炭化シリコンの製造方法
【課題】形成される炭化シリコン層の結晶性を悪化させることなく、従来に比べて生産性を向上させることができる炭化シリコンの製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板１の表面にシリコン酸化層２を形成し、シリコン基板１内にシリコン酸化層２を通して炭素イオンを注入することによりシリコンと炭素の混在した炭素含有層３を形成し、シリコン基板１からシリコン酸化層２を選択的に除去することにより炭素含有層３を露出させ、シリコン基板１を熱処理して炭素含有層３を単結晶化させることにより単結晶炭化シリコン層４を形成し、熱処理の過程で単結晶炭化シリコン層４の表面に形成された酸化層５を除去することにより単結晶炭化シリコン層４を露出させて、ＳｉＣウエハ１０を製造する。
【解決手段】シリコン基板１の表面にシリコン酸化層２を形成し、シリコン基板１内にシリコン酸化層２を通して炭素イオンを注入することによりシリコンと炭素の混在した炭素含有層３を形成し、シリコン基板１からシリコン酸化層２を選択的に除去することにより炭素含有層３を露出させ、シリコン基板１を熱処理して炭素含有層３を単結晶化させることにより単結晶炭化シリコン層４を形成し、熱処理の過程で単結晶炭化シリコン層４の表面に形成された酸化層５を除去することにより単結晶炭化シリコン層４を露出させて、ＳｉＣウエハ１０を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーデバイスやオプトエレクトロニクスデバイスの製造に適した半導体基板の製造方法に関し、特に、半導体基板の表層部に単結晶炭化シリコン層を形成する炭化シリコンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化シリコンは、高いショットキー障壁、高い降伏電界強度及び高い伝熱性を併せ持っているため、パワーデバイス用の材料に適している。また、炭化シリコンは、その格子定数が典型的なオプトエレクトロニクス用半導体材料である窒化物化合物半導体の格子定数と近く、窒化物化合物半導体を低欠陥でエピタキシャル成長させることができるため、オプトエレクトロニクスデバイス用の材料に適している。このような事情から、シリコン基板の表層部に単結晶炭化シリコン層を有する半導体基板（以下、「ＳｉＣウエハ」と記す。）を製造するための技術開発がなされている（例えば、特許文献１〜８、及び非特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、ＳｉＣウエハの従来の製造方法の一例を示している。この製造方法は、シリコン基板内に炭素イオンを注入することによりシリコンと炭素の混在した炭素含有層を形成するステップ（Ｓ１１）、シリコン基板をアニールして炭素含有層を単結晶化させることにより単結晶炭化シリコン層を形成するステップ（Ｓ１２）、シリコン基板を乾燥した酸素雰囲気中で加熱して単結晶炭化シリコン層上に犠牲層を形成するステップ（Ｓ１３）、シリコン基板から犠牲層をエッチングにより選択的に除去することにより単結晶炭化シリコン層を露出させるステップ（Ｓ１４）、及び、露出させた単結晶炭化シリコン層の表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing，化学的機械的研磨）処理して平滑化するステップ（Ｓ１５）からなる。
【特許文献１】ＵＳ２００７／１７６２１０Ａ１
【特許文献２】特開２００６−３２７９３１
【特許文献３】ＵＳ２００６／２６７０２４Ａ１
【特許文献４】特表２００５−５０６６９９
【特許文献５】ＵＳ２００４／０２４８３９０Ａ１
【特許文献６】ＷＯ０３／０３４４８５
【特許文献７】ＷＯ０３／０７１５８８
【特許文献８】ＵＳ２００５／００２００８４Ａ１
【特許文献９】特開２００６−５２８４２３
【特許文献１０】ＵＳ７０６０６２０Ｂ２
【非特許文献１】"Organometallic vapor phase epitaxial growth of GaN on a 3c-SiC/Si(111) template formed by C+-ion implantation into Si(111) subs", A. Yamamoto et al., Journal of Crystal Growth 261 (2004) 266-270,
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の製造方法においては、炭化シリコン層の結晶性の悪化を防止するために、注入する炭素イオンのドーズ量をストイキヨメトリーとなるようにしなければならなかった。つまり、従来の製造方法において、注入する炭素イオンのドーズ量がストイキヨメトリーとなるような量（６．５×１０１７〜８．０×１０１７／ｃｍ２）よりも少ない場合、炭化シリコン層の結晶性を悪化させてしまっていた。このように、従来のＳｉＣウエハの製造方法においては、ＳｉＣウエハの結晶性を悪化させることなく、炭素イオンのドーズ量をストイキヨメトリーとなるような量よりも低減させることはできなかった。このため、使用する炭素イオン量を低減することができないので、製造コストを低減することができず、また、ドーズ時間を短縮することができないため製造時間を短縮することができなかった。このように、従来の製造方法においては、形成される炭化シリコン層の結晶性を悪化させることなく、炭素イオンのドーズ量を低減してＳｉＣウエハの生産性を向上させることができなかった。
【０００５】
本願発明の目的は、形成される炭化シリコン層の結晶性を悪化させることなく、従来に比べて生産性を向上させることができる炭化シリコンの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る炭化シリコンの製造方法は、シリコン基板の表面にシリコン酸化層を形成する工程、前記シリコン基板内にシリコン酸化層を通して炭素イオンを注入して前記シリコン基板内に炭素含有層を形成する工程、前記シリコン基板から前記シリコン酸化層を選択的に除去して前記炭素含有層を露出させる工程、及び前記シリコン基板を熱処理して結晶炭化シリコン層を形成する工程を備え、前記炭素イオンの注入直後における前記シリコン酸化層直下の炭素含有層が単結晶の炭化シリコン層であり、前記炭素イオンの注入の際に、前記シリコン基板中の炭素濃度の最大値が２０％以上４９％以下であることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る炭化シリコンの製造方法は、前記形成されるシリコン酸化層の厚さが２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記炭素イオンの注入を、加速エネルギーが１００ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下、及びドーズ量が２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下の注入条件において行うことを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明に係る炭化シリコンの製造方法は、前記炭素イオンの注入を、前記シリコン基板を４００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した状態で行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る炭化シリコンの製造方法は、前記シリコン基板がチョクラルスキー法及びフロートゾーン法のいずれか一方により製造されたシリコン基板であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シリコン基板の表面にシリコン酸化層を形成し、この形成したシリコン酸化層を通して、シリコン基板内に炭素イオンを注入してシリコン基板内に炭素含有層を形成し、シリコン基板からシリコン酸化層を選択的に除去して炭素含有層を露出させ、次いで、シリコン基板を熱処理して結晶炭化シリコン層を形成するので、注入する炭素イオンのドーズ量をストイキヨメトリーとなるような量より低減しても形成される炭化シリコン層の結晶性を維持することができる。また、本発明によれば、炭素イオンの注入直後におけるシリコン酸化層直下の炭素含有層が単結晶の炭化シリコン層であるため、引き続きサンプル上に形成されたシリコン酸化層は、希釈フッ酸で除去され、高温アニールの際に単結晶の炭化シリコン層が直接晒される。このことにより、高温アニール中に単結晶中の欠陥が表面に容易に抜けやすくなるため、炭素イオンのドーズ量を低減した状態においても炭化シリコン層の結晶性を維持することできる。このように、本発明によれば、形成される炭化シリコン層の結晶性を維持しつつ、従来に比べて注入する炭素イオンのドーズ量を低減することができるため、従来に比べて製造コストを低減することができ、また、ドーズ時間を短縮することができるため製造時間を短縮することができる。従って、本発明によれば、炭化シリコン層の結晶性を悪化させることなく、ＳｉＣウエハの生産性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、炭素イオンの注入の際に、シリコン基板中の炭素濃度の最大値が２０％以上４９％以下であるので、上記効果を確実に奏することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、形成されるシリコン酸化層の厚さが２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、炭素イオンの注入を、加速エネルギーが１００ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下、及びドーズ量が２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下の注入条件において行うので、上記効果をより確実に奏することができる。
【００１３】
更に、本発明によれば、炭素イオンの注入を、シリコン基板を４００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した状態で行うので、上記効果をより確実に奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法における一連の工程を例示する工程図であり、図２は、図１に対応する流れ図である。
【００１６】
この製造方法は、
シリコン基板１の表面にシリコン酸化層２を形成するステップＳ１と、
シリコン基板１内にシリコン酸化層２を通して炭素イオンを注入することによりシリコンと炭素の混在した炭素含有層３を形成するステップＳ２と、
シリコン基板１からシリコン酸化層２を選択的に除去することにより炭素含有層３を露出させるステップＳ３と、
シリコン基板１を熱処理して炭素含有層３を単結晶化させることにより単結晶炭化シリコン層４を形成するステップＳ４と、
熱処理の過程で単結晶炭化シリコン層４の表面に形成された酸化層５を除去することにより単結晶炭化シリコン層４を露出させるステップＳ５と、を順次実施することによりＳｉＣウエハ１０を製造するものである。
【００１７】
ステップＳ１では、シリコン基板１の表層部にシリコン酸化物（ＳｉＯ２）から成るシリコン酸化層２を形成する。シリコン酸化層２は、例えばシリコン基板１を約１０００℃でドライ酸化あるいはウェット酸化することにより形成される。あるいは、シリコン酸化層２は、シリコン基板１上に化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いて形成されるか、または、ドライ酸化・ウェット酸化とＣＶＤを組み合わせて形成される。ステップＳ１においては、シリコン酸化層２に代えて、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＮ）あるいはシリコン酸化物との組み合わせからなる緩衝層を形成してもよい。また、シリコン基板１から選択的に除去可能であって、かつシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物と同等の耐熱性を有する他の固体材料で緩衝層を形成することも可能である。シリコン酸化層２及び緩衝層の厚さは、２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲の値から選定されるのが好ましい。尚、シリコン基板１は、例えば、チョクラルスキー法又はフロートゾーン法により製造されたシリコン単結晶インゴットから形成される。
【００１８】
ステップＳ２においては、シリコン基板１内の炭素濃度の最大値が２０％以上４９％以下となるように炭素イオンの注入条件を調整して炭素イオンの注入を行う。また、炭素イオン注入直後におけるシリコン酸化層２の直下の炭素含有層３は単結晶の炭化シリコン層となる。
【００１９】
炭素含有層３内における炭素濃度の最大値を２０％以上とすることは、単結晶炭化シリコン層４の結晶性を維持するために、極めて重要である。炭素含有層３内における炭素濃度の最大値が２０％を下回ると、アニール後には、単結晶炭化シリコン層４内に微小炭素粒からなる欠陥が出現し、単結晶炭化シリコン層４の結晶性を劣化させる。一方、炭素含有層３内における炭素濃度の最大値を２０％以上とすれば、上述の炭素粒の出現を抑制することが可能である。
【００２０】
炭素イオンの注入は、炭素イオンの加速エネルギー（注入エネルギー）が１００ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下、及び炭素イオンのドーズ量（注入量）が２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下の注入条件で行うのが好ましい。なお、炭素イオンの注入条件の調整は、シリコン酸化層２の厚さに応じて、炭素イオンの加速エネルギーならびに炭素イオンのドーズ量を調整することによりなされる。
【００２１】
炭素イオンの注入は、シリコン基板を４００℃以上の温度に加熱した状態で行うことが望ましい。基板の加熱温度が４００℃を下回ると、注入後に、炭素含有層３を構成する単結晶炭化シリコン粒の配向性が乱れるため、アニール後には、単結晶炭化シリコン層４の結晶性が乱れ、はなはだしい場合には、ポリ層あるいはアモルファス層となってしまうこともある。
【００２２】
より好ましくは、単結晶炭化シリコン層４の結晶性をさらに高めるため、シリコン基板を５００℃以上の温度に加熱した状態で炭素イオンの注入を行うことが望ましい。
【００２３】
炭素イオンの注入は、シリコン基板を１０００℃以下の温度に加熱した状態で行うことが望ましい。基板の加熱温度が１０００℃を上回ると、注入後に、炭素含有層３を構成する単結晶炭化シリコン粒がデンドライド状に融合し、アニール後には、単結晶炭化シリコン層４の緻密性、均一性が損なわれる。
【００２４】
より好ましくは、単結晶炭化シリコン層４の緻密性、均一性をさらに高めるため、シリコン基板を８００℃以下の温度に加熱した状態で炭素イオンの注入を行うことが望ましい。
【００２５】
なお、上記イオン注入条件の調整は、シリコン酸化層２の厚さに応じて、炭素イオンの注入エネルギー、並びに炭素イオンのドーズ量を調整することによりなされる。
【００２６】
ステップＳ３では、シリコン酸化層２を液相エッチングすることにより、シリコン酸化層２だけを選択的に除去する。シリコン酸化層２の除去においては、例えば、希フッ酸、あるいはフッ化アンモニウムなどが液相エッチャントとして利用可能である。また、シリコン酸化層２に代えて窒化物から成る緩衝層を用いる場合には、熱燐酸などが液相エッチャントとして利用可能である。
【００２７】
ステップＳ４では、１１００℃以上シリコン融点未満の温度の０．５体積％程度の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中でシリコン基板１を熱処理する。この熱処理の所要時間は１０時間程度である。また、ステップＳ４における熱処理は、シリコン融点未満の温度範囲において、１２００℃以上、更には１３００℃以上で熱処理を行うことが望ましい。炭素含有層３が単結晶化する過程で、炭素含有層３中の酸化物が表面に移動するため、最終的に形成される単結晶炭化シリコン層４中の酸素含有量は極々微量である。
【００２８】
ステップＳ５では、酸化層５を希フッ酸でエッチングし除去することにより、単結晶炭化シリコン層４を露出させる。酸化層５を除去することにより、炭素含有層３から表面に運び出された酸化物が酸化層５に取り込まれた状態で完全に取り去られる。
【００２９】
ステップＳ３、Ｓ５において、液層エッチングの代わりに気相エッチングを行うこともできる。
【００３０】
上記のように、本発明の第１の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法においては、注入する炭素イオンのドーズ量を２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下にすることができ、従来のストイキヨメトリーとするためのドーズ量（６．５×１０１７〜８．０×１０１７／ｃｍ２）よりも炭素イオンのドーズ量を大幅に低減することができる。
【００３１】
なお、ステップＳ４の熱処理は、非酸化性雰囲気中で行ってもよい。この場合、ステップＳ５は省略可能であり、アニール直後に、単結晶炭化シリコン層４が表面に露出する。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法における一連の工程を例示する工程図であり、図４は、図３に対応する流れ図である。
【００３３】
この製造方法は、
シリコン基板１の表面にシリコン酸化層２を形成するステップＳ１−２と、
シリコン基板１内にシリコン酸化層２を通して炭素イオンを注入することによりシリコンと炭素の混在した炭素含有層３を形成するステップＳ２−２と、
シリコン基板１を熱処理して炭素含有層３を単結晶化させることにより単結晶炭化シリコン層４を形成するステップＳ３−２と、
シリコン基板１からシリコン酸化層２を選択的に除去することにより単結晶炭化シリコン層４を露出させるステップＳ４−２と、を順次実施することによりＳｉＣウエハ１０を製造するものである。
【００３４】
上記ステップＳ１−２〜Ｓ４−２のうち、Ｓ１−２及びＳ２−２は、第１の実施の形態におけるステップＳ１及びＳ２と同じである。
【００３５】
ステップＳ３−２では、１１００℃以上シリコン融点未満の温度の０．５体積％程度の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中でシリコン基板１を熱処理する。この熱処理の所要時間は１０時間程度である。熱処理は、シリコン融点未満の温度範囲において、１２００℃以上、更には１３００℃以上の温度で行ってもよい。炭素含有層３が単結晶化する過程で、炭素含有層３中の酸素がシリコン酸化層２内に移動するため、最終的に形成される単結晶炭化シリコン層４中の酸素含有量は極々微量である。
【００３６】
ステップＳ４−２では、シリコン酸化層２を希フッ酸でエッチングし除去することにより、単結晶炭化シリコン層４を露出させる。シリコン酸化層２を除去することにより、炭素含有層３から運び出された酸素がシリコン酸化層２に取り込まれた状態で完全に取り去られる。ステップＳ４−２において、液層エッチングの代わりに気相エッチングを行うこともできる。
【００３７】
上記のように、本発明の第２の実施の形態に係る製造方法によれば、上記第１の実施の形態に係る製造方法と同様に、炭素イオンのドーズ量を従来に比べて大幅に低減することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
直径１５０ｍｍの（１１１)ｎ型フロートゾーンシリコンウエハを複数枚用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に４００ｎｍの表面酸化膜からなるシリコン酸化層を形成した。このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、及びドーズ量２．０×１０１７／ｃｍ２、２．５×１０１７／ｃｍ２、５．０×１０１７／ｃｍ２、６．０×１０１７／ｃｍ２、又は７．５×１０１７／ｃｍ２でそれぞれ炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。炭素イオンの注入後、一部のサンプルの表面付近の断面構造を断面透過電子顕微鏡（断面ＴＥＭ）で評価した。断面ＴＥＭの結果、シリコン酸化層の中に炭素含有層の上部に形成される非晶質シリコン領域が全て含まれていることが確認された。残りのサンプルについては、炭素イオン注入後、各サンプル上に形成されたシリコン酸化層を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、各サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、各サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。ドーズ量２．０×１０１７／ｃｍ２のサンプルは多量の結晶欠陥により単結晶炭化シリコン層がＳｅｃｃｏエッチングの際に消失したが、ドーズ量２．５×１０１７／ｃｍ２以上のサンプルは単結晶炭化シリコン層の消失はなく、結晶欠陥が確認されなかった。
【００４０】
（比較例１）
直径１５０ｍｍの（１１１）ｎ型フロートゾーンシリコンウエハを複数枚用意し、これらのウエハに、シリコン酸化層を形成することなく、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、及びドーズ量５．０×１０１７／ｃｍ２、６．０×１０１７／ｃｍ２、又は７．５×１０１７／ｃｍ２でそれぞれ炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、各サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールした。引き続き１１００℃のドライ酸化雰囲気中で表面酸化膜、シリコン層、遷移層を酸化し、この酸化によってサンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、各サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。ドーズ量６．０×１０１７／ｃｍ２以下のサンプルでは多量の結晶欠陥により単結晶炭化シリコン層がＳｅｃｃｏエッチングの際に消失し、正常な単結晶炭化シリコン膜が形成されていないことが確認された。
【００４１】
（実施例２）
直径１５０ｍｍの（１１１)ｎ型チョクラルスキーシリコンウエハを用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に４００ｎｍの表面酸化膜からなるシリコン酸化層を形成した。このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、ドーズ量５．０×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、サンプル上に形成されたシリコン酸化層を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。単結晶炭化シリコン層の消失はなく、サンプルには結晶欠陥が確認されなかった。
【００４２】
（比較例２）
直径１５０ｍｍの(１１１)ｎ型フロートゾーンシリコンウエハおよびｎ型チョクラルスキーシリコンウエハを用意し、これらのウエハに、シリコン酸化層を形成することなく、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、各サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールした。引き続き１１００℃のドライ酸化雰囲気中で表面酸化膜、シリコン層、遷移層を酸化し、この酸化によってサンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、各サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。フロートゾーンシリコンウエハで作られたサンプルには単結晶炭化シリコン層の消失がなく、結晶欠陥が確認されなかったが、チョクラルスキーシリコンウエハで作られたサンプルには約１０個／ｃｍ２の結晶欠陥が確認された。
【００４３】
（実施例３）
直径１５０ｍｍの（１１１)ｎ型フロートゾーンシリコンウエハを複数枚用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍの表面酸化膜からなるシリコン酸化層を形成した。このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１００ｋｅＶ、及びドーズ量４．５×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、サンプル上に形成されたシリコン酸化層を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。表面酸化膜１５０ｎｍのサンプルは多量の結晶欠陥により単結晶炭化シリコン層がＳｅｃｃｏエッチングの際に消失したが、表面酸化膜２００ｎｍ以上のサンプルは単結晶炭化シリコン層の消失はなく、結晶欠陥が確認されなかった。
【００４４】
（実施例４）
直径１５０ｍｍの（１１１）ｎ型フロートゾーンシリコンウエハを複数枚用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍの表面酸化膜からなるシリコン酸化層を形成した。このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー２００ｋｅＶ、及びドーズ量４．５×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、サンプル上に形成されたシリコン酸化層を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。表面酸化膜６５０ｎｍのサンプルは多量の結晶欠陥により単結晶炭化シリコン層がＳｅｃｃｏエッチングの際に消失したが、表面酸化膜６００ｎｍ以下のサンプルは単結晶炭化シリコン層の消失はなく、結晶欠陥が確認されなかった。
【００４５】
上述のように、本発明によれば、炭素イオンのドーズ量をストイキヨメトリーとなるような量（６．５×１０１７〜８．０×１０１７／ｃｍ２）より少ない量（２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下）としても、形成される炭化シリコン層の結晶性を維持することができる。従って、本発明によれば、形成される炭化シリコン層の結晶性を維持しつつ、従来に比べて注入する炭素イオンのドーズ量を低減することができる。このため、従来に比べて製造コストを低減することができ、また、ドーズ時間を短縮することができるため製造時間を短縮することができる。従って、本発明によれば、炭化シリコン層の結晶性を悪化させることなく、ＳｉＣウエハの生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法における一連の工程を例示する工程図である。
【図２】図１に対応する流れ図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法における一連の工程を例示する工程図である。
【図４】図３に対応する流れ図である。
【図５】従来の製造方法における一連の工程を例示する流れ図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ シリコン基板
２ シリコン酸化層
３ 炭素含有層
４ 単結晶炭化シリコン層
５ 酸化層
１０ ＳｉＣウエハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーデバイスやオプトエレクトロニクスデバイスの製造に適した半導体基板の製造方法に関し、特に、半導体基板の表層部に単結晶炭化シリコン層を形成する炭化シリコンの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化シリコンは、高いショットキー障壁、高い降伏電界強度及び高い伝熱性を併せ持っているため、パワーデバイス用の材料に適している。また、炭化シリコンは、その格子定数が典型的なオプトエレクトロニクス用半導体材料である窒化物化合物半導体の格子定数と近く、窒化物化合物半導体を低欠陥でエピタキシャル成長させることができるため、オプトエレクトロニクスデバイス用の材料に適している。このような事情から、シリコン基板の表層部に単結晶炭化シリコン層を有する半導体基板（以下、「ＳｉＣウエハ」と記す。）を製造するための技術開発がなされている（例えば、特許文献１〜８、及び非特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、ＳｉＣウエハの従来の製造方法の一例を示している。この製造方法は、シリコン基板内に炭素イオンを注入することによりシリコンと炭素の混在した炭素含有層を形成するステップ（Ｓ１１）、シリコン基板をアニールして炭素含有層を単結晶化させることにより単結晶炭化シリコン層を形成するステップ（Ｓ１２）、シリコン基板を乾燥した酸素雰囲気中で加熱して単結晶炭化シリコン層上に犠牲層を形成するステップ（Ｓ１３）、シリコン基板から犠牲層をエッチングにより選択的に除去することにより単結晶炭化シリコン層を露出させるステップ（Ｓ１４）、及び、露出させた単結晶炭化シリコン層の表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing，化学的機械的研磨）処理して平滑化するステップ（Ｓ１５）からなる。
【特許文献１】ＵＳ２００７／１７６２１０Ａ１
【特許文献２】特開２００６−３２７９３１
【特許文献３】ＵＳ２００６／２６７０２４Ａ１
【特許文献４】特表２００５−５０６６９９
【特許文献５】ＵＳ２００４／０２４８３９０Ａ１
【特許文献６】ＷＯ０３／０３４４８５
【特許文献７】ＷＯ０３／０７１５８８
【特許文献８】ＵＳ２００５／００２００８４Ａ１
【特許文献９】特開２００６−５２８４２３
【特許文献１０】ＵＳ７０６０６２０Ｂ２
【非特許文献１】"Organometallic vapor phase epitaxial growth of GaN on a 3c-SiC/Si(111) template formed by C+-ion implantation into Si(111) subs", A. Yamamoto et al., Journal of Crystal Growth 261 (2004) 266-270,
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の製造方法においては、炭化シリコン層の結晶性の悪化を防止するために、注入する炭素イオンのドーズ量をストイキヨメトリーとなるようにしなければならなかった。つまり、従来の製造方法において、注入する炭素イオンのドーズ量がストイキヨメトリーとなるような量（６．５×１０１７〜８．０×１０１７／ｃｍ２）よりも少ない場合、炭化シリコン層の結晶性を悪化させてしまっていた。このように、従来のＳｉＣウエハの製造方法においては、ＳｉＣウエハの結晶性を悪化させることなく、炭素イオンのドーズ量をストイキヨメトリーとなるような量よりも低減させることはできなかった。このため、使用する炭素イオン量を低減することができないので、製造コストを低減することができず、また、ドーズ時間を短縮することができないため製造時間を短縮することができなかった。このように、従来の製造方法においては、形成される炭化シリコン層の結晶性を悪化させることなく、炭素イオンのドーズ量を低減してＳｉＣウエハの生産性を向上させることができなかった。
【０００５】
本願発明の目的は、形成される炭化シリコン層の結晶性を悪化させることなく、従来に比べて生産性を向上させることができる炭化シリコンの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る炭化シリコンの製造方法は、シリコン基板の表面にシリコン酸化層を形成する工程、前記シリコン基板内にシリコン酸化層を通して炭素イオンを注入して前記シリコン基板内に炭素含有層を形成する工程、前記シリコン基板から前記シリコン酸化層を選択的に除去して前記炭素含有層を露出させる工程、及び前記シリコン基板を熱処理して結晶炭化シリコン層を形成する工程を備え、前記炭素イオンの注入直後における前記シリコン酸化層直下の炭素含有層が単結晶の炭化シリコン層であり、前記炭素イオンの注入の際に、前記シリコン基板中の炭素濃度の最大値が２０％以上４９％以下であることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る炭化シリコンの製造方法は、前記形成されるシリコン酸化層の厚さが２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記炭素イオンの注入を、加速エネルギーが１００ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下、及びドーズ量が２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下の注入条件において行うことを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明に係る炭化シリコンの製造方法は、前記炭素イオンの注入を、前記シリコン基板を４００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した状態で行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る炭化シリコンの製造方法は、前記シリコン基板がチョクラルスキー法及びフロートゾーン法のいずれか一方により製造されたシリコン基板であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シリコン基板の表面にシリコン酸化層を形成し、この形成したシリコン酸化層を通して、シリコン基板内に炭素イオンを注入してシリコン基板内に炭素含有層を形成し、シリコン基板からシリコン酸化層を選択的に除去して炭素含有層を露出させ、次いで、シリコン基板を熱処理して結晶炭化シリコン層を形成するので、注入する炭素イオンのドーズ量をストイキヨメトリーとなるような量より低減しても形成される炭化シリコン層の結晶性を維持することができる。また、本発明によれば、炭素イオンの注入直後におけるシリコン酸化層直下の炭素含有層が単結晶の炭化シリコン層であるため、引き続きサンプル上に形成されたシリコン酸化層は、希釈フッ酸で除去され、高温アニールの際に単結晶の炭化シリコン層が直接晒される。このことにより、高温アニール中に単結晶中の欠陥が表面に容易に抜けやすくなるため、炭素イオンのドーズ量を低減した状態においても炭化シリコン層の結晶性を維持することできる。このように、本発明によれば、形成される炭化シリコン層の結晶性を維持しつつ、従来に比べて注入する炭素イオンのドーズ量を低減することができるため、従来に比べて製造コストを低減することができ、また、ドーズ時間を短縮することができるため製造時間を短縮することができる。従って、本発明によれば、炭化シリコン層の結晶性を悪化させることなく、ＳｉＣウエハの生産性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、炭素イオンの注入の際に、シリコン基板中の炭素濃度の最大値が２０％以上４９％以下であるので、上記効果を確実に奏することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、形成されるシリコン酸化層の厚さが２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、炭素イオンの注入を、加速エネルギーが１００ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下、及びドーズ量が２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下の注入条件において行うので、上記効果をより確実に奏することができる。
【００１３】
更に、本発明によれば、炭素イオンの注入を、シリコン基板を４００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した状態で行うので、上記効果をより確実に奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法における一連の工程を例示する工程図であり、図２は、図１に対応する流れ図である。
【００１６】
この製造方法は、
シリコン基板１の表面にシリコン酸化層２を形成するステップＳ１と、
シリコン基板１内にシリコン酸化層２を通して炭素イオンを注入することによりシリコンと炭素の混在した炭素含有層３を形成するステップＳ２と、
シリコン基板１からシリコン酸化層２を選択的に除去することにより炭素含有層３を露出させるステップＳ３と、
シリコン基板１を熱処理して炭素含有層３を単結晶化させることにより単結晶炭化シリコン層４を形成するステップＳ４と、
熱処理の過程で単結晶炭化シリコン層４の表面に形成された酸化層５を除去することにより単結晶炭化シリコン層４を露出させるステップＳ５と、を順次実施することによりＳｉＣウエハ１０を製造するものである。
【００１７】
ステップＳ１では、シリコン基板１の表層部にシリコン酸化物（ＳｉＯ２）から成るシリコン酸化層２を形成する。シリコン酸化層２は、例えばシリコン基板１を約１０００℃でドライ酸化あるいはウェット酸化することにより形成される。あるいは、シリコン酸化層２は、シリコン基板１上に化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いて形成されるか、または、ドライ酸化・ウェット酸化とＣＶＤを組み合わせて形成される。ステップＳ１においては、シリコン酸化層２に代えて、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＮ）あるいはシリコン酸化物との組み合わせからなる緩衝層を形成してもよい。また、シリコン基板１から選択的に除去可能であって、かつシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物と同等の耐熱性を有する他の固体材料で緩衝層を形成することも可能である。シリコン酸化層２及び緩衝層の厚さは、２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲の値から選定されるのが好ましい。尚、シリコン基板１は、例えば、チョクラルスキー法又はフロートゾーン法により製造されたシリコン単結晶インゴットから形成される。
【００１８】
ステップＳ２においては、シリコン基板１内の炭素濃度の最大値が２０％以上４９％以下となるように炭素イオンの注入条件を調整して炭素イオンの注入を行う。また、炭素イオン注入直後におけるシリコン酸化層２の直下の炭素含有層３は単結晶の炭化シリコン層となる。
【００１９】
炭素含有層３内における炭素濃度の最大値を２０％以上とすることは、単結晶炭化シリコン層４の結晶性を維持するために、極めて重要である。炭素含有層３内における炭素濃度の最大値が２０％を下回ると、アニール後には、単結晶炭化シリコン層４内に微小炭素粒からなる欠陥が出現し、単結晶炭化シリコン層４の結晶性を劣化させる。一方、炭素含有層３内における炭素濃度の最大値を２０％以上とすれば、上述の炭素粒の出現を抑制することが可能である。
【００２０】
炭素イオンの注入は、炭素イオンの加速エネルギー（注入エネルギー）が１００ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下、及び炭素イオンのドーズ量（注入量）が２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下の注入条件で行うのが好ましい。なお、炭素イオンの注入条件の調整は、シリコン酸化層２の厚さに応じて、炭素イオンの加速エネルギーならびに炭素イオンのドーズ量を調整することによりなされる。
【００２１】
炭素イオンの注入は、シリコン基板を４００℃以上の温度に加熱した状態で行うことが望ましい。基板の加熱温度が４００℃を下回ると、注入後に、炭素含有層３を構成する単結晶炭化シリコン粒の配向性が乱れるため、アニール後には、単結晶炭化シリコン層４の結晶性が乱れ、はなはだしい場合には、ポリ層あるいはアモルファス層となってしまうこともある。
【００２２】
より好ましくは、単結晶炭化シリコン層４の結晶性をさらに高めるため、シリコン基板を５００℃以上の温度に加熱した状態で炭素イオンの注入を行うことが望ましい。
【００２３】
炭素イオンの注入は、シリコン基板を１０００℃以下の温度に加熱した状態で行うことが望ましい。基板の加熱温度が１０００℃を上回ると、注入後に、炭素含有層３を構成する単結晶炭化シリコン粒がデンドライド状に融合し、アニール後には、単結晶炭化シリコン層４の緻密性、均一性が損なわれる。
【００２４】
より好ましくは、単結晶炭化シリコン層４の緻密性、均一性をさらに高めるため、シリコン基板を８００℃以下の温度に加熱した状態で炭素イオンの注入を行うことが望ましい。
【００２５】
なお、上記イオン注入条件の調整は、シリコン酸化層２の厚さに応じて、炭素イオンの注入エネルギー、並びに炭素イオンのドーズ量を調整することによりなされる。
【００２６】
ステップＳ３では、シリコン酸化層２を液相エッチングすることにより、シリコン酸化層２だけを選択的に除去する。シリコン酸化層２の除去においては、例えば、希フッ酸、あるいはフッ化アンモニウムなどが液相エッチャントとして利用可能である。また、シリコン酸化層２に代えて窒化物から成る緩衝層を用いる場合には、熱燐酸などが液相エッチャントとして利用可能である。
【００２７】
ステップＳ４では、１１００℃以上シリコン融点未満の温度の０．５体積％程度の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中でシリコン基板１を熱処理する。この熱処理の所要時間は１０時間程度である。また、ステップＳ４における熱処理は、シリコン融点未満の温度範囲において、１２００℃以上、更には１３００℃以上で熱処理を行うことが望ましい。炭素含有層３が単結晶化する過程で、炭素含有層３中の酸化物が表面に移動するため、最終的に形成される単結晶炭化シリコン層４中の酸素含有量は極々微量である。
【００２８】
ステップＳ５では、酸化層５を希フッ酸でエッチングし除去することにより、単結晶炭化シリコン層４を露出させる。酸化層５を除去することにより、炭素含有層３から表面に運び出された酸化物が酸化層５に取り込まれた状態で完全に取り去られる。
【００２９】
ステップＳ３、Ｓ５において、液層エッチングの代わりに気相エッチングを行うこともできる。
【００３０】
上記のように、本発明の第１の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法においては、注入する炭素イオンのドーズ量を２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下にすることができ、従来のストイキヨメトリーとするためのドーズ量（６．５×１０１７〜８．０×１０１７／ｃｍ２）よりも炭素イオンのドーズ量を大幅に低減することができる。
【００３１】
なお、ステップＳ４の熱処理は、非酸化性雰囲気中で行ってもよい。この場合、ステップＳ５は省略可能であり、アニール直後に、単結晶炭化シリコン層４が表面に露出する。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法における一連の工程を例示する工程図であり、図４は、図３に対応する流れ図である。
【００３３】
この製造方法は、
シリコン基板１の表面にシリコン酸化層２を形成するステップＳ１−２と、
シリコン基板１内にシリコン酸化層２を通して炭素イオンを注入することによりシリコンと炭素の混在した炭素含有層３を形成するステップＳ２−２と、
シリコン基板１を熱処理して炭素含有層３を単結晶化させることにより単結晶炭化シリコン層４を形成するステップＳ３−２と、
シリコン基板１からシリコン酸化層２を選択的に除去することにより単結晶炭化シリコン層４を露出させるステップＳ４−２と、を順次実施することによりＳｉＣウエハ１０を製造するものである。
【００３４】
上記ステップＳ１−２〜Ｓ４−２のうち、Ｓ１−２及びＳ２−２は、第１の実施の形態におけるステップＳ１及びＳ２と同じである。
【００３５】
ステップＳ３−２では、１１００℃以上シリコン融点未満の温度の０．５体積％程度の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中でシリコン基板１を熱処理する。この熱処理の所要時間は１０時間程度である。熱処理は、シリコン融点未満の温度範囲において、１２００℃以上、更には１３００℃以上の温度で行ってもよい。炭素含有層３が単結晶化する過程で、炭素含有層３中の酸素がシリコン酸化層２内に移動するため、最終的に形成される単結晶炭化シリコン層４中の酸素含有量は極々微量である。
【００３６】
ステップＳ４−２では、シリコン酸化層２を希フッ酸でエッチングし除去することにより、単結晶炭化シリコン層４を露出させる。シリコン酸化層２を除去することにより、炭素含有層３から運び出された酸素がシリコン酸化層２に取り込まれた状態で完全に取り去られる。ステップＳ４−２において、液層エッチングの代わりに気相エッチングを行うこともできる。
【００３７】
上記のように、本発明の第２の実施の形態に係る製造方法によれば、上記第１の実施の形態に係る製造方法と同様に、炭素イオンのドーズ量を従来に比べて大幅に低減することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
直径１５０ｍｍの（１１１)ｎ型フロートゾーンシリコンウエハを複数枚用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に４００ｎｍの表面酸化膜からなるシリコン酸化層を形成した。このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、及びドーズ量２．０×１０１７／ｃｍ２、２．５×１０１７／ｃｍ２、５．０×１０１７／ｃｍ２、６．０×１０１７／ｃｍ２、又は７．５×１０１７／ｃｍ２でそれぞれ炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。炭素イオンの注入後、一部のサンプルの表面付近の断面構造を断面透過電子顕微鏡（断面ＴＥＭ）で評価した。断面ＴＥＭの結果、シリコン酸化層の中に炭素含有層の上部に形成される非晶質シリコン領域が全て含まれていることが確認された。残りのサンプルについては、炭素イオン注入後、各サンプル上に形成されたシリコン酸化層を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、各サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、各サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。ドーズ量２．０×１０１７／ｃｍ２のサンプルは多量の結晶欠陥により単結晶炭化シリコン層がＳｅｃｃｏエッチングの際に消失したが、ドーズ量２．５×１０１７／ｃｍ２以上のサンプルは単結晶炭化シリコン層の消失はなく、結晶欠陥が確認されなかった。
【００４０】
（比較例１）
直径１５０ｍｍの（１１１）ｎ型フロートゾーンシリコンウエハを複数枚用意し、これらのウエハに、シリコン酸化層を形成することなく、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、及びドーズ量５．０×１０１７／ｃｍ２、６．０×１０１７／ｃｍ２、又は７．５×１０１７／ｃｍ２でそれぞれ炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、各サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールした。引き続き１１００℃のドライ酸化雰囲気中で表面酸化膜、シリコン層、遷移層を酸化し、この酸化によってサンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、各サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。ドーズ量６．０×１０１７／ｃｍ２以下のサンプルでは多量の結晶欠陥により単結晶炭化シリコン層がＳｅｃｃｏエッチングの際に消失し、正常な単結晶炭化シリコン膜が形成されていないことが確認された。
【００４１】
（実施例２）
直径１５０ｍｍの（１１１)ｎ型チョクラルスキーシリコンウエハを用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に４００ｎｍの表面酸化膜からなるシリコン酸化層を形成した。このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、ドーズ量５．０×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、サンプル上に形成されたシリコン酸化層を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。単結晶炭化シリコン層の消失はなく、サンプルには結晶欠陥が確認されなかった。
【００４２】
（比較例２）
直径１５０ｍｍの(１１１)ｎ型フロートゾーンシリコンウエハおよびｎ型チョクラルスキーシリコンウエハを用意し、これらのウエハに、シリコン酸化層を形成することなく、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１８０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、各サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールした。引き続き１１００℃のドライ酸化雰囲気中で表面酸化膜、シリコン層、遷移層を酸化し、この酸化によってサンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、各サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。フロートゾーンシリコンウエハで作られたサンプルには単結晶炭化シリコン層の消失がなく、結晶欠陥が確認されなかったが、チョクラルスキーシリコンウエハで作られたサンプルには約１０個／ｃｍ２の結晶欠陥が確認された。
【００４３】
（実施例３）
直径１５０ｍｍの（１１１)ｎ型フロートゾーンシリコンウエハを複数枚用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍの表面酸化膜からなるシリコン酸化層を形成した。このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー１００ｋｅＶ、及びドーズ量４．５×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、サンプル上に形成されたシリコン酸化層を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。表面酸化膜１５０ｎｍのサンプルは多量の結晶欠陥により単結晶炭化シリコン層がＳｅｃｃｏエッチングの際に消失したが、表面酸化膜２００ｎｍ以上のサンプルは単結晶炭化シリコン層の消失はなく、結晶欠陥が確認されなかった。
【００４４】
（実施例４）
直径１５０ｍｍの（１１１）ｎ型フロートゾーンシリコンウエハを複数枚用意し、１１００℃のドライ酸化雰囲気中で熱処理して、ウエハ上に５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍの表面酸化膜からなるシリコン酸化層を形成した。このウエハに、ウエハ加熱温度５５０℃、加速エネルギー２００ｋｅＶ、及びドーズ量４．５×１０１７／ｃｍ２で炭素イオン（Ｃ＋）の注入を行い、シリコン基板内部に炭素含有層を形成した。引き続き、サンプル上に形成されたシリコン酸化層を、希釈フッ酸で除去した。引き続き、サンプルを縦型高温熱処理炉によって１３５０℃、Ａｒ＋０．５体積％Ｏ２雰囲気中で１０時間高温アニールし、その後、サンプル表面に形成された表面酸化膜を希釈フッ酸で除去した。その後、サンプルの結晶品質をＳｅｃｃｏエッチング法により評価した。表面酸化膜６５０ｎｍのサンプルは多量の結晶欠陥により単結晶炭化シリコン層がＳｅｃｃｏエッチングの際に消失したが、表面酸化膜６００ｎｍ以下のサンプルは単結晶炭化シリコン層の消失はなく、結晶欠陥が確認されなかった。
【００４５】
上述のように、本発明によれば、炭素イオンのドーズ量をストイキヨメトリーとなるような量（６．５×１０１７〜８．０×１０１７／ｃｍ２）より少ない量（２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下）としても、形成される炭化シリコン層の結晶性を維持することができる。従って、本発明によれば、形成される炭化シリコン層の結晶性を維持しつつ、従来に比べて注入する炭素イオンのドーズ量を低減することができる。このため、従来に比べて製造コストを低減することができ、また、ドーズ時間を短縮することができるため製造時間を短縮することができる。従って、本発明によれば、炭化シリコン層の結晶性を悪化させることなく、ＳｉＣウエハの生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法における一連の工程を例示する工程図である。
【図２】図１に対応する流れ図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る炭化シリコン層の製造方法における一連の工程を例示する工程図である。
【図４】図３に対応する流れ図である。
【図５】従来の製造方法における一連の工程を例示する流れ図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ シリコン基板
２ シリコン酸化層
３ 炭素含有層
４ 単結晶炭化シリコン層
５ 酸化層
１０ ＳｉＣウエハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の表面にシリコン酸化層を形成する工程、前記シリコン基板内にシリコン酸化層を通して炭素イオンを注入して前記シリコン基板内に炭素含有層を形成する工程、前記シリコン基板から前記シリコン酸化層を選択的に除去して前記炭素含有層を露出させる工程、及び前記シリコン基板を熱処理して結晶炭化シリコン層を形成する工程を備え、
前記炭素イオンの注入直後における前記シリコン酸化層直下の炭素含有層が単結晶の炭化シリコン層であり、
前記炭素イオンの注入の際に、前記シリコン基板中の炭素濃度の最大値が２０％以上４９％以下であることを特徴とする、炭化シリコンの製造方法。
【請求項２】
前記形成されるシリコン酸化層の厚さが２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記炭素イオンの注入を、加速エネルギーが１００ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下、及びドーズ量が２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下の注入条件において行うことを特徴とする、請求項１に記載の炭化シリコンの製造方法。
【請求項３】
前記炭素イオンの注入を、前記シリコン基板を４００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した状態で行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の炭化シリコンの製造方法。
【請求項４】
前記シリコン基板がチョクラルスキー法及びフロートゾーン法のいずれか一方により製造されたシリコン基板であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化シリコンの製造方法。
【請求項１】
シリコン基板の表面にシリコン酸化層を形成する工程、前記シリコン基板内にシリコン酸化層を通して炭素イオンを注入して前記シリコン基板内に炭素含有層を形成する工程、前記シリコン基板から前記シリコン酸化層を選択的に除去して前記炭素含有層を露出させる工程、及び前記シリコン基板を熱処理して結晶炭化シリコン層を形成する工程を備え、
前記炭素イオンの注入直後における前記シリコン酸化層直下の炭素含有層が単結晶の炭化シリコン層であり、
前記炭素イオンの注入の際に、前記シリコン基板中の炭素濃度の最大値が２０％以上４９％以下であることを特徴とする、炭化シリコンの製造方法。
【請求項２】
前記形成されるシリコン酸化層の厚さが２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、前記炭素イオンの注入を、加速エネルギーが１００ｋｅＶ以上２００ｋｅＶ以下、及びドーズ量が２．５×１０１７／ｃｍ２以上６×１０１７／ｃｍ２以下の注入条件において行うことを特徴とする、請求項１に記載の炭化シリコンの製造方法。
【請求項３】
前記炭素イオンの注入を、前記シリコン基板を４００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した状態で行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の炭化シリコンの製造方法。
【請求項４】
前記シリコン基板がチョクラルスキー法及びフロートゾーン法のいずれか一方により製造されたシリコン基板であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化シリコンの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−６２２１９（Ｐ２０１０−６２２１９Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２３９１１（Ｐ２００８−２２３９１１）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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