碳化硅半导体装置的制造方法、半导体基体的制造方法、碳化硅半导体装置以及碳化硅半导体装置的制造装置与流程

本发明涉及一种碳化硅半导体装置的制造方法、半导体基体的制造方法、碳化硅半导体装置以及碳化硅半导体装置的制造装置。

背景技术：

以往，为了使碳化硅半导体元件变得更薄，一直在尝试将碳化硅晶片(wafer)做得更薄。在将碳化硅晶片做得更薄时，例如可以使用研削的手法。另一方面，将碳化硅晶片变薄有时会发生翘曲。作为解决此类翘曲问题的手法，例如wo2012/049792号公报(第【0038】段)中，提出了如下的方案。(1)在进行薄板化后在背面将ni(镍)膜成膜，并且通过对该ni膜进行激光退火(laserannealing)从而形成硅化物(silicide)层。(2)通过像这样使基板(晶片)变薄虽然会发生很大的翘曲，但通过将薄板化后在研削面形成的加工变质层的至少一部分去除(表面处理)来调节基板(晶片)的翘曲量。

本发明提供一种不同于以往的wo2012/049792号公报，在不去除加工变质层的情况下以简便的手法消除或是减小翘曲的碳化硅半导体装置的制造方法、半导体基体的制造方法、碳化硅半导体装置以及碳化硅半导体装置的制造装置。

技术实现要素：

根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，包括：

在碳化硅晶片的表面侧形成表面电极的工序；

从背面侧使所述碳化硅晶片变薄，从而将所述碳化硅晶片薄板化的工序；

在薄板化后的所述碳化硅晶片的所述背面设置金属层的工序；

在施加外力使所述碳化硅晶片以及所述金属层平坦化的状态下，对所述金属层进行激光照射从而在所述金属层的背面侧形成与所述碳化硅晶片中的碳反应后的碳化物(carbide)层的工序；以及

在所述碳化物层的背面侧形成背面电极的工序。

根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，

可以在进行激光(laser)照射时使照射的位置的一部分与已被激光照射过的位置重复，

通过所述被激光照射的位置的重复，形成碳化物密度高的高密度部，

并且，通过所述被激光照射的位置的不重复，形成碳化物密度低的低密度部。

根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，

可以在进行激光照射时使照射的位置的一部分与已被激光照射过的位置重复，

通过所述被激光照射的位置的重复，形成碳化物密度低的低密度部，

并且，通过所述被激光照射的位置的不重复，形成碳化物密度高的高密度部。

根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，

所述激光沿第一方向照射，

当沿所述第一方向的某激光照射结束后，可以从间隔开的另外的位置上开始沿所述第一方向进行另外的激光照射。

根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，

所述外力可以是来自于真空吸附部的吸附力或是来自于通过所述激光透过的部件所形成的按压部的按压力。

根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，

所述金属层的材料可以是钛(titanium)、钼(molybdenum)、或是钛以及钼。

根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，

所述激光可以是绿激光(greenlaser)。

根据本发明的半导体基体的制造方法，包括：

从背面侧使所述碳化硅晶片变薄，从而将所述碳化硅晶片薄板化的工序；

在薄板化后的所述碳化硅晶片的所述背面设置金属层的工序；以及

在施加外力使所述碳化硅晶片以及所述金属层平坦化的状态下，对所述金属层进行激光照射从而在所述金属层的背面侧形成与所述碳化硅晶片中的碳反应后的碳化物层的工序。

根据本发明的碳化硅半导体装置，包括：

碳化硅晶片；

表面电极，设置在所述碳化硅晶片的表面侧；

碳化物层，设置在所述碳化硅晶片的被薄板化后的背面；以及

背面电极，设置在所述碳化物层的背面侧，

其中，所述碳化物层具有碳化物密度高的高密度部，和碳化物密度低的低密度部，

在所述碳化物层的面内方向上沿不同的两个方向设置所述高密度部。

根据本发明的碳化硅半导体装置的制造装置，包括：

第一电极形成部，在碳化硅晶片的表面侧形成表面电极；

薄板加工部，从背面侧使所述碳化硅晶片变薄，从而将所述碳化硅晶片薄板化；

金属层形成部，在薄板化后的所述碳化硅晶片的所述背面设置金属层；

外力施加部，施加外力使所述碳化硅晶片以及所述金属层平坦化；

激光照射部，在施加来自所述外力施加部的外力的状态下，对所述金属层进行激光照射从而在所述金属层的背面侧形成与所述碳化硅晶片中的碳反应后的碳化物层；以及

第二电极形成部，在所述碳化物层的背面侧形成背面电极。

发明效果

根据本发明，通过施加外力使碳化硅晶片以及金属层平坦化，同时，对金属层进行激光照射从而形成碳化物层而非硅化物层，就能够消除或减小薄板化后的碳化硅晶片的翘曲。因此，不同于以往的wo2012/049792号公报中所提供的手法，能够在不去除加工变质层的情况下以简便的手法消除或是减小薄板化后的碳化硅晶片的翘曲。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方式的碳化硅半导体装置的制造方法的工序图。

图2是根据本发明的第一实施方式的包含碳化物层形成工序的工序图。

图3是根据本发明的第一实施方式的展示碳化硅半导体装置的层构成的截面图。

图4(a)-图4(e)是根据本发明的第一实施方式的展示关于碳化硅半导体装置的制造工序的一部分的层构成的截面图。

图5是根据本发明的第一实施方式的展示用于制造碳化硅半导体装置的制造装置的一部分的概略的侧方图。

图6是根据本发明的第一实施方式的展示激光照射工序中激光照射形态的平面图。

图7是根据本发明的第一实施方式的展示激光照射工序中激光一部分重复的形态的平面图。

图8(a)是展示通过本发明的第一实施方式形成的碳化物层中，激光重复的部分为高密度部，未重复的部分为低密度部的形态的平面图，图8(b)是展示通过本发明的第一实施方式形成的碳化物层中，激光重复的部分为低密度部，未重复的部分为高密度部的形态的平面图。

图9是展示通过本发明的第一实施方式形成的碳化物层中，高密度部被形成为格子状的形态的平面图。

图10是根据本发明的第一实施方式的展示用于制造碳化硅半导体装置的制造装置的一部分的框图。

图11是根据本发明的第二实施方式的展示用于制造碳化硅半导体装置的制造装置的一部分的概略的侧方图。

第一实施方式

构成

本实施方式中的碳化硅半导体装置的制造方法如图1所示，包含有在碳化硅晶片10的表面侧形成由金属等组成的表面电极30的工序(表面电极形成工序s15，参照图4(b))，以及从背面侧使所述碳化硅晶片10变薄，从而将碳化硅晶片10薄板化的工序(薄板化工序s16)。图4(a)中准备的碳化硅晶片10例如具有碳化硅基板11，以及例如由于异质外延生长从而形成在碳化硅基板11上的碳化硅层12。

如图1所示，碳化硅半导体装置100的制造方法包含有形成碳化物层20的工序(碳化物层形成工序s20)。该碳化物层形成工序s20如图2所示，包含有在薄板化后的碳化硅晶片10的背面设置金属层21的工序(参照金属层形成工序s25，图4(c))，以及在施加外力使碳化硅晶片10以及金属层21平坦化的状态下，对金属层21进行激光照射从而在金属层21的背面侧形成与碳化硅晶片中的碳反应后的碳化物层20的工序(参照激光照射工序s26、图4(d))。

本实施方式中，虽然使用的是金属层21全部变为碳化物层20的形态来进行说明，但是不限于此，例如也可以是仅金属层21的背面侧的部分(图4(c)中的金属层21中下侧的部分)变为碳化物层20，并且金属层21的表面侧的部分(图4(c)中的金属层21中上侧的部分)仍然为金属层21不变。不过，通过金属层21全部变为碳化物层20能够更加切实地抑制薄板化后的碳化硅晶片10(或是后述的附有表面电极的碳化硅基板51)的翘曲。另外，从获得更加切实地抑制翘曲的效果的观点看，相比在面内方向上部分变为碳化物层20，将金属层21的面整体变为碳化物层20更好。

如图1所示，碳化硅半导体装置100的制造方法含有在碳化物层20的背面侧形成由金属等构成的背面电极40的工序(参照背面电极形成工序s31、图4(e))。本实施方式中，作为一例虽然使用的是依次按照表面电极形成工序s15、薄板化工序s16、金属层形成工序s25、激光照射工序s26、以及背面电极形成工序s31的顺序来形成的形态来进行说明，但是不限于此，对这些工序的顺序可以进行适宜地变更。不过，通过表面电极形成工序s15先于薄板化工序s16进行，能够抑制薄板化工序s16中发生的碳化硅晶片10的翘曲，因此从此观点来看，表面电极形成工序s15先于薄板化工序s16进行更好。

如图2所示，碳化物层形成工序s20包含有对经过薄板化工序s16的碳化硅晶片10的至少背面进行清洗的工序(第一清洗工序s21)，以及对经过第一清洗工序s21的碳化硅晶片10进行干燥的工序(第一干燥工序s22)。另外，碳化物层形成工序s20还包含有对经过激光照射工序s26并且形成有碳化物层20的碳化硅基体50进行清洗的工序(第二清洗工序s28)，以及对经过第二清洗工序s28的碳化硅晶片10进行干燥的工序(第二干燥工序s29)。第一干燥工序s22以及第二干燥工序s29可以采用将碳化硅晶片10或是碳化硅基体50进行回转后干燥的形态(甩干(spindry))。再有，本实施方式中的“碳化硅基体50”是指在碳化硅晶片10的背面侧形成有碳化物层20(参照图3)。在本实施方式中，将包含有碳化硅晶片10、碳化物层20、以及表面电极30者作为附有表面电极的碳化硅基体51标示(参照图4(d))。

一般来说，通过薄板化工序s16使碳化硅晶片10变薄，碳化硅晶片10处就会发生翘曲。作为一例，此时会发生100μm以上的翘曲。另外，碳化物层形成工序s20中的激光照射工序s26例如可以在真空条件下，并且在1000℃的温度下进行。

另外，本实施方式中的碳化硅半导体装置100的制造方法，如图1所示，包含有形成对准标记(alignmentmark)的工序(对准标记形成工序s11)、形成保护环(guardring)的工序(保护环形成工序s12)、激活掺杂物的工序(掺杂物激活工序s13)、以及形成钝化(passivation)膜的工序(钝化膜形成工序s14)。作为一例，这些工序先于表面电极形成工序s15进行。另外，本实施方式中的碳化硅半导体装置100的制造方法，在背面电极形成工序s31之后，还包含有利用探针台(prober)对电特性进行测定的工序(探针台测定工序s32)、对碳化硅基体50进行划片(dicing)的工序(划片工序)、以及在碳化硅基体50进行安装的工序(安装工序)。图1中，将划片工序以及安装工序一并标记为“s33”。

在设置金属层21时，可以采用多种方法，例如可以通过蒸镀法或溅射法(spatter)来设置金属层。再有，设置的金属层21的厚度作为一例，为50～500nm程度。

在碳化物层形成工序s20中，如图7所示，在进行激光照射时可以将照射位置的一部分与已进行激光照射的位置重复。并且，如图8(a)所示，可以通过激光照射位置的重复，形成碳化物密度高的高密度部110；通过激光照射位置的不重复，形成碳化物密度低的低密度部120。相反的，如图8(b)所示，也可以通过激光照射位置的重复，形成碳化物密度低的低密度部121；通过激光照射位置的不重复，形成碳化物密度高的高密度部111。通过激光照射位置的重复来形成高密度部还是形成低密度部，是由构成层的材料、照射激光的强度、以及形成碳化物层20时的气氛(气体气氛、压力、温度等)等的因素决定的。

如图6所示，在碳化物形成工序s20中，激光可以沿第一方向照射。图6中的“上下方向”为第一方向。并且，可以在沿第一方向的某激光照射结束后，从隔开移动间隔g的另外的位置上开始沿第一方向进行另外的激光照射。“沿第一方向的某激光照射结束”是指从晶片的某一端开始沿第一方向进行激光照射的情况下，使激光照射至其另一端。上述“移动间隔g”可以适宜地来决定，例如可以是晶片直径的1/4～1/100的间隔。

改开移动间隔g进行的激光照射在与第一方向垂直相交的第二方向上从一端到达另一端结束后(图6中的“第一周期”结束后)，将进行下一个周期(图6中的“第二周期”)的激光照射。此时，可以在前一个周期(第一周期)中已被激光照射的部分之间(例如中间位置)进行激光照射(参照图6),也可以与前一个周期(第一周期)中已被激光照射的部分相重复地进行激光照射(参照图7)。

碳化物层形成工序s20中被施加的外力，可以是如图5所示般的来自于真空吸附部270的吸附力。来自真空吸附部270的吸附力例如能够设为30cmhg以上，作为一例，能够设为30cmhg以上60cmhg以下。

如图5所示，真空吸附部270在支撑附有表面电极的碳化硅基体51的同时，还具有：表面设有多个吸引孔273的载置台271、以及由用于经由吸引孔273对载置在载置台271上的碳化硅晶片10提供吸引力的吸引泵(pump)等组成的吸引部272。虽然图5中未进行标示，为了将来自于吸引部272的吸引力传递至吸引孔273，载置台271还具有中空形状的中空部。多个吸引孔273可以沿第一方向呈直线状连续设置，也可以沿与第一方向垂直相交的第二方向呈直线状连续设置。另外，多个吸引孔273也可以非直线状地设置，而是在载置台271的表面以同心圆形状并且按均等的间隔设置。在沿第一方向呈直线状连续设置的情况下，可以按对应上述“移动间隔g”的间隔，例如按“移动间隔g”0.5倍～2倍的间隔并排地、连续地设置多个吸引孔273。

通过金属层形成工序s25形成的金属层21可以是含有钛、钼的层。该金属层21也可以是仅由：钛、钼、或是钛以及钼组成。“仅由钛”也代表除钛以外以掺杂物水平(level)还含有的别的成分。同样的，“仅由钼”也代表除钼以外以掺杂物水平(level)还含有的别的成分。作为金属层21，仅使用钛的情况下，碳化物层20由碳化钛形成；作为金属层21，仅使用钼的情况下，碳化物层20由碳化钼形成。

作为碳化物层形成工序s20中使用的激光，可以使用绿激光。激光的功率可以设为10khz并且0.5w以上，例如，0.5w以上1.0w以下。激光总能量例如可以设为0.7j/cm²以上，例如0.7j/cm²以上1.4j/cm²以下。激光扫描(scan)速度例如可以设为200mm/sec以上300mm/sec以下。

根据本实施方式的碳化硅半导体装置100的制造方法所制造的碳化硅半导体装置100，如图3所示，可以包括：碳化硅晶片10；表面电极30，设置在碳化硅晶片10的表面侧；碳化物层20，设置在碳化硅晶片10的被薄板化后的背面；以及背面电极40，设置在碳化物层20的背面侧，其中，如图9所示，碳化物层20可以具有碳化物密度高的高密度部115、和碳化物密度低的低密度部125。进一步地，可以在碳化物层20的面内方向上沿不同的两个方向设置高密度部115。不同的两个方向，可以列举为如图9所示般在碳化硅晶片10的面内垂直相交的两个方向。通过形成该格子状的高密度部115，就能够更加切实地抑制薄板化后的碳化硅晶片10(或是附有表面电极的碳化硅基体51)的翘曲。

根据本实施方式的碳化硅半导体装置100的制造方法中使用的制造装置200，作为一例，如图10的框图所示，可以使用具有：第一电极形成部210，在碳化硅晶片10的表面侧形成表面电极30；薄板加工部230，从背面侧使碳化硅晶片10变薄，从而将碳化硅晶片10薄板化；金属层形成部250，在薄板化后的碳化硅晶片10的背面设置金属层21；外力施加部(本实施方式中为真空吸附部270)，施加外力使碳化硅晶片10以及金属层21平坦化；激光照射部260，在施加来自所述外力施加部的外力的状态下，对金属层21进行激光照射从而在金属层21的背面侧形成与碳化硅晶片中的碳反应后的碳化物层20；以及第二电极形成部220，在碳化物层20的背面侧形成背面电极40。本实施方式中，对附有表面电极的碳化硅基体51施加来自外力施加部的外力，就相当于对碳化硅晶片10施加外力。

如图10的框图所示，制造装置200可以具有：干燥部281，进行图2所示的第一干燥工序s22以及第二干燥工序s29；以及清洗部282，进行图2所示的第一清洗工序s21以及第二清洗工序s28。

作为第一电极形成部210以及第二电极形成部220，可以使用已被普遍认知的形成电极的装置。第一电极形成部210以及第二电极形成部220可以是不同的装置，也可以是相同的装置。

作为薄板加工部230，例如可以使用对碳化硅晶片10进行研削从而将其变薄的研削装置，也可以使用利用化学反应将碳化硅晶片10变薄的反应装置。

作为金属层形成部250，例如可以使用将金属层21蒸镀的蒸镀装置，也可以使用通过溅射法来设置金属层21的溅射装置。

作为外力施加部，可以使用前述的真空吸附部270、以及第二实施方式中使用的按压部290等。作为干燥部281，例如可以使用甩干装置等。作为清洗部282，可以使用以往已知的晶片清洗装置。

作用·效果

接下来，将对根据由上述构成组成的本实施方式的作用·效果进行说明。

根据本实施方式，通过施加外力使碳化硅晶片10以及金属层21平坦化，同时，对金属层21进行激光照射从而形成碳化物层20而非硅化物层，就能够消除或减小薄板化后的碳化硅晶片10的翘曲。因此，不同于以往的wo2012/049792号公报中所提供的手法，能够在不去除加工变质层的情况下以简便的手法消除或是减小薄板化后的碳化硅晶片10的翘曲。

另外，本实施方式中，采用激光照射时将照射位置的一部分与已进行激光照射的位置重复的方式的情况下。可以如图8(a)所示，在通过激光照射位置的重复形成高密度部的同时，通过激光照射位置的不重复形成低密度部；也可以如图8(b)所示，在通过激光照射位置的重复形成低密度部的同时，通过激光照射位置的不重复形成高密度部。其结果为，低密度部与高密度部能够在碳化硅晶片10的面内形成固定的样式(参照图9)。通过采用这样的形态，就能够更加切实地消除或减小薄板化后的碳化硅晶片10的翘曲。

本实施方式中，如图6所示，采用当沿第一方向进行的某激光照射结束后，从隔开移动间隔g的另外的位置开始沿第一方向进行的另外的激光照射的形态的情况下，能够减小因激光强度的波动多带来的影响，从而能够使碳化物层20更加地均匀。激光有时无法以固定的强度照射。即便是在这样的情况下，在采用该形态的情况下，就能够减小因激光强度的波动多带来的影响。其结果为，能够使形成于碳化硅晶片10上的碳化物层20的性质(厚度、密度等)更加地均匀，进而，能够更加切实地消除或减小薄板化后的碳化硅晶片10的翘曲。

如图5所示，在采用真空吸附部270来作为外力施加部的情况下，就能够施加均匀的外力。另外，由于受激光照射的位置上没有别的部件，所以不受来自于该“别的部件”的影响。因此，就能够在施加均匀的外力的同时，以激光强度等的稳定状态下来形成碳化物层20。所以，就能够更加切实地消除或减小薄板化后的碳化硅晶片10的翘曲。

通过使用钛、钼作为金属层21，就能够在碳化硅晶片10上切实地形成碳化物层20。作为金属层21的材料，在仅使用钛、仅适用钼、或是仅适用钛以及钼的情况下，就能够切实地形成高纯度的碳化物层20。其结果为，能够更加切实地消除或减小薄板化后的碳化硅晶片10的翘曲。

在使用绿激光来作为激光的情况下，就能够采用廉价的装置来作为激光照射部260(参照图5)。因此，就能够在不花费高额的导入成本和高额的维持成本的情况下，制造产品。

第二实施方式

接下来，将就本发明的第二实施方式进行说明。

在第一实施方式中，碳化物层形成工序s20中被施加的外力是来自于真空吸附部270的吸附力。与其相对的，在第二实施方式中的形态为，如图11所示的在碳化物层形成工序s20中被施加的外力，是来自于通过激光透过的部件所形成的按压部290的按压力。在本实施方式中，虽然将就使用按压部290来代替真空吸附部270的形态进行说明，但是不限于此，按压部290也可以与真空吸附部270一同使用。

本实施方式中的按压部290只要是由可透过激光的材料形成的就可以了。按压部290可以是将碳化硅晶片10几乎整体按压的形态，也可以是只将碳化硅晶片10的一部分，例如只将端部四点和中心部按压的形态。按压部290可以具有：施加按压力的驱动部292；以及与驱动部292相连接的，并且将来自于驱动部的按压力传达至碳化硅晶片10的按压体291。如图11所示，驱动部292可以与载置台275相连接或是被设置在载置台275内。而且，可以通过驱动部292朝向载置台275并吸引按压体291来对碳化硅晶片10施加按压力。作为驱动部292，例如可以使用液压式的驱动部。

在第二实施方式中的其他的构成与第一实施方式为略同一形态。

本实施方式也能够发挥与第一实施方式同样的效果。另外，由于采用按压部290来作为外力施加部，因此能够物理性地将碳化硅晶片10平坦化。所以，能够在半强制地将碳化硅晶片10变为平坦的形状的同时，形成碳化物层20。其结果为，能够更加切实地消除或减小薄板化后的碳化硅晶片10的翘曲。

最后，上述的各个实施方式中的记载、变形例中的记载以及附图中的公开，仅为用于说明权利要求中所记载的发明的一例。权利要求中所记载的发明不受上述实施方式中的记载或是附图中的公开的限定。

符号说明

10碳化硅晶片

20碳化物层

21金属层

30表面电极

40背面电极

100碳化硅半导体装置

110、111、115高密度部

120、121、125低密度部

200碳化硅半导体装置的制造装置

210第一电极形成部

220第二电极形成部

230薄板加工部

250金属层形成部

260激光照射部

270真空吸附部

290按压部