JP6165313B2 - 炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
従来、炭化珪素半導体基体に縦型のパワーデバイスを形成する場合、当該パワーデバイスを外部の電気回路等と接続するための電極、例えば、ドレイン電極等を形成するに際し、炭化珪素半導体基体とドレイン電極等との接触抵抗を低減させるために、炭化珪素半導体基体にオーミック電極を形成することが望まれている。
オーミック電極を形成する第1の方法として、炭化珪素半導体基体にNi薄膜を形成した後熱処理を行うというシリサイドプロセスを行い、炭化珪素半導体基体にNiシリサイド層を形成する方法が報告されている。しかしながら、上記した第1の方法においては、Ni薄膜由来のNiと炭化珪素半導体基体由来のSiとを反応させてNiシリサイド層を形成するために1000℃以上の熱処理が必要となり、炭化珪素半導体基体に予め素子を形成しておいた場合、当該素子が破壊されてしまうという問題がある。
そこで、オーミック電極を形成する方法として、上記した問題を解決可能な第2の方法が報告されている(例えば、特許文献1参照。)。当該第2の方法は、炭化珪素半導体基体910の第1主面912に図示しない素子(MOS構造)を形成し(図10(a)及び図10(b)参照。)、その後炭化珪素半導体基体910の第1主面912上に保護膜916を形成した後、炭化珪素半導体基体910の第2主面914を研磨することで第2主面914に凹凸を形成し(図10(c)参照。)、その後当該第2主面914に、シリサイド形成可能な金属からなる金属薄膜918(例えばNi薄膜)を形成し(図10(d)参照。)、さらにその後金属薄膜918に紫外域のレーザ光を照射することで炭化珪素半導体基体910と金属薄膜918との間に金属シリサイド層920を形成してオーミック電極924を形成するというものである(図11(a)参照。)。なお、特許文献1においては、オーミック電極924を形成後、オーミック電極924上にドレイン電極926を形成し(図11(b)参照。)、炭化珪素半導体基体910の第1主面912側にソース電極928及び図示しないゲート電極を形成して(図11(c)参照。)、パワーMOSFETを製造している。
当該第2の方法によれば、紫外域のレーザ光を照射することで金属シリサイド層を形成することから、上記した第1の方法とは違って、高温の熱処理が必要なくなり、炭化珪素半導体基体に予め素子を形成しておいた場合であっても当該素子が破壊されなくなり、炭化珪素半導体基体に素子を形成した後にオーミック電極を形成することができる。
特許第5460975号公報
しかしながら、上記した第2の方法においては、炭化珪素半導体基体に紫外域のレーザ光が直接照射されるとカーボンが析出して電極の剥離現象(特に、オーミック電極924とバックメタル(この場合ドレイン電極926)との剥離現象)が発生するという問題がある。また、金属薄膜の減衰係数が紫外域で低いことからシリサイド化反応が不十分となりオーミック電極の抵抗特性及び密着特性が劣化する(すなわち抵抗値が高くなり密着度が低くなる)場合があるという問題がある。さらにまた、紫外域のレーザ光を照射する装置が極めて高価であり、製造コストが高いという問題がある。
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、カーボン析出の問題がなく、かつ、抵抗特性及び密着特性に優れたオーミック電極を安価な製造コストで製造可能な炭化珪素半導体装置の製造方法及び炭化珪素半導体装置を提供することを目的とする。
[1]本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、素子形成面である第1主面及び当該第1主面の反対面である第2主面を有する炭化珪素半導体基体を準備する炭化珪素半導体基体準備工程と、前記炭化珪素半導体基体を前記第2主面側から研磨することで前記第2主面に凹凸を形成する研磨工程と、前記炭化珪素半導体基体の前記第2主面上に、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜を形成する金属薄膜形成工程と、前記金属薄膜に可視域又は赤外域のレーザ光を照射して前記金属薄膜を加熱することで前記炭化珪素半導体基体と前記金属薄膜との境界面に金属炭化物を形成するレーザ光照射工程と、前記金属炭化物の表面側に形成されることがある金属含有副生成物層を非酸化性薬液でエッチング除去して前記金属炭化物を表面に露出させるエッチング工程と、前記金属炭化物上に電極層を形成する電極層形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
[2]本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、前記金属炭化物を形成可能な金属が、Ti、Ta、W及びMo並びにこれらの合金からなる群より選択される一又は二以上の金属からなることが好ましい。
[3]本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、前記金属炭化物を形成可能な金属が、Ti又はTi合金からなることが好ましい。
[4]本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、前記可視域又は赤外域のレーザ光がグリーンレーザ光(波長:532nm)であることが好ましい。
[5]本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、前記炭化珪素半導体基体と前記金属薄膜との境界面に前記金属炭化物を形成可能で、かつ、前記金属薄膜を透過したレーザ光により前記炭化珪素半導体基体の前記第1主面側の温度が素子を形成する際の最高プロセス温度よりも高い温度にならないような条件で前記レーザ光照射工程を実施することが好ましい。
なお、上記した条件には、レーザ光のパワー、レーザ光の波長、レーザ光のスポット径、レーザ光の絞り角度、レーザ光の走査速度、レーザ光の照射方法(連続照射又は間欠照射)、金属薄膜の厚さ、半導体基体の厚さなどに関する条件が含まれる。
[6]本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、金属薄膜形成工程で形成する前記金属薄膜の厚さが50nm〜350nmの範囲内にあることが好ましい。
[7]本発明の記載の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、前記炭化珪素半導体基体と前記金属薄膜との境界面から50nmの深さ位置に到達するレーザ光の光量が10%以下となる条件で前記レーザ光照射工程を開始することが好ましい。
[8]本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法において、前記エッチング工程においては、前記金属炭化物の表面側に形成されることがあるシリコン酸化物をも前記非酸化性薬液でエッチング除去することが好ましい。
[9]本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、前記第2主面の算術平均粗さRaが30nm〜300nmの範囲内となるように前記研磨工程を実施することが好ましい。
[10]本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、スクライブライン上に前記レーザ光を照射しない条件で前記レーザ光照射工程を実施することが好ましい。
[11]本発明の炭化珪素半導体装置は、素子形成面である第1主面、及び、当該第1主面の反対面でありかつ凹凸面である第2主面を有する炭化珪素半導体基体と、前記炭化珪素半導体基体の前記第2主面上に形成された(位置する)金属炭化物と、前記金属炭化物上に形成された(位置する)電極層とを備えることを特徴とする。
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜に可視域又は赤外域のレーザ光を照射して金属炭化物を形成することでオーミック電極を形成できることから、カーボン析出の問題がない。
また、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、金属薄膜の減衰係数が紫外域よりも可視域で高いことから、金属炭化反応を十分に進めることが可能となり、オーミック電極の抵抗特性及び密着特性が劣化し難い。
さらにまた、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、可視域又は赤外域のレーザ光を照射する装置が紫外域のレーザ光を照射する装置よりも安価であることから、従来よりも製造コストが安価になる。
その結果、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、カーボン析出の問題がなく、かつ、抵抗特性及び密着特性に優れたオーミック電極を安価な製造コストで製造可能な炭化珪素半導体装置の製造方法となる。
また、本発明の炭化珪素半導体装置は、上記した炭化珪素半導体装置の製造方法により製造可能であることから、カーボン析出の問題がなく、かつ、抵抗特性及び密着特性に優れたオーミック電極を備えた、安価な炭化珪素半導体装置となる。
実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図1(a)〜図1(d)は各工程図である。 実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図2(a)〜図2(d)は各工程図である。なお、図1及び図2においては、図面の簡略化のために周辺耐圧構造について図示を省略する。 紫外域、可視域及び近赤外域における金属(Ti,Ni,Mo,W)の減衰係数を示す図である。 実施形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図4(a)〜図4(d)は各工程図である。 実施形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図5(a)〜図5(d)は各工程図である。なお、図4及び図5においては、図面の簡略化のために周辺耐圧構造について図示を省略する。 実施形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図6(a)〜図6(d)は各工程図である。 実施形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図7(a)〜図7(d)は各工程図である。なお、図6及び図7においては、図面の簡略化のために素子構造及び周辺耐圧構造について図示を省略する。 実施形態4に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図8(a)〜図8(c)は各工程図である。 実施形態4に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図9(a)〜図9(c)は各工程図である。なお、図8及び図9においては、図面の簡略化のために素子構造について図示を省略する。 従来の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図10(a)〜図10(d)は各工程図である。 従来の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するために示す図である。図11(a)〜図11(c)は各工程図である。なお、図10及び図11においては、図面の簡略化のために素子構造及び周辺耐圧構造について図示を省略する。
以下、本発明の半導体装置について、図に示す実施形態に基づいて説明する。
[実施形態1]
実施形態1は、pnダイオードに関する実施形態である。実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体基体準備工程と、研磨工程と、金属薄膜形成工程と、レーザ光照射工程と、エッチング工程と、電極層形成工程とをこの順序で含む。以下、図1〜図3を参照しながら、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
<炭化珪素半導体装置の製造方法>
1.炭化珪素半導体基体準備工程
炭化珪素半導体基体準備工程は、素子形成面である第1主面112及び当該第1主面112の反対面である第2主面114を有する炭化珪素半導体基体110を準備する工程である。まず、n+型の炭化珪素半導体基板110a上にn−型の炭化珪素エピタキシャル層110bが積層された炭化珪素半導体基体110の第1主面側(この場合、炭化珪素エピタキシャル層110の表面側)からのp型不純物の拡散によりp+型拡散層110cを形成する。また、炭化珪素半導体基体110の第1主面(この場合、炭化珪素エピタキシャル層110の表面)に図示しない周辺耐圧構造を形成する。これにより、炭化珪素半導体基体110の第1主面112側にはpn接合及び周辺耐圧構造が形成され、第1主面212が素子形成面となる(図1(a)及び図1(b)参照。)。この場合、pn接合及び周辺耐圧構造が本発明の素子に相当する。
2.研磨工程
次に、炭化珪素半導体基体110の第1主面112に、素子を保護するための保護膜116を形成した後、炭化珪素半導体基体110を第2主面114側から研磨することで第2主面114に凹凸を形成する(図1(c)参照。)。このとき、第2主面114の算術平均粗さRaが30nm〜300nmの範囲内となるように研磨工程を実施する。
第2主面114の算術平均粗さRaが30nm〜300nmの範囲内となるように研磨工程を実施するのは以下の理由による。すなわち、第2主面114の算術平均粗さRaを30nm以上とした場合には、第2主面の表面積が大きくなり後述するレーザ光照射工程で金属炭化反応が進み易くなるからであり、また、後述するレーザ光照射工程でレーザ光が散乱され易くなるため、炭化珪素半導体基体110の第1主面112に到達するグリーンレーザ光の強度が低くなり、その結果、素子の温度が高くならず素子が破壊され難くなるからである。一方、第2主面114の算術平均粗さRaを300nmよりも大きくした場合には、炭化珪素半導体基体110が割れ易くなり、好ましくないからである。これらの観点から言えば、第2主面114の算術平均粗さRaが50nm〜200nmの範囲内となるように研磨工程を実施することがより好ましい。
なお、研磨工程においては、単に、炭化珪素半導体基体110の第2主面114に凹凸を形成してもよいし、炭化珪素半導体基体110の厚さを薄くする(例えば、400μm→70μmにする)とともに炭化珪素半導体基体110の第2主面114に凹凸を形成してもよい。
3.金属薄膜形成工程
次に、炭化珪素半導体基体110の第2主面114上に、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜118をCVD法又はスパッタリング法により形成する(図1(d)参照。)。実施形態1においては、金属薄膜118としてTi薄膜を用い、金属薄膜118の膜厚はこれを50nm〜350nmの範囲内とする。
金属薄膜118の膜厚を50nm〜350nmの範囲内としたのは以下の理由による。すなわち、金属薄膜118の膜厚を50nmよりも薄くした場合には、次のレーザ光照射工程でオーミック電極として十分な量の金属炭化物を形成できない場合があり、また、グリーンレーザ光を減衰させる力が弱く、炭化珪素半導体基体110の第1主面112に到達するグリーンレーザ光の強度が高くなり、その結果、素子の温度が高くなって素子が破壊され易くなり、好ましくないからである。一方、金属薄膜118の膜厚を350nmよりも厚くした場合には、炭化珪素半導体基体110と金属薄膜118との界面に到達するグリーンレーザ光の強度が低くなり、その結果、オーミック電極として十分な量の金属炭化物を形成できない場合があり、好ましくないからである。これらの観点から言えば、金属薄膜118の膜厚はこれを150nm〜250nmの範囲内とすることがより好ましい。
4.レーザ光照射工程
次に、炭化珪素半導体基体110の第2主面114側から、金属薄膜118に可視域又は赤外域のレーザ光を照射して金属薄膜118を加熱することで炭化珪素半導体基体110と金属薄膜118との境界面に金属炭化物120を形成する(図2(a)参照。)。実施形態1においては、可視域又は赤外域のレーザ光として、可視域のレーザ光(例えば、波長532nmのグリーンレーザ光)を用いる。実施形態1においては、金属炭化物120がオーミック電極124となる。
なお、金属炭化物120は、層状の金属炭化物(すなわち金属炭化物層)であってもよいし、粒状の金属炭化物(すなわち金属炭化物粒)であってもよい。いずれの場合にも、金属炭化物が120がオーミック電極124として機能する。レーザ光照射工程においては、金属炭化物120を覆うように金属含有副生成物層122が形成されることがあるが(図2(a)参照。)、当該金属含有副生成物層122は、次のエッチング工程で除去することができる。また、レーザ光照射工程においては、金属含有副生成物層122とともにシリコン酸化物が形成されることがあるが(図示せず。)、当該シリコン酸化膜も、次のエッチング工程で除去することができる。
レーザ光照射工程の条件は、炭化珪素半導体基体110と金属薄膜118との境界面に金属炭化物120を形成可能で、かつ、金属薄膜118を透過したレーザ光により炭化珪素半導体基体110の第1主面112側の温度が素子を形成する際の最高プロセス温度よりも高い温度にならないような条件とする。当該条件には、レーザ光のパワー、レーザ光の波長、レーザ光のスポット径、レーザ光の絞り角度、金属薄膜118の材料、金属薄膜118の厚さ、炭化珪素半導体基体110の厚さなどの条件を例示することができる。なお、レーザ光照射工程においては、炭化珪素半導体基体110と金属薄膜118との境界面から50nmの深さ位置に到達するレーザ光の光量が10%以下、より好ましくは1%以下、となる条件でレーザ光照射工程を開始する。
5.エッチング工程
次に、上記したように金属炭化物120の表面側に形成されることがある金属含有副生成物層122(及びシリコン酸化膜)を非酸化性薬液でエッチング除去して金属炭化物120を表面に露出させる(図2(b)参照。)。これにより、次の電極形成工程において、炭化珪素半導体基体110の第2主面114上に、金属炭化物120(オーミック電極124)を介してバックメタル(この場合カソード電極126)を形成できるようになる。
エッチング工程で用いる非酸化性薬液としては、フッ酸系の薬剤(例えば希フッ酸)を用いることができる。
6.電極層形成工程
次に、炭化珪素半導体基体110の第2主面114に金属炭化物120(オーミック電極124)を介してカソード電極126を形成する(図2(c)参照。)。カソード電極126としては、例えば、Ti,Ni,Agの積層膜を用いる。これにより、バックメタル(この場合カソード電極126)と炭化珪素半導体基体110とが金属炭化物120(オーミック電極124)を介して電気的に接続されることになる。その後、炭化珪素半導体基体110の第1主面112から保護膜116を除去するとともに、炭化珪素半導体基体110の第1主面112上に、アノード電極128を形成する(図2(d)参照。)。アノード電極128としてはTiを好ましく用いることができる。
以上の工程を実施することにより、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置(pnダイオード)100を製造することができる。
<炭化珪素半導体装置>
実施形態1に係る炭化珪素半導体装置100は、図2(d)に示すように、素子形成面である第1主面112、及び、当該第1主面112の反対面でありかつ凹凸面である第2主面114を有する炭化珪素半導体基体110と、炭化珪素半導体基体110の第2主面114上に形成された(位置する)金属炭化物120と、金属炭化物120上に形成された(位置する)電極層(カソード電極)126と、炭化珪素半導体基体110の第1主面112上に形成された(位置する)アノード電極128とを備える。
<炭化珪素半導体装置の製造方法の効果>
実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜118(Ti薄膜)に可視域又は赤外域のレーザ光(グリーンレーザ光)を照射して金属炭化物120を形成することでオーミック電極124を形成できることから、カーボン析出の問題がない。
また、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、金属薄膜118(Ti薄膜)の減衰係数が紫外域よりも可視域で高いことから(図3参照。)、金属炭化反応を十分に進めることが可能となり、オーミック電極の抵抗特性及び密着特性が劣化し難い。
さらにまた、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、可視域又は赤外域のレーザ光(グリーンレーザ光)を照射する装置が紫外域のレーザ光を照射する装置よりも安価であることから、従来よりも製造コストが安価になる。
その結果、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、カーボン析出の問題がなく、かつ、抵抗特性及び密着特性に優れたオーミック電極を安価な製造コストで製造可能な炭化珪素半導体装置の製造方法となる。
また、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、紫外域のレーザ光ではなく、可視域又は赤外域のレーザ光で金属薄膜118を加熱することから、金属薄膜118を通過するレーザ光の光量が低くなり、かつ、炭化珪素半導体基体110によるレーザ光の吸収率も低くなる。その結果、金属薄膜118を通過するレーザ光により炭化珪素半導体基体110自体が加熱される度合いが小さくなり、炭化珪素半導体基体110から生成されるカーボンの量を少なくすることができる。
また、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、金属薄膜118がTi薄膜である、すなわち、金属炭化物を形成可能な金属がTiであることから、WやMoの場合と違って、金属含有副生成物層122(Ti、TiSixなどを含む)を酸化性薬液を用いることなくエッチング除去できる。その結果、金属炭化物120の表面が酸化されにくくなることから、金属炭化物120とバックメタル(この場合カソード電極126)との密着性が劣化し難くなる。
また、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、可視域又は赤外域のレーザ光として、金属薄膜118に対する減衰係数が紫外域のレーザ光よりも大きいグリーンレーザ光(波長:532nm、YAGレーザ光の2倍波)を用いてレーザ光照射工程を実施することから、金属薄膜118を効率良く加熱することで金属薄膜118を効率良く金属炭化物120に変換することができ、また、炭化珪素半導体基体110に到達するレーザ光の光量を小さくすることで素子への影響を低減できる。
また、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、金属薄膜118として、膜厚が50nm〜350nmの範囲内にあるTi薄膜を用いたことから、オーミック電極124として十分な量の金属炭化物120を安定的に形成でき、また、素子の温度が高くなって素子が破壊されるという事態の発生を抑制できる。
<炭化珪素半導体装置の効果>
実施形態1に係る炭化珪素半導体装置は、上記したように、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法により製造可能であることから、カーボン析出の問題がなく、かつ、抵抗特性及び密着特性に優れたオーミック電極を備えた、安価な炭化珪素半導体装置となる。
[実施形態2]
実施形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、基本的には、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法と同様の工程を含むが、製造する炭化珪素半導体装置がpnダイオードではなくショットキーバリアダイオードである点が実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と異なる。
このように、実施形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、製造する炭化珪素半導体装置がpnダイオードではなくショットキーバリアダイオードである点が実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と異なるが、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜(Ti薄膜)に可視域又は赤外域のレーザ光(グリーンレーザ光)を照射して金属炭化物を形成することでオーミック電極を形成できることから、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と同様に、カーボン析出の問題がなく、かつ、抵抗特性及び密着特性に優れたオーミック電極を安価な製造コストで製造可能な炭化珪素半導体装置の製造方法となる。
実施形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体基体準備工程と、研磨工程と、金属薄膜形成工程と、レーザ光照射工程と、エッチング工程と、電極層形成工程とをこの順序で含む。以下、図4〜図5を参照しながら、実施形態2に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
1.炭化珪素半導体基体準備工程
炭化珪素半導体基体準備工程は、素子形成面である第1主面及び当該第1主面の反対面である第2主面を有する炭化珪素半導体基体を準備する工程である。まず、n+型の炭化珪素半導体基板210a上にn−型の炭化珪素エピタキシャル層210bが形成された炭化珪素半導体基体210の第1主面212上に、n−型の炭化珪素エピタキシャル層210bとの間にショットキー接合を形成するショットキー金属層215を形成する。また、炭化珪素半導体基体210の第1主面212に図示しない周辺耐圧構造を形成する。これにより、炭化珪素半導体基体210の第1主面212側にはショットキー接合及び周辺耐圧構造が形成され、第1主面212が素子形成面となる(図4(a)及び図4(b)参照。)。この場合、ショットキー接合及び周辺耐圧構造が本発明の素子に相当する。
2.研磨工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、炭化珪素半導体基体210の第1主面212に、素子を保護するための保護膜216を形成した後、炭化珪素半導体基体210を第2主面214側から研磨することで第2主面214に凹凸を形成する(図4(c)参照。)。
3.金属薄膜形成工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、炭化珪素半導体基体210の第2主面214上に、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜218をCVD法又はスパッタリング法により形成する(図4(d)参照。)。
4.レーザ光照射工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、炭化珪素半導体基体210の第2主面214側から、金属薄膜218に可視域又は赤外域のレーザ光を照射して金属薄膜218を加熱することで炭化珪素半導体基体210と金属薄膜218との境界面に金属炭化物220を形成する(図5(a)参照。)。
5.エッチング工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、上記したように金属炭化物220の表面側に形成されることがある金属含有副生成物層222(及びシリコン酸化膜)を非酸化性薬液でエッチング除去して金属炭化物220を表面に露出させる(図5(b)参照。)。
6.電極層形成工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、炭化珪素半導体基体210の第2主面214に金属炭化物220(オーミック電極224)を介してカソード電極226を形成する(図5(c)参照。)。カソード電極226としては、例えば、Ti,Ni,Agの積層膜を用いる。これにより、バックメタル(この場合カソード電極226)と炭化珪素半導体基体210とが金属炭化物220(オーミック電極224)を介して電気的に接続されることになる。その後、炭化珪素半導体基体210の第1主面212から保護膜216を除去するとともに、炭化珪素半導体基体210の第1主面212上に、アノード電極228を形成する(図5(d)参照。)。
以上の工程を実施することにより、実施形態2に係る炭化珪素半導体装置(ショットキーバリアダイオード)200を製造することができる。
[実施形態3]
実施形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、基本的には、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法と同様の工程を含むが、製造する炭化珪素半導体装置がpnダイオードではなくパワーMOSFETである点が実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と異なる。
このように、実施形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、製造する炭化珪素半導体装置がpnダイオードではなくパワーMOSFETである点が実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と異なるが、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜(Ti薄膜)に可視域又は赤外域のレーザ光(グリーンレーザ光)を照射して金属炭化物を形成することでオーミック電極を形成できることから、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と同様に、カーボン析出の問題がなく、かつ、抵抗特性及び密着特性に優れたオーミック電極を安価な製造コストで製造可能な炭化珪素半導体装置の製造方法となる。
実施形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体基体準備工程と、研磨工程と、金属薄膜形成工程と、レーザ光照射工程と、エッチング工程と、電極層形成工程とをこの順序で含む。以下、図6〜図7を参照しながら、実施形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
<炭化珪素半導体装置の製造方法>
1.炭化珪素半導体基体準備工程
炭化珪素半導体基体準備工程は、素子形成面である第1主面312及び当該第1主面312の反対面である第2主面314を有する炭化珪素半導体基体310を準備する工程である。まず、n−型の炭化珪素半導体基板の一方の面(第2主面)側に図示しないp+型半導体層が形成された炭化珪素半導体基体310を準備し、当該炭化珪素半導体基体310の第1主面312側に、図示しないMOS構造(p型ボディ領域、p+型ボディコンタクト領域、n+型ソース領域、ゲート絶縁層、ゲート電極、保護絶縁層、ソース電極など)及び図示しない周辺耐圧構造を形成し、第1主面312を素子形成面とする(図6(a)及び図6(b)参照。)。この場合、上記したMOS構造及び周辺耐圧構造が本発明の素子に相当する。
2.研磨工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、炭化珪素半導体基体310の第1主面312に、素子を保護するための保護膜316を形成した後、炭化珪素半導体基体310を第2主面314側から研磨することで第2主面314に凹凸を形成する(図6(c)参照。)。
3.金属薄膜形成工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、炭化珪素半導体基体310の第2主面314上に、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜318をCVD法又はスパッタリング法により形成する(図6(d)参照。)。
4.レーザ光照射工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、炭化珪素半導体基体310の第2主面314側から、金属薄膜318に可視域又は赤外域のレーザ光を照射して金属薄膜318を加熱することで炭化珪素半導体基体310と金属薄膜318との境界面に金属炭化物320を形成する(図7(a)参照。)。
5.エッチング工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、上記したように金属炭化物320の表面側に形成されることがある金属含有副生成物層322(及びシリコン酸化膜)を非酸化性薬液でエッチング除去して金属炭化物320を表面に露出させる(図7(b)参照。)。
6.電極層形成工程
次に、実施形態1の場合と同様にして、炭化珪素半導体基体310の第2主面314に金属炭化物320(オーミック電極324)を介してドレイン電極326を形成する(図7(c)参照。)。ドレイン電極326としては、例えば、Ti,Ni,Agの積層膜を用いる。これにより、バックメタル(この場合ドレイン電極326)と炭化珪素半導体基体310とが金属炭化物320(オーミック電極324)を介して電気的に接続されることになる。その後、炭化珪素半導体基体310の第1主面312から保護膜316を除去するとともに、炭化珪素半導体基体310の第1主面312上に、ソース電極328及び図示しないゲートパッド電極を形成する(図7(d)参照。)。
以上の工程を実施することにより、実施形態3に係る炭化珪素半導体装置(プレーナー型MOSFET)300を製造することができる。
<炭化珪素半導体装置>
実施形態3に係る炭化珪素半導体装置300は、図7(d)に示すように、素子形成面である第1主面312、及び、当該第1主面312の反対面でありかつ凹凸面である第2主面314を有する炭化珪素半導体基体310と、炭化珪素半導体基体310の第2主面314上に形成された(位置する)金属炭化物320と、金属炭化物320上に形成された(位置する)電極層(ドレイン電極)326とを備える。
[実施形態4]
実施形態4に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、基本的には、実施形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法と同様の工程を含むが、レーザ光照射工程の内容が実施形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と異なる。すなわち、実施形態4に係る炭化珪素半導体装置の製造方法においては、図8(a)及び図8(b)に示すように、スクライブライン上にレーザ光を照射しない条件でレーザ光照射工程を実施することとしている。
このように、実施形態4に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、レーザ光照射工程の内容が実施形態3に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と異なるが、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜(Ti薄膜)に可視域又は赤外域のレーザ光(グリーンレーザ光)を照射して金属炭化物を形成することでオーミック電極を形成できることから、実施形態1に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の場合と同様に、カーボン析出の問題がなく、かつ、抵抗特性及び密着特性に優れたオーミック電極を安価な製造コストで製造可能な炭化珪素半導体装置の製造方法となる。
実施形態4に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体基体準備工程と、研磨工程と、金属薄膜形成工程と、レーザ光照射工程と、エッチング工程と、電極層形成工程とをこの順序で含む。以下、図8〜図9を参照しながら、実施形態4に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
1.炭化珪素半導体基体準備工程
まず、実施形態3の場合と同様に、炭化珪素半導体基体準備工程を実施する
2.研磨工程
次に、実施形態3の場合と同様に、研磨工程を実施する。
3.金属薄膜形成工程
次に、実施形態3の場合と同様に、金属薄膜形成工程を実施する(図8(a)参照。)。
4.レーザ光照射工程
次に、基本的には実施形態3の場合と同様に、レーザ光照射工程を実施する。但し、実施形態4においては、図8(b)に示すように、スクライブライン上にレーザ光を照射しない条件でレーザ光照射工程を実施する。このため、スクライブラインを除く領域においては、実施形態3の場合と同様に、炭化珪素半導体基体310上に金属炭化物320及び金属含有副生成物層322が形成され、スクライブライン上においては、炭化珪素半導体基体310上に金属薄膜318がそのままの状態で残存する。
5.エッチング工程
次に、実施形態3の場合と同様に、金属含有副生成物層322(及びシリコン酸化膜)を非酸化性薬液でエッチング除去して金属炭化物320を表面に露出させる。このとき、金属薄膜318も非酸化性薬液によりエッチング除去される(図8(c)参照。)。
6.電極層形成工程
次に、実施形態3の場合と同様に、電極層形成工程を実施する(図9(a)及び図9(b)参照。)。このようにして、ウェーハ状の炭化珪素半導体装置(プレーナー型のMOSFET)302を製造することができる。
その後、スクライブラインに沿ってウェーハ状の炭化珪素半導体装置302を切断・分割することで、チップ状の炭化珪素半導体装置304を製造することができる。このとき、スクライブライン上には金属炭化物が存在しないため、ウェーハ状の炭化珪素半導体装置102を切断・分割する作業を容易に実施できるようになる。
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
(1)上記実施形態1においては、金属炭化物を形成可能な金属としてTiを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。金属炭化物を形成可能な金属であれば、Ti以外の材料、例えばTi合金(例えば、TiCx、TiSix、TiNx、TiOxなど。)を用いてもよいし、Ta、W及びMo並びにこれらの合金からなる群より選択される一又は二以上の金属を用いてもよい。
(2)上記実施形態1においては、可視域又は赤外域のレーザ光としてグリーンレーザ光(波長:532nm)を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。グリーンレーザ光以外の可視域のレーザーや赤外域のレーザ光を用いることもできる。
(3)上記実施形態1においては、炭化珪素半導体装置としてpnダイオードを用いて本発明を説明し、上記実施形態2においては、炭化珪素半導体装置としてショットキーバリアダイオードを用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。サイリスタその他の受動型パワー半導体装置全般に本発明を適用することもできる。
(4)上記実施形態3及び4においては、プレーナー型のパワーMOSFETを用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。トレンチ型のパワーMOSFETに本発明を適用することもできるし、プレーナー型又はトレンチ型のIGBTその他の能動型パワー半導体装置全般に本発明を適用することもできる。
100,200,300,302,304…炭化珪素半導体装置、110,210,310…炭化珪素半導体基体、112,212,312…第1主面、114,214,314…第2主面、116,216,316…保護膜、118,218,318…金属薄膜、120,220,320…金属炭化物、122,222,322…金属含有副生成物層、124,224,324…オーミック電極、126,226…カソード電極、128,228…アノード電極,215…ショットキー金属層、326…ドレイン電極、328…ソース電極

Claims (10)

  1. 素子形成面である第1主面及び当該第1主面の反対面である第2主面を有する炭化珪素半導体基体を準備する炭化珪素半導体基体準備工程と、
    前記炭化珪素半導体基体を前記第2主面側から研磨することで前記第2主面に凹凸を形成する研磨工程と、
    前記炭化珪素半導体基体の前記第2主面上に、金属炭化物を形成可能な金属からなる金属薄膜を形成する金属薄膜形成工程と、
    前記炭化珪素半導体基体の前記第2主面側から前記金属薄膜に可視域又は赤外域のレーザ光を照射して前記金属薄膜を加熱することで前記炭化珪素半導体基体と前記金属薄膜との境界面に金属炭化物を形成するレーザ光照射工程と、
    前記金属炭化物の表面側に形成されることがある金属含有副生成物層を非酸化性薬液でエッチング除去して前記金属炭化物を表面に露出させるエッチング工程と、
    前記金属炭化物上に電極層を形成する電極層形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
    前記金属炭化物を形成可能な金属が、Ti、Ta、W及びMo並びにこれらの合金からなる群より選択される一又は二以上の金属からなることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
    前記金属炭化物を形成可能な金属が、Ti又はTi合金からなることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
    前記可視域又は赤外域のレーザ光がグリーンレーザ光(波長:532nm)であることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
    前記炭化珪素半導体基体と前記金属薄膜との境界面に前記金属炭化物を形成可能で、かつ、前記金属薄膜を透過したレーザ光により前記炭化珪素半導体基体の前記第1主面側の温度が素子を形成する際の最高プロセス温度よりも高い温度にならないような条件で前記レーザ光照射工程を実施することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
    前記金属薄膜形成工程で形成する前記金属薄膜の厚さが50nm〜350nmの範囲内にあることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
    前記炭化珪素半導体基体と前記金属薄膜との境界面から50nmの深さ位置に到達するレーザ光の光量が10%以下となる条件で前記レーザ光照射工程を開始することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
    前記エッチング工程においては、前記金属炭化物の表面側に形成されることがあるシリコン酸化物をも前記非酸化性薬液でエッチング除去することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
    前記第2主面の算術平均粗さRaが30nm〜300nmの範囲内となるように前記研磨工程を実施することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法において、
    スクライブライン上に前記レーザ光を照射しない条件で前記レーザ光照射工程を実施することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
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