特許 5951517 炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置の製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5951517

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置の製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20160630BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20160630BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20160630BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20160630BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 201A

   H01L29/78 301V

   H01L29/78 301B

   H01L21/302 105A

【請求項の数】14

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-23630(P2013-23630)

(22)【出願日】2013年2月8日

(65)【公開番号】特開2014-154725(P2014-154725A)

(43)【公開日】2014年8月25日

【審査請求日】2015年8月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100107537

【弁理士】

【氏名又は名称】磯貝 克臣

(74)【代理人】

【識別番号】100179338

【弁理士】

【氏名又は名称】大野 浩之

(72)【発明者】

【氏名】菅井 昭彦

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１７７５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６５１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８８１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０７２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６８０９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０１Ｌ ２１／７６

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２９

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３４

Ｈ０１Ｌ ２１／８２４２−２１／８２４７

Ｈ０１Ｌ ２７／０４

Ｈ０１Ｌ ２７／０８８

Ｈ０１Ｌ ２７／１０−２７／１１５

Ｈ０１Ｌ ２７／２８

Ｈ０１Ｌ ２９／００−２９／３８

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

Ｈ０１Ｌ ２９／７６

Ｈ０１Ｌ ２９／７７２

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／７８８−２９／７９２

Ｈ０１Ｌ ５１／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トレンチを有する炭化珪素半導体基板を前記トレンチが下方を向くように非密閉容器内に配置する工程と、
前記非密閉容器内であって前記炭化珪素半導体基板の下方に、前記炭化珪素半導体基板と対向するように珪素材を配置する工程と、
前記非密閉容器内に不活性ガスを流入させる工程と、
前記非密閉容器内の前記珪素材を加熱して溶融させる工程と、
を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記珪素材は珪素片であり、
複数の前記珪素片が配置され、
各珪素片は水平方向において離隔して配置されることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記不活性ガスは、前記非密閉容器の底面から流入し前記非密閉容器の頂面から流出することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記珪素材を加熱して溶融させる工程において、前記珪素材は１６００℃〜１８００℃で加熱されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記不活性ガスを流入させる工程において、前記不活性ガスは、前記非密閉容器内における圧力が３３３３Ｐａ〜８６６６０Ｐａとなるようにして流入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記トレンチを有する前記炭化珪素半導体基板は、前記非密閉容器内において、前記トレンチが下方を向くようにして上下方向で複数配置され、
各炭化珪素半導体基板の下方に、各炭化珪素半導体基板と対向するように前記珪素材が配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記炭化珪素半導体基板と、当該炭化珪素半導体基板の上方に位置する前記珪素材との間に、当該炭化珪素半導体基板を水平方向で覆う蓋部材が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記蓋部材の材料はグラファイトであることを特徴とする請求項７に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項9】

非密閉容器と、
前記非密閉容器内に設けられ、トレンチを有する炭化珪素半導体基板を前記トレンチが下方を向くように支持する基板支持部と、
前記非密閉容器内であって前記基板支持部の下方側に設けられ、前記炭化珪素半導体基板と対向するように珪素材を支持する珪素材支持部と、
前記非密閉容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記珪素材支持部で支持された前記珪素材を加熱して溶融させる加熱部と、
を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造装置。

【請求項10】

前記珪素材は珪素片であり、
複数の前記珪素片が配置され、
前記珪素材支持部の表面には、水平方向において離隔して配置され、前記複数の珪素材を保持する複数の凹部が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の炭化珪素半導体装置の製造装置。

【請求項11】

前記非密閉容器の底面に前記不活性ガスが流入する流入口が設けられ、
前記非密閉容器の頂面に前記不活性ガスが流出する流出口が設けられていることを特徴とする請求項９又は１０のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造装置。

【請求項12】

前記基板支持部は、前記非密閉容器内において上下方向で複数配置され、
前記珪素材支持部は、前記非密閉容器内において上下方向で複数配置され、
各基板支持部の下方側に、各珪素材支持部が配置され、
各基板支持部は、前記トレンチが下方を向くように前記炭化珪素半導体基板を支持することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造装置。

【請求項13】

前記基板支持部と、当該基板支持部の上方に位置する前記珪素材支持部との間に、当該基板支持部で支持された炭化珪素半導体基板を水平方向で覆う蓋部材が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の炭化珪素半導体装置の製造装置。

【請求項14】

前記蓋部材の材料はグラファイトであることを特徴とする請求項１３に記載の炭化珪素半導体装置の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トレンチを有する炭化珪素半導体基板を備えた炭化珪素半導体装置の製造方法と、当該炭化珪素半導体装置の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来からトレンチを有するトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置が知られている。このようなトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置においてトレンチ底部のコーナー部が丸みを帯びていないと、当該トレンチ底部のコーナー部に電界が集中してしまう。そして、このようにトレンチ底部のコーナー部に電界が集中してしまうとゲート絶縁耐圧の低下が起こり、半導体装置の信頼性が著しく低下することが懸念される。

【0003】

このため、トレンチ底部のコーナー部の曲率をできるだけ大きくすることで、トレンチ底部のコーナー部における電界集中を緩和する必要がある。しかしながら、炭化珪素を用いたトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置において、トレンチエッチングによってトレンチ底部のコーナー部の曲率を大きくすることは困難である。

【0004】

この点、トレンチの側壁角度を９０度にする方法として、シランガスを流して、シランガス雰囲気で高温熱処理する方法が提案されている（特許文献１参照）。より具体的には、特許文献１では、炭化珪素単結晶基板表面に炭化珪素エピタキシャル膜が成膜された基板又は炭化珪素単結晶基板を例えばドライエッチングしてトレンチを形成し、トレンチを形成した後で１６００℃以上１７００℃以下の温度範囲で９０分以上又は１７００℃以上１８００℃以下の温度範囲で６０分以上、シランとアルゴンの混合減圧雰囲気中で熱処理することが開示されている。

【0005】

しかしながら、特許文献１で開示されている方法は、あくまでもトレンチの側壁角度を９０度にする方法であり、トレンチ底部のコーナー部の曲率を大きくするものではない。また、特許文献１で用いられるシランガスは可燃性のガスであることから、その取り扱いには十分な注意が必要であり、排ガス処理装置やガス警報システム等の高価な付帯設備が必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００９−２８９９８７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

以上のような点に鑑み、本発明は、トレンチを有する炭化珪素半導体基板において、高価な付帯設備を用いることなく安全性を確保したうえで、トレンチ底部のコーナー部の曲率を大きくすることができる炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置の製造装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造方法は、
トレンチを有する炭化珪素半導体基板を前記トレンチが下方を向くように非密閉容器内に配置する工程と、
前記非密閉容器内であって前記炭化珪素半導体基板の下方に、前記炭化珪素半導体基板と対向するように珪素材を配置する工程と、
前記非密閉容器内に不活性ガスを流入させる工程と、
前記非密閉容器内の前記珪素材を加熱して溶融させる工程と、
を備える。

【0009】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記珪素材は珪素片であり、
複数の前記珪素片が配置され、
各珪素片は水平方向において離隔して配置されてもよい。

【0010】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記不活性ガスは、前記非密閉容器の底面から流入し前記非密閉容器の頂面から流出してもよい。

【0011】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記珪素材を加熱して溶融させる工程において、前記珪素材は１６００℃〜１８００℃で加熱されてもよい。

【0012】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記不活性ガスを流入させる工程において、前記不活性ガスは、前記非密閉容器内における圧力が３３３３Ｐａ〜８６６６０Ｐａとなるようにして流入されてもよい。

【0013】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記トレンチを有する前記炭化珪素半導体基板は、前記非密閉容器内において、前記トレンチが下方を向くようにして上下方向で複数配置され、
各炭化珪素半導体基板の下方に、各炭化珪素半導体基板と対向するように前記珪素材が配置されてもよい。

【0014】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記炭化珪素半導体基板と、当該炭化珪素半導体基板の上方に位置する前記珪素材との間に、当該炭化珪素半導体基板を水平方向で覆う蓋部材が設けられてもよい。

【0015】

本発明による炭化珪素半導体基板のトレンチ加工方法において、
前記蓋部材の材料はグラファイトであってもよい。

【0016】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造装置は、
非密閉容器と、
前記非密閉容器内に設けられ、トレンチを有する炭化珪素半導体基板を前記トレンチが下方を向くように支持する基板支持部と、
前記非密閉容器内であって前記基板支持部の下方側に設けられ、前記炭化珪素半導体基板と対向するように珪素材を支持する珪素材支持部と、
前記非密閉容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記珪素材支持部で支持された前記珪素材を加熱して溶融させる加熱部と、
を備える。

【0017】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造装置において、
前記珪素材は珪素片であり、
複数の前記珪素片が配置され、
前記珪素材支持部の表面には、水平方向において離隔して配置され、前記複数の珪素材を保持する複数の凹部が設けられてもよい。

【0018】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造装置において、
前記非密閉容器の底面に前記不活性ガスが流入する流入口が設けられ、
前記非密閉容器の頂面に前記不活性ガスが流出する流出口が設けられてもよい。

【0019】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造装置において、
前記基板支持部は、前記非密閉容器内において上下方向で複数配置され、
前記珪素材支持部は、前記非密閉容器内において上下方向で複数配置され、
各基板支持部の下方側に、各珪素材支持部が配置され、
各基板支持部は、前記トレンチが下方を向くように前記炭化珪素半導体基板を支持してもよい。

【0020】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造装置において、
前記基板支持部と、当該基板支持部の上方に位置する前記珪素材支持部との間に、当該基板支持部で支持された炭化珪素半導体基板を水平方向で覆う蓋部材が設けられてもよい。

【0021】

本発明による炭化珪素半導体装置の製造装置において、
前記蓋部材の材料はグラファイトであってもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、非密閉容器内に炭化珪素半導体基板のトレンチが下方を向くように配置されるとともに当該炭化珪素半導体基板の下方に珪素材が配置され、炭化珪素半導体基板のトレンチと珪素材とが対向して配置される。また、非密閉容器内に不活性ガスが流入され、炭化珪素半導体基板と珪素材を取り囲む不活性ガスの雰囲気を作る。このため、本発明によれば、炭化珪素半導体基板のトレンチ底部のコーナー部の曲率を効率よく大きくすることができる。

【0023】

また、本発明では不活性ガスを用いており、シランガス等の危険なガスを用いていない。このため、排ガス処理装置やガス検知・警報システム等の高価な付帯設備を用いることなく安全性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態による炭化珪素半導体装置の製造装置の概略構成図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施の形態による炭化珪素半導体装置の製造装置で用いられる珪素材支持部の上方平面図である。

【図3】図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態による炭化珪素半導体装置の製造方法で処理される前のトレンチを撮影した写真であり、図３（ｂ）は、当該炭化珪素半導体装置の製造方法で処理された後のトレンチを撮影した写真である。

【図4】図４は、本発明の第２の実施の形態による炭化珪素半導体装置の製造装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

第１の実施の形態
以下、本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置の製造装置の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態を説明するための図である。なお、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法及び製造装置は、炭化珪素半導体装置で用いられる炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチを加工するためのものである。

【0026】

《装置の構成》
最初に、本実施の形態による炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工装置の構成について説明する。

【0027】

本実施の形態の炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工装置は、例えばトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置を製造するために用いられる炭化珪素半導体基板ＷのトレンチＴを加工するために用いられる。より具体的には、本実施の形態の炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工装置は、とりわけ、ドライエッチングにより形成したトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を大きくするために用いられる（図３（ａ）（ｂ）参照）。なお、図３（ａ）は、本実施の形態による炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工方法で処理される前のトレンチＴを撮影した写真であり、図３（ｂ）は、当該炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工方法で処理された後のトレンチＴを撮影した写真である。

【0028】

図１に示すように、本実施の形態の炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工装置は、非密閉容器１０と、非密閉容器１０内に設けられ、ドライエッチングにより形成したトレンチＴを有する炭化珪素（ＳｉＣ）半導体基板ＷをトレンチＴが下方を向くように支持する基板支持部２６と、非密閉容器１０内であって基板支持部２６の下方側に設けられ、炭化珪素半導体基板Ｗと対向するように珪素材（Ｓｉ）である珪素片を支持して保持する珪素材保持部２２（特許請求の範囲の「珪素材支持部」に該当する。）と、を備えている。なお、本実施の形態では、以下、珪素材として珪素片を用いて説明するが、これに限られることはない。

【0029】

非密閉容器１０の材料の一例としてはグラファイト等のカーボンを挙げることができる。また、珪素材保持部２２及び基板支持部２６の材料の一例としてもグラファイト等のカーボンを挙げることができる。また、炭化珪素半導体基板Ｗの一例としては炭化珪素からなる半導体ウエハを挙げることができる。また、半導体ウエハの形状と大きさの一例としては、直径が４インチ（約１０ｃｍ）からなる円形の半導体ウエハを挙げることができる。また、基板支持部２６で支持された炭化珪素半導体基板Ｗと珪素材保持部２２で支持された珪素片との間の上下方向における距離は、一例としては２〜３ｃｍ程になっている。

【0030】

本実施の形態では、炭化珪素半導体基板Ｗの周縁部と非密閉容器１０の内壁との間に間隙が設けられ、かつ、珪素材保持部２２の周縁部と非密閉容器１０の内壁との間に間隙が設けられており（図２参照）、当該間隙を後述する不活性ガスが通過できるようになっている。なお、珪素材保持部２２は非密閉容器１０の内壁に設けられた支持体２１（図２に示した態様では４つの支持体２１）によって支持されている。なお、この支持体２１の材料としてもグラファイト等のカーボンを用いることができる。

【0031】

図１に示すように、非密閉容器１０には、非密閉容器１０内にＡｒ等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給部３５が連結されている。また、珪素材保持部２２で保持された珪素片の加熱は、例えば、非密閉容器１０の周りに設けられた高周波誘導コイルや加熱用抵抗等の外部加熱部（特許請求の範囲の「加熱部」に相当する。）４１からの高周波誘導加熱によって非密閉容器１０が加熱され、この非密閉容器１０の輻射熱で珪素材保持部２２が加熱されることで行われる。そして、高周波誘導加熱による加熱温度は適宜調整することができるようになっており、温度測定部４７によって測定された温度に基づいて、加熱温度を自動又は手動で調整することができる。なお、この温度測定部４７としては例えばパイロメーターを用いることができる。このようにパイロメーターを用いた場合には、例えば非接触で珪素材保持部２２を測定することで、珪素片の温度を間接的に測定することができる（図１参照）。

【0032】

図１に示した態様では、密閉容器１０の底面に珪素材保持部２２から放出される赤外線を検出するための検出用窓４４ａが設けられ、当該検出用窓４４ａを介して珪素材保持部２２から放出される赤外線を温度測定部４７で測定することができるようになっている。また、図１に示した態様では、珪素材保持部２２の中心部に開口部２２ｂが設けられており、この開口部２２ｂを介して、炭化珪素半導体基板Ｗから放出される赤外線を温度測定部４７で測定することができるようになっている。

【0033】

上述した珪素材保持部２２は、複数の珪素片を複数の凹部２３で保持するようになっている（図１参照）。より具体的には、図２に示すように、珪素材保持部２２の表面には、水平方向において均一な距離で離隔して配置された複数の凹部２３が設けられている。そして、各凹部２３内に珪素片が配置されることで、各珪素片を水平方向において均一に離隔して配置させることができる。

【0034】

本実施の形態では、例えば、凹部２３内の珪素片及び炭化珪素基板が１６００℃〜１８００℃で加熱されるよう、加熱温度が調整される。珪素の融点が約１４１４℃であることから、珪素片をこのように１６００℃〜１８００℃で加熱することで、珪素片を溶融させることができる。ちなみに、炭化珪素の融点は約２７３０℃である。用いられる珪素片の大きさ及び形状としては、様々なものを用いることができるが、その一例としては、市販のシリコンウェハを約５ｍｍ角程度に切り出したものを用いることができる。

【0035】

図１に示すように、非密閉容器１０は、不活性ガス供給部３５から送られる不活性ガスを内部に取り込むための流入口３１と、内部から不活性ガスを流出させるための流出口３９とを有している。なお、流出口３９から流出されるガスには、珪素片から蒸発した少量の珪素ガスも含まれているが、ほとんどは不活性ガスである。

【0036】

図１に示すように、本実施の形態では、非密閉容器１０の底面の「略中心」に流入口３１が設けられ、非密閉容器１０の頂面の「略中心」に流出口３９が設けられている。また、本実施の形態では、流出口３９に連結された流出管７９に、不活性ガス及び少量の珪素ガスを外部に排出させるロータリーポンプ等のポンプ５９が設けられている。

【0037】

ところで、本実施の形態では、非密閉容器１０の底面の略中心に流入口３１が設けられ、非密閉容器１０の頂面の略中心に流出口３９が設けられている態様を用いて説明しているが、これに限られることはない。例えば、非密閉容器１０の底面の略中心以外の箇所に流入口が設けられてもよいし、非密閉容器１０の頂面の略中心以外の箇所に流出口が設けられてもよい。また、非密閉容器１０の側壁の下方に流入口が設けられ、側壁の上方に流出口が設けられてもよい。

【0038】

また、図１に示すように、流出管７９には、流出管７９内の圧力を測定することで、非密閉容器１０の内部の圧力を測定する圧力測定部５１が設けられている。また、流入口３１に連結された流入管７１には、非密閉容器１０の内部の圧力を調整する圧力調整部５６が設けられている。そして、圧力測定部５１によって測定された圧力に基づいて圧力調整部５６を手動又は自動で操作することで、非密閉容器１０の内部の圧力を調整することができる。なお、圧力調整部５６の一例としては圧力調整弁等を挙げることができる。本実施の形態では、圧力測定部５１が流出管７９に設けられている態様を用いて説明しているが、これはあくまでも一例であり、圧力測定部５１は非密閉容器１０内に設けられてもよいし、一箇所ではなく数箇所に設けられてもよい。

【0039】

本実施の形態では、例えば、非密閉容器１０内における圧力が３３３３Ｐａ（約２５Ｔｏｒｒ）〜８６６６０Ｐａ（約６５０Ｔｏｒｒ）となるよう、圧力調整部５６によって非密閉容器１０内に流入される不活性ガスの圧力が調整される。

【0040】

《加工方法の説明》
次に、上述した炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工装置を用いて、炭化珪素半導体基板ＷのトレンチＴを加工する工程について説明する。

【0041】

トレンチＴを有する炭化珪素半導体基板Ｗが、当該トレンチＴが下方を向くように非密閉容器１０内の基板支持部２６上に配置される。

【0042】

炭化珪素半導体基板Ｗを基板支持部２６上に配置する前又は配置した後に、非密閉容器１０内であって基板支持部２６の下方側に設けられた珪素材保持部２２の複数の凹部２３内の各々に珪素片が配置される。このことによって、炭化珪素半導体基板Ｗに対向して複数の珪素片が配置されることとなる。なお、今から行おうとしている加工より前に行われた加工時に使用した珪素片が残っている場合には、当該珪素片をそのまま用いてもよい。

【0043】

以上のようにして、炭化珪素半導体基板Ｗに対向して複数の珪素片が配置されると、流入口３１から非密閉容器１０内に不活性ガスが流入される。非密閉容器１０内に流入された不活性ガスは、珪素材保持部２２及び炭化珪素半導体基板Ｗの周縁部と非密閉容器１０の内壁との間に設けられた間隙（図２参照）を経た後で、流出口３９から流出される。なお、非密閉容器１０内の圧力は、上述したように３３３３Ｐａ（約２５Ｔｏｒｒ）〜８６６６０Ｐａ（約６５０Ｔｏｒｒ）となるように調整される。

【0044】

このように不活性ガスが非密閉容器１０内を流れている状況において、炭化珪素半導体基板Ｗ及び珪素材保持部２２の複数の凹部２３内の珪素片が加熱され始める。一例としては、約１０分かけて室温から１６００℃〜１８００℃の所定の温度にまで温度が上げられる。そして、当該所定の温度（１６００℃〜１８００℃）で１０分間維持された後、数時間かけて、当該所定の温度から室温まで下げられる。

【0045】

このようにして所定の温度（１６００℃〜１８００℃）になっている間に、炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率が徐々に大きくなり、当該トレンチ底部のコーナー部Ｔｃを丸めることができる（図３（ａ）（ｂ）参照）。

【0046】

《効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による効果について説明する。

【0047】

図１に示すように、本実施の形態では、非密閉容器１０内において、炭化珪素半導体基板Ｗが、そのトレンチＴが下方を向くように配置されるとともに当該炭化珪素半導体基板Ｗの下方に複数の珪素片が配置され、炭化珪素半導体基板ＷのトレンチＴと珪素片とが対向して配置される。そのうえで、珪素片が１６００℃〜１８００℃で加熱されて溶融される。また、非密閉容器１０内に不活性ガスが流入され、炭化珪素半導体基板Ｗと珪素片を取り囲む不活性ガスの雰囲気を作る。これらのことから、本実施の形態によれば、炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を効率よく大きくすることができる。この結果、例えばトレンチ型ＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置において、ゲート絶縁耐圧の低下が起こることを防止することができる。

【0048】

この点について、具体的に説明する。

【0049】

図１に示すように、本実施の形態では、炭化珪素半導体基板Ｗが、そのトレンチＴが下方を向くように配置されるとともに当該炭化珪素半導体基板Ｗの下方に珪素片が配置され、炭化珪素半導体基板ＷのトレンチＴと珪素片とが対向して配置される。また、炭化珪素半導体基板Ｗと珪素片との距離は近距離（例えば２〜３ｃｍ程の距離）になっている。このような条件の下で、珪素片が加熱されて溶融される。

【0050】

このため、溶融された珪素片から蒸発した珪素（珪素ガス）を近距離で直接トレンチＴに接触させることができ、効率よくトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を大きくすることができる。

【0051】

仮にトレンチＴと珪素片とを対向して配置していない場合（例えばトレンチＴが上方を向くように炭化珪素半導体基板Ｗを配置した場合）には、珪素ガスが炭化珪素半導体基板Ｗを回り込んでトレンチＴに接触することとなるが、炭化珪素半導体基板Ｗの中心側に向かうにつれて珪素ガスの濃度が薄くなってしまい、各トレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を均一に大きくすることができなくなる。

【0052】

なお、トレンチＴの表面に珪素が接触する際、トレンチ表面における表面エネルギーが小さくなるようにトレンチＴの表面が変形する。このため、珪素ガスを炭化珪素半導体基板ＷのトレンチＴに接触させるだけで、自然にトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を大きくすることができる。

【0053】

上述したように、図３（ａ）は、本実施の形態による炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工方法で処理される前のトレンチＴを撮影した写真であり、図３（ｂ）は、当該炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工方法で処理された後のトレンチＴを撮影した写真であるが、これらの写真から明白なように、本実施の形態による炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ加工方法を用いることで、トレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を大きくすることができた。

【0054】

なお、炭化珪素半導体基板Ｗと珪素片との距離を近づけすぎると（例えば１ｃｍ程にすると）、炭化珪素半導体基板Ｗと珪素材保持部上で盛り上がった珪素とが直接接触する場合があることから好ましくない。

【0055】

本実施の形態では、流入口３１から非密閉容器１０内に不活性ガスが流入され、当該不活性ガスは、珪素材保持部２２及び炭化珪素半導体基板Ｗの周縁部と非密閉容器１０の内壁との間に設けられた間隙（図２参照）を経た後で、流出口３９から流出される。このため、不活性ガスによって炭化珪素半導体基板Ｗと珪素材保持部２２を取り囲むことができ、不活性ガスによる壁を作ることができる。この結果、珪素材保持部２２上の珪素片から蒸発した珪素が炭化珪素半導体基板ＷのトレンチＴの表面に接触しながら、炭化珪素半導体基板Ｗの周辺に向かって流れ、流出口３９から流出される。このとき、炭化珪素半導体基板ＷのトレンチＴに珪素ガスを接触させることができ、より効率よく、炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を大きくすることができる。

【0056】

なお、非密閉容器１０内における圧力が３３３３Ｐａ（約２５Ｔｏｒｒ）〜８６６６０Ｐａ（約６５０Ｔｏｒｒ）となるよう、圧力調整部５６によって非密閉容器１０内に流入される不活性ガスの圧力が調整されるが、この点には、以下のような意義がある。

【0057】

非密閉容器１０内における圧力が３３３３Ｐａ未満の場合には、炭化珪素半導体基板Ｗからも珪素が多く蒸発してしまうことから好ましくない。他方、非密閉容器１０内における圧力が８６６６０Ｐａよりも高い場合には、珪素片からの蒸発が少なくなってしまい、効率よくトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を大きくすることができない。また、非密閉容器１０内における圧力が８６６６０Ｐａよりも高い場合には、その圧力が、常圧（１０１３２５Ｐａ）に近づくことから圧力の制御が困難になるという不都合もある。

【0058】

このため、非密閉容器１０内における圧力を３３３３Ｐａ（約２５Ｔｏｒｒ）〜８６６６０Ｐａ（約６５０Ｔｏｒｒ）とすることには、炭化珪素半導体基板Ｗから珪素が多く蒸発してしまうことを防止しつつ、珪素材保持部２２上の珪素片からの蒸発が少なくなることを防止することができ、さらには、非密閉容器１０内の圧力を容易に制御することもできるという、技術的意義及び臨界的意義が存在する。

【0059】

また、珪素片が１６００℃〜１８００℃で加熱されるよう、外部加熱部４１による加熱温度が調整されるが、この点には、以下のような意義がある。

【0060】

珪素片を加熱する温度が１６００℃未満の場合には、溶融した珪素片から珪素の蒸気を十分に飛ばすことができず、トレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を十分に大きくすることができない。他方、珪素片を加熱する温度が１８００℃以上になると、溶融した珪素片から活発に珪素が蒸発しすぎてしまい、トレンチ底部のコーナー部Ｔｃの加工を適切に制御しつつ行うことが難しくなってしまう。

【0061】

このため、珪素片が１６００℃〜１８００℃で加熱することには、炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を十分に大きくし、かつ、トレンチ底部のコーナー部Ｔｃの加工を適切に制御することもできるという、技術的意義及び臨界的意義が存在する。

【0062】

また、本実施の形態では、非密閉容器１０の底面に流入口３１が設けられ、非密閉容器１０の頂面に流出口３９が設けられているので、底面から頂面に向かった不活性ガスの流れを作ることができる。このため、炭化珪素半導体基板Ｗと珪素材保持部２２を取り囲む不活性ガスの壁を水平方向でバランスよく形成することができる。この結果、炭化珪素半導体基板Ｗの各トレンチＴにおけるトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を、バランスよく大きくすることができる。

【0063】

さらに、本実施の形態では、流入口３１が非密閉容器１０の底面の「略中心」に設けられ、かつ、流出口３９が非密閉容器１０の頂面の「略中心」に設けられる。このため、炭化珪素半導体基板Ｗと珪素材保持部２２を取り囲む不活性ガスの壁を水平方向でさらにバランスよく形成することができる。この結果、炭化珪素半導体基板Ｗの各トレンチＴにおけるトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を、さらにバランスよく大きくすることができる。

【0064】

また、図２に示すように、本実施の形態では、珪素材保持部２２の表面に水平方向において均一な距離で離隔して配置された凹部２３が設けられていることから、各珪素片を水平方向において均一に離隔して配置させることができる。このため、炭化珪素半導体基板Ｗの表面に形成された各トレンチＴに対して、バランスよく珪素ガスを供給することができる。この結果、このことによっても、炭化珪素半導体基板Ｗの各トレンチＴにおけるトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を、バランスよく大きくすることができる。

【0065】

なお、仮に本実施の形態の態様と異なり大きな珪素片を一つだけ用いた場合には、溶けた珪素が凝集し、均一に分布した珪素の溶融領域は形成されず、珪素の溶融領域の偏りを生じるため、当該珪素から局所的に珪素ガスが発生してしまう。このため、珪素の溶融領域から距離が離れるにつれて珪素ガスの濃度が薄くなってしまい、各トレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を均一に大きくすることができなくなってしまう可能性がある。

【0066】

第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

【0067】

第１の実施の形態では、一つの炭化珪素半導体基板Ｗが処理対象となっていた。これに対して、第２の実施の形態では、図４に示すように、複数（図４では３つ）の炭化珪素半導体基板Ｗが処理対象となっている。そして、各炭化珪素半導体基板Ｗの下方に珪素材保持部２２が設けられ、当該珪素材保持部２２の表面に設けられた複数の凹部２３で複数の珪素片が保持される態様となっている。

【0068】

第２の実施の形態において、その他の構成は、第１の実施の形態と略同一の態様となっている。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0069】

図４に示すように、本実施の形態では、基板支持部２６が非密閉容器１０内において上下方向で複数（図４では３つ）配置され、珪素材保持部２２も非密閉容器１０内において上下方向で複数（図４では３つ）配置されている。そして、各基板支持部２６の下方側に各珪素材保持部２２が配置されている。また、各基板支持部２６は、トレンチＴが下方を向くように炭化珪素半導体基板Ｗを支持している。

【0070】

また、本実施の形態では、（最も上方に位置する基板支持部２６以外の）基板支持部２６と、当該基板支持部２６の上方に位置する支持体２１との上下方向における間に、上記基板支持部２６で支持された炭化珪素半導体基板Ｗを水平方向で覆う略円形状の蓋部材６０が支持体２７を介して設けられている。このため、（最も上方に位置する炭化珪素半導体基板Ｗ以外の）炭化珪素半導体基板Ｗと、当該炭化珪素半導体基板Ｗの上方に位置する珪素片との間に、炭化珪素半導体基板Ｗを水平方向で覆う蓋部材６０を設けることができる。なお、この蓋部材６０の材料としては様々なものを用いることができるが、一例としては、グラファイトを用いることができる。

【0071】

また、図４に示した態様では、密閉容器１０の底面に珪素材保持部２２から放出される赤外線を検出するための検出用窓４４ａが設けられ、当該検出用窓４４ａを介して珪素材保持部２２から放出される赤外線をパイロメーター等の温度測定部４７で測定することができるようになっている。また、密閉容器１０の底面に別の検出用窓４４ｂが設けられるとともに、当該検出用窓４４ｂの上方に位置する支持体２１に検出用窓（又は検出用穴）２１ａが設けられ、基板支持部２６に検出用窓（又は検出用穴）２６ａが設けられ、支持体２７に検出用窓（又は検出用穴）２７ａが設けられている。そして、これらの検出用窓４４ｂ、検出用窓（又は検出用穴）２１ａ、検出用窓（又は検出用穴）２６ａ及び検出用窓（又は検出用穴）２７ａを介して、基板支持部２６’から放出される赤外線をパイロメーター等の温度測定部４７で測定することができるようになっている。

【0072】

本実施の形態によれば、第１の実施の形態で述べた効果を達成しつつ、複数の炭化珪素半導体基板Ｗを同時に加工することができる。なお、第１の実施の形態で既に述べた効果については簡潔に記載する。

【0073】

本実施の形態によれば、トレンチＴを有する炭化珪素半導体基板Ｗが非密閉容器１０内においてトレンチＴが下方を向くようにして上下方向で複数配置され、各炭化珪素半導体基板Ｗの下方に各炭化珪素半導体基板Ｗと対向するように珪素片が配置されているので、複数の炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を同時に効率よく大きくすることができる。

【0074】

また、本実施の形態によれば、不活性ガスによって複数の炭化珪素半導体基板Ｗと複数の珪素材保持部２２を取り囲む不活性ガスの壁を作ることができる。このため、より効率よく、複数の炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を大きくすることができる。

【0075】

また、本実施の形態によれば、非密閉容器１０内における圧力が３３３３Ｐａ（約２５Ｔｏｒｒ）〜８６６６０Ｐａ（約６５０Ｔｏｒｒ）となるよう圧力調整部５６によって非密閉容器１０内に流入される不活性ガスの圧力が調整される。このため、各炭化珪素半導体基板Ｗから珪素が蒸発してしまうことを防止しつつ、各珪素材保持部２２上の珪素片からの蒸発が少なくなることを防止することができる。また、非密閉容器１０内の圧力を容易に制御することもできる。

【0076】

また、本実施の形態によれば、各珪素材保持部２２上の珪素片が１６００℃〜１８００℃で加熱されるよう外部加熱部４１によって加熱温度が調整される。このため、各炭化珪素半導体基板Ｗのトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を十分に大きくすることができ、かつ、トレンチ底部のコーナー部Ｔｃの加工を適切に制御することもできる。

【0077】

また、本実施の形態でも、非密閉容器１０の底面の流入口３１が設けられ、非密閉容器１０の頂面に流出口３９が設けられているので、底面から頂面に向かった不活性ガスの流れを作ることができる。このため、各炭化珪素半導体基板Ｗと各珪素材保持部２２を取り囲む不活性ガスの壁を水平方向でバランスよく形成することができる。この結果、各炭化珪素半導体基板Ｗの各トレンチＴにおけるトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を、バランスよく大きくすることができる。

【0078】

さらに、本実施の形態では、流入口３１が非密閉容器１０の底面の「略中心」に設けられ、かつ、流出口３９が非密閉容器１０の頂面の「略中心」に設けられる。このため、炭化珪素半導体基板Ｗと珪素材保持部２２を取り囲む不活性ガスの壁を水平方向でさらにバランスよく形成することができる。この結果、各炭化珪素半導体基板Ｗの各トレンチＴにおけるトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を、さらにバランスよく大きくすることができる。

【0079】

また、本実施の形態では、各珪素材保持部２２の表面に水平方向において均一な距離で離隔して配置された凹部２３が設けられており、各珪素片を水平方向において均一に離隔して配置させることができる。このため、各炭化珪素半導体基板Ｗの表面に形成されたトレンチＴに対して、対応する珪素材保持部２２の凹部２３内の珪素片からバランスよく珪素ガスを供給することができる。この結果、このことによっても、各炭化珪素半導体基板Ｗの各トレンチＴにおけるトレンチ底部のコーナー部Ｔｃの曲率を、バランスよく大きくすることができる。

【0080】

さらに、本実施の形態では、（最も上方に位置する炭化珪素半導体基板Ｗ以外の）炭化珪素半導体基板Ｗの上方に位置する珪素片と当該炭化珪素半導体基板Ｗとの間に蓋部材６０を設けることができる。この結果、珪素片から蒸発した珪素が、当該珪素片の下方に位置する炭化珪素半導体基板Ｗに接触してしまうことを防止することができる。したがって、予期せぬ箇所で炭化珪素半導体基板Ｗの表面に珪素が接触してしまうことを防止することができる。

【0081】

なお、蓋部材６０の材料としてグラファイトを用いた場合には、高温に耐えることができるため好ましい。

【0082】

最後になったが、上述した各実施の形態の記載及び図面の開示は、特許請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって特許請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。

【符号の説明】

【0083】

１０ 非密閉容器
２２ 珪素材保持部（珪素材支持部）
２３ 凹部
２６ 基板支持部
３１ 流入口
３５ 不活性ガス供給部
３９ 流出口
４１ 外部加熱部
４７ 温度測定部
５１ 圧力測定部
５６ 圧力調整部
６０ 蓋部材
７１ 流入管
７９ 流出管
Ｔ トレンチ
Ｔｃ トレンチ底部のコーナー部
Ｗ 炭化珪素半導体基板

【図1】

【図2】

【図4】

【図3】