(57)【要約】【課題】イオン注入時のビーム偏向で、注入角度が基板の中央と端部で異なることにより生じた不純物領域の注入プロファイルに起因する装置特性の低下を抑制し、所期の装置特性を満足した炭化珪素半導体装置を得る。【解決手段】炭化珪素基板ウエハＷＦにイオン注入を行う際、ウエハ全面を一度に注入するのではなく、上下方向に分割し、注入領域ではない部分は注入マスク１００で全て覆い、同時に分割した注入領域の中心で注入角度を設定した状態でイオン注入を行う。【選択図】図１８
2011023680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ状態にある第１導電型の炭化珪素基板にマトリックス状に配置された複数のチップ領域にそれぞれ形成される炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
(ａ)前記炭化珪素基板の主面上に第１導電型の炭化珪素ドリフト層を形成する工程と、
(ｂ)前記炭化珪素ドリフト層上に注入マスクをパターニングし、第２導電型の不純物をイオンビームにより注入して、前記炭化珪素ドリフト層の上層部に第２導電型のベース領域を形成する工程とを備え、
前記工程(ｂ)は、
ウエハ状態にある前記炭化珪素基板を複数の領域に区分し、そのうちの１の領域のみに開口パターンを有する第１の注入マスクで覆うことで、前記炭化珪素基板におけるイオン注入領域を限定する第１の工程と、
前記１の領域に対して、前記第１の注入マスクを用いたイオン注入により前記ベース領域を形成する第２の工程と、を含み、
前記第１の注入マスクを除去した後、前記１の領域と異なる領域のみに開口パターンを有する第２の注入マスクを形成し、
前記第１および第２の工程と同様の工程を繰り返すことで、区分された前記複数の領域の全てについて前記ベース領域を形成し、
前記第１の工程において、
前記イオンビームをスキャンする方向である第１の方向に対して垂直な第２の方向に前記イオン注入領域が限定されるように前記炭化珪素基板を区分する、炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記炭化珪素半導体装置は、
前記ベース領域のそれぞれの表面内に設けられた第２導電型のソース領域と、
前記ソース領域、前記ベース領域および前記炭化珪素ドリフト層上方に、ゲート絶縁膜を間に介して設けられたゲート電極と、を有し、
前記ソース領域の外縁は、前記ベース領域の外縁よりも内側にあり、前記ソース領域の外縁よりも外側の前記ベース領域であって前記ゲート電極直下に対応する領域がチャネル領域に相当し、
前記ソース領域の平面視形状は、
四角形の前記チップ領域の一辺に沿った前記第１の方向に延在するストライプ状であって、
前記チャネル領域の平面視形状は、ストライプ状の前記ソース領域を囲むループ状であって、
前記ソース領域および前記チャネル領域は、前記ソース領域の延在方向と直交する前記第２の方向に配列される、請求項１記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記炭化珪素基板を、前記第１の工程で限定された前記イオン注入領域の中心において、前記イオンビームの偏向点に対して垂直になるように傾けて前記第２の工程を実行する、請求項１記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記炭化珪素基板の傾きは、前記イオンビームのスキャンに合わせて可変に制御される、請求項３記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
平面視形状が四角形の第１導電型の炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の主面上に設けられた第１導電型の炭化珪素ドリフト層と、
前記炭化珪素ドリフト層の上層部に所定間隔離間して設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域の表面内に設けられた第２導電型のソース領域と、
前記ソース領域、前記ベース領域および前記炭化珪素ドリフト層上方に、ゲート絶縁膜を間に介して設けられたゲート電極と、を備え、
前記ソース領域の外縁は、前記ベース領域の外縁よりも内側にあり、前記ソース領域の外縁よりも外側の前記ベース領域であって前記ゲート電極直下に対応する領域がチャネル領域に相当し、
前記ソース領域の平面視形状は、
四角形の前記炭化珪素基板の一辺に沿った第１の方向に延在するストライプ状であって、
前記チャネル領域の平面視形状は、ストライプ状の前記ソース領域を囲むループ状であって、
前記ソース領域および前記チャネル領域は、前記ソース領域の延在方向と直交する第２の方向に配列される、炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
前記チャネル領域に対応する前記ベース領域の前記第１の方向の長さは、前記炭化珪素基板の前記一辺の長さと同程度に設定される、請求項５記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項７】
前記チャネル領域に対応する前記ベース領域の前記第１の方向の長さは、前記チャネル領域に対応する前記ベース領域の前記第２の方向の長さの２倍以上に設定される、請求項５記載の炭化珪素半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素半導体装置に関し、特に、不純物領域の注入プロファイルを改善する炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素半導体は、大きなバンドギャップを持つため、炭化珪素半導体装置は、高い絶縁破壊電界強度を有し、高耐圧、低損失、高速スイッチング動作が可能な半導体装置として期待され、ＭＯＳＦＥＴ（MOS field effect transistor）やＳＢＤ（schottky barrier diode）などの開発が進められている。
【０００３】
ＭＯＳＦＥＴの製造においては、例えば特許文献１の図７に示されるように、炭化珪素基板の上層部にエピタキシャル層（ドリフト層）を形成し、その後、ドリフト層の表面内にイオン注入を用いて選択的にベース領域およびソース領域を形成する。炭化珪素半導体では、注入されたイオンは、熱処理により活性化することはできるが、シリコン半導体のように注入されたイオンを熱拡散させることは難しく、注入された不純物プロファイルが維持されることになる。
【０００４】
そして、不純物領域のプロファイルは、半導体装置としての性能に影響を与えるので、イオン注入によって設計通りの注入プロファイルを形成することが必要である。
【０００５】
ここで、イオン注入に使用されるイオンビームが平行ビームであれば炭化珪素基板の任意の場所で設計通りの注入プロファイルを達成することが可能である。しかし、半導体製造で用いられているイオン注入装置では電気的に上下左右にイオンビームに偏向をかけて基板に注入する方式を採ることが多く、基板中央ではほぼ垂直に注入できても、基板の端縁部では、角度を有した状態での注入となり、注入プロファイルに広がりが生じ、設計通りの注入プロファイルとならない可能性がある。基板サイズが大きくなるにつれて基板端縁部における注入角度も大きくなり、注入プロファイルが設計値から大きく乖離することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３２４５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上説明したように、炭化珪素半導体装置においては、不純物領域の注入プロファイルを設計通りに形成しなければならないが、基板端縁部では設計通りに形成できない可能性があり、基板中央部で得られた装置と、基板端縁部で得られた装置とで装置特性が異なり、歩留まりが低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、基板端縁部においても、イオンビームが炭化珪素半導体装置に設計と異なる角度で注入され、不純物領域の注入プロファイルの変動に起因して装置特性が低下することを抑制し、所期の装置特性を満足した炭化珪素半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の態様は、ウエハ状態にある第１導電型の炭化珪素基板にマトリックス状に配置された複数のチップ領域にそれぞれ形成される炭化珪素半導体装置の製造方法であって、前記炭化珪素基板の主面上に第１導電型の炭化珪素ドリフト層を形成する工程(ａ)と、前記炭化珪素ドリフト層上に注入マスクをパターニングし、第２導電型の不純物をイオンビームにより注入して、前記炭化珪素ドリフト層の上層部に第２導電型のベース領域を形成する工程(ｂ)とを備え、前記工程(ｂ)は、ウエハ状態にある前記炭化珪素基板を複数の領域に区分し、そのうちの１の領域のみに開口パターンを有する第１の注入マスクで覆うことで、前記炭化珪素基板におけるイオン注入領域を限定する第１の工程と、前記１の領域に対して、前記第１の注入マスクを用いたイオン注入により前記ベース領域を形成する第２の工程と、を含み、前記第１の注入マスクを除去した後、前記１の領域と異なる領域のみに開口パターンを有する第２の注入マスクを形成し、前記第１および第２の工程と同様の工程を繰り返すことで、区分された前記複数の領域の全てについて前記ベース領域を形成し、前記第１の工程において、前記イオンビームをスキャンする方向である第１の方向に対して垂直な方向である第２の方向に前記イオン注入領域が限定されるように前記炭化珪素基板を区分する。
【００１０】
本発明に係る炭化珪素半導体装置の態様は、平面視形状が四角形の第１導電型の炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の主面上に設けられた第１導電型の炭化珪素ドリフト層と、前記炭化珪素ドリフト層の上層部に所定間隔離間して設けられた第２導電型のベース領域と、前記ベース領域の表面内に設けられた第２導電型のソース領域と、前記ソース領域、前記ベース領域および前記炭化珪素ドリフト層上方に、ゲート絶縁膜を間に介して設けられたゲート電極とを備え、前記ソース領域の外縁は、前記ベース領域の外縁よりも内側にあり、前記ソース領域の外縁よりも外側の前記ベース領域であって前記ゲート電極直下に対応する領域がチャネル領域に相当し、前記ソース領域の平面視形状は、四角形の前記炭化珪素基板の一辺に沿った第１の方向に延在するストライプ状であって、前記チャネル領域の平面視形状は、ストライプ状の前記ソース領域を囲むループ状であって、前記ソース領域および前記チャネル領域は、前記ソース領域の延在方向と直交する第２の方向に配列される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の態様によれば、ウエハ状態にある炭化珪素基板において、イオンビームをスキャンする方向である第１の方向に対して垂直な第２の方向にイオンビームの照射領域を限定することで、炭化珪素基板の基板中央と基板端縁部とでイオン注入角度の差を少なくした状態でイオンビームを用いての不純物注入が可能となる。この結果、注入プロファイルの広がりが抑制され、所期の装置特性を満足した炭化珪素半導体装置を得ることができる。
【００１２】
本発明に係る炭化珪素半導体装置の態様によれば、ベース領域をイオン注入で形成する際に、例えば、イオン注入を第１の方向に沿ってスキャンする場合、イオンビームのスキャン方向に対して垂直な方向、すなわち第２の方向のベース領域の長さを小さくすることで、イオン注入角度が基板中央と基板端縁部とで異なる場合でも、チャネル領域の延在方向の端縁における注入プロファイルの広がりの影響が小さくなり、チャネル抵抗の値を小さくできる。この結果、イオンビームが基板端縁部で基板中央と異なる角度になる場合でも、所期の装置特性を満足した炭化珪素半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】炭化珪素基板ウエハにおけるチップ領域のレイアウトの一例を示す平面図である。
【図２】チップ領域の１つを示す平面図である。
【図３】縦型ＭＯＳＦＥＴの断面構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する平面図である。
【図７】本発明に係る実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明に係る実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明に係る実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する平面図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図１３】イオン注入工程を模式的に示す図である。
【図１４】イオン注入角度誤差が小さい場合に形成された不純物領域の形状を模式的に表す図である。
【図１５】イオン注入角度誤差が大きい場合に形成された不純物領域の形状を模式的に表す図である。
【図１６】イオン注入角度誤差が小さい場合に形成された縦型ＭＯＳＦＥＴ９００のドレイン電圧−電流特性を示す図である。
【図１７】イオン注入角度誤差が大きい場合に形成された縦型ＭＯＳＦＥＴ９００のドレイン電圧−電流特性を示す図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態のイオンビームの注入方法を説明する図である。
【図１９】本発明に係る実施の形態のイオンビームの注入方法を説明する図である
【図２０】本発明によるチャネル抵抗低減の効果を説明する図である。
【図２１】本発明に係る炭化珪素半導体装置のチップ領域の構成を示す平面図である。
【図２２】本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造過程での構成を示す平面図である。
【図２３】本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造過程での構成を示す平面図である。
【図２４】本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造過程での構成を示す平面図である。
【図２５】本発明によるチャネル抵抗低減の効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜はじめに＞
「ＭＯＳ」という用語は、古くは金属／酸化物／半導体の積層構造に用いられており、Metal-Oxide-Semiconductorの頭文字を採ったものとされている。しかしながら特にＭＯＳ構造を有する電界効果トランジスタ（以下、単に「ＭＯＳトランジスタ」と称す）においては、近年の集積化や製造プロセスの改善などの観点からゲート絶縁膜やゲート電極の材料が改善されている。
【００１５】
例えばＭＯＳトランジスタにおいては、主としてソース・ドレインを自己整合的に形成する観点から、ゲート電極の材料として金属の代わりに多結晶シリコンが採用されてきている。また電気的特性を改善する観点から、ゲート絶縁膜の材料として高誘電率の材料が採用されるが、当該材料は必ずしも酸化物には限定されない。
【００１６】
従って「ＭＯＳ」という用語は必ずしも金属／酸化物／半導体の積層構造のみに限定されて採用されているわけではなく、本明細書でもそのような限定を前提としない。すなわち、技術常識に鑑みて、ここでは「ＭＯＳ」とはその語源に起因した略語としてのみならず、広く導電体／絶縁体／半導体の積層構造をも含む意義を有する。
【００１７】
＜実施の形態＞
＜装置構成＞
図１は、炭化珪素基板ウエハにおけるチップ領域のレイアウトの一例を示す平面図であり、炭化珪素基板ウエハＷＦに縦横にダイシングラインＤＬが設定されている。ダイシングラインＤＬによって囲まれる四角形状の領域がチップ領域ＳＣであり、チップ領域ＳＣをダイシングすることで、個々に独立した半導体チップとなる。なお、炭化珪素基板ウエハＷＦの端縁部の一部が切り欠かれて、位置決めのためのオリフラ（オリエンテーションフラット）ＯＦとなっている。
【００１８】
図２は、図１に示したチップ領域ＳＣの１つを示す平面図であり、ここでは一般的な縦型ＭＯＳＦＥＴ９００を例として示している。なお、縦型ＭＯＳＦＥＴ９００の平面構成を端的に示すため、図２においては、後にチャネル領域ＣＨとなる部分を形成した段階での平面図を示しており、当該部分を便宜的にチャネル領域ＣＨとして示している。
【００１９】
図２に示すように縦型ＭＯＳＦＥＴ９００においては、正方形状のソース領域４０を囲むようにチャネル領域ＣＨが形成され、ソース領域４０およびチャネル領域ＣＨの組がチップ領域ＳＣ内に縦横に複数配列されている。
【００２０】
このソース領域４０およびチャネル領域ＣＨの組の間がドリフト領域２０であり、後にドリフト領域２０およびチャネル領域ＣＨの上方を覆うようにゲート電極が網目状に形成され、当該ゲート電極はチップ領域ＳＣ内に設けられたゲートパッドＧＰに接続される。
【００２１】
図３は、縦型ＭＯＳＦＥＴ９００の断面構成を示す図であり、図２におけるＢ−Ｂ線での断面に対応する。
【００２２】
図３において、第１導電型の炭化珪素基板１０の主面上にｎ型の炭化珪素エピタキシャル層で構成されたドリフト層２０が形成され、このドリフト層２０の上層部に、所定の深さで互いに間隔を開けて第２導電型の２つのベース領域３０が形成され、２つのベース領域３０のそれぞれの表面内に、ベース領域３０よりも浅く形成された第１導電型のソース領域４０が形成されている。
【００２３】
そして、２つのソース領域４０間に跨るように、２つのソース領域４０、ベース領域３０およびドリフト層２０に接するゲート絶縁膜５０が形成され、ゲート絶縁膜５０上にはゲート電極６０が形成されている。なお、ゲート電極６０は、ゲート絶縁膜５０上において、２つのベース領域３０およびドリフト層２０の上方を覆うとともに、２つのソース領域４０のそれぞれの端縁部の上方にまで延在するように形成されている。
【００２４】
ここで、炭化珪素基板１０、ドリフト層２０、ベース領域３０およびソース領域４０を炭化珪素基体と呼称する。
【００２５】
また、２つのソース領域４０上にはそれぞれソース電極７０が接するように形成され、炭化珪素基板１０のドリフト層２０が形成された主面とは反対側の主面上にはドレイン電極８０が形成されている。
【００２６】
このような構成を有する縦型ＭＯＳＦＥＴ９００においては、ゲート電極６０に所定の電圧が印加されると、このゲート電極６０直下のベース領域３０の表面内に反転チャネル層が形成され、２つのソース領域４０とドリフト層２０との間に電荷の流れる経路が形成される。
【００２７】
縦型ＭＯＳＦＥＴ９００がｎチャネル型である場合、多数キャリアは電子であり、ソース領域４０からドリフト層２０へ流れ込む電子は、ドレイン電極８０に印加される電圧により形成される電界の作用を受けてドリフト層２０および炭化珪素基板１０を介してドレイン電極８０に到達する。従って、ゲート電極６０に電圧を印加して反転チャネル層を形成することで、ドレイン電極８０からソース電極７０に電流が流れることになる。
【００２８】
一方、縦型ＭＯＳＦＥＴ９００がｐチャネル型である場合、多数キャリアが正孔の場合には、ドレイン電極８０から注入される正孔が、ドリフト層２０を介してベース領域３０に到達し、次いで、ゲート電極６０に所定の電圧が印加されることでベース領域３０表面内に形成された反転チャネル層を介してソース電極７０の電位に従ってソース領域４０に流れ込む。これにより、電流がドレイン電極８０からソース電極７０に流れることになる。
【００２９】
＜製造方法＞
次に、図４〜図１２を用いて縦型ＭＯＳＦＥＴ９００の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、図４に示す工程において、第１導電型の炭化珪素基板１０上に、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を用いたエピタキシャル結晶成長により第１導電型の炭化珪素エピタキシャル層を形成してドリフト層２０とする。
【００３１】
炭化珪素基板１の面方位としては（０００１）面、（０００−１）面、（１１−２０）面などを用いることができる。また、この炭化珪素基板１のポリタイプとしては、４Ｈ、６Ｈ、および３Ｃの何れかを用いることができる。
【００３２】
また、ドリフト層２０の厚さは、５〜５０μｍ程度であれば良く、不純物濃度は１×１０15〜１×１０17ｃｍ-3程度であれば良い。
【００３３】
上述の条件でドリフト層２を形成することにより、数１００Ｖ〜３ｋＶ以上の耐圧を有する縦型高耐圧ＭＯＳＦＥＴを実現することができる。
【００３４】
次に、図５に示す工程において、ドリフト層２０上に、後にベース領域３０となる領域が露出するように開口部を有する厚さ２〜３μｍの注入マスク１００を、写真製版技術を用いて形成する。この注入マスク１００は、レジスト材、二酸化珪素および窒化珪素を単独で、あるいは組み合わせて構成され、不純物注入阻止マスクとして使用される。
【００３５】
注入マスク１００の形成後、上方から第２導電型の不純物をイオン注入し、開口部のドリフト層２０の上層部にベース領域３０を形成する。
【００３６】
ここで、縦型ＭＯＳＦＥＴ９００をｎチャネル型とする場合、ベース領域３０に導入される第２導電型の不純物としては、ボロン（Ｂ）またはアルミニウム（Ａｌ）が使用可能であり、またｐチャネル型とする場合は、リン（Ｐ）または窒素（Ｎ）を使用可能である。
【００３７】
ベース領域３０の深さは、ドリフト層２０の厚さを超えないことが要求され、その深さとしては、例えば０．５〜３μｍとする。なお、不純物にＡｌを使用する場合、３０〜７００ｋｅＶのエネルギーで注入を行う。
【００３８】
また、ベース領域３０の第２導電型の不純物濃度は、ドリフト層２０における第１導電型の不純物濃度を超える濃度に設定し、例えば１×１０17〜１×１０19ｃｍ-3とする。
【００３９】
図６は、図５に示す状態の縦型ＭＯＳＦＥＴ９００を上方から見た場合の平面図であり、注入マスク１００には、正方形の開口部ＯＰが設けられている。図６においては、第２導電型の不純物をイオン注入する場合のイオンビームＢＭのスキャン方向を矢印で表しており、開口部ＯＰの一辺から対向する一辺に向かう開口部ＯＰの一辺から対向する一辺に向かう図面上では水平方向にイオンビームＢＭがスキャンされることを表している。この時、開口部をスキャンした後に図面上では下になる方向にビーム径より小さなステップだけ偏向させてビーム位置を変えた後に、再度、水平方向にスキャンする。これを繰り返すことで炭化珪素基板全域に注入することができる。
【００４０】
次に、注入マスク１００を除去した後、図７に示す工程において、後にソース領域４０となるベース領域３０の一部領域が露出するように開口部を有する注入マスク１１０を、写真製版技術を用いて形成する。この注入マスク１１０は、レジスト材、二酸化珪素および窒化珪素を単独で、あるいは組み合わせて構成され、不純物注入阻止マスクとして使用される。
【００４１】
注入マスク１１０の形成後、上方から第１導電型の不純物をイオン注入し、ベース領域３０の表面内にソース領域４０を形成する。
【００４２】
ここで、縦型ＭＯＳＦＥＴ９００をｎチャネル型とする場合、ソース領域４０に導入される第１導電型の不純物としては、リン（Ｐ）または窒素（Ｎ）などを使用することができ、また、ｐチャネル型とする場合は、ボロン（Ｂ）またはアルミニウム（Ａｌ）などを使用することができる。
【００４３】
ソース領域４０の深さは、ベース領域３０の深さよりも浅く設定され、ソース領域４０の第１導電型の不純物濃度は、例えば１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3程度であれば良い。ここでも水平方向にスキャンした後に、それとは垂直な方向に少しだけ移動して、再度水平方向にスキャンを繰り返し、炭化珪素基板全域を注入する。
【００４４】
次に、図８に示すように、注入マスク１１０を除去した後、熱処理装置を用いて、炭化珪素基板１０をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で、例えば１３００〜１９００℃の高温条件下で、例えば３０秒〜１時間程度熱処理を行うことにより、イオン注入された不純物の電気的な活性化を行う。
【００４５】
図９は、図８に示す状態の縦型ＭＯＳＦＥＴ９００を上方から見た場合の平面図であり、図２に示したチップ領域ＳＣの平面図のうち領域Ａで規定される部分を示している。なお、図９においては便宜的にドリフト層２０の表面に矩形ループ状に露出するベース領域３０にハッチングを付しており、当該領域にチャネル領域ＣＨが形成されることとなる。また、ベース領域３０で囲まれるソース領域４０の上部には、後にソース電極７０が形成されるので、該当領域を破線で規定している。なお、ソース領域４０の中央部のソース電極７０が形成される箇所の中央部には、ベース領域３０とのコンタクトを取るための図示しないｐ型領域を設ける。
【００４６】
次に、図１０に示す工程において、ソース領域４０、ベース領域３０を含むドリフト層２０の表面を熱酸化して、ゲート酸化膜５０を形成する。なお、ゲート酸化膜５０はＣＶＤ法を用いて堆積する方法を採っても良い。
【００４７】
次に、図１１に示す工程において、ゲート酸化膜５０の上に、導電性を有する多結晶珪素膜を減圧ＣＶＤ法により形成し、これをパターニングすることによりゲート電極６０を形成する。
【００４８】
なお、ゲート電極６０は、ソース領域４０と、例えば１０ｎｍ〜５μｍの範囲で平面的に見て重なり合うように形成されることが望ましい。これにより、ゲート電極６０の端部（特にゲート長方向）におけるフリンジ効果の影響を抑制して、均一にベース領域３０表面に電圧を印加し、ベース領域３０の表面内に確実に反転チャネル層を形成することができる。
【００４９】
次に、図１２に示す工程において、ゲート酸化膜５０をパターニングしてソース領域４０表面が露出する開口部ＯＰ１を形成する。
【００５０】
次に、この開口部ＯＰ１の部分にソース電極７０を形成するとともに、炭化珪素基板１０の裏面側にドレイン電極８０を形成することで、図３に示した縦型ＭＯＳＦＥＴ９００が完成する。ここで、ソース電極７０およびドレイン電極８０となる材料としては、アルミニウム、ニッケル、チタニウムおよび金、またはこれらの複合物を用いることができ、その形成方法としては、スパッタリング法あるいは蒸着法などを用いることができる。
【００５１】
＜イオン注入について＞
以上の説明において、イオン注入による不純物領域の形成は、図５を用いて説明したベース領域３０の形成および図７を用いて説明したソース領域４０の形成が該当するが、図１３には、このイオン注入工程を模式的に示している。
【００５２】
すなわち、図１３の（ａ）部には、炭化珪素基板ウエハＷＦに設けられた複数のチップ領域ＳＣに対して、イオンビームＢＭのスキャン方向を示しており、炭化珪素基板ウエハＷＦのオリフラＯＦに対して平行な方向にイオンビームＢＭがスキャンされる例が示されている。この結果、チップ領域ＳＣの一辺から対向する一辺に向かう方向にイオンビームＢＭがスキャンされることになる。
【００５３】
また、図１３の（ｂ）部には、（ａ）部で示したイオンビームＢＭのスキャン状態を横方向から見たものである。炭化珪素基板ウエハＷＦの中央部ではほぼ垂直（照射角度０度）にイオンビームＢＭが照射されるが、炭化珪素基板ウエハＷＦの端縁部に近づくにつれてイオンビームＢＭの注入角度が大きくなり、ウエハ面に対して斜めに注入されることが示されている。
【００５４】
以下、大きな注入角度を有してイオンビームＢＭが注入された場合の影響について説明する。
【００５５】
図１４および図１５は、イオンビームＢＭが照射角度を有している場合に、当該イオンビームＢＭによる不純物イオン注入で形成された不純物領域の形状を模式的に表しており、イオンビームＢＭに照射角度を付ける代わりに、注入マスクに傾斜を設けることで、イオンビームＢＭに照射角度を付けた状態を模擬している。
【００５６】
図１４には、ベース領域３０の形成に使用される注入マスク１００に２度程度の傾斜を付けた状態で、垂直にイオンビームＢＭを照射した場合に形成されるベース領域３０を表している。
【００５７】
注入マスク１００に傾斜を付けることで、傾斜部分では注入イオンの遮蔽能力が低下することとなり、結果的に、イオンビームＢＭに当該傾斜角度を付けた状態と等価となる。
【００５８】
図１４においては、ベース領域３０は注入マスク１００の下方のドリフト層２０にも食い込むように形成されるが、その端縁は本来の注入マスク１００の壁面位置（破線で示す）とほぼ一致する場所に形成されており、ほぼ、設計通りの形状に形成されていることが示されている。また、ベース領域３０の底部において不純物濃度の最も高い領域ＨＲが形成されている。
【００５９】
図１５には、ベース領域３０の形成に使用される注入マスク１００に８度程度の傾斜を付けた状態で、垂直にイオンビームＢＭを照射した場合に形成されるベース領域３０を表している。
【００６０】
図１５においては、ベース領域３０は注入マスク１００の傾斜分部の下方にその端縁を有し、当該端縁は本来の注入マスク１００の壁面位置（破線で示す）から離れた場所に形成されており、設計通りの形状となっていないことが示されている。また、ベース領域３０の底部だけでなく、注入マスク１００の傾斜分部の下方の端縁に沿う部分にも不純物濃度の最も高い領域ＨＲが形成されている。
【００６１】
このように、イオンビームＢＭの照射角度が異なることで、形成されるベース領域３０の不純物プロファイルが変わることとなり、結果的に半導体装置としての性能に影響を与える。
【００６２】
例えば、イオンビームＢＭの照射角度が２度程度であれば、最終的に形成される縦型ＭＯＳＦＥＴ９００のオン抵抗は、チャネル抵抗が３ｍΩとなり、その他の抵抗成分２ｍΩとを合計した５ｍΩとなる。一方、イオンビームＢＭの照射角度が８度程度であれば、最終的に形成される縦型ＭＯＳＦＥＴ９００のオン抵抗は、チャネル抵抗が１０ｍΩとなり、その他の抵抗成分２ｍΩとを合計した１２ｍΩとなる。
【００６３】
また、イオンビームＢＭの照射角度が２度程度であれば、最終的に形成される縦型ＭＯＳＦＥＴ９００（ｎ型を想定）のドレイン電圧−電流特性は、図１６に示される特性となり、イオンビームＢＭの照射角度が８度程度であれば、最終的に形成される縦型ＭＯＳＦＥＴ９００（ｎ型を想定）のドレイン電圧−電流特性は、図１７に示される特性となる。
【００６４】
図１６および図１７においては、横軸にドレイン電圧（Ｖ）を示し、縦軸にドレイン電流（Ａ）を示しており、ゲート−ソース間電圧ＶGSを４Ｖ、８Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖおよび２０Ｖとした場合のそれぞれのドレイン電圧−電流特性を示している。
【００６５】
図１６においては、ＶGSが１２Ｖ以上となると、ドレイン電圧−電流特性はＶGSの値とは無関係に収束する傾向が見られるが、図１７においてはＶGSが１２Ｖ以上でも収束しておらず、各ＶGSでの特性も、図１６の場合に比べて劣っている。
【００６６】
以上説明したように、イオン注入に使用されるイオンビームの注入角が大きくなると、縦型ＭＯＳＦＥＴ９００の半導体装置としての性能に影響を与ることとなる。このため、炭化珪素基板ウエハの直径が大きくなると、中央部と端縁部のチップ領域で、形成された縦型ＭＯＳＦＥＴ９００の性能に差が生じることとなり、場合によっては、端縁部のチップ領域から得られる縦型ＭＯＳＦＥＴ９００は、製品として使用できないものとなる可能性がある。
【００６７】
＜イオン注入の改善＞
上記の考察から、炭化珪素基板ウエハの中央部と端縁部とでイオンビームの注入角度が異なることが、炭化珪素半導体装置としての性能差の原因となるという結論に達し、上下左右にイオンビームを偏向して注入する場合に、例えば上下方向の偏向領域を狭めてイオン注入を行うことで、炭化珪素基板ウエハの中央部の炭化珪素半導体装置と端縁部の炭化珪素半導体装置とでイオンの注入角度に大きな差を生じさせないイオン注入方法に到達した。
【００６８】
以下、本発明に係るイオン注入方法について、図１８および図１９を用いて説明する。
【００６９】
図１８および図１９は、本発明に係るイオン注入方法を、図５を用いて説明したベース領域３０の形成工程に適用する例を示している。
【００７０】
図１８の（ａ）部には、炭化珪素基板ウエハＷＦのうち、下側（オリフラＯＦのある側）半分を注入マスク１００で覆った状態を示している。なお、上側半分は複数のチップ領域ＳＣ内において所定のパターンで注入マスク１００が形成されているが、図示は省略している。
【００７１】
また、図１８の（ａ）部には、イオンビームＢＭのスキャン方向を示しており、炭化珪素基板ウエハＷＦのオリフラＯＦに対して平行な方向にイオンビームＢＭがスキャンされる例が示されている。
【００７２】
図１８の（ｂ）部は、（ａ）部で示したイオンビームＢＭのスキャン状態を横方向から見たものである。炭化珪素基板ウエハＷＦの断面を模式的に示しており、基板ウエハ面に対するイオンの注入角度が基板上下方向に異なっていることを模式的に示している。炭化珪素基板ウエハＷＦの下側半分が注入マスク１００で覆われているので、炭化珪素基板ウエハＷＦの中央部をイオン注入領域の中心とするのではなく、炭化珪素基板ウエハＷＦの上側半分の中央部をイオン注入領域の中心とし、ここで垂直入射になるように傾けている。この傾き角度は炭化珪素基板ウエハＷＦの大きさ等によって決定すれば良いが、０．５〜７度程度とすることが考えられる。
【００７３】
この結果、炭化珪素基板ウエハＷＦの上側半分の中央部では、ほぼ垂直（照射角度０度）にイオンビームＢＭが照射され、上側半分の残りの領域でも、イオン注入角度の誤差は最大でもウエハ全域を一度に注入する場合に比べて１／２になる。
【００７４】
図１９の（ａ）部には、炭化珪素基板ウエハＷＦのうち、上側（オリフラＯＦとは反対側）半分を注入マスク１００で覆った状態を示している。なお、下側半分は複数のチップ領域ＳＣ内において所定のパターンで注入マスク１００が形成されているが、図示は省略している。
【００７５】
また、図１９の（ａ）部には、イオンビームＢＭのスキャン方向を示しており、炭化珪素基板ウエハＷＦのオリフラＯＦに対して平行な方向にイオンビームＢＭがスキャンされる例が示されている。
【００７６】
図１９の（ｂ）部は、（ａ）部で示したイオンビームＢＭのスキャン状態を横方向から見たものである。炭化珪素基板ウエハＷＦの断面を模式的に示しており、基板ウエハ面に対するイオンの注入角度が基板上下方向に異なっていることを模式的に示している。炭化珪素基板ウエハＷＦの上側半分が注入マスク１００で覆われているので、炭化珪素基板ウエハＷＦの中央部をイオンビーム照射領域の中心とするのではなく、炭化珪素基板ウエハＷＦの下側半分の中央部をイオン注入領域の中心とし、ここで垂直入射になるように傾けている。この傾き角度は炭化珪素基板ウエハＷＦの大きさ等によって決定すれば良いが、０．５〜７度程度とすることが考えられる。
【００７７】
この結果、炭化珪素基板ウエハＷＦの下側半分の中央部では、ほぼ垂直（照射角度０度）にイオンビームＢＭが照射され、下側半分の残りの領域でも、イオン注入角度の誤差は、最大でもウエハ全域を一度に注入する場合に比べて１／２になる。
【００７８】
なお、炭化珪素基板ウエハＷＦの傾斜角度は固定でも良いが、イオンビームのスキャンに合わせて、イオンビームＢＭが炭化珪素基板ウエハＷＦに対して垂直に近い角度で照射されるように角度を変更する構成としても良い。
【００７９】
これにより、炭化珪素基板ウエハＷＦのイオンビームのスキャン方向と垂直な方向においては、注入角度誤差のより小さな状態でのイオン注入が可能となる。
【００８０】
このように、イオンビームＢＭのスキャン方向と垂直な方向において炭化珪素基板ウエハＷＦにおけるイオン注入領域を限定することで、注入角度誤差のより小さいイオンビームＢＭでの不純物注入が可能となる。
【００８１】
なお、上記の例では、炭化珪素基板ウエハＷＦの上側半分および下側半分に２分割して照射する例を示したが、分割数を増やせば、注入角度誤差のより小さいイオンビームＢＭを用いて不純物注入が可能となる。
【００８２】
例えば、注入装置のビーム偏向位置から注入される炭化珪素基板までの距離が１ｍであり、かつ、炭化珪素基板ウエハＷＦの直径が６インチである場合、上下、左右方向の基板ウエハ端縁部ではイオンビームＢＭの照射角度の誤差は約４度となるが、炭化珪素基板ウエハＷＦの上側半分および下側半分に２分割して照射する場合は、上下方向においては、注入角度の誤差が最大約２度のイオンビームＢＭでの不純物注入が可能となる。
【００８３】
また、炭化珪素基板ウエハＷＦを、帯状の中央部と、その中央部上側および下側の３つに分割して照射する場合は、上下方向においては、注入角度誤差が最大約１．５度のイオンビームＢＭでの不純物注入が可能となる。
【００８４】
このような場合、縦型ＭＯＳＦＥＴ９００のチャネル抵抗がどのように改善されるかについて、図２０を用いて説明する。
【００８５】
図２０の（ａ）部には、図６に示した縦型ＭＯＳＦＥＴ９００を上方から見た場合の平面図を示しており、注入マスク１００に設けられた正方形の開口部ＯＰの１つを含む領域Ｃについて着目する。
【００８６】
開口部ＯＰを介して不純物をイオン注入することで、ベース領域３０が形成され、そのベース領域３０の一部が後にチャネル領域として機能する。
【００８７】
そして、ベース領域３０の形成に際してイオンビームが斜めに照射されると、チャネル抵抗が高くなることは先に説明した通りであるが、上述のように、炭化珪素基板ウエハＷＦを３分割して注入した場合は、上下方向のイオン注入角度の誤差を約１．５度とすることができる。一方、左右方向については、イオン注入角度の誤差は約４度となる。
【００８８】
図２０の（ｂ）部には、このような場合の１つの開口部ＯＰにおけるベース領域３０についてのチャネル抵抗を等価回路で表している。
【００８９】
図２０の（ｂ）部に示すように、上下方向におけるチャネルのチャネル抵抗Ｒ１は３ｍΩ・ｃｍ2となり、左右方向におけるチャネルのチャネル抵抗Ｒ２は６ｍΩ・ｃｍ2となり、上下方向におけるチャネル抵抗が低減されたことが示されている。
【００９０】
このような等価回路におけるチャネル抵抗の合計値Ｒは、以下の数式（１）で表すことができる。
【００９１】
【数１】
2011023680.tif 000003
【００９２】
上記数式（１）において、Ｌおよび１−Ｌは、それぞれ開口部ＯＰにおけるベース領域３０の縦横の長さの比率、すなわち後に形成されるチャネル領域の縦横の長さの比率であり、開口部ＯＰが正方形であることから、縦横の長さの比率は、ともに０．５となる。
【００９３】
これを数式（１）に代入すると、チャネル抵抗の合計値Ｒは４ｍΩ・ｃｍ2となり、チャネル抵抗の合計値が低減したことが判る。
【００９４】
＜効果＞
以上説明したように、本発明に係るイオン注入方法を用いることで、イオンビームが大きな偏向角度を有する場合でも、注入角度の誤差が比較的小さい不純物注入が可能となる。この結果、炭化珪素基板ウエハの中央と端部での注入プロファイルのばらつきが抑制され、注入角度の誤差がない場合のチャネル抵抗に低減することが可能となる。
【００９５】
なお、以上の説明においては、図５を用いて説明したベース領域３０の形成工程に適用する例を示したが、本発明に係るイオン注入方法の適用はこれに限定されるものではなく、図７を用いて説明したソース領域４０の形成工程に適用しても良い。
【００９６】
また、縦型ＭＯＳＦＥＴへの適用に限定されるものでもなく、プレーナ型ＭＯＳＦＥＴへの適用、ＳＢＤへの適用も有効である。
【００９７】
＜変形例＞
以上説明した実施の形態における縦型ＭＯＳＦＥＴ９００は、構造自体は一般的な縦型ＭＯＳＦＥＴであり、図２に示すように、正方形状のソース領域４０を囲むようにチャネル領域ＣＨが形成され、ソース領域４０およびチャネル領域ＣＨの組がチップ領域ＳＣ内に縦横に複数配列された構成を採っていた。
【００９８】
ここで、数式（１）を用いて説明したように、チャネル抵抗の合計値Ｒは、各チャネルの抵抗値が固定された場合、チャネル領域ＣＨの縦横の長さの比率を変えることで、さらに小さくすることが可能となる。
【００９９】
特に、基板ウエハの左右方向ではイオンビームの偏向角度が大きいままなので、基板ウエハ端部ではチャネル領域ＣＨの縦の長さ、すなわちイオンビームのスキャン方向に対して垂直な方向の長さを小さくすることで、チャネル領域ＣＨの延在方向の端縁が及ぼす影響が小さくなり、チャネル抵抗の合計値Ｒをより効果的に小さくできる。
【０１００】
このような効果を得るための構成の一例を図２１に示す。図２１は、図１に示したチップ領域ＳＣの１つを示す平面図であり、図２１においては、後にチャネル領域ＣＨ１となる部分を形成した段階での平面図を示しており、当該部分を便宜的にチャネル領域ＣＨ１として示している。
【０１０１】
図２１に示すチャネル領域ＣＨ１は、ストライプ状のソース領域４０を囲むように形成されており、チャネル領域ＣＨ１の最大の長さは、四角形状のチップ領域ＳＣの１辺の長さと同程度となっている。
【０１０２】
このようなソース領域４０およびチャネル領域ＣＨ１の複数の組が、チップ領域ＳＣ内に一列に配列されている。
【０１０３】
このソース領域４０およびチャネル領域ＣＨ１の組の間がドリフト領域２０であり、後にドリフト領域２０およびチャネル領域ＣＨ１の上方を覆うようにゲート電極がすだれ状に形成され、当該ゲート電極はチップ領域ＳＣ内に設けられたゲートパッドＧＰに接続される。なお、ゲートパッドＧＰの存在により、チップ領域ＳＣの１辺の長さの３分の１程度の長さのソース領域４０も存在することとなる。
【０１０４】
図２２は、図２１に示したチップ領域ＳＣの平面図のうち領域Ｄで規定される部分を詳細に示す図である。図２２においては便宜的にドリフト層２０の表面に矩形ループ状に露出するベース領域３０にハッチングを付しており、当該領域にチャネル領域ＣＨ１が形成されることとなる。また、ベース領域３０で囲まれるソース領域４０の上部には、後にソース電極７０が形成されるので、該当領域を破線で規定している。なお、図２２におけるＥ−Ｅ線での断面構成は図８に示すものと同じである。
【０１０５】
図２３は、図３に示した断面構成に対応する平面図であり、ソース領域４０上にはソース電極７０が形成されており、チャネル領域ＣＨ１となるベース領域３０上方およびソース領域４０の端縁部の上方にゲート電極６０が形成されている。ゲート電極６０はストライプ状に形成されるが、その延在方向の両端部において、チップ領域ＳＣの端縁部に沿って設けられた、いわゆるゲートフィンガー電極に接続されて他のゲート電極４０と電気的に接続されるとともに、ゲートパッドＧＰに電気的に接続される。
【０１０６】
図２４は、図５に示した断面構成に対応する平面図であり、注入マスク１００には、ストライプ状の開口部ＯＰ２が設けられ、第２導電型の不純物をイオン注入する場合のイオンビームＢＭのスキャン方向は、開口部ＯＰ２の一方の短辺から他方の短辺に向かう方向である。
【０１０７】
図２５の（ａ）部には、図２４に示した平面図を示しており、注入マスク１００に設けられたストライプ状の開口部ＯＰ２の１つを含む領域Ｆについて着目する。
【０１０８】
開口部ＯＰ２を介して不純物をイオン注入することで、ベース領域３０が形成され、そのベース領域３０の一部が後にチャネル領域ＣＨ１として機能する。
【０１０９】
そして、ベース領域３０の形成に際してイオンビームが斜めに照射されると、チャネル抵抗が高くなることは先に説明した通りであるが、上述のように、注入装置のビーム偏向位置から注入される炭化珪素基板ウエハまでの距離が１ｍであり、かつ、炭化珪素基板ウエハＷＦの直径が６インチである場合に、炭化珪素基板ウエハＷＦを３分割して注入する場合には、上下方向のイオンビームの注入角度の誤差を約１．５度とすることができる。一方、左右方向については、イオンビームの広がり角度は約４度となるが、数式（１）を用いて説明したように、ベース領域３０の左右方向の端縁部の長さを比率を小さくすることで、チャネル抵抗の合計値Ｒをさらに小さくすることができる。
【０１１０】
図２５の（ｂ）部には、このような場合の１つの開口部ＯＰ２におけるベース領域３０の縦横の長さの比率を示しており、短辺の長さの比率をＬとすると、長辺の長さの比率は１−Ｌで表され、数式（１）より、Ｌを小さくすればするほどチャネル抵抗の合計値Ｒは３ｍΩ・ｃｍ2に近づくこととなる。
【０１１１】
従って図２１に示したように、チャネル領域ＣＨ１の長さを、チップ領域ＳＣの１辺の長さと同程度としたような場合には、チャネル抵抗の合計値Ｒを３ｍΩ・ｃｍ2に限りなく近づけることができる。
【０１１２】
なお、開口部ＯＰ２におけるベース領域３０の縦横の長さの割合は、長辺の長さを短辺の長さより大きくすればチャネル抵抗の合計値を４ｍΩ・ｃｍ2より小さくできる効果が得られるが、長辺の長さを短辺の長さより１．２倍以上長くすれば有意な効果を得られ、より望ましくは２倍以上長くすることで、より有意な削減効果を得ることができる。
【０１１３】
また、ここではイオンビームの注入角度は垂直入射を基本として説明を行ったが、斜め注入においても本発明は有効であり、基板中央部と基板端部での注入角度の違いを低減することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  炭化珪素基板、２０  炭化珪素ドリフト層、３０  ベース領域、４０  ソース領域、５０  ゲート絶縁膜、６０  ゲート電極、７０  ソース電極、８０  ドレイン電極、１００，１１０  注入マスク、ＣＨ  チャネル領域、ＳＣ  チップ領域。
【図１】
2011023680.tif 000004
【図２】
2011023680.tif 000005
【図３】
2011023680.tif 000006
【図４】
2011023680.tif 000007
【図５】
2011023680.tif 000008
【図６】
2011023680.tif 000009
【図７】
2011023680.tif 000010
【図８】
2011023680.tif 000011
【図９】
2011023680.tif 000012
【図１０】
2011023680.tif 000013
【図１１】
2011023680.tif 000014
【図１２】
2011023680.tif 000015
【図１３】
2011023680.tif 000016
【図１４】
2011023680.tif 000017
【図１５】
2011023680.tif 000018
【図１６】
2011023680.tif 000019
【図１７】
2011023680.tif 000020
【図１８】
2011023680.tif 000021
【図１９】
2011023680.tif 000022
【図２０】
2011023680.tif 000023
【図２１】
2011023680.tif 000024
【図２２】
2011023680.tif 000025
【図２３】
2011023680.tif 000026
【図２４】
2011023680.tif 000027
【図２５】
2011023680.tif 000028