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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2014年6月26日
【発行日】2017年1月12日
(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/822 20060101AFI20161216BHJP
   H01L 27/04 20060101ALI20161216BHJP
   H01L 21/66 20060101ALI20161216BHJP
   H01L 21/82 20060101ALI20161216BHJP
   G01R 31/26 20140101ALI20161216BHJP
【FI】
   H01L27/04 T
   H01L21/66 V
   H01L21/82 T
   G01R31/26 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】18
【出願番号】特願2014-552834(P2014-552834)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2012年12月20日
(11)【特許番号】特許第5791830号(P5791830)
(45)【特許公報発行日】2015年10月7日
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目7番3号
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】杉本 博司
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目7番3号 三菱電機株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】中村 卓誉
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目7番3号 三菱電機株式会社内
【テーマコード(参考)】
2G003
4M106
5F038
5F064
【Fターム(参考)】
2G003AA00
2G003AA02
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2G003AB19
2G003AE01
2G003AF02
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5F064HH10
(57)【要約】
本発明は、半導体装置の順方向特性を良好に維持しつつ、一チップあたりの製造コストの増加を防ぐことができる炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。本発明は、(a)素子構造としてのボディダイオード1、1Aの、順方向通電の特性を検査する工程と、(b)工程(a)の検査結果に基づいて、ボディダイオード1およびボディダイオード1Aを、順方向通電に適する第1群と順方向通電に適さない第2群とに分別する工程と、(c)第1群のボディダイオード1を用いて順方向通電を要する炭化珪素半導体MOSFET10を製造し、第2群のボディダイオード1Aを用いて順方向通電を要しない炭化珪素半導体MOSFET10Aを製造する工程とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1導電型の炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層に接触して形成された第2導電型の不純物層とを備える素子構造(1、1A)を有する炭化珪素半導体装置(10、10A)の製造方法であって、
(a)前記素子構造(1、1A)の、前記エピタキシャル層と前記不純物層との間の順方向通電の特性を検査する工程と、
(b)前記工程(a)の検査結果に基づいて、前記素子構造(1、1A)を、前記順方向通電に適する第1群と前記順方向通電に適さない第2群とに分別する工程と、
(c)前記第1群の前記素子構造(1)を用いて、当該素子構造における順方向通電を要する前記炭化珪素半導体装置(10)を製造し、前記第2群の前記素子構造(1A)を用いて、当該素子構造における順方向通電を要しない前記炭化珪素半導体装置(10A)を製造する工程とを備え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2】
前記工程(c)が、前記第1群の前記素子構造(1)を用いた前記炭化珪素半導体装置(10)を製造する場合と、前記第2群の前記素子構造(1A)を用いた前記炭化珪素半導体装置(10A)を製造する場合とでは、異なる露光マスクを用いる工程であ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の製造方法。
【請求項3】
前記工程(c)が、前記第2群の前記素子構造(1A)を用いた前記炭化珪素半導体装置(10A)を製造する場合、前記素子構造(1A)と並列に接続され、かつ、前記素子構造(1A)の順方向と同じ向きの順方向を有するダイオード(2)をさらに搭載する工程であることを特徴とする、
請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥の観察、前記素子構造(1、1A)におけるリーク電流の測定、および、前記素子構造(1、1A)に順方向通電を行った場合の順方向抵抗の時間変化の測定の少なくとも1つを行うことによって、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程であることを特徴とする、
請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥を、走査型のフォトルミネッセンス法により観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥を、X線トポ観察法により観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記工程(a)が、ブール単位または製造ロット単位で選択された一部の前記炭化珪素半導体基板の前記エピタキシャル層における結晶欠陥を観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項4〜6のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項8】
第1導電型の炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層に接触して形成された第2導電型の不純物層とを備える素子構造(1、1A)を有する炭化珪素半導体装置(10、10A)の製造方法であって、
(a)前記素子構造(1、1A)の、前記エピタキシャル層と前記不純物層との間の順方向通電の特性を検査する工程と、
(b)前記素子構造(1、1A)を用いて前記炭化珪素半導体装置(10、10A)を製造する工程と、
(c)前記工程(a)の検査結果に基づいて、製造された前記炭化珪素半導体装置(10、10A)を、前記順方向通電に適する第1群の前記素子構造(1)を有する前記炭化珪素半導体装置(10)と、前記順方向通電に適さない第2群の前記素子構造(1A)を有する前記炭化珪素半導体装置(10A)とに分別する工程とを備え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9】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥の観察、前記素子構造(1、1A)におけるリーク電流の測定、および、前記素子構造(1、1A)に順方向通電を行った場合の順方向抵抗の時間変化の測定の少なくとも1つを行うことによって、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程であることを特徴とする、
請求項8に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項10】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥を、走査型のフォトルミネッセンス法により観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項9に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥を、X線トポ観察法により観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項9に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記工程(a)が、ブール単位または製造ロット単位で選択された一部の前記炭化珪素半導体基板の前記エピタキシャル層における結晶欠陥を観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項9〜11のいずれか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、炭化硅素半導体素子において、バイポーラ動作を行う構造を含む炭化珪素半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
pn接合を有しバイポーラ動作を行う構造を含む炭化珪素半導体装置では、従来から、pn接合の順方向に電流を流した場合に、pn接合の再結合電流により、結晶欠陥を原因として積層欠陥が拡張し、結果として順方向特性の抵抗が増加してしまうという問題がある。積層欠陥の原因となる結晶欠陥は、半導体基板および半導体基板上のエピタキシャル層の製造工程において形成されるものである。
【0003】
例えば特許文献1では、半導体装置のエピタキシャル層内に結晶欠陥が含まれないようにするため、基板中の結晶欠陥の位置座標を光学顕微鏡等によりあらかじめ観察しておき、結晶欠陥の当該位置座標を避けた位置に素子領域を形成する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010−135573号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、提案されている従来の方法では、結晶欠陥が形成された部分の半導体チップは、不良品として除外される。よって、除外されるチップがある分、歩留まりが低下し、一チップあたりの製造コストが増加するという問題があった。
【0006】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、半導体装置の順方向特性を良好に維持しつつ、一チップあたりの製造コストの増加を防ぐことができる炭化珪素半導体装置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】
【0007】
本発明の一態様に関する炭化珪素半導体装置の製造方法は、第1導電型の炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層に接触して形成された第2導電型の不純物層とを備える素子構造を有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、(a)前記素子構造の、前記エピタキシャル層と前記不純物層との間の順方向通電の特性を検査する工程と、(b)前記工程(a)の検査結果に基づいて、前記素子構造を、前記順方向通電に適する第1群と前記順方向通電に適さない第2群とに分別する工程と、(c)前記第1群の前記素子構造を用いて、当該素子構造における順方向通電を要する前記炭化珪素半導体装置を製造し、前記第2群の前記素子構造を用いて、当該素子構造における順方向通電を要しない前記炭化珪素半導体装置を製造する工程とを備えることを特徴とする。
【0008】
本発明の他の態様に関する炭化珪素半導体装置の製造方法は、第1導電型の炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層に接触して形成された第2導電型の不純物層とを備える素子構造を有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、(a)前記素子構造の、前記エピタキシャル層と前記不純物層との間の順方向通電の特性を検査する工程と、(b)前記素子構造を用いて前記炭化珪素半導体装置を製造する工程と、(c)前記工程(a)の検査結果に基づいて、製造された前記炭化珪素半導体装置を、前記順方向通電に適する第1群の前記素子構造を有する前記炭化珪素半導体装置と、前記順方向通電に適さない第2群の前記素子構造を有する前記炭化珪素半導体装置とに分別する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明の上記態様によれば、第1群の素子構造(または第1群の素子構造を有する炭化珪素半導体装置)と第2群の素子構造(または第2群の素子構造を有する炭化珪素半導体装置)とに分別し、それぞれの使用用途に応じた炭化珪素半導体装置が製造される。よって、順方向通電に適さない素子構造についても有効に利用して炭化珪素半導体装置が製造されるため、各用途における炭化珪素半導体装置の順方向特性を良好に維持しつつ、一チップあたりの製造コストの増加を防ぐことができる。
【0010】
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の実施形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。
図2】製造される炭化珪素半導体MOSFETの例を示す図である。
図3】製造される炭化珪素半導体MOSFETの例を示す図である。
図4】本発明の実施形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。
図5】製造される炭化珪素半導体MOSFETの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【0013】
<第1実施形態>
<製造方法>
図1は、本発明の本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。本実施形態では、半導体装置の一例として、炭化珪素半導体MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)を想定する。
【0014】
まず、第1導電型の半導体基板が製造される基板製造工程が行われる(ステップS1)。具体的には、改良昇華法(改良レーリー法)により炭化硅素基板が製造される。なお、既に製造されている、市販の炭化珪素基板を購入して後の工程に用いることも可能である。
【0015】
このとき、pn接合の順方向に電流を流した場合(順方向通電)に発生する積層欠陥の拡張を抑制するため、基底面転位を含む結晶欠陥の密度が低い炭化珪素基板が製造されることが望ましい。
【0016】
次に、半導体基板上に、第1導電型のエピタキシャル層が形成されるエピタキシャル層製造工程が行われる(ステップS2)。具体的には、炭化水素とシランガスとを用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、炭化珪素基板上にエピタキシャル層が形成される。なお、既にエピタキシャル層が形成されている炭化珪素基板を購入して後の工程に用いることも可能である。
【0017】
このとき、pn接合の順方向に電流を流した場合(順方向通電)に発生する積層欠陥の拡張を抑制するため、他の転位に変換することにより基底面転位の密度を低減しておく等の処理が行われることが望ましい。
【0018】
次に、形成されたエピタキシャル層の初期特性が検査されるエピタキシャル層検査工程が行われる(ステップS3)。具体的には、市販の検査装置を用いて、非破壊方式で、エピタキシャル層の不純物濃度、層の厚さ、およびその表面状態の評価が行われる。加えて、各ウエハに対して、基底面転位を含む結晶欠陥の観察が行われる。なお、基底面転位とは、オフ角基板上に成長したエピタキシャル層の、層厚に相当する長さでオフ角方向に延びる直線上の欠陥のことである。当該観察は、例えば、走査型のフォトルミネッセンス法またはX線トポ観察により行われる。
【0019】
当該検査の結果は、検査結果データとして所定の記憶領域(図示せず)に保存される。なお、これらの検査はウエハ状態で行われる。
【0020】
ここで、基底面転位を含む結晶欠陥は、積層欠陥の拡張の原因となるものである。積層欠陥が拡張することで、半導体装置の順方向抵抗が増加するため、結晶欠陥の密度が低い半導体ウエハが製造されることが望ましい。
【0021】
なお、基底面転位を含む結晶欠陥が集中して分布し、同一ブール、もしくは同一ロットのうちの複数の炭化硅素半導体基板のエピタキシャル層において同様な分布を示す場合がある。そのような場合には、全数の炭化硅素基板のエピタキシャル層における結晶欠陥を観察する必要はなく、ブール単位または製造ロット単位で選択された一部の炭化硅素半導体基板における結晶欠陥を観察することで代用してもよい。このようにすれば、当該検査に伴う費用および時間を削減でき、結果として製造原価を安価にできる。
【0022】
次に、半導体素子を作製するための、ウエハプロセス工程が行われる(ステップS4)。具体的には、市販の半導体製造装置を用いてパターン露光および現像が繰り返され、さらにエッチング、イオン(不純物)注入、熱処理、酸化処理、層間膜の成膜、および電極形成が行われ、半導体ウエハ上に炭化硅素半導体MOSFETが製造される。
【0023】
次に、半導体ウエハの初期特性が評価されるウエハテスト工程が行われる(ステップS5)。具体的には、通常のプローバ等を利用して、素子の初期特性が評価される。半導体ウエハにおける、リーク電流についても測定される。当該テストの結果は、検査結果データとして所定の記憶領域(図示せず)に保存される。
【0024】
次に、半導体ウエハがダイシングされることにより半導体チップが形成されるダイシング工程が行われる(ステップS6)。ダイシングには、通常のダイサーが用いられる。
【0025】
次に、半導体チップ(半導体素子)の初期特性が評価されるチップテスト工程が行われる(ステップS7)。当該テストの結果は、検査結果データとして所定の記憶領域(図示せず)に保存される。半導体チップにおける、リーク電流についても測定され、さらに、例えば10A/cm程度の電流を流した状態での、抵抗値および通電時間に対する抵抗の変化量についても測定される。
【0026】
次に、先の工程で得られた検査結果データを少なくとも1つ参照して、半導体チップにおけるpn接合に順方向通電した場合の、順方向抵抗の増加の有無が判断される。そして、順方向抵抗が増加しないと判断される場合には、順方向通電に適する第1群の半導体チップとされ、順方向抵抗が増加すると判断される場合には、順方向通電に適さない第2群の半導体チップとされる。
【0027】
例えば、エピタキシャル層検査工程(ステップS3)の検査結果データを参照し、エピタキシャル層に結晶欠陥を有する炭化珪素半導体基板を、順方向通電に適さない半導体ウエハとすることができる。
【0028】
また例えば、ウエハテスト工程(ステップS5)の検査結果データを参照し、素子構造としてのボディダイオードの整流特性に異常があり、リーク電流が常分布と比べ大きい半導体ウエハを、順方向通電に適さない半導体ウエハとすることができる。
【0029】
また例えば、チップテスト工程(ステップS7)の検査結果データを参照し、リーク電流があらかじめ定められた閾値よりも大きい、または、通電状態での順方向抵抗の変化量があらかじめ定められた閾値よりも大きい半導体チップを、順方向通電に適さない半導体ウエハとすることができる。
【0030】
そして、それぞれの群に応じ半導体チップの使用用途が分別される分別工程が行われる(ステップS8)。当該分別によって、順方向通電に適する(Yes)第1群の半導体チップは、半導体チップにおけるpn接合に順方向通電を要する仕様の炭化珪素半導体装置へ組み込まれる工程へと進み、順方向通電に適さない(No)第2群の半導体チップは、半導体チップにおけるpn接合に順方向通電を要しない仕様の炭化珪素半導体装置へ組み込まれる工程へと進むこととなる。
【0031】
次に、第1群の半導体チップおよび第2群の半導体チップがそれぞれケースあるいはモールドに固定され、配線が形成されるアセンブリ工程が行われる(ステップS9−1およびステップS9−2)。なお、当該工程は、チップ状態で行われる。
【0032】
次に、組み立てられた炭化珪素半導体装置(製品)それぞれの初期特性が検査される製品検査工程が行われる(ステップS10−1およびステップS10−2)。このようにして、炭化珪素半導体装置(製品)が製造される。
【0033】
図2および図3は、製造される炭化珪素半導体装置の一例としての、炭化珪素半導体MOSFETの回路図である。
【0034】
図2は、第1群の半導体チップを有する炭化硅素半導体MOSFET10の回路図である。
【0035】
図2に示された炭化硅素半導体MOSFET10は、チップパッケージ20上に配置される。炭化硅素半導体MOSFET10におけるボディダイオード1が順方向通電に適しているため、炭化硅素半導体MOSFET10は、pn接合に順方向通電を要する仕様の炭化珪素半導体装置として製造されている。
【0036】
一方で図3は、第2群の半導体チップを有する炭化硅素半導体MOSFET10Aを含む回路図である。
【0037】
図3に示された炭化硅素半導体MOSFET10Aは、チップパッケージ20上に配置される。炭化硅素半導体MOSFET10Aにおけるボディダイオード1Aが順方向通電に適さないため、チップパッケージ20上にはさらに、炭化硅素半導体MOSFET10Aのボディダイオード1Aと並列に接続されたSiCショットキーダイオード2が備えられている。SiCショットキーダイオード2は、順方向の向きが、ボディダイオード1Aの順方向の向きと等しくなるように配列されている。なお、当該SiCショットキーダイオード2の代わりに、Siダイオードが備えられていてもよい。
【0038】
当該SiCショットキーダイオード2は、炭化硅素半導体MOSFET10Aの帰還ダイオード(フリーホイールダイオード)として機能する。そのため、炭化硅素半導体MOSFET10Aのボディダイオード1Aの順方向抵抗の増加は、炭化硅素半導体MOSFET10Aの順方向特性に寄与しない。
【0039】
<変形例>
製造工程を簡略化するため、図1における検査工程(ステップS3、5および7)のうちのいずれかの検査工程のみが行われてもよい。但し、より多くの検査結果データを参照する場合には、分別工程(ステップS8)において、より正確な分別を行うことができる。
【0040】
分別工程(ステップS8)は、例えば、エピタキシャル層検査工程(ステップS3)の後、ウエハプロセス工程(ステップS4)の前に行われてもよいし、ウエハテスト工程(ステップS5)の後、ダイシング工程(ステップS6)の前に行われてもよい。
【0041】
これらのように、より早い工程段階で分別を行うことで、構造上の変更の自由度を高くすることができる。
【0042】
ウエハプロセス工程(ステップS4)の前に分別が行われれば、ウエハプロセス工程(ステップS4)において、第1群と第2群とで異なる露光マスクを用いた露光処理を行うことができ、ダイシングによって分割される場合にも第1群と第2群とが区別できるように、識別表示を形成することができる。
【0043】
また、ダイシング工程(ステップS6)の前に分別が行われれば、ダイシング工程(ステップS6)において、第1群と第2群との境界に沿ってダイシングを行うことができ、1つの半導体チップ内に第1群と第2群とが混在することを抑制することができる。よって、半導体チップを無駄なく活用して、炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【0044】
<効果>
本発明に関する実施形態によれば、炭化珪素半導体装置の製造方法が、(a)素子構造としてのボディダイオード1およびボディダイオード1Aの、順方向通電の特性を検査する工程と、(b)工程(a)の検査結果に基づいて、ボディダイオード1およびボディダイオード1Aを、順方向通電に適する第1群と順方向通電に適さない第2群とに分別する工程と、(c)第1群のボディダイオード1を用いて、当該ボディダイオード1における順方向通電を要する炭化珪素半導体MOSFET10を製造し、第2群のボディダイオード1Aを用いて、当該ボディダイオード1Aにおける順方向通電を要しない炭化珪素半導体MOSFET10Aを製造する工程とを備える。
【0045】
このような構成によれば、第1群のボディダイオード1と第2群のボディダイオード1Aとに分別し、それぞれの使用用途に応じた炭化珪素半導体MOSFET10および炭化珪素半導体MOSFET10Aが製造される。よって、順方向通電に適さない素子構造についても不良品とはされず、有効に利用して炭化珪素半導体装置が製造されるため、各用途における炭化珪素半導体装置の順方向特性を良好に維持しつつ、一チップあたりの製造コストの増加を防ぐことができる。
【0046】
また、炭化珪素半導体装置が製造される前に、素子構造の順方向特性についての分別が行われるため、その後の工程における構造上の変更の自由度が高い。
【0047】
また、本発明に関する実施形態によれば、第1群のボディダイオード1を有する炭化珪素半導体MOSFET10を製造する場合と、第2群のボディダイオード1Aを有する炭化珪素半導体MOSFET10Aを製造する場合とでは、異なる露光マスクを用いる。
【0048】
このような構成によれば、第1群のボディダイオード1と第2群のボディダイオード1Aとが区別できるように、識別表示を形成することができる。よって、後の工程においてダイシングによって分割される場合にも、適切に第1群および第2群を把握し、互いに混入してしまうことを防ぐことができる。
【0049】
また、本発明に関する実施形態によれば、第2群のボディダイオード1Aを用いた炭化珪素半導体MOSFET10Aを製造する場合、ボディダイオード1Aと並列に接続され、かつ、ボディダイオード1Aの順方向と同じ向きの順方向を有するSiCショットキーダイオード2がさらに搭載される。
【0050】
SiCショットキーダイオード2は、炭化硅素半導体MOSFET10Aの帰還ダイオード(フリーホイールダイオード)として機能する。そのため、炭化硅素半導体MOSFET10Aのボディダイオード1Aの順方向抵抗の増加は、炭化硅素半導体MOSFET10Aの順方向特性に寄与しない。
【0051】
また、本発明に関する実施形態によれば、エピタキシャル層における結晶欠陥を、走査型のフォトルミネッセンス法により観察し、ボディダイオード1およびボディダイオード1Aにおける順方向通電の特性を検査する工程を含む。
【0052】
このような構成によれば、透過型の電子顕微鏡等を用いた観察とは異なり、非破壊方式で行うことができる。よって、検査用の半導体基板を準備する必要がない。また、装置も比較的安価であり、検査費用も抑えられる。
【0053】
また、通電によるスクリーニングを行って順方向特性を検査する場合に比べて、時間および費用を抑制できる。さらに、当該方法によれば、通電によっても顕著な違いが生じない形状または大きさ等の結晶欠陥についても、精度よく検出することができる。
【0054】
また、本発明に関する実施形態によれば、エピタキシャル層における結晶欠陥を、X線トポ観察法により観察し、ボディダイオード1およびボディダイオード1Aにおける順方向通電の特性を検査する工程を含む。
【0055】
このような構成によれば、詳細な転位を観察することができ、より精度の高い分別を行うことができる。
【0056】
また、通電によるスクリーニングを行って順方向特性を検査する場合に比べて、時間および費用を抑制できる。さらに、当該方法によれば、通電によっても顕著な違いが生じない形状または大きさ等の結晶欠陥についても、精度よく検出することができる。
【0057】
また、本発明に関する実施形態によれば、ブール単位または製造ロット単位で選択された一部の炭化珪素半導体基板のエピタキシャル層における結晶欠陥を観察し、ボディダイオードにおける順方向通電の特性を検査する。
【0058】
このような構成によれば、検査を効率的に行うことができ、検査費用および検査時間を削減できる。
【0059】
<第2実施形態>
<製造方法>
図4は、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。図4において、ステップS1〜7までは第1実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【0060】
ステップS7の後、半導体チップがケースあるいはモールドに固定され、配線が形成されるアセンブリ工程が行われる(ステップS9)。
【0061】
次に、組み立てられた炭化珪素半導体装置(製品)の初期特性が検査される製品検査工程が行われる(ステップS10)。当該検査の結果は、検査結果データとして所定の記憶領域に保存される。
【0062】
次に、炭化珪素半導体装置(製品)においてpn接合に順方向通電した場合の、劣化の有無が検査されるスクリーニング工程が行われる(ステップS11)。具体的には、炭化珪素半導体装置のボディーダイオードに順方向通電する初期通電により、順方向抵抗の増加の有無を検査する。当該検査の結果は、検査結果データとして所定の記憶領域に保存される。
【0063】
次に、先の工程で得られた検査結果データを少なくとも1つ参照して、順方向通電に適する第1群の素子構造を有する炭化珪素半導体装置、および、順方向通電に適さない第2群の素子構造を有する炭化珪素半導体装置それぞれに応じ使用用途が分別される分別工程が行われる(ステップS8)。このようにして、それぞれの使用用途に応じて分別された炭化珪素半導体装置(製品)が製造される。
【0064】
図2および図5は、ステップSでYesの場合とNoの場合に図4で図示しない次の工程でそれぞれ使用されあるいは製造される炭化珪素半導体装置の一例としての、炭化珪素半導体MOSFETの回路図である。
【0065】
図2は、ステップS8でYesの場合に、第1群の半導体チップを有する炭化硅素半導体MOSFET10の回路図である。
【0066】
図2に示された炭化硅素半導体MOSFET10は、チップパッケージ20上に配置される。炭化硅素半導体MOSFET10におけるボディダイオード1が順方向通電に適しているため、炭化硅素半導体MOSFET10は、pn接合に順方向通電を要する仕様の炭化珪素半導体装置として製造されている。
【0067】
一方で図5は、ステップS8でNoの場合に、第2群の半導体チップを有する炭化硅素半導体MOSFET10Aを含む回路図である。
【0068】
図5に示された炭化硅素半導体MOSFET10Aは、チップパッケージ20上に配置される。炭化硅素半導体MOSFET10Aにおけるボディダイオード1Aが順方向通電に適さないため、チップパッケージ20とは異なるチップパッケージ21上にはさらに、炭化硅素半導体MOSFET10Aのボディダイオード1Aと並列に接続されたSiCショットキーダイオード3が備えられている。SiCショットキーダイオード3は、順方向の向きが、ボディダイオード1Aの順方向の向きと等しくなるように配列されている。なお、当該SiCショットキーダイオード3の代わりに、Siダイオードが備えられていてもよい。
【0069】
当該SiCショットキーダイオード3は、炭化硅素半導体MOSFET10Aの帰還ダイオード(フリーホイールダイオード)として機能する。そのため、炭化硅素半導体MOSFET10Aのボディダイオード1Aの順方向抵抗の増加は、炭化硅素半導体MOSFET10Aの順方向特性に寄与しない。
【0070】
<変形例>
製造工程を簡略化するため、図4における検査工程(ステップS3、5、7、10および11)のうちのいずれかの検査工程のみが行われてもよい。但し、より多くの検査結果データを参照する場合には、分別工程(ステップS8)において、より精度の高い分別を行うことができる。
【0071】
分別工程(ステップS8)は、製品検査工程(ステップS10)の後、スクリーニング工程(ステップS11)の前に行われてもよい。より早い工程段階で分別を行うことで、構造上の変更の自由度を高くすることができる。
【0072】
<効果>
本発明に関する実施形態によれば、(a)素子構造としてのボディダイオード1およびボディダイオード1Aの、順方向通電の特性を検査する工程と、(b)ボディダイオード1およびボディダイオード1Aを用いて炭化珪素半導体MOSFET10および炭化珪素半導体MOSFET10Aを製造する工程と、(c)工程(a)の検査結果に基づいて、製造された炭化珪素半導体MOSFET10および炭化珪素半導体MOSFET10Aを、順方向通電に適する第1群のボディダイオード1を有する炭化珪素半導体MOSFET10と、順方向通電に適さない第2群のボディダイオード1Aを有する炭化珪素半導体MOSFET10Aとに分別する工程とを備える。
【0073】
このような構成によれば、参照できる検査結果データが多くなり、より精度の高い分別を行うことができる。
【0074】
上記の各実施形態では、pn接合に順方向通電を行うことが必要な炭化珪素半導体装置として、例えば、ボディーダイオードに通電することが必要なMOSFETの例を示したが、同様に、サイリスタ、IGBT、ヘテロバイポーラトランジスタなどのpn接合に順方向通電する種類の炭化硅素半導体装置の製造方法においても、pnダイオードの通電により劣化する素子構造を取り除くことにより、通電信頼性を向上できる効果がある。
【0075】
本発明の実施形態では、各構成要素の材質、材料、実施の条件等についても記載しているが、これらは例示であって記載したものに限られるものではない。
【0076】
なお本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【0077】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【0078】
1,1A ボディダイオード、2,3 SiCショットキーダイオード、10,10A 炭化硅素半導体MOSFET、20,21 チップパッケージ。
図1
図2
図3
図4
図5

【手続補正書】
【提出日】2013年4月23日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1導電型の炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層に接触して形成された第2導電型の不純物層とを備える素子構造(1、1A)を有する炭化珪素半導体装置(10、10A)の製造方法であって、
(a)前記素子構造(1、1A)の、前記エピタキシャル層と前記不純物層との間の順方向通電の特性を検査する工程と、
(b)前記工程(a)の検査結果に基づいて、前記素子構造(1、1A)を、前記順方向通電に適する第1群と前記順方向通電に適さない第2群とに分別する工程と、
(c)前記第1群の前記素子構造(1)を用いて、当該素子構造における順方向通電を要する前記炭化珪素半導体装置(10)を製造し、前記第2群の前記素子構造(1A)を用いて、当該素子構造における順方向通電を要しない前記炭化珪素半導体装置(10A)を製造する工程とを備え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2】
前記工程(c)が、前記第1群の前記素子構造(1)を用いた前記炭化珪素半導体装置(10)を製造する場合と、前記第2群の前記素子構造(1A)を用いた前記炭化珪素半導体装置(10A)を製造する場合とでは、異なる露光マスクを用いる工程であ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の製造方法。
【請求項3】
前記工程(c)が、前記第2群の前記素子構造(1A)を用いた前記炭化珪素半導体装置(10A)を製造する場合、前記素子構造(1A)と並列に接続され、かつ、前記素子構造(1A)の順方向と同じ向きの順方向を有するダイオード(2)をさらに搭載する工程であることを特徴とする、
請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥の観察、前記素子構造(1、1A)におけるリーク電流の測定、および、前記素子構造(1、1A)に順方向通電を行った場合の順方向抵抗の時間変化の測定の少なくとも1つを行うことによって、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程であることを特徴とする、
請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥を、走査型のフォトルミネッセンス法により観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥を、X線トポ観察法により観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記工程(a)が、ブール単位または製造ロット単位で選択された一部の前記炭化珪素半導体基板の前記エピタキシャル層における結晶欠陥を観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項4〜6のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項8】
(削除)
【請求項9】
(削除)
【請求項10】
(削除)
【請求項11】
(削除)
【請求項12】
(削除)

【手続補正書】
【提出日】2014年11月10日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1導電型の炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層に接触して形成された第2導電型の不純物層とを備える素子構造(1、1A)を有する炭化珪素半導体装置(10、10A)の製造方法であって、
(a)前記素子構造(1、1A)の、前記エピタキシャル層と前記不純物層との間の順方向通電の特性を検査する工程と、
(b)前記工程(a)の検査結果に基づいて、前記素子構造(1、1A)を、前記順方向通電に適する第1群と前記順方向通電に適さない第2群とに分別する工程と、
(c)前記第1群の前記素子構造(1)を用いて、当該素子構造における順方向通電を要する前記炭化珪素半導体装置(10)を製造し、前記第2群の前記素子構造(1A)を用いて、当該素子構造における順方向通電を要しない前記炭化珪素半導体装置(10A)を製造する工程とを備え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2】
前記工程(c)が、前記第1群の前記素子構造(1)を用いた前記炭化珪素半導体装置(10)を製造する場合と、前記第2群の前記素子構造(1A)を用いた前記炭化珪素半導体装置(10A)を製造する場合とでは、異なる露光マスクを用いる工程であ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の製造方法。
【請求項3】
前記工程(c)が、前記第2群の前記素子構造(1A)を用いた前記炭化珪素半導体装置(10A)を製造する場合、前記素子構造(1A)と並列に接続され、かつ、前記素子構造(1A)の順方向と同じ向きの順方向を有するダイオード(2)をさらに搭載する工程であることを特徴とする、
請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥の観察、前記素子構造(1、1A)におけるリーク電流の測定、および、前記素子構造(1、1A)に順方向通電を行った場合の順方向抵抗の時間変化の測定の少なくとも1つを行うことによって、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程であることを特徴とする、
請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥を、走査型のフォトルミネッセンス法により観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記工程(a)が、前記エピタキシャル層における結晶欠陥を、X線トポ観察法により観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記工程(a)が、ブール単位または製造ロット単位で選択された一部の前記炭化珪素半導体基板の前記エピタキシャル層における結晶欠陥を観察し、前記素子構造(1、1A)における前記順方向通電の特性を検査する工程を含むことを特徴とする、
請求項4から6のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】