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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023072446
(43)【公開日】2023-05-24
(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 29/78 20060101AFI20230517BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20230517BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20230517BHJP
H01L 29/739 20060101ALI20230517BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 652H
H01L29/78 652T
H01L29/78 653A
H01L29/78 658E
H01L29/78 658G
H01L29/78 658A
H01L29/78 655A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021185006
(22)【出願日】2021-11-12
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】富田 英幹
(57)【要約】
【課題】製造工程および製造時間の減少を図ることができるＳｉＣ半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ＳＪ構造を構成することでは、構成層１２０上に成膜マスク３０を形成することと、構成層１２０のうちの第２導電型カラム領域１３が形成される形成予定領域が開口するように成膜マスクに開口部３０ａを形成することと、成膜マスク３０を用いてエッチングを行い、構成層１２０にマスク構成トレンチ１２１を形成して構成層１２０のうちのマスク構成トレンチ１２１を囲む部分をＳｉＣマスク１２２とすることと、成膜マスク３０およびＳｉＣマスク１２２を含むイオン注入用マスク１３０を用い、マスク構成トレンチ１２１の底面に、第２導電型の不純物をイオン注入して第２導電型カラム領域１３を形成することと、構成層１２０のうちのＳｉＣマスク１２２となる部分を除去することとを行う。
【選択図】図２Ｅ
【解決手段】ＳＪ構造を構成することでは、構成層１２０上に成膜マスク３０を形成することと、構成層１２０のうちの第２導電型カラム領域１３が形成される形成予定領域が開口するように成膜マスクに開口部３０ａを形成することと、成膜マスク３０を用いてエッチングを行い、構成層１２０にマスク構成トレンチ１２１を形成して構成層１２０のうちのマスク構成トレンチ１２１を囲む部分をＳｉＣマスク１２２とすることと、成膜マスク３０およびＳｉＣマスク１２２を含むイオン注入用マスク１３０を用い、マスク構成トレンチ１２１の底面に、第２導電型の不純物をイオン注入して第２導電型カラム領域１３を形成することと、構成層１２０のうちのＳｉＣマスク１２２となる部分を除去することとを行う。
【選択図】図２Ｅ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スーパージャンクション構造を有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
炭化珪素で構成された第１導電型の構成層（１２０）を形成することと、
前記構成層にイオン注入を行って一方向を長手方向とする複数の第２導電型カラム領域（１３）を形成することを行うことにより、前記構成層のうちの前記第２導電型カラム領域の間に残された部分によって第１導電型カラム領域（１２ａ）を構成し、前記第１導電型カラム領域と前記第２導電型カラム領域とが前記長手方向と交差する方向に交互に繰り返し並べられた前記スーパージャンクション構造を形成することと、を行い、
前記スーパージャンクション構造を形成することでは、
前記構成層上に、成膜マスク（３０）を形成することと、
前記構成層のうちの前記第２導電型カラム領域が形成される形成予定領域が開口するように前記成膜マスクに開口部（３０ａ）を形成することと、
前記成膜マスクを用いてエッチングを行い、前記構成層にマスク構成トレンチ（１２１）を形成し、前記構成層のうちの前記マスク構成トレンチを囲む部分を前記成膜マスクより不純物の遮蔽率が高い炭化珪素マスク（１２２）とすることと、
前記成膜マスクおよび前記炭化珪素マスクを含むイオン注入用マスク（１３０）を用い、前記マスク構成トレンチの底面に、第２導電型の不純物を、加速エネルギを変更しながらイオン注入することにより、前記炭化珪素マスクに前記不純物がイオン注入された注入領域（１４０）を構成しつつ、前記マスク構成トレンチの底面から前記構成層の深さ方向に沿って延びる前記第２導電型カラム領域を形成することと、
前記構成層のうちの前記炭化珪素マスクとなる部分を除去することにより、前記構成層のうちの前記第２導電型カラム領域の間に残された部分を第１導電型カラム領域（１２ａ）として、前記第１導電型カラム領域および前記第２導電型カラム領域を有する前記スーパージャンクション構造を形成することと、を行い、
前記マスク構成トレンチを形成することでは、前記第２導電型カラム領域を形成することの際、前記注入領域が前記炭化珪素マスク内で終端する深さとされた前記マスク構成トレンチを形成する炭化珪素半導体装置の製造方法。
炭化珪素で構成された第１導電型の構成層（１２０）を形成することと、
前記構成層にイオン注入を行って一方向を長手方向とする複数の第２導電型カラム領域（１３）を形成することを行うことにより、前記構成層のうちの前記第２導電型カラム領域の間に残された部分によって第１導電型カラム領域（１２ａ）を構成し、前記第１導電型カラム領域と前記第２導電型カラム領域とが前記長手方向と交差する方向に交互に繰り返し並べられた前記スーパージャンクション構造を形成することと、を行い、
前記スーパージャンクション構造を形成することでは、
前記構成層上に、成膜マスク（３０）を形成することと、
前記構成層のうちの前記第２導電型カラム領域が形成される形成予定領域が開口するように前記成膜マスクに開口部（３０ａ）を形成することと、
前記成膜マスクを用いてエッチングを行い、前記構成層にマスク構成トレンチ（１２１）を形成し、前記構成層のうちの前記マスク構成トレンチを囲む部分を前記成膜マスクより不純物の遮蔽率が高い炭化珪素マスク（１２２）とすることと、
前記成膜マスクおよび前記炭化珪素マスクを含むイオン注入用マスク（１３０）を用い、前記マスク構成トレンチの底面に、第２導電型の不純物を、加速エネルギを変更しながらイオン注入することにより、前記炭化珪素マスクに前記不純物がイオン注入された注入領域（１４０）を構成しつつ、前記マスク構成トレンチの底面から前記構成層の深さ方向に沿って延びる前記第２導電型カラム領域を形成することと、
前記構成層のうちの前記炭化珪素マスクとなる部分を除去することにより、前記構成層のうちの前記第２導電型カラム領域の間に残された部分を第１導電型カラム領域（１２ａ）として、前記第１導電型カラム領域および前記第２導電型カラム領域を有する前記スーパージャンクション構造を形成することと、を行い、
前記マスク構成トレンチを形成することでは、前記第２導電型カラム領域を形成することの際、前記注入領域が前記炭化珪素マスク内で終端する深さとされた前記マスク構成トレンチを形成する炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記マスク構成トレンチを形成することの後、前記成膜マスクの開口部における側面および前記マスク構成トレンチの側面に沿って調整マスク（５０）を形成することと、前記マスク構成トレンチの底面に配置された前記調整マスクを除去することと、を行い、
前記第２導電型カラム領域を形成することでは、前記成膜マスク、前記炭化珪素マスク、前記調整マスクを含む前記イオン注入用マスクを用いてイオン注入を行う請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
前記第２導電型カラム領域を形成することでは、前記成膜マスク、前記炭化珪素マスク、前記調整マスクを含む前記イオン注入用マスクを用いてイオン注入を行う請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記マスク構成トレンチを形成することでは、前記成膜マスクの厚さより、前記炭化珪素マスクが薄くなるように、前記マスク構成トレンチを形成する請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スーパージャンクション（以下では、単にＳＪともいう）構造を有し、炭化珪素（以下では、単にＳｉＣともいう）で構成されるＳｉＣ半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、オン抵抗の低減を図ると共に耐圧の向上を図るため、ドリフト領域としてのｎ型カラム領域とｐ型カラム領域とが交互に繰り返し配置されたＳＪ構造を有するＳｉＣ半導体装置が提案されている。例えば、このようなＳｉＣ半導体装置では、ドレイン領域上にＳＪ構造が配置されている。そして、ＳＪ構造上には、ベース層が形成され、ベース層の表層部には、ソース層が形成されている。また、このようなＳｉＣ半導体装置では、ソース層およびベース層を貫通してｎ型カラム領域に達するトレンチが形成され、当該トレンチにゲート絶縁膜およびゲート電極が順に形成されてトレンチゲート構造が形成されている。
【0003】
そして、このようなＳｉＣ半導体装置では、ｎ型カラム領域とｐ型カラム領域との総チャージ量が等しくなるように、例えば、ｐ型カラム領域およびｎ型カラム領域の幅が等しくされると共に不純物濃度が等しくされる。
【0004】
ところで、このようなＳｉＣ半導体装置では、ｐ型カラム領域およびｎ型カラム領域の幅を狭くして不純物濃度を高くしたり、ｐ型カラム領域およびｎ型カラム領域の深さを深くすることにより、さらに、オン抵抗を低減したり、耐圧の向上を図ることができる。
【0005】
このため、非特許文献１には、ＳＪ構造を形成する際、ｎ型のエピタキシャル膜を成長させることと、イオン注入してエピタキシャル膜にｐ型カラム領域を構成する部分を形成することと、を繰り返し行う製造方法が提案されている。なお、ｎ型カラム領域は、エピタキシャル膜のうちのｐ型カラム領域を構成する部分と異なる部分で構成される。これによれば、エピタキシャル膜を成長させることと、イオン注入することとを交互に繰り返し行うため、ｐ型カラム領域およびｎ型カラム領域の幅を狭くしつつ、ｐ型カラム領域およびｎ型カラム領域の深さを深くしたＳｉＣ半導体装置を製造できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】T. Masuda, Y. Saito, T. Kumazawa, T. Hatayama1, and S. Harada, 「0.63 mΩcm2/ 1170V 4H-SiC Super Junction V-Groove Trench MOSFET, Preprint submitted to 2018 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM).Received August 3, 2018.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記の製造方法では、エピタキシャル膜を成長させることと、イオン注入を行うこととを交互に繰り返し行うため、製造工程および製造時間が増加し、ひいてはコストが増加し易い。
【0008】
本発明は上記点に鑑み、製造工程および製造時間の減少を図ることができるＳｉＣ半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するための請求項１では、ＳＪ構造を有するＳｉＣ半導体装置の製造方法であって、ＳｉＣで構成された第１導電型の構成層（１２０）を形成することと、構成層にイオン注入を行って一方向を長手方向とする複数の第２導電型カラム領域（１３）を形成することを行うことにより、構成層のうちの第２導電型カラム領域の間に残された部分によって第１導電型カラム領域（１２ａ）を構成し、第１導電型カラム領域と第２導電型カラム領域とが長手方向と交差する方向に交互に繰り返し並べられたＳＪ構造を形成することと、を行い、ＳＪ構造を形成することでは、構成層上に、成膜マスク（３０）を形成することと、構成層のうちの第２導電型カラム領域が形成される形成予定領域が開口するように成膜マスクに開口部（３０ａ）を形成することと、成膜マスクを用いてエッチングを行い、構成層にマスク構成トレンチ（１２１）を形成し、構成層のうちのマスク構成トレンチを囲む部分を成膜マスクより不純物の遮蔽率が高いＳｉＣマスク（１２２）とすることと、成膜マスクおよびＳｉＣマスクを含むイオン注入用マスク（１３０）を用い、マスク構成トレンチの底面に、第２導電型の不純物を、加速エネルギを変更しながらイオン注入することにより、ＳｉＣマスクに不純物がイオン注入された注入領域（１４０）を構成しつつ、マスク構成トレンチの底面から構成層の深さ方向に沿って延びる第２導電型カラム領域を形成することと、構成層のうちのＳｉＣマスクとなる部分を除去することにより、構成層のうちの第２導電型カラム領域の間に残された部分を第１導電型カラム領域（１２ａ）として、第１カラム領域および第２導電型カラム領域を有するＳＪ構造を形成することと、を行い、マスク構成トレンチを形成することでは、第２導電型カラム領域を形成することの際、注入領域がＳｉＣマスク内で終端する深さとされたマスク構成トレンチを形成する。
【0010】
これによれば、成膜マスクおよびＳｉＣマスクを含んでイオン注入用マスクを構成している。このため、イオン注入用マスクの開口部の幅を狭くしつつ、厚さを厚くできる。また、ＳｉＣマスクは、成膜マスクよりも不純物の遮蔽率が高いため、十分にマスクとして用いることができる。そして、加速エネルギを変更しながらイオン注入を行うことにより、幅が狭いと共に深さが深い第２導電型カラム領域を形成できるため、幅が狭い共に深さが深い第１導電型カラム領域を形成できる。つまり、この製造方法では、エピタキシャル膜を成長させることと、イオン注入を行うこととを交互に繰り返し行うことなく、幅が狭いと共に深さが深い第１導電型カラム領域および第２導電型カラム領域を形成できる。したがって、製造工程および製造時間の減少を図りつつ、幅が狭いと共に深さが深い第１導電型カラム領域および第２導電型カラム領域を形成できる。
【0011】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態におけるＳｉＣ半導体装置の断面図である。
【図2A】第１実施形態におけるＳｉＣ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図3A】ＳｉＣにイオン注入を行った際の深さと不純物濃度との関係を示す図である。
【図3B】ＳｉＯ２にイオン注入を行った際の深さと不純物濃度との関係を示す図である。
【図4A】第２実施形態におけるＳｉＣ半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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、同一符号を付して説明を行う。
【0014】
（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態のＳＪ構造を有するＳｉＣ半導体装置の構成について説明する。なお、本実施形態の製造方法によって得られるＳｉＣ半導体装置は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されると好適である。また、本実施形態では、トレンチゲート構造の反転型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）が形成されているＳｉＣ半導体装置を例に挙げて説明する。
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態のＳＪ構造を有するＳｉＣ半導体装置の構成について説明する。なお、本実施形態の製造方法によって得られるＳｉＣ半導体装置は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されると好適である。また、本実施形態では、トレンチゲート構造の反転型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）が形成されているＳｉＣ半導体装置を例に挙げて説明する。
【0015】
本実施形態のＳｉＣ半導体装置は、図１に示されるように、半導体基板１０を用いて構成されている。具体的には、ＳｉＣ半導体装置は、ＳｉＣからなるｎ＋型の基板１１を備えている。基板１１上には、エピタキシャル膜にて構成されるｎ型のドリフト層１２が形成されている。なお、本実施形態では、基板１１がドレイン領域を構成する。
【0016】
そして、ドリフト層１２には、基板１１の面方向における一方向を長手方向として複数のｐ型カラム領域１３がストライプ状に形成されている。本実施形態では、ｐ型カラム領域１３が紙面奥行き方向に延設されている。なお、このｐ型カラム領域１３は、後述するように、イオン注入によって構成される。そして、ドリフト層１２のうちのｐ型カラム領域１３の間に残された部分がｎ型カラム領域１２ａとされる。このため、基板１１上には、ｎ型カラム領域１２ａとｐ型カラム領域１３とがストライプ状に交互に繰り返し形成された構造からなるＳＪ構造が配置された状態となっている。なお、以下では、ｎ型カラム領域１２ａとｐ型カラム領域１３との配列方向の長さを幅ともいい、図１では、紙面左右方向の長さが幅となる。
【0017】
ｎ型カラム領域１２ａおよびｐ型カラム領域１３の表面には、ｐ型のベース層１４が形成されている。そして、ベース層１４の表層部には、ｎ型カラム領域１２ａよりも高不純物濃度とされたｎ＋型のソース領域１５が形成されていると共に、ベース層１４よりも高不純物濃度とされたｐ＋型のコンタクト領域１６が形成されている。本実施形態では、ソース領域１５は、後述するトレンチ１７の側面に沿って形成され、コンタクト領域１６は、ソース領域１５を挟んでトレンチ１７と反対側に形成されている。
【0018】
そして、本実施形態では、上記のように、基板１１、ドリフト層１２、ｎ型カラム領域１２ａ、ｐ型カラム領域１３、ベース層１４、ソース領域１５、コンタクト領域１６が積層されて半導体基板１０が構成されている。以下、半導体基板１０のうちのベース層１４側の面を一面１０ａとし、半導体基板１０のうちの基板１１側の面を他面１０ｂとする。
【0019】
半導体基板１０には、一面１０ａ側からソース領域１５およびベース層１４を貫通してｎ型カラム領域１２ａに達するように、複数のトレンチ１７が形成されている。具体的には、複数のトレンチ１７は、ｐ型カラム領域１３およびｎ型カラム領域１２ａの長手方向に沿って延設されており、ｐ型カラム領域１３およびｎ型カラム領域１２ａの配列方向に沿って等間隔で並べられてストライプ状に形成されている。
【0020】
各トレンチ１７には、内壁面にゲート絶縁膜１８が形成され、ゲート絶縁膜１８上には、ドープトＰｏｌｙ－Ｓｉ等によって構成されるゲート電極１９が形成されている。これにより、トレンチゲート構造が構成されている。
【0021】
また、半導体基板１０の一面１０ａ上には、レンチゲート構造を覆うように、ＢＰＳＧ（Borophosphosilicate Glassの略）等で構成される層間絶縁膜２０が配置されている。層間絶縁膜２０には、ソース領域１５の一部およびコンタクト領域１６を露出させるコンタクトホール２０ａが形成されている。そして、層間絶縁膜２０上には、コンタクトホール２０ａを通じてソース領域１５およびコンタクト領域１６と接続されるように上部電極２１が形成されている。なお、本実施形態では、上部電極２１が第１電極に相当している。
【0022】
本実施形態の上部電極２１は、例えば、Ｎｉ／Ａｌ等の複数の金属にて構成されている。そして、複数の金属のうちのｎ型ＳｉＣ（すなわち、ソース領域１５）を構成する部分と接触する部分は、ｎ型ＳｉＣとオーミック接触可能な金属で構成されている。また、複数の金属のうちの少なくともｐ型ＳｉＣ（すなわち、コンタクト領域１６）と接触する部分は、ｐ型ＳｉＣとオーミック接触可能な金属で構成されている。
【0023】
半導体基板１０の他面１０ｂ側には、基板１１と電気的に接続される下部電極２２が形成されている。なお、本実施形態では、下部電極２２が第２電極に相当している。
【0024】
本実施形態のＳｉＣ半導体装置では、このような構造により、ｎチャネルタイプの反転型であるトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴが構成されている。なお、本実施形態では、ｎ型、ｎ＋型が第１導電型に相当し、ｐ型、ｐ＋型が第２導電型に相当している。また、本実施形態では、ｎ型カラム領域１２ａが第１導電型カラム領域に相当し、ｐ型カラム領域１３が第２導電型カラム領域に相当している。
【0025】
このようなＳｉＣ半導体装置では、ゲート電極１９に印加されるゲート電圧が絶縁ゲート構造の閾値電圧以上とされると、上部電極２１と下部電極２２との間に電流が流れるオン状態となる。そして、ＳｉＣ半導体装置は、ゲート電極１９に印加されるゲート電圧が閾値電圧未満とされると、上部電極２１と下部電極２２との間に電流が流れないオフ状態となる。
【0026】
また、このようなＳｉＣ半導体装置では、ＳＪ構造を構成するｎ型カラム領域１２ａとｐ型カラム領域１３との総チャージ量が等しくなるように形成される。そして、本実施形態のＳｉＣ半導体装置では、後述するようにｐ型カラム領域１３がイオン注入によって形成される。
【0027】
この場合、ＳｉＣ半導体装置は、ｐ型カラム領域１３の不純物濃度を高くするほどｎ型カラム領域１２ａの不純物濃度も高くでき、オン抵抗の低減を図ることができる共に、耐圧を確保することができる。なお、ｐ型カラム領域１３の不純物濃度は、ｐ型カラム領域１３の幅を狭くするほど高くできる。また、ＳｉＣ半導体装置では、ｐ型カラム領域１３の深さを深くするほどｎ型カラム領域１２ａの深さも深くでき、オン抵抗の低減を図ることができる共に、耐圧を確保することができる。このため、上記のようなＳｉＣ半導体装置では、イオン注入によって構成されるｐ型カラム領域１３の幅を狭くしつつ、ｐ型カラム領域１３の深さを深くすることが好ましい。
【0028】
次に、上記ＳｉＣ半導体装置の製造方法について、図２Ａ～図２Ｇを参照しつつ説明する。なお、図２Ａ～図２Ｇでは、図１中の１本のｐ型カラム領域１３を図示しているが、実際には、複数本のｐ型カラム領域１３がイオン注入によって同時に形成される。
【0029】
まず、図２Ａに示されるように、基板１１上にドリフト層１２を構成するｎ型の構成層１２０をエピタキシャル成長させ、構成層１２０上にＣＶＤ（Chemical Vapor Depositionの略）法等によって成膜マスク３０を形成する。なお、成膜マスク３０は、ＳｉＯ２（すなわち、酸化膜）等で構成される。
【0030】
次に、図２Ｂに示されるように、成膜マスク３０上にレジスト４０を配置する。そして、構成層１２０のうちのｐ型カラム領域１３が形成される形成予定領域が開口するように、フォトリソグラフィーおよびエッチングを行って成膜マスク３０に開口部３０ａを形成する。その後、図２Ｃに示されるように、アッシング等によってレジスト４０を除去する。
【0031】
ここで、成膜マスク３０は、後述する図２Ｅの工程にて、ｐ型不純物をイオン注入してｐ型カラム領域１３を構成する際にｐ型不純物を遮蔽するものである。そして、ｐ型カラム領域１３は、上記のように幅が狭く、深さが深いほど好ましい。また、イオン注入によってｐ型カラム領域１３を深くまで形成する場合には、イオン注入を行う際の加速エネルギを大きくするため、成膜マスク３０を厚くすることが必要となる。このため、成膜マスク３０は、厚さを厚くしつつ、開口部３０ａの幅が狭くなるようにパターニングされることが好ましい。しかしながら、現状では、開口部３０ａの幅に対する成膜マスク３０の厚さをアスペクト比すると、フォトリソグラフィーおよびエッチングの加工限界により、アスペクト比が所定値以上となるように成膜マスク３０をパターニングすることが困難である。このため、成膜マスク３０のみを用いて幅が狭いと共に深さが深いｐ型カラム領域１３をイオン注入にて形成しようとした場合、成膜マスク３０の下方に位置する構成層１２０（すなわち、ｎ型カラム領域１２ａとなる部分）までｐ型不純物が注入される可能性がある。言い換えると、成膜マスク３０のみを用いて幅が狭いｐ型カラム領域１３をイオン注入して形成しようとした場合、深さが深いｐ型カラム領域１３を形成することが困難である。
【0032】
したがって、本発明者らは、鋭意検討を行い、以下の知見を得た。具体的には、本発明者らは、ＳｉＯ２とＳｉＣのｐ型不純物の遮蔽率について検討を行い、図３Ａおよび図３Ｂに示される結果を得た。なお、図３Ａは、加速エネルギを変化させながらＳｉＣにｐ型不純物をイオン注入した際の濃度プロファイルを示す図である。図３Ｂは、図３Ａにて加速エネルギを最も大きくしてイオン注入を行った際の加速エネルギでＳｉＯ２にｐ型不純物をイオン注入した際の濃度プロファイルを示す図である。
【0033】
図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、ｐ型不純物をイオン注入した際には、ＳｉＣの方がＳｉＯ２よりもｐ型不純物が浅い部分までしか注入されないことが確認される。言い換えると、ｐ型不純物をイオン注入した際には、ＳｉＣの方がＳｉＯ２よりもｐ型不純物の遮蔽率が高いことが確認される。このため、本発明者らは、ＳｉＣの一部をマスクとして利用することを見出した。
【0034】
そして、本実施形態では、図２Ｄに示されるように、成膜マスク３０を用いてＲＩＥ（Reactive Ion Etchingの略）等のドライエッチングを行い、構成層１２０にマスク構成トレンチ１２１を形成する。そして、構成層１２０のうちのマスク構成トレンチ１２１を囲む部分をＳｉＣマスク１２２とする。言い換えると、構成層１２０のうちのマスク構成トレンチ１２１と同じ深さに位置する部分をＳｉＣマスク１２２とする。そして、成膜マスク３０およびＳｉＣマスク１２２を含むイオン注入用マスク１３０を構成する。これによれば、イオン注入用マスク１３０の開口部１３０ａの幅を成膜マスク３０の開口部３０ａの幅としつつ、イオン注入用マスク１３０の厚さを厚くできるため、イオン注入用マスク１３０の開口部１３０ａの幅に対する厚さを厚くできる。つまり、アスペクト比の大きなイオン注入用マスク１３０を構成できる。
【0035】
なお、マスク構成トレンチ１２１を形成するためのドライエッチングは、ＳｉＣの選択性がＳｉＯ２の選択性より大きくなる条件で行われ、例えば、ＳｉＣとＳｉＯ２との選択比が５：１程度となる条件で行われる。また、成膜マスク３０は、マスク構成トレンチ１２１を形成することにより、ドリフト層１２側と反対側の表面が少し削れた状態となる。
【0036】
続いて、図２Ｅに示されるように、成膜マスク３０およびＳｉＣマスク１２２をイオン注入用マスク１３０とし、構成層１２０に、マスク構成トレンチ１２１の底面から構成層１２０の深さ方向に沿って延びるｐ型カラム領域１３を形成する。なお、ｐ型カラム領域１３を形成する際には、高電圧イオン注入装置を用い、加速エネルギを変更しながらＡｌ等のｐ型不純物をイオン注入する。この際、加速エネルギを高くしてイオン注入を行うことにより、ｐ型不純物を深い位置まで注入でき、ｐ型カラム領域１３の深さを深くできる。しかしながら、加速エネルギが高い状態でイオン注入を行うことにより、ＳｉＣマスク１２２にはｐ型不純物が注入された注入領域１４０が構成される。このため、マスク構成トレンチ１２１（すなわち、ＳｉＣマスク１２２）は、形成するｐ型カラム領域１３の深さに基づき、注入領域１４０がＳｉＣマスク１２２内で終端するように深さが調整される。但し、マスク構成トレンチ１２１は、ＳｉＣマスク１２２が成膜マスク３０よりも厚さが薄くなるように形成されることが好ましい。
【0037】
次に、図２Ｆに示されるように、エッチング等によって成膜マスク３０を除去する。その後、図２Ｇに示されるように、ＣＭＰ（chemical mechanical polishingの略）法等により、構成層１２０をマスク構成トレンチ１２１と同じ深さまで除去する。つまり、構成層１２０のうちのＳｉＣマスク１２２となる部分を除去する。これにより、ｐ型カラム領域１３と、ｐ型カラム領域１３で挟まれたｎ型カラム領域１２ａとを有するＳＪ構造が構成される。
【0038】
その後は特に図示しないが、一般的な半導体製造プロセスを行い、ベース層１４、ソース領域１５、コンタクト領域１６、トレンチゲート構造、上部電極２１、下部電極２２等を形成することにより、図１に示すＳｉＣ半導体装置が製造される。
【0039】
以上説明した本実施形態によれば、成膜マスク３０およびＳｉＣマスク１２２を含んでイオン注入用マスク１３０を構成している。このため、イオン注入用マスク１３０の幅１３０ａを狭くしつつ、厚さを厚くできる。また、ＳｉＣマスク１２２は、成膜マスク３０よりも不純物の遮蔽率が高いため、十分にマスクとして用いることができる。そして、本実施形態では、構成層１２０を形成した後、加速エネルギを変更しながら一工程のイオン注入により、幅が狭いと共に深さが深いｐ型カラム領域１３を形成できるため、幅が狭いと共に深さが深いｎ型カラム領域１２ａを形成できる。つまり、本実施形態では、エピタキシャル膜を成長させることと、イオン注入を行うこととを交互に繰り返し行うことなく、幅が狭いと共に深さが深い第１導電型カラム領域および第２導電型カラム領域を形成できる。したがって、製造工程および製造時間の減少を図りつつ、幅が狭いと共に深さが深いｎ型カラム領域１２ａおよびｐ型カラム領域１３を形成できる。
【0040】
（１）本実施形態では、ＳｉＣマスク１２２の厚さを成膜マスク３０の厚さより薄くしている。このため、ＳｉＣマスク１２２を除去する際のＳｉＣの量を削減でき、ひいてはコストの低減を図ることができる。
【0041】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、マスク構成トレンチ１２１を形成した後に調整マスクを形成したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、マスク構成トレンチ１２１を形成した後に調整マスクを形成したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0042】
本実施形態では、図２Ｄの工程を行ってマスク構成トレンチ１２１を形成した後、図４Ａに示されるように、ＡＬＤ（Atomic Layer Depositionの略）法等により、成膜マスク３０の開口部３０ａにおける側面およびマスク構成トレンチ１２１の側面に調整マスク５０を形成する。但し、調整マスク５０は、開口部３０ａおよびマスク構成トレンチ１２１を埋め込まないように形成される。また、調整マスク５０は、成膜マスク３０のうちの構成層１２０と反対側の表面にも形成される。
【0043】
続いて、図４Ｂに示されるように、エッチング等により、マスク構成トレンチ１２１の底面に形成された調整マスク５０を除去し、成膜マスク３０、ＳｉＣマスク１２２、調整マスク５０にて構成されるイオン注入用マスク１３０を構成する。これにより、上記第１実施形態より開口部１３０ａの幅が狭くされたイオン注入用マスク１３０が構成される。なお、調整マスク５０は、マスク構成トレンチ１２１の底面に形成された部分が除去される際、調整マスク５０のうちの構成層１２０と反対側の表面上に形成された部分も除去される。
【0044】
続いて、図４Ｃに示されるように、図２Ｅと同様の工程を行い、イオン注入を行ってｐ型カラム領域１３を形成する。この際、本実施形態では、上記第１実施形態よりイオン注入用マスク１３０における開口部１３０ａの幅が狭くされているため、上記第１実施形態より幅が狭くされたｐ型カラム領域１３が形成される。なお、本実施形態では、上記第１実施形態との比較を理解し易くするためにｐ型カラム領域１３の幅のみを狭くした図を示しているが、実際には、ｐ型カラム領域１３の幅を狭くした場合にはｎ型カラム領域１２ａの幅も調整される。
【0045】
その後は特に図示しないが、上記図２Ｆ以降と同様の工程を行うことにより、幅が狭くされたｐ型カラム領域１３を有するＳｉＣ半導体装置が製造される。
【0046】
以上説明した本実施形態によれば、成膜マスク３０およびＳｉＣマスク１２２を含んでイオン注入用マスク１３０を構成しているため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0047】
（１）本実施形態では、調整マスク５０を含んでイオン注入用マスク１３０を構成しており、イオン注入用マスク１３０の開口部１３０ａの幅を狭くできる。したがって、さらに幅が狭くされたｐ型カラム領域１３を形成できる。
【0048】
（他の実施形態）
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【0049】
例えば、上記各実施形態では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたｎチャネルタイプのトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴが形成されたＳｉＣ半導体装置について説明した。しかしながら、これは一例を示したに過ぎず、例えば、ｎチャネルタイプに対して各構成要素の導電型を反転させたｐチャネルタイプのトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴが形成されたＳｉＣ半導体装置としてもよい。また、ＭＯＳＦＥＴは、トレンチゲート構造ではなく、プレーナゲート構造とされていてもよい。さらに、ＳｉＣ半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ以外に、同様の構造のＩＧＢＴが形成された構成とされていてもよい。ＩＧＢＴの場合、上記各実施形態におけるｎ＋型の基板１１をｐ＋型のコレクタ層に変更する以外は、上記各実施形態で説明したＭＯＳＦＥＴと同様である。つまり、上記各実施形態のＳｉＣ半導体装置は、ＳＪ構造を有するのであれば、その他の構成は特に限定されない。
【0050】
また、上記第１実施形態において、図２Ａの工程では、ｐ型の構成層１２０を配置し、図２Ｅの工程では、ｎ型不純物をイオン注入してｎ型カラム領域１２ａを形成するようにしてもよい。同様に、上記第２実施形態において、ｐ型の構成層１２０を配置し、図４Ｃの工程では、ｎ型不純物をイオン注入してｎ型カラム領域１２ａを形成するようにしてもよい。なお、特に図示しないが、ｎ型不純物をイオン注入する際においても、ＳｉＣの方がＳｉＯ２よりも不純物の遮蔽率が高くなる。
【0051】
さらに、上記各実施形態において、マスク構成トレンチ１２１は、ＳｉＣマスク１２２の方が成膜マスク３０よりも厚くなるように形成されていてもよい。これによれば、ＳｉＣマスク１２２の方が成膜マスク３０よりも不純物の遮蔽率が高いため、注入領域１４０がｎ型カラム領域１２ａに達することをさらに抑制できる。
【符号の説明】
【0052】
１２ａ ｎ型カラム領域（第１導電型カラム領域）
１３ ｐ型カラム領域（第２導電型カラム領域）
３０ 成膜マスク
１２１ マスク構成トレンチ
１２２ ＳｉＣマスク
１３０ イオン注入用マスク
１４０ イオン注入領域
１３ ｐ型カラム領域（第２導電型カラム領域）
３０ 成膜マスク
１２１ マスク構成トレンチ
１２２ ＳｉＣマスク
１３０ イオン注入用マスク
１４０ イオン注入領域
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】