DE112010003053B4

DE112010003053B4 - Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112010003053B4
Application number: DE112010003053T
Authority: DE
Inventors: Naruhisa Miura; Hiroshi Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2030-07-17
Also published as: US20120058617A1; US8367536B2; JPWO2011010608A1; WO2011010608A1; JP5474068B2; DE112010003053T5

Abstract

Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist folgende Schritte auf: (a) auf einer Driftschicht (20) erfolgendes einzelnes Bilden einer ersten Ionenimplantationsmaske (4) und einer zweiten Ionenimplantationsmaske (5) durch photolithographische Bearbeitung zum Bilden einer dritten Ionenimplantationsmaske (6), wobei die erste Ionenimplantationsmaske (4) einen einem Kanalbereich entsprechenden Maskenbereich sowie eine einem Sourcebereich entsprechende erste Öffnung (OP1) aufweist und die zweite Ionenimplantationsmaske (5) in Kontakt mit einem äußeren Rand der ersten Implantationsmaske (4) positioniert wird und zum Bilden eines Basisbereichs (30) ausgebildet ist; (b) Implantieren von der Dotierstoffen eines ersten Leitfähigkeitstyps ausgehend von der ersten Öffnung (OP1) mittels eines Ionenstrahls unter Verwendung der dritten Ionenimplantationsmaske (6), um dadurch einen Sourcebereich (40) in einem oberen Schichtbereich der Siliziumkarbid-Driftschicht (20) zu bilden; (c) Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske (4) nach dem Bilden des Sourcebereichs; und (d) Implantieren von Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps mittels eines Ionenstrahls ausgehend von einer zweiten Öffnung, die in der zweiten Ionenimplantationsmaske (5) nach dem Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske (4) gebildet ist, um dadurch einen Basisbereich (30) tiefer als den Sourcebereich in dem oberen Schichtteil der Driftschicht zu bilden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, bei dem die Anzahl der Schritte zum Bilden eines Dotierstoffbereichs vermindert ist.
Einschlägiger Stand der Technik
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines MOS-Feldeffekttransistors (MOSFET), der ein Siliziumkarbid-Halbleitermaterial beinhaltet, besteht ein Problem dahingehend, dass die doppelte Diffusionstechnik, bei der sich um eine Selbstausrichtungstechnik für die Kanalbildung handelt, aufgrund eines geringen Diffusionskoeffizienten eines Dotierstoffs in Siliziumkarbid nicht verwendet werden kann. Zur Lösung dieses Problems sind daher mehrere mögliche Verfahren vorstellbar.
Zum Beispiel wird im Patentdokument 1 eine zweite Ionenimplantationsmaske auf einer Seitenwand einer ersten Ionenimplantationsmaske gebildet, und ein Kanalbereich wird in selbstausrichtender Weise derart gebildet, dass die Kanallänge identisch mit der Schichtdicke der zweiten Ionenimplantationsmaske ist.
Im Patentdokument 2 wird eine Öffnung einer ersten Ionenimplantationsmaske nach der ersten Ionenimplantation mit einer zweiten Implantationsmaske gefüllt, und anschließend wird die zweite Ionenimplantation ausgeführt, wobei ein Teil der ersten Ionenimplantationsmaske geöffnet ist, so dass ein zweiter Ionenimplantationsbereich in selbstausrichtender Weise mit einem ersten Ionenimplantationsbereich gebildet wird.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2006-128 191 A
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2006-032 411 A

Kurzbeschreibung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Aufgabe
Bei dem Verfahren zum Bilden eines Kanalbereichs in selbstausrichtender Weise, wie es im Patentdokument 1 beschrieben ist, wird das Material für die zweite Ionenimplantationsmaske durch ein mit niedrigem Druck erfolgendes chemisches Abscheideverfahren aus der Dampfphase (LPCVD) nach dem Bilden der ersten Ionenimplantationsmaske aufgebracht, und es erfolgt ein Rückätzen der gesamten Oberfläche, um dadurch die zweite Ionenimplantationsmaske an der Seitenfläche der ersten Ionenimplantationsmaske zu bilden.
Leider wird dabei auch der Eckbereich des oberen Teils der zweiten Ionenimplantationsmaske geätzt, wenn das Rückätzen der gesamten Oberfläche erfolgt, so dass es schwierig wird, die Seitenfläche der zweiten Ionenimplantationsmaske senkrecht auszubilden. Es entsteht eine Unschärfe in einem Grenzbereich zwischen dem ersten Ionenimplantationsbereich und dem zweiten Ionenimplantationsbereich, wobei dies wiederum zu einer Verschlechterung der Steuerbarkeit einer Kanaldimension führt.
Ferner sind ein Schritt zum Bilden einer anorganischen Maske, ein Strukturtransferschritt sowie ein Ätzschritt bei dem Schritt zum Bilden der zweiten Ionenimplantationsmaske erforderlich, wobei sich die Anzahl der Schritte kaum reduzieren läßt.
Bei dem Verfahren zum Bilden eines Implantationsbereichs in selbstausrichtender Weise, wie es im Patentdokument 2 beschrieben ist, wird die Struktur einer Ionenimplantationsmaske durch die Kombination aus einem Strukturtransferschritt und einem Ätzschritt gebildet, und dadurch wird die Genauigkeit der Ionenimplantationsmasken-Strukturdimension vermindert. Ferner sind bei Verwendung einer anorganischen Maske als Ionenimplantationsmaske ein Schichtbildungsschritt, ein Strukturtransferschritt und ein Ätzschritt erforderlich, so dass es schwierig wird, die Anzahl der Schritte zum Bilden eines Implantationsbereichs in selbstausrichtender Weise zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen der vorstehend geschilderten Probleme erfolgt, und die Aufgabe derselben bei der Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung zu schaffen, bei dem die Anzahl der Schritte beim Bilden eines Ionenimplantationsbereichs in selbstausrichtender Weise reduziert werden kann.
Mittel zum Lösen der Aufgabe
Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist:
eine Siliziumkarbid-Driftschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf einer Hauptfläche eines Siliziumkarbid-Substrats angeordnet ist,
einen Basisbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der in einem oberen Schichtbereich der Siliziumkarbid-Driftschicht angeordnet ist,
einen Sourcebereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der in einer Oberfläche des Basisbereichs angeordnet ist, sowie
eine Gateelektrode, die über dem Sourcebereich, dem Basisbereich und der Siliziumkarbid-Driftschicht unter Zwischenanordnung einer Gateisolierschicht angeordnet ist, wobei ein äußerer Rand des Sourcebereichs weiter innen angeordnet ist als ein äußerer Rand des Basisbereichs und ein Bereich des Basisbereichs, der außenseitig von dem äußeren Rand des Sourcebereichs angeordnet ist sowie direkt unterhalb der Gateelektrode angeordnet ist, einem Kanalbereich entspricht,
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) auf der Siliziumkarbid-Driftschicht erfolgendes einzelnes Bilden einer ersten Ionenimplantationsmaske und einer zweiten Ionenimplantationsmaske durch photolithographische Bearbeitung zum Bilden einer dritten Ionenimplantationsmaske, wobei die erste Ionenimplantationsmaske einen dem Kanalbereich entsprechenden Maskenbereich auf der Siliziumkarbid-Driftschicht sowie eine dem Sourcebereich entsprechende erste Öffnung aufweist und die zweite Ionenimplantationsmaske in Kontakt mit einem äußeren Rand der ersten Implantationsmaske positioniert wird und zum Bilden eines Basisbereichs ausgebildet ist;
(b) Implantieren von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps, ausgehend von der ersten Öffnung, mittels eines Ionenstrahls unter Verwendung der dritten Ionenimplantationsmaske, um dadurch den Sourcebereich in dem oberen Schichtbereich der Siliziumkarbid-Driftschicht zu bilden;
(c) Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske nach dem Bilden des Sourcebereichs; und
(d) Implantieren von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps mittels eines Ionenstrahls, ausgehend von einer zweiten Öffnung, die in der zweiten Ionenimplantationsmaske nach dem Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske gebildet ist, um dadurch den Basisbereich tiefer als den Sourcebereich in dem oberen Schichtteil der Siliziumkarbid-Driftschicht zu bilden.

Wirkungen der Erfindung
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Sourcebereich in selbstausrichtender Weise unter Verwendung der ersten Ionenimplantationsmaske gebildet werden, bei der ein dem Kanalbereich entsprechende Bereich ein Maskenbereich ist. Somit kann der Basisbereich in selbstausrichtender Weise in dem oberen Schichtbereich der Siliziumkarbid-Driftschicht gebildet werden, indem Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps mittels eines Ionenstrahls ausgehend von der zweiten Öffnung implantiert werden, die in der zweiten Ionenimplantationsmaske nach dem Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske gebildet ist.
Ferner kann die Kanaldimension in Abhängigkeit von der Dimension der Transferstruktur bzw. des Transfermusters der ersten Ionenimplantationsmaske geeignet festgelegt werden, und die Transferstruktur kann durch eine einzige Belichtung gebildet werden. Somit kommt es zu keinem Überlagerungsfehler, so dass die Bildung eines Kanalbereichs mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
Weiterhin wird keine anorganische Maske als Ionenimplantationsmaske verwendet, so dass sich eine Reduzierung der Anzahl von Schichtbildungsschritten und Ätzschritten erzielen läßt.
Darüber hinaus beinhaltet der Schritt des Entfernens der dritten Ionenimplantationsmaske das Entfernen einer veränderten Implantationsschicht der dritten Ionenimplantationsmaske durch Ätzen mit einem Sauerstoffplasma sowie durch Naßätzen unter Verwendung des Entwicklers des Resist 1 oder des Lösungsmittels des Resist 1.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Ansicht zur Erläuterung einer im Schnitt dargestellten Struktur eines MOSFET, der durch ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel hergestellt ist;
2 eine Draufsicht zur Erläuterung des MOSFET bei Betrachtung von der Seite, auf der eine Gateelektrode gebildet ist;
3 eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsvorgangs für eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
4 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
5 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
6 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
7 eine Draufsicht bei dem Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
8 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
9 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
10 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
11 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
12 eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsvorgangs für eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifizierung des Ausführungsbeispiels;
13 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der Modifizierung des Ausführungsbeispiels;
14 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der Modifizierung des Ausführungsbeispiels; und
15 eine Ansicht zur Erläuterung des Herstellungsvorgangs für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der Modifizierung des Ausführungsbeispiels.
Beste Arten zum Ausführen der Erfindung
Einführung
Der Begriff ”MOS” wird für die Laminatstruktur bzw. Schichtstruktur von einem Metall/Oxid/Halbleiter verwendet und steht für Metal Oxide Semiconductor. Insbesondere bei Feldeffekttransistoren, die eine MOS-Struktur (wobei diese im folgenden lediglich als ”MOS-Transistoren” bezeichnet werden) aufweisen, sind Materialien für eine Gateisolierschicht und eine Gateelektrode im Hinblick auf in der letzten Zeit erfolgte Verbesserungen bei der Integration und dem Herstellungsvorgang verbessert worden.
Zum Beispiel bei einem MOS-Transistor wird Polysilizium anstelle von Metall als Material für eine Gateelektrode verwendet, und zwar in erster Linie im Hinblick auf die Bildung eines Sourcebereichs und eines Drainbereichs in selbstausrichtender Weise. Ferner wird ein Material mit hoher Permittivität als Material für eine Gateisolierschicht verwendet, um die elektrischen Eigenschaften zu verbessern, wobei das Material jedoch nicht notwendigerweise auf ein Oxid beschränkt ist.
Daher ist der Begriff ”MOS” nicht notwendigerweise auf die Schichtstruktur Metall/Oxid/Halbleiter beschränkt, und auch die vorliegende Beschreibung soll nicht darauf eingeschränkt werden. D. h., im Hinblick auf das allgemeine technische Wissen soll ”MOS” nicht ausschließlich als Abkürzung verstanden werden, die sich von dessen Ursprung ableitet, sondern dieser Begriff soll auch breiter definiert verstanden werden und auch die Schichtkonstruktion von einem Leiter/Isolator/Halbleiter mit umfassen.
Ausführungsbeispiel
Vorrichtungskonfiguration
1 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung einer Schnittdarstellung eines MOSFET 100, der durch ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Beschreibung unter Bezugnahme auf einen n-leitenden und einen p-leitenden Typ als ersten Leitfähigkeitstyp bzw. zweiten Leitfähigkeitstyp.
Wie in 1 gezeigt ist, besitzt der MOSFET 100 eine Driftschicht 20 (Siliziumkarbidschicht) des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf einer ersten Hauptfläche eines Siliziumkarbid-Substrats 10 des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, einen Basisbereich 30 des zweiten Leitfähigkeitstyps, der in dem oberen Schichtbereich der Driftschicht 2 bis zum Erreichen einer ersten Tiefe ausgebildet ist, sowie zwei Sourcebereiche 40 des ersten Leitfähigkeitstyps, die in der Oberfläche des Basisbereichs 30 mit einer Beabstandung voneinander sowie bis zum Erreichen einer zweiten Tiefe ausgebildet sind. Die zweite Tiefe ist kleiner ausgebildet als die erste Tiefe.
Bei dem Siliziumkarbid-Substrat 10 handelt es sich um ein Substrat, das eine erste Hauptfläche aufweist, deren Ebenenrichtung eine (0001)-Ebene ist, die einen 4H-Polytyp aufweist, Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer relativ hohen Konzentration (n⁺) aufweist und einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzt.
Die Driftschicht 20 ist durch ein epitaxiales Aufwachsverfahren derart gebildet, dass sie Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps in einer relativ niedrigen Konzentrationen (n^–) aufweist.
Der Basisbereich 30 enthält Aluminium (Al), bei dem es sich um einen Dotierstoff des zweiten Leitfähigkeitstyps handelt, und der Sourcebereich 40 enthält Stickstoff (N), bei dem es sich um einen Dotierstoff des ersten Leitfähigkeitstyps handelt.
Auf der Hauptfläche der Siliziumkarbid-Driftschicht 20 ist auf der Seite, auf der der Basisbereich 30 und die Sourcebereiche 40 gebildet sind, eine Sourceelektrode 70 gebildet, die die einander gegenüberliegenden Sourcebereiche 40 übergreifend ausgebildet ist und mit Bereichen der einander gegenüberliegenden Sourcebereiche 40 und des Basisbereichs 30 zwischen den Sourcebereichen 40 in Kontakt steht.
Eine Gateisolierschicht 50, die aus Siliziumdioxid besteht, ist auf der Hauptfläche der Siliziumkarbid-Driftschicht 20 auf der Seite gebildet, auf der der Basisbereich 30 und die Sourcebereiche 40 gebildet sind, und zwar mit Ausnahme des Bereichs, in dem die Sourceelektrode 70 gebildet ist.
Ferner ist eine Gateelektrode 60 auf der Gateisolierschicht 50 derart ausgebildet, dass sie nicht mit der Sourceelektrode 70 in Kontakt tritt und in einem Abstand von den Rändern der Sourceelektrode 70 angeordnet ist.
Eine Drainelektrode 80 ist auf einer zweiten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Substrats 10 auf der der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite, d. h. auf der Seite der rückwärtigen Oberfläche gebildet.
Wie unter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, handelt es sich bei einem Kanalbereich um denjenigen Bereich des Basisbereich 30, der der Gateelektrode 60 über die Gateisolierschicht 50 hinweg gegenüberliegt und in dem eine Inversionsschicht während des Einschaltbetriebs gebildet wird. Ferner handelt es sich bei einer Kanallänge um die Länge des Kanalbereichs zwischen demjenigen Bereich, in dem keine Ionenimplantation erfolgt, und dem Sourcebereich 40 in dem Oberflächenschichtbereich der Driftschicht 20.
Bei dem MOSFET 100 fließt ein Hauptstrom in Vertikalrichtung über einen Pfad, der durch die Sourcebereiche 40, den Kanalbereich, die Driftschicht 20 und das Siliziumkarbid-Substrat 10 gebildet ist, und somit wird der MOSFET 100 als vertikaler MOSFET bezeichnet.
2 zeigt eine Draufsicht unter Darstellung des MOSFET 100 bei Betrachtung von der Seite, auf der die Gateelektrode 60 gebildet ist.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der Sourcebereich 40 eine rechteckige ringförmige Formgebung auf, so dass er die quadratisch ausgebildete Sourceelektrode 70 umgibt. Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei dem in 7 gezeigten MOSFET 100 um eine Einheit handelt und dass eine Vielzahl ähnlicher Konfigurationen auf dem Siliziumkarbid-Substrat 10 gebildet ist.
Herstellungsverfahren
Als nächstes wird das Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 3 bis 11 beschrieben, wobei das Verfahren zum Herstellen des MOSFET 100 als Beispiel verwendet wird.
Wie in 3 gezeigt ist, wird die Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps enthaltende Driftschicht 20 durch homo-epitaxiales Aufwachsen auf der ersten Hauptflache des Siliziumkarbid-Substrats 10 gebildet, wobei die Driftschicht 20 als darunter liegende SiC-Schicht dient.
Danach wird ein positives Resist 3a auf die Hauptfläche der Driftschicht 20 aufgebracht und erwärmt, um dadurch eine Photoresistschicht 3b zu bilden. Das dabei verwendete positive Resist 3a enthält in erster Linie ein photoempfindliches Material, ein Basisharzmaterial und ein organisches Lösungsmittel, und wird nach der Erwärmung zu der Photoresistschicht 3b, die eine Dicke von 2,5 μm aufweist.
Anschließend wird eine Struktur bzw. ein Muster unter Verwendung eines photolithographischen Verfahrens auf die Photoresistschicht 3b übertragen und dann mit einem Alkali-Entwickler entwickelt, um dadurch auf der Hauptfläche der Driftschicht 20 eine erste Ionenimplantationsmaske 4 zu bilden, die im Querschnitt senkrechte Seitenwände aufweist und eine gute rechtwinklige Ausbildung aufweist. Die Hauptfläche der Driftschicht 20 liegt am Boden einer Öffnung OP1 der ersten Ionenimplantationsmaske 4 frei.
Die erste Ionenimplantationsmaske 4 wird ausschließlich unter Verwendung eines photolithographischen Verfahrens gebildet, und die Maskenstrukturdimension entspricht der Kanaldimension des Kanalbereichs, wie dies im folgenden beschrieben wird.
Als nächstes wird in einem in 5 gezeigten Prozeß ein positives Resist 5a derart aufgebracht, dass es die Oberfläche der Driftschicht 20 und der ersten Ionenimplantationsmaske 4 bedeckt, wobei es dann erwärmt wird, um dadurch eine Photoresistschicht 5b zu bilden. Das in diesem Fall verwendete positive Resist enthält in erster Linie ein photoempfindliches Material, ein Basisharzmaterial sowie ein organisches Lösungsmittel, wobei es nach der Erwärmung zu der Photoresistschicht 5b mit einer Dicke von 2,8 μm wird.
Dabei wird die Photoresistschicht 5b auch auf der ersten Ionenimplantationsmaske 4 mit einer Dicke von etwa 0,3 μm gebildet. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Photoresistschicht 5b auf der ersten Ionenimplantationsmaske 4 keine Dicke von 2,8 μm aufweist. Der Grund hierfür besteht darin, dass der überdeckte Bereich der ersten Ionenimplantationsmaske 4 auf dem Siliziumkarbid-Substrat 10 klein ist und die Breite der ersten Ionenimplantationsmaske 4 kleiner ist als die Dicke der Resistschicht, so dass beim Aufbringen eines flüssigen Resistmaterials (positives Resist 5a) die Höhe der Photoresistschicht 5b auf der ersten Ionenimplantationsmaske 4 aufgrund der Oberflächenspannung des Resistmaterials identisch ist mit der Höhe der Photoresistschicht 5b an der Stelle, die frei von der ersten Ionenimplantationsmaske 4 ist.
Die Basisharzmaterialien des positiven Resist 5a und des positiven Resist 3a werden derart gewählt, dass sie sich in den jeweiligen Lösungsmitteln nicht auflösen, so dass der positive Resist 5a und der positive Resist 3a nicht miteinander vermischt werden, wenn der positive Resist 5a auf die Photoresistschicht 3b aufgebracht wird.
Zum Verhindern eines Mischens des positiven Resist 5a und der Photoresistschicht 3b kann alternativ auch die Photoresistschicht 3b weiter gehärtet werden, so dass kein Mischen verursacht wird, und zwar durch Erwärmen der gesamten Photoresistschicht 3b oder durch Bestrahlen der gesamten Photoresistschicht 3b mit UV-Licht vor dem Aufbringen des positiven Resist 5a.
Ein Muster bzw. eine Struktur wird auf die Photoresistschicht 5b unter Verwendung eines photolithographischen Verfahrens übertragen und wird anschließend mit einem organischen Entwickler entwickelt, um dadurch eine aus der Photoresistschicht 5b gebildete, zweite Ionenimplantationsmaske 5 zu bilden, wie dies in 6 gezeigt ist.
Die Öffnung OP1 der ersten Ionenimplantationsmaske 4 ist innenseitig von der Öffnungsstruktur einer Öffnung OP2 der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 gebildet. Somit stehen die Öffnungen OP1 und OP2 miteinander in Verbindung, mit dem Resultat, dass eine Öffnung OP3 gebildet ist.
Bei dem Strukturtransfer beim Bilden der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 erfolgt eine Überlagerung mit der ersten Ionenimplantationsmaske 4 in einer derartigen Weise, dass eine Grenzfläche der Öffnung OP2 innerhalb der ersten Ionenimplantationsmaske 4 entsprechend dem Kanalbereich positioniert wird.
Wenn die Überlagerungsgenauigkeit bei diesem Vorgang gleich oder geringer ist als die Kanallänge, ändert sich die Dimension des Implantationsbereichs nicht. In einem Fall z. B., in dem die Kanallänge 0,5 μm beträgt, kann die Überlagerungsgenauigkeit ±0,25 μm oder weniger betragen.
Auf diese Weise wird eine dritte Ionenimplantationsmaske 6 gebildet, die aus der ersten Ionenimplantationsmaske 4 und der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 gebildet ist und die Öffnung OP3 aufweist.
Dabei erfolgt eine derartige Auswahl, dass sich der positive Resist 3a nicht in dem Entwickler des positiven Resist 5a auflöst, so dass es möglich ist, die Photoresistschicht 5b für die Photoresistschicht 3b selektiv zu entwickeln. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Alkali-Entwickler als Entwickler für den positiven Resist 3a verwendet, und ein organischer Entwickler wird als Entwickler für den positiven Resist 5a verwendet, so dass ein selektives Entwickeln ermöglicht ist.
Beispielsweise wird eine wäßrige Lösung aus 2,38 Gew.-% Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) als Alkali-Entwickler verwendet, und Xylol- oder Isoamylacetat wird als organischer Entwickler verwendet.
Das vorstehende Beispiel dient lediglich der Erläuterung, und es sind verschiedene Kombinationen vorstellbar. Von wesentlicher Bedeutung ist, dass die Strukturdimension der ersten Ionenimplantationsmaske 4, die dem Kanalbereich entspricht, während des vorstehend beschriebenen Vorgangs nicht variiert.
Zu diesem Zweck ist es wichtig, dass sich die Photoresistschicht 3b während der Aufbringung des positiven Resist 5a nicht auflöst, indem sie mit dem Lösungsmittel des positiven Resist 5a in Berührung gelangt, und dass sich die Photoresistschicht 3b nicht in dem Entwickler der Photoresistschicht 5b auflöst.
Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem die Strukturdimension der ersten Ionenimplantationsmaske, die der Kanallänge entspricht, 0,5 μm beträgt und das Ausmaß der zulässigen Schwankung bei der Strukturdimension 10% beträgt, die Kombination aus einem Alkali-Entwickler und einem organischen Entwickler derart festgelegt, dass das Ausmaß der Auflösung der Photoresistschicht 3b durch Aufbringen oder Entwickeln des positiven Resist 5a einen Wert von 0,05 μm oder weniger besitzt.
Die Kombination aus einem Alkali-Entwickler und einem organischen Entwickler ist derart festgelegt, dass das Verhältnis der Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 3b zu der Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 5b mit dem gleichen Belichtungsbetrag etwa 1/100 oder weniger beträgt.
Dabei ist die Entwicklungsgeschwindigkeit definiert als Reduzierungsbetrag der Schicht pro Zeiteinheit für den Resist-Entwickler, wobei das Entwicklungsgeschwindigkeitsverhältnis als Verhältnis der Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 3b zu der der Photoresistschicht 5b dargestellt wird, d. h. Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 3b/Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 5b.
In der Öffnung OP3 der dritten Ionenimplantationsmaske 6 liegen die innere Seitenfläche und ein Teil der oberen Oberfläche der ersten Ionenimplantationsmaske 4 frei. Ähnlich der Querschnittsform der ersten Ionenimplantationsmaske 4 ist somit auch bei der Querschnittsform der Öffnung OP3 die Seitenfläche senkrecht zu dem Siliziumkarbid-Substrat 10 ausgebildet.
7 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung des Siliziumkarbid-Substrats 10 bei Betrachtung von der Seite der dritten Ionenimplantationsmaske 6 in einem Zustand, in dem die dritte Ionenimplantationsmaske 6 ausgebildet ist. Wie in 7 gezeigt ist, liegt ein Bereich der ersten Ionenimplantationsmaske 4 mit quadratischer Formgebung in der Draufsicht im Zentrum frei, und die dritte Ionenimplantationsmaske 6 ist den freiliegenden Bereich umgebend angeordnet.
Wie in 8 gezeigt ist, werden Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps durch Ionenimplantation (erste Ionenimplantation) in die Oberfläche der Driftschicht 20 durch die dritte Ionenimplantationsmaske 6 eingebracht, um dadurch den Sourcebereich 40 (erster Dotierstoffbereich) in der Driftschicht 20 zu bilden. Dabei wird die äußere Grenzfläche des Sourcebereichs 40 durch die erste Ionenimplantationsmaske 4 definiert.
Als ein Beispiel für die Ionenimplantationsbedingungen erfolgt eine Implantation unter solchen Bedingungen, dass Stickstoff (N) als Dotierstoff für die Ionenimplantation verwendet wird, die Substrattemperatur während der Implantation 25°C beträgt, und das Kastenprofil, in dem die Konzentration von N einen Wert von 3 × 10¹⁹ cm^–3 besitzt, in dem Bereich für die Tiefe von 0,3 μm von der Hauptfläche des Siliziumkarbid-Substrats 10 gebildet wird.
Als Ergebnis der ersten Ionenimplantation erfolgen eine Carbonisierung eines empfindlichen Materials und eines Basisharzmaterials sowie eine Vernetzungsreaktion zwischen den Basisharzmaterialien in der dritten Ionenimplantationsmaske 6, die aus einem Photoresist besteht. Somit werden insbesondere der freiliegende Bereich der ersten Ionenimplantationsmaske 4 und der Bereich in der Nähe der Oberfläche der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 gehärtet, so dass hierdurch eine oberflächengehärtete Schicht SH gebildet wird.
In dem in 9 dargestellten Vorgang erfolgt dann ein Trockenätzen unter einer Sauerstoffplasma-Atmosphäre, um dadurch die oberflächengehärtete Schicht SH der ersten Ionenimplantationsmaske 4 und der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 sowie die über der ersten Ionenimplantationsmaske 4 angeordnete zweite Ionenimplantationsmaske 5 zu entfernen.
Dabei werden die Schichtdicken der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 und der ersten Ionenimplantationsmaske 4, die nicht mit der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 bedeckt ist und dem Plasma ausgesetzt ist, aufgrund des Ätzvorgangs reduziert. Das Ätzausmaß ist in diesem Fall derart vorgegeben, dass die über der ersten Ionenimplantationsmaske 4 angeordnete zweite Ionenimplantationsmaske 5 (die eine Dicke von etwa 0,3 μm aufweist) entfernt wird.
Auf diese Weise erhält die erste Ionenimplantationsmaske 4 eine stufenartige Formgebung. Die Schichtdicke der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 nach dem Ätzen ist derart sichergestellt, dass sie eine ausreichende Dicke (1,7 μm oder größer) aufweist, um als Implantationsmaske zu wirken.
Alternativ dazu wird in einem Fall, in dem die Seitenflächen der ersten Ionenimplantationsmaske 4 und der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 nicht senkrecht, sondern abgeschrägt sind, die oberflächengehärtete Schicht SH geringfügig an den Seitenflächen der ersten Ionenimplantationsmaske 4 und der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 gebildet (nicht gezeigt). Jedoch kann die oberflächengehärtete Schicht SH von diesem auch durch Trockenätzen unter einer Sauerstoffplasma-Atmosphäre entfernt werden.
In dem in 10 gezeigten Vorgang wird dann ein Naßätzvorgang unter Verwendung des Lösungsmittels der die erste Ionenimplantationsmaske 4 bildenden Photoresistschicht 3b ausgeführt, so dass sich die zweite Ionenimplantationsmaske 5 in diesem Lösungsmittel nicht auflöst, sondern sich nur die erste Ionenimplantationsmaske 4 auflöst. Auf diese Weise ist ein selektives Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske 4 möglich. Hierdurch kann die zweite Ionenimplantationsmaske 5 eine Öffnung OP4 mit einer Breite aufweisen, die dem Gesamtbereich der ersten Ionenimplantationsmaske 4 entspricht.
Die innere Seitenwand der Öffnung OP4 wird in Kontakt mit der äußeren Seitenwand der ersten Ionenimplantationsmaske 4 gebildet und ist somit senkrecht bzw. rechtwinklig zu der Hauptfläche des Siliziumkarbid-Substrats 10 ausgebildet.
In dem in 11 veranschaulichten Vorgang erfolgt dann eine Ionenimplantation (zweite Ionenimplantation) mit Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in der Oberfläche der Driftschicht 20 durch die zweite Ionenimplantationsmaske 5, um dadurch einen Basisbereich 30 (zweiter Dotierstoffbereich) in der Driftschicht 20 zu bilden. In diesem Fall wird die äußere Grenzfläche des Basisbereichs 30 durch die zweite Ionenimplantationsmaske 5 definiert.
Als ein Beispiel für die Ionenimplantationsbedingungen erfolgt eine Implantation unter den Bedingungen, dass Aluminium (Al) als Dotierstoff für die Ionenimplantation verwendet wird, die Substrattemperatur während der Implantation 25°C besitzt, und das Kastenprofil, in dem die Konzentration von Al einen Wert von 2 × 10¹³ cm^–3 besitzt, in dem Bereich für die Tiefe von 0,8 μm von der Hauptfläche des Siliziumkarbid-Substrats 10 gebildet wird.
Die Ionenimplantation des zweiten Leitfähigkeitstyps wird derart ausgeführt, dass eine Überlappung des Sourcebereichs 40 des ersten Leitfähigkeitstyps bei der Bildung des Basisbereichs 30 stattfindet, wobei die Konzentration des Sourcebereichs 40 derart vorgegeben wird, dass sie durch die Bildung des Basisbereichs 30 nicht beeinträchtigt wird.
Wünschenswerterweise erfolgt auch in dem Vorgang nach der ersten Ionenimplantation und vor der zweiten Ionenimplantation keine Änderung der Strukturdimension der ersten Ionenimplantationsmaske 4, die dem Kanalbereich entspricht. In dieser Hinsicht ist es wichtig, dass sich die Photoresistschicht 5b nicht durch den Kontakt mit dem Lösungsmittel des positiven Resist 3b auflöst.
Das bedeutet, es genügt, dass sich die Lösungsmittel des die zweite Ionenimplantationsmaske 5 bildenden Resist sowie des die dritte Ionenimplantationsmaske 6 bildenden Resist nicht gegenseitig auflösen. Zum Beispiel ist in einem Fall, in dem die der Kanallänge entsprechende Strukturdimension der ersten Ionenimplantationsmaske 4 einen Wert von 0,5 μm besitzt und das Ausmaß der zulässigen Schwankung bei der Strukturdimension 10% beträgt, ist das Ausmaß der Auflösung der Photoresistschicht 5b beim Entfernen des positiven Resist 3a wünschenswerterweise 0,05 μm oder weniger.
Das Lösungsmittel des Resist ist in Abhängigkeit von einem Basisharzmaterial-Typ des Resist unterschiedlich. Zum Beispiel kommt es bei einem Resist mit der Bezeichnung ZEP520 kaum zu einem Auflösen in Propylenglykolmonomethylether, bei dem es sich um ein Resist-Lösungsmittel auf Novolac-Harzmaterialbasis handelt.
Dagegen kommt es bei dem Resist auf Novolac-Harzmaterialbbasis kaum zu einem Auflösen in Orthodichlorbenzol, bei dem es sich um das Lösungsmittel von ZEP520 handelt. Somit kann die Bedingung, dass sich die Lösungsmittel kaum gegenseitig auflösen, durch die Kombination derselben erfüllt werden.
Anschließend werden die erste Ionenimplantationsmaske 4 und die zweite Ionenimplantationsmaske 5 entfernt, und danach wird die Gateisolierschicht 50 mit einer gewünschten Dicke auf der Oberfläche des Siliziumkarbid-Substrats 10 durch thermische Oxidation gebildet. Danach wird eine Schicht aus polykristallinen Silizium auf der Gateisolierschicht 50 durch ein LPCVD-Verfahren oder dergleichen gebildet, woraufhin eine Strukturierung stattfindet, um dadurch eine Gateelektrode 60 zu bilden. Anschließend werden eine Sourceelektrode 40, eine Drainelektrode 80 und eine interne Zwischenverbindung gebildet, mit dem Ergebnis, dass dadurch der in 1 gezeigte MOSFET 100 gebildet wird.
Wirkungen
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die äußere Grenzfläche des ersten Ionenimplantationsbereichs und die äußere Grenzfläche des zweiten Ionenimplantationsbereichs durch das Vorhandensein der ersten Ionenimplantationsmaske 4 definiert. Der Kanalbereich entspricht dem Bereich, der sandwichartig zwischen der äußeren Grenzfläche des ersten Ionenimplantationsbereichs und der äußeren Grenzfläche des zweiten Ionenimplantationsbereichs angeordnet ist, und somit ist die Kanaldimension durch die Strukturdimension der ersten Ionenimplantationsmaske 4 festgelegt.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann bei dem Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Kanaldimension in Abhängigkeit von der Übertragungsstrukturdimension der ersten Ionenimplantationsmaske 4 angemessen festgelegt werden, wobei die Übertragungsstruktur durch eine einzige Belichtung gebildet wird. Somit kommt es zu keinem Fehler bei einer Überlagerung, so dass die Bildung eines Kanalbereichs mit hoher Genauigkeit ermöglicht ist.
Weiterhin besteht eine charakteristische Eigenschaft des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels darin, dass die dritte Ionenimplantationsmaske und die zweite Ionenimplantationsmaske durch die erste Ionenimplantationsmaske in selbstausrichtender Weise gebildet werden, und dass die dritte Ionenimplantationsmaske und die zweite Ionenimplantationsmaske in bezug auf die verbleibende Ionenimplantationsmaske in selbstausrichtender Weise ausgebildet werden.
Es ist möglich, einen Dimensionsfehler der Kanaldimension ohne Ausbildung eines Kanalbereichs in selbstausrichtender Weise zu reduzieren und den n-leitenden Sourcebereich 40 und den p-leitenden Basisbereich 30 in selbstausrichtender Weise zu bilden. Dies erlaubt das Herstellen eines Ionenimplantationsbereichs in selbstausrichtender Weise sowie das Herstellen eines Kanalbereichs in selbstausrichtender Weise ohne Verwendung einer speziellen Technik.
Die Innenfläche der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 wird bei der ersten Ionenimplantation mit der ersten Ionenimplantationsmaske 4 bedeckt, so dass die Verformung der Formgebung der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 aufgrund einer Implantationsbeschädigung bei der ersten Ionenimplantation sowie eine Schwankung der Strukturdimension der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 verhindert ist.
Insbesondere in dem Fall, in dem ein Resist als Ionenimplantationsmaske verwendet wird, ergeben sich somit bemerkenswerte Effekte beim stabilen Bilden eines Implantationsbereichs, der beispielsweise in einem Kanalbereich dimensionsmäßige Genauigkeit benötigt.
Ferner wird ein aus einem organischen Material gebildeter Resist als Ionenimplantationsmaske verwendet, so dass kein Vorgang zum Bilden einer anorganischen Maske und kein Ätzschritt erforderlich sind, wie diese im Fall der Verwendung einer anorganischen Maske notwendig sind. Dadurch kann die Anzahl der Schritte im Vergleich zu dem Verfahren zum Bilden eines Implantationsbereichs in selbstausrichtender Weise unter Verwendung einer organischen Maske vermindert werden.
Aufgrund der Ausbildung der oberflächengehärteten Schicht auf der Oberfläche der ersten Ionenimplantationsmaske 4 ist es schwierig, die erste Ionenimplantationsmaske 4 in bezug auf die zweite Ionenimplantationsmaske 5 nur durch Naßätzen unter Verwendung des die erste Ionenimplantationsmaske 4 bildenden Resist selektiv zu entfernen. Die oberflächengehärtete Schicht auf der Oberfläche der ersten Ionenimplantationsmaske 4 wird jedoch durch Trockenätzen in einer Sauerstoffplasma-Atmosphäre entfernt, so dass ein selektives Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske 4 möglich ist.
Obwohl ein Trockenätzen und Naßätzen unter Verwendung eines Lösungsmittels zum Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske 4 verwendet werden, kann der nicht freiliegende Bereich der ersten Ionenimplantationsmaske 4 freigelegt werden, indem das Siliziumkarbid-Substrat 10 vollständig freigelegt wird, so dass es durch Naßätzen unter Verwendung eines Alkali-Entwicklers entfernt wird, In diesem Fall werden Entwickler, in denen sich der jeweils andere Resist nicht auflöst, in Kombination verwendet (Kombination aus einem Alkali-Entwickler und einem organischen Entwickler oder Kombination aus einem organischen Entwickler und einem organischen Entwickler anderen Typs), so dass der die erste Ionenimplantationsmaske 4 bildende Resist sich nicht in dem die zweite Ionenimplantationsmaske 5 bildenden Resist auflöst und sich der die zweite Ionenimplantationsmaske 5 bildende Resist nicht in dem Entwickler des die erste Ionenimplantationsmaske 4 bildenden Resist auflöst. Dies ermöglicht eine Behandlung mit hoher Selektivität.
Modifikation
Während die dem Kanalbereich entsprechende erste Ionenimplantationsmaske 4 bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel als Resist-Struktur ausgebildet ist, wird als Modifikation dieses Ausführungsbeispiels im folgenden ein Verfahren zum Herstellen der ersten Ionenimplantationsmaske aus der Öffnungsstruktur eines Resist unter Bezugnahme auf die 12 bis 15 beschrieben.
Wie in 12 gezeigt ist, wird als erstes die Driftschicht 20, die Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps enthält, durch homo-epitaxiales Aufwachsen auf der ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Substrats 10 gebildet, wobei diese Schicht als darunterliegende SiC-Schicht dient.
Anschließend wird der positive Resist 5a auf die Hauptfläche der Driftschicht 20 aufgebracht und dann erwärmt, um dadurch die Photoresistschicht 51, zu bilden. Der in diesem Fall verwendete positive Resist 5a enthält in erster Linie ein photoempfindliches Material, ein Basisharzmaterial und ein organisches Lösungsmittel, so dass daraus nach dem Erwärmen die Photoresistschicht 5b mit einer Dicke von 2,5 μm gebildet wird.
Anschließend wird eine Struktur mittels eines photolithographischen Verfahrens auf die Photoresistschicht 5b übertragen und dann mit einem organischen Entwickler entwickelt, um dadurch die zweite Ionenimplantationsmaske 5 zu bilden, die aus der Photoresistschicht 5b besteht.
Nach dem photolithographischen Verfahren überdeckt die Photoresistschicht 5b einen nicht implantierten Bereich der Driftschicht 20 und des Sourcebereichs und weist eine Öffnungsstruktur auf, bei der der dem Kanalbereich entsprechende Bereich eine Öffnung OP5 ist.
In dem in 13 dargestellten Vorgang wird dann der positive Resist 3a derart aufgebracht, dass die Öffnung OP5 der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 ausgefüllt wird. Infolgedessen wird der dem Kanalbereich entsprechende Bereich mit dem positiven Resist 3a bedeckt.
Danach wird die Photoresistschicht 3b durch Erwärmen des positiven Resist 3a gebildet. Der hierbei verwendete positive Resist 3a enthält in erster Linie ein photoempfindliches Material, ein Basisharzmaterial und ein organisches Lösungsmittel. Während die Photoresistschicht 3b auch auf der Photoresistschicht 5b gebildet wird, weist dieser Bereich eine Dicke von etwa 0,5 μm auf.
In dem in 14 veranschaulichten Vorgang wird dann eine Struktur mittels photolithographischer Technik auf die Photoresistschicht 3b übertragen und anschließend mit einem organischen Lösungsmittel entwickelt, um dadurch die Öffnung OP2 in dem zentralen Bereich der Photoresistschicht 3b zu bilden. Bei diesem Strukturtransfer werden Übertragungsstrukturen derart überlagert, dass der äußere Rand der Öffnung OP2 sich nahezu über dem Zentrum des Bereichs befindet, der zu einem Kanalbereich wird.
Nach der Belichtung erfolgt die Entwicklung mit einem Alkali-Entwickler, und dadurch löst sich die Photoresistschicht 3b des der Öffnung OP2 entsprechenden Bereichs allmählich in dem Entwickler auf. Die Entwicklung wird abgeschlossen, wenn die Photoresistschicht 5b über dem Bereich, der zu dem Sourcebereich 40 wird, freigelegt ist. In diesem Fall wird als positiver Resist 5a ein Material ausgewählt, das sich nicht in dem Entwickler (Alkali-Entwickler) des positiven Resist 3a auflöst.
Die Photoresistschicht 5b, die dem Bereich über der nicht implantierten Region (der Region außerhalb des Bereichs, der zu einem Kanalbereich wird) entspricht, ist nicht in der Öffnung OP2 enthalten und ist mit der Photoresistschicht 3b bedeckt und liegt somit nach der Entwicklung nicht frei. Es versteht sich von selbst, dass die Photoresistschicht 3b auf der Photoresistschicht 5b eine Dicke von etwa 0,5 μm als vorgegebenen Wert aufweist, so dass es in einfacher Weise möglich ist, die Entwicklung zu der Zeit zu beenden, zu der die Photoresistschicht 3b auf der Photoresistschicht 5b verschwindet, indem die Entwicklungszeit oder das Belichtungsausmaß eingestellt wird.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird in dem der Öffnung OP2 entsprechenden Bereich die Dicke der Photoresistschicht 3b aufgrund der Entwicklung in dem Bereich, der nur die Photoresistschicht 3b beinhaltet, jedoch nicht die Photoresistschicht 5b beinhaltet, geringer. Es verschwindet jedoch nicht die gesamte Photoresistschicht 3b aufgrund der Entwicklung.
Während die Photoresistschicht 3b derart ausgebildet wird, dass sie eine vertiefte Formgebung aufweist, deren Dicke in der Öffnung OP2 kleiner wird, kann die Photoresistschicht 3b auch nach der Entwicklung eine ähnliche Dicke wie die Photoresistschicht 5b aufweisen.
Anschließend wird die Photoresistschicht 5b in dem dem Sourcebereich entsprechenden Bereich in bezug auf die Photoresistschicht 3b durch organische Entwicklung selektiv entfernt, um dadurch die Öffnung OP1 zu bilden, in der die Hauptfläche der Driftschicht 20 am Boden derselben freigelegt. Auf diese Weise wird die Öffnung OP3 gebildet, in der die Öffnungen OP1 und OP2 miteinander verbunden sind.
In diesem Fall ist es möglich, die Photoresistschicht 5b und die Photoresistschicht 3b selektiv zu entwickeln, indem eine derartige Kombination ausgewählt wird, dass sich der positive Resist 5a nicht in dem Entwickler des positiven Resist 3a auflöst und sich der positive Resist 3a nicht in dem Entwickler des positiven Resist 5a auflöst.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Alkali-Entwickler als Entwickler für den positiven Resist 3a verwendet, und ein organischer Entwickler wird als Entwickler für den positiven Resist 5a verwendet, so dass die jeweiligen Resistschichten in selektiver Weise entwickelt werden.
Beispielsweise wird eine wäßrige Lösung aus 2,38 Gew.-% Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) als Alkali-Lösung verwendet, und Xylol- oder Isoamylacetat wird als organischer Entwickler verwendet.
Vorstehendes dient lediglich als Beispiel, und es sind verschiedene Kombinationen vorstellbar. Von wesentlicher Bedeutung ist, dass die Strukturdimension der dem Kanalbereich entsprechende ersten Ionenimplantationsmaske 4 während des vorstehend beschriebenen Vorgangs nicht variiert.
In dieser Hinsicht ist es wichtig, dass sich die Photoresistschicht 5b während der Aufbringung des positiven Resist 3a nicht auflöst, indem sie mit dem Lösungsmittel des positiven Resist 3a in Berührung gelangt, und dass sich die Photoresistschicht 3b nicht in dem Entwickler der Photoresistschicht 5b auflöst.
In einem Fall z. B., in dem die Strukturdimension der der Kanallänge entsprechenden ersten Ionenimplantationsmaske 0,5 μm beträgt und das Ausmaß der zulässigen Schwankung der Strukturdimension 10% beträgt, wird die Kombination aus einem Resist-Lösungsmittel und einem Entwickler derart festgelegt, dass das Ausmaß der Auflösung der Photoresistschicht 5b durch Aufbringen des positiven Resist 3a oder das Ausmaß der Auflösung der Photoresistschicht 3b durch Entwickeln des positiven Resist 5a einen Wert von 0,05 μm oder weniger besitzt.
Die Kombination aus einem Alkali-Entwickler und einem organischen Entwickler wird derart festgelegt, dass das Verhältnis der Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 3b in bezug auf die Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 5b mit dem gleichen Belichtungsausmaß etwa 1/100 oder weniger beträgt.
Hierbei ist die Entwicklungsgeschwindigkeit als Reduzierungsausmaß der Schicht pro Zeiteinheit für den Resist-Entwickler definiert, und das Entwicklungsgeschwindigkeits-Verhältnis wird als Verhältnis der Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 3b zu der Photoresistschicht 5b dargestellt, d. h. Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 3b/Entwicklungsgeschwindigkeit der Photoresistschicht 5b.
Auf diese Weise werden die aus der Photoresistschicht 5b gebildete zweite Ionenimplantationsmaske 5 und die aus der Photoresistschicht 3 gebildete erste Ionenimplantationsmaske 4 in der in 15 dargestellten Weise gebildet. Infolgedessen wird die dritte Ionenimplantationsmaske 6 aus der ersten Ionenimplantationsmaske 4 und der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 gebildet.
Dies unterscheidet sich von dem Herstellungsverfahren bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem es sich bei dem den Kanalbereich bedeckenden Resist und demjenigen Resist, das die obere Oberfläche des einen nicht implantierten Bereich bedeckenden Resist bedeckt, bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel um unterschiedliche Typen handelt.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel ist dagegen der Kanalbereich mit der Photoresistschicht 3b bedeckt, und die obere Oberfläche der Photoresistschicht 5b, die einen nicht implantierten Bereich bedeckt, ist bei der vorliegenden Modifizierung ebenfalls mit der Photoresistschicht 3b desselben Typs bedeckt.
Infolgedessen wird die durch die erste Ionenimplantation gebildete oberflächengehärtete Schicht nur auf der Oberflächenschicht der ersten Ionenimplantationsmaske 4 gebildet.
Die erste Ionenimplantationsmaske 4 muß entfernt werden, damit die zweite Ionenimplantation ausgeführt werden kann. Gemäß der vorliegenden Modifizierung ist es aufgrund der Trockenätzung unter einer Sauerstoffplasma-Atmosphäre möglich, die erste Ionenimplantationsmaske 4 durch Naßätzen selektiv zu entfernen, und zwar unter Verwendung des Lösungsmittels des Photoresist 3a nach dem Entfernen der oberflächengehärteten Schicht.
Das heißt, die Photoresistschicht 3b auf der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 kann selektiv entfernt werden, wobei dies zu dem Effekt führt, dass die Schichtdicke der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 nicht geringer wird. Hierdurch kann eine Ionenimplantation in einem nicht implantierten Bereich zuverlässig verhindert werden.
Ferner wird die zweite Ionenimplantationsmaske 5 keinem Trockenätzvorgang ausgesetzt, und somit kommt es zu keiner Verformung der Querschnittsform der zweiten Ionenimplantationsmaske 5 sowie zu keiner Veränderung der Strukturdimension. Hierdurch läßt sich der Effekt erzielen, dass die Strukturdimension eines dotierten Bereichs nicht variiert.
Bezugszeichenliste

4: erste Ionenimplantationsmaske
5: zweite Ionenimplantationsmaske
6: dritte Ionenimplantationsmaske
10: Siliziumkarbid-Substrat
20: Siliziumkarbid-Driftschicht
30: Basisbereich
40: Sourcebereich
50: Gateisolierschicht
60: Gateelektrode
70: Sourceelektrode
80: Drainelektrode

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: eine Siliziumkarbid-Driftschicht (20) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf einer Hauptfläche eines Siliziumkarbid-Substrats (10) angeordnet ist; einen Basisbereich (30) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der in einem oberen Schichtbereich der Siliziumkarbid-Driftschicht (20) angeordnet ist; einen Sourcebereich (40) des zweiten Leitfähigkeitstyps, der in einer Oberfläche des Basisbereichs (30) angeordnet ist, sowie eine Gateelektrode (60), die über dem Sourcebereich (40), dem Basisbereich (30) und der Siliziumkarbid-Driftschicht (20) unter Zwischenanordnung einer Gateisolierschicht (50) angeordnet ist, wobei ein äußerer Rand des Sourcebereichs (40) weiter innen angeordnet ist als ein äußerer Rand des Basisbereichs (30) und ein Bereich des Basisbereichs (30), der außenseitig von dem äußeren Rand des Sourcebereichs (40) angeordnet ist sowie direkt unterhalb der Gateelektrode (60) angeordnet ist, einem Kanalbereich (CH) entspricht, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (a) auf der Siliziumkarbid-Driftschicht (20) erfolgendes einzelnes Bilden einer ersten Ionenimplantationsmaske (4) und einer zweiten Ionenimplantationsmaske (5) durch photolithographische Bearbeitung zum Bilden einer dritten Ionenimplantationsmaske (6), wobei die erste Ionenimplantationsmaske (4) einen dem Kanalbereich entsprechenden Maskenbereich sowie eine dem Sourcebereich (40) entsprechende erste Öffnung (OP1) aufweist und die zweite Ionenimplantationsmaske (5) in Kontakt mit einem äußeren Rand der ersten Implantationsmaske (4) positioniert wird und zum Bilden eines Basisbereichs (30) ausgebildet ist; (b) Implantieren von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps, ausgehend von der ersten Öffnung (OP1), mittels eines Ionenstrahls unter Verwendung der dritten Ionenimplantationsmaske (6), um dadurch den Sourcebereich (40) in dem oberen Schichtbereich der Siliziumkarbid-Driftschicht (20) zu bilden; (c) Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske (4) nach dem Bilden des Sourcebereichs (40); und (d) Implantieren von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps mittels eines Ionenstrahls, ausgehend von einer zweiten Öffnung (OP4), die in der zweiten Ionenimplantationsmaske (5) nach dem Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske (4) gebildet ist, um dadurch den Basisbereich (30) tiefer als den Sourcebereich (40) in dem oberen Schichtteil der Siliziumkarbid-Driftschicht (20) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) folgendes beinhaltet: einen Schritt zum Härten und Strukturieren eines ersten Photoresist (3a) zum Bilden der ersten Ionenimplantationsmaske (4) sowie anschließendes Bilden eines zweiten Photoresist (5a) in einer die erste Ionenimplantationsmaske (4) überdeckenden Weise, Harten des zweiten Photoresist (5a) sowie Entfernen des gehärteten zweiten Photoresist (5a) von der ersten Öffnung, um die zweite Ionenimplantationsmaske (5) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) folgendes beinhaltet: einen Schritt zum Harten und Strukturieren eines ersten Photoresist (5a) zum Bilden der zweiten Ionenimplantationsmaske (5) unter Verwendung des Maskenbereichs der ersten Ionenimplantationsmaske (4) als dritte Öffnung (OP5), sowie anschließendes Bilden eines zweiten Photoresist (3a) in einer die zweite Ionenimplantationsmaske (5) überdeckenden Weise, Härten und Strukturieren des zweiten Photoresist, um eine Oberfläche des ersten Photoresist in einem Bereich freizulegen, der der ersten Öffnung (OP1) der ersten Ionenimplantationsmaske (4) entspricht, sowie Entfernen des ersten Photoresist in dem der ersten Öffnung (OP1) der ersten Ionenimplantationsmaske (4) entsprechenden Bereich, um dadurch die erste Ionenimplantationsmaske (4) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei Entwickler, die sich gegenseitig bei der photolithographischen Bearbeitung nicht beeinträchtigen, für den ersten und den zweiten Photoresist (3a, 5a) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei Basisharzmaterialien, die jeweils in einem Lösungsmittel des jeweiligen anderen Photoresist nicht löslich sind, als Basisharzmaterialien des ersten und des zweiten Photoresist verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt (c) folgendes beinhaltet: vor dem Entfernen der ersten Ionenimplantationsmaske erfolgendes Entfernen einer oberflächengehärteten Schicht der ersten Ionenimplantationsmaske und der zweiten Ionenimplantationsmaske durch Trockenätzen unter einer Sauerstoffplasma-Atmosphäre.