JP2018107271A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
基板の厚さ方向に主電流が走行する縦型パワーデバイス(半導体装置)においては、導通時の損失の低減や高速動作のため、電流の導通距離、すなわちデバイスウェハ(半導体基板)を薄く加工することが求められる。一方で、所望の耐圧の仕様に対する最大電界強度及び空乏層の延伸距離の要請から、デバイスウェハの最小厚さが決定される。 In a vertical power device (semiconductor device) in which the main current runs in the thickness direction of the substrate, the current conduction distance, that is, the device wafer (semiconductor substrate) is processed thinly in order to reduce loss during conduction and to operate at high speed. Is required. On the other hand, the minimum thickness of the device wafer is determined from the request for the maximum electric field strength and the extension distance of the depletion layer for the desired breakdown voltage specification.
空乏層の延伸距離を抑制するために、デバイスウェハのドリフト層中には、バッファ層等が用いられることもあり、バッファ層を用いればさらにウェハを薄くすることが可能となる。また半導体材料をシリコン(Si)から、炭化珪素(SiC)、特に4H−SiCに変えることで、最大電界強度は10倍程度高まる。従ってSiCに必要なウェハ厚さは、Siの1/10でよい。ただし、Siの場合には60μm程度以下に薄くなると曲げやすいウェハを実現できるが、SiCの場合、ウェハが薄くなると、機械的強度の不足が顕著になり、破損や応力による反りの影響が大きくなる。 In order to suppress the extension distance of the depletion layer, a buffer layer or the like may be used in the drift layer of the device wafer. If the buffer layer is used, the wafer can be made thinner. Further, by changing the semiconductor material from silicon (Si) to silicon carbide (SiC), particularly 4H—SiC, the maximum electric field strength is increased about 10 times. Therefore, the wafer thickness required for SiC may be 1/10 of Si. However, in the case of Si, if it is thinned to about 60 μm or less, a wafer that is easy to bend can be realized. However, in the case of SiC, if the wafer is thinned, the mechanical strength is insufficient, and the influence of warping due to breakage or stress increases. .
これらの問題を回避する方法としては、薄化した基板を支持する構造を用いた技術があり、例えば、ウェハの外周をリブ状に残し、リブ以外を削ることで薄く加工する技術がある。またウェハのおもて面に接着剤を用いて支持基板を貼り付け、裏面側を削ることで破損等を回避し、薄く加工する技術もある。ウェハのおもて面と支持基板との貼り付けにおいては、接着剤の他にも表面活性化法などの接合技術を用いることができる。 As a method for avoiding these problems, there is a technique that uses a structure that supports a thinned substrate, for example, a technique that leaves the outer periphery of a wafer in a rib shape and thins it by cutting other than the rib. There is also a technique for thinning the substrate by attaching a support substrate to the front surface of the wafer using an adhesive and cutting the back surface to avoid breakage and the like. In adhering the front surface of the wafer and the support substrate, a bonding technique such as a surface activation method can be used in addition to the adhesive.
しかしながら、SiCはSiよりも硬い材料であり、薄化の加工が非常に難しく手間がかかる。また薄化加工による残留応力が、ウェハの反りや破損を引き起こし易い。このため、SiCでは残留応力除去の研磨加工などを別途行う必要がある。またウェハが薄くなることに伴って、電極等の構成部材の形成によって生じる応力変形の影響が無視できなくなる。こうした応力変形は、ある程度の厚さ以下でのデバイス形成時に生じ、不可避である。そのため外周をリブ状に残す技術では、Siの場合には適用可能であるが、SiCの場合には薄化したウェハを十分に支持しきれず、割れ等が発生してしまう。 However, SiC is a harder material than Si, and thinning is very difficult and troublesome. Further, the residual stress due to the thinning process tends to cause warpage or breakage of the wafer. For this reason, in SiC, it is necessary to perform a polishing process for removing residual stress separately. Further, as the wafer becomes thinner, the influence of stress deformation caused by the formation of components such as electrodes cannot be ignored. Such stress deformation occurs at the time of device formation with a certain thickness or less, and is unavoidable. For this reason, the technique of leaving the outer periphery in a rib shape can be applied in the case of Si, but in the case of SiC, the thinned wafer cannot be sufficiently supported, and cracks and the like are generated.
またSiCにおいては、オーミック電極の形成には1000℃程度の高温処理が必要であり、ドーパントの活性化には1600℃〜1700℃の高温処理が必要である。そのため、支持基板を貼り付ける技術の場合、接着剤として、たとえ耐熱温度の高いポリイミド材料を用いた樹脂接着剤等を用いたとしても、SiCウェハと支持基板との間の接着剤が高温処理に耐えることができない。
また接着剤や表面活性化法により基板同士を貼り付けると、一般に、非常に強固に接合状態が形成されるため、再度剥離することはない。また剥離による接合面の荒れといった問題も生じる。
Moreover, in SiC, the high temperature process of about 1000 degreeC is required for formation of an ohmic electrode, and the high temperature process of 1600 degreeC-1700 degreeC is required for activation of a dopant. Therefore, in the case of a technology for attaching a support substrate, even if a resin adhesive using a polyimide material having a high heat resistance temperature is used as an adhesive, the adhesive between the SiC wafer and the support substrate is subjected to high temperature processing. I can't stand it.
Further, when the substrates are bonded to each other by an adhesive or a surface activation method, generally, a bonded state is formed very firmly, and therefore, the substrates are not peeled again. In addition, there arises a problem that the joint surface is rough due to peeling.
SiC基板に支持基板を接合する技術としては、例えば単結晶SiC基板又は多結晶SiC基板の支持基板を用意し、単結晶SiC基板のデバイスウェハと直接接合させる技術が開示されている(特許文献1参照)。また支持基板を可及的に容易に剥離する方法として、第1の基板と第2の基板とを、エッチング速度の速い介在層を介して接合する技術が開示されている(特許文献2参照)。 As a technology for bonding a support substrate to a SiC substrate, for example, a technology is disclosed in which a support substrate of a single crystal SiC substrate or a polycrystalline SiC substrate is prepared and directly bonded to a device wafer of a single crystal SiC substrate (Patent Document 1). reference). Further, as a method for peeling the support substrate as easily as possible, a technique is disclosed in which the first substrate and the second substrate are joined via an intervening layer having a high etching rate (see Patent Document 2). .
しかし特許文献1の方法では、接合後の剥離についての問題が十分に考慮されていない。また特許文献2の方法は、介在層として酸化ケイ素(SiO2)を用いているため、融点が低いSi基板においては有効であるが、SiCの1600℃程度の活性化アニール等には耐えられないという問題がある。
However, the method of
本発明は上記した問題に着目して為されたものであって、SiCを主材料とする半導体基板の薄片化加工が容易で、良好な特性のSiC半導体装置を実現可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and is a method for manufacturing a semiconductor device that can easily realize a SiC semiconductor device having good characteristics, which is easy to thin a semiconductor substrate containing SiC as a main material. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法のある態様は、(a)炭化ケイ素を主成分とする単結晶ウェハの下面に、第1の支持体を接合する工程と、(b)第1の支持体と反対側に定義される、単結晶ウェハの上面側を薄化する工程と、(c)単結晶ウェハの上面側にデバイス構造を構築しデバイスウェハとする工程と、(d)第1の支持体とデバイスウェハとを接合した界面の領域を酸化して分離酸化膜を形成する工程と、(e)分離酸化膜を除去することにより、残った第1の支持体とデバイスウェハとを分離する工程と、を含むことを要旨とする。 In order to solve the above-described problem, an aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of bonding a first support to a lower surface of a single crystal wafer mainly composed of silicon carbide; (B) a step of thinning the upper surface side of the single crystal wafer defined on the side opposite to the first support; (c) a step of constructing a device structure on the upper surface side of the single crystal wafer to form a device wafer; (D) oxidizing the region at the interface where the first support and the device wafer are joined to form an isolation oxide film; and (e) removing the isolation oxide film to leave the remaining first support. And a step of separating the body and the device wafer.
従って本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、SiCを主材料とする半導体基板の薄片化加工が容易で、良好な特性のSiC半導体装置を実現可能な半導体装置の製造方法を提供できる。 Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor substrate containing SiC as a main material can be easily thinned and a SiC semiconductor device having good characteristics can be realized.
以下に本発明の第1〜第3の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 The first to third embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and it should be noted that the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each device and each member, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を90度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を180度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。また本明細書及び添付図面においては、nやpに付す+や−は、+及び−が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。またn+とn+のように同じ表記であっても、必ずしも同じ不純物濃度であることが示されている訳ではない。 Further, the directions of “left and right” and “up and down” in the following description are merely definitions for convenience of description, and do not limit the technical idea of the present invention. Thus, for example, if the paper is rotated 90 degrees, “left and right” and “up and down” are read interchangeably, and if the paper is rotated 180 degrees, “left” becomes “right” and “right” becomes “left”. Of course. In addition, in this specification and the accompanying drawings, + and − attached to n and p are semiconductor regions having a relatively high or low impurity concentration, respectively, as compared with a semiconductor region not including + and −. Means. Further, the same notation such as n + and n + does not necessarily indicate the same impurity concentration.
<第1の実施の形態>
第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法として、SiCを主材料とするPiNダイオードを製造する場合を例として以下に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態の説明に縛られることなく、例えばショットキーバリアダイオード(SBD)、MISFETやMISSIT等の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFET)、或いは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等にも適用できる。また導電型の極性を反対に変えても成立することはいうまでもない。
<First Embodiment>
As a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, a case where a PiN diode whose main material is SiC is manufactured will be described below as an example. It should be noted that the present invention is not limited to the description of the following embodiments, and includes, for example, a Schottky barrier diode (SBD), an insulated gate field effect transistor (MOSFET) such as MISFET or MISSIT, or an insulated gate bipolar transistor ( (IGBT) and the like. Needless to say, this is true even if the polarity of the conductivity type is changed.
(第1の支持体)
まず第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に用いる第1の支持体を説明する。第1の支持体10はSiCの半導体基板からなり、図1に示すように、ほぼ円柱状の基部11と、この基部11の上面に設けられた複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…とを備える。
(First support)
First, a first support used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described. The
第1の支持体10しては、多結晶SiC基板、或いは3c、4H、6H等のポリタイプの結晶構造を備えたSiC基板を採用できる。多結晶のSiCのグレインサイズは、例えば50μm程度以下である。
As the
図1に例示した複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…は、いずれもほぼ同じ形状であり、基部11の上に島(メサ)構造をなして設けられている。凸部…12i-1,12i,12i+1…の上面には単結晶ウェハが載置される。隣り合う複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…間には、溝部が形成される。この溝部は第1の支持体10の外周部まで連通し、第1の支持体10と単結晶ウェハとの接合後に行われる酸化処理の際に第1の支持体10が配置される雰囲気中の酸素が、この溝部を介して複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…のすべてに接触するように酸化処理が進められる。すなわち溝部は、酸化性の気体が導入され通過する経路である酸化雰囲気通過路をなす。
The plurality of
図1中には、ほぼ角柱状の複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…が、平面パターンで、等間隔で格子窓状に配置され、隣り合う凸部…12i-1,12i,12i+1…に挟まれた溝部が格子状に表れる場合が例示されている。
In FIG. 1, a plurality of substantially
第1の支持体10の製造方法としては、まず図2(a)に示すように、ベースとなるSiC基板10subの少なくとも一方の面(図2(a)中の上面)を、必要に応じて化学的機械研磨(CMP)等の研磨加工により平坦化する。或いは、予め一方の面が平坦化されたSiC基板10subを市場より購入して用意してもよい。
As a manufacturing method of the
この平坦化された領域は、図2(b)に示すように、凸部…12i-1,12i,12i+1…の上面をなす。凸部…12i-1,12i,12i+1…の上面と単結晶ウェハの下面との接合強度を確保するため、SiC基板10subの平坦度は算術平均粗さRaで1nm以下が望ましく、0.5nm以下であれば更に望ましい。研磨等により平坦化がなされた場合は、その後、所定の洗浄処理を行い、平坦化加工によって生じた残渣やダメージを除去する。
As shown in FIG. 2B, the flattened region forms the upper surface of the convex portions... 12 i-1 , 12 i , 12 i + 1 . In order to secure the bonding strength between the upper surfaces of the
次に、平坦化されたSiC基板10subの上面上に、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜等による所望のエッチングマスクを形成する。そしてエッチングマスクを用いた選択エッチング技術で、凸部…12i-1,12i,12i+1…に挟まれた溝部をエッチングして形成する。溝部のエッチング技術としては、反応性イオンエッチング(RIE)、熱エッチング、ウェットエッチング、イオンミリング等を適宜採用できる。
Next, a desired etching mask made of a photoresist film or the like is formed on the planarized upper surface of the
RIEの場合、ガスとしては、例えば六フッ化硫黄(SF6)、四フッ化炭素(CF4)、三フッ化窒素(NF3),五フッ化リン(PF5)、三フッ化ホウ素(BF3)、三フッ化メタン(CHF3)、塩素(Cl2)、塩化ケイ素(SiCl4)、一臭化ヨウ素(IBr)、三塩化リン(PCl3)等のそれぞれに酸素(O2)を添加して、或いはそれぞれを単独で使用できる。 In the case of RIE, examples of gases include sulfur hexafluoride (SF 6 ), carbon tetrafluoride (CF 4 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), phosphorus pentafluoride (PF 5 ), boron trifluoride ( Oxygen (O 2 ) for each of BF 3 ), trifluoromethane (CHF 3 ), chlorine (Cl 2 ), silicon chloride (SiCl 4 ), iodine monobromide (IBr), phosphorus trichloride (PCl 3 ), etc. Or each can be used alone.
熱エッチングの場合、ガスとしては、水素(H2)、Cl2及びO2、三フッ化塩素(ClF3)等を使用できる。ウェットエッチングの場合、例えば500℃程度の水酸化カリウム(KOH)水溶液等を使用できる。 In the case of thermal etching, hydrogen (H 2 ), Cl 2 and O 2 , chlorine trifluoride (ClF 3 ), or the like can be used as the gas. In the case of wet etching, for example, an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution at about 500 ° C. can be used.
図2(b)中に示した凸部…12i-1,12i,12i+1…の最下部から最上部までの鉛直方向に沿って測った高さhは、後述する単結晶ウェハとの接合後に行われる酸化処理において、必要な酸化性の気体が導入されて、凸部…12i-1,12i,12i+1…の最下部から最上部までの領域がすべて酸化されるように設定される。酸化雰囲気通過路としての高さhは、酸化条件によるが、具体的には、例えば1μm程度の値が採用できる。
The height h measured along the vertical direction from the lowermost part to the uppermost part of the
凸部…12i-1,12i,12i+1…の立方体の一辺に相当する、凸部…12i-1,12i,12i+1…の並列方向に沿って測った幅wも、凸部…12i-1,12i,12i+1…の並列方向の領域が、酸化処理によってすべて酸化されるように考慮して設定されている。凸部…12i-1,12i,12i+1…の幅wは、具体的には例えば0.1μm程度以上3μm程度以下が望ましく、0.5μm程度以上1μm程度以下であれば更に望ましい。
The width w measured along the parallel direction of the
凸部の幅wが0.3μm未満の場合、単結晶ウェハ(デバイス基板)との接合強度が低くなり、凸部の幅wが3μmを超える場合、酸化及び除去の処理が困難になる。また隣り合う凸部…12i-1,12i,12i+1…間の溝部の幅pも、凸部…12i-1,12i,12i+1…の幅wと同様に、0.1μm程度以上3μm程度以下が望ましい。 When the width w of the convex portion is less than 0.3 μm, the bonding strength with the single crystal wafer (device substrate) is low, and when the width w of the convex portion exceeds 3 μm, the oxidation and removal processing becomes difficult. The convex portion adjacent ... 12 i-1, 12 i , 12 i + 1 ... the width p of the groove between, like the convex part ... 12 i-1, 12 i , 12 i + 1 ... width w of, It is preferably about 0.1 μm or more and about 3 μm or less.
(半導体装置の製造方法)
次に、この第1の支持体10を用いた第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、第1の支持体10とほぼ同一半径の円板状をなし、一方の面が平坦化されたn型の4H−SiCの単結晶ウェハ1subを用意する。単結晶ウェハ1subの平坦化された一方の面は、図3(a)に示すように、単結晶ウェハ1subの下面となる。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment using the
単結晶ウェハ1subの下面には第1の支持体10の凸部…12i-1,12i,12i+1…の上面が接触する。凸部…12i-1,12i,12i+1…の上面と単結晶ウェハ1subの下面との接合強度を確保するため、単結晶ウェハ1subの平坦度は算術平均粗さRaで1nm以下が望ましく、0.5nm以下であれば更に望ましい。その後、所定の洗浄処理を行い、研磨等により平坦化がなされた場合は、平坦化加工によって生じた残渣やダメージをウェットエッチング等により除去しておくのが好ましい。
The upper surface of the convex portions... 12 i-1 , 12 i , 12 i + 1 of the
次に図3(a)に示すように、第1の支持体10の凸部…12i-1,12i,12i+1…の上面と単結晶ウェハ1subの下面とを接合する。この接合には、表面活性化接合 (Surface Activated Bonding:SAB)法等による直接接合法を採用できる。直接接合法では、第1の支持体10及び単結晶ウェハ1subを同じ超高真空チャンバー内に配置し、加速したアルゴン(Ar)等の原子を用いた、原子ビーム或いはイオンビームを照射して、アモルファス接合層を形成する処理を行うことができる。具体的には、接合面となる第1の支持体10の凸部…12i-1,12i,12i+1…の上面及び単結晶ウェハ1subの下面にそれぞれAr原子ビームの照射を行う。
Next, as shown in FIG. 3A, the upper surfaces of the convex portions... 12 i-1 , 12 i , 12 i + 1 of the
Ar原子ビームの照射後直ちに第1の支持体10及び単結晶ウェハ1subを、それぞれアモルファス接合層が形成された接合面を互いに接触させて直接接合することにより接合状態を形成する。直接接合後の第1の支持体10及び単結晶ウェハ1subの間には、数nm程度の厚みのアモルファス接合層が形成される。アモルファス接合層は、Si、炭素(C)、及び吸着したArからなる原子配列に長距離秩序がない固体層である。
Immediately after irradiation with the Ar atom beam, the
次に図3(b)に示すように、直接接合した単結晶ウェハ1subの、直接接合面とは反対側の面(図3(b)中の上面)に対して、薄片化加工を行い、所望の厚さの単結晶ウェハ1subを残す。以降、薄片化加工された単結晶ウェハ1subをエピタキシャル成長用ウェハ1と呼ぶ。4H−SiCのエピタキシャル成長用ウェハ1は、例えば15μm程度の厚さである。薄片化には、イオン照射によるスマートカット、研削、研磨等の公知技術を採用できる。CMP等により薄片化がなされた場合は、薄片化加工によって生じた残渣やダメージをウェットエッチング等により除去しておくのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 3B, the thinning process is performed on the surface opposite to the direct bonding surface (the upper surface in FIG. 3B) of the directly bonded
次に図3(c)に示すように、薄片化した4H−SiCのエピタキシャル成長用ウェハ1に対して、酸溶液等を用いてウェット洗浄等をした後、低濃度のn型(n−)のSiCのエピタキシャル成長を行い、所望の厚さのエピタキシャル成長層2を形成する。例えば半導体デバイスの耐圧が1200Vの場合、エピタキシャル成長層2の厚さは15μm程度に形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, the thinned 4H—SiC
次にエピタキシャル成長層2の上に、CVD法等により例えばSiO2の薄膜を堆積する。そしてSiO2の薄膜の上にフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜のエッチングマスクとなるパターンを形成し、エッチングマスクを利用してSiO2の薄膜を選択エッチングしてパターニングを行い、フォトレジスト膜を除去する。パターニングされたSiO2の薄膜をイオン注入用マスクとして用い、室温〜500℃程度の雰囲気中にエピタキシャル成長用ウェハ1を配置して、エピタキシャル成長層2の上部に、アルミニウム(Al)のイオンを注入する。その後、SiO2の薄膜を除去する。所望のデバイスによっては、前述の工程と同様の方法を繰り返し用いることで、さらなるエピタキシャル成長層、イオン注入層を形成してもよい。
Next, a thin film of, for example, SiO 2 is deposited on the
次にエピタキシャル成長用ウェハ1に対して1600℃程度の高温の活性化アニールを施すことで、図3(d)に示すような複数のp型の半導体層3a〜3dが所望の設計仕様に応じて4H−SiCのデバイス上部に形成される。以降、この複数のp型の半導体層3a〜3dが形成されたエピタキシャル成長用ウェハ1及び2をデバイスウェハ100と呼ぶ。
Next, activation annealing at a high temperature of about 1600 ° C. is performed on the
尚、デバイスウェハ100の表面からSiが離脱することを防ぐため、活性化アニール前に予め、デバイスウェハ100の表面に、例えば炭素(C)等の薄膜を20nm程度成膜し、活性化アニール後にアッシング等の処理により除去してもよい。
In order to prevent Si from detaching from the surface of the
活性化アニール後、図3(e)に示すように、CVD法等によりSiO2の薄膜等の層間絶縁膜14を堆積し、さらに層間絶縁膜14の上にバリア層15としてSiN薄膜を形成する。
After the activation annealing, as shown in FIG. 3E, an
次に図4(a)に示すように、例えば熱酸化法により、第1の支持体10及びデバイスウェハ100の表面を酸化して第1の支持体10とデバイスウェハ100との界面に分離酸化膜18の層を形成する。尚、図4(a)中に例示した酸化後の溝部の断面の矩形と図3中に例示した酸化前の溝部の断面の矩形とは、ほぼ同じ寸法で描かれているが、実際には、酸化による肥厚のため、酸化後の溝部の矩形の方が小さくなる。
Next, as shown in FIG. 4A, the surfaces of the
ここで多結晶のSiCの酸化レートは、例えば1200℃程度の大気中でのウェット酸化の場合、約200〜300nm/hである。一方、単結晶のSiCの酸化レートは、例えば6H−SiCの場合、1150℃程度のサーマルウェット酸化の場合、(0001)面で約20nm/h、(11−20)面で約120nm/hである。 Here, the oxidation rate of polycrystalline SiC is, for example, about 200 to 300 nm / h in the case of wet oxidation in the atmosphere of about 1200 ° C. On the other hand, the oxidation rate of single crystal SiC is about 20 nm / h on the (0001) plane and about 120 nm / h on the (11-20) plane in the case of thermal wet oxidation at about 1150 ° C. for 6H-SiC, for example. is there.
そのため、多結晶のSiCが単結晶のSiCと比較して酸化レートが非常に早いことを利用して、例えばウェット酸化を行うことにより、第1の支持体10の選択的な酸化を行うことができる。酸化される領域は、第1の支持体10とデバイスウェハ100との接合界面近傍、凸部…12i-1,12i,12i+1…全体並びに第1の支持体10の基部11の側面である。凸部…12i-1,12i,12i+1…に挟まれた溝部が、酸化雰囲気通過路として機能して、酸化性の気体が導入されるので、第1の支持体10とデバイスウェハ100との接合界面に位置する凸部…12i-1,12i,12i+1…の側面が有効に酸化される。
Therefore, it is possible to selectively oxidize the
また複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…により微細な溝構造が形成され、第1の支持体10の上部における酸化の表面積が増大されている。そのため酸化の際、第1の支持体10の凸部…12i-1,12i,12i+1…の側面だけでなく、全体をより効率的に酸化して、デバイスウェハ100に対して選択的に酸化することができる。このとき第1の支持体10の複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…のすべてが酸化されるような深さで分離酸化膜18の層が形成されることが望ましいが、少なくとも0.5μm程度以上の酸化深さで酸化され、実効的な分離酸化膜18として機能できることが望ましい。
In addition, a fine groove structure is formed by the plurality of convex portions... 12 i-1 , 12 i , 12 i + 1 ..., And the surface area of oxidation in the upper portion of the
次に図4(b)に示すように、層間絶縁膜14とバリア層15の上にフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ技術とRIE法等を用いて層間絶縁膜14及びバリア層15を選択エッチングして、複数の半導体層3a〜3dの上面の一部が露出するコンタクトホールを層間絶縁膜14に開口した後、フォトレジスト膜を除去する。さらに、コンタクトホールが開口された層間絶縁膜14及びバリア層15の上の全面に、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)等の高融点金属からなる金属薄膜を、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法等で堆積する。そして高融点金属の金属薄膜の上にフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ技術とRIE法等を用いて金属薄膜を選択エッチングする。その後、熱処理を施すことにより、複数の半導体層3a〜3dの上部に高融点金属のシリサイドからなるオーミックコンタクト領域のパターン6a〜6dが形成されたPiNダイオード構造の主要部を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist film is applied on the
次に図4(c)に示すように、デバイスウェハ100の上面側に、接着層4を介してデバイスウェハ100とほぼ同一半径の円板状をなす第2の支持体5を接合する。第2の支持体5としては、例えばSiCやSi等の材料を用いることができる。接着層4としては、樹脂等の公知の接着剤を用いて形成できる。
Next, as shown in FIG. 4C, a
次に図4(d)に示すように、例えばフッ酸(HF)により、第1の支持体10とデバイスウェハ100との接合界面近傍、凸部…12i-1,12i,12i+1…全体並びに第1の支持体10の基部11の側面の分離酸化膜18を除去し、デバイスウェハ100から第1の支持体10rを分離する。このとき、デバイス表面に形成した層間絶縁膜14は、SiNからなるバリア層15及び接着層4により保護される。
Next, as shown in FIG. 4 (d), for example, with hydrofluoric acid (HF), the vicinity of the bonding interface between the
次に図4(e)に示すように、デバイス構造の裏面側となる、分離したデバイスウェハ100の下面に窒素(N)イオンを注入し、低温プロセスとして適切な温度のアニールを施して、デバイスウェハ100よりも高濃度のn+型の裏面コンタクト層7を形成する。さらにNi層を成膜して、低温プロセスとして適切な温度のアニールを施して裏面電極層8を形成する。以降、この裏面電極層8まで形成されたデバイスウェハ100をデバイスウェハ101と呼ぶ。尚、この「低温プロセス」とは、デバイスウェハ100のおもて面側のデバイス構造の上に接合された第2の支持体5との接合を損なわないように、例えば局所加熱を使う等、接着層4の接着剤が分解しないようなプロセス温度において行うプロセスのことを指す。
Next, as shown in FIG. 4E, nitrogen (N) ions are implanted into the lower surface of the separated
次に図4(f)に示すように、裏面構造形成プロセスが完了した後、第2の支持体5をデバイスウェハ101から取り外す。さらに表面に電極を形成することによりデバイスウェハを得て、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法が完了する。
Next, as shown in FIG. 4F, after the back surface structure forming process is completed, the
第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、SiCの単結晶ウェハ1subの下面に多結晶構造のSiCの第1の支持体10を直接接合し、単結晶ウェハ1subを薄片化加工したエピタキシャル成長用ウェハ1の上面にデバイス構造を構築する。第1の支持体10として、直接接合の接合界面に形成される直接接合層も含んで、高温に耐えられる材料である多結晶SiC等が採用されているので、例えばSiO2膜では溶解するような1500℃程度〜1600℃程度の高温エピタキシャル成長を行う場合であっても、接合状態を保持してエピタキシャル成長用ウェハ1を堅固に支持できる。また1600℃程度以上の高温の活性化アニールを行う場合であっても同様に、接合状態を保持してエピタキシャル成長用ウェハ1を堅固に支持できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the
また第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の支持体10と単結晶ウェハ1subとの接合に、樹脂接着剤や耐熱性の低い材料を用いる必要がないため、高温の活性化アニールにより接合が損なわれることがない。
Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, it is not necessary to use a resin adhesive or a material having low heat resistance for joining the
また第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の支持体10が多結晶SiCであることで様々なグレインサイズの粒子を含んでいるため、単結晶ウェハ1subの下面の結晶方位に関わらず、単結晶ウェハ1subとの接合性を高めることができる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, since the
また第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、エピタキシャル成長層2の上面に第2の支持体5を接合することによりエピタキシャル成長用ウェハ1や、エピタキシャル成長用ウェハ1の上に成長したエピタキシャル成長層2の強度を向上させ、その後、デバイスウェハ100から第1の支持体10を除去する。よって、厚さが薄くなると機械的強度の不足が顕著になるSiC基板からなるエピタキシャル成長用ウェハ1や、エピタキシャル成長用ウェハ1の上に成長したエピタキシャル成長層2の損傷を防止できる。尚、エピタキシャル成長用ウェハ1やエピタキシャル成長層2の強度が適切に確保されていれば、第2の支持体5は必須ではない。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the
また第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、デバイス構造構築後、第1の支持体10のデバイスウェハ100と接合した側の領域を選択的に酸化させて分離酸化膜18を形成し、この分離酸化膜18を除去することにより、残った第1の支持体10rとデバイスウェハ100を分離する。よって、SiCならではの高温プロセス及び困難な薄片化加工プロセスの実行と、プロセス後の第1の支持体10及びデバイスウェハ100の分離とを、容易に両立して実現することができ、良好な特性を備えたSiC半導体装置を提供できる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, after the device structure is constructed, the region on the side of the
(第1変形例)
第1の支持体の凸部としては、図1及び図2に示したような凸部…12i-1,12i,12i+1…に限定されず、例えば図5に示した第1の支持体10aのように、断面が台形状に表れる凸部…12ai-1,12ai,12ai+1…であってもよい。図5中には、等脚台形状の凸部…12ai-1,12ai,12ai+1…と、この凸部…12ai-1,12ai,12ai+1…に挟まれた逆等脚台形状の溝部とが例示されている。図5に示した第1の支持体10aの溝部も、図2に示した第1の支持体10の溝部と同様に、酸化性の気体が導入される通路となる酸化雰囲気通過路を構成する。
(First modification)
The convex portions of the first support are not limited to the convex portions as shown in FIGS. 1 and 2... 12 i−1 , 12 i , 12 i + 1 . As shown in the
図5中には、凸部…12ai-1,12ai,12ai+1…の台形の上底の幅waの方が下底の幅wbよりも短く、溝部の逆台形の上底の幅w1の方が下底の幅w2よりも長い場合が例示されている。このように凸部…12ai-1,12ai,12ai+1…の断面形状が台形状であっても、凸部…12ai-1,12ai,12ai+1…の上面に単結晶ウェハ1subを接合して支持し、溝部が第1の支持体10aの外部の雰囲気と連通して、選択的な酸化領域が形成されるように制御できる。
In FIG. 5, the width wa of the upper base of the trapezoidal shape of the convex parts 12a i-1 , 12a i , 12a i + 1 ... is shorter than the width wb of the lower base, The case where the width w1 is longer than the width w2 of the lower bottom is illustrated. In this way, even if the cross-sectional shape of the convex portions 12a i-1 , 12a i 12a i + 1 is trapezoidal, the upper surface of the convex portions 12a i-1 , 12a i 12a i + 1 ... The
(第2変形例)
また例えば図6及び図7に示すように、第1の支持体10bを上面から見た平面パターンでストライプ状に表れるように、凸部…12bi-1,12bi,12bi+1…を構成してもよい。第1の支持体10bは、直線状に延びる凸部…12bi-1,12bi,12bi+1…と、この凸部…12bi-1,12bi,12bi+1…に挟まれた直線状に延びる溝部とが例示されている。
(Second modification)
For example, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the convex portions... 12 b i−1 , 12 b i , 12 b i + 1 , and so on are formed so as to appear in stripes in a plane pattern when the
図6及び図7に示した第1の支持体10bの溝部も、図2に示した第1の支持体10の溝部と同様に、酸化性の気体が導入される通路となる酸化雰囲気通過路を構成する。このようにそれぞれが直線状に延びる凸部…12bi-1,12bi,12bi+1…であっても、単結晶ウェハ1subと接合する上面を有し、溝部が第1の支持体10bの外部の雰囲気と連通して、選択的な酸化領域が形成されるように制御できる。
Similarly to the groove portion of the
(第3変形例)
また図8に示すように、上面が平坦な第1の支持体10cを構成してもよい。第1の支持体10cは、図9に示すように、上面から一定の距離(厚みt)の領域を隔てて設けられ、上面に沿ってそれぞれが同じ方向に間隔を空けて延びる複数の孔部…13i-1,13i,13i+1…を備える。複数の孔部…13i-1,13i,13i+1…は第1の支持体10cの外部の雰囲気と連通している空隙である。
(Third Modification)
Moreover, as shown in FIG. 8, you may comprise the
図8及び図9に示した第1の支持体10cの溝部も、図2に示した第1の支持体10の溝部と同様に、酸化性の気体が導入される通路となる酸化雰囲気通過路を構成する。孔部…13i-1,13i,13i+1…の上側の領域の厚みtは、酸化及びエッチング除去可能な厚みとして、例えば1μm程度以下に設定される。孔部…13i-1,13i,13i+1…の作製方法としては、SiC基板10subの上面上にストライプ状のレジストパターンを形成した後、図2(b)で説明したようなエッチングによりトレンチ状の隙間を形成し、その後、隙間の開口部側のみを埋め戻せば形成できる。
Similarly to the groove portion of the
このように第1の支持体10cの上面が開口部を有していなくても、単結晶ウェハ1subと接合する上面を有し、下側の孔部…13i-1,13i,13i+1…が第1の支持体10cの外部の雰囲気と連通して、選択的な酸化領域が形成されるように制御できる。孔部…13i-1,13i,13i+1…を酸化雰囲気通過路とすることにより、分離酸化膜18を形成した後、分離酸化膜18をエッチング除去すれば、本発明に係る半導体装置の製造方法で使用することができる。
Thus, even if the upper surface of the
(第4変形例)
また図10中には、基部11の上面がSiCの面方位を考慮して、第1領域11a〜第5領域11eに5分割された第4変形例に係る第1の支持体10dが例示されている。尚、説明の便宜のため、基部11上に設けられている凸部の図示は省略されている。
(Fourth modification)
Further, FIG. 10 illustrates a
第1領域11a〜第5領域11eのうち、第1の支持体10dの外周側に配置された第1領域11a〜第4領域11dは、いずれも平面パターンで羽根状である。一方、第1の支持体10dの中央に配置され第1領域11a〜第4領域11dに囲まれた第5領域11eは、ほぼ正方形状である。第1領域11a〜第5領域11eは、隣り合う領域間に設けられた溝によって分離されている。
Of the
図10に示した第1の支持体10dでは、第1領域11a〜第5領域11e間の溝と、凸部…12i-1,12i,12i+1…間の溝部とが、酸化性の気体が導入される通路となる酸化雰囲気通過路を構成する。このように基部11の上面を溝によって複数の領域に分割し、それぞれの領域に図1で示したような凸部…12i-1,12i,12i+1…を設けることにより、第1の支持体10dと単結晶ウェハ1subとの接合界面近傍の酸化処理を一層容易に行うことができる。
In the
(第5変形例)
第1の支持体10eとしては、まず例えば4H,6H等のポリタイプの単結晶のような活性化アニールに代表される高温に耐える材料であるSiC基板を用意する。そして図11に示すように、SiC基板の上部に図2(b)と同様の凹凸形状を形成して基部16を作成した後、基部16の凹凸形状の上に多結晶のSiC薄膜17を形成してもよい。
(5th modification)
As the
(第6変形例)
第1の支持体10fとしては、例えば4H,6H等のポリタイプの単結晶のような活性化アニールに代表される高温に耐える材料であるSiC基板10subを、図12に示すように用意する。そしてSiC基板10subの少なくとも一方の平坦な面に、多結晶のSiC薄膜を形成した後、多結晶SiC薄膜に公知の方法で凸部…19i-1,19i,19i+1…を設けることにより凹凸パターンを形成してもよい。
(Sixth Modification)
As the
<第2の実施の形態>
第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、図13及び図14を参照して説明する。第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態で説明した第1の支持体10を用いて図3(a)〜図3(d)で示した処理と等価な処理を行う点は同じである。しかし図13(a)に示すように、第1の支持体10に酸化処理を施して分離酸化膜を形成した後、図13(b)に示すように、層間絶縁膜14とバリア層15を堆積させ、さらに図13(c)(d)に示すように、フォトリソグラフィ技術とRIE法等を用いて複数の半導体層3a〜3dの上面の一部が露出するコンタクトホールを開口し、デバイスウェハ100のエピタキシャル成長層2の表面上に複数の表面コンタクト電極6a〜6d及び表面電極21a〜21dを設ける点が異なる。
<Second Embodiment>
A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment is equivalent to the processing shown in FIGS. 3A to 3D using the
具体的には、第1の支持体10に分離酸化膜18を形成した後、図13(b)に示すように、CVD法等によりSiO2の薄膜等の層間絶縁膜14をn型のエピタキシャル成長層2の上に堆積する。さらに層間絶縁膜14の上にバリア層15としてSiN薄膜を形成し、その上にフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ技術とRIE法等を用いて層間絶縁膜14を選択エッチングして、複数のp型の半導体層3a〜3dの上面の一部が露出するコンタクトホールを層間絶縁膜14及びバリア層15に開口した後、フォトレジスト膜を除去する。
Specifically, after forming the
さらに図13(c)に示すように、このコンタクトホールが開口された層間絶縁膜14及びバリア層15の上に、Ni,Mo,Ti等からなる金属薄膜を、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法等で堆積する。金属薄膜の上にフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ技術とRIE法等を用いて金属薄膜を選択エッチングし、適切なアニールを施すことで、複数のp型の半導体層3a〜3dの上面にオーミック接触するオーミック電極6a〜6dを形成する。
Further, as shown in FIG. 13C, a metal thin film made of Ni, Mo, Ti or the like is formed on the
さらに図13(d)に示すように、コンタクトホールが開口された層間絶縁膜14とバリア層15の上の全面に、Al又はAl合金等の金属薄膜を、スパッタリング法、真空蒸着法、CVD法等で堆積する。金属薄膜の上にフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ技術とRIE法等を用いて金属薄膜を選択エッチングすれば、表面電極21a〜21dのパターンが形成される。以降、この表面電極21a〜21dが形成されたデバイスウェハ100をデバイスウェハ102と呼ぶ。
Further, as shown in FIG. 13 (d), a metal thin film such as Al or Al alloy is formed on the entire surface of the
次に図13(e)に示すように、エピタキシャル成長層2の上の絶縁膜並びにバリア層15上に、接着層4を介して第2の支持体5を設ける。その後、エッチングにより第1の支持体10とデバイスウェハ102との接合界面近傍、凸部…12i-1,12i,12i+1…全体並びに第1の支持体10の基部11の側面の分離酸化膜18をHF等により除去し、図14(a)に示すように、第1の支持体10r及びデバイスウェハ102を分離する。
Next, as shown in FIG. 13E, the
次に図14(b)に示すように、必要に応じて、デバイスウェハ102の下部にエピタキシャル成長用ウェハ1よりも高濃度のn+型の裏面コンタクト層7を形成する。更に、デバイスウェハ102または裏面コンタクト層7の下面にNi層を成膜し、必要な温度のアニールを施す。さらにNi膜の下面にNi,Au膜などを成膜して、裏面電極層8を形成する。以降、この裏面電極層8が形成されたデバイスウェハ102をデバイスウェハ103と呼ぶ。裏面コンタクト層7および裏面電極層8の形成温度が問題になる場合、表面電極21a〜21dのパターンはAlやAl合金等の金属薄膜ではなく、高融点金属の金属薄膜で構成すればよい。次に図14(c)に示すように、デバイスウェハ103の裏面電極層8側を粘着性のテープ9に貼り付けて固定し、接着層4を除去してデバイスウェハ103の上面側の第2の支持体5を分離する。
Next, as shown in FIG. 14B, an n + -type back
第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の実施の形態の場合と同様に、SiCならではの高温プロセス及び困難な薄片化加工プロセスの実行と、プロセス後の第1の支持体10及びデバイスウェハ102の分離とを、容易に両立して実現できる。更に第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、デバイスウェハ100の表面構造として電極を備えた、より複雑な半導体装置を製造できる。第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の他の効果については、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の効果と同様である。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, as in the case of the first embodiment, the high-temperature process unique to SiC and the difficult thinning process are performed, and the first after the process is performed. The
<第3の実施の形態>
第3の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、図15及び図16を参照して説明する。第3の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態で説明した第1の支持体10を用いて図3(a)〜図3(e)及び第2の実施の形態で説明した図13(a)、(b)で示した処理と等価な処理を行う点は同じである。しかし、層間絶縁膜14、バリア層15に半導体層3a〜3dの上面の一部が露出するコンタクトホールを開口し、デバイスウェハ100の表面上に複数の表面電極6a〜6dを形成し、デバイスウェハ100の上面に、接着層4を介して第2の支持体5を接合し、分離酸化膜18を除去してデバイスウェハ100から第1の支持体10rを分離し、デバイスウェハ100の下面に、接着層4を介して第3の支持体20を接合し、さらに第4の支持体30とデバイスウェハ100の上面の酸化膜を介して接合し、高温プロセスでデバイスウェハ100下面のコンタクト形成を行った後、HFで酸化膜を除去することで第4の支持体30とデバイスウェハ100を分離する点で異なる。「第4の支持体30」は本発明の「第2の支持体」に相当する。
<Third Embodiment>
A method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. The method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment uses the
具体的には、図15(a)に示すように、層間絶縁膜14、バリア層15にフォトリソグラフィ技術とRIE法等を用いて複数の半導体層3a〜3dの上面の一部が露出するコンタクトホールを開口し、デバイスウェハ100の表面上に複数の表面電極6a〜6dを形成する。
Specifically, as shown in FIG. 15A, the contact in which part of the upper surfaces of the plurality of
続いて図15(b)に示すようにデバイスウェハ100の上面に、接着層4を介してデバイスウェハ100とほぼ同一半径の円板状をなす第2の支持体5を接合する。接着層4としては、樹脂等の公知の接着剤を用いて形成できる。
Subsequently, as shown in FIG. 15B, a
次に図15(c)に示すように、例えばフッ酸(HF)により、第1の支持体10とデバイスウェハ100との接合界面近傍、凸部全体並びに第1の支持体10の基部11の側面の分離酸化膜18を除去し、デバイスウェハ100から第1の支持体10rを分離する。
Next, as shown in FIG. 15C, for example, with hydrofluoric acid (HF), the vicinity of the bonding interface between the
続いて図15(d)に示すように、第1の支持体10rを分離したデバイスウェハ100の下面に、接着層4を介してデバイスウェハ100とほぼ同一半径の円板状をなす第3の支持体20を接合する。第3の支持体20としては、例えばSiやSiC、SiO2等の材料を用いることができる。接着層4としては、樹脂等の公知の接着剤を用いて形成できる。
Subsequently, as shown in FIG. 15D, a third disk having a disk shape with substantially the same radius as the
次に図15(e)に示すように、第2の支持体5をデバイスウェハ100から取り外す。尚、図15(e)中では取り外した第2の支持体5の下の接着層4を除去している。
続いて図15(f)に示すように、デバイスウェハ100の表面に酸化ケイ素(SiO2)薄膜23を形成する。ここで薄膜の形成温度は、支持体20との接着層4が耐えうる温度である。続いて酸化ケイ素薄膜23の上面を研磨などの公知の方法により平坦化してもよく、平坦度は算術平均粗さRaで1nm以下が望ましい。その後、所定の洗浄処理により、加工による残渣やダメージを除去することが望ましい。
Next, as shown in FIG. 15 (e), the
Subsequently, as shown in FIG. 15 (f), a silicon oxide (SiO 2 )
次に図16(a)に示すように、第4の支持体30を、デバイスウェハ100の表面に形成したSiO2薄膜23と接合する。第4の支持体30は第1の支持体10と同様にデバイスウェハ100とほぼ同一半径の円板状をなし、デバイスウェハ100側の一方の面に多数の凸部を有する形状である。また接合には表面活性化法等による直接合法を採用できる。第4の支持体30及びデバイスウェハ100の表面に形成したSiO2薄膜23に対して、Ar原子ビームを照射し、さらにSiO2薄膜23にスパッタ法によりSi層を形成した後、照射面同士を接触させることでアモルファス層を介して接合状態を形成する。尚、Si層は、第4の支持体30及びSiO2薄膜23の少なくともいずれか一方の面に形成されていれば良い。
Next, as shown in FIG. 16A, the
続いて図16(b)に示すように、第3の支持体20を取り外す。ここで、続いて図16(c)に示すように、コンタクト抵抗を低減するために、デバイスウェハ100の下面にエピタキシャル成長用ウェハ1よりも高濃度のn+型の裏面コンタクト層7を形成してもよい。さらにデバイスウェハ100あるいは裏面コンタクト層7の下面にNi層を形成し、1000℃程度の高温アニール処理を行うことで、オーミックコンタクトを形成する。このとき接着剤等の非耐熱性材料がないため、デバイスウェハ100全体に高温処理を実施することができる。
Then, as shown in FIG.16 (b), the
さらに熱処理したNi膜上にNi,Al,Auなどの薄膜を成膜することで、裏面電極層8を形成する。続いて図16(d)に示すように、例えばフッ酸により、第4の支持体30とデバイスウェハ100との接合界面近傍のSiO2薄膜23を除去することで、第4の支持体30とデバイスウェハ100を分離する。デバイスウェハ100において必要な強度が保てない等の場合は、図16(d)に示すように裏面電極層8に第5の支持体40を貼り付けてよい。第5の支持体40は、第1の支持体10のような円盤状のもの以外にテープ材でもよい。
Further, a
(第7変形例)
例えば図17に示すように、第4の支持体30の下部が平坦であり、かつデバイスウェハ100の上面に形成した酸化ケイ素薄膜23がフォトリソ・エッチング等の公知の技術により凹凸形状24を有すること以外、第3の実施の形態と同様の場合についても、同じ効果を得ることができる。
(Seventh Modification)
For example, as shown in FIG. 17, the lower part of the
第3の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の実施の形態の場合と同様に、SiCならではの高温プロセス及び困難な薄片化加工プロセスの実行と、プロセス後の第1の支持体10及びデバイスウェハ100の分離とを、容易に両立して実現できる。更に第3の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、デバイスウェハ100の表面側においても、第4の支持体30及びデバイスウェハ100の分離を容易に行うことができる。第3の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の他の効果については、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の効果と同様である。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, as in the case of the first embodiment, the high-temperature process unique to SiC and the difficult thinning process are performed, and the first after the process is performed. The
(その他の実施の形態)
本発明は上記の開示した第1〜第3の実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described by the first to third embodiments disclosed above, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, it should be understood that various alternative embodiments, examples, and operational techniques will become apparent to those skilled in the art.
例えば図1中には、角柱状の複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…が等間隔で格子状に配置された場合が示されていたが、凸部…12i-1,12i,12i+1…の形状としてはこれに限定されない。例えば複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…の間隔は等幅でなく、溝部を介して酸化できる限り、基部11の上面上に不均一に配置されていてもよい。また凸部…12i-1,12i,12i+1…の断面形状が、V字状、半円状、或いはU字状等であってもよい。
For example, FIG. 1 shows a case in which a plurality of prismatic
また接合方法としては、直接接合だけでなく、第1の支持体10や第4の支持体30等の支持体及びデバイスウェハ100の両方又は一方の接合させる面上に中間層を成膜し、この中間層を介して行ってもよい。中間層としては、非常に薄い膜、例えば20nm程度以下の厚みの薄いSi膜又はSiC膜が採用できる。中間層は、1分子層程度の厚みの膜又は単原子膜のような数nmオーダの極薄の膜であってもよい。
In addition, as a bonding method, not only direct bonding, but also an intermediate layer is formed on a surface to be bonded to either or both of the support body such as the
また例えば図4(c)で示したように第1の支持体10及びデバイスウェハ100を分離した後、酸化膜が除去された第1の支持体10rの表面の凹凸を公知の研磨方法等を用いて除去し平坦化することにより、新たな第1の支持体10として再び使用することも可能である。高価なSiC基板を再利用することにより、製造コストを低減することができる。
Further, for example, as shown in FIG. 4C, after the
またデバイスウェハ100としては、単結晶のSiCを用いる場合を例示的に説明したが、支持体との酸化レートの違い等が考慮されれば多結晶のSiCでもよく、どのようなタイプのSiC結晶であっても本発明を適用できる。また図1〜図17で示したそれぞれの構造を部分的に組み合わせても本発明に係る半導体装置の製造方法を構成できる。以上のとおり本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
Further, as the
1 エピタキシャル成長用ウェハ
1sub 単結晶ウェハ
2 エピタキシャル成長層
3a〜3d 半導体層
4 接着層
5 第2の支持体
6a〜6d 表面電極
7 裏面コンタクト層
8 裏面電極層
9 テープ
10,10a〜10f,10r 第1の支持体
10sub SiC基板
11 基部
11a〜11e 第1領域〜第5領域
12i,12ai,12bi 凸部
13i 孔部
14 層間絶縁膜
15 バリア層
16 基部
17 SiC薄膜
18 分離酸化膜
19i 凸部
20 第3の支持体
20a 本体
21a〜21d 表面電極
23 SiO2薄膜
24 凹凸形状
30 第4の支持体
40 第5の支持体
100〜103 デバイスウェハ
h 凸部の高さ
t 距離(厚み)
w,wa,wb 凸部の幅
p,w1,w2 溝部の幅
DESCRIPTION OF
w, wa, wb Width of convex part p, w1, w2 Width of groove part
Claims (21)
前記第1の支持体と反対側に定義される、前記単結晶ウェハの上面側を薄化する工程と、
前記単結晶ウェハの上面側にデバイス構造を構築しデバイスウェハとする工程と、
前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを接合した界面の領域を酸化して分離酸化膜を形成する工程と、
前記分離酸化膜を除去することにより、残った前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを分離する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Bonding the first support to the lower surface of the single crystal wafer mainly composed of silicon carbide;
Thinning the upper surface side of the single crystal wafer defined on the opposite side of the first support;
Building a device structure on the upper surface side of the single crystal wafer to form a device wafer;
Oxidizing the region of the interface where the first support and the device wafer are joined to form an isolation oxide film;
Separating the remaining first support and the device wafer by removing the isolation oxide film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記エピタキシャル成長層に、前記デバイス構造を構築することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 After the thinning step, further comprising the step of growing an epitaxial growth layer on the upper surface side of the thinned single crystal wafer,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the device structure is constructed in the epitaxial growth layer.
前記アモルファス接合層を介して前記第1の支持体と前記単結晶ウェハの直接接合を行うことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 Before the direct bonding of the first support and the single crystal wafer, further comprising the step of forming an amorphous bonding layer on at least one of the surface of the first support and the surface of the device wafer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the first support and the single crystal wafer are directly bonded via the amorphous bonding layer.
前記第1の中間層を介して、前記第1の支持体と前記単結晶ウェハを接合することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 Before the step of bonding the first support, further comprising the step of forming a first intermediate layer on at least one bonding surface of the first support and the single crystal wafer;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first support and the single crystal wafer are bonded to each other through the first intermediate layer.
前記酸化ケイ素薄膜が形成された前記デバイスウェハの上面側を第2の支持体と接合する工程と、
前記デバイスウェハの下面側にオーミックコンタクト及び電極を形成する工程と、
前記酸化ケイ素薄膜を除去することで、前記第2の支持体と前記デバイスウェハを分離する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a silicon oxide thin film on the upper surface side of the remaining device wafer by removing the isolation oxide film; and
Bonding the upper surface side of the device wafer formed with the silicon oxide thin film to a second support;
Forming ohmic contacts and electrodes on the lower surface side of the device wafer;
Separating the second support and the device wafer by removing the silicon oxide thin film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記アモルファス接合層を介して前記第2の支持体と前記デバイスウェハの直接接合を行うことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。 Before the direct bonding of the second support and the device wafer, further comprising forming an amorphous bonding layer on at least one of the surface of the second support and the surface of the device wafer;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the second support and the device wafer are directly bonded via the amorphous bonding layer.
前記第2の中間層を介して、前記第2の支持体と前記デバイスウェハを接合することを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 Before the step of bonding the second support, further comprising the step of forming a second intermediate layer on the bonding surface of at least one of the second support and the device wafer;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the second support body and the device wafer are bonded to each other through the second intermediate layer.
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