JP2013105881A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本願の一つの発明は、SiC基板の表面側にアルミニウム系メタル膜が形成された状態で、裏面にシリサイド形成用メタル膜を成膜し、この裏面に対してレーザビームによってシリサイド化処理を実行する半導体装置の製造方法であって、このレーザビームを、前記シリサイド形成用メタル膜を実質的に透過しない波長域に属する可視光とするものである。
【選択図】図19
Description
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
(a)SiCウエハの第1の主面にアルミニウム系メタル表面電極膜を形成する工程;
(b)前記工程(a)の後、前記SiCウエハの第2の主面上のほぼ全面に、シリサイド形成用メタル膜を成膜する工程;
(c)前記工程(b)の後、前記SiCウエハの前記第2の主面側から、前記シリサイド形成用メタル膜に対して、レーザビームを照射することにより、前記シリサイド形成用メタル膜をシリサイド膜とする工程;
(d)前記工程(c)の後、前記シリサイド膜上のほぼ全面に、メタル裏面電極膜を形成する工程、
ここで、前記レーザビームは、前記シリサイド形成用メタル膜を実質的に透過しない波長を有する。
(e)前記工程(d)の後、前記SiCウエハの前記第1の主面上およびアルミニウム系メタル表面電極膜上に、有機系パッシベーション膜を形成する工程。
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
このセクションでは、SiCダイオードの一例として、JBSダイオードまたはMPSダイオードを例に取り具体的に説明するが、Pinダイオードやその他の形式のダイオードの裏面のシリサイド化にも適用できることは言うまでもない。また、ダイオードに限らず、各種のパワー系トランジスタ、パワー系スイッチ素子等の裏面のシリサイド化にも適用できることは言うまでもない。
このセクションでは、バックグラインディングを適用しないプロセスを説明するが、必要に応じて、バックグラインディングを適用しても良いことは言うまでもない。以下の実施の形態に説明されるプロセスは、レーザ光が実質的にSiC基板に侵入しないので、どのように薄いウエハにも適用できるメリットがある。
(1)イオン種:たとえば窒素、ドーズ量:たとえば4x1014/cm2程度、注入エネルギ:たとえば240KeV程度、
(2)イオン種:たとえば窒素、ドーズ量:たとえば3x1014/cm2程度、注入エネルギ:たとえば190KeV程度、
(3)イオン種:たとえば窒素、ドーズ量:たとえば3x1014/cm2程度、注入エネルギ:たとえば150KeV程度、
(4)イオン種:たとえば窒素、ドーズ量:たとえば3x1014/cm2程度、注入エネルギ:たとえば110KeV程度、
(5)イオン種:たとえば窒素、ドーズ量:たとえば3x1014/cm2程度、注入エネルギ:たとえば70KeV程度を好適なものとして例示することができる。その後、不要になった表面保護用酸化シリコン膜21をたとえば弗酸系エッチング液により除去する。
(1)イオン種:たとえばアルミニウム、ドーズ量:たとえば1.5x1014/cm2程度、注入エネルギ:たとえば250KeV程度、
(2)イオン種:たとえばアルミニウム、ドーズ量:たとえば8x1013/cm2程度、注入エネルギ:たとえば150KeV程度、
(3)イオン種:たとえばアルミニウム、ドーズ量:たとえば6x1013/cm2程度、注入エネルギ:たとえば100KeV程度、
(4)イオン種:たとえばアルミニウム、ドーズ量:たとえば4x1013/cm2程度、注入エネルギ:たとえば50KeV程度を好適なものとして例示することができる。その後、不要になったレジスト膜34をたとえばアッシング等により、アモルファスSi膜23を、たとえば弗酸−硝酸系エッチング液により、P型不純物領域導入用酸化シリコン膜22をたとえば弗酸系エッチング液により除去する。
このセクションでは、ポストデポジションアニール装置として、同一出力の二つのNd:YLFレーザおよびそのSHG(Second Harmonic Generation)である波長527nmのパルスを重ね合わせたダブルパルス方式を用いたものを説明する。しかし、これは単なる一例であって、適切な波長、出力、パルス特性等が確保できるものであれば、Nd:YLFレーザに限らず、たとえばNd:YAGレーザのSHGである波長532nm等を用いてもよい。また、共振器ホストへの添加不純物もNdに限らないことは言うまでもない。
このセクションでは、光軸を固定した状態で、ウエハを載せたXYテーブルを2次元的に移動させることによって、ウエハのほぼ全面にレーザビームを照射する方式を説明する。しかし、レーザビームのスキャンニングについては、たとえば、ガルバノミラー等によって、レーザビーム側を走査することも可能であることは言うまでもない。このレーザビーム走査方式は、特に、パルス繰り返し周波数が高くなった際に有利である。また、ウエハとビームの両方を移動させても良い。さらに、ウエハ移動は、直交軸方向の平行移動のみではなく、ウエハを中心の周りに回転させても良い。
図26はコンタクト抵抗のニッケル厚さ、ビームのエネルギ密度、およびパルス重ね率への依存性を示す試験データ棒グラフである。図27は26図のデータのうち、良好なコンタクト抵抗が得られるサンプルの一つの裏面表面からSiC基板にいたるオージェ元素分析の結果を示すデータプロット図である。これらに基づいて、本願の各実施の形態(変形例を含む)に関する補足的説明並びに一般的考察を行う。
図26には、基本的にセクション4で説明したやり方でPDA処理して、裏面電極を形成した場合の裏面コンタクト抵抗を各種の条件(単位パルスのエネルギ密度、ニッケル膜厚、パルス重ね率)について多数測定した結果をグラフ化して示す。図中の水平な点線は、レーザによるPDA処理の代わりに、ニッケル厚さ50nmで摂氏1000度、120分のRTA(Rapid Thermal Annealing)処理した場合のコンタクト抵抗である。図26からわかるように、最も左のデータ群がショットキ接合となっている以外は、RTA処理と同等の良好なオーミック接合となっていることがわかる。これより、レーザビームのエネルギ密度の好適な範囲としては、3.6J/cm2以上とすることができる。上限は、装置の上限となるが、理論的には、多数のビームを重ねれば、いくらでも高くできるので、実質的上限は、装置の経済性によって決定される。
前記(1)の結果は、以下のように説明することができる。すなわち、可視光(たとえば、波長527nm)のニッケル膜への侵入深さ(Penetrating Depth)は、大雑把に言って、10nmであるから、レーザビームのエネルギの大半はニッケル膜表面から深さ20nm程度の間、すなわち表面領域で、熱に転化する。この結果、ニッケル膜全体および、これに接するSiC界面が高温になり、炭素、ニッケルおよびシリコンの移動が開始して、表面領域とSiC界面でシリサイド化が急速に進行する。シリサイド化の進行によって、カーボンは、行き場を失い表面高度シリサイド化領域の両側に蓄積する。これらのカーボンリッチ層のうち、表面カーボンリッチ層は、スパッタエッチ等により除去される。一方、内部カーボンリッチ層は、そのままとして問題ないと考えられる。これは、カーボンの抵抗率がニッケルシリサイドの抵抗率の3倍程度であるからである。
これに対して、一般的に試みられているSiC基板裏面へのレーザによるシリサイド化PDA処理は、SiC基板を透過しないという束縛条件に沿って、SiC(ポリタイプ4H)の吸収端(3.26eV)に対応して、波長が380nmよりも短い紫外光を使用することが前提となっている。また、シリサイド化のためには、SiC基板側でも、レーザ光エネルギの熱転化が必須であると考えているようである(この点に関しては、SiC内における不純物拡散係数が極めて小さい点を考慮する必要がある)。
レーザ波長は、ニッケル等のメタル膜の反射率があまり高くならないことを考慮すると、紫外線および可視光の全域が実用的な範囲となる。しかし、メタルは一般に波長が短くなると光を透過する傾向が高くなるので、可視光の範囲が有利ということになる。また、使いやすい固体レーザ等の発振波長(高調波を含む)の分布および反射率を考慮すると、ブルーから黄色の範囲、すなわち455nmから597nmの範囲が特に好適である。さらに、紫外線と比較した可視光のメリットは、化学作用が弱いので(大気や加工対象表面との相互作用)、大気中で処理可能なことである。実際、処理後のウエハ裏面は、自然酸化と同レベルである。なお、不活性ガス中で処理するようにしてもよい。
ニッケルとニッケルシリサイドの光学特性は、両方ともメタリックな特性を示し類似しているが、若干異なる。このうち、ニッケルシリサイドの融点は、摂氏992度前後と考えられているので、摂氏1000度以上に加熱されているレーザ照射中は融解していると考えられる。メタルの光吸収は、融解すると、波長に関係なく急速に上昇するので、一端、シリサイド化した部分は、ますます光エネルギが集中することなり、却って好都合である。
SiC素子の順方向抵抗またはオン抵抗は、比較的低いが、ダイオード、トランジスタ、スイッチ素子等の順方向抵抗またはオン抵抗を更に下げようとすると、バックグラインディングが必要となる。すなわち、N型バッファ領域14を薄くしてから、N+型カソード領域11を導入し、裏面のシリサイド化を実施することとなる。そうすると、ニッケル膜を比較的透過しやすい紫外光を使用する方法や、はじめから比較的薄いニッケル膜厚でレーザ光がニッケル膜を透過することを前提とする方法は、実施困難になると考えられる。それは、紫外光のSiCに対する侵入深さは、代表的な可視光(例えば、波長527nm)の侵入深さ1000倍程度(たとえば、355nmで20マイクロメートル程度)あるからである。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
1a SiCウエハの表面(第1の主面)
1b SiCウエハの裏面(第2の主面)
1e N−型エピタキシャル領域
1s SiCウエハのN型基板領域
2 SiCデバイスチップ(チップ領域)
3 ファイナルパッシベーション膜
4 アノードパッド
5 アクティブセル領域
6 表面メタル電極
6a アルミニウム系表面電極膜
6b 表面バリアメタル膜
7 裏面メタル電極
8 P型不純物領域(アノード不純物領域)
9 N−型ドリフト領域
10 チップ配列領域
11 N+型カソード領域
12 裏面シリサイド膜
14 N型バッファ領域
15 ショットキ接合部
16p Pinダイオード部
16s ショットキダイオード部
20 シリサイド膜形成用メタル膜
21 表面保護用酸化シリコン膜
22 P型不純物領域導入用酸化シリコン膜
23 P型不純物領域導入用アモルファスSi膜
24 P型不純物領域導入用レジスト膜
25a 表面カーボン膜
25b 裏面カーボン膜
31 長オリエンテーションフラット
32 短オリエンテーションフラット
41 レーザスキャン経路
42,42a,42b,42c,42d,42h,42i,42j,42k レーザビーム単位ショット領域
43,43a,43b ビーム照射位置の移動方向
51 レーザ熱処理装置
52 レーザ駆動&制御部
53a 第1のレーザ発信器
53b 第2のレーザ発信器
54a 第1のダイオード励起部
54b 第2のダイオード励起部
55a 第1のQスイッチ部
55b 第2のQスイッチ部
56a,56b,57a,57b,58a,59,60,61 ミラー
62a 第1の可変減衰器
62b 第2の可変減衰器
63 ビーム合成器
64 ビームエキスパンダ
65 拡散板
66 集光レンズ(対物レンズ)
67 加工用レーザビーム
68 焦点面(像面)
71 XYテーブル
72 傾き調整機構
73 ウエハ吸着テーブル
D パルス間遅延時間
L レーザビーム単位ショット領域の縦長さ
NL ウエハの表面に立てた法線
P パルス繰り返しピッチ
R1 アクティブセル領域切り出し部
T レーザビーム単位ショット領域の横長さ
W パルス幅
XS X方向の重複部分の長さ
YS Y方向の重複部分の長さ
θoff オフアングル
Claims (20)
- 以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)SiCウエハの第1の主面にアルミニウム系メタル表面電極膜を形成する工程;
(b)前記工程(a)の後、前記SiCウエハの第2の主面上のほぼ全面に、シリサイド形成用メタル膜を成膜する工程;
(c)前記工程(b)の後、前記SiCウエハの前記第2の主面側から、前記シリサイド形成用メタル膜に対して、レーザビームを照射することにより、前記シリサイド形成用メタル膜をシリサイド膜とする工程;
(d)前記工程(c)の後、前記シリサイド膜上のほぼ全面に、メタル裏面電極膜を形成する工程、
ここで、前記レーザビームは、前記シリサイド形成用メタル膜を実質的に透過しない波長を有する。 - 請求項1の半導体装置の製造方法において、前記レーザビームは、可視光に属するものである。
- 請求項2の半導体装置の製造方法において、前記レーザビームは、パルスの繰り返しから構成されている。
- 請求項3の半導体装置の製造方法において、前記パルスは、Qスイッチングによる。
- 請求項4の半導体装置の製造方法において、前記レーザビームは、固体レーザから供給される。
- 請求項5の半導体装置の製造方法において、前記固体レーザは、ダイオード励起型である。
- 請求項6の半導体装置の製造方法において、更に以下の工程を有する:
(e)前記工程(d)の後、前記SiCウエハの前記第1の主面上およびアルミニウム系メタル表面電極膜上に、有機系パッシベーション膜を形成する工程。 - 請求項6の半導体装置の製造方法において、前記工程(c)は、大気圧下で実行される。
- 請求項7の半導体装置の製造方法において、前記工程(c)は、大気中で実行される。
- 請求項6の半導体装置の製造方法において、前記工程(b)においては、前記シリサイド形成用メタル膜は、ニッケル、チタン、タングステン、モリブデン又はタンタルを主要な成分とする膜である。
- 請求項6の半導体装置の製造方法において、前記工程(b)においては、前記シリサイド形成用メタル膜は、ニッケルを主要な成分とする膜である。
- 請求項11の半導体装置の製造方法において、前記工程(b)の完了時に於いて、前記シリサイド形成用メタル膜の厚さは、30nm以上、100nm以下である。
- 請求項12の半導体装置の製造方法において、前記パルスの繰り返し周波数は、0.5kHz以上、50kHz以下である。
- 請求項13の半導体装置の製造方法において、前記パルスは、複数の固体レーザから供給され、合成される。
- 請求項14の半導体装置の製造方法において、前記パルスの長さは、50ナノ秒から5マイクロ秒である。
- 請求項15の半導体装置の製造方法において、前記複数の固体レーザから供給されるパルスの相互遅延時間は、ほぼ0である。
- 請求項12の半導体装置の製造方法において、前記レーザビームは、Nd:YAGレーザまたはNd:YLFレーザから供給される2次高調波である。
- 請求項17の半導体装置の製造方法において、前記レーザビームの波長は、455nmから597nmである。
- 請求項18の半導体装置の製造方法において、前記レーザビームの重ね率は、66%以上、80%以下である。
- 請求項19の半導体装置の製造方法において、前記レーザビームのエネルギ密度は、3.6J/cm2以上である。
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