(57)【要約】【課題】不純物注入領域が比較的深く、かつ全長が長く、不純物注入領域同士の間隔が比較的狭い構造を有する炭化珪素半導体装置を、精度良く製造することができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側の表面部のうち、Ｐ型不純物注入領域１４が形成される部分を露出させ、残余の部分を覆う注入マスク１５を形成する。注入マスク１５は、アスペクト比が３．３３以上であるライン状部分を含む。注入マスク１５を形成するときには、少なくともライン状部分が、下層マスク１２と上層マスク１３とを備えるようにする。このとき、下層マスク１２を、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方で形成し、上層マスク１３を、レジスト膜で形成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部の一部分に有効領域を有し、前記有効領域に半導体素子を備える炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部のうち、予め定める注入予定領域を露出させ、前記注入予定領域を除く残余の領域を覆う注入マスクを形成する注入マスク形成工程と、
前記注入マスクで覆われずに露出する前記注入予定領域に、不純物イオンを注入することによって、不純物注入領域を形成するイオン注入工程とを備え、
前記注入マスクは、
前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に平行な方向である延在方向にライン状に延びるライン状部分を含み、
前記ライン状部分は、
前記延在方向に垂直な方向であって前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に平行な方向における寸法を幅とし、前記延在方向に垂直な方向であって前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に垂直な方向における寸法を高さとしたとき、前記幅に対する前記高さの比率であるアスペクト比が３．３３以上であり、
前記注入マスク形成工程では、
前記注入マスクの少なくとも前記ライン状部分は、前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に積層され、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成る下層マスクと、前記下層マスクの厚み方向一方側の表面部に積層され、レジスト膜から成る上層マスクとを備えて形成される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】
前記下層マスクの厚み方向における寸法は、前記上層マスクの厚み方向における寸法よりも小さい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】
前記イオン注入工程では、前記有効領域を取囲む終端領域に、終端領域用注入領域として、複数の前記不純物注入領域が形成され、
前記終端領域用注入領域として形成される複数の前記不純物注入領域は、前記有効領域を取囲むように、互いに離間して環状に形成されて、フィールドリミッティングリング構造を構成することを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体素子として、金属−酸化膜−半導体電界効果型トランジスタを備え、
前記イオン注入工程では、前記有効領域に、前記金属−酸化膜−半導体電界効果型トランジスタを構成するＰ−ウェルとして、複数の前記不純物注入領域が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子として、金属−酸化膜−半導体電界効果型トランジスタ、およびショットキーバリアダイオードとＰＩＮダイオードとが交互に配置されて並列接続されたＭＰＳ（Merged Pin/Schottky）ダイオードのうち、少なくとも一方を備え、
前記半導体素子は、前記有効領域の一部分に、他の部分に比べて高濃度にＰ型不純物を含有するＰ型高濃度領域を有し、
前記注入マスク形成工程の前に、
前記有効領域のうち、前記Ｐ型高濃度領域が形成されるＰ型形成部を露出させ、前記Ｐ型形成部を除く残余の部分を覆うように、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成るＰ型領域用マスクを形成するＰ型領域用マスク形成工程と、
前記Ｐ型領域用マスクで覆われずに露出する前記Ｐ型形成部に、Ｐ型不純物イオンを注入することによって、前記Ｐ型高濃度領域を形成するＰ型領域形成工程とを備え、
前記注入マスク形成工程では、前記Ｐ型領域用マスクを前記下層マスクとして用い、前記型領域用マスクの厚み方向一方側の表面部に、前記レジスト膜から成る上層マスクを形成することによって、前記注入マスクを形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記イオン注入工程では、
前記有効領域を取囲む終端領域に、終端領域用注入領域として、複数の前記不純物注入領域が形成されるとともに、前記有効領域に、Ｐ−ウェルとして、複数の前記不純物注入領域が形成され、
前記終端領域用注入領域として形成される複数の前記不純物注入領域は、前記有効領域を取囲むように、互いに離間して環状に形成されて、フィールドリミッティングリング構造を構成し、
前記Ｐ−ウェルとして形成される複数の前記不純物注入領域は、前記金属−酸化膜−半導体電界効果型トランジスタおよび前記ＭＰＳダイオードのうち、少なくとも一方を構成することを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記イオン注入工程の後に、
前記下層マスクの側面に接して、前記Ｐ−ウェルの一部分を覆うサイドウォールを形成するサイドウォール形成工程と、
前記Ｐ−ウェルのうち、予め定めるソース形成部を露出させ、前記ソース形成部を除く残余の部分を覆うソース用マスクを形成するソース用マスク形成工程と、
前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部のうち、前記下層マスク、前記サイドウォールおよび前記ソース用マスクで覆われずに露出する部分に、不純物イオンを注入することによって、ソース領域を形成するソース領域形成工程とを備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素半導体パワーデバイスなどの炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素半導体パワーデバイスには、デバイスの内部および表面の電界を緩和するフィールドリミッティングリング（Field Limiting Ring；略称：ＦＬＲ）構造などの終端構造が設けられる。ＦＬＲ構造などの終端構造、および金属−酸化膜−半導体電界効果型トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；略称：ＭＯＳＦＥＴ）を構成するＰ−ウェルなどは、レジストをマスクとしたイオン注入法を用いて、必要な領域に不純物を注入することによって形成される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＦＬＲ構造としては、電界を緩和する機能を得るために、不純物注入領域同士の間隔、すなわち不純物の未注入領域の幅が比較的狭い構造を形成する必要がある。特に、炭化珪素半導体では、注入した不純物が殆ど熱拡散しないので、不純物の未注入領域の幅が比較的狭い構造を得るためには、残存する幅（以下「残し幅」という場合がある）が比較的細いレジストパターンが必要となる。
【０００４】
また、ＦＬＲ構造を形成するときには、不純物を炭化珪素半導体の内部に比較的深く注入する必要がある。不純物を比較的深く注入するためには、比較的高いエネルギーで注入を行う必要がある。したがって、比較的高いエネルギーの注入に耐え得る、比較的厚いレジストパターンが求められる。
【０００５】
さらに、パワーデバイスは、比較的大容量の電流を流すので、パワーデバイスを構成するチップのサイズは、比較的大きいものとなる。ＦＬＲ構造は、チップの周縁部に沿って形成される。たとえば、チップが矩形状である場合、Ｐ−ウェルは、チップの周縁部を構成する４つの辺部に平行なライン状の部分を含んで、略矩形の環状に形成される。したがって、ＦＬＲ構造を形成するときには、チップのサイズに対応した比較的長いライン状の部分を含むレジストパターンが必要となる。
【０００６】
Ｐ−ウェルの形成に際しては、デバイス動作時のエネルギー損失を減少させることを目的として、単位面積あたりにできるだけ多くのＭＯＳＦＥＴ部を形成するために、Ｐ−ウェルとなる不純物注入領域同士の間隔が比較的狭い構造を形成する必要がある。
【０００７】
前述のＦＬＲ構造を形成する場合と同様に、Ｐ−ウェルを形成するときには、不純物を炭化珪素半導体の内部に比較的深く注入する必要があるので、比較的高いエネルギーの注入に耐え得る、比較的厚いレジストパターンが求められる。
【０００８】
また前述のように、パワーデバイスは、比較的大容量の電流を流すので、パワーデバイスを構成するチップのサイズは、比較的大きいものとなる。ＭＯＳＦＥＴ部を構成するＰ−ウェルは、チップ内において、一方向に延びてライン状に形成される。たとえば、チップが矩形状である場合、Ｐ−ウェルは、チップの周縁部の一辺部に平行に延びてライン状に形成される。したがって、Ｐ−ウェルを形成するときには、前述のＦＬＲ構造を形成する場合と同様に、チップのサイズに対応した比較的長いライン状の部分を含むレジストパターンが必要となる。
【０００９】
以上のように、ＦＬＲ構造などの終端構造およびＰ−ウェルを形成するときには、比較的細く、厚く、長いライン状の部分を含むレジストパターンが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２４５２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述のＦＬＲ構造などの終端構造およびＰ−ウェルの形成に必要となる、細く、厚く、長いライン状の部分を含むレジストパターンは、構造上倒れやすい。倒れたレジストパターンを用いると、必要な領域に不純物を注入することができない。
【００１２】
したがって、ＦＬＲ構造などの終端構造およびＰ−ウェルを有する炭化珪素半導体装置の構造の設計には、制約がある。このことは、ＦＬＲ構造などの終端構造およびＰ−ウェルを形成する場合に限ったことではなく、形成する構造の不純物注入領域が比較的深く、かつ全長が長く、不純物注入領域同士の間隔が比較的狭い構造を形成する場合も同様である。
【００１３】
本発明の目的は、不純物注入領域が比較的深く、かつ全長が長く、不純物注入領域同士の間隔が比較的狭い構造を有する炭化珪素半導体装置を、精度良く製造することができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部の一部分に有効領域を有し、前記有効領域に半導体素子を備える炭化珪素半導体装置の製造方法であって、前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部のうち、予め定める注入予定領域を露出させ、前記注入予定領域を除く残余の領域を覆う注入マスクを形成する注入マスク形成工程と、前記注入マスクで覆われずに露出する前記注入予定領域に、不純物イオンを注入することによって、不純物注入領域を形成するイオン注入工程とを備え、前記注入マスクは、前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に平行な方向である延在方向にライン状に延びるライン状部分を含み、前記ライン状部分は、前記延在方向に垂直な方向であって前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に平行な方向における寸法を幅とし、前記延在方向に垂直な方向であって前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に垂直な方向における寸法を高さとしたとき、前記幅に対する前記高さの比率であるアスペクト比が３．３３以上であり、前記注入マスク形成工程では、前記注入マスクの少なくとも前記ライン状部分は、前記炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に積層され、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成る下層マスクと、前記下層マスクの厚み方向一方側の表面部に積層され、レジスト膜から成る上層マスクとを備えて形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、注入マスクの少なくともライン状部分は、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成る下層マスクと、レジスト膜から成る上層マスクとを備えて形成される。下層マスクは、炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に積層され、上層マスクは、下層マスクの厚み方向一方側の表面部に積層される。
【００１６】
ライン状部分は、アスペクト比が３．３３以上であるので、炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部側に倒れるおそれがあるが、前述のように酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成る下層マスクとレジスト膜から成る上層マスクとを備えて形成されることによって、全体がレジスト膜から成る場合に比べて、倒れにくくすることができる。
【００１７】
これによって、注入マスク形成工程で形成した注入マスクの形状を維持して、イオン注入工程で不純物イオンを注入予定領域に注入することができるので、アスペクト比が３．３３以上のライン状部分を含む注入マスクが必要となる構造、たとえば不純物注入領域が比較的深く、かつ全長が長く、不純物注入領域同士の間隔が比較的狭い構造を、精度良く形成することができる。したがって、このような構造を有する炭化珪素半導体装置を、精度良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法による製造工程において、レジスト膜１３を形成した状態を示す平面図である。
【図２】図１の終端領域１０を拡大して示す平面図である。
【図３】無機膜１２の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図４】レジスト膜１３の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図５】注入マスクの形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図６】不純物イオンの注入が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図７】注入マスク１５の除去が終了した段階における状態を示す断面図である。
【図８】注入深さと注入濃度との関係を示すグラフである。
【図９】レジスト膜１３のみで注入マスクを形成した場合を示す断面図である。
【図１０】下層マスク１２の厚み寸法と上層マスク１３の厚み寸法との関係を示す断面図である。
【図１１】下層マスク１２の厚み寸法と上層マスク１３の厚み寸法との関係を示す断面図である。
【図１２】下層マスク１２の厚み寸法と上層マスク１３の厚み寸法との関係を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法による製造工程において、レジスト膜４３を形成した状態を示す平面図である。
【図１４】図１３の開口部４３ｃを拡大して示す平面図である。
【図１５】Ｐウェルとして、Ｐ型不純物注入領域４４の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図１６】Ｐ−ウェルコンタクトの形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図１７】ゲート配線４７および電極の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図２２】本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図２３】本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図２４】注入深さと注入濃度との関係を示すグラフである。
【図２５】注入深さと注入濃度との関係を示すグラフである。
【図２６】ＦＬＲ構造に第２の実施の形態の方法を適用した場合のＭＰＳの製造工程における各工程の状態を示す断面図である。
【図２７】ＦＬＲ構造に第２の実施の形態の方法を適用した場合のＭＰＳの製造工程における各工程の状態を示す断面図である。
【図２８】ＦＬＲ構造に第２の実施の形態の方法を適用した場合のＭＰＳの製造工程における各工程の状態を示す断面図である。
【図２９】ＦＬＲ構造に第２の実施の形態の方法を適用した場合のＭＰＳの製造工程における各工程の状態を示す断面図である。
【図３０】本発明の第３の実施の形態の変形例における各工程の状態を示す断面図である。
【図３１】本発明の第３の実施の形態の変形例における各工程の状態を示す断面図である。
【図３２】本発明の第３の実施の形態の変形例における各工程の状態を示す断面図である。
【図３３】本発明の第４の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図３４】本発明の第４の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図３５】本発明の第４の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図３６】本発明の第４の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【図３７】本発明の第４の実施の形態の変形例における各工程の状態を示す断面図である。
【図３８】本発明の第４の実施の形態の変形例における各工程の状態を示す断面図である。
【図３９】本発明の第４の実施の形態の変形例における各工程の状態を示す断面図である。
【図４０】従来技術で注入マスクとして用いられるレジストパターン１３の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図４１】従来技術で注入マスクとして用いられるレジストパターン４３の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法による製造工程において、レジスト膜１３を形成した状態を示す平面図である。図２は、図１の終端領域１０を拡大して示す平面図である。図１および図２は、炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側から見た平面図に相当する。
【００２０】
本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によって製造される炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側の表面部の一部分に有効領域を有し、有効領域に半導体素子を備える。有効領域は、図１において、レジスト膜１３のうち、有効領域用レジスト部１３ａが形成されている部分に相当する。本実施の形態では、有効領域は、略矩形状であり、炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側の表面部のうち、外周縁部よりも内側に形成される。
【００２１】
本実施の形態では、炭化珪素半導体装置は、半導体素子として、金属−酸化膜−半導体電界効果型トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；略称：ＭＯＳＦＥＴ）を備える。半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、たとえば、ショットキーバリアダイオードとＰＩＮダイオードとが交互に配置されて並列接続されたＭＰＳ（Merged Pin/Schottky）ダイオードであってもよい。
【００２２】
炭化珪素半導体装置は、半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴおよびＭＰＳダイオードのうち、少なくとも一方を備える。すなわち、炭化珪素半導体装置は、半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴおよびＭＰＳダイオードの一方を備えてもよく、両方を備えてもよい。
【００２３】
炭化珪素半導体装置は、有効領域を取囲む終端領域に、終端構造として、フィールドリミッティングリング（Field Limiting Ring；略称：ＦＬＲ）構造を有する。ＦＬＲ構造は、炭化珪素半導体パワーデバイスである炭化珪素半導体装置の内部および表面の電界を緩和する。終端領域は、図１において、レジスト膜１３のうち、終端領域用レジスト部１３ｂが形成されている部分に相当する。
【００２４】
本実施の形態において、炭化珪素半導体基板１１は、厚み方向一方側から見て、矩形状、より詳細には、正方形状である。本実施の形態では、炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側の表面部のうち、外周縁部よりも内側の領域であって、前述の有効領域を除く領域が、終端領域となる。
【００２５】
終端領域用レジスト部１３ｂは、具体的には、図２に示すように、複数のレジスト部２１〜２４を含む。図２では、一例として、４つのレジスト部２１〜２４を示している。以下の説明では、４つのレジスト部２１〜２４を、有効領域に近い側、すなわち有効領域用レジスト部１３ａに近い側から順に、第１レジスト部２１、第２レジスト部２２、第３レジスト部２３および第４レジスト部２４という。
【００２６】
複数のレジスト部２１〜２４は、図１に示すように、有効領域を囲むように、互いに離間して環状に形成される。図１では、理解を容易にするために、各レジスト部２１〜２４を細線で示しているが、各レジスト部２１〜２４は、実際には、図２に示すように幅を有する。
【００２７】
レジスト部１３同士の間には、後述するイオン注入工程において、不純物イオン、本実施の形態ではＰ型不純物イオンが注入される。これによって、Ｐ型不純物が注入されたＰ型不純物注入領域１４が複数形成される。図２では、一例として、４つのＰ型不純物注入領域１４を示している。
【００２８】
以下の説明では、４つのＰ型不純物注入領域１４を、有効領域に近い側、すなわち有効領域用レジスト部１３ａに近い側から順に、第１注入領域１４ａ、第２注入領域１４ｂ、第３注入領域１４ｃおよび第４注入領域１４ｄという。
【００２９】
図２では、レジスト部２１〜２４およびＰ型不純物注入領域１４を、それぞれ４つ示しているが、レジスト部２１〜２４およびＰ型不純物注入領域１４の個数は、４つに限定されるものではなく、５つ以上であってもよいし、３つ以下であってもよい。
【００３０】
本実施の形態では、レジスト膜１３は、その下層に形成される無機膜１２とともに、注入マスクを構成する。換言すれば、注入マスクは、無機膜１２から成る下層マスクと、レジスト膜１３から成る上層マスクとを備えて構成される。
【００３１】
図３〜図７は、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法による製造工程の各工程における状態を示す断面図である。図３は、無機膜１２の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【００３２】
本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法では、最初に、図３に示すように、炭化珪素半導体基板１１上、具体的には炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側の表面部に、下層マスクとなる無機膜１２を形成する。無機膜１２の厚み方向における寸法（以下「厚み寸法」という場合がある）ｔ１は、たとえば１．５μｍである。
【００３３】
本実施の形態では、無機膜１２として、酸化膜を形成する。無機膜１２は、酸化膜に限定されるものではなく、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方であればよい。すなわち、無機膜１２は、酸化膜および窒化膜のいずれか一方で構成されてもよく、酸化膜および窒化膜の両方が積層されて構成されてもよい。
【００３４】
無機膜１２は、たとえば無機材料を堆積させることによって形成される堆積膜である。無機膜１２は、たとえば化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：略称：ＣＶＤ）などによって形成される。無機膜１２の形成方法は、これに限定されない。
【００３５】
図４は、レジスト膜１３の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。次いで、図４に示すように、無機膜１２上、具体的には無機膜１２の厚み方向一方側の表面部に、図１および図２に示すＰ型不純物注入領域１４に対応する部分で開口されたパターンのレジスト膜（以下「レジストパターン」という場合がある）１３を形成する。レジストパターン１３は、前述のように、有効領域用レジスト部１３ａおよび終端領域用レジスト部１３ｂを有する。
【００３６】
終端領域用レジスト部１３ｂは、第１〜第４レジスト部２１〜２４を含む。図４では、第４レジスト部２４は、記載を省略している。第１〜第４レジスト部２１〜２４は、炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側の表面部に平行な方向である延在方向にライン状に延びて形成される。第１〜第４レジスト部２１〜２４は、ライン状部分に相当する。
【００３７】
終端領域用レジスト部１３ｂを構成する複数のレジスト部２１〜２４は、有効領域用レジスト部１３ａに近いほど、炭化珪素半導体基板の厚み方向一方側の表面部に平行な方向における寸法である幅が小さく形成される。すなわち、第１レジスト部２１、第２レジスト部２２、第３レジスト部２３、第４レジスト部２４の順に、幅が小さくなる。第１レジスト部２１の幅ｗ１は、たとえば、０．７μｍである。
【００３８】
レジスト膜１３の形成が終了した段階におけるレジスト膜１３の厚み寸法ｔ２は、たとえば０．９８μｍである。図４では、理解を容易にするために、レジスト膜１３の厚み寸法ｔ２と、図３に示す無機膜１２の形成が終了した段階の無機膜１２の厚み寸法ｔ１とを略等しく記載しているが、実際には、無機膜１２の厚み寸法ｔ１の方が、レジスト膜１３の厚み寸法ｔ２よりも大きくなっている。
【００３９】
図５は、注入マスクの形成が終了した段階の状態を示す断面図である。レジストパターン１３をマスクとして、無機膜１２のエッチングを行い、注入マスク１５を形成する。無機膜１２のエッチングは、異方性があるエッチング、たとえばドライエッチングによって行う。
【００４０】
無機膜１２のエッチングによって、レジスト膜１３の厚み寸法は減少する。すなわち、無機膜１２のエッチングが終了した段階におけるレジスト膜１３の厚み寸法ｔ３は、図４に示すレジスト膜１３の形成が終了した段階におけるレジスト膜１３の厚み寸法ｔ２よりも小さくなっている。たとえば、無機膜１２のエッチングが終了した段階におけるレジスト膜１３の厚み寸法は、０．５９μｍである。
【００４１】
以上のようにして、無機膜１２から成る下層マスク（以下「下層マスク１２」という場合がある）と、レジスト膜１３から成る上層マスク（以下「上層マスク１３」という場合がある）とを備える注入マスク１５が形成される。無機膜１２を形成する工程およびレジスト膜１３を形成する工程は、注入マスク形成工程に相当する。
【００４２】
注入マスク１５は、炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側の表面部のうち、図１および図２に示すＰ型不純物注入領域１４が形成される領域である注入予定領域を露出させ、注入予定領域を除く残余の領域を覆う。注入マスク１５は、後述するイオン注入工程で注入される不純物が、注入マスク１５を貫通しないような厚み寸法で構成される。
【００４３】
図６は、不純物イオンの注入が終了した段階の状態を示す断面図である。注入マスク１５で覆われずに露出する注入予定領域に、イオン注入によって不純物を注入する。すなわち、不純物イオンを注入する。本実施の形態では、不純物として、Ｐ型不純物、たとえばアルミニウム（Ａｌ）がイオン注入される。Ａｌは、たとえば７００ｋｅＶの加速エネルギーで注入される。
【００４４】
前述のように、注入マスク１５は、イオン注入工程で注入される不純物が、注入マスク１５を貫通しないような厚み寸法ｔ４で構成される。たとえば、無機膜１２のエッチング後のレジスト膜１３の厚み寸法ｔ３が０．５９μｍであり、無機膜１２が酸化膜で構成され、無機膜１２を構成する酸化膜の厚み寸法ｔ２が１．５μｍである場合、注入マスク１５の厚み寸法ｔ４は、注入マスク１５が全てレジスト膜で構成される場合の膜厚（以下「レジスト膜厚」という場合がある）に換算して、２．９５μｍとなる。
【００４５】
このような厚み寸法ｔ４に注入マスク１５を構成することによって、前述のように７００ｋｅＶの加速エネルギーで注入されるＡｌが、注入マスク１５を貫通する、すなわち突き抜けることを防ぐことができる。
【００４６】
以上のようにしてＰ型不純物をイオン注入することによって、Ｐ型不純物注入領域１４が形成される。このようにしてＰ型不純物注入領域１４を形成する工程は、イオン注入工程に相当する。
【００４７】
図７は、注入マスク１５の除去が終了した段階における状態を示す断面図である。イオン注入後は、残存する注入マスク１５、具体的には注入マスク１５を構成するレジスト膜１３および無機膜１２を除去する。これによって、図７に示す状態となる。本実施の形態では、一例として、炭化珪素半導体基板１１をｎ型とし、炭化珪素半導体基板１１に注入される不純物（以下「注入不純物」という場合がある）をｐ型としている。これに限定されず、炭化珪素半導体基板１１をｐ型とし、注入不純物をｎ型としてもよい。
【００４８】
以上のようにして形成されるＰ型不純物注入領域１４は、前述の図１および図２に示すように、パワーデバイスである炭化珪素半導体装置の終端領域１０に形成され、ＦＬＲ構造（以下「ＦＬＲ構造１４」という場合がある）を構成する。ＦＬＲ構造１４は、図１および図２に示すように、電流を流す有効領域を囲うような構造を有するので、ＦＬＲ構造１４を構成する略矩形状の環の一辺は、ミリメートル（ｍｍ）オーダのサイズの長さに及ぶ。
【００４９】
したがって、図６および図７に示すように、Ｐ型不純物注入領域１４が比較的深く、かつ全長が長く、Ｐ型不純物注入領域１４同士の間隔が比較的狭い構造となる。このような構造を形成する過程では、比較的細く、厚く、長いライン状部分を含む注入マスクが必要となる。注入マスクのライン状部分は、後述するように、アスペクト比が３．３３以上と高い。
【００５０】
図４０は、従来技術で注入マスクとして用いられるレジストパターン１３の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。従来技術では、図４０に示すように、注入マスクとして、レジストパターン１３が形成される。レジストパターン１３は、前述のようにアスペクト比が３．３３以上と高いと、倒れやすい。倒れたレジストパターンを用いると、必要な領域に不純物を注入することができない。
【００５１】
たとえば、炭化珪素半導体基板上に、長さが２．０ｍｍ以上であり、レジスト膜の厚み寸法が２．０μｍであり、アスペクト比が３．３３以上（幅０．６０μｍ以下）、となるレジストパターンを形成するとレジストは倒れた。
【００５２】
これに対し、アスペクト比が２．７１以下のレジストでは、レジスト倒れはなく、倒れに対してマージンを持った構造でレジストパターンが形成できることを確認している。
【００５３】
そこで、本実施の形態では、注入マスク１５を、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成る無機膜１２で構成される下層マスク１２と、レジスト膜１３から成る上層マスク１３とで構成している。
【００５４】
注入マスク１５の下層マスク１２は、前述のように酸化膜および窒化膜の少なくとも一方である無機膜１２で構成されるので、倒れることは無い。また本実施の形態では、従来技術のように注入マスクをレジスト膜のみで形成する場合に比べて、注入マスク１５の上層マスク１３を構成するレジスト膜１３のアスペクト比を小さくすることができる。
【００５５】
これによって、レジスト膜のみで形成すれば倒れるような比較的細く、厚く、長いライン状部分を含む注入マスク１５を、倒れないようにすることができる。したがって、本実施の形態によれば、全長が比較的長いＰ型不純物注入領域１４を有する構造において、従来技術よりもＰ型不純物注入領域１４同士の間隔が狭く、不純物が深く注入された構造を形成することができる。
【００５６】
図８は、注入深さと注入濃度との関係を示すグラフである。図８では、アルミニウム（Ａｌ）を、加速エネルギーが７００ｋｅＶ、ドーズ量が２．００×１０１３ｃｍ−２の条件で、酸化膜およびレジスト膜にイオン注入した場合の注入深さと、そのときの注入濃度とを示す。図８において、横軸は注入深さ［μｍ］を示し、縦軸は注入濃度［ｃｍ−３］を示す。
【００５７】
図８では、参照符号「３１」で示される記号「△」でレジスト膜の結果を示し、参照符号「３３」で示される記号「◇」で酸化膜の結果を示す。参照符号「３２」で示される破線は、レジスト膜の結果を外挿した予測値を示し、参照符号「３４」で示される破線は、酸化膜の結果を外挿した予測値を示す。
【００５８】
図８から、注入マスクを、レジスト膜から酸化膜に替えた場合、酸化膜は、レジスト膜の厚み寸法の約６４％の厚み寸法で、注入不純物をマスクすることができることが判る。
【００５９】
具体的に述べると、図８から、炭化珪素半導体装置のＳｉＣエピタキシャル層における不純物の濃度をｎ型５．００×１０１５ｃｍ−３とし、その１％の５．００×１０１３ｃｍ−３の注入不純物であるＡｌの突き抜けは無視できるとする。この場合、加速エネルギーが７００ｋｅＶのときの注入マスクの厚み寸法として、レジスト膜では２．７５μｍが必要となり、酸化膜では１．７５μｍが必要となる。
【００６０】
また、注入マスクがレジスト膜のみで形成される場合、レジスト膜の厚み寸法は、２．９５μｍが必要となる。これは、図８から、５．００×１０１３ｃｍ−２の突き抜け量のときのレジスト膜の厚み寸法（以下「膜厚」という場合がある）である２．７５μｍから、０．２μｍの膜厚のマージンを入れた設計としたものである。
【００６１】
図９は、レジスト膜１３のみで注入マスクを形成した場合を示す断面図である。ＦＬＲ構造の製造の際に必要となるレジスト幅ｗ１が０．７μｍであり、レジスト膜厚ｔ１０が２．９５μｍである場合、アスペクト比は４．２１となる。このアスペクト比は、レジストが倒れるアスペクト比である３．３３よりも大きいので、レジストパターン１３は倒れる。
【００６２】
本実施の形態では、図３〜図６に示すように、無機膜１２として、たとえば酸化膜を１．５μｍ堆積させて、その酸化膜上にレジスト膜を０．９８μｍで形成して、注入領域を開口させたパターンニングを行う。レジストの残し幅が０．７μｍであれば、アスペクト比は１．４０であり、レジストは倒れることはない。
【００６３】
酸化膜とレジストのエッチング選択比が１：５で、３０％のオーバーエッチング、すなわち酸化膜換算で合計１．９５μｍのエッチングを行う条件で酸化膜エッチングが行われた場合、エッチング後のレジスト膜厚は０．５９μｍとなる。
【００６４】
注入マスク１５は、下層マスク１２を構成する酸化膜が１．５μｍで、上層マスク１３を構成するレジスト膜が０．５９μｍとなり、注入マスク１５としてのレジスト膜厚で換算すると２．９５μｍとなる。この注入マスク１５では、Ａｌを７００ｋｅＶの加速エネルギーで注入するときに、注入不純物の突き抜けはない。
【００６５】
これによって、従来技術に比べて、注入領域が深く、かつ全長が長く、注入領域同士の間隔が狭い構造を、注入マスクが倒れることなく、形成することが可能である。したがって、構造設計の自由度を増加させることができるので、たとえば終端構造では、より電界強度を下げて、電界分布を均一にした終端構造を設計できる。また、後述するＰ−ウェルでは、デバイス動作時のエネルギー損失を減らせるように、ある面積にできるだけ多くのＭＯＳＦＥＴ部を製造することができる。
【００６６】
以上のように本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、注入マスク１５の少なくともライン状部分は、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成る下層マスク１２と、レジスト膜から成る上層マスク１３とを備えて形成される。下層マスク１２は、炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側の表面部に積層され、上層マスク１３は、下層マスク１２の厚み方向一方側の表面部に積層される。
【００６７】
ライン状部分は、アスペクト比が３．３３以上であるので、炭化珪素半導体基板１１の厚み方向一方側の表面部側に倒れるおそれがあるが、本実施の形態では、前述のように酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成る下層マスク１２とレジスト膜から成る上層マスク１３とを備えて形成される。これによって、ライン状部分の全体がレジスト膜から成る場合に比べて、ライン状部分を倒れにくくすることができる。
【００６８】
これによって、注入マスク形成工程で形成した注入マスク１５の形状を維持して、イオン注入工程で不純物イオンを注入予定領域に注入することができる。したがって、アスペクト比が３．３３以上のライン状部分を含む注入マスクが必要となる構造、たとえば不純物注入領域が比較的深く、かつ全長が長く、不純物注入領域同士の間隔が比較的狭い構造を、精度良く形成することができる。また、このような構造を有する炭化珪素半導体装置を、精度良く製造することができる。
【００６９】
また本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、終端領域にＦＬＲ構造を形成するための、アスペクト比が３．３３以上であるライン状部分を含む注入マスク１５が倒れることを防ぎ、注入マスク１５の形状を維持することができる。これによって、ＦＬＲ構造を精度良く形成することができる。したがって、終端領域にＦＬＲ構造を有する炭化珪素半導体装置を、精度良く製造することができる。
【００７０】
本実施の形態では、注入領域は深く、注入領域間が狭く、全長が長い構造の例としてパワーデバイス半導体装置端部のＦＬＲ構造および半導体装置ＭＯＳＦＥＴのＰ−ウェルについて挙げたが、前述の構造以外でも注入領域は深く、注入領域間が狭く、全長が長い構造を製造する場合に本実施の形態の製造方法は適用可能である。
【００７１】
図１０〜図１２は、下層マスク１２の厚み寸法と上層マスク１３の厚み寸法との関係を示す断面図である。図１０では、上層マスク１３の厚み寸法ｔ１１と、下層マスク１２の厚み寸法ｔ２１とが等しい場合を示す。図１１では、上層マスク１３の厚み寸法ｔ１２が、下層マスク１２の厚み寸法ｔ２２よりも大きい場合を示す。図１２では、上層マスク１３の厚み寸法ｔ１３が、下層マスク１２の厚み寸法ｔ２３よりも小さい場合を示す。
【００７２】
上層マスク１３を構成するレジスト膜は、レジストの粘度および塗布コーティング中の回転速度によって、比較的簡単に、処理時間を変えることなく、膜厚をコントロールすることができる。これに対し、下層マスク１２を構成する無機膜は、厚くするほど、無機膜の成長時間、およびエッチングに要する時間が長くなる。
【００７３】
すなわち、下層マスク１２を構成する無機膜は、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成り、たとえば無機膜の材料を堆積させることによって形成されるので、レジストの塗布によって形成される上層マスク１３に比べて、形成に時間を要する。また、下層マスク１２を構成する無機膜は、形成後に上層マスク１３をマスクとしてエッチングされて、下層マスクとなるので、下層マスク１２の厚み寸法が大きいほど、下層マスク１２を構成する無機膜のエッチングに時間を要する。
【００７４】
したがって、図１１に示すように、下層マスク１２の厚み寸法ｔ２２を、上層マスク１３の厚み寸法ｔ１２よりも小さくすることによって、下層マスク１２を構成する無機膜の処理時間を短縮することができる。具体的には、下層マスク１２を構成する無機膜の成長時間、すなわち無機膜の形成に要する時間、および無機膜のエッチングに要する時間を短縮することができる。
【００７５】
図１１の構成の具体例として、たとえば、下層マスク１２として、酸化膜を０．８５μｍ堆積させて、その酸化膜上に、上層マスク１３として、レジスト膜を１．８４μｍの膜厚で形成し、注入領域を開口させるようにレジスト膜のパターンニングを行う。レジストの残し幅が０．７μｍでは、アスペクト比は２．６３となる。このアスペクト比は、倒れに対してマージンを持ったレジストのアスペクト比である２．７１以下であるので、レジストの倒れがなく、安定してレジストパターンを形成することができる。
【００７６】
酸化膜とレジストのエッチング選択比が１：５であり、３０％のオーバーエッチングを行う条件で酸化膜のエッチングが行われた場合、エッチング後のレジスト膜厚は１．６１μｍとなる。
【００７７】
注入マスクは、下層の酸化膜が０．８５μｍで、上層のレジストが１．６１μｍとなり、注入マスクとしてのレジスト膜厚で換算すると２．９５μｍとなるので、この注入マスクでは、加速エネルギーが７００ｋｅＶでのＡｌの注入において、注入不純物であるＡｌの突き抜けはない。
【００７８】
また、この場合、前述の酸化膜の厚み寸法が１．５μｍであり、レジスト膜の厚み寸法が０．９８μｍである場合と比較して、酸化膜の厚み寸法を４４％減らすことができる。これは、堆積によって酸化膜を形成する場合には、酸化膜の成長時間で約１時間程度減らすことができることを意味する。また、エッチング時間としては、１ロット２５枚を想定すれば、約３０分程度の処理時間を減らすことができる。
【００７９】
また、図１２では、前述のように、下層マスク１２の厚み寸法ｔ２３に比べて、上層マスク１３の厚み寸法ｔ１３を小さくしている。微細なパターンを形成するには、レジスト膜の厚み寸法ｔ１３は、小さいことが望ましい。
【００８０】
図１２に示すように、下層マスク１２の厚み寸法ｔ２３に比べて、上層マスク１３の厚み寸法ｔ１３を小さくすることによって、下層マスク１２の厚み寸法が上層マスク１３の厚み寸法以下である場合に比べて、細い注入マスクパターンを形成ことができる。これによって、ＦＬＲ構造などの終端構造、および後述するＰ−ウェルの設計自由度を増加させることができるので、炭化珪素半導体製造装置の特性を向上させることができる。
【００８１】
図１２の構成の具体例として、たとえば、下層マスク１２として、酸化膜を１．８０μｍ堆積させて、その酸化膜上に、上層マスク１３として、レジスト膜を０．５９μｍの膜厚で形成し、注入領域を開口させるようにレジスト膜のパターンニングを行う。レジストの残し幅が０．７μｍでは、アスペクト比は０．８４となるので、レジストは倒れることはない。酸化膜とレジストのエッチング選択比が１：５であり、３０％のオーバーエッチングを行う条件で酸化膜のエッチングが行われた場合、エッチング後のレジスト膜厚は０．１２μｍとなる。
【００８２】
注入マスクは、下層の酸化膜が１．８０μｍで、上層のレジストが０．１２μｍとなり、注入マスクとしてのレジスト膜厚で換算すると２．９５μｍとなるので、この注入マスクでは、加速エネルギーが７００ｋｅＶでのＡｌの注入において、注入不純物であるＡｌの突き抜けはない。
【００８３】
また、レジスト膜１３の厚み寸法を０．５９μｍと薄くすることで、その厚みで解像できる残し幅が小さい注入マスクを形成することができる。この場合、下層マスク１２を構成する無機膜の成長時間およびエッチング時間などの処理時間が長くなることに留意する必要がある。
【００８４】
＜第２の実施の形態＞
図１３は、本発明の第２の実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法による製造工程において、レジスト膜４３を形成した状態を示す平面図である。図１４は、図１３の開口部４３ｃを拡大して示す平面図である。図１３および図１４は、炭化珪素半導体基板４１の厚み方向一方側から見た平面図に相当する。
【００８５】
図１３および図１４では、炭化珪素半導体装置が、炭化珪素半導体基板４１の厚み方向一方側の表面部の一部分に有効領域を有し、有効領域に半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴを備える場合を示す。有効領域は、図１３において、レジスト膜４３のうち、有効領域用レジスト部４３ａが形成されている部分に相当する。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、有効領域は、略矩形状であり、炭化珪素半導体基板４１の厚み方向一方側の表面部のうち、外周縁部よりも内側に形成される。
【００８６】
本実施の形態においても、炭化珪素半導体装置は、有効領域を取囲む終端領域に、終端構造として、ＦＬＲ構造を有する。終端領域は、図１３において、レジスト膜４３のうち、終端領域用レジスト部４３ｂが形成されている部分に相当する。図１３では、ＦＬＲ構造の記載を省略する。ＦＬＲ構造は、前述の第１の実施の形態におけるＦＬＲ構造と同様に形成される。
【００８７】
すなわち、本実施の形態では、炭化珪素半導体装置は、終端領域にＦＬＲ構造を有し、有効領域に、半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴを備える。有効領域のうち、有効領域用レジスト部４３ａの開口部４３ｃを通して露出する部分には、ＭＯＳＦＥＴのＰ−ウェルとして、Ｐ型不純物注入領域４４が形成される。
【００８８】
図１５〜図１７は、ＭＯＳＦＥＴの製造工程における各工程が終了した段階の状態を示す断面図である。図１５は、Ｐウェルとして、Ｐ型不純物注入領域４４の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。本実施の形態では、図１５に示すように、下層マスクとなる無機膜４２と、上層マスクとなるレジスト膜とを備えて注入マスクを形成し、注入マスクを用いて、Ｐ−ウェルを形成する。
【００８９】
図１６は、Ｐ−ウェルコンタクトの形成が終了した段階の状態を示す断面図である。注入マスクを除去した後、ソース４５、チャネル４６、およびＰ−ウェルであるＰ型高濃度領域のコンタクト、終端構造を形成する。その後、注入不純物を活性化させるアニールを行う。
【００９０】
図１７は、ゲート配線４７および電極の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。次いで、図１７に示すように、ゲート配線４７、層間絶縁膜４８、ソース・Ｐ−ウェルコンタクト４９、表面電極５０および裏面電極５１を形成する。これによって、炭化珪素半導体装置が製造される。
【００９１】
図１３に示すように、ＭＯＳＦＥＴのＰ−ウェルの一辺は、電流を流す有効領域の一辺と同程度のサイズを有する構造である。したがって、Ｐ−ウェルの一辺は、ＦＬＲ構造と同様に、ミリメートル（ｍｍ）オーダのサイズの長さに及ぶ。このような構造を形成する過程では、比較的細く、厚く、長いライン状部分を含む注入マスクが必要となる。注入マスクのライン状部分は、後述するように、アスペクト比が３．３３以上と高い。
【００９２】
図４１は、従来技術で注入マスクとして用いられるレジストパターン４３の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。従来技術では、図４１に示すように、注入マスクとして、レジストパターン４３が形成される。レジストパターン４３は、前述のようにアスペクト比が３．３３以上と高いと、倒れやすい。倒れたレジストパターンを用いると、必要な領域に不純物を注入することができない。
【００９３】
そこで、本実施の形態では、図１５に示すように、注入マスクを、酸化膜および窒化膜の少なくとも一方から成る無機膜１２で構成される下層マスク４２と、レジスト膜４３から成る上層マスク４３とで構成している。
【００９４】
これによって、ＭＯＳＦＥＴを構成するＰ−ウェルを形成するための、アスペクト比が３．３３以上であるライン状部分を含む注入マスクが倒れることを防ぎ、注入マスクの形状を維持することができる。したがって、Ｐ−ウェルを精度良く形成することができるので、Ｐ−ウェルで構成されるＭＯＳＦＥＴを備える炭化珪素半導体装置を、精度良く製造することができる。
【００９５】
＜第３の実施の形態＞
図１８〜図２０は、本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。図１８（ａ）、図１９（ａ）および図２０（ａ）は、終端領域のＦＬＲ構造部１０を示し、図１８（ｂ）、図１９（ｂ）および図２０（ｂ）は、高濃度領域部６０を示す。
【００９６】
炭化珪素半導体装置の製造方法において、Ｐ型高濃度領域の製造の際には、基板の温度を約２００℃程度に上げて注入を行わないと、活性化アニール時に結晶性が回復せず、Ｐ型高濃度領域が形成できない。また、そのように温度が高いので、レジストマスクは使用できない。したがって、Ｐ型高濃度領域の製造には、注入マスクとして、酸化膜および窒化膜などの無機膜からなるハードマスクを使用する必要がある。無機膜は、たとえば堆積膜である。ハードマスクは、Ｐ型領域用マスクに相当する。
【００９７】
本実施の形態では、図１８に示すＰ型高濃度領域６１の製造の際に使用したハードマスク１２をそのまま残して、後段のイオン注入工程で用いる注入マスクの下層マスクとして用いる。
【００９８】
具体的には、前述の第１の実施の形態と同様にして、図１９に示すように、ハードマスク１２上に、注入領域を開口させたレジストパターンとしてレジスト膜１３を形成する。さらに、図２０に示すように、ドライエッチングのような異方性があるエッチングを行う。次いで、イオン注入によって不純物を注入し、Ｐ型不純物領域１４を形成する。その後、レジスト膜１３と下層マスクを構成するハードマスク１２を除去する。
【００９９】
本実施の形態の方法は、Ｐ−ウェルを形成する場合にも適用することができる。図２１〜図２３は、本発明の第３の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。
【０１００】
図２１に示すように、Ｐ型高濃度注入領域６１を形成した後、図２２に示すように、レジスト膜４３を形成する。次いで、図２３に示すように、異方性エッチングによってパターニングして、注入マスクを形成する。次いで、イオン注入を行い、Ｐ−ウェル６２を形成する。
【０１０１】
Ｐ型高濃度領域６１の形成に使用したハードマスク１２は、従来、Ｐ型高濃度領域６１を形成した後で除去していた。本実施の形態においては、Ｐ型高濃度領域６１の形成後に、このハードマスク１２を除去せず、第１の実施の形態における下層マスク１２として利用する。これによって、第１の実施の形態で実施した下層マスク１２となる無機膜の形成の工程を省略することができる。
【０１０２】
すなわち、本実施の形態では、Ｐ型高濃度領域６１を形成するときに用いるＰ型領域用マスクであるハードマスク１２を、下層マスクとして用いるので、下層マスクを形成する工程を省略することができる。
【０１０３】
ここで、高濃度領域を形成した領域の表面には、レジスト膜は形成されるが堆積膜は除去されているので、注入不純物がレジストを突き抜ける。注入マスクの上層、下層の設計によっては、高濃度領域内あるいは高濃度領域外に不純物が注入されることを留意する必要がある。
【０１０４】
注入不純物の突き抜けが高濃度領域内に留まる場合は、ＦＬＲ構造およびＭＯＳＦＥＴ、またはＭＰＳ（Merged Pin/Schottky）ダイオードのＰ−ウェルのような低濃度の注入であれば影響はない。高濃度領域外まで深く注入不純物が突き抜ける場合には、デバイスに与える影響を考慮して構造を設計する必要がある。ここで、ＭＰＳダイオードとは、ショットキーバリアダイオードとＰＩＮダイオードとが交互に配置されて並列接続されたＭＰＳダイオードをいう。
【０１０５】
図１８〜図２０のＦＬＲ構造を形成する場合の具体例として、まず酸化膜を１．００μｍ堆積させてパターンニングを行い、注入でＰ型高濃度注入領域を形成する。注入条件は、注入不純物をＡｌ、加速エネルギーを２００ｋｅＶ、ドーズ量を５．００×１０１５ｃｍ−２とした。
【０１０６】
次に、酸化膜上にレジスト１．７６μｍで注入領域を開口させたパターンニングを行った。レジストの残し幅が０．７μｍでは、アスペクト比は２．５１となり、レジストは倒れることはない。酸化膜とレジストのエッチング選択比１：５、３０％のオーバーエッチングを行う条件で酸化膜エッチングが行われた場合、エッチング後のレジスト膜厚は１．５０μｍとなる。酸化膜のエッチング後、Ａｌを、加速エネルギーが６００ｋｅＶ、ドーズ量が２．００×１０１３ｃｍ−２の注入条件で注入して、ＦＬＲ構造を形成した。
【０１０７】
図２４は、注入深さと注入濃度との関係を示すグラフである。図２４では、Ａｌを、加速エネルギーが６００ｋｅＶ、ドーズ量が２．００×１０１３ｃｍ−２の条件で、酸化膜およびレジスト膜にイオン注入した場合の注入深さと、そのときの注入濃度とを示す。図２４において、横軸は注入深さ［μｍ］を示し、縦軸は注入濃度［ｃｍ−３］を示す。
【０１０８】
図２４では、参照符号「７１」で示される記号「□」でレジスト膜の結果を示し、参照符号「７３」で示される記号「△」で酸化膜の結果を示す。参照符号「７２」で示される破線は、レジスト膜の結果を外挿した予測値を示し、参照符号「７４」で示される破線は、酸化膜の結果を外挿した予測値を示す。
【０１０９】
炭化珪素半導体装置を構成する炭化珪素半導体基板１１は、たとえばベース基板と、ベース基板上に形成される炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル層とを含んで構成される。炭化珪素半導体基板１１のＳｉＣエピタキシャル層におけるｎ型不純物の濃度を５．００×１０１５ｃｍ−３とし、その１％の５．００×１０１３ｃｍ−３の注入不純物であるＡｌの突き抜けは無視できるとすれば、図２４から、加速エネルギーが６００ｋｅＶである場合の注入マスクとして、レジスト膜は２．５５μｍの膜厚が必要であり、酸化膜は１．５５μｍの膜厚が必要であることが判る。
【０１１０】
また、注入マスクをレジスト膜のみで形成する場合、レジスト膜の膜厚は２．７５μｍ必要となる。これは、図２４から、５．００×１０１３ｃｍ−２の突き抜け量のときのレジスト膜の膜厚である２．５５μｍから、０．２μｍの膜厚のマージンを入れた設計としたものである。
【０１１１】
注入マスクは、下層の酸化膜の膜厚が１．００μｍで、上層のレジスト膜の膜厚が１．５０μｍとなる。注入マスクとしてのレジスト膜厚で換算すると３．１５μｍとなり、２．７５μｍよりも厚い。したがって、この注入マスクでは、Ａｌを加速エネルギーが６００ｋｅＶの条件で注入したとき、注入不純物であるＡｌの突き抜けはない。
【０１１２】
図２５は、注入深さと注入濃度との関係を示すグラフである。図２５では、Ｐ型高濃度領域の注入条件、すなわち注入不純物をＡｌ、加速エネルギーを２００ｋｅＶ、ドーズ量を５．００×１０１５ｃｍ−２とした条件のイオン注入で炭化珪素に注入された不純物の深さ分布と、ＦＬＲ構造の注入条件、すなわち注入不純物をＡｌ、加速エネルギーを６００ｋｅＶ、ドーズ量を２．００×１０１３ｃｍ−２とした条件のイオン注入で、膜厚１.５μｍのレジスト膜から突き抜けて炭化珪素に注入された不純物の深さ分布とを示す。図２５において、横軸は注入深さ［μｍ］を示し、縦軸は注入濃度［ｃｍ−３］を示す。
【０１１３】
図２５では、参照符号「７５」で示される記号「△」でＰ型高濃度領域の注入条件で注入した場合の結果を示し、参照符号「７７」で示される記号「○」でＦＬＲ構造の注入条件で注入した場合の結果を示す。参照符号「７６」で示される破線は、Ｐ型高濃度領域の注入条件で注入した場合の結果を外挿した予測値を示し、参照符号「７８」で示される破線は、ＦＬＲ構造の注入条件で注入した場合の結果を外挿した予測値を示す。
【０１１４】
図２５から、ＦＬＲ構造の製造の際は、Ｐ型高濃度領域を形成した領域の表面は、レジストのみで、下層の酸化膜はないが、突き抜けた不純物は、レジスト膜の膜厚が１．５０μｍ以上であれば、Ｐ型高濃度領域内に殆ど収まっていることが判る。このことかから、本例の設計で本実施の形態によってＦＬＲ構造を製造しても、デバイスへの影響はなく製造できることが判る。
【０１１５】
ここで、５．００×１０１３ｃｍ−３の注入不純物であるＡｌの突き抜けは無視できるとすれば、図２５から、Ａｌを、加速エネルギーが２００ｋｅＶ、ドーズ量が５．００×１０１５ｃｍ−２の条件で注入したときの炭化珪素に対する注入深さは０．４４μｍとなる。また、Ａｌを、加速エネルギーが７００ｋｅＶ、ドーズ量が２．００×１０１３ｃｍ−２の条件で注入したときに、膜厚が１．５μｍのレジスト膜から突き抜けた注入不純物であるＡｌの炭化珪素に対する注入深さは０．３８μｍとなる。
【０１１６】
以上、図１８〜図２０に示すＦＬＲ構造の形成する場合について説明したが、図２１〜図２３に示すＰ−ウェル構造を形成する場合についても、前述と同様の条件で形成することが可能である。
【０１１７】
図２６〜図２９は、ＦＬＲ構造に第２の実施の形態の方法を適用した場合のＭＰＳの製造工程における各工程の状態を示す断面図である。図２６（ａ）、図２７（ａ）、図２８（ａ）および図２９（ａ）は、終端領域のＦＬＲ構造部１０を示し、図２６（ｂ）、図２７（ｂ）、図２８（ｂ）および図２９（ｂ）は、高濃度領域部６０を示す。
【０１１８】
図２６に示すように、Ｐ型高濃度注入領域６１を形成した後、図２７および図２８に示すように、本実施の形態の方法を用いて、ＦＬＲ構造の注入マスクパターン１２，１３を形成する。次いで、ＦＬＲ構造の製造のためのイオン注入を行い、Ｐ型不純物注入領域１４を形成する。
【０１１９】
その後、注入層、すなわちＰ型高濃度注入領域６１およびＰ型不純物注入領域１４を活性化させるアニールを実施する。次いで、図２９に示すように、表面にショットキー電極６３、表面電極５０および保護膜６４を形成する。表面電極５０は、保護膜６４の開口部６４ａを通して露出する。次いで、裏面に、裏面電極５１を形成する。
【０１２０】
以上のように本実施の形態によれば、終端領域に形成されるＦＬＲ構造と、有効領域に形成されるＭＯＳＦＥＴおよびＭＰＳダイオードの少なくとも一方を構成するＰ−ウェルとを、同じ注入マスク形成工程およびイオン注入工程で形成することができる。
【０１２１】
図３０〜図３２は、本発明の第３の実施の形態の変形例における各工程の状態を示す断面図である。図３０〜図３２では、注入マスクについて、ＦＬＲ構造を形成するためのパターンの開口と同時に、Ｐ−ウェルを形成するためのパターンの開口とを行う。図３０（ａ）、図３１（ａ）および図３２（ａ）は、終端領域１０を示し、図３０（ｂ）、図３１（ｂ）および図３２（ｂ）は、高濃度領域部６０を示す。
【０１２２】
図３０に示すように、Ｐ型高濃度注入領域６１を形成した後、図３１に示すように、レジスト膜１３を形成する。高濃度領域部６０では、レジスト膜１３から、前述の図２２に示すレジスト膜４３に相当するレジスト膜４３Ａが形成される。次いで、図３２に示すように、異方性エッチングによって下層マスク１２をエッチングして、注入マスクを形成する。その後、イオン注入を行い、Ｐ型不純物注入領域１４およびＰ−ウェル６２を形成する。
【０１２３】
本変形例によれば、ＦＬＲ構造を形成すると同時に、Ｐ−ウェルを形成することができる。終端領域１０と高濃度領域部６０とで、注入不純物の濃度および注入領域の深さが同じになるという設計の制約はあるが、パターンニングおよび注入を省略することできるという利点がある。
【０１２４】
＜第４の実施の形態＞
図３３〜図３６は、本発明の第４の実施の形態である炭化珪素半導体装置の製造方法における製造工程の各工程の状態を示す断面図である。図３３（ａ）、図３４（ａ）、図３５（ａ）および図３６（ａ）は、終端領域のＦＬＲ構造部１０を示し、図３３（ｂ）、図３４（ｂ）、図３５（ｂ）および図３６（ｂ）は、高濃度領域部６０を示す。
【０１２５】
本実施の形態では、炭化珪素半導体装置は、有効領域に、半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴを備える。前述の第３の実施の形態と同様にして、図３３に示すように、Ｐ型高濃度領域６１と、終端構造であるＦＬＲ構造を構成するＰ型不純物注入領域１４を形成する。
【０１２６】
次いで、図３４に示すように、Ｐ−ウェルを形成するためのレジスト膜４３を形成し、レジスト膜４３をパターンニングする。次いで、無機膜１２をエッチングし、下層マスク４２Ａを形成する。次いで、イオン注入を行い、Ｐ−ウェル６２を形成する。その後、レジスト膜４３の除去を行う。
【０１２７】
次に、図３５に示すように、残存する下層マスク１２に対し、下層マスク１２の側面に接するように、サイドウォール８１を形成する。次いで、図３６に示すように、レジスト膜８２を形成した後、ＭＯＳＦＥＴのソースを形成するためのパターンニングを行い、Ｐ型高濃度領域６をマスクする。次いで、イオン注入を行い、ソース８３を形成する。
【０１２８】
レジストパターンを用いてＰ−ウェルとソースとを形成する場合、露光装置によるマークの重ね合わせを実施するものの、Ｐ−ウェルとソース間で、０．２μｍ程度の重ね合わせずれが起こる。これによって、一方のＭＯＳＦＥＴのチャネル長は短く、もう一方のＭＯＳＦＥＴのチャネル長は長くなる。
【０１２９】
たとえば、チャネル長を０．７μｍ程度で設計していれば、重ね合わせずれが０．２μｍ発生した場合、チャネル長がそれぞれ０．９μｍ、０．５μｍという、特性の異なるＭＯＳＦＥＴが、パワーデバイス半導体装置である炭化珪素半導体装置内に形成される。特性の異なるＭＯＳＦＥＴがパワーデバイス半導体装置内にあると、半導体装置内で均一に電流を流すことができず、短絡耐量などに関する電流耐量に影響を及ぼす。
【０１３０】
これに対し、本実施の形態では、Ｐ−ウェルの製造で使用した注入マスクを構成していた無機膜１２にサイドウォール８１を付けて、ソースを形成する。これによって、各ＭＯＳＦＥＴのチャネル長を等しくすることができるので、電流耐量への影響を抑えることができる。
【０１３１】
また、本実施の形態では、Ｐ型高濃度領域６１、ＦＬＲ構造を構成するＰ型不純物注入領域１４、およびＰ−ウェルを形成するときに下層マスク１２として使用される無機膜を、ソースの形成に使用している。これによって、サイドウォールを付ける前の無機膜の形成を省略することができる。
【０１３２】
本実施の形態の具体例として、下層マスク１２として、酸化膜を１．０μｍ堆積させて、Ｐ型高濃度注入領域６１を形成した後に、その酸化膜上にレジスト膜１３を１．７６μｍの膜厚で形成し、ＦＬＲ構造を構成するＰ型不純物注入領域１４に対応する部分で開口されるようにレジスト膜１３をパターンニングする。
【０１３３】
このようにレジスト膜１３の厚み寸法が１．７６μｍである場合、前述の第３の実施の形態で述べたように、レジスト膜１３の残し幅が０．７μｍであると、レジスト膜の倒れはなく、形成した注入マスクに対して、６００ｋｅＶの加速エネルギーでは注入不純物の突き抜けはない。
【０１３４】
同じくＰ−ウェル６２を形成するためにレジスト膜をパターンニングして開口させて、下層マスク１２を構成する無機膜をエッチングによって除去した後に注入を行い、レジスト膜を除去する。
【０１３５】
その後、下層マスク１２である堆積膜を成長させ、エッチバックさせて、サイドウォール８１を形成させる。Ｐ型高濃度領域６１およびＦＬＲ構造を構成するＰ型不純物注入領域１４などの、注入が不要な領域には、レジスト膜４３でマスクし、ソースを形成するための注入を実施する。これによって、チャネル長が半導体装置内で等しいパワーデバイスＭＯＳＦＥＴを備える炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【０１３６】
図３７〜図３９は、本発明の第４の実施の形態の変形例における各工程の状態を示す断面図である。図３７〜図３９では、注入マスクについて、ＦＬＲ構造を形成するためのパターンの開口と同時に、Ｐ−ウェルを形成するためのパターンの開口を行う。図３７（ａ）、図３８（ａ）および図３９（ａ）は、終端領域１０を示し、図３７（ｂ）、図３８（ｂ）および図３９（ｂ）は、高濃度領域部６０を示す。
【０１３７】
図３７に示すように、Ｐ型高濃度注入領域６１およびＰ型不純物注入領域１４を形成した後、図３８に示すように、サイドウォール８１を形成する。次いで、図３９に示すように、レジスト膜８２を形成する。その後、イオン注入を行い、ソース８３を形成する。
【０１３８】
本変形例によれば、ＦＬＲ構造の形成と同時にＰ−ウェル６２が形成されるので、終端領域１０と高濃度領域部６０とで、注入不純物の濃度および注入領域の深さが同じになるという設計の制約はあるが、パターンニングおよび注入を省略することできるという利点がある。
【０１３９】
以上のように本実施の形態によれば、Ｐ型高濃度領域６１を形成するときにＰ型領域用マスクとして用いられる無機膜１２は、ＦＬＲ構造を構成するＰ型不純物注入領域１４およびＰ−ウェル６２を形成するための注入マスクの下層マスクとして用いられる。さらに下層マスクである無機膜１２に接してサイドウォール８１が形成され、ソース用マスクとして用いられるレジスト膜８２とともに、ソース８３を形成するためのマスクとして用いられ、不純物イオンが注入される。これによって、Ｐ−ウェル６２のうち、ソース用マスクで覆われた部分にＭＯＳＦＥＴのチャネル６１が形成され、チャネル６１の側方にソース８３が形成される。
【０１４０】
つまり、本実施の形態では、Ｐ型高濃度領域６１を形成するときにＰ型領域用マスクとして用いられる無機膜１２を用いて、ＭＯＳＦＥＴのチャネルをセルフアラインで形成することができる。したがって、セルフアラインでＭＯＳＦＥＴのチャネルを形成するためのマスクを形成する工程を省略することができる。
【０１４１】
以上に述べた各実施の形態では、注入マスクのライン状部分のアスペクト比は、３．３３以上である。アスペクト比の上限値は、特に限定されるものではなく、形成する注入領域の寸法に応じて、適宜に選択されるが、ここでは、６．００程度である。ライン状部分のアスペクト比が、３．３３以上６．００以下であれば、前述の各実施の形態において、注入領域を精度良く形成することができる。
【０１４２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能である。また、各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
１０  終端領域、１１，４１  炭化珪素半導体基板、１２，４２  無機膜、１３，４３，４３Ａ，８２  レジスト膜、１３ａ，４３ａ  有効領域用レジスト部、１３ｂ，４３ｂ  終端領域用レジスト部、１４，４４  Ｐ型不純物注入領域、１４ａ  第１注入領域、１４ｂ  第２注入領域、１４ｃ  第３注入領域、１４ｄ  第４注入領域、１５  注入マスク、２１〜２４  レジスト部、４２Ａ  下層マスク、４３ｃ  開口部、４５  ソース、４６  チャネル、４７  ゲート配線、４８  層間絶縁膜、４９  ソース・Ｐ−ウェルコンタクト、５０  表面電極、５１  裏面電極、６０  高濃度領域部、６１  Ｐ型高濃度領域、６２  Ｐ−ウェル、６３  ショットキー電極、６４  保護膜、８１  サイドウォール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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