碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往以來，作為功率器件而使用的半導(dǎo)體器件是以使用了硅(Si)作為半導(dǎo)體材料的器件為主流。而另一方面，作為帶隙比硅寬的半導(dǎo)體(以下稱為寬帶隙半導(dǎo)體)的碳化硅(SiC)，與硅相比具有3倍的導(dǎo)熱率、10倍的最大電場(chǎng)強(qiáng)度和2倍的電子漂移速度這樣的物理性質(zhì)。因此，作為在絕緣擊穿電壓高且低損耗的情況下能夠進(jìn)行高溫運(yùn)行的功率器件，近年來，進(jìn)行了應(yīng)用SiC的研究。
[0003]功率器件的結(jié)構(gòu)以在背面?zhèn)染哂芯邆淞说碗娮璧臍W姆電極的背面電極的縱型半導(dǎo)體器件為主流。在該縱型半導(dǎo)體器件的背面電極，使用了各種材料和結(jié)構(gòu)，作為其中一種，提出了包括鈦(Ti)層、鎳(Ni)層以及銀(Ag)層的層積體(例如，參考下述專利文獻(xiàn)1)、或包括鈦層、鎳層以及金層的層積體(例如，參考下述專利文獻(xiàn)2)等的背面電極。
[0004]作為形成使用了SiC的縱型半導(dǎo)體器件的背面電極的方法，提出了這樣的方法，即，在包括SiC的半導(dǎo)體基板(以下稱為SiC基板)上形成鎳層之后，利用熱處理使鎳層硅化而形成硅化鎳層，由此將SiC基板和硅化鎳層的接觸(電接觸部)作為歐姆接觸(例如，參考下述專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。然而，在下述專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2中，存在在娃化鎳層上形成的背面電極容易從硅化鎳層剝離的問題。
[0005]作為解決這種問題的方法，提出了在除去殘存在硅化鎳層的表面的鎳層而使硅化鎳層露出后，在硅化鎳層上依次層疊鈦層、鎳層和銀層，從而形成背面電極的方法(例如，參考下述專利文獻(xiàn)3)。在下述專利文獻(xiàn)3中，通過將背面電極的與硅化鎳層接觸的部分用除鎳以外的金屬構(gòu)成，來抑制背面電極剝離。另外，即使在硅化鎳層的表面形成了由碳(C)析出而成的層，由于能夠?qū)⒑嫉膶优c鎳層一起除去，因此抑制了背面電極剝離。
[0006]另外，作為形成半導(dǎo)體器件的背面電極的別的方法，提出了在通過等離子體蝕刻除去殘存在硅化鎳層的表面上的金屬的碳化物或碳粒子后，在硅化鎳層上形成背面電極的方法(例如，參考下述專利文獻(xiàn)4)。另外，作為使半導(dǎo)體晶片的表面平坦化的方法，提出了具有對(duì)碳化硅的(000-1 )C面進(jìn)行機(jī)械加工的機(jī)械加工工序，以及在機(jī)械加工工序后，通過使用了含有氧原子物質(zhì)的熱氧化從而除去碳化硅的表面層0.lMi以上的表面層除去工序的方法(例如，參考下述專利文獻(xiàn)5)。
[0007]另外，作為使半導(dǎo)體晶片的表面平坦化的方法，提出了這樣的方法，S卩，含有次氯酸鈉和雙氧水作為氧化劑，使用氧化還原電位相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極至少在700mV以上并且溶氧濃度在20mg/L以上的娃膠楽料，以0.05kg/cm2以上且0.20kg/cm2以下的研磨面壓力研磨并除去通過機(jī)械研磨而形成的碳化硅單晶晶片表面的加工變質(zhì)層(例如，參考下述專利文獻(xiàn)6)。在下述專利文獻(xiàn)6中，在通過氧化SiC使表面的SiC變?yōu)橛捕扰c硅膠幾乎相同的S1x之后，進(jìn)行最終研磨。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-184571號(hào)公報(bào)[0011 ]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-86999號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)3:日本特開2008-53291號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)4:日本特開2003-243323號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)5:日本專利第4539140號(hào)公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)6:日本專利第4846445號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]技術(shù)問題
[0017]然而，即使在使用上述專利文獻(xiàn)3、專利文獻(xiàn)4的技術(shù)而形成了背面電極的情況下，也存在硅化鎳層與背面電極的最下層的鈦層的密合性低的問題。例如，發(fā)明人確認(rèn)了在將半導(dǎo)體芯片切斷為各個(gè)芯片狀的切割時(shí)，背面電極從硅化鎳層剝離的現(xiàn)象。其理由推測(cè)為如下。根據(jù)上述專利文獻(xiàn)1，通過下述式(1)所示的鎳與SiC的固相反應(yīng)而生成硅化鎳層。
[0018]Ni+2SiC^NiSi2+2C---(l)
[0019]通過上述式(1)的反應(yīng)而生成的碳作為結(jié)晶狀態(tài)不穩(wěn)定的過飽和狀態(tài)或細(xì)微的析出體而分散并存在于硅化鎳層的整個(gè)內(nèi)部。在形成了硅化鎳層之后進(jìn)行熱處理的情況下，分散于硅化鎳層的內(nèi)部的碳一起排出并凝集，在硅化鎳層的表面和/或內(nèi)部作為石墨等析出物以層狀析出。由該碳凝集而成的析出物脆并且密合性低，因此即使因微小的應(yīng)力也容易導(dǎo)致破裂，成為使在硅化鎳層上形成的背面電極剝離的原因。
[0020]在使用了SiC的半導(dǎo)體器件的制造工序中，由于在形成硅化鎳層之后進(jìn)行各種熱處理，所以SiC基板的碳擴(kuò)散，在硅化鎳層的表面和/或內(nèi)部析出。因?yàn)樵诠杌噷拥谋砻嫖龀龅奶伎赏ㄟ^偏壓濺射等處理除去，所以能夠防止起因在硅化鎳層的表面析出碳而引起的背面電極剝離。與此相對(duì)，除去在硅化鎳層的內(nèi)部析出的碳是非常困難的，存在背面電極從硅化鎳層的內(nèi)部的以層狀析出了碳的部分剝離的問題。
[0021]本發(fā)明為了解決因上述現(xiàn)有技術(shù)引起的問題點(diǎn)，其目的在于，提供一種能夠抑制背面電極剝離的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0022]技術(shù)方案
[0023]為了解決上述問題，達(dá)成目的，本發(fā)明人反復(fù)進(jìn)行專心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下情況。圖8、圖9是示出現(xiàn)有的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。如圖8所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，在SiC基板101的背面磨削時(shí)，在SiC基板101的背面的表面層形成了數(shù)十納米程度的厚度的變質(zhì)層102。在該變質(zhì)層102的內(nèi)部，碳成為均勻分布的狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)了在形成了這樣的變質(zhì)層102的狀態(tài)下進(jìn)行了之后用于形成硅化鎳層103的熱處理、和/或用于形成背面電極(未圖示)的熱處理等各種熱處理的情況下，在生成變質(zhì)層102的部分處碳凝集，成為如圖9所示在硅化鎳層103的內(nèi)部析出了含有碳的層狀的層104的狀態(tài)。本發(fā)明是基于這樣的觀察而做出的。
[0024]另外，為了解決上述問題，達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法具有以下的特征。首先，進(jìn)行磨削工序，對(duì)包括碳化硅的半導(dǎo)體基板的背面進(jìn)行磨削，從而將上述半導(dǎo)體基板的厚度減薄。接下來，進(jìn)行除去工序，通過研磨或蝕刻來除去由于上述磨削工序而在上述半導(dǎo)體基板的背面的表面層產(chǎn)生的變質(zhì)層。接下來，在上述除去工序后，進(jìn)行在上述半導(dǎo)體基板的背面形成鎳膜的工序。接下來，進(jìn)行通過熱處理使上述鎳膜硅化而形成硅化鎳層的工序。接下來，進(jìn)行在上述硅化鎳層的表面上形成金屬電極的工序。
[0025]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中的特征在于，上述研磨為化學(xué)機(jī)械研磨。
[0026]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中的特征在于，上述蝕刻為干法蝕刻或者濕法蝕刻。
[0027]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中的特征在于，在上述除去工序中，將上述半導(dǎo)體基板的厚度減薄lOOnm以上。
[0028]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中的特征在于，進(jìn)一步在上述磨削工序前，進(jìn)行在上述半導(dǎo)體基板的正面上生長外延層的生長工序。并且，在上述生長工序中，在上述半導(dǎo)體基板的背面生長升華層，在上述磨削工序中，除去上述升華層并且除去上述半導(dǎo)體基板的背面的表面層。
[0029]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中的特征在于，上述金屬電極是依次堆疊鈦(Ti)膜、鎳(Ni)膜和銀(Ag)膜而成的金屬電極，或者是依次堆疊鈦(Ti)膜、鎳(Ni)膜和金(Au)膜而成的金屬電極。
[0030]根據(jù)上述發(fā)明，通過利用研磨或蝕刻而除去在SiC基板的磨削面的表面層生成的變質(zhì)層，能夠防止由之后的熱處理在硅化鎳層的內(nèi)部產(chǎn)生由碳凝集而成的析出物。因此，例如在將半導(dǎo)體晶片切斷為各個(gè)芯片狀的切割時(shí)，能夠防止起因于包含于硅化鎳層的內(nèi)部的碳引起的背面電極剝離。
[0031]發(fā)明效果
[0032]根據(jù)本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，具有能夠抑制背面電極剝離這樣的效果。
【附圖說明】
[0033]圖1是示出通過實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法所制造的碳化硅半導(dǎo)體裝置的一例的截面圖。
[0034]圖2是示意性地示出實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。
[0035]圖3是示意性地示出實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。
[0036]圖4是示意性地示出實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。
[0037]圖5是示意性地示出實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。
[0038]圖6是示意性地示出實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。
[0039]圖7是示意性地示出實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。
[0040]圖8是示出現(xiàn)有的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。
[0041]圖9是示出現(xiàn)有的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過程中的狀態(tài)的截面圖。
[0042]符號(hào)的說明
[0043]1 n+型 SiC 基板
[0044]2 η—型SiC外延層
[0045]3 ρ型基層
[0046]4 n+型源層
[0047]5 p+型接觸層
[0048]6柵絕緣膜
[0049]7柵電極
[0050]8層間絕緣膜[0051 ]9源電極
[0052]10、11硅化鎳層
[0053]11a在硅化鎳層的內(nèi)部均勻分散的碳
[0054]12背面電極
[0055]21背面?zhèn)圈恰蚐iC升華層
[0056]22 接觸口
【具體實(shí)施方式】
[0057]以下參考附圖，對(duì)本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。在本說明書以及附圖中，前綴有η或ρ的層和區(qū)域中，分別表示電子或空穴為多數(shù)載流子。并且，標(biāo)記于η或ρ的+和-分別表示雜質(zhì)濃度比未標(biāo)記+和-的層和區(qū)域的雜質(zhì)濃度高和低。應(yīng)予說明，在以下的實(shí)施方式的說明以及附圖中，對(duì)同樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)記相同的符號(hào)，并省略重復(fù)的說明。
[0058](實(shí)施方式)
[0059]以縱型的