JP5014734B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は炭化珪素を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using silicon carbide.
炭化珪素(以下「SiC」と略記する)は珪素(以下「Si」と略記する)に比べて絶縁破壊電界強度が約1桁高いため、逆方向耐圧を維持したまま大幅に電力損失を低減できる材料として期待されている。そのため、SiCを用いたパワーデバイスは低電力損失と高耐圧を実現する次世代パワーデバイスとして切望されている。また、ON抵抗率がSiと同程度であればチップサイズを縮小することが出来る。 Silicon carbide (hereinafter abbreviated as “SiC”) has a dielectric breakdown electric field strength that is about an order of magnitude higher than that of silicon (hereinafter abbreviated as “Si”), so that power loss can be greatly reduced while maintaining a reverse breakdown voltage. Expected as a material. Therefore, power devices using SiC are eagerly desired as next-generation power devices that realize low power loss and high breakdown voltage. If the ON resistivity is about the same as Si, the chip size can be reduced.
しかし、炭化珪素を用いたMOSFETの製造方法では、炭化珪素中のドーパントの拡散係数が小さいために、チャネルを形成するための自己整合技術の一つである二重拡散技術が使えないという問題がある。そこで、この問題を解決する方法が例えば特許文献1に開示されている。
However, the MOSFET manufacturing method using silicon carbide has a problem that the double diffusion technique, which is one of self-alignment techniques for forming a channel, cannot be used because the diffusion coefficient of the dopant in silicon carbide is small. is there. Therefore, for example,
特許文献1記載のSiCを用いたプレーナ型パワーMOSFETの製造方法では、n+型SiC基板の上にn-型エピタキシャル成長層(以下「エピ膜」と記載する)をホモエピタキシャル成長させる。そしてエピ膜の表面に熱酸化膜を成長させ、この上にイオン注入マスク材として多結晶Si膜を減圧化学的気相成長法(LPCVD)を用いて成膜する。
In the method for manufacturing a planar power MOSFET using SiC described in
次に、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング(RIE)などの異方性エッチングの手段を用いて多結晶Si膜を垂直に除去することによって、第1のイオン注入マスクとして第1の無機材マスクを形成する。第1のイオン注入マスクを介してp型不純物のイオン注入を行い、n-型エピ膜にp型ベース領域を形成する。 Next, the first inorganic material mask is used as a first ion implantation mask by vertically removing the polycrystalline Si film using anisotropic etching means such as photolithography and reactive ion etching (RIE). Form. P-type impurity ions are implanted through the first ion implantation mask to form a p-type base region in the n − -type epitaxial film.
n-型エピ膜の表面に形成する熱酸化膜は省略することもできるが、熱酸化膜を形成することで、多結晶Si膜エッチングに対して、選択比の高いエッチングと終点検出が可能となり、保護膜としてn-型エピ膜表面へのプラズマダメージを回避できる。 Although the thermal oxide film formed on the surface of the n − -type epi film can be omitted, by forming the thermal oxide film, it becomes possible to perform etching with a high selection ratio and endpoint detection with respect to the polycrystalline Si film etching. As a protective film, plasma damage to the n − -type epi film surface can be avoided.
次に、p型ベース領域上部にある熱酸化膜を緩衝フッ酸(BHF)溶液で除去し、基板を洗浄し乾燥させた後、LPCVDなどで基板の表面に第2のイオン注入マスク材を等角写像的形状で堆積させる。この第2のイオン注入マスク材としては、例えばSiO2膜と多結晶Si膜からなる積層膜を用いる。この積層膜の厚みは、MOSFETセルのチャネル長に等しくなるように設定される。ここで用いたSiO2は省略することもできるが、第1のイオン注入マスクの下に形成された熱酸化膜と同じ役割を果たすので、形成することが望ましい。 Next, the thermal oxide film on the p-type base region is removed with a buffered hydrofluoric acid (BHF) solution, the substrate is washed and dried, and then a second ion implantation mask material is applied to the surface of the substrate by LPCVD or the like. Deposit in an angular mapping. As the second ion implantation mask material, for example, a laminated film composed of a SiO 2 film and a polycrystalline Si film is used. The thickness of this laminated film is set to be equal to the channel length of the MOSFET cell. Although SiO 2 used here can be omitted, it is desirable to form it because it plays the same role as the thermal oxide film formed under the first ion implantation mask.
次に、RIEなどの異方性エッチング手段で第2のイオン注入マスク材の全面エッチバックを行うと、第1のイオン注入マスクの側壁に第2のイオン注入マスクである第2の無機材マスクが第1の無機材マスクに密接した複合マスクが形成される。 Next, when the entire surface of the second ion implantation mask material is etched back by anisotropic etching means such as RIE, a second inorganic material mask which is a second ion implantation mask is formed on the side wall of the first ion implantation mask. A composite mask close to the first inorganic material mask is formed.
エッチバックが終了後に、第1のイオン注入マスクと第2のイオン注入マスクをマスクとしてn型不純物のイオン注入を行うことにより、外縁境界が定義されたn+型ソース領域中間体が形成される。このn+型ソース領域中間体の外縁境界とp型ベース領域の外縁境界との距離、すなわちチャネル長は第1イオン注入マスクの左チャネルと右チャネルで同じであり、その寸法は第2のイオン注入マスクの厚みに等しい。これにより、n+型ソース領域中間体の外縁境界はp型ベース領域の外縁境界に対して、第2のイオン注入マスクの厚みに等しくなるように自己整合的に形成される。 After the etch-back is completed, n-type impurity ion implantation is performed using the first ion implantation mask and the second ion implantation mask as masks, thereby forming an n + -type source region intermediate having an outer edge boundary defined. . The distance between the outer edge boundary of the n + -type source region intermediate and the outer edge boundary of the p-type base region, that is, the channel length is the same for the left channel and the right channel of the first ion implantation mask, and the dimension is the second ion Equal to the thickness of the implantation mask. Thus, the outer edge boundary of the n + -type source region intermediate is formed in a self-aligned manner so as to be equal to the thickness of the second ion implantation mask with respect to the outer edge boundary of the p-type base region.
しかしながら、特許文献1の自己整合型不純物領域の形成方法には、以下のような問題がある。
However, the method for forming a self-aligned impurity region of
第1の問題点は、第1のイオン注入マスクを形成するために、多結晶Si膜の成膜工程、フォトリソグラフィ工程、ドライエッチング工程の3つの工程が必要となり、工程数を削減することが困難である。さらに、ドライエッチング時にチャネル領域のプラズマダメージを回避するためと、エッチングの終点検出用に熱酸化膜を形成することが望ましく、熱酸化膜形成工程の追加が必要である。そのため、さらに工程数が増大し、製造コスト低減の妨げになる。 The first problem is that in order to form the first ion implantation mask, three steps of forming a polycrystalline Si film, a photolithography step, and a dry etching step are required, and the number of steps can be reduced. Have difficulty. Furthermore, it is desirable to form a thermal oxide film for avoiding plasma damage in the channel region during dry etching and for detecting the end point of etching, and an additional thermal oxide film forming step is required. For this reason, the number of processes is further increased, which hinders a reduction in manufacturing cost.
第2の問題点は、第2のイオン注入マスクとして無機材マスクを用いているため、工程数の削減が困難なことである。つまり、第2のイオン注入マスクを形成するために、SiO2もしくは多結晶Si膜の単層もしくは積層膜をp型ベース領域および第1のイオン注入マスクの上に成膜する工程、異方性エッチングによるこれらの膜の全面エッチバックする工程を必要とする。さらに、全面エッチバック時のプラズマダメージを回避するためとエッチングの終点検出用にSiO2と多結晶Si膜の積層膜を形成することが望ましく、さらに工程数が増加し、製造コスト低減の妨げになる。 The second problem is that it is difficult to reduce the number of steps because an inorganic material mask is used as the second ion implantation mask. That is, in order to form the second ion implantation mask, a step of forming a single layer or a laminated film of SiO 2 or polycrystalline Si film on the p-type base region and the first ion implantation mask, anisotropy A process of etching back the entire surface of these films by etching is required. Furthermore, it is desirable to form a laminated film of SiO 2 and polycrystalline Si film to avoid plasma damage during the entire etch back and to detect the end point of etching, which further increases the number of processes and hinders manufacturing cost reduction. Become.
第3の問題点は、第2のイオン注入マスク形状が等角写像的形状から劣化することである。第2のイオン注入マスク材を全面エッチバックする結果、第1のイオン注入マスクの表面に対して等角写像的形状で堆積させた第2のイオン注入マスク材のコーナー部もエッチングされ、第2のイオン注入マスク形状が等角写像的形状から劣化する。そのため、第1のイオン注入マスクの側壁に接している第2のイオン注入マスク材の厚さが変動することになり、チャネル長の制御性が低下することになる。この問題はチャネル長の微細化が進むとより顕著になる。 The third problem is that the shape of the second ion implantation mask deteriorates from the conformal mapping shape. As a result of etching back the entire surface of the second ion implantation mask material, the corner portion of the second ion implantation mask material deposited in a conformal mapping shape with respect to the surface of the first ion implantation mask is also etched. The shape of the ion implantation mask deteriorates from the conformal mapping shape. Therefore, the thickness of the second ion implantation mask material in contact with the side wall of the first ion implantation mask varies, and the controllability of the channel length is lowered. This problem becomes more prominent as the channel length becomes finer.
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、チャネルの自己整合形成工程を簡略化でき、低コスト化が可能なパワーデバイスの製造方法を提供することを目的としている。これにより、セルサイズの縮小化、チップサイズの小型化と高性能化を達成することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a power device that can simplify the self-alignment formation process of the channel and can reduce the cost. As a result, the object is to achieve cell size reduction, chip size reduction and high performance.
この発明による半導体装置の製造方法は、(a)SiC下地の表面上にフォトレジストよりなる第1のイオン注入マスクを形成する工程と、(b)前記第1のイオン注入マスクを介して前記SiC下地の表層部に第1の電導型不純物のイオン注入を行うことによって、前記フォトレジストを分解させて前記第1のイオン注入マスクに酸を発生させるとともに、第1の不純物領域を形成する工程と、(c)前記SiC下地および前記第1のイオン注入マスクの表面上に化学増幅ネガ型レジストよりなるフォトレジスト膜を形成し加熱することによって、前記第1のイオン注入マスクから前記フォトレジスト膜に向けて前記酸を熱拡散させ、前記フォトレジスト膜内に架橋層を形成する工程と、(d)前記フォトレジスト膜を現像して前記架橋層からなる第2のイオン注入マスクを前記第1のイオン注入マスクの側壁に残す工程と、(e)前記第1,第2のイオン注入マスクを介して前記第1の不純物領域の表層部に第2の電導型不純物のイオン注入を行い、第2の不純物領域を形成する工程とを備える。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of forming a first ion implantation mask made of a photoresist on the surface of a SiC base; and (b) the SiC through the first ion implantation mask. the ion implantation of the first conductivity type impurity by row Ukoto in the surface layer of the base, with an acid is produced in the first ion implantation mask to decompose the photoresist, forming a first impurity region And (c) forming a photoresist film made of a chemically amplified negative resist on the surface of the SiC base and the first ion implantation mask and heating the photoresist film from the first ion implantation mask. the cross-linked layer of the acid is thermally diffused, thereby forming a crosslinked layer on the photoresist within film and developed (d) is the photoresist film toward the A step of leaving a second ion implantation mask formed on the side wall of the first ion implantation mask, and (e) a first layer on the surface layer portion of the first impurity region through the first and second ion implantation masks. A step of performing ion implantation of the second conductive impurity to form a second impurity region.
本発明によれば、イオン注入マスクにレジストマスクを用いることにより、第1のイオン注入マスクと第2のイオン注入マスクの形成に反応性イオンエッチングを行わないため、エッチングによるプラズマによってエピ膜表面にダメージを与えず、かつ、第2のイオン注入マスクのコーナー部に形状劣化が生じない。 According to the present invention, by using a resist mask as the ion implantation mask, reactive ion etching is not performed for forming the first ion implantation mask and the second ion implantation mask. No damage is caused, and the shape of the corner portion of the second ion implantation mask does not deteriorate.
また、フォトレジストが架橋した架橋層が第2のイオン注入マスクになるため、第2のイオン注入マスクの形状を制御することが出来る。 Further, since the crosslinked layer obtained by crosslinking the photoresist serves as the second ion implantation mask, the shape of the second ion implantation mask can be controlled.
また、イオン注入マスクを形成する際にフォトレジストをマスクとして用いることにより、フォトレジスト以外をマスクとして用いる際に行う成膜工程とエッチング工程を行わないため、製造工程を簡略化し低コスト化を可能とすることが出来る。 Also, by using a photoresist as a mask when forming an ion implantation mask, the film forming process and the etching process that are performed when using a mask other than the photoresist are not performed, thereby simplifying the manufacturing process and reducing costs. It can be.
[実施の形態1]
図1乃至図5は本発明の実施の形態1に係るSiCを用いたパワーMOSFETの製造方法を工程順に示す断面図であり、以下に製造方法を説明する。
[Embodiment 1]
1 to 5 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a power MOSFET using SiC according to the first embodiment of the present invention in the order of steps, and the manufacturing method will be described below.
図1を参照して、まず、n+型SiC基板1の表面上にn-型SiCエピ膜2をホモエピタキシャル成長させ、SiC下地とする。次にSiC下地の表面上にポジ型レジストを塗布した後に加熱することで、フォトレジスト膜3を形成する。このとき使用するポジ型レジストは感光材とベース樹脂と有機溶媒を主成分としており、例えば膜厚2.5μmのフォトレジスト膜3を形成する。
Referring to FIG. 1, first, n −
図2を参照して、形成したフォトレジスト膜3にフォトリソグラフィを用いてパターン転写と、アルカリ現像液で現像を行うことによって、SiC下地の表面上にフォトレジストよりなる第1のイオン注入マスク4を形成する。この第1のイオン注入マスク4の形成工程では、反応性イオンエッチングを用いないため、SiC下地表面へのプラズマダメージは存在しない。
Referring to FIG. 2, pattern transfer is performed on the formed photoresist film 3 using photolithography, and development is performed with an alkaline developer, whereby a first
次に第1のイオン注入マスク4を介してSiC下地の表層部に第1の電導型不純物としてp型のイオン注入を行い、n-型SiCエピ膜2中に第1の不純物領域としてp型ベース領域5を形成する。このとき、p型ベース領域5は第1のイオン注入マスク4により外縁境界が定義されている。イオン注入条件の一例を挙げると、イオン注入する不純物はアルミニウム(Al)元素を用い、注入時の基板温度は25℃であり、基板表面から深さ0.8μmまでAl元素の濃度が2×1018個/cm3のボックスプロファイルである。
Next, p-type ions are implanted as first conductive impurities into the surface layer portion of the SiC base through the first
第1のイオン注入によって、フォトレジストよりなる第1のイオン注入マスク4では感光材やベース樹脂の分解反応とベース樹脂間の架橋反応が同時におこる。すなわち、フォトレジストが分解すると、有機酸や水素イオンなどの酸性物質が反応生成物として生じるとともに、フォトレジストの炭化が進行する。また、ベース樹脂間の架橋反応が生じる結果、特に第1のイオン注入マスク4の表面近傍が硬化する。
By the first ion implantation, in the first
図3を参照して、次に、SiC下地および第1のイオン注入マスク4の表面上に化学増幅ネガ型レジストを塗布した後に加熱を行い、例えば膜厚1.7μmのフォトレジスト膜6を形成する。化学増幅ネガ型レジストは酸発生材、ベース樹脂、架橋材と有機樹脂を主成分としている。
Referring to FIG. 3, next, a chemically amplified negative resist is applied on the surface of the SiC base and the first
フォトレジストよりなる第1のイオン注入マスク4にイオン注入していない場合には、第1のイオン注入マスク4の上に重ねてフォトレジストを塗布すると、フォトレジストに含まれる有機溶媒によって第1のイオン注入マスク4の一部が溶解して第1のイオン注入マスク4形状が崩れるミキシングという問題が生じる。
In the case where ions are not implanted into the first
しかしながら本実施の形態では、フォトレジストよりなる第1のイオン注入マスク4にイオン注入した結果、第1のイオン注入マスク4の表面ではベース樹脂間の架橋密度の上昇や炭化が進行するため、フォトレジスト膜6に含まれる有機溶媒に対する溶解性が抑制される。その結果、第1のイオン注入マスク4と、フォトレジスト膜6のミキシングが防止され、第1のイオン注入マスク4上にフォトレジスト膜6を成膜しても第1のイオン注入マスク4の形状が劣化しない。
However, in the present embodiment, as a result of the ion implantation into the first
図4を参照して、次に、フォトレジスト膜6を形成したSiC基板をフォトレジスト膜6を形成した加熱温度と同じか、さらに高い温度で加熱する。この加熱工程をリベーク工程と呼ぶ。その後、アルカリ現像液で現像することによって、フォトレジスト膜6がアルカリ溶液によって溶けるため架橋していない不要部分を除去して、化学増幅ネガ型レジストが架橋した架橋層からなる第2のイオン注入マスク7を第1のイオン注入マスク4の側壁および上壁などの表面上に残す。
Referring to FIG. 4, next, the SiC substrate on which photoresist film 6 is formed is heated at the same or higher temperature than the heating temperature at which photoresist film 6 is formed. This heating process is called a rebaking process. Thereafter, by developing with an alkali developer, the photoresist film 6 is dissolved by the alkali solution so that unnecessary portions that are not crosslinked are removed, and a second ion implantation mask comprising a crosslinked layer in which the chemically amplified negative resist is crosslinked. 7 is left on the surface of the first
化学増幅ネガ型レジストのパターン形成メカニズムについて以下説明する。通常、化学増幅ネガ型レジストに紫外線照射(露光)すると、酸発生材から酸が生じ、その後基板加熱すると、熱拡散した酸が架橋材と反応して架橋材に反応点を生成すると同時に新たな酸を発生させる。新たに生じた酸は再び熱拡散して架橋材との反応を繰り返す。架橋材の反応点を介してベース樹脂同士が架橋することによって、化学増幅ネガ型レジストの露光部は現像液に対して不溶となる。 The pattern formation mechanism of the chemically amplified negative resist will be described below. Normally, when a chemically amplified negative resist is irradiated (exposed) with ultraviolet light, an acid is generated from the acid generating material, and when the substrate is heated thereafter, the thermally diffused acid reacts with the cross-linking material to generate a reactive site in the cross-linking material and at the same time Generate acid. The newly generated acid is thermally diffused again and repeats the reaction with the cross-linking material. When the base resins are cross-linked through the reaction point of the cross-linking material, the exposed portion of the chemically amplified negative resist becomes insoluble in the developer.
本実施の形態では、フォトレジスト膜6の化学増幅ネガ型レジストに対して紫外線照射(露光)を行う代わりに、SiC基板を加熱処理することにより、第1のイオン注入マスク4から熱拡散した酸によってフォトレジスト膜6内に第2のイオン注入マスク7となる架橋層を形成することが特徴である。フォトレジスト膜6内を熱拡散する酸は、第1のイオン注入マスク4の表面から等方的に拡散するため、第1のイオン注入マスク4の側壁に密接して形成される第2のイオン注入マスク7となる架橋層の厚さを均一に形成することができる。
In the present embodiment, instead of performing ultraviolet irradiation (exposure) on the chemically amplified negative resist of the photoresist film 6, the acid diffused from the first
また、フォトレジスト膜6に紫外線照射などで露光しなくても、形成された架橋層は現像液に対して不溶となり、フォトレジスト膜6にネガ型レジストを用いるため架橋層以外の部は現像する工程により削除される。よって露光する工程を削除することができる。 Further, even if the photoresist film 6 is not exposed by ultraviolet irradiation or the like, the formed crosslinked layer becomes insoluble in the developer, and a negative resist is used for the photoresist film 6 so that portions other than the crosslinked layer are developed. It is deleted by the process. Therefore, the exposure process can be deleted.
また、本実施の形態では、第2のイオン注入マスクを形成するために、反応性イオンエッチングを用いないために、SiC基板表面へのプラズマダメージが存在しないという効果が得られる。また、第2のイオン注入マスクのコーナー部がプラズマによってエッチングされないため、形状劣化が生じないという効果がある。 In the present embodiment, since reactive ion etching is not used to form the second ion implantation mask, there is an effect that there is no plasma damage to the SiC substrate surface. In addition, since the corner portion of the second ion implantation mask is not etched by the plasma, there is an effect that the shape does not deteriorate.
次に、第1のイオン注入マスク4と第2のイオン注入マスク7をマスクとして第1の不純物領域であるp型ベース領域5の表層部に第2の電導型不純物としてn型不純物のイオン注入を行い、第2の不純物領域としてn+型ソース領域8を形成する。イオン注入条件の一例を挙げると、イオン注入する不純物は窒素(N)元素を用い、注入時の基板温度は25℃であり、基板表面から深さ0.3μmまでのN元素の濃度が3×1019個/cm3のボックスプロファイルである。
Next, using the first
第1の不純物領域であるp型ベース領域5の外縁境界は第1のイオン注入マスク4によって定義され、第2の不純物領域であるn+型ソース領域8の外縁境界は第2のイオン注入マスク7によって定義される。第2のイオン注入マスク7は第1のイオン注入マスク4の表面から等方的に形成されることから、p型ベース領域5の外縁境界からn+型ソース領域8の外縁境界までの距離は第1イオン注入マスクの左右で等しくなる。また、チャネル長はp型ベース領域5の外縁境界からn+型ソース領域8の外縁境界までの距離であるため、第1イオン注入マスク4の右側に接した右チャネル長と、左側に接した左チャネル長との長さは同じになり、おのおののチャネル長の寸法は第1のイオン注入マスク4の側壁に形成される第2のイオン注入マスク7の厚みに等しい。
The outer edge boundary of the p-
したがって、左右のチャネル長はp型ベース領域5の外縁境界に接して第2のイオン注入マスク7の厚みに等しくなるように自己整合的に形成される。
Accordingly, the left and right channel lengths are formed in a self-aligned manner so as to be in contact with the outer edge boundary of the p-
図5を参照して、第1のイオン注入マスク4と第2のイオン注入マスク7を除去したあと、熱酸化して基板表面に所望の厚みのゲート絶縁膜9を成長させる。次に、ゲート絶縁膜9上に減圧CVD法などで多結晶Si膜を成膜しドーピングを行い導電性を付与し、パターニングしてゲート電極10を形成する。その後、図示していないがソース電極とドレイン電極および内部配線を形成してプレーナ型パワーMOSFETセルが完成する。
Referring to FIG. 5, after removing first
本実施の形態では、フォトレジスト膜3にポジ型レジストを用いたが、ネガ型レジストを用いても良い。また、フォトレジスト膜6はかならずしも感光させる必要がないため、酸発生材を含まなくてもよく、ベース樹脂、架橋材、有機溶媒を主成分としても良い。この場合、酸発生材の代わりに架橋材を増加させることが可能となるため、架橋層の厚さをさらに厚くすることができるという効果がある。 In the present embodiment, a positive resist is used for the photoresist film 3, but a negative resist may be used. Further, since the photoresist film 6 does not necessarily need to be exposed to light, it does not need to contain an acid generator, and may contain a base resin, a cross-linking material, and an organic solvent as main components. In this case, since it is possible to increase the cross-linking material instead of the acid generating material, there is an effect that the thickness of the cross-linking layer can be further increased.
また、レジスト間のミキシングを防止するために、フォトレジスト膜3の有機溶媒はフォトレジスト膜6のベース樹脂に対して貧溶媒となり、フォトレジスト膜6の有機溶媒はフォトレジスト膜3のベース樹脂に対して貧溶媒となることが望ましい。つまり、フォトレジスト膜3とフォトレジスト膜6の有機溶媒は互いのフォトレジストのベース樹脂に対して貧溶媒となることが望ましい。 In order to prevent mixing between the resists, the organic solvent of the photoresist film 3 becomes a poor solvent for the base resin of the photoresist film 6, and the organic solvent of the photoresist film 6 becomes the base resin of the photoresist film 3. On the other hand, it is desirable to be a poor solvent. That is, it is desirable that the organic solvent of the photoresist film 3 and the photoresist film 6 is a poor solvent for the base resin of each other's photoresist.
また、フォトレジスト膜6が水溶性ベース樹脂、架橋材、溶媒として水を主成分とする場合には、レジスト間のミキシングが発生しないため、レジストパターンの微細性やレジストパターン寸法制御性に優れたフォトレジストをフォトレジスト膜3のレジスト材として選択することができるという効果が生じる。 In addition, when the photoresist film 6 is mainly composed of water as a water-soluble base resin, a cross-linking material, and a solvent, mixing between resists does not occur, so that the resist pattern is fine and resist pattern dimension controllability is excellent. There is an effect that a photoresist can be selected as a resist material for the photoresist film 3.
また、フォトレジスト膜6を現像する前に紫外線照射(露光)を追加すると、フォトレジスト膜6の溶解性が変化するため、第2のイオン注入マスク7の形状を制御することができるという効果が生じる。
In addition, if ultraviolet irradiation (exposure) is added before developing the photoresist film 6, the solubility of the photoresist film 6 changes, so that the shape of the second
また、本実施の形態ではフォトレジスト膜3とフォトレジスト膜6をアルカリ現像液で現像しているが、有機溶媒を用いてフォトレジスト膜6を除去しても良い。 In this embodiment, the photoresist film 3 and the photoresist film 6 are developed with an alkali developer, but the photoresist film 6 may be removed using an organic solvent.
[実施の形態2]
実施の形態1ではチャネル長の長さと等しい架橋層の厚さを厚くする場合には、フォトレジスト膜6を形成した後に実施するリベーク工程の加熱時間を長くしたり、加熱温度を高くしたりする必要があった。しかし、酸性物質の拡散距離は加熱時間の平方根に比例するため、チャネル長を長くするには、長時間の加熱時間が必要となり、半導体製造工程のスループットが低下するという課題が生じた。また、加熱温度が高くなるとフォトレジスト膜6が現像液に対して溶解しにくくなり、第2のイオン注入マスク7の膜厚均一性が劣化するという現象が生じた。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, when the thickness of the crosslinked layer equal to the channel length is increased, the heating time of the rebaking process to be performed after forming the photoresist film 6 is increased, or the heating temperature is increased. There was a need. However, since the diffusion distance of the acidic substance is proportional to the square root of the heating time, a long heating time is required to increase the channel length, resulting in a problem that the throughput of the semiconductor manufacturing process is reduced. Further, when the heating temperature is increased, the photoresist film 6 becomes difficult to dissolve in the developer, and the phenomenon that the film thickness uniformity of the second
本実施の形態ではこの課題を解決して、第2のイオン注入マスク7の膜厚をさらに厚く形成することにより、チャネル長をさらに長くする方法について説明する。
In this embodiment, a method for solving this problem and further increasing the channel length by forming the second
まず、実施の形態1と同様にn-型SiCエピ膜2付きのn+型SiC基板1の上に化学増幅ポジ型レジストを塗布した後に加熱して、例えば膜厚2.5μmのフォトレジスト膜3を形成する(図1)。このとき、フォトレジスト膜3を形成するレジストとして化学増幅レジストを用いることが本実施の形態の特徴である。化学増幅ポジ型レジストは溶解抑制材、酸発生材、ベース樹脂と有機溶媒を主成分としている。
First, as in the first embodiment, a chemically amplified positive resist is applied on the n + -
その他の工程は実施の形態1と同様のため、説明を省略する。 Other steps are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
実施の形態1との違いは、第1のイオン注入(図2)によって第1のイオン注入マスク4であるフォトレジストが分解して、有機酸や水素イオンなどの酸が生じるときに酸発生材から発生した酸がさらに加わるため、実施の形態1の場合よりも第1のイオン注入マスク4中の酸発生物質の酸濃度が増加することである。
The difference from the first embodiment is that when the photoresist as the first
また、フォトレジスト膜6を形成後リベーク工程(図3)を行うことにより、第1のイオン注入によって第1のイオン注入マスク4中の酸発生材から生じた酸がフォトレジスト膜6へ拡散するため、フォトレジスト膜6へ拡散する酸性物質の量が増加し、架橋層の厚さを実施の形態1よりも厚くすることができ、チャネル長を長くすることができる。
Further, by performing a rebaking step (FIG. 3) after forming the photoresist film 6, the acid generated from the acid generating material in the first
さらに、第1のイオン注入マスク4内の酸性物質の量を増加させるために、第1のイオン注入マスク4を形成してからリベーク工程までの間に、第1のイオン注入マスク4に紫外線照射(露光)を行っても良い。紫外線照射(露光)によって第1のイオン注入マスク4内の未反応な酸発生材から酸が発生するので、架橋層の厚さをさらに厚くできると同時に、架橋層の厚さを紫外線照射量によって制御することができる。
Further, in order to increase the amount of the acidic substance in the first
また、フォトレジスト膜3に酸性物質を添加しても、第1のイオン注入マスク4中の酸発生材から生じた酸がフォトレジスト膜6へ拡散するため、フォトレジスト膜6へ拡散する酸性物質の量が増加し、架橋層の厚さが増加するという同様な効果が得られる。酸性物質の添加方法として、例えばカルボン酸、スルフォン酸、フェノール、酒石酸などの有機酸や塩酸、シュウ酸などの無機酸をフォトレジスト膜3に添加しても良いし、第1のイオン注入マスク4を形成したSiC基板をこれらの酸溶液に含浸させて第1のイオン注入マスク4に酸性物質を浸透させても良い。
Even if an acidic substance is added to the photoresist film 3, the acid generated from the acid generating material in the first
本実施の形態では第1のイオン注入マスク4として化学増幅ポジ型レジストを用いたが化学増幅ネガ型レジストを用いても良い。化学増幅ネガ型レジストは酸発生材、架橋材、ベース樹脂と有機溶媒を主成分としている。すなわち、化学増幅ネガ型レジストは架橋材を含んでいるため、フォトレジスト膜6と架橋しやすいという特徴があり、フォトレジスト膜6の架橋層と第1のイオン注入マスク4との密着性が増加するという効果がある。
In the present embodiment, a chemically amplified positive resist is used as the first
また、本実施の形態でもフォトレジスト膜6のレジスト材として実施の形態1と同様に酸発生材を含まなくても良く、ベース樹脂、架橋材、有機溶媒を主成分としてレジスト材を組み合わせて適用することができる。この場合、酸発生材の代わりに架橋材を増加させることが可能となるため、架橋層の厚さをさらに厚くすることができるという効果がある。 Also in this embodiment, the resist material for the photoresist film 6 does not need to contain an acid generator as in the first embodiment, and is applied in combination with a resist material mainly composed of a base resin, a crosslinking material, and an organic solvent. can do. In this case, since it is possible to increase the cross-linking material instead of the acid generating material, there is an effect that the thickness of the cross-linking layer can be further increased.
[実施の形態3]
本実施の形態では、フォトレジスト膜6の架橋層の厚さを厚くするもう一つの方法について説明する。
[Embodiment 3]
In the present embodiment, another method for increasing the thickness of the crosslinked layer of the photoresist film 6 will be described.
本実施の形態では、実施の形態1におけるフォトレジスト膜3が2層または3層以上の有機材の積層膜からなることが特徴である。 The present embodiment is characterized in that the photoresist film 3 in the first embodiment is made of a laminated film of two or more organic materials.
図6を参照して、まず、n-型SiCエピ膜2付きのn+型SiC基板1の上に第1のレジストを塗布して加熱することによって溶媒を蒸発させて、例えば膜厚1.8μmのフォトレジスト膜11を形成する。次に、フォトレジスト膜11の上に第1のレジストと溶媒の異なる第2のレジストを塗布した後、加熱することによって例えば膜厚1.0μmのフォトレジスト膜12を形成する。このようにして、フォトレジスト膜11とフォトレジスト膜12からなるレジストの積層膜をSiC基板上に形成する。
Referring to FIG. 6, first, a first resist is applied on n + -
次に、フォトリソグラフィを用いてパターン転写と、アルカリ現像液で現像を行うことによって、第1のレジストマスク13と第2のレジストマスク14の積層膜からなる第1のイオン注入マスク4を形成する。
Next, pattern transfer using photolithography and development with an alkali developer are performed to form a first
ここで、第1のイオン注入マスク4は複数層のフォトレジストの積層体から形成されており、下層側である第1のレジストマスク13のレジストパターン寸法が上層側である第2のレジストマスク14のレジストパターンよりも幅が小さいことが本実施の形態の特徴であり、以下に形成方法を説明する。
Here, the first
第1のレジストと第2のレジストがポジ型レジストの場合は、第1のレジストのレジスト感度が第2のレジストのレジスト感度と等しいか、もしくはさらに感度の高いレジストを選択することによって、フォトリソグラフィ後の第1のレジストのレジストパターン寸法を第2のレジストパターン寸法以下にできる。一方、第1のレジストと第2のレジストがネガ型レジストの場合には、第1のレジストのレジスト感度を第2のレジストのレジスト感度と等しいか、もしくはさらに感度の低いレジストを選択すればよい。 In the case where the first resist and the second resist are positive resists, the resist sensitivity of the first resist is equal to the resist sensitivity of the second resist, or a resist having higher sensitivity is selected. The resist pattern dimension of the subsequent first resist can be made equal to or smaller than the second resist pattern dimension. On the other hand, when the first resist and the second resist are negative resists, the resist sensitivity of the first resist is equal to the resist sensitivity of the second resist, or a resist with lower sensitivity may be selected. .
その他の工程は実施の形態1と同様のため、説明を省略する。 Other steps are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
実施の形態1との違いは、第1のイオン注入を行うとき、第2のレジストマスク14の下に第1のレジストマスク13がない場所のn-型SiCエピ膜2表面では、p型のイオン注入量が低下する。
The difference from the first embodiment is that, when the first ion implantation is performed, the surface of the n − -type
また、第1のイオン注入によってフォトレジストが分解するとき、第2のレジストマスク14が第1のレジストマスク13に対するマスクとなるため、第1のレジストマスク13へのイオン注入量が第2のレジストマスク14へのイオン注入量よりも減少する。すなわち、第1のイオン注入によって生じる第1のレジストマスク13の架橋や炭化が抑制できるという効果が生じる。
In addition, when the photoresist is decomposed by the first ion implantation, the second resist
以上から第1のレジストマスク13の側面に形成される架橋層や炭化層の厚さが減少するため、第1のレジストマスク13の酸性物質は熱拡散しやすくなるという効果が生じる。よって、フォトレジスト膜6を形成し、加熱工程および現像すると第1のレジストマスク13の側面に形成される架橋層の厚さは、第2のレジストマスク14の側面に形成される架橋層の厚さよりも厚くなる。
As described above, since the thickness of the cross-linked layer and the carbonized layer formed on the side surface of the first resist
また、イオン注入によって形成されるチャネル長の寸法は、第1のレジストマスク13の側壁に形成される第2のイオン注入マスク7の厚みから、第2のレジストマスク14のレジストパターン寸法と第1のレジストマスク13のレジストパターン寸法との差の半分を差し引いた値に等しい。よって、第1のレジストマスク13の側面に形成される架橋層が厚くなれば、チャネル長も長くなる。
Further, the dimension of the channel length formed by ion implantation is the same as the resist pattern dimension of the second resist
また、第2のイオン注入マスク7は第1のイオン注入マスク4である第1のレジストマスク13および第2のレジストマスク14の表面から等方的に熱拡散して形成されることから、p型ベース領域5の外縁境界からn+型ソース領域8の外縁境界までの距離は左右等しくなり、左右のチャネル長は第1のイオン注入マスク4に対して自己整合的に形成することが出来る。
Further, since the second
本実施の形態では、第1のイオン注入マスク4が第1のレジストマスク13と第2のレジストマスク14で構成されているが、第1のレジストマスク13と第2のレジストマスク14との間に第3のレジストマスクを挿入しても良い。第3のレジストマスクを挿入することで、第1のレジストマスク13と第2のレジストマスク14のミキシングを防止することができる。したがって、本実施の形態では2層または3層以上からなるレジストの積層膜を第1のイオン注入マスク4として用いることが含まれる。
In the present embodiment, the first
また、本実施の形態でもフォトレジスト膜6のレジスト材として実施の形態1と同様に酸発生材を含まなくても良く、ベース樹脂、架橋材、有機溶媒を主成分としてレジスト材を組み合わせて適用することができる。この場合、酸発生材の代わりに架橋材を増加させることが可能となるため、架橋層の厚さをさらに厚くすることができるという効果がある。 Also in this embodiment, the resist material for the photoresist film 6 does not need to contain an acid generator as in the first embodiment, and is applied in combination with a resist material mainly composed of a base resin, a crosslinking material, and an organic solvent. can do. In this case, since it is possible to increase the cross-linking material instead of the acid generating material, there is an effect that the thickness of the cross-linking layer can be further increased.
1 n+型SiC基板、2 n-型SiCエピ膜、3,6,11,12 フォトレジスト膜、4 第1のイオン注入マスク、5 p型ベース領域、7 第2のイオン注入マスク、8 n+型ソース領域、9 ゲート絶縁膜、10 ゲート電極、13 第1のレジストマスク、14 第2のレジストマスク。 1 n + type SiC substrate, 2 n − type SiC epi film, 3, 6, 11, 12 photoresist film, 4 first ion implantation mask, 5 p type base region, 7 second ion implantation mask, 8 n + Type source region, 9 gate insulating film, 10 gate electrode, 13 first resist mask, 14 second resist mask.
Claims (4)
(b)前記第1のイオン注入マスクを介して前記SiC下地の表層部に第1の電導型不純物のイオン注入を行うことによって、前記フォトレジストを分解させて前記第1のイオン注入マスクに酸を発生させるとともに、第1の不純物領域を形成する工程と、
(c)前記SiC下地および前記第1のイオン注入マスクの表面上に化学増幅ネガ型レジストよりなるフォトレジスト膜を形成し加熱することによって、前記第1のイオン注入マスクから前記フォトレジスト膜に向けて前記酸を熱拡散させ、前記フォトレジスト膜内に架橋層を形成する工程と、
(d)前記フォトレジスト膜を現像して前記架橋層からなる第2のイオン注入マスクを前記第1のイオン注入マスクの側壁に残す工程と、
(e)前記第1,第2のイオン注入マスクを介して前記第1の不純物領域の表層部に第2の電導型不純物のイオン注入を行い、第2の不純物領域を形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法。 (A) forming a first ion implantation mask made of a photoresist on the surface of the SiC base;
(B) by the first of the first conducting type impurity ion implantation rows Ukoto a surface portion of the SiC underlying via an ion implantation mask, the by decomposing the photoresist first ion implantation mask Generating an acid and forming a first impurity region;
(C) A photoresist film made of a chemically amplified negative resist is formed on the surface of the SiC underlayer and the first ion implantation mask and heated, so that the first ion implantation mask is directed toward the photoresist film. Thermally diffusing the acid to form a crosslinked layer in the photoresist film ;
And (d) thereby leaving a second ion implantation mask made from the crosslinked layer by developing the photoresist film on a sidewall of the first ion implantation mask,
(E) performing a second conductivity type impurity ion implantation on the surface layer portion of the first impurity region through the first and second ion implantation masks to form a second impurity region; A method for manufacturing a semiconductor device.
前記化学増幅ネガ型レジストを塗布した後に加熱することによって、前記フォトレジスト膜を形成する工程と、
前記フォトレジスト膜を形成する工程の後に、前記化学増幅ネガ型レジストを塗布した後の加熱温度と同じかそれよりも高い温度で加熱処理をする工程と、を備える請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The step (c)
Forming the photoresist film by heating after applying the chemically amplified negative resist ; and
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of performing a heat treatment at a temperature equal to or higher than a heating temperature after applying the chemically amplified negative resist after the step of forming the photoresist film . Production method.
前記フォトレジストに化学増幅型レジストを用いることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 In the step (a) ,
The method according to claim 1, wherein the use of chemically amplified resist to the photo registry.
前記第1のイオン注入マスクとして、下層側が上層側よりも幅の小さい複数層のフォトレジストの積層体を形成する工程を備える請求項1記載の半導体装置の製造方法。 Wherein step (a),
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising a step of forming, as the first ion implantation mask, a multilayered structure of a plurality of layers of photoresist whose lower layer side is narrower than the upper layer side .
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