專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過離子注入法在半導(dǎo)體基板的表面上形成雜質(zhì)的注入?yún)^(qū)域的半導(dǎo)體裝置的制造方法，進(jìn)而更詳細(xì)地說，是涉及在SiC半導(dǎo)體基板的表面上形成離子注入用的掩膜之后進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
碳化硅(SiC)的能帶隙較寬且最大絕緣電場比硅(Si)約大一位。另外，載體的移動度與Si一樣大，電子的飽和漂移速度與GaAs一樣大，且耐壓大，所以是有望在高速開關(guān)元件或大功率元件等下一代的電力半導(dǎo)體元件(特別是接合型電場效果晶體管(JFETJunction Field Effect Transistor)等)中應(yīng)用的材質(zhì)。
在SiC的晶體結(jié)構(gòu)中有六角形最密集填充結(jié)構(gòu)和立方最密集填充結(jié)構(gòu)，在六角形最密集填充結(jié)構(gòu)中進(jìn)一步大量存在層的重復(fù)周期不同的結(jié)構(gòu)，已知有100種以上的結(jié)晶多型體(polytype)。作為代表性的多型體，有3C、4H、6H等。C是指立方晶，另外H是指六方晶，其前面的數(shù)字表示重復(fù)周期。立方晶型只為3C，將其稱為β-SiC，匯總其他而稱為α-SiC。
最近，作為電力元件，試制肖特基二極管(Schottky Diode)、縱型MOSFET、JFET、晶閘管等，或者作為應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體裝置的CMOS-IC，由其特性與以往的Si半導(dǎo)體裝置相比較，提示有可能實現(xiàn)非常好的特性。
不過，盡管通過SiC-縱型MOS半導(dǎo)體元件、SiC-JFET元件等有望實現(xiàn)非常出色的特性，但實際上迄今為止已實現(xiàn)良好的特性的報告較少，也沒有實際上制造出來的案例。究其原因是在向SiC半導(dǎo)體基板進(jìn)行離子注入等的工序中，難以控制微細(xì)加工。
在使用Si系半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體元件中，通過相同的掩膜選擇性地注入P型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)，通過熱擴散可以實現(xiàn)精密的溝道密度。即可以非常精密地控制影響JFET等半導(dǎo)體元件的特性的溝道的尺寸等，能夠以良好的合格率制作JFET等半導(dǎo)體元件。
與此相對，在使用SiC半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體元件中，與Si系半導(dǎo)體基板相比，其幾乎不引起雜質(zhì)的擴散，所以難以像使用了Si系半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體元件那樣實現(xiàn)精密的溝道密度等的控制。為此，有可能成為溝道阻力增大且其偏差也非常大的元件。其結(jié)果，無法充分實現(xiàn)所期待的那樣的SiC半導(dǎo)體元件的特性是當(dāng)前的現(xiàn)狀。
另外，在使用SiC半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體元件中，離子注入的雜質(zhì)的活化率較差，為了改善活化率，有時也進(jìn)行300℃以上的高溫的離子注入，存在不能很好地將抗蝕膜用作離子注入的掩膜層的問題。進(jìn)而，即使將氧化硅薄膜或聚硅薄膜等用作掩膜層，存在有可能因高溫而造成掩膜層的裂紋或剝離的問題。
如上所述，在制造使用SiC半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體元件(在本說明書中也記載為SiC器件)時，為抑制結(jié)晶損傷而有必要在高溫環(huán)境下進(jìn)行離子注入。
因此，要求研發(fā)在高溫環(huán)境下的離子注入中可以用作掩膜層的材質(zhì)，在相關(guān)各方面都進(jìn)行了技術(shù)研發(fā)。這里，含有SiO2作為材質(zhì)的掩膜層，具有可以耐受高溫環(huán)境下的高能量注入的出色特性。利用這樣的特性，將SiO2膜作為掩膜層進(jìn)行離子注入，然后，通過熱擴散形成足夠深的雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域，這一技術(shù)在特開平10-256173號公報和“功率器件、功率IC手冊”(電學(xué)會高性能高功能功率器件、功率IC調(diào)查專門委員會編，Corona公司，1996年7月，p.38-41)中被公開。
例如，采用CVD法在硅基板上全面形成SiO2膜之后，通過光刻法形成掩膜圖形。通過光刻法，在整個SiO2膜面上形成光致抗蝕劑，只在開口部分照射光，使光致抗蝕劑感光，并通過顯影除去已感光的部分。接著，采用干式蝕刻從殘留的光致抗蝕劑上對基底的SiO2膜進(jìn)行開口，當(dāng)在蝕刻后除去光致抗蝕劑時，可以得到SiO2的掩膜圖形。
接著，以1×1014cm-2的程度注入B等雜質(zhì)離子。為了使SiO2膜成為掩膜，只在SiO2膜的開口部注入雜質(zhì)離子。離子注入是將使AsH3、PH3、BF2等氣體放電而得到的摻雜劑的離子加速至數(shù)10keV～數(shù)100keV之后打入到基板中的方法。接著，在通過熱擴散塞入雜質(zhì)之后，用氫氟酸溶解SiO2膜并除去。然后，在半導(dǎo)體裝置的制造工序中，重復(fù)進(jìn)行這樣的薄膜的形成、光刻法、蝕刻和離子注入。
但是，在制造SiC器件時，在SiC半導(dǎo)體基板的雜質(zhì)的熱擴散較小，所以為了進(jìn)行足夠深度的雜質(zhì)注入，需要在高能量下進(jìn)行離子注入。然后，當(dāng)使用SiO2的掩膜層成為超過1μm的厚度時，容易產(chǎn)生裂縫，所以存在難以用作離子注入的掩膜層的問題。
另一方面，當(dāng)使含有SiO2的氧化膜的厚度為1μm以下時，可以通過該氧化膜阻礙的離子注入的能量減小，所以無法在高能量下對離子加速，離子注入的深度最多也止于0.3μm。由此，通常難以獲得半導(dǎo)體裝置所必需的0.6μm～1μm的注入深度，存在無法很好地將SiO2用作SiC半導(dǎo)體基板用的掩膜的問題。
另外，當(dāng)利用SiO2作為掩膜材料時，需要通過CVD法的SiO2膜的形成、使用了抗蝕劑的光刻法、通過干式蝕刻的SiO2膜的開口、離子注入以及SiO2膜的除去等一系列的復(fù)雜工序。進(jìn)而，CVD法和干式蝕刻必須在進(jìn)行真空吸引的反應(yīng)爐內(nèi)投入半導(dǎo)體基板，所以制造效率低。
如此，在使用SiO2的掩膜層中，存在對離子注入的注入深度產(chǎn)生限制的問題，所以無法在使用SiC半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體元件的制造中利用。另外，即使可以臨時利用，為了克服上述的缺點也必須進(jìn)行復(fù)雜的工序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供可以在高溫下以高能量對離子進(jìn)行加速而進(jìn)行的離子注入并能夠以選擇區(qū)域的方式向半導(dǎo)體基板特別是SiC半導(dǎo)體基板簡便地進(jìn)行足夠深度的雜質(zhì)注入的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，是通過離子注入法在半導(dǎo)體基板的表面上形成雜質(zhì)的注入?yún)^(qū)域的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體基板的表面上形成包含聚酰亞胺樹脂膜的掩膜層的工序、和進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入的工序。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的其他制造方法，是通過離子注入法在半導(dǎo)體基板的表面形成雜質(zhì)的注入?yún)^(qū)域的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體基板的表面上形成包含SiO2膜和金屬薄膜的掩膜層的工序、和進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入的工序。
半導(dǎo)體基板可以使用SiC半導(dǎo)體基板?？梢圆辉诎雽?dǎo)體基板中的已形成掩膜層的區(qū)域中進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入，而可以將雜質(zhì)離子注入未形成掩膜層的區(qū)域。
當(dāng)形成包含聚酰亞胺樹脂膜的掩膜層時，優(yōu)選將半導(dǎo)體基板加熱至300℃以上，更優(yōu)選加熱至500℃以上之后，進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入。聚酰亞胺樹脂膜優(yōu)選感光性聚酰亞胺樹脂膜，聚酰亞胺樹脂膜的厚度優(yōu)選是向半導(dǎo)體基板中未形成聚酰亞胺樹脂膜的區(qū)域內(nèi)注入的雜質(zhì)的深度的2倍以上。優(yōu)選在聚酰亞胺樹脂膜和半導(dǎo)體基板之間形成由金屬薄膜或SiO2構(gòu)成的薄膜。
另一方面，當(dāng)形成包含SiO2膜和金屬薄膜的掩膜層時，優(yōu)選將半導(dǎo)體基板加熱至300℃～500℃，更優(yōu)選加熱至500℃～800℃之后進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入的方式。掩膜層優(yōu)選由3層以上的層構(gòu)成，SiO2膜的平均厚度和金屬薄膜的平均厚度分別優(yōu)選為500nm～1.5μm。優(yōu)選掩膜層包含SiO2膜或金屬薄膜作為最下層膜的方式、或者包含SiO2膜或金屬薄膜作為最上層膜的方式。這樣的SiO2膜可以通過SOG法很好地形成。


圖1A～圖1E是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序圖。
圖2是表示聚酰亞胺樹脂膜的厚度和注入的雜質(zhì)(A1)的深度的關(guān)系的圖。
圖3是表示在本發(fā)明當(dāng)中的聚酰亞胺樹脂膜和SiC半導(dǎo)體基板之間形成有薄膜的方式的截面圖。
圖4A～圖4E是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序圖。
具體實施例方式
(將聚酰亞胺樹脂膜用作掩膜的半導(dǎo)體裝置的制造方法)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體基板的表面上形成含有聚酰亞胺樹脂膜的掩膜層之后，進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入的工序。在半導(dǎo)體基板上形成聚酰亞胺樹脂膜并將聚酰亞胺樹脂膜用作半導(dǎo)體用的掩膜，由此可以在高溫下基于高能量離子的雜質(zhì)的注入，即使是SiC半導(dǎo)體基板也可以得到雜質(zhì)的足夠的注入深度。
在以往公知的半導(dǎo)體基板當(dāng)中，在本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體基板優(yōu)選SiC半導(dǎo)體基板。這是因為，碳化硅(SiC)具有如下所示的出色特性，即其能帶隙較寬且最大絕緣電場比硅(Si)約大一位，載體的移動度與Si一樣大。電子的飽和漂移速度與GaAs一樣大，且耐壓大。
另外，這是因為后述的本發(fā)明的掩膜層發(fā)揮如下所述的出色特性，即相對于以SiC半導(dǎo)體基板為代表的雜質(zhì)的熱擴散較小的半導(dǎo)體基板，能夠在高溫環(huán)境下進(jìn)行高能量注入，可以進(jìn)行足夠深度的雜質(zhì)注入。
在本說明書中，SiC半導(dǎo)體基板是指含有SiC作為材質(zhì)的半導(dǎo)體基板。這里，SiC半導(dǎo)體基板沒有必要只含有SiC作為材質(zhì)，在不損壞SiC的出色的特性的范圍內(nèi)，可以含有其他成分作為材質(zhì)。
對在本發(fā)明中使用的SiC的晶體結(jié)構(gòu)沒有特別限制，例如可以使用六角形最密集填充結(jié)構(gòu)或立方最密集填充結(jié)構(gòu)的SiC。另外，在六角形最密集填充結(jié)構(gòu)中進(jìn)一步大量存在層的重復(fù)周期不同的結(jié)構(gòu)，已知有100種以上的結(jié)晶多型體(polytype)，但可以是任何種類的結(jié)構(gòu)。例如，作為代表性的多型體，可以使用3C、4H、6H等。在本說明書中，C是指立方晶，另外H是指六方晶，其前面的數(shù)字表示重復(fù)周期。其中，立方晶型只為3C，將其稱為β-SiC，匯總其他稱為α-SiC。
不過，在本發(fā)明中使用的半導(dǎo)體基板并不限于SiC半導(dǎo)體基板，可以使用以往公知的任意半導(dǎo)體基板。這是因為，在本發(fā)明中使用的掩膜層，即使在應(yīng)用于除SiC半導(dǎo)體基板之外的半導(dǎo)體基板的情況下，也能夠在高溫下進(jìn)行基于高能量的離子的雜質(zhì)注入，能夠獲得雜質(zhì)的足夠的注入深度。
作為本發(fā)明的制造方法的典型例子，使用感光性聚酰亞胺樹脂膜而向SiC半導(dǎo)體基板中注入離子的方法如圖1A～圖1E所示。首先，如圖1A所示，在SiC半導(dǎo)體基板1上形成感光性聚酰亞胺樹脂膜2。接著，如圖1B所示，借助具有規(guī)定圖形的掩膜3，在照射了光4之后進(jìn)行顯影、燒成，由此，如圖1C所示，在SiC半導(dǎo)體基板上可以容易地形成具有規(guī)定圖形的聚酰亞胺樹脂膜2a。
接著，如圖1D所示，借助含有聚酰亞胺樹脂膜的掩膜層將離子5打入到SiC半導(dǎo)體基板1中，形成雜質(zhì)區(qū)域1a。最后，當(dāng)除去聚酰亞胺樹脂膜時，得到如圖1E所示的具有雜質(zhì)區(qū)域1a的SiC半導(dǎo)體基板1。通過形成的規(guī)定的掩膜，能夠阻礙向已形成掩膜的區(qū)域進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入，而可以只在未形成掩膜的區(qū)域進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入。
雜質(zhì)離子的注入抑制SiC半導(dǎo)體基板的晶體結(jié)構(gòu)的非晶形化，所以優(yōu)選將SiC半導(dǎo)體基板加熱至300℃以上而進(jìn)行的方式，更優(yōu)選加熱至500℃以上而進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入的方式。另外，出于防止SiC的升華的理由，優(yōu)選基板溫度在1000℃以下的方式，更優(yōu)選在800℃以下。
聚酰亞胺是由二官能羧酸酐和伯二胺合成的縮聚物，在聚合物骨架的主鏈上具有酰亞胺結(jié)構(gòu)(-CO-NR-CO)。聚酰亞胺中的芳香族雜環(huán)聚酰亞胺具有出色的機械性質(zhì)且對熱和氧化的穩(wěn)定性大，在這一點上優(yōu)選。另外，在芳香族雜環(huán)聚酰亞胺中，由芳香族二胺和芳香族二酐所衍生的聚酰亞胺對熱穩(wěn)定，所以更優(yōu)選。
進(jìn)而，聚酰亞胺樹脂膜能夠容易地在SiC半導(dǎo)體基板上形成具有規(guī)定圖形的掩膜，所以優(yōu)選由感光性聚酰亞胺樹脂膜形成的方式。感光性聚酰亞胺樹脂膜可以通過在SiC半導(dǎo)體基板上進(jìn)行涂布而形成，當(dāng)將SiO2用作掩膜材料時，不需要含有使用了光致抗蝕劑的光刻法等的復(fù)雜的工序，能夠在SiC半導(dǎo)體基板上以選擇區(qū)域的方式而簡便地進(jìn)行離子注入。進(jìn)而，不需要CVD法和干式蝕刻等，所以制造效率高。
在SiC半導(dǎo)體基板上形成的聚酰亞胺樹脂膜的厚度，優(yōu)選是向SiC半導(dǎo)體基板中的、未形成聚酰亞胺樹脂膜的區(qū)域內(nèi)注入的雜質(zhì)的深度的2倍以上。對于4H-SiC半導(dǎo)體基板，在以加速能量340keV、劑量1.0×1015cm-2而注入Al離子的情況下，聚酰亞胺樹脂膜的厚度和注入的雜質(zhì)(Al)的深度的關(guān)系如圖2所示。
由圖2的結(jié)果可知，在沒有形成聚酰亞胺樹脂膜的區(qū)域，雜質(zhì)的深度為1.1μm。另一方面，在聚酰亞胺樹脂膜的厚度為2.2μm的區(qū)域，雜質(zhì)的深度為0.0μm，Al離子被完全阻斷。因此，根據(jù)注入的離子的能量，形成預(yù)計注入雜質(zhì)區(qū)域深度的2倍以上厚度的聚酰亞胺樹脂膜，由此能夠完全阻斷所注入的離子，而確實可靠地進(jìn)行離子注入?yún)^(qū)域的選擇。
聚酰亞胺樹脂膜的膠粘性和耐藥品性較大，所以容易進(jìn)行離子注入后的聚酰亞胺樹脂膜的除去，從這一觀點出發(fā)，如圖3所示，優(yōu)選在聚酰亞胺樹脂膜32和SiC半導(dǎo)體基板31之間形成由金屬薄膜或SiO2構(gòu)成的薄膜36的方式。在通過對薄膜進(jìn)行濕式蝕刻而能夠容易地除去聚酰亞胺樹脂膜這一點上，由Al等構(gòu)成的金屬薄膜或由SiO2構(gòu)成的薄膜的厚度優(yōu)選0.02μm以上，更優(yōu)選0.05μm以上。另一方面，因為通過蝕刻可以容易地除去薄膜，另外還可以抑制側(cè)面腐蝕，所以這樣的薄膜的厚度優(yōu)選0.5μm以下，更優(yōu)選0.2μm以下。因此，優(yōu)選這樣的薄膜例如形成0.1μm程度的方式。
對于由SiO2等構(gòu)成的薄膜，在形成聚酰亞胺樹脂膜之前，形成于SiC半導(dǎo)體基板上，在進(jìn)行聚酰亞胺樹脂膜的曝光、顯影、燒成之后，通過濕式蝕刻除去聚酰亞胺樹脂膜的位于空孔部的由SiO2等構(gòu)成的薄膜，由此不會因薄膜而妨礙離子注入，從而能夠順利地進(jìn)行離子注入，因此該方案是優(yōu)選方案。
(使用SiO2膜和金屬薄膜作為掩膜的半導(dǎo)體裝置的制造方法)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的其他制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體基板的表面上形成含有SiO2膜和金屬薄膜的掩膜層的工序、半導(dǎo)體基板的表面上進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入的工序。這樣的掩膜即使具有能夠阻礙高能量的離子注入的厚度，也不容易在含有SiO2的掩膜層上產(chǎn)生裂縫，而通過使用這樣的掩膜層，對于以SiC半導(dǎo)體基板為代表的雜質(zhì)的熱擴散小的半導(dǎo)體基板，也能夠進(jìn)行基于高溫下的高能量的離子注入，從而能夠進(jìn)行足夠深度的雜質(zhì)注入。
圖4A～圖4E是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序圖。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，首先，在半導(dǎo)體基板的表面上形成含有SiO2膜和金屬薄膜的復(fù)合膜作為掩膜層。圖4A是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中掩膜層103的形成工序。如圖4A所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置1000在半導(dǎo)體基板101的表面上形成掩膜層103。以SiC半導(dǎo)體為代表的半導(dǎo)體基板101如前所述。另外，在圖4A所示的例子中，掩膜層103是包括SiO2膜107、金屬薄膜105、SiO2膜107b的3層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜。
這里，通常在制造半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體元件)時，只在確定的區(qū)域內(nèi)選擇性導(dǎo)入雜質(zhì)是重要的?？梢赃x擇性地導(dǎo)入雜質(zhì)的方法之一，是借助掩膜層進(jìn)行離子注入。特別是在將SiC半導(dǎo)體基板等雜質(zhì)的熱擴散小的半導(dǎo)體作為材料的半導(dǎo)體器件中，借助掩膜層的離子注入是選擇性導(dǎo)入雜質(zhì)的幾乎唯一的實用方法。通過形成規(guī)定的掩膜，阻礙在已形成掩膜的區(qū)域注入雜質(zhì)離子，而只在未形成掩膜的區(qū)域注入雜質(zhì)離子。
關(guān)于本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，使為了選擇進(jìn)行離子注入的區(qū)域而在半導(dǎo)體基板上形成的掩膜層，如圖4所示地形成SiO2膜和金屬薄膜的復(fù)合膜，由此，能夠在抑制對晶體結(jié)構(gòu)的毀壞的同時進(jìn)行針對以SiC半導(dǎo)體基板為代表的雜質(zhì)的熱擴散小的半導(dǎo)體基板的且選擇區(qū)域的離子注入。
本發(fā)明的掩膜層是在向半導(dǎo)體基板中進(jìn)行雜質(zhì)離子注入時使用的掩膜層，是含有SiO2膜和金屬薄膜的掩膜層。SiO2膜可以是含有SiO2作為材質(zhì)的氧化膜。這是因為含有SiO2作為材質(zhì)的氧化膜具有可以耐受高溫環(huán)境下的高能量注入的出色特性。另外，SiO2膜沒有必要只含有SiO2作為材質(zhì)，可以在不損壞SiO2的出色特性的范圍內(nèi)含有其他成分作為材質(zhì)。
對掩膜層含有的SiO2膜沒有特別限定，可以通過以往公知的方法形成，例如可以通過SOG法形成SiO2膜。這里，SOG法是指主要將硅烷醇[(OR)mRnSi(OH)4-m-n]溶解于醇等溶劑當(dāng)中且在晶片上旋涂之后，使其熱固化而得到組成接近純粹的SiO2的組成的絕緣膜(在本說明書中也記載為SOG膜)的方法。在本說明書中，在SiO2膜中含有SOG膜。在SOG膜中根據(jù)硅烷醇化合物的種類由無機SOG膜和有機SOG膜。在SOG法中，因利用液體形成膜，所以具有能掩埋狹窄的配線間隙的優(yōu)點。
本發(fā)明的掩膜層所含有的SiO2膜的平均厚度優(yōu)選為500nm以上，更優(yōu)選為800nm以上。另外，平均厚度優(yōu)選為1.5μm以下，更優(yōu)選1.2μm以下。當(dāng)SiO2膜的平均厚度不到500nm時，能由該SiO2膜阻礙的離子注入的能量受限，離子注入的注入深度有縮小的趨勢。另外，當(dāng)SiO2膜的平均厚度超過1.5μm時，SiO2膜在高溫環(huán)境下容易產(chǎn)生裂縫。
掩膜層含有的金屬薄膜可以是含有金屬作為材質(zhì)的薄膜，特別優(yōu)選金屬蒸鍍膜。金屬蒸鍍膜是通過在含有SiO2作為材質(zhì)的氧化膜或SiC半導(dǎo)體基板等上采用以往公知的方法使金屬蒸鍍而容易地得到。為了采用金屬蒸鍍法形成金屬薄膜，例如優(yōu)選采用EB蒸鍍法形成。通過在掩膜層中含有以金屬蒸鍍膜為代表的金屬薄膜，能使SiO2膜的平均厚度不超過1.5μm，且使整個掩膜層的平均厚度為1.5μm以上。因此，SiO2膜即使在高溫環(huán)境下也難以產(chǎn)生裂縫，能夠阻礙高能量的離子注入。
對掩膜層含有的金屬薄膜沒有特別限制，可以使用含有以往公知的任意金屬作為材質(zhì)的薄膜，例如能夠使用含有鋁、鎳、金等金屬作為材質(zhì)的薄膜。在這些金屬當(dāng)中，從薄膜形成的容易程度和成本方面的理由來看，特別優(yōu)選使用含有鋁作為材質(zhì)的薄膜。金屬薄膜沒有必要只含有金屬作為材質(zhì)，在不損壞金屬薄膜的出色特性的范圍內(nèi)，可以含有其他成分作為材質(zhì)。
掩膜層所含有的金屬薄膜的平均厚度優(yōu)選為500nm以上，更優(yōu)選為800nm以上。另外，平均厚度優(yōu)選為1.5μm以下，更優(yōu)選1.2μm以下。當(dāng)金屬薄膜的平均厚度不到500nm時，SiO2膜在高溫環(huán)境下容易產(chǎn)生裂縫，有難以進(jìn)行基于高能量的離子注入的趨勢。另一方面，當(dāng)金屬薄膜的平均厚度超過1.5μm時，在進(jìn)行掩膜的圖形形成時，有側(cè)面腐蝕增大的趨勢。
本發(fā)明的掩膜層是在對半導(dǎo)體基板進(jìn)行雜質(zhì)離子注入時使用的掩膜層，如果是含有SiO2膜和金屬薄膜的掩膜層，則可以是SiO2膜和金屬薄膜的二層結(jié)構(gòu)，或者可以是三層以上的結(jié)構(gòu)。通過做成三層以上的結(jié)構(gòu)，SiO2膜即使在高溫環(huán)境下也難以產(chǎn)生裂縫，具有通過增加整個掩膜層的膜厚而阻礙高能量的離子注入的優(yōu)點。
本發(fā)明的掩膜層優(yōu)選含有SiO2膜作為最下層膜的方式。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠防止對半導(dǎo)體基板的污染，其中所述的半導(dǎo)體基板以基于源于金屬薄膜的金屬離子的SiC半導(dǎo)體基板為代表。另外，掩膜層優(yōu)選含有金屬薄膜作為最下層膜的方式。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠從離子注入后的半導(dǎo)體基板容易地除去掩膜層。
本發(fā)明的掩膜層優(yōu)選含有SiO2膜作為最上層膜的方式。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠避免通過RIE(Reactive Ion Etching反應(yīng)性離子蝕刻)法等對以金屬蒸鍍膜為代表的金屬薄膜進(jìn)行蝕刻的事態(tài)，從而使圖形形成變得容易。另外，掩膜層優(yōu)選含有金屬薄膜作為最上層膜的方式。通過這樣的結(jié)構(gòu)，即使在SiO2膜上產(chǎn)生裂縫，也能夠?qū)⑵溆绊懣刂圃谧钚∠蕖?br> 本發(fā)明的掩膜層在這些結(jié)構(gòu)當(dāng)中，特別優(yōu)選從最下層按順序含有SiO2膜、金屬薄膜、SiO2膜的結(jié)構(gòu)。具有這樣的三層結(jié)構(gòu)的掩膜層，其SiO2膜的平均厚度不超過1.5μm，且能夠使整個掩膜層的厚度為1.5μm以上。這樣做，SiO2膜即使在高溫環(huán)境下也難以產(chǎn)生裂縫，作為整個掩膜層，能夠阻礙高能量的離子注入。
接著，例如，如圖4B所示，在圖4A中形成掩膜層103的半導(dǎo)體裝置1000，在掩膜層107a上涂布抗蝕材料之后，通過使用玻璃掩膜111進(jìn)行圖形曝光，使抗蝕材料發(fā)生固化形成抗蝕膜109。對抗蝕材料沒有特別限制，可以根據(jù)條件選擇使用以往公知的抗蝕材料。另外，對玻璃掩膜也沒有特別限制，可以使用以往公知的玻璃掩膜進(jìn)行圖形曝光。
接著，例如，如圖4C所示，在圖4B中形成抗蝕膜109的半導(dǎo)體裝置1000，通過RIE法、濕式蝕刻法等且利用抗蝕膜109，進(jìn)行蝕刻，形成圖形化的掩膜層103a。對通過RIE法等的蝕刻的條件沒有特別限制，可以通過以往公知的條件進(jìn)行蝕刻，例如，可以使用平行平板型RIE裝置、酸性溶液等進(jìn)行蝕刻。
接著，如圖4D所示，半導(dǎo)體裝置1000通過離子注入法向SiC半導(dǎo)體基板101中注入雜質(zhì)。對在本發(fā)明中使用的雜質(zhì)的種類沒有特別限制，可以按照所制造的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)和目的進(jìn)行適當(dāng)選擇，例如能夠選擇鋁、硼、氮、磷等。另外，對離子注入的條件沒有特別限制，可以通過以往公知的條件進(jìn)行離子注入，但作為在離子注入中使用的裝置，優(yōu)選使用高電流離子注入裝置等。
本發(fā)明中的離子注入的劑量優(yōu)選為1×1015cm-2以下。這是因為當(dāng)該劑量超過1×1015cm-2時，重新注入的離子與已注入的離子發(fā)生沖撞，有進(jìn)一步塞得更深的趨勢。進(jìn)而，當(dāng)劑量超過1×1017cm-2時，SiC的結(jié)晶容易受到破壞，而容易非晶形(amorphous)化。
為了抑制對基于離子注入的SiC半導(dǎo)體基板的晶體結(jié)構(gòu)的毀壞(非晶形化)，本發(fā)明中的離子注入時的基板溫度優(yōu)選為300℃以上，進(jìn)一步更優(yōu)選500℃以上。另外，出于防止SiC的升華的理由，基板溫度優(yōu)選為1000℃以下，進(jìn)一步更優(yōu)選為800℃以下。另外，對本發(fā)明中的離子注入的角度沒有特別限制，可以通過以往公知的離子注入法以想要采用的任何角度進(jìn)行注入，但優(yōu)選例如以垂直于基板的角度進(jìn)行離子注入。
接著，如圖4E所示，除去在圖4D中對雜質(zhì)已進(jìn)行離子注入的半導(dǎo)體裝置1000的掩膜層103a。對掩膜層的除去方法沒有特別限制，可以使用以往公知的掩膜層的除去方法，但優(yōu)選例如通過基于酸性溶液的溶解而除去。
雜質(zhì)向本發(fā)明中的半導(dǎo)體基板的離子注入方法含有，在半導(dǎo)體基板的表面形成包含SiO2膜和金屬薄膜的掩膜層的工序、在半導(dǎo)體基板的表面上進(jìn)行雜質(zhì)的離子注入的工序。向本發(fā)明的半導(dǎo)體基板中進(jìn)行雜質(zhì)離子注入方法的詳細(xì)內(nèi)容與本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的詳細(xì)內(nèi)容一樣。
(實施例1)首先，如圖1A所示，在5英寸直徑且厚600μm的4H-SiC半導(dǎo)體基板1上旋涂負(fù)型感光性聚酰亞胺樹脂(日立デユポンマイクロシステムズ制HD4010)，在空氣環(huán)境下干燥，形成厚3.0μm的感光性聚酰亞胺樹脂膜2。接著，如圖1B所示，借助具有規(guī)定圖形的掩膜3，對感光性聚酰亞胺樹脂膜2照射光4之后，通過由有機溶劑構(gòu)成的專用顯影液進(jìn)行顯影、燒成，由此如圖1C所示，在SiC半導(dǎo)體基板中不進(jìn)行雜質(zhì)注入的區(qū)域上形成圖形化的聚酰亞胺樹脂膜2a。通過使用感光性聚酰亞胺樹脂，比起采用光刻法時相比能更容易地形成掩膜。
接著，將SiC半導(dǎo)體基板1和聚酰亞胺樹脂膜加熱至500℃，如圖1D所示，借助圖形化的聚酰亞胺樹脂膜2a，向SiC半導(dǎo)體基板1中注入Al離子5，形成雜質(zhì)區(qū)域1a。Al離子的注入可以以加速能量340keV、劑量1×1015cm-2進(jìn)行。最后，當(dāng)通過氫氟酸除去聚酰亞胺樹脂膜時，得到如圖1E所示的具有雜質(zhì)區(qū)域1a的SiC半導(dǎo)體基板1。得到雜質(zhì)區(qū)域1a的深度為1.1μm且具有以往的SiO2掩膜無法達(dá)到的深度的雜質(zhì)區(qū)域。
(實施例2)如圖3所示，在聚酰亞胺樹脂膜32和SiC半導(dǎo)體基板31之間形成由Al構(gòu)成的厚度為0.1μm的金屬薄膜6，除此之外，與實施例1一樣，制造具有雜質(zhì)區(qū)域的SiC半導(dǎo)體基板。由于在聚酰亞胺樹脂膜和SiC半導(dǎo)體基板之間形成由Al構(gòu)成的金屬薄膜，因此在離子注入之后，可用磷酸對聚酰亞胺樹脂膜進(jìn)行濕式蝕刻，此時聚酰亞胺樹脂膜以Al制的金屬薄膜為邊界，可以容易地從SiC半導(dǎo)體基板除去，從而可以提高制造效率。
在形成聚酰亞胺樹脂膜之前，在SiC半導(dǎo)體基板上由Al構(gòu)成的薄膜，在進(jìn)行聚酰亞胺樹脂膜的曝光、顯影、燒成之后，通過濕式蝕刻去除位于聚酰亞胺樹脂膜的空孔部的由Al構(gòu)成的薄膜，所以沒有妨礙離子注入。
(實施例3)在聚酰亞胺樹脂膜和SiC半導(dǎo)體基板之間形成由SiO2構(gòu)成的厚度為0.1μm的薄膜，除此之外，與實施例1一樣，制造具有雜質(zhì)區(qū)域的SiC半導(dǎo)體基板。在離子注入之后，通過氫氟酸對聚酰亞胺樹脂膜進(jìn)行濕式蝕刻時，與實施例2一樣，由于聚酰亞胺樹脂膜以SiO2薄膜為邊界而容易地剝離，從而作業(yè)效率良好。
在形成聚酰亞胺樹脂膜之前，在SiC半導(dǎo)體基板上形成由SiO2構(gòu)成的薄膜，而且在進(jìn)行聚酰亞胺樹脂膜的曝光、顯影、燒成之后，通過濕式蝕刻去除位于聚酰亞胺樹脂膜的空孔部的由SiO2構(gòu)成的薄膜，所以沒有妨礙離子注入。
(實施例4)首先，準(zhǔn)備1cm方形的4H-SiC半導(dǎo)體基板(表面的面方位是從0001面傾斜約8度。)，接著，如圖4A所示，在SiC半導(dǎo)體基板101上層疊由從下按順序為SiO2膜107b(平均厚度為1μm)、Al金屬薄膜105(平均厚度為1μm)、SiO2膜107a(平均厚度為1μm)的組合構(gòu)成的掩膜層103。其中，SiO2膜107a、107b是通過SOG法作成，Al金屬薄膜105是通過金屬蒸鍍法作成。
接著，如圖4B所示，在SiO2膜107a上涂布抗蝕材料，使用玻璃掩膜111進(jìn)行圖形曝光，抗蝕材料固化而形成抗蝕膜109。隨后，通過RIE法并借助抗蝕膜109對已形成抗蝕膜109的SiC半導(dǎo)體基板101進(jìn)行蝕刻，形成已圖形化的掩膜層103a(圖4C)。接著，如圖4D所示，借助掩膜層103a在SiC半導(dǎo)體基板101上，通過離子注入法將Al離子作為雜質(zhì)注入到SiC半導(dǎo)體基板中。
在進(jìn)行離子注入時，預(yù)先將SiC半導(dǎo)體基板和掩膜層加熱至500℃，另外，Al離子的注入可以以加速能量340keV、劑量1×1015cm-2進(jìn)行。最后，通過用氫氟酸進(jìn)行溶解，從在圖4D中已進(jìn)行雜質(zhì)離子注入的SiC半導(dǎo)體基板除去已圖形化的掩膜層103a(圖4E)。
使得到的SiC半導(dǎo)體基板101在Ar中1700℃下進(jìn)行30分鐘的退火，然后通過SIMS進(jìn)行評價，結(jié)果在由已圖形化的掩膜層103a所覆蓋的區(qū)域，沒有檢測出Al，判斷出可以阻礙Al的加速能量340keV的注入。得到雜質(zhì)區(qū)域115的深度為1.1μm且具有以往的SiO2掩膜無法達(dá)到的深度的雜質(zhì)區(qū)域。另外，通過喇曼散射進(jìn)行評價，結(jié)果判斷出SiC半導(dǎo)體基板101的晶體結(jié)構(gòu)沒有損傷。
(比較例1)在SiC半導(dǎo)體基板上層疊只由SiO2膜(平均厚度為1μm)構(gòu)成的掩膜層，除此之外，與實施例4一樣，在SiC半導(dǎo)體基板中進(jìn)行離子注入。采用與實施例4一樣的評價方法對已注入雜質(zhì)離子的SiC半導(dǎo)體基板進(jìn)行評價，結(jié)果因只由SiO2膜(平均厚度為1μm)構(gòu)成的掩膜層沒有足夠的厚度，所以在只由SiO2膜(平均厚度為1μm)構(gòu)成的掩膜層所覆蓋的區(qū)域檢測出Al，判斷出無法充分阻礙A離子1的加速能量340keV的注入。其中，SiC半導(dǎo)體基板101的晶體結(jié)構(gòu)沒有損傷。
(比較例2)在SiC半導(dǎo)體基板上層疊只由SiO2膜(平均厚度為3μm)構(gòu)成的掩膜層，除此之外，與實施例4一樣，在SiC半導(dǎo)體基板中進(jìn)行Al離子注入。采用與實施例4一樣的評價方法對已注入雜質(zhì)離子的SiC半導(dǎo)體基板進(jìn)行評價，結(jié)果在由SiO2膜(平均厚度為3μm)構(gòu)成的掩膜層上出現(xiàn)裂縫，從該部分檢測出Al，判斷出在只由SiO2膜(平均厚度為3μm)構(gòu)成的掩膜層中，無法充分阻礙A離子1的加速能量340keV的注入。其中，SiC半導(dǎo)體基板101的晶體結(jié)構(gòu)沒有損傷。
應(yīng)認(rèn)為此次公開的實施方式和實施例例示所有的點并不是限定本發(fā)明。本發(fā)明的范圍包含可以在非上述說明的但為基于權(quán)利要求所示的且與權(quán)利要求的范圍均等的意義和范圍內(nèi)作出的所有更改。
根據(jù)本發(fā)明，能夠在抑制對晶體結(jié)構(gòu)的毀壞的同時，在以SiC半導(dǎo)體基板為代表的半導(dǎo)體基板的表面簡便地進(jìn)行區(qū)域選擇性的高能量的離子注入，使足夠深度的雜質(zhì)注入成為可能。另外，掩膜層即使在高溫環(huán)境下也不產(chǎn)生裂縫。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，是通過離子注入法在半導(dǎo)體基板(1)的表面上形成雜質(zhì)的注入?yún)^(qū)域的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體基板(1)的表面上形成包含聚酰亞胺樹脂膜(2)的掩膜層的工序、和進(jìn)行雜質(zhì)離子(5)的注入的工序。
2.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，是通過離子注入法在半導(dǎo)體基板(101)的表面上形成雜質(zhì)的注入?yún)^(qū)域的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在半導(dǎo)體基板(101)的表面上形成包含SiO2膜(107a、107b)和金屬薄膜(105)的掩膜層(103)的工序、和進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入的工序。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基板(1、101)是SiC半導(dǎo)體基板。
4.如權(quán)利要求1或者2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述的掩膜層形成在半導(dǎo)體基板(1、101)中不進(jìn)行雜質(zhì)離子注入的區(qū)域上。
5.如權(quán)利要求1或者2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述雜質(zhì)離子注入到?jīng)]有形成掩膜層的區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，將所述半導(dǎo)體基板(1)加熱至300℃以上，進(jìn)行雜質(zhì)離子(5)的注入。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，將所述半導(dǎo)體基板(1)加熱至500℃以上，進(jìn)行雜質(zhì)離子(5)的注入。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，聚酰亞胺樹脂膜(2)是由感光性聚酰亞胺樹脂形成。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，聚酰亞胺樹脂膜(2a)的厚度是，在半導(dǎo)體基板(1)中的沒有形成聚酰亞胺樹脂膜(2a)的區(qū)域中注入的雜質(zhì)的深度的2倍以上。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在聚酰亞胺樹脂膜(2a)和半導(dǎo)體基板(1)之間具備金屬薄膜。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在聚酰亞胺樹脂膜(2a)和半導(dǎo)體基板(1)之間具備由SiO2構(gòu)成的薄膜。
12.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，將所述半導(dǎo)體基板(101)加熱至300℃～500℃，進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入。
13.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，將所述半導(dǎo)體基板(101)加熱至500℃～800℃，進(jìn)行雜質(zhì)離子的注入。
14.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述的掩膜層(103)是由3層以上的層構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述SiO2膜(107a、107b)的平均厚度和所述金屬薄膜(105)的平均厚度分別為500nm～1.5μm。
16.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述掩膜層(103)具備SiO2膜作為最下層膜。
17.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述掩膜層(103)具備金屬薄膜作為最下層膜。
18.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述掩膜層(103)具備SiO2膜作為最上層膜。
19.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述掩膜層(103)具備金屬薄膜作為最上層膜。
20.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述SiO2膜(107a、107b)是由SOG法形成。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種使以高能量加速離子而進(jìn)行的離子注入成為可能的、且能夠向半導(dǎo)體基板(1、101)特別是SiC半導(dǎo)體基板以選擇區(qū)域的方式簡便地進(jìn)行足夠深度的雜質(zhì)注入的半導(dǎo)體裝置的制造方法。為此，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在半導(dǎo)體基板(101)的表面上形成包含聚酰亞胺樹脂膜(2)，或者包含SiO
文檔編號H01L21/04GK1706032SQ200480001390
公開日2005年12月7日 申請日期2004年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者藤川一洋, 原田真 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社