JP2018198295A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は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.
特許文献1には、被測定配線の配線長が100μm以上であり、露光量過多の場合にはポジレジストの残し部分に対応するレジストパターンが倒壊したり、剥がれたりする頻度が増大することが開示されている。特許文献1には、ダミー配線の配線長を50μm以下にすることにより、本配線の配線長が100μm以上と長くなってもレジスト倒壊に対して大きなマージンが得られることが記載されている。レジスト倒壊を防止できるのは、ポジ型レジストを使用した場合に、配線長方向においてダミー配線間の対応する箇所に残存するレジストが配線幅方向の支柱となるためである。
レジストに露光処理を施した後、レジストに現像液を塗布してレジストの一部を溶かす。その後、基板を回転させてその現像液を除去する。このとき、現像液がレジストパターンにあたってレジストパターンが倒れる問題があった。レジストパターンが倒れてしまうと、例えばイオン注入などの当該レジストパターンをマスクとした処理ができなくなる。 After the resist is exposed to light, a developing solution is applied to the resist to dissolve a part of the resist. Thereafter, the substrate is rotated to remove the developer. At this time, there is a problem that the resist pattern falls when the developer is in contact with the resist pattern. If the resist pattern falls down, for example, processing using the resist pattern as a mask, such as ion implantation, cannot be performed.
細く、厚く、長いライン状のレジストパターンは現像液から大きな力を受けるので特に倒れやすい。細く、厚く、長いライン状のレジストパターンは、様々な半導体装置の製造プロセスにおいて必要となる。例えば、炭化珪素を材料とするパワーデバイスの終端構造として、JTE(Junction Termination Extension)とFLR(Field Limitting Ring)を形成する場合に、細く、厚く、長いライン状のレジストパターンが必要となる。 A thin, thick, and long line resist pattern is particularly prone to falling because it receives a large force from the developer. Thin, thick, and long line resist patterns are required in various semiconductor device manufacturing processes. For example, when JTE (Junction Termination Extension) and FLR (Field Limiting Ring) are formed as a terminal structure of a power device made of silicon carbide, a thin, thick, long line resist pattern is required.
JTEとFLRは、レジストをマスクとしたイオン注入により必要な領域に不純物を注入して製造する。FLRでは間隔の狭い不純物注入領域を設ける必要がある。炭化珪素に注入した不純物は殆ど熱拡散しないため、幅の狭い未注入領域を得るためには幅の狭いレジストパターンが必要となる。さらに、不純物を炭化珪素の中へ深く注入するために、高エネルギー注入に耐え得る厚いレジストパターンが要求される。さらに、大電流を流すためにパワーデバイスのチップサイズを大きくする場合、FLRを形成するために長いレジストパターンが必要となる。この場合、細く、厚く、長いライン状のレジストパターンが必要となる。しかしながら、レジストパターンが倒れることを防止するために、設計上細く、厚く、長いライン状のレジストパターンを形成できない問題があった。 JTE and FLR are manufactured by implanting impurities into necessary regions by ion implantation using a resist as a mask. In the FLR, it is necessary to provide an impurity implantation region with a narrow interval. Since impurities implanted into silicon carbide hardly thermally diffuse, a narrow resist pattern is required to obtain a narrow unimplanted region. Furthermore, in order to deeply implant impurities into silicon carbide, a thick resist pattern that can withstand high energy implantation is required. Furthermore, when the chip size of the power device is increased in order to pass a large current, a long resist pattern is required to form the FLR. In this case, a thin, thick and long line resist pattern is required. However, in order to prevent the resist pattern from falling, there is a problem that a thin, thick and long line-shaped resist pattern cannot be formed in design.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、レジストパターンが倒れることを防止できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can prevent a resist pattern from falling down.
本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、炭化珪素を材料とする基板にレジストを塗布する工程と、パターンが描画されたマスクを通して該レジストを露光する工程と、該レジストに現像液を塗布して、該レジストの一部を溶かす工程と、該基板を回転させて該現像液を除去することで、レジストパターンを形成する工程と、該レジストパターンをマスクとして該基板にイオン注入する工程と、を備え、該レジストパターンは、ラインパターンと、島状に複数設けられた倒れ防止パターンとを有し、該倒れ防止パターンは該基板を回転させたときに該現像液が該ラインパターンに及ぼす力を緩和する位置に設けられ、該倒れ防止パターンは平面視で環状に形成されたことを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of applying a resist to a substrate made of silicon carbide, a step of exposing the resist through a mask on which a pattern is drawn, and applying a developer to the resist. A step of dissolving a part of the resist, a step of rotating the substrate and removing the developer to form a resist pattern, a step of ion-implanting the substrate using the resist pattern as a mask, The resist pattern has a line pattern and a plurality of fall prevention patterns provided in an island shape, and the fall prevention pattern has a force exerted on the line pattern by the developer when the substrate is rotated. The fall prevention pattern is formed in an annular shape in plan view.
本願の発明に係る他の半導体装置の製造方法は、炭化珪素を材料とする基板にレジストを塗布する工程と、パターンが描画されたマスクを通して該レジストを露光する工程と、該レジストに現像液を塗布して、該レジストの一部を溶かす工程と、該基板を回転させて該現像液を除去することで、ラインパターンと、島状に複数設けられた倒れ防止パターンとを有し、該倒れ防止パターンは該基板を回転させたときに該現像液が該ラインパターンに及ぼす力を緩和する位置に設けられるレジストパターンを形成する工程と、該レジストパターンをマスクとして該基板にイオン注入する工程と、該レジストパターンを除去する工程と、該基板のうち該倒れ防止パターンがあったことで該イオン注入がされていない未注入領域の一部を露出させる開口が形成された追加注入用レジストパターンを形成する工程と、該追加注入用レジストパターンをマスクとして該基板にイオン注入する工程と、を備えたことを特徴とする。 Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of applying a resist to a substrate made of silicon carbide, a step of exposing the resist through a mask on which a pattern is drawn, and a developer on the resist. The step of applying and dissolving a part of the resist, and rotating the substrate to remove the developer, have a line pattern and a plurality of fall prevention patterns provided in an island shape. The prevention pattern includes a step of forming a resist pattern provided at a position that relaxes the force exerted on the line pattern by the developer when the substrate is rotated, and a step of ion-implanting the substrate using the resist pattern as a mask. Removing the resist pattern, and exposing the part of the unimplanted region where the ion implantation is not performed due to the falling prevention pattern of the substrate. Wherein the step but to form additional injection resist pattern formed, a step of ion implantation into the substrate of the additional injection resist pattern as a mask, further comprising a.
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。 Other features of the present invention will become apparent below.
本発明によれば、倒れ防止パターンを設けることで、ライン状のレジストパターンが倒れることを防止できる。 According to the present invention, it is possible to prevent the line-shaped resist pattern from falling by providing the falling prevention pattern.
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。 A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.
実施の形態1.
図1は、半導体装置の平面図である。この半導体装置は、中央に形成されたセル領域12と、セル領域12を囲む終端領域14を備えている。セル領域12には大電流を流すために例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が形成されている。終端領域14は半導体装置の内部および表面の電界を緩和するために設けられている。このような半導体装置が半導体ウエハなどの基板に複数形成されている。破線16は、セル領域12と終端領域14の境界を含む領域を囲んでいる。実施の形態1に係る半導体装置の製造方法は主として終端領域14の形成に関する。
FIG. 1 is a plan view of the semiconductor device. This semiconductor device includes a
図2は、図1の破線16で囲まれた部分の製造過程における断面図である。図2に示されるように、基板20にレジスト22を塗布する。基板20の材料は炭化珪素である。例えば周知のコータで基板を回転させ、遠心力で基板20に均一なレジスト22を形成する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the portion surrounded by the
次いで、露光工程に処理を進める。図3は、露光工程で用いるマスク等の断面図である。パターンが描画されたマスク24をレジスト22の上方に設ける。この状態で、マスク24を通してレジスト22を露光する。具体的には、例えば波長の短い遠紫外線を照射し、レジスト22のうち光が当たった部分だけを変質させてマスク24のパターンを転写する。実施の形態1ではポジ型のレジスト22を採用するが、ネガ型のレジストを使用してもよい。
Next, the process proceeds to the exposure process. FIG. 3 is a cross-sectional view of a mask or the like used in the exposure process. A
図4はマスク24の平面図である。マスク24には、ライン部24A、倒れ防止部24B、カバー部24Cが設けられている。ライン部24Aは幅がw1の細長い部分である。このライン部24Aは、マスク24全体の中で最も幅が狭い部分とすることができる。ライン部24Aは複数平行に並べられている。複数のライン部24Aの間隔s2、s3、s4は同じ値である。
FIG. 4 is a plan view of the
倒れ防止部24Bはライン部24Aに沿って複数設けられている。倒れ防止部24Bは環状の形状を有している。倒れ防止部24Bの中央には孔があいている。カバー部24Cはセル領域の直上の部分である。ライン部24Aからカバー部24Cへの最短距離s1は、複数のライン部24Aの間隔s2、s3、s4より大きい。
A plurality of
次いで、現像工程に処理を進める。この工程では、レジスト22に現像液を塗布して、レジスト22の一部を溶かす。具体的には、レジスト22のうち光が当たった部分を現像液で溶かす。溶けずに残ったレジスト22はレジストパターンを構成する。その後、基板20を回転させて現像液を除去することで、基板20の上にレジストパターンを残す。
Next, the process proceeds to the development process. In this step, a developing solution is applied to the resist 22 to dissolve a part of the resist 22. Specifically, the portion of the resist 22 that has been exposed to light is dissolved with a developer. The resist 22 that remains without melting constitutes a resist pattern. Then, the resist pattern is left on the
図5は、レジストパターンの断面図である。レジストパターンは、ライン部24Aによって光が当たらなかったラインパターン22Aと、倒れ防止部24Bによって光があたらなかった倒れ防止パターン22Bと、カバー部24Cによって光があたらなかったカバーパターン22Cを備えている。ラインパターン22Aの形状はライン部24Aの形状と一致する。したがって、ラインパターン22Aは複数形成されている。ラインパターン22Aは倒れ防止パターン22Bとカバーパターン22Cを囲むように環状に設けられる。倒れ防止パターン22Bの形状は倒れ防止部24Bの形状と一致する。そのため、倒れ防止パターン22Bは平面視で環状の形状を有している。カバーパターン22Cの形状はカバー部24Cの形状と一致する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a resist pattern. The resist pattern includes a
高エネルギー注入に耐えるために、ラインパターン22Aの厚みは例えば2.0μm以上とすることが好ましい。また、ラインパターン22Aの幅は例えば0.7μm以下と小さくすることが好ましい。このような幅の小さいラインパターン22Aは、レジストパターンの中で一番幅が小さいパターンとなる。ラインパターン22Aのアスペクト比は2.86以上となる。ある程度セル領域12の面積を大きくするために、ラインパターン22Aの直線的な部分の長さは2.0mm以上とすることが好ましい。
In order to withstand high energy injection, the thickness of the
図6は、現像液30を除去するための基板20の回転を示す図である。破線矢印の方向に基板20を回転させると、現像液は基板20の中心から離れる方向に力を受ける。図5の矢印は、基板20の回転によって現像液30が進む方向を示す。ラインパターン22Aとカバーパターン22Cの間は広く開いているのでこの領域の現像液量は多い。この領域の現像液30はカバーパターン22Cから離れ、倒れ防止パターン22B及びラインパターン22Aの方向に進行する。このとき、現像液30は、倒れ防止パターン22Bによって直接的又は間接的に勢いが弱められてからラインパターン22Aに当たる。
FIG. 6 is a diagram showing the rotation of the
図7は、現像液30の進行方向を示す図である。矢印は現像液30の流れ方向を示す。ラインパターン22Aに向かう現像液30の進行方向は、倒れ防止パターン22Bによって変化する。そして、現像液30は倒れ防止パターン22Bの間でぶつかり合い勢いが弱められる。倒れ防止パターン22Bは、防波堤のテトラポットのように、現像液30の流れを弱める。そのため、現像液30からラインパターン22Aに及ぼされる力が弱まる。よって、現像液30によってラインパターン22Aが倒れることを防止できる。
FIG. 7 is a diagram illustrating the traveling direction of the
その後、必要に応じて基板を乾燥させることで現像液30を完全に除去する。図8は現像液30を除去した後の、レジストパターンの断面図である。倒れ防止パターン22Bは図4の倒れ防止部24Bと同じ形状なので平面視で円形である。倒れ防止パターン22Bの全体幅w2はラインパターンの幅w1より大きいことが好ましい。そうすることで倒れ防止パターン22Bが現像液30によってラインパターン22Aよりも先に倒れることを防止できる。
Thereafter, the
倒れ防止パターン22Bのラインパターン22Aとは反対側にセル領域を覆うカバーパターン22Cがある。前述のとおり、ラインパターン22Aからカバーパターン22Cへの最短距離s1は、複数のラインパターン22Aの間隔s2、s3、s4より大きい。したがって、カバーパターン22Cから離れた部分にラインパターン22Aが集中している。
There is a
倒れ防止パターン22Bは、カバーパターン22Cよりもラインパターン22Aの近くに設けることが好ましい。そうすることで、基板20の回転によって加速された現像液30が直接ラインパターン22Aにあたることをある程度防止できる。
The
次いで、イオン注入工程に処理を進める。図9は、イオン注入工程で不純物が注入された半導体装置の断面図である。この工程では、レジストパターンをマスクとして基板20にイオン注入する。複数のラインパターン22Aをマスクとして基板20にイオン注入することでFRL32(Field Limiting Ring)が形成され、カバーパターン22Cとラインパターン22Aの間にイオン注入することでJTE34(Junction Termination Extention)が形成される。基板20がn型であれば注入不純物はp型とし、基板20がp型であれば注入不純物はn型とする。
Next, the process proceeds to the ion implantation process. FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor device into which impurities are implanted in the ion implantation process. In this step, ions are implanted into the
ところで、FLR32とJTE34の境界ではある程度電界強度が高くなる。そして、倒れ防止パターン22Bによる未注入領域が大きいと、FLR32とJTE34の境界よりも当該未注入領域の電界強度が大きくなるおそれがある。そのため、倒れ防止パターン22Bによる未注入領域は小さくすべきである。倒れ防止パターン22Bによる未注入領域を小さくするために、倒れ防止パターン22Bの幅w3はラインパターン22Aの幅w1以下とすることが好ましい。こうすることで、未注入領域を小さくして未注入領域にかかる電界強度を小さくすることができる。具体的には、当該未注入領域の電界強度を、FLR32とJTE34の境界の電界強度よりも小さくすることができる。特に、未注入領域のうち、ラインパターン22Aの長手方向と垂直方向の長さを小さくすることが好ましい。
By the way, the electric field strength increases to some extent at the boundary between
倒れ防止パターン22Bを孔のある環状の形状としたことで、孔がない場合と比べて未注入領域を小さくできる。特に,炭化珪素では注入した不純物は殆ど熱拡散しないのでレジストパターンの形状によっておおよその注入領域の範囲が定まる。そのため、倒れ防止パターン22Bの中央に孔を設けることで、未注入領域の幅を小さくし、未注入領域にかかる電界強度を低減することができる。
By making the
次いで、レジストパターンを除去する。図10は、レジストパターンを除去した後の半導体装置の断面図である。こうして終端構造を形成した後、最終的にはショットキーバリアダイオード(SBD)を完成させる。図11は、SBDが形成されるまでの工程を説明する図である。上段にはレジストパターンを形成する段階における半導体装置の断面図が示されている。中段にはレジストパターンをマスクとしてイオン注入した半導体装置の断面図が示されている。下段にはSBDが形成された半導体装置の断面図が示されている。 Next, the resist pattern is removed. FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device after the resist pattern is removed. After the termination structure is formed in this way, a Schottky barrier diode (SBD) is finally completed. FIG. 11 is a diagram illustrating a process until an SBD is formed. The upper part shows a cross-sectional view of the semiconductor device at the stage of forming a resist pattern. The middle section shows a cross-sectional view of a semiconductor device in which ions are implanted using a resist pattern as a mask. The lower part shows a cross-sectional view of the semiconductor device in which the SBD is formed.
JTE34の中にJTE34よりも不純物濃度が高い高濃度領域40が形成されている。JTE34をp層とすれば高濃度領域40はp+層である。FLR32とJTE34の上には絶縁膜42が形成されている。絶縁膜42はJTE34の一部を露出させている。これにより、JTE34がショットキー電極44を介して表面電極46と接続されることを可能としている。FLLR42がある領域とJTE34がある領域の最上層には保護膜48が形成されている。
A
ところで、イオン注入時の不純物の横広がりを考慮しなければ、倒れ防止パターン22Bの直下には不純物が注入されない。仮に、カバーパターン22Cを完全にとり囲む倒れ防止パターンを形成するとJTE34が分割される。言いかえれば、倒れ防止パターンとラインパターンの間の不純物はFLRの一部として機能することになる。この場合、倒れ防止パターンの直下からJTEにかけて空乏層が伸び、JTE34の一部に形成される高濃度領域40まで到達するため、JTE側にかかる電圧が高くなってJTE電界緩和領域とJTEコンタクト領域の境界で電界強度が高くなる。この場合耐圧が低下してしまう。
By the way, unless the lateral spread of the impurity during ion implantation is taken into consideration, the impurity is not implanted immediately below the
そのような問題が起こらないように実施の形態1では、倒れ防止パターン22Bを島状に複数形成した。そのため、JTE34が倒れ防止パターン22Bによって分割されることはなく、JTE34内の電位を安定させることができる。
In the first embodiment, a plurality of
実施の形態1に係る半導体装置の製造方法では、倒れ防止パターン22Bを設けたので、FLR構造の製造に要求される細く、厚く、長いラインパターン22Aの現像液30による倒壊を防止できる。しかも、倒れ防止パターン22Bは島状に複数設けられているのでJTEが分割されることはない。また、倒れ防止パターン22Bは環状に形成されているので中央に貫通孔を有する。この貫通孔をとおして基板20にイオン注入できるので、倒れ防止パターン22Bを設けたことによる未注入領域を小さくすることができる。
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, since the
したがって、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法は、パワーデバイスの電界を緩和するFLRのような、残し幅が細く、高エネルギーイオン注入に耐えるために厚く、しかも長いレジストパターンが必要となる炭化珪素半導体装置の製造方法に特に好適である。 Therefore, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment requires a resist pattern that is thin and has a long width to withstand high energy ion implantation, such as FLR that relaxes the electric field of the power device. It is particularly suitable for a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
しかしながら、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法はその特徴を失わない範囲で様々な変形をなし得るものである。例えば、実施の形態1では終端構造にFLR32とJTE34を有する構成について説明したが上記の技術は別の構造の形成プロセスに応用することができる。すなわち、上述の技術は、現像液30によるパターンの倒れを抑制しつつ、その抑制手段による電気的特性への影響を軽減する要求があるあらゆるプロセスに応用できる。また、倒れ防止パターン22Bは基板20を回転させたときに現像液3030がラインパターン22Aに及ぼす力を緩和する位置に設けられればどこに設けられてもよい。実施の形態1で言及した変形は以下の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法に応用することができる。なお、以下に実施の形態にかかる半導体装置の製造方法は実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。
However, the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention can be modified in various ways within a range not losing its characteristics. For example, although the first embodiment has described the configuration having the
実施の形態2.
図12は、実施の形態2に係るイオン注入後の基板等の断面図である。図12には1つの倒れ防止パターン22Bが示されている。倒れ防止パターン22Bの開口22bをとおって基板20に不純物34aが注入されている。倒れ防止パターン22Bの外側23をとおって基板20に不純物34bが注入されている。不純物34aと不純物34bは倒れ防止パターン22Bの下でつながっている。言いかえれば、イオン注入で倒れ防止パターン22Bの左右に注入された不純物34a、34bは倒れ防止パターン22Bの直下でつながっている。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the substrate and the like after ion implantation according to the second embodiment. FIG. 12 shows one
イオン注入時の不純物の横広がり距離をx4とする。実施の形態2に係る倒れ防止パターン22Bの幅w3は2×x4以下とした。つまり、幅w3は距離x4を2倍した値以下である。そのため、イオン注入時の横広がりにより倒れ防止パターン22Bの直下で不純物34a、34bがつながる。これにより、倒れ防止パターン22Bの直下の未注入領域による電界強度の増加を抑制することができる。例えば、イオン注入を少なくとも1回は700keVで実施した場合、不純物の横広がり量は250nm程度である。この場合、倒れ防止パターン22Bの幅w3は500nm以下とすればよい。
The lateral spreading distance of the impurity during ion implantation is x4. The width w3 of the
図13は、レジストパターンを用いたイオン注入後の基板20の断面図である。倒れ防止パターン22Bの直下で不純物がつながることで、JTE34に未注入領域が生じることを防止できる。図14は、実施の形態2に係る半導体装置の製造方法で製造された終端構造の断面図である。未注入領域がないJTE34が実現できることで、倒れ防止パターン22ABを設けたことによるショットキーバリアダイオードの特性への影響を抑制できる。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the
実施の形態3.
図15は、実施の形態3に係るレジストパターンの平面図である。倒れ防止パターン22Bは、ラインパターン22Aと反対側にラインパターン22Aと平行な平行部分22cを有している。倒れ防止パターン22Bは中央に開口を有する環状の形状となっている。倒れ防止パターン22Bは平面視で中央に開口を有する4角形である。倒れ防止パターン22Bの全体幅w2を、ラインパターン22Aの幅w1より大きくすることが好ましい。
FIG. 15 is a plan view of a resist pattern according to the third embodiment. The
基板20を回転させて現像液30を除去する際に、現像液30が平行部分22cにぶつかり、現像液30の勢いが弱められる。よって、現像液30がラインパターン22Aに及ぼす力を弱めることができる。
When the developing
実施の形態4.
図16は、実施の形態4に係るレジストパターンの平面図である。複数の倒れ防止パターン22Bは千鳥状に設けられている。その結果、ラインパターン22Aのどの位置についても、ラインパターン22Aの垂直方向に倒れ防止パターン22Bがある。言い換えると、ラインパターン22Aの任意の位置からチップ内側に向かって垂直な方向に辿ると倒れ防止パターン22Bに必ずあたる。
FIG. 16 is a plan view of a resist pattern according to the fourth embodiment. The plurality of
基板を回転させて現像液30を除去する際に、現像液30が倒れ防止パターン22Bにぶつかり、現像液30の勢いが弱められる。複数の倒れ防止パターン22Bを千鳥状に設けることで、現像液30が倒れ防止パターン22Bにぶつかるので、現像液30が直接ラインパターン22Aにぶつかることはない。よって、現像液30がラインパターン22Aに及ぼす力を弱めることができる。
When the developing
実施の形態5.
図17は、実施の形態5に係る現像液30の排出方法を示す図である。実施の形態5では、倒れ防止パターン22Bを基板20から離れる方向に先細る形状とした。倒れ防止パターン22Bは基板20の上面に対して30°〜60°傾いた側面を有するテーパー形状とすることが好ましい。ラインパターン22Aの方向に進んだ現像液30は、倒れ防止パターン22Bにあたり、上方向に導かれる、よって、現像液30をより排出し易くなる。
Embodiment 5. FIG.
FIG. 17 is a diagram illustrating a method for discharging the developing
図18は、変形例に係る倒れ防止パターン22Bの断面図である。倒れ防止パターン22Bの中央には開口がない。倒れ防止パターン22Bを先細り形状とすることで、基板20の上面に対して垂直な側面を有する倒れ防止パターンに比べて、現像液30から倒れ防止パターンに及ぶ力を小さくできる。よって、倒れ防止パターン22Bの幅をある程度小さくすることができる。倒れ防止パターン22Bの幅を小さくできれば、未注入領域も小さくなるので、倒れ防止パターン22Bに孔を設ける必要がなくなる。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a
実施の形態6.
図19は、実施の形態6に係る倒れ防止パターン22B等を示す図である。実施の形態6では、JTE34の端から高濃度領域40の端までの領域であるJTE電界緩和領域のうち倒れ防止パターン22Bが占める面積は25%以下とした。図19には、JTE電界緩和領域の幅を20μmとし、倒れ防止パターン22Bの直径を3μmとし、倒れ防止パターン22Bの開口の直径を1μmとしたことが示されている。また、倒れ防止パターン22Bは、ラインパターン22Aと平行な方向に6μm周期で配置した。この場合、JTE電界緩和領域において倒れ防止パターン22Bが占める面積率は5.2%となる。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 19 is a diagram illustrating a
図20は、1200V品の半導体装置の耐圧のJTEドーズ量依存性を示す図である。JTE34のドーズ量Ndは高すぎても低すぎても耐圧が低下することが分かる。図21には、終端領域における電界強度の分布が示されている。図21の上段のグラフにおける実線はJTE34のドーズ量が高い場合の電界強度の分布を示している。ドーズ量が高くなりすぎるとJTE電界緩和領域へ空乏層が伸びにくくなり、FLR領域にかかる電圧が高くなる。その結果、JTE電界緩和領域とFLR領域の境界で電界強度が高くなり耐圧が低下する。 FIG. 20 is a diagram illustrating the JTE dose dependency of the breakdown voltage of a 1200 V semiconductor device. It can be seen that the breakdown voltage decreases if the dose amount Nd of JTE34 is too high or too low. FIG. 21 shows the electric field intensity distribution in the termination region. The solid line in the upper graph of FIG. 21 shows the electric field strength distribution when the dose amount of JTE34 is high. If the dose amount becomes too high, the depletion layer is difficult to extend to the JTE electric field relaxation region, and the voltage applied to the FLR region becomes high. As a result, the electric field strength increases at the boundary between the JTE electric field relaxation region and the FLR region, and the breakdown voltage decreases.
他方、図21の上段のグラフにおける破線はJTEのドーズ量が低い場合の電界強度の分布を示している。JTE34のドーズ量が低くなりすぎると、空乏層が伸びて高濃度領域40まで到達するためJTE34にかかる電圧が高くなる。その結果、JTE電界緩和領域とJTEコンタクト領域の境界で電界強度が高くなり耐圧が低下する。
On the other hand, the broken line in the upper graph of FIG. 21 shows the electric field strength distribution when the dose of JTE is low. If the dose amount of JTE34 becomes too low, the depletion layer extends and reaches the
図20に示す通り耐圧を保持するための最適なJTE34のドーズ量がある。当ケースではJTE34の不純物ドーズ量を2.1E13cm−3〜2.8E13cm−3とすることが好ましい。なお、ここでは1200V品の半導体装置について説明したが、マージンを確保するために1400V程度の耐圧が持たせられる範囲を示した。
As shown in FIG. 20, there is an optimum dose amount of
ここで、JTE34のドーズ量を2.8E13cm−3とした場合、JTE電界緩和領域における倒れ防止パターン22Bの領域が占める面積率を25%以下とすれば実質的なドーズ量は2.1E13cm−3以上相当となる。そして、図20から、ドーズ量を2.1E13cm−3とすれば良好な耐圧を実現できることが分かる。この場合、倒れ防止パターン22Bを設けることによるJTE電界緩和領域内のドーズ量低下によって、JTE電界緩和領域とJTEコンタクト領域の境界で電界強度が高くなり耐圧が低下することを防止できる。
Here, when the 2.8E13cm -3 a dose of JTE34, substantial dose if the area fraction of an area of preventing
実施の形態7.
図22は、実施の形態7に係るレジストパターンを示す図である。上段に平面図が示され、下段に断面図が示されている。倒れ防止パターン22Bは開口を有していない平面視で円形の形状を有している。このレジストパターンをマスクとして基板20にイオン注入する。そうすると、倒れ防止パターン22Bの下には比較的大きな未注入領域35ができる。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 22 shows a resist pattern according to the seventh embodiment. A plan view is shown in the upper stage, and a cross-sectional view is shown in the lower stage. The
次いで、図22に示されるレジストパターンを除去する。図23は、レジストパターンを除去した後の半導体装置の断面図である。JTE電界緩和領域には比較的大きい未注入領域35が残る。
Next, the resist pattern shown in FIG. 22 is removed. FIG. 23 is a cross-sectional view of the semiconductor device after the resist pattern is removed. A relatively large
次いで、追加注入用レジストパターンを形成する。図24は、追加注入用レジストパターン50を示す図である。上段に平面図が示され、下段に断面図が示されている。追加注入用レジストパターン50には開口50Aが形成されている。開口50Aは、基板20のうち倒れ防止パターンがあったことでイオン注入がされていない未注入領域35の一部を露出させるものである。この追加注入用レジストパターン50をマスクとして基板20にイオン注入する。ここで注入する不純物はレジストパターンをマスクとして注入した不純物と一致させることが好ましい。
Next, a resist pattern for additional implantation is formed. FIG. 24 is a diagram showing a resist
追加注入用レジストパターン50をマスクとして基板20にイオン注入すると、基板20に不純物領域56が形成される。不純物領域56は未注入領域35の一部に形成される。未注入領域35よりも不純物領域56の方が小さい。未注入領域35の一部に不純物を注入することで未注入領域を小さくすることで、未注入領域にかかる電界強度を低減させることができる。
When ions are implanted into the
図25は、未注入領域が縮小することを示す図である。上段には倒れ防止パターン22Bによって未注入領域35が生じることが示されている。下段には追加注入用レジストパターン50をマスクとして基板20にイオン注入することで形成された不純物領域56が示されている。FLR32とJTE34を形成するときの注入条件と、不純物領域56を形成するときの注入条件を一致させることが好ましい。
FIG. 25 is a diagram showing that the unimplanted region is reduced. It is shown that an
ここで、写真製版工程での重ね合わせズレによってJTE34が形成されている部分に追加でイオン注入されると基板20の一部に二重に注入される領域が発生してしまう。二重注入された部分は不純物濃度が高いので電界強度が高くなる。特に、炭化珪素では注入した不純物は殆ど熱拡散しないことに注意が必要である。すなわち、炭化珪素のある領域に二重に不純物を注入した場合、その領域の不純物濃度は拡散によって低下しないので、その領域の電界強度が非常に高くなってしまう。
Here, if additional ion implantation is performed on the portion where the
そのような二重注入を防止するために、倒れ防止パターン22Bの端から開口50Aの端までの距離x5が生じるように追加注入用レジストパターン50を形成することが好ましい。ある程度のx5を確保することは、未注入領域35よりも小さい不純物領域56を形成することを意味する。これにより、二重に注入される領域を抑制することができる。二重注入を防止するためにはある程度x5を大きくすることが好ましいが、大きくしすぎると大きな未注入領域が残ってしまう。そこで、距離x5はラインパターン22Aの幅w1より小さくすることが好ましい。これにより、未注入領域の幅をw1より小さくできるので、未注入領域の電界強度をFLR32とJTE34の境界の電界強度よりも小さくできる。
In order to prevent such double implantation, it is preferable to form the resist
このように実施の形態7に係る半導体装置の製造方法では、実施の形態1で説明したレジストパターンを用いたイオン注入を行った後に、倒れ防止パターン22Bによって未注入となった部分に追加的にイオン注入を行う。この追加注入により、JTE34に大きな未注入領域が生じることを防止できるので、倒れ防止パターン22Bを大きくしてラインパターン22Aを現像液30の衝突から保護する効果を高めてもよい。例えば、倒れ防止パターン22Bの幅をラインパターン22Aの幅よりも大きくすることで、現像液30によるラインパターンの倒れを防止する効果を高めることができる。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment, after performing the ion implantation using the resist pattern described in the first embodiment, the portion that has not been implanted by the
追加注入を行うので、倒れ防止パターン22Bに孔を設ける必要はない。よって、例えば図26、27、28に示されるように孔のない倒れ防止パターン22Bを設けることができる。孔のない倒れ防止パターンは現像液30によって倒れづらいので、ラインパターン22Aを確実に保護できる。
Since additional injection is performed, it is not necessary to provide a hole in the
実施の形態8.
実施の形態8に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態7に係る半導体装置の製造方法に類似する。図29は、実施の形態8における不純物の分布を示す図である。倒れ防止パターン22Bを含むレジストパターンをマスクとして基板20にイオン注入された不純物と、追加注入用レジストパターン50をマスクとして基板20に注入された不純物はイオン注入による横広がりによってつながる。つまり、JTE34と不純物領域56がつながっている。
Embodiment 8 FIG.
The semiconductor device manufacturing method according to the eighth embodiment is similar to the semiconductor device manufacturing method according to the seventh embodiment. FIG. 29 is a diagram showing an impurity distribution in the eighth embodiment. The impurity ion-implanted into the
レジストパターンを用いたイオン注入時の不純物の横広がり距離をx6とする。追加注入用レジストパターン50を用いたイオン注入時の不純物の横広がり距離をx7とする。実施の形態8に係る倒れ防止パターン22Bの端と、追加注入用レジストパターン50の端との間の距離x8をx6+x7より小さくした。そのため、イオン注入時の横広がりによりJTE34と不純物領域56がつながる。これによって、倒れ防止パターン22Bによってイオン注入されず、かつ追加注入用レジストパターン50によってイオン注入されなかった未注入領域で電界強度が増加することを抑制できる。また、横広がりによってできた不純物領域の不純物濃度は、イオン注入された部分の不純物濃度より1ケタ程度小さい。よって、横広がりした領域が重なっても二重注入された場合ほどには電界強度が高くならない。
The lateral spreading distance of the impurity during ion implantation using the resist pattern is set to x6. The lateral spreading distance of the impurity during ion implantation using the additional implantation resist
ここまでで説明した各実施の形態に係る半導体装置に製造方法の特徴は組み合わせて用いてもよい。 The features of the manufacturing method may be used in combination with the semiconductor device according to each embodiment described so far.
22 レジスト、 22A ラインパターン、 22B 倒れ防止パターン、 22C カバーパターン、 32 FLR、 34 JTE 22 resist, 22A line pattern, 22B fall prevention pattern, 22C cover pattern, 32 FLR, 34 JTE
Claims (16)
パターンが描画されたマスクを通して前記レジストを露光する工程と、
前記レジストに現像液を塗布して、前記レジストの一部を溶かす工程と、
前記基板を回転させて前記現像液を除去することで、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記基板にイオン注入する工程と、を備え、
前記レジストパターンは、ラインパターンと、島状に複数設けられた倒れ防止パターンとを有し、
前記倒れ防止パターンは前記基板を回転させたときに前記現像液が前記ラインパターンに及ぼす力を緩和する位置に設けられ、
前記倒れ防止パターンは平面視で環状に形成されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Applying a resist to a substrate made of silicon carbide;
Exposing the resist through a mask having a pattern drawn thereon;
Applying a developer to the resist to dissolve a part of the resist;
Forming a resist pattern by rotating the substrate and removing the developer; and
Ion implantation into the substrate using the resist pattern as a mask,
The resist pattern has a line pattern and a plurality of fall prevention patterns provided in an island shape,
The fall prevention pattern is provided at a position for relaxing the force exerted on the line pattern by the developer when the substrate is rotated,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the fall prevention pattern is formed in an annular shape in plan view.
パターンが描画されたマスクを通して前記レジストを露光する工程と、
前記レジストに現像液を塗布して、前記レジストの一部を溶かす工程と、
前記基板を回転させて前記現像液を除去することで、ラインパターンと、島状に複数設けられた倒れ防止パターンとを有し、前記倒れ防止パターンは前記基板を回転させたときに前記現像液が前記ラインパターンに及ぼす力を緩和する位置に設けられるレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記基板にイオン注入する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
前記基板のうち前記倒れ防止パターンがあったことで前記イオン注入がされていない未注入領域の一部を露出させる開口が形成された追加注入用レジストパターンを形成する工程と、
前記追加注入用レジストパターンをマスクとして前記基板にイオン注入する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Applying a resist to a substrate made of silicon carbide;
Exposing the resist through a mask having a pattern drawn thereon;
Applying a developer to the resist to dissolve a part of the resist;
By rotating the substrate to remove the developer, the developer has a line pattern and a plurality of fall prevention patterns provided in an island shape, and the fall prevention pattern is rotated when the substrate is rotated. Forming a resist pattern provided at a position to relieve the force exerted on the line pattern;
Ion implantation into the substrate using the resist pattern as a mask;
Removing the resist pattern;
Forming a resist pattern for additional implantation in which an opening exposing a portion of the unimplanted region where the ion implantation is not performed because the collapse prevention pattern is present in the substrate;
And a step of ion-implanting the substrate using the additional implantation resist pattern as a mask.
前記ラインパターンは複数形成され、
前記ラインパターンから前記カバーパターンへの最短距離は、複数の前記ラインパターンの間隔より大きいことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The resist pattern includes a cover pattern that covers a cell region on the side opposite to the line pattern of the fall prevention pattern,
A plurality of the line patterns are formed,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a shortest distance from the line pattern to the cover pattern is larger than an interval between the plurality of line patterns.
前記倒れ防止パターンの全体幅は、前記ラインパターンの幅よりも大きいことを特徴とする請求項11又は12に記載の半導体装置の製造方法。 The line pattern is provided in an annular shape so as to surround the fall prevention pattern and the cover pattern,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein an overall width of the fall prevention pattern is larger than a width of the line pattern.
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