JP6287193B2 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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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、特定的には、オフ角を有する主面を含む炭化珪素基板を用いる炭化珪素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 silicon carbide semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device using a silicon carbide substrate including a main surface having an off angle.

近年、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。   In recent years, in order to enable a semiconductor device to have a high breakdown voltage, low loss, use under a high temperature environment, etc., silicon carbide is being adopted as a material constituting the semiconductor device. Silicon carbide is a wide band gap semiconductor having a larger band gap than silicon that has been widely used as a material for forming semiconductor devices. Therefore, by adopting silicon carbide as a material constituting the semiconductor device, it is possible to achieve a high breakdown voltage and a low on-resistance of the semiconductor device. In addition, a semiconductor device that employs silicon carbide as a material has an advantage that a decrease in characteristics when used in a high temperature environment is small as compared with a semiconductor device that employs silicon as a material.

{0001}面に対してオフ角を有する主面を含む炭化珪素基板の主面に対して炭化珪素エピタキシャル層を成長させると、エピタキシャル層が炭化珪素基板の主面上にステップフロー成長する。そのため、エピタキシャル層形成前に炭化珪素基板の主面に形成されたアライメントマークの形状に対して、エピタキシャル層は等方的に成長するのではなく、ある特定方向に成長する。結果として、エピタキシャル層成長後のアライメントマークの形状が変形してしまうので、精度良くアライメントを行うことができない。   When the silicon carbide epitaxial layer is grown on the main surface of the silicon carbide substrate including the main surface having an off angle with respect to the {0001} plane, the epitaxial layer is step-flow grown on the main surface of the silicon carbide substrate. Therefore, the epitaxial layer does not grow isotropically but grows in a specific direction with respect to the shape of the alignment mark formed on the main surface of the silicon carbide substrate before forming the epitaxial layer. As a result, since the shape of the alignment mark after the epitaxial layer growth is deformed, alignment cannot be performed with high accuracy.

オフ角を有する主面を含む炭化珪素基板を用いた場合のアライメント精度を高める方法として、たとえば特開2011−100928号公報(特許文献1)には、オフ方向が<11−20>である炭化珪素基板にアライメントマークを形成する方法が記載されている。特開2011−100928号公報に記載の方法によれば、開口部の形状がオフ方向に対して対称であり、かつオフ方向の最も下流側に位置する部分に頂点を有する多角形状を有するトレンチがアライメントマークとして使用される。これにより、炭化珪素基板とマスクとの位置合わせを高精度に行うことができるとされている。   As a method for improving alignment accuracy when a silicon carbide substrate including a main surface having an off angle is used, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-1000092 (Patent Document 1), the off direction is <11-20>. A method for forming alignment marks on a silicon substrate is described. According to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-1000092, the trench having a polygonal shape in which the shape of the opening is symmetric with respect to the off direction and the apex is located at the most downstream side in the off direction. Used as an alignment mark. Thereby, it is supposed that alignment with a silicon carbide substrate and a mask can be performed with high precision.

また特開2013−65650号公報(特許文献2)には、アライメントマークの形状が変形した場合に、変形による影響を補正して本来の位置に光学マスクの位置合わせが行われる工程を有する炭化珪素半導体装置の製造方法が記載されている。これにより、オフ基板を用いた場合にも正確に写真製版の光学マスクの位置合わせができるとされている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2013-65650 (Patent Document 2) discloses a silicon carbide having a process in which, when the shape of an alignment mark is deformed, the influence of the deformation is corrected and the optical mask is aligned at the original position. A method for manufacturing a semiconductor device is described. Thereby, even when an off-substrate is used, it is said that the alignment of the photolithography optical mask can be accurately performed.

さらに特開2009−170558号公報(特許文献3)には、デバイスを形成するための第1のトレンチおよびアライメントマークとして利用するための第2のトレンチを、第1のトレンチの立体角が第2のトレンチの立体角よりも大きくなるように形成することが記載されている。これにより、第1のトレンチの底部の成長レートを第2のトレンチの底部の成長レートよりも大きくすることができるので、基板の主面を平坦化した際に、第2のトレンチが形成されていた部分に凹部が形成され、当該凹部がアライメントマークとして利用できるとされている。   Furthermore, JP 2009-170558 A (Patent Document 3) discloses that a first trench for forming a device and a second trench for use as an alignment mark have a second solid angle of the first trench. It is described that it is formed to be larger than the solid angle of the trench. As a result, the growth rate of the bottom of the first trench can be made larger than the growth rate of the bottom of the second trench, so that the second trench is formed when the main surface of the substrate is planarized. A concave portion is formed in the portion, and the concave portion can be used as an alignment mark.

特開2011−100928号公報JP 2011-1000092 A 特開2013−65650号公報JP 2013-65650 A 特開2009−170558号公報JP 2009-170558 A

しかしながら、特開2011−100928号公報、特開2013−65650号公報または特開2009−170558号公報に記載の方法を用いた場合であっても、オフ角を有する主面を含む炭化珪素基板に対してアライメントマークを形成してアライメントを実施する際に、十分に高いアライメント精度を得ることができない場合があった。   However, even when the method described in JP2011-100908A, JP2013-65650A, or JP2009-170558A is used, a silicon carbide substrate including a main surface having an off angle is used. On the other hand, when alignment is performed by forming alignment marks, sufficiently high alignment accuracy may not be obtained.

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、アライメント精度を向上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。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device capable of improving alignment accuracy.

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。{0001}面に対してオフ角を有する主面を含む炭化珪素基板が準備される。炭化珪素基板の主面上にマスク層が形成される。マスク層を用いて炭化珪素基板の主面に、主面と連接する側部と側部と連接する底部とからなる凹状のアライメントマークが形成される。マスク層の表面、アライメントマークの側部および底部の各々を覆うように保護膜が形成される。アライメントマークの側部および底部の各々を覆う保護膜の第1の部分を残しつつ、マスク層の表面を覆う保護膜の第2の部分がマスク層とともに除去される。マスク層を除去した後、炭化珪素基板の主面上にエピタキシャル層が形成される。アライメントマークを利用して、エピタキシャル層に対して処理が行われる。   A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes the following steps. A silicon carbide substrate including a main surface having an off angle with respect to the {0001} plane is prepared. A mask layer is formed on the main surface of the silicon carbide substrate. A concave alignment mark is formed on the main surface of the silicon carbide substrate using the mask layer. The concave alignment mark includes a side portion connected to the main surface and a bottom portion connected to the side portion. A protective film is formed so as to cover the surface of the mask layer and the side and bottom portions of the alignment mark. The second portion of the protective film covering the surface of the mask layer is removed together with the mask layer while leaving the first portion of the protective film covering each of the side and bottom portions of the alignment mark. After removing the mask layer, an epitaxial layer is formed on the main surface of the silicon carbide substrate. Processing is performed on the epitaxial layer using the alignment mark.

本発明によれば、アライメント精度を向上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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which can improve alignment precision can be provided.

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のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第1の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 1st process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第1の工程を概略的に示す平面模式図である。1 is a schematic plan view schematically showing a first step of a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 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の第2の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 2nd process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第3の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 3rd process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第4の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 4th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第5の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 5th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第6の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 6th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第7の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 7th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第8の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 8th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第9の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 9th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第10の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 10th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第11の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 11th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第12の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 12th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第13の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 13th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第14の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 14th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第15の工程を概略的に示す断面模式図である。FIG. 22 is a schematic cross sectional view schematically showing a fifteenth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 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の第16の工程を概略的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows schematically the 16th process of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention. 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の第5の工程の第1の変形例を概略的に示す断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross sectional view schematically showing a first modification of the fifth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 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の第5の工程の第2の変形例を概略的に示す断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross sectional view schematically showing a second modification of the fifth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 薄いマスクを用いて形成された保護膜の形状を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the shape of the protective film formed using the thin mask. 厚いマスクを用いて形成された保護膜の形状を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the shape of the protective film formed using the thick mask.

[本願発明の実施形態の説明]
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。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、その説明は繰り返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”−”(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
[Description of Embodiment of Present Invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. In the crystallographic description in this specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. In addition, a negative crystallographic index is usually expressed by adding a “-” (bar) above a number, but in this specification a negative sign is added before the number. Yes.

(1)実施の形態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。{0001}面に対してオフ角を有する主面10aを含む炭化珪素基板10が準備される。炭化珪素基板10の主面10a上にマスク層20が形成される。マスク層20を用いて炭化珪素基板10の主面10aに、主面10aと連接する側部1aと側部1aと連接する底部1bとからなる凹状のアライメントマーク1が形成される。マスク層20の表面20a、アライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々を覆うように保護膜30が形成される。アライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々を覆う保護膜30の第1の部分30aを残しつつ、マスク層20の表面20aを覆う保護膜30の第2の部分30bがマスク層20とともに除去される。マスク層20を除去した後、炭化珪素基板10の主面10a上にエピタキシャル層12が形成される。アライメントマーク1を利用して、エピタキシャル層12に対して処理が行われる。   (1) The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment has the following processes. Silicon carbide substrate 10 including main surface 10a having an off angle with respect to the {0001} plane is prepared. Mask layer 20 is formed on main surface 10a of silicon carbide substrate 10. Using mask layer 20, concave alignment mark 1 is formed on main surface 10a of silicon carbide substrate 10 including side portion 1a connected to main surface 10a and bottom portion 1b connected to side portion 1a. A protective film 30 is formed so as to cover the surface 20 a of the mask layer 20, the side portion 1 a and the bottom portion 1 b of the alignment mark 1. The second portion 30b of the protective film 30 covering the surface 20a of the mask layer 20 is removed together with the mask layer 20 while leaving the first portion 30a of the protective film 30 covering each of the side portion 1a and the bottom portion 1b of the alignment mark 1. Is done. After removing mask layer 20, epitaxial layer 12 is formed on main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. Using the alignment mark 1, the epitaxial layer 12 is processed.

上記(1)に係る炭化珪素半導体装置100の製造方法によれば、アライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々を覆う保護膜30の第1の部分30aが残されたアライメントマーク1が形成される。これにより、炭化珪素基板10の主面10a上にエピタキシャル層12が形成される際に、アライメントマークの側部1aおよび底部1bの各々上に炭化珪素がステップフロー成長することを抑制することができる。これにより、アライメントマーク1が非対称に変形して、アライメント精度が悪化することを抑制することができる。結果として、オフ角を有する第1の主面10aを含む炭化珪素基板10を有する炭化珪素半導体装置100を製造する工程におけるアライメント精度を向上することができる。   According to the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 100 according to (1) above, alignment mark 1 is formed in which first portion 30a of protective film 30 covering each of side portion 1a and bottom portion 1b of alignment mark 1 is left. Is done. Thereby, when epitaxial layer 12 is formed on main surface 10a of silicon carbide substrate 10, it is possible to suppress step flow growth of silicon carbide on each of side portion 1a and bottom portion 1b of the alignment mark. . Thereby, it can suppress that the alignment mark 1 deform | transforms asymmetrically and alignment accuracy deteriorates. As a result, alignment accuracy in the process of manufacturing silicon carbide semiconductor device 100 having silicon carbide substrate 10 including first main surface 10a having an off angle can be improved.

(2)上記(1)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、エピタキシャル層12に対して処理を行う工程は、エピタキシャル層12に対して不純物領域84を形成する工程を含む。これにより、不純物領域84を形成すう工程におけるアライメント精度を向上することができる。   (2) Preferably, in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to (1), the step of processing epitaxial layer 12 includes the step of forming impurity region 84 on epitaxial layer 12. Thereby, the alignment accuracy in the process of forming the impurity region 84 can be improved.

(3)上記(1)または(2)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、保護膜30を構成する材料は、エピタキシャル層12を形成する工程における炭化珪素基板10の温度よりも高い融点を有する。これにより、エピタキシャル層12を形成する工程において、保護膜30が融解することで保護膜30を構成する元素がエピタキシャル層12に混入することを抑制することができる。   (3) Preferably in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to (1) or (2) above, the material constituting protective film 30 is higher than the temperature of silicon carbide substrate 10 in the step of forming epitaxial layer 12. Has a melting point. Thereby, in the process of forming the epitaxial layer 12, it can suppress that the element which comprises the protective film 30 mixes into the epitaxial layer 12 because the protective film 30 fuse | melts.

(4)上記(3)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、保護膜30を構成する材料は、炭化タンタルまたは炭素材料を含む。これにより、保護膜30上に炭化珪素がステップフロー成長することを抑制することができる。結果として、アライメントマーク1が非対称に変形して、アライメント精度が悪化することを抑制することができる。   (4) Preferably in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to (3) above, the material forming protective film 30 includes tantalum carbide or a carbon material. Thereby, it is possible to suppress the step flow growth of silicon carbide on protective film 30. As a result, it can be suppressed that the alignment mark 1 is deformed asymmetrically and the alignment accuracy is deteriorated.

(5)上記(1)〜(4)のいずれか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、マスク層20の厚みは、0.5μm以上2.0μm以下である。マスク層20の厚みが0.5μmよりも小さいと、アライメントマーク1の側部1aの上部まで保護膜30の第1の部分30aが形成される。この場合、マスク層20の側面20bに接している保護膜30の第2の部分30bが第1の部分30aと繋がる。保護膜30の第2の部分30bが第1の部分30aと繋がると、マスク層20をリフトオフする際に、保護膜30の第2の部分30bとともに第1の部分30aが除去されるおそれがある。保護膜30の第1の部分30aに覆われてないアライメントマーク1の側部1aにおいて、炭化珪素がステップフロー成長するため、炭化珪素基板10の主面10aに対して非対称なアライメントマーク1が形成される。結果としてアライメント精度が悪化する。一方、マスク層20の厚みがたとえば2.0μmよりも大きいと、アライメントマーク1の側部1aの下部においてのみ保護膜30の第1の部分30aが形成され、側部1aの上部には保護膜30の第1の部分30aが形成されない。エピタキシャル層を形成する際に、アライメントマークの側部1aの上部において保護膜30の第1の部分30aに覆われてない領域において、炭化珪素がステップフロー成長するため、炭化珪素基板10の主面10aに対して非対称なアライメントマーク1が形成される。結果としてアライメント精度が悪化する。マスク層の厚みを、0.5μm以上2.0μm以下とすることにより、効率的に保護膜30をアライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々を覆うように形成することができる。   (5) Preferably in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on either of said (1)-(4), the thickness of the mask layer 20 is 0.5 micrometer or more and 2.0 micrometers or less. When the thickness of the mask layer 20 is smaller than 0.5 μm, the first portion 30 a of the protective film 30 is formed up to the upper portion of the side portion 1 a of the alignment mark 1. In this case, the second portion 30b of the protective film 30 in contact with the side surface 20b of the mask layer 20 is connected to the first portion 30a. If the second portion 30b of the protective film 30 is connected to the first portion 30a, the first portion 30a may be removed together with the second portion 30b of the protective film 30 when the mask layer 20 is lifted off. . Since silicon carbide grows in a step flow manner on the side portion 1a of the alignment mark 1 that is not covered by the first portion 30a of the protective film 30, an alignment mark 1 that is asymmetric with respect to the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 is formed. Is done. As a result, alignment accuracy deteriorates. On the other hand, when the thickness of mask layer 20 is larger than 2.0 μm, for example, first portion 30a of protective film 30 is formed only at the lower portion of side portion 1a of alignment mark 1, and the protective film is formed at the upper portion of side portion 1a. 30 first portions 30a are not formed. When the epitaxial layer is formed, silicon carbide grows in a step-flow manner in a region that is not covered by the first portion 30a of the protective film 30 above the side portion 1a of the alignment mark, so that the main surface of the silicon carbide substrate 10 An alignment mark 1 asymmetric with respect to 10a is formed. As a result, alignment accuracy deteriorates. By setting the thickness of the mask layer to 0.5 μm or more and 2.0 μm or less, the protective film 30 can be efficiently formed so as to cover each of the side portion 1 a and the bottom portion 1 b of the alignment mark 1.

[本願発明の実施形態の詳細]
図1〜図22を参照して、本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体装置としてのMOSFET100の製造方法について説明する。
[Details of the embodiment of the present invention]
With reference to FIGS. 1-22, the manufacturing method of MOSFET100 as a silicon carbide semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention is demonstrated.

まず、炭化珪素基板準備工程(S10:図1)が実施される。具体的には、図2を参照して、たとえばポリタイプ4Hを有する六方晶炭化珪素からなるインゴットをスライスすることにより炭化珪素単結晶基板80が準備される。次に、炭化珪素単結晶基板80上におけるエピタキシャル成長によって、炭化珪素からなる第1のエピタキシャル層81aが形成される。エピタキシャル成長は、たとえば原料ガスとしてシラン(SiH4)とプロパン(C38)との混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素ガス(H2)を用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法により行うことができる。この際、不純物として、たとえば窒素(N)やリン(P)を導入することが好ましい。 First, a silicon carbide substrate preparation step (S10: FIG. 1) is performed. Specifically, referring to FIG. 2, for example, silicon carbide single crystal substrate 80 is prepared by slicing an ingot made of hexagonal silicon carbide having polytype 4H. Next, first epitaxial layer 81 a made of silicon carbide is formed by epitaxial growth on silicon carbide single crystal substrate 80. Epitaxial growth is performed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using, for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) as a source gas and using, for example, hydrogen gas (H 2 ) as a carrier gas. Can do. At this time, it is preferable to introduce, for example, nitrogen (N) or phosphorus (P) as impurities.

炭化珪素基板10は、第1の主面10aと、第1の主面10aと反対側の第2の主面10bとを有する。炭化珪素基板10は、たとえば、炭化珪素単結晶基板80と、炭化珪素単結晶基板80上に形成され、かつ炭化珪素エピタキシャル層からなる第1のエピタキシャル層81aとを有する。第1のエピタキシャル層81aは、炭化珪素基板10の第1の主面10aを構成し、炭化珪素単結晶基板80が炭化珪素基板10の第2の主面10bを構成する。なお、炭化珪素基板10は、炭化珪素単結晶基板80のみから構成され、第1のエピタキシャル層81aを有していなくてもよい。   Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 10a and a second main surface 10b opposite to the first main surface 10a. Silicon carbide substrate 10 has, for example, a silicon carbide single crystal substrate 80 and a first epitaxial layer 81a formed on silicon carbide single crystal substrate 80 and made of a silicon carbide epitaxial layer. First epitaxial layer 81 a constitutes first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10, and silicon carbide single crystal substrate 80 constitutes second main surface 10 b of silicon carbide substrate 10. Silicon carbide substrate 10 is configured only from silicon carbide single crystal substrate 80, and does not need to have first epitaxial layer 81a.

図2を参照して、炭化珪素基板10の第1の主面10aは、{0001}面に対してオフ角を有する。言い換えれば、炭化珪素基板10の第1の主面10aは、{0001}面(破線で示す面)からオフ角θだけオフ方向a1にオフした面である。オフ角θは、好ましくは8°以下の角度であり、たとえば4°または8°である。具体的には、第1の主面10aの法線ベクトルzが<11−20>および<1−100>の少なくとも一方の成分を有するように、第1の主面は{0001}面からオフした面である。好ましくは、第1の主面10aの法線ベクトルzが<11−20>の成分を有するように、第1の主面10aは{0001}面からオフした面である。図2において、方向cはたとえば<000−1>方向であり、方向a1はたとえば<11−20>方向である。図2の場合において、オフ方向は方向a1(つまり<11−20>方向)である。また方向a11は、方向a1を第1の主面10aに投影した方向である。好ましくは、第1の主面10aは、(000−1)面が方向a1にオフした面である。以上のように、{0001}面に対してオフ角を有する主面10aを含む炭化珪素基板10が準備される。   Referring to FIG. 2, first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 has an off angle with respect to the {0001} plane. In other words, first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is a surface that is turned off in the off direction a1 by an off angle θ from the {0001} plane (a surface indicated by a broken line). The off angle θ is preferably an angle of 8 ° or less, for example, 4 ° or 8 °. Specifically, the first principal surface is off from the {0001} plane so that the normal vector z of the first principal surface 10a has at least one component of <11-20> and <1-100>. This is the surface. Preferably, the first main surface 10a is a surface off from the {0001} plane so that the normal vector z of the first main surface 10a has a component of <11-20>. In FIG. 2, the direction c is, for example, the <000-1> direction, and the direction a1 is, for example, the <11-20> direction. In the case of FIG. 2, the off direction is the direction a1 (that is, the <11-20> direction). The direction a11 is a direction obtained by projecting the direction a1 onto the first main surface 10a. Preferably, the first main surface 10a is a surface in which the (000-1) plane is turned off in the direction a1. As described above, silicon carbide substrate 10 including main surface 10a having an off angle with respect to the {0001} plane is prepared.

図3を参照して、炭化珪素基板10の第1の主面10aは、アライメントマーク形成領域102と、素子形成領域101とを有している。アライメントマーク形成領域102は、たとえばダイシングラインが形成される予定の領域またはダイシングラインが形成された領域である。アライメントマーク形成領域102には、凹状のダイシングライン(図示せず)が形成されていてもよい。ダイシングラインとは、炭化珪素基板10が切断される予定の領域である。アライメントマーク形成領域102は、オリエンテーションフラット部OFが延在する方向とほぼ平行(たとえば、図3のa11方向)に沿って、炭化珪素基板10の第1の主面10aを横断するように所定の間隔を隔てて複数形成されている。またアライメントマーク形成領域102は、オリエンテーションフラット部OFが延在する方向に対して垂直な方向(たとえば図3のa12方向)に沿って、炭化珪素基板10の第1の主面10aを縦断するように所定の間隔を隔てて複数形成されている。本実施の形態において、炭化珪素基板10の第1の主面10aを横断する2つの隣り合うアライメントマーク形成領域102と、第1の主面10aを縦断する2つの隣り合うアライメントマーク形成領域102とに囲まれた領域が素子形成領域101となる。 Referring to FIG. 3, first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10 has an alignment mark formation region 102 and an element formation region 101. The alignment mark formation region 102 is, for example, a region where a dicing line is to be formed or a region where a dicing line is formed. A concave dicing line (not shown) may be formed in the alignment mark formation region 102. A dicing line is a region where silicon carbide substrate 10 is to be cut. The alignment mark formation region 102, substantially parallel to the direction in which the orientation flat OF extends (e.g., a 11 direction in FIG. 3) along a predetermined transverse to the first main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 A plurality are formed with an interval of. The alignment mark formation region 102, along the direction (for example, a 12 direction in FIG. 3) perpendicular to the direction of orientation flat OF extends to cross the first main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 In this way, a plurality are formed at predetermined intervals. In the present embodiment, two adjacent alignment mark formation regions 102 that traverse first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, and two adjacent alignment mark formation regions 102 that vertically cross first main surface 10a, A region surrounded by is an element formation region 101.

次に、マスク層形成工程(S20:図1)が実施される。図4を参照して、炭化珪素基板10の第1の主面10a上にマスク層20が形成される。マスク層20は、アライメントマーク形成領域102上において開口部20bを有する。マスク層20は、素子形成領域101において炭化珪素基板10の第1の主面10a全体を覆っている。マスク層20は、たとえばレジストからなる。マスク層20の厚みは、好ましくは、0.5μm以上2.0μm以下であり、より好ましくは1.0μm以上1.5μm以下である。開口部20bの幅x1は、たとえば1μm以上500μm以下である。   Next, a mask layer forming step (S20: FIG. 1) is performed. Referring to FIG. 4, mask layer 20 is formed on first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. The mask layer 20 has an opening 20 b on the alignment mark formation region 102. Mask layer 20 covers the entire first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10 in element formation region 101. The mask layer 20 is made of a resist, for example. The thickness of the mask layer 20 is preferably 0.5 μm or more and 2.0 μm or less, and more preferably 1.0 μm or more and 1.5 μm or less. The width x1 of the opening 20b is, for example, not less than 1 μm and not more than 500 μm.

次に、アライメントマーク形成工程(S30:図1)が実施される。図5を参照して、アライメントマーク形成領域102上に開口部を有するマスク層20を用いて、炭化珪素基板10の第1の主面10a側からドライエッチングが実施される。これにより、炭化珪素基板10の第1のエピタキシャル層81aの第1の主面10aに、第1の主面10aと連接する側部1aと側部1aと連接する底部1bとからなる凹状のアライメントマーク1が形成される。アライメントマーク1の側部1aは、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対してほぼ垂直に形成され、アライメントマーク1の底部1bは、炭化珪素基板10の第1の主面10aに対してほぼ平行に形成される。凹状のアライメントマーク1の幅x2は、マスク層20の開口部20bの幅x1よりも広くなるように、凹状のアライメントマーク1が炭化珪素基板10の第1の主面10aに形成される。言い換えれば、炭化珪素基板10は、炭化珪素基板10の第1の主面10aと垂直な方向にエッチングされるとともに第1の主面10aと平行な方向にもエッチングされる。また別の見方をすれば、マスク層20の一部が凹状のアライメントマーク1の上方に位置するように、凹状のアライメントマーク1が形成される。凹状のアライメントマーク1の幅x2は、たとえば1.5μm以上500μm以下である。   Next, an alignment mark forming step (S30: FIG. 1) is performed. Referring to FIG. 5, dry etching is performed from the first main surface 10 a side of silicon carbide substrate 10 using mask layer 20 having an opening on alignment mark formation region 102. Thereby, the concave alignment which consists of the 1st main surface 10a of the 1st epitaxial layer 81a of the silicon carbide substrate 10 from the side part 1a connected with the 1st main surface 10a, and the bottom part 1b connected with the side part 1a. A mark 1 is formed. Side portion 1 a of alignment mark 1 is formed substantially perpendicular to first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10, and bottom portion 1 b of alignment mark 1 is formed with respect to first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. Are formed almost in parallel. Concave alignment mark 1 is formed on first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 such that width x2 of concave alignment mark 1 is wider than width x1 of opening 20b of mask layer 20. In other words, silicon carbide substrate 10 is etched in a direction perpendicular to first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 and also in a direction parallel to first main surface 10a. From another viewpoint, the concave alignment mark 1 is formed such that a part of the mask layer 20 is positioned above the concave alignment mark 1. The width x2 of the concave alignment mark 1 is, for example, not less than 1.5 μm and not more than 500 μm.

次に、保護膜形成工程(S40:図1)が実施される。図6を参照して、マスク層20の表面20a、マスク層20の開口部を形成する側面20b、アライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々を覆うように保護膜30が形成される。保護膜30は、たとえば炭化タンタル(TaC)または炭素材料である。炭素材料とは、炭素元素を含む材料のことであり、たとえばグラファイトまたはダイヤモンドである。好ましくは、保護膜30を構成する材料は、後述するエピタキシャル層形成する工程における炭化珪素基板10の温度よりも高い融点を有する。図6に示すように、保護膜30は、たとえば凹状のアライメントマーク1の側部1aの大部分および底部1bの全体をコーティングし、アライメントマーク1の側部1aの大部分および底部1bの全体の各々が保護膜30から露出しないように構成されている。好ましくは、保護膜30は、保護膜30の表面に炭化珪素の核発生が起こりにくい材料からなる。これにより、炭化珪素基板10の第1の主面10a全体に炭化珪素をエピタキシャル成長する場合において、保護膜30の第1の部分30a上に炭化珪素がエピタキシャル成長することを抑制することができる。なお、保護膜30は、アライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々上から単結晶炭化珪素がステップフロー成長することを抑制可能であればよく、たとえば保護膜30上に多結晶炭化珪素が堆積しても構わない。   Next, a protective film forming step (S40: FIG. 1) is performed. Referring to FIG. 6, protective film 30 is formed so as to cover each of surface 20 a of mask layer 20, side surface 20 b forming an opening of mask layer 20, side portion 1 a and bottom portion 1 b of alignment mark 1. The protective film 30 is made of, for example, tantalum carbide (TaC) or a carbon material. A carbon material is a material containing a carbon element, for example, graphite or diamond. Preferably, the material constituting protective film 30 has a melting point higher than the temperature of silicon carbide substrate 10 in the step of forming an epitaxial layer described later. As shown in FIG. 6, the protective film 30 coats, for example, most of the side portion 1a and the entire bottom portion 1b of the concave alignment mark 1, and covers most of the side portion 1a and the entire bottom portion 1b of the alignment mark 1. Each is configured not to be exposed from the protective film 30. Preferably, protective film 30 is made of a material that hardly causes silicon carbide nucleation on the surface of protective film 30. Thereby, when silicon carbide is epitaxially grown on the entire first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10, it is possible to prevent silicon carbide from growing epitaxially on first portion 30 a of protective film 30. Protective film 30 only needs to be able to suppress single-crystal silicon carbide from step-flow growth from above each of side portion 1a and bottom portion 1b of alignment mark 1. For example, polycrystalline silicon carbide is formed on protective film 30. It may be deposited.

図21を参照して、マスク層20の厚みがたとえば0.5μmよりも小さいと、保護膜30を構成する材料30c(たとえばTaC)の入射角度が浅くなる。そのため、アライメントマーク1の側部1aの上部まで保護膜30の第1の部分30aが形成される。この場合、マスク層20の側面20bに接している保護膜30の第2の部分30bが第1の部分30aと繋がる。保護膜30の第2の部分30bが第1の部分30aと繋がると、後述するマスク層除去工程(S50:図1)において、保護膜30の第2の部分30bとともに第1の部分30aが除去されるおそれがある。そのため、保護膜30の第1の部分30aは、第2の部分30bから離間して形成されることが好ましい。なお、保護膜30の第1の部分30aが第2の部分30bとともに除去されると、後述するエピタキシャル層形成工程(S60:図1)が実施されると、保護膜30の第1の部分30aに覆われてないアライメントマーク1の側部1aにおいて、炭化珪素がステップフロー成長するため、炭化珪素基板10の主面10aに対して非対称なアライメントマーク1が形成される。そのため、マスク層20の厚みt3は、0.5μm以上であることが好ましく、1.0μm以上であることがより好ましい。   Referring to FIG. 21, when the thickness of mask layer 20 is smaller than 0.5 μm, for example, the incident angle of material 30c (for example, TaC) constituting protective film 30 becomes shallow. Therefore, the first portion 30a of the protective film 30 is formed up to the upper portion of the side portion 1a of the alignment mark 1. In this case, the second portion 30b of the protective film 30 in contact with the side surface 20b of the mask layer 20 is connected to the first portion 30a. When the second portion 30b of the protective film 30 is connected to the first portion 30a, the first portion 30a is removed together with the second portion 30b of the protective film 30 in a mask layer removing step (S50: FIG. 1) described later. There is a risk of being. For this reason, it is preferable that the first portion 30a of the protective film 30 is formed away from the second portion 30b. When the first portion 30a of the protective film 30 is removed together with the second portion 30b, an epitaxial layer forming step (S60: FIG. 1) described later is performed, and then the first portion 30a of the protective film 30 is performed. Since silicon carbide grows in a step-flow manner on the side portion 1a of alignment mark 1 that is not covered with silicon, alignment mark 1 that is asymmetric with respect to main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is formed. Therefore, the thickness t3 of the mask layer 20 is preferably 0.5 μm or more, and more preferably 1.0 μm or more.

図22を参照して、マスク層20の厚みがたとえば2.0μmよりも大きいと、保護膜30を構成する材料30c(たとえばTaC)の入射角度が深くなる。そのため、アライメントマーク1の側部1aの下部においてのみ保護膜30の第1の部分30aが形成され、側部1aの上部には保護膜30の第1の部分30aが形成されない。後述するエピタキシャル層形成工程(S60:図1)が実施されると、アライメントマークの側部1aの上部において保護膜30の第1の部分30aに覆われてない領域において、炭化珪素がステップフロー成長するため、炭化珪素基板10の主面10aに対して非対称なアライメントマーク1が形成される。そのため、マスク層20の厚みt3は、2.0μm以下であることが好ましく、1.5μm以下であることがより好ましい。   Referring to FIG. 22, when the thickness of mask layer 20 is larger than 2.0 μm, for example, the incident angle of material 30c (for example, TaC) constituting protective film 30 becomes deeper. Therefore, the first portion 30a of the protective film 30 is formed only at the lower portion of the side portion 1a of the alignment mark 1, and the first portion 30a of the protective film 30 is not formed at the upper portion of the side portion 1a. When an epitaxial layer forming step (S60: FIG. 1) described later is performed, silicon carbide is step-flow grown in a region that is not covered with the first portion 30a of the protective film 30 above the side portion 1a of the alignment mark. Therefore, alignment mark 1 asymmetric with respect to main surface 10a of silicon carbide substrate 10 is formed. Therefore, the thickness t3 of the mask layer 20 is preferably 2.0 μm or less, and more preferably 1.5 μm or less.

次に、マスク層除去工程(S50:図1)が実施される。図7を参照して、マスク層20が炭化珪素基板10の第1の主面10aから除去される。より詳細には、アライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々を覆う保護膜30の第1の部分30aを残しつつ、マスク層20の表面20aおよび開口部を形成する側面20bの各々を覆う保護膜30の第2の部分30bがマスク層20とともに除去される。マスク層20は、たとえばアセトンなどの有機溶媒によって保護膜30の第2の部分30bとともにリフトオフされる。これにより、アライメントマーク1の側部1aの大部分に接し、かつ底部1bの全体に接する保護膜30が形成される。アライメントマーク1の側部1aにおいて第1の主面10aに近い領域の一部が保護膜30の第1の部分30aに接しておらず、第1の部分30aから露出していてもよい。言い換えれば、アライメントマーク1の側部1aに接する保護膜30の部分の上端部30a1は、炭化珪素基板10の第1の主面10aの法線方向に沿った方向において、炭化珪素基板10の第1の主面10aよりも第2の主面10b側に位置する。またアライメントマーク1の側部1aに接する保護膜30の部分の上端部30a1は、炭化珪素基板10の第1の主面10aの法線方向に沿った方向において、アライメントマーク1の底部1bの中央に接する保護膜30の上端部30a2よりも第1の主面10a側に位置する。   Next, a mask layer removing step (S50: FIG. 1) is performed. Referring to FIG. 7, mask layer 20 is removed from first main surface 10 a of silicon carbide substrate 10. More specifically, the surface 20a of the mask layer 20 and the side surface 20b forming the opening are each covered while leaving the first portion 30a of the protective film 30 covering each of the side 1a and the bottom 1b of the alignment mark 1. The second portion 30 b of the protective film 30 is removed together with the mask layer 20. Mask layer 20 is lifted off together with second portion 30b of protective film 30 by an organic solvent such as acetone. As a result, the protective film 30 that contacts most of the side portion 1a of the alignment mark 1 and the entire bottom portion 1b is formed. A part of the region close to the first major surface 10a in the side portion 1a of the alignment mark 1 may not be in contact with the first portion 30a of the protective film 30 and may be exposed from the first portion 30a. In other words, upper end portion 30a1 of the portion of protective film 30 that is in contact with side portion 1a of alignment mark 1 is the first portion of silicon carbide substrate 10 in the direction along the normal direction of first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. It is located closer to the second main surface 10b than the first main surface 10a. Further, upper end portion 30a1 of the portion of protective film 30 in contact with side portion 1a of alignment mark 1 is the center of bottom portion 1b of alignment mark 1 in the direction along the normal direction of first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. It is located on the first main surface 10a side with respect to the upper end portion 30a2 of the protective film 30 in contact therewith.

図19に示すように、保護膜30は、凹状のアライメントマーク1の側部1aの全体を覆うように形成されていてもよい。この場合、アライメントマーク1の側部1aに接する保護膜30の上端部30a1の位置は、炭化珪素基板10の第1の主面10aの法線方向に沿った方向において、炭化珪素基板10の第1の主面10aとほぼ同じ位置である。好ましくは、アライメントマーク1の底部1bの中央における保護膜30の第1の部分30aの厚みt1は、アライメントマーク1の深さt2よりも小さく、より好ましくは、マスク層20の厚みよりも小さい。アライメントマーク1の底部1bの中央における保護膜30の第1の部分30aの厚みt1は、たとえば0.5μm程度である。   As shown in FIG. 19, the protective film 30 may be formed so as to cover the entire side portion 1 a of the concave alignment mark 1. In this case, the position of upper end portion 30a1 of protective film 30 in contact with side portion 1a of alignment mark 1 is the position of silicon carbide substrate 10 in the direction along the normal direction of first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. 1 is substantially the same position as the main surface 10a. Preferably, the thickness t1 of the first portion 30a of the protective film 30 at the center of the bottom 1b of the alignment mark 1 is smaller than the depth t2 of the alignment mark 1, and more preferably smaller than the thickness of the mask layer 20. The thickness t1 of the first portion 30a of the protective film 30 at the center of the bottom 1b of the alignment mark 1 is, for example, about 0.5 μm.

図20に示すように、凹状のアライメントマーク1の大部分が保護膜30により埋められていてもよい。この場合、アライメントマーク1の側部1aに接する保護膜30の部分の上端部30a1の位置は、炭化珪素基板10の第1の主面10aの法線方向に沿った方向において、炭化珪素基板10の第1の主面10aとほほ同じ位置である。またアライメントマーク1の側部1aに接する保護膜30の部分の上端部30a1は、炭化珪素基板10の第1の主面10aの法線方向に沿った方向において、アライメントマーク1の底部1bの中央に接する保護膜30の上端部30a2よりも第1の主面10a側に位置する。たとえば、保護膜30は、凹状のアライメントマーク1の容積の半分以上を埋めており、かつ凹状のアライメントマーク1からはみ出さないように形成されている。これにより、マスク層20を効果的にリフトオフすることができる。また露光装置において、アライメントマーク1の読み取りに不具合が発生することを効果的に抑制することができる。   As shown in FIG. 20, most of the concave alignment mark 1 may be filled with a protective film 30. In this case, the position of upper end portion 30a1 of the portion of protective film 30 in contact with side portion 1a of alignment mark 1 is in the direction along the normal direction of first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, and silicon carbide substrate 10. This is substantially the same position as the first main surface 10a. Further, upper end portion 30a1 of the portion of protective film 30 in contact with side portion 1a of alignment mark 1 is the center of bottom portion 1b of alignment mark 1 in the direction along the normal direction of first main surface 10a of silicon carbide substrate 10. It is located on the first main surface 10a side with respect to the upper end portion 30a2 of the protective film 30 in contact therewith. For example, the protective film 30 fills more than half of the volume of the concave alignment mark 1 and is formed so as not to protrude from the concave alignment mark 1. Thereby, the mask layer 20 can be lifted off effectively. Moreover, in the exposure apparatus, it is possible to effectively suppress the occurrence of problems in reading the alignment mark 1.

次に、第1のエピタキシャル層81aにp型領域11が形成されてもよい。図8を参照して、素子形成領域101における炭化珪素基板10の第1のエピタキシャル層81aの第1の主面10aの一部に接し、かつp型(第2導電型)を有するp型領域11が形成される。具体的には、第1のエピタキシャル層81aの第1の主面10aに対して、注入マスク(図示せず)を用いて、たとえばアルミニウムイオンの注入が行われることにより、第1のエピタキシャル層81aの第1の主面10aに露出するp型領域11が形成される。なお、注入マスクの形成は、保護膜30が形成されたアライメントマーク1を用いて実施されてもよい。   Next, the p-type region 11 may be formed in the first epitaxial layer 81a. Referring to FIG. 8, p-type region in element formation region 101 that is in contact with a part of first main surface 10a of first epitaxial layer 81a of silicon carbide substrate 10 and has p-type (second conductivity type). 11 is formed. Specifically, for example, aluminum ions are implanted into the first main surface 10a of the first epitaxial layer 81a by using an implantation mask (not shown), whereby the first epitaxial layer 81a. A p-type region 11 exposed on first main surface 10a is formed. The implantation mask may be formed using the alignment mark 1 on which the protective film 30 is formed.

次に、エピタキシャル層形成工程(S60:図1)が実施される。図9を参照して、第1のエピタキシャル層81aにp型領域11が形成された後、炭化珪素基板10の第1の主面10aに接して、n型の導電型を有し、かつ炭化珪素からなる第2のエピタキシャル層12が形成される。第2のエピタキシャル層12の厚み(第1の主面10aから第2のエピタキシャル層12の表面12aまでの距離)は、たとえば0.5μm以上5μm以下程度であり、好ましくは1.5μm以上3μm以下程度である。図9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2のエピタキシャル層12が形成されることにより、p型領域11は、第1のエピタキシャル層81aおよび第2のエピタキシャル層12によって構成されるエピタキシャル層に埋め込まれる。第2のエピタキシャル層12の形成は第1のエピタキシャル層81aと同様の方法によって形成され得る。   Next, an epitaxial layer forming step (S60: FIG. 1) is performed. Referring to FIG. 9, after p type region 11 is formed in first epitaxial layer 81a, n type conductivity type is formed in contact with first main surface 10a of silicon carbide substrate 10 and carbonized. A second epitaxial layer 12 made of silicon is formed. The thickness of second epitaxial layer 12 (distance from first main surface 10a to surface 12a of second epitaxial layer 12) is, for example, about 0.5 μm to 5 μm, preferably 1.5 μm to 3 μm. Degree. As shown in FIG. 9, by forming second epitaxial layer 12 in contact with first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, p-type region 11 includes first epitaxial layer 81a and second epitaxial layer 81. It is embedded in the epitaxial layer constituted by the epitaxial layer 12. The second epitaxial layer 12 can be formed by the same method as that for the first epitaxial layer 81a.

次に、エピタキシャル層処理工程(S70:図1)が実施される。図10を参照して、第2のエピタキシャル層12の表面12aに対して、たとえばアルミニウムなどのp型を付与するための不純物がイオン注入されることにより、ボディ領域82が形成される。次に、ボディ領域82内に、たとえばリンなどのn型を付与するための不純物がイオン注入されることにより、ボディ領域82上にソース領域83が形成される。次に、ソース領域83の表面12aに注入マスク(図示せず)が形成され、当該注入マスクを用いてアルミニウムなどのp型を付与するための不純物がソース領域83の一部に対してイオン注入されることにより、コンタクト領域84が形成される(図11)。   Next, an epitaxial layer processing step (S70: FIG. 1) is performed. Referring to FIG. 10, body region 82 is formed by ion implantation of an impurity for imparting p-type, such as aluminum, to surface 12 a of second epitaxial layer 12. Next, a source region 83 is formed on body region 82 by ion-implanting impurities for imparting n-type, such as phosphorus, into body region 82. Next, an implantation mask (not shown) is formed on the surface 12 a of the source region 83, and impurities for imparting p-type such as aluminum are ion-implanted into a part of the source region 83 using the implantation mask. As a result, a contact region 84 is formed (FIG. 11).

なお、当該注入マスクに開口部を形成する工程において、保護膜30の第1の部分30aが、アライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々に接して形成されたアライメントマーク1が用いられる。これにより、炭化珪素基板10の第1の主面10aの面内方向において、p型領域11に対するコンタクト領域84が形成される位置がアライメントされる。より詳細には、p型領域11に対する注入マスクの開口部に対応する位置が露光されるようにアライメントされる。一般的なアライメントマークの認識方式としては、LSA(Laser Step Alignment)方式とFIA(Field Image Alignment)方式との2つの方式がある。LSA方式は、レーザーをアライメントマークにあて、レーザーの反射光を分析して位置合わせを行う光学式アライメント方式である。FIA方式は、画像認識方式であり、カメラで認識した画像のエッジを認識してアライメントを行う方式である。本実施の形態におけるアライメントは、LSA方式およびFIA方式において使用可能であるだけではなく、LSA方式およびFIA方式以外にもあらゆる方式において使用可能である。なお、アライメントは、炭化珪素から形成されるアライメントマーク1の形状を認識することによって行われてもよいし、アライメントマーク1の内側に形成された保護膜30の形状を認識することによって行われてもよい。以上のように、アライメントマーク1を利用して、第2のエピタキシャル層12に対して処理が行われる。第2のエピタキシャル層12に対する処理は、第2のエピタキシャル層12に対してコンタクト領域84を形成する工程であってもよい。   In the step of forming the opening in the implantation mask, the alignment mark 1 is used in which the first portion 30a of the protective film 30 is formed in contact with each of the side portion 1a and the bottom portion 1b of the alignment mark 1. Thereby, in the in-plane direction of first main surface 10a of silicon carbide substrate 10, the position where contact region 84 is formed with respect to p type region 11 is aligned. More specifically, the alignment is performed so that the position corresponding to the opening of the implantation mask with respect to the p-type region 11 is exposed. As a general alignment mark recognition method, there are two methods, an LSA (Laser Step Alignment) method and an FIA (Field Image Alignment) method. The LSA method is an optical alignment method in which a laser is applied to an alignment mark and the reflected light of the laser is analyzed for alignment. The FIA method is an image recognition method and is a method for performing alignment by recognizing an edge of an image recognized by a camera. The alignment according to the present embodiment can be used not only in the LSA method and the FIA method, but also in any method other than the LSA method and the FIA method. The alignment may be performed by recognizing the shape of the alignment mark 1 formed from silicon carbide, or by recognizing the shape of the protective film 30 formed inside the alignment mark 1. Also good. As described above, the second epitaxial layer 12 is processed using the alignment mark 1. The treatment for the second epitaxial layer 12 may be a step of forming a contact region 84 for the second epitaxial layer 12.

次に、不純物を活性化するための熱処理が行われる。この熱処理の温度は、好ましくは1500℃以上1900℃以下であり、たとえば1700℃程度である。熱処理の時間は、たとえば30分程度である。熱処理の雰囲気は、好ましくは不活性ガス雰囲気であり、たとえばAr雰囲気である。   Next, a heat treatment for activating the impurities is performed. The temperature of this heat treatment is preferably 1500 ° C. or higher and 1900 ° C. or lower, for example, about 1700 ° C. The heat treatment time is, for example, about 30 minutes. The atmosphere of the heat treatment is preferably an inert gas atmosphere, for example, an Ar atmosphere.

図12を参照して、ソース領域83およびコンタクト領域84からなる表面20a上に、開口部を有するマスク層40が形成される。マスク層40として、たとえばシリコン酸化膜などを用いることができる。開口部はトレンチTR(図18参照)の位置に対応して形成される。当該マスク層40は、保護膜30の第1の部分30aが、アライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々に接して形成されたアライメントマーク1を利用して、上記開口部に対応する位置が露光されるようにアライメントされて形成されてもよい。   Referring to FIG. 12, mask layer 40 having an opening is formed on surface 20 a made up of source region 83 and contact region 84. As mask layer 40, for example, a silicon oxide film or the like can be used. The opening is formed corresponding to the position of trench TR (see FIG. 18). The mask layer 40 has a position corresponding to the opening by using the alignment mark 1 in which the first portion 30a of the protective film 30 is in contact with each of the side portion 1a and the bottom portion 1b of the alignment mark 1. May be formed so as to be exposed.

図13を参照して、マスク層40の開口部において、ソース領域83と、ボディ領域82と、上部ドリフト領域81bの一部とがエッチングにより除去される。エッチングの方法としては、たとえば反応性イオンエッチング(RIE)、特に誘導結合プラズマ(ICP)RIEを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてSF6またはSF6とO2との混合ガスを用いたICP−RIEを用いることができる。このようなエッチングにより、トレンチTR(図18参照)が形成されるべき領域に、ソース領域83およびコンタクト領域84からなる表面20aに対してほぼ垂直な側壁を有する凹部TQが形成される。 Referring to FIG. 13, in the opening of mask layer 40, source region 83, body region 82, and part of upper drift region 81b are removed by etching. As an etching method, for example, reactive ion etching (RIE), particularly inductively coupled plasma (ICP) RIE can be used. Specifically, for example, ICP-RIE using SF 6 or a mixed gas of SF 6 and O 2 as a reaction gas can be used. By such etching, a recess TQ having a side wall substantially perpendicular to the surface 20a made of the source region 83 and the contact region 84 is formed in a region where the trench TR (see FIG. 18) is to be formed.

次に、凹部TQに対して熱エッチングが行われる。熱エッチングは、たとえば、少なくとも1種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行い得る。少なくとも1種類以上のハロゲン原子は、塩素(Cl)原子およびフッ素(F)原子の少なくともいずれかを含む。この雰囲気は、たとえば、Cl2、BCL3、SF6、またはCF4である。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば700℃以上1000℃以下として、熱エッチングが行われる。 Next, thermal etching is performed on the recess TQ. The thermal etching can be performed, for example, by heating in an atmosphere containing a reactive gas having at least one or more types of halogen atoms. The at least one or more types of halogen atom includes at least one of a chlorine (Cl) atom and a fluorine (F) atom. This atmosphere is, for example, Cl 2 , BCL 3 , SF 6 , or CF 4 . For example, thermal etching is performed using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas as a reaction gas and a heat treatment temperature of, for example, 700 ° C. or more and 1000 ° C. or less.

なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素(N2)ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。そして、上述のように熱処理温度を700℃以上1000℃以下とした場合、炭化珪素のエッチング速度はたとえば約70μm/時になる。また、この場合に、酸化珪素から作られたマスク層40は、炭化珪素に対する選択比が極めて大きいので、炭化珪素のエッチング中に実質的にエッチングされない。 Note that the reaction gas may contain a carrier gas in addition to the above-described chlorine gas and oxygen gas. As the carrier gas, for example, nitrogen (N 2 ) gas, argon gas, helium gas or the like can be used. When the heat treatment temperature is set to 700 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower as described above, the etching rate of silicon carbide is about 70 μm / hour, for example. Further, in this case, the mask layer 40 made of silicon oxide has a very high selectivity with respect to silicon carbide, and therefore is not substantially etched during the etching of silicon carbide.

図14を参照して、上記の熱エッチングにより、ソース領域83およびコンタクト領域84からなる表面20a上にトレンチTRが形成される。トレンチTRは、ソース領域83およびボディ領域82を貫通して上部ドリフト領域81bに至る側壁面SWと、上部ドリフト領域81b上に位置する底面BTとを有する。側壁面SWおよび底面BTの各々はp型領域11から離れている。次にマスク層40がエッチングなど任意の方法により除去される。   Referring to FIG. 14, trench TR is formed on surface 20a formed of source region 83 and contact region 84 by the thermal etching described above. Trench TR has side wall surface SW passing through source region 83 and body region 82 to upper drift region 81b, and bottom surface BT located on upper drift region 81b. Side wall surface SW and bottom surface BT are separated from p-type region 11. Next, the mask layer 40 is removed by an arbitrary method such as etching.

図15を参照して、トレンチTRの側壁面SWおよび底面BTの各々を覆うゲート酸化膜91が形成される。ゲート酸化膜91は、たとえば熱酸化により形成され得る。この後に、雰囲気ガスとして一酸化窒素(NO)ガスを用いるNOアニールが行われてもよい。温度プロファイルは、たとえば、温度1100℃以上1300℃以下、保持時間1時間程度の条件を有する。これにより、ゲート酸化膜91とボディ領域82との界面領域に窒素原子が導入される。その結果、界面領域における界面準位の形成が抑制されることで、チャネル移動度を向上させることができる。なお、このような窒素原子の導入が可能であれば、NOガス以外のガスが雰囲気ガスとして用いられてもよい。このNOアニールの後にさらに、雰囲気ガスとしてアルゴン(Ar)を用いるArアニールが行われてもよい。Arアニールの加熱温度は、上記NOアニールの加熱温度よりも高く、ゲート酸化膜91の融点よりも低いことが好ましい。この加熱温度が保持される時間は、たとえば1時間程度である。これにより、ゲート酸化膜91とボディ領域82との界面領域における界面準位の形成がさらに抑制される。なお、雰囲気ガスとして、Arガスに代えて窒素ガスなどの他の不活性ガスが用いられてもよい。   Referring to FIG. 15, gate oxide film 91 covering each of side wall surface SW and bottom surface BT of trench TR is formed. Gate oxide film 91 can be formed, for example, by thermal oxidation. Thereafter, NO annealing using nitrogen monoxide (NO) gas as the atmospheric gas may be performed. The temperature profile has, for example, conditions of a temperature of 1100 ° C. to 1300 ° C. and a holding time of about 1 hour. Thereby, nitrogen atoms are introduced into the interface region between gate oxide film 91 and body region 82. As a result, the formation of interface states in the interface region is suppressed, so that channel mobility can be improved. As long as such nitrogen atoms can be introduced, a gas other than NO gas may be used as the atmospheric gas. Ar annealing using argon (Ar) as an atmospheric gas may be further performed after the NO annealing. The heating temperature for Ar annealing is preferably higher than the heating temperature for NO annealing and lower than the melting point of the gate oxide film 91. The time during which this heating temperature is maintained is, for example, about 1 hour. Thereby, the formation of interface states in the interface region between gate oxide film 91 and body region 82 is further suppressed. Note that other inert gas such as nitrogen gas may be used as the atmospheric gas instead of Ar gas.

図16を参照して、ゲート酸化膜91上にゲート電極92が形成される。具体的には、トレンチTRの内部の領域をゲート酸化膜91によって埋めるように、ゲート酸化膜91上にゲート電極92が形成される。ゲート電極92の形成方法は、たとえば、導体またはドープトポリシリコンを成膜した後、第1の主面10a側からCMP(Chemical Mechanical Polishing)を実施することによって行い得る。ゲート電極92は、ゲート酸化膜91を介してソース領域83、ボディ領域82および上部ドリフト領域81bの各々に対向するように形成される。   Referring to FIG. 16, gate electrode 92 is formed on gate oxide film 91. Specifically, gate electrode 92 is formed on gate oxide film 91 so as to fill the region inside trench TR with gate oxide film 91. The gate electrode 92 can be formed, for example, by depositing a conductor or doped polysilicon and then performing CMP (Chemical Mechanical Polishing) from the first main surface 10a side. Gate electrode 92 is formed to face each of source region 83, body region 82, and upper drift region 81b with gate oxide film 91 interposed therebetween.

図17を参照して、ゲート電極92の露出面を覆うように、ゲート電極92およびゲート酸化膜91上に層間絶縁膜93が形成される。次に、層間絶縁膜93およびゲート酸化膜91に開口部が形成されるようにエッチングが行われる。この開口部によりソース領域83およびコンタクト領域84の各々がゲート酸化膜91および層間絶縁膜93の各々から露出する。保護膜30の第1の部分30aがアライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々に接して形成されたアライメントマーク1を利用して、エッチングマスク(図示せず)の開口部となる位置が露光されることにより、エッチングマスクが形成されてもよい。次に、表面12aにおいてソース領域83およびコンタクト領域84の各々に接するソース電極94が形成される。   Referring to FIG. 17, interlayer insulating film 93 is formed on gate electrode 92 and gate oxide film 91 so as to cover the exposed surface of gate electrode 92. Next, etching is performed so that openings are formed in interlayer insulating film 93 and gate oxide film 91. Through this opening, each of source region 83 and contact region 84 is exposed from each of gate oxide film 91 and interlayer insulating film 93. Using the alignment mark 1 formed so that the first portion 30a of the protective film 30 is in contact with each of the side portion 1a and the bottom portion 1b of the alignment mark 1, a position to be an opening portion of an etching mask (not shown) is formed. An etching mask may be formed by exposure. Next, source electrode 94 in contact with each of source region 83 and contact region 84 on surface 12a is formed.

図18を参照して、層間絶縁膜93を覆い、かつソース電極94と接するようにソース配線層95が形成される。炭化珪素単結晶基板80の第2の主面10bに接してドレイン電極98が形成される。以上により、炭化珪素層103と、ゲート酸化膜91と、ゲート電極92と、層間絶縁膜93と、ソース電極94と、ソース配線層95と、ドレイン電極98とを有する炭化珪素半導体装置としてのMOSFET100が完成する。   Referring to FIG. 18, source wiring layer 95 is formed so as to cover interlayer insulating film 93 and to be in contact with source electrode 94. Drain electrode 98 is formed in contact with second main surface 10b of silicon carbide single crystal substrate 80. As described above, MOSFET 100 as a silicon carbide semiconductor device having silicon carbide layer 103, gate oxide film 91, gate electrode 92, interlayer insulating film 93, source electrode 94, source wiring layer 95, and drain electrode 98. Is completed.

図18を参照して、第1のエピタキシャル層81aおよび上部ドリフト領域81bの各々は、たとえば窒素などの不純物を含みn型の導電型を有する。第1のエピタキシャル層81aは下部ドリフト領域を構成する。つまり、ドリフト領域は、第1のエピタキシャル層81aおよび上部ドリフト領域81bにより構成される。第1のエピタキシャル層81aおよび上部ドリフト領域81bの各々の不純物濃度は、炭化珪素単結晶基板80の不純物濃度よりも低いことが好ましい。第1のエピタキシャル層81aおよび上部ドリフト領域81bの各々の不純物濃度は、好ましくは1×1015cm-3以上5×1016cm-3以下であり、たとえば8×1015cm-3である。 Referring to FIG. 18, each of first epitaxial layer 81a and upper drift region 81b includes an impurity such as nitrogen and has n type conductivity. The first epitaxial layer 81a constitutes a lower drift region. That is, the drift region is constituted by the first epitaxial layer 81a and the upper drift region 81b. The impurity concentration of each of first epitaxial layer 81 a and upper drift region 81 b is preferably lower than the impurity concentration of silicon carbide single crystal substrate 80. The impurity concentration of each of first epitaxial layer 81a and upper drift region 81b is preferably 1 × 10 15 cm −3 or more and 5 × 10 16 cm −3 or less, for example, 8 × 10 15 cm −3 .

ボディ領域82はたとえばアルミニウムなどの不純物を含みp型の導電型を有する。ボディ領域82は上部ドリフト領域81b上に設けられている。ボディ領域82が含む不純物の濃度は、たとえば1×1018cm-3である。ソース領域83はリンなどの不純物を含みn型の導電型を有する。ソース領域83は、ボディ領域82によって上部ドリフト領域81bから隔てられるようにボディ領域82上に設けられている。ソース領域83はコンタクト領域84と共に炭化珪素層103の表面12aを構成している。コンタクト領域84はp型を有する。コンタクト領域84はボディ領域82につながっている。炭化珪素層103は、炭化珪素単結晶基板80と、第1のエピタキシャル層81aと、第2のエピタキシャル層12とから構成されている。 Body region 82 includes an impurity such as aluminum and has p type conductivity. Body region 82 is provided on upper drift region 81b. The concentration of impurities contained in body region 82 is, for example, 1 × 10 18 cm −3 . Source region 83 includes an impurity such as phosphorus and has n-type conductivity. Source region 83 is provided on body region 82 so as to be separated from upper drift region 81 b by body region 82. Source region 83 forms surface 12 a of silicon carbide layer 103 together with contact region 84. Contact region 84 has a p-type. Contact region 84 is connected to body region 82. Silicon carbide layer 103 includes silicon carbide single crystal substrate 80, first epitaxial layer 81 a, and second epitaxial layer 12.

炭化珪素層103の表面12aにはトレンチTRが設けられている。好ましくは、炭化珪素層103の表面12aは、(000−1)面(すなわちカーボン面)であり、第2の主面10bは、(0001)面(すなわちシリコン面)である。トレンチTRは側壁面SWおよび底面BTを有する。側壁面SWはソース領域83およびボディ領域82を貫通して上部ドリフト領域81bに至っている。側壁面SWはボディ領域82上において、MOSFET100のチャネル面を含む。側壁面SWは炭化珪素層103の表面12aに対して傾斜しており、これによりトレンチTRは開口に向かってテーパ状に拡がっている。側壁面SWの面方位は、{0001}面に対して50°以上65°以下傾斜していることが好ましく、(000−1)面に対して50°以上65°以下傾斜していることがより好ましい。これにより、チャネル面における移動度を高くすることができる。   Trench TR is provided on surface 12a of silicon carbide layer 103. Preferably, surface 12a of silicon carbide layer 103 is a (000-1) plane (that is, a carbon plane), and second main surface 10b is a (0001) plane (that is, a silicon plane). Trench TR has side wall surface SW and bottom surface BT. Side wall surface SW passes through source region 83 and body region 82 and reaches upper drift region 81b. Sidewall surface SW includes a channel surface of MOSFET 100 on body region 82. Sidewall surface SW is inclined with respect to surface 12a of silicon carbide layer 103, whereby trench TR extends in a tapered shape toward the opening. The plane orientation of the side wall surface SW is preferably inclined by 50 ° or more and 65 ° or less with respect to the {0001} plane, and inclined by 50 ° or more and 65 ° or less with respect to the (000-1) plane. More preferred. Thereby, the mobility in a channel surface can be made high.

底面BTは上部ドリフト領域81b上に位置している。本実施の形態において、底面BTは表面12aとほぼ平行な平坦な形状を有する。底面BTと側壁面SWとがつながる部分はトレンチTRの角部を構成している。本実施の形態において、トレンチTRは、平面視(第1の主面10aの法線方向に沿った視野)において、ハニカム構造を有する網目を構成するように延びている。これにより炭化珪素層103は、トレンチTRによって囲まれた、六角形状を有する表面12aを有する。   The bottom surface BT is located on the upper drift region 81b. In the present embodiment, bottom surface BT has a flat shape substantially parallel to surface 12a. A portion where bottom surface BT and side wall surface SW are connected constitutes a corner portion of trench TR. In the present embodiment, trench TR extends to form a mesh having a honeycomb structure in a plan view (a visual field along the normal direction of first main surface 10a). Thereby, silicon carbide layer 103 has a surface 12a having a hexagonal shape surrounded by trench TR.

p型領域11は、たとえばアルミニウムなどの不純物を含んでおりp型の導電型を有する。p型領域11は炭化珪素基板10内に設けられている。p型領域11は、上部ドリフト領域81bによってボディ領域82から隔てられている。p型領域11はトレンチTRの側壁面SWおよび底面BTの各々から離れている。p型領域11の単位体積当たりの不純物濃度を厚さ方向(第1の主面10aの法線方向)に積分した値は、p型領域11を形成するためのイオン注入のドース量に対応する。このドース量は、好ましくは1×1012cm-2以上1×1015cm-2以下であり、たとえば1×1013cm-2である。 P-type region 11 contains an impurity such as aluminum and has p-type conductivity. P type region 11 is provided in silicon carbide substrate 10. P type region 11 is separated from body region 82 by upper drift region 81b. P type region 11 is separated from each of sidewall surface SW and bottom surface BT of trench TR. The value obtained by integrating the impurity concentration per unit volume of the p-type region 11 in the thickness direction (the normal direction of the first main surface 10a) corresponds to the dose amount of ion implantation for forming the p-type region 11. . This dose is preferably 1 × 10 12 cm −2 or more and 1 × 10 15 cm −2 or less, for example 1 × 10 13 cm −2 .

ゲート酸化膜91は、トレンチTRの側壁面SWおよび底面BTの各々を覆っている。ゲート電極92はゲート酸化膜91上に設けられている。ソース電極94は、ソース領域83およびコンタクト領域84の各々に接している。ソース配線層95はソース電極94に接している。ソース配線層95は、たとえばアルミニウム層である。層間絶縁膜93はゲート電極92とソース配線層95との間を絶縁している。   Gate oxide film 91 covers each of sidewall surface SW and bottom surface BT of trench TR. The gate electrode 92 is provided on the gate oxide film 91. Source electrode 94 is in contact with each of source region 83 and contact region 84. The source wiring layer 95 is in contact with the source electrode 94. Source wiring layer 95 is, for example, an aluminum layer. The interlayer insulating film 93 insulates between the gate electrode 92 and the source wiring layer 95.

なお、上記実施の形態において、炭化珪素半導体装置100がトレンチ型MOSFETである場合について説明したが、炭化珪素半導体装置100はプレナー型MOSFETであってもよいし、たとえばショットキーバリアダイオードまたはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などであってもよい。また上記実施の形態において、第1導電型はn型であり、かつ第2導電型はp型であるとして説明したが、第1導電型はp型であり、かつ第2導電型はn型であってもよい。さらに上記実施の形態では、アライメントマークを利用して、エピタキシャル層に対して処理を行う工程は、イオン注入マスクの位置合わせ、ゲート電極92のパターニング、ソース電極94のパターニングおよび配線のパターニングなどの各種工程に利用可能である。またアライメントマーク1は、露光工程におけるアライメントマークに限定されない。アライメントマーク1は、たとえば、欠陥検査工程、レーザーアニール工程などに用いられるアライメントマークであってもよい。   Although the case where silicon carbide semiconductor device 100 is a trench MOSFET has been described in the above embodiment, silicon carbide semiconductor device 100 may be a planar MOSFET, for example, a Schottky barrier diode or IGBT (Insulated). Gate Bipolar Transistor). In the above embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It may be. Further, in the above-described embodiment, the process for processing the epitaxial layer using the alignment mark includes various processes such as ion implantation mask alignment, gate electrode 92 patterning, source electrode 94 patterning, and wiring patterning. It can be used for the process. The alignment mark 1 is not limited to the alignment mark in the exposure process. The alignment mark 1 may be, for example, an alignment mark used in a defect inspection process, a laser annealing process, or the like.

次に、本実施の形態に係るMOSFET100の製造方法の作用効果について説明する。   Next, the effect of the method for manufacturing MOSFET 100 according to the present embodiment will be described.

本実施の形態に係るMOSFET100の製造方法によれば、アライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々を覆う保護膜30の第1の部分30aが残されたアライメントマーク1が形成される。これにより、炭化珪素基板10の主面10a上にエピタキシャル層12が形成される際に、アライメントマークの側部1aおよび底部1bの各々上に炭化珪素がステップフロー成長することを抑制することができる。これにより、アライメントマーク1が非対称に変形して、アライメント精度が悪化することを抑制することができる。結果として、オフ角を有する第1の主面10aを含む炭化珪素基板10を有するMOSFET100を製造する工程におけるアライメント精度を向上することができる。   According to the manufacturing method of MOSFET 100 according to the present embodiment, alignment mark 1 is formed in which first portion 30a of protective film 30 covering each of side portion 1a and bottom portion 1b of alignment mark 1 is left. Thereby, when epitaxial layer 12 is formed on main surface 10a of silicon carbide substrate 10, it is possible to suppress step flow growth of silicon carbide on each of side portion 1a and bottom portion 1b of the alignment mark. . Thereby, it can suppress that the alignment mark 1 deform | transforms asymmetrically and alignment accuracy deteriorates. As a result, it is possible to improve alignment accuracy in the process of manufacturing MOSFET 100 having silicon carbide substrate 10 including first main surface 10a having an off angle.

また本実施の形態に係るMOSFET100の製造方法によれば、エピタキシャル層12に対して処理を行う工程は、エピタキシャル層12に対してコンタクト領域84を形成する工程を含む。これにより、コンタクト領域84を形成すう工程におけるアライメント精度を向上することができる。   In addition, according to the method for manufacturing MOSFET 100 according to the present embodiment, the step of processing epitaxial layer 12 includes the step of forming contact region 84 for epitaxial layer 12. Thereby, the alignment accuracy in the process of forming the contact region 84 can be improved.

さらに本実施の形態に係るMOSFET100の製造方法によれば、保護膜30を構成する材料は、エピタキシャル層12を形成する工程における炭化珪素基板10の温度よりも高い融点を有する。これにより、エピタキシャル層12を形成する工程において、保護膜30が融解することで保護膜30を構成する元素がエピタキシャル層12に混入することを抑制することができる。   Furthermore, according to MOSFET 100 manufacturing method according to the present embodiment, the material forming protective film 30 has a melting point higher than the temperature of silicon carbide substrate 10 in the step of forming epitaxial layer 12. Thereby, in the process of forming the epitaxial layer 12, it can suppress that the element which comprises the protective film 30 mixes into the epitaxial layer 12 because the protective film 30 fuse | melts.

さらに本実施の形態に係るMOSFET100の製造方法によれば、保護膜30を構成する材料は、炭化タンタルまたは炭素材料を含む。これにより、保護膜30上に炭化珪素がステップフロー成長することを抑制することができる。結果として、アライメントマーク1が非対称に変形して、アライメント精度が悪化することを抑制することができる。   Furthermore, according to the method of manufacturing MOSFET 100 according to the present embodiment, the material constituting protective film 30 includes tantalum carbide or a carbon material. Thereby, it is possible to suppress the step flow growth of silicon carbide on protective film 30. As a result, it can be suppressed that the alignment mark 1 is deformed asymmetrically and the alignment accuracy is deteriorated.

さらに本実施の形態に係るMOSFET100の製造方法によれば、マスク層20の厚みは、0.5μm以上2.0μm以下である。マスク層20の厚みが0.5μmよりも小さいと、アライメントマーク1の側部1aの上部まで保護膜30の第1の部分30aが形成される。この場合、マスク層20の側面20bに接している保護膜30の第2の部分30bが第1の部分30aと繋がる。保護膜30の第2の部分30bが第1の部分30aと繋がると、マスク層20をリフトオフする際に、保護膜30の第2の部分30bとともに第1の部分30aが除去されるおそれがある。保護膜30の第1の部分30aに覆われてないアライメントマーク1の側部1aにおいて、炭化珪素がステップフロー成長するため、炭化珪素基板10の主面10aに対して非対称なアライメントマーク1が形成される。結果としてアライメント精度が悪化する。一方、マスク層20の厚みがたとえば2.0μmよりも大きいと、アライメントマーク1の側部1aの下部においてのみ保護膜30の第1の部分30aが形成され、側部1aの上部には保護膜30の第1の部分30aが形成されない。エピタキシャル層を形成する際に、アライメントマークの側部1aの上部において保護膜30の第1の部分30aに覆われてない領域において、炭化珪素がステップフロー成長するため、炭化珪素基板10の主面10aに対して非対称なアライメントマーク1が形成される。結果としてアライメント精度が悪化する。マスク層の厚みを、0.5μm以上2.0μm以下とすることにより、効率的に保護膜30をアライメントマーク1の側部1aおよび底部1bの各々を覆うように形成することができる。   Furthermore, according to the method for manufacturing MOSFET 100 according to the present embodiment, the thickness of mask layer 20 is not less than 0.5 μm and not more than 2.0 μm. When the thickness of the mask layer 20 is smaller than 0.5 μm, the first portion 30 a of the protective film 30 is formed up to the upper portion of the side portion 1 a of the alignment mark 1. In this case, the second portion 30b of the protective film 30 in contact with the side surface 20b of the mask layer 20 is connected to the first portion 30a. If the second portion 30b of the protective film 30 is connected to the first portion 30a, the first portion 30a may be removed together with the second portion 30b of the protective film 30 when the mask layer 20 is lifted off. . Since silicon carbide grows in a step flow manner on the side portion 1a of the alignment mark 1 that is not covered by the first portion 30a of the protective film 30, an alignment mark 1 that is asymmetric with respect to the main surface 10a of the silicon carbide substrate 10 is formed. Is done. As a result, alignment accuracy deteriorates. On the other hand, when the thickness of mask layer 20 is larger than 2.0 μm, for example, first portion 30a of protective film 30 is formed only at the lower portion of side portion 1a of alignment mark 1, and the protective film is formed at the upper portion of side portion 1a. 30 first portions 30a are not formed. When the epitaxial layer is formed, silicon carbide grows in a step-flow manner in a region that is not covered by the first portion 30a of the protective film 30 above the side portion 1a of the alignment mark, so that the main surface of the silicon carbide substrate 10 An alignment mark 1 asymmetric with respect to 10a is formed. As a result, alignment accuracy deteriorates. By setting the thickness of the mask layer to 0.5 μm or more and 2.0 μm or less, the protective film 30 can be efficiently formed so as to cover each of the side portion 1 a and the bottom portion 1 b of the alignment mark 1.

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て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。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 アライメントマーク
1a 側部
1b 底部
10 炭化珪素基板
10a 第1の主面(主面)
10b 第2の主面
11 p型領域
12 第2のエピタキシャル層(エピタキシャル層)
12a,20a 表面
20,40 マスク層
20b 開口部(側面)
30 保護膜
30a1,30a2 上端部
30a 第1の部分
30b 第2の部分
30c 材料
80 炭化珪素単結晶基板
81a 第1のエピタキシャル層(下部ドリフト領域)
81b 上部ドリフト領域
82 ボディ領域
83 ソース領域
84 不純物領域
84 コンタクト領域
91 ゲート酸化膜
92 ゲート電極
93 層間絶縁膜
94 ソース電極
95 ソース配線層
98 ドレイン電極
100 炭化珪素半導体装置(MOSFET)
101 素子形成領域
102 アライメントマーク形成領域
103 炭化珪素層
BT 底面
OF オリエンテーションフラット部
SW 側壁面
TQ 凹部
TR トレンチ
a1 方向
x1,x2 幅
z 法線ベクトル
1 Alignment Mark 1a Side 1b Bottom 10 Silicon Carbide Substrate 10a First Main Surface (Main Surface)
10b Second main surface 11 p-type region 12 Second epitaxial layer (epitaxial layer)
12a, 20a Surface 20, 40 Mask layer 20b Opening (side surface)
30 Protective films 30a1, 30a2 Upper end 30a First portion 30b Second portion 30c Material 80 Silicon carbide single crystal substrate 81a First epitaxial layer (lower drift region)
81b Upper drift region 82 Body region 83 Source region 84 Impurity region 84 Contact region 91 Gate oxide film 92 Gate electrode 93 Interlayer insulating film 94 Source electrode 95 Source wiring layer 98 Drain electrode 100 Silicon carbide semiconductor device (MOSFET)
101 Element formation region 102 Alignment mark formation region 103 Silicon carbide layer BT Bottom surface OF Orientation flat part SW Side wall surface TQ Concave part TR Trench a1 Direction x1, x2 Width z Normal vector

Claims (5)

{0001}面に対してオフ角を有する主面を含む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主面上にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層を用いて前記炭化珪素基板の前記主面に、前記主面と連接する側部と前記側部と連接する底部とからなる凹状のアライメントマークを形成する工程と、
前記マスク層の表面、前記アライメントマークの前記側部および前記底部の各々を覆うように保護膜を形成する工程と、
前記アライメントマークの前記側部および前記底部の各々を覆う前記保護膜の第1の部分を残しつつ、前記マスク層の前記表面を覆う前記保護膜の第2の部分を前記マスク層とともに除去する工程と、
前記マスク層を除去した後、前記炭化珪素基板の前記主面上にエピタキシャル層を形成する工程と、
前記マスク層を除去した後であって、前記エピタキシャル層を形成する工程の前に、前記保護膜が形成された前記アライメントマークを用いて注入マスクを形成する工程と、
前記アライメントマークを利用して、前記エピタキシャル層に対して処理を行う工程とを備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。
Preparing a silicon carbide substrate including a main surface having an off angle with respect to the {0001} plane;
Forming a mask layer on the main surface of the silicon carbide substrate;
Forming a concave alignment mark comprising a side portion connected to the main surface and a bottom portion connected to the side portion on the main surface of the silicon carbide substrate using the mask layer;
Forming a protective film so as to cover the surface of the mask layer, each of the side portion and the bottom portion of the alignment mark;
Removing the second part of the protective film covering the surface of the mask layer together with the mask layer while leaving the first part of the protective film covering each of the side part and the bottom part of the alignment mark When,
Forming an epitaxial layer on the main surface of the silicon carbide substrate after removing the mask layer;
Forming an implantation mask using the alignment mark on which the protective film is formed after removing the mask layer and before the step of forming the epitaxial layer;
And a step of processing the epitaxial layer using the alignment mark.
前記エピタキシャル層に対して処理を行う工程は、前記エピタキシャル層に対して不純物領域を形成する工程を含む、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the step of performing a process on the epitaxial layer includes a step of forming an impurity region in the epitaxial layer. 前記保護膜を構成する材料は、前記エピタキシャル層を形成する工程における前記炭化珪素基板の温度よりも高い融点を有する、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   3. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the material constituting the protective film has a melting point higher than the temperature of the silicon carbide substrate in the step of forming the epitaxial layer. 前記保護膜を構成する材料は、炭化タンタルまたは炭素材料を含む、請求項3に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 3, wherein the material constituting the protective film includes tantalum carbide or a carbon material. 前記マスク層の厚みは、0.5μm以上2.0μm以下である、請求項1〜請求項4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。   The thickness of the said mask layer is a manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of any one of Claims 1-4 which are 0.5 micrometer or more and 2.0 micrometers or less.
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