JP6483838B2 - Semiconductor substrate, semiconductor substrate grinding method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
Semiconductor substrate, semiconductor substrate grinding method, and semiconductor device manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6483838B2 JP6483838B2 JP2017536076A JP2017536076A JP6483838B2 JP 6483838 B2 JP6483838 B2 JP 6483838B2 JP 2017536076 A JP2017536076 A JP 2017536076A JP 2017536076 A JP2017536076 A JP 2017536076A JP 6483838 B2 JP6483838 B2 JP 6483838B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- type
- semiconductor
- substrate
- type semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 1093
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 362
- 238000000227 grinding Methods 0.000 title claims description 132
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 114
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 70
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 94
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 74
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 74
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 579
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 72
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 21
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 18
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 18
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 18
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/868—PIN diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Description
本発明は半導体基板、半導体基板の研削方法および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor substrate, a semiconductor substrate grinding method, and a semiconductor device manufacturing method.
炭化ケイ素(SiC)のバンドギャップは、シリコン(Si)のバンドギャップよりも大きく、SiCが絶縁破壊する電界強度は、Siが絶縁破壊する電界強度に対して10倍程度高い。そのため、SiCからなる半導体素子は、大電力用途の半導体素子を有する半導体装置、すなわちパワー半導体装置を中心として、さまざまな半導体装置に適用されている。 The band gap of silicon carbide (SiC) is larger than the band gap of silicon (Si), and the electric field strength at which SiC breaks down is about 10 times higher than the electric field strength at which Si breaks down. For this reason, a semiconductor element made of SiC is applied to various semiconductor devices centering on a semiconductor device having a semiconductor element for high power use, that is, a power semiconductor device.
SiCからなる半導体素子として、ユニポーラ素子であるショットキーバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode)およびMOSFET(Metal Oxide Field Effect Transistor)、ならびに、バイポーラ素子であるpnダイオード(PND)および絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)などが挙げられる。 As semiconductor elements made of SiC, Schottky Barrier Diodes (SBD) and MOSFETs (Metal Oxide Field Effect Transistors), which are unipolar elements, and pn diodes (PNDs) and insulated gate bipolar transistors (IGBTs), which are bipolar elements, are used. : Insulated Gate Bipolar Transistor).
このようなSiCからなる半導体素子を備えた半導体装置の製造方法として、SiCからなる単結晶基板としての半導体基板上に半導体素子を形成する際に、半導体基板の上面(表面)側または下面(裏面)側で研磨または研削を行う場合がある。 As a method of manufacturing a semiconductor device including such a semiconductor element made of SiC, when forming a semiconductor element on a semiconductor substrate as a single crystal substrate made of SiC, the upper surface (front surface) side or the lower surface (back surface) of the semiconductor substrate. ) Side may be polished or ground.
米国特許出願公開第2010/0093116号明細書(特許文献1)には、炭化ケイ素基板上の半導体素子の寸法プロファイリング方法において、半導体素子中に同位体元素を含有させる特徴を組み入れ、組み入れられた特徴の寸法を測定することにより、CMP(Chemical Mechanical Polishing)工程の終点検出を行う技術が開示されている。 US Patent Application Publication No. 2010/0093116 (Patent Document 1) incorporates a feature of incorporating an isotope element into a semiconductor device in a dimension profiling method of a semiconductor device on a silicon carbide substrate. A technique is disclosed in which the end point of a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process is detected by measuring these dimensions.
上記したパワー半導体装置としての半導体装置に含まれる半導体素子においては、オン状態における損失、すなわち導通損失、および、オン状態とオフ状態との間で切り替わる際の損失、すなわちスイッチング損失を適切な範囲に調整することが望ましい。そのためには、半導体素子に含まれる半導体層に注入されるキャリアの注入量を容易に調整できることが望ましく、例えば半導体素子に含まれる半導体層に注入されるキャリアの注入量を容易に増加させられることが望ましい。 In the semiconductor element included in the semiconductor device as the power semiconductor device described above, the loss in the on state, that is, the conduction loss, and the loss when switching between the on state and the off state, that is, the switching loss are within an appropriate range. It is desirable to adjust. For this purpose, it is desirable that the amount of carriers injected into the semiconductor layer included in the semiconductor element can be easily adjusted. For example, the amount of carriers injected into the semiconductor layer included in the semiconductor element can be easily increased. Is desirable.
ところが、半導体素子が、SiCからなる単結晶基板としてのn型の基体を含む場合、n型の基体における不純物濃度は、単結晶基板としての基体の仕様により一定の値に固定されている。そのため、n型の基体、および、そのn型の基体上に形成された半導体層を含む半導体素子では、その半導体層にn型の基体から注入されるキャリアの注入量を容易に増加させることができない。 However, when the semiconductor element includes an n-type substrate as a single crystal substrate made of SiC, the impurity concentration in the n-type substrate is fixed to a constant value according to the specifications of the substrate as the single crystal substrate. Therefore, in a semiconductor element including an n-type substrate and a semiconductor layer formed on the n-type substrate, the amount of carriers injected from the n-type substrate into the semiconductor layer can be easily increased. Can not.
一方、基体と、その基体上に形成され、その基体におけるn型の不純物濃度よりも高いn型の不純物濃度を有するn型半導体層と、を含む半導体基板を用いて製造された半導体素子であって、n型半導体層、および、そのn型半導体層上に形成された半導体層を含む半導体素子が考えられる。このような半導体素子では、そのn型半導体層上に形成された半導体層にn型半導体層から注入されるキャリアの注入量を容易に増加させることができる。 On the other hand, a semiconductor device manufactured using a semiconductor substrate including a base and an n-type semiconductor layer formed on the base and having an n-type impurity concentration higher than the n-type impurity concentration in the base. A semiconductor element including an n-type semiconductor layer and a semiconductor layer formed on the n-type semiconductor layer is conceivable. In such a semiconductor element, the amount of carriers injected from the n-type semiconductor layer into the semiconductor layer formed on the n-type semiconductor layer can be easily increased.
このような半導体素子を含む半導体装置の製造工程では、半導体基板の下面(裏面)側から基体を研削して除去する必要がある。しかし、研削量が正確に決定されていない場合には、n型半導体層が除去されるおそれがあるか、または、n型半導体層が半導体基板の下面に露出しないおそれがある。 In the manufacturing process of a semiconductor device including such a semiconductor element, it is necessary to grind and remove the substrate from the lower surface (back surface) side of the semiconductor substrate. However, if the grinding amount is not accurately determined, the n-type semiconductor layer may be removed, or the n-type semiconductor layer may not be exposed on the lower surface of the semiconductor substrate.
本発明の目的は、半導体素子に注入されるキャリアの注入量を容易に調整できる半導体装置の製造工程において、半導体基板を下面側から研削する際に、研削量を正確に決定することができる、半導体基板を提供することにある。そして、本発明の目的は、半導体基板を下面側から研削する際に、研削量を正確に決定することができる、半導体基板の研削方法、および、半導体装置の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to accurately determine the amount of grinding when grinding the semiconductor substrate from the lower surface side in the manufacturing process of the semiconductor device that can easily adjust the amount of carriers injected into the semiconductor element. It is to provide a semiconductor substrate. An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate grinding method and a semiconductor device manufacturing method capable of accurately determining a grinding amount when the semiconductor substrate is ground from the lower surface side.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
代表的な実施の形態による半導体基板は、炭化ケイ素からなる基体と、基体上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第1半導体層と、第1半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第2半導体層と、第2半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第3半導体層と、を有する。 A semiconductor substrate according to a representative embodiment includes a base made of silicon carbide, a p-type first semiconductor layer formed on the base and made of silicon carbide, and formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide. an n-type second semiconductor layer; and a p-type third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide.
また、代表的な実施の形態による半導体基板の研削方法は、半導体基板を用意する工程を有する。当該半導体基板は、第1面、および、第1面と反対側の第2面を有し、炭化ケイ素からなる基体と、基体の第1面上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第1半導体層と、第1半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第2半導体層と、第2半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第3半導体層と、を有する。また、当該半導体基板の研削方法は、基体が除去される前に半導体基板の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像し、撮像された画像における第1半導体層と第2半導体層との輝度差に基づいて、半導体基板を研削する研削量を決定し、決定された研削量で半導体基板を基体の第2面側から研削することにより、基体および第1半導体層を除去する工程を有する。 The semiconductor substrate grinding method according to the representative embodiment includes a step of preparing a semiconductor substrate. The semiconductor substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface, a base made of silicon carbide, and a p-type first formed of silicon carbide and formed on the first surface of the base. One semiconductor layer, an n-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide, and a p-type third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide. Have. In addition, the grinding method of the semiconductor substrate is such that a cross-sectional image of the semiconductor substrate is taken with a scanning electron microscope before the substrate is removed, and the luminance difference between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the taken image. And determining the amount of grinding of the semiconductor substrate, and grinding the semiconductor substrate from the second surface side of the substrate with the determined amount of grinding to remove the substrate and the first semiconductor layer.
また、代表的な実施の形態による半導体装置の製造方法は、半導体基板を用意する工程を有する。当該半導体基板は、第1面、および、第1面と反対側の第2面を有し、炭化ケイ素からなる基体と、基体の第1面上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第1半導体層と、第1半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第2半導体層と、第2半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第3半導体層と、を有する。また、当該半導体装置の製造方法は、第2半導体層および第3半導体層に、半導体素子を形成する工程を有する。また、当該半導体装置の製造方法は、基体が除去される前に半導体基板の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像し、撮像された画像における第1半導体層と第2半導体層との輝度差に基づいて、半導体基板を研削する研削量を決定し、決定された研削量で半導体基板を基体の第2面側から研削することにより、基体および第1半導体層を除去する工程を有する。 In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to a representative embodiment includes a step of preparing a semiconductor substrate. The semiconductor substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface, a base made of silicon carbide, and a p-type first formed of silicon carbide and formed on the first surface of the base. One semiconductor layer, an n-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide, and a p-type third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide. Have. The method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming semiconductor elements in the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. Further, in the method for manufacturing the semiconductor device, an image of a cross section of the semiconductor substrate is picked up by a scanning electron microscope before the substrate is removed, and the luminance difference between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the picked-up image. And determining the amount of grinding of the semiconductor substrate, and grinding the semiconductor substrate from the second surface side of the substrate with the determined amount of grinding to remove the substrate and the first semiconductor layer.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
代表的な実施の形態によれば、半導体素子に注入されるキャリアの注入量を容易に調整できる半導体装置の製造工程において、半導体基板を下面側から研削する際に、研削量を正確に決定することができる。 According to a typical embodiment, when a semiconductor substrate is ground from the lower surface side in a semiconductor device manufacturing process in which the amount of carriers injected into a semiconductor element can be easily adjusted, the amount of grinding is accurately determined. be able to.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。 In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.
なお、以下の実施の形態においてA〜Bとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、A以上B以下を示すものとする。 In addition, when showing a range as A-B in the following embodiment, it shall show A or more and B or less unless otherwise specified.
(実施の形態1)
本発明の一実施の形態である実施の形態1の半導体装置、半導体基板、および、半導体装置の製造方法を、比較例1および比較例2の半導体装置、ならびに、比較例2の半導体装置の製造方法と対比しながら、説明する。なお、実施の形態1では、半導体素子としてpnダイオードが形成される例について説明する。(Embodiment 1)
A semiconductor device, a semiconductor substrate, and a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, which is an embodiment of the present invention, a semiconductor device according to comparative example 1 and a comparative example 2, and a semiconductor device according to comparative example 2 are manufactured. This will be explained in comparison with the method. In the first embodiment, an example in which a pn diode is formed as a semiconductor element will be described.
<比較例1の半導体装置>
図1は、比較例1の半導体装置の要部断面図である。図2は、比較例1の半導体装置における導通損失とスイッチング損失との関係を模式的に示すグラフである。図3は、pnダイオードのオン状態でのn−型ドリフト層における厚さ方向の位置とキャリア密度との関係を模式的に示すグラフである。<Semiconductor Device of Comparative Example 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device of Comparative Example 1. FIG. 2 is a graph schematically showing the relationship between conduction loss and switching loss in the semiconductor device of Comparative Example 1. FIG. 3 is a graph schematically showing the relationship between the position in the thickness direction and the carrier density in the n − type drift layer in the on state of the pn diode.
図1に示すように、比較例1の半導体装置は、n型の基体111と、n−型ドリフト層113bと、p型半導体層114と、アノード115と、カソード116と、を有する。比較例1の半導体装置は、2端子素子である半導体素子として、アノード115およびカソード116を有する、整流素子としてのpnダイオードを備えている。なお、n型の基体111と、n−型ドリフト層113bと、p型半導体層114と、により半導体基板SB101が形成されている。As shown in FIG. 1, the semiconductor device of Comparative Example 1 includes an n-
基体111は、上面111a、および、上面111aと反対側の下面111b、を有する。基体111の上面111a上にn−型ドリフト層113bが形成され、n−型ドリフト層113b上にp型半導体層114が形成されている。p型半導体層114上にアノード115が形成されている。基体111の下面111bにカソード116が形成されている。The
基体111は、n型の炭化ケイ素(SiC)単結晶からなるバルク基板である。n−型ドリフト層113bは、n型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。n−型ドリフト層113bは、基体111上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。p型半導体層114は、p型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。p型半導体層114は、n−型ドリフト層113b上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。The
比較例1の半導体装置において、アノード115とカソード116との間に、アノード115の電位がカソード116の電位に対して低くなるように、電圧が印加された場合、すなわち、p型半導体層114とn−型ドリフト層113bとの間のpn接合に逆方向に電圧が印加された場合を考える。このような場合には、p型半導体層114とn−型ドリフト層113bとの間に形成される空乏層、および、その空乏層中に形成される電界により、耐圧が確保される。In the semiconductor device of Comparative Example 1, when a voltage is applied between the
一方、比較例1の半導体装置において、アノード115とカソード116との間に、アノード115の電位がカソード116の電位に対して高くなるように、電圧が印加された場合、すなわち、p型半導体層114とn−型ドリフト層113bとの間のpn接合に順方向に電圧が印加された場合を考える。このような場合には、電圧がp型半導体層114とn−型ドリフト層113bとの間のpn接合の内蔵電位に等しい電圧、すなわちビルトイン電圧を超えたときに、pnダイオードがオン状態になる。On the other hand, in the semiconductor device of Comparative Example 1, when a voltage is applied between the
このとき、n−型ドリフト層113bに対してアノード115側に配置されたp型半導体層114から、n−型ドリフト層113bに正孔が流入し、n−型ドリフト層113bに対してカソード116側に配置された基体111からは、n−型ドリフト層113bに電子が流入する。この結果、n−型ドリフト層113bには、n−型ドリフト層113bにおける不純物濃度により決定されるキャリア密度よりも高い密度で電子および正孔が蓄積、すなわち注入されるので、pnダイオードがオン状態のときには、n−型ドリフト層113bの抵抗が低くなる。この、不純物濃度により決定されるキャリア密度よりも高い密度で電子および正孔が蓄積、すなわち注入される効果は、少数キャリア蓄積効果、または、伝導度変調効果と称される。このような伝導度変調効果により、pnダイオードにおけるオン抵抗は、SBDにおけるオン抵抗よりも低い。At this time, n - the p-
このような伝導度変調効果を利用するpnダイオードでは、n−型ドリフト層113bにおける電子および正孔の蓄積量、すなわち注入量を制御し、オン状態における損失、すなわち導通損失、および、オン状態とオフ状態との間で切り替わる際の損失、すなわちスイッチングの際のスイッチング損失を適切な範囲に調整することが望ましい。したがって、導通損失、および、スイッチング損失が適切な範囲に調整できるように、n−型ドリフト層113bに電子および正孔が流入する流入量、および、n−型ドリフト層113bから電子および正孔が流出する流出量を、設計する必要がある。In the pn diode using such a conductivity modulation effect, the amount of electrons and holes stored in the n − -
例えばn−型ドリフト層113bに蓄積される電子および正孔の蓄積量、すなわちキャリアの注入量が多すぎる場合、n−型ドリフト層113bの抵抗が低くなり、導通損失は小さいものの、スイッチングの際にn−型ドリフト層113bに蓄積された電荷を排出する必要が生じるため、図2に示すように、スイッチング損失は大きい。一方、n−型ドリフト層113bに蓄積される電子および正孔の蓄積量、すなわちキャリアの注入量が少なすぎる場合、スイッチング損失は小さいものの、図2に示すように、導通損失は大きい。すなわち、導通損失とスイッチング損失との間には、図2に示すように、トレードオフの関係がある。For example, when the accumulation amount of electrons and holes accumulated in the n −
比較例1の半導体装置では、p型半導体層114における不純物濃度、および、p型半導体層114の厚さを調整することができる。これにより、図3に示すように、pnダイオードのオン状態で、n−型ドリフト層113bのうちp型半導体層114側の部分におけるキャリア密度を、例えば仕様Aにおけるキャリア密度から仕様Bにおけるキャリア密度に、増加させることができる。In the semiconductor device of Comparative Example 1, the impurity concentration in the p-
しかし、基体111における不純物濃度は、n型のバルク基板である基体111の仕様により一定の値に固定されている。そのため、図3に示すように、pnダイオードのオン状態で、n−型ドリフト層113bのうち基体111側の部分におけるキャリア密度を、仕様Aにおけるキャリア密度と仕様Bにおけるキャリア密度との間で、変更することができない。However, the impurity concentration in the
すなわち、比較例1の半導体装置では、pnダイオードにカソード側から注入されるキャリアの注入量が少ないという問題がある。また、エピタキシャル成長した各半導体層における不純物濃度と異なり、n型のバルク基板としての基体111における不純物濃度の上限値は、1×1018cm−3程度であるため、n−型ドリフト層113bにカソード側から注入されるキャリアの注入量を容易に調整することができない。That is, the semiconductor device of Comparative Example 1 has a problem that the amount of carriers injected into the pn diode from the cathode side is small. In addition, unlike the impurity concentration in each epitaxially grown semiconductor layer, the upper limit value of the impurity concentration in the base 111 as an n-type bulk substrate is about 1 × 10 18 cm −3 , so that the n − -
<比較例2の半導体装置>
一方、n−型ドリフト層113bのうちp型半導体層114側と反対側の部分におけるキャリア密度を、容易に調整することができる半導体装置として、比較例2の半導体装置が考えられる。図4は、比較例2の半導体装置の要部断面図である。<Semiconductor Device of Comparative Example 2>
On the other hand, the semiconductor device of Comparative Example 2 can be considered as a semiconductor device that can easily adjust the carrier density in the portion of the n −
比較例2の半導体装置は、n型の基体111(図1参照)に代え、n型半導体層113aを有する点で、比較例1の半導体装置と異なる。比較例2の半導体装置では、n型半導体層113aにおける不純物濃度、および、n型半導体層113aの厚さを調整することにより、pnダイオードのオン状態で、n−型ドリフト層113bのうちn型半導体層113a側の部分におけるキャリア密度を、容易に調整することができる。The semiconductor device of Comparative Example 2 is different from the semiconductor device of Comparative Example 1 in that it has an n-
なお、n型半導体層113aと、n−型ドリフト層113bと、によりn型半導体層113が形成されている。また、比較例2の半導体装置は、後述する図10を用いて説明する実施の形態1の半導体装置の構成と同様の構成を有する。The n-
<比較例2の半導体装置の製造方法>
図5は、比較例2の半導体基板の要部断面図である。図6〜図8は、比較例2の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。<Method for Manufacturing Semiconductor Device of Comparative Example 2>
FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor substrate of Comparative Example 2. 6 to 8 are main-portion cross-sectional views of the semiconductor device of Comparative Example 2 during the manufacturing process.
比較例2の半導体装置の製造工程では、まず、図5に示すように、n型のバルク基板である基体111を含む半導体基板SB101を用意する。基体111は、上面111a、および、上面111aと反対側の下面111b、を含む。また、半導体基板SB101は、基体111上に形成されたn型半導体層113aと、n型半導体層113a上に形成されたn−型ドリフト層113bと、n−型ドリフト層113b上に形成されたp型半導体層114と、を有する。n型半導体層113aにおける不純物濃度は、基体111における不純物濃度よりも高い。In the manufacturing process of the semiconductor device of Comparative Example 2, first, as shown in FIG. 5, a semiconductor substrate SB101 including a base 111 that is an n-type bulk substrate is prepared. The
比較例2の半導体装置の製造工程では、次に、図6に示すように、半導体基板SB101を基体111(図5参照)の下面111b(図5参照)側から研削することにより、基体111を除去する。このとき、半導体基板SB101を研削する研削量を決定し、決定された研削量で半導体基板SB101を研削することになる。
In the manufacturing process of the semiconductor device of Comparative Example 2, next, as shown in FIG. 6, the
ここで、半導体基板SB101を研削する研削量が正確に決定されない場合であって、かつ、n型半導体層113aの厚さが十分に厚くない場合を考える。このような場合には、図7に示すように、決定された研削量が適切な研削量よりも多くなって、n型半導体層113aが除去されるおそれがある。あるいは、図8に示すように、決定された研削量が適切な研削量よりも少なくなって、n型半導体層113a(図4参照)が半導体基板SB101の下面(裏面)に露出しないおそれがある。また、基体111の上面111a(図5参照)内におけるn−型ドリフト層113bまたは基体111の厚さの均一性が低下した場合には、基体111の上面111a内で、n型半導体層113aが除去される部分と、n型半導体層113aが半導体基板SB101の下面に露出しない部分とが、混在するおそれがある。Here, consider a case where the grinding amount for grinding the semiconductor substrate SB101 is not accurately determined and the thickness of the n-
半導体基板SB101を研削する研削量が正確に決定されない場合であっても、n型半導体層113aの厚さが十分に厚い場合には、n型半導体層113aが除去されず、かつ、n型半導体層113aが半導体基板SB101の下面に露出するように、適切に研削することができる。しかし、n型半導体層113aの厚さが厚すぎる場合には、半導体基板SB101の製造コストが増大するおそれがある。
Even when the grinding amount for grinding the semiconductor substrate SB101 is not accurately determined, if the thickness of the n-
すなわち、比較例2の半導体装置では、pnダイオードにカソード側から注入されるキャリアの注入量を多くするなど容易に調整できるものの、半導体基板SB101を研削する研削量を正確に決定することが困難であるという問題がある。 That is, in the semiconductor device of Comparative Example 2, although the amount of carriers injected into the pn diode from the cathode side can be easily adjusted, it is difficult to accurately determine the amount of grinding of the semiconductor substrate SB101. There is a problem that there is.
<実施の形態1の半導体基板>
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態1の半導体基板を、図面を参照して説明する。本実施の形態1の半導体基板は、比較例1および比較例2において上記した問題を解決するために、pnダイオードを形成するために用いられる半導体基板であって、n型の炭化ケイ素からなる基体上に、第1のp型半導体層と、n型半導体層と、第2のp型半導体層とが積層された半導体基板である。<Semiconductor substrate of Embodiment 1>
Next, the semiconductor substrate of Embodiment 1 which is one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconductor substrate according to the first embodiment is a semiconductor substrate used for forming a pn diode in order to solve the above-described problems in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and is a substrate made of n-type silicon carbide. A semiconductor substrate in which a first p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and a second p-type semiconductor layer are stacked.
なお、以下では、pnダイオードを形成するために用いられる半導体基板を例示して説明する。しかし、本発明の実施の形態としての半導体基板は、例えば実施の形態2でIGBTを形成するために用いられる半導体基板を例示して説明するように、必ずしもpnダイオードを形成するために用いられる半導体基板に限定されるものではない。 Hereinafter, a semiconductor substrate used for forming a pn diode will be described as an example. However, the semiconductor substrate as an embodiment of the present invention is not necessarily a semiconductor used for forming a pn diode, as will be described by exemplifying a semiconductor substrate used for forming an IGBT in the second embodiment. It is not limited to the substrate.
図9は、実施の形態1の半導体基板の要部断面図である。 FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate of the first embodiment.
図9に示すように、本実施の形態1の半導体基板SB1は、n型の基体11と、p型半導体層12と、n型半導体層13aと、n−型ドリフト層13bと、p型半導体層14と、を有する。As shown in FIG. 9, the semiconductor substrate SB1 of the first embodiment includes an n-
基体11は、第1面としての上面11a、および、上面11aと反対側の第2面としての下面11b、を有する。基体11の上面11a上にp型半導体層12が形成され、p型半導体層12上にn型半導体層13aが形成され、n型半導体層13a上にn−型ドリフト層13bが形成され、n−型ドリフト層13b上にp型半導体層14が形成されている。The
基体11は、例えばn型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)単結晶からなるバルク基板である。基体11は、例えば昇華法などにより形成されている。基体11は、窒素(N)またはリン(P)などのn型の不純物を含有する。基体11におけるn型の不純物濃度を、例えば1×1016〜2×1019cm−3程度とすることができる。また、基体11の厚さを、100〜1000μm程度とすることができる。The
p型半導体層12は、例えばp型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。p型半導体層12は、基体11の上面11a上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。p型半導体層12は、アルミニウム(Al)またはホウ素(B)などのp型の不純物を含有する。p型半導体層12におけるp型の不純物濃度を、例えば1×1014〜5×1019cm−3程度とすることができる。また、p型半導体層12の厚さを、例えば0.1〜30μm程度とすることができる。The p-
後述する図11を用いて説明するように、p型半導体層12は、半導体基板SB1を基体11の下面11b側から研削することにより基体11およびp型半導体層12を除去する際に、半導体基板SB1の断面の画像を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)で撮像して適切な研削量を決定するためのマーカーである。そのため、p型半導体層12の厚さが0.1μm未満の場合、p型半導体層12の厚さが薄すぎて、走査型電子顕微鏡でp型半導体層12を観察できないおそれがある。一方、p型半導体層12の厚さが30μmを超える場合、p型半導体層12の厚さが厚すぎて、p型半導体層12の結晶性などの品質が低下するか、または、p型半導体層12をエピタキシャル成長させる時間が長くなり、半導体基板SB1の製造時間が長くなるおそれがある。
As will be described later with reference to FIG. 11, the p-
n型半導体層13aは、n型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。n型半導体層13aは、p型半導体層12上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。n型半導体層13aは、窒素(N)またはリン(P)などのn型の不純物を含有する。n型半導体層13におけるn型の不純物濃度を、例えば1×1017〜4×1020cm−3程度とすることができる。また、n型半導体層13aの厚さを、例えば0.5〜30μm程度とすることができる。The n-
後述する図10を用いて説明するように、n型半導体層13aは、半導体基板SB1を用いて形成されるpnダイオードに含まれ、pnダイオードがオン状態の時に、n−型ドリフト層13bに電子を供給する。As will be described later with reference to FIG. 10, the n-
n−型ドリフト層13bは、n型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。n−型ドリフト層13bは、n型半導体層13a上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。n−型ドリフト層13bは、窒素(N)またはリン(P)などのn型の不純物を含有する。n−型ドリフト層13bにおけるn型の不純物濃度を、n型半導体層13aにおけるn型の不純物濃度よりも低くすることができ、例えば5×1013〜5×1016cm−3程度とすることができる。また、n−型ドリフト層13bの厚さを、例えば10〜300μm程度とすることができる。The n −
後述する図10を用いて説明するように、n−型ドリフト層13bは、半導体基板SB1を用いて形成されるpnダイオードに含まれ、pnダイオードがオン状態の時に、電子と正孔とが流れる層である。As will be described later with reference to FIG. 10, the n − -
p型半導体層14は、p型の半導体からなる層である。p型半導体層14は、n−型ドリフト層13b上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。p型半導体層14は、アルミニウム(Al)またはホウ素(B)などのp型の不純物を含有する。p型半導体層14におけるp型の不純物濃度を、例えば5×1016〜5×1019cm−3程度とすることができる。また、p型半導体層14の厚さを、例えば0.2〜20μm程度とすることができる。The p-
後述する図10を用いて説明するように、p型半導体層14は、半導体基板SB1を用いて形成されるpnダイオードに含まれ、pnダイオードがオン状態の時に、n−型ドリフト層13bに正孔を供給する。As will be described later with reference to FIG. 10, the p-
なお、n型半導体層13aと、n−型ドリフト層13bと、によりn型半導体層13が形成されているものとする。このとき、本実施の形態1の半導体基板SB1は、基体11と、基体11の上面11a上に形成されたp型半導体層12と、p型半導体層12上に形成されたn型半導体層13と、n型半導体層13上に形成されたp型半導体層14と、を有することになる。n型半導体層13aとn−型ドリフト層13bとを含むn型半導体層13は、p型半導体層12上に形成され、炭化ケイ素からなる。It is assumed that the n-
また、炭化ケイ素(SiC)として、3C−SiC、4h−SiC、6h−SiCなど、互いに異なる結晶構造を有する複数の種類のSiC、すなわち結晶多形が知られている。このうち、4h−SiCのバンドギャップは、約3.2eVであって、他の結晶構造を有するSiCのバンドギャップよりも大きい。また、4h−SiCからなる単結晶基板は、他の結晶構造を有するSiCからなる単結晶基板よりも容易に製造することができる。そのため、本実施の形態1では、SiCは、4h−SiCであることが望ましいものの、他の結晶構造を有するものであってもよい(以下の実施の形態においても同様)。 As silicon carbide (SiC), a plurality of types of SiC having different crystal structures such as 3C-SiC, 4h-SiC, and 6h-SiC, that is, crystal polymorphs are known. Among these, the band gap of 4h-SiC is about 3.2 eV, which is larger than the band gap of SiC having other crystal structures. A single crystal substrate made of 4h-SiC can be manufactured more easily than a single crystal substrate made of SiC having another crystal structure. Therefore, in this Embodiment 1, although SiC is desirably 4h-SiC, it may have other crystal structures (the same applies to the following embodiments).
また、本実施の形態1では、基体11、p型半導体層12、n型半導体層13a、n−型ドリフト層13bおよびp型半導体層14のいずれもがSiCからなる例について説明した。しかし、基体11、p型半導体層12、n型半導体層13a、n−型ドリフト層13bおよびp型半導体層14のいずれかまたは全てが、窒化ガリウム(GaN)またはガリウムヒ素(GaAs)など、SiC以外の化合物半導体からなるものでもよい(以下の実施の形態においても同様)。In the first embodiment, the example in which the
<実施の形態1の半導体装置>
図10は、実施の形態1の半導体基板の要部断面図である。なお、図10では、半導体装置の耐圧を確保するためにpnダイオードの両側に形成されるターミネーションなどの、半導体装置の周辺部分の構造、および、アノードと電気的に接続された電極パッドの構造、の図示を省略する。<Semiconductor Device of First Embodiment>
FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate of First Embodiment. In FIG. 10, the structure of the peripheral portion of the semiconductor device, such as termination formed on both sides of the pn diode to ensure the breakdown voltage of the semiconductor device, and the structure of the electrode pad electrically connected to the anode, Is omitted.
図10に示すように、実施の形態1の半導体装置は、n型半導体層13aと、n−型ドリフト層13bと、p型半導体層14と、アノード15と、カソード16と、を有する。実施の形態1の半導体装置は、2端子素子である半導体素子として、アノード15およびカソード16を有する、整流素子としてのpnダイオードを備えている。また、n型半導体層13aと、n−型ドリフト層13bと、によりn型半導体層13が形成され、n型半導体層13と、p型半導体層14と、により半導体基板SB1が形成されている。As shown in FIG. 10, the semiconductor device of the first embodiment includes an n-
n型半導体層13aは、n型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。n−型ドリフト層13bは、n型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。n−型ドリフト層13bは、n型半導体層3上に形成されている。p型半導体層14は、p型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。p型半導体層14は、n−型ドリフト層13b上に形成されている。The n-
図9を用いて説明したように、n型半導体層13aは、pnダイオードがオン状態の時に、n−型ドリフト層13bに電子を供給する。また、n−型ドリフト層13bは、pnダイオードがオン状態の時に、電子と正孔とが流れる層である。また、p型半導体層14は、pnダイオードがオン状態の時に、n−型ドリフト層13bに正孔を供給する。As described with reference to FIG. 9, the n-
アノード15は、p型半導体層14上に形成されている。アノード15は、例えばチタン(Ti)またはアルミニウム(Al)などからなる。
The
カソード16は、n型半導体層13a下、すなわちn型半導体層13aを挟んでn−型ドリフト層13bと反対側に形成されている。カソード16は、例えばアルミニウム(Al)などからなる。The
本実施の形態1の半導体装置では、n型半導体層13aにおける不純物濃度、および、n型半導体層13aの厚さを調整することができる。これにより、pnダイオードのオン状態で、n−型ドリフト層13bのうちn型半導体層13a側の部分におけるキャリア密度を、容易に調整することができる。In the semiconductor device of the first embodiment, the impurity concentration in the n-
なお、本実施の形態1の半導体装置は、前述した図4を用いて説明した比較例2の半導体装置の構成と同様の構成を有する。 Note that the semiconductor device of the first embodiment has the same configuration as that of the semiconductor device of Comparative Example 2 described with reference to FIG. 4 described above.
パワー半導体装置としての半導体装置に含まれる半導体素子においては、オン状態における損失、すなわち導通損失、および、オン状態とオフ状態との間で切り替わる際の損失、すなわちスイッチング損失を適切な範囲に調整することが望ましい。そして、例えば、Siからなる半導体素子を、異なる耐圧の範囲ごとに、SiCからなるバイポーラ素子としてのpnダイオードで置き換えることにより、パワー半導体装置の導通損失およびスイッチング損失を低減することができる。 In a semiconductor element included in a semiconductor device as a power semiconductor device, a loss in an on state, that is, a conduction loss, and a loss at the time of switching between an on state and an off state, that is, a switching loss are adjusted to an appropriate range. It is desirable. For example, by replacing the semiconductor element made of Si with a pn diode as a bipolar element made of SiC for each range of different breakdown voltages, the conduction loss and the switching loss of the power semiconductor device can be reduced.
耐圧が4.5kV未満の範囲では、SiCからなるpnダイオードは、Siからなるバイポーラ素子の内蔵電位(ビルトイン電圧)に対して約3倍の、2.7V程度の内蔵電位を有する。そのため、SiCからなるpnダイオードの導通損失は、Siからなるpnダイオードの導通損失よりも高い。しかし耐圧が6.5kVを超える範囲では、耐圧が上昇してもn−型ドリフト層13bの抵抗はあまり増加しないために、SiCからなるpnダイオードの導通損失は、Siからなるpnダイオードの導通損失、および、SiCからなるSBDの導通損失のいずれよりも低くなることが期待される。このような耐圧が6.5kVを超える範囲では、本実施の形態1のパワー半導体装置としての半導体装置は、高速鉄道における変圧器もしくは送電網またはSST(Solid State Transformer)などでの利用が期待される。When the breakdown voltage is less than 4.5 kV, the pn diode made of SiC has a built-in potential of about 2.7 V, which is about three times the built-in potential (built-in voltage) of the bipolar element made of Si. Therefore, the conduction loss of the pn diode made of SiC is higher than the conduction loss of the pn diode made of Si. However, if the breakdown voltage exceeds 6.5 kV, the resistance of the n − -
<実施の形態1の半導体装置の製造方法>
図11および図13〜図15は、実施の形態1の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図12は、実施の形態1の半導体装置の製造工程中の平面図である。<Method for Manufacturing Semiconductor Device of First Embodiment>
11 and 13 to 15 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of First Embodiment during the manufacturing steps thereof. FIG. 12 is a plan view of the semiconductor device of First Embodiment during the manufacturing process thereof.
なお、以下では、半導体基板SB1の下面(裏面)を研削した後、半導体基板SB1に、半導体素子としてのpnダイオードを形成する製造工程について説明する。 Hereinafter, a manufacturing process of forming a pn diode as a semiconductor element on the semiconductor substrate SB1 after grinding the lower surface (back surface) of the semiconductor substrate SB1 will be described.
本実施の形態1の半導体装置の製造工程では、まず、図9に示したように、n型のバルク基板である基体11を含む半導体基板SB1を用意する。半導体基板SB1は、基体11と、p型半導体層12と、n型半導体層13aと、n−型ドリフト層13bと、p型半導体層14と、を有する。In the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment, first, as shown in FIG. 9, a semiconductor substrate SB1 including a base 11 that is an n-type bulk substrate is prepared. The semiconductor substrate SB1 includes a
本実施の形態1の半導体装置の製造工程では、次に、図11に示すように、半導体基板SB1を基体11(図9参照)の下面11b(図9参照)側から研削することにより、基体11およびp型半導体層12(図9参照)を除去する。
In the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment, next, as shown in FIG. 11, the semiconductor substrate SB1 is ground from the
この半導体基板SB1を研削する工程では、半導体基板SB1の研削を開始する前に、まず、図12に示すように、半導体基板SB1の一部である部分PT1を切断線LN1で切断して試験片を作製する。そして、図13に示すように、作製された試験片の断面を走査型電子顕微鏡により観察する。 In the step of grinding the semiconductor substrate SB1, before starting the grinding of the semiconductor substrate SB1, first, as shown in FIG. 12, a portion PT1 which is a part of the semiconductor substrate SB1 is cut along a cutting line LN1 to form a test piece. Is made. And as shown in FIG. 13, the cross section of the produced test piece is observed with a scanning electron microscope.
このとき、p型半導体層12などのp型の半導体領域は負に帯電し、n型の基体11およびn型半導体層13aなどのn型の半導体領域は正に帯電するので、二次電子像で観察すると、電位コントラストによって、例えばp型の半導体領域は明るく見え、n型の半導体領域は暗く見える。言い換えれば、p型の半導体領域から放出される二次電子の量と、n型の半導体領域から放出される二次電子の量とが異なるため、p型の半導体領域における明るさと、n型の半導体領域における明るさが異なる。これにより、基体11とp型半導体層12とを明瞭に区別することができ、p型半導体層12とn型半導体層13aとを明瞭に区別することができる。
At this time, the p-type semiconductor region such as the p-
そのため、基体11およびp型半導体層12の各々の厚さの和である厚さTH11を正確に測定することができ、n型半導体層13a、n−型ドリフト層13bおよびp型半導体層14の各々の厚さの和である厚さTH12を正確に測定することができる。そして、半導体基板SB1を研削する所望の研削量(厚さTH11に等しい)を正確に決定することができる。Therefore, the thickness TH11, which is the sum of the thicknesses of the
すなわち、本実施の形態1の半導体基板の研削方法においては、半導体基板SB1の研削を開始する前に、半導体基板SB1の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像する。そして、撮像された画像におけるp型半導体層12とn型半導体層13aとの輝度差(コントラスト)、すなわちp型半導体層12とn型半導体層13aとの間の明るさの差に基づいて、半導体基板SB1を研削する研削量を決定する。
That is, in the semiconductor substrate grinding method of the first embodiment, before starting the grinding of the semiconductor substrate SB1, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB1 is taken with a scanning electron microscope. Then, based on the luminance difference (contrast) between the p-
なお、少なくともp型半導体層12とn型半導体層13aとを明瞭に区別することができればよいので、基体11がn型の半導体でなくてもよく、例えばp型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)単結晶からなるバルク基板であってもよい。
Note that the
この半導体基板SB1を研削する工程では、次に、決定された研削量で半導体基板SB1を基体11の下面11b側から研削することにより、基体11およびp型半導体層12を除去する。
In the step of grinding the semiconductor substrate SB1, next, the
比較例2の半導体装置の製造工程を説明する際に前述したのと同様に、半導体基板SB1を研削する研削量が正確に決定されない場合であって、かつ、n型半導体層13aの厚さが十分に厚くない場合を考える。このような場合には、半導体基板SB1を基体11の下面11b側から研削する際に、n型半導体層13aが除去されるか、または、n型半導体層13aが半導体基板SB1の下面(裏面)に露出しないおそれがある。
As described above when describing the manufacturing process of the semiconductor device of Comparative Example 2, the grinding amount for grinding the semiconductor substrate SB1 is not accurately determined, and the thickness of the n-
しかし、本実施の形態1の半導体装置の製造工程によれば、半導体素子に注入されるキャリアの注入量を容易に調整できる半導体装置の製造工程において、半導体基板SB1を研削する研削量を正確に決定することができる。そのため、n型半導体層13aが除去されず、かつ、n型半導体層13aが半導体基板SB1の下面(裏面)に露出するように、半導体基板SB1を基体11の下面11b側から正確な研削量で研削することができる。
However, according to the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, the grinding amount for grinding the semiconductor substrate SB1 can be accurately adjusted in the manufacturing process of the semiconductor device in which the injection amount of carriers injected into the semiconductor element can be easily adjusted. Can be determined. Therefore, the semiconductor substrate SB1 is accurately ground from the
また、基体11の上面11a内におけるn−型ドリフト層13bまたは基体11の厚さの均一性が低下した場合でも、基体11の上面11a内で、n型半導体層13aが除去される部分と、n型半導体層13aが半導体基板SB1の下面に露出しない部分とが、混在することを防止または抑制することができる。これにより、n型半導体層13a、n−型ドリフト層13bおよびp型半導体層14に形成される半導体素子としてpnダイオードの特性が、基体11の上面11a内で変動することを、防止または抑制することができる。In addition, even when the uniformity of the thickness of the n −
さらに、n型半導体層13aの厚さを厚くする必要もないので、半導体基板SB1の製造コストを低減することができる。
Furthermore, since it is not necessary to increase the thickness of the n-
以上説明した方法では、半導体基板SB1の研削を開始する前に、半導体基板SB1の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像した。しかし、半導体基板SB1の研削を開始した後、図14に示すように、基体11の一部がまだ残っている状態で、半導体基板SB1の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像してもよい。このような場合でも、基体11とp型半導体層12とを明瞭に区別することができ、p型半導体層12とn型半導体層13aとを明瞭に区別することができる。そのため、基体11のうち残っている部分、および、p型半導体層12の各々の厚さの和である厚さTH13を正確に測定することができる。そして、基体11のうち残っている部分、および、p型半導体層12を研削するための所望の研削量(厚さTH13に等しい)を、正確に決定することができる。
In the method described above, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB1 is taken with a scanning electron microscope before starting the grinding of the semiconductor substrate SB1. However, after starting the grinding of the semiconductor substrate SB1, as shown in FIG. 14, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB1 may be taken with a scanning electron microscope in a state where a part of the base 11 remains. . Even in such a case, the
研削量の精度は、研削量を決定した後、半導体基板SB1が研削される研削量の絶対値が小さいほど、向上する。したがって、半導体基板SB1の研削を開始した後、例えば、実際の研削量が適切な研削量の80%程度になるまで研削を行った後、半導体基板SB1の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像することにより、研削量の精度をさらに向上させることができる。 After determining the grinding amount, the accuracy of the grinding amount is improved as the absolute value of the grinding amount by which the semiconductor substrate SB1 is ground is smaller. Therefore, after starting the grinding of the semiconductor substrate SB1, for example, after grinding is performed until the actual grinding amount becomes about 80% of the appropriate grinding amount, an image of the cross section of the semiconductor substrate SB1 is taken by the scanning electron microscope. By doing so, the precision of the grinding amount can be further improved.
すなわち、本実施の形態1の半導体基板の研削方法においては、基体11が除去される前に、半導体基板SB1の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像すればよい。そして、撮像された画像におけるp型半導体層12とn型半導体層13aとの輝度差(コントラスト)、すなわちp型半導体層12とn型半導体層13aとの間の明るさの差に基づいて、半導体基板SB1を研削する研削量を決定すればよい。
That is, in the method for grinding a semiconductor substrate according to the first embodiment, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB1 may be taken with a scanning electron microscope before the
このとき、本実施の形態1の半導体基板の厚さの測定方法においては、基体11が除去される前に、半導体基板SB1の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像することになる。そして、撮像された画像におけるp型半導体層12とn型半導体層13aとの輝度差(コントラスト)、すなわちp型半導体層12とn型半導体層13aとの間の明るさの差に基づいて、基体11およびp型半導体層12の各々の厚さの和を測定することになる。
At this time, in the method for measuring the thickness of the semiconductor substrate according to the first embodiment, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB1 is taken with a scanning electron microscope before the base 11 is removed. Then, based on the luminance difference (contrast) between the p-
実施の形態1の半導体装置の製造工程では、次に、半導体素子としてのpnダイオードを形成する。 In the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment, a pn diode as a semiconductor element is formed next.
このpnダイオードを形成する工程では、まず、図15に示すように、p型半導体層14上にアノード15を形成する。アノード15は、例えばチタン(Ti)またはアルミニウム(Al)などからなるアノード15を、p型半導体層14上に、例えば蒸着法またはスパッタ法などにより形成する。これにより、p型半導体層14と電気的に接続されたアノード15が形成される。
In the step of forming the pn diode, first, as shown in FIG. 15, the
なお、図15では図示は省略するが、半導体装置の耐圧を確保するためにpnダイオードの両側に形成されるターミネーションなどの、半導体装置の周辺部分、および、アノードと電気的に接続された電極パッド、を形成してもよい。 Although not shown in FIG. 15, peripheral portions of the semiconductor device, such as terminations formed on both sides of the pn diode to ensure the breakdown voltage of the semiconductor device, and electrode pads electrically connected to the anode , May be formed.
また、図15に示すように、n型半導体層13aの下面(裏面)、すなわちn型半導体層13aのうちn−型ドリフト層13bと反対側の部分に、不純物を例えばイオン注入法により注入し、注入された不純物を活性化するために熱処理を行って、n型半導体層16aを形成してもよい。n型半導体層16aは、n型半導体層13aとカソード16(図10参照)との間のコンタクト抵抗を低減する。As shown in FIG. 15, impurities are implanted into the lower surface (rear surface) of the n-
次に、図10に示すように、n型半導体層13a下、すなわちn型半導体層13aを挟んでn−型ドリフト層13bと反対側に、カソード16を形成する。例えばアルミニウム(Al)などからなるカソード16を、n型半導体層13aの下面に、例えば蒸着法またはスパッタ法などにより形成する。これにより、n型半導体層13aと電気的に接続されたカソード16が形成され、半導体基板SB1のn型半導体層13およびp型半導体層14に、半導体素子としてのpnダイオードが形成される。以上のようにして、本実施の形態1の半導体装置を製造することができる。Next, as shown in FIG. 10, the
以上説明した製造工程により本実施の形態1の半導体装置を製造する場合には、n型半導体層13aにおける不純物濃度を、例えばn型の基体11における不純物濃度よりも高くすることができる。このとき、pnダイオードにカソード側から注入されるキャリア、すなわち電子の注入量を、容易に増加させることができ、比較例1の半導体装置に比べ、導通損失を低減することができる。
When the semiconductor device of the first embodiment is manufactured by the manufacturing process described above, the impurity concentration in the n-
あるいは、以上説明した製造工程により本実施の形態1の半導体装置を製造する場合には、n型半導体層13aにおける不純物濃度を、例えばn型の基体11における不純物濃度よりも低くすることもできる。このとき、pnダイオードにカソード側から注入されるキャリア、すなわち電子の注入量を、容易に減少させることができ、比較例1の半導体装置に比べ、スイッチング損失を低減することができる。
Alternatively, when the semiconductor device of the first embodiment is manufactured by the manufacturing process described above, the impurity concentration in the n-
なお、上記特許文献1に開示された技術では、半導体基板の上面(表面)をCMP法により研磨して平坦化する。一方、本実施の形態1では、半導体基板の下面(裏面)を研削する。また、本実施の形態1で、半導体基板の下面を研削する研削量は、上記特許文献1に開示された技術において、半導体基板の上面を研磨する研磨量に比べて、極めて多い。さらに、上記特許文献1に開示された技術では、半導体素子中に同位体元素を含有させるため、半導体装置の製造工程が複雑になる。したがって、本実施の形態1の半導体装置の製造工程を行う場合、上記特許文献1に開示された技術を用いる場合に比べ、半導体基板の下面を研削する際の終点検出を容易に行うことができる(以下の実施の形態においても同様)。 In the technique disclosed in Patent Document 1, the upper surface (front surface) of the semiconductor substrate is polished and planarized by a CMP method. On the other hand, in the first embodiment, the lower surface (back surface) of the semiconductor substrate is ground. In the first embodiment, the grinding amount for grinding the lower surface of the semiconductor substrate is much larger than the grinding amount for polishing the upper surface of the semiconductor substrate in the technique disclosed in Patent Document 1. Furthermore, in the technique disclosed in Patent Document 1, since the isotope element is contained in the semiconductor element, the manufacturing process of the semiconductor device becomes complicated. Therefore, when performing the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment, it is possible to easily detect the end point when grinding the lower surface of the semiconductor substrate as compared with the case where the technique disclosed in Patent Document 1 is used. (The same applies to the following embodiments).
<実施の形態1の半導体装置の製造方法の変形例>
上記した製造工程では、半導体基板SB1の下面(裏面)を研削した後、半導体基板SB1に、pnダイオードを形成した。一方、以下に説明する変形例の製造工程では、半導体基板SB1の上面(表面)に、pnダイオードのうちカソード16以外の部分を形成した後、半導体基板SB1の下面(裏面)を研削する。<Modification of Manufacturing Method of Semiconductor Device of First Embodiment>
In the manufacturing process described above, after the lower surface (back surface) of the semiconductor substrate SB1 is ground, a pn diode is formed on the semiconductor substrate SB1. On the other hand, in the manufacturing process of the modified example described below, a portion other than the
図16および図17は、実施の形態1の変形例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 16 and 17 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device according to the modification of the first embodiment.
本変形例の製造工程でも、まず、実施の形態1の製造工程と同様に、図9に示したように、n型のバルク基板である基体11を含む半導体基板SB1を用意する。 Also in the manufacturing process of the present modification, first, as in the manufacturing process of the first embodiment, as shown in FIG. 9, a semiconductor substrate SB1 including a base 11 that is an n-type bulk substrate is prepared.
本変形例の製造工程では、次に、実施の形態1と異なり、図16に示すように、半導体素子としてのpnダイオードのうち、半導体基板SB1の上面側の部分を形成する。具体的には、p型半導体層14上に、アノード15を形成する。このアノード15を形成する工程については、実施の形態1の製造工程におけるアノード15を形成する工程と同様に行うことができる。これにより、p型半導体層14に、pnダイオードのうち、半導体基板SB1の上面側の部分が形成される。
In the manufacturing process of the present modification, next, unlike the first embodiment, as shown in FIG. 16, a portion of the pn diode as the semiconductor element on the upper surface side of the semiconductor substrate SB1 is formed. Specifically, the
本変形例の製造工程では、次に、図17に示すように、半導体基板SB1を基体11(図16参照)の下面11b(図16参照)側から研削することにより、基体11およびp型半導体層12(図16参照)を除去する。この半導体基板SB1を研削する工程については、実施の形態1の製造工程における半導体基板SB1を研削する工程と同様に行うことができる。
In the manufacturing process of the present modification, next, as shown in FIG. 17, the semiconductor substrate SB1 is ground from the
本変形例の製造工程では、次に、図10に示すように、n型半導体層13a下、すなわちn型半導体層13aを挟んでn−型ドリフト層13bと反対側に、カソード16を形成する。このカソード16を形成する工程については、実施の形態1の製造工程におけるカソード16を形成する工程と同様に行うことができる。これにより、n型半導体層13aに、pnダイオードのうち、半導体基板SB1の下面側の部分が形成される。以上のようにして、実施の形態1の半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。In the manufacturing process of this modification, next, as shown in FIG. 10, the
本変形例の製造工程では、半導体基板SB1の上面(表面)に、pnダイオードのうちカソード16以外の部分を形成した後、半導体基板SB1の下面(裏面)を研削する。これにより、研削される前の厚い半導体基板SB1を用いて、pnダイオードのうちカソード16以外の部分を形成することができる。したがって、pnダイオードのうちカソード16以外の部分を形成する際に、半導体基板SB1が破損することをより確実に防止することができる。
In the manufacturing process of this modification, a portion other than the
(実施の形態2)
実施の形態1では、半導体基板SB1として、p型半導体層12が、基体11上に直接形成された例について説明した。一方、実施の形態2では、半導体基板SB1として、p型半導体層12が、基体11上にバッファ層を介して形成された例について説明する。(Embodiment 2)
In the first embodiment, the example in which the p-
なお、本実施の形態2の半導体基板、半導体装置および半導体基板の製造方法については、p型半導体層12が、基体11上にバッファ層を介して形成されている点を除き、実施の形態1の半導体基板、半導体装置および半導体基板の製造方法と同様にすることができ、これらの実施の形態1と同様の部分の説明を省略する。
Note that the semiconductor substrate, the semiconductor device, and the method for manufacturing the semiconductor substrate according to the second embodiment are the same as those in the first embodiment except that the p-
図18は、実施の形態2の半導体基板の要部断面図である。 FIG. 18 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate of the second embodiment.
図18に示すように、本実施の形態2でも、実施の形態1と同様に、半導体基板SB1は、n型の基体11と、p型半導体層12と、n型半導体層13aと、n−型ドリフト層13bと、p型半導体層14と、を有する。As shown in FIG. 18, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the semiconductor substrate SB1 includes an n-
一方、本実施の形態2では、実施の形態1と異なり、基体11とp型半導体層12との間に、バッファ層としてのn型半導体層25が介在する。すなわち、n型半導体層25は、基体11上に形成され、p型半導体層12は、基体11上に、n型半導体層25を介して形成されている。n型半導体層25は、炭化ケイ素(SiC)からなる基体11に形成している基底面転位などの結晶欠陥が、p型半導体層12に連続して形成されることを防止または抑制する。そのため、n型半導体層25が形成されることにより、n型半導体層13a、n−型ドリフト層13bおよびp型半導体層14に形成される半導体素子としてpnダイオードの特性を向上させることができる。On the other hand, in the second embodiment, unlike the first embodiment, an n-
n型半導体層25は、n型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。n型半導体層25は、基体11上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。n型半導体層25は、窒素(N)またはリン(P)などのn型の不純物を含有する。n型半導体層25におけるn型の不純物濃度を、例えば1×1016〜1×1019cm−3程度とすることができる。また、n型半導体層25の厚さを、例えば0.5〜30μm程度とすることができる。The n-
なお、本実施の形態2では、半導体装置の製造工程において、半導体基板SB1を基体11の下面11b側から研削することにより、基体11およびp型半導体層12を除去する際に、n型半導体層25も除去される。
In the second embodiment, the n-type semiconductor layer is removed when the
(実施の形態3)
本発明の一実施の形態である実施の形態3の半導体装置、半導体基板、および、半導体装置の製造方法を、比較例3および比較例4の半導体装置、ならびに、比較例4の半導体装置の製造方法と対比しながら、説明する。なお、本実施の形態3では、半導体素子としてIGBTが形成される例について説明する。(Embodiment 3)
The manufacturing method of the semiconductor device, the semiconductor substrate, and the semiconductor device of the third embodiment which is an embodiment of the present invention is the same as that of the semiconductor device of comparative example 3 and comparative example 4, and the manufacturing of the semiconductor device of comparative example 4. This will be explained in comparison with the method. Note that in Embodiment 3, an example in which an IGBT is formed as a semiconductor element will be described.
<比較例3の半導体装置>
図19は、比較例3の半導体装置の要部断面図である。<Semiconductor Device of Comparative Example 3>
FIG. 19 is a cross-sectional view of main parts of the semiconductor device of Comparative Example 3.
図19に示すように、比較例3の半導体装置は、n型の基体131と、p型半導体層134aと、p−型ドリフト層134bと、n型半導体領域135と、p型半導体領域136と、ゲート絶縁膜137と、ゲート電極138と、層間絶縁膜139と、開口部140と、エミッタ電極141と、コレクタ電極142と、を有する。比較例3の半導体装置は、3端子素子としての半導体素子として、ゲート電極138、エミッタ電極141およびコレクタ電極142を有するpチャネル型のIGBTを備えている。なお、n型の基体131と、p型半導体層134aと、p−型ドリフト層134bと、により半導体基板SB103が形成されている。As shown in FIG. 19, the semiconductor device of Comparative Example 3 includes an n-
基体131は、上面131a、および、上面131aと反対側の下面131b、を有する。基体131の上面131a上にp型半導体層134aが形成され、p型半導体層134a上にp−型ドリフト層134bが形成されている。p−型ドリフト層134bの上層部にn型半導体領域135が形成され、n型半導体領域135の上層部にp型半導体領域136が形成され、p−型ドリフト層134bとp型半導体領域136とに挟まれた部分のn型半導体領域135上に、ゲート絶縁膜137を介してゲート電極138が形成されている。半導体基板SB103上に、ゲート電極138を覆う層間絶縁膜139が形成され、層間絶縁膜139に、層間絶縁膜139を貫通してn型半導体領域135およびp型半導体領域136に達する開口部140が形成され、開口部140内および層間絶縁膜139上に、n型半導体領域135およびp型半導体領域136と接触したエミッタ電極141が形成されている。基体131の下面131bにコレクタ電極142が形成されている。The
基体131は、n型の炭化ケイ素(SiC)単結晶からなるバルク基板である。p型半導体層134aは、p型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。p型半導体層134aは、基体131上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。p−型ドリフト層134bは、p型半導体層134a上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。The
このようなIGBTにおいて、コレクタ電極142とエミッタ電極141との間に電圧を印加した状態で、必要な電圧をゲート電極138に印加してIGBTをオン状態にする。このとき、ゲート絶縁膜137近傍のn型半導体領域135に反転層が形成され、正孔が反転層を通してp型半導体領域136からp−型ドリフト層134bに流入する。このとき、電子がn型の基体131からp−型ドリフト層134bに流入する。この結果、p−型ドリフト層134bには、前述した伝導度変調効果により、p−型ドリフト層134bにおける不純物濃度により決定されるキャリア密度よりも高い密度で電子および正孔が蓄積されるので、IGBTがオン状態のときには、n−型ドリフト層113bの抵抗が低くなる。In such an IGBT, with a voltage applied between the
このようなIGBTでも、p−型ドリフト層134bに蓄積される電子および正孔の蓄積量、すなわちキャリアの注入量によって、スイッチング損失と導通損失が変化し、導通損失とスイッチング損失との間にトレードオフの関係があることは、実施の形態1で図2および図3を用いて説明したpnダイオードの場合と同様である。Even in such an IGBT, the switching loss and the conduction loss vary depending on the amount of electrons and holes accumulated in the p −
比較例3の半導体装置では、例えばp型半導体領域136およびn型半導体領域135における不純物濃度を調整することにより、IGBTのオン状態で、p−型ドリフト層134bにおけるキャリア密度を容易に調整することができる。しかし、基体131における不純物濃度は、n型のバルク基板である基体131の仕様により一定の値に固定されているため、p−型ドリフト層134bにおけるキャリア密度を容易に調整することができない。In the semiconductor device of Comparative Example 3, the carrier density in the p −
すなわち、比較例3の半導体装置では、IGBTにコレクタ側から注入されるキャリアの注入量が少ないという問題がある。また、n型のバルク基板としての基体131における不純物濃度の上限値は、1×1018cm−3程度であるため、p−型ドリフト層134bにコレクタ側から注入されるキャリアの注入量を容易に調整することができない。That is, the semiconductor device of Comparative Example 3 has a problem that the amount of carriers injected into the IGBT from the collector side is small. Further, since the upper limit value of the impurity concentration in the base 131 as an n-type bulk substrate is about 1 × 10 18 cm −3 , the amount of carriers injected into the p − -
<比較例4の半導体装置>
一方、p−型ドリフト層134bにおけるキャリア密度を、容易に調整することができる半導体装置として、比較例4の半導体装置が考えられる。図20は、比較例4の半導体装置の要部断面図である。<Semiconductor Device of Comparative Example 4>
On the other hand, the semiconductor device of Comparative Example 4 is conceivable as a semiconductor device that can easily adjust the carrier density in the p − -
比較例4の半導体装置は、n型の基体131(図19参照)に代え、n型半導体層133を有する点で、比較例3の半導体装置と異なる。比較例4の半導体装置では、n型半導体層133における不純物濃度、および、n型半導体層133の厚さを調整することにより、IGBTのオン状態で、p−型ドリフト層134bにおけるキャリア密度を、容易に調整することができる。The semiconductor device of Comparative Example 4 is different from the semiconductor device of Comparative Example 3 in that an n-
なお、p型半導体層134aと、p−型ドリフト層134bと、によりp型半導体層134が形成されている。また、比較例4の半導体装置は、後述する図26を用いて説明する実施の形態3の半導体装置の構成と同様の構成を有する。The p-
<比較例4の半導体装置の製造方法>
図21は、比較例4の半導体基板の要部断面図である。図22〜図24は、比較例4の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。<Method for Manufacturing Semiconductor Device of Comparative Example 4>
FIG. 21 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor substrate of Comparative Example 4. 22 to 24 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of Comparative Example 4 during the manufacturing process.
比較例4の半導体装置の製造工程では、まず、図21に示すように、n型のバルク基板である基体131を含む半導体基板SB103を用意する。基体131は、上面131a、および、上面131aと反対側の下面131b、を含む。また、半導体基板SB103は、基体131上に形成されたn型半導体層133と、n型半導体層133上に形成されたp型半導体層134aと、p型半導体層134a上に形成されたp−型ドリフト層134bと、を有する。n型半導体層133における不純物濃度は、基体131における不純物濃度よりも高い。In the manufacturing process of the semiconductor device of Comparative Example 4, first, as shown in FIG. 21, a semiconductor substrate SB103 including a base 131 that is an n-type bulk substrate is prepared. The
比較例4の半導体装置の製造工程では、次に、図22に示すように、半導体基板SB103を基体131(図21参照)の下面131b(図21参照)側から研削することにより、基体131を除去する。このとき、半導体基板SB103を研削する研削量を決定し、決定された研削量で半導体基板SB103を研削することになる。
In the manufacturing process of the semiconductor device of Comparative Example 4, next, as shown in FIG. 22, the
ここで、半導体基板SB103を研削する研削量が正確に決定されない場合であって、かつ、n型半導体層133の厚さが十分に厚くない場合を考える。このような場合には、図23に示すように、決定された研削量が適切な研削量よりも多くなって、n型半導体層133が除去されるおそれがある。あるいは、図24に示すように、決定された研削量が適切な研削量よりも少なくなって、n型半導体層133(図21参照)が半導体基板SB103の下面(裏面)に露出しないおそれがある。また、基体131(図21参照)の上面131a(図21参照)内におけるp型半導体層134または基体131の厚さの均一性が低下した場合には、基体131の上面131a内で、n型半導体層133が除去される部分と、n型半導体層133が半導体基板SB103の下面に露出しない部分とが、混在するおそれがある。
Here, a case where the grinding amount for grinding the semiconductor substrate SB103 is not accurately determined and the thickness of the n-
半導体基板SB103を研削する研削量が正確に決定されない場合であっても、n型半導体層133の厚さが十分に厚い場合には、n型半導体層133が除去されず、かつ、n型半導体層133が半導体基板SB103の下面に露出するように、適切に研削することができる。しかし、n型半導体層133の厚さが厚すぎる場合には、半導体基板SB103の製造コストが増大するおそれがある。
Even if the grinding amount for grinding the semiconductor substrate SB103 is not accurately determined, if the thickness of the n-
すなわち、比較例4の半導体装置では、IGBTにコレクタ側から注入されるキャリアの注入量を多くするなど容易に調整できるものの、半導体基板SB103を研削する研削量を正確に決定することが困難であるという問題がある。 That is, in the semiconductor device of Comparative Example 4, although the amount of carriers injected into the IGBT from the collector side can be easily adjusted, it is difficult to accurately determine the amount of grinding of the semiconductor substrate SB103. There is a problem.
<実施の形態3の半導体基板>
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態3の半導体基板を、図面を参照して説明する。本実施の形態3の半導体基板は、比較例3および比較例4において上記した問題を解決するために、IGBTを形成するために用いられる半導体基板であって、n型の炭化ケイ素からなる基体上に、第1のp型半導体層と、n型半導体層と、第2のp型半導体層とが積層された半導体基板である。<Semiconductor substrate of Embodiment 3>
Next, the semiconductor substrate of Embodiment 3 which is one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconductor substrate according to the third embodiment is a semiconductor substrate used for forming an IGBT in order to solve the above-described problems in Comparative Example 3 and Comparative Example 4, and is on a substrate made of n-type silicon carbide. And a semiconductor substrate in which a first p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and a second p-type semiconductor layer are stacked.
図25は、実施の形態3の半導体基板の要部断面図である。 FIG. 25 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate of Third Embodiment.
図25に示すように、本実施の形態3の半導体基板SB3は、n型の基体31と、p型半導体層32と、n型半導体層33と、p型半導体層34aと、p−型ドリフト層34bと、を有する。As shown in FIG. 25, the semiconductor substrate SB3 of the third embodiment includes an n-
基体31は、第1面としての上面31a、および、上面31aと反対側の第2面としての下面31b、を有する。基体31の上面31a上にp型半導体層32が形成され、p型半導体層32上にn型半導体層33が形成され、n型半導体層33上にp型半導体層34aが形成され、p型半導体層34a上にp−型ドリフト層34bが形成されている。The
基体31は、例えばn型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)単結晶からなるバルク基板である。基体31は、例えば昇華法などにより形成されている。基体31は、窒素(N)またはリン(P)などのn型の不純物を含有する。基体31におけるn型の不純物濃度を、例えば1×1016〜2×1019cm−3程度とすることができる。また、基体31の厚さを、100〜1000μm程度とすることができる。The
p型半導体層32は、例えばp型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。p型半導体層32は、基体31の上面31a上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。p型半導体層32は、アルミニウム(Al)またはホウ素(B)などのp型の不純物を含有する。p型半導体層32におけるp型の不純物濃度を、例えば1×1014〜5×1019cm−3程度とすることができる。また、p型半導体層32の厚さを、例えば0.1〜30μm程度とすることができる。The p-
後述する図27を用いて説明するように、p型半導体層32は、半導体基板SB3を基体31の下面31b側から研削することにより基体31およびp型半導体層32を除去する際に、半導体基板SB3の断面の画像を走査型電子顕微鏡で撮像して適切な研削量を決定するためのマーカーである。そのため、p型半導体層32の厚さが0.1μm未満の場合、p型半導体層32の厚さが薄すぎて、走査型電子顕微鏡でp型半導体層32を観察できないおそれがある。一方、p型半導体層32の厚さが30μmを超える場合、p型半導体層32の厚さが厚すぎて、p型半導体層32の結晶性などの品質が低下するか、または、p型半導体層32をエピタキシャル成長させる時間が長くなり、半導体基板SB3の製造時間が長くなるおそれがある。
As will be described later with reference to FIG. 27, the p-
n型半導体層33は、n型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。n型半導体層33は、p型半導体層32上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。n型半導体層33は、窒素(N)またはリン(P)などのn型の不純物を含有する。n型半導体層33におけるn型の不純物濃度を、例えば1×1017〜4×1020cm−3程度とすることができる。また、n型半導体層33の厚さを、例えば0.5〜30μm程度とすることができる。The n-
後述する図26を用いて説明するように、n型半導体層33は、半導体基板SB3を用いて形成されるIGBTに含まれ、IGBTがオン状態の時に、p−型ドリフト層34bに電子を供給する。As will be described later with reference to FIG. 26, the n-
p型半導体層34aは、p型の半導体からなる層である。p型半導体層34aは、n型半導体層33上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。p型半導体層34aは、アルミニウム(Al)またはホウ素(B)などのp型の不純物を含有する。p型半導体層34aにおけるp型の不純物濃度を、例えば4×1015〜1×1019cm−3程度とすることができる。また、p型半導体層34aの厚さを、例えば0.5〜20μm程度とすることができる。The p-
後述する図26を用いて説明するように、p型半導体層34aは、半導体基板SB3を用いて形成されるIGBTに含まれ、IGBTに耐圧相当の電圧を印加したときに、p−型ドリフト層34bから延びた空乏層を終端させる。p型半導体層34aは、フィールドストップ層とも称される。As will be described later with reference to FIG. 26, the p-
p−型ドリフト層34bは、p型の半導体からなる層である。p−型ドリフト層34bは、p型半導体層34a上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。p−型ドリフト層34bは、アルミニウム(Al)またはホウ素(B)などのp型の不純物を含有する。p−型ドリフト層34bにおけるp型の不純物濃度を、例えば5×1013〜1×1016cm−3程度であって、かつ、p型半導体層34aにおけるp型の不純物濃度よりも低くすることができる。また、p−型ドリフト層34bの厚さを、例えば10〜300μm程度とすることができる。The p −
後述する図26を用いて説明するように、p−型ドリフト層34bは、半導体基板SB3を用いて形成されるIGBTに含まれ、IGBTがオン状態の時に、電子と正孔とが流れる層であり、実施の形態1におけるp−型ドリフト層13bと同様な機能を有する。As will be described later with reference to FIG. 26, the p −
なお、p型半導体層34aと、p−型ドリフト層34bと、によりp型半導体層34が形成されているものとする。このとき、本実施の形態3の半導体基板SB3は、基体31と、基体31の上面31a上に形成されたp型半導体層32と、p型半導体層32上に形成されたn型半導体層33と、n型半導体層33上に形成されたp型半導体層34と、を有することになる。p型半導体層34aとp−型ドリフト層34bとを含むp型半導体層34は、n型半導体層33上に形成され、炭化ケイ素からなる。It is assumed that the p-
<実施の形態3の半導体装置>
図26は、実施の形態3の半導体基板の要部断面図である。<Semiconductor Device of Third Embodiment>
FIG. 26 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate of the third embodiment.
図26に示すように、本実施の形態3の半導体装置は、n型半導体層33と、p型半導体層34aと、p−型ドリフト層34bと、n型半導体領域35と、p型半導体領域36と、ゲート絶縁膜37と、ゲート電極38と、層間絶縁膜39と、開口部40と、エミッタ電極41と、コレクタ電極42と、を有する。As shown in FIG. 26, the semiconductor device of the third embodiment includes an n-
実施の形態3の半導体装置は、3端子素子としての半導体素子として、ゲート電極38、エミッタ電極41およびコレクタ電極42を有するpチャネル型のIGBTを備えている。IGBTは、ゲート電極38に印加する電圧を制御してオン状態とオフ状態とを切り替えることにより、エミッタ電極41とコレクタ電極42との間を流れる電流を制御する。また、p型半導体層34aと、p−型ドリフト層34bと、によりp型半導体層34が形成され、n型半導体層33と、p型半導体層34aと、p−型ドリフト層34bと、により半導体基板SB3が形成されている。The semiconductor device of the third embodiment includes a p-channel IGBT having a
n型半導体層33は、n型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。p型半導体層34aは、p型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。p型半導体層34aは、n型半導体層33上に形成されている。p−型ドリフト層34bは、p型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。p−型ドリフト層34bは、p型半導体層34a上に形成されている。The n-
図25を用いて説明したように、n型半導体層33は、IGBTがオン状態の時に、p−型ドリフト層34bに電子を供給する。また、p型半導体層34aは、フィールドストップ層とも称され、IGBTに耐圧相当の電圧を印加したときに、p−型ドリフト層34bから延びた空乏層を終端させる。また、p−型ドリフト層34bは、IGBTがオン状態の時に、電子と正孔とが流れる層である。As described with reference to FIG. 25, the n-
p−型ドリフト層34bの上層部にn型半導体領域35が形成され、n型半導体領域35の上層部にp型半導体領域36が形成され、p−型ドリフト層34bとp型半導体領域36とに挟まれた部分のn型半導体領域35上に、ゲート絶縁膜37を介してゲート電極38が形成されている。ゲート絶縁膜37は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜などからなる。ゲート電極38は、例えばホウ素(B)などのp型の不純物が高濃度で拡散されたポリシリコン膜などからなる。p - n-
半導体基板SB3上に、ゲート電極38を覆う層間絶縁膜39が形成されている。層間絶縁膜39は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜などからなる。An interlayer insulating
層間絶縁膜39に、層間絶縁膜39を貫通してn型半導体領域35およびp型半導体領域36に達する開口部40が形成され、開口部40内および層間絶縁膜39上に、n型半導体領域35およびp型半導体領域36と接触したエミッタ電極41が形成されている。エミッタ電極41は、例えばチタン(Ti)またはアルミニウム(Al)などからなる。
An
基体31の下面31bにコレクタ電極42が形成されている。コレクタ電極42は、例えばアルミニウム(Al)などからなる。
A
本実施の形態3の半導体装置では、n型半導体層33における不純物濃度、および、n型半導体層33の厚さを調整することができる。これにより、IGBTのオン状態で、p−型ドリフト層34bにおけるキャリア密度を、容易に調整することができる。In the semiconductor device of the third embodiment, the impurity concentration in the n-
なお、本実施の形態3の半導体装置は、前述した図21を用いて説明した比較例4の半導体装置の構成と同様の構成を有する。 The semiconductor device according to the third embodiment has the same configuration as that of the semiconductor device according to the comparative example 4 described with reference to FIG.
また、本実施の形態3の半導体装置に備えられたIGBTは、p−型ドリフト層34bとp型半導体領域36とに挟まれた部分のn型半導体領域35上に、ゲート絶縁膜37を介してゲート電極38が形成された、いわゆるプレーナ型のIGBTである。しかし、本実施の形態3の半導体装置では、p−型ドリフト層34bとp型半導体領域36とに挟まれた部分のn型半導体領域35の表面に、ゲート絶縁膜37を介してゲート電極38が形成されていればよい。したがって、本実施の形態3の半導体装置に備えられたIGBTは、p−型ドリフト層34bとp型半導体領域36とに挟まれた部分のn型半導体領域35の側面に、ゲート絶縁膜37を介してゲート電極38が形成された、いわゆるトレンチゲート型のIGBTであってもよい。The IGBT provided in the semiconductor device of the third embodiment has a
実施の形態1で前述したように、パワー半導体装置としての半導体装置に含まれる半導体素子においては、導通損失およびスイッチング損失を適切な範囲に調整することが望ましい。そして、例えば、Siからなる半導体素子を、異なる耐圧の範囲ごとに、SiCからなるバイポーラ素子としてのIGBTで置き換えることにより、パワー半導体装置の導通損失およびスイッチング損失を低減することができる。 As described above in the first embodiment, in the semiconductor element included in the semiconductor device as the power semiconductor device, it is desirable to adjust the conduction loss and the switching loss to appropriate ranges. For example, by replacing a semiconductor element made of Si with an IGBT as a bipolar element made of SiC for each range of different breakdown voltages, conduction loss and switching loss of the power semiconductor device can be reduced.
また、実施の形態1で前述したように、耐圧が6.5kVを超える範囲では、SiCからなるIGBTの導通損失は、SiからなるIGBTの導通損失、および、SiCからなるMOSFETの導通損失のいずれよりも低くなることが期待される。このような耐圧が6.5kVを超える範囲では、本実施の形態3のパワー半導体装置としての半導体装置は、高速鉄道における変圧器もしくは送電網またはSSTなどでの利用が期待される。 As described above in the first embodiment, in the range where the breakdown voltage exceeds 6.5 kV, the conduction loss of the IGBT made of SiC is either the conduction loss of the IGBT made of Si or the conduction loss of the MOSFET made of SiC. Is expected to be lower. In such a range where the withstand voltage exceeds 6.5 kV, the semiconductor device as the power semiconductor device of the third embodiment is expected to be used in a transformer, a power transmission network, or an SST in a high-speed railway.
<実施の形態3の半導体装置の製造方法>
図27〜図30は、実施の形態3の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。<Method for Manufacturing Semiconductor Device of Third Embodiment>
27 to 30 are main-portion cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of Third Embodiment.
なお、以下では、半導体基板SB1の下面(裏面)を研削した後、半導体基板SB1に、半導体素子としてのIGBTを形成する製造工程について説明する。 In the following, a manufacturing process for forming an IGBT as a semiconductor element on the semiconductor substrate SB1 after grinding the lower surface (back surface) of the semiconductor substrate SB1 will be described.
本実施の形態3の半導体装置の製造工程では、まず、図25に示したように、n型のバルク基板である基体31を含む半導体基板SB3を用意する。半導体基板SB3は、基体31と、p型半導体層32と、n型半導体層33と、p型半導体層34aと、p−型ドリフト層34bと、を有する。In the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment, first, as shown in FIG. 25, a semiconductor substrate SB3 including a base 31 that is an n-type bulk substrate is prepared. The semiconductor substrate SB3 includes a
本実施の形態3の半導体装置の製造工程では、次に、図27に示すように、半導体基板SB3を基体31(図25参照)の下面31b(図25参照)側から研削することにより、基体31およびp型半導体層32(図25参照)を除去する。
In the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment, next, as shown in FIG. 27, the semiconductor substrate SB3 is ground from the
この半導体基板SB3を研削する工程では、半導体基板SB3の研削を開始する前に、まず、図12に示すように、半導体基板SB3の一部である部分PT3を切断線LN3で切断して試験片を作製する。そして、図28に示すように、作製された試験片の断面を走査型電子顕微鏡により観察する。 In the step of grinding the semiconductor substrate SB3, before starting the grinding of the semiconductor substrate SB3, first, as shown in FIG. 12, a portion PT3 which is a part of the semiconductor substrate SB3 is cut along a cutting line LN3 to form a test piece. Is made. And as shown in FIG. 28, the cross section of the produced test piece is observed with a scanning electron microscope.
このとき、p型半導体層32などのp型の半導体領域は負に帯電し、n型の基体31およびn型半導体層33などのn型の半導体領域は正に帯電するので、二次電子像で観察すると、電位コントラストによって、例えばp型の半導体領域は明るく見え、n型の半導体領域は暗く見える。これにより、基体31とp型半導体層32とを明瞭に区別することができ、p型半導体層32とn型半導体層33とを明瞭に区別することができる。
At this time, the p-type semiconductor regions such as the p-
そのため、基体31およびp型半導体層32の各々の厚さの和である厚さTH31を正確に測定することができ、n型半導体層33、p型半導体層34aおよびp−型ドリフト層34bの各々の厚さの和である厚さTH32を正確に測定することができる。そして、半導体基板SB3を研削する所望の研削量(厚さTH31に等しい)を正確に決定することができる。Therefore, the thickness TH31, which is the sum of the thicknesses of the
すなわち、本実施の形態3の半導体基板の研削方法においては、半導体基板SB3の研削を開始する前に、半導体基板SB3の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像する。そして、撮像された画像におけるp型半導体層32とn型半導体層33との輝度差(コントラスト)、すなわちp型半導体層32とn型半導体層33との間の明るさの差に基づいて、半導体基板SB3を研削する研削量を決定する。
That is, in the semiconductor substrate grinding method of the third embodiment, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB3 is taken with a scanning electron microscope before starting the grinding of the semiconductor substrate SB3. Then, based on the luminance difference (contrast) between the p-
なお、少なくともp型半導体層32とn型半導体層33とを明瞭に区別することができればよいので、基体31がn型の半導体でなくてもよく、例えばp型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)単結晶からなるバルク基板であってもよい。
Note that the
この半導体基板SB3を研削する工程では、次に、決定された研削量で半導体基板SB3を基体31の下面31b側から研削することにより、基体31およびp型半導体層32を除去する。
In the step of grinding the semiconductor substrate SB3, the
比較例4の半導体装置の製造工程を説明する際に前述したのと同様に、半導体基板SB3を研削する研削量が正確に決定されない場合であって、かつ、n型半導体層33の厚さが十分に厚くない場合を考える。このような場合には、半導体基板SB3を基体31の下面31b側から研削する際に、n型半導体層33が除去されるか、または、n型半導体層33が半導体基板SB3の下面(裏面)に露出しないおそれがある。
As described above when describing the manufacturing process of the semiconductor device of Comparative Example 4, the amount of grinding of the semiconductor substrate SB3 is not accurately determined, and the thickness of the n-
しかし、本実施の形態3の半導体装置の製造工程によれば、半導体素子に注入されるキャリアの注入量を容易に調整できる半導体装置の製造工程において、半導体基板SB3を研削する研削量を正確に決定することができる。そのため、n型半導体層33が除去されず、かつ、n型半導体層33が半導体基板SB3の下面(裏面)に露出するように、半導体基板SB3を基体31の下面31b側から正確な研削量で研削することができる。
However, according to the manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment, the grinding amount for grinding the semiconductor substrate SB3 can be accurately adjusted in the manufacturing process of the semiconductor device in which the injection amount of carriers injected into the semiconductor element can be easily adjusted. Can be determined. Therefore, the semiconductor substrate SB3 is accurately ground from the
また、基体31の上面31a内におけるp型半導体層34または基体31の厚さの均一性が低下した場合でも、基体31の上面31a内で、n型半導体層33が除去される部分と、n型半導体層33が半導体基板SB3の下面に露出しない部分とが、混在することを防止または抑制することができる。これにより、n型半導体層33、p型半導体層34aおよびp−型ドリフト層34bに形成される半導体素子としてのIGBTの特性が、基体31の上面31a内で変動することを、防止または抑制することができる。In addition, even when the thickness uniformity of the p-
また、n型半導体層33の厚さを厚くする必要もないので、半導体基板SB3の製造コストを低減することができる。
Moreover, since it is not necessary to increase the thickness of the n-
以上説明した方法では、半導体基板SB3の研削を開始する前に、半導体基板SB3の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像した。しかし、半導体基板SB3の研削を開始した後、図29に示すように、基体31の一部がまだ残っている状態で、半導体基板SB3の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像してもよい。このような場合でも、基体31とp型半導体層32とを明瞭に区別することができ、p型半導体層32とn型半導体層33とを明瞭に区別することができる。そのため、基体31のうち残っている部分、および、p型半導体層32の各々の厚さの和である厚さTH33を正確に測定することができる。そして、基体11のうち残っている部分、および、p型半導体層32を研削するための所望の研削量(厚さTH33に等しい)を、正確に決定することができる。
In the method described above, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB3 is taken with a scanning electron microscope before starting the grinding of the semiconductor substrate SB3. However, after starting the grinding of the semiconductor substrate SB3, as shown in FIG. 29, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB3 may be taken with a scanning electron microscope in a state where a part of the base 31 remains. . Even in such a case, the
研削量の精度は、研削量を決定した後、半導体基板SB1が研削される研削量の絶対値が小さいほど、向上する。したがって、半導体基板SB3の研削を開始した後、例えば、実際の研削量が適切な研削量の80%程度になるまで研削を行った後、半導体基板SB3の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像することにより、研削量の精度をさらに向上させることができる。 After determining the grinding amount, the accuracy of the grinding amount is improved as the absolute value of the grinding amount by which the semiconductor substrate SB1 is ground is smaller. Therefore, after starting the grinding of the semiconductor substrate SB3, for example, after grinding until the actual grinding amount becomes about 80% of the appropriate grinding amount, an image of the cross section of the semiconductor substrate SB3 is taken by the scanning electron microscope. By doing so, the precision of the grinding amount can be further improved.
すなわち、本実施の形態3の半導体基板の研削方法においては、基体31が除去される前に、半導体基板SB3の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像すればよい。そして、撮像された画像におけるp型半導体層32とn型半導体層33との輝度差(コントラスト)、すなわちp型半導体層32とn型半導体層33との間の明るさの差に基づいて、半導体基板SB3を研削する研削量を決定すればよい。
That is, in the method for grinding a semiconductor substrate according to the third embodiment, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB3 may be taken with a scanning electron microscope before the base 31 is removed. Then, based on the luminance difference (contrast) between the p-
このとき、本実施の形態3の半導体基板の厚さの測定方法においては、基体31が除去される前に、半導体基板SB3の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像することになる。そして、撮像された画像におけるp型半導体層32とn型半導体層33との輝度差(コントラスト)、すなわちp型半導体層32とn型半導体層33との間の明るさの差に基づいて、基体31およびp型半導体層32の各々の厚さの和を測定することになる。
実施の形態3の半導体装置の製造工程では、次に、半導体素子としてのIGBTを形成する。At this time, in the method for measuring the thickness of the semiconductor substrate according to the third embodiment, an image of a cross section of the semiconductor substrate SB3 is taken with a scanning electron microscope before the base 31 is removed. Then, based on the luminance difference (contrast) between the p-
In the manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment, next, an IGBT as a semiconductor element is formed.
このIGBTを形成する工程では、まず、図30に示すように、n型半導体領域35を形成する。例えばリン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物を、p−型ドリフト層34bの上層部に、例えばパターニングされたレジスト膜をマスクとして用いたイオン注入法などにより導入する。これにより、p−型ドリフト層34bの上層部に、n型半導体領域35が形成される。In the step of forming the IGBT, first, as shown in FIG. 30, an n-
次に、図30に示すように、p型半導体領域36を形成する。例えばアルミニウム(Al)またはホウ素(B)などのp型不純物を、n型半導体領域35の上層部に、例えばパターニングされたレジスト膜をマスクとして用いたイオン注入法などにより導入する。これにより、n型半導体領域35の上層部に、p型半導体領域36が形成される。
Next, as shown in FIG. 30, a p-
次に、図30に示すように、ゲート絶縁膜37およびゲート電極38を形成する。例えば酸化シリコン(SiO2)などからなるゲート絶縁膜37を、半導体基板SB3上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成する。また、例えば多結晶シリコン(ポリシリコン)からなるゲート電極38を、ゲート絶縁膜37上に、例えばCVD法により形成する。そして、ゲート電極38およびゲート絶縁膜37をパターニングする。これにより、p型半導体領域36とp−型ドリフト層34bとに挟まれた部分のn型半導体領域35上に、ゲート絶縁膜37を介してゲート電極38を形成する。Next, as shown in FIG. 30, a
なお、図30に示すプレーナ型のIGBTを形成する場合のみならず、トレンチゲート型のIGBTを形成する場合も含めると、p型半導体領域36とp−型ドリフト層34bとに挟まれた部分のn型半導体領域35の表面に、ゲート絶縁膜37を介してゲート電極38を形成すればよい。In addition to the case where the planar type IGBT shown in FIG. 30 is formed, including the case where the trench gate type IGBT is formed, the portion sandwiched between the p
次に、図30に示すように、層間絶縁膜39を形成する。例えば酸化シリコン(SiO2)などからなる層間絶縁膜39を、半導体基板SB3上に、ゲート電極38を覆うように、例えばCVD法により形成する。Next, as shown in FIG. 30, an
次に、図30に示すように、開口部40を形成する。層間絶縁膜39に、層間絶縁膜39を貫通してn型半導体領域35およびp型半導体領域36に達する開口部40を形成する。開口部40の底部には、n型半導体領域35およびp型半導体領域36が露出する。
Next, as shown in FIG. 30, an
次に、図32に示すように、エミッタ電極41を形成する。例えばチタン(Ti)またはアルミニウム(Al)などからなるエミッタ電極41を、開口部40の内部、および、層間絶縁膜39上に、例えば蒸着法またはスパッタ法などにより堆積することにより、エミッタ電極41を形成する。これにより、n型半導体領域35およびp型半導体領域36と電気的に接続されたエミッタ電極41が形成される。
Next, as shown in FIG. 32, an
また、図30に示すように、n型半導体層33の下面(裏面)、すなわちn型半導体層33のうちp型半導体層34aと反対側の部分に、不純物を例えばイオン注入法により注入し、注入された不純物を活性化するために熱処理を行って、n型半導体層42aを形成してもよい。n型半導体層42aは、n型半導体層33とコレクタ電極42(図26参照)との間のコンタクト抵抗を低減する。
Also, as shown in FIG. 30, impurities are implanted into the lower surface (rear surface) of the n-
次に、図26に示すように、n型半導体層33下、すなわちn型半導体層33を挟んでp型半導体層34aと反対側にコレクタ電極42を形成する。例えばアルミニウム(Al)などからなるコレクタ電極42を、n型半導体層33の下面に、例えば蒸着法またはスパッタ法などにより形成する。これにより、n型半導体層33と電気的に接続されたコレクタ電極42が形成され、半導体基板SB3に半導体素子としてのIGBTが形成される。以上のようにして、本実施の形態3の半導体装置を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 26, a
以上説明した製造工程により本実施の形態3の半導体装置を製造する場合には、n型半導体層33における不純物濃度を、例えばn型の基体31における不純物濃度よりも高くすることができる。このとき、IGBTにコレクタ側から注入されるキャリア、すなわち電子の注入量を、容易に増加させることができ、比較例3の半導体装置に比べ、導通損失を低減することができる。
When manufacturing the semiconductor device of the third embodiment by the manufacturing process described above, the impurity concentration in the n-
あるいは、以上説明した製造工程により本実施の形態3の半導体装置を製造する場合には、n型半導体層33における不純物濃度を、例えばn型の基体11における不純物濃度よりも低くすることができる。このとき、IGBTにコレクタ側から注入されるキャリア、すなわち電子の注入量を、容易に減少させることができ、比較例3の半導体装置に比べ、スイッチング損失を低減することができる。
Alternatively, when the semiconductor device of the third embodiment is manufactured by the manufacturing process described above, the impurity concentration in the n-
<実施の形態3の半導体装置の製造方法の変形例>
上記した製造工程では、半導体基板SB3の下面(裏面)を研削した後、半導体基板SB3に、IGBTを形成した。一方、以下に説明する変形例の製造工程では、半導体基板SB3の上面(表面)に、IGBTのうちコレクタ電極42以外の部分を形成した後、半導体基板SB3の下面(裏面)を研削する。<Modification of Manufacturing Method of Semiconductor Device of Third Embodiment>
In the manufacturing process described above, after the lower surface (back surface) of the semiconductor substrate SB3 was ground, the IGBT was formed on the semiconductor substrate SB3. On the other hand, in the manufacturing process of the modified example described below, after a portion other than the
図31および図32は、実施の形態3の変形例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 31 and 32 are cross-sectional views of relevant parts in the manufacturing process of the semiconductor device according to the modification of the third embodiment.
本変形例の製造工程でも、まず、実施の形態3の製造工程と同様に、図25に示したように、n型のバルク基板である基体31を含む半導体基板SB3を用意する。 Also in the manufacturing process of the present modification, first, as in the manufacturing process of the third embodiment, as shown in FIG. 25, a semiconductor substrate SB3 including a base 31 that is an n-type bulk substrate is prepared.
本変形例の製造工程では、次に、実施の形態3と異なり、図31に示すように、半導体素子としてのIGBTのうち、半導体基板SB3の上面側の部分を形成する。具体的には、n型半導体領域35、p型半導体領域36、ゲート絶縁膜37、ゲート電極38、層間絶縁膜39、開口部40およびエミッタ電極41の各部分を形成する。各部分を形成する工程については、実施の形態3の製造工程における各部分を形成する工程と同様に行うことができる。これにより、p型半導体層34に、IGBTのうち、半導体基板SB3の上面側の部分が形成される。
In the manufacturing process of the present modification, next, unlike the third embodiment, as shown in FIG. 31, a portion on the upper surface side of the semiconductor substrate SB3 is formed in the IGBT as the semiconductor element. Specifically, the n-
本変形例の製造工程では、次に、図32に示すように、半導体基板SB1を基体31(図31参照)の下面31b(図31参照)側から研削することにより、基体31およびp型半導体層32(図31参照)を除去する。この半導体基板SB3を研削する工程については、実施の形態3の製造工程における半導体基板SB3を研削する工程と同様に行うことができる。
In the manufacturing process of the present modification, next, as shown in FIG. 32, the semiconductor substrate SB1 is ground from the
本変形例の製造工程では、次に、図26に示すように、n型半導体層33下、すなわちn型半導体層33を挟んでp型半導体層34aと反対側に、コレクタ電極42を形成する。このコレクタ電極42を形成する工程については、実施の形態3の製造工程におけるコレクタ電極42を形成する工程と同様に行うことができる。これにより、n型半導体層33に、IGBTのうち、半導体基板SB3の下面側の部分が形成される。以上のようにして、実施の形態3の半導体装置と同様の半導体装置を製造することができる。
In the manufacturing process of the present modification, next, as shown in FIG. 26, the
本変形例の製造工程では、半導体基板SB3の上面(表面)に、IGBTのうちコレクタ電極42以外の部分を形成した後、半導体基板SB3の下面(裏面)を研削する。これにより、研削される前の厚い半導体基板SB3を用いて、IGBTのうちコレクタ電極42以外の部分を形成することができる。したがって、IGBTのうちコレクタ電極42以外の部分を形成する際に、半導体基板SB3が破損することをより確実に防止することができる。
In the manufacturing process of this modification, after forming a portion of the IGBT other than the
(実施の形態4)
実施の形態3では、半導体基板SB3として、p型半導体層32が、基体31上に直接形成された例について説明した。一方、実施の形態4では、半導体基板SB3として、p型半導体層32が、基体31上にバッファ層を介して形成された例について説明する。(Embodiment 4)
In the third embodiment, the example in which the p-
なお、本実施の形態4の半導体基板、半導体装置および半導体基板の製造方法については、p型半導体層32が、基体31上にバッファ層を介して形成されている点を除き、実施の形態3の半導体基板、半導体装置および半導体基板の製造方法と同様にすることができ、これらの実施の形態3と同様の部分の説明を省略する。
Note that the semiconductor substrate, semiconductor device, and semiconductor substrate manufacturing method of the fourth embodiment are the same as those of the third embodiment except that the p-
図33は、実施の形態4の半導体基板の要部断面図である。 FIG. 33 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate of the fourth embodiment.
図33に示すように、本実施の形態4でも、実施の形態3と同様に、半導体基板SB3は、n型の基体31と、p型半導体層32と、n型半導体層33と、p型半導体層34と、p−型ドリフト層34bと、を有する。As shown in FIG. 33, also in the fourth embodiment, as in the third embodiment, the semiconductor substrate SB3 includes an n-
一方、本実施の形態4では、実施の形態3と異なり、基体31とp型半導体層32との間に、バッファ層としてのn型半導体層45が介在する。すなわち、n型半導体層45は、基体31上に形成され、p型半導体層32は、基体31上に、n型半導体層45を介して形成されている。n型半導体層45は、炭化ケイ素(SiC)からなる基体31に形成している基底面転位などの結晶欠陥が、p型半導体層32に連続して形成されることを防止または抑制する。そのため、n型半導体層45が形成されることにより、n型半導体層33、p型半導体層34aおよびp−型ドリフト層34bに形成される半導体素子としてのIGBTの特性を向上させることができる。On the other hand, in the fourth embodiment, unlike the third embodiment, an n-
n型半導体層45は、n型の半導体としての炭化ケイ素(SiC)からなる。n型半導体層45は、基体31上に、例えばエピタキシャル成長法により形成されている。n型半導体層45は、窒素(N)またはリン(P)などのn型の不純物を含有する。n型半導体層45におけるn型の不純物濃度を、例えば1×1016〜1×1019cm−3程度とすることができる。また、n型半導体層25の厚さを、例えば0.5〜30μm程度とすることができる。The n-
なお、本実施の形態4では、半導体装置の製造工程において、半導体基板SB3を基体31の下面31b側から研削することにより、基体31およびp型半導体層32を除去する際に、n型半導体層45も除去される。
In the fourth embodiment, in the semiconductor device manufacturing process, the n-type semiconductor layer is removed when the
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、半導体基板、半導体基板の研削方法および半導体装置の製造方法に適用して有効である。 The present invention is effective when applied to a semiconductor substrate, a semiconductor substrate grinding method, and a semiconductor device manufacturing method.
11 基体
11a 上面
11b 下面
12 p型半導体層
13、13a n型半導体層
13b n−型ドリフト層
14 p型半導体層
15 アノード
16 カソード
16a n型半導体層
31 基体
31a 上面
31b 下面
32 p型半導体層
33 n型半導体層
34、34a p型半導体層
34b p−型ドリフト層
35 n型半導体領域
36 p型半導体領域
37 ゲート絶縁膜
38 ゲート電極
39 層間絶縁膜
40 開口部
41 エミッタ電極
42 コレクタ電極
42a n型半導体層
LN1、LN3 切断線
PT1、PT3 部分
SB1、SB3 半導体基板
TH11、TH12、TH13 厚さ
TH31、TH32、TH33 厚さ11
Claims (14)
前記基体上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第1半導体層と、
前記第1半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第2半導体層と、
前記第2半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第3半導体層と、
を有し、
前記第2半導体層は、
前記第1半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第5半導体層と、
前記第5半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第6半導体層と、
を含み、
前記第6半導体層におけるn型の不純物濃度は、前記第5半導体層におけるn型の不純物濃度よりも低い、半導体基板。 A substrate made of silicon carbide;
A p-type first semiconductor layer formed on the substrate and made of silicon carbide;
An n-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide;
A p-type third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide;
I have a,
The second semiconductor layer includes
An n-type fifth semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide;
An n-type sixth semiconductor layer formed on the fifth semiconductor layer and made of silicon carbide;
Including
A semiconductor substrate, wherein an n-type impurity concentration in the sixth semiconductor layer is lower than an n-type impurity concentration in the fifth semiconductor layer.
前記基体上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第1半導体層と、
前記第1半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第2半導体層と、
前記第2半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第3半導体層と、
を有し、
前記第3半導体層は、
前記第2半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第7半導体層と、
前記第7半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第8半導体層と、
を含み、
前記第8半導体層におけるp型の不純物濃度は、前記第7半導体層におけるp型の不純物濃度よりも低い、半導体基板。 A substrate made of silicon carbide;
A p-type first semiconductor layer formed on the substrate and made of silicon carbide;
An n-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide;
A p-type third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide;
I have a,
The third semiconductor layer includes
A p-type seventh semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide;
A p-type eighth semiconductor layer formed on the seventh semiconductor layer and made of silicon carbide;
Including
The semiconductor substrate, wherein the p-type impurity concentration in the eighth semiconductor layer is lower than the p-type impurity concentration in the seventh semiconductor layer.
前記基体上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第4半導体層を有し、
前記第1半導体層は、前記基体上に、前記第4半導体層を介して形成されている、半導体基板。 The semiconductor substrate according to claim 1 or 2 ,
An n-type fourth semiconductor layer formed on the substrate and made of silicon carbide;
The first semiconductor layer is a semiconductor substrate formed on the base via the fourth semiconductor layer.
前記第1半導体層の厚さは、0.1〜30μmである、半導体基板。 The semiconductor substrate according to claim 1 or 2 ,
The thickness of the said 1st semiconductor layer is a semiconductor substrate which is 0.1-30 micrometers.
(b)前記半導体基板を前記基体の前記第2面側から研削することにより、前記基体および前記第1半導体層を除去する工程、
を有し、
前記(b)工程では、前記基体が除去される前に前記半導体基板の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像し、撮像された画像における前記第1半導体層と前記第2半導体層との輝度差に基づいて、前記半導体基板を研削する研削量を決定し、決定された研削量で前記半導体基板を前記基体の前記第2面側から研削することにより、前記基体および前記第1半導体層を除去する、半導体基板の研削方法。 (A) a first surface and a second surface opposite to the first surface, a base made of silicon carbide, and a p-type made of silicon carbide formed on the first surface of the base A first semiconductor layer; an n-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide; and a p-type third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide. And a step of preparing a semiconductor substrate having
(B) removing the base and the first semiconductor layer by grinding the semiconductor substrate from the second surface side of the base;
Have
In the step (b), an image of a cross section of the semiconductor substrate is taken with a scanning electron microscope before the substrate is removed, and the brightness of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the taken image Based on the difference, a grinding amount for grinding the semiconductor substrate is determined, and the semiconductor substrate is ground from the second surface side of the base body with the determined grinding amount, whereby the base body and the first semiconductor layer are separated. A method for grinding a semiconductor substrate to be removed.
前記半導体基板は、前記基体上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第4半導体層を有し、
前記第1半導体層は、前記基体上に、前記第4半導体層を介して形成されており、
前記(b)工程では、前記半導体基板を前記基体の前記第2面側から研削することにより、前記基体、前記第4半導体層および前記第1半導体層を除去する、半導体基板の研削方法。 In the grinding method of the semiconductor substrate according to claim 5 ,
The semiconductor substrate has an n-type fourth semiconductor layer formed on the substrate and made of silicon carbide,
The first semiconductor layer is formed on the base via the fourth semiconductor layer,
In the step (b), the semiconductor substrate is ground from the second surface side of the base body, thereby removing the base body, the fourth semiconductor layer, and the first semiconductor layer.
前記第2半導体層は、
前記第1半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第5半導体層と、
前記第5半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第6半導体層と、
を含み、
前記第6半導体層におけるn型の不純物濃度は、前記第5半導体層におけるn型の不純物濃度よりも低い、半導体基板の研削方法。 In the grinding method of the semiconductor substrate according to claim 5 ,
The second semiconductor layer includes
An n-type fifth semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide;
An n-type sixth semiconductor layer formed on the fifth semiconductor layer and made of silicon carbide;
Including
A method for grinding a semiconductor substrate, wherein an n-type impurity concentration in the sixth semiconductor layer is lower than an n-type impurity concentration in the fifth semiconductor layer.
前記第3半導体層は、
前記第2半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第7半導体層と、
前記第7半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第8半導体層と、
を含み、
前記第8半導体層におけるp型の不純物濃度は、前記第7半導体層におけるp型の不純物濃度よりも低い、半導体基板の研削方法。 In the grinding method of the semiconductor substrate according to claim 5 ,
The third semiconductor layer includes
A p-type seventh semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide;
A p-type eighth semiconductor layer formed on the seventh semiconductor layer and made of silicon carbide;
Including
A method for grinding a semiconductor substrate, wherein a p-type impurity concentration in the eighth semiconductor layer is lower than a p-type impurity concentration in the seventh semiconductor layer.
(b)前記半導体基板を前記基体の前記第2面側から研削することにより、前記基体および前記第1半導体層を除去する工程、
(c)前記第2半導体層および前記第3半導体層に、半導体素子を形成する工程、
を有し、
前記(b)工程では、前記基体が除去される前に前記半導体基板の断面の画像を走査型電子顕微鏡により撮像し、撮像された画像における前記第1半導体層と前記第2半導体層との輝度差に基づいて、前記半導体基板を研削する研削量を決定し、決定された研削量で前記半導体基板を前記基体の前記第2面側から研削することにより、前記基体および前記第1半導体層を除去する、半導体装置の製造方法。 (A) a first surface and a second surface opposite to the first surface, a base made of silicon carbide, and a p-type made of silicon carbide formed on the first surface of the base A first semiconductor layer; an n-type second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide; and a p-type third semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide. And a step of preparing a semiconductor substrate having
(B) removing the base and the first semiconductor layer by grinding the semiconductor substrate from the second surface side of the base;
(C) forming a semiconductor element on the second semiconductor layer and the third semiconductor layer;
Have
In the step (b), an image of a cross section of the semiconductor substrate is taken with a scanning electron microscope before the substrate is removed, and the brightness of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in the taken image Based on the difference, a grinding amount for grinding the semiconductor substrate is determined, and the semiconductor substrate is ground from the second surface side of the base body with the determined grinding amount, whereby the base body and the first semiconductor layer are separated. A method of manufacturing a semiconductor device to be removed.
前記半導体基板は、前記基体上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第4半導体層を有し、
前記第1半導体層は、前記基体上に、前記第4半導体層を介して形成されており、
前記(b)工程では、前記半導体基板を前記基体の前記第2面側から研削することにより、前記基体、前記第4半導体層および前記第1半導体層を除去する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9 ,
The semiconductor substrate has an n-type fourth semiconductor layer formed on the substrate and made of silicon carbide,
The first semiconductor layer is formed on the base via the fourth semiconductor layer,
In the step (b), the semiconductor substrate is ground from the second surface side of the base to remove the base, the fourth semiconductor layer, and the first semiconductor layer.
前記第2半導体層は、
前記第1半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第5半導体層と、
前記第5半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるn型の第6半導体層と、
を含み、
前記第6半導体層におけるn型の不純物濃度は、前記第5半導体層におけるn型の不純物濃度よりも低く、
前記半導体素子は、ダイオードであり、
前記ダイオードは、
前記第6半導体層と電気的に接続されたアノードと、
前記第2半導体層と電気的に接続されたカソードと、
を含む、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9 ,
The second semiconductor layer includes
An n-type fifth semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and made of silicon carbide;
An n-type sixth semiconductor layer formed on the fifth semiconductor layer and made of silicon carbide;
Including
The n-type impurity concentration in the sixth semiconductor layer is lower than the n-type impurity concentration in the fifth semiconductor layer,
The semiconductor element is a diode;
The diode is
An anode electrically connected to the sixth semiconductor layer;
A cathode electrically connected to the second semiconductor layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第3半導体層は、
前記第2半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第7半導体層と、
前記第7半導体層上に形成され、炭化ケイ素からなるp型の第8半導体層と、
を含み、
前記第8半導体層におけるp型の不純物濃度は、前記第7半導体層におけるp型の不純物濃度よりも低く、
前記半導体素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、
前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、
前記第8半導体層の上層部に形成された、n型の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上層部に形成された、p型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域と前記第8半導体層とに挟まれた部分の前記第1半導体領域の表面に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域と電気的に接続されたエミッタ電極と、
前記第2半導体層と電気的に接続されたコレクタ電極と、
を含む、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9 ,
The third semiconductor layer includes
A p-type seventh semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and made of silicon carbide;
A p-type eighth semiconductor layer formed on the seventh semiconductor layer and made of silicon carbide;
Including
The p-type impurity concentration in the eighth semiconductor layer is lower than the p-type impurity concentration in the seventh semiconductor layer,
The semiconductor element is an insulated gate bipolar transistor;
The insulated gate bipolar transistor is:
An n-type first semiconductor region formed in an upper layer portion of the eighth semiconductor layer;
A p-type second semiconductor region formed in an upper layer portion of the first semiconductor region;
A gate electrode formed on a surface of the first semiconductor region in a portion sandwiched between the second semiconductor region and the eighth semiconductor layer via a gate insulating film;
An emitter electrode electrically connected to the first semiconductor region and the second semiconductor region;
A collector electrode electrically connected to the second semiconductor layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(c)工程では、前記(b)工程の後、前記半導体素子を形成する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9 ,
In the step (c), the semiconductor element is formed after the step (b).
前記(c)工程は、
(c1)前記(b)工程の前に、前記第3半導体層に、前記半導体素子の第1部分を形成する工程、
(c2)前記(b)工程の後、前記第2半導体層に、前記半導体素子の第2部分を形成する工程、
を含む、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9 ,
The step (c)
(C1) forming a first portion of the semiconductor element in the third semiconductor layer before the step (b);
(C2) after the step (b), forming a second portion of the semiconductor element in the second semiconductor layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2015/073592 WO2017033233A1 (en) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | Semiconductor substrate, method for grinding semiconductor substrate, and method for manufacturing semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2017033233A1 JPWO2017033233A1 (en) | 2018-05-24 |
JP6483838B2 true JP6483838B2 (en) | 2019-03-13 |
Family
ID=58099634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017536076A Active JP6483838B2 (en) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | Semiconductor substrate, semiconductor substrate grinding method, and semiconductor device manufacturing method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6483838B2 (en) |
WO (1) | WO2017033233A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10804360B2 (en) * | 2017-04-14 | 2020-10-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Silicon carbide semiconductor device, electric power conversion device, method for producing silicon carbide semiconductor device, and method for producing electric power conversion device |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4463448B2 (en) * | 2001-09-07 | 2010-05-19 | パナソニック株式会社 | SiC substrate and method of manufacturing SiC semiconductor device |
US8552435B2 (en) * | 2010-07-21 | 2013-10-08 | Cree, Inc. | Electronic device structure including a buffer layer on a base layer |
JP6335795B2 (en) * | 2012-02-06 | 2018-05-30 | クリー インコーポレイテッドCree Inc. | SiC device with high blocking voltage, terminated by negative bevel |
JP2015130528A (en) * | 2015-03-11 | 2015-07-16 | 住友電気工業株式会社 | Silicon carbide semiconductor device manufacturing method |
-
2015
- 2015-08-21 JP JP2017536076A patent/JP6483838B2/en active Active
- 2015-08-21 WO PCT/JP2015/073592 patent/WO2017033233A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2017033233A1 (en) | 2018-05-24 |
WO2017033233A1 (en) | 2017-03-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7838377B2 (en) | Power semiconductor devices with mesa structures and buffer layers including mesa steps | |
US11107893B2 (en) | Method for forming a semiconductor device and a semiconductor device | |
US11855134B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
US5712502A (en) | Semiconductor component having an edge termination means with high field blocking capability | |
US9640609B2 (en) | Double guard ring edge termination for silicon carbide devices | |
US9117739B2 (en) | Semiconductor devices with heterojunction barrier regions and methods of fabricating same | |
US9064779B2 (en) | Semiconductor rectifier | |
KR100937276B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6066219B2 (en) | Field effect transistor device with low source resistance | |
US9466674B2 (en) | Semiconductor devices with non-implanted barrier regions and methods of fabricating same | |
US8841741B2 (en) | High breakdown voltage semiconductor rectifier | |
US20150108501A1 (en) | Semiconductor device | |
US10096703B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
US7105875B2 (en) | Lateral power diodes | |
EP2438617B1 (en) | Schottky diodes including polysilicon having low barrier heights and methods of fabricating the same | |
US11411084B2 (en) | Semiconductor device, inverter circuit, drive device, vehicle, and elevator | |
US20170179235A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
JP6483838B2 (en) | Semiconductor substrate, semiconductor substrate grinding method, and semiconductor device manufacturing method | |
US9653539B2 (en) | Semiconductor device | |
US11489046B2 (en) | Semiconductor device | |
JP7290160B2 (en) | semiconductor equipment | |
US9178013B2 (en) | Semiconductor device with edge termination and method for manufacturing a semiconductor device | |
JP2019517151A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US12027591B2 (en) | Method for forming a semiconductor device and a semiconductor device | |
US20220238655A1 (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171211 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171211 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190122 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190214 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6483838 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |