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JP2005276978A - Ohmic electrode structure manufacturing method, ohmic electrode structure, semiconductor device manufacturing method, and semiconductor device - Google Patents

Ohmic electrode structure manufacturing method, ohmic electrode structure, semiconductor device manufacturing method, and semiconductor device Download PDF

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JP2005276978A
JP2005276978A JP2004086200A JP2004086200A JP2005276978A JP 2005276978 A JP2005276978 A JP 2005276978A JP 2004086200 A JP2004086200 A JP 2004086200A JP 2004086200 A JP2004086200 A JP 2004086200A JP 2005276978 A JP2005276978 A JP 2005276978A
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JP
Japan
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insulating film
silicon carbide
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carbide substrate
electrode
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JP2004086200A
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Satoshi Tanimoto
智 谷本
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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    • H01L21/048Making electrodes
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Abstract

【課題】微細化に有利で、レジスト汚染を防止する。
【解決手段】SiC基板1の表面に選択的に形成された高濃度不純物領域2と、SiC基板1の上に載置された厚い絶縁膜3と、厚い絶縁膜3中に高濃度不純物領域2の表面を露出するように開口されたコンタクト窓4と、コンタクト窓4内底に自己整合的に配設された加熱反応層5と、コンタクト窓4内部において加熱反応層5の表面に接し、かつ厚い絶縁膜3の上部にまで伸延された配線導体6とを有するオーミック電極構造体。
【選択図】 図1
The present invention is advantageous in miniaturization and prevents resist contamination.
A high-concentration impurity region 2 selectively formed on a surface of a SiC substrate 1, a thick insulating film 3 placed on the SiC substrate 1, and a high-concentration impurity region 2 in the thick insulating film 3. The contact window 4 opened to expose the surface of the contact window 4, the heating reaction layer 5 disposed in a self-aligned manner on the inner bottom of the contact window 4, the surface of the heating reaction layer 5 in contact with the contact window 4, and An ohmic electrode structure having a wiring conductor 6 extended to the upper part of the thick insulating film 3.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、オーミック電極構造体の製造方法、オーミック電極構造体、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。   The present invention relates to an ohmic electrode structure manufacturing method, an ohmic electrode structure, a semiconductor device manufacturing method, and a semiconductor device.

炭化珪素(SiC)は、pn接合の形成が可能で、珪素(Si)や砒化ガリウム(GaAs)等の他の半導体材料に比べて禁制帯幅Egが広く、3C−SiCで2.23eV、6H−SiCで2.93eV、4H−SiCで3.26eV程度の値が報告されている。また、SiCは、熱的、化学的、機械的に安定で、耐放射線性にも優れているので、発光素子や高周波デバイスはもちろんのこと、高温、大電力、放射線照射等の過酷な条件で、高い信頼性と安定性を示す電力用半導体装置(パワーデバイス)として様々な産業分野での適用が期待されている。   Silicon carbide (SiC) can form a pn junction, has a wider forbidden band Eg than other semiconductor materials such as silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs), and is 2.23 eV, 6H in 3C-SiC. A value of about 2.93 eV for -SiC and about 3.26 eV for 4H-SiC has been reported. In addition, SiC is thermally, chemically and mechanically stable and has excellent radiation resistance, so it can be used not only in light-emitting elements and high-frequency devices but also in harsh conditions such as high temperatures, high power, and radiation irradiation. As a power semiconductor device (power device) exhibiting high reliability and stability, application in various industrial fields is expected.

特に、SiCを用いた高耐圧のMOSFET(金属−酸化物−半導体構造電界効果トランジスタ)は、Siを用いたMOSFETよりもオン抵抗が原理的に低くなることが報告されている。また、SiCを用いた高耐圧ショットキーダイオードの順方向降下電圧がSiより低くなることが報告されている。良く知られているように、パワーデバイスのオン抵抗とスイッチング速度とは、トレード・オフ関係にある。しかし、SiCを用いたパワーデバイスによれば、低オン抵抗化と高速スイッチング速度化が同時に達成できる可能性がある。   In particular, it has been reported that a high breakdown voltage MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) using SiC has a lower on-resistance in principle than a MOSFET using Si. It has also been reported that the forward voltage drop of a high voltage Schottky diode using SiC is lower than that of Si. As is well known, the on-resistance of a power device and the switching speed are in a trade-off relationship. However, according to the power device using SiC, there is a possibility that low on-resistance and high switching speed can be achieved at the same time.

このSiCを用いたパワーデバイスの低オン抵抗化には、オーミック・コンタクトのコンタクト抵抗ρcの低減が重要な要素である。特に、低オン抵抗化のためには、パワーデバイスの主電極領域を細分化し、高密度にSiC基板上に配列する方法も採用される。このような微細寸法化されたパワーデバイスの低オン抵抗化には、微細な開口部(コンタクト・ウィンドウ)の内部において、低いコンタクト抵抗ρcを得ることが極めて重要となってくる。   Reduction of the contact resistance ρc of the ohmic contact is an important factor for reducing the on-resistance of the power device using SiC. In particular, in order to reduce the on-resistance, a method of subdividing the main electrode region of the power device and arranging it on the SiC substrate at a high density is also employed. In order to reduce the on-resistance of such a finely sized power device, it is extremely important to obtain a low contact resistance ρc inside a fine opening (contact window).

このような低抵抗のn型SiCオーミック電極構造体の一例が下記特許文献1に記載されている。このオーミック電極構造体は、それ以前の従来技術に比べるとパワーデバイスや高周波デバイスなどの構造やその製造プロセスに格段に高い適合性を有していているのが特徴であって、実際、この構造体を利用したパワMOSFETや高周波MESFET(金属−半導体構造電界効果トランジスタ)がいくつか報告されている(例えば下記非特許文献1を参照することができる)。   An example of such a low resistance n-type SiC ohmic electrode structure is described in Patent Document 1 below. This ohmic electrode structure is characterized by a remarkably high suitability for structures such as power devices and high-frequency devices and its manufacturing process compared to the prior art. Several power MOSFETs and high-frequency MESFETs (metal-semiconductor field effect transistors) using the body have been reported (for example, refer to Non-Patent Document 1 below).

このオーミック電極構造体は、SiC基板の表面に選択的に形成されたn型SiC領域、該SiC基板の上に載置されたフィールド絶縁膜(あるいは層間絶縁膜など)、該フィールド絶縁膜中にn型SiC領域の表面を露出するように開口された開口部(コンタクト窓)の内部において、フィールド絶縁膜から一定の間隙(側壁ギャップ)を隔てて配置された電極膜、フィールド絶縁膜の開口部の内部において、フィールド絶縁膜から側壁ギャップを隔て、かつ電極膜とn型SiC領域の間に配置された加熱反応層、フィールド絶縁膜の開口部の内部において、電極膜の表面に接し、かつ、フィールド絶縁膜の上部にまで伸延された配線導体素片とから構成されている。フィールド絶縁膜は、SiC基板の薄い(厚さ5〜40nm)熱酸化膜と、この熱酸化膜とは組成若しくは密度の異なる絶縁膜からなる上部絶縁膜との積層絶縁膜からなっている。電極膜の母材である第1の導体膜はNi、Coのほかチタン(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)などの1、または1以上の金属から選ばれた、金属膜、合金膜、化合物膜、あるいはこれらの複合膜や積層膜から構成されている。電極膜とn型SiC領域との間に埋設されている加熱反応層は、n型SiC領域と電極膜の母材である第1の導体膜との加熱反応によって形成された層である。側壁ギャップを構成している一定の間隙は、フィールド絶縁膜の厚みより小さい値に制御されている。   The ohmic electrode structure includes an n-type SiC region selectively formed on the surface of the SiC substrate, a field insulating film (or an interlayer insulating film, etc.) placed on the SiC substrate, and the field insulating film An electrode film and an opening part of the field insulating film which are arranged with a certain gap (side wall gap) from the field insulating film inside the opening part (contact window) opened so as to expose the surface of the n-type SiC region A heating reaction layer disposed between the electrode film and the n-type SiC region with a sidewall gap from the field insulating film, and in contact with the surface of the electrode film inside the opening of the field insulating film, and The wiring conductor piece extends to the upper part of the field insulating film. The field insulating film is composed of a laminated insulating film of a thin (5 to 40 nm thick) thermal oxide film of an SiC substrate and an upper insulating film made of an insulating film having a composition or density different from that of the thermal oxide film. The first conductor film that is the base material of the electrode film is Ni, Co, titanium (Ti), chromium (Cr), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), or one or more than one It is composed of a metal film, an alloy film, a compound film, or a composite film or a laminated film selected from metals. The heating reaction layer embedded between the electrode film and the n-type SiC region is a layer formed by a heating reaction between the n-type SiC region and the first conductor film that is a base material of the electrode film. The constant gap constituting the sidewall gap is controlled to a value smaller than the thickness of the field insulating film.

次に、上記従来のオーミック電極構造体の製造工程を説明すると、
(イ)まず、厚さ約1.5μmのSiO膜を、CVD法で4H−SiC基板の表面全面に堆積し、その上にフォトレジストをスピンコートする。そして、n型SiC領域形成予定領域の上に堆積したSiO膜を周知のフォトリソグラフィ法とウェット・エッチング技術で選択的に除去し、イオン注入マスク膜を形成する。
Next, the manufacturing process of the conventional ohmic electrode structure will be described.
(A) First, an SiO 2 film having a thickness of about 1.5 μm is deposited on the entire surface of the 4H—SiC substrate by the CVD method, and a photoresist is spin-coated thereon. Then, the SiO 2 film deposited on the n-type SiC region formation planned region is selectively removed by a well-known photolithography method and wet etching technique to form an ion implantation mask film.

(ロ)そして、イオン注入マスク膜の上に、再びCVD法で薄いSiO膜からなるイオン注入スルー膜を全面に堆積する。イオン注入スルー膜は、後述のイオン注入時の射影飛程(深さ)Rpを調節するための膜である。後述の31(りんイオン)の注入条件では、イオン注入スルー膜の厚みは20〜25nmである。イオン注入スルー膜を堆積した後、SiC基板全面に3114(窒素イオン)や75As(ヒ素イオン)などのn型不純物イオンを、少なくともSiC基板の表面の不純物密度が1×1020/cm以上になり、かつ、SiC基板の結晶性を損なわないようにイオン注入する。このn型不純物イオンの注入は、500℃に加熱したSiC基板に、ドーズ量Φ/加速エネルギーEACを変えながら多段に注入することが好ましい。例えば、31を、SiC基板に多段イオン注入する場合のドーズ量Φ/加速エネルギーEAC条件は、以下の通りである:
第1イオン注入Φ=5×1014cm−2/EAC=40keV;
第2イオン注入Φ=5×1014cm−2/EAC=70keV;
第3イオン注入Φ=1×1015cm−2/EAC=100keV;
第4イオン注入Φ=1×1015cm−2/EAC=150keV;
第5イオン注入Φ=2×1015cm−2/EAC=200keV;
第6イオン注入Φ=2×1015cm−2/EAC=250keV。
(B) Then, an ion implantation through film made of a thin SiO 2 film is again deposited on the entire surface of the ion implantation mask film by the CVD method. The ion implantation through film is a film for adjusting a projection range (depth) Rp at the time of ion implantation described later. Under the conditions of 31 P + (phosphorus ion) implantation described later, the thickness of the ion implanted through film is 20 to 25 nm. After depositing the ion-implanted through film, n-type impurity ions such as 31 P + , 14 N + (nitrogen ions) and 75 As + (arsenic ions) are deposited on the entire surface of the SiC substrate, and at least the impurity density of the surface of the SiC substrate is 1. × becomes 10 20 / cm 3 or more, and ion implantation so as not to impair the crystallinity of the SiC substrate. Implantation of n-type impurity ions, the SiC substrate heated to 500 ° C., it is preferred to inject the multiple stages while changing the dose amount [Phi / acceleration energy E AC. For example, the dose Φ / acceleration energy EAC condition when 31 P + is implanted into a SiC substrate in multiple stages is as follows:
First ion implantation Φ = 5 × 10 14 cm −2 / E AC = 40 keV;
Second ion implantation Φ = 5 × 10 14 cm −2 / E AC = 70 keV;
Third ion implantation Φ = 1 × 10 15 cm −2 / E AC = 100 keV;
Fourth ion implantation Φ = 1 × 10 15 cm −2 / E AC = 150 keV;
Fifth ion implantation Φ = 2 × 10 15 cm −2 / E AC = 200 keV;
Sixth ion implantation Φ = 2 × 10 15 cm −2 / E AC = 250 keV.

(ハ)6段の多段イオン注入が終了したところで、イオン注入マスク膜とイオン注入スルー膜をフッ酸(HF)で全面除去する。そして、常圧Ar雰囲気で1700℃、1分間の急速加熱処理を行うと、イオン注入された31が活性化されて、高不純物密度を有するn型SiC領域が選択的に形成される。上記イオン注入条件と活性化熱処理条件で生成されるn型SiC領域の拡散深さはおよそ350nmである。 (C) When the six-stage multi-stage ion implantation is completed, the ion implantation mask film and the ion implantation through film are entirely removed with hydrofluoric acid (HF). When a rapid heat treatment is performed at 1700 ° C. for 1 minute in an atmospheric pressure Ar atmosphere, the ion-implanted 31 P + is activated, and an n-type SiC region having a high impurity density is selectively formed. The diffusion depth of the n-type SiC region generated under the above ion implantation conditions and activation heat treatment conditions is approximately 350 nm.

(ニ)そして、シリコン(Si)プロセスで周知のRCA洗浄法等の所定の洗浄法を用いて、SiC基板を十分清浄化する。RCA洗浄法は、H+NHOH混合液(SC−1)とH+HCl混合液(SC−2)による浸漬処理を組み合わせて行う伝統的な半導体Si基板の洗浄法である。そして、十分清浄化されたSiC基板の表面を、1000℃から1150℃において乾燥酸素雰囲気で熱酸化し、表面に厚さ5〜40nmの熱酸化膜を成長する。なお、乾燥酸素雰囲気の代わりに、水蒸気や窒素酸化ガスを含む雰囲気を用いてもかまわない。乾燥酸素中、熱処理温度1150℃で3時間熱酸化すれば、35〜40nmの熱酸化膜3が得られる。水蒸気を用いたウェット雰囲気中、1150℃で2時間熱酸化すれば、30〜35nmの熱酸化膜3が得られる。水蒸気を用いたウェット雰囲気の熱酸化の場合は、その後、アルゴン(Ar)中で1150℃、30分間程度アニールすることが好ましい。熱酸化膜3の膜厚を20nm以下にするためには、酸化温度を下げるか、若しくは、酸化時間を短縮すれば良い。 (D) Then, the SiC substrate is sufficiently cleaned using a predetermined cleaning method such as an RCA cleaning method well known in the silicon (Si) process. The RCA cleaning method is a traditional method for cleaning a semiconductor Si substrate, which is performed by combining immersion treatment with a H 2 O 2 + NH 4 OH mixed solution (SC-1) and a H 2 O 2 + HCl mixed solution (SC-2). . Then, the sufficiently cleaned surface of the SiC substrate is thermally oxidized in a dry oxygen atmosphere at 1000 ° C. to 1150 ° C. to grow a thermal oxide film having a thickness of 5 to 40 nm on the surface. Note that an atmosphere containing water vapor or nitrogen oxidizing gas may be used instead of the dry oxygen atmosphere. If thermal oxidation is performed in dry oxygen at a heat treatment temperature of 1150 ° C. for 3 hours, a thermal oxide film 3 of 35 to 40 nm is obtained. If thermal oxidation is performed at 1150 ° C. for 2 hours in a wet atmosphere using water vapor, a thermal oxide film 3 of 30 to 35 nm can be obtained. In the case of thermal oxidation in a wet atmosphere using water vapor, it is then preferable to anneal at 1150 ° C. for about 30 minutes in argon (Ar). In order to make the thickness of the thermal oxide film 3 20 nm or less, the oxidation temperature may be lowered or the oxidation time may be shortened.

(ホ)次に、熱酸化膜の上に、常圧CVD法で400nmの珪酸ガラス(SiO2やPSGなど)からなる上部絶縁膜を堆積し、2層構造からなるフィールド絶縁膜を形成する。熱酸化膜の厚さと上部絶縁膜の厚さとを合計したフィールド絶縁膜の総厚を、少なくとも100nm以上にすることが望ましい。   (E) Next, an upper insulating film made of 400 nm silicate glass (SiO 2, PSG, etc.) is deposited on the thermal oxide film by atmospheric pressure CVD to form a field insulating film having a two-layer structure. It is desirable that the total thickness of the field insulating film, which is the sum of the thickness of the thermal oxide film and the thickness of the upper insulating film, be at least 100 nm.

(ヘ)次に、フィールド酸絶縁膜の表面に、「マスク材」として、厚さ1〜2μmのフォトレジストをスピンナーを用いて塗布する。そして、所定のフォトマスク(レティクル)を用い、マスク材(フォトレジスト)を選択的に露光し、現像することによって開口部に対応する部分のフォトレジストを除去し、窓部を形成する。続いて、このフォトレジストのマスクパターンをエッチングマスクとして用い、SiC基板をBHF溶液に浸漬し、ウェット・エッチングすることで、フィールド絶縁膜に開口部を形成する。微細な開口部を形成するときは、ガスプラズマを用いたドライ・エッチングが好ましい。例えば、CHFやCなどをエッチャントとした反応性イオンエッチング(RIE)法や電子サイクロトロン共鳴イオンエッチング(ECRイオンエッチング)等の種々のドライ・エッチングを使用することができる。この場合、最初にドライ・エッチングを行い、フィールド絶縁膜を膜厚数10nm残したところで、ウェット・エッチングに切り換えるようにする。ウェットエッチング単独で開口する場合でも、ドライエッチングとウェットエッチングの組み合わせで開口する場合でも、両者に共通し、極めて重要な形成上のポイントはウェット・エッチングまたはドライ・エッチングをやや過剰に行い(オーバーエッチングを行い)、フィールド絶縁膜の開口部がフォトレジストの開口部より大きくなり、アンダーカット部が生じるようにするということである。例えば、エッチングモニタ部の目視により(色の変化により)、n型SiC領域の表面の露出が確認された後、さらに所定の時間オーバーエッチングを追加すればよい。さらに、精密なアンダーカット部の深さを制御するためには、気相反応を利用したエッチング(ガスエッチング)を用いても良い。 (F) Next, a photoresist having a thickness of 1 to 2 [mu] m is applied as a "mask material" to the surface of the field acid insulating film using a spinner. Then, using a predetermined photomask (reticle), the mask material (photoresist) is selectively exposed and developed to remove the portion of the photoresist corresponding to the opening, thereby forming a window. Subsequently, using the photoresist mask pattern as an etching mask, the SiC substrate is immersed in a BHF solution and wet-etched to form an opening in the field insulating film. When forming a fine opening, dry etching using gas plasma is preferable. For example, various dry etching methods such as a reactive ion etching (RIE) method using CHF 3 or C 2 F 6 as an etchant and an electron cyclotron resonance ion etching (ECR ion etching) can be used. In this case, dry etching is first performed, and switching to wet etching is performed when the field insulating film is left several tens of nm thick. Regardless of whether the wet etching alone or the combination of dry etching and wet etching is used, the most important formation point is the wet etching or the dry etching that is slightly excessive (overetching). The opening of the field insulating film becomes larger than the opening of the photoresist so that an undercut portion is generated. For example, after the exposure of the surface of the n-type SiC region is confirmed by visual observation of the etching monitor (by color change), overetching may be added for a predetermined time. Furthermore, in order to control the precise depth of the undercut portion, etching utilizing a gas phase reaction (gas etching) may be used.

(ト)その後、エッチングマスクとしてのフォトレジストを残存した状態で、BHF溶液を超純水で完全に濯ぎ落とした(リンスした)後、乾燥する。そして、レジストマスクが被着した状態のSiC基板を、真空蒸着装置のチャンバー中に速やかに据え付け、直ちに真空排気し、SiC基板の表面に第1の導体膜を蒸着する。第1の導体膜としては、例えば、Ni膜を電子ビーム(EB)蒸着すれば良い。このとき、上述のように、フィールド絶縁膜の開口部はフォトレジスト・マスクの開口部より大きくなるように形成されているため、開口部の底部に蒸着される第1の導体膜の素片(以下において「第1の導体素片」という。)はこの若干小さいフォトレジスト・マスクの開口部の形状に正確に転写される。こうして、第1の導体素片の周縁部とフィールド絶縁膜の開口部の側壁との間には、距離が一定で、かつ微細寸法の蒸着制限領域が形成される。この微細な蒸着制限領域は、上述したアンダーカット部の深さで決定されるので、開口エッチングのオーバーエッチング時間で精密にコントロールできる。第1の導体膜の厚みはその下部にあるn型SiC領域の拡散深さの1/2より薄く設定する。   (G) Thereafter, with the photoresist as an etching mask remaining, the BHF solution is completely rinsed (rinsed) with ultrapure water and then dried. Then, the SiC substrate with the resist mask attached is quickly installed in a chamber of a vacuum deposition apparatus, and immediately evacuated to deposit a first conductor film on the surface of the SiC substrate. For example, a Ni film may be deposited by electron beam (EB) as the first conductor film. At this time, since the opening of the field insulating film is formed to be larger than the opening of the photoresist mask as described above, the first conductor film piece (evaporated on the bottom of the opening) ( In the following, the "first conductor piece") is accurately transferred to the slightly smaller shape of the opening of the photoresist mask. Thus, a deposition limited region having a constant distance and a fine dimension is formed between the peripheral edge of the first conductor element piece and the side wall of the opening of the field insulating film. Since this fine deposition limited region is determined by the depth of the undercut portion described above, it can be precisely controlled by the overetching time of the opening etching. The thickness of the first conductor film is set to be thinner than ½ of the diffusion depth of the n-type SiC region below the first conductor film.

(チ)第1の導体膜(Ni膜)の真空蒸着後、SiC基板を真空蒸着装置のチャンバーから取り出す。続いて、リフトオフ法を用いて、開口部の内部のみに第1の導体素片が選択的に埋設された基板構造を得る。すなわち、SiC基板をアセトンなどの有機溶剤あるいは専用のフォトレジスト剥離液に浸漬させ、SiC基板表面に残されているフォトレジストを完全に除去すると、フォトレジストの上に被着した第1の導体膜(Ni膜)もフォトレジストと共に除かれるので、開口部の内部のみに第1の導体素片が選択的に残存する。この結果、第1の導体素片の周縁部とフィールド絶縁膜の開口部側壁との間には、蒸着制限領域に対応した微細寸法の側壁ギャップが自己整合的に形成される。   (H) After vacuum deposition of the first conductor film (Ni film), the SiC substrate is taken out from the chamber of the vacuum deposition apparatus. Subsequently, a lift-off method is used to obtain a substrate structure in which the first conductor piece is selectively embedded only in the opening. That is, when the SiC substrate is immersed in an organic solvent such as acetone or a dedicated photoresist stripping solution and the photoresist remaining on the surface of the SiC substrate is completely removed, the first conductor film deposited on the photoresist Since the (Ni film) is also removed together with the photoresist, the first conductor piece selectively remains only inside the opening. As a result, a side wall gap having a fine dimension corresponding to the deposition limited region is formed in a self-aligned manner between the peripheral edge portion of the first conductor element piece and the opening side wall of the field insulating film.

(リ)しかる後、SiC基板を700℃〜1050℃の非酸化性雰囲気で短時間(数分間程度)の熱処理を施すと、第1の導体素片とSiC基板が相互に反応して、両者の界面領域に加熱反応層が生成され、加熱反応層とn型SiC領域との間で優れたオーミック特性が実現される。数分間程度の短時間の熱処理を行うためには、赤外線(IR)ランプ加熱を用いれば良い。ここで「非酸化性雰囲気」とは酸素(O)や水(HO)等の酸素を含む化合物の気体を含まない雰囲気のことである。具体的には、超高純度アルゴン(Ar)や超高純度窒素(N)などの超高純度不活性ガス雰囲気、あるいは、高真空等が、「非酸化性雰囲気」として好適である。これら熱処理雰囲気に酸素が僅かでも含まれると、熱処理で表面に金属の酸化物(=絶縁物)が生じたり、加熱反応層の形成が阻害されたりするので、酸素および水の分圧の制御に関しては、厳重なる管理が必要である。具体的には、熱処理雰囲気に含まれる酸素および水の分圧は少なくとも、1×10−3Pa〜1×10−10Pa程度、望ましくは、1.0×10−5Pa〜1×10−10Pa程度であることが望ましい。超高純度不活性ガス雰囲気中で熱処理する場合は、ガス配管のベーキングやリークの点検の他に、脱酸素装置やガス純化装置の採用等の厳重なる管理が必要である。また、高真空中で熱処理する場合は、厳密には1×10−8Pa程度の真空中でも金属の表面が酸化するので、クライオパネル等を併用して、酸素および水の分圧を1×10−8Pa〜1×10−10Pa程度に制御して、超高真空下で熱処理をすることが好ましい。例えば、第1の導体膜としてNi膜を用いた場合は、熱処理により、ニッケルシリサイド(NiSi1−X、NiSi)とカーボン(C)等からなる加熱反応層が、第1の導体素片の底部(下部)に生成される。加熱反応層にならなかった上部の未反応の第1の導体素片は電極膜になる。現実には、電極膜は、未反応のNiにニッケルシリサイド(NiSi)が拡散した状態になる。第1の導体膜を蒸着する工程で第1の導体膜の厚みをその下部にあるn型SiC領域の厚みの1/2より薄く設定したのは、第1の導体素片が加熱処理で完全に加熱反応層に転化した場合であっても、n型SiC領域が下部に残されるよう保証するためである。高不純物密度n型SiC領域が完全に消失すると、コンタクト抵抗が急増する深刻な事態となる。第1の導体膜の厚みの条件はこの事態を回避するために規定されている。 (I) After that, when the SiC substrate is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere at 700 ° C. to 1050 ° C. for a short time (about several minutes), the first conductor piece and the SiC substrate react with each other, A heat-reactive layer is generated in the interface region, and excellent ohmic characteristics are realized between the heat-reactive layer and the n-type SiC region. In order to perform heat treatment for a short time of about several minutes, infrared (IR) lamp heating may be used. Here, the “non-oxidizing atmosphere” is an atmosphere that does not contain a gas of a compound containing oxygen such as oxygen (O 2 ) or water (H 2 O). Specifically, an ultrahigh purity inert gas atmosphere such as ultrahigh purity argon (Ar) or ultrahigh purity nitrogen (N 2 ), high vacuum, or the like is suitable as the “non-oxidizing atmosphere”. If even a small amount of oxygen is contained in these heat treatment atmospheres, metal oxides (= insulators) are formed on the surface by heat treatment, or the formation of the heat-reactive layer is hindered. Strict management is necessary. Specifically, the partial pressure of oxygen and water contained in the heat treatment atmosphere is at least about 1 × 10 −3 Pa to 1 × 10 −10 Pa, preferably 1.0 × 10 −5 Pa to 1 × 10 It is desirable to be about 10 Pa. When heat treatment is performed in an ultra-high purity inert gas atmosphere, strict management such as the use of a deoxygenation device or a gas purification device is required in addition to gas pipe baking and leak inspection. Further, when heat treatment is performed in a high vacuum, strictly speaking, the metal surface is oxidized even in a vacuum of about 1 × 10 −8 Pa. Therefore, the partial pressure of oxygen and water is set to 1 × 10 6 using a cryopanel or the like. It is preferable to perform heat treatment under an ultra-high vacuum by controlling the pressure to about −8 Pa to 1 × 10 −10 Pa. For example, when a Ni film is used as the first conductor film, a heat reaction layer made of nickel silicide (NiSi 1-X , NiSi 2 ) and carbon (C) or the like is formed on the first conductor piece by heat treatment. Generated at the bottom (bottom). The upper unreacted first conductor piece that did not become the heating reaction layer becomes an electrode film. Actually, the electrode film is in a state where nickel silicide (Ni 2 Si) is diffused into unreacted Ni. The reason why the thickness of the first conductor film was set to be thinner than ½ of the thickness of the n-type SiC region below the first conductor film in the step of depositing the first conductor film was that the first conductor piece was completely heated. This is to ensure that the n-type SiC region remains in the lower portion even when it is converted into a heating reaction layer. When the high impurity density n-type SiC region completely disappears, a serious situation occurs in which the contact resistance increases rapidly. The condition of the thickness of the first conductor film is defined to avoid this situation.

(ヌ)加熱反応層の形成後に、SiC基板全面にAl等の第2の導体膜を蒸着する。そして、フォトリソグラフィ法とRIE等のエッチング技術でパターニングして、配線導体素片を形成すれば、オーミック電極構造体が完成する。なお、パターニングの際のエッチャント(=エッチング液あるいはエッチングガス)がNi系電極膜を侵すときは、第2の導体膜は必ずNi系電極膜を覆うように配設する構成とすれば良い。   (N) After the heating reaction layer is formed, a second conductor film such as Al is deposited on the entire surface of the SiC substrate. Then, patterning is performed by a photolithography method and an etching technique such as RIE to form a wiring conductor piece, thereby completing an ohmic electrode structure. When the etchant (= etching solution or etching gas) at the time of patterning erodes the Ni-based electrode film, the second conductor film may be disposed so as to always cover the Ni-based electrode film.

特開2002−93742号公報JP 2002-93742 A N. Kiritaniほか:マテリアルズ・サイエンス・フォーラム、433−436巻、2003年、669〜672ページN. Kiritani et al .: Materials Science Forum, 433-436, 2003, 669-672.

しかしながら、前述の従来技術によるn型SiC領域に対するオーミック電極構造体にあっては、その構造が、加熱反応層とコンタクト窓との間に一定の側壁ギャップを必ず設ける構成になっていたので、このギャップ相当分だけトランジスタのユニットセルが大きくなるという問題があった。ユニットセルを数千〜数万個も並列配置して1つのデバイスを構成するようなパワーデバイスにおいては、ユニットセル内のこのような僅かなスペースであっても、全体では大きな無駄な面積となる。また、同従来技術の構造にあっては、加熱反応層の上部に、高温熱処理で劣化した未反応の電極膜(=未反応の第1の導体素片)を残す構成となっていた。この未反応の電極膜は1000℃付近の高温の急速加熱にさらされた結果、劣化して疎な膜となり、抵抗が増大する。すなわち、前記従来技術は、劣化によって抵抗が高くなった残留電極母材がコンタクトの正味の抵抗を押し上げるという問題があった。   However, in the ohmic electrode structure for the n-type SiC region according to the above-described prior art, the structure is always provided with a certain sidewall gap between the heating reaction layer and the contact window. There is a problem that the unit cell of the transistor becomes larger by an amount corresponding to the gap. In a power device in which several thousand to several tens of thousands of unit cells are arranged in parallel to form one device, even if such a small space in the unit cell is used, the whole area becomes a large wasteful area. . Further, in the structure of the prior art, an unreacted electrode film (= unreacted first conductor piece) deteriorated by the high-temperature heat treatment is left on the heating reaction layer. As a result of the unreacted electrode film being exposed to rapid heating at a high temperature around 1000 ° C., it deteriorates to become a sparse film and the resistance increases. That is, the conventional technique has a problem that the residual electrode base material whose resistance is increased due to deterioration pushes up the net resistance of the contact.

さらには、前記従来技術に基づくオーミック電極構造体の製造工程においては、第1の導体膜素片をフィールド絶縁膜の開口部の底部に自己整合的に配設するのにフォトレジスト等を用いたリフト・オフ法を用いる構成であったため、
(1)コンタクトの微細化が進み、開口部の面積が小さくなってくると、基板洗浄が次第に困難になり、コンタクト不良が生じたり、洗浄費用がかさむ、
(2)フォトレジスト付き基板の導入を禁止するSi集積回路プロセス用の蒸着装置を共用することができず、同工程専用の蒸着装置およびそれを設置する専用のクリーンルーム・スペースを用意しなければならない、
という問題があった。
Furthermore, in the manufacturing process of the ohmic electrode structure based on the prior art, a photoresist or the like is used to dispose the first conductor film piece on the bottom of the opening of the field insulating film in a self-aligning manner. Because it was configured to use the lift-off method,
(1) As the contact miniaturization advances and the area of the opening becomes smaller, it becomes increasingly difficult to clean the substrate, resulting in poor contact and increased cleaning costs.
(2) Vapor deposition equipment for the Si integrated circuit process that prohibits the introduction of a substrate with a photoresist cannot be shared, and a vapor deposition equipment dedicated to the same process and a dedicated clean room space for installing it must be prepared. ,
There was a problem.

ここで、洗浄が難しくなる理由をもう少し詳しく説明すると、前記工程(チ)において、フォトレジストの上部に成膜された不要な第1の導体膜をリフト・オフで除去するとき、除去された導体膜の一部が小さく粉砕されて、開口部の底に付着する。エッチングを伴う化学洗浄は、第1の導体膜素片をも同時に除去する結果となるので、この底部の有害な付着導体膜片を除去するために超音波振動やスクラブなどの物理洗浄が選ばざるを得ない。しかし、フィールド絶縁膜の開口部の口径が小さくなると、物理衝撃が開口部底部に及びにくくなり、底部に付着した金属粉を除く効果が大きく低下してしまうのである。
本発明はこのような従来のオーミック電極構造体、半導体装置、およびこれらの製造方法の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は微細化に有利で、レジスト汚染を防止できるオーミック電極構造体の製造方法、オーミック電極構造体、半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することにある。
Here, the reason why cleaning becomes difficult will be described in more detail. In the step (h), when the unnecessary first conductor film formed on the photoresist is removed by lift-off, the removed conductor is removed. Part of the membrane is crushed into small pieces and adheres to the bottom of the opening. Since chemical cleaning with etching results in the removal of the first conductor film piece at the same time, physical cleaning such as ultrasonic vibration and scrubbing can be selected to remove the harmful adhered conductor film piece at the bottom. I do not get. However, if the diameter of the opening of the field insulating film is reduced, the physical impact hardly reaches the bottom of the opening, and the effect of removing the metal powder adhering to the bottom is greatly reduced.
The present invention has been made in order to solve the problems of such conventional ohmic electrode structures, semiconductor devices, and manufacturing methods thereof, and the object thereof is advantageous for miniaturization, and ohmic that can prevent resist contamination. An object of the present invention is to provide an electrode structure manufacturing method, an ohmic electrode structure, a semiconductor device manufacturing method, and a semiconductor device.

上記課題を解決するために、本発明は、炭化珪素基板表面の高濃度不純物領域に電極母材を接触させる工程と、該炭化珪素基板を熱処理して、電極母材と高濃度不純物領域を含む前記炭化珪素基板との間に加熱反応層前駆体層を形成する第1の熱処理工程と、該加熱反応層前駆体層上部に残された未反応の前記電極母材を除去する工程と、該工程後の炭化珪素基板を熱処理してコンタクト窓内底の前記加熱反応層前駆体層を前記加熱反応層に転化させる第2の熱処理工程と、該第2の熱処理工程後の加熱反応層前駆体層上部に配線導体を配設する工程とを含む構成を有する。   In order to solve the above problems, the present invention includes a step of bringing an electrode base material into contact with a high-concentration impurity region on the surface of the silicon carbide substrate, and heat-treating the silicon carbide substrate to include the electrode base material and the high-concentration impurity region. A first heat treatment step of forming a heat reaction layer precursor layer between the silicon carbide substrate, a step of removing the unreacted electrode base material left on the heat reaction layer precursor layer, A second heat treatment step of heat-treating the silicon carbide substrate after the step to convert the heat-reactive layer precursor layer at the bottom of the contact window into the heat-reactive layer; and a heat-reactive layer precursor after the second heat-treatment step And a step of disposing a wiring conductor on the upper part of the layer.

本発明によれば、微細化に有利で、レジスト汚染を防止することができる。   According to the present invention, it is advantageous for miniaturization and resist contamination can be prevented.

以下、図面を参照して、本発明の第1乃至第5の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
(第1の実施の形態)
《オーミック電極構造体》
図1〜図3に示すように、本発明の第1の実施の形態に係るオーミック電極構造体は、SiC基板(例えば4H−SiC)1と、SiC基板1の表面に選択的に形成されたn型またはp型の高濃度不純物領域2、SiC基板1の上に載置された厚い絶縁膜3、厚い絶縁膜3に高濃度不純物領域2の表面を露出するように開口されたコンタクト窓4、同コンタクト窓4の底部に配置された加熱反応層5、厚い絶縁膜3のコンタクト窓4の内部において、加熱反応層5の表面に接し、かつ厚い絶縁膜3の上部にまで伸延された配線導体6とから構成されている。
SiC基板1の導電型は本オーミック電極構造体を適用する半導体装置によって任意に選ぶことができる。また、同基板の晶系は4H−SiCに限られるものではなく、6H−SiCや3C−SiCでもその他の晶系でもよい。
Hereinafter, first to fifth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Accordingly, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(First embodiment)
<Ohmic electrode structure>
As shown in FIGS. 1 to 3, the ohmic electrode structure according to the first embodiment of the present invention is selectively formed on a SiC substrate (for example, 4H—SiC) 1 and the surface of the SiC substrate 1. n-type or p-type high-concentration impurity region 2, thick insulating film 3 placed on SiC substrate 1, and contact window 4 opened to expose the surface of high-concentration impurity region 2 in thick insulating film 3 The heating reaction layer 5 arranged at the bottom of the contact window 4 and the wiring extending in contact with the surface of the heating reaction layer 5 and extending to the top of the thick insulating film 3 inside the contact window 4 of the thick insulating film 3 The conductor 6 is comprised.
The conductivity type of the SiC substrate 1 can be arbitrarily selected depending on the semiconductor device to which the present ohmic electrode structure is applied. Further, the crystal system of the substrate is not limited to 4H—SiC, and may be 6H—SiC, 3C—SiC, or other crystal systems.

選択的に形成された高濃度不純物領域2の不純物濃度は、加熱反応層5との接触点において、少なくとも1×1018/cm〜2×1021/cm、好ましくは1×1019/cm〜8×1020/cmに設定されている。ドーピングの手段はイオン注入/活性化法でも、高不純物濃度エピタキシャル成長法でも、あるいはその他の方法でもよい。ドーピングされる不純物は、n型の場合にはP(リン)やN(窒素)、p型の場合はAl(アルミニウム)やB(ホウ素)などであるが、本発明はもちろんこれらに限定されるものではない。高濃度不純物領域2の面位置は周辺のSiC基板1に対し、図1のように水平になるように配置してもよいし、図2のように凸状あるいは、図3のように凹状になるように配置することもできる。 The selectively formed high concentration impurity region 2 has an impurity concentration of at least 1 × 10 18 / cm 3 to 2 × 10 21 / cm 3 , preferably 1 × 10 19 / cm at the contact point with the heating reaction layer 5. It is set in cm 3 ~8 × 10 20 / cm 3. The doping means may be an ion implantation / activation method, a high impurity concentration epitaxial growth method, or other methods. Impurities to be doped are P (phosphorus) and N (nitrogen) in the case of n-type, and Al (aluminum) and B (boron) in the case of p-type, but the present invention is of course limited to these. It is not a thing. The surface position of the high-concentration impurity region 2 may be arranged so as to be horizontal with respect to the surrounding SiC substrate 1 as shown in FIG. 1, or may be convex as shown in FIG. 2 or concave as shown in FIG. It can also be arranged.

厚い絶縁膜3は、この絶縁膜3の上に配設される配線導体6が下部のSiC基板1表面に形成されているデバイスの特性に悪影響を与えないような厚みと絶縁性を有する誘電体膜のことで、実デバイスにおいてはフィールド絶縁膜や層間絶縁膜と呼ばれるものである。この目的に適した膜としては、SiCの熱酸化膜やNSG(無添加珪酸ガラス=SiO)、PSG(りん珪酸ガラス)膜、BSG(硼珪酸ガラス)、BPSG(硼りん珪酸ガラス)あるいはSi以外の元素を有する絶縁膜等、また、これらの積層膜、混合膜を用いることができる。コンタクト抵抗を極力低くしたい場合には、従来例の前記特許文献1に記載してあるように、厚み数10nmの薄いSiC熱酸化膜の上に、CVD法で厚み数100nmのNSG膜などを積層した構造にするとよい結果が得られる。この厚い絶縁膜3の特筆すべき特徴は、その表面に一旦電極母材を被着され、比較的低い温度で熱処理され、その後、除去されるという履歴(詳細は製造工程の説明の項で後述する)を辿って形成されている点である。この点は、従来例の前記特許文献1に記載されている厚い絶縁膜(フィールド絶縁膜)と大きく異なっている。厚い絶縁膜3の厚さは、100nm〜3μmであることが望ましい。特に、300nm以上であることが望ましい。また、高耐圧の電力用半導体装置であれば、800nm以上にすると良い。但し、厚い絶縁膜3があまり厚くなると、クラック等が発生するので、3μm以上は好ましくない。特に、微細寸法化を目指す場合には、1.5μm程度が、厚い絶縁膜3の厚さの実用的な上限である。 The thick insulating film 3 is a dielectric having a thickness and an insulating property so that the wiring conductor 6 disposed on the insulating film 3 does not adversely affect the characteristics of the device formed on the surface of the lower SiC substrate 1. In a real device, it is a film called a field insulating film or an interlayer insulating film. Suitable films for this purpose include a thermal oxide film of SiC, NSG (additive silicate glass = SiO 2 ), PSG (phosphosilicate glass) film, BSG (borosilicate glass), BPSG (borophosphosilicate glass) or Si. An insulating film having an element other than the above, a laminated film of these, and a mixed film can be used. When it is desired to reduce the contact resistance as much as possible, an NSG film having a thickness of several hundred nm is laminated on a thin SiC thermal oxide film having a thickness of several tens of nm by a CVD method as described in Patent Document 1 of the conventional example. Good results can be obtained with this structure. A special feature of the thick insulating film 3 is that the electrode base material is once deposited on the surface, heat-treated at a relatively low temperature, and then removed (details will be described later in the description of the manufacturing process). This is a point formed by tracing This point is greatly different from the thick insulating film (field insulating film) described in Patent Document 1 of the conventional example. The thickness of the thick insulating film 3 is desirably 100 nm to 3 μm. In particular, the thickness is desirably 300 nm or more. Further, in the case of a power semiconductor device with a high breakdown voltage, the thickness may be 800 nm or more. However, if the thick insulating film 3 becomes too thick, cracks and the like are generated, so that 3 μm or more is not preferable. In particular, when aiming at miniaturization, about 1.5 μm is a practical upper limit of the thickness of the thick insulating film 3.

加熱反応層5は、後に詳述するように、高濃度不純物領域2(あるいはSiC基板1)と電極母材とを比較的低温で加熱固相反応(第1の熱処理)させて生成した加熱反応層前駆体をより高い温度で再加熱(第2の熱処理)して形成した反応電極層であり、その主成分は電極母材の導電性炭化物あるいは珪化物、炭化珪化物で構成されている。電極母材としては、1200℃以下の温度でSiCと反応して導電性の珪化物あるいは炭化物を生成する元素を含む金属膜、合金膜、化合物膜、あるいはこれらの複合膜や積層膜を用いることができる。例えばNiやCoのほか、チタン(Ti)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、Alなどの1、または1以上の金属を含む、金属膜、合金膜、化合物膜、あるいはこれらの複合膜や積層膜などである。加熱反応層5はコンタクト窓4の底部のSiC露出領域全面に敷き詰められていて、従来例の前記特許文献1に示されたようなコンタクト窓側壁ギャップを必ずしも必要としない(本発明の構造の前記特許文献1の従来例と異なる第2の相違点)。これは、側壁ギャップのスペースを省略し、その分、コンタクト構造の微細化を促進することができることを意味する。かくして、本発明によるオーミック電極構造体の構造は、側壁ギャップの存在がコンタクトの微細化の妨げの要因になっていた、という従来技術の問題を解決しているといえる。当然のことではあるが、加熱反応層5とSiC基板1との接触面が高濃度不純物領域2の深さよりも浅くなるように加熱反応層5を配置する。   As will be described later in detail, the heating reaction layer 5 is a heating reaction generated by subjecting the high-concentration impurity region 2 (or SiC substrate 1) and the electrode base material to a heating solid phase reaction (first heat treatment) at a relatively low temperature. The reaction electrode layer is formed by reheating (second heat treatment) the layer precursor at a higher temperature, and the main component thereof is composed of conductive carbide, silicide, or carbide carbide of the electrode base material. As an electrode base material, use a metal film, an alloy film, a compound film, or a composite film or a laminated film thereof containing an element that generates a conductive silicide or carbide by reacting with SiC at a temperature of 1200 ° C. or lower. Can do. For example, in addition to Ni and Co, one or more metals such as titanium (Ti), chromium (Cr), tantalum (Ta), niobium (Nb), tungsten (W), molybdenum (Mo), and Al are included. A metal film, an alloy film, a compound film, or a composite film or a laminated film thereof. The heating reaction layer 5 is spread over the entire SiC exposed region at the bottom of the contact window 4 and does not necessarily require a contact window side wall gap as shown in Patent Document 1 of the conventional example (the structure of the present invention). Second difference different from the conventional example of Patent Document 1). This means that the space of the side wall gap can be omitted, and the miniaturization of the contact structure can be promoted accordingly. Thus, it can be said that the structure of the ohmic electrode structure according to the present invention solves the problem of the prior art that the existence of the side wall gap has hindered the miniaturization of the contact. Naturally, the heating reaction layer 5 is arranged such that the contact surface between the heating reaction layer 5 and the SiC substrate 1 is shallower than the depth of the high-concentration impurity region 2.

配線導体6は、前記未反応の電極母材よりも比抵抗の小さい導電性の材料であり、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム・シリコン(Al−Si)共晶、アルミニウム・銅・シリコン(Al−Cu−Si)共晶、銅(Cu)、チタン・タングステン(Ti−W)合金などを用いることができる。配線導体6は、図1〜図3に示すオーミック・コンタクトと他の部位と結線する配線部材であり、半導体装置の主電極配線として機能する。信頼性を確保する目的から、コンタクト窓4を被覆するように配置する構造が望ましい。パワーデバイスにおいては、櫛歯状あるいは六角形、方形、円形のユニットセルを多数SiC基板1の上に配置し、同配線導体6で並列接続して電流容量を確保している。
本発明のオーミック構造体の構造が前記特許文献1の従来例のそれと異なる第3の相違点は、高抵抗の未反応の電極母材が加熱反応層5の上部になく、配線導体6と直接接して低抵抗化を実現している点である。つまり、本発明のオーミック電極構造体の構造は、従来例の前記特許文献1において、比抵抗の高い未反応の電極母材(従来技術でいう電極膜)がコンタクトの正味のコンタクト抵抗を押し上げる要因となっていた、という問題を解決している。
The wiring conductor 6 is a conductive material having a specific resistance smaller than that of the unreacted electrode base material. For example, aluminum (Al), aluminum-silicon (Al-Si) eutectic, aluminum-copper-silicon (Al -Cu-Si) eutectic, copper (Cu), titanium-tungsten (Ti-W) alloy, or the like can be used. The wiring conductor 6 is a wiring member that connects the ohmic contact shown in FIGS. 1 to 3 to other parts, and functions as a main electrode wiring of the semiconductor device. In order to ensure reliability, a structure in which the contact window 4 is disposed so as to cover it is desirable. In the power device, comb-tooth-shaped, hexagonal, square, or circular unit cells are arranged on the SiC substrate 1 and connected in parallel by the same wiring conductor 6 to ensure current capacity.
The third difference between the structure of the ohmic structure of the present invention and that of the conventional example of Patent Document 1 is that the high-resistance unreacted electrode base material is not on the heating reaction layer 5 and is directly connected to the wiring conductor 6. This is the point where low resistance is achieved. In other words, the structure of the ohmic electrode structure according to the present invention is the cause of the unreacted electrode base material (electrode film referred to in the prior art) having a high specific resistance boosting the net contact resistance of the contact in Patent Document 1 of the conventional example. It solves the problem of becoming.

《オーミック電極構造体の製造方法》
次に、図4(a)〜図6(k)に示す工程断面図を参照しながら本発明の第1の実施の形態に係る図1のオーミック電極構造体の製造工程を説明する。
(イ)まず、厚さ約1.5μmのSiO膜を、CVD法でSiC基板1の表面全面に堆積し、高濃度不純物領域の形成予定領域の上に堆積したSiO膜を周知のフォトリソグラフィ法とドライ・エッチング技術で選択的に除去し、図4(a)に示すようなイオン注入マスク膜33を形成する。
(ロ)そして、図4(b)に示すように、イオン注入マスク膜33の上に、再びCVD法で薄いSiO膜からなるイオン注入スルー膜34を全面に堆積し、不純物イオン35の注入を行う。イオン注入スルー膜34は、後述のイオン注入時の射影飛程(深さ)Rpを調節するための膜である。例えば、n型の高濃度不純物領域を形成するためのP(りんイオン)の注入条件では、イオン注入スルー膜34の厚みは20〜25nmである。p型の高濃度不純物領域Al(アルミニウムイオン)の注入条件では15〜30nmである。
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Next, the manufacturing process of the ohmic electrode structure of FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the process cross-sectional views shown in FIGS. 4 (a) to 6 (k).
(A) First, a SiO 2 film having a thickness of about 1.5 μm is deposited on the entire surface of the SiC substrate 1 by the CVD method, and the SiO 2 film deposited on the region where the high-concentration impurity region is to be formed is formed by a known photo process. An ion implantation mask film 33 as shown in FIG. 4A is formed by selective removal by lithography and dry etching techniques.
(B) Then, as shown in FIG. 4B, an ion implantation through film 34 made of a thin SiO 2 film is again deposited on the entire surface of the ion implantation mask film 33 by the CVD method, and impurity ions 35 are implanted. I do. The ion implantation through film 34 is a film for adjusting a projection range (depth) Rp at the time of ion implantation described later. For example, under the condition of P + (phosphorus ion) implantation for forming an n-type high concentration impurity region, the thickness of the ion implantation through film 34 is 20 to 25 nm. Under the implantation conditions of the p-type high concentration impurity region Al + (aluminum ions), the thickness is 15 to 30 nm.

イオン注入は、SiC基板1の不純物濃度が1×1020/cm以上になり、かつ、SiC基板1の結晶性を損なわないように行う。例えば、P(りん)でn型の高濃度不純物領域を形成する場合には、500℃に加熱したSiC基板1に、ドーズ量Φ/加速エネルギーEACを変えながら多段に注入することが好ましい。31を、SiC基板1に多段イオン注入する場合のドーズ量Φ/加速エネルギーEAC条件の一例をあげると、以下の通りである。
第1イオン注入Φ=5×1014cm−2/EAC= 40keV
第2イオン注入Φ=5×1014cm−2/EAC= 70keV
第3イオン注入Φ=1×1015cm−2/EAC=100keV
第4イオン注入Φ=1×1015cm−2/EAC=150keV
第5イオン注入Φ=2×1015cm−2/EAC=200keV
第6イオン注入Φ=2×1015cm−2/EAC=250keV
(ハ)このようなイオン注入が終了したところで、イオン注入マスク膜33とイオン注入スルー膜34をフッ酸(HF)で全面除去する。そして、常圧Ar雰囲気で1700℃、1分間の急速加熱処理を行うと、イオン注入された不純物(上記例では31)が活性化されて、図4(c)に示すように、高不純物密度を有する高濃度不純物領域2が選択的に形成される。上記イオン注入条件と活性化熱処理条件で生成されるn型の高濃度不純物領域2の拡散深さはおよそ350nmである。
The ion implantation is performed so that the impurity concentration of the SiC substrate 1 becomes 1 × 10 20 / cm 3 or more and the crystallinity of the SiC substrate 1 is not impaired. For example, in the case of forming a high-concentration impurity region of the n-type in P (phosphorus) is the SiC substrate 1 heated to 500 ° C., it is preferred to inject the multiple stages while changing the dose amount [Phi / acceleration energy E AC. An example of the dose Φ / acceleration energy EAC condition when 31 P + is implanted into the SiC substrate 1 in multiple stages is as follows.
First ion implantation Φ = 5 × 10 14 cm −2 / E AC = 40 keV
Second ion implantation Φ = 5 × 10 14 cm −2 / E AC = 70 keV
Third ion implantation Φ = 1 × 10 15 cm −2 / E AC = 100 keV
Fourth ion implantation Φ = 1 × 10 15 cm −2 / E AC = 150 keV
Fifth ion implantation Φ = 2 × 10 15 cm −2 / E AC = 200 keV
Sixth ion implantation Φ = 2 × 10 15 cm −2 / E AC = 250 keV
(C) When such ion implantation is completed, the ion implantation mask film 33 and the ion implantation through film 34 are entirely removed with hydrofluoric acid (HF). Then, when a rapid heat treatment is performed at 1700 ° C. for 1 minute in an atmospheric pressure Ar atmosphere, the ion-implanted impurity ( 31 P + in the above example) is activated, and as shown in FIG. A high concentration impurity region 2 having an impurity density is selectively formed. The diffusion depth of the n-type high-concentration impurity region 2 generated under the above ion implantation conditions and activation heat treatment conditions is about 350 nm.

図4(c)のような構造の高濃度不純物領域2の形成は、SiC基板1の所定領域をトレンチエッチングした後、同領域を含む基板全面に高濃度SiCのエピタキシャル成長を行い、基板表面を全面研磨して、表面のエピタキシャル層を除去する(トレンチ部分だけ残す)方法でも形成することが可能であり、この方法を選択してもよい。
(ニ)そして、シリコン(Si)プロセスで周知のRCA洗浄法等の所定の洗浄法を用いて、SiC基板1を十分清浄化する。RCA洗浄法は、H+NHOH混合液(SC−1)とH+HCl混合液(SC−2)による浸漬処理を組み合わせて行う伝統的な半導体Si基板の洗浄法である。そして、十分清浄化されたSiC基板1の表面に厚い絶縁膜3を形成する。ここでは、低抵抗のコンタクトを形成するのに適した、薄い熱酸化膜と厚いCVD酸化膜との積層からなる厚い絶縁膜の例を挙げて説明するが、本発明はこのような厚い絶縁膜の構成に限定されるものではない。まず、1000℃から1150℃の乾燥酸素雰囲気でSiC基板1を熱酸化し、図4(d)に示すように、表面に厚さ5〜40nmの熱酸化膜31を成長する。乾燥酸素雰囲気の代わりに、水蒸気を含む雰囲気を用いてもかまわない。乾燥酸素中では、熱処理温度1150℃で3時間熱酸化すれば、厚さ35〜40nmの熱酸化膜3が得られる。水蒸気を用いたウェット雰囲気中、1150℃で2時間熱酸化すれば、30〜35nmの熱酸化膜3が得られる。水蒸気を用いたウェット雰囲気の熱酸化の場合は、その後、アルゴン(Ar)中で1150℃、30分間程度アニールすることが好ましい。熱酸化膜3を厚さ20nm以下にするためには、酸化温度を下げるか、若しくは、酸化時間を短縮すれば良い。
The high concentration impurity region 2 having the structure as shown in FIG. 4C is formed by performing trench etching on a predetermined region of the SiC substrate 1 and then epitaxially growing high concentration SiC on the entire surface of the substrate including the same region to form the entire surface of the substrate. It can also be formed by polishing and removing the surface epitaxial layer (leaving only the trench portion), and this method may be selected.
(D) Then, the SiC substrate 1 is sufficiently cleaned by using a predetermined cleaning method such as an RCA cleaning method well known in the silicon (Si) process. The RCA cleaning method is a traditional method for cleaning a semiconductor Si substrate, which is performed by combining immersion treatment with a H 2 O 2 + NH 4 OH mixed solution (SC-1) and a H 2 O 2 + HCl mixed solution (SC-2). . Then, a thick insulating film 3 is formed on the surface of the SiC substrate 1 that has been sufficiently cleaned. Here, an example of a thick insulating film composed of a laminate of a thin thermal oxide film and a thick CVD oxide film, which is suitable for forming a low-resistance contact, will be described. The present invention describes such a thick insulating film. It is not limited to the configuration of First, the SiC substrate 1 is thermally oxidized in a dry oxygen atmosphere of 1000 ° C. to 1150 ° C., and a thermal oxide film 31 having a thickness of 5 to 40 nm is grown on the surface as shown in FIG. An atmosphere containing water vapor may be used instead of the dry oxygen atmosphere. In dry oxygen, a thermal oxide film 3 having a thickness of 35 to 40 nm can be obtained by thermal oxidation at a heat treatment temperature of 1150 ° C. for 3 hours. If thermal oxidation is performed at 1150 ° C. for 2 hours in a wet atmosphere using water vapor, a thermal oxide film 3 of 30 to 35 nm can be obtained. In the case of thermal oxidation in a wet atmosphere using water vapor, it is then preferable to anneal at 1150 ° C. for about 30 minutes in argon (Ar). In order to reduce the thickness of the thermal oxide film 3 to 20 nm or less, the oxidation temperature may be lowered or the oxidation time may be shortened.

(ホ)次に、図5(e)に示すように、熱酸化膜31の上に、常圧CVD法で例えば厚さ400nmのCVD酸化膜32を堆積し、2層構造からなる厚い絶縁膜3を形成する。
(ヘ)次に、周知のフォトリソグラフィ法とドライ・エッチング技術を用いて、厚い絶縁膜3の所定の領域に、図5(f)のように、コンタクト窓4を形成する。ドライエッチングとしては、例えば、CHFやCなどをエッチャントとした反応性イオンエッチング(RIE)法や電子サイクロトロン共鳴イオンエッチング(ECRイオンエッチング)等の種々の手段を使用することができる。超低抵抗のコンタクトを形成する場合には、最初にドライ・エッチングを行い、フィールド絶縁膜3を厚さ数10nm残したところで、緩衝フッ酸溶液を用いたウェット・エッチングに切り換えるようにすると好ましい結果が得られる。このウエットエッチング液に界面活性剤等を加えても良い。
(ト)その後、フォトレジストの残渣などで汚れた基板1表面を、前述のRCA洗浄で清浄化し、短時間で乾燥する。乾燥したら、SiC基板1を、スパッタリング装置のチャンバー中に速やかに据え付け、直ちに真空排気する。コンタクト・ウィンドウ開口エッチングから真空排気までの大気中放置時間は、コンタクト抵抗ρcの大小を決定する極めて重要な因子である。大気中放置時間が長いと、開口部のSiC基板1の表面に自然酸化膜が生成されたり、望まぬ異物が付着する。このため、後述の加熱反応層の均一生成に大きな障害となり、ひいてはコンタクト抵抗ρcを劇的に増加させるので、5分以内の短時間で行う。装置内のベース圧力が1.3×10−5Pa未満になったら、Arガスを導入し、図5(g)に示すように、SiC基板1の表面全面に所定の電極母材17を成膜する。n型の領域に低抵抗のコンタクトを形成する場合には、20nm〜100nmの厚みのNiあるいはCoを蒸着するとよい。また、p型領域に低抵抗のコンタクトを形成する場合には、Ti−Alの合金膜を用いると望ましい結果が得られる。電極母材17を成膜するのに電子ビーム蒸着のような真空蒸着やCVDの化学的成膜手段を用いてもよい。
(E) Next, as shown in FIG. 5E, a CVD oxide film 32 having a thickness of, for example, 400 nm is deposited on the thermal oxide film 31 by an atmospheric pressure CVD method to form a thick insulating film having a two-layer structure. 3 is formed.
(F) Next, a contact window 4 is formed in a predetermined region of the thick insulating film 3 as shown in FIG. 5F by using a well-known photolithography method and dry etching technique. As the dry etching, for example, various means such as a reactive ion etching (RIE) method using CHF 3 or C 2 F 6 as an etchant and electron cyclotron resonance ion etching (ECR ion etching) can be used. In the case of forming an ultra-low resistance contact, it is preferable to perform dry etching first and switch to wet etching using a buffered hydrofluoric acid solution when the field insulating film 3 is left several tens of nm thick. Is obtained. A surfactant or the like may be added to the wet etching solution.
(G) Thereafter, the surface of the substrate 1 contaminated with a residue of photoresist or the like is cleaned by the RCA cleaning described above and dried in a short time. After drying, the SiC substrate 1 is quickly installed in the chamber of the sputtering apparatus and immediately evacuated. The standing time in the atmosphere from contact window opening etching to evacuation is an extremely important factor that determines the magnitude of the contact resistance ρc. If the standing time in the atmosphere is long, a natural oxide film is formed on the surface of the SiC substrate 1 in the opening, or unwanted foreign matter adheres. For this reason, it becomes a big obstacle to the uniform generation of the heating reaction layer, which will be described later, and as a result, the contact resistance ρc is dramatically increased. When the base pressure in the apparatus becomes less than 1.3 × 10 −5 Pa, Ar gas is introduced, and a predetermined electrode base material 17 is formed on the entire surface of the SiC substrate 1 as shown in FIG. Film. When forming a low-resistance contact in the n-type region, Ni or Co having a thickness of 20 nm to 100 nm may be deposited. Further, when a low resistance contact is formed in the p-type region, a desirable result can be obtained by using a Ti—Al alloy film. In order to form the electrode base material 17, a chemical vapor deposition means such as vacuum vapor deposition or CVD such as electron beam vapor deposition may be used.

(チ)つづいて、電極母材17を全面成膜したSiC基板1を高純度のArやNのような不活性ガス雰囲気において「比較的穏やかな熱処理(第1の熱処理)」を行い、電極母材17とSiC基板1との間に加熱反応層前駆体層18(図5(h))を形成する。ここで言う加熱反応層前駆体層18とは、金属の組成比が高い低級の金属珪化物あるいは金属炭化物や金属炭化珪化物を指している。電極母材17としてNiを選んだ場合には、NiSi、NiSi、Ni1Si12、NiSi等のNi珪化物がこれに該当する。また、「比較的穏やかな熱処理」とは、電極母材17とSiC基板1との間部には有効な加熱反応層前駆体層18を発生させる一方で、電極母材17と厚い絶縁膜3との間では有害な固相反応を生ぜしめないような熱処理を指している。このような2つの要件を満足する第1の熱処理の温度と時間は電極母材17の種類とその成膜条件に依存するので、一概には規定できないが、発明者等のこれまで実施した実験によれは、概ね温度は350℃〜850℃の範囲、時間は5分間〜12時間の範囲に収まっている。電極母材17として、DCマグネトロンスパッタ装置で成膜した50nmのNiの適正な熱処理条件を具体例として挙げると、熱処理温度は600℃、熱処理時間は3時間であった。加熱反応層前駆体層18はSiC基板1と接していることろだけで起こる固相反応から生成されるから、同前駆体層18はコンタクト窓4の底部に自動的に整合して配設される。 (H) Subsequently, the SiC substrate 1 on which the electrode base material 17 is formed on the entire surface is subjected to a “relatively gentle heat treatment (first heat treatment)” in an inert gas atmosphere such as high-purity Ar or N 2 . A heating reaction layer precursor layer 18 (FIG. 5H) is formed between electrode base material 17 and SiC substrate 1. The heating reaction layer precursor layer 18 referred to here refers to a lower metal silicide, metal carbide or metal carbide silicide having a high metal composition ratio. When Ni is selected as the electrode base material 17, Ni silicides such as Ni 3 Si, Ni 2 Si, Ni 3 1Si 12 , and NiSi correspond to this. In addition, “relatively gentle heat treatment” means that an effective heating reaction layer precursor layer 18 is generated between the electrode base material 17 and the SiC substrate 1, while the electrode base material 17 and the thick insulating film 3. Refers to heat treatment that does not cause harmful solid phase reactions. The temperature and time of the first heat treatment that satisfies these two requirements depend on the type of electrode base material 17 and the film forming conditions, and thus cannot be defined unconditionally. The temperature is generally in the range of 350 ° C. to 850 ° C., and the time is in the range of 5 minutes to 12 hours. As an example of an appropriate heat treatment condition of 50 nm Ni deposited with a DC magnetron sputtering apparatus as the electrode base material 17, the heat treatment temperature was 600 ° C. and the heat treatment time was 3 hours. Since the heating reaction layer precursor layer 18 is generated from a solid phase reaction that occurs only in contact with the SiC substrate 1, the precursor layer 18 is automatically aligned with the bottom of the contact window 4. The

(リ)第1の熱処理が終了したところで、電極母材17だけを溶かす所定のエッチング溶液にSiC基板1を浸漬すると、SiC基板1の基板表面から未反応の電極母材17が一掃され、コンタクト窓4の底部に前記加熱反応層前駆体層18だけが残された図6(i)のような構造ができ上がる。ここで使用されるエッチング溶液は電極母材17の化学的性質に合せて適宜選択できるが、適当なエッチャントが見つからない場合には、硫酸と過酸化水素水を容積比で4:1で混合したエッチャントを用いると便利である。100℃に保持したこのエッチャントは大抵の電極母材をよく溶かし、金属珪化物や金属炭化物は殆ど溶かさないからである。加熱反応層前駆体層18や厚い絶縁膜に対する電極母材17の選択性が十分確保できるなら、ドイライエッチングを用いて未反応の電極母材17を除去してもよい。   (I) When the first heat treatment is completed, when the SiC substrate 1 is immersed in a predetermined etching solution that dissolves only the electrode base material 17, the unreacted electrode base material 17 is wiped from the substrate surface of the SiC substrate 1, and the contact A structure as shown in FIG. 6I is obtained in which only the heating reaction layer precursor layer 18 is left at the bottom of the window 4. The etching solution used here can be selected as appropriate in accordance with the chemical properties of the electrode base material 17, but when a suitable etchant is not found, sulfuric acid and hydrogen peroxide solution are mixed at a volume ratio of 4: 1. It is convenient to use an etchant. This is because this etchant kept at 100 ° C. dissolves most electrode base materials well and hardly dissolves metal silicides and metal carbides. If the selectivity of the electrode base material 17 with respect to the heating reaction layer precursor layer 18 and the thick insulating film can be sufficiently ensured, the unreacted electrode base material 17 may be removed by using dry etching.

(ヌ)未反応の電極母材17を完全に除去したあと、第1の熱処理の温度よりも高い温度でSiC基板1を再度熱処理して、全工程でできた加熱反応層前駆体層18とSiC基板1の固相反応を促進させることで、図6(j)に示すように加熱反応層前駆体層18を熱力学的な安定な相を主成分とする加熱反応層5に転化させる(第2の熱処理)。熱処理の雰囲気は第1の熱処理と同様の高純度不活性雰囲気である。第2の熱処理の温度および時間はそれそれ700℃〜1200℃、30秒〜100分の範囲に設定される。前出のNi電極系の前駆体の場合には、温度を950℃〜1050℃、時間を30秒〜2分にすると非常に良好な結果を与える。このような条件で熱処理を行うと、NiSi、NiSi、Ni31Si12、NiSi等の低級の珪化物前駆体がSiC基板1のSi元素を取り込んで、化学的に最も安定でかつ低抵抗コンタクトが得られるNiSiを主成分とする加熱反応層に変化する。
(ル)加熱反応層5の形成が終了すると、SiC基板1全面にAl等の配線導体膜をマグネトロンスパッタリングで形成する。そして、フォトリソグラフィ法とRIE等のエッチング技術でパターニングして、図1に示すような配線導体6を形成すれば、第1の実施の形態に係るオーミック電極構造体が完成する。
(N) After completely removing the unreacted electrode base material 17, the SiC substrate 1 is again heat-treated at a temperature higher than the temperature of the first heat treatment, and the heated reaction layer precursor layer 18 formed in all steps By promoting the solid-phase reaction of the SiC substrate 1, the heating reaction layer precursor layer 18 is converted into the heating reaction layer 5 whose main component is a thermodynamically stable phase as shown in FIG. Second heat treatment). The atmosphere of the heat treatment is a high purity inert atmosphere similar to the first heat treatment. The temperature and time of the second heat treatment are set in the range of 700 ° C. to 1200 ° C. and 30 seconds to 100 minutes, respectively. In the case of the Ni electrode system precursor described above, a very good result is obtained when the temperature is 950 ° C. to 1050 ° C. and the time is 30 seconds to 2 minutes. When heat treatment is performed under such conditions, lower silicide precursors such as Ni 3 Si, Ni 2 Si, Ni 31 Si 12 , and NiSi take in the Si element of the SiC substrate 1 and are the most chemically stable and It changes into a heating reaction layer mainly composed of NiSi 2 from which a low resistance contact can be obtained.
(L) When the formation of the heating reaction layer 5 is completed, a wiring conductor film such as Al is formed on the entire surface of the SiC substrate 1 by magnetron sputtering. Then, by patterning with a photolithographic method and an etching technique such as RIE to form the wiring conductor 6 as shown in FIG. 1, the ohmic electrode structure according to the first embodiment is completed.

以上の詳細な説明から明らかなように、本発明のオーミック電極構造体の製造方法は、コンタクト窓の底部に加熱反応層5を配設するのにフォトレジストを一切使用しない新しい自己整合プロセス(図5(g)〜図6(j))を使用している。したがって、本発明のオーミック電極構造体の製造方法は、フォトレジスト等を用いたリフト・オフ法に起因して発生した前記特許文献1の従来技術の問題点である、(1)コンタクトの微細化が進み、開口部の面積が小さくなってくると、基板洗浄が次第に困難になり、コンタクト不良が生じたり、洗浄費用がかさむ、(2)レジスト汚染を嫌う、Si集積回路プロセス用の蒸着装置を共用することができず、同工程専用の蒸着装置およびそれを設置する専用のクリーンルーム・スペースを用意しなければならない、という問題を根本的に解決していると言うことができる。   As is clear from the above detailed description, the ohmic electrode structure manufacturing method of the present invention is a new self-alignment process (FIG. 5) that does not use any photoresist to dispose the heating reaction layer 5 at the bottom of the contact window. 5 (g) to FIG. 6 (j)) are used. Therefore, the method for manufacturing an ohmic electrode structure according to the present invention is (1) contact miniaturization, which is a problem of the prior art of Patent Document 1 caused by the lift-off method using a photoresist or the like. As the area of the opening becomes smaller, it becomes increasingly difficult to clean the substrate, resulting in poor contact and high cleaning costs. (2) Evaporation apparatus for Si integrated circuit process that resists resist contamination It cannot be shared, and it can be said that it has fundamentally solved the problem that a vapor deposition apparatus dedicated to the same process and a dedicated clean room space for installing the vapor deposition apparatus must be prepared.

次に、図2に示した本発明のオーミック電極構造体の製造方法を図7(a)〜(c)に示す工程断面図を参照しながら説明する。
(イ’)まず、図7(a)に示すように、SiC基板1の表面全面に、周知の常圧CVDエピタキシャル成長法で高濃度に不純物(ドーパンド)を添加した所定の厚さの高濃度不純物エピタキシャル層41を成長する。不純物の種類はn型ならN(窒素)またはP(りん)、p型ならAl(アルミニウム)またはB(ホウ素)が適しているが、この他の不純物元素でもよい。この高濃度不純物層、ここでは高濃度不純物エピタキシャル層41の不純物濃度は、結晶性を損なわない限り、できるだけ高くする。少なくとも1×1019/cm以上、好ましくは1×1020/cmが望ましい。また、エピタキシャル成長で高濃度の不純物層を設ける替わりに、SiC基板1の表面全面に不純物イオンを加速電圧を変えた多段エネルギーで高濃度に打ち込み、その後に不純物を活性化させて、エピタキシャル層と同等の高濃度不純物層を形成する方式をとってもよい。
Next, a method for manufacturing the ohmic electrode structure of the present invention shown in FIG. 2 will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS.
(A ′) First, as shown in FIG. 7A, a high-concentration impurity having a predetermined thickness obtained by adding a high-concentration impurity (dopand) to the entire surface of the SiC substrate 1 by a known normal pressure CVD epitaxial growth method. Epitaxial layer 41 is grown. As the type of impurity, N (nitrogen) or P (phosphorus) is suitable for n-type, and Al (aluminum) or B (boron) is suitable for p-type, but other impurity elements may be used. The impurity concentration of this high-concentration impurity layer, here the high-concentration impurity epitaxial layer 41, is made as high as possible unless the crystallinity is impaired. At least 1 × 10 19 / cm 3 or more, preferably 1 × 10 20 / cm 3 is desirable. Instead of providing a high-concentration impurity layer by epitaxial growth, impurity ions are implanted at a high concentration with multistage energy with different acceleration voltages on the entire surface of the SiC substrate 1, and then the impurity is activated to be equivalent to the epitaxial layer. A method of forming a high concentration impurity layer may be adopted.

(ロ’)つづいて、厚さ約2μmのSiO膜を、CVD法でSiC基板1の表面全面に堆積し、高濃度不純物領域の形成予定領域の上にあるSiO膜を残すように周知のフォトリソグラフィ法とドライ・エッチング技術で選択的に除去し、図7(b)に示すようなメサエッチングマスク膜42を形成する。
(ハ’)そして、このメサエッチングマスク42を用いて周知のICP(Inductively Coupled-Plasma)エッチングでエピタキシャル層(=SiC)41の表面が露出している部分を除去し、さらに、使用済みのメサエッチングマスク42を緩衝フッ酸溶液で除去すると、図7(c)に示すような、凸状の高濃度不純物領域2が形成される。
高濃度不純物領域2を形成した後の完成(図2)に至るまでの製造工程は上記(ニ)〜(ヌ)で詳細に説明した工程と異なるところがないので説明を省略する。
(B ′) Subsequently, an SiO 2 film having a thickness of about 2 μm is deposited on the entire surface of the SiC substrate 1 by a CVD method to leave the SiO 2 film on the region where the high concentration impurity region is to be formed. The mesa etching mask film 42 as shown in FIG. 7B is formed by selective removal using the photolithography method and the dry etching technique.
(C ') Then, the mesa etching mask 42 is used to remove the exposed portion of the surface of the epitaxial layer (= SiC) 41 by well-known ICP (Inductively Coupled-Plasma) etching. When the etching mask 42 is removed with a buffered hydrofluoric acid solution, a convex high concentration impurity region 2 as shown in FIG. 7C is formed.
The manufacturing process up to completion (FIG. 2) after forming the high-concentration impurity region 2 is not different from the processes described in detail in the above (d) to (n), and therefore the description thereof is omitted.

次に、図3に示した本発明のオーミック電極構造体の製造方法を図8(a)〜(c)に示す工程断面図を参照しながら説明する。
(イ”)まず、SiC基板1の表面に厚さ約2μmのSiO膜を、CVD法で全面堆積し、高濃度不純物領域の形成予定領域の上にあるSiO膜を除くように、周知のフォトリソグラフィ法とドライ・エッチング技術で選択的に除去し、トレンチエッチングマスク膜45を形成する。つづいて、トレンチエッチングマスク膜45をマスクにしてSiC基板1の表面を所定の深さまでトレンチエッチングすると、図8(a)のような凹状の高濃度不純物領域予定領域46が形成される。トレンチエッチングの手段として周知のICPやRIE(反応性イオンエッチング)などのドライエッチングが最も適している。
Next, a method for manufacturing the ohmic electrode structure of the present invention shown in FIG. 3 will be described with reference to process cross-sectional views shown in FIGS.
(Ii) First, an SiO 2 film having a thickness of about 2 μm is deposited on the entire surface of the SiC substrate 1 by a CVD method so that the SiO 2 film on the region where the high concentration impurity region is to be formed is removed. The photolithography method and the dry etching technique are selectively removed to form a trench etching mask film 45. Subsequently, when the trench etching mask film 45 is used as a mask, the surface of the SiC substrate 1 is etched to a predetermined depth. 8A, a concave high-concentration impurity region planned region 46 is formed, and dry etching such as well-known ICP or RIE (reactive ion etching) is most suitable as a trench etching means.

(ロ”)トレンチエッチングが終わって、使用済みのトレンチエッチングマスク膜45を緩衝フッ酸溶液で除去し、SiC基板1をRCA洗浄を用いて十分洗浄したところで、SiC基板1全面に、高濃度に不純物(ドーパンド)を添加した所定の厚さの高濃度不純物層47を周知の常圧CVDエピタキシャル成長法で成長する(図8(b))。不純物の種類は、n型ならN(窒素)またはP(りん)、p型ならAl(アルミニウム)またはB(ホウ素)が適しているが、この他の不純物元素でもよい。この高濃度不純物層47の不純物濃度は少なくとも1×1019/cm以上、好ましくは1×1020/cmが望ましい。あるいは、エピタキシャル成長で高濃度不純物層47を設ける替わりに、SiC基板1の表面全面に不純物イオンを多段エネルギーで高濃度に打ち込み、その後に不純物を活性化させて、エピタキシャル層と同等の高濃度不純物層47を形成する方式をとってもよい。 (B ") After the trench etching is completed, the used trench etching mask film 45 is removed with a buffered hydrofluoric acid solution, and the SiC substrate 1 is sufficiently cleaned using RCA cleaning. A high-concentration impurity layer 47 having a predetermined thickness to which an impurity (dopand) is added is grown by a known atmospheric pressure CVD epitaxial growth method (FIG. 8 (b)). (Phosphorus) Al (aluminum) or B (boron) is suitable for the p-type, but other impurity elements may be used, and the impurity concentration of the high-concentration impurity layer 47 is at least 1 × 10 19 / cm 3 or more, preferably 1 × 10 20 / cm 3 is desirable. Alternatively, instead of providing a high concentration impurity layer 47 by epitaxial growth, impurities ions on the entire surface of the SiC substrate 1 Implanted at a high concentration in the multi-stage energy, and then to activate the impurity, it may take a method of forming a high-concentration impurity layer 47 equivalent to the epitaxial layer.

(ハ”)そして、SiC基板1の表面を平行に化学的機械研磨(CMP)して、上記凹部以外に堆積した高濃度不純物層47を除去し、元のSiC基板1の表面が露出したところで研磨を停止すると、図8(c)に示すように、SiC基板1の凹部に高濃度不純物領域2が選択的に形成される。その後、SiC基板1を前述のRCA洗浄で十分清浄化する。
この後の製造工程は上記(ニ)〜(ヌ)で詳細に説明した工程とまったく同じなので説明を省略する。
Then, the surface of the SiC substrate 1 is subjected to chemical mechanical polishing (CMP) in parallel to remove the high-concentration impurity layer 47 deposited other than the recesses, and the surface of the original SiC substrate 1 is exposed. When the polishing is stopped, as shown in Fig. 8C, the high-concentration impurity region 2 is selectively formed in the recess of the SiC substrate 1. Thereafter, the SiC substrate 1 is sufficiently cleaned by the RCA cleaning described above.
The subsequent manufacturing process is exactly the same as the process described in detail in the above (d) to (n), and thus the description thereof is omitted.

以上の製造工程の説明から明らかなように、図2と図3の本発明のオーミック電極構造体の製造方法は、コンタクト窓4の底部に加熱反応層5を配設するのにフォトレジストを一切使用しない新規な自己整合プロセス(図5(g)〜図6(j))を使用しているので、図1の構造の製造方法と同様に、フォトレジスト等を用いたリフト・オフ法に起因して発生した前記特許文献1の従来技術の問題点である、(1)コンタクトの微細化が進み、開口部の面積が小さくなってくると、基板洗浄が次第に困難になり、コンタクト不良が生じたり、洗浄費用がかさむ、(2)レジスト汚染を嫌う、Si集積回路プロセス用の蒸着装置を共用することができず、同工程専用の蒸着装置およびそれを設置する専用のクリーンルーム・スペースを用意しなければならない、という問題を根本的に解決していると言うことができる。   As apparent from the above description of the manufacturing process, the method for manufacturing the ohmic electrode structure according to the present invention shown in FIGS. 2 and 3 uses no photoresist to dispose the heating reaction layer 5 at the bottom of the contact window 4. Since a new self-alignment process (FIGS. 5 (g) to 6 (j)) that is not used is used, it is caused by the lift-off method using a photoresist or the like, similar to the manufacturing method of the structure of FIG. (1) When the miniaturization of the contact is advanced and the area of the opening is reduced, the cleaning of the substrate becomes increasingly difficult and the contact failure occurs. (2) I don't like resist contamination, and I can't share the vapor deposition equipment for Si integrated circuit process. I have a vapor deposition equipment dedicated to the same process and a clean room space dedicated to installing it. Na Must Re, can be said to be fundamentally solve the problem.

このような構成で作製したオーミック電極構造体は、実用的な極めて低いコンタクト抵抗を呈する。これを示すために、電極母材17に厚み50nmのNi電極を用いた図2の構造のn型領域に対するコンタクトの評価の結果を紹介する。SiC基板1はp型の4H−SiCである。高濃度不純物領域2はN(窒素)を1.5×1019/cm添加した厚み800nmのエピタキシャル成長層である。厚い絶縁膜3は1100℃で形成した厚み20nmのドライ熱酸化膜と常圧CVD法で成膜した400nmのPSG膜の積層膜である。第1および第2の熱処理の温度と時間はそれぞれ、550℃、2時間と1000℃、2分である。配線導体6には厚み350nmのAlを用いている。 The ohmic electrode structure manufactured in such a configuration exhibits a practically low contact resistance. In order to show this, the results of the contact evaluation for the n-type region of the structure of FIG. 2 using a 50 nm thick Ni electrode as the electrode base material 17 will be introduced. The SiC substrate 1 is p-type 4H—SiC. The high concentration impurity region 2 is an epitaxially grown layer having a thickness of 800 nm to which N (nitrogen) is added at 1.5 × 10 19 / cm 3 . The thick insulating film 3 is a laminated film of a dry thermal oxide film having a thickness of 20 nm formed at 1100 ° C. and a PSG film having a thickness of 400 nm formed by atmospheric pressure CVD. The temperature and time of the first and second heat treatments are 550 ° C., 2 hours and 1000 ° C., and 2 minutes, respectively. The wiring conductor 6 is made of Al having a thickness of 350 nm.

コンタクト抵抗等を精密に測定するために線型伝送線路モデルに基づく直線TLMコンタクト群を作製した。このコンタクト群のn型SiC領域の短辺の長さは、208μmである。すなわち、長方形のn型SiC領域の長辺方向に沿って、この長方形とは長辺方向が直交する小さな長方形からなる複数の電極パターンを1次元配列したコンタクト群のパターンを用意した。この小さな長方形の長辺の長さ(オーミック・コンタクト幅)は200μmで、短辺の長さは、100μmである。ここで、コンタクト群のパターンは、小さな長方形パターンからなるコンタクト(金属・半導体接合)の相互の間隔(コンタクト間隔)を順に変化させながら、n型SiC領域の長辺方向に沿って横一列に配列されている。コンタクト間隔LはL=6、10、15、20、25、30μmである。このコンタクト群の隣接する2つのコンタクト間の電流−電圧特性から抵抗を求め、抵抗をコンタクト間隔の関数として整理し、これを直線近似して解析を行うと、精密なコンタクト抵抗ρcと伝送線長Lを求めることができる。 In order to accurately measure contact resistance and the like, a straight TLM contact group based on a linear transmission line model was prepared. The length of the short side of the n-type SiC region of this contact group is 208 μm. That is, a contact group pattern in which a plurality of electrode patterns made of small rectangles whose long side directions are orthogonal to the rectangular shape is prepared along the long side direction of the rectangular n-type SiC region. The length of the long side (ohmic contact width) of this small rectangle is 200 μm, and the length of the short side is 100 μm. Here, the contact group pattern is arranged in a horizontal line along the long-side direction of the n-type SiC region while sequentially changing the distance (contact distance) between the contacts (metal / semiconductor junctions) made of small rectangular patterns. Has been. The contact interval L is L = 6, 10, 15, 20, 25, 30 μm. When the resistance is obtained from the current-voltage characteristics between two adjacent contacts of this contact group, the resistance is arranged as a function of the contact interval, and the analysis is performed by linearly approximating the resistance, the precise contact resistance ρc and the transmission line length it is possible to obtain the L T.

全てコンタクト間で計測した電流−電圧特性はすべて原点を通る直線であった。これはすべてのコンタクトの加熱反応層5と高濃度不純物領域2との間で良好なオーミック・コンタクトが得られていることを示している。電流−電圧特性の傾きから求めたオーミック・コンタクト電極間の抵抗と距離の関係をプロットすると図9(TLMプロット)のようになる。データはバラツキが少なく、1直線上にプロットされている。この直線近似を元にTLM解析を行うと、コンタクト抵抗ρc=5.13×10−7Ωcmと非常に小さい優れた値が得られた。この値は、同時に作製した前記特許文献1記載の従来技術に基づく構造体の試料のコンタクト抵抗ρc=5.35×10−7Ωcmと比べると何ら遜色のない値であることがわかる。 All the current-voltage characteristics measured between the contacts were all straight lines passing through the origin. This indicates that a good ohmic contact is obtained between the heating reaction layer 5 and the high concentration impurity region 2 of all contacts. FIG. 9 (TLM plot) shows the relationship between the resistance and distance between the ohmic contact electrodes determined from the slope of the current-voltage characteristics. The data has little variation and is plotted on a straight line. When TLM analysis was performed based on this linear approximation, an excellent value as very small as contact resistance ρc = 5.13 × 10 −7 Ωcm 2 was obtained. It can be seen that this value is comparable to the contact resistance ρc = 5.35 × 10 −7 Ωcm 2 of the sample of the structure based on the prior art described in Patent Document 1 manufactured at the same time.

他の条件を同じにして、電極母材として、Niの替わりに厚み100nmのチタン(Ti)を用いた場合にはρc=4.2×10−6Ωcmのコンタクト抵抗が得られる。第1の導体膜として、厚み150nmのタングステン(W)を用いた場合には6.7×10−6Ωcmのコンタクト抵抗が得られる。 When other conditions are the same and titanium (Ti) having a thickness of 100 nm is used instead of Ni as the electrode base material, a contact resistance of ρc = 4.2 × 10 −6 Ωcm 2 is obtained. When tungsten (W) having a thickness of 150 nm is used as the first conductor film, a contact resistance of 6.7 × 10 −6 Ωcm 2 is obtained.

他の従来技術のひとつ特開平8−64801号公報は、図5(g)のような構造にして、コンタクト窓とSiOのようなシリコン酸化膜の上部にNi電極膜を成膜して、1000℃〜1200℃で高温熱処理すると、(1)シリコン酸化膜との接触部分では、シリコン酸化膜が還元され浸食され、シリコン酸化膜の厚さが減少する。シリコン酸化膜の厚さがもともと薄い場合には、シリコン酸化膜を貫通し、絶縁性が失われてしまうことがある、(2)さらに両部分の境界部分(コンタクト窓の側壁とSiC基板表面が交わるところ)では、n型領域、シリコン酸化膜、Ni膜の三元系の間で、詳細は不明であるが通常と異なる反応が起こるものと考えられ、実際にはショットキー接合となって、電流が流せなくなってしまう、という深刻な問題が起こることを指摘している。しかしながら、本発明オーミック電極構造体(図1〜図3および後述の構造体の構造も含めて)の製造方法ではこのような問題は起こらない。なぜなら、図5(g)を形成して、図5(h)の構造を得るときの第1の熱処理はこのような反応が起こらない十分低い温度(350℃〜850℃)であり、かつ(問題を起す可能性のある)1000℃を超える第2の熱処理工程を行うときには、図5の(i)と(j)の構造から明白なとおり、シリコン酸化膜の上にはNi膜が(除去されて)存在しない、構成であるからである。すなわち、本発明オーミック電極の構造体およびその製造方法は、前記特開平8−64801号公報で指摘された上記問題(1)と(2)をも解決していると言うことができる。実際、図9を用いて説明したNiを用いたオーミック電極構造体の電気特性の結果はこれを如実に示している。 One Hei 8-64801 discloses other prior art, in the structure as shown in FIG. 5 (g), the by forming a Ni electrode film on the silicon oxide film such as a contact window and SiO 2, When high-temperature heat treatment is performed at 1000 ° C. to 1200 ° C., (1) the silicon oxide film is reduced and eroded at the contact portion with the silicon oxide film, and the thickness of the silicon oxide film is reduced. If the thickness of the silicon oxide film is originally thin, the silicon oxide film may be penetrated and insulation may be lost. (2) Further, the boundary between the two parts (the contact window side wall and the SiC substrate surface At the point of intersection), it is thought that a reaction different from usual occurs between the ternary system of the n-type region, the silicon oxide film, and the Ni film, although the details are unknown. It points out that there is a serious problem that current cannot flow. However, such a problem does not occur in the method for manufacturing the ohmic electrode structure of the present invention (including the structures of FIGS. 1 to 3 and the structure described later). This is because the first heat treatment in forming FIG. 5G to obtain the structure of FIG. 5H is a sufficiently low temperature (350 ° C. to 850 ° C.) at which such a reaction does not occur, and ( When performing a second heat treatment step exceeding 1000 ° C. (which may cause a problem), as is apparent from the structures (i) and (j) of FIG. This is because the configuration does not exist. That is, it can be said that the structure of the ohmic electrode of the present invention and the manufacturing method thereof also solve the above problems (1) and (2) pointed out in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-64801. Actually, the result of the electrical characteristics of the ohmic electrode structure using Ni described with reference to FIG. 9 clearly shows this.

以上説明したように、本第1の実施の形態のオーミック電極構造体の製造方法は、SiC(炭化珪素)基板1表面の高濃度不純物領域22に電極母材17を接触させる工程と、電極母材17を接触させたSiC基板1を熱処理して、電極母材17と高濃度不純物領域2を含むSiC基板1との間に加熱反応層前駆体層18を形成する第1の熱処理工程と、加熱反応層前駆体層18上部に残された未反応の電極母材17を除去する工程と、未反応の電極母材17を除去した後のSiC基板1を熱処理してコンタクト窓4内底の加熱反応層前駆体層18を加熱反応層5に転化させる第2の熱処理工程と、未反応の電極母材17を除去した後の加熱反応層前駆体層18上部に電極母材17より抵抗率の低い配線導体6を配設する工程とを含んでなる。なお、第2の熱処理工程は、第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度で熱処理する。   As described above, the method of manufacturing the ohmic electrode structure according to the first embodiment includes the step of bringing the electrode base material 17 into contact with the high concentration impurity region 22 on the surface of the SiC (silicon carbide) substrate 1, the electrode base A first heat treatment step of heat-treating the SiC substrate 1 in contact with the material 17 to form a heating reaction layer precursor layer 18 between the electrode base material 17 and the SiC substrate 1 including the high-concentration impurity region 2; A step of removing the unreacted electrode base material 17 left on the heating reaction layer precursor layer 18 and a heat treatment of the SiC substrate 1 after the unreacted electrode base material 17 is removed to heat the inner bottom of the contact window 4 The second heat treatment step for converting the heating reaction layer precursor layer 18 to the heating reaction layer 5 and the resistivity on the upper part of the heating reaction layer precursor layer 18 after removing the unreacted electrode base material 17 from the electrode base material 17. And a step of disposing a low wiring conductor 6Note that the second heat treatment process is performed at a temperature equal to or higher than the temperature of the first heat treatment process.

さらに詳細に述べると、SiC基板1の表面に高濃度不純物領域2を選択的に形成する工程と、高濃度不純物領域2を含むSiC基板1の表面に厚い絶縁膜3を成膜する工程と、高濃度不純物領域2の表面を露出するように厚い絶縁膜3にコンタクト窓4を開口する工程と、コンタクト窓4を開口したSiC基板1全面に所定の電極母材17を成膜する工程と、電極母材17を成膜したSiC基板1を熱処理して電極母材17と高濃度不純物領域2を含むSiC基板1との間に加熱反応層前駆体層18を形成する第1の熱処理工程と、厚い絶縁膜3上部ならびに加熱反応層前駆体層18上部に残された未反応の電極母材17を化学的手段で除去する工程と、未反応の電極母材17を除去したSiC基板1を、第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度で熱処理し、コンタクト窓4内底の加熱反応層前駆体層18を加熱反応層5に転化させる第2の熱処理工程と、コンタクト窓4内底の加熱反応層5の表面に接し、かつ厚い絶縁膜3の上部にまで伸延された配線導体6を形成する工程とを含んでなる。   More specifically, a step of selectively forming the high concentration impurity region 2 on the surface of the SiC substrate 1, a step of forming a thick insulating film 3 on the surface of the SiC substrate 1 including the high concentration impurity region 2, A step of opening a contact window 4 in the thick insulating film 3 so as to expose the surface of the high-concentration impurity region 2; a step of forming a predetermined electrode base material 17 on the entire surface of the SiC substrate 1 having the contact window 4 opened; A first heat treatment step of heat-treating the SiC substrate 1 on which the electrode base material 17 is formed to form a heating reaction layer precursor layer 18 between the electrode base material 17 and the SiC substrate 1 including the high-concentration impurity region 2; The step of removing the unreacted electrode base material 17 left on the thick insulating film 3 and the heating reaction layer precursor layer 18 by chemical means, and the SiC substrate 1 from which the unreacted electrode base material 17 has been removed Is it the same temperature as the first heat treatment step? Heat treatment at a temperature higher than this temperature, and a second heat treatment step for converting the heating reaction layer precursor layer 18 at the bottom of the contact window 4 into the heating reaction layer 5, and the surface of the heating reaction layer 5 at the bottom of the contact window 4 Forming a wiring conductor 6 in contact with and extending over the thick insulating film 3.

また、本第1の実施の形態のオーミック電極構造体は、SiC基板1と、SiC基板1の表面に選択的に形成された高濃度不純物領域2と、SiC基板1の上に載置された厚い絶縁膜3と、厚い絶縁膜3中に高濃度不純物領域2の表面を露出するように開口されたコンタクト窓4と、コンタクト窓4内底に自己整合的に配設された加熱反応層5と、コンタクト窓4内部において加熱反応層5の表面に接し、かつ厚い絶縁膜3の上部にまで伸延された配線導体6とを含んでなる。
また、加熱反応層5は金属珪化物、金属炭化物の少なくとも1つを主成分とする材料で構成される。また、加熱反応層5の少なくとも最下端は電極母材17とSiC基板1との固相熱反応で形成されたものであり、かつ、上部に残存する未反応の電極母材17を除去して形成される履歴を有する。また、厚い絶縁膜3は、請求項8記載の電極母材17が一旦載置された後、低い温度で熱処理され、その後、除去された履歴を有する絶縁膜である。
The ohmic electrode structure according to the first embodiment is placed on the SiC substrate 1, the high-concentration impurity region 2 selectively formed on the surface of the SiC substrate 1, and the SiC substrate 1. A thick insulating film 3, a contact window 4 opened to expose the surface of the high-concentration impurity region 2 in the thick insulating film 3, and a heating reaction layer 5 disposed in a self-aligned manner at the inner bottom of the contact window 4 And a wiring conductor 6 in contact with the surface of the heating reaction layer 5 in the contact window 4 and extended to the upper part of the thick insulating film 3.
The heating reaction layer 5 is made of a material mainly composed of at least one of metal silicide and metal carbide. Further, at least the lowermost end of the heating reaction layer 5 is formed by a solid-phase thermal reaction between the electrode base material 17 and the SiC substrate 1, and the unreacted electrode base material 17 remaining on the upper portion is removed. Has a history formed. In addition, the thick insulating film 3 is an insulating film having a history in which the electrode base material 17 according to claim 8 is once placed, heat treated at a low temperature, and then removed.

上記還元や侵食を伴うような化学反応以外に、NSGやPSGなどのSiO系絶縁物の上に金属や半導体などの電極母材を載せて、熱処理を行うとき、考慮しなければならない他の重要なポイントがまだある。母材元素の拡散である。この拡散は第1の熱処理のときと、第1の熱処理で下部の絶縁膜に一旦取り込まれた母材元素がその後の熱工程で再拡散するときに起こる。図5(g)〜(h)で説明した本発明の製造工程の第1の熱処理はたいていの場合、それは無視できるレベルで問題とはならず、したがって、その後の熱工程による再拡散も問題となることはない。しかし、ある技術的意図をもって、オーミック電極構造体の電極母材として比較的拡散しやすい電極母材を敢えて選択しなければならないときや、その構造体を使用するデバイスが極めて僅かな拡散不純物にも敏感に影響される場合、あるいは、その構造体を使用するデバイスが高温で長期に使用される特殊な用途の場合には、ときに問題となる可能性がある。本発明のオーミック電極構造体の製造方法およびそれによって製造されるオーミック電極構造体は、このような極めて特殊な場合にも対応できる2つ手段、すなわち、第2の実施の形態と第3の実施の形態を擁している。以下にこれらを順に説明する。 In addition to the above chemical reactions involving reduction and erosion, there are other considerations that must be taken into account when performing heat treatment by placing an electrode base material such as a metal or semiconductor on a SiO 2 insulating material such as NSG or PSG. There are still important points. It is the diffusion of the matrix element. This diffusion occurs during the first heat treatment and when the base material element once taken into the lower insulating film by the first heat treatment is re-diffused in the subsequent thermal process. In most cases, the first heat treatment of the manufacturing process of the present invention described in FIGS. 5 (g) to (h) is not a problem at a negligible level. Therefore, re-diffusion due to the subsequent heat process is also a problem. Never become. However, with a certain technical intention, when it is necessary to deliberately select an electrode base material that is relatively easy to diffuse as an electrode base material of an ohmic electrode structure, or when a device using the structure has extremely few diffusion impurities. It can sometimes be a problem if it is sensitively affected, or if the device using the structure is in a special application where it is used for a long time at high temperatures. The ohmic electrode structure manufacturing method of the present invention and the ohmic electrode structure manufactured thereby are two means that can cope with such a very special case, that is, the second embodiment and the third embodiment. It has the form of These will be described in order below.

(第2の実施の形態)
第1の手段は母材元素の拡散を構造的に解決する方法である。図10〜図12の構造は本発明のオーミック電極構造体の第2の実施の形態を示している。なお、これらの図において、前出の図1〜図3と同じ番号を付された要素は同じ物であり、記述が冗長になるのを排するために、重なる説明は省略することにする。
(Second Embodiment)
The first means is a method for structurally solving the diffusion of the matrix element. The structure of FIGS. 10-12 has shown 2nd Embodiment of the ohmic electrode structure of this invention. In these drawings, the elements having the same numbers as those in FIGS. 1 to 3 are the same, and redundant description will be omitted in order to eliminate redundant description.

図10〜図12の符号7は、電極母材元素の拡散をストップする機能を有する拡散阻止絶縁膜であり、厚い絶縁膜3の一部としてその上部(図10)あるいは内部(図11)、下部(12)に層状に組み込まれている。拡散阻止絶縁膜7を除く、厚い絶縁膜3の他の部分は図1〜図3の厚い絶縁膜と同じ(材質、厚み、形成方法などが)である。ここで言う「拡散阻止」とは厚い絶縁膜の他の部分に比べて、拡散係数が十分小さい、という意味である。この性質を有する絶縁膜としてはLPCVD法やスパッタリング法で形成したSi膜やAl膜、無添加SiC膜あるいはこれらの積層膜、複合膜を挙げることができるが、これに限定されるものではない。厚みは10nm〜150nmが適しているが、これより厚くてもよい。 Reference numeral 7 in FIGS. 10 to 12 denotes a diffusion blocking insulating film having a function of stopping the diffusion of the electrode base material element. It is incorporated in the lower part (12) in layers. Other parts of the thick insulating film 3 except the diffusion blocking insulating film 7 are the same as the thick insulating film of FIGS. 1 to 3 (material, thickness, forming method, etc.). Here, “diffusion prevention” means that the diffusion coefficient is sufficiently small compared to other portions of the thick insulating film. Examples of the insulating film having this property include a Si 3 N 4 film, an Al 2 O 3 film, an additive-free SiC film, a laminated film thereof, and a composite film formed by LPCVD or sputtering. Is not to be done. The thickness is suitably 10 nm to 150 nm, but may be thicker.

次に、本発明のオーミーック電極構造体の第2の実施の形態である図10の製造方法を図13(e2)〜(h2)の断面工程図を用いて説明する。
(ホ2)まず、前記図4(a)〜(c)と全く同じの工程を踏んでSiC基板1に高濃度不純物領域2を選択的に形成する。高濃度不純物領域2ができ上がったら、前記図4(d)〜図5(e)と同様の工程でSiO系の材料を主とする、厚い絶縁膜3の前段構造を形成する。つづいてこの前段構造の上に拡散阻止絶縁膜7を堆積すると完全な厚い絶縁膜3が形成され、図13(e2)に示した断面構造になる。拡散阻止絶縁膜7として、例えば、ジクロルシランとアンモニアを原料としたLPCVD法で100nmのSi(窒化シリコン)膜を用いることができる。ここでは、拡散阻止絶縁膜7を除く厚い絶縁膜3部分に薄い熱酸化膜31とCVD酸化膜32の積層構造(この低抵抗コンタクトを形成するのに適している)を用いているが、これは第1の実施の形態・製造工程の説明との連続性を考慮した措置であって、本第2の実施の形態はこのような積層構造に限定されるものでないことはもちろんである。
Next, the manufacturing method of FIG. 10, which is the second embodiment of the ohmic electrode structure of the present invention, will be described with reference to the sectional process diagrams of FIGS. 13 (e2) to (h2).
(E) First, the high-concentration impurity region 2 is selectively formed on the SiC substrate 1 through the same steps as in FIGS. 4 (a) to 4 (c). When the high-concentration impurity region 2 is completed, a pre-structure of the thick insulating film 3 mainly made of SiO 2 material is formed in the same process as in FIGS. 4D to 5E. Subsequently, when the diffusion prevention insulating film 7 is deposited on the previous structure, a completely thick insulating film 3 is formed, and the cross-sectional structure shown in FIG. 13 (e2) is obtained. As the diffusion blocking insulating film 7, for example, a 100 nm Si 3 N 4 (silicon nitride) film can be used by LPCVD using dichlorosilane and ammonia as raw materials. Here, a laminated structure of a thin thermal oxide film 31 and a CVD oxide film 32 (suitable for forming this low-resistance contact) is used in the thick insulating film 3 portion excluding the diffusion prevention insulating film 7. Is a measure considering the continuity with the description of the first embodiment and the manufacturing process, and the second embodiment is of course not limited to such a laminated structure.

(ヘ2)次に、図13(f2)のように、周知のフォトリソグラフィ法とドライ・エッチング技術を用いて、厚い絶縁膜3の所定の領域に、コンタクト窓4を形成する。ドライエッチングとしては、例えば、CHFやCなどをエッチャントとした反応性イオンエッチング(RIE)法や電子サイクロトロン共鳴イオンエッチング(ECRイオンエッチング)等の種々の手段を使用することができる。この注意すべきことは拡散阻止絶縁体7とその他厚い絶縁膜部分のエッチングレートや適正なエッチング手段が異なる場合である。前者のケースはそれを考慮して、慎重にドライエッチングを進める必要がある。後者の場合は、手間であっても、拡散阻止絶縁体をエッチングするときはこれに適したエッチング手段(ドライエッチング方法やエッチャントガス)を選択するようにする。なお、超低抵抗のコンタクトを形成する場合には、最初にドライ・エッチングを行い、フィールド絶縁膜3を厚さ数10nm残したところで、緩衝フッ酸溶液を用いたウェット・エッチングに切り換えるようにすると好ましい結果が得られるのは第1の実施の形態と同様である。 (F2) Next, as shown in FIG. 13 (f2), a contact window 4 is formed in a predetermined region of the thick insulating film 3 by using a well-known photolithography method and dry etching technique. As the dry etching, for example, various means such as a reactive ion etching (RIE) method using CHF 3 or C 2 F 6 as an etchant and electron cyclotron resonance ion etching (ECR ion etching) can be used. This should be noted when the etching rate and appropriate etching means of the diffusion blocking insulator 7 and other thick insulating film portions are different. In the former case, it is necessary to proceed with dry etching carefully considering this. In the latter case, even if it is troublesome, when etching the diffusion prevention insulator, an etching means (dry etching method or etchant gas) suitable for this is selected. In the case of forming an ultra-low resistance contact, first, dry etching is performed, and when the field insulating film 3 is left several tens of nm thick, switching to wet etching using a buffered hydrofluoric acid solution is performed. The preferable result is obtained as in the first embodiment.

(ト2)その後、図5(g)と同様にして、SiC基板1の表面全面に所定の電極母材17を成膜する。図13(g2)はこのときのオーミック電極構造体の断面構造を示している。
(チ2)つづいて、電極母材17を全面成膜したSiC基板1を高純度のArやNのような不活性ガス雰囲気において既述の第1の熱処理を行い、図13(h2)のように、電極母材17とSiC基板1との間に加熱反応層前駆体層18を形成する。第1の熱処理の温度と時間は、電極母材の種類とその成膜条件に依存するので、一律には規定できないが、発明者等のこれまで実施した実験によれは、概ね温度は350℃〜850℃の範囲、時間は5分間〜12時間の範囲である。加熱反応層前駆体層18はSiC基板1と接していることろだけで起こる固相反応から生成されるから、同前駆体層18はコンタクト窓4の底部に自動的に整合して配設される。
第1の熱処理が終了して以降の製造工程は、図6(i)〜図6(k)と変るところがないので、説明を省略する。
(G2) Thereafter, a predetermined electrode base material 17 is formed on the entire surface of SiC substrate 1 in the same manner as in FIG. FIG. 13 (g2) shows a cross-sectional structure of the ohmic electrode structure at this time.
(H 2) Subsequently, performing a first heat treatment described above in an inert gas atmosphere such as a SiC substrate 1 entirely deposited electrode base material 17 of high purity Ar and N 2, FIG. 13 (h2) As described above, the heating reaction layer precursor layer 18 is formed between the electrode base material 17 and the SiC substrate 1. The temperature and time of the first heat treatment depend on the type of electrode base material and the film forming conditions, and thus cannot be defined uniformly. However, according to experiments conducted so far by the inventors, the temperature is approximately 350 ° C. The range of ˜850 ° C. and the time range of 5 minutes to 12 hours. Since the heating reaction layer precursor layer 18 is generated from a solid phase reaction that occurs only in contact with the SiC substrate 1, the precursor layer 18 is automatically aligned with the bottom of the contact window 4. The
The manufacturing process after the completion of the first heat treatment is not changed from that shown in FIGS.

以上説明したように、本第2の実施の形態のオーミック電極構造体の製造方法は、高濃度不純物領域2を含むSiC基板1の表面に厚い絶縁膜3を成膜する工程は、電極母材17の拡散を阻止する拡散阻止絶縁膜7を形成する工程を含む。
また、本第2の実施の形態のオーミック電極構造体は、厚い絶縁膜3の上部、下部あるいは内部に電極母材17の拡散を阻止する拡散阻止絶縁膜7を具有する。
As described above, in the method of manufacturing the ohmic electrode structure according to the second embodiment, the step of forming the thick insulating film 3 on the surface of the SiC substrate 1 including the high-concentration impurity region 2 includes the electrode base material. 17 including a step of forming a diffusion blocking insulating film 7 for blocking 17 diffusion.
In addition, the ohmic electrode structure according to the second embodiment includes a diffusion prevention insulating film 7 that prevents diffusion of the electrode base material 17 on the upper part, the lower part, or the inside of the thick insulating film 3.

本第2の実施の形態においては、厚い絶縁膜の上部に、その一部として配設された拡散阻止絶縁膜7が第1の熱処理工程(図13(h2))にあって、上部電極母材17の拡散をストップするので、同工程およびその後の熱工程で電極母材元素が下方に拡散して、デバイスの特性に影響を与えるという問題を解決することができる。本発明第2の実施の形態に基づいて、前記第1の実施の形態で説明したものと同じ仕様のNi系のTLMコンタクトを作製して、コンタクト抵抗を評価したところ、10−7Ωcm台前半のコンタクト抵抗が得られた。 In the second embodiment, the diffusion prevention insulating film 7 disposed as a part of the upper portion of the thick insulating film is in the first heat treatment step (FIG. 13 (h2)), and the upper electrode mother is formed. Since the diffusion of the material 17 is stopped, it is possible to solve the problem that the electrode base material element diffuses downward in the same process and the subsequent heat process and affects the characteristics of the device. Based on the present invention the second embodiment, to prepare a Ni-based TLM contact of the same specifications as those described in the first embodiment, was to evaluate the contact resistance, 10 -7 [Omega] cm 2 units The first half contact resistance was obtained.

図11と図12に示した他の第2の実施態様の構造は、拡散阻止絶縁膜7の位置が厚い絶縁膜3の内部(図11)と下部(図12)にある点だけが、図10の構造とは異なっている。しかし、これは拡散を阻止する位置が厚い絶縁膜の上部か、内部か、下部か、だけの違いであって、電極母材元素の拡散を阻止する機能とそれによってもたらされる効果は明らかに同じなので、構造の詳細な説明は省略する。また、製造工程についても、拡散阻止絶縁膜7を、厚い絶縁膜3のその他の部分の最後に成膜するか(図12)、途中に成膜するか(図11)、最初に成膜するか(図10)だけが異なっていて、他の工程は同じであるから、説明は省略することにする。   The structure of another second embodiment shown in FIGS. 11 and 12 is only shown in that the position of the diffusion prevention insulating film 7 is inside the thick insulating film 3 (FIG. 11) and below (FIG. 12). This is different from the 10 structure. However, this is only the difference between the top, the inside, and the bottom of the thick insulating film where the diffusion is blocked. The function that blocks the diffusion of the electrode matrix element and the effect brought about by it are clearly the same. Therefore, detailed description of the structure is omitted. Also, in the manufacturing process, the diffusion prevention insulating film 7 is formed at the end of the other part of the thick insulating film 3 (FIG. 12) or in the middle (FIG. 11), or is formed first. (FIG. 10) is different, and the other steps are the same, so the description will be omitted.

(第3の実施の形態)
母材元素の拡散の影響を除去する第2の手段は、製造方法の工夫で解決する方法である。この方法は第1の熱処理工程で起こる電極母材元素の直接拡散が厚い絶縁膜3の表層で収まる場合に、とりわけ有効である。
本発明オーミック電極構造体・第3の実施の形態の構造は前出の図1あるいは図2、図3と同じであるから、構造の説明は省く。
(Third embodiment)
A second means for removing the influence of the diffusion of the base material element is a method that solves the problem by a device method. This method is particularly effective when the direct diffusion of the electrode base material element that occurs in the first heat treatment step is contained in the surface layer of the thick insulating film 3.
Since the structure of the ohmic electrode structure / third embodiment of the present invention is the same as that of FIG. 1, FIG. 2, or FIG. 3, description of the structure is omitted.

次に、本発明のオーミーック電極構造体の第3の実施の形態の製造方法を図14(g3)〜(i32)の断面工程図を用いて説明する。   Next, the manufacturing method of the 3rd Embodiment of the ohmic electrode structure of this invention is demonstrated using the cross-sectional process drawing of FIG.14 (g3)-(i32).

(ト3)まず、第1の実施の形態で説明した製造工程の図4(a)〜図5(g)と同様のプロセスを経由して、厚い絶縁膜3にコンタクト窓4を開口したSiC基板1の表面全面に所定の電極母材17を成膜する。ただし、一点だけ小さな相違点がある。それは、図14(g3)に示すように、厚い絶縁膜3を成膜したときの厚みを最終的に必要な厚みよりも若干、厚く形成する点である。この最終の厚みよりも厚くした分のことをここでは「犠牲層8」と呼ぶことにする。犠牲層8の厚みは次の第1の熱処理で起こる母材電極元素の熱拡散の及ぶ距離よりも大きくなるように決定される。   (G3) First, the SiC in which the contact window 4 is opened in the thick insulating film 3 through the process similar to that shown in FIGS. 4A to 5G in the manufacturing process described in the first embodiment. A predetermined electrode base material 17 is formed on the entire surface of the substrate 1. However, there is one small difference. That is, as shown in FIG. 14 (g3), the thickness when the thick insulating film 3 is formed is slightly thicker than the final required thickness. The portion thicker than the final thickness is referred to herein as “sacrificial layer 8”. The thickness of the sacrificial layer 8 is determined so as to be larger than the distance over which the base electrode element is thermally diffused in the next first heat treatment.

(チ3)電極母材17に全面成膜につづいて、SiC基板1を高純度のArやNのような不活性ガス雰囲気において既述のごとき穏やかな第1の熱処理を行う。この熱処理によって、図14(h3)のように、電極母材17とSiC基板1の間に加熱反応層前駆体層18が自己整合的に形成される。このとき、厚い絶縁膜3の犠牲層8部分に電極母材元素が熱拡散で侵入する。第1の熱処理の温度と時間は、電極母材の種類とその成膜条件に依存するので、一律には規定できないが、概ね温度は350℃〜850℃の範囲、時間は5分間〜12時間の範囲である。 (H 3) in the electrode base material 17 Following entire deposition, performing mild first heat treatment such as described above the SiC substrate 1 in high purity inert gas atmosphere such as Ar or N 2. By this heat treatment, the heating reaction layer precursor layer 18 is formed in a self-aligned manner between the electrode base material 17 and the SiC substrate 1 as shown in FIG. At this time, the electrode base material element enters the sacrificial layer 8 portion of the thick insulating film 3 by thermal diffusion. The temperature and time of the first heat treatment depend on the type of electrode base material and the film forming conditions, and thus cannot be defined uniformly. Range.

(リ31)第1の熱処理が終了したところで、電極母材だけを溶かす所定のエッチング溶液にSiC基板1を浸漬すると、基板表面から未反応の電極母材が一掃され、コンタクト窓4の底部に前記加熱反応層前駆体層18だけが残された図14(i31)のような構造ができ上がる。ここで使用されるエッチング溶液は電極母材の化学的性質に合せて適宜選択できるが、適当なエッチャントが見つからない場合には、硫酸と過酸化水素水を容積比で4:1で混合したエッチャントを使うことができる。100℃に保持したこのエッチャントは大抵の電極母材をよく溶かし、金属珪化物や金属炭化物は殆ど溶かさない。加熱反応層前駆体層18や厚い絶縁膜に対する電極母材17の選択性が十分確保できるなら、ドイライエッチングを用いて未反応の電極母材を除去してもよい。   (Ri) When the first heat treatment is completed, when the SiC substrate 1 is immersed in a predetermined etching solution that dissolves only the electrode base material, the unreacted electrode base material is wiped off from the substrate surface, and the bottom of the contact window 4 is formed. A structure as shown in FIG. 14 (i 31) is obtained in which only the heating reaction layer precursor layer 18 is left. The etching solution used here can be appropriately selected according to the chemical properties of the electrode base material. However, if an appropriate etchant cannot be found, an etchant in which sulfuric acid and hydrogen peroxide solution are mixed at a volume ratio of 4: 1. Can be used. This etchant maintained at 100 ° C. dissolves most electrode base materials well, and hardly dissolves metal silicides and metal carbides. If the selectivity of the electrode base material 17 with respect to the heating reaction layer precursor layer 18 and the thick insulating film can be sufficiently ensured, the unreacted electrode base material may be removed by Doiray etching.

(リ32)次に、電極母材17を除去したSiC基板を稀フッ酸または緩衝フッ酸溶液に一定時間浸漬し、すすぎ、乾燥すると、SiC基板の犠牲層8が除去されて図14(i31)のような構造ができる。犠牲層8を溶解させ、加熱反応前駆体層18を溶かさない性質のエッチャントが他にあるなら、それを用いてもよい。また、ウェットエッチではなくドライエッチングで犠牲層8を除去してもよい。
(ヌ3)第1の熱処理が終了して以降の製造工程は、図6(i)〜図6(k)と全く同じなので、説明を省略する。
(Re32) Next, when the SiC substrate from which the electrode base material 17 has been removed is immersed in dilute hydrofluoric acid or buffered hydrofluoric acid solution for a certain period of time, rinsed and dried, the sacrificial layer 8 of the SiC substrate is removed, and FIG. ) Is possible. If there is another etchant that dissolves the sacrificial layer 8 and does not dissolve the heated reaction precursor layer 18, it may be used. Further, the sacrificial layer 8 may be removed by dry etching instead of wet etching.
(No. 3) Since the manufacturing process after the completion of the first heat treatment is exactly the same as that shown in FIGS.

以上説明したように、本第3の実施の形態のオーミック電極構造体の製造方法は、高濃度不純物領域2を含むSiC基板1の表面に厚い絶縁膜3を成膜する工程には、一過性の犠牲層8を形成する工程を含み、かつ、後続の厚い絶縁膜3上部ならびに加熱反応層前駆体層18上部に残された未反応の電極母材17を化学的手段で除去する工程と、続く前記第2の熱処理工程との間に、該一過性の犠牲層8を除去する工程を付加したものである。
また、本第3の実施の形態のオーミック電極構造体は、成膜後からオーミック電極構造体が完成するまでの期間に厚い絶縁膜3は、上層部に、一過性の犠牲層8を具有する履歴を有する。また、厚い絶縁膜3上層部の犠牲層8は、絶縁体または半導体、あるいはこれらの複合物、混合物、積層物で構成される。さらに、厚い絶縁膜3上層部の犠牲層8は、拡散阻止機能を具有する。
As described above, the method of manufacturing the ohmic electrode structure according to the third embodiment is a temporary process for forming the thick insulating film 3 on the surface of the SiC substrate 1 including the high concentration impurity region 2. A step of forming the sacrificial sacrificial layer 8 and removing the unreacted electrode base material 17 left on the subsequent thick insulating film 3 and the heated reaction layer precursor layer 18 by chemical means, A step of removing the temporary sacrificial layer 8 is added between the subsequent second heat treatment step.
In the ohmic electrode structure according to the third embodiment, the thick insulating film 3 has a temporary sacrificial layer 8 in the upper layer portion after the film formation until the ohmic electrode structure is completed. Have a history to do. Further, the sacrificial layer 8 in the upper layer portion of the thick insulating film 3 is made of an insulator or a semiconductor, or a composite, mixture, or laminate thereof. Furthermore, the sacrificial layer 8 on the upper layer of the thick insulating film 3 has a diffusion preventing function.

上記説明から明らかなように、本発明第3の実施の形態では、厚い絶縁膜の上部にその一部として配設された犠牲層8に、第1の熱処理工程で発生する電極母材17の元素の拡散を吸収させるとともに、次の高温熱処理、すなわち第2の熱処理で再拡散する前に、同犠牲層8を完全に除去する構成をしているため、第1の熱処理およびその後の熱工程で電極母材元素が下方に拡散して、デバイスの特性に影響を与えるという問題を解決することができる。本発明の第3の実施の形態に基づいて、前記第1の実施の形態で説明したものと同じ仕様のNi系のTLMコンタクトを作製して、コンタクト抵抗を評価したところ、10−7Ωcm台前半のコンタクト抵抗が得られた。 As is clear from the above description, in the third embodiment of the present invention, the electrode base material 17 generated in the first heat treatment step is formed on the sacrificial layer 8 disposed as a part of the thick insulating film. Since the diffusion of the element is absorbed and the sacrificial layer 8 is completely removed before re-diffusion in the next high-temperature heat treatment, that is, the second heat treatment, the first heat treatment and the subsequent heat process are performed. Thus, the problem that the electrode base material element diffuses downward and affects the characteristics of the device can be solved. Based on the third embodiment of the present invention, a Ni-based TLM contact having the same specifications as described in the first embodiment was fabricated, and the contact resistance was evaluated. As a result, 10 −7 Ωcm 2. The contact resistance in the first half of the table was obtained.

上記本第3の実施の形態の説明では、図1の如き平坦な高濃度不純物領域2を持つオーミック電極構造体に適用した例を用いて説明したが、図2や図3のような凸状あるいは凹状の高濃度不純物領域2を持つ構造体にも、本の実施の形態を適用でできることはもちろんである。
また、本第3の実施の形態では、犠牲層8を厚い絶縁膜3の他の部分と同じ材料で構成していたが、実際には同犠牲層8はこのような制約をなんら受けるものではない。同様の機能を有するものならば、他の絶縁材料、半導体材料でもよい。
さらに、第2の実施の形態における拡散阻止絶縁膜7を犠牲層8として利用する構成としてもよい。この場合、もちろん、拡散阻止絶縁膜7は第2の熱処理が実施される前までに除去されることになる。
本発明のオーミック電極構造体の実施の形態の説明が済んだところで、以下に、同構造体を実際のデバイスに適用した2つの「実施の形態」の説明をする。
In the description of the third embodiment, the example applied to the ohmic electrode structure having the flat high-concentration impurity region 2 as shown in FIG. 1 has been described. However, the convex shape as shown in FIGS. Of course, the present embodiment can also be applied to a structure having a concave high-concentration impurity region 2.
In the third embodiment, the sacrificial layer 8 is made of the same material as the other parts of the thick insulating film 3, but the sacrificial layer 8 is not actually subject to any such restrictions. Absent. Other insulating materials and semiconductor materials may be used as long as they have similar functions.
Furthermore, the diffusion blocking insulating film 7 in the second embodiment may be used as the sacrificial layer 8. In this case, of course, the diffusion prevention insulating film 7 is removed before the second heat treatment is performed.
Now that the embodiments of the ohmic electrode structure according to the present invention have been described, two “embodiments” in which the structure is applied to an actual device will be described below.

(第4の実施の形態)
本発明のオーミック電極構造体およびその製造方法に関する第1の実施の形態を、高周波などの増幅に使用されるSiC−MESFET(SiC金属−半導体構造電界効果トランジスタ)に適用した例である。
(Fourth embodiment)
It is the example which applied 1st Embodiment regarding the ohmic electrode structure of this invention, and its manufacturing method to SiC-MESFET (SiC metal-semiconductor structure field effect transistor) used for amplification of a high frequency.

以下、図面を参照して本発明の第4の実施の形態を説明するが、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Hereinafter, the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are actual. It should be noted that they are different. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

図15は本発明に基づくSiC基板を用いたMESFETの要部断面図である。   FIG. 15 is a cross-sectional view of a principal part of a MESFET using a SiC substrate according to the present invention.

51は半絶縁性またはn型の単結晶SiCバルク基板(以下、簡単に基板と称する)である。例えば窒素(ドナー)を濃度N=1×10+19cm−3にドープした(0001)Si面8°オフカット4H−SiC基板を挙げることができるが、良質なエピタキシャル成長が可能であれば、(0001)Si面でなく他の面でもよいし、結晶多形も4Hでなく、6Hや3C、15Rなどでもよい。基板51の上にはp型の第1のエピタキシャル層52とチャネルとなるn型の第2のエピタキシャル層53が積層されている。第1のエピタキシャル層52の厚みは少なくともtA1=1μm以上、アクセプタ濃度は少なくともNA1=5×10+16cm−3以下が望ましい。第2のエピタキシャル層53の厚みtD2とドナー濃度ND2は製作するMESFETの動作仕様に合わせて適宜選択されるが、通常それぞれ0.2μm<tD2<0.8μm、5×10+16cm−3<ND2<5×10+18cm−3の範囲の値である。51として半絶縁性基板を用いる場合には第1のエピタキシャル層2を省略することができる。 Reference numeral 51 denotes a semi-insulating or n-type single crystal SiC bulk substrate (hereinafter simply referred to as a substrate). For example, a (0001) Si face 8 ° off-cut 4H-SiC substrate doped with nitrogen (donor) at a concentration N D = 1 × 10 +19 cm −3 can be mentioned, but if high-quality epitaxial growth is possible, [0001] Other than the Si face, the crystal polymorph may be 6H, 3C, 15R, etc. instead of 4H. On the substrate 51, a p-type first epitaxial layer 52 and an n-type second epitaxial layer 53 serving as a channel are stacked. The thickness of the first epitaxial layer 52 is preferably at least t A1 = 1 μm or more, and the acceptor concentration is preferably at least N A1 = 5 × 10 +16 cm −3 . The thickness t D2 and the donor concentration N D2 of the second epitaxial layer 53 are appropriately selected according to the operation specifications of the MESFET to be manufactured, but usually 0.2 μm <t D2 <0.8 μm and 5 × 10 +16 cm − respectively. It is a value in the range of 3 <N D2 <5 × 10 +18 cm −3 . When a semi-insulating substrate is used as 51, the first epitaxial layer 2 can be omitted.

54は第2のエピタキシャル層53を孤立(素子分離)させて形成した素子領域である。MESFETはこの領域に形成する。素子分離は図15のように素子領域54の周辺にあるn型の第2エピタキシャル層53をメサエッチングすることで実現してもよいし、イオン注入技術を用いて素子領域54周辺に第1のエピタキシャル層52まで達するp型領域を形成し、素子領域54を取り囲むことで実現してもよい。基板51にn型の基板を用いるときにはメサエッチングは第1のp型エピタキシャル層2を貫通しないようにする。この理由は、後続のフィールド絶縁膜工程で成長する熱酸化膜がp型領域では正の電荷を強く帯びた膜となりやすく、この電荷が原因となってメサエッチング側壁のp型断面領域に反転層が形成され、n型のバルク基板とチャネル領域58aが導通し、素子分離が損なわれる危険があるからである。   Reference numeral 54 denotes an element region formed by isolating (element isolation) the second epitaxial layer 53. The MESFET is formed in this region. The element isolation may be realized by mesa etching the n-type second epitaxial layer 53 around the element region 54 as shown in FIG. 15, or the first isolation may be performed around the element region 54 using an ion implantation technique. It may be realized by forming a p-type region reaching the epitaxial layer 52 and surrounding the element region 54. When an n-type substrate is used as the substrate 51, the mesa etching is prevented from penetrating the first p-type epitaxial layer 2. This is because the thermal oxide film grown in the subsequent field insulating film process tends to be a positively charged film in the p-type region, and this charge causes an inversion layer in the p-type cross-sectional region of the mesa etching sidewall. This is because there is a risk that the n-type bulk substrate and the channel region 58a are electrically connected to each other and element isolation is impaired.

56、57は素子領域54に設けられたn型のソース領域とドレイン領域である。ソース領域56、ドレイン領域57のドナー濃度は最表面において少なくともN>5×10+19cm−3、好ましくはN>1×10+20cm−3であることが望ましい。ソース領域56とドレイン領域55に挟まれたn型領域(=第2のエピタキシャル層3の一部)がチャネル領域58aである。チャネル領域58aは金属汚染や微細な起伏、結晶不整層の少ない表面および表層を有している。 Reference numerals 56 and 57 denote n + -type source and drain regions provided in the element region 54. The donor concentration of the source region 56 and the drain region 57 is at least N D > 5 × 10 +19 cm −3 , preferably N D > 1 × 10 +20 cm −3 on the outermost surface. An n-type region (= a part of the second epitaxial layer 3) sandwiched between the source region 56 and the drain region 55 is a channel region 58a. The channel region 58a has a surface and a surface layer with few metal contamination, fine undulations, and a crystal irregular layer.

メサ構造およびソース55、ドレイン領域57が形成された基板表面には厚い絶縁膜58が形成されている。厚い絶縁膜58はSiC基板表面を熱酸化して成長した薄い熱酸化膜59と熱酸化以外の方法(常圧CVDなど)で堆積した上部絶縁膜60、例えば、PSG(りん珪酸ガラス)膜あるいはSiO膜、の積層膜で構成されている。熱酸化膜9の厚みは50nm未満、好ましくは5〜20nmの範囲であることが望ましく、また、厚い絶縁膜5の総厚は100nm〜3μm、好ましくは、300nm以上が望ましい。熱酸化膜59のうち、特にチェネル上部に位置する部分は上述の金属汚染や微細な起伏、結晶不整層の少ないチャネル表層を熱酸化して形成したものであるから、欠陥の取り込みの少ない高品質の酸化膜となっている。 A thick insulating film 58 is formed on the surface of the substrate on which the mesa structure and the source 55 and drain region 57 are formed. The thick insulating film 58 includes a thin thermal oxide film 59 grown by thermal oxidation of the SiC substrate surface and an upper insulating film 60 deposited by a method other than thermal oxidation (such as atmospheric pressure CVD), such as a PSG (phosphosilicate glass) film or It is composed of a laminated film of SiO 2 film. The thickness of the thermal oxide film 9 is less than 50 nm, preferably 5 to 20 nm, and the total thickness of the thick insulating film 5 is 100 nm to 3 μm, preferably 300 nm or more. Of the thermal oxide film 59, the portion located in the upper part of the channel is formed by thermally oxidizing the above-mentioned metal contamination, fine undulations, and the channel surface layer with few crystal irregular layers, so that it has high quality with less defect incorporation. It is an oxide film.

ソース領域56とドレイン領域57、チャネル領域58aの上部の熱い絶縁膜58には、それぞれ、ソース窓61、ドレイン窓62、ゲート窓63が開口されている。ソース窓/ドレイン窓の底には加熱反応層64、65が選択的にかつ窓の底を密封するように配設され、ソースコンタクト(=オーミック)とドレインコンタクト(=オーミック)を形成している。一方、ゲート窓63の底ではゲート電極66とチャネル領域58aが接触し、ゲート(ショットキー)コンタクトを形成している。なお、ゲート電極66とSiC基板51との界面は階段型の急峻な接合となっている。ゲート電極の材料としては例えばTiとTiNの積層膜(Tiが基板51と接触)を挙げることができるが、他の材料でもよい。TiとTiNの厚みは例えば50nmと150nmである。   A source window 61, a drain window 62, and a gate window 63 are opened in the hot insulating film 58 on the source region 56, the drain region 57, and the channel region 58a, respectively. Heat reaction layers 64 and 65 are selectively and sealed at the bottom of the source / drain windows to form a source contact (= ohmic) and a drain contact (= ohmic). . On the other hand, at the bottom of the gate window 63, the gate electrode 66 and the channel region 58a are in contact with each other to form a gate (Schottky) contact. Note that the interface between the gate electrode 66 and the SiC substrate 51 is a staircase type steep junction. Examples of the material of the gate electrode include a laminated film of Ti and TiN (Ti is in contact with the substrate 51), but other materials may be used. The thicknesses of Ti and TiN are, for example, 50 nm and 150 nm.

67と68、69はそれぞれソースコンタクトとドレインコンタクト、ゲートコンタクトの配線導体(パッド)で、厚い絶縁膜55上に配設され、厚いAlなどで構成される。配線導体67、68とソース/ドレインの加熱反応層64と65との間には、両導体の付着力や接触抵抗、耐熱性を改善するため、TiやTiN、TaNなどの導電体を挿入することもできる。ゲート接触(=電極)の引き出し配線は、図15のようにチャネル領域58a上部でゲート電極66と接触する構造とはせずに、チャネル領域58aの外の領域で接触する構造とすることもできる。   67, 68, and 69 are wiring conductors (pads) of a source contact, a drain contact, and a gate contact, respectively, disposed on the thick insulating film 55 and made of thick Al or the like. A conductor such as Ti, TiN, or TaN is inserted between the wiring conductors 67 and 68 and the source / drain heating reaction layers 64 and 65 in order to improve adhesion, contact resistance, and heat resistance of both conductors. You can also. As shown in FIG. 15, the gate contact (= electrode) lead-out wiring may not be configured to contact the gate electrode 66 above the channel region 58a, but may be configured to contact the region outside the channel region 58a. .

以上の説明から明らかなとおり、本発明に基づくSiC基板の一主面にソース/ドレインオーミック構造体を有するMESFETは配線導体67、68と加熱反応層64、65との間に未反応の抵抗の高い電極母材を介在させない構成をしているので、同未反応電極母材を介在させる従来のコンタクト技術よりもソース/ドレイン・コンタクトのコンタクト抵抗を低減できる、ひいては、トランジスタのソース−ドレイン間抵抗を削減できる、という効果を有する。また、本発明に基づくソース/ドレインオーミック電極構造体を有するMESFETでは、加熱反応層64、65とソース窓(接触窓)/ドレイン窓(接触窓)56a、57aの側壁との間のギャップを削除できるので、その分、ソース/ドレイン・コンタクトの寸法を小さくでき、ひいてはMESFETのサイズを低減できるという効果が得られる。   As is apparent from the above description, the MESFET having the source / drain ohmic structure on one main surface of the SiC substrate according to the present invention has an unreacted resistance between the wiring conductors 67 and 68 and the heating reaction layers 64 and 65. Since the high electrode base material is not interposed, the contact resistance of the source / drain contact can be reduced as compared with the conventional contact technology in which the unreacted electrode base material is interposed. Can be reduced. In the MESFET having the source / drain ohmic electrode structure according to the present invention, the gap between the heating reaction layers 64 and 65 and the side walls of the source window (contact window) / drain window (contact window) 56a and 57a is eliminated. As a result, the size of the source / drain contact can be reduced correspondingly, and as a result, the size of the MESFET can be reduced.

次に、上記図15に示したMESFETの製造方法を図16〜図17を参照しながら説明する。ここでは理解を容易にするために、できるだけ具体的な製造条件を挙げて説明するが、これは本発明がこの条件に限定されることを意味するものではない。   Next, a method for manufacturing the MESFET shown in FIG. 15 will be described with reference to FIGS. Here, for ease of understanding, description will be made with specific manufacturing conditions as much as possible, but this does not mean that the present invention is limited to these conditions.

(A)はじめに、窒素(ドナー)を濃度N=1×10+19cm−3にドープした(0001)Si面8°オフカット4H−SiC基板51を前出のRCA洗浄などで充分洗浄した後、周知のシランとプロパンを原料とした高温CVD法(成長温度1500℃)で基板51表面にp型の第1エピタキシャル層52(tA1=4.5μm、NA1=5×10+15cm−3)とn型の第2エピタキシャル層53(tD2=0.4μm、1.5×10+17cm−3)を成長する。p型のドーパンド材はトリメチルアルミニウム、n型のドーパンド材は窒素である。基板51の裏面には低品質のエピタキシャル層が付着しているので、シランと酸素を用いたCVDで基板51の表面に厚いSiO膜を堆積し保護してから、裏面のエピタキシャル層を機械的研磨で除去し、終了後保護膜を除くと、図16(a)のような構造になる
(B)次に、酸化膜マスクを用いて基板51表面を反応性イオンエッチング(RIE)し、メサ構造による素子領域54を形成する。本実施例ではn型の基板51を用いているので、メサエッチングにあたっては第1エピタキシャル層52を貫通しないように留意する。エッチングに使用する酸化膜マスク(図示せず)は2μm厚のCVD−SiOを成膜し、これをフォトリソグラフィとRIEでパタニングすることで形成する。メサエッチングが終了したら、図16(b)に示すように、使用した酸化膜マスクを緩衝フッ酸溶液(BHF)で除去する。
(C)次に、高濃度不純物領域としてのソース領域56、ドレイン領域57の予定領域に選択的にイオン注入するための酸化膜マスク(CVD−SiO、2μm厚。図示せず)を形成する。フォトリソグラフィとRIEで酸化膜マスクのパタニング(すなわち、ソース/ドレイン領域を開口する)を終えたら、レジストを除去し、RCA洗浄などで充分洗浄した基板1表面にイオン注入の深さを調節するための25nm厚のスルー膜(CVD−SiO。図示せず)を成膜し、基板表面に向けて燐イオン500℃で注入する。多段の加速電圧とドーズ量の一例は次のとおりである。
(A) First, after nitrogen (donor) is doped to a concentration of N D = 1 × 10 +19 cm −3 (0001) Si surface 8 ° off-cut 4H—SiC substrate 51 is sufficiently cleaned by the above-described RCA cleaning or the like. Then, a p-type first epitaxial layer 52 (t A1 = 4.5 μm, N A1 = 5 × 10 +15 cm −3 ) is formed on the surface of the substrate 51 by a known high-temperature CVD method (growth temperature 1500 ° C.) using silane and propane as raw materials. ) And an n-type second epitaxial layer 53 (t D2 = 0.4 μm, 1.5 × 10 +17 cm −3 ). The p-type dopant is trimethylaluminum, and the n-type dopant is nitrogen. Since a low-quality epitaxial layer adheres to the back surface of the substrate 51, a thick SiO 2 film is deposited and protected on the surface of the substrate 51 by CVD using silane and oxygen, and then the epitaxial layer on the back surface is mechanically bonded. After removal by polishing and removal of the protective film after completion, the structure shown in FIG. 16A is obtained. (B) Next, the surface of the substrate 51 is subjected to reactive ion etching (RIE) using an oxide film mask to obtain a mesa. An element region 54 having a structure is formed. In this embodiment, since the n-type substrate 51 is used, care should be taken not to penetrate the first epitaxial layer 52 during mesa etching. An oxide film mask (not shown) used for etching is formed by depositing CVD-SiO 2 having a thickness of 2 μm and patterning it by photolithography and RIE. When the mesa etching is completed, the used oxide film mask is removed with a buffered hydrofluoric acid solution (BHF) as shown in FIG.
(C) Next, an oxide film mask (CVD-SiO 2 , 2 μm thickness, not shown) for selectively ion-implanting the source region 56 and the drain region 57 as the high-concentration impurity regions is formed. . After patterning of the oxide film mask (that is, opening the source / drain regions) by photolithography and RIE, the resist is removed, and the depth of ion implantation is adjusted to the surface of the substrate 1 sufficiently cleaned by RCA cleaning or the like. A through film (CVD-SiO 2 , not shown) having a thickness of 25 nm is formed and implanted toward the substrate surface at 500 ° C. with phosphorus ions. An example of the multistage acceleration voltage and the dose is as follows.

30keV、5.0×1014cm−2
50keV、6.0×1014cm−2
70keV、6.0×1014cm−2
100keV、9.0×1014cm−2
130keV、2.4×1015cm−2
この条件で注入を行うとソース領域56/ドレイン領域57において、ほぼ基板51表面から深さ方向に一様なドナー分布(不純物濃度が3.0×1020cm−3)が実現される。燐のイオン注入が終了したら、BHFで酸化膜マスクとスルー膜を完全に除去し、基板表面をRCA洗浄する。表面の清浄化が済んだら、基板1を高純度Ar雰囲気で1700℃、1分間の熱処理にかけ、ソース領域56/ドレイン領域57に注入した燐イオンを活性化する(図16(c))。このような条件で熱処理した燐イオンは95%以上活性化していることがホール効果の測定で確認されている。
30 keV, 5.0 × 10 14 cm −2
50 keV, 6.0 × 10 14 cm −2
70 keV, 6.0 × 10 14 cm −2
100 keV, 9.0 × 10 14 cm −2
130 keV, 2.4 × 10 15 cm −2
If implantation is performed under these conditions, a donor distribution (impurity concentration of 3.0 × 10 20 cm −3 ) that is substantially uniform in the depth direction from the surface of the substrate 51 is realized in the source region 56 / drain region 57. When phosphorus ion implantation is completed, the oxide film mask and the through film are completely removed with BHF, and the substrate surface is RCA cleaned. After the surface is cleaned, the substrate 1 is subjected to a heat treatment at 1700 ° C. for 1 minute in a high-purity Ar atmosphere to activate phosphorus ions implanted into the source region 56 / drain region 57 (FIG. 16C). It has been confirmed by measurement of the Hall effect that the phosphorus ions heat-treated under such conditions are activated by 95% or more.

次は、本発明を最も特徴付けるオーミック電極構造体を形成する工程であるから、もう少し詳しく説明する。   The next step is a process for forming an ohmic electrode structure that best characterizes the present invention, and will be described in more detail.

(D)ソース領域56/ドレイン領域57の形成が終了したら、RCA洗浄で清浄化した基板表面に約20〜40nmの一過性の酸化膜(1100℃、ドライ酸化)を成長させ、成長した酸化膜を希釈フッ酸溶液(DHF)で直ちに取り除く。この工程によって、イオン注入と活性化熱処理でSiC基板1表面に生じた結晶不整層、注入損傷層、各種汚染層、炭化層を効果的に除去することができる。一過性の熱酸化膜をDHFで除去したら基板51を充分洗浄し、図17(d)に示すように、基板51表面に再び約20nm厚の熱酸化膜(1100℃、WET酸化)59を成長し、さらにその上に常圧CVDで800nmの酸化膜からなる上部絶縁膜60を堆積する。こうして熱酸化膜59と上部絶縁膜60とで構成される厚い絶縁膜58が形成される。   (D) When the formation of the source region 56 / drain region 57 is completed, a transient oxide film (1100 ° C., dry oxidation) of about 20 to 40 nm is grown on the substrate surface cleaned by RCA cleaning, and the grown oxide The membrane is immediately removed with dilute hydrofluoric acid solution (DHF). By this step, the crystal irregular layer, implantation damage layer, various contamination layers, and carbonized layer generated on the surface of the SiC substrate 1 by ion implantation and activation heat treatment can be effectively removed. After the temporary thermal oxide film is removed by DHF, the substrate 51 is sufficiently washed, and a thermal oxide film (1100 ° C., WET oxidation) 59 having a thickness of about 20 nm is again formed on the surface of the substrate 51 as shown in FIG. Then, an upper insulating film 60 made of an oxide film having a thickness of 800 nm is deposited thereon by atmospheric pressure CVD. Thus, a thick insulating film 58 composed of the thermal oxide film 59 and the upper insulating film 60 is formed.

(E)次に、厚い絶縁膜58の表面に厚み1〜2μmのフォトレジストを塗布し、露光し、現像することによってソース窓56aとドレイン窓57aに対応する領域のフォトレジストを除去し、つづいてCHFガスプラズマなどを用いた、厚い絶縁膜58の反応性イオンエッチング(RIE)を行う。可能な限り低いコンタクト抵抗を求めるのなら、厚い絶縁膜58を数100nm残したところでRIEをやめ、BHFを用いたウエット・エッチングに切り換えるようにする。エッチングを終えたら、レジストを除去し、RCA洗浄などでSiC基板51を充分洗浄すると図17(e)の構造ができる。 (E) Next, a photoresist having a thickness of 1 to 2 [mu] m is applied to the surface of the thick insulating film 58, exposed, and developed to remove the photoresist in regions corresponding to the source window 56a and the drain window 57a. Then, reactive ion etching (RIE) of the thick insulating film 58 is performed using CHF 3 gas plasma or the like. If the lowest possible contact resistance is desired, the RIE is stopped when the thick insulating film 58 is left several hundreds of nanometers, and switching to wet etching using BHF is performed. When the etching is finished, the resist is removed, and the SiC substrate 51 is sufficiently cleaned by RCA cleaning or the like, whereby the structure of FIG.

(F)ソース窓56aとドレイン窓57aが開口したら、本発明の第1の実施の形態の製造工程(ト)〜(チ)と同様にして、SiC基板51の表面全面に母材電極70を成膜した後、第1の熱処理を加えて、電極母材70とソース領域56、ドレイン領域57との間にそれぞれ加熱反応層前駆体層71と72を生成する。電極母材として、電子ビーク蒸着で成膜した厚み50nmの場合のNiの適正な熱処理条件を具体例として挙げると、熱処理温度は600℃、熱処理時間は2時間である。加熱反応層前駆体層71、72はSiC基板51と直に接しているところで起こる固相反応であるから、同前駆体は結果として図17(f)のようにソース領域56、ドレイン領域57の接触面に自動的に整合して選択的に配設される。   (F) When the source window 56a and the drain window 57a are opened, the base electrode 70 is formed on the entire surface of the SiC substrate 51 in the same manner as in the manufacturing steps (g) to (h) of the first embodiment of the present invention. After the film formation, a first heat treatment is applied to generate heating reaction layer precursor layers 71 and 72 between the electrode base material 70 and the source region 56 and drain region 57, respectively. As an electrode base material, an appropriate heat treatment condition of Ni in the case of a thickness of 50 nm formed by electron beak deposition is given as a specific example. The heat treatment temperature is 600 ° C. and the heat treatment time is 2 hours. Since the heating reaction layer precursor layers 71 and 72 are solid-phase reactions that occur in direct contact with the SiC substrate 51, the precursors result in the source region 56 and the drain region 57 as shown in FIG. It is selectively arranged in automatic alignment with the contact surface.

(G)次に、第1の熱処理工程で未反応の電極母材79を第1実施の形態に記載の酸系のエッチャントで完全に除去したあと、SiC基板51を洗浄し、その後、第1の熱処理の温度よりも高い温度でSiC基板を熱処理(第2の熱処理)して、加熱反応層前駆体層71、72とSiC基板51の固相反応を促進させることで、加熱反応層前駆体層71、72を熱力学的な安定な相を主成分とする加熱反応層64、65に転化させる。熱処理の雰囲気は第1の熱処理と同様の高純度不活性雰囲気である。この段階での構造を図示したのが図18(g)である。第2の熱処理の温度および時間はそれそれ700℃〜1200℃、30秒間〜100分間の範囲に設定される。前出のNi電極系の前駆体の場合には、温度を950℃〜1050℃、時間を30秒間〜2分間にすると非常に良好な結果を与える。このような条件で熱処理を行うと、NiSi、NiSi、Ni31Si12、NiSi等の低級の珪化物前駆体がSiC基板1のSi元素を取り込んで、化学的に最も安定でかつ低抵抗コンタクトが得られるNiSiを主成分とする加熱反応層になる。 (G) Next, after the unreacted electrode base material 79 is completely removed by the acid-based etchant described in the first embodiment in the first heat treatment step, the SiC substrate 51 is washed, and then the first By heating the SiC substrate at a temperature higher than the temperature of the heat treatment (second heat treatment) to promote the solid phase reaction between the heating reaction layer precursor layers 71 and 72 and the SiC substrate 51, the heating reaction layer precursor is heated. The layers 71 and 72 are converted into heating reaction layers 64 and 65 mainly composed of a thermodynamically stable phase. The atmosphere of the heat treatment is a high purity inert atmosphere similar to the first heat treatment. FIG. 18G illustrates the structure at this stage. The temperature and time of the second heat treatment are set in the range of 700 ° C. to 1200 ° C. for 30 seconds to 100 minutes, respectively. In the case of the Ni electrode system precursor described above, a very good result is obtained when the temperature is 950 ° C. to 1050 ° C. and the time is 30 seconds to 2 minutes. When heat treatment is performed under such conditions, lower silicide precursors such as Ni 3 Si, Ni 2 Si, Ni 31 Si 12 , and NiSi take in the Si element of the SiC substrate 1 and are the most chemically stable and A heat-reactive layer mainly composed of NiSi 2 from which a low resistance contact can be obtained is obtained.

(H)加熱反応層64、65が形成されたところで、周知のフォトリソグラフィーとウエットエッチングまたはドライエッチング(RIEなどの)を用いて、図18(h)に示すように、厚い絶縁膜58にゲート窓63を開口する。ドライエッチングで開口するときには、ウエットエッチングを併用すると良好なトランジスタ特性が得られる。すなわち、最初にドライエッチングを行い、厚い絶縁膜58を数10nm残したところで、ウエットエッチングに切り換えるようにする。ゲート窓63をドライエッチングで貫通させると、チャネル表面に加速プラズマダメージを与え、ゲート・ショットキー接触の逆方向バイアス漏れ電流を増大させるという問題を引き起こす。ウエットエッチングを併用するのが困難な程微細なゲート窓63を形成する必要がある場合はECR(電子サイクロトロン共鳴)プラスマエッチングのようなプラズマダメージの少ないドライエッチング手段を用いるのが肝要である。
エッチングに使用したフォトレジストを除去し、SiC基板51を十分洗浄して、乾燥する。特殊な例外を除いて一般に、洗浄には洗浄効果の高いRCA洗浄のような洗浄法を用いることができる。加熱反応層64、65が酸・アルカリ系洗浄液に対して強い耐性を示すからである。このようにしてできた構造が図18(h)である
(I)洗浄が済んだところで、SiC基板51の表面全面に所定の厚みの(ショットキー)ゲート電極材と配線導体材を電子ビーム蒸着あるいはDCマグネトロンスパッタリングなどの手段を用いて成膜する。なお、ゲート電極材と配線導体材の成膜は連続で行うことが望ましい。代表的なゲート電極材としてTi、配線導体材としてAlを挙げることができるが、もちろんこれに限定されるものではない。MESFETが高温で使用される場合には、ゲート電極材と配線導体材との間に相互拡散を防止するバリヤメタルを配設して耐熱性を向上させることができる。この目的に適合するバリヤメタルとして例えば、TiNやTaNがある。
ゲート窓開口エッチングとゲート電極材の蒸着との間の放置時間と雰囲気はトランジスタ特性の良否を左右する極めて重要な決定因子である。この時間が長いと、ゲート窓63の底部に自然酸化膜が生成したり、ハイドロ・カーボンが再付着したりして、ゲート電極66のショットキー特性が劣化し、これがトランジスタ特性の低下を招く。このため、ゲート窓63の開口後は可能な限り早くゲート電極材を被着させる必要がある。
この後、周知のフォトリソグラフィーとウエットエッチングまたはドライエッチング(RIEなど)を用いて、ゲート電極材と配線導体材とを同時にパタニングすると、図18(i)のように、ゲート電極66とソースおよびドレイン、ゲートの各配線導体67、68、69が形成され、本発明のSiC半導体装置に基づくSiC MESFETが完成する。
(H) When the heat reaction layers 64 and 65 are formed, a gate is formed on the thick insulating film 58 using well-known photolithography and wet etching or dry etching (such as RIE) as shown in FIG. The window 63 is opened. When opening is performed by dry etching, good transistor characteristics can be obtained by using wet etching together. That is, dry etching is first performed, and when the thick insulating film 58 is left several tens of nm, switching to wet etching is performed. If the gate window 63 is penetrated by dry etching, acceleration plasma damage is caused on the channel surface, and the reverse bias leakage current of the gate-Schottky contact is increased. When it is necessary to form a gate window 63 that is so fine that it is difficult to use wet etching together, it is important to use dry etching means with little plasma damage, such as ECR (electron cyclotron resonance) plasma etching.
The photoresist used for the etching is removed, and the SiC substrate 51 is sufficiently washed and dried. In general, a cleaning method such as RCA cleaning having a high cleaning effect can be used for cleaning, with a special exception. This is because the heating reaction layers 64 and 65 exhibit strong resistance to the acid / alkali cleaning liquid. FIG. 18H shows the structure thus formed. (I) When the cleaning is completed, a (Schottky) gate electrode material and a wiring conductor material having a predetermined thickness are deposited on the entire surface of the SiC substrate 51 by electron beam evaporation. Or it forms into a film using means, such as DC magnetron sputtering. Note that it is desirable to continuously form the gate electrode material and the wiring conductor material. Ti can be cited as a typical gate electrode material, and Al can be cited as a wiring conductor material. However, the present invention is not limited to this. When the MESFET is used at a high temperature, it is possible to improve the heat resistance by providing a barrier metal for preventing mutual diffusion between the gate electrode material and the wiring conductor material. Examples of the barrier metal suitable for this purpose include TiN and TaN.
The standing time and atmosphere between the gate window opening etching and the gate electrode material deposition are extremely important determinants which determine the quality of transistor characteristics. If this time is long, a natural oxide film is formed at the bottom of the gate window 63, or hydrocarbon is reattached, and the Schottky characteristic of the gate electrode 66 is deteriorated, which causes deterioration of transistor characteristics. For this reason, it is necessary to deposit the gate electrode material as soon as possible after the opening of the gate window 63.
Thereafter, when the gate electrode material and the wiring conductor material are simultaneously patterned using known photolithography and wet etching or dry etching (RIE, etc.), as shown in FIG. The wiring conductors 67, 68, 69 of the gate are formed, and the SiC MESFET based on the SiC semiconductor device of the present invention is completed.

以上説明したように、本第4の実施の形態の半導体装置の製造方法は、SiC基板51の表面に高濃度不純物領域としてソース領域56、ドレイン領域57を選択的に形成する工程と、ソース領域56、ドレイン領域57を含むSiC基板51の表面に厚い絶縁膜58を成膜する工程と、ソース領域56、ドレイン領域57の表面を露出するように厚い絶縁膜58にオーミック・コンタクト窓としてソース窓56a、ドレイン窓57aを開口する工程と、ソース窓56a、ドレイン窓57aを開口したSiC基板51全面に所定の電極母材70を成膜する工程と、電極母材70を成膜したSiC基板51を熱処理して電極母材70とソース領域56、ドレイン領域57を含むSiC基板51との間に加熱反応層前駆体層71、72を形成する第1の熱処理工程と、厚い絶縁膜58上部ならびに加熱反応層前駆体層71、72上部に残された未反応の電極母材70を化学的手段で除去する工程と、未反応の電極母材70を除去したSiC基板51を、第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度で熱処理し、ソース窓56a、ドレイン窓57a内底の加熱反応層前駆体層71、72を加熱反応層64、65に転化させる第2の熱処理工程と、該第2の熱処理工程が済んだSiC基板51のショットキー・コンタクト窓としてゲート窓63を開口する工程と、少なくともゲート窓63の底部にショットキー電極材からなる電極材としてゲート電極66を配設する工程と、または該加熱反応層64、65の表面上に設けたゲート電極66と同時に設けた電極材の表面(なお、ソース窓56a、ドレイン窓57aに該電極材を設けない場合は、ソース窓56a、ドレイン窓57a内底の加熱反応層64、65の表面)、およびゲート窓63の底部に設けたゲート電極66の表面に接し、かつ厚い絶縁膜58の上部にまで伸延された配線導体67、68、69を形成する工程とを含んでなる。   As described above, the method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment selectively forms the source region 56 and the drain region 57 as the high concentration impurity region on the surface of the SiC substrate 51, and the source region. 56, a step of forming a thick insulating film 58 on the surface of the SiC substrate 51 including the drain region 57, and a source window as an ohmic contact window on the thick insulating film 58 so as to expose the surfaces of the source region 56 and the drain region 57. 56a, a step of opening the drain window 57a, a step of forming a predetermined electrode base material 70 on the entire surface of the SiC substrate 51 having the source window 56a and the drain window 57a open, and an SiC substrate 51 on which the electrode base material 70 is formed. Is heated to form heating reaction layer precursor layers 71 and 72 between the electrode base material 70 and the SiC substrate 51 including the source region 56 and the drain region 57. 1, a step of removing the unreacted electrode base material 70 left on the thick insulating film 58 and the heat reaction layer precursor layers 71 and 72 by chemical means, and an unreacted electrode base material 70. The SiC substrate 51 from which the heat treatment has been removed is heat-treated at a temperature equal to or higher than the temperature of the first heat treatment step, and the heating reaction layer precursor layers 71 and 72 on the inner bottoms of the source window 56a and the drain window 57a are heated reaction layers. A second heat treatment step for converting to 64, 65, a step of opening the gate window 63 as a Schottky contact window of the SiC substrate 51 that has undergone the second heat treatment step, and a Schottky at least at the bottom of the gate window 63 The step of disposing the gate electrode 66 as an electrode material made of an electrode material, or the surface of the electrode material provided at the same time as the gate electrode 66 provided on the surface of the heating reaction layers 64 and 65 When the electrode material is not provided in the window 56a and the drain window 57a, the surface of the source window 56a, the heating reaction layers 64 and 65 in the bottom of the drain window 57a), and the surface of the gate electrode 66 provided in the bottom of the gate window 63 And forming a wiring conductor 67, 68, 69 extended to the upper part of the thick insulating film 58.

さらに詳細に述べると、SiC基板51の表面に導電不純物を高濃度に添加したソース領域56、ドレイン領域57を選択的に形成する工程と、ソース領域56、ドレイン領域57を含むSiC基板51の表面に厚い絶縁膜58を成膜する工程と、ソース領域56、ドレイン領域57の表面を露出するように厚い絶縁膜58にソース窓56a、ドレイン窓57aを開口する工程と、ソース窓56a、ドレイン窓57aを開口したSiC基板51全面に所定の電極母材70を成膜する工程と、電極母材70を成膜したSiC基板51を熱処理して電極母材70とソース領域56、ドレイン領域57を含むSiC基板51との間に加熱反応層前駆体層71、72を形成する第1の熱処理工程と、厚い絶縁膜58上部ならびに加熱反応層前駆体層71、72上部に残された未反応の前記電極母材70を化学的手段で除去する工程と、前記未反応の電極母材70を除去したSiC基板51を、前記第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度で再び熱処理し、ソース窓56a、ドレイン窓57a内底の加熱反応層前駆体層71、72を加熱反応層64、65に転化させる第2の熱処理工程と、第2の熱処理工程が済んだSiC基板51のゲート窓63を開口する工程と、少なくともゲート窓63の底部にショットキー電極材からなる電極材を配設する工程と、ソース窓56a、ドレイン窓57a内底の加熱反応層64、65の表面または該加熱反応層64、65の表面上に設けた前記電極材の表面、およびゲート窓63の底部に設けた前記電極材の表面に接し、かつ厚い絶縁膜58の上部にまで伸延された配線導体67、68、69を形成する工程とを含んでなる。   More specifically, a step of selectively forming a source region 56 and a drain region 57 in which conductive impurities are added at a high concentration on the surface of the SiC substrate 51, and a surface of the SiC substrate 51 including the source region 56 and the drain region 57. A step of forming a thick insulating film 58, a step of opening the source window 56a and the drain window 57a in the thick insulating film 58 so as to expose the surfaces of the source region 56 and the drain region 57, and a source window 56a and a drain window. A step of forming a predetermined electrode base material 70 on the entire surface of the SiC substrate 51 having openings 57a, and a heat treatment of the SiC substrate 51 on which the electrode base material 70 is formed to form the electrode base material 70, the source region 56, and the drain region 57 A first heat treatment step for forming the heating reaction layer precursor layers 71 and 72 between the SiC substrate 51 and the upper part of the thick insulating film 58 and the heating reaction layer precursor layer 7. , 72 to remove the unreacted electrode base material 70 left on the upper portion by chemical means, and to remove the SiC substrate 51 from which the unreacted electrode base material 70 has been removed from the temperature of the first heat treatment step. A second heat treatment step in which heat treatment is performed again at the same or higher temperature to convert the heat reaction layer precursor layers 71 and 72 in the bottom of the source window 56a and the drain window 57a into heat reaction layers 64 and 65; A step of opening the gate window 63 of the SiC substrate 51 after the heat treatment step, a step of disposing an electrode material made of a Schottky electrode material at least at the bottom of the gate window 63, and an inner bottom of the source window 56a and the drain window 57a A thick insulating film in contact with the surface of the electrode material provided on the surface of the heating reaction layers 64 and 65 or the surface of the electrode material provided on the surface of the heating reaction layers 64 and 65 and the surface of the electrode material provided on the bottom of the gate window 63 58 Comprising the steps of forming a wiring conductor 67, 68, 69 which distracted to the top.

また、本第4の実施の形態の半導体装置は、SiC基板51の一主面にショットキー電極構造体とオーミック電極構造体とを具有する炭化珪素半導体装置であって、該オーミック電極構造体が前記第1の実施の形態のオーミック電極構造体で構成されている。また、SiC基板51の一主面に形成した炭化珪素・金属−半導体電界効果半導体装置であって、ソースコンタクトまたはドレインコンタトの少なくとも一方が前記第1の実施の形態のオーミック電極構造体で構成されている。さらに、炭化珪素・金属−半導体電界効果半導体装置であって、ソースコンタクトまたはドレインコンタトの加熱反応層64、65と、同コンタクトの配線導体67、68の間に、ゲート・ショットキーコンタクトと同一かつ同時に形成された電極材が挟持されている。   The semiconductor device according to the fourth embodiment is a silicon carbide semiconductor device having a Schottky electrode structure and an ohmic electrode structure on one main surface of SiC substrate 51, and the ohmic electrode structure is The ohmic electrode structure of the first embodiment is used. Further, in the silicon carbide / metal-semiconductor field effect semiconductor device formed on one main surface of the SiC substrate 51, at least one of the source contact and the drain contact is constituted by the ohmic electrode structure according to the first embodiment. Has been. Further, the silicon carbide / metal-semiconductor field effect semiconductor device is the same as the gate / Schottky contact between the heat reaction layers 64 and 65 of the source contact or drain contact and the wiring conductors 67 and 68 of the contact. And the electrode material formed simultaneously is clamped.

以上の詳細な説明から明らかなように、本発明に基づくSiC半導体装置(MESFET)の製造方法は、ソース窓、ドレイン窓の底部に加熱反応層を配設するのにフォトレジストを一切使用しない新しい自己整合プロセス(図17(e)〜図18(h)を使用しているので、同工程においてフォトレジスト等を用いたリフト・オフ法に起因して発生した前記特許文献1の従来技術の問題点、(1)コンタクト不良が生じたり、洗浄費用がかさむ、(2)レジスト汚染を嫌う、Si集積回路プロセス用の蒸着装置を共用することができない、同工程専用の蒸着装置およびそれを設置する専用のクリーンルーム・スペースを用意しなければならない、という問題を同時に解決している、と言うことができる。   As apparent from the above detailed description, the SiC semiconductor device (MESFET) manufacturing method according to the present invention is a new method that does not use any photoresist to dispose a heating reaction layer at the bottom of the source window and drain window. Since the self-alignment process (FIGS. 17 (e) to 18 (h) is used, the problem of the prior art of Patent Document 1 caused by the lift-off method using a photoresist or the like in the same step. Points: (1) Contact failure occurs and cleaning costs increase, (2) Resist contamination is disliked, and a deposition apparatus for the Si integrated circuit process cannot be shared, and a dedicated deposition apparatus for the process is installed It can be said that it solves the problem of having to prepare a dedicated clean room space at the same time.

また、本第4の実施の形態においては、本発明全体に共通する上記効果の外に、次に述べるような、本実施の形態固有の効果もある。
SiC−MESFETのゲート電極構造体の製造プロセスとして広く用いられている方法は、文献「S. Sriram, R. R. Siergiej, R. C. Clarke, A. K. Agarwal, C. D. Brandt, physica status solidi (a), Vol. 162 p441 (1997)」に記載されているような、フォトレジスト(あるいは電子ビーム露光レジスト)を用いた電極リフト・オフ法である。加えて、SiC−MESFETのゲート長はサブミクロン規模と非常に微細である。すなわち、従来のSiC−MESFETのゲート電極構造体においても、ソース、ドレインオーミック電極構造体の製造方法と同様な問題(1)と(2)が発生していた。しかしながら、上記図18(g)〜(i)の説明から明らかなとおり、本発明のMESFETの製造方法においては、ゲート電極の形成工程においてもリフトオフ法を用いない構成をとっているので、(1)コンタクト不良が生じたり、洗浄費用がかさむ、(2)Si集積回路プロセス用の蒸着装置を共用することができない、同工程専用の蒸着装置およびそれを設置する専用のクリーンルーム・スペースを用意しなければならない、という問題をも同時に解決することができる。
また、本第4の実施の形態ではゲート電極66形成用の導体膜を、ソース/ドレインの配線導体67、68とソース/ドレインの加熱反応層64、65との間の接着補強膜あるいはバリヤ膜としても兼用する構造であり、かつ、ゲート電極66といっしょに作製する構成であるため、無駄がなく、導体材料と製造時間を節約できるという効果もある。
Further, in the fourth embodiment, in addition to the effects common to the entire present invention, there are effects unique to the present embodiment as described below.
A widely used method for manufacturing a gate electrode structure of an SiC-MESFET is described in the literature “S. Sriram, RR Siergiej, RC Clarke, AK Agarwal, CD Brandt, physica status solidi (a), Vol. 162 p441 ( 1997) ”is an electrode lift-off method using a photoresist (or electron beam exposure resist). In addition, the gate length of the SiC-MESFET is very fine on the submicron scale. That is, even in the conventional SiC-MESFET gate electrode structure, the same problems (1) and (2) as in the method of manufacturing the source and drain ohmic electrode structures have occurred. However, as is apparent from the description of FIGS. 18G to 18I, the MESFET manufacturing method of the present invention has a configuration in which the lift-off method is not used even in the gate electrode formation step. ) Contact failure occurs and cleaning cost is high, (2) Vapor deposition equipment for Si integrated circuit process cannot be shared, and dedicated vapor deposition equipment for the same process and clean room space dedicated to installing it must be prepared The problem of having to be solved can be solved at the same time.
In the fourth embodiment, a conductive film for forming the gate electrode 66 is used as an adhesion reinforcing film or a barrier film between the source / drain wiring conductors 67 and 68 and the source / drain heating reaction layers 64 and 65. In addition, since the structure is also used together with the gate electrode 66, there is no waste, and there is an effect that the conductor material and the manufacturing time can be saved.

実例として、ソース/ドレイン加熱反応層64、65の電極母材70として厚み50nmのNi、ゲート電極66としてTi/TiN(TiがSiC基板51に接する)を用いた図15記載のMESFET(ゲート長3μm)の結果を紹介する。第1と第2のエピタキシャル層の形成条件、イオン注入や不純物活性化の条件は上記製造工程で例示したとおりである。   As an example, the MESFET (gate length) shown in FIG. 15 using Ni having a thickness of 50 nm as the electrode base material 70 of the source / drain heating reaction layers 64 and 65 and Ti / TiN (Ti is in contact with the SiC substrate 51) as the gate electrode 66. 3μm) results are introduced. The conditions for forming the first and second epitaxial layers and the conditions for ion implantation and impurity activation are as exemplified in the above manufacturing process.

図19はソース/ドレイン領域のコンタクト抵抗を決定するときのTLMプロットを示す図である。プロットが一直線に乗ることから、コンタクト抵抗とソース/ドレイン領域(高濃度不純物領域)のシート抵抗が一様であることがわかる。TLM解析からソース/ドレインのコンタクト抵抗はρC=1.7×10−6Ωcmと非常に低い値であることがわかった。図20はこのMESFETのドレイン電流−ドレイン電圧(I−Vds)特性を示す図である。パラメータはゲート電圧Vgである。I−Vdsが原点から直線状に延びていることはソース/ドレインに良好なオーミックコンタクトが得られていることを示唆している。典型的なトランジスタの静特性が得られていることから、ソース/ドレインのオーミックコンタクトとともに、ゲート電極でも良質のショットキーコンタクトが形成されていることが確認される。 FIG. 19 is a diagram showing a TLM plot when determining the contact resistance of the source / drain region. Since the plots are on a straight line, it can be seen that the contact resistance and the sheet resistance of the source / drain region (high concentration impurity region) are uniform. From the TLM analysis, it was found that the contact resistance of the source / drain was a very low value of ρC = 1.7 × 10 −6 Ωcm 2 . Figure 20 is the drain current of the MESFET - a diagram showing the drain voltage (I d -V ds) characteristic. The parameter is the gate voltage Vg. The fact that I d −V ds extends linearly from the origin suggests that a good ohmic contact is obtained at the source / drain. Since the static characteristics of a typical transistor are obtained, it is confirmed that a high-quality Schottky contact is formed not only on the source / drain ohmic contact but also on the gate electrode.

(第5の実施の形態)
本発明のオーミック電極構造体およびその製造方法に関する第5の実施の形態は、ソースとドレインがSiC基板のそれぞれ表と裏にある縦型MOSFET(金属−酸化物−半導体構造電界効果トランジスタ)に適用した例である。
以下、図面を参照して本発明の第5の実施の形態を説明するが、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment relating to the ohmic electrode structure and the manufacturing method thereof according to the present invention is applied to a vertical MOSFET (metal-oxide-semiconductor structure field effect transistor) in which the source and the drain are on the front and back of the SiC substrate, respectively. This is an example.
Hereinafter, the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are actual. It should be noted that they are different. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

図21は本発明に基づくSiC基板を用いたMOSFETのユニットセル170の要部断面を示している。ユニットセルとは素子領域の最小単位のことで、パワー素子ではこのユニットセルを縦横に多数並列配置して大電流化を図っている。なお、以下の説明では170は素子領域とユニットセルの両方の意味で用いることにする。
171は高濃度に不純物添加したn(n)型単結晶SiC基板であり、表面(図中上面側主面)には厚み10μm、窒素を1×1016/cm添加したn型エピタキシャル層173をホモエピタキシャル成長させている。4H、6H、3C、15Rなど全ての晶系(Hは六方晶、Cは立方晶、Rは菱面体晶を意味する)のSiC基板を用いることができる。n型エピタキシャル層173表層の所定領域には、p型不純物をn型エピタキシャル層173の不純物濃度とりも高く添加したp型ベース層73aおよび73bが離間して形成されている。
p型ベース領域73a、73bの表層所定領域には、p型ベース領域73a、73bよりも浅く高濃度の不純物を添加したn型ソース領域(=高濃度不純物領域に対応)74a、74bが形成されている。p型ベース領域73a、73bの一部であって、かつ、n型ソース領域74aと74bの外部表層には、p型の不純物を高濃度に添加したp型ベース領域75a、75bが配設されている。n型エピタキシャル層173、p型ベース領域(73a、73b)、n型ソース領域(74a、74b)の不純物濃度はこの順序で大きくなるように設定されている。
FIG. 21 shows a cross section of a principal part of a unit cell 170 of a MOSFET using a SiC substrate according to the present invention. The unit cell is the smallest unit of the element region. In the power element, a large number of unit cells are arranged in parallel in the vertical and horizontal directions to increase the current. In the following description, 170 is used to mean both the element region and the unit cell.
Reference numeral 171 denotes an n (n + ) type single crystal SiC substrate doped with impurities at a high concentration, and an n type epitaxial layer having a surface (upper surface side main surface) with a thickness of 10 μm and nitrogen added at 1 × 10 16 / cm 3. 173 is homoepitaxially grown. All crystal substrates such as 4H, 6H, 3C, and 15R (H is hexagonal, C is cubic, and R is rhombohedral) can be used. In predetermined regions of the surface layer of the n-type epitaxial layer 173, p-type base layers 73a and 73b to which a p-type impurity is added in a higher impurity concentration than the n-type epitaxial layer 173 are formed apart from each other.
N-type source regions (= corresponding to high-concentration impurity regions) 74a and 74b, which are shallower than the p-type base regions 73a and 73b and doped with high-concentration impurities, are formed in the surface layer predetermined regions of the p-type base regions 73a and 73b. ing. p + -type base regions 75a and 75b, which are part of the p-type base regions 73a and 73b and are doped with p-type impurities at a high concentration, are disposed on the outer surface layers of the n-type source regions 74a and 74b. Has been. The impurity concentrations of the n-type epitaxial layer 173, the p-type base regions (73a and 73b), and the n-type source regions (74a and 74b) are set to increase in this order.

上記各不純物領域を形成したSiC基板171の表面にはゲート酸化膜75が設けられている。ゲート酸化膜75の上には、導電性の多結晶シリコンのゲート電極76が設けられている。このゲート電極76の側面および上面には、多結晶シリコン酸化膜77が配設されている。ゲート酸化膜75および多結晶シリコン酸化膜77の上には層間絶縁膜78が成膜されている。
79a、79bは層間絶縁膜78に開口され、SiC基板171表面のn型ソース領域74a、74bとp型ベース領域73a、73bにまたがって貫通するソース窓である。このソース窓79a、79bの底には導電性の加熱反応層80a、80bが置かれている。加熱反応層80a、80bはNiなどの電極母材を2段加熱し、SiCと固相反応させて生成する。この加熱反応層80a、80bはn型ソース領域74a、74bとp型ベース領域73a、73bの両極性に同時にオーミックコンタクトを与える機能を備えており、これは前記第1の実施の形態〜第4の実施の形態のオーミック電極構造体にない機能である。SiC基板171の裏面の81はMOSFETのドレインにオーミックコンタクトを付与する役割を果たすもうひとつの加熱反応層である。
82はn型ソース領域74a、74bやp型ベース領域73a、73bを、外部回路や同一基板上の他の回路要素に結線するための配線導体である。配線導体82とソース/ドレインの加熱反応層80a、80bとの間には、両導体の付着力や接触抵抗、耐熱性を改善する機能を有するTiやTiN、TaNなどの導電体を挿入することもできる。
A gate oxide film 75 is provided on the surface of the SiC substrate 171 on which the impurity regions are formed. A conductive polycrystalline silicon gate electrode 76 is provided on the gate oxide film 75. A polycrystalline silicon oxide film 77 is disposed on the side and top surfaces of the gate electrode 76. An interlayer insulating film 78 is formed on the gate oxide film 75 and the polycrystalline silicon oxide film 77.
79a and 79b are source windows opened in the interlayer insulating film 78 and penetrating through the n-type source regions 74a and 74b and the p-type base regions 73a and 73b on the surface of the SiC substrate 171. Conductive heating reaction layers 80a and 80b are placed on the bottoms of the source windows 79a and 79b. The heating reaction layers 80a and 80b are generated by heating an electrode base material such as Ni in two stages and causing a solid phase reaction with SiC. The heating reaction layers 80a and 80b have a function of simultaneously providing ohmic contact to both polarities of the n-type source regions 74a and 74b and the p-type base regions 73a and 73b. This is the same as in the first to fourth embodiments. This is a function not found in the ohmic electrode structure of the embodiment. 81 on the back surface of the SiC substrate 171 is another heating reaction layer that plays a role of providing an ohmic contact to the drain of the MOSFET.
A wiring conductor 82 connects the n-type source regions 74a and 74b and the p-type base regions 73a and 73b to an external circuit or another circuit element on the same substrate. Between the wiring conductor 82 and the source / drain heating reaction layers 80a and 80b, a conductor such as Ti, TiN, or TaN having a function of improving the adhesion, contact resistance, and heat resistance of both conductors is inserted. You can also.

以上説明したように、本第5の実施の形態の半導体装置の製造方法は、SiC基板171の一主面に形成したエピタキシャル層173を成長する工程と、前記エピタキシャル層173の表層部の所定領域に相互に離間して形成した2つのベース領域73a、73bを形成する工程と、前記2つのベース領域73a、73bの表層部の所定領域に位置するように、2つのソース領域74a、74bを形成する工程と、前記2つのベース領域73a、73bの表層部であって、かつ、前記2つのソース領域74a、74bの外縁に隣接し、前記2つのベース層73a、73bより高濃度の不純物を添加された2つの高濃度不純物ベース領域75a、75bを形成する工程と、前記2つのベース領域73a、73bと2つのソース領域74a、74bと2つの高濃度不純物ベース領域75a、75bとを形成したSiC基板171の表面にゲート絶縁膜75を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜75上に多結晶シリコンからなるゲート電極76を形成する工程と、前記ゲート電極76の一部を熱酸化して酸化膜77で被覆する工程と、前記ゲート絶縁膜75の上部および前記酸化膜77で被覆されたゲート電極76の上部に層間絶縁膜78を堆積する工程と、前記2つのソース領域74a、74bと前記2つの高濃度不純物ベース領域75a、75bを露出させるように前記層間絶縁膜78と前記ゲート絶縁膜75を貫通する2つのソース窓79a、79bを形成する工程と、前記ソース窓79a、79bの開口したSiC基板171表面全面に電極母材87を成膜する工程と、前記電極母材87を成膜したSiC基板171に第1の熱処理を施し、前記ソース窓79a、79b底部に加熱反応層前駆体88a、88bを形成する工程と、前記第1の熱処理を施した前記SiC基板171の表面から、残存する未反応の前記電極母材87を除去する工程と、前記未反応の電極母材87を除去したSiC基板171の裏面のドレイン領域に第2の電極母材89を成膜する工程と、前記第2の電極母材89を成膜したSiC基板171に、前記第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度の第2の熱処理を施し、2つのソース窓79a、79b底部および裏面の前記ドレイン領域表面に導電性の加熱反応層80a、80bを同時に生成する工程と、前記層間絶縁膜78上を覆い、前記ソース窓79a、79b底部の2つの加熱反応層80a、80bに接続した配線導体82を設ける工程とを含んでなる。   As described above, the method of manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment includes the steps of growing the epitaxial layer 173 formed on one main surface of the SiC substrate 171 and the predetermined region of the surface layer portion of the epitaxial layer 173. Forming two base regions 73a and 73b that are spaced apart from each other, and forming two source regions 74a and 74b so as to be located in a predetermined region of the surface layer of the two base regions 73a and 73b. And adding a higher concentration impurity than the two base layers 73a and 73b in the surface layer portion of the two base regions 73a and 73b and adjacent to the outer edges of the two source regions 74a and 74b. Forming the two high-concentration impurity base regions 75a and 75b, and the two base regions 73a and 73b and the two source regions 74a and 74. And a step of forming a gate insulating film 75 on the surface of the SiC substrate 171 on which the high concentration impurity base regions 75a and 75b are formed, and a step of forming a gate electrode 76 made of polycrystalline silicon on the gate insulating film 75. A step of thermally oxidizing a part of the gate electrode 76 and covering it with an oxide film 77; and an interlayer insulating film 78 on the gate insulating film 75 and on the gate electrode 76 covered with the oxide film 77. A deposition step; two source windows 79a penetrating the interlayer insulating film 78 and the gate insulating film 75 so as to expose the two source regions 74a and 74b and the two high-concentration impurity base regions 75a and 75b; 79b, a step of forming an electrode base material 87 on the entire surface of the SiC substrate 171 in which the source windows 79a and 79b are opened, and the electrode The SiC substrate 171 having the material 87 formed thereon is subjected to a first heat treatment to form heating reaction layer precursors 88a and 88b at the bottoms of the source windows 79a and 79b, and the SiC substrate subjected to the first heat treatment. A step of removing the remaining unreacted electrode base material 87 from the surface of 171 and a second electrode base material 89 formed on the drain region of the back surface of the SiC substrate 171 from which the unreacted electrode base material 87 has been removed. And a second heat treatment at a temperature equal to or higher than the temperature of the first heat treatment step is performed on the SiC substrate 171 on which the second electrode base material 89 is formed, and two source windows are formed. 79a, 79b bottom and back surface of the drain region surface, the conductive heating reaction layers 80a, 80b are simultaneously generated, and two heating of the bottom of the source windows 79a, 79b covering the interlayer insulating film 78 And providing a wiring conductor 82 connected to the reaction layers 80a and 80b.

また、本第5の実施の形態の半導体装置は、SiC基板171の一主面に金属−絶縁膜−半導体構造体とオーミック電極構造体とを具有する炭化珪素半導体装置であって、該オーミック電極構造体が前記第1の実施の形態のオーミック電極構造体で構成される。また、少なくともSiC基板171の表面に金属−絶縁膜−半導体ゲート構造体とオーミック電極構造体とを具有し、他の裏面にオーミック電極構造体を具有する炭化珪素半導体装置であって、前記表面のオーミック電極構造体が前記第1の実施の形態のオーミック電極構造体で構成される。また、金属−絶縁膜−半導体ゲート構造電界効果炭化珪素半導体装置(MOSFET)か、絶縁ゲート型双極型炭化珪素半導体装置(IGBT)である。また、前記表面のオーミック電極構造体の一部である絶縁膜は、MOSゲート構造体のゲート絶縁膜とMOSゲート構造体上部に配設される層間絶縁膜との積層膜からなる。また、SiC基板171と、SiC基板171の一主面に形成したエピタキシャル層173と、エピタキシャル層173の表層部における所定領域に相互に離間して形成した2つのベース領域73a、73bと、2つのベース領域73a、73bの所定領域に設けた2つのソース領域74a、74bと、2つのベース領域73a、73bの表層部であって、2つのソース領域74a、74bの外縁に隣接し、2つのベース層73a、73bより高濃度の不純物を添加された2つ高濃度不純物ベース領域75a、75bと、2つのソース領域74a、74b上および両ソース領域74a、74bの間にあるエピタキシャル層173上の所定領域に設けたゲート絶縁膜75と、ゲート絶縁膜75上に設けた多結晶シリコンからなるゲート電極76と、ゲート電極76の一部を熱酸化して形成したゲート電極酸化膜77と、ゲート電極76およびゲート電極酸化膜77の上に形成した層間絶縁膜78と、2つのソース領域74a、74bと2つの高濃度不純物ベース領域75a、75bを露出させるように層間絶縁膜78とゲート絶縁膜75を貫通して開口された2つのソース窓79a、79bと、ソース窓79a、79bの底部全面を被覆するように設けられた導電性の2つの加熱反応層80a、80bと、層間絶縁膜78上を覆い、2つの加熱反応層80a、80bに接続した配線導体82と、SiC基板171の裏面に設けた第2の加熱反応層81とを備えている。   The semiconductor device according to the fifth embodiment is a silicon carbide semiconductor device having a metal-insulating film-semiconductor structure and an ohmic electrode structure on one main surface of SiC substrate 171, and the ohmic electrode The structure is configured by the ohmic electrode structure according to the first embodiment. A silicon carbide semiconductor device having a metal-insulating film-semiconductor gate structure and an ohmic electrode structure on at least the surface of the SiC substrate 171 and an ohmic electrode structure on the other back surface. The ohmic electrode structure is constituted by the ohmic electrode structure according to the first embodiment. Further, it is a metal-insulating film-semiconductor gate structure field effect silicon carbide semiconductor device (MOSFET) or an insulated gate bipolar silicon carbide semiconductor device (IGBT). The insulating film that is a part of the ohmic electrode structure on the surface is a laminated film of a gate insulating film of the MOS gate structure and an interlayer insulating film disposed on the MOS gate structure. In addition, the SiC substrate 171, the epitaxial layer 173 formed on one main surface of the SiC substrate 171, two base regions 73 a and 73 b formed at a predetermined distance from each other in the surface layer portion of the epitaxial layer 173, Two source regions 74a and 74b provided in predetermined regions of the base regions 73a and 73b, and surface layers of the two base regions 73a and 73b, adjacent to the outer edges of the two source regions 74a and 74b, and two bases Two high-concentration impurity base regions 75a and 75b to which impurities higher in concentration than layers 73a and 73b are added, two source regions 74a and 74b, and predetermined epitaxial layer 173 between both source regions 74a and 74b A gate insulating film 75 provided in the region and a gate electrode 76 made of polycrystalline silicon provided on the gate insulating film 75. A gate electrode oxide film 77 formed by thermally oxidizing a part of the gate electrode 76, an interlayer insulating film 78 formed on the gate electrode 76 and the gate electrode oxide film 77, and two source regions 74a, 74b and 2 Two source windows 79a and 79b opened through the interlayer insulating film 78 and the gate insulating film 75 so as to expose the two high-concentration impurity base regions 75a and 75b, and the entire bottom portions of the source windows 79a and 79b are covered. The conductive two heating reaction layers 80a and 80b, the wiring conductor 82 covering the interlayer insulating film 78 and connected to the two heating reaction layers 80a and 80b, and the back surface of the SiC substrate 171 are provided. And a second heating reaction layer 81.

以上の説明から明らかなとおり、本発明に基づく縦型MOSFETは配線導体82とソースの加熱反応層80a、80bとの間に未反応の抵抗の高い電極母材を介在させない構成をしているので、同未反応電極母材を介在させる従来のコンタクト技術よりもソース・コンタクトのコンタクト抵抗を低減でき、ひいては、トランジスタのソース−ドレイン間抵抗を削減できる、という効果を有する。また、本発明に基づくソース縦型MOSFETでは、加熱反応層80a、80bとソース窓79a、79bの側壁との間のギャップを削除できる構成となっているので、このギャップ相当分、ソース/ドレイン・コンタクトの寸法を小さくでき、ひいてはMOSFETのサイズを低減できるという効果が得られる。   As is apparent from the above description, the vertical MOSFET according to the present invention has a configuration in which an unreacted high-resistance electrode base material is not interposed between the wiring conductor 82 and the source heating reaction layers 80a and 80b. Thus, the contact resistance of the source contact can be reduced as compared with the conventional contact technique in which the unreacted electrode base material is interposed, and as a result, the source-drain resistance of the transistor can be reduced. In the source vertical MOSFET according to the present invention, the gap between the heating reaction layers 80a and 80b and the side walls of the source windows 79a and 79b can be deleted. The contact size can be reduced, and the size of the MOSFET can be reduced.

次に、図21の構成の、4H−SiC基板を用いたMOSFETの製造方法を図22(A)〜図24(G)を参照しながら説明する。
(ア)まず、低抵抗のn型の4H−SiC基板171に高抵抗のn型エピタキシャル層173を常圧CVD法で成長したのち、本発明の第1の実施の形態で説明した選択イオン注入と高温活性化アニールによってp型ベース領域(73aと73b)、n型ソース領域(74aと74b)、p型ベース領域(75aと75b)を形成する。図22(A)はこのようにしてできた基板構造を示している。各領域のイオン注入条件の一例を示すと次のとおりである。
Next, a method of manufacturing a MOSFET using the 4H—SiC substrate having the configuration shown in FIG. 21 will be described with reference to FIGS. 22 (A) to 24 (G).
(A) First, after a high-resistance n-type epitaxial layer 173 is grown on a low-resistance n-type 4H—SiC substrate 171 by an atmospheric pressure CVD method, selective ion implantation described in the first embodiment of the present invention is performed. Then, p-type base regions (73a and 73b), n-type source regions (74a and 74b), and p + -type base regions (75a and 75b) are formed by high-temperature activation annealing. FIG. 22A shows the substrate structure thus formed. An example of the ion implantation conditions for each region is as follows.

◎p型ベース領域73a、73bのイオン注入条件
イオン種 Al
注入温度 750℃
加速条件 360keV、5.0×1013/cm
◎p型ベース領域75a、75bのイオン注入条件
イオン種 Al
注入温度 750℃
加速条件 30keV、1.0×1015/cm
50keV、1.0×1015/cm
70keV、2.0×1015/cm
100keV、3.0×1015/cm
◎n型ソース領域74a、74bのイオン注入条件
イオン種 P(リン)
注入温度 500℃
加速条件 40keV、5.0×1014/cm
70keV、6.0×1014/cm
100keV、1.0×1015/cm
160keV、2.0×1015/cm
なお、以下の説明において、特に断らない場合は、SiC基板171にn型エピタキシャル層173やイオン注入で形成した各領域、絶縁膜や電極が形成されたものをSiC基板、あるいは単に基板と呼んでいる。
◎ Ion implantation conditions for p-type base regions 73a and 73b Ion species Al +
Injection temperature 750 ° C
Acceleration conditions 360 keV, 5.0 × 10 13 / cm 2
◎ Ion implantation conditions for p + type base regions 75a and 75b Ion species Al +
Injection temperature 750 ° C
Acceleration conditions 30 keV, 1.0 × 10 15 / cm 2
50 keV, 1.0 × 10 15 / cm 2
70 keV, 2.0 × 10 15 / cm 2
100 keV, 3.0 × 10 15 / cm 2
◎ Ion implantation conditions for n-type source regions 74a and 74b Ion species P + (phosphorus)
Injection temperature 500 ° C
Acceleration conditions 40 keV, 5.0 × 10 14 / cm 2
70 keV, 6.0 × 10 14 / cm 2
100 keV, 1.0 × 10 15 / cm 2
160 keV, 2.0 × 10 15 / cm 2
In the following description, unless otherwise specified, an SiC substrate 171 having an n-type epitaxial layer 173, each region formed by ion implantation, an insulating film, or an electrode is referred to as an SiC substrate or simply a substrate. Yes.

(イ)次に、RCA洗浄などで十分洗浄した基板をドライ酸素雰囲気で熱酸化して基板表面並びに裏面に熱酸化膜を成長し、緩衝フッ酸溶液を用いて直ちに取り除く。この犠牲酸化膜の厚みは50nm未満、好ましくは5〜20nmが望ましい。犠牲酸化が終了した基板を再び、RCA洗浄などで十分洗浄した後、基板表面に熱酸化やCVDなどの手段を用いて厚い絶縁膜を形成し、周知のフォトリソグラフィとウェットエッチまたはドライエッチングを用いて前記厚い酸化膜が存在するフィールド(図示せず)と厚い酸化膜が除去された素子領域170を形成する(図22(A))。   (A) Next, the substrate sufficiently cleaned by RCA cleaning or the like is thermally oxidized in a dry oxygen atmosphere to grow a thermal oxide film on the front surface and back surface of the substrate, and immediately removed using a buffered hydrofluoric acid solution. The thickness of the sacrificial oxide film is less than 50 nm, preferably 5 to 20 nm. After the sacrificial oxidation is completed, the substrate is sufficiently cleaned again by RCA cleaning or the like, and then a thick insulating film is formed on the substrate surface by means of thermal oxidation, CVD, etc., using well-known photolithography and wet etching or dry etching. Then, a field (not shown) where the thick oxide film exists and an element region 170 where the thick oxide film is removed are formed (FIG. 22A).

つづいて、基板171を再び、RCA洗浄などで十分洗浄するとともに、この洗浄の最終段階において、素子領域170の表面に生成した化学的酸化膜(SiO)を除去するために緩衝フッ酸溶液に5秒間〜10秒間浸し、超純水で緩衝フッ酸溶液を完全にすすぎ落とした後、乾燥し、直ちに熱酸化して、図2(B)に示すように、素子領域170の基板表面に所望の厚み(例えばここでは40nm厚)のゲート酸化膜75を成長させる。ゲート酸化の条件としては、これに限定されるわけではないが、例えば、温度1100℃でのドライ酸化と950℃のウェット酸化を連続して行う方法がよい。ここで重要なポイントは、熱酸化温度は全ての後続工程のどの熱処理温度よりも高く設定するということである。ここでは後に、表側のソース電極と裏面ドレイン電極のオーミック接触を実現するために、温度1000℃の急速加熱処理を実施するので、それより高い1100℃という酸化温度が選ばれた。83はゲート酸化のときに基板裏面に自動的に生成される比較的厚い第2の一過性の熱酸化膜である。 Subsequently, the substrate 171 is again sufficiently cleaned by RCA cleaning or the like, and in the final stage of this cleaning, a buffered hydrofluoric acid solution is used to remove a chemical oxide film (SiO 2 ) generated on the surface of the element region 170. After immersing for 5 to 10 seconds and completely rinsing the buffered hydrofluoric acid solution with ultrapure water, it is dried and immediately thermally oxidized, as shown in FIG. A gate oxide film 75 having a thickness of (for example, 40 nm in this case) is grown. The conditions for the gate oxidation are not limited to this, but, for example, a dry oxidation at a temperature of 1100 ° C. and a wet oxidation at 950 ° C. are preferable. The important point here is that the thermal oxidation temperature is set higher than any heat treatment temperature in all subsequent processes. Here, in order to realize ohmic contact between the front-side source electrode and the back-side drain electrode, a rapid heating treatment at a temperature of 1000 ° C. was performed later, and an oxidation temperature of 1100 ° C. higher than that was selected. Reference numeral 83 denotes a relatively thick second transient thermal oxide film that is automatically generated on the back surface of the substrate during gate oxidation.

次に、基板の表面および裏面全面にシラン原料を用いた減圧CVD法(成長温度600℃〜700℃)で厚み300〜400nmの多結晶シリコン膜84を成膜し、その後、塩素酸リン(POCl)と酸素を用いた周知の熱拡散法(処理温度900℃〜950℃)で多結晶シリコン膜にP(リン)を添加し、導電性を付与する。つづいて、基板表面にフォトレジストと塗布して、フォトリソグラフィと、Cと酸素をエッチャントとした反応性イオンエッチング(RIE)を用いて、基板表面側の多結晶シリコン膜の不要な部分を取り除き、ゲート電極76を形成すると図22(B)の構造になる。 Next, a polycrystalline silicon film 84 having a thickness of 300 to 400 nm is formed on the entire front and back surfaces of the substrate by a low pressure CVD method using a silane material (growth temperature 600 ° C. to 700 ° C.), and then phosphorous chlorate (POCl). 3 ) P (phosphorus) is added to the polycrystalline silicon film by a known thermal diffusion method (processing temperature: 900 ° C. to 950 ° C.) using oxygen and imparts conductivity. Subsequently, an unnecessary portion of the polycrystalline silicon film on the substrate surface side is applied by applying a photoresist to the substrate surface, and using photolithography and reactive ion etching (RIE) using C 2 F 6 and oxygen as an etchant. When the gate electrode 76 is formed by removing the gate electrode 76, the structure shown in FIG.

(ウ)次に、エッチング後の基板171をRCA洗浄して、十分清浄化したところで、900℃のドライ酸素雰囲気で熱酸化させ、ゲート電極76と裏面の多結晶シリコン膜84の表面に多結晶シリコン熱酸化膜77と85を生成する。   (C) Next, the etched substrate 171 is RCA cleaned and sufficiently cleaned, and then thermally oxidized in a dry oxygen atmosphere at 900 ° C., and polycrystalline is formed on the surface of the gate electrode 76 and the polycrystalline silicon film 84 on the back surface. Silicon thermal oxide films 77 and 85 are formed.

次に、図22(C)に示すように、基板171の表面全面に層間絶縁膜78を堆積する。この層間絶縁膜78としては、シランと酸素を原料とした常圧CVDで形成した約1μm厚のSiO膜(NSG)あるいはさらにリンを添加したリン珪酸ガラス(PSG)、さらにこれにホウ素を添加したホウ素リン珪酸ガラス(BPSG)などが適しているが、これに限定されるものではい。この後、基板を通常の拡散炉に入れ、温度950℃、N雰囲気で数10分間の穏やかな熱処理を行い、層間絶縁膜78を高密度化する。このときの熱処理温度は、ゲート酸化膜75の形成(熱酸化)温度より低い温度、例えば、900℃〜1000℃の範囲で適宜選ばれる。つづいて、プラズマCVDを用いて、層間絶縁膜78の上部に厚さ200nm程度のSi膜からなる専用の犠牲層86を載置する。このSi膜犠牲層86は一過性の膜ではあるが、後の第1の熱処理工程において、第2の実施の形態で説明した拡散阻止絶縁膜(図12の7参照)としても機能する。 Next, as shown in FIG. 22C, an interlayer insulating film 78 is deposited on the entire surface of the substrate 171. As the interlayer insulating film 78, an SiO 2 film (NSG) having a thickness of about 1 μm formed by atmospheric pressure CVD using silane and oxygen as raw materials, or phosphosilicate glass (PSG) further added with phosphorus, and further boron is added thereto. Boron phosphosilicate glass (BPSG) is suitable, but is not limited to this. Thereafter, the substrate is put into a generally-diffusion furnace, the temperature 950 ° C., subjected to mild heat treatment of tens of minutes at an N 2 atmosphere, to densify the interlayer insulating film 78. The heat treatment temperature at this time is appropriately selected within a temperature lower than the formation (thermal oxidation) temperature of the gate oxide film 75, for example, in the range of 900 ° C. to 1000 ° C. Subsequently, a dedicated sacrificial layer 86 made of a Si 3 N 4 film having a thickness of about 200 nm is placed on the interlayer insulating film 78 by using plasma CVD. Although the Si 3 N 4 film sacrificial layer 86 is a temporary film, it may be used as the diffusion prevention insulating film (see 7 in FIG. 12) described in the second embodiment in the first heat treatment step. Function.

(エ)次に、周知のフォトリソグラフィーとドライ/ウェットエッチング手段を用いて、図23(D)に示すように、基板171表面側の犠牲層86と層間絶縁膜78、ゲート酸化膜75にソース窓79a、79bを開口する。この開口エッチングのときエッチャントが基板171の裏に及ぶ場合には多結晶シリコン酸化膜85も同時に除去される(図23(D)はこの様子を示す)。
エッチングが終了したら、フォトレジストを除去して、基板をRCA洗浄などで十分清浄化し、直ちに、DCスパッタリングなどの成膜手段を用いて基板表面に電極母材87を全面蒸着する。電極母材87としては、例えば、50nm厚のNiあるいはCoなどを用いることができる。
(D) Next, using known photolithography and dry / wet etching means, as shown in FIG. 23D, the sacrificial layer 86 on the surface side of the substrate 171, the interlayer insulating film 78, and the gate oxide film 75 are sourced. Windows 79a and 79b are opened. If the etchant reaches the back of the substrate 171 during the opening etching, the polycrystalline silicon oxide film 85 is also removed at the same time (FIG. 23D shows this state).
When the etching is completed, the photoresist is removed, the substrate is sufficiently cleaned by RCA cleaning or the like, and immediately, an electrode base material 87 is vapor-deposited on the entire surface of the substrate using a film forming means such as DC sputtering. As the electrode base material 87, for example, Ni or Co having a thickness of 50 nm can be used.

つづいて、電極母材87を成膜した基板171を、第1の実施の形態における(ト)に記載のように、高純度のArやNのような不活性ガス雰囲気において第1の熱処理を行い、図23(D)に示すように、電極母材87とSiC基板171との間に加熱反応層前駆体層(88a、88b)を形成する。電極母材17としてNiを選んだ場合にはNiSi、NiSi、Ni31Si12、NiSi等の低級珪化物がこれに該当する。DCマグネトロンスパッタ装置で成膜した厚さ50nmの電極母材Niの適正な熱処理条件を具体例として挙げると、熱処理温度は600℃、熱処理時間は3時間である。加熱反応層前駆体層88a、88bは基板171と接していることろだけで起こる固相反応から生成されるから、この加熱反応層前駆体層88a、88bはソース窓(79a、79b)の底部に自動的に整合して配設される。図23(D)はこの段階の素子領域170の断面構造を示している。 Subsequently, the first heat treatment is performed on the substrate 171 on which the electrode base material 87 is formed in an inert gas atmosphere such as high-purity Ar or N 2 as described in (g) in the first embodiment. Then, as shown in FIG. 23D, the heating reaction layer precursor layers (88a, 88b) are formed between the electrode base material 87 and the SiC substrate 171. When Ni is selected as the electrode base material 17, lower silicides such as Ni 3 Si, Ni 2 Si, Ni 31 Si 12 and NiSi correspond to this. As a specific example of appropriate heat treatment conditions for an electrode base material Ni having a thickness of 50 nm formed by a DC magnetron sputtering apparatus, the heat treatment temperature is 600 ° C. and the heat treatment time is 3 hours. Since the heating reaction layer precursor layers 88a and 88b are generated from a solid-phase reaction that occurs only in contact with the substrate 171, the heating reaction layer precursor layers 88a and 88b are formed at the bottoms of the source windows (79a and 79b). Are automatically aligned with each other. FIG. 23D shows a cross-sectional structure of the element region 170 at this stage.

(オ)第1の熱処理が終った基板に残った未反応の電極母材87を第1の実施の形態における(リ)に記載の方法で除去した後、犠牲層86をエッチングで除去すると、図23(E)のような構造になる。犠牲層86のエッチングは、熱リン酸溶液を用いて湿式で行うこともできるし、CHなどを用いたドライエッチングで行ってもよい。前記第1の熱処理工程で層間絶縁膜78に向かって僅かに拡散し、犠牲層86で阻止され留まった電極母材87の構成元素は、この犠牲層86の除去によって、基板171表面から完全に除かれる。 (E) After removing the unreacted electrode base material 87 remaining on the substrate after the first heat treatment by the method described in (i) in the first embodiment, the sacrificial layer 86 is removed by etching. The structure is as shown in FIG. Etching of the sacrificial layer 86 can be performed wet using a hot phosphoric acid solution, or by dry etching using CH 4 or the like. The constituent elements of the electrode base material 87 that diffused slightly toward the interlayer insulating film 78 in the first heat treatment step and remained blocked by the sacrificial layer 86 are completely removed from the surface of the substrate 171 by removing the sacrificial layer 86. Excluded.

(カ)次に、基板171を十分洗浄して乾燥させた後、表面全面に厚み1μm以上の保護用レジスト材(フォトレジストでよい)を塗布し、CFとOを用いたドライ・エッチングを行い、図24(F)に示すように、裏面側の多結晶シリコン膜84を完全に除去する。多結晶シリコン膜84が基板裏面から除去されたら、一過性の熱酸化膜83をBHF溶液で除去し、基板裏面に清浄な結晶面を露出させる。
つづいて、保護用レジスト材を剥離し、基板を十分に洗浄し、乾燥させたところで、速やかに基板171を高真空に維持された蒸着装置の中に据え付け、基板裏面に所望の電極母材89を蒸着する。この裏面電極母材89として、例えば、150nm厚のNi膜を用いることができる。
電極母材89の成膜が終了したら、基板171を直ちに急速加熱処理装置に設置して、第2の熱処理を行う。この熱処理は高純度Ar雰囲気で1000℃、2分間の急速加熱処理(コンタクト・アニール)で実施する。この熱処理によって、図24(F)に示すように、ソース窓79a、79bの加熱反応層前駆体層(88a、88b)は正規の加熱反応層(80a、80b)に転じるとともに、基板171と電極母材89との間にもドレインの加熱反応層81が形成される。
(F) Next, the substrate 171 is sufficiently washed and dried, and then a protective resist material (a photoresist may be used) having a thickness of 1 μm or more is applied to the entire surface, and dry etching using CF 4 and O 2 is performed. Then, as shown in FIG. 24F, the polycrystalline silicon film 84 on the back surface side is completely removed. After the polycrystalline silicon film 84 is removed from the back surface of the substrate, the temporary thermal oxide film 83 is removed with a BHF solution to expose a clean crystal surface on the back surface of the substrate.
Subsequently, the protective resist material is peeled off, and the substrate is sufficiently washed and dried. Then, the substrate 171 is quickly installed in a vapor deposition apparatus maintained at a high vacuum, and a desired electrode base material 89 is provided on the back surface of the substrate. Is vapor-deposited. As the back electrode base material 89, for example, a 150 nm thick Ni film can be used.
When the film formation of the electrode base material 89 is completed, the substrate 171 is immediately placed in a rapid heat treatment apparatus, and a second heat treatment is performed. This heat treatment is performed in a high-purity Ar atmosphere at 1000 ° C. for 2 minutes by rapid heat treatment (contact annealing). By this heat treatment, as shown in FIG. 24F, the heating reaction layer precursor layers (88a, 88b) of the source windows 79a, 79b are turned into regular heating reaction layers (80a, 80b), and the substrate 171 and electrodes A drain heating reaction layer 81 is also formed between the base material 89.

(キ)第2の熱処理が終了したところで、基板171を電極母材だけを溶かす所定のエッチング溶液に浸漬すると、未反応の電極母材89が除去され、基板裏面に加熱反応層81が露出した構造ができあがる。ここで使用されるエッチング溶液は電極母材の化学的性質に合せて適宜選択できるが、適当なエッチャントが見つからない場合には、硫酸と過酸化水素水を容積比で4:1で混合したエッチャントを用いると便利である。100℃に保持したこのエッチャントは大抵の電極母材をよく溶かし、金属珪化物や金属炭化物は殆ど溶かさないからである。加熱反応層81に対する電極母材89の選択性が十分確保できるなら、ドライエッチングを用いて未反応の電極母材を除去してもよい。
そして、RCA洗浄などで十分洗浄し、乾燥したSiC基板171の表面全面にDCマグネトロンスパッタリングなどで配線導体82の母材膜、例えばAlを成膜した後、周知のフォトリソグラフィとドライエッチング技術(RIEなど)とでパタニングして、フォトレジストを剥離し、洗浄して乾燥すると、図24(G)のような最終構造ができあがる。
配線導体82とソース/ドレインの加熱反応層80a、80bとの間に、両導体の付着力や接触抵抗、耐熱性を改善する機能を有するTiやTiN、TaNなどの導電体を挿入する場合には、これらの材料を先に成膜してから上記配線導体膜82の母材を成膜するようにする。なお、配線導体膜母材がAlに場合には、たいてい、Alと同じエッチャントガスでこれら材料も連続的にパタニングすることができる。
このようにして、本発明の第5の実施の形態における半導体装置縦型MOSFETの全製造工程が終了する。
(G) When the second heat treatment is completed, when the substrate 171 is immersed in a predetermined etching solution that dissolves only the electrode base material, the unreacted electrode base material 89 is removed, and the heating reaction layer 81 is exposed on the back surface of the substrate. The structure is complete. The etching solution used here can be appropriately selected according to the chemical properties of the electrode base material. However, if an appropriate etchant cannot be found, an etchant in which sulfuric acid and hydrogen peroxide solution are mixed at a volume ratio of 4: 1. It is convenient to use This is because this etchant kept at 100 ° C. dissolves most electrode base materials well and hardly dissolves metal silicides and metal carbides. If the selectivity of the electrode base material 89 with respect to the heating reaction layer 81 can be sufficiently secured, the unreacted electrode base material may be removed using dry etching.
Then, after sufficiently cleaning with RCA cleaning or the like and forming a base material film of the wiring conductor 82, such as Al, on the entire surface of the dried SiC substrate 171 by DC magnetron sputtering or the like, a well-known photolithography and dry etching technique (RIE) is performed. And the like, and the photoresist is peeled off, washed and dried, the final structure as shown in FIG.
When a conductor such as Ti, TiN, or TaN having a function of improving the adhesion, contact resistance, and heat resistance of both conductors is inserted between the wiring conductor 82 and the source / drain heating reaction layers 80a and 80b. In this case, after forming these materials first, the base material of the wiring conductor film 82 is formed. When the wiring conductor film base material is Al, the material can usually be continuously patterned with the same etchant gas as Al.
In this way, all the manufacturing steps of the semiconductor device vertical MOSFET in the fifth embodiment of the present invention are completed.

以上の詳細な説明から明らかなように、本発明に基づくSiC半導体装置縦型MOSFETの製造方法は、ソース窓の底部に加熱反応層を配設するのにフォトレジストを一切使用しない新しい自己整合プロセス(図22(C)〜図24(F)を使用しているので、同工程においてフォトレジスト等を用いたリフト・オフ法に起因して発生した従来技術の問題点、(1)素子構造が微細になるとコンタクト不良が生じたり、洗浄費用がかさむ、(2)レジスト汚染を嫌う、Si集積回路プロセス用の蒸着装置を共用することができない、同工程専用の蒸着装置およびそれを設置する専用のクリーンルーム・スペースを用意しなければならない、という問題を同時に解決している、と言うことができる。   As is apparent from the above detailed description, the method for manufacturing a SiC semiconductor device vertical MOSFET according to the present invention is a new self-aligned process that does not use any photoresist to dispose a heating reaction layer at the bottom of the source window. (Since FIG. 22C to FIG. 24F are used, problems in the prior art caused by the lift-off method using a photoresist or the like in the same process, (1) the element structure If it becomes finer, contact failure will occur and cleaning cost will increase, (2) resist resist contamination, vapor deposition equipment for Si integrated circuit process can not be shared, dedicated vapor deposition equipment for the same process and dedicated installation of it It can be said that the problem of having to prepare a clean room space is solved at the same time.

実際、上記説明した製造方法にしたがって、ソース/ドレイン加熱反応層80a、80b、81の電極母材87として50nm厚のNiとゲート電極76として350nm厚の多結晶シリコンを用いた図21に示した縦型MOSFET(ゲート長2μm)を製作した。n型エピタキシャル層173の不純物濃度、p型ベース層(73aと73b)、n型ソース領域(74aと74b)、p型ベース領域(75a、75b)のイオン注入条件は上記製造工程で例示したとおりである。ゲート酸化膜75は1100℃で成長したドライ酸化膜(膜厚約40nm)である。なお、素子領域の外周部部分にブロッキング電圧強化構造を有している。 In fact, according to the manufacturing method described above, a 50 nm thick Ni is used as the electrode base material 87 of the source / drain heating reaction layers 80 a, 80 b, 81 and a 350 nm thick polycrystalline silicon is used as the gate electrode 76, as shown in FIG. A vertical MOSFET (gate length 2 μm) was manufactured. The impurity concentration of the n-type epitaxial layer 173, the p-type base layers (73a and 73b), the n-type source regions (74a and 74b), and the ion implantation conditions for the p + -type base regions (75a and 75b) are exemplified in the above manufacturing process. It is as follows. The gate oxide film 75 is a dry oxide film (film thickness of about 40 nm) grown at 1100 ° C. In addition, it has a blocking voltage reinforcement | strengthening structure in the outer peripheral part of an element area | region.

図25はn型ソース領域(74aと74b)のコンタクトのTLMプロット(コンタクト距離とコンタクト間の全抵抗の関係)を示す図である。プロットが一直線に載ることから、コンタクト抵抗とソース領域((74aと74b)=高濃度不純物領域)のシート抵抗が一様であることがわかる。TLM解析からソースのコンタクト抵抗はρ=3.6×10−6Ωcmと非常に低い値であることがわかった。p型ベース領域(75a、75b)でも電流−電圧特性からオーミックコンタクトが得られていることがわかった。図26はpベース領域(75a、75b)のTLMプロットを示している。このデータからpベース領域(75a、75b)のコンタクト抵抗はρ=2.4×10−3Ωcmが得られた。このように、本発明の第5の実施の形態においては、少なくともNiを電極母材として用いた場合には、伝導型の異なるn型ソース領域(74aと74b)とp型ベース領域(75a、75b)に同時にオーミックコンタクトが取れる。 FIG. 25 is a diagram showing a TLM plot (relationship between contact distance and total resistance between contacts) of contacts in n-type source regions (74a and 74b). Since the plots are in a straight line, it can be seen that the contact resistance and the sheet resistance of the source region ((74a and 74b) = high concentration impurity region) are uniform. From the TLM analysis, it was found that the contact resistance of the source was a very low value of ρ C = 3.6 × 10 −6 Ωcm 2 . It was found that ohmic contact was obtained from the current-voltage characteristics even in the p + type base regions (75a, 75b). FIG. 26 shows a TLM plot of the p + base region (75a, 75b). From this data, the contact resistance of the p + base region (75a, 75b) was obtained as ρ C = 2.4 × 10 −3 Ωcm 2 . Thus, in the fifth embodiment of the present invention, when at least Ni is used as an electrode base material, n-type source regions (74a and 74b) and p + -type base regions (75a) having different conductivity types are used. , 75b) can make an ohmic contact at the same time.

図27はこの縦型MOSFETのドレイン電流−ドレイン電圧(I−Vds)特性を示す図である。パラメータはゲート電圧Vgである。I−Vdsが原点から直線状に延びていることはソースおよびドレインに良好なオーミックコンタクトが得られていることを示唆している。このMOSFETのブロッキング電圧は約830Vであることがわかった。このような典型的なトランジスタの静特性が得られているという事実は、本発明に基づく縦型MOSFETの製造方法が実用的な製造方法であることを示すものである。
なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
Figure 27 is the drain current of the vertical MOSFET - a diagram showing the drain voltage (I d -V ds) characteristic. The parameter is the gate voltage Vg. The fact that I d −V ds extends linearly from the origin suggests that a good ohmic contact is obtained at the source and drain. The blocking voltage of this MOSFET was found to be about 830V. The fact that such a typical transistor static characteristic is obtained indicates that the vertical MOSFET manufacturing method according to the present invention is a practical manufacturing method.
The embodiment described above is described in order to facilitate understanding of the present invention, and is not described in order to limit the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

本発明の第1の実施の形態のオーミック電極構造体の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the ohmic electrode structure of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態のオーミック電極構造体の別の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structure of the ohmic electrode structure of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態のオーミック電極構造体のさらに別の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structure of the ohmic electrode structure of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の図1に示したオーミック電極構造体の製造方法を示す断面工程図である。It is sectional process drawing which shows the manufacturing method of the ohmic electrode structure shown in FIG. 1 of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の図1に示したオーミック電極構造体の製造方法を示す断面工程図である。It is sectional process drawing which shows the manufacturing method of the ohmic electrode structure shown in FIG. 1 of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の図1に示したオーミック電極構造体の製造方法を示す断面工程図である。It is sectional process drawing which shows the manufacturing method of the ohmic electrode structure shown in FIG. 1 of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の図2に示したオーミック電極構造体の製造方法を示す断面工程図である。FIG. 5 is a cross-sectional process diagram illustrating a method for manufacturing the ohmic electrode structure shown in FIG. 2 according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態の図3に示したオーミック電極構造体の製造方法を示す断面工程図である。It is a cross-sectional process drawing which shows the manufacturing method of the ohmic electrode structure shown in FIG. 3 of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態のオーミック電極構造体の電流−電圧特性の傾きから求めたオーミック・コンタクト電極間の抵抗と距離との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the resistance between ohmic contact electrodes calculated | required from the inclination of the current-voltage characteristic of the ohmic electrode structure of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態のオーミック電極構造体の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the ohmic electrode structure of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態のオーミック電極構造体の別の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structure of the ohmic electrode structure of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態のオーミック電極構造体のさらに別の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structure of the ohmic electrode structure of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の図10に示したオーミーック電極構造体の製造方法を示す断面工程図である。It is sectional process drawing which shows the manufacturing method of the ohmic electrode structure shown in FIG. 10 of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の図10に示したオーミーック電極構造体の製造方法を示す断面工程図である。It is sectional process drawing which shows the manufacturing method of the ohmic electrode structure shown in FIG. 10 of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態のSiC−MESFETの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of SiC-MESFET of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態の図15に示したMESFETの製造方法を示す断面工程図である。FIG. 16 is a cross-sectional process diagram illustrating a method of manufacturing the MESFET illustrated in FIG. 15 according to the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態の図15に示したMESFETの製造方法を示す断面工程図である。FIG. 16 is a cross-sectional process diagram illustrating a method of manufacturing the MESFET illustrated in FIG. 15 according to the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態の図15に示したMESFETの製造方法を示す断面工程図である。FIG. 16 is a cross-sectional process diagram illustrating a method of manufacturing the MESFET illustrated in FIG. 15 according to the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態のMESFETにおけるソース/ドレイン領域のコンタクト抵抗を決定するときのTLMプロットを示す図である。It is a figure which shows the TLM plot when determining the contact resistance of the source / drain area | region in MESFET of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態のMESFETのドレイン電流−ドレイン電圧(I−Vds)特性を示す図である。The drain current of the MESFET according to the fourth embodiment of the present invention - is a diagram showing the drain voltage (I d -V ds) characteristic. 本発明の第5の実施の形態のSiC−縦型MOSFETの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the SiC-vertical MOSFET of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態の図21に示した縦型MOSFETの製造方法を示す断面工程図である。FIG. 22 is a sectional process diagram showing a method of manufacturing the vertical MOSFET shown in FIG. 21 according to the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態の図21に示した縦型MOSFETの製造方法を示す断面工程図である。FIG. 22 is a sectional process diagram showing a method of manufacturing the vertical MOSFET shown in FIG. 21 according to the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態の図21に示した縦型MOSFETの製造方法を示す断面工程図である。FIG. 22 is a sectional process diagram showing a method of manufacturing the vertical MOSFET shown in FIG. 21 according to the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態の縦型MOSFETにおけるn型ソース領域のコンタクトのTLMプロット(コンタクト距離とコンタクト間の全抵抗の関係)を示す図である。It is a figure which shows the TLM plot (relationship between contact distance and total resistance between contacts) of the contact of the n-type source region in the vertical MOSFET according to the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態の縦型MOSFETにおけるpベース領域のTLMプロットを示す図である。It is a figure which shows the TLM plot of p + base area | region in the vertical MOSFET of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態の縦型MOSFETにおけるドレイン電流−ドレイン電圧(I−Vds)特性を示す図である。Drain current at a vertical MOSFET according to the fifth embodiment of the present invention - is a diagram showing the drain voltage (I d -V ds) characteristic.

符号の説明Explanation of symbols

1…SiC基板 2…高濃度不純物領域
3…厚い絶縁膜 4…コンタクト窓
5…加熱反応層 6…配線導体
7…拡散阻止絶縁膜 8…犠牲層
17…電極母材 18…加熱反応層前駆体層
31…熱酸化膜 32…CVD酸化膜
33…イオン注入マスク膜 34…イオン注入スルー膜
35…不純物イオン 41…高濃度不純物エピタキシャル層
42…メサエッチングマスク 45…トレンチエッチングマスク
46…高濃度不純物領域予定領域 47…高濃度不純物層
51…SiC基板 52…第1エピタキシャル層
53…第2エピタキシャル層 54…素子領域
55…ゲート窓 56…ソース領域
56a…ソース窓 57…ドレイン領域
57a…ドレイン窓 58…厚い絶縁膜
58a…チャネル領域 59…熱酸化膜
60…上部絶縁膜 63…ゲート窓
64…加熱反応層 65…加熱反応層
66…ゲート電極 67…配線導体
68…配線導体 69…配線導体
70…電極母材 71…加熱反応層前駆体層
72…加熱反応層前駆体層 73a…p型ベース領域
73b…p型ベース領域 74a…n型ソース領域
74b…n型ソース領域 75…ゲート酸化膜
75a…p型ベース領域 75b…p型ベース領域
76…ゲート電極 77…多結晶シリコン酸化膜
78…層間絶縁膜 79a…ソース窓
79b…ソース窓 80a…加熱反応層
80b…加熱反応層 81…加熱反応層
82…配線導体 83…熱酸化膜
84…多結晶シリコン膜 85…多結晶シリコン酸化膜
86…犠牲層 87…電極母材
88a…加熱反応層前駆体層 88b…加熱反応層前駆体層
89…電極母材 170…素子領域
171…SiC基板 173…n型エピタキシャル層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SiC substrate 2 ... High concentration impurity area | region 3 ... Thick insulating film 4 ... Contact window 5 ... Heating reaction layer 6 ... Wiring conductor 7 ... Diffusion prevention insulating film 8 ... Sacrificial layer 17 ... Electrode base material 18 ... Heating reaction layer precursor Layer 31 ... Thermal oxide film 32 ... CVD oxide film 33 ... Ion implantation mask film 34 ... Ion implantation through film 35 ... Impurity ion 41 ... High concentration impurity epitaxial layer 42 ... Mesa etching mask 45 ... Trench etching mask 46 ... High concentration impurity region Predetermined region 47 ... high-concentration impurity layer 51 ... SiC substrate 52 ... first epitaxial layer 53 ... second epitaxial layer 54 ... element region 55 ... gate window 56 ... source region 56a ... source window 57 ... drain region 57a ... drain window 58 ... Thick insulating film 58a ... channel region 59 ... thermal oxide film 60 ... upper insulating film 63 ... gate window 64 ... additional Thermal reaction layer 65 ... Heating reaction layer 66 ... Gate electrode 67 ... Wiring conductor 68 ... Wiring conductor 69 ... Wiring conductor 70 ... Electrode base material 71 ... Heating reaction layer precursor layer 72 ... Heating reaction layer precursor layer 73a ... p-type base Region 73b ... p-type base region 74a ... n-type source region 74b ... n-type source region 75 ... Gate oxide film 75a ... p + -type base region 75b ... p + -type base region 76 ... gate electrode 77 ... polycrystalline silicon oxide film 78 ... Interlayer insulating film 79a ... Source window 79b ... Source window 80a ... Heat reaction layer 80b ... Heat reaction layer 81 ... Heat reaction layer 82 ... Wiring conductor 83 ... Thermal oxide film 84 ... Polycrystalline silicon film 85 ... Polycrystalline silicon oxide film 86 ... Sacrificial layer 87 ... Electrode base material 88a ... Heating reaction layer precursor layer 88b ... Heating reaction layer precursor layer 89 ... Electrode base material 170 ... Element region 171 ... SiC substrate 17 ... n-type epitaxial layer

Claims (24)

炭化珪素基板表面の高濃度不純物領域に電極母材を接触させる工程と、
前記電極母材を接触させた前記炭化珪素基板を熱処理して、前記電極母材と前記高濃度不純物領域を含む前記炭化珪素基板との間に加熱反応層前駆体層を形成する第1の熱処理工程と、
前記加熱反応層前駆体層上部に残された未反応の前記電極母材を除去する工程と、
前記未反応の電極母材を除去した後の炭化珪素基板を熱処理してコンタクト窓内底の前記加熱反応層前駆体層を前記加熱反応層に転化させる第2の熱処理工程と、
前記未反応の電極母材を除去した後の前記加熱反応層前駆体層上部に配線導体を配設する工程と、
を含んでなることを特徴とするオーミック電極構造体の製造方法。
Contacting the electrode base material with the high concentration impurity region on the surface of the silicon carbide substrate;
First heat treatment for heat-treating the silicon carbide substrate in contact with the electrode base material to form a heating reaction layer precursor layer between the electrode base material and the silicon carbide substrate including the high-concentration impurity region. Process,
Removing the unreacted electrode base material left on the heating reaction layer precursor layer;
A second heat treatment step of heat-treating the silicon carbide substrate after removing the unreacted electrode base material to convert the heat-reactive layer precursor layer at the bottom of the contact window into the heat-reactive layer;
Disposing a wiring conductor on the heating reaction layer precursor layer after removing the unreacted electrode base material;
The manufacturing method of the ohmic electrode structure characterized by including.
前記第2の熱処理工程は、前記第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度で熱処理することを特徴とする請求項1記載のオーミック電極構造体の製造方法。   2. The method for manufacturing an ohmic electrode structure according to claim 1, wherein the second heat treatment step is heat-treated at a temperature equal to or higher than a temperature of the first heat treatment step. 前記炭化珪素基板の表面に前記高濃度不純物領域を選択的に形成する工程と、
前記高濃度不純物領域を含む炭化珪素基板の表面に絶縁膜を成膜する工程と、
前記高濃度不純物領域の表面を露出するように前記絶縁膜に前記コンタクト窓4開口する工程と、
前記コンタクト窓を開口した前記炭化珪素基板全面に所定の前記電極母材を成膜する工程と、
前記電極母材を成膜した炭化珪素基板を熱処理して前記電極母材と前記高濃度不純物領域を含む前記炭化珪素基板との間に前記加熱反応層前駆体層を形成する前記第1の熱処理工程と、
前記絶縁膜上部ならびに前記加熱反応層前駆体層上部に残された未反応の前記電極母材を化学的手段で除去する工程と、
前記未反応の電極母材を除去した炭化珪素基板を、前記第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度で熱処理し、コンタクト窓内底の前記加熱反応層前駆体層を前記加熱反応層に転化させる第2の熱処理工程と、
前記コンタクト窓内底の加熱反応層の表面に接し、かつ前記絶縁膜の上部にまで伸延された配線導体を形成する工程と、
を含んでなることを特徴とする請求項1記載のオーミック電極構造体の製造方法。
Selectively forming the high concentration impurity region on the surface of the silicon carbide substrate;
Forming an insulating film on the surface of the silicon carbide substrate including the high concentration impurity region;
Opening the contact window 4 in the insulating film so as to expose the surface of the high concentration impurity region;
Depositing the predetermined electrode base material on the entire surface of the silicon carbide substrate having the contact window opened;
The first heat treatment for heat-treating the silicon carbide substrate on which the electrode base material is formed to form the heating reaction layer precursor layer between the electrode base material and the silicon carbide substrate including the high-concentration impurity region. Process,
Removing the unreacted electrode base material left on the insulating film upper portion and the heating reaction layer precursor layer by chemical means;
The silicon carbide substrate from which the unreacted electrode base material has been removed is heat-treated at a temperature equal to or higher than the temperature of the first heat treatment step, and the heating reaction layer precursor layer at the bottom of the contact window is heated. A second heat treatment step for converting into a reaction layer;
Forming a wiring conductor in contact with the surface of the heating reaction layer at the bottom of the contact window and extending to the top of the insulating film;
The method for producing an ohmic electrode structure according to claim 1, comprising:
前記高濃度不純物領域を含む炭化珪素基板の表面に前記絶縁膜を成膜する工程は、前記電極母材の拡散を阻止する拡散阻止絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項3記載のオーミック電極構造体の製造方法。   4. The step of forming the insulating film on the surface of the silicon carbide substrate including the high-concentration impurity region includes a step of forming a diffusion blocking insulating film that prevents diffusion of the electrode base material. The manufacturing method of the ohmic electrode structure of description. 前記高濃度不純物領域を含む炭化珪素基板の表面に前記絶縁膜を成膜する工程には、一過性の犠牲層を形成する工程を含み、
かつ、後続の前記絶縁膜上部ならびに前記加熱反応層前駆体層上部に残された前記未反応の電極母材を化学的手段で除去する工程と、
続く前記第2の熱処理工程との間に、該一過性の犠牲層を除去する工程を付加したことを特徴とする請求項3記載のオーミック電極構造体の製造方法。
The step of forming the insulating film on the surface of the silicon carbide substrate including the high concentration impurity region includes a step of forming a temporary sacrificial layer,
And the step of removing the unreacted electrode base material left on the subsequent insulating film upper portion and the heated reaction layer precursor layer upper portion by chemical means,
4. The method for manufacturing an ohmic electrode structure according to claim 3, wherein a step of removing the temporary sacrificial layer is added between the subsequent second heat treatment step.
炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の表面に選択的に形成された高濃度不純物領域と、前記炭化珪素基板の上に載置された絶縁膜と、前記絶縁膜中に前記高濃度不純物領域の表面を露出するように開口されたコンタクト窓と、前記コンタクト窓底に自己整合的に配設された加熱反応層と、前記コンタクト窓内部において前記加熱反応層の表面に接し、かつ前記絶縁膜の上部にまで伸延された配線導体とを含んでなることを特徴とするオーミック電極構造体。   A silicon carbide substrate, a high-concentration impurity region selectively formed on the surface of the silicon carbide substrate, an insulating film placed on the silicon carbide substrate, and the high-concentration impurity region in the insulating film A contact window opened to expose the surface; a heating reaction layer disposed in a self-aligned manner on the bottom of the contact window; and in contact with the surface of the heating reaction layer in the contact window; An ohmic electrode structure comprising: a wiring conductor extended to the top. 前記加熱反応層は金属珪化物、金属炭化物の少なくとも1つを主成分とする材料で構成されることを特徴とする請求項6記載のオーミック電極構造体。   The ohmic electrode structure according to claim 6, wherein the heating reaction layer is made of a material mainly containing at least one of a metal silicide and a metal carbide. 前記加熱反応層の少なくとも最下端は電極母材と前記炭化珪素基板との固相熱反応で形成されたものであり、かつ、上部に残存する未反応の電極母材を除去して形成される履歴を有することを特徴とする請求項6または7記載のオーミック電極構造体。   At least the lowest end of the heating reaction layer is formed by solid phase thermal reaction between the electrode base material and the silicon carbide substrate, and is formed by removing the unreacted electrode base material remaining on the upper part. 8. The ohmic electrode structure according to claim 6, wherein the ohmic electrode structure has a history. 前記絶縁膜は、前記電極母材が一旦載置された後、低い温度で熱処理され、その後、除去された履歴を有する絶縁膜であることを特徴とする請求項6ないし8のいずれか記載のオーミック電極構造体。   9. The insulating film according to claim 6, wherein the insulating film is an insulating film having a history after the electrode base material is once mounted, heat-treated at a low temperature, and then removed. Ohmic electrode structure. 前記絶縁膜は、上部、下部あるいは内部に前記電極母材の拡散を阻止する拡散阻止絶縁膜を具有することを特徴とする請求項6ないし9のいずれか記載のオーミック電極構造体。   The ohmic electrode structure according to any one of claims 6 to 9, wherein the insulating film includes a diffusion blocking insulating film for blocking diffusion of the electrode base material at an upper portion, a lower portion, or an inside thereof. 成膜後から前記オーミック電極構造体が完成するまでの期間に前記絶縁膜は、上層部に、一過性の犠牲層を具有する履歴を有することを特徴とする請求項6ないし10のいずれか記載のオーミック電極構造体。   11. The insulating film has a history of having a temporary sacrificial layer in an upper layer part during a period from film formation to completion of the ohmic electrode structure. The ohmic electrode structure as described. 前記絶縁膜上層部の犠牲層は、絶縁体または半導体、あるいはこれらの複合物、混合物、積層物で構成されることを特徴とする請求項11記載のオーミック電極構造体。   12. The ohmic electrode structure according to claim 11, wherein the sacrificial layer in the upper part of the insulating film is made of an insulator, a semiconductor, a composite, a mixture, or a laminate thereof. 前記絶縁膜上層部の犠牲層は、拡散阻止機能を具有することを特徴とする請求項11または12記載のオーミック電極構造体。   The ohmic electrode structure according to claim 11 or 12, wherein the sacrificial layer of the upper part of the insulating film has a diffusion preventing function. 炭化珪素基板の表面に高濃度不純物領域を選択的に形成する工程と、
前記高濃度不純物領域を含む炭化珪素基板の表面に絶縁膜を成膜する工程と、
前記高濃度不純物領域の表面を露出するように前記絶縁膜にオーミック・コンタクト窓を開口する工程と、
前記オーミック・コンタクト窓を開口した前記炭化珪素基板全面に所定の電極母材を成膜する工程と、
前記電極母材を成膜した前記炭化珪素基板を熱処理して前記電極母材と前記高濃度不純物領域を含む前記炭化珪素基板との間に加熱反応層前駆体層を形成する第1の熱処理工程と、
前記絶縁膜上部ならびに前記加熱反応層前駆体層上部に残された未反応の前記電極母材を化学的手段で除去する工程と、
前記未反応の電極母材を除去した炭化珪素基板を、前記第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度で熱処理し、コンタクト窓内底の前記加熱反応層前駆体層を前記加熱反応層に転化させる第2の熱処理工程と、
前記第2の熱処理工程が済んだ炭化珪素基板のショットキー・コンタクト窓を開口する工程と、
少なくとも前記ショットキー・コンタクト窓の底部にショットキー電極材からなる電極材を配設する工程と、
前記オーミック・コンタクト窓内底の加熱反応層の表面または該加熱反応層の表面上に設けた前記電極材の表面、および前記ショットキー・コンタクト窓の底部に設けた前記電極材の表面に接し、かつ前記絶縁膜の上部にまで伸延された配線導体を形成する工程と、
を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Selectively forming a high-concentration impurity region on the surface of the silicon carbide substrate;
Forming an insulating film on the surface of the silicon carbide substrate including the high concentration impurity region;
Opening an ohmic contact window in the insulating film to expose the surface of the high-concentration impurity region;
Forming a predetermined electrode base material on the entire surface of the silicon carbide substrate having the ohmic contact window opened;
A first heat treatment step of heat-treating the silicon carbide substrate on which the electrode base material is formed to form a heating reaction layer precursor layer between the electrode base material and the silicon carbide substrate including the high-concentration impurity region. When,
Removing the unreacted electrode base material left on the insulating film upper portion and the heating reaction layer precursor layer by chemical means;
The silicon carbide substrate from which the unreacted electrode base material has been removed is heat-treated at a temperature equal to or higher than the temperature of the first heat treatment step, and the heating reaction layer precursor layer at the bottom of the contact window is heated. A second heat treatment step for converting into a reaction layer;
Opening the Schottky contact window of the silicon carbide substrate after the second heat treatment step;
Disposing an electrode material made of a Schottky electrode material at least at the bottom of the Schottky contact window;
The surface of the heating reaction layer at the bottom of the ohmic contact window or the surface of the electrode material provided on the surface of the heating reaction layer, and the surface of the electrode material provided at the bottom of the Schottky contact window, And forming a wiring conductor extended to the top of the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記炭化珪素基板の表面に導電不純物を高濃度に添加した前記ソース、ドレイン領域を選択的に形成する工程と、
前記ソース、ドレイン領域を含む炭化珪素基板の表面に前記絶縁膜を成膜する工程と、
前記ソース、ドレイン領域の表面を露出するように前記絶縁膜にソース窓、ドレイン窓を開口する工程と、
前記ソース窓、ドレイン窓を開口した炭化珪素基板全面に所定の電極母材を成膜する工程と、
前記電極母材を成膜した炭化珪素基板を熱処理して前記電極母材と前記ソース、ドレイン領域を含む炭化珪素基板との間に加熱反応層前駆体層を形成する第1の熱処理工程と、
前記絶縁膜上部ならびに前記加熱反応層前駆体層上部に残された未反応の前記電極母材を化学的手段で除去する工程と、
前記未反応の電極母材を除去した炭化珪素基板を、前記第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度で再び熱処理し、ソース窓、ドレイン窓内底の前記加熱反応層前駆体層を前記加熱反応層に転化させる第2の熱処理工程と、
前記第2の熱処理工程が済んだ前記炭化珪素基板のゲート窓を開口する工程と、
少なくとも前記ゲート窓の底部にショットキー電極材からなる電極材を配設する工程と、
前記ソース窓、ドレイン窓内底の加熱反応層の表面または該加熱反応層の表面上に設けた前記電極材の表面、および前記ショットキー・コンタクト窓の底部に設けた前記電極材の表面に接し、かつ前記絶縁膜の上部にまで伸延された配線導体を形成する工程と、
を含んでなることを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。
Selectively forming the source and drain regions to which conductive impurities are added at a high concentration on the surface of the silicon carbide substrate;
Forming the insulating film on the surface of the silicon carbide substrate including the source and drain regions;
Opening a source window and a drain window in the insulating film so as to expose a surface of the source and drain regions;
Forming a predetermined electrode base material on the entire surface of the silicon carbide substrate having the source window and the drain window opened;
A first heat treatment step of heat-treating the silicon carbide substrate on which the electrode base material is formed to form a heating reaction layer precursor layer between the electrode base material and the silicon carbide substrate including the source and drain regions;
Removing the unreacted electrode base material left on the insulating film upper portion and the heating reaction layer precursor layer by chemical means;
The silicon carbide substrate from which the unreacted electrode base material has been removed is heat-treated again at a temperature equal to or higher than the temperature of the first heat treatment step, and the heated reaction layer precursor at the bottom of the source window and drain window A second heat treatment step for converting the layer into the heat reaction layer;
Opening the gate window of the silicon carbide substrate after the second heat treatment step;
Disposing an electrode material made of a Schottky electrode material at least at the bottom of the gate window;
The surface of the heating reaction layer at the bottom of the source window or drain window or the surface of the electrode material provided on the surface of the heating reaction layer, and the surface of the electrode material provided at the bottom of the Schottky contact window And forming a wiring conductor extended to the top of the insulating film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, comprising:
炭化珪素基板の一主面にショットキー電極構造体とオーミック電極構造体とを具有する炭化珪素半導体装置であって、
該オーミック電極構造体が請求項6記載のオーミック電極構造体で構成されることを特徴とする半導体装置。
A silicon carbide semiconductor device having a Schottky electrode structure and an ohmic electrode structure on one main surface of a silicon carbide substrate,
A semiconductor device comprising the ohmic electrode structure according to claim 6.
炭化珪素基板の一主面に形成した炭化珪素・金属−半導体電界効果半導体装置であって、
ソースコンタクトまたはドレインコンタトの少なくとも一方が請求項6記載のオーミック電極構造体で構成されることを特徴とする半導体装置。
A silicon carbide / metal-semiconductor field effect semiconductor device formed on one main surface of a silicon carbide substrate,
7. A semiconductor device, wherein at least one of a source contact or a drain contact is constituted by the ohmic electrode structure according to claim 6.
炭化珪素・金属−半導体電界効果半導体装置であって、ソースコンタクトまたはドレインコンタトの加熱反応層と、同コンタクトと配線導体との間に、ゲート・ショットキーコンタクトと同一かつ同時に形成された電極材が挟持されることを特徴とする請求項17記載の半導体装置。   A silicon carbide / metal-semiconductor field-effect semiconductor device comprising a source contact or drain contact heating reaction layer and an electrode material formed simultaneously and simultaneously with a gate / Schottky contact between the contact and a wiring conductor 18. The semiconductor device according to claim 17, wherein 炭化珪素基板の一主面に形成したエピタキシャル層を成長する工程と、
前記エピタキシャル層の表層部の所定領域に相互に離間して形成した2つのベース領域を形成する工程と、
前記2つのベース領域の表層部の所定領域に位置するように、2つのソース領域を形成する工程と、
前記2つのベース領域の表層部であって、かつ、前記2つのソース領域の外縁に隣接し、前記2つのベース層より高濃度の不純物を添加された2つの高濃度不純物ベース領域を形成する工程と、
前記2つのベース領域と2つのソース領域と2つの高濃度不純物ベース領域とを形成した炭化珪素基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に多結晶シリコンからなるゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の一部を熱酸化して酸化膜で被覆する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上部および前記酸化膜で被覆されたゲート電極の上部に層間絶縁膜を堆積する工程と、
前記2つのソース領域と前記2つの高濃度不純物ベース領域を露出させるように前記層間絶縁膜と前記ゲート絶縁膜を貫通する2つのソース窓を形成する工程と、
前記ソース窓の開口した炭化珪素基板表面全面に電極母材を成膜する工程と、
前記電極母材を成膜した炭化珪素基板に第1の熱処理を施し、前記ソース窓底部に加熱反応層前駆体を形成する工程と、
前記第1の熱処理を施した前記炭化珪素基板の表面から、残存する未反応の前記電極母材を除去する工程と、
前記未反応の電極母材を除去した炭化珪素基板の裏面のドレイン領域に第2の電極母材を成膜する工程と、
前記第2の電極母材を成膜した炭化珪素基板に、前記第1の熱処理工程の温度と同じかそれよりも高い温度の第2の熱処理を施し、2つのソース窓底部および裏面の前記ドレイン領域表面に導電性の加熱反応層を同時に生成する工程と、
前記層間絶縁膜上を覆い、前記ソース窓底部の2つの加熱反応層に接続した配線導体を設ける工程と、
を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Growing an epitaxial layer formed on one main surface of the silicon carbide substrate;
Forming two base regions spaced apart from each other in a predetermined region of the surface portion of the epitaxial layer;
Forming two source regions so as to be located in a predetermined region of the surface layer portion of the two base regions;
Forming two high-concentration impurity base regions which are surface layer portions of the two base regions and are adjacent to the outer edges of the two source regions and to which an impurity having a higher concentration is added than the two base layers; When,
Forming a gate insulating film on the surface of the silicon carbide substrate on which the two base regions, the two source regions, and the two high-concentration impurity base regions are formed;
Forming a gate electrode made of polycrystalline silicon on the gate insulating film;
Thermally oxidizing a portion of the gate electrode and coating with an oxide film;
Depositing an interlayer insulating film on the gate insulating film and on the gate electrode covered with the oxide film;
Forming two source windows penetrating the interlayer insulating film and the gate insulating film so as to expose the two source regions and the two high-concentration impurity base regions;
Forming an electrode base material on the entire surface of the silicon carbide substrate having the source window opened;
Applying a first heat treatment to the silicon carbide substrate on which the electrode base material is formed, and forming a heating reaction layer precursor on the bottom of the source window;
Removing the remaining unreacted electrode base material from the surface of the silicon carbide substrate subjected to the first heat treatment;
Forming a second electrode base material in the drain region on the back surface of the silicon carbide substrate from which the unreacted electrode base material has been removed;
The silicon carbide substrate on which the second electrode base material is formed is subjected to a second heat treatment at a temperature equal to or higher than the temperature of the first heat treatment step, and the two source window bottoms and the drains on the back surface Simultaneously producing a conductive heat-reactive layer on the surface of the region;
Providing a wiring conductor covering the interlayer insulating film and connected to the two heating reaction layers at the bottom of the source window;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
炭化珪素基板の一主面に金属−絶縁膜−半導体構造体とオーミック電極構造体とを具有する炭化珪素半導体装置であって、
該オーミック電極構造体が請求項6記載のオーミック電極構造体で構成されることを特徴とする半導体装置。
A silicon carbide semiconductor device comprising a metal-insulating film-semiconductor structure and an ohmic electrode structure on one main surface of a silicon carbide substrate,
A semiconductor device comprising the ohmic electrode structure according to claim 6.
少なくとも炭化珪素基板の表面に金属−絶縁膜−半導体ゲート構造体とオーミック電極構造体とを具有し、他の裏面にオーミック電極構造体を具有する炭化珪素半導体装置であって、
前記表面のオーミック電極構造体が請求項6記載のオーミック電極構造体で構成されることを特徴とする半導体装置。
A silicon carbide semiconductor device comprising a metal-insulating film-semiconductor gate structure and an ohmic electrode structure on at least the surface of a silicon carbide substrate, and comprising an ohmic electrode structure on the other back surface,
The semiconductor device according to claim 6, wherein the ohmic electrode structure on the surface is constituted by the ohmic electrode structure according to claim 6.
金属−絶縁膜−半導体ゲート構造電界効果炭化珪素半導体装置か、絶縁ゲート型双極型炭化珪素半導体装置であることを特徴とする請求項21記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 21, which is a field effect silicon carbide semiconductor device having a metal-insulating film-semiconductor gate structure or an insulated gate bipolar silicon carbide semiconductor device. 前記表面のオーミック電極構造体の一部である絶縁膜は、MOSゲート構造体のゲート絶縁膜とMOSゲート構造体上部に配設される層間絶縁膜との積層膜からなることを特徴とする請求項21記載の半導体装置。   The insulating film which is a part of the ohmic electrode structure on the surface is composed of a laminated film of a gate insulating film of a MOS gate structure and an interlayer insulating film disposed on the top of the MOS gate structure. Item 22. The semiconductor device according to Item 21. 炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の一主面に形成したエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の表層部における所定領域に相互に離間して形成した2つのベース領域と、
前記2つのベース領域の所定領域に設けた2つのソース領域と、
前記2つのベース領域の表層部であって、前記2つのソース領域の外縁に隣接し、前記2つのベース層より高濃度の不純物を添加された2つ高濃度不純物ベース領域と、
前記2つのソース領域上および両ソース領域の間にある前記エピタキシャル層上の所定領域に設けたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けた多結晶シリコンからなるゲート電極と、
前記ゲート電極の一部を熱酸化して形成したゲート電極酸化膜と、
前記ゲート電極およびゲート電極酸化膜の上に形成した層間絶縁膜と、
前記2つのソース領域と前記2つの高濃度不純物ベース領域を露出させるように前記層間絶縁膜と前記ゲート絶縁膜を貫通して開口された2つのソース窓と、
前記ソース窓の底部全面を被覆するように設けられた導電性の2つの加熱反応層と、
前記層間絶縁膜上を覆い、前記2つの加熱反応層に接続した配線導体と、
前記炭化珪素基板の裏面に設けた第2の加熱反応層と、
を備えたことを特徴とする請求項21記載の半導体装置。
A silicon carbide substrate;
An epitaxial layer formed on one main surface of the silicon carbide substrate;
Two base regions formed apart from each other in a predetermined region in the surface layer portion of the epitaxial layer;
Two source regions provided in a predetermined region of the two base regions;
Two high-concentration impurity base regions, which are surface layer portions of the two base regions, adjacent to the outer edges of the two source regions, and doped with a higher concentration of impurities than the two base layers;
A gate insulating film provided in a predetermined region on the epitaxial layer on the two source regions and between the two source regions;
A gate electrode made of polycrystalline silicon provided on the gate insulating film;
A gate electrode oxide film formed by thermally oxidizing a part of the gate electrode;
An interlayer insulating film formed on the gate electrode and the gate electrode oxide film;
Two source windows opened through the interlayer insulating film and the gate insulating film so as to expose the two source regions and the two high-concentration impurity base regions;
Two conductive heating reaction layers provided to cover the entire bottom surface of the source window;
A wiring conductor covering the interlayer insulating film and connected to the two heating reaction layers;
A second heating reaction layer provided on the back surface of the silicon carbide substrate;
The semiconductor device according to claim 21, further comprising:
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