JP2021141322A - 処理ステップを減少させたSiC電子装置の製造方法及びSiC電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 SiCを基礎とする電子装置(50)を製造する改良した方法及びそれにより製造される電子装置を提供する。【解決手段】 本方法は、SiCの基板(53)を用意し;該基板の前部上にSiCの構造層(52)を形成し;本電子装置(50)の使用期間中に電流の発生及び/又は導通における役割を有しているアクティブ領域を該構造層(52)内に形成し;第1電気端子(58)を該構造層(52)上に形成し;該基板の後部にチタンの中間層(72)を形成し;チタン化合物のオーミックコンタクトの形成のため局所的加熱を発生させるためにレーザービーム(82)によって該中間層(72)を加熱し;及び、本電子装置の第2電気端子(57)を該中間層上に形成する、上記各ステップを有している。【選択図】 図6
Description
本発明は、SiC電子装置を製造する方法及びそれにより製造されたSiC電子装置に関するものである。特に、本発明は、該電子装置の裏側におけるオーミックコンタクトを形成するための改良した方法であって、該装置に必要とされる処理ステップ(フリッピング)の数を減少させた方法に関するものである。
公知の如く、特に1.1eVより大きなバンドギャップのエネルギ値Egを有しているワイドバンドギャップと、低オン状態抵抗(RON)と、熱伝導率の高い値と、高い動作周波数と、電荷キャリアの高い飽和速度とを有している半導体物質は、特にパワー適用例に対してのダイオード又はトランジスタ等の電子コンポーネントを製造するために理想的である。前記特性を具備しており且つ電子コンポーネントを製造するために使用すべく設計される物質は、シリコンカーバイド(SiC)である。特に、シリコンカーバイドは、その異なるポリタイプ(例えば、3C−SiC、4H―SiC、6H−SiC)において、上述した特性に鑑みて、シリコンに対して好適である。
シリコン基板上に設けられる同様の装置と比較して、シリコンカーバイド基板上に設けられる電子装置は、導通における低い出力抵抗、低い漏洩電流、高い動作温度、及び高い動作周波数等の多数の利点を提供する。特に、SiCショットキーダイオードは、一層高いスイッチング性能を示しており、SiC電子装置を特に高周波数適用例に好適なものとさせている。現在の適用例では、電気的特性及び装置の長期間の信頼性に関して条件を課している。
抵抗RONの値は幾つかの貢献度に依存している。例えば、650Vの電圧において動作すべく構成されており且つ数百マイクロメートル(例えば、350μm)に等しい厚さのSiC基板が設けられているSiCショットキーダイオード(例えば、4H−SiC)においては、抵抗RONの全体的な値の約70%が該SiC基板によるものである。その結果、SiC基板の厚さを百マイクロメートル(例えば、110μm)に近い値へ減少させることは、抵抗RONの全体的な値に対して該基板によって与えられる貢献度を著しく減少させることを可能とする(この様な貢献度を約44%の値とさせる)。従って、中間電圧適用例(600―1200V)に対しては、SiC基板の裏側においての該ウエハの研磨プロセスは、必要ではない場合があるとしても、適切なものであると考えられている。
しかしながら、この様な処理ステップは、ウエハの取り扱い及び処理上の深刻な問題を提起しており、例えば過剰に薄いものとさせる場合があり、従って亀裂や反りなどや一般的には損傷現象を発生させる場合がある。
図1は、公知のタイプの合体型PNショットキー(MPS)装置1をX,Y,Z軸のカーテシアン(3軸)参照系における横断面図で示している。
MPS1は、厚さが約350μmであり、表面3bと反対側に表面3aを具備しており、第1ドーピング濃度を有しているN型SiCの基板3と、厚さが5−10μmの範囲であり、基板3の表面3a上に延在しており、該第1ドーピング濃度よりも低い第2ドーピング濃度を有しており、N型SiCのドリフト層2(エピタキシャル態様で成長されている)と、該基板3の表面3b上に延在しているオーミックコンタクト領域6(例えば、ニッケルシリサイド)と、該オーミックコンタクト領域6上に延在しているアノードメタリゼーション8と、該ドリフト層2の上側表面2aに面しており且つ各々が夫々のP型の注入領域9’と金属物質のオーミックコンタクト9”とを包含している該ドリフト層2内におけるマルチ接合障壁(JB)要素9と、特に、該注入領域(JB)要素9を完全に取り囲んでいるP型の注入領域である端部終端領域、即ち保護リング10(オプション)と、を包含している。
ショットキーダイオード12は、ドリフト層2とアノードメタリゼーション8との間の界面に形成されている。特に、ショットキー(半導体−金属)接合は、アノードメタリゼーション8の夫々の部分と直接的に電気的に接触しているドリフト層2の部分によって形成されている。
JB要素9とショットキーダイオード12とを含むMPS装置1の領域(即ち、保護リング10内に含まれている領域)は該MPS装置1のアクティブ区域4である。
図2乃至5は、図1のMPS装置1を得るために半導体物質のウエハ20を処理するステップを横断面図で例示している。
図2を参照すると、ウエハ20は第1導電型(N)を有しているSiCの基板3を有している。基板3の前部側3aの上には、例えば、第1導電型(N)を有しており且つ基板3のドーピング濃度よりも一層低く、例えば、1×1014乃至5×1016原子数/cm3の範囲内のドーピング濃度を有しているSiCのドリフト層2が、例えば、エピタキシャル成長によって形成されている。該ドリフト層2は、特に、4H−SiCに構成されているが、2H、6H、3C、及び/又は15R等のその他のポリタイプを使用することも可能である。
次いで、ドリフト層2の上側にフォトレジスト、又はTEOS又は別の物質の付着によってハードマスク22を形成する。ハードマスク22は、この同一の図2を参照して以下に記載する注入をシールドするためのような厚さを有している。従って、そのように形成されるハードマスク22は、相次ぐステップでMPS装置1のアクティブ区域14が形成されるウエハ20の領域内に延在する。
XY面上の平面図において、ハードマスク22は、ドリフト層2の上側2aの領域を被覆しており、それはショットキーダイオード12を形成し且つ注入領域9’を形成するドリフト層2の上側2aの領域を露出させたままとさせる。
次いで、第2導電型(P)を有しているドーピング種(例えば、ボロン又はアルミニウム)を注入するステップがハードマスク22を利用して実施される(該注入は図中において矢印24で表している)。この様な注入ステップ期間中に、図3には図示されていない保護リング10も形成される。
図3を参照すると、マスク22を除去し且つ注入したドーピング種の拡散及び活性化のために熱アニーリングステップが実施される。該熱アニーリングは、例えば、1600℃よりも一層高い温度(例えば、1700乃至1900℃の範囲内及び幾つかの場合にはそれよりも一層高い)で実施される。該熱アニーリングの後、該注入領域9’は約1×1017乃至1×1020原子数/cm3の範囲内のドーピング種の濃度を有している。
該注入領域9’以外のウエハ20の表面領域を被覆するために特にシリコン酸化物マスク(不図示)を使用して専ら該注入領域9’においてニッケル付着を実施する。高温での次の熱アニーリング(1乃至120分の範囲の時間期間で1000℃に近い温度)が、付着させたニッケルとドリフト層2のシリコンとの間の化学反応によってニッケルシリサイドのオーミックコンタクト9”を形成することを可能とさせる。実際に、付着されたニッケルはドリフト層2の表面物質と反応してNi2Si(即ち、オーミックコンタクト)を形成し、一方、該マスクの酸化物と接触するニッケルは反応することは無い。次いで、反応しなかった金属と該マスクとを除去するステップを実施する。
次いで、カソードコンタクトを形成するステップを実施するが、それはオーミックコンタクト6と図1に例示したメタリゼーション16とを包含している。このステップはウエハ20の後ろ側を処理することが可能であるようにウエハ20を回転させることを必要とする。
この処理ステップにおいてカソードコンタクトを形成することは好適である。何故ならば、ウエハ20の前部側はアノードメタリゼーションを有しておらず、従って金属と半導体との間の不所望の界面反応やショットキーダイオード12の電気的劣化を起こすことが無いからである。
ニッケル等の金属物質の界面層26を基板3の表面3b上に付着させる。該界面層26は、例えば、スパッタリングによって付着され、且つほぼ10乃至500nmの範囲の厚さを有している。次いで、高温における熱アニーリグ(1乃至120分の範囲における時間期間で900乃至1000℃の範囲内)がオーミックコンタクト6を形成させることを可能とし、付着させたニッケルと基板2のシリコンとの間の化学反応によるニッケルシリサイド(Ni2Si)の形成を好適なものとさせる。
次いで、図5において、ウエハ20を再度回転させ、且つウエハ20の正面の処理を継続して行い、アノードメタリゼーション8の付着及び成形するためのリソグラフィ及びエッチングステップ(このステップは、それ自身公知の態様で、一つ又はそれ以上の付着マスクの使用と高温でのウエハ20の処理ステップを必要とする場合がある)と共に、MPS装置1の形成を完成させる。従って、ショットキー型の複数個の半導体−金属接合がアノードメタリゼーション8と第1導電型(N)を有しているドリフト層2の領域との間に形成される。アノードコンタクト端子として機能するアノードメタリゼーション8も形成される。該アノードメタリゼーションのパッシベーション層も公知の態様(不図示)で形成される場合がある。
次いで、裏側の処理のために該ウエハを再度回転させる。オーミックコンタクト6上の金属(例えば、Al又はCu、又はTi/NiV/Ag又はTi/NiV/Au等の合金又は化合物)の更なる付着はカソードメタリゼーション16を形成する。
同一のウエハ20上に複数個のMPS装置1を(典型的に)形成させることが可能である。ウエハのシンギュレーション(singulation)の最終ステップを実施して物理的に一つのMPS装置1をべつのものから分離させる。
図2−5を参照して説明したことから明らかな如く、ウエハ20の正面(前部)及び裏側(後部)を個々に処理するためにウエハ20を数回フリップさせるためのウエハ20の種々の処理ステップは、ウエハ20及び/又は両側に形成された構造に損傷を与える場合がある。ウエハ20の厚さが小さければ小さいほど、その影響を一層大きいものとなる。
実際に、前述した如く、MPS装置1の抵抗RONに対する基板3の寄与を減少させるために基板3が一層薄い場合には、高温においての取り扱い、リソグラフィ、及び処理操作がウエハ20の亀裂又は反りの発生に寄与する場合がある。
本出願人が検証したところでは、ウエハ20を薄くすることは、図3のステップの後で且つ図4のステップの前に実施される研磨ステップで得ることが可能であり、この場合には、表面3bにおける基板3の一部が物理的に除去されて所望の最終的な厚さ(例えば、100―110μm)を達成する。ウエハ20を薄くすることによるこのステップは、該ウエハをフリッピングさせ(図4のステップの後で且つ図5のステップの前に)且つ該ウエハ20の正面を処理(図5のステップ)する相次ぐステップを更に一層複雑なものとさせることとなる。ウエハ20は約110μmのトータルの厚さを有することとなり、実際に、更に処理することは不可能となるか、又は過剰な注意と配慮とを必要とすることとなる。
前述した問題は、説明の便宜上及びより良い理解のために、MPS装置を明示的に参照して説明したが、基板の厚さが使用中の装置のオン状態抵抗(RON)を決定する上で役割を果たす任意のSiCを基礎とする装置にたいしても拡張することが可能であることは明らかである。この様な装置においては、基板の厚さを減少させることはRONにおける改善をもたらすものであるが、前に例示した取り扱い及び処理上の問題が以前として存在しており且つ自由な行動を制限している。
本発明は、従来技術の欠点を解消した、SiC電子装置の製造方法及びSiC電子装置を提供することを目的としている。
本発明によれば、特許請求の範囲において定義されるように、SiC電子装置を製造する方法、SiC電子装置、及びSiC電子装置を製造するシステムが提供される。
本発明のより良き理解のために、添付の図面を参照して、純粋に非制限的な例によって、その好適な実施例について説明する。
本発明を、特に、合体型PNショットキー(MPS)装置を参照して説明するが、以下の説明から明らかなように、本発明は一般的に任意のSiCを基礎とした電子装置に対して適用可能なものである。
図6は、本発明の1側面に基づく合体型PNショットキー(MPS)装置50を軸X、Y、Zのカーテシアン(3軸)参照系における断面図で示している。
MPS装置50は、70―180μmの範囲内でより特定的には100―120μmの範囲内で例えば110μmに等しい厚さで表面53bと反対側に表面53aを具備しており第1ドーピング濃度を有しているN型SiCの基板53と、5−10μmの範囲の厚さで基板53の表面53a上に延在しており該第1ドーピング濃度よりも一層低い第2ドーピング濃度を有しているN型SiCのドリフト層(エピタキシャル態様で成長されている)と、基板53の表面53b上に延在しているオーミックコンタクト領域又は層56(TixCy、TixSiy,及びTixSiyCz−タイプの化合物の形成)と、該オーミックコンタクト56上に延在している例えばTi/NiV/Ag又はTi/NiV/Auのカソードメタリゼーション57と、該ドリフト層52の上部表面52a上に延在しており例えばTi/AlSiCu又はNi/AlSiCuのアノードメタリゼーション58と、該アノードメタリゼーション58を保護するための該アノードメタリゼーション58上のパッシベーション層69と、該ドリフト層52の上部表面52aに面しており且つ各々がP型の夫々の注入領域59’と金属物質のオーミックコンタクト59”とを包含している該ドリフト層52におけるマルチ接合障壁(JB)要素59と、特にP−型の注入領域であって該接合障壁(JB)要素59を完全に取り囲んでいる端部終端領域又は保護リング60(オプション)と、を包含している。
1個又はそれ以上のショットキーダイオード62が、該注入領域59’に対して横方向でドリフト層52とアノードメタリゼーション58との間の界面に形成されている。特に、ショットキー(半導体−金属)接合が、アノードメタリゼーション58の夫々の部分と直接的に電気的に接触しているドリフト層52の部分によって形成されている。
該JB要素59とショットキーダイオード62とを含むMPS装置50の領域(即ち、保護リング60内に閉じ込められた領域が該MPS装置50のアクティブ区域54である。
本発明の1側面によれば、前述したように、オーミックコンタクト領域56は、チタンシリサイド(TixCy、TixSiy、及びTixSiyCz−タイプの化合物の形成)を包含しており、且つチタンを基板53の表面53b上に付着させ且つ該付着させたチタンと基板53の物質との間に化学反応を熱的に発生させることによって得られる。1400−2600℃の範囲内の温度で得られる化学反応は、TixCy、TixSiy、及びTixSiyCz−タイプのチタン化合物の形成に好適であり、該オーミックコンタクト領域56を特に適切なものとさせる。オーミックコンタクト領域56を形成するステップについて、MPS装置50(図7−13)を製造するステップを明示的に参照して以下に説明する。
図7を参照すると、SiC(特に、4H−SiCであるが、専らというわけではないが、2H−SiC、3C−SiC、及び6H−SiC等のその他のポリタイプを使用することも可能)の基板53を含むウエハ100が設けられている。
基板53は、第1導電型(この実施例においては、N型ドーパント)を有しており、且つZ軸に沿って互いに反対側である前部表面53aと後部表面53bとが設けられている。基板53は、1×1019乃至1×1022原子数/cm3の範囲におけるドーピング濃度を有している。
ウエハ100の正面は前部表面53aに対応しており、且つウエハ100の裏側は後部表面53bに対応している。基板30の固有抵抗は、例えば、5乃至40mΩ・cmの範囲内である。
基板53の前部表面53a上には、基板53のドーピング濃度よりも低いドーピング濃度を有しており、例えば1×1014乃至5×1016原子数/cm3の範囲内であり、且つ第1導電型(N)を有しているシリコンカーバイドのドリフト層52が、例えばエピタキシャル成長によって、形成されている。ドリフト層52は、特に4H−SiCであるSiCから構成されているが、2H、6H,3C,又は15R等のその他のSiCポリタイプを使用することも可能である。
ドリフト層52は、上部側52aと下部側52bとの間に定義される厚さを有している(下部側52bは基板53の前部表面53aと直接接触している)。
次いで、図8を参照すると、ドリフト層52の上部側52a上にハードマスク70が、例えばフォトレジスト、又はTEOS、又はその目的に適した別の物質の付着によって、形成されている。ハードマスク70は0.5乃至2μmの範囲内の厚さ、又は、いずれにおいても、同じ図8を参照して以下に説明する注入を遮蔽するような厚さ、を有している。ハードマスク70は、相次ぐステップにおいて、MPS装置50のアクティブ区域54が形成されるようなウエハ100の領域において延在している。
XY面上の平面図において、ハードマスク70は、ショットキーセル(ダイオード62)を形成するドリフト層52の上部側52aの領域を被覆し且つ図6を参照して既に説明した注入領域59’を形成するドリフト層52の上部側52aの領域を露出させたままとさせる。
次いで、ハードマスク70を使用して、第2導電型(P)を有するドーピング種(例えば、ボロン又はアルミニウム)を注入するステップを実施する(尚、該注入は図中に矢印で示してある)。図8のステップ期間中に、保護リング60も、存在する場合には、形成される。
オプションとして、図8の注入ステップは、1×1018原子数/cm3よりも高いドーピング濃度を有する注入領域59’を形成させるために、注入エネルギが30乃至400keVの範囲内で且つドーズが1×1012乃至1×1015原子数/cm2の範囲内でもって第2導電型を有するドーピング種の一つ又はそれ以上の注入を包含している。
続いて、図9を参照すると、マスク70を除去し且つ熱処理(即ち熱アニーリング)ステップを実施して図8のステップで注入したドーピング種の拡散及び活性化を発揮させる。該アニーリングは、例えば、1600℃よりも一層高い温度(例えば、1700乃至1900℃の範囲内で、幾つかの場合には、それよりも一層高い)で実施させる。従って、注入領域59’が形成され、それは約1×1017乃至1×1020原子数/cm3の範囲内のドーピング種の濃度を有している。
同時に、ショットキーセルも形成されるが、それは、ドリフト層52の一部が注入領域59’へ向けて、即ち、換言すると、図8の注入ステップ期間中にマスクされていたドリフト層52の部分へ向けて横方向(Xに沿って)延在する。
図10を参照すると、オーミックコンタクト59”(この場合は、例えば、ニッケルシリサイド)が各注入領域59’に形成されて、夫々のJB要素59の形成に貢献する。断面図に見えている注入領域59’は、非制限的な実施例において、互いに完全に接続されている(即ち、それは格子を形成している)。その結果、オーミックコンタクト59”も互いに完全に接続されており、且つ注入領域59’へ電気的に接続されている。
オーミックコンタクト59も保護リング60(存在する場合)に形成され、且つ該オーミックコンタクト59”へ電気的に接続される。
オーミックコンタクト59”の形成は、薄い酸化物(例えば、100乃至500nmの範囲内)のハードマスクを形成し、次いでフォトリソグラフィ及び化学的エッチングステップを実施してオーミックコンタクト59”を形成すべき領域を化学的にエッチングし、次いで金属物質(例えば、ニッケル)の付着を実施し且つ次いで熱アニーリング(例えば、1乃至120分の時間期間で900乃至1100℃の範囲の温度で)を実施する、ことを包含している。そのように付着された該金属は、表面のSiC物質と反応してオーミック化合物(例えば、ニッケルシリサイド)を形成し、一方、該ハードマスクの酸化物と接触している金属は反応することはない。次いで、その反応しなかった金属と該ハードマスクとを除去するステップを実施する。
次いで、図11を参照すると、アノード端子を形成するステップを実施する。
そのために、例えば、チタン、又はニッケル、又はモリブデンなどの金属物質の界面層67をドリフト層52上に付着させる。該界面層67は、スパッタリングによって付着され、且つ約10乃至500nmの範囲内の厚さを有している。界面層67は、オーミックコンタクト59”を介して注入領域59’と接触すると共にドリフト層52の露出領域(即ち、ショットキーセル)と接触して延在している。特に、界面層67は、ドリフト層52の露出領域とのショットキーコンタクト/ショットキー障壁の形成に寄与すると共に、オーミックコンタクト59”を介しての注入領域59’との接合障壁(JB)要素の形成に寄与している。
次いで、界面層67の上部で且つそれと直接接触して更なる金属層68を形成する。該金属層68は、例えば、アルミニウム又は銅からなるものであり且つ数ミクロン、例えば、1−10μmの範囲内の厚さを有している。
界面層67と金属層68とから構成される組立体は、図6を参照して前述したアノードメタリゼーション58を形成する。
図11に示されるごとく、複数個のショットキー型の半導体−金属接合(ショットキーダイオード12)が、アノードメタリゼーション58と第1導電型(N)を有しているドリフト層52の領域との間に同様に形成される。
代替的実施例(不図示)においては、界面層67が省略され、従って金属層58がドリフト層52と直接接触して延在する。
図12を参照すると、パッシベーション層69(例えば、ポリイミドの)もアノードメタリゼーション58上に形成され、且つアノードメタリゼーション58とコンタクトするために電気的コンタクト70の一つ又はそれ以上の領域を開放する形状とされる。
次いで、図13を参照すると、カソードコンタクト端子をウエハ100の裏側、即ち基板53の後部表面53bに形成する。
カソードの形成は、基板53の後部表面53bにメタリゼーションそして該メタリゼーションと後部表面53bとの間にオーミックコンタクト領域又は層を形成することを包含している。該オーミックコンタクト層は、該メタリゼーションと基板53との間の電気的コンタクトを好適なものとさせるためである。
更に詳細には、該オーミックコンタクトの形成は、例えばスパッタリングによって基板53の後部表面53b上に中間層72(特に、チタン)を付着させることを包含している。該中間層72は、例えば、10乃至200nmの範囲内で、特に100nmに等しい厚さを有している。
オーミックコンタクトの発生は、該中間層72のチタンが該基板53のカーボン及びシリコンと反応することを必要とする。ウエハ100の正面側に存在する構造に熱的に影響を与えること無しにTixCy、TixSiy、及びTixSiyCz化合物を発生するのに必要な熱的条件を中間層72において発生させるために、1400乃至2600℃の範囲内で例えば2000℃に等しい温度まで中間層72を局所的に加熱させるようなビーム82を発生するレーザー供給源80が使用される。
レーザービーム82が入射する中間層72の表面部分において該中間層72の厚さ(
Z軸)全体にわたり実質的に一様にこの様な温度に到達することは、TixCy、TixSiy、及びTixSiyCz型のチタン化合物の発生を適切なものとさせ、該中間層72を図6に示したオーミックコンタクト領域56へ変換させる。TiからTixCy、TixSiy、及びTixSiyCz型のTi化合物への中間層72の変換は、該中間層72の全使用可能表面を加熱することにより発生する。尚、該「使用可能表面」とは、ここでは、(例えば、設計により定義されて)オーミックコンタクトとして作用することが所望される中間層72の表面部分のことを意味しており、該使用可能表面は中間層72の全表面に対応するものではない場合がある(例えば、アクティブ区域54に関して横方向の中間層72の部分は、電荷の導通の寄与するものではないのでMPS装置50の使用期間中に興味のあるものではない。)。
Z軸)全体にわたり実質的に一様にこの様な温度に到達することは、TixCy、TixSiy、及びTixSiyCz型のチタン化合物の発生を適切なものとさせ、該中間層72を図6に示したオーミックコンタクト領域56へ変換させる。TiからTixCy、TixSiy、及びTixSiyCz型のTi化合物への中間層72の変換は、該中間層72の全使用可能表面を加熱することにより発生する。尚、該「使用可能表面」とは、ここでは、(例えば、設計により定義されて)オーミックコンタクトとして作用することが所望される中間層72の表面部分のことを意味しており、該使用可能表面は中間層72の全表面に対応するものではない場合がある(例えば、アクティブ区域54に関して横方向の中間層72の部分は、電荷の導通の寄与するものではないのでMPS装置50の使用期間中に興味のあるものではない。)。
従って、中間層72は前述したオーミックコンタクト領域又は層56となり、即ちオーミック特性と非ショットキー特性とを有している。
次いで、中間層72/オーミックコンタクト56上にカソードメタリゼーション57の形成が、例えば、Ti/NiV/Ag又はTi/NiV/Auをスパッタリングすることにより付着させて実施される。従って、図6のMPS装置50が得られる。
レーザー80は、例えば、エキシマUVレーザーである。その他のタイプのレーザーを使用することも可能であり、可視光領域における波長を有するレーザーも含まれる。
チタンの中間層72の場合における(チタンに基づいてオーミックコンタクトを発生させるため)本発明の目的を達成させるために最適化されたレーザー80の構成及び動作パラメータは、以下の通りであって、
※290乃至370nmの範囲内で、特に310nm、の波長:
※100乃至300nsの範囲内で、特に160nsのパルス期間;
※1乃至10個の範囲内で、特に4個のパルス数;
※1乃至4J/cm2の範囲内で、特に3J/cm2のエネルギ密度;
※1400乃至2600℃の範囲内で、特に2000℃の温度;
の通りである。
※290乃至370nmの範囲内で、特に310nm、の波長:
※100乃至300nsの範囲内で、特に160nsのパルス期間;
※1乃至10個の範囲内で、特に4個のパルス数;
※1乃至4J/cm2の範囲内で、特に3J/cm2のエネルギ密度;
※1400乃至2600℃の範囲内で、特に2000℃の温度;
の通りである。
MPS装置50のオン状態抵抗(RON)の特性を改善させるために(即ち、RONの値を減少させるために)、後部表面53aにおける基板53の研磨ステップによってウエハ100を薄くさせることが可能である。この研磨ステップは、図12のステップの後で且つ図13のステップの前に行われるものであり、即ちオーミックコンタクト56を形成する前である。基板53の薄層化はそれが所望の厚さ、例えば70乃至180μmの範囲内の厚さに到達するまで進行する。
同一のウエハ100上に、複数個のMPS装置50を形成することが可能である。この場合に、該ダイの最終的なシンギュレーションステップが実施されて1個のMPS装置50を別のものから物理的に分離させる。
本発明の更なる実施例によれば、オーミックコンタクト領域56はチタン化合物(TixCy、TixSiy、及びTixSiyCz)以外の物質からなるものとすることが可能である。例えば、オーミックコンタクト領域56の形成は、基板53の後部表面53bにおいてチタン以外の金属物質の中間層72を付着させ(又は別の技術で形成し)且つ、前述した如くに、中間層72の物質と基板53の物質との間にオーミック化合物又は合金を形成することが適切であるようにレーザービーム82によってこの様な中間層72を加熱(前述した如く、1400乃至2600℃の範囲内の温度へ)して実施することが可能である。
例えば、SiCの基板53について考えた場合に、
中間層72がMoからなり、且つレーザーによる熱的アニーリングはMoxCy、MoxSiy,及びMoxSiyCzの発生に適しており、又は
中間層72がTaからなり、且つレーザーによる熱的アニーリングはTaxCy、TaxSiy,及びTaxSiyCzの発生に適しており、又は
中間層72がWからなり、且つレーザーによる熱的アニーリングはWxCy、WxSiyの発生に適しており、又は
中間層72がCoからなり、且つレーザーによる熱的アニーリングはCoxSiyの発生に適しており、又は
中間層72がNiからなり、且つレーザーによるNixSiyの発生に適している。
中間層72がMoからなり、且つレーザーによる熱的アニーリングはMoxCy、MoxSiy,及びMoxSiyCzの発生に適しており、又は
中間層72がTaからなり、且つレーザーによる熱的アニーリングはTaxCy、TaxSiy,及びTaxSiyCzの発生に適しており、又は
中間層72がWからなり、且つレーザーによる熱的アニーリングはWxCy、WxSiyの発生に適しており、又は
中間層72がCoからなり、且つレーザーによる熱的アニーリングはCoxSiyの発生に適しており、又は
中間層72がNiからなり、且つレーザーによるNixSiyの発生に適している。
本記載により与えられる本発明の特性を吟味することから、本発明の利点を明らかである。
特に、本解決手段は、SiCの非常に薄い(180mm以下)ウエハ上に製造されるパワー装置の後部上にオーミックコンタクトを形成することを可能とする。この解決手段によれば、該ウエハの前部上にアノードメタリゼーション及びパッシベーションを付着させ且つ画定した後に、従来技術(180μmより大きな厚さとすることを必要とする)の処理制限無しで、基板を所望の厚さに薄くさせる。次いで、Ti層がウエハの後部上に付着され且つオーミックコンタクトの形成がアニーリング用のレーザープロセスによって実施され、ウエハの前部上に前に作った構造を維持させる。この解決手段でもって、次のような利点が得られ、即ち、
処理の流れの簡単化(本解決手段においては、実際に、装置の前部の処理を完了した後にウエハの薄層化が実施される);
オーミックコンタクトのより良い品質(オーミックコンタクトの形成に続いてただ一つの処理ステップのみ);
ウエハの亀裂発生の危険性の減少(ウエハの薄層化に続いて単に一つの回転及び単に3つの処理ステップのみ);
ウエハの薄層化のステップの後にリソグラフィの制限無し;
装置の全体的なRONに対する基板の抵抗性寄与の顕著な低下;
等である。
処理の流れの簡単化(本解決手段においては、実際に、装置の前部の処理を完了した後にウエハの薄層化が実施される);
オーミックコンタクトのより良い品質(オーミックコンタクトの形成に続いてただ一つの処理ステップのみ);
ウエハの亀裂発生の危険性の減少(ウエハの薄層化に続いて単に一つの回転及び単に3つの処理ステップのみ);
ウエハの薄層化のステップの後にリソグラフィの制限無し;
装置の全体的なRONに対する基板の抵抗性寄与の顕著な低下;
等である。
更に、チタンに基づくオーミックコンタクトの相継ぐ形成のための開始物質としてチタンを使用することは、従来技術に基づいてニッケルを使用することと比較して幾つかの利点がある。例えば、反応層の連続性及び一様性、反応層中におけるCの凝塊体の不存在、反応層の機械的強度等であり、それはTixCy、TixSiy、及びTixSiyCz―型の化合物の存在に起因するものである。
最後に、特許請求の範囲に記載する本発明の保護範囲を逸脱すること無しに、本書に記載し且つ例示したことに対して修正及び変形を行うことが可能であることはあきらである。特に、既に前に観察されるごとく、本発明はMPS装置の後部上にオーミックコンタクトを形成することに制限されるものではなく、例えば、ショットキーダイオード、JSB装置、MOSFET、IGBT、JFET、DMOS等の一般的な垂直導通電子装置における後部オーミックコンタクトの形成へ拡張されるものである。
以上本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明はこれらの具体的な実施態様にのみ制限されるべきものではなく、特許請求の範囲により規定される本発明の範囲を逸脱すること無しに種々の変形及び修正を行うことが可能であることは勿論である。
Claims (17)
- SiCに基づく電子装置(50)を製造する方法において、
(a)方向(Z)に沿って互いに反対側の前部側(53a)と後部側(53b)とを具備しているSiCの基板(53)を用意し、
(b)該基板(53)の前部側(53a)において、SiCの構造層(52)を形成し、
(c)該電子装置(50)の使用期間中に電流の発生及び/又は導通において役目を果たす前記電子装置(50)のアクティブ領域を前記構造層(52)内に形成し、
(d)前記構造層(52)上に第1電気端子(58)を形成し、
(e)前記ステップ(a)乃至(d)の後に、該基板(53)の後部側(53b)に、チタン、モリブデン、タンタル、タングステン、コバルト、ニッケルから選択される第1金属の中間層(72)を形成し、
(f)前記中間層(72)の選択的部分において前記第1金属の化合物の形成を適切なものとするために1400乃至2600℃の範囲内の温度において前記選択的部分の局所的加熱を発生させるためにレーザービーム(82)によって前記選択的部分を加熱させ、及び
(g)前記電子装置(50)の第2電気端子(57)をステップ(f)の後に前記中間層(72)上に形成する、
ことを包含している方法。 - 前記第1金属がチタンであり且つ前記第1金属の前記化合物がTixCy、TixSiy、及びTixSiyCzを包含している請求項1記載の方法。
- 前記レーザービーム(82)が以下のパラメータ、即ち
※290乃至370nmの範囲内で特に310nmの波長、
※100乃至300nsの範囲内で特に160nsのパルス期間、
※1乃至10個の範囲内で特に4個のパルス数、
※1乃至4J/cm2の範囲内で特に3J/cm2のエネルギ密度、
※1400乃至2600℃の範囲内で特に2000℃の温度、
で発生される請求項2記載の方法。 - 該第1金属の該化合物の形成が該中間層(72)の前記方向(Z)に沿っての厚さ全体にわたって発生する請求項1乃至3の内のいずれか1項に記載の方法。
- 更に、ステップ(e)の前に、180μm以下の該基板(53)の最終的な厚さに到達まで該後部側(53b)において該基板(53)を薄くさせるステップを有している請求項1乃至4の内のいずれか1項に記載の方法。
- 該基板が4H−SiC、6H−SiC、3C−SiC、15R−SiCの内の一つである請求項1乃至5の内のいずれか1項に記載の方法。
- 前記電子装置(50)が、合体型PNショットキーダイオード、ショットキーダイオード、JBSダイオード、MOSFET、IGBT、JFET、DMOSの内の一つである請求項1乃至6の内のいずれか1項に記載の方法。
- 前記電子装置(50)が合体型PNショットキー、MPS、ダイオードであって、
該構造層(52)が第1導電型(N)を有している該
MPSダイオードのドリフト層(2)であり、
該アクティブ領域が該第1導電型(N)に対して反対の第2導電型(P)を有しているドープ領域(59’)を包含しており、
前記ドープ領域(59’)と接合−障壁JBダイオードを形成し且つ該ドリフト層(52)とショットキーダイオードを形成するように、該第1電気端子(58)が、該ドープ領域(59’)と電気的コンタクトをしており且つ該ドープ領域(59’)に対して横方向に該ドリフト層(52)と直接電気的コンタクトをしているアノード金属端子であり、
該第2電気端子(57)がカソード端子であり、
前記JBダイオード及びショットキーダイオードが該MPS装置(50)のアクティブ区域(54)を画定している、
請求項7記載の方法。 - 更に、前記ドープ領域(59’)に第2金属を付着させ且つ前記第2金属のシリサイドの形成を可能とさせるための熱アニーリングを行って該ドープ領域(59’)においてオーミックコンタクトを形成する各ステップを有している請求項8記載の方法。
- SiCを基礎とした電子装置(50)において、
方向(Z)に沿って互いに反対側である前部側(53a)と後部側(53b)とを有しているSiCの基板(53)、
該基板(53)の前部側(53a)に延在しているSiCの構造層(52)、
本電子装置(50)の使用期間中に電流の発生及び/又は導通における役割を有しており前記構造層(52)内に延在しているアクティブ領域、
前記構造層(52)上に延在している第1電気端子(58)、
該基板(53)の後部側(53b)に延在しておりチタン、モリブデン、タンタル、タングステン、コバルトから選択される第1金属の化合物の中間層(72)、
該中間層(72)上を延在している第2電気端子(57)、
を有している電子装置。 - 該中間層(72)がチタンからなり且つ前記金属化合物がTix、TixSiy、及びTixSiyCzを含んでいる請求項10記載の電子装置。
- 該基板(53)が180μm以下の厚さを有している請求項10又は11項記載の電子装置。
- 該基板が4H−SiC、6H―SiC、3C−SiC、15R−SiCの内の一つである請求項10乃至12の内のいずれか1項に記載の電子装置。
- 本電子装置(50)が合体型PNショットキーダイオード、ショットキーダイオード、JBSダイオード、MOSFET、IGBT、JFET、DMOSの内のいずれか一つである請求項10乃至13の内のいずれか1項に記載の電子装置。
- 本電子装置(50)が合体型PNショットキー、MPS、ダイオードであって、
該構造層(52)が第1導電型(N)を有しているMPSダイオードのドリフト層(2)であり、
該アクティブ領域が該第1導電型(N)と反対の第2導電型(P)を有しているドープ領域(59’)を包含しており、
該第1電気端子(58)がアノード端子であり且つ該第1メタリゼーション(68)が該ドープ領域(59’)と電気的にコンタクトしており且つ該ドープ領域(59’)に対して横方向の該ドリフト層(52)と直接的な電気的コンタクトをしていて、前記ドープ領域(59’)と接合障壁JBダイオードを形成し且つ該ドリフト層(52)とショットキーダイオードを形成しており、
該第2電気端子がカソード端子であり、
該JBダイオード及び該ショットキーダイオードが該MPSダイオード(50)のアクティブ区域(54)を画定している、
電子装置。 - SiCを基礎とした電子装置(50)を製造するシステムにおいて、
SiCの基板(53)の前部側(53a)にSiCの構造層(52)を形成するための第1反応室、
前記構造層(52)内に、該電子装置(50)の使用期間中に電流の発生及び/又は導通における役割を具備しているアクティブ領域を形成するための第2反応室、
前記構造層(52)上に第1電気端子(58)を及び該基板(53)の後部側(53b)にチタン、モリブデン、タンタル、タングステン、コバルトから選択される金属の中間層(72)を形成するための第3反応室、
該中間層(72)の選択部分に前記金属の化合物を形成するために1400乃至2600℃の範囲内の温度に局所的加熱を発生させるため前記選択部分を加熱するために該中間層(72)の該選択部分へ向けて操縦可能なレーザービーム(82)を発生させる構成とされているレーザー装置(80)、
を有しているシステム。 - 前記レーザー装置(80)が以下のパラメータ、即ち、
290乃至370nmの範囲内で特に310nmの波長、
100乃至300nsの範囲内で特に160nsのパルス期間、
1乃至10個で特に4個のパルス数、
1乃至4J/cm2の範囲内で特に3J/cm2のエネルギ密度、
1400乃至2600℃の範囲内で特に2000℃の到達温度、
でもって該レーザービーム(82)を発生する構成とされている請求項16記載のシステム。
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