JP2012160544A - Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2012160544A
JP2012160544A JP2011018505A JP2011018505A JP2012160544A JP 2012160544 A JP2012160544 A JP 2012160544A JP 2011018505 A JP2011018505 A JP 2011018505A JP 2011018505 A JP2011018505 A JP 2011018505A JP 2012160544 A JP2012160544 A JP 2012160544A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion implantation
film
protective film
sic substrate
ion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011018505A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Morimoto
淳 森本
Hirokazu Fujiwara
広和 藤原
Masaki Konishi
正樹 小西
Takeshi Endo
剛 遠藤
Tomoo Morino
友生 森野
Yukihiko Watanabe
行彦 渡辺
Takeshi Ishikawa
剛 石川
Takashi Katsuno
高志 勝野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Denso Corp
Priority to JP2011018505A priority Critical patent/JP2012160544A/en
Publication of JP2012160544A publication Critical patent/JP2012160544A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To omit a step of removing a pattern mask for ion implantation before forming a protective film in a manufacturing process of a semiconductor device using SiC as a material, in which an annealing step is performed in a state that the protection film is formed on a surface of a semiconductor substrate.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device using SiC as a material comprises: a deposition step of depositing a protective film using an organic film or a carbon film as a material, the protective film covering the whole of an ion implantation surface of a SiC substrate and being patterned according to a non-ion implantation region and an ion implantation region of the SiC substrate; an ion implantation step of implanting ions into the SiC substrate in which the protective film is formed; and an annealing step of annealing the SiC substrate after the ion implantation in a state that the whole of the ion implantation surface is covered with the protective film. The protective film is a carbon film at the start of the annealing step.

Description

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。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using silicon carbide (hereinafter referred to as SiC in this specification) as a material.

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。   In the manufacturing process of a semiconductor device, an impurity region is generally formed in a semiconductor substrate by performing an annealing process after ion implantation is performed on the semiconductor substrate. When the semiconductor substrate is an SiC substrate, the annealing temperature after ion implantation is performed at a high temperature of about 1500 ° C. or higher. During the annealing process at a high temperature, the implanted ions are desorbed from the SiC substrate, or step bunching occurs in which the surface of the SiC substrate is roughened stepwise. In order to suppress this, in Patent Document 1, high-temperature annealing is performed with the surface of the SiC substrate after ion implantation covered with a protective film such as diamond-like carbon. A protective film covering the entire surface of the SiC substrate is formed on the surface of the SiC substrate in a step after removing the pattern mask for ion implantation. Further, it is described that when a pattern mask for ion implantation is formed of a resist, the resist is carbonized in the heating process at the time of ion implantation, so that the carbonized resist can be used as a protective film.

特開２００１−６８４２８号公報JP 2001-68428 A

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。   In Patent Document 1, since the protective film that covers the entire surface of the SiC substrate is formed after removing the pattern mask for ion implantation, the number of manufacturing steps is increased. Further, since the resist at the time of ion implantation is not formed on the surface of the SiC substrate in the region where ion implantation is performed, the protective film formed by carbonization of the resist is not formed on the surface of the SiC substrate in the region where ion implantation is performed. Not formed. For this reason, during the annealing process, the exposed SiC substrate surface is roughened, and ion desorption occurs therefrom.

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。   The present application provides a method of manufacturing a semiconductor device using SiC as a material. In this manufacturing method, a protective film made of an organic film or a carbon film, which covers the entire ion-implanted surface of the SiC substrate and is patterned according to the non-ion-implanted region and the ion-implanted region of the SiC substrate, is formed. A film forming process for forming a film, an ion implantation process for performing ion implantation from the surface of the protective film on the SiC substrate on which the protective film is formed, and the SiC substrate after the ion implantation are covered with the protective film over the entire ion implantation surface. The protective film is a carbon film at the start of the annealing process.

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。   According to the above manufacturing method, since the protective film is patterned according to the non-ion implantation region and the ion implantation region, it can be used as a pattern mask in the ion implantation step. The protective film is a carbon film that covers the entire ion-implanted surface of the SiC substrate at the start of the annealing process, and protects the SiC substrate in the annealing process. In the manufacturing process of the semiconductor device, the step of removing the pattern mask for ion implantation before forming the protective film is omitted, and the entire ion implantation surface of the SiC substrate is covered with a carbon film, and an annealing process is performed. It is possible to achieve both prevention of surface roughness and ion desorption of the SiC substrate.

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。   The thickness of the protective film formed on the surface of the non-ion implantation region of the SiC substrate may be thicker than the thickness of the protective film formed on the surface of the ion implantation region of the SiC substrate.

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。   In the film forming process, an organic protective film patterned according to the non-ion-implanted region and the ion-implanted region of the SiC substrate is formed, and the organic protective film is a carbonization process performed between the film forming process and the annealing process. A carbon protective film may be formed.

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。   The film forming step includes a step of forming a carbon film first protective film covering the entire ion-implanted surface of the SiC substrate, and a surface of the first protective film on the non-ion-implanted region and ion-implanted region of the SiC substrate. A step of forming a patterned second protective film of the organic film is included, and the second protective film may be formed into a carbon film by a carbonization process performed between the film forming process and the annealing process.

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。   According to the manufacturing method of the present application, in the manufacturing process of the semiconductor device, the step of removing the pattern mask for ion implantation before forming the protective film is omitted, and the entire ion implantation surface of the SiC substrate is formed on the carbon film. It is possible to achieve both the surface roughness of the SiC substrate and the prevention of ion desorption by performing an annealing process by covering with.

実施例において製造される半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device manufactured in the Example. 実施例１に係る成膜工程を説明する図である。6 is a diagram illustrating a film forming process according to Example 1. FIG. 実施例１に係る成膜工程を説明する図である。6 is a diagram illustrating a film forming process according to Example 1. FIG. 実施例１に係るイオン注入工程を説明する図である。6 is a diagram illustrating an ion implantation process according to Example 1. FIG. 実施例１に係るアニール工程を説明する図である。6 is a diagram illustrating an annealing process according to Example 1. FIG. 実施例２に係る成膜工程を説明する図である。6 is a diagram illustrating a film forming process according to Example 2. FIG. 実施例２に係る成膜工程を説明する図である。6 is a diagram illustrating a film forming process according to Example 2. FIG. 実施例２に係るイオン注入工程を説明する図である。6 is a diagram illustrating an ion implantation process according to Example 2. FIG. 実施例２に係るアニール工程を説明する図である。6 is a diagram illustrating an annealing process according to Example 2. FIG.

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。   A method of manufacturing a semiconductor device using SiC as a material according to the present application covers an entire ion-implanted surface of a SiC substrate, and is patterned according to a non-ion-implanted region and an ion-implanted region of the SiC substrate. A film forming process for forming a protective film made of a carbon film, an ion implantation process for performing ion implantation from the surface on the protective film side to the SiC substrate on which the protective film is formed, and a SiC substrate after ion implantation are ionized. And an annealing process in which the entire implantation surface is covered with the protective film, and the protective film is a carbon film at the start of the annealing process.

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。   The thickness of the protective film formed on the surface of the non-ion implantation region of the SiC substrate may be thicker than the thickness of the protective film formed on the surface of the ion implantation region of the SiC substrate. When ion implantation is performed through the protective film thus patterned in the ion implantation step, ions are implanted into the SiC substrate in the ion implantation region and ions are prevented from being implanted into the SiC substrate in the non-ion implantation region. be able to. When patterning by changing the thickness of the protective film, it is preferable in that patterning can be easily performed by etching or the like, but the present invention is not limited to this. For example, the material and material characteristics of the protective film may be changed according to the non-ion implantation region and the ion implantation region.

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。   In the film forming step, a carbon film may be formed, or an organic film that becomes a carbon film by carbonization may be formed. As the organic film, an organic film used as a resist is particularly preferable. For example, in the film forming step, a protective film of an organic film patterned according to the non-ion implantation region and the ion implantation region of the SiC substrate may be formed. The protective film of the organic film is formed into a carbon film by a carbonization process performed between the film formation process and the annealing process so that it becomes a carbon film at the start of the annealing process. Further, for example, the film forming step includes a step of forming a first protective film of a carbon film that covers the entire ion-implanted surface of the SiC substrate, and a non-ion-implanted region of the SiC substrate and an ion implantation on the surface of the first protective film. A step of forming a second protective film of an organic film patterned according to the region may be included. The second protective film is formed into a carbon film by a carbonization process performed between the film forming process and the annealing process so that it becomes a carbon film at the start of the annealing process.

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。   The protective film for the organic film can be formed into a carbon film by, for example, heat-treating the organic film. The carbonization step may be performed before the ion implantation step or after the ion implantation step. The conditions for the carbonization step are appropriately set depending on the type of the organic film. For example, the carbon film can be easily converted into a carbon film by performing heat treatment in a vacuum at a temperature of about 500 ° C. or more and about 1000 ° C. or less. Can do. Furthermore, when performing an ion implantation process at high temperature, it can also be performed with an ion implantation process. For example, when ion implantation is performed in a vacuum at a substrate temperature of about 500 ° C. or more and about 1000 ° C. or less, the organic film is formed into a carbon film in the ion implantation step. That is, the carbonization step is included in the ion implantation step.

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。   The protective film may be a carbon film at the start of the annealing process. The carbon film at the start of the annealing process may be a carbon film formed on a SiC substrate such as an organic film such as a resist, or diamond on the SiC substrate by a PVD method such as a plasma CVD method or a sputtering method. It may be a deposit of amorphous carbon such as like carbon.

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。   The protective film after the annealing step can be removed from the SiC substrate by oxygen plasma treatment or the like.

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。 In the first and second embodiments, a method for manufacturing the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 will be described. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 is a diode including a semiconductor substrate 10 made of SiC. In the semiconductor substrate 10, an n-type wafer layer 11 and an n-type epitaxial layer 12 are laminated, and a p-type impurity layer 13 is formed on a part of the surface of the epitaxial layer 12. The wafer layer 11 is a SiC substrate having an off-angle of 4 ° tilted 4 ° in the [11-20] direction from the <0001> plane of 4H—SiC, and an n-type impurity concentration of 1 × 10 18 cm −. 3 . The epitaxial layer 12 has a thickness of 10 μm and an n-type impurity concentration of 1 × 10 16 cm −3 . The epitaxial layer 12 is an epitaxial layer grown on the wafer layer 11 using the wafer layer 11 as a base substrate.

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。   In the manufacturing method according to the first and second embodiments, a semiconductor substrate including the wafer layer 11 and the epitaxial layer 12 is subjected to a film forming process, an ion implantation process, an annealing process, and the like, so that a part of the surface of the epitaxial layer 12 is obtained. A case where the impurity layer 13 is formed will be described as an example.

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。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The manufacturing method according to Example 1 includes a film forming process, an ion implantation process, and an annealing process. In the film forming process, an organic film patterned according to the non-ion implantation region and the ion implantation region of the SiC substrate is used. A protective film is formed.

（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。 (Film formation process)
As shown in FIG. 2, a resist layer 102 is formed on the surface of the SiC substrate composed of the wafer layer 11 and the epitaxial layer 12. The resist layer 102 covers the entire surface of the epitaxial layer 12.

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。   Next, as shown in FIG. 3, the resist layer 102 as a protective film for the organic film is patterned according to the non-ion implantation region and the ion implantation region of the SiC substrate. Of the resist layer 102, the thickness of the portion 105 formed on the surface of the region where the impurity layer 13 is not formed in the epitaxial layer 12 (non-ion implantation region) is changed to the region where the impurity layer 13 is formed in the epitaxial layer 12 (ion implantation). It is made thicker than the thickness of the portion 104 formed on the surface of the region. The thickness h1 of the portion 104 and the thickness h2 of the portion 105 can be adjusted, for example, by appropriately setting photoetching conditions. The thickness h1 needs to be larger than 0 (h1> 0), and is preferably 0.2 μm or more in order to function as a protective film in the annealing step.

（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。 (Ion implantation process)
In the ion implantation process, the ion implantation process is performed without removing the resist layer 102. Although not limited, in the p-type ion implantation, p-type impurity ions such as aluminum and boron can be preferably used, the acceleration voltage is preferably 20 to 700 eV, and the impurity amount is preferably 1 × 10 17 to 10 19. . In this embodiment, since the ion implantation process is performed in vacuum and at a SiC substrate temperature of about 500 to 1000 ° C., the resist layer 102 is formed into a carbon film in the ion implantation process, and as shown in FIG. To change.

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。   As shown in FIG. 4, when p-type ion implantation is performed on the epitaxial layer 12 through the resist layer 102 (shown in FIG. 4 in a state changed to the carbon film layer 103), below the portion 104, The implanted ions reach the epitaxial layer 12 to form the ion implanted portion 15. Under the portion 105, the implanted ions do not reach the epitaxial layer 12. P-type ion implantation can be selectively performed only in the ion implantation region of the epitaxial layer 12. In the ion implantation step, the thickness h1 and the thickness h2 shown in FIG. 3 are adjusted in the film formation step, which is the previous step, so that ions can be selectively implanted only into the ion implantation region. The thickness h1 is adjusted to a thickness that allows ions implanted into the epitaxial layer 12 to reach, and the thickness h2 is adjusted to a thickness that prevents ions from reaching the epitaxial layer 12. In this embodiment, h1 = 0.2 μm and h2 = 2.0 μm are adjusted, and the ion implantation portion 15 can be selectively formed in the epitaxial layer 12 below the portion 104.

（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。 (Annealing process)
In the annealing step, heat treatment is performed at a SiC substrate temperature of about 1500 ° C. or more and about 1700 ° C. or less to activate ions implanted into the ion implantation portion 15. Thereby, as shown in FIG. 5, an impurity layer 13 is formed on a part of the surface of the epitaxial layer 12. At the start of the annealing process, since the entire ion implantation surface (surface on the epitaxial layer 12 side) of the SiC substrate is covered with the carbon film layer 103 as a protective film, surface roughness and ion desorption of the SiC substrate can be prevented. Can be prevented.

（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。 (Membrane removal process)
By removing the carbon film layer 103 shown in FIG. 5 in the film removal step, the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 can be manufactured. The method for removing the carbon film layer 103 is not particularly limited, and for example, oxygen plasma treatment or the like can be used.

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。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The manufacturing method according to Example 2 includes a film forming process, an ion implantation process, and an annealing process, and the film forming process forms a first protective film of a carbon film that covers the entire ion implantation surface of the SiC substrate. And forming a second protective film of an organic film patterned in accordance with the non-ion-implanted region and the ion-implanted region of the SiC substrate on the surface of the first protective film.

（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。 (Film formation process)
As shown in FIG. 6, a carbon film layer 201 as a first protective film is formed on the surface of the SiC substrate composed of the wafer layer 11 and the epitaxial layer 12. The carbon film layer 201 covers the entire surface of the epitaxial layer 12. Although it does not specifically limit as the carbon film layer 201, For example, it can form by forming a resist layer similarly to Example 1, and heat-processing this at 500 to 1000 degreeC in a vacuum. As the carbon film layer 201, a carbon film such as diamond-like carbon formed by a sputtering method or the like can also be used. The thickness h3 of the carbon film layer 201 needs to be larger than 0 (h3> 0), and is preferably 0.2 μm or more in order to function as a protective film in the annealing process. It is preferable that it is 0.2 μm or more.

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。   Next, after forming a resist layer 202 as a second protective film on the entire surface of the carbon film layer 201, as shown in FIG. 7, patterning is performed according to the non-ion implantation region and the ion implantation region of the SiC substrate. Of the resist layer 202, the resist layer 202 of the portion 205 formed on the surface side of the ion implantation region is left, the portion of the resist layer 202 formed on the surface side of the non-ion implantation region is removed, and the opening 204 is formed. Form. In the opening 204, the carbon film layer 201 is exposed.

（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。 (Ion implantation process)
An ion implantation process is performed without removing the resist layer 202. The ion implantation step can be performed under the same conditions as in Example 1. In the ion implantation process, the resist layer 202 is turned into a carbon film, which changes to a carbon film layer 203 as shown in FIG.

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。   As shown in FIG. 8, when p-type ion implantation is performed on the epitaxial layer 12 through the carbon film layer 201 and the resist layer 202 (shown in a state changed to the carbon film layer 203 in FIG. 8), an opening is formed. Under the portion 204, the implanted ions reach the epitaxial layer 12, and the ion implanted portion 15 is formed. Under the portion 205, the implanted ions do not reach the epitaxial layer 12. P-type ion implantation can be selectively performed only in the ion implantation region of the epitaxial layer 12. In the film forming process, which is a previous process, the thickness h3 and the thickness h4 shown in FIGS. The thickness h3 is adjusted to a thickness that allows ions implanted into the epitaxial layer 12 to reach, and the thickness h4 is adjusted to a thickness that prevents ions from reaching the epitaxial layer 12. In this embodiment, h3 = 0.2 μm and h4 = 2.0 μm are adjusted, and the ion implantation portion 15 can be selectively formed in the epitaxial layer 12 below the opening 204.

（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。 (Annealing process)
In the annealing step, as in the first embodiment, heat treatment is performed at a SiC substrate temperature of about 1500 ° C. or more and about 1700 ° C. or less to activate ions implanted into the ion implantation portion 15. As a result, an impurity layer 13 is formed on a part of the surface of the epitaxial layer 12 as shown in FIG. At the start of the annealing process, since the entire ion implantation surface (surface on the epitaxial layer 12 side) of the SiC substrate is covered with the carbon film layers 201 and 203 as protective films, surface roughness and ion desorption of the SiC substrate are prevented. Can be prevented.

（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。 (Membrane removal process)
Similarly to the first embodiment, the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 can be manufactured by removing the carbon film layers 201 and 203 shown in FIG. 9 in the film removal step.

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。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

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。   The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

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




DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 10 Semiconductor substrate 11 Wafer layer 12 Epitaxial layer 13 Impurity layer 15 Ion implantation part 102,202 Resist layer 103,201,203 Carbon film layer 104,105,205 Part 204 Opening part




Claims (4)

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。 A protective film made of an organic film or a carbon film, which covers the entire ion-implanted surface of the silicon carbide substrate and is patterned according to the non-ion-implanted region and the ion-implanted region of the silicon carbide substrate, is formed. A membrane process;
An ion implantation step of implanting ions from the surface on the protective film side into the silicon carbide substrate on which the protective film is formed;
An annealing step of annealing the silicon carbide substrate after ion implantation in a state where the entire ion implantation surface is covered with a protective film,
The method for manufacturing a semiconductor device using silicon carbide as a material, wherein the protective film is a carbon film at the start of the annealing step. 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。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the protective film formed on the surface of the non-ion-implanted region of the silicon carbide substrate is thicker than the thickness of the protective film formed on the surface of the ion-implanted region of the silicon carbide substrate. Manufacturing method. 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。 In the film forming step, an organic protective film patterned according to the non-ion implantation region and the ion implantation region of the silicon carbide substrate is formed,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the organic protective film is formed into a carbon protective film by a carbonization process performed between the film forming process and the annealing process. 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。




The film forming step includes a step of forming a first protective film of a carbon film that covers the entire ion implantation surface of the silicon carbide substrate, and a non-ion implantation region and an ion implantation region of the silicon carbide substrate on the surface of the first protective film. A step of forming a second protective film of the organic film that is patterned accordingly,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second protective film is formed into a carbon film by a carbonization process performed between the film forming process and the annealing process.




JP2011018505A 2011-01-31 2011-01-31 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device Pending JP2012160544A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011018505A JP2012160544A (en) 2011-01-31 2011-01-31 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011018505A JP2012160544A (en) 2011-01-31 2011-01-31 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012160544A true JP2012160544A (en) 2012-08-23

Family

ID=46840843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011018505A Pending JP2012160544A (en) 2011-01-31 2011-01-31 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012160544A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014203881A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-24 富士電機株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor element
CN108807157A (en) * 2018-06-15 2018-11-13 江苏矽导集成科技有限公司 A kind of low damage ion injection method and injection mask structure for silicon carbide
WO2023028825A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-09 长江存储科技有限责任公司 Semiconductor device and preparation method therefor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08250446A (en) * 1995-02-16 1996-09-27 Samsung Electron Co Ltd Gray tone mask, formation of pattern by using it and ion implantation method
JP2005303010A (en) * 2004-04-12 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Silicon carbide element and its manufacturing method
JP2007234942A (en) * 2006-03-02 2007-09-13 Nissan Motor Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08250446A (en) * 1995-02-16 1996-09-27 Samsung Electron Co Ltd Gray tone mask, formation of pattern by using it and ion implantation method
JP2005303010A (en) * 2004-04-12 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Silicon carbide element and its manufacturing method
JP2007234942A (en) * 2006-03-02 2007-09-13 Nissan Motor Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014203881A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-24 富士電機株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor element
JPWO2014203881A1 (en) * 2013-06-21 2017-02-23 富士電機株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor element
US9761453B2 (en) 2013-06-21 2017-09-12 Fuji Electric Co., Ltd. Method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element
CN108807157A (en) * 2018-06-15 2018-11-13 江苏矽导集成科技有限公司 A kind of low damage ion injection method and injection mask structure for silicon carbide
WO2023028825A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-09 长江存储科技有限责任公司 Semiconductor device and preparation method therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6222771B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP5518326B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP6108588B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor element
JP2009004572A (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
WO2011016392A1 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
US7867882B2 (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP5438992B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2012160544A (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
US9691616B2 (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device by using protective films to activate dopants in the silicon carbide semiconductor device
JP2008004726A (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP6648574B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
KR20160057522A (en) Manufacturing Method of SiC Based Semiconductor Devices
JP2017084852A (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017143115A (en) Semiconductor element manufacturing method and semiconductor substrate
JP2013021242A (en) Semiconductor device manufacturing method
JP2001110746A (en) Formation method of electrode of silicon carbide and semiconductor element
JP6472016B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2003347235A (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP4013660B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2013162073A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
WO2015037335A1 (en) Silicon carbide semiconductor device and production method therefor
JP2016086131A (en) Silicon carbide semiconductor device manufacturing method
JP6188217B2 (en) A method for manufacturing a semiconductor device.
JP2016086131A5 (en)
JP5580218B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130418

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20130423

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130423

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140218

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140624