JP2011071197A - Method of manufacturing semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体基板の製造方法に関し、特に、単結晶構造を有する炭化珪素(SiC)からなる部分を含む半導体基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor substrate including a portion made of silicon carbide (SiC) having a single crystal structure.
近年、半導体装置の製造に用いられる半導体基板としてSiC基板の採用が進められつつある。SiCは、より一般的に用いられているSi(シリコン)に比べて大きなバンドギャップを有する。そのためSiC基板を用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の低下が小さい、といった利点を有する。 In recent years, SiC substrates are being adopted as semiconductor substrates used for manufacturing semiconductor devices. SiC has a larger band gap than Si (silicon) which is more commonly used. Therefore, a semiconductor device using a SiC substrate has advantages such as high breakdown voltage, low on-resistance, and small deterioration in characteristics under a high temperature environment.
半導体装置を効率的に製造するためには、ある程度以上の基板の大きさが求められる。米国特許第7314520号明細書(特許文献1)によれば、76mm(3インチ)以上のSiC基板を製造することができるとされている。 In order to efficiently manufacture a semiconductor device, a substrate size of a certain level or more is required. According to US Pat. No. 7,314,520 (Patent Document 1), a SiC substrate of 76 mm (3 inches) or more can be manufactured.
SiC基板の大きさは工業的には100mm(4インチ)程度にとどまっており、このため大型の基板を用いて半導体装置を効率よく製造することができないという問題がある。特に六方晶系のSiCにおいて、(0001)面以外の面の特性が利用される場合、上記の問題が特に深刻となる。このことについて、以下に説明する。 The size of the SiC substrate is industrially limited to about 100 mm (4 inches). Therefore, there is a problem that a semiconductor device cannot be efficiently manufactured using a large substrate. In particular, in the case of hexagonal SiC, the above-described problem becomes particularly serious when the characteristics of a plane other than the (0001) plane are used. This will be described below.
欠陥の少ないSiC基板は、通常、積層欠陥の生じにくい(0001)面成長で得られたSiCインゴットから切り出されることで製造される。このため(0001)面以外の面方位を有するSiC基板は、成長面に対して非平行に切り出されることになる。このため基板の大きさを十分確保することが困難であったり、インゴットの多くの部分が有効に利用できなかったりする。このため、SiCの(0001)面以外の面を利用した半導体装置は、効率よく製造することが特に困難である。 A SiC substrate with few defects is usually manufactured by cutting out from a SiC ingot obtained by (0001) plane growth in which stacking faults are unlikely to occur. For this reason, the SiC substrate having a plane orientation other than the (0001) plane is cut out non-parallel to the growth plane. For this reason, it is difficult to ensure a sufficient size of the substrate, or many portions of the ingot cannot be used effectively. For this reason, it is particularly difficult to efficiently manufacture a semiconductor device using a surface other than the (0001) surface of SiC.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、SiCを用いた半導体装置を効率よく製造するための半導体基板の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate manufacturing method for efficiently manufacturing a semiconductor device using SiC.
本発明の半導体基板の製造方法は、以下の工程を有する。
互いに対向する第1の表面および第1の裏面を有し、かつ単結晶構造を有する第1の炭化珪素基板と、互いに対向する第2の表面および第2の裏面を有し、かつ単結晶構造を有する第2の炭化珪素基板とが準備される。第1および第2の裏面の各々が一の方向を向くように第1および第2の炭化珪素基板が配置される。上記の配置する工程の後に、第1および第2の裏面を互いにつなぐように第1および第2の裏面に接合された、金属からなる接続層が形成される。
The manufacturing method of the semiconductor substrate of this invention has the following processes.
A first silicon carbide substrate having a first surface and a first back surface facing each other and having a single crystal structure, and having a second surface and a second back surface facing each other and having a single crystal structure And a second silicon carbide substrate having First and second silicon carbide substrates are arranged such that each of the first and second back surfaces faces one direction. After the placing step, a connection layer made of metal is formed which is joined to the first and second back surfaces so as to connect the first and second back surfaces to each other.
本製造方法によれば、第1および第2の炭化珪素基板が接続層を介して1つの半導体基板として一体化される。この半導体基板は、半導体装置が形成される基板面として、第1および第2の炭化珪素基板のそれぞれが有する第1および第2の表面の両方を含む。すなわちこの半導体基板は、第1および第2の炭化珪素基板のいずれかが単体で用いられる場合に比して、より大きな基板面を有する。よってこの半導体基板を用いることで、炭化珪素を用いた半導体装置を効率よく製造することができる。 According to this manufacturing method, the first and second silicon carbide substrates are integrated as one semiconductor substrate via the connection layer. This semiconductor substrate includes both the first and second surfaces of each of the first and second silicon carbide substrates as the substrate surface on which the semiconductor device is formed. That is, this semiconductor substrate has a larger substrate surface as compared with the case where either one of the first and second silicon carbide substrates is used alone. Therefore, by using this semiconductor substrate, a semiconductor device using silicon carbide can be efficiently manufactured.
また第1および第2の炭化珪素基板が半導体からなるのに対して、接続層は、抵抗率が小さい物質である金属からなる。これにより第1および第2の炭化珪素基板の各々の抵抗率に比して小さい抵抗率を有する部分を含む半導体基板を形成することができる。 The first and second silicon carbide substrates are made of a semiconductor, whereas the connection layer is made of a metal that is a substance having a low resistivity. Thereby, a semiconductor substrate including a portion having a resistivity smaller than the resistivity of each of the first and second silicon carbide substrates can be formed.
好ましくは、接続層をなす金属は、モリブデン、タンタル、タングステン、ニオビウム、イリジウム、ルテニウム、ジルコニウム、チタニウム、およびニッケルよりなる群から選ばれた少なくとも1つの金属からなる。 Preferably, the metal forming the connection layer is made of at least one metal selected from the group consisting of molybdenum, tantalum, tungsten, niobium, iridium, ruthenium, zirconium, titanium, and nickel.
これにより、接続層の耐熱性を2000℃程度以上にまで高めることができる。また接続層の第1および第2の炭化珪素基板に面する部分がシリサイド化されやすく、これにより接続層が第1および第2の炭化珪素基板に、より強固に接合される。 Thereby, the heat resistance of a connection layer can be improved to about 2000 degreeC or more. Further, portions of the connection layer facing the first and second silicon carbide substrates are easily silicided, whereby the connection layer is more firmly bonded to the first and second silicon carbide substrates.
好ましくは、接続層は、50μm以上1mm以下の膜厚を有する。膜厚が50μm以上であることによって、接続層が割れにくくなる。また膜厚が1mm以下であることによって、半導体基板の厚さを、半導体装置の一般的な製造プロセスに適した厚さとすることができる。 Preferably, the connection layer has a thickness of 50 μm or more and 1 mm or less. When the film thickness is 50 μm or more, the connection layer is difficult to break. Further, when the film thickness is 1 mm or less, the thickness of the semiconductor substrate can be made suitable for a general manufacturing process of a semiconductor device.
好ましくは、接続層を形成する工程は、一の方向から金属を蒸着することによって行なわれる。 Preferably, the step of forming the connection layer is performed by depositing a metal from one direction.
これにより接続層を蒸着法によって形成することができる。
好ましくは、接続層を形成する工程は、一の方向から金属をめっきすることによって行なわれる。
Thereby, the connection layer can be formed by a vapor deposition method.
Preferably, the step of forming the connection layer is performed by plating a metal from one direction.
これにより接続層をめっき法によって形成することができる。
好ましくは、第1および第2の炭化珪素基板を配置する工程は、第1および第2の炭化珪素基板に対して一の方向に位置し、かつ金属からなる金属板上に、第1および第2の炭化珪素基板を載せることによって行なわれる。また接続層を形成する工程は、金属板を溶融させた後に固化することによって行なわれる。
Thereby, the connection layer can be formed by a plating method.
Preferably, the step of disposing the first and second silicon carbide substrates is arranged on the metal plate made of metal and positioned in one direction with respect to the first and second silicon carbide substrates. This is performed by placing two silicon carbide substrates. Further, the step of forming the connection layer is performed by melting and solidifying the metal plate.
これにより、金属板の溶融および固化という簡易な方法で、接続層を形成することができる。 Thereby, the connection layer can be formed by a simple method of melting and solidifying the metal plate.
好ましくは、第1の炭化珪素基板の{0001}面に対する第1の表面のオフ角は50°以上65°以下である。また第2の炭化珪素基板の{0001}面に対する第2の表面のオフ角は50°以上65°以下である。これにより、第1および第2の表面が{0001}面である場合に比して、第1および第2の表面におけるチャネル移動度を高めることができる。 Preferably, the off angle of the first surface with respect to the {0001} plane of the first silicon carbide substrate is not less than 50 ° and not more than 65 °. The off angle of the second surface with respect to the {0001} plane of the second silicon carbide substrate is not less than 50 ° and not more than 65 °. Thereby, compared with the case where the 1st and 2nd surface is a {0001} plane, channel mobility in the 1st and 2nd surface can be raised.
好ましくは、第1の表面のオフ方位と第1の炭化珪素基板の<1−100>方向とのなす角は5°以下である。また第2の表面のオフ方位と第2の炭化珪素基板の<1−100>方向とのなす角は5°以下である。これにより、第1および第2の表面が{0001}面である場合に比して、第1および第2の表面におけるチャネル移動度を高めることができる。 Preferably, the angle formed by the off orientation of the first surface and the <1-100> direction of the first silicon carbide substrate is 5 ° or less. The angle formed between the off orientation of the second surface and the <1-100> direction of the second silicon carbide substrate is 5 ° or less. Thereby, compared with the case where the 1st and 2nd surface is a {0001} plane, channel mobility in the 1st and 2nd surface can be raised.
好ましくは、第1の炭化珪素基板の<1−100>方向における{03−38}面に対する第1の表面のオフ角は−3°以上5°以下である。また第2の炭化珪素基板の<1−100>方向における{03−38}面に対する第2の表面のオフ角は−3°以上5°以下である。これにより、第1および第2の表面が{0001}面である場合に比して、第1および第2の表面におけるチャネル移動度を高めることができる。 Preferably, the off angle of the first surface with respect to the {03-38} plane in the <1-100> direction of the first silicon carbide substrate is −3 ° to 5 °. The off angle of the second surface relative to the {03-38} plane in the <1-100> direction of the second silicon carbide substrate is −3 ° to 5 °. Thereby, compared with the case where the 1st and 2nd surface is a {0001} plane, channel mobility in the 1st and 2nd surface can be raised.
好ましくは、第1の表面のオフ方位と第1の炭化珪素基板の<11−20>方向とのなす角は5°以下である。また第2の表面のオフ方位と第2の炭化珪素基板の<11−20>方向とのなす角は5°以下である。これにより、第1および第2の表面が{0001}面である場合に比して、第1および第2の表面におけるチャネル移動度を高めることができる。 Preferably, the angle formed by the off orientation of the first surface and the <11-20> direction of the first silicon carbide substrate is 5 ° or less. The angle formed between the off orientation of the second surface and the <11-20> direction of the second silicon carbide substrate is 5 ° or less. Thereby, compared with the case where the 1st and 2nd surface is a {0001} plane, channel mobility in the 1st and 2nd surface can be raised.
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体基板の製造方法によれば、炭化珪素を用いた半導体装置を効率よく製造するための半導体基板の製造方法を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor substrate for efficiently manufacturing a semiconductor device using silicon carbide can be provided.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
(実施の形態1)
図1および図2を参照して、本実施の形態の半導体基板80は、単結晶構造を有する複数のSiC基板11〜19(炭化珪素基板)と、金属からなる接続層30とを有する。接続層30は、SiC基板11〜19の裏面(図1に示される面と反対の面)を互いにつなぐように、SiC基板11〜19の裏面に接合されている。この接続層30によりSiC基板11〜19は互いに固定されている。SiC基板11〜19のそれぞれは同一平面上において露出した表面を有し、たとえばSiC基板11および12のそれぞれは、表面F1およびF2(図2)を有する。これにより半導体基板80はSiC基板11〜19の各々に比して大きな表面を有する。よってSiC基板11〜19の各々を単独で用いる場合に比して、半導体基板80を用いる場合、SiCを用いた半導体装置をより効率よく製造することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
1 and 2,
好ましくは、SiC基板11、12の結晶構造は六方晶系であり、より好ましくは4H−SiCまたは6H−SiCである。
Preferably, the crystal structures of
次に半導体基板80の製造方法について説明する。なお以下において説明を簡略化するためにSiC基板11〜19のうちSiC基板11および12に関してのみ言及する場合があるが、SiC基板13〜19もSiC基板11および12と同様に扱われる。
Next, a method for manufacturing the
図3を参照して、まず単結晶構造を有するSiC基板11(第1の炭化珪素基板)およびSiC基板12(第2の炭化珪素基板)が準備される。SiC基板11は互いに対向する表面F1(第1の表面)および裏面B1(第1の裏面)を有し、SiC基板12は互いに対向する表面F2(第2の表面)および裏面B2(第2の裏面)を有する。具体的には、たとえば、六方晶系における(0001)面で成長したSiCインゴットを(03−38)面に沿って切断することによって、SiC基板11および12が準備される。好ましくは、SiC基板11の平行度は1°以下である。
Referring to FIG. 3, first, SiC substrate 11 (first silicon carbide substrate) and SiC substrate 12 (second silicon carbide substrate) having a single crystal structure are prepared.
次に蒸着法のための処理室(図示せず)内においてステージ81上に、裏面B1およびB2の各々が一の方向(図3における下方向)に露出するようにSiC基板11および12が配置される。すなわちSiC基板11および12が、平面視において並ぶように配置される。
Next,
好ましくは、上記の配置は、裏面B1およびB2の各々が同一平面上に位置するか、または表面F1およびF2の各々が同一平面上に位置するように行なわれる。 Preferably, the above arrangement is performed such that each of back surfaces B1 and B2 is located on the same plane, or each of front surfaces F1 and F2 is located on the same plane.
また好ましくはSiC基板11および12の間の最短間隔(図3における横方向の最短間隔)は5mm以下とされる。具体的には、たとえば、同一の矩形形状を有する基板が5mm以下の間隔を空けてマトリクス状に配置されればよい。
Preferably, the shortest distance between
またSiC基板11および12を等間隔に設置するには、たとえば、ステージ81上に、SiC基板11および12に対応するサイズの座繰りを形成すればよい。この座繰りにSiC基板11および12を入れることで、SiC基板11および12を等間隔に設置することができる。
In order to install
次に処理室が真空引きされることで、処理室内の圧力が、たとえば10-3Paとされる。続いて一の方向(図3における下方向)から金属が蒸着される。この蒸着は、蒸着源となる金属を通電加熱することによってこの金属の温度を融点以上とすることにより行うことができる。 Next, the processing chamber is evacuated, so that the pressure in the processing chamber is, for example, 10 −3 Pa. Subsequently, metal is deposited from one direction (downward in FIG. 3). This vapor deposition can be carried out by heating the metal as the vapor deposition source to a melting point or higher by energizing and heating the metal.
上記の蒸着によって接続層30が形成される。以上により半導体基板80が製造される。
The
本実施の形態によれば、図2に示すように、SiC基板11および12が接続層30を介して1つの半導体基板80として一体化される。半導体基板80は、トランジスタなどの半導体装置が形成される基板面として、SiC基板のそれぞれが有する表面F1およびF2の両方を含む。すなわち半導体基板80は、SiC基板11および12のいずれかが単体で用いられる場合に比して、より大きな基板面を有する。よって半導体基板80により、SiCを用いた半導体装置を効率よく製造することができる。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 2,
またSiC基板11および12が半導体からなるのに対して、接続層30は、抵抗率が小さい物質である金属からなる。これによりSiC基板11および12の各々の抵抗率に比して小さい抵抗率を有する部分を含む半導体基板を形成することができる。これにより、たとえば接続層30を半導体装置の電極として用いることもできる。
In addition,
好ましくは、接続層30をなす金属は、モリブデン、タンタル、タングステン、ニオビウム、イリジウム、ルテニウム、ジルコニウム、チタニウム、およびニッケルよりなる群から選ばれた少なくとも1つの金属からなる。これにより、接続層30の耐熱性を2000℃程度以上にまで高めることができる。また接続層30のSiC基板11および12に面する部分をシリサイド化されやすくすることができるので、接続層30とSiC基板11および12との間の接合をより強固にすることができる。
Preferably, the metal forming the
より好ましくは、接続層30をなす金属は、モリブデン、チタニウム、およびニッケルよりなる群から選ばれた少なくとも1つの金属からなる。これにより接続層30と、SiC基板11および12との間をオーミックに接続することができる。よって半導体基板80を用いて製造された半導体装置において、接続層30をオーミック電極として用いることができる。
More preferably, the metal forming the
また好ましくは、接続層30は、50μm以上1mm以下の膜厚を有する。膜厚が50μm以上であることによって、接続層30が割れにくくなる。また膜厚が1mm以下であることによって、半導体基板80の厚さを、半導体装置の一般的な製造プロセスに適した厚さとすることができる。
Preferably, the
また好ましくは、SiC基板11および12を配置する工程は、SiC基板11および12の間の最短間隔が5mm以下となるように行なわれる。これにより接続層30を、SiC基板11の裏面B1と、SiC基板12の裏面B2とをより確実につなぐように形成することができる。
Preferably, the step of arranging
また本実施の形態において好ましくは、SiC基板11の{0001}面に対する表面F1のオフ角は50°以上65°以下であり、かつSiC基板12の{0001}面に対する表面F2のオフ角は50°以上65°以下である。これにより、表面F1およびF2が{0001}面である場合に比して、表面F1およびF2におけるチャネル移動度を高めることができる。
In the present embodiment, preferably, the off angle of surface F1 with respect to the {0001} plane of
また好ましくは、表面F1のオフ方位とSiC基板11の<1−100>方向とのなす角は5°以下であり、かつ表面F2のオフ方位とSiC基板12の<1−100>方向とのなす角は5°以下である。これにより表面F1およびF2におけるチャネル移動度をより高めることができる。
Preferably, the angle formed between the off orientation of surface F1 and the <1-100> direction of
また好ましくは、SiC基板11の<1−100>方向における{03−38}面に対する表面F1のオフ角は−3°以上5°以下であり、SiC基板12の<1−100>方向における{03−38}面に対する表面F2のオフ角は−3°以上5°以下である。これにより表面F1およびF2におけるチャネル移動度をさらに高めることができる。
Preferably, the off angle of the surface F1 with respect to the {03-38} plane in the <1-100> direction of the
なお上記において、「<1−100>方向における{03−38}面に対する表面F1のオフ角」とは、<1−100>方向および<0001>方向の張る射影面への表面F1の法線の正射影と、{03−38}面の法線とのなす角度であり、その符号は、上記正射影が<1−100>方向に対して平行に近づく場合が正であり、上記正射影が<0001>方向に対して平行に近づく場合が負である。また「<1−100>方向における{03−38}面に対する表面F2のオフ角」についても同様である。 In the above description, the “off angle of the surface F1 with respect to the {03-38} plane in the <1-100> direction” means the normal line of the surface F1 to the projecting plane extending in the <1-100> direction and the <0001> direction. Is an angle formed by the normal projection of the {03-38} plane, and the sign thereof is positive when the orthographic projection approaches parallel to the <1-100> direction. Is negative when approaching parallel to the <0001> direction. The same applies to the “off angle of the surface F2 with respect to the {03-38} plane in the <1-100> direction”.
また好ましくは、表面F1のオフ方位とSiC基板11の<11−20>方向とのなす角は5°以下であり、かつ表面F2のオフ方位とSiC基板12の<11−20>方向とのなす角は5°以下である。これにより、表面F1およびF2が{0001}面である場合に比して、表面F1およびF2におけるチャネル移動度を高めることができる。
Preferably, the angle formed by the off orientation of surface F1 and the <11-20> direction of
なお本実施の形態においては接続層を形成するために蒸着法が用いられたが、これ以外の方法を用いることもできる。たとえばスパッタ法を用いることもでき、この場合、たとえば、処理室内の雰囲気はAr雰囲気とされ、またスパッタリングターゲットに印加される電力は200〜500Wとされる。また、めっき法を用いることもできる。 In this embodiment, the vapor deposition method is used to form the connection layer, but other methods can be used. For example, a sputtering method can also be used. In this case, for example, the atmosphere in the processing chamber is an Ar atmosphere, and the power applied to the sputtering target is 200 to 500 W. A plating method can also be used.
(実施の形態2)
本実施の形態においては、実施の形態1に比してより簡便な方法で半導体基板80(図1、図2)を製造する方法について説明する。なお以下において説明を簡略化するためにSiC基板11〜19(図1)のうちSiC基板11および12に関してのみ言及する場合があるが、SiC基板13〜19もSiC基板11および12と同様に扱われる。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, a method for manufacturing semiconductor substrate 80 (FIGS. 1 and 2) by a simpler method than that of the first embodiment will be described. In the following, for simplification of description, only
図5を参照して、SiC基板11および12に対して一の方向(図5における下方向)に、実施の形態1において説明した金属からなる、金属板31が配置される。この金属板31と、裏面B1およびB2の各々とが接触するように、金属板31上にSiC基板11および12が載せられる。
Referring to FIG. 5,
次に、上記のようにSiC基板11および12が載置された金属板31が、加熱炉(図示せず)に投入される。この加熱炉によって、上記金属の融点よりも高い温度まで、金属板31が加熱される。これにより金属板31が溶融する。
Next,
次に加熱炉内の温度が下げられる。これにより金属板31の溶融物が再固化することで、接続層30(図2)が形成される。以上により半導体基板80(図2)が製造される。
Next, the temperature in the heating furnace is lowered. As a result, the melt of the
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。 Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof is not repeated.
本実施の形態によっても、実施の形態1と同様の効果が得られる。また金属板31の溶融および固化という簡易な方法で、接続層30を形成することができる。
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, the
(実施の形態3)
図6を参照して、本実施の形態の半導体装置100は、縦型DiMOSFET(Double Implanted Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であって、基板80、バッファ層121、耐圧保持層122、p領域123、n+領域124、p+領域125、酸化膜126、ソース電極111、上部ソース電極127、ゲート電極110、およびドレイン電極112を有する。
(Embodiment 3)
Referring to FIG. 6,
基板80は、本実施の形態においてはn型の導電型を有し、また実施の形態1で説明したように、成長層30およびSiC基板11を有する。ドレイン電極112は、SiC基板11との間に成長層30を挟むように、成長層30上に設けられている。バッファ層121は、成長層30との間にSiC基板11を挟むように、SiC基板11上に設けられている。
バッファ層121は、導電型がn型であり、その厚さはたとえば0.5μmである。またバッファ層121におけるn型の導電性不純物の濃度は、たとえば5×1017cm-3である。
耐圧保持層122は、バッファ層121上に形成されており、また導電型がn型の炭化ケイ素からなる。たとえば、耐圧保持層122の厚さは10μmであり、そのn型の導電性不純物の濃度は5×1015cm-3である。
The breakdown
この耐圧保持層122の表面には、導電型がp型である複数のp領域123が互いに間隔を隔てて形成されている。p領域123の内部において、p領域123の表面層にn+領域124が形成されている。また、このn+領域124に隣接する位置には、p+領域125が形成されている。一方のp領域123におけるn+領域124上から、p領域123、2つのp領域123の間において露出する耐圧保持層122、他方のp領域123および当該他方のp領域123におけるn+領域124上にまで延在するように、酸化膜126が形成されている。酸化膜126上にはゲート電極110が形成されている。また、n+領域124およびp+領域125上にはソース電極111が形成されている。このソース電極111上には上部ソース電極127が形成されている。
On the surface of the breakdown
酸化膜126と、半導体層としてのn+領域124、p+領域125、p領域123および耐圧保持層122との界面から10nm以内の領域における窒素原子濃度の最大値は1×1021cm-3以上となっている。これにより、特に酸化膜126下のチャネル領域(酸化膜126に接する部分であって、n+領域124と耐圧保持層122との間のp領域123の部分)の移動度を向上させることができる。
The maximum value of the nitrogen atom concentration in the region within 10 nm from the interface between the
次に半導体装置100の製造方法について説明する。なお図8〜図11においてはSiC基板11〜19(図1)のうちSiC基板11の近傍における工程のみを示すが、SiC基板12〜SiC基板19の各々の近傍においても、同様の工程が行なわれる。
Next, a method for manufacturing the
まず基板準備工程(ステップS110:図7)にて、半導体基板80(図1および図2)が準備される。半導体基板80の導電型はn型とされる。
First, in the substrate preparation step (step S110: FIG. 7), the semiconductor substrate 80 (FIGS. 1 and 2) is prepared. The conductivity type of the
図8を参照して、エピタキシャル層形成工程(ステップS120:図7)により、バッファ層121および耐圧保持層122が、以下のように形成される。
Referring to FIG. 8,
まず基板80の表面上にバッファ層121が形成される。バッファ層121は、導電型がn型の炭化ケイ素からなり、たとえば厚さ0.5μmのエピタキシャル層である。またバッファ層121における導電型不純物の濃度は、たとえば5×1017cm-3とされる。
First, the
次にバッファ層121上に耐圧保持層122が形成される。具体的には、導電型がn型の炭化ケイ素からなる層が、エピタキシャル成長法によって形成される。耐圧保持層122の厚さは、たとえば10μmとされる。また耐圧保持層122におけるn型の導電性不純物の濃度は、たとえば5×1015cm-3である。
Next, the breakdown
図9を参照して、注入工程(ステップS130:図7)により、p領域123と、n+領域124と、p+領域125とが、以下のように形成される。
Referring to FIG. 9,
まず導電型がp型の不純物が耐圧保持層122の一部に選択的に注入されることで、p領域123が形成される。次に、n型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってn+領域124が形成され、また導電型がp型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってp+領域125が形成される。なお不純物の選択的な注入は、たとえば酸化膜からなるマスクを用いて行われる。
First, an impurity having a p-type conductivity is selectively implanted into a part of the breakdown
このような注入工程の後、活性化アニール処理が行われる。たとえば、アルゴン雰囲気中、加熱温度1700℃で30分間のアニールが行われる。 After such an implantation step, an activation annealing process is performed. For example, annealing is performed in an argon atmosphere at a heating temperature of 1700 ° C. for 30 minutes.
図10を参照して、ゲート絶縁膜形成工程(ステップS140:図7)が行われる。具体的には、耐圧保持層122と、p領域123と、n+領域124と、p+領域125との上を覆うように、酸化膜126が形成される。この形成はドライ酸化(熱酸化)により行われてもよい。ドライ酸化の条件は、たとえば、加熱温度が1200℃であり、また加熱時間が30分である。
Referring to FIG. 10, a gate insulating film forming step (step S140: FIG. 7) is performed. Specifically,
その後、窒素アニール工程(ステップS150)が行われる。具体的には、一酸化窒素(NO)雰囲気中でのアニール処理が行われる。この処理の条件は、たとえば加熱温度が1100℃であり、加熱時間が120分である。この結果、耐圧保持層122、p領域123、n+領域124、およびp+領域125の各々と、酸化膜126との界面近傍に、窒素原子が導入される。
Thereafter, a nitrogen annealing step (step S150) is performed. Specifically, an annealing process is performed in a nitrogen monoxide (NO) atmosphere. For example, the heating temperature is 1100 ° C. and the heating time is 120 minutes. As a result, nitrogen atoms are introduced in the vicinity of the interface between each of the breakdown
なおこの一酸化窒素を用いたアニール工程の後、さらに不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスを用いたアニール処理が行われてもよい。この処理の条件は、たとえば、加熱温度が1100℃であり、加熱時間が60分である。 Note that an annealing process using an argon (Ar) gas that is an inert gas may be performed after the annealing process using nitrogen monoxide. The conditions for this treatment are, for example, a heating temperature of 1100 ° C. and a heating time of 60 minutes.
図11を参照して、電極形成工程(ステップS160:図7)により、ソース電極111およびドレイン電極112が、以下のように形成される。
Referring to FIG. 11,
まず酸化膜126上に、フォトリソグラフィ法を用いて、パターンを有するレジスト膜が形成される。このレジスト膜をマスクとして用いて、酸化膜126のうちn+領域124およびp+領域125上に位置する部分がエッチングにより除去される。これにより酸化膜126に開口部が形成される。次に、この開口部においてn+領域124およびp+領域125の各々と接触するように導電体膜が形成される。次にレジスト膜を除去することにより、上記導体膜のうちレジスト膜上に位置していた部分の除去(リフトオフ)が行われる。この導体膜は、金属膜であってもよく、たとえばニッケル(Ni)からなる。このリフトオフの結果、ソース電極111が形成される。
First, a resist film having a pattern is formed on the
なお、ここでアロイ化のための熱処理が行なわれることが好ましい。たとえば、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスの雰囲気中、加熱温度950℃で2分の熱処理が行なわれる。 In addition, it is preferable that the heat processing for alloying is performed here. For example, heat treatment is performed for 2 minutes at a heating temperature of 950 ° C. in an atmosphere of argon (Ar) gas that is an inert gas.
再び図6を参照して、ソース電極111上に上部ソース電極127が形成される。また、基板80の裏面上にドレイン電極112が形成される。以上により、半導体装置100が得られる。
Referring to FIG. 6 again,
なお本実施の形態における導電型が入れ替えられた構成、すなわちp型とn型とが入れ替えられた構成を用いることもできる。 Note that a structure in which the conductivity types in this embodiment are switched, that is, a structure in which the p-type and the n-type are replaced can also be used.
また半導体装置100を作製するための半導体基板は、実施の形態1の半導体基板80に限定されるものではなく、たとえば実施の形態2によって得られる半導体基板であってもよい。
The semiconductor substrate for manufacturing the
また縦型DiMOSFETを例示したが、本発明の半導体基板を用いて他の半導体装置が製造されてもよく、たとえばRESURF−JFET(Reduced Surface Field-Junction Field Effect Transistor)またはショットキーダイオードが製造されてもよい。 Although a vertical DiMOSFET is illustrated, other semiconductor devices may be manufactured using the semiconductor substrate of the present invention. For example, a RESURF-JFET (Reduced Surface Field-Junction Field Effect Transistor) or a Schottky diode is manufactured. Also good.
(付記1)
本発明の半導体基板は、以下の製造方法で作製されたものである。
(Appendix 1)
The semiconductor substrate of the present invention is manufactured by the following manufacturing method.
互いに対向する第1の表面および第1の裏面を有し、かつ単結晶構造を有する第1の炭化珪素基板と、互いに対向する第2の表面および第2の裏面を有し、かつ単結晶構造を有する第2の炭化珪素基板とが準備される。第1および第2の裏面の各々が一の方向を向くように第1および第2の炭化珪素基板が配置される。上記の配置する工程の後に、第1および第2の裏面を互いにつなぐように第1および第2の裏面に接合された、金属からなる接続層が形成される。 A first silicon carbide substrate having a first surface and a first back surface facing each other and having a single crystal structure, and having a second surface and a second back surface facing each other and having a single crystal structure And a second silicon carbide substrate having First and second silicon carbide substrates are arranged such that each of the first and second back surfaces faces one direction. After the arranging step, a connection layer made of metal joined to the first and second back surfaces so as to connect the first and second back surfaces to each other is formed.
(付記2)
本発明の半導体装置は、以下の製造方法で作製された半導体基板を用いて作製されたものである。
(Appendix 2)
The semiconductor device of the present invention is manufactured using a semiconductor substrate manufactured by the following manufacturing method.
互いに対向する第1の表面および第1の裏面を有し、かつ単結晶構造を有する第1の炭化珪素基板と、互いに対向する第2の表面および第2の裏面を有し、かつ単結晶構造を有する第2の炭化珪素基板とが準備される。第1および第2の裏面の各々が一の方向を向くように第1および第2の炭化珪素基板が配置される。上記の配置する工程の後に、第1および第2の裏面を互いにつなぐように第1および第2の裏面に接合された、金属からなる接続層が形成される。 A first silicon carbide substrate having a first surface and a first back surface facing each other and having a single crystal structure, and having a second surface and a second back surface facing each other and having a single crystal structure And a second silicon carbide substrate having First and second silicon carbide substrates are arranged such that each of the first and second back surfaces faces one direction. After the placing step, a connection layer made of metal is formed which is joined to the first and second back surfaces so as to connect the first and second back surfaces to each other.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の半導体基板の製造方法は、単結晶構造を有する炭化珪素からなる部分を含む半導体基板の製造方法に、特に有利に適用され得る。 The method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention can be particularly advantageously applied to a method for manufacturing a semiconductor substrate including a portion made of silicon carbide having a single crystal structure.
11 SiC基板(第1の炭化珪素基板)、12 SiC基板(第2の炭化珪素基板)、13〜19 SiC基板、30 接続層、80 半導体基板、81 ステージ、100 半導体装置。 11 SiC substrate (first silicon carbide substrate), 12 SiC substrate (second silicon carbide substrate), 13 to 19 SiC substrate, 30 connection layer, 80 semiconductor substrate, 81 stage, 100 semiconductor device.
Claims (10)
前記第1および第2の裏面の各々が一の方向を向くように前記第1および第2の炭化珪素基板を配置する工程と、
前記配置する工程の後に、前記第1および第2の裏面を互いにつなぐように前記第1および第2の裏面に接合された、金属からなる接続層を形成する工程とを備えた、半導体基板の製造方法。 A first silicon carbide substrate having a first surface and a first back surface facing each other and having a single crystal structure, and having a second surface and a second back surface facing each other and having a single crystal structure Preparing a second silicon carbide substrate having:
Disposing the first and second silicon carbide substrates such that each of the first and second back surfaces faces one direction;
Forming a connection layer made of metal bonded to the first and second back surfaces so as to connect the first and second back surfaces to each other after the arranging step. Production method.
前記接続層を形成する工程は、前記金属板を溶融させた後に固化することによって行なわれる、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 The step of disposing the first and second silicon carbide substrates includes positioning the first and second silicon carbide substrates on the metal plate located in the one direction with respect to the first and second silicon carbide substrates and made of the metal. And by placing a second silicon carbide substrate,
The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the step of forming the connection layer is performed by melting and then solidifying the metal plate.
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