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JP2024098728A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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JP2024098728A
JP2024098728A JP2023002385A JP2023002385A JP2024098728A JP 2024098728 A JP2024098728 A JP 2024098728A JP 2023002385 A JP2023002385 A JP 2023002385A JP 2023002385 A JP2023002385 A JP 2023002385A JP 2024098728 A JP2024098728 A JP 2024098728A
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Japan
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ion implantation
sic substrate
implantation step
ion
implanted
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JP2023002385A
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Inventor
弘明 大坪
Hiroaki Otsubo
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Denso Corp
Toyota Motor Corp
Mirise Technologies Corp
Original Assignee
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Mirise Technologies Corp
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Abstract

To effectively mitigate warpage generated in an SiC substrate.SOLUTION: A manufacturing method of a semiconductor device comprises: a first ion implantation process that performs ion implantation of a dopant into a first surface of a SiC substrate; and a second ion implantation process that performs ion implantation of a chemical element into a second surface which is positioned at an opposite side of the first surface of the SiC substrate in higher density than 1×1019 cm-3 after the first ion implantation process. In the first ion implantation process, warpage is generated in the SiC substrate in a direction in which the first surface is protruding. In the second ion implantation process, the warpage of the SiC substrate is mitigated.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

特許文献1には、SiC(すなわち、炭化ケイ素)により構成された半導体基板(以下、SiC基板という)から半導体装置を製造する方法が開示されている。この製造方法では、SiC基板のおもて面にボロン、リンなどのドーパントをイオン注入する。SiC基板のおもて面にドーパントをイオン注入すると、SiC基板に反りが生じる。次に、SiC基板の裏面に反り解消イオンを注入する。これによって、SiC基板に生じた反りを緩和する。 Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a semiconductor device from a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a SiC substrate) made of SiC (i.e., silicon carbide). In this manufacturing method, dopants such as boron and phosphorus are ion-implanted into the front surface of the SiC substrate. When the dopant is ion-implanted into the front surface of the SiC substrate, warping occurs in the SiC substrate. Next, warping-relieving ions are implanted into the rear surface of the SiC substrate. This alleviates the warping that has occurred in the SiC substrate.

特開2022-153954号公報JP 2022-153954 A

本明細書では、SiC基板に生じた反りを効果的に緩和する技術を提案する。 This specification proposes a technology that effectively reduces warpage in SiC substrates.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、第1イオン注入工程と第2イオン注入工程を有する。前記第1イオン注入工程では、SiC基板の第1表面にドーパントをイオン注入する。前記第2イオン注入工程では、前記第1イオン注入工程よりも後に、前記SiC基板の前記第1表面の反対側に位置する第2表面に、1×1019cm-3よりも高い濃度で元素をイオン注入する。前記第1イオン注入工程では、前記第1表面が凸となる向きで前記SiC基板に反りが生じる。前記第2イオン注入工程では、前記SiC基板の前記反りが緩和される。 The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification includes a first ion implantation step and a second ion implantation step. In the first ion implantation step, a dopant is ion-implanted into a first surface of a SiC substrate. In the second ion implantation step, an element is ion-implanted into a second surface of the SiC substrate opposite to the first surface at a concentration higher than 1×10 19 cm −3 after the first ion implantation step. In the first ion implantation step, warping occurs in the SiC substrate in a direction such that the first surface is convex. In the second ion implantation step, the warping of the SiC substrate is alleviated.

なお、第2イオン注入工程においてSiC基板にイオン注入される元素は、ドーパントであってもよいし、ドーパント以外の元素であってもよい。 The element ion-implanted into the SiC substrate in the second ion implantation step may be a dopant or an element other than a dopant.

また、第2イオン注入工程でSiC基板の反りが緩和されることは、第1イオン注入工程で生じたSiC基板の反り(すなわち、第1表面が凸となる向きの反り)が緩和されることを意味する。したがって、第2イオン注入工程で、第2表面が凸となる向きの反りが生じてもよい。 In addition, the mitigation of the warpage of the SiC substrate in the second ion implantation process means that the warpage of the SiC substrate that occurred in the first ion implantation process (i.e., warpage in a direction that makes the first surface convex) is mitigated. Therefore, warpage in a direction that makes the second surface convex may occur in the second ion implantation process.

第1イオン注入工程で第1表面にドーパントをイオン注入すると、第1表面が凸となる向きでSiC基板に反りが生じる。第2イオン注入工程でSiC基板の第2表面に元素をイオン注入すると、SiC基板が、第1イオン注入工程で生じた反りを緩和するように変形する。第2イオン注入工程において第2表面に1×1019cm-3よりも高い濃度で元素をイオン注入すると、第2イオン注入工程においてSiC基板を効率的に変形させることができる。したがって、この製造方法によれば、第1イオン注入工程でSiC基板に生じた反りを効果的に緩和できる。 When a dopant is ion-implanted into the first surface in the first ion implantation step, the SiC substrate is warped in such a direction that the first surface is convex. When an element is ion-implanted into the second surface of the SiC substrate in the second ion implantation step, the SiC substrate is deformed so as to alleviate the warp caused in the first ion implantation step. When an element is ion-implanted into the second surface in the second ion implantation step at a concentration higher than 1×10 19 cm −3 , the SiC substrate can be efficiently deformed in the second ion implantation step. Therefore, according to this manufacturing method, the warp caused in the SiC substrate in the first ion implantation step can be effectively alleviated.

イオン注入前のSiC基板12の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of a SiC substrate 12 before ion implantation. 電界緩和領域18に対するイオン注入工程の説明図。4A to 4C are explanatory diagrams of an ion implantation process for the electric field relaxation region 18. 第2ドリフト領域20のエピタキシャル成長工程の説明図。4A to 4C are explanatory diagrams of the epitaxial growth process of the second drift region 20. 第1イオン注入工程の説明図。FIG. 第1イオン注入工程後のSiC基板12の反りの説明図。4 is an explanatory diagram of warping of the SiC substrate 12 after the first ion implantation process. FIG. 第2イオン注入工程の説明図。FIG. 第2イオン注入工程後のSiC基板12の反りの説明図。4 is an explanatory diagram of warping of the SiC substrate 12 after the second ion implantation process. FIG. 第2イオン注入工程における反り量とイオン注入濃度との関係を示すグラフ。13 is a graph showing the relationship between the amount of warpage and the ion implantation concentration in the second ion implantation process. 第3イオン注入工程の説明図。FIG. トレンチ形成工程の説明図。FIG. 結晶欠陥領域除去工程の説明図。FIG. 実施形態の製造方法により製造されるMOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)の断面図。1 is a cross-sectional view of a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) manufactured by a manufacturing method according to an embodiment.

本明細書が開示する製造方法では、前記第2イオン注入工程では、1×1020cm-3よりも低い濃度で元素をイオン注入してもよい。 In the manufacturing method disclosed in the present specification, the second ion implantation step may include ion implanting an element at a concentration lower than 1×10 20 cm −3 .

第2イオン注入工程において1×1020cm-3以上の濃度で元素をイオン注入すると、第2イオン注入工程において生じる変形の量が減少することが判明した。第2イオン注入工程で1×1020cm-3よりも低い濃度で元素をイオン注入することで、第1イオン注入工程で生じた反りをより効果的に緩和できる。 It has been found that the amount of deformation occurring in the second ion implantation step is reduced when an element is ion-implanted at a concentration of 1×10 20 cm −3 or more in the second ion implantation step. By ion-implanting an element at a concentration lower than 1×10 20 cm −3 in the second ion implantation step, the warpage occurring in the first ion implantation step can be more effectively alleviated.

本明細書が開示する製造方法では、前記第2イオン注入工程では、前記第1イオン注入工程において前記第1表面に注入されたドーパントの濃度よりも高い濃度で元素をイオン注入してもよい。 In the manufacturing method disclosed herein, in the second ion implantation step, an element may be ion-implanted at a concentration higher than the concentration of the dopant implanted into the first surface in the first ion implantation step.

この構成によれば、第1イオン注入工程で生じた反りをより効果的に緩和できる。 This configuration can more effectively mitigate the warpage that occurs during the first ion implantation process.

本明細書が開示する製造方法においては、前記第2イオン注入工程では、前記SiC基板の前記第2イオン注入工程における元素の注入範囲内に、炭素の凝集層が形成されてもよい。 In the manufacturing method disclosed herein, in the second ion implantation step, a carbon agglomeration layer may be formed within the implantation range of the element in the second ion implantation step of the SiC substrate.

この構成によれば、第1イオン注入工程で生じた反りをより効果的に緩和できる。 This configuration can more effectively mitigate the warpage that occurs during the first ion implantation process.

本明細書が開示する製造方法においては、前記SiC基板が、4H-SiCまたは6H-SiCにより構成されていてもよい。前記第2イオン注入工程では、前記SiC基板の前記第2イオン注入工程における元素の注入範囲内に、3C-SiCが形成されてもよい。 In the manufacturing method disclosed herein, the SiC substrate may be made of 4H-SiC or 6H-SiC. In the second ion implantation step, 3C-SiC may be formed within the implantation range of the element in the second ion implantation step of the SiC substrate.

この構成によれば、第1イオン注入工程で生じた反りをより効果的に緩和できる。 This configuration can more effectively mitigate the warpage that occurs during the first ion implantation process.

本明細書が開示する製造方法は、前記第2イオン注入工程よりも後に、前記第1表面にドーパントをイオン注入する第3イオン注入工程をさらに有していてもよい。前記第2イオン注入工程では、前記第2表面が凸となる向きで前記SiC基板に反りが生じてもよい。前記第3イオン注入工程では、前記第1表面が凸となる向きで前記SiC基板に反りが生じてもよい。 The manufacturing method disclosed herein may further include a third ion implantation step of ion-implanting a dopant into the first surface after the second ion implantation step. In the second ion implantation step, the SiC substrate may be warped such that the second surface is convex. In the third ion implantation step, the SiC substrate may be warped such that the first surface is convex.

この製造方法によれば、第2イオン注入工程によって、第1イオン注入工程と第3イオン注入工程における反りを緩和できる。 With this manufacturing method, the second ion implantation process can mitigate the warping that occurs in the first and third ion implantation processes.

本明細書が開示する製造方法は、前記第2イオン注入工程よりも後に、前記SiC基板の前記第2イオン注入工程における元素の注入範囲を除去する工程をさらに有していてもよい。 The manufacturing method disclosed herein may further include, after the second ion implantation step, a step of removing the implanted area of the element in the second ion implantation step in the SiC substrate.

実施形態の製造方法では、図1に示すSiC基板12から半導体装置を製造する。SiC基板12は、4H-SiCまたは6H-SiCにより構成されている。SiC基板12は、n型のドレイン領域14と、n型の第1ドリフト領域16を有している。第1ドリフト領域16は、ドレイン領域14の上部に配置されている。第1ドリフト領域16のn型不純物濃度は、ドレイン領域14のn型不純物濃度よりも低い。 In the manufacturing method of the embodiment, a semiconductor device is manufactured from a SiC substrate 12 shown in FIG. 1. The SiC substrate 12 is made of 4H-SiC or 6H-SiC. The SiC substrate 12 has an n-type drain region 14 and an n-type first drift region 16. The first drift region 16 is disposed above the drain region 14. The n-type impurity concentration of the first drift region 16 is lower than the n-type impurity concentration of the drain region 14.

まず、図2に示すように、SiC基板12の上面12aにマスクを介して選択的にp型不純物をイオン注入することによって、第1ドリフト領域16内に複数のp型の電界緩和領域18を形成する。次に、図3に示すように、第1ドリフト領域16の上部にn型の第2ドリフト領域20をエピタキシャル成長させる。第2ドリフト領域20のn型不純物濃度は、第1ドリフト領域16のn型不純物濃度とほぼ等しい。この段階では、SiC基板12に大きい反りは生じていない。 First, as shown in FIG. 2, p-type impurities are selectively ion-implanted into the upper surface 12a of the SiC substrate 12 through a mask to form multiple p-type electric field relaxation regions 18 in the first drift region 16. Next, as shown in FIG. 3, an n-type second drift region 20 is epitaxially grown on top of the first drift region 16. The n-type impurity concentration of the second drift region 20 is approximately equal to the n-type impurity concentration of the first drift region 16. At this stage, no significant warping has occurred in the SiC substrate 12.

(第1イオン注入工程)
次に、第1イオン注入工程を実施する。第1イオン注入工程では、図4に示すように、SiC基板12の上面12aにマスクを介して選択的にp型不純物をイオン注入することによって、第2ドリフト領域20内にp型のボディ領域22を形成する。ここでは、1×1018cm-3未満の濃度でp型不純物をイオン注入する。また、ここでは、上面12aに露出する広い範囲にボディ領域22を形成する。また、ここでは、注入深さを変えながら複数回p型不純物をイオン注入することによって、厚いボディ領域22を形成する。また、ボディ領域22の下部には、第2ドリフト領域20を残存させる。上面12aにp型不純物をイオン注入すると、上面12a近傍のp型不純物が注入された領域(すなわち、ボディ領域22)でSiC基板12が膨張する。ボディ領域22を形成する範囲が広いので、上面12a近傍でSiC基板12が大きく膨張する。他方、第1イオン注入工程では、SiC基板12の下面12b近傍の領域は膨張しない。このため、図5に示すように、SiC基板12に、上面12aが凸となる向きで反りが生じる。以下では、SiC基板12を水平面上に載置したときに、上面12aの外周端12rに対して上下方向において最も変位量が大きい上面12a内の部分を、最大変位部12dという。また、上下方向における最大変位部12dの外周端12rに対する位置(より詳細には、上側を正として測定した位置)を、反り量Sという。反り量Sが正の値であることは上面12aが凸であることを意味し、反り量Sが負の値であることには下面12bが凸であることを意味する。反り量Sの絶対値が大きいと、製造設備(例えば、SiC基板12の搬送装置など)において不具合が生じる。したがって、半導体装置の製造工程においては、SiC基板12の反り量Sの絶対値が基準値Smax以下に管理される。第1イオン注入工程では反り量Sが正の値となる。第1イオン注入工程では、反り量Sは基準値Smaxまでは達しないが、基準値Smaxに近い値まで上昇する。
(First ion implantation process)
Next, a first ion implantation step is performed. In the first ion implantation step, as shown in FIG. 4, a p-type body region 22 is formed in the second drift region 20 by selectively ion-implanting p-type impurities into the upper surface 12a of the SiC substrate 12 through a mask. Here, the p-type impurities are ion-implanted at a concentration of less than 1×10 18 cm −3 . Here, the body region 22 is formed in a wide range exposed to the upper surface 12a. Here, the p-type impurities are ion-implanted multiple times while changing the implantation depth, thereby forming a thick body region 22. Here, the second drift region 20 is left under the body region 22. When the p-type impurities are ion-implanted into the upper surface 12a, the SiC substrate 12 expands in the region (i.e., the body region 22) in which the p-type impurities are implanted near the upper surface 12a. Since the range in which the body region 22 is formed is wide, the SiC substrate 12 expands greatly near the upper surface 12a. On the other hand, in the first ion implantation step, the region near the lower surface 12b of the SiC substrate 12 does not expand. Therefore, as shown in FIG. 5, the SiC substrate 12 is warped in a direction in which the upper surface 12a is convex. Hereinafter, when the SiC substrate 12 is placed on a horizontal plane, a portion in the upper surface 12a that has the largest displacement in the vertical direction relative to the outer peripheral end 12r of the upper surface 12a is referred to as the maximum displacement portion 12d. In addition, the position of the maximum displacement portion 12d in the vertical direction relative to the outer peripheral end 12r (more specifically, the position measured with the upper side being positive) is referred to as the warpage amount S. A positive value of the warpage amount S means that the upper surface 12a is convex, and a negative value of the warpage amount S means that the lower surface 12b is convex. If the absolute value of the warpage amount S is large, a malfunction occurs in the manufacturing equipment (for example, a conveying device for the SiC substrate 12, etc.). Therefore, in the manufacturing process of the semiconductor device, the absolute value of the warpage amount S of the SiC substrate 12 is controlled to be equal to or less than the reference value Smax. In the first ion implantation process, the amount of warpage S has a positive value. In the first ion implantation process, the amount of warpage S does not reach the reference value Smax, but increases to a value close to the reference value Smax.

(第2イオン注入工程)
次に、第2イオン注入工程を実施する。第2イオン注入工程では、図6に示すように、SiC基板12の下面12bに反り調整用元素42をイオン注入する。本実施形態では、反り調整用元素42としてp型不純物の一種であるアルミニウム(Al)を用いる。ただし、反り調整用元素42は、特に限定されない。反り調整用元素42は、ドーパント(すなわち、p型不純物またはn型不純物)であってもよいし、その他の元素(すなわち、SiC基板12の導電性に影響を与えない元素)であってもよい。また、ここでは、注入深さを変えることなく、一定の深さに反り調整用元素42をイオン注入する。下面12bに反り調整用元素42をイオン注入すると、下面12b近傍の反り調整用元素42が注入された領域に結晶欠陥が形成される。以下では、反り調整用元素42のイオン注入により結晶欠陥が形成された領域を、結晶欠陥領域40という。結晶欠陥領域40が形成されると、結晶欠陥領域40(すなわち、下面12b近傍の領域)においてSiC基板12が膨張する。他方、第2イオン注入工程では、SiC基板12の上面12a近傍の領域は膨張しない。したがって、SiC基板12が、反り量Sを減少させるように変形する。すなわち、SiC基板12が、第1イオン注入工程で生じた反りを緩和するように変形する。ここでは、反り調整用元素42を第1イオン注入工程で注入したp型不純物よりも高濃度に注入することで、反り量Sを負の値まで減少させる。すなわち、図7に示すように、SiC基板12の下面12bが凸となるようにSiC基板12に反りを生じさせる。第2イオン注入工程の実施後の反り量Sの絶対値は、基準値Smaxよりも低い値に制御される。
(Second ion implantation process)
Next, a second ion implantation step is performed. In the second ion implantation step, as shown in FIG. 6, a warpage adjusting element 42 is ion-implanted into the lower surface 12b of the SiC substrate 12. In this embodiment, aluminum (Al), which is a kind of p-type impurity, is used as the warpage adjusting element 42. However, the warpage adjusting element 42 is not particularly limited. The warpage adjusting element 42 may be a dopant (i.e., a p-type impurity or an n-type impurity), or may be another element (i.e., an element that does not affect the conductivity of the SiC substrate 12). In addition, here, the warpage adjusting element 42 is ion-implanted to a constant depth without changing the implantation depth. When the warpage adjusting element 42 is ion-implanted into the lower surface 12b, crystal defects are formed in the region where the warpage adjusting element 42 is implanted near the lower surface 12b. Hereinafter, the region where crystal defects are formed by ion implantation of the warpage adjusting element 42 is referred to as a crystal defect region 40. When the crystal defect region 40 is formed, the SiC substrate 12 expands in the crystal defect region 40 (i.e., the region near the lower surface 12b). On the other hand, in the second ion implantation process, the region near the upper surface 12a of the SiC substrate 12 does not expand. Therefore, the SiC substrate 12 deforms so as to reduce the amount of warping S. That is, the SiC substrate 12 deforms so as to alleviate the warping caused in the first ion implantation process. Here, the warping amount S is reduced to a negative value by implanting the warping adjustment element 42 at a higher concentration than the p-type impurity implanted in the first ion implantation process. That is, as shown in FIG. 7, the SiC substrate 12 is warped so that the lower surface 12b of the SiC substrate 12 becomes convex. The absolute value of the amount of warping S after the second ion implantation process is controlled to a value lower than the reference value Smax.

図8は、反り量の比S2/S1と、反り調整用元素42のイオン注入濃度Dとの関係を示している。反り量の比S2/S1は、第2イオン注入工程で生じる反り量Sの変化量S2を第1イオン注入工程で生じる反り量Sの変化量S1で除算した値の絶対値を示している。S2/S1>1は、第2イオン注入工程においてSiC基板12の下面12bが凸となることを意味する。S2/S1<1は、第2イオン注入工程においてSiC基板12の上面12aが凸の状態に維持されることを意味する。図8に示すように、第2イオン注入工程におけるイオン注入濃度Dが1×1019cm-3を超えると、比S2/S1が急激に上昇する。したがって、第2イオン注入工程では、1×1019cm-3よりも高い濃度で反り調整用元素42をイオン注入することで、効率的に反り量Sを変化させることができる。特に、イオン注入濃度Dが1×1019cm-3を超えると比S2/S1が1を超えるので、下面12bが凸となるようにSiC基板12に反りを生じさせることができる。 FIG. 8 shows the relationship between the warpage ratio S2/S1 and the ion implantation concentration D of the warpage adjusting element 42. The warpage ratio S2/S1 shows the absolute value of the change S2 of the warpage S caused in the second ion implantation process divided by the change S1 of the warpage S caused in the first ion implantation process. S2/S1>1 means that the lower surface 12b of the SiC substrate 12 becomes convex in the second ion implantation process. S2/S1<1 means that the upper surface 12a of the SiC substrate 12 is maintained in a convex state in the second ion implantation process. As shown in FIG. 8, when the ion implantation concentration D in the second ion implantation process exceeds 1×10 19 cm −3 , the ratio S2/S1 rises sharply. Therefore, in the second ion implantation process, the warpage S can be efficiently changed by ion implanting the warpage adjusting element 42 at a concentration higher than 1×10 19 cm −3 . In particular, when the ion implantation concentration D exceeds 1×10 19 cm −3 , the ratio S2/S1 exceeds 1, and therefore it is possible to cause the SiC substrate 12 to warp so that the lower surface 12b becomes convex.

第2イオン注入工程におけるイオン注入濃度Dが1×1019cm-3を超えると比S2/S1が急激に上昇する理由は、以下の通りであると考えられる。第2イオン注入工程において1×1019cm-3を超えるイオン注入濃度でイオン注入した場合に、結晶欠陥領域40の断面を解析すると、炭素凝集層と3C-SiC層の少なくとも一方が検出される。炭素凝集層は、SiC基板12中で炭素が凝集した層である。3C-SiC層は、SiC基板12中で結晶構造が変化して3C-SiCの結晶構造となった層である。第2イオン注入工程におけるイオン注入濃度Dが1×1019cm-3を超えると、結晶欠陥領域40内に炭素凝集層や3C-SiC層が形成されることで、結晶欠陥領域40が大きく膨張すると考えられる。このため、イオン注入濃度Dが1×1019cm-3を超えると、反り量の比S2/S1が急激に上昇すると考えられる。 The reason why the ratio S2/S1 rises sharply when the ion implantation concentration D in the second ion implantation step exceeds 1×10 19 cm −3 is considered to be as follows. When ions are implanted at an ion implantation concentration exceeding 1×10 19 cm −3 in the second ion implantation step, at least one of a carbon aggregate layer and a 3C-SiC layer is detected when the cross section of the crystal defect region 40 is analyzed. The carbon aggregate layer is a layer in which carbon aggregates in the SiC substrate 12. The 3C-SiC layer is a layer in which the crystal structure in the SiC substrate 12 changes to a 3C-SiC crystal structure. When the ion implantation concentration D in the second ion implantation step exceeds 1×10 19 cm −3 , it is considered that the carbon aggregate layer or the 3C-SiC layer is formed in the crystal defect region 40, and the crystal defect region 40 expands greatly. Therefore, it is considered that the ratio S2/S1 of the warpage amount rises sharply when the ion implantation concentration D exceeds 1×10 19 cm −3 .

また、イオン注入濃度Dが1×1020cm-3より高い場合には、イオン注入濃度Dが上昇するにしたがって比S2/S1が徐々に低下する。したがって、第2イオン注入工程では、1×1020cm-3よりも低い濃度で反り調整用元素42をイオン注入すると、効率的に反り量Sを変化させることができる。 Furthermore, when the ion implantation concentration D is higher than 1×10 20 cm −3 , the ratio S2/S1 gradually decreases as the ion implantation concentration D increases. Therefore, in the second ion implantation step, when the warpage adjustment element 42 is ion-implanted at a concentration lower than 1×10 20 cm −3 , the warpage amount S can be changed efficiently.

(第3イオン注入工程)
次に、第3イオン注入工程を実施する。第3イオン注入工程では、図9に示すように、SiC基板12の上面12aにp型不純物とn型不純物をマスクを介して選択的にイオン注入することによって、複数のn型のソース領域24と複数のp型のコンタクト領域26を形成する。なお、ソース領域24に対するn型不純物のイオン注入とコンタクト領域26に対するp型不純物のイオン注入は、いずれを先に実施してもよい。ここでは、1×1018より高く、1×1019cm-3より低い濃度でn型不純物とp型不純物をイオン注入する。すなわち、ソース領域24にイオン注入するn型不純物の濃度とコンタクト領域26にイオン注入するp型不純物の濃度は、ボディ領域22に注入されたp型不純物の濃度よりも高く、結晶欠陥領域40にイオン注入された元素の濃度よりも低い。また、ここでは、上面12aに露出する広い範囲にソース領域24とコンタクト領域26を形成する。また、ソース領域24とコンタクト領域26の下部にボディ領域22を残存させる。上面12aにn型不純物とp型不純物をイオン注入すると、上面12a近傍の不純物が注入された領域(すなわち、ソース領域24とコンタクト領域26)でSiC基板12が膨張する。ソース領域24とコンタクト領域26を形成する範囲が広いので、上面12a近傍でSiC基板12が大きく膨張する。他方、第3イオン注入工程では、SiC基板12の下面12b近傍の領域は膨張しない。したがって、SiC基板12が、反り量Sを増加させるように変形する。すなわち、SiC基板12が、第2イオン注入工程で生じた反りを緩和するように変形する。ここでは、反り量Sが正の値まで増加する。すなわち、図5と同様に、SiC基板12の上面12aが凸となるようにSiC基板12に反りが生じる。第2イオン注入工程の実施後に下面12bが凸となるようにSiC基板12が反っているので、第3イオン注入工程においてSiC基板12の上面12aが凸となるときに反り量Sが過大となることが防止される。したがって、第3イオン注入工程において反り量Sは基準値Smaxよりも低い値に制御される。
(Third ion implantation process)
Next, a third ion implantation step is performed. In the third ion implantation step, as shown in FIG. 9, a plurality of n-type source regions 24 and a plurality of p-type contact regions 26 are formed by selectively ion-implanting p-type impurities and n-type impurities into the upper surface 12a of the SiC substrate 12 through a mask. Either the ion implantation of n-type impurities into the source region 24 or the ion implantation of p-type impurities into the contact region 26 may be performed first. Here, n-type impurities and p-type impurities are ion-implanted at a concentration higher than 1×10 18 and lower than 1×10 19 cm −3 . That is, the concentration of the n-type impurity ion-implanted into the source region 24 and the concentration of the p-type impurity ion-implanted into the contact region 26 are higher than the concentration of the p-type impurity ion-implanted into the body region 22 and lower than the concentration of the element ion-implanted into the crystal defect region 40. Here, the source region 24 and the contact region 26 are formed in a wide range exposed to the upper surface 12a. The body region 22 is left under the source region 24 and the contact region 26. When n-type impurities and p-type impurities are ion-implanted into the upper surface 12a, the SiC substrate 12 expands in the region where the impurities are implanted near the upper surface 12a (i.e., the source region 24 and the contact region 26). Since the range in which the source region 24 and the contact region 26 are formed is wide, the SiC substrate 12 expands greatly near the upper surface 12a. On the other hand, in the third ion implantation step, the region near the lower surface 12b of the SiC substrate 12 does not expand. Therefore, the SiC substrate 12 deforms so as to increase the amount of warping S. That is, the SiC substrate 12 deforms so as to alleviate the warping caused in the second ion implantation step. Here, the amount of warping S increases to a positive value. That is, similar to FIG. 5, the SiC substrate 12 warps so that the upper surface 12a of the SiC substrate 12 becomes convex. Since the SiC substrate 12 is warped so that the lower surface 12b becomes convex after the second ion implantation step is performed, the amount of warpage S is prevented from becoming excessive when the upper surface 12a of the SiC substrate 12 becomes convex in the third ion implantation step. Therefore, the amount of warpage S in the third ion implantation step is controlled to a value lower than the reference value Smax.

次に、SiC基板12をアニールすることにより、SiC基板12にイオン注入されたn型不純物とp型不純物を活性化させる。次に、図10に示すように、SiC基板12の上面12aをエッチングすることにより、ソース領域24、ボディ領域22及び第2ドリフト領域20を貫通して電界緩和領域18に達するトレンチ28を複数形成する。 Next, the SiC substrate 12 is annealed to activate the n-type impurities and p-type impurities ion-implanted into the SiC substrate 12. Next, as shown in FIG. 10, the upper surface 12a of the SiC substrate 12 is etched to form a plurality of trenches 28 that penetrate the source region 24, the body region 22, and the second drift region 20 and reach the electric field relaxation region 18.

次に、図11に示すように、SiC基板12の下面12bを研磨、エッチング等することによって、結晶欠陥領域40を除去するとともにドレイン領域14の厚みを減少させる。 Next, as shown in FIG. 11, the lower surface 12b of the SiC substrate 12 is polished, etched, or the like to remove the crystal defect region 40 and reduce the thickness of the drain region 14.

次に、図12に示すように、トレンチ28内にゲート絶縁膜30とゲート電極32を形成する。また、SiC基板12の上面12aにソース電極34を形成する。さらに、SiC基板12の下面12bにドレイン電極36を形成する。以上の工程により、図12に示すMOSFETが完成する。 Next, as shown in FIG. 12, a gate insulating film 30 and a gate electrode 32 are formed in the trench 28. A source electrode 34 is formed on the upper surface 12a of the SiC substrate 12. A drain electrode 36 is formed on the lower surface 12b of the SiC substrate 12. Through the above steps, the MOSFET shown in FIG. 12 is completed.

以上に説明したように、本実施形態では、第2イオン注入工程において、1×1019cm-3よりも高い濃度で下面12bに元素をイオン注入する。したがって、第2イオン注入工程において効率的にSiC基板12の反り量Sを減少させることができる。また、第2イオン注入工程において1×1020cm-3よりも低い濃度で下面12bに元素をイオン注入するので、イオン注入量の過多による反り量Sの変化効率の悪化を防止することができる。 As described above, in this embodiment, in the second ion implantation step, an element is ion-implanted into the lower surface 12b at a concentration higher than 1×10 19 cm −3 . Therefore, in the second ion implantation step, the amount of warpage S of the SiC substrate 12 can be efficiently reduced. Also, in the second ion implantation step, an element is ion-implanted into the lower surface 12b at a concentration lower than 1×10 20 cm −3 , so that it is possible to prevent a deterioration in the efficiency of change in the amount of warpage S due to an excessive amount of ion implantation.

また、本実施形態では、第2イオン注入工程では、第1イオン注入工程においてイオン注入されるp型不純物の濃度よりも高い濃度で元素をイオン注入する。したがって、第1イオン注入工程では上面12aが凸となり、第2イオン注入工程では下面12bが凸となる。さらに、第2イオン注入工程の後の第3イオン注入工程では、上面12aが凸となる。したがって、第2イオン注入工程で生じる反りによって、第1イオン注入工程で生じる反りと第3イオン注入工程で生じる反りの両方を相殺することができる。したがって、下面12bに対する元素のイオン注入の回数が少なくても、SiC基板12の反り量Sを低い値に管理することができる。 In addition, in this embodiment, in the second ion implantation process, an element is ion-implanted at a concentration higher than the concentration of the p-type impurity ion-implanted in the first ion implantation process. Therefore, in the first ion implantation process, the upper surface 12a becomes convex, and in the second ion implantation process, the lower surface 12b becomes convex. Furthermore, in the third ion implantation process after the second ion implantation process, the upper surface 12a becomes convex. Therefore, the warp generated in the second ion implantation process can offset both the warp generated in the first ion implantation process and the warp generated in the third ion implantation process. Therefore, even if the number of times of ion implantation of an element into the lower surface 12b is small, the warp amount S of the SiC substrate 12 can be managed to a low value.

なお、上述した実施形態では、下面12bに元素をイオン注入する工程が1回のみであった。しかしながら、上面12aにドーパントをイオン注入する工程と下面12bに元素をイオン注入する工程とを交互に複数回繰り返してもよい。 In the above embodiment, the process of ion-implanting an element into the lower surface 12b is performed only once. However, the process of ion-implanting a dopant into the upper surface 12a and the process of ion-implanting an element into the lower surface 12b may be repeated alternately multiple times.

なお、上述した実施形態では、第2イオン注入工程において反り量Sを負の値まで減少させた。しかしながら、他の例においては、第2イオン注入工程実施後の反り量Sが正の値であってもよい。この構成でも、第1イオン注入工程で生じた反りを第2イオン注入工程で緩和できる。 In the above embodiment, the amount of warping S is reduced to a negative value in the second ion implantation process. However, in other examples, the amount of warping S after the second ion implantation process may be a positive value. Even with this configuration, the warping caused in the first ion implantation process can be mitigated in the second ion implantation process.

以下に、本明細書に開示の技術の構成を列記する。
(構成1)
半導体装置の製造方法であって、
SiC基板の第1表面にドーパントをイオン注入する第1イオン注入工程と、
前記第1イオン注入工程よりも後に、前記SiC基板の前記第1表面の反対側に位置する第2表面に、1×1019cm-3よりも高い濃度で元素をイオン注入する第2イオン注入工程、
を有し、
前記第1イオン注入工程では、前記第1表面が凸となる向きで前記SiC基板に反りが生じ、
前記第2イオン注入工程では、前記SiC基板の前記反りが緩和される、
製造方法。
(構成2)
前記第2イオン注入工程では、1×1020cm-3よりも低い濃度で元素をイオン注入する、構成1に記載の製造方法。
(構成3)
前記第2イオン注入工程では、前記第1イオン注入工程において前記第1表面に注入されたドーパントの濃度よりも高い濃度で元素をイオン注入する、構成1または2に記載の製造方法。
(構成4)
前記第2イオン注入工程では、前記SiC基板の前記第2イオン注入工程における元素の注入範囲内に、炭素の凝集層が形成される、構成1~3のいずれか一項に記載の製造方法。
(構成5)
前記SiC基板が、4H-SiCまたは6H-SiCにより構成されており、
前記第2イオン注入工程では、前記SiC基板の前記第2イオン注入工程における元素の注入範囲内に、3C-SiCが形成される、構成1~3のいずれか一項に記載の製造方法。
(構成6)
前記第2イオン注入工程よりも後に、前記第1表面にドーパントをイオン注入する第3イオン注入工程をさらに有し、
前記第2イオン注入工程では、前記第2表面が凸となる向きで前記SiC基板に反りが生じ、
前記第3イオン注入工程では、前記第1表面が凸となる向きで前記SiC基板に反りが生じる、
構成1~5のいずれか一項に記載の製造方法。
(構成7)
前記第2イオン注入工程よりも後に、前記SiC基板の前記第2イオン注入工程における元素の注入範囲を除去する工程をさらに有する、構成1~6のいずれか一項に記載の製造方法。
The configurations of the techniques disclosed in this specification are listed below.
(Configuration 1)
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
A first ion implantation step of ion-implanting a dopant into a first surface of a SiC substrate;
a second ion implantation step of ion-implanting an element into a second surface of the SiC substrate opposite to the first surface at a concentration higher than 1×10 19 cm −3 after the first ion implantation step;
having
In the first ion implantation step, warping occurs in the SiC substrate in a direction such that the first surface is convex,
In the second ion implantation step, the warpage of the SiC substrate is alleviated.
Production method.
(Configuration 2)
2. The method according to claim 1, wherein the second ion implantation step implants the element at a concentration lower than 1×10 20 cm −3 .
(Configuration 3)
3. The manufacturing method according to claim 1, wherein in the second ion implantation step, an element is ion-implanted at a concentration higher than a concentration of a dopant implanted in the first surface in the first ion implantation step.
(Configuration 4)
The manufacturing method according to any one of configurations 1 to 3, wherein in the second ion implantation step, a carbon aggregate layer is formed within an implantation range of the element in the second ion implantation step of the SiC substrate.
(Configuration 5)
the SiC substrate is made of 4H—SiC or 6H—SiC,
The manufacturing method according to any one of configurations 1 to 3, wherein in the second ion implantation step, 3C-SiC is formed within an implantation range of the element in the second ion implantation step of the SiC substrate.
(Configuration 6)
a third ion implantation step of ion-implanting a dopant into the first surface after the second ion implantation step,
In the second ion implantation step, warpage occurs in the SiC substrate in a direction such that the second surface is convex,
In the third ion implantation step, warping occurs in the SiC substrate in a direction in which the first surface is convex.
The method for producing the present invention according to any one of claims 1 to 5.
(Configuration 7)
The manufacturing method according to any one of configurations 1 to 6, further comprising a step of removing an implanted area of the element in the second ion implantation step of the SiC substrate after the second ion implantation step.

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples given above. The technical elements described in this specification or drawings demonstrate technical utility either alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Furthermore, the technology exemplified in this specification or drawings achieves multiple objectives simultaneously, and achieving one of these objectives is itself technically useful.

12:SiC基板、22:ボディ領域、24:ソース領域、26:コンタクト領域、40:結晶欠陥領域 12: SiC substrate, 22: body region, 24: source region, 26: contact region, 40: crystal defect region

Claims (7)

半導体装置の製造方法であって、
SiC基板(12)の第1表面(12a)にドーパントをイオン注入する第1イオン注入工程と、
前記第1イオン注入工程よりも後に、前記SiC基板の前記第1表面の反対側に位置する第2表面(12b)に、1×1019cm-3よりも高い濃度で元素をイオン注入する第2イオン注入工程、
を有し、
前記第1イオン注入工程では、前記第1表面が凸となる向きで前記SiC基板に反りが生じ、
前記第2イオン注入工程では、前記SiC基板の前記反りが緩和される、
製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
A first ion implantation step of ion-implanting a dopant into a first surface (12a) of a SiC substrate (12);
a second ion implantation step of ion-implanting an element into a second surface (12b) located on the opposite side of the first surface of the SiC substrate at a concentration higher than 1×10 19 cm −3 after the first ion implantation step;
having
In the first ion implantation step, warping occurs in the SiC substrate in a direction such that the first surface is convex,
In the second ion implantation step, the warpage of the SiC substrate is alleviated.
Production method.
前記第2イオン注入工程では、1×1020cm-3よりも低い濃度で元素をイオン注入する、請求項1に記載の製造方法。 2. The method according to claim 1, wherein in the second ion implantation step, the element is ion-implanted at a concentration lower than 1×10 20 cm −3 . 前記第2イオン注入工程では、前記第1イオン注入工程において前記第1表面に注入されたドーパントの濃度よりも高い濃度で元素をイオン注入する、請求項1または2に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein in the second ion implantation step, an element is ion-implanted at a concentration higher than the concentration of the dopant implanted into the first surface in the first ion implantation step. 前記第2イオン注入工程では、前記SiC基板の前記第2イオン注入工程における元素の注入範囲内に、炭素の凝集層が形成される、請求項1または2に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein in the second ion implantation step, a carbon condensation layer is formed within the implantation range of the element in the second ion implantation step of the SiC substrate. 前記SiC基板が、4H-SiCまたは6H-SiCにより構成されており、
前記第2イオン注入工程では、前記SiC基板の前記第2イオン注入工程における元素の注入範囲内に、3C-SiCが形成される、請求項1または2に記載の製造方法。
the SiC substrate is made of 4H—SiC or 6H—SiC,
3. The manufacturing method according to claim 1, wherein in the second ion implantation step, 3C-SiC is formed within an implantation range of the element in the second ion implantation step of the SiC substrate.
前記第2イオン注入工程よりも後に、前記第1表面にドーパントをイオン注入する第3イオン注入工程をさらに有し、
前記第2イオン注入工程では、前記第2表面が凸となる向きで前記SiC基板に反りが生じ、
前記第3イオン注入工程では、前記第1表面が凸となる向きで前記SiC基板に反りが生じる、
請求項1または2に記載の製造方法。
a third ion implantation step of ion-implanting a dopant into the first surface after the second ion implantation step,
In the second ion implantation step, warping occurs in the SiC substrate in a direction such that the second surface is convex,
In the third ion implantation step, warping occurs in the SiC substrate in a direction in which the first surface is convex.
The method according to claim 1 or 2.
前記第2イオン注入工程よりも後に、前記SiC基板の前記第2イオン注入工程における元素の注入範囲を除去する工程をさらに有する、請求項1または2に記載の製造方法。
3 . The manufacturing method according to claim 1 , further comprising the step of removing an implanted area of the element in the second ion implantation step of the SiC substrate after the second ion implantation step.
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