WO2013146444A1 - 炭化珪素半導体素子およびその製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体素子およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

　炭化珪素からなる半導体基板の、おもて面側に高耐圧を保持する役割を有するドリフト層を備え、裏面側にオーミック電極を備える炭化珪素半導体素子の製造方法において、前記半導体基板の裏面側にオーミック電極を形成する前に、前記半導体基板の前記ドリフト層との反対側の面の素子活性領域に、少なくとも１本のダイシングラインが入るようにダイシングする工程を追加する。これにより、オン抵抗を下げるため半導体基板を薄くした場合でも基板の強度を維持し、ウェハプロセスにおけるウェハの割れを少なくできる構造を有する炭化珪素半導体素子およびその製造方法を提供する。

Description

炭化珪素半導体素子およびその製造方法
　本発明は、半導体材料として炭化珪素（以下「ＳｉＣ」ともいう）を用いた炭化珪素半導体素子、特におもて面側から裏面側に電流を流す縦型の炭化珪素半導体素子およびその製造方法に関する。
　電力用半導体素子、すなわちパワーデバイスは、周波数・電圧・電流の制御および変換機能を持つパワーエレクトロニクス回路におけるキーデバイスであり、パワーデバイスの電力損失を低減する努力が続けられている。パワーデバイスには、トランジスタやダイオードがあり、トランジスタにはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが、ダイオードにはｐｉｎダイオードやショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）などがあり、動作周波数・電圧・電流によって最適な素子が用いられる。
　パワーデバイスの構造は、例えば、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を例にとると、高耐圧を保持する耐圧領域としての役割を持つドリフト層、機械的強度を持たせた基板、おもて面側に設けられた最適なショットキー障壁を持つアノードメタル、および、裏面側に設けられた半導体領域とのオーミック接触を有するカソードメタルにより構成される。
　図１は、炭化珪素（４Ｈ－ＳｉＣ）を基板に用いた、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の構造の一例を模式的に示す断面図である。図１において、符号１は、ＳｉＣ基板、符号２は、ＳｉＣ基板１上に成長させた、ドリフト層となるｎ型エピタキシャル層、符号３は、素子の活性領域に、アルミニウム（Ａｌ）イオン注入により形成されたｐ型領域からなるＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）構造、符号４は、素子耐圧向上を目的として形成されたｐ型領域からなる活性領域のエッジ外周部、符号５は、基板１のおもて面に形成された熱酸化膜（堆積酸化膜）からなるフィールド酸化膜、符号６は、ＳｉＣ基板１の裏面に設けられたオーミック電極（オーミック合金層）、符号７は、ＳｉＣ基板１のおもて面に設けられたショットキー電極、符号８は、ＳｉＣ基板１のおもて面に設けられたＡｌワイヤーとの接着用のＡｌ電極、符号９は、半田との密着性を高めるための積層メタルを示す。
　このようなショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）において、電流をアノードからカソードに流した導通時には、各構成要素はそれぞれ抵抗となり、各抵抗の総和を単位面積あたりに換算したものがオン抵抗と呼ばれる。当該オン抵抗のうち、大きな割合を占めるドリフト層抵抗は半導体材料に固有な絶縁破壊電界強度の３乗に逆比例する。結晶構造が４Ｈ型の炭化珪素（４Ｈ－ＳｉＣ）では、３．２５ｅＶと大きなバンドギャップを有するため、絶縁破壊電界強度が２～３ＭＶ／ｃｍと、従来広く用いられてきたシリコン（Ｓｉ）の絶縁破壊電界強度（０．２～０．３ＭＶ／ｃｍ）に対して約１０倍となる。したがって、４Ｈ－ＳｉＣ半導体を用いるとドリフト層抵抗をシリコン半導体の数１００分の１に抑制することができる。４Ｈ－ＳｉＣ半導体を用いたパワーデバイスは放熱が容易となる大きな熱伝導度の特性ともあいまって、次世代の低損失なパワーデバイスとしての期待が持たれている（例えば、下記特許文献１参照。）。
　しかしながら、ドリフト層抵抗を４Ｈ－ＳｉＣ半導体の使用により大きく低減することができるが、ドリフト層抵抗を低減させた場合、今度はそれ以外の抵抗成分が顕著になってきた。その中の一つに基板抵抗がある。一般に４Ｈ－ＳｉＣ基板は、比抵抗が２０ｍΩｃｍで厚さが３５０μｍであるので、約０．７ｍΩｃｍ2の抵抗となる。ドリフト層抵抗が６００Ｖ～１２００Ｖクラスのパワーデバイスでは基板抵抗が１～２ｍΩｃｍ2であることから、基板抵抗が無視できなくなるという問題があった。
　シリコンを主材料とするパワーデバイスでも同様の技術課題がある。半導体基板として使用されるＦＺ－Ｓｉウェハのオン抵抗へのドリフト層の寄与分を小さくするため、ドリフト層の厚さを耐圧に必要な最小限のものにするように、ウェハを研磨する薄ウェハ化プロセス技術が発展してきている。耐圧を決定するドリフト層の厚みは、半導体材料の物性値によって決まり、例えば、シリコンの場合には、耐圧６００Ｖに対し約７０μｍ、耐圧１２００Ｖに対し約１００μｍである。ＦＺ－Ｓｉウェハを用いる半導体製造プロセスの開発では、耐圧に必要な厚さにまで研磨された薄いウェハ、例えば、厚さ７０μｍ程度のウェハを処理する技術を確立することが終着点の一つであり、薄いウェハを扱うウェハハンドリングの方法の改善など、かなりの程度、進展しつつある（例えば、下記特許文献２参照。）。
　炭化珪素を用いる炭化珪素半導体装置では、そのオン抵抗を低減するために、炭化珪素基板上に半導体層を堆積形成した後、研磨により基板を２００μｍ以下の厚さにする発明が知られている（例えば、下記特許文献３参照。）。しかし、下記特許文献３では、炭化珪素基板の厚さを４００μｍから約２００μｍに低減した半導体装置とその製造方法を開示するのみで、厚さの下限に関して詳しく説明していない。また、下記特許文献３に記載された第１の実施形態では、ショットキーダイオードを製造するために、炭化珪素基板上に１０μｍ厚のエピタキシャル成長層を堆積させた後、ボロンイオンを注入して不純物層を形成し、その上に電極を形成している。下記特許文献３に開示された製造方法を用いる場合、炭化珪素基板の厚さを２００μｍよりさらに薄く、例えば、１００μｍや５０μｍの厚さにしようとすると、上に述べたシリコンを用いる製造プロセスと同じように、基板が割れるなどの不具合が発生すると考えられる。したがって、下記特許文献３には、炭化珪素基板の厚さが文言上２００μｍ以下である半導体装置を開示しているが、具体的には研磨等により炭化珪素基板の厚さを約２００μｍにする製造方法のみを開示するものである。
特開２００５－５４２８号公報 特開２００５－２６０２６７号公報 特開２００４－２２８７８号公報 特開２００７－２４３０８０号公報
　炭化珪素または窒化ガリウムを主材料とする半導体装置では、アバランシェ降伏限界がシリコンより高く、設計耐圧が６００Ｖ～１２００Ｖであるパワーデバイスにおける耐圧領域の厚さは１０μｍ前後またはそれ以下でよい。他方、現在入手可能な炭化珪素からなる低抵抗基板の体積抵抗率は、シリコン基板に比べて高い。例えば、シリコンの場合には０．０００１Ωｃｍ未満の抵抗率を有するウェハを入手可能であるのに対し、炭化珪素の場合は、その１０倍以上大きい０．０２～０．０１Ωｃｍの抵抗率を有するウェハしか利用できない。炭化珪素基板中のｎ型不純物として添加する窒素原子濃度を過度に添加した場合、４Ｈ－ＳｉＣ結晶品質を劣化し、その結果、炭化珪素基板中にらせん転位、刃状転位、積層欠陥などが増加し素子耐圧を劣化させるという問題があった。
　また、窒化ガリウムを主材料とする半導体装置を製造する場合には、窒化ガリウムからなる単結晶基板を入手することが困難であることから、炭化珪素またはサファイアからなる基板の上に、ヘテロエピタキシャル成長法で窒化ガリウムからなる半導体層を形成する方法が採用されている。しかしながら、現在入手可能な炭化珪素基板の体積抵抗率は０．０１Ωｃｍ程度であり、炭化珪素基板の体積抵抗率を低減するにはさらなる技術開発が必要であり、困難も予想される。
　以上の状況を考慮すると、炭化珪素または窒化ガリウムを主材料とする縦型の電力用半導体装置においても、オン抵抗の低減のため、いずれはシリコンを主材料とする縦型の電力用半導体装置の場合と同様に、半導体基板またはウェハを薄くするプロセスの確立が必須になるものと推測される。前述した背景技術でも触れたように、炭化珪素や窒化ガリウムを主材料とする半導体装置では、耐圧領域の厚みが約１０μｍあれば１０００Ｖ前後の耐圧が得られる。したがって、オン抵抗を下げる目的で、シリコンプロセスと同様に、炭化珪素からなる基板を、例えば耐圧に必要な１０μｍ厚程度になるように薄くする製造方法が考えられる。しかしながら、半導体基板またはウェハを１０μｍ程度まで薄く研磨しようとした場合、割れ、欠けなどの不良や無数のパーティクルの発生が避けられず、良好な製造プロセスの確立は困難であると推測される。なお、シリコン半導体装置では、耐圧領域の厚さが６００Ｖに対し７０μｍ、１２００Ｖに対し１００μｍであるため、ウェハの全面を薄くするプロセスが可能になっている。
　このような問題に対処するために、基板裏面中央部を凹とし、この凹部内に金属電極を形成する方法が提案されている（例えば、上記特許文献４参照。）。基板裏面の全面を薄くするのではなく、基板裏面の素子活性部下の一部の領域のみ薄膜化することによって、基板外周部に薄膜化しない厚さの厚い部分が残るため、支持体としてのウェハの機械強度を増加させることができる。この上記特許文献４によると、薄膜化の方法としてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）や、サンドブラスト、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ）などが提案されている。しかしながら、ＲＩＥで薄膜化する方法では、エッチングレートが一般的には１μｍ／ｍｉｎであるから３００μｍの厚さを研削するのに３００分もの長時間がかかってしまう。また、マスク材として一般的に用いられるニッケル（Ｎｉ）との選択比は数１０程度であるから、３００μｍの厚さをエッチングするために１０μｍ程度の非常に厚さの厚いＮｉ膜をマスクとして形成する必要がある。これらのことからＲＩＥによる薄膜化には困難が伴う。また、サンドブラストで薄膜化する方法では、マスクとの選択比はほぼ１であり、マスクの厚さを数１００μｍとする必要があるため、マスクおよびマスクパターンの形成に困難が伴う。さらに、ＦＩＢで薄膜化する方法についても、ＦＩＢで薄膜化できる領域は数１０μｍとウェハ面積と比較すると非常に小さなエリアであり、ウェハ全面のパターン形成は非現実的である。このように上記特許文献４には薄膜化の方法に問題がある。
　本発明は、以上の背景技術および課題に鑑みて成されたものである。本発明の目的は、半導体基板上に炭化珪素からなる半導体層を有する炭化珪素半導体素子のオン抵抗を下げることであり、オン抵抗を下げるため半導体基板を薄くした場合でも基板の強度を維持し、ウェハプロセスにおけるウェハの割れを少なくすることができる構造を有する炭化珪素半導体素子およびその製造方法を提供することである。
　本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、半導体基板の裏面側に、ダイシングソーにより半導体基板のみにダイシングラインを入れることにより、半導体基板の機械的強度を保持しつつ、半導体基板の抵抗を低減することができることを見出した。また、当該ダイシングラインを、半導体基板の一端から特定方向に入るようにし、反対側の他端までは到達しないようにすることにより、半導体基板の機械的強度をさらに向上させることができることも判明した。さらに、この際、ダイシングライン間の距離を、ダイシングラインの幅より小さくすることによって半導体基板全面を薄膜化すると良いことも分かった。さらにまた、ダイシングを行った後、ダイシングのダメージ除去のためＲＩＥと犠牲酸化とのプロセスを追加すると良いという知見も得た。
　本発明はこれらの知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明によれば、以下の発明が提供される。
　上記課題を解決し、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素子の製造方法は、次の特徴を有する。炭化珪素半導体素子は、炭化珪素からなる半導体基板の、おもて面側に高耐圧を保持する役割を有するドリフト層を備え、裏面側にオーミック電極を備える。この炭化珪素半導体素子の製造方法において、前記半導体基板の裏面側にオーミック電極を形成する前に、前記半導体基板の、前記ドリフト層と反対側の面の素子活性領域に、少なくとも１本のダイシングラインが入るようにダイシングする工程を含む。
　この発明にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法は、上述した発明において、ダイシングブレードによってダイシングを行うことを特徴とする。
　この発明にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記ダイシングブレードが、前記半導体基板の特定方向から入るようにし、前記ダイシングブレードの入射方向とは反対側の基板端に到達する前に前記ダイシングブレードを前記半導体基板から離すようにすることを特徴とする。
　この発明にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法は、上述した発明において、前記ダイシングライン間の距離を、前記ダイシングブレードの幅より小さくすることによって特定方向のみの基板端を残して、前記半導体基板の裏面側の全面を薄膜化することを特徴とする。
　この発明にかかる炭化珪素半導体素子の製造方法は、上述した発明において、ダイシングのダメージ除去のためＲＩＥと犠牲酸化のプロセスとを追加することを特徴とする。
　上記課題を解決し、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素子は、次の特徴を有する。炭化珪素からなる半導体基板の、おもて面側に高耐圧を保持する役割を有するドリフト層を備え、裏面側にオーミック電極を備える。そして、前記半導体基板は、前記ドリフト層と反対側の面の素子活性領域に、少なくとも１本のダイシングラインが設けられることにより、基板抵抗が減少されている。
　この発明にかかる炭化珪素半導体素子は、上述した発明において、前記ダイシングラインが、前記半導体基板の特定端から一方向に設けられており、少なくとも前記半導体基板の特定端の反対側の基板端部を残して形成されていることを特徴とする。
　本発明の炭化珪素半導体素子およびその製造方法によれば、基板抵抗を最大約０．５ｍΩｃｍ2低減することができ、また、順方向特性について、４００Ａ／ｃｍ2の電流密度にて約０．２Ｖの電圧低減ができるという効果を奏する。
図１は、炭化珪素を基板に用いた、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の構造の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、ダイシングされた基板の一部分の断面を模式的に示す断面図である。 図３は、ダイシングの切断痕であるダイシングラインの一例を示す平面図である。 図４は、ダイシングピッチ（ＷＰ）をダイシングブレード幅（ＷＢ）より小さくすることにより、ＳｉＣ基板１の端部を残して、ＳｉＣ基板１の全面を研削することができるようにした説明図である。 図５は、本発明の方法により完成したショットキーバリアダイオードの様子を示す、素子の模式的断面図である。 図６は、ダイシングなしの場合と、ダイシングピッチ１００μｍ、ダイシング深さ３００μｍの時の場合での、順方向ＩＶ特性を示す特性図である。 図７は、ダイシングピッチ、ダイシング深さをパラメータとして、ダイシングをストライプ状に実施した場合の、基板抵抗を示す特性図である。 図８は、ダイシングピッチ、ダイシング深さをパラメータとして、ダイシングをストライプ状に実施した場合の、４００Ａ／ｃｍ2時の順方向電圧低減値を示す特性図である。 図９は、ダイシングピッチ、ダイシング深さをパラメータとして、ダイシングを格子状に実施した場合の、基板抵抗を示す特性図である。 図１０は、ダイシングピッチ、ダイシング深さをパラメータとして、ダイシング格子状に実施した場合の、４００Ａ／ｃｍ2時の順方向電圧低減値を示す特性図である。 図１１は、ダイシングピッチをダイシングブレード幅より小さくした場合の、基板抵抗のダイシング深さ依存性を示す特性図である。 図１２は、ダイシングピッチをダイシングブレード幅より小さくした場合の、４００Ａ／ｃｍ2時の順方向電圧降下の減少値を示す特性図である。
　本発明の方法は、炭化珪素からなる半導体基板の、おもて面側に高耐圧を保持する役割を有するドリフト層を有し、裏面側にオーミック電極を有する炭化珪素半導体素子の製造方法において、半導体基板の裏面側にオーミック電極を形成する前に、半導体基板の裏面に少なくとも１本のダイシングラインが入るようにダイシングする工程を有することを特徴とするものである。
　はじめに、炭化珪素からなる半導体基板の、おもて面側に高耐圧を保持する耐圧領域としての役割を有するドリフト層を備え、裏面側にオーミック電極を備える炭化珪素半導体素子の製造方法の一例を、前述の図１を用いて説明する。
　４Ｈ－ＳｉＣ基板（以下、ＳｉＣ基板とする）１を用意し、この上に、ドリフト層となるｎ型エピタキシャル層２を成長させる。この時のｎ型不純物として添加する窒素原子等の不純物濃度、成長させる層の厚さは、耐圧クラスにより異なるが、６００～１２００Ｖクラスの素子の場合では、一般的に不純物濃度は、１×１０16ｃｍ-3の前半、層の厚さは、５～１０μｍに設定される。次に、このようなｎ型エピタキシャル層２を成長させたＳｉＣ基板１上の、素子の活性領域におけるｎ型エピタキシャル層２側の表面層に、ＪＢＳ構造３をＡｌイオン注入により選択的に形成する。このＪＢＳ構造３は、逆方向時のリーク電流を低減するためのものである。また素子耐圧向上を目的として、活性領域のエッジ外周部４に、ドーズ量が１０12～１０13ｃｍ-2となるようにＡｌイオン注入を実施する。さらに、イオン注入されたＡｌを１６００℃前後の温度でアニールし電気的に活性化する。次に、ＳｉＣ基板１おもて面を熱酸化膜（堆積酸化膜、フィールド酸化膜）５で被覆する。次に、ＳｉＣ基板１裏面にオーミック電極（オーミック合金層）６を形成し、ＳｉＣ基板１のおもて面にショットキー電極７とＡｌワイヤーとの接着用のＡｌ電極８とを順次形成する。その後、ＳｉＣ基板１の裏面に、半田との密着性を高めるための積層メタル９を形成して、図１に示す炭化珪素半導体素子を製造するための前工程は終了する。
　本発明では、前述のＳｉＣ基板１の裏面側にオーミック電極６を形成する工程の前、すなわち、前述のＳｉＣ基板１上にドリフト層となるｎ型エピタキシャル層２を成長する工程、ｐ型不純物のイオン注入によりＪＢＳ構造３および活性領域のエッジ外周部４を形成する工程、活性化アニール工程、およびフィールド酸化膜５を形成する工程、の各工程を終了したものに、ダイシングソーにより、ＳｉＣ基板１の裏面をダイシングする。この時のダイシングには、例えばダイヤモンドブレード等のダイシングブレードが使用される。
　本発明においては、素子の活性領域下に、少なくとも１本のダイシングラインが形成されるように、ＳｉＣ基板１の裏面がダイシングされる。図２は、ダイシングされた基板の一部分の断面を模式的に示す断面図である。図２中、ＷBは、ダイシングブレードの幅、ＤBは、ダイシングの高さ（深さ）、ＷPは、ダイシングピッチ、ｔSUBは、ＳｉＣ基板１の厚さ、をそれぞれ示している。本発明においては、ＷB、ＤB、およびＷPは、適宜決めることができるが、ダイシングブレードの幅（ＷB）は、通常６０μｍ、好ましくは、１２０μｍである。また、ダイシングの深さ（ＤB）は、深ければ深いほど基板抵抗を減少させることができるが、ＳｉＣ基板１のおもて面側に形成されたドリフト層に至らない範囲、すなわちＳｉＣ基板１の厚さ（ｔSUB）の範囲内にとどめることが必要である。さらに、ダイシングピッチ（ＷP）が小さくなるほど、基板抵抗を減少させることができる。ダイシングピッチ（ＷP）をダイシシングブレード幅（ＷB）より小さくして、ＳｉＣ基板１の全面を研削して薄膜化することもできるが、ＳｉＣ基板１の全面を研削する場合は、後述するとおり、機械的強度を保つためにＳｉＣ基板１の端部を切らずに残しておくことが好ましい。
　本発明において、ダイシングの方向および形状は、特に限定されないが、例えば、ＳｉＣ基板１の一方向にストライプ状に形成されてもいてもよく、あるいは、ＳｉＣ基板１上の直行した二方向に、すなわち格子状に形成されてもよい。図３は、ダイシングの切断痕であるダイシングラインの一例を示す平面図である。本発明においては、図３に示すように、ダイシングラインが、ＳｉＣ基板１の一端から特定方向に入るようにし、反対側の他端までは到達しないようにして、ＳｉＣ基板１の端部を切らずに残しておくことにより、ＳｉＣ基板１の機械的強度をさらに向上させることができる。
　図４は、ダイシングピッチ（ＷP）をダイシングブレード幅（ＷB）より小さくすることにより、ＳｉＣ基板１の端部を残して、ＳｉＣ基板１の全面を研削することができるようにした説明図である。図４に示す方法は図３に示す方法をさらに発展させたものであり、ダイシングが一方向でＳｉＣ基板１の端部を残す点は図３に示すものと同じであるが、切断線Ａ－Ａ’の断面では、図２に示すように、ダイシングピッチ（ＷP）をダイシングブレード幅（ＷB）より小さくすることにより、ＳｉＣ基板１の全面を研削することができるようにしたものである。
　図５は、本発明の方法により完成したショットキーバリアダイオードの様子を示す、素子の模式的断面図である。図５においては、図３または図４のような方法でＳｉＣ基板１の裏面側の、素子の活性領域下に少なくとも１本のダイシングラインが形成されるようにされた後、オーミック電極（オーミックメタル）６の形成工程、ショットキーメタル用コンタクトホールの形成工程、ショットキー電極（ショットキーメタル）７の形成工程、Ａｌ電極（トップＡｌメタル）８の形成工程、積層メタル（裏面３層メタル）９の形成工程、を順次実施して、ショットキーバリアダイオードが完成した様子を示している。
　さらに、本発明では、ダイシングを行った後、ダイシングのダメージ除去のため、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）および犠牲酸化のプロセスを追加することが好ましい。犠牲酸化は、ＲＩＥの工程でできた表面層を取り除くために、ＳｉＣ基板１を熱酸化し、それにより形成された熱酸化膜を、希フッ酸等で直ちに除去するものであって、この熱酸化膜は、ＳｉＣ基板１の表面を清浄な状態にするために一時的に形成させるものであるため、犠牲酸化膜と呼ばれている。
　上述した製造方法ではＳＢＤを例に説明しているが、本発明の方法は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＳＢＤ、ｐｉｎダイオードなどのあらゆる縦型構造のパワーデバイスに適用可能である。
　以下、従来技術の説明に用いた、構造が単純なショットキーバリアダイオードを一例として、図１を用いて、具体的に説明する。
　厚さ３５０μｍ、比抵抗２０ｍΩｃｍの４インチの径を有する４Ｈ－ＳｉＣ基板１上にドリフト層となるｎ型エピタキシャル層２の成長工程、ｐ型不純物のイオン注入によるＪＢＳ構造３および活性領域のエッジ外周部４の形成工程、活性化アニール工程、フィールド酸化膜５の形成工程、の各工程を、前述のとおり実施した。なお、本実施例では、イオン注入する際の窒素原子濃度を１×１０16ｃｍ-3、ｎ型エピタキシャル層２の膜厚を１０μｍとした。この後、ダイシングソーにより、ＳｉＣ基板１の裏面をダイシングした。この時、ダイシングにはダイヤモンドブレード等のダイシングブレードを使用した。本実施例で用いたダイシングブレード（ＷB）の幅は６０μｍである。この時のダイシングの高さ（ＤB）およびダイシングピッチ（ＷP）をパラメータとして実験を行った。
　ダイシング高さ（ＤB）を５０μｍから２５０μｍまで、ダイシングピッチ（ＷP）を１００μｍから１ｍｍまで変化させた。また、ダイシング方向も、１方向の場合と、直行する２方向の場合との２種類で実験した。また、１方向のダイシングを行う場合、特定の方向からダイシングを入れ反対側の端部はウェハ外周端から１０ｍｍの切り代が残るようにダイシングブレードを引き上げた。（図３参照）。
　その後、ダイシングによるダメージ層を除去するために、ＣＦ4とＯ2の混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行った。エッチング深さは１μｍとした。さらに、犠牲酸化のプロセスを１１００℃の温度で、２時間のドライ酸化により行い、約１００ｎｍの熱酸化膜を形成後、バッファードフッ酸溶液に浸漬して熱酸化膜を除去した。
　この後、従来の技術に記載したようにオーミック電極６形成、ショットキーメタル用コンタクトホール形成、ショットキー電極７形成、Ａｌ電極８形成、積層メタル９形成を順次実施してショットキーバリアダイオードを完成する（図５参照）。裏面のダイシング工程およびダメージ除去工程は、オーミック電極６を形成する前であればどの工程に挿入しても構わない。
　このようにして作製されたＳＢＤの順方向のＩＶ特性は、立ち上がり電圧は変わらないが、傾きが急峻になった。図６は、ダイシングなしの場合と、ダイシングピッチ１００μｍ、ダイシング深さ３００μｍの時の場合での、順方向ＩＶ特性を示す特性図である。４００Ａ／ｃｍ2の電流密度にて、０．１４Ｖの順方向電圧の低減が実現できた。図６において、符号１１は裏面ダイシングありを示し、符号１２は裏面ダイシングなしを示す。
　次に、ダイシングピッチ、ダイシング深さをパラメータとして、ダイシングをストライプ状に実施した場合と、直交した２方向（格子状）で実施した場合の基板抵抗および４００Ａ／ｃｍ2時の順方向電圧低減値を、図７～１０を用いて説明する。図７は、ダイシングピッチ、ダイシング深さをパラメータとして、ダイシングをストライプ状に実施した場合の、基板抵抗を示す特性図である。図８は、ダイシングピッチ、ダイシング深さをパラメータとして、ダイシングをストライプ状に実施した場合の、４００Ａ／ｃｍ2時の順方向電圧低減値を示す特性図である。図９は、ダイシングピッチ、ダイシング深さをパラメータとして、ダイシングを格子状に実施した場合の、基板抵抗を示す特性図である。図１０は、ダイシングピッチ、ダイシング深さをパラメータとして、ダイシング格子状に実施した場合の、４００Ａ／ｃｍ2時の順方向電圧低減値を示す特性図である。
　図７および図８は、それぞれ、ダイシングをストライプ状に実施した場合の、基板抵抗および４００Ａ／ｃｍ2時の順方向電圧低減値を示し、図９および図１０は、それぞれ、ダイシングを格子状に実施した場合の、基板抵抗および４００Ａ／ｃｍ2時の順方向電圧低減値を示している。図７～１０から明らかなように、ダイシングピッチが小さくなるほど、ダイシング深さが大きくなるほど、基板抵抗が減少することが分かる。また、ストライプ方向を一方向より二方向とした方が、基板抵抗は減少することが分かった。
　また、図１１は、ダイシングピッチをダイシングブレード幅より小さくした場合の、基板抵抗のダイシング深さ依存性を示す特性図である。図１２は、ダイシングピッチをダイシングブレード幅より小さくした場合の、４００Ａ／ｃｍ2時の順方向電圧降下の減少値を示す特性図である。図１１および図１２から明らかなように、ダイシング深さが深いほど基板抵抗は減少し、３００μｍの深さで基板抵抗は０．１ｍΩｃｍ2となった。すなわち、基板を研削する量が多いほど基板抵抗は減少する結果となった。
　以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体素子およびその製造方法は、電力用半導体素子に使用される縦型のパワー半導体装置に有用である。
　１　ＳｉＣ基板
　２　ｎ型エピタキシャル層
　３　ＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）構造
　４　エッジ外周部
　５　熱酸化膜（堆積酸化膜）
　６　オーミック電極
　７　ショットキー電極
　８　Ａｌワイヤーとの接着用のＡｌ電極
　９　積層メタル
　ＤB　ダイシングの深さ
　ＷB　ダイシングブレードの幅
　ＷP　ダイシングピッチ
　ｔSUB　基板の厚さ

Claims (7)

  1. 　炭化珪素からなる半導体基板の、おもて面側に高耐圧を保持する役割を有するドリフト層を備え、裏面側にオーミック電極を備える炭化珪素半導体素子の製造方法において、
    　前記半導体基板の裏面側にオーミック電極を形成する前に、前記半導体基板の、前記ドリフト層と反対側の面の素子活性領域に、少なくとも１本のダイシングラインが入るようにダイシングする工程を含むことを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。
  2. 　ダイシングブレードによってダイシングを行うことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
  3. 　前記ダイシングブレードが、前記半導体基板の特定方向から入るようにし、前記ダイシングブレードの入射方向とは反対側の基板端に到達する前に前記ダイシングブレードを前記半導体基板から離すようにすることを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
  4. 　前記ダイシングライン間の距離を、前記ダイシングブレードの幅より小さくすることによって特定方向のみの基板端を残して、前記半導体基板の裏面側の全面を薄膜化することを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
  5. 　ダイシングのダメージ除去のためＲＩＥと犠牲酸化のプロセスとを追加することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
  6. 　炭化珪素からなる半導体基板の、おもて面側に高耐圧を保持する役割を有するドリフト層を備え、裏面側にオーミック電極を備える炭化珪素半導体素子において、
    　前記半導体基板は、前記ドリフト層と反対側の面の素子活性領域に、少なくとも１本のダイシングラインが設けられることにより、基板抵抗が減少されていることを特徴とする炭化珪素半導体素子。
  7. 　前記ダイシングラインが、前記半導体基板の特定端から一方向に設けられており、少なくとも前記半導体基板の特定端の反対側の基板端部を残して形成されていることを特徴とする請求項６に記載の炭化珪素半導体素子。
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