(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上に形成されたｎ型炭化珪素層と、
前記ｎ型炭化珪素層の表面近傍に形成されたｐ型不純物領域と、
前記ｐ型不純物領域及び前記ｎ型炭化珪素層上に形成された透明導電膜からなるショットキー電極と、
前記ショットキー電極上に形成されたおもて面パッド電極と、を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
前記透明導電膜がＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＩＦＯ、ＡＴＯ、ＦＴＯ、ＺnＯ、及び、ＣＴＯの群から選択されたいずれかからなることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記透明導電膜の膜厚が５０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記おもて面パッド電極がＴｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇの金属膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記おもて面パッド電極と前記ショットキー電極との間に、Ｃｒ金属が介されていることを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
炭化珪素基板上にｎ型炭化珪素層を形成する工程と、
前記ｎ型炭化珪素層の表面近傍にｐ型不純物領域を形成する工程と、
前記ｐ型不純物領域及び前記ｎ型炭化珪素層上に透明導電膜からなるショットキー電極を形成する工程と、
前記ショットキー電極上に、おもて面パッド電極を形成する工程と、
を有する、ことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記ショットキー電極を形成する工程の前に、前記炭化珪素基板の前記ｎ型炭化珪素層と反対側の表面に裏面電極を形成する工程を有し、
前記透明導電膜からなるショットキー電極を形成する工程と前記おもて面パッド電極を形成する工程との間に、前記裏面電極と前記ショットキー電極との間に逆バイアス電圧を印加することによって発生する発光を、前記透明導電膜を介して検出する欠陥検査工程を有することを特徴とする請求項６に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が1桁大きく、バンドギャップが約３倍大きく、また、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有することから、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。特に、ショットキーバリアダイオード（ＳｉＣ−ＳＢＤ）は既に実用化されている。
【０００３】
かかるＳｉＣデバイス（炭化珪素半導体装置）は、昇華再結晶法等で成長させたＳｉＣのバルク単結晶から加工して得られたＳｉＣ単結晶基板上に、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）等によってデバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル膜を成長させたＳｉＣエピタキシャルウェハを用いて作製されるのが一般的である。
【０００４】
従来、ショットキーバリアダイオードにおいて、ショットキー電極を構成する材料としては、炭化珪素との間にショットキー接合（接触）を形成する、Ｍｏ等の金属（合金を含む）が用いられてきた（例えば、特許文献１）。
【０００５】
ＳｉＣ単結晶基板には多くの結晶欠陥が存在し、その結晶欠陥はエピタキシャル膜に伝播することが知られている。また、エピタキシャル膜の成膜中に欠陥が形成されることもある。
ＳｉＣ単結晶基板やＳｉＣエピタキシャル膜に欠陥を有するＳｉＣエピタキシャルウェハを用いてデバイスを作製すると、耐圧低下やリーク電流の増大等を招いてしまう。従って、ＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて欠陥を有さない部分に形成したデバイスと、欠陥を有する部分に形成したデバイスとを識別する必要がある。
また、基板やエピタキシャル膜に欠陥がない場合でも、ＳｉＣデバイスの作製時に欠陥あるいは不良箇所が形成されてしまう場合もある。
【０００６】
ＳｉＣエピタキシャルウェハを用いて作製した、ショットキーバリアダイオード等のＳｉＣデバイスが有する欠陥又は不良（故障）箇所（以下、単に「欠陥」という）を検出・評価する方法として、フォトエミッション顕微鏡（ＰＥＭ）法が知られている（例えば、非特許文献１）。ＰＥＭ法は、ＳｉＣデバイス等の半導体デバイスの異常動作に伴い発生する微弱な発光を検出することで、欠陥位置を特定できる手法である。
非特許文献１では、ＰＥＭを用いてＳｉＣのｐｉｎダイオードの欠陥評価の結果が示されている。
【０００７】
ＰＥＭはリアルタイムのフォトエミッション現象を観察することができ、ＣＣＤカメラを組み合わせて、フォトエミッション像のリアルタイムの変化を記録することもできる。非特許文献２には、ＭＯＳ（ポリシリコン膜／熱酸化膜／ＳｉＣエピタキシャル膜）キャパシタ構造の熱酸化膜について、電流を流してＰＥＭ像をリアルタイムで観察し、熱酸化膜内の絶縁破壊を起こす位置を特定した例が示されている。
【０００８】
以上のように、フォトエミッション顕微鏡（ＰＥＭ）法は、ＳｉＣデバイスの欠陥評価に対して有益な情報を提供することができる。
【０００９】
また、ＳｉＣデバイス等の半導体デバイスの欠陥を検出・評価する他の方法として、デバイス通電時の欠陥の発熱をサーモビューアや液晶の偏光の温度依存性を利用して検出する発熱解析法が知られている（例えば、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１６５８８０号公報
【特許文献２】特開２００９−２８８０９０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Material Science Forum Vols. 483-485 (2005) pp773-776
【非特許文献２】Material Science Forum Vols. 679-680 (2011) pp378-381
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、非特許文献1及び２に示すような従来のフォトエミッション顕微鏡（ＰＥＭ）を用いてＳｉＣデバイスの欠陥を評価する場合、表面の電極が発光を観察する際の障害となるため、通常はＳｉＣデバイスの裏面に形成した裏面電極の少なくとも一部を研磨して除去し、基板の裏面から基板を介して発光を観察している。そのため、試料はチップ状態でおもて面側をハンダ付けしなければならず、測定に時間がかかり、また、裏面の研磨を適切に行わないと曇ってしまって、発光が正確に観察できないという問題があった。また、基板の裏面から基板を介して発光を観察するので、基板の厚さの分、高分解能で欠陥の位置情報を得ることは困難であった。さらに、この場合、チップごとに裏面電極を剥がして検査するため、ウェハに作製した全チップを検査するには長時間を要するという問題があった。
また、特許文献１に示すような発熱解析法では、欠陥部位の発熱を金属電極を介して観察したり、または、その上の液晶を通して観察するので、金属や液晶の熱伝導により横方向に広がり、高分解能で欠陥の位置情報を得ることは困難であった。
【００１３】
このため、従来、製造段階の途中で欠陥を発見し、その欠陥を有する炭化珪素半導体装置（完成前）を予め識別して、欠陥を発見できなかったものだけを完成品とされた炭化珪素半導体装置はなかった。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、従来より簡易に短時間で、より高分解能で、チップに個片化する前のウェハの状態で、ウェハのおもて面から、欠陥の有無を検査することが可能である炭化珪素半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の通り、従来のショットキーバリアダイオードではショットキー電極を構成する材料としては金属（合金を含む）を用いてきたが、本発明者は、ＩＴＯ等の透明導電膜がｎ型炭化珪素膜に対してショットキー接合をすることを見出し、本発明を完成させた。
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１）炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上に形成されたｎ型炭化珪素層と、前記ｎ型炭化珪素層の表面近傍に形成されたｐ型不純物領域と、前記ｐ型不純物領域及び前記ｎ型炭化珪素層上に形成された透明導電膜からなるショットキー電極と、を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置。
（２）前記透明導電膜がＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＩＦＯ、ＡＴＯ、ＦＴＯ、ＺnＯ、及び、ＣＴＯの群から選択されたいずれかからなることを特徴とする（１）に記載の炭化珪素半導体装置。
（３）前記透明導電膜の膜厚が５０〜１０００ｎｍであることを特徴とする（１）又は（２）のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置。
（４）炭化珪素基板上にｎ型炭化珪素層を形成する工程と、前記ｎ型炭化珪素層の表面近傍にｐ型不純物領域を形成する工程と、前記ｐ型不純物領域及び前記ｎ型炭化珪素層上に透明導電膜からなるショットキー電極を形成する工程と、を有する、ことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の炭化珪素半導体装置によれば、従来より簡易に短時間で、より高分解能で、チップに個片化する前のウェハの状態で、ウェハのおもて面から、欠陥の有無を検査することができる。このため、欠陥を有するものを予め不良品として識別しておくことができ、完成後の炭化珪素半導体装置の不良品率を下げておくことができる。
【００１８】
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、従来より簡易に短時間で、より高分解能で、チップに個片化する前のウェハの状態で、ウェハのおもて面から、欠陥の有無を検査することが可能な炭化珪素半導体装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の断面摸式図である。
【図２】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図３】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図４】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図５】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図６】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図７】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図８】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図９】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図１０】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図１１】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図１２】本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法を用いてショットキー電極を形成した後のウェハについて、おもて面側から観察した光学顕微鏡像である。
【図１３】本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法を用いてショットキー電極を形成した後のウェハについて、裏面オーミック電極とＩＴＯ膜からなるショットキー電極との間に順バイアス電圧を印加したときのＩＶ特性を示すグラフである。
【図１４】本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法を用いてショットキー電極を形成した後のウェハについて、裏面オーミック電極とＩＴＯ膜からなるショットキー電極との間に逆バイアス電圧を印加したときのＩＶ特性を示すグラフである。
【図１５】本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法を用いてショットキー電極を形成した後のウェハについて、ショットキーダイオードの理論式に、ＩＶ特性実験で得られた結果を代入して得られた、ショットキー障壁Φｂと、ｎ値の結果を示すグラフである。
【図１６Ａ】本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法を用いてショットキー電極を形成した後の炭化珪素半導体装置について、おもて面側から観察した光学顕微鏡像である。
【図１６Ｂ】図１６Ａで示した光学顕微鏡像の欠陥部分の拡大像である。
【図１６Ｃ】図１６Ａで光学顕微鏡像を示した炭化珪素半導体装置のＰＥＭ像である。
【図１７】図１６Ａ〜図１６Ｃで示した像を得るために用いた、フォトエミッション顕微鏡（ＰＥＭ）を含むシステムを用いてＰＥＭ像を得るところを示す概略摸式図である。
【図１８】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図１９】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図２０】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【図２１】本発明を適用した一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法を説明するための断面摸式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した炭化珪素半導体装置及びその製造方法、図面を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることも可能である。
本明細書において、ＳｉＣ単結晶基板上に薄膜を形成したものをウェハということがあり、また、炭化珪素半導体装置の完成前の構造体についても炭化珪素半導体装置ということがある。
【００２１】
［炭化珪素半導体装置］
図１に、本発明の炭化珪素半導体装置の一例の断面模式図を示す。
図１に示す炭化珪素半導体装置１００は、炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１上に形成されたｎ型炭化珪素層２と、ｎ型炭化珪素層２の表面近傍に形成されたｐ型不純物領域５と、ｐ型不純物領域５及びｎ型炭化珪素層２上に形成された透明導電膜からなるショットキー電極１１と、を備えている。
また、ショットキー電極１１上にはおもて面パッド電極１２、おもて面パッド電極１２の端部１２ｃのみを覆うようにパッシベーション膜１３を備え、炭化珪素基板１の裏面には裏面オーミック電極１０、裏面パッド電極１４を順に備えている。
なお、ｐ型不純物層は透明導電膜ショットキー電極の周辺に、例えば、リング状に配置される。このｐ型不純物層は、ショットキー電極に逆方向の電圧をかけた場合に、ブレークダウンしやすいシットキー電極周辺に配置しておくことで、その逆方向の耐圧を上げることができる。
【００２２】
炭化珪素基板１は例えば、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板を用いることができる。また、面方位はＳｉ面を用いても、Ｃ面を用いてもよく、オフ角が設けられていてもよい。この炭化珪素基板１は、高濃度にｎ型不純物がドープされたｎ型炭化珪素基板が望ましい。
【００２３】
ｎ型エピタキシャル層（ｎ型炭化珪素層）２は例えば、昇華再結晶法によって形成することができる。
ｐ型不純物領域５は、ｎ型エピタキシャル層（ｎ型炭化珪素層）２に例えば、不純物としてアルミニウムがイオン注入することにより形成することができる。
【００２４】
ショットキー電極１１を構成する透明導電膜の材料としては、ｎ型エピタキシャル層（ｎ型炭化珪素層）２に対してショットキー接合をすることができるものとして、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＩＦＯ、ＡＴＯ、ＦＴＯ、ＺnＯ、及び、ＣＴＯの群から選択されたいずれかを用いることができる。
【００２５】
ショットキー電極１１を構成する透明導電膜の膜厚としては、５０〜１０００ｎｍ、より好ましくは、１００〜５００ｎｍとする。本発明では、おもて面から透明導電膜を介してフォトエミッション現象による発光により欠陥の有無を観察するので、１０００ｎｍを超えると、光の透過率が小さくなり、検出される発光が弱くなることから観察するのが困難になる場合があり、また、５０ｎｍより小さいと、膜質が安定せず、また、膜の強度が落ちるからである。
【００２６】
ショットキー電極１１とｎ型エピタキシャル層（ｎ型炭化珪素層）２との間のショットキー特性については後述する。
【００２７】
［炭化珪素半導体装置の製造方法］
次に、本発明の一実施形態である炭化珪素半導体装置の製造方法について、図面を用いて説明する。
【００２８】
＜ｎ型炭化珪素層形成工程＞
まず、図２に示すように、ＳｉＣ単結晶基板（炭化珪素基板）１上にｎ型エピタキシャル層（ｎ型炭化珪素層）２を形成する。なお、以下の説明において、ＳｉＣ単結晶基板１のｎ型エピタキシャル層２側をおもて面１ａ、その反対側を裏面１ｂという。
次に、ｎ型エピタキシャル層（ｎ型炭化珪素層）２上を清浄化するために洗浄するのが好ましい。洗浄としては例えば、硫酸＋過酸化水素、水酸化アンモニウム＋過酸化水素、塩酸＋過酸化水素、フッ酸水溶液等を用いていわゆるＲＣＡ洗浄を行う。
次に、ｎ型エピタキシャル層２の表面を保護するために、表面に酸化膜を形成する。その後、ＳｉＣ単結晶基板１の裏側のみ、ドライエッチングもしくはＣＭＰ研磨等により、ｎ型エピタキシャル層２の形成時に生成した変性層３を取り除く。
図３は、裏面の変性層を除去した時点の状態を示す断面工程図である。
【００２９】
＜位置決めマーカー形成工程＞
次に、図４に示すように、素子パターンの形成のために、ｎ型エピタキシャル層２の素子形成領域以外に、位置決めマーカー４を形成する。
具体的には例えば、フォトリソグラフィー法で、ステッパーおよびコーターデベロッパーを用いてレジストをパターニングし、ドライエッチングにより、ｎ型エピタキシャル層２の所定の位置に所定の形状の溝（位置決めマーカー）を形成する。最後にレジストを有機洗浄により除去する。
【００３０】
＜イオン注入工程＞
次に、ｎ型エピタキシャル層２上に例えば、酸化膜（ＳｉＯ２）からなる不純物注入用のマスク（図示せず）を形成する。このマスクは、ステッパーおよびコーターデベロッパーを用いたフォトリソグラフィーによりパターニングして、ｎ型エピタキシャル層２の表面を覆い、不純物注入によってｐ型不純物領域５を形成しようとする領域に開口部を有するように形成する。そして、この開口部から露出するｎ型エピタキシャル層２の表面層にｐ型領域を形成するための不純物、例えばアルミニウム（Ａｌ）イオンを加速電圧（エネルギー）および打ち込み量を例えば、数段階制御する。具体的には例えば、加速電圧を２４０ｋＶ，１５０ｋＶ，９５ｋＶ，５５ｋＶ，２７ｋＶ，１０ｋＶとした合計６段のイオン注入を行ない（６段注入法）、約０．３μmの深さまで均一な濃度分布に打ち込む。こうして、ｐ型不純物領域５を形成する。
その後、フッ化水素（ＨＦ）処理により、酸化膜（ＳｉＯ２）マスクを除去する。
図５は、酸化膜（ＳｉＯ２）マスクを除去した時点の状態を示す断面工程図である。
【００３１】
＜保護膜（炭化膜）形成工程＞
次に、図６に示すように、高温度の活性化アニール処理（活性化熱処理）による表面荒れ及びバンチング、さらに基板の反りを抑制するために、ウェハのおもて面および裏面に保護膜として炭化膜６ｆ及び６ｒを形成する。
具体的には、まず、酸化膜（ＳｉＯ２）マスクを除去したウェハをＲＣＡ洗浄した後、コーターデベロッパーにてレジストをウェハのおもて面および裏面に塗布し、クリーンオーブン中で予備ベーキングにより約５μm程度の膜とする。これを、Ａｒ雰囲気中で８００℃程度で１０分間程度保持して炭化し、ウェハのおもて面および裏面に炭化膜を形成する。
保護膜としての炭化膜は、スパッタ法またはＣＶＤ法による炭化膜、あるいは高周波プラズマＣＶＤ法などによるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜などを用いることもできる。
【００３２】
炭化膜の膜厚は、５００〜３０００ｎｍであることが好ましい。炭化膜の膜厚が５００ｎｍ未満であると、後述する活性化熱処理工程において保護膜としての機能が不十分となるため好ましくない。また、炭化膜の膜厚が３０００ｎｍを超えると、基板に反りが生じたり割れたりするため好ましくない。さらに、後述する保護膜除去工程において炭化膜の除去が困難となるため好ましくない。一方、炭化膜の膜厚が上記範囲であれば、活性化熱処理の際に基板に反りや割れが生じることなく、ウェハの表面からのＳｉ原子の昇華を抑制することができるとともに、保護膜除去工程において除去が容易となるため、好ましい。
【００３３】
スパッタ法によって炭化膜を形成する場合は、最初にウェハのおもて面側をスパッタ源側に向け、裏面側を基板載置側に接するように設置して、おもて面側に炭化膜を成膜する。その後、基板を反転して、裏面側をスパッタ源側に向け、おもて面側を基板載置側に接するように設置し、裏面側に成膜する。
ＣＶＤ法によって炭化膜を形成する場合は、最初にウェハのおもて面側を気相反応雰囲気側（プラズマ雰囲気側）に向け、裏面側を基板載置側に接するように設置して、おもて面側に炭化膜を成膜する。その後、基板を反転して、裏面側を気相反応雰囲気側（プラズマ雰囲気側）に向け、おもて面側を基板載置側に接するように設置し、裏面側に成膜する。
【００３４】
＜活性化アニール工程＞
次に、注入した不純物（例えば、Ａｌ）が電気的キャリアとして作用するようにするために、炭化膜を両面の保護膜としてウェハを活性化熱処理（アニール）して不純物ドープ領域を形成する。活性化熱処理は、１×１０―２Ｐａ未満の真空アニール方式によって行うのが好ましい。
加熱温度は、１６００〜２０００℃の範囲が好ましく、１７００〜１９００℃の範囲がより好ましく、１７００〜１８５０℃の範囲がもっとも好ましい。加熱温度が１６００℃未満であると、注入した不純物の活性化が不十分となり好ましくない。また、２０００℃を超えると保護膜があってもウェハの表面が炭化して表面が荒れる可能性があるため好ましくない。
【００３５】
また、加熱時間は、１〜１０分で行うことが好ましく、１〜７分で行うことがより好ましく、１〜５分で行うことが特に好ましい。加熱時間が１分未満であると、不純物の活性化が不十分となるため、好ましくない。また、加熱時間が１０分を超えると、保護膜があってもエピタキシャル基板の表面が炭化して表面が荒れる可能性があるため、好ましくない。
【００３６】
＜保護膜除去工程＞
次に、保護膜として用いた炭化膜６ｆ及び６ｒを除去する。炭化膜の除去は、酸素雰囲気の熱酸化により炭化膜を灰化して除去する。
具体的には、熱酸化炉内に基板を設置し、例えば、流量３．５Ｌ／ｍｉｎの酸素を供給して１１２５℃で９０分間加熱する条件を用いることによって、ｎ型エピタキシャル層２及びｐ型不純物領域５の上の炭化膜６ｆ及びウェハ裏面の炭化膜６ｒを除去することができる。次いで、フッ化水素（ＨＦ）処理により、表面酸化層を除去する。
図７は、炭化膜６ｆ及び６ｒを除去した時点の状態を示す断面工程図である。
【００３７】
なお、ウェハは酸化炉内の基板載置上（石英ボート等）に基板両面が酸素雰囲気に十分晒されるように設置され、ウェハ両面の炭化膜を同時に灰化して除去することができる。
本実施形態では、アルミニウムの活性化率は約８０％であり、十分な活性化が行なわれる。このような保護膜除去工程により、高い活性化率のｐ型不純物領域５を有すると共に表面が平滑なウェハを製造することができる。
【００３８】
なお、活性化熱処理工程は減圧方式の加熱炉を用いて行ったり、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス雰囲気の加熱炉を用いてもよい。また、加熱方式は、ランプ加熱や高周波方式を用いても良いし、電子線加熱方式を用いてもよい。
また、本実施形態においては、熱酸化を利用して炭化膜を除去したが、酸素を用いたプラズマ処理やオゾン処理によっても、炭化膜を除去することができる
【００３９】
＜熱酸化膜形成工程＞
次に、電極形成時の表面保護のために、ウェハのおもて面に熱酸化膜（ＳｉＯ２）９ｆを形成する。
具体的にはまず、ウェハをＲＣＡ洗浄後、酸素雰囲気中で１２００℃程度で約３０分間保持して、犠牲酸化として、２０ｎｍ程度の熱酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する。これは、ウェハ表面清浄化を目的とするものであり、その後、そのままフッ化水素（ＨＦ）処理により、除去する。
次に、ウェハをＲＣＡ洗浄後、酸素雰囲気中で１２００℃程度で２時間程度保持し、保護膜として５０ｎｍ程度の熱酸化膜９ｆを形成する。この際に、ウェハ裏面にも、熱酸化膜９ｒが形成される。
図８は、熱酸化膜９ｆ及び熱酸化膜９ｒを形成した時点の状態を示す断面工程図である。
【００４０】
＜裏面オーミック電極形成工程＞
次に、ウェハの裏側すなわち、ＳｉＣ単結晶基板１の裏側に、裏面オーミック電極１０を形成する。
具体的にはまず、コーターデベロッパーでウェハのおもて面にレジストを塗布して保護した後、フッ酸処理で裏面の熱酸化膜９ｒを除去する。
次に、例えば、スパッタ法または蒸着法で、ＳｉＣ単結晶基板１の裏面に、例えば、Ｎｉからなる金属膜を１００ｎｍ程度形成する。
次に、熱処理（例えば、９５０℃の熱処理）を不活性ガス雰囲気または真空中で３分間程度行って、ＳｉＣ単結晶基板とオーミックコンタクトをする裏面オーミック電極１０とする。これにより、裏面オーミック電極１０は、ＳｉＣとＮｉの反応層が形成されることにより、ＳｉＣ単結晶基板１の裏面と良好なオーミックコンタクトを形成する。
図９は、裏面オーミック電極１０を形成した時点の状態を示す断面工程図である。
【００４１】
＜ショットキー電極形成工程＞
次に、ｐ型不純物領域５及びｎ型エピタキシャル層２上に、透明導電膜からなるショットキー電極１１を形成する。
【００４２】
透明導電膜の材料としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＩＦＯ（Ｆ−ｄｏｐｅｄ  ｉｎｄｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ；Fを添加した酸化インジウム）、ＡＴＯ（Ｓｂ−ｄｏｐｅｄ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ；Ｓｂを添加した酸化スズ）、ＦＴＯ（Ｆ−ｄｏｐｅｄ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ；Fを添加した酸化スズ）、ＺnＯ（ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ；酸化亜鉛）、及び、ＣＴＯ（ｃａｄｍｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ；酸化スズカドミウム）の群から選択されたいずれかが好ましい。
【００４３】
具体的には、まず、ウェハのおもて面の保護膜（熱酸化膜）９ｆをフッ化水素（ＨＦ）処理で除去して、図１０に示すように例えば、スパッタ法により、透明導電膜１１ａ例えば、ＩＴＯ膜を好適には５０〜１０００ｎｍ成膜する。より好ましくは、１００〜５００ｎｍとする。本発明では、おもて面から透明導電膜を介してフォトエミッション現象による発光により欠陥の有無を観察するので、１０００ｎｍを超えると、光の透過率が小さくなり、検出される発光が弱くなることから観察するのが困難になる場合があり、また、５０ｎｍより小さいと、膜質が安定せず、また、膜の強度が落ちるからである。
次に、コーターデベロッパーおよびステッパーを用いたフォトリソグラフィーによりレジストを保護膜としたショットキー電極パターンを形成し、ＩＴＯ膜を溶解するエッチング液を用いたウェットエッチングによって、ＩＴＯからなるショットキー電極１１を形成する。その後、レジストをアセトンやＩＰＡなどの有機溶剤により除去する。
最後に、紫外および可視光に対する透過率の向上および導電性の向上、さらに電気特性の安定なショットキーバリア形成のための熱処理を行う。透過率の向上は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定を可能にし、欠陥との対応をより詳細に解析できる利点がある。熱処理は例えば、アルゴン雰囲気下で４００〜６００℃の温度で１〜６０分間行うことが好ましい。
こうして、ウェハ上の多数の炭化珪素半導体装置（完成前）のそれぞれについて、透明導電膜からなるショットキー電極１１を形成する。
図１１は、ショットキー電極１１を形成した時点の状態を示すものである。
【００４４】
図１２は、この時点のウェハについて、おもて面側から観察した光学顕微鏡像である。
このウェハは、ショットキー電極としてＩＴＯ膜を５００ｎｍ形成したものである。Ｓ１〜Ｓ６は各炭化珪素半導体装置（完成前）を示すものである。Ｓ１の周囲に配置して観察される十字マーク、及び、Ｓ１とＳ２との間の長方形マークは、複数枚のフォトリソマスクの位置を重ね合わせるためのマーキングである。ＩＴＯ膜とｎ型エピタキシャル層との界面だけでなく、ＩＴＯ膜を介して裏面オーミック電極までが透けて見えているのがわかる。
【００４５】
図１３は、図１２で示したウェハについて、裏面オーミック電極とＩＴＯ膜からなるショットキー電極との間に、順バイアス電圧を印加したときのＩＶ特性を示すグラフである。ショットキー電極側に電圧を印加するプローブはウェハ上の各炭化珪素半導体装置（完成前）ごとに当てることができるので、各炭化珪素半導体装置のＩＶ特性を得ることができる。
欠陥がない炭化珪素半導体装置については、順バイアス電圧が０．４Ｖ程度まで１０−１２Ａ程度だった順方向電流がそれ以上の電圧で上昇し、ショットキー障壁を有することに起因するショットキー接合特有のＩＶ特性が得られていることがわかる。これにより、裏面オーミック電極とＩＴＯ膜からなるショットキー電極との間に、通常の金属からなるショットキー電極の場合と同様な、ショットキー電極が形成されていることが確認できた。
また、欠陥（ダウンフォール(ＤＦ)及び三角欠陥）を有する炭化珪素半導体装置については、ショットキー接合特有のＩＶ特性が得られておらず、このＩＶ特性からも欠陥の有無を確認することができる。
【００４６】
図１４は、図１２で示したウェハについて、裏面オーミック電極とＩＴＯ膜からなるショットキー電極との間に、逆バイアス電圧を印加したときのＩＶ特性を示すグラフである。
欠陥がない炭化珪素半導体装置の場合に比べて、ダウンフォール及び三角欠陥を有する炭化珪素半導体装置は、５桁以上の高い逆方向電流が流れ、このＩＶ特性からも欠陥の有無を確認することができる。
【００４７】
図１５は、ショットキーダイオードの理論式に、上記のＩＶ特性実験で得られた結果を代入して得られた、ショットキー障壁Φｂと、ｎ値の結果を示すグラフである。
平均すると、Φｂとして１．４３ｅＶ、ｎ値として１．０４が得られた。なお、通常の金属のショットキー電極の場合は、Φｂは１．０〜１．６ｅＶ程度である。
【００４８】
＜欠陥検査工程＞
次に、炭化珪素基板の裏面に備える裏面オーミック電極（裏面電極）とＩＴＯ膜からなるショットキー電極との間に逆バイアス電圧を印加することによって発生する発光を透明導電膜を介して検出することによって、炭化珪素半導体装置が有する欠陥の有無を検査する。
【００４９】
図１６Ａ〜図１６Ｃはそれぞれ、図１４で示したウェハに形成された一の炭化珪素半導体装置について、おもて面側から観察した光学顕微鏡像、その光学顕微鏡像の欠陥部分の拡大像、ＰＥＭ像を示す。
また、  図１７は、図１６Ａ〜図１６Ｃで示した像を得るために用いた、フォトエミッション顕微鏡（ＰＥＭ）を含むシステムの概略と、それを用いてＰＥＭ像を得るところを摸式的に示す図である。図１９において、符号２１は光学顕微鏡、符号２１ａは対物レンズ、符号２２は光検出器、符号２３はＣＣＤカメラ、符号２４は画像処理装置、符号２５はモニター、符号３０はプローブである。
【００５０】
図１６Ａの光学顕微鏡像の下部に観察される黒い点（矢印で示した点）は、図１６Ｂの拡大像で観察されるように、三角欠陥とその先端近傍に存在するダウンフォールの欠陥である。
【００５１】
図１６Ｃはこの炭化珪素半導体装置について、裏面オーミック電極とＩＴＯ膜からなるショットキー電極との間に、逆バイアス電圧を１５０Ｖ印加して観察したＰＥＭ像である。図１６Ａの光学顕微鏡像で観察された欠陥に対応する位置で発光が観察された（矢印）。このとき測定された電流は３ｍＡであった。
このように、本発明の製造方法を用いてウェハ上に、ショットキー電極及び裏面オーミック電極を形成した段階の炭化珪素半導体装置について、裏面オーミック電極とショットキー電極との間に逆バイアス電圧を印加することによりその炭化珪素半導体装置に内在する欠陥に対応する位置において、発光を観察することができる。この発光の有無から、炭化珪素半導体装置が有する欠陥の有無を調べることができる。すなわち、ショットキー界面に欠陥が存在する場合、逆バイアスを印加しても通常はほとんど流れない電圧で電流が流れてしまう。そして、この電流に起因して生ずる発光現象に基づいて欠陥の検出が可能となる。また、発光の位置から、炭化珪素半導体装置内の欠陥の位置を特定することができる。
なお、フォトエミッション顕微鏡（ＰＥＭ）法を用いて発光の有無から炭化珪素半導体装置が有する欠陥の有無を調べる場合、発熱解析法と比較すると、ＩＴＯ等の透明導電膜は一般に金属より熱伝導率が低いため、発熱点からの横方向への熱拡散が小さく、より高い分解能で欠陥の位置を特定することが可能となる。
【００５２】
本発明の炭化珪素半導体装置の検査方法では、炭化珪素半導体装置を完成する前の段階で、その欠陥の有無を検査する。
【００５３】
＜おもて面パッド電極形成工程＞
次に、ショットキー電極１１上に、おもて面パッド電極１２を形成する。
【００５４】
具体的には、ショットキー電極１１を形成したｎ型エピタキシャル層２上にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィにより、フォトレジストパターンを形成する。
次に例えば、スパッタ法又は蒸着法で、窓部を形成したレジスト上に例えば、ショットキー電極を構成する透明導電膜にオーミックコンタクトする金属例えば、ＩＴＯ膜の場合Ｃｒなどの金属を介してその上にＴｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇなどの金属膜を形成する。
次に、そのレジストを除去（リフトオフ）することにより、窓部に形成された金属膜のみをショットキー電極を覆うように残すことができる。
これにより、ショットキー電極に接続されたおもて面パッド電極１２を形成する。
図１８は、この時点の状態を示す断面工程図である。
【００５５】
＜パッシベーション膜形成工程＞
次に、おもて面パッド電極１２上に、パッシベーション膜１３を形成する。
【００５６】
具体的には、おもて面パッド電極１２を形成したｎ型エピタキシャル層２上に、パッシベーション膜を塗布する。パッシベーション膜としては例えば、感光性ポリイミド膜を用いる。
次に、フォトリソグラフィーにより、パターン化されたパッシベーション膜１０を形成する。次いで、窒素雰囲気中で熱処理を行ってパッシベーション膜１３を硬化させる。
図１９は、この時点の状態を示す断面工程図であって、おもて面パッド電極１２の表面の一部が露出され、おもて面パッド電極１２の端部１２ｃのみを覆うようにパッシベーション膜１３が形成されている。
【００５７】
＜裏面パッド電極形成工程＞
次に、裏面オーミック電極１０上に、裏面パッド電極１４を形成する。
【００５８】
具体的には、逆スパッタにより表面酸化層除去後、例えば、スパッタ法で、裏面オーミック電極１０上に、裏面パッド電極１４として、例えば、Ｔｉ，Ｎｉ，Ａｇなどの金属を用いて裏面パッド電極を形成する。
図２０は、この時点の状態を示す断面工程図である。
【００５９】
＜ダイシング工程＞
次に、ウェハに作製された炭化珪素半導体装置ごとに、ダイシングして個片化する。
【００６０】
具体的には、例えば、ダイサーでウェハを切断してチップに切り出し、ショットキーバリアダイオード（炭化珪素半導体装置）１００を作製する。
図２１は、この時点の状態を示す断面工程図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ＳｉＣ単結晶基板（炭化珪素基板）
２  ｎ型エピタキシャル層（ｎ型炭化珪素層）
５  ｐ型不純物領域
１０  裏面オーミック電極
１１  ショットキー電極１１
１００  ショットキーバリアダイオード（炭化珪素半導体装置）
【図１】
0006014321.tif 000002
【図２】
0006014321.tif 000003
【図３】
0006014321.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図１２】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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