JP2014175470A - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属汚染を抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置１００の製造方法は以下の工程を有する。炭化珪素基板１０が準備される。炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに接して第１のマスク層１が形成される。第１のマスク層１は、第１の主面１０ａに接して配置された第１の層１ａと、第１の層に接して配置されかつ第１の層とは異なる材料により構成されたエッチングストップ層１ｂと、エッチングストップ層の第１の層が接している面とは反対側の面に接して配置された第２の層１ｃとを含む。第２の層１ｃおよびエッチングストップ層１ｂをエッチングすることにより、第１のマスク層１に凹部９が形成される。凹部９が形成された第１のマスク層１を用いて炭化珪素基板１０に第１の不純物領域１４が形成される。第１のマスク層１は金属元素を含まない。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものであり、より特定的には、金属汚染を抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。
近年、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。
たとえば、国際公開第２０１２／０８６２５７号（特許文献１）には、炭化珪素基板の表面にチタンからなるエッチングストップ層を形成し、当該エッチングストップ層上にパターニングされたマスク層を形成した後に、当該マスク層を用いて炭化珪素基板に対してイオン注入を行う工程を有するＭＯＳＦＥＴの製造方法が記載されている。
国際公開第２０１２／０８６２５７号
しかしながら、国際公開第２０１２／０８６２５７号に記載のＭＯＳＦＥＴの製造方法によれば、エッチングストップ層にチタンを用いている。そのため、エッチングストップ層を形成した後、チタンの一部が炭化珪素基板に残存するため、炭化珪素半導体装置に金属汚染が発生してしまう。また珪素により構成される珪素半導体装置では、金属元素が珪素基板に混入してもゲッタリングにより除去することができる。しかしながら、炭化珪素半導体装置の場合、ゲッタリングにより金属元素を除去することができないため、炭化珪素半導体装置における金属汚染は珪素半導体装置の場合よりも一層抑制することが必要とされる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属汚染を抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を有している。互いに対向する第１の主面および第２の主面を有する炭化珪素基板が準備される。炭化珪素基板の第１の主面に接して第１のマスク層が形成される。第１のマスク層は、第１の主面に接して配置された第１の層と、第１の層に接して配置されかつ第１の層とは異なる材料により構成されたエッチングストップ層と、エッチングストップ層の第１の層が接している面とは反対側の面に接して配置された第２の層とを含む。第２の層およびエッチングストップ層をエッチングすることにより、第１のマスク層に凹部が形成される。凹部が形成された第１のマスク層を用いて炭化珪素基板に第１の導電型を有する第１の不純物領域が形成される。第１のマスク層は金属元素を含まない。
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、第１のマスク層は金属元素を含まない。それゆえ、金属元素が炭化珪素基板に混入することを抑制することができるので、炭化珪素半導体装置の金属汚染を抑制することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、炭化珪素基板の第２の主面に第２のマスク層が形成される。これにより、外部から炭化珪素基板の第２の主面に金属元素が付着することを抑制することができる。また第２のマスク層は金属元素を含まないので、第２のマスク層から発生する金属元素が炭化珪素基板に混入することを抑制することができる。さらに、炭化珪素基板の第２の主面が第２のマスク層により保護されるため、炭化珪素基板が直接金属製の装置などに接触することを防止することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第２のマスク層は、第２の主面に接して配置されかつ第１の層と同じ材料から構成された第３の層と、第３の層に接して配置されかつエッチングストップ層と同じ材料により構成された第４の層と、第４の層の第３の層が接している面とは反対側の面に接して配置されかつ第２の層と同じ材料により構成された第５の層とを含む。これにより、第１のマスク層と第２のマスク層とを炭化珪素基板に同時に形成することができるので、炭化珪素半導体装置の製造プロセスを簡素化することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の層、エッチングストップ層および第２の層はプラズマを発生させずに形成される。これにより、炭化珪素基板の第１の主面の荒れが発生することを抑制することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、エッチングストップ層および第２の層は熱化学気相成長法により形成される。これにより、エッチングストップ層および第２の層を簡易な方法で形成することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、エッチングストップ層および第２の層は低圧化学気相成長法により形成される。これにより、炭化珪素半導体装置の金属汚染を効果的に抑制することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の層は第１の主面を熱酸化する方法および低圧熱化学気相成長法のいずれかにより形成される。これにより、第１の層を簡易な方法で形成することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の層は二酸化珪素および窒化珪素のいずれかからなる。これにより、効果的に炭化珪素基板の第１の主面が保護される。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第２の層は二酸化珪素および窒化珪素のいずれかからなる。これにより、第２の層が不純物導入のマスク層として効果的に機能する。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、エッチングストップ層はポリシリコンからなる。これにより、第１のマスク層に凹部を形成する工程において、凹部の底壁面に第１の層が露出することを効果的に抑制することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の不純物領域を形成する工程の後、第１のマスク層が除去される。第１のマスク層を除去する工程の後、炭化珪素基板が活性化アニールされる。これにより、高温の活性化アニールによって第１のマスク層がダメージを受けることを防止することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の不純物領域を形成する工程の後、凹部内において、凹部よりも小さい幅を有する開口部が形成された第３のマスク層が形成される。第３のマスク層を用いて第１の不純物領域内に第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２の不純物領域が形成される。これにより、高い位置精度で第２の不純物領域を第１の不純物領域内に形成することができる。
上記に係る炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の不純物領域を形成する工程の後、第１の層に接して第４のマスク層が形成される。第１の層が第１の主面に接して残存した状態において、第４のマスク層を用いて炭化珪素基板に第１導電型を有するガードリング部が形成される。これにより、第１の層で第１の主面を保護しながら、ガードリング部を炭化珪素基板に形成することができる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、金属汚染を抑制可能な炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することができる。
本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の構造を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第４の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第５の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第６の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第７の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第８の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第９の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１０の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１１の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１２の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１３の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１１の工程の変形例を概略的に示す断面模式図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
まず、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１００の構造について説明する。図１を参照して、ＭＯＳＦＥＴ１００は、炭化珪素基板１０と、ゲート絶縁膜２０と、ゲート電極３０と、層間絶縁膜４０と、ソース電極５０と、ソース電極配線６０と、ドレイン電極７０と、裏面保護電極８０とを主に有している。炭化珪素基板１０は、ベース基板１１と、エピタキシャル層１２とを含み、またエピタキシャル層１２には、ドリフト領域１３と、ボディ領域１４と、ソース領域１５と、ｐ+領域１６とが形成されている。
ベース基板１１は、たとえばＮ（窒素）等のｎ型不純物を含むことにより導電型がｎ型（第２導電型）の基板である。エピタキシャル層１２は、ベース基板１１上に形成されたエピタキシャル成長層である。ドリフト領域１３は、ベース基板１１と同様に、たとえばＮ（窒素）等のｎ型不純物を含むことにより導電型がｎ型となっている領域であり、その濃度はベース基板１１よりも低くなっている。
ボディ領域１４（第１の不純物領域１４）は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａを含み、エピタキシャル層１２内に互いに分離して形成されている。ボディ領域１４は、たとえばＡｌ（アルミニウム）やＢ（硼素）などのｐ型不純物を含むことにより、導電型がｐ型（第１導電型）となっている。
ソース領域１５（第２の不純物領域１５）は、導電型がｎ型（第２導電型）の領域である。ソース領域１５は、第１の主面１０ａを含み、ボディ領域１４に取り囲まれるように各々のボディ領域１４内に形成されている。ソース領域１５は、たとえばＰ（リン）などのｎ型不純物を含むことにより、ベース基板１１およびドリフト領域１３と同様に導電型がｎ型となっている。また、ソース領域１５に含まれるｎ型不純物の濃度は、ドリフト領域１３に含まれるｎ型不純物の濃度よりも高くなっている。なお、ソース領域１５は、ボディ領域１４によってドリフト領域１３と隔てられている。
ｐ+領域１６は、ソース領域１５と同様に、第１の主面１０ａを含みつつボディ領域１４に取り囲まれ、かつソース領域１５に隣接するように各々のボディ領域１４内に形成されている。ｐ+領域１６は、ボディ領域１４と同様に、たとえばＡｌ（アルミニウム）やＢ（硼素）などのｐ型不純物を含むことにより導電型がｐ型となっている。ｐ+領域１６の不純物濃度は、ボディ領域１４よりも高くなっている。
ゲート絶縁膜２０は、たとえば二酸化珪素からなり、第１の主面１０ａ上に接触しつつ、一方のソース領域１５の上面から他方のソース領域１５の上面にまで延在するように形成されている。ゲート絶縁膜２０は、第１の主面１０ａにおいて、ソース領域１５、ボディ領域１４およびドリフト領域１３と接している。
ゲート電極３０は、ゲート絶縁膜２０上に接触しつつ、一方のソース領域１５上から他方のソース領域１５上にまで延在するように形成されている。ゲート電極３０は、たとえばリンなどの不純物が添加されたポリシリコンなどの導電体からなっている。ゲート電極３０は、炭化珪素基板１０との間でゲート絶縁膜２０を挟むように形成されている。ゲート電極３０は、ゲート絶縁膜２０を介してソース領域１５およびボディ領域１４に対向して配置されている。
層間絶縁膜４０は、たとえば二酸化珪素を含む材料からなり、ゲート絶縁膜２０上においてゲート電極３０を取り囲むように形成されている。好ましくは、層間絶縁膜４０は、リンなどの不純物がドープされていない二酸化珪素からなる。
ソース電極５０は、ソース領域１５およびｐ+領域１６と接し、かつ第２の凹部２９の内部に配置されている。好ましくは、ソース電極５０は、Ｔｉ、ＡｌおよびＳｉを含む膜であって、たとえばＴｉＡｌＳｉ合金からなっている。ソース電極５０は、ＮｉおよびＳｉを含む膜であって、たとえばＮｉＳｉ合金であっても構わない。好ましくは、ソース電極５０はソース領域１５およびｐ+領域１６とオーミック接合している。
ソース電極配線６０は、ソース電極５０および層間絶縁膜４０を覆うように形成されている。ソース電極配線６０は、たとえばアルミニウムを含んでおり、ソース電極５０と電気的に接続されている。ソース電極配線６０の厚みはたとえば５μｍである。好ましくは、ソース電極配線６０は、ソース電極５０と接して配置された第１の金属層を含んでいる。第１の金属層は、Ｔｉ（チタン）から構成されていることが好ましい。より好ましくは、ソース電極配線６０は第１の金属層上に接して配置された第２の金属層を有している。第２の金属層は、ＴｉＮ（窒化チタン）またはＴｉＷ（チタンタングステン）から構成されていることが好ましい。ソース電極配線は、第２の金属層上に接して配置された第３の金属層を有している。第３の金属層は、ＡｌＳｉＣｕ（アルミニウムシリコン銅）により構成されていることが好ましい。
ドレイン電極７０は、炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂに接して形成されている。ドレイン電極７０は、ソース電極５０と同様に、たとえばＴｉＡｌＳｉ合金からなっていてもよいし、たとえばＮｉＳｉ合金からなっていてもよい。ドレイン電極７０は、ベース基板１１に対して電気的に接続されている。裏面保護電極８０はドレイン電極７０に接して設けられている。裏面保護電極８０は、たとえばＴｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）およびＡｇ（銀）やそれらからなる合金によりなっていてもよい。
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１００の動作について説明する。図１を参照して、ゲート電極３０に印加された電圧が閾値電圧未満の状態、すなわちオフ状態では、ソース電極５０とドレイン電極７０との間に電圧が印加されても、ボディ領域１４とドリフト領域１３との間に形成されるｐｎ接合が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極３０に閾値電圧以上の電圧が印加されると、ボディ領域１４に反転層が形成される。その結果、ソース領域１５とドリフト領域１３とが電気的に接続され、ソース電極５０とドレイン電極７０との間に電流が流れる。以上のようにして、ＭＯＳＦＥＴ１００は動作する。
次に、本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について、図２〜図１６を参照して説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法においては、上記本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのＭＯＳＦＥＴ１００が製造される。
図３を参照して、まず、炭化珪素基板準備工程（Ｓ１０）が実施される。この工程（Ｓ１０）では、まず、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化炭化珪素からなるインゴット（図示しない）をスライスすることにより、導電型がｎ型（第２導電型）のベース基板１１が準備される。次に、エピタキシャル成長により、ベース基板１１上に導電型がｎ型を有し、かつ炭化珪素からなるエピタキシャル層１２が形成される。これにより、互いに対向する第１の主面１０ａおよび第２の主面１０ｂを有する炭化珪素基板１０が形成される。
次に、工程（Ｓ２０）として、マスク形成工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図４を参照して、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに接して第１のマスク層１が形成される。第１のマスク層１は、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに接して配置された第１の層１ａを含んでいる。好ましくは、第１の層１ａは二酸化珪素および窒化珪素のいずれかからなり、窒化酸化珪素であってもよい。第１の層１ａの厚みはたとえば０．００５μｍ以上０．２μｍ以下程度である。第１のマスク層１は、第１の層に接して配置されかつ第１の層とは異なる材料により構成されたエッチングストップ層１ｂをさらに含んでいる。
エッチングストップ層１ｂはたとえばポリシリコンからなり、エッチングストップ層１ｂの厚みはたとえば０．１μｍ以上１．０μｍ以下程度である。エッチングストップ層１ｂは、窒化珪素であってもよい。第１のマスク層１は、エッチングストップ層１ｂの第１の層１ａが接している面とは反対側の面に接して配置された第２の層１ｃとをさらに含んでいる。好ましくは、第２の層１ｃは二酸化珪素および窒化珪素のいずれかからなり、窒化酸化珪素であってもよい。第２の層１ｃの厚みはたとえば０．５μｍ以上４．０μｍ以下程度である。
好ましくは、マスク形成工程において、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに接して第１のマスク層１が形成され、かつ炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂに接して第２のマスク層２が形成される。第２のマスク層２は、第２の主面１０ｂに配置されかつ第１の層１ａと同じ材料から構成された第３の層２ａを含んでいてもよい。また第２のマスク層２は、第３の層２ａに接して配置されかつエッチングストップ層１ｂと同じ材料により構成された第４の層２ｂを含んでいてもよい。さらに第２のマスク層２は、第４の層２ｂの第３の層２ａが接している面とは反対側の面に接して配置されかつ第２の層１ｃと同じ材料により構成された第５の層２ｃとを含んでいてもよい。
好ましくは、第１の層１ａと第３の層２ａは同時にそれぞれ炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａおよび第２の主面１０ｂに接して形成される。また好ましくは、エッチングストップ層１ｂと第４の層２ｂは同時にそれぞれ第１の層１ａおよび第２の層１ｃに接して形成される。さらに好ましくは、第２の層１ｃと第５の層２ｃは同時にそれぞれエッチングストップ層１ｂおよび第４の層２ｂに接して形成される。第１の層１ａおよび第２の層１ｃは同じ材料から構成されていてもよいし、異なる材料から構成されていてもよい。同様に、第３の層２ａおよび第５の層２ｃも同じ材料から構成されていてもよいし、異なる材料から構成されていてもよい。
好ましくは、第１の層１ａ、エッチングストップ層１ｂ、第２の層１ｃ、第３の層２ａ、第４の層２ｂおよび第５の層２ｃのうち少なくとも１つの層は、プラズマを発生させずに形成され、より好ましくは全ての層がプラズマを発生させずに形成される。プラズマを発生させずに上記の層を形成する方法は、たとえば、熱化学気相成長法でや光化学気相成長法などである。熱化学気相成長法（熱ＣＶＤ)としては、たとえば常圧熱ＣＶＤや低圧熱ＣＶＤなどがある。好ましくは、第１の層１ａ、エッチングストップ層１ｂ、第２の層１ｃ、第３の層２ａ、第４の層２ｂおよび第５の層２ｃのうち少なくとも１つの層は、低圧熱ＣＶＤにより形成され、より好ましくは全ての層が低圧熱ＣＶＤ法により形成される。
第１の層１ａは、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａを熱酸化することにより形成されてもよい。また、第３の層２ａは、炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂを熱酸化することにより形成されてもよい。つまり、第１の層１ａは炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａを熱酸化する方法および低圧熱ＣＶＤ法のいずれかの方法で形成されることが好ましい。同様に、第３の層２ａは炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂを熱酸化する方法および低圧熱ＣＶＤ法のいずれかの方法で形成されることが好ましい。
第１のマスク層１を構成する第１の層１ａおよび第２の層１ｃと、第２のマスク層２を構成する第３の層２ａおよび第５の層２ｃとは、たとえば低圧熱ＣＶＤ法により製造することができる。具体的には、たとえば６００℃以上８００℃以下程度の温度下において、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）ガスを６０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下程度の流速で炭化珪素基板１０が配置されたチャンバー内に供給し、圧力を０．８Ｔｏｒｒ以上１．４Ｔｏｒｒ以下程度とすることで、二酸化珪素層を成膜することができる。
エッチングストップ層１ｂおよび第４の層２ｂはたとえば低圧熱ＣＶＤ法により製造することができる。具体的には、たとえば５００℃以上７００℃以下程度の温度下において、ＳｉＨ4ガスを８００ｓｃｃｍ以上１２００ｓｃｃｍ以下程度の流速で炭化珪素基板１０が配置されたチャンバー内に供給し、圧力を０．４Ｔｏｒｒ以上０．８Ｔｏｒｒ以下程度とすることで、ポリシリコン層を成膜することができる。
第１のマスク層１は金属元素を含まない。詳細には、第１のマスク層１を形成する、第１の層１ａ、エッチングストップ層１ｂおよび第２の層１ｃの各々は、金属元素を含まない。好ましくは、第２のマスク層２は金属元素を含まない。詳細には、第２のマスク層２を形成する、第３の層２ａ、第４の層２ｂおよび第５の層２ｃの各々は、金属元素を含まない。好ましくは、第１のマスク層１を構成する層および第２のマスク層２を構成する層は、珪素などの非金属元素により構成されている。ここで、金属元素とは、たとえばアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属などであり、より具体的には、Ｔｉ（チタン）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｗ（タングステン）などである。また、第１のマスク層１や第２のマスク層２などのマスク層が金属元素を含まないとは、当該マスク層に含まれる金属元素の濃度が１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であることを意味する。
次に、工程（Ｓ３０）として、パターニング工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、第１のマスク層１の第２の層１ｃおよびエッチングストップ層１ｂがたとえばＣＦ4やＣＨＦ3によりエッチングされ、ボディ領域１４が形成される位置に開口を有する凹部９が第１のマスク層１に形成される。凹部９は側壁面９ａおよび底壁面９ｂにより形成されている。凹部９の側壁面９ａは第２の層１ｃおよびエッチングストップ層１ｂにより形成されており、凹部９の底壁面９ｂはエッチングストップ層１ｂにより形成されている。言い換えれば、凹部９の底壁面９ｂはエッチングストップ層１ｂに位置する。なお、エッチングストップ層１ｂは、上記エッチングにより、第１の層１ａがエッチングされることを防止するための層である。エッチングストップ層１ｂは、第２の層１ｃよりもＣＦ4やＣＨＦ3に対するエッチング耐性が高い。
次に、工程（Ｓ４０）として、イオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図５を参照して、凹部９が形成された第１のマスク層１をマスクとして用いて、たとえばＡｌ（アルミニウム）イオンが、炭化珪素基板１０に注入されることにより、炭化珪素基板１０のエピタキシャル層１２内にボディ領域としての第１の不純物領域１４が形成される。第１の不純物領域１４は、ｐ型（第１導電型）を有する領域である。Ａｌイオンは、エッチングストップ層１ｂと第１の層１ａを介して炭化珪素基板１０に導入される。第２の層１ｃが残存している部分においては、Ａｌイオンが第２の層１ｃによりマスクされ、炭化珪素基板１０にほとんど導入されない。
次に、第３のマスク層形成工程が実施される。この工程では、図６を参照して、上記イオン注入工程によってエピタキシャル層１２に第１の不純物領域１４を形成した後、第１のマスク層１に形成された凹部９の側壁面９ａおよび底壁面９ｂに接し、かつ第２の層１ｃの上部表面に接するように第３のマスク層３が形成される。言い換えれば、第３のマスク層３は、第２の層１ｃおよびエッチングストップ層１ｂにより形成された側壁面９ａに接し、かつエッチングストップ層１ｂにより形成された底壁面９ｂに接するように形成される。第３のマスク層３はたとえば二酸化珪素層である。第３のマスク層３は、たとえば低圧ＣＶＤ法により形成される。好ましくは、第３のマスク層３は金属元素を含まない。
次に、図７を参照して、第３のマスク層３に対して炭化珪素基板１０とは反対側から、第３のマスク層３に対して異方性エッチングを行うことにより、第３のマスク層３の一部が、第２の層１ｃの上部表面および凹部９の底壁面９ｂから除去される。これにより、第１のマスク層１に形成された凹部９内に当該凹部９よりも小さい寸法（つまり第１の主面１０ａと平行な方向の幅）を有する開口部１９が形成された第３のマスク層３が形成される。次に、第３のマスク層３および第１のマスク層１を用いて、炭化珪素基板１０の第１の不純物領域内にたとえばＰ（リン）イオンが、上記Ａｌイオンの注入深さよりも浅い深さでボディ領域１４内に注入されることにより、第２の不純物領域１５としてのソース領域が形成される。第２の不純物領域１５は、第１導電型（ｐ型）とは異なる第２導電型（ｎ型）を有し、第１の不純物領域１４によって、ｎ型のドリフト領域１３と分離されるように形成される。
本実施の形態のＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法においては、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａが第１の層１ａに覆われた状態を維持したまま、第１の不純物領域１４および第２の不純物領域１５が形成される。好ましくは、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａが第１の層１ａに覆われた状態を維持したまま、第１の不純物領域１４と、第２の不純物領域１５と、ｐ+領域１６と、ガードリング領域６とが形成される。
次に、マスク層一部除去工程が実施される。マスク層一部除去工程では、図８を参照して、第１の層１ａに接して形成されていたエッチングストップ層１ｂと、エッチングストップ層１ｂに接して形成されていた第２の層１ｃと、エッチングストップ層１ｂおよび第２の層１ｃに接していた第３のマスク層３とが除去される。また第３の層２ａに接して形成されていた第４の層２ｂおよび第４の層２ｂに接して形成されていた第５の層２ｃも除去されてもよい。
たとえば、第２の層１ｃ、第５の層２ｃおよび第３のマスク層３としての二酸化珪素層は、フッ酸によりウェットエッチングされてもよい。また、たとえばエッチングストップ層１ｂおよび第４の層２ｂとしてのポリシリコンは、ドライエッチングによって除去されてもよい。好ましくは、第１の層１ａを炭化珪素基板１０に接して残すように、エッチングストップ層１ｂと、第２の層１ｃと、第３のマスク層３とが除去される。また好ましくは、第３の層２ａを炭化珪素基板１０に接して残すように、第４の層２ｂおよび第５の層２ｃが除去される。
マスク層一部除去工程においては、図８に示すように炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに接して第１の層１ａが残った状態でエッチングストップ層１ｂおよび第２の層１ｃが除去されてもよいし、図９に示すように、エッチングストップ層１ｂおよび第２の層１ｃとともに、第１の層１ａが除去されて炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａが露出してもよい。また第４の層２ｂおよび第５の層２ｃとともに第３の層２ａが除去されて、炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂが露出してもよい。
次に、図９を参照して、第４のマスク層形成工程が実施される。第４のマスク層形成工程では、第１のマスク層１の第１の層１ａに接して第４のマスク層４が形成される。第４のマスク層４は、好ましくは、第１の層１ａに接する第６の層４ｂと、第６の層４ｂの第１の層１ａと反対側に接する第７の層４ｃとを含んでいる。第６の層４ｂを構成する材料は、エッチングストップ層１ｂを構成する材料と同じであってもよい。また第７の層４ｃを構成する材料は、第２の層１ｃを構成する材料と同じであってもよい。
同様に、第２のマスク層２の第３の層２ａに接して第５のマスク層５が形成されてもよい。第５のマスク層５は、好ましくは、第３の層２ａに接する第８の層５ｂと、第８の層５ｂの第３の層２ａと反対側に接する第９の層５ｃとを含んでいる。第８の層５ｂを構成する材料は、エッチングストップ層１ｂを構成する材料と同じであってもよい。また第９の層５ｃを構成する材料は、第２の層１ｃを構成する材料と同じであってもよい。好ましくは、第４のマスク層４および第５のマスク層５は同時に形成される。好ましくは、第６の層４ｂおよび第８の層５ｂは同時に形成され、第７の層４ｃおよび第９の層５ｃは同時に形成される。好ましくは、第４のマスク層４および第５のマスク層５は、金属元素を含まない。
次に、第４のマスク層のパターニング工程が実施される。第４のマスク層のパターニング工程では、炭化珪素基板１０の外周側において第２の凹部２９が形成される。第２の凹部２９の側壁面は第６の層４ｂおよび第７の層４ｃにより形成され、第２の凹部２９の底壁面は第６の層４ｂにより形成されてもよい。第２の凹部２９は単数でもよいし複数でもよい。第２の凹部２９が複数ある場合、第２の凹部２９の各々は、第１の主面１０ａの法線方向から見て相似形であってもよい。
次に、ガードリング領域形成工程が実施される。具体的には、図１０を参照して、上記第４のマスク層のパターニング工程においてパターニングされた第４のマスク層４および第１のマスク層１の第１の層１ａを用いて、たとえばＡｌイオンが、炭化珪素基板１０のエピタキシャル層１２内に注入されることにより、ガードリング領域６が形成される。ガードリング領域６は、炭化珪素基板１０の外周側において、ボディ領域１４を囲うように形成される。
次に、図１１を参照して、第４のマスク層４を構成する第６の層４ｂおよび第７の層４ｃが除去される。同様に、第５のマスク層５を構成する第８の層５ｂおよび第９の層５ｃが除去されてもよい。次に、ソース領域１５およびボディ領域１４に接するｐ+領域１６が形成される位置の上方に開口を有するような第６のマスク層（図示せず）形成される。当該第６のマスク層を用いてソース領域１５内にたとえばＡｌイオンが注入されることにより、ｐ+領域１６が形成されてもよい。次に、図１２を参照して、第６のマスク層が除去されることで、第１の主面１０ａが第１の層１ａに覆われ、第１の不純物領域１４と、第２の不純物領域１５と、ｐ+領域１６と、ガードリング領域６とが形成された炭化珪素基板１０が形成される。好ましくは、第６のマスク層は、金属元素を含まない。
次に、工程（Ｓ５０）として、マスク層除去工程が実施される。この工程では、図１３を参照して、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａから第１のマスク層１の第１の層１ａが除去され、第２の主面１０ｂから第２のマスク層２の第３の層２ａが除去される。これにより、炭化珪素基板１０に形成された、ボディ領域１４と、ソース領域１５と、ｐ+領域１６と、ガードリング領域６とが第１の主面１０ａに露出する。
次に、工程（Ｓ６０)として、活性化アニール工程が実施される。この工程では、ボディ領域１４と、ソース領域１５と、ｐ+領域１６と、ガードリング領域６とが形成された炭化珪素基板１０をたとえばアルゴン雰囲気下において１８００℃程度に加熱することにより、ボディ領域１４と、ソース領域１５と、ｐ+領域１６と、ガードリング領域６に導入された不純物が活性化される。これにより、不純物が導入された領域において所望のキャリアが生成する。
次に、工程（Ｓ７０）として、ゲート絶縁膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、図１４を参照して、たとえば酸素を含む雰囲気中において炭化珪素基板１０を１３００℃程度に加熱することにより、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａに接し、かつ二酸化珪素からなるゲート絶縁膜２０が形成される。ゲート絶縁膜２０は、第１の主面１０ａに露出したボディ領域１４と、ソース領域１５と、ｐ+領域１６と、ガードリング領域６とに接して設けられる。
次に、工程（Ｓ８０）として、ゲート電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、図１５を参照して、たとえば低圧ＣＶＤ法により、たとえばリンなどの不純物を含むポリシリコンからなるゲート電極３０がゲート絶縁膜２０上に接して形成される。ゲート電極３０は、ゲート絶縁膜２０上において、ソース領域１５およびボディ領域１４に対向して形成される。次に、たとえばＰ（Ｐｌａｓｍａ）−ＣＶＤ法により、層間絶縁膜４０が、ゲート電極３０を取り囲むように、ゲート電極３０およびゲート絶縁膜２０に接して形成される。層間絶縁膜４０はたとえば二酸化珪素からなる。
次に、工程（Ｓ９０）として、オーミック電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、ソース領域１５およびｐ+領域１６に対向して形成されたゲート絶縁膜２０および層間絶縁膜４０がたとえばドライエッチングにより除去される。図１５を参照して、スパッタリングにより、たとえばＴｉ、ＡｌおよびＳｉを含む金属膜がソース領域１５、ｐ+領域１６およびゲート絶縁膜２０に接して形成される。次に、当該金属膜が形成された炭化珪素基板１０をたとえば１０００℃程度に加熱することにより、当該金属膜が合金化し、炭化珪素基板１０とオーミック接合するソース電極５０が形成される。次に、ソース電極５０と電気的に接続するようにソース電極配線６０が形成される。ソース電極配線６０はたとえばアルミニウムを含み、層間絶縁膜４０を覆うように形成されてもよい。また炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂと接するようにドレイン電極７０が形成され、ドレイン電極７０と電気的に接続された裏面保護電極８０が形成される。以上のようにして、本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００が製造される。
なお、本実施の形態において炭化珪素半導体装置としてプレーナ型のＭＯＳＦＥＴを例に挙げて説明したが、炭化珪素半導体装置はトレンチ型のＭＯＳＦＥＴであってもよい。また炭化珪素半導体装置は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)やＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であってもよい。さらに本実施の形態において、ｐ型およびｎ型はそれぞれ第１導電型および第２導電型であるとして説明したが、ｐ型およびｎ型はそれぞれ第２導電型および第１導電型であってもよい。また、本実施の形態において炭化珪素半導体装置の製造方法において、ガードリング領域を形成する工程の後に、ｐ+領域を形成する場合について説明したが、ｐ+領域を形成した後に、ガードリング領域を形成してもよい。
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の作用効果について説明する。
本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、第１のマスク層１は金属元素を含まない。それゆえ、金属元素が炭化珪素基板１０に混入することを抑制することができるので、ＭＯＳＦＥＴ１００の金属汚染を抑制することができる。
また本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂに第２のマスク層２が形成される。第２のマスク層２は金属元素を含まない。これにより、外部から炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂに金属元素が付着することを抑制することができる。また第２のマスク層２は金属元素を含まないので、第２のマスク層２から発生する金属元素が炭化珪素基板１０に混入することを抑制することができる。さらに、炭化珪素基板１０の第２の主面１０ｂが第２のマスク層２により保護されるため、炭化珪素基板１０が直接金属製の装置などに接触することを防止することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、第２のマスク層２は、第２の主面１０ｂに接して配置されかつ第１の層１ａと同じ材料から構成された第３の層２ａと、第３の層２ａに接して配置されかつエッチングストップ層１ｂと同じ材料により構成された第４の層２ｂと、第４の層２ｂの第３の層２ａが接している面とは反対側の面に接して配置されかつ第２の層１ｃと同じ材料により構成された第５の層２ｃとを含む。これにより、第１のマスク層１と第２のマスク層２とを炭化珪素基板に同時に形成することができるので、ＭＯＳＦＥＴ１００の製造プロセスを簡素化することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、第１の層１ａ、エッチングストップ層１ｂおよび第２の層１ｃはプラズマを発生させずに形成される。これにより、炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａの荒れが発生することを抑制することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、エッチングストップ層１ｂおよび第２の層１ｃは熱化学気相成長法により形成される。これにより、エッチングストップ層１ｂおよび第２の層１ｃを簡易な方法で形成することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、エッチングストップ層１ｂおよび第２の層１ｃは低圧化学気相成長法により形成される。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１００の金属汚染を効果的に抑制することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、第１の層１ａは第１の主面１０ａを熱酸化する方法および低圧熱化学気相成長法のいずれかにより形成される。これにより、第１の層１ａを簡易な方法で形成することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、第１の層１ａは二酸化珪素および窒化珪素のいずれかからなる。これにより、効果的に炭化珪素基板１０の第１の主面１０ａが保護される。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、第２の層１ｃは二酸化珪素および窒化珪素のいずれかからなる。これにより、第２の層１ｃが不純物導入のマスク層として効果的に機能する。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、エッチングストップ層１ｂはポリシリコンからなる。これにより、第１のマスク層１に凹部９を形成する工程において、凹部９の底壁面９ｂに第１の層１ａが露出することを効果的に抑制することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、第１のマスク層１を除去する工程の後、炭化珪素基板１０が活性化アニールされる。これにより、高温の活性化アニールによって第１のマスク層１がダメージを受けることを防止することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、第１の不純物領域１５を形成する工程の後、凹部９内において、凹部９よりも小さい幅を有する開口部１９が形成された第３のマスク層３が形成される。第３のマスク層３を用いて第１の不純物領域１４内にｎ型を有する第２の不純物領域１５が形成される。これにより、高い位置精度で第２の不純物領域１５を第１の不純物領域１４内に形成することができる。
さらに本実施の形態に係るＭＯＳＦＥＴ１００の製造方法によれば、第１の不純物領域１４を形成する工程の後、第１の層１ａに接して第４のマスク層４が形成される。第１の層１ａが第１の主面１０ａに接して残存した状態において、第４のマスク層４を用いて炭化珪素基板１０にｐ型を有するガードリング領域６が形成される。これにより、第１の層１ａで第１の主面１０ａを保護しながら、ガードリング領域６を炭化珪素基板１０に形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 第１のマスク層、１ａ 第１の層、１ｂ エッチングストップ層、１ｃ 第２の層、２ 第２のマスク層、２ａ 第３の層、２ｂ 第４の層、２ｃ 第５の層、３ 第３のマスク層、４ 第４のマスク層、４ｂ 第６の層、４ｃ 第７の層、５ 第５のマスク層、５ｂ 第８の層、５ｃ 第９の層、６ ガードリング領域、９ 凹部、９ａ 側壁面、９ｂ 底壁面、１０ 炭化珪素基板、１０ａ 第１の主面、１０ｂ 第２の主面、１１ ベース基板、１２ エピタキシャル層、１３ ドリフト領域、１４ 第１の不純物領域（ボディ領域）、１５ 第２の不純物領域（ソース領域）、１６ ｐ+領域、１９ 開口部、２０ ゲート絶縁膜、２９ 第２の凹部、３０ ゲート電極、４０ 層間絶縁膜、５０ ソース電極、６０ ソース電極配線、７０ ドレイン電極、８０ 裏面保護電極、１００ ＭＯＳＦＥＴ。

Claims (13)

  1. 互いに対向する第１の主面および第２の主面を有する炭化珪素基板を準備する工程と、
    前記炭化珪素基板の前記第１の主面に接して第１のマスク層を形成する工程とを備え、
    前記第１のマスク層は、前記第１の主面に接して配置された第１の層と、前記第１の層に接して配置されかつ前記第１の層とは異なる材料により構成されたエッチングストップ層と、前記エッチングストップ層の前記第１の層が接している面とは反対側の面に接して配置された第２の層とを含み、さらに、
    前記第２の層および前記エッチングストップ層をエッチングすることにより、前記第１のマスク層に凹部を形成する工程と、
    前記凹部が形成された前記第１のマスク層を用いて前記炭化珪素基板に第１の導電型を有する第１の不純物領域を形成する工程とを備え、
    前記第１のマスク層は金属元素を含まない、炭化珪素半導体装置の製造方法。
  2. 前記炭化珪素基板の前記第２の主面に第２のマスク層を形成する工程をさらに備え、
    前記第２のマスク層は金属元素を含まない、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  3. 前記第２のマスク層は、前記第２の主面に接して配置されかつ前記第１の層と同じ材料から構成された第３の層と、前記第３の層に接して配置されかつ前記エッチングストップ層と同じ材料により構成された第４の層と、前記第４の層の前記第３の層が接している面とは反対側の面に接して配置されかつ前記第２の層と同じ材料により構成された第５の層とを含む、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  4. 前記第１の層、前記エッチングストップ層および前記第２の層はプラズマを発生させずに形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  5. 前記エッチングストップ層および前記第２の層は熱化学気相成長法により形成される、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  6. 前記エッチングストップ層および前記第２の層は低圧熱化学気相成長法により形成される、請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  7. 前記第１の層は前記第１の主面を熱酸化する方法および低圧化学気相成長法のいずれかにより形成される、請求項４〜６のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  8. 前記第１の層は二酸化珪素および窒化珪素のいずれかからなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  9. 前記第２の層は二酸化珪素および窒化珪素のいずれかからなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  10. 前記エッチングストップ層はポリシリコンからなる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  11. 前記第１の不純物領域を形成する工程の後、前記第１のマスク層を除去する工程と、
    前記第１のマスク層を除去する工程の後、前記炭化珪素基板を活性化アニールする工程とをさらに備えた、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  12. 前記第１の不純物領域を形成する工程の後、前記凹部内において、前記凹部よりも小さい幅を有する開口部が形成された第３のマスク層を形成する工程と、
    前記第３のマスク層を用いて前記第１の不純物領域内に前記第１導電型とは異なる第２導電型を有する第２の不純物領域を形成する工程とをさらに備えた、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
  13. 前記第１の不純物領域を形成する工程の後、前記第１の層に接して第４のマスク層を形成する工程と、
    前記第１の層が前記第１の主面に接して残存した状態において、前記第４のマスク層を用いて前記炭化珪素基板に前記第１導電型を有するガードリング領域を形成する工程とをさらに備えた、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
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