JP2023182011A - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、炭化珪素半導体装置及び炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
半導体Siウェハの表面からスクライブラインに対し異方性エッチングを行って段差を形成し、その後に半導体Siウェハの裏面全体に対して段差まで等方性エッチングを行う半導体Siウェハのチップ化方法が開示されている(例えば、特許文献1)。 Disclosed is a method for converting a semiconductor Si wafer into chips, in which steps are formed by performing anisotropic etching on the scribe line from the front surface of the semiconductor Si wafer, and then isotropic etching is performed on the entire back surface of the semiconductor Si wafer up to the steps. (For example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の方法に準じて炭化珪素半導体装置を製造すると、端面を経由して表面と裏面との間をリーク電流が流れるおそれがある。
When a silicon carbide semiconductor device is manufactured according to the method described in
本開示は、端面を経由して表面と裏面との間を流れるリーク電流を低減できる炭化珪素半導体装置及び炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that can reduce leakage current flowing between the front surface and the back surface via an end surface.
本開示の炭化珪素半導体装置は、第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有する炭化珪素基板を備え、前記炭化珪素基板は、前記第1主面と前記第2主面とをつなぐ端面を有し、前記端面は、前記第2主面との境界から連続し、前記第2主面に対して傾斜した傾斜面を含む。 A silicon carbide semiconductor device of the present disclosure includes a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and the silicon carbide substrate has the first main surface and the second main surface opposite to the first main surface. It has an end surface that connects to the second main surface, and the end surface includes an inclined surface that is continuous from the boundary with the second main surface and is inclined with respect to the second main surface.
本開示によれば、端面を経由して表面と裏面との間を流れるリーク電流を低減できる。 According to the present disclosure, leakage current flowing between the front surface and the back surface via the end surface can be reduced.
実施するための形態について、以下に説明する。 The embodiment will be described below.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、"-"(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
[Description of embodiments of the present disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described. In the following description, the same or corresponding elements are given the same reference numerals, and the same description will not be repeated. In the crystallographic descriptions in this specification, individual orientations are indicated by [], collective orientations are indicated by <>, individual planes are indicated by (), and collective planes are indicated by {}, respectively. Also, the fact that the crystallographic index is negative is usually expressed by putting a "-" (bar) above the number, but in this specification, a negative sign is shown in front of the number. There is.
〔1〕 本開示の一態様に係る炭化珪素半導体装置は、第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有する炭化珪素基板を備え、前記炭化珪素基板は、前記第1主面と前記第2主面とをつなぐ端面を有し、前記端面は、前記第2主面との境界から連続し、前記第2主面に対して傾斜した傾斜面を含む。 [1] A silicon carbide semiconductor device according to one aspect of the present disclosure includes a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and the silicon carbide substrate includes: It has an end surface that connects the first main surface and the second main surface, and the end surface includes an inclined surface that is continuous from the boundary with the second main surface and is inclined with respect to the second main surface.
炭化珪素はシリコンと比較して高い耐圧を得ることができるため、炭化珪素半導体装置はシリコン系半導体装置よりも薄くできる。その一方で、薄い炭化珪素半導体装置では2つの主面の間の距離が短く、2つの主面の間でリーク電流が流れるおそれがある。これに対し、本開示の一態様に係る炭化珪素半導体装置では、端面に傾斜面が含まれているため、端面が第1主面、第2主面に垂直になっている場合よりもリーク電流が流れる経路を長くできる。従って、端面を経路として第1主面と第2主面との間を流れるリーク電流を低減できる。 Since silicon carbide can obtain a higher breakdown voltage than silicon, silicon carbide semiconductor devices can be made thinner than silicon-based semiconductor devices. On the other hand, in a thin silicon carbide semiconductor device, the distance between the two main surfaces is short, and a leakage current may flow between the two main surfaces. On the other hand, in the silicon carbide semiconductor device according to one aspect of the present disclosure, since the end face includes the inclined surface, the leakage current is lower than when the end face is perpendicular to the first main surface and the second main surface. The path through which the water flows can be lengthened. Therefore, the leakage current flowing between the first main surface and the second main surface using the end surface as a path can be reduced.
〔2〕 〔1〕において、前記炭化珪素基板は、前記第2主面を含む炭化珪素単結晶基板と、前記第1主面を含む炭化珪素エピタキシャル層と、を有してもよい。この場合、炭化珪素エピタキシャル層の結晶性が良好であり、優れた特性を得やすい。 [2] In [1], the silicon carbide substrate may include a silicon carbide single crystal substrate including the second main surface and a silicon carbide epitaxial layer including the first main surface. In this case, the silicon carbide epitaxial layer has good crystallinity, making it easy to obtain excellent characteristics.
〔3〕 〔1〕又は〔2〕において、前記傾斜面は、前記第2主面側ほど広がるように傾斜していてもよい。この場合、第2主面がはんだを用いて導電層等に接続されると、はんだが傾斜面にせり上がりやすく、良好な接合強度を得やすい。また、トランスファモールドにより炭化珪素半導体装置を封止する場合に、端面の近傍から気泡を排出させやすく、気泡の残留に伴う実装不良を抑制しやすい。 [3] In [1] or [2], the inclined surface may be inclined so as to become wider toward the second main surface. In this case, when the second main surface is connected to the conductive layer or the like using solder, the solder tends to rise up the slope, making it easy to obtain good bonding strength. Further, when sealing a silicon carbide semiconductor device by transfer molding, air bubbles can be easily discharged from the vicinity of the end face, and mounting defects due to residual air bubbles can be easily suppressed.
〔4〕 〔1〕又は〔2〕において、前記傾斜面は、前記第1主面側ほど広がるように傾斜していてもよい。この場合も、リーク電流の低減及び放熱性の向上の効果が得られる。 [4] In [1] or [2], the inclined surface may be inclined so as to become wider toward the first main surface. In this case as well, the effects of reducing leakage current and improving heat dissipation can be obtained.
〔5〕 〔3〕又は〔4〕において、前記傾斜面と前記第2主面とのなす角度は、50°以上65°以下であってもよい。この場合、傾斜面に良好な結晶性を得やすい。 [5] In [3] or [4], the angle between the inclined surface and the second main surface may be 50° or more and 65° or less. In this case, it is easy to obtain good crystallinity on the inclined surface.
〔6〕 〔1〕~〔5〕において、前記傾斜面は、{0-33-8}面を含んでもよい。この場合、傾斜面に良好な結晶性を得やすい。 [6] In [1] to [5], the inclined surface may include a {0-33-8} plane. In this case, it is easy to obtain good crystallinity on the inclined surface.
〔7〕 〔1〕~〔6〕において、前記傾斜面の一辺100nmの正方形領域内における表面粗さはRMSで1.0nm以下であってもよい。この場合、チッピングを抑制しやすい。 [7] In [1] to [6], the surface roughness within a square region of 100 nm on a side of the inclined surface may be 1.0 nm or less in RMS. In this case, chipping can be easily suppressed.
〔8〕 〔1〕~〔7〕において、前記第1主面に垂直な方向から平面視したときに、前記第2主面は、少なくとも1つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状を有してもよい。この場合、平面形状における隅部での応力集中を緩和しやすい。 [8] In [1] to [7], when viewed in plan from a direction perpendicular to the first principal surface, the second principal surface has a planar shape of a rounded rectangle with at least one rounded corner. May have. In this case, stress concentration at corners of the planar shape can be easily alleviated.
〔9〕 本開示の他の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、第1主面と、前記第1主面と反対側の第3主面とを有し、前記第1主面にダイシングラインを備えた炭化珪素ウェハを準備する工程と、前記ダイシングラインに対してハロゲンガスを含む雰囲気で熱エッチングを行って前記ダイシングラインに溝を形成する工程と、前記炭化珪素ウェハを前記第3主面から薄化して前記炭化珪素ウェハを個片化する工程と、を有する。 [9] A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to another aspect of the present disclosure includes a first main surface and a third main surface opposite to the first main surface, the first main surface a step of preparing a silicon carbide wafer with dicing lines, a step of thermally etching the dicing lines in an atmosphere containing halogen gas to form grooves in the dicing lines, and and a step of dividing the silicon carbide wafer into pieces by thinning it from three main surfaces.
本開示の他の一態様に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、請求項1に記載の傾斜面を容易に形成できる。
According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to another aspect of the present disclosure, the inclined surface according to
〔10〕 〔9〕において、前記炭化珪素ウェハを個片化する工程は、前記炭化珪素ウェハを前記第3主面側から研削する工程を有してもよい。この場合、溝の形成後に研削が行われるため、炭化珪素ウェハにかかる圧力を分散しやすい。 [10] In [9], the step of dividing the silicon carbide wafer into pieces may include the step of grinding the silicon carbide wafer from the third main surface side. In this case, since the grinding is performed after the grooves are formed, it is easy to disperse the pressure applied to the silicon carbide wafer.
〔11〕 〔9〕又は〔10〕において、前記炭化珪素ウェハを準備する工程は、前記第3主面を含む炭化珪素単結晶基板の上に、前記第1主面を含む炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程を有してもよい。この場合、炭化珪素エピタキシャル層の結晶性が良好であり、優れた特性を得やすい。 [11] In [9] or [10], the step of preparing the silicon carbide wafer includes forming a silicon carbide epitaxial layer including the first main surface on a silicon carbide single crystal substrate including the third main surface. It may also include a step of forming. In this case, the silicon carbide epitaxial layer has good crystallinity, making it easy to obtain excellent properties.
〔12〕 〔9〕~〔11〕において、前記ダイシングラインに対して熱エッチングを行う工程は、前記第1主面の一部を覆う被覆部と、前記第1主面の残部を露出する開口部とを備えたエッチングマスクを前記第1主面の上に形成する工程を有し、前記第1主面に垂直な方向から平面視したときに、前記被覆部は、少なくとも1つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状を有してもよい。この場合、平面形状における隅部での応力集中を緩和しやすい。 [12] In [9] to [11], the step of thermally etching the dicing line includes forming a covering portion that covers a part of the first main surface and an opening that exposes the remainder of the first main surface. forming an etching mask on the first main surface, the covering part having at least one rounded corner when viewed in plan from a direction perpendicular to the first main surface. It may have a rectangular planar shape with rounded corners. In this case, stress concentration at corners of the planar shape can be easily alleviated.
[第1実施形態]
本開示の第1実施形態は、トランジスタを含む炭化珪素半導体装置に関する。図1は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置に含まれる炭化珪素基板の概要を示す平面図である。図2は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置に含まれる炭化珪素基板の概要を示す断面図である。図3は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置に含まれるトランジスタを示す断面図である。図2は、図1中のII-II線に沿った断面図に相当する。
[First embodiment]
A first embodiment of the present disclosure relates to a silicon carbide semiconductor device including a transistor. FIG. 1 is a plan view schematically showing a silicon carbide substrate included in a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a silicon carbide substrate included in the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a transistor included in the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
図1及び図2に示されるように、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置100は炭化珪素基板10を含み、炭化珪素基板10は、炭化珪素単結晶基板50と、炭化珪素単結晶基板50上にある炭化珪素エピタキシャル層40とを含む。炭化珪素基板10は、第1主面1と、第1主面1と反対側の第2主面2とを有する。炭化珪素エピタキシャル層40は第1主面1を構成し、炭化珪素単結晶基板50は第2主面2を構成する。炭化珪素単結晶基板50及び炭化珪素エピタキシャル層40は、例えばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板50は、例えば窒素(N)などのn型不純物を含みn型(第1導電型)を有する。炭化珪素基板10に半導体素子が形成されている。例えば、第1主面1と第2主面2との間の距離L1、すなわち炭化珪素基板10の厚さは、50μm以上200μm以下程度である。
As shown in FIGS. 1 and 2, a silicon
第1主面1は、{0001}面または{0001}面がオフ方向に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。好ましくは、第1主面1は、(000-1)面または(000-1)面がオフ方向に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。オフ方向は、例えば<11-20>方向であってもよいし、<1-100>方向であってもよい。オフ角は、例えば1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。
The first
図1に示されるように、例えば、炭化珪素基板10は矩形状の平面形状を有する。すなわち、炭化珪素基板10の平面形状は、第1方向に平行に延びる2辺と、第1方向に垂直な第2方向に延びる2辺とを備える。図2に示されるように、炭化珪素基板10は、これら4辺に相当する位置のそれぞれに第1主面1と第2主面2とをつなぐ端面20を有する。端面20は、第2主面2との境界から連続し、第2主面2に対して傾斜した傾斜面21を有する。本実施形態では、第1主面1に垂直な方向から平面視したときに、第1主面1の輪郭が第2主面2の輪郭の内側にある。傾斜面21は、第2主面2側ほど広がるように傾斜している。すなわち、傾斜面21は、第1主面1に近づくほど、第1主面1の内側に入るように傾斜している。傾斜面21と第2主面2とのなす角度θ1は、例えば50°以上65°以下である。角度θ1は、例えば55°以上であってもよい。角度θ1は、例えば60°以下であってもよい。傾斜面21は、好ましくは、{0-33-8}面を有する。角度θ1が50°以上65°以下であると、傾斜面21に良好な結晶性を得やすい。
As shown in FIG. 1, for example,
4つの傾斜面21の間で角度θ1が共通していなくてもよい。例えば、第1方向に平行な辺に相当する位置に設けられた2つの傾斜面21が{0-33-8}面を有し、第2方向に平行な辺に相当する位置に設けられた2つの傾斜面21が{0-33-8}面とは異なる結晶面を有してもよい。傾斜面21が{0-33-8}面を有していると、傾斜面21に良好な結晶面を得やすい。
The angle θ1 may not be the same among the four
端面20が、第1主面1との境界から連続する面23と、傾斜面21と面23とをつなぐ面22とを有してもよい。例えば、面23は、第1主面1に対して実質的な垂直であってもよく、面22は、第1主面1及び第2主面2に実質的に平行であってもよい。例えば、第1主面1と面22との間の距離L2は、0.5μm以上1.0μm以下程度であり、距離L1と比べると極めて小さい。
The
本実施形態では、炭化珪素基板10に半導体素子の一例としてMOSFETが形成されている。図3に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層40は、ドリフト領域11と、ボディ領域12と、ソース領域13と、コンタクト領域18とを主に有する。
In this embodiment, a MOSFET is formed on
ドリフト領域11は、例えば窒素またはリン(P)などのn型不純物が添加されていることでn型を有する。ドリフト領域11へのn型不純物の添加は、イオン注入によってではなく、ドリフト領域11のエピタキシャル成長時の不純物添加によって行われていることが好ましい。
The
ボディ領域12はドリフト領域11上に設けられている。ボディ領域12は、例えばアルミニウム(Al)などのp型不純物が添加されていることでp型(第2導電型)を有する。
ソース領域13は、ボディ領域12によってドリフト領域11から隔てられるようにボディ領域12上に設けられている。ソース領域13は、例えば窒素またはリンなどのn型不純物が添加されていることでn型を有する。ソース領域13は、第1主面1を構成している。
コンタクト領域18は、例えばアルミニウムなどのp型不純物が添加されていることでp型を有する。コンタクト領域18は、第1主面1を構成する。コンタクト領域18は、ソース領域13を貫通し、ボディ領域12に接する。
The
第1主面1には、複数のゲートトレンチ5が設けられている。ゲートトレンチ5は、例えば第1主面1に平行な第1方向に延びており、複数のゲートトレンチ5が第2方向に並んでいる。ゲートトレンチ5は、ドリフト領域11からなる底面4を有する。ゲートトレンチ5は、コンタクト領域18、ソース領域13及びボディ領域12を貫通して底面4に連なる側面3を有する。底面4は、例えば第2主面2と平行な平面である。底面4を含む平面に対する側面3の角度は、例えば50°以上65°以下である。この角度は、例えば55°以上であってもよい。この角度は、例えば60°以下であってもよい。側面3は、好ましくは、{0-33-8}面を有する。{0-33-8}面は、優れた移動度が得られる結晶面である。
A plurality of
側面3及び底面4に接するゲート絶縁膜81が設けられている。ゲート絶縁膜81は、例えば酸化膜である。ゲート絶縁膜81は、例えば二酸化珪素を含む材料により構成されている。ゲート絶縁膜81は、底面4においてドリフト領域11と接する。ゲート絶縁膜81は、側面3においてソース領域13、ボディ領域12及びドリフト領域11の各々と接している。ゲート絶縁膜81は、第1主面1においてソース領域13と接していてもよい。
A
ゲート絶縁膜81上にゲート電極82が設けられている。ゲート電極82は、例えば導電性不純物を含むポリシリコン(ポリSi)から構成されている。ゲート電極82は、ゲートトレンチ5の内部に配置されている。
A
ゲート電極82及びゲート絶縁膜81に接する層間絶縁膜83が設けられている。層間絶縁膜83は、例えば二酸化珪素を含む材料から構成されている。層間絶縁膜83は、ゲート電極82とソース電極60とを電気的に絶縁している。
An interlayer insulating
層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81には、第2方向に一定の間隔でコンタクトホール90が形成されている。コンタクトホール90は、第2方向で隣り合うコンタクトホール90の間にゲートトレンチ5が位置するように設けられている。コンタクトホール90は、第1方向に延びる。コンタクトホール90を通じて、ソース領域13及びコンタクト領域18が層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81から露出している。
Contact holes 90 are formed in the
第1主面1に接するソース電極60が設けられている。ソース電極60は、コンタクトホール90内に設けられたコンタクト電極61と、ソース配線62とを有する。コンタクト電極61は、第1主面1において、ソース領域13及びコンタクト領域18に接している。コンタクト電極61は、例えばニッケルシリサイド(NiSi)を含む材料から構成されている。コンタクト電極61が、チタン(Ti)と、Alと、Siとを含む材料から構成されていてもよい。コンタクト電極61は、ソース領域13及びコンタクト領域18とオーミック接合している。ソース配線62は、例えばAlを含む材料から構成されている。
A
ソース配線62の上面を覆うパッシベーション膜85が設けられている。パッシベーション膜85は、ソース配線62と接している。パッシベーション膜85は、例えばポリイミドを含む材料から構成されている。
A passivation film 85 is provided to cover the upper surface of the
第2主面2に接するドレイン電極70が設けられている。ドレイン電極70は、第2主面2において炭化珪素単結晶基板50と接している。ドレイン電極70は、ドリフト領域11と電気的に接続されている。ドレイン電極70は、例えばNiSiを含む材料から構成されている。ドレイン電極70がTiと、Alと、Siとを含む材料から構成されていてもよい。ドレイン電極70は、炭化珪素単結晶基板50とオーミック接合している。
A
本実施形態では、端面20に傾斜面21が含まれているため、端面20が第1主面1及び第2主面2に垂直になっている場合よりもリーク電流が流れる経路を長くできる。従って、端面20を経路として第1主面1と第2主面2との間を流れるリーク電流を低減できる。また、端面20が第1主面1及び第2主面2に垂直になっている場合よりも端面20の面積が大きくなるため、放熱性を向上できる。
In this embodiment, since the
また、炭化珪素基板10が、第2主面2を含む炭化珪素単結晶基板50と、第1主面1を含む炭化珪素エピタキシャル層40とを有する。つまり、炭化珪素基板10は、いわゆるエピタキシャル基板である。このため、炭化珪素エピタキシャル層の結晶性が良好であり、優れた特性を得やすい。
Further,
また、傾斜面21が第2主面2側ほど広がるように傾斜している。このため、絶縁基板の表面に形成された導電層等にはんだを介してドレイン電極70が接続される場合、溶融したはんだが傾斜面21にせり上がりやすく、ドレイン電極70と導電層等との間に良好な接合強度を得やすい。また、トランスファモールドにより炭化珪素半導体装置100を封止する場合に、端面20の近傍から気泡を排出させやすく、気泡の残留に伴う実装不良を抑制しやすい。
Further, the
傾斜面21の表面粗さは一辺100nmの正方形領域において算出するような微視的な範囲においてRMSで1.0nm以下であることが好ましく、0.8nm以下であることがより好ましい。炭化珪素半導体装置100におけるチッピングの抑制のためである。このような微視的な表面粗さは、例えば原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope:AFM)を用いて測定することができる。
The surface roughness of the
傾斜面21は{0-33-8}面を有していることが好ましいが、{0-33-8}面とは異なる炭化珪素の特定の結晶面を有してもよい。ここで、{0-33-8}面を有しているとは、傾斜面21の加工精度などを考慮して実質的に面方位が{0-33-8}とみなせるオフ角の範囲に傾斜面21の面方位が含まれていることを意味する。この場合のオフ角の範囲は、例えば{0-33-8}に対してオフ角が±2°の範囲である。
Although
例えば、傾斜面21のオフ方位と<01-10>方向とのなす角は5°以下となっていてもよい。これによりオフ方位がほぼ<01-10>方向となり、その結果、傾斜面21の面方位が{0-33-8}面に近くなる。傾斜面21の、<01-10>方向における{0-33-8}面に対するオフ角は-3°以上5°以下であってもよい。
For example, the angle formed between the off-direction of the
「<01-10>方向における{0-33-8}面に対するオフ角」とは、<01-10>方向及び<0001>方向を含む平面への傾斜面21の法線の正射影と、{0-33-8}面の法線とのなす角度である。当該角度の符号は、上記正射影が<01-10>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。
"Off angle with respect to the {0-33-8} plane in the <01-10> direction" means the orthogonal projection of the normal of the
なお、ゲートトレンチ5が垂直トレンチであってもよい。つまり、底面4を含む平面に対する側面3の角度が90°であってもよい。また、ゲートトレンチ5を含まないトランジスタが炭化珪素基板10に形成されていてもよい。また、炭化珪素基板10に形成される半導体素子はMOSFET等のトランジスタに限定されず、ショットキーバリアダイオード等の他の半導体素子が炭化珪素基板10に形成されていてもよい。
Note that the
次に、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置100の製造方法について説明する。図4は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図5~図7は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す平面図である。図8~図26は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す断面図である。図17~図26は、図3に示す断面の変化を示す。
Next, a method for manufacturing silicon
まず、工程S1において、図8及び図17に示されるように、炭化珪素単結晶基板50が準備される。例えば昇華法によって製造された炭化珪素インゴット(図示せず)がスライスされることにより、炭化珪素単結晶基板50が準備される。炭化珪素単結晶基板50上にバッファ層(図示せず)が形成されてもよい。バッファ層は、例えば原料ガスとしてシラン(SiH4)とプロパン(C3H8)との混合ガスを用い、キャリアガスとして例えば水素(H2)を用いた化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法により形成することができる。バッファ層のエピタキシャル成長の際に、例えば窒素などのn型不純物がバッファ層に導入されてもよい。
First, in step S1, as shown in FIGS. 8 and 17, silicon carbide
次に、炭化珪素単結晶基板50上に炭化珪素エピタキシャル層40が形成される。例えば原料ガスとしてシランとプロパンとの混合ガスを用い、キャリアガスとして例えば水素を用いたCVD法により、炭化珪素単結晶基板50上に炭化珪素エピタキシャル層40が形成される。炭化珪素エピタキシャル層40の際、例えば窒素などのn型不純物が炭化珪素エピタキシャル層40に導入される。炭化珪素エピタキシャル層40は、n型の導電型を有する。このようにして、炭化珪素単結晶基板50及び炭化珪素エピタキシャル層40を備えた炭化珪素ウェハ51が準備される。炭化珪素ウェハ51は、第1主面1と、第1主面1とは反対側の第3主面55とを有する。例えば、第1主面1と第3主面55との間の距離L3、すなわち炭化珪素ウェハ51の厚さは、炭化珪素半導体装置100の厚さよりも大きく、例えば350μm以上500μm以下程度である。
Next, silicon
次に、工程S2において、第1主面1にマーカ91が形成される。マーカ91の形成では、まず、図5に示されるように、炭化珪素ウェハ51の第1主面1に、炭化珪素半導体装置100を形成する予定のチップ領域52と、隣り合うチップ領域52とを分離するダイシングライン53とが設定される。例えば、ダイシングライン53は、第1方向及び第2方向に延びる。次いで、図8に示されるように、例えばフォトレジストをエッチングマスクとして用い、炭化珪素エピタキシャル層40のエッチングが行われる。エッチングの方法としては、例えば反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)、特に誘導結合プラズマ(Inductive Coupled Plasma:ICP)RIEを用いることができる。具体的には、例えば反応ガスとしてSF6またはSF6とO2との混合ガスを用いたICP-RIEを用いることができる。例えば、マーカ91の幅は10μm程度であり、深さは距離L2と等しく、0.5μm以上1.0μm以下程度である。
Next, in step S2,
次に、工程S3において、図18に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層40へのイオン注入が行われる。例えば、イオン注入により、ボディ領域12、ソース領域13及びコンタクト領域18が形成される。炭化珪素エピタキシャル層40の残部がドリフト領域11として機能する。ボディ領域12又はコンタクト領域18を形成するためのイオン注入においては、例えばアルミニウム(Al)などのp型不純物がイオン注入される。ソース領域13を形成するためのイオン注入においては、例えばリン(P)などのn型不純物がイオン注入される。
Next, in step S3, as shown in FIG. 18, ion implantation into silicon
次に、工程S4において、図9に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層40の表面の熱酸化を行うことにより、炭化珪素エピタキシャル層40の表面に絶縁膜92を形成する。絶縁膜92は、例えば二酸化珪素を含む材料から構成される。
Next, in step S4, as shown in FIG. 9, an insulating
次に、工程S5において、図6及び図10に示されるように、絶縁膜92にマーカ91の底面を部分的に露出する開口部92Xを形成する。開口部92Xの形成では、例えばフォトレジストをエッチングマスクとして用いた絶縁膜92のドライエッチングを行う。絶縁膜92から、第1主面1の一部を覆う被覆部92Yと、第1主面1の残部を露出する開口部92Xとを備えたエッチングマスク92Zが形成される。被覆部92Yは、第1主面1に垂直な方向から平面視したときに、長方形状の平面形状を有する。
Next, in step S5, as shown in FIGS. 6 and 10, an
次に、工程S6において、図6及び図11に示されるように、エッチングマスク92Zを用いて、平面視でマーカ91の内側に、ダイシング溝95が形成される。ダイシング溝95の形成では、まず、開口部92Xにおいて、ICP-RIE等のRIEにより炭化珪素ウェハ51の一部がエッチングにより除去される。具体的には、例えば反応ガスとしてSF6またはSF6とO2との混合ガスを用いたICP-RIEを用いることができる。このようなエッチングにより、側面が第1主面1に対してほぼ垂直な内面を有する凹部を形成することができる。次いで、エッチングマスク92Zを用いて、炭化珪素ウェハ51に対して、凹部の内面において熱エッチングが行われる。熱エッチングは、例えば、少なくとも1種類以上のハロゲン原子を有するハロゲン系の反応性ガスを含む雰囲気中で、炭化珪素ウェハ51を加熱することによって行い得る。少なくとも1種類以上のハロゲン原子は、塩素(Cl)原子及びフッ素(F)原子の少なくともいずれかを含む。この雰囲気は、例えば、Cl2、BCL3、SF6、またはCF4である。例えば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、例えば700℃以上1000℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスは、塩素ガスと酸素ガスとに加えてキャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、例えば窒素(N2)ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。そして、上述のように熱処理温度を700℃以上1000℃以下とした場合、SiCのエッチング速度は例えば約70μm/時になる。エッチングマスクとして用いられる二酸化珪素を含む材料から構成される絶縁膜92は、炭化珪素に対する選択比が極めて大きいため、炭化珪素のエッチング中に実質的にエッチングされない。
Next, in step S6, as shown in FIGS. 6 and 11, a dicing
上記の熱エッチングにより炭化珪素ウェハ51に、側面93と、底面94とを有するダイシング溝95が形成される。ダイシング溝95の形成の際、炭化珪素ウェハ51は、開口部92Xからサイドエッチングされるようにエッチングされる。また、熱エッチングの際、エッチング速度の最も遅い結晶面である{0-33-8}面がダイシング溝95の側面93として自己形成される。例えば、ダイシング溝95の底面94とマーカ91の底面との間の距離L4は、例えば50μm以上200μm以下程度である。第1主面1とダイシング溝95の底面94と間の距離は、距離L2と距離L4との和に等しく、製造しようとする炭化珪素半導体装置100における第1主面1と第2主面2との間の距離L2よりも大きくする。
Dicing
次に、工程S7において、図12に示されるように、エッチングマスク92Zが第1主面1から除去される。
Next, in step S7, the
次に、工程S8において、イオン注入により添加された不純物を活性化するための活性化熱処理が行われる。この熱処理の温度は、好ましくは1500℃以上1900℃以下であり、例えば1700℃程度である。熱処理の時間は、例えば30分程度である。熱処理の雰囲気は、好ましくは不活性ガス雰囲気であり、例えばAr雰囲気である。 Next, in step S8, activation heat treatment is performed to activate the impurities added by ion implantation. The temperature of this heat treatment is preferably 1500°C or more and 1900°C or less, for example about 1700°C. The heat treatment time is, for example, about 30 minutes. The atmosphere for the heat treatment is preferably an inert gas atmosphere, for example an Ar atmosphere.
次に、工程S9において、図19に示されるように、炭化珪素ウェハ51にゲートトレンチ5が形成される。ゲートトレンチ5は、ダイシング溝95と同様に、開口部が形成された二酸化珪素を含む材料から構成される絶縁膜をエッチングマスクとした、RIE及び熱エッチングにより形成できる。熱エッチングの際、{0-33-8}面が側面3として自己形成される。
Next, in step S9,
次に、工程S10において、図20に示されるように、ゲート絶縁膜81が形成される。例えば炭化珪素ウェハ51を熱酸化することにより、ソース領域13と、ボディ領域12と、ドリフト領域11と、コンタクト領域18とに接するゲート絶縁膜81が形成される。具体的には、炭化珪素ウェハ51が、酸素を含む雰囲気中において、例えば1300℃以上1400℃以下の温度で加熱される。これにより、第1主面1と、側面3及び底面4に接するゲート絶縁膜81が形成される。なお、ゲート絶縁膜81が熱酸化により形成された場合、厳密には、炭化珪素ウェハ51の一部がゲート絶縁膜81に取り込まれる。このため、以降の処理では、熱酸化後のゲート絶縁膜81と炭化珪素ウェハ51との間の界面に第1主面1、側面3及び底面4が若干移動したものとする。
Next, in step S10, as shown in FIG. 20, a
次に、一酸化窒素(NO)ガス雰囲気中において炭化珪素ウェハ51に対して熱処理(NOアニール)が行われてもよい。NOアニールにおいて、炭化珪素ウェハ51が、例えば1100℃以上1400℃以下の条件下で1時間程度保持される。これにより、ゲート絶縁膜81とボディ領域12との界面領域に窒素原子が導入される。その結果、界面領域における界面準位の形成が抑制されることで、チャネル移動度を向上させることができる。
Next, heat treatment (NO annealing) may be performed on
次に、工程S11において、図21に示されるように、ゲート電極82が形成される。ゲート電極82は、ゲート絶縁膜81上に形成される。ゲート電極82は、例えば減圧CVD(Low Pressure - Chemical Vapor Deposition:LP-CVD)法により形成される。ゲート電極82は、ソース領域13と、ボディ領域12と、ドリフト領域11との各々に対面するように形成される。
Next, in step S11, a
次に、工程S12において、図22に示されるように、層間絶縁膜83が形成される。具体的には、ゲート電極82を覆い、かつゲート絶縁膜81と接するように層間絶縁膜83が形成される。層間絶縁膜83は、例えば、CVD法により形成される。層間絶縁膜83は、例えば二酸化珪素を含む材料から構成される。層間絶縁膜83の一部は、ゲートトレンチ5の内部に形成されてもよい。
Next, in step S12, as shown in FIG. 22, an
次に、工程S13において、図23に示されるように、層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81のエッチングが行われることで、層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81にコンタクトホール90が形成される。この結果、ソース領域13及びコンタクト領域18が層間絶縁膜83及びゲート絶縁膜81から露出する。次に、第1主面1においてソース領域13及びコンタクト領域18に接するコンタクト電極61用の金属膜(図示せず)が形成される。コンタクト電極61用の金属膜は、例えばスパッタリング法により形成される。コンタクト電極61用の金属膜は、例えばNiを含む材料から構成される。次に、合金化アニールが実施される。コンタクト電極61用の金属膜が、例えば900℃以上1100℃以下の温度で5分程度保持される。これにより、コンタクト電極61用の金属膜の少なくとも一部が、炭化珪素ウェハ51が含む珪素と反応してシリサイド化する。これにより、ソース領域13及びコンタクト領域18とオーミック接合するコンタクト電極61が形成される。コンタクト電極61が、Tiと、Alと、Siとを含む材料から構成されてもよい。
Next, in step S13, as shown in FIG. 23, the
次に、工程S14において、図24に示されるように、ソース配線62が形成される。具体的には、コンタクト電極61及び層間絶縁膜83を覆うソース配線62が形成される。ソース配線62は、例えばスパッタリング法による成膜及びRIEにより形成される。ソース配線62は、例えばアルミニウムを含む材料から構成される。このようにして、コンタクト電極61とソース配線62とを有するソース電極60が形成される。
Next, in step S14, as shown in FIG. 24,
次に、工程S15において、図25に示されるように、パッシベーション膜85が形成される。具体的には、ソース配線62を覆うパッシベーション膜85が形成される。パッシベーション膜85は、例えばポリイミドを含む材料から構成される。パッシベーション膜85は、例えば塗布法により形成される。パッシベーション膜85をプラズマCVD法により形成してもよい。
Next, in step S15, a passivation film 85 is formed as shown in FIG. Specifically, a passivation film 85 covering the
次に、工程S16において、図13に示されるように、パッシベーション膜85の上に接着テープ96が貼り付けられる。なお、図13~図16では、炭化珪素ウェハ51の第1主面1の上に形成されているパッシベーション膜85等の図示を省略してある。
Next, in step S16, as shown in FIG. 13, an
次に、工程S17において、炭化珪素ウェハ51のバックグラインドが行われる。具体的には、炭化珪素ウェハ51が第3主面55側から研削により薄化される。炭化珪素ウェハ51の研磨は、炭化珪素ウェハ51の厚さが、炭化珪素半導体装置100における第1主面1と第2主面2との間の距離L2に等しくなるまで行う。第1主面1とダイシング溝95の底面94と間の距離が第1主面1と第2主面2との間の距離L2よりも大きいため、第3主面55の研磨の結果、図7及び図14に示されるように、炭化珪素ウェハ51がチップ領域52毎に個片化される。この結果、チップ領域52毎に、第1主面1と第2主面2とを備えた炭化珪素基板10が形成される。
Next, in step S17, back grinding of
次に、工程S18において、図15及び図26に示されるように、第2主面2において炭化珪素単結晶基板50に接するドレイン電極70が形成される。このようにして、各チップ領域52に炭化珪素半導体装置100が形成される。ダイシング溝95の側面3が傾斜面21となり、マーカ91の側面が面23となり、マーカ91の底面が面22となる。
Next, in step S18, as shown in FIGS. 15 and 26,
次に、工程S19において、図16に示されるように、接着テープ96が炭化珪素半導体装置100から剥離される。
Next, in step S19,
このようにして、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置100が完成する。
In this way, silicon
この製造方法では、ダイシングライン53に対してハロゲンガスを含む雰囲気で熱エッチングを行ってダイシングライン53にダイシング溝95を形成し、炭化珪素ウェハ51を第3主面55側から薄化して炭化珪素ウェハ51を個片化している。このため、ダイシング溝95の側面93を第3主面55に対して傾斜した傾斜面とすることができ、この傾斜面が傾斜面21となる。従って、傾斜面21を備えた端面20を容易に形成できる。
In this manufacturing method, dicing
また、傾斜面21が熱エッチングにより形成されるため、傾斜面21及びその近傍には機械的なダメージが生じにくく、チッピング等の欠陥が生じにくい。従って、炭化珪素半導体装置100の機械的強度が高く、信頼性を向上できる。例えば、傾斜面21の表面粗さを、一辺100nmの正方形領域において算出するような微視的な範囲においてRMSで1.0nm以下としやすい。
Furthermore, since the
また、第3主面55側からの研削の進行に伴って炭化珪素ウェハ51がチップ領域52毎に個片化される。このため、バックグラインドの後にダイサー等を用いてウェハを個片化する場合と比較して、炭化珪素基板10に作用する圧力を分散でき、機械加工時の割れを低減できる。
Furthermore, as the grinding progresses from the third
なお、熱エッチングは、傾斜面21が{0-33-8}面となる前に停止してもよい。つまり、傾斜面21が{0-33-8}面となっていなくてもよい。
Note that the thermal etching may be stopped before the
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、主に外形の点で第1実施形態と相違する。図27は、第2実施形態に係る炭化珪素半導体装置に含まれる炭化珪素基板の概要を示す平面図である。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment mainly in the external shape. FIG. 27 is a plan view schematically showing a silicon carbide substrate included in the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment.
図27に示されるように、第2実施形態に係る炭化珪素半導体装置200では、第1主面1に垂直な方向から平面視したときに、第2主面2が、4つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状を有する。第1主面1に垂直な方向から平面視したときに、第1主面1が、4つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状を有してもよい。
As shown in FIG. 27, in silicon
他の構成は第1実施形態と同様である。 The other configurations are the same as in the first embodiment.
第2実施形態によっても第1実施形態と同様の効果が得られる。また、第2実施形態では、第2主面2が4つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状を有するため、第2主面2の近傍において4隅でのチッピングをより抑制できる。更に、第1主面1が4つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状を有すれば、第1主面1の近傍において4隅でのチッピングをより抑制できる。また、4隅における応力の集中を緩和し、応力集中に伴うクラックを抑制できる。また、トランスファモールドにより炭化珪素半導体装置100を封止する場合に、端面20の近傍から気泡をより排出させやすく、気泡の残留に伴う実装不良をより抑制しやすい。
The second embodiment also provides the same effects as the first embodiment. Further, in the second embodiment, since the second
次に、第2実施形態に係る炭化珪素半導体装置200の製造方法について説明する。図28~図29は、第2実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示す平面図である。
Next, a method for manufacturing silicon
まず、第1実施形態と同様にして、炭化珪素ウェハ51の準備(工程S1)から絶縁膜92の形成(工程S4)までの処理が行われる。次いで、図28に示されるように、絶縁膜92にマーカ91の底面を部分的に露出する開口部292Xを形成する。開口部292Xの形成では、例えばフォトレジストをエッチングマスクとして用いた絶縁膜292のドライエッチングを行う。絶縁膜92から、第1主面1の一部を覆う被覆部292Yと、第1主面1の残部を露出する開口部292Xとを備えたエッチングマスク292Zが形成される。被覆部292Yは、第1主面1に垂直な方向から平面視したときに、4つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状を有する。
First, in the same manner as in the first embodiment, processes from preparing silicon carbide wafer 51 (step S1) to forming insulating film 92 (step S4) are performed. Next, as shown in FIG. 28, an
次に、エッチングマスク292Zを用いて、平面視でマーカ91の内側に、ダイシング溝295が形成される。ダイシング溝295は、ダイシング溝95と同様に、エッチングマスク292Zとした、RIE及び熱エッチングにより形成できる。次に、エッチングマスク292Zが第1主面1から除去される。
Next, a dicing
その後、第1実施形態と同様に、活性化熱処理(工程S8)から接着テープ96の剥離(工程S19)までの処理が行われる。 Thereafter, similar to the first embodiment, processes from activation heat treatment (step S8) to peeling of the adhesive tape 96 (step S19) are performed.
このようにして、第2実施形態に係る炭化珪素半導体装置200が完成する。
In this way, silicon
この製造方法によっても、第1実施形態と同様の効果が得られる。また、4つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状を有する被覆部292Yを含むエッチングマスク292Zを用いた熱エッチングを経てダイシング溝295が形成されるため、第2主面2の平面形状を、容易に4つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状とすることができる。また、第1主面1の平面形状を、容易に4つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状とすることもできる。
This manufacturing method also provides the same effects as the first embodiment. Furthermore, since the dicing
なお、4隅のすべてが角丸形状となっている必要はなく、1隅だけでも角丸形状となっていれば、当該隅において上記の効果が得られる。 Note that it is not necessary that all four corners have a rounded shape, and as long as only one corner has a rounded shape, the above effect can be obtained in that corner.
[変形例]
次に、第1実施形態の変形例について説明する。変形例は、主に外形の点で第1実施形態と相違する。図30は、第1実施形態の変形例に係る炭化珪素半導体装置に含まれる炭化珪素基板の概要を示す断面図である。
[Modified example]
Next, a modification of the first embodiment will be described. The modified example differs from the first embodiment mainly in the external shape. FIG. 30 is a cross-sectional view schematically showing a silicon carbide substrate included in a silicon carbide semiconductor device according to a modification of the first embodiment.
図30に示されるように、第1実施形態の変形例に係る炭化珪素半導体装置100Aでは、第1主面1に垂直な方向から平面視したときに、第1主面1の輪郭が第2主面2の輪郭の外側にある。傾斜面21は、第1主面1側ほど広がるように傾斜している。すなわち、傾斜面21は、第2主面2に近づくほど、第2主面2の内側に入るように傾斜している。傾斜面21と第2主面2とのなす角度θ2は、例えば50°以上65°以下である。角度θ2は、例えば55°以上であってもよい。角度θ2は、例えば60°以下であってもよい。傾斜面21は、好ましくは、{0-33-8}面を有する。
As shown in FIG. 30, in silicon
他の構成は第1実施形態と同様である。 The other configurations are the same as in the first embodiment.
第1実施形態の変形例に係る炭化珪素半導体装置100Aによっても、第1実施形態と同様に、端面20を経路として第1主面1と第2主面2との間を流れるリーク電流を低減でき、放熱性を向上できる。
Similarly to the first embodiment, the silicon
第2実施形態の変形例として、第1実施形態の変形例と同様に、傾斜面21が第1主面1側ほど広がるように傾斜していてもよい。
As a modification of the second embodiment, similarly to the modification of the first embodiment, the
以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, they are not limited to specific embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the claims.
1 第1主面
2 第2主面
3 側面
4 底面
5 ゲートトレンチ
10 炭化珪素基板
11 ドリフト領域
12 ボディ領域
13 ソース領域
18 コンタクト領域
20 端面
21 傾斜面
22、23 面
40 炭化珪素エピタキシャル層
50 炭化珪素単結晶基板
51 炭化珪素ウェハ
52 チップ領域
53 ダイシングライン
55 第3主面
60 ソース電極
61 コンタクト電極
62 ソース配線
70 ドレイン電極
81 ゲート絶縁膜
82 ゲート電極
83 層間絶縁膜
84 ゲートパッド
85 パッシベーション膜
90 コンタクトホール
91 マーカ
92、292 絶縁膜
92X、292X 開口部
92Y、292Y 被覆部
92Z、292Z エッチングマスク
93 側面
94 底面
95、295 ダイシング溝
96 接着テープ
100、100A、200 炭化珪素半導体装置
1 First
Claims (12)
前記炭化珪素基板は、前記第1主面と前記第2主面とをつなぐ端面を有し、
前記端面は、前記第2主面との境界から連続し、前記第2主面に対して傾斜した傾斜面を含む炭化珪素半導体装置。 comprising a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface,
The silicon carbide substrate has an end surface connecting the first main surface and the second main surface,
The end surface is a silicon carbide semiconductor device including an inclined surface continuous from a boundary with the second main surface and inclined with respect to the second main surface.
前記第2主面を含む炭化珪素単結晶基板と、
前記第1主面を含む炭化珪素エピタキシャル層と、
を有する請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide substrate is
a silicon carbide single crystal substrate including the second main surface;
a silicon carbide epitaxial layer including the first main surface;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記ダイシングラインに対してハロゲンガスを含む雰囲気で熱エッチングを行って前記ダイシングラインに溝を形成する工程と、
前記炭化珪素ウェハを前記第3主面から薄化して前記炭化珪素ウェハを個片化する工程と、
を有する炭化珪素半導体装置の製造方法。 preparing a silicon carbide wafer having a first main surface and a third main surface opposite to the first main surface, and having a dicing line on the first main surface;
performing thermal etching on the dicing line in an atmosphere containing halogen gas to form a groove on the dicing line;
Thinning the silicon carbide wafer from the third main surface to separate the silicon carbide wafer into pieces;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having the following.
前記第1主面に垂直な方向から平面視したときに、前記被覆部は、少なくとも1つの角が丸まった角丸長方形状の平面形状を有する請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step of thermally etching the dicing line includes etching the first main surface using an etching mask having a covering portion that covers a part of the first main surface and an opening that exposes the remainder of the first main surface. having a step of forming on a surface,
The covering portion has a rounded rectangular planar shape with at least one rounded corner when viewed in plan from a direction perpendicular to the first main surface. The method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device described above.
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