JP6796311B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また接着剤や表面活性化法により基板同士を貼り付けると、一般に、非常に強固に接合状態が形成されるため、再度剥離することはない。また剥離による接合面の荒れといった問題も生じる。
第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法として、SiCを主材料とするPiNダイオードを製造する場合を例として以下に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態の説明に縛られることなく、例えばショットキーバリアダイオード(SBD)、MISFETやMISSIT等の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFET)、或いは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等にも適用できる。また導電型の極性を反対に変えても成立することはいうまでもない。
まず第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に用いる第1の支持体を説明する。第1の支持体10はSiCの半導体基板からなり、図1に示すように、ほぼ円柱状の基部11と、この基部11の上面に設けられた複数の凸部…12i-1,12i,12i+1…とを備える。
次に、この第1の支持体10を用いた第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、第1の支持体10とほぼ同一半径の円板状をなし、一方の面が平坦化されたn型の4H−SiCの単結晶ウェハ1subを用意する。単結晶ウェハ1subの平坦化された一方の面は、図3(a)に示すように、単結晶ウェハ1subの下面となる。
第1の支持体の凸部としては、図1及び図2に示したような凸部…12i-1,12i,12i+1…に限定されず、例えば図5に示した第1の支持体10aのように、断面が台形状に表れる凸部…12ai-1,12ai,12ai+1…であってもよい。図5中には、等脚台形状の凸部…12ai-1,12ai,12ai+1…と、この凸部…12ai-1,12ai,12ai+1…に挟まれた逆等脚台形状の溝部とが例示されている。図5に示した第1の支持体10aの溝部も、図2に示した第1の支持体10の溝部と同様に、酸化性の気体が導入される通路となる酸化雰囲気通過路を構成する。
また例えば図6及び図7に示すように、第1の支持体10bを上面から見た平面パターンでストライプ状に表れるように、凸部…12bi-1,12bi,12bi+1…を構成してもよい。第1の支持体10bは、直線状に延びる凸部…12bi-1,12bi,12bi+1…と、この凸部…12bi-1,12bi,12bi+1…に挟まれた直線状に延びる溝部とが例示されている。
また図8に示すように、上面が平坦な第1の支持体10cを構成してもよい。第1の支持体10cは、図9に示すように、上面から一定の距離(厚みt)の領域を隔てて設けられ、上面に沿ってそれぞれが同じ方向に間隔を空けて延びる複数の孔部…13i-1,13i,13i+1…を備える。複数の孔部…13i-1,13i,13i+1…は第1の支持体10cの外部の雰囲気と連通している空隙である。
また図10中には、基部11の上面がSiCの面方位を考慮して、第1領域11a〜第5領域11eに5分割された第4変形例に係る第1の支持体10dが例示されている。尚、説明の便宜のため、基部11上に設けられている凸部の図示は省略されている。
第1の支持体10eとしては、まず例えば4H,6H等のポリタイプの単結晶のような活性化アニールに代表される高温に耐える材料であるSiC基板を用意する。そして図11に示すように、SiC基板の上部に図2(b)と同様の凹凸形状を形成して基部16を作成した後、基部16の凹凸形状の上に多結晶のSiC薄膜17を形成してもよい。
第1の支持体10fとしては、例えば4H,6H等のポリタイプの単結晶のような活性化アニールに代表される高温に耐える材料であるSiC基板10subを、図12に示すように用意する。そしてSiC基板10subの少なくとも一方の平坦な面に、多結晶のSiC薄膜を形成した後、多結晶SiC薄膜に公知の方法で凸部…19i-1,19i,19i+1…を設けることにより凹凸パターンを形成してもよい。
第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、図13及び図14を参照して説明する。第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態で説明した第1の支持体10を用いて図3(a)〜図3(d)で示した処理と等価な処理を行う点は同じである。しかし図13(a)に示すように、第1の支持体10に酸化処理を施して分離酸化膜を形成した後、図13(b)に示すように、層間絶縁膜14とバリア層15を堆積させ、さらに図13(c)(d)に示すように、フォトリソグラフィ技術とRIE法等を用いて複数の半導体層3a〜3dの上面の一部が露出するコンタクトホールを開口し、デバイスウェハ100のエピタキシャル成長層2の表面上に複数の表面コンタクト電極6a〜6d及び表面電極21a〜21dを設ける点が異なる。
第3の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、図15及び図16を参照して説明する。第3の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態で説明した第1の支持体10を用いて図3(a)〜図3(e)及び第2の実施の形態で説明した図13(a)、(b)で示した処理と等価な処理を行う点は同じである。しかし、層間絶縁膜14、バリア層15に半導体層3a〜3dの上面の一部が露出するコンタクトホールを開口し、デバイスウェハ100の表面上に複数の表面電極6a〜6dを形成し、デバイスウェハ100の上面に、接着層4を介して第2の支持体5を接合し、分離酸化膜18を除去してデバイスウェハ100から第1の支持体10rを分離し、デバイスウェハ100の下面に、接着層4を介して第3の支持体20を接合し、さらに第4の支持体30とデバイスウェハ100の上面の酸化膜を介して接合し、高温プロセスでデバイスウェハ100下面のコンタクト形成を行った後、HFで酸化膜を除去することで第4の支持体30とデバイスウェハ100を分離する点で異なる。「第4の支持体30」は本発明の「第2の支持体」に相当する。
続いて図15(f)に示すように、デバイスウェハ100の表面に酸化ケイ素(SiO2)薄膜23を形成する。ここで薄膜の形成温度は、支持体20との接着層4が耐えうる温度である。続いて酸化ケイ素薄膜23の上面を研磨などの公知の方法により平坦化してもよく、平坦度は算術平均粗さRaで1nm以下が望ましい。その後、所定の洗浄処理により、加工による残渣やダメージを除去することが望ましい。
例えば図17に示すように、第4の支持体30の下部が平坦であり、かつデバイスウェハ100の上面に形成した酸化ケイ素薄膜23がフォトリソ・エッチング等の公知の技術により凹凸形状24を有すること以外、第3の実施の形態と同様の場合についても、同じ効果を得ることができる。
本発明は上記の開示した第1〜第3の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。
1sub 単結晶ウェハ
2 エピタキシャル成長層
3a〜3d 半導体層
4 接着層
5 第2の支持体
6a〜6d 表面電極
7 裏面コンタクト層
8 裏面電極層
9 テープ
10,10a〜10f,10r 第1の支持体
10sub SiC基板
11 基部
11a〜11e 第1領域〜第5領域
12i,12ai,12bi 凸部
13i 孔部
14 層間絶縁膜
15 バリア層
16 基部
17 SiC薄膜
18 分離酸化膜
19i 凸部
20 第3の支持体
20a 本体
21a〜21d 表面電極
23 SiO2薄膜
24 凹凸形状
30 第4の支持体
40 第5の支持体
100〜103 デバイスウェハ
h 凸部の高さ
t 距離(厚み)
w,wa,wb 凸部の幅
p,w1,w2 溝部の幅
Claims (19)
- 炭化ケイ素を主成分とする単結晶ウェハの下面に、第1の支持体を接合する工程と、
前記第1の支持体と反対側に定義される、前記単結晶ウェハの上面側を薄化する工程と、
前記単結晶ウェハの上面側にデバイス構造を構築しデバイスウェハとする工程と、
前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを接合した界面の領域を酸化して分離酸化膜を形成する工程と、
前記分離酸化膜を除去することにより、残った前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを分離する工程と、
を含み、
前記第1の支持体の前記単結晶ウェハ側の面には、複数の凸部が設けられ、前記複数の凸部の間に、酸化性の気体の導入経路となる溝部を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記薄化する工程の後、薄化された前記単結晶ウェハの上面側にエピタキシャル成長層を成長する工程を更に含み、
前記エピタキシャル成長層に、前記デバイス構造を構築することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の支持体は、多結晶の炭化ケイ素あるいは多結晶の炭化ケイ素を形成した単結晶炭化ケイ素のいずれかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凸部の上面の幅は、0.1μm以上、3μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記溝部の幅は、0.1μm以上、3μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記溝部は前記第1の支持体の外部に連通してい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半導体装置の製造方法。
- 炭化ケイ素を主成分とする単結晶ウェハの下面に、第1の支持体を接合する工程と、
前記第1の支持体と反対側に定義される、前記単結晶ウェハの上面側を薄化する工程と、
前記単結晶ウェハの上面側にデバイス構造を構築しデバイスウェハとする工程と、
前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを接合した界面の領域を酸化して分離酸化膜を形成する工程と、
前記分離酸化膜を除去することにより、残った前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを分離する工程と、
を含み、
前記第1の支持体は、前記単結晶ウェハ側の上面から一定の距離を隔てて設けられ、前記上面に沿って延びる孔部を、酸化性の気体の導入経路として更に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記孔部は前記第1の支持体の外部に連通していることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記一定の距離は1μm以下であることを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の支持体を接合する工程は、前記第1の支持体と前記単結晶ウェハの直接接合であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の支持体と前記単結晶ウェハの直接接合の前に、前記第1の支持体の表面及び前記デバイスウェハの表面の少なくとも一方に、アモルファス接合層を形成する工程を更に含み、
前記アモルファス接合層を介して前記第1の支持体と前記単結晶ウェハの直接接合を行うことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の支持体を接合する工程の前に、前記第1の支持体及び前記単結晶ウェハのうち少なくとも一方の接合面に第1の中間層を形成する工程を更に含み、
前記第1の中間層を介して、前記第1の支持体と前記単結晶ウェハを接合することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の中間層は、少なくともシリコンを含み、厚さが20nm以下であることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 炭化ケイ素を主成分とする単結晶ウェハの下面に、第1の支持体を接合する工程と、
前記第1の支持体と反対側に定義される、前記単結晶ウェハの上面側を薄化する工程と、
前記単結晶ウェハの上面側にデバイス構造を構築しデバイスウェハとする工程と、
前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを接合した界面の領域を酸化して分離酸化膜を形成する工程と、
前記分離酸化膜を除去することにより、残った前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを分離する工程と、
前記分離酸化膜を除去することにより、残った前記デバイスウェハの上面側に酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、
前記酸化ケイ素薄膜が形成された前記デバイスウェハの上面側を第2の支持体と接合する工程と、
前記デバイスウェハの下面側にオーミックコンタクト及び電極を形成する工程と、
前記酸化ケイ素薄膜を除去することで、前記第2の支持体と前記デバイスウェハを分離する工程と、
を含み、
前記第2の支持体の前記デバイスウェハ側の面には複数の凸部が設けられ、前記複数の凸部の間に、酸化性の気体の導入経路となる溝部を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の支持体と接合する工程は、前記第2の支持体と前記酸化ケイ素薄膜の直接接合であることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 炭化ケイ素を主成分とする単結晶ウェハの下面に、第1の支持体を接合する工程と、
前記第1の支持体と反対側に定義される、前記単結晶ウェハの上面側を薄化する工程と、
前記単結晶ウェハの上面側にデバイス構造を構築しデバイスウェハとする工程と、
前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを接合した界面の領域を酸化して分離酸化膜を形成する工程と、
前記分離酸化膜を除去することにより、残った前記第1の支持体と前記デバイスウェハとを分離する工程と、
前記分離酸化膜を除去することにより、残った前記デバイスウェハの上面側に酸化ケイ素薄膜を形成する工程と、
前記酸化ケイ素薄膜が形成された前記デバイスウェハの上面側を第2の支持体と接合する工程と、
前記デバイスウェハの下面側にオーミックコンタクト及び電極を形成する工程と、
前記酸化ケイ素薄膜を除去することで、前記第2の支持体と前記デバイスウェハを分離する工程と、
を含み、
前記酸化ケイ素薄膜の前記第2の支持体側の面には複数の凸部が設けられ、前記複数の凸部の間に、酸化性の気体の導入経路となる溝部を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の支持体と前記デバイスウェハの直接接合の前に、前記第2の支持体の表面及び前記デバイスウェハの表面の少なくとも一方に、アモルファス接合層を形成する工程を更に含み、
前記アモルファス接合層を介して前記第2の支持体と前記デバイスウェハの直接接合を行うことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の支持体を接合する工程の前に、前記第2の支持体及び前記デバイスウェハのうち少なくとも一方の接合面に第2の中間層を形成する工程を更に含み、
前記第2の中間層を介して、前記第2の支持体と前記デバイスウェハを接合することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の中間層は、少なくともシリコンを含み、厚さが20nm以下であることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。
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