(57)【要約】【課題】  半導体基板表面に保護膜を形成した状態でアニール工程を行う、ＳｉＣを材料とする半導体装置の製造工程において、保護膜を形成する前にイオン注入のためのパターンマスクを除去する工程を省略する。【解決手段】  本願に係るＳｉＣを材料とする半導体装置の製造方法は、ＳｉＣ基板のイオン注入面全体を被覆しており、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている、有機膜または炭素膜を材料とする保護膜を成膜する成膜工程と、保護膜が形成されたＳｉＣ基板にイオン注入を行うイオン注入工程と、イオン注入後のＳｉＣ基板を、イオン注入面全体が保護膜によって被覆されている状態でアニール処理するアニール工程と、を含み、保護膜は、アニール工程の開始時に炭素膜である。【選択図】  図４
2012160544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板のイオン注入面全体を被覆しており、炭化珪素基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている、有機膜または炭素膜を材料とする保護膜を成膜する成膜工程と、
保護膜が形成された炭化珪素基板に保護膜側の表面からイオン注入を行うイオン注入工程と、
イオン注入後の炭化珪素基板を、イオン注入面全体が保護膜によって被覆されている状態でアニール処理するアニール工程と、を含み、
保護膜は、アニール工程の開始時に炭素膜である、炭化珪素を材料とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
炭化珪素基板の非イオン注入領域の表面に形成された保護膜の厚さは、炭化珪素基板のイオン注入領域の表面に形成された保護膜の厚さよりも厚い、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
成膜工程では、炭化珪素基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている有機保護膜が成膜され、
有機保護膜は、成膜工程とアニール工程の間に行われる炭化工程で炭素保護膜化する、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
成膜工程は、炭化珪素基板のイオン注入面全体を被覆する炭素膜の第１保護膜を形成する工程と、第１保護膜の表面に、炭化珪素基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている有機膜の第２保護膜を形成する工程を含んでおり、
第２保護膜は、成膜工程とアニール工程の間に行われる炭化工程で炭素膜化される、請求項１または２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、炭化珪素（以下、本明細書ではＳｉＣという）を材料とする半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、一般に、半導体基板にイオン注入を行った後で、アニール処理を行うことによって、半導体基板に不純物領域を形成する。半導体基板がＳｉＣ基板である場合には、イオン注入後のアニール処理温度を１５００℃程度以上の高温で行う。高温でのアニール処理の際に、注入したイオンがＳｉＣ基板から脱離したり、ＳｉＣ基板の表面が階段状に荒れるステップバンチングが発生したりする。これを抑制するために、特許文献１では、イオン注入後のＳｉＣ基板の表面をダイヤモンドライクカーボン等の保護膜によって覆った状態で、高温のアニール処理を行う。ＳｉＣ基板の表面全体を被覆する保護膜は、イオン注入のためのパターンマスクを除去した後の工程でＳｉＣ基板表面に形成される。また、イオン注入のためのパターンマスクをレジストで形成する場合には、イオン注入時の加熱過程においてレジストが炭化するため、炭化したレジストを保護膜として利用できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６８４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、イオン注入のためのパターンマスクを除去した後に、ＳｉＣ基板表面の全体を被覆する保護膜が形成されるため、製造工程の工数が増える。また、イオン注入時のレジストは、イオン注入を行う領域のＳｉＣ基板表面には形成されていないため、レジストが炭化することによって形成される保護膜は、イオン注入を行う領域のＳｉＣ基板表面には形成されない。このため、アニール処理時に、露出したＳｉＣ基板表面が荒れ、そこからイオン脱離が起こる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は、ＳｉＣを材料とする半導体装置の製造方法を提供する。この製造方法は、ＳｉＣ基板のイオン注入面全体を被覆しており、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている、有機膜または炭素膜を材料とする保護膜を成膜する成膜工程と、保護膜が形成されたＳｉＣ基板に保護膜側の表面からイオン注入を行うイオン注入工程と、イオン注入後のＳｉＣ基板を、イオン注入面全体が保護膜によって被覆されている状態でアニール処理するアニール工程と、を含み、保護膜は、アニール工程の開始時に炭素膜である。
【０００６】
上記の製造方法によれば、保護膜が非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされているため、イオン注入工程においてパターンマスクとして用いることができる。保護膜は、アニール工程の開始時にはＳｉＣ基板のイオン注入面全体を被覆する炭素膜となっており、アニール工程においてＳｉＣ基板を保護する。半導体装置の製造工程において、保護膜を形成する前にイオン注入のためのパターンマスクを除去する工程を省略することと、ＳｉＣ基板のイオン注入面全体を炭素膜によって被覆してアニール工程を行い、ＳｉＣ基板の表面荒れやイオン脱離を防止することとを両立できる。
【０００７】
ＳｉＣ基板の非イオン注入領域の表面に形成された保護膜の厚さは、ＳｉＣ基板のイオン注入領域の表面に形成された保護膜の厚さよりも厚くてもよい。
【０００８】
成膜工程では、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている有機保護膜が成膜され、有機保護膜は、成膜工程とアニール工程の間に行われる炭化工程で炭素保護膜化されてもよい。
【０００９】
成膜工程は、ＳｉＣ基板のイオン注入面全体を被覆する炭素膜の第１保護膜を形成する工程と、第１保護膜の表面に、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている有機膜の第２保護膜を形成する工程を含んでおり、第２保護膜は、成膜工程とアニール工程の間に行われる炭化工程で炭素膜化されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本願に係る製造方法によれば、半導体装置の製造工程において、保護膜を形成する前にイオン注入のためのパターンマスクを除去する工程を省略することと、ＳｉＣ基板のイオン注入面全体を炭素膜によって被覆してアニール工程を行い、ＳｉＣ基板の表面荒れやイオン脱離を防止することとを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例において製造される半導体装置の断面図である。
【図２】実施例１に係る成膜工程を説明する図である。
【図３】実施例１に係る成膜工程を説明する図である。
【図４】実施例１に係るイオン注入工程を説明する図である。
【図５】実施例１に係るアニール工程を説明する図である。
【図６】実施例２に係る成膜工程を説明する図である。
【図７】実施例２に係る成膜工程を説明する図である。
【図８】実施例２に係るイオン注入工程を説明する図である。
【図９】実施例２に係るアニール工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願に係るＳｉＣを材料とする半導体装置の製造方法は、ＳｉＣ基板のイオン注入面全体を被覆しており、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている、有機膜または炭素膜を材料とする保護膜を成膜する成膜工程と、保護膜が形成されたＳｉＣ基板に保護膜側の表面からイオン注入を行うイオン注入工程と、イオン注入後のＳｉＣ基板を、イオン注入面全体が保護膜によって被覆されている状態でアニール処理するアニール工程と、を含み、保護膜は、アニール工程の開始時に炭素膜である。
【００１３】
ＳｉＣ基板の非イオン注入領域の表面に形成された保護膜の厚さは、ＳｉＣ基板のイオン注入領域の表面に形成された保護膜の厚さよりも厚くてもよい。イオン注入工程において、このようにパターニングした保護膜を介してイオン注入を行うと、イオン注入領域のＳｉＣ基板にはイオンが注入され、非イオン注入領域のＳｉＣ基板にはイオンが注入されないようにすることができる。保護膜の厚さを変化させてパターニングする場合、エッチング等によって容易にパターニングを行うことができる点において好ましいが、これに限定されない。例えば、非イオン注入領域とイオン注入領域に応じて、保護膜の材料や材料特性を変化させてもよい。
【００１４】
成膜工程では、炭素膜を形成してもよく、炭化することによって炭素膜化する有機膜を形成してもよい。有機膜としては、レジストとして用いられる有機膜が特に好ましい。例えば、成膜工程では、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている有機膜の保護膜が成膜されてもよい。有機膜の保護膜は、アニール工程の開始時に炭素膜となっているように、成膜工程とアニール工程の間に行われる炭化工程で炭素膜化される。また、例えば、成膜工程は、ＳｉＣ基板のイオン注入面全体を被覆する炭素膜の第１保護膜を形成する工程と、第１保護膜の表面に、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている有機膜の第２保護膜を形成する工程を含んでいてもよい。第２保護膜は、アニール工程の開始時に炭素膜となっているように、成膜工程とアニール工程の間に行われる炭化工程で炭素膜化される。
【００１５】
有機膜の保護膜は、例えば、有機膜を熱処理することによって炭素膜化することができる。炭化工程は、イオン注入工程の前に行ってもよく、イオン注入工程の後に行ってもよい。炭化工程の条件は、有機膜の種類によって適宜設定されるが、例えば、真空中で５００℃程度以上かつ１０００℃程度以下の条件で熱処理を行うことによって、簡易に有機膜を炭素膜化することができる。さらに、イオン注入工程を高温で行う場合には、イオン注入工程とともに行うこともできる。例えば、５００℃程度以上かつ１０００℃程度以下の基板温度で真空中でイオン注入を行う場合には、イオン注入工程において、有機膜が炭素膜化される。すなわち、炭化工程は、イオン注入工程に含まれる。
【００１６】
保護膜は、アニール工程の開始時に炭素膜であればよい。アニール工程の開始時の炭素膜は、レジスト等の有機膜をＳｉＣ基板上で炭素膜化したものであってもよいし、ＳｉＣ基板上に、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等のＰＶＤ法等によってダイヤモンドライクカーボン等の非晶質カーボンを析出させたものであってもよい。
【００１７】
アニール工程後の保護膜は、酸素プラズマ処理等によってＳｉＣ基板から除去することができる。
【実施例】
【００１８】
実施例１および実施例２においては、図１に示す半導体装置１を製造する方法について説明する。図１に示すように、半導体装置１は、ＳｉＣを材料とする半導体基板１０を備えているダイオードである。半導体基板１０は、ｎ型のウェハ層１１、ｎ型のエピタキシャル層１２が積層されており、エピタキシャル層１２の表面の一部にｐ型の不純物層１３が形成されている。ウェハ層１１は、４Ｈ−ＳｉＣの＜０００１＞面から［１１−２０］方向に４°傾けた、オフ角が４°であるＳｉＣ基板であり、ｎ型の不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３である。エピタキシャル層１２は、膜厚が１０μｍであり、ｎ型の不純物濃度は１×１０１６ｃｍ−３である。エピタキシャル層１２は、ウェハ層１１を下地基板としてウェハ層１１上に成長したエピタキシャル層である。
【００１９】
実施例１および実施例２に係る製造方法は、ウェハ層１１とエピタキシャル層１２とを備えた半導体基板に、成膜工程、イオン注入工程、アニール工程等を行い、エピタキシャル層１２の表面の一部に不純物層１３を形成する場合を例示して説明する。
【実施例１】
【００２０】
実施例１に係る半導体装置の製造方法について、図２〜図５を参照して説明する。実施例１に係る製造方法は、成膜工程、イオン注入工程、アニール工程を含んでおり、成膜工程では、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている有機膜の保護膜が成膜される。
【００２１】
（成膜工程）
図２に示すように、ウェハ層１１とエピタキシャル層１２からなるＳｉＣ基板の表面に、レジスト層１０２を形成する。レジスト層１０２は、エピタキシャル層１２の表面全体を被覆している。
【００２２】
次に、図３に示すように、有機膜の保護膜としてのレジスト層１０２を、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングする。レジスト層１０２のうち、エピタキシャル層１２に不純物層１３を形成しない領域（非イオン注入領域）の表面に形成された部分１０５の厚さを、エピタキシャル層１２に不純物層１３を形成する領域（イオン注入領域）の表面に形成された部分１０４の厚さよりも厚くする。部分１０４の厚さｈ１と部分１０５の厚さｈ２は、例えば、フォトエッチングの条件を適宜設定することによって調整できる。厚さｈ１は、０よりも大きくする必要があり（ｈ１＞０）、アニール工程で保護膜として機能するためには、０．２μｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
（イオン注入工程）
イオン注入工程では、レジスト層１０２を除去することなく、イオン注入工程を行う。なお、限定されないが、ｐ型のイオン注入では、アルミニウム、ボロン等のｐ型の不純物イオンを好適に用いることができ、加速電圧は２０〜７００ｅＶ、不純物量は１×１０１７〜１０１９が好ましい。本実施例では、真空中かつ５００〜１０００℃程度のＳｉＣ基板温度でイオン注入工程を行うため、イオン注入工程においてレジスト層１０２が炭素膜化されて、図４に示すように、炭素膜層１０３に変化する。
【００２４】
図４に示すように、レジスト層１０２（図４では炭素膜層１０３に変化した状態で図示されている）を介してエピタキシャル層１２にｐ型のイオン注入を行うと、部分１０４の下方では、注入されたイオンがエピタキシャル層１２に到達し、イオン注入部１５が形成される。部分１０５の下方では、注入されたイオンがエピタキシャル層１２に到達することがない。エピタキシャル層１２のイオン注入領域にのみ選択的にｐ型のイオン注入を行うことができる。イオン注入工程において、イオン注入領域にのみ選択的にイオン注入できるように、前工程である成膜工程で、図３に示す厚さｈ１および厚さｈ２が調整される。厚さｈ１は、エピタキシャル層１２に注入されたイオンが到達できる厚さに調整され、厚さｈ２は、エピタキシャル層１２にイオンが到達しない厚さに調整される。本実施例では、ｈ１＝０．２μｍ、ｈ２＝２．０μｍに調整されており、部分１０４の下方のエピタキシャル層１２に選択的にイオン注入部１５を形成することができる。
【００２５】
（アニール工程）
アニール工程では、１５００℃程度以上〜１７００℃程度以下のＳｉＣ基板温度で熱処理を行い、イオン注入部１５に注入されたイオンを活性化する。これによって、図５に示すように、エピタキシャル層１２の表面の一部に不純物層１３が形成される。アニール工程の開始時には、ＳｉＣ基板のイオン注入面（エピタキシャル層１２側の表面）全体は保護膜としての炭素膜層１０３によって被覆されているから、ＳｉＣ基板の表面荒れやイオン脱離を防止することを防止できる。
【００２６】
（膜除去工程）
膜除去工程において、図５に示す炭素膜層１０３を除去することによって、図１に示す半導体装置１を製造することができる。炭素膜層１０３を除去する方法としては、特に限定されないが、例えば、酸素プラズマ処理等を用いることができる。
【実施例２】
【００２７】
実施例２に係る半導体装置の製造方法について、図６〜図９を参照して説明する。実施例２に係る製造方法は、成膜工程、イオン注入工程、アニール工程を含んでおり、成膜工程は、ＳｉＣ基板のイオン注入面全体を被覆する炭素膜の第１保護膜を形成する工程と、第１保護膜の表面に、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングされている有機膜の第２保護膜を形成する工程を含んでいる。
【００２８】
（成膜工程）
図６に示すように、ウェハ層１１とエピタキシャル層１２からなるＳｉＣ基板の表面に、第１保護膜としての炭素膜層２０１を形成する。炭素膜層２０１は、エピタキシャル層１２の表面全体を被覆している。炭素膜層２０１としては、特に限定されないが、例えば、実施例１と同様に、レジスト層を形成して、これを真空中で５００℃〜１０００℃で熱処理することによって、形成することができる。また、炭素膜層２０１として、スパッタ法等によって形成したダイヤモンドライクカーボン等の炭素膜を用いることもできる。炭素膜層２０１の厚さｈ３は、０よりも大きくする必要があり（ｈ３＞０）、アニール工程で保護膜として機能するためには、０．２μｍ以上であることが好ましい。０．２μｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
次に、第２保護膜としてのレジスト層２０２を炭素膜層２０１の表面全体に形成した後、図７に示すように、ＳｉＣ基板の非イオン注入領域とイオン注入領域に応じてパターニングする。レジスト層２０２のうち、イオン注入領域の表面側に形成された部分２０５のレジスト層２０２を残し、非イオン注入領域の表面側に形成された部分のレジスト層２０２を除去して、開口部２０４を形成する。開口部２０４では、炭素膜層２０１が露出している。
【００３０】
（イオン注入工程）
レジスト層２０２を除去することなく、イオン注入工程を行う。イオン注入工程は、実施例１と同様の条件で行うことができる。イオン注入工程においてレジスト層２０２が炭素膜化されて、図８に示すように、炭素膜層２０３に変化する。
【００３１】
図８に示すように、炭素膜層２０１およびレジスト層２０２（図８では炭素膜層２０３に変化した状態で図示されている）を介してエピタキシャル層１２にｐ型のイオン注入を行うと、開口部２０４の下方では、注入されたイオンがエピタキシャル層１２に到達し、イオン注入部１５が形成される。部分２０５の下方では、注入されたイオンがエピタキシャル層１２に到達することがない。エピタキシャル層１２のイオン注入領域にのみ選択的にｐ型のイオン注入を行うことができる。前工程である成膜工程で、図６，７に示す厚さｈ３および厚さｈ４が調整される。厚さｈ３は、エピタキシャル層１２に注入されたイオンが到達できる厚さに調整され、厚さｈ４は、エピタキシャル層１２にイオンが到達しない厚さに調整される。本実施例では、ｈ３＝０．２μｍ、ｈ４＝２．０μｍに調整されており、開口部２０４の下方のエピタキシャル層１２に選択的にイオン注入部１５を形成することができる。
【００３２】
（アニール工程）
アニール工程では、実施例１と同様に、１５００℃程度以上〜１７００℃程度以下のＳｉＣ基板温度で熱処理を行い、イオン注入部１５に注入されたイオンを活性化する。これによって、図９に示すように、エピタキシャル層１２の表面の一部に不純物層１３が形成される。アニール工程の開始時には、ＳｉＣ基板のイオン注入面（エピタキシャル層１２側の表面）全体は保護膜としての炭素膜層２０１，２０３によって被覆されているから、ＳｉＣ基板の表面荒れやイオン脱離を防止することを防止できる。
【００３３】
（膜除去工程）
実施例１と同様に、膜除去工程において、図９に示す炭素膜層２０１，２０３を除去することによって、図１に示す半導体装置１を製造することができる。
【００３４】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３５】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
１      半導体装置
１０    半導体基板
１１    ウェハ層
１２    エピタキシャル層
１３    不純物層
１５    イオン注入部
１０２，２０２  レジスト層
１０３，２０１，２０３  炭素膜層
１０４，１０５，２０５  部分
２０４ 開口部
【図１】
2012160544.tif 000003
【図２】
2012160544.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012160544.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012160544.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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