碳化硅半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种碳化硅半导体装置的制造方法。
【背景技术】
[0002]以往以来，作为功率器件而使用的半导体器件是以使用了硅(Si)作为半导体材料的器件为主流。而另一方面，作为带隙比硅宽的半导体(以下称为宽带隙半导体)的碳化硅(SiC)，与硅相比具有3倍的导热率、10倍的最大电场强度和2倍的电子漂移速度这样的物理性质。因此，作为在绝缘击穿电压高且低损耗的情况下能够进行高温运行的功率器件，近年来，进行了应用SiC的研究。
[0003]功率器件的结构以在背面侧具有具备了低电阻的欧姆电极的背面电极的纵型半导体器件为主流。在该纵型半导体器件的背面电极，使用了各种材料和结构，作为其中一种，提出了包括钛(Ti)层、镍(Ni)层以及银(Ag)层的层积体(例如，参考下述专利文献1)、或包括钛层、镍层以及金层的层积体(例如，参考下述专利文献2)等的背面电极。
[0004]作为形成使用了SiC的纵型半导体器件的背面电极的方法，提出了这样的方法，即，在包括SiC的半导体基板(以下称为SiC基板)上形成镍层之后，利用热处理使镍层硅化而形成硅化镍层，由此将SiC基板和硅化镍层的接触(电接触部)作为欧姆接触(例如，参考下述专利文献1、专利文献2)。然而，在下述专利文献1、专利文献2中，存在在娃化镍层上形成的背面电极容易从硅化镍层剥离的问题。
[0005]作为解决这种问题的方法，提出了在除去残存在硅化镍层的表面的镍层而使硅化镍层露出后，在硅化镍层上依次层叠钛层、镍层和银层，从而形成背面电极的方法(例如，参考下述专利文献3)。在下述专利文献3中，通过将背面电极的与硅化镍层接触的部分用除镍以外的金属构成，来抑制背面电极剥离。另外，即使在硅化镍层的表面形成了由碳(C)析出而成的层，由于能够将含碳的层与镍层一起除去，因此抑制了背面电极剥离。
[0006]另外，作为形成半导体器件的背面电极的别的方法，提出了在通过等离子体蚀刻除去残存在硅化镍层的表面上的金属的碳化物或碳粒子后，在硅化镍层上形成背面电极的方法(例如，参考下述专利文献4)。另外，作为使半导体晶片的表面平坦化的方法，提出了具有对碳化硅的(000-1 )C面进行机械加工的机械加工工序，以及在机械加工工序后，通过使用了含有氧原子物质的热氧化从而除去碳化硅的表面层0.lMi以上的表面层除去工序的方法(例如，参考下述专利文献5)。
[0007]另外，作为使半导体晶片的表面平坦化的方法，提出了这样的方法，S卩，含有次氯酸钠和双氧水作为氧化剂，使用氧化还原电位相对于标准氢电极至少在700mV以上并且溶氧浓度在20mg/L以上的娃胶楽料，以0.05kg/cm2以上且0.20kg/cm2以下的研磨面压力研磨并除去通过机械研磨而形成的碳化硅单晶晶片表面的加工变质层(例如，参考下述专利文献6)。在下述专利文献6中，在通过氧化SiC使表面的SiC变为硬度与硅胶几乎相同的S1x之后，进行最终研磨。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2007-184571号公报[0011 ]专利文献2:日本特开2010-86999号公报
[0012]专利文献3:日本特开2008-53291号公报
[0013]专利文献4:日本特开2003-243323号公报
[0014]专利文献5:日本专利第4539140号公报
[0015]专利文献6:日本专利第4846445号公报
【发明内容】
[0016]技术问题
[0017]然而，即使在使用上述专利文献3、专利文献4的技术而形成了背面电极的情况下，也存在硅化镍层与背面电极的最下层的钛层的密合性低的问题。例如，发明人确认了在将半导体芯片切断为各个芯片状的切割时，背面电极从硅化镍层剥离的现象。其理由推测为如下。根据上述专利文献1，通过下述式(1)所示的镍与SiC的固相反应而生成硅化镍层。
[0018]Ni+2SiC^NiSi2+2C---(l)
[0019]通过上述式(1)的反应而生成的碳作为结晶状态不稳定的过饱和状态或细微的析出体而分散并存在于硅化镍层的整个内部。在形成了硅化镍层之后进行热处理的情况下，分散于硅化镍层的内部的碳一起排出并凝集，在硅化镍层的表面和/或内部作为石墨等析出物以层状析出。由该碳凝集而成的析出物脆并且密合性低，因此即使因微小的应力也容易导致破裂，成为使在硅化镍层上形成的背面电极剥离的原因。
[0020]在使用了SiC的半导体器件的制造工序中，由于在形成硅化镍层之后进行各种热处理，所以SiC基板的碳扩散，在硅化镍层的表面和/或内部析出。因为在硅化镍层的表面析出的碳可通过偏压溅射等处理除去，所以能够防止起因在硅化镍层的表面析出碳而引起的背面电极剥离。与此相对，除去在硅化镍层的内部析出的碳是非常困难的，存在背面电极从硅化镍层的内部的以层状析出了碳的部分剥离的问题。
[0021]本发明为了解决因上述现有技术引起的问题点，其目的在于，提供一种能够抑制背面电极剥离的碳化硅半导体装置的制造方法。
[0022]技术方案
[0023]为了解决上述问题，达成目的，本发明人反复进行专心研究，结果发现以下情况。图8、图9是示出现有的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的截面图。如图8所示，在现有技术中，在SiC基板101的背面磨削时，在SiC基板101的背面的表面层形成了数十纳米程度的厚度的变质层102。在该变质层102的内部，碳成为均匀分布的状态。发现了在形成了这样的变质层102的状态下进行了之后用于形成硅化镍层103的热处理、和/或用于形成背面电极(未图示)的热处理等各种热处理的情况下，在生成变质层102的部分处碳凝集，成为如图9所示在硅化镍层103的内部析出了含有碳的层状的层104的状态。本发明是基于这样的观察而做出的。
[0024]另外，为了解决上述问题，达到本发明的目的，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法具有以下的特征。首先，进行磨削工序，对包括碳化硅的半导体基板的背面进行磨削，从而将上述半导体基板的厚度减薄。接下来，进行除去工序，通过研磨或蚀刻来除去由于上述磨削工序而在上述半导体基板的背面的表面层产生的变质层。接下来，在上述除去工序后，进行在上述半导体基板的背面形成镍膜的工序。接下来，进行通过热处理使上述镍膜硅化而形成硅化镍层的工序。接下来，进行在上述硅化镍层的表面上形成金属电极的工序。
[0025]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中的特征在于，上述研磨为化学机械研磨。
[0026]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中的特征在于，上述蚀刻为干法蚀刻或者湿法蚀刻。
[0027]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中的特征在于，在上述除去工序中，将上述半导体基板的厚度减薄lOOnm以上。
[0028]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中的特征在于，进一步在上述磨削工序前，进行在上述半导体基板的正面上生长外延层的生长工序。并且，在上述生长工序中，在上述半导体基板的背面生长升华层，在上述磨削工序中，除去上述升华层并且除去上述半导体基板的背面的表面层。
[0029]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中的特征在于，上述金属电极是依次堆叠钛(Ti)膜、镍(Ni)膜和银(Ag)膜而成的金属电极，或者是依次堆叠钛(Ti)膜、镍(Ni)膜和金(Au)膜而成的金属电极。
[0030]根据上述发明，通过利用研磨或蚀刻而除去在SiC基板的磨削面的表面层生成的变质层，能够防止由之后的热处理在硅化镍层的内部产生由碳凝集而成的析出物。因此，例如在将半导体晶片切断为各个芯片状的切割时，能够防止起因于包含于硅化镍层的内部的碳引起的背面电极剥离。
[0031]发明效果
[0032]根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法，具有能够抑制背面电极剥离这样的效果。
【附图说明】
[0033]图1是示出通过实施方式的碳化硅半导体装置的制造方法所制造的碳化硅半导体装置的一例的截面图。
[0034]图2是示意性地示出实施方式的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的截面图。
[0035]图3是示意性地示出实施方式的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的截面图。
[0036]图4是示意性地示出实施方式的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的截面图。
[0037]图5是示意性地示出实施方式的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的截面图。
[0038]图6是示意性地示出实施方式的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的截面图。
[0039]图7是示意性地示出实施方式的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的截面图。
[0040]图8是示出现有的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的截面图。
[0041]图9是示出现有的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的截面图。
[0042]符号的说明
[0043]1 n+型 SiC 基板
[0044]2 η—型SiC外延层
[0045]3 ρ型基层
[0046]4 n+型源层
[0047]5 p+型接触层
[0048]6栅绝缘膜
[0049]7栅电极
[0050]8层间绝缘膜[0051 ]9源电极
[0052]10、11硅化镍层
[0053]11a在硅化镍层的内部均匀分散的碳
[0054]12背面电极
[0055]21背面侧η—型SiC升华层
[0056]22 接触口
【具体实施方式】
[0057]以下参考附图，对本发明的碳化硅半导体装置的制造方法的优选的实施方式进行详细说明。在本说明书以及附图中，前缀有η或ρ的层和区域中，分别表示电子或空穴为多数载流子。并且，标记于η或ρ的+和-分别表示杂质浓度比未标记+和-的层和区域的杂质浓度高和低。应予说明，在以下的实施方式的说明以及附图中，对同样的结构标记相同的符号，并省略重复的说明。
[0058](实施方式)
[0059]以纵型的