CN101414550A - 半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在使用SiC半导体基板(1)的半导体装置的制造工序中，在感受器(23)上装载SiC半导体基板(1)，在该SiC半导体基板(1)的表面上配置碳制的C发热部件(3)，通过使感受器(23)和C发热部件(3)在高温下发热而完成用于在SiC半导体基板(1)的表面上形成杂质区域的退火处理。

Description

半导体装置的制造方法
本申请是申请日为2004年12月21日、申请号为200480039187.0、发明名称为“半导体装置的制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用了碳化硅半导体基板的半导体装置的制造方法。
背景技术
在使用了碳化硅(SiC)半导体基板的半导体装置的制造工序中，通过离子注入和之后进行的退火(热处理)而在碳化硅半导体基板的表面上形成杂质区域。
离子注入后的退火，例如在配置于石英管(tube)内的石墨(graphite)制的感受器(suscepter)上，将离子注入后的碳化硅半导体基板的表面(器件形成面)朝上装载，在该状态下，向盘绕在石英管外表面的线圈提供高频电力，通过使感受器高频感应加热而实现。退火时的感受器的温度为1600～1800℃，通过来自该高温的感受器的受热，激活注入到碳化硅半导体基板的表面的离子(杂质)。
但是，在如上所述的退火的方法中，碳化硅半导体基板的表面的Si原子通过升华而进入到环境气氛中，另外，在碳化硅半导体基板的表面上，发生Si原子或C原子的移动(migration)，其结果是，SiC的晶体结构发生变化，存在碳化硅半导体基板的表面变粗糙的问题。
另外，作为其它的现有技术，有如下方法：使碳化硅制的盖帽(cap)接触到装载于感受器上的碳化硅半导体基板的表面，在以该盖帽覆盖碳化硅半导体基板的表面的状态下，进行碳化硅半导体基板的退火，但即使在该方法中，也存在碳化硅半导体基板上发生表面粗糙的危险。即，在碳化硅半导体基板的表面接触碳化硅制的盖帽时，由于Si原子的升华在高温侧发生，所以若碳化硅半导体基板比碳化硅制的盖帽温度高，则碳化硅半导体基板表面的Si原子升华，其表面的SiC晶体结构发生变化。另外，由于升华后的Si原子会从高温侧向低温侧移动，所以在碳化硅制的盖帽比碳化硅半导体基板温度高时，Si原子从碳化硅制的盖帽升华，该升华后的Si原子会附着在碳化硅半导体基板的表面上。所以，无论碳化硅半导体基板和碳化硅制的盖帽中的哪一个温度高，都存在碳化硅半导体基板的表面变粗糙的危险。
进而，在特开2001—68428号公报中，公开了如下方案：通过在碳化硅半导体基板的表面上形成保护膜并进行退火，从而防止在该退火时的碳化硅半导体基板的表面粗糙或从碳化硅半导体基板的表面开始的杂质(硼)原子的扩散。但是，在该方案涉及的方法中，必须在退火之后通过等离子蚀刻等去除保护膜，由于制造工序数增加、制造成本也提高，所以不能称之为优选的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体装置的制造方法，其不会带来制造工序数的增加等，能够防止由退火引起的碳化硅半导体基板的表面粗糙。
本发明的半导体装置的制造方法，是在碳化硅半导体基板的表面上形成杂质区域来制造半导体装置的方法，该方法包括：基板保持工序，使碳化硅半导体基板以其背面接触碳制的感受器的状态进行保持；发热部件接触工序，使碳制的发热部件与选择性地离子注入了杂质元素的碳化硅半导体的表面接触；和热处理工序，在上述发热部件与碳化硅半导体的表面接触的状态下，热处理该碳化硅半导体，上述发热部件接触工序，是使上述发热部件接触由上述感受器保持的碳化硅半导体基板的表面的工序，上述热处理工序，是通过进行高频感应加热使上述感受器及发热部件发热而完成热处理的工序。
根据本发明，可在发热部件接触到碳化硅半导体基板的表面的状态下进行热处理(退火)。
在该热处理时，若发热部件比碳化硅半导体基板温度高，则不会引起从碳化硅半导体基板的表面向发热部件的Si原子的升华。另外，由于构成发热部件的碳超过3000℃也不会融化，所以即使进行比较高温(1600～1800℃)的退火，也不会发生碳从发热部件开始熔融或升华，发热部件的碳也不会附着到碳化硅半导体基板的表面上。进而，若将热处理时间设为短时间，则还可以防止在碳化硅半导体基板的表面发生Si原子或C原子的移动。因此，根据上述方法，不会带来制造工序的增加等，且能够防止碳化硅半导体基板的表面粗糙。
上述半导体装置的制造方法，优选还包括使碳化硅半导体基板以其背面接触碳制的感受器的状态进行保持的基板保持工序，上述发热部件接触工序，是使上述发热部件接触由上述感受器保持的碳化硅半导体基板的表面的工序，上述热处理工序，是通过进行高频感应加热使上述感受器及发热部件发热而完成热处理的工序。
根据本发明，将碳化硅半导体基板保持在感受器上，使发热部件接触该碳化硅半导体基板的表面后，通过高频感应加热而进行对碳化硅半导体基板的热处理。即，通过高频感应加热，使碳制的感受器及发热部件发热。感受器及发热部件的发热温度达到1600～1800℃，根据来自这些感受器及发热部件的发热，可以激活注入到碳化硅半导体基板的表面的杂质元素。
本发明的半导体装置的制造方法，是在碳化硅半导体基板的表面上形成杂质区域来制造半导体装置的方法，该方法包括：发热部件接触工序，使碳制的发热部件与选择性地离子注入了杂质元素的碳化硅半导体的表面接触；和热处理工序，在上述发热部件与碳化硅半导体的表面接触的状态下，热处理该碳化硅半导体。在将碳制的感受器作为上述发热部件使用时，优选上述发热部件接触工序，是使碳化硅半导体基板的表面接触作为该发热部件的碳制感受器并进行保持的工序。
在这种情况下，也不会带来制造工序的增加等，且能够抑制碳化硅半导体基板的表面粗糙。即，热处理时，接触到碳化硅半导体基板表面的感受器，由于变得比碳化硅半导体基板的温度还高，所以不会引起Si原子从碳化硅半导体基板的表面向感受器的升华。另外，由于构成感受器的碳超过3000℃也不会融化，所以即使进行1600～1800℃的退火，碳也不会从感受器发生熔融或升华，感受器的碳也不会附着到碳化硅半导体基板的表面上。进而，通过将退火时间设为短时间，则还可以防止碳化硅半导体基板的表面上的Si原子或C原子的移动。因此，不存在碳化硅半导体基板的表面变粗糙的危险。
另外，将碳制的感受器作为上述发热部件使用时，上述热处理工序，可以是通过高频感应加热使上述感受器发热而完成热处理的工序，也可以是通过使上述感受器中内置的加热器发热而完成热处理的工序。
上述感受器，优选利用高纯度碳CVD等进行表面涂布。根据该构成，可谋求碳化硅半导体基板和感受器的密接性的提高，并且能够更好地防止杂质对碳化硅半导体基板的污染。
本发明的上述或其它目的、特征及效果，通过参照附图而在下面描述的实施方式的说明可以更加明确。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的半导体装置的制造方法所包含的工序的流程的流程图；
图2是用于说明本发明的第一实施方式涉及的半导体装置的制造方法的概念性剖面图；
图3是用于说明本发明的第二实施方式涉及的制造方法的概念性剖面图。
具体实施方式
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的半导体装置的制造方法所包含的工序的流程的流程图。另外，图2是用于说明该制造方法的概念性剖面图。
该制造方法，是在SiC半导体基板1的表面(器件形成面)1a上形成杂质区域的方法，使用用于对离子注入了杂质元素的SiC半导体基板1进行退火(热处理)的高频感应加热炉2来实施。
如图2所示，高频感应加热炉2，包括：具有圆柱状表面的石英管21；盘绕在该石英管21的外表面的高频感应加热用线圈22；由石墨等碳构成的多个感受器23。石英管21，以其中心轴线向几乎垂直的方向延伸的方式配置。多个感受器23，互相之间空出规定间隔而以上下层叠的状态安装在感受器支承轴24上，通过使感受器支承轴24相对于石英管21升降，从而能够收纳在石英管21内，或脱出到石英管21外部。
在将杂质元素选择性地离子注入到SiC半导体基板1的表面1a上之后(步骤S1)，将该SiC半导体基板1搬入高频感应加热炉2中(步骤S2)。在SiC半导体基板1的搬入之前，多个感受器23脱出到石英管21外。搬入高频感应加热炉2内的SiC半导体基板1，以其表面朝向上方的状态装载到感受器23的上面23a。
此后，在保持(装载)于感受器23上的SiC半导体基板1上，配置碳制的发热部件(C发热部件)3(步骤S3)。C发热部件3，至少一方的面3a形成为平面，该平面3a以与SiC半导体基板1的表面1a面接触的方式配置。由此，成为如下状态：SiC半导体基板1的背面与感受器23的上面面接触，C发热部件3的平面3a与SiC半导体基板1的表面1a面接触。
这样，SiC半导体基板1保持在各感受器23上，C发热部件3与各SiC半导体基板1的表面1a面接触后，感受器支承轴24相对于石英管21上升，从而多个感受器23分别保持的SiC半导体基板1被收纳在石英管21内部。并且，向石英管21内导入氮气或氩气等惰性气体的同时，向高频感应加热用线圈22提供高频电力，从而在惰性气体环境下进行对SiC半导体基板1的退火(步骤S4)。
若对高频感应加热用线圈22提供高频电力，则在石英管21内产生磁场，根据该磁场，在碳制的感受器23和C发热部件3内流动感应电流(涡电流)，从而感受器23和C发热部件3发热。感受器23和C发热部件3的发热温度达到1600～1800℃，由此，完成SiC半导体基板1的高温退火(步骤S4)。即，分别与SiC半导体基板1的表面和背面接触的感受器23及C发热部件3在1600～1800℃的高温下被高频感应加热，通过来自这些感受器23和C发热部件的受热，激活注入到SiC半导体基板1的表面1a的杂质元素。
此时，由于与SiC半导体基板1的表面1a接触的C发热部件3比SiC半导体基板1温度高，所以不会发生Si原子从SiC半导体基板1的表面1a向C发热部件3的升华。另外，由于构成C发热部件3的碳即使超过3000℃也不会融化，所以在1600～1800℃的温度下，碳(C)不会发生从C发热部件3开始的熔融或升华，C发热部件3的碳也不会附着到SiC半导体基板1的表面1a上。
SiC半导体基板1的退火，在规定的短时间(例如，1秒钟～10分钟)内进行。退火后的SiC半导体基板1，通过使感受器支承轴24相对于石英管21下降而脱出到石英管21的外部，在其表面上的C发热部件3被分离后(步骤S5)，从高频感应加热炉2(感受器23上)搬出。
如上所述，通过在C发热部件3与SiC半导体基板1的表面1a接触的状态下进行退火，从而可防止Si原子从SiC半导体基板1的表面1a开始的升华。另外，也不会发生碳从C发热部件3向SiC半导体基板1的表面1a的附着。进而，因为退火时间为短时间，所以在SiC半导体基板1的表面1a上也不会发生Si原子或C原子的移动。因此，根据本实施方式涉及的方法，不会带来制造工序的增加等，且能够防止SiC半导体基板1的表面1a变粗糙。
另外，在本实施方式中，设为在惰性气体环境下进行SiC半导体基板1的退火，也可以在退火时使石英管21内的环境气氛为真空(vacuum)，从而在真空下(包括几乎为真空的状态下)进行SiC半导体基板1的退火。
另外，感受器23，优选通过由高纯度碳CVD等进行表面涂布。在这种情况下，可谋求SiC半导体基板1和感受器23的密接性的提高，并且可以进一步防止由杂质引起的SiC半导体基板1的污染。
图3是用于说明本发明的第二实施方式涉及的制造方法的概念性剖面图。在该实施方式涉及的制造方法中，SiC半导体基板1的表面朝向下方地装载到感受器23的上面23a上，在惰性气体环境下或真空下进行SiC半导体基板的退火。
即使根据该实施方式涉及的方法，也不会带来制造工序的增加等，且能够抑制SiC半导体基板1的表面1a变粗糙。即，在退火时，由于与SiC半导体基板1的表面1a接触的感受器23比半导体基板1温度高，所以不会发生Si原子从SiC半导体基板1的表面1a向感受器23的升华。另外，因为构成感受器23的碳即使超过3000℃也不会融化，所以在1600～1800℃的温度下，碳不会从感受器23发生熔融或升华，感受器23的碳也不会附着到SiC半导体基板1的表面1a上。进而，通过将退火时间设为短时间(例如，1秒钟～10分钟)，从而可以防止Si原子或C原子在SiC半导体基板1的表面1a上的移动。因此，根据本实施方式涉及的退火的方法，不存在SiC半导体基板1的表面1a变粗糙的危险。
进而，感受器23通过高纯度碳CVD等进行表面涂布时，可谋求SiC半导体基板1和感受器23的密接性的提高，并且可进一步防止由杂质引起的SiC半导体基板1的污染。
以上，说明了本发明的2个实施方式，本发明也能够以其它的方式实施。例如，在上述的各实施方式中，例举了使用高频感应加热炉2实施SiC半导体基板1的退火的情况，也可以使用具有用于装载SiC半导体基板1的碳制的加热器内置感受器的退火装置，在使SiC半导体基板1的表面1a与加热器内置感受器的装载面接触的状态下，通过使加热器内置感受器中内置的加热器发热而完成退火。另外，也可以使用具有根据高频感应加热以外的加热方法而被加热的感受器的退火装置，在使SiC半导体基板1的表面1a与该感受器的保持面接触的状态下，通过加热基板保持台而完成退火。
对本发明的实施方式进行了详细的说明，但这些只不过是为了明确本发明的技术内容而采用的具体实施例，不应该限定于这些具体实施例来解释本发明，本发明的思想和范围只通过技术方案来限定。

Claims (3)

1.一种半导体装置的制造方法，是在碳化硅半导体基板的表面上形成杂质区域来制造半导体装置的方法，其特征在于，该方法包括：
发热部件接触工序，使碳制的发热部件与选择性地离子注入了杂质元素的碳化硅半导体的表面接触；和
热处理工序，在所述发热部件接触到碳化硅半导体的表面的状态下，热处理该碳化硅半导体；
所述发热部件接触工序，是使碳化硅半导体基板的表面与作为所述发热部件的碳制的感受器接触、以保持碳化硅半导体基板的工序，
所述感受器通过高纯度碳CVD进行表面涂布。
2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述热处理工序，是通过利用高频感应加热使所述感受器发热而完成热处理的工序。
3.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述热处理工序，是通过使所述感受器中内置的加热器发热而完成热处理的工序。
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