碳化硅半导体装置的制造方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102800570 A (43)申请公布日 2012.11.28 C N 1 0 2 8 0 0 5 7 0 A *CN102800570A* (21)申请号 201210037902.3 (22)申请日 2012.02.20 2011-118661 2011.05.27 JP H01L 21/04(2006.01) H01L 29/872(2006.01) (71)申请人三菱电机株式会社 地址日本东京都 (72)发明人松野吉德 樽井阳一郎 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人闫小龙 王忠忠 (54) 发明名称 碳化硅半导体装置的制造。

2、方法 (57) 摘要 本发明涉及碳化硅半导体装置的制造方法。 提供一种半导体装置，能够在碳化硅肖特基二极 管的制造中，使二极管的正向特性特别是势垒高 度B稳定，使漏电流的偏差减少。在外延层（2） 上利用干式热氧化形成硅氧化膜OX1，在SiC基 板（1）的背面形成欧姆电极（3），之后，对SiC基 板（1）进行退火，在欧姆电极（3）和SiC基板（1） 的背面之间形成欧姆接合，除去硅氧化膜OX1，之 后，在外延层（2）上形成肖特基电极（4）。之后，进 行烧结，在肖特基电极（4）和外延层之间形成肖 特基接合。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书10页 附图13页 (19。

3、)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 13 页 1/2页 2 1.一种碳化硅半导体装置的制造方法， 具有如下工序 ： （a） 准备第一导电型的碳化硅基板 ； （b） 在所述碳化硅基板的一个主面上形成第一导电型的外延层 ； （c） 在所述外延层的上层部， 以包围成为电极区域的部分的方式， 离子注入第二导电型 的杂质， 形成终端结构 ； （d） 在所述外延层上利用干式热氧化形成硅氧化膜 ； （e） 在所述碳化硅基板的另一个主面上形成第一金属膜 ； （f） 在 所 述 工 序 （e） 之 后， 以 第 一 温 度 对 所 述 碳 化 硅 基。

4、 板 进 行 热 处 理， 在 所 述 第 一 金 属 膜和所述碳化硅基板的所述另一个主面之间形成欧姆接合 ； （g） 在所述工序 （f） 之后， 除去所述硅氧化膜 ； （h） 在所述工序 （g） 之后， 在所述外延层上形成第二金属膜 ； （i） 在 所 述 工 序 （h） 之 后， 以 第 二 温 度 对 所 述 碳 化 硅 基 板 进 行 热 处 理， 在 所 述 第 二 金 属 膜和所述外延层之间形成肖特基接合。 2.如权利要求 1所述的碳化硅半导体装置的制造方法， 其中， 在所述工序 （c） 和所述工序 （d） 之间， 还具 有如下工序 ： （d1） 进行使所注入的所述第二导电型的杂质。

5、活性化的退火 ； （d2） 在所述退火之后， 将所述外延层从最表面到 100 150nm的深度为止除去。 3.如权利要求 1所述的碳化硅半导体装置的制造方法， 其中， 所 述 工 序 （c） 包 含 如 下 工 序 ：以 包 围 成 为 所 述 电 极 区 域 的 部 分 的 方 式 离 子 注 入 所 述 第 二导电型的杂质， 形成终端结构。 4.如权利要求 3所述的碳化硅半导体装置的制造方法， 其中， 所述工序 （c） 包含如下工序 ： （c1） 以第一浓度离子注入所述第二导电型的杂质， 形成保护环区域 ； （c2） 以 与 所 述 保 护 环 层 的 更 外 侧 连 续 并 且 成 为 。

6、比 所 述 第 一 浓 度 低 的 第 二 浓 度 的 方 式 离子注入所述第二导电型的杂质， 形成 JTE区域。 5.如权利要求 3所述的碳化硅半导体装置的制造方法， 其中， 所述工序 （c） 包含如下工序 ： （c1） 以在所述外延层的平面内隔开间隔地形成有多个第二导电型的杂质区域的方式， 多重地离子注入所述第二导电型的杂质。 6.如权利要求 1所述的 碳化硅半导体装置的制造方法， 其中， 所述工序 （h） 包含以 Ti形成所述第二金属膜的工序， 所 述 工 序 （i） 包 含 以 作 为 所 述 第 二 温 度 的 45050 的 温 度 范 围 内 的 温 度 进 行 热 处 理 的工。

7、序。 7.如权利要求 6所述的碳化硅半导体装置的制造方法， 其中， 所 述 工 序 （i） 包 含 以 作 为 所 述 第 二 温 度 的 45020 的 温 度 范 围 内 的 温 度 进 行 热 处 理 的工序。 8.如权利要求 1所述的碳化硅半导体装置的制造方法， 其中， 所述工序 （d） 包含将所述硅氧化膜形成为 15 40nm的厚度的工序。 9.如权利要求 1所述的碳化硅半导体装置的制造方法， 其中， 权 利 要 求 书CN 102800570 A 2/2页 3 在所述工序 （i） 之后， 还具有在所述第二金属膜上形成第三金属膜的工序。 权 利 要 求 书CN 102800570 A。

8、 1/10页 4 碳化硅半导体装置的制造方法 技术领域 0001 本 发 明 涉 及 碳 化 硅 半 导 体 装 置 的 制 造 方 法， 特 别 涉 及 碳 化 硅 肖 特 基 势 垒 二 极 管 的 制造方法。 背景技术 0002 在碳化硅肖特基势垒二极管 （ 以下， 记为 SiC-SBD） 的制造中， 肖特基金属的选择和 正 向 特 性 的 稳 定 化 是 重 要 的。 作 为 肖 特 基 金 属， 通 常 是 Ti（ 钛 ） Ni（ 镍 ） Mo（ 钼 ） 以 及 W （ 钨 ） 等， 但 是， 例 如 在 制 造 Ti肖 特 基 势 垒 二 极 管 的 情 况 下， 在 采 用 Ni。

9、作 为 背 面 的 电 极 形 成 Ni的欧姆接合的情况下， 具有如下那样的工艺上的特征以及问题。 0003 即， kV级的高耐压的 SiC-SBD具有在形成在碳化硅基板上的 n型的外延层上形成 有 肖 特 基 电 极 的 结 构， 但 是， 在 该 构 造 中， 电 场 容 易 在 外 延 层 和 肖 特 基 电 极 的 接 合 面 的 端 缘 部集中， 所以， 通常在与该接合面 （ 肖特基接合 (Schottky junction)面 ） 的端缘部对应的外 延层的上层部形成电场集中缓和用的 p型终端结构。 0004 p型终端结构是以包围 SBD的电极区域的方式形成的 p型杂质区域， 在其形。

10、成中， 通常采用如下方法 ：在 n型的外延层中离子注入 Al（ 铝 ） B（ 硼 ） 等 p型杂质， 利用 1500 以上的高温热处理进行活性化退火。 0005 为 了 得 到 良 好 的 特 性 的 肖 特 基 接 合， 需 要 将 在 该 高 温 热 处 理 时 所 产 生 的 SiC表 面 的变质层除去， 作为除去该变质层的技术， 例如已知在专利文献 1 4中记载的技术。 0006 在 专 利 文 献 1中， 作 为 除 去 该 变 质 层 的 方 法， 公 开 了 如 下 方 法 ：在 活 性 化 退 火 后， 对 SiC表 层 进 行 牺 牲 氧 化， 在 表 层 形 成 40nm以。

11、 上 且 小 于 140nm的 牺 牲 氧 化 膜， 将 变 质 层 与 该牺牲氧化膜一起除去。 0007 在 专 利 文 献 2中， 公 开 了 如 下 方 法 ：利 用 氢 氟 酸 处 理 除 去 自 然 氧 化 膜， 接 着 通 过 利 用 氢 和 氧 的 混 合 气 体 的 等 离 子 体 或 包 括 氟 原 子 的 气 体 的 等 离 子 体 所 进 行 的 等 离 子 体 刻 蚀， 将 SiC的表面进行净化。 0008 在 专 利 文 献 3中， 公 开 了 如 下 方 法 ：产 生 约 100nm的 厚 度 的 变 质 层、 以 及 利 用 包 含 氢的环境中的刻蚀或机械性的研磨。

12、除去约 100nm的厚度的变质层。 0009 在 专 利 文 献 4中， 公 开 了 如 下 方 法 ： 在 活 性 化 退 火 后， 在 基 板 的 表 背 两 面， 在 1160的氧环境中形成热氧化膜， 之后以 BHF溶液除去该热氧化膜。 0010 此 外， 已 知 以 往 在 SiC-SBD的 制 造 中， 为 了 使 二 极 管 的 正 向 特 性 特 别 是 势 垒 高 度 B 或 n值 （ 理 想 系 数 ） 稳 定， 如 下 方 法 是 有 效 的 ：直 到 形 成 肖 特 基 金 属 之 前， 以 工 艺 保 护 膜 覆盖碳化硅基板上， 除去该工艺保护膜， 对肖特基金属 （ 此。

13、处为 Ti） 进行成膜的方法、 或在形 成肖特基金属后， 以 400 600左右进行 Ti烧结的方法。 0011 例 如， 在 Ti肖 特 基 势 垒 二 极 管 中， 若 未 实 施 烧 结， 则 势 垒 高 度 B 在 大 约 1.05 1.25eV的 范 围 偏 差 较 大。 这 会 引 起 如 下 问 题 ：各 个 SiC-SBD元 件 的 特 性 的 偏 差 变 大， 当 与 硅 IGBT或 SiC-MOSFET一起构成开关元件 功率模块等 时， 不能使特性一致、 或者在使合格 品 挑 选 标 准 严 格 的 情 况 下 合 格 品 率 下 降。 因 此， 制 作 特 性 一 致 的。

14、 半 导 体 器 件 在 批 量 生 产 工 说 明 书CN 102800570 A 2/10页 5 艺以及商业化时是重要的。 0012 但 是， 存 在 如 下 问 题 ：这 样 在 前 工 序 中 形 成 牺 牲 氧 化 膜 作 为 工 艺 保 护 膜 或 者 形 成 Ti作为肖特基金属之后， 即使进行 400 600左右的烧结， 也得不到二极管的正向特性特 别 是 势 垒 高 度 B 的 稳 定 性 应 该 满 足 设 想 实 用 化 所 要 求 的 规 格 的 结 果， 反 向 漏 电 流 的 偏 差 也较大。 0013 专利文献 1：日本特开 2008-53418号公报 ； 专利文献。

15、 2：日本特开 2001-35838号公报 ； 专利文献 3：日本特开 2004-363326号公报 ； 专利文献 4：日本特开 2007-141950号公报。 发明内容 0014 本 发 明 是 为 了 解 决 上 述 问 题 而 提 出 的， 其 目 的 在 于 提 供 一 种 半 导 体 装 置， 在 碳 化 硅 肖 特 基 二 极 管 的 制 造 中 能 够 使 二 极 管 的 正 向 特 性 特 别 是 势 垒 高 度 B 稳 定， 使 漏 电 流 的 偏差减小。 0015 本 发 明 提 供 一 种 碳 化 硅 半 导 体 装 置 的 制 造 方 法， 具 有 ：工 序 （a） ，。

16、 准 备 第 一 导 电 型 的 碳 化 硅 基 板 ；工 序 （b） ， 在 所 述 碳 化 硅 基 板 的 一 个 主 面 上 形 成 第 一 导 电 型 的 外 延 层 2 ； 工 序 （c） ， 在 所 述 外 延 层 的 上 层 部 以 包 围 成 为 电 极 区 域 17 的 部 分 的 方 式， 离 子 注 入 第 二 导 电 型 的 杂 质， 形 成 终 端 结 构 ；工 序 （d） ， 在 所 述 外 延 层 上， 利 用 干 式 热 氧 化 形 成 硅 氧 化 膜 ； 工序 （e） ， 在所述碳化硅基板的另一个主面上形成第一金属层 ；工序 （f） ， 在所述工序 （e） 之。

17、 后， 以 第 一 温 度 对 所 述 碳 化 硅 基 板 进 行 热 处 理， 在 所 述 第 一 金 属 层 和 所 述 碳 化 硅 基 板 的 所 述另一个主面之间形成欧姆接合 ；工序 （g） ， 在所述工序 （f） 之后， 除去所述硅氧化膜 ；工序 （h） ， 在 所 述 工 序 （g） 之 后， 在 所 述 外 延 层 上 形 成 第 二 金 属 层 4 ；工 序 （i） ， 在 所 述 工 序 （h） 之 后， 以 第 二 温 度 对 所 述 碳 化 硅 基 板 进 行 热 处 理， 在 所 述 第 二 金 属 层 和 所 述 外 延 层 之 间 形 成肖特基接合。 0016 根 。

18、据 本 发 明 的 碳 化 硅 半 导 体 装 置 的 制 造 方 法， 能 够 得 到 使 二 极 管 的 正 向 特 性 特 别 是势垒高度 B 稳定并且使反向漏电流的偏差减少的碳化硅半导 体装置。 附图说明 0017 图 1是示出 SiC晶片中的半导体芯片的布局 （layout） 的一个例子的平面图。 0018 图 2是半导体芯片的布局的部分平面图。 0019 图 3是示出芯片区域的剖面结构的剖面图。 0020 图 4是示出本发明的实施方式 1的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0021 图 5是示出本发明的实施方式 1的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0022 图 6是示出本。

19、发明的实施方式 1的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0023 图 7是示出本发明的实施方式 1的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0024 图 8是示出本发明的实施方式 1的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0025 图 9是示出本发明的实施方式 1的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0026 图 10是示出本发明的实施方式 1的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0027 图 11是示出本发明的实施方式 1的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 说 明 书CN 102800570 A 3/10页 6 0028 图 12是示出本发明的实施方式 1的 SiC-SBD的制造工序。

20、的剖面图。 0029 图 13是示出 Ti烧结的最佳温度的图。 0030 图 14是示出本发明的实施方式 2的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0031 图 15是示出本发明的实施方式 2的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0032 图 16是示出本发明的实施方式 2的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0033 图 17是 示 意 性 地 示 出 不 隔 着 注 入 穿 过 膜 （implantation through film） 形 成 了 GR区域的情况下的注入杂质的浓度分布的图。 0034 图 18是示意性地示出隔着注入通过膜形成了 GR区域的情况下的注入杂质的浓度 分布的。

21、图。 0035 图 19是具有 FLR区域的 SiC-SBD的剖面图。 0036 图 20是示出 FLR区域的制造工序的剖面图。 0037 图 21是示出本发明的实施方式 3的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0038 图 22是示出本发明的实施方式 3的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0039 图 23是示出本发明的实施方式 3的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 0040 图 24是示出本发明的实施方式 3的 SiC-SBD的制造工序的剖面图。 具体实施方式 0041 在 SiC的 外 延 生 长 中， 为 了 使 基 板 结 晶 的 晶 型 （polytype） 正 确 地 。

22、继 承， 使 用 台 阶 控制外延 （step control epitaxy） 。在台阶控制外延中， 使用如下的倾斜角 （off angle） 基 板 ：将 基 板 面 方 位 从 作 为 基 本 结 晶 面 （basal plane） 的 （0001） 面 倾 斜 数 度， 从 而 实 现 了 台阶状的表面结构。 0042 在 晶 型 为 4H的 SiC基 板 的 情 况 下， 使 用 在 方 向 （ “_”表 示 附 在 2上 方 的 条状线 （bar line） ） 倾斜 8或 4所得到的基板的情况是标准的。 0043 在 使 用 以 下 说 明 的 本 发 明 的 碳 化 硅 半 导。

23、 体 装 置 的 制 造 方 法 所 制 作 的 SiC-SBD中， 在使用了倾斜角为 8的基板的情况下， 晶片工艺完成后的势垒高度为 1.25 B 1.29 的范围， 在使用了倾斜角为 4的基板的情况下， 为 1.21 B 1.25的范围， 在哪种情况 下均得到了稳定的结果。 0044 以下， 以使用了倾斜角为 8的基板的情况为例， 对本发明的碳化硅半导体装置的 制造方法的实施方式进行说明。 0045 图 1是 示 出 SiC晶 片 WF的 半 导 体 芯 片 的 布 局 的 一 个 例 子 的 平 面 图， 在 SiC晶 片 WF上 纵 横 地 设 定 有 多 个 切 割 线 DL。 由 。

24、切 割 线 DL包 围 的 四 角 形 状 的 区 域 是 芯 片 区 域 CH， 切 割 芯 片区域 CH， 由此， 得到各个独立的 SiC-SBD的芯片。 0046 图 2是 示 出 图 1所 示 的 由 区 域 X包 围 的 部 分 的 平 面 图， 示 出 SiC-SBD的 上 表 面 结 构。 并且， 在图 2中示出以后形成肖特基电极的电极区域 17将其包围的 GR（Guard Ring ： 保护环 ） 区域 10以及 JTE（Junction Termination Extension ：结终端扩展 ） 区域 11， 示出 形成电极区域 17上的肖特基电极等之前的状态。 0047 。

25、并且， 在图 2中示出了两行两列的四个芯片区域 CH， 但是， 这例示了在光刻中的以 一次照射 （shot） 所曝光的芯片区域是四个的情况。并且， 在规定该四个芯片区域的切割线 说 明 书CN 102800570 A 4/10页 7 DL上， 设置有多个在光刻时所需要的曝光掩模的对位用的对位标记 9。 0048 对 位 标 记 9的 俯 视 图 形 状 为 四 角 形， 并 且 对 位 标 记 9设 置 在 朝 向 附 图 最 上 部 左 侧 的 芯 片 区 域 CH的 上 边 侧 的 切 割 线 DL上 和 朝 向 附 图 最 下 部 右 侧 的 芯 片 区 域 CH的 下 边 侧 的 切割。

26、线 DL上， 但是， 对位标记 9的俯视图形状以及配置仅仅是一个例子。 0049 图 3是示出在图 2中的芯片区域 CH的 A-A线的剖面结构的剖面图。 如图 3所示， 在 n型的 SiC基板 1上形成有 n型的外延层 2， 在外延层 2的上层部的电极区域 17的外侧形 成有深度 0.6m 左右 宽度 20m 左右的 GR区域 10以及深度 0.8m 左右 宽度 20m 左右的 JTE区域 11， 在 JTE区域 11的更外侧形成有对位标记 9。 0050 为 了 在 SiC-SBD中 稳 定 地 确 保 超 过 kV级 的 耐 压 而 设 置 GR区 域 10以 及 JTE区 域 11以 缓。

27、 和 肖 特 基 电 极 端 部 的 电 场 集 中。 虽 然 仅 GR区 域 10就 能 缓 和 电 场 的 集 中， 但 是， 采 用 了 如 下 结 构 ：设 置 与 GR区 域 10的 外 侧 连 续 并 且 杂 质 浓 度 比 GR区 域 10稍 低 的 JTE区 域 11， 从而使表面电场减少。 0051 接 着， 使 用 作 为 按 顺 序 表 示 制 造 工 序 的 剖 面 图 的 图 4 图 12， 对 实 施 方 式 1的 SiC-SBD的制造方法进行说明。 0052 首 先， 在 图 4所 示 的 工 序 中， 准 备 晶 型 为 4H的 具 有 （0001） 硅 面 的。

28、 倾 斜 角 8的 n 型的 SiC基板 1。SiC 基板 1的 n型杂质浓度较高 （n + ） ， 其电阻率为 0.02cm 左右。 0053 接 着， 在 SiC基 板 1的 （0001） 硅 面 （ 将 其 称 为 一 个 主 面 ） 上， 使 包 含 与 SiC基 板 1 相 比 浓 度 （510 15 /cm 3 左 右 ） 较 低 的 n型 杂 质 的 外 延 层 2外 延 生 长。 外 延 层 2的 厚 度 根 据 耐压来决定， 在 600V 1700V左右的耐压的情况下为 5 15m 左右的厚度。 0054 之后， 在外延层 2上形成抗蚀剂掩模 RM1， 在此处利用光刻形成对位。

29、标记 9形成用 的开口部 OP1。 并且， 经由开口部 OP1将外延层 2的表面刻蚀 0.3m 左右， 由此， 形成对位 标记 9。在以后的光刻中， 使用该对位标记 9作为记号， 进行曝光掩模的重叠。 0055 接 着， 在 除 去 了 抗 蚀 剂 掩 模 RM1之 后， 在 图 5所 示 的 工 序 中， 在 外 延 层 2上 形 成 抗 蚀剂掩模 RM2， 在此处利用光刻对用于形成 GR区域 10的开口部 OP2进行构图。 并且， 从抗 蚀 剂 掩 模 RM2的 上 方 进 行 作 为 p型 杂 质 的 例 如 Al的 离 子 注 入， 经 由 开 口 部 OP2在 外 延 层 2的 上 。

30、层 部 形 成 GR区 域 10。 以 此 时 的 注 入 条 件 例 如 为 使 用 350keV的 能 量 而 峰 值 浓 度 为 510 17 /cm 3 左右的方式进行注入。 0056 接 着， 在 除 去 了 抗 蚀 剂 掩 模 RM2之 后， 在 图 6所 示 的 工 序 中， 在 外 延 层 2上 形 成 抗 蚀 剂 掩 模 RM3， 在 此 处 利 用 光 刻 对 用 于 形 成 JTE区 域 11的 开 口 部 OP3进 行 构 图。 并 且， 从 抗蚀剂掩模 RM3的上方进行作为 p型杂质的例如 Al的离子注入， 经由开口部 OP3在外延层 2的 上 层 部 形 成 JTE。

31、区 域 11。 以 此 时 的 注 入 条 件 例 如 为 使 用 500keV的 能 量 而 峰 值 浓 度 为 210 17 /cm 3 左右的方式进行注入。 0057 为 了 完 成 区 域 10以 及 JTE区 域 11来 作 为 终 端 结 构， 需 要 利 用 退 火 对 所 注 入 的 杂 质 进 行 活 性 化。 因 此， 在 除 去 了 抗 蚀 剂 掩 模 RM3之 后， 例 如 使 用 RTA（Rapid Thermal Annealing：快 速 热 退 火 ） 型 的 退 火 炉， 在 常 压 Ar环 境 中 进 行 退 火。 在 该 情 况 下， 作 为 对 被 称为。

32、聚并台阶 （bunching step） 的凹凸面的产生进行抑制的方法， 通常在退火之前， 在 SiC 晶 片 的 整 个 表 面 形 成 称 为 石 墨 帽 （graphite cap） （G-cap） 的 碳 保 护 膜。 若 例 如 使 用 单 晶 片式 RTA退火炉将形成有石墨帽的 SiC晶片在至少 1500 1700的温度范围内退火 10分 钟左右， 则 p型杂质以 50 90%的比例进行活性化， 作为终端结构充分地发挥作用。 说 明 书CN 102800570 A 5/10页 8 0058 通 过 终 端 结 构 的 完 成， 能 够 缓 和 在 外 延 层 和 肖 特 基 电 极。

33、 的 接 合 面 的 端 缘 部 的 电 场 集中。 0059 此外， 通过形成石墨帽， 也不会产生 1nm以上的聚并台阶。 活性化率高成为使在注 入 工 序 中 破 坏 的 结 晶 的 再 结 晶 化 状 态 成 为 更 完 全 的 状 态 的 指 标， 有 助 于 作 为 半 导 体 器 件 的 高可靠性的实现。 0060 并 且， 当 不 设 置 石 墨 帽 而 进 行 退 火 时， 产 生 1nm以 上 的 聚 并 台 阶， 成 为 以 后 形 成 的 热 氧 化 膜 的 厚 度 的 偏 差 增 加、 在 该 热 氧 化 膜 除 去 后 氧 化 膜 还 局 部 地 残 留 的 原 因，。

34、 存 在 使 漏 电流增大的可能性。 0061 在 石 墨 帽 的 形 成 中， 若 例 如 使 用 液 体 材 料 C 2 H 5 OH并 利 用 CVD（Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积 ） 形成大约 20nm以上的膜厚， 则是充分的。 例如能够以 900 60 分钟形成 40 50nm。在活性化退火后的除去中进行干灰化 （dry ashing） 即可。 0062 此 外， 作 为 不 形 成 石 墨 帽 而 对 聚 并 台 阶 进 行 抑 制 的 方 法， 举 出 如 下 方 法 ：使 用 炉 型 的 SiC-CVD装 置， 例 如 在 减 压 后 的 H。

35、 2 以 及 C 3 H 8 环 境 中， 实 施 1350 15分 钟 左 右 的 退 火。 该 退 火 条 件 是 一 边 与 在 Ar环 境 中 的 退 火 相 比 较 一 边 调 整 环 境 压 力 温 度 时 间 以 使 将 聚 并 台 阶 抑 制 到 小 于 1nm而 得 到 的 条 件， 通 过 采 用 这 样 的 退 火 条 件， 能 够 将 以 聚 并 台 阶 为 代 表的退火后的表面的凹凸抑制到小于 1nm。 0063 在进行了上述的活性化退火之后， 为了除去从外延层 2的最表面达到 100 150nm 的深度的变质层 （ 损伤层 ） 而进行干法刻蚀。 0064 由 于 外。

36、 延 层 2的 表 面 的 变 质 层 不 能 被 接 下 来 的 工 序 中 形 成 的 热 氧 化 膜 除 净， 所 以， 预 先 利 用 干 法 刻 蚀 进 行 除 去， 由 此， 在 热 氧 化 膜 除 去 后， 能 够 在 良 好 的 外 延 层 2的 表 面 形成肖特基电极。 0065 在除去了变质层之后， 在 SiC晶片的 （0001_） 碳面 （ “_”表示附在 1的上方的条状 线 ） 、 即在 SiC基板 1的与形成有外延层 2的一个主面的相 反侧的另一个主面 （ 背面 ） 形成欧 姆电极， 但是， 在此之前， 在图 7所示的工序中， 在外延层 2上形成 15 40nm的厚度。

37、的硅氧 化膜 OX1。 0066 在 SiC晶片的背面形成了欧姆电极之后， 进行 1000左右的退火， 但是， 该硅氧化 膜 OX1此 时 是 防 止 外 延 层 2的 表 面 被 作 为 欧 姆 电 极 的 材 料 的 Ni或 在 退 火 装 置 内 部 滞 留 的 金 属 杂 质 等 污 染 的 处 理 保 护 膜， 该 硅 氧 化 膜 OX1通 过 在 干 燥 氧 环 境 中 进 行 的 干 式 热 氧 化 来 形成。 0067 此 处， 对 利 用 干 式 热 氧 化 形 成 硅 氧 化 膜 OX1的 理 由 进 行 说 明。 在 制 作 具 有 例 如 1200V的 耐 压 的 Si。

38、C-SBD的 情 况 下， 在 将 注 入 杂 质 的 活 性 化 退 火 后 的 热 氧 化 膜 利 用 干 式 氧 化 以 及 湿 式 氧 化 形 成 的 情 况 下， 在 完 成 了 的 SBD的 反 向 漏 电 流 特 性 方 面 产 生 明 显 的 显 著 性 差异。 0068 在 通 过 氢 氟 酸 的 湿 式 刻 蚀 除 去 由 干 式 氧 化 所 形 成 的 硅 氧 化 膜 之 后 形 成 肖 特 基 电 极 （Ti） 而 得 到 的 SBD中 以 及 在 通 过 氢 氟 酸 的 湿 式 刻 蚀 除 去 由 湿 式 氧 化 所 形 成 的 硅 氧 化 膜之后形成肖特基电极 （T。

39、i） 而得到的 SBD中， 施加 1200V时的反向漏电流的典型值分别为 10 100A/cm 2 1 10mA/cm 2 ， 有大约 1 3位不同。 0069 以 如 下 模 型 对 产 生 该 明 显 的 显 著 性 差 异 的 理 由 进 行 说 明。 即， 被 认 为 在 干 式 氧 化 中缓慢地进行各向同性的氧化， 因此， 存在剩余碳也热平衡地分散的趋势。 说 明 书CN 102800570 A 6/10页 9 0070 另 一 方 面， 在 湿 式 氧 化 中， 化 学 作 用 变 得 明 显， 氧 化 速 度 的 面 方 位 依 赖 性 或 结 晶 缺 陷中的优先的氧化 增殖氧化。

40、进一步发展， 存在剩余碳的局部析出的可能性。 由于该差异， 关 于 氧 化 膜 除 去 后 的 表 面 平 坦 性， 在 除 去 以 湿 式 氧 化 形 成 的 氧 化 膜 的 情 况 下， 容 易 产 生 局 部的凹凸， 它们被认为是使反向漏电流增大的重要因素。 并且， 对 SiC的热氧化的一般的模 型 说 明 例 如 记 载 在 “SiC素 子 基 礎 応 用” （ 社 荒 井 和 雄 吉 田 貞 史 共 編 ） 的 第 82、 83页中。 0071 此外， 使硅氧化膜 OX1的厚度为 15 40nm的理由如下。 即， 为了得到作为工艺保 护 膜 的 效 果， 需 要 最 低 与 数 个 。

41、原 子 层 以 上 相 当 的 15nm以 上 的 厚 度， 否 则 在 物 理 上 （ 机 械 上 ） 以及化学上无法作为保护膜而发挥作用。 此外， 关于上限， 干式热氧化需要比湿式热氧化等 长的成膜时间， 所以， 若考虑成膜时间， 则最大 40nm左右是现实的膜厚。 0072 此 外， 若 基 于 先 前 说 明 的 湿 式 氧 化 和 干 式 氧 化 的 模 型， 则 即 使 是 干 式 氧 化， 形 成 过 厚的硅氧化膜 OX1也增加剩余碳的局部析出的可能性， 所以， 使其小于 40nm、 更优选为 20nm 左右的厚度。 0073 此 处， 在 SiC-SBD中， 对 器 件 特 性。

42、 施 加 最 大 影 响 的 接 合 部 位 是 成 为 肖 特 基 接 合 的 肖 特 基 电 极 （ 例 如 Ti） 和 SiC的 接 合 界 面， 所 以， 优 选 先 形 成 肖 特 基 电 极， 然 后 形 成 欧 姆 电 极， 但 是， 为 了 得 到 Ni和 SiC的 良 好 的 欧 姆 接 合， 需 要 1000 左 右 的 退 火 （ 欧 姆 退 火 ） 。 但 是， Ti和 SiC的肖特基接合在该高温工艺中受到损伤， 所以， 先形成欧姆电极。 0074 这 样， 在 形 成 Ni的 欧 姆 电 极 之 前， 以 利 用 干 式 热 氧 化 得 到 的 硅 氧 化 膜 OX1。

43、膜 保 护 电极区域， 由此， 能够减少后述的 Ti烧结引起的特性的偏差。 0075 并且， 硅氧化膜 OX1也形成在 SiC晶片的背面， 所以， 在形成欧姆电极前， 对背面进 行研磨， 从而除去背面的硅氧化膜 OX1。 在图 7中示出除去了背面的硅氧化膜 OX1的状 态。 0076 接 着， 在 图 8所 示 的 工 序 中， 在 SiC晶 片 的 背 面 即 SiC基 板 1的 背 面， 利 用 例 如 溅 射法形成厚度为 100nm左右的 Ni膜， 在与 SiC基板 1之间形成欧姆接合， 得到欧姆电极 3。 0077 之 后， 如 先 前 说 明 的 那 样， 进 行 1000 左 右 。

44、的 退 火， 但 是， 该 退 火 条 件 以 剩 余 碳 在 SiC和 Ni的界面不偏析地形成优质的 Ni硅化物的方式来设定。 0078 接着， 在图 9所示的工序中， 在利用使用了氢氟酸的湿式刻蚀除去外延层 2上的硅 氧 化 膜 OX1之 后， 利 用 例 如 溅 射 法 形 成 厚 度 为 200nm左 右 的 Ti膜。 并 且， 在 形 成 肖 特 基 电 极 4的部分上， 利用光刻形成抗蚀剂掩模， 使用该抗蚀剂掩模， 利用例如湿法刻蚀对 Ti膜进 行构图， 由此， 得到肖特基电极 4。 在该构图中， 以肖特基电极 4形成在被 GR区域 10包围的 外延层 2上以及 GR区域 10的一。

45、部分上部的方式进行构图。 0079 之 后， 在 45050 更 优 选 在 45020 的 温 度 范 围 进 行 15分 钟 左 右 的 烧 结。 在 Ti和 n型的 SiC的肖特基接合中进行烧结， 由此， 势垒高度 B 高至 1.25eV左右， 并且， 能够减少势垒高度 B 的偏差。 例如在 450的 Ti烧结中， 势垒高度 b 稳定到 1.250 1.290eV。其结果是， 二极管的正向特性稳定， 反向漏电流的偏差也减少。 0080 并 且， 在 实 际 的 工 艺 中， 为 了 保 护 GR区 域 10以 及 JTE区 域 11露 出 的 外 延 层 2的 表 面 而 形 成 聚 酰。

46、 亚 胺 树 脂， 但 是， 为 了 其 硬 化 （curing） 而 进 行 350 左 右 的 热 处 理， 所 以， 即使在暂时不实施 Ti烧结的情况下， 也产生 350的热过程 （thermal history） 。 0081 根 据 实 验 确 认 了 在 该 硬 化 引 起 的 350 的 热 过 程 不 施 加 于 Ti膜 的 情 况 下 的 势 垒 高度 b 为 1.05eV左右。 说 明 书CN 102800570 A 7/10页 10 0082 此 外， 根 据 实 验 确 认 了 如 下 情 况 ：为 了 充 分 地 使 势 垒 高 度 b 稳 定， 优 选 以 400 。

47、以上 更优选 450进行 Ti烧结。 在图 13中示出该实验结果。 在图 13中， 横轴表示 Ti烧 结的温度， 纵轴表示势垒高度 b 的值， 示出以 400 450 500以及 550的温度进行 Ti烧结， 在各个温度得到的势垒高度 b 的最小值 最大值以及平均值。 0083 根 据 图 13判 断 为 ：在 Ti烧 结 的 温 度 为 450 的 情 况 下， 势 垒 高 度 b 最 大， 变 动 幅度 （ 最大值与最小值之差 ） 最小。但是， 当烧结温度超过 450时， 肖特基接合开始部分破 坏， 在欧姆接合中发生变化， 势垒高度 b 的降低、 势垒高度 b 的偏差变大。 0084 此 。

48、外， 关 于 Ti烧 结 的 定 时 （timing） ， 优 选 在 紧 随 肖 特 基 电 极 4的 构 图 之 后 并 在 肖 特基电极 4上形成表面电极焊盘 （ 后面进行说明 ） 之前。 即， 这是因为， 在构成表面电极焊盘 的 Al等 的 肖 特 基 金 属 以 外 的 金 属 不 接 近 混 入 接 触 肖 特 基 金 属 和 SiC的 界 面 附 近 的 情 况下， 就能够得到按照设计的良好的接合。 0085 此 外， 这 是 因 为 存 在 如 下 情 况 ：当 在 肖 特 基 电 极 4的 构 图 前 进 行 Ti烧 结 时， 由 于 Ti烧结而在 Ti和 SiC的界面形成 Ti硅化物层等的过渡层 （transition layer） ， 在利用例 如湿法刻蚀对 Ti膜进行构图时成为问题。 0086 在 肖 特 基 电 极 4的 烧 结 结 束 之 后， 在 图 10所 示 的 工 序 中， 在 肖 特 基 电 极 4上 GR 区域 10JTE区域 11上以及外延层 2上， 以蒸镀法或溅射法形成 3 5m 左右的厚度的 Al 膜。 然后， 在与肖特基电极 4的上方相当的 Al膜的上部， 利用光刻形成抗蚀剂掩模 RM4， 经 由 抗 蚀 剂 开 口 部 利 用 热 磷 酸 等 进 行 湿 法 刻 蚀， 由 此， 对 Al膜 进 行 构 图， 得 到 表 面。