JP2012012227A

JP2012012227A - 結晶欠陥の除去方法

Info

Publication number: JP2012012227A
Application number: JP2010147065A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Kawaguchi; 清川口
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-19

Abstract

【課題】エピタキシャル成長法により堆積させたＳｉＣ層の表面から深い位置に形成された結晶欠陥でも、確実に除去することができる方法を提供する。
【解決手段】単結晶ＳｉＣからなる半導体基板１表面にエピタキシャル層２を積層させて形成したＳｉＣ基板の表面にレジスト膜１２を形成し、基板裏面から紫外線を照射することで、表面のレジスト膜１２を露光する。結晶欠陥１１のある部分は、レジスト膜１２は露光されないため、開口が形成される。その開口部内にイオン注入することで、エピタキシャル層２、半導体基板１を高抵抗化し、結晶欠陥を除去する。最後に、レジスト膜１２を除去することで、半導体装置を形成することができるＳｉＣ基板が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素からなる半導体基板上にエピタキシャル成長法により炭化珪素層が形成された炭化珪素基板内部の結晶欠陥を除去する方法に関する。

近年、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）は、高耐圧等の優れた物性を有していることから、半導体装置として広く用いられるようになってきている。ＳｉＣからなる半導体装置は、ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長法により堆積させたＳｉＣ層に形成されるのが一般的である。

ところで、エピタキシャル成長法により堆積させたＳｉＣ層には、様々な大きさの結晶欠陥が存在することが知られている。この結晶欠陥は、半導体装置のリーク電流の原因となり、耐圧を低下させてしまうため、その結晶欠陥を除去する必要がある。結晶欠陥を除去するため次のような方法が提案されている。

図３は、特許文献１で開示されている結晶欠陥の除去方法の説明図である。まず、ｎ⁺型単結晶ＳｉＣからなる半導体基板１の表面に、ｎ^-型エピタキシャル層２、ｐ型エピタキシャル層３を順次積層し、ＳｉＣ基板を形成する。図３（ａ）に示すように、ｎ^-型エピタキシャル層２、ｐ型エピタキシャル層３内部には、エピタキシャル成長の際、結晶欠陥１１が生じている。一般的に、結晶欠陥１１の大きさは１〜１００μｍ程度である。

次に、ｐ型エピタキシャル層３の表面に、ネガ型のレジスト膜１２を形成する。その後、半導体基板１の裏面側から矢印の方向に波長２００〜４００ｎｍの紫外線を照射する。ＳｉＣは、紫外線を透過させるため、レジスト膜１２のうち、結晶欠陥１１の無い領域は、半導体基板１、ｎ^-型エピタキシャル層２およびｐ型エピタキシャル層３を透過した紫外線により露光される。しかし、結晶欠陥１１が有る領域は、結晶欠陥１１が紫外線を吸収してしまい、レジスト膜１２は未露光の状態で残ることになる（図３ｂ）。

その後、レジスト膜１２を現像すると、紫外線が透過した部分は現像液に難溶化しているのに対して、結晶欠陥１１によって紫外線が遮られた部分は、現像液に溶解するため、結晶欠陥１１が存在する領域のレジスト膜１２が選択的に除去され、図３（ｃ）に示すような開口が形成される。

次に、図３（ｄ）に示すように、レジスト膜１２をマスクとして使用し、開口内に露出するｐ型エピタキシャル層３およびｎ^-型エピタキシャル層２をエッチング除去し、結晶欠陥１１を除去する。

最後に、レジスト膜１２を除去した後、結晶欠陥１１を除去したエッチング部に、絶縁物１３を埋め込むことで、半導体装置の製造に使用できるＳｉＣ基板を形成している（図３ｅ）。

特開平１０−１２０４９６号公報

以上説明したように、従来の結晶欠陥の除去方法では、結晶欠陥をエッチングにより除去する際、深い位置の結晶欠陥を除去するため、高アスペクト比のエッチング加工が必要であった。しかし、結晶欠陥の大きさは非常に小さく（通常は直径５０μｍ程度）、このような微細な開口で、深いエッチングを行うことは非常に困難であるため、結晶欠陥に達する深さまでエッチングできない場合がある。また半導体基板に達するまで確実にエッチングするため、レジスト膜の下部の欠陥の無い領域までエッチング除去する必要があり、半導体装置を形成できる面積が小さくなるといった問題点があった。さらに、高アスペクト比の孔に絶縁物を埋め込む場合、ボイド等が発生するという問題点があった。

そこで、本発明は上記問題点を解消するため、表面から深い位置に形成された結晶欠陥でも、確実に除去することができる方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、炭化珪素からなる半導体基板上にエピタキシャル層が形成された炭化珪素基板の結晶欠陥を除去する方法であって前記エピタキシャル層表面にレジスト膜を形成し、前記半導体基板の裏面側から、炭化珪素を透過し結晶欠陥を透過しない光を照射して前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記結晶欠陥のある位置が開口するように前記レジスト膜をパターニングする工程と、
前記レジスト膜をマスクとして使用し、前記結晶欠陥を含む前記エピタキシャル層に不純物イオンを注入し、高抵抗化する工程とを備えたことを特徴とする。

本願請求項２に係る発明は、炭化珪素からなる半導体基板、あるいは前記半導体基板上にエピタキシャル層が形成された炭化珪素基板の結晶欠陥を除去する方法であって、前記半導体基板表面、あるいは前記エピタキシャル層表面にレジスト膜を形成し、前記半導体基板の裏面側から、炭化珪素を透過し結晶欠陥を透過しない光を照射して前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記結晶欠陥のある位置が開口するように前記レジスト膜をパターニングする工程と、前記レジスト膜をマスクとして使用し、前記結晶欠陥を含む前記半導体基板、あるいは前記エピタキシャル層及び前記半導体基板に不純物イオンを注入し、高抵抗化する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、結晶欠陥部分をイオン注入により高抵抗化することにより、結晶欠陥が存在する部分を選択的に、しかも確実に除去することができる。特に、エピタキシャル成長層内部にとどまらず、半導体基板内に存在する結晶欠陥についても同様に高抵抗化することができるという利点もある。

また、本発明によれば、エッチング工程がなく、高アスペクト比の孔に絶縁物を埋め込む必要がないので、ボイド等が発生するという問題もない。

本発明により結晶欠陥が除去されたＳｉＣ基板で半導体装置を形成すると、リーク電流や耐圧低下を抑えることができ、歩留まりの良い半導体装置の製造が可能となる。

本発明の結晶欠陥の除去方法を説明する図である。本発明により結晶欠陥を除去したＳｉＣ基板を用いた半導体装置の製造方法を説明する図である。従来の結晶欠陥の除去方法を説明する図である。

以下、本発明について、実施例に従い、詳細に説明する。

まず、ｎ⁺型単結晶ＳｉＣからなる半導体基板１表面に、キャリア密度が５×１０¹⁵ｃｍ^-3で厚さ１０μｍのｎ^-型エピタキシャル層２を積層させ、ＳｉＣ基板を形成する。図１（ａ）に示すように、ｎ^-型エピタキシャル層２、半導体基板１内部に、結晶欠陥１１が生じている。

次に、ｎ^-型エピタキシャル層２表面に、ネガ型のレジスト膜１２を形成する。その後、半導体基板１の裏面側から矢印の方向に波長２００〜４００ｎｍの紫外線を照射する。ＳｉＣは、紫外線を透過させるため、レジスト膜１２のうち、結晶欠陥１１の無い領域は、半導体基板１およびｎ^-型エピタキシャル層２を透過した紫外線により露光される。しかし、結晶欠陥１１がある領域は、結晶欠陥１１が紫外線を吸収してしまい、レジスト膜１２は未露光の状態で残ることになる。

その後、レジスト膜１２を現像することにより、結晶欠陥１１が存在する領域のレジスト膜１２が選択的に除去され、図１（ｃ）に示すような開口が形成される。以上の工程は、図２で説明した従来例と同一である。

次に、図１（ｄ）に示すように、レジスト膜１２をマスクとして使用し、開口内に露出するｎ^-型エピタキシャル層２表面から、通常のイオン注入法により、不純物イオンを注入する。ここで、注入するイオン種や、注入量および注入エネルギーを適宜調整することにより、半導体基板１に達する高抵抗のイオン注入層１４を形成することができる。一例として、注入する注入種は、ボロン、バナジウムを使用することができる。なお、半導体基板１に結晶欠陥が無い場合、あるいは少ない場合には、イオン注入層１４は、必ずしも半導体基板１に達する必要はない。

このようにイオン注入層１４を形成することで、結晶欠陥１１を高抵抗化しリーク電流等が生じる結晶欠陥１１を除去することができる。

最後に、レジスト膜１２を除去することで、半導体装置を形成することができるＳｉＣ基板を得られる。なお、必要に応じて、イオン注入後に熱処理を行う場合もある。

次に、半導体装置の一例としてショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を形成する場合について説明する。まず、図１で説明したＳｉＣ基板を用意する。１１５０℃、４０分間のパイロジェニック酸化法により、ｎ^-型エピタキシャル層２表面に、厚さ０．２μｍのスルー酸化膜１５を形成する（図２（ａ）。この熱酸化工程は、先に説明したイオン注入後の熱処理とすることも可能である。

次に、高抵抗のガードリング層を形成のため、レジスト膜１６をマスクとして使用し、ｎ^-型エピタキシャル層２中に、ボロンイオンを、注入エネルギー３０ｋｅＶ、注入量１×１０¹⁵ｃｍ^-2の条件で注入し、イオン注入層１７ａを形成する（図２ｂ）。

レジスト膜１６を除去し、さらに、スルー酸化膜１５を除去した後、注入されたイオン注入層１７ａの結晶回復のため、窒素雰囲気で１０５０℃、９０分の熱処理を行い、ガードリング層１７ｂを形成する（図２ｃ）。

次に、表面保護のため、パイロジェニック酸化法により、ｎ^-型エピタキシャル層２表面に、厚さ１．０μｍの表面保護酸化膜１８を形成する。その後、半導体基板１の裏面側に、ニッケルを厚さ０．２μｍ蒸着し、アルゴン雰囲気１０００℃、２分間の熱処理を行い、カソード電極１９を形成する（図２ｄ）。

ｎ^-型エピタキシャル層２表面に、アノード電極形成予定を開口するようにポジ型のレジスト膜２０をパターニングし、開口内に露出する表面保護酸化膜１８をエッチング除去し、ｎ^-型エピタキシャル層２表面の一部を露出させる（図２ｅ）。

全面にチタンを蒸着し、リフトオフ法によりアノード電極２１を形成する。必要に応じて、ｎ^-型エピタキシャル層２とアノード電極２１であるチタンとの障壁高さを低減するため、アルゴン雰囲気で５００℃、５分の熱処理を行っても良い。ここで、アノード電極２１の面積は、図１で説明した結晶欠陥の面積より十分大きいため（ガードリング層１７ｂの形状は、例えば、内径１０００μｍのドーナツ形状とした場合７８５４００μｍ²であるのに対し、結晶欠陥の大きさは、２０００μｍ²程度）、アノード電極２１内に結晶欠陥を除去するために形成した高抵抗のイオン注入層１４が形成されていたとしても問題とはならない。

その後、アノード電極２１の上に厚さ４μｍ程度のワイヤー実装用のアルミニウム電極２２を形成し、耐圧向上および信頼性向上のために、アルミニウム電極２２を開口した６μｍ程度のポリイミド膜２３を形成し、ＳＢＤを完成させることができる。

以上説明したように、本発明により結晶欠陥をイオン注入法により高抵抗化して除去したＳｉＣ基板を用いて、容易に半導体装置を形成することができる。なお、半導体装置は、ＳＢＤに限らないことはいうまでもない。

１：半導体基板、２：ｎ^-型エピタキシャル層、３：ｐ型エピタキシャル層、１１：結晶欠陥、１２：レジスト膜、１３：絶縁物、１４：イオン注入層、１５：スルー酸化膜、１６：レジスト膜、１７ａ：イオン注入層、１７ｂ：ガードリング層、１８：基板表面保護酸化膜、１９：カソード電極、２０：レジスト膜、２１：アノード電極、２２：アルミニウム電極、２３：ポリイミド膜

Claims

炭化珪素からなる半導体基板上にエピタキシャル層が形成された炭化珪素基板の結晶欠陥を除去する方法であって、
前記エピタキシャル層表面にレジスト膜を形成し、前記半導体基板の裏面側から、炭化珪素を透過し結晶欠陥を透過しない光を照射して前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記結晶欠陥のある位置が開口するように前記レジスト膜をパターニングする工程と、
前記レジスト膜をマスクとして使用し、前記結晶欠陥を含む前記エピタキシャル層に不純物イオンを注入し、高抵抗化する工程とを備えたことを特徴とする結晶欠陥の除去方法。
炭化珪素からなる半導体基板、あるいは前記半導体基板上にエピタキシャル層が形成された炭化珪素基板の結晶欠陥を除去する方法であって、
前記半導体基板表面、あるいは前記エピタキシャル層表面にレジスト膜を形成し、前記半導体基板の裏面側から、炭化珪素を透過し結晶欠陥を透過しない光を照射して前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記結晶欠陥のある位置が開口するように前記レジスト膜をパターニングする工程と、
前記レジスト膜をマスクとして使用し、前記結晶欠陥を含む前記半導体基板、あるいは前記エピタキシャル層及び前記半導体基板に不純物イオンを注入し、高抵抗化する工程とを備えたことを特徴とする結晶欠陥の除去方法。