JP4961805B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）中に不純物をドーピングしたのち、活性化熱処理を行うことで不純物の活性化を行っているＳｉＣ半導体装置の製造方法に関するものである。

ＳｉＣパワーデバイスでは、不純物層形成時に必要とされる活性化熱処理によってＳｉＣ表面からＳｉ抜けが生じ、表面荒れが発生することが確認されている。このＳｉ抜けが生じると、ＳｉＣ基板表面にカーボンリッチな層が形成される。このカーボンリッチな層を除去しなければリーク電流が増大するなど、デバイス特性に不具合が発生する。このため、カーボンリッチ層を除去するために、犠牲酸化および犠牲酸化膜除去工程が追加されている。

ここでいう犠牲酸化工程は熱酸化工程であるが、熱酸化工程を実施するに際し、不純物を注入した領域と注入していない領域で熱酸化の速度に大きな差が生じる。すなわち、不純物を注入した領域の熱酸化速度が注入していない領域よりも大きくなる増速酸化が行われるため、注入した領域の熱酸化膜が注入していない領域に比べて厚くなる。

このため、ＨＦ処理によって犠牲酸化膜を除去したときに、不純物を注入した領域の酸化膜が厚いために、不純物を注入していない領域と比べて凹んでしまうという「くびれ」ができる。この「くびれ」は、ゲート酸化膜を形成するときの膜厚ムラの発生要因となり、ゲート酸化膜信頼性を低下させる。図９は、この様子を示したゲート酸化膜１００の近傍の断面図である。この図に示すように、ゲート酸化膜１００に大きな膜厚ムラが発生していることが判る。

これに対して、特許文献１において、表面荒れを抑制する方法が提案されている。具体的には、フォトレジスト等の有機膜パターンを形成した後、不純物イオンを注入し、その後、有機膜を炭化させることでグラファイト膜を形成し、そのグラファイト膜をマスクとして高温アニールを実施する。

このような方法によれば、有機膜を炭化させたグラファイト膜でマスクしているため、マスク下の表面荒れを抑制できる。

また、特許文献２でも、表面荒れを抑制する方法が提案されている。具体的には、ドリフト層をエピタキシャル成長させた後、真空高温熱処理によりＳｉを昇華させることで均一なカーボン層を形成し、このカーボン層をキャップ層として利用しつつ、活性化アニールを行うことで不純物層の活性化を行う。このように、カーボン層を用いた場合、有機系のグラファイト膜のように有機溶剤に含まれる不純物がＳｉＣ基板に拡散することがなく、デバイス特性に影響が及ばないようにすることができる。
特開２００５−２６０２６７号公報 特開２００５−３０３０１０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、グラファイト膜をイオン注入に用いた有機膜パターンで形成しているため、イオン注入のために開口させられている部分にはグラファイト膜が形成されず、保護されない。

したがって、グラファイト膜が形成されない開口部は、高温アニールによりＳｉが昇華してカーボンリッチ層が形成され表面が荒れることになる。このため、デバイス作製時には、このカーボンリッチ層を除去するために犠牲酸化工程を追加しなければならず、上述した増速酸化による「くびれ」を防止できない。

また、特許文献２に記載の方法の場合、カーボン層を形成した後に、イオン注入を選択的に実施するために、カーボン層の上にＳｉＯ₂膜を形成し、ホト・エッチングによりＳｉＯ₂膜を加工してから、イオン注入が行われる。

しかしながら、アモルファスであるカーボン層の上にＳｉＯ₂膜を形成すると、膜の密着性が確保できない。つまり、微細なパターンを加工するとマスク材となるＳｉＯ₂膜が剥がれてしまい、イオン注入用のマスクとしての役割を果たせず、所望のデバイス性能が得られなくなる。

また、引用文献２には、不純物層を形成するためのイオン注入工程を行った後に、カーボン層を形成する方法についても記載されている。上記のように、ドリフト層をエピタキシャル成長させた後に、そのままドリフト層表面のＳｉを昇華させることでカーボン層を形成するのであれば、一連の工程によってカーボン層を形成できるが、イオン注入工程を行った後にカーボン層を形成するのであれば、そのための工程を別途行わなければならない。

さらに、イオン注入工程を行った後にカーボン層を形成する場合には、その際、既に不純物領域が形成されており、結晶構造が乱れている部分が発生している。このため、カーボン層を形成する工程を１１００℃以上１４００℃以下という高い温度下で行ったときに、結局、結晶構造が乱れていないＳｉＣ表面と比較して、カーボン化する速度（つまりＳｉの昇華速度）に差が生じ、カーボン層を除去したときに、上記した犠牲酸化および犠牲酸化膜除去と同様に「くびれ」が発生する。その結果、ゲート酸化膜の厚さムラを防止できず、ゲート膜信頼性を確保できない。

本発明は上記点に鑑みて、ＳｉＣ表面に形成される酸化膜の厚さムラを抑制できるＳｉＣ半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、不純物層（３、４）を含む炭化珪素半導体（２、５）の表面に有機系溶剤で構成されるレジスト（２３）を塗布したのち、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を行うことにより、レジスト（２３）に含まれる有機物を蒸発させることでレジスト（２３）を炭化させ、カーボン層を形成する工程と、カーボン層にて不純物層（３、４）を含む炭化珪素半導体（２、５）の表面を覆った状態で、不純物を活性化させるための熱処理を行う工程と、カーボン層を除去する工程と、を含んだ工程によって不純物形成工程を行い、カーボン層を除去する工程を行った後で酸化膜（７）を形成する工程を行うことを特徴としている。

このように、レジスト（２３）を炭化させることで形成したカーボン層、つまり下地となるＳｉＣとの密着性が良好な材料をマスクとして、不純物の活性化処理を行うようにしている。

このため、カーボン層で確実に下地を覆った状態で不純物の活性化のための熱処理を行うことが可能となる。したがって、ＳｉＣ表面からのＳｉ抜けを防止することが可能となり、カーボンリッチ層が形成されることを防止することができる。したがって、カーボンリッチ層を除去するための犠牲酸化膜形成工程や犠牲酸化膜除去工程を行わなくても良くなる。これにより、犠牲酸化膜形成工程や犠牲酸化膜除去工程を経ることによる「くびれ」が形成されることを防止できるため、酸化膜（７）の膜厚ムラを抑制することが可能となり、酸化膜（７）の信頼性の低下、引いてはデバイス特性の悪化を防止できる。
また、レジスト（２３）を塗布したのち、該レジスト（２３）をチップ単位に分割する工程を行い、このチップ単位に分割する工程を行った後で、レジスト（２３）を炭化してカーボン層を形成する工程を行うようにしている。このようにすれば、レジスト（２３）の面積を細分化できるため、レジスト（２３）が破れ難くすることができる。

この場合、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理プロファイルと不純物を活性化させるための熱処理プロファイルを異なった昇温プロファイルとし、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理での昇温速度を不純物を活性化させるための熱処理での昇温速度よりも遅く設定すると好ましい。

このようにすれば、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理での昇温速度まで速く昇温しないようにできるため、レジスト（２３）に含まれる有機物が急激に沸騰してしまいうことによってレジスト（２３）が破れてしまうことを防止することができる。

例えば、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理での昇温速度を８０℃／ｍｉｎ以下に設定することができ、不純物を活性化させるための熱処理での昇温速度を１６０℃／ｍｉｎ以上に設定することができる。

また、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理に関しては、２００℃以上かつ８５０℃以下で行うのが好ましい。このような熱処理温度とすれば、カーボン層を形成している途中でレジスト（２３）が燃えてしまうことを防止できる。なお、不純物を活性化させるための熱処理に関しては、１６００℃以上で行うことができる。

また、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理と不純物を活性化させるための熱処理とを続けて行うようにすれば、熱処理工程の効率化を図ることができる。この場合、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を２００℃以上かつ８５０℃以下に設定すると共に、不純物を活性化させるための熱処理を１６００℃以上に設定し、まず、熱処理温度がレジスト（２３）を炭化させるための熱処理として設定された温度に達すると、該温度を一定時間保持し、その後、さらに昇温を続け、熱処理温度が不純物を活性化させるための熱処理として設定された温度とすればよい。

勿論、これら各熱処理工程を連続して行わなくても良い。すなわち、まず、熱処理温度がレジスト（２３）を炭化させるための熱処理として設定された温度に達すると、該温度を一定時間保持したのち降温させ、その後、熱処理温度を昇温させることで不純物を活性化させるための熱処理として設定された温度にしても構わない。

また、カーボン層を除去する工程に関しては、カーボン層を８５０℃以下で酸化することにより除去すると好ましい。このような温度とすれば、ＳｉＣが酸化せず、かつ、Ｓｉ抜けが生じないようにすることができる。

さらに、カーボン層を除去する工程を行った後、酸化膜（７）を形成する工程の前に、不純物層（３、４）を含む炭化珪素半導体（２、５）の表面を洗浄する工程を行うと、より炭化珪素半導体（２、５）の表面状態を良好にすることができる。

以上のような熱処理工程を残留酸素が少ない雰囲気中で行うことで、カーボン層もしくはカーボン層を形成途中のレジスト（２３）が燃えてしまうことを防止することができる。例えば、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を１×１０^-4Ｐａ以下の減圧雰囲気で行うことができる。また、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を減圧したＡｒ雰囲気で行っても良い。また、レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を残留酸素が１％以下の雰囲気行っても良い。さらに、残留酸素をＡｒに置換したＡｒ雰囲気で行っても良い。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１に、本実施形態に示すＳｉＣ半導体装置の製造方法により製造したノーマリオフ型のｎチャネルタイププレーナ型ＭＯＳＦＥＴ（縦型パワーＭＯＳＦＥＴ）の断面図を示す。本デバイスは、インバータや車両用オルタネータのレクチファイヤに適用すると好適なものである。図１に基づいて縦型パワーＭＯＳＦＥＴの構造について説明する。

炭化珪素からなるｎ⁺型基板１は、上面を主表面１ａとし、主表面の反対面である下面を裏面１ｂとしている。このｎ⁺型基板１の主表面１ａ上には、基板１よりも低いドーパント濃度を有する炭化珪素からなるｎ^-型エピタキシャル層（以下、ｎ^-型エピ層という）２が積層されている。

ｎ^-型エピ層２の表層部にはｐ型ベース領域３が形成されている。このｐ型ベース領域３は、Ｂ、Ａｌ若しくはＧｅをドーパントとして形成されており、約１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上の濃度となっている。また、ｐ型ベース領域３の中央部分（図１中の左右両端位置）には、部分的にＰ型不純物濃度が高くされ、コンタクト領域として機能する。この部分は、他の領域よりも深く形成されていても良く、その場合、ディープベース領域としても機能することになる。

また、ｐ型ベース領域３の表層部には、ｐ型ベース領域３よりも浅いｎ⁺型ソース領域４が形成されている。そして、ｎ⁺型ソース領域４とｎ^-型エピ層２とを繋ぐように、ｐ型ベース領域３の表面部にはｎ^-型ＳｉＣ層５が延設されている。このｎ^-型ＳｉＣ層５は、エピタキシャル成長にて形成されたものであり、デバイスの動作時にチャネル形成層として機能する。以下、ｎ^-型ＳｉＣ層５を表面チャネル層という。

表面チャネル層５の上面およびｎ⁺型ソース領域４の上面には熱酸化にてゲート酸化膜７が形成され、このゲート酸化膜７の上にゲート電極８が形成されている。ゲート電極８は、ＬＴＯ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）等で構成された絶縁膜９で覆われ、この絶縁膜９の上にｎ⁺型ソース領域４およびｐ型ベース領域３と電気的に接続されたソース電極１０が形成されている。そして、ｎ⁺型基板１の裏面１ｂにドレイン電極１１が形成され、縦型パワーＭＯＳＦＥＴが構成されている。

次に、図１に示す縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造工程を、図２〜図５を用いて説明する。

〔図２（ａ）に示す工程〕
まず、ｎ型４Ｈまたは６Ｈまたは３Ｃ−ＳｉＣからなる半導体基板、すなわちｎ⁺型基板１を用意する。例えば、ｎ⁺型基板１として、厚さが４００μｍ程度のものを用意する。そして、このｎ⁺型基板１の主表面１ａに厚さ５μｍのｎ^-型エピ層２をエピタキシャル成長させる。この場合、ｎ^-型エピ層２は下地の基板１と同様の結晶で得られ、ｎ型４Ｈまたは６Ｈまたは３Ｃ−ＳｉＣ層となる。

〔図２（ｂ）、（ｃ）に示す工程〕
ｎ^-型エピ層２の上にＬＴＯ膜２０を配置したのち、ＬＴＯ膜２０をパターニングすることで、ｐー型ベース領域３の形成予定位置を露出させる。これをマスクとして、ｐ型不純物であるＢ、Ａｌ、若しくはＧｅをイオン注入する。このときのイオン注入条件は、例えば、温度を７００℃、ドーズ量を１×１０¹⁶ｃｍ^-2とする。これにより、ｐ^-型ベース領域３が形成される。その後、ＬＴＯ膜２０を除去する。

〔図３（ａ）に示す工程〕
ｐ^-型ベース領域３を含むｎ^-型エピ層２上に化学気相成長法（ＣＶＤ法）により表面チャネル層５をエピタキシャル成長させる。

このとき、縦型パワーＭＯＳＦＥＴをノーマリオフ型にするために、表面チャネル層５の厚み（膜厚）を、ゲート電極８に電圧を印加していない時におけるｐ型ベース領域３から表面チャネル層５に広がる空乏層の伸び量と、ゲート酸化膜７から表面チャネル層５に広がる空乏層の伸び量との和よりも小さくなるようにしている。

具体的には、ｐ型ベース領域３から表面チャネル層５に広がる空乏層の伸び量は、表面チャネル層５とｐ型ベース領域３とのＰＮ接合のビルトイン電圧によって決定され、ゲート酸化膜７から表面チャネル層５に広がる空乏層の伸び量は、ゲート酸化膜７の電荷及びゲート電極８（金属）と表面チャネル層５（半導体）との仕事関数差によって決定されるため、これらに基づいて表面チャネル層５の膜厚を決定している。

このようなノーマリオフ型の縦型パワーＭＯＳＦＥＴは、故障などによってゲート電極に電圧が印加できないような状態となっても、電流が流れないようにすることができるため、ノーマリオン型のものと比べて安全性を確保することができる。

〔図３（ｂ）に示す工程〕
表面チャネル層５の上にＬＴＯ膜２１を配置したのち、ＬＴＯ膜２１をパターニングすることで、ｎ⁺型ソース領域４の形成予定位置を露出させる。そして、ＬＴＯ膜２１をマスクとしてＮ（窒素）等のｎ型不純物をイオン注入し、ｎ⁺型ソース領域４を形成する。このときのイオン注入条件は、温度を７００℃、ドーズ量を１×１０¹⁵ｃｍ^-2としている。

〔図３（ｃ）に示す工程〕
続いて、ＬＴＯ膜２１を除去した後、フォトレジスト法を用いて表面チャネル層５の上の所定領域にＬＴＯ膜２２を配置し、ＬＴＯ膜２２をパターニングすることで、ｐ^-型ベース領域３のうち上述したソース電極１０とのコンタクト領域となる位置に形成されている表面チャネル層５を露出させる。

〔図４（ａ）に示す工程〕
ＬＴＯ膜２２をマスクとしてｐ^-型ベース領域３上の表面チャネル層５に対してＢ⁺をイオン注入することで、ｎ⁺型ソース領域４と重ならないように位置において部分的にベース領域３のｐ型不純物を高濃度としたコンタクト領域を形成する。

〔図４（ｂ）に示す工程〕
ＬＴＯ膜２２を除去した後、ｐ^-型ベース領域３、ｎ⁺型ソース領域４および表面チャネル層５の表面にレジスト２３を形成する。このとき、スピンコートまたは噴霧方式塗布により、レジスト２３を形成すると、レジスト２３の膜厚が均一となるため好ましい。

レジスト２３としては、有機物を蒸発させたときに残りの材料が炭化される有機系溶剤を用いることができ、ポジ系の有機系溶剤、例えば、ｉ線フォトリソグラフィ用レジスト、Ｄｅｅｐ−ＵＶリソグラフィ用レジスト、ＡｒＦリソグラフィ用レジストまたは電子線リソグラフィ用レジストを用いることができる。

そして、図６に示す熱処理プロファイルに基づいて、レジスト２３に含まれる有機物を蒸発させ、レジスト２３を炭化させてカーボン層を形成すると共に、ｐ^-型ベース領域３やｎ⁺型ソース領域４内に含まれた不純物を活性化させる。

具体的には、まず、熱処理を行う装置内の雰囲気圧力を減圧雰囲気、例えば１×１０^-4Ｐａ以下の真空状態としたのち、装置内にＡｒ（アルゴン）を導入することでＡｒ雰囲気とする。続いて、８０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度で２００℃以上かつ８５０℃以下の温度まで加熱する。例えば８０℃／ｍｉｎの昇温速度で１０分間昇温させることで８００℃まで昇温する。そして、この温度を例えば１０分間保持する。

この昇温プロファイルは、レジスト２３を炭化させるためのプロファイルであり、不純物を活性化させるための加熱と比べて、熱処理温度が低く、かつ、昇温速度が遅くなっている。熱処理温度を２００℃以上かつ８５０℃以下としているのは、不純物の活性化前に確実にレジスト２３を炭化させるためであり、昇温速度を８０℃／ｍｉｎ以下としたのは、あまり速く昇温するとレジスト２３に含まれる有機物が急激に沸騰してしまい、その沸騰により発生する気泡によってレジスト２３が破れてしまう可能性があるためである。

また、熱処理温度を８５０℃以下で一定時間保持しているため、レジスト２３内の有機物をより確実に蒸発させることができ、レジスト２３を炭化させたカーボン層を確実に形成することができる。そして、装置内をＡｒ雰囲気としているため、装置内の残留酸素を少なくすることが可能となり、残留酸素によってカーボン層を形成している途中にレジスト２３が燃えてしまうことを防止できる。

さらに、レジスト２３を炭化させることでカーボン層を形成しているため、ｐ^-型ベース領域３やｎ⁺型ソース領域４および表面チャネル層５の表面全域が覆われるようにカーボン層を形成することができる。

そして、カーボン層が形成されてからは昇温速度を速くしても差し支えないため、１６０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度となるように昇温速度を速くし、不純物を活性化させるための熱処理温度まで早く加熱する。例えば、８００℃から１６０℃／ｍｉｎで５分間昇温させることで１６００℃まで加熱する。これにより、ｐ^-型ベース領域３やｎ⁺型ソース領域４内に含まれた不純物を活性化させられる。

このとき、カーボン層によってｐ^-型ベース領域３やｎ⁺型ソース領域４および表面チャネル層５を覆った状態としているため、これらの表面からのＳｉ抜けを防止することが可能となり、カーボンリッチ層が形成されることを防止することができる。したがって、この後行われるゲート酸化膜７の形成工程に先立ち、犠牲酸化膜形成工程や犠牲酸化膜除去工程を行わなくても良くなる。

なお、カーボン層は、下地（ｐ^-型ベース領域３やｎ⁺型ソース領域４および表面チャネル層５）となるＳｉＣと密着性も良好であるため、下地から剥がれてしまうことはなく、確実に下地を覆った状態で不純物活性化のための熱処理工程を行うことが可能となる。

〔図４（ｃ）に示す工程〕
カーボン層を除去する。具体的には、ＳｉＣが酸化せず、かつ、Ｓｉ抜けが生じない８５０℃以下の低温、例えば８００℃程度の熱酸化工程を行い、カーボン層を燃焼させることで除去する。このときカーボン層の熱酸化工程は、ドライ酸化で行っても良いし、ウェット酸化で行っても良い。そして、必要に応じてＨＦ処理による表面洗浄工程を実施することで、表面状態を良好にすることができる。

その後、例えば、雰囲気温度を１０８０℃としたウェット酸化（Ｈ₂＋Ｏ₂によるパイロジェニック法を含む）により、ｐ^-型ベース領域３やｎ⁺型ソース領域４および表面チャネル層５の上にゲート酸化膜７を形成する。

このとき、ｐ^-型ベース領域３やｎ⁺型ソース領域４および表面チャネル層５では不純物濃度に差があるため、不純物濃度が濃い部分では増速酸化が起こることになる。しかしながら、上述したように、下地となるｐ^-型ベース領域３やｎ⁺型ソース領域４および表面チャネル層５の表面自体には犠牲酸化膜形成工程や犠牲酸化膜除去工程を経ることによる「くびれ」が形成されていない状態となっている。このため、ゲート酸化膜７を形成したとしても、ゲート酸化膜７の膜厚ムラを抑制することが可能となり、ゲート酸化膜信頼性の低下、引いてはデバイス特性の悪化を防止できる。

〔図５（ａ）に示す工程〕
ゲート酸化膜７の上にポリシリコン層を例えばＬＰＣＶＤにより堆積する。このときの成膜温度は例えば６００℃とする。そして、ポリシリコン層をパターニングすることで、ゲート電極８を形成する。

〔図５（ｂ）に示す工程〕
引き続き、ゲート酸化膜７の不要部分を除去した後、ＬＴＯよりなる絶縁膜９を例えば４２５℃で成膜し、さらに約１０００℃でのアニールを行うことでゲート電極８を覆う。

この後、室温での金属スパッタリングによりソース電極１０及びドレイン電極１１を配置したのち、成膜後に１０００℃のアニールを行うことで、図１に示す縦型パワーＭＯＳＦＥＴが完成する。

このように構成された縦型パワーＭＯＳＦＥＴはノーマリオフ型の蓄積モードで動作するものであって、以下のように動作する。まず、ゲート電極に電圧を印加しない場合は、表面チャネル層５においてキャリアは、ｐ^-型ベース領域３と表面チャネル層５との間の静電ポテンシャルの差、及び表面チャネル層５とゲート電極８との間の仕事関数の差により生じた電位によって全域空乏化された状態となる。

この状態において、ゲート電極８に電圧を印加することで、表面チャネル層５とゲート電極８との間の仕事関数の差と外部からの印加電圧の和により生じる電位差を変化させることができ、これにより、チャネルの状態を制御することができる。

そして、オフ状態においては、ｐ^-型ベース領域３及びゲート電極８により作られた電界によって、空乏領域が表面チャネル層５内に形成されているため、この状態からゲート電極８に対して正のバイアスを供給すると、ゲート酸化膜７と表面チャネル層５との間の界面においてｎ⁺型ソース領域４からｎ^-型エピ層２方向へ延びるチャネル領域が形成され、オン状態にスイッチングされる。これにより、ｎ⁺型ソース領域４→表面チャネル層５→ｎ^-型エピ層２を順に経由したのち、ｎ^-型エピ層２（ドリフト領域）からｎ⁺型基板１（ｎ⁺ ドレイン）に対して垂直を成すように電子が流れる。

このようにゲート電極８に正の電圧を印加することにより、表面チャネル層５に蓄積型チャネルを誘起させることができ、ソース電極１０とドレイン電極１１との間にキャリアを流すことができる。

以上説明したように、本実施形態においては、レジスト２３を炭化させることで形成したカーボン層、つまり下地となるＳｉＣとの密着性が良好な材料をマスクとして、不純物の活性化処理を行うようにしている。

このため、カーボン層で確実に下地を覆った状態で不純物の活性化のための熱処理を行うことが可能となる。したがって、ＳｉＣ表面からのＳｉ抜けを防止することが可能となり、カーボンリッチ層が形成されることを防止することができる。これにより、カーボンリッチ層を除去するための犠牲酸化膜形成工程や犠牲酸化膜除去工程を行わなくても良くなり、犠牲酸化膜形成工程や犠牲酸化膜除去工程を経ることによる「くびれ」が形成されることを防止できるため、ゲート酸化膜７の膜厚ムラを抑制することが可能となり、ゲート酸化膜信頼性の低下、引いてはデバイス特性の悪化を防止できる。

なお、特許文献２では、カーボン層を用いた場合、有機系のグラファイト膜のように有機溶剤に含まれる不純物がＳｉＣ基板に拡散すると記載されているが、ＳｉＣは不純物の拡散速度が遅いため、有機溶剤に含まれる不純物がＳｉＣ基板へ拡散するということも考えにくい。実際に、蛍光Ｘ線・ＳＩＭＳ評価を実施した結果、不純物がＳｉＣ基板に拡散するという事実は把握できなかった。また、最適条件により真空高温熱処理により均一なカーボン層を形成できるとあるが、有機系溶剤を塗布する方法の方がより均一な膜厚の保護膜を容易に形成できる。

（他の実施形態）
（１）上記実施形態では、レジスト２３を炭化させたり、不純物の活性化を行うための熱処理工程をＡｒ雰囲気としたが、単に残留酸素の分圧が小さくなるように減圧雰囲気、例えば真空状態とするのみであっても良い。この場合、残留酸素がカーボン層もしくはカーボン層を形成している途中のレジスト２３の燃焼に寄与するため、残留炭素の量が１％以下となるようにすると好ましい。

また、減圧雰囲気としなくても、残留酸素をＡｒで置換することによって減少させた雰囲気を形成し、その雰囲気中で熱処理工程を行っても良い。この場合、残留酸素の量を十分に減少させるためには、Ａｒでの置換回数を増やすのが好ましく、実験によれば、３回以上置換すると、カーボン層もしくはカーボン層を形成している途中のレジスト２３がほとんど燃えない程度まで残留酸素を減少させられることを確認している。

（２）上記実施形態では、レジスト２３を炭化させてカーボン層を形成するための熱処理プロファイルと不純物を活性化させるための熱処理プロファイルとを異ならせ、複数の熱処理プロファイルを有した熱処理工程を行うようにしている。これは、カーボン層をより好適に形成するために行ったものである。

これに対して、カーボン層を形成するための熱処理プロファイルと不純物を活性化させるための熱処理プロファイルとを同じプロファイルとしても良い。例えば、不純物を活性化させるための熱処理プロファイルに合せて、１６０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で加熱することにより、レジスト２３を炭化させても良い。逆に、カーボン層を形成するための熱処理プロファイルに合せて、８０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度で１６００℃程度まで加熱することにより、不純物の活性化を行っても良い。

ただし、前者の場合には、有機物の沸騰によりカーボン層が破れる可能性が高くなり、後者の場合には、熱処理工程に掛かる時間が長くなるという問題もあるため、上記実施形態のように、複数の熱処理プロファイルとするのが好ましい。

（３）上記実施形態では、カーボン層を形成するために熱処理温度を８００℃程度まで高くした後、その温度を保持し、それからそのまま昇温を続け、不純物の活性化のための温度まで加熱している。これにより、熱処理工程の効率化を図っている。

これに対し、例えば、図７に示す熱処理プロファイルのように、一端カーボン層を形成した後で降温させ、それから再び不純物の活性化の為に加熱を行うようにしても良い。すなわち、カーボン層の形成のための熱処理工程と、不純物の活性化の為の熱処理工程を異なる装置によって行うような場合であっても、熱処理工程の効率化は図れないものの、上記実施形態で示したような効果を得ることができる。

（４）上記実施形態では、レジスト２３を基板表面全面に形成しているが、図８に示すショットパターン模式図のように、ＳｉＣ半導体装置の１チップ毎に対応させたサイズ、例えば３ｍｍ□をカバーするように、レジスト２３をチップ単位に分割しても良い。このようにすれば、レジスト２３の面積を細分化できるため、レジスト２３が破れ難くすることができる。

本発明の第１実施形態にかかるＳｉＣ半導体装置の製造方法により製造したプレーナ型ＭＯＳＦＥＴの断面図である。 図１に示す縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 図２に続く縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 図３に続く縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 図４に続く縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造工程を示す断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造工程中の熱処理プロファイルを示したグラフである。 他の実施形態に示す縦型パワーＭＯＳＦＥＴの製造工程中の熱処理プロファイルを示したグラフである。 他の実施形態に示すショットパターン模式図である。 ゲート酸化膜１００の近傍の断面図である。

符号の説明

１…ｎ⁺型基板、１ａ…主表面、１ｂ…裏面、２…ｎー型エピ層、
３…ｐー型ベース領域、４…ｎ⁺型ソース領域、５…表面チャネル層、
７…ゲート酸化膜、８…ゲート電極、９…絶縁膜、１０…ソース電極、
１１…ドレイン電極、２０〜２２…ＩＴＯ膜、２３…レジスト。

Claims (13)

1. 炭化珪素半導体（２、５）に不純物のイオン注入を行ったのち、前記不純物を活性化させるための熱処理を施すことによって前記注入された不純物を活性化させることで不純物層（３、４）を形成する不純物層形成工程と、
   前記不純物層（３、４）を含む前記炭化珪素半導体（２、５）の表面に酸化膜（７）を形成する工程と、を含んだ炭化珪素半導体装置の製造方法において、
   前記不純物形成工程は、
   前記不純物層（３、４）を含む前記炭化珪素半導体（２、５）の表面に有機系溶剤で構成されるレジスト（２３）を塗布したのち、前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を行うことにより、前記レジスト（２３）に含まれる有機物を蒸発させることで前記レジスト（２３）を炭化させ、カーボン層を形成する工程と、
   前記カーボン層にて前記不純物層（３、４）を含む前記炭化珪素半導体（２、５）の表面を覆った状態で、前記不純物を活性化させるための熱処理を行う工程と、
   前記カーボン層を除去する工程と、を含み、
   前記レジスト（２３）を塗布したのち、該レジスト（２３）をチップ単位に分割する工程を含み、このチップ単位に分割する工程を行った後で、前記レジスト（２３）を炭化してカーボン層を形成する工程を行い、
   前記酸化膜（７）を形成する工程は、前記カーボン層を除去する工程を行った後で行うことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
2. 前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理プロファイルと前記不純物を活性化させるための熱処理プロファイルを異なった昇温プロファイルとし、前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理での昇温速度を前記不純物を活性化させるための熱処理での昇温速度よりも遅く設定することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
3. 前記不純物を活性化させるための熱処理での昇温速度を１６０℃／ｍｉｎ以上に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
4. 前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を２００℃以上かつ８５０℃以下で行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
5. 前記不純物を活性化させるための熱処理を１６００℃以上で行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
6. 前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理と前記不純物を活性化させるための熱処理とを続けて行い、前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を２００℃以上かつ８５０℃以下に設定すると共に、前記不純物を活性化させるための熱処理を１６００℃以上に設定し、まず、熱処理温度が前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理として設定された温度に達すると、該温度を一定時間保持し、その後、さらに昇温を続け、熱処理温度が前記不純物を活性化させるための熱処理として設定された温度とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
7. 前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を２００℃以上かつ８５０℃以下に設定すると共に、前記不純物を活性化させるための熱処理を１６００℃以上に設定し、まず、熱処理温度が前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理として設定された温度に達すると、該温度を一定時間保持したのち降温させ、その後、熱処理温度を昇温させることで前記不純物を活性化させるための熱処理として設定された温度にすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
8. 前記カーボン層を除去する工程では、前記カーボン層を８５０℃以下で酸化することにより除去することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
9. 前記カーボン層を除去する工程を行った後、前記酸化膜（７）を形成する工程の前に、前記不純物層（３、４）を含む前記炭化珪素半導体（２、５）の表面を洗浄する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
10. 前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を１×１０⁴Ｐａ以下の減圧雰囲気で行うことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
11. 前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を減圧したＡｒ雰囲気で行うことを特徴とする請求項１０に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
12. 前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理を残留酸素が１％以下の雰囲気行うことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
13. 前記レジスト（２３）を炭化させるための熱処理では、残留酸素をＡｒに置換したＡｒ雰囲気で行うことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

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