(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型の炭化珪素基板の第一の主面に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程と、
前記炭化珪素エピタキシャル層の表面に第一無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第一無機絶縁膜上に前記第一無機絶縁膜よりエッチングレートが高く膜厚の厚い第二無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第二無機絶縁膜表面にフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンを用いて前記第一無機絶縁膜にマスク部とイオン注入部を形成する工程と、
前記イオン注入部より前記炭化珪素エピタキシャル層にイオン注入を行う工程と、を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記第一無機絶縁膜を形成する工程が窒素を含む無機膜をＣＶＤ法により形成する工程からなり、
前記イオン注入部を形成する工程が、前記フォトレジストパターンを用いて前記第二無機絶縁膜に対するドライエッチングを行い、前記イオン注入部の前記第二無機絶縁膜を除去する工程と、
前記イオン注入部の底部に残った前記第一無機絶縁膜をウェットエッチングによって除去する工程と、
を含む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】
前記第一無機絶縁膜の膜厚を５０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下とした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】
第一導電型の炭化珪素基板の第一の主面に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程と、
前記炭化珪素エピタキシャル層の表面に第一無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第一無機絶縁膜上に前記第一無機絶縁膜よりエッチングレートが高く膜厚の厚い酸化シリコン、ＮＳＧ、ＰＳＧまたはＦＳＧのいずれかからなる第二無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第二無機絶縁膜表面にフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンを用いて前記第一無機絶縁膜にマスク部とイオン注入部を形成する工程と、
前記イオン注入部より前記炭化珪素エピタキシャル層にイオン注入を行う工程と、を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
前記第一無機絶縁膜を形成する工程がシリコン膜をＣＶＤ法により形成する工程からなり、
前記イオン注入部を形成する工程が、前記フォトレジストパターンを用いて前記第二無機絶縁膜に対するドライエッチングを行い、前記イオン注入部の前記第二無機絶縁膜を除去する工程と、
前記イオン注入部の底部に残った前記第一無機絶縁膜をウェットエッチングによって除去する工程と、を含み、
前記第一無機絶縁膜と前記第二無機絶縁膜のエッチングレートの違いに基づき、エンドポイントモニターによりＣＯ結合を示す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前記ドライエッチングを終了す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４】
前記第一無機絶縁膜の膜厚を５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下としたことを特徴とする請求項３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】
この発明は、炭化珪素基板を用い、特に絶縁破壊電圧特性に優れた縦型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素は、シリコンと比較して約３倍の禁制帯幅、約２倍の電子飽和ドリフト速度、約一桁大きい絶縁破壊電圧をもつことから、高温での電気伝導度の制御性に優れ高周波かつ大電力の制御が可能な高耐圧パワーデバイス用基板材料として注目されており、ショットキーバリアダイオード、絶縁ゲート型電界効果トランジスタなど様々な構造の炭化珪素パワーデバイスが開発されている。
【０００３】
炭化珪素パワーデバイスでは、炭化珪素自身の不純物拡散係数が小さくシリコンのような熱拡散法が適用できないために、第一導電型領域型および第二導電型領域を形成する際にイオン注入法が広く用いられている。
【０００４】
炭化珪素基板上に成長させたドリフト層の表面に形成したフォトレジストをドライエッチングすることによって形成したレジストマスクを用いて、１５０℃以下の温度でイオン注入を行う方法が開示されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
【０００５】
一方で、炭化珪素には、１５０℃以下の低温で高濃度のイオン注入を行うと、注入領域の結晶性が悪化してデバイス性能が悪化しやすくなるという問題がある。これを防ぐためには３００℃以上の高温雰囲気中でイオン注入を行う必要があるが、樹脂や有機溶媒からなるレジスマスクは３００℃以上の高温で変質し、寸法制御が難しくなることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４９３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
比較的高温の条件に対して安定なＳｉＯ2膜などの無機絶縁膜をイオン注入用マスクとして適用できることが知られており、無機絶縁膜にサブミクロン〜数ミクロン幅のイオン注入領域を開口する方法として非等方的エッチングが可能なドライエッチング法が広く用いられている。しかし、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イオン注入領域の表面が過度にエッチング（オーバーエッチ）され、凹みを生じるという問題がある。例えば、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのソース領域をイオン注入によって形成する際にこのような凹みが生じた場合、その後にソース領域の表面に形成するゲート酸化膜の膜厚が不均一となり、高電圧印加時に絶縁破壊が発生する原因となる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み、良好なイオン注入領域の選択比を実現すると同時に、イオン注入時の基板へのダメージを抑制できることを目的とする。また、絶縁破壊耐圧特性に優れた炭化珪素半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するために、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、第一導電型の炭化珪素基板の第一の主面に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程と、前記炭化珪素エピタキシャル層の表面に第一無機絶縁膜を形成する工程と、前記第一無機絶縁膜上に前記第一無機絶縁膜よりエッチングレートが高く膜厚の厚い第二無機絶縁膜を形成する工程と、前記第二無機絶縁膜表面にフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンを用いて前記第一無機絶縁膜にマスク部とイオン注入部を形成する工程と、前記イオン注入部より前記炭化珪素エピタキシャル層にイオン注入を行う工程と、を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、前記第一無機絶縁膜を形成する工程が窒素を含む無機膜をＣＶＤ法により形成する工程からなり、前記イオン注入部を形成する工程が、前記フォトレジストパターンを用いて前記第二無機絶縁膜に対するドライエッチングを行い、前記イオン注入部の前記第二無機絶縁膜を除去する工程と、前記イオン注入部の底部に残った前記第一無機絶縁膜をウェットエッチングによって除去する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上記の発明において、前記第一無機絶縁膜の膜厚を５０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下としたことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、第一導電型の炭化珪素基板の第一の主面に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程と、前記炭化珪素エピタキシャル層の表面に第一無機絶縁膜を形成する工程と、前記第一無機絶縁膜上に前記第一無機絶縁膜よりエッチングレートが高く膜厚の厚い酸化シリコン、ＮＳＧ、ＰＳＧまたはＦＳＧのいずれかからなる第二無機絶縁膜を形成する工程と、前記第二無機絶縁膜表面にフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンを用いて前記第一無機絶縁膜にマスク部とイオン注入部を形成する工程と、前記イオン注入部より前記炭化珪素エピタキシャル層にイオン注入を行う工程と、を含む炭化珪素半導体装置の製造方法であって、前記第一無機絶縁膜を形成する工程がシリコン膜をＣＶＤ法により形成する工程からなり、前記イオン注入部を形成する工程が、前記フォトレジストパターンを用いて前記第二無機絶縁膜に対するドライエッチングを行い、前記イオン注入部の前記第二無機絶縁膜を除去する工程と、前記イオン注入部の底部に残った前記第一無機絶縁膜をウェットエッチングによって除去する工程と、を含み、前記第一無機絶縁膜と前記第二無機絶縁膜のエッチングレートの違いに基づき、エンドポイントモニターによりＣＯ結合を示す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前記ドライエッチングを終了することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上記の発明において、前記第一無機絶縁膜の膜厚を５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下としたことを特徴とする。
【００１３】
上述した発明によれば、第一無機絶縁膜を所定の膜厚にし、イオン注入マスクのイオン遮蔽性を高めることができ、第一無機絶縁膜を開口部底面に安定して残すことができる。これにより、確実に開口部底部のドライエッチングによるダメージを抑制することができると共に、イオン注入マスクの開口寸法を高精度に制御することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、良好なイオン注入領域の選択比を実現すると同時に、イオン注入時の基板へのダメージを抑制できる。また、絶縁破壊耐圧特性に優れた炭化珪素半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１，２にかかる炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図である。（その１）
【図２】図２は、本発明の実施の形態１，２にかかる炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図である。（その２）
【図３】図３は、本発明の実施の形態１，２にかかる炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図である。（その３）
【図４】図４は、本発明の実施の形態１，２にかかる炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図である。（その４）
【図５】図５は、本発明の実施の形態１，２にかかる炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図である。（その５）
【図６】図６は、本発明の実施の形態１，２にかかる炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図である。（その６）
【図７】図７は、本発明の実施例にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる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のおよび低不純物濃度の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。なお、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数を表している。
【００１７】
（実施の形態１）
図１〜図６は、本発明の実施の形態１にかかる炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図である。はじめに図１に示すように、炭化珪素基板１１の一方の主面に、第一導電型のｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２を積層する。
【００１８】
次に、ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２の表面に第一無機絶縁膜２１を形成する。第一無機絶縁膜２１としてはＳｉＨ4、Ｎ2ＯおよびＮＨ3ガスを用いてプラズマＣＶＤ法で製膜されるＳｉＯＮ膜などが適用できる。
【００１９】
次に、ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２の表面に第一無機絶縁膜２１よりエッチングレートが高く、膜厚の厚い第二無機絶縁膜２２を形成する。第二無機絶縁膜２２としてはプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法または減圧ＣＶＤ法による酸化シリコン膜、常圧ＣＶＤ法によるＮＳＧ（Ｎｏｎｅ−ｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）、ＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）の各膜等が適用できる。
【００２０】
次に、図２に示すように、第二無機絶縁膜２２の表面にフォトレジストを塗布し、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、レジストパターン１４を形成する。
【００２１】
次に、図３に示すように、レジストパターン１４をマスクとして四フッ化メタン（ＣＦ4）とアルゴン（Ａｒ）を用いて第二無機絶縁膜２２に対するドライエッチングを行う。ＳｉＯＮと酸化シリコン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、エンドポイントモニターにて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。
【００２２】
次に、図４に示すように、レジストパターン１４の開口部の第一無機絶縁膜２１をウェットエッチングにより除去し、レジストパターン１４の開口部の炭化珪素基板（ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２）を露出させる。ウェットエッチにはバッファードフッ酸、フッ化水素水溶液などを用いることができる。
【００２３】
次に、図５に示すように、レジストパターン１４を灰化（アッシング）により除去する。上記の工程により、イオン注入部とマスク部からなるイオン注入用マスク２４が形成される。
【００２４】
次に、図６に示すように、イオン注入用マスク２４を用いて、ｎ型であれば燐イオンまたは窒素イオン、ｐ型であればアルミニウムイオン等を注入する。イオン注入用マスク２４の開口部に、ｎ領域またはｐ領域１７が形成される。
【００２５】
ここで、第一無機絶縁膜２１の膜厚を５０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下とすることで、イオン注入マスク２４のイオン遮蔽性を高めると共に、第一無機絶縁膜２１を開口部底面に安定して残すことができる。これにより、確実に開口部底部のドライエッチングによるダメージを抑制することができると共に、イオン注入用マスク２４の開口寸法を高精度に制御することができる。
【００２６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態２においても図１〜図６を用いて説明する。
【００２７】
はじめに、図１に示すように、炭化珪素基板１１の一方の主面にｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２を積層する。次に、ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２の表面に第一無機絶縁膜２１を形成する。第一無機絶縁膜としてはＳｉＨ4およびＡｒガスを用いたプラズマＣＶＤ法で製膜されるポリシリコン膜およびアモルファスシリコン膜などが適用できる。
【００２８】
次に、ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２の表面に第一無機絶縁膜２１よりエッチングレートが高く、膜厚の厚い第二無機絶縁膜２２を形成する。第二無機絶縁膜２２としてはプラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法による酸化シリコン膜、常圧ＣＶＤ法によるＮＳＧ、ＰＳＧ、ＦＳＧ等が適用できる。
【００２９】
次に、図２に示すように、酸化シリコン膜２２の表面にフォトレジストを塗布し、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、レジストパターン１４を形成する。
【００３０】
次に、図３に示すように、レジストパターン１４をマスクとしてＣＦ4とＡｒを用いてドライエッチングを行う。実施の形態１と同様に、シリコンと酸化シリコンのエッチングレートの違いを利用して、エンドポイントモニターにて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。
【００３１】
次に、図４に示すように、レジストパターン１４の開口部の第一無機絶縁膜２１をウェットエッチングにより除去し、レジストパターン１４の開口部の炭化珪素基板（ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２）を露出させる。ウェットエッチにはフッ化水素酸と硝酸を混合した水溶液などを用いることができる。
【００３２】
次に、図５に示すように、レジストパターン１４を灰化（アッシング）により除去する。上記の工程により、イオン注入部とマスク部からなるイオン注入用マスク２４が形成される。
【００３３】
次に、図６に示すように、イオン注入用マスク２４を用いて、ｎ型であれば燐イオンまたは窒素イオン、ｐ型であればアルミニウムイオン等を注入する。イオン注入用マスク２４の開口部に、ｎ領域またはｐ領域１７が形成される。
【００３４】
ここで、第一無機絶縁膜２１の膜厚を５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることで、イオン注入マスクのイオン遮蔽性を高めると共に、第一無機絶縁膜２１を開口部底面に安定して残すことができる。これにより、確実に開口部底部のドライエッチングによるダメージを抑制することができると共に、イオン注入用マスクの開口寸法を高精度に制御することができる。
【実施例】
【００３５】
本発明の実施の形態１にかかる製造方法によって製造された炭化珪素半導体装置のイオン注入部の表面形状について検証した。図７は、本発明の実施例にかかるＭＯＳＦＥＴの構造を示す断面図である。
【００３６】
まず、４Ｈ−ＳｉＣ炭化珪素基板１１の（０００１）面上に形成された第一導電型のｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２の表面に、プラズマＣＶＤ法を用いて膜厚１００ｎｍのＳｉＯＮ膜を形成した。次に、ＳｉＯＮ膜の表面に常圧ＣＶＤ法を用いて膜厚１２００ｎｍのＮＳＧ膜を形成した。次に、実施の形態１にしたがいイオン注入用マスクを形成し、Ａｌイオンを注入することにより第２導電型のｐ+ベース領域３１を形成した。
【００３７】
次に、ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層１２の表面にｐ-型炭化珪素エピタキシャル層３２を成長させた。次に、実施の形態１にしたがい、ｐ-型炭化珪素エピタキシャル層３２にｐイオンを注入しｎ型ソース領域３３を、Ａｌイオンを注入しｐ型ソースコンタクト領域３４を、窒素イオンを注入しＪＦＥＴ領域３５形成した。
【００３８】
外周のｐ型耐圧部を形成した後に、およそ１６００℃程度で活性化アニールを行った後に、ゲート酸化膜３６、ゲート電極３７、ソースコンタクト電極３８を形成することによりＭＯＳＦＥＴを作製した。
【００３９】
また、比較例として、従来の製造方法により、常圧ＣＶＤ法を用いて製膜された膜厚１２００ｎｍのＮＳＧ膜に対しイオン注入部の酸化膜をドライエッチングにより十分に除去したイオン注入用マスクを用いて、ＭＯＳＦＥＴを作製した。
【００４０】
その結果、比較例ではイオン注入を行ったソースコンタクト部端部に約５ｎｍの段差が形成されていたが、実施例ではイオン注入部全体が平坦になっていた。このように、実施例によれば、比較例よりも平坦化されたことによって、実施例の素子耐圧は、従来例の約４６０Ｖから７２０Ｖへと大きく向上することができた。
【００４１】
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を用いたＭＯＳＦＥＴにおいても、上記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。
【００４２】
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り、イオン注入法を用いて製造される種々の炭化珪素半導体装置の製造方法に対して有効である。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も同様に成り立つ。また、基板として４Ｈ−ＳｉＣ以外の結晶多形を有する炭化珪素基板を用いた場合にも同様に成り立つ。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導装置の製造方法は、半導体材料として炭化珪素を用いた炭化珪素半導体装置の製造に有用である。特に、半特に絶縁破壊電圧特性に優れた縦型ＭＯＳＦＥＴの製造に有効である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  炭化珪素基板
１２  ｎ-型炭化珪素エピタキシャル層
１３  無機絶縁膜
１４  レジストパターン
１５  開口部の底部に残留させたＳｉＯ2膜
１６  イオン注入マスク
１７  イオン注入領域
２１  第一無機絶縁膜
２２  第二無機絶縁膜
３１  ｐ+ベース領域
３２  ｐ-型炭化珪素エピタキシャル層
３３  ｎ+型ソース領域
３４  ｐ+型ソースコンタクト領域
３５  ＪＦＥＴ領域
３６  ゲート絶縁膜
３７  ゲート電極
３８  ソースコンタクト電極
【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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