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公開番号2025007323
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023108630
出願日2023-06-30
発明の名称炭化珪素半導体装置の製造方法
出願人富士電機株式会社,株式会社デンソー
代理人個人
主分類H10D 30/01 20250101AFI20250109BHJP()
要約【課題】炭化珪素半導体基板表裏面のカーボンを一つの工程で除去でき、かつ、炭化珪素半導体基板表面を汚すことがなく、高い良品率を得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。
【解決手段】第1導電型の出発基板のおもて面側に、出発基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層が設けられた炭化珪素半導体基板を用意する。次に、第1半導体層内に、不純物イオンを注入する。次に、炭化珪素半導体基板のおもて面側の表面に表面カーボン膜を成膜する。次に、表面カーボン膜を保護膜として炭化珪素半導体基板を活性化熱処理する。次に、活性化熱処理により炭化珪素半導体基板の裏面に析出した裏面カーボン膜と表面カーボン膜とを除去する。最初にリフトピンで炭化珪素半導体基板をステージから浮かせた状態で、裏面カーボン膜を除去し、次にリフトピンを下げて炭化珪素半導体基板をステージに接触させた状態で、表面カーボン膜を除去する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
炭化珪素からなる第１導電型の出発基板のおもて面側に、前記出発基板より低不純物濃度の第１導電型の第１半導体層が設けられた炭化珪素半導体基板を用意する第１工程と、
前記第１半導体層内に、不純物イオンを注入する第２工程と、
前記炭化珪素半導体基板のおもて面側の表面に表面カーボン膜を成膜する第３工程と、
前記表面カーボン膜を保護膜として前記炭化珪素半導体基板を活性化熱処理する第４工程と、
前記活性化熱処理により前記炭化珪素半導体基板の裏面に析出した裏面カーボン膜と前記表面カーボン膜とを除去する第５工程と、
を含み、
前記第５工程では、最初にリフトピンで前記炭化珪素半導体基板をステージから浮かせた状態で、前記裏面カーボン膜を除去し、次にリフトピンを下げて前記炭化珪素半導体基板をステージに接触させた状態で、前記表面カーボン膜を除去することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
前記第５工程では、同一のプラズマ装置を用いて、酸素を含むプラズマを発生させることによって、前記裏面カーボン膜と前記表面カーボン膜を除去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。
【請求項３】
前記第５工程より後、または、前記第２工程より前に、
前記第１半導体層内にトレンチを形成する第６工程を含む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。
【請求項４】
前記第５工程では、前記リフトピンで前記炭化珪素半導体基板を前記ステージから浮かせる際の前記炭化珪素半導体基板と前記ステージとの間隔が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であ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。
【請求項５】
前記第５工程では、前記ステージの温度を１５０℃以上３５０℃以下に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。
【請求項６】
前記第４工程では、前記活性化熱処理を１６００℃以上１９００℃以下の炉を用いて行う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。
【請求項７】
前記第５工程より後に、前記炭化珪素半導体基板の表面に硫酸と過酸化水素の混合液による洗浄を行う第７工程を含む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。
【請求項８】
前記第５工程より後に、フッ化水素による洗浄を行う第８工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に代わる次世代の半導体材料として期待されている。炭化珪素を半導体材料に用いた半導体素子（以下、炭化珪素半導体装置とする）は、シリコンを半導体材料に用いた従来の半導体素子と比較して、オン状態における素子の抵抗を数百分の１に低減可能であることや、より高温（２００℃以上）の環境下で使用可能なこと等、様々な利点がある。これは、炭化珪素のバンドギャップがシリコンに対して３倍程度大きく、シリコンよりも絶縁破壊電界強度が１桁近く大きいという材料自体の特長による。
【０００３】
炭化珪素半導体装置としては、現在までに、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ：ＳｃｈｏｔｔｋｙＢａｒｒｉｅｒＤｉｏｄｅ）、プレーナゲート構造やトレンチゲート構造の縦型ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）が製品化されている。
【０００４】
従来の炭化珪素半導体装置の構造について、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴを例に説明する。トレンチ型ＭＯＳＦＥＴでは、ｎ
+
型出発基板のおもて面にｎ
+
型バッファ層およびｎ型炭化珪素エピタキシャル層が堆積される。ｎ型炭化珪素エピタキシャル層のｎ
+
型出発基板側に対して反対側の表面側は、ｎ型高濃度領域が設けられている。また、ｎ型高濃度領域のｎ
+
型出発基板側に対して反対側の表面層には、第１ｐ
+
型ベース領域が選択的に設けられている。ｎ型高濃度領域には、トレンチの底面全体を覆うように第２ｐ
+
型ベース領域が選択的に設けられている。
【０００５】
また、従来のトレンチ型ＭＯＳＦＥＴには、さらにｐ型ベース領域、ｎ
+
型ソース領域、ｐ
++
型コンタクト領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、ソース電極、裏面電極、トレンチ、ソース電極パッドおよびドレイン電極パッドが設けられている。ソース電極は、ｎ
+
型ソース領域、ｐ
++
型コンタクト領域上に設けられ、ソース電極上にソース電極パッドが設けられている。
【０００６】
ＳｉＣは、Ｓｉに比べ、ＳｉＣ中の不純物の拡散係数が極めて小さいという問題がある。イオン注入にて不純物層を形成する場合、深さ方向に深く形成することが難しい。このため、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴの様に基板の縦方向に構造を形成する場合に、イオン注入とエピタキシャル成長を組み合わせて不純物層を形成する。
【０００７】
従来、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴは、例えば、以下のように不純物層を形成している。まず、ｎ
+
型出発基板のおもて面にｎ
+
型バッファ層およびｎ型炭化珪素エピタキシャル層を堆積して、炭化珪素半導体基板を形成する。次に、ｎ型の不純物をイオン注入することにより、ｎ型高濃度領域を形成する。次に、ｐ型の不純物をイオン注入することにより、第１ｐ
+
型ベース領域および第２ｐ
+
型ベース領域を形成する。次に、ｎ型炭化珪素層をエピタキシャル成長させる。次に、ｐ型の不純物をイオン注入することにより、ｐ型ベース領域を形成する。次に、ｎ型の不純物をイオン注入することにより、ｎ
+
型ソース領域を形成する。次に、ｐ型の不純物をイオン注入することにより、ｐ
++
型コンタクト領域を形成する。この後、活性化処理をして、トレンチを形成している。このように、イオン注入とエピタキシャル成長を組み合わせて不純物層を形成している。
【０００８】
ここで、炭化珪素半導体基板にイオン注入された不純物は活性化させる必要がある。活性化させるために、炭化珪素半導体基板を非常に高温で熱処理を行っている。この活性化熱処理により炭化珪素半導体基板表面からＳｉが昇華し、表面荒れが発生することが確認されている。そこで、炭化珪素半導体基板表面からＳｉが抜け出る事を抑制するため、活性化熱処理をする前に炭化珪素半導体基板表面に保護膜としてカーボン膜を形成することが知られている。
【０００９】
図１４は、従来の枚葉装置での活性化熱処理を示す図である。炭化珪素半導体基板の活性化熱処理は、カーボントレー１４０に炭化珪素半導体基板（ＳｉＣウェハ）１３４を載せて枚葉処理している。活性化熱処理の後に、炭化珪素半導体基板１３４表面に成膜したカーボン膜を除去している。カーボン膜除去はアッシャーを用いて、一般的なレジスト除去と同じ方法で実施している。
【００１０】
また、ＳｉＣ基板の表面に保護膜を形成する工程と、保護膜が形成されたＳｉＣ基板を熱処理する工程と、熱処理においてＳｉＣ基板の裏面に形成されたカーボンリッチ層を除去する工程とを含む炭化珪素半導体素子の製造方法が公知である（下記、特許文献１参照）。
（【００１１】以降は省略されています）

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