JP7031148B2 - Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
従来、パワー半導体素子においては、素子のオン抵抗の低減を図るため、トレンチ構造を有する縦型MOSFET(Metal Oxied Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電解効果トランジスタ)が作製(製造)されている。縦型MOSFETでは、チャネルが基板表面に対して平行に形成されるプレーナー構造よりも基板表面に対して垂直に形成されるトレンチ構造の方が単位面積当たりのセル密度を増やすことができるため、単位面積当たりの電流密度を増やすことができ、コスト面から有利である。 Conventionally, in a power semiconductor device, a vertical MOSFET (Metal Exied Semiconductor Field Effect Transistor) having a trench structure has been manufactured (manufactured) in order to reduce the on-resistance of the device. In a vertical MOSFET, a trench structure in which channels are formed perpendicular to the substrate surface can increase the cell density per unit area rather than a planar structure in which channels are formed parallel to the substrate surface. The current density per area can be increased, which is advantageous in terms of cost.
また、炭化珪素半導体装置としては、現在までに、ショットキーバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode)、プレーナゲート構造やトレンチゲート構造の縦型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)が製品化されている。 In addition, as silicon carbide semiconductor devices, to date, Schottky barrier diodes (SBDs), vertical MOSFETs with planar gate structures and trench gate structures (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors: isolated gate type field effect transistors) have been used. ) Has been commercialized.
トレンチゲート構造は、炭化珪素からなる半導体基体(以下、炭化珪素基体とする)に形成したトレンチ内にMOSゲート(金属-酸化膜-半導体からなる絶縁ゲート)を埋め込んで、トレンチ側壁に沿った部分をチャネル(反転層)として利用した3次元構造である。このため、同じオン抵抗(Ron)の素子同士で比べた場合、トレンチゲート構造は、炭化珪素基体上に平板状にMOSゲートを設けたプレーナゲート構造よりも素子面積(チップ面積)を圧倒的に小さくすることができ、将来有望なデバイス構造といえる。 The trench gate structure is a portion along the side wall of the trench in which a MOS gate (insulated gate made of metal-oxide film-semiconductor) is embedded in a trench formed in a semiconductor substrate made of silicon carbide (hereinafter referred to as a silicon carbide substrate). It is a three-dimensional structure using as a channel (reversal layer). Therefore, when comparing elements with the same on-resistance (Ron), the trench gate structure has an overwhelmingly larger element area (chip area) than the planar gate structure in which a MOS gate is provided in a flat plate shape on a silicon carbide substrate. It can be made smaller and can be said to be a promising device structure in the future.
従来の炭化珪素半導体装置の構造について、トレンチゲート構造の縦型MOSFETを例に説明する。図19は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図19に示す従来の炭化珪素半導体装置は、炭化珪素からなる半導体基体のおもて面(p型エピタキシャル層6側の面)側に一般的なトレンチゲート構造のMOSゲートを備える。炭化珪素基体(半導体チップ)は、炭化珪素からなるn+型支持基板(以下、n+型炭化珪素基板とする)1上にn-型エピタキシャル層2およびp型エピタキシャル層6となる各炭化珪素層を順にエピタキシャル成長させてなる。符号7、9~11、13、15は、それぞれn++型ソース領域、ゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、ソース電極およびドレイン電極である。
The structure of a conventional silicon carbide semiconductor device will be described by taking a vertical MOSFET having a trench gate structure as an example. FIG. 19 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. The conventional silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 19 includes a MOS gate having a general trench gate structure on the front surface (the surface on the p-type
また、内部に空洞を有するSON(Silicon On Nothing)構造を備えた半導体装置が公知である。例えば、SON構造を構成する上部のシリコン層が、圧力センサのホイートストンブリッジを構成する抵抗を含むダイアフラムとなり、その周りにIC回路などを形成した半導体装置が公知である(例えば、特許文献1参照)。また、半導体基板表面の素子分離絶縁膜により区分された領域に半導体素子を形成した半導体装置であって、素子分離絶縁膜により区分された領域の基板内部には、表面から略一定の深さに扁平状の空洞が形成されている半導体装置が公知である(例えば、特許文献2参照)。 Further, a semiconductor device having a SON (Silicon On Nothing) structure having a cavity inside is known. For example, a semiconductor device in which an upper silicon layer constituting a SON structure becomes a diaphragm including a resistor constituting a Wheatstone bridge of a pressure sensor and an IC circuit or the like is formed around the diaphragm is known (see, for example, Patent Document 1). .. Further, it is a semiconductor device in which a semiconductor element is formed in a region divided by an element separation insulating film on the surface of a semiconductor substrate, and the inside of the substrate in the region divided by the element separation insulating film has a substantially constant depth from the surface. A semiconductor device in which a flat cavity is formed is known (see, for example, Patent Document 2).
ここで、n+型炭化珪素基板1として、四層周期六方晶の炭化珪素(4H-SiC)が用いられる。4H-SiC基板上に炭化珪素半導体素子を作成する場合、通常は350μm~400μmの厚さの基板上に作成される。縦型デバイス(例えばトレンチMOSFET)では、図19の矢印Aの方向に電流が流れる。このため、4H-SiC基板の厚さが全体に占める抵抗を増大させる原因になっている。
Here, as the n + type
基板の抵抗を小さくすることで素子性能の向上を図れるため、裏面から基板を研磨等で削り、基板を薄くして基板の抵抗を低減する技術が用いられる。しかし、薄くするにも強度的な限界があり、研削可能な量にも限界があり、基板破損の可能性の増大や、製造工程での取扱いも困難になる。 Since the element performance can be improved by reducing the resistance of the substrate, a technique is used in which the substrate is ground from the back surface by polishing or the like to make the substrate thinner to reduce the resistance of the substrate. However, there is a limit in strength even if it is made thinner, and there is a limit in the amount that can be ground, which increases the possibility of substrate damage and makes it difficult to handle in the manufacturing process.
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、炭化珪素半導体基板の裏面を削ること無しに炭化珪素半導体基板を薄くして、素子性能を向上させることができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention manufactures a silicon carbide semiconductor device capable of improving device performance by thinning a silicon carbide semiconductor substrate without scraping the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate in order to solve the problems caused by the above-mentioned prior art. The purpose is to provide a method.
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、複数の空洞を内部に有する炭化珪素半導体基体を形成する第1工程を行う。次に、前記炭化珪素半導体基体上に炭化珪素半導体素子を形成する第2工程を行う。次に、前記炭化珪素半導体素子を前記炭化珪素半導体基体から切り出す第3工程を行う。前記第1工程は、前記炭化珪素半導体基体の一方の主面側から形成した複数のトレンチ同士を連結させて空洞を形成する工程であって、複数の前記トレンチの長手方向が、前記炭化珪素半導体基体の結晶軸方向<11-20>から、前記炭化珪素半導体基体に設けられたオリエンテーションフラットの形成保証精度に基づく所定角度以上ずれた方向になる複数の前記トレンチを前記炭化珪素半導体基体の一方の主面側から形成する第11工程と、前記第11工程の後、エッチング効果のあるガスと炭化珪素膜の原料となるガスとを含むガス雰囲気下での熱処理によって、前記炭化珪素半導体基体の一方の主面側に前記炭化珪素膜を成膜するとともに、複数の前記トレンチの側壁をエッチングすることにより前記空洞を形成する第12工程と、を含む。前記第11工程では、前記トレンチをストライプ形状に形成し、前記トレンチの長手方向を、m面から±5度以上ずらした範囲に含まれる方向に形成する。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following features. First, the first step of forming a silicon carbide semiconductor substrate having a plurality of cavities inside is performed. Next, the second step of forming the silicon carbide semiconductor element on the silicon carbide semiconductor substrate is performed. Next, a third step of cutting out the silicon carbide semiconductor element from the silicon carbide semiconductor substrate is performed. The first step is a step of connecting a plurality of trenches formed from one main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate to form a cavity, and the longitudinal direction of the plurality of trenches is the silicon carbide semiconductor. One of the silicon carbide semiconductor substrates has a plurality of trenches deviated from the crystal axis direction <11-20> of the substrate by a predetermined angle or more based on the accuracy of guaranteeing the formation of the orientation flat provided on the silicon carbide semiconductor substrate. One of the silicon carbide semiconductor substrates is formed by heat treatment in a gas atmosphere containing a gas having an etching effect and a gas as a raw material for a silicon carbide film after the eleventh step of forming from the main surface side. A twelfth step of forming the silicon carbide film on the main surface side of the semiconductor and forming the cavity by etching the side walls of a plurality of the trenches. In the eleventh step, the trench is formed in a striped shape, and the longitudinal direction of the trench is formed in a direction included in a range deviated by ± 5 degrees or more from the m plane.
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第2工程では、前記炭化珪素半導体素子の面積が前記空洞の面積より小さくなるように、前記空洞上に前記炭化珪素半導体素子を形成することを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, in the second step, the carbide is formed on the cavity so that the area of the silicon carbide semiconductor element is smaller than the area of the cavity. It is characterized by forming a silicon semiconductor element.
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第3工程では、前記炭化珪素半導体基体を切断する切断面が前記空洞内を通ることを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, in the third step, the cut surface for cutting the silicon carbide semiconductor substrate passes through the cavity.
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記炭化珪素半導体基体と平行な方向の前記空洞の幅は、10μm以上5mm以下であり、前記空洞の高さは、1μm以上20μm以下であり、前記幅と前記高さと直交する方向の前記空洞の奥行きは、10μm以上5mm以下であることを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the width of the cavity in the direction parallel to the silicon carbide semiconductor substrate is 10 μm or more and 5 mm or less, and the height of the cavity is 1. It is characterized in that it is 1 μm or more and 20 μm or less, and the depth of the cavity in the direction orthogonal to the width and the height is 10 μm or more and 5 mm or less.
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第3工程より後に、前記切り出した炭化珪素半導体素子に裏面電極を形成する第4工程をさらに含むことを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, a fourth step of forming a back surface electrode on the cut-out silicon carbide semiconductor element is further included after the third step. do.
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第4工程では、前記炭化珪素半導体基体の前記空洞と接する面に前記裏面電極を形成することを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the back surface electrode is formed on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate in contact with the cavity in the fourth step.
上述した発明によれば、空洞を有する炭化珪素基体上に炭化珪素半導体装置を製造している。これにより、裏面から炭化珪素基板を削り、薄いウエハとして用いる場合より、更に厚さが薄い炭化珪素半導体装置を製造できる。このため、炭化珪素素子の抵抗を下げることができ、炭化珪素半導体装置のオン抵抗を低減できる。 According to the above-mentioned invention, the silicon carbide semiconductor device is manufactured on the silicon carbide substrate having a cavity. This makes it possible to manufacture a silicon carbide semiconductor device having a thinner thickness than when the silicon carbide substrate is scraped from the back surface and used as a thin wafer. Therefore, the resistance of the silicon carbide element can be reduced, and the on-resistance of the silicon carbide semiconductor device can be reduced.
また、炭化珪素半導体装置の製造プロセス中では、炭化珪素基体は十分な厚さがあり、炭化珪素基体の強度も確保され、破損の心配が少なく、ウエハの取扱いも容易にできる。このため、薄いウエハに対応した特別な装置設備が必要でなく、コストが上昇することが無くなる。 Further, in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device, the silicon carbide substrate has a sufficient thickness, the strength of the silicon carbide substrate is secured, there is little concern about damage, and the wafer can be easily handled. Therefore, no special equipment for thin wafers is required, and the cost does not increase.
本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、炭化珪素半導体基板の裏面を削ること無しに炭化珪素半導体基板を薄くして、素子性能を向上させることができるという効果を奏する。 According to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, there is an effect that the silicon carbide semiconductor substrate can be thinned and the device performance can be improved without scraping the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および-は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、本明細書および添付図面では、ミラー指数の表記において、“-”はその直後の指数につくバ
ーを意味しており、指数の前に“-”を付けることで負の指数を表している。
Hereinafter, preferred embodiments of the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that the electron or hole is a large number of carriers in the layer or region marked with n or p, respectively. Further, + and-attached to n and p mean that the concentration of impurities is higher and the concentration of impurities is lower than that of the layer or region to which it is not attached, respectively. In the following description of the embodiment and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate description will be omitted. In the present specification and the accompanying drawings, in the notation of the Miller index, "-" means a bar attached to the index immediately after that, and "-" is added in front of the index to indicate a negative index. There is.
(実施の形態)
本発明にかかる半導体装置は、シリコンよりもバンドギャップが広い半導体(以下、ワイドバンドギャップ半導体とする)を用いて構成される。ここでは、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いた半導体装置(炭化珪素半導体装置)の構造を例に説明する。
(Embodiment)
The semiconductor device according to the present invention is configured by using a semiconductor having a bandgap wider than that of silicon (hereinafter referred to as a wide bandgap semiconductor). Here, a structure of a semiconductor device (silicon carbide semiconductor device) using, for example, silicon carbide (SiC) as the wide bandgap semiconductor will be described as an example.
図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造に用いる炭化珪素半導体基体の構造を示す断面図である。炭化珪素基体(半導体ウェハ)30は、n+型炭化珪素基板1の一方の主面上に炭化珪素からなるn-型エピタキシャル層2をエピタキシャル成長させてなるエピタキシャル成長基板である。また、n+型炭化珪素基板(第1導電型の炭化珪素基板)1は、4H-SiCなどの単結晶炭化珪素からなる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a silicon carbide semiconductor substrate used for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. The silicon carbide substrate (semiconductor wafer) 30 is an epitaxial growth substrate obtained by epitaxially growing an n -
n-型エピタキシャル層2の内部に、炭化珪素基体30の表面(n-型エピタキシャル層2の側の面またはn+型炭化珪素基板1の側の面)に平行な方向(横方向)に長さを有する空洞20が複数設けられる。空洞20の断面形状は略平板形状である。図1の例では、n-型エピタキシャル層2の内部に、空洞20が設けられるが、n-型エピタキシャル層2とn+型炭化珪素基板1との境界を跨いで内部に空洞20が設けられてもよい。空洞20は、減圧された水素(H2)ガスが微量に入った状態であり、空洞20の比誘電率はほぼ1である。空洞20の大きさは、後述する炭化珪素半導体素子よりも大きい。空洞20の横方向の幅xは、例えば10μm以上5mm以下であり、空洞20の炭化珪素基体30の表面と垂直な方向の高さyは、例えば1μm以上20μm以下であり、幅x、高さyと直交する方向の奥行きは、例えば10μm以上5mm以下である。
Inside the n -
次に、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図2~5、図7~10は、実施の形態にかかる炭化珪素基体の製造途中の要部の状態例を示す説明図である。図11~14は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、図1に記載の内部に空洞20が設けられる炭化珪素基体30を形成する。例えば、図1の炭化珪素基体30は、本願出願人による出願の以下の参考文献1の記載に基づき形成する。
Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment will be described. 2 to 5 and 7 to 10 are explanatory views showing an example of a state of a main part in the middle of manufacturing the silicon carbide substrate according to the embodiment. 11 to 14 are cross-sectional views showing a state in the middle of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. First, the
(参考文献1)特願2016-170353号 (Reference 1) Japanese Patent Application No. 2016-170353
例えば、以下のように形成する。図2は、実施の形態にかかる炭化珪素基体30の製造途中の要部の状態例(その1)を示す説明図である。まず、炭化珪素基板1を洗浄する。洗浄としては、有機洗浄やRCA(強酸および高塩基溶液を用いたウェット洗浄)洗浄が挙げられる。
For example, it is formed as follows. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a state (No. 1) of a main part in the middle of manufacturing the
次に、半導体基板1のおもて面(Si面)または裏面(C面)に例えば窒素(N)を所定の濃度でドーピングしてn-型エピタキシャル層2を形成する。n-型エピタキシャル層2の厚さd1やドーピングの濃度、ドーピングのキャリアについては、炭化珪素基体30の利用用途に応じて適宜決定すればよく、特に限定しない。ここでは、厚さd1は、例えば、25μmとする。
Next, the front surface (Si surface) or the back surface (C surface) of the
図3は、実施の形態にかかる炭化珪素基体30の製造途中の要部の状態例(その2)を示す説明図である。n-型エピタキシャル層2の形成後、炭化珪素基体30を洗浄する。次に、炭化珪素基体30のn-型エピタキシャル層2の表面(n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の面)に二酸化珪素(SiO2)膜31を成膜する。成膜方法としては、例えば、プラズマ化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVDと略する。)等が挙げられる。SiO2膜31については、後の工程でトレンチを形成する際にドライエッチングパターンのマスクとして用いられる。このため、SiO2膜31の厚さd2は、ドライエッチングによってなくならない厚さである。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a state (No. 2) of a main part in the middle of manufacturing the
図4は、実施の形態にかかる炭化珪素基体30の製造途中の要部の状態例(その3)を示す説明図である。次に、SiO2膜31を形成後に、SiO2膜31の表面(n-型エピタキシャル層2側に対して反対側の面)にフォトレジスト32を塗布する。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a state (No. 3) of a main part in the middle of manufacturing the
図5は、実施の形態にかかる炭化珪素基体30の製造途中の要部の状態例(その4)を示す説明図である。次に、フォトレジスト32を塗布後、フォトマスクで露光してトレンチパターンをパターニングする。フォトマスクが有するトレンチパターンでは、トレンチの短手方向の幅L(ライン幅)が2.5μm以上、5μm以下の範囲の長さであり、トレンチの間隔Sが1μm以上、3μm以下の範囲の長さである。フォトレジスト32で露光してトレンチパターンをパターニングする際に、第1オリフラに基づいてマスクパターンを合わせる。ここでのトレンチの形状は、結晶軸方向に延びる直線状の平面形状とする。つぎに、トレンチの形成方向について、図6を用いて説明する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a state (No. 4) of a main part in the middle of manufacturing the
図6は、本実施の形態にかかるトレンチの形成方向例を示す説明図である。図6には、炭化珪素基板1のおもて面(0001)または裏面(000-1)を上から見た例を示す。上述したように、第1オリフラが示す結晶軸方向は、[11-20]である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a trench forming direction according to the present embodiment. FIG. 6 shows an example in which the front surface (0001) or the back surface (000-1) of the
図6には、結晶軸方向[11-20]の他に、結晶軸方向[1-100]と、結晶軸方向[-1-120]と、結晶軸方向[-1100]と、を示す。結晶軸方向[11-20]は、図6において右向きの矢印によって表される。結晶軸方向[-1-120]は、図6において左向きの矢印によって表される。結晶軸方向[1-100]は、図6において下向きの矢印によって表される。結晶軸方向[-1100]は、図6において上向きの矢印によって表される。結晶軸方向[11-20]は、結晶軸方向[-1-120]と逆向きである。また、結晶軸方向[11-20]は、結晶軸方向[1-100]および結晶軸方向[-1100]と直交する。結晶軸方向[1-100]は、結晶軸方向[-1100]と逆向きである。また、結晶軸方向[1-100]は、結晶軸方向[-1-120]および結晶軸方向[11-20]と直交する。 FIG. 6 shows the crystal axis direction [1-100], the crystal axis direction [-1-120], and the crystal axis direction [-1100] in addition to the crystal axis direction [11-20]. The crystal axis direction [11-20] is represented by an arrow pointing to the right in FIG. The crystal axis direction [-1-120] is represented by an arrow pointing to the left in FIG. The crystal axis direction [1-100] is represented by a downward arrow in FIG. The crystal axis direction [-1100] is represented by an upward arrow in FIG. The crystal axis direction [11-20] is opposite to the crystal axis direction [-1-120]. Further, the crystal axis direction [11-20] is orthogonal to the crystal axis direction [1-100] and the crystal axis direction [-1100]. The crystal axis direction [1-100] is opposite to the crystal axis direction [-1100]. Further, the crystal axis direction [1-100] is orthogonal to the crystal axis direction [-1-120] and the crystal axis direction [11-20].
図6において実線がトレンチ33を示す。炭化珪素基板1の四角形の領域34には、複数のトレンチ33が形成される。領域34のサイズは、ステッパーに基づいて露光可能なサイズである。領域34内に形成され所定の間隔で隣り合う複数のトレンチ33によって四角形の領域34に1つの空洞20(不図示)が形成される。領域34ごとに空洞20を形成することができるため、空洞20は同時に複数形成することが可能である。
In FIG. 6, the solid line indicates the
また、トレンチ33の長手方向であるトレンチ33の形成方向は、結晶軸方向<11-20>から、所定角度θ以上ずらした方向である。例えば、トレンチ33の形成方向は、結晶軸方向[11-20]から結晶軸方向[-1100]または結晶軸方向[1-100]に所定角度θ以上ずらした方向である。換言すると、トレンチ33の形成方向は、結晶軸方向[11-20]から、結晶軸方向[-1100]と結晶軸方向[1-100]とにそれぞれ所定角度θ回転させた方向の範囲に含まれない方向である。
Further, the formation direction of the
ここで、所定角度θは、炭化珪素基板1の第1オリフラの形成保証精度に基づいて定まる。例えば、第1オリフラの形成保証精度が1度以内の場合については、所定角度θを5度とする。第1オリフラの形成保証精度が5度以内の場合については、所定角度θを9度とする。本実施の形態では、第1オリフラの形成保証精度が1度以内として、所定角度θを5度として以降説明する。
Here, the predetermined angle θ is determined based on the accuracy of guaranteeing the formation of the first orientation flat of the
また、トレンチ33の形成方向は、トレンチ33の側壁がm面にならないような方向であり、m面から±5度以上ずらした範囲に含まれる方向である。ここで、m面は、炭化珪素基体の結晶面{10-10}である。結晶面{10-10}は、(1-100)、(0-110)、(-1010)、(-1100)、(01-10)、(10-10)の6面である。結晶軸方向<11-20>に垂直な面が、m面である。換言すると、結晶軸方向[11-20]に垂直な面と、結晶軸方向[11-20]から60度おきにずらした線に垂直な面とが、m面である。結晶軸方向[11-20]から60度おきにずらした線は図6に示す第1破線である。第1破線から±5度以内の範囲は第2破線によって表される。これにより、m面とトレンチ33の形成方向とのずれにより炭化珪素膜の成膜時にトレンチ33の側壁がエッチングされるとともに、炭化珪素膜がトレンチの開口部付近で斜めに成長するため、断面形状が略平板形状の空洞が得られる。
Further, the forming direction of the
ここで、n+型炭化珪素基板1には、m面のように安定して結晶を成長させることができる結晶面もあれば、安定して結晶を成長させることができない結晶面なども存在する。丸印で囲われた領域に形成されたトレンチ33の形成方向は、m面から5度以内の範囲に含まれる方向である。丸印で囲われた領域に形成されたトレンチ33の側壁は、ほぼm面となる。丸印で囲われた領域に形成されたトレンチ33の側壁にはSiC膜の成膜時に安定して結晶が成長するため、トレンチ33の側壁はエッチングされにくくなる。トレンチの側壁がエッチングされにくいと、トレンチ間を連結させることが難しく、空洞20を形成することが困難である。一方、トレンチ33の形成方向が、m面と第2破線とによって表される範囲に含まれない方向である場合、m面と第2破線とによって表される範囲に含まれる方向である場合に比べて、トレンチ33の側壁ではSi原子やC原子が移動しやすい。このため、トレンチ33の側壁は、エッチングされやすく、トレンチ間を連結させることができ、空洞20を形成することができる。
Here, in the n + type
図7は、実施の形態にかかる炭化珪素基体30の製造途中の要部の状態例(その5)を示す説明図である。フォトレジスト32をターニング後に、フォトレジスト32をマスクとしてSiO2膜31をドライエッチングする。ドライエッチングとしては、例えば反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングなどが挙げられる。ここでは、n+型炭化珪素基板1またはn-型エピタキシャル層2が露出するまでドライエッチングする。図7の例では、n-型エピタキシャル層2が露出するまでドライエッチングされ、SiO2膜31にトレンチパターンが形成される。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a state (No. 5) of a main part in the middle of manufacturing the
図8は、実施の形態にかかる炭化珪素基体30の製造途中の要部の状態例(その6)を示す説明図である。フォトレジスト32を剥離する。そして、マスクパターンがパターニングされたSiO2膜31をマスクとして、n-型エピタキシャル層2、またはn-型エピタキシャル層2およびn+型炭化珪素基板1を所定の深さd3までドライエッチングしてトレンチ33を形成する。ここでの所定の深さd3は20μm以上である。図8には、深さd1が25μmのn-型エピタキシャル層2内に深さd3が20μmのトレンチ33が形成される例を示す。また、図示省略するが、n-型エピタキシャル層2の深さd1が25μmであり、トレンチ33の深さd3は25μm以上である場合には、トレンチ33は、n-型エピタキシャル層2とn+型炭化珪素基板1との境界に跨って形成される。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a state (No. 6) of a main part in the middle of manufacturing the
図9は、実施の形態にかかる炭化珪素基体30の製造途中の要部の状態例(その7)を示す説明図である。トレンチ33を形成後に、SiO2膜31をフッ化水素(HF)溶液などにより剥離する。そして、SiO2膜31を剥離後に、炭化珪素基体30を洗浄する。これにより、n+型炭化珪素基板1の結晶軸[11-20]とトレンチ33の形成方向が±5度以上ずれ、m面とトレンチ33の形成方向とが±5度以上ずれたトレンチ33が形成された炭化珪素基体30が得られる。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a state (No. 7) of a main part in the middle of manufacturing the
図10は、実施の形態にかかる炭化珪素基体30の製造途中の要部の状態例(その8)を示す平面図である。SiC成膜時の結晶の成長方向例の平面図を示す説明図である。図10に示す切断線A-A’における断面図が、図9に示す断面図に対応する。結晶軸方向[-1100]は、図10において上方向の矢印で表される。また、結晶軸方向[11-20]は、図10において右方向の矢印で表される。図10に示すトレンチ33の形成方向は、結晶軸方向[-1100]に平行な方向とする。
FIG. 10 is a plan view showing a state example (No. 8) of a main part in the middle of manufacturing the
つぎに、エッチング効果のあるガスと、SiC膜の成膜の原料であるSiを含むガスおよび炭素(C)を含むガスと、を含むガス雰囲気下で熱処理することにより、炭化珪素基体30にSiC膜を成膜する。熱処理については、ハライドCVD法を用いる。
Next, the
例えば、炭化珪素基体30の洗浄後に、SiC膜を成長することが可能なCVD装置に炭化珪素基体30を入れる。そして、エッチング効果のあるガスと、SiC膜の成膜の原料であるSiを含むガスおよびCを含むガスと、を同時に導入してCVD装置によって所定の成膜条件で成膜する。
For example, after cleaning the
エッチング効果のあるガスとしては、塩化水素(HCl)ガスや塩素(Cl2)ガスが挙げられる。Siを含むガスとしては、例えば、モノシラン(SiH4)ガスが挙げられる。Cを含むガスとしては、例えば、プロパン(C3H8)ガスが挙げられる。成膜条件は、例えば、SiCの堆積量>SiCのエッチング量が成立するような条件である。SiCの堆積量とは、単位時間あたりに、トレンチ33の側壁から当該側壁に垂直な方向(横方向)に成膜されるSiC膜の横方向の厚さである。SiCのエッチング量とは、単位時間あたりに、トレンチ33の側壁がエッチングされる横方向の長さである。
Examples of the gas having an etching effect include hydrogen chloride (HCl) gas and chlorine (Cl 2 ) gas. Examples of the gas containing Si include monosilane (SiH 4 ) gas. Examples of the gas containing C include propane (C 3 H 8 ) gas. The film forming conditions are, for example, conditions such that the amount of SiC deposited> the amount of etching of SiC is satisfied. The amount of SiC deposited is the lateral thickness of the SiC film formed from the side wall of the
また、エッチング効果のあるガスのガス量が少ないと、炭化珪素基体30の表面(n-型エピキシャル膜2の側の面)に堆積されるSiC膜の膜厚が厚くなると同時に、トレンチ33の側壁のエッチング量が少なくなり、各トレンチ33で形成されるボイド同士が繋がりにくくなる。そこで、エッチング効果のあるガスのガス量は、SiCの堆積量がSiCのエッチング量より若干多くなるようなガス量のうち最大量とする。これにより、トレンチ33の開口部を塞ぐことができ、かつトレンチ33に発生するボイド同士を繋げることができる。
Further, when the amount of gas having an etching effect is small, the thickness of the SiC film deposited on the surface of the silicon carbide substrate 30 (the surface on the side of the n - type epixical film 2) becomes thick, and at the same time, the side wall of the
また、SiC膜の成膜の原料となるガスおよびエッチング効果のあるガスの他に、さらに、ドーパントとなるガスを同時に導入してもよい。n型SiC膜を成膜する場合、ドーパントとなるガスとしては、例えば、窒素(N2)ガスが挙げられる。p型SiC膜を成膜する場合、ドーパントとなるガスとしては、例えば、トリメチルアルミニウム(Trimethylaluminium:TMA)ガスが挙げられる。 Further, in addition to the gas that is a raw material for forming the SiC film and the gas that has an etching effect, a gas that is a dopant may be introduced at the same time. When forming an n-type SiC film, examples of the gas serving as a dopant include nitrogen (N 2 ) gas. When forming a p-type SiC film, examples of the gas serving as a dopant include trimethylaluminum (TMA) gas.
ここでは、SiC膜を成膜するために、キャリアガスとして水素(H2)ガスと、SiC膜の成膜の原料となるガスとしてSiH4ガスおよびC3H8ガスと、エッチング効果のあるガスとしてHClガスと、ドーパントとなるガスとしてTMAと、を導入する。CVDによる熱処理の温度は1635度以上、1665度以下の範囲の温度が好ましい。また、CVDによる熱処理の時間は、5時間以上7時間以下の範囲の時間が好ましい。CVDによる熱処理の時間によって空洞20を塞ぐSiC膜の厚さを調整することができる。
Here, in order to form a SiC film, hydrogen (H 2 ) gas is used as the carrier gas, Si H 4 gas and C 3 H 8 gas are used as raw materials for forming the SiC film, and a gas having an etching effect. As an HCl gas and as a gas as a dopant, TMA is introduced. The temperature of the heat treatment by CVD is preferably in the range of 1635 degrees or more and 1665 degrees or less. Further, the heat treatment time by CVD is preferably in the range of 5 hours or more and 7 hours or less. The thickness of the SiC film that closes the
ここで、CVDによる熱処理の温度を1650度とし、CVD装置によって6時間、炭化珪素基体30にSiC膜を成長させる。SiH4ガスの流量は、例えば、36sccm(standard cubic centimeter per minute)である。C3H8ガスの流量は、例えば、12sccmである。HClガスの流量は、例えば、6sccmである。このようにして、トレンチ33の側壁がエッチング効果のあるガスによって抉られ、ボイド間が繋がり、炭化珪素基体30の内部に空洞20が形成される。
Here, the temperature of the heat treatment by CVD is set to 1650 degrees, and the SiC film is grown on the
実施の形態では、空洞20の上部の領域S1に炭化珪素半導体素子が収まるように、炭化珪素半導体素子を形成する。このため、炭化珪素半導体素子の面積が空洞20の面積より小さくなる。また、図11~15、18は、領域S1に形成される炭化珪素半導体素子の中で、図1の領域S2に対応する部分の製造途中の状態を示す。なお、本明細書では、炭化珪素基体30上に形成された半導体構造を炭化珪素半導体素子と称し、炭化珪素基体30から炭化珪素半導体素子を分割し、電極等を形成したものを炭化珪素半導体装置と称する。
In the embodiment, the silicon carbide semiconductor element is formed so that the silicon carbide semiconductor element fits in the region S1 above the
次に、炭化珪素基体30の表面を研磨する。例えば、あら研磨とCMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨を行う。研磨する量は堆積されたn-型エピタキシャル層2の必要な厚さが残るような量以下とする。研磨の際、空洞20を支えている柱21が破損しないように研磨時の荷重は最小にし、ゆっくり研磨することが望ましい。柱21は、n-型エピタキシャル層2内の空洞20と空洞20との間に設けられた部分である。なお、柱21は、横方向、奥行き方向とも空洞20毎に設けられるの(後述の図17参照)が好ましいが、横方向のみ空洞20毎に設けられる、または、奥行き方向のみ空洞20毎に設けられるようにしてもよい。
Next, the surface of the
次に、炭化珪素基体30を洗浄する。例えば、有機洗浄およびRCA洗浄を行う。次に、n-型エピタキシャル層2を炭化珪素半導体装置の構成(膜厚、濃度、ドーピング材料)に必要な量までエピタキシャル成長させる。
Next, the
次に、n-型エピタキシャル層2の上に、第1n+型ドリフト領域5aをエピタキシャル成長させる。この第1n+型ドリフト領域5aは、n+型ドリフト領域5の一部である。次に、フォトリソグラフィおよびp型不純物のイオン注入により、第1n+型ドリフト領域5aの表面層に、p+型領域3および下側p+型ベース領域4aをそれぞれ選択的に形成する。この下側p+型ベース領域4aは、p+型ベース領域4の一部である。ここまでの状態が図11に記載される。
Next, the first n +
次に、第1n+型ドリフト領域5a、p+型領域3および下側p+型ベース領域4aの上に、第2n+型ドリフト領域5bをエピタキシャル成長させる。この第2n+型ドリフト領域5bは、n+型ドリフト領域5の一部であり、第1n+型ドリフト領域5aと第2n+型ドリフト領域5bを合わせて、n+型ドリフト領域5となる。次に、フォトリソグラフィおよびp型不純物のイオン注入により、第2n+型ドリフト領域5bの表面層に、上側p+型ベース領域4bを選択的に形成する。この上側p+型ベース領域4bは、p+型ベース領域4の一部であり、下側p+型ベース領域4aと上側p+型ベース領域4bを合わせて、p+型ベース領域4となる。ここまでの状態が図12に記載される。
Next, the second n +
次に、第2n+型ドリフト領域5bおよび上側p+型ベース領域4bの上に、p型エピタキシャル層(第2導電型の炭化珪素層)6をエピタキシャル成長させる。次に、フォトリソグラフィおよびn型不純物のイオン注入により、p型エピタキシャル層6の表面層にn++型ソース領域7を選択的に形成する。次に、フォトリソグラフィおよびp型不純物のイオン注入により、p型エピタキシャル層6の表面層に、n++型ソース領域7に接するようにp++型コンタクト領域8を選択的に形成する。n++型ソース領域7とp++型コンタクト領域8との形成順序を入れ替えてもよい。イオン注入が全て終わった後に、活性化アニールを施す。ここまでの状態が図13に記載される。
Next, the p-type epitaxial layer (second conductive type silicon carbide layer) 6 is epitaxially grown on the second n +
次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、n++型ソース領域7およびp型エピタキシャル層6を貫通して、n+型ドリフト領域5の内部のp+型領域3に達するトレンチゲート18を形成する。トレンチ形成時のマスクには酸化膜を用いる。また、トレンチエッチング後に、トレンチゲート18のダメージを除去するための等方性エッチングや、トレンチゲート18の底部およびトレンチゲート18の開口部の角を丸めるための水素アニールを施してもよい。等方性エッチングと水素アニールはどちらか一方のみを行ってもよい。また、等方性エッチングを行った後に水素アニールを行ってもよい。ここまでの状態が図14に記載される。
Next, photolithography and etching are used to form a
次に、炭化珪素基体30のおもて面およびトレンチゲート18の内壁に沿ってゲート絶縁膜9を形成する。次に、トレンチゲート18に埋め込むように例えばポリシリコンを堆積しエッチングすることで、トレンチゲート18の内部にゲート電極10となるポリシリコンを残す。その際、エッチバックしてポリシリコンを基体表部より内側に残すようにエッチングしてもよく、パターニングとエッチングを施すことでポリシリコンが基体表部より外側に突出していてもよい。
Next, the
次に、ゲート電極10を覆うように、炭化珪素基体30のおもて面全面に層間絶縁膜11を形成する。層間絶縁膜11は、例えば、NSG(None-doped Silicate Glass:ノンドープシリケートガラス)、PSG(Phospho Silicate Glass)、BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)、HTO(High Temperature Oxide)、あるいはそれらの組み合わせで形成される。次に、層間絶縁膜11およびゲート絶縁膜9をパターニングしてコンタクトホールを形成し、n++型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8を露出させる。
Next, the
次に、層間絶縁膜11を覆うようにバリアメタル12を形成してパターニングし、n++型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8を再度露出させる。次に、n++型ソース領域7に接するように、ソース電極13を形成する。ソース電極13は、バリアメタル12を覆うように形成されてもよいし、コンタクトホール内にのみ残してもよい。ここまでの状態が図15に記載される。
Next, the
次に、炭化珪素基体30上に形成された炭化珪素半導体素子を保護するため、ソース電極13上にレジストを塗布する。レジストは、例えば膜厚を2μm以下にする。次に、炭化珪素半導体素子を分割(ダイシング)する。例えば、ステルスダイシング技術で素子を分割する。ステルスダイシングとは、半導体ウエハに対して透過性波長のレーザ光を半導体ウエハ内部に焦点を結ぶように集光し、切断ラインに沿って走査し、レーザ加工の行われた領域に改質領域を形成し、改質領域を起点として表裏面に向かって上下に垂直なクラックを発生させることで、半導体ウエハを内部から分割する方法である。
Next, in order to protect the silicon carbide semiconductor element formed on the
ここで、図16は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の切断面を示す断面図である。図17は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の切断面を示す上面図である。切断面Dは、ダイシングの際に半導体ウエハを切断する面であり、図16に示すように切断面Dが、空洞20を通るようにする。また、図17に示すように、切断面Dは、空洞20を通り、炭化珪素半導体素子22を通らないようにする。つまり、ダイシングでは、空洞20を支えている柱21と炭化珪素半導体素子20の最外周部の間を切断する。
Here, FIG. 16 is a cross-sectional view showing a cut surface of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. FIG. 17 is a top view showing a cut surface of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. The cut surface D is a surface for cutting the semiconductor wafer during dicing, and as shown in FIG. 16, the cut surface D passes through the
このような切断面Dを設定することにより、分割された炭化珪素半導体素子22にn-型エピタキシャル層2が残らなくなり、炭化珪素半導体素子22の裏面が略平面になる。また、炭化珪素半導体素子22の下(n+型炭化珪素基板1方向)は空洞20であり、空洞20の上部はn-型エピタキシャル層2であるため、厚さや必要なキャリア濃度は任意に設定できる。このため、炭化珪素半導体素子22の厚さを薄くすることができ、電気抵抗を小さくすることができる。例えば、炭化珪素半導体素子22の厚さを30~120μmにすることができる。
By setting such a cut surface D, the n -
さらに、空洞20の端は丸みを持つ形状であるため、切断面Dは、空洞20の端より内側(炭化珪素半導体素子22側)にあることが好ましい。例えば、切断面Dは、空洞20の端より2~300μm離れていることが好ましい。
Further, since the end of the
また、炭化珪素半導体素子22を切断する際、図17に示す順番で炭化珪素半導体素子22をウエハから切り出すことができる。具体的には、(1)と(2)の順番で切断面Dに沿ってダイシングを行い、次に(3)から(10)の順番で切断面Dに沿ってダイシングを行う。これにより、C1,C2,C3,C4の順番で炭化珪素半導体素子22を切り出すことができる。次に(11)と(12)の順番で切断面Dに沿ってダイシングを行い、以降についても同様にダイシングを行う。
Further, when cutting the silicon
また、切り出した炭化珪素半導体素子22の裏面は研磨しなくてもよい。炭化珪素半導体素子22の裏面には空洞20を形成したときのn-型エピタキシャル層2の凹凸が多少残るが、この凹凸により以下で形成するドレイン電極15との密着性やコンタクト面積が広がり、炭化珪素半導体装置の抵抗が低減する。
Further, the back surface of the cut out silicon
次に、炭化珪素半導体素子22の表面を保護していたレジストを剥離する。次に、切り出した炭化珪素半導体素子22の裏面が表になるようにトレーに並べ、チップの端部をカバーするようなメタルマスクをセットして固定する。このメタルマスクで炭化珪素半導体素子22の端部に、以下で形成する膜が付着しないようにして、この膜が炭化珪素半導体素子22の側面へ回り込むことを防ぐ。
Next, the resist that protected the surface of the silicon
次に、ドレイン電極15のコンタクト部にスパッタ蒸着などを用いてニッケル(Ni)膜、チタン(Ti)膜などの金属膜を形成する。この金属膜は、Ni膜、Ti膜を複数組み合わせて積層してもよい。その後、金属膜がシリサイド化してオーミックコンタクトを形成するように、高速熱処理(RTA:Rapid Thermal Annealing)などのアニールを施す。その後、例えばTi膜、Ni膜、金(Au)を順に積層した積層膜などの厚い膜を電子ビーム(EB:Electron Beam)蒸着などで形成し、ドレイン電極15を形成する。
Next, a metal film such as a nickel (Ni) film or a titanium (Ti) film is formed on the contact portion of the
次に、切り出した炭化珪素半導体素子22のおもて面が表になるようにトレーに並べ、チップの端部をカバーするようなメタルマスクをセットして固定し、コンタクトホールを埋め込むようにソース電極パッド14を形成する。ソース電極パッド14を形成するために堆積した金属層の一部をゲートパッドとしてもよい。
Next, arrange the cut out silicon
上述したエピタキシャル成長およびイオン注入においては、n型不純物(n型ドーパント)として、例えば、炭化珪素に対してn型となる窒素(N)やリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)などを用いればよい。p型不純物(p型ドーパント)として、例えば、炭化珪素に対してp型となるホウ素(B)やアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)などを用いればよい。このようにして、図18に示すMOSFETが完成する。 In the above-mentioned epitaxial growth and ion implantation, examples of n-type impurities (n-type dopants) include nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb), which are n-type with respect to silicon carbide. Should be used. As the p-type impurity (p-type dopant), for example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), etc., which are p-type with respect to silicon carbide, may be used. .. In this way, the MOSFET shown in FIG. 18 is completed.
なお、上述した実施の形態では、空洞20の上に一つの炭化珪素半導体素子22を形成していたが、空洞20の上に複数の炭化珪素半導体素子22を作成してもよい。この場合、空洞20の幅x、奥行きを大きくする。
In the above-described embodiment, one silicon
以上、説明したように、実施の形態によれば、空洞を有する炭化珪素基体上に炭化珪素半導体装置を製造している。これにより、裏面から炭化珪素基板を削り、薄いウエハとして用いる場合より、更に厚さが薄い炭化珪素半導体装置を製造できる。このため、炭化珪素装置の抵抗を下げることができ、炭化珪素半導体装置のオン抵抗を低減できる。 As described above, according to the embodiment, the silicon carbide semiconductor device is manufactured on the silicon carbide substrate having a cavity. This makes it possible to manufacture a silicon carbide semiconductor device having a thinner thickness than when the silicon carbide substrate is scraped from the back surface and used as a thin wafer. Therefore, the resistance of the silicon carbide device can be reduced, and the on-resistance of the silicon carbide semiconductor device can be reduced.
また、炭化珪素半導体装置の製造プロセス中では、炭化珪素基体は十分な厚さがあり、炭化珪素基体の強度も確保され、破損の心配が少なく、ウエハの取扱いも容易にできる。このため、薄いウエハに対応した特別な装置設備が必要でなく、コストが上昇することが無くなる。 Further, in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device, the silicon carbide substrate has a sufficient thickness, the strength of the silicon carbide substrate is secured, there is little concern about damage, and the wafer can be easily handled. Therefore, no special equipment for thin wafers is required, and the cost does not increase.
以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した実施の形態では、MOSFETを例に説明しているが、これに限らず、炭化珪素半導体基板を利用して製造される全ての炭化珪素半導体装置、例えば、ダイオード、スーパージャンクション(SJ)構造の炭化珪素半導体装置などに適用できる。また、実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 In the above, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and in the above-described embodiment, for example, the dimensions of each part, the impurity concentration, and the like are set variously according to the required specifications and the like. Further, in the above-described embodiment, MOSFET is described as an example, but the present invention is not limited to this, and all silicon carbide semiconductor devices manufactured by using a silicon carbide semiconductor substrate, for example, a diode and a super junction (SJ). ) Applicable to silicon carbide semiconductor devices with a structure. Further, in the embodiment, the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type, but in the present invention, the first conductive type is p-type and the second conductive type is n-type. ..
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用されるパワー半導体装置に有用であり、特にトレンチゲート構造の炭化珪素半導体装置に適している。 As described above, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is useful for a power semiconductor device used in a power conversion device, a power supply device for various industrial machines, etc., and is particularly useful for carbonization of a trench gate structure. Suitable for silicon semiconductor devices.
1 n+型炭化珪素基板
2 n-型エピタキシャル層
3 p+型領域
4 p+型ベース領域
4a 下側p+型ベース領域
4b 上側p+型ベース領域
5 n+型ドリフト領域
5a 第1n+型ドリフト領域
5b 第2n+型ドリフト領域
6 p型エピタキシャル層
7 n++型ソース領域
8 p++型コンタクト領域
9 ゲート絶縁膜
10 ゲート電極
11 層間絶縁膜
12 バリアメタル
13 ソース電極
14 ソース電極パッド
15 ドレイン電極
18 トレンチゲート
20 空洞
21 柱
22 炭化珪素半導体素子
30 炭化珪素基体
31 二酸化珪素(SiO2)膜
32 フォトレジスト
33 トレンチ
34 領域
1 n + type silicon carbide substrate 2 n - type epitaxial layer 3 p + type region 4 p +
Claims (6)
前記炭化珪素半導体基体上に炭化珪素半導体素子を形成する第2工程と、
前記炭化珪素半導体素子を前記炭化珪素半導体基体から切り出す第3工程と、
を含み、
前記第1工程は、前記炭化珪素半導体基体の一方の主面側から形成した複数のトレンチ同士を連結させて空洞を形成する工程であって、
複数の前記トレンチの長手方向が、前記炭化珪素半導体基体の結晶軸方向<11-20>から、前記炭化珪素半導体基体に設けられたオリエンテーションフラットの形成保証精度に基づく所定角度以上ずれた方向になる複数の前記トレンチを前記炭化珪素半導体基体の一方の主面側から形成する第11工程と、
前記第11工程の後、エッチング効果のあるガスと炭化珪素膜の原料となるガスとを含むガス雰囲気下での熱処理によって、前記炭化珪素半導体基体の一方の主面側に前記炭化珪素膜を成膜するとともに、複数の前記トレンチの側壁をエッチングすることにより前記空洞を形成する第12工程と、
を含み、
前記第11工程では、前記トレンチをストライプ形状に形成し、前記トレンチの長手方向を、m面から±5度以上ずらした範囲に含まれる方向に形成することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 The first step of forming a silicon carbide semiconductor substrate having a plurality of cavities inside,
The second step of forming the silicon carbide semiconductor element on the silicon carbide semiconductor substrate and
A third step of cutting out the silicon carbide semiconductor element from the silicon carbide semiconductor substrate,
Including
The first step is a step of connecting a plurality of trenches formed from one main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate to form a cavity.
The longitudinal direction of the plurality of trenches deviates from the crystal axis direction <11-20> of the silicon carbide semiconductor substrate by a predetermined angle or more based on the formation guarantee accuracy of the orientation flat provided on the silicon carbide semiconductor substrate. The eleventh step of forming the plurality of trenches from one main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate, and
After the eleventh step, the silicon carbide film is formed on one main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate by heat treatment in a gas atmosphere containing a gas having an etching effect and a gas as a raw material for the silicon carbide film. A twelfth step of forming the cavity by forming a film and etching the side walls of the plurality of trenches.
Including
In the eleventh step, a silicon carbide semiconductor device is manufactured, wherein the trench is formed in a striped shape, and the longitudinal direction of the trench is formed in a direction included in a range deviated by ± 5 degrees or more from the m plane. Method.
前記切り出した炭化珪素半導体素子に裏面電極を形成する第4工程をさらに含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a fourth step of forming a back surface electrode on the cut-out silicon carbide semiconductor element.
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