JP7135443B2 - 炭化ケイ素半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
<半導体装置>
第1の実施の形態に係るSiC半導体装置は、デバイス構造としてショットキーバリアダイオード(SBD)構造が設けられる薄型の縦型パワー半導体装置である。第1の実施の形態に係るSiC半導体装置は、図1に示すように、SiCのn型(n+型)の半導体基板1と、半導体基板1の上に設けられ半導体基板1より低不純物濃度のSiCのn型(n-型)の第1半導体層2とを備える。第1半導体層2の上部にはデバイス構造3a~3dが設けられている。
次に第1の実施の形態に係るSiC半導体装置の製造方法を説明する。まず図2に示すように、4H-SiCを主材料とするn+型の半導体基板1aを用意する。半導体基板1aは、例えば不純物濃度1×1018cm-3程度、厚さ350μm程度であって、バルク層を有する半導体ウェハである。そして半導体基板1aの上にSiCをエピタキシャル成長させて、厚さ10μm程度のn-型のエピ層を第1半導体層2として形成する。
一方、図12に、比較例としてシリサイド層を積極的に形成する場合のSiC半導体装置を示す。比較例に係るSiC半導体装置は、図1に示したSiC半導体装置と同様に、おもて面のデバイス構造3a~3dとしてSBDを備えた薄型構造である。また比較例に係るSiC半導体装置は、裏面に、図1で示したような高濃度n層である第2半導体層4が設けられず、半導体基板1と金属電極膜5との間にオーミックコンタクト層としてのシリサイド層8が設けられている点が、図1で説明したSiC半導体装置の場合と異なる。
第1の実施の形態に係るSiC半導体装置の製造方法は、図16に示すように、それぞれのデバイス構造3a~3dの上に、デバイス構造3a~3dを保護する保護膜10a~10dを配置する工程を含んでもよい。図16中に例示された保護膜10a~10dは、SiC半導体装置の主面を正面から見た平面パターンでは、外縁が矩形状の額縁型であり、額縁の内側の開口部がコンタクト領域として用いられる。
<半導体装置>
第2の実施の形態に係るSiC半導体装置は、図17に示すように、第2半導体層4と金属電極膜5との間に、厚みt3が20nm以下に制御されたシリサイド層11を備える点が、第1の実施の形態に係るSiC半導体装置と異なる。尚、図12に示した比較例に係るSiC半導体装置中にも、100nm程度の厚みt3xを有するシリサイド層8が開示されていた。比較例に係るSiC半導体装置のシリサイド層8の場合、抵抗の増大又は抵抗値の不安定を回避しつつも、程度を制御することなくシリサイド反応を促進したため、オーミックコンタクト中に析出するカーボン量が大きくなった。しかし第2の実施の形態に係るSiC半導体装置は、抵抗の増大又は抵抗値の不安定を回避しつつカーボン量が抑制されるように、シリサイド反応の程度が制御されることによって、シリサイド層11の厚みt3が比較例の場合の厚みt3xより薄い点を特徴とする。
次に第2の実施の形態に係るSiC半導体装置の製造方法を説明する。まず図2~図8に示した工程と同様に、用意したn型の半導体基板1aの上にエピタキシャル成長等によってn-型のSiCの第1半導体層2を積層する。そして第1半導体層2のおもて面側にデバイス構造3a~3dを形成した後、裏面側を研削して薄化し、半導体基板1の下に、n++型のSiCの第2半導体層4を形成する。
第2の実施の形態に係るSiC半導体装置の製造方法では、シリサイド用金属層を水素プラズマ雰囲気中で選択的に加熱するプラズマ処理を実施することによって、オーミックコンタクトを構成するシリサイド層を形成してもよい。第2変形例では、プラズマ処理によるシリサイド用金属層の加熱によって、デバイス構造3a~3d側への熱の波及が抑制される。
第3の実施の形態に係るSiC半導体装置は、図21に示すように、金属電極膜5側の第2半導体層4の表面が多結晶化領域4bとなっている点が、第1の実施の形態に係るSiC半導体装置と異なる。これにより、SiC半導体装置下部の表面は多結晶と単結晶の界面となり、一様ではなくなるので、その後に形成する電極層との密着性を向上させることが可能である。このとき、第2半導体層4の多結晶化領域4bと金属電極膜5との間にさらにシリサイド層を設けてもよい。
本発明は上記の開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。例えば、第1及び第2の実施の形態ではデバイス構造3a~3dとしてSBDを用いる場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、IGBTやMOSFETといったMOS構造等他のデバイス構造であっても効果に違いはない。
2 第1半導体層
3a~3d デバイス構造
4 第2半導体層
4a イオン注入領域
4b 多結晶化領域
5 金属電極膜
6 接着剤
7 サポート板
8 シリサイド層
8a シリサイド用金属層
9a カーボン層
9b1~9b3 クラスター状カーボン
9c 析出カーボンの存在領域
10a~10d 保護膜
11 シリサイド層
11a シリサイド用金属層
12 シリサイド層
12a シリサイド用金属層
t1,t1a 第1半導体層及び第2半導体層間の厚み
t2 第2半導体層の厚み
t3,t3a,t3x シリサイド層の厚み
Claims (17)
- 炭化ケイ素の第1半導体層と、
前記第1半導体層の上部に設けられたデバイス構造と、
前記第1半導体層の下に設けられ、オーミックコンタクトをなす、前記第1半導体層より高不純物濃度の炭化ケイ素の第2半導体層と、
前記第2半導体層の下に設けられた金属電極膜と、
前記第2半導体層と前記金属電極膜との間に、前記第2半導体層とともにオーミックコンタクトをなす、厚みが20nm以下のシリサイド層と、を備え、
前記シリサイド層の中に析出するカーボンの存在領域の厚みが10nm以下である
ことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置。 - 前記第2半導体層の厚みは、0.05μm以上、0.5μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第2半導体層のドーパントは窒素であることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記ドーパントの不純物濃度は、5×1018cm-3以上、5×1019cm-3以下であることを特徴とする請求項3に記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記第2半導体層の前記金属電極膜側の面に、前記第2半導体層の多結晶領域が存在することを特徴とする請求項1に記載の炭化ケイ素半導体装置
- 前記第1半導体層の上面から前記第2半導体層の下面までの間の厚みは、50μm以下であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 炭化ケイ素の半導体基板の上に第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層の上部にデバイス構造を形成する工程と、
前記半導体基板を薄化する工程と、
薄化して露出した下面に対して不純物元素のイオンを注入する工程と、
前記イオンの注入領域を活性化することにより、オーミックコンタクトをなす、前記第1半導体層より高不純物濃度の炭化ケイ素の第2半導体層を形成する工程と、
前記第2半導体層の下面上に金属電極膜を形成する工程と、を含み、
前記イオンを注入する工程では、前記半導体基板に、前記半導体基板の固溶限度を超える量の前記イオンを注入し、
前記第2半導体層を形成する工程では、前記イオンが注入された下面に対してレーザー光の照射による活性化アニールを施すことにより、前記第2半導体層と前記第2半導体層の多結晶領域とを同時に形成し、
前記第2半導体層と前記金属電極膜との間に析出するカーボンの存在領域の厚みを10nm以下とする
ことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 炭化ケイ素の半導体基板の上に第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層の上部にデバイス構造を形成する工程と、
前記半導体基板を薄化する工程と、
薄化して露出した下面に対して不純物元素のイオンを注入する工程と、
前記イオンの注入領域を活性化することにより、オーミックコンタクトをなす、前記第1半導体層より高不純物濃度の炭化ケイ素の第2半導体層を形成する工程と、
前記第2半導体層の下にシリサイド用金属層を3nm以上10nm以下の厚さで積層する工程と、
前記シリサイド用金属層を加熱して、厚みが20nm以下のシリサイド層を形成する工程と、
前記第2半導体層の下面上に金属電極膜を形成する工程と、を含み、
前記第2半導体層と前記金属電極膜との間に析出するカーボンの存在領域の厚みを10nm以下とする
ことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板に、前記半導体基板の固溶限度を超える量の前記イオンを注入することを特徴とする請求項8に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
- 前記薄化する工程は、前記第1半導体層の上面から前記第2半導体層の下面までの間の厚みが50μm以下であるように行うことを特徴とする請求項7又は8に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
- 前記イオンを注入する工程は、前記炭化ケイ素半導体装置の温度を200℃以下に維持し、
前記イオンの不純物元素として窒素を用いることを特徴とする請求項8に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 前記窒素イオンの不純物濃度は、5×1018cm-3以上、5×1019cm-3以下であることを特徴とする請求項11に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
- 前記イオンの注入領域を活性化する処理は、前記イオンが注入された下面に対してレーザー光の照射による活性化アニールを施すことによって行うことを特徴とする請求項8に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
- 前記レーザー光の波長は、190nm以上、388nm以下であることを特徴とする請求項7又は13に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
- 前記薄化する工程の前に、製造プロセス中の最高温度より低い熱分解温度の有機物を含む額縁型の保護膜を、前記デバイス構造の外周部の上に配置する工程を更に含み、
前記保護膜が前記デバイス構造の上に配置された状態で、前記薄化する工程を行うことを特徴とする請求項7又は8に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 前記シリサイド用金属層を加熱する工程は、局所的なレーザーアニールによって行われることを特徴とする請求項8に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
- 前記シリサイド用金属層を加熱する工程は、水素プラズマ雰囲気中の水素ラジカルが放出する熱エネルギーによって行われることを特徴とする請求項8に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
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