JP4904688B2 - Semiconductor substrate and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、基板表面には所望の半導体素子を形成するための領域を有し、基板裏面側にはコンタクト電極膜を備える半導体基板およびその製造方法に関し、特に炭化珪素デバイスに用いて好適な半導体基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor substrate having a region for forming a desired semiconductor element on the surface of the substrate, and a contact electrode film on the back side of the substrate, and a method for manufacturing the same, and particularly a semiconductor suitable for use in a silicon carbide device. The present invention relates to a substrate and a manufacturing method thereof.
従来、この種の半導体基板およびそれを製造する方法としては、例えば図8(a)および(b)に示すものがある(例えば特許文献1参照)。以下、これら図8(a)および(b)を参照して、この半導体基板およびその製造方法について説明する。 Conventionally, as this type of semiconductor substrate and a method for manufacturing the same, there are, for example, those shown in FIGS. Hereinafter, with reference to FIGS. 8A and 8B, the semiconductor substrate and the manufacturing method thereof will be described.
同図8(a)に示すように、この製造に際しては、まず、例えば炭化珪素からなる基板11を用意する。次いで、図8(b)に示すように、表面に所望の半導体素子を形成するための領域を有する同基板11の裏面側にその一面を完全に覆う態様でコンタクト電極膜12を成膜する。その後、このコンタクト電極膜12のオーミックコンタクト(オーミック特性)を得るべく同基板に対し例えば1000℃〜1600℃の熱処理を施す。これにより、上記コンタクト電極膜12が基板11との界面でシリサイド化して両者の間にオーミックコンタクトが形成される。こうして、基板表面には所望の半導体素子を形成するための領域を有し、基板裏面側には略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜12を備える半導体基板が製造される。
ところで、こうした半導体基板においてコンタクト電極膜12のオーミックコンタクト(オーミック特性)を得るためには同電極膜の成膜後の熱処理が極めて重要となる。しかしながら、例えば次世代材料として注目される炭化珪素からなる基板にあっては、エネルギーギャップが大きく、また融点が高いことから、シリコンからなる基板等と比較してより高温での熱処理が必要となる。このため、その熱処理工程に際して、基板11とコンタクト電極膜12との熱膨張係数や熱伝導率の差異に起因して同基板に応力(内部応力)が印加され、図9に示すように、半導体基板に反りが生じてしまうという問題がある。こうした半導体基板の反りは、円滑な基板搬送、ひいては製造システムの自動化の妨げになるとともに、同基板を用いて作製した半導体装置そのものの信頼性を低下させるおそれがあるため、これを最小限に抑えることが求められている。そこで従来は、基板11を厚膜化することで半導体基板の反りを抑制するといった方法等も採用されている。しかしこれによると、今度は大幅なコストアップ等の新たな問題が生じるようになり、抜本的な問題の解決に至っていないのが実情である。
By the way, in order to obtain ohmic contact (ohmic characteristics) of the
なお、ここでは炭化珪素からなる基板についてのみ言及したが、コンタクト電極膜の成膜後に高温処理を必要とする基板にあっては、こうした実情も概ね共通したものとなっている。 Although only the substrate made of silicon carbide is mentioned here, such a situation is generally common in a substrate that requires high-temperature treatment after the formation of the contact electrode film.
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、基板裏面の略全面を覆うコンタクト電極膜の成膜後に高温処理を必要とする場合であれ、基板の膜厚によることなく同処理の加熱に起因する基板の反りを抑制することのできる半導体基板およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when a high temperature treatment is required after the formation of a contact electrode film covering substantially the entire back surface of the substrate, the heating of the treatment is performed regardless of the thickness of the substrate. An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same that can suppress the warpage of the substrate due to the above.
こうした目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、基板表面には所望の半導体素子を形成するための領域を有し、基板裏面側には略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜が設けられる半導体基板として、前記基板裏面に、該基板裏面の略全面を覆うコンタクト電極膜の非コンタクト領域に対応したパターンを有するマスク材を設けることにより、前記コンタクト電極膜が、前記マスク材のパターンに応じて基板に対する応力を緩和するかたちでパターニングされ、当該基板との反応前後のギブス自由エネルギー変化をΔGとするとき、前記コンタクト電極膜は「ΔG<0」なる条件を満たす材料からなり、前記コンタクト電極膜をパターニングするマスク材は「ΔG>0」なる条件を満たす材料からなるものとする。 In order to achieve such an object, in the first aspect of the present invention, the contact electrode film has a region for forming a desired semiconductor element on the substrate surface, and covers substantially the entire surface on the back surface side of the substrate. By providing a mask material having a pattern corresponding to the non-contact region of the contact electrode film covering substantially the entire back surface of the substrate on the back surface of the substrate, the contact electrode film is formed of the mask material. The contact electrode film is made of a material that satisfies the condition of “ΔG <0”, when patterning is performed in a manner that relieves stress on the substrate according to the pattern, and when the change in Gibbs free energy before and after reaction with the substrate is ΔG, The mask material for patterning the contact electrode film is made of a material that satisfies the condition “ΔG> 0” .
半導体基板としての上記構造によれば、基板裏面の略全面を覆うコンタクト電極膜の成膜後に、例えば同コンタクト電極膜のオーミックコンタクト(オーミック特性)を得るべく高温処理を必要とする場合であれ、上記コンタクト電極膜のパターンを通じて基板に対する応力が緩和されるようになり、ひいてはその高温処理の加熱に起因する基板の反りが抑制されるようになる。 According to the above structure as a semiconductor substrate, after forming a contact electrode film covering substantially the entire back surface of the substrate, for example, when high temperature treatment is required to obtain ohmic contact (ohmic characteristics) of the contact electrode film, The stress on the substrate is relaxed through the contact electrode film pattern, and the warpage of the substrate due to the heating in the high temperature treatment is suppressed.
また、こうした構造によれば、同一平面上でのパターニングだけでなく、マスク材による段差を利用した基板深さ方向に関するパターニングも可能となり、ひいてはより柔軟性の高いパターン設計が実現可能となる。さらに、コンタクト電極膜についてはこれを、「ΔG<0」なる条件を満たす材料からなるものとし、コンタクト電極膜をパターニングするマスク材についてはこれを、「ΔG>0」なる条件を満たす材料からなるものとすることで、コンタクト電極膜およびマスク材のうち選択的にコンタクト電極膜だけ、当該基板との界面にシリサイドが形成されて良好なオーミックコンタクト(オーミック特性)が得られるようになる。そしてこれにより、コンタクト電極膜のコンタクト領域がシリサイド化した部分も含めて好適に分離され、上記高温処理による応力のさらなる軽減が図られるようになる。 In addition, according to such a structure, not only patterning on the same plane but also patterning in the substrate depth direction using a step due to a mask material can be performed, and thus a more flexible pattern design can be realized. Further, the contact electrode film is made of a material that satisfies the condition “ΔG <0”, and the mask material for patterning the contact electrode film is made of a material that satisfies the condition “ΔG> 0”. As a result, only the contact electrode film of the contact electrode film and the mask material is selectively formed with silicide at the interface with the substrate, so that a good ohmic contact (ohmic characteristics) can be obtained. As a result, the contact region of the contact electrode film is suitably separated including the silicided portion, and the stress due to the high temperature treatment can be further reduced.
なお、前記コンタクト電極膜をパターニングするマスク材は、請求項2に記載の発明によるように、ダイシング時にスクライブライン上に載って切削除去されるようなパターンをもって形成されるものとすることが望ましい。このように、前記マスク材の形成領域をデバイスとして不要なスペースに設けることで、基板面積の有効利用が図られ、ひいては低コスト化等につながることになる。
Incidentally, before Symbol mask material for patterning the contact electrode film, such as by the invention of
炭化珪素基板を用いて製造される炭化珪素デバイス(半導体素子)は、耐圧・耐熱性等に優れることから次世代のデバイスとして注目されている。しかしながら、前述したように炭化珪素基板は、エネルギーギャップが大きく、また融点が高いことから、コンタクト電極膜のオーミックコンタクト(オーミック特性)を得るためにシリコン等よりも高温の熱処理が必要となる。そして、この高温での熱処理に起因する基板の反りが次世代デバイスとして期待される炭化珪素デバイスの生産システムの確立に対し大きな妨げとなっていることも前述したとおりである。このように、上記コンタクト電極膜の成膜後の高温処理に対する耐性の強化は、炭化珪素基板において待望されている。こうした実情から、上記の構造は、炭化珪素基板に適用して特に有効である。 A silicon carbide device (semiconductor element) manufactured using a silicon carbide substrate is attracting attention as a next-generation device because of its excellent breakdown voltage and heat resistance. However, since the silicon carbide substrate has a large energy gap and a high melting point as described above, heat treatment at a temperature higher than that of silicon or the like is required to obtain ohmic contact (ohmic characteristics) of the contact electrode film. As described above, the warpage of the substrate resulting from the heat treatment at a high temperature is a major obstacle to the establishment of a silicon carbide device production system expected as a next-generation device. As described above, enhancement of resistance to high-temperature treatment after the formation of the contact electrode film is expected in a silicon carbide substrate. For this situation, the structure of the upper SL is particularly effective when applied to the silicon carbide substrate.
そして、当該半導体基板が炭化珪素からなる半導体基板である場合は、請求項3に記載の発明によるように、上記請求項1または2に記載の半導体基板において、前記コンタクト電極膜についてはこれを、Ti、Ni、Au、Co、Fe、Mg、Ca、Mn、Moのいずれか1つからなるものとし、前記コンタクト電極膜をパターニングするマスク材についてはこれを、W、Pt、Crのいずれか1つからなるものとすることが有効である。これにより、上記ギブス自由エネルギー変化に関する条件が適正に満たされるようになる。
And when the said semiconductor substrate is a semiconductor substrate which consists of silicon carbide, according to the invention of
また、請求項4に記載の発明のように、表面に所望の半導体素子を形成するための領域を有する半導体基板の裏面側に略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜を形成するに先立ち、同半導体基板の裏面に、前記コンタクト電極膜の非コンタクト領域に対応したパターンを有するマスク材を形成し、その後、このマスク材の形成された前記基板の裏面に対して前記コンタクト電極膜を前記マスク材のパターンに応じて基板に対する応力を緩和するかたちに成膜することとし、この際、前記半導体基板との反応前後のギブス自由エネルギー変化をΔGとするとき、前記コンタクト電極膜を「ΔG<0」なる条件を満たす材料にて形成し、前記コンタクト電極膜をパターニングするマスク材を「ΔG>0」なる条件を満たす材料にて形成するようにすれば、上記請求項1に記載の構造もより容易に且つ好適に実現されるようになる。
Prior to forming a contact electrode film covering substantially the entire surface on the back surface side of a semiconductor substrate having a region for forming a desired semiconductor element on the surface, as in the invention described in claim 4 , A mask material having a pattern corresponding to a non-contact region of the contact electrode film is formed on the back surface of the semiconductor substrate, and then the contact electrode film is masked on the back surface of the substrate on which the mask material is formed. The contact electrode film is formed as “ΔG <when the change in Gibbs free energy before and after the reaction with the semiconductor substrate is ΔG. The mask material for patterning the contact electrode film is formed of a material satisfying the condition “ΔG> 0”. If so, so the structure according to the
また、請求項5に記載の発明によるように、上記請求項4に記載の製造方法においては、前記マスク材の膜厚を前記コンタクト電極膜の膜厚よりも小さく設定することで、上記請求項1に記載の半導体基板をより容易に製造することができるようになる。 Further, according to the invention described in claim 5 , in the manufacturing method described in claim 4 , the film thickness of the mask material is set smaller than the film thickness of the contact electrode film. 1 can be manufactured more easily.
そして、これら請求項4または5に記載の製造方法においても、請求項6に記載の発明によるように、前記コンタクト電極膜を成膜した後、適宜の熱処理を施して同コンタクト電極膜を前記半導体基板との界面でシリサイド化させるようにすれば、前述した基板の反りを抑制しつつ、前記コンタクト電極膜にオーミックコンタクト(オーミック特性)が得られるようになる。 In the manufacturing method according to claim 4 or 5 , as in the invention according to claim 6 , after forming the contact electrode film, an appropriate heat treatment is applied to form the contact electrode film into the semiconductor. If silicidation is performed at the interface with the substrate, ohmic contact (ohmic characteristics) can be obtained in the contact electrode film while suppressing warpage of the substrate.
さらに、これら請求項4〜6のいずれか一項に記載の製造方法においては、請求項7に記載の発明によるように、ダイシング時に、前記コンタクト電極膜の非コンタクト領域に対応したパターンを有するマスク材を切削除去するようにすることで、デバイスとして不要なスペースが削除され、半導体デバイス(半導体素子)としての小型化等が図られるようになる。 Furthermore, in the manufacturing method according to any one of claims 4 to 6 , according to the invention according to claim 7 , a mask having a pattern corresponding to a non-contact region of the contact electrode film during dicing. By removing the material by cutting, unnecessary space as a device is deleted, and miniaturization as a semiconductor device (semiconductor element) can be achieved.
なお、上記請求項4〜7のいずれか一項に記載の製造方法についても、請求項8に記載の発明によるように、前記半導体基板としては、炭化珪素からなる半導体基板を採用することが有効である。これら製造方法を炭化珪素基板に適用することで、次世代のデバイスとして注目される炭化珪素デバイスの生産システムの確立、ひいては新たな産業の創出に大きく貢献することができるようになる。 In the manufacturing method according to any one of claims 4 to 7 , it is effective to employ a semiconductor substrate made of silicon carbide as the semiconductor substrate as in the invention according to claim 8. It is. By applying these manufacturing methods to a silicon carbide substrate, it is possible to greatly contribute to the establishment of a production system for silicon carbide devices that are attracting attention as next-generation devices, and thus to the creation of new industries.
(第1の比較例)
以下、この発明に係る半導体基板およびその製造方法についてその実施の形態を説明するに先立ち、第1の比較例を示す。
(First comparative example )
A semiconductor substrate and a manufacturing method thereof according to the present invention Before describing the form of implementation of that shows a first comparative example.
まず、図1を参照して、この比較例に係る半導体基板の構造の概略について説明する。なお、図1は、この半導体基板の裏面側から見た平面構造を模式的に示す平面図である。 First, an outline of the structure of the semiconductor substrate according to this comparative example will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a plan view schematically showing a planar structure viewed from the back side of the semiconductor substrate.
同図1に示されるように、この半導体基板は、表面に所望の半導体素子を形成するための領域を有する例えば炭化珪素(SiC)からなる基板1の裏面側に、略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜2を有して構成されている。ここで、コンタクト電極膜2は、基板1に対する応力を緩和するかたちにパターニングされ、詳しくは基板裏面の略全面にわたる多数の正方形からなる集合パターンをもって形成されている。そして、このコンタクト電極膜2によるパターンは、各辺を寸法aとする正方形からなる電極膜がこの寸法aよりも小さい寸法bの間隔を隔てて縦・横にそれぞれ並設されて形成されている。このように、電極間の寸法bが電極幅の寸法aよりも小さく設定されていることで、コンタクト抵抗の低減が図られるようになる。また、同パターンを有するコンタクト電極膜2は、基板1との界面でシリサイド化してオーミックコンタクトを形成している。なお、このコンタクト電極膜2の材料としては、例えばTi、Ni、Au、Co、Fe、Mg、Ca、Mn、Mo等を採用することができる。
As shown in FIG. 1, this semiconductor substrate covers substantially the entire surface on the back side of a
次に、図2(a)および(b)を参照して、上記半導体基板の製造方法について説明する。なお、図2(a)および(b)は、同半導体基板の断面構造の一部を拡大して示す断面図である。 Next, with reference to FIGS. 2A and 2B, a method for manufacturing the semiconductor substrate will be described. 2A and 2B are enlarged cross-sectional views showing a part of the cross-sectional structure of the semiconductor substrate.
同図2(a)に示すように、この製造に際しては、まず、例えば炭化珪素からなる基板1を用意する。次いで、図2(b)に示すように、同基板1の裏面側にその一面を完全に覆う態様でコンタクト電極膜2を成膜するとともに、そのコンタクト電極膜2を先の図1に示した上記態様にパターニングする。その後、このコンタクト電極膜2のオーミック特性を得るべく同基板に対し例えば500℃〜1300℃の熱処理を施す。そしてこれにより、上記コンタクト電極膜2が基板1との界面でシリサイド化して両者の間にオーミックコンタクトが形成される。こうして、基板表面には所望の半導体素子を形成するための領域を有し、基板裏面側には略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜2を備える半導体基板が製造される。
As shown in FIG. 2 (a), in the manufacture, first, a
このように、この半導体基板においては、上記コンタクト電極膜2が、そのコンタクト領域が基板裏面の略全面にわたって細分化される態様でパターニングされている。このため、コンタクト電極膜2のオーミックコンタクト(オーミック特性)を得るための上記高温処理に際しても、その高温処理による応力の印加が上記パターンを通じて分離、分散されるようになり、ひいては前述した高温処理の加熱に起因する基板の反りが抑制されるようになる。
Thus, in this semiconductor substrate, the
以上説明したように、この比較例に係る半導体基板およびその製造方法によれば、以下に記載するような効果が得られるようになる。
(1)基板表面には所望の半導体素子を形成するための領域を有し、基板裏面側には、略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜2が設けられる半導体基板として、上記コンタクト電極膜2を、そのコンタクト領域が基板裏面の略全面にわたって細分化される態様でパターニングされたものとした。これにより、基板裏面の略全面を覆うコンタクト電極膜2の成膜後に同コンタクト電極膜2のオーミックコンタクト(オーミック特性)を得るべく高温処理を行った場合であれ、当該基板の略全面にわたって上記高温処理による応力の印加が分離、分散されるようになり、ひいては前述した高温処理の加熱に起因する基板反りの軽減が図られるようになる。
As described above, according to the semiconductor substrate and a manufacturing method thereof according to this comparative example, so that effects can be obtained as described below.
(1) The above-mentioned contact electrode film as a semiconductor substrate having a region for forming a desired semiconductor element on the substrate surface and provided with a
(2)また、半導体基板の反りが軽減されることは、この基板を用いて作製される半導体素子の歩留り向上にもつながり、ひいては低コスト化、省エネルギー化が図られるようにもなる。 (2) Further, the reduction of the warpage of the semiconductor substrate also leads to an improvement in the yield of semiconductor elements manufactured using this substrate, which leads to a reduction in cost and energy saving.
(3)上記コンタクト電極膜2のパターンとして、基板裏面の略全面にわたる多数の正方形からなる集合パターンを採用することにした。これにより、基板裏面の略全面にわたってコンタクト領域が細分化される上記コンタクト電極膜2も容易に実現されるようになる。
(3) As the pattern of the
(4)電極間の寸法bを電極幅の寸法aよりも小さく設定するようにした。これにより、コンタクト抵抗の低減が図られるようになる。
(5)上記コンタクト電極膜2を、基板1との界面でシリサイド化されるものとした。これにより、コンタクト電極膜2と基板1との間に良好なオーミックコンタクト(オーミック特性)が得られるようになる。
(4) The dimension b between the electrodes is set smaller than the dimension a of the electrode width. As a result, the contact resistance can be reduced.
(5) The
(6)また、上記半導体基板を製造するに際して、表面に所望の半導体素子を形成するための領域を有する基板1の裏面側にその一面を完全に覆う態様でコンタクト電極膜2を成膜し、その成膜したコンタクト電極膜2をパターニングした後、適宜の熱処理を施して同コンタクト電極膜2を基板1との界面でシリサイド化させるようにした。こうした製造方法を採用することで、上記構造もより容易に且つ好適に実現されるようになり、同構造をもって、前述した基板の反りを抑制しつつ、コンタクト電極膜2にオーミックコンタクト(オーミック特性)が得られるようになる。
(6) Further, when the semiconductor substrate is manufactured, the
(7)上記基板1として、炭化珪素からなる半導体基板を採用することにした。このように、上記構造や製造方法を炭化珪素基板に適用することで、次世代のデバイスとして注目される炭化珪素デバイスの生産システムの確立、ひいては新たな産業の創出に大きく貢献することができることになる。
(7) The
(実施の形態)
以下、この発明に係る半導体基板およびその製造方法についてその一実施の形態を示す。
(In the form of implementation)
Hereinafter, the one embodiment of a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof according to the present invention.
まず、図3を参照して、この実施の形態に係る半導体基板の構造の概略について説明する。なお、図3は、この半導体基板の裏面側から見た平面構造を模式的に示す平面図である。また、この図3において、図1に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。 First, an outline of the structure of the semiconductor substrate according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a plan view schematically showing a planar structure viewed from the back side of the semiconductor substrate. In FIG. 3, the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
同図3に示されるように、この半導体基板も、表面に所望の半導体素子を形成するための領域を有する例えば炭化珪素からなる基板1の裏面側に、略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜2を有して構成されている。そして、コンタクト電極膜2が基板1に対する応力を緩和するかたちでパターニングされていることも第1の比較例と同様である。ただしここでは、コンタクト電極膜2が、下地に設けられた段差を利用するかたちでパターニングされている。具体的には、基板1の裏面に、コンタクト電極膜2の非コンタクト領域に対応したパターンを有するマスク材3が設けられ、このマスク材3のパターンに応じて上記コンタクト電極膜2がパターニングされている。こうして、コンタクト電極膜2は、コンタクト領域として基板裏面の略全面にわたる多数の正方形からなる集合パターンをもって形成されることになる。そして、このコンタクト電極膜2によるパターン、すなわち同電極膜のコンタクト領域のパターンは、各辺を寸法cとする正方形がこの寸法cよりも小さいマスク材3の幅に相当する寸法dの間隔を隔てて縦・横にそれぞれ並設されて形成されている。このように、電極間の寸法dが電極幅の寸法cよりも小さく設定されていることで、コンタクト抵抗の低減が図られるようになる。また、マスク材3は、ダイシング時にスクライブライン上に載って切削除去されるようなパターンをもって形成されている。
As shown in FIG. 3, this semiconductor substrate also has a region for forming a desired semiconductor element on the surface, and a contact electrode that covers the entire surface on the back surface side of the
またここでも、コンタクト電極膜2は、基板1との界面でシリサイド化してオーミックコンタクトを形成している。ただし、この実施の形態においては、コンタクト電極膜2の材料として、Ti、Ni、Au、Co、Fe、Mg、Ca、Mn、Moのいずれか1つを採用するとともに、マスク材3の材料として、W、Pt、Crのいずれか1つを採用することとする。ここで、基板1との反応(シリサイド化)前後のギブス自由エネルギー変化をΔGとすると、先に列記した各材料において、コンタクト電極膜2の材料についてはこれが「ΔG<0」なる条件を満たし、マスク材3の材料についてはこれが「ΔG>0」なる条件を満たすことになる。これにより、上記コンタクト電極膜2およびマスク材3のうち選択的にコンタクト電極膜2だけ、基板1との界面にシリサイドが形成されて良好なオーミックコンタクト(オーミック特性)が得られるようになる。また、コンタクト電極膜2のコンタクト領域がシリサイド化した部分も含めて分離されるようになり、前述した高温処理による応力のさらなる軽減が図られるようにもなる。なお、上記基板1との反応前後のギブス自由エネルギー変化をΔGは、該反応に関する反応物の標準生成ギブスエネルギーをΔG1、該反応による生成物の標準生成ギブスエネルギーをΔG2としたとき、「ΔG=ΔG2−ΔG1」のように表すことができる。
Also here, the
次に、図4(a)および(b)を参照して、上記半導体基板の製造方法について説明する。なお、図4(a)および(b)は、同半導体基板の断面構造の一部を拡大して示す断面図である。 Next, with reference to FIGS. 4A and 4B, a method for manufacturing the semiconductor substrate will be described. 4A and 4B are cross-sectional views showing an enlarged part of the cross-sectional structure of the semiconductor substrate.
同図4(a)に示すように、この製造に際しては、まず、例えば炭化珪素からなる基板1を用意する。次いで、図4(b)に示すように、同基板1の裏面側にその一面を完全に覆う態様でマスク材3を成膜するとともに、そのマスク材3を先の図3に示した上記態様にパターニングする。これに続けて、図4(c)に示すように、このマスク材3の形成された基板1の裏面に対してコンタクト電極膜2を成膜する。このとき、上記マスク材3の膜厚寸法eを、コンタクト電極膜2の膜厚寸法fよりも小さく設定することで、上記構造がより容易に実現されるようになる。その後、このコンタクト電極膜2のオーミック特性を得るべく同基板に対し例えば500℃〜1300℃の熱処理を施す。そしてこれにより、上記コンタクト電極膜2が基板1との界面でシリサイド化して両者の間にオーミックコンタクトが形成される。こうして、基板表面には所望の半導体素子を形成するための領域を有し、基板裏面側には略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜2を備える半導体基板が製造される。さらに、ダイシング時に上記マスク材3を切削除去するようにすることで、デバイスとして不要なスペースが削除され、半導体デバイス(半導体素子)としての小型化等が図られるようになる。
As shown in FIG. 4A, at the time of manufacturing, first, a
このように、この実施の形態においても、上記コンタクト電極膜2は、そのコンタクト領域が基板裏面の略全面にわたって細分化される態様でパターニングされている。このため、コンタクト電極膜2のオーミックコンタクト(オーミック特性)を得るための上記高温処理に際しても、その高温処理による応力の印加が上記パターンを通じて分離、分散されるようになり、ひいては前述した高温処理の加熱に起因する基板の反りが抑制されるようになる。
Thus, also in this embodiment, the
以上説明したように、この実施の形態に係る半導体基板およびその製造方法によれば、先の第1の比較例による前記(1)〜(7)の効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果に加え、さらに次のような効果が得られるようになる。 As described above, according to the semiconductor substrate and the manufacturing method thereof according to this embodiment, the same effects as the effects (1) to (7) in the first comparative example or the effects equivalent thereto. In addition, the following effects can be obtained.
(8)コンタクト電極膜2を、その下地に設けられた段差(マスク材3)を利用してパターニングされたものとした。これにより、同一平面上でのパターニングだけでなく、下地の段差、すなわちマスク材3を利用した基板深さ方向に関するパターニングも可能となり、ひいてはより柔軟性の高いパターン設計が実現可能となる。
(8) The
(9)コンタクト電極膜2の材料として、Ti、Ni、Au、Co、Fe、Mg、Ca、Mn、Moのいずれか1つを採用するとともに、マスク材3の材料として、W、Pt、Crのいずれか1つを採用することとした。これにより、上記コンタクト電極膜2およびマスク材3のうち選択的にコンタクト電極膜2だけ、基板1との界面にシリサイドが形成されて良好なオーミックコンタクト(オーミック特性)が得られるようになる。また、コンタクト電極膜2のコンタクト領域がシリサイド化した部分も含めて分離されるようになり、前述した高温処理による応力のさらなる軽減が図られるようになる。
(9) As the material of the
(10)また、コンタクト電極膜2をパターニングする上記マスク材3を、ダイシング時にスクライブライン上に載って切削除去されるようなパターンを有するものとした。このように、同マスク材3の形成領域をデバイスとして不要なスペースに設けることで、基板面積の有効利用が図られ、ひいては低コスト化等につながることになる。
(10) Further, the
(11)一方、当該半導体基板の製造に際しては、上記マスク材3の膜厚寸法eを、コンタクト電極膜2の膜厚寸法fよりも小さく設定することとした。これによって、当該半導体基板をより容易に製造することができるようになる。
(11) On the other hand, when manufacturing the semiconductor substrate, the film thickness dimension e of the
(12)また、ダイシング時に上記マスク材3を切削除去するようにした。これにより、デバイスとして不要なスペースが削除され、半導体デバイス(半導体素子)としての小型化等が図られるようになる。
(12) Further, the
(第2の比較例)
以下、第2の比較例を示す。
( Second comparative example )
Hereinafter , a second comparative example will be shown.
まず、図5を参照して、この比較例に係る半導体基板の構造の概略について説明する。なお、図5は、この半導体基板の裏面側から見た平面構造を模式的に示す平面図である。また、この図5において、図1に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。 First, the outline of the structure of the semiconductor substrate according to this comparative example will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a plan view schematically showing a planar structure viewed from the back side of the semiconductor substrate. In FIG. 5, the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
同図5に示されるように、この半導体基板も、表面に所望の半導体素子を形成するための領域を有する例えば炭化珪素からなる基板1の裏面側に、略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜2を有して構成されている。そして、コンタクト電極膜2が基板1に対する応力を緩和するかたちでパターニングされていることも第1の比較例および実施の形態と同様である。また実施の形態と同様、ここでも、コンタクト電極膜2が下地に設けられた段差を利用するかたちでパターニングされている。ただしここでは、コンタクト電極膜2の下地となる基板1の裏面にトレンチTが形成されることで、このトレンチT内に形成されるコンタクト電極膜2aと、トレンチTの外に形成されるコンタクト電極膜2とが基板深さ方向に分離され、同トレンチTのパターンに対応して上記コンタクト電極膜2がパターニングされている。こうして、コンタクト電極膜2は、コンタクト領域として基板裏面の略全面にわたる多数の正方形からなる集合パターンをもって形成されることになる。そして、このコンタクト電極膜2によるパターンは、各辺を寸法gとする正方形がこの寸法gよりも小さいトレンチTの幅に相当する寸法hの間隔を隔てて縦・横にそれぞれ並設されて形成されている。このように、電極間の寸法hが電極幅の寸法gよりも小さく設定されていることで、コンタクト抵抗の低減が図られるようになる。また、同パターンを有するコンタクト電極膜2は、基板1との界面でシリサイド化してオーミックコンタクトを形成している。なお、このコンタクト電極膜2の材料としても、例えばTi、Ni、Au、Co、Fe、Mg、Ca、Mn、Mo等を採用することができる。
As shown in FIG. 5, this semiconductor substrate also has a contact electrode covering the substantially entire surface on the back side of the
次に、図6(a)および(b)を参照して、上記半導体基板の製造方法について説明する。なお、図6(a)および(b)は、同半導体基板の断面構造の一部を拡大して示す断面図である。 Next, with reference to FIGS. 6A and 6B, a method for manufacturing the semiconductor substrate will be described. 6A and 6B are cross-sectional views showing an enlarged part of the cross-sectional structure of the semiconductor substrate.
同図6(a)に示すように、この製造に際しては、まず、例えば炭化珪素からなる基板1を用意し、同基板1の裏面に先の図5に示したパターンを有するトレンチTを形成する。これに続けて、図6(b)に示すように、このトレンチTの形成された基板1の裏面に対して上記コンタクト電極膜2および2aを成膜する。このとき、上記トレンチTの深さ寸法iを、コンタクト電極膜2および2aの膜厚寸法jよりも大きく設定することで、上記構造がより容易に実現されるようになる。その後、このコンタクト電極膜2のオーミック特性を得るべく同基板に対し例えば500℃〜1300℃の熱処理を施す。そしてこれにより、上記コンタクト電極膜2が基板1との界面でシリサイド化して両者の間にオーミックコンタクトが形成されることになる。こうして、基板表面には所望の半導体素子を形成するための領域を有し、基板裏面側には略全面にわたって同面を被覆するコンタクト電極膜2を備える半導体基板が製造される。
As shown in FIG. 6A, in manufacturing, first, a
このように、この比較例においても、上記コンタクト電極膜2は、そのコンタクト領域が基板裏面の略全面にわたって細分化される態様でパターニングされている。このため、コンタクト電極膜2のオーミックコンタクト(オーミック特性)を得るための上記高温処理に際しても、その高温処理による応力の印加が上記パターンを通じて分離、分散されるようになり、ひいては前述した高温処理の加熱に起因する基板の反りが抑制されるようになる。
Thus, also in this comparative example , the
以上説明したように、この比較例に係る半導体基板およびその製造方法によれば、先の第1の比較例による前記(1)〜(7)の効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果に加え、さらに次のような効果が得られるようになる。 As described above, according to the semiconductor substrate and the manufacturing method thereof according to this comparative example , in addition to the effects similar to the effects (1) to (7) in the first comparative example or effects equivalent thereto. Further, the following effects can be obtained.
(13)コンタクト電極膜2を、その下地に設けられた段差(トレンチT)を利用してパターニングされたものとした。これにより、同一平面上でのパターニングだけでなく、下地の段差、すなわちトレンチTを利用した基板深さ方向に関するパターニングも可能となり、ひいてはより柔軟性の高いパターン設計が実現可能となる。
(13) The
(14)また、上記トレンチTにより、コンタクト電極膜2のコンタクト領域としてシリサイド化した部分も含めて容易に分離することが可能となり、前述した高温処理による応力のさらなる軽減が図られるようになる。
(14) Further, the trench T makes it possible to easily separate the silicide region as a contact region of the
(15)上記トレンチTの深さ寸法iを、コンタクト電極膜2および2aの膜厚寸法jよりも大きく設定することとした。これによって、当該半導体基板をより容易に製造することができるようになる。
(15) The depth dimension i of the trench T is set larger than the film thickness dimension j of the
(他の実施の形態)
なお、上記各比較例および実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態においては、コンタクト電極膜2の材料として、Ti、Ni、Au、Co、Fe、Mg、Ca、Mn、Moのいずれか1つを採用するとともに、マスク材3の材料として、W、Pt、Crのいずれか1つを採用することとした。しかしこれに限られることなく、コンタクト電極膜2の材料として「ΔG<0」なる条件を満たす材料を採用するとともに、マスク材3の材料として「ΔG>0」なる条件を満たす材料を採用することで、前記(9)の効果に準じた効果は得られるようになる。
(Other embodiments)
In addition, you may implement by changing each said comparative example and embodiment as follows.
In the embodiment above you facilities, as the material of the
・同実施の形態においては、コンタクト電極膜2をパターニングする上記マスク材3を、ダイシング時にスクライブライン上に載って切削除去されるようなパターンを有するものとしたが、これは必須の構成ではない。同マスク材3のパターンは、コンタクト電極膜2の非コンタクト領域に対応したものであればよく、その範囲では基本的に任意である。
- in the form of the implementation is the
・また、同実施の形態においては、当該半導体装置を製造するに際して、上記マスク材3の膜厚寸法eを、コンタクト電極膜2の膜厚寸法fよりも小さく設定することとしたが、これも必須の構成ではない。これら寸法の関係も上記マスク材3のパターンと同様に任意である。
- Also, in the same implementation, upon manufacturing the semiconductor device, the thickness dimension e of the
・また、同実施の形態においては、ダイシング時に上記マスク材3を切削除去するようにした。しかし、これも必須の工程ではない。
・また、上記第2の比較例においては、当該半導体装置を製造するに際して、上記トレンチTの深さ寸法iを、コンタクト電極膜2および2aの膜厚寸法jよりも大きく設定することとしたが、これも必須の構成ではない。上記トレンチTによってコンタクト電極膜2が所望のパターンにパターニングされることで足り、これら寸法iおよびjの関係は基本的に任意に設定することができる。
- Also, in the same implementation were the
In the second comparative example , when manufacturing the semiconductor device, the depth dimension i of the trench T is set larger than the film thickness dimension j of the
・上記各比較例および実施の形態においては、上記基板1として、炭化珪素からなる半導体基板を採用することにした。しかしこれに限られることなく、上記構造や製造方法は、コンタクト電極膜の成膜後に高温処理を必要とする半導体基板であれば、同様に適用することができる。
In each of the comparative examples and embodiments, a semiconductor substrate made of silicon carbide is employed as the
・上記各比較例および実施の形態においては、コンタクト電極膜2を、基板1との界面でシリサイド化されるものとした。しかし、これも必須の構成ではなく、オーミックコンタクト(オーミック特性)が得られれば足りる。
In each of the above comparative examples and embodiments, the
・上記各比較例および実施の形態においては、電極間の寸法を電極幅の寸法よりも小さく設定するようにした。しかし、これも必須の構成ではない。
・上記各比較例および実施の形態においては、コンタクト電極膜2を、コンタクト領域
として基板裏面の略全面にわたる多数の正方形からなる集合パターンをもって形成されるものとした。しかし、これに限られることなく、例えばコンタクト領域として正方形以外の多角形状(長方形、三角形、五角形、六角形、八角形、等々)からなる集合パターンをもって形成されるものも、上記コンタクト電極膜2として適宜採用することができる。
In the comparative examples and embodiments described above, the dimension between the electrodes is set smaller than the dimension of the electrode width. However, this is not an essential configuration.
In each of the above comparative examples and embodiments, the
さらには、図7(a)および(b)に示すようなレイアウトパターンも、上記コンタクト電極膜2のレイアウトパターンとして適宜採用することができる。なお、図7(a)は、先の図1に対応する平面図であり、半導体基板の裏面側から見た平面構造を模式的に示している。また、図7(b)は、図7(a)の一部を拡大して示す平面図である。
Furthermore, a layout pattern as shown in FIGS. 7A and 7B can be appropriately employed as the layout pattern of the
同図7(a)に示されるように、ここでは、コンタクト電極膜2が、そのコンタクト領域として、基板裏面の略全面にわたる多数の小円からなる集合パターンをもって形成されている。より詳しくは、例えば図7(b)に示されるように、各小円の半径をr、各小円の中心間の距離をkとするとき、これら寸法を「2r<k」なる関係を満たすようにする。これにより、これら小円は互いに確実に分離されるようになる。さらに、これら小円は、熱処理後もシリサイド化した部分が接触しない程度、互いの距離を離して配設することが望ましい。
As shown in FIG. 7A, here, the
こうした構造にあっては、コンタクト電極膜2が角のない円形状からなる集合パターンを有するため、そのパターニングに際してのレジスト残り等に起因するプロセス異常が好適に抑制されるようになる。一方、上記多角形状からなる集合パターンにあっても、それら多角形状をそれぞれ丸角にされたものとすることで、同様の効果が得られるようになる。
In such a structure, since the
・上記各比較例および実施の形態においては、上記コンタクト電極膜2を、そのコンタクト領域が基板裏面の略全面にわたって細分化される態様でパターニングされたものとした。しかし、これに限られることなく、上記コンタクト電極膜2は、コンタクト領域が少なくとも2つの部分に完全に分離されるかたちでパターニングされたものであればよく、こうした構造によっても、前記(1)の効果に準じた効果は得られるようになる。
In each of the comparative examples and embodiments, the
・さらに、コンタクト電極膜の成膜後に高温処理を必要とする場合であれ、基板の膜厚によることなく同処理の加熱に起因する基板の反りを抑制するという所期の目的については、基板裏面のコンタクト電極膜2を、基板1に対する応力を緩和するかたちでパターニングされたものとしさえすれば得ることができる。すなわち、例えば有限要素法等による構造解析に基づいて得られるパターンをもって上記コンタクト電極膜2をパターニングするようにしてもよい。
・ Furthermore, even if a high temperature treatment is required after the formation of the contact electrode film, the intended purpose of suppressing the warpage of the substrate due to the heating of the treatment is not dependent on the thickness of the substrate. The
1…基板、2、2a…コンタクト電極膜、3…マスク材、T…トレンチ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板裏面には、該基板裏面の略全面を覆うコンタクト電極膜の非コンタクト領域に対応したパターンを有するマスク材が設けられてなるとともに、前記コンタクト電極膜は、前記マスク材のパターンに応じて基板に対する応力を緩和するかたちでパターニングされてなり、当該基板との反応前後のギブス自由エネルギー変化をΔGとするとき、前記コンタクト電極膜は「ΔG<0」なる条件を満たす材料からなり、前記コンタクト電極膜をパターニングするマスク材は「ΔG>0」なる条件を満たす材料からなる
ことを特徴とする半導体基板。 A semiconductor substrate having a region for forming a desired semiconductor element on the substrate surface, and a contact electrode film covering the substantially entire surface on the back surface side of the substrate;
A mask material having a pattern corresponding to a non-contact region of a contact electrode film covering substantially the entire back surface of the substrate is provided on the back surface of the substrate, and the contact electrode film is formed according to the pattern of the mask material. Ri Na is patterned in the form to relieve stress on the substrate, when the Gibbs free energy change before and after reaction with the substrate and .DELTA.G, the contact electrode layer is made of materials satisfying comprising ".DELTA.G <0", the A semiconductor substrate characterized in that a mask material for patterning a contact electrode film is made of a material that satisfies a condition of “ΔG> 0” .
請求項1に記載の半導体基板。 The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the mask material for patterning the contact electrode film is formed with a pattern that is placed on a scribe line and cut off during dicing.
請求項1または2に記載の半導体基板。 The semiconductor substrate is a semiconductor substrate made of silicon carbide, and the contact electrode film is made of any one of Ti, Ni, Au, Co, Fe, Mg, Ca, Mn, and Mo, and the contact electrode film is patterned. the semiconductor substrate according to the mask material W, Pt, according to claim 1 or 2 consisting of one of Cr.
前記半導体基板との反応前後のギブス自由エネルギー変化をΔGとするとき、前記コンタクト電極膜を「ΔG<0」なる条件を満たす材料にて形成し、前記コンタクト電極膜をパターニングするマスク材を「ΔG>0」なる条件を満たす材料にて形成する
ことを特徴とする半導体基板の製造方法。 Prior to forming a contact electrode film covering the entire surface on the back surface side of the semiconductor substrate having a region for forming a desired semiconductor element on the surface, the contact electrode film is not formed on the back surface of the semiconductor substrate. Forming a mask material having a pattern corresponding to the contact region, and then relieving the stress on the substrate on the back surface of the substrate on which the mask material is formed according to the pattern of the mask material. A method of manufacturing a semiconductor substrate for forming a film on a substrate,
When the change in Gibbs free energy before and after reaction with the semiconductor substrate is ΔG, the contact electrode film is formed of a material that satisfies the condition of “ΔG <0”, and a mask material for patterning the contact electrode film is “ΔG A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising forming a material that satisfies a condition> 0 .
請求項4に記載の半導体基板の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4 , wherein a film thickness of the mask material is set smaller than a film thickness of the contact electrode film.
請求項4または5に記載の半導体基板の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4 , wherein after forming the contact electrode film, an appropriate heat treatment is performed to silicide the contact electrode film at an interface with the semiconductor substrate.
請求項4〜6のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4 , wherein a mask material having a pattern corresponding to a non-contact region of the contact electrode film is cut and removed during dicing.
請求項4〜7のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 4 to 7 , wherein the semiconductor substrate is a semiconductor substrate made of silicon carbide.
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