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JP2008004726A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

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JP2008004726A
JP2008004726A JP2006172274A JP2006172274A JP2008004726A JP 2008004726 A JP2008004726 A JP 2008004726A JP 2006172274 A JP2006172274 A JP 2006172274A JP 2006172274 A JP2006172274 A JP 2006172274A JP 2008004726 A JP2008004726 A JP 2008004726A
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Japan
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bulk substrate
silicon carbide
layer
concentration impurity
concentration
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Application number
JP2006172274A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Kusumoto
修 楠本
Kunimasa Takahashi
邦方 高橋
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the contact resistance of an ohmic electrode provided on the rear-surface side of a silicon carbide bulk substrate, in a semiconductor element having the silicon carbide bulk substrate. <P>SOLUTION: The semiconductor element 700 has a first conductivity-type silicon carbide bulk substrate 1 having a principal surface 1p and a rear surface 1r; and has a first conductivity-type high concentration impurity epitaxial layer 3 which is formed on the rear surface 1r of the silicon carbide bulk substrate 1, and contains the impurity with a concentration higher than the one of the silicon carbide bulk substrate 1. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

耐圧が高く、大電流を流すことができる半導体素子(パワーデバイス)は、様々な分野で使用されている。従来は、シリコン(Si)半導体を用いたSiパワーデバイスが主流であったが、近年、パワーデバイスの低損失化を目的として、炭化珪素(SiC)半導体を用いたSiCパワーデバイスの開発が進められている。「SiC」半導体とは、シリコン(Si)と炭素(C)とが1:1の成分比で結合してなる半導体を指し、一般に「Si:C」で表わされるCを微量(例えば数%以下)含んだSi半導体とは、物理的、化学的性質の異なる材料である。   2. Description of the Related Art Semiconductor elements (power devices) that have a high breakdown voltage and can flow a large current are used in various fields. Conventionally, Si power devices using silicon (Si) semiconductors have been the mainstream, but in recent years, SiC power devices using silicon carbide (SiC) semiconductors have been developed for the purpose of reducing power device loss. ing. The “SiC” semiconductor refers to a semiconductor in which silicon (Si) and carbon (C) are combined at a component ratio of 1: 1. Generally, a small amount of C represented by “Si: C” (for example, several percent or less) The included Si semiconductor is a material having different physical and chemical properties.

SiC半導体は、Si半導体に比べてバンドギャップの大きな半導体材料であり、また、Si半導体よりも1桁高い絶縁破壊電界を有している。そのため、SiC半導体を用いたPN接合やショットキー接合において、SiC半導体層に形成する空乏層を、Si半導体を用いた接合における空乏層より薄くしても、逆耐圧を維持できる。従って、SiC半導体を用いると、デバイスの厚さを小さくし、かつドーピング濃度を高くできるため、オン抵抗が低減され、高耐圧で低損失なパワーデバイスを実現できる。   The SiC semiconductor is a semiconductor material having a larger band gap than the Si semiconductor, and has a dielectric breakdown electric field that is one digit higher than that of the Si semiconductor. Therefore, in a PN junction or a Schottky junction using a SiC semiconductor, the reverse breakdown voltage can be maintained even if the depletion layer formed in the SiC semiconductor layer is thinner than the depletion layer in the junction using the Si semiconductor. Therefore, when the SiC semiconductor is used, the thickness of the device can be reduced and the doping concentration can be increased, so that the on-resistance can be reduced, and a power device with high breakdown voltage and low loss can be realized.

SiCパワーデバイスは、低抵抗のSiCバルク基板を用いて形成され、その多くは、電流がSiCバルク基板に垂直な方向に流れる、いわゆる縦型構造を有している。   The SiC power device is formed using a low-resistance SiC bulk substrate, and many of them have a so-called vertical structure in which current flows in a direction perpendicular to the SiC bulk substrate.

縦型PNダイオードを例に説明すると、SiCバルク基板の主面上には、耐圧を維持するための高抵抗エピタキシャル層が形成され、この高抵抗エピタキシャル層の上にPN接合およびオーミック電極が形成されている。一方、SiCバルク基板の裏面には裏面電極が形成されている。また、縦型MOSFETを例に説明すると、SiCバルク基板の主面上には、高抵抗エピタキシャル層が形成され、この高抵抗エピタキシャル層の上にチャネルを含むMOSFET部分およびソース電極が形成されている。一方、SiCバルク基板の裏面にはドレイン電極が形成されている。   Taking a vertical PN diode as an example, a high resistance epitaxial layer for maintaining a withstand voltage is formed on the main surface of the SiC bulk substrate, and a PN junction and an ohmic electrode are formed on the high resistance epitaxial layer. ing. On the other hand, a back electrode is formed on the back surface of the SiC bulk substrate. Further, a vertical MOSFET will be described as an example. A high resistance epitaxial layer is formed on the main surface of the SiC bulk substrate, and a MOSFET portion including a channel and a source electrode are formed on the high resistance epitaxial layer. . On the other hand, a drain electrode is formed on the back surface of the SiC bulk substrate.

なお、本明細書では、「SiCバルク基板」とは、改良レーリー(Lely)法や昇華法などにより作製された単結晶SiCを所定のサイズに切断・研磨して得られた単結晶基板を指す。また、上記の例を用いて説明すると、SiCバルク基板において、デバイスを構成する高抵抗エピタキシャル層、PN接合、チャネル領域、ソース電極などの素子構成要素が形成される側の面を「主面」、その反対側の面、すなわち基本的には電極のみが形成される側の面を「裏面」と称する。   In the present specification, the term “SiC bulk substrate” refers to a single crystal substrate obtained by cutting and polishing single crystal SiC produced by a modified Lely method or sublimation method to a predetermined size. . Further, using the above example, in the SiC bulk substrate, a surface on which element components such as a high-resistance epitaxial layer, a PN junction, a channel region, and a source electrode constituting a device are formed is a “main surface”. The opposite surface, that is, the surface on which only the electrodes are basically formed is referred to as a “back surface”.

縦型PNダイオードや縦型MOSFETを例に説明したように、縦型構造のSiCパワーデバイスでは、SiCバルク基板の主面側および裏面側に、それぞれ電極が設けられる。以下の説明では、パワーデバイスの機能にかかわらず、SiCバルク基板の主面側に設けられる電極を「上部電極」、裏面側に設けられる電極を「下部電極」と呼んで、両者を区別する。   As described with respect to the vertical PN diode and the vertical MOSFET, in the SiC power device having the vertical structure, electrodes are provided on the main surface side and the back surface side of the SiC bulk substrate, respectively. In the following description, regardless of the function of the power device, an electrode provided on the main surface side of the SiC bulk substrate is referred to as an “upper electrode”, and an electrode provided on the back surface side is referred to as a “lower electrode” to distinguish them.

このようなSiCパワーデバイスの電力損失をさらに低減するためには、SiCパワーデバイスに電流を流した状態(オン状態)で、その電流通路に沿ったオン抵抗を小さく抑える必要がある。オン抵抗を抑える手段の1つとして、SiCバルク基板の裏面側に設けられる下部電極のコンタクト抵抗を小さくすることが考えられる。下部電極は、通常、SiCバルク基板の裏面に接触して設けられるが、SiCバルク基板の不純物濃度が低いために、下部電極とSiCバルク基板裏面との間のコンタクト抵抗が大きくなってしまい、パワーデバイスの電力損失を増大させる要因の1つになっているからである。   In order to further reduce the power loss of such a SiC power device, it is necessary to keep the on-resistance along the current path small in a state in which a current flows through the SiC power device (on state). As one means for suppressing the on-resistance, it is conceivable to reduce the contact resistance of the lower electrode provided on the back side of the SiC bulk substrate. The lower electrode is usually provided in contact with the back surface of the SiC bulk substrate. However, since the impurity concentration of the SiC bulk substrate is low, the contact resistance between the lower electrode and the back surface of the SiC bulk substrate increases, and the power This is because it is one of the factors that increase the power loss of the device.

SiCバルク基板の不純物濃度を高くすれば、SiCバルク基板裏面近傍の不純物濃度も高くなるので、上記コンタクト抵抗を低減することが可能になる。しかし、不純物濃度が高くなるほど、SiCバルク基板の結晶性が低下してしまい、SiCバルク基板上に形成される高抵抗エピタキシャル層により多くの欠陥が生じる。そのため、不純物濃度の高いSiCバルク基板を用いてデバイスを作製すると、高抵抗エピタキシャル層に生じた欠陥に起因してリーク電流が増大し、高い特性が得られない。従って、市販されているSiCバルク基板の不純物濃度は、5×1018cm-3程度以下に抑えられている。 If the impurity concentration of the SiC bulk substrate is increased, the impurity concentration in the vicinity of the back surface of the SiC bulk substrate is also increased, so that the contact resistance can be reduced. However, the higher the impurity concentration, the lower the crystallinity of the SiC bulk substrate, causing more defects in the high resistance epitaxial layer formed on the SiC bulk substrate. Therefore, when a device is manufactured using a SiC bulk substrate having a high impurity concentration, a leakage current increases due to defects generated in the high resistance epitaxial layer, and high characteristics cannot be obtained. Therefore, the impurity concentration of the commercially available SiC bulk substrate is suppressed to about 5 × 10 18 cm −3 or less.

これに対し、本出願人による特許文献1は、SiCバルク基板の裏面に不純物イオンを注入することにより、SiCバルク基板裏面近傍の不純物濃度を高める技術を開示している。   On the other hand, Patent Document 1 by the present applicant discloses a technique for increasing the impurity concentration in the vicinity of the back surface of the SiC bulk substrate by implanting impurity ions into the back surface of the SiC bulk substrate.

図8(a)および(b)は、特許文献1に開示された技術を説明するための工程断面図である。まず、図8(a)に示すように、SiCバルク基板111の裏面111rに不純物イオン113を注入した後、活性化アニールを行うことにより、不純物ドープ層112を形成する。次いで、図8(b)に示すように、SiCバルク基板111の主面111pに、エピタキシャル成長により活性層114を形成する。この後、図示しないが、活性層114に拡散領域が形成される。また、活性層114の上には上部電極が設けられ、不純物ドープ層112の上には下部電極が設けられる。   8A and 8B are process cross-sectional views for explaining the technique disclosed in Patent Document 1. FIG. First, as shown in FIG. 8A, impurity ions 113 are implanted into the back surface 111r of the SiC bulk substrate 111, and then activation annealing is performed to form the impurity doped layer 112. Next, as shown in FIG. 8B, an active layer 114 is formed on the main surface 111p of the SiC bulk substrate 111 by epitaxial growth. Thereafter, although not shown, a diffusion region is formed in the active layer 114. An upper electrode is provided on the active layer 114, and a lower electrode is provided on the impurity doped layer 112.

上記技術によると、高い濃度で不純物を含む不純物ドープ層112を設けることにより、SiCバルク基板111の裏面111rの近傍における不純物濃度を高めることができるので、下部電極と炭化珪素バルク基板111の裏面111rとのコンタクト抵抗を低減できる。
特開2003−86816号公報
According to the above technique, the impurity concentration in the vicinity of the back surface 111r of the SiC bulk substrate 111 can be increased by providing the impurity doped layer 112 containing impurities at a high concentration, so that the bottom electrode and the back surface 111r of the silicon carbide bulk substrate 111 can be increased. Can be reduced.
JP 2003-86816 A

しかしながら、本願発明者らが、特許文献1に開示された技術を検討したところ、以下のような2つの問題があることがわかった。   However, the inventors of the present application have examined the technique disclosed in Patent Document 1 and found that there are the following two problems.

第1に、コンタクト抵抗をより確実に低減するためには、SiCバルク基板111に形成された不純物ドープ層112は十分な厚さ(例えば1μm以上)を有することが好ましいが、そのような厚さの不純物ドープ層112をイオン注入によって形成することは難しいという問題がある。第2に、イオン注入を用いて不純物ドープ層112を形成するために、不純物ドープ層112における不純物濃度は深さ方向に分布を有し、その結果、製品間でコンタクト抵抗にばらつきを生じるという問題がある。   First, in order to more reliably reduce the contact resistance, the impurity doped layer 112 formed on the SiC bulk substrate 111 preferably has a sufficient thickness (for example, 1 μm or more). However, it is difficult to form the impurity doped layer 112 by ion implantation. Second, since the impurity doped layer 112 is formed by ion implantation, the impurity concentration in the impurity doped layer 112 has a distribution in the depth direction, and as a result, the contact resistance varies among products. There is.

まず、上記第1の問題について説明する。   First, the first problem will be described.

不純物ドープ層112が形成されたSiCバルク基板111を用いてデバイスを製造する際には、表面清浄化のための犠牲酸化によって、また、MOSFETを製造する場合にはゲート絶縁膜を形成するためのゲート酸化によって、不純物ドープ層112の表面部分が酸化されて熱酸化膜が形成される。このとき、不純物ドープ層112は、形成される熱酸化膜の厚さに応じて薄くなる。SiCの密度および熱酸化膜の密度から算出したところ、厚さtの熱酸化膜が形成されると、不純物ドープ層112の厚さは0.46×t減少する。特に、SiCバルク基板111として4H−SiCあるいは6H−SiC基板を用い、このような基板のC面に不純物ドープ層112を形成し、Si面に活性層114を形成する場合には、C面における熱酸化のレートがSi面における熱酸化のレートに比べて5〜10倍高いことから、不純物ドープ層112には、より厚い酸化膜が形成され、これに伴って不純物ドープ層112の厚さは大きく減少する。例えば、活性層114の表面(Si面)に厚さが数10nmの熱酸化膜を形成するとき、不純物ドープ層112の表面(C面)には厚さが数100nmの熱酸化膜が形成されてしまい、不純物ドープ層112の厚さは大きく目減りする。   When manufacturing a device using the SiC bulk substrate 111 on which the impurity doped layer 112 is formed, by sacrificial oxidation for surface cleaning, and when manufacturing a MOSFET, a gate insulating film is formed. By the gate oxidation, the surface portion of the impurity doped layer 112 is oxidized to form a thermal oxide film. At this time, the impurity doped layer 112 becomes thinner according to the thickness of the thermal oxide film to be formed. As calculated from the density of SiC and the density of the thermal oxide film, when a thermal oxide film having a thickness t is formed, the thickness of the impurity doped layer 112 decreases by 0.46 × t. In particular, when a 4H—SiC or 6H—SiC substrate is used as the SiC bulk substrate 111, the impurity doped layer 112 is formed on the C surface of such a substrate, and the active layer 114 is formed on the Si surface, Since the thermal oxidation rate is 5 to 10 times higher than the thermal oxidation rate on the Si surface, a thicker oxide film is formed in the impurity doped layer 112, and the thickness of the impurity doped layer 112 is accordingly increased. Decrease significantly. For example, when a thermal oxide film having a thickness of several tens of nm is formed on the surface (Si surface) of the active layer 114, a thermal oxide film having a thickness of several hundreds of nm is formed on the surface (C surface) of the impurity doped layer 112. As a result, the thickness of the impurity doped layer 112 is greatly reduced.

さらに、SiCバルク基板111の裏面に下部電極を形成する際、良好なオーミック特性を得るためにPost Deposition Annealing(PDA)法を採用すると、不純物ドープ層112の厚さはさらに減少する。PDA法を用いると、下部電極は、不純物ドープ層112の上にニッケルなどの導電体(厚さ:例えば数10nm)を堆積させた後に、1000℃程度のアニールを行うことによって形成できる。このアニールによってニッケルがシリサイド化され、不純物ドープ層112と導電体との界面にニッケルシリサイドが形成されるため、不純物ドープ層112と下部電極との間にオーミック接合が形成される。このとき、不純物ドープ層112における炭化珪素がシリサイド化のために消費されるので、不純物ドープ層112はさらに薄くなる。典型的には、不純物ドープ層112の厚さは、堆積したニッケルの厚さと略同じだけ目減りする。   Furthermore, when forming a lower electrode on the back surface of the SiC bulk substrate 111 and adopting a Post Deposition Annealing (PDA) method in order to obtain good ohmic characteristics, the thickness of the impurity doped layer 112 is further reduced. When the PDA method is used, the lower electrode can be formed by depositing a conductor such as nickel (thickness: for example, several tens of nm) on the impurity-doped layer 112 and then performing annealing at about 1000 ° C. By this annealing, nickel is silicided and nickel silicide is formed at the interface between the impurity doped layer 112 and the conductor, so that an ohmic junction is formed between the impurity doped layer 112 and the lower electrode. At this time, since silicon carbide in the impurity doped layer 112 is consumed for silicidation, the impurity doped layer 112 is further thinned. Typically, the thickness of the impurity doped layer 112 is reduced by approximately the same as the thickness of the deposited nickel.

縦型MOSFETを作製する工程を例に、より具体的に説明する。SiCバルク基板111のSi面を主面111pとして用いる場合、SiCバルク基板111の主面111pに形成された活性層1114の表面(Si面)に厚さが80nmのゲート酸化膜を形成すると、不純物ドープ層112の表面(C面)には、厚さが800nmの熱酸化膜が形成される。これにより、不純物ドープ層112の厚さは370nm程度減少する。また、前述したPDA法を用いて下部電極(ドレイン電極)を形成すると、不純物ドープ層112はさらに薄くなる。例えば、厚さが100〜200nmのニッケルを不純物ドープ層112の上に堆積した後、1000℃程度のアニールを行うことによりドレイン電極を形成すると、不純物ドープ層112の厚さは100〜200nm程度目減りする。従って、この例では、ゲート酸化膜およびドレイン電極の形成によって、不純物ドープ層112の厚さは、合わせて470nm〜570nm減少する。   This will be described more specifically by taking a process of manufacturing a vertical MOSFET as an example. When the Si surface of the SiC bulk substrate 111 is used as the main surface 111p, if a gate oxide film having a thickness of 80 nm is formed on the surface (Si surface) of the active layer 1114 formed on the main surface 111p of the SiC bulk substrate 111, impurities A thermal oxide film having a thickness of 800 nm is formed on the surface (C surface) of the doped layer 112. Thereby, the thickness of the impurity doped layer 112 is reduced by about 370 nm. Further, when the lower electrode (drain electrode) is formed by using the PDA method described above, the impurity doped layer 112 becomes thinner. For example, when a drain electrode is formed by depositing nickel having a thickness of 100 to 200 nm on the impurity doped layer 112 and then annealing at about 1000 ° C., the thickness of the impurity doped layer 112 is reduced by about 100 to 200 nm. To do. Accordingly, in this example, the formation of the gate oxide film and the drain electrode reduces the thickness of the impurity doped layer 112 in total from 470 nm to 570 nm.

よって、コンタクト抵抗を確実に低減するためには、イオン注入によって形成される不純物ドープ層112の厚さは、デバイス製造工程における減少分(目減り量)よりも十分大きいことが必要である。上述した縦型MOSFETの例では、不純物ドープ層112の厚さは、少なくとも600nm以上、好ましくは1μm以上必要である。   Therefore, in order to reliably reduce the contact resistance, it is necessary that the thickness of the impurity doped layer 112 formed by ion implantation is sufficiently larger than a decrease (amount of reduction) in the device manufacturing process. In the example of the vertical MOSFET described above, the thickness of the impurity doped layer 112 needs to be at least 600 nm, preferably 1 μm or more.

しかしながら、このような厚さの不純物ドープ層112を、通常のイオン注入によって形成することは困難である。この理由を以下に説明する。   However, it is difficult to form the impurity doped layer 112 having such a thickness by ordinary ion implantation. The reason for this will be described below.

本願発明者らは、炭化珪素バルク基板に対して窒素イオン(N+)またはリンイオン(P+)を注入する際のそれぞれのイオンの飛程をシミュレーションによって求めたので、その結果を図9に示す。図9に示すグラフの横軸はイオン注入の際のイオンエネルギー、縦軸はイオンの注入深さを表わしている。通常、デバイスの製造工程で使用されるイオン注入設備の加速エネルギーは400keV以下であるが、図9からわかるように、そのようなイオン注入設備を用いると、窒素イオンは600nm、リンイオンは400nmよりも深い領域に注入できない。従って、窒素イオンを注入する場合には600nm、リンイオンを注入する場合には400nmよりも厚い不純物ドープ層112を形成することができない。 The inventors of the present application determined the range of each ion when nitrogen ions (N + ) or phosphorus ions (P + ) are implanted into the silicon carbide bulk substrate by simulation, and the results are shown in FIG. . The horizontal axis of the graph shown in FIG. 9 represents ion energy during ion implantation, and the vertical axis represents ion implantation depth. Normally, the acceleration energy of an ion implantation facility used in the device manufacturing process is 400 keV or less, but as can be seen from FIG. 9, when such an ion implantation facility is used, nitrogen ions are more than 600 nm and phosphorus ions are more than 400 nm. Cannot be injected into deep areas. Accordingly, the impurity doped layer 112 thicker than 600 nm cannot be formed when nitrogen ions are implanted, and 400 nm thicker than 400 nm when phosphorous ions are implanted.

一方、特許文献1では、MeVレベルの高エネルギーでイオン注入を行うことにより、厚さが例えば3μm程度の不純物ドープ層112を形成している。このような高エネルギー注入にはかなり大型の設備が必要であり、また、製造コストの増大を招くため、量産プロセスに適用することは難しい。   On the other hand, in Patent Document 1, an impurity doped layer 112 having a thickness of, for example, about 3 μm is formed by performing ion implantation with high energy of MeV level. Such high energy injection requires a considerably large facility and increases the manufacturing cost, so that it is difficult to apply it to a mass production process.

次に、上記第2の問題について説明する。   Next, the second problem will be described.

特許文献1の技術を用いてコンタクト抵抗を低減するためには、デバイス製造工程において厚さが目減りした後の不純物ドープ層112は、その表面近傍(すなわち、下部電極が形成される表面の近傍)で高い不純物濃度を有することが必要である。不純物ドープ層112における不純物濃度が深さ方向に一定であれば、デバイスの製造工程における目減り量にかかわらず、下部電極が形成される表面近傍の不純物濃度は一定となるので、コンタクト抵抗を確実に低減できる。しかしながら、イオン注入によって形成された不純物ドープ層112の不純物濃度プロファイルは概ねガウス分布に従う。そのため、上記目減り量を考慮して、不純物ドープ層112を形成する際に、その不純物濃度プロファイルがピークを有する深さを調整しておく必要がある。ところが、不純物ドープ層112の目減り量は、様々な要因によってばらつきやすく、また、デバイスの種類や製造方法によってもそれぞれ異なる。従って、不純物ドープ層112の目減り量によっては、不純物ドープ層112における下部電極が形成される表面において、所定の高い不純物濃度が得られないおそれがある。また、目減り量にばらつきが生じると、不純物ドープ層112における下部電極が形成される表面近傍の不純物濃度が大きくばらつき、その結果、コンタクト抵抗にばらつきが生じて、信頼性が低下するおそれもある。   In order to reduce the contact resistance using the technique of Patent Document 1, the impurity doped layer 112 after the thickness is reduced in the device manufacturing process is in the vicinity of the surface (that is, in the vicinity of the surface on which the lower electrode is formed). It is necessary to have a high impurity concentration. If the impurity concentration in the impurity doped layer 112 is constant in the depth direction, the impurity concentration in the vicinity of the surface where the lower electrode is formed is constant regardless of the amount of reduction in the device manufacturing process. Can be reduced. However, the impurity concentration profile of the impurity doped layer 112 formed by ion implantation generally follows a Gaussian distribution. For this reason, it is necessary to adjust the depth at which the impurity concentration profile has a peak when the impurity doped layer 112 is formed in consideration of the amount of reduction. However, the amount of reduction in the impurity doped layer 112 is likely to vary depending on various factors, and also varies depending on the type of device and the manufacturing method. Therefore, depending on the reduction amount of the impurity doped layer 112, a predetermined high impurity concentration may not be obtained on the surface of the impurity doped layer 112 where the lower electrode is formed. In addition, when the amount of reduction is varied, the impurity concentration in the vicinity of the surface where the lower electrode is formed in the impurity doped layer 112 varies greatly. As a result, the contact resistance varies, and the reliability may be lowered.

図10は、炭化珪素層に対して窒素イオンを500keVのエネルギーおよび1×1014cm-2のドーズ量で注入したときの、深さ方向における窒素イオンの濃度プロファイルを示すグラフである。図10に示すグラフの横軸は、炭化珪素層の表面からの深さ、縦軸は窒素イオンの濃度を表わしている。このグラフから、窒素イオンの濃度プロファイルは深さが600nm近辺にピークを有し、深さが600nmから100nmずれると、窒素イオンの濃度は1桁も低下することがわかる。 FIG. 10 is a graph showing a concentration profile of nitrogen ions in the depth direction when nitrogen ions are implanted into the silicon carbide layer at an energy of 500 keV and a dose of 1 × 10 14 cm −2 . The horizontal axis of the graph shown in FIG. 10 represents the depth from the surface of the silicon carbide layer, and the vertical axis represents the concentration of nitrogen ions. From this graph, it can be seen that the concentration profile of nitrogen ions has a peak in the vicinity of 600 nm, and when the depth deviates from 600 nm to 100 nm, the concentration of nitrogen ions decreases by an order of magnitude.

上述した縦型MOSFETの製造工程では、不純物ドープ層112の厚さは、例えば470nm〜570nm程度目減りするが、この目減り量が約600nmであれば、目減りした後の不純物ドープ層112の表面近傍の不純物濃度がピーク値に近くなるので、不純物ドープ層112と下部電極との間のコンタクト抵抗を大幅に低減できる。これに対し、目減り量が100nm程度ばらつくと、コンタクト抵抗を十分に低減できない可能性がある。   In the manufacturing process of the vertical MOSFET described above, the thickness of the impurity doped layer 112 is reduced by, for example, about 470 nm to 570 nm. If the amount of reduction is about 600 nm, the thickness near the surface of the impurity doped layer 112 after the reduction is reduced. Since the impurity concentration is close to the peak value, the contact resistance between the impurity doped layer 112 and the lower electrode can be greatly reduced. On the other hand, if the reduction amount varies by about 100 nm, the contact resistance may not be sufficiently reduced.

特許文献1では、不純物イオンの濃度プロファイルに起因するコンタクト抵抗のばらつきを抑えるために、加速エネルギーを変えながら複数回のイオン注入を行う、いわゆる多段注入を行うことが開示されている。しかしながら、高ドーズで多段注入を行うためには、注入プロセスが複雑になり、また注入プロセスに費やされる時間が大幅に増加するので、量産プロセスに適用することは難しい。さらに、多段注入を行っても、不純物イオンの濃度プロファイルは深さ方向に完全に均一ではなく、各イオン注入に対応した複数のピークを有するので、濃度プロファイルに起因するコンタクト抵抗のばらつきを完全に抑えることは困難である。   Patent Document 1 discloses performing so-called multi-stage implantation in which ion implantation is performed a plurality of times while changing acceleration energy in order to suppress variation in contact resistance caused by impurity ion concentration profiles. However, in order to perform multi-stage injection at a high dose, the injection process becomes complicated, and the time spent for the injection process increases significantly, so that it is difficult to apply to a mass production process. Furthermore, even if multi-stage implantation is performed, the concentration profile of impurity ions is not completely uniform in the depth direction, and has a plurality of peaks corresponding to each ion implantation, so that variations in contact resistance due to the concentration profile are completely eliminated. It is difficult to suppress.

このように、従来技術では、量産化に適したプロセスによって、SiCバルク基板111の裏面111rに設けられる電極とSiCバルク基板111とのコンタクト抵抗を低減することは困難であった。   As described above, in the prior art, it is difficult to reduce the contact resistance between the electrode provided on the back surface 111r of the SiC bulk substrate 111 and the SiC bulk substrate 111 by a process suitable for mass production.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、SiCバルク基板を備えた半導体素子において、SiCバルク基板の裏面側に設けられるオーミック電極のコンタクト抵抗を低減して、電力損失を従来よりも低くすることにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to reduce the contact resistance of an ohmic electrode provided on the back side of a SiC bulk substrate in a semiconductor element including the SiC bulk substrate. The purpose is to lower the power loss than before.

本発明の半導体素子は、主面および裏面を有する第1導電型の炭化珪素バルク基板と、前記炭化珪素バルク基板の裏面に形成され、前記炭化珪素バルク基板よりも高い濃度で不純物を含む第1導電型の高濃度不純物エピタキシャル層とを備える。   A semiconductor element of the present invention is a first conductivity type silicon carbide bulk substrate having a main surface and a back surface, and a first impurity formed on the back surface of the silicon carbide bulk substrate and containing impurities at a higher concentration than the silicon carbide bulk substrate. A conductive type high concentration impurity epitaxial layer.

ある好ましい実施形態において、前記炭化珪素バルク基板の主面に形成され、前記炭化珪素バルク基板よりも低い濃度で不純物を含む第1導電型の低濃度不純物エピタキシャル層をさらに備える。   In a preferred embodiment, the semiconductor device further includes a first-conductivity-type low-concentration impurity epitaxial layer formed on a main surface of the silicon carbide bulk substrate and containing impurities at a lower concentration than the silicon carbide bulk substrate.

前記炭化珪素バルク基板の主面に設けられた上部電極と、前記高濃度不純物エピタキシャル層を介して前記炭化珪素バルク基板に電気的に接続された下部電極とをさらに備えてもよい。   You may further provide the upper electrode provided in the main surface of the said silicon carbide bulk substrate, and the lower electrode electrically connected to the said silicon carbide bulk substrate through the said high concentration impurity epitaxial layer.

前記高濃度不純物エピタキシャル層における不純物濃度は1×1019cm-3以上であることが好ましい。 The impurity concentration in the high-concentration impurity epitaxial layer is preferably 1 × 10 19 cm −3 or more.

ある好ましい実施形態において、前記高濃度不純物エピタキシャル層における不純物濃度は深さ方向に略一定である。   In a preferred embodiment, the impurity concentration in the high-concentration impurity epitaxial layer is substantially constant in the depth direction.

前記炭化珪素バルク基板の裏面はカーボン面であってもよい。あるいは、前記炭化珪素バルク基板の裏面はシリコン面であってもよい。   The back surface of the silicon carbide bulk substrate may be a carbon surface. Alternatively, the back surface of the silicon carbide bulk substrate may be a silicon surface.

前記半導体素子は縦型MOSFETであってもよい。または、前記半導体素子は縦型PNダイオードであってもよい。あるいは、前記半導体素子は縦型ショットキーダイオードであってもよい。   The semiconductor element may be a vertical MOSFET. Alternatively, the semiconductor element may be a vertical PN diode. Alternatively, the semiconductor element may be a vertical Schottky diode.

本発明の半導体基板は、第1導電型の炭化珪素バルク基板と、前記炭化珪素バルク基板の第1面に形成され、前記炭化珪素バルク基板よりも高い濃度で不純物を含む第1導電型の高濃度不純物エピタキシャル層とを備える。   A semiconductor substrate of the present invention is formed on a first conductivity type silicon carbide bulk substrate and a first conductivity type high-concentration formed on a first surface of the silicon carbide bulk substrate and containing impurities at a higher concentration than the silicon carbide bulk substrate. A concentration impurity epitaxial layer.

ある好ましい実施形態において、前記炭化珪素バルク基板における前記第1面の反対側の第2面に設けられ、前記炭化珪素バルク基板よりも低い濃度で不純物を含む低濃度不純物エピタキシャル層をさらに備える。   In a preferred embodiment, the silicon carbide bulk substrate further includes a low-concentration impurity epitaxial layer provided on a second surface opposite to the first surface and containing impurities at a lower concentration than the silicon carbide bulk substrate.

ある好ましい実施形態において、前記高濃度不純物エピタキシャル層の厚さは300nm以上である。   In a preferred embodiment, the high-concentration impurity epitaxial layer has a thickness of 300 nm or more.

前記高濃度不純物エピタキシャル層における不純物濃度は1×1019cm-3以上であることが好ましい。 The impurity concentration in the high-concentration impurity epitaxial layer is preferably 1 × 10 19 cm −3 or more.

ある好ましい実施形態において、前記高濃度不純物エピタキシャル層における不純物濃度は深さ方向に略一定である。   In a preferred embodiment, the impurity concentration in the high-concentration impurity epitaxial layer is substantially constant in the depth direction.

前記炭化珪素バルク基板における第1面はカーボン面であってもよい。あるいは、前記炭化珪素バルク基板における第1面はシリコン面であってもよい。   The first surface of the silicon carbide bulk substrate may be a carbon surface. Alternatively, the first surface of the silicon carbide bulk substrate may be a silicon surface.

本発明の半導体素子の製造方法は、主面および裏面を有する第1導電型の炭化珪素バルク基板を備えた半導体素子の製造方法であって、(a)前記炭化珪素バルク基板よりも低い濃度で不純物を含む第1導電型の低濃度不純物エピタキシャル層が主面に形成され、かつ、前記炭化珪素バルク基板よりも高い濃度で不純物を含む第1導電型の高濃度不純物エピタキシャル層が裏面に形成された炭化珪素バルク基板を用意する工程と、(b)前記炭化珪素バルク基板の裏面に、前記高濃度不純物エピタキシャル層に接する電極を形成する工程とを包含する。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device including a silicon carbide bulk substrate of a first conductivity type having a main surface and a back surface, and (a) at a concentration lower than that of the silicon carbide bulk substrate. A first conductivity type low concentration impurity epitaxial layer containing impurities is formed on the main surface, and a first conductivity type high concentration impurity epitaxial layer containing impurities at a higher concentration than the silicon carbide bulk substrate is formed on the back surface. And (b) forming an electrode in contact with the high-concentration impurity epitaxial layer on the back surface of the silicon carbide bulk substrate.

ある好ましい実施形態において、前記工程(a)は、(a1)前記炭化珪素バルク基板の裏面に、前記高濃度不純物エピタキシャル層を形成する工程と、(a2)前記炭化珪素バルク基板の主面に、前記低濃度不純物エピタキシャル層を形成する工程とを含む。   In a preferred embodiment, the step (a) includes (a1) a step of forming the high-concentration impurity epitaxial layer on the back surface of the silicon carbide bulk substrate, and (a2) a main surface of the silicon carbide bulk substrate. Forming the low-concentration impurity epitaxial layer.

前記工程(a2)は、前記工程(a1)の後に行われることが好ましい。   The step (a2) is preferably performed after the step (a1).

前記工程(a)は、前記工程(a1)の前に、前記炭化珪素バルク基板の主面に保護膜を形成する工程、および、前記工程(a1)と前記工程(a2)との間に、前記炭化珪素バルク基板から前記保護膜を除去する工程をさらに含んでもよい。   The step (a) includes a step of forming a protective film on the main surface of the silicon carbide bulk substrate before the step (a1), and between the step (a1) and the step (a2). The method may further include a step of removing the protective film from the silicon carbide bulk substrate.

前記工程(a)は、前記工程(a1)と前記工程(a2)との間に、前記炭化珪素バルク基板の主面を平坦化する工程をさらに含んでもよい。   The step (a) may further include a step of planarizing a main surface of the silicon carbide bulk substrate between the step (a1) and the step (a2).

本発明の半導体基板の製造方法は、第1導電型の炭化珪素バルク基板における第1面に、前記炭化珪素バルク基板よりも高い濃度で不純物を含む第1導電型の高濃度不純物エピタキシャル層を形成する工程を包含する。   According to the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a first conductivity type high concentration impurity epitaxial layer containing impurities at a higher concentration than the silicon carbide bulk substrate is formed on the first surface of the first conductivity type silicon carbide bulk substrate. The process of carrying out is included.

本発明によると、SiCバルク基板を備えた半導体素子において、SiCバルク基板の裏面に高濃度不純物エピタキシャル層を設けることにより、SiCバルク基板の裏面側に設けられる電極のコンタクト抵抗を低減できる。従って、従来よりも電力損失を低くできる。   According to the present invention, in a semiconductor device including a SiC bulk substrate, the contact resistance of an electrode provided on the back surface side of the SiC bulk substrate can be reduced by providing the high concentration impurity epitaxial layer on the back surface of the SiC bulk substrate. Therefore, the power loss can be made lower than before.

また、本発明によると、量産化に適した簡便なプロセスで、上記のような半導体素子を製造できる。   Further, according to the present invention, the semiconductor element as described above can be manufactured by a simple process suitable for mass production.

本発明の半導体素子は、SiCバルク基板の裏面に、SiCバルク基板よりも高い濃度で不純物を含む高濃度不純物エピタキシャル層が形成されていることを特徴とする。   The semiconductor element of the present invention is characterized in that a high-concentration impurity epitaxial layer containing impurities at a higher concentration than the SiC bulk substrate is formed on the back surface of the SiC bulk substrate.

本明細書における「半導体素子」は、半導体層を用いて形成された素子を少なくとも1つ備えていればよく、縦型MOSFET、JFET、ショットキーダイオード、PNダイオードなどの素子の他、これらの素子を備えた装置を広く含むものとする。   The “semiconductor element” in the present specification only needs to include at least one element formed using a semiconductor layer, and other than these elements such as a vertical MOSFET, JFET, Schottky diode, and PN diode, these elements. A wide range of devices including:

本発明によると、SiCバルク基板の裏面に高濃度不純物エピタキシャル層が形成されているので、SiCバルク基板の裏面側に設けられる下部電極のコンタクト抵抗を低減できる。   According to the present invention, since the high-concentration impurity epitaxial layer is formed on the back surface of the SiC bulk substrate, the contact resistance of the lower electrode provided on the back surface side of the SiC bulk substrate can be reduced.

図8を参照しながら上述したように、特許文献1に開示された従来技術では、十分な厚さの不純物ドープ層112を形成できない(第1の問題)、不純物ドープ層112の不純物濃度プロファイルに起因してコンタクト抵抗にばらつきが生じる(第2の問題)といった問題があった。   As described above with reference to FIG. 8, the impurity doped layer 112 having a sufficient thickness cannot be formed with the conventional technique disclosed in Patent Document 1 (first problem). As a result, there is a problem that the contact resistance varies (second problem).

これに対し、本発明では、エピタキシャル成長の際の成長時間などの条件を制御することにより、SiCバルク基板の裏面に、所望の厚さの高濃度不純物エピタキシャル層を容易に形成できる。従って、デバイスの製造工程において、高濃度不純物エピタキシャル層の厚さが目減りしても、コンタクト抵抗を確実に低減できる。   In contrast, in the present invention, a high-concentration impurity epitaxial layer having a desired thickness can be easily formed on the back surface of the SiC bulk substrate by controlling conditions such as the growth time during epitaxial growth. Therefore, even if the thickness of the high-concentration impurity epitaxial layer decreases in the device manufacturing process, the contact resistance can be reliably reduced.

また、本発明では、高濃度不純物エピタキシャル層の不純物濃度プロファイルを深さ方向に略均一にできる。ここで、「不純物濃度プロファイルが深さ方向に略均一」とは、高濃度不純物層3の深さ方向における不純物濃度プロファイルが、イオン注入による不純物濃度プロファイルのようなピークを有しておらず、不純物濃度の設定値の±10%以内、典型的には設定値の±5%以内であることを意味する。このような高濃度不純物エピタキシャル層を形成すると、デバイスの製造工程において高濃度不純物エピタキシャル層が目減りしても、目減りした後の高濃度不純物層の表面(すなわち、下部電極が形成される面)の不純物濃度を略一定にできる。従って、目減り量にかかわらず、安定してコンタクト抵抗を低減できるので有利である。さらに、目減り量がばらついても、コンタクト抵抗にばらつきが生じることを防止できる。   In the present invention, the impurity concentration profile of the high concentration impurity epitaxial layer can be made substantially uniform in the depth direction. Here, “the impurity concentration profile is substantially uniform in the depth direction” means that the impurity concentration profile in the depth direction of the high concentration impurity layer 3 does not have a peak like the impurity concentration profile by ion implantation. It means within ± 10% of the set value of impurity concentration, typically within ± 5% of the set value. When such a high-concentration impurity epitaxial layer is formed, even if the high-concentration impurity epitaxial layer is reduced in the device manufacturing process, the surface of the high-concentration impurity layer after the reduction (that is, the surface on which the lower electrode is formed) is reduced. Impurity concentration can be made substantially constant. Therefore, it is advantageous because the contact resistance can be stably reduced regardless of the reduction amount. Furthermore, even if the amount of reduction varies, it is possible to prevent variation in contact resistance.

一方、本願発明者らは、上記の半導体素子を製造するプロセスを検討したところ、特許文献1の技術にはなかった新たな問題があることを見出した。一般に、SiCバルク基板を用いてデバイスを形成する際には、SiCバルク基板の主面にエピタキシャル層が形成されるが、上記半導体素子では、SiCバルク基板の裏面にもエピタキシャル層が形成される。従来は、このように、SiCバルク基板の両面(主面および裏面)に対してエピタキシャル層が形成されることは無かったため認識されていなかったが、SiCバルク基板の裏面に対してもエピタキシャル層を形成しようとすると、主面側のエピタキシャル層に悪影響を及ぼし、デバイス特性が低下するという問題がある。この問題については、後で詳述する。また、一方のエピタキシャル層を形成した後、他方のエピタキシャル層を形成する際に、先に形成されたエピタキシャル層に表面荒れが生じてしまい、デバイス特性の低下を引き起こすという問題もある。さらに、六方晶型(4H、6H)の結晶構造を有するSiCバルク基板の場合、Si面だけでなくC面上にもSiCをエピタキシャル成長させる必要があるが、C面に対するエピタキシャル成長のプロセス条件を最適化することが難しいという問題もある。   On the other hand, the inventors of the present application have studied a process for manufacturing the above-described semiconductor element, and found that there is a new problem that was not found in the technique of Patent Document 1. In general, when a device is formed using a SiC bulk substrate, an epitaxial layer is formed on the main surface of the SiC bulk substrate. In the semiconductor element, an epitaxial layer is also formed on the back surface of the SiC bulk substrate. Conventionally, the epitaxial layer was not formed on the both surfaces (main surface and back surface) of the SiC bulk substrate as described above, but it was not recognized. However, the epitaxial layer was also formed on the back surface of the SiC bulk substrate. When trying to form, there is a problem that the epitaxial layer on the main surface side is adversely affected and the device characteristics are deteriorated. This problem will be described in detail later. Further, when one epitaxial layer is formed and then the other epitaxial layer is formed, there is also a problem that surface roughness occurs in the previously formed epitaxial layer, thereby deteriorating device characteristics. Furthermore, in the case of a SiC bulk substrate having a hexagonal crystal structure (4H, 6H), it is necessary to epitaxially grow SiC not only on the Si surface but also on the C surface, but the process conditions for epitaxial growth on the C surface are optimized. There is also the problem that it is difficult to do.

本願発明者らは、独自の工夫により上記のようなプロセス上の問題を克服するとともに、先に形成されたエピタキシャル層に生じる表面荒れを積極的に利用することにより、コンタクト抵抗をさらに低減できることを見出した。これについても、後で詳しく述べる。   The inventors of the present invention overcome the above-mentioned process problems by original ideas and can further reduce the contact resistance by actively utilizing the surface roughness generated in the previously formed epitaxial layer. I found it. This will be described in detail later.

(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明による第1の実施形態の半導体基板を説明する。図1(a)および(b)は、それぞれ、本実施形態の半導体基板を示す断面模式図である。なお、本明細書における「半導体基板」は、半導体バルク基板を用いて形成され、半導体素子の形成に使用される基板を指し、例えば半導体バルク基板の表面にエピタキシャル層が形成されたエピ付き基板など、半導体バルク基板に対して何らかの加工を行って得られた基板を広く含むものとする。
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are schematic cross-sectional views showing the semiconductor substrate of this embodiment, respectively. The “semiconductor substrate” in this specification refers to a substrate that is formed using a semiconductor bulk substrate and is used for forming a semiconductor element, such as an epitaxial substrate having an epitaxial layer formed on the surface of the semiconductor bulk substrate. A wide range of substrates obtained by performing some kind of processing on the semiconductor bulk substrate is included.

半導体基板100は、図1(a)に示すように、SiCを含む第1導電型(例えばn型)のバルク基板1と、バルク基板1の表面1rにエピタキシャル成長によって形成された高濃度不純物層3とを備えている。高濃度不純物層3は、バルク基板1と同じ導電型(例えばn型)であり、バルク基板1よりも高い濃度で不純物を含んでいる。   As shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate 100 includes a first conductivity type (for example, n-type) bulk substrate 1 containing SiC, and a high-concentration impurity layer 3 formed on the surface 1r of the bulk substrate 1 by epitaxial growth. And. The high-concentration impurity layer 3 has the same conductivity type (for example, n-type) as the bulk substrate 1 and contains impurities at a higher concentration than the bulk substrate 1.

このように、半導体基板100は高濃度不純物層3を備えているので、半導体基板100を用いて縦型の半導体素子を形成する場合に、高濃度不純物層3の上にオーミック電極を設けることにより、オーミック電極のコンタクト抵抗を低減できる。   As described above, since the semiconductor substrate 100 includes the high concentration impurity layer 3, an ohmic electrode is provided on the high concentration impurity layer 3 when a vertical semiconductor element is formed using the semiconductor substrate 100. The contact resistance of the ohmic electrode can be reduced.

本実施形態では、エピタキシャル成長を用いるため、成長時間を制御することにより、特許文献1における不純物ドープ層112よりも厚い高濃度不純物層3を形成できる。また、不純物濃度プロファイルを深さ方向に略均一にできる。よって、SiCデバイスを作製する工程における高濃度不純物層3の目減り量にかかわらず、高濃度不純物層3の表面近傍の不純物濃度を設計値に略等しく(典型的には設計値の±5%以内)できるので、コンタクト抵抗をより確実に低減できる。さらに、製品間のコンタクト抵抗のばらつきが抑制され、信頼性を向上できる。   In this embodiment, since epitaxial growth is used, the high concentration impurity layer 3 thicker than the impurity doped layer 112 in Patent Document 1 can be formed by controlling the growth time. Further, the impurity concentration profile can be made substantially uniform in the depth direction. Therefore, the impurity concentration in the vicinity of the surface of the high-concentration impurity layer 3 is substantially equal to the design value (typically within ± 5% of the design value) regardless of the reduction amount of the high-concentration impurity layer 3 in the process of manufacturing the SiC device ), The contact resistance can be more reliably reduced. Furthermore, variations in contact resistance between products are suppressed, and reliability can be improved.

高濃度不純物層3の厚さは特に限定しないが、半導体基板100を用いてデバイスを形成する際の熱酸化プロセスや電極形成プロセスによる目減り量よりも大きくなるように設定される。バルク基板1として4H−SiCあるいは6H−SiC基板を用い、このような基板のC面に高濃度不純物層3を形成する場合には、C面における熱酸化レートはSi面よりも高いので、熱酸化プロセスによる目減り量が大きくなる。従って、このような場合、高濃度不純物層3の厚さは、好ましくは1μm以上、より好ましくは1.2μm以上である。一方、高濃度不純物層3を4H−SiCあるいは6H−SiC基板のSi面に形成する場合には、熱酸化プロセスによる目減り量は小さく抑えられるため、高濃度不純物層3の厚さは、例えば300nm以上であればよく、好ましくは500nm以上である。なお、C面、Si面のいずれに高濃度不純物層3を形成する場合においても、熱酸化やシリサイドによる目減り量を除いて、少なくとも100nm〜200nm程度が残存するように高濃度不純物層3の厚さを設定することが好ましい。このことは、第2〜第4の実施形態においても同様である。   The thickness of the high-concentration impurity layer 3 is not particularly limited, but is set to be larger than the amount of reduction due to a thermal oxidation process or an electrode formation process when a device is formed using the semiconductor substrate 100. When a 4H—SiC or 6H—SiC substrate is used as the bulk substrate 1 and the high concentration impurity layer 3 is formed on the C surface of such a substrate, the thermal oxidation rate on the C surface is higher than that of the Si surface. The amount of loss due to the oxidation process increases. Therefore, in such a case, the thickness of the high concentration impurity layer 3 is preferably 1 μm or more, more preferably 1.2 μm or more. On the other hand, when the high-concentration impurity layer 3 is formed on the Si surface of the 4H—SiC or 6H—SiC substrate, the amount of loss due to the thermal oxidation process can be kept small, and the thickness of the high-concentration impurity layer 3 is, for example, 300 nm. It is sufficient if it is above, preferably 500 nm or more. In addition, in the case where the high concentration impurity layer 3 is formed on either the C surface or the Si surface, the thickness of the high concentration impurity layer 3 is such that at least about 100 nm to 200 nm remains, except for the amount of loss due to thermal oxidation or silicide. It is preferable to set the length. The same applies to the second to fourth embodiments.

高濃度不純物層3の不純物濃度は、バルク基板1よりも高ければよく、特に限定しないが、バルク基板1の不純物濃度の10倍以上であれば、コンタクト抵抗をより効果的に改善できるので好ましい。バルク基板1として不純物濃度が1×1018cm-3のSiCバルク基板を用いる場合、高濃度不純物層3の不純物濃度が1×1019cm-3以上、より好ましくは1×1020cm-3以上であれば、バルク基板1の表面1rよりも1桁以上高い濃度で不純物を含むSiC表面に対してオーミック電極を形成できるので、コンタクト抵抗を大幅に低減できる。一方、高濃度不純物層3の不純物濃度は、5×1020cm-3程度以下に設定されることが好ましい。以上のことは、第2〜第4の実施形態においても同様である。 The impurity concentration of the high-concentration impurity layer 3 is not particularly limited as long as it is higher than that of the bulk substrate 1. However, it is preferable that the impurity concentration is 10 times or more the impurity concentration of the bulk substrate 1 because the contact resistance can be improved more effectively. When an SiC bulk substrate having an impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 is used as the bulk substrate 1, the impurity concentration of the high concentration impurity layer 3 is 1 × 10 19 cm −3 or more, more preferably 1 × 10 20 cm −3. If it is above, since an ohmic electrode can be formed with respect to the SiC surface containing impurities at a concentration higher by one digit or more than the surface 1r of the bulk substrate 1, the contact resistance can be greatly reduced. On the other hand, the impurity concentration of the high concentration impurity layer 3 is preferably set to about 5 × 10 20 cm −3 or less. The same applies to the second to fourth embodiments.

高濃度不純物層3は、深さ方向に略均一な不純物濃度プロファイルを有していなくてもよい。例えば、デバイスの製造工程における目減り量を考慮して、所定の領域(例えば深さが500nm〜1μmの領域)で高い不純物濃度を有するように調整されていれば、コンタクト抵抗を低減する効果が得られる。このような場合、上記所定の領域における不純物濃度が十分に高く、かつ、深さ方向に略一定であれば、より確実にコンタクト抵抗を低減できるので好ましい。   The high concentration impurity layer 3 may not have a substantially uniform impurity concentration profile in the depth direction. For example, if the amount of reduction in the device manufacturing process is taken into account, the effect of reducing contact resistance can be obtained if it is adjusted to have a high impurity concentration in a predetermined region (for example, a region having a depth of 500 nm to 1 μm). It is done. In such a case, it is preferable that the impurity concentration in the predetermined region is sufficiently high and substantially constant in the depth direction because the contact resistance can be more reliably reduced.

高濃度不純物層3は、バルク基板1におけるいずれか一方の表面に形成される。バルク基板1として4H−SiCあるいは6H−SiC基板を用いる場合、高濃度不純物層3はC面に形成されていることが好ましい。例えばMaterials Science Forum Vols.383−393(2002)pp165−170に記載されているように、Si面に比べてC面には高い濃度で不純物を含むエピタキシャル層をより容易に形成できる。従って、高濃度不純物層3をC面に形成すると、高濃度不純物層3における不純物濃度を高くすることが可能になり、コンタクト抵抗をより低くできる。   The high concentration impurity layer 3 is formed on one surface of the bulk substrate 1. When a 4H—SiC or 6H—SiC substrate is used as the bulk substrate 1, the high concentration impurity layer 3 is preferably formed on the C plane. For example, Materials Science Forum Vols. As described in 383-393 (2002) pp165-170, an epitaxial layer containing impurities at a higher concentration can be more easily formed on the C plane than on the Si plane. Therefore, when the high concentration impurity layer 3 is formed on the C plane, the impurity concentration in the high concentration impurity layer 3 can be increased, and the contact resistance can be further reduced.

一方、高濃度不純物層3をSi面に形成すると、Si面の熱酸化レートはC面よりも小さいために、高濃度不純物層3の熱酸化プロセスによる目減り量を小さくできるので、高濃度不純物層3の厚さを小さくできるという利点がある。   On the other hand, when the high-concentration impurity layer 3 is formed on the Si surface, the thermal oxidation rate of the Si surface is smaller than that of the C-plane, so that the amount of reduction by the thermal oxidation process of the high-concentration impurity layer 3 can be reduced. There is an advantage that the thickness of 3 can be reduced.

本実施形態における半導体基板の構成は、図1(a)に示す構成に限定されない。例えば、バルク基板1の両面にエピタキシャル層を備えたエピ付き基板であってもよい。図1(b)を参照しながら、本実施形態におけるエピ付き基板の構成を説明する。   The configuration of the semiconductor substrate in the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. For example, an epitaxial substrate having an epitaxial layer on both sides of the bulk substrate 1 may be used. With reference to FIG. 1B, the structure of the substrate with epi in this embodiment will be described.

半導体基板200は、図示するように、バルク基板1における高濃度不純物層3が形成された表面1rの反対側の面1pに、バルク基板1よりも低い濃度で不純物を含むエピタキシャル層5をさらに備えている。エピタキシャル層5は、半導体基板200に形成される縦型パワーデバイスのオフ耐圧を確保する機能を有する。エピタキシャル層5における不純物濃度は、例えば5×1015cm-3以上1×1016cm-3以下である。また、エピタキシャル層5の厚さは、例えば10μm以上15μm以下である。 As illustrated, the semiconductor substrate 200 further includes an epitaxial layer 5 containing impurities at a lower concentration than the bulk substrate 1 on the surface 1p of the bulk substrate 1 opposite to the surface 1r where the high concentration impurity layer 3 is formed. ing. The epitaxial layer 5 has a function of ensuring the off breakdown voltage of the vertical power device formed on the semiconductor substrate 200. The impurity concentration in the epitaxial layer 5 is, for example, 5 × 10 15 cm −3 or more and 1 × 10 16 cm −3 or less. Moreover, the thickness of the epitaxial layer 5 is 10 micrometers or more and 15 micrometers or less, for example.

半導体基板100および200における高濃度不純物層3は、図示するように、バルク基板1の表面1rに接することが好ましいが、高濃度不純物層3とバルク基板1との間に他の層(例えば炭化珪素エピタキシャル層など)が設けられていてもよい。   The high-concentration impurity layer 3 in the semiconductor substrates 100 and 200 is preferably in contact with the surface 1r of the bulk substrate 1 as shown in the figure, but another layer (for example, carbonized) is interposed between the high-concentration impurity layer 3 and the bulk substrate 1. A silicon epitaxial layer or the like may be provided.

次に、図面を参照しながら、本実施形態の半導体基板を製造する方法を説明する。ここでは、図1(b)に示す半導体基板200の製造方法を例に説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor substrate of the present embodiment will be described with reference to the drawings. Here, a method for manufacturing the semiconductor substrate 200 shown in FIG. 1B will be described as an example.

まず、図2(a)に示すように、炭化珪素を含むバルク基板1を用意する。バルク基板1としては、例えば、4H−SiC基板(導電型:n型、不純物濃度:1×1018cm-3)を用いる。このバルク基板1の表面1r、1pのうち、一方はシリコン原子のみが露出したSi面であり、他方はカーボン原子のみが露出したC面である。また、バルク基板1は、Si面が(0001)から<112―0>(112バー0)方向に8度のオフ角度を有するオフカット基板である。本実施形態では、バルク基板1における両面1p、1rに対してエピタキシャル成長を行うため、バルク基板1の両面1p、1rを研磨して、それらの表面粗さを同程度にしておくことが好ましい。 First, as shown in FIG. 2A, a bulk substrate 1 containing silicon carbide is prepared. As the bulk substrate 1, for example, a 4H—SiC substrate (conductivity type: n-type, impurity concentration: 1 × 10 18 cm −3 ) is used. One of the surfaces 1r and 1p of the bulk substrate 1 is a Si surface in which only silicon atoms are exposed, and the other is a C surface in which only carbon atoms are exposed. The bulk substrate 1 is an off-cut substrate in which the Si surface has an off angle of 8 degrees from the (0001) to the <112-0> (112 bar 0) direction. In this embodiment, since epitaxial growth is performed on both surfaces 1p and 1r of the bulk substrate 1, it is preferable to polish both surfaces 1p and 1r of the bulk substrate 1 so that their surface roughness is approximately the same.

上記のようなバルク基板1を硫酸過水、アンモニア過水、フッ酸などを用いて洗浄した後、図2(b)に示すように、バルク基板1の表面(ここではC面)1rに、CVD法により高濃度不純物層3をエピタキシャル成長させる。これにより、半導体基板100が得られる。   After the bulk substrate 1 as described above is washed using sulfuric acid / hydrogen peroxide, ammonia / hydrogen peroxide, hydrofluoric acid, etc., as shown in FIG. 2 (b), on the surface (here, C surface) 1r of the bulk substrate 1, The high concentration impurity layer 3 is epitaxially grown by the CVD method. Thereby, the semiconductor substrate 100 is obtained.

高濃度不純物層3の形成には、特許文献1に開示されている縦型CVD炉を用いることができる。また、本実施形態では、原料ガスとしてモノシラン(SiH4)およびプロパン(C38)、キャリアガスとして水素、n型のドーパントガスとして窒素を用いる。 For the formation of the high-concentration impurity layer 3, a vertical CVD furnace disclosed in Patent Document 1 can be used. In this embodiment, monosilane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as source gases, hydrogen is used as a carrier gas, and nitrogen is used as an n-type dopant gas.

高濃度不純物層3の形成方法を具体的に説明する。まず、縦型CVD炉におけるチャンバー内のサセプタに、高濃度不純物層3を形成しようとする面1rが表になるようにバルク基板1を設置し、チャンバー内の真空度が10-6Pa以下になるまで減圧する。その後、キャリアガスである水素を例えば2L/minの流量でチャンバーに供給してチャンバー内の圧力を1atmに保ちつつ、高周波加熱法によってバルク基板1を成長温度(例えば1600℃)まで加熱する。バルク基板1の温度が成長温度に達すると、原料ガスであるシランおよびプロパンと、ドーパントガスである窒素とをチャンバー内に供給する。ここでは、シランおよびプロパンを、それぞれ10mL/minおよび1mL/minの流量で供給するとともに、ドーパントガスである窒素を10mL/minの流量で供給する。なお、C面にエピタキシャル成長させるためのプロセス条件については、例えばMaterials Science Forum Vols.483−485(2005)pp92−96やMaterials Science Forum Vols.389−393(2002)pp165−170に記載されている。このようにして、高濃度不純物層3が形成される。形成された高濃度不純物層3の厚さは例えば1μmであり、不純物濃度は例えば1×1019cm-3である。 A method for forming the high-concentration impurity layer 3 will be specifically described. First, the bulk substrate 1 is placed on the susceptor in the chamber in the vertical CVD furnace so that the surface 1r on which the high-concentration impurity layer 3 is to be formed becomes the front surface, and the degree of vacuum in the chamber is 10 −6 Pa or less. Reduce pressure until Thereafter, hydrogen as a carrier gas is supplied to the chamber at a flow rate of 2 L / min, for example, and the bulk substrate 1 is heated to a growth temperature (for example, 1600 ° C.) by a high-frequency heating method while keeping the pressure in the chamber at 1 atm. When the temperature of the bulk substrate 1 reaches the growth temperature, silane and propane as source gases and nitrogen as a dopant gas are supplied into the chamber. Here, silane and propane are supplied at a flow rate of 10 mL / min and 1 mL / min, respectively, and nitrogen as a dopant gas is supplied at a flow rate of 10 mL / min. For the process conditions for epitaxial growth on the C-plane, see, for example, Materials Science Forum Vols. 483-485 (2005) pp 92-96 and Materials Science Forum Vols. 389-393 (2002) pp 165-170. In this way, the high concentration impurity layer 3 is formed. The thickness of the formed high concentration impurity layer 3 is, for example, 1 μm, and the impurity concentration is, for example, 1 × 10 19 cm −3 .

次いで、図2(c)に示すように、チャンバー内のサセプタに設置されたバルク基板1を裏返して、バルク基板1における表面(ここではSi面)1pが表になるように設置し、CVD法により、バルク基板1よりも低い濃度で不純物を含むエピタキシャル層5を表面1pに形成する。これにより、半導体基板200が得られる。   Next, as shown in FIG. 2 (c), the bulk substrate 1 installed on the susceptor in the chamber is turned over so that the surface (here, Si surface) 1p of the bulk substrate 1 is turned up, and the CVD method is applied. Thus, the epitaxial layer 5 containing impurities at a lower concentration than the bulk substrate 1 is formed on the surface 1p. Thereby, the semiconductor substrate 200 is obtained.

エピタキシャル層5の形成に用いるCVD炉やガス(原料ガス、キャリアガスおよびn型ドーパントガスなど)の種類は、図2(b)を参照しながら上述したCVD炉やガスと同じであってもよい。好適な成長条件は、エピタキシャル層5を形成しようとするバルク基板の表面1pがC面であるか、Si面であるかによって異なる。ここでは、バルク基板1のSi面にエピタキシャル成長させるため、例えば原料ガス中のC/Si比は、0.3程度になるように調整される。   The types of CVD furnaces and gases (such as source gas, carrier gas and n-type dopant gas) used for forming the epitaxial layer 5 may be the same as those described above with reference to FIG. . Suitable growth conditions differ depending on whether the surface 1p of the bulk substrate on which the epitaxial layer 5 is to be formed is a C plane or a Si plane. Here, since epitaxial growth is performed on the Si surface of the bulk substrate 1, for example, the C / Si ratio in the source gas is adjusted to be about 0.3.

エピタキシャル層5の具体的な形成方法を説明する。まず、チャンバー内を10-6Pa以下の真空度になるまで減圧した後、キャリアガスである水素ガスを例えば2L/minの流量でチャンバーに供給してチャンバー内の圧力を1atmに保ちつつ、高周波加熱法によってバルク基板1を成長温度(例えば1600℃)まで加熱する。バルク基板1の温度が成長温度に達すると、原料ガスであるシランおよびプロパンをそれぞれ10mL/minおよび1mL/minの流量でチャンバーに供給するとともに、ドーパントガスである窒素ガスを3mL/minの流量で供給する。このようにして、エピタキシャル層5が形成される。得られたエピタキシャル層5の厚さは例えば15μm、不純物濃度はバルク基板1の不純物濃度よりも低く、例えば5×1015cm-3である。 A specific method for forming the epitaxial layer 5 will be described. First, after reducing the pressure in the chamber to a vacuum of 10 −6 Pa or less, hydrogen gas as a carrier gas is supplied to the chamber at a flow rate of 2 L / min, for example, while maintaining the pressure in the chamber at 1 atm, The bulk substrate 1 is heated to a growth temperature (for example, 1600 ° C.) by a heating method. When the temperature of the bulk substrate 1 reaches the growth temperature, silane and propane as raw material gases are supplied to the chamber at flow rates of 10 mL / min and 1 mL / min, respectively, and nitrogen gas as a dopant gas is supplied at a flow rate of 3 mL / min. Supply. In this way, the epitaxial layer 5 is formed. The thickness of the obtained epitaxial layer 5 is, for example, 15 μm, and the impurity concentration is lower than the impurity concentration of the bulk substrate 1, for example, 5 × 10 15 cm −3 .

上記方法では、高濃度不純物層3の厚さを1μmとしているが、エピタキシャル成長における成長時間を長くすることにより、さらに厚い高濃度不純物層3を形成することが可能である。このように、本実施形態では、イオン注入によって形成する場合のようにイオンの加速エネルギーによって制約を受けないので、作製しようとする半導体素子の構成や半導体素子の作製プロセスに応じて、高濃度不純物層3の厚さを任意に設定できる。   In the above method, the thickness of the high-concentration impurity layer 3 is 1 μm, but it is possible to form a thicker high-concentration impurity layer 3 by extending the growth time in epitaxial growth. As described above, in this embodiment, since it is not restricted by the acceleration energy of ions as in the case of forming by ion implantation, depending on the configuration of the semiconductor element to be manufactured and the manufacturing process of the semiconductor element, high-concentration impurities The thickness of the layer 3 can be arbitrarily set.

なお、上記方法では、両面を研磨したバルク基板1を用いているが、片面のみが研磨されたバルク基板1を用いてもよい。この場合には、研磨された表面、すなわち表面粗さがより小さい表面にエピタキシャル層5を形成し、その反対側の表面に高濃度不純物層3を形成することが好ましい。多くの場合、高濃度不純物層3の上にはオーミック電極が形成されるだけであるのに対し、エピタキシャル層5の表面には拡散領域やゲート構造などが形成されるため、より高い結晶性が要求されるからである。   In the above method, the bulk substrate 1 having both surfaces polished is used, but the bulk substrate 1 having only one surface polished may be used. In this case, it is preferable that the epitaxial layer 5 is formed on the polished surface, that is, the surface having a smaller surface roughness, and the high concentration impurity layer 3 is formed on the opposite surface. In many cases, only an ohmic electrode is formed on the high-concentration impurity layer 3, whereas a diffusion region, a gate structure, or the like is formed on the surface of the epitaxial layer 5. Because it is required.

また、高濃度不純物層3およびエピタキシャル層5を形成する際の原料ガスの種類や流量、成長温度などのプロセス条件は、上述した条件に限定されず、適宜選択される。   Further, the process conditions such as the type, flow rate, and growth temperature of the source gas when forming the high-concentration impurity layer 3 and the epitaxial layer 5 are not limited to the above-described conditions, and are appropriately selected.

エピタキシャル層5および高濃度不純物層3の形成順序は特に限定されないが、上記方法のように、高濃度不純物層3の後にエピタキシャル層5を形成すると、次のような利点もある。   The order in which the epitaxial layer 5 and the high concentration impurity layer 3 are formed is not particularly limited. However, when the epitaxial layer 5 is formed after the high concentration impurity layer 3 as in the above method, there are the following advantages.

図2(c)に示す工程で、CVD炉を用いてバルク基板1の表面(例えばSi面)1pにエピタキシャル層5を成長させる際、バルク基板1における反対側の表面(例えばC面)1rに形成された高濃度不純物層3の表面3rは、CVD炉のサセプタに接しているので、原料ガスが供給されない状態で1600℃の高温になる。そのため、表面3rから炭素あるいは珪素が昇華して表面荒れが生じる。この結果、半導体基板200における高濃度不純物層3の表面粗さRaは、例えば10nm以上100nm以下となる。なお、本明細書における「表面粗さRa」は、JISB0601−1994で規格される算術平均粗さRaで定義される。   In the step shown in FIG. 2C, when the epitaxial layer 5 is grown on the surface (for example, Si surface) 1p of the bulk substrate 1 using a CVD furnace, the surface (for example, C surface) 1r on the opposite side of the bulk substrate 1 is grown. Since the surface 3r of the formed high-concentration impurity layer 3 is in contact with the susceptor of the CVD furnace, it becomes a high temperature of 1600 ° C. in a state where the source gas is not supplied. For this reason, carbon or silicon is sublimated from the surface 3r to cause surface roughness. As a result, the surface roughness Ra of the high concentration impurity layer 3 in the semiconductor substrate 200 is, for example, not less than 10 nm and not more than 100 nm. In addition, "surface roughness Ra" in this specification is defined by arithmetic average roughness Ra standardized by JISB0601-1994.

半導体基板200を用いて半導体素子を形成する際には、高濃度不純物層3の上に、Niなどの導電材料を堆積し、必要に応じてPDAを行うことによって電極が形成される。このときに、高濃度不純物層3が上記のような表面荒れを有していると、高濃度不純物層3とその上に形成される電極との抵抗を大幅に低減できる。このように、上記方法によると、バルク基板1の両面にエピタキシャル層を順次形成するにあたって、先に形成されたエピタキシャル層に生じる表面荒れを利用して、半導体素子におけるオン抵抗をさらに低減できる。   When a semiconductor element is formed using the semiconductor substrate 200, an electrode is formed by depositing a conductive material such as Ni on the high-concentration impurity layer 3 and performing PDA as necessary. At this time, if the high-concentration impurity layer 3 has such surface roughness, the resistance between the high-concentration impurity layer 3 and the electrode formed thereon can be greatly reduced. As described above, according to the above method, when the epitaxial layers are sequentially formed on both surfaces of the bulk substrate 1, the on-resistance in the semiconductor element can be further reduced by utilizing the surface roughness generated in the previously formed epitaxial layer.

ところで、本願発明者らは、バルク基板の両面にそれぞれエピタキシャル層を形成しようとすると、次のようなプロセス上の問題があることに気付いた。この問題について、図2(a)〜(c)を参照しながら説明する。   By the way, the present inventors have found that there are the following process problems when an epitaxial layer is formed on both sides of a bulk substrate. This problem will be described with reference to FIGS.

図2(b)に示す工程において、CVD炉のチャンバー内でバルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3をエピタキシャル成長させる際に、バルク基板1における反対側の表面1pはチャンバー内のサセプタに接している。従って、バルク基板1の表面1pは、原料ガスが供給されない状態で高温(1600℃)になるので、炭素あるいは珪素が昇華して表面荒れを生じたり、サセプタからの物質が表面1pに付着して表面荒れや汚染が生じる場合がある。このような表面荒れや汚染が生じた表面1pに対して、図2(c)を参照しながら説明した方法でエピタキシャル成長を行うと、得られたエピタキシャル層5の結晶性は、上記表面荒れや汚染に起因して低下するおそれがある。このようなエピタキシャル層5を用いて、例えば縦型MOSFETを作製すると、ゲート絶縁膜の耐圧が劣化したり、チャネル移動度が低下するなどのデバイス特性の劣化を引き起こす可能性がある。   In the step shown in FIG. 2B, when the high concentration impurity layer 3 is epitaxially grown on the surface 1r of the bulk substrate 1 in the chamber of the CVD furnace, the opposite surface 1p of the bulk substrate 1 is in contact with the susceptor in the chamber. ing. Accordingly, the surface 1p of the bulk substrate 1 becomes high temperature (1600 ° C.) in a state where the source gas is not supplied, so that carbon or silicon is sublimated to cause surface roughness, or substances from the susceptor adhere to the surface 1p. Surface roughening and contamination may occur. When epitaxial growth is performed by the method described with reference to FIG. 2C on the surface 1p on which such surface roughness or contamination occurs, the crystallinity of the obtained epitaxial layer 5 is the above surface roughness or contamination. There is a risk of lowering due to. If, for example, a vertical MOSFET is manufactured using such an epitaxial layer 5, there is a possibility that device characteristics such as a breakdown voltage of a gate insulating film or a channel mobility may be deteriorated.

そこで、このようなバルク基板1の表面1pの表面荒れや汚染に起因するデバイス特性の劣化を防ぐために、エピタキシャル層5を形成する前に、バルク基板1における表面1pに平坦化処理を施し、その上に形成されるエピタキシャル層5の結晶性の低下を抑制してもよい。以下、図面を参照しながら、具体的に説明する。   Therefore, in order to prevent the device characteristics from being deteriorated due to the surface roughness or contamination of the surface 1p of the bulk substrate 1, the surface 1p of the bulk substrate 1 is subjected to planarization before the epitaxial layer 5 is formed. You may suppress the crystallinity fall of the epitaxial layer 5 formed on it. Hereinafter, it demonstrates concretely, referring drawings.

図3(a)〜(c)は、本実施形態における他の半導体基板の製造方法を説明するための工程断面図である。簡単のため、半導体基板100、200と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。   3A to 3C are process cross-sectional views for explaining another method for manufacturing a semiconductor substrate in the present embodiment. For simplicity, the same components as those of the semiconductor substrates 100 and 200 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

まず、図3(a)に示すように、炭化珪素を含むバルク基板1における表面(ここではC面)1rに、エピタキシャル成長により高濃度不純物層3を形成する。バルク基板1として、図2(a)を参照しながら説明した4H−SiC基板を用いる。また、高濃度不純物層3の形成方法は、図2(a)および(b)を参照しながら前述した方法と同様に、CVD炉を用いて行う。この工程によって、高濃度不純物層3が形成されるとともに、バルク基板1における高濃度不純物層3が形成された面1rと反対側の表面(ここではSi面)1p’には、図示するように、表面荒れや汚染が生じる。   First, as shown in FIG. 3A, a high-concentration impurity layer 3 is formed by epitaxial growth on a surface (here, C-plane) 1r in a bulk substrate 1 containing silicon carbide. As the bulk substrate 1, the 4H—SiC substrate described with reference to FIG. The high concentration impurity layer 3 is formed using a CVD furnace in the same manner as described above with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). By this step, the high concentration impurity layer 3 is formed, and on the surface (here, Si surface) 1p ′ opposite to the surface 1r on the bulk substrate 1 where the high concentration impurity layer 3 is formed, as shown in the figure. Surface roughness and contamination occur.

次いで、図3(b)に示すように、表面荒れや汚染が生じた表面1p’を、CMP(化学的機械研磨)を用いて平坦化して、表面粗さRaが0.1nm程度に低減された表面1p’’を得る。CMPスラリーとして、例えばコロライドシリカや酸化クロムのスラリーを用いることができる。平坦化された表面1p’’の表面粗さRaは特に限定しないが、好ましくは0.1nm以下である。CMPを行った後は、スラリー残りがないように、バルク基板1の表面1p’’を洗浄する。このようにして、半導体基板300が得られる。   Next, as shown in FIG. 3B, the surface 1p ′ on which surface roughness or contamination has occurred is planarized using CMP (chemical mechanical polishing), and the surface roughness Ra is reduced to about 0.1 nm. 1p ″ is obtained. As the CMP slurry, for example, a slurry of colloidal silica or chromium oxide can be used. The surface roughness Ra of the planarized surface 1p ″ is not particularly limited, but is preferably 0.1 nm or less. After the CMP, the surface 1p '' of the bulk substrate 1 is cleaned so that there is no slurry remaining. In this way, the semiconductor substrate 300 is obtained.

この後、図3(c)に示すように、CVD炉のチャンバー内のサセプタに、平坦化された表面1p’’が表になるように半導体基板300を設置し、表面1p’’にエピタキシャル層5を形成する。エピタキシャル層5の形成方法は、図2(c)を参照しながら説明した方法と同様である。これにより、半導体基板(エピ付き基板)400が得られる。   Thereafter, as shown in FIG. 3 (c), the semiconductor substrate 300 is placed on the susceptor in the chamber of the CVD furnace so that the flattened surface 1p ″ becomes the surface, and the epitaxial layer is formed on the surface 1p ″. 5 is formed. The method for forming the epitaxial layer 5 is the same as the method described with reference to FIG. Thereby, the semiconductor substrate (substrate with epi) 400 is obtained.

この方法によると、高濃度不純物層3をバルク基板1の表面(例えばC面)1rにエピタキシャル成長させる際に、バルク基板1における反対側の面(例えばSi面)1pに表面荒れや汚染が生じた場合であっても、そのような表面荒れや汚染に起因するデバイス特性の劣化を抑制できる。   According to this method, when the high-concentration impurity layer 3 is epitaxially grown on the surface (for example, C surface) 1r of the bulk substrate 1, surface roughness or contamination occurs on the opposite surface (for example, Si surface) 1p of the bulk substrate 1. Even in this case, it is possible to suppress the deterioration of device characteristics due to such surface roughness and contamination.

あるいは、バルク基板1の表面1pにおける表面荒れや汚染に起因するデバイス特性の劣化を防ぐために、バルク基板1の表面1pを保護膜で覆った状態で、バルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3をエピタキシャル成長させることもできる。以下、図面を参照しながら具体的に説明する。   Alternatively, a high concentration impurity layer is formed on the surface 1r of the bulk substrate 1 in a state where the surface 1p of the bulk substrate 1 is covered with a protective film in order to prevent deterioration of device characteristics due to surface roughness or contamination on the surface 1p of the bulk substrate 1. 3 can also be epitaxially grown. Hereinafter, it demonstrates concretely, referring drawings.

図4(a)〜(d)は、本実施形態における他の半導体基板の製造方法を説明するための工程断面図である。簡単のため、半導体基板100、200と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。   4A to 4D are process cross-sectional views for explaining another method for manufacturing a semiconductor substrate in the present embodiment. For simplicity, the same components as those of the semiconductor substrates 100 and 200 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

まず、図4(a)に示すように、炭化珪素を含むバルク基板1における、高濃度不純物層を形成しようとする面と反対側の面(ここではSi面)1pに、保護膜4を形成する。ここでは、保護膜4として、厚さが0.1μmのカーボン膜を、スパッタ法を用いて形成する。保護膜4の厚さは特に限定しないが、例えば0.05μm以上、好ましくは0.1μm以上である。   First, as shown in FIG. 4A, a protective film 4 is formed on a surface (here, Si surface) 1p opposite to a surface on which a high concentration impurity layer is to be formed in a bulk substrate 1 containing silicon carbide. To do. Here, a carbon film having a thickness of 0.1 μm is formed as the protective film 4 by sputtering. Although the thickness of the protective film 4 is not specifically limited, For example, it is 0.05 micrometer or more, Preferably it is 0.1 micrometer or more.

なお、保護膜4は、炭化珪素のエピタキシャル成長における成長温度(例えば1600℃)に耐え得る材料から形成されていることが好ましく、カーボン膜に限定されない。保護膜4の材料として、例えば窒化アルミや炭化タンタルを用いてもよい。また、ここでは、スパッタ法を用いて保護膜4を形成しているが、代わりにCVD法を用いてもよい。   The protective film 4 is preferably formed of a material that can withstand the growth temperature (for example, 1600 ° C.) in the epitaxial growth of silicon carbide, and is not limited to the carbon film. As a material of the protective film 4, for example, aluminum nitride or tantalum carbide may be used. Here, the protective film 4 is formed by sputtering, but CVD may be used instead.

次いで、図4(b)に示すように、保護膜4の形成されたバルク基板1を、高濃度不純物層を形成しようとする表面1rが表になるようにCVD炉のサセプタに設置し、高濃度不純物層3をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長を行う際の原料ガスの種類や流量、成長温度などの条件については、図2(b)を参照しながら前述した条件と同様である。得られた高濃度不純物層3の厚さは1μm以上、n型不純物(窒素)の濃度は1×1019cm-3以上であることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 4B, the bulk substrate 1 on which the protective film 4 is formed is placed on the susceptor of the CVD furnace so that the surface 1r on which the high concentration impurity layer is to be formed is exposed. The concentration impurity layer 3 is epitaxially grown. The conditions such as the type, flow rate, and growth temperature of the source gas when performing epitaxial growth are the same as those described above with reference to FIG. The thickness of the obtained high concentration impurity layer 3 is preferably 1 μm or more, and the concentration of the n-type impurity (nitrogen) is preferably 1 × 10 19 cm −3 or more.

この後、図4(c)に示すように、保護膜4をバルク基板1から除去し、半導体基板500を得る。保護膜4の除去方法は特に限定しないが、例えばバルク基板1を高温に保ちながら、水素ガスに暴露することによって行うことが好ましい。   Thereafter, as shown in FIG. 4C, the protective film 4 is removed from the bulk substrate 1 to obtain a semiconductor substrate 500. Although the removal method of the protective film 4 is not specifically limited, For example, it is preferable to carry out by exposing to the hydrogen gas, keeping the bulk substrate 1 at high temperature.

保護膜4を除去する方法をより具体的に説明する。まず、CVD炉のチャンバー内のサセプタに、保護膜4が形成された面1pが表になるように、バルク基板1を設置する。次に、チャンバー内の真空度が10-6Pa以下になるまで減圧した後、水素を例えば2L/minの流量でチャンバーに供給し、チャンバー内の圧力を1atmに保ちながら、高周波加熱法によってバルク基板1を例えば1600℃に加熱する。これにより、保護膜4の材料であるカーボンが水素と反応して炭化水素となり、バルク基板1の表面1pから離脱する。このようにして、バルク基板1の表面1pにダメージを与えることなく、保護膜4を略完全に除去することができる。なお、この方法によると、CVD炉を用いて保護膜4を除去できるので、バルク基板1をCVD炉に設置した状態で、保護膜4の除去と、その後の工程であるエピタキシャル層5の形成とを連続して行うことが可能になるので有利である。 A method for removing the protective film 4 will be described more specifically. First, the bulk substrate 1 is placed on the susceptor in the chamber of the CVD furnace so that the surface 1p on which the protective film 4 is formed becomes the front. Next, after reducing the pressure in the chamber to 10 −6 Pa or less, hydrogen is supplied to the chamber at a flow rate of, for example, 2 L / min, and the pressure in the chamber is maintained at 1 atm, and the bulk is formed by a high-frequency heating method. The substrate 1 is heated to 1600 ° C., for example. As a result, carbon, which is the material of the protective film 4, reacts with hydrogen to become hydrocarbons, which are detached from the surface 1 p of the bulk substrate 1. In this way, the protective film 4 can be removed almost completely without damaging the surface 1p of the bulk substrate 1. According to this method, since the protective film 4 can be removed using a CVD furnace, the protective film 4 is removed while the bulk substrate 1 is installed in the CVD furnace, and the subsequent formation of the epitaxial layer 5 is performed. Is advantageous because it can be carried out continuously.

続いて、図4(d)に示すように、半導体基板500をCVD炉から取り出すことなく、サセプタに設置したままの状態で、バルク基板1の表面1pにエピタキシャル層5を形成する。エピタキシャル層5の形成条件は、図2(c)を参照しながら前述した条件と同様である。このようにして、エピ付き基板である半導体基板600が得られる。   Subsequently, as shown in FIG. 4D, the epitaxial layer 5 is formed on the surface 1p of the bulk substrate 1 in a state where the semiconductor substrate 500 is left on the susceptor without being taken out of the CVD furnace. The formation conditions of the epitaxial layer 5 are the same as those described above with reference to FIG. In this way, a semiconductor substrate 600 which is an epitaxial substrate is obtained.

この方法によると、高濃度不純物層3をバルク基板1の表面(例えばC面)1rにエピタキシャル成長させる際に、バルク基板1における反対側の表面(例えばSi面)1pは保護膜4によって覆われているので、バルク基板1の表面1pに表面荒れや汚染が生じることを防止できる。従って、バルク基板1の表面1pに結晶性に優れたエピタキシャル層5を形成できるので、高いデバイス特性が得られる。   According to this method, when the high-concentration impurity layer 3 is epitaxially grown on the surface (for example, C surface) 1r of the bulk substrate 1, the opposite surface (for example, Si surface) 1p in the bulk substrate 1 is covered with the protective film 4. Therefore, it is possible to prevent surface roughness and contamination from occurring on the surface 1p of the bulk substrate 1. Accordingly, since the epitaxial layer 5 having excellent crystallinity can be formed on the surface 1p of the bulk substrate 1, high device characteristics can be obtained.

(第2の実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明による第2の実施形態の半導体素子を説明する。本実施形態の半導体素子は、SiCバルク基板を用いて形成された縦型のPNダイオードであり、SiCバルク基板における主面側には、PN接合やオーミック電極が形成され、裏面側には、高濃度不純物層を介してバルク基板と電気的に接続された裏面電極が形成された構造を有している。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconductor element of this embodiment is a vertical PN diode formed using a SiC bulk substrate. A PN junction or an ohmic electrode is formed on the main surface side of the SiC bulk substrate, and a high-side is formed on the back surface side. A back electrode electrically connected to the bulk substrate through a concentration impurity layer is formed.

本実施形態の半導体素子を製造する方法を説明する。図5(a)〜(k)は、本実施形態の半導体素子の製造方法を例示する工程断面図である。簡単のため、半導体基板100、200と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。   A method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. 5A to 5K are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment. For simplicity, the same components as those of the semiconductor substrates 100 and 200 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図5(a)に示すように、炭化珪素を含むバルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3をエピタキシャル成長させることにより、半導体基板100を得る。本実施形態では、バルク基板1として、図2(a)を参照しながら説明した4H−SiC基板を用い、この4H−SiC基板におけるC面を表面1rとする。本実施形態における半導体基板100は、図2(a)〜(c)を参照しながら前述した方法と同様の方法で作製される。高濃度不純物層3の厚さは1μm以上(例えば1.1μm)、n型不純物の濃度は1×1019cm-3以上(例えば2×1019cm-3)である。 As shown in FIG. 5A, the semiconductor substrate 100 is obtained by epitaxially growing the high-concentration impurity layer 3 on the surface 1r of the bulk substrate 1 containing silicon carbide. In the present embodiment, the 4H—SiC substrate described with reference to FIG. 2A is used as the bulk substrate 1, and the C surface of the 4H—SiC substrate is defined as the surface 1r. The semiconductor substrate 100 in the present embodiment is manufactured by a method similar to the method described above with reference to FIGS. The thickness of the high concentration impurity layer 3 is 1 μm or more (for example, 1.1 μm), and the concentration of the n-type impurity is 1 × 10 19 cm −3 or more (for example, 2 × 10 19 cm −3 ).

次いで、図5(b)に示すように、バルク基板1における高濃度不純物層3を形成した面1rの反対側の表面(Si面)1pに、エピタキシャル層5を形成する。エピタキシャル層5の形成方法は、図2(c)を参照しながら前述した方法と同様である。このエピタキシャル層5は、PNダイオードの活性領域を構成する活性層となり、PNダイオードのオフ耐圧を確保する機能を有する。例えば1000Vの耐圧を有するPNダイオードを作製する場合、エピタキシャル層5の厚さは10μm以上15μm以下、不純物濃度は5×1015cm-3以上1×1016cm-3以下に設定される。 Next, as shown in FIG. 5B, the epitaxial layer 5 is formed on the surface (Si surface) 1 p opposite to the surface 1 r on which the high-concentration impurity layer 3 is formed in the bulk substrate 1. The method for forming the epitaxial layer 5 is the same as that described above with reference to FIG. The epitaxial layer 5 becomes an active layer constituting an active region of the PN diode, and has a function of ensuring an off breakdown voltage of the PN diode. For example, when a PN diode having a withstand voltage of 1000 V is manufactured, the thickness of the epitaxial layer 5 is set to 10 μm to 15 μm, and the impurity concentration is set to 5 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 16 cm −3 .

この後、図5(c)に示すように、イオン注入法を用いて、エピタキシャル層5の表面に、P型ウェル領域、終端構造となるフィールドリミッティングリング、およびP型コンタクト領域をそれぞれ規定する注入層7’、9’、11’を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 5C, a P-type well region, a field limiting ring serving as a termination structure, and a P-type contact region are respectively defined on the surface of the epitaxial layer 5 by using an ion implantation method. Injection layers 7 ′, 9 ′, 11 ′ are formed.

これらの注入層7’、9’、11’の形成方法を具体的に説明する。まず、エピタキシャル層5にP型不純物(ここではAl)をイオン注入することにより、P型ウェル領域およびフィールドリミッティングリングをそれぞれ規定する注入層7’、9’を形成する(第1の注入工程)。フィールドリミッティングリングを規定する注入層9’は、エピタキシャル層5の表面において、P型ウェル領域を規定する注入層7’を包囲するように配置される。ここでは、第1の注入工程として、30keV〜350keVの範囲から選択された4種類の加速電圧で、4段の多段注入を行う。多段注入におけるトータルドーズ量は1×1014cm-2程度とする。続いて、P型ウェル領域を規定する注入層7’の内部にP型コンタクト領域を規定する注入層11’を形成する(第2の注入工程)。P型コンタクト領域を規定する注入層11’は、P型ウェル領域を規定する注入層7’よりも高い濃度でP型不純物を含み、かつ、P型ウェル領域を規定する注入層7’よりも浅い。ここでは、第2の注入工程として、30keV〜150keVの範囲から選択された3種類の加速電圧で、3段の多段注入を行う。多段注入におけるトータルドーズ量は1×1015cm-2程度とする。第1および第2の注入工程は、何れも、500℃の高温で行う。炭化珪素に対するイオン注入では、注入時に炭化珪素の結晶性が崩れると、注入後に高温のアニールを施しても結晶性が回復しないが、そのような高温で注入を行うことにより、注入時にも結晶性を維持できるからである。 A method for forming these injection layers 7 ′, 9 ′, and 11 ′ will be specifically described. First, P-type impurities (here, Al) are ion-implanted into the epitaxial layer 5 to form implantation layers 7 ′ and 9 ′ that respectively define a P-type well region and a field limiting ring (first implantation step). ). The implantation layer 9 ′ that defines the field limiting ring is arranged on the surface of the epitaxial layer 5 so as to surround the implantation layer 7 ′ that defines the P-type well region. Here, as the first injection process, four-stage multi-stage injection is performed with four types of acceleration voltages selected from the range of 30 keV to 350 keV. The total dose in the multi-stage implantation is about 1 × 10 14 cm −2 . Subsequently, an injection layer 11 ′ for defining a P-type contact region is formed inside the injection layer 7 ′ for defining a P-type well region (second implantation step). The implantation layer 11 ′ that defines the P-type contact region contains P-type impurities at a higher concentration than the implantation layer 7 ′ that defines the P-type well region, and is more than the implantation layer 7 ′ that defines the P-type well region. shallow. Here, as the second implantation step, three-stage implantation is performed with three types of acceleration voltages selected from the range of 30 keV to 150 keV. The total dose in multistage implantation is about 1 × 10 15 cm −2 . Both the first and second implantation steps are performed at a high temperature of 500 ° C. In the case of ion implantation for silicon carbide, if the crystallinity of silicon carbide collapses during implantation, the crystallinity does not recover even if high-temperature annealing is performed after the implantation. It is because it can maintain.

第1および第2の注入工程の後、アルゴンなどの不活性雰囲気中、1700℃の温度で30分間のアニールを行い、Alイオンを活性化させる。これにより、図5(d)に示すように、注入層7’、9’、11’は、それぞれ、P型ウェル領域7、フィールドリミッティングリング9、およびP型コンタクト領域11となる。得られたP型ウェル領域7およびフィールドリミッティングリング9の深さは約0.4μmであり、不純物濃度は2×1018cm-3程度である。P型コンタクト領域11の深さは約0.2μmであり、不純物濃度は5×1019cm-3程度である。 After the first and second implantation steps, annealing is performed for 30 minutes at a temperature of 1700 ° C. in an inert atmosphere such as argon to activate Al ions. Thereby, as shown in FIG. 5D, the implantation layers 7 ′, 9 ′, and 11 ′ become the P-type well region 7, the field limiting ring 9, and the P-type contact region 11, respectively. The depths of the obtained P-type well region 7 and field limiting ring 9 are about 0.4 μm, and the impurity concentration is about 2 × 10 18 cm −3 . The depth of the P-type contact region 11 is about 0.2 μm, and the impurity concentration is about 5 × 10 19 cm −3 .

上記の注入工程により、エピタキシャル層5および高濃度不純物層3の表面にはダメージ層が生じるので、これを除去するために、これらの表面に対して熱酸化処理(第1の熱酸化処理)を行う。これにより、図5(e)に示すように、エピタキシャル層5および高濃度不純物層3の表面が酸化されて犠牲酸化膜13、15が形成される。本実施形態では、第1の熱酸化処理は、熱酸化炉を用いて、乾燥酸素雰囲気中、1200℃の温度で3時間行う。このような熱酸化処理によって、Si面であるエピタキシャル層5の表面には厚さが約80nmの犠牲酸化膜13、C面である高濃度不純物層3の表面には厚さが約800nmの犠牲酸化膜15がそれぞれ形成される。   As a result of the above implantation process, damaged layers are formed on the surfaces of the epitaxial layer 5 and the high-concentration impurity layer 3. In order to remove the damaged layers, thermal oxidation treatment (first thermal oxidation treatment) is performed on these surfaces. Do. As a result, as shown in FIG. 5E, the surfaces of the epitaxial layer 5 and the high concentration impurity layer 3 are oxidized to form sacrificial oxide films 13 and 15. In the present embodiment, the first thermal oxidation treatment is performed in a dry oxygen atmosphere at a temperature of 1200 ° C. for 3 hours using a thermal oxidation furnace. By such thermal oxidation treatment, a sacrificial oxide film 13 having a thickness of about 80 nm is formed on the surface of the epitaxial layer 5 that is the Si surface, and a sacrificial layer having a thickness of about 800 nm is formed on the surface of the high concentration impurity layer 3 that is the C surface. Oxide films 15 are formed respectively.

続いて、図5(f)に示すように、犠牲酸化膜13、15を除去する。犠牲酸化膜13、15は、例えば10:1のバッファードフッ酸をエッチング液として用い、30分間のウェットエッチングを行うことにより除去できる。   Subsequently, as shown in FIG. 5F, the sacrificial oxide films 13 and 15 are removed. The sacrificial oxide films 13 and 15 can be removed by performing wet etching for 30 minutes using, for example, 10: 1 buffered hydrofluoric acid as an etching solution.

上述したように、SiC表面に厚さがtの熱酸化膜を形成すると、消費されるSiCの厚さは0.46×tである。従って、犠牲酸化膜15を除去した後の高濃度不純物層3の厚さは、犠牲酸化膜15を形成する前と比べて、約400nm程度目減りする。   As described above, when a thermal oxide film having a thickness t is formed on the SiC surface, the thickness of consumed SiC is 0.46 × t. Therefore, the thickness of the high-concentration impurity layer 3 after removing the sacrificial oxide film 15 is reduced by about 400 nm compared to before the sacrificial oxide film 15 is formed.

次いで、図5(g)に示すように、エピタキシャル層5および高濃度不純物層3に対して熱酸化処理(第2の熱酸化処理)を行い、これらの層5、3の表面に、表面保護膜として、新たな酸化膜17、19を形成する。本実施形態では、第2の熱酸化処理は、熱酸化炉を用いて、乾燥酸素雰囲気中、1200℃の温度で3時間行う。このような熱酸化処理によって、エピタキシャル層5の表面に厚さが80nmの酸化膜17が形成されるとともに、高濃度不純物層3の表面に厚さが800nmの酸化膜19が形成される。   Next, as shown in FIG. 5G, the epitaxial layer 5 and the high-concentration impurity layer 3 are subjected to thermal oxidation treatment (second thermal oxidation treatment), and the surface of these layers 5 and 3 is subjected to surface protection. As the films, new oxide films 17 and 19 are formed. In the present embodiment, the second thermal oxidation treatment is performed in a dry oxygen atmosphere at a temperature of 1200 ° C. for 3 hours using a thermal oxidation furnace. By such thermal oxidation treatment, an oxide film 17 having a thickness of 80 nm is formed on the surface of the epitaxial layer 5, and an oxide film 19 having a thickness of 800 nm is formed on the surface of the high concentration impurity layer 3.

酸化膜19を形成するために、高濃度不純物層3の厚さは、さらに約400nm目減りする。従って、第1および第2の熱酸化処理によって、高濃度不純物層3の厚さは、合わせて約800nm程度目減りする。   In order to form the oxide film 19, the thickness of the high-concentration impurity layer 3 is further reduced by about 400 nm. Therefore, the thickness of the high concentration impurity layer 3 is reduced by about 800 nm in total by the first and second thermal oxidation treatments.

この後、図5(h)に示すように、P型コンタクト領域11の上に位置する酸化膜17の一部を除去した後、P型コンタクト領域11に接するオーミック電極21を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 5H, after removing a part of the oxide film 17 located on the P-type contact region 11, an ohmic electrode 21 in contact with the P-type contact region 11 is formed.

オーミック電極21は、例えばリフトオフ法を用いて形成できる。まず、酸化膜17における所定の領域上に、公知のフォトリソグラフィーによりレジスト層(図示せず)を形成する。この後、バッファードフッ酸をエッチング液として用いてウェットエッチングを行い、酸化膜17のうちレジスト層によって覆われていない部分を除去する。これによって、P型コンタクト領域11の表面が露出する。続いて、P型コンタクト領域11の露出表面およびレジスト層の上に、EB蒸着法により、例えば厚さが100nmのニッケル膜を堆積する。その後、レジスト層を除去することにより、ニッケル膜がパターニングされ(リフトオフ法)、オーミック電極21が形成される。   The ohmic electrode 21 can be formed using, for example, a lift-off method. First, a resist layer (not shown) is formed on a predetermined region in the oxide film 17 by known photolithography. Thereafter, wet etching is performed using buffered hydrofluoric acid as an etchant, and a portion of the oxide film 17 not covered with the resist layer is removed. As a result, the surface of the P-type contact region 11 is exposed. Subsequently, a nickel film having a thickness of, for example, 100 nm is deposited on the exposed surface of the P-type contact region 11 and the resist layer by EB vapor deposition. Thereafter, by removing the resist layer, the nickel film is patterned (lift-off method), and the ohmic electrode 21 is formed.

続いて、図5(i)に示すように、バルク基板1の裏面側に、高濃度不純物層3に接する裏面電極23を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 5I, a back electrode 23 in contact with the high-concentration impurity layer 3 is formed on the back side of the bulk substrate 1.

裏面電極23を形成する方法を説明する。まず,バルク基板1の主面側の表面を保護するために、フォトレジスト(図示せず)を塗布する。この状態で、バルク基板1の裏面側に形成された酸化膜19を除去して、高濃度不純物層3を露出する。酸化膜19は、エッチング液としてバッファードフッ酸を用い、30分間のエッチングを行うことによって除去できる。エッチングで露出した高濃度不純物層3の上に、例えば厚さが200nm程度のニッケルをEB蒸着法によって堆積する。この後、バルク基板1の主面側の表面を保護するためのフォトレジストを除去し、続いて、アルゴンなどの不活性雰囲気中、約1000℃の温度で約2分のアニールを行う。このようにして、裏面電極23が得られる。   A method for forming the back electrode 23 will be described. First, in order to protect the surface on the main surface side of the bulk substrate 1, a photoresist (not shown) is applied. In this state, the oxide film 19 formed on the back side of the bulk substrate 1 is removed to expose the high concentration impurity layer 3. The oxide film 19 can be removed by etching for 30 minutes using buffered hydrofluoric acid as an etchant. On the high-concentration impurity layer 3 exposed by etching, for example, nickel having a thickness of about 200 nm is deposited by EB vapor deposition. Thereafter, the photoresist for protecting the surface on the main surface side of the bulk substrate 1 is removed, followed by annealing for about 2 minutes at a temperature of about 1000 ° C. in an inert atmosphere such as argon. In this way, the back electrode 23 is obtained.

上記アニールによって、裏面電極23と高濃度不純物層3との界面には、ニッケルシリサイドが形成されるので、良好なオーミック特性が得られる。ニッケルシリサイドの形成には、堆積されたニッケルと同程度の厚さ(200nm)の高濃度不純物層3が消費されるため、高濃度不純物層3の厚さはさらに200nm程度目減りし、例えば100nm以上500nm以下になる。なお、このアニールにより、オーミック電極21とP型コンタクト領域11との界面にも、ニッケルシリサイドが形成される。   By the annealing, nickel silicide is formed at the interface between the back electrode 23 and the high-concentration impurity layer 3, so that good ohmic characteristics can be obtained. The formation of nickel silicide consumes the high concentration impurity layer 3 having the same thickness (200 nm) as the deposited nickel, so the thickness of the high concentration impurity layer 3 is further reduced by about 200 nm, for example, 100 nm or more. 500 nm or less. By this annealing, nickel silicide is also formed at the interface between the ohmic electrode 21 and the P-type contact region 11.

この後、図5(j)に示すように、オーミック電極21および酸化膜17を覆うように、層間絶縁膜25を形成する。層間絶縁膜25は、例えば酸化シリコンなどの絶縁材料をプラズマCVD法によって堆積することによって形成される。層間絶縁膜25の厚さは例えば1μm程度である。   Thereafter, an interlayer insulating film 25 is formed so as to cover the ohmic electrode 21 and the oxide film 17 as shown in FIG. The interlayer insulating film 25 is formed by depositing an insulating material such as silicon oxide by a plasma CVD method. The thickness of the interlayer insulating film 25 is, for example, about 1 μm.

次いで、図5(k)に示すように、公知のドライエッチング技術を用いて、層間絶縁膜25にオーミック電極21に達するコンタクトホールを形成した後、コンタクトホール内部および層間絶縁膜25の上に電極パッド27を設ける。電極パッド27は、例えばアルミニウムなどの導電材料をコンタクトホール内部および層間絶縁膜25の表面全体に堆積することにより導電膜(厚さ:例えば3μm)を形成し、この導電膜に対して、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてパターニングを行うことによって形成できる。このようにして、半導体素子700が得られる。   Next, as shown in FIG. 5 (k), a contact hole reaching the ohmic electrode 21 is formed in the interlayer insulating film 25 using a known dry etching technique, and then an electrode is formed inside the contact hole and on the interlayer insulating film 25. A pad 27 is provided. The electrode pad 27 forms a conductive film (thickness: 3 μm, for example) by depositing a conductive material such as aluminum on the inside of the contact hole and on the entire surface of the interlayer insulating film 25, and the conductive film is publicly known. It can be formed by patterning using a photolithography technique and an etching technique. In this way, the semiconductor element 700 is obtained.

上記方法で得られた半導体素子700は、バルク基板1の主面側に、N型のエピタキシャル層5とP型ウェル領域7およびP型コンタクト領域11とから構成されたPN接合を有している。また、P型コンタクト領域11に対してオーミック接合されたオーミック電極21を有している。一方、バルク基板1の裏面側に、高濃度不純物層3と、高濃度不純物層3を介してバルク基板1に電気的に接続された裏面電極23とを有している。裏面電極23は、バルク基板1よりも高い不純物濃度を有する高濃度不純物層3に接しているので、バルク基板1の裏面1rに接する従来の構成に比べて、コンタクト抵抗を低減できる。   The semiconductor element 700 obtained by the above method has a PN junction composed of the N-type epitaxial layer 5, the P-type well region 7 and the P-type contact region 11 on the main surface side of the bulk substrate 1. . In addition, an ohmic electrode 21 that is in ohmic contact with the P-type contact region 11 is provided. On the other hand, a high concentration impurity layer 3 and a back electrode 23 electrically connected to the bulk substrate 1 through the high concentration impurity layer 3 are provided on the back surface side of the bulk substrate 1. Since the back electrode 23 is in contact with the high-concentration impurity layer 3 having an impurity concentration higher than that of the bulk substrate 1, the contact resistance can be reduced as compared with the conventional configuration in contact with the back surface 1r of the bulk substrate 1.

本実施形態によると、高濃度不純物層3をエピタキシャル成長によって形成するので、成長時間を調整することによって、高濃度不純物層3の厚さを容易に制御できる。そのため、PNダイオードを形成するプロセスで行われる熱酸化処理に応じて、十分な厚さの高濃度不純物層3を形成できるという利点がある。   According to the present embodiment, since the high concentration impurity layer 3 is formed by epitaxial growth, the thickness of the high concentration impurity layer 3 can be easily controlled by adjusting the growth time. Therefore, there is an advantage that the high-concentration impurity layer 3 having a sufficient thickness can be formed in accordance with the thermal oxidation process performed in the process of forming the PN diode.

具体的に説明すると、上記方法では、活性層となるエピタキシャル層5の表面清浄化および表面保護のために、2回の熱酸化処理(第1および第2の熱酸化処理)を行っている。何れの熱酸化処理でも、Si面であるエピタキシャル層5の表面に、厚さが80nmの熱酸化膜を形成するが、このとき、C面である高濃度不純物層3の表面には、厚さが800nmの熱酸化膜が形成される。従って、これらの熱酸化処理によって消費される高濃度不純物層3の厚さを合わせると、少なくとも約700nm以上(例えば800nm程度)となる。よって、エピタキシャル成長によって形成される高濃度不純物層3の厚さは、少なくとも700nm以上であることが好ましい。なお、裏面電極23を形成する際にPDAを行う場合、裏面電極23を構成する導電材料(ニッケルなど)のシリサイド化に100〜200nm程度の厚さの高濃度不純物層3が消費されるため、エピタキシャル成長によって形成される高濃度不純物層3の厚さは、例えば900nm以上であることが好ましい。より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは1.1μm以上である。   More specifically, in the above method, two thermal oxidation treatments (first and second thermal oxidation treatments) are performed for surface cleaning and surface protection of the epitaxial layer 5 serving as an active layer. In any thermal oxidation treatment, a thermal oxide film having a thickness of 80 nm is formed on the surface of the epitaxial layer 5 that is the Si surface. At this time, the surface of the high-concentration impurity layer 3 that is the C surface has a thickness of A thermal oxide film having a thickness of 800 nm is formed. Therefore, when the thickness of the high-concentration impurity layer 3 consumed by these thermal oxidation processes is combined, the thickness is at least about 700 nm (for example, about 800 nm). Therefore, the thickness of the high concentration impurity layer 3 formed by epitaxial growth is preferably at least 700 nm or more. In addition, when performing PDA when forming the back surface electrode 23, since the high concentration impurity layer 3 about 100-200 nm thick is consumed for silicidation of the electrically-conductive material (nickel etc.) which comprises the back surface electrode 23, The thickness of the high-concentration impurity layer 3 formed by epitaxial growth is preferably 900 nm or more, for example. More preferably, it is 1 micrometer or more, More preferably, it is 1.1 micrometers or more.

ここで、特許文献1のようにバルク基板1に対するイオン注入によって不純物ドープ層112を形成する場合を考えると、厚さが700nm以上の不純物ドープ層112を得るためには、極めて高い加速電圧が必要となる。図9に示すグラフから、より深い注入を行うために、注入種として窒素を選択したとしても、イオン注入の際に必要な加速電圧は600keVとなる。半導体素子の製造で通常使用されるイオン注入設備の加速電圧は500keV以下であり、600keVの加速電圧でイオン注入を行うためには、特殊な大型設備が必要となり、製造コストの増大を招く。   Here, considering the case where the impurity doped layer 112 is formed by ion implantation into the bulk substrate 1 as in Patent Document 1, in order to obtain the impurity doped layer 112 having a thickness of 700 nm or more, an extremely high acceleration voltage is necessary. It becomes. From the graph shown in FIG. 9, even if nitrogen is selected as an implantation seed for performing deeper implantation, the acceleration voltage required for ion implantation is 600 keV. The acceleration voltage of an ion implantation facility usually used in the manufacture of semiconductor elements is 500 keV or less, and in order to perform ion implantation at an acceleration voltage of 600 keV, a special large-sized facility is required, resulting in an increase in manufacturing cost.

これに対し、本実施形態では、エピタキシャル成長を行う際の成長時間を長くすることにより、容易に700nm以上の厚さを有する高濃度不純物層3を形成できるので有利である。   On the other hand, in the present embodiment, it is advantageous that the high concentration impurity layer 3 having a thickness of 700 nm or more can be easily formed by lengthening the growth time for epitaxial growth.

また、本実施形態では、エピタキシャル成長によって高濃度不純物層3を形成するため、高濃度不純物層3の不純物濃度プロファイルは深さ方向に略均一である。従って、半導体素子700を形成するプロセスにおける高濃度不純物層3の目減り量がばらついても、得られた半導体素子700の高濃度不純物層3における裏面電極23に接する表面近傍の不純物濃度は一定である。よって、製品間におけるオン抵抗のばらつきが低減され、信頼性を向上できる。   In this embodiment, since the high concentration impurity layer 3 is formed by epitaxial growth, the impurity concentration profile of the high concentration impurity layer 3 is substantially uniform in the depth direction. Therefore, even if the amount of reduction in the high concentration impurity layer 3 in the process of forming the semiconductor element 700 varies, the impurity concentration in the vicinity of the surface in contact with the back electrode 23 in the high concentration impurity layer 3 of the obtained semiconductor element 700 is constant. . Therefore, variation in on-resistance between products is reduced, and reliability can be improved.

本実施形態の製造方法は、図5(a)〜(k)を参照しながら説明した方法に限定されない。図3(b)を参照しながら説明したように、バルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3を形成した後に、バルク基板1における表面1pに対する平坦化処理を行ってもよいし、図4(b)を参照しながら説明したように、バルク基板1における表面1pに保護膜を形成した状態で、バルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3を形成してもよい。これにより、バルク基板1の表面1pに高品質なエピタキシャル層(活性層)5を形成できるので、デバイス特性を向上できる。   The manufacturing method of the present embodiment is not limited to the method described with reference to FIGS. As described with reference to FIG. 3B, after the high-concentration impurity layer 3 is formed on the surface 1r of the bulk substrate 1, a planarization process may be performed on the surface 1p of the bulk substrate 1. FIG. As described with reference to (b), the high-concentration impurity layer 3 may be formed on the surface 1r of the bulk substrate 1 in a state where the protective film is formed on the surface 1p of the bulk substrate 1. Thereby, since a high quality epitaxial layer (active layer) 5 can be formed on the surface 1p of the bulk substrate 1, device characteristics can be improved.

また、上記方法では、バルク基板1におけるSi面を主面として用いたが、C面を主面としてもよい。その場合、高濃度不純物層3はSi面に形成されるため、C面に形成される場合よりも、熱酸化処理による目減り量が少なくなる。従って、エピタキシャル成長させる高濃度不純物層3の厚さを小さくできる。   Moreover, in the said method, although Si surface in the bulk substrate 1 was used as a main surface, it is good also considering C surface as a main surface. In that case, since the high-concentration impurity layer 3 is formed on the Si surface, the amount of reduction due to the thermal oxidation treatment is smaller than that formed on the C surface. Therefore, the thickness of the high concentration impurity layer 3 to be epitaxially grown can be reduced.

(第3の実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明による第3の実施形態の半導体素子を説明する。本実施形態の半導体素子は、SiCバルク基板を用いて形成された縦型のショットキーダイオードであり、SiCバルク基板における主面側にはショットキー電極が形成され、裏面側には、高濃度不純物層を介してSiCバルク基板と電気的に接続された裏面電極が形成された構造を有している。
(Third embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconductor element of the present embodiment is a vertical Schottky diode formed using a SiC bulk substrate. A Schottky electrode is formed on the main surface side of the SiC bulk substrate, and a high-concentration impurity is formed on the back surface side. It has a structure in which a back electrode electrically connected to the SiC bulk substrate through a layer is formed.

本実施形態の半導体素子は、例えば次のような方法で製造できる。図6(a)〜(j)は、本実施形態の半導体素子の製造方法を例示する工程断面図である。簡単のため、半導体基板100、200と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。なお、次に説明する方法では、前述の第2の実施形態と異なり、バルク基板1のC面を主面として用い、Si面に高濃度不純物層3を形成する。   The semiconductor element of this embodiment can be manufactured by the following method, for example. 6A to 6J are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment. For simplicity, the same components as those of the semiconductor substrates 100 and 200 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the method described below, unlike the above-described second embodiment, the C surface of the bulk substrate 1 is used as the main surface, and the high concentration impurity layer 3 is formed on the Si surface.

まず、図6(a)に示すように、炭化珪素を含むバルク基板1の表面(ここではSi面)1rに高濃度不純物層3をエピタキシャル成長させることにより、半導体基板100’を得る。バルク基板1としては、図2(a)を参照しながら説明した4H−SiC基板を用いることができる。ここでは、バルク基板1における両面1r、1pに対してエピタキシャル成長を行うため、バルク基板1の両面1r、1pを研磨して、それらの表面粗さを同程度にしておくことが好ましい。高濃度不純物層3の形成には、図2(b)で説明した方法と同様のCVD炉や原料ガスを用いることができるが、本実施形態では、バルク基板1のSi面にエピタキシャル成長させるため、好適なプロセス条件は異なる。   First, as shown in FIG. 6A, a semiconductor substrate 100 'is obtained by epitaxially growing a high concentration impurity layer 3 on a surface (here, Si surface) 1r of a bulk substrate 1 containing silicon carbide. As the bulk substrate 1, the 4H—SiC substrate described with reference to FIG. Here, in order to perform epitaxial growth on both surfaces 1r and 1p of the bulk substrate 1, it is preferable to polish both surfaces 1r and 1p of the bulk substrate 1 so that their surface roughness is approximately the same. For the formation of the high-concentration impurity layer 3, the same CVD furnace or source gas as the method described in FIG. 2B can be used. However, in this embodiment, the epitaxial growth is performed on the Si surface of the bulk substrate 1. Suitable process conditions are different.

高濃度不純物層3の具体的な形成方法を説明する。まず、バルク基板1を硫酸過水、アンモニア過水、フッ酸などを用いて洗浄した後、表面1rが表になるようにして、CVD炉のチャンバー内に設けられたサセプタに設置する。次いで、チャンバー内を10-6Pa以下の真空度になるまで減圧する。この後、キャリアガスである水素ガスを例えば2L/minの流量でチャンバーに供給してチャンバー内の圧力を1atmに保ちつつ、高周波加熱法によってバルク基板1を成長温度(例えば1600℃)まで加熱する。バルク基板1の温度が成長温度に達すると、原料ガスであるシランおよびプロパンと、ドーパントガスである窒素をチャンバーに供給する。シランおよびプロパンの流量は、C/Si比が0.3程度になるように調整されることが好ましく、それぞれ、例えば3mL/minおよび2mL/minである。ドーパントガスである窒素の流量は例えば10mL/minである。 A specific method for forming the high concentration impurity layer 3 will be described. First, the bulk substrate 1 is washed with sulfuric acid / hydrogen peroxide, hydrofluoric acid, or the like, and then placed on a susceptor provided in the chamber of the CVD furnace so that the surface 1r becomes front. Next, the pressure in the chamber is reduced to a vacuum level of 10 −6 Pa or less. Thereafter, hydrogen gas as a carrier gas is supplied to the chamber at a flow rate of 2 L / min, for example, and the bulk substrate 1 is heated to a growth temperature (for example, 1600 ° C.) by a high-frequency heating method while keeping the pressure in the chamber at 1 atm. . When the temperature of the bulk substrate 1 reaches the growth temperature, silane and propane, which are raw material gases, and nitrogen, which is a dopant gas, are supplied to the chamber. The flow rates of silane and propane are preferably adjusted so that the C / Si ratio is about 0.3, and are, for example, 3 mL / min and 2 mL / min, respectively. The flow rate of nitrogen as the dopant gas is, for example, 10 mL / min.

このようにして形成された高濃度不純物層3の厚さは300nm以上(例えば400nm)であり、高濃度不純物層3の不純物濃度は1×1019cm-3(例えば2×1019cm-3)である。 The thickness of the high-concentration impurity layer 3 thus formed is 300 nm or more (for example, 400 nm), and the impurity concentration of the high-concentration impurity layer 3 is 1 × 10 19 cm −3 (for example, 2 × 10 19 cm −3). ).

次いで、図6(b)に示すように、チャンバー内のサセプタに設置されたバルク基板1を裏返して、バルク基板1における高濃度不純物層3が形成された面1rと反対側の表面(ここではC面)1pが表になるように設置し、バルク基板1における表面1pにエピタキシャル層5を形成する。エピタキシャル層5の形成方法は、図2(c)を参照しながら前述した方法と同様であるが、本実施形態では、バルク基板1のC面にエピタキシャル層5を形成するため、好適なプロセス条件は異なる。   Next, as shown in FIG. 6B, the bulk substrate 1 installed on the susceptor in the chamber is turned over, and the surface of the bulk substrate 1 opposite to the surface 1r on which the high-concentration impurity layer 3 is formed (here, (C plane) 1p is set to be the front, and the epitaxial layer 5 is formed on the surface 1p of the bulk substrate 1. The method for forming the epitaxial layer 5 is the same as the method described above with reference to FIG. 2C, but in this embodiment, the epitaxial layer 5 is formed on the C-plane of the bulk substrate 1, and therefore suitable process conditions are used. Is different.

エピタキシャル層5の具体的な形成方法を説明する。まず、チャンバー内を10-6Pa以下の真空度になるまで減圧した後、キャリアガスである水素ガスを例えば2L/minの流量でチャンバーに供給してチャンバー内の圧力を1atmに保ちつつ、高周波加熱法によってバルク基板1を成長温度(例えば1600℃)まで加熱する。バルク基板1の温度が成長温度に達すると、原料ガスであるシランおよびプロパンと、ドーパントガスである窒素ガスをチャンバーに供給する。シランおよびプロパンの流量は、それぞれ、例えば10mL/minおよび1mL/minである。ドーパントガスである窒素ガスの流量は例えば0.1mL/minである。このようにして、エピタキシャル層5が得られる。 A specific method for forming the epitaxial layer 5 will be described. First, after reducing the pressure in the chamber to a vacuum of 10 −6 Pa or less, hydrogen gas as a carrier gas is supplied to the chamber at a flow rate of 2 L / min, for example, while maintaining the pressure in the chamber at 1 atm, The bulk substrate 1 is heated to a growth temperature (for example, 1600 ° C.) by a heating method. When the temperature of the bulk substrate 1 reaches the growth temperature, silane and propane, which are raw material gases, and nitrogen gas, which is a dopant gas, are supplied to the chamber. The flow rates of silane and propane are, for example, 10 mL / min and 1 mL / min, respectively. The flow rate of the nitrogen gas that is the dopant gas is, for example, 0.1 mL / min. In this way, the epitaxial layer 5 is obtained.

エピタキシャル層5は、ショットキーダイオードの活性領域を構成する活性層となり、ショットキーダイオードのオフ耐圧を確保する機能を有する。例えば1000Vの耐圧を有するショットキーダイオードを作製する場合、エピタキシャル層5の厚さは10μm以上15μm以下、不純物濃度は5×1015cm-3以上1×1016cm-3以下に設定される。 The epitaxial layer 5 becomes an active layer constituting the active region of the Schottky diode, and has a function of ensuring the off breakdown voltage of the Schottky diode. For example, when a Schottky diode having a withstand voltage of 1000 V is manufactured, the thickness of the epitaxial layer 5 is set to 10 μm to 15 μm and the impurity concentration is set to 5 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 16 cm −3 .

この後、図6(c)に示すように、エピタキシャル層5の表面のうちショットキー電極を形成しようとする領域の周辺に、イオン注入法を用いて、終端構造となるガードリング31を形成する。本実施形態では、エピタキシャル層5にP型不純物(ここではボロン)を、30kVの加速電圧でイオン注入する。ドーズ量は1×1015cm-2とする。イオン注入後、アルゴンなどの不活性雰囲気中で、1700℃の温度で30分間の活性化アニールを行い、P型のガードリング31を得る。得られたガードリング31の不純物濃度は2×1020cm-3であり、その深さは0.08μmである。 Thereafter, as shown in FIG. 6C, a guard ring 31 serving as a termination structure is formed around the region of the surface of the epitaxial layer 5 where a Schottky electrode is to be formed, using an ion implantation method. . In the present embodiment, a P-type impurity (here, boron) is ion-implanted into the epitaxial layer 5 at an acceleration voltage of 30 kV. The dose is 1 × 10 15 cm −2 . After the ion implantation, activation annealing is performed for 30 minutes at a temperature of 1700 ° C. in an inert atmosphere such as argon to obtain a P-type guard ring 31. The obtained guard ring 31 has an impurity concentration of 2 × 10 20 cm −3 and a depth of 0.08 μm.

上記の注入工程により、エピタキシャル層5および高濃度不純物層3の表面にはダメージ層が生じるので、これを除去するために、これらの表面に対して熱酸化処理(第1の熱酸化処理)を行う。これにより、図6(d)に示すように、エピタキシャル層5および高濃度不純物層3の表面が酸化されて犠牲酸化膜33、35が形成される。本実施形態では、第1の熱酸化処理は、熱酸化炉を用いて、乾燥酸素雰囲気中、1200℃の温度で0.5時間行う。このような熱酸化処理によって、C面であるエピタキシャル層5の表面には、厚さが約80nmの犠牲酸化膜33が形成される。一方、Si面である高濃度不純物層3の表面は熱酸化レートが小さいため、犠牲酸化膜33よりも薄い犠牲酸化膜(厚さ:例えば約8nm)35が形成される。   As a result of the above implantation process, damaged layers are formed on the surfaces of the epitaxial layer 5 and the high-concentration impurity layer 3. In order to remove the damaged layers, thermal oxidation treatment (first thermal oxidation treatment) is performed on these surfaces. Do. Thereby, as shown in FIG. 6D, the surfaces of the epitaxial layer 5 and the high-concentration impurity layer 3 are oxidized to form sacrificial oxide films 33 and 35. In the present embodiment, the first thermal oxidation treatment is performed in a dry oxygen atmosphere at a temperature of 1200 ° C. for 0.5 hours using a thermal oxidation furnace. By such a thermal oxidation process, a sacrificial oxide film 33 having a thickness of about 80 nm is formed on the surface of the epitaxial layer 5 which is the C plane. On the other hand, since the surface of the high-concentration impurity layer 3 that is the Si surface has a low thermal oxidation rate, a sacrificial oxide film (thickness: about 8 nm, for example) 35 thinner than the sacrificial oxide film 33 is formed.

続いて、図6(e)に示すように、例えば10:1のバッファードフッ酸をエッチング液として用い、10分間程度のウェットエッチングを行うことにより、犠牲酸化膜33、35を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 6E, the sacrificial oxide films 33 and 35 are removed by performing wet etching for about 10 minutes using, for example, 10: 1 buffered hydrofluoric acid as an etching solution.

次いで、図6(f)に示すように、エピタキシャル層5および高濃度不純物層3に対して熱酸化処理(第2の熱酸化処理)を行い、これらの層5、3の表面に、表面保護膜として、新たな酸化膜37、39を形成する。本実施形態では、第2の熱酸化処理は、熱酸化炉を用いて、乾燥酸素雰囲気中、1200℃の温度で0.5時間行う。このような熱酸化処理によって、エピタキシャル層5の表面に厚さが80nmの酸化膜37が形成されるとともに、高濃度不純物層3の表面に厚さが8nm程度の酸化膜39が形成される。   Next, as shown in FIG. 6 (f), thermal oxidation treatment (second thermal oxidation treatment) is performed on the epitaxial layer 5 and the high concentration impurity layer 3, and surface protection is performed on the surfaces of these layers 5 and 3. New oxide films 37 and 39 are formed as films. In the present embodiment, the second thermal oxidation treatment is performed in a dry oxygen atmosphere at a temperature of 1200 ° C. for 0.5 hours using a thermal oxidation furnace. By such thermal oxidation treatment, an oxide film 37 having a thickness of 80 nm is formed on the surface of the epitaxial layer 5, and an oxide film 39 having a thickness of about 8 nm is formed on the surface of the high-concentration impurity layer 3.

なお、上述した第1および第2の熱酸化処理では、犠牲酸化膜35および酸化膜39を形成するために、高濃度不純物層3の表面部分が消費される。本実施形態では、これらの酸化膜35、39の厚さは何れも8nm程度であるので、消費される高濃度不純物層3の厚さは、合わせて約7nm程度(0.46×8(nm)+0.46×8(nm))になる。   In the first and second thermal oxidation processes described above, the surface portion of the high-concentration impurity layer 3 is consumed to form the sacrificial oxide film 35 and the oxide film 39. In the present embodiment, since the thicknesses of these oxide films 35 and 39 are both about 8 nm, the thickness of the high-concentration impurity layer 3 consumed is about 7 nm (0.46 × 8 (nm) in total. ) + 0.46 × 8 (nm)).

続いて、図6(g)に示すように、バルク基板1の裏面側に、高濃度不純物層3に接する裏面電極41を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 6G, a back electrode 41 in contact with the high concentration impurity layer 3 is formed on the back side of the bulk substrate 1.

裏面電極41は、例えば次のような方法で形成できる。まず,バルク基板1の主面側の表面を保護するために、主面側の表面にフォトレジスト(図示せず)を塗布する。この状態で、バルク基板1の裏面側に形成された酸化膜39を除去して、高濃度不純物層3を露出する。酸化膜39は、エッチング液としてバッファードフッ酸を用い、3分間のエッチングを行うことによって除去できる。エッチングによって露出した高濃度不純物層3の上に、例えばニッケル(厚さ:200nm程度)をEB蒸着法で堆積する。この後、主面側の表面を保護するためのフォトレジストを除去し、続いて、アルゴンなどの不活性雰囲気中、約1000℃の温度で約2分のアニールを行う。これにより、ニッケルと高濃度不純物層3におけるSiとが反応してニッケルシリサイド(図示せず)となる。このようにして、裏面電極41が得られる。   The back electrode 41 can be formed by the following method, for example. First, in order to protect the main surface side surface of the bulk substrate 1, a photoresist (not shown) is applied to the main surface side surface. In this state, the oxide film 39 formed on the back surface side of the bulk substrate 1 is removed to expose the high concentration impurity layer 3. The oxide film 39 can be removed by etching for 3 minutes using buffered hydrofluoric acid as an etchant. On the high-concentration impurity layer 3 exposed by etching, for example, nickel (thickness: about 200 nm) is deposited by EB vapor deposition. Thereafter, the photoresist for protecting the surface on the main surface side is removed, and then annealing is performed at a temperature of about 1000 ° C. for about 2 minutes in an inert atmosphere such as argon. Thereby, nickel and Si in the high concentration impurity layer 3 react to form nickel silicide (not shown). In this way, the back electrode 41 is obtained.

裏面電極41と高濃度不純物層3との界面には、ニッケルシリサイドが形成されているため、良好なオーミック特性を実現できる。なお、ニッケルシリサイドの形成には、堆積されたニッケルと同程度の厚さ(200nm)の高濃度不純物層3がさらに消費される。   Since nickel silicide is formed at the interface between the back electrode 41 and the high concentration impurity layer 3, good ohmic characteristics can be realized. It should be noted that the formation of nickel silicide further consumes the high-concentration impurity layer 3 having the same thickness (200 nm) as the deposited nickel.

この後、図6(h)に示すように、酸化膜37の一部を除去して、エピタキシャル層5に接するショットキー電極43を形成する。ショットキー電極43は、エピタキシャル層5の表面のうちガードリング31に包囲された領域、および、ガードリング31の表面における内縁部に接するように設けられる。   Thereafter, as shown in FIG. 6H, a part of the oxide film 37 is removed, and a Schottky electrode 43 in contact with the epitaxial layer 5 is formed. Schottky electrode 43 is provided in contact with the region surrounded by guard ring 31 on the surface of epitaxial layer 5 and the inner edge of the surface of guard ring 31.

ショットキー電極43は、例えば次のような方法で形成できる。まず、酸化膜37における所定の領域上に、公知のフォトリソグラフィーによりレジスト層(図示せず)を形成する。この後、バッファードフッ酸をエッチング液として用いてウェットエッチングを行い、酸化膜37のうちレジスト層によって覆われていない部分を除去する。これによって、エピタキシャル層5の表面が露出する。続いて、エピタキシャル層5の露出表面およびレジスト層の上に、EB蒸着法により、厚さが100nmのニッケル膜を堆積する。その後、レジスト層を除去することにより、ニッケル膜がパターニングされ(リフトオフ法)、ショットキー電極43が形成される。なお、本実施形態では、ショットキー電極43とエピタキシャル層5との密着性を強化するために、レジスト層を除去した後に、アルゴンなどの不活性雰囲気中、400℃程度の温度で30分間のアニールを行う。ここでは、ニッケルを用いてショットキー電極43を形成しているが、ショットキー電極43の材料は特に限定されず、例えばチタンであってもよい。   The Schottky electrode 43 can be formed by the following method, for example. First, a resist layer (not shown) is formed on a predetermined region in the oxide film 37 by known photolithography. Thereafter, wet etching is performed using buffered hydrofluoric acid as an etchant, and a portion of the oxide film 37 not covered with the resist layer is removed. As a result, the surface of the epitaxial layer 5 is exposed. Subsequently, a nickel film having a thickness of 100 nm is deposited on the exposed surface of the epitaxial layer 5 and the resist layer by EB vapor deposition. Thereafter, by removing the resist layer, the nickel film is patterned (lift-off method), and the Schottky electrode 43 is formed. In this embodiment, in order to enhance the adhesion between the Schottky electrode 43 and the epitaxial layer 5, after removing the resist layer, annealing is performed at a temperature of about 400 ° C. for 30 minutes in an inert atmosphere such as argon. I do. Here, the Schottky electrode 43 is formed using nickel, but the material of the Schottky electrode 43 is not particularly limited, and may be titanium, for example.

次いで、図6(i)に示すように、ショットキー電極43を覆うように層間絶縁膜45を形成する。層間絶縁膜45は、CVD法を用いて、酸化シリコンなどの絶縁材料を堆積させることによって形成できる。層間絶縁膜45の厚さは例えば1μm程度である。   Next, as illustrated in FIG. 6I, an interlayer insulating film 45 is formed so as to cover the Schottky electrode 43. The interlayer insulating film 45 can be formed by depositing an insulating material such as silicon oxide using a CVD method. The thickness of the interlayer insulating film 45 is, for example, about 1 μm.

続いて、図6(j)に示すように、公知のドライエッチング技術を用いて、層間絶縁膜45にショットキー電極43に達するコンタクトホールを形成した後、コンタクトホール内部および層間絶縁膜45の上に電極パッド47を設ける。電極パッド47は、例えばアルミニウムなどの導電材料をコンタクトホール内部および層間絶縁膜45の表面全体に堆積させて導電膜(厚さ:例えば3μm)を形成し、この導電膜に対して、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることによって形成できる。このようにして、半導体素子800が得られる。   Subsequently, as shown in FIG. 6J, a contact hole reaching the Schottky electrode 43 is formed in the interlayer insulating film 45 by using a known dry etching technique, and then inside the contact hole and on the interlayer insulating film 45. An electrode pad 47 is provided on the substrate. The electrode pad 47 is formed by depositing a conductive material such as aluminum on the inside of the contact hole and the entire surface of the interlayer insulating film 45 to form a conductive film (thickness: 3 μm, for example). It can be formed by patterning using a lithography technique and an etching technique. In this way, the semiconductor element 800 is obtained.

上記方法で得られた半導体素子800では、裏面電極41は高濃度不純物層3を介してバルク基板1に電気的に接続されている。従って、裏面電極41とバルク基板1の裏面とが接する従来の構成に比べて、コンタクト抵抗を低減できる。   In the semiconductor element 800 obtained by the above method, the back electrode 41 is electrically connected to the bulk substrate 1 through the high concentration impurity layer 3. Therefore, the contact resistance can be reduced as compared with the conventional configuration in which the back electrode 41 and the back surface of the bulk substrate 1 are in contact with each other.

上記方法では、前述の実施形態と異なり、バルク基板1におけるSi面に高濃度不純物層3を形成し、C面にエピタキシャル層5を形成している。そのため、第1および第2の熱酸化処理によって高濃度不純物層3の表面に形成される酸化膜35、39の厚さは、エピタキシャル層5の表面に形成される酸化膜33、37の1/10程度に抑えられる。従って、酸化膜35、39の形成によって消費される高濃度不純物層3の厚さを小さくできるので、エピタキシャル成長によってバルク基板1に形成する高濃度不純物層3の厚さを小さくできる。   In the above method, unlike the embodiment described above, the high concentration impurity layer 3 is formed on the Si surface of the bulk substrate 1 and the epitaxial layer 5 is formed on the C surface. Therefore, the thickness of the oxide films 35 and 39 formed on the surface of the high-concentration impurity layer 3 by the first and second thermal oxidation treatments is 1 / th that of the oxide films 33 and 37 formed on the surface of the epitaxial layer 5. It is suppressed to about 10. Therefore, since the thickness of the high concentration impurity layer 3 consumed by forming the oxide films 35 and 39 can be reduced, the thickness of the high concentration impurity layer 3 formed on the bulk substrate 1 by epitaxial growth can be reduced.

具体的には、第1および第2の熱酸化処理および裏面電極41の形成によって消費される高濃度不純物層3の厚さは合わせて約207nmである。従って、エピタキシャル成長によって形成される高濃度不純物層3の厚さは、300nm以上であることが好ましく、より好ましくは400nm以上である。これにより、より確実に、裏面電極23とバルク基板1との間のオン抵抗を低減できる。   Specifically, the total thickness of the high-concentration impurity layer 3 consumed by the first and second thermal oxidation treatments and the formation of the back electrode 41 is about 207 nm. Therefore, the thickness of the high concentration impurity layer 3 formed by epitaxial growth is preferably 300 nm or more, more preferably 400 nm or more. Thereby, the on-resistance between the back electrode 23 and the bulk substrate 1 can be reduced more reliably.

本実施形態における高濃度不純物層3は、エピタキシャル成長によって形成され、その不純物濃度プロファイルは深さ方向に略均一である。そのため、半導体素子800を形成するプロセスにおける高濃度不純物層3の目減り量がばらついても、得られた半導体素子800の高濃度不純物層3における裏面電極23に接する表面近傍の不純物濃度は一定となる。従って、製品間におけるオン抵抗のばらつきが低減されるので、信頼性を高めることができる。   The high concentration impurity layer 3 in the present embodiment is formed by epitaxial growth, and the impurity concentration profile is substantially uniform in the depth direction. Therefore, even if the reduction amount of the high concentration impurity layer 3 in the process of forming the semiconductor element 800 varies, the impurity concentration in the vicinity of the surface in contact with the back electrode 23 in the high concentration impurity layer 3 of the obtained semiconductor element 800 is constant. . Therefore, variation in on-resistance between products is reduced, so that reliability can be improved.

本実施形態の製造方法は、図6(a)〜(j)を参照しながら説明した方法に限定されない。図3(b)を参照しながら説明したように、バルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3を形成した後に、バルク基板1における表面1pに対する平坦化処理を行ってもよいし、図4(b)を参照しながら説明したように、バルク基板1における表面1pに保護膜を形成した状態で、バルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3を形成してもよい。これにより、バルク基板1の表面1pに高品質なエピタキシャル層(活性層)5を形成できるので、デバイス特性を向上できる。   The manufacturing method of the present embodiment is not limited to the method described with reference to FIGS. As described with reference to FIG. 3B, after the high-concentration impurity layer 3 is formed on the surface 1r of the bulk substrate 1, a planarization process may be performed on the surface 1p of the bulk substrate 1. FIG. As described with reference to (b), the high-concentration impurity layer 3 may be formed on the surface 1r of the bulk substrate 1 in a state where the protective film is formed on the surface 1p of the bulk substrate 1. Thereby, since a high quality epitaxial layer (active layer) 5 can be formed on the surface 1p of the bulk substrate 1, device characteristics can be improved.

また、本実施形態では、バルク基板1におけるC面を主面として用いたが、Si面を主面として用いて、ショットキーダイオードを構成してもよい。その場合、高濃度不純物層3はC面に形成されるため、熱酸化処理などによる目減り量を考慮して、エピタキシャル成長させる高濃度不純物層3を厚く(例えば1μm以上)する必要がある。   In the present embodiment, the C plane of the bulk substrate 1 is used as the main surface, but a Schottky diode may be configured using the Si surface as the main surface. In that case, since the high-concentration impurity layer 3 is formed on the C-plane, it is necessary to make the high-concentration impurity layer 3 to be epitaxially grown thick (for example, 1 μm or more) in consideration of the amount of reduction due to thermal oxidation treatment or the like.

(第4の実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明による第4の実施形態の半導体素子を説明する。本実施形態の半導体素子は、SiCバルク基板を用いて形成された縦型MOSFETであり、SiCバルク基板における主面側には、ゲートによってオンオフされるチャネルを含むMOSFET部分やソース電極などが形成され、裏面側には、高濃度不純物層を介してSiCバルク基板と電気的に接続されたドレイン電極が形成された構造を有している。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconductor element of this embodiment is a vertical MOSFET formed using a SiC bulk substrate, and a MOSFET portion including a channel that is turned on and off by a gate, a source electrode, and the like are formed on the main surface side of the SiC bulk substrate. On the back surface side, a drain electrode electrically connected to the SiC bulk substrate through a high concentration impurity layer is formed.

本実施形態の半導体素子を製造する方法を説明する。図7(a)〜(k)は、本実施形態の半導体素子の製造方法を例示する工程断面図である。簡単のため、半導体基板100、200と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。   A method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. 7A to 7K are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment. For simplicity, the same components as those of the semiconductor substrates 100 and 200 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図7(a)に示すように、炭化珪素を含むバルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3をエピタキシャル成長させることにより、半導体基板100を得る。本実施形態では、バルク基板1として、図2(a)を参照しながら説明した4H−SiC基板を用い、この4H−SiC基板におけるSi面を表面1rとする。高濃度不純物層3は、図2(b)を参照しながら前述した方法と同様の方法で作製される。高濃度不純物層3の厚さは1μm以上(例えば1.2μm)、n型不純物の濃度は1×1019cm-3以上(例えば2×1019cm-3)である。 As shown in FIG. 7A, the semiconductor substrate 100 is obtained by epitaxially growing the high-concentration impurity layer 3 on the surface 1r of the bulk substrate 1 containing silicon carbide. In the present embodiment, the 4H—SiC substrate described with reference to FIG. 2A is used as the bulk substrate 1, and the Si surface of the 4H—SiC substrate is defined as the surface 1r. The high-concentration impurity layer 3 is produced by a method similar to the method described above with reference to FIG. The thickness of the high-concentration impurity layer 3 is 1 μm or more (for example, 1.2 μm), and the n-type impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more (for example, 2 × 10 19 cm −3 ).

次いで、図7(b)に示すように、バルク基板1における第1表面1rと反対側の第2表面(すなわちSi面)1pに、エピタキシャル層5を形成する。エピタキシャル層5の形成方法は、図2(c)を参照しながら前述した方法と同様である。このエピタキシャル層5は、MOSFETの活性領域を構成する活性層となり、MOSFETのオフ耐圧を確保する機能を有する。例えば1000Vの耐圧を有するMOSFETを作製する場合、エピタキシャル層5の厚さは10μm以上15μm以下、不純物濃度は5×1015cm-3以上1×1016cm-3以下に設定される。 Next, as shown in FIG. 7B, the epitaxial layer 5 is formed on the second surface (namely, Si surface) 1 p opposite to the first surface 1 r in the bulk substrate 1. The method for forming the epitaxial layer 5 is the same as that described above with reference to FIG. The epitaxial layer 5 becomes an active layer constituting the active region of the MOSFET and has a function of ensuring the off-breakdown voltage of the MOSFET. For example, when manufacturing a MOSFET having a withstand voltage of 1000 V, the thickness of the epitaxial layer 5 is set to 10 μm to 15 μm and the impurity concentration is set to 5 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 16 cm −3 .

この後、図7(c)に示すように、イオン注入法を用いてエピタキシャル層5の表面に、フィールドリミッティングリング、P型ウェル領域、ソース領域、およびP型コンタクト領域をそれぞれ規定する注入層51’、52’、53’、55’を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 7C, an implantation layer for defining a field limiting ring, a P-type well region, a source region, and a P-type contact region on the surface of the epitaxial layer 5 by using an ion implantation method. 51 ', 52', 53 ', 55' are formed.

これらの注入層51’、52’、53’、55’の形成方法を具体的に説明する。まず、エピタキシャル層5にP型不純物(例えばAl)をイオン注入することにより、フィールドリミッティングリングおよび複数のP型ウェル領域をそれぞれ規定する注入層51’、52’を形成する(第1の注入工程)。フィールドリミッティングリングを規定する注入層51’は、エピタキシャル層5の表面において、P型ウェル領域を規定する注入層52’を包囲するように配置される。ここでは、第1の注入工程として、30keV〜350keVの範囲から選択された4種類の加速電圧で、4段の多段注入を行う。多段注入におけるトータルドーズ量は1×1014cm-2程度とする。続いて、イオン注入法により、P型ウェル領域を規定する注入層52’の内部にP型コンタクト領域を規定する注入層55’を形成する(第2の注入工程)。P型コンタクト領域を規定する注入層55’は、P型ウェル領域を規定する注入層52’よりも高い濃度でP型不純物を含み、かつ、P型ウェル領域を規定する注入層52’よりも浅い。ここでは、第2の注入工程として、30keV〜150keVの範囲から選択された3種類の加速電圧で、3段の多段注入を行う。多段注入におけるトータルドーズ量は1×1015cm-2程度とする。同様に、P型ウェル領域を規定する注入層52’の内部にN型ソース領域を規定する注入層53’を形成するために、N型不純物(例えば窒素)をイオン注入する(第3の注入工程)。ここでは、第3の注入工程として、30keV〜180keVの範囲から選択された4種類の加速電圧で、4段の多段注入を行う。多段注入におけるトータルドーズ量は1.7×1015cm-2程度とする。 A method of forming these injection layers 51 ′, 52 ′, 53 ′, and 55 ′ will be specifically described. First, a P-type impurity (for example, Al) is ion-implanted into the epitaxial layer 5 to form implantation layers 51 ′ and 52 ′ that respectively define a field limiting ring and a plurality of P-type well regions (first implantation). Process). The implantation layer 51 ′ defining the field limiting ring is disposed on the surface of the epitaxial layer 5 so as to surround the implantation layer 52 ′ defining the P-type well region. Here, as the first injection process, four-stage multi-stage injection is performed with four types of acceleration voltages selected from the range of 30 keV to 350 keV. The total dose in the multi-stage implantation is about 1 × 10 14 cm −2 . Subsequently, an implantation layer 55 ′ for defining a P-type contact region is formed inside the implantation layer 52 ′ for defining a P-type well region by ion implantation (second implantation step). The implantation layer 55 ′ that defines the P-type contact region contains P-type impurities at a higher concentration than the implantation layer 52 ′ that defines the P-type well region, and is more than the implantation layer 52 ′ that defines the P-type well region. shallow. Here, as the second implantation step, three-stage implantation is performed with three types of acceleration voltages selected from the range of 30 keV to 150 keV. The total dose in multistage implantation is about 1 × 10 15 cm −2 . Similarly, N-type impurities (for example, nitrogen) are ion-implanted (third implantation) in order to form an implantation layer 53 ′ defining an N-type source region inside an implantation layer 52 ′ defining a P-type well region. Process). Here, as the third injection step, four-stage multi-step injection is performed with four types of acceleration voltages selected from the range of 30 keV to 180 keV. The total dose in multi-stage implantation is about 1.7 × 10 15 cm −2 .

第1、第2および第3の注入工程は、何れも、500℃の高温で行う。炭化珪素に対するイオン注入では、注入時に炭化珪素の結晶性が崩れると、注入後に高温のアニールを施しても結晶性が回復しないが、そのような高温で注入を行うことにより、注入時にも結晶性を維持できるからである。   The first, second, and third implantation steps are all performed at a high temperature of 500 ° C. In the case of ion implantation for silicon carbide, if the crystallinity of silicon carbide collapses during implantation, the crystallinity does not recover even if high-temperature annealing is performed after the implantation. It is because it can maintain.

第1、第2および第3の注入工程の後、アルゴンなどの不活性雰囲気中、1700℃の温度で30分間のアニールを行い、Alイオンおよび窒素イオンを活性化させる。これにより、図7(d)に示すように、注入層51’、52’、53’、55’は、それぞれ、フィールドリミッティングリング51、P型ウェル領域52、ソース領域53、およびP型コンタクト領域55となる。得られたフィールドリミッティングリング51およびP型ウェル領域52の深さは約0.4μmであり、不純物濃度は2×1018cm-3程度である。 After the first, second, and third implantation steps, annealing is performed for 30 minutes at a temperature of 1700 ° C. in an inert atmosphere such as argon to activate Al ions and nitrogen ions. As a result, as shown in FIG. 7D, the implantation layers 51 ′, 52 ′, 53 ′, and 55 ′ include the field limiting ring 51, the P-type well region 52, the source region 53, and the P-type contact, respectively. It becomes area 55. The obtained field limiting ring 51 and P-type well region 52 have a depth of about 0.4 μm and an impurity concentration of about 2 × 10 18 cm −3 .

上記の注入工程により、エピタキシャル層5および高濃度不純物層3の表面にはダメージ層が生じるので、これを除去するために、これらの表面に対して熱酸化処理(第1の熱酸化処理)を行う。これにより、図7(e)に示すように、エピタキシャル層5および高濃度不純物層3の表面が酸化されて犠牲酸化膜57、59が形成される。本実施形態では、第1の熱酸化処理は、熱酸化炉を用いて、乾燥酸素雰囲気中、1200℃の温度で3時間行う。このような熱酸化処理によって、Si面であるエピタキシャル層5の表面には、厚さが約80nmの犠牲酸化膜57が形成され、C面である高濃度不純物層3の表面には、厚さが約800nmの犠牲酸化膜59が形成される。   As a result of the above implantation process, damaged layers are formed on the surfaces of the epitaxial layer 5 and the high-concentration impurity layer 3. In order to remove the damaged layers, thermal oxidation treatment (first thermal oxidation treatment) is performed on these surfaces. Do. Thereby, as shown in FIG. 7E, the surfaces of the epitaxial layer 5 and the high concentration impurity layer 3 are oxidized to form sacrificial oxide films 57 and 59. In the present embodiment, the first thermal oxidation treatment is performed in a dry oxygen atmosphere at a temperature of 1200 ° C. for 3 hours using a thermal oxidation furnace. By such thermal oxidation treatment, a sacrificial oxide film 57 having a thickness of about 80 nm is formed on the surface of the epitaxial layer 5 that is the Si surface, and the thickness of the high concentration impurity layer 3 that is the C surface is A sacrificial oxide film 59 having a thickness of about 800 nm is formed.

続いて、図7(f)に示すように、例えば10:1のバッファードフッ酸をエッチング液として用いて、30分間程度のウェットエッチングを行うことにより、犠牲酸化膜57、59を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 7F, the sacrificial oxide films 57 and 59 are removed by performing wet etching for about 30 minutes using, for example, 10: 1 buffered hydrofluoric acid as an etching solution.

次いで、図7(g)に示すように、熱酸化処理(第2の熱酸化処理)を行い、エピタキシャル層5の表面に、表面保護膜として新たな酸化膜61を形成する。このとき、高濃度不純物層3の表面にも、酸化膜63が形成される。本実施形態における第2の熱酸化処理は、熱酸化炉を用いて、乾燥酸素雰囲気中、1200℃の温度で3時間行う。このような条件で熱酸化処理を行うと、エピタキシャル層5の表面に厚さが80nmの酸化膜61が形成されるとともに、高濃度不純物層3の表面に厚さが800nmの酸化膜63が形成される。   Next, as shown in FIG. 7G, a thermal oxidation process (second thermal oxidation process) is performed to form a new oxide film 61 as a surface protective film on the surface of the epitaxial layer 5. At this time, an oxide film 63 is also formed on the surface of the high concentration impurity layer 3. The second thermal oxidation treatment in this embodiment is performed at a temperature of 1200 ° C. for 3 hours in a dry oxygen atmosphere using a thermal oxidation furnace. When thermal oxidation treatment is performed under such conditions, an oxide film 61 having a thickness of 80 nm is formed on the surface of the epitaxial layer 5 and an oxide film 63 having a thickness of 800 nm is formed on the surface of the high-concentration impurity layer 3. Is done.

なお、上述した第1および第2の熱酸化処理では、犠牲酸化膜59および酸化膜63を形成するために、高濃度不純物層3の表面部分におけるSiCが消費される。本実施形態では、これらの酸化膜59、63の厚さは何れも800nm程度であるので、消費される高濃度不純物層3の厚さは、合わせて約800nm程度(0.46×800(nm)+0.46×800(nm))になる。   In the first and second thermal oxidation processes described above, SiC is consumed on the surface portion of the high-concentration impurity layer 3 in order to form the sacrificial oxide film 59 and the oxide film 63. In the present embodiment, since the thicknesses of these oxide films 59 and 63 are both about 800 nm, the thickness of the high-concentration impurity layer 3 consumed is about 800 nm (0.46 × 800 (nm) in total. ) + 0.46 × 800 (nm)).

この後、図7(h)に示すように、酸化膜61の上にゲート電極65を形成する。ゲート電極65は、エピタキシャル層5におけるチャネルとなる部分を覆うように配置される。ゲート電極65は、例えば高濃度にN型不純物がドープされたN型の多結晶シリコンを用いて形成される。具体的には、7×1020cm-3の濃度でリンを含む多結晶シリコンを酸化膜61の上に堆積させて、厚さが例えば400nmの多結晶シリコン膜を形成する。この後、公知のフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを用いて、多結晶シリコン膜のパターニングを行うことによって、ゲート電極65が形成される。 Thereafter, a gate electrode 65 is formed on the oxide film 61 as shown in FIG. The gate electrode 65 is disposed so as to cover a portion to be a channel in the epitaxial layer 5. The gate electrode 65 is formed using, for example, N-type polycrystalline silicon doped with an N-type impurity at a high concentration. Specifically, polycrystalline silicon containing phosphorus at a concentration of 7 × 10 20 cm −3 is deposited on the oxide film 61 to form a polycrystalline silicon film having a thickness of, for example, 400 nm. Thereafter, the gate electrode 65 is formed by patterning the polycrystalline silicon film using known photolithography and dry etching.

続いて、図7(i)に示すように、層間絶縁膜67およびソース電極69を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 7I, an interlayer insulating film 67 and a source electrode 69 are formed.

層間絶縁膜67は、例えばプラズマCVD法によって、酸化シリコンなどの絶縁材料を酸化膜61およびゲート電極65の上に堆積させることによって形成される。層間絶縁膜67の厚さは例えば1μm程度である。   The interlayer insulating film 67 is formed by depositing an insulating material such as silicon oxide on the oxide film 61 and the gate electrode 65 by plasma CVD, for example. The thickness of the interlayer insulating film 67 is, for example, about 1 μm.

ソース電極69は、層間絶縁膜67に設けたコンタクトホールの内部に形成され、N型ソース領域53の一部およびP型コンタクト領域55に対してオーミック接合を形成する。このようなソース電極69は、例えば次のようにして形成される。まず、公知のフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを用いて、層間絶縁膜67に、N型ソース領域53の一部およびP型コンタクト領域55に達するコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホール内部および層間絶縁膜67の上にニッケル(厚さ:例えば100nm)を蒸着した後、600℃の温度でRTA(Rapid Thermal Annealing)を行い、コンタクトホール内部に堆積したニッケルを炭化珪素と反応させる。これにより、ソース電極69を得る。次いで、層間絶縁膜67の上に堆積した未反応のニッケルをウェットエッチングによって除去する。その後、さらに1000℃の温度で2分間のRTAを施すことにより、ソース電極69とN型ソース領域53およびP型コンタクト領域55との間に良好なオーミック特性が得られる。   The source electrode 69 is formed inside a contact hole provided in the interlayer insulating film 67 and forms an ohmic junction with a part of the N-type source region 53 and the P-type contact region 55. Such a source electrode 69 is formed as follows, for example. First, a contact hole reaching a part of the N-type source region 53 and the P-type contact region 55 is formed in the interlayer insulating film 67 by using known photolithography and dry etching. Subsequently, after depositing nickel (thickness: 100 nm, for example) inside the contact hole and on the interlayer insulating film 67, RTA (Rapid Thermal Annealing) is performed at a temperature of 600 ° C. to carbonize the nickel deposited inside the contact hole. React with silicon. Thereby, the source electrode 69 is obtained. Next, unreacted nickel deposited on the interlayer insulating film 67 is removed by wet etching. Thereafter, by applying RTA for 2 minutes at a temperature of 1000 ° C., good ohmic characteristics can be obtained between the source electrode 69 and the N-type source region 53 and the P-type contact region 55.

次いで、図7(j)に示すように、ソース電極69と電気的に接続された電極パッド71を設ける。電極パッド71は、例えばEB蒸着によって、層間絶縁膜67のコンタクトホール内部および層間絶縁膜67の上にアルミニウムなどの導電材料を堆積して導電膜(厚さ:例えば3μm)を形成し、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、この導電膜のパターニングを行うことによって形成できる。   Next, as shown in FIG. 7J, an electrode pad 71 electrically connected to the source electrode 69 is provided. The electrode pad 71 forms a conductive film (thickness: for example, 3 μm) by depositing a conductive material such as aluminum inside the contact hole of the interlayer insulating film 67 and on the interlayer insulating film 67 by, for example, EB vapor deposition. It can be formed by patterning this conductive film using photolithography technique and etching technique.

この後、図7(k)に示すように、バルク基板1の裏面側に、高濃度不純物層3に接するドレイン電極73を形成する。このようにして、半導体素子900が得られる。   Thereafter, as shown in FIG. 7 (k), a drain electrode 73 in contact with the high-concentration impurity layer 3 is formed on the back surface side of the bulk substrate 1. In this way, the semiconductor element 900 is obtained.

ドレイン電極73は、例えば次のような方法で形成できる。まず,バルク基板1の裏面側に形成された酸化膜63を除去して、高濃度不純物層3を露出する。酸化膜63は、バッファードフッ酸を用いて、30分間のウェットエッチングを行うことによって除去できる。エッチングにより露出した高濃度不純物層3の上に、例えばニッケル(厚さ:100nm程度)をEB蒸着法によって堆積する。この後、良好なオーミック特性を得るために、必要に応じて、アルゴンなどの不活性雰囲気中、約1000℃の温度で約2分のアニールを行い、ドレイン電極73を得る。なお、上記アニールを行う場合には、堆積されたニッケルと同程度の厚さ(100nm)の高濃度不純物層3が消費される。   The drain electrode 73 can be formed by the following method, for example. First, the oxide film 63 formed on the back surface side of the bulk substrate 1 is removed to expose the high concentration impurity layer 3. The oxide film 63 can be removed by performing wet etching for 30 minutes using buffered hydrofluoric acid. For example, nickel (thickness: about 100 nm) is deposited on the high-concentration impurity layer 3 exposed by etching by EB vapor deposition. Thereafter, in order to obtain good ohmic characteristics, annealing is performed for about 2 minutes at a temperature of about 1000 ° C. in an inert atmosphere such as argon as necessary to obtain the drain electrode 73. When the annealing is performed, the high-concentration impurity layer 3 having a thickness (100 nm) comparable to the deposited nickel is consumed.

上記方法で得られた半導体素子900では、ドレイン電極73は高濃度不純物層3を介してバルク基板1に電気的に接続されている。従って、ドレイン電極73とバルク基板1の裏面とが接する従来の構成に比べて、コンタクト抵抗を低減できる。   In the semiconductor element 900 obtained by the above method, the drain electrode 73 is electrically connected to the bulk substrate 1 through the high concentration impurity layer 3. Therefore, the contact resistance can be reduced as compared with the conventional configuration in which the drain electrode 73 and the back surface of the bulk substrate 1 are in contact with each other.

本実施形態によると、高濃度不純物層3をエピタキシャル成長によって形成するので、成長時間を調整することによって、高濃度不純物層3の厚さを容易に制御できる。そのため、MOSFETを製造する際に行われる熱酸化処理や電極形成プロセスに応じて、十分な厚さの高濃度不純物層3を形成できるという利点がある。上記方法では、2回の熱酸化処理(第1および第2の熱酸化処理)によって消費される高濃度不純物層3の厚さは、少なくとも約700nm以上(例えば800nm)となる。よって、エピタキシャル成長によって形成される高濃度不純物層3の厚さは、少なくとも700nm以上であることが好ましい。なお、ドレイン電極73を形成する際にPDAを行う場合、高濃度不純物層3がさらに消費されるため、エピタキシャル成長によって形成される高濃度不純物層3の厚さは、例えば900nm以上であることが好ましい。より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは1.1μm以上である。これにより、より確実に、ドレイン電極73とバルク基板1との間のオン抵抗を低減できる。   According to the present embodiment, since the high concentration impurity layer 3 is formed by epitaxial growth, the thickness of the high concentration impurity layer 3 can be easily controlled by adjusting the growth time. Therefore, there is an advantage that a high-concentration impurity layer 3 having a sufficient thickness can be formed according to a thermal oxidation process or an electrode formation process performed when manufacturing the MOSFET. In the above method, the thickness of the high-concentration impurity layer 3 consumed by the two thermal oxidation processes (first and second thermal oxidation processes) is at least about 700 nm (for example, 800 nm). Therefore, the thickness of the high concentration impurity layer 3 formed by epitaxial growth is preferably at least 700 nm or more. When PDA is performed when forming the drain electrode 73, the high-concentration impurity layer 3 is further consumed. Therefore, the thickness of the high-concentration impurity layer 3 formed by epitaxial growth is preferably 900 nm or more, for example. . More preferably, it is 1 micrometer or more, More preferably, it is 1.1 micrometers or more. Thereby, the on-resistance between the drain electrode 73 and the bulk substrate 1 can be reduced more reliably.

また、エピタキシャル成長によって形成された高濃度不純物層3の不純物濃度プロファイルは深さ方向に略均一である。そのため、半導体素子900を形成するプロセスにおける高濃度不純物層3の目減り量がばらついても、得られた半導体素子900の高濃度不純物層3におけるドレイン電極73に接する表面近傍の不純物濃度は一定である。従って、製品間におけるオン抵抗のばらつきが抑えられるので、信頼性を高めることができる。   Further, the impurity concentration profile of the high concentration impurity layer 3 formed by epitaxial growth is substantially uniform in the depth direction. Therefore, even if the reduction amount of the high concentration impurity layer 3 in the process of forming the semiconductor element 900 varies, the impurity concentration in the vicinity of the surface in contact with the drain electrode 73 in the high concentration impurity layer 3 of the obtained semiconductor element 900 is constant. . Accordingly, variation in on-resistance between products can be suppressed, and reliability can be improved.

本実施形態の製造方法は、図7(a)〜(k)を参照しながら説明した方法に限定されない。上記方法では、バルク基板1におけるSi面を主面として用いたが、C面を主面としてもよい。また、図3(b)を参照しながら説明したように、バルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3を形成した後に、バルク基板1における表面1pに対する平坦化処理を行ってもよいし、図4(b)を参照しながら説明したように、バルク基板1における表面1pに保護膜を形成した状態で、バルク基板1の表面1rに高濃度不純物層3を形成してもよい。これにより、バルク基板1の表面1pに高品質なエピタキシャル層(活性層)5を形成できるので、デバイス特性を向上できる。   The manufacturing method of the present embodiment is not limited to the method described with reference to FIGS. In the above method, the Si surface of the bulk substrate 1 is used as the main surface, but the C surface may be used as the main surface. Further, as described with reference to FIG. 3B, after the high-concentration impurity layer 3 is formed on the surface 1r of the bulk substrate 1, the surface 1p of the bulk substrate 1 may be planarized, As described with reference to FIG. 4B, the high-concentration impurity layer 3 may be formed on the surface 1r of the bulk substrate 1 in a state where the protective film is formed on the surface 1p of the bulk substrate 1. Thereby, since a high quality epitaxial layer (active layer) 5 can be formed on the surface 1p of the bulk substrate 1, device characteristics can be improved.

本発明によると、SiCバルク基板を備えた半導体素子において、SiCバルク基板の裏面側に設けられる電極のコンタクト抵抗を低減できるので、電力損失を小さく抑えることが可能になる。また、本発明によると、量産化に適した簡便なプロセスで、上記のような半導体素子を製造できる。   According to the present invention, in a semiconductor element provided with a SiC bulk substrate, the contact resistance of an electrode provided on the back side of the SiC bulk substrate can be reduced, so that the power loss can be kept small. Further, according to the present invention, the semiconductor element as described above can be manufactured by a simple process suitable for mass production.

本発明は、SiCバルク基板を用いて形成された縦型PNダイオード、縦型ショットキーダイオード、縦型MOSFETなどの縦型の半導体素子、およびそのような半導体素子を含む装置に広く適用できる。   The present invention can be widely applied to vertical semiconductor elements such as vertical PN diodes, vertical Schottky diodes, and vertical MOSFETs formed using a SiC bulk substrate, and devices including such semiconductor elements.

(a)および(b)は、それぞれ、本発明による第1の実施形態の半導体基板を示す断面模式図である。(A) And (b) is a cross-sectional schematic diagram which respectively shows the semiconductor substrate of 1st Embodiment by this invention. (a)〜(c)は、本発明による第1の実施形態の半導体基板を製造する方法を説明するための工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing for demonstrating the method to manufacture the semiconductor substrate of 1st Embodiment by this invention. (a)〜(c)は、本発明による第1の実施形態の半導体基板を製造する他の方法を説明するための工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing for demonstrating the other method of manufacturing the semiconductor substrate of 1st Embodiment by this invention. (a)〜(d)は、本発明による第1の実施形態の半導体基板を製造するさらに他の方法を説明するための工程断面図である。(A)-(d) is process sectional drawing for demonstrating the further another method of manufacturing the semiconductor substrate of 1st Embodiment by this invention. (a)〜(k)は、本発明による第2の実施形態の半導体素子を製造する方法を説明するための工程断面図である。(A)-(k) is process sectional drawing for demonstrating the method to manufacture the semiconductor element of 2nd Embodiment by this invention. (a)〜(j)は、本発明による第3の実施形態の半導体素子を製造する方法を説明するための工程断面図である。(A)-(j) is process sectional drawing for demonstrating the method to manufacture the semiconductor element of 3rd Embodiment by this invention. (a)〜(k)は、本発明による第4の実施形態の半導体素子を製造する方法を説明するための工程断面図である。(A)-(k) is process sectional drawing for demonstrating the method to manufacture the semiconductor element of the 4th Embodiment by this invention. (a)および(b)は、従来の半導体基板の製造方法を説明するための断面工程図である。(A) And (b) is sectional process drawing for demonstrating the manufacturing method of the conventional semiconductor substrate. 炭化珪素バルク基板に対して窒素またはリンイオンを注入する際のイオンエネルギーと注入深さとの関係を表わすグラフである。It is a graph showing the relationship between the ion energy and implantation depth at the time of implanting nitrogen or phosphorus ions into a silicon carbide bulk substrate. 炭化珪素層に対して窒素イオンを注入したときの、炭化珪素層の深さ方向における窒素イオンの濃度プロファイルを示すグラフである。It is a graph which shows the density | concentration profile of the nitrogen ion in the depth direction of a silicon carbide layer when nitrogen ion is inject | poured with respect to the silicon carbide layer.

符号の説明Explanation of symbols

1 バルク基板
1r、1p バルク基板の表面
3 高濃度不純物層
4 保護膜
5 エピタキシャル層
7、52 P型ウェル領域
9、51 フィールドリミッティングリング
11、55 P型コンタクト領域
13、15、17、19、33、35、37、39、57、59、61,63 酸化膜
21 オーミック電極
23、41 裏面電極
25、45、67 層間絶縁膜
27、47、71 電極パッド
31 ガードリング
43 ショットキー電極
53 ソース領域
65 ゲート電極
69 ソース電極
73 ドレイン電極
100、100’、200、300、400、500、600 半導体基板
700、800、900 半導体素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bulk substrate 1r, 1p Bulk substrate surface 3 High-concentration impurity layer 4 Protective film 5 Epitaxial layer 7, 52 P-type well region 9, 51 Field limiting ring 11, 55 P-type contact region 13, 15, 17, 19, 33, 35, 37, 39, 57, 59, 61, 63 Oxide film 21 Ohmic electrode 23, 41 Back electrode 25, 45, 67 Interlayer insulating film 27, 47, 71 Electrode pad 31 Guard ring 43 Schottky electrode 53 Source region 65 Gate electrode 69 Source electrode 73 Drain electrode 100, 100 ′, 200, 300, 400, 500, 600 Semiconductor substrate 700, 800, 900 Semiconductor element

Claims (23)

主面および裏面を有する第1導電型の炭化珪素バルク基板と、
前記炭化珪素バルク基板の裏面に形成され、前記炭化珪素バルク基板よりも高い濃度で不純物を含む第1導電型の高濃度不純物エピタキシャル層と
を備えた半導体素子。
A first conductivity type silicon carbide bulk substrate having a main surface and a back surface;
A semiconductor device comprising: a first conductivity type high concentration impurity epitaxial layer formed on a back surface of the silicon carbide bulk substrate and containing impurities at a higher concentration than the silicon carbide bulk substrate.
前記炭化珪素バルク基板の主面に形成され、前記炭化珪素バルク基板よりも低い濃度で不純物を含む第1導電型の低濃度不純物エピタキシャル層をさらに備えた請求項1に記載の半導体素子。   2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a first-conductivity-type low-concentration impurity epitaxial layer formed on a main surface of the silicon carbide bulk substrate and containing impurities at a lower concentration than the silicon carbide bulk substrate. 前記炭化珪素バルク基板の主面に設けられた上部電極と、
前記高濃度不純物エピタキシャル層を介して前記炭化珪素バルク基板に電気的に接続された下部電極と
をさらに備えた請求項1または2に記載の半導体素子。
An upper electrode provided on a main surface of the silicon carbide bulk substrate;
The semiconductor element according to claim 1, further comprising: a lower electrode electrically connected to the silicon carbide bulk substrate through the high-concentration impurity epitaxial layer.
前記高濃度不純物エピタキシャル層における不純物濃度は1×1019cm-3以上である請求項1から3のいずれかに記載の半導体素子。 4. The semiconductor element according to claim 1, wherein an impurity concentration in the high-concentration impurity epitaxial layer is 1 × 10 19 cm −3 or more. 前記高濃度不純物エピタキシャル層における不純物濃度は深さ方向に略一定である請求項1から4のいずれかに記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein an impurity concentration in the high-concentration impurity epitaxial layer is substantially constant in a depth direction. 前記炭化珪素バルク基板の裏面はカーボン面である請求項1から5のいずれかに記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein a back surface of the silicon carbide bulk substrate is a carbon surface. 前記炭化珪素バルク基板の裏面はシリコン面である請求項1から5のいずれかに記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein a back surface of the silicon carbide bulk substrate is a silicon surface. 前記半導体素子は縦型MOSFETである請求項1から7のいずれかに記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor element is a vertical MOSFET. 前記半導体素子は縦型PNダイオードである請求項1から7のいずれかに記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor element is a vertical PN diode. 前記半導体素子は縦型ショットキーダイオードである請求項1から7のいずれかに記載の半導体素子。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a vertical Schottky diode. 第1導電型の炭化珪素バルク基板と、
前記炭化珪素バルク基板の第1面に形成され、前記炭化珪素バルク基板よりも高い濃度で不純物を含む第1導電型の高濃度不純物エピタキシャル層と
を備えた半導体基板。
A silicon carbide bulk substrate of a first conductivity type;
A semiconductor substrate comprising: a first conductivity type high concentration impurity epitaxial layer formed on a first surface of the silicon carbide bulk substrate and containing impurities at a higher concentration than the silicon carbide bulk substrate.
前記炭化珪素バルク基板における前記第1面の反対側の第2面に設けられ、前記炭化珪素バルク基板よりも低い濃度で不純物を含む低濃度不純物エピタキシャル層をさらに備えた請求項11に記載の半導体基板。   The semiconductor according to claim 11, further comprising a low-concentration impurity epitaxial layer provided on a second surface opposite to the first surface in the silicon carbide bulk substrate and containing impurities at a lower concentration than the silicon carbide bulk substrate. substrate. 前記高濃度不純物エピタキシャル層の厚さは300nm以上である請求項11または12に記載の半導体基板。   The semiconductor substrate according to claim 11 or 12, wherein a thickness of the high-concentration impurity epitaxial layer is 300 nm or more. 前記高濃度不純物エピタキシャル層における不純物濃度は1×1019cm-3以上である請求項11から13のいずれかに記載の半導体基板。 The semiconductor substrate according to claim 11, wherein an impurity concentration in the high-concentration impurity epitaxial layer is 1 × 10 19 cm −3 or more. 前記高濃度不純物エピタキシャル層における不純物濃度は深さ方向に略一定である請求項11から14のいずれかに記載の半導体基板。   The semiconductor substrate according to claim 11, wherein an impurity concentration in the high-concentration impurity epitaxial layer is substantially constant in a depth direction. 前記炭化珪素バルク基板における第1面はカーボン面である請求項11から15のいずれかに記載の半導体基板。   The semiconductor substrate according to claim 11, wherein the first surface of the silicon carbide bulk substrate is a carbon surface. 前記炭化珪素バルク基板における第1面はシリコン面である請求項11から15のいずれかに記載の半導体基板。   The semiconductor substrate according to claim 11, wherein the first surface of the silicon carbide bulk substrate is a silicon surface. 主面および裏面を有する第1導電型の炭化珪素バルク基板を備えた半導体素子の製造方法であって、
(a)前記炭化珪素バルク基板よりも低い濃度で不純物を含む第1導電型の低濃度不純物エピタキシャル層が主面に形成され、かつ、前記炭化珪素バルク基板よりも高い濃度で不純物を含む第1導電型の高濃度不純物エピタキシャル層が裏面に形成された炭化珪素バルク基板を用意する工程と、
(b)前記炭化珪素バルク基板の裏面に、前記高濃度不純物エピタキシャル層に接する電極を形成する工程と
を包含する半導体素子の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a silicon carbide bulk substrate of a first conductivity type having a main surface and a back surface,
(A) A first conductivity type low-concentration impurity epitaxial layer containing impurities at a lower concentration than the silicon carbide bulk substrate is formed on the main surface, and the first conductivity type contains impurities at a higher concentration than the silicon carbide bulk substrate. Preparing a silicon carbide bulk substrate having a conductive type high-concentration impurity epitaxial layer formed on the back surface;
(B) forming an electrode in contact with the high-concentration impurity epitaxial layer on the back surface of the silicon carbide bulk substrate.
前記工程(a)は、
(a1)前記炭化珪素バルク基板の裏面に、前記高濃度不純物エピタキシャル層を形成する工程と、
(a2)前記炭化珪素バルク基板の主面に、前記低濃度不純物エピタキシャル層を形成する工程と
を含む請求項18に記載の半導体素子の製造方法。
The step (a)
(A1) forming the high-concentration impurity epitaxial layer on the back surface of the silicon carbide bulk substrate;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 18, further comprising: (a2) forming the low-concentration impurity epitaxial layer on a main surface of the silicon carbide bulk substrate.
前記工程(a2)は、前記工程(a1)の後に行われる請求項19に記載の半導体素子の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein the step (a2) is performed after the step (a1). 前記工程(a)は、前記工程(a1)の前に、前記炭化珪素バルク基板の主面に保護膜を形成する工程、および、前記工程(a1)と前記工程(a2)との間に、前記炭化珪素バルク基板から前記保護膜を除去する工程をさらに含む請求項20に記載の半導体素子の製造方法。   The step (a) includes a step of forming a protective film on the main surface of the silicon carbide bulk substrate before the step (a1), and between the step (a1) and the step (a2). 21. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 20, further comprising a step of removing the protective film from the silicon carbide bulk substrate. 前記工程(a)は、前記工程(a1)と前記工程(a2)との間に、前記炭化珪素バルク基板の主面を平坦化する工程をさらに含む請求項20に記載の半導体素子の製造方法。   21. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 20, wherein the step (a) further includes a step of planarizing a main surface of the silicon carbide bulk substrate between the step (a1) and the step (a2). . 第1導電型の炭化珪素バルク基板における第1面に、前記炭化珪素バルク基板よりも高い濃度で不純物を含む第1導電型の高濃度不純物エピタキシャル層を形成する工程
を包含する半導体基板の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising: forming a first conductivity type high concentration impurity epitaxial layer containing impurities at a higher concentration than the silicon carbide bulk substrate on a first surface of the first conductivity type silicon carbide bulk substrate. .
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