半导体装置的制造方法以及制造装置制造方法

半导体装置的制造方法以及制造装置制造方法
【专利摘要】本发明的实施方式提供特性良好的半导体装置的制造方法以及制造装置。实施方式涉及的半导体装置的制造方法具备：对碳化硅基板注入杂质的工序；对所述碳化硅基板的一个面涂敷有机溶液的工序；通过在非氧化性气氛中对所述有机溶液进行加热，在所述碳化硅基板的所述一个面上以及另一个面上形成碳层的工序；和使所述杂质活化的工序。
【专利说明】半导体装置的制造方法以及制造装置

【技术领域】
[0001] 本申请以日本专利申请2013 - 97498号（申请日：2013年5月7日）作为基础申 请来要求优先权。本申请通过参照该基础申请而包括基础申请的全部内容。
[0002] 本发明的实施方式涉及半导体装置的制造方法以及制造装置。

【背景技术】
[0003] 在使用SiC (碳化硅、碳化物）基板形成半导体装置时，为了调整基板各部的导电 型，需要对基板离子注入杂质，并实施用于使该杂质活化的活化退火。该活化退火的温度通 常需要为1600?2000°C左右，由于SiC的升华温度为2200°C，所以加热到升华温度附近。 因此，在活化退火中娃（Si)原子从SiC基板的表面脱离，SiC基板的表面形态（morphology) 劣化，使得半导体装置的特性产生问题。


【发明内容】

[0004] 实施方式的目的在于，提供一种特性良好的半导体装置的制造方法以及制造装 置。
[0005] 实施方式涉及的半导体装置的制造方法具备：对碳化硅基板注入杂质的工序；对 所述碳化硅基板的一个面涂敷有机溶液的工序；通过在非氧化性气氛中对所述有机溶液进 行加热，在所述碳化硅基板的所述一个面上以及另一个面上形成碳层的工序；以及使所述 杂质活化的工序。
[0006] 实施方式涉及的半导体装置的制造装置具备：腔室，被装入注入有杂质并在一个 面涂覆了有机溶液的碳化硅基板，且内部成为非氧化性气氛；和加热器，被设在所述腔室 内，通过对所述有机溶液进行加热，来在所述碳化硅基板的所述一个面上以及另一个面上 形成碳层。

【专利附图】

【附图说明】
[0007] 图1是例示第一实施方式涉及的半导体装置的制造系统的框图。
[0008] 图2是例示第一实施方式涉及的碳层形成装置的剖视图。
[0009] 图3是例示第一实施方式涉及的半导体装置的制造方法的流程图。
[0010] 图4 (a)?（d)是例示第一实施方式涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0011] 图5 (a)?（d)是例示第二实施方式涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0012] 图6是例示第三实施方式涉及的碳层形成装置的剖视图。
[0013] 图7是例示第四实施方式涉及的半导体装置的制造方法的流程图。
[0014] 图8是例示第五实施方式涉及的碳层形成装置的剖视图。

【具体实施方式】
[0015] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0016] 首先，对第一实施方式进行说明。
[0017] 图1是例示本实施方式涉及的半导体装置的制造系统的框图。
[0018] 如图1所示，在本实施方式涉及的半导体装置的制造系统100中，设有杂质注入装 置101、有机溶液涂敷装置102、碳层形成装置1、杂质活化装置103、碳层去除装置104。SiC 基板20是由碳化硅（SiC)构成的半导体基板，例如是单晶体的SiC晶圆。
[0019] 杂质注入装置101是对SiC基板20的规定区域离子注入杂质的装置。杂质是用 于调整SiC基板20的导电型的掺杂剂，例如是硼（B)、氮（N)、铝（A1)或者磷（P)等。
[0020] 有机溶液涂敷装置102是对SiC基板20的表面涂敷有机溶液的装置，例如是旋涂 机。
[0021] 碳层形成装置1是通过在非氧化气氛中、例如在非活性气体气氛中对SiC基板20 进行加热，来使涂敷到SiC基板20的表面的有机溶液气化，在SiC基板的表面形成碳层的 装置。碳层形成装置1的构成以及动作将后述。
[0022] 杂质活化装置103是通过将SiC基板20加热到例如1600?2000°C的温度，来使 由杂质注入装置101注入到SiC基板20的杂质活化的装置。
[0023] 碳层去除装置104是通过在氧气氛中将SiC基板20加热到例如400?1000°C的 温度，来去除碳层的装置。
[0024] 接下来，对本实施方式涉及的碳层形成装置1进行说明。
[0025] 图2是例示本实施方式涉及的碳层形成装置的剖视图。
[0026] 如图2所示，在碳层形成装置1中，设有由耐热性的材料构成的腔室（Chamber) 10。 腔室10的下端开口。
[0027] 在腔室10的下方设有圆板状的升降板11。升降板11与晶舟升降机（boat elevator)(未图示)连结，能够进行上下方向的移动。升降板11在位于其移动区域的上端 时将腔室10密封，在位于移动区域的下端时将腔室10开放，能够在升降板11上装卸SiC 基板20。如后述那样，向腔室10装入例如被注入杂质且其一个面被涂覆了有机溶液的SiC 基板20。
[0028] 在升降板11上设有晶舟（boat)13。在晶舟13中，例如在圆板状的底板与顶板之 间相互平行地设有3根或者4根支柱。在各支柱的侧面形成有切槽(未图示)，通过将SiC基 板20的端部挂到该切槽中，可以保持SiC基板20。在晶舟13的下部插有多枚挡热板12， 并由晶舟13保持。挡热板12用于对腔室10的内部与外部遮挡热。在晶舟13的上部插有 多枚SiC基板20,并由晶舟13保持。晶舟13能够将多枚SiC基板20相互分离且相互平行 地保持。晶舟13将SiC基板20保持成其表面水平。
[0029] 另外，腔室10中安装有用于向腔室10内导入非活性气体的供气管14、和用于将腔 室10内的气体排出的排气管15。由此，能够使腔室10的内部成为非氧化性气氛，具体成为 非活性气体气氛。并且，抽真空线路16的一端连结于腔室10,抽真空线路16的另一端与泵 17连结。通过泵17以及抽真空线路16,可将腔室10内排气成为真空。
[0030] 并且，在腔室10的构成上部以及中央部的壁材的内部设有加热器18。加热器18 将装到腔室10内的SiC基板20加热到例如200?1000°C的温度。
[0031] 接下来，对如上述那样构成的半导体装置的制造系统的动作、即本实施方式涉及 的半导体装置的制造方法进行说明。
[0032] 图3是例示本实施方式涉及的半导体装置的制造方法的流程图。
[0033] 图4 (a)?（d)是例示本实施方式涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0034] 首先，如图3的步骤S1以及图4 (a)所示，准备由碳化硅（SiC)构成的SiC基板 20。接下来，利用杂质注入装置101对SiC基板20的规定区域离子注入杂质21。如上所 述，杂质21例如是硼（B)、氮（N)、铝（A1)或者磷（P)等。
[0035] 接下来，如图3的步骤S2以及图4 (b)所示，利用有机溶液涂敷装置102对SiC 基板20的表面20a涂覆有机溶液，在表面20a上形成有机溶液层22。有机溶液例如是将 具有碳骨架的溶质溶入到有机溶剂的溶液，例如是光致抗蚀剂，具有碳骨架的溶质例如是 线型酚醛清漆（novolak)系树脂。另外，涂敷的方法例如是旋涂法。此外，此时也可以不对 SiC基板20的背面20b涂敷有机溶液，不形成有机溶液层22。
[0036] 接下来，如图2、图3的步骤S3以及图4 (c)所示，在将碳层形成装置1的升降板 11降低的状态下，向晶舟13安装在表面20a上形成有有机溶液层22的多枚SiC基板20。 此时，使多枚SiC基板20排列成隔着一定的间隙相互平行、且相互的朝向相同。由此，在各 SiC基板20中，未形成有机溶液层22的背面20b与在相邻的SiC基板20的表面20a上形 成的有机溶液层22对置。其中，在图2中省略了有机溶液层22的图示。另外，也可以按照 与排列在最外端的SiC基板20的背面20b对置的方式，来配置在表面形成有有机溶液层22 的基板24。
[0037] 然后，使升降板11上升。由此，升降板11抵接到腔室10的下端，SiC基板20被 装到腔室10内并且腔室10内成为气密状态。
[0038] 接下来，使泵17工作，在经由抽真空线路16将腔室10内抽成真空之后，使泵17 停止。接下来，利用供气管14向腔室10内供给非活性气体，同时利用排气管15将腔室10 内的气体排出。由此，将腔室10内的气体置换成非活性气体。结果，腔室10内成为非活性 气体气氛。此外，腔室10内的气氛并不限定于非活性气体气氛，只要是非氧化性气氛即可。
[0039] 接下来，使加热器18工作，经由腔室10内的气氛气体对SiC基板20进行加热。 加热温度例如为200?1000°C。由此，从SiC基板20的形成在表面20a上的有机溶液层 22使有机溶剂气化，并且溶质的一部分也气化，气化后的溶质附着到隔着间隙对置的相邻 的SiC基板20的背面20b。然后，附着于SiC基板20的溶质、即有机物通过加热而发生脱 水缩合反应，由此形成致密的碳层23。此时的温度例如为200?500°C。这里，"致密"是 指实际上不形成开口部、在SiC基板20与气氛之间作为连续层存在的状态。作为致密的碳 层23的一个例子，可举出整体石墨化而成为连续的sp2混合轨道的六角板状结晶的层，但 并不限定于此，也可以是一部分石墨化而其他部分成为其他形态的层，还可以是整体成为 金刚石等石墨以外的形态的层。
[0040] 结果，如图4 (d)所示，在SiC基板20的整个表面上形成碳层23。即，碳层23形 成在SiC基板20的表面20a上、背面20b上以及端面上。此外，气化后的溶质中未形成碳 层23的部分以及气化后的有机溶剂经由排气管15被排出到腔室10的外部。然后，降低加 热器18的输出，在将SiC基板20以及碳层23冷却到取出温度之后，使升降板11下降来将 腔室10开放，从腔室10内取出SiC基板20。
[0041] 接下来，如图3的步骤S4所示，将SiC基板20装入到杂质活化装置103,例如在非 活性气体气氛中加热到1600?2000°C的温度。由此，导入到SiC基板20内的杂质21活 化。此时，由于SiC基板20的表面被碳层23覆盖，所以可抑制构成SiC基板20的硅原子 因加热而脱离的情况。
[0042] 接下来，如图3的步骤S5所示，将SiC基板20装入到碳层去除装置104,在氧气氛 中加热到例如400?1000°C的温度。由此，碳层23被氧化而去除。随后，可通过实施通常 的工序来制造半导体装置。
[0043] 接下来，对本实施方式的效果进行说明。
[0044] 在本实施方式中，在对SiC基板20进行加热而使杂质活化之前，通过碳层23覆盖 了 SiC基板20的表面整体。因此，在图3的步骤S4所示的活化退火之际，可抑制硅原子从 SiC基板20的表面脱离，能够防止SiC基板20的表面形态劣化、防止制造后的半导体装置 的特性例如正向特性以及反向特性降低。
[0045] 另外，在本实施方式中，由于通过涂敷法在SiC基板20的表面20a上形成了有机 溶液层22,所以可通过简便、低成本且安全的方法形成有机溶液层22。并且，在本实施方式 中，将多枚SiC基板20配置成相互平行且分离，从在某个SiC基板20的表面20a上形成的 有机溶液层22使溶质气化，附着于相邻的SiC基板20的背面20b。因此，只要仅对SiC基 板20的表面20a涂敷有机溶液即可，生产率提高。
[0046] 与此相对，若仅通过涂敷法对SiC基板20的整个表面涂敷有机溶液，则由于无法 实现表面20a与背面20b的同时处理，所以至少需要两次涂敷工序，生产率降低。另外，如 果通过涂敷法以外的方法，例如通过CVD (chemical vapor deposition:化学气相生长)法 或者溅射法来形成碳层，则成本增加。在本实施方式中，由于能够通过一次涂敷以及加热而 在SiC基板20的整个表面形成碳层23,所以处理成本低。
[0047] 接下来，对第二实施方式进行说明。
[0048] 图5 (a)?（d)是例示本实施方式涉及的半导体装置的制造方法的剖视图。
[0049] 在本实施方式中，如图5 (a)所示，在图3的步骤S2所示的涂敷有机溶液的工序 之前、例如在步骤S1所示的注入杂质的工序之前，对SiC基板20的表面20a形成沟槽26。
[0050] 接下来，如图3的步骤S2以及图5 (b)所示，对背面20b而不对SiC基板20的表 面20a涂敷有机溶液，在背面20b上形成有机溶液层22。
[0051] 由此，如图5 (c)所示，在图3的步骤S3所示的形成碳层的工序中，从在各SiC基 板20的背面20b上形成的有机溶液层22使溶质气化，该气化后的溶质附着于该背面20b 侧的相邻配置的SiC基板20的表面20a。结果，如图5 (d)所示，在包含沟槽26的内面上 的SiC基板20的整个表面上形成碳层23。以后的工序与上述第一实施方式同样。
[0052] 接下来，对本实施方式的效果进行说明。
[0053] 在SiC基板20中，如果对形成有沟槽26的表面20a涂敷有机溶液，则在有机溶液 进入沟槽26内时会残留气泡，有可能导致覆盖率降低。
[0054] 鉴于此，在本实施方式中，不对形成有沟槽26的表面20a而对背面20b涂敷有机 溶液。由此，气化后的溶质飞来而附着到表面20a上，通过脱水缩合反应形成碳层23。结 果，能够在沟槽26的内面上也可靠且均匀地形成碳层23。
[0055] 本实施方式中的上述以外的装置、制造方法以及效果与上述第一实施方式同样。
[0056] 接下来，对第三实施方式进行说明。
[0057] 图6是例示本实施方式涉及的碳层形成装置的剖视图。
[0058] 如图6所示，在本实施方式涉及的碳层形成装置3中，除了上述第一实施方式涉及 的碳层形成装置1 (参照图2)的构成之外，还设有溶质供给单元30。
[0059] 在溶质供给单元30中，设有保持液体状的有机溶液35的容器31、和对容器31内 保持的有机溶液35进行加热的加热器32。容器31内与腔室10内经由蒸气管33连通。而 且，通过加热器32对容器31内的有机溶液35进行加热，会产生有机溶液35的蒸气。有机 溶液35的蒸气中含有有机溶液35所含的气化后的溶剂以及气化后的溶质。而且，该蒸气 经由蒸气管33被供给到腔室10内。其中，溶质供给单元30被配置在腔室10的外部，与腔 室10大体上热隔离。
[0060] 根据本实施方式，在图4的步骤S3所示的碳层的形成工序中，由于针对SiC基板 20不仅从在相邻的SiC基板20的表面20a上形成的有机溶液层22,还从溶质供给单元30 供给气化的溶质，所以可防止因材料不足而导致碳层23的形成不充分的情况，能够通过碳 层23可靠地覆盖SiC基板20。另外，由于使有机溶液35的溶质不在腔室10内而在与腔室 10内大体上热隔离的溶质供给单元30中气化，所以不会导致有机溶液35被加热器18的热 过度加热而固化。
[0061] 本实施方式中的上述以外的构成、制造方法以及效果与上述第一实施方式同样。 此外，在溶质供给单元30中也可以取代加热器32而设置超声波产生装置。另外，本实施方 式也可与上述第二实施方式组合。
[0062] 接下来，对第四实施方式进行说明。
[0063] 图7是例示本实施方式涉及的半导体装置的制造方法的流程图。
[0064] 如图7所示，本实施方式与上述第一实施方式涉及的制造方法(参照图3)相比，不 同点在于：图3的步骤S2所示的有机溶液的涂敷工序以及步骤S3所示的碳层的形成工序 成为图7的步骤S6所示的一个工序。
[0065] 即，在本实施方式中，在如图7的步骤S1所示对SiC基板20注入杂质后，不涂敷 有机溶液而如步骤S6所示，将SiC基板20装入到图6所示的碳层形成装置3。而且，利用 溶质供给单元30将有机溶液35的气化后的溶质导入到腔室10内，通过利用加热器18进 行加热处理，在SiC基板20的整个表面上形成碳层23。以后的工序与上述第一实施方式同 样。
[0066] 根据本实施方式，由于通过利用溶质供给单元30向腔室10内供给有机溶液35的 蒸气，不需要在预先SiC基板20上预先形成有机溶液层22,所以可省略涂敷有机溶液的工 序。由此，能够使半导体装置的制造成本进一步降低。
[0067] 本实施方式中的上述以外的装置构成、制造方法以及效果与上述第三实施方式同 样。此外，本实施方式可与上述第二实施方式组合。
[0068] 接下来，对第五实施方式进行说明。
[0069] 图8是例示本实施方式涉及的碳层形成装置的剖视图。
[0070] 如图8所示，在本实施方式涉及的碳层形成装置5中，多枚SiC基板20被保持成 其表面垂直。另外，与上述第三实施方式涉及的碳层形成装置3 (参照图6)同样，设有溶质 供给单元30。
[0071] 本实施方式中的上述以外的装置构成、制造方法以及效果与上述第三实施方式同 样。此外，在本实施方式中，也可如上述第二实施方式那样在SiC基板20的表面20a形成 沟槽26,在背面20b上形成有机溶液层22。另外，也可以如上述第四实施方式那样对SiC 基板20的表面20a以及背面20b中任意一个都不涂敷有机溶液，仅利用由溶质供给单元30 供给的溶质来形成碳层23。
[0072] 根据以上说明的实施方式，能够实现特性良好的半导体装置的制造方法以及制造 装直。
[0073] 以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式只是例示，不对发明 的范围进行限定。这些新的实施方式可通过其他各种方式被实施，在不脱离发明主旨的范 围能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、主旨中，并且 属于权利要求所记载的发明以及其等价物的范围。另外，上述各实施方式可相互组合来实 施。
【权利要求】
1. 一种半导体装置的制造方法，具备： 对第一及第二碳化硅基板分别注入杂质的工序； 对所述第一碳化硅基板的一个面以及所述第二碳化硅基板的一个面涂敷有机溶液的 工序； 在非活性气体气氛中，在将所述第一及第二碳化硅基板排列成所述第一碳化硅基板的 所述一个面与所述第二碳化硅基板的另一个面对置的状态下对所述有机溶液进行加热，由 此使溶质的一部分从所述有机溶液气化，使气化后的所述溶质附着到所述第二碳化硅基板 的另一个面上，在所述第一及第二碳化硅基板的所述一个面上以及所述另一个面上形成碳 层的工序； 使所述杂质活化的工序；以及 去除所述碳层的工序。
2. -种半导体装置的制造方法，具备： 对碳化娃基板注入杂质的工序； 对所述碳化硅基板的一个面涂敷有机溶液的工序； 通过在非氧化性气氛中对所述有机溶液进行加热，在所述碳化硅基板的所述一个面上 以及另一个面上形成碳层的工序；以及 使所述杂质活化的工序。
3. 根据权利要求2所述的半导体装置的制造方法， 在形成所述碳层的工序中，使多枚所述碳化硅基板排列成某个所述碳化硅基板的所述 一个面与相邻的所述碳化硅基板的所述另一个面对置。
4. 根据权利要求2或3所述的半导体装置的制造方法， 在形成所述碳层的工序中，在离开所述碳化硅基板的位置对有机溶液进行加热，使所 述有机溶液的溶质气化，将气化后的所述溶质向所述碳化硅基板供给。
5. 根据权利要求2或3所述的半导体装置的制造方法， 还具备对所述另一个面形成沟槽的工序。
6. -种半导体装置的制造方法，具备： 对碳化娃基板注入杂质的工序； 通过将从有机溶液气化后的溶质向所述碳化硅基板供给来形成碳层的工序；以及 使所述杂质活化的工序。
7. -种半导体装置的制造装置，具备： 腔室，被装入碳化硅基板，且内部成为非氧化性气氛，该碳化硅基板是注入有杂质且一 个面被涂覆了有机溶液的碳化硅基板；和 加热器，被设在所述腔室内，通过对所述有机溶液进行加热，在所述碳化硅基板的所述 一个面上以及另一个面上形成碳层。
8. 根据权利要求7所述的半导体装置的制造装置， 还具备晶舟，该晶舟被设在所述腔室内，将多枚所述碳化硅基板保持成某个所述碳化 硅基板的所述一个面与相邻的所述碳化硅基板的所述另一个面对置。
9. 根据权利要求7或8所述的半导体装置的制造装置， 还具备在所述腔室的外部使有机溶液的溶质气化来向所述腔室内供给的溶质供给单 J Li 〇
10. -种半导体装置的制造装置，具备： 腔室，被装入注入有杂质的碳化硅基板，且内部成为非氧化性气氛；和 溶质供给单元，在所述腔室的外部使有机溶液的溶质气化来向所述腔室内供给。
【文档编号】H01L21/04GK104143501SQ201310737133
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年5月7日
【发明者】水上诚, 梁濑直子, 山下敦子 申请人:株式会社东芝