(57)【要約】  炭化珪素基板（１０）上に無機絶縁膜からなるイオン注入用マスク（２０）を形成し、イオン注入用マスク（２０）に、マスク部（２２）と、開口されたイオン注入部（２１）の２つの領域をドライエッチングにより形成する。この際、イオン注入部（２１）の開口された底部に、マスク部（２２）より膜厚が薄い残存部（２１ａ）を形成する。そして、イオン注入用マスク（２０）を介してイオンを注入し、炭化珪素基板（１０）に所定の半導体領域を形成する。これにより、炭化珪素基板（１０）表面の粗さが大きくなることを防止し、絶縁耐圧を向上できる。
2014203881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶の炭化珪素基板を用いた炭化珪素半導体素子の製造方法において、
前記炭化珪素基板上に無機絶縁膜からなるイオン注入用マスクを形成し、
前記イオン注入用マスクに、マスク部と、開口されたイオン注入部と、前記イオン注入部の開口された底部に前記マスク部より膜厚が薄い残存部と、をドライエッチングにより形成し、
前記イオン注入用マスクを介してイオンを注入し、前記炭化珪素基板に所定の半導体領域を形成する
工程を含むことを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記イオン注入部の開口部の一部に、前記マスク部より膜厚が薄い残存部を形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記イオン注入部を形成する際のエッチングレートと、残膜量を算出し、
算出した前記エッチングレートと残膜量との関係に基づいて、所定厚さの前記残存部の膜厚を残すためのエッチング時間を算出し、
前記算出されたエッチング時間のエッチングを実施する
ことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記イオン注入用マスクとして、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素のいずれかを用いた前記無機絶縁膜を積層膜として形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記イオン注入用マスクが５００ｎｍ以上の膜厚からなることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記残存部が１００ｎｍ以下の膜厚からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体材料として炭化珪素を用いた炭化珪素半導体素子の製造方法に関し、特に、半導体基板のおもて面側から裏面側に電流を流す炭化珪素半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶炭化珪素（ＳｉＣ）は、単結晶シリコン（Ｓｉ）を大幅に上回るバンドギャップや破壊電界強度を有する。導通状態における抵抗であるオン抵抗は、その絶縁破壊電界強度の３乗に逆比例するため、例えば広く用いられている４Ｈ型と呼ばれる炭化珪素半導体（四層周期六方晶：４Ｈ−ＳｉＣ）においては、そのオン抵抗をシリコン半導体の数１００分の１に抑制することができる。【０００３】
このため、炭化珪素半導体は、放熱が容易となる大きな熱伝導度の特性ともあいまって、次世代の低損失な電力用半導体素子としての期待が持たれている。例えば、炭化珪素半導体を用いて、ショットキーバリアダイオードやＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）、ＰＮダイオード、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）など様々な構造の炭化珪素半導体素子が開発されている。【０００４】
一方で、炭化珪素を用いたＭＯＳＦＥＴの製造では、炭化珪素中の不純物の拡散係数が小さいためイオン注入によって、ｐおよびｎ領域を形成する必要がある。ｐおよびｎ領域の形成はイオン注入用マスクを介して行われる。イオン注入は、一般に３００℃以上の温度で行われるため、イオン注入用マスクにＳｉＯ2膜が広く用いられている。ＳｉＯ2膜にサブミクロンから数ミクロン幅の開口部を形成するため、非等方的エッチングが可能なドライエッチングが用いられるが、エッチングの際に生じるプラズマや活性種により炭化珪素半導体の表面が物理的および電気的ダメージを受け、高電圧印加時に破壊が発生する原因となっていた。【０００５】
このようなエッチングの際に生じるダメージを抑制するため、イオン注入用マスクにポジ型およびネガ型のフォトレジストを用いる技術が開示されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５０１４７３４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、イオン注入用マスクにフォトレジストを用いる場合、下記１〜３の課題を有する。
１．レジストを高温で硬化する必要があり、これによりレジストの収縮が発生するため寸法制御が難しく、特に場所毎のレジスト開口部の開口率の違いによりレジストの収縮率が異なる。
２．イオン注入中に発生する温度上昇やプラズマに晒されることにより、イオン注入中にレジスト形状が変化し、イオン注入領域の平面形状の変形や形成位置のずれが生じる。
３．高温やプラズマに晒されることにより、レジストが基板と密着するため、レジストの除去が難しい。【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、イオン注入マスク形成時の炭化珪素半導体表面の損傷を防止し、イオン注入マスクの開口部を精度よく容易に形成して、絶縁耐圧を向上できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の炭化珪素半導体素子の製造方法は、単結晶の炭化珪素基板を用いた炭化珪素半導体素子の製造方法において、前記炭化珪素基板上に無機絶縁膜からなるイオン注入用マスクを形成し、前記イオン注入用マスクに、マスク部と、開口されたイオン注入部と、前記イオン注入部の開口された底部に前記マスク部より膜厚が薄い残存部と、をドライエッチングにより形成し、前記イオン注入用マスクを介してイオンを注入し、前記炭化珪素基板に所定の半導体領域を形成する工程を含むことを特徴とする。【００１０】
また、前記イオン注入部の開口部の一部に、前記マスク部より膜厚が薄い残存部を形成することを特徴とする。【００１１】
また、前記イオン注入部を形成する際のエッチングレートと、残膜量を算出し、算出した前記エッチングレートと残膜量との関係に基づいて、所定厚さの前記残存部の膜厚を残すためのエッチング時間を算出し、前記算出されたエッチング時間のエッチングを実施することを特徴とする。【００１２】
また、前記イオン注入用マスクとして、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素のいずれかを用いた前記無機絶縁膜を積層膜として形成することを特徴とする。【００１３】
また、前記イオン注入用マスクが５００ｎｍ以上の膜厚からなることを特徴とする。【００１４】
また、前記残存部が１００ｎｍ以下の膜厚からなることを特徴とする。【００１５】
上記構成によれば、炭化珪素基板上に形成するイオン注入用マスクをドライエッチングしてイオン注入部の開口の底部に規定の厚さのマスク材と同材料を残した残存部を形成する。これにより、ドライエッチングを行っても、炭化珪素基板表面にダメージを与えず、表面の粗さを平坦にできる。絶縁耐圧の低下を抑制し、絶縁耐圧を向上できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、イオン注入マスク形成時の炭化珪素半導体表面の損傷を防止し、イオン注入の開口部を精度よく容易に形成して、絶縁耐圧を向上できる炭化珪素半導体素子を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図２】図２は、薄膜干渉計を用いたエンドポイントモニターの波形を模式的に示す図である。
【図３】図３は、発光分析方式を用いたエンドポイントモニターの波形を模式的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２にかかるイオン注入用マスクの形状を示す断面図である。
【図５】図５は、イオン注入用マスクにおける残存膜の有無に対応したエッチング状態を説明する図である。
【図６】図６は、作製したＭＯＳＦＥＴを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【００２０】
はじめに、図１（ａ）に示すように、例えば、ｎ+型炭化珪素基板の一方の主表面にｎ-型炭化珪素エピタキシャル層が積層された、炭化珪素の四層周期六方晶（４Ｈ−ＳｉＣ）からなるｎ-型炭化珪素単結晶基板（以下、ｎ-型炭化珪素基板とする）１０を用意する。
【００２１】
次に、ｎ-型炭化珪素基板１０の主表面に、１μｍの厚さでイオン注入用マスクとして機能する無機絶縁膜２０を堆積（形成）する。次に、図１（ｂ）に示すように、無機絶縁膜２０の表面にフォトレジスト３０を塗布し、露光および現像によりフォトレジストをパターニングし、開口部３１を有するレジストパターン３２を形成する。無機絶縁膜２０としては、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＮｘ等の膜を用いることができる。これらの製膜方法として、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等を用いることができる。
【００２２】
次に、レジストパターン３２をマスクとしてドライエッチングを行う。エッチングガスには、ＣＦ4やＣＨＦ3、ＳＦ6などの弗素系ガスとＡｒ等の希ガスの混合ガスを用いる。このドライエッチングにより、レジストパターン３２の開口部３１に位置する無機絶縁膜２０が選択的に除去され、開口部２１が形成されていく。
【００２３】
そして、エッチングの終点（ｎ-型炭化珪素基板１０の主表面に達する位置）を検出する前にエッチングを終了させる。これにより、レジストパターン３２の開口部３１に位置する無機絶縁膜２０の開口部２１は、ｎ-型炭化珪素基板１０の主表面上に所定厚さ残留する。これにより、この開口部２１の底部には、所定厚さの残存部（残存膜）２１ａが形成される。この後、レジストパターン３２を灰化（アッシング）により除去する。
【００２４】
上記の工程により、図１（ｃ）に示すように、ｎ-型炭化珪素基板１０上には、残存膜２１ａを有する開口部（イオン注入部）２１と、マスク部２２とを有し、上記の無機絶縁膜からなるイオン注入用マスク２０が形成される。
【００２５】
イオン注入用マスク２０として用いる無機絶縁膜としては、単層膜が一般に用いられるが、積層膜を用いることでエッチングレートの違いから開口部２１の底部には、残存膜２１ａとして安定した膜厚の無機絶縁膜を残すことができる。例えば、ｎ-型炭化珪素基板１０上に、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2ＯおよびＮＨ3ガスを用いて膜厚１００ｎｍのＳｉＯＮ膜を形成する。次いで、ＳｉＨ4およびＮ2Ｏガスを用いて膜厚９００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成する。
【００２６】
この後、ｎ-型炭化珪素基板１０をＣＦ4とＡｒを用いて、ＳｉＯＮ膜とＳｉＯ2膜とが順に積層されてなるイオン注入用マスク２０のエッチングを行う。ＳｉＯＮとＳｉＯ2ではエッチングレートがおよそ１．５倍程度違うことから、ＣＯ結合を示す約３１０ｎｍの発光強度が低下し始める点をエンドポイントとしてエッチングを終了すると、残存膜２１ａとして５０〜１００ｎｍのＳｉＯＮ膜を開口部２１の底面に安定して残すことができる。
【００２７】
次に、このイオン注入用マスク２０が形成されたｎ-型炭化珪素基板１０をイオン注入装置に導入し、燐イオンまたは窒素イオン等のｎ型不純物イオンを注入する。炭化珪素基板１０がｐ型であればアルミニウムイオン等のｐ型不純物イオンを注入する。これにより、イオン注入用マスク２０の開口部２１に位置する炭化珪素基板１０に、ｎまたはｐ領域が形成される。イオン注入時のエネルギーによるが、イオン注入用マスク２０の残存膜２１ａの厚さが５００ｎｍ未満であればイオン注入が行われ、２００ｎｍ以下の膜厚であればイオンの注入効率はほぼ変化しない。好適な残存膜２１ａの厚さは１００ｎｍ以下である。
【００２８】
また、ｎ-型炭化珪素基板１０上に一様な厚さの残存膜２１ａを残留させることは、無機絶縁膜の膜厚分布やエッチングレート分布、開口部２１内部での無機絶縁膜のエッチングレート分布の影響のため難しい。このようなとき、残存膜２１ａの厚さは０より大きく１００ｎｍより小さい程度の分布であれば、イオン注入において問題はない。
【００２９】
イオン注入用マスク２０のエッチング時間を設定する方法として、手作業と自動で行う場合が考えられる。手作業で行う場合には、まずイオン注入用マスク２０の初期の膜厚（例えば、エッチング前のイオン注入用マスク２０の厚さ）をモニター部で確認する。このときの厚さが１０００ｎｍであったとする。次に所定時間（例えば１０分程度）エッチングを行い、再度モニター部で開口部２１の底部に残る残存膜２１ａの膜厚を確認する。このときの厚さが４００ｎｍであったとする。この場合、エッチングレートは毎分６０ｎｍであるから、この後５分〜６．６分のエッチングを行うことで、０より大きく１００ｎｍより小さい程度の残存膜２１ａを開口部２１に残すことができる。
【００３０】
このように、規定の時間ドライエッチングを行った後に、再度膜厚を確認し、残膜量とエッチングレートを算出し、この値を用いて、規定の膜厚を残すためのエッチング時間を設定し、ドライエッチングを行うことで、規定の形状の（所定厚さの残存膜２１ａを有する）イオン注入用マスク２０を形成できる。
【００３１】
以上のように、実施の形態１では、開口部には所定厚さの残存部を有するイオン注入用マスクを無機絶縁膜のドライエッチングにより形成する。この際、例えばエッチングレートの異なる積層膜からなる無機絶縁膜をドライエッチングすることでも、イオン注入用マスクの開口部には所定厚さの残存部を残すことができる。イオン注入用マスクの開口部には所定厚さの残存部を残したマスク形状とすることにより、ドライエッチングの際に生じるプラズマや活性種により、ｎ-型炭化珪素基板１０表面が物理的および電気的ダメージを受けずに平坦にできるため、高電圧印加時の破壊の発生を抑止して、高耐圧な炭化珪素半導体素子を作製できるようになる。
【００３２】
また、イオン注入用マスクにフォトレジストを用いていないため、従来、イオン注入用マスクにフォトレジストを用いた場合に生じていた問題が生じない。
【００３３】
次に、図２および図３を用いて、エッチング時間の設定を自動で行う場合の方法を説明する。はじめに、図２は、薄膜干渉計を用いたエンドポイントモニターの波形を模式的に示す図である。横軸は時間、縦軸は光強度である。
【００３４】
例えば、エンドポイントモニターの光源として、波長６３３ｎｍの発光ダイオードを用い、入射光および反射光の強度を内蔵されたビームスプリッターで分離し、薄膜干渉計により計測する。この際、ｎ-型炭化珪素基板１０上の無機絶縁膜（イオン注入マスク２０）の残存膜２１ａ部分に光を入射させる。この光は、無機絶縁膜２０の上面および下面で反射され干渉する。
【００３５】
図２に示すように、干渉した光は、（波長／２／膜の屈折率）×整数となる膜厚の変化にしたがって、強めあうか、または弱めあう。これにより、エッチング時間の経過にしたがい反射する光強度が変化する波形を得ることができる。
【００３６】
例えば、初期の膜厚が１０００ｎｍ、屈折率１．５のＳｉＯ2膜（無機絶縁膜２０）をエッチングする場合、隣接する山と山の間隔が２分であれば、エッチングレートはおよそ毎分１００ｎｍとなる。このように、所定山数の所定期間ｔ１〜ｔ２をレート算出期間としてエッチングレートを算出する。そして、残存膜厚を算定し、残りのエッチングに必要な時間制御期間ｔ３−ｔ２を設定する。そして、時期ｔ３に達したときに、エッチングを終了させる。これにより、開口部２１の底部に所望する厚さの残存膜２１ａを形成することができるようになる。
【００３７】
次に、図３は、発光分析方式を用いたエンドポイントモニターの波形を模式的に示す図である。横軸は時間、縦軸は光強度である。ＳｉＯ2膜（無機絶縁膜２０）を、発光分析方式のエンドポイントモニターを用いてエッチングする場合、波長約３２０ｎｍのＣＯ結合を示す発光強度を観察する。開口部２１の開口率が一定な場合、発光強度は処理ロット毎にほぼ一定となる。この性質を用いて、発光強度の積分開始時間ｔ１と、発光強度の積分値が一定値になるまでの時間ｔ２を計測する。
【００３８】
そして、あらかじめ求めていたエッチングレートと、計測したレート算出期間（ｔ２−ｔ１）の関係から、エッチングレートを補正し、残りのエッチングにかかる時間制御期間ｔ３−ｔ２を設定する。そして、時期ｔ３に達したときに、エッチングを終了させる。これにより、開口部２１の底部に所望する厚さを有する残存膜２１ａを形成することができるようになる。
【００３９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法について説明する。図４は、本発明の実施の形態２にかかるイオン注入用マスクの形状を示す断面図である。実施の形態１と同じ手順でｎ-型炭化珪素基板１０の主表面に、１μｍの厚さでイオン注入用マスクとして機能する無機絶縁膜２０を堆積し、無機絶縁膜２０の表面にフォトレジスト３０を塗布してレジストパターン３２を形成する。この後、レジストパターン３２をマスクとしてドライエッチングを行う。
【００４０】
エッチング時間を手作業で行う場合、実施の形態１と同じ方法で、初期の膜厚、残膜厚、エッチングレートの算出を行う。残膜厚が４００ｎｍ、エッチングレートが毎分６０ｎｍの場合、６．７分のエッチングを行うことで、開口部２１に無機絶縁膜が残留した残存膜２１ａを有するイオン注入用マスク２０を作製することができる。
【００４１】
図４では、イオン注入用マスク２０の開口部２１の中央に残存膜２１ａがない形状（開口部２１が貫通し、ｎ-型炭化珪素基板１０の主表面が表出した状態）を示している。これに限らず、エッチングの条件によっては開口部２１の端部や、開口部２１の内部（底部）に島状に残存膜２１ａが無くなる状態となるが、開口部２１には一部残存膜２１ａを残すようにエッチングを行う。
【００４２】
図５は、イオン注入用マスクにおける残存膜の有無に対応したエッチング状態を説明する図である。仮に、従来方法によりイオン注入用マスク２０に完全に貫通した状態の開口部２１をウエハ面内で均一に作製するためには、イオン注入用マスク２０に開口部２１が形成されたと予測される時間から、オーバーエッチング時間を加味して、ｎ-型炭化珪素基板１０表面を露出させる。この場合、図５の（ａ）に示すように、イオン注入用マスク２０の開口部２１の側壁に沿ってドライエッチング用ガスが流れ込むため、ｎ-型炭化珪素基板１０表面で、イオン注入用マスクの開口部２１の側壁に近い部位１０ａが過剰にエッチングされる傾向が生じ、ｎ-型炭化珪素基板１０を用いたデバイスの不具合の原因となる。
【００４３】
これに対し、図５の（ｂ）に示す実施の形態２のように、イオン注入用マスク２０の開口部２１の一部に残存部２１ａを有する場合、ドライエッチングガスに強く影響される部分が移動している状態でエッチングが終了する。このように、開口部２１の一部に残存部２１ａを有する状態は、ｎ-型炭化珪素基板１０の表面の状態は最良ではないものの、従来方法に比較するとｎ-型炭化珪素基板１０の表面に対するダメージを抑制できるようになる。なお、実施の形態１では、開口部２１を塞ぐ形で残存部２１ａを設ける構成について説明したが、ウエハ面内の厚さのばらつきがあると、エッチング制御をおこなっても、一部の残存部２１ａがなくなること（実施の形態２相当の構成となること）が想定される。
【００４４】
エッチング時間の設定を自動で行う場合には、実施の形態１と同様の方法で、エッチングレートを算出する。そして、エッチング時間＝初期膜厚／エッチングレートとなる時間でエッチングを行うことにより、開口部２１の一部に残存膜２１ａを残留させる。この後、実施の形態１と同様に、レジストパターンを灰化（アッシング）により除去し、イオン注入用マスクを形成する。
【００４５】
（実施例）
次に、本発明の実施の形態にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法によって製造した炭化珪素半導体素子のイオン注入部２１の表面形状について、検証結果を説明する。図６は、作製したＭＯＳＦＥＴを示す断面図である。
【００４６】
まず、ｎ+型炭化珪素基板上にｎ-型炭化珪素エピタキシャル層６０が積層された、炭化珪素の四層周期六方晶（４Ｈ−ＳｉＣ）からなるｎ-型炭化珪素基板上（ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層６０側の面上）に、常圧ＣＶＤ装置を用いて膜厚１．５μｍのＳｉＯ2膜を形成した。次に、実施の形態にしたがいｎ-型炭化珪素基板上にイオン注入用マスク２０を形成し、開口部２１からＡｌイオンを注入することによりｎ-型炭化珪素基板の表面層（ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層６０側の表面層）にｐ領域（ｐベース層）６１を形成した。
【００４７】
次に、ｐ領域６１の形成に用いたイオン注入用マスク２０を除去した後、同様に、実施の形態にしたがいｎ-型炭化珪素基板上にイオン注入用マスク２０を形成し、燐イオンの注入によりｐ領域６１の内部にｎ型ソースコンタクト層６２を選択的に形成した。次に、ｎ型ソースコンタクト層６２の形成に用いたイオン注入用マスク２０を除去した後、同様に、実施の形態にしたがいｎ-型炭化珪素基板上にイオン注入用マスク２０を形成し、Ａｌイオンを注入することによりｐ領域６１の内部に、ｎ型ソースコンタクト層６２に接するｐ型ソースコンタクト層６３を選択的に形成した。
【００４８】
この後、外周のｐ型耐圧部（不図示）を形成した後に、およそ１５００℃程度で活性化アニールを行った。次に、ｐ領域６１の、ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層６０とｎ型ソースコンタクト層６２とに挟まれた部分の表面上にゲート酸化膜を介してゲート電極６４を形成し、ゲート電極６４を覆う層間絶縁膜６５を形成した。次に、層間絶縁膜６５にコンタクトホールを形成し、ｎ型ソースコンタクト層６２およびｐ型ソースコンタクト層６３に接するソースコンタクト電極６６を形成した。その後、ソースコンタクト電極６６に接する電極パッド６７を形成することにより、図６に示すＭＯＳＦＥＴを作製した（実施例素子）。また、比較として、開口部２１の底部の残存膜２１ａを十分除去したイオン注入用マスク（無機絶縁膜）２０を用いてＭＯＳＦＥＴを作製した（従来例）。
【００４９】
その結果、従来例ではイオン注入を行ったｎ型ソースコンタクト層６２の端部に約５ｎｍの段差が形成されたが、実施例の素子ではイオン注入部２１に対応してｎ型ソースコンタクト層６２全体が平坦になった。このように、従来例よりもｎ型ソースコンタクト層６２を平坦化できることによって、実施例の素子耐圧は、従来例の約４８０Ｖから７２０Ｖへと大きく向上することができた。また、実施の形態２にしたがって形成したイオン注入用マスク２０を用いて作製したＭＯＳＦＥＴにおいても、実施例と同様の効果を得ることができることが確認された。
【００５０】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明は、ｐ型とｎ型とを入れ替えた場合や、炭化珪素基板と炭化珪素基板主表面に成長させるエピタキシャル層とを同導電型とした場合であっても同様に作製でき、同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法は、半導体材料として炭化珪素を用いた炭化珪素半導体素子に有用であり、特に、半導体基板のおもて面側から裏面側に電流を流す縦型パワーデバイス半導体素子に適し、例えばパワーデバイス等の電力用半導体装置や、産業用のモーター制御やエンジン制御に使用されるパワー半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  炭化珪素基板（ｎ-型炭化珪素基板）
２０  イオン注入用マスク
２１  イオン注入部
２１ａ  残存部
２２  マスク部
６０  ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層
６１  ｐベース層
６２  ｎ型ソースコンタクト層
６３  ｐ型ソースコンタクト層
６４  ゲート電極
６５  層間絶縁膜
６６  ソースコンタクト電極
６７  電極パッド
【図１】
2014203881.tif 000003
【図２】
2014203881.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月25日(2014.11.25)
【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】
単結晶の炭化珪素基板を用いた炭化珪素半導体素子の製造方法において、
前記炭化珪素基板上に、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素膜のいずれかを用いた無機絶縁膜からなるイオン注入用マスクを形成し、
前記イオン注入用マスクに、マスク部と、開口されたイオン注入部と、前記イオン注入部の開口された底部に前記マスク部より膜厚が薄い残存部と、をドライエッチングにより形成し、
前記イオン注入用マスクを介してイオンを注入し、前記炭化珪素基板に所定の半導体領域を形成する
工程を含むことを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記イオン注入部の開口部の一部に、前記マスク部より膜厚が薄い残存部を形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記イオン注入部を形成する際のエッチングレートと、残膜量を算出し、
算出した前記エッチングレートと残膜量との関係に基づいて、所定厚さの前記残存部の膜厚を残すためのエッチング時間を算出し、
前記算出されたエッチング時間のエッチングを実施する
ことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記イオン注入用マスクとして、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素のいずれかを用いた前記無機絶縁膜を積層膜として形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記イオン注入用マスクが５００ｎｍ以上の膜厚からなることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記残存部が１００ｎｍ以下の膜厚からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記マスク部は、酸化珪素からなり、
前記残存部は、酸化窒化珪素からなることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月7日(2015.9.7)
【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】
単結晶の炭化珪素基板を用いた炭化珪素半導体素子の製造方法において、
前記炭化珪素基板上に、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素のいずれかを用いた無機絶縁膜からなるイオン注入用マスクを形成し、
前記イオン注入用マスクに、マスク部と、開口されたイオン注入部と、前記イオン注入部の開口された底部に前記マスク部より膜厚が薄い残存部と、をドライエッチングにより形成し、
前記イオン注入用マスクを介してイオンを注入し、前記炭化珪素基板に所定の半導体領域を形成する
工程を含むことを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記イオン注入部の開口部の一部に、前記マスク部より膜厚が薄い残存部を形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記イオン注入部を形成する際のエッチングレートと、残膜量を算出し、
算出した前記エッチングレートと残膜量との関係に基づいて、所定厚さの前記残存部の膜厚を残すためのエッチング時間を算出し、
前記算出されたエッチング時間のエッチングを実施する
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素子の製造方法。
【請求項４】
前記イオン注入用マスクとして、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素のいずれかを用いた前記無機絶縁膜を積層膜として形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記イオン注入用マスクが５００ｎｍ以上の膜厚からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記残存部が１００ｎｍ以下の膜厚からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記マスク部は、酸化珪素からなり、
前記残存部は、酸化窒化珪素からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体材料として炭化珪素を用いた炭化珪素半導体素子の製造方法に関し、特に、半導体基板のおもて面側から裏面側に電流を流す炭化珪素半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶炭化珪素（ＳｉＣ）は、単結晶シリコン（Ｓｉ）を大幅に上回るバンドギャップや破壊電界強度を有する。導通状態における抵抗であるオン抵抗は、その絶縁破壊電界強度の３乗に逆比例するため、例えば広く用いられている４Ｈ型と呼ばれる炭化珪素半導体（四層周期六方晶：４Ｈ−ＳｉＣ）においては、そのオン抵抗をシリコン半導体の数１００分の１に抑制することができる。
【０００３】
このため、炭化珪素半導体は、放熱が容易となる大きな熱伝導度の特性ともあいまって、次世代の低損失な電力用半導体素子としての期待が持たれている。例えば、炭化珪素半導体を用いて、ショットキーバリアダイオードやＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）、ＰＮダイオード、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）など様々な構造の炭化珪素半導体素子が開発されている。
【０００４】
一方で、炭化珪素を用いたＭＯＳＦＥＴの製造では、炭化珪素中の不純物の拡散係数が小さいためイオン注入によって、ｐおよびｎ領域を形成する必要がある。ｐおよびｎ領域の形成はイオン注入用マスクを介して行われる。イオン注入は、一般に３００℃以上の温度で行われるため、イオン注入用マスクにＳｉＯ2膜が広く用いられている。ＳｉＯ2膜にサブミクロンから数ミクロン幅の開口部を形成するため、非等方的エッチングが可能なドライエッチングが用いられるが、エッチングの際に生じるプラズマや活性種により炭化珪素半導体の表面が物理的および電気的ダメージを受け、高電圧印加時に破壊が発生する原因となっていた。
【０００５】
このようなエッチングの際に生じるダメージを抑制するため、イオン注入用マスクにポジ型およびネガ型のフォトレジストを用いる技術が開示されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５０１４７３４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、イオン注入用マスクにフォトレジストを用いる場合、下記１〜３の課題を有する。
１．レジストを高温で硬化する必要があり、これによりレジストの収縮が発生するため寸法制御が難しく、特に場所毎のレジスト開口部の開口率の違いによりレジストの収縮率が異なる。
２．イオン注入中に発生する温度上昇やプラズマに晒されることにより、イオン注入中にレジスト形状が変化し、イオン注入領域の平面形状の変形や形成位置のずれが生じる。
３．高温やプラズマに晒されることにより、レジストが基板と密着するため、レジストの除去が難しい。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、イオン注入マスク形成時の炭化珪素半導体表面の損傷を防止し、イオン注入マスクの開口部を精度よく容易に形成して、絶縁耐圧を向上できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の炭化珪素半導体素子の製造方法は、単結晶の炭化珪素基板を用いた炭化珪素半導体素子の製造方法において、前記炭化珪素基板上に無機絶縁膜からなるイオン注入用マスクを形成し、前記イオン注入用マスクに、マスク部と、開口されたイオン注入部と、前記イオン注入部の開口された底部に前記マスク部より膜厚が薄い残存部と、をドライエッチングにより形成し、前記イオン注入用マスクを介してイオンを注入し、前記炭化珪素基板に所定の半導体領域を形成する工程を含むことを特徴とする。無機絶縁膜は、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素のいずれかを用いても良い。
【００１０】
また、前記イオン注入部の開口部の一部に、前記マスク部より膜厚が薄い残存部を形成することを特徴とする。
【００１１】
また、前記イオン注入部を形成する際のエッチングレートと、残膜量を算出し、算出した前記エッチングレートと残膜量との関係に基づいて、所定厚さの前記残存部の膜厚を残すためのエッチング時間を算出し、前記算出されたエッチング時間のエッチングを実施することを特徴とする。
【００１２】
また、前記イオン注入用マスクとして、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素のいずれかを用いた前記無機絶縁膜を積層膜として形成することを特徴とする。
【００１３】
また、前記イオン注入用マスクが５００ｎｍ以上の膜厚からなることを特徴とする。
【００１４】
また、前記残存部が１００ｎｍ以下の膜厚からなることを特徴とする。また、前記マスク部は、酸化珪素からなり、前記残存部は、酸化窒化珪素からなることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、炭化珪素基板上に形成するイオン注入用マスクをドライエッチングしてイオン注入部の開口の底部に規定の厚さのマスク材と同材料を残した残存部を形成する。これにより、ドライエッチングを行っても、炭化珪素基板表面にダメージを与えず、表面の粗さを平坦にできる。絶縁耐圧の低下を抑制し、絶縁耐圧を向上できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、イオン注入マスク形成時の炭化珪素半導体表面の損傷を防止し、イオン注入用のマスクの開口部を精度よく容易に形成して、絶縁耐圧を向上できる炭化珪素半導体素子を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【図２】図２は、薄膜干渉計を用いたエンドポイントモニターの波形を模式的に示す図である。
【図３】図３は、発光分析方式を用いたエンドポイントモニターの波形を模式的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２にかかるイオン注入用マスクの形状を示す断面図である。
【図５】図５は、イオン注入用マスクにおける残存膜の有無に対応したエッチング状態を説明する図である。
【図６】図６は、作製したＭＯＳＦＥＴを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素半導体素子の製造工程を示す断面図である。
【００２０】
はじめに、図１（ａ）に示すように、例えば、ｎ+型炭化珪素基板の一方の主表面にｎ-型炭化珪素エピタキシャル層が積層された、炭化珪素の四層周期六方晶（４Ｈ−ＳｉＣ）からなるｎ-型炭化珪素単結晶基板（以下、ｎ-型炭化珪素基板とする）１０を用意する。
【００２１】
次に、ｎ-型炭化珪素基板１０の主表面に、１μｍの厚さでイオン注入用マスクとして機能する無機絶縁膜２０を堆積（形成）する。次に、図１（ｂ）に示すように、無機絶縁膜２０の表面にフォトレジスト３０を塗布し、露光および現像によりフォトレジストをパターニングし、開口部３１を有するレジストパターン３２を形成する。無機絶縁膜２０としては、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＳｉＮｘ等の膜を用いることができる。これらの製膜方法として、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等を用いることができる。
【００２２】
次に、レジストパターン３２をマスクとしてドライエッチングを行う。エッチングガスには、ＣＦ4やＣＨＦ3、ＳＦ6などの弗素系ガスとＡｒ等の希ガスの混合ガスを用いる。このドライエッチングにより、レジストパターン３２の開口部３１に位置する無機絶縁膜２０が選択的に除去され、開口部２１が形成されていく。
【００２３】
そして、エッチングの終点（ｎ-型炭化珪素基板１０の主表面に達する位置）を検出する前にエッチングを終了させる。これにより、レジストパターン３２の開口部３１に位置する無機絶縁膜２０の開口部２１は、ｎ-型炭化珪素基板１０の主表面上に所定厚さ残留する。これにより、この開口部２１の底部には、所定厚さの残存部（残存膜）２１ａが形成される。この後、レジストパターン３２を灰化（アッシング）により除去する。
【００２４】
上記の工程により、図１（ｃ）に示すように、ｎ-型炭化珪素基板１０上には、残存膜２１ａを有する開口部（イオン注入部）２１と、マスク部２２とを有し、上記の無機絶縁膜からなるイオン注入用マスク２０が形成される。
【００２５】
イオン注入用マスク２０として用いる無機絶縁膜としては、単層膜が一般に用いられるが、積層膜を用いることでエッチングレートの違いから開口部２１の底部には、残存膜２１ａとして安定した膜厚の無機絶縁膜を残すことができる。例えば、ｎ-型炭化珪素基板１０上に、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2ＯおよびＮＨ3ガスを用いて膜厚１００ｎｍのＳｉＯＮ膜を形成する。次いで、ＳｉＨ4およびＮ2Ｏガスを用いて膜厚９００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成する。
【００２６】
この後、ｎ-型炭化珪素基板１０にＣＦ4とＡｒを用いて、ＳｉＯＮ膜とＳｉＯ2膜とが順に積層されてなるイオン注入用マスク２０のエッチングを行う。ＳｉＯＮとＳｉＯ2ではエッチングレートがおよそ１．５倍程度違うことから、ＣＯ結合を示す約３１０ｎｍの発光強度が低下し始める点をエンドポイントとしてエッチングを終了すると、残存膜２１ａとして５０〜１００ｎｍのＳｉＯＮ膜を開口部２１の底面に安定して残すことができる。
【００２７】
次に、このイオン注入用マスク２０が形成されたｎ-型炭化珪素基板１０をイオン注入装置に導入し、燐イオンまたは窒素イオン等のｎ型不純物イオンを注入する。炭化珪素基板１０がｐ型であればアルミニウムイオン等のｐ型不純物イオンを注入する。これにより、イオン注入用マスク２０の開口部２１に位置する炭化珪素基板１０に、ｎまたはｐ領域が形成される。イオン注入時のエネルギーによるが、イオン注入用マスク２０の残存膜２１ａの厚さが５００ｎｍ未満であればイオン注入が行われ、２００ｎｍ以下の膜厚であればイオンの注入効率はほぼ変化しない。好適な残存膜２１ａの厚さは１００ｎｍ以下である。
【００２８】
また、ｎ-型炭化珪素基板１０上に一様な厚さの残存膜２１ａを残留させることは、無機絶縁膜の膜厚分布やエッチングレート分布、開口部２１内部での無機絶縁膜のエッチングレート分布の影響のため難しい。このようなとき、残存膜２１ａの厚さは０より大きく１００ｎｍより小さい程度の分布であれば、イオン注入において問題はない。
【００２９】
イオン注入用マスク２０のエッチング時間を設定する方法として、手作業と自動で行う場合が考えられる。手作業で行う場合には、まずイオン注入用マスク２０の初期の膜厚（例えば、エッチング前のイオン注入用マスク２０の厚さ）をモニター部で確認する。このときの厚さが１０００ｎｍであったとする。次に所定時間（例えば１０分程度）エッチングを行い、再度モニター部で開口部２１の底部に残る残存膜２１ａの膜厚を確認する。このときの厚さが４００ｎｍであったとする。この場合、エッチングレートは毎分６０ｎｍであるから、この後５分〜６．６分のエッチングを行うことで、０より大きく１００ｎｍより小さい程度の残存膜２１ａを開口部２１に残すことができる。
【００３０】
このように、規定の時間ドライエッチングを行った後に、再度膜厚を確認し、残膜量とエッチングレートを算出し、この値を用いて、規定の膜厚を残すためのエッチング時間を設定し、ドライエッチングを行うことで、規定の形状の（所定厚さの残存膜２１ａを有する）イオン注入用マスク２０を形成できる。
【００３１】
以上のように、実施の形態１では、開口部には所定厚さの残存部を有するイオン注入用マスクを無機絶縁膜のドライエッチングにより形成する。この際、例えばエッチングレートの異なる積層膜からなる無機絶縁膜をドライエッチングすることでも、イオン注入用マスクの開口部には所定厚さの残存部を残すことができる。イオン注入用マスクの開口部には所定厚さの残存部を残したマスク形状とすることにより、ドライエッチングの際に生じるプラズマや活性種により、ｎ-型炭化珪素基板１０表面が物理的および電気的ダメージを受けずに平坦にできるため、高電圧印加時の破壊の発生を抑止して、高耐圧な炭化珪素半導体素子を作製できるようになる。
【００３２】
また、イオン注入用マスクにフォトレジストを用いていないため、従来、イオン注入用マスクにフォトレジストを用いた場合に生じていた問題が生じない。
【００３３】
次に、図２および図３を用いて、エッチング時間の設定を自動で行う場合の方法を説明する。はじめに、図２は、薄膜干渉計を用いたエンドポイントモニターの波形を模式的に示す図である。横軸は時間、縦軸は光強度である。
【００３４】
例えば、エンドポイントモニターの光源として、波長６３３ｎｍの発光ダイオードを用い、入射光および反射光の強度を内蔵されたビームスプリッターで分離し、薄膜干渉計により計測する。この際、ｎ-型炭化珪素基板１０上の無機絶縁膜（イオン注入マスク２０）の残存膜２１ａ部分に光を入射させる。この光は、無機絶縁膜２０の上面および下面で反射され干渉する。
【００３５】
図２に示すように、干渉した光は、（波長／２／膜の屈折率）×整数となる膜厚の変化にしたがって、強めあうか、または弱めあう。これにより、エッチング時間の経過にしたがい反射する光強度が変化する波形を得ることができる。
【００３６】
例えば、初期の膜厚が１０００ｎｍ、屈折率１．５のＳｉＯ2膜（無機絶縁膜２０）をエッチングする場合、隣接する山と山の間隔が２分であれば、エッチングレートはおよそ毎分１００ｎｍとなる。このように、所定山数の所定期間ｔ１〜ｔ２をレート算出期間としてエッチングレートを算出する。そして、残存膜厚を算定し、残りのエッチングに必要な時間制御期間ｔ３−ｔ２を設定する。そして、時期ｔ３に達したときに、エッチングを終了させる。これにより、開口部２１の底部に所望する厚さの残存膜２１ａを形成することができるようになる。
【００３７】
次に、図３は、発光分析方式を用いたエンドポイントモニターの波形を模式的に示す図である。横軸は時間、縦軸は光強度である。ＳｉＯ2膜（無機絶縁膜２０）を、発光分析方式のエンドポイントモニターを用いてエッチングする場合、波長約３２０ｎｍのＣＯ結合を示す発光強度を観察する。開口部２１の開口率が一定な場合、発光強度は処理ロット毎にほぼ一定となる。この性質を用いて、発光強度の積分開始時間ｔ１と、発光強度の積分値が一定値になるまでの時間ｔ２を計測する。
【００３８】
そして、あらかじめ求めていたエッチングレートと、計測したレート算出期間（ｔ２−ｔ１）の関係から、エッチングレートを補正し、残りのエッチングにかかる時間制御期間ｔ３−ｔ２を設定する。そして、時期ｔ３に達したときに、エッチングを終了させる。これにより、開口部２１の底部に所望する厚さを有する残存膜２１ａを形成することができるようになる。
【００３９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法について説明する。図４は、本発明の実施の形態２にかかるイオン注入用マスクの形状を示す断面図である。実施の形態１と同じ手順でｎ-型炭化珪素基板１０の主表面に、１μｍの厚さでイオン注入用マスクとして機能する無機絶縁膜２０を堆積し、無機絶縁膜２０の表面にフォトレジスト３０を塗布してレジストパターン３２を形成する。この後、レジストパターン３２をマスクとしてドライエッチングを行う。
【００４０】
エッチング時間の設定を手作業で行う場合、実施の形態１と同じ方法で、初期の膜厚、残膜厚、エッチングレートの算出を行う。残膜厚が４００ｎｍ、エッチングレートが毎分６０ｎｍの場合、６．７分のエッチングを行うことで、開口部２１に無機絶縁膜が残留した残存膜２１ａを有するイオン注入用マスク２０を作製することができる。
【００４１】
図４では、イオン注入用マスク２０の開口部２１の中央に残存膜２１ａがない形状（開口部２１が貫通し、ｎ-型炭化珪素基板１０の主表面が表出した状態）を示している。これに限らず、エッチングの条件によっては開口部２１の端部や、開口部２１の内部（底部）に島状に残存膜２１ａが無くなる状態となるが、開口部２１には一部残存膜２１ａを残すようにエッチングを行う。
【００４２】
図５は、イオン注入用マスクにおける残存膜の有無に対応したエッチング状態を説明する図である。仮に、従来方法によりイオン注入用マスク２０に完全に貫通した状態の開口部２１をウエハ面内で均一に作製するためには、イオン注入用マスク２０に開口部２１が形成されたと予測される時間から、オーバーエッチング時間を加味して、ｎ-型炭化珪素基板１０表面を露出させる。この場合、図５の（ａ）に示すように、イオン注入用マスク２０の開口部２１の側壁に沿ってドライエッチング用ガスが流れ込むため、ｎ-型炭化珪素基板１０表面で、イオン注入用マスクの開口部２１の側壁に近い部位１０ａが過剰にエッチングされる傾向が生じ、ｎ-型炭化珪素基板１０を用いたデバイスの不具合の原因となる。
【００４３】
これに対し、図５の（ｂ）に示す実施の形態２のように、イオン注入用マスク２０の開口部２１の一部に残存部２１ａを有する場合、ドライエッチングガスに強く影響される部分が移動している状態でエッチングが終了する。このように、開口部２１の一部に残存部２１ａを有する状態は、ｎ-型炭化珪素基板１０の表面の状態は最良ではないものの、従来方法に比較するとｎ-型炭化珪素基板１０の表面に対するダメージを抑制できるようになる。なお、実施の形態１では、開口部２１を塞ぐ形で残存部２１ａを設ける構成について説明したが、ウエハ面内の厚さのばらつきがあると、エッチング制御をおこなっても、一部の残存部２１ａがなくなること（実施の形態２相当の構成となること）が想定される。
【００４４】
エッチング時間の設定を自動で行う場合には、実施の形態１と同様の方法で、エッチングレートを算出する。そして、エッチング時間＝初期膜厚／エッチングレートとなる時間でエッチングを行うことにより、開口部２１の一部に残存膜２１ａを残留させる。この後、実施の形態１と同様に、レジストパターンを灰化（アッシング）により除去し、イオン注入用マスクを形成する。
【００４５】
（実施例）
次に、本発明の実施の形態にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法によって製造した炭化珪素半導体素子の開口部２１の表面形状について、検証結果を説明する。図６は、作製したＭＯＳＦＥＴを示す断面図である。
【００４６】
まず、ｎ+型炭化珪素基板上にｎ-型炭化珪素エピタキシャル層６０が積層された、炭化珪素の四層周期六方晶（４Ｈ−ＳｉＣ）からなるｎ-型炭化珪素基板上（ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層６０側の面上）に、常圧ＣＶＤ装置を用いて膜厚１．５μｍのＳｉＯ2膜を形成した。次に、実施の形態にしたがいｎ-型炭化珪素基板上にイオン注入用マスク２０を形成し、開口部２１からＡｌイオンを注入することによりｎ-型炭化珪素基板の表面層（ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層６０側の表面層）にｐ領域（ｐベース層）６１を形成した。
【００４７】
次に、ｐ領域６１の形成に用いたイオン注入用マスク２０を除去した後、同様に、実施の形態にしたがいｎ-型炭化珪素基板上にイオン注入用マスク２０を形成し、燐イオンの注入によりｐ領域６１の内部にｎ型ソースコンタクト層６２を選択的に形成した。次に、ｎ型ソースコンタクト層６２の形成に用いたイオン注入用マスク２０を除去した後、同様に、実施の形態にしたがいｎ-型炭化珪素基板上にイオン注入用マスク２０を形成し、Ａｌイオンを注入することによりｐ領域６１の内部に、ｎ型ソースコンタクト層６２に接するｐ型ソースコンタクト層６３を選択的に形成した。
【００４８】
この後、外周のｐ型耐圧部（不図示）を形成した後に、およそ１５００℃程度で活性化アニールを行った。次に、ｐ領域６１の、ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層６０とｎ型ソースコンタクト層６２とに挟まれた部分の表面上にゲート酸化膜を介してゲート電極６４を形成し、ゲート電極６４を覆う層間絶縁膜６５を形成した。次に、層間絶縁膜６５にコンタクトホールを形成し、ｎ型ソースコンタクト層６２およびｐ型ソースコンタクト層６３に接するソースコンタクト電極６６を形成した。その後、ソースコンタクト電極６６に接する電極パッド６７を形成することにより、図６に示すＭＯＳＦＥＴを作製した（実施例素子）。また、比較として、開口部２１の底部の残存膜２１ａを十分除去したイオン注入用マスク（無機絶縁膜）２０を用いてＭＯＳＦＥＴを作製した（従来例）。
【００４９】
その結果、従来例ではイオン注入を行ったｎ型ソースコンタクト層６２の端部に約５ｎｍの段差が形成されたが、実施例の素子では開口部２１に対応してｎ型ソースコンタクト層６２全体が平坦になった。このように、従来例よりもｎ型ソースコンタクト層６２を平坦化できることによって、実施例の素子耐圧は、従来例の約４８０Ｖから７２０Ｖへと大きく向上することができた。また、実施の形態２にしたがって形成したイオン注入用マスク２０を用いて作製したＭＯＳＦＥＴにおいても、実施例と同様の効果を得ることができることが確認された。
【００５０】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明は、ｐ型とｎ型とを入れ替えた場合や、炭化珪素基板と炭化珪素基板主表面に成長させるエピタキシャル層とを同導電型とした場合であっても同様に作製でき、同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法は、半導体材料として炭化珪素を用いた炭化珪素半導体素子に有用であり、特に、半導体基板のおもて面側から裏面側に電流を流す縦型パワーデバイス半導体素子に適し、例えばパワーデバイス等の電力用半導体装置や、産業用のモーター制御やエンジン制御に使用されるパワー半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  炭化珪素基板（ｎ-型炭化珪素基板）
２０  イオン注入用マスク
２１  イオン注入部
２１ａ  残存部
２２  マスク部
６０  ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層
６１  ｐベース層
６２  ｎ型ソースコンタクト層
６３  ｐ型ソースコンタクト層
６４  ゲート電極
６５  層間絶縁膜
６６  ソースコンタクト電極
６７  電極パッド
【国際調査報告】
2014203881.tif 000009
2014203881.tif 000010
2014203881.tif 000011
2014203881.tif 000012