JP5735077B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、炭化珪素(SiC)基板及びこれを用いた縦型半導体装置の製造方法に関わり、特に順方向抵抗の低減技術に関わる。   The present invention relates to a silicon carbide (SiC) substrate and a method for manufacturing a vertical semiconductor device using the same, and more particularly to a technique for reducing forward resistance.

半導体デバイスにおいて、素子内の電流経路が、素子の第1の主面から第2の主面に向かって流れる縦型の半導体装置が知られている。この種の半導体装置の性能は、主として基板表面に形成されたエピタキシャル層に形成された素子構造により決定され、基板は上記エピタキシャル層を保持し、強度を保つ役割を担っている。   In a semiconductor device, a vertical semiconductor device in which a current path in an element flows from a first main surface to a second main surface of the element is known. The performance of this type of semiconductor device is mainly determined by the element structure formed in the epitaxial layer formed on the substrate surface, and the substrate holds the epitaxial layer and plays the role of maintaining the strength.

例えば、従来のショットキーバリア型炭化珪素(SiC)ダイオードでは、n型SiC基板と、この表面に形成されたSiCホモエピタキシャル成長膜、更にその上に形成されたショットキーバリア型アノード電極、n型SiC基板1の裏面に形成されたカソード電極から構成される。   For example, in a conventional Schottky barrier silicon carbide (SiC) diode, an n-type SiC substrate, a SiC homoepitaxial growth film formed on the surface, a Schottky barrier anode electrode formed thereon, and an n-type SiC The cathode electrode is formed on the back surface of the substrate 1.

縦型半導体デバイスの場合、ドリフト層の抵抗はアノード・カソード間のI−V特性により決まるため、その抵抗成分は(表面コンタクト抵抗a)+(ドリフト層抵抗b)+(基板抵抗c)+(裏面コンタクト抵抗d)により決まる。つまりデバイスの耐圧はドリフト層抵抗bだけで保持されるが、順方向抵抗は(表面コンタクト抵抗a)+(基板抵抗c)+(裏面コンタクト抵抗d)の分がドリフト層抵抗bに上乗せされる。そのため特に裏面に形成される(基板抵抗c)+(裏面コンタクト抵抗d)の低減が必要とされる。   In the case of a vertical semiconductor device, the resistance of the drift layer is determined by the IV characteristics between the anode and the cathode, so the resistance component is (surface contact resistance a) + (drift layer resistance b) + (substrate resistance c) + ( Determined by back contact resistance d). That is, the breakdown voltage of the device is held only by the drift layer resistance b, but the forward resistance is added to the drift layer resistance b by (surface contact resistance a) + (substrate resistance c) + (back surface contact resistance d). . Therefore, it is particularly necessary to reduce (substrate resistance c) + (back surface contact resistance d) formed on the back surface.

その方法として基板薄膜化、あるいは、コンタクト抵抗低減のため基板裏面不純物の高濃度化が試みられている。ところが、前者の薄膜化には加工後の半導体プロセス中に薄い基板が割れるという危惧があることから、上部構造形成後に薄膜化を行なう必要がある。後者の高濃度化は、通常イオン注入された不純物を活性化するために1500℃以上のアニールが必要である。このため、電極材料および融点が1500℃以下の材料を使用する工程は、上記アニール後に行う必要があり、基板を薄膜化しかつ高濃度化することはできなかった。従ってどちらかの効果を優先し、他方のアプローチを併せて考慮することは特になされていなかった。   Attempts have been made to reduce the substrate thin film or to increase the concentration of impurities on the back surface of the substrate in order to reduce contact resistance. However, since there is a concern that a thin substrate breaks during the semiconductor process after processing in the former, it is necessary to reduce the thickness after forming the upper structure. The latter increase in concentration usually requires annealing at 1500 ° C. or higher in order to activate the ion-implanted impurities. For this reason, the step of using the electrode material and the material having a melting point of 1500 ° C. or less needs to be performed after the annealing, and the substrate cannot be thinned and highly concentrated. Therefore, priority was given to one of the effects, and the other approach was not considered in particular.

一方で、コンタクト抵抗を下げるために裏面に高濃度層を形成した基板を使用し、その高濃度層上に電極材料を形成するという提案もなされている(特許文献1参照)。   On the other hand, a proposal has been made to use a substrate having a high-concentration layer formed on the back surface in order to reduce contact resistance, and to form an electrode material on the high-concentration layer (see Patent Document 1).

特開2003−86816号公報JP 2003-86816 A

しかしながら上記特許文献1の技術においても、基板そのものが持つ抵抗を省くことができない。市販のSiCウエハは厚さ400μm程度、抵抗率が0.020Ωcm程度であることから、基板だけで0.8mΩcm2の抵抗を有することになる。1200VクラスのSiCダイオードの順方向は数mΩcm2であることから、基板抵抗を省くことができればその効果は大きい。また、コンタクト抵抗も、通常基板の高濃度化をしない場合、0.1mΩcm2であり、ばらつきもあることから、コンタクト抵抗の低減も必須である。 However, even in the technique of Patent Document 1, the resistance of the substrate itself cannot be omitted. Since a commercially available SiC wafer has a thickness of about 400 μm and a resistivity of about 0.020 Ωcm, the substrate alone has a resistance of 0.8 mΩcm 2 . Since the forward direction of a 1200 V class SiC diode is several mΩcm 2 , the effect is great if the substrate resistance can be omitted. In addition, the contact resistance is usually 0.1 mΩcm 2 when there is no increase in the concentration of the substrate, and there is a variation. Therefore, it is essential to reduce the contact resistance.

本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、低抵抗の薄型SiC半導体基板、及びこれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a low-resistance thin SiC semiconductor substrate and a semiconductor device using the same.

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法の第1は、第1の不純物濃度を有する第1導電型の炭化珪素基板に、成膜温度1550〜1600℃のエピタキシャル成長で第2の不純物濃度を有する第1導電型あるいは第2導電型の第1の炭化珪素層を形成する工程と、前記第1の炭化珪素層の上に、不純物濃度の絶対値が前記第2の不純物濃度>前記第1の不純物濃度>第3の不純物濃度の関係を有するように、前記第3の不純物濃度を有する第1導電型の第2の炭化珪素層を形成する工程と、前記第2の炭化珪素層の上面に半導体素子を形成する工程と、前記半導体素子を形成後、前記炭化珪素基板の裏面を削除して、前記第1の炭化珪素層を露出させる工程と、前記露出させた前記第1の炭化珪素層に電極を形成する工程と具備することを特徴とする In order to achieve the above object, a first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a second method of epitaxial growth on a first conductivity type silicon carbide substrate having a first impurity concentration at a film formation temperature of 1550 to 1600 ° C. Forming a first conductivity type or second conductivity type first silicon carbide layer having an impurity concentration of 2 μm, and an absolute value of the impurity concentration on the first silicon carbide layer is the second impurity concentration. A step of forming a second conductivity type second silicon carbide layer having the third impurity concentration so as to have a relationship of> first impurity concentration> third impurity concentration; and Forming a semiconductor element on the upper surface of the silicon layer; removing the back surface of the silicon carbide substrate after forming the semiconductor element to expose the first silicon carbide layer; and exposing the first Forming an electrode on one silicon carbide layer Characterized by comprising

また、本発明の半導体装置の製造方法の第2は、第1の不純物濃度を有する第1導電型の炭化珪素基板に、基板温度400℃以上のイオン注入で第2の不純物濃度を有する第1導電型あるいは第2導電型の第1の炭化珪素層を形成する工程と、前記第1の炭化珪素層の上に、不純物濃度の絶対値が前記第2の不純物濃度>前記第1の不純物濃度>第3の不純物濃度の関係を有するように、前記第3の不純物濃度を有する第1導電型の第2の炭化珪素層を形成する工程と、前記第2の炭化珪素層の上面に半導体素子を形成する工程と、前記半導体素子を形成後、前記炭化珪素基板の裏面を削除して、前記第1の炭化珪素層を露出させる工程と、前記露出させた前記第1の炭化珪素層に電極を形成する工程とを具備することを特徴とする According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first conductivity type silicon carbide substrate having the first impurity concentration has the second impurity concentration by ion implantation at a substrate temperature of 400 ° C. or higher . A step of forming a first silicon carbide layer of a conductivity type or a second conductivity type, and an absolute value of an impurity concentration on the first silicon carbide layer is the second impurity concentration> the first impurity concentration. > A step of forming a second silicon carbide layer of the first conductivity type having the third impurity concentration so as to have a relationship of the third impurity concentration, and a semiconductor element on the upper surface of the second silicon carbide layer Forming the semiconductor element, removing the back surface of the silicon carbide substrate to expose the first silicon carbide layer, and forming an electrode on the exposed first silicon carbide layer And a step of forming

本発明によれば、低抵抗な薄型炭化珪素(SiC)半導体基板、及びこれを用いた半導体装置を提供することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to provide a low-resistance thin silicon carbide (SiC) semiconductor substrate and a semiconductor device using the same.

第1の実施形態の半導体基板とその上部に形成される半導体素子を示す断面と半導体基板の濃度プロファイルを示す模式図。The schematic diagram which shows the cross section which shows the semiconductor substrate of 1st Embodiment, and the semiconductor element formed in the upper part, and the concentration profile of a semiconductor substrate. 第1の実施形態に係る半導体装置(ショットキーバリアダイオード)の断面図。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device (Schottky barrier diode) according to a first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device of 1st Embodiment. 図3に続く工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the process of following FIG. 図4に続く工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the process of following FIG. 図5に続く工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the process of following FIG. 図6に続く工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the process of following FIG. 図7に続く工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the process of following FIG. 第2の実施形態に係る半導体装置(pnダイオード)の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device (pn diode) which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体基板の層構成と濃度プロファイルを示す模式図。The schematic diagram which shows the layer structure and density | concentration profile of the semiconductor substrate which concern on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体装置(縦型MOSFET)の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device (vertical MOSFET) concerning 3rd Embodiment. 縦型MOSFETの寄生抵抗を説明する為の模式図。The schematic diagram for demonstrating the parasitic resistance of a vertical MOSFET. 第45実施形態に係る半導体装置(縦型IGBT)の断面図。A sectional view of a semiconductor device (vertical IGBT) concerning a 45th embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、種々工夫して適用されるものである。また、以下の実施形態においては第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be applied in various ways. In the following embodiments, the first conductivity type will be described as n-type, and the second conductivity type will be described as p-type.

(第1の実施の形態)
図1及び図2は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置(ショットキーバリア型ダイオード)の断面図であり、図1はSiC半導体基板上に半導体素子が形成された最終形態直前の状態、図2が半導体装置の最終形態を示す。図1の左端に添付されたグラフは、半導体基板(SiC基板及びSiC半導体層)の不純物濃度分布を示している。図中1はn+ 型SiCバルク基板、2はn-型SiCエピタキシャル成長層、3はアノード電極、4はカソード電極、5はn+型SiCバルク基板の主面近傍に形成されたn++型SiC超高濃度層、6はn++型SiC超高濃度層5とn-型SiCエピタキシャル成長層2の間に形成されたn型SiCバッファ層である。
(First embodiment)
1 and 2 are cross-sectional views of a semiconductor device (Schottky barrier diode) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state immediately before a final configuration in which a semiconductor element is formed on a SiC semiconductor substrate. FIG. 2 shows the final form of the semiconductor device. The graph attached to the left end of FIG. 1 shows the impurity concentration distribution of the semiconductor substrate (SiC substrate and SiC semiconductor layer). In the figure, 1 is an n + type SiC bulk substrate, 2 is an n type SiC epitaxial growth layer, 3 is an anode electrode, 4 is a cathode electrode, and 5 is an n ++ type formed near the main surface of the n + type SiC bulk substrate. An SiC ultra-high concentration layer 6 is an n-type SiC buffer layer formed between the n ++ type SiC ultra-high concentration layer 5 and the n -type SiC epitaxial growth layer 2.

図1の左端に示したように、夫々の半導体層の濃度の関係は、高い順にn++型超高濃度層5、n+型バルク基板1、n型バッファ層6、n-型エピタキシャル層2となっている。また上記n-型エピタキシャル成長層2内の上部に選択的に終端構造70が形成されており、上記n-型エピタキシャル成長層2上に、終端構造70の内側端部と接するように選択的にアノード電極3が形成されている。 As shown at the left end of FIG. 1, the relationship of the concentration of each semiconductor layer is as follows: n ++ type ultra-high concentration layer 5, n + type bulk substrate 1, n type buffer layer 6, n type epitaxial layer 2 Also the n - -type epitaxial layer selectively termination structure 70 in an upper portion of the 2 is formed, the n - -type on the epitaxial growth layer 2, selectively anode electrode in contact with the inner end of the termination structure 70 3 is formed.

次に、図2に示すように、図1の状態に上部保護テープ(不図示)を被覆した状態にてn+型SiCバルク基板1の裏面を研削する。このとき、半導体装置上部構造において特性劣化を起こさせないようにすることが肝要である。また、研削終了点がn++型超高濃度層5内になるようにする。ついで、このように研削した面に、カソード電極としてのオーミック電極4が形成される。最後に上部保護テープを取った状態(図2)が、第1の実施形態の最終形態である。 Next, as shown in FIG. 2, the back surface of the n + -type SiC bulk substrate 1 is ground in a state where the upper protective tape (not shown) is covered in the state shown in FIG. At this time, it is important not to cause characteristic deterioration in the upper structure of the semiconductor device. Further, the grinding end point is set to be in the n ++ type ultra-high concentration layer 5. Next, an ohmic electrode 4 as a cathode electrode is formed on the surface thus ground. The state (FIG. 2) where the upper protective tape is finally removed is the final form of the first embodiment.

次に、上記の半導体装置の動作について考えてみる。上記実施形態において、カソード電極4に対してアノード電極3が正方向になるよう電圧を印加した場合を例にとる。その際アノード電極3からカソード電極4に向かって順方向電流が流れるが、半導体基板の厚みが薄いが故に基板間の電流経路が短くて済み、順方向の抵抗を小さくすることができる。順方向I−V特性における、ある電流密度値(例えば100A/cm2、500A/cm2など)で定義されるオン電圧も小さくすることができる。このため、この構造は特にスイッチング機能を有するシステムに応用する場合には非常に有効である。 Next, consider the operation of the semiconductor device. In the above embodiment, a case where a voltage is applied so that the anode electrode 3 is in the positive direction with respect to the cathode electrode 4 is taken as an example. At this time, a forward current flows from the anode electrode 3 toward the cathode electrode 4, but since the semiconductor substrate is thin, the current path between the substrates can be shortened, and the forward resistance can be reduced. The on-voltage defined by a certain current density value (for example, 100 A / cm 2 , 500 A / cm 2, etc.) in the forward IV characteristics can also be reduced. Therefore, this structure is very effective particularly when applied to a system having a switching function.

また、カソード電極4に対してアノード電極3が負の方向になるよう電圧を印加した場合、耐圧を保持するのはバルク基板1ではなく、ドリフト層つまり前記エピタキシャル成長層2であるためバルク基板1の薄膜化による耐圧の劣化はない。   Further, when a voltage is applied so that the anode electrode 3 is in the negative direction with respect to the cathode electrode 4, it is not the bulk substrate 1 but the drift layer, that is, the epitaxial growth layer 2, that maintains the breakdown voltage. There is no deterioration in breakdown voltage due to thinning.

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。まず、昇華法を初めとするSiCバルク基板作製法によりSiCインゴットを作製し、その後機械研磨および化学的機械研磨(CMP)にてSiCバルク基板を作製する。SiCバルク基板内のドーピング濃度は約1×1018〜1×1019/cm3であり、ここでは8×1018/cm3とする。原理的にはこれより多くの不純物を混入することも可能であるが、積層欠陥などの結晶欠陥ができやすく結晶の品質が落ちるためデバイス向けではない。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. First, a SiC ingot is manufactured by a SiC bulk substrate manufacturing method including a sublimation method, and then a SiC bulk substrate is manufactured by mechanical polishing and chemical mechanical polishing (CMP). The doping concentration in the SiC bulk substrate is about 1 × 10 18 to 1 × 10 19 / cm 3 , and here it is 8 × 10 18 / cm 3 . In principle, it is possible to add more impurities than this, but it is not suitable for devices because crystal defects such as stacking faults are likely to occur and the quality of the crystals is reduced.

その後、図1に示すように、エピタキシャル成長装置にて、シラン、プロパン、水素を原料として反応管に供給し、SiCバルク基板1上にSiC超高濃度層5を成膜する。この際、通常であればNを不純物材料として1×1014〜1×1017/cm3程度の濃度になるよう供給するが、本発明では低抵抗化を狙いSiCバルク基板1よりも多い量のNが含有されるようにN2を供給し、例えばSiC超高濃度層5の不純物濃度が1×1020〜1×1022/cm3になるようにする。本実施形態では1×1021/cm3とする。成膜温度は1550〜1600℃程度とし、1時間程度成長させることにより数μmの超高濃度膜5を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 1, the SiC ultra-high concentration layer 5 is formed on the SiC bulk substrate 1 by supplying silane, propane, and hydrogen as raw materials to the reaction tube with an epitaxial growth apparatus. At this time, normally, N is supplied as an impurity material so as to have a concentration of about 1 × 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3. In the present invention, however, the amount is larger than that of the SiC bulk substrate 1 in order to reduce the resistance. N 2 is supplied so as to contain N, and for example, the impurity concentration of the SiC ultra-high concentration layer 5 is set to 1 × 10 20 to 1 × 10 22 / cm 3 . In this embodiment, it is 1 × 10 21 / cm 3 . The film forming temperature is set to about 1550 to 1600 ° C., and the ultra high concentration film 5 of several μm is formed by growing for about 1 hour.

超高濃度層5の厚みの上限に関しては特に制限はなく、同じ原料供給量、圧力、温度にて成長時間を増やせばよい。この超高濃度層5が厚ければ、後の研削工程にて研削終了点の裕度が高くなるため好ましい。一方、低抵抗基板を作製するためには超高濃度層5の膜厚もできるだけ薄くする必要があるため、研削後で2μm以上50μm以下が望ましいと考えられる。   The upper limit of the thickness of the ultra-high concentration layer 5 is not particularly limited, and the growth time may be increased with the same raw material supply amount, pressure, and temperature. It is preferable that the ultra-high concentration layer 5 is thick because the margin of the grinding end point is increased in the subsequent grinding step. On the other hand, since it is necessary to make the film thickness of the ultra-high concentration layer 5 as thin as possible in order to produce a low resistance substrate, it is considered that the thickness is preferably 2 μm or more and 50 μm or less after grinding.

このようにして、SiCバルク基板1の主面側に、縦型デバイス順方向低抵抗化を図る目的の超高濃度層5を有する第1段階の半導体基板が完成する。   In this manner, a first-stage semiconductor substrate having the ultra-high concentration layer 5 intended to reduce the resistance in the vertical device forward direction is completed on the main surface side of the SiC bulk substrate 1.

続いて同じ炉内にて、後に形成される低濃度層であるSiCエピタキシャル層2との格子整合性を保つために、上記超高濃度層膜5にSiCバッファ層6を形成する。バッファ層6の不純物濃度は、デバイスの要求により決まるエピタキシャル層2の不純物濃度と超高濃度層膜5の不純物濃度との中間の8×1017〜2×1018/cm3程度とし、厚みは0.3〜1μmとする。ここでは不純物濃度1×1018/cm3、厚みは0.5μmとする。 Subsequently, in the same furnace, an SiC buffer layer 6 is formed on the ultra-high concentration layer film 5 in order to maintain lattice matching with the SiC epitaxial layer 2 which is a low concentration layer to be formed later. The impurity concentration of the buffer layer 6 is about 8 × 10 17 to 2 × 10 18 / cm 3 between the impurity concentration of the epitaxial layer 2 and the impurity concentration of the ultra-high-concentration layer film 5 determined by device requirements, and the thickness is 0.3 to 1 μm. Here, the impurity concentration is 1 × 10 18 / cm 3 and the thickness is 0.5 μm.

エピタキシャル成長技術では、N2ガスの供給量を変えるだけで、結晶品質を下げることなく不純物濃度を急峻に変化させることができるが、徐々にN2ガス供給量を下げることで、バッファ層内の不純物濃度に傾斜をつけて、基板1側を高い不純物濃度に、エピタキシャル層2側を低い不純物濃度にしてもよい。 In the epitaxial growth technique, the impurity concentration can be sharply changed without changing the crystal quality simply by changing the supply amount of N 2 gas, but the impurities in the buffer layer can be reduced gradually by reducing the supply amount of N 2 gas. The concentration may be inclined so that the substrate 1 side has a high impurity concentration and the epitaxial layer 2 side has a low impurity concentration.

続いて、バッファ層6の上にドリフト層となるエピタキシャル層2を形成する。ドリフト層2の不純物濃度と厚みはデバイスの設計より決まるが、600V系および1200V系のショットキーバリアダイオードの場合、ドリフト層2の濃度は約1×1015〜2×1016/cm3程度であり、ドリフト層の厚さは4〜10μm程度であるが、ここでは不純物濃度8×1015/cm3、ドリフト層2の厚さ8μmとする。バッファ層6は、その後成長させるドリフト層2に結晶的に問題がない場合は省いてもよい。 Subsequently, the epitaxial layer 2 serving as a drift layer is formed on the buffer layer 6. The impurity concentration and thickness of the drift layer 2 are determined by the device design. In the case of 600V and 1200V Schottky barrier diodes, the concentration of the drift layer 2 is about 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 . The thickness of the drift layer is about 4 to 10 μm, but here the impurity concentration is 8 × 10 15 / cm 3 and the thickness of the drift layer 2 is 8 μm. The buffer layer 6 may be omitted when there is no crystal problem in the drift layer 2 grown thereafter.

以上により、SiCバルク基板1の主面側に、縦型デバイス順方向低抵抗化を図る目的の超高濃度層5と、SiCエピタキシャル層2を有する第2段階の半導体基板が完成する。   As described above, the second-stage semiconductor substrate having the ultra-high concentration layer 5 and the SiC epitaxial layer 2 for reducing the resistance in the vertical device forward direction on the main surface side of the SiC bulk substrate 1 is completed.

続いて、この第2段階の半導体基板を使用して低抵抗半導体装置を作製する方法について説明する。図4に示すように、上記超高濃度層5を有する半導体基板のn-型エピタキシャル層2の表面にp-型不純物濃度からなるリサーフ領域7を形成する。後に形成されるショットキー電極コンタクトホール端にp+型不純物濃度からなるエッジターミネーション層8を形成してもよい。 Next, a method for manufacturing a low-resistance semiconductor device using the second stage semiconductor substrate will be described. As shown in FIG. 4, a RESURF region 7 having a p type impurity concentration is formed on the surface of the n type epitaxial layer 2 of the semiconductor substrate having the ultra-high concentration layer 5. An edge termination layer 8 having a p + -type impurity concentration may be formed at the end of a Schottky electrode contact hole to be formed later.

またn-型エピタキシャル層2の表面には、p-型リサーフ領域7を囲むようにp-型ガードリング9が形成されており、耐圧構造として機能する。この場合、ガードリング9は複数層ある方が効果を高くすることができる。 A p type guard ring 9 is formed on the surface of the n type epitaxial layer 2 so as to surround the p type RESURF region 7 and functions as a breakdown voltage structure. In this case, the effect can be enhanced if the guard ring 9 has a plurality of layers.

リサーフ領域7とガードリング9は同程度の不純物濃度で、その濃度は例えば1×1017〜1×1018/cm3である。また素子終端部には半導体の電位を固定するn+型チャネルストッパ10を配しており、この濃度は例えば1×1019〜2×1020/cm3であり、ここでは5×1019/cm3とする。 The RESURF region 7 and the guard ring 9 have substantially the same impurity concentration, and the concentration is, for example, 1 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm 3 . Further, an n + type channel stopper 10 for fixing the potential of the semiconductor is disposed at the terminal end of the element, and this concentration is, for example, 1 × 10 19 to 2 × 10 20 / cm 3 , and here, 5 × 10 19 / cm 3 .

続いて、図5に示すように、n-型エピタキシャル層2の全面に絶縁膜12を形成し、端部がリサーフ領域7の上になるように、第1の電極用のコンタクトホールを形成する。絶縁膜12の材料としては、SiO2あるいはSiNが使用されることが多いが、ここではSiO2とする。 Subsequently, as shown in FIG. 5, the insulating film 12 is formed on the entire surface of the n -type epitaxial layer 2, and the contact hole for the first electrode is formed so that the end portion is on the resurf region 7. . As the material of the insulating film 12, SiO 2 or SiN is often used, but here it is SiO 2 .

次いで、上記のコンタクトホールに開口されたn-型エピタキシャル層2の表面と接するように、第1の電極(アノード電極)3が設けられる。アノード電極の電極材料には、n型SiCとショットキー接合する材料、例えばTi、Ni、Au、Mo等が使用される。本実施形態では、Tiを例に取る。 Next, a first electrode (anode electrode) 3 is provided so as to be in contact with the surface of the n type epitaxial layer 2 opened in the contact hole. As the electrode material of the anode electrode, a material that can be Schottky bonded to n-type SiC, for example, Ti, Ni, Au, Mo, or the like is used. In the present embodiment, Ti is taken as an example.

第1の電極上には、これと電気的に接続されたメタルフィールドプレート11を形成する。メタルフィールドプレート11は絶縁膜12の上にも延在し、絶縁膜12を介してエピタキシャル層2と対峙する。メタルフィールドプレートの材料としては、最表面はワイヤボンディングしやすいような材料で、例えばAlやAuなどがあり、ここではAlを例に取る。   A metal field plate 11 electrically connected to the first electrode is formed on the first electrode. The metal field plate 11 also extends over the insulating film 12 and faces the epitaxial layer 2 through the insulating film 12. As the material of the metal field plate, the outermost surface is a material that can be easily wire-bonded, for example, Al or Au. Here, Al is taken as an example.

またショットキー電極3とエピタキシャル層2の界面の密着度があまり良くない場合には、密着度をあげるような材料をショットキー電極3とメタルフィールドプレート11の中間層としてはさむと良い。フィールドプレート端は逆方向電界がかかった際に電界が集中しやすいので、フィールドプレート端下にはp-型リサーフ領域7及びp-型ガードリング9よりなる終端構造70が配置されるとより高耐圧に適す。 Further, when the adhesion at the interface between the Schottky electrode 3 and the epitaxial layer 2 is not very good, a material that increases the adhesion may be sandwiched between the Schottky electrode 3 and the metal field plate 11. Since the electric field tends to concentrate at the field plate edge when a reverse electric field is applied, the termination structure 70 including the p -type resurf region 7 and the p -type guard ring 9 is disposed below the field plate edge. Suitable for pressure resistance.

その後、図6に示すように、表面をテープ材13などで保護し、SiCバルク基板1の裏面の研削を行う。通常バルク基板1は数100μm程度の厚みがあるので、100μm厚までは機械研磨で行うと効率がよい。ただし、研磨速度を速めることに注力し、素子表面にダメージを与えないように注意が必要である。その後、研削基板の厚みに合わせて機械研削の速度、研削の種類などを変えて、最終的に数μmまで研削を行う。ストップポイントは膜厚モニタおよびダミー基板によるC−V測定などにより、超高濃度層5が表面に出ていることを確認する。   Thereafter, as shown in FIG. 6, the surface is protected with a tape material 13 or the like, and the back surface of the SiC bulk substrate 1 is ground. Since the bulk substrate 1 usually has a thickness of about several hundreds of micrometers, it is efficient to perform mechanical polishing up to a thickness of 100 micrometers. However, care must be taken not to damage the element surface by focusing on increasing the polishing rate. Thereafter, the grinding speed is changed to the thickness of the grinding substrate, the type of grinding and the like are changed, and finally grinding is performed to several μm. The stop point is to confirm that the ultra-high concentration layer 5 is exposed on the surface by a film thickness monitor and CV measurement using a dummy substrate.

その後簡単な洗浄を行った後、図7に示すように、上記基板保持テープ13が付いている状態で、裏面超高濃度層5上に室温コンタクトでカソード電極4を形成する。n型SiCのC面には、Tiを室温でコンタクトできるので、室温でも十分にカソード電極4を形成できる。カソード電極のコンタクト抵抗を更に下げるためには、Ti/Ni/Auの積層構造(不図示)にてオーミック電極を形成するとよい。   Thereafter, after simple cleaning, as shown in FIG. 7, the cathode electrode 4 is formed on the back surface high-concentration layer 5 at room temperature contact with the substrate holding tape 13 attached. Since Ti can be contacted to the C surface of the n-type SiC at room temperature, the cathode electrode 4 can be sufficiently formed even at room temperature. In order to further reduce the contact resistance of the cathode electrode, an ohmic electrode may be formed with a Ti / Ni / Au laminated structure (not shown).

その後、図8に示すように、出来上がった素子をDBC(direct bonded copper)基板等の低抵抗基板14に貼り付けを行い、薄いSiC半導体層からなる半導体装置の機械的強度を補強する。その後、上部テープ材13を剥離して上部に耐圧構造としてのパッシベーション材(不図示)を形成することにより、第1の実施形態に係る半導体装置が完成する。   Thereafter, as shown in FIG. 8, the completed element is attached to a low-resistance substrate 14 such as a DBC (direct bonded copper) substrate to reinforce the mechanical strength of the semiconductor device made of a thin SiC semiconductor layer. Thereafter, the upper tape material 13 is peeled off and a passivation material (not shown) as a pressure-resistant structure is formed on the upper portion, thereby completing the semiconductor device according to the first embodiment.

なお、第1の実施形態では、半導体基板はn+型高不純物濃度基板としているが、半導体基板の導電型、濃度はこれに限るものではなく、p型、絶縁型であっても全く問題ない。半導体装置が完成した後には、半導体基板は研磨されて、超高濃度層5のみが残り、超高濃度層5の表面が裏面オーミック電極とのコンタクト面になるため、半導体基板の不純物濃度が低く、高抵抗層であっても全く問題がない。 In the first embodiment, the semiconductor substrate is an n + type high impurity concentration substrate, but the conductivity type and concentration of the semiconductor substrate are not limited to this, and there is no problem even if it is p type or insulating type. . After the semiconductor device is completed, the semiconductor substrate is polished and only the ultra-high concentration layer 5 remains, and the surface of the ultra-high concentration layer 5 becomes a contact surface with the back ohmic electrode, so that the impurity concentration of the semiconductor substrate is low. Even a high resistance layer has no problem.

ただし、基板上にバッファ層およびエピタキシャル層が形成されるため、ドリフト層となるエピタキシャル成長膜が高品質となるよう、マイクロパイプ、エッチピット、螺旋転位、刃状転位、積層欠陥に代表される結晶欠陥が少ない、結晶の品質が高いものが必要とされる。   However, since a buffer layer and an epitaxial layer are formed on the substrate, crystal defects such as micropipes, etch pits, spiral dislocations, edge dislocations, and stacking faults are used so that the epitaxial growth film serving as a drift layer is of high quality. A high crystal quality is required.

(第1の実施形態の製造法の第1の変形例)
前述の実施形態における超高濃度層5はエピタキシャル成長で形成したが、イオン注入で形成してもよい。以下、イオン注入で形成する方法について前述の図3を援用して説明する。
(First Modification of Manufacturing Method of First Embodiment)
Although the ultra-high concentration layer 5 in the above-described embodiment is formed by epitaxial growth, it may be formed by ion implantation. Hereinafter, a method of forming by ion implantation will be described with reference to FIG.

先ず、作製したSiCバルク基板1の主面側からn型イオン種、例えば窒素(N)またはリン(P)を注入する。高濃度イオン注入であるため、バルク基板1への結晶ダメージを考慮して、基板温度400℃以上の高温で注入を行うのが好ましく、ここでは500℃とする。基板温度をヒーター温度で制御する際は、基板への熱伝達率、基板自体の熱伝導度を考慮し、ヒーターの温度を高めに設定する必要がある。通常、ヒーター温度と基板温度の間には、100℃程度の違いは存在する。   First, an n-type ion species such as nitrogen (N) or phosphorus (P) is implanted from the main surface side of the manufactured SiC bulk substrate 1. Since high concentration ion implantation is performed, it is preferable to perform implantation at a high temperature of 400 ° C. or more in consideration of crystal damage to the bulk substrate 1, which is 500 ° C. here. When the substrate temperature is controlled by the heater temperature, it is necessary to set the heater temperature higher in consideration of the heat transfer rate to the substrate and the thermal conductivity of the substrate itself. Usually, there is a difference of about 100 ° C. between the heater temperature and the substrate temperature.

イオン注入はなるべく深くまで行う必要があるので、現在使用可能である最高イオン注入エネルギー:8MeVを使用する。ドーズ量は約1×1018/cm2程度として、濃度では1×1021〜1×1022/cm3程度になるようにする。プロファイルはボックスプロファイルとして高濃度域が表面側から配置されるようにする。 Since ion implantation needs to be performed as deeply as possible, the highest ion implantation energy currently available: 8 MeV is used. The dose is about 1 × 10 18 / cm 2 and the concentration is about 1 × 10 21 to 1 × 10 22 / cm 3 . The profile is a box profile in which the high concentration region is arranged from the surface side.

その後、エピタキシャルCVD装置にて、バッファ層6およびドリフト層2を形成する。このとき、イオン注入をして高濃度化した基板表面にはバンチングや結晶のダメージがある可能性があるので、成長前に水素にてSiC表面をエッチングした後、バッファ層6の形成を開始するとよい。また、バッファ層6の成長中に、徐々にN2ガス供給量を下げることで、バッファ層6内の不純物濃度に傾斜をつけて、基板側を高い不純物濃度に、エピタキシャル層側を低い不純物濃度にしてもよい。続いてその上にドリフト層となるエピタキシャル層2を形成し、その後は第1の実施形態と同様にデバイスを作ればよい。 Thereafter, the buffer layer 6 and the drift layer 2 are formed by an epitaxial CVD apparatus. At this time, since there is a possibility of bunching or crystal damage on the substrate surface that has been highly implanted by ion implantation, the formation of the buffer layer 6 is started after etching the SiC surface with hydrogen before growth. Good. Further, during the growth of the buffer layer 6, the N 2 gas supply amount is gradually decreased, so that the impurity concentration in the buffer layer 6 is inclined, so that the substrate side has a high impurity concentration and the epitaxial layer side has a low impurity concentration. It may be. Subsequently, the epitaxial layer 2 serving as a drift layer is formed thereon, and thereafter, a device may be manufactured as in the first embodiment.

SiC基板1の主面から注入を行ったイオン注入層は、特に活性化アニールを施さなくても、エピタキシャルCVD工程を経ることにより活性化される。現行のイオン注入の注入最高エネルギーは8MeVであり、このエネルギーを用いてSiC基板1内にPイオン注入を行うと、形成される超高濃度層5の深さは2.5〜3.5μm程度である。裏面研磨の際には、基板残り厚を2.5〜3μm程度にする必要がある。さらに最高イオン注入エネルギーが上がれば、その分イオン種がSiC基板内に深く入り込むため、裏面研磨の際、ストップポイントの自由度が上がり、裏面研磨プロセスの裕度が上がる。   The ion-implanted layer implanted from the main surface of the SiC substrate 1 is activated through an epitaxial CVD process without performing activation annealing. The maximum implantation energy of the current ion implantation is 8 MeV. When P ion implantation is performed in the SiC substrate 1 using this energy, the depth of the formed ultra-high concentration layer 5 is about 2.5 to 3.5 μm. It is. When the back surface is polished, the remaining thickness of the substrate needs to be about 2.5 to 3 μm. If the maximum ion implantation energy is further increased, the corresponding ion species penetrates deeper into the SiC substrate, so that the degree of freedom of the stop point is increased during back surface polishing and the back surface polishing process is increased.

以上、第1の実施形態に依れば、低抵抗のSiC基板、及びこれを用いた半導体装置を提供することができる。第1の実施形態では、半導体材料としてSiCの場合を説明したが、SiCに限らず、GaN、ダイヤモンド等に適応しても同様の効果が得られることは言うまでもない。   As described above, according to the first embodiment, a low-resistance SiC substrate and a semiconductor device using the same can be provided. In the first embodiment, the case where SiC is used as the semiconductor material has been described, but it goes without saying that the same effect can be obtained by adapting not only to SiC but also to GaN, diamond, and the like.

(第1の実施形態の製造法における第2の変形例)
前述の実施形態における基板薄片化法として、研磨ではなく、反応性ドライエッチングにて加工を行ってもよい。ガス系はフッ化物系、たとえばSF6などのガスを用いて、高密度プラズマ中でSiCの裏面をエッチングすることにより、5分で約50μm程度の比較的高いレートにてSiC裏面を研磨することができる。またイオン性の反応のため、処理面のダメージを低減できる。その際の表面保護材料としてレジストなどの半導体プロセスに馴染んだ材料を使用することも可能である。レジストであれば剥離も簡易に行える。
(Second modification of the manufacturing method of the first embodiment)
As the substrate thinning method in the above-described embodiment, processing may be performed by reactive dry etching instead of polishing. A gas system is a fluoride system such as SF 6, and the back surface of SiC is etched at a relatively high rate of about 50 μm in 5 minutes by etching the back surface of SiC in high-density plasma. Can do. Further, because of the ionic reaction, damage to the treated surface can be reduced. It is also possible to use a material that is compatible with the semiconductor process, such as a resist, as the surface protective material at that time. If it is a resist, it can be easily removed.

以上、第1の実施形態によれば、低抵抗なSiC層を用いたショットキーバリアダイオードを実現することができる。   As described above, according to the first embodiment, a Schottky barrier diode using a low-resistance SiC layer can be realized.

(第2の実施形態)
図9は本発明の第2の実施の形態に係るpnダイオードの断面図である。図10はこのダイオードに使用する半導体基板の層構成を示す断面図であり、左端に構成層の濃度プロファイルを示す。理解が容易なように、第1の実施形態と同一部分には同一番号を付している。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view of a pn diode according to the second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the layer structure of a semiconductor substrate used for this diode, and the concentration profile of the component layers is shown at the left end. For ease of understanding, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

第2の実施形態のpnダイオードでは、SiC基板1の上面側にp++型のSiC超高濃度層15を設けている。そのため、濃度プロファイルは図10に示すように、超高濃度層15の部分で逆極性となっている。 In the pn diode of the second embodiment, a p ++ type SiC ultra-high concentration layer 15 is provided on the upper surface side of the SiC substrate 1. Therefore, as shown in FIG. 10, the concentration profile has a reverse polarity in the ultra-high concentration layer 15 portion.

超高濃度層15の上部には、図9に示すように、n型SiCバッファ層6を介してn-型SiCドリフト層2を形成し、n-型ドリフト層2の表面にオーミック接合となる第1の電極(カソード電極)3を選択的に形成している。SiC基板1を研磨し露出したp++型超高濃度層15の裏面(主面とは逆の面)にオーミック接合となる第2の電極(アノード)電極4を配置しており、これによりpnダイオードとして機能する。 As shown in FIG. 9, an n type SiC drift layer 2 is formed on the upper portion of the super high concentration layer 15 via an n type SiC buffer layer 6, and an ohmic junction is formed on the surface of the n type drift layer 2. A first electrode (cathode electrode) 3 is selectively formed. A second electrode (anode) electrode 4 that forms an ohmic junction is disposed on the back surface (surface opposite to the main surface) of the p ++ type ultra-high concentration layer 15 that is exposed by polishing the SiC substrate 1. Functions as a pn diode.

また、n-型ドリフト層2の表面に第1の電極3の端部と重なるように配置された耐圧構造としてのp型イオン注入層7が配置されている。p型イオン注入層の中に、第1の実施形態と同様に、エッジターミネーション層(8)を形成してもよい。また、ガードリング(9)、チャネルストッパ(10)を形成することもできる。 In addition, a p-type ion implantation layer 7 is disposed on the surface of the n -type drift layer 2 as a breakdown voltage structure disposed so as to overlap the end portion of the first electrode 3. An edge termination layer (8) may be formed in the p-type ion implantation layer as in the first embodiment. A guard ring (9) and a channel stopper (10) can also be formed.

このpnダイオードの製造方法を、第1の実施形態の図3〜8を援用して簡略に説明する。まず4H−SiC半導体基板1上にCVDエピタキシャル成長により、p++型高濃度層5を数μm〜数十μm成長する。このときのドーパントはボロン(B)あるいはアルミニウム(Al)を使用する。その後、n型バッファ層6、n-型ドリフト層2を形成する。ドリフト層2は耐圧の目標値により異なるが、1200V系ではドリフト層濃度、6×1015〜1×1016/cm3、厚さは6〜10μm程度である。 A method for manufacturing the pn diode will be briefly described with reference to FIGS. 3 to 8 of the first embodiment. First, a p ++ type high-concentration layer 5 is grown on the 4H—SiC semiconductor substrate 1 by several μm to several tens μm by CVD epitaxial growth. At this time, boron (B) or aluminum (Al) is used as the dopant. Thereafter, the n-type buffer layer 6 and the n -type drift layer 2 are formed. The drift layer 2 differs depending on the target value of the breakdown voltage, but in the 1200 V system, the drift layer concentration is 6 × 10 15 to 1 × 10 16 / cm 3 and the thickness is about 6 to 10 μm.

その後、図4と同様に、Al若しくはBのイオン注入にてp-およびp+の耐圧構造7、8、リン(P)若しくは窒素(N)のイオン注入により、n+のチャネルストッパ10を形成する。活性化アニール後に表面フィールド酸化膜を形成し、コンタクトホールを開けた後オーミック電極となる電極材料、例えばNiを用いて第1の電極を形成し、また、裏面にはp++型高濃度層15とオーミック接合する電極材料、例えばTiを用いて第2の電極を形成する。その後、ArおよびN2などの不活性ガス雰囲気にて950℃以上の温度でシンターをすることによりオーミック接合とする。 After that, as in FIG. 4, an n + channel stopper 10 is formed by ion implantation of p and p + by ion implantation of Al or B and ion implantation of phosphorus (P) or nitrogen (N). To do. A surface field oxide film is formed after activation annealing, a first electrode is formed using an electrode material that becomes an ohmic electrode after opening a contact hole, for example, Ni, and a p ++ type high concentration layer is formed on the back surface. The second electrode is formed using an electrode material that is in ohmic contact with the electrode 15, for example, Ti. Thereafter, an ohmic junction is formed by sintering at a temperature of 950 ° C. or higher in an inert gas atmosphere such as Ar and N 2 .

その後、表面のパッド電極11を形成する。表面のパッド電極11は例えばTi/Alである。裏面の電極にはTi/Al、Ti/Au、Ti/NI/Auなども使用できる。表面のパッド電極11に対しては、レジストを介してAlおよびTiをエッチングすることにより電極のパターニングを行う。   Thereafter, the pad electrode 11 on the surface is formed. The pad electrode 11 on the surface is, for example, Ti / Al. Ti / Al, Ti / Au, Ti / NI / Au, etc. can also be used for the back electrode. The surface pad electrode 11 is patterned by etching Al and Ti through a resist.

その後、表面をテープ材13などで保護し、裏面の機械研削を行う。通常基板は数100μm程度の厚みがあるので、100μm厚までは機械研磨で効率よく行うとよい。その後、研削基板の厚みに合わせて機械研削の速度、研削の種類などを変えて最終的に数μmまで研削を行う。ストップポイントは膜厚モニタおよびダミー基板によるC−V測定などにより超高濃度層15が表面に出ていることを確認する。   Thereafter, the front surface is protected with a tape material 13 or the like, and the back surface is mechanically ground. Usually, since the substrate has a thickness of about several hundred μm, it is preferable to efficiently perform the polishing up to a thickness of 100 μm by mechanical polishing. Thereafter, grinding is finally performed to several μm by changing the speed of mechanical grinding, the kind of grinding, etc. according to the thickness of the grinding substrate. The stop point is to confirm that the ultra-high concentration layer 15 is exposed on the surface by a film thickness monitor and CV measurement using a dummy substrate.

その後簡単な洗浄を行った後、上記基板保持テープ13が付いている状態で超高濃度層5の裏面上に第2の電極4を形成する。この際、第2の電極4はアノードコンタクトのほかに基板保持の役割も果たすので、電界めっきなどで約数十〜100μmの厚みをつけると良い。Ti/Alなどの複合材料の場合には、先に蒸着などでTi/Alを成膜してから上部にAlを電界めっきで形成しても良い。その後、テープ材13を剥離したのち第1及び第2の電極のコンタクト抵抗を下げるため950℃以上の熱処理を行う。   Thereafter, after simple cleaning, the second electrode 4 is formed on the back surface of the ultra-high concentration layer 5 with the substrate holding tape 13 attached. At this time, since the second electrode 4 plays a role of holding the substrate in addition to the anode contact, it is preferable to have a thickness of about several tens to 100 μm by electroplating or the like. In the case of a composite material such as Ti / Al, Ti / Al may be formed first by vapor deposition or the like, and then Al may be formed thereon by electroplating. Thereafter, after the tape material 13 is peeled off, heat treatment at 950 ° C. or higher is performed in order to lower the contact resistance of the first and second electrodes.

この場合、通常基板抵抗分となる、p++型層(超高濃度層15)分の抵抗はp++型層が超高濃度・極薄であるためアノードカソード間の抵抗を減らすことができ、素子のオン抵抗は小さくなる。その一方で、耐圧はn-型ドリフト層2のみが逆方向電界を担持するため変化しない。また、導電型を逆にしてn++型超高濃度層5とp-型ドリフト層(2)のpnダイオードとしてもよい。或いはn++型超高濃度層5、n-型ドリフト層2、n-型ドリフト層2上に形成されたp+型層のpinダイオードとしてもよい。 In this case, the resistance for the p ++ type layer (super high concentration layer 15), which is usually the substrate resistance, can reduce the resistance between the anode and the cathode because the p ++ type layer is ultra high concentration and extremely thin. The on-resistance of the element can be reduced. On the other hand, the breakdown voltage does not change because only the n -type drift layer 2 carries a reverse electric field. Further, the pn diodes of the n ++ type ultra-high concentration layer 5 and the p type drift layer (2) may be reversed. Alternatively, a pin diode of a p + type layer formed on the n ++ type ultra high concentration layer 5, the n type drift layer 2 and the n type drift layer 2 may be used.

また、第1の実施形態の製造方法の第2の変形例と同様、裏面薄片化法として反応性イオンエッチングを用いてもよい。   Further, similarly to the second modification of the manufacturing method of the first embodiment, reactive ion etching may be used as the backside thinning method.

以上、第2の実施形態に依れば、低抵抗のSiC層を用いたpnダイオードを提供することができる。   As described above, according to the second embodiment, a pn diode using a low-resistance SiC layer can be provided.

(第3の実施形態)
図11は、本発明の第3の実施の形態に係る縦型MOSFETの要部断面図である。第1の実施形態のSiC基板1(不図示)の主面側に超高濃度n++型層5を設け、その上にn型バッファ層6を介してn-型ドリフト層2を形成している。n-型ドリフト層2の表面には選択的にオーミック接合となるソース電極3と、薄い酸化膜または高誘電体膜のゲート絶縁膜16を介してゲート電極17が形成されている。SiC基板1の研磨により露出したn++型超高濃度層5の裏面には、オーミック接合となるドレイン電極4が形成されている。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of a vertical MOSFET according to the third embodiment of the present invention. An ultrahigh concentration n ++ type layer 5 is provided on the main surface side of the SiC substrate 1 (not shown) of the first embodiment, and an n type drift layer 2 is formed thereon via an n type buffer layer 6. ing. A gate electrode 17 is formed on the surface of the n -type drift layer 2 via a source electrode 3 that selectively forms an ohmic junction and a gate insulating film 16 that is a thin oxide film or a high dielectric film. A drain electrode 4 serving as an ohmic junction is formed on the back surface of the n ++ type ultra-high concentration layer 5 exposed by polishing the SiC substrate 1.

また、n-型ドリフト層2の主面側にはゲート絶縁膜16を介しゲート電極17に接しソース電極3の下に選択的に設けられたp-型領域18と、前記p-型領域18の内部表面にあって、ソース電極3およびゲート絶縁膜16を介してゲート電極17に接するように設けられたn+型ソースコンタクト領域19を有し、素子全体として縦型MOSFETとして機能する。 Further, on the main surface side of the n type drift layer 2, a p type region 18 that is in contact with the gate electrode 17 through the gate insulating film 16 and is selectively provided below the source electrode 3, and the p type region 18. The n + -type source contact region 19 is provided so as to be in contact with the gate electrode 17 through the source electrode 3 and the gate insulating film 16 and functions as a vertical MOSFET as a whole.

縦型MOSFETの場合、主な抵抗成分としては図12の1素子分の模式図に示すように、ソースコンタクト抵抗Rsc、チャネル抵抗Rch、JFET抵抗RJJFET、ドリフト抵抗Rdrift、基板抵抗Rsubがあり、チャネル長によりJFET抵抗が変化するが、チャネル長が2.5μmの場合、基板抵抗の寄与は約20%程度となる。したがって本発明により基板抵抗を低減することができ、デバイスの低損失化に大きく寄与する。 In the case of a vertical MOSFET, as shown in the schematic diagram for one element in FIG. 12, main resistance components include a source contact resistance R sc , a channel resistance R ch , a JFET resistance RJ JFET , a drift resistance R drift , and a substrate resistance R There are sub , and the JFET resistance changes depending on the channel length. When the channel length is 2.5 μm, the contribution of the substrate resistance is about 20%. Therefore, the substrate resistance can be reduced by the present invention, which greatly contributes to a reduction in device loss.

第3の実施形態にかかる縦型MOSFETの製造方法を第1の実施形態の図3〜8を援用して説明する。まず、図3と同様に、高結晶品質の4H−SiC基板1上にエピタキシャル成長により数〜数十μmの厚さの超高濃度n++型層5を形成する。この際の不純物は例えば窒素(N)を用いる。続いて、n型バッファ層およびn-型ドリフト層をエピタキシャル成長にて形成する。 A manufacturing method of the vertical MOSFET according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 8 of the first embodiment. First, as in FIG. 3, an ultrahigh concentration n ++ type layer 5 having a thickness of several to several tens of μm is formed on a high crystal quality 4H—SiC substrate 1 by epitaxial growth. For example, nitrogen (N) is used as the impurity at this time. Subsequently, an n-type buffer layer and an n -type drift layer are formed by epitaxial growth.

n型バッファ層6およびn-型ドリフト層2の不純物元素は、例えばNを用い、不純物濃度はn型バッファ層6の場合は、例えば1×1017〜5×1018/cm3程度であり、n-型ドリフト層2の場合には、設計耐圧1200Vの場合には1×1015〜2×1016/cm3程度である。ドリフト層2の場合には、設計耐圧に応じて不純物濃度を調整することができる。また厚さはバッファ層6の場合、0.3〜1.0μm程度であり、n-型ドリフト層2の場合には5〜15μm程度である。 For example, N is used as the impurity element of the n-type buffer layer 6 and the n -type drift layer 2, and the impurity concentration is, for example, about 1 × 10 17 to 5 × 10 18 / cm 3 in the case of the n-type buffer layer 6. In the case of the n -type drift layer 2, it is about 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 in the case of a design withstand voltage of 1200V. In the case of the drift layer 2, the impurity concentration can be adjusted according to the design breakdown voltage. The thickness of the buffer layer 6 is about 0.3 to 1.0 μm, and the thickness of the n -type drift layer 2 is about 5 to 15 μm.

続いて不純物濃度1×1017〜1×1018/cm3、厚さ約0.6μmのp-型エピタキシャル層(不図示)を、ドリフト層2の全面に形成する。SiCのp型不純物種にはAlまたはBを使用する。 Subsequently, a p type epitaxial layer (not shown) having an impurity concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm 3 and a thickness of about 0.6 μm is formed on the entire surface of the drift layer 2. Al or B is used as the p-type impurity species of SiC.

その後、p-型エピタキシャル層上面に、例えばシリコン酸化膜のイオン注入マスク(不図示)を形成し、p-型エピタキシャル層にNまたはPをイオン種として選択的にカウンターイオン注入を行い、p-型エピタキシャル層の一部を貫通してドリフト層2に接続するn-型層20(図11)を形成する。イオン注入種はPの方が低抵抗化が可能であるが、Nでも、P+Nでもよい。このとき、約400keVを最高エネルギーとする多段イオン注入を行い、不純物濃度が約1×1016〜3×1017/cm3になるようにドーズ量を調節する。この際、最高エネルギーにて注入したn型領域20はp-型エピタキシャル層を貫通してn型ドリフト層2に接する。 Then, p - -type epitaxial layer top surface, for example of silicon oxide film to form an ion implantation mask (not shown), p - N or P -type epitaxial layer performs selective counter ion implanted as the ion species, p - An n -type layer 20 (FIG. 11) that penetrates a part of the epitaxial layer and is connected to the drift layer 2 is formed. The ion implantation species P can reduce the resistance, but it may be N or P + N. At this time, multi-stage ion implantation with the highest energy of about 400 keV is performed, and the dose is adjusted so that the impurity concentration is about 1 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 . At this time, the n-type region 20 implanted with the highest energy penetrates the p -type epitaxial layer and contacts the n-type drift layer 2.

イオン注入マスク剥離後、再度イオン注入マスク(不図示)を形成し、不純物濃度約1×1018〜3×1019/cm3、深さ約0.3μmのn+ソースコンタクト19を形成する。深さは上記p-型エピタキシャル領域18の内部に位置する必要がある。その後、注入したイオン種を結晶格子内に配置させ、活性化させるために約1600℃程度の高温にて数分間処理する。 After the ion implantation mask is removed, an ion implantation mask (not shown) is formed again, and an n + source contact 19 having an impurity concentration of about 1 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3 and a depth of about 0.3 μm is formed. The depth needs to be located inside the p -type epitaxial region 18. Thereafter, the implanted ion species are placed in the crystal lattice and processed at a high temperature of about 1600 ° C. for several minutes in order to activate them.

その後、上部にゲート酸化膜16となる約30〜50μm厚さのシリコン酸化膜をウエット酸化、水素雰囲気でのPOA(post oxidation annealing)を行い形成する。その上部にCVD法により、例えばポリシリコンのゲート電極17を形成、その上部にCVDによりさらに約1μm厚さのシリコン酸化膜を形成し、レジストにてパターニングを行うことにより、ゲート電極が形成される場所のみにシリコン酸化膜を残すことができる。その後、ソース電極層を形成し、パターニングを行いソース領域上にソース電極3を形成する。   Thereafter, a silicon oxide film having a thickness of about 30 to 50 μm to be the gate oxide film 16 is formed thereon by wet oxidation and POA (post oxidation annealing) in a hydrogen atmosphere. A polysilicon gate electrode 17 is formed thereon by CVD, for example, a silicon oxide film having a thickness of about 1 μm is further formed thereon by CVD, and a gate electrode is formed by patterning with a resist. The silicon oxide film can be left only in the place. Thereafter, a source electrode layer is formed and patterned to form the source electrode 3 on the source region.

その後、図6と同様に、表面をテープ材13などで表面を保護し、裏面の機械研削を行う。研削基板の厚みに合わせて機械研削の速度、研削の種類などを変えて最終的に数μmまで研削を行う。ストップポイントは膜厚モニタおよびダミー基板によるC−V測定などにより超高濃度層5が表面に出ていることを確認する。   Thereafter, similarly to FIG. 6, the surface is protected with a tape material 13 or the like, and the back surface is mechanically ground. Depending on the thickness of the grinding substrate, the machine grinding speed and type of grinding are changed to finally grind to several μm. The stop point is to confirm that the ultra-high concentration layer 5 is exposed on the surface by CV measurement using a film thickness monitor and a dummy substrate.

その後簡単な洗浄を行った後、上記基板保持テープ13が付いている状態で、超高濃度層5の裏面上にドレイン電極4を形成する。この際、ドレイン電極はドレインコンタクトのほかに基板保持の役割も果たすので、電界めっきなどで約数十〜100μmの厚みをつけると良い。p型コンタクトに適している電極材料はTiおよびTi/Alなどであるが、Ti/Alなどの複合材料の場合には先に蒸着などでTi/Alを成膜してから上部にAlを電界めっきで形成しても良い。その後、テープ材13を剥離したのち、ソース電極3およびドレイン電極4のコンタクト抵抗を下げるため、950℃以上の熱処理を行う。   After simple cleaning, the drain electrode 4 is formed on the back surface of the ultra-high concentration layer 5 with the substrate holding tape 13 attached. At this time, since the drain electrode plays a role of holding the substrate in addition to the drain contact, it is preferable to add a thickness of about several tens to 100 μm by electroplating or the like. Electrode materials suitable for p-type contacts are Ti and Ti / Al, but in the case of composite materials such as Ti / Al, Ti / Al is first deposited by vapor deposition and then Al is applied to the top. It may be formed by plating. Thereafter, after the tape material 13 is peeled off, heat treatment at 950 ° C. or higher is performed in order to lower the contact resistance of the source electrode 3 and the drain electrode 4.

なお、第3の実施の形態において、n型とp型を逆にしてp型MOSFETにしてもよい。さらに、超高濃度層5をエピタキシャル成長ではなく、主面側からのイオン注入によって形成しても良い。その場合にはイオン注入により形成される超高濃度層5を裏面研磨のストップポイントにする必要がある。反応性イオンエッチング(RIE)によって薄片化してもよい。   In the third embodiment, the n-type and p-type may be reversed to form a p-type MOSFET. Furthermore, the ultra-high concentration layer 5 may be formed not by epitaxial growth but by ion implantation from the main surface side. In that case, it is necessary to use the ultra-high concentration layer 5 formed by ion implantation as a stop point for back surface polishing. Thinning may be performed by reactive ion etching (RIE).

また、n-型ドリフト層2上のp-型層18はエピタキシャル成長ではなく、イオン注入で形成しても良い。すなわち、n-型ドリフト層を上記の厚みに0.6μm分加えて形成し、その後p-のイオン注入を選択的に行うことにより、p-型層18を作製する。その後n+型ソースコンタクト19を形成し、その後ソース電極3を形成する。 Further, the p type layer 18 on the n type drift layer 2 may be formed not by epitaxial growth but by ion implantation. That is, an n -type drift layer is formed by adding 0.6 μm to the above thickness, and then p ion implantation is selectively performed, whereby the p -type layer 18 is manufactured. Thereafter, an n + type source contact 19 is formed, and then the source electrode 3 is formed.

以上のように、第3の実施形態によれば、低抵抗のSiC層を用いた縦型MOSFETを形成することができる。   As described above, according to the third embodiment, a vertical MOSFET using a low-resistance SiC layer can be formed.

(第4の実施形態)
図13は本発明の第4の実施の形態に係るIGBTの要部断面図である。IGBTは第3の実施形態のMOSFETと形状が類似しているが、第2の実施形態の図10に示したような基板を用いる。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part of an IGBT according to the fourth embodiment of the present invention. The IGBT is similar in shape to the MOSFET of the third embodiment, but uses a substrate as shown in FIG. 10 of the second embodiment.

即ち、SiC基板1の主面側にp++型超高濃度層15を設け、その上にn型フィールドストップ層6を介してn-型ドリフト層2が形成されている。n-型ドリフト層2の表面に、オーミック接合となるエミッタ電極3と、薄いシリコン酸化膜または高誘電体膜によるゲート絶縁膜16を介してゲート電極17が選択的に形成されている。基板の研磨により露出したp++型超高濃度層には、オーミック接合となるコレクター電極4が形成されている。 That is, a p ++ type ultra-high concentration layer 15 is provided on the main surface side of the SiC substrate 1, and an n type drift layer 2 is formed thereon via an n type field stop layer 6. A gate electrode 17 is selectively formed on the surface of the n -type drift layer 2 via an emitter electrode 3 that forms an ohmic junction and a gate insulating film 16 made of a thin silicon oxide film or a high dielectric film. A collector electrode 4 serving as an ohmic junction is formed on the p ++ type ultra-high concentration layer exposed by polishing the substrate.

また、n-型ドリフト層2の主面側には、エミッタ電極3と、ゲート絶縁膜16を介してゲート電極17とに接するように選択的に設けられたp-型領域18と、前記p-型領域18の内部表面にあって、エミッタ電極3およびゲート絶縁膜16を介してゲート電極17に接するように設けられたn+型エミッタコンタクト19を有し、素子全体として縦型IGBTとして機能する。 Further, on the main surface side of the n type drift layer 2, the p type region 18 selectively provided so as to be in contact with the emitter electrode 3 and the gate electrode 17 through the gate insulating film 16, and the p The n + type emitter contact 19 is provided on the inner surface of the type region 18 so as to be in contact with the gate electrode 17 through the emitter electrode 3 and the gate insulating film 16, and functions as a vertical IGBT as a whole element To do.

縦型IGBTも縦型MOSFETの図12と同様に、主な抵抗成分としてはエミッタコンタクト抵抗Rsc、チャネル抵抗Rch、JFET抵抗RJFET、ドリフト抵抗Rdrift、基板抵抗Rsub、があり、チャネル長によりJFET抵抗が変化するが、チャネル長2.5nm程度では基板抵抗の寄与は約20%程度となる。したがって本実施形態により基板抵抗を低減することができ、デバイスの低損失化に大きく寄与する。 Similarly to FIG. 12 of the vertical MOSFET, the vertical IGBT has emitter contact resistance R sc , channel resistance R ch , JFET resistance R JFET , drift resistance R drift , and substrate resistance R sub as main resistance components. Although the JFET resistance varies depending on the length, the substrate resistance contributes about 20% when the channel length is about 2.5 nm. Therefore, the substrate resistance can be reduced by this embodiment, which greatly contributes to the reduction of the loss of the device.

さらに、現状ではp型SiC薄膜基板を作製することができないため、SiC−IGBTの耐圧は約5〜10kVの高耐圧の製品しか実現できなかった。しかし本発明により、例えば600Vの低耐圧のIGBTを作製することができる。フィールドストップ構造で、半導体基板裏面にn型フィールドストップ層を加えることによっても、IGBTを作製することができる。   Furthermore, since a p-type SiC thin film substrate cannot be produced at present, the SiC-IGBT has a breakdown voltage of only about 5 to 10 kV. However, according to the present invention, an IGBT having a low breakdown voltage of, for example, 600 V can be manufactured. An IGBT can also be fabricated by adding an n-type field stop layer to the back surface of the semiconductor substrate with a field stop structure.

パンチスルー型のIGBTの場合、通常p型基板が厚いためにターンオン時にキャリアが過剰に注入されてしまい、スイッチングが遅くなってしまうという問題があるが、本実施形態により高周波にも適応できるIGBTが実現できる。   In the case of a punch-through type IGBT, since the p-type substrate is usually thick, carriers are excessively injected at the time of turn-on, resulting in a slow switching. realizable.

次に、本実施形態のIGBTの製造方法を、第1の実施形態の図3〜8を援用して説明する。まず、図3と同様に、高結晶品質の4H−SiC基板1上にエピタキシャル成長により、数〜数十μm厚さ、約1×1017〜1×1021/cm3の不純物濃度を有するp++型層(本実施形態では5ではなく15)を作製する。この時の不純物は、例えばアルミニウム(Al)またはボロン(B)を用いる。続いて、n型フィールドストップ層6およびn-型ドリフト層2をエピタキシャル成長にて形成する。 Next, the manufacturing method of IGBT of this embodiment is demonstrated using FIGS. 3-8 of 1st Embodiment. First, as in FIG. 3, p + having a thickness of several to several tens of μm and an impurity concentration of about 1 × 10 17 to 1 × 10 21 / cm 3 by epitaxial growth on a high crystal quality 4H—SiC substrate 1. A + -type layer (15 in this embodiment, not 5) is produced. For example, aluminum (Al) or boron (B) is used as the impurity at this time. Subsequently, the n-type field stop layer 6 and the n -type drift layer 2 are formed by epitaxial growth.

n型フィールドストップ層6およびn-型ドリフト層2の不純物種は例えばNを用い、不純物濃度はn型フィールドストップ層6の場合は、例えば1×1015〜5×1017cm3程度であり、n型ドリフト層の場合には設計耐圧600Vの場合には1×1015〜2×1016/cm3程度である。ドリフト層2の場合には、設計耐圧に応じて不純物を調整することができる。 For example, N is used as the impurity species of the n-type field stop layer 6 and the n -type drift layer 2, and the impurity concentration is, for example, about 1 × 10 15 to 5 × 10 17 cm 3 in the case of the n-type field stop layer 6. In the case of an n-type drift layer, it is about 1 × 10 15 to 2 × 10 16 / cm 3 in the case of a design withstand voltage of 600V. In the case of the drift layer 2, impurities can be adjusted according to the design withstand voltage.

また厚さは、バッファ層6の場合は0.3〜1.0μm程度であり、n-型ドリフト層2の場合は5〜15μm程度である。 The thickness of the buffer layer 6 is about 0.3 to 1.0 μm, and the thickness of the n -type drift layer 2 is about 5 to 15 μm.

さらに、不純物濃度1×1017〜1×1018/cm3、厚さ約0.6μmのp-型エピタキシャル層(不図示)をドリフト層2の全面に形成する。エピタキシャル層のp型不純物種にはAlおよびBを使用する。その後、p-型エピタキシャル層の上面に、例えばシリコン酸化膜のイオン注入マスク(不図示)を形成し、NおよびPをイオン種として選択的にカウンタイオン注入を行い、p-型エピタキシャル層の一部を貫通してドリフト層2に接続するn-型層20を形成する。イオン注入種はPの方が低抵抗化可能であるが、Nでも、P+Nでもよい。このとき最高エネルギー約400keVの多段イオン注入を行い、不純物濃度が約1×1016〜3×1017/cm3になるようにドーズ量を調節する。この時、最高エネルギーにて注入したn-型領域20はp-型エピタキシャル層を貫通してn-型ドリフト層2に接続する。 Further, a p type epitaxial layer (not shown) having an impurity concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm 3 and a thickness of about 0.6 μm is formed on the entire surface of the drift layer 2. Al and B are used as the p-type impurity species in the epitaxial layer. Then, p - type on the upper surface of the epitaxial layer, to form, for example, an ion implantation mask of a silicon oxide film (not shown), performs selective counter ion implanted N and P as the ion species, p - one type epitaxial layer An n -type layer 20 that penetrates the portion and is connected to the drift layer 2 is formed. The ion implantation species P can reduce the resistance, but may be N or P + N. At this time, the multistage ion implantation with the maximum energy of about 400 keV is performed, and the dose is adjusted so that the impurity concentration is about 1 × 10 16 to 3 × 10 17 / cm 3 . At this time, the n type region 20 implanted with the highest energy penetrates the p type epitaxial layer and is connected to the n type drift layer 2.

イオン注入マスクを剥離後、再度イオン注入マスクを形成し、不純物濃度約1×1018〜3×1019/cm3、深さ約0.3μmのn+型エミッタコンタクト19を形成する(図13)。深さは上記p-型エピタキシャル領域18の内部に位置する必要がある。その後、注入したイオン種を結晶格子内に配置させ、活性化させるために約1600℃程度の高温にて数分間処理する。 After removing the ion implantation mask, an ion implantation mask is formed again, and an n + -type emitter contact 19 having an impurity concentration of about 1 × 10 18 to 3 × 10 19 / cm 3 and a depth of about 0.3 μm is formed (FIG. 13). ). The depth needs to be located inside the p -type epitaxial region 18. Thereafter, the implanted ion species are placed in the crystal lattice and processed at a high temperature of about 1600 ° C. for several minutes in order to activate them.

その後上部にゲート酸化膜16となる約30〜50μm厚さのシリコン酸化層をウエット酸化で形成し、水素雰囲気でのPOAを行う。その上部にCVD法により、例えばポリシリコンのゲート電極17を形成する。ゲート電極17の上部にCVDによりさらに約1μm厚さのシリコン酸化膜(不図示)を形成し、レジストにてパターニングを行うことによりゲート電極17を覆うようにシリコン酸化層を残す。その後、電極層を形成し、パターニングを行うことによりエミッタコンタクト20上にエミッタ電極3を形成する(図13)。   Thereafter, a silicon oxide layer having a thickness of about 30 to 50 μm to be the gate oxide film 16 is formed on the upper portion by wet oxidation, and POA is performed in a hydrogen atmosphere. A polysilicon gate electrode 17 is formed thereon by CVD, for example. A silicon oxide film (not shown) having a thickness of about 1 μm is further formed on the gate electrode 17 by CVD, and a silicon oxide layer is left so as to cover the gate electrode 17 by patterning with a resist. Thereafter, an electrode layer is formed and patterned to form the emitter electrode 3 on the emitter contact 20 (FIG. 13).

その後、図6と同様に、表面をテープ材13などで保護し、裏面の機械研削を行う。研削基板の厚みに合わせて機械研削の速度、研削の種類などを変えて最終的に数μmまで研削を行う。ストップポイントは膜厚モニタおよびダミー基板によるC−V測定などにより超高濃度層15が表面に出ていることを確認する。その後簡単な洗浄を行った後、上記基板保持テープ13が付いている状態で超高濃度層15上にコレクタ電極4を形成する。このとき、コレクタ電極4はコレクタコンタクトのほかに、保持基板の役割も果たすので電界めっきなどで約数十〜100μmの厚みをつけると良い。   Thereafter, similarly to FIG. 6, the front surface is protected with a tape material 13 and the like, and the back surface is mechanically ground. Depending on the thickness of the grinding substrate, the machine grinding speed and type of grinding are changed to finally grind to several μm. The stop point is to confirm that the ultra-high concentration layer 15 is exposed on the surface by a film thickness monitor and CV measurement using a dummy substrate. Thereafter, after simple cleaning, the collector electrode 4 is formed on the ultra-high concentration layer 15 with the substrate holding tape 13 attached. At this time, the collector electrode 4 serves not only as a collector contact but also as a holding substrate. Therefore, it is preferable to add a thickness of about several tens to 100 μm by electroplating or the like.

コレクタ電極4に適している金属はTiおよびTi/Alなどであるが、Ti/Alなどの複合材料の場合には、先に蒸着などでTi/Alを成膜してから上部にAlを電界めっきで形成しても良い。その後、テープ材13を剥離したのち、電極のコンタクト抵抗を下げるため950℃以上の熱処理を行う。こうして縦型IGBTが完成する。   Suitable metals for the collector electrode 4 are Ti and Ti / Al. However, in the case of a composite material such as Ti / Al, the Ti / Al film is first formed by vapor deposition or the like, and then Al is applied to the upper portion of the electric field. It may be formed by plating. Thereafter, after the tape material 13 is peeled off, heat treatment at 950 ° C. or higher is performed in order to reduce the contact resistance of the electrode. A vertical IGBT is thus completed.

以上のように、第4の実施形態によれば、低抵抗のSiC層を用いた縦型IGBTを形成することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, a vertical IGBT using a low-resistance SiC layer can be formed.

なお、前述の超高濃度層5又は15において、通常単結晶成長で結晶品質を下げずに導入できる不純物濃度である1×1019/cm3以上の濃度の不純物を含有しているが、これはSIMSなどの分析法によりSiCのn型不純物である、NおよびPを合わせた不純物濃度を調べることにより証明することができる。 The ultra-high-concentration layer 5 or 15 contains an impurity having a concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or more, which is an impurity concentration that can be introduced without lowering the crystal quality in normal single crystal growth. Can be proved by examining the impurity concentration of N and P, which are SiC n-type impurities, by an analysis method such as SIMS.

また、イオン注入によってデバイスの主面から現在実在する最高加速エネルギーにてイオン注入をした場合、そのプロファイルは基板の主面側から数μmが最高濃度となるが、さらにテールを引くことが分かっている。この場合イオン注入をすることにより導入される結晶ダメージ(TEM観察で観察可能)も同時に基板の主面側から主面逆側に向かって入ることになるが、このダメージは基板のみにとどまり、耐圧を保持するバッファ層およびドリフト層には影響を与えない。   Also, when ion implantation is performed from the main surface of the device with the highest actual acceleration energy by ion implantation, the profile has a maximum concentration of several μm from the main surface side of the substrate, but it has been found that a tail is further drawn. Yes. In this case, the crystal damage introduced by ion implantation (observable by TEM observation) also enters from the main surface side of the substrate toward the opposite side of the main surface. It does not affect the buffer layer and the drift layer that hold.

基板を薄膜化した後主面とは逆方向からイオン注入をし、レーザーアニールでアニールするという方法もある。この方法の場合には、イオン注入層のテールおよび結晶ダメージがバッファ層およびドリフト層側まで入ってしまうために耐圧抑制の原因となるという問題がある。   There is also a method in which after the substrate is thinned, ions are implanted from the opposite direction to the main surface and annealed by laser annealing. In the case of this method, the tail and crystal damage of the ion-implanted layer enter the buffer layer and the drift layer side, which causes a problem of suppressing the breakdown voltage.

また、逆にテール部分を含めたイオン注入部分が全て基板内に入るようにイオン注入をした場合には、主面側の不純物濃度を高くすることができず、オン抵抗の低下が十分ではなくなるという問題が生じる。   On the other hand, when ion implantation is performed so that all of the ion implantation portion including the tail portion enters the substrate, the impurity concentration on the main surface side cannot be increased, and the on-resistance is not sufficiently lowered. The problem arises.

以上、本発明を実施形態を通じて説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々な発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い   The present invention has been described above through the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.

1…SiCバルク基板
2…ドリフト層(エピタキシャル層)
3…第1の電極
4…第2の電極
5…n型超高濃度層
6…バッファ層、フィールドストップ層
7…リサーフ層
8…エッジターミネーション層
9…ガードリング
10…チャネルストッパ
11…メタルフィールドプレート
12…絶縁膜
13…テープ材
14…低抵抗基板
15…p型超高濃度層
16…ゲート絶縁膜
17…ゲート電極
18…p型領域
19…n+コンタクト
20…n-型領域
70…終端構造
1 ... SiC bulk substrate 2 ... Drift layer (epitaxial layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... 1st electrode 4 ... 2nd electrode 5 ... n-type super high concentration layer 6 ... Buffer layer, field stop layer 7 ... RESURF layer 8 ... Edge termination layer 9 ... Guard ring 10 ... Channel stopper 11 ... Metal field plate DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Insulating film 13 ... Tape material 14 ... Low resistance substrate 15 ... p-type super high concentration layer 16 ... Gate insulating film 17 ... Gate electrode 18 ... p-type area | region 19 ... n + contact 20 ... n < - > type | mold area | region 70 ... Termination structure

Claims (7)

第1の不純物濃度を有する第1導電型の炭化珪素基板に、成膜温度1550〜1600℃のエピタキシャル成長で第2の不純物濃度を有する第1導電型あるいは第2導電型の第1の炭化珪素層を形成する工程と、
前記第1の炭化珪素層の上に、不純物濃度の絶対値が前記第2の不純物濃度>前記第1の不純物濃度>第3の不純物濃度の関係を有するように、前記第3の不純物濃度を有する第1導電型の第2の炭化珪素層を形成する工程と、
前記第2の炭化珪素層の上面に半導体素子を形成する工程と、
前記半導体素子を形成後、前記炭化珪素基板の裏面を削除して、前記第1の炭化珪素層を露出させる工程と、
前記露出させた前記第1の炭化珪素層に電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type or second conductivity type first silicon carbide layer having a second impurity concentration by epitaxial growth at a film formation temperature of 1550 to 1600 ° C. on a first conductivity type silicon carbide substrate having a first impurity concentration. Forming a step;
On the first silicon carbide layer, the third impurity concentration is set such that the absolute value of the impurity concentration has a relationship of the second impurity concentration> the first impurity concentration> the third impurity concentration. Forming a first conductivity type second silicon carbide layer comprising:
Forming a semiconductor element on the upper surface of the second silicon carbide layer;
Removing the back surface of the silicon carbide substrate after forming the semiconductor element to expose the first silicon carbide layer;
Forming an electrode on the exposed first silicon carbide layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
第1の不純物濃度を有する第1導電型の炭化珪素基板に、基板温度400℃以上のイオン注入で第2の不純物濃度を有する第1導電型あるいは第2導電型の第1の炭化珪素層を形成する工程と、
前記第1の炭化珪素層の上に、不純物濃度の絶対値が前記第2の不純物濃度>前記第1の不純物濃度>第3の不純物濃度の関係を有するように、前記第3の不純物濃度を有する第1導電型の第2の炭化珪素層を形成する工程と、
前記第2の炭化珪素層の上面に半導体素子を形成する工程と、
前記半導体素子を形成後、前記炭化珪素基板の裏面を削除して、前記第1の炭化珪素層を露出させる工程と、
前記露出させた前記第1の炭化珪素層に電極を形成する工程と、
と具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type or second conductivity type first silicon carbide layer having a second impurity concentration by ion implantation at a substrate temperature of 400 ° C. or higher is applied to a first conductivity type silicon carbide substrate having a first impurity concentration. Forming, and
On the first silicon carbide layer, the third impurity concentration is set such that the absolute value of the impurity concentration has a relationship of the second impurity concentration> the first impurity concentration> the third impurity concentration. Forming a first conductivity type second silicon carbide layer comprising:
Forming a semiconductor element on the upper surface of the second silicon carbide layer;
Removing the back surface of the silicon carbide substrate after forming the semiconductor element to expose the first silicon carbide layer;
Forming an electrode on the exposed first silicon carbide layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の炭化珪素層を、厚さが2μm以上50μm以下で形成することを特徴とする請求項1あるいは2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first silicon carbide layer is formed with a thickness of 2 μm to 50 μm. 前記第2の不純物濃度は、1×1020〜1×1022/cm3 であることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second impurity concentration is 1 × 10 20 to 1 × 10 22 / cm 3 . 前記第1の炭化珪素層を露出させるための削除は、研磨にて行うことを特徴とする請求項1あるいは2に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the deletion for exposing the first silicon carbide layer is performed by polishing. 前記第1の炭化珪素層を露出させるための研磨を行った後、反応性ドライエッチングを行ってダメージ層を除去することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein after the polishing for exposing the first silicon carbide layer, the damaged layer is removed by reactive dry etching. 前記第1の炭化珪素層を露出させるための削除は、反応性ドライエッチングにて行うことを特徴とする請求項1あるいは2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the deletion for exposing the first silicon carbide layer is performed by reactive dry etching.
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