JP2023176902A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023176902A JP2023176902A JP2022089473A JP2022089473A JP2023176902A JP 2023176902 A JP2023176902 A JP 2023176902A JP 2022089473 A JP2022089473 A JP 2022089473A JP 2022089473 A JP2022089473 A JP 2022089473A JP 2023176902 A JP2023176902 A JP 2023176902A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor substrate
- implantation step
- layer
- compound semiconductor
- warpage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 131
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 110
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 92
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 51
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 17
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 17
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 118
- 239000010408 film Substances 0.000 description 24
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 20
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
化合物半導体基板にドーパントを注入すると、ドーパント注入範囲に結晶欠陥が形成される。すると、ドーパント注入範囲内で結晶格子が歪み、化合物半導体基板に反りが生じる。反った状態の化合物半導体基板を取り扱うと、化合物半導体基板に対する加工時に露光装置のピントが合わないという問題や、搬送時に化合物半導体基板が破損するという問題等が生じる。 When a dopant is implanted into a compound semiconductor substrate, crystal defects are formed in the dopant implantation range. As a result, the crystal lattice is distorted within the dopant implantation range, causing warpage in the compound semiconductor substrate. Handling a compound semiconductor substrate in a warped state causes problems such as the exposure device not being able to focus when processing the compound semiconductor substrate, and the compound semiconductor substrate being damaged during transportation.
特許文献1には、化合物半導体基板の表面に、化合物半導体基板とは異なる材料(例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金等)からなる変形抑制層を形成することで、化合物半導体基板の反りを抑制する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses that warping of a compound semiconductor substrate is suppressed by forming a deformation suppressing layer made of a material different from that of the compound semiconductor substrate (e.g., aluminum, titanium, nickel, platinum, etc.) on the surface of the compound semiconductor substrate. A technique for doing so has been disclosed.
特許文献1の反り抑制技術では、化合物半導体基板の表面に化合物半導体基板とは異なる材料からなる変形抑制層を形成する必要がある。したがって、製造する半導体装置の構造によっては、変形抑制層を形成することができない場合がある。また、化合物半導体基板や半導体製造装置に対する金属汚染の問題により、変形抑制層を形成できない場合がある。 In the warpage suppression technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to form a deformation suppression layer made of a material different from that of the compound semiconductor substrate on the surface of the compound semiconductor substrate. Therefore, depending on the structure of the semiconductor device to be manufactured, it may not be possible to form the deformation suppressing layer. Further, the deformation suppressing layer may not be formed due to the problem of metal contamination of the compound semiconductor substrate or semiconductor manufacturing equipment.
また、ドーパントが注入された表面(以下、第1表面という)とは反対側の表面(以下、第2表面という)から化合物半導体基板に不純物を注入することで、化合物半導体基板の反りを抑制する技術が存在する。この技術によれば、特許文献1で生じる問題を生じさせることなく、化合物半導体基板の反りを抑制できる。しかしながら、この方法では、第2表面側からの不純物注入時に第1表面がステージ等と接触することを防止するために第1表面に保護膜を形成する必要があり、化合物半導体基板に対する加工コストが高くなる。また、保護膜の形成及び除去工程において第1表面に異物付着やキズの発生等が生じる場合がある。 In addition, warping of the compound semiconductor substrate is suppressed by injecting impurities into the compound semiconductor substrate from the surface (hereinafter referred to as the second surface) opposite to the surface where the dopant is implanted (hereinafter referred to as the first surface). The technology exists. According to this technique, warpage of the compound semiconductor substrate can be suppressed without causing the problems that occur in Patent Document 1. However, in this method, it is necessary to form a protective film on the first surface to prevent the first surface from coming into contact with the stage etc. during impurity implantation from the second surface side, which increases the processing cost for the compound semiconductor substrate. It gets expensive. Further, during the process of forming and removing the protective film, foreign matter may adhere to the first surface, scratches may occur, etc.
したがって、本明細書では、より好適に化合物半導体基板の反りを抑制できる技術を提案する。 Therefore, this specification proposes a technique that can more suitably suppress warping of a compound semiconductor substrate.
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、第1注入工程と第2注入工程を有する。前記第1注入工程では、第1表面と前記第1表面の裏側に位置する第2表面とを有する化合物半導体基板に対して前記第1表面側からn型またはp型のドーパントを注入する。前記第1注入工程では、前記化合物半導体基板の厚み方向における中央部よりも前記第1表面側に前記ドーパントの密度のピークが形成されるように前記ドーパントを注入する。前記第2注入工程では、前記化合物半導体基板に対して前記第1表面側から不活性不純物を注入することによって前記化合物半導体基板内に結晶欠陥を形成する。前記第2注入工程では、前記化合物半導体基板の前記中央部よりも前記第2表面側に前記結晶欠陥の密度のピークが形成されるように前記不活性不純物を注入する。前記第1表面が凸となる反りを正の値として前記化合物半導体基板の反り量を定義したときに、前記第1注入工程において前記反り量が増加し、前記第2注入工程において前記反り量が減少する。 The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification includes a first implantation step and a second implantation step. In the first implantation step, an n-type or p-type dopant is implanted from the first surface side into a compound semiconductor substrate having a first surface and a second surface located on the back side of the first surface. In the first implantation step, the dopant is implanted so that a density peak of the dopant is formed closer to the first surface than to a central portion in the thickness direction of the compound semiconductor substrate. In the second implantation step, crystal defects are formed in the compound semiconductor substrate by implanting an inactive impurity into the compound semiconductor substrate from the first surface side. In the second implantation step, the inert impurity is implanted so that a peak density of the crystal defects is formed closer to the second surface than the center of the compound semiconductor substrate. When the amount of warpage of the compound semiconductor substrate is defined by taking the warpage in which the first surface becomes convex as a positive value, the amount of warpage increases in the first implantation step, and the amount of warpage increases in the second implantation step. Decrease.
なお、上記製造方法においては、第1注入工程と第2注入工程のいずれを先に実施してもよい。 Note that in the above manufacturing method, either the first injection step or the second injection step may be performed first.
この製造方法では、第1注入工程において、化合物半導体基板の厚み方向における中央部よりも第1表面側にドーパント密度のピークが形成されるので、化合物半導体基板の反り量が増加する。また、第2注入工程において、化合物半導体基板の厚み方向における中央部よりも第2表面側にドーパント密度のピークが形成されるので、化合物半導体基板の反り量が減少する。例えば、第1注入工程が第2注入工程よりも先に実施される場合には、第1注入工程において第1表面が凸となるように化合物半導体基板に反りが生じ、第2注入工程において化合物半導体基板の反りを解消するように化合物半導体基板が変形する。また、例えば、第2注入工程が第1注入工程よりも先に実施される場合には、第2注入工程において第1表面が凹となるように化合物半導体基板に反りが生じ、第1注入工程において化合物半導体基板の反りを解消するように化合物半導体基板が変形する。このように、第1注入工程で生じる反りと第2注入工程で生じる反りが相殺するので、化合物半導体基板の反りが抑制される。また、第2注入工程では、化合物半導体基板の第1表面側から化合物半導体基板に不活性不純物を注入する。すなわち、第1注入工程と第2注入工程のいずれでも、第1表面側から注入が実施される。したがって、第1注入工程及び第2注入工程において化合物半導体基板の第1表面がステージに接触することが無く、第1表面を保護膜で保護する必要がない。したがって、保護膜による加工コストの増加の問題が生じない。また、保護膜に起因して第1表面で異物付着やキズが生じることを防止することができる。また、第2注入工程で注入する不純物は不活性不純物であるので、第1表面側から化合物半導体基板の前記中央部よりも第2表面側の深さまで不活性不純物を注入しても、化合物半導体基板の特性に対する影響は小さい。したがって、好適に半導体装置を製造することができる。 In this manufacturing method, in the first implantation step, the peak of dopant density is formed closer to the first surface than the central portion in the thickness direction of the compound semiconductor substrate, so that the amount of warpage of the compound semiconductor substrate increases. Furthermore, in the second implantation step, the peak of the dopant density is formed closer to the second surface than the central portion in the thickness direction of the compound semiconductor substrate, so that the amount of warpage of the compound semiconductor substrate is reduced. For example, when the first implantation step is performed before the second implantation step, the compound semiconductor substrate is warped so that the first surface becomes convex in the first implantation step, and the compound semiconductor substrate is warped in the second implantation step so that the first surface becomes convex. The compound semiconductor substrate is deformed so as to eliminate the warpage of the semiconductor substrate. Further, for example, if the second implantation step is performed before the first implantation step, the compound semiconductor substrate is warped so that the first surface becomes concave in the second implantation step, and the first implantation step In the step, the compound semiconductor substrate is deformed so as to eliminate the warpage of the compound semiconductor substrate. In this way, the warpage that occurs in the first implantation step and the warp that occurs in the second implantation step cancel each other out, so that the warpage of the compound semiconductor substrate is suppressed. Furthermore, in the second implantation step, an inert impurity is implanted into the compound semiconductor substrate from the first surface side of the compound semiconductor substrate. That is, in both the first implantation step and the second implantation step, implantation is performed from the first surface side. Therefore, the first surface of the compound semiconductor substrate does not come into contact with the stage in the first implantation step and the second implantation step, and there is no need to protect the first surface with a protective film. Therefore, the problem of increased processing cost due to the protective film does not occur. Further, it is possible to prevent foreign matter from adhering to the first surface or from causing scratches on the first surface due to the protective film. Furthermore, since the impurity implanted in the second implantation step is an inactive impurity, even if the inert impurity is implanted from the first surface side to a depth on the second surface side rather than the central part of the compound semiconductor substrate, the compound semiconductor The effect on the characteristics of the substrate is small. Therefore, a semiconductor device can be suitably manufactured.
図1は、実施形態の製造方法によって製造されるスイッチング素子10を示している。スイッチング素子10は、MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)である。スイッチング素子10は、半導体基板12、ゲート絶縁膜14、ゲート電極16、層間絶縁膜18、ソース電極20、及び、ドレイン電極22を有している。半導体基板12は、いわゆる化合物半導体基板であり、炭化珪素(すなわち、SiC)によって構成されている。なお、半導体基板12は、窒化ガリウム(すなわち、GaN)、酸化ガリウム(例えば、Ga3O3)等によって構成されていてもよい。半導体基板12は、上面12aと下面12bを有している。上面12aに、複数のトレンチ12cが設けられている。ゲート絶縁膜14は、各トレンチ12cの内面を覆っている。ゲート電極16は、各トレンチ12c内に配置されており、ゲート絶縁膜14によって半導体基板12から絶縁されている。層間絶縁膜18は、各ゲート電極16の上面を覆っている。ソース電極20は、層間絶縁膜18の上面と半導体基板12の上面12aを覆っている。ソース電極20は、層間絶縁膜18によって各ゲート電極16から絶縁されている。ドレイン電極22は、半導体基板12の下面12bを覆っている。
FIG. 1 shows a
半導体基板12は、ソース層30、ボディコンタクト層32、ボディ層34、電界緩和層36、ドリフト層38、バッファ層40、及び、ドレイン層42を有している。ソース層30は、n型層である。各ソース層30は、対応するトレンチ12cの側面の上端部において、ゲート絶縁膜14に接している。各ソース層30は、ソース電極20にオーミック接触している。各ボディコンタクト層32は、p型層である。各ボディコンタクト層32は、ソース層30が設けられていない範囲でソース電極20にオーミック接触している。ボディ層34は、ボディコンタクト層32よりもp型不純物濃度が低いp型層である。ボディ層34は、ソース層30とボディコンタクト層32の下側に配置されている。ボディ層34は、ソース層30の下側でゲート絶縁膜14に接している。各電界緩和層36は、p型層であり、各トレンチ12cの下端に隣接する範囲に配置されている。各電界緩和層36は、対応するトレンチ12cの下端においてゲート絶縁膜14に接している。ドリフト層38は、n型層であり、ボディ層34の下側に配置されている。ドリフト層38は、各電界緩和層36の周囲を覆っている。ドリフト層38は、ボディ層34の下側でゲート絶縁膜14に接している。バッファ層40は、ドリフト層38よりもn型不純物濃度が高いn型層である。バッファ層40は、ドリフト層38の下側に配置されている。ドレイン層42は、バッファ層40よりもn型不純物濃度が高いn型層である。ドレイン層42は、バッファ層40の下側に配置されている。ドレイン層42は、ドレイン電極22にオーミック接触している。
The
ゲート電極16にゲート閾値以上の電圧を印加すると、ゲート絶縁膜14に隣接する位置でボディ層34にチャネルが形成され、チャネルによってソース層30とドリフト層38が接続される。これによって、スイッチング素子10がオンする。ゲート電極16に対する印加電圧をゲート閾値未満の電圧まで低下させると、チャネルが消失し、スイッチング素子10がオフする。スイッチング素子10がオフすると、電界緩和層36からドリフト層38に空乏層が広がる。電界緩和層36から広がる空乏層によってトレンチ12cの下端部における電界集中が抑制される。
When a voltage equal to or higher than the gate threshold is applied to the
次に、スイッチング素子10の製造方法について説明する。図2は、ソース層30、ボディコンタクト層32、ボディ層34、及び、電界緩和層36が形成される前の半導体基板12を示している。スイッチング素子10は、図2に示す半導体基板12から製造される。図2に示すように、この時点では、半導体基板12の上面12aにドリフト層38が露出している。また、この時点では、ドレイン層42の厚さが図1よりも厚く、半導体基板12の厚みの半分以上がドレイン層42によって構成されている。図2の参照符号50は、半導体基板12の厚み方向における中央部を示している。ドレイン層42が厚いため、中央部50はドレイン層42内に位置している。ソース層30、ボディコンタクト層32、ボディ層34、及び、電界緩和層36が形成される前においては、半導体基板12は平坦である。すなわち、ソース層30、ボディコンタクト層32、ボディ層34、及び、電界緩和層36が形成される前においては、半導体基板12に反りは生じていない。この製造方法では、半導体基板12に対して第1注入工程と第2注入工程を実施する。
Next, a method for manufacturing the switching
(第1注入工程)
第1注入工程では、上面12a側から半導体基板12に対してn型ドーパント(例えば、窒素、リン等)とp型ドーパント(例えば、ホウ素、アルミニウム等)をイオン注入することによって、ソース層30、ボディコンタクト層32、ボディ層34、及び、電界緩和層36を形成する。例えば、図3は、電界緩和層36に対するp型ドーパントの注入工程を示している。図3に示すように、電界緩和層36に対するp型ドーパントの注入工程では、半導体基板12の下面12bがステージ62に接するように半導体基板12をステージ62上に載置する。そして、マスク60を介して上側から半導体基板12にp型ドーパントを注入する。ここでは、ドーズ量を1×1013~1×1014cm-2に制御する。また、ここでは、半導体基板12の厚み方向に沿ってドーパント密度分布を測定したときに、電界緩和層36に対して注入されたp型ドーパントの密度のピークP1が中央部50よりも上側に位置するように注入エネルギーを制御する。より詳細には、電界緩和層36に対して注入されたp型ドーパントの注入深さD1(すなわち、上面12aからピークP1の深さまでの距離)が1μm以上(例えば、1~3μm)となるように注入エネルギーを制御する。同様にして、ソース層30、ボディコンタクト層32、及び、ボディ層34に対しても上面12a側からドーパント注入を行う。ソース層30、ボディコンタクト層32、ボディ層34、及び、電界緩和層36に対するドーパント注入が完了したら、半導体基板12をアニールしてドーパントを活性化させる。
(First injection step)
In the first implantation step, the
以上に説明したように、第1注入工程では、中央部50よりも上面12a側の半導体層内にドーパントが注入される。ドーパントが注入された半導体層内には結晶欠陥が形成される。すなわち、ドーパントの注入範囲内において半導体基板12の結晶性が低下する。その結果、ドーパントが注入された半導体層(すなわち、上面12a近傍の半導体層)が膨張する。したがって、図4に示すように、上面12aが凸となるように半導体基板12が反る。特に、注入深さが深い電界緩和層36に対してアルミニウムを注入する場合に、半導体層の結晶性が低下し易く、半導体基板12で反りが生じ易い。
As described above, in the first implantation step, a dopant is implanted into the semiconductor layer closer to the
なお、以下では、上面12aが凸となる反りを正の値とし、上面12aが凹となる反りを負の値として定義した半導体基板12の反り量を、反り量Xという。第1注入工程では、半導体基板12の反り量Xが増加する。
Note that, hereinafter, the amount of warpage of the
(第2注入工程)
次に、第2注入工程を実施する。第2注入工程では、図5に示すように、上面12a側から半導体基板12に対して不活性不純物をイオン注入する。不活性不純物は、半導体基板12に対して不活性な元素である。不活性不純物として、例えば、炭素、珪素、水素、ヘリウム、アルゴン等を用いることができる。なお、水素イオン(例えば、陽子または重陽子)またはヘリウムイオンを不活性不純物としてイオン注入する場合には、イオン照射装置としてサイクロトロンを用いることができる。図5に示すように、不活性不純物の注入工程では、半導体基板12の下面12bがステージ64に接するように半導体基板12をステージ64上に載置する。そして、上側から半導体基板12の全体に不活性不純物を注入する。ここででは、上面12a側から注入された不活性不純物が、中央部50よりも下面12b側のドレイン層42内で停止するように不活性不純物を注入する。このように不活性不純物を注入すると、不活性不純物が通過した半導体層内に低密度に結晶欠陥が形成されるとともに、不活性不純物が停止した位置に高密度に結晶欠陥が形成される。したがって、図5に示すように、中央部50よりも下面12b側の半導体層内に結晶欠陥密度のピークP2が形成される。以下では、結晶欠陥密度のピークP2が形成されている領域を、結晶欠陥領域70という。例えば、第2注入工程では、結晶欠陥領域70から下面12bまでの距離D2が0.1~5.0μmとなるように不活性不純物の注入深さを制御することができる。なお、不活性不純物の照射装置と半導体基板12の間にアルミニウムの薄膜(例えば、アルミホイル)を配置した場合には、アルミニウムの薄膜の厚みを調整することで不活性不純物の注入深さを調整できる。
(Second injection step)
Next, a second injection step is performed. In the second implantation step, as shown in FIG. 5, inert impurity ions are implanted into the
以上に説明したように、第2注入工程では、中央部50よりも下面12b側の半導体層内で結晶欠陥密度のピークP2が形成される。その結果、中央部50よりも下面12b側の半導体層が膨張する。したがって、図6に示すように、第2注入工程を実施すると、半導体基板12の反りが緩和される。
As described above, in the second implantation step, a peak P2 of crystal defect density is formed in the semiconductor layer closer to the
このように、第1注入工程では上面12aが凸となるように半導体基板12に反りが生じ、第2注入工程では半導体基板12の反りが緩和されるように半導体基板12が変形する。言い換えると、第1注入工程では反り量Xが増加し、第2注入工程では反り量Xが減少する。このように、第1注入工程で生じる反りと第2注入工程で生じる反りが相殺されるので、第1注入工程と第2注入工程の両方を実施した後に、半導体基板12が略平坦となる。
In this way, in the first implantation step, the
また、第1注入工程と第2注入工程のいずれでも、上面12a側から半導体基板12に不純物が注入される。したがって、第1注入工程と第2注入工程のいずれでもステージと接触するのは下面12bであり、上面12aはステージに接触しない。したがって、上面12aを保護膜で保護する必要がなく、半導体基板12を低コストで加工することができる。また、上面12aに保護膜を設ける場合には、保護膜形成工程及び保護膜除去工程において上面12aに異物が付着したりキズが生じたりする場合がある。これに対し、第1注入工程及び第2注入工程では、上面12aに保護膜を設けないので、上面12aに対する異物やキズの問題が生じない。したがって、高い歩留まりでスイッチング素子10を製造することができる。
Further, in both the first implantation step and the second implantation step, impurities are implanted into the
また、第2注入工程では、上面12a側から下面12b近傍の領域まで不活性不純物を注入する。仮に、n型またはp型のドーパントを上面12a側から下面12b近傍の領域まで注入した場合には、ドーパントが通過した範囲内の半導体層の特性に影響が生じ、意図した特性のスイッチング素子を製造することができない。これに対し、上述した第2注入工程では、不活性不純物を注入するので、上面12a側から結晶欠陥領域70まで不活性不純物を注入しても、半導体層の特性に与える影響は極めて小さい。したがって、第2注入工程を実施しても、意図した特性のスイッチング素子10を製造することが可能である。
Furthermore, in the second implantation step, inert impurities are implanted from the
第2注入工程が完了したら、半導体基板12の上面12aにトレンチ12cを形成する。次に、トレンチ12c内にゲート絶縁膜14とゲート電極16を形成する。次に、層間絶縁膜18を形成する。次に、ソース電極20を形成する。半導体基板12が平坦であるので、これらの工程及びこれらの工程の間で半導体基板12を搬送する搬送工程では、半導体基板12の反りに起因する不具合の発生が抑制される。
After the second implantation step is completed, a
次に、半導体基板12の下面12bを研磨する。これによって、図1に示す厚みまでドレイン層42を薄くする。このように下面12bを研磨することによって、半導体基板12から結晶欠陥領域70が除去される。その後、下面12bにドレイン電極22を形成することで、図1のスイッチング素子10が完成する。
Next, the
なお、上述した実施形態では、第1注入工程の後に第2注入工程を実施した。しかしながら、第2注入工程の後に第1注入工程を実施してもよい。この場合、第2注入工程において下面12bが凸となるように半導体基板12に反りが生じる。すなわち、第2注入工程において反り量Xが負の値へ減少するように半導体基板12が変形する。その後の第1注入工程では、第2注入工程で生じた反りが緩和されるように半導体基板12が変形する。すなわち、第1注入工程において反り量Xが増加するように半導体基板12が変形する。その結果、半導体基板12が平坦となる。このように、第2注入工程の後に第1注入工程を実施しても、第1注入工程と第2注入工程の実施後に半導体基板12を平坦化することができる。但し、第1注入工程を先に実施すると、半導体基板12に反りが生じていない状態で第1注入工程を開始できるので、ソース層30、ボディコンタクト層32、ボディ層34、及び、電界緩和層36に対するドーパントの注入範囲及び注入深さを正確に制御し易い。
In addition, in the embodiment described above, the second injection process was performed after the first injection process. However, the first implantation step may be performed after the second implantation step. In this case, in the second implantation step, the
また、上述した第2注入工程では、ドレイン層42内に結晶欠陥領域70が形成されるように不活性不純物を注入した。しかしながら、図7に示すように、ドレイン層42の厚みが薄く、中央部50がドリフト層38内に存在する場合には、結晶欠陥領域70を中央部50よりも下側のドリフト層38内に形成してもよいし、結晶欠陥領域70をバッファ層40内に形成してもよい。これらの場合、結晶欠陥領域70内に存在する結晶欠陥が、キャリアの再結合中心として機能する。このため、ボディ層34とドリフト層38の界面のpn接合によって構成されるダイオードが逆回復動作を行うときに、結晶欠陥領域70内の結晶欠陥によってドリフト層38内のホールを消滅させることができる。その結果、ダイオードで生じる逆回復電流を低減することができる。
Furthermore, in the second implantation step described above, inert impurities were implanted so that
また、上述した実施形態では、スイッチング素子10がMOSFETであったが、スイッチング素子がIGBT(insulated gate bipolar transistor)であってもよい。この場合、ドリフト層38内(例えば、図7参照)またはバッファ層40内に結晶欠陥領域70を形成すると、IGBTのターンオフ速度を速くすることができる。
Further, in the embodiment described above, the switching
また、上述した実施形態では、スイッチング素子10の製造方法について説明したが、他の半導体装置の製造工程において本願明細書に開示の技術を適用してもよい。
Further, in the embodiment described above, a method for manufacturing the switching
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and changes to the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as filed. Furthermore, the techniques illustrated in this specification or the drawings simultaneously achieve multiple objectives, and achieving one of the objectives has technical utility in itself.
10:スイッチング素子、12:半導体基板、16:ゲート電極、30:ソース層、34:ボディ層、36:電界緩和層、38:ドリフト層、40:バッファ層、42:ドレイン層、70:結晶欠陥領域
10: Switching element, 12: Semiconductor substrate, 16: Gate electrode, 30: Source layer, 34: Body layer, 36: Electric field relaxation layer, 38: Drift layer, 40: Buffer layer, 42: Drain layer, 70: Crystal defect region
Claims (2)
第1表面(12a)と前記第1表面の裏側に位置する第2表面(12b)とを有する化合物半導体基板(12)に対して前記第1表面側からn型またはp型のドーパントを注入する第1注入工程であって、前記化合物半導体基板の厚み方向における中央部(50)よりも前記第1表面側に前記ドーパントの密度のピーク(P1)が形成されるように前記ドーパントを注入する第1注入工程と、
前記化合物半導体基板に対して前記第1表面側から不活性不純物を注入することによって前記化合物半導体基板内に結晶欠陥を形成する第2注入工程であって、前記化合物半導体基板の前記中央部よりも前記第2表面側に前記結晶欠陥の密度のピーク(P2)が形成されるように前記不活性不純物を注入する第2注入工程、
を有し、
前記第1表面が凸となる反りを正の値として前記化合物半導体基板の反り量を定義したときに、前記第1注入工程において前記反り量が増加し、前記第2注入工程において前記反り量が減少する、
製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device (10), comprising:
An n-type or p-type dopant is implanted from the first surface side into a compound semiconductor substrate (12) having a first surface (12a) and a second surface (12b) located on the back side of the first surface. In the first implantation step, the dopant is implanted so that a density peak (P1) of the dopant is formed closer to the first surface than the center (50) in the thickness direction of the compound semiconductor substrate. 1 injection step,
a second implantation step of forming crystal defects in the compound semiconductor substrate by implanting an inert impurity into the compound semiconductor substrate from the first surface side, the second implantation step forming crystal defects in the compound semiconductor substrate from the central portion of the compound semiconductor substrate; a second implantation step of implanting the inert impurity so that a peak (P2) of the crystal defect density is formed on the second surface side;
has
When the amount of warpage of the compound semiconductor substrate is defined by taking the warpage in which the first surface becomes convex as a positive value, the amount of warpage increases in the first implantation step, and the amount of warpage increases in the second implantation step. Decrease,
Production method.
The manufacturing method according to claim 1, wherein the second injection step is performed after the first injection step.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022089473A JP2023176902A (en) | 2022-06-01 | 2022-06-01 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022089473A JP2023176902A (en) | 2022-06-01 | 2022-06-01 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023176902A true JP2023176902A (en) | 2023-12-13 |
Family
ID=89122258
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022089473A Pending JP2023176902A (en) | 2022-06-01 | 2022-06-01 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023176902A (en) |
-
2022
- 2022-06-01 JP JP2022089473A patent/JP2023176902A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10629678B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
JP5594336B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US20130075783A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP6078961B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP6880669B2 (en) | Silicon Carbide Semiconductor Device and Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device | |
US20160365250A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device | |
JP5742962B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US9577081B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2018521503A (en) | Method for manufacturing edge terminations of silicon carbide power semiconductor devices | |
US20190198607A1 (en) | Semiconductor device, and manufacturing method for same | |
US20160027867A1 (en) | Semiconductor device | |
JP2018082007A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
KR101318219B1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
TWI701835B (en) | High electron mobility transistor | |
JP2013247248A (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
JP3801091B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US20020195651A1 (en) | Metal oxide semiconductor transistor and manufacturing method for the same | |
CN109427563B (en) | Silicon carbide device and method for manufacturing silicon carbide device | |
JP5992216B2 (en) | Bipolar punch-through semiconductor device and method for manufacturing such a semiconductor device | |
JP6961088B2 (en) | Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices | |
US20220406614A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing thereof | |
JP2023176902A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
US20160005843A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US20150102361A1 (en) | Semiconductor devices in sic using vias through n-type substrate for backside contact to p-type layer | |
CN113892189A (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |