(57)【要約】      （修正有）【課題】炭化ケイ素デバイスにおいて、付加的な費用を要するメタライゼーションスタックを必要とせずに、チップの前面および／または裏面を、金属構成要素に直接はんだ付けすることができる構造と製造方法を提供する。【解決手段】半導体デバイス２００は、炭化ケイ素層２と、炭化ケイ素層上に配置された、グラファイト結晶構造またはグラファイト様結晶構造を有する炭化金属層４と、炭化金属層上に直接配置されたはんだ層６とを含む。さらに、炭化ケイ素層と炭化金属層との間に配置されており、かつ、炭化ケイ素層および炭化金属層それぞれと直接接触している炭素含有層８を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素層と、
前記炭化ケイ素層上に配置された炭化金属層と、
前記炭化金属層上に直接配置されたはんだ層と、
を含んでいる半導体デバイス。
【請求項２】
前記半導体デバイスは、さらに、前記炭化ケイ素層と前記炭化金属層との間に配置されており、かつ、前記炭化ケイ素層および前記炭化金属層それぞれと直接接触している炭素含有層を含んでいる、
請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記炭化金属層は、前記炭化ケイ素層上に直接配置されている、
請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記炭素含有層は、グラファイト結晶構造またはグラファイト様結晶構造を有している、
請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記炭化金属層は、炭化チタン、炭化ニッケル、炭化タングステン、炭化バナジウムのうちの少なくとも１つを含有している、
請求項１から４までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記はんだ層は、前記炭化金属層の金属に対応する炭化物形成金属を含有している、
請求項１から５までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記炭化金属層の厚さは、５０ナノメートルから１マイクロメートルまでの範囲にある、
請求項１から６までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記半導体デバイスは、さらに、前記炭化ケイ素層と前記炭素含有層との間、または、前記炭化ケイ素層と前記炭化金属層との間に形成されたオーミックコンタクトを含んでいる、
請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記半導体デバイスは、さらに、前記はんだ層と金属構成要素との間に形成されたはんだコンタクトを含んでおり、
前記金属構成要素には、リードフレーム、ダイパッド、リード、クリップ、金属箔のうちの少なくとも１つが含まれる、
請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記半導体デバイスには、炭化ケイ素ダイオードまたは炭化ケイ素トランジスタが含まれる、
請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
炭素含有層を炭化ケイ素層上に形成するステップと、
炭化物形成金属を含有するはんだ層を、前記炭素含有層上に形成するステップと、
炭化金属層を、前記炭素含有層と前記はんだ層との間に形成するステップであって、前記炭化金属層は、前記はんだ層の前記炭化物形成金属および前記炭素含有層の炭素から形成されるステップと、
を有する方法。
【請求項１２】
前記方法は、さらに、前記はんだ層と金属構成要素との間にはんだコンタクトを形成するステップを有する、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記はんだコンタクトを形成することによって、前記炭化金属層を少なくとも部分的に形成する、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記炭素含有層上に前記はんだ層を形成することによって、前記炭化金属層を少なくとも部分的に形成する、
請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記炭素含有層を形成するステップには、前記炭化ケイ素層にレーザプロセスまたは微細放電加工プロセスを適用するステップが含まれる、
請求項１１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記炭素含有層を形成するステップには、前記炭化ケイ素層からケイ素原子を蒸発させるステップが含まれる、
請求項１１から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記炭化金属層を形成するステップの前に、前記はんだ層は、希土類金属を含んでいる、
請求項１１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
前記炭化金属層を形成するステップの後に、前記はんだ層は、前記炭化物形成金属の残留部分を含んでいる、
請求項１１から１７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
前記炭化金属層の形成するステップの前に、前記炭素含有層の厚さは、１ナノメートルから１０マイクロメートルまでの範囲にある、
請求項１１から１８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
前記炭化ケイ素層は、炭化ケイ素ウェハの一部である、
請求項１１から１９までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体技術に関する。特に、本開示は、炭化ケイ素デバイスおよび炭化ケイ素デバイスを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素デバイスは、いわゆるワイドバンドギャップ半導体のグループに属する。それらのデバイスは、一般的に使用されているシリコンと比較した場合、高電圧パワー半導体に多くの魅力的な特性を提供する。例えばショットキーダイオードまたはＭＯＳＦＥＴのような炭化ケイ素デバイスの電気的なコンタクトは、例えばリードフレームまたはクリップのような別の構成要素に電気的に接続する必要があると考えられる。炭化ケイ素デバイスの製造業者は、自社の製品およびその製品を製造するための方法を改良することを試み続けている。したがって、炭化ケイ素デバイスと別の構成要素との間の、費用効率の高い、改善された電気的な接続を提供する、炭化ケイ素デバイスおよび関連する製造方法を開発することが望ましいと考えられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の１つの態様は、半導体デバイスに関する。半導体デバイスは、炭化ケイ素層を含む。半導体デバイスは、さらに、炭化ケイ素層上に配置された炭化金属層を含む。半導体デバイスは、さらに、炭化金属層上に直接配置されたはんだ層を含む。
【０００４】
炭化ケイ素層は、炭化ケイ素ウェハ、炭化ケイ素チップまたは炭化ケイ素ダイの一部であってよい。ウェハに関する以下の説明は、チップまたはダイにも当てはまると考えられ、またそれとは逆に、チップまたはダイに関する以下の説明は、ウェハにも当てはまると考えられ。炭化ケイ素層は、半導体デバイスの活性デバイス領域を含むことができる。例えば、活性デバイス領域には、電界効果トランジスタのチャネル領域、バイポーラトランジスタのベース領域、ダイオードのｐ／ｎ接合部などが含まれると考えられる。
【０００５】
半導体デバイスは、はんだ層を介して金属構成要素にはんだ付けすることができ、はんだ付けプロセス中に、炭化金属層を少なくとも部分的に形成することができる。１つの例においては、炭化ケイ素チップの裏面コンタクトを、ダイパッドにはんだ付けすることができる。別の例においては、炭化ケイ素チップの前面コンタクトを、クリップにはんだ付けすることができる。複数のチップの場合、はんだ付けプロセスを、ウェハ領域全体に対する、並行したバッチプロセスとして、もしくはチップの前面または裏面それぞれに対する連続的なチップはんだ付けとして実施することができる。
【０００６】
はんだ層は、活性はんだ材料を含有することができる。特に、はんだ層は、スズ−銀はんだ合金を含有することができる。はんだ層は、付加的に、下記においてさらに詳細に説明するような炭化物形成金属および希土類金属を含むことができる。はんだ層の厚さは、例えば、１マイクロメートルから３０マイクロメートルまで、より具体的には５マイクロメートルから３０マイクロメートルまで、より具体的には１マイクロメートルから２０マイクロメートル、より具体的には５マイクロメートルから２０マイクロメートルまでの範囲にあると考えられる。
【０００７】
本開示による構成では、チップの前面および／または裏面に配置される、付加的な費用を要するメタライゼーションスタックを必要とせずに、チップの前面および／または裏面を、金属構成要素に直接はんだ付けすることができる。これに関して、炭化ケイ素チップの前面を、活性デバイス領域を形成することができるチップの面と規定することができる。炭化金属層は、導電性であってよい。炭化金属層は、特にボイドを含んでおらず、チップと金属構成要素との間に、機械的に安定した接続を提供することができる。このはんだ付け接続は、メタライゼーションスタックを使用する従来のはんだ付け接続と比較して、低減された機械的応力を示すことができる。したがって、水平方向のチップクラックの危険性を著しく低下させることができる。
【０００８】
１つの実施形態によれば、半導体デバイスが、さらに、炭化ケイ素層と炭化金属層との間に配置された炭素含有層を含んでおり、炭素含有層は、炭化ケイ素層と直接接触し、かつ炭化金属層と直接接触している。炭素含有層は、炭化ケイ素層の表面に直接形成することができる。炭化金属層を、はんだ層の炭化物形成金属および炭素含有層の炭素から形成することができる。炭素含有層が炭化金属層の形成に部分的にのみ使用される場合には、炭素含有層の残りの部分を、形成された炭化金属層に直接接触させることができる。
【０００９】
１つの実施形態によれば、炭化金属層が、炭化ケイ素層上に直接配置される。炭素含有層全体が炭化金属層の形成に使用される場合には、形成された炭化金属層は、炭化ケイ素層と直接接触するようになると考えられる。
【００１０】
１つの実施形態によれば、炭素含有層が、グラファイト結晶構造またはグラファイト様結晶構造を有する。すなわち、炭素含有層の炭素は、層状の平面構造を有することができる。各層において、炭素原子は、六角形の炭素環を形成するハニカム格子で配置されていると考えられる。平面における炭素原子は共有結合することができ、この場合、４つの潜在的結合サイトのうち３つのみが満たされると考えられる。第４の電子は、炭素含有層が導電性となるように、平面において自由に移動することができる。
【００１１】
１つの実施形態によれば、炭化金属層が、炭化チタン、炭化ニッケル、炭化タングステン、炭化バナジウムのうちの少なくとも１つを含有している。例えば、はんだ層の炭化物形成金属には、チタン、ニッケル、タングステン、バナジウムのうちの少なくとも１つが含まれると考えられる。したがって、はんだ層の炭化物形成金属および炭素含有層の炭素から形成される炭化金属には、炭化チタン、炭化ニッケル、炭化タングステン、炭化バナジウムのうちの少なくとも１つが含まれると考えられる。別の例においては、炭化物形成金属には、形成された炭化金属層がそれらの金属の炭化物も含有することができるように、タンタル、ホウ素、アルミニウム、スカンジウムのうちの少なくとも１つが含まれると考えられる。
【００１２】
１つの実施形態によれば、はんだ層が、炭化金属層の金属に対応する炭化物形成金属を含有している。炭化金属層の形成に使用される炭化物形成金属を、はんだ層の炭化物形成金属原子によって提供することができる。
【００１３】
１つの実施形態によれば、炭化金属層の厚さが、５０ナノメートルから１マイクロメートルまでの範囲にある。より具体的には、厚さは、５０ナノメートルから８００ナノメートルまで、より具体的には５０ナノメートルから６００ナノメートルまで、より具体的には５０ナノメートルから４００ナノメートルまで、より具体的には５０ナノメートルから２００ナノメートルまでの範囲にあると考えられる。
【００１４】
１つの実施形態によれば、半導体デバイスが、さらに、炭化ケイ素層と炭素含有層との間、または、炭化ケイ素層と炭化金属層との間に形成されたオーミックコンタクトをさらに含む。下記においてより詳細に説明するように、炭化ケイ素層からケイ素原子を蒸発させることによって、炭素含有層を形成することができる。ここで、形成された炭素含有層に隣接する炭化ケイ素層内の空孔は、電子キャリア濃度を増加させることができ、またオーミックコンタクトを形成することができる。炭素含有層の厚さを調整することによって、炭化ケイ素ダイオード用途にとって十分に低い抵抗を有するオーミックコンタクトを形成することができる。炭素含有層を形成するために使用されるプロセスに応じて、炭素含有層は、線形のオーミック電気特性を有する、種々の電気抵抗を提供することができる。炭素含有層の電気抵抗は、（炭素含有層を形成するためにレーザプロセスを使用する場合には）約７０オームから（炭素含有層を形成するために微細放電加工プロセスを使用する場合には）約２００〜３００オームまでの範囲であると考えられる。炭素含有層全体が炭化金属層の形成に使用される場合、すなわち炭化金属層が炭化ケイ素層と直接接触する場合、形成されるオーミックコンタクトを、炭化ケイ素層と炭化金属層との間に配置することができる。
【００１５】
１つの実施形態によれば、半導体デバイスが、さらに、はんだ層と金属構成要素との間に形成されたはんだコンタクトを含み、この場合、金属構成要素には、リードフレーム、ダイパッド、リード（またはピン）、クリップ、金属箔のうちの少なくとも１つが含まれる。金属構成要素を、金属または関連する金属合金、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼などから製造することができる。例えば、金属構成要素は、内部回路要素または半導体デバイスの活性デバイス領域と外部構成要素との間の電気的接続を提供するように構成することができる。
【００１６】
１つの実施形態によれば、半導体デバイスには、炭化ケイ素ダイオードまたは炭化ケイ素トランジスタが含まれる。特に、炭化ケイ素ダイオードは、炭化ケイ素ショットキーダイオードであってよく、また炭化ケイ素トランジスタは、炭化ケイ素ＭＯＳＦＥＴであってよい。ダイオードまたはトランジスタの活性デバイス領域を、半導体デバイスの炭化ケイ素層に形成することができる。
【００１７】
本開示の別の態様は方法に関する。この方法は、炭素含有層を、炭化ケイ素層上に形成するステップを含む。この方法は、さらに、炭化物形成金属を含有するはんだ層を、炭素含有層上に形成するステップを含む。この方法は、さらに、炭化金属層を、炭素含有層とはんだ層との間に形成するステップを含み、この場合、炭化金属層は、はんだ層の炭化物形成金属および炭素含有層の炭素から形成される。
【００１８】
１つの実施形態によれば、この方法は、さらに、はんだ層と金属構成要素との間にはんだコンタクトを形成するステップを含む。例えば、炭化ケイ素層を含む炭化ケイ素ウェハまたは炭化ケイ素チップを、はんだ層を介して金属構成要素にはんだ付けすることができる。金属構成要素は、例えば、リードフレーム、ダイパッド、リード、クリップ、金属箔であると考えられる。
【００１９】
１つの実施形態によれば、炭化金属層が、はんだコンタクトを形成することによって少なくとも部分的に形成される。はんだ付けプロセス中に、炭化金属層を、はんだ層の炭化物形成金属および炭素含有層の炭素から少なくとも部分的に形成することができる。はんだ層の炭化物形成金属原子を反応界面に拡散させることができ、かつ炭素含有層の炭素と反応させて、炭化金属層を形成することができる。
【００２０】
１つの実施形態によれば、炭化金属層が、炭素含有層上にはんだ層を形成することによって少なくとも部分的に形成される。はんだ層を炭素含有層に適用することができる場合には、はんだコンタクトを形成する前に、炭化金属層の一部を形成することができる。はんだ層中の炭化物形成金属原子を、はんだ層と炭素含有層との間の界面に拡散させることができ、かつ炭素含有層の炭素原子と反応させて、炭化金属分子を形成することできる。
【００２１】
１つの実施形態によれば、炭素含有層を形成するステップには、炭化ケイ素層にレーザプロセスまたは微細放電加工プロセスを適用するステップが含まれる。特に、そのような熱処理プロセスは、炭化ケイ素層の表面に直接適用することができる。熱処理プロセスを、炭化ケイ素ウェハまたはチップの前面および／または裏面に適用することができる。このプロセスを炭化ケイ素層に適用することによって、炭化ケイ素材料の温度を、短期間にわたり局所的に上昇させることができる。温度の上昇に起因して、炭化ケイ素の熱分解が発生すると考えられる。ケイ素原子を炭化ケイ素結晶格子から除去できるように、ケイ素原子と炭化ケイ素分子の炭素原子との間の化学結合を失わせることができる。除去されたケイ素原子を蒸発させることができる。その結果、炭化ケイ素表面に薄い導電性炭素層を残存させることができる。一般に、炭化ケイ素の熱分解が発生するように、炭化ケイ素層において局所的に温度を上昇させることが必要になると考えられる。特に、発生させる温度は、８００℃超、より具体的には９００℃超、より具体的には１，０００℃超、より具体的には１，１００℃超であると考えられる。レーザプロセスには、特に、レーザのレーザ光を使用して炭化ケイ素材料をアニールすることができるレーザアニールプロセスが含まれると考えられる。ここで、炭化ケイ素材料の表面を、レーザ光によって急速に加熱し、その後、自己冷却させることができる。微細放電加工は、「マイクロスパーク加工」または「マイクロスパーク腐食」とも称される。ここで、炭化ケイ素材料の表面は、処理中に電圧を印加することができ、かつ誘電性の液体によって離隔させることができる電極と、炭化ケイ素表面との間で、電流の放電（スパーク）を高速に繰り返すことによって処理することができる。
【００２２】
１つの実施形態によれば、炭素含有層を形成するステップには、炭化ケイ素層からケイ素原子を蒸発させるステップが含まれる。レーザプロセスまたは微細放電加工プロセスによってケイ素原子と炭化ケイ素分子の炭素原子との化学結合が失われた後に、ケイ素原子を蒸発させることができる。蒸発したケイ素原子は、炭化ケイ素材料の表面および／またはその表面の下にある炭化ケイ素材料に由来すると考えられる。炭化ケイ素におけるケイ素の蒸気圧は、炭化ケイ素における炭素の蒸気圧より高いので、ケイ素原子が炭化ケイ素材料の表面において蒸発すると、余剰の炭素原子が残存すると考えられる。ケイ素原子の蒸発を、特に真空または不活性ガス雰囲気において、すなわち使用される温度において炭化ケイ素と実際に化学的に反応しないガスの雰囲気において実施することができる。例えば、アルゴンを不活性ガスとして使用することができる。
【００２３】
１つの実施形態によれば、はんだ層が、炭化金属層の形成前に、希土類金属を含有する。特に、希土類金属には、セリウムが含まれると考えられる。特に、希土類金属原子の半径は、はんだ層における炭化金属形成原子の半径よりも小さいと考えられる。したがって、はんだ材料と炭素含有層との間の反応表面に炭化金属層を形成する場合には、希土類金属原子を、炭化物形成金属の原子よりも高速に反応表面に拡散させることができる。炭化物形成金属原子が反応表面に到達する前に、反応表面においては、希土類金属原子が、（存在する場合には）酸素と反応すると考えられる。したがって、反応表面に到達する炭化物形成金属原子は、炭化金属層を適切に形成することができるように、（酸素の代わりに）炭素含有層の炭素と反応することができる。はんだ層における希土類金属原子の量が過度に少ない場合には、すべての酸素が希土類金属によって結合されない可能性がある。この場合、形成された炭化金属層は、部分的に酸化すると考えられる。
【００２４】
１つの実施形態によれば、はんだ層は、炭化金属層の形成後に、炭化物形成金属の残留部分を含む。炭化物形成金属の残留部分がはんだ層に残存するようにするために、はんだ層の炭化物形成金属すべてを、炭化金属層の形成に使用する必要はない。例えば、炭素含有層全体を炭化金属層の形成に使用してしまい、それによって、はんだ層における過剰な炭化物形成金属が、炭素の欠如に起因して、さらに反応できないようにすることもできる。
【００２５】
１つの実施形態によれば、炭素含有層の厚さが、炭化金属層の形成前に、１ナノメートルから１０マイクロメートルまでの範囲にある。より具体的には、厚さは、１０ナノメートルから１０マイクロメートルまで、より具体的には１００ナノメートルから１０マイクロメートルまで、より具体的には１マイクロメートルから１０マイクロメートルまでの範囲にあると考えられる。炭素含有層の厚さは、層の形成に使用されるプロセスに依存すると考えられる。特に、炭素含有層の厚さを、レーザプロセスにおけるレーザ線量または微細放電加工プロセスにおける微細放電電力を変更することによって調整することができる。
【００２６】
１つの実施形態によれば、炭化ケイ素層が、炭化ケイ素ウェハの一部である。
【００２７】
添付の図面は、種々の態様の更なる理解を提供するものであって、本明細書に組み込まれ、また本明細書の一部を成す。図面には、種々の態様が図示されており、また明細書と共に、種々の態様の原理を説明するために用いられる。他の態様、およびそれらの態様の意図されている多数の利点は、以下の詳細な説明を参照することでよりよく理解されるので、それらの他の態様および利点は即座に明らかになるであろう。図面の各要素は、必ずしも相互に縮尺通りに描かれているものではない。同様の参照番号は、対応する類似の部分を表していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本開示による半導体デバイス１００の断面図を概略的に示す。
【図２】図２Ａから図２Ｃは、本開示による半導体デバイス２００を製造するための方法を断面図で概略的に示す。
【図３】図３Ａから図３Ｊは、本開示による炭化ケイ素デバイス３００を製造するための方法を断面図で概略的に示す。
【図４】図４Ａから図４Ｆは、本開示による炭化ケイ素デバイス４００を製造するための方法を断面図で概略的に示す。
【図５】図５Ａから図５Ｉは、本開示による炭化ケイ素デバイス５００を製造するための方法を断面図で概略的に示す。
【図６】本開示による半導体デバイスを製造する方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下の詳細な説明では、本開示を実施することができる特定の態様が例示的に示されている添付の図面を参照する。この点に関して、「上」、「下」、「前」、「後」などのような方向に関する用語は、説明している図の向きを基準にして使用されていると考えられる。説明しているデバイスの構成要素は、種々異なる向きで位置決めすることができるので、方向に関する用語は、例示を目的として使用されていると考えられ、かつ決して限定的ではない。本開示の概念から逸脱することなく、他の態様を利用することができ、かつ構造的または論理的な変更を加えることができる。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではなく、本開示の概念は添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００３０】
図１は、本開示による半導体デバイス１００の断面図を概略的に示す。半導体デバイス１００は、本開示の態様を定性的に特定するために、一般的なやり方で示されている。半導体デバイス１００は、簡略化を目的として図示していない別の構成要素を含むことができる。例えば、半導体デバイス１００は、本開示による別のデバイスと関連させて説明する態様のいずれかによって拡張することができる。
【００３１】
半導体デバイス１００は、炭化ケイ素層２と、炭化ケイ素層２上に配置された炭化金属層４と、を含む。１つの例においては、炭化金属層４を、炭化ケイ素層２上に直接配置することができる。１つの別の例においては、炭素含有層（図示せず）を、炭化ケイ素層２と炭化金属層４との間に配置することができる。半導体デバイス１００は、さらに、炭化金属層４上に直接配置されたはんだ層６を含む。
【００３２】
図２には、本開示による半導体デバイス２００を製造するための方法を断面図で概略的に示している図２Ａから図２Ｃが含まれる。製造された半導体デバイス２００は、図１の半導体デバイス１００に類似するものであってよい。図２の方法は、本開示の態様を定性的に特定するために一般的なやり方で示されている。この方法は、簡略化を目的として図示していない別の態様を含むことができる。例えば、この方法は、本開示による別の方法と関連させて説明する態様のいずれかによって拡張することができる。
【００３３】
図２Ａにおいては、炭素含有層８が炭化ケイ素層２上に形成されている。例えば、炭素含有層８は、レーザアニールプロセスによってまたは微細放電加工プロセスによって形成されたグラファイト層であってよい。
【００３４】
図２Ｂにおいては、はんだ層６が炭素含有層８上に形成されている。はんだ層６は、炭化物形成金属１０を含有する。
【００３５】
図２Ｃにおいては、炭素含有層８とはんだ層６との間に炭化金属層４が形成されている。炭化金属層４は、はんだ層６の炭化物形成金属１０および炭素含有層８の炭素から形成されている。１つの例においては、炭素含有層８の一部を炭化ケイ素層２と炭化金属層４との間に残すことができるように、炭素含有層８を、炭化金属層４の形成に部分的に使用することができる（例えば、図２Ｃを参照されたい）。１つの別の例においては、炭化金属層４が炭化ケイ素層２と直接接触することができるように（例えば図１を参照されたい）、炭素含有相８全体を、炭化金属層４の形成に使用することができる。
【００３６】
図３には、本開示による炭化ケイ素デバイス３００を製造するための方法を断面図で概略的に示している図３Ａから図３Ｊが含まれる。製造された炭化ケイ素デバイス３００を、図１の半導体デバイス１００のより詳細な実現形態とみなすことができる。さらに、図３の方法を、図２の方法のより詳細な実現形態とみなすことができる。
【００３７】
図３Ａにおいては、炭化ケイ素層を含む炭化ケイ素ウェハ１２を提供することができる。１つの例においては、炭化ケイ素ウェハ１２が、炭化ケイ素ダイオードウェハ、すなわち複数のダイオード構造を形成することができるウェハであってよい。炭化ケイ素ウェハ１２の前面１４にレーザプロセスを適用して、炭素含有層、特にグラファイト層１６Ａを形成することができる。図３Ａの例においては、グラファイト層１６Ａを、レーザ１８のレーザ光を照射するレーザアニールプロセスによって形成することができる。別の例においては、グラファイト層１６Ａを、微細放電加工プロセスによって形成することができる。例えば、グラファイト層１６Ａをそれぞれ、炭化ケイ素ウェハ１２におけるダイオード構造のうちの１つにわたり配置することができる。グラファイト層１６Ａは、炭化ケイ素ウェハ１２から製造されるべきダイオードチップの前面コンタクトを形成することができる。
【００３８】
図３Ｂにおいては、同様のレーザプロセスまたは微細放電加工プロセスを炭化ケイ素ウェハ１２の裏面２０に適用して、炭素含有層、特にグラファイト層１６Ｂを形成することができる。１つの例においては、グラファイト層１６Ｂが、炭化ケイ素ウェハ１２の裏面２０全体を覆うことができる。グラファイト層１６Ｂは、後に、炭化ケイ素ウェハ１２から製造されるべきダイオードチップの裏面コンタクトを形成することができる。
【００３９】
図３Ｃにおいては、炭化ケイ素ウェハ１２を、金属構成要素２２Ａに取り付けることができる。図３Ｃの例においては、金属構成要素がキャリア箔２２Ａであってよく、このキャリア箔２２Ａを、例えば銅から形成することができる。特に、グラファイト層１６Ｂを、はんだ層６Ａを介してキャリア箔２２Ａにはんだ付けすることができる。図３Ｃの例においては、はんだ層６Ａが、活性なスズ−銀はんだ合金を含有することができる。さらに、はんだ層６Ａは、炭化物形成金属および希土類金属を含有することができる。特に、炭化物形成金属はチタンであってよく、また希土類金属はセリウムであってよい。はんだコンタクトを形成することによって、炭化チタン層２４Ａを、グラファイト層１６Ｂとはんだ層６Ａとの間に少なくとも部分的に形成することができる。炭化チタン層２４Ａは、はんだ層６Ａのチタンおよびグラファイト層１６Ｂの炭素から形成することができる。はんだ層６Ａがグラファイト層１６Ｂに適用される場合、はんだ付けプロセスの前に、炭化チタン層２４Ａの一部を形成できることを言及しておく。炭化チタン層２４Ａの酸化を回避できるように、はんだ層６Ａのセリウムを、はんだ付けプロセス中、かつ／またはグラファイト層１６Ｂへのはんだ層６Ａの適用中に（周囲）酸素と反応するように構成することができる。
【００４０】
図３Ｄにおいては、微細放電加工プロセス（またはマイクロスパーク腐食プロセス）を、キャリア箔２２Ａ、はんだ層６Ａおよび炭化チタン層２４Ａに適用することができる。これに関連して、くし状構造を備えており、かつ複数の副電極を含んでいるシンク電極２６を使用することができる。プロセス中に、シンク電極２６を炭化ケイ素ウェハ１２に向かって移動させることができ（矢印を参照されたい）、その際に、キャリア箔２２Ａ、はんだ層６Ａおよび炭化チタン層２４Ａの材料を副電極の位置で腐食させることができる。シンク電極２６の副電極を、特に、後で複数の炭化ケイ素デバイスが炭化ケイ素ウェハ１２から分離される位置に配置することができる。微細放電加工プロセスを、極性（誘電体）流体において実施することができる。微細放電加工プロセスの代わりに、キャリア箔２２Ａ、はんだ層６Ａおよび炭化チタン層２４Ａを、湿式化学エッチングプロセスまたはレーザダイシングプロセスの適用によって処理することができる。
【００４１】
図３Ｅにおいては、微細放電加工プロセスを、グラファイト層１６Ｂにおいて停止することができる。例えば、グラファイト層１６Ｂの材料がシンク電極２６によって腐食されないように微細放電電力を選択することができる。
【００４２】
図３Ｆにおいては、別のはんだ層６Ｂを炭化ケイ素ウェハ１２の前面１４上のグラファイト層１６Ａに適用することができる。はんだ層６Ｂは、活性スズ−銀はんだ合金を含有することができる。さらに、はんだ層６Ｂは、炭化物形成チタンおよび希土類金属セリウムを含有することができる。
【００４３】
図３Ｇにおいては、金属構成要素２２Ｂを、炭化ケイ素ウェハ１２に取り付けることができる。特に、金属構成要素２２Ｂを、はんだ層６Ｂを介してグラファイト層１６Ａにはんだ付けすることができる。図３Ｇの例においては、金属構成要素が金属箔２２Ｂであってよく、この金属箔２２Ｂを、例えば銅から形成することができる。図３Ｃと同様に、別の炭化チタン層２４Ｂを、はんだ層６Ｂとグラファイト層１６Ａとの間に形成することができる。炭化チタン層２４Ｂを、はんだ層６Ｂのチタンおよびグラファイト層１６Ａの炭素から形成することができる。はんだ層６Ｂが図３Ｆにおけるグラファイト層１６Ａに適用された場合には、炭化チタン層２４Ｂを少なくとも部分的に形成できていることを言及しておく。
【００４４】
図３Ｈにおいては、図３Ｇの構成を、オプションとして、テープフレーム２８上に取り付けることができる。さらに、微細放電加工プロセス（またはマイクロスパーク腐食プロセス）を、金属箔２２Ｂに適用することができる。図３Ｅと同様に、くし状構造および複数の副電極を有しているシンク電極２６を使用することができる。金属箔２２Ｂの材料を、副電極の位置において腐食させることができる。副電極は、金属箔２２Ｂを完全に貫通することができる（矢印を参照されたい）。微細放電加工プロセスを、極性（誘電体）流体において実施することができる。微細放電加工プロセスの代わりに、湿式化学エッチング法またはレーザダイシング法の適用によって、金属箔２２Ｂを加工することができる。
【００４５】
図３Ｉにおいては、炭化ケイ素ウェハ１２を、複数の炭化ケイ素デバイスに個別化することができる。特に、炭化ケイ素ウェハ１２のダイシングを実施することができる（矢印を参照されたい）。これに関連して、プラズマダイシングプロセス、超音波機械ダイシングプロセス、レーザダイシングプロセス、または例えばレーザアニールプロセスとプラズマダイシングプロセスとを組み合わせたプロセスを使用することができる。プラズマダイシングプロセスには、高いプラズマ出力およびチャンバ圧力でＦＣｌ3、Ａｒ、Ｏ2および／またはＣＦ6プラズマを使用するプラズマエッチングプロセスが含まれると考えられる。
【００４６】
図３Ｊにおいては、図３Ｉの個別化プロセスを終了することができる。個別化された複数の炭化ケイ素デバイス３００を、テープフレーム２８上に配置することができる。図３Ｊの非限定的な例においては、３つの炭化ケイ素デバイス３００が図示されている。別の例においては、製造される炭化ケイ素デバイス３００の数が任意であってよく、図３Ｊの例とは異なっていてもよい。
【００４７】
図４には、本開示による炭化ケイ素デバイス４００を製造するための方法を断面図で概略的に示している図４Ａから図４Ｆが含まれる。製造された炭化ケイ素デバイス４００を、図１の半導体デバイス１００のより詳細な実現形態とみなすことができる。さらに、図４の方法を、図２の方法のより詳細な実現形態とみなすことができる。
【００４８】
図４Ａにおいては、炭化ケイ素ウェハ１２の前面１４にレーザプロセスを適用して、グラファイト層１６Ａを形成することができる。図４Ａの動作は、図３Ａの動作に類似するものであると考えられる。
【００４９】
図４Ｂにおいては、炭化ケイ素ウェハ１２を、一時的な支持体３０に取り付けることができる。オプションとしてのステップにおいて、炭化ケイ素ウェハ１２の裏面２０を薄くすることができる。さらに、図４Ａに類似するレーザプロセスを炭化ケイ素ウェハ１２の裏面２０に適用して、グラファイト層１６Ｂを形成することができる。図４Ｂの例においては、炭化ケイ素ウェハ１２の裏面２０におけるグラファイト層１６Ｂを、炭化ケイ素ウェハ１２の前面１４におけるグラファイト層１６Ａに位置合わせすることができる。
【００５０】
図４Ｃにおいては、炭化ケイ素ウェハ１２を、テープフレーム２８に取り付けることができる。さらに、一時的な支持体３０を、炭化ケイ素ウェハ１２から取り外すことができる（矢印を参照されたい）。
【００５１】
図４Ｄにおいては、炭化ケイ素ウェハ１２が、複数の炭化ケイ素チップ（またはダイ）３２に個別化することができる。１つの例においては、炭化ケイ素チップ３２が、炭化ケイ素ダイオードチップであってよい。図４Ｄのダイシングプロセスは、図３Ｉと関連させて説明したダイシングプロセスに類似するものであってよい。個別化された炭化ケイ素チップ３２はそれぞれ、グラファイト層１６Ａおよび１６Ｂによってそれぞれ形成された、前面におけるコンタクトおよび裏面におけるコンタクトを含むことができる。個別化された炭化ケイ素チップ３２を、後工程に送ることができる。
【００５２】
図４Ｅにおいては、炭化ケイ素チップ３２を、例えば銅から形成することができるリードフレーム３４に取り付けることができる。特に、グラファイト層１６Ｂを、はんだ層６Ａを介してリードフレーム３４にはんだ付けすることができる。はんだ層６Ａは、活性スズ−銀はんだ合金を含有することができる。さらに、はんだ層６Ａは、炭化物形成チタンおよび希土類金属セリウムを含有することができる。はんだ付けプロセス中に、はんだ層６Ａとグラファイト層１６Ｂとの間に、炭化チタン層２４Ａを形成することができる。炭化チタン層２４Ａは、はんだ層６Ａのチタンおよびグラファイト層１６Ｂの炭素から形成することができる。
【００５３】
図４Ｆにおいては、図４Ｅと同様に、別の炭化ケイ素チップ３２をリードフレーム３４に取り付けることができる。さらに、クリップ３６を炭化ケイ素チップ３２の前面に取り付けることができる。特に、クリップ３６を、はんだ層６Ｂを介して、グラファイト層１６Ａにはんだ付けすることができる。図４Ｅと同様に、別の炭化チタン層２４Ｂを、はんだ層６Ｂとグラファイト層１６Ａとの間に形成することができる。炭化チタン層２４Ｂを、はんだ層６Ｂのチタンおよびグラファイト層１６Ａの炭素から形成することができる。複数の炭化ケイ素デバイス４００を提供することができるように、別のクリップ（図示せず）を、同様のやり方で別の炭化ケイ素チップ３２に取り付けることができる。
【００５４】
図５には、本開示による炭化ケイ素デバイス５００を製造するための方法を断面図で概略的に示している図５Ａから図５Ｉが含まれる。製造された炭化ケイ素デバイス５００は、図１の半導体デバイス１００のより詳細な実現形態とみなすことができる。さらに、図５の方法を、図２の方法のより詳細な実現形態とみなすことができる。
【００５５】
図５Ａから図５Ｃには、図４Ａから図４Ｃの動作に類似するものであると考えられる動作が示されている。
【００５６】
図５Ｄにおいては、処理された炭化ケイ素ウェハ１２を、後工程に送ることができる。
【００５７】
図５Ｅにおいては、金属構成要素３４Ａを、炭化ケイ素ウェハ１２の前面１４に取り付けることができる。図５Ｅの例においては、金属構成要素が、例えば銅から形成することができるリードフレーム３４Ａであってよい。特に、リードフレーム３４Ａを、はんだ層６Ａを介してグラファイト層１６Ａにはんだ付けすることができる。はんだ層６Ａは、活性スズ−銀はんだ合金を含有することができる。さらに、はんだ層６Ａは、炭化物形成チタンおよび希土類金属セリウムを含有することができる。炭化チタン層２４Ａは、はんだ層６Ａのチタンおよびグラファイト層１６Ａの炭素から、はんだ層６Ａとグラファイト層１６Ａとの間に形成することができる。
【００５８】
図５Ｆにおいては、金属構成要素３４Ｂを、炭化ケイ素ウェハ１２の裏面２０に取り付けることができる。図５Ｆの例においては、金属構成要素が、例えば銅から形成することができるリードフレーム３４Ｂであってよい。図５Ｆにおいて使用されるはんだ付けプロセスは、図５Ｅのはんだ付けプロセスに類似するものであると考えられる。
【００５９】
図５Ｇにおいては、リードフレーム３４Ａが、ソーイングプロセス、湿式エッチングプロセスまたは微細放電加工プロセスを適用することによって構造化することができる。図５Ｇの動作は、図３Ｈの動作に類似するものであると考えられる。
【００６０】
図５Ｈにおいては、炭化ケイ素ウェハ１２を、複数の炭化ケイ素デバイスに個別化することができる。図５Ｈの動作は、図３Ｉの動作に類似するものであると考えられる。
【００６１】
図５Ｉにおいては、図５Ｈのダイ個別化プロセスを終了することができる。個別化された複数の炭化ケイ素デバイス５００を、リードフレーム３４Ｂ上に配置することができる。図５Ｉの非限定的な例においては、３つの炭化ケイ素デバイス５００が図示されている。別の例においては、製造される炭化ケイ素デバイス５００の数が任意であってよく、図５Ｉの例とは異なっていてもよい。
【００６２】
図６は、本開示による半導体デバイスを製造するための方法のフローチャートを示す。この方法は、図２の方法に類似するものであると考えられる。
【００６３】
ステップ３８においては、炭素含有層が、炭化ケイ素層上に形成される。ステップ４０においては、炭化物形成金属を含有するはんだ層が、炭素含有層上に形成される。ステップ４２においては、炭化金属層が、炭素含有層とはんだ層との間に炭化金属層が形成され、この場合、炭化金属層は、はんだ層の炭化物形成金属および炭素含有層の炭素から形成される。
【００６４】
本明細書において使用されているように、用語「接続された」、「結合された」、「電気的に接続された」および／または「電気的に結合された」は、必ずしも各要素が直接的に接続または結合されていなければならないことを意味していないと考えられる。介在する要素を、「接続された」、「結合された」、「電気的に接続された」または「電気的に結合された」要素間に設けることができる。
【００６５】
さらに、例えば物体の表面の「上」に形成または配置された材料層に関して使用される「上」という用語は、本明細書においては、その材料層を、暗に示された表面「上に直接的に」配置することができる（例えば、形成することができる、堆積させることができる、など）、例えばその暗に示された表面に直接接触させることができることを意味するために使用されていると考えられる。例えば表面「上」に形成または配置された材料層に関して使用される「上」という用語もまた、本明細書においては、その材料層を、例えば暗に示された表面と材料層との間に配置されている１つまたは複数の付加的な層によって、その暗に示された表面「上に間接的に」配置することができる（例えば、形成することができる、堆積させることができる、など）ことを意味するために、使用されていると考えられる。
【００６６】
さらに、用語「有している」、「含有している」、「包含している」、「備えている」またはそれらの変形が、詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかにおいて使用されている限りにおいて、そのような用語は、包括的に用語「含んでいる」に類似することが意図されている。すなわち、本明細書において使用されているように、用語「有している」、「含有している」、「包含している」、「備えている」、「含んでいる」などは、記述の要素または特徴の存在を示す無制限の用語であり、追加の要素や機能を排除するものではない。冠詞「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、その文脈が明示的にそうでないことを示していない限り、複数形も単数形も含まれることを意図している。
【００６７】
さらに、「例示的」という用語は、本明細書において、例、実例、または例示として用いられることを意味するために使用されている。「例示的」なものとして本明細書に記載された任意の態様または設計は、他の態様または設計よりも有利であると必ずしも解釈されるべきではない。むしろ、例示的という言葉の使用は、概念を具体的に表すことを意図している。本出願において使用されているように、用語「または」は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を意味することを意図している。すなわち、他に特定されない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸがＡまたはＢを使用する」は、任意の自然な包含的な順列を意味することを意図している。すなわち、ＸがＡを使用する、ＸがＢを使用する、またはＸがＡおよびＢの両方を使用する場合、「ＸをＡまたはＢを使用する」は、これらの例のいずれの場合にも満たされる。さらに、本出願および添付の特許請求の範囲において使用されている冠詞「ａ」および「ａｎ」は、他に特定されない限り、またはその文脈から単数形を意図していることが明らかでない限り、一般に「１つまたはそれ以上」を意味すると解することができる。また、ＡおよびＢのうちの少なくとも１つなどは、一般に、ＡまたはＢ、もしくはＡおよびＢの両方を意味する。
【００６８】
デバイス、デバイスを製造するための方法を本明細書において説明した。説明したデバイスに関連させて行った解説は、相応の方法にも当てはまり、またそれとは逆に、説明した方法に関連させて行った解説は、相応のデバイスにも当てはまる。例えば、デバイスの特定の構成要素が説明されている場合、デバイスを製造するための相応の方法は、適切なやり方で構成要素を提供する動作が図に明示的に説明または図示されていないとしても、そのような動作を含むことができる。さらに、本明細書に記載した種々の例示的な態様の特徴を、特に断りのない限り、相互に組み合わせることができる。
【００６９】
本開示を１つまたは複数の実現形態に関して図示および説明したが、当業者であれば、少なくとも部分的に、本明細書および添付の図面の読解および理解に基づくことで、同等の変更および修正に想到するであろう。本開示は、そのようなあらゆる修正および変更を含むものであって、また添付の特許請求の範囲の概念によってのみ限定されるものである。特に、上述の構成要素（例えば、要素、リソースなど）によって実施される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語は、特に明記しない限り、たとえ構造的に本明細書に示した本開示の例示的な実現形態における機能を実施する開示した構造と等価ではないとしても、記述した構成要素（例えば、機能的に同等である構成要素）の特定の機能を実施する任意の構成要素に対応することを意図する。さらに、本開示の特定の特徴を、種々の実現形態のうちの１つのみに関して開示している場合があるが、そのような特徴を、任意の所定の用途または特定の用途にとって所望であり、かつ有利である限り、他の実現形態の１つまたはそれ以上の他の特徴と組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００７０】
２  炭化ケイ素層
４  炭化金属層
６  はんだ層
８  炭素含有層
１０  炭化物形成金属
１２  炭化ケイ素ウェハ
１４  ウェハ前面
１６  グラファイト層
１８  レーザ
２０  ウェハ裏面
２２  キャリア箔
２４  炭化チタン層
２６  シンク電極
２８  テープフレーム
３０  一時的な支持体
３２  炭化ケイ素チップ
３４  リードフレーム
３６  クリップ
１００  半導体デバイス
２００  半導体デバイス
３００  炭化ケイ素デバイス
４００  炭化ケイ素デバイス
５００  炭化ケイ素デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図６】
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【外国語明細書】
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