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JP5540919B2 - 炭化珪素半導体の洗浄方法 - Google Patents

炭化珪素半導体の洗浄方法 Download PDF

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Description

本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体の洗浄方法に関し、より特定的には酸化膜を有する半導体デバイスに用いるＳｉＣ半導体の洗浄方法に関する。
従来より、半導体デバイスの製造方法において、表面に付着している付着物を除去するために洗浄を行なっている。このような洗浄方法として、たとえば、特許３２６１６８３号（特許文献１）、特開平６−３１４６７９号公報（特許文献２）に開示の技術が挙げられる。
特許文献１に開示の半導体の洗浄方法は、１〜５ｐｐｍのオゾンを含有する純水を半導体に吹き付けることで、オゾンの酸化作用により、表面に付着していた異物成分を除去している。
特許文献２に開示の半導体基板の洗浄方法は、以下のように行なう。すなわち、シリコン（Ｓｉ）基板をオゾンを含む超純水で洗浄してＳｉ酸化膜を形成し、このＳｉ酸化膜の内部や表面にパーティクルおよび金属不純物を取り込む。次に、このＳｉ基板を希フッ酸水溶液で洗浄してＳｉ酸化膜をエッチング除去し、同時にパーティクルおよび金属不純物を除去する。
また、半導体デバイスの製造過程でオゾンを用いる技術として、たとえば特許４２２１７３６号（特許文献３）が挙げられる。この特許文献３には、オゾン含有純水をほぼ２２℃以上の温度と、ほぼ３０ｐｐｍ以上の溶存オゾン濃度とを含む条件にしてオゾン水接触装置に供給して、フォトレジスト膜の残存している基板にオゾン含有純水を接触させて、フォトレジスト膜を除去する技術が開示されている。
特許３２６１６８３号 特開平６−３１４６７９号公報 特許４２２１７３６号
ＳｉＣは、バンドギャップが大きく、また最大絶縁破壊電界および熱伝導率はＳｉと比較して大きい一方、キャリアの移動度はＳｉと同程度に大きく、電子の飽和ドリフト速度および耐圧も大きい。そのため、高効率化、高耐圧化、および大容量化を要求される半導体デバイスへの適用が期待される。そこで、本発明者はＳｉＣ半導体を半導体デバイスに用いることに着目した。このため、ＳｉＣ半導体を半導体デバイスに用いる場合には、ＳｉＣ半導体の表面を洗浄する必要がある。
しかし、上記特許文献１および２の洗浄方法をＳｉＣ半導体に適用すると、ＳｉＣはＳｉよりも熱的に安定な化合物であるので、ＳｉＣ半導体の表面が酸化されにくいことを本発明者は初めて明らかにした。つまり、上記特許文献１および２の洗浄方法は、Ｓｉの表面を酸化することはできるが、ＳｉＣの表面を十分に酸化できない。このため、ＳｉＣの表面を十分に洗浄することはできない。
また、上記特許文献３のフォトレジスト膜除去方法では、フォトレジスト膜を剥離するための条件が開示されており、半導体表面に付着した不純物やパーティクルを除去するための方法は開示されていない。また、この特許文献３のフォトレジスト膜除去方法に開示のオゾン含有純水でＳｉ基板の表面を洗浄すると、オゾン含有純水の酸化力が強すぎて、Ｓｉ基板の表面荒れが生じてしまうことを本発明者は初めて明らかにした。つまり、上記特許文献３のフォトレジスト膜除去方法は、フォトレジスト膜を除去することを目的とした技術であって、Ｓｉや、ＳｉＣなどの半導体の表面に存在する不純物やパーティクルを除去するための洗浄方法を開示したものではない。
したがって、本発明の目的は、ＳｉＣ半導体に対する洗浄効果を発現できるＳｉＣ半導体の洗浄方法を提供することである。
ＳｉＣ半導体に対する洗浄効果を発現するための条件について本発明者が鋭意研究した結果、本発明の完成に至った。すなわち、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法は、ＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成する工程と、酸化膜を除去する工程とを備え、形成する工程では、３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する。
本発明者は、安定な化合物であるＳｉＣ半導体の表面を酸化するための酸化剤として、酸化力の強いオゾン水を用いることに着目した。そして、本発明者が鋭意研究した結果、オゾン水の濃度を３０ｐｐｍ以上にすることによって、安定な化合物であるＳｉＣ半導体の表面を酸化できることを見い出した。したがって、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法によれば、ＳｉＣ半導体の表面を効果的に酸化することができるので、表面に付着していた不純物、パーティクルなどを取り込んで酸化膜を形成することができる。この酸化膜を除去することで、ＳｉＣ半導体の表面の不純物、パーティクルなどを除去することができる。あるいはまた、表面の不純物、パーティクルが直接酸化されることによって、表面上から除去することができる。よって、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法は、ＳｉＣ半導体に対する洗浄効果を発現できる。
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、形成する工程は、ＳｉＣ半導体の表面およびオゾン水の少なくとも一方を加熱する工程を含む。
安定な化合物であるＳｉＣ半導体の表面を酸化するため本発明者が鋭意研究した結果、オゾン水とＳｉＣ半導体の表面との接液面を加熱することにより、ＳｉＣ半導体の表面の酸化をより促進できることを見い出した。このため、ＳｉＣ半導体の表面およびオゾン水の少なくとも一方を加熱することで、酸化膜を容易に形成することができる。したがって、ＳｉＣ半導体の表面の不純物、パーティクルなどをより効果的に除去することができる。
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、加熱する工程は、オゾン水を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む。上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、加熱する工程は、ＳｉＣ半導体の表面を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む。
本発明者が、ＳｉＣ半導体の表面の酸化を促進するための条件について鋭意研究した結果、上記の条件を見い出した。２５℃以上の場合、酸化反応を促進でき、９０℃以下の場合、オゾンの分解を抑制できる。
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、除去する工程では、フッ化水素（ＨＦ）を用いて酸化膜を除去する。
これにより、酸化膜を容易に除去できるので、表面に残存する酸化膜を低減することができる。
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、形成する工程と、除去する工程とを、同時に行なう。
これにより、不純物、パーティクルなどを取り込んで酸化膜を形成しながら、酸化膜を除去することができるので、ＳｉＣ半導体を洗浄する時間を短縮することができる。
上記ＳｉＣ半導体の洗浄方法において好ましくは、形成する工程は、オゾン水に炭酸ガスを混合する工程を含む。
これにより、オゾン水のｐＨを下げることができるので、オゾンの分解を抑制することができると共に、金属などの不純物、パーティクルなどをより多く取り込んで酸化膜を形成することができる。不純物、パーティクルに対して、直接、酸化する効果も期待される。したがって、ＳｉＣ半導体の表面をより効果的に洗浄することができる。
以上説明したように、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法によれば、３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いてＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成することにより、ＳｉＣ半導体に対する洗浄効果を発現できる。
本発明の実施の形態１において準備するＳｉＣ半導体を概略的に示す側面図である。 本発明の実施の形態１におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるＳｉＣ半導体洗浄装置を概略的に示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例におけるＳｉＣ半導体洗浄装置を概略的に示す模式図である。 本発明の実施の形態２におけるＳｉＣ半導体を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法の一工程を概略的に示す断面図である。 本発明例１、２および比較例１で洗浄するエピタキシャルウエハを概略的に示す断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１において準備するＳｉＣ半導体を概略的に示す側面図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法を示すフローチャートである。図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態のＳｉＣ半導体の洗浄方法を説明する。本実施の形態では、ＳｉＣ半導体として、図１に示すＳｉＣ基板２を洗浄する方法を説明する。
図１および図２に示すように、まず、表面２ａを有するＳｉＣ基板２を準備する（ステップＳ１）。ＳｉＣ基板２は、特に限定されないが、たとえば以下の方法により準備することができる。
具体的には、たとえば、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＯＭＶＰＥ（OrganoMetallic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法、昇華法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相成長法などにより成長されたＳｉＣインゴットを準備する。その後、ＳｉＣインゴットから表面を有するＳｉＣ基板を切り出す。切り出す方法は特に限定されず、ＳｉＣインゴットからスライスなどによりＳｉＣ基板を切り出す。次いで、切り出したＳｉＣ基板の表面を研磨する。研磨する面は、表面のみでもよく、表面と反対側の裏面をさらに研磨してもよい。研磨する方法は特に限定されないが、表面を平坦にするとともに、傷などのダメージを低減するために、たとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）を行なう。ＣＭＰでは、研磨剤としてコロイダルシリカ、砥粒としてダイヤモンド、酸化クロム、固定剤として接着剤、ワックスなどを用いる。なお、ＣＭＰと併せて、あるいは代わりに、電界研磨法、化学研磨法、機械研磨法などの他の研磨をさらに行なってもよい。また研磨を省略してもよい。これにより、図１に示す表面２ａを有するＳｉＣ基板２を準備することができる。このようなＳｉＣ基板２として、たとえば導電型がｎ型であり、抵抗が０．０２Ωｃｍの基板を用いる。
次に、図２に示すように、３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて、ＳｉＣ基板２の表面２ａに酸化膜を形成する（ステップＳ２）。このステップＳ２では、ＳｉＣ基板２の表面２ａを酸化することで、ＳｉＣ基板２の表面２ａに付着しているパーティクル、金属不純物などを酸化膜の表面や内部に取り込む。なお、酸化膜は、たとえば酸化シリコンである。
このステップＳ２では、３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する。３０ｐｐｍ以上の場合、表面２ａとオゾンとの反応速度を高めることができるので、実質的に表面２ａに酸化膜を形成することができる。ＳｉＣは化学的に安定な化合物であるので、オゾン水の溶存オゾン濃度が高いほど酸化反応が促進されて好ましいが、製造上の理由から、上限はたとえば１８０ｐｐｍである。このような観点から、オゾン水の濃度は、５０ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
なお、上記オゾン水は、３０ｐｐｍ以上のオゾンを含む水であれば特に限定されないが、３０ｐｐｍ以上のオゾンを含む超純水であることが好ましい。また、上記オゾン水の濃度は、ＳｉＣ基板２の表面２ａに供給されたときの濃度である。
このステップＳ２では、ＳｉＣ基板２の表面２ａおよびオゾン水の少なくとも一方を加熱することが好ましい。これにより、表面２ａとオゾン水との接液面が加熱されることになる。この接液面の温度が高い場合、酸化反応を促進することができる。この観点から、接液面が２５℃以上９０℃以下になるように加熱することが好ましい。つまり、表面２ａおよびオゾン水の少なくとも一方を２５℃以上９０℃以下になるように加熱することが好ましい。２５℃以上の場合、酸化反応を促進でき、９０℃以下の場合、オゾンの分解を抑制できる。
ＳｉＣ基板２の加熱方法は、特に限定されないが、たとえばＳｉＣ基板２の裏面側にヒータを配置して裏面側から加熱することができる。オゾン水の加熱方法は特に限定されないが、たとえばオゾン水を供給する供給部を加熱することができる。
オゾン水の酸化還元電位は、５００ｍＶ以上であることが好ましい。酸化還元電位が１Ｖ以上の場合、よりオゾン水の酸化力が高まるので、表面２ａにおける酸化反応をより促進することができる。
このステップＳ２では、オゾン水に炭酸ガスを混合させてもよい。炭酸ガスを混合させることで、オゾン水のｐＨを下げることができ、オゾンの分解を抑制することができると共に、表面２ａに付着している金属を有効に取り除くことができる。このため、炭酸ガスを用いてオゾン水のｐＨを調整することにより、表面２ａの酸化反応を促進するように炭酸ガスを混合して、オゾン水のｐＨを調整することが好ましい。
またこのステップＳ２では、ＳｉＣ基板２の表面２ａにオゾン水をたとえばウエハ洗浄用の洗浄装置を用いて、スイングするオゾン水供給ノズル等を用いて、ＳｉＣ基板２の表面２ａの全面へ、３０秒以上３分以下供給する。３０秒以上の場合、ＳｉＣ基板２の表面２ａにより確実に酸化膜を形成することができる。３分以下の場合、ＳｉＣ基板２の洗浄のスループットを高めることができる。実際にはＳｉＣ基板１の外径サイズや、オゾン水供給の流量や、ノズルの本数など、洗浄装置システムにおける供給の機能性に依存するが、実用上は、３分程度にて行なうことが可能である。
またこのステップＳ２では、たとえば１分子層以上３０ｎｍ以下の厚みの酸化層を形成する。１分子層以上の厚みを有する酸化膜を形成することで、表面２ａの不純物、パーティクルなどを酸化膜に取り込むことができる。３０ｎｍ以下の酸化膜を形成することで、後述するステップＳ３で酸化膜は除去されやすくなる。
ここで、図３を参照して、このステップＳ２で酸化膜を形成するために使用可能なＳｉＣ半導体洗浄装置について説明する。なお、図３は、本発明の実施の形態１における酸化膜の形成に使用可能な装置を概略的に示す模式図である。
図３に示すＳｉＣ半導体洗浄装置の主要な構成について説明する。図３に示すように、ＳｉＣ半導体洗浄装置は、オゾン水供給部２０５と、オゾン水供給部２０５と接続された反応容器２５１とを主に備えている。オゾン水供給部２０５は、上述したオゾン水２１５を内部に保持するとともに、反応容器２５１に供給する。反応容器２５１は、内部にオゾン水２１５とＳｉＣ基板２とを収容する。反応容器２５１は、オゾン水供給部２０５からオゾン水２１５を流入するための開口部２５１ａと、オゾン水２１５を外部に排出するための開口部２５１ｂとを有している。
なお、ＳｉＣ半導体洗浄装置は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。
このＳｉＣ半導体洗浄装置を用いてＳｉＣ基板２の表面２ａに酸化膜を形成する場合には、たとえば以下のように行なう。すなわち、上述したオゾン水をオゾン水供給部２０５の開口部２５１ａから、図３の矢印のように反応容器２５１の内部に、数Ｌ／ｍの流量で供給する。そして、反応容器２５１の開口部２５１ｂから図３の矢印のようにオゾン水をオーバーフローさせる。これにより、反応容器２５１の内部にオゾン水２１５を貯留することができる。また、反応容器２５１の内部にＳｉＣ基板２を収容する。収容するＳｉＣ基板２の枚数は特に限定されないが、スループットを向上する観点から、複数枚であることが好ましい。これにより、オゾン水に浸漬されたＳｉＣ基板２の表面２ａと、オゾン水とを反応させることができるので、ＳｉＣ基板２の表面２ａに酸化膜を形成することができる。
次に、ＳｉＣ基板２の表面２ａを純水で洗浄する（純水リンス工程）。純水は超純水であることが好ましい。純水に超音波を印加して洗浄してもよい。なお、この工程は省略されてもよい。
次に、ＳｉＣ基板２の表面２ａを乾燥する（乾燥工程）。乾燥する方法は特に限定されないが、たとえばスピンドライヤー等により乾燥する。なお、この工程は省略されてもよい。
次に、酸化膜を除去する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、ステップＳ２で不純物、パーティクルなどを取り込んだ酸化膜を除去するので、ステップＳ１で準備したＳｉＣ基板２の表面２ａの不純物、パーティクルなどを除去することができる。
このステップＳ３では、たとえばＨＦ、好ましくは５％以上１０％以下の希ＨＦ（ＤＨＦ）を用いて除去する。ＨＦを用いて除去する場合には、たとえば反応容器にＨＦを貯留させて、ＳｉＣ基板２をＨＦに浸漬させることで酸化膜を除去することができる。
なお、酸化膜を除去する方法はＨＦに限定されず、たとえばＮＨ4Ｆ（フッ化アンモニウム）などの他の溶液を用いて除去してもよく、ドライ雰囲気で除去してもよい。なお、ドライ雰囲気とは、ドライエッチング、プラズマなどの気相中で酸化膜を除去することを意味し、意図しない液相を含んでいてもよい。
また、酸化膜を形成するステップＳ２と酸化膜を除去するステップＳ３とは同時に行なってもよい。ここで、同時とは、少なくとも一部のステップが重複していればよい。つまり、開始および終了の少なくとも一方が同じタイミングであってもよく、開始および終了のタイミングが異なっていてもよい。
酸化膜を形成するステップＳ２と酸化膜を除去するステップＳ３とを同時に行なう場合には、たとえばオゾン水とＨＦとを同時に供給する。これにより、ＳｉＣ基板２の表面２ａに酸化膜を形成しながら、酸化膜を除去することができる。
次に、ＳｉＣ基板２の表面２ａを純水で洗浄する（純水リンス工程）。次に、ＳｉＣ基板２の表面２ａを乾燥する（乾燥工程）。純水リンス工程および乾燥工程は、上述した工程と同様であり、省略されてもよい。
以上の工程（ステップＳ１〜Ｓ３）を実施することにより、ＳｉＣ基板２の表面２ａに付着していた不純物、パーティクルなどを除去することができる。なお、上記ステップＳ２およびＳ３を繰り返してもよい。またステップＳ１後に必要に応じて、他の薬液での洗浄工程、純水リンス工程、乾燥工程などを追加して実施してもよい。他の薬液は、たとえば硫酸と過酸化水素水とを含むＳＰＭが挙げられる。ステップＳ２前にＳＰＭで洗浄する場合には有機物を除去することもできる。また、ステップＳ２前にＲＣＡ洗浄などを行なってもよい。
（変形例）
図４は、本発明の実施の形態１の変形例における酸化膜の形成に使用可能な装置を概略的に示す模式図である。図４を参照して、変形例のＳｉＣ基板の洗浄方法について説明する。変形例におけるＳｉＣ基板の洗浄方法は、図３に示すＳｉＣ半導体洗浄装置の代わりに図４に示すＳｉＣ半導体洗浄装置を用いる点において異なる。
図４に示すＳｉＣ半導体洗浄装置は、チャンバ２０１と、基板保持部２０２と、支持台２０３と、駆動部２０４と、オゾン水供給部２０５と、ＨＦ供給部２０６とを主に備えている。図４に示すＳｉＣ半導体洗浄装置は、ＳｉＣ基板２の表面２ａに形成した酸化膜を除去するための装置でもある。
チャンバ２０１は、内部に基板保持部２０２と、支持台２０３と、駆動部２０４とを備えている。基板保持部２０２は、ＳｉＣ基板２を保持する。保持するＳｉＣ基板２の枚数は特に限定されないが、酸化膜を面内の均一性を向上して形成する観点から、たとえば１枚である。支持台２０３は、基板保持部２０２と接続され、基板保持部２０２を保持する。駆動部２０４は、支持台２０３と接続され、支持台２０３を介して基板保持部２０２を回転させる。つまり、駆動部２０４により、基板保持部２０２上に載置されたＳｉＣ基板２を図４に示す矢印のように回転することが可能である。駆動部２０４は、たとえばモータである。
オゾン水供給部２０５は、上述したオゾン水２１５を内部に保持するとともに、基板保持部２０２に載置されたＳｉＣ基板２の表面２ａにオゾン水を供給する。オゾン水供給部２０５は、オゾン水２１５を排出するためのノズル２０５ａを有する。ノズル２０５ａの先端とＳｉＣ基板２の表面２ａとの距離Ｌは、たとえば３ｃｍ以下であることが好ましい。この場合、オゾン水がノズルから排出したときの圧力と、ＳｉＣ基板２への供給時の圧力との差によるオゾン分解を低減できるので、ＳｉＣ基板２の表面２ａとの反応前にオゾンが分解することを抑制でき、表面での酸化反応を効率的に行なうことができる。
ＨＦ供給部２０６は、上述したＨＦ２１６を内部に保持するとともに、基板保持部２０２に載置されたＳｉＣ基板２の表面２ａにＨＦを供給する。ＨＦ供給部２０６は、ＨＦ２１６を排出するためのノズル２０６ａを有する。
なお、図４に示すＳｉＣ半導体洗浄装置は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。また、図４に示すＳｉＣ半導体洗浄装置は、枚葉式に特に限定されない。
図４のＳｉＣ半導体洗浄装置を用いてＳｉＣ基板２の表面２ａを洗浄する場合には、たとえば以下のように行なう。すなわち、ステップＳ１で準備したＳｉＣ基板２を表面２ａが、オゾン水供給部２０５およびＨＦ供給部２０６と対向するように、基板保持部２０２上にＳｉＣ基板２を載置する。次に、オゾン水供給部２０５のノズル２０５ａからＳｉＣ基板２の表面２ａに上述したオゾン水２１５を供給する。駆動部２０４により基板保持部２０２上に載置されたＳｉＣ基板２をたとえば２００ｒｐｍで回転させる。ノズルを左右にスイングしながら供給してもよい。これにより、ＳｉＣ基板２の表面２ａに均一にオゾン水を供給することができる。その結果、供給されたオゾン水とＳｉＣ基板２の表面２ａとを反応させることができるので、ＳｉＣ基板２の表面２ａに酸化膜を形成することができる。酸化膜の形成が完了すると、オゾン水供給部２０５からオゾン水の供給を停止する。
次に、酸化膜を除去するステップＳ３では、ＨＦ供給部２０６からＳｉＣ基板２の表面２ａに上述したＨＦを供給する。駆動部２０４によりＳｉＣ基板２を同様に回転させる。これにより、ＳｉＣ基板２の表面２ａに均一にＨＦを供給することができる。その結果、供給されたＨＦと、ＳｉＣ基板２の表面２ａに形成された酸化膜とを反応させることができるので、ＳｉＣ基板２の表面２ａに形成された酸化膜を除去することができる。
なお、図４の装置が純水供給部（図示せず）を備えている場合には、ステップＳ２またはステップＳ３の後に、ＳｉＣ基板２の表面２ａに純水を供給してもよい。この場合、純水リンス工程を行なうことができる。
酸化膜を形成するステップＳ２と酸化膜を除去するステップＳ３とを同時に行なう場合には、オゾン水供給部２０５から排出されるオゾン水と、ＨＦ供給部２０６から排出されるＨＦとを同時にＳｉＣ基板２に供給する。これにより、酸化膜を形成する反応と、形成した酸化膜を除去する反応とを同時に発生させることができる。
続いて、本実施の形態におけるＳｉＣ半導体としてのＳｉＣ基板２の洗浄方法の効果について、従来技術と比較して説明する。
従来のＳｉ基板の洗浄方法をＳｉＣ基板に適用しても、ＳｉＣ基板はＳｉ基板よりも酸化されにくい性質を有しているため、ＳｉＣ基板には酸化膜が形成されにくい。たとえば上記特許文献１および２の洗浄方法をＳｉＣ基板に適用すると、オゾンが分解して、ＳｉＣ基板の表面の酸化に寄与することはほとんどないので、ＳｉＣ基板２に対しての洗浄効果は著しく低い。このため、従来のＳｉ基板の洗浄方法でＳｉＣ基板を洗浄しても、ＳｉＣ基板の表面の清浄は不十分であった。このように、ＳｉＣ基板の洗浄方法は、確立された技術がなかった。
しかし、ＳｉＣ基板は化学的に安定していることに本発明者は着目して、Ｓｉ基板ではダメージが生じる酸化方法をＳｉＣ基板に用いても、ＳｉＣ基板にはダメージが生じにくいことを見い出した。そこで、ＳｉＣ基板の表面を酸化する条件を鋭意研究した結果、上述した本実施の形態におけるＳｉＣ基板の洗浄方法を本発明者は見い出した。すなわち、本実施の形態におけるＳｉＣ半導体としてのＳｉＣ基板２の洗浄方法は、ＳｉＣ基板２の表面２ａに酸化膜を形成するステップＳ２と、酸化膜を除去するステップＳ３とを備え、形成するステップＳ２では、３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する。同時にＳｉ基板ではダメージが生じるような酸化力を不純物、パーティクルに直接作用させることで除去効果を高めることもできる。
ステップＳ２において３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いることにより、化学的および熱的に安定なＳｉＣ基板２の表面２ａに酸化膜を形成することができる。このため、表面２ａに付着していたチタン（Ｔｉ）などの金属不純物、パーティクルなどが酸化膜の内部や表面に取り込まれる。また、金属はオゾン水中ではイオン化が可能であるので、表面２ａに付着していた金属をイオン化することで表面２ａから離脱することもできる。この状態で、ステップＳ３で酸化膜を除去すると、酸化膜の内部または表面に取り込まれた不純物、パーティクル、およびＳｉＣ基板２の表面２ａから離脱した不純物を除去することができる。さらに、パーティクルおよびＳｉＣ基板２の表面２ａが同極化するため、互いの反発力により、パーティクルがＳｉＣ基板２の表面２ａに再付着しにくくなる。よって、本実施の形態におけるＳｉＣ基板の洗浄方法によれば、ＳｉＣ基板２に対する洗浄効果を発現することができる。
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるＳｉＣ半導体を概略的に示す断面図である。図６は、本発明の実施の形態２におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法を示すフローチャートである。図７は、本発明の実施の形態におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法の一工程を概略的に示す断面図である。図２、図５〜図７を参照して、本実施の形態におけるＳｉＣ半導体の洗浄方法について説明する。本実施の形態では、ＳｉＣ半導体として、図５に示すように、ＳｉＣ基板２と、ＳｉＣ基板２上に形成されたエピタキシャル層１２０とを含むエピタキシャルウエハ１００を洗浄する方法を説明する。
まず、図２および図５に示すように、ＳｉＣ基板２を準備する（ステップＳ１）。ステップＳ１は、実施の形態１と同様であるため、その説明は繰り返さない。
次に、図２および図５に示すように、ＳｉＣ基板２の表面２ａに酸化膜を形成し（ステップＳ２）、その後、酸化膜を除去する（ステップＳ３）。ステップＳ２およびＳ３は実施の形態１と同様であるため、その説明は繰り返さない。これにより、ＳｉＣ基板２の表面２ａを洗浄することができる。なお、ＳｉＣ基板２の表面２ａの洗浄（つまり、ステップＳ２およびＳ３）は省略されてもよい。
次に、図５〜図７に示すように、ＳｉＣ基板２の表面２ａ上に、気相成長法、液相成長法などにより、エピタキシャル層１２０を形成する（ステップＳ４）。本実施の形態では、たとえば以下のようにエピタキシャル層１２０を形成する。
具体的には、図７に示すように、ＳｉＣ基板２の表面２ａ上に、バッファ層１２１を形成する。バッファ層１２１は、たとえば導電型がｎ型のＳｉＣからなり、たとえば厚さが０．５μｍのエピタキシャル層である。またバッファ層１２１における導電性不純物の濃度は、たとえば５×１０17ｃｍ-3である。
その後、図７に示すように、バッファ層１２１上に耐圧保持層１２２を形成する。耐圧保持層１２２として、気相成長法、液相成長法などにより、導電型がｎ型のＳｉＣからなる層を形成する。耐圧保持層１２２の厚さは、たとえば１５μｍである。また耐圧保持層１２２におけるｎ型の導電性不純物の濃度は、たとえば５×１０15ｃｍ-3である。
次に、図５および図６に示すように、エピタキシャル層にイオン注入する（ステップＳ５）。本実施の形態では、図５に示すように、ｐ型ウエル領域１２３と、ｎ+ソース領域１２４と、ｐ+コンタクト領域１２５とを、以下のように形成する。まず導電型がｐ型の不純物を耐圧保持層１２２の一部に選択的に注入することで、ウエル領域１２３を形成する。その後、ｎ型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってソース領域１２４を形成し、また導電型がｐ型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってコンタクト領域１２５を形成する。なお不純物の選択的な注入は、たとえば酸化膜からなるマスクを用いて行われる。
このような注入工程の後、活性化アニール処理が行われてもよい。たとえば、アルゴン雰囲気中、加熱温度１７００℃で３０分間のアニールが行われる。
これらの工程により、ＳｉＣ基板２と、ＳｉＣ基板２上に形成されたエピタキシャル層１２０とを備えたエピタキシャルウエハ１００を準備することができる。
次に、エピタキシャルウエハ１００の表面１００ａを洗浄する。具体的には、エピタキシャルウエハ１００の表面１００ａに、３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて酸化膜を形成する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、実施の形態１におけるＳｉＣ基板２の表面２ａ上に酸化膜を形成するステップＳ２と同様であるので、その説明は繰り返さない。
次に、エピタキシャルウエハ１００の表面１００ａ上に形成された酸化膜を除去する（ステップＳ３）。このステップＳ３は、実施の形態１におけるＳｉＣ基板２の表面２ａ上に形成した酸化膜を除去するステップＳ３と同様であるので、その説明は繰り返さない。
以上の工程（Ｓ１〜Ｓ５）を実施することにより、図５に示すエピタキシャルウエハ１００の表面１００ａに付着していた不純物、パーティクルなどを洗浄することができる。
本実施の形態におけるエピタキシャルウエハ１００の洗浄方法によれば、エピタキシャルウエハ１００が酸化されにくいＳｉＣ半導体であっても、３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いることにより、不純物、パーティクルなどを取り込んだ酸化膜を表面１００ａに形成することができる。そして、酸化膜を除去することにより、表面１００ａに付着していた不純物、パーティクルなどを除去することができる。これにより、エピタキシャルウエハ１００の表面１００ａを洗浄することができる。
このように、エピタキシャルウエハ１００の表面１００ａの不純物、パーティクルなどを低減できる。このため、この表面１００ａ上にゲート酸化膜などの半導体デバイスを構成する絶縁膜を形成して半導体デバイスを作製すると、絶縁膜の特性を向上できるとともに、表面１００ａと絶縁膜との界面、および絶縁膜中に存在する不純物、パーティクルなどを低減することができる。したがって、半導体デバイスの逆方向電圧印加時の耐圧を向上できるとともに、順方向電圧印加時の動作の安定性および長期信頼性を向上することができる。よって、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法は、ゲート酸化膜形成前のエピタキシャルウエハ１００の表面１００ａに特に好適に用いられる。
なお、本実施の形態で洗浄したエピタキシャルウエハ１００は、洗浄した表面１００ａに絶縁膜を形成することで絶縁膜の特性を向上できるので、絶縁膜を有する半導体デバイスに好適に用いることができる。したがって、本実施の形態で洗浄したエピタキシャルウエハ１００は、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの絶縁ゲート型電界効果部を有する半導体デバイスや、ＪＦＥＴ（Junction Field-Effect Transistor：接合電界効果トランジスタ）などに好適に用いることができる。
ここで、実施の形態１では、ＳｉＣ基板２の表面２ａを洗浄する方法について説明した。実施の形態２では、ＳｉＣ基板２と、ＳｉＣ基板２上に形成されたＳｉＣエピタキシャル層１２０とを備え、ＳｉＣエピタキシャル層１２０はイオン注入された表面１００ａを有するエピタキシャルウエハ１００の表面１００ａを洗浄する方法について説明した。しかし、本発明の洗浄方法は、イオン注入されていない表面を有するＳｉＣエピタキシャル層にも適用することができる。また、エピタキシャルウエハ１００を洗浄する場合には、エピタキシャルウエハ１００を構成するＳｉＣ基板２の表面２ａまたは、エピタキシャルウエハ１００の表面１００ａの少なくとも一方を洗浄してもよい。つまり、本発明のＳｉＣ半導体の洗浄方法は、（ｉ）ＳｉＣ基板を洗浄する場合と、（ｉｉ）ＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板上に形成されたＳｉＣエピタキシャル層とを有する、エピタキシャルウエハを洗浄する場合とを含み、（ｉｉ）のＳｉＣエピタキシャル層は、表面からイオン注入されたものと、イオン注入されていないものとを含む。
本実施例では、３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて、ＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成することの効果について調べた。
（本発明例１）
本発明例１のＳｉＣ半導体として、図８に示すエピタキシャルウエハ１３０を洗浄した。なお、図８は、本発明例１、２および比較例１で洗浄するエピタキシャルウエハ１３０を概略的に示す断面図である。
具体的には、まず、ＳｉＣ基板２として、表面を有する４Ｈ−ＳｉＣ基板を準備した（ステップＳ１）。
次に、エピタキシャル層１２０を構成する層として、１０μｍの厚みを有し、１×１０16ｃｍ-3の不純物濃度を有するｐ型ＳｉＣ層１３１をＣＶＤ法により成長した（ステップＳ４）。
次に、ＳｉＯ2をマスクとして用いて、リン（Ｐ）をｎ型不純物として１×１０19ｃｍ-3の不純物濃度を有するソース領域１２４およびドレイン領域１２９を形成した。また、アルミニウム（Ａｌ）をｐ型不純物として１×１０19ｃｍ-3の不純物濃度を有するコンタクト領域１２５を形成した（ステップＳ５）。なお、各々のイオン注入をした後には、マスクを除去した。
次に、活性化アニール処理を行なった。この活性化アニール処理としては、Ａｒガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度１７００〜１８００℃、加熱時間３０分と条件とした。
これにより、表面１３０ａを有するエピタキシャルウエハ１３０を準備した。
次に、３０ｐｐｍの濃度を有するオゾンを含む超純水を２５℃に加熱して、図４に示す枚葉式のＳｉＣ半導体洗浄装置を用いて、エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに１ｓｌｍの流量で供給した。このとき、エピタキシャルウエハ１００の回転速度は２００ｒｐｍであった。これにより、エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに酸化膜を形成できる（ステップＳ２）ことを確認した。
次に、超純水で、１分間エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａを洗浄した（純水リンス工程）。
次に、５％以上１０％以下の濃度の希ＨＦをエピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに供給した。これにより、ステップＳ２で形成した酸化膜を除去できる（ステップＳ３）ことを確認した。
次に、超純水で、１分間エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａを洗浄した（純水リンス工程）。
以上の工程（ステップＳ１〜Ｓ５）により、エピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａを洗浄した。洗浄後の表面１３０ａは、不純物およびパーティクルが低減されていた。
（本発明例２）
本発明例２は、基本的には本発明例１と同様であったが、酸化膜を形成するステップＳ２において８０ｐｐｍのオゾン水を５０℃に加熱してエピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに供給した点において異なっていた。この場合にも、表面１３０ａに酸化膜が形成されていたことを確認した。また、ステップＳ３においても、表面１３０ａに形成された酸化膜を除去したことを確認した。
（比較例１）
比較例１は、基本的には本発明例１と同様であったが、ステップＳ２において、２０ｐｐｍのオゾン水をエピタキシャルウエハ１３０の表面１３０ａに供給した点において異なっていた。この場合には、表面１３０ａに酸化膜が形成されないことを確認した。このため、比較例１の洗浄後の表面１３０ａは、不純物およびパーティクルがほとんど低減されていなかった。
以上より、本実施例によれば、３０ｐｐｍ以上のオゾン水を用いることにより、ＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成できることがわかった。また、ＳｉＣ半導体の表面に酸化膜を形成でき、かつこの酸化膜を除去することにより、表面に付着していた不純物、パーティクルなどを低減できることがわかった。
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
２ ＳｉＣ基板、２ａ 表面、１００，１３０ エピタキシャルウエハ、１００ａ，１３０ａ 表面、１２０ エピタキシャル層、１２１ バッファ層、１２２ 耐圧保持層、１２３ ウエル領域、１２４ ソース領域、１２５ コンタクト領域、１２９ ドレイン領域、１３１ ｐ型ＳｉＣ層、２０１ チャンバ、２０２ 基板保持部、２０３ 支持台、２０４ 駆動部、２０５ オゾン水供給部、２０５ａ，２０６ａ ノズル、２０６ ＨＦ供給部、２１５ オゾン水、２５１ 反応容器、２５１ａ，２５１ｂ 開口部。

Claims (6)

  1. 炭化珪素半導体の表面を酸化することで前記炭化珪素半導体の表面に付着しているパーティクルおよび金属不純物の少なくとも一方を取り込むように、前記炭化珪素半導体の表面に酸化膜を形成する工程と、
    前記パーティクルおよび前記金属不純物の少なくとも一方を取り込んだ前記酸化膜を除去する工程とを備え、
    前記酸化膜を除去する工程は、フッ化水素およびフッ化アンモニウムのいずれかの溶液を用いた除去、ドライエッチングによる除去、およびプラズマを用いた除去よりなる群から選ばれる１以上の除去で行なわれ、
    前記形成する工程では、３０ｐｐｍ以上の濃度を有するオゾン水を用いて前記酸化膜を形成する、炭化珪素半導体の洗浄方法。
  2. 前記形成する工程は、前記炭化珪素半導体の前記表面および前記オゾン水の少なくとも一方を加熱する工程を含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
  3. 前記加熱する工程は、前記オゾン水を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む、請求項２に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
  4. 前記加熱する工程は、前記炭化珪素半導体の前記表面を２５℃以上９０℃以下に加熱する工程を含む、請求項２または３に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
  5. 前記形成する工程と、前記除去する工程とを、同時に行なう、請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
  6. 前記形成する工程は、前記オゾン水に炭酸ガスを混合する工程を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体の洗浄方法。
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