(57)【要約】【課題】  半導体用の最適化層を提供する。【解決手段】  デバイスおよび技法の代表的な実施により、半導体構成要素用の最適化層が実現する。一例では、基板層を形成するウェーハのドープされた部分は、ウェーハからアクセプタ・ウェーハまたはハンドル・ウェーハに移送してもよい。成分層を基板層に加えてもよい。アクセプタ・ウェーハが、基板層から取り外される。いくつかの例では、基板および／または成分層についてさらに処理を実行してもよい。【選択図】  図１
2016042570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期ウェーハから切り出され、アクセプタ・ウェーハに接着される基板層であって、前記基板層の１つまたは複数のドーピング特性が、半導体構成要素のタイプに基づいて調整される基板層と、
前記基板層の表面上に形成される第２の層であって、前記基板層よりも厚く、前記基板層よりもドーピング密度が低い第２の層と
を含む、半導体構成要素。
【請求項２】
前記基板層の別の表面上に形成される金属層をさらに含む、請求項１に記載の半導体構成要素。
【請求項３】
前記基板層および前記第２の層のうち少なくとも１つが炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む、請求項１に記載の半導体構成要素。
【請求項４】
前記基板層が、高濃度ドープのｐタイプ基板を含む、請求項３に記載の半導体構成要素。
【請求項５】
前記基板層が、エピタキシーまたは注入を使用して、１０２０ｃｍ-3以上のドーピング濃度で実質的に均一にドープされる、請求項１に記載の半導体構成要素。
【請求項６】
前記基板層が、ｎタイプ・ドーピングを有する第１の部分、およびｐタイプ・ドーピングを有する隣接の第２の部分から構成される、請求項１に記載の半導体構成要素。
【請求項７】
前記基板層が、ｎタイプ・ドーピングおよびｐタイプ・ドーピングを交互に有する、複数の横方向に配向された各部分から構成される、請求項１に記載の半導体構成要素。
【請求項８】
前記基板層が、前記初期ウェーハ上に形成され、前記第２の層を形成する前に前記アクセプタ・ウェーハに移送される、請求項１に記載の半導体構成要素。
【請求項９】
前記第２の層が、前記基板層の前記表面上にエピタキシャルに形成される、請求項１に記載の半導体構成要素。
【請求項１０】
ポリシリコンカーバイドのアクセプタ・ウェーハと、
第１の厚さを有し、調整されたドーピング特性を有し、前記基板層の第１の表面において前記アクセプタ・ウェーハの表面に接着された、高濃度ドープで低インピーダンスのＳｉＣ基板層と、
前記基板層の別の表面上にエピタキシャルに形成され、所望の成分を形成するようドープするように構成された低濃度ドープのＳｉＣ成分層と
を含み、
前記アクセプタ・ウェーハが、前記所望の成分を形成する一環として前記基板層から取り除かれる、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体デバイス。
【請求項１１】
前記基板層と前記アクセプタ・ウェーハの間に絶縁層をさらに含み、前記絶縁層が、前記所望の成分を形成する一環として前記基板層から取り除かれるように構成される、請求項１０に記載のＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項１２】
前記基板層がさらに、１つまたは複数の少なくとも部分的に充填されたトレンチを含む、請求項１０に記載のＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項１３】
前記１つまたは複数のトレンチが、間隔および／または厚さを変化させて構成される、請求項１２に記載のＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項１４】
前記トレンチのうち１つまたは複数が、前記基板層とは逆のドーピング・タイプのドーピングで充填される、請求項１２に記載のＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項１５】
前記１つまたは複数のトレンチの側壁が、前記基板層とは逆のドーピング・タイプのドーピングで注入される、請求項１２に記載のＳｉＣ半導体デバイス。
【請求項１６】
半導体ウェーハを所望の程度までドープして、基板層を形成するステップと、
前記半導体ウェーハの前記基板層をアクセプタ・ウェーハに移送するステップと、
前記基板層の表面上に成分層を形成するステップと、
前記基板層から前記アクセプタ・ウェーハを取り外すステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記半導体ウェーハの領域全体にわたって前記半導体ウェーハを実質的に均一にドープし、または、マスク注入もしくはトレンチ充填エピタキシー・プロセスを使用して前記半導体ウェーハをドープして、前記基板層を形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ｎタイプおよびｐタイプのドーピングの各部分が交互に並ぶよう前記半導体ウェーハをドープして、前記基板層を形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記半導体ウェーハに水素イオンを所望の深さまで注入するステップと、前記半導体ウェーハから前記基板層を前記所望の深さで切り出して、前記基板層の厚さを決定するステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
酸化物接着プロセスを使用して、前記基板層を前記アクセプタ・ウェーハに接着するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記基板層を前記アクセプタ・ウェーハに移送する前に、前記基板層の表面上に絶縁層を形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記アクセプタ・ウェーハに加えて前記絶縁層を前記基板層から取り除くステップと、前記基板層の露出面をドープするステップとをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板層のドーピング密度よりも低いドーピング密度を使用して、前記基板層の前記表面上に前記成分層を形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板層から前記アクセプタ・ウェーハを取り外すことによって露出する前記基板層の表面に、メタライゼーション層を加えるステップと、前記メタライゼーション層をアニールするステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
処理中に、前記成分層の露出面に安定化層を結合するステップと、処理後に前記安定化層を取り除くステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
高速、高温、高電圧対応の半導体デバイスを製造する際、半導体技術の開発では炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの材料を使用することになる。多くの場合、ＳｉＣデバイスの製造で使用されるｎタイプＳｉＣ基板は、バルク結晶から１枚分ずつ切り出し、研磨し、磨くこと等によって得られる。これは、困難で高価なプロセスになる場合がある。基板のドーピング特性は不均質になることが多く、ドーピング濃度が１０１９ｃｍ３未満に制限されることがある。ドーピング濃度が高くなると、ＳｉＣウェーハの機械的な不安定性（たとえば、高温プロセス・ステップでの湾曲もしくは自然発生の亀裂、または機械的なストレス）につながることがある。
【０００２】
一般に、ｐタイプ基板の製造に関して同様の問題がある。さらに、たとえば製造中にｐタイプのドーパント（たとえば、アルミニウム）が欠乏するので、所望のドーピング濃度で十分大きいｐタイプ結晶を成長させるのが難しい場合がある。これにより、たとえば、ｎチャネル絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）などを製造することが問題になる。
【０００３】
場合によっては、厚いｎタイプのドリフト層を基板上に成長させ、次いで基板をその後に研削することによって所望のデバイスを製造してもよい。たとえばエピタキシーによって、ドリフト層の一方の面に高濃度ドープのｐタイプ層を形成してもよい。基板を研削した後の取扱いにおいて、このドリフト層が十分に安定している場合（たとえば、ドリフト層の厚さが少なくとも１００ミクロン以上は残っている場合）、このプロセスによって良好な結果が得られることがある。したがって、ドリフト層の機械的安定度は、このプロセスを使用するデバイスの製造にとって制限因子となることがある。さらに、特にＳｉＣ基板を使用してドリフト層を成長させて、後に切削する場合、このプロセスは実現困難で費用のかさむことがある。
【０００４】
添付図面を参照しながら、詳細な説明をおこなう。各図において、参照番号の最も左の桁は、その参照番号が最初に現れる図を識別するものである。様々な図で同じ参照番号を使用することで、同様または同一の要素を示す。
【０００５】
この議論では、各図に示したデバイスおよびシステムは、いくつかの構成要素を有するものとして示してある。デバイスおよび／またはシステムの様々な実施は、本明細書に記載の通り、含まれる構成要素が少なくてもよく、また本開示の範囲内にとどまってもよい。あるいは、デバイスおよび／またはシステムの他の実施は、さらなる構成要素または説明する構成要素の様々な組合せを含んでもよく、本開示の範囲内にとどまることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一例による、半導体エピタキシーにおける均一にドープされた開始層の横断面図である。
【図２】別の例による、半導体エピタキシーにおける構造化された開始層の横断面図である。
【図３】一実施による、基板のトレンチに注入された側壁を伴う、例示的な構造化された開始層の横断面図である。
【図４】一実施による、基板のトレンチに充填された注入物を含む、例示的な構造化された開始層の横断面図である。
【図５】たとえば、注入されたトレンチの間隔、厚さ、および／または深さの変化を示す、例示的な構造化された開始層の横断面図である。
【図６】一実施による、半導体用の最適化層を製造するための例示的なプロセスを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
概要
装置および技法の代表的な実施により、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体構成要素など、半導体構成要素向けの最適化された開始層が得られる。一例では、ＳｉＣウェーハなどのウェーハを所望の濃度までドープして、開始層（すなわち基板層）を形成してもよい。開始層のドーピング特性を「調整」して、半導体構成要素向けの最適化された開始層を形成してもよい。様々な実施では、この調整は１つまたは複数のプロセスを含んでもよく、半導体構成要素を形成するため基板層をアクセプタ・ウェーハ上に移送する前または後に、そのプロセスを実行してもよい。
【０００８】
一実施では、ウェーハは、ウェーハの領域全体にわたって均一にドープされて、均質にドープされた基板ウェーハを形成する。他の実施では、ウェーハは、あるパターンでドープされて、交互にドープされた基板層を形成する。様々な実施では、ウェーハをマスク、注入、および／またはトレンチ作製をおこなって、ウェーハ上にドープされたパターンを形成してもよい。たとえば、逆タイプのドーピングを有する部分を形成するため、注入またはエピタキシーのプロセスを使用して、マスクされた領域またはトレンチを、部分的または完全に充填してもよい。
【０００９】
一実施では、たとえば、処理するために、ウェーハからアクセプタまたはハンドル・ウェーハに基板層が移送される。様々な実施では、イオン注入、具体的には水素注入などを使用して、基板層がウェーハから切り出される。様々なボンディング技法を使用して、基板層をアクセプタ・ウェーハに接着してもよい。
【００１０】
一実施では、たとえばエピタキシャル技法を使用して、基板層の表面に成分層を加える。様々な例では、ドープしたりメタライゼーションを施したりすることなど、成分層を処理してもよい。一実施では、アクセプタ・ウェーハが、基板層から取り外される。いくつかの例では、基板および／または成分層についてさらに処理を実行して、完成した半導体デバイス形成してもよい。
【００１１】
電気／電子構成要素、および様々な材料を参照しながら、様々な実施および構成を論じる。特定の材料（すなわち、炭化ケイ素（ＳｉＣ）など）について述べるが、これは限定するものではなく、議論を容易にし、説明を簡便にするためである。ＳｉＣに関して論じる技法およびデバイスは、シリコンや他の「広バンドギャップ材料」など、任意のタイプの半導体材料に適用可能である。したがって、本開示で「ＳｉＣ」を使用することが、これら他の材料にも適用されるものである。
【００１２】
複数の例を使用して、各実施を以下でより詳細に説明する。これ以降、様々な実施および例を論じるが、個々の実施および例の特徴ならびに要素を組み合わせることによって、さらなる実施および例も実現可能になることがある。
【００１３】
例示的な構成
図１は、一例による、半導体構成要素を構成するための開始層（たとえば、キャリア、基板など）１０２を含む、半導体構成１００の横断面図である。この構成１００は、本明細書で論じる技法およびデバイスを適用してもよい例示的な環境を表す。たとえば、開始層１０２にエピタキシャル層を付加することによって、また特に、注入技法ならびに、たとえばドーパントのアニールおよびインディフュージョンのための適切な高温プロセスと組み合わせて、半導体構成要素を形成してもよい。
【００１４】
半導体構成１００に関して本明細書に記載の各技法、構成要素、およびデバイスは、図１〜５の説明に限定されるものではなく、本開示の範囲から逸脱することなく、他の設計、タイプ、構成、および構造に適用してもよい。場合によっては、代替の構成要素または材料を使用して、本明細書に記載の技法を実施してもよい。様々な実施では、構成１００は独立したものでもよく、またはシステム、構成要素、構造などの一部でもよい。
【００１５】
図１の説明には、半導体構成１００の他の部分に対して、一実施による開始層１０２の例示的な構成が示してある。様々な実施では、半導体構成１００向けに、他の構成、設計なども使用してよい。
【００１６】
一実施では、図１に示すように、半導体構成１００は、基板層（すなわち、構造化された開始層）１０２および成分層１０４を含む。一実施では、基板層１０２は、成分層１０４のはるかに低いドーピング密度に対して、高いドーピング密度を有する。層１０４のドーピング密度は、たとえば１０１４／ｃｍ３〜１０１７／ｃｍ３の範囲にあり、より典型的には５＊１０１４／ｃｍ３〜１０１６／ｃｍ３の範囲にある。層１０２のドーピング密度は、１０１８／ｃｍ３〜１０２０／ｃｍ３であり、より典型的には１０１９／ｃｍ３〜５＊１０１９／ｃｍ３である。さらに、様々な実施では、基板層１０２の厚さは、成分層１０４の厚さよりも実質的に薄くてよい。層１０４の厚さは、たとえば２０μｍ〜２００μｍの範囲にあり、より典型的には５０μｍ〜１００μｍの範囲にある。層１０２の厚さは、５μｍ〜２０μｍであり、より典型的には５μｍ〜１０μｍである。
【００１７】
一実施では、基板層１０２は、たとえば所望のドーピング密度でＳｉＣウェーハをドープすることによって形成される。一実施では、基板層１０２は、高濃度ドープのｐタイプ基板を含む。一代替実施では、基板層１０２は、高濃度ドープのｎタイプ基板を含む。
【００１８】
様々な実施では、基板層１０２の１つまたは複数のドーピング特性が、この基板層１０２上に形成される半導体構成要素のタイプに基づいて調整される。たとえば、ドーピングの特性または特徴を意図的に調整して、所望のデバイスを形成するよう最適化してもよい。実施によっては、高濃度ｎタイプ・ドーピングの場合、たとえばショットキー・ダイオード、バイポーラ・ダイオード、もしくはパワーＭＯＳＦＥＴ用の後側の接触区域として、または、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）用のエミッタとして、基板層１０２を調整して、パワーＭＯＳＦＥＴの低抵抗ドレイン接点を形成してもよい。ｐタイプ・ドーピングの場合、基板層１０２を最適化して、（たとえば、バイポーラ・トランジスタ、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、もしくはサイリスタなど用の）リア・エミッタとして、またはｐドープされたドリフト領域を有するパワーＭＯＳＦＥＴ用のドレイン領域もしくは接触区域の役割を果たしてもよい。
【００１９】
様々な実施では、図１に示すように、基板層１０２は、エピタキシーまたは注入を使用して均質にドープされる。一実施では、基板層１０２は、１０２０ｃｍ−３以上のドーピング濃度で均質にドープされる。すなわち、基板層１０２は調整され、均一な高密度ドーピングを有する。
【００２０】
他の実施では、ｐタイプ・ドーピングとｎタイプ・ドーピングが隣接するよう基板層１０２を調整してもよい。たとえば、基板層１０２は、ｎタイプ・ドーピングを有する第１の部分、およびｐタイプ・ドーピングを有する隣接の第２の部分から構成してもよい。すなわち、基板層１０２は、ドーピングのタイプが逆（ｎタイプおよびｐタイプ）の隣接部分から構成してもよい。たとえば、様々な半導体デバイスを形成する際に、これが有利になることがある。
【００２１】
（図２に示す）例示的な一実施では、基板層１０２は、ｎタイプ・ドーピングおよびｐタイプ・ドーピングを交互に有する複数の横方向に配向された各部分から構成される。様々な実施では、高いプロセス温度での後続のアニール・ステップまたは拡散ステップ、トレンチ充填エピタキシーなどとともにマスク注入を使用して、交互にドープされたパターンを形成してもよい。例示的な実施では、交互にドープされた基板層１０２は、この基板層１０２の裏面に広範囲に追加処理することなく、たとえば局所エミッタ構造の役割を果たすことができる。
【００２２】
様々な実施では、調整されたドーピングの後、基板層１０２は、バルクＳｉＣウェーハから取り出され、アクセプタ・ウェーハ（たとえば、ハンドル・ウェーハ、キャリアなど）１０６に移送される。一例では、基板層１０２は、イオン注入法などを使用して取り出される。たとえば、バルクＳｉＣウェーハは、均一な所望の深さで水素イオンを用いて注入し、熱処理してもよい。均一な所望の深さは、基板層１０２の所望の厚さを示す。次いで、基板層１０２は劈開し、イオン注入の深さでＳｉＣウェーハから切り出される。
【００２３】
ＳｉＣウェーハから取り出されると、基板層１０２は移送され、半導体構成要素処理のためアクセプタ・ウェーハ１０６に接着してもよい。一実施では、基板層１０２は、酸化物接着プロセスなどを使用して、アクセプタ・ウェーハ１０６に接着される。様々な実施では、アクセプタ・ウェーハ１０６は、ＳｉＣエピタキシャル・プロセスに適合する材料（たとえば、タングステン、ポリシリコンカーバイド、ＳｉＣ被覆カーボンなど）から構成される。たとえば、アクセプタ・ウェーハ１０６は、水素雰囲気や１５００〜１６００度の温度などに耐えることができる材料から構成してもよい。他の実施では、アクセプタ・ウェーハ１０６は、基板層１０２の代替材料（シリコンなど）のエピタキシャル・プロセス（または他の形成プロセス）に適合する材料から構成される。
【００２４】
一実施では、基板層１０２は、その表面上に絶縁層１０８を含み、これはアクセプタ・ウェーハ１０６に接着されている。基板層１０２をアクセプタ・ウェーハに移送する前に、この絶縁層１０８を、たとえば基板層１０２の表面を酸化することによって形成してもよい。たとえば、絶縁層１０８は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などから構成してもよい。
【００２５】
様々な実施では、絶縁層１０８は、基板層１０２とアクセプタ・ウェーハ１０６の間に配置され、製造プロセス中にアクセプタ・ウェーハ１０６から基板層１０２を絶縁する。様々な実施では、図１に示すように、半導体構成１００は、保護層１１０を含んでもよい。一例では、保護層１１０は、エピタキシャル・プロセス中に酸化物絶縁層１０８を保護する。たとえば、エピタキシャル・プロセスの雰囲気状態に基づいて、保護層１１０の保護がない場合は酸化物絶縁層１０８を溶解することができる。実施によっては、保護層１１０は犠牲層であり、酸化物絶縁層１０８の代わりにエピタキシャル・プロセスにおいて溶解する。
【００２６】
一代替実施では、ドーピング（たとえば、注入、エピタキシーなど）の前に、バルクＳｉＣウェーハの薄い層をアクセプタ・ウェーハ１０６に移送して、基板層１０２を形成してもよい。この実施では、前述の通り、バルクＳｉＣウェーハの薄い層を、イオン注入などを使用してこのバルクＳｉＣウェーハから切り出してもよい。この薄い層をアクセプタ・ウェーハ１０６に移送した後、この薄い層をその表面全体にわたって均一にドープしてもよく、または交互にドープされたパターンでドープしてもよく、いずれの場合でもドーピング密度は高い。さらに、または別法として、この薄い層にトレンチ・エッチング、エピタキシャル充填、注入などを施して、基板層１０２を形成する。
【００２７】
代替実施では、基板層の残りの部分から層１０２を分離することになるアニール・ステップの前に、アクセプタ・ウェーハへの水素注入基板層の接着プロセスが実施される。
【００２８】
様々な実施では、基板層１０２がアクセプタ・ウェーハ１０６に接着された後、（たとえば、エピタキシー、注入などによって）成分層１０４が基板層１０２の表面上に形成される。前述の通り、この実施では、成分層１０４は、基板層１０２よりも低い密度でドープしてもよく、基板層１０２よりも厚くてもよく、かつ／または基板層１０２よりもインピーダンスが大きくてもよい。
【００２９】
一実施では、成分層１０４は、比較的低濃度でドープされたＳｉＣ層から構成される。さらに以下で説明するように、基板層１０２が処理（たとえば、注入、アニール、トレンチ、エピタキシャル充填など）された後、この基板層１０２の表面上に成分層１０４を成長させてもよい。成分層１０４が形成されると、この成分層１０４に、注入、エッチング、充填、メタライゼーション、エッジ・パッシベーションなどを含む処理を施して、所望の半導体構成要素を形成してもよい。
【００３０】
様々な実施では、アクセプタ・ウェーハ１０６および（１つまたは複数の）絶縁層１０８、１１０は、基板層１０２から取り外されて（すなわち、取り除かれて）半導体構成要素を形成する。一例では、基板層１０２および成分層１０４を処理している間、アクセプタ・ウェーハ１０６を使用して、基板層１０２（および成分層１０４）を取り扱う。たとえば、「上側」の処理（たとえば、アクセプタ・ウェーハ１０６の反対側の基板層１０２、および成分層１０４を含む処理）が部分的または完全に完了すると、アクセプタ・ウェーハ１０６を取り出してもよい。
【００３１】
代替実施では、機械的処理、化学処理、レーザ・リフトオフ、これらの組合せ、または類似の（１つまたは複数の）処理を使用して、アクセプタ・ウェーハ１０６を取り外してもよい。一実施では、「裏側」の処理（たとえば、それまでアクセプタ・ウェーハ１０６に隣接していた基板層１０２の表面を含む処理）において基板層１０２および成分層１０４が十分に安定していない場合は、さらに処理している間、一時的に支持ウェーハなどを成分層１０４に連結してもよい。絶縁層１０８はエッチング停止層の役割を果たしてもよく、その結果、最終的なデバイスの厚さの調整を良好に制御して一様にすることができる。
【００３２】
代替実施では、基板層１０２上には絶縁層１０８がない。
【００３３】
様々な実施では、「裏側」の処理には、アクセプタ・ウェーハ１０６および（１つまたは複数の）絶縁層１０８、１１０が裏面から取り除かれると、裏側の金属（たとえば、金属層、メタライゼーションなど）を基板層１０２の裏面に堆積させ、アニールするステップが含まれ得る。
【００３４】
例示的な実施
図２には、基板層１０２の横方向に、１つもしくは複数のトレンチ２１２がエッチングされ、または他の方法で切り出された基板層１０２を有する半導体構成１００の一例が示してある。図２の例示的な実施では、たとえば、成分層１０４を含む材料とともにエピタキシーを使用して、トレンチ２１２を充填してもよい。たとえば、低濃度ドープされたｐタイプＳｉＣが成分層１０４用に使用され、高濃度ドープされたｐタイプＳｉＣが基板層１０２用に使用されるとき、低濃度ドープされたｐタイプＳｉＣでトレンチ２１２を充填してもよい。あるいは、基板層１０２が高濃度ドープされたｎタイプＳｉＣから構成されるとき、成分層１０４とトレンチ２１２の両方を、低濃度ドープされたｎタイプＳｉＣで充填してもよい。
【００３５】
図３は、基板層１０２の横方向に、１つもしくは複数のトレンチ２１２がエッチングされ、または他の方法で切り出された基板層１０２を有する半導体構成１００の横断面図である。様々な実施では、図３に示すように、基板層１０２は、１つまたは複数の少なくとも部分的に充填されたトレンチ２１２を含む。
【００３６】
図３の例示的な実施では、低濃度ドープされたｐタイプＳｉＣを成分層１０４用に使用し、高濃度ドープされたｐタイプＳｉＣを基板層１０２用に使用するとき、たとえば注入またはエピタキシーを使用して、ｎタイプＳｉＣでトレンチ２１２の壁を内張りしてもよい（３０２）。あるいは、成分層１０４が低濃度ドープされたｎタイプＳｉＣを含み、基板層１０２が高濃度ドープされたｎタイプＳｉＣを含むとき、たとえば注入またはエピタキシーを使用して、ｐタイプＳｉＣでトレンチ２１２の壁を内張りしてもよい。いずれの場合にも、基板層１０２は、１つまたは複数の横方向に交互に並ぶドーピング領域（たとえば、横方向のｐタイプ・ドーピング部分に隣接する横方向のｎタイプ・ドーピング部分）を含む。
【００３７】
図４は、様々な実施による、１つまたは複数の横方向に交互に並ぶドーピング領域（たとえば、横方向のｐタイプ・ドーピング領域に隣接する横方向のｎタイプ・ドーピング領域）を有する基板層１０２を含む、半導体構成１００の横断面図である。たとえば、一実施では、基板層１０２はマスクされ、注入されて、１つまたは複数の横方向に交互に並ぶドーピング領域を形成する。たとえば、第１のマスクは、ｎタイプ・ドーピング注入時に利用してもよく、第２の逆マスクは、ｐタイプ・ドーピング注入時に利用してもよい。マスキングおよび注入の結果として、基板層１０２の薄い影付き領域および濃い影付き領域によって、図４に示す横方向に交互に並ぶドーピング領域パターンを得ることができる。
【００３８】
一代替実施では、初めに基板層１０２を均一にドープし、次いで、基板層１０２の横方向に、１つもしくは複数のトレンチ２１２をエッチングし、または他の方法で切り出してもよい。図４の代替実施では、低濃度ドープされたｐタイプＳｉＣを成分層１０４用に使用し、高濃度ドープされたｐタイプＳｉＣを基板層１０２用に使用するとき、たとえば注入またはエピタキシーを使用して、ｎタイプＳｉＣでトレンチ２１２を充填してもよい（４０２）。あるいは、成分層１０４が低濃度ドープされたｎタイプＳｉＣを含み、基板層１０２が高濃度ドープされたｎタイプＳｉＣを含むとき、たとえば注入またはエピタキシーを使用して、ｐタイプＳｉＣでトレンチ２１２を充填してもよい（４０２）。いずれの場合にも、基板層１０２は、１つまたは複数の横方向に交互に並ぶドーピング領域（たとえば、横方向のｐタイプ・ドーピング部分に隣接する横方向のｎタイプ・ドーピング部分）を含む。
【００３９】
図５は、図４に関連して述べる様々な実施による、１つまたは複数の横方向に交互に並ぶドーピング領域（たとえば、横方向のｐタイプ・ドーピング領域に隣接する横方向のｎタイプ・ドーピング領域）を有する基板層１０２を含む、半導体構成１００の横断面図である。図５の説明では、交互に並ぶドーピング・パターンは、間隔および／または厚さが変化（５０２）してもよいことが示してある。
【００４０】
たとえば、図５に示すように、横方向に交互に並ぶドーピング領域は、基板層１０２の領域全体にわたって、間隔および厚さが必ずしも規則正しくなくてよい。代わりに、横方向に交互に並ぶドーピング領域は、１つまたは複数の位置において濃度を相対的に高くしてもよく、他の位置では濃度を相対的に低くしてもよい。特に基板層１０２の相対的に濃い影付きの横方向部分の場合に、これを図５に見ることができる。さらに、所与の横方向部分の厚さは、同じドーピング・タイプ（ｎタイプまたはｐタイプ）の別の横方向部分の厚さよりも、厚くても薄くてもよい。特に基板層１０２の相対的に薄い影付きの横方向部分の場合に、これを図５に見ることができる。
【００４１】
様々な実施では、基板層１０２の横方向に交互に並ぶドーピング領域によって、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ・ダイオード、ショットキー・ダイオード、ＩＧＢＴなどだがそれに限定されない、所望の半導体デバイスの製造を可能にすることができる。さらに、横方向に交互に並ぶドーピング領域の間隔および／もしくは厚さの変化により、ＳｉＣベースのＩＧＢＴデバイスおよびダイオードのエミッタ効率を設計すること、ならびに／または、効果的な裏側エミッタ領域を低減することにより、チップのエッジ終端領域、またはゲート・パッドもしくはゲート・フィーダの領域での自由キャリアの注入を低減する設計技法を含むことを可能にすることができる。さらに、横方向に交互に並ぶドーピング領域の間隔および／または厚さの変化により、ＩＧＢＴでのホール注入の横方向の変化、またはウェーハ裏側からの電子注入の横方向での変化を可能にして、高速スイッチング・ダイオードを実現することができる。
【００４２】
基板層１０２を含め、構成１００の様々な構造は、様々な実施で実現可能でもよい。代替実施では、構成１００および／または基板層１０２の、様々な他の組合せおよび設計も本開示の範囲内にある。これらの変形形態は、図１〜５に示した例で説明する要素よりも要素の数が少ないことがあり、または、そこに示した例よりも多い要素、または代替要素を有してもよい。
【００４３】
代表的なプロセス
図６には、様々な実装による、たとえば炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体構成要素などの半導体構成要素用に最適化された基板層（たとえば、基板層１０２など）を製造するための、代表的なプロセス６００が示してある。一実施では、この最適化された基板層は、バルク・ウェーハから切り出され、ハンドル・ウェーハ（たとえば、アクセプタ・ウェーハ１０６など）に接着される。様々な実施では、１つもしくは複数のドーピング特性または特徴が、基板層を最適化するように調整されて、所望の半導体構成要素を形成する。プロセス６００は、図１〜５に関連して説明してある。
【００４４】
プロセスを説明する順序は、限定的に解釈すべきものではなく、説明された任意の数のプロセス・ブロックを任意の順序で組み合わせて、このプロセスまたは代替プロセスを実施することができる。さらに、個々のブロックは、本明細書に記載の主題の精神および範囲から逸脱することなく、このプロセスから削除してもよい。さらに、このプロセスは、本明細書に記載の主題の範囲から逸脱することなく、任意の適切な材料またはその組合せで実施することができる。
【００４５】
ブロック６０２で、このプロセスは、半導体ウェーハを所望の程度までドープして、基板層（たとえば、基板層１０２など）を形成するステップを含む。一実施では、このプロセスは、ｎタイプまたはｐタイプのドーパントで半導体ウェーハを高濃度ドープして、基板層を形成するステップを含む。様々な実施では、半導体ウェーハはＳｉＣから構成される。
【００４６】
様々な実施では、基板層の１つもしくは複数のドーピング特性または特徴が調整されて、半導体デバイスを上部に形成するための個別最適化された開始層として、この基板層を最適化する。一実施では、このプロセスは、半導体ウェーハの領域全体にわたって、半導体ウェーハを実質的に均一にドープするステップを含む。すなわち、半導体ウェーハの領域は、所望の密度にまで均一にドープされる。一例では、半導体ウェーハの領域は、１０２０ｃｍ-3以上の濃度で均一にドープされる。
【００４７】
別の実施では、このプロセスは、ｎタイプおよびｐタイプのドーピングの各部分が交互に並ぶよう半導体ウェーハをドープして、基板層を形成するステップを含む。たとえば、一実施では、このプロセスは、マスク注入を使用しながら半導体ウェーハをドープして、半導体ウェーハの領域全体にわたってドープされたパターンを形成するステップを含む。この実施では、マスク注入によって、ドーピング・パターンが交互に形成される。
【００４８】
別の実施では、このプロセスは、トレンチ充填のエピタキシーまたは注入プロセスを使用して、基板層を形成するステップを含む。たとえば、半導体ウェーハの領域に（または、たとえば基板層に）、１つもしくは複数のトレンチをエッチングし、または他の方法で切り込んでもよい。一実施では、このトレンチは、半導体ウェーハの領域に沿って横方向に配置される。様々な実施では、トレンチが切り込まれる半導体ウェーハまたは基板層のドープされた部分のドーピングとは逆タイプのドーピングを用いて、注入、エピタキシーなどによって、このトレンチを部分的または完全に充填してもよい。この実施では、部分的または完全に充填されたトレンチによって、ドーピング・パターンが交互に形成される。
【００４９】
ブロック６０４で、このプロセスは、半導体ウェーハの基板層をアクセプタ・ウェーハ（たとえば、アクセプタ・ウェーハ１０６など）に移送するステップを含む。一実施では、このプロセスは、半導体ウェーハに水素イオンを所望の深さまで注入するステップと、半導体ウェーハから基板層を所望の深さで切り出して、基板層の厚さを決定するステップとを含む。この実施では、切り出された基板層がアクセプタ・ウェーハに移送される。一例では、このプロセスは、たとえば酸化物接着プロセスを使用して、基板層をアクセプタ・ウェーハに接着するステップを含む。
【００５０】
様々な実施では、アクセプタ・ウェーハは、基板層に実行されるエピタキシャル・プロセスに適合する材料から構成される。実施によっては、アクセプタ・ウェーハは、ポリシリコンカーバイド、タングステン、ＳｉＣ被覆カーボン、または同様の材料から構成される。
【００５１】
一実施では、このプロセスは、基板層をアクセプタ・ウェーハに移送する前に、基板層の表面上に絶縁層を形成するステップを含む。絶縁層は、二酸化ケイ素などの酸化物を含んでもよい。別の実施では、このプロセスは、絶縁層上に保護層を形成するステップを含む（たとえば、絶縁層向けに酸化物材料が使用されるときなど）。この実施では、保護層は、エピタキシャル・プロセスの雰囲気中に絶縁層が溶解しないようにする。
【００５２】
ブロック６０６で、このプロセスは、基板層の表面上に成分層（たとえば、成分層１０４など）を形成するステップを含む。たとえば、成分層は、アクセプタ・ウェーハの反対側になる基板層の表面上に形成してもよい。一実施では、このプロセスは、基板層のドーピング密度よりも低いドーピング密度を使用して成分層を形成するステップを含む。別の実施では、このプロセスは、基板層よりも厚くなるよう、かつ／または基板層よりもインピーダンスが大きくなるよう成分層を形成するステップを含む。
【００５３】
代替実施では、基板層をアクセプタ・ウェーハに移送する前に、または基板層をアクセプタ・ウェーハに移送した後に、成分層を基板層の表面上に形成してもよい。
【００５４】
一実施では、成分層は、エピタキシーによって基板層の表面上に形成される。さらなる実施では、成分層は、ＳｉＣまたは同様の材料から構成される。様々な実施では、成分層は、注入、エッチング、充填、メタライゼーション、および／または同様の処理がなされて、所望の半導体デバイスまたは半導体構成要素を形成する。
【００５５】
ブロック６０８で、このプロセスは、基板層からアクセプタ・ウェーハを取り外すステップを含む。様々な実施では、成分層を処理した後、アクセプタ・ウェーハが基板層から取り外される。たとえば、機械的技法、化学的技法、レーザ・リフトオフ、または他の技法を使用して、アクセプタ・ウェーハを基板層から取り外してもよい。一実施では、このプロセスは、アクセプタ・ウェーハに加えて絶縁層を基板層から取り除くステップと、基板層の露出面をドープするステップとを含む。
【００５６】
一実施では、アクセプタ・ウェーハを取り除いた後、成分層を有する基板層が機械的に不安定な場合、このプロセスは、基板層の反対側（たとえば、露出した下側）の表面を処理している間、成分層の露出面に安定化層を結合するステップと、処理後に安定化層を取り除くステップとを含む。
【００５７】
様々な実施では、このプロセスは、基板層からアクセプタ・ウェーハを取り外すことによって露出する基板層の表面に、メタライゼーション層を加えるステップ（たとえば堆積するステップなど）と、この表面をアニールするステップとを含む。他の実施では、基板層の露出した下側（すなわち裏側）の表面について、注入、エッチング、充填など他のプロセスを実行してもよい。
【００５８】
代替実施では、他の技法も、様々な組合せでプロセス６００に含めてもよく、本開示の範囲内にとどまる。
【００５９】
結論
構造上の特徴および／または方法論的な作用に特有の用語で、本開示の各実施について述べてきたが、各実施は、必ずしも前述の具体的な特徴または作用を限定するものではないことを理解されたい。むしろ、これら具体的な特徴および作用は、例示的なデバイスおよび技法を実施する代表的な形態として開示されている。
【符号の説明】
【００６０】
１００  半導体構成
１０２  基板層
１０４  成分層
１０６  アクセプタ・ウェーハ
１０８  絶縁層
１１０  保護層
２１２  トレンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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