JP5036441B2 - 縦型炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、縦型炭化珪素半導体装置の製造方法に係る発明であり、特に、製造途中に半導体素子の欠陥を検出する工程を含む縦型炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。

ＳｉＣ（炭化珪素）基板を用いた半導体装置は、シリコン基板を用いたものと比較して、高電圧、大電流、高温動作に優れている。よって、当該ＳｉＣ基板を用いた縦型電力用半導体装置への開発が進められている。ここで、縦型とは、主電流が基板の厚み方向に流れることを意味する。

しかしながら、ＳｉＣ基板は、シリコン基板に比べて、欠陥の少ないものを作製することが困難である。したがって、ＳｉＣ基板を用いて電力用半導体装置を作成した場合には、電流容量の大きな半導体装置を得ることが困難である。

そこで、多くの欠陥を含み得るＳｉＣ基板を用いた場合でも、最大電流容量の半導体装置を歩留まり良く得ることができる技術として、特許文献１が存在する。

特許文献１に係る技術では、ＳｉＣ基板内に、複数の半導体素子ユニット（以下、単にユニットと称する）を形成する。その後、不良品ユニットの電極層上に絶縁物を塗布し、当該不良品ユニットを外部と電気的に接続するための電極層を、電気的に絶縁する。そして、良品のユニットのみを並列に電気的に接続する。なお、当該ユニットには、複数の半導体素子が形成されている。

特開２００４−１１１７５９号公報

しかしながら、特許文献１に係る技術では、ユニット分割数を増やすほど、ユニット間の使用できない領域が増える。これにより、完成品における最大電流容量が減少するという問題があった。

さらに、特許文献１に係る技術では、ＳｉＣ基板における良品のユニットのみを並列に接続する。よって、良品ユニットの個数のばらつきにより、完成品ごとに最大電流容量が大きくばらついてしまうという問題があった。例えば、半分のユニットが良品である完成品では、全ユニットが良品である完成品と比較して、最大電流容量が２倍、異なってしまう。

単位ユニットの面積を小さくすれば、当該最大電流容量のばらつきを小さくすることもできる。しかし、この場合には、ユニットの良品・不良品を判定するテストが困難になる。

そこで、本発明は、ＳｉＣ基板を用いたとしても、大きな最大電流容量を得ることができ、また完成品において、たとえＳｉＣ基板内の欠陥数がばらついたとしても、完成品における最大電流容量のばらつきを抑制することができる、縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素から成る半導体基板を有し、前記半導体基板の厚み方向に主電流が流れる縦型炭化珪素半導体装置の製造方法であって、下記工程（Ａ）〜（Ｇ）を備える。工程（Ａ）は、前記半導体基板に、複数のトランジスタを形成する工程である。工程（Ｂ）は、前記半導体基板の第一の主面上に、絶縁層を形成する工程である。工程（Ｃ）は、前記絶縁層に複数の開口部を形成し、前記開口部の底部から、各前記トランジスタの一方の電極領域を露出させる工程である。工程（Ｄ）は、各前記一方の電極領域同士が相互に接続されるように、各前記開口部内および前記絶縁層上に第一の電極を形成する工程である。工程（Ｅ）は、前記半導体基板の第二の主面上に、各前記トランジスタの他方の電極領域と接続する第二の電極を形成する工程である。工程（Ｆ）は、前記第一の電極と前記第二の電極間に所定の電圧を印加することにより、半導体基板内部に存する欠陥に起因した発光を検出する工程である。工程（Ｇ）は、前記工程（Ｆ）の後に、前記発光の発生位置に対応する前記トランジスタの前記一方の電極領域上の前記第一の電極を除去して、直接、絶縁体を形成する工程である。
さらに、前記工程（Ｄ）は、前記第一の電極として透明電極を形成する工程であり、前記工程（Ｆ）は、前記第一の主面側から、前記透明電極を介して前記発光を検出する工程である。
または、前記工程（Ｄ）は、前記各開口部内に形成され、前記一方の電極領域と接続する電極部と、前記電極部同士を電気的に接続するように、前記絶縁層上に形成される線状の配線とから成る、前記第一の電極を形成する工程であり、前記工程（Ｆ）は、前記第一の主面側の前記線状の配線の不形成の領域から、前記発光を検出する工程である。

本発明に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法は、第一の電極と第二の電極との間に所定の電圧を印加することにより、半導体基板内部に存する欠陥に起因した発光を検出している。ここで、第一の電極は透明電極である。または、第一の電極は線状の配線を含む構成である。さらに、当該発光の発生位置に対応するトランジスタの一方の電極領域上に直接、絶縁体を形成している。つまり、上記方法により、欠陥を含むトランジスタのみを局所的に、完成品の縦型炭化珪素半導体装置から機能的に除去している。

したがって、半導体基板に欠陥が含まれていても、完成品の縦型炭化珪素半導体装置から機能的に除去されるトランジスタの数を最小限に抑えることができる。よって、欠陥が多く発生し得るＳｉＣ（炭化珪素）基板を用いたとしても、大きな最大電流容量を有する縦型炭化珪素半導体装置を提供することができる。

また、上記方法を採用することにより、完成品から局所的に、欠陥単位でトランジスタを機能的に除去できる。よって、当該トランジスタの機能的な除去に起因した、完成品の最大電流容量の減少は無視できる値である。したがって、完成品において生じた半導体基板内の欠陥の数がばらついたとしても、完成品における最大電流容量のばらつきを抑制することができる。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
図１〜９は、この発明の実施の形態１に係るパワー用途の縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための図である。以下、図１〜９を用いて、本実施の形態に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。

まずはじめに、図１に示すように、ＳｉＣ（炭化珪素）基板１に、複数のトランジスタを形成する。ここで、本実施の形態に係る縦型炭化珪素半導体装置（各トランジスタ）では、半導体基板１の厚み方向（図１の上下方向）に主電流が流れる。

図１に示すように、高濃度のｎ型（以下、単にｎ+と称する場合がある）を有する炭化珪素から成るＳｉＣ基板１を用意する。周知の技術に従ってエピタキシャル成長により、当該ＳｉＣ基板１上に、低濃度のｎ型（以下、単にｎ-と称する場合がある）ドリフト領域（半導体層）２を形成する。ここで、ＳｉＣ基板１は、シリコン基板よりバンドギャップの広いワイドバンドギャップの半導体基板である。また、本発明では、ＳｉＣ基板１とドリフト領域２とを併せて、半導体基板と称する。

その後、写真製版技術によりマスク材を形成し、当該マスク材を用いた複数のイオン注入処理により、複数のｎ+型のソース領域（電流出力領域）３、複数の高濃度のｐ型（ｐ＋型）のコンタクト領域４、および複数のベース領域（不純物領域）５を形成する（図１）。ここで、各ソース領域３は、ドリフト領域２の上面内の所定領域に各々形成される。各コンタクト領域４は、各ソース領域３に取り囲まれるように各々形成される。各ベース領域５は、各ソース領域３および各コンタクト領域４を各々含むように、ドリフト領域２の上面内に各々形成される。

また、ベース領域５の深さは、ソース領域３の深さより深く形成される。また、ベース領域５は、ｐ型の不純物層である。また、コンタクト領域４は、ベース領域５につながっている。

なお、ｎ型領域を形成するためには、例えば窒素イオンなどの不純物イオンをイオン注入する。また、ｐ型領域を形成するためには、アルミニウムイオンなどの不純物イオンをイオン注入する。これらのイオン注入の順番は任意に変更できる。

次に、各イオン注入領域３，４，５を活性化するために、１７００℃程度の高温雰囲気で、製造途中の半導体基板に対してアニール処理を施す。次に、熱酸化法等により、ゲート酸化膜６を、ドリフト領域２上に形成する（図１）。そして、ゲート酸化膜６上の所定の領域に、例えばポリシリコンからなるゲート電極７を複数形成する（図１）。

以上までの工程により、半導体基板（ＳｉＣ基板１＋ドリフト領域２）には、複数のトランジスタが形成される。ここで、上記の通り、当該トランジスタの主電流は、半導体基板の厚み方向に流れる。

次に、半導体基板の第一の主面上に、絶縁層を形成する。より具体的に、例えばＣＶＤ酸化膜からなる層間絶縁膜（絶縁層と把握できる）８を、ゲート電極７およびゲート酸化膜６を覆うように、ドリフト領域２上（半導体基板の第一の主面上と把握できる）に形成する。以上までの工程により、図１に示す製造途中の縦型炭化珪素半導体装置が形成される。

ここで、以上までの工程において、図１に示すように、ドリフト領域２に欠陥２１が生じたとする。当該欠陥２１は、ＳｉＣ基板１の欠陥や基板表面の汚染物を起因として発生する。または当該欠陥２１は、エピタキシャル成長の際に発生することもある。なお、ＳｉＣ基板１における欠陥２１の発生数は、シリコン基板における欠陥の発生数よりも多く、場合によっては数個／ｃｍ²以上になることもある。

次に、図２に示すように、写真製版技術とエッチング技術とを用いて、層間絶縁膜８に複数の開口部９を形成する。ここで、開口部９の底部からは、各トランジスタのソース領域３およびコンタクト領域４（一方の電極領域と把握できる）が露出する。なお、完成品においては、当該開口部９には、上記一方の電極領域と上層配線（図示せず）とを電気的に接続するコンタクト部（ソース電極）が形成される。また、ゲート電極７とコンタクトがとれるように、層間絶縁膜８には他の開口部を形成する（図示せず）。上記開口部９の形成により、図２に示すように、ゲート酸化膜６も部分的にエッチングされる。

次に、半導体基板の第二の主面上（ＳｉＣ基板１の裏面上）に、各トランジスタの他方の電極領域（ドレイン領域であり、ドリフト領域２およびＳｉＣ基板１）と電気的に接続するドレイン電極（第二の電極と把握できる）１０を形成する（図３）。

具体的に、ＳｉＣ基板１の裏面上に対して、スパッタ法を施す。これにより、当該ＳｉＣ基板１の裏面上に、ニッケルなどの金属膜を成膜する。その後、製造途中の縦型炭化珪素半導体装置に対して、１０００℃程度の高温アニール処理を施す。これにより、ＳｉＣ基板１と金属膜とを反応させて、図３に示すように、ニッケルシリサイドから成るドレイン電極１０を形成する。

次に、開口部９の底部から露出している各一方の電極領域３，４同士が相互に接続されるように、各開口部９内および層間絶縁膜８上に第一の電極２２を形成する（図３）。本実施の形態１では、当該第一の電極２２として、透明電極２２を形成する。

より具体的に、図２で示した製造途中の縦型炭化珪素半導体装置の第一の主面側に対して、スパッタ処理を施す。これにより、層間絶縁膜８上面および開口部９の底面・側面に、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極２２が形成される。当該透明電極２２の形成により、各一方の電極領域（ソース領域３＋コンタクト領域４）は、相互に電気的に接続される（図３）。

次に、透明電極（第一の電極）２２とドレイン電極（第二の電極）１０との間に、所定の電圧を印加する。これにより、半導体基板内部で発生するリーク電流に起因した、発光を検出する。ここで、当該リーク電流は、欠陥２１に起因して生じる。

より具体的に、図４に示すように、透明電極２２とドレイン電極１０との間に電圧を印加しつつ、半導体基板の第一の主面側から、たとえば冷却ＣＣＤなどの高感度カメラＣ１で撮像する。ドリフト領域２内でベース領域５をまたぐような欠陥２１がある場合において、当該欠陥２１が存在するベース領域５とドリフト領域２とからなるｐｎ接合に、逆方向電圧を印加する。すると、欠陥２１の付近において、大きなリーク電流が流れ、当該リーク電流に起因した発光が起こる。当該発光は、層間絶縁膜８上および開口部９の側面・底面上に形成された透明電極２２を介して、高感度カメラＣ１で撮像（検出）される。そして、図４に示すように、発光位置に存する欠陥２１の位置情報を、ウエハテスターＤ１が取得する。

上記発光の検出処理後に、リーク電流の発生位置に対応するトランジスタを構成する一方の電極領域（ソース領域３ａ＋コンタクト領域４ａ）上に直接、絶縁体２５を形成する（図９参照）。当該絶縁体２５は、当該一方の電極領域３ａ，４ａを電気的に絶縁するために形成される。本実施の形態では、具体的に以下の工程（図５〜９）を施すことにより、前記絶縁体２５を形成するまでの工程を実現する。

まず、透明電極２２をシュウ酸などのエッチング液で除去した後、半導体基板の第一の主面側に対して、スパッタ処理を施す。これにより、全ての開口部９を充填するように、層間絶縁膜８上にアルミニウムを成膜する。その後、当該アルミニウムに対して、写真製版法を用いたエッチング処理を施す。これにより、図５に示すように、ソース電極（第三の電極と把握できる）１１が形成される。図５に示すように、当該段階においては、当該ソース電極１１により、全ての一方の電極領域（ソース領域３＋コンタクト４）同士が電気的に接続され、全ての一方の電極領域が同電位になる。したがって、全てのベース領域５も同電位になる。

次に、ソース電極１１上に、ポジ型レジスト２３をスピンコート法などで形成する（図６）。次に、層間絶縁膜８に形成された全開口部９の内で、所定の開口部９ａを再び開口させるために、当該所定の開口部９ａ上方のレジスト２３に対して、局所的な露光処理を行い、レジスト２３を現像する。ここで、所定の開口部９ａとは、リーク電流（発光）の発生位置に対応するトランジスタの一方の電極領域（ソース領域３ａ＋コンタクト領域４ａ）を、露出させることができる開口部のことである（図７）。具体的に、以下の処理を実施する。

図６に示すように、露光装置Ｄ２を備える露光用テーブルに、上記ポジ型レジスト２３が形成された縦型炭化珪素半導体装置を載置する。そして、ウエハテスターＤ１で予め取得しておいた欠陥２１の位置情報に基づいて、所定の開口部９ａ上方のレジスト領域２４のみを露光装置Ｄ２を用いて感光する。次に、レジスト２３を現像し、所定の開口部９ａ上方のみのレジスト２３を開口する。

その後、当該現像後のレジスト２３をマスクとして使用して、リン酸などのアルミニウム用エッチング液を用いたエッチング処理を、ソース電極１１に対して施す。これにより、ソース電極１１の一部が除去される。当該ソース電極１１の一部除去により、図７に示すように、ソース電極１１において所定の開口部９ａが再度開口される。上記のように、所定の開口部９ａの底部からは、欠陥２１が存在するトランジスタを構成する一方の電極領域３ａ，４ａが露出する（図７）。

なお、露光装置Ｄ２は、例えば電子線を任意の形状で照射することができる、ＥＢ露光装置Ｄ２を採用することができる。当該ＥＢ露光装置Ｄ２は、ウエハテスターＤ１で予め取得しておいた欠陥２１の位置情報に基づいて、製造途中の縦型炭化珪素半導体装置が載置された露光用ステージを制御する。これにより、上記レジスト２３のレジスト領域２４に電子線を走査・照射させる。

ＥＢ露光装置Ｄ２は、通常スループットが悪いため、一般のプロセスでは使用されず、写真製版用のフォトマスクの製造などで使用されることが多い。しかし、欠陥２４は非常に小さいことから、所定の開口部９ａの開口面積（上記レジスト領域２４の面積）も、小さくなる。したがって、本実施の形態においてＥＢ露光装置を使用したとしても、上記スループットの悪さは問題にはならない。

また、露光装置Ｄ２として、レーザ光を照射することができるレーザ走査露光装置Ｄ２を採用することもできる。レーザ走査露光装置Ｄ２は、ウエハテスターＤ１で予め取得しておいた欠陥２１の位置情報に基づいて、露光用テーブルに載置されている製造途中の縦型炭化珪素半導体装置の上面を照射するレーザ光の走査を制御する。これにより、上記レジスト２３のレジスト領域２４にレーザ光を走査・照射させる。

一方で、平面視における各トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のサイズは、十から数十μｍ角程度である。よって、上記レジスト領域２４の面積も数μｍ角から数十μｍ角程度となる。したがって、ＥＢ露光装置Ｄ２やレーザ走査露光装置Ｄ２のような精密で高価な露光装置Ｄ２を用いなくても、次のような安価な露光装置Ｄ２を採用しても良い。

例えば、ハロゲンランプなどの紫外線ランプ光源から光ファイバで、露光ヘッドまで光を導入する。そして、光ファイバの出口にシャッターを設けて、露光のＯＮ／ＯＦＦを可能にした露光装置Ｄ２を採用しても良い。当該露光装置Ｄ２によっても、数μｍ角程度のスポット光をレジスト２３に照射することができる。なお、ウエハテスターＤ１で予め取得しておいた欠陥２１の位置情報に基づいて、製造途中の縦型炭化珪素半導体装置が載置されている露光用テーブルを移動させる。これにより、上記レジスト２３のレジスト領域２４に、光ファイバからの光を走査・照射させることができる。

また、露光装置Ｄ２により露光される領域には、平面視における欠陥２１の存在領域（上記レジスト領域２４）およびその周辺部が含まれていても良い。当該周辺部も含める場合には、隣接する正常なトランジスタも、結果として機能的に除去されてしまうことになる。しかしながら、露光装置Ｄ２により露光される領域のサイズが数十μｍ以上となる。よって、露光装置Ｄ２として、さらに簡易な光学系の露光ヘッドを使用することが可能になる。

さて、製造工程に話を戻し、次に、図７に示した製造途中の縦型炭化珪素半導体装置の上面に対して、スパッタ処理を施す。これにより、図８に示すように、所定の開口部９ａの内部およびレジスト２３上に、酸化膜などの絶縁膜２５が形成される。その後、アセトンなどの有機溶剤でレジスト２３を除去する。当該レジスト２３の除去処理により、レジスト２３の上の絶縁膜２５も除去され、所定の開口部９ａには絶縁体２５ａが残存する（図９）。図９に示すように、当該絶縁体２５ａは、リーク電流の発生位置に対応するトランジスタの一方の電極領域３ａ，４ａ上に直接、形成されている。

その後、ドレイン電極１０に対して、ニッケルと金とを成膜する。

図９の構成からも分かるように、所定の開口部９ａの底面に臨む一方の電極領域３ａ，４ａ以外の一方の電極領域３，４同士は、ソース電極１１により電気的に相互に接続されている。他方、上記所定の開口部９ａの底面に臨む一方の電極領域３ａ，４ａは、絶縁体２５ａの存在により、他の一方の電極領域３，４からは電気的に絶縁されている。

次に、本実施の形態に係る製造方法により作成された縦型炭化珪素半導体装置の動作について説明する。

まず、ゲート電極７に電圧を印加していない状態では、ゲート酸化膜６直下のベース領域５は、空乏化している。よって、ソース領域３とドリフト領域２は、電気的にＯＦＦ状態である。したがって、ソース電極１１とドレイン電極１０と間に高電圧を印加したとしても、当該電極間１０，１１、つまり半導体基板の縦方向には主電流は流れない。

次に、ゲート電極７に正電圧を印加する。すると、ゲート酸化膜６直下のベース領域５には、電子蓄積層のチャネルが形成される。よって、ソース電極１１から、ソース領域３、チャネル、ドリフト領域２およびＳｉＣ基板１を介して、ドレイン電極１０へと電子が流れる。つまり、半導体基板の縦方向に主電流が流れるようになり、縦型炭化珪素半導体装置はＯＮ状態になる。前記の通り主電流が流れるので、単位面積あたりの最大電流容量を向上させるためには、各トランジスタを微細化し、半導体基板に形成されるトランジスタ数を多くする必要がある。ここで、最小コンタクトパターンサイズ２μｍで設計した場合には、トランジスタのサイズは、十から数十μｍ角程度になる。

なお、欠陥２１を有するトランジスタでは、図９に示すように、ソース電極１１とソース領域３ａとが絶縁されている。よって、ゲート電極７に正電圧を印加しても、当該欠陥２１を有するトランジスタにおいては、主電流は流れない。また、図９に示すように、ソース電極１１とコンタクト４ａとも絶縁されている。よって、ゲート電極７に電圧を印加していないＯＦＦ状態のときに、ソース電極１１、コンタクト４ａ、ベース領域５、欠陥２１およびドリフト領域２の経路で流れるリーク電流を防ぐことができる。

以上のように、本実施の形態に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法では、第一の電極（透明電極）２２と第二の電極（ドレイン電極）１０との間に所定の電圧を印加することにより、半導体基板内部に存する欠陥２１に起因した発光を検出している。さらに、当該発光の発生位置に対応するトランジスタの一方の電極領域３ａ，４ａ上に直接、絶縁体２５ａを形成している。

特許文献１に係る技術では、一つのトランジスタに欠陥が含まれる場合でも、当該欠陥を含むトランジスタが属するユニット単位で、不良ユニットを完成品の半導体装置から機能的に除去していた。ここで、各ユニットには、複数のトランジスタが形成されている。これに対して、本実施の形態に係る製造方法では、欠陥２１を含むトランジスタのみを局所的に、完成品の縦型炭化珪素半導体装置から機能的に除去できる。したがって、半導体基板に欠陥２１が含まれていても、完成品の縦型炭化珪素半導体装置から機能的に除去されるトランジスタの数を、最小限に抑えることができる。よって、欠陥２１が多く発生し得るＳｉＣ基板１を用いたとしても、大きな最大電流容量を有する縦型炭化珪素半導体装置を提供することができる。

また、上記方法を採用することにより、完成品から局所的に、欠陥２１単位でトランジスタを機能的に除去できる。よって、当該トランジスタの機能的な除去に起因した、完成品の最大電流容量の減少は無視できる値である（例えば、１ｃｍ²の半導体基板における欠陥２１の個数を５個とし、トランジスタのサイズを２０μｍ角とする。この場合、欠陥２１を含むトランジスタの局所的・機能的除去により失われる電流容量の割合は、２０μｍ×２０μｍ×５／１ｃｍ²＝０．００００２となり、無視できる程度の電流容量の減少量である）。

したがって、完成品において生じた半導体基板内の欠陥２１の数がばらついたとしても、完成品における最大電流容量のばらつきを抑制することができる。

また、本実施の形態では、第一の電極２２としてＩＴＯなどの透明電極２２を形成している。したがって、欠陥解析（図４）に必要な電圧を印加する第一の電極２２を形成したとしても、欠陥２１に起因したリーク電流（発光）を、当該透明電極２２を介して容易に観測することができる。

また、本実施の形態では、透明電極２２を除去した後、全ての開口部９を充填するように、層間絶縁膜８上に第三の電極（ソース電極）１１を形成することにより、全ての一方の電極領域３，３ａ，４，４ａ同士を接続している（図５）。そして、第三の電極１１の一部を除去することにより、欠陥２１を有するトランジスタの一方の電極領域３ａ，４ａを露出させる所定の開口部９ａを、当該第三の電極に形成している（図６，７）。その後、上記一方の電極領域２ａ，４ａと接するように、所定の開口部９ａ内に絶縁体２５ａを形成している。

したがって、上記欠陥２１の解析処理（図４）後、簡便な工程により、全てのトランジスタの一方の電極領域３，４（一方の電極領域３ａ，４ａは除く）を電気的に接続する第三の電極（ソース電極）１１を形成すると共に、当該第三の電極１１と、欠陥２１を有するトランジスタを構成する一方の電極領域３ａ，４ａとを、電気的に絶縁することができる。つまり、完成品から、欠陥２１を有するトランジスタを機能的に除去することができる。

なお、上記の通り上記説明では、透明電極２２を除去した後、第三の電極（ソース電極）１１を形成した。しかし、次の工程を採用しても良い。つまり、透明電極２２を除去せずに、全開口部９，９ａを充填するように、透明電極２２上および層間絶縁膜８上に導電体を形成する。この場合、透明電極２２および当該導電体により、第三の電極（ソース電極）１１が構成される。また、当該導電体としては、アルミニウム等である。その後、第三の電極１１の一部を除去する。つまり、透明電極２２の一部およびアルミニウム等の導電体の一部を各々エッチングする。これにより、当該第三の電極１１に上記所定の開口部９ａが形成される。その後は、図８，９を用いて説明した工程と同様な工程を実施すれば良い。

＜実施の形態２＞
図１０〜１４は、この発明の実施の形態２に係るパワー用途の縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための図である。以下、図１０〜１４を用いて、本実施の形態に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。ここで、図１１は、図１０に示す工程断面図の平面図であり、図１１のＡ−Ａ断面が図１０に相当する。なお、実施の形態１で説明した部材等と同じ部材等には、同じ符号を付している。

まずはじめに、実施の形態１において図１，２を用いて説明した工程を、本実施の形態においても同様に実施する。

次に、図２で示した製造途中の縦型炭化珪素半導体装置において、図１０，１１に示すように、第一の電極２８を形成する。ここで、第一の電極２８は、電極部２６と線状の配線２７とから構成されている。

図１０から分かるように、電極部２６は、各開口部９内の底面部および側面部に各々形成されている。また、図１１から分かるように、電極部２６は、各開口部９の開口周辺の層間絶縁膜８上にも形成されている。つまり、各電極部２６は、少なくとも各開口部９の底部から望む一方の電極領域３，４と電気的に接続するように形成される。なお、図１１では、開口部９は黒く塗り潰されている。また、図１１に示すように、平面視において、電極部２６はベース領域５内に形成されており、電極部２５の形成領域は、ベース領域５よりも小さい。

また、図１０，１１から分かるように、線幅の細い線状の配線２７は、層間絶縁膜８上に形成されており、各電極部２６同士を電気的に接続している。線状の配線２７は、図１１の横方向に延びる複数の線部２７ａと、各線部２７ａの端部同士を電気に接続する縦方向に延びる線部２７ｂとから構成されている（図１１参照）。

当該電極部２６と線状の配線２７とで構成される第一の電極部２８は、アルミニウム等から形成されており、例えばスパッタ法、写真製版技術およびエッチング処理等を組み合わせて実施することにより形成される。

また、図２に示したＳｉＣ基板１の裏面上（半導体基板の第二の主面上）に対して、スパッタ法を施す。これにより、当該ＳｉＣ基板１の裏面上に、ニッケルなどの金属膜を成膜する。その後、製造途中の縦型炭化珪素半導体基板に対して、１０００℃程度の高温アニール処理を施す。これにより、ＳｉＣ基板１と金属膜とを反応させて、図１０に示すように、ニッケルシリサイドから成るドレイン電極（第二の電極と把握できる）１０を形成する。

その後、図４を用いて説明したように、欠陥２１に起因して発生するリーク電流（発光）を観測する。ここで、本実施の形態では、第一の電極２８とドレイン電極１０との間で、電圧が印加されるが、それ以外の欠陥解析方法は、実施の形態１と同様である。

ここで、ドリフト領域２内でベース領域５をまたぐような欠陥２１がある場合において、電極１０，２８間に逆方向の電圧を印加する。すると、ベース領域５とドリフト領域２とから成るｐｎ接合では、大きなリーク電流が流れて発光する。ベース領域５の周辺には、細い線幅を有する線状の配線２７しか形成されていない。したがって、第一の電極２８がアルミニウムなどの不透明な材料でも、高感度カメラＣ１は、半導体基板の上面（第一の主面）方向から当該発光が観察できる。

また、偶然に線状の配線２７の真下方向に欠陥２１が存在していたとしても、発光した光は、Ｓｉ基板１の裏面（ドレイン電極１０）などで反射散乱される。よって、線状の配線２７の真下方向に欠陥２１が存在する場合でも、半導体基板の上面側から当該発光を観測することができる。

つまり、欠陥２１の形成位置に依らずに、半導体基板の上面（第一の主面）における線状の配線２７の不形成領域から、発光を検出することができる。

上記発光の観測後（欠陥解析後）、スパッタ法により、各開口部９を充填するように、層間絶縁膜８上および第一の電極２８上にアルミニウム膜２９を成膜する。その後、アルミニウム膜２９および第一の電極２８に対して、写真製版法を用いたエッチング処理を施す。これにより、図１２に示すように、ソース電極（第三の電極と把握できる）３０が形成される。なお、当該工程より分かるように、当該説明では、ソース電極３０は、第一の電極２８とアルミニウム膜２９とから構成されている。

アルミニウム膜２９の形成前に、第一の電極２８を除去しても良い。しかしながら、工程が煩雑化するので、第一の電極２８を除去せずアルミニウム膜２９を形成することが望ましい。

ここで、第一の電極２８には、発光観測ができる程度の電流が流せれば良い。したがって、第一の電極２８の膜厚は、１μｍ以下の薄いアルミニウムで十分である。しかし、完成品においてソース電極３０には、大電流を流す必要がある。したがって、ソース電極３０の膜厚は、数μｍ以上の厚さが必要である。

次に、図１２に示した製造途中の縦型炭化珪素半導体装置の上面に対して、スピンコート法を施す。これにより、ソース電極３０上にポジ型レジスト２３が形成される。次に、図６，７を用いた説明と同様な方法により、レジスト２３を局所的に露光・現像する。これにより、図１３に示すように、層間絶縁膜８に形成された全開口部９の内で、所定の開口部９ａが再び開口される。そして、当該レジスト２３をマスクとして用い、リン酸などのアルミニウムのエッチング液を用いて、ソース電極３０をエッチングする。これにより、図１３に示すように、ソース電極３０の一部が除去され、当該ソース電極３０に所定の開口部９ａが形成される。

ここで、所定の開口部９ａとは、実施の形態１でも説明したように、リーク電流（発光）の発生位置に対応するトランジスタの一方の電極領域（ソース領域３ａ＋コンタクト領域４ａ）を、露出させることができる開口部のことである（図１３）。

その後、スパッタ法などにより酸化膜などの絶縁膜２５を成膜する。これにより、図１３までの構成が形成される。次に、アセトンなどの有機溶剤を用いて、レジスト２３を除去する。当該レジスト２３の除去処理により、図１４に示すように、レジスト２３上の絶縁膜２５も除去される。ここで、所定の開口部９ａ内には絶縁体２５ａが残存する（図１４）。図１４に示すように、当該絶縁体２５ａは、リーク電流の発生位置に対応するトランジスタの一方の電極領域３ａ，４ａ上に直接、形成されている。

その後、ドレイン電極１０に対して、ニッケルと金とを成膜する。

図１４の構成からも分かるように、所定の開口部９ａの底面に臨む一方の電極領域３ａ，４ａ以外の一方の電極領域３，４同士は、ソース電極３０により電気的に相互に接続されている。他方、上記一方の電極領域３ａ，４ａは、絶縁体２５ａの存在により、他の一方の電極領域３，４からは電気的に絶縁されている。

以上のように、本実施の形態に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法では、第一の電極２８と第二の電極（ドレイン電極）１０との間に所定の電圧を印加することにより、半導体基板内部に存する欠陥２１に起因した発光を検出している。さらに、当該発光の発生位置に対応するトランジスタの一方の電極領域３ａ，４ａ上に直接、絶縁体２５ａを形成している。

つまり、本実施の形態においても、上記方法により、欠陥２１を含むトランジスタのみを局所的に、完成品の縦型炭化珪素半導体装置から機能的に除去できる。したがって、半導体基板に欠陥２１が含まれていても、完成品の縦型炭化珪素半導体装置から機能的に除去されるトランジスタの数を、最小限に抑えることができる。よって、欠陥２１が多く発生し得るＳｉＣ基板１を用いたとしても、大きな最大電流容量を有する縦型炭化珪素半導体装置を提供することができる。

また、上記方法を採用することにより、完成品から局所的に、欠陥２１単位でトランジスタを機能的に除去できる。よって、当該トランジスタの機能的な除去に起因した、完成品の最大電流容量の減少は無視できる値である。したがって、完成品において生じた半導体基板内の欠陥２１の数がばらついたとしても、完成品における最大電流容量のばらつきを抑制することができる。

また、本実施の形態では、第一の電極２８は、各トランジスタを構成する一方の電極領域３，４，３ａ，４ａと電気的に接続する電極部２６と、各電極部２６同士を電気的に接続する線状の配線２７とから構成されている。

したがって、欠陥解析（図４）に必要な電圧を印加する第一の電極２８を形成したとしても、層間絶縁膜８上には細い線幅の線状の配線２７があるだけなので、欠陥２１に起因したリーク電流（発光）を、半導体基板の上面側から容易に観測することができる。つまり、線状の配線２７形成領域の面積は非常に小さいので、線状の配線２７の不形成領域から、当該発光を観察することができる。

また、本実施の形態では、ＩＴＯなどの透明電極を使用しなくて済む。したがって、透明電極を形成するための成膜装置やエッチング装置の設備が必要でなくなる。これにより、実施の形態１と比較して、本実施の形態の方が縦型炭化珪素半導体装置の製造コストを下げることができる。

また、本実施の形態では、全ての開口部９を充填するように、層間絶縁膜８上および第一の電極２８上にアルミニウム膜２９を形成することにより、ソース電極（第三の電極）３０を形成している。当該段階では、当該ソース電極３０は、全ての一方の電極領域３，３ａ，４，４ａ同士を接続している。その後、ソース電極３０の一部を除去することにより、欠陥２１を有するトランジスタの一方の電極領域３ａ，４ａを露出させる所定の開口部９ａを形成している（図１３）。その後、所定の開口部９ａ内に絶縁体２５ａを形成している。

したがって、上記欠陥２１の解析処理（図４）後、簡便な工程により、全てのトランジスタの一方の電極領域３，４（一方の電極領域３ａ，４ａは除く）を電気的に接続する第三の電極（ソース電極）３０を形成すると共に、当該ソース電極３０と、欠陥２１を有するトランジスタを構成する一方の電極領域３ａ，４ａとを、電気的に絶縁することができる。つまり、完成品から、欠陥２１を有するトランジスタを機能的に除去することができる。

なお、上記説明では、図１１に示すように、電極部２６は、層間絶縁膜８上の開口部９の開口周辺部にも形成されていた。しかし、電極部２６は、各トランジスタを構成する一方の電極領域３，３ａ，４，４ａと電気的に接続されていれば、その形状は任意に変更できる。つまり、電極部２６は、開口部９の底部に少なくとも形成されていれば良い。なお、当該場合においても、線状の配線２７は、各電極部２６を電気的に接続することを要する。

また、各電極部２６同士を電気的に接続する線状の配線２７の配設パターンは、全ての電極部２６同士が接続されれば、図１１に限る必要も無い。例えば、図１１では、横方向に並ぶ電極部２６同士を接続する配線部２７ａと、当該配線部２７ａ同士の端部を縦方向に接続する配線部２７ｂとから構成されていた。しかし、図１１と異なるが、縦方向に並ぶ電極部２６同士を接続する配線部と、当該配線部同士の端部を横方向に接続する配線部とから構成されていても良い。また、図１５に示すように、斜向かい同士の電極部２６同士を接続するように、線状の配線２７を配設しても良い。

＜実施の形態３＞
図１６〜２１は、この発明の実施の形態３に係るパワー用途の縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための図である。以下、図１６〜２１を用いて、本実施の形態に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。なお、実施の形態１で説明した部材等と同じ部材等には、同じ符号を付している。

まずはじめに、実施の形態１において図１〜４を用いて説明した工程を、本実施の形態においても同様に実施する。

欠陥解析後（図４参照）、次に、シュウ酸などのエッチング液を用いて、製造途中の縦型炭化珪素半導体装置から透明電極２２を除去する（図１６）。次に、図１６に示した製造途中の縦型炭化珪素半導体装置の上面に対して、スピンコート法を施す。これにより、図１７に示すように、層間絶縁膜８に形成された全開口部９を充填するように、当該層間絶縁膜８上にポジ型レジスト２３を形成する。

次に、図６を用いた説明と同様な方法により、レジスト２３を局所的に露光し、その後現像する。これにより、図１８に示すように、層間絶縁膜８に形成された全開口部９の内で、所定の開口部９ａが再び開口される。つまり、レジスト２３の一部が除去され、当該レジスト２３に所定の開口部９ａが形成される。

ここで、所定の開口部９ａとは、実施の形態１でも説明したように、リーク電流（発光）の発生位置に対応するトランジスタの一方の電極領域（ソース領域３ａ＋コンタクト領域４ａ）を、露出させることができる開口部のことである（図１８）。

その後、スパッタ法などにより酸化膜などの絶縁膜２５を成膜する。これにより、図１９までの構成が形成される。次に、アセトンなどの有機溶剤でレジスト２３を除去する。当該レジスト２３の除去処理により、図２０に示すように、レジスト２３上の絶縁膜２５も除去される。ここで、所定の開口部９ａ内には絶縁体２５ａが残存する（図２０）。図２０に示すように、当該絶縁体２５ａは、リーク電流の発生位置に対応するトランジスタの一方の電極領域３ａ，４ａ上に直接、形成されている。また、当該レジスト２３の除去により、図２０に示すように、開口部９ａ以外の開口部９が、層間絶縁膜８において再び形成される。

次に、スパッタ法を施すことにより、開口部９を充填し、絶縁体２５ａを覆うように、層間絶縁膜８上にアルミニウムを成膜する。その後、写真製版法とエッチング処理とを組み合わせて実施する。これにより、図２１に示すように、ソース電極（第三の電極と把握できる）１１が形成される。

図２１の構成からも分かるように、所定の開口部９ａの底面に臨む一方の電極領域３ａ，４ａ以外の一方の電極領域３，４同士は、ソース電極１１により電気的に相互に接続されている。他方、上記一方の電極領域３ａ，４ａは、絶縁体２５ａの存在により、他の一方の電極領域３，４からは電気的に絶縁されている。

その後、ドレイン電極１０に対して、ニッケルと金とを成膜する。

本実施の形態に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法においても、実施の形態１と同様に、欠陥２１が多く発生し得るＳｉＣ基板１を用いたとしても、大きな最大電流容量を有する縦型炭化珪素半導体装置を提供することができる。また、完成品において生じた半導体基板内の欠陥２１の数がばらついたとしても、完成品における最大電流容量のばらつきを抑制することができる。

また、本実施の形態では、所定の開口部９ａの底部に直接接する絶縁体２５ａを形成した後に、当該絶縁体２５ａを覆い、各開口部９を充填するように、層間絶縁膜８上に第三の電極（ソース電極）１１を形成している。

したがって、実施の形態１とは異なり（図９参照）、外部接続パッドであるソース電極１１の上面を平坦に仕上げることができる（図２１参照）。よって、外部配線との接続の信頼性をより向上させることができる。

なお、上記では、透明電極２２を除去した後に、図１７〜２１の工程を実施した。しかし、実施の形態２で説明した第一の電極２８を形成し、図４に示すような欠陥解析を行った後に、当該第一の電極２８を除去し、その後、図１７〜２１に示す工程を実施することもできる。

実施の形態１に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態１に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態１に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 半導体基板に存在する欠陥に起因して発生するリーク電流（発光）を観測する様子示す図である。 実施の形態１に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 予め取得した結果位置情報に基づいて、レジストを局所的に露光する様子を示す図である。 実施の形態１に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態１に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態１に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態２に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第一の電極の配設状況を示す平面図である。 実施の形態２に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態２に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態２に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 第一の電極の他の配設状況を示す平面図である。 実施の形態３に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態３に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態３に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態３に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態３に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 実施の形態３に係る縦型炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。

符号の説明

１ ＳｉＣ基板、２ ドリフト領域、３，３ａ ソース領域、４，４ａ コンタクト領域、５ ベース領域、６ ゲート酸化膜、７ ゲート電極、８ 層間絶縁膜、９ 開口部、９ａ 所定の開口部、１０ ドレイン電極、１１，３０ ソース電極、２１ 欠陥、２２ 透明電極、２３ レジスト、２５ 絶縁膜、２５ａ 絶縁体、２６ 電極部、２７ 線状配線、２８ 第一の電極、２９ アルミニウム膜、Ｃ１ 高感度カメラ、Ｄ１ ウエハテスター、Ｄ２ 露光装置。

Claims (5)

1. 炭化珪素から成る半導体基板を有し、前記半導体基板の厚み方向に主電流が流れる縦型炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
   （Ａ）前記半導体基板に、複数のトランジスタを形成する工程と、
   （Ｂ）前記半導体基板の第一の主面上に、絶縁層を形成する工程と、
   （Ｃ）前記絶縁層に複数の開口部を形成し、前記開口部の底部から、各前記トランジスタの一方の電極領域を露出させる工程と、
   （Ｄ）各前記一方の電極領域同士が相互に接続されるように、各前記開口部内および前記絶縁層上に第一の電極を形成する工程と、
   （Ｅ）前記半導体基板の第二の主面上に、各前記トランジスタの他方の電極領域と接続する第二の電極を形成する工程と、
   （Ｆ）前記第一の電極と前記第二の電極間に所定の電圧を印加することにより、半導体基板内部に存する欠陥に起因した発光を検出する工程と、
   （Ｇ）前記工程（Ｆ）の後に、前記発光の発生位置に対応する前記トランジスタの前記一方の電極領域上の前記第一の電極を除去して、直接、絶縁体を形成する工程とを、備えており、
   前記工程（Ｄ）は、
   前記第一の電極として透明電極を形成する工程であり、
   前記工程（Ｆ）は、
   前記第一の主面側から、前記透明電極を介して前記発光を検出する工程である、
   ことを特徴とする縦型炭化珪素半導体装置の製造方法。
2. 炭化珪素から成る半導体基板を有し、前記半導体基板の厚み方向に主電流が流れる縦型炭化珪素半導体装置の製造方法であって、
   （Ａ）前記半導体基板に、複数のトランジスタを形成する工程と、
   （Ｂ）前記半導体基板の第一の主面上に、絶縁層を形成する工程と、
   （Ｃ）前記絶縁層に複数の開口部を形成し、前記開口部の底部から、各前記トランジスタの一方の電極領域を露出させる工程と、
   （Ｄ）各前記一方の電極領域同士が相互に接続されるように、各前記開口部内および前記絶縁層上に第一の電極を形成する工程と、
   （Ｅ）前記半導体基板の第二の主面上に、各前記トランジスタの他方の電極領域と接続する第二の電極を形成する工程と、
   （Ｆ）前記第一の電極と前記第二の電極間に所定の電圧を印加することにより、半導体基板内部に存する欠陥に起因した発光を検出する工程と、
   （Ｇ）前記工程（Ｆ）の後に、前記発光の発生位置に対応する前記トランジスタの前記一方の電極領域上の前記第一の電極を除去して、直接、絶縁体を形成する工程とを、備えており、
   前記工程（Ｄ）は、
   前記各開口部内に形成され、前記一方の電極領域と接続する電極部と、前記電極部同士を電気的に接続するように、前記絶縁層上に形成される線状の配線とから成る、前記第一の電極を形成する工程であり、
   前記工程（Ｆ）は、
   前記第一の主面側の前記線状の配線の不形成の領域から、前記発光を検出する工程である、
   ことを特徴とする縦型炭化珪素半導体装置の製造方法。
3. 前記工程（Ｇ）は、
   （Ｇ−１）全ての前記開口部を充填するように、前記絶縁層上に、前記透明電極を含む又は前記透明電極を含まない第三の電極を形成する工程と、
   （Ｇ−２）前記第三の電極の一部を除去することにより、前記発光の発生位置に対応する前記トランジスタの前記一方の電極領域を露出させる所定の開口部を、前記第三の電極に形成する工程と、
   （Ｇ−３）前記所定の開口部内に前記絶縁体を形成する工程とを、有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の縦型炭化珪素半導体装置の製造方法。
4. 前記工程（Ｇ）は、
   （Ｇ−１）前記各開口部を充填するように、前記絶縁層上に、前記第一の電極を含む又は前記第一の電極を含まない第三の電極を形成する工程と、
   （Ｇ−２）前記第三の電極の一部を除去することにより、前記発光の発生位置に対応する前記トランジスタの前記一方の電極領域を露出させる所定の開口部を、前記第三の電極部に形成する工程と、
   （Ｇ−３）前記所定の開口部内に前記絶縁体を形成する工程とを、有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の縦型炭化珪素半導体装置の製造方法。
5. （Ｈ）前記工程（Ｇ）の後に、前記絶縁体を覆い、前記開口部を充填するように、前記絶縁層上に第三の電極を形成する工程を、さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の縦型炭化珪素半導体装置の製造方法。

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