(57)【要約】【課題】製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】高濃度のＮ型の炭化珪素基板１上に炭化珪素基板１より不純物濃度が低いＮ型の炭化珪素エピタキシャル層２を形成した炭化珪素半導体基体１００の第一主面側（炭化珪素エピタキシャル層２の側）の所定領域に電界緩和領域３を形成する工程において、フォトレジストの炭化物からなるマスク材５２によって被覆されていない不純物導入領域５３に、アルミニウムイオン５４をイオン注入し、マスク材５２が形成されたままの状態で、例えば１７００℃、２０分間の活性化熱処理を行い、導入した不純物であるアルミニウムを活性化させた後、酸化雰囲気中で例えば９００℃、３０分間の熱処理を行い、マスク材５２を除去し、電界緩和領域３を完成させることを特徴とする半導体装置の製造プロセスを構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体の第一主面上の所定領域に炭素または炭化物からなるマスク材を形成するマスク材形成工程と、
前記マスク材によって被覆されていない前記半導体基体の第一主面の所定領域に不純物を導入する不純物導入工程と、
前記不純物導入工程後に前記マスク材が形成されたままの状態で不純物活性化熱処理を行う不純物活性化工程と、
前記不純物活性化工程後に前記マスク材を除去するマスク材除去工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記マスク材形成工程が、
前記半導体基体の第一主面上の所定領域に感光性高分子組成物からなる層を形成する工程と、
前記感光性高分子組成物からなる層を炭化して前記炭化物からなるマスク材とする工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記不純物導入工程がイオン注入によって行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記マスク材除去工程が、
酸素を含んだ雰囲気中での熱処理によって行われるか、或いは、
酸素プラズマ処理によって行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基体の第一主面の所定領域に前記不純物導入工程と前記不純物活性化工程とを経て形成された電界緩和層と、前記半導体基体の第一主面とヘテロ接合を形成し且つ前記半導体基体を構成する半導体材料とバンドギャップの異なるヘテロ半導体材料からなるヘテロ半導体領域と、前記ヘテロ接合にゲート絶縁膜を介して接するゲート電極と、前記ヘテロ半導体領域に接触するように形成されたソース電極と、前記半導体基体に接触するように形成されたドレイン電極とを有する半導体装置を製造することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記感光性高分子組成物がフォトレジストであることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体基体を構成する半導体材料とバンドギャップの異なるヘテロ半導体材料が、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体基体を構成する半導体材料が炭化珪素であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の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絶縁破壊電界強度がひと桁大きく、またシリコンと同様に熱酸化が行えることから、次世代の半導体材料として注目されている。中でも電力変換用素子への応用の期待が高く、近年、炭化珪素を材料に用いた高耐圧かつ低損失のパワートランジスタが提案されている。パワートランジスタの低損失化には、低オン抵抗化が必須であり、その目的のために、効果的にオン抵抗を低減可能なパワートランジスタの構成が、例えば下記特許文献１に記載されたように、提案されている。
【０００３】
上記のパワートランジスタは、ヘテロ半導体領域と炭化珪素エピタキシャル層とによって形成されるヘテロ接合の障壁高さを、ゲート絶縁膜を介して、ゲート電極の電界によって変化させることでスイッチ動作を行うため、チャネル領域における電圧降下がない分、オン抵抗の低減が可能となる。また、ソース電極・ドレイン電極間に高電圧が印加された場合、ヘテロ接合界面のヘテロ半導体領域側に形成される蓄積層に電界が終端されて、ヘテロ半導体領域はブレークダウンを生じないことに加えて、電界緩和領域によってヘテロ接合界面に印加される電界が緩和されるため、高いソース電極・ドレイン電極間の耐圧を確保できるという特徴がある。
【特許文献１】特開２００３−３１８３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の電界効果トランジスタを製造する場合に、従来の製造方法においては、不純物導入時のマスクと、不純物活性化のための高温熱処理中に半導体表面が荒れるのを防止する保護膜とを別々の工程によって形成しているため、多くの工程を経なければならず、製造プロセスの短縮化、すなわち製造コストの抑制には限界があった。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みて成されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる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】
【０００６】
上記の電界効果トランジスタを製造する際に、上記不純物導入時のマスクと活性化熱処理時の保護膜とを同一物とし、それを同一の工程で形成することにより、製造工程を簡略化する。
【発明の効果】
【０００７】
不純物導入時のマスクと活性化熱処理時の保護膜とを同一物とし、それを同一の工程で形成することにより、製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明に係る半導体装置の製造方法を用いて作製した半導体装置の一例を示す断面図である。
【０００９】
図１において、高濃度のＮ型の炭化珪素基板１上に炭化珪素基板１より不純物濃度が低いＮ型の炭化珪素エピタキシャル層２を形成した炭化珪素半導体基体１００の第一主面側（炭化珪素エピタキシャル層２の側）の所定領域には電界緩和領域３が形成されている。また、炭化珪素半導体基体１００の第一主面側の所定領域には、ヘテロ接合を形成し且つ炭化珪素とバンドギャップの異なるヘテロ半導体材料である多結晶シリコンからなるヘテロ半導体領域４が形成されている。ヘテロ半導体領域４と炭化珪素半導体基体１００との間のヘテロ接合部に隣接して、ゲート絶縁膜５を介して接するゲート電極６が形成されている。ヘテロ半導体領域４に接触するようにソース電極７が形成され、炭化珪素基板１に接続、すなわち炭化珪素半導体基体１００に接触するようにドレイン電極８が形成されている。また、ソース電極７とゲート電極６は層間絶縁膜８０によって電気的に絶縁されている。なお、図１には図示していないが、電界緩和領域３とソース電極７は紙面奥行き方向で接触している。
【００１０】
以下、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法の一例を、図１に示した半導体装置を製造する方法として、図２の（Ａ）から図４の（Ｉ）までを用いて説明する。
【００１１】
まず、図２の（Ａ）に示すように、高濃度のＮ型の炭化珪素基板１上に炭化珪素基板１より不純物濃度が低いＮ型の炭化珪素エピタキシャル層２を形成した炭化珪素半導体基体１００を用意する。そして、炭化珪素エピタキシャル層２上に、感光性高分子組成物であるフォトレジスト５０を例えば２μｍの厚さに塗布する。半導体基体１００に炭化珪素を用いることで、より高耐圧・低オン抵抗の半導体装置を実現することができる。
【００１２】
つぎに、図２の（Ｂ）に示すように、露光・現像を行い、塗布したフォトレジスト５０をパターニングして、炭化珪素半導体基体１００上の所定領域にフォトレジスト層５１を形成する。一般に、フォトレジストは、半導体プロセスにおいて広く一般的に普及している、感光性有機化合物を含有する感光性高分子組成物であり、露光と現像を行うことで、フォトレジスト層５１の形成を容易、かつ高精度に行うことができる。
【００１３】
つぎに、図２の（Ｃ）に示すように、窒素雰囲気中で熱処理を行い、フォトレジスト層５１を炭化させ、炭化物からなるマスク材５２を形成する。フォトレジストは有機材料であり、脱水素化すなわち炭化が容易であり、これを用いることによって、簡便にマスク材５２を形成することができる。以上、図２の（Ａ）から（Ｃ）までに示した工程が、半導体基体の第一主面上の所定領域に炭素または炭化物からなるマスク材を形成するマスク材形成工程である。
【００１４】
なお、マスク材５２としては、フォトレジスト層５１の代わりに、感光性を持たない有機物をフォトリソグラフィ等の手段によってパターニングしたものを用い、その有機物を炭化させてなるマスク材を用いてもよい。なお、感光性高分子組成物または非感光性有機物の炭化は完全炭素化である必要はない。
【００１５】
さらに、マスク材５２としては、コロイダルグラファイトの分散液とフォトレジストとを用いて、カラーブラウン管蛍光面のブラックマトリックスの製造工程と同様にして、リフトオフ法によってパターニングしたグラファイト層を用いてもよい。この場合には、マスク材５２は炭素からなる。
【００１６】
本発明に係る半導体装置の製造方法の特徴は、以下に説明するように、マスク材５２を、不純物導入時のマスクとしても、活性化熱処理時の半導体表面荒れを防ぐ保護膜としても用いることにあり、この特徴によって、不純物導入時のマスクと活性化熱処理時の保護膜とを別々の工程によって形成している従来法と比較して、製造工程の簡略化が可能となるという効果が現れる。
【００１７】
つぎに、図３の（Ｄ）に示すように、炭化物からなるマスク材５２をマスクに用い、マスク材５２によって被覆されていない炭化珪素半導体基体１００の所定領域（不純物導入領域５３）に、アルミニウムイオン５４をイオン注入して不純物導入を行う。この際、マスク材５２は不純物導入時のマスクとしての役割を果たしている。この工程が、マスク材によって被覆されていない半導体基体の第一主面の所定領域に不純物を導入する不純物導入工程である。不純物導入方法としてイオン注入法を用いることで、不純物の分布や濃度を高精度に制御できることに加えて、真空中で行うプロセスであるため、不純物を含むガス雰囲気中で行う拡散法と異なり、マスク材５２が変質することがない。
【００１８】
つぎに、図３の（Ｅ）に示すように、マスク材５２が形成されたままの状態で、例えば１７００℃、２０分間の活性化熱処理を行い、導入した不純物であるアルミニウムを活性化させる。この際、マスク材５２は活性化熱処理時の半導体表面荒れを防ぐ保護膜としての役割を果たしている。この工程が、不純物導入工程後にマスク材が形成されたままの状態で不純物活性化熱処理を行う不純物活性化工程である。
【００１９】
つぎに、図３の（Ｆ）に示すように、酸化雰囲気中、例えば酸素を含んだ雰囲気中で、例えば９００℃、３０分間の熱処理を行い、マスク材５２を除去し、電界緩和領域３を完成させる。この工程が、不純物活性化工程後にマスク材を除去するマスク材除去工程である。このような酸化雰囲気中での熱処理、あるいは酸素プラズマ処理を行うと、炭素または炭化物は酸化され、気化するため、容易にマスク材５２を除去することができる。
【００２０】
つぎに、図４の（Ｇ）に示すように、炭化珪素エピタキシャル層２に接触するように、ヘテロ半導体材料として多結晶シリコンを例えば０．５μｍの厚さに堆積し、多結晶シリコン中に砒素をイオン注入した後、フォトリソグラフィとエッチングにより、多結晶シリコンをパターニングしてヘテロ半導体領域４を形成する。多結晶シリコンは、不純物のドーピングやエッチングが容易であるため、製造プロセスをより簡略化できる。なお、多結晶シリコンに代えて、アモルファスシリコンや単結晶シリコンを用いても構わない。
【００２１】
つぎに、図４の（Ｈ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、酸化膜を例えば０．１μｍの厚さに堆積し、ゲート絶縁膜５を形成する。
【００２２】
つぎに、図４の（Ｉ）に示すように、ゲート絶縁膜５を介して、ヘテロ半導体領域４と半導体基体１００との間のヘテロ接合部に接するように、多結晶シリコンを例えば０．５μｍの厚さに堆積し、多結晶シリコン中に砒素をイオン注入した後、フォトリソグラフィとエッチングにより、多結晶シリコンをパターニングしてゲート電極６を形成する。
【００２３】
最後に、半導体基体１００に接触するようにドレイン電極８を形成し、層間絶縁膜８０を堆積した後、コンタクトホールを開孔してヘテロ半導体領域４に接触するようにソース電極７を形成して、図１に示す半導体装置を完成させる。
【００２４】
このようにして製造した半導体装置は、従来の技術を用いて製造した場合と同様の動作をする。これに加えて、本発明に係る半導体装置の製造方法は、電界緩和領域３の形成時における、不純物導入のマスクと活性化熱処理時の表面保護膜とを同一のマスク材５２とし、その形成を、従来の技術においては別々の工程によって行うのに対して、同一の工程によって行うため、製造プロセスを短縮し、製造コストを低減することが可能である。
【００２５】
なお、本実施の形態例においては、ヘテロ接合を用いた電界効果トランジスタを例に説明したが、本発明は、イオン注入によって不純物を導入した領域が、素子動作時において電流の経路とならない素子、例えば、ショットキーバリアダイオードや接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）などにも適用することができる。
【００２６】
また、上記実施の形態例においては、炭化珪素半導体基体１００およびヘテロ半導体領域４をＮ型として説明しているが、Ｐ型を用いても良い。
【００２７】
また、半導体基体１００を構成する半導体材料に炭化珪素を用いているが、窒化ガリウムなどを用いても良い。さらに、ヘテロ半導体材料に多結晶シリコンを用いているが、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリコンゲルマニウム、砒化ガリウムなどを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法を用いて作製した半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態例を説明する図である。
【図３】図２の続きである。
【図４】図３の続きである。
【符号の説明】
【００２９】
１：炭化珪素基板、２：炭化珪素エピタキシャル層、３：電界緩和領域、４：ヘテロ半導体領域、５：ゲート絶縁膜、６：ゲート電極、７：ソース電極、８：ドレイン電極、５０：フォトレジスト、５１：フォトレジスト層、５２：マスク材、５３：不純物導入領域、５４：アルミニウムイオン、８０：層間絶縁膜、１００：炭化珪素半導体基体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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