化珪素基板１０の第２の面１３ａにおいて、ｎ型領域１４と接し、かつ内周側に配置されたｐ型領域１６ａと接するように形成される。

次に、ショットキー電極４が形成された炭化珪素基板１０が加熱される。ショットキー電極４の加熱はたとえばレーザーアニールを用いて行われてもよいし、ショットキー電極４が形成された炭化珪素基板１０を加熱炉に配置して、不活性ガス雰囲気中において加熱されても構わない。ショットキー電極４および炭化珪素基板１０は、たとえば３００℃程度にまで加熱される。これにより、ショットキー電極４と炭化珪素基板１０とはショットキー接合される。次に、ショットキー電極４上に接して、たとえばアルミニウムからなるパッド電極６０が形成される。

次に、オーミック電極形成工程が実施される。具体的には、炭化珪素基板１０の第２の面１３ａとは反対の第１の主面１１ｂの研削が行われ、第１の主面１１ｂと接触してたとえばニッケルからなるオーミック電極３０が形成される。その後、オーミック電極３０と接してたとえばチタン、ニッケル、銀やそれらからなる合金からなるパッド電極４０が形成される。

次に、保護膜形成工程（Ｓ８０：図１０）が実施される。具体的には、たとえばプラズマＣＶＤ法により、パッド電極６０、ショットキー電極４および炭化珪素基板１０の第２の面１３ａに接する保護膜７０が形成される。保護膜７０は、たとえば二酸化珪素、窒化珪素またはそれらの積層膜からなる。これにより、図９に示す炭化珪素半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１が完成する。

なお、本実施の形態においては、炭化珪素半導体装置としてショットキーバリアダイオードを例に挙げて説明したが本発明はこれに限定されない。炭化珪素半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであってもよい。またＭＯＳＦＥＴはプレーナ型ＭＯＳＦＥＴであってもよいし、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴであってもよい。さらに本実施の形態において、ｎ型が第１導電型であり、ｐ型が第２導電型であるとして説明したが、炭化珪素半導体装置は、ｐ型とｎ型とが入れ替えられた構造を有していてもよい。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１の製造方法の作用効果について説明する。

本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａに接して珪素層２が形成される。これにより、炭化珪素エピタキシャル層１３が汚染されることを防止することができる。そのため、ショットキーバリアダイオード１の特性劣化を抑制することができる。

また本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、珪素層２を除去する工程は、フッ硝酸により珪素層２をウェットエッチングされることにより行われる。これにより、珪素層２を効率的に除去することができる。

さらに本実施の形態に係るショットキーバリアダイオード１の製造方法によれば、珪素層２を除去する工程の後、炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａにショットキー電極４が形成される。これにより、汚染が防止された炭化珪素エピタキシャル層１３の第２の面１３ａにショットキー電極４が形成されるため、ショットキー電極４の特性劣化を防止することができる。

今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 炭化珪素半導体装置（ショットキーバリアダイオード）、２ 珪素層、４ 電極（ショットキー電極）、１０，１００ 炭化珪素基板、１１ 炭化珪素単結晶基板、１１ａ 第２の主面、１１ｂ 第１の主面、１２ 電界停止層、１３ 炭化珪素エピタキシャル層、１３ａ 第２の面、１３ｂ 第１の面、１４ ｎ型領域、１６ ＪＴＥ領域、１６ａ，１６ｂ ｐ型領域、３０ オーミック電極、４０，６０ パッド電極、７０ 保護膜、Ａ１，Ａ２ 温度、Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６ 時間。

Claims (12)

1. 炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、
   前記炭化珪素単結晶基板に接して炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程と、
   前記炭化珪素エピタキシャル層の前記炭化珪素単結晶基板と接している第１の面とは反対の第２の面に接して珪素層を形成する工程とを備えた、炭化珪素基板の製造方法。
2. 前記珪素層の厚みは０．５μｍ以下である、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
3. 前記炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程および前記珪素層を形成する工程は、同じチャンバ内で行われる、請求項１または２に記載の炭化珪素基板の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法で製造された炭化珪素基板を準備する工程と、
   前記珪素層を除去する工程を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
5. 前記珪素層を除去する工程は、フッ硝酸により前記珪素層をウェットエッチングされることにより行われる、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
6. 前記珪素層を除去する工程の後、前記炭化珪素エピタキシャル層の前記第２の面に電極が形成される、請求項４または５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
7. 炭化珪素単結晶基板と、
   前記炭化珪素単結晶基板に接して設けられた炭化珪素エピタキシャル層と、
   前記炭化珪素エピタキシャル層の前記炭化珪素単結晶基板と接している第１の面と反対の第２の面に接して設けられた珪素層とを備えた、炭化珪素基板。
8. 前記珪素層の厚みは０．５μｍ以下である、請求項７に記載の炭化珪素基板。
9. 前記珪素層は、前記炭化珪素エピタキシャル層の前記第２の面全体を覆っている、請求項７または８に記載の炭化珪素基板。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載の炭化珪素基板を準備する工程と、
    前記珪素層を除去する工程を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
11. 前記珪素層を除去する工程は、フッ硝酸により前記珪素層をウェットエッチングされることにより行われる、請求項１０に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
12. 前記珪素層を除去する工程の後、前記炭化珪素エピタキシャル層の前記第２の面に電極が形成される、請求項１０または１１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
    

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