專利名稱:碳化硅制品、其制造方法以及碳化硅制品的洗凈方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及碳化硅制品,特別是,涉及使用于半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置制造用部件等的結(jié)構(gòu)物的碳化硅及其制造方法。
背景技術(shù):
通常,由于碳化硅具有優(yōu)異的耐熱性,因此被作為爐芯管、均熱管、傳送用托盤、晶片舟(ウエハボ一ト)等半導(dǎo)體裝置制造用部件使用。還已知碳化硅利用其半導(dǎo)體的性質(zhì),構(gòu)成半導(dǎo)體裝置本身。
將碳化硅使用于半導(dǎo)體裝置用部件時(shí),有必要防止通過該部件處理的半導(dǎo)體晶片等的污染。因此,構(gòu)成半導(dǎo)體裝置制造用部件的碳化硅應(yīng)定期用氫氟酸、純水等洗凈。這樣,為了以短時(shí)間、穩(wěn)定地進(jìn)行定期的洗凈,在特開平06-128036號(hào)公報(bào)(以下稱為參考文獻(xiàn)1)中用Rmax將半導(dǎo)體裝置制造用碳化硅部件的表面粗糙度制成3.2S或3.2S以下。另一方面,在特開平11-8216號(hào)公報(bào)(以下稱為參考文獻(xiàn)2)中提出了,將由碳化硅形成的半導(dǎo)體裝置制造用部件在高溫氧氣氛圍中進(jìn)行熱處理,在其表面形成氧化硅膜之后,通過氫氟酸溶解除去表面的氧化硅膜。另外,在參考文獻(xiàn)1或2中,分別公開了用稀氫氟酸(HF 7%)洗凈碳化硅、以及將表面氧化后,用稀HF(HF 5%)進(jìn)行洗凈。
另外,作為使用碳化硅構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的方法,在特開2003-86792號(hào)公報(bào)(以下,稱為參考文獻(xiàn)3)中,公開了形成場(chǎng)效應(yīng)型晶體管的方法。具體地說,參考文獻(xiàn)3指出,將場(chǎng)效應(yīng)型晶體管的柵極(ゲ一ト)絕緣膜形成在碳化硅區(qū)域上之后,在900~1000℃范圍內(nèi)的溫度下,且在含有水的氣體氛圍內(nèi),通過進(jìn)行規(guī)定時(shí)間的熱處理,可以改善電子遷移率。另外,在參考文獻(xiàn)3中還記載了,在柵極氧化膜等成長(zhǎng)前用稀HF進(jìn)行洗凈,或進(jìn)行組合NH4OH+H2O2和HCl+H2O2的RCA洗凈。
但是,參考文獻(xiàn)1~3僅公開了洗凈碳化硅,對(duì)于洗凈后的碳化硅的表面狀態(tài)沒有任何研究。換言之,這些參考文獻(xiàn)1~3對(duì)由通常的方法洗凈后,碳化硅表面殘存的雜質(zhì)的種類及該雜質(zhì)的濃度沒有任何公開。另外,為使用碳化硅形成半導(dǎo)體元件,降低污染或缺陷是不可缺少的,但對(duì)于碳化硅的污染量等的最合適值以及污染量的調(diào)整方法,參考文獻(xiàn)1~3中沒有任何揭示,因此,實(shí)現(xiàn)碳化硅的理論值那樣的特性還處于困難的狀況。
因此,本發(fā)明的目的在于提供適合半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置制造用部件的碳化硅。
本發(fā)明的另一目的是,提供為得到上述的碳化硅的洗凈方法。
本發(fā)明的再一目的是,提供使用雜質(zhì)濃度低的碳化硅的制品。
發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個(gè)方案,可以得到一種碳化硅制品,其特征在于,該制品具備具有1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下的金屬雜質(zhì)濃度的表面。
另外,按照本發(fā)明的其他方案,可以得到碳化硅制品的洗凈方法,其特征在于,將碳化硅浸漬于酸中,將表面金屬雜質(zhì)控制在1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下。
另外,按照本發(fā)明的另一方案,可以得到碳化硅制品的制造方法,其特征在于,該方法具有用酸將碳化硅洗凈,并將表面金屬雜質(zhì)控制在1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下的工序。
第1圖是示出采用以往的碳化硅洗凈方法的洗凈的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖;第2圖是示出采用本發(fā)明涉及的洗凈方法的碳化硅表面的Fe的除去效果的圖;第3圖是示出在本發(fā)明中使用的含有硫酸(97%)和過氧化氫(30%)的水溶液(SPM)的碳化硅上的Fe除去效果的圖;第4圖是示出采用在第3圖中使用的水溶液(SPM)的碳化硅上的Ni的除去效果的圖;第5圖是示出采用在第3圖和第4圖中使用的水溶液(SPM)的碳化硅上的Cu的除去效果的圖;第6圖是說明使用含有硫酸(97%)和過氧化氫(30%)的水溶液(SPM)洗凈碳化硅時(shí)本發(fā)明的效果的圖;第7圖是示出在具有碳化硅襯底的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的制作中使用本發(fā)明時(shí)的流程圖;第8圖是示出按照第7圖的流程制作金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)工序的斷面圖;第9圖是示出接續(xù)第8圖所示的工序進(jìn)行的工序的斷面圖;第10圖是示出第9圖所示的工序之后進(jìn)行的工序的斷面圖;第11圖是說明第10圖所示的工序之后進(jìn)行的工序的斷面圖;第12圖是說明第11圖所示的工序之后進(jìn)行的工序的斷面圖;第13圖是示出第12圖的后工序的斷面圖;第14圖是示出第13圖所示的工序之后進(jìn)行的工序的斷面圖;第15圖是示出說明使用本發(fā)明制作碳化硅偽晶片(ダミ一ウエハ)時(shí)的流程圖;第16圖是按照第15圖所示的流程制作碳化硅偽晶片的一個(gè)工序的圖;第17圖是說明第16圖所示的工序之后進(jìn)行的工序的圖;第18圖是示出接續(xù)第17圖所示的工序進(jìn)行的工序的圖;以及第19圖是示出碳化硅偽晶片的制作工序的最終工序的圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案首先對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。
按照本發(fā)明者們的發(fā)現(xiàn)判定,在使用碳化硅的半導(dǎo)體裝置中,大多不能得到碳化硅的理論值那樣的特性,另外,在使用半導(dǎo)體裝置制造用碳化硅部件制造的硅等半導(dǎo)體裝置中,大多也不能得到理論值那樣的特性,這些特性的偏差起因于碳化硅表面的金屬雜質(zhì)濃度。
特別是,場(chǎng)效應(yīng)型晶體管等碳化硅或硅半導(dǎo)體裝置受到碳化硅表面的雜質(zhì)濃度的惡劣影響,不能得到理論值那樣的特性。
基于這樣的發(fā)現(xiàn),本發(fā)明提供可以消除惡劣影響的碳化硅表面的雜質(zhì)濃度及可以實(shí)現(xiàn)該雜質(zhì)濃度洗凈方法。
如果具體地說明,通過本發(fā)明者們的實(shí)驗(yàn)判定,即使洗凈,主要是鐵(Fe)及鐵合金也會(huì)作為雜質(zhì)殘留在碳化硅表面,如果這些雜質(zhì)濃度為1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下,則可以得到具有極為接近理論值的特性的合適的半導(dǎo)體裝置。
這里,參照第1圖,示出了通過以往的洗凈方法洗凈碳化硅時(shí)洗凈前后的雜質(zhì)(Fe)濃度。這里,以(×1010原子/cm2)為基準(zhǔn),縱軸示出1.E+00;1.E+01;1.E+02及1.E+03的刻度,這些刻度相對(duì)于(×1010原子/cm2),分別表示1;1×101;1×102;1×103的濃度。另一方面,橫軸同時(shí)示出采用以往的洗凈方法的使用HCl+H2O2的2次洗凈結(jié)果以及使用氫氟酸(0.5%)的2次洗凈結(jié)果26和洗凈前的雜質(zhì)濃度25,進(jìn)行碳化硅(SiC)上的各洗凈時(shí)的鐵的除去率與洗凈內(nèi)容同時(shí)示于下述表1。如下述表1及第1圖所示,判定了在以往的洗凈方法中金屬雜質(zhì)(鐵或鐵化合物)的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本發(fā)明中發(fā)現(xiàn)的1×1011(原子/cm2)。
表1SiC上的鐵在各藥液中的除去率
另外,制造具有柵極氧化膜的半導(dǎo)體裝置時(shí),雖然在柵極氧化膜成長(zhǎng)前進(jìn)行了稀HF(0.5%)洗凈或組合NH4OH+H2O2和HCl+H2O2的RCA洗凈,但即使通過該RCA洗凈雜質(zhì)濃度也不能控制在上述的1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下。
本發(fā)明明確了在洗凈碳化硅時(shí),使用一定以上濃度的氫氟酸或鹽酸進(jìn)行洗凈,或使用含有硫酸或過氧化氫水的液體進(jìn)行洗凈,由此,可以將含有鐵的表面金屬雜質(zhì)除去至1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下。
下面,邊參照附圖,邊對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說明。
在下述表2中,將洗凈液和采用各種洗凈液洗凈碳化硅(SiC)時(shí)的鐵的除去率與洗凈條件同時(shí)示出。如表2所示,鐵的除去率用100-(洗凈后的雜質(zhì)(原子/cm2)/洗凈前的雜質(zhì)(原子/cm2))×100計(jì)算。由表2也可以明確,通過含有硫酸(97%)和過氧化氫水(37%)的洗凈液(SPM)洗凈碳化硅10分鐘后,進(jìn)行10分鐘沖洗時(shí)的鐵的除去率接近100%,用氫氟酸(50%)的洗凈液為98~99%,以及,用鹽酸(36%)的洗凈液為98%。
在第2圖中,示出對(duì)應(yīng)于表2的碳化硅表面的各洗凈液的Fe的除去效果,如第2圖所示可以判定,通過用上述的洗凈液洗凈,可以將碳化硅表面的Fe控制在1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下。如第2圖和表2所示,上述洗凈液中,含有硫酸(97%)和過氧化氫(30%)的水溶液在Fe的除去效果上特別優(yōu)異。
表2SiC上的鐵在各藥液中的除去率
表3、表4及表5示出了使用金屬雜質(zhì)偏析評(píng)價(jià)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。這里,測(cè)定將含有Fe、Ni、Cu的溶液裝載在彎曲了的碳化硅(SiC)的晶片上進(jìn)行偏析之后的雜質(zhì)分布、和通過本發(fā)明涉及的洗凈方法將偏析了雜質(zhì)的晶片洗凈后的雜質(zhì)分布。在該例中顯示出,使用含有硫酸(97%)和過氧化氫水(30%)、且pH為4或4以下的水溶液(SPM)洗凈,洗凈處理后的碳化硅表面的Fe、Ni、以及Cu除去效果與彎曲的晶片中心的距離相關(guān)。另外,表6示出在各種成分的碳化硅表面的中心的洗凈前后的原子數(shù)的變化。由這些表可以明確地判定,在用SMP洗凈的碳化硅表面上,即使在偏析量最多的彎曲中心,F(xiàn)e、Ni、以及Cu分別僅殘留0.3、0.2以及0.16(原子/cm2)。
表3
表4
表5
表6
另外,第3圖、第4圖、以及第5圖分別對(duì)應(yīng)表3、4以及5,并示出碳化硅表面的Fe、Ni、以及Cu的濃度(原子/cm2)。第3圖~第5圖示出通過含有硫酸(97%)和過氧化氫水(30%)的水溶液(SPM)洗凈后的Fe、Ni、Cu的除去效果,橫軸取距碳化硅中心的距離。
如第3圖~第5圖所示,在上述的SPM中浸漬1分鐘的碳化硅中,偏析后,與表示洗凈前的Fe、Ni、以及Cu的曲線31、34、37比較,如表示洗凈后的Fe、Ni、以及Cu的曲線32、35、38所示,即使在偏析量多的彎曲中心部,F(xiàn)e、Ni、以及Cu在洗凈后降低至與其他區(qū)域同等的程度,可知,本發(fā)明涉及的洗凈方法效果大。
接著參照第6圖,示出通過含有硫酸(97%)和過氧化氫水(30)的水溶液洗凈碳化硅時(shí),碳化硅表面中心的雜質(zhì)Fe、Ni、以及Cu的變化。可以判定,參照編號(hào)21所示的洗凈前的1×1012(原子/cm2)或1×1012(原子/cm2)以上的Fe、Ni、以及Cu在上述洗凈后,如參照編號(hào)22所示,任何一個(gè)均為1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下。
下面,對(duì)將上述的洗凈方法使用于半導(dǎo)體裝置的制造的例子進(jìn)行說明。
(實(shí)施例1)首先,本發(fā)明的第1實(shí)施例涉及的方法可以適用于具有柵極、源(ソ一ス)、和漏(ドレイン)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(以下簡(jiǎn)稱為MOSFET)的制造。此時(shí),準(zhǔn)備單晶碳化硅(SiC)晶片,但該SiC晶片要求與Si同樣的高純凈度。
第7圖示出使用碳化硅襯底的MOSFET的制作流程,第8圖至第14圖是依次示出使用碳化硅襯底的MOSFET制作工序的斷面圖。
首先,參照第7圖和第8圖,準(zhǔn)備P型的4H-SiC(0001)襯底1作為碳化硅,在該碳化硅襯底1表面成長(zhǎng)P型的外延層之前,進(jìn)行本發(fā)明涉及的洗凈(第7圖,步驟SA1)。此時(shí),洗凈方法是,將硫酸(97%)和過氧化氫水(30%)以體積比4∶1的比例混合,將碳化硅襯底1浸漬在該藥液中10分鐘。浸漬后,用純水進(jìn)行10分鐘沖洗,通過氮?dú)獯碉L(fēng)進(jìn)行干燥。
如第9圖所示,洗凈后,成長(zhǎng)P型的外延層2(第7圖,步驟SA2)。
外延層成長(zhǎng)后,在進(jìn)行光蝕刻(フオトリソグラフ)工序之前,采用將硫酸(97%)和過氧化氫水(30%)以體積比4∶1的比例混合的水溶液,將具有P型外延層2的碳化硅襯底1浸漬在該藥液中10分鐘(第7圖、步驟SA3)。接著,浸漬后,用純水沖洗10分鐘,通過氮?dú)獯碉L(fēng)干燥。
洗凈后,如第10圖所示,通過光蝕刻工序,在抗蝕層3c上開出源、漏區(qū)域,形成源區(qū)域開口部3a和漏區(qū)域開口部3b(第7圖、步驟SA4)。另外,各抗蝕層3c實(shí)際上在開口部3a、3b以外的區(qū)域是連續(xù)的。
接著,如第11圖所示,向源、漏區(qū)域開口部3a、3b進(jìn)行氮的離子注入,形成n型源、漏區(qū)域4、4。離子注入后,進(jìn)行用于活化的退火(第7圖、步驟SA5)。
然后,堆積層間絕緣膜用的氧化膜5之后,經(jīng)光蝕刻工序,如第12圖所示,在氧化膜5a、5b上開出柵極區(qū)域,形成柵極區(qū)域開口部5c(第7圖、步驟SA6)。氧化膜5a、5b是在柵極區(qū)域開口部5c以外的部分相連續(xù)地形成的。
第12圖的柵極區(qū)域開口部5c形成后,在柵極氧化膜堆積前,進(jìn)行上述的本發(fā)明涉及的洗凈。洗凈方法與上述方法相同,在將硫酸(97%)和過氧化氫水(30%)以體積比4∶1的比例混合洗凈液中,浸漬第12圖所示的襯底10分鐘(第7圖、步驟SA7)。浸漬后,用純水沖洗10分鐘,通過氮?dú)獯碉L(fēng)煩躁。
洗凈后,如第13圖所示,通過熱氧化形成柵極氧化膜6(第7圖、步驟SA8)。
柵極氧化膜6形成后,如第14圖所示,形成電極7a、7b、7c,制作MOSFET(步驟SA9)。這里,在電極7a、7b、7c以外的部分,即,開口部5c、5d、5e以外的部分,氧化膜5a、5b是連續(xù)形成的。
另外,作為可以使用于MOSFET的電極材料,可以是Al、Mo等金屬膜、W-Si2、Mo-Si2、Ti-Si2等硅化物膜、n或p型硅柵電極的任意一種。這里,作為洗凈液,也可以使用氫氟酸(45%或45%以上)或HCl(35%或35%以上)代替含有硫酸和過氧化氫水的液體。
(實(shí)施例2)作為本發(fā)明的第2實(shí)施例,示出將本發(fā)明使用于多晶碳化硅晶片的制作中的情況。這樣的多晶碳化硅晶片主要在使用Si晶片的半導(dǎo)體裝置制造工藝中作為偽晶片使用,在Si工藝中使用這樣的碳化硅晶片時(shí)也要求高的純凈度。
第15圖是碳化硅偽晶片的制作流程,第16圖~第19圖是按照第15圖所示的流程順次示出制作碳化硅偽晶片工序的圖。
如第15圖和第16圖所示,首先準(zhǔn)備圓板形狀的石墨基材11,其次,如第17圖所示,通過CVD法使碳化硅12成長(zhǎng),以使之覆蓋石墨襯底11的全面(第15圖、步驟SB1)。
另外,如第18圖所示,實(shí)施加工除去碳化硅12的側(cè)面部分使石墨基材11露出(第15圖、步驟SB2)。
之后,在氧氣氛圍內(nèi)使設(shè)置在碳化硅12a、12a兩面的石墨基材11燃燒,脫離碳化硅晶片(第15圖、步驟SB3)。
如第19圖所示,研磨保留下來的碳化硅晶片12a、12b的表面(步驟SB4)。研磨后,將碳化硅晶片浸漬在將硫酸(97%)和過氧化氫水(30%)以體積比4∶1的比例混合的本發(fā)明涉及的藥液(洗凈液)中10分鐘(第15圖、步驟SB5)。浸漬后,用純水沖洗10分鐘,通過氮?dú)獯碉L(fēng)干燥,制作多晶碳化硅晶片。
在該實(shí)施方案中,即使使用氫氟酸(45%或45%以上)、HCl(35%或35%以上)代替含有硫酸和過氧化氫水的液體,也可以得到同樣的結(jié)果。
按照本發(fā)明,可以得到具有高純凈度的碳化硅,其結(jié)果,可以得到不必考慮由于雜質(zhì)引起的特性劣化等的半導(dǎo)體裝置。另外,在本發(fā)明中,使用于半導(dǎo)體制作用部件等時(shí),也具有可以防止由于雜質(zhì)飛散等對(duì)被處理物的惡劣影響等優(yōu)點(diǎn)。
在上述實(shí)施例中,說明了半導(dǎo)體裝置的制造中使用本發(fā)明的洗凈方法的情況,但本發(fā)明并不受它們的任何限定,也可以使用于擴(kuò)散爐等半導(dǎo)體制造用部件、其他的結(jié)構(gòu)體。另外,本發(fā)明也適用于形成了碳化硅薄膜的部件的表面處理等。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅制品,其特征在于,該碳化硅制品具備具有1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下的金屬雜質(zhì)濃度的表面。
2.按照權(quán)利要求1記載的碳化硅制品,其特征在于,上述金屬雜質(zhì)是鐵或鐵化合物、Ni以及Cu中的至少一種。
3.按照權(quán)利要求1或2記載的碳化硅制品,其特征在于,上述制品是半導(dǎo)體裝置、半導(dǎo)體裝置制造用部件、以及結(jié)構(gòu)物中的任意一種。
4.一種碳化硅制品的洗凈方法,其特征在于,將碳化硅浸漬于酸中,將表面金屬雜質(zhì)控制在1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下。
5.一種碳化硅制品的制造方法,其特征在于,該方法具有用酸將碳化硅洗凈,并將表面金屬雜質(zhì)控制在1×1011(原子/cm2)或1×1011(原子/cm2)以下的工序。
6.按照權(quán)利要求5中記載的碳化硅制品的制造方法,其特征在于,上述酸為氫氟酸或鹽酸。
7.按照權(quán)利要求6中記載的碳化硅制品的制造方法,其特征在于,上述氫氟酸具有超過45%的濃度。
8.按照權(quán)利要求7中記載的碳化硅制品的制造方法,其特征在于,上述氫氟酸具有約50%的濃度。
9.按照權(quán)利要求6中記載的碳化硅制品的制造方法,其特征在于,上述鹽酸具有35%或35%以上的濃度。
10.按照權(quán)利要求8中記載的碳化硅制品的制造方法,其特征在于,上述鹽酸具有約36%的濃度。
11.按照權(quán)利要求5中記載的碳化硅制品的制造方法,其特征在于,上述酸是含有硫酸和過氧化氫水的液體。
12.按照權(quán)利要求11中記載的碳化硅制品的制造方法,其特征在于,上述含有硫酸和過氧化氫水的液體按照具有4或4以下的pH的方式進(jìn)行混合。
13.按照權(quán)利要求12中記載的碳化硅制品的制造方法,其特征在于,上述硫酸和上述過氧化氫水分別具有約97%和約30%的濃度,并以體積比約為4∶1的比例進(jìn)行混合。
14.一種碳化硅制品,該碳化硅制品是通過權(quán)利要求5中記載的碳化硅制品的制造方法制造的碳化硅制品,其特征在于,上述碳化硅制品是半導(dǎo)體裝置、半導(dǎo)體裝置制造用部件或結(jié)構(gòu)物。
全文摘要
本發(fā)明涉及特征為具備具有1×10
文檔編號(hào)H01L21/304GK1829830SQ20048002185
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者大見忠弘, 寺本章伸, 佐野純央 申請(qǐng)人:艾德麥普株式會(huì)社, 三井造船株式會(huì)社, 大見忠弘