JP2009218306A - Dislocation detecting method in silicon carbide semiconductor wafer, and manufacturing method of silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素半導体装置のウエハプロセス中に、炭化珪素半導体(以降、SiCと略記することもある)ウエハ中の転位検出方法に関する。 The present invention relates to a dislocation detection method in a silicon carbide semiconductor (hereinafter, abbreviated as SiC) wafer during a wafer process of a silicon carbide semiconductor device.
SiCを用いて高耐圧パワー半導体装置を作製すると、オン抵抗を大幅に低減できる可能性がある。既に耐圧1〜1.2kV級のSiC製MOSFETによって、5mΩcm2以下のオン抵抗が得られている。このオン抵抗値は、同じ耐圧クラスのシリコン(以降、Siと略記する)製IGBTに比較して、オン抵抗が半分以下である。今後、コスト開発と性能向上が進めば、インバーター部品としてSi製IGBTの大半を置き換える可能性も考えられる。
ところで、現在市販されているSiCバルク基板には、多数の転位が通常存在する。これらの転位は、SiC半導体装置の特性を劣化させることが知られている。たとえば、これらの転位がSiCウエハの表面に出現している部分の上に酸化膜が形成されると、その酸化膜の信頼性が著しく低下する。また、これらの転位が、ウエハプロセスを経たSiCウエハ内に形成されているpn接合を貫いている場合、このpn接合による耐圧が低下するとされている(以降、表面にSiCエピタキシャル層を成長させる前の高ドープSiC基板をバルク基板と言い、成長させた以降のSiC基板をSiCウエハと称することにする)。同様に、転位がショットキー接合に接触している場合にも、リーク電流を増加させ、結果的に適用可能な耐圧を低下させることが疑われている。SiCウエハ中の転位については、このような観点からの研究が盛んに行われている。
When a high voltage power semiconductor device is manufactured using SiC, there is a possibility that the on-resistance can be greatly reduced. An on-resistance of 5 mΩcm 2 or less has already been obtained by a SiC MOSFET having a breakdown voltage of 1 to 1.2 kV. This on-resistance value has an on-resistance less than half that of a silicon (hereinafter abbreviated as Si) IGBT having the same breakdown voltage class. If cost development and performance improvement proceed in the future, it is possible that most Si IGBTs will be replaced as inverter parts.
By the way, many dislocations are usually present in SiC bulk substrates that are currently available on the market. These dislocations are known to degrade the characteristics of SiC semiconductor devices. For example, when an oxide film is formed on a portion where these dislocations appear on the surface of the SiC wafer, the reliability of the oxide film is significantly lowered. In addition, when these dislocations penetrate a pn junction formed in a SiC wafer that has undergone a wafer process, the breakdown voltage due to the pn junction is reduced (hereinafter, before the SiC epitaxial layer is grown on the surface). The highly doped SiC substrate is referred to as a bulk substrate, and the grown SiC substrate is referred to as a SiC wafer). Similarly, even when dislocations are in contact with the Schottky junction, it is suspected to increase the leakage current and consequently reduce the applicable breakdown voltage. Research on dislocations in SiC wafers has been actively conducted from such a viewpoint.
パワー半導体装置にとって、耐圧特性や信頼性特性は極めて重要な性能である。したがって、このような性能を低下させる転位をSiCのウエハプロセス中のなるべく早いプロセス段階で容易に検出し、転位を含む半導体装置をあらかじめスクリーニングして、不良品として排除できるように、たとえばマーキングしておくことが、実際に半導体装置を製造するウエハプロセスラインでは重要なことである。
SiCウエハ中の転位は、かつては数ミクロン以上の巨大なものもあった。こういった巨大な転位であれば、通常に光学顕微鏡で観察することが可能である。しかしながら、ウエハ製造技術が向上するにつれ、このような巨大な転位はごく少数となった。最近では、あらかじめ位置を特定したうえで、電子顕微鏡で詳細に観察することによってようやく捉えられるような、非常に小さな転位が大部分を占める。しかし、このように小さい転位でさえも、半導体特性の信頼性に対して影響を及ぼすことが明らかになってきた。
転位を検出する従来の方法としては、概ね(0001)Si面を有するSiCウエハを溶融水酸化アルカリ(水酸化カリウム等)に浸漬して、エッチピットを形成させる方法が、古くから行われている。しかし、この検査は、過剰なエッチングにより、正常部にも表面の凹凸をもたらす一種の破壊試験なので、この検査を行ったSiCウエハをそのままウエハプロセスラインに戻すことはできない。なお、前記概ね(0001)Si面という語句の、概ねという意味は、市販のSiCウエハの場合の主面は、良好なエピタキシャル成長層を得るために、通常4〜8度のオフ角を設けていて、(0001)Si面そのものではないためである。ここで、オフ角を有するエピタキシャル成長とは、Si原子が最表面にあるSi面をSiCの結晶軸に対して数度傾けた(オフ角と言う)オフ基板上にSiCエピタキシャル膜を作製する手法を言う。なお、特許請求の範囲の(0001)Si面とは、この4〜8度のオフ角を設けたものを含む。
For power semiconductor devices, breakdown voltage characteristics and reliability characteristics are extremely important performances. Therefore, such dislocations that degrade the performance are easily detected at the earliest possible process stage in the SiC wafer process, and semiconductor devices including dislocations are screened in advance so that they can be excluded as defective products, for example, by marking. This is important in a wafer process line for actually manufacturing a semiconductor device.
In the past, dislocations in SiC wafers were sometimes huge, several microns or more. Such huge dislocations can usually be observed with an optical microscope. However, as the wafer manufacturing technology improved, there were very few such huge dislocations. These days, most of them are very small dislocations that can only be grasped by observing in detail with an electron microscope after specifying the position in advance. However, it has become clear that even such a small dislocation affects the reliability of semiconductor characteristics.
As a conventional method for detecting dislocations, a method of forming an etch pit by immersing a SiC wafer having a (0001) Si surface in molten alkali hydroxide (potassium hydroxide or the like) has been performed for a long time. . However, since this inspection is a kind of destructive test that causes surface irregularities in normal portions due to excessive etching, the SiC wafer subjected to this inspection cannot be directly returned to the wafer process line. In addition, the phrase “substantially (0001) Si surface” means that the main surface in the case of a commercially available SiC wafer usually has an off angle of 4 to 8 degrees in order to obtain a good epitaxial growth layer. This is because it is not the (0001) Si surface itself. Here, the epitaxial growth having an off angle is a method for producing a SiC epitaxial film on an off substrate in which a Si surface having Si atoms on the outermost surface is inclined several degrees with respect to the crystal axis of SiC (referred to as an off angle). To tell. In addition, the (0001) Si plane in the claims includes those provided with an off angle of 4 to 8 degrees.
SiCにあっては、Siウエハプロセスのようには、パワー半導体ウエハの製造に適したドーピングを好適に制御する技術が確立されていないので、現在のところ、エピタキシャル成長はSiCウエハを製造する上で必須の技術となっている。再研磨とエピタキシャル成長を行えば、表面の凹凸は修復される。しかし、SiCエピタキシャル成長の際に、エピタキシャル成長表面に出現する転位位置が元のバルク基板内の転位位置と異なる、あるいは、SiCエピタキシャル成長によって新たな転位を生じさせてしまうといった現象が知られている。したがって、SiCエピタキシャル成長を行った後でなければ、SiCウエハ表面に出現する転位の正確な位置を知ることはできないのである。
従来技術においても、SiCエピタキシャル成長後にも適用できるSiCウエハ表面の転位を検出する方法として、次のような方法が知られている。すなわち、SiCウエハ表面に酸化膜を形成し、裏面にオーム性接触用電極、表面に検査用ゲート電極を設ける。次に、前記検査用ゲート電極とオーム性接触用裏面電極の間に電圧を印加することにより、酸化膜に高電界を印加する。その際に転位等の酸化膜の弱い部分を流れるリーク電流によって生成する電子正孔対によるエミッション発光を観察することにより、転位の位置を検出する。最後に、検査用ゲート電極・裏面のオーム性接触用電極・ウエハ表面の酸化膜を除去する転位検出方法である(特許文献1)。
In SiC, as in the Si wafer process, since a technique for suitably controlling doping suitable for manufacturing a power semiconductor wafer has not been established, at present, epitaxial growth is essential for manufacturing an SiC wafer. Technology. If regrinding and epitaxial growth are performed, surface irregularities are repaired. However, a phenomenon is known in which the dislocation position appearing on the epitaxial growth surface is different from the dislocation position in the original bulk substrate during SiC epitaxial growth, or a new dislocation is generated by SiC epitaxial growth. Therefore, the precise position of dislocations appearing on the surface of the SiC wafer can be known only after SiC epitaxial growth is performed.
Also in the prior art, the following methods are known as methods for detecting dislocations on the surface of a SiC wafer that can be applied after SiC epitaxial growth. That is, an oxide film is formed on the SiC wafer surface, an ohmic contact electrode is provided on the back surface, and an inspection gate electrode is provided on the surface. Next, a high electric field is applied to the oxide film by applying a voltage between the inspection gate electrode and the ohmic contact back electrode. At this time, the position of the dislocation is detected by observing the emission emission by the electron-hole pair generated by the leak current flowing through the weak part of the oxide film such as the dislocation. Finally, there is a dislocation detection method for removing an inspection gate electrode, an ohmic contact electrode on the back surface, and an oxide film on the wafer surface (Patent Document 1).
また、SiCウエハ面内における転位、積層欠陥の位置およびその種類を発光のマッピングデータにより特定し、これに基づいてスクリーニングすることにより結晶欠陥による素子特性への影響が無い炭化珪素半導体素子を製造する技術についても公開されている(特許文献2)。
しかしながら、前記特許文献1に記載の転位検出方法は、検査のためには必要であるが、半導体装置を製造するためのウエハプロセス技術の観点からは、本来、不必要で余計な工程となるので、半導体装置の製造コスト低減の観点からは好ましいとは言えない。また、この転位検出方法にあっては、検査用電極内に1箇所でも大きなリーク電流を生じる箇所があると、電流がその箇所へ集中する傾向が見られるので、同じ電極内の他の箇所に存在する、比較的小さなリークを生ずる小転位を検出することが困難になる。しかし、このような小転位の見落としを避けるために、ウエハ全面を1つの電極とせずに、小さな多数の小電極を形成する構成にした場合でも、今度は小電極の隙間に存在する転位を検出することができなくなる。しかも、酸化膜のリーク電流によるエミッション発光は非常に弱いので、現在の技術では、測定に時間がかかるだけでなく、局所観察を繰り返す必要があることが多い。さらに、この方法では、検査用プロセス中のプロセスに起因して発生する不良を誤って欠陥と判定してしまう問題がある。
本発明は、前述した点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、炭化珪素半導体ウエハプロセス中に追加されるウエハの転位検出工程について、追加によって実質的に増加する作業工数分を少なくするとともに、検出した転位箇所を含む半導体装置を、不良として排除するかまたは良品として救済する炭化珪素半導体ウエハ中の転位検出方法および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。
However, although the dislocation detection method described in
The present invention has been made in view of the foregoing points, and an object of the present invention is to reduce the number of work steps that are substantially increased by the addition of the wafer dislocation detection step added during the silicon carbide semiconductor wafer process. At the same time, it is an object to provide a method for detecting dislocations in a silicon carbide semiconductor wafer and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device in which a semiconductor device including a detected dislocation location is eliminated as a defect or relieved as a non-defective product.
特許請求の範囲の請求項1記載の発明によれば、主面が(0001)Si面である炭化珪素半導体ウエハを熱酸化した後に多結晶シリコンを堆積し、該多結晶シリコン表面に出現するヒロックを転位とみなして、転位の有無の検出および転位有の場合の検出位置を特定する炭化珪素半導体ウエハ中の転位検出方法とすることにより、前記本発明の目的は達成される。
特許請求の範囲の請求項2記載の発明によれば、前記多結晶シリコン表面にレーザー光を照射して、その散乱光像を画像処理することにより、前記転位の有無の検出および転位有の場合の検出位置を特定する特許請求の範囲の請求項1記載の炭化珪素半導体ウエハ中の転位検出方法とする。
特許請求の範囲の請求項3記載の発明によれば、主面が(0001)Si面である炭化珪素半導体ウエハを熱酸化した後に多結晶シリコンを堆積し、該多結晶シリコン表面に出現するヒロックを転位とみなして、転位の有無の検出および転位有の場合の検出位置を特定する特許請求の範囲の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項4記載の発明によれば、前記多結晶シリコン表面にレーザー光を照射して、その散乱光像を画像処理することにより、前記転位の有無の検出および転位有の場合の検出位置を特定する工程を有する特許請求の範囲の請求項3記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
According to the first aspect of the present invention, after the silicon carbide semiconductor wafer whose main surface is the (0001) Si surface is thermally oxidized, polycrystalline silicon is deposited, and hillocks appearing on the surface of the polycrystalline silicon. The above-described object of the present invention is achieved by adopting a method for detecting dislocations in a silicon carbide semiconductor wafer in which the presence of dislocations is detected and the detection position in the case of dislocations is specified.
According to the invention described in
According to the third aspect of the present invention, after the silicon carbide semiconductor wafer whose main surface is the (0001) Si surface is thermally oxidized, polycrystalline silicon is deposited, and hillocks appearing on the surface of the polycrystalline silicon. Is regarded as a dislocation, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the claims is provided for detecting the presence or absence of a dislocation and specifying the detection position when the dislocation is present.
According to the invention of
特許請求の範囲の請求項5記載の発明によれば、表面を観察するために堆積される前記多結晶シリコンの少なくとも一部が、前記炭化珪素半導体ウエハを基に形成される炭化珪素半導体装置の一構成要素とする特許請求の範囲の請求項3または4記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項6記載の発明によれば、表面を観察するために堆積される前記多結晶シリコンを熱酸化または窒化して得られる絶縁膜の少なくとも一部が、前記炭化珪素半導体ウエハを基に形成される炭化珪素半導体装置の一構成要素とする特許請求の範囲の請求項3または4記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項7記載の発明によれば、前記熱酸化により形成されるシリコン酸化膜の少なくとも一部が、前記炭化珪素半導体ウエハを基に形成される炭化珪素半導体装置の一構成要素とする特許請求の範囲の請求項6記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項8記載の発明によれば、前記炭化珪素半導体ウエハに、第1導電型の耐圧層と、該耐圧層の一方の主表面に選択的に設けられる第2導電型のボディー領域と、該ボディー領域の表面層に選択的に設けられる第1導電型のソース領域と、該ソース領域表面層と前記耐圧層の表面層とに挟まれる前記ボディー領域表面に絶縁膜を介して載置されるゲート電極と、前記ボディー領域表面と前記ソース領域表面に共通にオーム性接触する表面電極と、前記耐圧層の他方の主表面にオーム性接触する裏面電極とを形成し、絶縁ゲート型半導体装置とする特許請求の範囲の請求項5乃至7のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
According to the invention of
According to the invention of
According to the seventh aspect of the present invention, a constituent element of a silicon carbide semiconductor device in which at least a part of the silicon oxide film formed by the thermal oxidation is formed based on the silicon carbide semiconductor wafer. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to
According to the invention of
特許請求の範囲の請求項9記載の発明によれば、前記転位の有無の検出および転位有の場合の検出位置を特定する工程後、前記転位の検出位置に隣接する前記第1導電型耐圧層の表面層を第2導電型に転換する工程と、前記転位検出位置近傍の前記ボディー領域表面のゲート電極を除去する工程とを施す特許請求の範囲の請求項8記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項10記載の発明によれば、前記第1導電型耐圧層の表面層を第2導電型に転換する工程と前記ボディー領域表面のゲート電極を除去する工程の後に、新たに発生した転位を再度検出する工程を施す特許請求の範囲の請求項9記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項11記載の発明によれば、炭化珪素半導体装置がトレンチ型であって、前記転位の有無の検出および転位有の場合の検出位置を特定する工程後、検出位置を特定した転位の付近にはトレンチを含まないトレンチパターンでトレンチゲート構造を設ける工程を施す特許請求の範囲の請求項8記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項12記載の発明によれば、検出位置を特定した転位の付近にはトレンチを含まないトレンチパターンでトレンチゲート構造を設ける前記工程の後に、新たに発生した転位を再度検出する工程を有する特許請求の範囲の請求項11記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention described in
According to the twelfth aspect of the present invention, the newly generated dislocation is detected again after the step of providing the trench gate structure with the trench pattern not including the trench in the vicinity of the dislocation whose detection position is specified. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 11 having the step of:
特許請求の範囲の請求項13記載の発明によれば、前記炭化珪素ウエハ表面に形成される前記トレンチの平面形状が、炭化珪素半導体ウエハのオフ方向に平行な形状とする特許請求の範囲の請求項11記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項14記載の発明によれば、前記炭化珪素半導体ウエハのオフ方向に平行な平面形状のトレンチを有する炭化珪素半導体装置が、前記炭化珪素半導体ウエハのオフ方向に平行な方向の長さよりも、前記炭化珪素半導体ウエハのオフ方向に垂直方向の長さのほうを長くする特許請求の範囲の請求項13記載の炭化珪素半導体装置の製造方法とする。
概ね(0001)Si面であるSiCウエハを熱酸化し、熱酸化膜を除去すると、SiCウエハ上に、転位に対応して、直径0.5ミクロン程度以下、深さサブミクロン程度以下の浅いピットを生ずる。このピットは、小さく、浅すぎるため、そのままでは、巨視的手段による検出は不可能である。しかしながら、この熱酸化膜を除去せずに、その上に多結晶シリコンを堆積すると、異常成長によって、検出可能なサイズのヒロックが形成され、しかも、前記ウエハ内の転位と数、位置ともに対応することを見出した。このヒロックのサイズは、直径は0.5ミクロン程度であるが、高さも0.2〜0.5ミクロン程度とすることができ、この大きさであれば、ある種のパーティクル検査装置といった巨視的手段で検出することができる。たとえば、レーザー光の散乱光を検出すると、該ヒロックによる散漫散乱のために、数ミクロン程度のサイズにわたって、散乱光が見られるため、低い解像度でも、ヒロックを検出することができる。この方法であれば、巨視的手段でヒロックを検出するので、エミッション発光で検査する場合のように見落とす可能性は低い。さらに、熱酸化膜を形成し、その上に多結晶シリコンを形成する工程は、半導体装置を製造する工程に出現することが多い。このような工程にあっては、多結晶シリコンを形成した後、単にパーティクル検査装置によってヒロックを検出するだけで、転位の位置を特定できるので、簡便に実現することができる。この熱酸化膜ならびに多結晶シリコンは、それ自体、製造する半導体装置の一構成要素として機能するものであってもよいし、半導体装置の一構成要素を形成するために用いるものであってもよい。いずれの場合であっても、転位の位置を検出するためだけに追加の熱酸化工程ならびに多結晶シリコン堆積工程およびその除去工程を追加する必要はない。このようにして、ヒロックが検出されれば、たとえば、ヒロックを含む半導体装置を不良品としてスクリーニングして排除することができる。さらに、本発明では、前述のように、ヒロックを含む半導体装置を不良品としてスクリーニングして排除するだけでなく、不良箇所を非機能領域化して半導体特性への悪影響を小さくすることにより、不良品として排除されるものを良品として救済することも含まれる。なお、熱酸化前ならびに多結晶シリコン堆積前に、ウエハ上にパーティクル等が存在する場合にもヒロックを生じる場合がある。現在の半導体製造工程にあっては、このようなパーティクルの密度は現在市販されているSiCウエハ中の転位密度に比べて非常に小さい。そして、このような箇所は、いずれにせよ不良箇所であるから、転位と同様にスクリーニングしてしまって差し支えない。
According to the invention of
According to the invention of claim 14, the silicon carbide semiconductor device having a planar trench parallel to the off direction of the silicon carbide semiconductor wafer is parallel to the off direction of the silicon carbide semiconductor wafer. The method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to
When a SiC wafer having a (0001) Si surface is thermally oxidized and the thermal oxide film is removed, shallow pits having a diameter of about 0.5 microns or less and a depth of about submicron or less are formed on the SiC wafer corresponding to dislocations. Is produced. Since this pit is small and too shallow, detection by macroscopic means is impossible as it is. However, if polycrystalline silicon is deposited on the thermal oxide film without removing the thermal oxide film, a hillock having a detectable size is formed due to abnormal growth, and corresponds to both the number of dislocations and the position in the wafer. I found out. The size of this hillock is about 0.5 microns in diameter, but the height can also be about 0.2 to 0.5 microns, and if this size, it is macroscopic such as a kind of particle inspection device. It can be detected by means. For example, when scattered light of laser light is detected, scattered light is seen over a size of several microns due to diffuse scattering by the hillock, so that hillock can be detected even at a low resolution. With this method, hillocks are detected by macroscopic means, so that the possibility of overlooking is low as in the case of inspection by emission emission. Furthermore, the process of forming a thermal oxide film and forming polycrystalline silicon thereon often appears in the process of manufacturing a semiconductor device. In such a process, since the position of dislocation can be specified by simply detecting hillocks with a particle inspection apparatus after forming polycrystalline silicon, it can be realized easily. The thermal oxide film and the polycrystalline silicon may function as a component of the semiconductor device to be manufactured, or may be used to form a component of the semiconductor device. . In any case, it is not necessary to add an additional thermal oxidation step and a polycrystalline silicon deposition step and its removal step only to detect the position of dislocations. Thus, if a hillock is detected, for example, a semiconductor device including the hillock can be screened and rejected as a defective product. Furthermore, as described above, the present invention not only screens and eliminates hillock-containing semiconductor devices as defective products, but also makes defective portions non-functional areas to reduce adverse effects on semiconductor characteristics, thereby reducing defective products. Relieving those that are excluded as good products is also included. Note that hillocks may also occur when particles or the like are present on the wafer before thermal oxidation and before deposition of polycrystalline silicon. In the current semiconductor manufacturing process, the density of such particles is very small compared to the dislocation density in SiC wafers currently on the market. And since such a place is a defective place anyway, it may be screened like a dislocation.
本発明によれば、炭化珪素半導体ウエハプロセス中に追加されるウエハの転位検出工程について、追加によって実質的に増加する作業工数分を少なくするとともに、検出した転位箇所を含む半導体装置を、簡単かつ高精度に不良として排除するかまたは良品として救済する炭化珪素半導体ウエハ中の転位検出方法および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, in the wafer dislocation detection step added during the silicon carbide semiconductor wafer process, the work man-hour that is substantially increased by the addition is reduced, and the semiconductor device including the detected dislocation location is simplified and It is possible to provide a method for detecting dislocations in a silicon carbide semiconductor wafer and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, which are excluded as defectives with high accuracy or relieved as good products.
以下、本発明の縦型/トレンチ型絶縁ゲートMOS半導体装置について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
図1は、実施例1および実施例2にかかるDMOSFETの断面図を示す。図2は、実施例2において、JFET領域9の一部をp型に転換した状態を示す平面図である。図3は、実施例2において、ゲート電極12の一部を取り去った状態を示す平面図である。図4は、実施例3にかかる耐圧構造部の要部断面図を示す。図5は、実施例3において、ガードリング領域28aのためのイオン注入を終えた直後の要部断面図を示す。図6は、実施例3において、ガードリング領域28aならびに28bのためのイオン注入を終えた直後の要部断面図を示す。図7は、SiCウエハのエピタキシャル成長層における転位の伝播方向を示し、(a)は転位を表面に投影した状態にしてSiCウエハを上方からみた平面図、(b)は転位を断面に投影した状態のSiCウエハの断面図である。図8は、実施例4にかかるトレンチ型MOSFETの要部断面図を示す。図9は、実施例4にかかる、異なるトレンチ型MOSFETの要部断面図を示す。図10は、実施例4にかかる、さらに異なるトレンチ型MOSFETの要部断面図を示す。図11は、表面に熱酸化膜と多結晶シリコンが形成された、転位を有するSiCウエハのヒロック部分の拡大断面図である。
Hereinafter, a vertical / trench insulated gate MOS semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the DMOSFET according to the first and second embodiments. FIG. 2 is a plan view showing a state in which part of the
実施例1にかかる図1はDMOSFETのユニットセル(以降、単にセルということもある)の断面図を示す。高ド−プn型である4H−SiCの概ね(0001)Si面を主面(おもて面という)とするバルク基板1上に、n型フィールドストッピング層2、低ド−プn型ドリフト層3が順次、たとえば、エピタキシャル成長により積層される。フィールドストッピング層2のドーピングは、たとえばドーピング密度で1×1018cm-3であり、膜厚はたとえば1μmである。
ドリフト層3のドーピングならびに膜厚は、所望の耐圧によって決定すべき設計事項であるが、一例を挙げると、設計耐圧1.2kVの場合、それぞれドーピング密度1×1016cm-3ならびに膜厚13μmである。ドリフト層3の表面層の一部にはp型ボディー領域5が形成されている。
p型ボディー領域5のドーピングプロファイルは、所望の性能、特性(耐圧・閾値電圧等)によって、適宜設計すべきものであるが、たとえば、最深部でドーピング密度1019cm-3台、最表面でドーピング密度2×1017cm-3程度となる傾斜プロファイルであり、合計の深さがたとえば1μmである。p型ボディー領域5の表面層の一部には高ド−プのn型ソースコンタクト領域6および高ド−プのp型ボディーコンタクト領域7が形成される。
FIG. 1 according to the first embodiment is a cross-sectional view of a unit cell (hereinafter sometimes simply referred to as a cell) of a DMOSFET. High de - approximately (0001) of 4H-SiC is a flop n-type Si surface on
The doping and film thickness of the
The doping profile of the p-
ソースコンタクト領域6と、ドリフト層3のうち隣接するボディー領域5に挟まれた表面層領域(JFET領域9という)とに挟まれるボディー領域5の表面層部分はチャネルが形成されるチャネル形成部13となる。このチャネル形成部13の表面ならびにその近傍表面には、ゲート絶縁膜11を介して高ド−プにリンをドープされた導電性多結晶シリコンからなるゲート電極12が堆積によって載置されている。ゲート電極12は、さらにこのゲート電極12を覆う層間絶縁膜21によって、その上部を覆うソース電極23と絶縁されている。このソース電極23は前記ソースコンタクト領域6およびボディーコンタクト領域7の各表面に共通にオーム性接触している。
バルク基板1の反対側の主面(裏面という)には、ドレイン電極22がオーム性接触している。ドレイン電極22とソース電極23のうち、SiCウエハ表面と直接接触する金属膜界面は良好なオーム性接触を得るために、たとえば、ニッケルとチタンを順に積層した金属膜をSiCウエハ表面と熱処理により反応させ、所定の合金状態にすることが好ましい。ドレイン電極22とソース電極23のその他の膜部分(前記ニッケルとチタンの上層に形成される膜部分)は、たとえばアルミニウム膜で構成する。
前記図1は、前述のように、DMOSFETの中のユニットセルの断面図であるので、ゲート電極は1個のみ示してあるが、実際のDMOSFETにおいて、主電流の流れる活性領域には、ユニットセル(単位構造)が多数繰り返される。なお、前記図1においては、説明のため、図面上では細線となってしまうような個所を拡大して描いてあり、実際の寸法比とは異なっている。以降の図についても、同様である。また、同一の構成要素に対しては同一番号を付し、重複する要素については説明を省略する。
The surface layer portion of the
The
Since FIG. 1 is a cross-sectional view of a unit cell in a DMOSFET as described above, only one gate electrode is shown. However, in an actual DMOSFET, an active region in which a main current flows is located in a unit cell. (Unit structure) is repeated many times. In FIG. 1, for the sake of explanation, a portion that becomes a thin line in the drawing is enlarged and drawn, which is different from the actual dimensional ratio. The same applies to the subsequent figures. Moreover, the same number is attached | subjected with respect to the same component, and description is abbreviate | omitted about the overlapping element.
さらに、前記図1においては、チャネル形成部13はボディー領域の一部でもあるので、その導電型はp型であるが、この部分あるいはその一部にあらかじめn型領域が設けられたいわゆる蓄積型MOSFETであってもよい。また、前記図1において、n型とp型を入れ替えた構造も可能であるが、SiCウエハにあっては、電子のほうが、正孔よりも移動度が数倍高いので、通常は、主要なキャリアが電子であるほうが良好な特性となるため、前記図1のような導電型の積層構成にすることが好ましい。なお、実際のパワー半導体装置では、所望の耐圧を得るために、半導体装置(チップ)周辺部に何らかの電界緩和構造を必要とするが、これについては、後述の実施例3以降で説明する電界緩和構造が本実施例1にも適用できる。
このDMOSFETの製造方法を簡略に説明する。まず、SiCエピタキシャル成長により、SiCバルク基板1の上にフィールドストッピング層2とドリフト層3を順にSiCエピタキシャル成長により積層したSiCウエハを形成する。その後、前記エピタキシャル成長層表面にマスク材料となるSiO2膜を形成し、適宜SiO2膜マスクパターンを形成する。SiCウエハを1μm程度エッチングして、マスク合わせ用マーカー(図1には図示せず)とする。
Further, in FIG. 1, since the
A method for manufacturing this DMOSFET will be briefly described. First, a SiC wafer is formed by laminating the
続いて、前記SiO2膜マスクパターンを用いて、SiCウエハをたとえば500℃に加熱した状態で、p型領域に対してはアルミニウム、n型領域に対してはリンを、所定のプロファイルとなるようにイオン注入する(室温でイオン注入することを排除するものではない)。次に、SiCウエハをたとえばArとSiH4の混合雰囲気中で、1700℃に加熱して、イオン注入したアルミニウムとリンを活性化させる(活性化アニールという)。この活性化アニールは、各p、n型領域および各プロファイル形成のためのイオン注入後にそれぞれ個別に行ってもよいし、最後にまとめて行ってもよいが、Siのウエハプロセスで行われているようにイオン注入の直前にスクリーン酸化を行う場合には、増速酸化によりイオン注入層がなくなってしまうので、この現象を避けるために、各イオン注入後に個別に行うのが好ましい。
次に、適切な雰囲気、たとえば1300℃のN2希釈のN2O雰囲気で、所定の時間、SiCウエハを熱酸化して、所定の膜厚のゲート絶縁膜11(この場合は、酸化膜であるので、ゲート酸化膜ともいう)を形成する。この膜厚は、ゲート駆動電圧と駆動電界強度に依存するが、たとえば50ナノメートルとすることができる。続いて、Siのウエハプロセスと同様に、減圧CVD法により、リンドープ多結晶シリコン12を膜厚約0.4μm堆積する。図11の拡大断面図に示すように、この際、SiCウエハ3表面に現れる転位64に起因して、ゲート酸化膜11の対応する表面に異常な凸部24が生じるので、転位64付近では多結晶シリコン表面にも異常成長によりヒロック(突起)20が形成される。その大きさは、多結晶シリコン膜12上で、たとえば直径0.5μm、高さ0.3μm程度である。このヒロック20は、転位64に対して、転位が走る傾斜角に付随するわずかな位置ズレはあるもののほぼ1対1に対応して多結晶シリコン表面に出現する。以下、SiCウエハ表面の転位64に対応して、多結晶シリコン12表面にヒロック20が出現する現象の根拠または理由について、推測を交えて以下説明する。
Subsequently, using the SiO 2 film mask pattern, with the SiC wafer heated to, for example, 500 ° C., aluminum is applied to the p-type region and phosphorus is applied to the n-type region so as to have a predetermined profile. Ion implantation (not excluding ion implantation at room temperature). Next, the SiC wafer is heated to, for example, 1700 ° C. in a mixed atmosphere of Ar and SiH 4 to activate the ion-implanted aluminum and phosphorus (called activation annealing). This activation annealing may be performed individually after ion implantation for forming each p, n-type region and each profile, or may be performed collectively at the end, but is performed in a Si wafer process. As described above, when screen oxidation is performed immediately before ion implantation, the ion implantation layer disappears due to accelerated oxidation. Therefore, in order to avoid this phenomenon, it is preferably performed individually after each ion implantation.
Next, an appropriate atmosphere, in N 2 O atmosphere N 2 dilution of for example 1300 ° C., a predetermined time, the SiC wafer is thermally oxidized, the gate insulating film 11 (in this case a predetermined thickness, an oxide film (Also called a gate oxide film). Although this film thickness depends on the gate drive voltage and the drive electric field strength, it can be set to, for example, 50 nanometers. Subsequently, similarly to the Si wafer process, phosphorus-doped
SiCウエハの表面を熱酸化する場合、平坦な正常SiCウエハ表面に対して、転位部分の表面では応力により酸化速度が速くなるので、酸化膜11表面では、転位64とその近傍に対応する位置で酸化膜11が厚くなって盛り上がりができる(Siと同様に、SiCもSiO2になると体積が膨張することも一因)。続いて、多結晶シリコン12をSiウエハプロセスと同様の堆積条件で形成する。多結晶シリコン12の堆積時には、通常、平坦な酸化膜11表面に沿って(111)面を配向させる。しかし、転位64の近傍では前述のように酸化膜11が局部的に厚くなっている(少し盛り上がっている)ので、(111)面以外の結晶面が出てしまう。Si結晶成長の一般的な理論によれば、(111)面が成長速度が最も遅いので、転位の近くだけ多結晶シリコンの成長速度が速くなり盛り上がる。したがって、多結晶シリコン12の表面で、転位64に対応する位置にヒロックができると考えられる。
その後、レーザー光の散乱光を検出する方式のパーティクル検査装置(市販のもの)により、ヒロックの位置を検出し記録しておく。必ずしも正確な位置を記録する必要はなく、どの半導体装置に存在するかが分かる程度でよいので、画像処理に適するように解像度を下げることができる。前述の大きさ程度のヒロックであれば、比較的容易に検出できる。画像処理により、所定の個数、たとえば1個以上のヒロックを有する半導体装置(チップ)を不良品とする。もし、ウエハ内で所望の良品率が得られない場合、この時点で処理を中止してもよい。
When the surface of the SiC wafer is thermally oxidized, the oxidation rate is increased by stress on the surface of the dislocation portion with respect to the flat normal SiC wafer surface. Therefore, on the surface of the
Thereafter, the position of the hillock is detected and recorded by a particle inspection apparatus (commercially available) that detects the scattered light of the laser beam. It is not always necessary to record an accurate position, and it is sufficient to know which semiconductor device exists, so that the resolution can be lowered so as to be suitable for image processing. A hillock of the aforementioned size can be detected relatively easily. By the image processing, a predetermined number of semiconductor devices (chips) having, for example, one or more hillocks are determined as defective products. If a desired yield rate cannot be obtained in the wafer, the processing may be stopped at this point.
次に、Siのウエハプロセスと同様に、活性化アニールによってリンを活性化した後、多結晶シリコンをパターニングする。続いて、PSG(Phospho Silicate Glass以下同様)の堆積およびリフローを行い、PSGにソース電極用のコンタクトホールを設ける。その後、おもて面にニッケルとチタンを成膜し、パターニングする。続いて、おもて面をレジストで保護し、Siのウエハプロセスと同様に(順番は大幅に異なるが)、裏面の堆積物を除去した後、バッファードフッ酸に浸して裏面の酸化膜を除去する。ニッケルとチタンを成膜し、必要に応じてパターニングする。
おもて面のレジストを除去した後、たとえばAr雰囲気中でたとえば1000℃の熱処理を行って、SiCウエハとニッケル・チタンとの間でオーム性接触を得る。Siのウエハプロセスと同様に、PSGにゲートパッド(図1には図示せず)用のコンタクトホールを設け、おもて面にAlをスパッタ成膜した後パターニングする。必要に応じて、追加の熱処理を行って、SiCウエハ中に半導体装置を完成させる。
完成した半導体装置は、多少ヒロックを検出したものであっても、短時間であれば、動作するものが多数見られた。しかし、信頼性を見るための加速試験を行うと、ヒロックを検出した半導体装置の多くは、ヒロックを1つも検出しなかった半導体装置に比べて、明らかに短時間でゲート絶縁膜11が破壊する結果が得られた。この結果から、ヒロックを検出した位置の半導体装置は、その信頼性に問題のあることが判明した。
Next, as in the Si wafer process, after activation of phosphorus by activation annealing, the polycrystalline silicon is patterned. Subsequently, PSG (Phospho Silicate Glass) and the like are deposited and reflowed to provide a contact hole for the source electrode in the PSG. Thereafter, nickel and titanium are deposited on the front surface and patterned. Subsequently, the front surface is protected with a resist, and the back surface deposits are removed after removing the back surface deposits in the same manner as in the Si wafer process (although the order is significantly different), and the back surface oxide film is then immersed in buffered hydrofluoric acid. Remove. Nickel and titanium are deposited and patterned as needed.
After removing the resist on the front surface, for example, heat treatment is performed at 1000 ° C., for example, in an Ar atmosphere to obtain ohmic contact between the SiC wafer and nickel / titanium. Similar to the Si wafer process, a contact hole for a gate pad (not shown in FIG. 1) is provided in PSG, and Al is sputtered on the front surface, followed by patterning. If necessary, an additional heat treatment is performed to complete the semiconductor device in the SiC wafer.
In the completed semiconductor device, even if hillocks were detected to some extent, many devices were operable within a short time. However, when an accelerated test is performed to check the reliability, in many semiconductor devices that detect hillocks, the
以上説明した実施例1にかかるウエハプロセス工程について、従来のDMOSFET製造工程に追加される転位検出工程の内、実質的に増加する作業分は、多結晶シリコンを堆積した後の、パーティクル検査装置を使ってヒロックの位置を検出する作業分のみである。すなわち、本実施例1によれば、SiCウエハ中の転位を、ウエハプロセス中において、簡便に(ヒロックという形で)検出することができるとともに、前記パーティクル検査装置に記録された検出データおよび位置データに基づいて不良品を除去するスクリーニング工程をウエハへのマーキングなどにより、容易にウエハプロセスに取り入れ易くすることに役立てることができる。 Regarding the wafer process step according to the first embodiment described above, the work that is substantially increased in the dislocation detection step added to the conventional DMOSFET manufacturing step is to use the particle inspection apparatus after depositing polycrystalline silicon. Only the work to detect the position of hillocks using. That is, according to the first embodiment, dislocations in the SiC wafer can be easily detected (in the form of hillocks) during the wafer process, and the detection data and position data recorded in the particle inspection apparatus. A screening process for removing defective products based on the above can be used to facilitate incorporation into the wafer process by marking the wafer or the like.
前述の実施例1のようなスクリーニングは、半導体装置(チップ)サイズが小さい場合には有効であるが、半導体装置(チップ)サイズが大きくなると、現在の通常の転位密度レベルがそれなりに高いので、全く歩留まりが得られないことが多く見られる。たとえば、活性領域が約100μm角のSiC製DMOSFETの場合、前記実施例1のように転位を検出して不良とされた半導体装置をスクリーニングした際の歩留まりは、ウエハにより個体差もあるが、たとえば30〜40%程度である。これに対して、活性領域が約300μm角のSiC製DMOSFETの場合、前述と同程度の転位密度レベル品質のSiCウエハであっても、歩留まりはほぼ0%である。
そこで、本実施例2では、前記実施例1のようにヒロックという形で転位が検出された半導体装置(チップ)を不良としてスクリーニングするだけでなく、さらに、転位が検出された半導体装置(チップ)を良品とするための救済的なプロセスを行なう。この救済プロセスを適用する具体例について以下説明する。この実施例2にかかるSiC製DMOSFETの要部断面図は、実施例1と同じ図1である。実施例2の特徴は、転位が存在する付近のユニットセルのゲート絶縁膜11には本来、他の場所と同等に印加されるはずの電界が、そもそも印加されないようにセルのゲート電極12を加工することである。具体的には、転位が存在する付近のセルのゲート電極のみを部分的に除去する加工である。単純にゲート電極12を除去すると、オフ状態のときに印加される高電圧のために、チャネル形成部13が反転してしまい、低い印加電圧で導通してしまう問題を生ずる。そこで、六つのユニットセルの平面図である図2に示すように、ヒロック19を検出して転位が存在する付近のセルでは、n型JFET領域9をp型のJFET領域5−1に転換して、チャネル形成部13に高電圧が及ばないようにする必要がある。しかし、このようなp型への転換を行うと、その分、電流に寄与する有効なセルが少なくなり電流容量が減少するというデメリットが付随する。そこで、いくつかのセルに転位が検出された場合でも、あらかじめ所定の電流容量が所望の歩留まりで得られるように、半導体装置の設計段階では、大きい目の電流容量となるように設計しておくことが好ましい。
Screening as in the first embodiment is effective when the semiconductor device (chip) size is small, but when the semiconductor device (chip) size is large, the current normal dislocation density level is accordingly high. It is often seen that no yield can be obtained. For example, in the case of a SiC DMOSFET having an active region of about 100 μm square, the yield when screening a semiconductor device that has been determined to be defective by detecting dislocations as in Example 1 may vary depending on the wafer. It is about 30 to 40%. In contrast, in the case of a SiC DMOSFET having an active region of about 300 μm square, the yield is almost 0% even with a SiC wafer having a dislocation density level quality similar to that described above.
Therefore, in the second embodiment, not only the semiconductor device (chip) in which dislocation is detected in the form of hillock as in the first embodiment is screened as a defect, but also the semiconductor device (chip) in which the dislocation is detected. A remedy process to make the product good. A specific example of applying this relief process will be described below. The cross-sectional view of the main part of the SiC DMOSFET according to the second embodiment is the same as FIG. The feature of the second embodiment is that the
このように、転位検出セルのゲート電極の除去とセルのJFET領域のp型化とにより、半導体装置(チップ)としては、転位を含んでいても、その部分のセルのみを殺して非機能化しておけば、その分電流容量は少なくなるが、特性への悪影響を回避して良品の半導体装置(チップ)とすることができる。また、前述のようなp型への転換を行う検出ヒロックの個数をあらかじめ定めておくのであれば、その数よりもヒロックの個数が少ない場合には、ヒロックを検出しなかった正常セルの一部に、同様の処置を行うことにより、製造される半導体装置内の実際に動作するセルの数を揃えることができ、特性ばらつきの低減につながる。
この実施例2の方法は電流容量が大きく、半導体装置面積の大きい半導体装置の場合に特に有効性が高い。ところで、ゲート電極12の一部を取り去ると、ゲート電極12が半導体装置内で寸断される可能性がある。したがって、セルの配置としては、ゲート電極12が網目状となるような配置が好ましい。たとえば、格子状のゲート電極12とする。
本実施例2におけるDMOSFETの製造工程は、途中までは実施例1と同じであるが、多結晶シリコンを堆積し、パーティクル検査装置によりヒロックを検出する前後の工程が異なる。実施例2では、多結晶シリコンの膜厚を、予め1μm程度に増加しておく。この膜厚は、後でたとえば熱酸化してイオン注入マスクに転用する際に必要な膜厚の、たとえば半分程度となるようにするのがよい。ヒロックの検出位置精度は、救済工程を施す領域を決定するのに必要な程度であり、たとえば2〜5μm程度でよい。実際には、画像処理のために、測定精度はもう少し必要であろう。ヒロックを検出したウエハについては、多結晶シリコンを熱酸化(または、酸窒化、窒化でもよい)して、SiO2(または、SiON、SiN)膜に転換する。その後、ヒロックが検出された付近のJFET領域9にp型化のためのイオン注入ができるように前記転換したSiO2膜をパターニングし、ボディー領域5と同様にイオン注入する。マスクとして、多結晶シリコンのまま用いることを排除するものではないが、SiO2膜に転換することで、注入イオンに対するマスク効果を増加させることができるので、多結晶シリコンの膜厚を少なくすることができる利点がある。こうすることで、ヒロックを検出した付近のJFET領域9はp型であるボディー領域5の一部となり、チャネル形成部13には高電圧が及ばない。この後SiO2膜を除去した状態における平面図が前記図2である。図2では、○印で示すヒロック検出位置19は、ボディー領域5のうち、将来ゲート電極12と対向させる予定であった部分(チャネル形成部13)である。ヒロック検出位置19に、隣接するJFET領域9をp型に転換して、ボディー領域の一部(図中5−1)とする。SiO2膜を除去した後、活性化アニールを行い、ゲート酸化膜11と多結晶シリコンを形成し直して救済工程を完了する。
As described above, by removing the gate electrode of the dislocation detection cell and making the JFET region of the cell p-type, the semiconductor device (chip) is made non-functional by killing only that portion of the cell even if it includes dislocation. In this case, the current capacity is reduced by that amount, but adverse effects on the characteristics can be avoided and a good semiconductor device (chip) can be obtained. In addition, if the number of detected hillocks that perform the conversion to the p-type as described above is determined in advance, if the number of hillocks is smaller than that number, a part of normal cells that have not detected hillocks In addition, by performing the same treatment, the number of cells that actually operate in the semiconductor device to be manufactured can be made uniform, leading to a reduction in characteristic variation.
The method of the second embodiment is particularly effective in the case of a semiconductor device having a large current capacity and a large semiconductor device area. By the way, if a part of the
The manufacturing process of the DMOSFET in the second embodiment is the same as that in the first embodiment until the middle, but the steps before and after depositing polycrystalline silicon and detecting hillocks by the particle inspection apparatus are different. In Example 2, the thickness of the polycrystalline silicon is increased to about 1 μm in advance. This film thickness should be, for example, about half of the film thickness required for subsequent thermal oxidation and diversion to an ion implantation mask. The hillock detection position accuracy is a level necessary to determine a region to be subjected to the relief process, and may be about 2 to 5 μm, for example. In practice, a little more measurement accuracy will be required for image processing. For the wafer in which hillocks have been detected, polycrystalline silicon is thermally oxidized (or oxynitrided or nitrided) and converted to a SiO 2 (or SiON, SiN) film. Thereafter, the converted SiO 2 film is patterned in the
前記救済工程中に、イオン注入と活性化アニールによって再び転位を生ずる可能性があるので、ヒロックの検査は再度行い、ヒロックが再度発生した場合は、実施例1のようにスクリーニングするか、再度本実施例2のように救済工程を施すのが好ましい。以後の工程は、多結晶シリコンをパターニングする際に、最初にヒロックが検出された付近では、ゲート電極12となるべき部分の多結晶シリコンを除去すること以外は、実施例1と同様である。ゲート電極12をパターニングした後の状態における、前記図2と同じ位置の平面図を図3に示す。ゲート電極12の下層にはゲート酸化膜11が存在するので、それよりも下に位置する構成要素は、破線で外形を示してある。図3に示すように、本来、左右両端のセルのように、ゲート電極12は図3の図面の上下のセルにまたがるように形成されるが、ヒロック検出位置19に対応する中央部分では、上下のセルにまたがる部分のゲート電極12が除去されている。
ところで、前述の救済工程においては、各ウエハプロセスに対して、それぞれ対応するフォトリソグラフィーを2回(JFET領域9へのイオン注入用とゲート電極12用との各パターニング)行う必要がある。ステッパー露光においては、前述のようなウエハ毎にマスクパターンが変わって確定されないマスクパターンを必要とするフォトリソグラフィーは非現実的と思われるが、たとえば電子線直接露光やレーザー光直接露光を用いれば、ウエハごとにパターンを変更することができるので、比較的容易に実現できる。なお、ステッパー露光であっても、レチクル上にいくつかのパターンのフィールドを用意できる場合には、ウエハまたはショットごとに使い分けることも可能である。この場合、救済効率が落ちるのと、電流容量の割にソース・ドレイン間静電容量が高くなるという欠点があるが、電子線直接露光ほど設備が高価ではなく、スループットも電子線直接露光よりは高いという利点もある。活性領域が約300μm角の半導体装置(チップ)において、1半導体装置(チップ)あたり5個までのヒロック検出部について、前述のような救済工程を行った場合、歩留まりは約10%に向上した。同様にして、1半導体装置(チップ)あたり10個までのヒロック検出部について上記のような救済工程を行った場合、歩留まりは約70%に向上した。1半導体装置あたり10箇所というと、すこぶる多数に思われるかもしれないが、セルピッチが12μmである場合、1つの半導体装置(チップ)には625個のセルがあるため、現実に救済工程を施されているセルは、全体の1.6%程度に過ぎない。
Since dislocation may occur again by ion implantation and activation annealing during the relief process, the hillock inspection is performed again. If hillocks are generated again, screening is performed as in Example 1 or the hillock is again performed. It is preferable to perform a relief process as in the second embodiment. Subsequent steps are the same as those in the first embodiment except that, in patterning the polycrystalline silicon, the portion of the polycrystalline silicon to be the
By the way, in the above-mentioned relief process, it is necessary to perform photolithography corresponding to each wafer process twice (each patterning for ion implantation into the
以上、説明したように、本実施例2によれば、ヒロックという形で検出した転位付近に存在するセルに救済工程を施すので、転位密度が高い場合でも、大面積の半導体装置(チップ)を高い歩留まりで得ることができる。また、救済工程の最中に転位を新たに発生させる可能性がある場合に、新たに発生した転位を検出し、さらに前述の救済工程を加えるようにすることができる。 As described above, according to the second embodiment, since a relief process is performed on cells existing in the vicinity of dislocations detected in the form of hillocks, a semiconductor device (chip) having a large area can be obtained even when the dislocation density is high. It can be obtained with a high yield. Further, when there is a possibility that a new dislocation is generated during the relief process, the newly generated dislocation can be detected, and the above-described relief process can be added.
実施例3は、パワー半導体装置の中央部にあって主電流の流れる活性領域の周囲を取り囲む周辺部に位置する耐圧構造部を形成するために、ヒロックの検出工程を終えた多結晶シリコンを用いる製造方法を特徴とする。一般に、パワー半導体装置にあっては、所望の耐圧を得るために、適切な耐圧構造部を形成する必要がある。この耐圧構造部の断面図を図4に示す。前記実施例1および2と同様の構成要素については、同じ番号を付して重複する説明を省略する。図4は図面に向かって左側は半導体装置(チップ)の端部であり、右側はセルの集合体である活性領域のある中央方向である。n型ドリフト層3の表面の一部に、ド−ピング量が異なる複数のp型ガードリング領域28a、28bが設けられている。
本実施例3においては、セル側から順にド−ピング量が低くなる2段のp型ガードリング領域28a、28bが設けられている。これらの領域の各ド−ピング量(ドーズ量)および領域の幅(半導体装置の平面において、セル側から半導体装置端部に向かう方向の幅)は、所望の耐圧および許容される製造余裕に基づいて変えられるべき、いわゆる設計事項である。一例を挙げると、たとえば、1.2kV耐圧の場合、ガードリング領域28aは、たとえば、幅25μm、ドーズ量4.8×1013cm-2、ガードリング領域28bは、たとえば、幅25μm、ドーズ量1.6×1013cm-2とする。ガードリング領域は2段に限られるものではなく、さらに多段としてもよい。
Example 3 uses polycrystalline silicon that has been subjected to the hillock detection process in order to form a breakdown voltage structure portion located in the central portion of the power semiconductor device and surrounding the active region through which the main current flows. Features a manufacturing method. In general, in a power semiconductor device, it is necessary to form an appropriate breakdown voltage structure in order to obtain a desired breakdown voltage. A cross-sectional view of this pressure-resistant structure is shown in FIG. Constituent elements similar to those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. In FIG. 4, the left side is the end of the semiconductor device (chip) and the right side is the central direction with the active region which is an aggregate of cells. A plurality of p-type
In the third embodiment, two-stage p-type
ガードリング領域28a、28bの外側(チップの端部側)には、空乏層が延びすぎて半導体装置端部に達して耐圧劣化することを防止するためのn型チャネルカット領域27が設けられる。耐圧構造部の表面は保護絶縁膜29で覆われている。セル部の構造は、どのようなものであってもよいが、簡単のため、実施例1および2に示したDMOSFETを例にとって説明を続ける。
この耐圧構造部の製造方法を説明する。まず、バルク基板1にn型フィールドストッピング層2、低ド−プn型ドリフト層3などを、たとえば、エピタキシャル成長により積層してSiCウエハを形成する。このウエハにマスクパターン合わせ用のマーカー(図4には図示せず)と各セル部を構成するボディー領域5、ソースコンタクト領域6、ボディーコンタクト領域7などを形成するためのイオン注入領域ならびにチャネルカット領域27を形成する。
次に、前記SiCウエハを適切な条件、たとえば1200℃のウェット雰囲気で2時間、熱酸化して、厚さ50nm程度の熱酸化膜29−1をウエハのおもて面全面に形成する。形成された熱酸化膜上に、実施例1あるいは2と同様に、多結晶シリコン18を堆積した後、ヒロックの検出を行い、ヒロックが検出された箇所に対して前述のスクリーニングあるいは救済工程を施す。
Outside the
A method for manufacturing the pressure resistant structure will be described. First, an n-type
Next, the SiC wafer is thermally oxidized in an appropriate condition, for example, in a wet atmosphere at 1200 ° C. for 2 hours to form a thermal oxide film 29-1 having a thickness of about 50 nm on the entire front surface of the wafer. In the same manner as in the first or second embodiment, after depositing
ただし、実施例1のようにスクリーニングする場合は、多結晶シリコン18の膜厚を、たとえば1μm程度に厚くしておく。この厚さは、次のイオン注入において、十分なマスク効果を有するものとする必要がある。ガードリング領域28a形成のための開口マスクを用いて、多結晶シリコン18を選択的エッチングする。残った多結晶シリコン18をマスクとして、ガードリング領域28a形成のためのイオン注入を行う。このときのドーズ量は、ガードリング領域28aに必要なドーズ量から、ガードリング領域28bに必要なドーズ量を差し引いたドーズ量とする。たとえば、前記の例では、ドーズ量を(ガードリング領域28aのドーズ量4.8×1013cm-2)−(ガードリング領域28bのドーズ量1.6×1013cm-2)=3.2×1013cm-2とする。この工程が終了した状態を、図5の耐圧構造部の断面図に示す。
同様に、ガードリング領域28bの形成のための開口用マスクを用いて、多結晶シリコン18をさらに選択的エッチングする。残った多結晶シリコン18をマスクとして、ガードリング領域28aとガードリング領域28bの形成のためのイオン注入を行う。この工程が終了した状態を図6の耐圧構造部の断面図に示す。もし、ガードリングの段数がさらに多い場合は、同様の工程を繰り返せばよい。
However, when screening is performed as in Example 1, the thickness of the
Similarly, the
ガードリング領域形成のためのイオン注入が終了したら、多結晶シリコン18と熱酸化膜29−1を除去し、前記イオン注入領域に対する活性化アニールを行う。この活性化アニールには、1500〜1800℃もの高温が必要であるので、SiO2膜や多結晶シリコンは、あらかじめ除去しなければならない。その後、実施例1および2と同様に、ゲート絶縁膜、ゲート電極、その他MOSFETに必要な構造を形成する。
以上、説明したように、本実施例3によれば、各ガードリング領域形成のためのマスク材料である多結晶シリコンの堆積および除去の工程と、ウエハプロセスにおいてヒロックという形で転位を検出するための多結晶シリコンの堆積および除去の工程とを共通にすることにより、従来の通常のウエハプロセスに転位検出工程を追加する場合にも、実質的な作業増加分を少なくすることができる。
When ion implantation for forming the guard ring region is completed, the
As described above, according to the third embodiment, in order to detect dislocations in the form of hillocks in the process of depositing and removing polycrystalline silicon, which is a mask material for forming each guard ring region, and in the wafer process. By making the polycrystalline silicon deposition and removal steps common, even when a dislocation detection step is added to the conventional normal wafer process, a substantial increase in work can be reduced.
実施例4にかかるトレンチ型SiC製MOSFETを図8の要部断面図に示す、トレンチ型MOSFETは、DMOSFETにおけるJFET領域がないので、その分、導通損失、すなわちオン抵抗を低減できる利点がある。図8のトレンチ型SiC製MOSFETは、高ド−プのn型4H−SiC(0001)Si面を主表面(おもて面)とするバルク基板1上に、エピタキシャル成長によりそれぞれ形成される高ド−プのn型であるフィールドストッピング層2、低ド−プのn型であるドリフト層3、n型である電流広がり層4、p型であるボディー領域5などを備えている。
ボディー領域5の表面の一部には、高ド−プのn型であるソース拡張領域6−1と、さらに高ド−プのn型であるソースコンタクト領域6を有している。ソースコンタクト領域6の表面から前記ソース拡張領域6−1、前記ボディー領域5、前記電流広がり層4を貫いてドリフト層3に達するトレンチ10を備えている。このトレンチ10の壁面のうち、ボディー領域5およびボディー領域5に近接するソース拡張領域6−1部分ならびに電流広がり層4に接する部分には、ゲート酸化膜11を介して、ゲート電極12が設けられている。
トレンチ10のうち、ゲート電極12より上方ならびにソース拡張領域6−1、ソースコンタクト領域6の表面の一部にそれぞれ接する層間絶縁膜21が形成されている。ソースコンタクト領域6の主表面側にはソース電極23がオーム性接触しており、さらに、このソース電極23は層間絶縁膜21の上を覆って、隣接するセルのソースコンタクト領域6の主表面とオーム性接触している。前記ソース電極23のうち一部は、ボディー領域5の表面に形成される高ド−プのp型であるボディーコンタクト領域7とオーム性接触している。バルク基板1の裏面には、ドレイン電極22が設けられている。
The trench type MOSFET shown in the cross-sectional view of the main part of FIG. 8 showing the trench type SiC MOSFET according to the example 4 has an advantage that the conduction loss, that is, the on-resistance can be reduced correspondingly because there is no JFET region in the DMOSFET. The trench-type SiC MOSFET shown in FIG. 8 is a high-dope formed on each
A part of the surface of the
In the
図8では、ボディーコンタクト領域7の厚さはソースコンタクト領域6の厚さと同程度に描いてあるが、ソース拡張領域6−1をイオン注入で形成する際に、隣接するソース拡張領域6−1にはさまれたボディー領域5の抵抗が増加し、ボディー領域5の電位が不安定になる場合がある。そこで、可能であれば、ボディーコンタクト領域7の下に、ソース拡張領域6−1と同程度の深さまで、アルミニウムかホウ素をイオン注入して、抵抗を低減しておくのが好ましい(図示せず)。
各領域の厚さおよびドーピングは、所望の性能に応じて、適宜決定すべき設計事項である。一例を挙げると、耐圧1.2kVの場合、たとえば、フィールドストッピング層2はドナー密度0.5〜10×1017cm-3で膜厚約2μm、ドリフト層3はドナー密度1×1016cm-3で膜厚約13μm、電流広がり層4はドナー密度1×1017cm-3で膜厚約0.4μm、p型ボディー領域5はアクセプタ密度2×1017cm-3で膜厚約2.3μm(表面からボディー領域5の下端までの深さ)とする。
セルピッチおよびトレンチの幅は、ウエハプロセス中の各種プロセスの精度にも依存するが、たとえば、セルピッチが8μm、トレンチ幅が1μmである。フィールドストッピング層2および電流広がり層4は、必ずしも存在しなくてもよい。SiCバルク基板1の品質は必ずしも十分ではないので、フィールドストッピング層2が存在すれば、逆方向電圧印加時に空乏層がドリフト層3全体に広がっても、その端部での高電界がバルク基板1に印加されないので、バルク基板品質の低さに起因して絶縁破壊するのを抑制できて、好ましい。
In FIG. 8, the thickness of the
The thickness and doping of each region are design items that should be appropriately determined according to the desired performance. For example, when the breakdown voltage is 1.2 kV, for example, the
The cell pitch and the width of the trench depend on the accuracy of various processes in the wafer process. For example, the cell pitch is 8 μm and the trench width is 1 μm. The
なお、フィールドストッピング層2が存在しない場合は、以下の説明でフィールドストッピング層2とあるのは、バルク基板1の上端部分と読み替えればよい。ドリフト層3は比較的高抵抗であるので、オン状態において、トレンチ10の側壁面である、ボディー領域5とゲート絶縁膜11の界面を流れる電流が、ドリフト層3のうちトレンチ10の付近のみを流れることで、電流集中によるオン抵抗の増大を招く可能性がある。しかし、電流広がり層4が存在すれば、電流はドリフト層3の広い領域に広がって流れるので、電流集中によるオン抵抗の増大を抑制できて、好ましい。なお、電流広がり層4が存在しない場合は、以下の説明で電流広がり層4とあるのは、ドリフト層3の上端部分と読み替えればよい。
図8においては、ゲート電極は1個のみ示してあるが、実用的な半導体装置の活性領域においては、多くのユニットセルが繰り返されるのは、実施例1と同様である。また、以下説明するトレンチ型MOSFETでは、本発明を説明する上で、耐圧構造部は特に関係しないので、説明を省略する。もちろん、実施例3に例示したように、耐圧構造部を形成する前後で本発明を適用することにしてもよい。
ところで、SiCウエハで、バルク基板1上に形成されるエピタキシャル成長層においては、図7に示すように、転位の伝播方向に、一定の傾向のあることが知られている。SiCエピタキシャル成長層61中で、貫通螺旋転位、貫通刃状転位62と基底面転位63とは、オフ方向に平行に伝播しやすく、かつ互いに逆向きに伝播しやすい。したがって、トレンチ10は、その平面形状を直線状とした場合、長手方向を前記オフ方向に平行に向ける(図8では、オフ方向が紙面垂直方向となる)ように配置すると、ゲート絶縁膜11に転位が接触する可能性が最低限にとどめられる。ちなみに、SiCエピタキシャル成長層61の表面と基底面転位63とのなす角θは、オフ角に等しい。
When the
Although only one gate electrode is shown in FIG. 8, in the active region of a practical semiconductor device, many unit cells are repeated as in the first embodiment. Further, in the trench type MOSFET described below, the description of the present invention is omitted because the breakdown voltage structure is not particularly relevant. Of course, as illustrated in the third embodiment, the present invention may be applied before and after the pressure-resistant structure is formed.
By the way, it is known that an epitaxial growth layer formed on the
以上の説明によれば、トレンチ型MOSFETにおいては、転位による絶縁膜信頼性劣化の問題はないように思われる。しかし実際には、ゲート絶縁膜11以外の場所で、問題を生じる可能性がある。たとえば、図8のままでは、トレンチ10の底部の絶縁膜に過大な電界が印加されて、破壊する問題が知られている。
そこで、トレンチ10の底部を適切に保護する必要がある。よく知られているのは、図9に示すように、トレンチ10の底部に、埋め込みp型領域8を設けるものであるが、この場合、埋め込みp型領域8の周りに、DMOSFETのJFET領域と同様の部分が生ずるので、セルピッチを縮小してセル密度を高くするほど、導通損失(オン抵抗)が増大する問題がある。
その対策として、図10に示すように、トレンチ10を少なくともフィールドストッピング層2に達する深さとして、ゲート電極12より下方には埋め込み絶縁膜15を埋め込む構造が知られている。この構造であれば、JFET領域は生じず、なおかつ、電磁気学的法則によって、埋め込み絶縁膜15にはドリフト層3と同程度の電界しか印加されないので、過大な電界によって埋め込み絶縁膜15が破壊する心配はない。
しかし、前記図9および前記図10のいずれのトレンチゲート構造でも、トレンチ10の底部のゲート電極12直下の絶縁膜(図10の場合は、埋め込み絶縁膜15に相当)11には、ドリフト層3とほぼ同程度の電界が印加されることは避けられない。SiCを用いた場合、その電界は2.5MV/cm程度であり、オン状態でゲート絶縁膜11に印加される電界とほぼ同等である。したがって、ゲート電極12直下の絶縁膜11または15に転位が接触すると、ゲート絶縁膜11と同様に、信頼性が問題となる。したがって、トレンチ型MOSFETの場合でも、本発明を適用する意味があり、本発明の効果が得られる。
According to the above explanation, it seems that there is no problem of deterioration of the reliability of the insulating film due to dislocation in the trench MOSFET. However, in practice, there is a possibility that a problem occurs in a place other than the
Therefore, it is necessary to appropriately protect the bottom of the
As a countermeasure, as shown in FIG. 10, a structure is known in which the
However, in any of the trench gate structures of FIGS. 9 and 10, the
このトレンチ型MOSFETの製造方法を図8を中心に図9と図10とを合わせて参照して、以下詳細に説明する。まず、図8に示すように、エピタキシャル成長により、バルク基板1の上にフィールドストッピング層2、ドリフト層3、電流広がり層4、ボディー領域5を順に形成する。その後、適宜パターニングされたマスク材料、たとえばSiO2膜をマスクに用いて、SiCウエハを1μm程度エッチングして、マスク合わせ用マーカー(図8〜図10には図示せず)とする。
続いて、SiCウエハを適切な条件、たとえば1200℃のウェット雰囲気で2時間、熱酸化して、厚さ50nm程度の熱酸化膜をSiCウエハのおもて面全面に形成する。形成された熱酸化膜上に、前記実施例1〜3と同様に、多結晶シリコンを堆積した後、ヒロックの検出を行う。なお、この際の多結晶シリコンの厚さは、後でたとえば熱酸化してイオン注入マスクに転用する際に必要な膜厚の、たとえば半分程度となるようにするのがよい。この時点でヒロックを検出しておく必要のある理由は、トレンチ10はソースコンタクト領域6を貫いて形成されるが、ソースコンタクト領域6を形成するために高ドーズのイオン注入と活性化アニールを行うと、それによって、新たに高密度の転位が発生することが多いため、トレンチ10の底面(および長手方向の両端)に接触する転位を正常に検出できなくなる惧れがあるためである。
A manufacturing method of this trench MOSFET will be described in detail below with reference to FIGS. 9 and 10 focusing on FIG. First, as shown in FIG. 8, a
Subsequently, the SiC wafer is thermally oxidized in an appropriate condition, for example, in a wet atmosphere at 1200 ° C. for 2 hours to form a thermal oxide film having a thickness of about 50 nm on the entire surface of the SiC wafer. As in the first to third embodiments, after depositing polycrystalline silicon on the formed thermal oxide film, hillocks are detected. In this case, it is preferable that the thickness of the polycrystalline silicon is, for example, about half of the film thickness required for subsequent thermal oxidation and diversion to an ion implantation mask. The reason why the hillock needs to be detected at this point is that the
本実施例4においては、直線状のトレンチ10を形成する予定の部分およびその延長部で転位が伝播するおそれのある範囲にヒロックを検出した場合に、スクリーニングするか、後で説明するように救済工程の対象とする。なお、SiCウエハのエピタキシャル成長層における転位の伝播方向を示す前記図7から明らかなように、市販されている4〜8度オフ基板をバルク基板1として用いる場合、バルク基板1上に形成されるSiCエピタキシャル層においては、基底面転位のほうが、貫通螺旋転位および貫通刃状転位よりも伝播範囲が広い。目安として、トレンチ10の長手方向の両側に、トレンチ10の深さ÷tanθ(ただし、θはオフ角)の範囲を検出対象とすればよい。
次に、前記多結晶シリコンを熱酸化して、SiO2(実施例2の救済工程と同様、酸窒化によるSiON、窒化によるSiNでもよいし、多結晶シリコンのまま用いることを排除するものではない)膜に転換する。このSiO2膜を適宜パターニングして、ボディーコンタクト領域7を形成するためのマスクとして用いる。この注入および活性化アニール条件は、前記実施例1と同様である。続いて、適宜パターニングされたマスク材料、たとえばSiO2膜をマスクに用いて、イオン注入することにより、ソースコンタクト領域6とソース拡張領域6−1を形成する。この際、ソースコンタクト領域6は、良好なオーム性接触を得るために、リンを高ド−プ(たとえば1020cm-3台)となるようにイオン注入する。
In the fourth embodiment, when a hillock is detected in a portion where the
Next, the polycrystalline silicon is thermally oxidized to SiO 2 (SiON by oxynitridation, SiN by nitridation may be used, as in the relief process of Example 2, or the use of polycrystalline silicon as it is is not excluded. ) Convert to membrane. This SiO 2 film is appropriately patterned and used as a mask for forming the
一方、ソース拡張領域6−1は、機能的には低抵抗のn型でありさえすればよいが、前述のようにイオン注入によって新たに転位を生じないようにという観点からはドーピングを制御しなければならない。このために、質量が小さく注入損傷の小さい窒素を用いるのが好ましいが、リンを用いても差し支えない。すなわち、転位を生じさせないようなドーズ量範囲で、できる限りドーズ量を高くするという観点とともに、注入速度を下げ、可能ならばウエハを加熱した状態(たとえば500℃)で注入することが好ましい。後でゲート電極12の上端がソースコンタクト領域6の下端よりも上にならないように、ソース拡張領域6−1は厚めにすることが望ましい。たとえば、窒素を最大700keV(一般的な400keV注入装置では、2価イオンを用いればよい)で注入した場合、注入深さは0.8μm強とすることができる。実質的に転位を生じない無難なドーズ量は、注入速度と加熱温度にもよるが、たとえば2.5×1014cm-2程度(ドーピング密度にして5×1018cm-3程度)である。
その後、マスクを除去し、活性化アニールを行う。次に、ウエハのおもて面にSiO2膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィーにより、トレンチ10を形成するためのSiO2膜マスクパターンを形成するためのレジストマスクを形成する。もし、ヒロックが検出され、救済の対象とするのであれば、単にその場所にトレンチを設けないようにすればよい。その方法として、たとえば電子線直接露光やレーザー光直接露光の場合は、単に該当するパターンを描画しなければよいということになる。
On the other hand, the source extension region 6-1 only needs to be functionally a low-resistance n-type, but the doping is controlled from the viewpoint of preventing new dislocations by ion implantation as described above. There must be. For this reason, it is preferable to use nitrogen with a small mass and small implantation damage, but phosphorus may be used. In other words, it is preferable to reduce the implantation speed and to implant the wafer in a heated state (for example, 500 ° C.) if possible, from the viewpoint of increasing the dose as much as possible within a dose range that does not cause dislocation. It is desirable to make the source extension region 6-1 thick so that the upper end of the
Thereafter, the mask is removed and activation annealing is performed. Next, a SiO 2 film is deposited on the front surface of the wafer. Thereafter, a resist mask for forming a SiO 2 film mask pattern for forming the
ところで、トレンチ10はSiCウエハ面における平面形状を直線状としているので、その直線状領域の1箇所でもヒロックが検出されると、そのトレンチ全部が形成されないことになる。したがって、同じ面積の半導体装置であれば、トレンチの長さは短目として、その分トレンチを多数設けるほうが、救済処置として形成されないこととなるトレンチの割合を減らすことができるので好ましい。さらに、トレンチ10は、SiCウエハのオフ方向に沿っているから、この設計指針によれば、半導体装置の外形は、SiCウエハのオフ方向に平行な方向よりも垂直な方向に長い半導体装置が好ましいということになる。
本実施例4においては、1本のトレンチ10を形成する予定の領域の付近に1つでもヒロックを検出すると、そのトレンチは形成されないことになるので、ヒロック位置検出の際の解像度は、それなりに高くする必要がある。たとえば、解像度を2μmとする。この際、トレンチは隣接するピクセルにまたがる可能性があるので、実際には{(2×ピクセル幅)×(トレンチ長さ+2×トレンチ深さ÷tanθ)}程度の面積の領域が、各トレンチに対するヒロック検出対象となる。なお、単にトレンチを設けないことに代えて、ゲートパッド(図8〜図10には図示せず)から最初のヒロック検出位置の近く(前記と同様に、トレンチ深さ÷tanθ手前まで)までは、トレンチ10を設けることにしてもよい。
Incidentally, since the
In the fourth embodiment, if even one hillock is detected in the vicinity of a region where one
トレンチ10を形成するにあたり、図9のような場合には、所望の耐圧を得るために、トレンチ10の深さを適切に制御しなければならない。図10のような場合は、トレンチ10はフィールドストッピング層2に届いていれば、理論上は耐圧が得られるが、バルク基板1に達してしまうと、バルク基板1内では基底面転位がランダムな方向に伝播しているため、本実施例4の方法によっては、スクリーニングすることも救済することもできないので、避けなければならない。したがって、フィールドストッピング層2を厚めにして、作製余裕を確保するのが好ましいが、同時に、トレンチ10の深さの制御性も高いほうが好ましい。
トレンチ10は、一般にドライエッチングにより形成されるが、その際の深さの制御性を高めるためには、シリコンにおけるトレンチ形成工程と同様に、トレンチ10の幅の制御性を高める必要がある。市販のSiCバルク基板は、基板に大きく不均一な反りがあり、基板面内での凹凸は最大10〜30μm以上にも達する。ステッパーの1ショット内に限っても、数μmの凹凸が存在する。したがって、ステッパーのように焦点深度の浅い露光方法では、あまり微細な幅、たとえば1μm以下、を制御性よく形成することができない。この観点からは、焦点深度の深い電子線直接露光がトレンチ形成用レジストパターンを形成するための露光装置として適している。形成したレジストマスクを用いてSiO2膜をパターニングし、次に、パターニングしたSiO2膜をマスクにしてSiCウエハをドライエッチングしてトレンチ10を形成する。
In forming the
The
もし、図9のように埋め込みp型領域8を設けるのであれば、トレンチ側壁を適切に保護した後、イオン注入と活性化アニールを行う。このとき、トレンチ内表面性状を改善するための熱処理を行うと、トレンチ内面に尖角形状部がなくなると同時に、活性化アニールも行われるので、好ましい。この処理に代えて、図10のようにフィールドストッピング層2に届くトレンチ10を形成する場合は、たとえば、埋め込み絶縁膜15を形成する。この場合も、埋め込み絶縁膜15を形成する前に、主としてフォトリソグラフィー工程に起因して生じるトレンチ10側壁の凹凸を除去する意味で、前記トレンチ内表面性状の改善熱処理を行っておくのが好ましい。
続いて、シリコンプロセスと同様に、図8に示すように、ゲート絶縁膜11、ゲート電極12を形成する。ここで、前述のように、イオン注入によって新たな転位の発生を避けるためには、図8に示すように、ゲート電極12の上端は、ソースコンタクト領域6の下端よりも上にならないようにすべきである。以後は、前記実施例1および実施例2と同様に、層間絶縁膜21、ソース電極23、ドレイン電極22および図示しないゲートパッドを形成して、半導体装置を完成させる。
図9または図10のいずれのトレンチゲート構造の場合でも、完成した半導体装置は、短時間であれば、多少ヒロックを検出して救済せずにそのままとした場合であっても、動作するものが多数見られた。しかし、信頼性を見るための加速試験を行うと、ヒロックを検出した非救済の半導体装置の多くは、ヒロックを1つも検出しなかった半導体装置に比べて、明らかに短時間でトレンチ10底部の絶縁膜(図10の場合は埋め込み絶縁膜15)が破壊してしまい、実用にならなかった。
If the buried p-
Subsequently, as in the silicon process, a
In any of the trench gate structures of FIG. 9 or FIG. 10, the completed semiconductor device can operate even if it is detected for a short time and is left without being repaired. Many were seen. However, when an acceleration test is performed to check reliability, many of the non-relieving semiconductor devices that detect hillocks are clearly shorter in the bottom of the
図10の構造の場合において、救済工程を施した半導体装置の歩留まりについて説明する。活性領域の有効面積1mm2のトレンチ型MOSFET半導体装置においては、たとえば、トレンチの長さ(すなわち、オフ方向の半導体装置のサイズ)を1000μm、これに垂直方向の長さを1000μmとすることができる。しかし、このような半導体装置外形のデザインでは、1半導体装置中の全トレンチの最大20%を救済することにしても、現状のSiCウエハの品質(転位密度品質)レベルでは、ヒロックの検出頻度という意味での歩留まり(良品率)は、ほぼ0%であった。これに対して、トレンチの長さを400μm、これに垂直方向の長さを2500μmとすると、歩留まりは約15%に向上した。さらに、トレンチの長さを250μm、これに垂直方向の長さを4000μmとすると、歩留まりは約90%に向上した。このように、トレンチの長さ、すなわち、オフ方向の半導体装置サイズよりも、これに垂直な長さが大きい半導体装置設計のほうが、歩留まりの点で有利である。
以上の工程のうち、従来のトレンチ型MOSFET製造工程と異なるのは、ボディーコンタクト7のためのイオン注入用SiO2膜マスクを形成する工程が、単にSiO2膜を堆積するのではなく、多結晶シリコンを堆積した後にパーティクル検査装置を用いて検査し、ヒロックの位置を検出してから、熱酸化するという工程に置き換わったのみである。すなわち、本実施例4によれば、SiCウエハ中の転位を、ウエハプロセス中において、簡便に(ヒロックという形で)検出することができるとともに、スクリーニングに役立てることができる。また、トレンチ形成時のフォトリソグラフィーをステッパーではなく電子線露光等で行うことにすれば、スクリーニングに代えて、著しく工程数を増大させることなく、救済工程を施すことができるので、転位密度が高い場合でも、大面積の半導体装置を高い歩留まりで得ることができる。
In the case of the structure of FIG. 10, the yield of the semiconductor device subjected to the relief process will be described. In a trench MOSFET semiconductor device having an active area having an effective area of 1 mm 2 , for example, the length of the trench (that is, the size of the semiconductor device in the off direction) can be 1000 μm, and the length in the vertical direction can be 1000 μm. . However, in such a design of the outer shape of the semiconductor device, even if a maximum of 20% of all the trenches in one semiconductor device is relieved, at the current SiC wafer quality (dislocation density quality) level, the hillock detection frequency is called The yield in terms of meaning (non-defective product rate) was almost 0%. On the other hand, when the length of the trench is 400 μm and the length perpendicular to the trench is 2500 μm, the yield is improved to about 15%. Furthermore, when the length of the trench is 250 μm and the length in the vertical direction is 4000 μm, the yield is improved to about 90%. Thus, a semiconductor device design having a trench length, that is, a length perpendicular to the off-direction semiconductor device size, is more advantageous in terms of yield.
Of the above steps, the difference from the conventional trench MOSFET manufacturing step is that the step of forming the SiO 2 film mask for ion implantation for the
以上、説明した実施例は、あくまで例示であり、本発明の適用範囲は、以上説明した実施例に限定されない。とりわけ、前述の各実施例1〜4では主として転位によってゲート絶縁膜の信頼性が問題となるような半導体装置を取り上げているが、転位のために、pn接合やショットキー接合のリーク電流が増加することが明確となった場合、本発明を適用することによって、耐圧不良品をスクリーニングすることができるのは、当業者にとって明らかである。pnダイオードやショットキーダイオードは、多結晶シリコンを構成要素として有しないが、前述の実施例3および4で述べたように、ヒロック検査の済んだ多結晶シリコンをそのまま、もしくはたとえば酸化することにより、たとえばマスク材料として用いることができるので、やはり、工程数を著しく増加させることなく、本発明の利点を享受できる。 The embodiments described above are merely examples, and the scope of application of the present invention is not limited to the embodiments described above. In particular, in each of the first to fourth embodiments described above, a semiconductor device in which the reliability of the gate insulating film becomes a problem mainly due to dislocation is taken up. It will be apparent to those skilled in the art that, when it becomes clear, it is possible to screen a defective withstand voltage by applying the present invention. Although the pn diode and the Schottky diode do not have polycrystalline silicon as a constituent element, as described in Examples 3 and 4 above, the hillock-inspected polycrystalline silicon is directly or, for example, oxidized, For example, since it can be used as a mask material, the advantage of the present invention can be enjoyed without significantly increasing the number of steps.
1 バルク基板
2 フィールドストッピング層
3 ドリフト層
4 電流広がり層
5 ボディー領域
5−1 p型に転換されたJFET領域
6 ソースコンタクト領域
6−1 ソース拡張領域
7 ボディーコンタクト領域
8 埋め込みp型領域
9 JFET領域
10 トレンチ
11 ゲート絶縁膜、ゲート酸化膜、酸化膜
12 ゲート電極
13 チャネル形成部
15 埋め込み絶縁膜
18 多結晶シリコン
19 ヒロック検出位置
21 層間絶縁膜
22 ドレイン電極
23 ソース電極
24 異常な凸部
27 チャネルカット領域
28a ガードリング領域
28b ガードリング領域
29 保護絶縁膜
29−1熱酸化膜
61 エピタキシャル成長層
62 貫通螺旋転位、貫通刃状転位
63 基底面転位
DESCRIPTION OF
Claims (14)
The silicon carbide semiconductor device having a planar trench parallel to the off direction of the silicon carbide semiconductor wafer is perpendicular to the off direction of the silicon carbide semiconductor wafer than the length of the silicon carbide semiconductor wafer in the direction parallel to the off direction. 14. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 13, wherein the length in the direction is made longer.
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