(57)【要約】  本発明の目的は、ポリシリコン電極を被覆する層間絶縁膜の段差被覆性を向上させて、絶縁耐圧を高めた炭化ケイ素半導体装置及びその製造方法を提供することにある。炭化ケイ素基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、前記ポリシリコン膜にＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントをイオン注入する工程と、前記ポリシリコン膜上に選択的にマスクを形成する工程と、前記ポリシリコン膜の露出部分を等方性ドライエッチングにより除去して、ポリシリコン電極のゲート絶縁膜に接する下面と、ポリシリコン電極の側面とに挟まれた裾部の傾斜角を６０°以下とするポリシリコン電極を形成することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素基板と、
前記炭化ケイ素基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたポリシリコン電極とを備え、
前記ポリシリコン電極中にＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントが含有され、
前記ポリシリコン電極のゲート絶縁膜に接する下面と、前記ポリシリコン電極の側面とに挟まれた裾部の第１傾斜角が６０°以下であることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置。
【請求項２】
前記ポリシリコン電極のゲート絶縁膜と接する面の裏側にあたる前記ポリシリコン電極の上面と、前記ポリシリコン電極の側面とに挟まれた肩部がなす第２傾斜角が１００°以上の鈍角である請求項１に記載の炭化ケイ素半導体装置。
【請求項３】
前記ポリシリコン電極に対する前記ドーパントの含有量が、１×１０１４／ｃｍ２以上１×１０２１／ｃｍ２以下である請求項１又は２に記載の炭化ケイ素半導体装置。
【請求項４】
炭化ケイ素基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜にＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントをイオン注入する工程と、
前記ポリシリコン膜上に選択的にマスクを形成する工程と、
前記ポリシリコン膜の露出部分を等方性ドライエッチングにより除去してポリシリコン電極を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記ポリシリコン電極上に層間絶縁膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
炭化ケイ素基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜にＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントをイオン注入する工程と、
前記ポリシリコン膜の表面層を厚さ５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に亘って除去する工程と、
前記ポリシリコン膜上に選択的にマスクを形成する工程と、
前記ポリシリコン膜の露出部分を等方性ドライエッチングにより除去してポリシリコン電極を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記ポリシリコン電極上に層間絶縁膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ポリシリコン膜に前記ドーパントをイオン注入する工程において、
前記ドーパントの注入量は、合計量で１×１０１４／ｃｍ２以上１×１０２１／ｃｍ２以下である請求項４又は５に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ポリシリコン膜に前記ドーパントをイオン注入する工程において、
前記ドーパントのイオン注入角度が６０°以下である請求項４又は５に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ポリシリコン膜を等方性ドライエッチングする工程おいて、炭化ケイ素基板を５０℃以上に保持する請求項４又は５に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記ポリシリコン電極上に層間絶縁膜を形成する工程において、層間絶縁膜の形成温度を９００℃以下とする請求項４又は５に記載の炭化ケイ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、ポリシリコン電極を有する炭化ケイ素半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素半導体装置には、プレーナー型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、絶縁ゲート型サイリスタ等の種類があり、素子上部にゲート絶縁膜、ポリシリコン電極、層間絶縁膜、及びアルミニウム配線からなる構造を備える。これらの炭化ケイ素半導体装置において、絶縁耐圧や電流容量などの要求レベルは、従来よりも格段に上がっており、層間絶縁膜の耐圧向上が大きな課題のひとつになっている。【０００３】
層間絶縁膜の耐圧を向上させるためには、層間絶縁膜の段差被覆性を更に向上させる必要がある。例えば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて層間絶縁膜を形成すると、図５（ａ）に示すように、ポリシリコン電極３の外縁に沿って、層間絶縁膜４がオーバーハングし、Ｖ字型の窪みＮが形成されてしまう。この上にアルミニウム配線５を形成すると、図５（ｂ）に示すように、段差部に鋭角形状のアルミニウム被覆が形成されるため、電界集中により絶縁耐圧が低下し、要求レベルを満たさない。【０００４】
その対策として、特許文献１には、プラズマＣＶＤ法によってＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜を形成した後、９３０℃で２０分間リフロー処理して、段差部の被覆形状をなだらかにする方法が記載されている。【０００５】
一方、特許文献２には、シリコン基板を５０℃以上１００℃以下の温度に保持しながら、ケミカルドライエッチング等の等方性ドライエッチングをおこない、ポリシリコン電極の側面を４１°以上６５°以下の角度で傾斜させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１８１５４５号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＢＰＳＧ膜をリフローする方法は、高温熱処理によって炭化ケイ素とゲート絶縁膜界面が劣化するので好ましくない。ステージ温度を上げて等方性ドライエッチングする方法は、シリコン基板に対して効果は大きいが、炭化ケイ素基板に対しては効果は小さい。発明者は、特許文献２に記載されたドライエッチング方法を、炭化ケイ素基板上でも検討したが、傾斜角は６８°が限界であった。【０００８】
よって、本発明の目的は、ポリシリコン電極を被覆する層間絶縁膜の段差被覆形状を改善して、絶縁耐圧を高めた炭化ケイ素半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の炭化ケイ素半導体装置は、炭化ケイ素基板と、前記炭化ケイ素基板上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたポリシリコン電極とを備え、前記ポリシリコン電極中にＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントが含有され、前記ポリシリコン電極のゲート絶縁膜に接する下面と、前記ポリシリコン電極の側面とに挟まれた裾部の第１傾斜角が６０°以下であることを特徴とする。【００１０】
上記発明によれば、層間絶縁膜の段差被覆形状を改善して、絶縁耐圧のより高い炭化ケイ素半導体装置を提供することができる。【００１１】
本発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記ポリシリコン電極のゲート絶縁膜と接する面の裏側にあたる前記ポリシリコン電極の上面と、前記ポリシリコン電極の側面とに挟まれた肩部がなす第２傾斜角が１００°以上の鈍角であることが好ましい。【００１２】
上記態様によれば、層間絶縁膜の段差被覆形状を改善して、絶縁耐圧の高い炭化ケイ素半導体装置を提供することができる。【００１３】
本発明の炭化ケイ素半導体装置において、前記ポリシリコン電極に対する前記ドーパントの含有量が、１×１０１４／ｃｍ２以上１×１０２１／ｃｍ２以下であることが好ましい。【００１４】
上記態様によれば、第１傾斜角が６０°以下のポリシリコン電極を有する炭化ケイ素半導体装置を提供することができる。【００１５】
本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法のひとつは、炭化ケイ素基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、前記ポリシリコン膜にＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントをイオン注入する工程と、前記ポリシリコン膜上に選択的にマスクを形成する工程と、前記ポリシリコン膜の露出部分を等方性ドライエッチングにより除去してポリシリコン電極を形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記ポリシリコン電極上に層間絶縁膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。【００１６】
上記発明によれば、ポリシリコン電極の第１傾斜角を小さくし、例えば６０°以下にして、層間絶縁膜の段差被覆形状を改善することができる。【００１７】
また、本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法のもうひとつは、炭化ケイ素基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、前記ポリシリコン膜にＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントをイオン注入する工程と、前記ポリシリコン膜の表面層を厚さ５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に亘って除去する工程と、前記ポリシリコン膜上に選択的にマスクを形成する工程と、前記ポリシリコン膜の露出部分を等方性ドライエッチングにより除去してポリシリコン電極を形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記ポリシリコン電極上に層間絶縁膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。【００１８】
上記発明によれば、ポリシリコン電極の第２傾斜角を大きくして、例えば１００°以上にして、層間絶縁膜の段差被覆形状を改善することができる。【００１９】
本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、前記ポリシリコン膜に前記ドーパントをイオン注入する工程において、前記ドーパントの注入量は、合計量で１×１０１４／ｃｍ２以上１×１０２１／ｃｍ２以下であることが好ましい。【００２０】
上記態様によれば、ポリシリコン膜が横方向にエッチングされ易くなり、第１傾斜角を６０°以下にし易くすることができる。【００２１】
本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、前記ポリシリコン膜に前記ドーパントをイオン注入する工程において、前記ドーパントのイオン注入角度が６０°以下であることが好ましい。【００２２】
上記態様によれば、ポリシリコン膜が横方向にエッチングされ易くなり、第１傾斜角を６０°以下にし易くすることができる。【００２３】
本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、前記ポリシリコン膜を等方性ドライエッチングする工程おいて、炭化ケイ素基板を５０℃以上に保持することが好ましい。【００２４】
上記態様によれば、ポリシリコン膜が横方向にエッチングされ易くなり、第１傾斜角を６０°以下にし易くすることができる。【００２５】
本発明の炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、前記ポリシリコン電極上に層間絶縁膜を形成する工程において、層間絶縁膜の形成温度を９００℃以下とすることが好ましい。【００２６】
上記態様によれば、低温でも段差被覆性のよい層間絶縁膜を形成できるので、電気特性を損なうことなく、絶縁耐圧に優れた炭化ケイ素半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ポリシリコン電極の裾部の傾斜角が６０°以下となるように加工されているので、ポリシリコン電極上の層間絶縁膜の段差被覆形状がオーバーハング形状から改善されて、Ｖ字型の窪みが浅くなり電界集中が弱められる。これによって、層間絶縁膜の絶縁耐圧に優れた炭化ケイ素半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の炭化ケイ素半導体装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の炭化ケイ素半導体装置の一つの製造方法を模式的に示す工程図である。
【図３】ドーパントの濃度分布とドライエッチング形状との関係を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の炭化ケイ素半導体装置の他の製造方法を模式的に示す工程図である。
【図５】従来の炭化ケイ素半導体装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体装置は、ポリシリコン電極を備えるものならば、特に限定されず、具体的にはプレーナー型ＭＯＳＦＥＴ、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、絶縁ゲート型サイリスタ等が挙げられる。
【００３０】
図１には、本発明のＳｉＣ半導体装置の一実施形態に係る主要部の断面が模式的（実際の形状、寸法比を忠実に表すものではない）に示されている。ＳｉＣ基板１上に、ゲート絶縁膜２、該ゲート絶縁膜２の上にポリシリコン電極３、該ポリシリコン電極３を被覆する層間絶縁膜４、該層間絶縁膜４の上にアルミニウム配線５が形成されている。
【００３１】
本発明のＳｉＣ半導体装置は、ポリシリコン電極３のゲート絶縁膜２に接する下面と、ポリシリコン電極３の側面とに挟まれた裾部の第１傾斜角θが６０°以下とされていることを特徴とする。また、ポリシリコン電極のゲート絶縁膜と接する面の裏側にあたるポリシリコン電極の上面と、ポリシリコン電極の側面とに挟まれた肩部がなす第２傾斜角φが１００°以上の鈍角であることを好適とする。このようにポリシリコン電極を加工すると、層間絶縁膜の段差被覆形状がオーバーハング形状から改善されて、段差部における電界集中が弱まり、絶縁耐圧が向上する。
【００３２】
逆に、第１傾斜角θが６０°よりも大きい場合は、段差部で層間絶縁膜がオーバーハング形状になり、段差下部において層間絶縁膜の表面にＶ字型の窪みが形成されて、そこに電界集中し、絶縁耐圧が低下するので好ましくない。また、第２傾斜角φが１００°よりも小さい場合も、段差部で層間絶縁膜がオーバーハング形状になり、段差下部において層間絶縁膜の表面にＶ字型の窪みが形成されて、そこに電界集中し、絶縁耐圧が低下するので好ましくない。
【００３３】
また、本発明においては、ポリシリコン膜に、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントを含有量１×１０１４／ｃｍ２以上１×１０２１／ｃｍ２以下で含有させることができる。上記ドーパントには、ポリシリコンのドライエッチング速度を高める効果があり、この効果を利用してポリシリコン電極の側面の傾斜角を制御することができる。具体的には、ポリシリコン膜の上部層のドーパント濃度を膜下部層よりも高くなるように濃度勾配をもたせると、ポリシリコン膜は上部層ほど横方向（基板面に対して水平方向）に速くエッチングされるため、第１傾斜角θが小さく、第２傾斜角φが大きいテーパー面が得られる。
【００３４】
また、上記ドーパントのうち、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂには、ポリシリコン電極の電気抵抗を下げて、ＳｉＣ半導体装置のスイッチング性能を高める役割があり、完成品におけるこれらの元素の濃度は１×１０１８／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００３５】
次に、各部の詳細について説明する。
【００３６】
本発明において、ＳｉＣ基板１は、特に限定されず、ポリタイプ４Ｈ、６Ｈ、３ＣのＳｉＣ基板を使用できるが、パワー半導体素装置ではキャリア移動度が高い４Ｈを好適とする。また、表面欠陥密度を低減するため、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＣエピタキシャル層を形成することができる。
【００３７】
本発明において、ゲート絶縁膜２は、特に限定されず、例えば熱酸化して形成した酸化ケイ素膜、ＣＶＤ法で形成した酸化ケイ素膜、酸化ケイ素膜の表面を窒化処理した酸窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜をＣＶＤ法で交互に積層した積層膜等を用いることができる。
【００３８】
本発明において、ポリシリコン電極３は、モノシラン等を原料とし減圧ＣＶＤ法によって形成したポリシリコン膜、又はプラズマＣＶＤ法によって形成したアモルファスシリコンを熱処理で再結晶化させたポリシリコン膜等をエッチング加工して形成することができる。なお、ポリシリコン膜の電気抵抗を下げるために、ポリシリコン成膜時に、原料にホスフィン、アルシン、ジボラン等のガスを適宜混合して、Ｐ、Ａｓ、Ｂをドープしてもよいが、成膜後のイオン注入によってドープしてもよい。
【００３９】
本発明において、ポリシリコン電極３を被覆する層間絶縁膜４は、特に限定されず、例えば、常圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、オゾン反応ＣＶＤ、高密度プラズマＣＶＤ、等によって形成されるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜を用いることできる。成膜方法は、量産性、コスト、膜質を考慮すると、上記のうち常圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤが好ましい。また、層間絶縁膜４は、膜質調整のため他の元素、例えばＢ、Ｐ等を含むことができ、成膜後にリフロー処理してもよいが、成膜及びリフロー温度は、９００℃以下が好ましい。９００℃よりも高い温度で熱処理すると、高温熱処理によって炭化ケイ素とゲート絶縁膜界面が劣化するので好ましくない。また、層間絶縁膜４は、高耐湿性のものがよく、応力は小さいものがよく、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）、ＮＳＧ（Ｎｏｎｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）のいずれか1種でも、それら複数の組み合わせでもよい。
【００４０】
次に、本発明のＳｉＣ半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。
【００４１】
図２には、本発明の製造方法の一つの態様が、工程順に並べられたＳｉＣ半導体装置の断面模式図によって示されている。ゲート絶縁膜２を形成するまでの工程は省略されている。本発明は、（ａ）ゲート絶縁膜２上にポリシリコン膜３を形成し、（ｂ）ポリシリコン膜３へドーパントをイオン注入し、（ｃ）フォトリソグラフィによってマスク６を形成し、（ｄ）ポリシリコン膜３の露出部分を等方性ドライエッチングで除去して、（ｅ）ポリシリコン電極３を形成し、（ｆ）マスク６を除去し、（ｇ）層間絶縁膜４を形成した後に接続孔（図示しない）を開口し、（ｈ）アルミニウム配線５を形成する工程を含み、特に（ｂ）ポリシリコン膜３にイオン注入した後に、（ｄ）ポリシリコン膜３を等方性ドライエッチングすることを特徴とする。
【００４２】
上記イオン注入工程において、ポリシリコン膜３に注入するドーパントとしては、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上であることが好ましく、前記ドーパントの注入量は、合計量で１×１０１４／ｃｍ２以上１×１０２１／ｃｍ２以下が好ましく、５×１０１４／ｃｍ２以上５×１０１5／ｃｍ２以下がより好ましく、１×１０１5／ｃｍ２以上３×１０１5／ｃｍ２以下が特に好ましい。注入量が１×１０１４／ｃｍ２未満であると、第１傾斜角θが大きくなり、層間絶縁膜４がオーバーハング形状となるので好ましくない。注入量を増やすと、ポリシリコン電極の第１傾斜角θを小さくすることができるが、イオン注入時間も長くなるので、スループットとのトレードオフとなる。
【００４３】
また、ドーパントイオンの加速電圧は、１０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶが好ましく、３０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶがより好ましい。加速電圧をこのように設定すると、図３（ａ）に示されるように、ポリシリコン膜の表面近くのドーパント濃度は低いが、ポリシリコン膜の表面に近い側（上部層）にドーパント濃度のピークがあり、ピークを越えるとゲート絶縁膜の表面に向かって濃度が低下していく濃度分布を有する。高温でドライエッチングする場合は、表面近傍が低濃度になっていることは大きな問題にはならず、好ましい形状のポリシリコン電極３が形成される。しかし、エッチング温度を下げていくと、ポリシリコン膜の表面近くのドーパント濃度の低い部分で横方向のエッチングが進まなくなり、側壁が急角度で立ち上がる、図３（ｂ）に示される形状となり、好ましくない。一方、図３（ｃ）には、加速電圧が高すぎるために、ポリシリコン膜の下部層にドーパント濃度のピークがあり、上層部のドーパント濃度が低くなっているポリシリコン膜をドライエッチングした時の、ポリシリコン電極３の好ましくない形状が示されている。ポリシリコン膜の上層部はドーパント濃度が低いので、横方向のエッチングが進まず、側壁が急角度で立ち上がり、第２傾斜角φが１００°よりも小さくなっている。図３（ｂ）、（ｃ）に示したポリシリコン電極の形状では、層間絶縁膜がオーバーハング形状となり易くなる。
【００４４】
ポリシリコン膜内におけるドーパント濃度の分布は、イオン注入角度ψにも関係している。ここで、イオン注入角度ψは、イオンをＳｉＣ基板に対して垂直入射させる方向を０°として定義されている。イオン注入角度ψを小さくすると注入が深くなり、逆にイオン注入角度ψを大きくすると注入が浅くなる。イオンの加速電圧を１０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶとした場合は、イオン注入角度ψは６０°以下であることが好ましい。
【００４５】
また、本発明において、ポリシリコン膜３は等方性ドライエッチングであることが好ましい。等方性ドライエッチングは、特に限定されず、イオンの寄与が少ないドライエッチング装置、例えば被加工物から離れた場所にプラズマ源を有するドライエッチング装置が適する。ポリシリコンをエッチングするための反応ガスとしては、例えばＣＦ４とＯ２の混合ガスを用いることができる。被加工物を載置するステージの温度は、５０℃以上が好ましく、７０℃以上がより好ましい。５０℃よりも温度が低くなると、ポリシリコン膜３の横方向のエッチング速度が低下し、第１傾斜角θが大きくなり、第２傾斜角φが小さくなるので、好ましくない。
【００４６】
図４には、本発明の製造方法の他の態様が、工程順に並べられたＳｉＣ半導体装置の断面模式図によって示されている。ゲート絶縁膜２を形成するまでの工程は省略されている。本発明は、（ａ）ゲート絶縁膜２上にポリシリコン膜３を形成した後、（ｂ）ポリシリコン膜３へ後述するドーパントをイオン注入した後、（ｃ）ポリシリコン膜３の表面層を厚さ５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に亘って除去し、（ｄ）フォトリソグラフィによってマスク６を形成し、（ｅ）ポリシリコン膜３の露出部分を等方性ドライエッチングして、（ｆ）ポリシリコン電極３を形成し、（ｇ）マスク６を除去し、（ｈ）層間絶縁膜４を形成した後に図示しない接続孔を開口し、（ｉ）アルミニウム配線５を形成する工程を含み、特に（ｂ）ポリシリコン膜３にイオン注入した後に、（ｃ）ポリシリコン膜３の表面層を除去し、（ｅ）ポリシリコン膜３を等方性ドライエッチングすることを特徴とする。
【００４７】
例えば、ポリシリコン膜３の表面層においてドーパント濃度が低く、図３（ｂ）に示されるように、ポリシリコン電極の肩部が切り立ったドライエッチング形状になる場合は、その対策として、ポリシリコン膜３の表面層を厚さ５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に亘って除去することができる。このようにすると、ドーパント濃度の高い部分をポリシリコン膜の上層におくことができるので、ポリシリコン膜３を等方性ドライエッチングして、図３（ａ）の形状を得ることができる。
【００４８】
ポリシリコン膜の表面層を除去する方法は、９００℃以下の処理方法であれば特に限定されず、例えばドライエッチングによる全面エッチバック、ＣＭＰ（化学機械研磨）、９００℃以下でポリシリコン表面を酸化してフッ化水素酸水溶液でエッチングする方法等を採用することができる。９００℃よりも高い温度で熱処理すると、高温熱処理によってＳｉＣ基板１とゲート絶縁膜２の界面が劣化するので好ましくない。
【実施例】
【００４９】
［実施例１］
ＳｉＣ基板上にゲート絶縁膜を形成し、減圧ＣＶＤ法で膜厚５００ｎｍのポリシリコン膜を堆積した後、Ａｓ＋イオンを加速電圧３０ｋｅＶ、注入角度０°、注入量１×１０１５／ｃｍ２の条件でイオン注入した。次いで、フォトリソグラフィ法でレジストマスクを形成した後、ケミカルドライエッチング装置を用い、反応ガスＣＦ４−５０％Ｏ２により、ステージ温度７０℃の条件で、ポリシリコン膜を等方性ドライエッチングした。その後、レジストを除去し、常圧ＣＶＤ法により膜厚１０００ｎｍの酸化ケイ素膜を堆積した。【００５０】
［実施例２］
Ａｓイオン注入時の注入角度を４５°としたこと以外は、実施例１の方法に従った。【００５１】
［実施例３］
Ａｓイオン注入時の注入角度を６０°としたこと以外は、実施例１の方法に従った。【００５２】
［実施例４］
Ａｓイオン注入量を５×１０１４／ｃｍ２としたこと以外は、実施例１の方法に従った。【００５３】
［実施例５］
Ａｓイオン注入量を３×１０１５／ｃｍ２としたこと以外は、実施例１の方法に従った。【００５４】
［実施例６］
Ａｓイオン注入量を３×１０１５／ｃｍ２としたこと、等方性エッチング時のステージ温度を５０℃としたこと以外は、実施例１の方法に従った。【００５５】
［実施例７］
Ａｓイオン注入量を３×１０１５／ｃｍ２としたこと、イオン注入後にドライエッチングによってポリシリコン膜を表面から５０ｎｍ全面エッチングしたこと、及び等方性ドライエッチング時のステージ温度を５０℃としたこと以外は、実施例１の方法に従った。【００５６】
［比較例１］
ＳｉＣ基板上にゲート絶縁膜を形成し、減圧ＣＶＤ法で膜厚５００ｎｍのポリシリコン膜を堆積した後、フォトリソグラフィ法でレジストマスクを形成し、ケミカルドライエッチング装置を用い、反応ガスＣＦ４−５０％Ｏ２により、基板温度１００℃の条件で、ポリシリコン膜を等方性ドライエッチングした。その後、レジストを除去し、常圧ＣＶＤ法により膜厚１０００ｎｍの酸化ケイ素膜を堆積した。【００５７】
［比較例２］
Ｓｉ基板上にゲート絶縁膜を形成し、減圧ＣＶＤ法で膜厚５００ｎｍのポリシリコン膜を堆積した後、フォトリソグラフィ法でレジストマスクを形成し、ケミカルドライエッチング装置を用い、反応ガスＣＦ４−５０％Ｏ２により、ステージ温度１００℃の条件で、ポリシリコン膜を等方性ドライエッチングした。その後、レジストを除去し、常圧ＣＶＤ法により膜厚１０００ｎｍの酸化ケイ素膜を堆積した。【００５８】
［評価方法］
サンプルのへき開断面の走査型電子顕微鏡像から、第１傾斜角θと第２傾斜角φを測定した。【００５９】
［結果］
表１にプロセス条件と第１傾斜角θと第２傾斜角φの測定値を示す。【００６０】
【表１】
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【００６１】
比較例１はＳｉＣ基板を使用し、比較例２はＳｉ基板を使用している。ポリシリコン膜の成膜条件は同じで、どちらもイオン注入は行っていない。ポリシリコン膜の等方性ドライエッチングはどちらもステージ温度を１００℃とした。Ｓｉ基板上では第１傾斜角が４０°と小さいが、ＳｉＣ基板上では６８°と大きく、従来方法によればＳｉＣ基板では第１傾斜角６０°以下は実現できない。【００６２】
実施例１〜６では、ポリシリコン膜にＡｓ＋イオンを注入した後に、ポリシリコン膜を等方性ドライエッチングして、ポリシリコン電極を形成した。【００６３】
実施例１〜３によれば、イオン注入角度を増やしていくと第１傾斜角は大きくなっていくが、イオン注入角度６０°でも傾斜角６０°以下のポリシリコン電極形成が実現可能であることを示している。【００６４】
実施例４、５によれば、イオン注入量を５×１０１４／ｃｍ２まで減らした場合（実施例４）でも、イオン注入量を３×１０１５／ｃｍ２まで増やした場合（実施例５）でも、傾斜角６０°以下で加工できることが分かる。【００６５】
実施例６は、ドライエッチング装置のステージ温度を５０℃まで下げても、第１傾斜角は６０°以下で加工できることを示している。ただし、第２傾斜角は９０°と肩部が切り立った形状になってしまい好ましくない。【００６６】
実施例７は、その対策として、パターニングする前に、ポリシリコン膜を表面から５０ｎｍ全面エッチングしている。ステージ温度５０℃で等方性ドライエッチングしているが、肩部の角が除かれ、第２傾斜角を１００°にすることができた。【００６７】
以上、ポリシリコン膜形成後にイオン注入した後に等方性ドライエッチングすることにより、ポリシリコン電極の側面の第１傾斜角を６０°以下のなだらかな形状とし、その上に形成される酸化ケイ素膜の段差被覆形状を改善することができた。
【符号の説明】
【００６８】
１：ＳｉＣ基板
２：ゲート絶縁膜
３：ポリシリコン膜（ポリシリコン電極）
４：層間絶縁膜
５：アルミニウム配線
６：マスク
Ｎ：Ｖ字型の窪み
θ：ポリシリコン電極裾部の第１傾斜角
φ：ポリシリコン電極肩部の第２傾斜角
ψ：イオン注入角
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年4月7日(2016.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
炭化ケイ素基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜にＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントをイオン注入する工程と、
前記ポリシリコン膜上に選択的にマスクを形成する工程と、
前記ポリシリコン膜の露出部分を等方性ドライエッチングにより除去してポリシリコン電極を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記ポリシリコン電極上に層間絶縁膜を形成する工程と、
を含み、
前記ポリシリコン膜に前記ドーパントをイオン注入する工程において、前記ドーパントのイオン注入角度を６０°以下とすることを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
炭化ケイ素基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にポリシリコン膜を形成する工程と、
前記ポリシリコン膜にＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ａｒの中から選ばれる１種又は２種以上のドーパントをイオン注入する工程と、
前記ポリシリコン膜の表面層を厚さ５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に亘って除去する工程と、
前記ポリシリコン膜上に選択的にマスクを形成する工程と、
前記ポリシリコン膜の露出部分を等方性ドライエッチングにより除去してポリシリコン電極を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記ポリシリコン電極上に層間絶縁膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ポリシリコン膜に前記ドーパントをイオン注入する工程において、
前記ドーパントの注入量は、合計量で１×１０１４／ｃｍ２以上１×１０２１／ｃｍ２以下である請求項４又は５に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
前記ポリシリコン膜を等方性ドライエッチングする工程において、炭化ケイ素基板を５０℃以上に保持する請求項４又は５に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記ポリシリコン電極上に層間絶縁膜を形成する工程において、層間絶縁膜の形成温度を９００℃以下とする請求項４又は５に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
【国際調査報告】
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