JP6415015B2 - 炭化珪素mos型半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
工程(b):シリコン酸化膜2上にフォトレジスト3を積層しパターニングを行う。
工程(d):フォトレジスト3を除去する。
工程(f):フッ酸などのウェットエッチングでシリコン酸化膜2を全面除去する。
上記(a)〜(f)の各工程において、工程(c)での異方性エッチング時に加工速度のばらつきから、シリコン酸化膜2開口部直下の炭化珪素半導体基板1が削れ、図4(c)の破線の囲み枠内に示すように基板1に表面段差4が生じる。このようにして形成された表面段差4はデバイスとして完成後に電界集中の要因や炭化珪素半導体基板1上に形成されている絶縁膜(例えばゲート酸化膜)の耐圧低下の要因になるので好ましくない。
前記上層膜を積層する工程は、該上層膜を不純物注入をする際に注入阻止できる厚さに形成し、前記不純物注入用開口部をエッチングで形成する工程は、該開口部の上層膜を完全に除去し、下層膜が完全に除去されずに厚さの一部が残り、該下層膜越しに不純物注入できる下層膜の厚さとし、
前記非金属耐熱性下層膜と前記非金属耐熱性上層膜の積層膜を上層膜/下層膜として、ポリシリコン膜/PSG膜、ポリシリコン膜/BPSG膜、シリコン酸化膜/PSG膜、シリコン酸化膜/BPSG膜、シリコン窒化膜/PSG膜、シリコン窒化膜/BPSG膜、シリコン膜/PSG膜、シリコン膜/BPSG膜から選ばれるいずれかの積層膜とし、
前記不純物注入用開口部をエッチングで形成するための条件が、上層膜/下層膜のエッチングレート選択比Sa、上層膜のエッチングレートRa、下層膜の厚さL1、オーバーエッチング時間Taとし、
不純物注入後に、前記上層膜を除去する際の条件が
上層膜/下層膜のエッチングレート選択比Sb、上層膜のエッチングレートRb、エッチング時間Tbとした時、不等式、
工程(b):下層膜12上に上層膜13を形成する。なお。上層膜13の厚さは不純物注入をする際に注入阻止できる厚さにする必要がある。例えば、CVD法で厚さ1000nmのポリシリコン膜を成膜する。
工程(d):前記開口部16を利用して、不純物元素のイオンを注入する領域の上層膜13をエッチングで(開口)除去する。エッチングには、反応性イオンエッチング(RIE)方式などの異方性エッチングが横方向へのエッチングが少なくて望ましい。エッチング条件は、上層膜13と下層膜12で高選択比が得られる条件が望ましい。なお、エッチング時間は、エッチングむらやバラツキによるエッチング残りを防ぐため、上層膜13に対して若干オーバータイムエッチングとすることが望ましいが、ジャストタイムエッチングやアンダータイムエッチングでもよい。例えば、エッチング条件として、SF6(6フッ化硫黄)=50sccm、O2(酸素)=10sccm、圧力=5Pa、ソースパワー=500W、バイアス=100W、オーバータイムエッチング10%とする。このエッチング条件により、上層膜13は全面すべてエッチアウトされ、下層膜12は完全に除去されずに厚さの一部が残る。前記アンダータイムエッチングとは上層膜13が完全にエッチアウトされない状態のエッチングである。
上層膜の厚さをL2、下層膜の厚さをL1、上層膜/下層膜のレート選択比をSa、エッチング後の下層膜の残り厚さをL1’ オーバーエッチングをP%とすると、下層膜のエッチング量はL2/Sa×(P/100)=(Ra×Ta/Sa)なので、
工程(f):下層膜12越し(下層膜14を残したまま、前記アンダータイムエッチングの場合は下層膜14の上にシリコン酸化膜13の残膜を残したまま)に不純物注入を行い、不純物注入領域15を形成する。例えば、不純物元素イオンとしてはアルミイオンを用い、ドーズ量は1×1015/cm2〜10×1015/cm2程度、イオン注入時の基板温度は200〜800℃程度から選択できる。例えば、500℃とする。
このとき上層膜13はエッチングにより開口部16が形成されており、この開口部16を通して下層膜12が露出している状態である。次に、この上層膜13の全面除去時に、露出する下層膜12が、さらに削れても炭化珪素半導体基板11が露出しないように、上層膜/下層膜のレート選択比が大きいエッチング条件が好ましいのである。上層膜の厚さをL2、下層膜の厚さをL1’、上層膜/下層膜のレート選択比をSbとすると、(L2/L1’)<Sbを満たすエッチング条件にすることで炭化珪素半導体基板が露出することを防ぐことができる。(L2/L1’)<SbからL1’>(L2/Sb)、L2=Rb×Tbであるから、
前記(2)式と(3)式から、
ドライエッチングの場合、例えば、前述の工程(d)と同じ条件SF6=50sccm、O2=10sccm、圧力=5Pa、ソースパワー=500W、バイアス=100W、エッチングのオーバータイムを+10%でエッチングをすればよい。
2、8 シリコン酸化膜
3、9、14 フォトレジスト
4 表面段差
5、10、15 不純物注入領域
7 ニッケル膜
12 下層膜
13 上層膜
16 開口部
Claims (1)
- 炭化珪素半導体基板表面のゲート絶縁膜形成領域に不純物元素のイオン注入マスクとなる非金属耐熱性下層膜を形成する工程と、該下層膜上に、該下層膜とは異なる材料からなる不純物元素のイオン注入マスクとなる非金属耐熱性上層膜を積層する工程と、該上層膜の所要の位置に不純物注入用開口部をエッチングで形成する工程と、上層膜を不純物注入マスクとして不純物注入を行い、前記炭化珪素半導体基板に不純物注入領域を形成する工程と、前記上層膜を全面除去する工程を備える炭化珪素MOS型半導体装置の製造方法において、
前記上層膜を積層する工程は、該上層膜を不純物注入をする際に注入阻止できる厚さに形成し、前記不純物注入用開口部をエッチングで形成する工程は、該開口部の上層膜を完全に除去し、下層膜が完全に除去されずに厚さの一部が残り、該下層膜越しに不純物注入できる下層膜の厚さとし、
前記非金属耐熱性下層膜と前記非金属耐熱性上層膜の積層膜を上層膜/下層膜として、ポリシリコン膜/PSG膜、ポリシリコン膜/BPSG膜、シリコン酸化膜/PSG膜、シリコン酸化膜/BPSG膜、シリコン窒化膜/PSG膜、シリコン窒化膜/BPSG膜、シリコン膜/PSG膜、シリコン膜/BPSG膜から選ばれるいずれかの積層膜とし、
前記不純物注入用開口部をエッチングで形成する工程におけるエッチング条件が、上層膜/下層膜のエッチングレート選択比Sa、上層膜のエッチングレートRa、下層膜の厚さL1、オーバーエッチング時間Taとし、
不純物注入後に、前記上層膜を除去する際の条件が
上層膜/下層膜のエッチングレート選択比Sb、上層膜のエッチングレートRb、エッチング時間Tbとした時、
[数1]
L1>(Ra×Ta/Sa)+(Rb×Tb/Sb)
を満たすことを特徴とする炭化珪素MOS型半導体装置の製造方法。
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