JP4835117B2 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、炭化珪素半導体装置及びその製造方法に関し、特に、炭化珪素半導体基板の表裏面に配置された電極の間に流れる電流を制御する縦型半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a vertical semiconductor device for controlling a current flowing between electrodes disposed on the front and back surfaces of a silicon carbide semiconductor substrate and a method for manufacturing the vertical semiconductor device.

炭化珪素半導体(以下SiCと略記)は、pn接合の形成が可能で、珪素(Si)や砒化ガリウム(GaAs)等の他の半導体に比べて禁制帯幅が広い。例えば、6H−SiCで2.93eV、4H−SiCで3.26eVである。   A silicon carbide semiconductor (hereinafter abbreviated as SiC) can form a pn junction and has a wider band gap than other semiconductors such as silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs). For example, it is 2.93 eV for 6H-SiC and 3.26 eV for 4H-SiC.

パワーデバイスのオン抵抗と逆方向耐電圧との間には原理的に禁制帯幅で規定されるトレードオフ関係がある。よって、現行のSiパワーデバイスでは、その禁制帯幅で決まる物性限界を超えて高性能を得ることは困難である。しかし、禁制帯幅の広いSiCでパワーデバイスを構成すれば、従来のトレードオフ関係が緩和され、オン抵抗か逆方向耐電圧を著しく向上させたデバイス、または、両方をかなり程度向上させたデバイスが達成できる。オン抵抗と逆方向耐圧を保ったまま、チップサイズを極端に小さくできると言い換えることもできる。   In principle, there is a trade-off relationship between the on-resistance of the power device and the reverse withstand voltage, which is defined by the forbidden bandwidth. Therefore, it is difficult for current Si power devices to obtain high performance beyond the physical property limit determined by the forbidden bandwidth. However, if a power device is composed of SiC with a wide forbidden bandwidth, the conventional trade-off relationship will be relaxed, and a device that has significantly improved the on-resistance or reverse withstand voltage, or a device that has improved both to a considerable extent. Can be achieved. In other words, the chip size can be extremely reduced while maintaining the on-resistance and the reverse breakdown voltage.

デバイス設計の観点から、SiCパワーデバイスのオン抵抗を下げると同時にチップサイズを小さくするのに最も容易でかつ有効な方法は以下のとおりである。その方法は、Siパワーデバイスの場合と同様に、駆動されるべき大電流の流路を基板に垂直にして流路の占める面積を最小化するとともに、大電流の入口(電極)と出口(電極)を基板の表裏に分配するデバイス構造、すなわち、縦型デバイス構造にすることである。今日、高性能であって低オン抵抗なSiCパワーデバイスを実現するために、この縦型デバイス構造を形成するための実用的な製造プロセスの開発が急務の課題になっている。   From the viewpoint of device design, the easiest and most effective method for reducing the on-resistance of the SiC power device and at the same time reducing the chip size is as follows. In the same way as in the case of the Si power device, the large current flow path to be driven is perpendicular to the substrate to minimize the area occupied by the flow path, and the large current inlet (electrode) and outlet (electrode) ) On the front and back of the substrate, that is, a vertical device structure. Today, in order to realize a high-performance and low on-resistance SiC power device, it is an urgent task to develop a practical manufacturing process for forming this vertical device structure.

周知のように、SiC縦型パワーデバイスの低オン抵抗化には、大電流の流路に直列に存在するすべての抵抗成分を最小化する必要がある。本発明で着目するSiC基板裏面のオーミック・コンタクトのコンタクト抵抗ρBCもそのような抵抗成分のひとつである。ここで「裏面」とは、縦型パワーデバイスの主要部分が形成されているSiC基板の第1の主表面(以下、「表面」という)と反対側にあるもう一つの主面(第2の主表面=「裏面」)を指している。 As is well known, in order to reduce the on-resistance of a SiC vertical power device, it is necessary to minimize all resistance components existing in series in the flow path of a large current. The contact resistance ρ BC of the ohmic contact on the back surface of the SiC substrate focused on in the present invention is one such resistance component. Here, the “back surface” means another main surface (second surface) opposite to the first main surface (hereinafter referred to as “front surface”) of the SiC substrate on which the main part of the vertical power device is formed. Main surface = “Back”).

低抵抗のオーミック・コンタクトを形成するために広く用いられている方法は、SiC基板の表面部分に高濃度の伝導不純物領域(ドナー領域またはアクセプタ領域)を形成し、その後、この領域の上に所定のコンタクト金属を被着させ、不活性ガス雰囲気で900℃〜1000℃くらいの温度で熱処理(コンタクトアニール)する方法である。   A widely used method for forming a low-resistance ohmic contact is to form a high-concentration conductive impurity region (donor region or acceptor region) on the surface portion of the SiC substrate, and then to form a predetermined region on this region. The contact metal is deposited, and heat treatment (contact annealing) is performed at a temperature of about 900 ° C. to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere.

メタライゼーションの一種であるコンタクト形成工程は、半導体デバイスの製造工程において、極力の最終段階に組み込まれなければならない。ところが、製造工程の最終段階で上述のごとき高温かつ急速なコンタクトアニールを加えると、その熱衝撃によって、半導体デバイスの電気特性を著しく劣化させたり、不安定にさせたりことがある。このため、高温のコンタクトアニールを必要としない、オーミック・コンタクト形成技術が待ち望まれ、各方面で開発が進められていた。以下、そのようなオーミック・コンタクト(電極)を単に「低温コンタクト(電極)」と呼び、本発明の説明では450℃以上の熱処理を必要としないでオーム性を発現できるコンタクトと定義する。   A contact formation process, which is a kind of metallization, must be incorporated in the final stage of the semiconductor device manufacturing process. However, if high-temperature and rapid contact annealing as described above is applied at the final stage of the manufacturing process, the electrical shock of the semiconductor device may be significantly degraded or unstable due to the thermal shock. For this reason, ohmic contact formation technology that does not require high-temperature contact annealing is awaited, and development has been promoted in various fields. Hereinafter, such an ohmic contact (electrode) is simply referred to as “low temperature contact (electrode)”, and in the description of the present invention, it is defined as a contact that can exhibit ohmic properties without requiring a heat treatment at 450 ° C. or higher.

低温コンタクト形成技術の進展により、今日、SiCデバイス基板の「表面」に低抵抗の低温コンタクトを形成する技術はほぼ確立されたと言ってもよい段階に来ている。表面低温コンタクト開発の一例として、たとえば、SiC基板表面に形成した高濃度Pイオン注入不純物層にTiを接触させた低抵抗低温コンタクトが非特許文献1に開示されている。   With the progress of low-temperature contact formation technology, the technology for forming a low-resistance low-temperature contact on the “surface” of a SiC device substrate has now been almost established. As an example of development of a surface low-temperature contact, Non-Patent Document 1 discloses a low-resistance low-temperature contact in which, for example, Ti is brought into contact with a high-concentration P ion-implanted impurity layer formed on the surface of a SiC substrate.

ところが、縦型SiCデバイスの「裏面」に低抵抗の低温コンタクトを製作する技術は、開発がまだ手付かずといってもいい状態であり、「表面」に比べて、開発が大きくたち遅れていた。   However, the technology for producing a low-resistance low-temperature contact on the “back surface” of the vertical SiC device is still in a state where development is still untouched, and development has been far behind that of the “surface”.

そんな中で、特許文献1では、縦型SiCデバイスの第2の主表面(裏面)についての低温コンタクト形成技術が開示されている。簡単に説明すると、n型SiC基板の裏面にP(リン)をイオン注入して活性化させて、裏面に高濃度不純物層を形成した後、反対側の表面にデバイス要素となるエピ層を少なくとも1層成長させ、そして、裏面の高濃度不純物層に金属膜を蒸着して、裏面低温コンタクトを完成させるものである。
谷本智、先崎純寿、早見泰明、大串秀世:「4H−SiC n+イオン注入層へ室温形成した低抵抗コンタクト」第47回応用物理学関係連合講演会(青学院大)講演番号30p−YF−11,講演予稿集,418ページ 米国特許第6,803,243 B2号
Under such circumstances, Patent Document 1 discloses a low-temperature contact formation technique for the second main surface (back surface) of a vertical SiC device. Briefly, after P (phosphorus) is ion-implanted and activated on the back surface of the n-type SiC substrate to form a high concentration impurity layer on the back surface, at least an epi layer serving as a device element is formed on the opposite surface. One layer is grown, and a metal film is deposited on the high-concentration impurity layer on the back surface to complete the back surface low-temperature contact.
Satoshi Tanimoto, Junju Sakizaki, Yasuaki Hayami, Hideyo Ogushi: “Low-resistance contact formed at room temperature on 4H-SiC n + ion-implanted layer” The 47th Joint Conference on Applied Physics (Seigakuin Univ.), Lecture number 30p-YF- 11, Lecture Proceedings, 418 pages US Pat. No. 6,803,243 B2

しかしながら、特許文献1の技術は、非特許文献1等の先行技術、すなわち、表面低温コンタクト技術を特段の変更をすることなく、単純に裏面に適用した構成をしている。このため、オーミック・コンタクトにはなるかもしれないが、十分な低抵抗が得られない、という問題があった。   However, the technique of Patent Document 1 has a configuration in which the prior art such as Non-Patent Document 1, that is, the surface low-temperature contact technique is simply applied to the back surface without any particular change. For this reason, there may be an ohmic contact, but there is a problem that a sufficiently low resistance cannot be obtained.

たとえば、本願発明者が4H−SiC基板の裏面を用いて行った検証実験によれば、特許文献1の技術によって形成した裏面低温コンタクトは、製造毎のコンタクト抵抗ρBCのバラツキが大きく、電流−電圧特性が直線を示さないケースが度々あった。オーミック性を呈した場合でも、そのコンタクト抵抗は小さくてもρBC=10−4Ωcm台であり、この値はパワーデバイスで必要な値より1〜2桁も高い値である。 For example, according to a verification experiment conducted by the inventors of the present invention using the back surface of a 4H—SiC substrate, the back surface low-temperature contact formed by the technique of Patent Document 1 has a large variation in contact resistance ρ BC for each manufacture, and the current − In many cases, the voltage characteristics did not show a straight line. Even when the ohmic property is exhibited, even if the contact resistance is small, it is ρ BC = 10 −4 Ωcm 2 units, which is 1 to 2 digits higher than the value required for the power device.

もう一つの問題点は、付加された裏面コンタクト関連の工程が、表面側のデバイス要素やこれを形成するための表面側工程に悪影響を与え、デバイス不良率が増大する、という問題である。一例を挙げると、裏面にPをイオン注入する際、イオン注入装置のプラテンに置かれた基板表面は深刻な重金属汚染や接触損傷を受ける。これらはデバイス不良の原因となるものである。このように、特許文献1の技術は、裏面コンタクト工程が表面側デバイス要素や表面側工程に与えるリスクについて殆ど無配慮であり、実際の縦型パワーデバイスの製造で利用できる技術とは言い難かった。   Another problem is that the added back contact-related process adversely affects the surface-side device elements and the surface-side process for forming the element, and the device defect rate increases. For example, when P is ion-implanted on the back surface, the surface of the substrate placed on the platen of the ion implanter is seriously contaminated with metal or contact damaged. These cause device failures. As described above, the technique of Patent Document 1 is almost inconsequential with respect to the risk that the back surface contact process gives to the surface side device element and the surface side process, and it is difficult to say that the technique can be used in the manufacture of an actual vertical power device. .

なお、特許文献1の技術では、裏面不純物層の活性化が表面エピ層に与える熱的な影響を回避するために、表面エピ層を形成する時期を、活性化工程の後に置くというひとつの“配慮”をしている。しかし、これ以外には、配慮と呼べるものは見当たらない。また、表面エピ層がホモエピ層(=SiC)であるとき、裏面不純物を活性化する工程の後に表面エピ層を形成する工程を実施することは、非現実的な製造方法と言わざるを得ない。なぜなら、ホモエピ層の形成工程で、裏面がエッチングされたり、裏面にエピ膜が寄生付着することが広く知られていて、裏面不純物層が消失したり、逆に寄生エピ膜で被われたりするからである。   In the technique of Patent Document 1, in order to avoid the thermal influence of the activation of the back surface impurity layer on the surface epilayer, a time for forming the surface epilayer is set after the activation step. "Consideration". However, there is no other thing that can be called consideration. Further, when the surface epi layer is a homoepi layer (= SiC), it is an unrealistic manufacturing method to perform the step of forming the surface epi layer after the step of activating the back surface impurities. . This is because, in the process of forming a homoepi layer, it is widely known that the back surface is etched or that the epi film is parasitically attached to the back surface, and the back surface impurity layer disappears or conversely is covered with the parasitic epi film. It is.

本発明は、裏面に極めて低抵抗のオーミック・コンタクトを有する縦型SiC半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a vertical SiC semiconductor device having an extremely low-resistance ohmic contact on the back surface and a method for manufacturing the same.

本発明の特徴は、炭化珪素基板の一方の主面に、炭化珪素基板と同じ導電型の不純物が添加されたエピ層を形成する工程と、炭化珪素基板のもう一方の主面に、炭化珪素基板と同じ導電型の不純物層を形成する工程と、エピ層上に第1の保護膜を形成した後に、非熱処理にて、不純物層にヘテロエピ性を有するオーミック電極を形成する工程と、オーミック電極を形成した後、オーミック電極上に第2の保護膜を形成するとともに、第1の保護膜を除去して、エピ層上に主要電極要素群を形成する工程とを備える炭化珪素半導体装置の製造方法であって、ヘテロエピ性を有するオーミック電極は、炭化珪素半導体装置が完成するまでに450℃を超える熱処理を被ることなく形成されることである。 The present invention is characterized in that an epitaxial layer to which an impurity having the same conductivity type as that of a silicon carbide substrate is added is formed on one main surface of the silicon carbide substrate, and that a silicon carbide substrate is formed on the other main surface of the silicon carbide substrate. A step of forming an impurity layer having the same conductivity type as the substrate, a step of forming an ohmic electrode having hetero - epi properties in the impurity layer by non-heat treatment after forming the first protective film on the epi layer, and an ohmic electrode And forming a second protective film on the ohmic electrode and removing the first protective film to form a main electrode element group on the epi layer. It is a method, and an ohmic electrode having heteroepi property is formed without being subjected to a heat treatment exceeding 450 ° C. until a silicon carbide semiconductor device is completed.

本発明によれば、裏面に極めて低抵抗なオーミック・コンタクトを有する炭化珪素半導体装置及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the silicon carbide semiconductor device which has an ohmic contact with a very low resistance on the back surface, and its manufacturing method can be provided.

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層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。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。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。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. It should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Accordingly, 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.

なお、本発明の実施の形態では、表面側にイオン注入で形成した高耐圧化構造を有する大電力縦型ショットキーダイオードに適用した例を挙げて説明することにするが、本発明はこの種のダイオードに限定されることはなく、裏面に低抵抗の低温コンタクトを必要とするすべての縦型SiC半導体装置に適用可能である。   In the embodiment of the present invention, an example applied to a high-power vertical Schottky diode having a high breakdown voltage structure formed by ion implantation on the surface side will be described. The present invention is not limited to this type of diode, and can be applied to all vertical SiC semiconductor devices that require a low-resistance low-temperature contact on the back surface.

また、本発明は、4H、6H、3C、15Rなど全ての晶系(Hは六方晶、Cは立方晶、Rは菱面体晶を意味する)の基板、各晶系基板のすべての結晶面に適用できるが、実施の形態では、その一例として、基板を4H−SiC基板とし、表面(第1の主表面)を(0001)Si面、裏面(第2の主表面)を(000−1)面として説明することにする。なぜならば、(0001)Si面を表面とするこの基板は、各種SiC基板の中でも優れた素子特性を与える基板として、今日、最も有望視され使用されている基板だからである。 In addition, the present invention includes all crystal systems such as 4H, 6H, 3C, and 15R (H is hexagonal, C is cubic, and R is rhombohedral), and all crystal planes of each crystal substrate. In the embodiment, for example, the substrate is a 4H-SiC substrate, the front surface (first main surface) is (0001) Si surface, and the back surface (second main surface) is (000-1). ) It will be explained as C- plane. This is because this substrate having the (0001) Si surface as the surface is the substrate most promising and used today as a substrate that gives excellent device characteristics among various SiC substrates.

また、以下の説明において、特に断らない場合は、SiC基板にエピタキシャル層やその他の膜や電極が形成されたものを「基板」と呼んでいる。   In the following description, unless otherwise specified, an SiC substrate on which an epitaxial layer or other film or electrode is formed is called a “substrate”.

<第1の実施の形態>
第1の実施の形態では、2端子縦型デバイスのひとつ、ショットキーダイオードに本発明を適用した例について説明する。
<First Embodiment>
In the first embodiment, an example in which the present invention is applied to a Schottky diode, one of two-terminal vertical devices, will be described.

図1は本発明の第1の実施の形態に係るショットキーダイオードを示す要部断面図である。第1の実施の形態に係るショットキーダイオードは、第1の主表面(表面)と第1の主表面に対向する第2の主表面(裏面)とを備えるn型低抵抗単結晶4H−SiC基板(n型単結晶SiC基板)1と、n型単結晶SiC基板1の表面側に配置された主要電極要素群(2、3a1〜3an、5、7、8)と、n型単結晶SiC基板1の裏面に接する非熱処理型オーミック電極(オーミック電極)9と、オーミック電極9に接する裏面配線10とを有する。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a principal part of a Schottky diode according to a first embodiment of the present invention. The Schottky diode according to the first embodiment includes an n + type low-resistance single crystal 4H− having a first main surface (front surface) and a second main surface (back surface) opposite to the first main surface. SiC substrate (n + type single crystal SiC substrate) 1 and main electrode element groups (2, 3 a1 to 3 an , 5, 7, 8) arranged on the surface side of n + type single crystal SiC substrate 1; Non-heat-treatment type ohmic electrode (ohmic electrode) 9 in contact with the back surface of n + type single crystal SiC substrate 1 and back surface wiring 10 in contact with ohmic electrode 9 are provided.

型単結晶SiC基板1は、1×1019/cm以上の高いn型不純物濃度を有する炭化珪素基板である。n型単結晶SiC基板1の表面には(0001)Si面が露出し、裏面には(0001)Si面よりも物性的に一桁高い酸化速度を有する(0001)面が露出している。 N + -type single crystal SiC substrate 1 is a silicon carbide substrate having a high n-type impurity concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or more. The n + type single crystal SiC surface of the substrate 1 is exposed (0001) Si plane, the back surface to expose the (0001) than Si surface properties to have an order of magnitude higher oxidation rate (0001) C plane Yes.

オーミック電極9は、高品位で高n型不純物濃度かつ高清浄度な属性を有するn型単結晶SiC基板1の裏面に接して設けられている。換言すれば、オーミック電極9が接触している裏面は、ショットキーダイオードの製造工程において形成される、接触抵抗を増大させる原因となる抵抗増大層を含まない。 The ohmic electrode 9 is provided in contact with the back surface of the n + -type single crystal SiC substrate 1 having a high-quality, high n-type impurity concentration and high cleanness attribute. In other words, the back surface with which the ohmic electrode 9 is in contact does not include the resistance increasing layer that is formed in the Schottky diode manufacturing process and causes the contact resistance to increase.

また、オーミック電極9は、ショットキーダイオードが完成するまでに450℃を超える熱処理を被ることなく形成されているヘテロエピ性のオーミック電極(金属)である。電極材料としては、極めて低抵抗コンタクト(ρBC=10−6Ωcm台)が得られるという意味で、アルミニウム(Al)またはチタニウム(Ti)が最も適しているが、これに限定されるものではない。4.5eV以下の仕事関数を有する導電材料であればよい。更に、室温形成可能な導電材料ならば従来技術に比べて1桁以上低いρBCが得られる。単元素材料としては、例えば、ジルコニウム(Zr)、ニオビウム(Nb)、亜鉛(Zn)、タンタル(Ta)、マグネシウム(Mg)、バナジウム(V)などがこれに該当する。これらの元素のうちいずれか一つからなる単層膜、あるいは2以上の元素からなる合金膜又は複合膜とすることができる。 The ohmic electrode 9 is a heteroepipolar ohmic electrode (metal) formed without being subjected to heat treatment exceeding 450 ° C. until the completion of the Schottky diode. As the electrode material, aluminum (Al) or titanium (Ti) is most suitable in the sense that extremely low resistance contacts (ρ BC = 10 −6 Ωcm 2 units) can be obtained, but it is not limited to this. Absent. Any conductive material having a work function of 4.5 eV or less may be used. Furthermore, a ρ BC which is lower by one digit or more than that of the prior art can be obtained if the conductive material can be formed at room temperature. Examples of the single element material include zirconium (Zr), niobium (Nb), zinc (Zn), tantalum (Ta), magnesium (Mg), vanadium (V), and the like. A single layer film made of any one of these elements, or an alloy film or a composite film made of two or more elements can be used.

「ヘテロエピ性」とは、電極膜がn型単結晶SiC基板1上にSiCの結晶周期性を引き継ぐように完全単結晶状態で、或いは、ほぼ単結晶状態で成長されていることを意味している。n型単結晶SiC基板1の裏面とオーミック電極9との界面は極めて急峻であり、n型単結晶SiC基板1とオーミック電極9との反応によって生成される遷移層或いは反応層は存在しないか、あったとしても、その厚さは50Å未満である。 “Heteroepi” means that the electrode film is grown on the n + type single crystal SiC substrate 1 in a completely single crystal state or almost in a single crystal state so as to inherit the crystal periodicity of SiC. ing. The interface between the back surface of n + -type single crystal SiC substrate 1 and ohmic electrode 9 is extremely steep, and there is no transition layer or reaction layer generated by the reaction between n + -type single crystal SiC substrate 1 and ohmic electrode 9. Or, if any, its thickness is less than 50 mm.

型単結晶SiC基板1の裏面、つまりオーミック電極9との接触面におけるn型不純物濃度は1×1019/cm以上1×1021/cm未満であることが好ましく、更に好ましくは2×1019/cm以上5×1020/cm以下である。 The n-type impurity concentration on the back surface of the n + -type single crystal SiC substrate 1, that is, the contact surface with the ohmic electrode 9 is preferably 1 × 10 19 / cm 3 or more and less than 1 × 10 21 / cm 3, more preferably. It is 2 × 10 19 / cm 3 or more and 5 × 10 20 / cm 3 or less.

主要電極要素群には、n型単結晶SiC基板1に接続されたショットキー電極もしくはオーミックコ電極が少なくとも一つ含まれることが望ましい。そして、ショットキー電極もしくはオーミック電極はショットキーダイオードの完成までに450℃を超える熱処理を被ることなく形成された非熱処理電極であることが望ましい。 The main electrode element group preferably includes at least one Schottky electrode or ohmic co-electrode connected to the n + -type single crystal SiC substrate 1. The Schottky electrode or the ohmic electrode is preferably a non-heat treated electrode formed without being subjected to a heat treatment exceeding 450 ° C. until the completion of the Schottky diode.

第1の実施の形態においてはその一例として、主要電極要素群(2、3a1〜3an、5、7、8)には、n型単結晶SiC基板1の表面に接する厚み10μm、窒素を5×1015/cm添加した高品質のn型エピ層2と、n型エピ層2の表層部所定領域に2μm間隔で形成されている幅2μmの環状のp型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥、3anと、n型エピ層2の上に形成された開口部6を有するフィールド絶縁膜5と、開口部6の底面においてn型エピ層2と接するショットキー電極7と、ショットキー電極7に機械的電気的に接し、フィールド開口部6を塞ぐように配置されている表面配線8とが含まれる。 In the first embodiment, as an example, the main electrode element group (2, 3 a1 to 3 an , 5, 7, 8) has a thickness of 10 μm in contact with the surface of the n + -type single crystal SiC substrate 1 and nitrogen. High-quality n type epi layer 2 to which 5 × 10 15 / cm 3 is added, and a ring-shaped p-type electric field relaxation region having a width of 2 μm formed in a predetermined region of the surface layer portion of n type epi layer 2 at intervals of 2 μm 3 a1, 3 a2, 3 a3 ‥‥, and 3 an,, n - a field insulating film 5 having an opening 6 formed on the type epi layer 2, n in the bottom of the opening 6 - -type epitaxial layer 2 And a surface wiring 8 disposed so as to mechanically and electrically contact the Schottky electrode 7 and close the field opening 6.

型エピ層2は、n型単結晶SiC基板1の表面に露出する(0001)Si面からホモエピタキシャル成長させている。なお、n型単結晶SiC基板1の裏面は、表面側のホモテピ成長で付着した寄生エピ膜や、結晶歪や格子損傷などの不整層が完全に除かれ、基板内部と同等の結晶性と高不純物濃度を備えた結晶面が露出し、この結晶面にオーミック電極9が接している。 The n type epi layer 2 is homoepitaxially grown from the (0001) Si surface exposed on the surface of the n + type single crystal SiC substrate 1. Note that the back surface of the n + type single crystal SiC substrate 1 is completely free of parasitic epi films attached by homothepi growth on the front surface side and irregular layers such as crystal distortion and lattice damage, and has the same crystallinity as the inside of the substrate. A crystal plane having a high impurity concentration is exposed, and the ohmic electrode 9 is in contact with the crystal plane.

p型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥、3anは、イオン注入と活性化アニールとによって形成される。p型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥、3anの数(n)はダイオードの耐圧によって異なる。たとえば、1000V耐圧の場合では5本くらいあればよい。 The p-type field relaxation regions 3 a1 , 3 a2 , 3 a3 ... 3 an are formed by ion implantation and activation annealing. p-type electric field relaxation region 3 a1, 3 a2, 3 a3 ‥‥, 3 an the number of (n) depends breakdown voltage of the diode. For example, in the case of a withstand voltage of 1000 V, it is sufficient that there are about five.

フィールド絶縁膜5は、炭化珪素の熱酸化膜と、その上部に熱酸化以外の手段で形成した絶縁膜を積層してなる。また、フィールド絶縁膜5は、n型エピ層2を含むSiC基板の表面全体を覆っているが、表面側の電極との接触を取るために開口部6を備える。 Field insulating film 5 is formed by laminating a thermal oxide film of silicon carbide and an insulating film formed thereon by means other than thermal oxidation. The field insulating film 5 covers the entire surface of the SiC substrate including the n type epi layer 2, but has an opening 6 for making contact with the electrode on the surface side.

ショットキー電極7は、開口部6の底面においてn型エピ層2とショットキー接続を形成している。ショットキー電極7の材料はオン電圧や阻止電圧などを考慮して、様々な導電性材料から選ぶことができる。ショットキー電極7の外縁端はp型電界緩和領域3a1(=もっとも内側にあるp型環状領域)の上部に置かれている。 The Schottky electrode 7 forms a Schottky connection with the n type epi layer 2 on the bottom surface of the opening 6. The material of the Schottky electrode 7 can be selected from various conductive materials in consideration of the on-voltage and blocking voltage. The outer edge of the Schottky electrode 7 is placed above the p-type electric field relaxation region 3 a1 (= the innermost p-type annular region).

表面配線8の外縁端は、平面図で眺めたとき、ショットキー電極7の外縁端より外側であり、かつ、p型電界緩和領域3a1の外縁端より内側にあるように設計されている。 The outer edge of the surface wiring 8 is designed to be outside the outer edge of the Schottky electrode 7 and inside the outer edge of the p-type electric field relaxation region 3 a1 when viewed in plan view.

裏面配線10は、ダイボンディングを使途とした配線である。   The back surface wiring 10 is a wiring that uses die bonding.

次に、図2及び図3の断面工程図を用いて、図1に示した縦型ショットキーダイオードの製造方法を説明する。   Next, a method of manufacturing the vertical Schottky diode shown in FIG. 1 will be described with reference to the sectional process diagrams of FIGS.

(イ)はじめに、用意(購入)したn型4H−SiC基板1を十分洗浄し、図2(a)に示すように、表面側に所望の厚み、例えば約10μmのn型エピ層2をホモエピ成長させる。エピ層成長法としては、商業的に広く用いられている化学的気相成長法(CVD)のほか、開発段階にある近接昇華法や液相成長法などを用いていもよい。 (A) First, the prepared (purchased) n + -type 4H—SiC substrate 1 is sufficiently cleaned, and as shown in FIG. 2A, an n -type epi layer 2 having a desired thickness, for example, about 10 μm, is formed on the surface side. Grow homoepitaxially. As the epi layer growth method, a chemical vapor deposition method (CVD) widely used commercially, a proximity sublimation method or a liquid phase growth method in the development stage may be used.

この基板表面へのホモエピ成長では、寄生的に基板裏面にもSiC膜が付着する。このSiC膜は低品質でしかも不純物濃度が基板に比べて非常に低いので、一見付着していないように見えても、僅か(たとえ厚み0.1μm未満)でも残っていると、低温コンタクトのρBCを劇的に増大させたり、ばらつかせたりする。そこで、本発明の第1の実施の形態では、ホモエピ成長の後、後述のフィールド絶縁膜形成工程までの間に、これを完全に除去する工程を設け、従来技術に比べてρBCの低減を図っている。ここでは、ホモエピ成長工程の直後に実施する例を挙げて説明するが、もう少し後の工程で実施しても、方法と得られる結果はほぼ同じである。 In homoepitaxial growth on the substrate surface, a SiC film adheres to the back surface of the substrate parasitically. Since this SiC film is of low quality and has a very low impurity concentration compared to the substrate, even if it appears to be not attached at first glance, even if it remains slightly (even if the thickness is less than 0.1 μm), ρ of the low temperature contact Increase or vary BC dramatically. Therefore, in the first embodiment of the present invention, a process for completely removing this is provided after the homoepi growth and before the field insulating film forming process, which will be described later, to reduce ρ BC compared to the conventional technique. I am trying. Here, an example of performing the process immediately after the homoepi growth process will be described. However, even if the process is performed a little later, the method and the obtained result are almost the same.

具体的にその方法を説明すると、ホモエピ成長した基板の表面に約2μmのSiO膜あるいはPSG膜(リンドープシリケートガラス)などを成膜して、デバイスの主要部分が製作される基板表面を保護した後、基板裏面を周知の切削手段で研削あるいは研磨する。この時、基板の表面と裏面とで高い平行度が得られるように注意する。表面に形成する保護膜は、切削の際、表面に切削痕が入ったり、金属汚染物が侵入するのを防止するために必要である。切削痕も侵入金属汚染物もデバイス不良の原因のひとつである。 Explaining the method in detail, an approximately 2μm SiO 2 film or PSG film (phosphorus-doped silicate glass) is formed on the surface of the homoepitaxially grown substrate to protect the substrate surface on which the main part of the device is manufactured. After that, the back surface of the substrate is ground or polished by a known cutting means. At this time, care should be taken so that high parallelism is obtained between the front surface and the back surface of the substrate. The protective film formed on the surface is necessary for preventing cutting traces from entering the surface and intrusion of metal contaminants during cutting. Cutting marks and intruding metal contaminants are one of the causes of device failure.

次に、周知のフォトリソグラフィー(=フォトレジスト・パターニング)とドライ及びウエットエッチング法を用いて、前記した保護膜をパターニングし、露光用アライメントマーク形成用SiCエッチングのためのハード・イオン注入マスクを形成する。ドライ及びウエットエッチング技術とは、反応性イオンエッチング(RIE)や誘導結合プラズマエッチング(ICP)などの異方性ドライエッチングでSiO膜を除去する際、基板表面がプラズマダメージを受けるのを防止するため、SiO膜が完全に除去される直前にドライエッチングを停止し、残りの部分を緩衝フッ酸溶液(BHF)などを用いたウエットエッチングで除去するようにした複合エッチング技術である。 Next, using the well-known photolithography (= photoresist patterning) and dry and wet etching methods, the protective film is patterned to form a hard ion implantation mask for SiC etching for forming an alignment mark for exposure. To do. The dry and wet etching techniques prevent the substrate surface from being damaged by plasma when removing the SiO 2 film by anisotropic dry etching such as reactive ion etching (RIE) or inductively coupled plasma etching (ICP). Therefore, this is a composite etching technique in which dry etching is stopped immediately before the SiO 2 film is completely removed, and the remaining portion is removed by wet etching using a buffered hydrofluoric acid solution (BHF) or the like.

エッチング用ハードマスクができたところで、RIEやICPなどの手段を用いてSiCエッチングを実行し、終了したら、希釈フッ酸溶液(DHF)を用いて、ハードマスクを完全に除去すると、基板上にアライメントマーク(非表示)が形成される。   When the etching hard mask is completed, SiC etching is performed using means such as RIE or ICP. When the etching is completed, the hard mask is completely removed using a diluted hydrofluoric acid solution (DHF), and alignment is performed on the substrate. A mark (not shown) is formed.

(ロ)続けて、図2(b)に示すように、n型エピ層2表面にp型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥を選択形成するためのイオン注入マスク11を次のようにして形成する。 (B) Subsequently, as shown in FIG. 2B, an ion implantation mask 11 for selectively forming p-type field relaxation regions 3 a1 , 3 a2 , 3 a3 ... On the surface of the n -type epilayer 2 is formed. It is formed as follows.

まず、厚さ約1.5μmのSiO膜をCVD法などで基板表面全面に堆積し、p型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥、3anの形成予定領域の上にあるSiO膜をフォトリソグラフィとドライ及びウエットエッチング技術とで選択的に除去する。 First, an SiO 2 film having a thickness of about 1.5μm is deposited on the entire surface of the substrate by a CVD method, p-type electric field relaxation region 3 a1, 3 a2, 3 a3 ‥‥, above the 3 an, the formation region The SiO 2 film is selectively removed by photolithography and dry and wet etching techniques.

型単結晶SiC基板1からフォトレジストを除去し、十分洗浄したあと、n型エピ層2表面に厚さ10〜30nmの薄いSiO膜を減圧化学的気相成長法(LPCVD)で堆積し、これをイオン注入飛程を抑制するためのスルーSiO膜(非表示)とする。このときn型単結晶SiC基板1の裏面にも同様に薄いスルーSiO膜がつくことになる。 After removing the photoresist from the n + type single crystal SiC substrate 1 and sufficiently washing it, a thin SiO 2 film having a thickness of 10 to 30 nm is formed on the surface of the n type epi layer 2 by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). This is deposited and used as a through SiO 2 film (not shown) for suppressing the ion implantation range. At this time, a thin through SiO 2 film is similarly formed on the back surface of the n + -type single crystal SiC substrate 1.

イオン注入マスク11ができあがったところで、図2(b)のように、n型エピ層2表面にAlイオンを多段イオン注入して、p型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥、3anの前駆体領域11a1,11a2、11a3‥‥、11anを形成する。p型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥、3anのイオン注入条件の一例を示すと以下のとおりである。 When the ion implantation mask 11 is completed, as shown in FIG. 2 (b), n - the Al + ions on the type epitaxial layer 2 surface by injecting multistage ion, p-type electric field relaxation region 3 a1, 3 a2, 3 a3 ‥ ... 3 an precursor regions 11 a1 , 11 a2 , 11 a3 ... 11 an are formed. An example of ion implantation conditions for the p-type field relaxation regions 3 a1 , 3 a2 , 3 a3, ..., 3 an is as follows.

基板温度 700℃
加速エネルギー/ドーズ
第1段 300keV/8.3×1015/cm
第2段 190keV/3.2×1015/cm
第3段 150keV/2.1×1015/cm
第4段 100keV/1.9×1015/cm
第5段 60keV/1.7×1015/cm
第6段 30keV/9.4×1014/cm
700℃で上記のイオン注入するとき、n型単結晶SiC基板1の裏面にもスルーSiO膜が形成されている。この膜が保護膜となって、加熱されたプラテン(あるいはサセプタ)面に存在する金属がn型単結晶SiC基板1裏面に直接接触して汚染したり、固相反応するのを防止することができる。プラテン自体が金属でない場合でも、汚染物としてプラテンに付着している金属が汚染や固相反応を起こす。従来技術においては、これら汚染や固相反応が要因となって、後に形成される裏面低温コンタクトのコンタクト抵抗を増大させていた。しかし、第1の実施の形態では、保護膜としてのスルーSiO膜を裏面に形成してからn型エピ層2表面に高温イオン注入することで、この要因を取り除き、これから誘発されるコンタクト抵抗高くなるという問題を解決している。
Substrate temperature 700 ° C
Acceleration energy / Dose
First stage 300 keV / 8.3 × 10 15 / cm 2
Second stage 190 keV / 3.2 × 10 15 / cm 2
Third stage 150 keV / 2.1 × 10 15 / cm 2
4th stage 100 keV / 1.9 × 10 15 / cm 2
5th stage 60 keV / 1.7 × 10 15 / cm 2
6th stage 30 keV / 9.4 × 10 14 / cm 2
When the above ion implantation is performed at 700 ° C., a through SiO 2 film is also formed on the back surface of the n + -type single crystal SiC substrate 1. This film serves as a protective film to prevent the metal present on the heated platen (or susceptor) surface from directly contacting the n + -type single crystal SiC substrate 1 and contaminating it or causing a solid-phase reaction. Can do. Even when the platen itself is not a metal, the metal adhering to the platen as a contaminant causes contamination and a solid-phase reaction. In the prior art, due to such contamination and solid-phase reaction, the contact resistance of the backside low-temperature contact formed later is increased. However, in the first embodiment, a through SiO 2 film as a protective film is formed on the back surface, and then high temperature ion implantation is performed on the surface of the n -type epi layer 2 to remove this factor, and contact induced therefrom. It solves the problem of high resistance.

本実施例では固相反応を抑止する保護膜として、基板裏面に自動的に形成されたスルーSiO膜を用いているが、別工程で専用の保護膜を裏面に形成した後、裏面に高温イオン注入するようにしてもよい。この場合、SiO膜である必要はなく、Siや多結晶シリコンなど、他の材質からなる膜でもよい。 In this example, a through-SiO 2 film automatically formed on the back surface of the substrate is used as a protective film for suppressing the solid-phase reaction, but after forming a dedicated protective film on the back surface in a separate process, Ion implantation may be performed. In this case, it is not necessary to be a SiO 2 film, and a film made of another material such as Si 3 N 4 or polycrystalline silicon may be used.

(ハ)p型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥、3anのイオン注入が終了したところで、基板をBHF溶液(緩衝フッ酸溶液)に浸漬して、表裏にあるすべてのSiO膜、つまりマスク膜とスルーSiO膜を除去する。続けて、基板を十分洗浄し、乾燥した後、活性化アニールを行い、図2(c)のように、前駆体領域11a1,11a2、11a3‥‥、11anを活性化させて、p型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥、3anを形成する。 (C) p-type electric field relaxation regions 3 a1 , 3 a2 , 3 a3 ... When 3 an ion implantation is completed, the substrate is immersed in a BHF solution (buffered hydrofluoric acid solution) and all SiO The two films, that is, the mask film and the through SiO 2 film are removed. Subsequently, after the substrate is sufficiently cleaned and dried, activation annealing is performed to activate the precursor regions 11 a1 , 11 a2 , 11 a3 ... 11 an as shown in FIG. The p-type electric field relaxation regions 3 a1 , 3 a2 , 3 a3 ... 3 an are formed.

この活性化アニールは高純度のカーボンサセプタの上に、基板表面が上を向く、つまり、n型単結晶SiC基板1の裏面がサセプタを接するように置き、例えばアルゴン(Ar)等の高純度不活性ガス雰囲気あるいは僅かにシランを含有する高純度不活性ガス雰囲気のなかで、1600℃以上の温度で急速加熱処理を行うことで実施する。 This activation annealing is placed on a high-purity carbon susceptor with the substrate surface facing up, that is, the back surface of the n + -type single crystal SiC substrate 1 is in contact with the susceptor, and high purity such as argon (Ar), for example. It is carried out by performing a rapid heat treatment at a temperature of 1600 ° C. or higher in an inert gas atmosphere or a high purity inert gas atmosphere containing a slight amount of silane.

(ニ)p型電界緩和領域3a1,3a2、3a3‥‥、3anの活性化が済んだところで、基板を十分洗浄・乾燥してから、基板の表裏両面に1160℃、酸素雰囲気中で熱酸化(第1熱酸化)し、酸化後、直ちに熱酸化膜(SiO)をBHF溶液で除去する。この熱酸化は、基板表面に10〜20nmのSiO膜が成長するよう行うのが好ましい。この熱酸化で、裏面には表面よりもおよそ一桁厚いSiO膜が成長する。前述したように、(0001)面である裏面は、表面の(0001)Si面より物性的に一桁高い酸化速度を有するからである。 (D) After the activation of the p-type electric field relaxation regions 3 a1 , 3 a2 , 3 a3 ..., 3 an , the substrate is thoroughly cleaned and dried, and then is exposed to 1160 ° C. on both sides of the substrate in an oxygen atmosphere. Then, the thermal oxide film (SiO 2 ) is immediately removed with a BHF solution. This thermal oxidation is preferably performed so that a 10 to 20 nm SiO 2 film grows on the substrate surface. By this thermal oxidation, a SiO 2 film that is about an order of magnitude thicker than the front surface grows on the back surface. This is because, as described above, the back surface that is the (0001) C plane has an oxidation rate that is one order of magnitude higher than the (0001) Si surface of the front surface.

上記熱酸化膜成長/除去の目的は、基板の表面と裏面の表層に存在する結晶不整層、汚染層を熱酸化することで除去することである。特に、n型単結晶SiC基板1裏面には前記工程(イ)の切削加工で結晶不整層が形成され、その一部は結晶構造が壊れ無定形となっていることさえある。第1熱酸化は、これらの結晶構造が失われた部分を根元から取り除き、高伝導度高品位の結晶面を露出させ、これによって低温コンタクトの低抵抗化を促進する作用がある。 The purpose of the growth / removal of the thermal oxide film is to remove the crystal irregular layer and the contaminated layer present on the surface layers on the front and back surfaces of the substrate by thermal oxidation. In particular, a crystal irregular layer is formed on the back surface of the n + -type single crystal SiC substrate 1 by the cutting process in the step (a), and a part of the crystal irregularity is broken and even amorphous. The first thermal oxidation has an effect of removing a portion where these crystal structures are lost from the base and exposing a crystal plane with high conductivity and high quality, thereby promoting low resistance of the low temperature contact.

続けて、再び基板を十分洗浄してから、1160℃、ドライ酸素雰囲気で熱酸化(第2熱酸化)して、図3(a)に示すように、基板表面に凡そ5〜20nm厚の熱酸化膜12を成長し、さらにこの上に、CVDなどの手段を用いて厚い、たとえば600nm厚のCVD酸化膜13を堆積することにより、熱酸化膜12とCVD酸化膜13からなる2層構造のフィールド絶縁膜5を形成する。   Subsequently, the substrate is sufficiently cleaned again, and then thermally oxidized (second thermal oxidation) at 1160 ° C. in a dry oxygen atmosphere, as shown in FIG. An oxide film 12 is grown, and a thick CVD oxide film 13 having a thickness of, for example, 600 nm, for example, is deposited thereon by means of CVD or the like, thereby forming a two-layer structure comprising the thermal oxide film 12 and the CVD oxide film 13. A field insulating film 5 is formed.

この第2熱酸化は、第1熱酸化と同様に基板裏面の不整層を除去する効果を有するとともに、第1熱酸化で露出した高伝導度高品位の基板裏面を、後述の裏面オーミック電極形成までの間、熱酸化膜14で覆うことによって、劣化させることなく保存する役割を果している。これによって、本発明は、従来技術に比べて、裏面低温コンタクトのρBC低減を一層図ることが可能になる。 This second thermal oxidation has the effect of removing the irregular layer on the back surface of the substrate in the same manner as the first thermal oxidation, and the back surface ohmic electrode formation described later is applied to the back surface of the high conductivity and high quality exposed by the first thermal oxidation. In the meantime, by covering with the thermal oxide film 14, it plays the role of storing without deteriorating. As a result, the present invention can further reduce the ρ BC of the back surface low-temperature contact as compared with the prior art.

(ホ)次に、前述のイオン注入マスク11の作製工程で用いたフォトリソグラフィー及びドライ及びウェットエッチング法を使って、フィールド絶縁膜5に開口部6を開口する。このとき、基板裏面の熱酸化膜14が消失しないようにする。   (E) Next, the opening 6 is opened in the field insulating film 5 by using the photolithography and dry and wet etching methods used in the manufacturing process of the ion implantation mask 11 described above. At this time, the thermal oxide film 14 on the back surface of the substrate is not lost.

その手順を説明すると、フォトリソグラフィーで開口パターンを有するフォトレジストマスクを基板表面に形成し、これを用いてRIE等でドライエッチングを行う。フィールド絶縁膜5が貫通する少し前にフィールド絶縁膜5にドライエッチングを終了し、基板裏面にレジスト材を塗布して、裏面の熱酸化膜14を保護する。裏面をレジスト材で保護した基板をBHF溶液に浸漬し、ウエットエッチングで開口部6を貫通させる。   The procedure will be described. A photoresist mask having an opening pattern is formed on the substrate surface by photolithography, and dry etching is performed by RIE or the like using the photoresist mask. Shortly before the field insulating film 5 penetrates, dry etching is finished on the field insulating film 5, and a resist material is applied to the back surface of the substrate to protect the thermal oxide film 14 on the back surface. A substrate whose back surface is protected by a resist material is immersed in a BHF solution, and the opening 6 is penetrated by wet etching.

ウエットエッチングで開口部6が貫通したところで、基板を十分に濯ぎ乾燥させた後、基板を真空蒸着装置あるいはスパッタリング装置に装着し、基板表面全面に所望のショットキー電極材料を成膜する。もしショトッキー電極材料が、TiやAlのように、純水やフォトレジスト剥離液で酸化したり溶解したりしやすい材料の場合には、さらにこの膜の上に、反応防止用の導電膜、たとえば、Ptを厚み50nm〜150nmの範囲で連続成膜するとよい。成膜のすんだ基板を成膜装置から取り出したところで、基板を、超音波振動を加えながらフォトレジスト剥離液に浸漬し、表裏のフォトレジストをきれいに取り除き、超純水で十分濯ぎ、乾燥させる。これにより、図3(b)に示すような開口部6の底にショットキー電極7を自己整合的に配設することができる。   When the opening 6 has penetrated through wet etching, the substrate is sufficiently rinsed and dried, and then the substrate is mounted on a vacuum deposition apparatus or a sputtering apparatus, and a desired Schottky electrode material is formed on the entire surface of the substrate. If the Schottky electrode material is a material that is easily oxidized or dissolved with pure water or a photoresist stripping solution such as Ti or Al, a conductive film for preventing reaction, for example, , Pt may be continuously formed in a thickness range of 50 nm to 150 nm. When the substrate after film formation is taken out from the film formation apparatus, the substrate is immersed in a photoresist stripping solution while applying ultrasonic vibrations, the front and back photoresists are removed cleanly, rinsed thoroughly with ultrapure water, and dried. As a result, the Schottky electrode 7 can be disposed in a self-aligned manner at the bottom of the opening 6 as shown in FIG.

(ヘ)続けて、DCマグネトロンスパッタリングなどの手段を用いて、基板表面全面に厚い表面配線材料を蒸着して、その後、同配線材料を周知のフォトリソグラフィーとRIEなどのドライエッチング法を用いてパターニングして図3(c)に示すような表面配線8を形成する。表面配線材料としては、たとえば、50nm厚のTiと2μm厚のAlを連続蒸着した積層膜を用いることができる。   (F) Subsequently, a thick surface wiring material is deposited on the entire surface of the substrate using means such as DC magnetron sputtering, and then the wiring material is patterned using a well-known photolithography and dry etching method such as RIE. Thus, the surface wiring 8 as shown in FIG. As the surface wiring material, for example, a laminated film in which 50 nm thick Ti and 2 μm thick Al are continuously deposited can be used.

(ト)次に、基板表面に保護用のフォトレジストを塗布してから、基板裏面を被覆していた熱酸化膜14をBHF溶液で除去する。ここで、露出した基板裏面は、前述の工程(ニ)で形成した高品質、高不純物濃度、高清浄度の結晶面であることを強調しておきたい。   (G) Next, after applying a protective photoresist on the surface of the substrate, the thermal oxide film 14 covering the back surface of the substrate is removed with a BHF solution. Here, it should be emphasized that the exposed back surface of the substrate is a crystal plane of high quality, high impurity concentration, and high cleanliness formed in the above-described step (d).

そして、高品質、高不純物濃度、高清浄度の裏面が露出した基板を超純水で十分すすぎ、乾燥させた後、直ちに、基板裏面全面に電子ビーム蒸着やDCスパッタリングなどの成膜手段を用いて前述した所定のオーミック電極9と裏面配線10の材料を所望の厚みだけ蒸着する。このようにして、高品位なSiC裏面に間髪置かず成膜されたオーミック電極9は基板からSiCの結晶周期性を引き継いだ単結晶性の電極膜になる。n+型単結晶SiC基板1裏面とオーミック電極9との界面は極めて急峻である。 Then, after rinsing the substrate with the high-quality, high impurity concentration, high-cleanness exposed back surface with ultrapure water and drying it immediately, use film forming means such as electron beam evaporation and DC sputtering on the entire back surface of the substrate. The materials for the predetermined ohmic electrode 9 and the back surface wiring 10 described above are deposited in a desired thickness. In this way, the ohmic electrode 9 formed without placing a gap on the high-quality SiC back surface becomes a single-crystal electrode film that inherits the crystal periodicity of SiC from the substrate. The interface between the back surface of the n + -type single crystal SiC substrate 1 and the ohmic electrode 9 is extremely steep.

蒸着が終了したら、基板を専用のフォトレジスト・ストリッパ溶液に浸漬させ、基板表面に塗布した保護用フォトレジストを完全に剥離する。そして、基板を十分洗浄し、超純水で十分濯いでから乾燥させると図1に示した大電力ショットキーダイオードの最終構造になる。   When the deposition is completed, the substrate is immersed in a dedicated photoresist stripper solution, and the protective photoresist applied to the substrate surface is completely removed. When the substrate is sufficiently cleaned, rinsed thoroughly with ultrapure water and then dried, the final structure of the high power Schottky diode shown in FIG. 1 is obtained.

上記本発明の第1実施の形態と従来技術に基づいて、ショットキー電極面積が約1×1mmの縦型ショットキーダイオードを多数製作し、裏面のコンタクト抵抗値ρBC及び半導体装置の不良率を測定した。その結果、従来技術のコンタクト抵抗値ρBCは平均値で5.4×10−4Ωcmであった。これに対して、第1実施の形態のコンタクト抵抗値ρBCは全て10−6Ωcm台であり、平均値で4.3×10−6Ωcmであった。第1実施の形態は従来技術の約1/100のコンタクト抵抗値ρBCを得ることに成功している。この結果から明白なとおり、第1の実施の形態に係わる縦型半導体装置によれば、従来技術が有した十分低抵抗低温コンタクトが得られない、という問題を解決することができる。 Based on the first embodiment of the present invention and the prior art, a large number of vertical Schottky diodes having a Schottky electrode area of about 1 × 1 mm 2 are manufactured, the contact resistance value ρ BC on the back surface, and the defect rate of the semiconductor device Was measured. As a result, the contact resistance value ρ BC of the prior art was 5.4 × 10 −4 Ωcm 2 on average. In contrast, all the contact resistance values ρ BC of the first embodiment were 10 −6 Ωcm 2 , and the average value was 4.3 × 10 −6 Ωcm 2 . The first embodiment has succeeded in obtaining a contact resistance value ρ BC of about 1/100 of the prior art. As is apparent from this result, the vertical semiconductor device according to the first embodiment can solve the problem that the sufficiently low-resistance low-temperature contact of the prior art cannot be obtained.

一方、不良率は、第1の実施の形態では30%以下であり、従来技術では60%以上であった。この結果から、第1の実施の形態の不良率が従来技術に比べて大きく改善していることがわかる。すなわち、第1の実施の形態は、従来技術の裏面低温コンタクト関連工程が表面側デバイス要素にデバイス不良率を増大させる、という問題点を解決していると言うことができる。不良品の故障解析を実施したところ、不良の多くはマイクロパイプなど、使用した結晶基板固有の不完全性に起因するものであった。これを除外すると、第1の実施の形態に基づいて作製した縦型ショットキーダイオードの実質の不良率は10%以下と著しく低いことが明らかになった。   On the other hand, the defect rate is 30% or less in the first embodiment and 60% or more in the conventional technique. From this result, it can be seen that the defect rate of the first embodiment is greatly improved as compared with the prior art. In other words, it can be said that the first embodiment solves the problem that the process related to the back surface low temperature contact of the prior art increases the device defect rate in the front side device element. When failure analysis of defective products was performed, many of the defects were caused by imperfections inherent to the crystal substrate used, such as micropipes. Excluding this, it became clear that the actual defect rate of the vertical Schottky diode fabricated based on the first embodiment was remarkably low, 10% or less.

以上説明したように、第1の実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。   As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.

ショットキーダイオードは、ショットキーダイオードが完成するまでに450℃を超える熱処理を被ることなく形成された、基板裏面に接する非熱処理型オーミック電極9を有し、非熱処理型オーミック電極9は、ショットキーダイオードの製造工程において形成される、接触抵抗を増大させる原因となる抵抗増大層を含まない基板裏面に接触している。これにより、基板裏面におけるコンタクト抵抗を低減することができる。   The Schottky diode has a non-heat-treatable ohmic electrode 9 in contact with the back surface of the substrate, which is formed without being subjected to a heat treatment exceeding 450 ° C. until the Schottky diode is completed. The substrate is in contact with the back surface of the substrate that does not include a resistance increasing layer that causes a contact resistance increase, which is formed in the manufacturing process of the diode. Thereby, the contact resistance on the back surface of the substrate can be reduced.

基板裏面におけるn型の不純物濃度は1×1019/cm以上1×1021/cm未満であることにより、コンタクト抵抗を更に低減することができる。 When the n-type impurity concentration on the back surface of the substrate is 1 × 10 19 / cm 3 or more and less than 1 × 10 21 / cm 3 , the contact resistance can be further reduced.

非熱処理型オーミック電極9は、裏面におけるSiC基板の結晶周期性を引き継いだ、ヘテロエピ性の電極膜であることにより、オーミック電極9とSiC基板との間のコンタクト抵抗を低減することができる。   The non-heat-treatable ohmic electrode 9 is a hetero-epi electrode film that inherits the crystal periodicity of the SiC substrate on the back surface, so that the contact resistance between the ohmic electrode 9 and the SiC substrate can be reduced.

非熱処理型オーミック電極9と炭化珪素基板1との界面には、非熱処理型オーミック電極と炭化珪素基板とが反応して生成される反応層が実質的に存在しないか、又は厚さが5nm未満でのみ存在する。これにより、抵抗増大の原因となる反応層を排除して、コンタクト抵抗を低減することができる。   The interface between the non-heat-treatable ohmic electrode 9 and the silicon carbide substrate 1 is substantially free of a reaction layer produced by the reaction between the non-heat-treatable ohmic electrode and the silicon carbide substrate, or the thickness is less than 5 nm. Exists only in This eliminates the reaction layer that causes an increase in resistance, thereby reducing the contact resistance.

非熱処理型オーミック電極9は4.5eV以下の仕事関数を有する導電材料からなることにより、更に裏面コンタクト抵抗を低減することができる。   The non-heat treatment type ohmic electrode 9 is made of a conductive material having a work function of 4.5 eV or less, so that the back contact resistance can be further reduced.

前記非熱処理型オーミック電極はAl、Ti、Zr、Nb、Ta、Mg、Vのいずれか一つの単層膜、あるいは2以上の合金膜又は複合膜からなることにより、室温形成可能な導電材料を提供することが出来る。   The non-heat-treatable ohmic electrode is made of a single layer film of any one of Al, Ti, Zr, Nb, Ta, Mg, and V, or a conductive material that can be formed at room temperature by using two or more alloy films or composite films. Can be provided.

主要電極要素群には、炭化珪素基板1を介して非熱処理型オーミック電極9との間で電流が流れるショットキー電極及びオーミック電極のうち少なくとも一つが含まれる。これにより、ショットキー電極及びオーミック電極と非熱処理型オーミック電極9の間に流れる電流を低抵抗にて制御することができる。   The main electrode element group includes at least one of a Schottky electrode and an ohmic electrode through which current flows between the silicon carbide substrate 1 and the non-heat-treatable ohmic electrode 9. Thereby, the current flowing between the Schottky electrode and the ohmic electrode and the non-heat-treatment type ohmic electrode 9 can be controlled with a low resistance.

ショットキー電極及びオーミック電極は、ショットキーダイオードが完成するまでに450℃を超える熱処理を被ることなく形成された非熱処理電極であることにより、熱処理に伴う電極の金属汚染を回避できる。   Since the Schottky electrode and the ohmic electrode are non-heat treated electrodes formed without being subjected to heat treatment exceeding 450 ° C. until the completion of the Schottky diode, metal contamination of the electrode accompanying heat treatment can be avoided.

炭化珪素基板の裏面を第1の保護膜で覆い、この状態において、表面に炭化珪素半導体装置を構成する主要電極要素群を形成する。表面を第2の保護膜で覆い、この状態において、裏面に非熱処理型オーミック電極9を形成する。非熱処理型オーミック電極9は、ショットキーダイオードが完成するまでに450℃を超える熱処理を被ることなく形成され、非熱処理型オーミック電極9は、製造工程において形成される、接触抵抗を増大させる抵抗増大層を含まない裏面に形成される。これにより、低抵抗なオーミック・コンタクトを低温で製造することができる。   The back surface of the silicon carbide substrate is covered with a first protective film, and in this state, a main electrode element group constituting the silicon carbide semiconductor device is formed on the surface. The front surface is covered with a second protective film, and in this state, the non-heat treatment type ohmic electrode 9 is formed on the back surface. The non-heat-treatable ohmic electrode 9 is formed without being subjected to a heat treatment exceeding 450 ° C. until the Schottky diode is completed, and the non-heat-treatable ohmic electrode 9 is formed in the manufacturing process and has an increased resistance that increases the contact resistance. It is formed on the back surface not including the layer. Thereby, a low-resistance ohmic contact can be manufactured at a low temperature.

主要電極要素群を形成する工程には、表面に第1導電型の不純物が添加されたエピ層2をエピタキシャル成長させる行為が含まれる。表面を第2の保護膜で覆う工程は、エピ層2を研削保護膜で保護する工程であり、研削保護膜を形成した後であって、裏面に非熱処理型オーミック電極9を形成する前に、エピ層2をエピタキシャル成長させる際に裏面に付着した寄生エピ膜を除去する。これにより、抵抗増大の原因となる裏面の寄生エピ層を除去した状態で、非熱処理型オーミック電極9を形成できる。   The step of forming the main electrode element group includes an act of epitaxially growing the epi layer 2 having the surface doped with the first conductivity type impurity. The step of covering the surface with the second protective film is a step of protecting the epi layer 2 with the grinding protective film, and after forming the grinding protective film and before forming the non-heat treatment type ohmic electrode 9 on the back surface. When the epitaxial layer 2 is epitaxially grown, the parasitic epi film adhering to the back surface is removed. Thereby, the non-heat-treatment type ohmic electrode 9 can be formed in a state where the parasitic epi layer on the back surface that causes the increase in resistance is removed.

基板裏面を第1の保護膜で覆う工程及び基板表面を第2の保護膜で覆う工程は、それぞれ、清浄化かつ高品位化された基板表面及び裏面を熱酸化膜で被覆する工程であって、主要電極要素群を形成する工程及び非熱処理型オーミック電極9を形成する工程には、それぞれ、被覆した熱酸化膜を除去して、清浄化かつ高品位化された基板の表裏面を露出させる行為と、露出した表裏面に、直ちに、オーミック電極またはショットキー電極を成膜する行為とが含まれる。これにより、抵抗増大の原因となる結晶不整層や汚染層、固相反応層が存在しない状態の基板表裏面に電極を形成することができる。   The step of covering the back surface of the substrate with the first protective film and the step of covering the surface of the substrate with the second protective film are steps of covering the cleaned and high-quality substrate surface and back surface with the thermal oxide film, respectively. In the step of forming the main electrode element group and the step of forming the non-heat treatment type ohmic electrode 9, the coated thermal oxide film is removed to expose the front and back surfaces of the cleaned and high-quality substrate. And an act of immediately forming an ohmic electrode or a Schottky electrode on the exposed front and back surfaces. As a result, electrodes can be formed on the front and back surfaces of the substrate in a state where there is no crystal irregular layer, contamination layer, or solid phase reaction layer that causes an increase in resistance.

<第2の実施の形態>
デバイスによっては、第1の実施の形態のような不純物濃度が1019/cm以上である極低抵抗SiC基板を用いることが困難な場合ある。また、今日の極低抵抗SiC基板は、マイクロパイプなどの結晶欠陥が多く、これが原因でデバイスの不良率が高い。このため、結晶欠陥の低減に成功している不純物濃度〜1018/cm台の低抵抗基板を用いたい場合もある。第2の実施形態は、このような場合に適した縦型デバイスの裏面低温コンタクト形成技術について説明する。ここでも典型的な縦型デバイスの一例としてショットキーダイオードを用いて説明するが、本形態はこれに限らず、全ての裏面低温コンタクトを必要とする縦型デバイスに適用可能である。
<Second Embodiment>
Depending on the device, it may be difficult to use an extremely low resistance SiC substrate having an impurity concentration of 10 19 / cm 3 or more as in the first embodiment. Also, today's ultra-low resistance SiC substrates have many crystal defects such as micropipes, which causes a high device defect rate. For this reason, there is a case where it is desired to use a low resistance substrate having an impurity concentration of 10 18 / cm 3 which has been successfully reduced in crystal defects. In the second embodiment, a technology for forming a back surface low-temperature contact for a vertical device suitable for such a case will be described. Here, a description is given using a Schottky diode as an example of a typical vertical device, but this embodiment is not limited to this and can be applied to a vertical device that requires all backside low-temperature contacts.

図4は本発明の第2の実施の形態に係るショットキーダイオードを示す要部断面図である。第2の実施の形態に係るショットキーダイオードは、第1の主表面(表面)と第2の主表面(裏面)とを備えるn型低抵抗単結晶4H−SiC基板(n型単結晶SiC基板)1’と、n型単結晶SiC基板1の表面側に配置された主要電極要素群(2、3a1〜3an、5、7、8)と、n型単結晶SiC基板1の裏面に接する非熱処理型オーミック電極(オーミック電極)9と、オーミック電極9に接する裏面配線10とを有する。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a principal part of a Schottky diode according to the second embodiment of the present invention. The Schottky diode according to the second embodiment includes an n + type low-resistance single crystal 4H—SiC substrate (n + type single crystal) having a first main surface (front surface) and a second main surface (back surface). SiC substrate) 1 ′, a main electrode element group (2, 3 a1 to 3 an , 5, 7, 8) arranged on the surface side of the n + type single crystal SiC substrate 1, and an n + type single crystal SiC substrate 1 has a non-heat-treatment type ohmic electrode (ohmic electrode) 9 in contact with the back surface and a back surface wiring 10 in contact with the ohmic electrode 9.

型単結晶SiC基板1’は1×1019/cm未満の不純物濃度を有する単結晶SiC基板である。この不純物濃度を有するn型単結晶4H−SiC基板は、すでに、結晶欠陥の少ない高品位のものとして商業的に入手可能である。n型単結晶SiC基板1’の表面=(0001)Si面に厚み10μm、窒素を5×1015/cm添加したn型エピ層2をホモエピタキシャル成長させている。 The n + -type single crystal SiC substrate 1 ′ is a single crystal SiC substrate having an impurity concentration of less than 1 × 10 19 / cm 3 . An n-type single crystal 4H—SiC substrate having this impurity concentration is already commercially available as a high-quality substrate with few crystal defects. Surface of n + -type single crystal SiC substrate 1 ′ = (0001) An n -type epi layer 2 having a thickness of 10 μm and nitrogen added at 5 × 10 15 / cm 3 is homoepitaxially grown on the Si surface.

図1のショットキーダイオードとの差異は、n型単結晶SiC基板1’の裏面を含む下部に、n型単結晶SiC基板1’よりも高濃度のn型不純物が添加されたn型高濃度不純物層4が形成されている点である。n型高濃度不純物層4の不純物濃度は最表面において、2×1019/cm以上、1×1021/cm未満であることが望ましく、より好ましくは1×1020/cm以上、5×1020/cm以下である。 The difference between the Schottky diode of Figure 1, n + -type 'at the bottom containing the back surface of, n + type single crystal SiC substrate 1' single crystal SiC substrate 1 than high concentration n-type impurity is added n + The type high concentration impurity layer 4 is formed. The impurity concentration of the n + -type high concentration impurity layer 4 is desirably 2 × 10 19 / cm 3 or more and less than 1 × 10 21 / cm 3 on the outermost surface, and more preferably 1 × 10 20 / cm 3 or more. 5 × 10 20 / cm 3 or less.

型高濃度不純物層4の裏面には、前述した表面側のホモエピ成長で付着した寄生エピ膜や、結晶歪や格子損傷などの不整層等を含む抵抗増大層が完全に除かれていて、基板内部と同等の結晶性を備えた結晶面が露出している。 On the back surface of the n + -type high-concentration impurity layer 4, the resistance increasing layer including the parasitic epi film deposited by the above-described homo-epi growth on the front surface and an irregular layer such as crystal distortion or lattice damage is completely removed. The crystal plane having the same crystallinity as the inside of the substrate is exposed.

型単結晶SiC基板1’の表面側の主要電極要素群(2、3a1〜3an、5、7、8)及び裏面側のオーミック電極9及び裏面配線10は、第1の実施の形態と全く同じなので、説明を省略する。 The main electrode element group (2, 3 a1 to 3 an , 5, 7, 8) on the front surface side of the n + -type single crystal SiC substrate 1 ′, the ohmic electrode 9 on the back surface side, and the back surface wiring 10 are formed in the first embodiment. The description is omitted because it is exactly the same as the form.

次に、図5〜図7の断面工程図を用いて、図4に示した縦型ショットキーダイオードの製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the vertical Schottky diode shown in FIG. 4 will be described with reference to cross-sectional process diagrams of FIGS.

(A)はじめに、前記の(イ)工程と全く同様にして、基板1’表面側に所望の厚み(ここでは約10μmとする)のn型エピ層2を成長し、裏面の寄生エピ膜を除去した後、アライメントマーク(非表示)を形成する。もちろん、本工程でも前記の(イ)工程記載の効果と同じ効果が得られる。 (A) First, an n type epi layer 2 having a desired thickness (here, about 10 μm) is grown on the surface side of the substrate 1 ′ in the same manner as in the step (a), and a parasitic epi film on the back surface. Then, an alignment mark (not shown) is formed. Of course, the same effects as those described in the process (A) can be obtained in this process.

次に、基板を十分洗浄・乾燥してから、基板の表裏両面に1160℃、酸素雰囲気中で熱酸化(第1熱酸化)し、酸化後、直ちに熱酸化膜(SiO)をBHF溶液で除去する。この第1熱酸化は、基板表面に10〜20nmのSiO膜が成長するよう行うのが好ましい。この第1熱酸化で、裏面にはおよそ一桁厚いSiO膜が成長し、裏面寄生エピ膜の除去(研削)で裏面表層に発生した結晶不整層、汚染層が熱酸化とともに除去される。これによって裏面低温コンタクトの低抵抗化が一層促進される。 Next, after sufficiently washing and drying the substrate, both the front and back surfaces of the substrate were thermally oxidized (first thermal oxidation) at 1160 ° C. in an oxygen atmosphere, and immediately after oxidation, the thermal oxide film (SiO 2 ) was immediately washed with a BHF solution. Remove. This first thermal oxidation is preferably performed so that a 10 to 20 nm SiO 2 film grows on the substrate surface. By this first thermal oxidation, a SiO 2 film that is about an order of magnitude thick grows on the back surface, and the crystal irregular layer and the contaminated layer generated on the back surface layer by removing (grinding) the back surface parasitic epi film are removed together with the thermal oxidation. This further promotes lowering the resistance of the back surface low-temperature contact.

(B)続けて、前記の(ロ)工程と全く同様にして、図5(a)に示すように、n型エピ層2表面にp型電界緩和領域3a1〜3anを選択形成するためのイオン注入マスク11を形成する。そして、p型電界緩和領域3a1〜3anの前駆体領域11a1〜11anをイオン注入で形成する。本工程でも、前記の(ロ)工程記載の効果と同じ効果が得られる。 (B) Subsequently, p-type field relaxation regions 3 a1 to 3 an are selectively formed on the surface of the n -type epilayer 2 as shown in FIG. For this purpose, an ion implantation mask 11 is formed. Then, the precursor regions 11 a1 to 11 an of the p-type electric field relaxation regions 3 a1 to 3 an are formed by ion implantation. Even in this step, the same effect as described in the step (b) can be obtained.

(C)つぎに、基板の表面並びに裏面を十分洗浄した後、基板裏面のスルーSiO膜(図示せず)越しにP(リン)イオンの多段高温イオン注入を行い、図5(b)のように、基板裏面全面にn型高濃度不純物層4の前駆体領域12を形成する。このイオン注入条件の一例を示すとつぎのとおりである。 (C) Next, after sufficiently cleaning the front surface and the back surface of the substrate, multi-stage high-temperature ion implantation of P + (phosphorus) ions is performed through a through SiO 2 film (not shown) on the back surface of the substrate, and FIG. As described above, the precursor region 12 of the n + -type high concentration impurity layer 4 is formed on the entire back surface of the substrate. An example of this ion implantation condition is as follows.

基板温度 500℃
加速エネルギー/ドーズ
第1段 250keV/3.6×1015/cm
第2段 200keV/8.0×1014/cm
第3段 150keV/1.5×1015/cm
第4段 100keV/8.0×1014/cm
第5段 70keV/8.0×1014/cm
第6段 40keV/5.3×1014/cm
上記高温イオン注入は基板の“表面”を加熱プラテン(あるいはサセプタ)面に接触させて実行する。この時、基板表面には上記(ロ)工程で説明したスルーSiO膜付きイオン注入マスク11が残存しているので、これが保護膜として作用し、基板1表面に加熱されたプラテン(あるいはサセプタ)面に存在する金属が基板表面と接触して汚染したり、固相反応で金属珪化物や金属炭化物が生成するのを防止する。従来技術においてはこの汚染物や反応物が表面側のデバイス要素に悪影響を与え、デバイスの特性不良を引き起こす原因の一つであった。しかし、第2の実施の形態では、保護膜としての酸化膜を基板表面に形成してから基板裏面にイオン注入することで、その原因を取り除いている。
Substrate temperature 500 ° C
Acceleration energy / Dose
First stage 250 keV / 3.6 × 10 15 / cm 2
Second stage 200 keV / 8.0 × 10 14 / cm 2
Third stage 150 keV / 1.5 × 10 15 / cm 2
4th stage 100 keV / 8.0 × 10 14 / cm 2
5th stage 70 keV / 8.0 × 10 14 / cm 2
6th stage 40 keV / 5.3 × 10 14 / cm 2
The high temperature ion implantation is performed by bringing the “surface” of the substrate into contact with the heated platen (or susceptor) surface. At this time, since the ion implantation mask 11 with the through SiO 2 film described in the step (b) remains on the surface of the substrate, this acts as a protective film and the platen (or susceptor) heated on the surface of the substrate 1. It prevents the metal present on the surface from coming into contact with the substrate surface and contaminating it, and preventing the formation of metal silicides and metal carbides by solid phase reaction. In the prior art, these contaminants and reactants adversely affect the device elements on the surface side, which is one of the causes of device characteristic defects. However, in the second embodiment, the cause is eliminated by forming an oxide film as a protective film on the surface of the substrate and then implanting ions into the back surface of the substrate.

第2の実施の形態では固相反応を抑止する保護膜として、表面側に形成したイオン注入マスク11を再利用しているが、別の専用の保護膜を表面に形成した後、裏面にイオン注入するようにしてもよい。また、この場合には、裏面のn型高濃度不純物層4の前駆体領域12を先にイオン注入して、その後に、p型電界緩和領域の前駆体領域11a1〜11anを形成するように工程を変えてもよい。 In the second embodiment, the ion implantation mask 11 formed on the front surface side is reused as a protective film for suppressing the solid-phase reaction. However, after another dedicated protective film is formed on the surface, ions are formed on the back surface. You may make it inject | pour. In this case, the precursor region 12 of the n + -type high concentration impurity layer 4 on the back surface is first ion-implanted, and then the precursor regions 11 a1 to 11 an of the p-type electric field relaxation region are formed. Thus, the process may be changed.

もちろん、上記の説明のように、イオン注入マスク11を再利用する方が、製造工程の増加が起こらないので、生産技術的に望ましいことは言うまでもない。   Of course, as described above, it is needless to say that the reuse of the ion implantation mask 11 is desirable in terms of production technology because the number of manufacturing steps does not increase.

(D)表面及び裏面の全てのイオン注入が終了したところで、基板をBHF溶液に浸漬して、表裏にあるすべてのSiO膜(マスク膜とスルー膜)を除去する。つづいて基板を十分洗浄し、乾燥した後、活性化アニールを行い、図5(c)のように、前駆体領域11a1〜11anと12を同時に活性化させて、p型電界緩和領域3a1〜3anとn型高濃度不純物層4を形成する。 (D) When all the ion implantations on the front and back surfaces are completed, the substrate is immersed in a BHF solution to remove all the SiO 2 films (mask film and through film) on the front and back surfaces. Subsequently, the substrate is sufficiently cleaned and dried, and then activation annealing is performed, and the precursor regions 11 a1 to 11 an and 12 are simultaneously activated as shown in FIG. a1 to 3an and n + type high concentration impurity layer 4 are formed.

この活性化は高純度のカーボンサセプタの上に、基板の表面が上を向くように、つまり基板の裏面がサセプタを接するように置き、例えばArなどの高純度不活性ガス雰囲気あるいは僅かにシランを含有する高純度不活性ガス雰囲気のなかで、1600℃以上の温度で急速加熱処理を行うことで実施する。ただし、到達温度は高くて1750℃、望ましくは1700℃を超えないようにする。また、1600℃以上の経過時間は最大3分、好ましくは2分を過ぎてはならないようにする。これら条件を超える温度や経過時間を取った場合は、はじめに基板裏面からSiCの昇華が起こり、n型高濃度不純物層4の薄層化や粗面化(変質)が起きて、低抵抗の裏面低温コンタクトを得ることが困難になる。第2の実施の形態では、上記、適正な温度及び時間範囲において活性化を実施することにより、低抵抗な低温コンタクトを実現している。 This activation is carried out on a high-purity carbon susceptor so that the surface of the substrate faces upward, that is, the back surface of the substrate is in contact with the susceptor, and a high-purity inert gas atmosphere such as Ar or slightly silane is added. It is carried out by performing a rapid heat treatment at a temperature of 1600 ° C. or higher in a high purity inert gas atmosphere. However, the reached temperature is high and should not exceed 1750 ° C., preferably 1700 ° C. Further, the elapsed time of 1600 ° C. or higher should not exceed 3 minutes, preferably 2 minutes at the maximum. When the temperature and elapsed time exceeding these conditions are taken, SiC sublimation first occurs from the back surface of the substrate, and the n + type high concentration impurity layer 4 is thinned or roughened (altered), resulting in low resistance. It becomes difficult to obtain a low temperature contact on the back surface. In the second embodiment, a low-temperature contact with low resistance is realized by performing activation in the above-described appropriate temperature and time range.

(E)p型電界緩和領域3a1〜3anやn型高濃度不純物層4の活性化が済んだところで、基板を十分洗浄・乾燥してから、基板を拡散炉に垂直に起き、950℃でパイロ酸化させ、図6(a)に示すように基板(n型高濃度不純物層4)の裏面に20〜100nmの熱酸化膜23を成長させる。このとき、基板表面=(0001)Si面にもわずかに酸化膜が成長する(図示なし)が、その厚みは裏面=(0001)面の1/10程度と極めて薄い。 (E) After the activation of the p-type field relaxation regions 3 a1 to 3 an and the n + -type high-concentration impurity layer 4, the substrate is sufficiently cleaned and dried, and then the substrate is raised vertically to the diffusion furnace, 950 Thermal oxidation film 23 of 20 to 100 nm is grown on the back surface of the substrate (n + type high concentration impurity layer 4) as shown in FIG. At this time, an oxide film slightly grows on the substrate surface = (0001) Si surface (not shown), but the thickness is extremely thin, about 1/10 of the back surface = (0001) C surface.

続けて、基板の両面にそれぞれLPCVDで20〜50nm厚のSiO膜24及び所定の厚みの熱酸化防止膜25を順次堆積した後、直ちに、基板の表面側にある熱酸化防止膜25とSiO膜24をそれぞれドライエッチング(RIEなど)とウエットエッチング(BHF溶液エッチングなど)で除去し、基板1の表面側にnエピ層2を露出させると、図6(a)のような構造になる。裏面の熱酸化防止膜25は、この時点でも、保存されている点に注目を要する。 Subsequently, after sequentially depositing a SiO 2 film 24 having a thickness of 20 to 50 nm and a thermal antioxidant film 25 having a predetermined thickness on both surfaces of the substrate by LPCVD, immediately, the thermal antioxidant film 25 and SiO 2 on the surface side of the substrate are deposited. When the two films 24 are removed by dry etching (RIE, etc.) and wet etching (BHF solution etching, etc.), and the n - epi layer 2 is exposed on the surface side of the substrate 1, the structure shown in FIG. Become. It should be noted that the thermal oxidation preventive film 25 on the back surface is preserved even at this point.

熱酸化防止膜25は、その下にあるSiC基板が熱酸化で酸化するのを防止し、BHFなどのSiOのエッチング液に耐える役割を担っており、この目的にかなう物として、たとえば150〜400nm厚のSi膜を挙げることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。便宜上、以下の説明において、熱酸化防止膜25はSi膜であるものとして説明する。 The thermal oxidation-preventing film 25 prevents the SiC substrate underneath from being oxidized by thermal oxidation, and has a role of withstanding an etching solution of SiO 2 such as BHF. A 400 nm thick Si 3 N 4 film can be mentioned, but the present invention is not limited to this. For convenience, in the following description, it is assumed that the thermal oxidation-preventing film 25 is a Si 3 N 4 film.

Si膜25はきわめて強い引っ張り応力を発生するが、SiO膜24は、このSi膜25が基板の表面と裏面にダメージを与えるのを抑止する役割と、Si膜25をドライエッチング(RIEなど)で除去する際、SiC表面をプラズマ損傷から保護する2重の役割を有している。 The Si 3 N 4 film 25 generates a very strong tensile stresses but, SiO 2 film 24 has a role of this the Si 3 N 4 film 25 is to suppress the damage to the surface and the back surface of the substrate, Si 3 N 4 When the film 25 is removed by dry etching (RIE or the like), it has a dual role of protecting the SiC surface from plasma damage.

一方、裏面の熱酸化膜23は、Si膜25の応力緩和効果とともに、活性化工程で生じた、基板裏面の極表面にある低不純物濃度層や不整層を犠牲酸化することによって除去する機能を果たしている。不整層や不純物低濃度層は裏面のオーミックコンタクト抵抗を増大させる要因になる。かくして、熱酸化膜23は裏面のコンタクト抵抗が十分下がらないという従来技術の問題点を解決するのに大きな貢献をしている、と言うことができる。 On the other hand, the thermal oxide film 23 on the back surface is removed by sacrificing oxidation of the low impurity concentration layer and the irregular layer on the extreme surface on the back surface of the substrate generated in the activation process together with the stress relaxation effect of the Si 3 N 4 film 25. Plays a function. The irregular layer or the low impurity concentration layer causes the ohmic contact resistance on the back surface to increase. Thus, it can be said that the thermal oxide film 23 greatly contributes to solving the problem of the prior art that the contact resistance on the back surface is not sufficiently lowered.

(F)基板の表面側にn型エピ層2を露出させたところで、基板を十分洗浄し、乾燥させた後、1160℃、ドライ酸素雰囲気で熱酸化して基板表面に熱酸化膜を成長させる。その後、BHF溶液に浸漬して基板表面の熱酸化膜を取り除く。この熱酸化膜の厚みは50nm未満、好ましくは5〜20nmが望ましい。 (F) When the n type epi layer 2 is exposed on the surface side of the substrate, the substrate is sufficiently washed and dried, and then thermally oxidized in a dry oxygen atmosphere at 1160 ° C. to grow a thermal oxide film on the substrate surface Let Thereafter, the substrate is immersed in a BHF solution to remove the thermal oxide film on the substrate surface. The thickness of the thermal oxide film is less than 50 nm, preferably 5 to 20 nm.

この犠牲酸化で基板裏面の熱酸化防止膜(Si膜)25の表面も僅かに酸化され、除去されるが、殆どは残ったままである。このことは、耐酸化性Si膜25の下部にある基板裏面表層にあるn型高濃度不純物層4がこの犠牲酸化によって、薄層化したり消失したりすることなく、酸化する前と変わりなく残存していることを意味している。すなわち、熱酸化防止膜(Si膜)25は、基板裏面にn型高濃度不純物層4を形成した後、n型高濃度不純物層4の消失を招くことなく、基板表面を犠牲酸化することを可能にしている。これによって、裏面のコンタクト抵抗を増大させることなく、活性化及びその後の工程で発生する、基板表面からデバイスの不良の要因となる汚染層や不整層が適切に除去され、縦型デバイスの不良率を低減することができる。この効果は従来技術にない本発明の実施の形態による効果である。 By this sacrificial oxidation, the surface of the thermal antioxidant film (Si 3 N 4 film) 25 on the back surface of the substrate is also slightly oxidized and removed, but most of it remains. This is because the n + -type high-concentration impurity layer 4 on the back surface of the substrate under the oxidation-resistant Si 3 N 4 film 25 is oxidized without being thinned or lost by this sacrificial oxidation. It means that it remains as it is. That is, the thermal oxidation-resistant film (Si 3 N 4 film) 25 is formed by forming an n + -type high concentration impurity layer 4 on the rear surface of the substrate, without causing the loss of the n + -type high concentration impurity layer 4, the substrate surface It enables sacrificial oxidation. As a result, the contamination and irregular layers that cause device defects are appropriately removed from the substrate surface, which are generated in activation and subsequent processes, without increasing the contact resistance on the back surface, and the defect rate of vertical devices. Can be reduced. This effect is an effect of the embodiment of the present invention that does not exist in the prior art.

基板表面の犠牲酸化が終了した後に、基板を十分洗浄する。そして、1160℃、ドライ酸素雰囲気で熱酸化して基板1の表面全面に凡そ5〜20nm厚の熱酸化膜を成長させ、さらにこの上に、常圧化学的気相成長法(APCVD)などの手段を用いて熱酸化膜よりも厚い(600nm厚)のSiO膜を堆積する。これにより、図6(b)のような、熱酸化膜とAPCVD−SiO膜からなる2層構造のフィールド絶縁膜5を形成する。この熱酸化で裏面の熱酸化防止膜(Si膜)25の表面もわずかに酸化される(非表示)がその厚みは微々たるものである。 After the sacrificial oxidation of the substrate surface is completed, the substrate is sufficiently cleaned. Then, a thermal oxide film having a thickness of about 5 to 20 nm is grown on the entire surface of the substrate 1 by thermal oxidation at 1160 ° C. in a dry oxygen atmosphere, and further, an atmospheric pressure chemical vapor deposition method (APCVD) or the like is formed thereon. A SiO 2 film thicker (600 nm thick) than the thermal oxide film is deposited by means. Thereby, a field insulating film 5 having a two-layer structure composed of a thermal oxide film and an APCVD-SiO 2 film is formed as shown in FIG. By this thermal oxidation, the surface of the thermal oxidation preventive film (Si 3 N 4 film) 25 on the back surface is also slightly oxidized (not shown), but its thickness is insignificant.

フィールド絶縁膜5の下部の熱酸化膜はフィールド絶縁膜とSiC表面との界面を安定化させ、p型電界緩和領域3a1〜3anの耐電圧性を高め、そのばらつきを抑制する効果がある。耐電圧不足やその過大なばらつきはデバイスの不良の一つであるから、本発明の第2の実施の形態では、この.点においても、従来技術の縦型デバイスの不良率が高いという問題点を解決することができる。 The thermal oxide film under the field insulating film 5 has an effect of stabilizing the interface between the field insulating film and the SiC surface, increasing the withstand voltage of the p-type electric field relaxation regions 3 a1 to 3 an and suppressing the variation. . Insufficient withstand voltage or excessive variation is one of device defects, so in the second embodiment of the present invention, the defect rate of the vertical device of the prior art is also high. Can be solved.

(G)次に、フィールド絶縁膜5の上に保護用のフォトレジスト28を塗布する。裏面の熱酸化防止膜(Si膜)25の上部にある薄い熱酸化膜(非表示)をBHF溶液で除去し、つぎに、裏面Si膜25をドライエッチングで除去し、最後にSiO膜24と熱酸化膜23をBHF溶液で除去する。これにより、裏面にn型高濃度不純物層4が露出する。ここで、露出したn型高濃度不純物層4の露出面は、熱酸化膜23の除去による前記犠牲酸化効果によって、高品質、高不純物濃度、高清浄度が達成されている。 (G) Next, a protective photoresist 28 is applied on the field insulating film 5. The thin thermal oxide film (not shown) on the upper surface of the back surface thermal oxidation preventive film (Si 3 N 4 film) 25 is removed with a BHF solution, and then the back surface Si 3 N 4 film 25 is removed by dry etching, Finally, the SiO 2 film 24 and the thermal oxide film 23 are removed with a BHF solution. As a result, the n + -type high concentration impurity layer 4 is exposed on the back surface. Here, the exposed surface of the exposed n + -type high-concentration impurity layer 4 achieves high quality, high impurity concentration, and high cleanliness by the sacrificial oxidation effect by removing the thermal oxide film 23.

次に、n型高濃度不純物層4の裏面が露出した基板を超純水で十分すすぎ、乾燥させた後、図6(c)のように、基板裏面全面に電子ビーム蒸着やDCスパッタリングなどの成膜手段を用いて前述した所定のオーミック電極9と裏面配線10を所望の厚みだけ蒸着する。このようにして、高品位なSiC裏面に間髪置かずにオーミック電極9が成膜される。オーミック電極9は、裏面にお知恵SiCの結晶周期性を引き継いだ単結晶性の電極膜になる。基板裏面とオーミック電極9の界面は極めて急峻である。 Next, the substrate on which the back surface of the n + -type high-concentration impurity layer 4 is exposed is thoroughly rinsed with ultrapure water and dried, and then, as shown in FIG. The predetermined ohmic electrode 9 and the back surface wiring 10 described above are deposited by a desired thickness using the film forming means. In this way, the ohmic electrode 9 is formed without placing a gap on the high-quality SiC back surface. The ohmic electrode 9 becomes a single crystalline electrode film that inherits the crystal periodicity of wisdom SiC on the back surface. The interface between the back surface of the substrate and the ohmic electrode 9 is extremely steep.

(H)オーミック電極9と裏面配線10の蒸着が終了したら、基板を専用のフォトレジスト・ストリッパ溶液に浸漬させ、基板表面の保護用フォトレジスト28を完全に剥離する。そして、基板1’を十分洗浄し、超純水で十分濯いでから乾燥させる。   (H) When the deposition of the ohmic electrode 9 and the backside wiring 10 is completed, the substrate is immersed in a dedicated photoresist stripper solution, and the protective photoresist 28 on the substrate surface is completely peeled off. Then, the substrate 1 'is sufficiently cleaned, rinsed with ultrapure water, and then dried.

続けて、フォトリソグラフィーを実施し、フィールド絶縁膜5表面に開口部6をくり抜くためのフォトレジストパターン29を所定の位置に形成する。次に、基板裏面にフォトレジスト30を塗布して、裏面配線10を完全に覆って保護する。表裏面のフォトレジストのポストベークを行ってから、BHF溶液を用いたウエットエッチングあるいは前述のドライエッチング及びウェットエッチングを実施して、フィールド絶縁膜5に開口部6を形成し、開口部6底部にn型エピ層2を露出させる。これを「開口エッチング」と言う。 Subsequently, photolithography is performed, and a photoresist pattern 29 for hollowing out the opening 6 on the surface of the field insulating film 5 is formed at a predetermined position. Next, a photoresist 30 is applied to the back surface of the substrate to completely cover and protect the back surface wiring 10. After post-baking the photoresist on the front and back surfaces, wet etching using a BHF solution or the dry etching and wet etching described above are performed to form an opening 6 in the field insulating film 5 and at the bottom of the opening 6 The n type epi layer 2 is exposed. This is called “opening etching”.

開口エッチングで開口部6が露出したところで、基板を十分に濯ぎ乾燥させた後、基板を真空蒸着装置あるいはスパッタリング装置に装着し、基板表面全面に所望のショットキー電極材料を成膜すると、図7(a)の構造が得られる。もし、ショトッキー電極材料21が、TiやAlのように、純水やフォトレジスト剥離液で酸化したり溶解したりしやすい材料の場合には、さらにこの膜の上に、反応防止用の導電膜、たとえば、Ptを厚み50nm〜150nmの範囲で連続成膜するとよい。   When the opening 6 is exposed by opening etching, the substrate is sufficiently rinsed and dried, and then the substrate is mounted on a vacuum deposition apparatus or sputtering apparatus, and a desired Schottky electrode material is formed on the entire surface of the substrate. The structure (a) is obtained. If the Schottky electrode material 21 is a material that is easily oxidized or dissolved with pure water or a photoresist stripping solution, such as Ti or Al, a conductive film for reaction prevention is further formed on this film. For example, Pt may be continuously formed in a thickness range of 50 nm to 150 nm.

(I)次に、基板を成膜装置から取り出したところで、基板を超音波振動を加えながらフォトレジスト剥離液に浸漬し、表裏面のフォトレジストをきれいに取り除き、超純水で十分濯ぎ、乾燥させる。これにより、開口部6の底にショットキー電極7を自己整合的に配設した図7(b)の構造が得られる。   (I) Next, when the substrate is taken out from the film forming apparatus, the substrate is immersed in a photoresist stripping solution while applying ultrasonic vibration, the photoresist on the front and back surfaces is removed cleanly, rinsed thoroughly with ultrapure water, and dried. . As a result, the structure shown in FIG. 7B is obtained in which the Schottky electrode 7 is disposed on the bottom of the opening 6 in a self-aligning manner.

従来技術においては、基板裏面にオーミック電極9や裏面配線10を一たび形成してしまうと、その後の工程において、基板表面を十分洗浄することが事実上困難であった。なぜなら、不用意に洗浄すると、電極材料が洗浄液に溶出して、かえって基板表面を汚染する結果になるからである。したがって、従来技術では、オーミック電極9を裏面に成膜した後は十分な基板洗浄ができないまま、表面側に電極(ショットキー電極など)などの部材を形成せざるを得なかった。これが、従来技術の不良率が高い大きな原因になっていた。   In the prior art, once the ohmic electrode 9 and the back surface wiring 10 are formed once on the back surface of the substrate, it is practically difficult to sufficiently clean the substrate surface in the subsequent steps. This is because careless cleaning may cause the electrode material to elute into the cleaning solution and contaminate the substrate surface. Therefore, in the prior art, after forming the ohmic electrode 9 on the back surface, members such as an electrode (Schottky electrode or the like) have to be formed on the front surface side without sufficient substrate cleaning. This has been a major cause of the high defect rate of the prior art.

しかしながら、本発明の第2の実施の形態においては、上記開口エッチングで露出したn型エピ層2表面は前述のフィールド絶縁膜5の熱酸化過程で、実質、犠牲酸化に等しい処理がなされている。このため、この時点ですでに不整層や汚染物が完璧に除かれた、極めて均質かつ清浄な表面が実現されている。しかも、開口エッチングに際しては、保護用レジストで裏面が覆われているためオーミック電極9が開口エッチング溶液に解け出る恐れもない。開口部6に露出したSiC表面は金属汚染を被らない。故に、第2の実施の形態では、極めて清浄、高品位なSiC面ショットキー電極等を形成することが可能である。こうして第2の実施の形態は、従来技術が持っていたデバイス不良を引き起こす1つの要因を取り除き、不良率を低減している。 However, in the second embodiment of the present invention, the surface of the n -type epitaxial layer 2 exposed by the opening etching is processed substantially equivalent to sacrificial oxidation in the thermal oxidation process of the field insulating film 5 described above. Yes. For this reason, a very homogeneous and clean surface has already been realized at this point in which the irregular layers and contaminants have been completely removed. Moreover, since the back surface is covered with the protective resist during the opening etching, there is no possibility that the ohmic electrode 9 is dissolved into the opening etching solution. The SiC surface exposed to the opening 6 does not suffer from metal contamination. Therefore, in the second embodiment, it is possible to form an extremely clean and high-quality SiC surface Schottky electrode or the like. In this way, the second embodiment removes one factor causing the device failure that the prior art has, and reduces the failure rate.

(J)続いて、DCマグネトロンスパッタリングなどの手段を用いて、基板表面全面に厚い表面配線材料を蒸着して、その後、同配線材料を周知のフォトリソグラフィーとRIEなどのドライエッチング法を用いてパターニングして表面配線8とし、フォトレジストを剥離すると、図4に示した最終構造になる。表面配線材料としては、たとえば、50nm厚のTiと2μm厚のAlを連続蒸着した積層膜を用いることができる。   (J) Subsequently, a thick surface wiring material is vapor-deposited on the entire surface of the substrate using means such as DC magnetron sputtering, and then the wiring material is patterned using a well-known photolithography and a dry etching method such as RIE. When the surface wiring 8 is formed and the photoresist is peeled off, the final structure shown in FIG. 4 is obtained. As the surface wiring material, for example, a laminated film in which 50 nm thick Ti and 2 μm thick Al are continuously deposited can be used.

第2の実施の形態に基づいてショットキー電極面積が約1×1mmの縦型ショットキーダイオードを多数製作し、裏面のコンタクト抵抗値ρBC及び半導体装置の不良率を測定したところ、コンタクト抵抗値ρBCは全て10−6Ωcm台前半以下であり、平均値で1.8×10−6Ωcmであった。第1の実施の形態の説明の中で比較として紹介した従来技術のρBC値に比べ、第2の実施の形態は、約1/400のρBCを得ることに成功している。この結果から明白なとおり、第2の実施の形態は、十分低抵抗な裏面低温コンタクトが得られないという従来技術の問題を解決している。 A large number of vertical Schottky diodes having a Schottky electrode area of about 1 × 1 mm 2 were manufactured based on the second embodiment, and the contact resistance value ρ BC on the back surface and the defect rate of the semiconductor device were measured. The values ρ BC were all lower than the first half of 10 −6 Ωcm 2 and averaged 1.8 × 10 −6 Ωcm 2 . Compared to the ρ BC value of the prior art introduced as a comparison in the description of the first embodiment, the second embodiment succeeds in obtaining a ρ BC of about 1/400. As is apparent from this result, the second embodiment solves the problem of the prior art that a sufficiently low-resistance back surface low-temperature contact cannot be obtained.

また、上記1×1mm縦型ショットキーダイオードの不良率は10%以下であり、従来技術の不良率60%に比べて、不良率は飛躍的に改善していることがわかる。すなわち、第2の実施の形態は、従来技術の裏面低温コンタクト関連工程が表面側デバイス要素にデバイス不良率を増大させる、という問題点を解決していると言うことができる。 In addition, the defect rate of the 1 × 1 mm 2 vertical Schottky diode is 10% or less, and it can be seen that the defect rate is drastically improved as compared with the defect rate of 60% of the prior art. In other words, it can be said that the second embodiment solves the problem that the backside low temperature contact related process of the prior art increases the device defect rate in the front side device element.

第2の実施の形態における不良率は、第1の実施の形態における30%に比べて、20ポイント以上改善されている。これは結晶欠陥の少ない1×1019/cm未満の不純物濃度のn型単結晶4H−SiC基板を使用できるようにした効果によるものである。 The defect rate in the second embodiment is improved by 20 points or more compared to 30% in the first embodiment. This is due to the effect that an n-type single crystal 4H—SiC substrate having an impurity concentration of less than 1 × 10 19 / cm 3 with few crystal defects can be used.

以上説明したように、本発明の第2の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.

基板表面を非金属材料からなる耐熱性保護膜で被覆し、基板裏面に炭化珪素基板と同じ導電型の伝導不純物をイオン注入して、伝導不純物を活性化することにより、比較的抵抗が高い基板を用いてもその裏面に低抵抗層を形成することができ、コンタクト抵抗を低減することができる。   A substrate with a relatively high resistance by coating the surface of the substrate with a heat-resistant protective film made of a non-metallic material, and ion-implanting conductive impurities of the same conductivity type as the silicon carbide substrate on the back of the substrate to activate the conductive impurities. Even if is used, a low resistance layer can be formed on the back surface thereof, and the contact resistance can be reduced.

エピ層2の表面に形成したイオン注入マスクを耐熱性保護膜として用いて、裏面に炭化珪素基板と同じ導電型の伝導不純物をイオン注入する。これにより、イオン注入マスクを有効利用して工程を削減することができる。   Using the ion implantation mask formed on the surface of the epi layer 2 as a heat-resistant protective film, ion implantation of conductive impurities of the same conductivity type as the silicon carbide substrate is performed on the back surface. Thereby, processes can be reduced by effectively using the ion implantation mask.

<第3の実施の形態>
第1及び第2の実施の形態では、図1及び図4に示す縦型半導体装置を作製するのに、いずれも、始めに裏面の低温オーミック電極(低温コンタクト)を形成し、その後に表面のショットキー電極を形成する構成になっていたが、本発明作製方法はこのような順に限定されるものではない。表面側のショットキー電極を先に形成し、裏面側の低温オーミック電極を後に形成して、まったく同じ構成の縦型半導体装置を作製することができる。第3の実施の形態では、これを証明する例として、図4の構成を備える縦型ショットキーダイオードを第2の実施の形態とは異なる順番で形成する方法を、図8〜図9の工程図を用いて説明する。
<Third Embodiment>
In the first and second embodiments, in order to fabricate the vertical semiconductor device shown in FIGS. 1 and 4, in both cases, a low-temperature ohmic electrode (low-temperature contact) on the back surface is formed first, and then the surface of the surface is formed. Although the Schottky electrode is formed, the manufacturing method of the present invention is not limited to this order. A vertical semiconductor device having exactly the same structure can be manufactured by forming the Schottky electrode on the front surface side first and the low-temperature ohmic electrode on the back surface side later. In the third embodiment, as an example to prove this, a method of forming a vertical Schottky diode having the configuration of FIG. 4 in an order different from that of the second embodiment is shown in FIG. 8 to FIG. This will be described with reference to the drawings.

(1)工程(A)〜(F)までを実施して、図6(b)の構造を得た後、フォトリソグラフィーを実施し、図8(a)に示すように、基板のフィールド絶縁膜5表面に開口部6をくり抜くためのフォトレジストパターン29を所定の位置に形成する。BHF溶液を用いたウエットエッチングあるいは前述のドライエッチング及びウェットエッチングを実施し、フィールド絶縁膜5に開口部6を形成して、開口部6底部にn型エピ層2を露出させる(開口エッチング)。この時点で、裏面のSi膜25はBHF溶液に対して耐性のあるので、依然として保存されている。 (1) Steps (A) to (F) are performed to obtain the structure shown in FIG. 6B, and then photolithography is performed. As shown in FIG. 5 A photoresist pattern 29 for hollowing out the opening 6 is formed at a predetermined position on the surface. Wet etching using a BHF solution or the dry etching and wet etching described above is performed to form an opening 6 in the field insulating film 5 and to expose the n type epi layer 2 at the bottom of the opening 6 (opening etching). . At this point, the back Si 3 N 4 film 25 is still preserved because it is resistant to the BHF solution.

型エピ層2が露出したところで、基板を十分に濯ぎ乾燥させ、その後、基板を真空蒸着装置あるいはスパッタリング装置に装着し、基板表面全面に所望のショットキー電極材料を成膜する。これにより、図8(a)の構造が得られる。もしショトッキー電極材料21が、TiやAlのように、純水やフォトレジスト剥離液で酸化したり溶解したりしやすい材料の場合には、さらにこの膜の上に、反応防止用の導電膜、たとえば、Ptを厚み50nm〜150nmの範囲で連続成膜するとよい。 When the n -type epi layer 2 is exposed, the substrate is sufficiently rinsed and dried, and then the substrate is mounted on a vacuum deposition apparatus or a sputtering apparatus, and a desired Schottky electrode material is formed on the entire surface of the substrate. Thereby, the structure of FIG. 8A is obtained. If the Schottky electrode material 21 is a material that is easily oxidized or dissolved with pure water or a photoresist stripping solution, such as Ti or Al, a conductive film for preventing reaction is further formed on this film. For example, Pt may be continuously formed in a thickness range of 50 nm to 150 nm.

次に、基板を成膜装置から取り出し、基板を超音波振動を加えながらフォトレジスト剥離液に浸漬し、表裏のフォトレジストをきれいに取り除き、超純水で十分濯ぎ、乾燥させると、開口部6の底にショットキー電極7を自己整合的に配設した構造が得られる。   Next, the substrate is taken out from the film formation apparatus, immersed in a photoresist stripping solution while applying ultrasonic vibration, the photoresist on the front and back is removed cleanly, rinsed thoroughly with ultrapure water, and dried. A structure is obtained in which the Schottky electrode 7 is disposed on the bottom in a self-aligning manner.

(2)続けて、DCマグネトロンスパッタリングなどの手段を用いて、基板表面全面に厚い表面配線材料を蒸着する。その後、同配線材料を周知のフォトリソグラフィーとRIEなどのドライエッチング法を用いてパターニングして表面配線8する。フォトレジストを剥離すると、図8(b)に示した構造になる。表面配線材料としては、たとえば、50nm厚のTiと2μm厚のAlを連続蒸着した積層膜を用いることができる。   (2) Subsequently, a thick surface wiring material is deposited on the entire surface of the substrate using means such as DC magnetron sputtering. Thereafter, the surface wiring 8 is formed by patterning the wiring material using a known etching method such as photolithography and RIE. When the photoresist is peeled off, the structure shown in FIG. As the surface wiring material, for example, a laminated film in which 50 nm thick Ti and 2 μm thick Al are continuously deposited can be used.

(3)表面配線8を形成したところで、基板表面にフォトレジスト28を塗布して、表面配線8とフィールド絶縁膜5を保護する。その後、裏面側のSi膜25をドライエッチングで除去し、最後にSi膜25の下のSiO膜24と熱酸化膜23をBHF溶液で除去する。これにより、裏面側にn型高濃度不純物層4が露出する。ここで、n型高濃度不純物層4の露出面は、熱酸化膜23の除去による犠牲酸化効果によって、高品質、高不純物濃度、高清浄度が達成された表面である。 (3) When the surface wiring 8 is formed, a photoresist 28 is applied to the substrate surface to protect the surface wiring 8 and the field insulating film 5. Thereafter, the Si 3 N 4 film 25 on the back side is removed by dry etching, and finally the SiO 2 film 24 and the thermal oxide film 23 under the Si 3 N 4 film 25 are removed with a BHF solution. As a result, the n + -type high concentration impurity layer 4 is exposed on the back surface side. Here, the exposed surface of the n + -type high-concentration impurity layer 4 is a surface that has achieved high quality, high impurity concentration, and high cleanliness by the sacrificial oxidation effect by removing the thermal oxide film 23.

次に、n型高濃度不純物層4が露出した基板を超純水で十分すすぎ、乾燥させた後、図9のように、基板裏面全面に電子ビーム蒸着やDCスパッタリングなどの成膜手段を用いて前述した所定のオーミック電極9と裏面配線10を所望の厚みだけ蒸着する。オーミック電極9はSiCの結晶周期性を引き継いだ単結晶性の電極膜になる。S基板裏面とオーミック電極の界面は極めて急峻である。 Next, the substrate on which the n + -type high-concentration impurity layer 4 is exposed is sufficiently rinsed with ultrapure water and dried. Then, as shown in FIG. The predetermined ohmic electrode 9 and the back surface wiring 10 described above are vapor-deposited to a desired thickness. The ohmic electrode 9 becomes a single crystalline electrode film that inherits the crystal periodicity of SiC. The interface between the back surface of the S substrate and the ohmic electrode is extremely steep.

従来技術においては、基板裏面にショットキー電極7や表面配線8を一たび形成してしまうと、その後の工程において、基板裏面を十分洗浄することが事実上困難であった。なぜなら、不用意に洗浄すると、電極材料が洗浄液に溶出して、かえって基板裏面を汚染する結果になるからである。したがって、従来技術では、ショットキー電極を表面に成膜した後は十分な基板洗浄ができないまま、裏面側にオーミック電極を形成せざるを得なかった。これが、従来技術の裏面低温オーミック電極のコンタクト抵抗が高い原因になっていた。   In the prior art, once the Schottky electrode 7 and the surface wiring 8 are once formed on the back surface of the substrate, it is practically difficult to sufficiently clean the back surface of the substrate in the subsequent steps. This is because careless cleaning may cause the electrode material to elute into the cleaning solution and contaminate the backside of the substrate. Therefore, in the prior art, after the Schottky electrode is formed on the surface, the ohmic electrode has to be formed on the back surface side without sufficient substrate cleaning. This is the cause of the high contact resistance of the backside low temperature ohmic electrode of the prior art.

しかしながら、第3の実施の形態においては、上記熱酸化膜23のエッチングで露出させた基板の裏面は、(A)工程及び(E)工程で説明したように、2度の犠牲酸化によって、高品質、高不純物濃度(最表面)、高清浄度が達成された面であり、このような理想的な面に低温オーミック電極9を形成させている。しかも、裏面を露出させる熱酸化膜23のエッチングでは、保護用レジスト28で表面側が覆われているため基板裏面が表面側の電極金属イオンに汚染される恐れもない。こうして第3の実施の形態では、裏面コンタクト抵抗の低減を図り、裏面低温コンタクトの抵抗が高いという従来技術の問題を解決している。   However, in the third embodiment, the back surface of the substrate exposed by the etching of the thermal oxide film 23 has a high sacrificial oxidation as described in the steps (A) and (E). The surface has achieved quality, high impurity concentration (outermost surface), and high cleanliness, and the low temperature ohmic electrode 9 is formed on such an ideal surface. In addition, in the etching of the thermal oxide film 23 that exposes the back surface, the front surface side is covered with the protective resist 28, so that the back surface of the substrate is not contaminated by the electrode metal ions on the front surface side. Thus, in the third embodiment, the back surface contact resistance is reduced, and the problem of the prior art that the resistance of the back surface low temperature contact is high is solved.

(4)最後に、保護用のフォトレジスト28を専用の剥離液で除去し、基板を十分洗浄し、乾燥させると、図4の最終構造が出来上がる。   (4) Finally, the protective photoresist 28 is removed with a special stripping solution, the substrate is sufficiently washed and dried, and the final structure shown in FIG. 4 is completed.

第3の実施の形態で作製した縦型半導体装置は第2実施形態と変らぬ性能と不良率を示し、裏面の低温オーミック電極9のコンタクト抵抗も第2の実施の形態と同様に10−6Ωcm台前半以下であった。 The vertical semiconductor device manufactured in the third embodiment shows the same performance and defect rate as the second embodiment, and the contact resistance of the low-temperature ohmic electrode 9 on the back surface is 10 −6 as in the second embodiment. Ωcm was two first half below.

上記のように、本発明は、第1乃至第3の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの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となろう。   As described above, the present invention has been described according to the first to third embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

第1〜第3の実施の形態では、縦型ショットキーダイオードを用いて本発明の適用事例を詳しく説明したが、本発明は縦型ショットキーダイオードに限定されるものでない。本発明は裏面側に低温コンタクトを有し、表面側にイオン注入不純物領域、シュットキー電極、オーミック電極、フィールド絶縁膜、その他を持つ全ての縦型半導体装置に遍く適用可能である。   In the first to third embodiments, application examples of the present invention have been described in detail using vertical Schottky diodes, but the present invention is not limited to vertical Schottky diodes. The present invention is universally applicable to all vertical semiconductor devices having a low-temperature contact on the back side and an ion-implanted impurity region, a Schottky electrode, an ohmic electrode, a field insulating film, etc. on the front side.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示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限定されるものである。   Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.

本発明の第1の実施の形態に係るショットキーダイオードを示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the Schottky diode which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図2(a)〜(c)は図1のショットキーダイオードの主要な製造工程を示す工程断面図である。FIGS. 2A to 2C are process cross-sectional views showing main manufacturing processes of the Schottky diode of FIG. 図3(a)〜(c)は図2(a)〜(c)に続く主要な製造工程を示す工程断面図である。3A to 3C are process cross-sectional views showing main manufacturing steps subsequent to FIGS. 2A to 2C. 本発明の第2の実施の形態に係るショットキーダイオードを示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the Schottky diode which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図5(a)〜(c)は図4のショットキーダイオードの主要な製造工程を示す工程断面図である。5A to 5C are process cross-sectional views showing the main manufacturing processes of the Schottky diode of FIG. 図6(a)〜(c)は図5(a)〜(c)に続く主要な製造工程を示す工程断面図である。6A to 6C are process cross-sectional views showing main manufacturing steps subsequent to FIGS. 5A to 5C. 図7(a)及び(b)は第3の実施の形態に係わるショットキーダイオードの主要な製造工程を示す工程断面図である。7A and 7B are process cross-sectional views showing the main manufacturing processes of the Schottky diode according to the third embodiment. 図8(a)及び(b)は図7(a)及び(b)に続く主要な製造工程を示す工程断面図である。FIGS. 8A and 8B are process cross-sectional views showing main manufacturing steps following FIGS. 7A and 7B. 図8(a)及び(b)に続く主要な製造工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the main manufacturing processes following FIG. 8 (a) and (b).

符号の説明Explanation of symbols

1…炭化珪素基板
2…n型エピ層
3a1〜3an…p型電界緩和領域
5…フィールド絶縁膜
6…開口部
7…ショットキー電極
8…表面配線
9…非熱処理型オーミック電極
10…裏面配線
11a1〜11an…前駆体領域
11…イオン注入マスク
12…熱酸化膜
13…CVD酸化膜
14…熱酸化膜
21…ショトッキー電極材料
23…熱酸化膜
25…熱酸化防止膜
28〜30…フォトレジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon carbide substrate 2 ... N-type epi layer 3a1-3an ... p-type electric field relaxation area | region 5 ... Field insulating film 6 ... Opening part 7 ... Schottky electrode 8 ... Surface wiring 9 ... Non-heat-treatment type ohmic electrode 10 ... Back surface wiring 11a1 -11an ... Precursor region 11 ... Ion implantation mask 12 ... Thermal oxide film 13 ... CVD oxide film 14 ... Thermal oxide film 21 ... Schottky electrode material 23 ... Thermal oxide film 25 ... Thermal antioxidant film 28-30 ... Photoresist

Claims (3)

炭化珪素基板の一方の主面に、前記炭化珪素基板と同じ導電型の不純物が添加されたエピ層を形成する工程と、
前記炭化珪素基板のもう一方の主面に、前記炭化珪素基板と同じ導電型の不純物層を形成する工程と、
前記エピ層上に第1の保護膜を形成した後に、非熱処理にて、前記不純物層にヘテロエピ性を有するオーミック電極を形成する工程と、
前記オーミック電極を形成した後、前記オーミック電極上に第2の保護膜を形成するとともに、前記第1の保護膜を除去して、前記エピ層上に主要電極要素群を形成する工程とを備える炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
ヘテロエピ性を有する前記オーミック電極は、前記炭化珪素半導体装置が完成するまでに450℃を超える熱処理を被ることなく形成されることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
Forming an epitaxial layer to which an impurity of the same conductivity type as that of the silicon carbide substrate is added on one main surface of the silicon carbide substrate;
Forming an impurity layer of the same conductivity type as the silicon carbide substrate on the other main surface of the silicon carbide substrate;
Forming an ohmic electrode having a heteroepi property on the impurity layer by non-heat treatment after forming the first protective film on the epi layer; and
After forming the ohmic electrode , a step of forming a second protective film on the ohmic electrode and removing the first protective film to form a main electrode element group on the epi layer is provided. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising:
The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, wherein the ohmic electrode having a heteroepi property is formed without being subjected to a heat treatment exceeding 450 ° C. until the silicon carbide semiconductor device is completed.
前記オーミック電極は4.5eV以下の仕事関数を有する導電材料からなることを特徴とする請求項1記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 2. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the ohmic electrode is made of a conductive material having a work function of 4.5 eV or less. 前記オーミック電極はAl、Ti、Zr、Nb、Ta、Mg、Vのいずれか一つの単層膜、あるいは2以上の合金膜又は複合膜からなることを特徴とする請求項2記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 3. The silicon carbide semiconductor according to claim 2, wherein the ohmic electrode is made of a single layer film of any one of Al, Ti, Zr, Nb, Ta, Mg, and V, or two or more alloy films or composite films. Device manufacturing method.
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